KR20210024629A - 유일한 냉매로서 액화 가스를 이용한 공기 냉각식 대규모 부유식 lng 생산을 위한 방법 - Google Patents

유일한 냉매로서 액화 가스를 이용한 공기 냉각식 대규모 부유식 lng 생산을 위한 방법 Download PDF

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KR20210024629A
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토르 크리스텐슨
팔 레오 에크보
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글로벌 엘엔지 서비시즈 에이에스
팔 레오 에크보
토르 크리스텐슨
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Abstract

육상 파이프라인 퀄리티 가스 공급원으로부터 수집되어 원치 않는 화합물을 제거하기 위해 전처리된 가스가 LNG를 생산하기 위한 액화를 위한 해상 베슬로 이송되기 전에 육상에서 압축되고 냉각되는 육상 가스 파이프라인 망으로부터 수집된 천연 가스의 큰 규모의 공기 냉각식 부유식 액화, 저장 및 오프로딩을 위한 방법이 설명된다.

Description

유일한 냉매로서 액화 가스를 이용한 공기 냉각식 대규모 부유식 LNG 생산을 위한 방법
본 발명은 규모의 경제의 최대 개발을 갖는 액화 천연 가스의 연안 생산에 관한 것으로, 가스 처리는 두 위치에서, 즉 육상에서 파이프라인 가스 수집 및 전처리, 그리고 선박 형상의 연안 부유식 LNG 액화, 저장 및 오프로딩 유닛으로 가스의 이송(piping)이 이루어진다. 구체적으로, 부유식 LNG 액화, 저장 및 오프로딩 유닛의 액화 성능은 동력 생산을 위해 이용 가능한 공간에 의해, 공기 냉각의 전용에 의해, 복수의 내재적으로 안전한 중간 사이즈의 액화 공정의 사용에 의해, 유일한 냉매로서 액화 가스의 사용에 의해, 그리고 일반적인 도킹 가능한 선박 사이즈의 사용에 의해 부과된 제약 내에서 최대화된다.
세계 에너지 수요가 증가하고, 공기 및 물 배출에 대한 관심이 증가함에 따라 천연 가스가 점차 중요해지고 있다. 가스는 석유와 석탄보다 훨씬 더 깨끗하게 연소되며, 원자력과 관련된 위험물 또는 폐기물 문제를 갖지 않는다. 온실가스의 배출은 석유보다 낮고, 석탄의 연소로부터 나오는 배출의 약 1/3에 불과하다. 천연 가스는 가스층으로부터, 셰일 가스로부터, 석유 제품과 관련된 가스로부터, 산업화 지역에서 파이프라인으로부터, 그리고 기반 시설로부터 멀리서 고정된 가스 공급원으로부터 용이하게 이용 가능하다.
가스 파이프라인이 예컨대 매우 긴 해상 거리에 걸친 가스의 수송과 같이, 경제적이지 않거나 실용적이지 않을 때, 가스를 수송할 최선의 방법은 흔히 대기압 또는 그 근처에서 안정적인 액체를 형성하기 위해 약 -160℃로 냉각된 가스인 액화 천연 가스(LNG)의 형태이다. 적절한 가스는 주로 약간의 에테인, 프로페인, 뷰테인, 펜테인 및 미량의 질소와 함께 메테인을 포함한다.
LNG는 두 주요 공정 단계를 이용해 생산된다. 전형적으로 40 내지 60 bar에서 일어나는 제1 단계는 프리 워터, 수은, H2S, CO2, 수증기, 그리고 마지막으로 중탄화수소를 제거하기 위한 가스 전처리이다. 잔류 수은에 대한 사양은 전형적으로 0.01μg/Nm3 미만, 잔류 H2S의 경우 2 ppmv 미만, 잔류 CO2의 경우 50 ppmv 미만, 그리고 매우 중요하게는 수증기의 경우 0.1 ppmv 미만의 매우 낮은 값이다. 이들 성분의 제거 후, 중탄화수소는 잔류 펜테인 및 더 무거운 물질의 농도가 1000 ppm 미만이 되도록, 한편 잔류 헥세인 및 더 무거운 물질의 농도가 200 ppm 미만이 되도록 제거된다. 결과적인 액화 준비 가스는 전형적으로 몰 기준으로 85%보다 높은, 흔히 90%보다 더 높은 메테인 농도, 1 미만 내지 약 10% 범위의 에테인, 0.1 미만 내지 약 3% 범위의 프로페인, 0.1 미만 내지 1% 범위의 뷰테인 및 펜테인을 포함할 수 있다. 질소 농도는 0.1 미만 내지 2% 범위일 수 있다.
제2 처리 단계는 주로 메테인을 포함하는 정화된 가스의 액화이다. 이는 가스 전처리와 동일한 압력에서, 또는 일부 경우, 바람직하게는 더 높은 압력, 예컨대 70 내지 100 bar에서 이루어진다. 액화 후, 질소는 전형적으로 1 mol%를 초과하는 양이 제거된다. 이는 대기압 근처에서 LNG의 플래싱에 의해 이루어진다. 이러한 플래시는 최종 LNG 제품을, 그리고 주로 연료를 위해 사용되는 질소가 풍부한 훨씬 더 작은 탄화수소 가스 스트림을 제공한다. 최종 LNG 제품은 대기압에서 그리고 약 -160℃에서 액체이다. 이는 LNG 탱커에서 목적지로 수송되기 전에 버퍼 저장 탱크에 저장된다. 목적지에서, LNG는 재기화되어 소비자에게 분배된다.
단일 트레인 LNG 플랜트는 피크 셰이빙 플랜트에 대해 연간 0.05백만톤(MTPA) 미만의 범위, 중소규모 LNG 플랜트의 경우 0.05 내지 약 2.0 MTPA의 범위, 대형 종래 플랜트의 경우 4.0 MTPA 또는 그 이상의 사이즈를 갖는다. 그 이상의 생산량은 복수의 병렬 LNG 플랜트로 이루어질 수 있다.
가장 안전한 가스 액화 공정은 질소 또는 희박 천연 가스 냉매(lean natural gas refrigerant)를 채용한다. 한 신규한 공정으로서 Air Products and Chemicals Inc.에 의해 허가된 AP-C1은 희박 천연 가스 냉매만 사용하여, 질소 또는 가연성의 혼합된 탄화수소 냉매의 생산 및 저장에 대한 필요를 없앤다.
질소 냉매를 사용할 때, 액화 공정에 존재하는 유일한 성분은 질소와 희박 천연 가스이다. 질소는 완전히 불활성이다. 희박 천연 가스, 주로 메테인은 즉각적인 폭발을 위한 초기 에너지가 매우 높아, 즉 혼합된 냉매 처리에 사용되는 탄화수소보다 훨씬 더 높아, 폭발이 매우 잘 일어나지 않는다는 점에서 또한 우수한 안전 특성을 갖는다. 나아가, 천연 가스는 공기보다 훨씬 더 가볍고, 임의의 누설이 공정 영역으로부터 멀리 신속하게 일어난다.
