KR20200088279A - 혼합 냉매 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템은 제품의 생산을 위해 가스의 공급물을 수용하고 냉각시키는 열 교환기를 포함한다. 이 시스템은 압축 장치 및 후-냉각기 뿐만 아니라 저압 어큐뮬레이터 및 고압 어큐뮬레이터를 갖는 혼합 냉매 처리 시스템을 포함한다. 저온 증기 분리기는 고압 어큐물레이터로부터 증기를 수용하고, 증기 출구 및 액체 출구를 특징으로 한다. 저온 증기 분리기의 증기 출구로부터의 증기는 냉각, 팽창 및 열 교환기의 1차 냉동 통로로 보내진다. 저온 증기 분리기의 액체 출구로부터의 액체는 서브쿨되고, 팽창되어 1차 냉동 통로로 보내진다. 저압 어큐뮬레이터로부터의 액체는 서브쿨되고, 팽창되어 1차 냉동 통로로 보내진다. 고압 어큐물레이터로부터의 액체는 서브쿨되고, 팽창되어 1차 냉동 통로로 보내진다.
Description
우선권 주장
본 출원은 2017년 9월 21일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 62/561,417 호의 이익을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 가스를 냉각 또는 액화시키기 위한 프로세스 및 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 가스를 냉각 또는 액화시키기 위한 혼합 냉매 시스템 및 방법에 관한 것이다.
주로 메탄인 천연 가스 및 기타 가스는 저장 및 운송을 위해 압력하에서 액화된다. 액화로 야기되는 부피 감소는 보다 실용적이고 경제적인 디자인의 용기를 사용할 수 있게 한다. 액화는 전형적으로 하나 이상의 냉동 사이클에 의한 간접 열 교환을 통해 가스를 냉각시킴으로써 달성된다. 이러한 냉동 사이클은 필요한 장비의 복잡성 및 냉매의 필요한 성능 효율로 인해 장비 비용 및 작동면 양자에서 비용이 많이 든다. 그러므로, 냉각 효율이 개선되고 복잡성이 감소되면서 운영 비용이 감소된 가스 냉각 및 액화 시스템이 필요하다.
액화 시스템을 위해 냉동 사이클(들)에서 혼합 냉매를 사용하면 냉매의 가온 곡선이 가스의 냉각 곡선과 보다 밀접하게 일치하는 효율이 증가한다. 액화 시스템을 위한 냉동 사이클은 전형적으로 혼합 냉매를 컨디셔닝 또는 처리하기 위한 압축 시스템을 포함할 것이다. 혼합 냉매 압축 시스템은 전형적으로 하나 이상의 스테이지를 포함하며, 각 스테이지는 압축기, 냉각기 및 분리 및 액체 어큐뮬레이터 장치를 포함한다. 압축기를 빠져나가는 증기는 냉각기에서 냉각되고, 생성된 2상 또는 혼합 상 스트림은 분리 및 액체 어큐뮬레이터 장치로 보내지고, 이로부터 증기 및 액체는 추가 처리를 위해 및/또는 액화 열 교환기로의 방향으로 배출된다.
압축 시스템으로부터 혼합된 냉매의 분리된 액체 및 증기 상은 보다 효율적인 냉각을 제공하기 위해 열 교환기의 일부로 보내질 수 있다. 이러한 시스템의 예는 Gushanas 등의 공동 소유의 미국 특허 제 9,441,877 호, Ducote 등의 미국 특허 출원 공개 제 US 2014/0260415 호, 및 Ducote 등의 미국 특허 출원 공개 제 US 2016/0298898 호에 기재되어 있으며, 이들 각각의 내용은 본원에 참조로 포함된다.
가스 냉각 및 액화 시스템에서 냉각 효율의 추가 증가 및 운영 비용의 감소가 바람직하다.
일 양태에서, 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템은 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기를 특징으로 한다. 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 사전-냉각 액체 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비한다. 제 1 스테이지 압축 장치는 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는다. 제 1 스테이지 후-냉각기는 제 1 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 저압 어큐뮬레이터는 제 1 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 증기 출구를 갖는다. 제 2 스테이지 압축 장치는 저압 어큐뮬레이터의 증기 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 제 2 스테이지 후-냉각기는 제 2 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 고압 어큐뮬레이터는 제 2 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구 및 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는다. 저온 증기 분리기는 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 1 팽창 장치는 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 선택적인 중간 온도 분리 장치는 제 1 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 2 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 선택적인 CVS 온도 분리 장치는 제 2 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 3 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 4 팽창 장치는 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 중간 온도 분리 장치, CVS 온도 분리 장치 및 1차 냉동 통로 중 적어도 하나와 유체 연통하는 출구를 갖는다.
