KR20170083969A - Reducing refrigeration duty on a refrigeration unit in a gas processing system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액화 프로세스는, 천연가스 공급 원료의 액화 중에 열교환기에서의 열전달을 용이하게 하도록 구성되어 있다. 상기 액화 프로세스는, 메탄을 주로 포함하는 프로세스 흐름을 제1 압력으로 압축하는 단계와, 상기 프로세스 흐름을 제1 온도로 냉각하는 단계와, 상기 프로세스 흐름을 상기 제1 압력으로부터 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 팽창시키는 단계와, 상기 제2 압력의 상기 프로세스 흐름으로부터 제1 생성물을 빼내는 단계, 그리고 상기 제1 생성물을 액화 천연가스(LNG)로서 저장하도록 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The liquefaction process of the present invention is configured to facilitate heat transfer in the heat exchanger during liquefaction of the natural gas feedstock. Wherein the liquefaction process comprises compressing a process stream primarily comprising methane to a first pressure, cooling the process stream to a first temperature, and cooling the process stream from the first pressure to a pressure lower than the first pressure Expanding the first product to a second pressure, withdrawing the first product from the process stream at the second pressure, and regulating the first product to be stored as liquefied natural gas (LNG).
Description
액화 천연가스는 탄화수소 및 관련 물질의 수송 및 저장을 용이하게 할 수 있다. 일반적으로, 이들 프로세스는 가스의 부피를 크게 감소시킨다. 결과적으로 생성된 액체는, 파이프라인 및 기반시설을 통해 장거리 수송하기에 적절하다. 이는 특히, 해외로 및/또는 상기한 파이프라인 기반시설로는 접근할 수 없는 지역으로 이송하기에 경제적이다.Liquefied natural gas can facilitate transport and storage of hydrocarbons and related materials. In general, these processes greatly reduce the volume of gas. The resulting liquid is suitable for long-haul transport through pipelines and infrastructure. This is particularly economical to transport to overseas and / or to areas that are not accessible to the above pipeline infrastructure.
본원의 청구 대상은 일반적으로 액화 프로세스에 관한 것이다. 실시형태들은, 유입 탄화수소 공급물을 액화 생성물로 액화하는데 필요한 열교환기(또는 "콜드 박스")의 냉각 요건을 다루고 있다. 일 용례에서, 실시형태들은 천연가스 공급물을 액화 천연가스(LNG)로 액화하는 유체 회로를 포함한다.The subject matter of the present application is generally directed to a liquefaction process. Embodiments deal with the cooling requirements of a heat exchanger (or "cold box") needed to liquefy an incoming hydrocarbon feed into a liquefied product. In one application, embodiments include a fluid circuit for liquefying a natural gas feed with liquefied natural gas (LNG).
이하에 더 언급되는 바와 같이, 개선은 많은 능력 및/또는 이점을 본원의 실시형태에 제공한다. 유체 회로는, 열교환기를 냉각시키는 1차 냉각 유닛의 듀티 사이클의 일부를 담당할 수 있다. 이러한 특징은, 실시형태들이 LNG 생성물의 생산을, 액화 시스템에서의 특정 장비(예컨대, 압축기)의 작동을 대체로 능가하는 수준으로, 확장 또는 증가시키는 것을 허용할 수 있다. 실시형태들의 이용을 통해, 액화 시스템은, 디폴트 또는 초기 구성을 사용하여 생산 레벨을 약 80% 증가시키는 것을, 또는 예를 목적으로 생산량을 450,000 gpd에서 약 800,000 gpd로 증가시키는 것을 허용할 수 있게 된다. 또한, 실시형태들을 이용하여 열교환기의 냉각을 보충하는 액화 시스템은, 다른 보조 냉각 시스템(예컨대, 프로판 예비 냉각)과 비교하여 높거나 같은 효율로, 특히 700,000 gpd 미만의 생산 레벨로 작동할 수 있다.As will be discussed further below, the improvements provide many capabilities and / or advantages to the embodiments of the present invention. The fluid circuit may be responsible for a portion of the duty cycle of the primary cooling unit that cools the heat exchanger. This feature may allow embodiments to expand or increase the production of the LNG product to a level that generally surpasses the operation of certain equipment (e.g., a compressor) in the liquefaction system. Through the use of embodiments, the liquefaction system will be able to increase the production level by about 80% using a default or initial configuration, or for example increase the production from 450,000 gpd to about 800,000 gpd . In addition, liquefaction systems that supplement the cooling of the heat exchanger using embodiments can operate at a higher or equal efficiency, especially at a production level of less than 700,000 gpd, as compared to other auxiliary cooling systems (e.g., propane precooling) .
이러한 생산 개선을 통해 자본 비용 및/또는 운영 비용이 제한되는 경우도 있다. 본원의 실시형태들의 유체 회로를 포함하는 액화 시스템은, 1차 냉각 시스템에 대한 설계 변경을 거의 필요로 하지 않는다. 이러한 특징은, 냉매 및/또는 장비, 라인, 제어부 및/또는 1차 냉각 시스템의 다른 구성요소를 바꿀 필요성을 없앨 수 있다.These production improvements may limit capital costs and / or operational costs. The liquefaction system comprising the fluidic circuit of the embodiments of the present application requires little design changes to the primary cooling system. This feature can eliminate the need to replace refrigerant and / or other components of the equipment, lines, controls, and / or the primary cooling system.
