KR20220082854A - 오염 물질 분리 및 재-기화 시스템의 통합 - Google Patents

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KR20220082854A
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vaporizer
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KR1020227014011A
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데이비드 더블유. 마허
차드 씨. 라스무센
리차드 페리 코넬
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

공통 냉각 장비 및/또는 연료를 활용하는 오염 물질을 극저온 방식으로 분리하기 위한 그리고 LNG의 재-기화를 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다. 통합된 시스템이: 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소; 제1 라인에 결합되는 열교환기로서, 상기 제1 라인은 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되며, 그리고 상기 열교환기는 상기 제1 라인의 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것인, 열교환기; 및 기화기를 포함하는 액화 천연 가스("LNG") 재-기화 시스템으로서, 상기 기화기는 상기 LNG 재-기화 시스템의 LNG 스트림을 가열하며, 그리고 상기 열교환기는 상기 기화기로서 기능하는 것인, LNG 재-기화 시스템을 포함한다. 프로세스가: 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소에 의해 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키는 것; 열교환기에 의해 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것으로서, 상기 열교환기는 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되는 것인, 냉각시키는 것; 및 LNG 재-기화 시스템의 기화기에 의해 LNG 스트림을 가열하는 것으로서, 상기 열교환기는 상기 기화기로서 기능하는 것인, 가열하는 것을 포함한다.

Description

오염 물질 분리 및 재-기화 시스템의 통합
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 "오염 물질 분리 및 재-기화 시스템의 통합"이라는 명칭으로 2019년 10월 30일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/927757호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 개괄적으로, 유체 취급 및 분리를 포함하는 탄화수소 처리 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 기체 상태의 탄화수소를 포함하는 출력물을 갖는 및/또는, 산성 기체, 사워 기체 및/또는 연도 기체와 같은, 감소된 농도의 오염 물질을 갖는, 유체의 취급 및 분리에 관한 것이다.
이 섹션은, 본 발명과 연관될 수 있는 기술의 다양한 측면을 도입하기 위한 것이다. 이러한 논의는, 본 개시의 특정 양태들에 대한 더 양호한 이해를 용이하게 하는 근거를 제공하도록 의도된다. 따라서, 이 섹션은, 이와 같은 관점에서 읽혀져야 하며, 반드시 선행 기술을 인정하는 것이 아님을 이해해야 한다.
저장소로부터의, 메탄 및 에탄과 같은, 천연 가스 탄화수소의 생산은, 종종 비-탄화수소 가스의 부수적인 생산을 수반한다. 그러한 가스들은, 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 황화카르보닐, 이황화탄소 및 다양한 메르캅탄 중 적어도 하나와 같은, 오염 물질을 포함한다. 저장소로부터 생성되는 급송 스트림이 탄화수소와 혼합되는 이러한 오염 물질을 포함할 때, 스트림은, 종종 "사워 가스(sour gas)"라고 언급된다.
많은 천연 가스 저장소들은, 비교적 낮은 비율의 탄화수소와 비교적 높은 비율의 오염 물질을 갖는다. 오염 물질은, 희석제로 작용할 수 있으며, 그리고 탄화수소의 열 함량(heat content)을 낮출 수 있을 것이다. 황 함유 화합물과 같은 일부 오염 물질은, 유독성이며 그리고 심지어 치명적일 수도 있다. 부가적으로, 물의 존재 시에, 일부 오염 물질은, 상당히 부식될 수 있다.
달콤하며 그리고 농축된 탄화수소를 생산하기 위해 탄화수소를 함유한 스트림으로부터 오염 물질을 제거하는 것이 바람직하다. 파이프라인 품질의 천연 가스에 대한 사양은 일반적으로, 100 scf(4 ppmv) 또는 5 mg/Nm3 H2S당 최대 2 내지 4%의 CO2 및 ¼ 그레인 H2S를 요구한다. 천연 가스 액화 플랜트들 또는 질소 제거 유닛들과 같은, 저온 프로세스들에 대한 사양은, 일반적으로 50 ppm CO2 미만으로 특정한다.
탄화수소로부터의 오염 물질의 분리는 어려우며, 그리고 결과적으로, 상당한 작업이, 탄화수소/오염 물질 분리 방법의 개발에 가해져 왔다. 이러한 방법들은, 3가지 일반적인 부류: 즉, 용매(물리적, 화학적 및 하이브리드)에 의한 흡수, 고체에 의한 흡착, 및 증류로 분류될 수 있다.
일부 혼합물들의 증류에 의한 분리는 비교적 간단할 수 있으며, 그리고 그에 따라, 천연 가스 산업에서 널리 사용된다. 그러나, 천연 가스 탄화수소들, 주로 메탄과, 천연 가스 내의 가장 통상적인 오염 물질들 중 하나인, 이산화탄소의 혼합물들의 증류는, 상당한 어려움을 제시할 수 있다. 통상적인 증류 원리들 및 통상적인 증류 장비는, 증류탑 전체에 걸쳐 단지 증기 및 액체 상만의 존재에 기초를 둔다. 증류에 의한 메탄으로부터의 CO2 분리는, 파이프라인 또는 더 나은 품질의 탄화수소 생성물이 요구되는 경우, CO2의 고화를 초래하는 온도 및 압력 조건을 수반한다. 관련된 온도는, 전형적으로 극저온이라고 언급되는 차가운 온도이다(즉, 약 - 40 ℃(- 40 ℉) 이하의 임의의 온도)
특정 극저온 증류는, 위에서 언급한 어려움들을 극복할 수 있다. 이러한 극저온 증류들은, 탄화수소들로부터의 고체 형성 오염 물질의 분리 도중에 고체들의 형성 및 후속 용융을 취급하기 위한 적절한 메커니즘을 제공한다. 특정 온도 및 압력 조건에서 탄화수소들 및 오염 물질들의 증기-액체 혼합물들과 평형을 이루는 고체 오염 물질의 형성은, 증류탑의 제어된 동결 구역 섹션에서 발생한다. 상기 증류탑의 하부 섹션이 또한, 탄화수소들로부터 오염 물질을 분리시키는 데 도움을 줄 수 있지만, 상기 하부 섹션은, 고체를 형성하지 않는 온도 및 압력에서 작동된다.
제어된 동결 구역 섹션을 사용하는 공지된 극저온 증류 용례들에서, 급송 스트림이, 상기 제어된 동결 구역 섹션 및 용융 트레이(melt tray) 아래의 증류탑으로의 도입 이전에, 건조되며 그리고 약 - 51 ℃(- 60 ℉)의 온도로 사전 냉각된다. 냉각된 급송 스트림의 증기 성분은, 상기 탑의 스트리핑 섹션(stripping section)으로부터 상승하는 증기와 조합되며 그리고 상기 용융 트레이 상의 액체를 통해 기포를 발생시킨다. 이는, 상승하는 증기 스트림이 냉각되며 그리고 CO2의 일부가 응축되어, 제어된 동결 구역 스프레이 챔버의 개방 부분에 진입하는 더 차갑고 신선한 가스 스트림을 생성하는 것; 상승하는 증기 스트림이, 이러한 스트림이 제어된 동결 구역 스프레이 챔버에 진입할 때, 탑 단면 전체에 걸쳐 고르게 분포되는 것; 요구되는 용융 트레이 열 입력의 대부분이, 가스 스트림 내에서 증기를 냉각시키는 것으로부터의 현열(sensible heat) 및 가스 스트림 내에서 CO2 일부를 응축시키는 것으로부터의 잠열(latent heat)을 통해 제공되는 것; 및 용융 트레이 액체가 격렬하게 혼합되고, 이것이, CO2의 융점보다 단지 2 내지 3 ℉ 높은 벌크 액체 온도를 동반하는 가운데 상기 용융 트레이 내로 낙하하는 고체 CO2 입자들의 용융을 촉진한다는 것을 포함하는, 여러 유익한 목적을 제공한다. 그러나, 제어된 동결 구역 섹션을 사용하는 극저온 증류 용례들은, 다양한 급송 스트림들의 온도를 감소시키기 위해 여러 상이한 메커니즘들을 사용한다. 보다 효율적인 냉각 메커니즘을 제공하는 것이, 유리할 것이다.
오염은 또한, (예를 들면, 발전소에서) 탄화수소의 연소에 뒤따르는 도전일 수 있다. 탄화수소의 연소는, CO2, 수증기, 이산화황 및 질소 산화물을 포함하는 "연도(flue) 가스"를 생성한다. 연소 후 재포집 프로세스에서, CO2는, 연소로부터 생성되는 연도 가스로부터 분리 및 포집된다. 연도 가스로부터 CO2를 재포집하기 위한 절차는, 사워 가스로부터 CO2를 분리시키기 위한 용매에 의한 흡수 절차와 유사하다. 예를 들어, "필터"가, CO2가 굴뚝이나 연돌 위로 이동할 때, CO2를 포획하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 필터는, CO2를 흡수하는 용매를 포함한다. 그런 다음 용매는, 수증기 및 농축된 CO2 스트림을 생성하기 위해 가열될 수 있다. CO2의 농축된 스트림은, 압축될 수 있고, 및/또는 CO2의 농축된 스트림의 온도는, 열교환기를 사용하여 감소될 수 있다. 상기 CO2의 적어도 일부가, 고체 또는 액체 응축-상(condensed-phase) CO2 성분과 가벼운 기체 성분을 생성하도록, 열교환기 내에서 응축된다. 이때 응축-상 CO2 성분은, 회수될 수 있다. 그러나, 그러한 기술을 사용하여 연도 가스로부터 CO2 생성물을 회수하는 것은, 수반될 수 있는 고도의 압축으로 인해, 비용이 많이 들 수 있다.
일단 CO2가 사워 가스 급송물로부터 분리되거나 또는 연도 가스 급송물로부터 재포집되면, 상기 CO2는, 근처의 우물 또는 저장 지층 내로 주입될 수 있고, 및/또는 상기 CO2는, (예를 들면, 파이프라인을 통해) 적절한 보관 장소로 운송될 수 있다. 그러나, 상기 CO2는, 저장 및/또는 운송을 위해 먼저 냉각 및/또는 압축되어야만 하며, 이는 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 보다 효율적인 CO2 냉각 및/또는 압축 메커니즘을 제공하는 것이, 유익할 것이다.
천연 가스의 많은 급송 소스들은, 가스에 대한 임의의 상업적 시장들로부터 먼 거리에 있는, 세계의 여러 지역에 존재한다. 파이프라인 운송이 불가능할 때, 생산된 천연 가스는 종종, 시장으로의 운송을 위해 액화 천연 가스("LNG"라고 함)로 처리된다. 따라서, 천연 가스는, LNG로서, LNG를 난방, 발전 또는 산업적 용도로 사용할 수 있는 지역들로 운송된다. LNG는 전형적으로, 약 - 162 ℃(- 260 ℉)의 온도와 실질적으로 대기압에서 저장 및/또는 선적된다. 그러나, LNG는 일반적으로, 매우 차가운 액체 형태에서, 소비자에 의해 활용할 수 없다. 따라서, 연료로서 사용되거나 또는 시장 파이프라인 내로 삽입되도록 하기 위해, LNG는, 소비자들로의 분배를 위해 다시 기체 상태로 변환되어야만 한다. LNG는, 재-기화(regasification)로 알려진 프로세스에서 가온 및/또는 기화된다. 전형적으로, LNG 재-기화 플랜트들이, 전 세계에서 LNG의 수용을 가능하게 하기 위해, 항구 근처의 육지 상에 또는 부상 선박 상에, 위치된다. 파이프라인 온도 및/또는 압력의 기화된 가스를 공급하기 위해, 먼저 열이, 극저온 LNG 스트림에 부가될 수 있다. 열은, (1) 재-기화된 LNG를 연소시키는 것(따라서, 소비되는 가스의 해당 부분의 시장 가치를 상실시키는 것), (2) 온수, (3) 따뜻한 공기, 또는 (4) 산업적 발열 프로세스와 같은, 다양한 소스로부터 올 수 있다. 그렇지 않을 경우 낭비될, 열 에너지를 보다 효율적으로 활용하기 위해, LNG의 재-기화를 하나 이상의 다른 산업적 프로세스와 통합하는 것이, 유익할 것이다.
본 개시의 실시예들은, 액화 천연 가스("LNG") 재-기화 프로세스들을 포함하는 탄화수소 정제 프로세스들의, 사워 가스 및/또는 연도 가스 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리하기 위한 프로세스들과의 통합에 관련된다.
본 개시의 실시예들은, 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키기 위한 프로세스 및 LNG의 재-기화를 위한 프로세스에 관한 것으로, 여기서 2개의 프로세스는, 공통 냉각 장비 및/또는 연료 가스 용처를 활용하거나 그들 주위에 통합된다.
본 개시의 실시예들은, 오염 물질을 분리시키기 위해 용매를 사용하는 프로세스 및 LNG의 재-기화를 위한 프로세스에 관한 것으로, 여기서 2개의 프로세스는, 공통 냉각 장비 및/또는 연료 가스 용처를 활용하거나 그들 주위에 통합된다.
본 개시의 실시예들은, 통합된 시스템으로서, 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소; 제1 라인에 결합되는 열교환기로서, 상기 제1 라인은 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되며, 그리고 상기 열교환기는 상기 제1 라인의 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것인, 열교환기; 및 기화기를 포함하는 LNG 재-기화 시스템으로서, 상기 기화기는 상기 LNG 재-기화 시스템의 LNG 스트림을 가열하며, 그리고 상기 열교환기는 상기 기화기로서 기능하는 것인, LNG 재-기화 시스템을 포함하는 것인, 통합된 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 실시예들은, 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소에 의해 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키는 것; 열교환기에 의해 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것으로서, 상기 열교환기는 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되는 것인, 냉각시키는 것; 및 LNG 재-기화 시스템의 기화기에 의해 LNG 스트림을 가열하는 것으로서, 열교환기는 상기 기화기로서 기능하는 것인, 가열하는 것을 포함하는 프로세스에 관한 것이다.