또 다른 양태에 있어서, 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템은 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기를 포함한다. 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 사전-냉각 액체 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비한다. 제 1 스테이지 압축 장치는 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는다. 제 1 스테이지 후-냉각기는 제 1 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 저압 어큐뮬레이터는 제 1 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 증기 출구를 갖는다. 제 2 스테이지 압축 장치는 저압 어큐뮬레이터의 증기 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 제 2 스테이지 후-냉각기는 제 2 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 고압 어큐뮬레이터는 제 2 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구 및 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는다. 저온 증기 분리기는 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 1 팽창 장치는 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 2 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 3 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 4 팽창 장치는 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다.
또 다른 양태에서, 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템은 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기를 포함한다. 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비한다. 압축 장치는 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는다. 후-냉각기는 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 어큐뮬레이터는 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는다. 저온 증기 분리기는 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 1 팽창 장치는 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 중간 온도 분리 장치는 제 1 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 2 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 3 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다.
또 다른 양태에 있어서, 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템은 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기를 포함한다. 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비한다. 압축 장치는 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는다. 후-냉각기는 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 어큐뮬레이터는 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는다. 저온 증기 분리기는 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 1 팽창 장치는 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 2 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. CVS 온도 분리 장치는 제 2 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 3 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는다.
또 다른 양태에서, 혼합 냉매로 가스를 냉각하기 위한 시스템은 내부를 형성하는 쉘, 내부 내에 위치되고, 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기를 포함한다. 열 교환기는 내부에 위치된 사전-냉각 액체 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 포함한다. 제 1 스테이지 압축 장치는 열 교환기 내부의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는다. 제 1 스테이지 후-냉각기는 제 1 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 저압 어큐뮬레이터는 제 1 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 증기 출구를 갖는다. 제 2 스테이지 압축 장치는 저압 어큐뮬레이터의 증기 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 제 2 스테이지 후-냉각기는 제 2 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는다. 고압 어큐뮬레이터는 제 2 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는다. 저온 증기 분리기는 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는다. 제 1 팽창 장치는 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 열 교환기의 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 2 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 열 교환기의 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 3 팽창 장치는 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 열 교환기의 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 제 4 팽창 장치는 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 열 교환기 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는다.
또 다른 양태에서, 혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법은: 1차 냉동 통로를 통해 유동하는 혼합 냉매와 역류, 간접 열 교환 관계에서 열 교환기의 냉각 통로를 통해 가스를 유동시키는 단계; 압축 시스템에서 상기 1차 냉동 통로를 빠져나가는 혼합 냉매를 조절 및 분리하여 고-비점 냉매 액체 스트림, 고압 증기 스트림 및 중-비점 액체 스트림을 형성하는 단계; 상기 열 교환기에서 고압 증기를 냉각시키는 단계; 냉각된 고압 증기를 저온 분리기 증기 스트림 및 저온 분리기 액체 스트림으로 분리하는 단계; 상기 열 교환기에서 저온 분리기 액체 스트림을 서브쿨시키는(subcooling) 단계; 서브쿨(subcolled)의 저온 분리기 액체 스트림을 플래싱하여 제 1 저온 분리기 혼합 상 스트림을 형성하는 단계; 제 1 저온 분리기 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계; 상기 열 교환기에서 저온 분리기 증기 스트림을 냉각시키는 단계; 냉각된 저온 분리기 증기 스트림을 플래싱하여 제 2 저온 분리기 혼합 상 스트림을 형성하는 단계; 제 2 저온 분리기 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계; 상기 열 교환기에서 중-비점 액체 스트림을 서브쿨시키는 단계; 서브쿨의 중-비점 액체 스트림을 플래싱하여 중-비점 혼합 상 스트림을 형성하는 단계; 중-비점 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계; 상기 열 교환기에서 고-비점 냉매 액체 스트림을 서브쿨시키는 단계; 서브쿨의 고-비점 냉매 액체 스트림을 플래싱하여 고-비점 혼합 상 스트림을 형성하는 단계; 및 고-비점 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 1 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 2는 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 2 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 3은 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 3 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 4는 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 4 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 5는 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 5 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 6은 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 6 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 2는 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 2 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 3은 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 3 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 4는 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 4 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 5는 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 5 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
도 6은 본 개시의 프로세스 및 시스템의 제 6 실시예를 나타내는 프로세스 흐름도 및 개략도이다.
아래에서 설명되고 청구되는 방법, 장치 및 시스템에서 개별적으로 또는 함께 구현될 수 있는 본 발명의 요지의 여러 양태가 존재한다. 이들 양태는 단독으로 또는 본 발명에서 설명되는 요지의 다른 양태와 조합으로 사용될 수 있으며, 이들 양태의 설명은 이들 양태의 사용을 개별적으로 배제하거나 그러한 양태를 개별적으로 청구하거나 본 발명에 첨부된 청구범위에 기재된 것과 상이한 조합으로 청구하는 것을 배제하지 않는다.
