KR20160126909A - 액화 천연 가스용의 통합형 메탄 냉장 시스템 - Google Patents

액화 천연 가스용의 통합형 메탄 냉장 시스템 Download PDF

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양 리우
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant

Abstract

본 명세서에는 LNG 제품을 생성하기 위해 천연 가스 공급 스트림을 액화하는 방법 및 시스템이 설명되어 있다. 천연 가스 공급 스트림은 제1 LNG 스트림을 생성하기 위해 기체상 팽창기 사이클에서 순환하는 기체상 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화된다. 제1 LNG 스트림은 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하도록 분리된다. 이어서, 제2 LNG 스트림이 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은 분리되어 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하고, 이들 모두 또는 일부는 LNG 제품을 형성한다. 상기 스트림을 이용하여 제2 LNG 스트림 또는 보충 LNG 스트림을 과냉각시킴으로써 제2 플래시 가스로부터 냉장이 회수된다.

Description

액화 천연 가스용의 통합형 메탄 냉장 시스템{INTEGRATED METHANE REFRIGERATION SYSTEM FOR LIQUEFYING NATURAL GAS}
본 발명은 액화 천연 가스(LNG; liquefied natural gas) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
천연 가스의 액화는 매우 중요한 산업 프로세스이다. LNG의 전세계 생산 능력은 300 MTPA 이상이고, 천연 가스를 액화하기 위한 다양한 냉장 사이클이 성공적으로 개발되었으며, 당업계에 공지되고 널리 사용되고 있다.
몇몇 사이클은 천연 가스를 액화하기 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 기화된 또는 기화용 냉매를 이용한다. 이들 사이클에서, (예컨대, 순수한 단일 성분의 냉매 또는 혼합 냉매일 수 있는) 초기의 기체상 중온 냉매가 압축, 냉각 및 액화되어 액체 냉매를 제공한다. 이어서, 이 액체 냉매는 팽창되어, 냉매와 천연 가스 간에 간접적인 열 교환을 통해 천연 가스를 액화시키도록 사용되는 저온의 기화된 또는 기화용 냉매를 생성한다. 이후에, 결과적인 가온되고 기화된 냉매는 다시 사이클을 시작하도록 압축될 수 있다. 당업계에 공지되고 사용되는 이 유형의 예시적인 사이클은, 단일 혼합 냉매(SMR; single mixed refrigerant) 사이클, 케스케이드(cascade) 사이클, 이중 혼합 냉매(DMR; dual mixed refrigerant) 사이클, 및 프로판 예비-냉각된 혼합 냉매(C3MR; propane pre-cooled mixed refrigeration) 사이클을 포함한다.
다른 사이클은 천연 가스를 액화하기 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 기체상 팽창 사이클을 이용한다. 이들 사이클에서, 기체상 중온 냉매는 압축 및 냉각되어 압축된 냉매를 형성한다. 이어서, 압축된 냉매는 냉매를 더 냉각시키도록 팽창되어, 냉매와 천연 가스 간에 간접적인 열 교환을 통해 천연 가스를 액화시키도록 이후에 사용되는 저온의 팽창된 냉매를 초래한다. 다음에, 결과적인 가온되고 팽창된 냉매는 다시 사이클을 시작하도록 압축될 수 있다. 당업계에 공지되고 사용되는 이 유형의 예시적인 사이클은 질소 팽창기 사이클(nitrogen expander cycle)이다.
기존의 질소 팽창기 사이클, 케스케이드, SMR 및 C3MR 프로세스와 액화 천연 가스에서의 그 용도에 관한 추가 설명은, 예컨대 J.C.Bronfenbrenner, M.Pillarella, 및 J.Solomon이 저술한 "Selecting a suitable process"(Review the process technology options available for the liquefaction of natural gas, summer 09, LNGINDUSTRY.COM)에서 확인할 수 있다.
현재, 지금까지 건설된, 천연 가스 액화용 플랜트는 모두 지상에 건설되었다. LNG 산업에 있어서 추가 성장을 위한 중요한 추세는 원거리 해양 가스전(remote offshore gas fields)을 개발하는 것이고, 이는 부유식 플랫폼 상에 건설될 천연 가스 액화용 시스템을 필요로 하게 된다. 그러나, 부유식 플랫폼 상에 그러한 LNG 플랜트를 설계하고 작동시키는 것은 극복되어야 될 다수의 도전 과제를 제기한다. 부유식 플랫폼 상에서의 움직임이 메인 도전 과제 중 하나이다. 혼합 냉매(MR; mixed refrigerant)를 이용하는 종래의 액화 프로세스는 냉매 사이클의 특정한 지점에서 2상 유동을 수반하고, 이는 부유식 플랫폼에서 채용되면 액체-기체 이상분배로 인해 성능 감소의 원인이 될 수 있다. 게다가, 액화 냉매를 채용하는 임의의 냉매 사이클에서, 액체의 출렁임은 추가의 기계적 응력을 유발하게 된다.
SMR, 케스케이드, DMR 또는 C3MR 프로세스 등의 재생 사이클을 채용하는 많은 LNG 플랜트에서 인화성 성분들의 재고 저장이 다른 관심사인데, 그 이유는 특히 부유식 LNG(FLNG; Floating LNG) 플랫폼의 경우에서와 같이 그러한 성분들의 비가동률, 또는 안전 고려사항 때문이다.
그 결과, 최소의 2상 유동을 수반하고 최소의 인화성 냉매 재고를 필요로 하는 천연 가스 액화 프로세스에 대한 개발 요구가 증가하고 있다.
질소 재순환 팽창기 프로세스는, 전술한 바와 같이, 냉매로서 기체상 질소를 이용하는 널리 알려진 프로세스이다. 이 프로세스는 혼합 냉매의 사용을 배제하고, 이런 이유로, 최소의 탄화수소 재고를 필요로 하는 육지 기반 LNG 설비 및 FLNG 설비의 매력적인 대안을 제시한다. 그러나, 질소 재순환 팽창기 프로세스는 비교적 낮은 효율을 갖고 더 큰 열교환기, 압축기, 팽창기 및 파이프 크기를 수반한다. 게다가, 프로세스는 비교적 다량의 순수 질소의 입수 가능성에 따라 좌우된다.
미국 특허 제8,656,733호는, 예컨대 냉매로서 기체상 질소를 이용하는 폐루프 기체상 팽창기 사이클이, 예컨대 천연 가스 공급 스트림 등의 공급 스트림을 액화하고 과냉각(sub-cool)하도록 사용되는 액화 방법 및 시스템을 교시한다. 상기 문헌의 도 5에 도시된 실시예에서, 과냉각된 LNG 제품은 밸브를 이용하여 스로틀링되거나 유압 터빈 내에서 팽창되어 스트림을 부분적으로 기화시킬 수 있고, 결과적인 플래시 가스(flash gas)는 냉각 압축되고 냉매 열교환기 내에서 냉매에 대해 가온될 수 있거나, 과냉각기 열교환기 내에서 LNG 스트림에 대해 가온될 수 있다.
미국 특허 제6,412,302호는 천연 가스 스트림을 냉각, 액화 및 과냉각하도록 이중 기체상 팽창기 사이클을 이용하는 LNG 제조 프로세스를 교시한다. 한가지 팽창기 사이클은 냉매로서 기체상 메탄, 에탄, 또는 처리된 천연 가스를 이용하고, 다른 팽창기 사이클은 기체상 질소를 이용한다. LNG 제품은 액체 팽창기 내에서 팽창된 다음, N2 스트리퍼에서 처리되어 처리된 LNG 스트림을 제공할 수 있다.
미국 특허 제6,658,890호는, 폐루프 프로판 회로, 폐루프 에틸렌 회로, 및 개루프 메탄 회로를 포함하는 케스케이드 사이클이 천연 가스 공급 스트림을 냉각, 액화 및 과냉각하도록 사용되는 천연 가스의 액화 시스템 및 방법을 교시한다. 천연 가스는 기화용 프로판 냉매에 대해 냉각되고, 기화용 에틸렌 냉매와의 열교환에 의해 액화된다. 이어서, 결과적인 LNG 스트림은 과냉각기 열교환기 내에서 과냉각되고, 과냉각된 LNG 스트림을 2개의 연속적인 최종 플래시 스테이지에서 플래싱하여 과냉각기 열교환기에서 냉매로서 사용되는 2개의 메탄 플래시 가스 스트림을 제공함으로써 추가 냉각된다. 제2 최종 플래시 스테이지로부터의 LNG 스트림은 과냉각기 열교환기 내에서 더 과냉각된 다음, 팽창되고 또한 냉매로서 과냉각기 열교환기로 복귀되는 LNG 제품 스트림과 액체 메탄 스트림을 제공하도록 스플리터에서 분할된다. 과냉각기 열교환기를 빠져나가는 가온된 메탄 냉매 스트림은 압축되고 천연 가스 공급 스트림으로 재순환된다.
미국 특허 제7,234,321호는, 천연 가스 공급 스트림이 일련의 예비-냉각기 열교환기 내에서 기화된 혼합 냉매에 대해 예비-냉각된 다음, 액화 팽창기 내에서 팽창됨으로써 부분적으로 액화되는 천연 가스의 액화 프로세스를 교시한다. 다음에, 부분적으로 액화된 천연 가스 스트림은 LNG 스트림과 메탄 기체 스트림을 제공하도록 분리되고, 기체 스트림은 예비-냉각기 열교환기로 복귀되고 그 안에서 가온된 후에 압축되고 천연 가스 공급 스트림으로 재순환된다. LNG 스트림은 스로틀링되고 추가 분리되어, LNG 제품과, 예비-냉각기 열교환기로 또한 복귀되고 그 안에서 가온되어 가온된 연료 가스를 제공하는 추가의 메탄 기체 스트림을 제공할 수 있다.
미국 특허 출원 제2014/0083132호는 미국 특허 제7,234,321호에 교시된 것과 유사한 프로세스를 교시한다. 그러나, 미국 특허 출원 제2014/0083132호에 교시된 프로세스에서, 폐루프 혼합 냉매 회로가 사용되지 않고, 대신에 천연 가스 공급 스트림은 개루프 기체상 메탄 팽창기 사이클과, 액화 팽창기에서 천연 가스 공급 스트림의 부분 액화 후에 천연 가스 공급 스트림으로부터 분리되는 메탄 증기 스트림을 이용하여 예비-냉각된다.
미국 특허 제4,778,497호는 공급 가스(한제; cryogen)가 냉매로서 공급 가스를 이용하는 개루프 기체상 팽창기 사이클을 이용하여 액화된다. 이어서, 액화된 한제는 냉매로서 최종 제품의 플래시된 부분을 이용하는 과냉각기 열교환기 내에서 과냉각된다. 프로세서를 이용하여 액화될 수 있는 예시적인 공급 가스로는, 헬륨, 수소, 분위기 가스, 탄화수소 가스, 전술한 가스들의 혼합물, 예컨대 공기 또는 천연 가스를 포함한다.
미국 특허 제3,616,652호는 개루프 기체상 팽창기 사이클이 천연 가스를 액화하도록 사용되는, 천연 가스 액화 프로세스를 교시한다. 이어서, 액화된 천연 가스는 플래시되고 분리되어 LNG 제품과, 기체상 팽창기 사이클에서 냉매로서 사용되는 플래시 가스를 제공한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 액화된 천연 가스(LNG; liquefied natural gas) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 방법으로서,
(a)기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜 제1 LNG 스트림을 생성하는 단계;
(b)상기 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리시켜 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하는 단계;
(c)상기 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함하는 것인 단계; 및
(d)간접적인 열교환에 의해,
(i)단계(c)에서 팽창되기 전에 제2 LNG 스트림의 적어도 일부; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림
을 과냉각시키도록 제2 플래시 가스 스트림을 이용하여 제2 플래시 가스 스트림으로부터 냉장을 회수하는 단계
를 포함하고, 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 팽창 및 분리되어 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법이 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 액화된 천연 가스(LNG) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 시스템으로서,
천연 가스 공급 스트림과 메탄 또는 천연 가스 냉매를 받아들이고, 천연 가스 공급 스트림을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜, 제1 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 제1 액화기 열교환기;
기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로로서, 상기 냉장 회로는 순환하는 기체상 냉매가 제1 액화기 열교환기를 통과하게 하도록 제1 액화기 열교환기에 연결되는 것인 냉장 회로;
제1 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기;
제2 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
상기 제2 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제1 과냉각기 열교환기
를 포함하고, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 또한,
(i)제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 제1 예비냉각기 열교환기와 제1 액화기 열교환기의 냉각 곡선의 묘사이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 도시하는 개략적인 흐름도이다.