질소 대신 천연 가스 냉매를 사용할 때 주요 변화는 연관된 질소 생산 및 저장과 함께 질소가 제거되어, 무게 및 공간 요구를 줄인다는 것이다. 천연 가스는 질소 냉매를 사용했을 때와 같이, 필요상 여전히 존재한다. 질소를 제거할 때 안전 영향은 따라서 특히 천연 가스 냉매의 인벤토리가 최소화될 때 작다.
천연 가스 냉매를 채용하는 액화 공정을 위한 특정한 액화 에너지는 임의의 액화 공정의 경우와 같이, 물 또는 공기 냉각제 온도, 가스 구성 및 열전달 특성, 극저온 열교환기 고온 및 저온 측 온도 차 및 회전 장비 효율에 의존한다. 천연 가스 냉매를 위한 특정한 에너지 소모는 예컨대 미터톤당 약 350 kWh의 LNG와 같이, 더 위험한 단일 혼합된 냉매 액화 공정과 같다.
최근 기술 개발은 부유식 베슬, 즉 FLNG에서 가스 액화를 위한 가능성을 제공해 왔다. 이는 액화가 흔히 연안 영역이나 해상에 있는 가스 공급원 근처에서 이루어질 수 있기 때문에 유리하다. 베슬은 액화 공정을 위한 공간뿐만 아니라 LNG를 위한 버퍼 저장소를 제공한다. 또한 베슬은 심해 엑스포트 터미널로서 역할을 할 수 있다.
US 8,640,493 B1은 해저로부터 천연 가스의 해상 액화를 위한 방법을 개시하는데, 이는 가스를 전처리하고 압축하며 가까이에서 분리 가능한 운송 베슬로 가스를 전송하고, 액화 및 분리를 보조하며 오프로딩을 위해 터미널로 운송 베슬에 의해 이동하는 현장 가스 생산 플랫폼을 포함한다. 이러한 운송 동안, LNG 생산은 이루어지지 않는다.
Air Products and Chemiclas Inc.에 의한 US2016/0313057 A1은 주로 메테인인 액화 가스 자체에만 기반한 냉매를 사용하는 천연 가스의 액화를 위한 냉매 시스템을 개시한다. 액화 가스는 먼저 냉각되고 저온의 냉매와의 열교환에 의해 액화되어, 하나 이상의 단계에서 더 낮은 압력으로 팽창된다. 각 단계는 해당 압력에서 액체의 끓는점으로 온도를 줄이고 가스와 액체의 혼합물을 제공한다. 가스는 압축되고 재사용되며, 액체는 LNG 제품이 된다.
본 발명의 목적은 약 0.1 ppmv H2O로의 탈수를 포함하여 육상에서 공급되어 전처리되고, 액화 공정 인렛이 동일한 규모의 육상 LNG 생산과 경쟁하는 비용으로 필요에 따라 탈수 상태를 확인하고 정류하는 해상 부유식 액화, 저장 및 오프로딩 시설로 그 일부가 수중에 있는 파이프라인에서 이송되는 가스를 이용하는, 그리고 동일한 지리적 영역에서, 예컨대 US2016/0313057 A1의 권리자에 의해 승인된 공정과 같이, 천연 가스 또는 메탄 냉매만 채용하는 액화 공정을 이용하는, 매우 큰 규모의 부유식의 방해되지 않은 LNG 제조를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 큰 규모의 천연 가스의 공기 냉각식 부유식 액화, 저장 및 오프로딩을 위한 방법으로서,
a) 육상 공급원으로부터 가스를 수집하고, 수은 제거, 산성 가스 제거 및 C6+ 탄화수소 제거에 의해 육상에서 가스를 처리하는 것,
b) 처리된 가스를 육상에서 압축 및 냉각하는 것,
c) 육상으로부터 해상 파이프라인 종단 매니폴드로 압축된 가스를 이송하는 것,
d) 파이프라인 종단 매니폴드로부터 해상의 선박 형상의 외부 터렛 계류 베슬로 가스를 이송하는 것,
e) 터렛에 장착된 스위블을 통해 베슬에서 가스를 수용하는 것,
f) 베슬에서 세 병렬 액화 트레인으로 가스를 분배하는 것,
g) 메탄 냉매 및 후속 플래시에 의해 가스를 액화하는 것,
h) 물과 열교환에 의해 압축기로부터의 가스를 냉각하는 것,
i) 열교환기 하류 공정에서, 80℃ 또는 그 이상으로 냉각수를 가열하는 것,
j) 공기 냉각기에서 공기와 열교환에 의해 냉각수를 냉각하는 것,
k) 공기 냉각기는 전체적으로 베슬 길이의 적어도 50%로 연장된 적어도 세 기계적으로 독립적인 캔틸레버에 장착되는 것,
l) 열교환기를 처리하기 위해 냉각된 냉각스를 재활용하는 것,
m) 유틸리티 및 액화를 위한 가스 터빈 공기 흡입부는 공기 냉각기 캔틸레버의 반대 측에 배치되는 것,
n) 저장 탱크로 완전히 안정화되지 않은 LNG를 보내는 것,
o) 베슬 산상에서 복수의 더 작은 멤브레인 탱크에 생산된 LNG를 저장하는 것,
p) 저장 탱크에서 LNG를 플래싱하는 것,
q) LNG 탱크 베슬로 가스를 오프로딩하는 한편, 액화 공정은 완전 가동 상태에 있는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.
일 실시예에 따르면, 가스 오프로딩은 캔틸레버 공기 냉각기에 반대되는 선박 형상의 외부 터렛 계류 베슬의 일 측에 배치된 오프로딩 암에 의해 이루어진다.
일 실시예에 따르면, 가스 오프로딩은 병렬 오프로딩에 의해 이루어진다.
일 실시예에 따르면, 가스는 육상 파이프라인 망으로부터 수집된다.
일 실시예에 따르면, LNG 저장 탱크로부터의 플래시 가스는 베슬 선상에서 연료 가스로 사용된다.
일 실시예에 따르면, 베슬 선상에서 수용된 가스의 수분 함량이 모니터링되어, 가스의 수분 함량이 미리 설정된 레벨보다 높으면 f) 단계로의 도입 이전에 들어온 가스가 탈수된다.
도 1은 LNG의 매우 큰 규모의 부유식 생산, 저장 및 오프로딩을 위한 구성의 측면도로, 가스는 육상 공급원으로부터 수집되고, 탈수를 포함하여 육상에서 전처리되며, 해상의 영구적으로 계류된 가스 액화, 저장 및 오프로딩 베슬로 이송된다. 액화 공정은 본 방법의 실시예에서 사용 가능한 것으로서, 캔틸레버에 장착된 공기 냉각기를 이용해 완전히 공기 냉각된다.
도 2는 본 방법의 실시예에서 사용 가능한 것으로서, 도 1 구성, 즉 육상 공급원으로부터 LNG의 매우 큰 규모의 부유식 생산, 저장 및 오프로딩의 평면도이다.
도 3은 본 방법의 실시예에서 사용 가능한 것으로서, 수은 및 사워 가스 제거, 탈수, 중탄화수소 제거 및 해상 시설로 이송을 위한 압축을 갖는 육상 가스 전처리 공정의 구성의 개요도이다.