혼합 냉매 액화 시스템의 제 1 실시예는 일반적으로 도 1에서 도면부호(10)로 표시되어 있다. 이 시스템은 일반적으로 도면부호(12)로 표시된 압축 시스템과, 일반적으로 도면부호(14)로 표시된 열 교환기 시스템을 포함한다. 열의 제거는 압축 시스템(12)을 사용하여 처리 및 재조정된 혼합 냉매를 사용하는 열 교환기 시스템(14)에서 달성된다.
본 명세서에서 통로 및 스트림 모두는 때때로 도면에 설정된 동일한 소자의 번호에 의해 지칭된다는 것에 또한 주목해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 바와 같이 그리고 당업계에 공지된 바와 같이, 열 교환기는 상이한 온도의 두 개 이상의 스트림들 사이에서 또는 스트림과 환경 사이에서 간접적인 열 교환이 발생하는 장치 또는 그 장치 내의 구역이다. 본 발명에 사용되는 바와 같은, "연통(communication)", "연통하는" 등의 용어는 달리 명시되지 않는 한, 일반적으로 유체 연통을 지칭한다. 또한, 연통 중인 두 유체가 혼합시 열을 교환할지라도, 그러한 교환이 열 교환기에서 일어날 수 있음에도 불구하고 그러한 교환은 열 교환기에서의 열 교환과 동일한 것으로 간주되지 않을 것이다. 열 교환 시스템은 구체적으로 설명되지 않았지만, 팽창 장치, 플래시 밸브 등과 같은 열 교환기의 일부 또는 그의 관련 부품으로 당업계에 일반적으로 공지된 이들 물품을 포함할 수 있다. 본 발명에 사용되는 바와 같은, "압력을 감소시키는"이란 용어는 상 변화를 포함하지 않는 반면에, "플래싱(flashing)(또는 그 변형)"이란 용어는 심지어 부분 상 변화를 포함한, 상 변화를 포함한다. 본 발명에 사용되는 바와 같은, "높음", "중간", "온난" 등의 용어는 당업계에 통상적인 바와 같은 유사한 스트림에 관련이 있다.
열 교환기 시스템은 따뜻한 단부(18) 및 저온 엔드(20)를 갖는, 일반적으로 도면부호(16)로 표시된 다중 스트림 열 교환기를 포함한다. 열 교환기는 열 교환기 내의 냉동 스트림과의 열 교환을 통해 열을 제거함으로써 냉각 통로(24)에서 액화되는 고압 천연 가스 공급 스트림(22)을 수용한다. 그 결과, 액체 천연 가스 생성물의 스트림(26)이 생성된다. 열 교환기의 다중 스트림 설계로 여러 스트림을 단일 교환기로 편리하고 에너지 효율적으로 통합할 수 있다. 적합한 열 교환기는 미국 텍사스주 우드랜즈 소재의 "Chart Energy & Chemicals, Inc."로부터 구입할 수 있다. "Chart Energy & Chemicals, Inc."에서 구입할 수 있는 납땜된 알루미늄 판과 핀 다중 스트림 열 교환기는 물리적으로 소형이라는 추가적인 이점을 제공한다.
열 교환기(16)를 포함하는 도 1의 시스템은 종래 기술에서 공지된 도면부호(28)에서 점선으로 표시된 다른 가스 처리 옵션을 수행하도록 구성될 수 있다. 이들 처리 옵션은 가스 스트림이 열 교환기를 1회 이상 배출 및 재진입하도록 요구할 수 있고, 예를 들어 천연 가스 액체 회수 또는 질소 제거를 포함할 수 있다. 또한, 실시예들이 천연 가스의 액화에 관해 아래에 설명되지만, 이들은 공기 또는 질소를 포함하지만 이에 제한되지 않는 천연 가스 이외의 가스의 냉각, 액화 및/또는 처리에 사용될 수 있다.
압축 시스템(12)을 참조하면, 압축기의 제 1 스테이지(32)는 증기 혼합 냉매 스트림(34)을 수용하고 이를 압축한다. 이어서, 생성된 스트림(36)은 냉각되고 부분적으로 응축되는 제 1 스테이지 후-냉각기(38)로 이동한다. 생성된 혼합 상 냉매 스트림(42)은 저압 어큐뮬레이터(44)로 이동하여 증기 스트림(46) 및 고-비점 냉매 액체 스트림(48)으로 분리된다. 어큐뮬레이터 드럼이 저압 어큐뮬레이터(44)로서 예시되어 있지만, 스탠드파이프 또는 다른 유형의 용기, 사이클론 분리기, 증류 유닛, 유착 분리기 또는 메쉬 또는 베인 타입 미스트 제거기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 대안적인 분리 장치가 사용될 수 있다. 이는 아래에 언급된 모든 어큐뮬레이터, 분리기, 분리 장치 및 스탠드파이프에 적용된다.