본 발명은 부유식 LNG(FLNG) 용례 및/또는 임의의 다른 용례들, 즉 냉매의 2상 흐름이 작동 어려움을 유빌할 수 있는 용례; 인화성 냉매의 많은 재고의 유지 보수가 문제가 되는 용례; 다량의 순수 질소 또는 다른 필수 냉매 성분이 이용 불가능하거나 입수가 어려운 용례; 및/또는 플랜트의 이용 가능한 설치 공간이 냉매 시스템에 이용될 수 있는 열교환기, 압축기, 팽창기 및 파이프들의 크기를 제한하는 용례에 특히 적절하고 매력적인 천연 가스 액화 방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 방법 및 시스템에서는, 천연 가스를 액화하고 과냉각하는 모든 냉각 듀티가 메탄 또는 처리된 천연 가스 냉매에 의해 그리고 LNG의 최종 스테이지 플래싱에 의해 제공될 수 있기 때문에 천연 가스의 액화 및 과냉각을 위한 외부 냉매가 요구되지 않는다. 메탄 또는 천연 가스 냉매를 채용하는(그리고 예컨대 1개 또는 2개의 팽창 스테이지를 이용하는) 단상 기체상 팽창기 사이클이 천연 가스를 액화하는 데에, 그리고 선태적으로 예비 냉각하는 데에 사용된다. 이어서, (바람직하게는 현장에서 LNG 제품을 일시적으로 저장하는 데에 사용되는 임의의 최종 LNG 저장 탱크에 추가하는) 적어도 2개의 플래시 스테이지를 채용하는 다단 최종 플래시 시스템이 과냉각을 위한 냉매를 제공하는 데에 사용된다.
따라서, 본 발명의 방법 및 시스템은 제거될(또는 대안적으로 예비 냉각 듀티를 제공하는 데에만 사용되도록 제한될) 외부 냉매의 이용을 허용한다. 천연 가스를 액화하기 위해 냉매 듀티를 제공하도록 사용되는 냉매 회로 내에서 순환하는 냉매가 순환할 때에 전체적으로(또는 거의 전체적으로) 기체상으로 남아 있기 때문에, 이 회로에서 2상 냉매 유동과 관련된 문제가 방지된다. 더욱이, 본 발명의 액화 방법은 전통적인 질소 재순환 프로세스에 비해 더 우수한 효율 및 더 작은 장비와 파이프 크기를 제공한다.
특히, 그리고 전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 액화 천연 가스(LNG) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화하는 방법이 제공되고, 이 방법은 전술한 바와 같이 단계 (a), (b), (c) 및 (d)를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 그리고 달리 지적하지 않는다면, 단수 표현은 명세서 및 청구범위에서 설명되는 본 발명의 실시예에서 임의의 피쳐에 적용될 때에 하나 이상을 의미한다. 단수 표현의 사용은 그러한 제한이 구체적으로 언급되지 않는다면 단일 피쳐로 의미를 제한하지 않는다. 이전의 단수 또는 복수 명사 또는 명사구는 특별한 구체적인 피쳐 또는 특별한 구체적인 피쳐들을 가리키고 사용된 문맥에 따라 단수 또는 복수 함축을 가질 수 있다.
방법의 단계 (a)에서, 천연 가스 공급 스트림이 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화되어, 제1 LNG 스트림을 생성한다. 제1 LNG 스트림은 천연 가스 공급 스트림 전부로부터 형성되고, 이에 따라 천연 가스 공급 스트림 전부를 포함하거나 그 전부로 이루어지고, 또는 천연 가스 공급 스트림을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화시킴으로써 발생되는 LNG의 다른(바람직하게는, 최소) 부분이, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 예컨대 방법의 단계 (d)에서 과냉각될 수 있는 보충 LNG 스트림 등의 하나 이상의 추가 LNG 스트림을 형성하는 데에 사용되는 경우와 같이 그 일부만(바람직하게는, 대부분)으로 형성될 수 있다. 통상, 제1 LNG 스트림은 -130℃부터 -90℃까지의 온도에서 생성된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "천연 가스 공급 스트림"이라는 용어는 또한 합성 및/또는 대체 천연 가스를 포함하는 스트림을 포괄한다. 천연 가스의 대부분의 성분은 메탄이다(통상, 공급 스트림의 적어도 85 몰%, 더 흔하게는 적어도 90 몰%, 그리고 평균적으로 약 95 몰%를 포함함). 천연 가스 공급 스트림은 통상적으로 또한 더 적은 양의 다른 고비중 탄화수소, 예컨대 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등을 함유한다. 원 천연 가스의 다른 통상적인 성분은 질소, 헬륨, 수소, 이산화탄소 및/또는 다른 산성 가스, 및 수은 등의 하나 이상의 성분을 포함한다. 그러나, 본 발명에 따라 프로세싱되는 천연 가스 공급 스트림은, 필요하다면 그리고 필요에 따라, 습기, 산성 가스, 수은 및/또는 고비중 탄화수소 등의 임의의 (비교적) 높은 빙점 성분의 레벨을 천연 가스 공급 스트림이 액화되는 열교환기 내에서 결빙 또는 다른 작동 문제를 피하기 위해 필요할 때에 그러한 레벨 아래로 감소시키도록 예비 처리된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "메탄 냉매"라는 용어는 대부분 또는 전체가 메탄인 냉매를 가리킨다. 통상, 적어도 90 몰%의 메탄, 바람직하게는 적어도 95 몰%의 메탄을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "천연 가스 냉매"라는 용어는 천연 가스 공급 스트림과 유사하거나 동일한 조성으로 된(그리고 이에 따라 통상적으로 적어도 85 몰%의 메탄을 또한 포함하는) 냉매를 가리킨다. 천연 가스 냉매는, 기체상 팽창기 사이클에서 천연 가스 냉매의 임의의 응결이 발생하는 것을 피하기 위해(또는 실질적으로 피하기 위해) 필요하다면, 천연 가스 공급 스트림과 비교하여, 고비중 탄화수소 및/또는 메탄보다 비중이 큰(즉, 더 낮은 휘발성, 또는 더 높은 비등점을 갖는) 다른 성분의 일부 또는 전부의 냉매 내의 함량이 감소되도록 처리될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "간접적인 열교환"이라는 용어는 2개의 유체가 어떤 형태의 물리적 장벽에 의해 서로 분리된 상태로 유지되어 있는 곳에서 2개의 유체 사이의 열교환을 가리킨다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "기체상 팽창기 사이클"이라는 용어는 냉각 듀티를 제공하도록 순환되는 기체상 냉매의 전부, 또는 적어도 거의 전부가 사이클의 모든 지점에서 기체상으로 남아 있는 냉매 사이클을 가리킨다. 본 출원의 문맥에서, 기체상 냉매의 적어도 거의 모두는, 순환하는 냉매의 적어도 95 몰%가 사이클 전반에 걸쳐 기체상으로 남아 있으면 기체상으로 남아 있는 것으로 고려되어야 한다. 냉매 전부가 사이클의 모든 지점에서 기체상으로 남아 있는 것이 바람직하지만, 냉매의 조성 및 사용된 작동 조건에 따라 사실상 약간 미량의 응결이 발생할 수 있고, 이것이 사이클의 작동 또는 장비에 뚜렷한 악영향을 미치지 않는다면 허용될 수 있다.
기체상 팽창기 사이클은 통상적으로, 가온되고 팽창된 기체상 냉매를 압축하고, 압축된 기체상 냉매를 냉각시키며, 냉각된 압축 기체상 냉매를 팽창시켜 팽창된 저온 기체상 냉매를 형성하고, 팽창된 저온 기체상 냉매를 가온하여 원하는 냉각 듀티를 제공하며(즉, 본 발명의 경우에 천연 가스 공급 스트림을 액화하는 냉각 듀티를 제공하며), 이에 의해 또한 다시 사이클을 시작하도록 압축되는 가온되고 팽창된 기체상 냉매를 형성하는 단계를 포함한다. 순환하는 기체상 냉매의 냉각은 통상적으로 냉매를 압축하도록 사용되는 하나 이상의 압축기와 관련된 하나 이상의 인터쿨러 또는 애프터쿨러에서 발생한다(이들 쿨러는, 예컨대 주위 온도의 공기 또는 물이 순환하는 기체상 냉매를 간접적인 열교환에 의해 냉각시키도록 쿨러에 사용되는 경우와 같이 히터 싱크를 이용할 수 있다). 기체상 냉매의 추가 냉각은 또한 순환하는 기체상 냉매의 하나 이상의 팽창된 스트림이 순환하는 기체상 냉매의 하나 이상의 압축된 스트림을 냉각하는 데에 사용되는 하나 이상의 열교환기에서 일어날 수 있다. 순환하는 기체상 냉매의 팽창은 통상적으로, 예컨대 또한 하나 이상의 압축기를 구동하도록 사용될 수 있는 기계적 또는 전기적 출력을 제공할 수 있는 하나 이상의 터빈(또는 다른 일 팽창 장치)에서 일어난다. 기체상 팽창 사이클이 일어나는 냉매 회로는 물론 필수적인 압축기, 냉각기, 팽창기 및 열교환기를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 방법은 폐루프 기체상 팽창 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매를 이용할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "폐루프 사이클", "폐루프 회로" 등의 용어는 정상 작동 중에 (누출 등을 통한 것과 같이 소량의 의도치않은 손실을 보충하는 것 외에) 냉매가 회로로부터 제거되거나 회로에 추가되지 않는 냉매 사이클 또는 회로를 가리킨다.
다른 실시예에서, 방법은 개루프 기체상 팽창 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 천연 가스 냉매를 이용할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "개루프 사이클", "개루프 회로" 등의 용어는 정상 작동 중에 냉매가 연속적으로 회로에 추가되고 회로로부터 제거되는 냉매 사이클 또는 회로를 가리킨다. 따라서, 예컨대, 개루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 천연 가스 냉매를 이용하는 본 발명의 실시예에서, 천연 가스 스트림은 천연 가스 공급과 구성 냉매의 결합체로서 개루프 회로 내에 도입될 수 있고, 이어서 천연 가스 스트림은 재순환된 기체상 냉매 스트림과 결합된다. 이후에, 결합된 스트림은 압축 및 냉각되어 압축 및 냉각된 기체상 스트림을 형성하며, 이어서 이 기체상 스트림은 분할되어 액화되는 천연 가스 공급 스트림과, (냉각된) 기체상 냉매의 스트림을 형성한다. 다음에, 냉각된 기체상 냉매의 스트림은 팽창되어 천연 가스 스트림을 액화시키도록 가온되는 저온의 팽창된 기체상 냉매 스트림을 제공하고, 가온된 기체상 냉매가 다시 사이클을 시작하도록 재순환될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 메탄 또는 천연 가스 냉매는 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 냉각 듀티 모두를 제공한다.
단계 (a)가 (아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이) 방법에 의해 발생되는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 스트림을 액화시키는 것을 포함하는 다른 바람직한 실시예에서, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및 상기 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부는 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 냉각 듀티 모두를 제공한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 냉각 듀티"라는 어구는 천연 가스 공급 스트림을 기체상 스트림으로부터 액체 스트림으로 변환시키는 데에 요구되는 냉매를 가리킨다. 액화 전에 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각시키는(예컨대, 기체상 천연 가스 공급 스트림의 온도를 주위 온도로부터 저하시키는) 데에 요구될 수 있는 임의의 냉각 듀티를 가리키지 않는다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부는 또한 천연 가스 공급 스트림과 상기 냉매 및/또는 플래시 가스 사이에 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각하도록 사용된다. 상기 냉매 및/또는 플래시 가스는 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각시키는 냉각 듀티 모두를 제공할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 별개의 냉장 회로에서 순환하는 다른 냉매가 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각하도록 사용될 수 있고, 이에 따라 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각시키는 냉각 듀티의 일부 또는 모두를 제공하도록 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 폐루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 에탄 및/또는 에틸렌 냉매는 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각하도록 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 또 다른 냉매 사이클(예컨대, 프로판 사이클, 하이드로플루오로카본 사이클, 암모니아 사이클, 이산화탄소, 또는 리튬 브로마이드 흡수 사이클 등)이 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각시키는 냉각 듀티의 일부 또는 모두를 제공하도록 사용될 수 있다. 상기 추가 냉매 사이클은 또한 메탄 냉매 스트림을 예비 냉각시키는 냉각 듀티의 일부 또는 모두를 제공할 수 있다.
천연 가스 공급 스트림의 액화는, 제한하지 않지만, 셸과 튜브형, 코일 권취형, 또는 플레이트 및 핀형의 열교환기와 같이 임의의 적절한 형태의 열교환기에서 일어날 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 천연 가스 공급 스트림은 코일 권취형 열교환기(예컨대, 하나 이상의 튜브 번들 또는 섹션을 둘러싸는 쉘 케이싱을 포함하는 단일 열교환기 유닛을 포함할 수 있거나, 각자의 쉘 케이싱을 각각 갖는 2개 이상의 열교환기 유닛을 포함할 수 있음)에서 액화된다.
방법의 단계 (b)에서, 제1 LNG 스트림은 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하도록 분리된다. 제1 플래시 가스 스트림은 제1 LNG 스트림을 팽창 및 분리시키는 것으로부터 발생되는 증기 모두로부터 형성되고, 이에 따라 증기 모두를 포함하거나 증기 모두로 이루어질 수 있으며, 또는 그 일부만(바람직하게는, 적어도 대부분)으로 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 제2 LNG 스트림은 제1 LNG 스트림을 팽창 및 분리시키는 것으로부터 발생되는 액체 모두로부터 형성되고, 이에 따라 액체 모두를 포함하거나 액체 모두로 이루어질 수 있으며, 또는 그 일부만(바람직하게는, 적어도 대부분)으로 형성될 수도 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "플래시 가스"라는 용어는, 액체 스트림을 팽창(본 명세서에서 또한 "플래싱" 또는 "플래시 증발"이라고도 지칭됨)시키며, 이에 의해 액체 스트림의 압력을 감소시키고 액체 스트림을 부분적으로 기화시킨 다음, 기체상을 분리시킴으로써 얻어지는 가스 또는 증기를 가리킨다. 액체 스트림은, 예컨대 J-T 밸브(또는 다른 스로틀링 장치) 또는 유압 터빈(또는 다른 일 팽창 장치)와 같이 액체 스트림의 압력을 감소시키고 이에 의해 스트림을 부분적으로 기화시키는 데에 적절한 임의의 압력 감소 장치를 스트림이 통과하게 함으로써 팽창(또는 "플래싱")될 수 있다.