도 4는 본 방법의 실시예에서 사용 가능한 것으로서, 전체 LNG 생산 트레인에 걸친 전체 질량 흐름의 구성의 개요도로, 육상에서 가스 전처리, 해상으로 파이프라인 운송, 해상에서 이중 가스 탈수, 해상에서 가스 액화, 해상에서 LNG 저장, 해상에서 증발 가스(boil-off gas) 압축 및 해상에서 LNG 오프로딩을 나타낸다.
도 5는 본 방법의 실시예에서 사용 가능한 것으로서, 해상에서 이중 가스 탈수의 구성을 나타낸 개요도이다.
도 6은 본 방법의 실시예에서 사용 가능한 것으로서, 해상 액화 공정의 구성의 개요도로, 직접 구동 압축기 동력 공급부에 연결되며 간접 공기 냉각부를 갖는 가스 냉각 구역을 나타낸다.
본 설명과 청구항에서, "천연 가스" 또는 "가스"라는 용어는 저분자량 탄화수소를 포함하는 가스로 사용되는데, 이는 LNG를 생산하기 위한 냉각 동안 단일 상으로 존재하는 초임계 상태에 있을 수 있는 충분한 압력 하에 있거나, 온도에 따라 가스만 있거나 가스와 액체의 혼합물이 있거나 액체만 있을 수 있는 더 낮은 압력으로 있을 수 있다. 냉각 공정은 약 -100℃로 냉각하는 정도일 수 있는 예비 냉각 및 대기압으로 완전히 팽창될 때, 질량 기준으로 1 내지 4%와 같이, 매우 작은 양의 가스만 제공하거나, LNG가 안정적인 LNG 온도로 더 냉각하는 최종 냉각을 포함할 수 있다. 일부 경우, "냉각"이라는 용어는 예비 냉각과 최종 냉각 모두로 사용된다.
천연 가스는 셰일 가스로 셰일에서, 그리고 가스 분야에서 오일과 함께 지리적인 형태로 발견된다. 공급원에 따라, 천연 가스는 탄화수소 성분이 다를 수 있는데, 메테인이 거의 항상 지배적인 가스이다. 이 기술분야에서 통상의 기술자는 약어 LNG와 NGL, 즉 액화 천연 가스와 천연 가스 액체 각자에 대한 지식을 갖고 있을 것이다. LNG는 보통 적은 농도의 C2, C3 C4 및 C5 탄화수소를 가지며 사실상 C6+ 탄화수소가 없는 메테인으로 구성된다. LNG는 대기압일 때 약 -160℃에서 액체인데, 본 설명에서 그 온도는 "LNG 온도"라고 지칭된다. 다른 한편으로, NGL은 주로 처리되지 않은 천연 가스에 존재하는 주로 C3+ 탄화수소에 대해 총괄적인 용어이다. LPG는 액화 석유 가스에 대한 약어이며, 주로 프로페인과 뷰테인으로 구성된다.
압력은 "bar" 단위로 주어지며, "bar absolute"이다. 따라서, 1.013 bar는 해수면에서 통상 대기압이다. SI 유닛으로, 1 bar는 100 kPa에 해당한다.
"주변 온도"라는 표현은 본 발명에 따른 플랜트의 작동을 위한 환경과 다를 수 있다. 보통, 본 플랜트의 작동을 위한 주변 온도는 약 0 내지 40℃인데, 주변 온도는 또한 일부 작동 조건 동안, 영하 수준에서부터 50℃와 같이 40℃보다 다소 높을 수 있다.
본 발명은 동일한 육상 가스 공급원으로부터 그리고 동일한 지리적 영역에서의 육상 가스 액화와 경쟁할 수 있는 효율성과 자본 지출 그리고 규모로 해안 영역에서의 액화 천연 가스의 매우 큰 규모의 부유식 생산을 위한 방법에 관한 것이다. 이는 나아가 육상에서의 가스 전처리, 액화, 저장 및 오프로딩이 이루어지는 해상으로의 가스의 이송으로서, 공정이 이루어지는 위치에 관한 것이며, 시스템을 위한 특정한 요건에 관한 것으로, 특히 해안 영역에서 액화 공정의 수랭 대신 공랭을 포함하고, 수중 파이프라인에서 수송 후 가스 탈수 상태의 확인 및 정류와 조합된다.
육상의 가스 전처리는 바람직하게는 천연 가스 파이프라인 망 또는 원하는 양의 가스를 제공할 수 있는 그밖에 공급원 근처에서 이루어질 수 있다.
전처리된 가스는 압축되고 제1 위치, 즉 육상으로부터 제2 공정 위치, 전형적으로 10 내지 100 km의 해안으로 강성의 큰 규모의 파이프에서 이송된다. 이러한 제2 위치에서, 연간 12백만톤 또는 지금까지 만들어진 가장 큰 부유식 생산보다 2 내지 3배와 같이 매우 큰 액화 성능을 갖는 하나 이상의 선박 형상의 영구적으로 계류된 액화, 저장 및 오프로딩 베슬(들)이 제공된다. 이들 베슬(들)은 또한 LNG 트레이드 탱커의 로딩을 위한 심해 포트(들)로서 역할을 한다.
제1 공정 위치, 즉 육상에서, 예컨대 파이프라인 퀄리티 가스와 같은 가스는 지역적인 가스 공급원으로부터 수집될 수 있다. 이러한 가스는 주로 Hg, H2S, CO2, 물 및 NGLs를 포함하는 다양한 오염물의 최대 함량에 대한 LNG 사향을 따르지 않는다. 따라서, 육상 공정은 과도한 양의 오염물을 제거하도록 설계된다.
수은 증기는 수은을 비가역적으로 바인딩하는 흡착제에 의해 제거될 수 있다. 그 하류에서, 공정은 과도한 양의 산성 가스, 주로 CO2와 H2S를 제거할 수 있다. 산성 가스는 수용성 아민 용액을 이용해 향류 흡수 칼럼에서 흡수될 수 있다. 아민 수용액은 추후 온도 및 압력 스윙에 의해 재생되어, 재사용을 위해 흡수 칼럼으로 재순환된다.
수증기는 분자체에서 흡착에 의해 제거될 수 있다. 분자체는 0.1 ppm과 같이 LNG 온도에서 수분이 침투하지 않는 수준으로 물을 흡착할 수 있다. 분자체는 흡착 흐름에 반대되는 방향으로 흡착제 위로 따뜻한 탈수된 가스를 유동시킴으로써 완전히 재생 가능하다. 재생 공정으로부터 습한 가스는 침전되어 수분을 분리하기 위해 냉각될 수 있으며, 가스는 탈수 공정 인렛 상류 지점에서 회수된다.
다른 육상 가스 처리는 가스 냉각 및 터보 익스팬더에서 후속 팽창을 포함할 수 있다. 이는 가스와 액체 상을 포함하는 예컨대 -30 내지 -60℃의 저온의 유체를 생성한다. 가스는 전처리된 액화 가스가 되는 한편, 액체, 주로 C6+는 안정화되어 안정적인 NGL을 형성하며 연료로 사용되거나 별도로 판매된다.
