KR20230002074A - 메탄 함유 합성 가스로부터의 lng 생성 - Google Patents

메탄 함유 합성 가스로부터의 lng 생성 Download PDF

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KR20230002074A
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mcsg
feed stream
heat exchanger
exchanger unit
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마크 줄리안 로버츠
페이 첸
러셀 비 슈니처
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 본 출원에 설명된다. MCSG 공급 스트림은 하나 이상의 열 교환기 유닛을 사용하여 냉각 및 부분적으로 액화될 수 있다. 제1 상 분리기 및 제1 상 분리기와 하류에서 유체 유동 연통하는 제2 상 분리기가 사용되어 부분적으로 액화된 MCSG 스트림을 제1 잔류 가스 스트림 및 제1 및 제2 공급 스트림으로 분리할 수 있고, 그 후 제1 및 제2 공급 스트림은 증류 컬럼으로 공급되어 LNG 스트림 및 제2 잔류 가스 스트림을 생성한다.

Description

메탄 함유 합성 가스로부터의 LNG 생성{PRODUCING LNG FROM METHANE CONTAINING SYNTHETIC GAS}
본 발명은 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
환경 친화적인 연료 기술의 발전으로 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위해 가스화 및 천연 가스 액화 프로세스가 통합되었다. MCSG는 석탄 또는 오일 잔류물의 가스화로부터 생성될 수 있는 메탄 및 메탄보다 더 가벼운 불순물을 포함하는 경질 탄화수소 함유 가스(light hydrocarbon-containing gas)이다. 가스화 생성물로부터 MCSG를 만드는 것은 깨끗한 저탄소 함유 메탄이 생성 및 배포되는 동안 중앙 집중식 탄소 포집 및 격리를 허용하여 전통적으로 고체 및 저가치 중질 액체 연료(heavy liquid fuel)를 사용하는 깨끗한 방법이다. 또한, 가스화 프로세스로부터의 LNG의 동시 생성은 제품 포트폴리오를 다양화할 수 있는 매력적인 옵션을 제공하며, 따라서, 프로젝트의 전체 경제성을 개선시킨다.
MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 예시적인 종래 기술 프로세스가 미국 특허 10,436,505에 도시 및 설명되어 있다. 해당 특허에 도시된 프로세스에서, 합성 가스 스트림과 같은 탄화수소 함유 공급 가스 스트림은 냉동을 제공하기 위해 기화 혼합 냉매를 이용하는 주 열 교환기에서 -30 내지 -130℃의 비교적 따뜻한 온도로 냉각된다. 주 열 교환기로부터 배출되는 냉각된 공급 가스 스트림은 2차 증류 컬럼(더 낮은 동작 압력)에서 비등을 위한 열을 제공하는 리보일러에서 추가로 냉각된다. 리보일러로부터 배출되는 냉각된 공급 가스 스트림은 그 후 -120 내지 -200℃의 온도로 추가로 냉각되고, 플래싱된(flashed) 증기 스트림과 액체 스트림을 형성하기 위해 드럼에서 플래싱 및 분리되기 전에, 주 열 교환기에서 적어도 부분적으로 액화된다. 플래싱된 증기 스트림은 컴팬더(compander)의 팽창기 부분에서 팽창되고 1차 증류 컬럼(더 높은 동작 압력)의 정류 섹션으로 전송된다. 액체 스트림은 밸브를 통해 압력이 하강되고 1차 증류 컬럼의 하단으로 전송된다.
1차 증류 컬럼으로부터 인출된 하단 액체의 스트림은 메탄 회수율을 더욱 개선하기 위해 2차 증류 컬럼으로 전송된다. 2차 증류 컬럼으로부터 인출된 하단 액체의 스트림은 주 열 교환기에서 -120 내지 -200℃의 최종 온도로 냉각되어 LNG 생성물 스트림을 형성한다. 2차 증류 컬럼으로부터의 오버헤드 증기의 스트림은 주 열 교환기에서 응축되고 환류 드럼에서 플래싱된다. 환류 드럼 액체는 1차 및 2차 증류 컬럼 모두에 대한 환류로 사용된다. 환류 드럼 증기는 컴팬더의 압축 부분에서 압축되고 1차 증류 컬럼으로부터의 오버헤드 증기와 결합되어 잔류 가스의 스트림을 형성하고, 이 잔류 가스의 스트림은 주 열 교환기에서 가온되고 시설 밖으로 전송되기 전에 잔류 가스 압축기에서 재압축된다.
2단 압축기와 JT 밸브를 사용하는 표준 히트 펌프 구성이 저온 냉매를 제공하고 따라서 주 열 교환기에 냉동을 제공하는 데 사용된다.
미국 특허 10,436,505에 제시된 구성은 고순도 메탄 농후 LNG를 생성할 수 있지만 특정 단점이 있다. 한 가지 문제는 혼합 냉매 스트림이 2상 혼합물로 주 열 교환기에 도입된다는 것이다. 이는 배관 설계를 복잡하게 하고 슬러깅(slugging)으로 인해 바람직하지 않은 불안정한 동작을 유발할 수 있다. 또한, 2상 유동은 액체 및 증기 상이 고르게 분포되는 것을 보장하기 위해 주 열 교환기의 특수한 설계 특징이 필요하다. 예를 들어, 주 열 교환기가 플레이트-핀 교환기(plate-fin exchanger)인 경우 모든 통로에 걸쳐 상을 고르게 분배하기 위해 분리기 및 주입 튜브와 같은 특수한 디바이스가 제공되어야 한다. 이러한 디바이스를 사용하면 비용이 추가되고 동작 안정성이 저하될 수 있다. 또한, 2상 유동은 낮은 유량에서 불안정해져서 상 분리를 유발하여 큰 내부 온도 구배와 주 열 교환기에 대한 잠재적인 손상을 초래할 수 있다.
또 다른 단점은 주 교환기가 열 교환기에 냉각 듀티(cooling duty)를 제공하기 위해 2개의 상이한 저압 스트림(즉, 저온 기화 혼합 냉매 스트림 및 잔류 가스 스트림)을 이용한다는 것이며, 이는 사실상 주 열 교환기로서 코일 권선 열 교환기를 사용할 수 없게 한다. 코일 권선 열 교환기는 천연 가스 액화 및 최종 플래시 가스 열 교환 응용에 대해 효율적이고 신뢰적이며 견고한 것으로 입증되었다. 코일 권선 열 교환기의 설계 및 제조 기술은 훨씬 더 높은 단위 처리 용량(코일 권선 열 교환기 유닛당 달성되는 열 교환 듀티)을 허용하여, 매우 큰 용량으로 병렬로 다수의 열 교환기 유닛을 사용(플레이트 핀 열 교환기의 경우)하는 것을 피한다. 코일 권선 열 교환기 유닛은 쉘 케이싱에 수납된 하나 이상의 튜브 다발을 포함하며, 유닛의 튜브측은 냉각이 필요한 하나 이상의 고온 스트림을 수용하도록 설계되고 유닛의 쉘측은 저온 냉매의 단일 스트림 또는 쉘측에서 혼합되어 가온된 냉매의 단일 스트림으로 배출되는 2개 이상의 저온 스트림을 수용하도록 설계된다. 코일 권선 열 교환기가 분리되어 유지되어야 하는 2개 이상의 저온 스트림의 사용을 수용할 수 있는 유일한 방식은 열 교환기의 튜브측에 있는 통로 중 하나를 통해 저온 스트림 중 적어도 하나를 통과시키는 것이다. 그러나, 이때, 사용 가능한 압력 강하가 낮고 열 교환기의 튜브측에 있는 통로에서의 전형적인 저항이 상대적으로 높기 때문에 코일 권선 교환기의 설계가 어려울 수 있다.
도시된 프로세스의 또 다른 단점은 모든 잔류 가스가 비교적 낮은 압력에서 생성된다는 것이다. 이는 저압에서 생성된 잔류 가스의 양이 많을수록 상기 가스를 재압축하기 위한 동력 요구가 더 커지고 잔류 가스 압축기가 상기 가스를 더 많이 수용해야 하기 때문에 프로세스의 동작 및 자본 비용을 증가시킨다.
앞서 설명한 종래 기술에 비교하여 여러 이점을 제공하는 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 본 출원에 개시되어 있다. 방법 및 시스템은 (2개 이상의 컬럼 대신) 단일 증류 컬럼을 사용할 수 있다. 코일 권선 열 교환기 유닛은 잔류 가스 스트림으로부터 냉동을 회수하는 데 사용되는 열 교환기 유닛(들)과 분리되어 사용될 수 있으며, 코일 권선 열 교환기 유닛은 MCSG 공급 스트림의 일부를 수용하고, 냉각하고, 부분적으로 액화할 수 있고 및/또는 그 다음 MCSG 공급 스트림을 냉각하고 부분적으로 액화하는 데 사용되는 냉매(예컨대, 혼합 냉매 또는 기타 기화 냉매)를 수용하여 냉각할 수 있다. MCSG 공급 스트림과 실질적으로 동일한 압력에서 잔류 가스의 일부가 거부될 수 있으며 재압축이 비교적 적거나 전혀 필요하지 않다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법의 여러 바람직한 양태가 아래에 요약되어 있다.
양태 1: 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법에 있어서, 방법은
(a) MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계;
(b) 직렬로 배열된 제1 상 분리기 및 제2 상 분리기- 제2 상 분리기는 하류에서 제1 상 분리기와 유체 유동 연통함 -를 사용하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 액체 스트림 및 2개의 증기 스트림을 포함하는 적어도 3개의 스트림으로 분리하는 단계- 액체 스트림은 제1 공급 스트림을 형성하고, 증기 스트림 중 하나는 제2 공급 스트림을 형성하고, 증기 스트림 중 다른 하나는 제1 잔류 가스 스트림을 형성함 -;
(c) 제1 공급 스트림을 제1 위치에서 증류 컬럼으로 도입하는 단계;
(d) 제2 공급 스트림을 제1 위치 위에 있는 제2 위치에서 증류 컬럼 내로 도입하는 단계- 제1 위치와 제2 위치 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지가 존재함 -;
(e) 증류 컬럼 하단 액체를 포함하는 LNG 스트림을 증류 컬럼으로부터 인출하는 단계; 및
(f) 증류 컬럼 오버헤드 증기를 포함하는 제2 잔류 가스 스트림을 증류 컬럼으로부터 인출하는 단계를 포함한다.