방법의 단계 (c)에서, 제2 LNG 스트림은 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하도록 분리되고, LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함한다. 제2 플래시 가스 스트림은 제2 LNG 스트림을 팽창 및 분리시키는 것으로부터 발생되는 증기 모두로부터 형성되고, 이에 따라 증기 모두를 포함하거나 증기 모두로 이루어질 수 있으며, 또는 그 일부만(바람직하게는, 적어도 대부분)으로 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 제3 LNG 스트림은 제2 LNG 스트림을 팽창 및 분리시키는 것으로부터 발생되는 액체 모두로부터 형성되고, 이에 따라 액체 모두를 포함하거나 액체 모두로 이루어질 수 있으며, 또는 그 일부만(바람직하게는, 적어도 대부분)으로 형성될 수도 있다.
방법의 단계 (d)에서, 냉장은 제2 플래시 가스 스트림을 이용하여 간접적인 열교환에 의해, (i)단계 (c)에서 냉각되기 전에 제2 LNG 스트림의 적어도 일부, 및 (ii)제1 보충 LNG 스트림 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 과냉각시킴으로써 제2 플래시 가스 스트림으로부터 회수되는데, 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하기 위해 추가적인 기체 및 액체를 생성하도록 팽창되고 분리된다.
바람직한 실시예에서, 단계 (d)는 상기 제2 LNG 스트림이 단계 (c)에서 팽창되기 전에 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각하는 것을 포함한다.
단계 (d)가 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각하고, 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하기 위한 추가의 증기 및 액체를 생성하는 것을 포함하는 실시예에서, 팽창되고 부분적으로 기화된 보충 LNG 스트림(또는 그 일부)은 팽창되고 부분적으로 기화된 제2 LNG 스트림과 결합될 수 있고, 결합된 2상 혼합물은 그 구성 기체상과 액체상으로 분리되어 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 제공한다. 대안적으로, 팽창되고 부분적으로 기화된 보충 LNG 스트림(또는 그 일부)으로부터 분리된 증기는 팽창되고 부분적으로 기화된 제2 LNG 스트림으로부터 분리된 증기와 결합되어 제2 플래시 가스 스트림을 제공할 수 있고, 팽창되고 부분적으로 기화된 보충 LNG 스트림(또는 그 일부)으로부터 분리된 액체는 팽창되고 부분적으로 기화된 제2 LNG 스트림으로부터 분리된 액체와 결합되어 제3 LNG 스트림을 제공할 수 있다.
단계 (d)가 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키는 것을 포함하는 실시예에서, 보충 LNG 스트림은 임의의 적절한 소스로부터 유도될 수 있다. 보충 LNG 스트림은, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 예컨대 재액화된 재순환된 플래시 가스를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 보충 LNG 스트림은, 전술한 바와 같이, 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시킴으로써 발생되고 제1 LNG 스트림을 형성하도록 사용되지 않는 LNG의 일부를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 방법은, 제3 LNG 스트림이 팽창 및 분리되어 추가의 플래시 가스 및 LNG 스트림을 제공하는 하나 이상의 추가 플래시 스테이지를 더 포함할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 상기 방법은,
(e)제3 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 LNG 제품은 제4 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함하는 것인 단계; 및
(f)간접적인 열교환에 의해,
(i)단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 LNG 스트림의 적어도 일부; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로 형성되는 제2 보충 LNG 스트림
을 과냉각시키도록 제3 플래시 가스 스트림을 이용하여 제3 플래시 가스 스트림으로부터 냉장을 회수하는 단계
를 더 포함하고, 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 팽창 및 분리되어 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성한다.
단계(e)에서, 제3 플래시 가스 스트림은 제3 LNG 스트림을 팽창하고 분리하는 것으로부터 발생되는 증기 모두로부터 형성되고, 이에 따라 상기 증기 모두를 포함하거나 증기 모두로 이루어질 수 있거나, 또는 제3 플래시 가스 스트림은 그 일부만(단, 바람직하게는 그 대부분)으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제4 LNG 스트림은 제3 LNG 스트림을 팽창하고 분리하는 것으로부터 발생되는 액체 모두로부터 형성되고, 이에 따라 상기 액체 모두를 포함하거나 액체 모두로 이루어질 수 있거나, 또는 제4 LNG 스트림은 그 일부만(단, 바람직하게는 그 대부분)으로 형성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 단계(f)는 제3 LNG 스트림이 단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키는 것을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 단계(d)는 제2 플래시 가스 스트림과 제3 플래시 가스 스트림 모두와의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부 및/또는 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키는 것을 포함한다(이 경우에, 제3 플래시 가스 스트림은 제3 LNG 스트림 또는 제2 보충 LNG 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 단계(f)에서 이미 가온된 후에, 단계(d)에서 제2 LNG 스트림 및/또는 제1 보충 LNG 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 더 가온된다).
바람직한 실시예에서, 플래시 가스 스트림들의 하나 이상, 또는 모두의 적어도 일부(예컨대, 제1, 제2 및/또는 제3 플래시 가스 스트림들의 하나 이상, 또는 모두의 적어도 일부)가 추가 LNG 제품을 제공하도록 재순환된다. 이는 다수의 상이한 방식으로 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 방법은, 플래시 가스 스트림(들)의 적어도 일부를 압축시켜 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하고; 그리고 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 액화시켜 하나 이상의 액화된 재순환 스트림을 생성함으로써, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 재순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 재순환 가스 스트림(들)은, 바람직하게는 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해; 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 액화된다. 바람직하게는, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키는 냉각 듀티 모두를 제공한다.
이어서, 방법은, 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 팽창시키고 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 방법은, 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 팽창시키는 단계, 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 질소 농후 오버헤드 기체와 질소 희박 저부 액체로 분리되도록 증류탑 내로 도입하는 단계, 증류탑으로부터 질소 희박 저부 액체의 스트림을 취출하는 단계, 및 상기 저부 액체의 스트림을 팽창 및 분리시켜 제1 플래시 가스 스트림 및 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 단계(d)가 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각, 팽창 및 분리시키는 것을 포함하는 실시예에서, 제1 보충 LNG 스트림은 상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 포함하거나 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서, 방법은, 플래시 가스 스트림(들) 또는 일부(들)을 압축하여 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하고; 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 천연 가스 공급 스트림이 단계(a)에서 액화되기 전에 천연 가스 공급 스트림에 도입함으로써, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 재순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 냉장은 상기 플래시 가스를 이용하여 하나 이상의 다른 프로세스 스트림을 냉각시킴으로써 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부로부터 회수될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서, 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매의 적어도 일부가 냉각된 후에, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시키기 위해 단계(a)에 사용되는 저온의 기체상 냉매를 형성하도록 팽창된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 액화된 천연 가스(LNG) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 시스템이 제공되고, 상기 시스템은,
천연 가스 공급 스트림과 메탄 또는 천연 가스 냉매를 받아들이고, 천연 가스 공급 스트림을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜, 제1 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 제1 액화기 열교환기;
기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로로서, 상기 냉장 회로는 순환하는 기체상 냉매가 제1 액화기 열교환기를 통과하게 하도록 제1 액화기 열교환기에 연결되는 것인 냉장 회로;
제1 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기;
제2 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
상기 제2 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제1 과냉각기 열교환기
를 포함하고, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 또한,
(i)제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각 하도록 구성되고 작동 가능하다.
본 발명의 제2 양태에 따른 시스템은, 제1 양태의 방법을 수행하기에 적합하고, 따라서, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 전술한 이점이 본 발명의 제2 양태에 따른 시스템에 동일하게 적용된다.
전술한 바와 같이, 압력 감소 장치는, 예컨대 하나 이상의 J-T 밸브(또는 다른 스로틀링 장치(들)) 또는 유압 터빈(또는 다른 일 팽창 장치(들))과 같이 스트림의 압력을 감소시킴으로써 스트림을 부분적으로 기화시키는 데에 적절한 임의의 장치일 수 있지만, 통상적으로 밸브 또는 그러한 다른 형태의 스로틀링 장치가 바람직하게 사용된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "분리기" 또는 "상 분리기"라는 용어는, 스트림을 그 구성 기체상과 액체상으로 분리시키도록 2개의 상 스트림이 도입될 수 있는 드럼 또는 다른 형태의 용기와 같은 장치를 지칭한다. 밸브(또는 다른 그러한 스로틀링 장치)와 분리기가 모두 사용되는 경우에, 이들 2개는 예컨대 플래시 드럼과 같이 단일 장치로 결합될 수 있는데, 플래시 드럼 내에서 드럼에 대한 입구(들)는 드럼 내로 도입되는 스트림(들)의 압력을 감소시킴으로써 스트림을 플래싱하기에 적합한 하나 이상의 장치를 포함한다.
메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성 및 작동 가능한 냉장 회로는 폐루프 회로, 또는 개루프 회로일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제1 과냉각기 열교환기는 제2 플래시 가스 스트림 및 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 제2 LNG 스트림이 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 수신되기 전에 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능하다.
전술한 바와 같이, 제1 액화기 열교환기는 제한하지 않지만, 셸과 튜브형, 코일 권취형, 또는 플레이트 및 핀형의 열교환기와 같이 임의의 적절한 형태의 열교환기일 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 제1 액화기 열교환기는 (예컨대, 하나 이상의 튜브 번들 또는 섹션을 둘러싸는 쉘 케이싱을 포함하는 단일의 열교환기를 포함할 수 있거나, 또는 그 각자의 쉘 케이싱을 각각 갖는 2개 이상의 열교환기 유닛을 포함할 수 있는) 코일 권취형 열교환기이다.
바람직한 실시예에서, 제1 액화기 열교환기는, 작동시에, 제1 액화기 열교환기가 받아들이는 유일한 냉매가 메탄 또는 천연 가스 냉매, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매와 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 되도록 구성됨으로써, 작동시에, 메탄 또는 천연 가스 냉매, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매와 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공한다.
일 실시예에서, 시스템은,
제3 LNG 스트림을 받아들이고, 제3 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - LNG 제품은 제4 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
제3 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제2 과냉각기 열교환기
를 더 포함하고, 상기 제2 과냉각기 열교환기는 또한,
(i)제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로부터 형성되는 제2 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제2 보충 LNG 스트림을 과냉각하도록 구성되고 작동 가능하다.
바람직하게는, 제2 과냉각기 열교환기는 제3 플래시 가스 스트림 및 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 제3 LNG 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 제3 LNG 스트림이 수신되기 전에 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능하다.
바람직하게는, 제1 과냉각기 열교환기는 또한 제3 플래시 가스 스트림을 받아들이고, 제2 플래시 가스 스트림과 제3 플래시 가스 스트림 모두와의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부 및/또는 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능하다.
일 실시예에서, 시스템은 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이고 압축하여 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압축기를 더 포함한다.
시스템은, 상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 받아들이고, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이며, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 상기 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해 상기 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키도록 구성되고 작동 가능한 제2 액화기 열교환기를 더 포함할 수 있다. 제2 액화기 열교환기는 작동시에, 제2 액화기 열교환기가 받아들이는 유일한 냉매가 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 되도록 구성됨으로써, 작동시에, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 상기 플래시 가스가 상기 재순환 가스 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제1 액화기 열교환기는 상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고, 상기 스트림(들)을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화시키도록 구성되고 작동 가능할 수 있다.
시스템은, 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고 팽창시켜, 상기 스트림(들)을 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 팽창된 제1 LNG 스트림을 받아들이고 분리시키는 상 분리 용기 내로 운반하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압력 감소 장치를 더 포함할 수 있다.
시스템은, 상기 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고 팽창시켜 상기 스트림(들)을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압력 감소 장치; 상기 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 받아들이고 상기 스트림(들)을 질소 농후 오버헤드 기체 및 질소 희박 저부 액체로 분리시키도록 구성되고 작동 가능한 증류탑; 및 증류탑으로부터 취출된 질소 희박 저부 액체의 스트림을 받아들이고 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 상기 팽창된 저부 액체를 팽창된 제1 LNG 스트림을 받아들이고 분리시키는 상 분리 용기 내로 운반하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치를 더 포함할 수 있다.
당업계에 널리 알려진 바와 같이, "증류탑"이라는 용어는, 증류탑 내에서 유동하는 위쪽으로 상승하는 기체와 아래쪽으로 흐르는 액체 간에 접촉을 증가시키고 이에 따라 그 사이에 질량 전달을 향상시키고, 패킹 또는 트레이 등의 장치로 각각 구성되는 하나 이상의 분리 스테이지를 포함하는 탑을 지칭한다. 이 방식에서, 더 가벼운(즉, 휘발성이 더 높고 비등점이 낮은) 성분은 탑의 상부에서 오버헤드 기체로서 수집하는 상승하는 기체에서 증가되고, 더 무거운(즉, 휘발성이 낮고 비등점이 높은) 성분은 탑의 저부에서 수집하는 저부 액체에서 증가된다. 증류탑의 "상부"는 최상측 분리 스테이지 이상의 탑 부분을 지칭한다. 증류탑의 "저부"는 최하측 분리 스테이지 이하의 탑 부분을 지칭한다. 증류탑의 "중간 위치"는 2개의 분리 스테이지 사이에서 탑의 상부와 하부 사이의 위치를 지칭한다.