상기한 것은, 뒤따르는 상세한 설명이 더욱 양호하게 이해될 수 있도록, 본 개시의 특징들을 개략적으로 넓게 설명하였다. 부가적인 특징들이 또한 본원에서 설명될 것이다.
본 개시의 이러한 특징들 및 다른 특징들, 양태들 및 장점들은, 상세한 설명, 첨부된 청구범위 및, 아래에서 간략하게 설명되는, 첨부 도면들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 단일 용기 내부의 섹션들을 갖는 탑의 개략도이다.
도 2는 복수의 용기 내부의 섹션들을 갖는 탑의 개략도이다.
도 3은 단일 용기 내부의 섹션들을 갖는 탑의 개략도이다.
도 4는 복수의 용기 내부의 섹션들을 갖는 탑 개략도이다.
도 5는 LNG 재-기화 시스템의 개략도이다.
도 6은 통합된 분리 및 재-기화 시스템의 개략도이다.
도 7은 다른 통합된 분리 및 재-기화 시스템의 개략도이다.
도 8은 또 다른 통합된 분리 및 재-기화 시스템의 개략도이다.
상기 도면들은 단지 예시일 뿐이며 이에 의해 본 개시의 범위에 대한 제한이 의도되지 않음에 유의해야 한다. 또한, 상기 도면들은 일반적으로 축척에 맞게 도시되지 않았지만, 본 개시의 다양한 양태들을 설명함에 있어서 편의성 및 명료성을 목적으로 작성되었다.
본 개시의 원리에 대한 이해를 촉진하기 위해, 이제 도면에 설명된 특징들이 참조될 것이고, 동일한 것을 설명하기 위해 특정 언어가 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고 이에 의해 본 개시의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 본원에 기재된 바와 같은 본 개시의 원리에 대한 임의의 변경 및 추가적 수정, 및 임의의 추가적 응용은, 개시 내용과 관련된 기술 분야의 당업자들에게 통상적으로 발생하는 것으로서 고려된다. 본 발명과 관련되지 않은 일부 특징들이 명확성을 위해 도면들에 도시되지 않을 수도 있다는 것이, 관련 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 출원에서 언급된 바와 같은, "스트림", "기체 스트림", "증기 스트림" 및 "액체 스트림"이라는 용어는, 급송 스트림이 (예를 들어, 천연 가스의 주요 탄화수소인 메탄을 오염 물질로부터 분리시키는 증류탑에서) 처리될 때, 하나 이상의 급송 스트림의 상이한 스테이지들을 지칭한다. 비록 "기체 스트림", "증기 스트림" 및 "액체 스트림"이라는 문구는 각각, 상기 스트림에 주로 기체, 증기 또는 액체가 존재하는 상황을 나타낼 수 있지만, 상기 스트림 내에 다른 상들(phases)이 또한 존재할 수 있다. 예를 들어, 기체가 "액체 스트림" 내에 또한 존재할 수 있다. 일부 경우에는, "가스 스트림" 및 "증기 스트림"이라는 용어는, 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
"천연 가스"라는 용어는, 원유정(연관 가스)으로부터 또는 지하 가스 함유 지층(비연관 가스)으로부터 획득되는 다성분 가스를 지칭한다. 미가공 천연 가스의 조성 및 압력은 상당히 다를 수 있다. 일반적인 천연 가스 스트림은, 중요한 구성 요소로서 메탄(C1 탄소 함량)을 함유한다. 미가공 천연 가스는 또한, 에탄(C2 탄소 함량), 고분자량 탄화수소, (예를 들면, 이산화탄소, 황화수소, 황화카르보닐, 이황화탄소 및 메르캅탄과 같은) 산성 가스, 및 예를 들면, 물, 질소, 황화철, 왁스 및 원유와 같은 소량의 오염 물질을 함유할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 천연 가스는, 예를 들면, 물, 산성 가스 및 대부분의 고분자량 탄화수소와 같은 오염 물질을 제거하기 위해 정제된, 액화 천연 가스("LNG")의 재-기화로부터 생성되는 가스를 포함한다.
본원에 언급된 "열교환기"는, 특히 임의의 구조, 예를 들어 일반적으로 열교환기로 지칭되는 임의의 장치를 포함하여, 하나의 매체로부터 다른 매체로 열을 전달할 수 있는 임의의 장치를 광범위하게 의미한다. 열교환기는, "직접적인 열교환기"와 "간접적 열교환기"를 포함한다. 따라서, 열교환기는, 플레이트-앤-프레임, 쉘-앤-튜브, 나선형, 헤어핀, 코어, 코어-앤-케틀(kettle), 이중 파이프 또는 임의의 다른 유형의 공지된 열교환기일 수 있다. "열교환기"는 또한, 그를 통한 하나 이상의 스트림의 통과를 허용하도록, 그리고 하나 이상의 냉매 라인과 하나 이상의 급송 스트림 사이의 직접적 또는 간접적 열교환에 영향을 미치도록 구성되는, 임의의 칼럼, 탑, 유닛 또는 다른 장치를 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "대략", "약", "실질적으로" 및 유사한 용어들은, 본 개시의 대상이 관련되는 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 허용 가능한 용법과 조화를 이루는 광범위한 의미를 갖는 것으로 의도된다. 이와 같은 관점에서 본 발명을 검토하는 당업자라면 이와 같은 용어들이 제공된 정확한 숫자 범위로 이와 같은 특징들의 범위를 제한하지 않는 가운데, 설명되고 청구된 특정 특징들의 설명을 허용하도록 의도된다는 사실을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이와 같은 용어들은, 설명된 대상의 미미하거나 중요하지 않은 수정 또는 변경이 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주됨을 나타내는 것으로 해석되어야 한다.
정관사 및 부정관사("the", "a" 및 "an")는, 반드시 하나만을 의미하는 것으로 제한되지 않으며, 오히려 그러한 요소들을 선택적으로 다수 포함하도록 포괄적이고 개방적인 것을 의미한다.
본 개시의 실시예들의 많은 잠재적인 장점들 중 하나는, 온도 제어 자원이 복수의 프로세스에 의해 공유될 수 있어서, 비용 및 환경적 충격 모두를 감소시킬 수 있다는 점에 있다. 다른 잠재적인 장점들이, 뒤따르는, 무엇보다도, 본 개시의 이점을 이용하여 당업자들에게 명백하게 될: 제어된 동결 구역 섹션을 사용하는 극저온 증류 용례를 위한 독립 냉각 장비의 감소 및/또는 제거; 용매 흡수 용례를 위한 독립 냉각 장비의 감소 및/또는 제거; 및 LNG 재-기화 시스템을 위한 독립 기화 장비의 감소 및/또는 제거 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 본 개시의 실시예들은, 지하 형성물로부터 탄화수소의 회수 및/또는 정제에 유용할 수 있다.
본 개시의 부분들은, 증류탑에서 급송 스트림을 분리시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 그러한 시스템 및 방법은, 에너지 효율을 개선하도록 및/또는 증류탑의 최적으로 크기 결정하도록, 급송 스트림의 성분들의 농도에 기초하여 급송 스트림이 증류탑에 진입하는 위치를 최적으로 맞추는데 도움이 된다. 상기 시스템 및 방법은 또한, 상기 증류탑의 제어된 동결 구역 섹션에서 고체의 바람직하지 않은 축적을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 본 개시의 도 1 내지 도 4는 그러한 시스템 및 방법의 다양한 양태들을 나타낸다.
시스템들 및 방법들은, 사워 가스 및/또는 연도 가스 급송 스트림(예를 들면, 약 10% 내지 약 80%의 CO2 농도를 갖는 가스) 내의 오염 물질로부터 메탄을 분리시킬 수 있다. 예시적인 분리 시스템들(101, 201, 301, 401)은, 증류탑(104, 204)을 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4). 상기 분리 시스템들(101, 201, 301, 401)은, 상기 급송 스트림(예를 들어, 사워 가스 및/또는 연도 가스 급송 스트림)을 준비할 수 있으며, 그리고 이어서, 상기 증류탑(104, 204)은 상기 메탄으로부터 오염 물질을 분리시킬 수 있다.
상기 증류탑(104, 204)은, 하부 섹션(106), 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 및 상부 섹션(110)의 3가지 기능적 섹션들로 분리될 수 있다. 상기 증류탑(104, 204)은, 상기 상부 섹션(110)이 필요하고 및/또는 요구될 때, 3개의 기능적 섹션들을 포함할 수 있다.
상기 증류탑(104, 204)은, 상기 상부 섹션(110)이 필요하지 않고 및/또는 요구되지 않을 때, 단지 2개의 기능적 섹션만을 포함할 수 있다. 상기 증류탑이 상부 섹션(110)을 포함하지 않는 경우, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)을 떠나는 증기의 일부가, 응축기(122)에서 응축될 수 있으며, 그리고 스프레이 조립체(129)를 통해 액체 스트림으로서 복귀될 수 있다. 더불어, 라인들(18 및 20)이 제거될 수 있고, 구성 요소들(124 및 126)은, 하나이며 그리고 동일한 것일 있으며, 그리고 구성 요소들(150 및 128)은, 하나이며 그리고 동일한 것일 수 있다. 이제 중간 제어된 동결 섹션(108)을 떠나는 증기를 취하는, 라인(14) 내의 스트림은, 이러한 증기를 응축기(122)로 안내한다.
상기 하부 섹션(106)은 또한, 스트리퍼 섹션(stripper section)으로 지칭될 수 있다. 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)은 또한, 제어된 동결 구역 섹션으로 지칭될 수 있다. 상기 상부 섹션(110)은 또한, 정류기 섹션으로 지칭될 수 있다.
상기 증류탑(104)의 섹션들은, 단일 용기 내에 수용될 수 있다(도 1 및 도 3). 예를 들어, 상기 하부 섹션(106), 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 및 상기 상부 섹션(110)은, 단일 용기(164) 내에 수용될 수 있다.
상기 증류탑(204)의 섹션들은, 분할-탑 구성을 형성하기 위해 복수의 용기 내에 수용될 수 있다(도 2 및 도 4). 상기 용기들은 각각, 다른 용기들로부터 분리될 수 있다. 배관 및/또는 다른 적절한 메커니즘이, 하나의 용기를 다른 용기에 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 하부 섹션(106), 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 및 상기 상부 섹션(110)은, 2개 이상의 용기 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부 섹션(110)은, 단일 용기(254) 내에 수용될 수 있으며, 그리고 상기 하부 및 중간 제어된 동결 구역 섹션(106, 108)은, 단일 용기(164) 내에 수용될 수 있다. 이 경우, 상기 상부 섹션(110)을 빠져나가는 액체 스트림이, 상기 액체 배출구 바닥(260)을 통해 빠져나갈 수 있다. 상기 액체 배출구 바닥(260)은, 상기 상부 섹션(110)의 바닥에 놓인다. 도시되지는 않았지만, 상기 섹션들은 각각, 그들 자체의 별도의 용기 내에 수용될 수 있고, 하나 이상의 섹션이 별도의 용기들 내에 수용될 수 있거나, 또는 상기 상부 및 중간 제어된 동결 구역 섹션이 단일 용기 내에 수용될 수 있는 반면 상기 하부 섹션은 단일 용기 내에 수용될 수 있다. 상기 증류탑의 섹션들이 용기들 내부에 수용되는 경우, 상기 용기들은, 수평선을 따라 나란히 및/또는 수직선을 따라 서로 위아래로 놓일 수 있다.
상기 분할-탑 구성은, 증류탑의 높이, 이동 고려 사항 및/또는 원격 장소들과 같은 운송 문제가 고려되어야 하는 상황에서, 유익할 수 있다. 분할-탑 구성은, 하나 이상의 섹션의 독립적 작동을 허용한다. 예를 들어, 상기 상부 섹션이 단일 용기 내에 수용되며 그리고 상기 하부 및 중간 제어된 동결 구역 섹션이 단일 용기 내에 수용될 때, 패킹된 가스 파이프라인 또는 인접한 탄화수소 라인으로부터의, 실질적으로 오염 물질이 없는 주로 탄화수소인 스트림을 사용하는 환류 액체의 독립적인 생성이, 상기 상부 섹션에서 발생할 수 있다. 상기 환류는, 상기 상부 섹션을 냉각하기 위해, 상기 상부 섹션 내에서 적절한 온도 프로파일을 생성하기 위해, 및/또는 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션에 대한 분무 액체의 초기 소스 역할을 하도록 상기 상부 섹션 바닥에 액체 비축물을 축적하기 위해, 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션 및 하부 섹션은, 상기 급송 스트림을 냉각시킴에 의해, 상기 급송 스트림을 최적의 위치(상기 하부 섹션 또는 중간 제어된 동결 구역 섹션에 위치)로 급송함에 의해, 상기 하부 섹션 및 중간 제어된 동결 구역 섹션을 위한 액체를 생성함에 의해, 그리고 증기가 너무 높은 오염 물질 함량을 동반하여 사양을 벗어난 동안에 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션에서 증기를 빼냄으로써, 독립적으로 준비될 수 있다. 또한, 상기 상부 섹션으로부터의 액체는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션의 바닥에 액체 레벨을 구축하여 그리고 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션 내의 오염 물질 함량을 낮추고 정상 상태 수준에 가깝게 하여, 2개의 용기가 상기 증기 스트림을 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션으로부터 상기 상부 섹션으로 안내하기 위해 연결되도록, 액체를 상기 상부 섹션의 바닥으로부터 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션으로 지속적으로 분무하도록, 그리고 정상 상태 조건으로 동작을 안정화시키도록, 간헐적으로 또는 연속적으로 분무될 수 있을 것이다. 상기 분할-탑 구성은, 펌프(128)를 위한 액체 수용부로서 상기 상부 섹션의 섬프(sump)를 활용할 수 있고, 따라서 도 1 및 도 3에서 유지 용기(126)에 대한 필요성을 배제시킨다.
