KR20180019517A - 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법 - Google Patents

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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage

Abstract

가스를 액화하는 시스템은 피드 가스를 수용하도록 되어 있는 피드 가스 유입구 및 주냉각 통로와의 열교환에 의해 열교환기의 액화 통로에서 가스가 액화된 후에 액화 가스가 유출되게 되는 액화 가스 유출구를 구비하는 액화 열교환기를 포함한다. 혼합 냉매 압축기 시스템은 냉매를 주냉각 통로에 공급하도록 구성된다. 팽창기 세퍼레이터는 액화 열교환기의 액화 가스 유출구와 연통하고, 저온 가스 라인은 팽창기 세퍼레이터와 유체 연통한다. 저온 회수 열교환기는 저온 가스 라인으로부터 저온 증기를 수용하는 한편, 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터 액체 냉매를 수용하고, 해당 냉매는 저온 증기를 이용해서 냉각된다.

Description

혼합 냉매 액화 시스템 및 방법
[우선권 주장]
본원은, 2015년 4월 10일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/145,929호 및 2015년 9월 8일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/215,511호의 이익을 주장하며, 상기 문헌 각각의 내용이 본원에 참조로 포함된다.
[기술분야]
본 발명은 일반적으로 가스를 냉각 또는 액화하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
아래에 기재 및 청구된 방법, 장치 및 시스템에 있어서 개별적으로 또는 함께 구현될 수 있는 본 발명의 청구대상의 여러 양태가 존재한다. 이들 양태들은 단독으로 또는 본 명세서에 기재된 청구대상의 다른 양태들과 결합하여 구현될 수 있으며, 이들 양태들의 설명은 이들 양태들의 개별적 사용을 배제하거나, 또는 여기에 첨부된 청구항들에 제시된 바와 같은 양태들의 개별적 또는 서로 다른 조합들로의 청구를 배제하려는 것이 아니다.
일 양태에 있어서, 가스를 액화하는 시스템이 제공되고, 해당 시스템은, 피드 가스(feed gas) 유입구를 포함하는 고온 단부와 액화 가스 유출구를 포함하는 저온 단부를 구비하는 액화 열교환기를 포함하고, 고온 단부와 저온 단부 사이에 액화 통로가 위치된다. 피드 가스 유입구는 피드 가스를 수용하도록 되어 있다. 액화 열교환기는 또한, 주냉각 통로를 포함한다. 혼합 냉매 압축기 시스템은 냉매를 주냉각 통로에 공급하도록 구성된다. 팽창기 세퍼레이터(expander separator)는 액화 열교환기의 액화 가스 유출구와 연통한다. 저온 가스 라인은 팽창기 세퍼레이터와 유체 연통한다. 저온 회수 열교환기는 저온 가스 라인과 연통하는 증기 통로 및 액체 통로를 구비하고, 여기서 증기 통로는 저온 가스 라인으로부터 저온 증기를 수용하도록 구성된다. 혼합 냉매 압축기 시스템은 저온 회수 열교환기의 액체 통로와 유체 연통하는 액체 냉매 유출구를 포함한다. 저온 회수 열교환기는 액체 통로 내의 냉매를 수용하고, 증기 통로 내의 저온 증기를 이용해서 액체 통로 내의 냉매를 냉각하도록 구성된다.
다른 양태에 있어서, 가스를 액화하는 프로세스가 제공되고, 해당 프로세스는, 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터 냉매를 수용하는 액화 열교환기에 가스 피드를 공급하는 공정을 포함한다. 액화 열교환기에서 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터의 냉매를 이용하여 가스가 액화되어, 액체 생성물이 생성된다. 액체 생성물의 적어도 일부는 팽창되어서 증기 부분과 액체 부분으로 분리된다. 증기 부분은 저온 회수 열교환기로 안내된다. 냉매는 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터 저온 회수 열교환기로 안내된다. 냉매는 저온 회수 열교환기에서 증기 부분을 이용하여 냉각된다.
또 다른 양태에 있어서, 가스를 액화하는 시스템이 제공되고, 해당 시스템은, 고온 단부 및 저온 단부를 구비하는 액화 열교환기, 고온 단부에 유입구를 갖고 저온 단부에 유출구를 갖는 액화 통로, 주냉각 통로, 및 고압 냉매 액체 통로를 포함한다. 혼합 냉매 압축기 시스템은 주냉각 통로 및 고압 냉매 액체 통로와 연통한다. 냉매 팽창기 세퍼레이터는 고압 혼합 냉매 액체 통로와 연통하는 유입구, 주냉각 통로와 연통하는 액체 유출구 및 주냉각 통로와 연통하는 증기 유출구를 구비한다.
또 다른 양태에 있어서, 피드 가스로부터 동결 성분(freezing component)을 제거하는 시스템이 제공되고, 해당 시스템은, 피드 가스 공급원과 연통하도록 되어 있는 유입구를 갖춘 피드 가스 냉각 통로, 복귀 증기 통로(return vapor passage) 및 환류 냉각 통로(reflux cooling passage)를 구비하는 중질 탄화수소 제거 열교환기를 포함한다. 시스템은 또한, 열교환기의 피드 가스 냉각 통로의 유출구와 연통하는 피드 가스 유입구, 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 복귀 증기 유출구, 열교환기의 환류 냉각 통로의 유입구와 연통하는 환류 증기 유출구 및 열교환기의 환류 냉각 통로의 유출구와 연통하는 환류 혼합상(mixed phase) 유입구를 구비하는 스크럽 장치(scrub device)를 포함한다. 환류 액체 성분 통로는 스크럽 장치와 연통하는 유출구 및 유입구를 구비한다. 스크럽 장치는, 스크럽 장치의 피드 가스 유입구를 통해 스크럽 장치에 진입하는 피드 가스 스트림을 냉각해서 동결 성분이 응축되어 동결 성분 유출구를 통해 스크럽 장치로부터 제거되도록 하기 위해, 환류 액체 성분 통로의 유출구로부터 환류 액체 성분 스트림을 증발시키도록 구성된다. 처리된 피드 가스 라인은 열교환기의 증기 복귀 통로의 유출구와 연통한다.
또 다른 양태에 있어서, 피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 프로세스가 제공되고, 해당 프로세스는, 중질 탄화수소 제거 열교환기 및 스크럽 장치를 제공하는 공정을 포함한다. 피드 가스는 열교환기를 이용해서 냉각되어서, 냉각된 피드 가스 스트림을 생성한다. 냉각된 가스 스트림은 스크럽 장치로 안내된다. 스크럽 장치로부터의 증기는 열교환기로 안내되고, 해당 증기는 혼합상 환류 스트림을 생성하도록 냉각된다. 혼합상 환류 스트림은 스크럽 장치로 안내되고, 스크럽 장치에 대하여 액체 성분 환류 스트림이 제공된다. 액체 성분 환류 스트림은 스크럽 장치에서 증발되어서, 스크럽 장치에서 동결 성분이 응축되는 한편, 냉각된 피드 가스 스트림으로부터 제거되어서, 처리된 피드 가스 증기 스트림을 생성한다. 처리된 피드 가스 증기 스트림은 열교환기로 안내된다. 처리된 피드 가스 증기 스트림은 열교환기에서 가열되어서, 액화에 적합한 고온의 처리된 피드 가스 증기 스트림을 생성한다.