제1 과냉각기 열교환기는 제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고 과냉각시키도록 구성 및 작동 가능한 경우에, 제1 보충 LNG 스트림은 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 압축하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압축기는 또한 천연 가스 공급 스트림이 제1 액화기 열교환기에 의해 수신되기 전에 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 천연 가스 공급 스트림에 도입하도록 구성되고 작동 가능하다.
제2 양태에 따른 시스템의 다른 실시예는 제1 양태에 따른 방법의 실시예의 전술한 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명의 바람직한 양태는 아래의 양태 번호 #1 내지 #32를 포함한다.
#1. 액화된 천연 가스(LNG; liquefied natural gas) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 방법으로서,
(a)기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜 제1 LNG 스트림을 생성하는 단계;
(b)상기 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리시켜 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하는 단계;
(c)상기 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함하는 것인 단계; 및
(d)간접적인 열교환에 의해,
(i)단계(c)에서 팽창되기 전에 제2 LNG 스트림의 적어도 일부; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림
을 과냉각시키도록 제2 플래시 가스 스트림을 이용하여 제2 플래시 가스 스트림으로부터 냉장을 회수하는 단계
를 포함하고, 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 팽창 및 분리되어 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#2. 양태 #1에 있어서, 상기 단계(d)는 상기 제2 LNG 스트림이 단계(c)에서 팽창되기 전에 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키는 것을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#3. 양태 #1 또는 #2에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매는 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하거나; 또는 상기 단계(a)는 또한 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 스트림을 액화시키는 것을 포함하고, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매와 상기 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부는 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#4. 양태 #1 내지 #3 중 어느 하나에 있어서,
(e)제3 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 LNG 제품은 제4 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함하는 것인 단계; 및
(f)간접적인 열교환에 의해,
(i)단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 LNG 스트림의 적어도 일부; 및/또는
(ii)상기 제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로 형성되는 제2 보충 LNG 스트림;
을 과냉각시키도록 제3 플래시 가스 스트림을 이용하여 제3 플래시 가스 스트림으로부터 냉장을 회수하는 단계
를 더 포함하고, 상기 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 팽창 및 분리되어 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#5. 양태 #4에 있어서, 상기 단계(f)는 상기 제3 LNG 스트림이 단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키는 것을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#6. 양태 #4 또는 #5에 있어서, 상기 단계(d)는 제2 플래시 가스 스트림과 제3 플래시 가스 스트림 모두와의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부 및/또는 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키는 것을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#7. 양태 #1 내지 #6 중 어느 하나에 있어서,
플래시 가스 스트림(들)의 적어도 일부를 압축시켜 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하고; 그리고
상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 액화시켜 하나 이상의 액화된 재순환 스트림을 생성함으로써, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 재순환시키는 단계
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#8. 양태 #7에 있어서, 상기 재순환 가스 스트림(들)은, 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해; 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 액화되는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#9. 양태 #8에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키는 냉각 듀티 모두를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#10. 양태 #7 내지 #9 중 어느 하나에 있어서,
상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 팽창시키고 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성시키는 단계
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#11. 양태 #7 내지 #10 중 어느 하나에 있어서,
상기 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 팽창시키는 단계, 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 질소 농후 오버헤드 기체와 질소 희박 저부 액체로 분리되도록 증류탑 내로 도입하는 단계, 증류탑으로부터 질소 희박 저부 액체의 스트림을 취출하는 단계, 및 상기 저부 액체의 스트림을 팽창 및 분리시켜 제1 플래시 가스 스트림 및 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 단계
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#12. 양태 #7 내지 #11 중 어느 하나에 있어서, 상기 단계(d)는 단계(d)(ii)에 따른 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각, 팽창 및 분리시키는 것을 포함하고, 상기 제1 보충 LNG 스트림은 상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#13. 양태 #1 내지 #9 중 어느 하나에 있어서,
플래시 가스 스트림(들) 또는 일부(들)을 압축하여 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하고;
상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 천연 가스 공급 스트림이 단계(a)에서 액화되기 전에 천연 가스 공급 스트림에 도입함으로써,
플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 재순환시키는 단계
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#14. 양태 #1 내지 #13 중 어느 하나에 있어서, 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매의 적어도 일부가 냉각된 후에, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시키기 위해 단계(a)에 사용되는 저온의 기체상 냉매를 형성하도록 팽창되는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#15. 양태 #1 내지 #14 중 어느 하나에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매는 폐루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#16. 양태 #1 내지 #14 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 개루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 천연 가스 냉매를 사용하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
#17. 액화된 천연 가스(LNG) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 시스템으로서,
천연 가스 공급 스트림과 메탄 또는 천연 가스 냉매를 받아들이고, 천연 가스 공급 스트림을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜, 제1 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 제1 액화기 열교환기;
기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로로서, 상기 냉장 회로는 순환하는 기체상 냉매가 제1 액화기 열교환기를 통과하게 하도록 제1 액화기 열교환기에 연결되는 것인 냉장 회로;
제1 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기;
제2 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
상기 제2 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제1 과냉각기 열교환기
를 포함하고, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 또한,
(i)제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록; 및/또는
(ii)제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#18. 양태 #17에 있어서, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 제2 플래시 가스 스트림 및 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 제2 LNG 스트림이 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#19. 양태 #17 또는 #18에 있어서, 상기 제1 액화기 열교환기는, 작동시에, 제1 액화기 열교환기가 받아들이는 유일한 냉매가 메탄 또는 천연 가스 냉매, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매와 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 되도록 구성됨으로써, 작동시에, 메탄 또는 천연 가스 냉매, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매와 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#20. 양태 #17 내지 #19 중 어느 하나에 있어서,
제3 LNG 스트림을 받아들이고, 제3 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - 상기 LNG 제품은 제4 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
상기 제3 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제2 과냉각기 열교환기
를 더 포함하고, 상기 제2 과냉각기 열교환기는 또한,
(i)제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 상기 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록; 및/또는
(ii)상기 제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로부터 형성되는 제2 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제2 보충 LNG 스트림을 과냉각하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#21. 양태 #20에 있어서, 상기 제2 과냉각기 열교환기는 제3 플래시 가스 스트림 및 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 제3 LNG 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 제3 LNG 스트림이 수신되기 전에 상기 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#22. 양태 #20 또는 #21에 있어서, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 또한 제3 플래시 가스 스트림을 받아들이고, 제2 플래시 가스 스트림과 제3 플래시 가스 스트림 모두와의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부 및/또는 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#23. 양태 #17 내지 #2 중 어느 하나에 있어서,
플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이고 압축하여 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압축기
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#24. 양태 #23에 있어서,
상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 받아들이고, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이며, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 상기 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해 상기 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키도록 구성되고 작동 가능한 제2 액화기 열교환기
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#25. 양태 #24에 있어서, 상기 제2 액화기 열교환기는 작동시에, 제2 액화기 열교환기가 받아들이는 유일한 냉매가 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 되도록 구성됨으로써, 작동시에, 메탄 또는 천연 가스 냉매 및/또는 상기 플래시 가스가 상기 재순환 가스 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#26. 양태 #23 내지 #25 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 액화기 열교환기는 상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고, 상기 스트림(들)을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#27. 양태 #24 내지 #26 중 어느 하나에 있어서,
하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고 팽창시켜, 상기 스트림(들)을 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 팽창된 제1 LNG 스트림을 받아들이고 분리시키는 상 분리 용기 내로 운반하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압력 감소 장치
를 더 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#28. 양태 #24 내지 #27 중 어느 하나에 있어서,
상기 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고 팽창시켜 상기 스트림(들)을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압력 감소 장치;
상기 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 받아들이고 상기 스트림(들)을 질소 농후 오버헤드 기체 및 질소 희박 저부 액체로 분리시키도록 구성되고 작동 가능한 증류탑; 및
상기 증류탑으로부터 취출된 질소 희박 저부 액체의 스트림을 받아들이고 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 상기 팽창된 저부 액체를 팽창된 제1 LNG 스트림을 받아들이고 분리시키는 상 분리 용기 내로 운반하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치
를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#29. 양태 #24 내지 #28 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고 과냉각시키도록 구성 및 작동 가능하며, 상기 제1 보충 LNG 스트림은 상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#30. 양태 #23 내지 #29 중 어느 하나에 있어서, 상기 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 압축하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압축기는 또한 천연 가스 공급 스트림이 제1 액화기 열교환기에 의해 수신되기 전에 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 천연 가스 공급 스트림에 도입하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#31. 양태 #17 내지 #30 중 어느 하나에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로는 폐루프 회로인 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
#32. 양태 #17 내지 #30 중 어느 하나에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로는 개루프 회로인 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
이제, 오직 일례로서, 본 발명의 바람직한 특정 실시예를 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 이들 도면에서, 명확성 및 간결성을 위해, 피쳐가 각 도면에서 동일한 참조 번호로 할당된 2개 이상의 도면에서 피쳐는 공통적이다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법 및 시스템이 도시되어 있다. 예비 처리된 청정 천연 가스 공급 스트림(100)이 먼저 제1 예비 냉각기 열교환기(102) 내에서 바람직하게는 -50℃에서 -30℃까지의 온도로 예비 냉각된다. 천연 가스 공급 스트림의 예비 처리(도시 생략)는 액화 중에 빙결되는 및/또는 최종 LNG 제품에서 원치않는 원 천연 가스의 성분들의 제거를 포함할 수 있고, 이에 따라 필요에 따라 그리고 필요한 경우, 탈수소, 산성 가스 제거, 수은 제거 및 고비중 탄화수소 제거 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 천연 가스가 얻어지는 압력에 따라, 예비 처리는 또한 천연 가스의 압축을 포함할 수 있다.
이어서, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 냉각된 천연 가스 공급 스트림(104)은 제1 액화기 열교환기(106)에서 더 냉각되고 액화되어 바람직하게는 -130℃에서 -90℃까지의 온도의 제1 LNG 스트림(108)을 생성한다.
제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)는 임의의 타입일 수 있지만, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같은 코일 권취형 열교환기(CWHE; coil wound heat exchange)인데, 그 이유는 CWHE가 고압 이송 회로에 탄화수소를 이중으로 포함하고 이에 따라 인화성 가스의 누출 위험을 경감시키기 때문이다. 또한, 공급 스트림에서 불순물의 잠재적인 결빙을 더 양호하게 견딜 수 있다. 도 1에 도시된 구조에서, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)는, 각자의 쉘 케이싱 내에 수용되는 단일 튜브 번들을 각각 포함하는 별개의 유닛인 것으로 도시되어 있다. 그러나, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)는, 대신에 단일 열교환기 유닛의 중온 섹션 및 저온 섹션을 각각 포함하도록 동등하게 결합될 수 있다. 예컨대, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)는 동일한 쉘 하우징 내에 수용되는 단일 CWHE 유닛의 중온 및 저온 튜브 번들을 각각 포함할 수 있다.
이어서, 제1 LNG 스트림(108)은 추가의 냉각을 제공하도록 3개의 연속적인 플래시 스테이지를 받음으로써, 점점 더 저온의 온도인 3개의 플래시 가스 스트림(118, 138, 158)과, 원하는 낮은 온도의 LNG 제품(156)을 발생시킨다.
보다 구체적으로, 제1 플래시 스테이지에서, 제1 LNG 스트림(108)은 스트림을 더 냉각하고(스트림의 온도를 저하시키고) 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 생성하도록 분리된다. 도시된 실시예에서, 제1 LNG 스트림(108)은 스트림을 제1 상 분리 용기(114) 내로 스로틀링함으로써 팽창 및 분리되고, 스트림은 스트림이 J-T 밸브(110)를 통과하게 함으로써 스로틀링된다. 그러나, 임의의 적절한 형태의 팽창 장치가 J-T 밸브(110) 대신에(및/또는 도면에 도시된 다른 J-T 밸브들 중 임의의 밸브 대신에) 사용될 수 있다.
다음에, 제2 LNG 스트림(116)의 적어도 일부(122)가 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 과냉각되고, 결과적인 과냉각된 제2 LNG 스트림 또는 제2 LNG 스트림(126)의 일부가 제2 플래시 스테이지로 전달된다. 제2 LNG 스트림(116) 의 모두는 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 과냉각될 수 있다. 대안적으로, 제2 LNG 스트림(116)의 일부(120)는 제1 과냉각기 열교환기(124)를 바이패스하고 제2 플래시 스테이지로 직접 전달될 수 있다.
제2 플래시 스테이지에서, 제2 LNG 스트림(116)은 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은 제1 플래시 가스 스트림(138)과 제3 LNG 스트림(136)을 생성하도록 분리된다. 도시된 실시예에서, 제2 LNG 스트림(116)은 스트림을 제2 상 분리 용기(134) 내로 스로틀링함으로서 팽창 및 분리되고, 과냉각된 제2 LNG 스트림 또는 제2 LNG 스트림(126)의 일부는 상기 스트림 또는 일부가 J-T 밸브(128)를 통과하게 함으로써 스로틀링되며, 제1 과냉각기 열교환기(124)를 바이패스한 제2 LNG 스트림(116)의 임의의 부분(120)은 상기 부분이 J-T 밸브(130)를 통과하게 함으로써 스로틀링된다.