증기 스트림(46)은 저압 어큐뮬레이터(44)의 증기 출구로부터 고압으로 압축되는 압축기의 제 2 스테이지(64)로 이동한다. 스트림(66)은 압축기의 제 2 스테이지를 빠져나가고, 냉각된 제 2 또는 최종 스테이지 후-냉각기(68)를 통해 이동한다. 생성된 스트림(72)은 고압 어큐뮬레이터(74)에서 분리되어 고압 증기 스트림(76) 및 고압 또는 중-비점 냉매 액체 스트림(78)을 형성하는 증기 및 액체 상을 모두 포함한다.
제 1 및 제 2 압축기 스테이지는 단일 압축기의 일부로서 도시되어 있지만, 개별 압축기가 대신 사용될 수 있다. 또한, 시스템은 2개의 압축 및 냉각 스테이지로만 제한되지 않고 어느 정도 사용될 수 있다.
열 교환기 시스템(14)으로 돌아가면, 열 교환기(16)는 고압 어큐뮬레이터(74)로부터 고압 증기 스트림(76)을 수용하고 그것을 부분적으로 응축시키도록 냉각시키는 고압 증기 통로(82)를 포함한다. 생성된 혼합 상 저온 분리기 공급 스트림(84)은 저온 분리기 증기 스트림(88) 및 저온 분리기 액체 스트림(90)이 생성되도록 저온 증기 분리기(86)에 제공된다.
열 교환기(16)는 저온 분리기 증기 스트림(88)을 수용하는 저온 분리기 증기 통로(92)를 포함한다. 저온 분리기 증기 스트림은 통로(92)에서 냉각되고 액체 스트림(94)으로 응축되고, 팽창 장치(96)를 통해 플래싱되고, 저온 온도 분리기(98)로 보내져서 저온 온도 액체 스트림(102) 및 저온 온도 증기 스트림(104)을 형성한다. 후술하는 모든 팽창 장치의 경우에서와 같이, 팽창 장치(96)는 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브와 같은 팽창 밸브, 또는 터빈 또는 오리피스를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 유형의 팽창 장치일 수 있다. 저온 온도 액체 및 증기 스트림은 (열 교환기 내에서, 열 교환기의 헤더 내에서 또는 열 교환기의 헤더로 들어가기 전에) 조합되어, 열 교환기의 1차 냉동 통로(106)로 보내져 냉각을 제공한다.
저온 분리기 액체 스트림(90)은 저온 분리기 액체 통로(108)에서 냉각되어 서브쿨의 저온 분리기 액체(110)를 형성하고, 이는 도면부호(112)에서 플래싱되고 CVS 온도 분리기(114)로 보내진다. 생성된 CVS 온도 액체 스트림(116) 및 생성된 CVS 증기 스트림(118)은 (열 교환기 내에서, 열 교환기의 헤더 내에서 또는 열 교환기의 헤더로 들어가기 전에) 조합되어, 열 교환기의 1차 냉동 통로(106)로 보내져 냉각을 제공한다. 이러한 구성에서, CVS 온도 분리기(114)는 열역학적 및 유체 분배 성능을 향상시킨다.
도 1에서 도면부호(117)로 표시된 액체 레벨 검출기 또는 센서는 저온 증기 분리기(86) 내의 액체 레벨을 결정하고, 밸브(112)의 작동을 제어하는 밸브 제어기(120)로 라인(119)을 통해 이 데이터를 전송한다. 밸브 컨트롤러(120)는 저온 증기 분리기(86) 내의 액체 레벨이 미리 결정된 레벨 위로 상승할 때 밸브(112)를 더 개방하도록 프로그래밍된다. 결과적으로, CVS 온도 분리기(114)는 저온 증기 분리기(86) 내의 액체 레벨이 조절되거나 제어될 수 있게 한다.
중-비점 냉매 액체 스트림(78)은 열 교환기의 고압 액체 통로(122)를 통해 고압 어큐물레이터(74)로부터 지향되고, 서브쿨된 후 팽창 장치(124)를 사용하여 플래싱되고, 중간 온도 스탠드파이프(126)로 보내지고, (열 교환기 내에서, 열 교환기의 헤더 내에서 또는 열 교환기의 헤더로 들어가기 전에) 조합되어 열 교환기의 1차 냉동 통로(106)로 보내진 중간 온도 냉매 증기 스트림(128) 및 중간 온도 액체 스트림(130)을 형성하여 냉각을 제공한다.
따뜻하고 혼합 냉매의 많은 부분인, 저압 어큐물레이터(44)를 빠져나가는 액체 스트림(48)은 열 교환기(16)의 사전-냉각 액체 통로(52)로 유입되어 서브쿨된다. 생성된 서브쿨의 고-비점 스트림(54)은 열 교환기를 빠져나가고, 팽창 장치(56)를 통해 플래싱되고, 따뜻한 온도 스탠드파이프(62)로 보내진다. 결과적으로, 따뜻한 온도 냉매 증기 스트림(61) 및 따뜻한 온도 액체 스트림(63)이 형성되고, (열 교환기 내에서, 열 교환기의 헤더 내에서 또는 열 교환기의 헤더로 들어가기 전에) 조합되어, 열 교환기의 1차 냉동 통로(106)를 형성하여 냉각을 제공한다.
따뜻한 온도 스탠드파이프(62), 중간 온도 스탠드파이프(126), CVS 온도 스탠드파이프(114) 및 저온 온도 스탠드파이프(98)로부터의 조합된 냉매 스트림은 바람직하게는 증기 상인 조합된 리턴 냉매 스트림(132)으로서 1차 냉동 통로(106)를 빠져나간다. 리턴 냉매 스트림(132)은 선택적인 흡입 드럼(134)으로 흐르고, 이는 앞서 언급된 증기 혼합 냉매 스트림(34)을 초래한다. 당 업계에 알려진 바와 같이, 선택적 흡입 드럼(134)은 액체가 시스템 압축기로 전달되는 것을 방지한다.
도 1에 도시된 시스템의 실시예에서, 예를 들어 Ducote 등의 미국 특허 출원 공개 제 US 2014/0260415 호에서와 같이, 열 교환기에 들어가기 전에 저온 증기 분리기(86)로부터의 액체를 고압 혼합 냉매 어큐뮬레이터(74)로부터의 액체와 혼합하는 대신에, 액체들은 열 교환기에 개별적으로 도입된다. 또한, 저온 증기 분리기 및 고압 혼합 냉매 어큐뮬레이터로부터의 액체 스트림은 초기 개별 액체 스트림이 냉각된 후 각각의 팽창 장치에 의해 플래싱된 후에 대응 증기 스트림과 별도로 도입된다. 이는 열 교환기에 적절한 증기 및 액체 분배의 이점을 제공하는데, 이는 특히 다중 납땜된 알루미늄 열 교환기(BAHX)가 병렬로 사용되는 경우 납땜된 알루미늄 열 교환기(BAHX)에 특히 중요하다. 또한, 본 발명자들은 도 1의 시스템이 열 교환기에 들어가기 전에 저온 증기 분리기 및 고압 혼합된 냉매 어큐뮬레이터로부터의 액체가 혼합되는 설계에 비해 약간의 효율 증가를 초래한다는 것을 발견하였다.
도 1에 도시된 구성은 다양한 크기의 액체 천연 가스 플랜트에 대한 비용 및 복잡성을 감소시키기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 대안적인 실시예에서, 도 1의 따뜻한 온도 스탠드파이프(62)는 생략된다. 따뜻하고 혼합 냉매의 많은 부분인, 저압 어큐물레이터(244)를 빠져나가는 액체 스트림(248)은 열 교환기(216)의 사전-냉각 액체 통로(252)로 유입되어 서브쿨된다. 생성된 서브쿨의 고-비점 스트림(254)은 열 교환기에서 배출되고, 팽창 장치(256)를 통해 압력이 감소되거나 플래싱된다. 결과적인 냉매 스트림(258)은 열 교환기의 1차 냉동 통로(206)로 보내져서 냉각을 제공한다.
아래에 설명된 예외를 제외하고 도 3 내지 도 6의 시스템의 경우에서와 같이, 도 2의 시스템의 나머지 부분 및 대응 구성 요소는 도 1의 시스템에 대해 전술한 바와 동일하며, 동일한 방식으로 동작한다.
도 3에 도시된 다른 실시예에서, 도 1의 저온 온도 스탠드파이프(98)(및 따뜻한 온도 스탠드파이프(62))는 생략된다. 열 교환기(316)는 저온 분리기 증기 스트림(388)을 수용하는 저온 분리기 증기 통로(392)를 포함한다. 저온 분리기 증기 스트림은 통로(392)에서 냉각되고, 액체 스트림(394) 내로 응축되고, 팽창 장치(396)를 통해 압력이 감소되거나 플래싱되고, 결과적인 냉매 스트림(398)은 열 교환기의 1차 냉각 통로(306)로 보내져서 냉각을 제공한다.
도 4에 도시된 바와 같이 그리고 도 1 내지 도 3의 시스템과 대조적으로, 시스템의 대안적인 실시예는 저압 어큐뮬레이터(444)로부터의 저압 냉매를 사용하지 않고 작동하도록 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 다른 대안적인 구성에서, 저압 어큐뮬레이터로부터의 액체 냉매 스트림은 열 교환기에 개별적으로 들어가지 않고 중간 온도 스탠드파이프(526) 또는 CVS 온도 스탠드파이프(514)로 보내진다. 보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 따뜻하고 혼합 냉매의 많은 부분인, 저압 어큐뮬레이터(544)를 빠져나가는 액체 스트림(548)은 열 교환기(516)의 사전-냉각 액체 통로(552)로 유입되어 서브쿨된다. 결과적으로 서브쿨의 고-비점 스트림(554)은 열 교환기를 빠져나가고, 팽창 장치(556)를 통해 압력이 감소되거나 플래싱된다. 결과적인 냉매 스트림(558)은 중간 온도 스탠드파이프(526)로 보내진다. 대안적으로 또는 추가로, 도면부호(560)에서 점선으로 표시된 바와 같이, 팽창 장치(556)를 빠져나가는 냉매 스트림은 CVS 온도 스탠드파이프(514)로 라우팅될 수 있다. 다른 대안으로서, 도 5에서 도면부호(560)에서 점선으로 표시된 바와 같이, 냉매 스트림(558)의 일부 또는 전부는 1차 냉동 통로(506)로 라우팅될 수 있다.
도 5의 시스템 및 프로세스는 열 교환기(516)의 1차 냉동 통로(506)로의 분사 지점의 수를 감소시킨다. 1차 냉장 통로로의 각 분사 지점이 통로에서 압력 강하를 유발하는 것으로 가정하면, 분사 지점의 수를 줄이면 시스템의 전력 소비가 줄어들고, 그에 따라 운영 효율성이 향상된다. 또한 열 교환기의 제조가 간소화되어, 장비 비용이 절감된다.
도 6에 도시된 다른 대안적인 구성에서, 액체 천연 가스 생성물 스트림(626)이 형성되도록 통로(624)를 통해 천연 가스 공급 스트림(622)을 액화시키기 위해 코어 및 케틀(kettle) 또는 쉘(shell) 및 튜브 열 교환기(616)가 사용된다. 이전 실시예들에서와 같이, 열 교환기(616)를 포함하는 도 6의 시스템은 종래 기술에서 알려진 도면부호(628)에서 점선으로 표시된 다른 가스 처리 옵션을 수행하도록 구성될 수 있다. 이들 처리 옵션은 가스 스트림이 열 교환기를 1회 이상 배출 및 재진입하도록 요구될 수 있고, 예를 들어 천연 가스 액체 회수 또는 질소 제거를 포함할 수 있다.
도 6의 실시예에서, 따뜻하고 혼합 냉매의 많은 부분인, 저압 어큐뮬레이터(644)를 빠져나가는 액체 스트림(648)은 열 교환기(616)의 사전-냉각 액체 통로(652)로 유입되어 서브쿨된다. 생성된 서브쿨의 고-비점 스트림은 열 교환기를 빠져나가고, 압력이 감소되거나 팽창 장치(656)를 통해 플래싱되고, 생성된 냉매 스트림(658)은 열 교환기(616)의 케틀 또는 쉘로 보내져 냉각을 제공한다.
열 교환기(616)는 고압 어큐뮬레이터(674)로부터 고압 증기 스트림(676)을 수용하고 그것을 부분적으로 응축시키도록 냉각시키는 고압 증기 통로(682)를 포함한다. 생성된 혼합 상 저온 분리기 공급 스트림은 저온 증기 분리기(686)에 제공되어, 저온 분리기 증기 스트림(682) 및 저온 분리기 액체 스트림(690)이 생성된다.
열 교환기(616)는 저온 분리기 증기 스트림(682)을 수용하는 저온 분리기 증기 통로(692)를 포함한다. 저온 분리기 증기 스트림은 통로(692)에서 냉각 및 응축되고, 팽창 장치(696)를 통해 플래싱되고, 열 교환기(616)의 케틀 또는 쉘의 상부로 보내져서 냉각을 제공한다.
저온 분리기 액체 스트림(690)은 저온 분리기 액체 통로(608)에서 냉각되어 서브쿨의 저온 분리기 액체 스트림을 형성하고, 도면부호(612)에서 플래쉬되고, 열 교환기(616)의 케틀 또는 쉘로 보내져서 냉각을 제공한다.
중-비점 냉매 액체 스트림(678)은 열 교환기의 고압 액체 통로(622)를 통해 고압 어큐물레이터(674)로부터 보내지고, 서브쿨된 후, 팽창 장치(625)를 사용하여 플래싱되고, 열 교환기(616)의 케틀 또는 쉘로 보내져서 냉각을 제공한다.