상기 시스템은 또한, 열교환기(100)(도 1 내지 도 4)를 포함할 수 있다. 급송 스트림(10)(예를 들어, 사워 가스 급송 스트림, 연도 가스 급송 스트림)이, 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에 상기 열교환기(100)에 진입할 수 있다. 예를 들어, 급송 스트림(10)은, 저장소로부터의 급송 스트림일 수 있거나, 또는 급송 스트림(10)은, 가스 플랜트의 배출구로부터 유래할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은, 상기 열교환기(100) 내에서 냉각될 수 있다. 상기 열교환기(100)는, 상기 급송 스트림(10)의 온도를 상기 증류탑(104, 204) 내로의 도입에 적합한 수준으로 낮추는 것을 돕는다.
상기 시스템은, 팽창기 장치(102)(도 1 내지 도 4)를 포함할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은, 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에 상기 팽창기 장치(102)에 진입할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은 팽창될 수 있으며, 그리고 이에 의해, 상기 열교환기(100)를 빠져나온 이후에, 상기 팽창기 장치(102) 내에서 추가로 냉각될 수 있다. 상기 팽창기 장치(102)는, 상기 급송 스트림(10)의 온도를 상기 증류탑(104, 204)으로의 도입에 적합한 수준으로 낮추도록 돕는다. 상기 팽창기 장치(102)는, 밸브와 같은 임의의 적합한 장치일 수 있다. 상기 팽창기 장치(102)가 밸브인 경우, 상기 밸브는, 상기 급송 스트림이 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에 상기 급송 스트림(10)을 냉각시키는 데 도움이 될 수 있는, 임의의 적절한 밸브일 수 있다. 예를 들어, 상기 밸브는, 줄-톰슨(J-T) 밸브를 포함할 수 있다.
상기 시스템은, 급송물 분리기(103)(도 3 및 도 4)를 포함할 수 있다. 상기 급송 스트림은, 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 전에 상기 급송물 분리기에 진입할 수 있다. 상기 급송물 분리기는, 혼합된 액체 및 증기 스트림을 구비하는 급송 스트림을, 액체 스트림 및 증기 스트림으로 분리시킬 수 있다. 라인들(12)이, 상기 급송물 분리기로부터 상기 증류탑(104, 204)으로 연장될 수 있다. 상기 라인들(12) 중 하나가, 상기 급송물 분리기로부터 증기 스트림을 수용할 수 있다. 상기 라인들(12) 중 다른 하나가, 상기 급송물 분리기로부터 액체 스트림을 수용할 수 있다. 상기 라인들(12)은 각각, 상기 증류탑(104, 204)의 동일한 및/또는 상이한 섹션들(즉, 중간 제어된 동결 구역 및 하부 섹션들)로 연장될 수 있다. 상기 팽창기 장치(102)는, 상기 급송물 분리기(103)의 하류에 놓을 수도 그렇지 않을 수도 있다. 상기 팽창기 장치(102)는, 각 라인(12)이 팽창기 장치(102)를 갖도록, 복수의 팽창기 장치(102)를 포함할 수 있다.
상기 시스템은, 탈수 유닛(261)(도 1 내지 도 4)을 포함할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은, 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에 상기 탈수 유닛(261)에 진입할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은, 상기 열교환기(100) 및/또는 상기 팽창기 장치(102)에 진입하기 이전에, 상기 탈수 유닛(261)에 진입한다. 상기 탈수 유닛(261)은, 나중에 상기 열교환기(100), 팽창기 장치(102), 급송물 분리기(103) 또는 증류탑(104, 204)에서 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해, 상기 급송 스트림(10)으로부터 물을 제거한다. 상기 물은, 라인들 또는 장비를 막거나 또는 증류 프로세스에 부정적인 영향을 미치는 별도의 수상(water phase)(즉, 얼음 및/또는 수화물)을 형성함으로써, 문제를 일으킬 수 있다. 상기 탈수 유닛(261)은, 별도의 수상이 나머지의 프로세스 동안 하류의 임의의 지점에서 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 충분히 낮은 이슬점으로 상기 급송 스트림을 탈수시킨다. 상기 탈수 유닛은, 분자체(molecular sieve) 또는 글리콜 탈수 유닛과 같은, 임의의 적합한 탈수 메커니즘일 수 있다.
상기 시스템은, 필터링 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은, 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에 상기 필터링 유닛에 진입할 수 있다. 상기 필터링 유닛은, 상기 급송 스트림이 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에, 상기 급송 스트림으로부터 바람직하지 않은 오염 물질을 제거할 수 있다. 제거되어야 할 오염 물질에 따라, 상기 필터링 유닛은, 상기 탈수 유닛(261) 이전 또는 이후 및/또는 상기 열교환기(100) 이전 또는 이후에 놓일 수 있다.
상기 시스템은, 라인들(12)을 포함할 수 있다. 상기 라인들은 각각, 유입 라인(12)으로 지칭될 수 있다. 상기 급송 스트림은, 상기 라인들(12) 중 하나를 통해 상기 증류탑(104, 204) 내로 도입된다. 하나 이상의 라인(12)이, 상기 라인들(12) 중 다른 증류탑(104, 204)의 하부 섹션(106) 또는 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 라인(12)은, 상기 급송 스트림(10)이 상기 증류탑(104, 204)의 하부 섹션(106)에 진입할 수 있도록, 상기 하부 섹션(106)으로 연장될 수 있다(도 1 내지 도 4). 각각의 라인(12)은, 상기 하부 섹션(106) 또는 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로 직접적 또는 간접적으로 연장될 수 있다. 각각의 라인(12)은, 상기 증류탑에 진입하기 이전에 상기 증류탑(104, 204)의 외부 표면으로 연장될 수 있다.
만약 상기 시스템이 상기 급송물 분리기(103)를 포함하는 경우(도 3 및 도 4), 상기 라인(12)은, 복수의 라인들(12)을 포함할 수 있다. 각각의 라인은, 상기 급송물 분리기로부터 상기 증류탑(104, 204)의 특정 부분으로 연장되는 라인들 중 하나와 동일한 라인일 수 있다.
상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 이전에, 상기 급송 스트림(10)의 샘플이, 분석기(도시되지 않음)에 진입할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)의 샘플은, 상기 급송 스트림(10)의 작은 샘플일 수 있다. 상기 급송 스트림(10)은, 복수의 급송 소스로부터의 급송물 또는 단일 급송 소스로부터의 급송물을 포함할 수 있다. 각각의 급송 소스는, 예를 들어 별도의 저장소, 하나 이상의 저장소 내의 하나 이상의 유정 등을 포함할 수 있다. 상기 분석기는, 상기 급송 스트림(10)의 샘플 내의 CO2의 백분율을 결정할 수 있으며, 따라서 상기 급송 스트림(10) 내의 CO2의 함량을 결정할 수 있다. 상기 급송 스트림(10)의 샘플이 상기 분석기를 빠져나간 이후에, 상기 급송 스트림(10)이 상기 증류탑(104, 204)의 하나 이상의 섹션(106, 108)으로 안내될 수 있도록, 상기 분석기는 복수의 라인(12)에 연결될 수 있다. 만약 분석 결과 CO2의 백분율이 약 20% 초과 또는 20% 초과인 것으로 결정되면, 상기 분석기는, 상기 급송 스트림을 상기 하부 섹션(106)으로부터 연장되는 라인(12)으로 안내할 수 있다. 만약 분석 결과 CO2의 백분율이 약 20% 미만 또는 20% 미만인 것으로 결정되면, 상기 분석기는, 상기 급송 스트림을 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로부터 연장되는 라인(12)으로 안내할 수 있다. 상기 분석기는, 임의의 적합한 분석기일 수 있다. 예를 들어, 상기 분석기는, 가스 크로마토그래프 또는 적외선(IR) 분석기일 수 있다. 상기 분석기는, 상기 급송 스트림(10)이 상기 열교환기(100)에 진입하기 이전에 배치될 수 있다. 상기 분석기에 진입하는 급송 스트림(10)은, 단일 상일 수 있다.
상기 급송 스트림(10)은 상기 급송 스트림(10) 내의 CO2의 백분율과 관계없이 상기 증류탑(104, 204)의 임의의 섹션 내로 도입될 수 있지만, 에너지를 최대한 활용하게 될 상기 증류탑(104, 204)의 섹션 내로 상기 급송 스트림(10)을 도입하는 것이, 더욱 효율적이다. 이와 같은 이유로, 상기 급송 스트림 내의 CO2의 백분율이 약 20% 또는 20% 초과의 임의의 백분율일 때, 상기 급송 스트림을 상기 하부 섹션(106)으로, 그리고 상기 급송 스트림 내의 CO2의 백분율이 약 20% 미만 또는 20% 미만의 임의의 백분율일 때 상기 급송 스트림을 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로, 도입하는 것이, 바람직하다.
상기 급송 스트림은, 상기 섹션들(106, 108) 중 하나로 직접적 또는 간접적으로 급송될 수 있다. 따라서, 에너지의 최선의 사용을 위해, 상기 급송 스트림 내의 CO2의 함량 또는 관련 백분율과 일치하는 상기 증류탑(104, 204)의 증류 프로세스 지점에서, 상기 급송 스트림을 상기 증류탑(104, 204) 내로 도입하는 것이 가장 최선책일 수 있다.
상기 급송 스트림(10)은, 급송물 분리기(103)에 진입할 수 있다. 상기 급송물 분리기(103)는, 상기 급송 스트림이 상기 증류탑(104, 204) 내로 도입되기 이전에, 급송 스트림 증기 부분을 급송 스트림 액체 부분으로부터 분리시킨다. 상기 급송 스트림 증기 부분은, 상기 증류탑(104, 204)의 섹션 내에서 상기 급송 스트림 액체 부분과 상이한 섹션 또는 부분으로 급송될 수 있다. 예를 들어, 상기 급송 스트림 증기 부분은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 상부 제어된 동결 구역 섹션(39)으로 급송될 수 있고, 및/또는 상기 급송 스트림 액체 부분은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 하부 제어된 동결 구역 섹션(40) 또는 상기 증류탑의 하부 섹션(106)으로 급송될 수 있다.
하부 섹션(106)은, 상기 급송 스트림(10)을 농축된 오염 물질 바닥 액체 스트림(즉, 액체 스트림)과 동결 구역 증기 스트림(즉, 증기 스트림)으로 분리시키도록, 구성 및 배치된다. 상기 하부 섹션(106)은, 고체가 형성되지 않는 온도 및 압력에서, 상기 급송 스트림을 분리시킨다. 상기 액체 스트림은, 메탄보다 더 많은 양의 오염 물질을 포함할 수 있다. 상기 증기 스트림은, 오염 물질보다 더 많은 양의 메탄을 포함할 수 있다. 어느 경우든지, 상기 증기 스트림은, 상기 액체 스트림보다 가볍다. 그 결과, 상기 증기 스트림은, 상기 하부 섹션(106)으로부터 상승하며, 그리고 상기 액체 스트림은, 상기 하부 섹션(106)의 바닥으로 낙하한다.
상기 하부 섹션(106)은, 상기 급송 스트림을 분리시키는 장비를 포함할 수 있고 및/또는 그러한 장비에 연결될 수 있다. 상기 장비는, 하나 이상의 패킹된 섹션(181) 또는, 천공부들, 다운코머들(downcomers) 및/또는 위어들(weirs)을 갖는 하나 이상의 증류 트레이와 같은, 오염 물질로부터 메탄을 분리시키기에 적합한 임의의 장비를 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4).
상기 장비는, 상기 증기 스트림과 상기 액체 스트림을 형성하기 위해 상기 스트림에 열을 가하는 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 장비는, 상기 스트림에 열을 가하는 제1 리보일러(reboiler)(112)를 포함할 수 있다. 상기 제1 리보일러(112)는, 상기 증류탑(104, 204)의 외부에 위치될 수 있다. 상기 장비는 또한, 상기 스트림에 열을 가하는 제2 리보일러(172)를 포함할 수 있다. 상기 제2 리보일러(172)는, 상기 증류탑(104, 204)의 외부에 위치될 수 있다. 라인(117)이 상기 증류탑으로부터 상기 제2 리보일러(172)로 이어질 수 있다. 라인(17)은, 상기 제2 리보일러(172)로부터 상기 증류탑으로 이어질 수 있다. 상술된 제2 리보일러와 유사하게 설정되는 부가적인 리보일러들이, 또한 사용될 수 있다.
상기 제1 리보일러(112)는, 상기 하부 섹션(106)의 액체 배출구(160)를 통해 상기 하부 섹션(106)을 빠져나가는 액체 스트림에 열을 가할 수 있다. 상기 액체 스트림은, 상기 액체 배출구(160)로부터 라인(28)을 통해 상기 제1 리보일러(112)에 도달하도록 이동할 수 있다(도 1 내지 도 4). 상기 제1 리보일러(112)에 의해 상기 액체 스트림에 가해지는 열의 양은, 오염 물질로부터 더 많은 메탄을 분리시키기 위해 증가될 수 있다. 상기 리보일러(112)에 의해 더 많은 열이 상기 스트림에 가해질수록, 비록 더 많은 오염 물질이 또한 기화될지라도, 상기 액체 오염 물질로부터 더 많은 메탄이 분리된다.