다음에, 제3 LNG 스트림(136)의 적어도 일부(142)가 제2 과냉각기 열교환기(144)에서 과냉각되고, 결과적인 과냉각된 제3 LNG 스트림 또는 제3 LNG 스트림(146)의 일부가 제3 플래시 스테이지로 전달된다. 제3 LNG 스트림(136) 의 모두는 제2 과냉각기 열교환기(144)에서 과냉각될 수 있다. 대안적으로, 제3 LNG 스트림(136)의 일부(140)는 제2 과냉각기 열교환기(144)를 바이패스하고 제3 플래시 스테이지로 직접 전달될 수 있다.
제3 플래시 스테이지에서, 제3 LNG 스트림(136)은 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상 및 액체상은, 이 실시예에서, 원하는 LNG 제품(156)을 구성하는 제3 플래시 가스 스트림(158)과 제4 LNG 스트림(156)을 생성하도록 분리된다. 도시된 실시예에서, 제3 LNG 스트림(136)은 스트림을 제3 상 분리 용기(154) 내로 스로틀링함으로서 팽창 및 분리되고, 과냉각된 제3 LNG 스트림 또는 제3 LNG 스트림(146)의 일부는 상기 스트림 또는 일부가 J-T 밸브(148)를 통과하게 함으로써 스로틀링되며, 제2 과냉각기 열교환기(144)를 바이패스한 제2 LNG 스트림(136)의 임의의 부분(140)은 상기 부분이 J-T 밸브(150)를 통과하게 함으로써 스로틀링된다.
원하는 LNG 제품을 구성하는 제4 LNG 스트림(156)은 이어서 외부로 운반하기 위한 파이프라인 또는 저장 용기로 직접 전달될 수 있다. 대안적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, LNG 제품은 현장에서 LNG 저장 탱크(192) 내에 일시적으로 저장될 수 있고, LNG 제품(196)은 요구될 때에 저장 탱크로부터 취출된다. 또 다른 실시예에서, 제3 상 분리 용기(154)는, 별개의 LNG 저장 탱크(192)가 더 이상 요구되지 않도록 저장 탱크로서 기능하고 작동하는 크기로 설정될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 냉장은 제2 플래시 가스 스트림(138)이 제1 과냉각기 열교환기(124)를 통과하게 하고 상기 스트림을 제1 과냉각기 열교환기에서 가온함으로써, 그리고 제3 플래시 가스 스트림(158)이 제2 과냉각기 열교환기(144)를 통과하게 하고 상기 스트림을 제2 과냉각기 열교환기에서 그리고 이어서 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 가온함으로써 제2 플래시 가스 스트림(138)과 제3 플래시 가스 스트림(158)으로부터 회수된다. 따라서, 제3 LNG 스트림(136) 또는 그 일부(142)를 과냉각하기 위한 냉각 듀티는 제2 과냉각기 열교환기(144)에서 [제3 LNG 스트림(136) 또는 그 일부(142)와의 간접적인 열교환에 의해] 제3 플래시 가스 스트림(158)을 가온함으로써 제공되고, 제2 LNG 스트림(116) 또는 그 일부(122)를 과냉각하기 위한 냉각 듀티는 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 [제2 LNG 스트림(116) 또는 그 일부(122)와의 간접적인 열교환에 의해] 제2 플래시 가스 스트림(138)을 가온하고 제3 플래시 가스 스트림(158)을 더 가온함으로써 제공된다.
제1 및 제2 과냉각기 열교환기(124, 144)는 임의의 적절한 타입으로 될 수 있고, 별개의 열교환기 유닛 또는 동일한 유닛의 상이한 섹션을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 과냉각기 열교환기(124, 144)는 플레이트 및 핀형으로 되어 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 플래시 가스 스트림은 추가 LNG 제품을 제공하도록 재순환된다.
보다 구체적으로, 재순환되기 전에, 냉장이 먼저 제1 플래시 가스 스트림(118)을 제2 액화기 열교환기(164)에서 그리고 이어서 제2 예비 냉각기 열교환기(166)에서 가온함으로써 상기 제1 플래시 가스 스트림으로부터 회수된다. 마찬가지로, 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 빠져나가는 가온된 제2 및 제3 플래시 가스 스트림(140, 162)이 제2 액화기 열교환기(164)에서 그리고 이어서 제2 예비 냉각기 열교환기(166)에서 더 가온되어 상기 스트림들로부터 추가 냉장이 회수된다. 다시, 제2 액화기 열교환기(164)와 제2 예비 냉각기 열교환기(166)는 임의의 적절한 타입으로 될 수 있고, 별개의 열교환기 유닛 또는 동일한 유닛의 상이한 섹션을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 제2 액화기 열교환기와 제2 예비 냉각기 열교환기는 별개의 플레이트 및 핀형 열교환기 유닛이다.
이어서, 제2 예비 냉각기 열교환기(166)에서 빠져나가는 가온된 제1, 제2 및 제3 플래시 가스 스트림(172, 170, 168)은 다단 압축기(174)에서 중간단 냉각과 결합되고 압축되어, 재순환 가스 스트림(176)을 형성한다. 원하거나 필요하다면, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 일부는 또한 취출되어 연료 가스(도시 생략)로서 사용될 수 있고, 상기 연료 가스 스트림은 바람직하게는 가온된 플래시 가스 스트림(168, 170 또는 172) 중 하나 이상으로부터 취해진다. 도 1에 도시된 바와 같이, LNG 제품(156)을 저장하기 위한 별개의 저장 탱크(192)가 사용되는 경우, LNG 저장 탱크(192)로부터의 증발 가스(194)가 또한 재순환될 수 있고, 이 경우에 증발 가스(194)는, 예컨대 별개의 압축기(195)에서 압축될 수 있는데, 이 압축기는 마찬가지로 압축된 플래시 가스와 결합되어 재순환 가스 스트림(176)을 형성하는 압축된 증발 가스(198)를 형성하도록 인터쿨러(도시 생략)와 애프터쿨러(197)를 갖는 다단 압축기일 수 있다.
이어서, 재순환 가스 스트림(176)은 천연 가스 공급 스트림(100)과 별개로 그리고 병행하여 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 냉각되어, 냉각된 천연 가스 공급 스트림(104)과 유사한 온도로 냉각된 재순환 가스 스트림(178)을 제공한다. 다음에, 냉각된 재순환 가스 스트림(178)은, 액화된 재순환 가스 스트림(186)을 제공하도록 제1 액화기 열교환기(106)에서 더 냉각되고 액화된 냉각된 재순환 가스의 한 부분(182)과, 다른 액화된 재순환 가스 스트림(184)을 제공하도록 제2 액화기 열교환기(164)에서 더 냉각되고 액화되는 다른 부분으로 분할된다.
최종적으로, 액화된 재순환 가스 스트림(186, 184)은 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상과 액체상은 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 각각 형성하도록 추가의 증기와 액체를 제공하도록 분리된다. 도 1에 도시된 구조에서, 이는 전술한 바와 같이, 액화된 재순환 가스 스트림(186, 184)을 각각 J-T 밸브(190, 188)를 통해 제1 상 분리 용기(114)로 스로틀링함으로써 달성되고, 제1 상 분리 용기 내로는 제1 LNG 스트림이 또한 스로틀링된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 천연 가스 공급 스트림(100)과 재순환 가스 스트림(176)을 예비 냉각하는 모든 냉각 듀티와 제1 액화기 열교환기(106)에서 냉각된 천연 가스 공급 스트림(104)과 냉각된 재순환 가스 스트림의 부분(182)을 액화시키는 모든 냉각 듀티는 폐루프 냉장 회로 내의 폐루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 처리된 천연 가스 냉매에 의해 제공된다.
도시된 폐루프 기체상 팽창기 사이클은 2개의 팽창 스테이지를 포함한다. 통상적으로 비교적 낮은 압력(10 내지 20 bar)에 있는 중온 기체상 냉매(103)는 먼저 저압 냉매 압축기(105)에서 압축되고 (통상적으로 주위 온도의 공기 또는 물 등의 주위 온도 히트 싱크에 대해) 관련 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(107)에서 냉각된다. 결과적인 압축된 기체상 냉매 스트림(109)은 2개의 스트림(113, 111)으로 분할되고 이어서 고압 냉매 압축기(117, 115)에서 더 압축되며, 결과적인 더 압축된 기체상 냉매 스트림(121, 119)은 이후에 재결합되고[스트림(123)] (다시 통상적으로 주위 온도 히트 싱크에 대해) 애프터쿨러(125)에서 냉각된다. 결과적인 냉각 및 압축된 기체상 냉매 스트림(127)은 이어서 2개의 스트림(129, 139)으로 분할된다.
압축된 기체상 냉매 스트림(129) 중 하나는 냉매 압축기(115)를 구동하는 터보-팽창기(131)에서 일 팽창되어, 이후에 플래시 가스 스트림과 별개로 그리고 병행하여 제2 예비 냉각기 열교환기(166) 내에서 가온되는 제1 저온 기체상 냉매 스트림(137)을 제공한다.
다른 압축된 기체상 냉매 스트림(139)은 제2 예비 냉각기 열교환기에서 플래시 가스 스트림 및 제1 저온 기체상 냉매 스트림(137)과의 간접적인 열교환에 의해 더 냉각되어 더 냉각된 압축된 기체상 냉매 스트림(145)을 형성한다. 이어서, 이 스트림(145)은 냉매 압축기(117)를 구동하는 터보-팽창기(133)에서 일 팽창되어, 제1 저온 기체상 냉매 스트림(137)보다 더 저온인 제2 저온 기체상 냉매 스트림(135)을 제공한다. 이어서, 제2 저온 기체상 냉매 스트림(135)은 제1 액화기 열교환기(106)에서 가온된다. 이어서, 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 가온된 기체상 냉매 스트림(141)은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 모두 더 가온되거나, 한 부분은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 더 가온되고 다른 부분(143)은 제1 저온 기체상 냉매 스트림(137)과 결합되어 제2 예비 냉각기 열교환기(166)에서 더 가온되도록 분할될 수 있다.
최종적으로, 제2 예비 냉각기 열교환기(166) 및 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 가온된 냉매 스트림(101, 145)은 결합되고 저압 냉매 압축기(105)로 복귀되어 사이클을 다시 시작한다.
따라서, 도 1에 도시된 구조에서, 냉각된 천연 가스 공급 스트림(104)을 액화하기 위해, 그리고 냉각된 재순환 가스 스트림의 부분(182)을 액화하기 위해, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 천연 가스 공급 스트림(100)과 재순환 가스 스트림(176)을 예비 냉각하는 모든 냉각 듀티는, 전술한 바와 같이, 기체상 팽창기 사이클에서 메탄 또는 천연 가스 냉매에 의해 제공된다. LNG를 과냉각하는 냉장은 LNG를 플래싱하고 플래시 가스로부터 냉매를 회수함으로써 제공되고, 추가 냉장은 플래시 가스로부터 회수되어 냉각된 재순환 가스의 나머지를 액화시키고, 그리고 기체상 팽창기 사이클에서 순환하는 압축된 메탄 또는 천연 가스 냉매의 한 부분을 냉각하는 냉각 듀티를 제공한다. 제1 및 제2 액화기 열교환기(106, 164)로 전달되는 냉각된 재순환 가스 스트림(178)의 상대적 부분들, 및 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제2 예비 냉각기 열교환기(166) 간에 메탄/천연 가스 냉매(141)의 분할은 상기 열교환기들 각각의 냉각 듀티 요건을 최상으로 밸런싱하고 충족시키도록 필요에 따라 설정 및/또는 조절된다.
도 1에 도시된 구조에서, 천연 가스 공급 스트림(100)와 병행하지만 별개로 재순환 가스 스트림(176)을 냉각 및 액화하기 위해 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 및 제2 액화기 열교환기(106, 164)에서 별개의 회로를 이용하는 것은 재순환 가스 스트림이 천연 가스 이송 스트림과 상이한 압력으로 냉각 및 액화되어 프로세스의 설계 및 작동에 융통성을 추가할 수 있다는 것을 의미한다. 게다가, (예컨대, 예비 처리 시스템의 나쁜 성능으로 인해) 우연히 원래의 이송 가스가 물, CO2, 및/또는 고비중 탄화수소와 같이 열교환기의 온도 범위 내에서 빙결될 수 있는 성분을 함유한다면, 이들 성분은 예비 냉각기 열교환기(102) 및 제1 액화기 열교환기(106)의 고압 튜브 회로에만 포함되게 되는데, 전술한 바와 같이, 이들 열교환기는 바람직하게는 코일 권취형 열교환기이고, 이에 따라 누출에 대한 추가 보호를 제공한다.
도 3 내지 도 10에 도시된 다른 실시예에 의해 예시되는 바와 같이, 도 1에 도시된 방법 및 시스템에 대해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 실시예는, 제2 액화기 열교환기(264)와 제2 예비 냉각기 열교환기(266)가 단일의 플레이트 및 핀형 열교환기의 섹션들이고, 제2 액화기 열교환기(264)가 유닛의 더 차가운 단부에 배치되고 제2 예비 냉각기 열교환기(266)가 유닛의 더 따뜻한 단부에 배치된다는 점에서, 도 1에 도시된 실시예와 상이하다. 게다가, 이 실시예에서, 재순환 가스 스트림(176, 202)은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서가 아니라 제2 예비 냉각기 열교환기(266)에서 예비 냉각되고, 냉각된 재순환 가스 스트림의 일부가 제1 액화기 열교환기(106)에서 액화되는 것과는 대조적으로, 냉각된 재순환 가스 스트림 모두가 제2 액화기 열교환기(264)에서 액화되어 단일의 액화된 재순환 가스 스트림(184)을 제공하고, 이 단일의 액화된 재순환 가스 스트림은 이어서 이전과 같이 팽창 및 분리되어 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 각각 형성하는 추가의 증기와 액체를 제공한다.