상기 실시형태들은 다양한 타입의 처리 시설들에서 용도를 찾을 수 있다. 이러한 시설들은 육상 및/또는 해상에서 발견될 수 있다. 일 용례에서, 실시형태들은 육지, 통상적으로 해안에 (또는 부근에) 위치하는 처리 시설들에 통합되거나 및/또는 그 일부분으로서 포함될 수 있다. 이러한 처리 시설들은 육상 및 해상 모두에서 발견되는 생산 시설들로부터 얻어지는 천연가스 공급 원료를 처리할 수 있다. 육상 생산 시설은, 가스전 및/또는 가스가 가득하고 석유 매장량이 많은 유전으로부터, 경우에 따라서는 심해 유정으로부터 뽑아낸 공급 원료를 처리 시설로 수송하기 위해 파이프라인을 사용한다. LNG 처리의 경우, 처리 시설은 적절히 구성된 냉각 장비 또는 "트레인"을 이용하여 공급 원료를 액체로 변화시킬 수 있다. 다른 용례들에서, 실시형태들은, 부유식 액화 천연가스(FLNG) 시설로도 알려진, 선박(또는 유사 부유식 선박)의 선상에 있는 생산 시설에 통합될 수 있다.The embodiments may find use in various types of processing facilities. These facilities can be found on land and / or in the sea. In one application, embodiments may be integrated into and / or included as part of processing facilities located on land, typically on the coast (or in the vicinity). These processing facilities can process natural gas feedstocks from production facilities found both onshore and offshore. Terrestrial production facilities use pipelines to transport feedstock extracted from oilfields, which are full of gas fields and / or gas and have high oil reserves, and in some cases deep-sea wells, to a treatment facility. In the case of LNG treatment, the treatment facility can transform the feedstock into liquid using appropriately configured cooling equipment or "trains". In other applications, embodiments may be incorporated into a production facility on board a vessel (or similar floating vessel), also known as a floating liquid natural gas (FLNG) facility.
이제 첨부 도면을 간략히 참조한다:
도 1은 저장을 위해 탄화수소 공급 원료를 액화 천연가스(LNG)로 액화하는 프로세스의 예시적인 실시형태의 흐름도를 도시하고;
도 2는 도 1의 프로세스의 일례의 흐름도를 도시하며;
도 3은 유입 탄화수소 공급 원료를, 액화 천연가스(LNG)로의 액화에 관한 사양을 충족시키는 생성물로 액화시킬 수 있는, 시스템의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시하고;
도 4는 불순물의 레벨이 높은 유입 탄화수소 공급 원료를 수용할 수 있는, 도 3의 시스템의 예의 개략도를 도시하며;
도 5는 도 3의 시스템의 예에서 유체 회로를 형성하는 구성요소들의 제1 구성의 개략도를 도시하고;
도 6은 도 3의 시스템의 예에서 유체 회로를 형성하는 구성요소들의 제2 구성의 개략도를 도시하며;
도 7은 불순물의 레벨이 높은 유입 탄화수소 공급 원료를 수용할 수 있는, 도 3의 시스템의 예의 개략도를 도시하고;
도 8은 도 7의 시스템의 일례의 개략도를 도시하며; 그리고
도 9는 도 7의 시스템의 일례의 개략도를 도시한다.
해당하는 경우, 유사한 참조 부호들은 몇몇 도면들에 걸쳐서 동일하거나 또는 대응하는 구성요소 및 유닛들을 나타내는데, 상기 몇몇 도면들은 달리 명시되어 있지 않은 한 축척에 맞춰 도시되어 있는 것이 아니다. 본원에 개시된 실시형태들은, 상기 몇몇 도면들 중의 하나 이상에서 또는 상기 몇몇 도면들의 조합에서 나타나는 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 방법들은 단지 예시적인 것이고, 예를 들어 개별 스테이지들의 재배열, 추가, 제거 및/또는 변경에 의해 바뀔 수 있다.Briefly, reference is now made to the accompanying drawings in which:
1 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a process for liquefying a hydrocarbon feedstock to liquefied natural gas (LNG) for storage;
Figure 2 shows a flow diagram of an example of the process of Figure 1;
Figure 3 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of a system in which an incoming hydrocarbon feedstock can be liquefied into a product that meets specifications for liquefaction to liquefied natural gas (LNG);
Figure 4 shows a schematic diagram of an example of the system of Figure 3, which is capable of receiving an influent hydrocarbon feedstock having a high level of impurities;
Figure 5 shows a schematic diagram of a first configuration of the components forming the fluid circuit in the example of the system of Figure 3;
Figure 6 shows a schematic diagram of a second configuration of the components forming the fluid circuit in the example of the system of Figure 3;
Figure 7 shows a schematic diagram of an example of the system of Figure 3, which is capable of receiving an influent hydrocarbon feedstock having a high level of impurities;
Figure 8 shows a schematic view of an example of the system of Figure 7; And
Figure 9 shows a schematic view of an example of the system of Figure 7;
Where appropriate, like reference numerals refer to the same or corresponding components and units throughout the several views, wherein the several views are not drawn to scale unless otherwise specified. Embodiments disclosed herein may include elements that appear in one or more of the several figures above or in combinations of the several figures. Furthermore, the methods are merely exemplary and may be altered, for example, by rearrangement, addition, removal and / or modification of the individual stages.