양태 2: 양태 1의 방법에 있어서, 단계 (b)는
(i) 제1 상 분리기에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 제1 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림과 증기 스트림으로 분리하는 단계;
(ii) 제1 상 분리기로부터의 증기 스트림을 분할하여 제2 공급 스트림을 형성하는 증기 스트림 및 제3 공급 스트림을 형성하는 증기 스트림을 형성하는 단계; 및
(iii) 제3 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화한 다음, 제2 상 분리기에서 제3 공급 스트림을 제1 잔류 가스 스트림을 형성하는 증기 스트림 및 제4 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림으로 분리하는 단계를 포함하고;
단계 (c)는 제1 공급 스트림의 압력을 감소시킨 다음, 제1 공급 스트림을 제1 위치에서 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 포함하고;
단계 (d)는 제2 공급 스트림의 압력을 감소시킨 다음, 제2 공급 스트림을 제2 위치에서 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 포함하고;
방법은 제4 공급 스트림의 압력을 감소시킨 다음, 제4 공급 스트림을 제2 위치 위에 있는 제3 위치에서 증류 컬럼 내로 도입하는 단계를 더 포함하며, 제2 위치와 제3 위치 사이에는 적어도 하나의 분리 스테이지가 존재한다.
양태 3: 제2 양태의 방법에 있어서, 제3 위치는 증류 컬럼의 상단에 있다.
양태 4: 양태 2 또는 3의 방법에 있어서, 제1 잔류 가스 스트림 및 제2 잔류 가스 스트림 중 하나 또는 양자 모두는 단계 (b)(iii)에서 제3 공급 스트림의 냉각 및 부분 액화를 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 제3 공급 스트림과의 간접 열 교환을 통해 가온된다.
양태 5: 양태 1의 방법에 있어서, 단계 (b)는
(i) 제1 상 분리기에서 부분적으로 액화된 MCSG 스트림을 제1 잔류 가스 스트림을 형성하는 증기 스트림과 제3 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림으로 분리하는 단계; 및
(ii) 제3 공급 스트림의 압력을 감소시키고 부분적으로 기화시키고, 제2 상 분리기에서 상기 스트림을 제1 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림 및 제2 공급 스트림을 형성하는 증기 스트림으로 분리하는 단계를 포함하고;
단계 (c)는 제1 공급 스트림을 가온한 다음, 제1 공급 스트림을 제1 위치의 증류 컬럼에 도입하는 단계를 포함한다.
양태 6: 양태 5의 방법에 있어서, 제2 위치와 컬럼의 상단 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지가 있고, 방법은 제2 잔류 가스 스트림 또는 증류 컬럼 오버헤드 증기의 일부를 압축, 냉각, 팽창 및 이에 의해 적어도 부분적으로 액화하여 환류 스트림을 형성하는 단계; 및 환류 스트림을 증류 컬럼의 상단에 있는 제3 위치에서 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 더 포함한다.
양태 7: 양태 5 또는 6의 방법에 있어서, 단계 (c)에서 제1 공급 스트림은 단계 (a)에서 MCSG 공급 스트림의 냉각 및 부분 액화를 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 MCSG 공급 스트림과의 간접 열 교환을 통해 가온된다.
양태 8: 양태 1 내지 7 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)에서 MCSG 공급 스트림의 냉각 및 부분 액화를 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 제1 잔류 가스 스트림 및 제2 잔류 가스 스트림 중 하나 또는 양자 모두가 MCSG 공급 스트림과의 간접 열 교환을 통해 가온된다.
양태 9: 양태 1 내지 8 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제1 위치와 컬럼의 하단 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지가 존재하고, 방법은 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부를 가온 및 이에 의해 적어도 부분적으로 기화시켜 비등 스트림을 형성하는 단계, 및 비등 스트림을 증류 컬럼의 하단에서 증류 컬럼에 도입하는 단계를 더 포함한다.
양태 10: 양태 1 내지 9 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제2 잔류 가스 스트림의 적어도 일부가 압축되고 제1 잔류 가스 스트림과 조합된다.
양태 11: 양태 1 내지 10 중 어느 하나의 방법에 있어서, 방법은 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함한다.
양태 12: 양태 1 내지 11 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)는
(i) MCSG 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 적어도 2개의 부분으로 분할하는 단계;
(ii) 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 MCSG 공급 스트림의 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계- 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
(iii) 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 MCSG 공급 스트림의 제2 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계; 및
(iv) 냉각 및 부분적으로 액화된 제1 부분과 냉각 및 부분적으로 액화된 제2 부분을 조합하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하는 단계를 포함한다.
양태 13: 양태 12의 방법에 있어서, 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 플레이트 핀 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이다.
양태 14: 양태 12 또는 13의 방법에 있어서, 단계 (a)(iii)에서 하나 이상의 프로세스 스트림은 제1 잔류 가스 스트림, 제2 잔류 가스 스트림, 및 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부로부터 선택된 하나 이상의 스트림을 포함한다.
양태 15: 양태 12 내지 14 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제1 냉매는 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 가온될 때 기화되는 냉매이다.
양태 16: 양태 12 내지 15 중 어느 하나의 방법에 있어서, 방법은 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트의 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함한다.
양태 17: 양태 12 내지 16 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)(ii)는 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 내의 MCSG 공급 스트림의 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계를 포함하고, 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이고, 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 내에서 제1 냉매를 또한 냉각시킴으로써 생성된다.
양태 18: 양태 1 내지 11 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)는
(i) 냉각된 제1 냉매를 생성하기 위해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 제1 냉매를 냉각하는 단계- 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -; 및
(ii) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위해 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림 및 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계를 포함한다.
양태 19: 양태 18의 방법에 있어서, 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 플레이트 핀 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이다.
양태 20: 양태 18 또는 19의 방법에 있어서, 단계 (a)(ii)에서 하나 이상의 프로세스 스트림은 제1 잔류 가스 스트림, 제2 잔류 가스 스트림, 및 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부 중 하나 이상을 포함한다.
양태 21: 양태 18 내지 20 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)(i)에서 제1 냉매는 (a)(i) 단계에서 생성된 냉각된 제1 냉매의 일부와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 냉각된다.
양태 22: 양태 18 내지 21 중 어느 하나의 방법에 있어서, 방법은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함한다.
양태 23: 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법에 있어서, 방법은
(a) MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계로서, 다음 단계:
(i) MCSG 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 적어도 2개의 부분으로 분할하는 단계;
(ii) 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계- 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
(iii) 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 제2 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계; 및
(iv) 냉각 및 부분적으로 액화된 제1 부분과 냉각 및 부분적으로 액화된 제2 부분을 조합하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하는 단계;
(b) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 LNG 스트림과 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하는 단계를 포함한다.
양태 24: 양태 23의 방법에 있어서, 단계 (b)에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림은 하나 이상의 상 분리기 및/또는 하나 이상의 증류 컬럼을 사용하여 LNG 스트림 및 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리된다.
양태 25: 양태 23 또는 24의 방법에 있어서, 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 플레이트 핀 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이다.
양태 26: 양태 23 내지 25 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)(iii)에서 하나 이상의 프로세스 스트림은 잔류 가스 스트림, LNG 스트림의 일부, 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부 중 하나 이상으로부터 선택된 하나 이상의 스트림을 포함한다.
양태 27: 양태 23 내지 26 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제1 냉매는 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 가온될 때 기화하는 냉매이다.
양태 28: 양태 23 내지 27 중 어느 하나의 방법에 있어서, 방법은 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트의 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함한다.
양태 29: 양태 23 내지 28 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)(ii)는 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 내의 MCSG 공급 스트림의 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계를 포함하고, 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이고, 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 내에서 제1 냉매를 또한 냉각시킴으로써 생성된다.
양태 30: 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법에 있어서, 방법은
(a) MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계로서, 다음 단계:
(i) 냉각된 제1 냉매를 생성하기 위해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 제1 냉매를 냉각하는 단계- 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -; 및
(ii) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위해 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림 및 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계;
(b) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 LNG 스트림과 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하는 단계를 포함한다.
양태 31: 양태 30의 방법에 있어서, 단계 (b)에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림은 하나 이상의 상 분리기 및/또는 하나 이상의 증류 컬럼을 사용하여 LNG 스트림 및 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리된다.
양태 32: 양태 30 또는 31의 방법에 있어서, 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 플레이트 핀 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이다.
양태 33: 양태 30 또는 32 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)(ii)에서 하나 이상의 프로세스 스트림은 제1 잔류 가스 스트림, 제2 잔류 가스 스트림, 및 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부 중 하나 이상을 포함한다.
양태 34: 양태 30 내지 33 중 어느 하나의 방법에 있어서, 단계 (a)(i)에서 제1 냉매는 (a)(i) 단계에서 생성된 냉각된 제1 냉매의 일부와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 냉각된다.
양태 35: 양태 30 내지 34 중 어느 하나의 방법에 있어서, 방법은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함한다.
양태 36: 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 시스템에 있어서, 시스템은
부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하기 위해 MCSG 공급 스트림을 수용, 냉각 및 부분적으로 액화하기 위한 하나 이상의 열 교환기 유닛;
하나 이상의 열 교환기 유닛과 유체 유동 연통하고 직렬로 배열된, 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 액체 스트림 및 2개의 증기 스트림을 포함하는 적어도 3개의 스트림으로 분리하기 위한 제1 상 분리기 및 제2 상 분리기- 제2 상 분리기는 하류에서 제1 상 분리기와 유체 유동 연통하고, 액체 스트림은 제1 공급 스트림을 형성하고, 증기 스트림 중 하나는 제2 공급 스트림을 형성하고, 증기 스트림 중 다른 하나는 제1 잔류 가스 스트림을 형성함 -; 및
증류 컬럼을 포함하고, 증류 컬럼은 제1 공급 스트림을 수용하기 위한 제1 위치의 제1 입구; 제2 공급 스트림을 수용하기 위한 제2 위치의 제2 입구- 제2 위치는 제1 위치 위에 있고 제1 위치와 제2 위치 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지를 가짐 -; 증류 컬럼 하단 액체로 형성된 LNG 스트림의 인출을 위한, 증류 컬럼 하단의 출구; 및 증류 컬럼 오버헤드 증기로 형성된 제2 잔류 가스 스트림의 인출을 위한 증류 컬럼의 상단의 출구를 갖는다.
양태 37: 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 시스템에 있어서, 시스템은
MCSG 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 적어도 2개의 부분으로 분할하기 위한 도관 세트;
제1 부분을 수용하고 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하기 위한 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트- 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
제2 부분을 수용하고 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하기 위한 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트;
냉각 및 부분적으로 액화된 제1 부분과 냉각 및 부분적으로 액화된 제2 부분을 수용하고 조합하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위한 도관 세트; 및
부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 수용하여 LNG 스트림 및 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하기 위한 하나 이상의 상 분리기 및/또는 하나 이상의 증류 컬럼을 포함한다.
양태 38: 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 시스템에 있어서, 시스템은
냉각된 제1 냉매를 생성하기 위해 제1 냉매를 냉각하기 위한 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트- 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
제1 열 교환기 유닛으로부터 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림을 수용하고, 하나 이상의 프로세스 스트림을 수용하고, MCSG 공급 스트림을 수용하고, 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림 및 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위한 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트; 및
부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 수용하여 LNG 스트림 및 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하기 위한 하나 이상의 상 분리기 및/또는 하나 이상의 증류 컬럼을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시하고 있는 개략적인 흐름도이다.
