KR20180010980A - 희박 천연 가스 액화를 위한 중탄화수소 제거 시스템 - Google Patents

희박 천연 가스 액화를 위한 중탄화수소 제거 시스템 Download PDF

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Abstract

희박 천연 가스 공급원을 갖는 액화 시스템에서 통합된 중탄화수소 제거를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 주요 극저온 열 교환기와 환류 드럼 사이에 위치한 이코노마이저가 부분적으로 응축된 스트림에 대해 오버헤드 증기 스트림을 냉각시키기 위해 제공된다. 추가로, 천연 가스 공급 스트림의 압력은 스크럽 컬럼내로 유지된다. 압력 강하는 주요 극저온 열 교환기의 가온 섹션의 냉각 말단으로부터 인출된 부분적으로 응축된 스트림 상에서 이코노마이저와 환류 드럼 사이에 위치한 밸브에 의해 제공된다.

Description

희박 천연 가스 액화를 위한 중탄화수소 제거 시스템{HEAVY HYDROCARBON REMOVAL SYSTEM FOR LEAN NATURAL GAS LIQUEFACTION}
본 발명은 천연 가스 공급 스트림으로부터 중탄화수소를 분리하고 천연 가스 공급 스트림을 액화시키는 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
천연 가스의 액화 전 천연 가스로부터 C6+ 탄화수소 (6개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소) 및 방향족 (예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 크실렌)과 같은 중탄화수소 (또한 본원에서 "HHC"로서 언급됨)의 제거는 흔히 주요 극저온 열 교환기 (또한 본원에서 "MCHE"로서 언급됨)에서 이들 성분들의 프리즈-아웃(freeze-out)을 회피하기 위해 요구될 수 있다. C2-C5+ 탄화수소 (2 내지 5개 또는 그 이상의 탄소원자를 갖는 탄화수소)는 또한 당업계에서 쳔연 가스 액체 (또는 "NGL")로서 언급되고, 전형적으로 또한 이들이 비교적 높은 시장 가치를 갖기 때문에 천연 가스로부터 분리된다.
천연 가스 공급물은 전형적으로 통상의 천연 가스 저장소, 및 셰일 가스, 치밀 가스 및 석탄층 메탄과 같은 비통상의 가스 저장소로부터 인출된다. "풍부" 천연 가스 공급 스트림은 비교적 높은 농도의 NGL 성분들(예를 들어, > 3 몰%)을 갖는 스트림에 관한 것이다. 통상적으로, 풍부 천연 가스 공급물로부터 HHC의 제거는독립형 전단부 NGL 추출, 또는 액화 공정과 통합된 스크럽 컬럼 시스템 (scrub column system)을 포함하였다. 전단부 NGL 추출이 많은 장비 구성품들을 포함하는 비교적 복잡한 공정이라는 사실 때문에 일반적으로 액화 공정과는 독립적으로 수행된다.
도 1은 도식적으로 스크럽 컬럼 136을 사용하고 천연 가스 공급 스트림 102에 대한 액화 공정으로 통합된 중탄화수소 제거 시스템 130에 대한 통상의 선행 기술분야의 배열을 도시한다. 공급 스트림 102는 전형적으로 0 내지 40℃ 범위의 주위 온도를 갖는 천연 가스 공급원 101로부터 취해진다. 공급 스트림 102는 이코노마이저(economizer) 132에서 적합한 온도 (전형적으로 0℃)로 예비 냉각시키고 이어서 JT 밸브 134를 통해 공급 스트림 102에서 천연 가스의 임계 압력 미만인 압력으로 감압시킨다. 공급 스트림의 임계 압력은 이의 조성에 따라 다양하다. 예를 들어, 메탄은 46.4 bara의 임계 압력을 갖고, 저품질의 C2 내지 C5 성분 (예를 들어, 1몰% 미만)을 함유하는 희박 (lean) 천연 가스 공급 스트림은 약 50 bara의 임계 압력을 가질 수 있다. C2-C5 함량이 높을 수록 임계 압력은 높아진다.
이어서 예비 냉각되고 감압된 천연 가스는 스크럽 컬럼 136에서 중간 위치에 위치한 주입구 135를 통해 스크럽 컬럼 136으로 도입된다. 스크럽 컬럼 136은 천연 가스 공급물을 메탄-풍부 오버헤드 증기 스트림 139, 및 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 하부 액체 스트림 140으로 분리한다. 오버헤드 증기 스트림 139는 스크럽 컬럼 136 (이는 주입구 135 위에 있다)의 상부 섹션 137로부터 인출되고 하부 액체 스트림 140은 스크럽 컬럼 136 (이는 주입구 135 아래에 있다)의 하부 섹션 138로부터 인출된다. 상부 섹션 137은 또한 증류 컬럼의 정류 섹션으로서 당업계에 공지되어 있고 하부 섹션 138은 또한 증류 컬럼의 스트리핑 섹션으로서 당업계에 공지되어 있다. 상부 섹션 137과 하부 섹션 138 간의 경계선은 주입구 135의 위치에 의존한다. 상부 및 하부 섹션 137, 138 각각은 구조화된 팩킹으로 충전될 수 있거나 스크럽 컬럼 136 내부의 액체 및 증기 흐름의 역류 접촉을 위한 트레이로 구성될 수 있다. 스크럽 컬럼 136은 흔히 컬럼의 하부로부터 기원하는 액체 스트림 141을 가열하여 스크럽 컬럼 136의 하부 섹션 138로 스트리핑 가스 스트림 143을 제공하는 전용 리보일러(dedicated reboiler) 142와 커플링된다.
오버헤드 증기 스트림 139는 이어서 공급 스트림 102에 대하여 이코노마이저 132의 냉각 측면에서 가온된다. 이어서 가온된 오버헤드 증기 스트림 144는 코일-권취 주요 극저온 열 교환기 (MCHE) 110(여기서, 스트림은 부분적으로 응축된다)의 가온 섹션 (가온 번들) 114의 가온 말단으로 흐른다. 부분적으로 응축된 스트림 145는 이어서 가온 섹션 114로부터 인출되고 환류 드럼 150에서 이의 액체 및 증기 상으로 분리되어 액체 스트림 154 및 증기 스트림 151을 생성한다. 액체 스트림 154는 액체 펌프 155를 사용하여 펌핑하고 스크럽 컬럼 136의 효율적인 작동 및 공급 가스로부터 중탄화수소를 세척하기 위해 필요한 환류를 제공하는 환류 스트림 156으로서 스크럽 컬럼 136의 상부 섹션 137로 복귀시킨다. 증기 스트림 151은 MCHE 110의 중앙 섹션 115로 흐르고 여기서, 상기 증기 스트림은 추가로 냉각되고 액화된다. 증기 스트림은 이어서 생성물 스트림 103을 생성하는 MCHE 110의 냉각 섹션 116에서 준냉각된다. 생성물 스트림 103은 압력 강하 밸브 105를 통해 급송하여 감압된 생성물 스트림 106을 생성시키고 이는 이어서 저장시킨다. 상기 저장물은 LNG 저장 탱크 104로서 도 1에 나타낸다.
NGL 및 HHC가 풍부한 스크럽 컬럼 136으로부터의 하부 액체 스트림 140은 연료로서 사용되거나 확장되어 부분적으로 스트림을 증발시킬 수 있고 이어서 이는 개별 NGL 성분들이 분리될 수 있는 분획화 공정 (나타내지 않음)으로 보내진다.
상기 구현예에서, 공급 가스 102를 액화된 생성물 스트림 103으로 전환시키기 위해 사용되는 냉각은 폐루프 단일 혼합 냉매 (SMR) 공정 160에 의해 제공된다. 용어 혼합 냉매는 또한 본원에서 "MR"로 언급된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 가온 MR 스트림 161은 MCHE 110의 가온 말단 111로부터 인출되고 흡입 드럼 162에서 수거된다. 가온 MR 스트림 163은 이어서 흡입 드럼 162로부터 낮은 압력 MR 압축기 164로 흐르고, 여기서, 이는 압축되어 중간 압력 MR 스트림 165를 형성한다. 이어서, 중간 압력 MR 스트림 165는 후기-냉각기 166에서 냉각되어 냉각된 중간 압력 MR 스트림 167을 형성하고 이는 낮은 압력 MR 상 분리기 168에서 상 분리된다. 낮은 압력 MR 상 분리기 168로부터의 증기 스트림 170은 고압 MR 압축기 171을 통해 추가로 압축되고 배출 스트림 172는 후기 냉각기 173에서 냉각된다. 냉각된 MR 스트림 174는 부분적으로 응축되고 고압 MR 상 분리기 175에서 상 분리된다.
상 분리기 168로부터의 낮은 압력 혼합 냉매 액체 (또는 "LPMRL") 스트림 169는 냉매 회로 120a에서 MCHE 110의 가온 섹션 114를 통해 추가로 냉각되고, 가온 섹션 114의 냉각 말단에서 스트림 121b로서 제거되고 이어서 JT 밸브 122b를 통해 낮은 압력으로 급송되어 MCHE 110의 가온 섹션 114에서 요구되는 냉각 부분을 제공한다.
가온 고압 MR 분리기 175로부터의 고압 혼합 냉매 증기 (또는 "HPMRV") 스트림 177 및 고압 혼합 냉매 액체 (또는 "HPMRL") 스트림 176은 또한 추가로 각각 냉매 회로 118a, 119a를 통한 MCHE 110의 가온 번들 114를 통해 냉각된다. HPMRL 스트림 176은 스트림 121a로서 가온 번들 114의 냉각 말단으로부터 배출되고 JT 밸브 122a를 거쳐 확장되어 MCHE 110의 가온 섹션 114에서 요구되는 냉각 부분을 제공한다.