위 전처리 전부는 예컨대 40 내지 60 bar에서 이루어질 수 있다. 예컨대 110 내지 140 bar로의 육상 가스 압축은 가스의 파이프라인 수송을 위해 필요하다. 이는 가스 엔탈피를 줄여, 추후 선상 가스 액화를 용이하게 하는 추가적인 이점을 갖는다. 그 대부분이 수중에서 이루어지는 예컨대 100 마일에 걸친 가스의 파이프라인 운송은 파이프라인에서 H2O로부터 또는 파이프라인으로 H2O 침투로부터 가스의 수분 오염의 위험을 가져온다.
해상 시설 근처에서, 가스가 계량되어 강성 및/또는 연성 파이프 시스템을 통해 하나 이상의 부유식 액화, 저장 및 오프로딩 선박 형상의 베슬로 분배될 수 있는 로컬 플랫폼 또는 파이프라인 종단 매니폴드와 같은 가스 수용 및 재분배 구성이 제공될 수 있다.
선박 형상의 베슬은 최대 허용 가능한 수분 함량이 0.1 ppmv인 가스 탈수 상태를 확인하고 필요시 정류하도록 배열된 탈수, 가스 액화, LNG 저장 및 LNG 오프로딩을 갖는 제한된 기능을 갖는다.
이러한 제한된 기능은 덱 공간을 자유롭게 하고, 베슬당 연간 10 내지 12백만톤의 LNG(MTPA)와 같이 매우 큰 액화 성능을 가능하게 하여, 규모의 경제의 완전한 개발을 제공한다. 액화 공정은 공기 냉각될 수 있으며, 공기 냉각기는 공기 접근 온도에 대한 공정 유체를 최소화하고 냉각 성능을 최대화하는 큰 공기 냉각기 영역 및 공기에 대한 자유로운 접근을 위한 캔틸레버에 장착될 수 있다. 바람직하게는 베슬은 약 380-400 m의 길이와 약 64 m의 폭과 같은 표준 사이즈 야드 독에 수용될 수 있는 최대 크기를 가져, 특수한 독을 필요로 함 없이 선각의 유지 관리를 허용한다.
최대 LNG 저장 및 최소 비용을 위해, 베슬은 외부 터렛을 이용해 계류될 수 있다. 베슬은 방향이 바람, 해류 및 스러스터의 조합된 힘에 의해 정해지도록, 터렛 주변에서 선회할 수 있다. 가스는 가스 수용 및 분배 유닛으로부터 연성 라이저 및 터렛의 중앙에 장착된 스위블을 통해 공급되어, 해저에서 고정된 지점으로부터 터렛 주변에서 반복적으로 회전할 수 있는 베슬 덱으로 자유로운 가스 흐름을 가능하게 할 수 있다.
스위블로부터 가스는 임의의 오염물, 특히 수증기가 체크될 수 있으며, 탈수 유닛에서 재탈수는 과도한 수분, 즉 0.1 ppm 초과가 감지되어야 한다. 이러한 가스 퀄리티 보장의 하류에서, 가스는 가스 자체인 또는 가스로부터 용이하게 도출될 수 있는 냉매에 기반하여, 하나 이상의 병렬 액화 트레인으로 이송되며, 필요시 액화 가스 흐름으로 자유롭게 재도입될 수 있다.
베슬 선각은 자연적으로 LNG 버퍼 저장소로서 역할을 한다. 출렁임과 출렁임의 효과를 최소화하기 위해 복수의 독립적인 멤브레인 탱크, 예컨대 12개의 탱크로서, 6개는 좌현 측에, 6개는 우현 측에 제공될 수 있는데, 각각 예컨대 약 25,000 m3의 저장 체적을 갖는다. 멤브레인 탱크는 평평한 베슬 덱을 위해 제공하며, 오프로딩 시설에 의해 차지되는 공간을 제외한 전체 덱은 연관된 유틸리티 장비 및 시설과 함께 액화 공정을 위해 사용될 수 있다.
베슬은 자연적으로 심해 포트 배치 외측 비지 쉬핑 레인(deep-water port located outside busy shipping lanes)으로서 역할을 한다. LNG는 생산 중단 없이 LNG 트레이드 탱커로 이동할 수 있다. LNG 오프로딩은 가장 안전한, 가장 빠른, 그리고 가장 신뢰성 있는 기술을 제공하는 기술에 기반할 수 있다. 이는 트레이드 탱커가 베슬 사이드를 따라 정박되어 LNG가 오프로딩 암을 통해 이동하는 입증된 사이드 바이 사이드 오프로딩 또는 트레이드 탱커가 일부 안전 거리를 두고 베슬 뒤에 배치되어 LNG가 해수면에서 부유하거나 공기 중에 매달린 연성 호스를 통해 이동하는 새로운 병렬 오프로딩일 수 있다.
액화 공정은 예컨대 연간 335 내지 345일 작동하여, 유지 관리를 위해 약 10 내지 20일 및 험한 날씨 동안 10일의 셧다운을 허용할 수 있다.
가스 생산에 있어서 최근 개발은 방대한 새로운 자원을 발견해 왔다. 그 중 하나는 연안 영역에서 망을 포함하여 파이프라인 망으로 가스를 공급하는 육상 프래킹 기술이다. 다른 하나는 단일 파이프에서 해변으로 해상 가스 및 액체의 파이프라인 운송을 가능하게 하는 큰 파이프라인에서의 2상 유동 기술이다. 세 번째는 대형 오일 생산 시설로부터의 연관된 가스이다.
본 발명은 비용 효율적인, 환경 친화적인, 그리고 안전한 방식으로 이러한 가스 자원의 개발 및 운송을 최적화하는 것을 목적으로 한다.
일부 관활은 해안에서 너무 멀지 않은 해상에 방대한 가스 매장량을 보유한다. 이들 관활은 흔히 가스 중 일부가 지역 소비를 위해 사용될 수 있도록 육상으로 상륙된 가스를 원한다. 새로운 파이프라인 기술은 2상 파이프 흐름이 되고 그 흐름이 오르막이더라도 이러한 가스의 상륙을 가능하게 한다. 다만 정치적 안정성에 따라, 가스 수출업자는 불안이 분출될 경우 그 대부분 비싼 장비 전부가 노출될 수 있기 때문에 상륙된 가스를 원하지 않을 수 있다. 본 발명은 처리되지 않은 가스가 다상 파이프라인에서 육상으로 상륙되고, 지역 소비를 위해 부분적으로 준비되며, 액화에 부분적으로 전념할 수 있는 비용 효율적인 절충을 제공한다. 이러한 발명으로, 액화가 해상에서 이루어질 수 있으며, 비싼 액화 및 LNG 저장 및 오프로딩 시스템이 지역 불안정성에 덜 노출된다. 동시에, 프로젝트는 중요한 지역 물품을 가지며, 지역 인구를 위한 작업을 제공한다.
