KR20200135201A - 액화 천연 가스(lng)로부터 천연 가스액(ngl)을 추출하는 추출 시스템 - Google Patents

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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

소비지에 가깝기 때문에 상정되는 LNG 새틀라이트 기지로부터 아임계 압력으로 공급되는 액화 천연 가스를 사용하여 천연 가스액을 추출하는 시스템을 제공하는 것이다.
천연 가스액 추출 시스템은, 소정 압력의 액화 천연 가스가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(1)과, 제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체가 그 중간단에 공급되는 제2 증류부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(2)을 구비한다.

Description

액화 천연 가스(LNG)로부터 천연 가스액(NGL)을 추출하는 추출 시스템{EXTRACTING SYSTEM EXTRACTING NATURAL GAS LIQUID(NGL) FROM LIQUEFIED NATURAL GAS(LNG)}
본 발명은, 액화 천연 가스(LNG)로부터 천연 가스액(NGL)을 추출하는 추출 시스템에 관한 것이다.
근년, 탄산 가스나 질소 산화물의 배출량이 적은 천연 가스(NG)를, 석유나 석탄의 대체 연료로서 이용하는 움직임이 강해지고 있다. 또한, 종래보다도 소규모의 천연 가스 수요가도 증가하고 있다. 특히, 파이프라인에 의한 천연 가스 공급이나, 송전선의 설치가 곤란한 지역에서는, 소규모의 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas: LNG)의 수입 기지(이하, 「LNG 새틀라이트 기지」라 함)를 건설하고, 발전 설비를 병설함으로써, 에너지 공급을 하는 경우가 있다.
그러나, 이와 같은 파이프라인이나 송전선에 의한 에너지 공급이 곤란한 지역에서는, 천연 가스액(NGL)의 연료 수요가, 열량의 크기나 저장성의 편리성에 의해 뿌리 깊게 존재한다. 예를 들어, LPG 봄베에 의한 에너지 공급이 종래부터 존재한다.
또한, 일반적으로, 천연 가스(Natural Gas)에는, 드라이 가스, NGL, LPG, 중질 탄화수소계 액 또는 가스(heavier hydrocarbons liquids or gases), 비탄화수소계 가스(non-hydorocarbon gases)를 포함한다. 또한, 천연 가스액(NGL)에는, 액화 석유 가스(LPG)를 포함한다.
종래 기술에 의하면, 천연 가스액(NGL)의 제조는, 에탄 크래커 수요가 존재하는 대규모 기지에서 행하고, 원격지의 수요에는 선박이나 차량으로 장거리 수송할 필요가 있었다. 여기서, 액화 천연 가스(LNG)와 천연 가스액(NGL)의 양쪽의 수요가 있는 경우에는, 각각에 수송 수단을 구비할 필요가 있어, 효율적이지 않았다. 물론, 이와 같은 수송 수단은 고액의 설비나 일손을 필요로 하고, 에너지 소비량도 크다.
또한, 종래형 천연 가스액의 추출 장치는, 최종적으로 천연 가스를 고압의 파이프라인 압력(예를 들어 5MPaG)으로의 공급을 목적으로 하고 있으므로, 효율적으로 분리할 수 있는 압력(예를 들어 2MPaG)까지 팽창 터빈 등으로 감압한 후에, 정류 조작을 행하고, 회수된 메탄 부화 가스를 압축기로 재압축하여 파이프라인 압력(예를 들어 5MPaG)으로까지 재압축할 필요가 있어, 장치가 복잡해지고 고비용으로 되는 경향이 있었다.
특허문헌 1은 압축기나 팽창 터빈을 필요로 하지 않는 비교적 간소한 장치 구성의 천연 가스 분리 방법을 개시하고 있다.
특허문헌 2는 고압화로, LNG로부터 메탄 리치 가스를 추출하는 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 3은 LNG와 탄화수소 가스로부터, 중질 탄화수소를 추출하는 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 4는 액화 천연 가스로부터 에탄 등의 탄화수소를 분리시키는 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 5는 원료 LNG의 한랭을, 정류탑에 도입하기 전에 이용하는 구성을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2013-64077호 공보 미국 특허 제3,837,172호 공보 미국 특허 제8,794,030호 공보 일본 특허 공개 제2007-24489호 공보 일본 특허 공개 제2016-156581호 공보
그러나, 특허문헌 1의 방법은, 고압 천연 가스를 분리할 때, 정류 분리에 필요한 가스의 액화를 위한 한랭을 팽창 터빈 등으로 공급할 필요가 있고, 액화 천연 가스가 대상이 되는 경우에는 그 한랭을 유효하게 활용할 수 있다고는 할 수 없어, 비효율적이며 적절한 방법이라고는 할 수 없다.
또한, 특허문헌 2 내지 5와도 다른 장치 구성을 채용함으로써, 액화 천연 가스(LNG)로부터 천연 가스액(NGL)을 추출하고 다는 요망이 있다.
본원 발명의 제1 목적은, 특허문헌 1과는 달리, 액화 천연 가스의 한랭을 유효 활용할 수 있음과 함께, 소비지의 근처에 있는 LNG 새틀라이트 기지로부터 아임계압으로 공급되는 액화 천연 가스(LNG)를 사용하여 천연 가스액(NGL)을 추출하는 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 제2 목적은, LNG 새틀라이트 기지의 주변의 수요에 대응하기 위해 현지 생산할 수 있어, 천연 가스액(NGL)을 장거리 수송하는 일이 없고, 또한 경제적 현실성의 관점에서 저비용이면서 고효율로 천연 가스액(NGL)을 제조 가능한 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 제3 목적은, 특정 실시 양태에 있어서, 아임계압의 천연 가스 공급을 목적으로 한 액화 천연 가스로부터 간소하면서 저렴한 구성으로 천연 가스액을 추출할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 제4 목적은, 특정 실시 양태에 있어서, 아임계압의 천연 가스 공급을 전제로 하지 않고, 초임계압의 천연 가스 공급을 목적으로 하는 설비에도 적용할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 제5 목적은, 특정 실시 양태에 있어서, 랭킨 사이클의 작동 유체를 제조할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
소정 압력의 액화 천연 가스(LNG)가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류(칼럼)부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(탈메탄탑)(1)과,
제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 상기 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제2 증류(칼럼)부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(탈에탄탑)(2)을 구비한다.
이 구성에 의하면, 액화 천연 가스가 원료로서 제1 탑정부(11)에 공급되고, 제1 탑정부(11)로부터 메탄 부화 가스가 회수되며, 제2 탑정부(21)로부터 에탄 부화 가스가 회수되고, 제2 탑저부(23)로부터 프로판 부화 유체가 회수된다.
원료인 액화 천연 가스의 「소정 압력」은, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
원료인 액화 천연 가스(LNG)는, 가 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)에만 공급되고, 제1 증류부(12) 또는 제1 탑저부(13)에는 공급되지 않는다.
제1 증류 유체(에탄 부화 유체)는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태이다.
프로판 부화 유체는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태이다.
제1 콘덴서(211)의 냉열원(냉매)으로서는, 예를 들어 액화 천연 가스, 공기, 질소 가스 등을 이용해도 된다.
제1 리보일러(131) 및 제2 리보일러(231)의 열원으로서는, 예를 들어 전기 히터, 증기여도 된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
상기 제1 콘덴서(212)의 냉열원으로, 상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 이용해도 된다.
