KR20210020039A - 천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법 - Google Patents

천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210020039A
KR20210020039A KR1020207037296A KR20207037296A KR20210020039A KR 20210020039 A KR20210020039 A KR 20210020039A KR 1020207037296 A KR1020207037296 A KR 1020207037296A KR 20207037296 A KR20207037296 A KR 20207037296A KR 20210020039 A KR20210020039 A KR 20210020039A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
natural gas
liquid
liquefied natural
gas
distillation column
Prior art date
Application number
KR1020207037296A
Other languages
English (en)
Inventor
켄지 히로세
다이스께 나가따
신지 토미따
Original Assignee
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드, 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 filed Critical 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Publication of KR20210020039A publication Critical patent/KR20210020039A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F25J3/0214—Liquefied natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0238—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 2 carbon atoms or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/72—Refluxing the column with at least a part of the totally condensed overhead gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/74—Refluxing the column with at least a part of the partially condensed overhead gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/32—Compression of the product stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/30—Dynamic liquid or hydraulic expansion with extraction of work, e.g. single phase or two-phase turbine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

본 발명에 의해 해결되는 과제는, 증류탑의 크기를 늘리지 않고, 천연 가스액의 회수율을 유지하면서, 요구되는 열량을 갖는 천연 가스를 공급할 수 있는 천연 가스 공급 장치 및 공급 방법을 제공하는 것이다. 천연 가스 제조 장치는, 원료 공급 유로(102); 제1 액화 천연 가스 히터(11)로부터 도출된 기체/액체 혼합 유체를 액상 및 기상으로 분리하는 세퍼레이터(12); 세퍼레이터(12)로부터 도출된 증기 성분을 천연 가스로서 전달하는 저비등점 성분 공급 유로(111); 세퍼레이터(12)로부터 도출된 액체 성분을 증류탑(7)으로 도입하는 고비등점 성분 공급 유로(105); 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부를 천연 가스로서 전달하는 제1 천연 가스 전달 유로(103); 및 증류탑(7)의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분을 천연 가스액으로서 전달하는 천연 가스액 전달 유로(113)를 포함한다.

Description

천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법
본 발명은 액화 천연 가스를 원료로서 채용하는 천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법에 관한 것이며, 특히, 천연 가스액의 회수율을 유지하면서 제조 설비의 크기를 줄일 수 있는 천연 가스 제조 장치 및 공급 방법으로서 유용하다.
천연 가스(NG)는 수송 및 저장의 편의성 등을 위해 액화 천연 가스(LNG)로서 저장되며, 주로 화력 발전 또는 도시 가스용으로서 사용되기 전에 기화된다. 셰일 가스 혁명 이후, 저렴한 LNG가 LNG 스폿 시장에서 이용 가능하게 되었고, 다양한 원산국의 LNG를 이용하는 경우도 증가하고 있다. 또한, 예를 들면, NG가 발전용 연료로서 사용되는 경우, 연소 에너지를 증가시켜 발전량을 증가시키는 데에는 100% 메탄이 보다 편리하다. 한편, 에탄 등의 탄소수가 큰 성분(이하, "에탄 등의 성분"이라고도 함)은 화학 플랜트의 원료로서 가치가 있을 뿐만 아니라, 고열량 LNG로서 사용됨에 따라 액체 프로판 가스(LPG)의 사용량을 저감할 수 있는 장점을 갖는다. 이러한 상황을 감안하면, LNG 소비 장소(LNG 수용 터미널)에서, LNG를 메탄 리치 가스 NG 및 에탄 등의 성분으로 분리하는 에너지 효율이 높은 프로세스를 제공할 필요가 있다.
LNG로부터 천연 가스액(NGL)을 추출하여 NG를 공급하는 기술은 주로 발전소 및 파이프 라인으로 공급되는 연료 가스의 열량을 조절하는 것을 목적으로 한다. 예를 들면, 특허문헌 1에서, 원료 LNG로부터 에탄 등의 탄소수가 큰 성분을 추출하고 메탄 농도가 높은 NG를 공급하는 것에 의해 이러한 목적이 달성된다. 공급 압력으로 승압된 모든 LNG가 증류탑으로 공급되며, NGL가 탑 바닥으로부터 회수되면서, 메탄 농도가 높은 NG가 탑 상부에서 제조된다.
특허문헌 1: JP 2016-156581 A
발전 또는 파이프 라인 공급을 목적으로 하는 대량의 NG를 공급하는 장치는 막대한 양의 LNG를 처리하므로, 장비가 매우 커야 한다. 특히, 증류탑은 고압(예를 들면, 1.5 내지 4 MPaA) 하에서 작동되므로, 이의 큰 크기를 고려하면 증류탑 설치 비용이 매우 높다.
또한, LNG로부터 NGL를 추출하여 NG를 공급하는 기술은 연료 가스로서 공급되는 NG의 열량을 조절하는 것이 목적이며, 원료 LNG로부터 에탄 등의 탄소수가 큰 성분의 완전한 추출을 반드시 필요로 하지는 않는다. 그럼에도 불구하고, 에탄 등의 고급 성분의 회수율을 유지하기 위해 정밀한 증류를 수행하는 것은 매우 비효율적이다.
이러한 상황을 감안하여, 본 발명은, 증류탑의 크기를 늘리지 않고, NGL의 회수율을 유지하면서, 요구되는 열량을 갖는 NG를 공급할 수 있는 천연 가스 공급 장치 및 공급 방법을 제공한다.
(발명 1)
액화 천연 가스로부터 천연 가스액을 추출하여 천연 가스를 제조하는 본 발명에 따른 천연 가스 제조 장치는,
액화 천연 가스 원료를 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입하는 원료 공급 유로(102);
제1 액화 천연 가스 히터(11)로부터 도출된 기체/액체 혼합 유체를 액상 및 기상으로 분리하는 세퍼레이터(12);
세퍼레이터(12)로부터 도출된 기상의 증기 성분을 천연 가스로서 전달하는 저비등점 성분 공급 유로(111);
세퍼레이터(12)로부터 도출된 액상의 액체 성분을 기체 및/또는 액체 상태로 증류탑(7)으로 도입하는 고비등점 성분 공급 유로(105);
증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부를 제1 환류 액체로서 증류탑(7)으로 도입하는 제1 환류 유로(104);
증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분 중 제1 환류 유로(104)로 도입되지 않은 적어도 일부를 천연 가스로서 전달하는 제1 천연 가스 전달 유로(103); 및
증류탑(7)의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분을 천연 가스액으로서 전달하는 천연 가스액 전달 유로(113)를 포함한다.
액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)에서 미리 설정된 온도로 가열된다. 여기에서, 액화 천연 가스에 함유된 저비등점 성분인 메탄이 기화되어, 기체/액체 혼합 상태를 생성한다. 기체/액체 혼합 상태의 액화 천연 가스는 세퍼레이터(12)에 의해 기상 및 액상으로 분리된다.
액화 천연 가스에 함유된 메탄의 적어도 일부는 세퍼레이터(12)에서 기체/액체 분리에 의해 기상으로 분리된다. 기상의 증기 성분은, 액상의 액체 성분보다, 저비등점 성분인 메탄을 많이 포함한다. 기상의 증기 성분은 그 전체가 증기일 수 있지만, 기화되지 않은 액체 성분이 그 일부로서 존재할 수도 있다.
한편, 메탄보다 탄소수가 큰 탄화수소 성분은, 비등점이 메탄의 비등점과 크게 다르고 및 액화 천연 가스 내에서의 농도가 낮기 때문에, 기상으로 분리되지 않은 메탄과 함께 액상으로 분리된다.
액상의 액체 성분은 메탄보다 탄소수가 큰 탄화수소 성분(예를 들면, 에탄 등의 고급 탄화수소 성분)과 기상으로 분리되지 않은 메탄을 포함한다.
세퍼레이터에 의해 기상으로 분리된 메탄은 에탄 등의 고급 탄화수소 성분의 함량이 충분히 낮기 때문에, 추가적인 처리 없이 제품 천연 가스로서 전달된다. 제품 천연 가스로서 고순도 메탄을 필요로 하지 않는 경우에는, 정밀 증류를 실시하지 않고 메탄을 주성분으로 하는 천연 가스를 공급할 수 있다는 점에서 본 발명이 특히 유리하다.