다양한 열교환기들의 결과적인 냉각 듀티 요건을 밸런싱하고 충족시키기 위해, 이 실시예에서, 기체상 폐루프 냉장 회로 및 사이클의 배열이 또한 수정됨으로써, 이 실시예에서, 제2 저온 기체상 냉매 스트림(135)이 분할되어, 이 스트림의 일부분(201)이 제2 액화기 열교환기(264)으로 전달되어 이 제2 액화기 열교환기에서 가온된 다음 제1 저온 기체상 냉매 스트림(137)과 결합되어 (이 실시예에서, 이들 열교환기의 증가된 냉각 듀티 요건을 충족시키기 위해) 제2 예비 냉각기 열교환기(266)에서 더 가온된다. 제2 저온 기체상 냉매 스트림(135)의 나머지(203)는 제1 액화기 열교환기(106)로 전달되고 제1 액화기 열교환기에서 가온된 다음, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)(이 열교환기는, 본 실시예에서, 감소된 냉각 듀티 요건을 가짐)에서 더 가온된다.
더욱이, 도 3에 도시된 바와 같이, 초기에 생성된 재순환 가스 스트림(176)은 원한다면 2개의 재순환 가스 스트림(202, 200)을 형성하도록 분할될 수 있고, 스트림들 중 하나의 스트림(202)은 전술한 바와 같이 액화된 재순환 가스 스트림(184)을 제공하도록 제2 예비 냉각기 열교환기(266)와 제2 액화기 열교환기(264)에서 예비 냉각되고 액화되며, 다른 스트림(200)은 대신에 상기 스트림(204)이 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)에서 예비 냉각되고 액화되기 전에 천연 가스 공급 스트림(100)에 추가된다.
이 실시예는, 도 1에 도시된 실시예와 같이, 천연 가스 공급 스트림이 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)에서만 냉각되고 액화됨으로써, 공급 스트림이 빙결 성분을 함유하는 경우에 추가 보호를 제공한다는 이점을 갖는다. 이 실시예의 효율은 도 1에 도시된 실시예와 비슷하다.
도 4에 도시된 실시예에서, 제2 액화기 열교환기(264)와 제2 예비 냉각기 열교환기(266)는 다시 단일의 플레이트 및 핀형 열교환기 유닛(267)의 섹션이다. 도 4에 도시된 실시예는 또한, LNG의 추가 냉각을 위해 단 2개의 말단 플래시 스테이지만을 이용한다는 점과, 폐루프 기체상 팽창기 사이클이 단 하나의 팽창 스테이지만을 포함하며, 기체상 팽창기 사이클이 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)에서의 모든 냉각 듀티를 제공하고, 제1 및 제2 플래시 가스 스트림(118, 140)이 제2 예비 냉각기 열교환기(266)와 제2 액화기 열교환기(264)에서의 모든 냉각 듀티를 제공한다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 상이하다.
따라서, 이 실시예에서, 제2 과냉각기 열교환기, 제3 상 분리 용기 및 관련된 J-T 밸브가 더 이상 존재하지 않거나 사용되지 않고, 제2 상 분리 용기(134)에서 빠져나가는 제3 LNG 스트림(136)은 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 형성하도록 팽창 및 분리되지 않으며, 대신에 LNG 제품을 구성한다. 동일하게, 제3 플래시 가스 스트림이 더 이상 존재하지 않기 때문에, 제2 플래시 가스 스트림(138)이 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 가온되는 유일한 스트림이고, 이에 따라 상기 열교환기를 위한 모든 냉각 듀티를 제공한다.
이 실시예의 폐루프 기체상 팽창기 사이클에서, 중온 기체상 냉매(103)는 저압 냉매 압축기(105)에서 다시 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(107)에서 냉각된다. 결과적인 압축된 기체상 냉매 스트림(109)은 이 경우에 분할되지 않고, 대신에 모든 스트림이 고압 냉매 압축기(117)에서 압축되는데, 이 압축기는 이 실시예에서 유일한 고압 냉매 압축기이다. 결과적인 더 압축된 기체상 냉매 스트림(121)은 애프터쿨러(125)에서 냉각되고, 이어서 결과적인 냉각 및 압축된 기체상 냉매 스트림(139)의 전부가 천연 가스 공급 스트림(100)과 병행하여 그리고 천연 가스 공급 스트림과 별개로 예비 냉각기 열교환기(102)에서 더 냉각되어 더 냉각된 압축된 기체상 냉매 스트림(345)을 형성한다. 이어서, 이 스트림(345)은 고압 냉매 압축기(117)와 연결되어 고압 냉매 압축기를 구동하는 터보-팽창기(133)에서 일 팽창되어 저온 기체상 냉매 스트림(135)을 제공한다. 이후에, 저온 기체상 냉매 스트림(135)은 제1 액화기 열교환기(106)에서 가온되고, 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 결과적인 가온된 기체상 냉매 스트림(141)은 이어서 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 더 가온된다. 최종적으로, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 가온된 냉매 스트림(103)은 저압 냉매 압축기(105)로 복귀되어 사이클을 다시 시작한다.
제1 및 제2 예비 냉각기 열교환기(102, 266)와 제1 및 제2 액화기 열교환기(106, 264) 간에 냉각 듀티 요건을 밸런싱하기 위하여, 도 4에 도시된 실시예에서, 다단 압축기(174)에 의해 생성되는 재순환 가스 스트림(176)은 2개의 재순환 가스 스트림(202, 200)을 형성하도록 분할된다. 상기 스트림(204)이 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)에서 예비 냉각되고 액화되기 전에 하나의 재순환 가스 스트림(200)이 천연 가스 공급 스트림(100)에 추가된다. 다른 재순환 가스 스트림(202)은 제2 예비 냉각기 열교환기(266)에서 예비 냉각된 다음, 2개의 재순환 가스 스트림을 형성하도록 또한 분할된다. 이어서, 상기 재순환 가스 스트림들 중 하나의 스트림은 제2 액화기 열교환기(264)에서 더 냉각되고 액화되어 액화된 재순환 가스 스트림(184)을 형성하고, 이어서 이 액화된 재순환 가스 스트림은 (도 1에 도시된 실시예에서와 같이) 팽창되고 분리되어 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 각각 형성하는 추가 증기 및 액체를 제공한다. 상기 재순환 가스 스트림(390) 중 다른 스트림은 상기 천연 가스 스트림(104)이 제1 액화기 열교환기(106)에서 더 냉각되고 액화되기 전에 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 냉각된 천연 가스 스트림(104)과 결합된다.
도 4에 도시된 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예 만큼 효율적이지는 않지만, 본 발명의 더 간단한 실시를 제공하여, 장비를 덜 필요로 하고 이에 따라 자본 비용이 더 낮다.
도 5는 질소 및/또는 다른 가벼운 성분이 재순환 가스로부터 방출되게 하도록 증류탑이 사용되는 실시예의 한가지 가능한 구조를 예시한다.
도 5에 도시된 실시예는 도 1의 실시예에서와 같이 2개의 팽창 스테이지를 포함하는 폐루프 기체상 팽창기 사이클을 이용한다. 그러나, 이 실시예에서, 폐루프 기체상 팽창기는 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)를 위한 냉각 듀티만을 제공하고, 압축된 기체상 냉매 스트림(139)의 냉각은 제2 예비 냉각기 열교환기가 아니라 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 일어난다. 따라서, 도 1의 실시예와 비교할 때에, 이 실시예에서, 터보-팽창기(131)로부터의 저온 기체상 냉매 스트림(137)은 제2 예비 냉각기 열교환기가 아니라 제1 예비 냉각기 열교환기(102)로 전달되고 이 제1 예비 냉각기 열교환기에서 가온되며, 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 가온된 기체상 냉매 스트림은 모두 제1 예비 냉각기 열교환기(102)로 전달되고 이 제1 예비 냉각기 열교환기에서 더 가온된다.
도 4에 도시된 실시예와 같이, 도 5의 실시예는 LNG를 과냉각하기 위해 2개의 말단 플래시 스테이지만을 이용하고, 이에 따라 이 실시예에서 제3 플래시 가스 스트림이 존재하지 않으며, 제3 LNG 스트림(136)은 LNG 제품을 구성한다. 또한, 도 4에 도시된 실시예에서와 같이, 이 실시예에서, 제1 및 제2 플래시 가스 스트림(118, 140)은 제2 예비 냉각기 열교환기(266)와 제2 액화기 열교환기(264)에서 모든 냉각 듀티를 제공한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 다단 압축기(174)에 의해 생성되는 재순환 가스 스트림(176)은 2개의 재순환 가스 스트림(202, 400)을 형성하도록 분할된다. 재순환 가스 스트림(400)은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 냉각되어 냉각된 재순환 가스 스트림(178)을 형성한다. 재순환 가스 스트림(202)은 제2 예비 냉각기 열교환기(266)에서 예비 냉각된 다음, 3개의 재순환 가스 스트림을 형성하도록 또한 분할된다. 이어서, 상기 재순환 가스 스트림들 중 하나는 제2 액화기 열교환기(264)에서 더 냉각되고 액화되어 액화된 재순환 가스 스트림(184)을 형성한다. 상기 재순환 가스 스트림(390, 402) 중 다른 스트림은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 냉각된 재순환 가스 스트림(178)과 결합되고, 이 결합된 재순환 가스 스트림은 이어서 제1 액화기 열교환기(106)에서 더 냉각되고 액화되어 다른 액화된 재순환 가스 스트림(186)을 형성한다. 상기 재순환 가스 스트림들 중 다른 스트림(404)은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 스트리핑 가스(stripping gas)의 소스로서 사용된다.
액화된 재순환 가스 스트림(184, 186)은, 예컨대 J-T 밸브(418, 416)를 통과함으로써 팽창되고 및 부분적으로 기화되며, 증류탑(410)의 상부로 도입된다. 다른 재순환 가스 스트림(404)이 팽창되고 증류탑(410)의 저부에서 도입됨으로써, 증류탑을 위한 스트리핑 가스를 제공한다. 질소가 (증류탑 내로 도입되는 재순환 가스에 비해) 농후한, 증류탑의 상부에서 포집된 오버헤드 증기 및/또는 메탄보다 가벼운 재순환 가스의 임의의 다른 성분은 질소(및/또는 다른 가벼운 성분) 농후 스트림(420)으로서 증류탑의 상부로부터 취출되는데, 이 질소 농후 스트림은 (예컨대, 분위기로 표출됨으로써) 시스템으로부터 리젝트되거나 임의의 원하는 목적에 쓰일 수 있다. 질소가 (증류탑 내로 도입되는 재순환 가스에 비해) 희박한, 증류탑의 저부에서 포집된 저부 액체 및/또는 메탄보다 가벼운 재순환 가스의 임의의 다른 성분은 질소(및/또는 다른 가벼운 성분) 희박 스트림(412)으로서 증류탑의 저부로부터 취출된다. 이어서, 저부 액체의 이 스트림(412)은 팽창 및 분리되어 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 증기 및 액체를 생성한다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 저부 액체 스트림(412)은, 전술한 바와 같이, 스트림을 J-T 밸브(414)를 통해 제1 상 분리 용기(114) 내로 스로틀링함으로써 팽창될 수 있는데, 제1 상 분리 용기 내로 제1 LNG 스트림(108)이 또한 스로틀링된다.
전술한 바와 같이, 증류탑의 목적은 재순환 가스 스트림(들)으로부터 질소(및/또는 다른 가벼운 성분)을 제거하고 이들 가벼운 성분이 LNG 제품 내에 축적되는 것을 방지하는 것이다. 증류탑의 압력은 최상의 효율을 달성하도록 최적화된다. 재순환된 플래시 스트림은 천연 가스 공급 스트림에 존재하는 질소(및/또는 임의의 다른 가벼운 성분)의 대부분을 함유하게 되기 때문에, 재순환된 가스 스트림을 재액화시키는 전용 회로를 구비하면 천연 가스 공급물에 존재하는 질소, 및 또한 임의의 다른 가벼운 성분(H2, He, 및/또는 Ar)이 효율적으로 그리고 효과적으로 제거될 수 있다.
도 6에 도시된 실시예는, 플래시 가스 스트림을 받아들이고 그 스트림으로부터 냉장을 회수하는 제2 액화기 열교환기 및 제2 예비 냉각기 열교환기를 구비하는 대신에, 제1 예비 냉각기 열교환기(502)와 제1 액화기 열교환기(506)가 또한 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 설계된다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 상이하다. 게다가, 도 6은 제1 예비 냉각기 열교환기와 제1 액화기 열교환기에 대해 냉각 듀티를 제공하도록 폐류프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 처리된 천연 가스 냉매를 이용하는 개루프 냉장 회로의 이용을 예시하고 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 제1 예비 냉각기 열교환기(502)와 제1 액화기 열교환기(506)는 플레이트 및 핀형 열교환기이지만, 임의의 적절한 유형의 열교환기가 사용될 수도 있다.