냉각을 제공하기 위해서 도 6의 열 교환기(616)의 케틀 또는 쉘로 보내지는 냉매 스트림 각각은 케틀 또는 쉘의 내부에 위치된 스프레이 바(spary bar) 또는 다른 분배 장치로 유입된다. 스트림이 냉각을 제공하기 위해서 코어 또는 튜브(상술한 통로를 포함함) 위의 케틀 또는 쉘의 내부를 통해 아래로 캐스케이드 다운된 후, 이들은 조합되고, 열 교환기(616)의 바닥을 빠져나가고, 냉매 리턴 스트림(632)으로서의 압축 시스템의 선택적인 흡입 드럼(634)으로 이동한다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변경 및 수정이 이루어질 수 있으며, 그 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된다는 것이 명백할 것이다.
Claims (25)
- 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템에 있어서,
a) 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기 ― 상기 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 사전-냉각 액체 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비함 ―;
b) 상기 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는 제 1 스테이지 압축 장치;
c) 상기 제 1 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 1 스테이지 후-냉각기;
d) 상기 제 1 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 증기 출구를 갖는 저압 어큐뮬레이터;
e) 상기 저압 어큐뮬레이터의 증기 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 스테이지 압축 장치;
f) 상기 제 2 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 스테이지 후-냉각기;
g) 상기 제 2 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구 및 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는 고압 어큐물레이터;
h) 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 증기 분리기;
i) 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 1 팽창 장치;
j) 상기 제 1 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 중간 온도 분리 장치;
k) 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 팽창 장치;
l) 상기 제 2 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 CVS 온도 분리 장치;
m) 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 3 팽창 장치; 및
n) 상기 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 중간 온도 분리 장치, 상기 CVS 온도 분리 장치 및 상기 1차 냉동 통로 중 적어도 하나와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 4 팽창 장치를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 압축 스테이지는 단일 압축기의 스테이지인
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 온도 분리 장치, 상기 CVS 온도 분리 장치 및 상기 저온 온도 분리 장치가 스탠드파이프인
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 따뜻한 온도 분리 장치를 더 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 온도 분리 장치를 더 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 오직 상기 중간 온도 분리 장치와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 오직 상기 CVS 온도 분리 장치와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 오직 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 상기 중간 온도 분리 장치 및 상기 CVS 온도 분리 장치 양자와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 상기 중간 온도 분리 장치 및 상기 1차 냉동 통로 양자와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 상기 CVS 온도 분리 장치 및 상기 1차 냉동 통로 양자와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구는 상기 중간 온도 분리 장치, 상기 CVS 온도 분리 장치 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템에 있어서,
a) 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기 ― 상기 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 사전-냉각 액체 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비함 ―;
b) 상기 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는 제 1 스테이지 압축 장치;
c) 상기 제 1 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 1 스테이지 후-냉각기;
d) 상기 제 1 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 증기 출구를 갖는 저압 어큐뮬레이터;
e) 상기 저압 어큐뮬레이터의 증기 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 스테이지 압축 장치;
f) 상기 제 2 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 스테이지 후-냉각기;
g) 상기 제 2 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구 및 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는 고압 어큐물레이터;
h) 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 증기 분리기;
i) 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 1 팽창 장치;
j) 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 2 팽창 장치;
k) 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 3 팽창 장치; 및
l) 상기 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 4 팽창 장치를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 중간 온도 분리 장치를 더 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 CVS 온도 분리 장치를 더 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 3 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 온도 분리 장치를 더 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 4 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 따뜻한 온도 분리 장치를 더 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템에 있어서,
a) 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기 ― 상기 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비함 ―;
b) 상기 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는 압축 장치;