한편, 세퍼레이터(12)에 의해 액상으로 분리된 에탄 등의 고급 탄화수소 성분을 함유하는 액화 천연 가스는, 증류탑(7)의 중간부(탑 상부의 하방 및 탑 저부의 상방에 위치된 증류탑의 일부)로 공급된다. 메탄 리치 가스는 증류탑(7)의 탑 상부로부터 분리되고, 에탄 등의 고급 탄화수소 성분을 함유하는 천연 가스액은 탑 저부로부터 분리된다.
증류탑(7)으로 공급된 천연 가스액은 세퍼레이터(12)에 의해 그로부터 제거된 미리 설정된 양의 메탄 성분을 가지므로, 메탄 성분이 제거되지 않는 경우에 비하여, 크기가 더 작은 증류탑을 사용하여 분리를 실시할 수 있다. 즉, 세퍼레이터(12)를 이용함으로써 증류탑(7)의 크기를 줄일 수 있다.
본 명세서에서, 액화 천연 가스는 원료이고, 천연 가스액은 액화 천연 가스 원료로부터 추출되는 메탄보다 비등점이 더 높은 다량의 성분을 포함하는 제품이라는 것에 유의하여야 한다.
액화 천연 가스 원료가 분리되지 않고 변형되지 않은 형태로 기화되어 공급되는 경우에는, 액화 천연 가스 원료의 조성의 변동이 기화된 천연 가스의 조성에 직접적으로 반영되므로, 제품 천연 가스의 조성이 안정적이지 않다는 문제가 있다. 이에 대하여, 본 발명에 따르면, 액화 천연 가스 원료에 함유된 에탄 등의 고급 탄화수소 성분의 농도가 변동하는 경우에도, 세퍼레이터(12)에 의해 기상 측으로 분리된 가스의 메탄 농도는 세퍼레이터의 작동 온도에 따라 조절될 수 있다. 또한, 세퍼레이터(12)에 의해 액상 측으로 분리된 액체 성분을 증류탑(7)에서 증류하는 것에 의해 얻어지는 천연 가스의 메탄 농도를 일정하게 달성할 수도 있다. 따라서, 본 발명은, 액화 천연 가스 원료의 조성이 변동하는 경우에도, 미리 설정된 안정적인 메탄 농도를 갖는 천연 가스를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 작동 온도 및/또는 압력을 조절함으로써, 제품 천연 가스의 메탄 농도를 제어할 수 있다. 즉, 제품 천연 가스의 메탄 농도는 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 작동 온도와 반비례 관계를 갖는다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 높으면, 제품 천연 가스가 다량의 고비등점 성분을 함유하기 때문에, 메탄 농도가 감소한다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 낮으면, 제품 천연 가스가 보다 적은 고비등점 성분을 함유하기 때문에, 메탄 순도가 증가한다. 마찬가지로, 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 압력이 낮으면, 제품 천연 가스가 증기 압력이 낮은 다량의 고비등점 성분을 함유하기 때문에, 메탄 농도가 감소한다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 압력이 높으면, 제품 천연 가스가 보다 적은 고비등점 성분을 함유하기 때문에, 메탄 농도가 증가한다.
제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입되는 유체의 압력은 원료 공급부(101)에 저장된 액화 천연 가스의 압력 미만이다. 예를 들면, 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입되는 유체의 압력은 원료 공급부(101)에 저장된 액화 천연 가스의 압력의 0.2 배 내지 0.99 배일 수 있다.
제1 액화 천연 가스 히터(11)의 작동 온도는, 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입되는 유체의 압력에서, 메탄의 비등점 이상이고, 메탄보다 비등점이 높은 고비등점 성분(예를 들면, 에탄 등)의 비등점 이하의 온도로 제어될 수 있다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 메탄의 비등점에 근접하면, 제품 천연 가스 내의 메탄 농도가 증가한다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 고비등점 성분의 비등점에 근접하면, 다량의 고비등점 성분이 제품 천연 가스와 혼합되어, 메탄 농도가 감소한다.
따라서, 제품 천연 가스의 메탄 농도를 조절함으로써, 요구되는 열량을 갖는 천연 가스를 공급할 수 있다.
(발명 2)
전술한 천연 가스 제조 장치는,
세퍼레이터(12)로부터 도출된 액상의 액체 성분을 기화시키는 제1 기화기(3);
제1 기화기(3)로부터 도출된 가스를 팽창시키는 제1 팽창 터빈(4);
액화 천연 가스 원료와 메탄 리치 증기 성분 사이에서 열 교환을 수행하는 제1 열 교환기(1);
제1 팽창 터빈(4)으로부터 도출된 가스와 제1 열 교환기(1)로부터 도출된 액화 천연 가스 사이에서 열 교환을 수행하는 제2 열 교환기(2); 및
제1 천연 가스 전달 유로(103)에 배치되는 제1 압축기(5)를 포함할 수 있고,
제1 기화기(3)로부터 도출된 가스는 제1 팽창 터빈(4) 및 제2 열 교환기(2)를 통하여 증류탑(7)의 중간부로 도입될 수 있고,
메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부는 제1 열 교환기(1)를 통하여 증류탑(7)의 상부로 도입될 수 있고,
증류탑(7)으로 도입되지 않은 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부는 천연 가스로서 제1 압축기(5)를 통하여 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 전달될 수 있다.
제1 열 교환기(1) 및 제2 열 교환기(2)에서 그 한랭이 방출된 액화 천연 가스는, 제1 액화 천연 가스 히터(11)에서 미리 설정된 온도로 추가적으로 가열된다. 또한, 제1 기화기(3)로부터 도출된 가스는 제2 열 교환기(2)에서 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 냉각된다. 냉각된 가스는 환류 액체로서 증류탑(7)의 중간부로 도입된다.
(발명 3)
전술한 천연 가스 제조 장치에서, 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분이 제1 열 교환기(1)에서 냉각될 수 있다.
전술한 천연 가스 제조 장치에서, 증류탑(7)의 탑 상부에서 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분은, 독립적인 응축기로 도입될 수 있고, 응축기에서 그 일부가 액화된 다음 증류탑(7)의 상부로 공급될 수 있다. 또한, 메탄 리치 증기 성분은 제1 열 교환기(1)에서 냉각될 수도 있고, 적어도 그 일부는 액화된 다음 환류 액체로서 증류탑(7)의 상부로 공급될 수 있다. 메탄 리치 증기 성분을 환류 액체로 형성하기 위해 응축기가 구비될 수도 있지만, 환류 액체가 제1 열 교환기(1)에 의한 액화에 의해 얻어지는 경우에는, 액화 천연 가스 원료의 한랭이 효율적으로 이용될 수 있다. 또한, 액화 천연 가스 원료는 제1 열 교환기(1)에서 메탄 리치 증기 성분과의 열 교환에 의해 가열되므로, 그 온도가 상승하여, 제1 액화 천연 가스 히터의 부하를 저감할 수 있다.
(발명 4)
전술한 천연 가스 제조 장치에서, 제1 압축기(5) 및 제1 팽창 터빈(4)은 서로 독립적일 수 있다.
또한, 제1 압축기(5)의 축단부는 제1 팽창 터빈(4)의 축단부에 연결될 수 있다.
제1 압축기(5)의 축단부 및 제1 팽창 터빈(4)의 축단부를 연결함으로써, 제1 팽창 터빈에 의해 회수된 동력을 제1 압축기용 동력으로서 사용할 수 있으므로, 천연 가스 제조 장치가 높은 에너지 효율을 달성할 수 있다.
(발명 5)
전술한 천연 가스 제조 장치에서, 액화 천연 가스 원료는 과냉각 상태 및 가압 상태로 제1 열 교환기(1)로 도입될 수 있다.
(발명 6)
전술한 천연 가스 제조 장치는 제1 압축기(5)의 후단에 배치되어 제1 압축기(5)로부터 도출된 천연 가스의 압력을 추가적으로 승압시키는 제2 압축기(119)를 더 포함할 수 있다. 제1 압축기(5)로부터 도출된 천연 가스의 압력은, 제1 천연 가스 전달 유로(113)로부터 전달된 천연 가스의 요구되는 압력에 따라, 제2 압축기(119)에 의해 더 상승될 수 있다.
(발명 7)
전술한 천연 가스 제조 장치는 원료 공급로(102)에 배치되어 액화 천연 가스를 팽창시키는 팽창 기구(114; 118)를 더 포함할 수 있다.