도 1은 세퍼레이터로부터의 저온 단부 플래시 가스가 메인 열교환기를 통해 부가적인 냉각 통로로 안내되는, 메인 열교환기의 저온 단부에서의 액화 가스 스트림에 있어서 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 1a는 고압 중온(mid-temperature) 혼합 냉매 스트림에 대하여 통합형 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 액체 팽창기를 구비한 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 2는 세퍼레이터로부터의 저온 단부 플래시 가스가 혼합 냉매를 냉각하기 위한 저온 회수 열교환기로 안내되는, 메인 열교환기의 저온 단부에서의 액화 가스 스트림에 있어서 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 2a는 세퍼레이터로부터의 저온 단부 플래시 가스가 메인 열교환기 및 혼합 냉매를 냉각하기 위한 저온 회수 열교환기를 통해 부가적인 냉각 통로로 안내되는, 메인 열교환기의 저온 단부에서의 액화 가스 스트림에 있어서 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 3은 세퍼레이터로부터의 저온 단부 플래시 가스가 혼합 냉매를 냉각하기 위한 저온 회수 열교환기로 안내되는 한편, 저온 회수 열교환기가 생성물 저장 탱크로부터 증발 가스(boil-off gas)를 수용하는, 메인 열교환기의 저온 단부에서의 액화 가스 스트림에 있어서 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 4는 메인 열교환기의 저온 단부에서의 액화 가스 스트림이 저장 탱크로 안내되는 한편, 단부 플래시 가스가 액체 생성물로부터 분리되고, 단부 플래시 가스 및 저장 탱크로부터의 증발 가스가 압축되어 혼합 냉매를 냉각하기 위한 저온 회수 열교환기로 안내되는, 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 5는 메인 열교환기의 저온 단부에서의 액화 가스 스트림이 저장 탱크로 안내되는 한편, 단부 플래시 가스가 액체 생성물로부터 분리되고, 단부 플래시 가스 및 저장 탱크로부터의 증발 가스가 혼합 냉매를 냉각하기 위한 저온 회수 열교환기로 안내되는, 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 6은 중질 탄화수소 제거 열교환기를 이용하여 피드 가스가 냉각되고 나서, 해당 피드 가스로부터 동결 성분이 제거되는, 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이고;
도 7은 중질 탄화수소 제거 열교환기를 이용하여 피드 가스가 냉각되고 나서, 해당 피드 가스로부터 동결 성분이 제거되는, 대안적인 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법을 도시하는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
혼합 냉매 액화 시스템 및 방법의 실시예들이 도 1 내지 도 7에 도시된다. 실시예들이 액화 천연 가스를 생성하기 위해 천연 가스를 액화하는 기술에 관하여 도시 및 기술되지만, 본 발명은 다른 유형의 가스들을 액화하는데 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
기본적인 액화 프로세스 및 혼합 냉매 압축기 시스템은, Gushanas 등에게 공동으로 소유된 미국특허공개 제2011/0226008호, 미국특허출원 제12/726,142호에 기술된 바와 같을 수 있으며, 상기 문헌의 내용이 본원에 참조로 포함된다. 일반적으로, 도 1을 참조하면, 시스템은 고온 단부(12) 및 저온 단부(14)를 구비하는, 포괄적으로 "10"으로 지시된 다중-스트림 열교환기를 포함한다. 열교환기는, 열교환기에서의 냉각 스트림과의 열교환에 의한 열의 제거를 통해 냉각 또는 액화 통로(18)에서 액화되는 고압 천연 가스 피드 스트림(16)을 수용한다. 결과적으로, 액화 천연 가스(LNG) 생성물의 스트림(20)이 생성된다. 다중-스트림 디자인의 열교환기는 편리하고 에너지-효율적인, 복수의 스트림의 단일 교환기로의 통합을 허용한다. 적합한 열교환기는 텍사스 우드랜드(The Woodlands, Texas) 소재의 차트 에너지 앤드 케미칼즈 인코퍼레이티드(Chart Energy & Chemicals, Inc.)로부터 구매할 수 있다. 차트 에너지 앤드 케미칼즈 인코퍼레이티드에서 시판중인 플레이트 및 핀(plate and fin)형 다중-스트림 열교환기는 물리적으로 콤팩트하다는 추가적인 이점을 제공한다.
열교환기(10)를 포함하는 도 1의 시스템은 종래 기술에 공지되어 있는 다른 가스 처리 옵션들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이들 처리 옵션들은 열교환기에 대한 가스 스트림의 1회 이상의 유출 및 재진입을 필요로 할 수 있으며, 예컨대 천연 가스 액체 회수 또는 질소 배제를 포함할 수 있다.
포괄적으로 "22"로 지시된 혼합 냉매 압축기 시스템을 이용해서 처리 및 재생되는 혼합 냉매를 이용하여 열교환기에서 열의 제거가 달성된다. 혼합 냉매 압축기 시스템은 최종 압축 및 냉각 사이클 이후에 혼합 냉매(MR) 혼합상 스트림(11)을 수용 및 분리하는 고압 어큐뮬레이터(43)를 포함한다. 어큐뮬레이터 드럼(43)이 도시되어 있지만, 다른 유형의 베슬(vessel), 사이클로닉 세퍼레이터(cyclonic separator), 증류 유닛, 통합 세퍼레이터 또는 메시 또는 베인 타입 미스트 제거기를 포함하지만 이들에 한정되지는 않는 대안적인 분리 장치가 사용될 수 있다. 고압 증기 냉매 스트림(13)은 어큐뮬레이터(43)의 증기 유출구에서 유출되어 열교환기(10)의 고온측으로 이동한다.
고압 액체 냉매 스트림(17)도 마찬가지로 어큐뮬레이터(43)의 액체 유출구에서 유출되어 열교환기의 고온 단부로 이동한다. 열교환기(10)에서의 냉각 이후에, 혼합상 스트림(47)으로서 중온 스탠드파이프(mid-temp stand pipe)(128)로 이동한다.
어큐뮬레이터(43)로부터의 고압 증기 스트림(13)이 열교환기(10)에서 냉각된 후에, 혼합상 스트림(19)은 저온 증기 세퍼레이터(21)로 유동한다. 그에 따른 증기 냉매 스트림(23)은 세퍼레이터(21)의 증기 유출구에서 유출되고, 열교환기(10)에서의 냉각 이후에, 혼합상 스트림(29)으로서 저온 스탠드파이프(27)로 이동한다. 증기 및 액체 스트림(41 및 45)은 저온 스탠드파이프(27)에서 유출되어, 열교환기(10)의 저온측에 있는 주냉각 통로(125)로 이송된다.
저온 증기 세퍼레이터(21)에서 유출되는 액체 스트림(25)은 열교환기(10)에서 냉각되고, 아래에서 기술되는 방식으로 취급되는 혼합상 스트림(122)으로서 열교환기에서 유출된다.
도 2 내지 도 7의 시스템들은 위에서 기술한 것들과 유사한 구성요소들을 포함한다.