본 발명과 관련하여 다른 장점은 가스 전처리와 가스 액화의 분리이다. 사이트 특정 설비, 즉 전처리는 각 프로젝트를 위해 맞춰져야 하는 유일한 부분이다. 제2 공정 위치, 즉 액화 베슬은 프로젝트 위치와 무관하게, 상당히 균일한 성분과 특성으로 가스를 처리한다. 따라서 작은 변경으로 사실상 어디서든 사용을 위해 표준화될 수 있다. 이점은 하나 이상의 LNG 사이트가 개발될 경우 특히 중요하다.
해상 베슬은 조선소의 제어된 환경에서 대부분 건설될 수 있다. 나아가, 공정은 비용을 절감하기 위해 모듈화될 수 있다.
베슬 덱에서의 가스 인벤토리의 최소화와 함께, 유일한 냉매로서 천연 가스의 사용은 질소 냉매 시스템과 동일한 수준의 안전성을 제공한다.
액화 공정의 공기 냉각은 최상의 환경 성과를 제공한다. 열의 주요 공급원, 컴프레서 사이 및 후단 냉각기 및 공기 냉각기 사이에 물을 순환시켜, 간접 냉각이 사용될 수 있다. 이는 공기 냉각기에서 제한된 열전달 영역이 더 우수하게 활용되기 때문에 냉각 성능을 최적화한다.
아래 내용은 예와 도면의 설명을 제공한다.
도 1은 전체 시스템의 측면도를 나타낸다. 파이프라인 퀄리티 가스는 도관(100)을 통해 육상 전처리 플랜드(101)로 도입된다. 극저온 공정에서 고체를 형성하여 하류 장비를 오염시킬 수 있는 합성물이 없게 전처리된 가스는 파이프라인 종단 매니폴드(103)로 또는 대안적으로 부유식 액화, 저장 및 오프로딩 베슬(106) 근처의 작은 가스 수용 플랫폼으로 파이프라인(102)에서 이송된다. 파이프라인 종단 매니폴드(103)로부터, 가스는 연성 도관(104)을 통해, 또한 스위블을 갖는 베슬 터렛(105)으로 보내진다. 이 기술분야에서 통상의 기술자는 더 작은 연성 파이프가 더 우수한 연성 특성을 제공하므로, 연성 파이프(104)가 예컨대 4개와 같은 하나 이상의 병렬 유닛을 포함할 수 있으며, 스위블이 연성 호스로부터 선회하는 베슬로 가스의 이동을 가능하게 한다고 이해할 것이다.
베슬(106)은 외부 터렛과 예컨대 20개와 같은 다수의 계류 체인을 이용해 계류될 수 있는데, 계류 체인 중 두 개(115, 115a)만 나타나 있다.
베슬에서, 가스는 매니폴드(108)를 통해 복수의 처리 모듈로 분배된다. 제1 처리 모듈(107)은 선택적인 가스 탈수 유닛이다. 가스는 육상에서, 육상 전처리 플랜드(101)에서 탈수되었다. 다만, 해상으로 이송이 일부 수분 침투를 야기했을 수 있다. 이러한 수분은 유닛(107)에서 제거될 수 있다.
탈수 유닛의 하류에서, 세 가스 액화 플랜드(111, 111a, 111b)가 도시되어 있다. 각 유닛은 미도시의 전기 모터와 선택적으로 조합된 세 가스 터빈에 의해 구동된다. 가스 터빈은 효율적인 공기 흡입을 위해 베슬의 일 측에 배치된다.
가스 터빈 공기 흡입부와 동일한 베슬의 일 측에서, 오프로딩 암(114)이 나란하게 제공된다. 대안적으로, 미도시의 병렬 오프로딩 구성 또는 임의의 다른 적절한 오프로딩 구성이 채용될 수 있다. 나아가, 전력과 계기 구동용 공기(instrument air) 및 담수와 같은 다른 유틸리티를 제공하는 유틸리티 모듈(112)이 제공된다. 또한 수용부(113)와 헬리패드(110)가 제공된다.
액화, 저장 및 오프로딩 유닛인 베슬은 복수의 LNG 저장 탱크(116, 116a-e)를 갖는다. 6개가 베슬 좌현 측(vessel port side)에 나타나 있고, 추가적인 미도시의 6개의 탱크가 우현 측(starboard side)에 있다. 다수의 탱크의 사용은 베슬 휘어짐을 허용하며, LNG 출렁임의 효과를 최소화한다.
도 2는 전체 시스템의 평면도를 나타낸다. 가스 공급, 전처리 및 해상으로 수송은 도 1에 나타난 바와 같다. 처리 및 유틸리티 모듈(107, 111, 111a, b, 112)은 또한 도 1에 나타난 바와 같으나, 도 2는 이들 모두 베슬 좌현 측으로부터 매니폴드(108)로 연장되며, 파이프 구성을 위한 갭을 두고, 덱을 전체적으로 가로질러 베슬의 반대 측에서 더 연장되는 것을 나타낸다. 액화 플랜트는 가스 터빈 공기 흡입부의 반대 측에서, 베슬 휘어짐을 허용하기 위해 6개의 독립적인 캔틸레버에 배열된 공기 냉각기(200, 200a-e)에 의해 냉각된다. 캔틸레버는 주로 바다 위에서, 해수면으로부터 높은 곳에서 연장되어, 바닷물에 대한 노출을 최소화하며, 방해되지 않는 공기 흐름을 보장한다. 이들은 또한 최대 냉각 영역을 위해, 베슬 길이의 대부분, 예컨대 베슬의 길이의 60% 이상, 예컨대 70% 이상 또는 베슬의 길이의 80% 이상을 따라 연장된다.
도 3은 육상 전처리 플랜드(101)에서, 육상에 위치한 공정의 과정을 나타낸다. 가스는 도관(100)을 통해 수용되고, 수은 제거 유닛(300)에서 처리된다. 수은은 미리 황화 처리된 금속 산화물 흡수제에 비가역적으로 흡수된다. 사용된 흡수제는 수년의 작동 후에 스트림(309)에서 일괄적으로 제거되며, 미도시의 입력 스트림을 통해 교체된다.
유닛(300)으로부터 처리된 가스는 도관(301)을 통해 산성 가스 제거 유닛(302)으로 보내진다. 산성 가스는 주로 H2S와 CO2이다. 두 산성 가스는 적절한 흡수제, 전형적으로 아민/물 용액으로 선택적인 그리고 가역적인 흡수에 의해 탄화수소 가스로부터 제거될 수 있다. 흡수는 주변 온도 근처에서, 충전탑에서 가스와 흡수제의 향류 흐름에 의해 이루어질 수 있다. 산성 가스가 있는 풍부한 흡수제(reach absorbent)는 감압, 가열 및 스팀과 스트리핑에 의해 재생될 수 있다. 재생된 흡수제는 재사용을 위해 회수되며, 처리된 맑은 탄화수소 가스(sweet hydrocarbon gas)는 도관(303)을 통해 탈수 유닛(304)으로 보내질 수 있다.