이 구성에 의하면, 제1 콘덴서(212)를 메탄 부화 가스로 냉각시킬 수 있다. 액화 천연 가스 등을 냉매로서 사용할 필요가 없어지고, 메탄 부화 가스를 가온함으로써 필요한 천연 가스 공급 온도에 접근시킬 수 있고, 부탄 등 고응고점의 물질이 공급되어 제1 콘덴서(212) 내에서 응고될 위험성도 저감된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
상기 제1 탑(1)의 1차측에 열교환기(101)를 추가로 구비해도 된다.
상기 제1 탑정부(11)에 공급되기 전에, 액화 천연 가스(LNG)를 상기 열교환기(히터)(101)를 통과시켜 온도 상승(가온)시켜도 된다.
이 구성에 의하면, 열교환기(101)를 제1 탑(1)의 1차측에 배치하여, 저온의 (서브 쿨 상태의) 액화 천연 가스(LNG)를 가온시킬 수 있다. 저온의 액화 천연 가스가 제1 탑(1)에 공급된 경우, 그 현열분에 상당하는 열부하를 제1 리보일러(131)에 의해 공급할 필요가 있어, 증기류의 증가를 초래한다. 이 증기류의 증가는, 제1 탑(1)의 크기, 특히 탑 직경의 확대에 기여(영향)하므로, 설비 투자의 점에서 바람직하지 않다. 본 발명에서는, 원료인 액화 천연 가스를 열교환기(히터)에 통과시킴으로써, 액화 천연 가스를 포화 온도에 접근시켜, 제1 리보일러(131)의 열부하를 저감하고, 결과적으로 제1 탑(1)의 탑 직경을 축소할 수 있다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
제2 콘덴서를 구비하는 제3 탑정부(31)와, 상기 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류 유체(프로판 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제3 증류(칼럼)부(32)와, 제3 리보일러(331)를 구비하는 제3 탑저부(33)를 갖는 제3 탑(프로판 회수탑)(3)을 추가로 구비하고 있어도 된다.
제3 탑정부(31)로부터 고순도의 프로판 부화 유체가 회수되고, 제3 탑저부(33)로부터 부탄 부화 유체가 회수된다.
이 구성에 의하면, 부탄 등 프로판보다 고비점의 성분을 포함하는 액화 천연 가스로부터, 고순도의 프로판을 회수할 수 있다.
제2 콘덴서의 냉열원으로, 예를 들어 액화 천연 가스, 공기, 질소 가스, 냉각수 등을 이용해도 된다.
또한, 상기 제2 콘덴서의 냉열원으로, 상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 이용해도 되고, 상기 제1 콘덴서(212)를 통과한 메탄 부화 가스를 이용해도 된다.
제2 증류 유체(프로판 부화 유체)는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태이다.
제3 탑정부(31)로부터 회수되는 고순도의 프로판 부화 유체는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태여도 된다. 고순도의 프로판 부화 유체는, 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류 유체(프로판 부화 유체)보다도 프로판 농도가 높다.
부탄 부화 유체는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태여도 된다.
본 발명에 있어서, 프로판 부화 유체, 고순도의 프로판 부화 유체, 부탄 부화 유체 등은, 가스, 액 중 어느 상태로도 취출하는 것이 가능하다. 사용 용도에 따라서, 예를 들어 외부 탱크 등에 보존하는 경우에는 액으로서 취출하는 쪽이 바람직하고, 열량 조정용으로 연료 가스에 섞는 경우 또는 후술하는 랭킨 사이클의 작동 유체에 섞는 경우에는 가스로서 취출하는 쪽이 바람직하다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스와 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)를 구비하고 있어도 된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 액화 천연 가스(LNG)의 일부를, 상기 제1 탑정부(11)에 공급되는 상기 원료로 사용해도 된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 액화 천연 가스(LNG)의 일부를, 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)를 추가로 구비하고 있어도 된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은, 상기 증발기(506)에 보내기 전에, 상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 액화 천연 가스(LNG)의 일부를 승압시키는 승압 장치 또는 펌프(505)를 추가로 구비하고 있어도 된다.
이 구성에서는, 아임계압의 천연 가스 공급을 전제로 하지 않고, 초임계압의 천연 가스 공급하는 설비에도 적용할 수 있음을 예시하고 있다. 예를 들어, 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은, LNG 탱크로부터 도출된 액화 천연 가스(LNG)를 원료로 사용할 수 있다. 천연 가스액(NGL) 추출 시스템에서 발생한 메탄 부화 가스와 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)는, LNG 탱크에서 발생한 보일 오프 가스(BOG)와 함께 컴프레서에 의해 승압된다. 승압된 혼합 가스는 그대로 연료로서 사용할 수 있다.
LNG 탱크로부터 도출된 LNG의 일부는, 천연 가스액 추출 시스템의 원료가 되고, 그 밖의 일부는, 액송 펌프 또는 승압 장치에 의해 원하는 압력으로 승압된 후에 증발기에서 증발시켜 가온되어, 천연 가스(NG)로서 공급할 수 있다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스와 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는(내부 펌프(502)에 의해 보내지는) 액화 천연 가스(LNG)를 냉열원으로 하여, 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축하는 리콘덴서(504)를 추가로 구비하고,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 LNG의 일부를, 상기 제1 탑정부(11)에 공급되는 상기 원료로 사용하는 구성이어도 된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
상기 리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 액화 천연 가스의 전부 또는 그 일부를, 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)를 추가로 구비하고 있어도 된다.
상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은, 상기 증발기(506)로 보내기 전에, 상기 리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 액화 천연 가스의 전부 또는 그 일부를 승압시키는 승압 장치 또는 펌프(505)를 추가로 구비하고 있어도 된다.
이 구성에서는, 아임계압의 천연 가스 공급을 전제로 하지 않고, 초임계압의 천연 가스 공급하는 설비에도 적용할 수 있음을 예시하고 있다. 예를 들어, 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은, LNG 탱크로부터 도출된 액화 천연 가스(LNG)를 원료로 사용할 수 있다. 천연 가스액(NGL) 추출 시스템에서 발생한 메탄 부화 가스와 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)는, LNG 탱크에서 발생한 보일 오프 가스(BOG)와 함께 컴프레서에 의해 승압되고, 또한 후단의 리콘덴서에 의해 보일 오프 가스와 함께 재응축된다.
리콘덴서의 하부로부터 도출되는 액화 천연 가스(LNG 탱크로부터 도출된 LNG 및 재응축된 BOG와 연료 가스의 혼합액)는, 액송 펌프 또는 승압 장치에 의해 원하는 압력으로 승압된 후에 증발기에서 증발시켜 가온되어, 천연 가스(NG)로서 공급할 수 있다.
(랭킨 사이클을 구비하는 시스템 구성예 1)
다음에, LNG 탱크로부터 도출된 LNG의 일부를 이용(LNG의 냉열을 이용)하여 발전이나 가스 압축을 행하기 위한 랭킨 사이클을 구비하는 시스템에 대하여 설명한다.
천연 가스액(NGL) 추출 시스템에서 추출된 프로판 부화 유체(소정 온도 범위, 예를 들어 -42℃ 내지 40℃ 정도)의 일부 또는 전부를, 랭킨 사이클의 작동 유체로서 이용하는 형태에 대하여 설명한다.