도 1에 도시된 시스템은, 압력이 감소됨에 따라 고압 LNG 스트림(20)으로부터 에너지를 추출하기 위해, 통합형 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 액체 팽창기, 또는 대안으로서 임의의 증기/액체 분리 장치와 직렬로 연결된 액체 팽창기일 수 있는 팽창기 세퍼레이터(24)를 이용한다. 이로 인해, 저하된 LNG 온도 및 그에 따른 단부 플래시 가스(EFG)가 초래되고, 이로써 동일한 MR 전력에 대하여 LNG 생산이 향상되는 한편, 생산된 LNG의 톤당 에너지 소비가 향상된다. 액체 팽창에 의해 생긴 저온 단부 플래시 가스는 스트림(26)으로서 증기/액체 세퍼레이터(24)에서 유출되고, 메인 액화 열교환기(10)의 저온 단부로 보내지는 한편, 부가적인 냉각 통로(28)를 합체함으로써 열교환기와 통합되므로, 액화를 위한 전체적인 냉각 요건에 기여하게 되고, 이로써 메인 열교환기(10)에 대하여 상당한 자본금을 투여하지 않고도 동일한 MR 전력에 대한 LNG 생산이 더욱 향상된다. 단지 예시로서, EFG 스트림(26)은 -254 ℉의 온도 및 19 psia의 압력을 가질 수 있다.
도 1의 시스템에 있어서, EFG 냉각은 전적으로 열교환기(10)에서 회수되거나, 또는 장비 및 프로세스 디자인에 가장 적합하게 부분적으로 회수될 수 있다. 고온의 단부 플래시 가스는 스트림(32)으로서 열교환기에서 유출되고, 압축기(들)(31)를 통한 선택적인 압축 이후에, 플랜트 피드 가스(33)로 재활용되거나, 가스 터빈/플랜트 연료(35)로서 사용되거나, 또는 임의의 다른 허용 가능한 방식으로 배치될 수 있다. LNG 액체 팽창기는 도 1a를 참조하여 아래에서 기술되는 중온 액체 팽창기와 함께, 또는 중온 액체 팽창기 없이 사용될 수 있다.
도 2의 시스템은 도 1에 도시된 EFG 저온 회수 구성에 대한 옵션을 포함한다. 이 옵션에 있어서, 증기/액체 세퍼레이터(36)로부터의 EFG 저온 냉각 스트림(34)은 저온 회수 열교환기(38)로 안내되고, 여기서 고온 고압 혼합 냉매(MR) 스트림, 또는 MR 압축기 시스템(22)의 고압 어큐뮬레이터(43)로부터의 스트림(42)과 열교환된다. 고압 MR 스트림(42)은 스트림(34)으로부터의 EFG를 이용하여 냉각되고 나서, 라인(46) 및 중간-스탠드파이프(중온 스탠드파이프)(48)(도 3에서는 라인(49)으로 도시된 바와 같음)를 통해, 또는 대안으로서 중온 액체 팽창기(52)(도 2에서 라인(46)으로 도시된 바와 같음) 또는 저온 스탠드파이프(54)(도 2에서 선(51)에 의해 가상선으로 도시된 바와 같음)를 통해, 액화 열교환기(44)의 냉각 통로(55)로 복귀된다. 저온 회수 열교환기(38)로부터의 냉각된 고압 MR 스트림이 중간-스탠드파이프(48) 또는 중온 액체 팽창기 세퍼레이터(52)에 의해 수용되면, (도 2의) 라인들(57a 및 57b)에 의해 액화 열교환기(44)의 냉각 통로(55)로 전달된다.
단지 예시로서, 도 2의 EFG 스트림(34)은 -252 ℉의 온도 및 30 psia의 압력을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2의 EFG 저온 회수 옵션들은 도 2a에 도시된 바와 같이 결합될 수 있다. 구체적으로, 증기/액체 세퍼레이터(58)에서 유출되는 EFG 스트림(56)은, 메인 열교환기(66)의 냉각 통로(64)로 이어지는 스트림(62), 및 도 2의 시스템에 대하여 위에서 기술된 바와 같이, 저온 회수 열교환기(72)를 통해 유동하는 MR 스트림(들)(74)을 냉각하기 위해 저온 회수 열교환기(72)로 이어지는 스트림(68)을 형성하도록 분할된다. 결과적으로, EFG 저온은 메인 열교환기(66) 및 저온 회수 열교환기(72)에서, 장비 및 프로세스에 적합한 최적의 비율로 회수된다. 스트림(62) 및 스트림(68)으로 유동하는 EFG 스트림(56)의 부분들은 밸브(69)에 의해 제어될 수 있다.
도 3의 시스템은 증기/액체 세퍼레이터(77)로부터의 EFG 스트림(75) 및 LNG 생산 저장 탱크(들)(76) 및 그 밖의 공급원들로부터의 증발 가스(BOG)의 저온 회수를 위한 다른 옵션을 도시한다. 이 구성에 있어서, BOG(78)의 스트림은 저장 탱크(들)(76)에서 유출되어, 저온 회수 열교환기(82)에 마련된 BOG 저온 회수 통로(80)로 이동한다. 대안으로서, 저온 회수 열교환기(82)는, 도 3에서 "84"로 가상선으로 지시된 바와 같이, 저온 회수 열교환기(82)에 진입하기 전에 결합된 EFG 및 BOG 스트림들(75 및 78)을 갖는 단일의 공유 EFG 및 BOG 통로를 특정할 수 있다. 어느 경우에나, 고압 MR은 EFG 및 BOG에 의해 냉각되고, 위에서 언급된 바와 같이 냉각용으로 사용된다.
대안적인 실시예들에 있어서, 도 4를 참조하면, 시스템은 액체 팽창기(94)에서 유출되는 액체 생성물 스트림(92)으로부터 EFG를 취득하기 위해 LNG 생산 저장 탱크(88)를 증기/액체 세퍼레이터로서 사용할 수 있다. 스트림을 냉각하기 위해 줄-톰슨(Joule-Thomson)(JT) 밸브가 액체 팽창기(94)를 대체할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 상기 설명으로부터 분명한 바와 같이, 액체 팽창기(94)는 메인 열교환기(98)로부터 액체 생성물 스트림(96)을 수용한다. 결과적으로, 도 4의 시스템은 EFG 및 BOG의 저온 회수를 제공하고, 여기서 EFG는 LNG 저장 탱크에서 LNG로부터 분리되며, EFG 및 BOG는 모두 스트림(104)을 통해 저온 회수 열교환기(102)로 안내된다. 결과적으로, 저온 회수 열교환기(102)로 유동하는 고압 MR 스트림(105)은 EFG 및 BOG에 의해 냉각된다.