따라서, 도 6에 도시된 실시예에서, 냉장은 제1 플래시 가스 스트림(118)으로부터, 그리고 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 빠져나가는 제3 플래시 가스 스트림(140, 162)으로부터, 제1 액화기 열교환기(506)와 제1 예비 냉각기 열교환기(502)에서 상기 스트림들을 가온함으로써 회수된다. 이어서, 제1 예비 냉각기 열교환기(502)에서 빠져나가는 가온된 제1, 제2 및 제3 플래시 가스 스트림(172, 170, 168)은 다단 압축기(174)에서 결합되고 압축되어, 재순환 가스 스트림(176)을 형성한다. 이어서, 재순환 가스 스트림(176)은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 냉각되어 냉각된 재순환 가스 스트림(178)을 제공하고, 냉각된 재순환 가스 스트림(178)은 제1 액화기 열교환기(106)에서 더 냉각되고 액화되어 액화된 재순환 가스 스트림(184)을 제공한다. 이어서, 액화된 재순환 가스 스트림(184)은 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키도록 팽창되고, 결과적인 기체상과 액체상은 (도 1과 관련하여 전술한 바와 같이) 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 각각 형성하는 추가의 증기와 액체를 제공하도록 분리된다.
처리된 천연 가스 스트림(100)은 천연 가스 공급물과 구성 냉매 양자의 조합으로서 개루프 냉장 회로 내로 도입된다. 천연 가스 스트림(100)은 저압 냉매 압축기(105)의 상류측 회로 내로 도입될 수 있고, 이 경우에, 천연 가스 스트림(100)은 예비 냉각기 열교환기(502)에서 빠져나가는 중온 냉매(503)와 결합되며, 이어서 결합된 스트림은 저압 냉매 압축기(105)에서 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(107)에서 냉각되어 기체상 냉매와 천연 가스 공급물의 압축 및 냉각된 결합 스트림(509)을 형성한다. 대안적으로, 천연 가스 스트림(100)은 저압 냉매 압축기(105)의 하류측 회로 내로 도입될 수 있고, 이 경우에, 예비 냉각기 열교환기(502)에서 빠져나가는 중온 냉매(503)는 저압 냉매 압축기(105)에서 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(107)에서 냉각됨으로써, 천연 가스 스트림(100)과 결합되는 기체상 냉매의 압축 및 냉각된 스트림을 형성하여 기체상 냉매와 천연 가스 공급물의 압축 및 냉각된 결합 스트림(509)을 형성한다.
이후에, 압축 및 냉각된 결합 스트림(509)은 2개의 스트림(513, 511)으로 분할되고 이어서 고압 냉매 압축기(117, 115)에서 더 압축되며, 결과적인 더 압축된 스트림(521, 519)은 이후에 재결합되고[스트림(523)] 애프터쿨러(125)에서 냉각된다. 결과적인 냉각 및 압축된 기체상 냉매와 천연 가스 공급물의 결합 스트림(527)은 이어서 2개의 스트림(529, 539)으로 분할된다.
스트림(529)은 터보-팽창기(131)에서 일 팽창되어, 이후에 플래시 가스 스트림과 별개로 그리고 병행하여 제1 예비 냉각기 열교환기(502) 내에서 가온되는 제1 저온 기체상 냉매 스트림(537)을 제공한다.
스트림(539)은 제1 예비 냉각기 열교환기에서 플래시 가스 스트림 및 제1 저온 기체상 냉매 스트림(537)과의 간접적인 열교환에 의해 더 냉각되어 더 냉각된 압축된 기체상 냉매 스트림(550)을 형성한다. 이 스트림(550)은 별개의 냉매 스트림(545)과 천연 가스 공급 스트림(541)을 형성하도록 분할된다. (이제 냉각된) 천연 가스 공급물 스트림(541)은 제1 액화기 열교환기(506)에서 더 냉각되고 액화되어, 이후에 도 1에서 설명된 바와 같이 더 프로세싱되는 제1 LNG 스트림(108)을 제공한다. 냉각된 기체상 냉매 스트림(545)은 터보-팽창기(133)에서 일 팽창되어 제2 저온 기체상 냉매 스트림(535)을 형성한다. 이후에, 이 스트림(535)은 플래시 가스와 별개로 그리고 병행하여 제1 액화기 열교환기(506)에서 가온된다. 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 가온된 기체상 냉매 스트림(541)은 저온 냉매 스트림(537)과 결합되고 제1 예비 냉각기 열교환기(502)에서 더 가온된다.
최종적으로, 제1 예비 냉각기 열교환기(502) 에서 빠져나가는 가온된 냉매 스트림(503)은 저압 냉매 압축기(105)로 복귀되어 사이클을 다시 시작한다.
도 7은 제2 예비 냉각기 열교환기와 제2 액화기 열교환기가 다시 생략된 본 발명의 다른 실시예를 예시한다. 이 실시예에서는, 열교환기에서 제1 플래시 가스 스트림(118)으로부터 냉장이 회수되지 않고, 제1 과냉각기 열교환기(124)에서 빠져나가는, 이미 부분적으로 가온된 제2 및 제3 플래시 가스 스트림(140, 162)으로부터 회수되는 추가 냉장도 없다. 대신에, 이들 플래시 가스 스트림은 압축기(674)로 직접 공급되어 저온 압축되는데, 이 경우에 재순환 가스 스트림(176)을 형성하도록 인터쿨러 또는 애프터쿨러의 이용을 필요로 하지 않는다. 이어서, 재순환 가스 스트림(176)은 천연 가스 공급 스트림과 병행하여 그리고 별개로 제1 예비 냉각기 열교환기에서 냉각되고 제1 액화기 열교환기(106)에서 더 냉각되고 액화되어, 액화된 재순환 스트림(186)을 제공하는데, 이후에 이 액화된 재순환 스트림은, 이미 설명한 바와 같이 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 각각 형성하는 추가의 증기 및 액체를 제공하도록 팽창 및 분리된다. 이 실시예에서 폐루프 기체상 팽창기 사이클의 작동은 도 5와 관련하여 전술한 것과 동일하다.
도 8은 도 1에 도시된 실시예와 상이한 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 이 실시예에서는 제1 및 제2 과냉각기 열교환기(124, 144)가 제2 및 제3 LNG 스트림(116, 136)의 일부 또는 전부를 과냉각하도록 사용되지 않고, 대신에 제1 및 제2 보충 LNG 스트림(812, 804)을 과냉각하도록 사용된다.
보다 구체적으로, 이 실시예에서, 제1 상 분리 용기(114)는 팽창되고 부분적으로 기화된 제1 LNG 스트림과 팽창되고 부분적으로 기화된 액화된 재순환 가스 스트림을 다시 받아들이고 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제1 플래시 가스 스트림(118)과 제2 LNG 스트림(116)을 제공한다. 그러나, 이 실시예에서, 제2 LNG 스트림(116) 전부는, 예컨대 스트림의 임의의 부분이 제1 과냉각기 열교환기에서 먼저 과냉각되는 일 없이, J-T 밸브(130)를 통해 스로틀링되고 제2 상 분리 용기(134)로 전송됨으로써, 팽창되고 부분적으로 기화된다. 유사하게, 제3 LNG 스트림(116) 전부는, 예컨대 스트림의 임의의 부분이 제2 과냉각기 열교환기에서 먼저 과냉각되는 일 없이, J-T 밸브(150)를 통해 스로틀링되고 제3 상 분리 용기(154)로 전송됨으로써, 팽창되고 부분적으로 기화된다.
제1 및 제2 과냉각기 열교환기(124, 144)는, 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 제2 및 제3 플래시 가스 스트림(138, 158)을 여전히 받아들이고 이들 스트림으로부터 냉장을 회수한다. 그러나, 이 실시예에서, 제1 과냉각기 열교환기(124)는 제1 보충 LNG 스트림(812)을 과냉각시킨다. 이어서, 결과적인 과냉각된 제1 보충 LNG 스트림(802)은, 이 실시예에서, 2개의 부분으로 분할된다. 하나의 부분인 스트림(803)은 팽창되고 부분적으로 기화되고 분리되어 제2 플래시 가스 스트림(138)과 제3 LNG 스트림(136)을 각각 형성하는 추가의 기체 및 액체를 제공하는데, 이는 예컨대 과냉각된 제1 보충 LNG 스트림의 상기 부분(803)을 J-T 밸브(828)를 통해 제2 상 분리 용기(134) 내로 스로틀링함으로써 달성될 수 있다. 과냉각된 제1 보충 LNG 스트림(802)의 다른 부분은 이어서 제2 과냉각기 열교환기(144)에서 과냉각되는 제2 보충 LNG 스트림(804)을 형성한다. 이어서, 결과적인 과냉각된 제2 보충 LNG 스트림(805)은 팽창되고 부분적으로 기화되고 분리되어 제3 플래시 가스 스트림(158)과 제4 LNG 스트림(156)을 각각 형성하는 추가의 기체 및 액체를 제공하는데, 이는 예컨대 과냉각된 제2 보충 LNG 스트림(805)을 J-T 밸브(848)를 통해 제2 상 분리 용기(154) 내로 스로틀링함으로써 달성될 수 있다.
제1 보충 LNG 스트림(812)은, 이 실시예에서, 다양한 소스로부터 유도될 수 있다. 제1 보충 LNG 스트림(812)은, 이미 설명한 바와 같이, 예컨대 제2 액화기 열교환기(164; 도 8에 도시됨)에 의해 발생되는 액화된 재순환 가스(184)의 일부(또는 전부)로부터, 또는 제1 액화기 열교환기(도시 생략)에 의해 발생되는 액화된 재순환 가스(186)의 일부 또는 전부로부터 형성되는 액화된 재순환 가스(801)의 스트림을 포함하고, 상기 액화된 재순환 가스 스트림의 나머지는 팽창되고 제1 상 분리기(114)로 전달된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 보충 LNG 스트림(812)은, 이미 설명한 바와 같이, 천연 가스 공급 스트림을 액화하는 것으로부터 제1 액화기 열교환기에 의해 발생되는 LNG 스트림(108)의 부분(811)을 포함할 수 있고, 상기 LNG 스트림의 나머지는 제1 LNG 스트림을 형성하며, 제1 LNG 스트림은 이후에 팽창되고 제1 상 분리기(114)로 전달된다.
도 9 및 도 10은, 냉매가 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에 대해 제공되는 방식의 관점에서 이전 실시예들(이들 실시예의 모든 다른 양태는 도 5에 도시되고 위에서 설명된 실시예와 동일함)과 상이한 본 발명의 또 다른 실시예를 예시한다. 보다 구체적으로, 이들 실시예 모두에서, 예비 냉각기 열교환기(102)에 대한 냉각 듀티는 폐루프 기체상 팽창기 사이클에서 에틸렌(또는 에탄) 냉매가 기체상 냉매로서 순환하는 폐루프 냉장 회로에 의해 제공된다. 기체상 메탄 또는 천연 가스 팽창기 사이클은, 다시 제1 액화기 열교환기(106)에 대한 냉각 듀티를 제공하는 데에만 사용된다.
보다 구체적으로, 도 9에 도시된 실시예에서, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 중온의 기체상 에틸렌 냉매(903)는 저압 에틸렌 냉매 압축기(905)에서 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(907)에서 냉각된다. 압축된 에틸렌 냉매는 고압 에틸렌 냉매 압축기(915)에서 더 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(927)에서 냉각된 다음, 고압 에틸렌 냉매 압축기(915)를 구동시키는 터보-팽창기(931)에서 일 팽창되어, 저온 기체상 에틸렌 냉매 스트림(937)을 생성한다. 이어서, 저온 기체상 에틸렌 냉매 스트림(937)은 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 가온되어 상기 열교환기를 위한 냉각 듀티를 제공한다. 다음에, 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 중온의 기체상 에틸렌 냉매(903)는 저압 압축기(905)로 복귀되어 기체상 에틸렌 팽창기 사이클을 재시작한다.
제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 중온의 기체상 메탄 또는 천연 가스 냉매(704)는 저압 메탄/천연 가스 냉매 압축기(705)에서 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(707)에서 냉각된다. 이어서, 결과적인 압축된 냉매 스트림(713)은 고압 압력 메탄/천연 가스 냉매 압축기(717)에서 더 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(727)에서 냉각되며, 이어서 결과적인 냉각 및 압축된 기체상 냉매 스트림(739)은 천연 가스 공급 스트림(100)과 병행하여 그리고 별개로 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 더 냉각된다. 다음에, 예비 냉각기 열교환기(102)에서 빠져나가는 저온의 기체상 냉매 스트림(745)은 고압 메탄/천연 가스 냉매 압축기(717)를 구동하는 터보-팽창기(733)에서 일 팽창되어 더 냉각된 기체상 냉매 스트림(735)을 제공하며, 이러한 더 냉각된 기체상 냉매 스트림은 이어서 제1 액화기 열교환기(106)에서 가온되어 상기 열교환기에 대해 냉각 듀티를 제공한다. 이어서, 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 중온의 기체상 메탄 또는 천연 가스 냉매(704)는 저압 메탄/천연 가스 냉매 압축기(705)로 복귀되어 기체상 메탄 또는 천연 가스 팽창기 사이클을 재시작한다.
도 10에 도시된 실시예에서, 기체상 에틸렌 팽창기 사이클의 작동은 도 9에 도시되고 위에서 설명된 것과 동일하다. 그러나, 기체상 메탄 또는 천연 가스 팽창기 사이클은, 이 실시예에서, 기체상 메탄/천연 가스 냉매가 제1 예비 냉각기 열교환기(102)에서 냉각되지 않는다는 점에서 도 9에 도시된 것과 상이하다.