도 1a는 도 1의 방법 및 시스템에 사용하기에 적절한 냉동 시스템을 도시하고 있는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시하고 있는 개략적인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시하고 있는 개략적인 흐름도이다.
도 3a는 도 3의 방법 및 시스템에 사용하기에 적절한 냉동 시스템을 도시하고 있는 개략적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시하고 있는 개략적인 흐름도이다.
MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 본 출원에 설명되어 있다.
본 출원에 사용되는 바와 같이, 달리 표시되지 않는 한, 관사("a" 및 "an")는 명세서 및 청구범위에 설명된 본 발명의 실시예의 임의의 특징에 적용될 때 하나 이상을 의미한다. 관사("a" 및 "an")의 사용은 이러한 제한이 구체적으로 명시되지 않는 한 단일 특징으로 의미를 제한하지 않는다. 단수 또는 복수 명사 또는 명사구에 선행하는 관사("the")는 특정한 명시된 특징 또는 특정한 명시된 특징들을 나타내며 사용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수 의미를 가질 수 있다.
방법의 언급된 단계를 식별하기 위해 본 출원에서 문자가 사용되는 경우(예를 들어, (a), (b) 및 (c)), 이러한 문자는 단지 방법 단계의 참조를 돕는 용도로만 사용되며 이러한 순서가 구체적으로 언급되지 않는 한 청구된 단계가 수행되는 특정 순서를 나타기를 의도하지 않는다.
방법 또는 시스템의 언급된 특징을 식별하기 위해 본 출원에서 사용되는 경우, "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 단지 관련 특징을 참조하고 그들 사이의 구별을 돕기 위해서만 사용되며 이러한 순서가 구체적으로 언급되지 않는 한 해당 특징들의 임의의 특정 순서를 나타내기를 의도하지 않는다.
본 출원에 사용될 때, 본 출원에서 "MCSG"로도 지칭되는 "메탄 함유 합성 가스"라는 용어는 메탄과, 특히 수소 및/또는 일산화탄소 같은 메탄보다 더 가벼운 성분(즉, 메탄보다 더 높은 휘발성 및 더 낮은 비등점을 갖는 성분)을 포함하는 가스를 지칭한다. 본 출원에 사용될 때 이 용어는 메탄 분자를 함유하는 가스화 합성 가스 생성물 스트림 및 수소 및 일산화탄소와 같은 불순물을 함유하는 메탄화 프로세스로부터 생성된 합성 천연 가스 스트림을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 메탄 함유 합성 가스 공급 스트림은 10-60 mol% 메탄을 포함할 수 있으며, 나머지 함량은 선택적으로 소량의 이산화탄소, 물 및/또는 기타 불순물과 함께 일산화탄소와 수소의 혼합물이다.
본 출원에 사용된 용어 잔류 가스는 특히 수소 및/또는 일산화탄소와 같이 MCSG 공급 스트림으로부터 제거된 메탄보다 더 가벼운 성분을 주로 포함하는 가스를 지칭한다. 바람직한 실시예에서, 잔류 가스 스트림은 10 mol% 미만의 메탄, 더욱 바람직하게는 2 mol% 미만의 메탄을 포함할 수 있으며, 나머지는 예를 들어 수소와 일산화탄소의 혼합물과 같은 메탄보다 더 가벼운 성분으로 구성되거나 본질적으로 구성되고, 선택적으로 질소 및/또는 아르곤과 같은 소량의 기타 성분을 갖는다.
본 출원에 사용될 때, 용어 "액화 천연 가스" 또는 "LNG"는 주로 메탄을 포함하는 액화 가스 스트림을 지칭하며, 이는 공급 스트림의 바람직하게는 적어도 85 몰%, 더욱 바람직하게는 적어도 90몰%, 가장 바람직하게는 적어도 약 95몰%를 포함한다. LNG 스트림은 메탄보다 더 무거운(즉, 더 낮은 휘발성 및 더 높은 비등점) 소량의 다른 성분, 예컨대, 이산화탄소 또는 메탄보다 더 무거운 탄화수소(예를 들어, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄) 및/또는 질소, 수소 또는 일산화탄소와 같은 메탄보다 더 가벼운 소량의 성분과 같이, MCSG 공급 스트림에 존재할 수 있으면서 프로세스에 의해 제거되지 않는 소량의 다른 성분을 여전히 함유할 수 있다.
본 출원에 사용된 용어 "증류 컬럼"은 접촉을 증가시키고 따라서 상향 상승하는 증기와 컬럼 내부에서 유동하는 하향 유동 액체 사이의 물질 전달을 개선시키는 패킹 또는 트레이 같은 디바이스로 구성된 하나 이상의 분리 스테이지를 함유하는 컬럼을 지칭한다. 이러한 방식으로, 컬럼 상단에서 오버헤드 증기로 수집되는 상승하는 증기에서 더 가벼운(즉, 더 높은 휘발성 및 더 낮은 비등점) 성분의 농도가 증가하고, 컬럼의 하단에서 하단 액체로 수집되는 하강 액체에서 더 무거운(즉, 더 낮은 휘발성 및 더 높은 비등점) 성분의 농도가 증가한다. 증류 컬럼의 "상단"은 최상단 분리 스테이지 또는 그 위의 컬럼의 부분을 의미한다. 컬럼의 "하단"은 최하단 분리 스테이지 또는 그 아래에 있는 컬럼의 부분을 의미한다. 컬럼의 "중간 위치"는 컬럼의 상단과 하단 사이의 두 분리 스테이지 사이의 위치를 의미한다.
본 출원에 사용될 때, 용어 "상 분리기"는 그 구성 증기 및 액체 상으로 스트림을 분리하기 위해 2상 스트림이 도입될 수 있는 드럼 또는 다른 형태의 용기를 지칭하며, 여기서, 용기로부터 배출되는 액체 및 증기 스트림은 평형 상태에 있다. 증류 컬럼(컬럼으로부터 배출되는 액체 및 증기 스트림이 평형 상태가 아님)과 달리, 상 분리기는 상향 상승하는 증기와 하향 유동하는 액체를 접촉시키기 위한 용기 내부의 어떠한 분리 스테이지(즉, 패킹 또는 트레이)도 함유하지 않는다.
본 출원에 사용될 때, 용어 "유체 유동 연통"은 액체, 증기 및/또는 2상 혼합물이 제어된 방식으로(즉, 누설 없이) 직접적으로 또는 간접적으로 컴포넌트 사이에서 수송될 수 있게 하는 2개 이상의 컴포넌트 사이의 연결의 특성을 의미한다. 2개 이상의 컴포넌트를 서로 유체 유동 연통하도록 결합하는 것은 용접, 플랜지형 도관, 개스킷 및 볼트의 사용과 같은 본 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 방법을 수반할 수 있다. 2개 이상의 컴포넌트는 또한 이를 분리할 수 있는 시스템의 다른 컴포넌트, 예를 들어, 밸브, 게이트 또는 유체 유동을 선택적으로 제한하거나 유도할 수 있는 다른 디바이스를 통해 함께 결합될 수 있다.
본 출원에서 제1 디바이스 또는 컴포넌트와 "하류" 유체 유동 연통하는 제2 디바이스 또는 컴포넌트에 대한 참조는 상기 제2 디바이스 또는 컴포넌트가 상기 제1 디바이스 또는 컴포넌트로부터 직접적으로 또는 간접적으로 유체를 수용하도록 배열된다는 것을 의미한다.
본 출원에 사용될 때, 용어 "간접 열 교환"은 두 유체가 일부 형태의 물리적 장벽에 의해 서로 분리되어 유지되는 두 유체 사이의 열 교환을 지칭한다.
본 출원에 사용될 때, "코일 권선 열 교환기 유닛"이라는 용어는 쉘 케이싱에 수납된 하나 이상의 튜브 다발을 포함하는 본 기술 분야에 알려진 유형의 열 교환기 유닛을 지칭한다. 각각의 튜브 다발은 복수의 튜브를 포함하며, 튜브의 내부는 열 교환기 유닛을 통해 하나 이상의 유체 스트림을 통과시키기 위한 하나 이상의 통로(튜브 회로라고도 지칭됨)를 정의하며, 상기 튜브의 내부는 본 출원에서 열 교환기 유닛의 "튜브측"이라 지칭된다. 쉘 케이싱 내부 및 튜브 외부의 공간은 열 교환기 유닛을 통해 유체 스트림을 통과시키기 위한 단일 통로를 정의하며, 상기 쉘 케이싱 내부 및 튜브 외부의 공간은 본 출원에서 열 교환기 유닛의 "쉘측"으로 지칭된다. 이러한 방식으로, 열 교환기의 쉘측을 통과하는 유체는 열 교환기의 튜브측을 통과하는 유체와 간접 열 교환이 적용될 수 있다. 코일 권선 열 교환기 유닛이 '저온' 냉매와의 간접 열 교환을 통해 하나 이상의 '고온' 유체 스트림을 냉각하는 데 사용되는 경우, 저온 냉매는 거의 항상 열 교환기의 쉘측을 통과하며, 그 이유는 쉘측이 훨씬 낮은 유동 저항을 제공하고 튜브측보다 훨씬 더 큰 압력 강하를 허용하여 저온 냉매가 훨씬 더 효과적이고 효율적으로 쉘측을 통해 통과하게 하기 때문이다(저온 냉매는 전형적으로 비교적 낮은 압력에서 기화 또는 팽창하는 유체임). 코일 권선 열 교환기는 그 견고성, 안전성 및 열 전달 효율로 잘 알려진 소형 설계의 열 교환기이며, 따라서, 그 설치 공간에 비하여 매우 효율적인 수준의 열 교환을 제공하는 이점이 있다. 그러나, 쉘측이 열 교환기를 통한 단일 통로만을 정의하기 때문에, 상기 냉매의 스트림의 혼합이 허용되지 않는 경우, 코일 권선 열 교환기에서 냉각 듀티를 제공하기 위해 2개 이상의 저온 냉매 스트림을 사용하는 것은 실용적이지 않다.
단지 예로서, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예가 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 도시되어 있다.
주위 온도 및 고압, 전형적으로, 20 내지 80 bara인, 예를 들어, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 물, 메탄, 에탄 및 기타 탄화수소의 혼합물을 포함하는 합성 가스 스트림(100)과 같은 MCSG 공급 스트림(100)이 먼저 전처리 시스템(105)으로 전송될 수 있다. MCSG 공급 스트림의 조성에 따라 전처리 시스템은 황화수소 및 이산화탄소 불순물을 제거하기 위한 산성 가스 제거 유닛, 물을 제거하기 위한 탈수 유닛 및 수은을 제거하기 위한 수은 제거 유닛을 포함할 수 있다. 또한, LPG(액화석유가스) 성분, 동결가능한 펜탄 및 더 무거운 성분을 제거하는 중질 성분 제거 단계가 있을 수 있다. 이와 같이, MCSG 공급 스트림은 여전히 메탄과 메탄보다 더 가벼운 성분, 특히 수소와 일산화탄소를 포함할 것이지만, 전처리 섹션(105)으로부터 배출되는 MCSG 공급 스트림(111)의 유량 및 조성은 상기 전처리 섹션(105)으로 유입되는 MCSG 공급 스트림(100)의 것과 상당히 상이할 수 있다.
전형적으로, 주위 온도에 있는 전처리 섹션(105)으로부터 배출되는 MCSG 공급 스트림(111)은 그 후, 2개의 스트림, 즉, 제1 스트림(113) 및 제2 스트림(115)으로 분할된다. 바람직하게는 MCSG 공급 스트림(111)의 유동의 10 내지 40%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30%와 같은 MCSG 공급 스트림(111)의 작은 부분으로 구성된 제1 스트림(113)은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(114)로 보내진다. MCSG 공급 스트림(111)의 나머지 유동으로 구성되고 따라서 바람직하게는 상기 스트림의 대부분으로 구성되는 제2 스트림(115)은 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(116)로 보내진다. 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(116)는 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛 또는 병렬로 배열된 복수의 플레이트 핀 교환기 유닛을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 스트림(113, 115)은 각각 제1 열 교환기 유닛(들)(114) 및 제2 열 교환기 유닛(들)(116)에서 냉각 및 부분적으로 액화되어, 제1 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(120) 및 제2 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(117)을 각각을 형성하고, 이들은 각각 -130℃ 내지 -160℃, 더욱 바람직하게는 -140℃ 내지 -150℃의 온도이다. 제1 및 제2 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(120, 117)은 그 다음 조합되어(필요한 경우, 예를 들어 압력 조절 밸브(117A)를 통해 제2 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(117)의 압력이 먼저 조절되어 상기 스트림(117)의 유동을 제어함) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(130)을 형성하며, 이는 그 후 직렬로 배열된 제1 상 분리기(140) 및 제2 상 분리기(135)를 사용하여 분리되고, 제2 상 분리기는 제1 상 분리기와 하류에서 유체 유동 연통한다.
더 구체적으로, 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(130)은 먼저 이 경우에는 플래시 드럼인 제1 상 분리기(140) 내로 도입되고, 이 플래시 드럼 내에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림이 플래싱되고 제1 공급 스트림(152)을 형성하는 액체 스트림 및 증기 스트림(141)으로 분리된다. 증기 스트림(141)은 제2 공급 스트림(143)(바람직하게는 증기 스트림(141)의 유동의 60 내지 90%, 더욱 바람직하게는 70 내지 80%로 구성됨) 및 제3 공급 스트림(142)(증기 스트림(141)의 나머지, 즉, 상기 스트림의 유동의 바람직하게는 10 내지 40%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30%로 구성됨)를 형성하도록 분할된다. 제3 공급 스트림(142)은 추가로 냉각 및 부분적으로 액화되어 -170℃ 내지 -200℃, 더욱 바람직하게는 -180℃ 내지 -190℃의 온도에서 부분적으로 액화된 제3 공급 스트림(133)을 형성한다. 부분적으로 액화된 제3 공급 스트림(133)은 그 후, 이 경우에는 플래시 드럼인 제2 상 분리기(135) 내로 도입되고, 이 플래시 드럼 내에서 부분적으로 액화된 제3 공급 스트림이 플래싱되고 제4 공급 스트림(150)을 형성하는 액체 스트림과 제1 잔류 가스 스트림(137)을 형성하는 증기 스트림으로 분리된다.
제3 공급 스트림(142)은 도 1에 도시된 바와 같이 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(131)를 통해 제3 공급 스트림(142)을 통과시킴으로써 부분적으로 액화된 제3 공급 스트림(133)을 형성하도록 추가로 냉각 및 부분적으로 액화될 수 있고, 이 유닛(들)은 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛 또는 병렬로 배열된 복수의 플레이트 핀 교환기 유닛을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제3 열 교환기 유닛(들)은 제2 열 교환기 유닛(들)과 단일 유닛 또는 병렬 유닛 세트로 조합될 수 있으며, 스트림(115)은 상기 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 냉각되고 스트림(142)은 상기 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 냉각된다.
제1 공급 스트림(152) 및 제4 공급 스트림(150)은 예를 들어 J-T 밸브(152A)를 통해 스트림(150)을 통과시키고 J-T 밸브(150A)를 통해 스트림(152)을 통과시킴으로써 압력이 감소되며, 그 후에 각각의 상기 스트림은 2상 상태가 될 것이다. 제2 공급 스트림(143)은 예를 들어 팽창기(179)에서 스트림을 팽창시킴으로써 압력이 감소되고, 그 후에 상기 제2 공급 스트림(151)은 증기 또는 2상 상태일 수 있다. 팽창기(179)로부터의 팽창 일은 예를 들어 공급 또는 잔류 가스를 압축하는 압축기에 팽창기를 결합함으로써 회수될 수 있거나, 예를 들어 발전기에서 회수될 수 있다. 그 다음, 제1 공급 스트림(152), 제2 공급 스트림(151) 및 제4 공급 스트림(150)은 아래에서 추가로 설명될 바와 같이 증류 컬럼(145)의 상이한 위치들에 각각 도입되며, 증류 컬럼(145)은 1.0 내지 5.0 bara, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.5 bara의 압력에서 동작한다.
제1 공급 스트림(152)은 컬럼의 섹션(145C)에 의해 도 1에 표현된 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 위에 있는, 그리고, 컬럼의 섹션(145B)으로 도 1에 표현된 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 아래에 있는 제1 위치에서 증류 컬럼(145) 내로 도입된다. 제2 공급 스트림(151)은 섹션(145B)으로 표현되는 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 위에 있는, 그리고, 컬럼의 섹션(145A)으로 도 1에 표현된 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 아래에 있는 제2 위치에서 증류 컬럼 내로 도입된다. 제4 공급 스트림(150)은 섹션 145A로 표현되는 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 위의 컬럼의 상단에 있는 제3 위치에서 증류 컬럼으로 도입되고, 이에 의해, 컬럼으로의 환류 소스를 제공한다.
증류 컬럼(145)에 대한 리보일러 듀티(reboiler duty)가 제공되어 (MCSG 공급 스트림을 분할하여 획득된) 제2 스트림(115)과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(116)에서 증류 컬럼 하단 액체(153)의 스트림을 가온하고 이에 의해 적어도 부분적으로 기화시키며, 이에 의해, 증류 컬럼의 하단으로 재도입되는 (상기 부분적으로 기화된 증류 컬럼 하단 액체로 형성된) 비등 스트림(154)을 형성한다.
증류 컬럼 하단 액체로 형성된 LNG 스트림(180)은 -130℃ 내지 -160℃, 더욱 바람직하게는 -140℃ 내지 -150℃의 온도에서 증류 컬럼(145)의 하단으로부터 인출되며, 바람직하게는 펌프(181)에서 압력이 증가되고, (스트림(183)으로서) 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(114)로 보내져 통과되어 과냉각됨으로써 과냉각된 LNG 생성물 스트림(187)을 형성하고, 이는 현장에서 LNG 저장 용기에 저장될 수 있거나, (예를 들어, 파이프라인 또는 운송 선박을 통해) 바로 현장 외부로 전달된다. LNG 스트림(180, 187)은 전형적으로 1몰% 이하, 바람직하게는 0.5몰% 미만의 질소를 함유하고, 바람직하게는 또한 10 ppm 이하의 일산화탄소 함량을 갖는다. MCSG 공급 스트림(111)으로부터 LNG 스트림(180, 187)으로부터 회수된 메탄의 %는 95%보다 더 높을 수 있다.
증류 컬럼 오버헤드 증기로 형성된 제2 잔류 가스 스트림(160)은 -170℃ 내지 -200℃, 더욱 바람직하게는 -180℃ 내지 -190℃의 온도에서 증류 컬럼(145)의 상단으로부터 인출되고, 전형적으로 95몰% 초과, 바람직하게는 98몰% 초과의 수소 및 일산화탄소를 함유한다.
제1 잔류 가스 스트림(137) 및 제2 잔류 가스 스트림(160)은 각각 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(131)를 통해 통과하고 거기서 제3 공급 스트림(142)과의 간접 열 교환을 통해 내에서 가온된 다음 각각(스트림 138 및 161 참조) 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(116)를 통해 통과하고 거기서 MCSG 공급 스트림을 분할하여 획득된 제2 스트림(115)과의 간접 열 교환을 통해 추가로 가온된다(또는 제3 열 교환기 유닛(들)이 제2 열 교환기 유닛(들)과 조합되는 대안 실시예에서, 제1 잔류 가스 스트림(137) 및 제2 잔류 가스 스트림(160)은 상기 조합된 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 가온된 다음, 상기 조합된 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 추가로 가온된다). 생성된 가온된 제2 잔류 가스 스트림(162)은 그 다음 압축기(163) 및 애프터쿨러(165)에서 압축 및 냉각된 후 생성된 가온된 제1 잔류 가스 스트림(139)과 혼합되어 조합된 잔류 가스 스트림(173)을 형성한다. 잔류 가스 스트림(173)은 플랜트용 연료로 사용되거나 추가 정제, 분리 및/또는 화학적 합성을 위해 하류 유닛으로 보내질 수 있다. 선택적으로, 스트림(139)의 일부 또는 전부는 수소 생성물을 만들기 위해 정제될 수 있고 잔류 가스 스트림(170)을 갖는 스트림과 조합되지 않을 수 있다.
제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(114)는 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 코일 권선 유닛 또는 유닛 세트이다. 천연 가스(합성 또는 대체 천연 가스 포함)의 액화를 위해 본 기술 분야에 알려진 임의의 유형의 냉동 프로세스가 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(114)에 채용될 수 있으며, 예컨대 단일 혼합 냉매 프로세스; 이중 혼합 냉매 프로세스; 프로판, 암모니아 또는 HFC 예냉 혼합 냉매 프로세스; 질소, 메탄 또는 에탄을 사용하는 역 브레이튼 사이클; 또는 다중 유체 캐스케이드 사이클이 채용될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에서 도 1a에 도시된 것과 같은 단일 혼합 냉매(SMR) 프로세스가 사용될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 코일 권선 열 교환기 유닛(114)은 따뜻한 튜브 다발(114A)을 포함하는 따뜻한 섹션 및 저온 튜브 다발(114B)을 포함하는 저온 섹션을 포함한다(용어 따뜻함 및 저온은 상대적임). MCSG 공급 스트림을 분할하여 획득된 제1 스트림(113)은 따뜻한 튜브 다발(114A)을 통해 통과하고, 거기서 냉각 및 부분적으로 액화되어 제1 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(120)을 형성한다. LNG 증기(183)는 저온 튜브 다발(114B)을 통해 통과하고 거기서 과냉각되어 과냉각된 LNG 생성물 스트림(187)을 형성한다. 열 교환기 유닛의 쉘측을 통해 통과하는 혼합 냉매를 기화시킴으로써 코일 권선 열 교환기 유닛의 따뜻한 및 저온 튜브 다발에 냉각 듀티가 공급된다. 열 교환기 유닛의 쉘측에 기화하는 저온 혼합 냉매를 공급하기 위해 사용되는 도 1a에 도시된 SMR 사이클은 본 기술 분야에 잘 알려진 것이고, 따라서 간결함을 위해 여기에서는 단지 피상적으로만 설명할 것이다. 매우 간단히 말해서, 열 교환기 유닛의 하단에서 쉘측으로부터 인출된 가온된 기화된 혼합 냉매는 하나 이상의 압축기 스테이지(115A, 115B), 애프터쿨러 및 상 분리기를 포함하는 압축 트레인에서 압축 및 냉각되고 하나 이상의 혼합 냉매 액체(MRL) 스트림(2개가 도면에 도시됨) 및 하나 이상의 혼합 냉매 증기(MRV) 스트림(하나가 도면에 도시됨)으로 분리된다. MRL 스트림은 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과하고 거기서 냉각되며, J-T 밸브를 통해 팽창되고, 조합되어 따뜻한 다발의 상단에서 열 교환기 유닛의 쉘측으로 도입되어 따뜻한 튜브 다발의 튜브 주위의 쉘측을 통해 하향 유동하는 기화 냉매를 제공한다. MRV 스트림은 따뜻한 및 저온 튜브 다발을 통해 통과하고 거기서 냉각 및 적어도 부분적으로 액화되고, J-T 밸브를 통해 팽창되고, 저온 다발 상단에서 열 교환 유닛의 쉘측으로 도입되어 저온 및 따뜻한 튜브 다발의 튜브 주위의 쉘측을 통해 하향 유동하는 기화 냉매를 제공한다.
도 1의 방법 및 시스템은 메탄 회수율이 높은 고순도 메탄 농후 LNG 생성물을 생성한다. 이는 단지 단일 증류 컬럼과 생성된 잔류 가스의 단지 일부만(즉, 제2 잔류 가스 스트림에 함유된 잔류 가스만)의 재압축을 필요로 하며, 따라서, 다수의 증류 컬럼, 생성된 모든 잔류 가스의 재압축 및 생성된 잔류 가스 모두를 압축할 수 있는 압축기를 필요로 하는 시스템이 비교하여 시스템의 자본 및 동작 비용과 설치 공간을 감소시킨다. 이는 코일 권선 열 교환기 유닛을 사용할 수 있게 하며, 이에 의해, 또한 그 소형 설계, 견고성, 안전성 및 열 전달 효율 측면에서 이러한 유닛이 제공하는 이점을 활용하여 설치 공간을 더욱 감소시키고 시스템 및 프로세스의 효율을 개선시킨다. 이는 또한 설명된 바와 같이 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛일 수 있는 제2 및 제3 열 교환기 유닛에서 2상 냉매의 사용을 피하고, 이에 의해, 이러한 유형의 열 교환기에서 이러한 냉매를 사용함으로써 발생할 수 있는 임의의 작동 상의 어려움을 피할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시한다. 도 2에 도시된 실시예는 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림이 제1 및 제2 상 분리기에 의해 분리되는 방식에 관하여 및 환류가 증류 컬럼에 제공되는 방식과 관하여 도 1에 도시된 실시예와 상이하다.
주위 온도 및 고압, 전형적으로, 20 내지 80 bara인, 예를 들어, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 물, 메탄, 에탄 및 기타 탄화수소의 혼합물을 포함하는 합성 가스 스트림(200)과 같은 MCSG 공급 스트림(200)이 먼저 전처리 시스템(205)으로 전송될 수 있다. MCSG 공급 스트림의 조성에 따라 전처리 시스템은 황화수소 및 이산화탄소 불순물을 제거하기 위한 산성 가스 제거 유닛, 물을 제거하기 위한 탈수 유닛 및 수은을 제거하기 위한 수은 제거 유닛을 포함할 수 있다. 또한, LPG(액화석유가스) 성분, 동결가능한 펜탄 및 더 무거운 성분을 제거하는 중질 성분 제거 단계가 있을 수 있다. 이와 같이, MCSG 공급 스트림은 여전히 메탄과 메탄보다 더 가벼운 성분, 특히 수소와 일산화탄소를 포함할 것이지만, 전처리 섹션(205)으로부터 배출되는 MCSG 공급 스트림(211)의 유량 및 조성은 상기 전처리 섹션(205)으로 유입되는 MCSG 공급 스트림(200)의 것과 상당히 상이할 수 있다.
전형적으로, 주위 온도에 있는 전처리 섹션(205)으로부터 배출되는 MCSG 공급 스트림(211)은 그 후, 2개의 스트림, 즉, 제1 스트림(213) 및 제2 스트림(215)으로 분할된다. 바람직하게는 MCSG 공급 스트림(211)의 유동의 10 내지 40%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30%와 같은 MCSG 공급 스트림(211)의 작은 부분으로 구성된 제1 스트림(213)은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(214)로 보내진다. MCSG 공급 스트림(211)의 나머지 유동으로 구성되고 따라서 바람직하게는 상기 스트림의 대부분으로 구성되는 제2 스트림(215)은 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(216)로 보내진다. 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(216)는 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛 또는 병렬로 배열된 복수의 플레이트 핀 교환기 유닛을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 스트림(213, 215)은 각각 제1 열 교환기 유닛(들)(214) 및 제2 열 교환기 유닛(들)(216)에서 냉각 및 부분적으로 액화되어, 제1 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(220) 및 제2 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(217)을 각각을 형성하고, 이들은 각각 -120℃ 내지 -150℃, 더욱 바람직하게는 -130℃ 내지 -140℃의 온도이다. 제1 및 제2 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(220, 217)은 그 다음 조합되어(필요한 경우, 예를 들어 밸브(217A)를 통해 제2 냉각 및 부분적으로 액화된 스트림(217)의 압력이 먼저 조절되어 스트림(217)의 유동을 제어함) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(230)을 형성한다.
부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(230)은 그 다음 -155℃ 내지 -185℃, 더욱 바람직하게는 -165℃ 내지 -175℃의 온도에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(233)을 형성하기 위해 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(231)에서 추가로 냉각(및 추가로 부분적으로 액화)된다. 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(231)는 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛 또는 병렬로 배열된 복수의 플레이트 핀 교환기 유닛을 포함할 수 있다. 대안 실시예에서(도시되지 않음), 제3 열 교환기 유닛(들)은 제2 열 교환기 유닛(들)과 단일 유닛 또는 병렬 유닛 세트로 조합될 수 있으며, 스트림(215)은 상기 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 냉각되고 스트림(230)은 상기 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 냉각된다.
부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(233)은 그 후 직렬로 배열된 제1 상 분리기(235) 및 제2 상 분리기(240)를 사용하여 분리되고, 제2 상 분리기는 제1 상 분리기와 하류에서 유체 유동 연통한다. 더 구체적으로, 부분적으로 액화된 MCSG 스트림(233)은 먼저 이 경우에는 플래시 드럼인 제1 상 분리기(235) 내로 도입되고, 이 플래시 드럼 내에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림이 플래싱되고 제3 공급 스트림(236)을 형성하는 액체 스트림 및 제1 잔류 가스 스트림(237)을 형성하는 증기 스트림으로 분리된다. 제3 공급 스트림(236)은 예를 들어 J-T 밸브(237A)를 통해 스트림을 통과시킴으로써 압력이 감소되고 부분적으로 기화되며, 그 후 상기 스트림은 2상 상태가 되고, 그 후, 부분적으로 기화된 2상 제3 공급 스트림은 그 후, 이 경우에는 플래시 드럼인 제2 상 분리기(240) 내로 도입되고, 이 플래시 드럼 내에서 부분적으로 액화된 제3 공급 스트림이 플래싱되고 제1 공급 스트림(242)을 형성하는 액체 스트림과 제2 공급 스트림(251)을 형성하는 증기 스트림으로 분리된다.
제2 상 분리기(240)에서 액체 레벨을 제어하기 위해 밸브(242A)에 의해 그 유동이 제어되는 제1 공급 스트림(242)은 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(231)를 통해 통과하고 거기서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(230)과의 간접 열 교환을 통해 가온되며, 그 후, 상기 스트림은 2상 상태가 된다(또는, 제3 열 교환기 유닛(들)이 제2 열 교환기 유닛(들)과 조합되는 대안 실시예에서, 제3 공급 스트림(242)은 상기 조합 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 가온된다). 그 다음, 제1 공급 스트림(252) 및 제2 공급 스트림(251)은 아래에서 추가로 설명될 바와 같이 증류 컬럼(245)의 상이한 위치에 각각 도입되며, 증류 컬럼(245)은 3.0 내지 7.0 bara, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 bara의 압력에서 동작한다.
제1 공급 스트림(252)은 컬럼의 섹션(245C)에 의해 도 2에 표현된 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 위에 있는, 그리고, 컬럼의 섹션(245B)으로 도 1에 표현된 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 아래에 있는 제1 위치에서 증류 컬럼(245) 내로 도입된다. 제2 공급 스트림(251)은 섹션(245B)으로 표현되는 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 위에 있는, 그리고, 컬럼의 섹션(245A)으로 도 2에 표현된 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 아래에 있는 제2 위치에서 증류 컬럼 내로 도입된다.
증류 컬럼(245)에 대한 리보일러 듀티가 제공되어 (MCSG 공급 스트림을 분할하여 획득된) 제2 스트림(215)과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(116)에서 증류 컬럼 하단 액체(253)의 스트림을 가온하고 이에 의해 적어도 부분적으로 기화시키며, 이에 의해, 증류 컬럼의 하단으로 재도입되는 (상기 부분적으로 기화된 증류 컬럼 하단 액체로 형성된) 비등 스트림(254)을 형성한다.
증류 컬럼 하단 액체로 형성된 LNG 스트림(280)은 -125℃ 내지 -155℃, 더욱 바람직하게는 -135℃ 내지 -145℃의 온도에서 증류 컬럼(245)의 하단으로부터 인출되며, 바람직하게는 펌프(181)에서 압력이 증가되고, (스트림(283)으로서) 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(214)로 보내져 통과되어 과냉각됨으로써 과냉각된 LNG 생성물 스트림(287)을 형성하고, 이는 현장에서 LNG 저장 용기에 저장될 수 있거나, (예를 들어, 파이프라인 또는 운송 선박을 통해) 바로 현장 외부로 전달된다. LNG 스트림(280, 287)은 전형적으로 1몰% 이하, 바람직하게는 0.5몰% 미만의 질소를 함유하고, 바람직하게는 또한 10 ppm 이하의 일산화탄소 함량을 갖는다. MCSG 공급 스트림(211)으로부터 LNG 스트림(280, 287)으로부터 회수된 메탄의 %는 95%보다 더 높을 수 있다.
증류 컬럼 오버헤드 증기로 형성된 제2 잔류 가스 스트림(260)은 -160℃ 내지 -190℃, 더욱 바람직하게는 -170℃ 내지 -180℃의 온도에서 증류 컬럼(245)의 상단으로부터 인출되고, 전형적으로 95몰% 초과, 바람직하게는 98몰% 초과의 수소 및 일산화탄소를 함유한다.
제1 잔류 가스 스트림(237) 및 제2 잔류 가스 스트림(260)은 각각 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(231)를 통해 통과하고 거기서 가온된 다음, 각각(스트림 238 및 261 참조) 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(216)를 통해 통과하고 거기서 추가로 가온되어 가온된 제1 잔류 가스 스트림(239) 및 가온된 제2 잔류 가스 스트림(262)을 생성한다(또는 제3 열 교환기 유닛(들)이 제2 열 교환기 유닛(들)과 조합되는 대안 실시예에서, 제1 잔류 가스 스트림(237) 및 제2 잔류 가스 스트림(260)은 상기 조합된 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 가온된 다음, 상기 조합된 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 추가로 가온된다). 그 다음, 가온된 제2 잔류 가스 스트림(262)은 압축기(263) 및 애프터쿨러(265)에서 압축 및 냉각되어 압축된 제2 잔류 가스 스트림(270)을 형성하고, 이는 그 후 2개의 부분(271, 275)으로 분할된다.
바람직하게는 압축된 제2 잔류 가스 스트림(270)의 작은 부분, 예컨대 상기 스트림의 유동의 10% 내지 30%, 더욱 바람직하게는 15% 내지 25%로 구성되는 압축된 제2 잔류 가스 스트림의 제1 부분(271)은 가온된 제1 잔류 가스 스트림(239)과 혼합되어 조합된 잔류 가스 스트림(273)을 형성한다. 잔류 가스 스트림(273)은 플랜트용 연료로 사용되거나 추가 정제, 분리 및/또는 화학적 합성을 위해 하류 유닛으로 보내질 수 있다. 선택적으로, 스트림(239)의 일부 또는 전부는 수소 생성물을 만들기 위해 정제될 수 있고 잔류 가스 스트림(271)과 조합되지 않을 수 있다.
압축된 제2 잔류 가스 스트림(270)의 유동의 나머지로 구성되고 따라서 바람직하게는 상기 스트림의 대부분으로 구성되는 압축된 제2 잔류 가스 스트림의 제2 부분(275)은 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(216)를 통해 통과하고 거기서 냉각된다(또는 제3 열 교환기 유닛(들)이 제2 열 교환기 유닛(들)과 조합되는 대안 실시예에서, 제2 부분(275)은 상기 조합된 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 냉각되어 -120℃와 -150℃ 사이, 더욱 바람직하게는 -130℃와 -140℃ 사이의 온도의 냉각된 스트림(277)을 형성한다). 그 다음, 상기 냉각된 스트림(277)은 팽창기(279)에서 팽창되어 -160℃ 내지 -190℃, 더욱 바람직하게는 -170℃ 내지 -180℃의 온도를 갖는 적어도 부분적으로 액화된 환류 스트림(250)을 형성하고, 이는 섹션 245A로 표현되는 컬럼의 하나 이상의 분리 스테이지 위의 컬럼의 상단에 있는 제3 위치에서 증류 컬럼(245)으로 도입되고, 이에 의해, 컬럼으로의 환류 소스를 제공한다. 팽창기(279)로부터의 팽창 일은 예를 들어 공급 또는 잔류 가스를 압축하는 압축기에 팽창기를 결합함으로써 회수될 수 있거나, 예를 들어 발전기에서 회수될 수 있다.
제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(214)는 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 코일 권선 유닛 또는 유닛 세트이다. 천연 가스(합성 또는 대체 천연 가스 포함)의 액화를 위해 본 기술 분야에 알려진 임의의 유형의 냉동 프로세스가 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(214)에 채용될 수 있으며, 예컨대 단일 혼합 냉매 프로세스; 이중 혼합 냉매 프로세스; 프로판, 암모니아 또는 HFC 예냉 혼합 냉매 프로세스; 질소, 메탄 또는 에탄을 사용하는 역 브레이튼 사이클; 또는 다중 유체 캐스케이드 사이클이 채용될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에서 도 1a에 도시되고 앞서 설명된 것과 같은 단일 혼합 냉매(SMR) 프로세스가 사용될 수 있다.
도 2의 방법 및 시스템은 앞서 설명한 도 1의 방법 및 시스템과 동일한 이점 및 이점을 갖는다. 도 1에 도시된 실시예와 비교하여, 도 2에 도시된 실시예는 매우 낮은 메탄 함량을 갖는 환류를 사용함으로써 훨씬 더 높은 메탄 회수율을 달성할 수 있고, 따라서 프로세스의 메탄 회수율을 더욱 개선할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 실시예는 도 2에 도시된 실시예에 비교하여 더 나은 비출력(specific power)을 갖는다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시한다. 도 3에서, 도 1에 도시된 제1 실시예와 공유되는 특징에는 200이 증가된 동일한 참조 번호가 할당되었다. 따라서, 예를 들어, 도 3의 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(330)은 도 1의 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(130)에 대응하고, 도 3의 증류 컬럼(345)은 도 1에 도시된 증류 컬럼(145)에 대응한다. 도 3의 특징이 도 1의 대응하는 특징과 다르다고 구체적으로 설명하지 않는 한, 그 특징은 앞서 설명한 도 1의 대응 특징과 동일한 구조 및 특징을 갖는 것으로 가정할 수 있다. 더욱이, 그 특징이 다른 구조나 기능을 갖지 않는 경우, 이는 아래의 도 3에 대한 추가 설명에서 구체적으로 언급되지 않을 수 있다.
도 3에 도시된 실시예는 MCSG 공급 스트림이 냉각되어 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하는 방식에 관하여 및 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트가 사용되는 방식과 관하여 도 1에 도시된 실시예와 상이하고, 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 냉매를 공급하고, 이에 의해 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 및 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에 추가적인 냉동을 공급하는 데 사용된다.
더 구체적으로, 도 3에서 전처리 섹션(305)으로부터 배출되는 MCSG 공급 스트림(311) 전체가 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(316)로 보내지고 그를 통해 통과되며, 여기서, MCSG 공급 스트림(311)이 냉각 및 부분적으로 액화되어 -130℃ 내지 -160℃, 더욱 바람직하게는 -140℃ 내지 -150℃의 온도에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(330)을 형성하고, 이는 그 다음, (도 1과 관련하여 앞서 설명된 바와 같은) 직렬로 배열된 제1 상 분리기(340) 및 제2 상 분리기(335)를 사용하여 분리된다. 도 1과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(316)는 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛 또는 병렬로 배열된 복수의 플레이트 핀 교환기 유닛을 포함할 수 있다.
제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314)는 MCSG 공급 스트림의 어떠한 부분도 수용하고 냉각하는 데 사용되지 않는다. 대신에, 도 3에 도시된 배열에서, 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314)는 제1 냉매를 냉각하고 냉각된 제1 냉매(390)의 스트림을 생성하기 위해 사용되며, 이 냉각된 제1 냉매의 스트림은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314)로부터 인출되어 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(331)를 통해 통과하고 거기서 제3 공급 스트림(342)과의 간접 열 교환을 통해 하고 가온되며, 이에 의해 (제1 잔류 가스 스트림(337) 및 제2 잔류 가스 스트림(360)과 함께) 추가적인 냉동을 상기 유닛(들)에 제공한다. 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(331)로부터 배출되는 제1 냉매(392)의 생성 스트림은 그 후, MCSG 공급 스트림(311)과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(316)를 통해 통과하고 거기서 추가로 가온되며, 이에 의해 (제1 잔류 가스 스트림(338), 제2 잔류 가스 스트림(361), 및 증류 컬럼 하단 액체 스트림(353)과 함께) 추가적인 냉동을 상기 유닛(들)에 제공한다. 제1 냉매(395)의 생성된 가온된 스트림은 그 다음 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314)로 복귀되어 다시 한번 상기 유닛(들)에서 냉각된다. 제3 열 교환기 유닛(들)이 제2 열 교환기 유닛(들)과 조합되는 대안 실시예에서, 냉각된 제1 냉매(390)의 스트림은 대신에 상기 조합된 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 가온된 다음 상기 조합된 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 추가로 가온된다.
제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314)는 예를 들어 도 3a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 코일 권선 유닛 또는 유닛 세트이다. 천연 가스(합성 또는 대체 천연 가스 포함)의 액화를 위해 본 기술 분야에 알려진 임의의 유형의 냉동 프로세스가 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314)에 채용될 수 있으며, 예컨대 단일 혼합 냉매 프로세스; 이중 혼합 냉매 프로세스; 프로판, 암모니아 또는 HFC 예냉 혼합 냉매 프로세스; 질소, 메탄 또는 에탄을 사용하는 역 브레이튼 사이클; 또는 다중 유체 캐스케이드 사이클이 채용될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에서, 제1 냉매가 혼합 냉매인 도 3a에 도시된 것과 같은 단일 혼합 냉매(SMR) 프로세스가 사용될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 코일 권선 열 교환기 유닛(314)은 따뜻한 튜브 다발(314A)을 포함하는 따뜻한 섹션 및 저온 튜브 다발(314B)을 포함하는 저온 섹션을 포함한다(용어 따뜻함 및 저온은 상대적임). LNG 증기(383)는 저온 튜브 다발(114B)을 통해 통과하고 거기서 과냉각되어 과냉각된 LNG 생성물 스트림(387)을 형성한다. 냉각 듀티는 열 교환기 유닛의 쉘측을 통해 통과하고, 거기서 가온 및 기화되는 냉각된 제1 냉매에 의해 코일 권선 열 교환기 유닛의 따뜻한 및 저온 튜브 다발에 공급된다. 제1 냉매 냉각에 사용되는 도 3a에 도시된 SMR 사이클은 본 기술 분야에 잘 알려진 것이며, 따라서 여기에서는 간결성을 위해 단지 피상적으로만 설명할 것이다. 매우 간단히 말해서, 열 교환기 유닛의 하단에서 쉘측으로부터 인출된 가온된 기화된 제1 냉매는 (제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(314) 세트로부터 복귀하는) 가온된 기화된 제1 냉매(395)의 스트림과 조합되고, 하나 이상의 압축기, 애프터쿨러 및 상 분리기를 포함하는 압축 트레인에서 압축되고, 냉각되며, 하나 이상의 혼합 냉매 액체(MRL) 스트림(2개가 도면에 도시됨) 및 하나 이상의 혼합 냉매 증기(MRV) 스트림(하나가 도면에 도시됨)으로 분리된다. MRL 스트림은 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과하고 거기서 냉각되며, J-T 밸브를 통해 팽창되고, 조합되어 따뜻한 다발의 상단에서 열 교환기 유닛의 쉘측으로 도입되어 따뜻한 튜브 다발의 튜브 주위의 쉘측을 통해 하향 유동하는 기화 제1 냉매를 제공한다.
MRV 스트림은 따뜻한 및 저온 튜브 다발을 통해 통과하고, 거기서 냉각 및 적어도 부분적으로 액화되어 냉각된 제1 냉매의 스트림을 형성하며, 이는 저온 튜브 다발의 상단으로부터 인출되고, 팽창되고, 분할되어 (앞서 설명된 바와 같이, 가온되고, 이 경우에는 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(331) 및 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(316)에서 기화되는) 냉각된 제1 냉매(390)의 스트림 및, 저온 다발의 상단에서 제1 열 교환기 유닛(314)의 쉘측으로 도입되어 저온 및 따뜻한 튜브 다발의 튜브 주위에서 쉘측을 통해 하향 유동하는 기화 제1 냉매를 제공하는, 냉각된 제1 냉매의 스트림을 형성한다. 저온 튜브 다발의 상단으로부터 인출되는 냉각된 제1 냉매의 스트림은 예를 들어 스트림을 J-T 밸브를 통해 통과시킴으로써 팽창될 수 있고, 그 다음, 분할되어 냉각된 제1 냉매의 스트림(390) 및, 도 3a에 도시된 바와 같이 저온 다발의 상단에서 제1 열 교환기 유닛(314)의 쉘측으로 도입되는, 냉각된 제1 냉매의 스트림을 형성한다. 대안적으로, 저온 튜브 다발의 상단으로부터 인출된 냉각된 제1 냉매의 스트림은 먼저 분할된 다음 생성된 분할된 스트림이 개별적으로 (예를 들어, 개별 J-T 밸브를 사용하여) 팽창될 수 있다.
도 3의 방법 및 시스템은 앞서 설명한 도 1의 방법 및 시스템과 유사한 장점 및 이점을 갖는다. 도 1에 도시된 실시예와 비교하여, 도 3에 도시된 실시예는 제1 및 제2 열 교환기 유닛 사이에서 MCSG 공급 스트림을 분할 및 분배할 필요성을 피하지만, 제2 및/또는 제3 열 교환기 유닛에서 2상 냉매의 사용을 필요로 하는 잠재적인 단점이 있다(즉, 제2 및/또는 제3 열 교환기 유닛에서 사용되는 제1 냉매가 2상인 경우).
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 MCSG로부터 LNG를 생성하기 위한 방법 및 시스템을 도시한다. 도 4에서, 도 2에 도시된 제2 실시예와 공유되는 특징에는 200이 증가된 동일한 참조 번호가 할당되었다. 따라서, 예를 들어, 도 4의 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(430)은 도 2의 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(230)에 대응하고, 도 4의 증류 컬럼(445)은 도 1의 증류 컬럼(445)에 대응한다. 도 4의 특징이 도 2의 대응하는 특징과 다르다고 구체적으로 설명하지 않는 한, 그 특징은 앞서 설명한 도 2의 대응 특징과 동일한 구조 및 특징을 갖는 것으로 가정할 수 있다. 더욱이, 그 특징이 다른 구조나 기능을 갖지 않는 경우, 이는 아래의 도 4에 대한 추가 설명에서 구체적으로 언급되지 않을 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 MCSG 공급 스트림이 냉각되어 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하는 방식에 관하여 및 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트가 사용되는 방식과 관하여 도 2에 도시된 실시예와 상이하고, 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 냉매를 공급하고, 이에 의해 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 및 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에 추가적인 냉동을 공급하는 데 사용된다.
더 구체적으로, 도 4에서 전처리 섹션(405)으로부터 배출되는 MCSG 공급 스트림(411) 전체가 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(416)로 보내지고 그를 통해 통과되며, 여기서, MCSG 공급 스트림(411)이 냉각 및 부분적으로 액화되어 -120℃ 내지 -150℃, 더욱 바람직하게는 -130℃ 내지 -140℃의 온도에서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(430)을 형성하고, 이는 그 다음, (도 2와 관련하여 앞서 설명된 바와 같은) 직렬로 배열된 제1 상 분리기(435) 및 제2 상 분리기(440)를 사용하여 분리된다. 도 2와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(416)는 예를 들어 플레이트 핀 교환기 유닛 또는 병렬로 배열된 복수의 플레이트 핀 교환기 유닛을 포함할 수 있다.
제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(414)는 MCSG 공급 스트림의 어떠한 부분도 수용하고 냉각하는 데 사용되지 않는다. 대신에, 도 4에 도시된 배열에서, 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(414)는 제1 냉매를 냉각하고 냉각된 제1 냉매(490)의 스트림을 생성하기 위해 사용되며, 이 냉각된 제1 냉매의 스트림은 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(414)로부터 인출되어 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(431)를 통해 통과하고 거기서 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림(430)과의 간접 열 교환을 통해 하고 가온되며, 이에 의해 (제1 잔류 가스 스트림(437), 제2 잔류 가스 스트림(460) 및 제1 공급 스트림(442)과 함께) 추가적인 냉동을 상기 유닛(들)에 제공한다. 제3 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(431)로부터 배출되는 제1 냉매(492)의 생성 스트림은 그 후, MCSG 공급 스트림(411)과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(416)를 통해 통과하고 거기서 추가로 가온되며, 이에 의해 (제1 잔류 가스 스트림(438), 제2 잔류 가스 스트림(461), 및 증류 컬럼 하단 액체 스트림(453)과 함께) 추가적인 냉동을 상기 유닛(들)에 제공한다. 제1 냉매(495)의 생성된 가온된 스트림은 그 다음 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(414)로 복귀되어 다시 한번 상기 유닛(들)에서 냉각된다. 제3 열 교환기 유닛(들)이 제2 열 교환기 유닛(들)과 조합되는 대안 실시예에서, 냉각된 제1 냉매(490)의 스트림은 대신에 상기 조합된 유닛(들)의 더 저온의 섹션에서 가온된 다음 상기 조합된 유닛(들)의 더 따뜻한 섹션에서 추가로 가온된다.
제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(414)는 예를 들어 도 3a에 도시된 바와 같이 바람직하게는 코일 권선 유닛 또는 유닛 세트이다. 천연 가스(합성 또는 대체 천연 가스 포함)의 액화를 위해 본 기술 분야에 알려진 임의의 유형의 냉동 프로세스가 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트(414)에 채용될 수 있으며, 예컨대 단일 혼합 냉매 프로세스; 이중 혼합 냉매 프로세스; 프로판, 암모니아 또는 HFC 예냉 혼합 냉매 프로세스; 질소, 메탄 또는 에탄을 사용하는 역 브레이튼 사이클; 또는 다중 유체 캐스케이드 사이클이 채용될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에서 도 3a에 도시되고 앞서 설명된 것과 같은 단일 혼합 냉매(SMR) 프로세스가 사용될 수 있다.
도 4의 방법 및 시스템은 앞서 설명한 도 3의 방법 및 시스템과 동일한 이점 및 이점을 갖는다. 도 3에 도시된 실시예와 비교하여, 도 4에 도시된 실시예는 매우 낮은 메탄 함량을 갖는 환류를 사용함으로써 훨씬 더 높은 메탄 회수율을 달성할 수 있고, 따라서 프로세스의 메탄 회수율을 더욱 개선할 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 실시예는 도 4에 도시된 실시예에 비교하여 더 나은 비출력(specific power)을 갖는다.
예 1
이 예에서, Aspen 버전 10을 사용하여 도 1에 도시된 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법 및 시스템이 시뮬레이션된다. 아래 표 1은 시뮬레이션의 스트림 데이터를 제공한다. 이 예에서, 잔류 가스 압축기(163)는 61.8MW의 근사 브레이크 마력(approximate break horsepower)을 갖는 4개의 스테이지를 갖고, 혼합 냉매 압축기(115A 및 115B)는 30.3MW의 근사 브레이크 마력을 가지며, 팽창기(179)는 10.5MW의 일을 추출하고 프로세스는 95%의 메탄 회수율을 갖는다.
Figure pat00001
예 2
이 예에서, Aspen 버전 10을 사용하여 도 2에 도시된 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법 및 시스템이 시뮬레이션된다. 아래 표 2는 시뮬레이션의 스트림 데이터를 제공한다.
Figure pat00002
이 예의 방법 및 시스템은 히트 펌프(팽창기 279)를 사용하여 매우 높은 생성물 회수율을 허용한다. 이는 매우 낮은 메탄 함량을 갖는 고순도 환류를 생성하며, 따라서, 예 1의 프로세스와 비교하여 프로세스의 메탄 회수율이 개선된다. 그러나, 예 1의 프로세스는 예 2의 프로세스와 비교하여 더 나은 비출력을 갖는다(848.5 대 922.6 kW-hr/tonne).
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 앞서 설명된 세부사항으로 제한되지 않고, 다음 청구범위에 정의된 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 수많은 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (30)

  1. 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법에 있어서,
    (a) MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계;
    (b) 직렬로 배열된 제1 상 분리기 및 제2 상 분리기- 상기 제2 상 분리기는 하류에서 상기 제1 상 분리기와 유체 유동 연통함 -를 사용하여 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 액체 스트림 및 2개의 증기 스트림을 포함하는 적어도 3개의 스트림으로 분리하는 단계- 상기 액체 스트림은 제1 공급 스트림을 형성하고, 상기 증기 스트림 중 하나는 제2 공급 스트림을 형성하고, 상기 증기 스트림 중 다른 하나는 제1 잔류 가스 스트림을 형성함 -;
    (c) 상기 제1 공급 스트림을 제1 위치에서 증류 컬럼으로 도입하는 단계;
    (d) 상기 제2 공급 스트림을 상기 제1 위치 위에 있는 제2 위치에서 상기 증류 컬럼 내로 도입하는 단계- 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지가 존재함 -;
    (e) 상기 증류 컬럼으로부터 증류 컬럼 하단 액체로 형성된 LNG 스트림을 인출하는 단계; 및
    (f) 상기 증류 컬럼으로부터 증류 컬럼 오버헤드 증기로 형성된 제2 잔류 가스 스트림을 인출하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 단계 (b)는
    (i) 상기 제1 상 분리기에서 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 상기 제1 공급 스트림을 형성하는 상기 액체 스트림과 증기 스트림으로 분리하는 단계;
    (ii) 상기 제1 상 분리기로부터의 상기 증기 스트림을 분할하여 제2 공급 스트림을 형성하는 증기 스트림 및 제3 공급 스트림을 형성하는 증기 스트림을 형성하는 단계; 및
    (iii) 상기 제3 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화한 다음, 상기 제2 상 분리기에서 상기 제3 공급 스트림을 상기 제1 잔류 가스 스트림을 형성하는 상기 증기 스트림 및 제4 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림으로 분리하는 단계를 포함하고;
    단계 (c)는 상기 제1 공급 스트림의 압력을 감소시킨 다음, 상기 제1 공급 스트림을 제1 위치에서 상기 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 포함하고;
    단계 (d)는 상기 제2 공급 스트림의 압력을 감소시킨 다음, 상기 제2 공급 스트림을 제2 위치에서 상기 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 포함하고;
    방법은 상기 제4 공급 스트림의 압력을 감소시킨 다음, 상기 제4 공급 스트림을 상기 제2 위치 위에 있는 제3 위치에서 증류 컬럼 내로 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이에는 적어도 하나의 분리 스테이지가 존재하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제3 위치는 상기 증류 컬럼의 상단에 있는, 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 잔류 가스 스트림 및 상기 제2 잔류 가스 스트림 중 하나 또는 양자 모두는 단계 (b)(iii)에서 상기 제3 공급 스트림의 냉각 및 부분 액화를 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 상기 제3 공급 스트림과의 간접 열 교환을 통해 가온되는, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 단계 (b)는
    (i) 상기 제1 상 분리기에서 부분적으로 액화된 MCSG 스트림을 상기 제1 잔류 가스 스트림을 형성하는 증기 스트림과 상기 제3 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림으로 분리하는 단계; 및
    (ii) 상기 제3 공급 스트림의 압력을 감소시키고 부분적으로 기화시키고, 상기 제2 상 분리기에서 상기 스트림을 상기 제1 공급 스트림을 형성하는 액체 스트림 및 상기 제2 공급 스트림을 형성하는 증기 스트림으로 분리하는 단계를 포함하고;
    단계 (c)는 상기 제1 공급 스트림을 가온한 다음, 상기 제1 공급 스트림을 상기 제1 위치에서 상기 증류 컬럼에 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 위치와 상기 컬럼의 상단 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지가 있고, 상기 방법은 상기 제2 잔류 가스 스트림 또는 증류 컬럼 오버헤드 증기의 일부를 압축, 냉각, 팽창 및 이에 의해 적어도 부분적으로 액화하여 환류 스트림을 형성하는 단계; 및 상기 환류 스트림을 상기 증류 컬럼의 상단에 있는 제3 위치에서 상기 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 단계 (c)에서, 상기 제1 공급 스트림은 단계 (a)에서의 상기 MCSG 공급 스트림의 상기 냉각 및 부분 액화를 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 상기 MCSG 공급 스트림과의 간접 열 교환을 통해 가온되는, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 단계 (a)에서의 상기 MCSG 공급 스트림의 상기 냉각 및 부분 액화를 위한 냉각 듀티를 제공하기 위해 상기 제1 잔류 가스 스트림 및 상기 제2 잔류 가스 스트림 중 하나 또는 양자 모두가 상기 MCSG 공급 스트림과의 간접 열 교환을 통해 가온되는, 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 위치와 상기 컬럼의 하단 사이에 적어도 하나의 분리 스테이지가 존재하고, 및 방법은 상기 LNG 스트림 또는 상기 증류 컬럼 하단 액체의 일부를 가온 및 이에 의해 적어도 부분적으로 기화시켜 비등 스트림을 형성하는 단계, 및 상기 비등 스트림을 상기 증류 컬럼의 하단에서 상기 증류 컬럼에 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 잔류 가스 스트림의 적어도 일부가 압축되고 상기 제1 잔류 가스 스트림과 조합되는, 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은 상기 LNG 스트림을 과냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 단계 (a)는
    (i) MCSG 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 적어도 2개의 부분으로 분할하는 단계;
    (ii) 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 MCSG 공급 스트림의 상기 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계- 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
    (iii) 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 MCSG 공급 스트림의 상기 제2 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계; 및
    (iv) 상기 MCSG 공급 스트림의 냉각 및 부분적으로 액화된 제1 부분과 상기 MCSG 공급 스트림의 냉각 및 부분적으로 액화된 제2 부분을 조합하여 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 단계 (a)(iii)에서, 상기 하나 이상의 프로세스 스트림은 상기 제1 잔류 가스 스트림, 상기 제2 잔류 가스 스트림, 및 상기 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부로부터 선택된 하나 이상의 스트림을 포함하는, 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 단계 (a)는
    (i) 냉각된 제1 냉매를 생성하기 위해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 제1 냉매를 냉각하는 단계- 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
    (ii) 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위해 상기 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림 및 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 단계 (a)(ii)에서 상기 하나 이상의 프로세스 스트림은 상기 제1 잔류 가스 스트림, 상기 제2 잔류 가스 스트림, 및 상기 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 단계 (a)(i)에서 상기 제1 냉매는 (a)(i) 단계에서 생성된 상기 냉각된 제1 냉매의 일부와의 간접 열 교환을 통해 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 냉각되는, 방법.
  17. 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법에 있어서, 방법은
    (a) MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계로서, 다음 단계:
    (i) 상기 MCSG 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 적어도 2개의 부분으로 분할하는 단계;
    (ii) 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계- 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
    (iii) 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 제2 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계; 및
    (iv) 상기 냉각 및 부분적으로 액화된 제1 부분과 상기 냉각 및 부분적으로 액화된 제2 부분을 조합하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하는 단계;
    에 의해 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 LNG 스트림과 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 단계 (a)(iii)에서 상기 하나 이상의 프로세스 스트림은 상기 잔류 가스 스트림, 상기 LNG 스트림의 일부, 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부 중 하나 이상으로부터 선택된 하나 이상의 스트림을 포함하는, 방법.
  19. 청구항 12 또는 17에 있어서, 상기 제1 냉매는 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 가온될 때 기화하는 냉매인, 방법.
  20. 청구항 12 또는 17에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 청구항 12 또는 17에 있어서, 단계 (a)(ii)는 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림과의 간접 열 교환을 통해 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 MCSG 공급 스트림의 상기 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계를 포함하고, 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트이고, 상기 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림은 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트 내에서 상기 제1 냉매를 또한 냉각시킴으로써 생성되는, 방법.
  22. 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 방법에 있어서, 방법은
    (a) MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계로서, 다음 단계:
    (i) 냉각된 제1 냉매를 생성하기 위해 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 제1 냉매를 냉각하는 단계- 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
    (ii) 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위해 상기 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림 및 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하는 단계;
    에 의해 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 LNG 스트림과 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 청구항 17 또는 22에 있어서, 단계 (b)에서 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림은 하나 이상의 상 분리기 또는 하나 이상의 증류 컬럼 또는 양자 모두를 사용하여 상기 LNG 스트림 및 상기 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리되는, 방법.
  24. 청구항 12, 14, 17 또는 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 플레이트 핀 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트인, 방법.
  25. 청구항 22에 있어서, 단계 (a)(ii)에서 상기 하나 이상의 프로세스 스트림은 상기 제1 잔류 가스 스트림, 상기 제2 잔류 가스 스트림, 및 상기 LNG 스트림 또는 증류 컬럼 하단 액체의 일부 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  26. 청구항 22에 있어서, 단계 (a)(i)에서 상기 제1 냉매는 (a)(i) 단계에서 생성된 상기 냉각된 제1 냉매의 일부와의 간접 열 교환을 통해 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 냉각되는, 방법.
  27. 청구항 14 또는 22에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트에서 상기 LNG 스트림을 과냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 시스템에 있어서, 시스템은
    부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 생성하기 위해 MCSG 공급 스트림을 수용, 냉각 및 부분적으로 액화하기 위한 하나 이상의 열 교환기 유닛;
    상기 하나 이상의 열 교환기 유닛과 유체 유동 연통하고 직렬로 배열된, 상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 액체 스트림 및 2개의 증기 스트림을 포함하는 적어도 3개의 스트림으로 분리하기 위한 제1 상 분리기 및 제2 상 분리기- 상기 제2 상 분리기는 상기 제1 상 분리기와 하류에서 유체 유동 연통하고, 상기 액체 스트림은 제1 공급 스트림을 형성하고, 상기 증기 스트림 중 하나는 제2 공급 스트림을 형성하고, 상기 증기 스트림 중 다른 하나는 제1 잔류 가스 스트림을 형성함 -; 및
    증류 컬럼- 상기 증류 컬럼은 상기 제1 공급 스트림을 수용하기 위한 제1 위치의 제1 입구; 상기 제2 공급 스트림을 수용하기 위한 제2 위치의 제2 입구로서, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치 위에 있는, 제2 입구; 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 적어도 하나의 분리 스테이지; 증류 컬럼 하단 액체로 형성된 LNG 스트림의 인출을 위한, 상기 증류 컬럼 하단의 출구; 및 증류 컬럼 오버헤드 증기로 형성된 제2 잔류 가스 스트림의 인출을 위한 상기 증류 컬럼의 상단의 출구를 가짐 -을 포함하는 시스템.
  29. 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 시스템에 있어서, 시스템은
    MCSG 공급 스트림을 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 적어도 2개의 부분으로 분할하기 위한 도관 세트;
    상기 제1 부분을 수용하고 제1 냉매와의 간접 열 교환을 통해 상기 제1 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하기 위한 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트- 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
    상기 제2 부분을 수용하고 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 상기 제2 부분을 냉각 및 부분적으로 액화하기 위한 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트;
    상기 냉각 및 부분적으로 액화된 제1 부분과 상기 냉각 및 부분적으로 액화된 제2 부분을 수용하고 조합하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위한 도관 세트; 및
    상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 수용하여 LNG 스트림 및 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하기 위한 하나 이상의 상 분리기 또는 하나 이상의 증류 컬럼 또는 양자 모두를 포함하는, 시스템.
  30. 메탄 함유 합성 가스(MCSG)로부터 액화 천연 가스(LNG)를 생성하는 시스템에 있어서, 시스템은
    냉각된 제1 냉매를 생성하기 위해 제1 냉매를 냉각하기 위한 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트- 상기 제1 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트는 코일 권선 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트임 -;
    상기 제1 열 교환기 유닛으로부터 상기 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림을 수용하고, 하나 이상의 프로세스 스트림을 수용하고, MCSG 공급 스트림을 수용하고, 상기 냉각된 제1 냉매의 하나 이상의 스트림 및 상기 하나 이상의 프로세스 스트림과의 간접 열 교환을 통해 상기 MCSG 공급 스트림을 냉각 및 부분적으로 액화하여 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 형성하기 위한 제2 열 교환기 유닛 또는 유닛 세트; 및
    상기 부분적으로 액화된 MCSG 공급 스트림을 수용하여 LNG 스트림 및 하나 이상의 잔류 가스 스트림으로 분리하기 위한 하나 이상의 상 분리기 또는 하나 이상의 증류 컬럼 또는 양자 모두를 포함하는, 시스템.
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