다른 발명의 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는(내부 펌프(502)에 의해 보내지는), 소정 압력의 액화 천연 가스(LNG)가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류(칼럼)부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(탈메탄탑)(1)과,
제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 상기 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제2 증류(칼럼)부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(탈에탄탑)(2)과,
상기 메탄 부화 가스와 상기 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는(내부 펌프(502)에 의해 보내진) LNG의 전부 또는 그 일부를 승압시키는 승압 장치(505)와,
상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)와,
상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 냉열원으로 하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시키는 작동 유체 열교환기(61)와,
상기 작동 유체 열교환기(61)에서 액화된 작동 유체를 승압시키는 작동 유체 승압 장치(62)와,
작동 유체 승압 장치(62)에서 승압된 작동 유체를 (예를 들어, 해수나 스팀 등을 열원으로 하여) 증발시키는 작동 유체 증발기(63)와,
상기 작동 유체 증발기(63)에서 증발된 작동 유체를 팽창시시키는 팽창 터빈(64)과,
상기 제2 탑저부(23)로부터 회수된 프로판 부화 유체가 도입되는, 상기 작동 유체의 랭킨 사이클(60)의 작동 유체 라인(L60)을 구비한다.
이 구성에 의하면, 랭킨 사이클의 작동 유체(프로판)를 천연 가스액 추출 시스템에 의해, 그 자리에서 제조할 수 있기 때문에, 외부로부터 운반할 필요가 없어, 경제적이다.
상기 팽창 터빈으로부터 취출되는 일(동력)은, 예를 들어 발전기나 가스 압축기에서 이용될 수 있다.
상기 프로판 부화 유체는, 예를 들어 작동 유체 열교환기(61)보다 상류측의 작동 유체 라인(L60)에 도입되어도 되고, 작동 유체 열교환기(61)와 팽창 터빈(64) 사이의 작동 유체 라인(L60)에 도입되어도 된다.
원료인 액화 천연 가스의 「소정 압력」은, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
원료인 액화 천연 가스(LNG)는, 가 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)에만 공급되고, 제1 증류부(12) 또는 제1 탑저부(13)에는 공급되지 않는다.
제1 증류 유체(에탄 부화 유체)는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태이다.
작동 유체로서 공급되는 프로판 부화 유체는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태여도 된다.
제1 콘덴서(211)의 냉열원(냉매)으로서는, 예를 들어 액화 천연 가스, 공기, 질소 가스 등을 이용해도 된다.
제1 리보일러(131) 및 제2 리보일러(231)의 열원으로서는, 예를 들어 전기 히터, 증기여도 된다.
상기 제1 콘덴서(212)의 냉열원으로, 상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 이용해도 된다.
상기 제1 탑정부(11)에 공급되기 전에, 액화 천연 가스(LNG)를 상기 열교환기(히터)를 통과시켜 온도 상승(가온)시켜도 된다.
프로판 부화 유체를 작동 유체 라인(L60)으로 보내기 위해 펌프, 팬 등의 수송 장치를 구비하고 있어도 된다. 프로판 부화 유체는 탱크 등의 버퍼에 일시적으로 저장되고 나서 작동 유체 라인(L60)에 공급되어도 된다.
(랭킨 사이클을 구비하는 시스템 구성예 2)
다른 발명의 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는(내부 펌프(502)에 의해 보내지는), 소정 압력의 액화 천연 가스(LNG)가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류(칼럼)부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(탈메탄탑)(1)과,
제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 상기 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제2 증류(칼럼)부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(탈에탄탑)(2)과,
제2 콘덴서(312)를 구비하는 제3 탑정부(31)와, 상기 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류 유체(프로판 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제3 증류(칼럼)부(32)와, 제3 리보일러(331)를 구비하는 제3 탑저부(33)를 갖는 제3 탑(프로판 회수탑)(3)과,
상기 메탄 부화 가스와 상기 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는(내부 펌프(502)에 의해 보내지는) LNG의 전부 또는 그 일부를 승압시키는 승압 장치(505)와,
상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)와,
상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 냉열원으로 하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시키는 작동 유체 열교환기(61)와,
상기 작동 유체 열교환기(61)에서 액화된 작동 유체를 승압시키는 작동 유체 승압 장치(62)와,
작동 유체 승압 장치(62)에서 승압된 작동 유체를 (예를 들어, 해수나 스팀 등을 열원으로 하여)증발시키는 작동 유체 증발기(63)와,
상기 작동 유체 증발기(63)에서 증발된 작동 유체를 팽창시시키는 팽창 터빈(64)과,
상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스의 일부, 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스의 일부, 상기 제3 탑정부(31)로부터 회수되는 프로판 부화 유체의 일부, 상기 제3 탑저부(33)로부터 회수되는 부탄 부화 유체의 일부 중, 1종 또는 1종 이상의 혼합 유체가 도입되는, 상기 작동 유체의 랭킨 사이클(60)의 작동 유체 라인(L60)을 구비한다.
이 구성에 의하면, 천연 가스액 추출 시스템이 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등을 분리할 수 있으므로, 이들 중, 복수의 탄화수소 성분의 혼합 유체를 랭킨 사이클의 작동 유체로 함으로써, 랭킨 사이클의 열 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 팽창 터빈으로부터 취출되는 일(동력)은, 예를 들어 발전기나 가스 압축기에서 이용될 수 있다.
상기 프로판 부화 유체는, 예를 들어 작동 유체 열교환기(61)보다 상류측의 작동 유체 라인(L60)에 도입되어도 되고, 작동 유체 열교환기(61)와 팽창 터빈(64) 사이의 작동 유체 라인(L60)에 도입되어도 된다.
원료인 액화 천연 가스의 「소정 압력」은, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
원료인 액화 천연 가스(LNG)는, 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)에만 공급되고, 제1 증류부(12) 또는 제1 탑저부(13)에는 공급되지 않는다.
제1 증류 유체(에탄 부화 유체)는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태이다.
제2 증류 유체(프로판 부화 유체)는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태이다.
작동 유체로서 공급되는 프로판 부화 유체 및 부탄 부화 유체는, 가스, 액, 또는 가스·액의 혼합 유체의 상태여도 된다.
제1, 제2 콘덴서의 냉열원(냉매)으로서는, 예를 들어 액화 천연 가스, 공기, 질소 가스 등을 이용해도 된다.
제1 리보일러(131) 및 제2 리보일러(231)의 열원으로서는, 예를 들어 전기 히터, 증기여도 된다.
상기 제1, 제2 콘덴서(212)(312)의 냉열원으로, 상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 이용해도 된다.
상기 제1 탑정부(11)에 공급되기 전에, 액화 천연 가스(LNG)를 상기 열교환기(히터)를 통과시켜 온도 상승(가온)시켜도 된다.
상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스의 일부, 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스의 일부, 상기 제3 탑정부(31)로부터 회수되는 프로판 부화 유체의 일부, 상기 제3 탑저부(33)로부터 회수되는 부탄 부화 유체의 일부를, 작동 유체 라인(L60)으로 보내기 위해 펌프, 팬 등의 수송 장치를 구비하고 있어도 된다. 프로판 부화 유체나 부탄 부화 유체는, 각각 탱크 등의 버퍼에 일시적으로 저장되고 나서 작동 유체 라인(L60)에 공급되어도 된다.
(랭킨 사이클을 구비하는 시스템 구성예 3)
랭킨 사이클을 구비하는 시스템 구성예 1과 2는,
상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는(내부 펌프(502)에 의해 보내지는) LNG를 냉열원으로 하여, 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축하는 리콘덴서(504)를 구비하고 있어도 된다.
상기 리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 LNG가 승압 장치(505)를 통해 상기 증발기(506)로 보내져도 된다.
이 구성에 의해, 컴프레서의 토출 압력을 낮게 할 수 있어, 컴프레서의 비용 및 동력을 삭감할 수 있다.
랭킨 사이클을 구비하는 시스템에서는, 제1 탑(1), 제2 탑(2), 제3 탑(3)에서 회수되는 탄화수소 성분을 작동 유체로 사용할 수 있다. 즉, 제1 탑(1)과 제2 탑(2)을 구비하는 천연 가스액 추출 시스템, 또는 제1 탑(1), 제2 탑(2) 및 제3 탑(3)을 구비하는 천연 가스액 추출 시스템은, 랭킨 사이클의 작동 유체를 제조하는 시스템으로서 단독으로 또는 겸용으로서 기능할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 실시 형태 2의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 실시 형태 3의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 실시 형태 4의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 5는 실시 형태 5의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 6a는 실시 형태 6의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 6b는 실시 형태 7의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
도 6c는 실시 형태 8의 천연 가스액 추출 시스템을 도시하는 도면.
이하에 본 발명의 몇몇 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 발명의 일례를 설명하는 것이다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 실시되는 각종 변형 형태도 포함한다. 또한, 이하에서 설명되는 구성 모두가 본 발명의 필수의 구성인 것만은 아니다.
(실시 형태 1)
실시 형태 1의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다. 본 시스템은, 제1 탑(1), 제2 탑(2)을 적어도 구비한다.
제1 탑(1)은, 제1 탑정부(11), 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는다.
원료인, 소정 압력의 액화 천연 가스가 제1 탑정부(11)에 공급된다. 「소정 압력」은, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
제2 탑(2)은, 제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제2 증류부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는다.
천연 가스액 추출 시스템은, 원료인 액화 천연 가스를 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)로 도입하기 위한 원료 도입 라인 L1과, 제1 탑정부(11)로부터 메탄 부화 가스를 도출하기 위한 메탄 회수 라인 L2와, 제1 탑저부(13)로부터 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)를 제2 증류부(22)로 도입하기 위한 제1 증류액 도입 라인 L3과, 제2 탑정부(21)로부터 에탄 부화 가스를 도출하기 위한 에탄 회수 라인 L4와, 제2 탑저부(23)로부터 프로판 부화 유체를 도출하기 위한 프로판 회수 라인 L5를 구비한다.
본 실시 형태 1에 있어서, 제1 콘덴서(211)의 냉열원(냉매)으로서는, 예를 들어 액화 천연 가스, 공기, 질소 가스 등을 이용해도 된다. 또한, 제1 리보일러(131) 및 제2 리보일러(231)의 열원으로서는, 예를 들어 전기 히터, 증기여도 된다.
본 실시 형태 1에 있어서, 제2 증류부(22)에 공급되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)의 온도는, 예를 들어 -90℃ 내지 -10℃ 정도이다. 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스의 온도는, 원료인 액화 천연 가스 LNG의 온도보다 높고, 예를 들어 -150℃ 내지 -120℃ 정도이다. 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스의 온도는, 예를 들어 -90℃ 내지 -20℃ 정도이다. 제2 탑저부(23)로부터 회수되는 프로판 부화 유체의 온도는, 예를 들어 -42℃ 내지 40℃ 정도이다. 메탄 부화 가스, 에탄 부화 가스, 제1 증류 유체, 프로판 부화 유체의 각각의 압력은, 원료인 액화 천연 가스의 압력과 동일 정도이며, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
(작용 설명)
원료인 액화 천연 가스는, 제1 탑정부(11)에 공급되어, 제1 리보일러(131)로부터 공급되는 증기류와 접촉하여 정류된다. 제1 탑정부(11)에서는 메탄 부화 가스가 농축되어, 제1 탑정부(11)로부터 메탄 부화 가스가 회수된다. 제1 탑저부(13)에서는 에탄 부화 유체(제1 증류 유체)가 농축되어, 제2 탑(2)으로부터 도출된다.
에탄 부화 유체는, 가스, 액, 또는 가스액의 혼합 유체의 상태이다. 에탄 부화 유체는, 제2 탑(2)에 수두압으로 공급해도 되고, 펌프를 사용하여 공급해도 된다.
도출된 에탄 부화 유체는, 제2 탑(2)의 중간단에 도입되어, 제2 리보일러(231)로부터 공급되는 증기류와 접촉하여 정류되고, 제2 탑저부(23)에 프로판 부화 유체가 (바람직하게는 액으로서) 농축된다. 제2 탑(2) 내의 증기류는, 제1 콘덴서(211)에 의해 응축되어, 환류액으로서 제2 탑정부(21)로 반송된다. 제2 탑정부(21)에서 농축된 에탄 부화 가스는, 제2 탑정부(21)로부터 도출된다.
도출된 메탄 부화 가스와 에탄 부화 가스는, 연료 가스로서 따로따로 공급되어도 되고, 혼합 후에 공급되어도 된다. 본 실시 형태 1에서는, 메탄 회수 라인 L2와 에탄 회수 라인 L4를 합류시키는 일례를 나타내고 있지만, 이것에 제한되지 않는다.
제1 탑(1)과 제2 탑(2)은, 천연 가스 수요가에게 압축기를 사용하지 않더라도 효율적으로 메탄 부화 가스 및 에탄 부화 가스를 공급할 수 있도록, 동등한 압력으로 운전된다.
(실시 형태 2)
실시 형태 2의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다. 실시 형태 1과 동일한 부호의 구성 요소는 동일한 기능이기 때문에, 설명을 생략하거나 또는 간단하게 한다.
제1 콘덴서(212)의 냉열원으로, 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 이용한다. 메탄 회수 라인 L22는, 제1 콘덴서(212)의 냉열원으로서 이용 배치된 후에, 에탄 회수 라인 L4와 합류된다.
(실시 형태 3)
실시 형태 3의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다. 실시 형태 1 및 2와 동일한 부호의 구성 요소는 동일한 기능이기 때문에, 설명을 생략하거나 또는 간단하게 한다.
제1 탑(1)의 1차측에 열교환기(101)를 구비한다. 원료인 액화 천연 가스를 열교환기(101)에 통과시켜 온도 상승(가온)시키고 나서, 제1 탑정부(11)에 공급한다.
원료인 액화 천연 가스가, -162℃ 내지 -130℃ 정도일 때, 원하는 온도 설정 범위까지 가온시킬 수 있다. 온도 설정 범위로서는, 예를 들어 LNG의 포화 온도 미만(가스화 온도 미만), 가스화 온도 직전의 온도, 가스화 온도의 1％ 내지 10％ 낮은 값의 온도 등을 들 수 있다. 또한, 포화 온도이기 때문에, 압력에도 의존한다.
열교환기(101)는, 예를 들어 전기 히터식 열교환기, 증기식 열교환기, 공냉식 열교환기여도 된다.
열교환기(101)와 제1 탑정부(11) 사이의 원료 도입 라인 L1에 있어서, 원료인 액화 천연 가스 온도를 측정하는 온도계를 설치해도 된다. 온도계의 측정 온도가 소정 범위의 온도(원하는 온도 설정 범위)가 되도록, 열교환기(101)의 냉매 도입량 혹은 도입 속도 또는 열교환기의 온도 설정을 제어하는 열교환기 제어부를 추가로 구비하고 있어도 된다.
(실시 형태 4)
실시 형태 4의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다. 본 시스템은, 제1 탑(1), 제2 탑(2), 제3 탑(3)을 적어도 구비한다. 실시 형태 1 내지 3과 동일한 부호의 구성 요소는 동일한 기능이기 때문에, 설명을 생략하거나 또는 간단하게 한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 제2 콘덴서(312)를 구비하는 제3 탑정부(31)와, 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류액(프로판 부화 유체)이, 제2 증류액 도입 라인 L54를 통해, 그 중간단에 공급되는 제3 증류부(32)와, 제3 리보일러(331)를 구비하는 제3 탑저부(33)를 갖는 제3 탑(3)을 추가로 구비한다.
제3 탑정부(31)로부터 고순도 프로판 회수 라인 L6을 통해 고순도의 프로판 부화 유체(바람직하게는 고순도 프로판 가스)가 회수된다. 고순도의 프로판 액체를 회수하고 싶은 경우에는, 제2 콘덴서(312)의 하류측의 순환 라인으로부터 액체를 도출해도 된다.
제3 탑저부(33)로부터 부탄 회수 라인 L7을 통해 부탄 부화 유체(바람직하게는 부탄 부화 액체)가 회수된다.
제2 콘덴서(312)의 냉열원으로 제1 탑정부(11)로부터 회수된 메탄 부화 가스를 이용한다.
메탄 부화 가스는, 메탄 회수 라인 L24를 통해, 제1 콘덴서(212), 이어서 제2 콘덴서(312)에 통과되어, 에탄 회수 라인 L4와 합류된다.
제3 리보일러(331)의 열원으로서는, 예를 들어 전기 히터, 증기여도 된다.
제2 증류액(프로판 부화 유체)은, 가스, 액, 또는 가스액의 혼합 유체의 상태이다. 제2 증류액(프로판 부화 유체)은, 제3 증류부(32)에 수두압으로 공급해도 되고, 펌프를 사용하여 공급해도 된다.
제1 탑(1), 제2 탑(2), 제3 탑(3)은, 천연 가스 수요가에게 압축기를 사용하지 않더라도 효율적으로 메탄 부화 가스 및 에탄 부화 가스, 고순도의 프로판 부화 유체, 부탄 부화 유체를 공급할 수 있도록, 동등한 압력으로 운전되어도 된다.
(실시 형태 5)
실시 형태 5의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다. 본 시스템은, 제1 탑(1), 제2 탑(2), 제3 탑(3)을 적어도 구비한다. 실시 형태 4와 동일한 부호의 구성 요소는 동일한 기능이기 때문에, 설명을 생략하거나 또는 간단하게 한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와, 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스와 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스와, LNG 탱크(501)로부터 BOG 라인 L502를 통해 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와, 내부 펌프(502)에 의해 LNG 라인 501을 통해 보내진 LNG를 냉열원으로 하여, 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축하는 리콘덴서(504)를 구비한다.
LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 L501을 통해 도출되는 액화 천연 가스의 일부가 LNG 라인 L501로부터 분기되는 분기 라인 L503을 통해 제1 탑정부(11)에 공급되어, 천연 가스액 추출 시스템의 원료로 사용된다.
또한, 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은, LNG를 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 액화 천연 가스(LNG로 재액화된 BOG와 연료 가스의 혼합액)가 공급 라인 L504를 통해, LNG를 승압시키는 펌프(505)에 보내지고, 이어서 증발기(506)에 보내진다.
LNG 탱크(501)의 내압은, 예를 들어 대기압과 동일 정도이다. BOG(보일 오프 가스)의 발생에 수반하여, 내압이 역치를 초과하면 조정 밸브가 작동하여, 컴프레서(503)에 보내져 승압되어도 된다.
실시 형태 5의 천연 가스액 추출 시스템에서는, 고순도의 프로판 부화 유체나 부탄 부화 유체를 얻을 수 있다. 또한, 추출된 메탄 부화 가스와 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)는, LNG 탱크(501)에서 발생한 보일 오프 가스(BOG)와 함께 컴프레서(503)에 의해 승압되고, 이어서 리콘덴서(504)에 의해 보일 오프 가스와 함께 재액화된다. 리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 일부는, 펌프(505)에 의해 원하는 압력으로 승압된 후에, 증발기에서 증발시켜 가온되어, 천연 가스(NG)로서 공급된다.
(실시 형태 6)
실시 형태 6의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 6a를 사용하여 설명한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 제1 탑(1), 제2 탑(2)을 적어도 구비한다.
LNG 탱크(501)는, 내부 펌프(502)를 구비한다.
제1 탑(1)은, 내부 펌프(502)에 의해 보내지는, 소정 압력의 액화 천연 가스가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는다.
LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 L501을 통해 도출되는 액화 천연 가스의 일부가 LNG 라인 L501로부터 분기되는 분기 라인 L503을 통해 제1 탑정부(11)에 공급된다.
제2 탑(2)은, 제1 콘덴서(212)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제2 증류부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는다. 제1 콘덴서(212)의 냉열원은, 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스이다.
컴프레서(503)는, 제1 탑정부(11)로부터 회수되어, 제1 콘덴서(212)를 통과한 후의 메탄 부화 가스(제1 콘덴서(212)를 통과하기 전의 메탄 부화 가스여도 됨)와 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 BOG 라인 L502를 통해 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시킨다. 승압된 혼합 가스는, LNG 라인 501의 가스화된 천연 가스(NG)와 합류시켜 취출할 수 있다.
LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 501을 통해 도출된 LNG는, 승압 장치(505)에 보내지고, 승압 장치(505)는 LNG를 승압시킨다. 승압 장치(505)는 승압 펌프여도 된다.
증발기(506)는, 승압 장치(505)에서 승압된 LNG(「승압 LNG」라 칭하는 경우가 있음)의 일부를 증발(가스화)시켜 천연 가스(NG)로 한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 랭킨 사이클(60)을 구비한다.
랭킨 사이클(60)은, 작동 유체 열교환기(61)와, 작동 유체 승압 장치(62)와, 작동 유체 증발기(63)와, 팽창 터빈(64)과, 그것들을 그 순으로 배치하도록 작동 유체가 이동하는 배관 라인인 작동 유체 라인 L60을 갖는다.
작동 유체 열교환기(61)는, 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를, LNG 라인 501로부터 분기된 분기 라인 L505를 통해 취출하여 냉열원으로서 이용하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시킨다. 분기 라인 L505의 승압 LNG는 작동 유체를 액화함으로써 가스화하고, 증발기(506)의 하류에서 증발된 천연 가스와 합류시켜 취출할 수 있다.
작동 유체 승압 장치(62)는, 작동 유체 열교환기(61)에서 액화된 작동 유체를 승압시킨다.
작동 유체 증발기(63)는, 작동 유체 승압 장치(62)에서 승압된 작동 유체를, 예를 들어 해수나 스팀 등을 열원으로 이용하여 증발(가스화)시킨다.
팽창 터빈(64)은, 작동 유체 증발기(63)에서 증발된 작동 유체를 팽창시킨다.
작동 유체 라인 L60에는, 제2 탑저부(23)로부터 회수된 프로판 부화 유체가 도입된다. 프로판 부화 유체는, 예를 들어 작동 유체 열교환기(61)와 팽창 터빈(64) 사이의 작동 유체 라인 L60에, 제2 탑저부(23)로부터 도입 라인 L54를 통해 도입된다.
원료인 액화 천연 가스의 「소정 압력」은, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
원료인 액화 천연 가스 LNG는, 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)에만 공급되고, 제1 증류부(12) 또는 제1 탑저부(13)에는 공급되지 않는다.
LNG 탱크(501)의 내압은, 예를 들어 대기압과 동일 정도이다. BOG(보일 오프 가스)가 발생에 수반하여, 내압이 역치를 초과하면 조정 밸브가 작동하여, 컴프레서(503)에 보내져 승압되어도 된다.
(실시 형태 7)
실시 형태 7의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 6b를 사용하여 설명한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 제1 탑(1), 제2 탑(2), 제3 탑(3)을 구비한다.
LNG 탱크(501)는, 내부 펌프(502)를 구비한다.
제1 탑(1)은, 내부 펌프(502)에 의해 보내지는, 소정 압력의 액화 천연 가스가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는다.
LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 L501을 통해 도출되는 액화 천연 가스의 일부가 LNG 라인 L501로부터 분기되는 분기 라인 L503을 통해 제1 탑정부(11)에 공급된다.
제2 탑(2)은, 제1 콘덴서(212)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체(에탄 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제2 증류부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는다.
제3 탑(3)은, 제2 콘덴서(312)를 구비하는 제3 탑정부(31)와, 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류 유체(프로판 부화 유체)가 그 중간단에 공급되는 제3 증류부(32)와, 제3 리보일러(331)를 구비하는 제3 탑저부(33)를 갖는다.
제1, 제2 콘덴서(212, 312)의 냉열원은, 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스이다.
컴프레서(503)는, 제1 탑정부(11)로부터 회수되어, 제1, 제2 콘덴서(212, 312)를 통과한 후의 메탄 부화 가스(제1 콘덴서(212)를 통과한 후 혹은 제1 콘덴서(201)를 통과하기 전의 메탄 부화 가스여도 됨)와 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 BOG 라인 L502를 통해 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시킨다. 승압된 혼합 가스는, LNG 라인 501의 가스화된 천연 가스와 합류시켜 취출할 수 있다.
LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 501을 통해 도출된 LNG는, 승압 장치(505)에 보내지고, 승압 장치(505)는, 내부 펌프(502)에 의해 보내진 LNG의 일부를 승압시킨다. 승압 장치(505)는 승압 펌프여도 된다.
증발기(506)는, 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 증발(가스화)시켜 천연 가스(NG)로 한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 랭킨 사이클(60)을 구비한다.
랭킨 사이클(60)은, 작동 유체 열교환기(61)와, 작동 유체 승압 장치(62)와, 작동 유체 증발기(63)와, 팽창 터빈(64)과, 그것들을 그 순으로 배치하도록 작동 유체가 이동하는 배관 라인인 작동 유체 라인 L60을 갖는다.
작동 유체 열교환기(61)는, 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를, LNG 라인 501로부터 분기된 분기 라인 L505를 통해 취출하여 냉열원으로서 이용하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시킨다. 분기 라인 L505의 승압 LNG는 작동 유체를 액화함으로써 가스화하고, 증발기(506)의 하류에서 증발된 천연 가스와 합류시켜 취출할 수 있다.
작동 유체 승압 장치(62)는, 작동 유체 열교환기(61)에서 액화된 작동 유체를 승압시킨다.
작동 유체 증발기(63)는, 작동 유체 승압 장치(62)에서 승압된 작동 유체를, 예를 들어 해수나 스팀 등을 열원으로 이용하여 증발(가스화)시킨다.
팽창 터빈(64)은, 작동 유체 증발기(63)에서 증발된 작동 유체를 팽창시킨다.
작동 유체 라인 L60에는, 제1 탑정부(11)로부터 회수된 메탄 부화 가스의 일부, 제2 탑정부(21)로부터 회수된 에탄 부화 가스의 일부, 제3 탑정부(31)로부터 회수된 프로판 부화 유체의 일부, 제3 탑저부(33)로부터 회수된 부탄 부화 유체의 일부를 포함하는 혼합 유체가 도입된다.
혼합 유체의 혼합 비율이 일정 범위를 유지할 수 있도록 혹은 임의의 탄화수소 성분끼리를 도입할 수 있도록, 메인 배관 또는 각 분기 배관에 배치된 유량 조절 장치 및/또는 압력 조정 장치, 제어 밸브 등을, 랭킨 사이클을 제어하는 제어 장치 또는 천연 가스액 추출 시스템의 제어 장치가 제어해도 된다.
원료인 액화 천연 가스의 「소정 압력」은, 예를 들어 1MPaG 미만이다.
원료인 액화 천연 가스 LNG는, 가 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)에만 공급되고, 제1 증류부(12) 또는 제1 탑저부(13)에는 공급되지 않는다.
LNG 탱크(501)의 내압은, 예를 들어 대기압과 동일 정도이다. BOG(보일 오프 가스)가 발생에 수반하여, 내압이 역치를 초과하면 조정 밸브가 작동하여, 컴프레서(503)에 보내져 승압되어도 된다.
(실시 형태 8)
실시 형태 8의 천연 가스액 추출 시스템에 대하여 도 6c를 사용하여 설명한다.
천연 가스액 추출 시스템은, 제1 탑(1), 제2 탑(2), 제3 탑(3)을 구비한다. 리콘덴서(504)에 관한 구성의 실시 형태 5(도 5), 실시 형태 7(도 6b)과 동일한 부호는 동일한 기능을 구비하므로, 그 설명을 생략하거나 또는 간단하게 한다.
실시 형태 8에서는, LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 L501을 통해 취출된 LNG를 냉열원으로 하여, 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축하는 리콘덴서(504)를 구비한다.
컴프레서(503)에서 승압되는 가스종은, 실시 형태 7과 마찬가지이다.
LNG 탱크(501)로부터 LNG 라인 L501을 통해 도출되는 액화 천연 가스의 일부가 LNG 라인 L501로부터 분기되는 분기 라인 L503을 통해 제1 탑정부(11)에 공급되어, 천연 가스액 추출 시스템의 원료로 사용된다.
리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 LNG가 공급 라인 L504를 통해, LNG를 승압시키는 승압 장치(505)에 보내지고, 이어서 증발기(506)에 보내진다.
승압 장치(505)는 LNG를 승압시킨다. 증발기(506)는, 승압 장치(505)에서 승압된 LNG(「승압 LNG」라 칭하는 경우가 있음)의 일부를 증발(가스화)시켜 천연 가스(NG)로 한다.
작동 유체 열교환기(61)는, 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를, 공급 라인 L504로부터 분기된 분기 라인 L505를 통해 취출하여 냉열원으로서 이용하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시킨다. 분기 라인 L505의 승압 LNG는 작동 유체를 액화함으로써 가스화되고, 증발기(506)의 하류에서 증발된 천연 가스와 합류시켜 취출할 수 있다.
(다른 실시 형태)
(1) 실시 형태 3 내지 5에 있어서, 제1 콘덴서(212)의 냉열원은, 실시 형태 1과 동일하게, 예를 들어 액화 천연 가스, 공기, 질소 가스 등을 이용해도 된다.
(2) 실시 형태 4, 5에 있어서, 제1 탑(1)의 1차측에 배치되는 열교환기(101)가 설치되어 있지 않아도 된다.