MCHE의 가온 섹션으로부터 배출되는 HPMRV 스트림 177은 부분적으로 스트림 178로 응축되고 냉각 MR 분리기 179에서 상 분리된다. 냉각 MR 분리기 179로부터의 냉각 혼합 냉매 액체 (또는 "CMRL") 스트림 181은 냉매 회로 119b에서 MCHE 110의 중앙 섹션 115를 통해 준냉각된다. 준냉각된 CMRL 스트림은 스트림 124로서 중앙 섹션 115로부터 배출되고 JT 밸브 125를 거쳐 감압된다. 수득한 낮은 압력 MR 스트림 126은 MCHE 110의 중앙 섹션 115의 쉘 측면으로 진입하여 MCHE 110의 중앙 섹션 115에서 요구되는 냉각 부분을 제공한다. 냉각 MR 분리기 179로부터의 냉각 혼합 냉매 증기 (또는 "CMRV") 스트림 180을 액화시키고 냉매 회로 118b, 188c를 통해 MCHE 110의 중앙 섹션 115 및 냉각 섹션 116에서 준냉각시킨다. 준냉각된 MR 스트림 127은 냉각 섹션 116으로부터 배출되고 JT 밸브 128를 거쳐 감압된다. 수득한 낮은 압력 MR 스트림 129는 냉각 섹션 116의 냉각 말단에서 MCHE 110의 쉘 측면에 진입하고 냉각 섹션 116 상에 분포하여 냉각물을 MCHE 110의 냉각 섹션 116으로 제공한다. 상기 구현예에서, 낮은 압력 MR 스트림 123, 126 및 129는 총체적으로 MCHE 110에서 요구되는 모든 냉각물을 제공한다. 초가열된 증기로서 MCHE 110의 하부로부터 배출되는 낮은 압력 MR 스트림 161은 흡입 드럼 162에서 수거됨으로써 폐루프 순환을 완료한다.
천연 가스 스트림으로부터 HHC를 제거하는 경우에, 스크럽 컬럼은 스트림으로부터 모든 중탄화수소 성분을 제거하는데 있어서 효과적일 수 있다. 상기되고 도 1에 나타낸 시스템과 같은 선행 기술 분야의 중탄화수소 제거 시스템 130의 하나의 단점은 상기 시스템이 가스-액체 상 분리를 성취하기 위해 천연 가스 공급물의 임계 압력보다 낮은 압력에서 작동되어야만 한다는 것이다. 이것은 풍부 천연 가스 공급물, 예를 들어, 4몰% 초과의 C2-C5 성분을 함유하는 공급 가스를 갖는 시스템에 대한 문제점을 제공하지 않는데, 그 이유는 공급 가스의 임계 압력이 공급 가스가 제공되는 압력보다 높을 수 있기 때문이다. 따라서, 이를 스크럽 컬럼으로 도입하기 전에 공급 가스 압력을 저하시킬 필요가 없다.
그러나, 상대적 희박 공급 가스, 예를 들어, 2 내지 4 몰%의 C2-C5 성분을 함유하는 공급 가스에 대해, 통상의 스크럽 컬럼 스킴을 사용하여 HHC 성분을 제거하는 것이 과제가 되었고 흔히 증류 컬럼을 작동시키기 위해서는 공급 가스의 임계 압력 미만으로 공급 가스 압력을 상당히 감소시킬 필요가 있다. 통상적으로, 공급 가스 압력에서 이러한 감소는 스크럽 컬럼의 주입구 (예를 들어, 도 1에서 밸브 134)에서 취해진다. 상기 감압은 흔히 천연 가스 액화 공정의 효율을 감소시키는 스크럽 컬럼에 대한 작동 압력을 유발한다.
추가로, 스크럽 컬럼의 안정한 작동은 컬럼 "고갈"을 회피하고 적당한 분리 효율을 보장하는, 컬럼 내부에 목적하는 증기 유동 비율을 유지하기 위해 충분한 액체(즉, 환류)를 필요로 한다. 상당한 희박 공급 가스, 예를 들어, 2 몰% 미만의 C2-C5 성분을 함유하는 공급 가스에 대해, 생성될 수 있는 환류 양은 크게 감소하고 컬럼 디자인 및 작동은 매우 어렵게 되고 비효율적이다.
도 1에 나타낸 바와 같은 SMR 공정의 경우에, 또한 냉각 MR 분리기 179 및 환류 드럼 150 둘 다가 MCHE 110의 가온 섹션 114의 냉각 말단으로부터 스트림을 취하고 따라서 매우 유사한 온도 (예를 들어, 서로 5℃ 이내)로 작동됨을 주지해야 한다. 냉각 MR 분리기 179의 온도는 또한 CMRV 스트림 180과 CMRL 스트림 181 간의 조성물 스플릿에 영향을 미치고, 상 분리기 50의 작동 온도는 환류 스트림 156에서 환류 액체의 양에 영향을 미치고 따라서 스크럽 컬럼 136에서 HHC 제거 효과에 영향을 미친다. 통상의 스크럽 컬럼 시스템에서 냉각 MR 분리기 179 및 환류 드럼 150의 작동 온도 간의 커플링은 HHC 제거 효과와 혼합 냉매 사이클 효율 간의 유의적 절충 사항을 유도한다. 희박 공급 가스에 대해, 스크럽 컬럼 136에서 HHC를 효과적으로 제거하기에 충분한 환류를 제공하기 위해, MCHE 110의 가온 섹션 114는 -70℃ 정도로 공급 가스 (회로 117a)를 냉각시킬 필요가 있을 수 있다. 통상의 스크럽 컬럼 구성 및 SMR 액화 공정이 사용되는 경우, 냉각 MR 분리기 179는 액화 효율을 상당히 감소시키는 유사 온도에서 작동되어야만 한다. 이원 혼합 냉매(DMR) 공정 및 질소 확장기 공정과 같은 다른 액화 공정은 SMR에서와 같이 동일한 "커플링" 제약을 공유할 수 있는데, 즉, 가온 섹션 배출구 온도는 HHC 제거 효과 및 냉매 사이클 효율 둘 다에 영향을 미친다.
최종적으로, 스트리핑 섹션이 스크럽 컬럼 136에 제공되는 경우, 전용 리보일러 142는 하부 액체를 가열하고 스크럽 컬럼 136의 하부 섹션 138로 스트리핑 가스 및 듀티(duty)를 제공하기 위해 사용된다. 전용 리보일러 142는 작동하기 위해 가열 오일 또는 스팀과 같은 외부 열 공급원으로부터의 열을 필요로 한다. 이어서 추가의 냉각은 액화 효율을 저하시킬 수 있는, 가열 듀티를 보상하기 위해 시스템에 제공될 필요가 있다.
이전에 기재된 내용을 토대로, 당업계에서의 액화 효율의 상당한 감소 없이 희박 천연 가스 공급 스트림을 가공할 수 있는 중탄화수소를 제거하기 위한 통합 시스템을 갖는 천연 가스용 액화 시스템이 요구된다.
발명의 개요
본 개요는 하기의 발명의 상세한 설명에서 추가로 기재되는 단순화된 형태의 개념 선택을 도입하기 위해 제공된다. 본 개요는 청구된 주요 과제의 주요 특징 또는 필수 특징을 확인하기 위한 것으로 의도되지 않고 청구된 주요 과제의 범위를 제한하기 위해 사용되는 것으로 의도되지 않는다.
하기되고 다음의 청구항에 정의된 바와 같은 기재된 구체예는 희박 천연 가스 액화 공정의 일부로서 사용되는 HHC 제거 방법 및 시스템에 대한 개선을 포함한다. 상기된 구현예는 공급 가스를 보다 높은 압력(및 따라서 보다 양호한 액화 효율)에 유지시키면서 여전히 스크럽 컬럼에 충분한 환류를 제공하고 HHC를 효과적으로 제거할 수 있도록 함에 의해 당업계의 필요성을 충족한다.
본 발명의 시스템 및 방법의 여러 특정 양상은 하기에 기재한다.