분리된 산성 가스는 도관(310)에서 제거될 수 있다. 통상의 기술자는 추가적인 처리가 독성 가스 H2S를 제거하기 위해 필요할 수 있다고 이해할 것이다. 이는 SO2를 생성하는 산화에 의해 이루어질 수 있는데, 이는 유닛(311)에서 물과 스크러빙에 의해 추후 포착될 수 있다. 이로써 정화된 CO2는 도관(312)을 통해 제거될 수 있으며, 스크러빙한 물은 별개의 미도시의 도관을 통해 제거될 수 있다.
유닛(304)에서, 가스는 합성 제올라이트 베드와 같은 분자체에서 H2O 흡수에 의해 탈수된다. 적절한 제올라이트는 H2O에 대해 매우 강한 친밀도를 갖는다. 제올라이트 베드 내에서, 세 구역, 즉 H2O로 거의 포화되는 가스 인렛에서 한 구역, 다음으로 H2O가 능동적으로 흡수되는 흡수 구역, 그리고 상류 구역으로부터 가스를 주로 건조, 연마하는 세 번째 구역이 제공된다. 흡수는 주변 온도 근처에서 이루어진다. 제올라이트는 예컨대 8시간 사이클에서 세 흡수 유닛 중 둘은 흡수 모드에 있을 수 있고 하나는 재생 모드에 있을 수 있도록 타이머에 의해 완전히 재생, 제어될 수 있다. 재생은 흡수 흐름에 반대되는 방향으로, 예컨대 300℃와 같은 높은 온도에서 제올라이트 베드 위로 건조 가스를 유동시킴으로써 이루어질 수 있다. 재생 가스는 물을 침전시키기 위해 냉각되어, 미도시의 도관에서 탈수 또는 산성 가스 제거 유닛 상류로 회수될 수 있다. 탈수 유닛으로부터 물은 도관(313)에서 제거될 수 있으며, 건조 가스는 도관(305)을 통해 중탄화수소의 제거를 위한 유닛(306)으로 보내진다.
일부 방향족 및 C6+와 같이, 극저온에서 고체를 형성할 수 있는 탄화수소 또는 중탄화수소는 이들이 액체로 되어 액체 녹아웃 탱크에서 분리되도록, 냉각에 의해 가스로부터 제거될 수 있다. 이들 액체는 안정화되어 수출된다. 잔류 가스는 액화 준비된다.
가스의 냉각은 두 단계, 즉 먼저 열교환기에서 사전 냉각, 그리고 나서 액체 형성 공정을 위해 가장 적절한 온도와 압력으로 팽창으로 이루어질 수 있다. 분리 후, 결과적인 가스와 액체는 상기 열교환기에서 냉각제로 사용될 수 있다. 터보 익스팬더가 채용될 경우, 익스팬더로부터 동력은 액화 준비 가스의 부분적인 가스 재압축을 위한 압축기를 구동할 수 있다. 안정화된 중탄화수소는 도관(314)에서 공정으로부터 제거되고, 유닛(316)에서 안정화되며, 결국 도관(315)에서 제거된다. 액화 준비 가스는 도관(307)을 통해 가스 압축기(308)로 보내진다. 통상의 기술자는 압축기(308)가 바람직하게는 둘 이상의 직렬로 및/또는 병렬로 연결된 압축기를 포함한다고 이해할 것이다.
가스 전처리는 30 내지 60 bar와 같은 보통의 압력에서 이루어질 수 있으나, 더 높은 압력은 낮은 엔탈피를 갖기 때문에, 110 내지 140 bar와 같은 더 높은 압력이 해상으로 액화 준비 가스의 파이프라인 수송에, 그리고 해상에서 액화에 훨씬 더 우수하다. 압축은 미도시의 공기 사이 및 후단 냉각기와 함께 가스 터빈 구동 축 방향 압축기에 의해 이루어질 수 있다. 도관(317)에서 연료 가스의 사이드 배출(side draw) 후, 압축된 그리고 냉각된 가스는 파이프라인(102), 파이프라인 종단 매니폴드(103), 라이저(104), 연관된 스위블을 갖는 터렛(105) 및 베슬 매니폴드(108)를 통해 부유식 베슬로 해상으로 보내진다.
도 4는 전체 가스 액화 시스템에서 탄화수소 흐름의 개요도를 나타낸다. 도관(100)으로부터 천연 가스는 육상 전처리 플랜트(101)에서 체적 기준으로 0.1 ppm의 잔류 H2O 함량(이슬점 대략 -80℃ 또는 그 미만)으로 탈수를 포함하여 전처리된다. 가스는 해상 파이프라인 종단 매니폴드(103)로, 그리고 라이저(104), 연관된 스위블을 갖는 터렛(105) 및 배압 제어를 위한 밸브(416)를 통해, 베슬 매니폴드(108)로 이송된다. 매니폴드에 대한 인렛에서, 습도계(400)가 제공된다. 습도계(400)는 가스에 잔류 H2O가 있는지를 나타낸다. 이는 예컨대 스타트업 동안 또는 확산이나 누설의 결과로 가스로 H2O 침투가 있을 때 일어날 수 있다. 베슬에 탈수 성능이 없으면, 이러한 물은 파이프라인에서 큰 체적의 가스가 없애져야 하고, 수분 침투의 위치가 확인되어야 해, 의도치 않은 셧다운과 가능하게는 가스 점화를 야기한다는 점에서, 심각한 문제를 야기한다.
습도계(400) 하류에서, 가스는 선택적으로 도관(401)을 통해 탈수 유닛(107)으로 보내질 수 있다. 탈수된 가스는 베슬 매니폴드(108a)로 복귀되며, 다음으로 잔류 H2O 함량 및 극저온을 위한 준비 상태를 측정하기 위해 습도계(400a)에서 습도가 측정된다.
하류에서, 가스는 각자 도관(402, 402a, 402b)을 통해 병렬 액화 트레인(111, 111a, 111b)으로 분배된다. 예컨대 1.5 bar와 같이, 대기압보다 약간 높은 압력에서 안정적인 LNG는 도관(404, 404a, 404b)을 통해 매니폴드(405)로 보내진다. 매니폴드(405)로부터, LNG는 도관(412)을 통해 LNG 저장소(116)로 보내진다.
저장소(116)에서, LNG 압력은 대기압 근처, 예컨대 약 1.05 bar이다. LNG는 저압 저장소로 들어갈 때 플래싱되어, 증발 가스를 생성한다. 증발 가스는 또한 LNG가 탱크에 충전됨에 따라 증기 이동(vapour displacement) 및 LNG 탱크로 열 침투의 결과로 생성된다.
증발 가스는 도관(406)에서 탱크로부터 제거되고, 압축기(407)에서 압축되며, 냉각기(408)에서 냉각되고, 매니폴드(409)로 보내진다. 이러한 매니폴드에서 가스 흐름은 도관(410)을 통한 재액화를 위한 증발 가스 회수와 연료 가스로 필요하며 도관(411)을 통해 미도시의 연료 가스 시스템으로 보내지고 연료 가스로 도관(414)을 통해 배출되는 증발 가스를 밸런싱한다. 만약 증발 가스가 연료 가스를 위해 불충분하면, 연료 가스는 도관(413)을 통해 액화 공급 가스 분배 도관(108a)으로부터 보충될 수 있다. 이러한 가스는 도관(411)에서 압축된 증발 가스와 혼합될 수 있으며, 조합된 흐름은 도관(414)을 통해 필요한 연료를 전부 제공한다.