(3) 실시 형태 5는, 실시 형태 4의 구성의 천연 가스액 추출 시스템의 구성에 한정되지 않고, 실시 형태 1 내지 3 중 어느 천연 가스액 추출 시스템의 구성이라도 채용할 수 있다.
(4) 실시 형태 5에 있어서, 내부 펌프(502)에 의해 보내진 LNG를 냉열원으로 하여, 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축하는 리콘덴서(504)를 구비하고 있어도 된다.
(5) 실시 형태 5는 리콘덴서(504)를 갖는 구성이었지만, 리콘덴서(504)가 생략된 구성, 예를 들어 도 6a, 도 6b의 구성이어도 된다.
(6) 실시 형태 6 내지 8에 있어서, 제1 탑(1)의 1차측에 열교환기(101)의 기능이 배치되어 있어도 된다. 또한, 열교환기(101)와 제1 탑정부(11) 사이의 원료 도입 라인 L503에 있어서, 원료인 액화 천연 가스의 온도를 측정하는 온도계를 설치해도 된다. 온도계의 측정 온도가 소정 범위의 온도(원하는 온도 설정 범위)가 되도록, 열교환기(101)의 냉매 도입량 혹은 도입 속도 또는 열교환기의 온도 설정을 제어하는 열교환기 제어부를 추가로 구비하고 있어도 된다.
(7) 실시 형태 7, 8에 있어서, 작동 유체 라인 L60에는, 제1 탑정부(11)로부터 회수된 메탄 부화 가스의 일부, 제2 탑정부(21)로부터 회수된 에탄 부화 가스의 일부, 제3 탑정부(31)로부터 회수된 프로판 부화 유체의 일부, 제3 탑저부(33)로부터 회수된 부탄 부화 유체의 일부를 포함하는 혼합 유체가 도입되었지만, 이것에 제한되지 않고, 프로판 부화 유체 및/또는 부탄 부화 유체를 포함하는 유체를 도입하여, 메탄 부화 가스와 에탄 부화 가스는, BOG의 컴프레서(503)로 보내지는 구성이어도 된다.
(8) 특별히 명시하지 않지만, 각 라인에 압력 조정 장치, 유량 제어 장치 등이 설치되어, 압력 조정 또는 유량 조정이 행해지고 있어도 된다. 각 라인에 액 이송 펌프, 가스 이동시키는 팬 등이 배치되어 있어도 된다.
(종래 특허문헌과의 대비)
(1) 실시 형태 1(도 1)과 특허문헌 2(도 1)를 비교한다.
실시 형태 1에서는, 모든 원료인 액화 천연 가스(LNG)가 제1 탑의 탑정부에 공급되는 점에서 특허문헌 2와 다르다. 특허문헌 2에서는 정류탑의 운전 압력이 3.5MPaG인 데 비해, 천연 가스 압력이 4.1MPaG라는 점에서, 정류 후에 압축기로 압축하는 구성인 데 비해, 실시 형태 1에서는 정류탑의 운전 압력이 천연 가스 압력과 동등하다는 점에서, 압축기를 필요로 하지 않는 구성으로 할 수 있다.
(2) 실시 형태 1(도 1)과 특허문헌 3(도 6)을 비교한다.
제2 탑(2)의 기능에 있어서, 특허문헌 3에서는, 두 탑(Absorber column과 Stripper Column)으로 분할 구성되어 있고, 정류의 기능 자체는 동일하지만, Stripper column의 탑정부에 액을 공급하고, 탑정부로부터의 가스는 Absorber column으로 반송되고 있다. 한편, 실시 형태 1에서는, 제1 탑저부(13)의 액은, 제2 탑(2)의 중간단에 공급되고, 제2 탑정부(21)의 가스는 제1 탑(1)으로 반송되지 않는 구성이다.
(3) 실시 형태 1(도 1)과 특허문헌 4를 비교한다.
특허문헌 4에서는, 원료인 LNG로부터 천연 가스액을 추출한 후, 다시 LNG를 얻고 있다. 한편, 실시 형태 1에서는 원료인 LNG로부터 천연 가스와 천연 가스액을 얻는다는 점에 있어서 양자의 목적이 다르다. 또한, 특허문헌 4에서는, LNG를 증발시킨 후, 정류탑의 중간부에 공급하고 있지만, 실시 형태 1에서는 이와 같은 구성은 아니다.
실시 형태 1은 (및 다른 실시 형태에 있어서도) 원료가 되는 모든 LNG를 제1 탑(1)의 제1 탑정부(11)에 공급하는 구성이다. 이 이점은, 제1 탑(1)의 환류 액을 얻기 위해 필요한 복잡한 기기 구성이 불필요해져, 비용 삭감이 가능해지는 것이다. 종래 기술상의 불이익으로서는, 에탄이 메탄 부화 가스 속으로 이동하기 쉬워지는 것을 들 수 있지만, 실시 형태 1은 (및 다른 실시 형태에 있어서도), 특히 천연 가스액의 회수를 목적으로 하고 있기 때문에, 이것은 불이익으로는 되지 않는다.
실시 형태 2(도 2)는 이하의 우위성을 갖는다.
제1 탑정부(11)로부터 얻어지는 메탄 부화 가스를 제1 콘덴서(212)의 냉매로서 이용하고 있다. 한편, 특허문헌 4(도 1 내지 도 3)에서는, 제1 탑에 상당하는 정류탑 중간부의 액을 냉매로 한다. 특허문헌 5(도 6 내지 8)에서는, 원료 LNG가 정류탑에 도입되기 전의 냉열을 이용한다. 실시 형태 2에서는, 제1 콘덴서(212)의 온도차를 낮게 억제함으로써, 응축측에서 부탄 등 고융점 성분이 고화되어, 열교환 기능의 성능 저하나 유로 폐색의 위험성을 저하시킬 수 있다.
실시 형태 3(도 3)은 이하의 우위성을 갖는다.
열교환기(101)를 제1 탑(1)의 1차측에 구비하고 있다. 원료인 LNG를 비점에 접근시킴으로써, 제1 리보일러(131)의 열부하를 저감하고, 결과적으로 제1 탑(1)의 탑 직경을 축소할 수 있다. 예를 들어, -150℃의 LNG를 11barA로 정류하는 경우, 이 압력에 있어서의 LNG 비점인 -120℃까지 가온하면, 제1 탑(1)의 탑 직경을 약 11％ 삭감할 수 있어, 비용 저감이 가능해진다.
실시 형태 4(도 4)는 이하의 우위성을 갖는다.
프로판 부화 유체를 더욱 고순도의 프로판 부화 유체와 부탄 부화 유체로 분리시키는 제3 탑(3)을 추가하고 있다. 이에 의해, 프로판과 부탄의 제품 품질을 향상시킬 수 있다.
실시 형태 5(도 5)는 이하의 우위성을 갖는다.
NG 탱크와, BOG를 승압시키는 컴프레서와, BOG를 재액화시키는 리콘덴서와, 리콘덴서로부터 취출한 LNG를 증발시키는 증발기를 구비한 NG 제조 설비에, 본 발명의 천연 가스액 추출 시스템을 적용한 사례이다.
컴프레서나 리콘덴서를 구비한 NG 제조 설비는, 일반적으로 고압의 천연 가스 공급을 목적으로 한 중 내지 대규모의 LNG 터미널에서 운용되지만, 비교적 소량의 천연 가스액 수요가 있는 경우에는, 본 발명의 천연 가스액 추출 시스템의 적용이 경제적으로 될 가능성이 있다.
중 내지 대규모의 LNG 터미널에 본 발명의 천연 가스액 추출 시스템을 적용하면, 발생되는 천연 가스 압력이 파이프라인 압력에 도달하지 않는 경우가 있을 수 있다. 중 내지 대규모의 LNG 터미널에는, 거의 대기압으로 운용되는 LNG 탱크가 설치되고, 이 LNG 탱크로부터 발생하는 BOG의 처리를 위해, 컴프레서나 리콘덴서가 설치된다. 본 발명의 천연 가스액 추출 시스템에서 발생되는 천연 가스 압력은, 이들 BOG 처리 설비(컴프레서나 리콘덴서)로 회수할 수 있으므로, 천연 가스의 손실없이 천연 가스액을 제조하는 것이 가능해진다.
즉, 소규모의 NG 새틀라이트 기지뿐만 아니라, 중 내지 대규모의 LNG 터미널에 있어서도 본 발명의 천연 가스액 추출 시스템을 적용할 수 있다.
1: 제1 탑
11: 제1 탑정부
12: 제1 증류부
13: 제1 탑저부
2: 제2 탑
21: 제2 탑정부
22: 제2 증류부
23: 제2 탑저부
3: 제3 탑
31: 제3 탑정부
32: 제3 증류부
33: 제3 탑저부

Claims (10)

  1. 소정 압력의 액화 천연 가스가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(1)과,
    제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 상기 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체가 그 중간단에 공급되는 제2 증류부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(2)을 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천연 가스액 추출 시스템은,
    상기 제1 콘덴서(212)의 냉열원으로, 상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스를 이용하는 천연 가스액 추출 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 천연 가스액 추출 시스템은,
    상기 제1 탑(1)의 1차측에 열교환기(101)를 추가로 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천연 가스액 추출 시스템은,
    제2 콘덴서를 구비하는 제3 탑정부(31)와, 상기 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류 유체가 그 중간단에 공급되는 제3 증류부(32)와, 제3 리보일러(331)를 구비하는 제3 탑저부(33)를 갖는 제3 탑(3)을 추가로 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천연 가스액 추출 시스템은,
    내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
    상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스와 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 액화 천연 가스의 전부 또는 그 일부를, 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)를 구비하고,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 액화 천연 가스의 일부를, 상기 제1 탑정부(11)에 공급되는 상기 원료로 사용하는 천연 가스액 추출 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천연 가스액(NGL) 추출 시스템은,
    내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
    상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스와 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스(Fuel Gas)와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 상기 내부 펌프(502)에 의해 보내진 액화 천연 가스(LNG)를 냉열원으로 하여, 상기 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축(액화)시키는 리콘덴서(504)와,
    상기 리콘덴서(504)의 하부로부터 도출되는 액화 천연 가스의 전부 또는 그 일부를, 증발시켜 천연 가스(NG)로 하는 증발기(506)를 구비하고,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 액화 천연 가스의 일부를, 상기 제1 탑정부(11)에 공급되는 상기 원료로 사용하는 천연 가스액 추출 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 천연 가스액 추출 시스템은,
    상기 증발기(506)에 보내기 전에, 상기 액화 천연 가스의 전부 또는 그 일부를 승압시키는 승압 장치 또는 펌프(505)를 추가로 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
  8. 내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 소정 압력의 액화 천연 가스가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(1)과,
    제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 상기 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체가 그 중간단에 공급되는 제2 증류부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(2)과,
    상기 메탄 부화 가스와 상기 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
    상기 내부 펌프(502)에 의해 보내진 LNG의 전부 또는 그 일부를 승압시키는 승압 장치(505)와,
    상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 증발시켜 천연 가스로 하는 증발기(506)와,
    상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 냉열원으로 하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시키는 작동 유체 열교환기(61)와,
    상기 작동 유체 열교환기(61)에서 액화된 작동 유체를 승압시키는 작동 유체 승압 장치(62)와,
    작동 유체 승압 장치(62)에서 승압된 작동 유체를 증발시키는 작동 유체 증발기(63)와,
    상기 작동 유체 증발기(63)에서 증발된 작동 유체를 팽창시시키는 팽창 터빈(64)과,
    상기 제2 탑저부(23)로부터 회수된 프로판 부화 유체가 도입되는, 상기 작동 유체의 랭킨 사이클(60)의 작동 유체 라인(L60)을 구비하는, 랭킨 사이클을 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
  9. 내부 펌프(502)를 구비하는 LNG 탱크(501)와,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 소정 압력의 액화 천연 가스가 원료로서 공급되는 제1 탑정부(11)와, 제1 증류부(12)와, 제1 리보일러(131)를 구비하는 제1 탑저부(13)를 갖는 제1 탑(1)과,
    제1 콘덴서(211)를 구비하는 제2 탑정부(21)와, 상기 제1 탑저부(13)로부터 도출되는 제1 증류 유체가 그 중간단에 공급되는 제2 증류(칼럼)부(22)와, 제2 리보일러(231)를 구비하는 제2 탑저부(23)를 갖는 제2 탑(탈에탄탑)(2)과,
    제2 콘덴서(312)를 구비하는 제3 탑정부(31)와, 상기 제2 탑저부(23)로부터 도출되는 제2 증류 유체가 그 중간단에 공급되는 제3 증류(칼럼)부(32)와, 제3 리보일러(331)를 구비하는 제3 탑저부(33)를 갖는 제3 탑(3)과,
    상기 메탄 부화 가스와 상기 에탄 부화 가스를 포함하는 연료 가스와, LNG 탱크(501)로부터 취출된 BOG의 혼합 가스를 승압시키는 컴프레서(503)와,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 LNG의 전부 또는 그 일부를 승압시키는 승압 장치(505)와,
    상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 증발시켜 천연 가스로 하는 증발기(506)와,
    상기 승압 장치(505)에서 승압된 승압 LNG의 일부를 냉열원으로 하여, 랭킨 사이클(60)의 작동 유체를 액화시키는 작동 유체 열교환기(61)와,
    상기 작동 유체 열교환기(61)에서 액화된 작동 유체를 승압시키는 작동 유체 승압 장치(62)와,
    작동 유체 승압 장치(62)에서 승압된 작동 유체를 증발시키는 작동 유체 증발기(63)와,
    상기 작동 유체 증발기(63)에서 증발된 작동 유체를 팽창시시키는 팽창 터빈(64)과,
    상기 제1 탑정부(11)로부터 회수되는 메탄 부화 가스의 일부, 상기 제2 탑정부(21)로부터 회수되는 에탄 부화 가스의 일부, 상기 제3 탑정부(31)로부터 회수되는 프로판 부화 유체의 일부, 상기 제3 탑저부(33)로부터 회수되는 부탄 부화 유체의 일부 중, 1종 또는 1종 이상의 혼합 유체가 도입되는, 상기 작동 유체의 랭킨 사이클(60)의 작동 유체 라인(L60)을 구비하는 랭킨 사이클을 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 LNG 탱크(501)로부터 도출되는 LNG를 냉열원으로 하여, 컴프레서(503)에서 승압된 승압 혼합 가스를 재응축하는 리콘덴서(504)를 추가로 구비하는 랭킨 사이클을 구비하는 천연 가스액 추출 시스템.
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