양상 1:
(a) 메인 열 교환기의 가온 측면으로부터 인출된 가온 제1 냉매 스트림 상에서, 상기 가온 제1 냉매 스트림을 압축시키고 냉각시켜 적어도 하나의 냉각되고 압축된 제1 냉매 스트림을 생성시키는 폐루프 압축 절차를 수행하고;
(b) 공급원 압력에서 천연 가스 공급 공급원으로부터 천연 가스 공급 스트림을 인출하고;
(c) 상기 천연 가스 공급 스트림을 스크럽 컬럼 압력에서 상부 섹션 및 하부 섹션을 갖는 스크럽 컬럼으로 도입하고;
(d) 상기 스크럽 컬럼에서 상기 천연 가스 공급 스트림을, 상기 스크럽 컬럼의 상부 말단에서 제1 오버헤드 증기 스트림으로서 수거되는 메탄-풍부 증기 분획물 및 상기 스크럽 컬럼의 하부 말단에서 제1 하부 액체 스트림으로서 수거되는 중탄화수소-풍부 분획물로 분리하고;
(e) 상기 스크럽 컬럼으로부터 중탄화수소 풍부 천연 가스 스트림인 제1 하부 액체 스트림을 인출하고;
(f) 상기 스크럽 컬럼으로부터 메탄-풍부 천연 가스 스트림인 제1 오버헤드 증기 스트림을 인출하고;
(g) 메인 열 교환기의 가온 섹션의 가온 말단에서 제1 오버헤드 증기 스트림을 천연 가스 회로로 도입하고 적어도 하나의 냉각-압축된 제1 냉매 스트림 각각을 냉매 회로로 도입하고;
(h) 상기 냉매 회로의 적어도 하나에서, 오버헤드 냉매 스트림을 인출하고 이의 압력을 감소시켜 감압 오버헤드 냉매 스트림을 생성하고 상기 감압 오버헤드 냉매 스트림을 메인 열 교환기의 냉각 측면으로 도입하고;
(i) 상기 메인 열 교환기의 가온 측면과 냉각 측면 간에 간접적 열 교환을 제공하고;
(j) 상기 메인 열 교환기의 냉각 말단에서 상기 천연 가스 회로로부터 적어도 부분적으로 액화된 생성물 스트림을 생성하고;
(k) 상기 메인 열 교환기의 가온 섹션의 냉각 말단에서 상기 천연 가스 회로로부터 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 인출하고;
(l) 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림의 압력을 감소시켜 감압된 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 형성하고;
(m) 중간 천연 가스 온도에서 감압된 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 환류 드럼으로 도입하고;
(n) 감압된 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 환류 드럼 액체 스트림 및 환류 드럼 증기 스트림으로 분리하고;
(o) 상기 가온 섹션의 냉각 말단보다 메인 열 교환기의 냉각 말단에 더 인접한 메인 열 교환기 내 위치에서 상기 환류 드럼 증기 스트림을 상기 천연 가스 회로로 도입하고;
(p) 상기 환류 드럼 액체 스트림의 압력을 증가시키고 상기 환류 드럼 액체 스트림을 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션으로 도입하고;
(q) 상기 환류 드럼 증기 스트림과 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림 간에 간접적 열 교환을 제공하여 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 상기 환류 드럼 증기 스트림에 대해 냉각시킴을 포함하는 방법.
양상 2: 양상 1에 있어서,
(r) 상기 천연 가스 공급 공급원과 상기 스크럽 컬럼 사이에 위치하고 이와 통류하는 임의의 밸브를 작동적으로 구성하여 1 bar 이하의 총 압력 강하를 제공함을 추가로 포함하는, 방법.
양상 3: 양상 1 또는 2에 있어서,
(s) 상기 메인 열 교환기의 가온 섹션의 냉각 말단에서 및 중간 냉매 온도에서 적어도 하나의 냉매 회로 중 하나로부터 부분적으로 응축된 냉매 스트림을 인출하고;
(t) 상 분리기에서 상기 부분적으로 응축된 냉매 스트림을 중간 액체 냉매 스트림 및 중간 증기 냉매 스트림으로 분리하고;
(u) 상기 가온 섹션의 냉각 말단보다 상기 메인 열 교환기의 냉각 말단에 더 인접한 메인 열 교환기 내 위치에서 중간 액체 냉매 스트림 및 중간 증기 냉매 스트림 각각을 냉매 회로로 도입함을 추가로 포함하는, 방법.
양상 4: 양상 1 내지 3 중 어느 한 양상에 있어서, 단계 (c)가,
(i) 적어도 하나의 코일 권취 번들을 포함하는 메인 열 교환기의 가온 측면과 쉘-측면을 포함하는 메인 열 교환기의 냉각 측면 간에 간접적 열 교환을 제공함을 추가로 포함하는 방법으로서, 각각의 냉매 회로 및 천연 가스 회로가 적어도 하나의 코일-권취 번들 부분을 포함하는, 방법.
양상 5: 양상 4에 있어서, 단계 (c)가
(c) 상기 천연 가스 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분으로 분리하고, 중간 위치에서 상기 천연 가스 공급 스트림의 제1 부분을 상기 스크럽 컬럼으로 도입하고 상기 천연 가스 공급 스트림의 제2 부분을 스크럽 컬럼의 하부 말단으로 도입함을 추가로 포함하는, 방법.
양상 6: 양상 4 또는 5에 있어서,
(v) 제1 오버헤드 증기 스트림과 상기 천연 가스 공급 스트림의 제1 부분 사이에 간접적 열 교환을 제공함을 추가로 포함하는 방법.
양상 7: 양상 1 내지 6 중 어느 한 양상에 있어서,
(w) 단계 (c)를 수행하기 전에 제2 냉매에 대한 간접적 열 교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각시킴을 추가로 포함하는 방법.
양상 8: 양상 1 내지 7 중 어느 한 양상에 있어서,
(x) 상기 메인 열 교환기의 중앙 섹션의 냉각 말단 기원의 천연 가스 회로로부터 응축된 천연 가스 스트림을 인출하고, 상기 응축된 천연 가스 스트림의 압력을 증가시켜 증가된 압력 천연 가스 스트림을 형성하고 상기 증가된 압력 천연 가스 스트림을 상기 환류 드럼으로 도입함을 추가로 포함하는 방법.
양상 9: 양상 1 내지 8 중 어느 한 양상에 있어서, 단계 (p)가
(p) 상기 환류 드럼 액체 스트림의 압력을 증가시키고, 상기 환류 드럼 액체 스트림을 제1 부분 및 제2 부분으로 스플릿팅하고, 상기 환류 드럼 액체 스트림의 제1 부분을 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션으로 도입하고, 단계 (o)를 수행하기 전에 상기 환류 드럼 액체 스트림의 제2 부분과 환류 드럼 증기 스트림을 혼합함을 추가로 포함하는 방법.
양상 10: 양상 1 내지 9 중 어느 한 양상에 있어서,
(y) 단계 (l)를 수행하기 전에 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림과 제3 냉매 사이에 간접적 열 교환을 수행함을 추가로 포함하는 방법.
양상 11: 양상 1 내지 10 중 어느 한 양상에 있어서, 단계 (h)가 감압 오버헤드 냉매 스트림들 중 적어도 하나를 제1 부분 및 제2 부분으로 스플릿팅하고, 상기 제1 부분을 상기 메인 열 교환기의 냉각 측면으로 도입하고, 상기 제2 부분, 상기 환류 드럼 증기 스트림과 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림 간에 간접적 열 교환을 수행함을 추가로 포함하는, 방법.
양상 12: 양상 1 내지 11 중 어느 한 양상에 있어서,
(z) 단계 (c)를 수행하기 전에 압축기를 사용하여 상기 천연 가스 공급 스트림의 압력을 증가시킴을 추가로 포함하는, 방법.
양상 13: 천연 가스 공급 스트림을 액화시키기 위한 시스템으로서, 상기 시스템이
천연 가스의 공급원에 연결된 천연 가스 공급물;
가온 제1 냉매 스트림을 압축시키고 냉각시켜 고압 증기 제1 냉매 스트림 및 고압 제1 냉매 액체 스트림을 생성하도록 작동적으로 구성된 냉매 압축 시스템 (여기서, 상기 냉매 압축 시스템은 적어도 하나의 압축기, 적어도 하나의 후기 냉각기 및 적어도 하나의 상 분리기를 포함한다);
가온 말단, 냉각 말단, 가온 섹션, 냉각 섹션, 가온 측면, 냉각 측면, 상기 가온 측면 상에 위치한 제1 냉매 회로, 상기 가온 측면 상에 위치한 제2 냉매 회로, 상기 가온 측면 상에 위치하고 상기 천연 가스 회로의 가온 말단에 중간 배출구를 갖는 천연 가스 회로를 포함하는 메인 열 교환기(여기서, 상기 제1 냉매 회로는 상기 메인 열 교환기의 가온 말단에서 상기 고압 증기 제1 냉매 스트림과 통류하고 상기 제2 냉매 회로는 상기 메인 열 교환기의 가온 말단에서 상기 고압 제1 냉매 액체 스트림과 통류하고, 상기 메인 열 교환기는 상기 메인 열 교환기의 가온 측면과 냉각 측면 간에 간접적 열 교환을 제공하도록 작동적으로 구성된다);
공급 스트림 주입구 위에 위치한 상부 섹션 및 공급 스트림 주입구 아래에 위치한 하부 섹션을 포함하는 내부 용적을 한정하는 상기 천연 가스 공급 스트림과 외곽 쉘과 통류하는 공급 스트림 주입구를 포함하는 스크럽 컬럼(여기서, 상기 스크럽 컬럼은 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션에 위치한 증기 배출구를 갖고, 상기 액체 배출구는 상기 스크럽 컬럼의 하부 섹션에 위치하고, 액체 주입구는 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션에 위치하고, 상기 스크럽 컬럼의 증기 배출구는 상기 메인 열 교환기의 가온 말단에서 천연 가스 회로와 통류한다);
상기 메인 열 교환기의 중간 배출구와 통류하는 주입구, 상기 메인 열 교환기의 중간 주입구와 통류하는 증기 배출구 및 상기 스크럽 컬럼의 액체 주입구와 통류하는 액체 배출구를 갖는 환류 드럼;
상기 환류 드럼의 액체 배출구와 상기 스크럼 컬럼의 액체 주입구 사이에 위치하고 이와 통류하는 펌프; 및
가온 도관 및 냉각 도관 간에 간접적 열 교환을 제공하도록 작동적으로 구성된 가온 도관 및 냉각 도관을 갖는 제1 이코노마이저(여기서, 상기 가온 도관은 상기 메인 열 교환기의 중간 배출구와 상기 환류 드럼의 주입구 사이에 위치하고 이와 통류하며, 상기 냉각 도관은 상기 환류 드럼의 증기 배출구와 상기 메인 열 교환기의 중간 주입구 사이에 위치하고 이와 통류한다)을 포함하는 시스템.