액화 천연 가스의 임계 압력은 약 4.6 MPaA이고, 그 임계 온도는 대략 -83℃이다. 따라서, 액화 천연 가스 원료는 그 압력이 임계 압력을 초과하는 경우에는 초임계 상태에 있다. 초임계 상태에서, 세퍼레이터(12)에 의한 기체/액체 분리가 수행될 수 없다. 여기에서, 세퍼레이터(12)의 전단에 팽창 기구를 구비하여 초임계 상태의 액화 천연 가스를 팽창시켜 액화 천연 가스의 압력을 임계 압력 미만으로 저감하면, 세퍼레이터(12)에 의한 기체/액체 분리를 수행할 수 있다.
(발명 8)
전술한 천연 가스 제조 장치에서, 팽창 기구(114; 118)로서 팽창 밸브(114) 또는 팽창기(118)가 사용될 수 있다.
(발명 9)
전술한 천연 가스 제조 장치는,
팽창 기구(114; 118)로부터 도출된 기체 및/또는 액체 상태의 액화 천연 가스를 가열하여 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입하는 제3 열 교환기(115);
세퍼레이터(12)의 기상 부분으로부터 저비등점 성분 공급 유로(111)로 도출된 증기 성분을, 증기 성분이 제3 열 교환기(115)에서 응축된 후에, 압축하는 펌프(116); 및
펌프(116)로부터 도출된 액체 상태의 천연 가스를 기화시키는 제2 기화기(117)를 더 포함할 수 있다.
제3 열 교환기(115)는 세퍼레이터(12)의 전단 및 팽창 기구(114; 118)의 후단에 배치된다. 제3 열 교환기(115)는 팽창 기구(114; 118)로부터 도출된 액화 천연 가스 원료와 세퍼레이터(12)의 기상 부분으로부터 도출된 천연 가스 사이에서 열 교환을 수행한다. 이에 따라, 팽창 기구(114; 118)로부터 도출된 액화 천연 가스 원료의 온도가 상승한다. 한편, 세퍼레이터(12)의 기상 부분으로부터 도출된 천연 가스의 온도는 감소하고 천연 가스가 응축된다.
응축된 천연 가스는 액체 상태에 있고, 그 압력은 펌프(116)에 의해 승압되며, 그런 다음, 응축된 천연 가스가 제2 기화기(117)에서 기화된다. 기화된 천연 가스는 제1 천연 가스 전달 유로(103)에 합류될 수 있고 제품 천연 가스로서 공급될 수 있다.
(발명 10)
전술한 천연 가스 제조 장치에서 팽창 기구(114; 118)로서 제2 팽창기(118)가 구비되는 경우, 제2 팽창기(118)의 축단부는 제2 압축기(119)의 축단부에 연결될 수 있다.
제2 팽창기(118)에 의해 회수된 동력을 제2 압축기(119)용 동력으로 사용할 수 있으므로, 보다 큰 에너지 효율을 달성할 수 있다.
(발명 11)
본 발명에 따른 천연 가스 제조 방법은 액화 천연 가스로부터 천연 가스액을 추출하여 천연 가스를 제조하는 방법이며, 후술하는 단계 (1) 내지 (5)를 포함한다:
(1) 액화 천연 가스 원료의 한랭의 일부가 방출된 후에 액화 천연 가스가 기상 및 액상으로 분리되는 기체/액체 분리 단계;
(2) 기체/액체 분리 단계에서 분리된 증기 성분이 제품 천연 가스로서 추출되는 제1 천연 가스 추출 단계;
(3) 기체/액체 분리 단계에서 분리된 액체 성분이 증류되는 증류 단계;
(4) 증류 단계에서 증류탑의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분의 적어도 일부가 제품 천연 가스로서 추출되는 제2 천연 가스 추출 단계; 및
(5) 증류탑의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분이 천연 가스액으로 추출되는 천연 가스액 추출 단계.
기체/액체 분리 단계에서, 한랭이 일부가 방출되고, 액화 천연 가스 원료의 일부가 기화된다. 기체/액체 분리 단계에서, 한랭의 일부가 방출된 후, 액화 천연 가스가, 예를 들면, 천연 가스 히터로 도입되어 가열될 수 있고, 추가적으로 기화될 수 있다.
가열의 결과로서, 액화 천연 가스에 함유된 저비등점 성분인 메탄이 기화되어, 액화 천연 가스 원료가 기체/액체 혼합 상태로 된다. 기체/액체 혼합 상태인 액화 천연 가스는, 예를 들면, 세퍼레이터로 도입되어 기상 및 액상으로 분리된다. 기상 및 액상을 분리함으로써, 액화 천연 가스에 함유된 메탄의 적어도 일부가 기상으로 분리된다. 한편, 메탄보다 고급인 에탄 등의 탄화수소 성분은, 그 비등점이 메탄의 비등점과 크게 다르고 액화 천연 가스의 농도가 낮기 때문에, 기상으로 분리되지 않은 메탄과 함께 액상으로 분리된다.
제1 천연 가스 추출 단계에서, 세퍼레이터에 의해 기상으로 분리된 증기 성분은, 예를 들면, 주로 메탄으로 구성되고, 에탄 등의 고급 탄화수소 성분의 함량이 충분히 낮기 때문에, 추가적인 처리 없이, 제품 천연 가스로서 전달된다. 제품 천연 가스로서 고순도 메탄을 필요로 하지 않는 경우에는, 정밀 증류를 실시하지 않고 메탄을 주성분으로 하는 천연 가스를 공급할 수 있다는 점에서 본 발명이 특히 유리하다.
한편, 예를 들면, 세퍼레이터에 의해 액상으로 분리된 액체 성분인 에탄 등의 고급 탄화수소 성분을 함유하는 액화 천연 가스는 증류 단계에서 기화되고, 팽창되고 냉각된 다음, 증류탑에서 증류된다. 증류에 의해, 가스는 메탄과, 에탄 등의 고급 탄화수소 성분을 함유하는 천연 가스액으로 분리된다. 기체/액체 분리 단계에서 액상으로 분리된 후에 기화된 가스는 원료 액화 천연 가스 도입 단계에서 방출된 한랭에 의해 냉각된 다음 증류탑으로 도입된다.
증류탑으로 공급된 천연 가스액은, 예를 들면, 세퍼레이터에 의해 그로부터 제거된 미리 설정된 양의 메탄 성분을 가지므로, 메탄 성분이 제거되지 않는 경우에 비하여, 크기가 더 작은 증류탑을 사용하여 분리를 실시할 수 있다.
액화 천연 가스 원료가 분리되지 않고 변형되지 않은 형태로 기화되어 공급되는 경우에는, 액화 천연 가스 원료의 조성의 변동이 기화된 천연 가스의 조성에 직접적으로 반영되므로, 제품 천연 가스의 조성이 안정적이지 않다는 문제가 있다. 이에 대하여, 본 발명에 따르면, 액화 천연 가스 원료에 함유된 에탄 등의 고급 탄화수소 성분의 농도가 변동하는 경우에도, 예를 들면, 세퍼레이터에 의해 기상 측으로 분리된 가스의 메탄 농도는 분리 온도에 따라 조절될 수 있다. 또한, 예를 들면, 세퍼레이터에 의해 액상 측으로 분리된 액체 성분을 증류탑에서 증류하는 것에 의해 얻어지는 천연 가스의 메탄 농도를 일정하게 달성할 수도 있다. 따라서, 본 발명은, 액화 천연 가스 원료의 조성이 변동하는 경우에도, 미리 설정된 안정적인 메탄 농도를 갖는 천연 가스를 공급할 수 있다.
(발명 12)
천연 가스를 제조하는 전술한 방법에서, 증류탑의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분의 적어도 일부는, 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 냉각된 후에, 환류 액체로서 증류탑으로 도입될 수 있다.
증류탑의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분의 일부는 증류탑에 구비되는 독립적인 응축기에 의해 냉각되고 액화될 수도 있지만, 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 동등하게 냉각되고 액화될 수 있다. 냉각의 결과로서, 증기 성분이 냉각되고, 증기 성분의 적어도 일부가 액화되고, 환류 액체로서 증류탑의 상부로 공급된다. 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의한 액화에 의해 환류 액체가 형성되는 경우에는, 액화 천연 가스의 한랭이 효율적으로 이용될 수 있다. 또한, 액화 천연 가스 원료는 제1 열 교환기에서 메탄 리치 증기 성분과의 열 교환에 의해 가열되므로, 그 온도가 상승하여, 제1 액화 천연 가스 히터의 부하를 저감할 수 있다.
(발명 13)
천연 가스를 제조하는 전술한 방법에 따른 제2 천연 가스 추출 단계에서, 천연 가스는 그 압력이 승압된 후에 전달될 수 있다.