도 1과 도 2는 유입 탄화수소 공급 원료를 액화시키는 프로세스(10)의 예시적인 실시형태의 흐름도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실시형태들은, 공급 원료를 수용하는 단계 12와, 주로 메탄을 92% 이상의 농도로 포함하는 프로세스 흐름을 상기 공급 원료로부터 형성하는 단계 14를 포함할 수 있다. 프로세스(10)는 또한, 상기 프로세스 흐름을 제1 압력으로 압축하는 단계 16과, 상기 프로세스 흐름을 제1 온도로 냉각하는 단계 18을 포함할 수 있다. 프로세스(10)는, 상기 프로세스 흐름을 상기 제1 압력으로부터 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 팽창시키는 단계 20을 더 포함할 수 있다. 프로세스(10)는, 상기 제2 압력의 상기 프로세스 흐름으로부터 제1 흐름을 빼내는 단계 22와, 상기 제1 흐름을 액화 천연가스(LNG)로서 저장하기 위해 조절하는 단계 24를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 프로세스(10)는, 상기 프로세스 흐름을 상기 제2 압력으로부터 상기 제1 압력과 제2 압력 사이의 중간 압력으로 압축하는 단계 26을 포함할 수 있다. 그 후에, 프로세스(10)는 프로세스 흐름을 더 압축하도록 단계 16으로 이어질 수 있다.Figures 1 and 2 show a flow diagram of an exemplary embodiment of a
도 2의 예에서, 프로세스(10)는, 단계 14에서, 불순물의 레벨이 높은 유입 탄화수소 공급 원료를 수용하도록 여러 단계들을 포함할 수 있다. 프로세스(10)는, 공급 원료를 제1 흐름과 제1 하부 생성물로 분리하는 단계 28을 포함할 수 있다. 프로세스(10)는 또한, 상기 제1 흐름을 상기 중간 압력의 프로세스 흐름에 도입하는 단계 30을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 프로세스(10)는, 상기 제1 하부 생성물을 증류시켜 제2 흐름과 제2 하부 생성물을 형성하는 단계 32와, 상기 제2 흐름을 상기 제2 압력의 프로세스 흐름에 도입하는 단계 34를 포함할 수 있다. 프로세스(10)는, 액화 석유가스(LPG)를 형성하도록 상기 제2 하부 생성물을 조절하는 단계 36을 더 포함할 수 있다.In the example of FIG. 2, the
도 3은, 천연가스 및 유사 탄화수소 물질을 처리하는 데 사용하기 위한 가스 처리 시스템(100)[또한 "시스템(100)"]의 예시적인 실시형태의 개략도를 보여준다. 시스템(100)은, 열교환기(106)와 각각 연결되어 있는 팽창 유닛(102) 및 냉각 유닛(104)을 포함할 수 있다. 열교환기(106) 또는 "콜드 박스"의 예들은, 납땜된 알루미늄 핀("플레이트-핀 교환기") 및/또는 코일("코일 권선 교환기")을 특징으로 할 수 있다. 이들 장치는, 유체들 사이의 간접 접촉에 의한 열전달을 가능하게 할 수 있다. 상기 유체들은, 냉각 유닛(104)이 열교환기(106)에 순환시키는 냉매(108)를 포함할 수 있다. 냉매(108)의 예는, 경질 탄화수소(예컨대, 메탄, 에탄, 프로판 등) 및/또는 질소를 포함한 하나 이상의 구성 성분을 포함하는 조성물을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 조성물은 "혼합" 냉매 사이클과 일치한다.Figure 3 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of a gas processing system 100 (also referred to as "
팽창 유닛(102)은 열교환기(106)를 냉각시키는 데 필요한 냉각 유닛(104)의 듀티 사이클을 감소시키도록 구성될 수 있다. 상기한 구성들은, 열교환기(106)에서 유체를 보충 냉각 및/또는 예비 냉각시킬 수 있는, 보조 또는 보충 냉각 유닛(예컨대, 프로판 냉각기) 대신에 사용될 수 있다. 팽창 유닛(102)은, 유체를 열교환기(106)에 순환시키는 유체 회로(110)를 포함할 수 있다. 명료성을 위해, 유체 회로(110)에서 순환하는 유체는, 프로세스 흐름(112)으로서 식별되어 있다. 프로세스 흐름(112)의 예는, 주로 액체 및/또는 증기 형태의 메탄인 조성물을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 유체 회로(110)는 프로세스 흐름(112)으로부터 제1 생성물(114)을 빼내도록 구성될 수 있다. 상기 제1 생성물(114)은 액화 천연가스(LNG)에 관한 사양을 충족시킬 수 있다. 시스템(100)은, 열교환기(106)로부터 저장 시설(116)로 또는 필요에 따라 다른 사후-액화 시설로 제1 생성물(114)을 보낼 수 있다. 특히, 팽창 유닛(102)의 사용을 통해, 시스템(100)에서의 LNG 생성물[예를 들어, 제1 생성물(114)]의 생산 레벨 범위가 확장될 수 있다. 시스템(100)은 LNG 생성물의 생산 레벨을 약 450,000 gpd에서 약 800,000 gpd로 확장시킬 수 있다는 것이 타당하다.The