양상 14: 양상 13에 있어서, 상기 메인 열 교환기가 가온 번들 및 냉각 번들을 갖는 코일-권취 열 교환기를 포함하고, 상기 천연 가스 회로의 중간 배출구가 상기 가온 번들의 냉각 말단에 위치한, 시스템.
양상 15: 양상 13 또는 14에 있어서, 상기 냉매 압축 시스템의 적어도 하나의 상 분리기가 제1 냉매 회로의 냉각 말단과 통류하는 상 분리기 주입구, 상기 냉각 냉매 상 분리기의 하부 말단으로부터 인출되는 하부 액체 냉매 스트림, 및 상기 냉각 냉매 상 분리기의 상부 말단으로부터 인출되는 오버헤드 증기 냉매 스트림(여기서, 상기 오버헤드 증기 냉매 스트림 및 하부 액체 냉매 스트림 양자 모두는 제1 냉매 회로의 냉각 말단보다 메인 열 교환기의 냉각 말단에 더 인접한 위치에서 메인 열 교환기의 가온 측면과 통류한다)를 갖는 냉각 냉매 상 분리기를 포함하는, 시스템.
양상 16: 양상 13 내지 15 중 어느 한 양상에 있어서, 상기 제1 냉매가 혼합 냉매을 포함하는, 시스템.
양상 17: 양상 13 내지 15 중 어느 한 양상에 있어서, 상기 스크럽 컬럼이 증기 주입구를 추가로 포함하는, 시스템.
양상 18: 양상 13 내지 17 중 어느 한 양상에 있어서, 상기 공급 스트림 주입구로부터 상류측에 있는 천연 가스 공급 스트림을 0 ℃ 미만의 온도로 냉각되도록 위치되고 작동적으로 구성된 예비 냉각기를 추가로 포함하는, 시스템.
양상 19: 양상 13 내지 18 중 어느 한 양상에 있어서, 상기 제1 이코노마이저의 가온 도관과 상기 환류 드럼의 주입구 사이에 위치하고 이들과 통류하는 제1 감압 밸브를 추가로 포함하는, 시스템.
양상 20: 양상 13 내지 19 중 어느 한 양상에 있어서, 상기 제1 이코노마이저와 상기 환류 드럼 사이에 위치하고 상기 제1 이코노마이저의 가온 도관과 통류하는 열 교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
도 1은 선행 기술 분야에 따른 HHC 제거 및 SMR 천연 가스 액화 시스템 및 방법을 도시하는 도식적 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1 예시적 구현예에 따른 HHC 제거 및 SMR 천연 가스 액화 시스템 및 방법을 도시하는 도식적 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 예시적 구현예에 따른 HHC 제거 및 프로판-혼합 냉매 (또는 "C3MR") 천연 가스 액화 시스템 및 방법을 도시하는 도식적 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제3 예시적 구현예에 따른 HHC 제거 및 SMR 천연 가스 액화 시스템 및 방법을 도시하는 도식적 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제4 예시적 구현예에 따른 HHC 제거 및 천연 가스 액화 시스템 및 방법을 도시하는 도식적 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제5 예시적 구현예에 따른 HHC 제거 및 천연 가스 액화 시스템 및 방법을 도시하는 도식적 흐름도이다.
본 발명은 천연 가스 액화 공정과 통합된 스크럽 컬럼으로 환류 및 응축 듀티를 효과적으로 제공하기 위해 스크럽 컬럼 환류 드럼에서 천연 가스 공급 스트림의 온도 및 압력을 성취하는 신규 방법을 제공한다.
상기된 바와 같이, 천연 가스 공급 스트림은 C2-C5 성분이 낮고 ("희박") 충분한 수준의 중탄화수소를 함유하는 조성물을 갖는 경우, 통상의 스크럽 컬럼 구성은 비효과적이거나 에너지 비효율적이다. 본원 발명자는 상기 HHC 제거 효과 및 액화 효율이 MCHE와 환류 드럼 사이에 이코노마이저 열 교환기를 도입함에 의해 개선되고 공급 가스의 압력 방식을 변화시키는 것은 중탄화수소 제거 공정에서 취급됨을 밝혔다.
보다 구체적으로, 전체 공정의 분리 효과 및 에너지 효율은 환류 드럼을 MCHE의 가온 섹션으로부터 배출되는 공급 가스 온도와는 상당히 상이한 온도에서 작동하도록 함에 의해 개선될 수 있다. 냉매 사이클의 나머지로부터 환류 작동 온도의 탈커플링은 추가의 자유도를 제공하고 이는 보다 양호한 전체 공정 최적화를 가능하게 한다. 이코노마이저는 환류 드럼으로부터의 오버헤드 증기를 MCHE 가온 섹션 배출구 온도보다 불과 몇도 냉각된 온도로 가온시키고 이는 MCHE의 중앙 섹션의 가온 말단에서 온도 차등을 감소시키고 공정 열 효율을 개선시킨다. 상기 온도 차이는 이코노마이저의 디자인 온도 방식에 의존하지만 전형적으로 5℃ 미만이고 흔히 2 또는 3℃ 미만이다.
추가로, 압력 강하 밸브는 MCHE와 환류 드럼 사이에 위치한다. 이것은 통상의 스크럽 컬럼 구성보다 2개의 이득을 갖는다. 먼저, 상기 강하 밸브에서 취해지는 주요 압력 강하와 함께, 압력 강하는 스크럽 컬럼 자체의 주입구에 제공될 필요가 거의 없거나 (필요가 없어) MCHE의 가온 섹션에서 보다 높은 공급 가스 밀도 및 보다 낮은 공급 용적 흐름을 유지한다. 이것은 MCHE의 요구되는 크기 및 관련된 자본 비용을 감소시킨다. 둘째로, 상기 위치에서 압력 강하를 취하여 공급 가스 자체로 냉각시키고, MCHE의 가온 섹션으로부터 요구되는 응축 듀티 부분을 오프-로딩하고 HHC 제거 효과 및 전체 액화 효율을 유익하게 함을 성취한다. 상기 위치에서 압력 강하 밸브를 제공하는 것은 또한 MCHE와 환류 드럼 사이의 이코노마이저에서적절한 근접 온도 유지를 돕는다.
더욱이, 추가의 환류는 시스템 어디에서 취해진 완전히 응축된 LNG 스트림을 사용하여 제공될 수 있고, 이는 중앙 섹션 배출구로부터의 LNG 스트림, 냉각 섹션 배출구로부터 준냉각된 LNG 스트림, 및 LNG 저장 탱크로부터 펌핑된 LNG 생성을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
임의로, 보충 냉각 및 응축 듀티는 이코노마이저에서 추가의 냉각기를 사용하거나 추가의 냉각 회로를 첨가함에 의해 제공될 수 있다. 냉각 매질은 MCHE 가온 섹션 배출구에서 공급 가스 온도보다 냉각된 시스템에서 임의의 스트림으로부터 취할 수 있다.
최종적으로 및 상기 주지된 바와 같이, 공급 가스 스트림 부분은 스크럽 컬럼에 대한 스트리핑 가스로서 직접적으로 사용된다. 이것은 추가의 가열 공급원의 사용을 회피하고 보다 중요하게는 컬럼에서 적당한 액체 대 증기 흐름 비율의 유지를 도와준다. 보다 양호한 전체 액화 효율을 성취하고 컬럼 작동능을 유지하고 HHC 제거 효과를 개선시키는 것으로 도와준다.
본원에 사용된 바와 같은 관사 "a" 및 "an" 및 달리 지적되지 않는 다면, 명세서 및 청구항에 기재된 본 발명의 구현예에서 임의의 특징에 적용되는 경우 하나 이상을 의미한다. "a" 및 "an"의 사용은 제한이 구체적으로 기재되지 않는 경우 단일 특징에 대한 의미를 제한하지 않는다. 단수 또는 복수 명사들 또는 명사 문장 앞에 있는 관사 "the"는 특정 구체화된 특징 또는 특정 구체화된 특징들을 나타내고 이것이 사용되는 문장에 따라 단수 또는 복수의 함축된 의미를 가질 수 있다.
본 명세서 및 청구항에 사용된 바와 같은 용어 "통류(fluid communication)" 및 "통류 ("fluid folw communication)" 양자 모두는 액체, 증기 및/또는 2-상 혼합물이 제어된 방식으로 (즉, 누출 없이) 직접적으로 또는 간접적으로 수송될 수 있도록 하는 2개 이상의 성분 간의 연계 특성을 언급한다. 2개 이상의 성분들이 서로 통류하도록 2개 이상의 성분을 커플링시키는 것은 예를 들어, 용접 사용, 플랜지형 회로, 가스킷 및 볼트의 사용과 함께 당업계에 공지된 임의의 적합한 방법을 포함할 수 있다. 2개 이상의 성분은 또한 이들을 분리시킬 수 있는 시스템의 다른 성분들, 예를 들어, 밸브, 게이트 또는 유체 흐름을 선택적으로 제한하거나 지시할 수 있는 다른 장치를 분리시킬 수 있는 시스템의 다른 성분들을 통해 함께 커플링될 수 있다.
본 명세서 및 청구항에 사용된 바와 같은 용어 "도관"은 이를 통해 유체가 시스템의 2개 이상의 성분들 간에 수송될 수 있는 하나 이상의 구조물을 언급한다. 예를 들어, 도관은 액체, 증기 및/또는 가스를 수송하는 파이프, 관, 경로 및 이의 조합을 포함할 수 있다.