상기 제1 리보일러(112)는, 상기 증류탑(104, 204) 내의 스트림에 열을 가할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 리보일러(112)에 의해 가해지는 열은, 상기 하부 섹션(106)을 가열한다. 이러한 열은 상기 하부 섹션(106) 위로 이동하며, 그리고 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 용융 트레이 조립체(139)(도 1 내지 도 4)에 진입하는 따뜻한 고체에 열을 공급하여, 상기 고체가 액체 및/또는 슬러리 혼합물을 형성하도록 한다.
상기 제2 리보일러(172)는, 상기 하부 섹션(106) 내부의 스트림에 열을 가한다. 이러한 열은, 상기 제1 리보일러(112)에 의해 가해지는 열보다 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)에 더 가깝게 가해진다. 그 결과, 상기 제2 리보일러(172)에 의해 가해지는 열은, 상기 제1 리보일러(112)에 의해 가해지는 열보다 더 빠르게 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)에 도달한다. 상기 제2 리보일러(172)는 또한, 에너지 통합에 도움을 준다.
상기 장비는, 하나 이상의 굴뚝 조립체(135)를 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4). 상기 하부 섹션(106)의 바닥으로 낙하하는 동안, 상기 액체 스트림은, 상기 굴뚝 조립체들(135) 중 하나 이상과 만날 수 있다.
각각의 굴뚝 조립체(135)는, 상기 하부 섹션(106) 내부에서 액체 스트림을 수집하는 굴뚝 트레이(131)를 포함한다. 상기 굴뚝 트레이(131)에 수집되는 액체 스트림은, 상기 제2 리보일러(172)로 급송될 수 있다. 상기 액체 스트림이 상기 제2 리보일러(172)에서 가열된 이후에, 상기 스트림은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 및/또는 상기 용융 트레이 조립체(139)에 열을 공급하기 위해, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로 복귀할 수 있다. 상기 제2 리보일러(172)를 빠져나가는 기화되지 않은 스트림은, 굴뚝 트레이(131) 아래의 상기 증류탑(104, 204) 내로 다시 급송될 수 있을 것이다. 상기 제2 리보일러(172)를 빠져나가는 증기 스트림은, 상기 증기 스트림이 상기 증류탑(104, 204)에 진입할 때, 상기 굴뚝 트레이(131) 아래 또는 위로 경로 설정될 수 있을 것이다.
상기 굴뚝 트레이(131)는, 하나 이상의 굴뚝(137)을 포함할 수 있다. 상기 굴뚝(137)은, 증기 스트림이 상기 하부 섹션(106)에서 횡단하는 채널로서 역할을 한다. 상기 증기 스트림은, 상기 굴뚝(137)의 바닥에 있는 상기 굴뚝 트레이(131)의 개구부를 통해 상기 굴뚝(137)의 상부로 이동한다. 상기 개구부는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥보다 상기 하부 섹션(106)의 바닥에 더 근접한다. 상기 상부는, 상기 하부 섹션(106)의 바닥에 대한 것보다 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥에 더 근접한다.
각각의 굴뚝(137)은, 부착된 굴뚝 캡(133)을 구비한다. 상기 굴뚝 캡(133)은, 상기 굴뚝(137)의 굴뚝 상부 개구부(138)를 덮는다. 상기 굴뚝 캡(133)은, 액체 스트림이 상기 굴뚝(137)에 진입하는 것을 방지한다. 상기 증기 스트림은, 상기 굴뚝 상단 개구부(138)를 통해 상기 굴뚝 조립체(135)를 빠져나간다.
상기 하부 섹션(106)의 바닥으로 낙하한 후, 상기 액체 스트림은, 상기 액체 배출구(160)를 통해 상기 증류탑(104, 204)을 빠져나간다. 상기 액체 배출구(160)는, 상기 하부 섹션(106) 내에 놓인다(도 1 내지 도 4). 상기 액체 배출구(160)는, 상기 하부 섹션(106)의 바닥에 위치될 수 있다.
상기 액체 배출구(160)를 통해 빠져나온 후, 상기 급송 스트림은, 라인(28)을 통해 상기 제1 리보일러(112)로 이동할 수 있다. 상기 급송 스트림은, 상기 제1 리보일러(112)에 의해 가열될 수 있으며, 그리고 다음에 증기는 라인(30)을 통해 하부 섹션(106)으로 재진입할 수 있다. 기화되지 않은 액체는, 라인(24)을 통해 증류 프로세스 밖으로 계속될 수 있다.
상기 시스템은, 팽창기 장치(114)를 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4). 라인(24)에 진입한 후, 가열된 액체 스트림은, 상기 팽창기 장치(114)에서 팽창될 수 있다. 상기 팽창기 장치(114)는, 밸브와 같은 임의의 적합한 장치일 수 있다. 상기 밸브(114)는, J-T 밸브와 같은 임의의 적절한 밸브일 수 있다.
상기 시스템은, 열교환기(116)를 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4). 상기 제1 리보일러(112)에 의해 가열된 액체 스트림은, 상기 열교환기(116)에 의해 냉각되거나 또는 가열될 수 있다. 상기 열교환기(116)는, 직접적 열교환기 또는 간접적 열교환기일 수 있다. 상기 열교환기(116)는, 임의의 적절한 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 열교환기(116)를 빠져 나온 후, 상기 액체 스트림은, 라인(26)을 통해 증류 프로세스를 빠져나간다.
상기 하부 섹션(106) 내의 증기 스트림은, 상기 하부 섹션(106)으로부터 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로 상승한다. 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션 내로, 또는 하부 섹션(106)의 상부 내로 도입되는 급송 스트림(10)을, 고체 및 증기 스트림으로 분리시키도록 구성 및 배치된다. 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)은, 메탄보다 더 많은 오염 물질을 포함할 수 있는 고체를 형성한다. 상기 증기 스트림(즉, 메탄 농후 증기 스트림)은, 오염 물질보다 더 많은 메탄을 포함할 수 있다.
상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)은, 하부 섹션(40) 및 상부 섹션(39)을 포함한다. 상기 하부 섹션(40)은, 상기 상부 섹션(39)의 아래에 위치한다. 상기 하부 섹션(40)은, 직접적으로 상기 상부 섹션(39)에 접경한다. 상기 하부 섹션(40)은 주로, 배타적인 것은 아니지만, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 가열 섹션이다. 상기 상부 섹션(39)은 주로, 배타적인 것은 아니지만, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 냉각 섹션이다. 상기 상부 섹션(39)의 온도 및 압력은, 고체가 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 내에서 형성될 수 있도록 선택된다.
상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 내에 유지되는 용융 트레이 조립체(139)를 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4). 상기 용융 트레이 조립체(139)는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 하부 섹션(40) 내부에 놓인다. 상기 용융 트레이 조립체(139)는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 상부 섹션(39) 내부에 놓이지 않는다.
상기 용융 트레이 조립체(139)는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 내에서 형성되는 고체를 용융시키도록 구성 및 배치된다. 따뜻한 증기 스트림이 상기 하부 섹션(106)으로부터 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로 상승할 때, 상기 증기 스트림은, 바로 용융 트레이 조립체(139)를 직면하며, 그리고 고체를 용융시키기 위해 열을 공급한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 용융 트레이 조립체(139)는, 용융 트레이(118), 버블 캡(132), 액체(130), 하나 이상의 인출 개구부, 하나 이상의 복귀 유입구 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그리고 선택적으로 열 메커니즘(들)(134)을 포함할 수 있다.
상기 용융 트레이(118)는, 액체 및/또는 슬러리 혼합물을 수집할 수 있다. 상기 용융 트레이(118)는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 적어도 일부를 상기 하부 섹션(106)으로부터 분할한다. 상기 용융 트레이(118)는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥(45)에 놓인다.
하나 이상의 버블 캡(132)은, 상기 하부 섹션(106)으로부터 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로 상승하는 증기 스트림을 위한 채널로서 작용할 수 있다. 상기 버블 캡(132)은, 라이저(riser; 140) 위로, 그리고 이어서 상기 라이저(140)의 아래와 주위에서, 상기 용융 트레이(118)로의 상기 증기 스트림을 위한 경로를 제공할 수 있다. 상기 라이저(140)는, 캡(141)에 의해 덮인다. 상기 캡(141)은, 액체(130)가 상기 라이저 내로 이동하는 것을 방지하며, 그리고 또한, 고체가 상기 라이저(140) 내로 이동하는 것을 방지하는 데 도움을 준다. 상기 버블 캡(132)을 통한 상기 증기 스트림의 횡단은, 상기 증기 스트림이 상기 용융 트레이 조립체(139) 내부의 액체(130)로 열을 전달하는 것을 허용한다.
하나 이상의 가열 메커니즘(134)은, 고체를 액체 및/또는 슬러리 혼합물로 용융시키는 것을 용이하게 하기 위해, 상기 액체(130)를 추가로 가열한다. 상기 가열 메커니즘(들)(134)은, 상기 용융 트레이 조립체(139) 내의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 가열 메커니즘(134)은, 버블 캡(132) 주위에 위치될 수 있다. 상기 가열 메커니즘(134)은, 가열 코일과 같은 임의의 적절한 메커니즘일 수 있다. 상기 가열 메커니즘(134)의 열원은, 임의의 적절한 열원일 수 있다.
상기 용융 트레이 조립체 내의 액체(130)는, 상기 증기 스트림에 의해 가열된다. 상기 액체(130)는 또한, 상기 하나 이상의 가열 메커니즘(134)에 의해 가열될 수 있다. 상기 액체(130)는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 내에서 형성되는 고체를 액체 및/또는 슬러리 혼합물로 용융시키는 것을 돕는다. 특히, 상기 증기 스트림에 의해 전달되는 열은, 그로 인해 상기 열이 고체를 용융시키는 것을 가능하게 하도록, 상기 액체를 가열한다. 상기 액체(130)의 온도는, 상기 고체를 용융시키기에 충분한 수준일 수 있다.
열교환기(100)의 열 듀티 사이클은, 가장 효율적인 작동을 제공하기 위해 최대화될 수 있다. 예방 조치로서, 급송 가스 바이패스 라인(147) 및 바이패스 밸브(148)가, 그로 인해 급송 가스의 온도를 증가시키도록, 급송 가스(10)가 상기 열교환기(100)를 우회하는 것을 허용하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 옵션은, 액체(130)의 액체 레벨 위로 급송 가스를 도입하는 급송 가스 라이저들이 낮은 CO2 환경에서 고체 CO2로 인한 오염을 경험하는 경우에, 사용될 수 있다.
상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)은 또한, 스프레이 조립체(129)를 포함할 수 있다. 상기 스프레이 조립체(129)는, 상기 하부 섹션(40)으로부터 상승하는 증기 스트림을 냉각시킨다. 상기 스프레이 조립체(129)는, 상기 증기 스트림을 냉각시키기 위해 상기 증기 스트림 상에 상기 증기 스트림보다 더 차가운 액체를 분무한다. 상기 스프레이 조립체(129)는, 상기 상부 섹션(39) 내부에 놓인다. 상기 스프레이 조립체(129)는, 상기 하부 섹션(40) 내부에 놓이지 않는다. 상기 스프레이 조립체(129)는, 상기 용융 트레이 조립체(139) 위에 놓인다. 즉, 상기 용융 트레이 조립체(139)는, 상기 스프레이 조립체(129) 아래에 놓인다.
상기 스프레이 조립체(129)는, 하나 이상의 스프레이 노즐(120)을 포함한다(도 1 내지 도 4). 각각의 스프레이 노즐(120)은, 상기 증기 스트림 상에 액체를 분무한다. 상기 스프레이 조립체(129)는 또한, 상기 액체를 펌핑하는 스프레이 펌프(128)를 포함할 수 있다(도 1 내지 도 4). 스프레이 펌프(128) 대신에, 중력이, 액체 내에서 유동을 유발할 수 있다.
상기 스프레이 조립체(129)에 의해 분무되는 액체는, 고체가 형성되는 온도 및 압력에서, 상기 증기 스트림과 접촉한다. 주로 오염 물질을 함유하는 고체는, 상기 분무된 액체가 상기 증기 스트림과 접촉할 때, 형성된다. 상기 고체는, 상기 용융 트레이 조립체(139)를 향해 낙하한다.
상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 온도는, 상기 증기 스트림이 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥으로부터 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 상부로 이동함에 따라, 냉각된다. 상기 증기 스트림 내의 메탄은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로부터 상기 상부 섹션(110)으로 상승한다. 일부 오염 물질은, 상기 메탄 내에 잔류할 수 있으며 그리고 또한 상승할 수 있다. 상기 증기 스트림 내의 오염 물질은, 더 낮은 온도에 의해 응축되거나 고화되는 경향이 있으며, 그리고 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥으로 낙하한다.
상기 고체는, 상기 액체(130) 내에 있을 때, 액체 및/또는 슬러리 혼합물을 형성한다. 상기 액체 및/또는 슬러리 혼합물은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로부터 상기 하부 섹션(106)으로 유동한다. 상기 액체 및/또는 슬러리 혼합물의 적어도 일부가, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥으로부터 상기 하부 섹션(106)의 상부로 라인(22)을 통해 유동한다(도 1 내지 도 4). 상기 라인(22)은, 외부 라인일 수 있다. 상기 라인(22)은 상기 증류탑(104, 204)으로부터 연장될 수 있다. 상기 라인(22)은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)으로부터 연장될 수 있다. 상기 라인은, 상기 하부 섹션(106)으로 연장될 수 있다. 상기 라인(22)은, 상기 증류탑(104, 204)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 내에서 상승하며 그리고 고체를 형성하지 않거나 그렇지 않은 경우 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥으로 낙하하지 않는, 증기 스트림은, 상기 상부 섹션(110)으로 상승한다. 상기 상부 섹션(110)은, 고체가 형성되지 않는 온도, 압력 및 오염물 농도에서 작동한다. 상기 상부 섹션(110)은, 상기 오염 물질로부터 메탄을 분리시키기 위해 상기 증기 스트림을 냉각하도록 구성 및 배치된다. 상기 상부 섹션(110) 내의 환류는, 상기 증기 스트림을 냉각시킨다. 상기 환류는, 라인(18)을 통해 상기 상부 섹션(110) 내로 도입된다. 라인(18)은, 상기 상부 섹션(110)으로 연장될 수 있다. 라인(18)은, 상기 증류탑(104, 204)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다.
상기 상부 섹션(110) 내에서 환류와 접촉한 후, 상기 급송 스트림은, 증기 스트림 및 액체 스트림을 형성한다. 상기 증기 스트림은 주로 메탄을 포함한다. 상기 액체 스트림은, 상대적으로 더 많은 오염 물질을 포함한다. 상기 증기 스트림은, 상기 상부 섹션(110) 내에서 상승하며, 그리고 상기 액체는, 상기 상부 섹션(110)의 바닥으로 낙하한다.
상기 스트림이 상기 환류와 접촉할 때 상기 오염 물질로부터의 상기 메탄의 분리를 용이하게 하기 위해, 상기 상부 섹션(110)은, 하나 이상의 질량 전달 장치(176)를 포함할 수 있다. 각각의 질량 전달 장치(176)는, 상기 오염 물질로부터 상기 메탄을 분리시키는 것을 돕는다. 각각의 질량 전달 장치(176)는, 천공부들을 갖는 트레이, 또는 상기 증기 상 및 액체 상의 접촉을 용이하게 하는 무작위 또는 구조화된 패킹의 섹션과 같은, 임의의 적절한 분리 장치를 포함할 수 있다.
상승 후, 상기 증기 스트림은, 라인(14)을 통해 상기 증류탑(104, 204)을 빠져나갈 수 있다. 상기 라인(14)은, 상기 상부 섹션(110)의 상측 부분으로부터 나올 수 있다. 상기 라인(14)은, 상기 상부 섹션(110)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다. 라인(14)으로부터의, 상기 증기 스트림은, 응축기(122)(예를 들어, 열교환기)에 진입할 수 있다. 상기 응축기(122)는, 냉각된 스트림을 형성하기 위해 상기 증기 스트림을 냉각시킨다. 상기 응축기(122)는, 상기 스트림을 적어도 부분적으로 응축시킨다. 상기 응축기(122)를 빠져나온 후, 상기 냉각된 스트림은, 분리기(124)에 진입할 수 있다. 상기 분리기(124)는, 상기 증기 스트림을 액체 및 증기 스트림으로 분리시킨다. 상기 분리기는, 환류 드럼과 같이, 스트림을 액체 스트림 및 증기 스트림으로 분리시킬 수 있는 임의의 적합한 분리기일 수 있다. 일단 분리되면, 상기 증기 스트림은, 출력 생성물로서 상기 분리기(124)를 빠져나갈 수 있다. 상기 출력 생성물은, 후속 판매를 위해 파이프라인으로 및/또는 LNG로의 응축을 위해, 라인(16)을 통해 이동할 수 있다. 일단 분리되면, 상기 액체 스트림은, 환류로서 라인(18)을 통해 상기 상부 섹션(110)으로 복귀할 수 있다. 상기 환류는, 환류 펌프(150)(도 1 및 도 3) 또는 중력(도 2 및 도 4)과 같은, 임의의 적절한 메커니즘을 통해 상기 상부 섹션(110)으로 이동할 수 있다.
상기 상부 섹션(110)의 바닥으로 낙하하는 액체 스트림(즉, 동결 구역 액체 스트림)은, 상기 상부 섹션(110)의 바닥에 수집된다. 상기 액체는, 상기 트레이(183)(도 1 및 도 3) 상에 또는 상기 상부 섹션(110)의 최하부 부분(도 2 및 도 4)에 수집될 수 있다. 상기 수집된 액체는, 라인(20)(도 1 및 도 3) 또는 액체 배출구 바닥(260)(도 2 및 도 4)을 통해, 상기 증류탑(104, 204)을 빠져나갈 수 있다. 상기 라인(20)은, 상기 상부 섹션(110)으로부터 나올 수 있다. 상기 라인(20)은, 상기 상부 섹션(110)의 하단부로부터 나올 수 있다. 상기 라인(20)은, 상기 상부 섹션(110)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다.
상기 라인(20) 및/또는 액체 배출구 바닥(260)은, 라인(41)에 연결된다. 상기 라인(41)은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 내의 스프레이 조립체(129)로 이어진다. 상기 라인(41)은, 유지 용기(126)로부터 나온다(도 1 및 도 3). 상기 라인(41)은, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 외부 표면으로 연장될 수 있다.
상기 라인(20) 및/또는 액체 배출구 바닥(260)은, 상기 라인(41)에 직접적 또는 간접적으로 연결될 수 있다(도 1 내지 도 4). 상기 라인(20) 및/또는 액체 배출구 바닥(260)이 상기 라인(41)에 직접 연결될 때, 액체 분무는, 상기 스프레이 펌프(128) 또는 중력과 같은, 임의의 적절한 메커니즘을 통해 상기 스프레이 노즐(들)(120)로 펌핑될 수 있다. 상기 라인(20) 및/또는 액체 배출구 바닥(260)이 상기 라인(41)에 간접적으로 연결될 때, 상기 라인들(20, 41) 및/또는 액체 배출구 바닥(260) 및 라인(41)은, 유지 용기(126)에 직접적으로 연결될 수 있다(도 1 및 도 3). 상기 유지 용기(126)는, 상기 액체가 상기 노즐(들)에 의해 분무되기 전에, 상기 액체 분무의 적어도 일부를 수용할 수 있다. 상기 액체 분무는, 상기 스프레이 펌프(128)(도 1 내지 도 4) 또는 중력과 같은, 임의의 적절한 메커니즘을 통해, 상기 유지 용기(126)로부터 상기 스프레이 노즐(들)(120)로 펌핑될 수 있다. 상기 유지 용기(126)는, 상기 상부 섹션(110)의 바닥에 상기 스프레이 노즐들(120)에 급송하기에 충분한 양의 액체 스트림이 존재하지 않을 때, 필요할 수 있을 것이다.
분리 시스템들(101, 201, 301, 401)의 다양한 구성 요소들이 그들의 급송 스트림들의 온도를 감소시키기 위해 작용한다는 사실을 이해해야 한다. 이와 같은 구성 요소들은, 열교환기(100) 및 응축기(122)를 포함한다. 예를 들어, 열교환기(100)는, 급송 스트림(10)이 상기 증류탑(104, 204)에 진입하기 전에 상기 급송 스트림(10)의 온도를 낮출 수 있다. 다른 예로서, 라인(14)으로부터의 증기 스트림은, 상기 증기 스트림을 냉각시키며 그리고 상기 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 응축기(122)에 진입할 수 있다. 상기 응축기(122)를 빠져 나온 후, 상기 냉각된 증기 스트림은, 분리기(124)에 진입할 수 있다. 이와 같은 각각의 온도 감소 구성 요소는, 상기 각각의 급송 스트림의 온도를 감소시키기 위한 히트 싱크를 제공하기 위해, 냉각 유체 스트림을 활용할 수 있을 것이다.
본 개시의 부분들이, LNG의 재-기화를 위한 시스템 및 방법에 관련된다. LNG 재-기화 시스템(502)의 단순화된 도해가 도 5에 도시되어 있다. 일반적으로, 재-기화는, LNG를 액체 상태로부터 기체 상태로 변환한다. 도시된 바와 같이, 재-기화 시스템(502)은, 저장 탱크(510)(예를 들어, 육상, 선박 또는 철도 차량 상의 탱크), 펌프(520)(예를 들어, 고압 펌프), 및 기화기(530)를 포함한다. 재-기화 프로세스는 일반적으로, 펌프(520)의 작용에 의해 액체 상태 LNG를 상기 저장 탱크(510)로부터 상기 기화기(530)로 운송한다. 예를 들어, 펌프(520)는, 저장 탱크(510)로부터 라인(51)을 통해 액체 상태 LNG를 끌어들인다. 라인(51) 내의 액체 상태 LNG는, 약 - 270 ℉ 내지 약 - 250 ℉ 범위의 온도, 또는 보다 구체적으로 약 - 162 ℃(- 260 ℉)의 온도에 놓일 수 있다. 이어서, 펌프(520)는, 라인(52)을 통해 상기 액체 상태 LNG를 기화기(530)로 안내한다. 기화기(530)에서, 열원(예를 들어, 열교환기)이, 상기 액체 상태 LNG를 재-기화하기 위해 사용된다. 기화기(530)는, 약 - 100 ℃ 초과, 또는 가능하면 약 - 50 ℃ 초과의 온도로 가열함으로써, LNG를 기체 상태로 변환한다. 예를 들어, 주변 공기 또는 해수가, 상기 LNG를 기체 상태로 가열하기 위해 사용될 수 있다. 상기 기체 상태의 LNG(또는 간단히 "천연 가스")는, 약 - 100 ℃ 이상의, 또는 가능하면 약 - 45.5 ℃(- 50 ℉)의, 온도에 놓일 수 있다. 상기 천연 가스는, 소비되거나 저장되도록, 라인(53)을 통해 전달될 수 있을 것이다.
일부 실시예들은, 가스 급송 스트림(예를 들면, 사워 가스, 연도 가스)으로부터 오염 물질을 분리시키기 위한 그리고 LNG의 재-기화하기 위한 통합된 시스템 및 방법을 제공한다. 통합은, 비용을 감소시키고, 복잡성을 감소시키며, 지리적 점유공간을 감소시키고, 낭비를 감소시키며, 전반적인 투자 수익을 개선하고, 확장성을 개선하며, 및/또는 탄화수소 처리 작업을 위한 잉여성 및 탄력성을 제공한다. 제어된 동결 구역 섹션을 사용하여 극저온 증류탑을 운영하는 비용이, 냉각 시스템을 LNG 재-기화 시스템과 통합함으로써, 약 25% 내지 약 75%까지 감소시킬 수 있다고, 현재 믿어진다.
도 6은 예시적인 통합된 분리 및 재-기화 시스템(603)을 도시한다. 예시된 바와 같이, 시스템(603)은 개괄적으로, LNG 재-기화 시스템(502)의 구성 요소들 및 분리 시스템(201)의 구성 요소들을 포함한다. 다음의 논의는, 분리 시스템들(101, 201, 301, 401) 중 임의의 것을 포함하는 임의의 분리 시스템에 동등하게 적용 가능하다는 것이, 인식되어야 한다. 그러나, 단순화를 위해, 단지 분리 시스템(201)만이, 상세하게 논의될 것이다. 분리 시스템(201)에서와 같이, 통합된 시스템(603)은, 탈수 유닛(261)을 포함할 수 있다. 급송 스트림(10)(예를 들어, 사워 가스 급송 스트림)이, 급송 스트림(11)으로서 상기 열교환기(600)에 진입하기 전에, 탈수 유닛(261)에 진입할 수 있다. 상기 탈수 유닛(261)은, 별도의 수상이 나머지의 프로세스 동안 하류의 어떤 지점에서도 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 상기 급송 스트림(10)을 충분히 낮은 이슬점으로 탈수시킨다. 상기 탈수 유닛(261)은, 분자체 또는 글리콜 탈수 유닛과 같은, 임의의 적절한 탈수 메커니즘일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 탈수 유닛(261)은, 예를 들어 급송 스트림(10)이 이미 충분히 낮은 이슬점을 가질 때, 생략될 수 있다.
분리 시스템(201)과 유사하게, 통합된 시스템(603)은, 열교환기(600)를 포함할 수 있다. 상기 급송 스트림(11)은, 상기 증류탑(204)에 진입하기 전에, 상기 열교환기(600)에 진입할 수 있다. 상기 급송 스트림(11)은, 상기 열교환기(600) 내에서 상기 증류탑(204) 내로 도입하기에 적합한 온도 레벨(예를 들어, 약 - 62 ℃ 내지 약 - 35 ℃(약 - 80 ℉ 내지 약 - 30 ℉), 또는 특히 약 - 51 ℃(- 60 ℉))로 냉각될 수 있다. 상기 열교환기(600)를 빠져나가면, 급송 스트림 라인(12)은, 상기 증류탑에 진입하기 전에 상기 증류탑(204)의 외부 표면으로 연장될 수 있다. 열교환기(600)를 위한 냉각 유체 스트림이, 재-기화 시스템(502)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, (약 - 170 ℃ 내지 약 - 30 ℃, 또는 보다 구체적으로 약 - 162 ℃의 온도의) 액체 상태 LNG는, 라인(64)을 통해 열교환기(600)로 전달될 수 있다. 저장 탱크(510)로부터의 라인(64) 내의 액체 상태 LNG는, 상기 급송 스트림(11)을 위한 냉각 유체 스트림으로 작용할 수 있다. 달리 말하면, 급송 스트림(11)은, 라인(64) 내의 액체 상태 LNG를 기화시키는 것을 돕기 위한 열원으로서 작용할 수 있다. 따라서, 상기 열교환기(600)는 또한, 기화기(631)로서 기능할 수 있거나 및/또는 기화기(631)로서 지칭될 수 있다. 액체 상태 LNG는, 기화기(631)에서 기체 상태 LNG로 부분적으로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 라인(65)이, 액체 상태 LNG와 기체 상태 LNG 양자 모두를 저장 탱크(510)로 복귀시킨다. 일부 실시예들에 있어서, 저장 탱크(510) 및/또는 그의 관련 구성 요소들은, 라인(65)으로부터의 임의의 기체 상태 LNG를 연료로서 활용할 수 있다. 예를 들어, 저장 탱크(510)는, 선박 상에 위치할 수 있으며, 그리고 라인(65)으로부터의 기체 상태 LNG는, 선박의 엔진을 위한 연료로서 활용될 수 있다. 다른 예로서, 저장 탱크(510)는, 연관된 펌프, 압축기, 및/또는 응축기를 활용할 수 있으며, 그리고 라인(65)으로부터의 기체 상태 LNG는, 연관된 펌프, 압축기, 및/또는 응축기를 위한 연료로서 활용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 라인들(64 및 65) 내의 액체 상태 LNG는, 중간 냉각 매체(예를 들면, 에탄, 프로판, R-134A와 같은 클로로플루오로카본 냉매)를 냉각시킬 수 있으며, 그리고 이어서 상기 중간 냉각 매체는, 열교환기(600) 내에서 냉각 유체로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 상기 중간 냉각 매체는, 상기 라인들(64 및 65) 내의 액체 상태 LNG와 상기 중간 냉각 매체 사이에 중간 열교환기를 구비하는, 폐쇄된 냉매 루프에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 라인(64) 내의 액체 상태 LNG는, 열교환기/기화기(600/631)로 전달되기 전에, 전달 압력으로 펌핑될 수 있을 것이다.
분리 시스템(201)과 유사하게, 통합된 시스템(603)은, 증기 스트림이 상기 증류탑(204)의 상부 섹션(110)을 빠져나가도록 하기 위한 라인(14)을 포함할 수 있다. 상기 라인(14)은, 상기 상부 섹션(110)의 상부로부터 나올 수 있다. 상기 라인(14)은, 상기 상부 섹션(110)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다. 라인(14)으로부터의, 상기 증기 스트림은, 열교환기(622)에 진입할 수 있다. 상기 열교환기(622)는, 라인(15)을 통해 열교환기(622)를 빠져나가는 냉각된 스트림을 형성하기 위해 상기 증기 스트림을 냉각시킨다. 상기 열교환기(622)는, 상기 증기 스트림을 적어도 부분적으로 응축시킨다. 열교환기(622)를 위한 냉각 유체 스트림이, 재-기화 시스템(502)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, (약 - 170 ℃ 내지 약 - 30 ℃, 또는 보다 구체적으로 약 - 162 ℃의 온도의) 액체 상태 LNG가, 라인(62)을 통해 열교환기(622)로 전달될 수 있다. 라인(62) 내의 액체 상태 LNG는, 라인(14) 내의 증기 스트림을 위한 냉각 유체 스트림으로서 작용할 수 있다. 달리 말하면, 라인(14) 내의 증기 스트림은, 라인(62) 내의 상기 액체 상태 LNG를 기화시키도록 돕기 위한 열원으로서 작용할 수 있다. 따라서, 상기 열교환기(622)는 또한, 기화기(632)로서 기능할 수 있거나 및/또는 기화기(632)로서 지칭될 수 있다. 액체 상태 LNG는, 적어도 부분적으로 기화기(632) 내에서 기체 상태 LNG로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 라인(63)이, 열교환기(622)로부터의 냉각된 스트림과 조합하기 위해, 기화기(632)로부터 라인(15)으로 액체 상태 LNG 및 기체 상태 LNG 양자 모두를 운송한다. 일부 실시예들(도시되지 않음)에 있어서, 라인(63)은, 분리기(124)로부터 분리된 증기 스트림과 조합하기 위해, 기화기(632)로부터의 액체 상태 LNG 및 기체 상태 LNG 양자 모두를 라인(16) 내의 출력 생성물로 이송한다.
열교환기(622)로부터의 냉각된 스트림 및 기화기(632)로부터의 액체 상태 LNG 및 기체 상태 LNG를 포함하는, 조합된 스트림은, 분리기(124)에 진입하도록 라인(15)을 통해 이동할 수 있다. 상기 분리기(124)는, 상기 조합된 스트림을 액체 스트림과 증기 스트림으로 분리시킨다. 상기 분리기는, 환류 드럼과 같은, 조합된 스트림을 액체 스트림 및 증기 스트림으로 분리시킬 수 있는, 임의의 적합한 분리기일 수 있다. 일단 분리되면, 분리된 증기 스트림은, 출력 생성물로서 상기 분리기(124)를 빠져나갈 수 있다. 상기 출력 생성물은, (예를 들어, 파이프라인을 통한) 후속 기체 운송 및/또는 LNG로의 응축을 위해 라인(16)을 통해 이동할 수 있다. 일단 분리되면, 상기 분리된 액체 스트림은, 환류로서 라인(18)을 통해 상기 상부 섹션(110)으로 복귀할 수 있다. 상기 환류는, 환류 펌프(150) 및/또는 중력과 같은, 임의의 적절한 메커니즘을 통해 상기 상부 섹션(110)으로 이동할 수 있다. 통합된 시스템(603)의 환류는, 분리 시스템(201)의 환류와는 달리, 저장 탱크(510)로부터의 LNG와 같이 유래된 액체를 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 일부 실시예들에 있어서, 분리기(124) 및/또는 그의 관련 구성 요소들은, 라인(15)으로부터의 임의의 기체 상태 LNG를 연료로서 활용할 수 있다. 예를 들어, 분리기(124)는, 관련 펌프, 압축기, 및/또는 응축기를 활용할 수 있으며, 그리고 라인(15)으로부터의 기체 상태 LNG는, 관련 펌프(예를 들어, 환류 펌프(150)), 압축기, 및/또는 응축기를 위한 연료로서 활용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 라인(16) 내의 출력 생성물은, 특정 범위(예를 들어, 약 1.5% 내지 약 2.5%, 또는 보다 구체적으로 약 1.9% 내지 약 2.1%) 이내의 CO2의 분량(fractional amount)을 함유할 수 있다. 예를 들어, 열교환기/기화기(622/632) 및/또는 분리기(124)는, 특정 범위의 CO2의 분량을 갖는 라인(16) 내의 출력 생성물을 생성하기 위해, 라인(14) 내의 증기 스트림과 라인(63) 내의 액체 상태/기체 상태 LNG의 혼합물을 생성하도록 작용할 수 있다. 예를 들어, 상기 증류탑(204)의 설정값 및/또는 작동 매개 변수들은, 라인(14) 내의 증기 스트림 내의 CO2의 양에 영향을 미치기 위해 분리 효율을 제어하도록 특정될 수 있다. 다른 예로서, 라인(62) 내의 액체 상태 LNG의 유량은, 라인(14) 내의 증기 스트림 내의 CO2의 양에 영향을 미치도록 제어될 수 있다. 다른 예로서, LNG의 슬립 스트림이, CO2 함량을 희석시키기 위해, 저장 탱크(510)에서 나오고, 기화되며, 그리고 라인(16) 내의 출력 생성물과 혼합될 수 있을 것이다. 이러한 기술들 중 임의의 기술 또는 모두가, 다양한 실시예들에서, 라인(16) 내의 출력 생성물 내의 CO2의 분량에 영향을 미치기 위해 활용될 수 있을 것이다.
도 7은 다른 예시적인 통합된 분리 및 재-기화 시스템(703)을 도시한다. 통합된 시스템(603)과 마찬가지로, 통합된 시스템(703)은, 탈수 유닛(261)을 포함할 수 있다. 급송 스트림(10)(예를 들어, 사워 가스 급송 스트림)은, 급송 스트림(11)으로서 상기 열교환기(600)에 진입하기 전에, 상기 탈수 유닛(261)에 진입할 수 있다. 상기 탈수 유닛(261)은, 별도의 수상이 나머지의 프로세스 동안 하류의 어떠한 지점에서도 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 상기 급송 스트림(10)을 충분히 낮은 이슬점으로 탈수한다. 상기 탈수 유닛(261)은, 분자체 또는 글리콜 탈수 유닛과 같은, 임의의 적절한 탈수 메커니즘일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 예를 들어 급송 스트림(10)이 이미 충분히 낮은 이슬점을 갖는 경우, 탈수 유닛(261)은 생략될 수 있다.
통합된 시스템(603)과 유사하게, 통합된 시스템(703)은, 열교환기(600)를 포함할 수 있다. 상기 급송 스트림(11)은, 상기 증류탑(204)에 진입하기 전에, 상기 열교환기(600)에 진입할 수 있다. 상기 급송 스트림(11)은, 상기 열교환기(600) 내에서 상기 증류탑(204) 내로 도입하기에 적합한 온도 레벨(예를 들어, 약 - 62 ℃ 내지 약 - 35 ℃(약 - 80 ℉ 내지 약 - 30 ℉), 또는 특히 약 - 51 ℃(- 60 ℉))로 냉각될 수 있다. 상기 열교환기(600)를 빠져나갈 때, 급송 스트림 라인(12)은, 상기 증류탑에 진입하기 전에, 상기 증류탑(204)의 외부 표면으로 연장될 수 있다. 열교환기(600)를 위한 냉각 유체 스트림은, 액체 상태 LNG에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, (약 - 170 ℃ 내지 약 - 30 ℃, 또는 보다 구체적으로 약 - 162 ℃의 온도의) 액체 상태 LNG는, 저장 탱크(510)로부터 열교환기(600)로 라인(72)을 통해 전달될 수 있다. 라인(72) 내의 액체 상태 LNG는, 급송 스트림(11)을 위한 냉각 유체 스트림으로서 작용할 수 있다. 달리 표현하면, 급송 스트림(11)은, 라인(72) 내의 액체 상태 LNG를 기화시키는 것을 돕기 위한 열원으로서 작용할 수 있다. 따라서, 상기 열교환기(600)는, 또한 기화기(631)로서 기능할 수 있거나 및/또는 기화기(631)로서 지칭될 수 있다. 펌프(520)가, 저장 탱크(510)로부터 라인(71)을 통해 액체 상태 LNG를 끌어낼 수 있다. 그 다음, 펌프(520)는, 라인(72)을 통해 액체 상태 LNG를 기화기(631)로 안내할 수 있다. 액체 상태 LNG는, 기화기(631)에서 적어도 부분적으로 기체 상태 LNG로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 라인(73)은, 액체 상태 LNG와 기체 상태 LNG 양자 모두를 증류탑(204)의 상부 섹션(110)으로 운송한다. 라인(73)으로부터의 LNG는, 상기 상부 섹션(110) 및 내부의 임의의 유체를 냉각시키는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 라인(73)으로부터의 LNG는, 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)에서 상승하며 그리고 고체를 형성하지 않거나 그렇지 않은 경우 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108)의 바닥으로 낙하하지 않는, 증기 스트림을 냉각할 수 있다. 또한, 라인(73)으로부터의 LNG는, 오염 물질로부터 메탄을 분리시키기 위해, 상기 상부 섹션(110)을 냉각할 수 있다. 분리 시스템(201) 및/또는 통합된 시스템(603)과 비교하여, 통합된 시스템(703)은, 상부 섹션(110)을 냉각하기 위해 라인(73)으로부터의 LNG만을 사용할 수 있으며, 이에 따라 응축기(122), 열교환기(622), 분리기(124), 환류 펌프(150) 및/또는 그들과 관련된 임의의 라인들을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 증류탑(204) 및/또는 그의 관련 구성 요소들은, 라인(73)으로부터의 임의의 기체 상태 LNG를 연료로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 증류탑(204)은, 관련 펌프, 압축기, 및/또는 응축기를 활용할 수 있으며, 그리고 라인(73)으로부터의 기체 상태 LNG는, 관련 펌프, 압축기 및/또는 응축기를 위한 연료로서 활용될 수 있다.
도 8은 다른 예시적인 통합된 분리 및 재-기화 시스템(804)을 도시한다. 통합된 시스템들(603, 703)과 마찬가지로, 통합된 시스템(804)은, 가스 급송 스트림에서 오염 물질을 분리시키고 LNG를 재-기화시킬 수 있다. 통합된 시스템(804)의 경우, 입력 가스 급송 스트림(80)은, 약 2% 내지 약 70%의 CO2 농도를 가질 수 있다. 예를 들어, 입력 가스 급송 스트림(80)은, 연도 가스(예를 들어, 발전소의 출력물)일 수 있다. 다른 예로서, 입력 가스 급송 스트림(80)은, 통합된 시스템들(603 및 703)에 대한 입력 급송 스트림에 적용될 수 있는 것보다 다소 낮은 CO2 농도를 갖는 관련 가스일 수 있다. (예를 들면, 멤브레인 필터 또는 용매 필터를 포함하는) 필터 시스템(840)이, 급송 스트림(80)을 천연 가스 스트림(81)과 CO2 농축 스트림(82)으로 분리시킬 수 있다.
천연 가스 스트림(81)은, 수증기 및 탄화수소 성분(예를 들어, 에탄, 메탄)을 포함할 수 있다. 탈수 유닛(261)이, 별도의 수상이 하류의 임의의 지점에서 형성되지 않는 것을 보장하기 위해, 충분히 낮은 이슬점으로 상기 천연 가스 스트림(81)을 탈수시킬 수 있다. 상기 탈수 유닛(261)은, 분자체 또는 글리콜 탈수 유닛과 같은, 임의의 적절한 탈수 메커니즘일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 예를 들어 천연 가스 스트림(81)이 이미 충분히 낮은 이슬점을 갖는 경우, 탈수 유닛(261)은 생략될 수 있다. 탈수된 스트림(83)은, 출력 생성물로서 상기 탈수 유닛(261)을 빠져나갈 수 있다. 상기 출력 생성물은, 파이프라인으로의 후속 판매 및/또는 LNG로의 응축을 위해 라인(16)을 통해 이동할 수 있다.
현재, 액체 상태의 CO2를 펌핑하는 것이 기체 상태의 CO2를 펌핑하는 것보다 약 50% 내지 약 80% 더 적은 주입 마력을 수반할 수 있다고 믿어진다. 따라서, 저장 및/또는 수송을 위한 준비로, CO2 농축 스트림(82)은, 압축기(850)에서 압축되어 압축 급송 스트림(84)을 형성할 수 있으며, 그리고 이어서, 급송 스트림(84)은, 냉각된 스트림(85)을 형성하기 위해 열교환기(823)에서 냉각될 수 있다. 냉각된 스트림(85)은, 액체 상태의 CO2를 포함할 수 있다. 열교환기(823)는, 응축기일 수 있다. 열교환기(823)는, 약 - 57 ℃(- 70 ℉)의 온도 및 약 80 psia 초과의 압력에서 냉각된 스트림(85)을 출력할 수 있다. 다음에, 액체 CO2 펌프(870)가, 냉각된 스트림(85)을 라인(86)을 통해 저장 및/또는 수송 설비(880)(예를 들어, 주입정)로 펌핑할 수 있다.
열교환기(823)를 위한 냉각 유체 스트림이, 액체 상태 LNG에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, (약 - 170 ℃ 내지 약 - 30 ℃, 또는 보다 구체적으로 약 - 162 ℃의 온도의) 액체 상태 LNG가, 라인(72)을 통해 저장 탱크(510)로부터 열교환기(823)로 전달될 수 있다. 라인(72) 내의 액체 상태 LNG는, 급송 스트림(84)에 대한 냉각 유체 스트림으로 작용할 수 있다. 달리 말하면, 급송 스트림(84)은, 라인(72) 내의 상기 액체 상태 LNG를 기화시키는 것을 돕기 위한 열원으로서 작용할 수 있다. 따라서, 상기 열교환기(823)는 또한, 기화기(833)로서 기능할 수 있고 및/또는 기화기(833)로서 지칭될 수 있다. 펌프(520)는, 라인(71)을 통해 저장 탱크(510)로부터 액체 상태 LNG를 끌어올 수 있다. 그 다음, 펌프(520)는, 라인(72)을 통해 상기 액체 상태 LNG를 기화기(833)로 안내할 수 있다. 액체 상태 LNG는, 기화기(833)에서 적어도 부분적으로 기체 상태 LNG로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 라인(87)은, 상기 탈수된 스트림(83)과 조합하기 위해, 액체 상태 LNG와 기체 상태 LNG 양자 모두를 기화기(833)로부터 라인(16)으로 이송한다. 탈수 유닛(261)으로부터의 탈수된 스트림 및 기화기(833)로부터의 액체 상태 LNG 및 기체 상태 LNG를 포함하는, 상기 조합된 스트림은, 출력 생성물로서 라인(16)을 통해 이동할 수 있다. 상기 출력 생성물은, (예를 들어, 파이프라인을 통한) 후속 기체 수송 및/또는 LNG로의 응축을 위해 라인(16)을 통해 이동할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 통합된 분리 및 재-기화 시스템이, LNG 재-기화 터미널과 함께 배치된 증류탑을 포함할 수 있다. 예를 들어, LNG 기화로부터의 냉각 에너지는, 사워 가스 급송물로부터 오염 물질(예를 들면, CO2, H2S)을 분리시키기 위한 증류 프로세스에서 냉각을 대체하는 데 활용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, LNG를 기화시키기 위한 열교환기들은, 상기 제어된 동결 구역 시스템의 냉각 구성 요소들로서 공유될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 분리 시스템을 위한 모든 독립적인 냉각 및 열교환기가, 제거될 수 있으며, 이는 공유 열교환기로 대체될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 통합된 시스템은, 육지에 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 통합된 시스템은, 생산 현장에서 약 300 km 내지 약 500 km 이내에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 상기 통합된 시스템은, 사워 가스를 폐기물로서 방출하는 연소 플랜트에서 약 300 km 내지 약 500 km 이내에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 통합된 시스템은, 연안 부유 선박 상에 전개될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 통합된 시스템은, 상이한 CO2-함유 생산 현장들 사이에서 이동하도록 구성될 수 있다.
개시된 양태들은, 탄화수소 관리 활동에 사용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은, "탄화수소 관리" 또는 "탄화수소들을 관리하는"은, 탄화수소 추출, 탄화수소 생산, 탄화수소 탐사, 잠재적 탄화수소 자원 식별, 유정 위치 식별, 유정 주입 및/또는 추출 속도 결정, 저장소 연결 식별, 획득, 탄화수소 자원 처분 및/또는 포기, 종래 탄화수소 관리 결정 검토 및 기타 탄화수소 관련 행위 또는 활동을 포함한다. 상기 "탄화수소 관리"라는 용어는 또한, 탄화수소 또는 CO2의 주입 또는 저장, 예를 들어 저장소 평가, 개발 계획 및 저장소 관리와 같은 CO2 격리에 대하여도 사용될 수 있다. 상기 개시된 방법론 및 기술은, 예를 들어, 지하 영역으로부터 추출된 급송 스트림에서 탄화수소를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 추출된 급송 스트림은, 상기 증류탑(104, 204)에서 처리될 수 있고, 탄화수소 및 오염 물질로 분리될 수 있다. 상기 분리된 탄화수소는, 상기 증류탑의 상기 중간 제어된 동결 구역 섹션(108) 또는 상기 상부 구역(110)을 빠져나갈 수 있다. 빠져나가는 상기 탄화수소의 일부 또는 전부가, 생산된다. 탄화수소 추출은, 예를 들어 지하 영역으로부터 상기 급송 스트림을 제거하기 위해 수행될 수 있으며, 이는 유정 시추 장비를 사용하여 유정을 시추함으로써 달성될 수 있다. 유정을 시추하고 및/또는 탄화수소를 추출하기 위해 사용되는 장비 및 기술은, 관련 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려져 있다. 기타 탄화수소 추출 활동 및 보다 일반적으로 기타 탄화수소 관리 활동은, 알려진 원리에 따라 수행될 수 있다.
상술된 내용에 대한 수많은 변경, 수정 및 대안이, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 상술된 설명은, 본 개시의 범위를 제한하려는 의도를 갖지 아니한다. 오히려, 본 개시의 범위는, 첨부된 청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 결정되어야 한다. 또한, 본 실시예들에 있어서의 구조 및 특징들은, 서로 변경, 재배치, 대체, 삭제, 복제, 결합 또는 추가될 수 있음을 고려해야 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명은 다음에 관한 것이다:
실시예 1: 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소; 제1 라인에 결합되는 열교환기로서, 상기 제1 라인은 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되고, 상기 열교환기는 상기 제1 라인의 제1 급송 스트림을 냉각하도록 구성되는 것인, 열교환기; 및 기화기를 포함하는 액화 천연 가스("LNG") 재-기화 시스템으로서, 상기 기화기는 상기 LNG 재-기화 시스템의 LNG 스트림을 가열하도록 구성되며, 그리고 상기 열교환기는 기화기로서 기능하는 것인, LNG 재-기화 시스템을 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는, 극저온 증류탑을 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 3: 실시예 2에 있어서, 상기 극저온 증류탑은: 증기가 그로부터 상향으로 상승하는 것을 허용하는 증류 섹션; 입력 급송 스트림을 상기 극저온 증류탑 내로 안내하기 위한 하나 이상의 라인; 상기 증류 섹션 위에 위치하는 제어된 동결 구역 섹션으로서, 상기 제어된 동결 구역은, 상기 입력 급송 스트림으로부터 고체를 형성하도록 구성 및 배치되며, 상기 제어된 동결 구역 섹션은, 상기 제어된 공결 구역의 상부 섹션 내의 스프레이 조립체, 및 상기 제어된 동결 구역의 하부 섹션 내의 용융 트레이 조립체로서, 상기 증류 섹션으로부터의 증기를 상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체 내로 안내하는, 적어도 하나의 증기 스트림 라이저, 및 상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체의 일부가 상기 제어된 동결 구역 섹션을 빠져나가는 것을 허용하도록 위치되는, 하나 이상의 인출 개구부를 포함하는 것인, 용융 트레이 조립체를 포함하는 것인, 제어된 동결 구역 섹션; 가열 유체와의 간접적 열교환을 통해 상기 액체의 일부를 가열하도록 배치되는 탑형 열교환기; 및 상기 액체의 일부가 상기 탑형 열교환기 내에서 가열된 이후에, 상기 액체의 일부를 상기 용융 트레이 조립체로 복귀시키는 하나 이상의 복귀 유입구를 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 4: 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 오염 물질은 이산화탄소를 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 5: 실시예 2 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 제1 라인은, 상기 제1 급송 스트림을 상기 열교환기로부터 상기 극저온 증류탑으로 안내하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 6: 실시예 2 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 제1 라인은, 상기 제1 급송 스트림을 상기 극저온 증류탑으로부터 상기 열교환기로 안내하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 7: 실시예 2 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 제2 라인에 결합되는 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 제2 라인은 상기 극저온 증류탑에 결합되며, 상기 제2 열교환기는 상기 제2 라인의 제2 급송 스트림을 냉각시키고, 상기 LNG 재-기화 시스템은 제2 기화기를 더 포함하며, 상기 제2 기화기는 상기 LNG 재-기화 시스템의 제2 LNG 스트림을 가열하고, 상기 제2 열교환기는 제2 기화기로서 기능하며, 상기 제1 라인은 상기 제1 급송 스트림을 상기 열교환기로부터 상기 극저온 증류탑으로 안내하며, 그리고 상기 제2 라인은 상기 제2 급송 스트림을 상기 극저온 증류탑으로부터 상기 제2 열교환기로 안내하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 8: 실시예 7에 있어서, 상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크; 상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 제1 LNG 라인; 및 상기 제2 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 제2 기화기로 안내하는 제2 LNG 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 9: 실시예 2 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크; 및 상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 LNG 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 10: 실시예 9에 있어서, 상기 저장 탱크와 상기 기화기 사이에 펌프를 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 11: 실시예 9 또는 실시예 10에 있어서, 상기 기화기로부터 상기 저장 탱크로 출력물을 안내하는 제2 LNG 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템
실시예 12: 실시예 2에 있어서, 분리기로서, 상기 기화기로부터의 출력물이 상기 분리기로 안내되며, 그리고 상기 열교환기로부터의 출력물이 상기 분리기로 안내되는 것인, 분리기; 및 환류 펌프로서, 상기 분리기로부터의 비-기체상 출력물이 상기 환류 펌프로 안내되며, 그리고 상기 환류 펌프로부터의 출력물이 상기 극저온 증류탑으로 안내되는 것인, 환류 펌프를 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 13: 실시예 12에 있어서, 상기 분리기의 기체상 출력물이 출력 생성물로서 출력 라인으로 안내되는 것인, 통합된 시스템.
실시예 14: 실시예 2 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 제1 라인은 상기 제1 급송 스트림을 상기 열교환기로부터 상기 극저온 증류탑으로 안내하고, 상기 기화기로부터의 출력물은 상기 극저온 증류탑으로 안내되며, 그리고 상기 극저온 증류탑의 기체상 출력물은 출력 생성물로서 출력 라인으로 안내되는 것인, 통합된 시스템.
실시예 15: 실시예 1에 있어서, 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는 필터 시스템을 포함하며, 상기 오염 물질은 이산화탄소를 포함하고, 상기 제1 라인은 제1 이산화탄소 라인을 포함하며, 그리고 상기 제1 급송 스트림은 제1 이산화탄소 스트림을 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 16: 실시예 15에 있어서, 상기 제1 이산화탄소 라인은, 상기 제1 이산화탄소 스트림을 상기 필터 시스템으로부터 상기 열교환기로 안내하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 17: 실시예 15에 있어서, 상기 필터 시스템과 상기 열교환기 사이에서 상기 제1 이산화탄소 라인에 결합되는 압축기를 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 18: 실시예 15 내지 실시예 17 중 어느 한 실시예에 있어서, 액체 이산화탄소 펌프; 및 상기 열교환기와 상기 액체 이산화탄소 펌프에 결합되는 제2 이산화탄소 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 19: 실시예 15 내지 실시예 18 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크; 및 상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 LNG 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 20: 실시예 19에 있어서, 상기 저장 탱크와 상기 기화기 사이의 LNG 펌프를 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 21: 실시예 15 내지 실시예 20 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 필터 시스템의 기체상 출력물이 출력 생성물로서 출력 라인으로 안내되는 것인, 통합된 시스템.
실시예 22: 실시예 21에 있어서, 상기 필터 시스템과 상기 출력 라인 사이의 탈수 유닛을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
실시예 23: 실시예 21 또는 실시예 22에 있어서, 상기 기화기의 기체상 출력물이 출력 생성물로서 상기 출력 라인으로 안내되는 것인, 통합된 시스템.
실시예 24: 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소에 의해 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키는 것; 열교환기에 의해 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것으로서, 상기 열교환기는 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되는 것인, 냉각시키는 것; 및 LNG 재-기화 시스템의 기화기에 의해 LNG 스트림을 가열하는 것으로서, 상기 열교환기는 기화기로서 기능하는 것인, 가열하는 것을 포함하는 것인, 방법.
실시예 25: 실시예 24에 있어서, 상기 오염 물질을 분리시키는 것은, 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것을 포함하고, 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는 증류탑을 포함하는 것인, 방법.
실시예 26: 실시예 25에 있어서, 상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것은: 상기 입력 급송 스트림을 상기 증류탑으로 안내하는 것; 증기가 상기 증류탑의 증류 섹션으로부터 상향으로 상승하는 것을 허용하는 것; 상기 증류탑의 제어된 동결 구역 섹션 내에서 고체를 형성하는 것으로서, 상기 제어된 동결 구역 섹션은 상기 증류 섹션 위에 위치하며, 상기 고체는 상기 입력 급송 스트림 내의 오염 물질을 포함하는 것인, 고체를 형성하는 것; 적어도 하나의 증기 스트림 라이저를 사용하여 상기 증기를 상기 증류 섹션으로부터 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체 내로 안내하는 것; 상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체를 사용하여 상기 고체를 용융시키는 것; 상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 상기 액체의 일부가 상기 제어된 동결 구역 섹션을 빠져나가는 것을 허용하는 것; 탑형 열교환기에서 가열 유체와의 간접적 열교환을 통해 상기 액체의 일부를 가열하는 것; 및 상기 액체가 상기 탑형 열교환기에서 가열된 이후에, 상기 액체의 상기 일부를 상기 용융 트레이 조립체로 복귀시키는 것을 포함하는 것인, 방법.
실시예 27: 실시예 24 내지 실시예 26 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 오염 물질은 이산화탄소를 포함하는 것인, 방법.
실시예 28: 실시예 25 내지 실시예 27 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것은, 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것에 선행하는 것인, 방법.
실시예 29: 실시예 25 내지 실시예 27 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것은, 상기 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것에 선행되는 것인, 방법.
실시예 30: 실시예 25 내지 실시예 29 중 어느 한 실시예에 있어서, 제2 열교환기에 의해 제2 급송 스트림을 냉각시키는 것; 및 상기 LNG 재-기화 시스템의 제2 기화기에 의해 제2 LNG 스트림을 가열하는 것을 더 포함하며, 여기서: 상기 제2 열교환기는 상기 증류탑에 결합되며, 상기 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것은, 상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것에 선행되고, 상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것은, 상기 제2 급송 스트림을 냉각시키는 것에 선행되며, 그리고 상기 제2 열교환기는 상기 제2 기화기로서 기능하는 것인, 방법.
실시예 31: 실시예 30에 있어서, 상기 LNG 스트림을 상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 것; 및 상기 제2 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 제2 기화기로 안내하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 32: 실시예 25 내지 실시예 29 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 LNG 스트림을 상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 33: 실시예 32에 있어서, 상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 것은, 상기 저장 탱크와 상기 기화기 사이에서 결합된 펌프로 상기 LNG 스트림을 펌핑하는 것을 포함하는 것인, 방법.
실시예 34: 실시예 32 또는 실시예 33에 있어서, 출력물을 상기 기화기로부터의 상기 저장 탱크로 안내하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 35: 실시예 25에 있어서, 상기 기화기로부터의 출력물 및 상기 열교환기로부터의 출력물을 출력 생성물 스트림 및 환류 스트림으로 분리시키는 것; 및 상기 환류 스트림을 상기 극저온 증류탑으로 안내하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 36: 실시예 35에 있어서, 상기 환류 스트림을 상기 극저온 증류탑으로 안내하는 것은, 환류 펌프로 상기 환류 스트림을 펌핑하는 것을 포함하는 것인, 방법.
실시예 37: 실시예 35 또는 실시예 36에 있어서, 상기 환류 스트림은 비-기체 스트림을 포함하는 것인, 방법.
실시예 38: 실시예 35 내지 실시예 37 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 출력 생성물 스트림은 1.5% 내지 2.5% 범위의 CO2 분량을 포함하는 것인, 방법.
실시예 39: 실시예 25 내지 실시예 27 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것은, 상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키기 것에 선행되고; 방법은: 출력물을 상기 기화기로부터 상기 극저온 증류탑으로 안내하는 것; 및 상기 극저온 증류탑의 기체상 출력물을 포함하는 출력 생성물 스트림을 생성하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 40: 실시예 39에 있어서, 상기 출력 생성물 스트림은 1.5% 내지 2.5% 범위의 CO2 분량을 포함하는 것인, 방법.
실시예 41: 실시예 24에 있어서, 상기 오염 물질은 이산화탄소를 포함하고, 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는 필터 시스템을 포함하며, 그리고 상기 제1 급송 스트림은 제1 이산화탄소 스트림을 포함하는 것인, 방법.
실시예 42: 실시예 41에 있어서, 상기 제1 이산화탄소 스트림을 압축하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 43: 실시예 41 또는 실시예 42에 있어서, 상기 제1 이산화탄소 스트림을 냉각시키는 것은, 액체 이산화탄소 스트림을 생성하며, 방법은, 액체 이산화탄소 펌프로 상기 액체 이산화탄소 스트림을 펌핑하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 44: 실시예 41 내지 실시예 43 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 LNG 스트림을 상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 45: 실시예 44에 있어서, 상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 것은, 상기 저장 탱크와 상기 기화기 사이에서 결합된 LNG 펌프로 상기 LNG 스트림을 펌핑하는 것을 포함하는 것인, 방법.
실시예 46: 실시예 41 내지 실시예 45 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 필터 시스템의 기체상 출력물을 포함하는 출력 생성물을 생성하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 47: 실시예 46에 있어서, 상기 출력 생성물을 생성하는 것은, 상기 필터 시스템의 기체상 출력물을 탈수하는 것을 포함하는 것인, 방법.
실시예 48: 실시예 46 또는 실시예 47에 있어서, 상기 출력 생성물은 상기 기화기의 기체상 출력물을 더 포함하는 것인, 방법.
실시예 49: 실시예 46 내지 실시예 48 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 출력 생성물은 1.5% 내지 2.5% 범위의 CO2 분량을 포함하는 것인, 방법.

Claims (15)

  1. 통합된 시스템으로서,
    입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소;
    제1 라인에 결합되는 열교환기로서,
    상기 제1 라인은 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되며, 그리고
    상기 열교환기는 상기 제1 라인의 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것인, 열교환기; 및
    기화기를 포함하는 액화 천연 가스("LNG") 재-기화 시스템으로서,
    상기 기화기는 상기 LNG 재-기화 시스템의 LNG 스트림을 가열하며, 그리고
    상기 열교환기는 상기 기화기로서 기능하는 것인, LNG 재-기화 시스템
    을 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는, 극저온 증류탑을 포함하며, 그리고
    오염 물질은 이산화탄소를 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 극저온 증류탑은,
    증기가 그로부터 상향으로 상승하는 것을 허용하는 증류 섹션;
    상기 입력 급송 스트림을 상기 극저온 증류탑 내로 안내하기 위한 하나 이상의 라인;
    상기 증류 섹션 위에 위치되는 제어된 동결 구역 섹션으로서, 상기 제어된 동결 구역은, 상기 입력 급송 스트림으로부터 고체를 형성하도록 구성 및 배치되며, 상기 제어된 동결 구역 섹션은,
    상기 제어된 동결 구역의 상부 섹션 내의 스프레이 조립체, 및
    상기 제어된 동결 구역의 하부 섹션 내의 용융 트레이 조립체로서,
    상기 증류 섹션으로부터의 증기를 상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체 내로 안내하는, 적어도 하나의 증기 스트림 라이저(riser), 및
    상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체의 일부가 상기 제어된 동결 구역 섹션을 빠져나가는 것을 허용하도록 위치되는, 하나 이상의 인출 개구부
    를 포함하는 것인, 용융 트레이 조립체
    를 포함하는 것인, 제어된 동결 구역 섹션;
    가열 유체와의 간접적 열교환을 통해 상기 액체의 일부를 가열하도록 배치되는 탑형 열교환기; 및
    상기 액체의 일부가 상기 탑형 열교환기 내에서 가열된 이후에, 상기 액체의 일부를 상기 용융 트레이 조립체로 복귀시키는 하나 이상의 복귀 유입구
    를 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제2 라인에 결합되는 제2 열교환기를 더 포함하고,
    상기 제2 라인은, 상기 극저온 증류탑에 결합되며,
    상기 제2 열교환기는, 상기 제2 라인의 제2 급송 스트림을 냉각시키고,
    상기 LNG 재-기화 시스템은, 제2 기화기를 더 포함하며,
    상기 제2 기화기는, 상기 LNG 재-기화 시스템의 제2 LNG 스트림을 가열하고,
    상기 제2 열교환기는, 상기 제2 기화기로서 기능하며,
    상기 제1 라인은, 상기 제1 급송 스트림을 상기 열교환기로부터 상기 극저온 증류탑으로 안내하며, 그리고
    상기 제2 라인은, 상기 제2 급송 스트림을 상기 극저온 증류탑으로부터 상기 제2 열교환기로 안내하는 것인, 통합된 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크;
    상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 제1 LNG 라인; 및
    상기 제2 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 제2 기화기로 안내하는 제2 LNG 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크; 및
    상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 LNG 라인을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    분리기로서:
    상기 기화기로부터의 출력물이 상기 분리기로 안내되며, 그리고
    상기 열교환기로부터의 출력물이 상기 분리기로 안내되는 것인, 분리기; 및
    환류 펌프로서:
    상기 분리기로부터의 비-기체상 출력물이 상기 환류 펌프로 안내되고,
    상기 환류 펌프로부터의 출력물이 상기 극저온 증류탑으로 안내되며, 그리고
    상기 분리기의 기체상 출력물이 출력 생성물로서 출력 라인으로 안내되는 것인, 환류 펌프
    를 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는 필터 시스템을 포함하며,
    오염 물질은 이산화탄소를 포함하고,
    상기 제1 라인은 제1 이산화탄소 라인을 포함하며, 그리고
    상기 제1 급송 스트림은 제1 이산화탄소 스트림을 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    액체 이산화탄소 펌프; 및
    상기 열교환기 및 상기 액체 이산화탄소 펌프에 결합되는 제2 이산화탄소 라인
    을 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 LNG 재-기화 시스템의 저장 탱크;
    상기 LNG 스트림을 상기 저장 탱크로부터 상기 기화기로 안내하는 LNG 라인; 및
    상기 저장 탱크와 상기 기화기 사이의 LNG 펌프
    를 더 포함하는 것인, 통합된 시스템.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 항에 있어서,
    상기 필터 시스템의 기체상 출력물이 출력 생성물로서 출력 라인으로 안내되며, 그리고 상기 기화기의 기체상 출력물이 출력 생성물로서 상기 출력 라인으로 안내되는 것인, 통합된 시스템.
  12. 오염 물질을 분리시키기 위한 구성 요소에 의해 입력 급송 스트림으로부터 오염 물질을 분리시키는 것;
    열교환기에 의해 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것으로서, 상기 열교환기는 오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소에 결합되는 것인, 냉각시키는 것; 및
    LNG 재-기화 시스템의 기화기에 의해 LNG 스트림을 가열하는 것으로서, 상기 열교환기는 기화기로서 기능하는 것인, 가열하는 것
    을 포함하는 것인, 방법으로서,
    상기 오염 물질을 분리시키는 것은, 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것을 포함하고,
    오염 물질을 분리시키기 위한 상기 구성 요소는 증류탑을 포함하며, 그리고
    오염 물질은 이산화탄소를 포함하는 것인, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것은,
    상기 입력 급송 스트림을 상기 증류탑으로 안내하는 것;
    증기가 상기 증류탑의 증류 섹션으로부터 상향으로 상승하는 것을 허용하는 것;
    상기 증류탑의 제어된 동결 구역 섹션 내에서 고체를 형성하는 것으로서, 상기 제어된 동결 구역 섹션은 상기 증류 섹션 위에 위치하며, 상기 고체는 상기 입력 급송 스트림 내의 오염 물질을 포함하는 것인, 고체를 형성하는 것;
    적어도 하나의 증기 스트림 라이저를 사용하여 증기를 상기 증류 섹션으로부터 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체 내로 안내하는 것;
    상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 액체를 사용하여 상기 고체를 용융시키는 것;
    상기 용융 트레이 조립체에 의해 유지되는 상기 액체의 일부가 상기 제어된 동결 구역 섹션을 빠져나가는 것을 허용하는 것;
    탑형 열교환기에서 가열 유체와의 간접적 열교환을 통해 상기 액체의 상기 일부를 가열하는 것; 및
    상기 액체가 상기 탑형 열교환기에서 가열된 이후에, 상기 액체의 상기 일부를 상기 용융 트레이 조립체로 복귀시키는 것
    을 포함하는 것인, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    제2 열교환기에 의해 제2 급송 스트림을 냉각시키는 것; 및
    상기 LNG 재-기화 시스템의 제2 기화기에 의해 제2 LNG 스트림을 가열하는 것
    을 더 포함하며,
    상기 제2 열교환기는 상기 증류탑에 결합되며,
    상기 제1 급송 스트림을 냉각시키는 것은, 상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것에 선행되고,
    상기 오염 물질을 극저온 방식으로 분리시키는 것은, 상기 제2 급송 스트림을 냉각시키는 것에 선행되며, 그리고
    상기 제2 열교환기는 상기 제2 기화기로서 기능하는 것인, 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 기화기로부터의 출력물 및 상기 열교환기로부터의 출력물을 출력 생성물 스트림 및 환류 스트림으로 분리시키는 것; 및
    상기 환류 스트림을 상기 극저온 증류탑으로 안내하는 것으로서, 상기 출력 생성물 스트림은 1.5% 내지 2.5% 범위의 CO2 분량(fractional amount)을 포함하는 것인, 안내하는 것
    을 더 포함하는 것인, 방법.
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