시스템(100)은 유입 천연가스 및 유사 탄화수소 흐름에 작용할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 회로(110)는 상기 흐름을 공급원(120)으로부터의 공급 원료(118)로서 받아들일 수 있다. 공급원(120)은, 생산 시설(예를 들어, 유정 헤드, 파이프라인 등)로부터의 천연가스를 처리하는 사전 처리 장비를 포함할 수 있다. 상기한 프로세스들의 결과, 주로 메탄[예를 들어, 84% (840,000 ppmV) 이상의 농도]이고 물을 0.0001% (1 ppmV) 미만의 농도로 갖는 "건조한 스위트 가스"가 생성될 수 있다. 불순물의 레벨이 현저히 부족한 조성물의 경우, 유체 회로(110)는 공급 원료(118)를 프로세스 흐름(112)으로서 직접 순환시키도록 구성될 수 있다. 이들 조성물은 예를 들어, 98% (980,000 ppmV) 이상의 메탄 농도를 가질 수 있다. 그러나, 팽창 유닛(102)의 적어도 하나의 이점은, 유체 회로(110)의 이전에 또는 상류에서, 공급 원료(118)로부터 불순물을 제거할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다는 것이다.The
도 4는 불순물의 레벨이 더 높은 공급 원료(118)의 조성을 취급할 수 있는 시스템(100)의 예를 예시한다. 높은 레벨에서, 팽창 유닛(102)은 유체 회로(110)의 상류에 사전 처리 유닛(122)을 포함할 수 있다. 사전 처리 유닛(122)은 파이프라인 및/또는 다른 양상을 통해 공급원(120)으로부터 공급 원료(118)를 받아들일 수 있다. 일 구현예에서, 사전 처리 유닛(122)은 공급물 흐름(124)과 제2 생성물(126)을 형성할 수 있다. 시스템(100)은 상기 공급물 흐름(124)을 프로세스 흐름(112)으로 사용하기 위해 유체 회로(110)에 보낼 수 있다. 제2 생성물(126)은 연료에 유용한 파생 생성물일 수 있다. 이러한 파생 생성물은 탄화수소 가스(예컨대, 프로판, 부탄 등) 및/또는 유사 구성 성분의 조성물을 가질 수 있다. 상기 조성물은 액화 석유가스(LPG) 생성물과 일치할 수 있다. 시스템(100)은 상기한 LPG 생성물을, 추가적인 처리를 위해 및/또는 예를 들어 탱크에의 저장을 위해, 이차 시스템(128)에 보내도록 구성될 수 있다.Figure 4 illustrates an example of a
도 5는 유체 회로(110)를 구현하기 위한 구성요소들의 제1 구성을 나타낸다. 이러한 제1 구성은, 열교환기(106)에 프로세스 흐름(112)을 순환시키기 위한 개방 루프를 형성한다. 개방 루프는, 바람직하게는 터보 팽창기(134)로부터의 일에 응답하여 작동하도록 구성된 터보 압축기(132)를 갖는 터보 기계(130)를 포함한다. 터보 압축기(132)는, 열교환기(106) 및 메탄 압축기(140)와 각각 연결되는 입구(136) 및 출구(138)를 구비할 수 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 터보 팽창기(134)는 입구(142) 및 출구(144)를 구비할 수 있다. 입구(142)는 열교환기(106)와 연결될 수 있다. 출구(144)는 제1 분리 유닛(146)과 연결될 수 있는데, 이 제1 분리 유닛(146) 자체는 열교환기(106)와 연결되어 있다.Figure 5 shows a first configuration of components for implementing the
메탄 압축기(140)에서 시작하여, 유체 회로(110)는 어떠한 상류측 처리도 없이 공급원(120)으로부터의 공급 원료(118)를 사용할 수 있다. 이러한 제1 구성은, 불순물의 레벨이 낮은 유입 천연가스의 경우에 유용할 수 있다. 일 구현예에서, 유입 공급 원료(118)는, 통상적으로 약 80℉ 내지 약 120℉의 온도로 메탄 압축기(140)에 도입된다. 메탄 압축기(140)는 약 450 psig 이상의 공급 원료(118)에 대한 유입 압력을 수용하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본원은 필요에 따라, 메탄 압축기(140) 및 유체 회로(110)가 일반적으로 공급원(120)에 따라 달라지는 유입 압력을 수용하기 위해 다양한 용례에 걸쳐 시스템(100)을 사용하도록 구성될 수 있다는 것을 고려한다. 이러한 구성은, 유입 공급 원료(118)가 메탄 압축기(140) 내의 프로세스 흐름(112)에 도입되는 위치(들)를 변화시킬 수 있다.Beginning with the methane compressor (140), the fluid circuit (110) can use the feedstock (118) from the source (120) without any upstream processing. This first configuration may be useful in the case of inflowing natural gas with a low level of impurities. In one embodiment, the