LNG는 도관(415)과 오프로딩 암(114) 또는 대안적으로 병렬 오프로딩을 위한 미도시의 연성 오프로딩 호스를 통해 오프로딩될 수 있다. 오프로딩은 탱크(116)에서 미도시의 수중 펌프를 이용함으로써 이루어진다.
도 5는 탈수 유닛(107)의 세부 사항을 나타낸다. 이러한 유닛을 사용할 때, 매니폴드(108)에서 가스는 도관(401)을 통해 배출되며, 탈수 유닛(107)으로 도입된다. 탈수 유닛으로부터 탈수된 가스는 도관(403)을 통해 매니폴드(108a)로 복귀된다.
도관(401)으로부터 가스는 압축기(527)로부터 내부 회수 가스와 혼합된다(아래 참조). 이러한 혼합된 가스에서 프리 워터(free water)는 프리 워터 녹아웃 탱크(521)에서 제거된다. 가스는 다음으로 수분이 체적당 0.1 ppm 미만의 잔류 농도로 제거되는 수분 흡수제, 바람직하게는 제올라이트를 포함하는 탱크로 보내진다. 수분 흡수제를 포함하는 두 탱크(522, 524)는 병렬로 배열된다. 이때 탱크(522, 524) 중 하나는 가스의 건조를 위해 사용되는 반면, 다른 탱크(522, 524)는 아래 설명될 바와 같이 재생된다. 건조 후, 가스는 도관(403)을 통해 매니폴드(108a)로 복귀된다. 도관(403)으로부터 탈수된 가스 중 일부의 사이드 배출은 도관(529)에서 이루어진다. 이러한 가스는 히터(523)에서 예컨대 300℃로 가열되어, 흡수제의 재생을 위하여 가스의 건조를 위해 사용되지 않는 탱크(522, 524)로 이송된다. 결과적인 습한 가스는 도관(530)을 통해 배출되며, 냉각기(525)에서 냉각된다. 침전된 물은 가스가 압축기(527)에서 압축되고 앞서 설명된 바와 같이 도관(401)으로 회수되기 전에 워터 녹아웃 탱크(526)에서 제거된다.
도 6은 압축 및 냉각 플랜트(111, 111a, b)의 세부 사항을 나타낸다. 액화 플랜드(111, 111a, b)는 동일하며, 이하 액화 플랜드(111)를 참조하여 모두 설명된다. 액화 플랜트는 도관(402)을 통해 가스, 즉 전체 가스 흐름 중 약 1/3을 수용한다. 이러한 가스는 예비 냉각 시스템(606)에서 냉매와 향류 열교환에 의해 예비 냉각된다. 냉매는 액화 가스로부터 도출되며, 냉매 시스템 감압이 요구될 경우 액화 가스로 직접 복귀될 수 있다. 이는 별도의 냉매 저장소에 대한 필요성을 없애며, 전체 시스템 안전성을 개선한다. 냉매는 주로 메탄을 포함한다.
가스 예비 냉각은 직접 가스 터빈 구동부(621)를 갖는 압축기(616)에 의해 구동된다. 이는 예비 냉각 시스템(606)으로부터 도관(609)을 통해 낮은 압력의 사용된 냉매를 수용한다. 압축 후, 냉매는 물과 향휴 열교환에 의해 열교환기(613)에서 냉각되어, 물이 효율적인 하류 공기 냉각기 작동을 위해 적어도 80℃로 가열되도록 보장한다. 냉매는 추후 재사용을 위해 도관(610)을 통해 예비 냉각 시스템(606)으로 회수된다. 이 기술분야에서 통상의 기술자는 압축기(616)가 하나 이상의 중간 냉각 단계 및 하나 이상의 병렬 유닛을 포함할 수 있다고 이해할 것이다.
예비 냉각 다음으로, 액화 가스는 도관(607)을 통해 최종 냉각 시스템(608)으로 이송된다. 최종 냉각은 플래시 가스와 액체를 생성하는 감압에 의해 이루어진다. 플래시 가스는 압축되고 재사용되는 한편, 액체는 LNG 제품이 된다. 압력이 대기압에 가까우면, 결과적인 LNG는 대기압에서 거의 안정적일 것이다.
최종 냉각 시스템으로부터 플래시 가스는 도관(611)을 통해 압축기(614)로 이송된다. 압축기는 직접 구동 가스 터빈(622)에 의해 구동된다. 이 기술분야에서 통상의 기술자는 압축기(614)가 하나 이상의 중간 냉각 단계 및 하나 이상의 병렬 유닛을 포함할 수 있다고 이해할 것이다.
압축된 플래시 가스는 열교환기(615)에서 물과 향류 열교환에 의해 냉각되어, 물이 효율적인 하류 공기 냉각기 작동을 위해 적어도 80℃로 가열된다. 압축된 가스는 액화 공정으로, 바람직하게는 가스 예비 냉각 상류로, 또는 예비 냉각 시스템(606) 상류로 회수된다.
가스 예비 냉각, 즉 스트림(607) 후 온도의 조절은 구동부(621, 622)를 갖는 압축기(616, 614)에서 상대적인 부하를 변경한다. 이는 바람직하게는 가스 터빈(621, 622)이 단일 유닛이든 병렬 유닛이든, 모두 최대 성능으로 작동하여, 동일한 사이즈와 타입을 갖도록 이루어져야 한다.
열교환기(613, 615)로부터 냉각수는 매니폴드(617)로 측정 가능한 열을 이동시킨다. 펌프(619)는 매니폴드(617)로부터 80℃ 또는 그 이상인 물을 취해, 물이 주변 온도와의 열교환에 의해 냉각되는 공기 냉각기(200, 200a-e)로 그 물을 전달한다. 냉각된 물은 열교환기(613, 615)로 분배되는 매니폴드(618)로 흘러가, 냉각수 루프를 완성한다. 최종 결과는 완전히 공기 냉각된 가스 액화 공정이다.
예
연간 335일의 작동을 가정할 때, 연간 약 12.0백만톤의 LNG의 생산을 위한 공정은 도관(100)에서 시간당 1,785톤의 파이프라인 가스를 수용한다. 가스 압력은 50 bar이다. 가스는 주변 온도, 즉 20℃ 근처이다.