본원 명세서 및 청구항에 사용된 바와 같은 용어 "천연 가스"는 주로 메탄으로 이루어진 탄화수소 가스 혼합물을 의미한다.
본원 명세서 및 청구항에 사용된 바와 같은 용어 "혼합 냉각" (또한 "MR"로서 약칭됨)은 적어도 2개의 탄화수소를 포함하는 유체를 의미하고 이에 대해 탄화수소는 냉매의 전체 조성의 적어도 80%를 차지한다.
본원 명세서 및 청구항에서 사용된 바와 같은 용어 "중성분" 또는 "중탄화수소"는 표준 압력에서 메탄보다 높은 비점을 갖는 탄화수소를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "간접적 열 교환"은 2개의 유체 간의 열 교환을 언급하고, 여기서, 상기 2개의 유체는 일부 형태의 물리적 장벽에 의해 서로 분리된 채로 유지된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "가온 스트림"은 기재된 시스템의 정상 작동 조건하에 간접적 열 교환에 의해 냉각되는 유체 스트림을 의미하는 것으로 의도된다. 유사하게, 용어 "냉각 스트림"은 기재된 시스템의 정상 작동 조건하에 간접적 열 교환에 의해 가온되는 유체 스트림을 의미하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "가온 측면"은 하나 이상의 가온 스트림이 이를 통해 흐르는 열 교환기 부분을 의미하는 것으로 의도된다. 유사하게, 용어 "냉각 측면"은 하나 이상의 냉각 스트림이 이를 통해 흐르는 열 교환기 부분을 의미하는 것으로 의도된다.
용어 "스크럽 컬럼"은 증류 컬럼 유형을 언급하고 이는 컬럼 내부에서 흐르는 상향 상승 증기 및 하향으로 흐르는 액체 간의 접촉을 증가시키고 따라서 매쓰 전달을 증진시키는 팩킹 또는 트레이와 같은 장치로 구성된 하나 이상의 분리 스테이지를 함유하는 컬럼이다. 상기 방식에서, 보다 가벼운 (즉, 보다 높은 휘발성 및 보다 낮은 비점) 성분의 농도는 컬럼 상부에서 오버헤드 증기로서 수거하는 상승 증기에서 증가하고 보다 무거운 (즉, 보다 낮은 휘발성 및 보다 높은 비점) 성분의 농도는 컬럼의 하부에서 하부 액체로서 수거하는 하향 액체에서 증가한다. 증류 컬럼의 "상부"는 최상부 분리 스테이지에서 또는 이의 위의 컬럼 부분을 언급한다. 상기 컬럼의 "하부"는 최하부 분리 스테이지에서 또는 이의 위의 컬럼 부분을 언급한다. 컬럼의 "중간 위치"는 컬럼의 상부 및 하부 사이의 위치, 2개의 분리 스테이지 사이의 위치를 언급한다.
스크럽 컬럼의 경우에, 천연 가스 공급 스트림은 컬럼의 중간 위치에서, 또는 보다 전형적으로 컬럼의 하부에서 스크럽 컬럼으로 도입된다(가스 스트림으로서 또는 부분적으로 응축된 2-상 스트림으로서). 이어서 공급 스트림으로부터 상향 상승 증기는 이것이 하향으로 흐르는 액체 환류 스트림과 함께 스크럽 컬럼 내부에서 하나 이상의 분리 스테이지를 통해 통과함에 따라 접촉하게 되고, 이로써 상기 증기로부터 메탄보다 무거운 성분을 세정한다(즉, 증기로부터 상기 덜 휘발성 성분의 적어도 일부를 제거하는). 상기된 바와 같이 이러한 결과로서 천연 가스 공급 스트림은 스크럽 컬럼의 상부에서 오버헤드 증기 (본원에서 "제1 오버헤드 증기"로서 언급되는)로서 수거되는 메탄 풍부 증기 분획물, 및 스크럽 컬럼의 하부에서 하부 액체 (본원에서 "제1 하부 액체"로서 언급됨)로서 수거되는, 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 액체 분획물로 분리된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "분리기" 또는 "상 분리기"는 드럼 또는 다른 형태의 용기와 같은 장치를 언급하고, 여기서, 상기 2개 상 스트림은 스트림을 이의 성분 증기 및 액체 상으로 분리하기 위해 도입될 수 있다. 환류 드럼은 증류 컬럼을 위해 액체 환류를 제공하도록 작동적으로 구성된 상 분리기 유형이다.
유일하게 예를 들어, 본 발명의 특정 예시적 양태는 현재 도 2 내지 6을 참조로 기재된다. 상기 도면에서, 이전의 구현예의 것들과 유사한 요소들은 100의 곱에 의해 증가된 표준 숫자로 나타낸다. 예를 들어, 도 1의 주요 극저온 열 교환기 110은 도 1의 주요 극저온 열 교환기 210과 동일한 구조 및 기능을 갖는다. 상기 요소들은 본원에서 달리 진술되거나 도시되지 않는 경우 동일한 기능 및 구조를 갖는 것으로서 간주되어야하고, 따라서 상기 요소들의 논의는 다수의 구현예에 대해 반복될 수 없다.
도 2 내지 6에 도시된 구현예에서, 천연 가스를 액화시키기 위해 사용된 주요 극저온 열 교환기는 코일 권취 열 교환기로서 나타낸다. 코일 권취 열 교환기의 사용이 현재 바람직한 기술이지만 주요 교환기는 대안적으로 플레이트 및 핀 열 교환기일 수 있거나 당업계에 공지된 또 다른 유형의 열 교환기이거나 향후 개발된 것일 수 있다. 유사하게, 본원에 도시된 구현예에서 단일 쉘에 하우징되어 단일 유닛을 형성하는 메인 열 교환기의 코일 번들을 도시하지만 메인 열 교환기는 일련의 2개 이상의 유닛을 포함할 수 있고 이는 이 자신의 케이싱/쉘을 갖거나 하나의 케이싱/쉘에 하우징된 하나 이상의 번들을 갖고 하나 이상의 상이한 케이싱/쉘에 하우징된 하나 이상의 다른 번들을 갖는다. 냉각 냉매를 메인 열 교환기에 공급하기 위해 사용되는 냉매 사이클은 또한 천연 가스의 액화를 수행하기 위해 적합한 임의의 유형일 수 있다. 당업계에 공지되고 사용되는 예시적 사이클 및 본 발명에 사용될 수 있는 예시적 사이클은 단일 혼합 냉매 사이클 (SMR), 프로판 예비-냉각된 혼합 냉각 사이클(C3MR), 질소 확장기 사이클, 메탄 확장기 사이클, 이원 혼합 냉매 사이클(DMR) 및 케이케이드 사이클을 포함한다.
지금 도 2를 참조해보면, 이러한 구현예에서, 천연 가스 공급 스트림 202는 스크럽 컬럼 236으로 도입되기 전에 제1 부분 202a 및 제2 부분 202b에서 분리된다. 제1 부분 202a는 이코노마이저 232에서 적합한 온도, 바람직하게 0℃ 미만 및 보다 바람직하게 -10℃ 및 -40℃의 온도로 예비 냉각된다. 냉각된 제1 부분은 이어서 공급 스트림 주입구 235를 통해 스크럽 컬럼 236으로 도입되고, 여기서, 이것은 메탄 풍부 오버헤드 증기 스트림 239 및 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 하부 액체 스트림 240으로 분리된다. 바람직하게, 주입구 밸브 234를 걸쳐 거기에는 압력 강하가 없거나 거의 없어 (예를 들어, 1 bar 미만) 주입구 235에서 스크럽 컬럼 236에 진입하는 공급 가스는 공급 가스 스트림 202의 본래 압력의 약간 미만이다. 예를 들어, 공급 가스 스트림 202가 65 bara에서 주입구 밸브 234를 진입하는 경우, 주입구 밸브 234로부터의 배출구 압력은 수치적으로 64 bara이다(연결 도관 및 이코노마이저 232 통로로 인한 임의의 압력 강하를 포함하지 않는다). 제2 부분 202b는 스크럽 컬럼 236의 하부 섹션 238에 대한 스트리핑 가스로서 사용된다. 제2 부분 202b의 유속은 바람직하게 1 bar 미만의 압력 강하를 제공하도록 구성되고 작동되는 주입구 밸브 207에 의해 조절된다.
오버헤드 증기 스트림 239는 스크럽 컬럼 236의 상부 섹션 237로부터 인출되고 하부 액체 스트림 240은 스크럽 컬럼 236의 하부 섹션 238로부터 인출된다. 상부 섹션 237은 또한 증류 컬럼의 조정 섹션으로서 당업계에 공지되어 있고 하부 섹션 238은 또한 증류 컬럼의 스트리핑 섹션으로서 당업계에 공지되어 있다. 2개 섹션의 경계선은 공급 스트림 주입구 235의 위치에 의존한다. 2개의 섹션은 구조화된 팩킹으로 충전될 수 있거나 스크럽 컬럼 236 내부에서 액체 및 증기 흐름의 역류 접촉을 위한 트레이와 대비될 수 있다.
오버헤드 증기 스트림 239는 공급 가스 스트림 202에 대하여 간접적 열 교환을 제공하는 이코노마이저 232에 의해 가온된다. 이어서 상기 가온된 오버헤드 증기 스트림 244는 MCHE 210의 가온 섹션 (가온 번들) 214로 흐르고, 여기서, 이것은 전형적으로 -40℃ 및 -60℃의 온도로 냉각되고 또한 전형적으로 부분적으로 응축된다. 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림 245는 이어서 MCHE 210의 가온 섹션 214로부터 인출되고 환류 드럼 250으로부터의 오버헤드 증기 스트림 251에 대한 이코노마이저 252에서 추가로 냉각된다. 이코노마이저 252로부터 배출되는 냉각된 공급 가스 스트림 246은 압력 강하 JT 밸브 253을 거쳐 보다 낮은 압력으로 확장되어 충부한 액체가 환류 드럼에서 형성된다. 공급 가스 조성에 따라, 환류 드럼은 흔히 공급물의 임계 압력의 2 내지 10 bar 미만에서 작동된다. 준임계 압력 공급 스트림은 이어서 주입구 247에서 환류 드럼 250으로 도입되고 여기서, 이것은 하부 액체 스트림 254 및 오버헤드 증기 스트림 251을 형성하기 위해 분리된 상이다.
환류 드럼 250의 작동 압력 및 온도 (이는 JT 밸브 253의 배출구 압력 및 온도와 동일하다)는 환류 드럼 250에서 액체 상 대 증기 상의 밀도 비율이 1 초과이고 바람직하게는 4 초과이도록 하는 것이다. 추가로, 환류 드럼 250에서 액체 상의 표면 장력은 명백한 상 경계선을 갖기에 충분히 높고 바람직하게는 2 dyne/cm 초과이다. 환류 드럼 250으로부터의 하부 액체 스트림 254는 액체 펌프 255를 사용하여 펌핑되고 스크럽 컬럼의 작동을 위해 그리고 공급 가스로터 중탄화수소를 세척 제거하기에 필요한 환류를 제공하기 위해 환류 스트림 256으로서 스크럽 컬럼 236의 상부 말단으로 복귀된다. 상기된 바와 같이, 오버헤드 증기 스트림 251은 MCHE 210의 중앙 섹션 215로 보내지기 전에 MCHE 210의 가온 섹션 214로부터 배출되는 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림 245에 대하여 이코노마이저 252에서 가온된다.
냉매 압축 시스템 260의 성분 및 작동은 본질적으로 도 1과 연계하여 기재된 냉매 압축 시스템 160과 동일하다. 따라서, 참조 수치는 냉매 압축 시스템 260의 요소들에 대해 도 2에서 제공되지 않는다.
도 1에 나타낸 통상의 배열과 비교하여, 도 2에 도시된 본 발명의 구현예의 방법 및 시스템은 따라서 대다수의 공급 압력 강하가 환류 드럼 250의 주입구 247에서 취해지고 환류 드럼 250 작동 온도가 MCHE 210의 가온 섹션 214의 가온 말단으로부터 배출되는 스트림 245, 278, 221a, 221b의 온도보다 훨씬 낮도록 (예를 들어 5 내지 30℃ 미만) 하는 방식에서 차이가 있다. 결과로서, 공급 가스 스트림은 도 1의 천연 가스 회로 117a에서 보다 MCHE 210의 가온 섹션 214를 통해 천연 가스 회로 217a에서 보다 높은 압력으로 유지된다. 더욱이, 도 2의 구현예에서, 냉각 MR 분리기 279의 작동 온도는 환류 드럼 250에서의 온도보다 훨씬 가온이다(5-30℃, 바람직하게 적어도 5℃ 및, 보다 바람직하게 적어도 10℃). 탈커플링시킴에 의해 냉각 MR 분리 279 및 환류 드럼 250의 작동 온도는 냉각 루프 및 중탄화수소 제거 시스템 230을 독립적으로 최적화하기 위해 보다 자유롭게 한다. 추가로, 이코노마이저 252는 또한 중앙 섹션 (번들) 215의 가온 말단에서 보다 엄격한 온도 차등의 유지를 도와주고, 이는 스트림 257, 280, 281이, 이들이 중앙 섹션 215의 가온 말단에 진입함으로써 도 1의 스트림 157, 180, 181보다 작은 온도 차등을 가짐을 의미한다. 최종적으로, 도 1에서 전용 리보일러 142의 스트리핑 가스 (공급 가스 트림 202의 제2 부분 202b)로의 대체 또는 보충은 시스템에 대한 외부 열 투입에 대한 필요성을 감소시키거나 회피한다. 상기 모두는 본원에 제공된 실시예에서 입증된 바와 같이 전체 액화 효율이 상당히 개선되도록 한다.
공정에 대한 유사한 개선은 프로판 예비냉각된 혼합 냉매 공정 (C3-MR)과 같은 다른 냉매 사이클로 성취될 수 있다. 현재 도 3을 언급하면서, 본 발명의 또 다른 예시적 구현예가 도시되고, 여기서, 냉매 듀티는 프로판 냉매 사이클 및 혼합 냉매 사이클에 의해 제공된다. 프로판 냉매 사이클은 공급 가스 및 혼합 냉매 양자 모두를 예비 냉각시킨다.
상기 구현예에서, 공급 가스 스트림 302는 하나 이상의 프로판 케틀 (총체적으로 블록 382에 의해 나타내고 또한 예비 냉각기로 언급됨)에서 스크럽 컬럼 336으로 보내지기 전에 바람직하게 0℃ 미만의 온도, 및 보다 바람직하게 -20℃ 내지 -35℃의 온도로 냉각된다. 낮은 압력 프로판 냉매 스트림 384, 331c, 331b, 331a (상이한 압력 및 온도에서 작동되는 일련의 증발기 케틀로부터 수거됨)는 프로판 압축기 385에서 압축시켜 고압 방출 프로판 스트림 386을 형성한다. 이어서 고압 배출 프로판 스트림 386은 냉각되고 하나 이상의 후기 냉각기 387에서 완전히 응축되어 고압 액체 프로판 냉매 스트림 388을 형성한다. 고압 액체 프로판 냉매 스트림 388은 이어서 다중 압력에서 증발시켜 공급 가스 스트림 302 및 고압 혼합 냉매 스트림 374에 연속 냉각을 제공한다. MCHE 310으로부터의 가온 저압 혼합 냉매 361은 일련의 압축기 364, 371에 의해 압축되고, 일련의 후기 냉각기 366, 373에 의해 냉각되어 고압 혼합 냉매 스트림 374를 형성한다. 냉각되고 프로판 케틀 382를 통해 부분적으로 응축된 후, 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림 383은 상 분리기 375에서 혼합 냉매 액체 (MRL) 스트림 376 및 혼합 냉매 증기 (MRV) 스트림 377로 상 분리된다. MRL 스트림 376은 추가로 JT 밸브 325를 통해 확장되기 전에 MCHE 310의 가온 314 및 중앙 섹션 315에서 준냉각되어 저압 냉각 냉매 스트림 326을 형성한다. 이어서 저압 냉각 냉매 스트림 326은 이어서 MCHE 310의 중앙 섹션 315의 쉘 측면으로 보내어 시스템에 냉각을 제공한다. MRV 스트림 377은 JT 밸브 328을 통해 확장되기 전에 MCHE 310의 가온, 중앙 및 냉각 섹션에서 추가로 냉각되고, 응축되고 준냉각되어 또 다른 저압 냉각 냉매 스트림 329를 형성한다. 이어서 저압 냉각 냉매 스트림 329는 MCHE 310의 냉각 섹션 316의 쉘 측면으로 보내어 시스템에 냉각을 제공한다.
도 3에 나타낸 시스템 300은 공급 가스 스트림 202가 프로판 케틀 382에서 이미 예비 냉각되기 때문에 제1 이코노마이저 (시스템 200에서 이코노마이저 232)가 요구되지 않는다는 점에서 시스템 200과 상이하다. 또한 시스템 300에서 MCHE 310의 중앙 315와 가온 섹션 314 사이에 어떠한 냉각 MR 분리기가 없다는 점에서 차이가 있다. 그러나, 시스템 200에서와 같이, MCHE 310의 가온 섹션 314로부터 배출되는 공급 가스 스트림 352는 MCHE 310과 환류 드럼 350 사이에 위치된 이코노마이저 345에서 추가로 냉각된다. 이코노마이저 352로부터 배출되는 공급 가스 스트림 346은 압력 강하 JT 밸브 353을 거쳐 이의 임계 압력 미만인 압력으로 확장된다. 이어서 이는 환류 드럼 350에서 이의 액체 및 증기 상으로 분리되어 액체 스트림 354와 오버헤드 증기 스트림 351을 생성한다. 환류 드럼 350의 작동 압력 및 온도 (JT 밸브 353의 배출구 압력 및 온도와 동일함)는 드럼에서 액체 상 대 증기 상의 밀도 비율이 1 초과이고 바람직하게 4 초과이도록 한다. 환류 드럼 250에서 액체 상의 표면 장력은 청명한 상 경계선을 갖기에 충분히 높다 - 바람직하게 2 dyne/cm.
시스템 300을, 중탄화수소 제거 시스템 330, 130의 작동 관점에서 선행 기술 분야의 시스템 100과 비교하여, 공급 가스에서 대다수의 압력 강하는 환류 드럼 350의 주입구 347 직전에서 일어난다. 이것은 환류 드럼 350 작동 온도가 MCHE 310의 가온 섹션 314로부터 배출되는 공급 가스 스트림 345의 온도보다 훨씬 냉각되도록 하고 공급 가스의 압력은 시스템 100 (선행 기술 분야)과 비교하여 MCHE 310의 가온 314 및 중앙 섹션 315에서 비교적 높게 (예를 들어, 도 1에서 동일한 스트림보다 1 내지 10 bara 높음) 유지될 수 있다. 상기 모두는 보다 양호한 전체 액화의 성취를 도와준다.