메탄 압축기(140)는 프로세스 흐름(112)의 온도 및 압력을 변경하도록 구성될 수 있다. 이들 구성은, 하나 이상의 냉각 장치(예를 들어, 공기 냉각기)를 통과하게 프로세스 흐름(112)을 유동시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세스 흐름(112)은 상기 시스템(100)의 위치에서 팽배한 주위 온도보다 약 20℉ 높은 온도로 메탄 압축기(140)를 빠져나갈 수 있다. 일 구현예에서, 메탄 압축기(140)는 또한, 프로세스 흐름(112)(148에서)이 1200 psig의 압력이 되도록 프로세스 흐름(112)을 가압할 수 있다. 압력은 유체 회로(110)에 대한 구성 고려 사항(예를 들어, 플랜지 등급)에 기초하여 선택 될 수 있고; 예를 들어, 1200 psig를 초과하지 않는 압력으로 시스템(100)을 작동시키는 데에는, 600 lbs 이하의 등급으로 매겨진 플랜지가 요구되어, 잠재적으로 비용이 상당히 절감된다. 프로세스 흐름(112)(148에서)에 대한 다른 온도 및 압력도 또한 유용할 수 있다.The
시스템(100)은, 온도를 더 낮추기 위해, 열교환기(106)의 제1 패스를 가로지르게 프로세스 흐름(112)을 보낼 수 있다. 열교환기(106)는, 프로세스 흐름(112)이 약 -90℉로 및/또는 그렇지 않으면 약 -70℉ 내지 약 -110℉의 범위로 터보 팽창기(134)의 입구(142)에 들어가도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 터보 팽창기(134)는 프로세스 흐름(112)의 압력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세스 흐름(112)은 혼합된 상의 유출물(예컨대, 액체 및 증기)로서 터보 팽창기(134)(150에서)를 빠져나갈 수 있다. 프로세스 흐름(112)(150에서)은 시스템(100)의 효율적인 작동을 보장하는 출구 압력을 가질 수 있다. 터보 팽창기(134)의 예는, 출구 압력이 프로세스 흐름(112)(148에서)의 압력과의 팽창비를 3 내지 4로 유지하도록 작동할 수 있지만; 본원은, 필요에 따라, 출구 압력이 팽창비를 3 내지 10의 범위로 유지할 수 있는 것으로 고려한다. 일례에서, 상기 출구 압력은, 프로세스 흐름(112)을 1200 psig로 가압하도록 메탄 압축기(140)의 작동을 조정하기 위해 약 285 psig 내지 약 385 psig의 범위일 수 있다.The
유체 회로(110)는 프로세스 흐름(112)을 터보 팽창기(134)로부터 제1 분리 유닛(146)으로 보낸다. 제1 분리 유닛(146)에서의 프로세스 흐름(112)의 처리를 통해, 하부 생성물(152) 및 상부 생성물(154)이 얻어질 수 있다. 이들 생성물(152, 154)은 각각 액체 형태 및 증기 형태로 제1 분리 유닛(146)의 하부 및 상부를 빠져나간다. 액체 하부 생성물(152)은 열교환기(106)의 제2 패스를 통과한다. 상기한 제2 패스는 액체 하부 생성물(152)을 조절하여, 통상적으로 저장 시설(116)에 저장하는 온도 및/또는 이에 가까운 온도의 제1 생성물(114)을 형성하도록 온도를 감소시킨다. 상기 저장 온도는 약 -250℉ 내지 약 -270℉의 범위일 수 있다.The
증기 상부 생성물(154)은, 계속해서 유체 회로(110)를 순환하는 프로세스 흐름(112)을 형성한다. 일 구현예에서, 유체 회로(110)는 프로세스 흐름(112)을 열교환기(106)의 제3 패스를 통과하게 보낸다. 이러한 제3 패스는, 통상적으로 열교환기(106)의 다른 패스들 중의 하나 내의 유체로 열에너지를 배출함으로써, 프로세스 흐름(112)의 온도를 감소시킬 수 있다. 시스템(100)은, 터보 압축기(132)의 입구(136)에서의 프로세스 흐름(112)의 온도가 약 80℉ 내지 약 120℉의 범위이도록 구성될 수 있다.The
터보 압축기(132)는 프로세스 흐름(112)을 가압할 수 있다. 일 구현예에서, 터보 압축기(132)는, 바람직하게는 메탄 압축기(140)의 토출(또는 제1) 압력(148에서)과 터보 팽창기(134)의 토출(또는 제2) 압력(150에서) 사이인, 중간 압력으로 프로세스 흐름(112)(156에서)을 토출한다. 이러한 중간 압력은 약 400 psig 내지 약 600 psig의 범위일 수 있다. 유체 회로(110)는 상기 중간 압력의 프로세스 흐름(112)을 메탄 압축기(140)로 되돌려 보낼 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 결과적으로 얻어지는 혼합된 흐름이 메탄 압축기(140)(148에서)를 빠져나가도록, 유체 회로(110)는 공급 원료(118)를 프로세스 흐름(112)에 도입할 수 있다.
도 6은 유체 회로(110)를 구현하기 위한 구성요소들의 제2 구성을 나타낸다. 메탄 압축기(140)는, 터보 압축기(132) 및 열교환기(106)와 각각 연결되어 있는 제1 단부(160) 및 제2 단부(162)를 갖는 압축 회로(158)를 구비한다. 높은 레벨에서, 압축 회로(158)는 제1 단부(160)로부터 제2 단부(162)까지 프로세스 흐름(112)의 온도를 상승시키지 않으면서 압력을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이러한 기능은 여러 구성요소(예컨대, 냉각기, 압축기 등)를 이용할 수 있다. 일 구현예에서, 압축 회로(158)는 하나 이상의 냉각기[예컨대, 제1 냉각기(164), 제2 냉각기(166) 및 제3 냉각기(168)]를 포함할 수 있다. 냉각기(164, 166, 168)는 공랭식일 수 있지만, 본원은 이들 장치에 대한 임의의 특정 타입 또는 변형에 대한 선택을 제한하지 않는다. 압축 회로(158)는 또한 하나 이상의 압축기[예컨대, 제1 압축기(170) 및 제2 압축기(172)]를 포함할 수 있다. 압축기(170, 172)는, 본원에 언급된 온도 및 압력의 프로세스 흐름(112)(148에서)의 압력을 유지 및/또는 상승시키도록, 인접 냉각기들(164, 166, 168)의 사이에 배치될 수 있다.6 shows a second configuration of the components for implementing the
도 7은 시스템(100)에 사용하는 사전 처리 유닛(122)의 예를 도시한다. 일 구현예에서, 사전 처리 유닛(122)은 탈메탄 유닛(176)과 연결되어 있는 제2 분리 유닛(174)을 포함할 수 있다. 제2 분리 유닛(174)은 공급 원료(118)로부터 중질 탄화수소를 제거할 수 있다. 이러한 특징은, 하류측 및/또는 저장소, 예를 들어 저장 시설(116)에서의 불순물의 동결에 기인한 시스템(100)의 문제점을 회피하기에 유용하다. 탈메탄 유닛(176)은 경질 탄화수소(예컨대, 메탄)를 회수할 수 있다. 각 유닛(174, 176)은 하나 이상의 위치[예컨대, 제1 위치(178) 및 제2 위치(180]에서 유체 회로(110)와 개별적으로 연결될 수 있다. 제1 위치(178)에서, 제2 분리 유닛(174)은 메탄 압축기(140)의 압축 회로(158)와 연결된다. 제2 위치(180)에서, 탈메탄 유닛(176)은 터보 팽창기(134)와 제1 분리 유닛(146)의 사이에 연결된다.7 shows an example of a
사전 처리 유닛(122)은 유체 회로(110)의 상류측에서 공급 원료(118)로부터 불순물을 제거할 수 있다. 사용시, 공급 원료(118)는 열교환기(106)의 제4 패스를 통과할 수 있다. 상기 제4 패스는 공급 원료(118)의 온도를 약 -80℉ 내지 약 -110℉의 범위로 낮출 수 있다. 냉각된 공급 원료(118)는, 불순물(예컨대, 중질 탄화수소)을 제거하도록 제2 분리 유닛(174)에 들어간다. 일 구현예에서, 제2 분리 유닛(174)은, 제2 분리 유닛(174)의 하부 및 상부를 각각 증기 및 액체 형태로 빠져나가는 제1 흐름(182) 및 제1 하부 생성물(184)을 형성하도록 구성되어 있다. 증기 제1 흐름(182)은, 통상적으로 약 92% (920,000 ppmV) 내지 약 97% (970,000 ppmV)의 농도로, 메탄 증기를 주로 포함한다. 시스템(100)은, 증기 제1 흐름(182)을 열교환기(106)의 제5 패스를 통과하게 그리고 제1 위치(178)에서 압축 회로(158)의 안으로 보낸다. 상기 제5 패스는 증기 제1 흐름(182)의 온도를 약 80℉ 내지 약 120℉의 범위로 높일 수 있다.The
시스템(100)은, 제1 하부 생성물(184)을 탈메탄 유닛(176)으로 보낸다. 일 구현예에서, 탈메탄 유닛(176)은, 탈메탄 유닛(176)의 하부 및 상부를 각각 액체 및 증기 형태로 빠져나가는 제2 흐름(186) 및 제2 하부 생성물(188)을 형성하도록 구성되어 있다. 증기 제2 흐름(186)은, 통상적으로 약 92% (920,000 ppmV) 내지 약 97% (970,000 ppmV)의 농도로, 메탄 증기를 주로 포함한다. 시스템(100)은, 열교환기(106)를 실질적으로 우회하여 제2 위치(180)에서 유체 회로(110)에 들어가도록 증기 제2 흐름(186)을 보낼 수 있다. 제2 하부 생성물(188)은, 이차 시스템(128)으로 및/또는 시스템(100)의 하류에서 추가적으로 마련되는 시설에서의 처리로 보내어지는 제2 생성물(126)을 형성할 수 있다.The
도 8은 유체의 압력(및/또는 온도)을 조절하는 데 유용할 수 있는 추가적인 구성요소를 갖는 시스템(100)의 예를 도시한다. 시스템(100)은 하나 이상의 팽창 밸브[예컨대, 제1 팽창 밸브(190), 제2 팽창 밸브(192) 및 제3 팽창 밸브(194)]를 포함할 수 있다. J-T 밸브 및 유사 장치는 밸브(190, 192, 194)로서 사용하기에 적합할 수 있다. 사전 처리 유닛(122)은, 탈메탄 유닛(176)으로부터의 제2 하부 생성물(188)을 비등시키기 위한 리보일러(196)를 포함할 수 있다. 비등은, 탈메탄 유닛(176)으로 다시 보내어지는 증기를 생성한다.Figure 8 illustrates an example of a
도 9는, 필요에 따라 특정 생산 레벨 및/또는 다른 프로세스 변화를 수용하기 위한 추가적인 구성요소를 또한 갖는 시스템(100)의 예를 보여준다. 시스템(100)은, 터보 팽창기(134)의 상류측에 있고 열교환기(106)와의 사이에 개재되어 있는 제3 분리 유닛(198)을 포함할 수 있다. 제3 분리 유닛(198)으로부터의 증기는 터보 팽창기(134)에 들어간다. 제3 분리 유닛(198)으로부터의 액체는, 바람직하게는 제1 분리 유닛(146)의 상류측에 있는, 터보 팽창기(134)로부터의 유출물(150에서)과 혼합된다.Figure 9 shows an example of a
제3 분리 유닛(198)은, 터보 팽창기(134)에의 유입물의 온도가 기포점 아래로 떨어질 수 있는, 특정 생산 레벨에서 발생할 수 있는, 혼합된 상의 공급물을 방지하는 데 유용할 수 있다. 이 실시형태는, 유출물로부터의 증기의 일부분(150에서)이 팽창으로부터 생성된 유입물에 첨가되어 열교환기(106)에 공급될 수 있도록, 프로세스를 변경한다. 다른 실시형태는, 최대 압력이 약 700 psig이고 팽창 압력이 약 285 psig인 팽창기 재순환 루프를 사용할 수 있다. 이러한 압력들에서, 제2 분리 유닛(174)으로부터의 증기가, 승온을 방지하도록, 열교환기(106)를 우회하여 터보 팽창기(134)에 직접 공급될 수 있다. 또한 이러한 구성은 증기의 압축도 생략할 수 있다.The
앞서 기술한 내용을 고려하여 보면, 실시형태들은, 예를 들어 본원에 거론된 혼합-냉매 사이클에 의해 제공되는 바와 같이, 임의의 1차 냉각을 보충할 수 있는 다른 냉각 기술과 비교하여 뒤지지 않는다.In view of the foregoing, the embodiments are not inferior to other cooling techniques that may supplement any primary cooling, for example, as provided by the mixed-refrigerant cycle discussed herein.
본원에 사용된 바와 같이, 단수로 기술되고 부정관사와 함께 진행되는 요소 또는 기능이, 복수의 상기한 요소 또는 기능을 배제하는 것을 명시적으로 기술하고 있지 않는 한, 복수의 상기한 요소 또는 기능을 배제하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "일 실시형태"에 대한 언급은, 열거된 특징부들을 역시 포함하는 추가적인 실시형태의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.As used herein, unless an element or function described in the singular and accompanied by an indefinite article explicitly states that a plurality of such elements or functions are excluded, a plurality of the above elements or functions may be excluded It should be understood that it does not. Also, reference to "one embodiment" should not be construed as excluding the existence of additional embodiments that also include the listed features.
본 명세서는, 실시형태들을 가장 바람직한 유형을 포함해 개시하고, 임의의 당업자가 개시된 실시형태들을 실시할 수 있게 하기 위해, 실시예를 사용하고 있는데, 상기 실시예에는 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작하고 사용하는 것과, 임의의 수반되는 방법을 행하는 것 등이 있다. 실시형태들의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정해지며, 당업자에게 떠오르는 다른 실시예들도 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예들은, 청구범위의 문자 그대로의 표현과 다르지 않은 구조 요소를 갖는다면, 또는 청구범위의 문자 그대로의 표현과 실질적으로 차이가 없는 등가의 구조 요소를 갖는다면, 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 되어 있다.This specification uses embodiments to disclose the embodiments, including the most preferred versions, and to enable any person skilled in the art to make use of the embodiments disclosed, wherein such embodiments include any device or system Use, and any accompanying method, and the like. The patentable scope of embodiments is defined by the claims, and may include other embodiments that come to the attention of those skilled in the art. It is to be understood that these other embodiments are intended to be encompassed within the scope of the following claims unless they have equivalent structural elements that have structural elements that do not differ from the literal representation of the claims or that do not substantially differ from the literal representations of the claims .
Claims (20)
프로세스 흐름을 제1 압력으로 압축하는 단계;
상기 프로세스 흐름을 제1 온도로 냉각하는 단계;
상기 프로세스 흐름을 상기 제1 압력으로부터 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 팽창시키는 단계;
상기 제2 압력의 상기 프로세스 흐름으로부터 제1 생성물을 빼내는 단계; 및
상기 제1 생성물을 액화 천연가스(LNG)로서 저장하도록 조절하는 단계
를 포함하는 액화 프로세스.As a liquefaction process,
Compressing the process flow to a first pressure;
Cooling the process stream to a first temperature;
Expanding the process flow from the first pressure to a second pressure lower than the first pressure;
Withdrawing the first product from the process flow of the second pressure; And
Adjusting the first product to be stored as liquefied natural gas (LNG)
≪ / RTI >
상기 프로세스 흐름을 상기 제2 압력으로부터 상기 제1 압력과 제2 압력 사이의 중간 압력으로 압축하는 단계를 더 포함하는 액화 프로세스.The method according to claim 1,
Compressing the process flow from the second pressure to an intermediate pressure between the first pressure and the second pressure.
메탄의 농도가 84% 이상인 공급 원료로부터 상기 프로세스 흐름을 형성하는 단계를 더 포함하는 액화 프로세스.The method according to claim 1,
Further comprising forming the process stream from a feedstock having a methane concentration of at least 84%.
각각 메탄 증기를 주로 포함하는 제1 흐름 및 제2 흐름을 공급 원료로부터 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 프로세스 흐름은 상기 제1 흐름 및 상기 제2 흐름을 포함하는 것인 액화 프로세스.The method according to claim 6,
Further comprising forming a first stream and a second stream, each comprising primarily methane vapor, from a feedstock, wherein the process stream comprises the first stream and the second stream.