압축기 등을 사용함으로써, 천연 가스의 압력이 임의의 압력으로 승압된 후에 천연 가스를 공급하는 것에 의해, 요구되는 압력을 갖는 천연 가스를 공급할 수 있다.
(발명 14)
천연 가스를 제조하는 전술한 방법에 따른 기체/액체 분리 단계에서, 액화 천연 가스의 적어도 일부는 메탄의 비등점 이상이고 에탄의 비등점 이하인 온도로 가열된 후에 기상 및 액상으로 분리될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기상 및 액상으로 분리된 액화 천연 가스의 온도를 조절함으로써, 제품 천연 가스의 메탄 농도를 제어할 수 있다. 액화 천연 가스 원료는 주로 메탄과, 에탄 등의 고급 탄화수소 성분을 함유하지만, 기상 및 액상으로 분리된 액화 천연 가스의 온도가 감소하면, 메탄 농도를 상승시킬 수 있다. 마찬가지로, 기상 및 액상으로 분리된 액화 천연 가스의 온도가 증가하면, 메탄 농도를 저감할 수 있다. 세퍼레이터로 도입된 액화 천연 가스의 온도는, 예를 들면, -100℃ 내지 -50℃이며, 바람직하게는, -80℃ 내지 -60℃이다.
대기압에서 에탄의 비등점은 -89℃이지만, 본 발명에서, 예를 들면, 4 MPaA의 LNG를 세퍼레이터로 처리하면, 분압이 0.6 MPaA로 되고, 비등점이 약 -50℃로 된다.
(발명 15)
천연 가스를 제조하는 전술한 방법은 기체/액체 분리 단계로 공급되는 액화 천연 가스 원료의 압력이 액화 천연 가스의 임계 압력 이하의 압력으로 저감되는 원료 팽창 단계를 더 포함할 수 있다.
액화 천연 가스 원료가 초임계 상태이면, 기체/액체 분리가 수행될 수 없다. 따라서, 액화 천연 가스 원료가 초임계 상태인 경우에는, 액화 천연 가스 원료의 압력을 초임계 압력 미만으로 저감하기 위해, 팽창 단계가 구비될 수 있다. 이에 따라, 액화 천연 가스 원료는 더 이상 초임계 상태로 되지 않을 것이며, 기체/액체 분리를 수행할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
도 2는 다른 실시형태 2에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
도 3는 다른 실시형태 3에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
도 4는 다른 실시형태 4에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
도 5는 실시형태 1에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예에서의 실증 결과를 도시한다.
도 6은 실시형태 2에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
도 7은 실시형태 3에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
도 8은 실시형태 4에 따른 천연 가스 제조 장치의 구성예를 도시한다.
이하, 본 발명의 다수의 실시형태를 설명한다. 이하에서 설명되는 실시형태는 본 발명의 일 예를 예시한다. 본 발명은 후술하는 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 실시되는 다수의 변형예도 포함한다. 본 발명에 필수적인 구성인 이하에서 설명되는 구성의 전체에 대해 제한이 없다는 점에 유의하여야 한다.
액화 천연 가스로부터 천연 가스액을 추출하여 천연 가스를 제조하는 본 발명에 따른 천연 가스 제조 방법을 도 1을 참조로 설명한다.
기체/액체 분리 단계
기체/액체 분리 단계는 세퍼레이터(12)에 의해 액화 천연 가스 원료가 기상 및 액상으로 분리되는 단계이다. 액화 천연 가스는 과냉각 및 가압 상태(예를 들면, -165℃ 내지 -130℃의 온도 및 2 MPaA 내지 5 MPaA의 압력)로 원료 공급부(101)에 저장된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 직접적으로 도입될 수 있지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입되기 전에, 열 교환기(제1 열 교환기(1) 및 제2 열 교환기(2))를 통과하는 것에 의해, 액화 천연 가스의 한랭의 일부가 그로부터 제거될 수도 있다.
구체적으로, 액화 천연 가스는 먼저 원료 공급부(101)로부터 제1 열 교환기(1)로 공급된다. 제1 열 교환기(1)에서, 후술하는 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분과의 열 교환에 따라, 한랭이 방출된다.
액화 천연 가스는 제1 열 교환기(1)로부터 제2 열 교환기(2)로 도입된다. 제2 열 교환기(2)에서, 후술하는 제1 팽창기를 통과한 증기 성분과의 열 교환에 따라 한랭이 추가적으로 방출된다.
제2 열 교환기(2)를 통과한 액화 천연 가스는, 그 온도가 원료 공급부에 저장된 액화 천연 가스의 온도보다 높은 상태에 있다. 액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입되어 요구되는 온도로 추가적으로 가열되어 기체/액체 혼합 상태로 된다. 요구되는 온도는, 예를 들면, 메탄의 비등점 이상 및 에탄의 비등점 이하이고, 예를 들면, -100℃ 내지 -50℃, 바람직하게는, -80℃ 내지 -60℃의 온도일 수 있다.
제1 액화 천연 가스 히터에 의해 얻어지는 가열 온도는 액화 천연 가스의 조성 및 압력 등에 따라 결정된다.
기체/액체 혼합 상태의 액화 천연 가스는 세퍼레이터(12)에서 기상 및 액상으로 분리된다.
제1 천연 가스 추출 단계
제1 천연 가스 추출 단계는 세퍼레이터(12)에서 기상으로 분리된 증기 성분이 천연 가스로서 추출되는 단계이다. 메탄은 주로 세퍼레이터(12)에 의해 기상으로 분리된다. 기상의 증기 성분은 추가적인 처리 없이 제품 천연 가스로서 공급될 수 있다. 공급된 천연 가스의 온도가 사용 온도 미만이면, 천연 가스는 세퍼레이터의 후단에 구비된 제2 액화 천연 가스 히터(도 4에서 6으로 표시됨)에 의해 가열된 다음 공급될 수 있다.
증류 단계
증류 단계는 세퍼레이터(12)에서 액상으로 분리된 액체 성분이 증류탑(7)으로 도입되어 액체 성분이 증류탑(7)에서 증류되는 단계이다. 액상의 액체 성분이 증류탑(7)으로 도입되기 전에, 가열에 의해 기화될 수 있고, 팽창되고 냉각된 후에, 추가적으로 냉각될 수 있다. 도 1에서, 액상의 액체 성분을 기화시키기 위해 제1 기화기(3)가 세퍼레이터(12)의 후단에 구비되며, 팽창/냉각을 위해 팽창 터빈(4)이 사용된다. 그 후, 제2 열 교환기(2)에서의 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 재료가 냉각되고, 부분적으로 액화된 상태로 증류탑(7)으로 도입된다. 주로 메탄을 포함하는 저비등점 성분은 증류탑(7)의 상부 영역에서 분리되고, 에탄 등의 고비등점 성분은 하부 영역에서 분리된다.
증류 단계에서 증류탑(7)의 탑 상부에서 분리된 저비등점 성분(메탄 리치 증기 성분)의 일부(예를 들면, 메탄 리치 증기 성분의 5% 내지 95%)는 응축되어 제1 환류 액체로서 증류탑(7)의 탑 상부로 반송될 수 있다. 여기에서, 메탄 리치 증기 성분은 제1 열 교환기(1)로 도입되어 액화 천연 가스 원료와 열 교환을 수행하는 것에 의해 응축될 수 있다.
증류탑(7)의 탑 저부로부터 추출된 천연 가스액의 일부를 가열하여 증류탑(7)의 탑 저부로 반송하기 위해 리보일러(미도시)가 구비될 수 있다.
제2 천연 가스 추출 단계
제2 천연 가스 추출 단계는 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분의 적어도 일부가 천연 가스로서 추출되는 단계이다. 천연 가스는 제1 압축기(5)에 의해 압축되어 그 압력이 승압될 수 있고 제품으로서 공급될 수 있다. 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분 중 천연 가스로서 전달되지 않은 부분은 응축되어 환류 액체로서 증류탑(7)으로 반송된다. 여기에서, 증기 성분은 응축기에 의해 응축될 수 있지만, 액화 천연 가스 원료와 열 교환을 수행하는 것에 의해 응축될 수도 있다. 도 1에서, 제1 열 교환기(1)에서 증기 성분 및 액화 천연 가스 사이에서 열 교환이 수행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분과 액화 천연 가스 원료는 제1 열 교환기(1)에서 열 교환을 수행할 수 있고 그 일부가 액화될 수 있다. 이 경우, 제1 열 교환기(1)의 후단에 제2 세퍼레이터(201)가 구비되어 재료가 기상 및 액상으로 분리되며, 기상의 증기 성분만이 천연 가스로서 전달될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 증류탑(7)의 탑 상부에서 증기 성분(도 3에 A로 표시)이 분기될 수 있고, 그 일부(도 3에 C로 표시)는 제1 열 교환기(1)를 통하여 증류탑(7)으로 반송될 수 있고, 그 다른 부분(도 3에 B로 표시; 예를 들면, 메탄 리치 증기 성분 A의 5% 내지 95)은 천연 가스로서 전달될 수 있다.