도 4의 시스템에 있어서, EFG 및 BOG 스트림(104)은 압축기(106)로 안내되고, 여기서 제 1 스테이지 압력으로 압축된다. 이 압력은, (1) 압축기에서 유출되는 스트림(108)에 대하여 저온 회수 열교환기(102)에서 보다 높은 압력 강하를 허용하고 비용을 절감하기에 적합한 압력 및 온도를 제공하도록 선택되며, 또한 (2) 유출 저온 MR 스트림(112)이 메인 열교환기(98)에 있어서 냉매로서 유용해지게 하는 온도를 저온 회수 열교환기에 공급하기에 적합할 수 있다. 단지 예시로서, 압축기(106)에서 유출되는 MR 스트림의 압력 및 온도는 -175 ℉ 및 30 psia일 수 있다. 저온 회수 열교환기(102)에서 유출되는 EFG 및 BOG 스트림(114)은 압축기(116)를 통해 압축되고, 피드 재활용(118) 또는 가스 터빈/플랜트 연료(122)로서 사용되거나 또는 임의의 다른 허용 가능한 방식으로 배치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, LNG 탱크(들)(88)로부터의 EFG 및 BOG 스트림(104)이 저온 회수 열교환기(102)로 직접적으로 이동하도록, 도 4의 예비-열교환기 압축기(106)가 생략될 수 있다. 결과적으로, 저온 회수 열교환기 이후의 EFG 및 BOG 스트림(114)의 압축(압축기(116)를 통해)만이 발생한다. 그 외에는, 도 5의 시스템은 도 4의 시스템과 동일하다.
도 1로 돌아가서, 통합형 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 액체 팽창기이거나 또는 두 구성요소가 직렬로 연결된 것일 수 있는 선택적인 액체 팽창기 세퍼레이터(120)는 라인(117)을 통해 고압 중온 MR 냉각 스트림(122)의 적어도 일부분을 수용한다. 이 액체 팽창기는, 액체 팽창기에서 유출되는 MR 유체가 라인(119)을 통해 중온 스탠드파이프 세퍼레이터(128)로 이동한 후에 스트림들(123a 및 123b)을 통해 열교환기 냉각 스트림(125)에 합류하여 사이클 효율을 향상시키고 나서, MR 스트림으로부터 워크(work)를 추출하고, 온도를 낮추고, LNG 생산을 위한 부가적인 냉각을 제공한다. 상응하는 회로는 밸브들(124 및 126)을 포함한다. 밸브(126)가 적어도 부분적으로 개방되고 밸브(124)가 적어도 부분적으로 폐쇄된 상태에서는, 액체 팽창기(120)가 중온 스탠드파이프 세퍼레이터(128)와 직렬로 사용된다.
대안으로서, 도 1a를 참조하면, 통합형 증기/액체 세퍼레이터/액체 펌프를 갖춘 액체 팽창기 세퍼레이터(130)(또는 이들 세 구성요소가 직렬로 연결된)는 중온 스탠드파이프(도 1의 "128")를 배제하도록 사용될 수 있으며, 스탠드파이프 세퍼레이터를 사용하지 않고도 메인 열교환기(136)에 대한 적절한 증기/액체 분포가 가능하도록 열교환기(136)의 냉각 스트림(135)에 합류하는 별도의 액체 MR 냉각 스트림(132) 및 별도의 증기 MR 냉각 스트림(134)을 제공할 수 있다. 통합형 증기/액체 세퍼레이터/액체 펌프를 갖춘 액체 팽창기(130)는, 열교환기에서 스프레이 장치를 통한 액체의 사용이 필요해질 때 액체 스트림에 대하여 압력을 증가시키는데 사용되며, 열교환기 내부의 액체의 분포를 개선한다. 단지 예시로서, "130"의 펌프에서 유출되는 액체 스트림의 압력 및 온도는 -147 ℉ 및 78 psia일 수 있다. 이 구성에 의해 스탠드파이프가 배제되므로, 이로 인해 스탠드파이프에서의 액체 용적(높이)을 증가시키지 않고도 선체 운동에 대한 감도가 감소된다.
도 1 및 도 1a의 중온 액체 팽창기(120 및 130)는 위에서 기술된 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3 및 도 4의 LNG 액체 팽창기(24, 36, 58, 77 및 94)와 함께, 또는 이러한 팽창기 없이 사용될 수 있다.
이제, 도 6 및 도 7을 참조하여, 메인 열교환기에서의 액화 전에 피드 가스 스트림으로부터 동결 성분을 제거하는 시스템 및 방법을 기술한다. 이들 시스템의 구성요소들은 나머지 도면들에 도시되어 있지만, 이들은 거기에 개시된 시스템들에 대해서는 옵션 사항이다. 또한, 액화 전에 피드 가스 스트림으로부터 동결 성분을 제거하는 시스템 및 방법은 혼합 냉매를 사용하는 경우 외에는 액화 시스템과 함께 사용될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 임의의 전처리 시스템(144) 이후의 피드 가스 스트림(142)은 중질 탄화수소 제거 열교환기(146)에서 냉각된다. 이후, 유출 스트림(148)은 JT 밸브(149)를 통해, 또는 대안으로서, 선(175)에 의해 가상선으로 도시된 바와 같이, 가스 팽창기/압축기 세트(152a/152b)를 통해 압력이 감소되고, 스크럽 칼럼 또는 드럼(154) 또는 다른 스크럽 장치로 이송된다. 팽창기/압축기 세트(152a/152b)가 사용되는 경우에는, 라인(148)의 가스 팽창기(152a)가 라인(175)에서 압축기(152b)를 구동하여 메인 열교환기(178)에서 액화되게 되는 가스를 압축한다. 결과적으로, 팽창기/압축기 세트(152a/152b)는 라인(148)에서 가스의 압력을 감소시키고 라인(176)에서 가스의 압력을 증가시킴으로써 메인 열교환기의 에너지 요건을 경감시킨다.
도 6(및 도 7)에서 "182"에 도시된 바와 같이, 온도 센서(182)는 라인(148)과 연통하고, 냉각 바이패스 라인(186)의 바이패스 밸브(184)를 제어한다. 온도 센서(182)는 냉각된 가스 스트림(148)의 온도를 검출해서, 스크럽 칼럼(154)에 진입하는 스트림에 대한 원하는 온도 또는 온도 범위의 연관 제어기(도시되지 않음)의 설정치와 비교한다. 스트림(148)의 온도가 사전설정 레벨보다 낮으면, 더 많은 유체를 바이패스 라인(186)을 통해 안내하도록 밸브(184)가 개방된다. 스트림(148)의 온도가 사전설정 레벨보다 높으면, 더 많은 유체를 열교환기(146)를 통해 안내하도록 밸브(184)가 폐쇄된다. 대안으로서, 온도 센서(182)가 스크럽 칼럼(154)에 위치될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(186)은 대안으로서, 스크럽 칼럼(154)의 하부로 직접 진입할 수 있다. 도 6에 도시된 파이패스 라인(186)과 라인(148)의 합류지점은 스크럽 칼럼(154)의 하부보다 압력이 높다. 결과적으로, 도 7의 실시예는 바이패스 라인(186)에 대하여, 보다 정밀한 온도 제어를 제공하고 소형의(또한 더욱 경제적인) 바이패스 밸브(184)의 사용을 허용하는 낮은 유출구 압력을 제공한다.
환류 스트림(155)을 통해 칼럼(154)에 환류시키는데 필요한 냉각은, 선택적으로 JT 밸브(226)(도 7 참조) 이후에, 열교환기(146)에서 가열되는 칼럼으로부터의 복귀 증기(156)에 의해, 또한 선택적으로, 마찬가지로 열교환기(146)로 안내되는 액화 압축기 시스템(포괄적으로 "162"로 지시됨)으로부터의 혼합 냉매(MR) 스트림, 예컨대 158(도 6 참조)에 의해 제공된다. 혼합 냉매 스트림은 "162"의 임의의 압축된 MR 스트림 또는 MR 스트림들의 임의의 조합일 수 있다. 스크럽 칼럼에서 유출되는 스트림(153), 바람직하게는 모든 증기는 (칼럼의 상부에서 유출되는 증기 스트림(156)에 비해) 더 높은 온도에서 액화하는 성분을 함유한다. 결과적으로, 열교환기(146)를 통과하고 나서 칼럼(154)에 진입하는 스트림(155)은 2상(two-phase)이며, 액체 성분 스트림은 환류된다. 액체 성분 스트림은, 단지 예시로서, 스크럽 장치 외부의 라인(157)일 수 있거나, 또는 스크럽 장치 내부의 라인 또는 다운코머(downcomer) 또는 스크럽 장치(154) 내의 다른 내부 액체 분배 장치일 수 있는, 환류 액체 성분 라인을 포함할 수 있는 환류 액체 성분 통로를 통해 유동한다. 위에서 주지된 바와 같이, 액화 압축기 시스템의 동작은 Gushanas 등에게 공동으로 소유된 미국특허공개 제2011/0226008호, 미국특허출원 제12/726,142호에 기술된 바와 같을 수 있다. MR이 초기에 통로(164)를 통해 중질 탄화수소 열교환기에서 냉각된 후에는, JT 밸브(166)를 통과하면서 플래시(flash)되어서 중질 탄화수소 제거 열교환기에 저온 혼합 냉매 스트림(168)을 제공하게 된다.
혼합 냉매의 온도는 혼합 냉매의 비등 압력을 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다.
스크럽 칼럼(154)의 하부로부터 스트림(172)을 통해 제거된 성분은 열교환기(146)로 복귀되어 냉각을 회수하고 나서, 포괄적으로 "174"로 지시된 응축물 스트리핑(condensate stripping) 시스템과 같은 부가적인 분리 스텝으로 보내지거나, 또는 연료 또는 다른 폐기 방법으로 보내진다.
이후, 동결 성분이 제거되어 있는, 열교환기(146)에서 유출되는 피드 가스 스트림(176)은 메인 액화 열교환기(178)로 보내지거나, 또는 팽창기/압축기가 포함된 경우에는, 먼저 압축되고 나서 메인 열교환기(178)로 보내진다.
이제, 도 7을 참조하여, 메인 열교환기(208)에서의 액화에 앞서 피드 가스 스트림으로부터 동결 성분을 제거하는 대안적인 시스템 및 방법을 기술한다. 도 7은, 포괄적으로 "209"로 지시된, 액화 시스템에 대한 다양한 옵션들 중 하나를 도시하는 것일 뿐임을 이해해야 한다. 도 7을 참조하여 아래에서 기술되는 동결 성분을 제거하는 시스템 및 방법은 임의의 다른 액화 시스템 또는 방법(도 1 내지 도 6에서 개시된 것들을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아님)과 함께 이용되며, 경우에 따라 액화 시스템 및 방법에 통합될 수 있다.
도 7의 시스템 및 방법에 있어서, 라인(210)을 통해 유동하는 피드 가스는 압축기(214)에 또는 브레이크 또는 발전기와 같은 다른 부하 장치에 연결되는 팽창기(212)에 의해 압력이 감소된다. 가스는 팽창 프로세스에 의해 냉각되고 나서 중질 탄화수소 제거 열교환기(216)에서 추가로 냉각된 후에, 스크럽 칼럼 또는 분리 드럼(218)으로, 또는 피드 가스로부터 동결 성분을 분리하기 위한 다른 스크럽 장치로 이송된다.
선택적으로, 피드 가스는 팽창기(212) 이전에 가열 장치(222)를 통해 가열되어서 팽창기에 의해 회수되는 에너지를 증가시킬 수 있기 때문에, 부가적인 압축력을 제공한다. 가열 장치는 열교환기이거나, 또는 본 기술분야에 공지되어 있는 임의의 다른 가열 장치일 수 있다.
도 6의 실시예에서와 같이, 환류 스트림(223)을 통해 스크럽 칼럼으로 환류시키는데 필요한 냉각은, 열교환기(216)에서 가열되기 전에 JT 밸브(226)를 통해 압력 및 온도가 추가로 감소되는 칼럼으로부터의 복귀 증기(224)에 의해, 또한 선택적으로, 포괄적으로 "227"로 지시된 액화 압축기 시스템으로부터의, 예컨대 라인(228)을 통한 혼합 냉매(MR)에 의해 제공된다. 혼합 냉매 스트림은 "227"의 임의의 압축된 MR 스트림 또는 MR 스트림들의 임의의 조합일 수 있다. 칼럼(218)에 진입하는 스트림(223)은 2상이며, 액체 성분 스트림은 환류된다. 액체 성분 스트림은, 단지 예시로서, 스크럽 장치 외부의 라인(225)일 수 있거나, 또는 스크럽 장치 내부의 라인 또는 다운코머 또는 스크럽 장치(218) 내의 다른 내부 액체 분배 장치일 수 있는, 환류 액체 성분 라인을 포함할 수 있는 환류 액체 성분 통로를 통해 유동한다. 위에서 주지된 바와 같이, 액화 압축기 시스템의 동작은 Gushanas 등에게 공동으로 소유된 미국특허공개 제2011/0226008호, 미국특허출원 제12/726,142호에 기술된 바와 같을 수 있다. 혼합 냉매가 중질 탄화수소 제거 열교환기에서 냉각된 후에는, JT 밸브(232)를 통과하면서 플래시되어서 중질 탄화수소 제거 열교환기에 저온 혼합 냉매를 제공하게 된다.
혼합 냉매의 온도는 혼합 냉매의 비등 압력을 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다.
제거된 성분은, 스크럽 칼럼 하부에 있는 동결 성분 유출구를 통해 이동한 후에, 라인(234)을 통해 열교환기(216)로 복귀되어 저온 냉각을 회수하고 나서, 도 7에 도시된 바와 같이 라인(236)을 통해 응축물 스트리핑 시스템(238)과 같은 부가적인 분리 스텝으로 보내지거나, 또는 저온 냉각의 회수와 함께 또는 저온 냉각의 회수 없이 연료 또는 다른 폐기 방법으로 보내질 수 있다.
동결 성분이 제거되어 있는 피드 가스 스트림(244)은 팽창기/압축기의 압축기(214)에서 압축된 후에 액화 시스템의 메인 열교환기(208)로 보내진다. 부가적인 피드 가스 압축이 요구되는 경우, 팽창기/압축기는, 팽창기, 필요에 따라 부가적인 압축 스테이지 및 전기 모터(246) 또는 스팀 터빈 등과 같은 다른 드라이버가 장착될 수 있는 컴팬더(compander)로 대체될 수 있다. 다른 옵션으로서는, 팽창기에 의해 구동되는 압축기와 직렬로 부스터 압축기를 단순히 추가하는 옵션이 있다. 모든 경우에 있어서, 증가된 피드 가스 압력은 액화에 필요한 에너지를 저감하고, 액화 효율을 향상시키며, 결국 액화 용량을 늘릴 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 도시 및 기술되었지만, 당업자에게는, 첨부된 청구항들에 의해 그 범위가 규정되는 본 발명의 정신으로부터 일탈함이 없이 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 분명할 것이다.

Claims (62)

  1. 가스를 액화하는 시스템에 있어서,
    a. 피드 가스 유입구를 포함하는 고온 단부와 액화 가스 유출구를 포함하는 저온 단부를 구비하는 액화 열교환기로서, 상기 고온 단부와 상기 저온 단부 사이에 액화 통로가 위치되고, 상기 피드 가스 유입구는 피드 가스를 수용하도록 구성되며, 상기 액화 열교환기는 주냉각 통로를 또한 포함하는, 상기 액화 열교환기;
    b. 상기 주냉각 통로에 냉매를 공급하도록 구성된 혼합 냉매 압축기 시스템;
    c. 상기 액화 열교환기의 액화 가스 유출구와 연통하는 팽창기 세퍼레이터(expander separator);
    d. 상기 팽창기 세퍼레이터와 유체 연통하는 저온 가스 라인; 및
    e. 상기 저온 가스 라인과 연통하는 증기 통로 및 액체 통로를 구비하는 저온 회수 열교환기로서, 상기 증기 통로는 상기 저온 가스 라인으로부터 저온 증기를 수용하도록 구성되는, 상기 저온 회수 열교환기를 포함하며,
    f. 상기 혼합 냉매 압축기 시스템은 상기 저온 회수 열교환기의 액체 통로와 유체 연통하는 액체 냉매 유출구를 포함하고, 상기 저온 회수 열교환기는 상기 액체 통로 내의 냉매를 수용하고, 상기 증기 통로 내의 저온 증기를 이용해서 상기 액체 통로 내의 냉매를 냉각하도록 구성되는
    가스를 액화하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창기 세퍼레이터는 액체 생성물 유출구 및 단부 플래시 가스 유출구를 포함하고, 상기 저온 가스 라인은 단부 플래시 가스를 상기 저온 회수 열교환기의 증기 통로에 공급하도록 상기 단부 플래시 가스 유출구와 연통하는
    가스를 액화하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액화 열교환기는 상기 팽창기 세퍼레이터의 단부 플래시 가스 유출구와도 연통하는 단부 플래시 가스 통로를 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창기 세퍼레이터의 액체 생성물 유출구와 연통하는 액체 생성물 저장 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 저온 회수 열교환기는 제 2 증기 통로를 포함하고, 상기 액체 생성물 저장 탱크는 상기 액체 생성물 유출구로부터 상기 저장 탱크에 진입하는 액체 생성물의 스트림에서 생성물 단부 플래시 가스를 생성하도록 구성되고, 상기 액체 생성물 저장 탱크는 상기 제 2 증기 통로와 연통하는 헤드스페이스(headspace)를 구비해서 생성물 단부 플래시 가스가 상기 저온 회수 열교환기의 제 2 증기 통로에 공급되게 하는
    가스를 액화하는 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창기 세퍼레이터의 액체 생성물 유출구와 연통하는 액체 생성물 저장 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 액체 생성물 저장 탱크는 상기 액체 생성물 유출구로부터 상기 저장 탱크에 진입하는 액체 생성물의 스트림에서 생성물 단부 플래시 가스를 생성하도록 구성되고, 상기 액체 생성물 저장 탱크는 상기 저온 회수 열교환기의 증기 통로와도 연통하는 헤드스페이스를 구비해서 상기 생성물 저장 탱크의 헤드스페이스로부터의 생성물 단부 플래시 가스 및 상기 팽창기 세퍼레이터의 단부 플래시 가스 유출구로부터의 단부 플래시 가스가 상기 저온 회수 열교환기의 증기 통로에 공급되게 하는
    가스를 액화하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창기 세퍼레이터는 액체 생성물 유출구를 포함하고,
    상기 가스를 액화하는 시스템은 상기 액체 생성물 유출구와 연통하는 액체 생성물 저장 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 액체 생성물 저장 탱크는 상기 액체 생성물 유출구로부터 상기 저장 탱크에 진입하는 액체 생성물의 스트림에서 생성물 단부 플래시 가스를 생성하도록 구성되고, 상기 액체 생성물 저장 탱크는 상기 저온 가스 라인과 연통하는 헤드스페이스를 구비해서 생성물 단부 플래시 가스가 상기 저온 회수 열교환기의 증기 통로에 공급되게 하는
    가스를 액화하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 저온 가스 라인 내에 위치되는 압축기를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저온 회수 열교환기의 액체 통로의 유출구는 상기 저온 회수 열교환기에서 냉각된 액체 냉매를 상기 주냉각 통로에 공급하기 위해 상기 주냉각 통로와 유체 연통하는
    가스를 액화하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 저온 회수 열교환기의 증기 통로의 유출구는 압축기와 연통하는
    가스를 액화하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 냉매 압축기 시스템은 분리 장치 액체 유출구 및 분리 장치 증기 유출구를 포함하는 분리 장치를 포함하고, 상기 분리 장치 액체 유출구는 상기 저온 회수 열교환기의 액체 통로와 유체 연통하는
    가스를 액화하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창기 세퍼레이터는 통합형 증기/액체 세퍼레이터를 갖춘 액체 팽창기인
    가스를 액화하는 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창기 세퍼레이터는 증기/액체 세퍼레이터와 직렬로 연결된 액체 팽창기를 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  13. 가스를 액화하는 방법에 있어서,
    a. 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터 냉매를 수용하는 액화 열교환기에 가스 피드를 공급하는 단계;
    b. 상기 액화 열교환기에서 상기 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터의 냉매를 이용하여 가스를 액화해서, 액체 생성물을 생성하는 단계;
    c. 상기 액체 생성물의 적어도 일부를 팽창시켜서 증기 부분과 액체 부분으로 분리하는 단계;
    d. 상기 증기 부분을 저온 회수 열교환기로 안내하는 단계;
    e. 냉매를 상기 혼합 냉매 압축기 시스템으로부터 상기 저온 회수 열교환기로 안내하는 단계; 및
    f. 상기 냉매를 상기 저온 회수 열교환기에서 상기 증기 부분을 이용하여 냉각하는 단계를 포함하는
    가스를 액화하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 c 단계는,
    g. 상기 액체 생성물을 액화 팽창기를 이용해서 제 1 증기 부분과 제 1 액체 부분으로 팽창시키는 단계; 및
    h. 상기 제 1 액체 부분을 제 2 증기 부분과 제 2 액체 부분으로 플래시(flash)하는 단계를 포함하고,
    상기 d 단계는 상기 제 1 및 제 2 증기 부분을 상기 저온 회수 열교환기로 안내하는 단계를 포함하는
    가스를 액화하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 부분을 저장하는 단계를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 증기 부분을 상기 저온 회수 열교환기로 안내하기 전에 상기 증기 부분을 압축하는 단계를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 증기 부분이 상기 저온 회수 열교환기에서 유출된 후에 상기 증기 부분을 압축하는 단계를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 방법.
  18. 가스를 액화하는 시스템에 있어서,
    a. 고온 단부 및 저온 단부를 구비하는 액화 열교환기로서:
    i) 상기 고온 단부에 유입구를 갖고 상기 저온 단부에 유출구를 갖는 액화 통로;
    ii) 주냉각 통로; 및
    iii) 고압 냉매 액체 통로를 추가로 구비하는, 상기 액화 열교환기;
    b. 상기 주냉각 통로 및 상기 고압 냉매 액체 통로와 연통하는 혼합 냉매 압축기 시스템; 및
    c. 상기 고압 혼합 냉매 액체 통로와 연통하는 유입구, 상기 주냉각 통로와 연통하는 액체 유출구 및 상기 주냉각 통로와 연통하는 증기 유출구를 구비하는 냉매 팽창기 세퍼레이터를 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 냉매 팽창기 세퍼레이터는 펌프를 또한 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 냉매 팽창기 세퍼레이터의 액체 유출구 및 증기 유출구와 연통하는 유입구, 상기 주냉각 통로와 연통하는 액체 유출구 및 상기 주냉각 통로와 연통하는 증기 유출구를 구비하는 스탠드파이프(stand pipe)를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  21. 피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템에 있어서,
    a. 피드 가스 공급원과 연통하도록 구성된 유입구, 및 유출구를 구비하는 피드 가스 라인;
    b. 상기 피드 가스 라인의 유출구와 연통하는 유입구, 및 유출구를 구비하며, 부하 장치에 작동 가능하게 연결되는 팽창기;
    c. 상기 팽창기의 유출구와 연통하도록 구성된 유입구를 갖춘 피드 가스 냉각 통로, 복귀 증기 통로 및 환류 냉각 통로를 구비하는 중질 탄화수소 제거 열교환기;
    d. 스크럽 장치(scrub device)로서,
    i) 상기 열교환기의 피드 가스 냉각 통로의 유출구와 연통하는 피드 가스 유입구;
    ii) 상기 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 복귀 증기 유출구;
    iii) 상기 열교환기의 환류 냉각 통로의 유입구와 연통하는 환류 증기 유출구; 및
    iv) 상기 열교환기의 환류 냉각 통로의 유출구와 연통하는 환류 혼합상(mixed phase) 유입구를 구비하는, 상기 스크럽 장치; 및
    e. 상기 스크럽 장치와 연통하는 유출구 및 유입구를 구비하는 환류 액체 성분 통로를 포함하고,
    f. 상기 스크럽 장치는, 상기 스크럽 장치의 피드 가스 유입구를 통해 상기 스크럽 장치에 진입하는 피드 가스 스트림을 냉각해서 동결 성분이 응축되어 동결 성분 유출구를 통해 상기 스크럽 장치로부터 제거되도록 하기 위해, 상기 환류 액체 성분 통로의 유출구로부터 환류 액체 성분 스트림을 증발시키도록 구성되고,
    g. 처리된 피드 가스 라인은 상기 열교환기의 증기 복귀 통로의 유출구와 연통하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 부하 장치는 압축기이고, 상기 열교환기의 증기 복귀 통로의 유출구는 상기 압축기의 유입구와 연통하고, 상기 압축기의 유출구는 상기 처리된 피드 가스 라인과 연통하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 압축기에 부가적인 전력을 공급하기 위해 상기 압축기에 연결되는 모터를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 압축기 및 상기 처리된 피드 가스 라인과 연통하는 부가적인 압축기 스테이지, 및 상기 부가적인 압축기 스테이지에 전력을 공급하기 위해 상기 부가적인 압축기 스테이지에 연결된 모터를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 부하 장치는 발전기인
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 피드 가스 라인의 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 팽창기의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하는 가열 장치를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서,
    팽창 장치를 추가로 포함하고, 상기 열교환기는 제 1 혼합 냉매 통로 및 제 2 혼합 냉매 통로를 포함하고, 상기 제 1 혼합 냉매 통로는 혼합 냉매 공급원과 연통하도록 구성된 유입구 및 상기 팽창 장치의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하고, 상기 제 2 혼합 냉매 통로는 상기 팽창 장치의 유출구와 연통하는 유입구를 구비하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 팽창 장치는 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브인
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 스크럽 장치의 복귀 증기 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하는 팽창 장치를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 팽창 장치는 줄-톰슨 밸브인
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 스크럽 장치의 동결 성분 유출구와 연통하는 유입구를 구비하는 냉각 회수 통로를 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 열교환기의 냉각 회수 통로는 응축물 스트리핑(condensate stripping) 시스템과 연통하는 유출구를 구비하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  33. 제 21 항에 있어서,
    상기 스크럽 장치의 동결 성분 유출구는 응축물 스트리핑 시스템과 연통하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  34. 가스를 액화하는 시스템에 있어서,
    a. 고온 단부 및 저온 단부를 구비하며, 상기 고온 단부에 유입구를 갖고 상기 저온 단부에 유출구를 갖는 액화 통로를 또한 구비하는 액화 열교환기;
    b. 상기 액화 열교환기와 연통하며, 상기 액화 통로를 냉각하도록 구성되는 혼합 냉매 압축 시스템;
    c. 상기 액화 통로의 유출구에 연결된 액화 가스 유출 라인;
    d. 피드 가스 공급원과 연통하도록 구성된 유입구, 및 유출구를 구비하는 피드 가스 라인;
    e. 상기 피드 가스 라인의 유출구와 연통하는 유입구, 및 유출구를 구비하며, 부하 장치에 작동 가능하게 연결되는 팽창기;
    f. 상기 팽창기의 유출구와 연통하도록 구성된 유입구를 갖춘 피드 가스 냉각 통로, 복귀 증기 통로 및 환류 냉각 통로를 구비하는 중질 탄화수소 제거 열교환기;
    g. 스크럽 장치로서,
    i) 상기 제거 열교환기의 피드 가스 냉각 통로의 유출구와 연통하는 피드 가스 유입구;
    ii) 상기 제거 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 복귀 증기 유출구;
    iii) 상기 제거 열교환기의 환류 냉각 통로의 유입구와 연통하는 환류 증기 유출구; 및
    iv) 상기 제거 열교환기의 환류 냉각 통로의 유출구와 연통하는 환류 혼합상 유입구를 구비하는, 상기 스크럽 장치; 및
    h. 상기 스크럽 장치와 연통하는 유출구 및 유입구를 구비하는 환류 액체 성분 통로를 포함하고,
    i. 상기 스크럽 장치는, 상기 스크럽 장치의 피드 가스 유입구를 통해 상기 스크럽 장치에 진입하는 피드 가스 스트림을 냉각해서 동결 성분이 응축되어 동결 성분 유출구를 통해 상기 스크럽 장치로부터 제거되도록 하기 위해, 상기 환류 액체 성분 통로의 유출구로부터 환류 액체 성분 스트림을 증발시키도록 구성되고,
    j. 처리된 피드 가스 라인은 상기 열교환기의 증기 복귀 통로의 유출구 및 상기 액화 열교환기의 액화 통로의 유입구와 연통하는
    가스를 액화하는 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 부하 장치는 상기 열교환기의 증기 복귀 통로의 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 처리된 피드 가스 라인을 통해 상기 액화 열교환기의 액화 통로와 연통하는 유출구를 구비하는 압축기인
    가스를 액화하는 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 압축기에 부가적인 전력을 공급하기 위해 상기 압축기에 연결되는 모터를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 압축기 및 상기 액화 열교환기의 액화 통로와 연통하는 부가적인 압축기 스테이지, 및 상기 부가적인 압축기 스테이지에 전력을 공급하기 위해 상기 부가적인 압축기 스테이지에 연결된 모터를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 부하 장치는 발전기인
    가스를 액화하는 시스템.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 피드 가스 라인의 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 팽창기의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하는 가열 장치를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  40. 제 34 항에 있어서,
    팽창 장치를 추가로 포함하고, 상기 열교환기는 제 1 혼합 냉매 통로 및 제 2 혼합 냉매 통로를 포함하고, 상기 제 1 혼합 냉매 통로는 혼합 냉매 압축 시스템과 연통하도록 구성된 유입구 및 상기 팽창 장치의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하고, 상기 제 2 혼합 냉매 통로는 상기 팽창 장치의 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 혼합 냉매 압축 시스템과 연통하는 유출구를 구비하는
    가스를 액화하는 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 팽창 장치는 줄-톰슨 밸브인
    가스를 액화하는 시스템.
  42. 제 34 항에 있어서,
    상기 스크럽 장치의 복귀 증기 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하는 팽창 장치를 추가로 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 팽창 장치는 줄-톰슨 밸브인
    가스를 액화하는 시스템.
  44. 제 34 항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 스크럽 장치의 동결 성분 유출구와 연통하는 유입구를 구비하는 냉각 회수 통로를 포함하는
    가스를 액화하는 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 열교환기의 냉각 회수 통로는 응축물 스트리핑 시스템과 연통하는 유출구를 구비하는
    가스를 액화하는 시스템.
  46. 제 34 항에 있어서,
    상기 스크럽 장치의 동결 성분 유출구는 응축물 스트리핑 시스템과 연통하는
    가스를 액화하는 시스템.
  47. 피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템에 있어서,
    a. 피드 가스 공급원과 연통하도록 구성된 유입구를 갖춘 피드 가스 냉각 통로, 복귀 증기 통로 및 환류 냉각 통로를 구비하는 중질 탄화수소 제거 열교환기;
    b. 스크럽 장치로서,
    i) 상기 열교환기의 피드 가스 냉각 통로의 유출구와 연통하는 피드 가스 유입구;
    ii) 상기 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 복귀 증기 유출구;
    iii) 상기 열교환기의 환류 냉각 통로의 유입구와 연통하는 환류 증기 유출구; 및
    iv) 상기 열교환기의 환류 냉각 통로의 유출구와 연통하는 환류 혼합상 유입구를 구비하는, 상기 스크럽 장치; 및
    c. 상기 스크럽 장치와 연통하는 유출구 및 유입구를 구비하는 환류 액체 성분 통로를 포함하고,
    d. 상기 스크럽 장치는, 상기 스크럽 장치의 피드 가스 유입구를 통해 상기 스크럽 장치에 진입하는 피드 가스 스트림을 냉각해서 동결 성분이 응축되어 동결 성분 유출구를 통해 상기 스크럽 장치로부터 제거되도록 하기 위해, 상기 환류 액체 성분 통로의 유출구로부터 환류 액체 성분 스트림을 증발시키도록 구성되고,
    e. 처리된 피드 가스 라인은 상기 열교환기의 증기 복귀 통로의 유출구와 연통하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  48. 제 47 항에 있어서,
    팽창 장치를 추가로 포함하고, 상기 열교환기는 제 1 혼합 냉매 통로 및 제 2 혼합 냉매 통로를 포함하고, 상기 제 1 혼합 냉매 통로는 혼합 냉매 공급원과 연통하도록 구성된 유입구 및 상기 팽창 장치의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하고, 상기 제 2 혼합 냉매 통로는 상기 팽창 장치의 유출구와 연통하는 유입구를 구비하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 팽창 장치는 줄-톰슨 밸브인
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  50. 제 47 항에 있어서,
    상기 스크럽 장치의 복귀 증기 유출구와 연통하는 유입구 및 상기 열교환기의 복귀 증기 통로의 유입구와 연통하는 유출구를 구비하는 팽창 장치를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 팽창 장치는 줄-톰슨 밸브인
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 시스템.
  52. 피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법에 있어서,
    a. 중질 탄화수소 제거 열교환기 및 스크럽 장치를 제공하는 단계;
    b. 상기 열교환기를 이용하여 상기 피드 가스를 냉각해서, 냉각된 피드 가스 스트림을 생성하는 단계;
    c. 상기 냉각된 피드 가스 스트림을 상기 스크럽 장치로 안내하는 단계;
    d. 증기를 상기 스크럽 장치로부터 상기 열교환기로 안내하고, 상기 증기를 냉각해서 혼합상 환류 스트림을 생성하는 단계;
    e. 액체 성분 환류 스트림이 상기 스크럽 장치에 공급되도록 상기 혼합상 환류 스트림을 상기 스크럽 장치로 안내하는 단계;
    f. 상기 스크럽 장치에서 상기 액체 성분 환류 스트림을 증발시켜서, 상기 동결 성분을 응축하여 상기 스크럽 장치 내의 냉각된 피드 가스 스트림으로부터 제거해서, 처리된 피드 가스 증기 스트림을 생성하는 단계;
    g. 상기 처리된 피드 가스 증기 스트림을 상기 열교환기로 안내하는 단계; 및
    h. 상기 열교환기에서 상기 처리된 피드 가스 증기 스트림을 가열해서, 액화에 적합한 고온의 처리된 피드 가스 증기 스트림을 생성하는 단계를 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 열교환기를 이용해서 상기 피드 가스를 냉각하기 전에 상기 피드 가스를 팽창시키는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 피드 가스를 팽창시키기 전에 상기 피드 가스를 가열하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  55. 제 53 항에 있어서,
    상기 고온의 처리된 피드 가스 증기 스트림을 압축하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 고온의 처리된 피드 가스 증기 스트림의 압축은 상기 열교환기를 이용해서 상기 피드 가스를 냉각하기 전에 상기 피드 가스를 팽창시키는데 이용된 팽창기에 의해 구동되는 압축기를 이용해서 달성되는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  57. 제 55 항에 있어서,
    압축된 고온의 처리된 피드 가스 증기 스트림을 액화하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  58. 제 52 항에 있어서,
    상기 처리된 피드 가스 증기 스트림은 상기 스크럽 장치를 나가고 나서 상기 열교환기로 안내되기 전에 팽창 장치를 이용해서 냉각되는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  59. 제 52 항에 있어서,
    응축되어 제거된 동결 성분을 상기 열교환기로 안내해서, 저온 냉각을 회수하고 동결 성분 열교환기 유출 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 동결 성분 열교환기 유출 스트림에 대하여 부가적인 분리 단계들을 수행하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  61. 제 52 항에 있어서,
    응축되어 제거된 동결 성분에 대하여 부가적인 분리 단계들을 수행하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
  62. 제 52 항에 있어서,
    상기 고온의 처리된 피드 가스 증기 스트림을 액화하는 단계를 추가로 포함하는
    피드 가스로부터 동결 성분을 제거하는 방법.
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