c) 상기 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 후-냉각기;
d) 상기 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는 어큐뮬레이터;
e) 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 증기 분리기;
f) 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 1 팽창 장치;
g) 상기 제 1 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 중간 온도 분리 장치;
h) 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 2 팽창 장치; 및
i) 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 3 팽창 장치를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 혼합 냉매로 가스를 냉각시키기 위한 시스템에 있어서,
a) 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기 ― 상기 열 교환기는 또한 1차 냉동 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 구비함 ―;
b) 상기 1차 냉동 통로의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는 압축 장치;
c) 상기 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 후-냉각기;
d) 상기 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는 어큐뮬레이터;
e) 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 증기 분리기;
f) 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 1 팽창 장치;
g) 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 팽창 장치;
h) 상기 제 2 팽창 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 CVS 온도 분리 장치; 및
i) 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 3 팽창 장치를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 혼합 냉매로 가스를 냉각하기 위한 시스템에 있어서,
a) 내부를 형성하는 쉘, 상기 내부 내에 위치되고, 가스의 공급물을 수용하도록 구성된 입구 및 생성물이 열 교환기를 빠져나가는 출구를 갖는 냉각 통로를 포함하는 열 교환기 ― 상기 열 교환기는 내부에 위치된 사전-냉각 액체 통로, 고압 증기 통로, 고압 액체 통로, 저온 분리기 증기 통로 및 저온 분리기 액체 통로를 포함함 ―;
b) 상기 열 교환기 내부의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖는 제 1 스테이지 압축 장치;
c) 상기 제 1 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 1 스테이지 후-냉각기;
d) 상기 제 1 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 증기 출구를 갖는 저압 어큐뮬레이터;
e) 상기 저압 어큐뮬레이터의 증기 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 스테이지 압축 장치;
f) 상기 제 2 스테이지 압축 장치의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제 2 스테이지 후-냉각기;
g) 상기 제 2 스테이지 후-냉각기의 출구와 유체 연통하는 입구를 갖고, 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구, 및 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구를 갖는 고압 어큐물레이터;
h) 상기 열 교환기의 고압 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 증기 출구, 및 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 액체 출구를 갖는 저온 증기 분리기;
i) 상기 열 교환기의 고압 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 열 교환기의 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 1 팽창 장치;
j) 상기 열 교환기의 저온 분리기 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 열 교환기의 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 2 팽창 장치;
k) 상기 열 교환기의 저온 분리기 증기 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 열 교환기의 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 3 팽창 장치; 및
l) 상기 열 교환기의 사전-냉각 액체 통로와 유체 연통하는 입구, 및 상기 열 교환기 내부와 유체 연통하는 출구를 갖는 제 4 팽창 장치를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 시스템. - 혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법에 있어서,
a) 1차 냉동 통로를 통해 유동하는 혼합 냉매와 역류, 간접 열 교환 관계에서 열 교환기의 냉각 통로를 통해 가스를 유동시키는 단계;
b) 압축 시스템에서 상기 1차 냉동 통로를 빠져나가는 혼합 냉매를 조절 및 분리하여 고-비점 냉매 액체 스트림, 고압 증기 스트림 및 중-비점 액체 스트림을 형성하는 단계;
c) 상기 열 교환기에서 고압 증기를 냉각시키는 단계;
d) 냉각된 고압 증기를 저온 분리기 증기 스트림 및 저온 분리기 액체 스트림으로 분리하는 단계;
e) 상기 열 교환기에서 저온 분리기 액체 스트림을 서브쿨시키는(subcooling) 단계;
f) 서브쿨(subcooled)의 저온 분리기 액체 스트림을 플래싱하여 제 1 저온 분리기 혼합 상 스트림을 형성하는 단계;
g) 제 1 저온 분리기 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계;
h) 상기 열 교환기에서 저온 분리기 증기 스트림을 냉각시키는 단계;
i) 냉각된 저온 분리기 증기 스트림을 플래싱하여 제 2 저온 분리기 혼합 상 스트림을 형성하는 단계;
j) 제 2 저온 분리기 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계;
k) 상기 열 교환기에서 중-비점 액체 스트림을 서브쿨시키는 단계;
l) 서브쿨의 중-비점 액체 스트림을 플래싱하여 중-비점 혼합 상 스트림을 형성하는 단계;
m) 중-비점 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계;
n) 상기 열 교환기에서 고-비점 냉매 액체 스트림을 서브쿨시키는 단계;
o) 서브쿨의 고-비점 냉매 액체 스트림을 플래싱하여 고-비점 혼합 상 스트림을 형성하는 단계; 및
p) 고-비점 혼합 상 스트림을 1차 냉동 통로로 보내는 단계를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 단계 g)는 제 1 저온 분리기 혼합 상 스트림을 분리하여 CVS 온도 증기 스트림 및 CVS 온도 액체 스트림을 형성하는 단계와, CVS 온도 증기 스트림 및 CVS 온도 액체 스트림을 상기 1차 냉동 통로로 보내는 단계를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 단계 p)는 고-비점 혼합 상 스트림을 제 1 저온 분리기 혼합 상 스트림과 조합시키는 단계를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 단계 m)은 중-비점 혼합 상 스트림을 분리하여 중간 온도 증기 스트림 및 중간 온도 액체 스트림을 형성하는 단계와, 중간 온도 증기 스트림 및 중간 온도 액체 스트림을 상기 1차 냉동 통로로 보내는 단계를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 단계 p)는 고-비점 혼합 상 스트림을 중-비점 혼합 상 스트림과 조합하는 단계를 포함하는
혼합 냉매로 가스를 냉각시키는 방법.
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