C3-MR 공정을 위한 상기 정렬은 또한 공급 가스 스트림 302의 조성이 변화함에 따라 보다 유연하게 작동하도록 한다. 예를 들어, 공급 가스 스트림 302의 조성이 보다 희박해짐에 따라 시스템 300은 HHC의 제거가 JT 밸브 353에서 압력이 보다 하강되도록 함에 의해 효율적으로 성취되게 하고 냉매 압축 시스템 360 및 스크럽 컬럼 336의 작동 파라미터를 상대적으로 일정하게 유지시킨다.
현재 도 4를 언급하면, 시스템 400에서 추가의 환류 스트림 489는 MCHE 410의 중앙 섹션 415의 냉각 말단에서 공급 가스 회로 117b로부터 방출되는 완전히 액화된 LNG 스트림 부분을 사용하여 제공된다. 추가의 환류 스트림 489의 압력은 펌프 490에 의해 증가되고 증가된 압력 환류 스트림 491은 환류 드럼 450으로 흐르고 여기서, 이는 MCHE 410의 가온 섹션 414의 냉각 말단으로부터 나오는 오버헤드 증기 스트림 451과 혼합된다. 상기 추가의 환류는 환류 흐름 및 듀티를 보충한다. 이는 또한 특히 공급 가스 공급원 401이 보다 낮은 압력 (예를 들어, 30 내지 45 bara, 또는 이미 공급 가스 임계 압력 미만인 압력)에 있고 온도 하강 밸브 453을 통한 자가-냉각이 목적하는 온도를 성취하기에 충분하지 않은 경우 MCHE 410의 가온 섹션 414의 냉각 말단으로부터 나오는 오버헤드 증기 스트림 451보다 냉각된 온도(예를 들어, 5 내지 30℃)에서 환류 드럼의 유지를 도와준다.
상기 추가의 환류는 중앙 섹션 415의 냉각 말단으로부터의 LNG 스트림, 준냉각된 LNG 스트림 403, LNG 생성물 스트림 406, 또는 심지어 LNG 저장 탱크 404로부터 펌핑된 최종 LNG 생성물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 시스템 400의 어느 위치에서 취해지는 하나 이상의 완전히 응축된 LNG 스트림을 사용하여 제공될 수 있음을 주지해야 한다.
도 5에 도시된 바와 같이 또 다른 구현예에서, 시스템 500은 이코노마이저 552와 압력 강하 밸브 553 사이에 위치한 추가의 냉각기 592를 사용함에 의해 제공된 보충 냉각 및 응축 듀티를 포함한다. 냉각기 592에 대한 냉각 매질은 부분적으로 응축된 스트림 545의 온도보다 냉각된 시스템 500에서 임의의 스트림으로부터 기원할 수 있다. 예를 들어(나타내지 않음), CMRL 스트림 524 부분은 확장되고 냉각기 592로 지시될 수 있어 부분적으로 응축된 스트림 545의 냉각을 도와준다. 냉각기 592로부터의 소비된 CMRL 슬립 스트림은 바람직하게 MCHE 510의 가온 514와 중앙 섹션 515 사이의 중간 위치에서, MCHE 510의 쉘 측면으로 다시 보내진다. 상기 배열은 특히 공급 가스 공급원 501이 보다 낮은 압력에 있고 JT 밸브 553을 통한 자가 냉각이 목적하는 온도를 성취하기 위해 충분하지 않는 경우 오버헤드 증기 스트림 545보다 훨씬 냉각된 온도(예를 들어, 5 내지 30℃ 더 냉각됨)에서 환류 드럼 550의 유지를 도와준다.
시스템 500은 또한 환류 펌프-정배향 옵션을 포함한다. 상기 옵션과 함께, 펌핑된 환류 액체 스트림 556 부분은 스크럽 컬럼 536의 상부 섹션 537로 보내지는 것 대신 오버헤드 증기 증류 551로 지시되고 이와 혼합된다. 혼합 지점은 이코노마이저 552 전 (스트림 593a에 의해 지적된 바와 같이) 또는 이코노마이저 552 후 (스트림 593b에 의해 지적된 바와 같이)에 있을 수 있다. 상기 옵션은 추가의 작동 유연성을 제공한다. 예를 들어, 공급 가스 스트림 502가 더 풍부해짐으로써 보다 많은 액체는 환류 드럼 550에서 형성된다. 어떠한 다른 작동 변화가 요구되지 않는 경우, 펌프 정배향 액체의 양은 증가될 수 있고 그 반대일 수 있다.
도 6을 언급하면, 또 다른 예시적 구현예는 시스템 600으로서 나타낸다. 시스템 600에서, 추가의 냉각 회로는 이코노마이저 652에 첨가된다. CMRL 스트림 624 부분은 이코노마이저 652로 확장되고 지시되어 오버헤드 증기 스트림 645의 냉각을 도와준다. 이코노마이저 652로부터 소비된 CMRL 슬립 스트림 697은 MCHE 610의 쉘 측면, 바람직하게는 MCHE 610의 가온 614 및 중앙 섹션 615 사이의 중간 위치 698로 다시 보내진다. 시스템 500과 유사하게, 상기 배열은 또한 이것이 MCHE 610의 가온 섹션 614로부터 배출됨에 따라 오버헤드 증기 스트림 645보다 훨씬 냉각된 온도에서 환유 드럼 650의 유지를 도와준다. 임의로, 공급 부스터 압축기 694는 공급 가스 스트림 602의 압력을 증가시키기 위해 첨가될 수 있어 환류 드럼 650의 주입구 647에서 압력 강하 밸브 653에서 보다 높은 자가-냉각 능력을 가능하게 한다.
실시예
하기 표 1은 시스템 100 (도 1) 및 시스템 200 (도 2)의 다양한 스트림의 모의 작동 조건 세트 간의 비교를 보여준다. 상기 표에서의 데이터는 MCHE 210과 환류 드럼 250 사이에 이코노마이저를 사용하고 환류 드럼 250의 주입구 247에서 압력 강하를 도입하는 것이 전체 액화 효율을 상당히 개선시킬 수 있음을 설명한다. 상기 액화 효율은 전형적으로 특정 힘에 의해 측정되고 이는 총 냉각력을 생산율로 나누어 계산된다. 그러나, 특정 힘은 보다 높은 액화 효율을 의미한다. 공급 압력은 MCHE의 가온 및 중앙 섹션 양자 모두에서 선행 기술 분야의 것보다 높게 유지된다. 구체적으로, 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 시스템 200의 가온 섹션을 통한 공급 가스는 시스템 100에서의 것보다 약 10 bara 높고; 시스템 200의 중앙 섹션을 통한 공급 가스는 시스템 100에서의 것보다 약 3 bara 더 높다. 보다 높은 공급 가스 압력을 유지하는 것이 보다 높은 액화 효율의 성취를 도와준다.
Figure pat00001
본 발명은 바람직한 구현예를 참조로 상기된 세부 사항으로 제한되지 않는 것으로 이해되고 다수의 변형 및 변화는 하기의 청구항에 정의된 바와 같은 취지 또는 범위로부터 벗어나는 것 없이 만들어질 수 있다.