천연 가스액 추출 단계
천연 가스액 추출 단계는 증류탑(7)의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분이 천연 가스액으로서 추출되는 단계이다. 액체 성분은 다량의 에탄 등의 고비등점 성분을 함유한다.
원료 팽창 단계
원료 팽창 단계는, 액화 천연 가스 원료가 초임계 상태(압력이 초임계 압력 이상인 상태)인 경우에, 초임계 압력 미만으로 그 압력이 감소하도록 액화 천연 가스 원료가 팽창되는 단계이다. 팽창 기구(예를 들면, 팽창 밸브 또는 팽창기)를 채용하는 팽창에 의해, 액화 천연 가스 원료의 압력이 액화 천연 가스의 임계 압력인 약 4.6 MPaA 미만의 압력으로 저감된다.
실시형태 1
실시형태 1에 따른 천연 가스 제조 장치를 도 1을 참조하여 설명한다.
액화 천연 가스 원료는 원료 공급부(101)에 저장된다. 액화 천연 가스는 과냉각 및 가압 상태이며, 예를 들면, 액화 천연 가스의 온도는 -165℃ 내지 -130℃의 범위이고, 압력은 2 MPaA 내지 5 MPaA의 범위이다.
제1 열 교환기(1)는 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출되는 메탄 리치 증기 성분과 액화 천연 가스 원료 사이에서 열 교환을 수행한다. 예를 들면, 제1 열 교환기(1)에서, 액화 천연 가스의 온도는 1℃로부터 약 10℃로 상승한다. 제1 열 교환기(1) 및 원료 공급부(101)로부터 도출된 액화 천연 가스의 일부 또는 전부가 도입되도록 장치가 배치된다.
제2 열 교환기(2)는 제1 열 교환기(1)로부터 도출된 액화 천연 가스와 후술하는 팽창 터빈(4)으로부터 도출된 가스 사이에서 열 교환을 수행한다. 예를 들면, 제2 열 교환기(2)에서, 액화 천연 가스의 온도는 5℃로부터 약 40℃로 상승한다. 제2 열 교환기(2)는 제1 열 교환기의 후단에 배치되어 제1 열 교환기로부터 도출된 액화 천연 가스를 수용한다.
제1 액화 천연 가스 히터(11)는 제1 열 교환기(1) 및 제2 열 교환기(2)를 통과한 액화 천연 가스를 추가적으로 가열하여 기체/액체 혼합 상태를 생성한다. 천연 가스액은 제1 액화 천연 가스 히터(11)에서 메탄의 비등점 이상 및 에탄의 비등점 이하의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들면, 천연 가스액은 -100℃ 내지 -50℃의 온도로 가열될 수 있다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)는 제2 열 교환기(2)의 후단에 배치되어 제2 열 교환기(2)를 통과한 액화 천연 가스를 수용한다.
원료 공급부(101)에 저장된 액화 천연 가스는 제1 열 교환기(1) 및 제2 열 교환기(2)를 통과하는 원료 공급 유로(102)에 의해 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입된다.
세퍼레이터(12)는 제1 액화 천연 가스 히터(11)에서 기체/액체 혼합 상태에 있는 액화 천연 가스를 액상 및 기상으로 분리하는 세퍼레이터이다. 세퍼레이터(12)는 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 후단에 배치되어 제1 액화 천연 가스 히터(11)로부터 도출된 기체/액체 혼합 상태의 액화 천연 가스의 전량을 수용한다. 주성분으로서 메탄을 갖는 저비등점 성분은 기상으로 분리되고, 기상으로 분리되지 않은 메탄과 다량의 에탄 등을 포함하는 고비등점 성분은 액상으로 분리된다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)에서 가열 온도를 제어함으로써, 기상 및 액상의 분리 비율을 제어할 수 있다.
즉, 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 증가하면, 기상으로 분리된 재료의 양이 증가하고, 기상의 메탄 농도가 감소한다. 한편, 액상으로 분리된 재료의 양이 감소하고, 증류탑(7)에서의 부하가 감소하여, 소규모 증류탑을 사용하여 증류가 수행될 수 있다.
제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 감소하면, 기상으로 분리된 재료의 양이 감소하지만, 메탄 농도가 증가한다. 한편, 액상으로 분리된 재료의 양이 증가하여, 증류탑에서의 부하가 증가하며, 이에 따라, 큰 탑 직경을 갖는 대용량 증류탑이 요구된다.
기상의 증기 성분은 저비등점 성분 공급 유로(111)를 통하여 세퍼레이터(12)로부터 도출된다. 세퍼레이터(12)에서 액상으로 분리된 액체 성분을 구성하는 고비등점 성분은, 제1 기화기(3), 제1 팽창 터빈(4) 및 제2 열 교환기를 통과하는 고비등점 성분 공급 유로(105)에 의해, 세퍼레이터(12)로부터 증류탑(7)으로 도입된다.
제1 기화기(3)는 세퍼레이터(12)에서 분리된 액상의 액체 성분을 가열하고 기화시키는 기화기이다. 제1 기화기(3)는 세퍼레이터(12)의 후단에 배치되어 세퍼레이터(12)로부터 도출된 액상의 액체 성분을 수용한다. 예를 들면, 제1 기화기(3)의 온도는 -5℃ 내지 30℃이다.
제1 팽창 터빈(4)은 제1 기화기(3)로부터 도출된 가스를 팽창시키고 냉각시킨다. 제1 팽창 터빈(4)은 제1 기화기(3)의 후단에 배치되어 제1 기화기(3)로부터 도출된 가스의 전량을 수용한다. 여기에서, 가스는, 예를 들면, 5℃ 내지 약 30℃로 냉각된다.
제1 팽창 터빈(4)으로부터 도출된 가스는 제2 열 교환기(2)에서 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 추가적으로 냉각된 후, 증류탑(7)으로 도입된다.
주성분으로 메탄을 갖는 저비등점 성분은 증류탑(7)의 상부 영역에서 분리되고, 에탄 등의 고비등점 성분은 하부 영역에서 분리된다. 상부 영역에서 분리되고 증류탑(7)의 탑 상부로부터 추출된 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부는, 냉각되어 부분적으로 액화되고, 제1 환류 액체로서 제1 환류 유로(104)를 통하여 증류탑(7)으로 반송된다. 메탄 리치 증기 성분은 응축기에서 응축될 수 있지만, 제1 열 교환기(1)에서의 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 액화될 수도 있다.
증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분 중 제1 환류 액체를 형성하지 않은 부분은 그 압력이 제1 압축기(5)에 의해 승압되어 제1 천연 가스 전달 유로(103)를 통하여 제품 천연 가스로서 전달된다.
천연 가스액 전달 유로(113)는 증류탑(7)의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분을 천연 가스액으로서 전달한다. 천연 가스액은, 메탄 이외에도, 다량의 에탄 등의 고비등점 성분을 포함한다.
다른 실시형태 2
도 2에 도시된 바와 같이, 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분은 제1 열 교환기(1)을 통과한 후, 제1 열 교환기(1)의 후단에 배치되는 제2 세퍼레이터(201)로 도입될 수 있고 기상 및 액상으로 분리될 수 있다. 분리된 기상의 증기 성분은 그 압력이 제1 압축기(5)에 의해 승압된 후 천연 가스로서 전달된다. 분리된 액상의 액체 성분은 환류 액체로서 증류탑(7)으로 반송된다.
다른 실시형태 3
제1 환류 액체를 형성하는 증기 성분과 천연 가스로서 전달되는 증기 성분은, 도 1에 도시된 바와 같이, 증류탑(7)의 탑 상부로부터 개별적으로 도출될 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 증류탑(7)의 탑 상부로부터 동등하게 도출된 다음 분리될 수 있다. 이 경우, 탑 상부(도 3에서 A)로부터 도출된 증기 성분은 두 방향으로 분류되며, 그 중 한 부분(도 3에서 B)은 천연 가스로서 제1 압축기(5)를 통하여 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 전달된다. 다른 부분(도 3에서 C)은 제1 환류 유로(104)를 통하여 증류탑(7)으로 반송된다.