보다 구체적으로, 도 10에 도시된 실시예에서, 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 가온된 기체상 메탄 또는 천연 가스 냉매(754)는 이코노마이저 열교환기(791)에서 더 가온되어 가온된 기체상 냉매 스트림(759)을 제공하며, 이 가온된 기체상 냉매 스트림은 저압 메탄/천연 가스 냉매 압축기(755)에서 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(757)에서 냉각된다. 다음에, 결과적인 압축된 냉매 스트림(763)은 고압 메탄/천연 가스 냉매 압축기(767)에서 더 압축되고 관련된 인터쿨러(도시 생략) 및/또는 애프터쿨러(777)에서 냉각된다. 결과적인 냉각 및 압축된 기체상 냉매 스트림(789)은 이어서 이코노마이저 열교환기(791)에서 더 냉각된다. 다음에, 이코노마이저 열교환기(791)에서 빠져나가는 저온의 기체상 냉매 스트림(795)은 고압 메탄/천연 가스 냉매 압축기(767)를 구동하는 터보-팽창기(783)에서 일 팽창되어 더 냉각된 기체상 냉매 스트림(787)을 제공하며, 이러한 더 냉각된 기체상 냉매 스트림은 이어서 제1 액화기 열교환기(106)에서 가온되어 상기 열교환기에 대해 냉각 듀티를 제공한다. 이어서, 제1 액화기 열교환기(106)에서 빠져나가는 가온된 기체상 메탄 또는 천연 가스 냉매(754)는 이코노마이저 열교환기(791)로 복귀되어 사이클을 재시작한다.
예
본 발명의 작동을 예시하기 위하여, 도 1에 도시되고 설명된 천연 가스 공급 스트림을 액화하는 방법을 ASPEN Plus 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션은 100% 메탄으로 구성되는 천연 가스 공급 스트림 및 100% 메탄으로 또한 구성되는 기체상 냉매를 기초로 하여 수행되었다.
아래의 표 1은 시뮬레이션 중에 다양한 스트림들의 조건 및 조성을 나열한다(표 1에 사용된 참조 번호는 도 1에 사용된 것과 동일함). 이 시뮬레이션에서, 프로세스의 총 비전력(specific power)은, 당업계에 공지된 바와 같이, 각 플래시 스테이지의 압력, 각 열교환기의 출구 온도, 분할 또는 분열되는 각 스트림의 분할비, 및 각 팽창기의 출구 압력 등의 파라미터를 제어함으로서 최소화된다.
표 2는 전술한 바와 같이 시뮬레이션된 도 1의 방법과, 종래 기술의 3-압신기(compander) 질소 재순환 프로세스 간에 비교를 나타내는데, 여기서 "UA"는 전체 필수 열전달 계수에 접촉 면적을 곱한 값이다. 이 비교는 동일한 공급 가스 조건을 이용하여 수행되었다. 표 2에서 확인될 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 전통적인 질소 재순환 프로세스보다 더 높은 효율을 제공하고 더 적은 전력을 소비한다.
도 2는 제1 예비 냉각기 열교환기(102)와 제1 액화기 열교환기(106)에 대한 냉각 곡선을 보여준다.
Figure pat00001
본 발명 3-압신기 질소 재순환 프로세스
상대 비전력 0.93 1
상대 UA 0.93 1
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 전술한 상세 내용으로 제한되지 않고, 아래의 청구범위에서 한정되는 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어남이 없이 많은 수정과 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (30)

  1. 액화된 천연 가스(LNG; liquefied natural gas) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 방법으로서,
    (a)기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜 제1 LNG 스트림을 생성하는 단계;
    (b)상기 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리시켜 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하는 단계;
    (c)상기 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함하는 것인 단계; 및
    (d)간접적인 열교환에 의해,
    (i)단계(c)에서 팽창되기 전에 제2 LNG 스트림의 적어도 일부;
    (ii)제1 보충 LNG 스트림; 또는
    (iii)단계(c)에서 팽창되기 전에 제2 LNG 스트림의 적어도 일부와 제1 보충 LNG 스트림
    를 과냉각시키도록 제2 플래시 가스 스트림을 이용하여 제2 플래시 가스 스트림으로부터 냉장을 회수하는 단계
    를 포함하고, 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 팽창 및 분리되어 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(d)는 상기 제2 LNG 스트림이 단계(c)에서 팽창되기 전에 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키는 것을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매는 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하거나; 또는 상기 단계(a)는 또한 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 스트림을 액화시키는 것을 포함하고, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매와 상기 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부는 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (e)제3 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 LNG 제품은 제4 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함하는 것인 단계; 및
    (f)간접적인 열교환에 의해,
    (i)단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 LNG 스트림의 적어도 일부;
    (ii)상기 제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로 형성되는 제2 보충 LNG 스트림; 또는
    (iii)단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 LNG 스트림의 적어도 일부와, 상기 제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로 형성되는 제2 보충 LNG 스트림
    을 과냉각시키도록 제3 플래시 가스 스트림을 이용하여 제3 플래시 가스 스트림으로부터 냉장을 회수하는 단계
    를 더 포함하고, 상기 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부는 팽창 및 분리되어 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단계(f)는 상기 제3 LNG 스트림이 단계(e)에서 팽창되기 전에 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키는 것을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 단계(d)는 제2 플래시 가스 스트림과 제3 플래시 가스 스트림 모두와의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부, 제1 보충 LNG 스트림, 또는 제2 LNG 스트림의 적어도 일부와 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키는 것을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    플래시 가스 스트림(들)의 적어도 일부를 압축시켜 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하고; 그리고
    상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 액화시켜 하나 이상의 액화된 재순환 스트림을 생성함으로써, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 재순환시키는 단계
    를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 재순환 가스 스트림(들)은, 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해; 또는 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해; 또는 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환 및 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 액화되는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부, 또는 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매 및 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키는 냉각 듀티 모두를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 팽창시키고 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성시키는 단계
    를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 팽창시키는 단계, 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 질소 농후 오버헤드 기체와 질소 희박 저부 액체로 분리되도록 증류탑 내로 도입하는 단계, 증류탑으로부터 질소 희박 저부 액체의 스트림을 취출하는 단계, 및 상기 저부 액체의 스트림을 팽창 및 분리시켜 제1 플래시 가스 스트림 및 제2 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체와 액체를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 단계(d)는 단계(d)(ii)에 따른 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각, 팽창 및 분리시키는 것을 포함하고, 상기 제1 보충 LNG 스트림은 상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    플래시 가스 스트림(들) 또는 일부(들)을 압축하여 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하고;
    상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 천연 가스 공급 스트림이 단계(a)에서 액화되기 전에 천연 가스 공급 스트림에 도입함으로써,
    플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 재순환시키는 단계
    를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  14. 제1항에 있어서, 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 메탄 또는 천연 가스 냉매의 적어도 일부가 냉각된 후에, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시키기 위해 단계(a)에 사용되는 저온의 기체상 냉매를 형성하도록 팽창되는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매는 폐루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 방법은 개루프 기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 순환하는 천연 가스 냉매를 사용하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 방법.
  17. 액화된 천연 가스(LNG) 제품을 생성하도록 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 시스템으로서,
    천연 가스 공급 스트림과 메탄 또는 천연 가스 냉매를 받아들이고, 천연 가스 공급 스트림을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 액화시켜, 제1 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 제1 액화기 열교환기;
    기체상 팽창기 사이클에서 기체상 냉매로서 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로로서, 상기 냉장 회로는 순환하는 기체상 냉매가 제1 액화기 열교환기를 통과하게 하도록 제1 액화기 열교환기에 연결되는 것인 냉장 회로;
    제1 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제1 플래시 가스 스트림과 제2 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기;
    제2 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - 상기 LNG 제품은 제3 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
    상기 제2 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제1 과냉각기 열교환기
    를 포함하고, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 또한,
    (i)제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록;
    (ii)제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제2 플래시 가스 스트림과 제3 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제1 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각하도록; 또는
    (iii)상기 (i)과 (ii)를 모두 행하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 제2 플래시 가스 스트림 및 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 제2 LNG 스트림이 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 액화기 열교환기는, 작동시에, 제1 액화기 열교환기가 받아들이는 유일한 냉매가 메탄 또는 천연 가스 냉매, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매와 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 되도록 구성됨으로써, 작동시에, 메탄 또는 천연 가스 냉매, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매와 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부가 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 모든 냉각 듀티를 제공하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    제3 LNG 스트림을 받아들이고, 제3 LNG 스트림을 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 결과적인 기체상과 액체상을 분리하여 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기 - 상기 LNG 제품은 제4 LNG 스트림 또는 그 일부를 포함함 -; 및
    상기 제3 플래시 가스 스트림을 받아들이고 이 스트림으로부터 냉장을 회수하도록 구성되고 작동 가능한 제2 과냉각기 열교환기
    를 더 포함하고, 상기 제2 과냉각기 열교환기는 또한,
    (i)제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 상기 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 상기 스트림이 수신되기 전에 상기 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해, 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록;
    (ii)상기 제1 보충 LNG 스트림의 과냉각된 부분으로부터 형성되는 제2 보충 LNG 스트림을 받아들이고, 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부를 팽창 및 분리시켜 제3 플래시 가스 스트림과 제4 LNG 스트림을 각각 형성하는 추가 기체 및 액체를 생성하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치 및 상 분리 용기에 의해 상기 제2 보충 LNG 스트림의 적어도 일부가 수신되기 전에 상기 제2 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해, 제2 보충 LNG 스트림을 과냉각하도록; 또는
    (iii)상기 (i)과 (ii)를 모두 행하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 과냉각기 열교환기는 제3 플래시 가스 스트림 및 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 받아들이고, 제3 LNG 스트림을 팽창시키도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치에 의해 제3 LNG 스트림이 수신되기 전에 상기 제3 플래시 가스 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제3 LNG 스트림의 적어도 일부를 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 또한 제3 플래시 가스 스트림을 받아들이고, 제2 플래시 가스 스트림과 제3 플래시 가스 스트림 모두와의 간접적인 열교환에 의해 제2 LNG 스트림의 적어도 일부, 제1 보충 LNG 스트림, 또는 제2 LNG 스트림의 적어도 일부와 제1 보충 LNG 스트림을 과냉각시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  23. 제17항에 있어서,
    플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이고 압축하여 하나 이상의 재순환 가스 스트림을 형성하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압축기
    를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 받아들이고, 메탄 또는 천연 가스 냉매, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매 및 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이며, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매, 상기 플래시 가스, 또는 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매 및 상기 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해 상기 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키도록 구성되고 작동 가능한 제2 액화기 열교환기를 더 포함하거나;
    상기 제1 액화기 열교환기는 상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고, 상기 스트림(들)을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화시키도록 구성되고 작동 가능하거나; 또는
    상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림 중 하나 이상을 받아들이고, 메탄 또는 천연 가스 냉매, 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부, 또는 메탄 또는 천연 가스 냉매 및 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 받아들이며, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매, 상기 플래시 가스, 또는 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매 및 상기 플래시 가스와의 간접적인 열교환에 의해 상기 재순환 가스 스트림(들)을 액화시키도록 구성되고 작동 가능한 제2 액화기 열교환기를 더 포함하고, 상기 제1 액화기 열교환기는 상기 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고, 상기 스트림(들)을 메탄 또는 천연 가스 냉매와의 간접적인 열교환에 의해 액화시키도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고 팽창시켜, 상기 스트림(들)을 냉각하고 부분적으로 기화시키며, 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 팽창된 제1 LNG 스트림을 받아들이고 분리시키는 상 분리 용기 내로 운반하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압력 감소 장치
    를 더 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 하나 이상의 액화된 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 받아들이고 팽창시켜 상기 스트림(들)을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압력 감소 장치;
    상기 팽창된 재순환 가스 스트림(들)을 받아들이고 상기 스트림(들)을 질소 농후 오버헤드 기체 및 질소 희박 저부 액체로 분리시키도록 구성되고 작동 가능한 증류탑; 및
    상기 증류탑으로부터 취출된 질소 희박 저부 액체의 스트림을 받아들이고 팽창시켜 상기 스트림을 더 냉각시키고 부분적으로 기화시키며, 상기 팽창된 저부 액체를 팽창된 제1 LNG 스트림을 받아들이고 분리시키는 상 분리 용기 내로 운반하도록 구성되고 작동 가능한 압력 감소 장치
    를 더 포함하는 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 상기 제1 과냉각기 열교환기는 제1 보충 LNG 스트림을 받아들이고 과냉각시키도록 구성 및 작동 가능하며, 상기 제1 보충 LNG 스트림은 상기 하나 이상의 액화된 재순환 스트림들 중 하나 이상을 포함하는 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  28. 제23항에 있어서, 상기 플래시 가스 스트림들 중 하나 이상의 적어도 일부를 압축하도록 구성되고 작동 가능한 하나 이상의 압축기는 또한 천연 가스 공급 스트림이 제1 액화기 열교환기에 의해 수신되기 전에 하나 이상의 재순환 가스 스트림들 중 하나 이상을 천연 가스 공급 스트림에 도입하도록 구성되고 작동 가능한 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  29. 제17항에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로는 폐루프 회로인 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
  30. 제17항에 있어서, 상기 메탄 또는 천연 가스 냉매를 순환시키도록 구성되고 작동 가능한 냉장 회로는 개루프 회로인 것인 천연 가스 공급 스트림의 액화 시스템.
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