상기 제1 흐름을 상기 중간 압력의 프로세스 흐름에 도입하는 단계를 더 포함하는 액화 프로세스.8. The method of claim 7,
Introducing the first flow into the intermediate pressure process flow.
상기 제2 흐름을 상기 제2 압력의 프로세스 흐름에 도입하는 단계를 더 포함하는 액화 프로세스.8. The method of claim 7,
Introducing the second flow into the process flow of the second pressure.
공급 원료를 상기 제1 흐름과 제1 하부 생성물로 분리하는 단계;
상기 제1 하부 생성물을 증류시켜 상기 제2 흐름과 제2 하부 생성물을 형성하는 단계를 더 포함하는 액화 프로세스.8. The method of claim 7,
Separating the feedstock into the first stream and the first bottoms product;
Further comprising distilling the first bottom product to form the second stream and the second bottom product.
열교환기;
상기 열교환기와 연결되어 있고, 프로세스 흐름을 상기 열교환기를 통과하게 보내는 유체 회로
를 포함하고, 상기 유체 회로는,
상기 프로세스 흐름을 제1 압력으로 압축하고;
상기 프로세스 흐름을 상기 제1 압력으로 상기 열교환기를 통과시키며;
상기 프로세스 흐름을 상기 제1 압력으로부터 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 팽창시키고;
상기 제2 압력의 상기 프로세스 흐름으로부터 제1 흐름을 빼내고; 그리고
상기 제1 흐름을 액화 천연가스(LNG)로서 저장하도록 조절하도록 구성되어 있는 것인 가스 처리 시스템.As a gas processing system,
heat transmitter;
A fluid circuit coupled to the heat exchanger, the process fluid passing through the heat exchanger,
The fluid circuit comprising:
Compressing the process flow to a first pressure;
Passing the process flow through the heat exchanger at the first pressure;
Expanding the process flow from the first pressure to a second pressure lower than the first pressure;
Withdrawing a first flow from the process flow of the second pressure; And
And to regulate the first flow to be stored as liquefied natural gas (LNG).
상기 열교환기와 연결되어 있는 냉각 유닛을 더 포함하고,
상기 냉각 유닛은 상기 열교환기에 냉매를 순환시키도록 구성되어 있는 것인 가스 처리 시스템.12. The method of claim 11,
And a cooling unit connected to the heat exchanger,
Wherein the cooling unit is configured to circulate the refrigerant in the heat exchanger.
상기 유체 회로 및 상기 열교환기와 연결되어 있는 사전 처리 유닛으로서,
상기 열교환기의 하류측에 상기 공급 원료를 받아들이도록 구성되어 있는 분리 유닛; 및
상기 분리 유닛의 하류측에 연결된 탈메탄 유닛
을 구비하는 것인 사전 처리 유닛을 더 포함하고,
상기 분리 유닛 및 상기 탈메탄 유닛은, 각각 메탄 증기를 포함하는 제1 흐름 및 제2 흐름을 각각 형성하도록 구성되어 있으며,
상기 프로세스 흐름은 상기 제1 흐름 및 상기 제2 흐름을 포함하는 것인 가스 처리 시스템.14. The method of claim 13,
A pretreatment unit coupled to the fluid circuit and the heat exchanger,
A separation unit configured to receive the feedstock at a downstream side of the heat exchanger; And
A demethanizer unit connected downstream of the separation unit,
Further comprising a pre-processing unit,
Wherein the separation unit and the demethanizer unit are configured to respectively form a first flow and a second flow comprising methane vapor,
Wherein the process flow includes the first flow and the second flow.
열교환기; 및
상기 열교환기와 연결되어 있고, 프로세스 흐름을 상기 열교환기에 순환시키도록 구성되어 있는 유체 회로
를 포함하고, 상기 유체 회로는,
상기 열교환기와 연결되어 있는 메탄 압축기;
상기 메탄 압축기와 상기 열교환기의 사이에 개재되어 있는 터보 압축기;
상기 터보 압축기와 상기 열교환기에 연결된 터보 팽창기; 및
상기 터보 팽창기와 상기 열교환기의 사이에 개재되어 있는 제1 분리 유닛을 포함하는 것인 가스 처리 시스템.As a gas processing system,
heat transmitter; And
A fluid circuit coupled to the heat exchanger and configured to circulate a process flow to the heat exchanger,
The fluid circuit comprising:
A methane compressor connected to the heat exchanger;
A turbo compressor interposed between the methane compressor and the heat exchanger;
A turbo expander connected to the turbo compressor and the heat exchanger; And
And a first separator unit interposed between the turboexpander and the heat exchanger.
상기 열교환기와 상기 메탄 압축기에 연결되어 있는 제2 분리 유닛; 및
상기 제2 분리 유닛과 상기 제1 분리 유닛에 연결되어 있는 탈메탄 유닛을 더 포함하는 가스 처리 시스템.16. The method of claim 15,
A second separation unit connected to the heat exchanger and the methane compressor; And
And a demethanizer unit connected to the second separation unit and the first separation unit.
상기 제1 분리 유닛과 상기 열교환기의 하류측에 배치되어 있는 팽창 밸브를 더 포함하는 가스 처리 시스템.16. The method of claim 15,
Further comprising an expansion valve disposed downstream of the first separation unit and the heat exchanger.
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