다른 실시형태 4
제1 천연 가스 전달 유로(103)를 통하여 공급된 천연 가스의 온도가 사용 온도 미만이면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 천연 가스 히터(6)를 구비하여 가열될 수 있다. 제2 천연 가스 히터(6)는 제1 천연 가스 전달 유로(103)에 배치된다.
다른 실시형태 5
제1 팽창 터빈(4)의 축단부 및 제1 압축기(5)의 축단부가 연결될 필요는 없지만, 제1 팽창 터빈(4)의 축단부 및 제1 압축기(5)의 축단부는, 제1 팽창 터빈(4)에서 회수된 동력이 제1 압축기(5)에 의해 이용되도록, 도 1에 도시된 바와 같이, 연결될 수 있고 구성될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
다른 실시형태 6
제1 압축기(5)의 후단에 제2 압축기(미도시)가 더 구비될 수 있고, 제1 압축기(5)에 의해 승압된 천연 가스의 압력이 제2 압축기에 의해 더 승압될 수 있다.
실시형태 2
실시형태 2에 따른 천연 가스 제조 장치(106)를 도 6을 참조하여 설명한다. 전술한 실시형태와 동일한 참조 부호의 요소는 동일한 기능을 가지므로, 그 설명을 생략한다.
액화 천연 가스 원료는 원료 공급 유로(102)를 통하여 원료 공급부(101)로부터 제1 액화 천연 가스 히터(11)로 도입되어 미리 설정된 온도로 가열된다. 액화 천연 가스는 기체/액체 혼합 상태로 세퍼레이터(12)로 도입된다. 세퍼레이터(12)의 기상으로 분리된 증기 성분은 천연 가스로서 저비등점 성분 공급 유로(111)로부터 전달된다.
세퍼레이터(12)의 액상으로 분리된 액체 성분은 증류탑(7)의 중간부로 도입된다. 액체 성분은 세퍼레이터(12)의 후단 및 증류탑(7)의 전단에서 가열될 수 있지만, 가열되지 않아도 된다.
액화 천연 가스는 증류탑(7)에서 증류되고, 증류탑(7)의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분은 제1 환류 유로(104)를 통하여 응축된 후, 증류탑(7)의 탑 상부로 반송된다. 메탄 리치 증기 성분이 냉각되고 응축되는 열 교환기가 제1 환류 유로(104)에 구비될 수도 있다.
액체 성분은 천연 가스액으로서 증류탑(7)의 탑 저부로부터 천연 가스액 전달 유로(113)를 통하여 전달된다. 전량의 천연 가스액은 제품 천연 가스액으로서 천연 가스액 전달 유로로부터 추출될 수 있지만, 그 일부는 천연 가스액이 가열되는 리보일러(21)로 공급된 다음, 증류탑(7)의 탑 저부로 반송될 수 있다.
실시형태 3
실시형태 3에 따른 천연 가스 제조 장치(107)를 도 7을 참조하여 설명한다. 전술한 실시형태와 동일한 참조 부호의 요소는 동일한 기능을 가지므로, 그 설명을 생략한다.
액화 천연 가스 원료는 원료 공급부(101)로부터 제1 열 교환기(1) 및 제2 열 교환기(2)로 도입된다. 제2 열 교환기(2)로부터 도출된 액화 천연 가스가 초임계 상태(예를 들면, 액화 천연 가스의 압력이 그 임계 압력을 초과함)이면, 액화 천연 가스의 압력이 임계 압력 이하로 감소되도록, 액화 천연 가스가 팽창 기구(여기에서, 팽창 기구는 팽창 밸브(114)임)에 의해 팽창된다. 액화 천연 가스가 초임계 상태에서 세퍼레이터(12)로 도입되면 기체/액체 분리를 수행할 수 없지만, 팽창 밸브(114)에 의해 기체 및/또는 액체 상태로 된 액화 천연 가스는 세퍼레이터(12)에 의해 기체/액체 분리될 수 있다.
액화 천연 가스의 압력은 팽창 밸브(114)에 의해, 예를 들면, 8 MPaA로부터 4 MPaA로 저감될 수 있다. 여기에서, 액화 천연 가스의 압력은 임계 압력인, 4.6 MPaA 미만이어서, 액화 천연 가스는 더 이상 초임계 상태가 아니다. 팽창 밸브(114)를 통과한 액화 천연 가스는 제3 열 교환기(115)에 의해, 예를 들면, -130℃로부터 약 -85℃로 가열될 수 있다. 제3 열 교환기(115)에 의해 가열된 액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)에 의해 추가적으로 가열된 후 세퍼레이터(12)로 도입된다. 액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)에 의해, 예를 들면, -85℃로부터 약 -75℃로 가열된다.
세퍼레이터(12)에서 기체/액체 분리에 의해 얻어지고 기상으로 분리된 증기 성분은 제3 열 교환기(115)로 도입되어 팽창 밸브(114)로부터 도출된 액화 천연 가스와 열 교환을 수행한다. 증기 성분은 제3 열 교환기(115)에서 -75℃로부터 약 -85℃로 냉각되고 응축되어 액체 상태로 된다. 그 후, 펌프(116)로의 도입에 의해 압력이 승압된다. 사용되는 제품 천연 가스의 압력에 따라, 압력이 펌프(116)에 의해, 예를 들면, 4 MPaA로부터 약 8 MPaA로 승압될 수 있다.
펌프(116)에 의해 그 압력이 승압된 액체 상태의 천연 가스는 기화기(117)에 의해 요구되는 온도(예를 들면, 10℃)로 가열된 후 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 도출된다.
실시형태 4
실시형태 4에 따른 천연 가스 제조 장치(108)를 도 8을 참조하여 설명한다. 전술한 실시형태와 동일한 참조 부호의 요소는 동일한 기능을 가지므로, 그 설명을 생략한다.
액화 천연 가스 원료는 원료 공급부(101)로부터 제1 열 교환기(1) 및 제2 열 교환기(2)로 도입된다. 제2 열 교환기(2)로부터 도출된 액화 천연 가스가 초임계 상태(예를 들면, 액화 천연 가스의 압력이 그 임계 압력을 초과함)이면, 액화 천연 가스의 압력이 임계 압력 이하로 감소되도록, 액화 천연 가스가 팽창 기구(여기에서, 팽창 기구는 제2 팽창기(118)임)에 의해 팽창된다. 액화 천연 가스가 초임계 상태에서 세퍼레이터(12)로 도입되면 기체/액체 분리를 수행할 수 없지만, 제2 팽창기(118)에 의해 기체 및/또는 액체 상태로 된 액화 천연 가스는 세퍼레이터(12)에 의해 기체/액체 분리될 수 있다.
액화 천연 가스의 압력은 제2 팽창기(118)에 의해, 예를 들면, 8 MPaA로부터 4 MPaA로 저감될 수 있다. 제2 팽창기(118)를 통과한 액화 천연 가스는 제3 열 교환기(115)에 의해, 예를 들면, -130℃로부터 약 -85℃로 가열될 수 있다. 제3 열 교환기(115)에 의해 가열된 액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)에 의해 추가적으로 가열된 후 세퍼레이터(12)로 도입된다. 액화 천연 가스는 제1 액화 천연 가스 히터(11)에 의해, 예를 들면, -85℃로부터 약 -75℃로 가열된다.
제1 압축기(5)의 후단에는 제2 압축기(119)가 구비되고, 제1 압축기(5)에 의해 승압된 천연 가스의 압력이 제2 압축기(119)에 의해 더 승압된다. 제2 압축기(119)에서의 압축에 의해 도달하는 압력은, 사용되는 제품 천연 가스의 압력에 따라, 8 MPa일 수 있다. 제2 팽창기(118)의 축단부 및 제2 압축기(119)의 축단부가 연결되며, 제2 팽창기(118)에 의해 회수된 동력이 제2 압축기(119)에서 이용될 수 있다.
펌프(116)에 의해 압력이 승압된 액체 상태의 천연 가스는 제2 기화기(117)에 의해 요구되는 온도(예를 들면, 10℃)로 가열된 후 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 도출된다.
실시예 1
후술하는 조성을 갖는 액화 천연 가스가 원료로서 공급될 때 각 부분에서의 압력(MPaA), 온도(℃), 유량(kg/h) 및 조성(wt%)을 입증하는 데에 실시형태 1에 따른 천연 가스 제조 장치를 채용한 시뮬레이션이 사용되었다. 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도는 -75℃로 설정되었다.