Claims (20)

  1. (a) 메인 열 교환기의 가온 측면으로부터 인출된 가온 제1 냉매 스트림 상에서, 상기 가온 제1 냉매 스트림을 압축시키고 냉각시켜 적어도 하나의 냉각되고 압축된 제1 냉매 스트림을 생성시키는 폐루프 압축 절차를 수행하고;
    (b) 공급원 압력에서 천연 가스 공급 공급원으로부터 천연 가스 공급 스트림을 인출하고;
    (c) 상기 천연 가스 공급 스트림을 스크럽 컬럼 압력에서 상부 섹션 및 하부 섹션을 갖는 스크럽 컬럼으로 도입하고;
    (d) 상기 스크럽 컬럼에서 상기 천연 가스 공급 스트림을, 상기 스크럽 컬럼의 상부 말단에서 제1 오버헤드 증기 스트림으로서 수거되는 메탄-풍부 증기 분획물 및 상기 스크럽 컬럼의 하부 말단에서 제1 하부 액체 스트림으로서 수거되는 중탄화수소-풍부 분획물로 분리하고;
    (e) 상기 스크럽 컬럼으로부터 중탄화수소 풍부 천연 가스 스트림인 제1 하부 액체 스트림을 인출하고;
    (f) 상기 스크럽 컬럼으로부터 메탄-풍부 천연 가스 스트림인 제1 오버헤드 증기 스트림을 인출하고;
    (g) 메인 열 교환기의 가온 섹션의 가온 말단에서 제1 오버헤드 증기 스트림을 천연 가스 회로로 도입하고, 적어도 하나의 냉각되고 압축된 제1 냉매 스트림 각각을 냉매 회로로 도입하며;
    (h) 상기 냉매 회로의 적어도 하나에서, 오버헤드 냉매 스트림을 인출하고 이의 압력을 감소시켜 감압 오버헤드 냉매 스트림을 생성하고 상기 감압 오버헤드 냉매 스트림을 메인 열 교환기의 냉각 측면으로 도입하며;
    (i) 상기 메인 열 교환기의 가온 측면과 냉각 측면 간에 간접적 열 교환을 제공하고;
    (j) 상기 메인 열 교환기의 냉각 말단에서 상기 천연 가스 회로로부터 적어도 부분적으로 액화된 생성물 스트림을 생성하고;
    (k) 상기 메인 열 교환기의 가온 섹션의 냉각 말단에서 상기 천연 가스 회로로부터 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 인출하고;
    (l) 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림의 압력을 감소시켜 감압된 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 형성하고;
    (m) 중간 천연 가스 온도에서 상기 감압된 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 환류 드럼으로 도입하고;
    (n) 상기 감압된 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 환류 드럼 액체 스트림 및 환류 드럼 증기 스트림으로 분리하고;
    (o) 상기 가온 섹션의 냉각 말단보다 메인 열 교환기의 냉각 말단에 더 인접한 메인 열 교환기 내 위치에서 상기 환류 드럼 증기 스트림을 상기 천연 가스 회로로 도입하고;
    (p) 상기 환류 드럼 액체 스트림의 압력을 증가시키고 상기 환류 드럼 액체 스트림을 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션으로 도입하며;
    (q) 상기 환류 드럼 증기 스트림과 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림 간에 간접적 열 교환을 제공하여 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림을 상기 환류 드럼 증기 스트림에 대해 냉각시키는 것
    을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (r) 상기 천연 가스 공급 공급원과 상기 스크럽 컬럼 사이에 위치하고 이와 통류하는 임의의 밸브를 작동적으로 구성하여 1 bar 이하의 총 압력 강하를 제공하는 것을 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (s) 상기 메인 열 교환기의 가온 섹션의 냉각 말단에서 및 중간 냉매 온도에서 적어도 하나의 냉매 회로 중 하나로부터 부분적으로 응축된 냉매 스트림을 인출하고;
    (t) 상 분리기에서 상기 부분적으로 응축된 냉매 스트림을 중간 액체 냉매 스트림 및 중간 증기 냉매 스트림으로 분리하고;
    (u) 상기 가온 섹션의 냉각 말단보다 상기 메인 열 교환기의 냉각 말단에 더 인접한 메인 열 교환기 내 위치에서 중간 액체 냉매 스트림 및 중간 증기 냉매 스트림 각각을 냉매 회로로 도입하는 것을 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계 (c)는,
    (i) 적어도 하나의 코일 권취 번들을 포함하는 메인 열 교환기의 가온 측면과 쉘-측면을 포함하는 메인 열 교환기의 냉각 측면 간에 간접적 열 교환을 제공하는 것을 더 포함하고, 각각의 냉매 회로 및 천연 가스 회로가 적어도 하나의 코일-권취 번들 부분을 포함하는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 단계 (c)는,
    (c) 상기 천연 가스 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분으로 분리하고, 중간 위치에서 상기 천연 가스 공급 스트림의 제1 부분을 상기 스크럽 컬럼으로 도입하며, 상기 천연 가스 공급 스트림의 제2 부분을 스크럽 컬럼의 하부 말단으로 도입하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    (v) 제1 오버헤드 증기 스트림과 상기 천연 가스 공급 스트림의 제1 부분 사이에 간접적 열 교환을 제공하는 것을 더 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    (w) 단계 (c)를 수행하기 전에 제2 냉매에 대한 간접적 열 교환에 의해 천연 가스 공급 스트림을 예비 냉각시키는 것을 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    (x) 상기 메인 열 교환기의 중앙 섹션의 냉각 말단 기원의 천연 가스 회로로부터 응축된 천연 가스 스트림을 인출하고, 상기 응축된 천연 가스 스트림의 압력을 증가시켜 증가된 압력 천연 가스 스트림을 형성하며, 상기 증가된 압력 천연 가스 스트림을 상기 환류 드럼으로 도입하는 것을 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 단계 (p)는,
    (p) 상기 환류 드럼 액체 스트림의 압력을 증가시키고, 상기 환류 드럼 액체 스트림을 제1 부분 및 제2 부분으로 스플릿팅하며, 상기 환류 드럼 액체 스트림의 제1 부분을 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션으로 도입하고, 단계 (o)를 수행하기 전에 상기 환류 드럼 액체 스트림의 제2 부분과 환류 드럼 증기 스트림을 혼합하는 것을 포함하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    (y) 단계 (l)를 수행하기 전에 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림과 제3 냉매 사이에 간접적 열 교환을 수행하는 것을 더 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 단계 (h)는 감압 오버헤드 냉매 스트림들 중 적어도 하나를 제1 부분 및 제2 부분으로 스플릿팅하고, 상기 제1 부분을 상기 메인 열 교환기의 냉각 측면으로 도입하며, 상기 제2 부분과, 상기 환류 드럼 증기 스트림과, 상기 부분적으로 응축된 천연 가스 스트림 간에 간접적 열 교환을 수행하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    (z) 단계 (c)를 수행하기 전에 압축기를 사용하여 상기 천연 가스 공급 스트림의 압력을 증가시키는 것을 더 포함하는, 방법.
  13. 천연 가스 공급 스트림을 액화시키기 위한 시스템으로서,
    천연 가스의 공급원에 연결된 천연 가스 공급물;
    가온 제1 냉매 스트림을 압축시키고 냉각시켜 고압 증기 제1 냉매 스트림 및 고압 제1 냉매 액체 스트림을 생성하도록 작동적으로 구성된 냉매 압축 시스템 (여기서, 상기 냉매 압축 시스템은 적어도 하나의 압축기, 적어도 하나의 후기 냉각기 및 적어도 하나의 상 분리기를 포함한다);
    가온 말단, 냉각 말단, 가온 섹션, 냉각 섹션, 가온 측면, 냉각 측면, 상기 가온 측면 상에 위치한 제1 냉매 회로, 상기 가온 측면 상에 위치한 제2 냉매 회로, 상기 가온 측면 상에 위치하고 상기 천연 가스 회로의 가온 말단에 중간 배출구를 갖는 천연 가스 회로를 포함하는 메인 열 교환기(여기서, 상기 제1 냉매 회로는 상기 메인 열 교환기의 가온 말단에서 상기 고압 증기 제1 냉매 스트림과 통류하며, 상기 제2 냉매 회로는 상기 메인 열 교환기의 가온 말단에서 상기 고압 제1 냉매 액체 스트림과 통류하고, 상기 메인 열 교환기는 상기 메인 열 교환기의 가온 측면과 냉각 측면 간에 간접적 열 교환을 제공하도록 작동적으로 구성된다);
    공급 스트림 주입구 위에 위치한 상부 섹션 및 공급 스트림 주입구 아래에 위치한 하부 섹션을 포함하는 내부 용적을 한정하는 상기 천연 가스 공급 스트림 및 외곽 쉘과 통류하는 공급 스트림 주입구를 포함하는 스크럽 컬럼(여기서, 상기 스크럽 컬럼은 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션에 위치한 증기 배출구를 갖고, 액체 배출구가 상기 스크럽 컬럼의 하부 섹션에 위치하고, 액체 주입구가 상기 스크럽 컬럼의 상부 섹션에 위치하고, 상기 스크럽 컬럼의 증기 배출구는 상기 메인 열 교환기의 가온 말단에서 천연 가스 회로와 통류한다);
    상기 메인 열 교환기의 중간 배출구와 통류하는 주입구, 상기 메인 열 교환기의 중간 주입구와 통류하는 증기 배출구, 및 상기 스크럽 컬럼의 액체 주입구와 통류하는 액체 배출구를 갖는 환류 드럼;
    상기 환류 드럼의 액체 배출구와 상기 스크럼 컬럼의 액체 주입구 사이에 위치하고 이와 통류하는 펌프; 및
    가온 도관 및 냉각 도관 간에 간접적 열 교환을 제공하도록 작동적으로 구성된 가온 도관 및 냉각 도관을 갖는 제1 이코노마이저(economizer)(여기서, 상기 가온 도관은 상기 메인 열 교환기의 중간 배출구와 상기 환류 드럼의 주입구 사이에 위치하고 이와 통류하며, 상기 냉각 도관은 상기 환류 드럼의 증기 배출구와 상기 메인 열 교환기의 중간 주입구 사이에 위치하고 이와 통류한다)
    을 포함하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 메인 열 교환기는 가온 번들 및 냉각 번들을 갖는 코일-권취 열 교환기를 포함하고, 상기 천연 가스 회로의 중간 배출구가 상기 가온 번들의 냉각 말단에 위치한 것인, 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 냉매 압축 시스템의 적어도 하나의 상 분리기는 제1 냉매 회로의 냉각 말단과 통류하는 상 분리기 주입구, 상기 냉각 냉매 상 분리기의 하부 말단으로부터 인출되는 하부 액체 냉매 스트림, 및 상기 냉각 냉매 상 분리기의 상부 말단으로부터 인출되는 오버헤드 증기 냉매 스트림(여기서, 상기 오버헤드 증기 냉매 스트림 및 하부 액체 냉매 스트림 양자 모두는 제1 냉매 회로의 냉각 말단보다 메인 열 교환기의 냉각 말단에 더 인접한 위치에서 메인 열 교환기의 가온 측면과 통류한다)를 갖는 냉각 냉매 상 분리기를 포함하는 것인, 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1 냉매는 혼합 냉매를 포함하는 것인, 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 스크럽 컬럼은 증기 주입구를 더 포함하는 것인, 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 공급 스트림 주입구로부터 상류측에 있는 천연 가스 공급 스트림을 0 ℃ 미만의 온도로 냉각되도록 위치되고 작동적으로 구성된 예비 냉각기를 더 포함하는 시스템.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제1 이코노마이저의 가온 도관과 상기 환류 드럼의 주입구 사이에 위치하고 이들과 통류하는 제1 감압 밸브를 더 포함하는, 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제1 이코노마이저와 상기 환류 드럼 사이에 위치하고 상기 제1 이코노마이저의 가온 도관과 통류하는 열 교환기를 더 포함하는, 시스템.
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