전처리 전후 가스 성분
성분 단위 전처리 전 전처리 후
H2O Mol%
(ppmv)		 0.010 0.000
(<0.1)
Nitrogen Mol% 1.000 1.000
CO2 Mol%
(ppmv)		 2.000 0.005
(<50)
H2S Mol%
(ppmv)		 0.001 0.000
(<2)
Methane Mol% 94.102 96.053
Ethane Mol% 2.600 2.653
Propane Mol% 0.200 0.204
i-Butane Mol% 0.025 0.025
n-Butane Mol% 0.035 0.035
i-Pentane Mol% 0.009 0.009
n-Pentane Mol% 0.006 0.006
C6+ Mol% 0.012 0.010
Total Mol% 100.00 100.00
가스는 전처리되어, CO2, H2O 및 그밖에 수용 불가능한 성분의 형태로 시간당 93톤의 가스를 제거한다. 또한, 도관(317)을 통해, 시간당 67톤의 연료 가스로 사용될 전처리된 가스의 사이드 배출이 제공된다. 시간당 1,625 톤의 남은 가스는 127 bar로 압축되며, 42" 내경 파이프라인에서 해상 파이프라인 종단 매니폴드로 160 km 이송된다. 도착 압력은 105 bar이며, 압력 강하는 약 22 bar이다. 파이프라인 종단 매니폴드로부터, 가스는 4 병렬의 16" 내경의 연경 파이프를 통해 베슬 터렛(105) 및 연관된 스위블로 보내진다. 파이프라인 종단 매니폴드, 연성 파이프 및 터렛(105)에서 압력 강하는 약 1 bar이다. 이러한 압력은 배압 제어 밸브(416)에서 약 94 bar로 더 감소된다.
해상 베슬에서, 습도계(400)가 가스에서 과도한 수분을 나타내면, 가스가 한 번 더 탈수될 수 있다. 이러한 탈수는 해상에서 수행된 탈수에 더하여 이루어진다. 제거된 수분의 양은 전체 질량 밸런스 관점에서 무시할 수 있는 수준이지만, 하류 액화 플랜트의 신뢰성 있는 작동을 위해 중요하다.
이러한 탈수의 하류에서, 도관(413)을 통해 시간당 약 11톤의 연료 가스의 사이드 배출이 제공된다. 이러한 가스는 약 129톤/시간의 압축된 증발 가스와 혼합되어(도관 411), 베슬에 연료 공급을 제공한다(도관 414). 1,614톤/시간의 남은 메인 가스 흐름은 가스 매니폴드(108a)를 통해 3개의 액화 플랜트(111)로 균등하게 분배된다.
3개의 액화 플랜트 각각에서, 압력은 약 94 bar로 제어되고, 시간당 1614/3 또는 538톤의 흐름은 플랜트(606)에서 주로 메탄 냉매 또는 천연 가스와 열교환에 의해 예비 냉각된다. 냉매 인벤토리는 액화 가스 자체로부터 취해지며, 외부 냉매 공급부 또는 냉매 저장소가 필요 없다.
이러한 초기 냉각 후, 가스는 공정(608)에서 최종 냉각으로 이송된다. 냉각은 결과적인 가스의 감압, 압축 및 회수에 의해 일어난다. 액체는 LNG 제품이 된다. LNG는 최종 플래시가 일어나는 저장 탱크(116)로 이송되어, LNG를 안정화하고 연료 가스를 생성한다.
탱크(116)로부터 플래시 또는 증발 가스는 탱크로 안정화되지 않은 LNG 공급의 플래싱에 의해, 탱크로 열 침투에 의해, 그리고 탱크가 LNG로 충전됨에 따른 가스 이동에 의해 야기된다. 총량은 시간당 약 129톤인데, 이는 시간당 11톤의 공급 가스로부터 사이드 배출과 함께, 시간당 약 140톤의 연료 요구를 커버한다.
오프로딩되는 LNG의 총량은 335일의 작동을 가정할 때, 시간당 1,485톤 또는 연간 12.0백만톤이다. 액화 플랜트(111) 각각에 대해, 예비 냉각 및 플래시 가스 재사용을 포함하여, 전체 압축 듀티는 약 180 MW이다(압축기 614, 616). LNG를 생산하기 위해 가스로부터 제거된 열과 함께, 전체 공정 냉각 요구는 약 300MW가 된다(냉각기 613, 615). 이러한 열은 물로 냉각함으로써 공정으로부터 제거되며, 약 95℃로 냉각수를 가열한다. 이러한 물은 펌프(619)를 통해 공기 냉각기(200, 200a)로 펌핑되어, 주변 공기와 열교환에 의해 냉각된다. 25℃의 공기 온도는 약 0.36 kWh/kg의 LNG의 액화의 전체 비열을 제공한다.

Claims (6)

  1. 큰 규모의 천연 가스의 공기 냉각식 부유식 액화, 저장 및 오프로딩을 위한 방법으로서,
    a) 육상 공급원으로부터 가스를 수집하고, 수은 제거, 산성 가스 제거 및 C6+ 탄화수소 제거에 의해 육상에서 가스를 처리하는 것,
    b) 처리된 가스를 육상에서 압축 및 냉각하는 것,
    c) 육상으로부터 해상 파이프라인 종단 매니폴드로 압축된 가스를 이송하는 것,
    d) 파이프라인 종단 매니폴드로부터 해상의 선박 형상의 외부 터렛 계류 베슬로 가스를 이송하는 것,
    e) 터렛에 장착된 스위블을 통해 베슬에서 가스를 수용하는 것,
    f) 베슬에서 세 병렬 액화 트레인으로 가스를 분배하는 것,
    g) 메탄 냉매 및 후속 플래시에 의해 가스를 액화하는 것,
    h) 물과 열교환에 의해 압축기로부터의 가스를 냉각하는 것,
    i) 열교환기 하류 공정에서, 80℃ 또는 그 이상으로 냉각수를 가열하는 것,
    j) 공기 냉각기에서 공기와 열교환에 의해 냉각수를 냉각하는 것,
    k) 공기 냉각기는 전체적으로 베슬 길이의 적어도 50%로 연장된 적어도 세 기계적으로 독립적인 캔틸레버에 장착되는 것,
    l) 열교환기를 처리하기 위해 냉각된 냉각스를 재활용하는 것,
    m) 유틸리티 및 액화를 위한 가스 터빈 공기 흡입부는 공기 냉각기 캔틸레버의 반대 측에 배치되는 것,
    n) 저장 탱크로 완전히 안정화되지 않은 LNG를 보내는 것,
    o) 베슬 산상에서 복수의 더 작은 멤브레인 탱크에 생산된 LNG를 저장하는 것,
    p) 저장 탱크에서 LNG를 플래싱하는 것,
    q) LNG 탱크 베슬로 가스를 오프로딩하는 한편, 액화 공정은 완전 가동 상태에 있는 것을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    가스 오프로딩은 캔틸레버 공기 냉각기에 반대되는 선박 형상의 외부 터렛 계류 베슬의 일 측에 배치된 오프로딩 암에 의해 이루어지는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    가스 오프로딩은 병렬 오프로딩에 의해 이루어지는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    가스는 육상 파이프라인 망으로부터 수집되는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    LNG 저장 탱크로부터의 플래시 가스는 베슬 선상에서 연료 가스로 사용되는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    베슬 선상에서 수용된 가스의 수분 함량이 모니터링되어, 가스의 수분 함량이 미리 설정된 레벨보다 높으면 f) 단계로의 도입 이전에 들어온 가스가 탈수되는 방법.
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