액화 천연 가스 원료의 조성은 메탄 90 wt%, 에탄 5 wt%, 프로판 3 wt%, 이소 부탄 1 wt%, 노말 부탄 1 wt% 및 질소 0.5 wt%이었다.
결과
액화 천연 가스(-150℃, 4.00 MPaA)가 427,000 kg/h로 공급되면, 도 5의 각각의 부분 A ~ K에서의 압력(MPaA), 온도(℃), 유량(kg/h) 및 조성(wt%)에 대하여 표 1에 나타낸 바와 같은 결과가 얻어졌다.
도 5에서의 각 부분 A ~ K의 위치는 아래와 같다.
A의 위치는 원료 공급부(101)의 출구이다.
B의 위치는 제1 열 교환기(1)의 하류 및 제2 열 교환기(2)의 입구의 상류이다.
C의 위치는 제2 열 교환기(2)의 하류 및 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 상류이다.
D의 위치는 세퍼레이터(12)의 기상측 출구인, 저비등점 성분 공급 유로의 세퍼레이터(12) 측이다.
E의 위치는 세퍼레이터(12)의 액상측 출구인 제1 기화기(3)의 상류이다.
F의 위치는 제1 기화기(3)의 하류 및 제1 팽창 터빈(4)의 상류이다.
G의 위치는 제1 팽창 터빈(4)의 하류이고, 고비등점 성분 공급 유로(105) 상의 제2 열 교환기(2) 앞에 있다.
H의 위치는 고비등점 성분 공급 유로(105)의 제2 열 교환기(2) 출구측 이고, 증류탑(7)의 연결 전에 있다.
I의 위치는 증류탑(7)의 탑 상부 출구에서의 부분이고, 제1 압축기(5)의 상류이다.
J의 위치는 제1 압축기(5)의 후단이다.
K의 위치는 천연 가스액 전달 유로(113) 상에서 증류탑(7)의 탑 저부 출구에서의 부분이다.
[표 1]
Figure pct00001
실시예 2
실시예 1과 동일한 조건에서 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 변화하는 경우, 세퍼레이터(12)의 기상측 및 액상측의 분리 환경을 입증하는 데에 실시형태 1에 따른 천연 가스 제조 장치를 채용한 시뮬레이션이 사용되었다.
결과
액화 천연 가스(-150℃, 4.00 MPaA)가 427,000 kg/h로 공급되는 경우 제1 액화 천연 가스 히터(11)의 온도가 -45℃로부터 -85℃까지 변화할 때, 액상 및 기상의 분리 비율, 조성, 프로판 및 에탄 이상의 고비등점 성분의 회수율에 대해, 표 2에 도시된 바와 같은 결과가 얻어졌다.
표 2에서, 본 실시예에서, 정류탑 직경 비율은, 세퍼레이터(12)가 구비되지 않고 원료 공급부(101)로부터 공급되는 액화 천연 가스 원료의 전량이 증류탑(7)으로 공급되는 경우, 증류탑의 탑 직경에 대한 증류탑(7)의 탑 직경의 비율이다. 제품 메탄 농도%는 제품 천연 가스에 함유된 메탄의 농도를 나타낸다. 에탄 회수율은 액화 천연 가스 원료에 함유되는 에탄 중 제품 천연 가스액으로 회수되는 비율을 나타낸다. 마찬가지로, 프로판 회수율은 액화 천연 가스 원료에 함유되는 프로판 중 제품 천연 가스액으로 회수되는 비율을 나타낸다. 이소 부탄 회수율 및 노말 부탄 회수율에 대해서도 마찬가지이다.
표 2에 표시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)의 온도가 -85℃로 설정되면, 메탄 등의 저비등점 성분이 사실상 기화되지 않아, 원료 공급부(101)로부터 공급된 액화 천연 가스의 전량이 세퍼레이터(12)의 액상 부분 내로 유입되었고, 증기 성분은 기상 부분으로 분리되지 않았다. 따라서, 세퍼레이터(12)의 액상 부분으로 유입된 액체 성분의 전량이 증류탑(7)으로 도입되어 증류되었다. 증류탑(7)으로 도입된 액화 천연 가스의 양은 세퍼레이터가 구비되지 않은 경우와 동일하므로, 증류탑(7)의 탑 직경은 세퍼레이터가 구비되지 않은 경우와 동일하였다. 따라서, 정류탑 직경 비율은 1이었다. 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 도출된 제품 천연 가스는 증류탑(7)의 탑 상부로부터 분리된 가스이므로, 제품 천연 가스의 메탄 농도는 99%이었다. 고비등점 성분(에탄, 프로판, 이소 부탄 및 노말 부탄; 이하, "에탄 등"이라 함)은 제품 천연 가스와 혼합되지 않았고, 이에 따라, 그 전량이 천연 가스액로서 추출되었다. 따라서, 에탄 회수율, 프로판 회수율, 이소 부탄 회수율 및 노말 부탄 회수율은 1이었다.
세퍼레이터(12)의 온도가 -45℃이면, 액화 천연 가스 원료의 전량이 세퍼레이터(12)의 기상 부분으로 유입되었고, 그 전량은 제품 천연 가스로서 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 전달되었다. 세퍼레이터(12)의 액상 부분으로 유입되는 액체 성분이 없었으므로, 증류탑(7)에서 증류되는 성분이 없었고, 증류탑을 필요로 하지 않았으므로, 정류탑 직경 비율은 0이었다.
세퍼레이터(12)의 온도가 -65℃인 경우, 액화 천연 가스 원료의 저비등점 성분이 세퍼레이터(12)의 기상 부분으로 분리된 후 제품 천연 가스로서 제1 천연 가스 전달 유로(103)로부터 공급되었지만, 세퍼레이터에서 고정된 양의 고비등점 성분(에탄 등)이 기상 부분으로 분리되어, 제품 천연 가스의 메탄 농도가 93%이었다. 또한, 에탄 등이 천연 가스로 유입되어, 천연 가스액으로 회수된 에탄 등의 회수율이 감소하였다.
[표 2]
Figure pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(12)의 온도를 제어하는 것에 의해, 증류탑(7)의 크기를 줄이면서, 메탄 농도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 세퍼레이터(12)의 온도가 -75℃로 설정되는 경우에는, 증류탑(7)의 직경이 30%로 저감되는 경우에도, 메탄 농도가 90%로부터 95%로 개선될 수 있다.
1... 제1 열 교환기
2... 제2 열 교환기
3... 제1 기화기
4... 제1 팽창 터빈
5... 제1 압축기
6... 제2 천연 가스 히터
7... 증류탑
11... 제1 액화 천연 가스 히터
12... 세퍼레이터
100... 천연 가스 공급 장치
101... 원료 공급부
102... 원료 공급 유로
103... 제1 천연 가스 전달 유로
104... 제1 환류 유로
105... 고비등점 성분 공급 유로
111... 저비등점 성분 공급 유로
113... 천연 가스액 전달 유로
115... 제3 열 교환기
116... 펌프
117... 제2 기화기
118... 제2 팽창기
119... 제2 압축기
201... 제2 세퍼레이터

Claims (15)

  1. 액화 천연 가스로부터 천연 가스액을 추출하여 천연 가스를 제조하는 천연 가스 제조 장치로서,
    액화 천연 가스 원료를 제1 액화 천연 가스 히터로 도입하는 원료 공급 유로;
    상기 제1 액화 천연 가스 히터로부터 도출된 기체/액체 혼합 유체를 액상 및 기상으로 분리하는 세퍼레이터;
    상기 세퍼레이터로부터 도출된 상기 기상의 증기 성분을 상기 천연 가스로서 전달하는 저비등점 성분 공급 유로;
    상기 세퍼레이터로부터 도출된 상기 액상의 액체 성분을 기체 및/또는 액체 상태로 증류탑으로 도입하는 고비등점 성분 공급 유로;
    상기 증류탑의 탑 상부로부터 도출된 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부를 제1 환류 액체로서 상기 증류탑으로 도입하는 제1 환류 유로;
    상기 증류탑의 상기 탑 상부로부터 도출된 상기 메탄 리치 증기 성분 중 상기 제1 환류 유로로 도입되지 않은 적어도 일부를 천연 가스로서 전달하는 제1 천연 가스 전달 유로; 및
    상기 증류탑의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분을 천연 가스액으로서 전달하는 천연 가스액 전달 유로를 포함하는 천연 가스 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터로부터 도출된 상기 액상의 액체 성분을 기화시키는 제1 기화기;
    상기 제1 기화기로부터 도출된 가스를 팽창시키는 제1 팽창 터빈;
    상기 액화 천연 가스 원료와 상기 메탄 리치 증기 성분 사이에서 열 교환을 수행하는 제1 열 교환기;
    상기 제1 팽창 터빈으로부터 도출된 가스와 상기 제1 열 교환기로부터 도출된 액화 천연 가스 사이에서 열 교환을 수행하는 제2 열 교환기; 및
    상기 제1 천연 가스 전달 유로에 배치되는 제1 압축기를 포함하고,
    상기 제1 기화기로부터 도출된 가스는 상기 제1 팽창 터빈 및 상기 제2 열 교환기를 통하여 상기 증류탑의 중간부로 도입되고,
    상기 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부는 상기 제1 열 교환기를 통하여 상기 증류탑의 상부로 도입되고,
    상기 증류탑으로 도입되지 않은 상기 메탄 리치 증기 성분의 적어도 일부는 천연 가스로서 상기 제1 압축기를 통하여 상기 제1 천연 가스 전달 유로로부터 전달되는, 천연 가스 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메탄 리치 증기 성분은 상기 제1 열 교환기(1)에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 천연 가스 제조 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 압축기의 축단부는 상기 제1 팽창 터빈의 축단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연 가스 제조 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열 교환기로 도입되는 상기 액화 천연 가스는 과냉각 상태로 가압되는 것을 특징으로 하는 천연 가스 제조 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 압축기의 후단에 배치되고, 상기 제1 압축기로부터 도출된 천연 가스의 압력을 더 승압시키는 기능을 하는 제2 압축기를 포함하는 천연 가스 제조 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 공급로에 배치되고, 상기 액화 천연 가스를 팽창시키는 기능을 하는 팽창 기구를 더 포함하는 천연 가스 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    팽창 밸브 또는 제2 팽창기가 상기 팽창 기구로서 구비되는, 천연 가스 제조 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 팽창 기구로부터 도출된 기체 및/또는 액체 상태의 상기 액화 천연 가스를 가열하여 상기 제1 액화 천연 가스 히터로 도입하는 제3 열 교환기;
    상기 세퍼레이터의 기상 부분으로부터 도출된 상기 증기 성분의 압력을, 상기 증기 성분이 상기 제3 열 교환기에서 응축된 후에, 승압시키는 펌프; 및
    상기 펌프로부터 도출된 액체 상태의 천연 가스를 기화시키는 제2 기화기를 더 포함하는 천연 가스 제조 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2 팽창기가 상기 팽창 기구로서 구비되는 경우, 상기 제2 팽창기의 축단부는 상기 제2 압축기의 축단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연 가스 제조 장치.
  11. 액화 천연 가스로부터 천연 가스액을 추출하여 천연 가스를 제조하는 천연 가스 제조 방법으로서,
    (1) 액화 천연 가스 원료의 한랭의 일부가 방출된 후에 상기 액화 천연 가스가 기상 및 액상으로 분리되는 기체/액체 분리 단계;
    (2) 상기 기체/액체 분리 단계에서 분리된 증기 성분이 제품 천연 가스로서 추출되는 제1 천연 가스 추출 단계;
    (3) 상기 기체/액체 분리 단계에서 분리된 액체 성분이 증류되는 증류 단계;
    (4) 상기 증류 단계에서 증류탑의 탑 상부로부터 도출된 상기 증기 성분의 적어도 일부가 제품 천연 가스로서 추출되는 제2 천연 가스 추출 단계; 및
    (5) 상기 증류탑의 탑 저부로부터 도출된 액체 성분이 천연 가스액으로 추출되는 천연 가스액 추출 단계를 포함하는 천연 가스 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 증류탑의 탑 상부로부터 도출된 증기 성분의 적어도 일부는 상기 액화 천연 가스 원료와의 열 교환에 의해 냉각된 후에 환류 액체로서 상기 증류탑으로 도입되는, 천연 가스 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제2 천연 가스 추출 단계는 상기 천연 가스의 압력이 승압되는 단계를 더 포함하는, 천연 가스 제조 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체/액체 분리 단계에서, 상기 액화 천연 가스는 메탄의 비등점 이상이고 에탄의 비등점 이하인 온도로 가열된 후에 기상 및 액상으로 분리되는, 천연 가스 제조 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체/액체 분리 단계로 공급되는 상기 액화 천연 가스 원료의 압력이 액화 천연 가스의 임계 압력 이하의 압력으로 저감되는 원료 팽창 단계를 더 포함하는 천연 가스 제조 방법.
KR1020207037296A 2018-06-15 2019-05-17 천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법 KR20210020039A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-114075 2018-06-15
JP2018114075A JP7084219B2 (ja) 2018-06-15 2018-06-15 天然ガスの製造装置および天然ガスの製造方法
PCT/EP2019/062871 WO2019238359A1 (en) 2018-06-15 2019-05-17 Natural gas production apparatus and natural gas production method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210020039A true KR20210020039A (ko) 2021-02-23

Family

ID=66625966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207037296A KR20210020039A (ko) 2018-06-15 2019-05-17 천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP7084219B2 (ko)
KR (1) KR20210020039A (ko)
CN (1) CN112119275B (ko)
SG (1) SG11202011642PA (ko)
WO (1) WO2019238359A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114561235B (zh) 2022-01-11 2022-12-13 广东省氢一能源科技有限公司 一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016156581A (ja) 2015-02-25 2016-09-01 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 液体燃料ガスの供給装置および供給方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB958191A (en) * 1963-01-02 1964-05-21 Conch Int Methane Ltd A method of processing a mixture of liquefied gases
US6526777B1 (en) * 2001-04-20 2003-03-04 Elcor Corporation LNG production in cryogenic natural gas processing plants
JP4194325B2 (ja) * 2002-09-09 2008-12-10 Ｉｈｉプラント建設株式会社 高発熱量ｌｎｇの低カロリー化方法及びその装置
JP4240999B2 (ja) * 2002-10-30 2009-03-18 三菱重工業株式会社 液化天然ガスの分離装置
US6978638B2 (en) * 2003-05-22 2005-12-27 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen rejection from condensed natural gas
JP4901740B2 (ja) * 2004-09-22 2012-03-21 フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン Ｌｐｇおよび熱電併給の構成および方法
US20080016910A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Adam Adrian Brostow Integrated NGL recovery in the production of liquefied natural gas
US20100122542A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. Method and apparatus for adjusting heating value of natural gas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016156581A (ja) 2015-02-25 2016-09-01 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 液体燃料ガスの供給装置および供給方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112119275A (zh) 2020-12-22
CN112119275B (zh) 2022-08-19
JP2019219062A (ja) 2019-12-26
JP7084219B2 (ja) 2022-06-14
WO2019238359A1 (en) 2019-12-19
SG11202011642PA (en) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101407771B1 (ko) 액화 천연 가스 처리
KR100939053B1 (ko) 통합형 ｎｇｌ 회수 및 액화 천연 가스 생산
US7600396B2 (en) Power cycle with liquefied natural gas regasification
RU2374575C2 (ru) Извлечение пгк, объединенное с производством сжиженного природного газа
JP4759571B2 (ja) Ｌｎｇ再ガス化とｂｔｕ制御のための構成および方法
JP6087978B2 (ja) 貢献する再注入回路を使用した液化天然ガスの生成における統合された窒素除去
JP2007536404A (ja) 天然ガスの液化
JP2008513726A (ja) Ｌｐｇおよび熱電併給の構成および方法
JP2008505208A (ja) 液化天然ガスの処理
JP2008513550A (ja) 液化天然ガスからエタンを抽出する方法
JP2012514180A (ja) Ｌｎｇ液化プラントにおける窒素除去及び／又はヘリウム回収の方法
MX2011000840A (es) Produccion de gas natural licuado.
JP7051372B2 (ja) 炭化水素の分離方法及び装置
TWI616631B (zh) 供給液體燃料氣體之設備及方法
EP2047193A2 (en) Lng production
KR20210020039A (ko) 천연 가스 제조 장치 및 천연 가스 제조 방법
JP2021047003A (ja) 等圧オープン冷凍ｌｐｇ回収に対する分割供給添加
US20130104598A1 (en) Ngl extraction from liquefied natural gas
RU2525759C2 (ru) Способ частичного сжижения природного газа (варианты)
TWI774783B (zh) 天然氣的製造裝置以及天然氣的製造方法
RU2543255C2 (ru) Способ частичного сжижения природного газа (варианты)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination