KR102137940B1 - 액화 질소를 사용하여 액화 천연 가스로부터 질소를 분리하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

액화 질소를 사용하여 액화 천연 가스로부터 질소를 분리하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

질소 농도가 1mol%를 초과하는 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 방법. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 가압 LNG 스트림은 액화 설비에서 천연 가스의 액화에 의해 제조된다. 적어도 하나의 액체 질소(LIN) 스트림이 저장 탱크로부터 수용되며, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림은 LNG 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산된다. 가압 LNG 스트림은 분리 용기에서 증기 스트림 및 액체 스트림으로 분리된다. 증기 스트림의 질소 농도는 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높다. 액체 스트림의 질소 농도는 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮다. 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나를 분리 용기로 보낸다.

Description

액화 질소를 사용하여 액화 천연 가스로부터 질소를 분리하기 위한 방법 및 시스템
관련 특허원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 12월 14일자로 출원되고 발명의 명칭이 액화 질소를 사용하여 액화 천연 가스로부터 질소를 분리하기 위한 방법 및 시스템인 미국 가특허원 제62/266,976호의 이익을 주장하며, 이의 전문은 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 출원은, 발명의 명칭이 "액체 질소로 보강된, 팽창기-기반 LNG 생산 방법"인 미국 가특허원 제62/266,979호, 발명의 명칭이 "액체 질소를 저장하는 LNG 운반선에서의 천연 가스 액화 방법"인 미국 가특허원 제62/266,983호 및 발명의 명칭이 "고압 압축 및 팽창에 의한 천연 가스의 예비 냉각"인 미국 가특허원 제62/622,985호에 관한 것으로, 이들 모두 본원과 공통의 발명자 및 양수인을 가지며 동일한 날짜에 출원되었으며, 이들의 기재사항은 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 액화 천연 가스(LNG) 형성을 위한 천연 가스 액화 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 LNG 스트림으로부터의 질소의 분리에 관한 것이다.
이 섹션은 본 발명과 관련될 수 있는 당업계의 다양한 측면들을 소개하기 위한 것이다. 이러한 논의는 본 발명의 특정 측면들에 대한 더 나은 이해를 돕기 위한 체계를 제공하기 위한 것이다. 따라서, 이 섹션은 이러한 관점에서 읽어야 하며 반드시 선행 기술의 승인으로서 읽으면 안된다는 것을 이해해야 한다.
LNG는 천연 가스가 풍부하게 공급되는 지역으로부터 천연 가스 수요가 많은 먼 지역으로 천연 가스를 공급하기 위한 급속 성장 중인 수단이다. 종래의 LNG 사이클은 a) 천연 가스 자원을 초기 처리하여, 물, 황 화합물 및 이산화탄소와 같은 오염물을 제거하는 단계; b) 자체 냉동(self-refrigeration), 외부 냉동(external refrigeration), 희박 오일(lean oil) 등을 포함하는 각종 가능한 방법에 의해 프로판, 부탄, 펜탄 등과 같은 여러 중질 탄화수소 가스를 분리하는 단계; c) 외부 냉동에 의해 천연 가스를 실질적으로 냉동하여 대기압에서 또는 대기압 근처에서 약 -160℃에서 액화 천연 가스를 형성하는 단계; d) 질소 및 헬륨과 같은 경질 성분을 LNG로부터 제거하는 단계; e) 이러한 목적을 위해 설계된 선박 또는 탱커 내의 LNG 제품을 시장 위치로 이송하는 단계; 및 f) 재가스화(regasification) 플랜트에서 LNG를 재가압 및 재가스화하여, 천연 가스 소비자에게 배분될 수 있는 가압 천연 가스 스트림을 형성하는 단계를 포함한다. 종래의 LNG 사이클의 단계 c)는 대개 실질적인 탄소 및 다른 방출물을 방출하는 대형 가스 터빈 구동기에 의해 동력을 공급받는 대형 냉동 압축기(refrigeration compressor)의 사용을 필요로 한다. 수십억 미국 달러의 대규모 자본 투자와 광범위한 사회 기반시설이 액화 플랜트의 일부로서 요구된다. 종래의 LNG 사이클의 단계 f)는 일반적으로, 극저온 펌프(cryogenic pump)를 사용하여 요구되는 압력으로 LNG를 재가압하고 이어서 LNG를 재가스화하여, 중간 유체를 통하지만 궁극적으로는 해수와 열교환함으로써 또는 천연 가스의 일부를 연소시켜 LNG를 가열 및 증기화시킴으로써, 가압된 천연 가스를 형성하는 것을 포함한다. 일반적으로, 극저온 LNG의 이용 가능한 엑서지(exergy)는 활용되지 않는다.
LNG를 생산하기 위한 비교적 새로운 기술은 부유식 LNG(floating LNG)(FLNG)로 알려져 있다. FLNG 기술은 바지선이나 선박과 같은 부유식 구조물에 가스 처리 및 액화 설비를 건설하는 것을 포함한다. FLNG는 해안에 가스 파이프라인을 건설하는 것이 경제적으로 불가능한 연안 좌초 가스(stranded gas)를 수익화(monetizing)하기 위한 기술 솔루션이다. 또한 FLNG는 멀리 있고/있거나 환경적으로 민감하고/하거나 정치적으로 어려운 지역에 위치한 육상 및 근해 가스전을 위해 점차 고려되고 있다. 이 기술은 생산 현장에서 환경 풋프린트(environmental footprint)가 더 적다는 점에서 종래의 육상 LNG보다 확실한 이점을 갖고 있다. 또한 LNG 설비의 대부분은 조선소에서 더 낮은 노동률과 저하된 실행 위험(execution risk)으로 건설되기 때문에, 이 기술은 더 빠르고 더 저렴한 비용으로 프로젝트를 제공할 수 있다.
FLNG는 종래의 육상 LNG에 비해 여러 장점이 있기는 하지만, 이 기술의 적용에는 상당한 기술적 과제가 남아있다. 예를 들면, FLNG 구조는 육상 LNG 플랜트에서 사용할 수 있는 영역의 1/4 미만인 영역에서도 동일한 수준의 가스 처리 및 액화를 제공해야 한다. 이러한 이유로, 액화 설비의 커패시티(capacity)를 유지하면서 FLNG 플랜트의 풋프린트를 줄이는 기술을 개발하여 전체 프로젝트 비용을 절감할 필요가 있다.
질소는 다수의 천연 가스 저장소에서 1mol%를 초과하는 농도로 발견된다. 이들 저장소로부터의 천연 가스의 액화는, LNG 중의 질소의 농도를 1mol% 미만으로 저하시키기 위해, 생산된 LNG로부터 질소를 분리할 필요가 종종 있다. 질소 농도가 1mol%를 초과하여 저장된 LNG는 저장 탱크에서 자동-계층화(auto-stratification) 및 롤오버(rollover)에 대한 위험이 더 크다. 이러한 현상은 저장 탱크 내의 LNG로부터의 신속한 증기 방출을 초래하는데, 이것은 중대한 안전상의 우려이다.
질소 농도가 2mol% 미만인 LNG의 경우, LNG가 LNG 저장 탱크 압력 또는 그 근처의 압력으로 밸브를 통과하여, 유압식 터빈으로부터의 가압 LNG가 팽창될 때, LNG로부터 충분한 질소 분리가 발생할 수 있다. 생성된 2상 혼합물은 엔드-플래시(end-flash) 가스 분리기에서, 종종 엔드-플래시 가스로 불리는 질소 농후 증기 흐름과, 질소 농도가 1mol% 미만인 LNG 스트림으로 분리된다. 엔드-플래시 가스는 압축되어, 공정 열 생산, 전력 생성 및/또는 압축력 생성에 사용될 수 있는 설비의 연료 가스 시스템으로 통합된다. 질소 농도가 2mol%를 초과하는 LNG의 경우, 간단한 엔드-플래시 가스 분리기를 사용하면 LNG 스트림의 질소 농도를 충분히 감소시키기 위해 과량의 엔드-플래시 가스 유량이 필요할 것이다. 이러한 경우, 분별 컬럼을 사용하여 2상 혼합물을 엔드-플래시 가스와 LNG 스트림으로 분리할 수 있다. 분별 컬럼은 통상적으로 LNG 스트림의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키기 위해 컬럼의 하부 스테이지로 보내어지는 스트리핑 가스(stripping gas)를 생성하기 위한 재비등기(reboiler) 시스템을 포함하거나 이 시스템으로 통합될 것이다. 재비등기가 있는 이러한 분별 컬럼의 통상적인 설계에서, 재비등기 열 의무(heat duty)는, 가압 LNG 스트림이 분별 컬럼의 유입 밸브에서 확장되기 전에, 가압 LNG 스트림과의 컬럼의 액체 하부의 간접 열 전달에 의해 수득될 수 있다.
분별 컬럼은 단순한 엔드-플래시 분리기와 비교하여 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 보다 효율적인 방법을 제공한다. 그러나, 컬럼 오버헤드(overhead)로부터 생성된 엔드-플래시 가스는 상당한 농도의 질소를 포함할 것이다. 엔드-플래시 가스는 통상의 LNG 플랜트에서 가스 터빈의 주요 연료 역할을 한다. 에어로 파생 가스 터빈(aero derivative gas turbine)과 같은 가스 터빈은 연료 가스의 질소 농도를 10 또는 20mol% 이하로 제한시킬 수 있다. 분별 컬럼 오버헤드로부터의 엔드-플래시 가스는 통상의 에어로 파생 가스 터빈의 농도 한계보다 상당히 더 큰 질소 농도를 가질 수 있다. 예를 들면, 질소 농도가 대략 4mol%인 가압 LNG 스트림은 질소 농도가 30mol%를 초과하는 컬럼 오버헤드 증기를 생성할 것이다. 질소 농도가 높은 엔드-플래시 가스는 종종 질소 제거 유닛(nitrogen rejection unit)(NRU)으로 보내어진다. NRU에서, 질소는 메탄으로부터 분리되어 a) 대기로 배기될 수 있는 탄화수소가 충분히 낮은 질소 스트림 및 b) 질소 농도가 감소된 메탄-풍부 스트림을 생성하여, 연료 가스로 사용하기에 적합하게 된다. NRU의 필요성은 공정 장비의 양과 LNG 플랜트의 풋프린트를 증가시킨다. 장비 및 풋프린트의 증가는 연안 LNG 프로젝트 및/또는 원거리 LNG 프로젝트의 높은 자본 비용을 초래한다.
엔드-플래시 가스가 높은 질소 농도를 갖는 경우, 특정 조건에 있어서는 NRU에 대한 필요성이 방지될 수 있다. 엔드-플래시 가스가 가스 터빈에 의해 통상적으로 요구되는 것보다 높은 압력으로 압축되면, 일부 에어로 파생 가스 터빈은 질소 농도가 높은 엔드-플래시 가스를 사용하여 작동할 수 있는 것으로 입증되었다. 예를 들면, Trent-60 에어로 파생 가스 터빈은 이의 연소 압력이 통상 50bar로부터 대략 70bar로 증가하면 질소를 40mol% 이하 포함하는 연료 가스에 의해 작동할 수 있는 것으로 나타났다. 이 경우, 고압 연료 가스 시스템은 NRU의 사용에 대한 대안적인 접근을 제공한다. 이러한 대안적인 접근은 NRU의 장비 및 추가된 풋프린트를 모두 제거한다는 이점이 있다. 그러나, 이는 엔드-플래시 가스 압축 및/또는 연료 가스 압축에 필요한 전력을 증가시킨다는 단점이 있다. 또한, 이러한 대안적인 접근은, NRU에 의해 제공되는 작업의 유연성과 비교하여 LNG의 질소 농도의 변화에 유연하지 않다는 단점이 있다.
도 1은 LNG 액화 시스템과 함께 사용될 수 있는 종래의 엔드-플래시 가스 시스템(100)을 도시한다. 주요 LNG 극저온 열교환기(도시되지 않음)로부터의 가압 LNG 스트림(102)은 유압식 터빈(104)을 통과하여, 이의 압력이 부분적으로 감소하고 가압 LNG 스트림(102)이 추가로 냉각된다. 이어서, 냉각된 가압 LNG 스트림(106)은 LNG 분별 컬럼(110)과 연계된 재비등기(108)에서 과냉각된다. LNG 분별 컬럼(110)의 액체 하부 스트림(112)은 냉각된 가압 LNG 스트림(106)과 열교환함으로써 재비등기(108)에서 부분적으로 증기화된다. 재비등기(108)로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림(122)의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는 데 사용되는 스트리핑 가스 스트림(114)으로서 LNG 분별 컬럼(110)으로 다시 보내어진다. 과냉각된 가압 LNG 스트림(116)은 LNG 분별 컬럼의 유입 밸브(118)에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물 스트림(120)을 생성한다. 2상 혼합물 스트림(120)은 LNG 분별 컬럼(110)의 상부 스테이지로 보내어진다. 재비등기(108)로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림(122)이다. 이어서, LNG 스트림(122)은 저장 탱크(124)로 펌핑된다. LNG 분별 컬럼(110)의 오버헤드 스트림 내의 가스는 엔드-플래시 가스 스트림(126)으로 지칭된다. 열교환기(130)에서, 엔드-플래시 가스 스트림(126)은 처리된 천연 가스 스트림(128)과 열교환하여, 천연 가스를 응축시키고, 가압 LNG 스트림(102)과 혼합될 수 있는 추가의 가압 LNG 스트림(132)을 생성한다. 가온된 엔드-플래시 가스 스트림(134)은 열교환기(130)를 빠져나와, 압축 시스템(136)에서, 연료 가스(138)로 사용하기에 적합한 압력으로 압축된다.
엔드-플래시 가스 시스템(100)은 생성되는 엔드-플래시 가스의 양을 줄이면서 질소 농도가 1mol% 미만인 LNG를 생산할 수 있다. 그러나, 질소 농도가 3mol%를 초과하는 가압 LNG 스트림의 경우, 엔드-플래시 가스 질소 농도는 20mol%를 초과할 수 있다. 엔드-플래시 가스의 높은 질소 농도는 에어로 파생 가스 터빈용 연료 가스로서 사용하기에는 적합하지 않을 수 있다. 가스 터빈 내에서 사용하기에 적합한 메탄 농도의 연료 가스를 생산하기 위해서는 NRU를 추가하는 것이 필요할 수 있다.
도 2는 엔드-플래시 가스 시스템(200)에서 LNG로부터 질소를 분리하기 위한 시스템을 도시하며, 이는 미국 특허 제2012/0285196호에 기재된 시스템과 구조가 유사하다. 엔드-플래시 가스 시스템(100)과 마찬가지로, 주요 LNG 극저온 열교환기(도시되지 않음)로부터의 가압 LNG 스트림(202)은 유압식 터빈(204)을 통해 유동하여 이의 압력이 부분적으로 감소하고 가압 LNG 스트림(202)이 추가로 냉각된다. 이어서, 냉각된 가압 LNG 스트림(206)은 LNG 분별 컬럼(210)과 연계된 재비등기(208)에서 과냉각된다. LNG 분별 컬럼(210)의 액체 하부 스트림(212)은 냉각된 가압 LNG 스트림(206)과 열교환함으로써 재비등기(208)에서 부분적으로 증기화된다. 컬럼 재비등기로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는 데 사용되는 스트리핑 가스 스트림(214)으로서 LNG 분별 컬럼(210)으로 다시 보내어진다. 과냉각된 가압 LNG 스트림(216)은 LNG 분별 컬럼(210)의 유입 밸브(218)에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물 스트림(220)을 생성한다. 2상 혼합물 스트림(220)은 LNG 분별 컬럼(210)의 상부 스테이지로 보내어진다. 재비등기(208)로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림(222)이다. LNG 스트림(222)은, 컬럼 환류 스트림(226)에 대한 냉각 의무(cooling duty)의 일부를 제공하기 위해 부분적으로 증기화되는 제1 열교환기(224)로 보내어질 수 있다. LNG 탱크(228)에 저장하기 전에 LNG 스트림(222)을 부분적으로 증기화시키는 것은 증발 가스(boil-off gas)(BOG) 압축기(230)의 요건을 상당히 증가시킨다. 예를 들면, BOG 압축기(230)에 대한 BOG 체적 유량은 종래의 엔드-플래시 가스 시스템을 따르는 BOG 압축기의 체적 유량보다 6배 더 클 수 있다. LNG 분별 컬럼(210)으로부터의 엔드-플래시 가스(232)는 우선 제1 열교환기(224)로 보내어지고, 여기서 이는 컬럼 환류 스트림(226)을 응축시키는 것을 도움으로써 중간 온도로 가온된다. 이어서, 중간 온도 엔드-플래시 가스 스트림(234)은 환류 스트림(236)과 냉 질소 배기 스트림(cold nitrogen vent stream)(238)으로 공급된다. 환류 스트림(236)은 제1 환류 압축기(240)에서 압축되어 제1 냉각기(242)에서 환경과 함께 냉각될 수 있고, 제2 환류 압축기(244)에서 추가로 압축되어 제2 냉각기(246)에서 환경과 함께 냉각되어, LNG 분별 증류 컬럼(210)으로 도입되는 2상 환류 스트림(226)을 생성시키는데 필요한 일부의 냉각을 제공할 수 있다. 압축되고 환경에 의해 냉각된 환류 스트림(248)은 제2 열교환기(250)에서 냉 질소 배기 스트림(238)을 추가로 냉각시켜 냉 환류 스트림(252)을 생성한다. 이어서, 냉 환류 스트림(252)은, 제1 열교환기(224)에서 LNG 스트림(222) 및 엔드-플래시 가스 스트림(234)과의 간접 열교환에 의해 응축 및 과냉각된다. 응축되고 과냉각된 환류 스트림(226)은 분별 컬럼(210)의 유입 밸브(254)에서 팽창되어, 분별 칼럼(210)으로 도입되는 질소-풍부 2상 환류 스트림(256)을 생성한다.
도 2에 도시된 시스템은, 엔드-플래시 가스 스트림이 2mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 메탄 농도를 가질 수 있게 하고 이후에 엔드-플래시 가스의 일부를 질소 배기 스트림(258)과 같은 환경으로 배기하는 것을 허용하는 정류 섹션(rectification section)을 추가한다. 도 2에 도시된 시스템은 별도의 NRU 시스템의 추가 없이 질소 배기 스트림 및 저-질소 연료 가스 스트림을 생산한다. 질소 농도가 5 내지 3mol%인 가압 LNG 스트림의 경우, 종래의 엔드-플래시 가스 시스템은 질소 농도가 20mol% 초과 및 40mol% 미만인 엔드-플래시 가스를 생성할 것이다. 이러한 높은 질소 함량의 엔드-플래시 가스는 적절한 조건하에 에어로 파생 가스 터빈에 사용하기에 적합하게 유지되는 것으로 나타났다. 그러나, 종래의 엔드-플래시 가스 시스템이 여전히 가스 터빈에서 연소하기에 적합한 연료 가스를 산출할 수 있는 경우, 도 2에 도시된 시스템은 종래의 엔드-플래시 가스 시스템보다 1/3 큰 압축력을 필요로 한다는 단점이 있다. 도 2에 도시된 시스템은 종래의 엔드-플래시 가스 시스템에 비해 LNG 생산량이 대략 6% 감소한다는 단점이 있다.
LNG로부터 질소를 분리하는 공지된 방법은 연안 및/또는 원거리 LNG 프로젝트에서 도전을 받는다. 이러한 이유로, 1mol% 초과의 질소를 포함하는 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 방법으로서, 전술된 방법보다 현저히 적은 제조 현장 공정 장비 및 풋프린트를 필요로 하는 방법을 개발할 필요가 있다. 추가로, 엔드-플래시 가스와 증발 가스 스트림에서 탄화수소를 재응축함으로써 LNG 생산을 증가시키는 엔드-플래시 가스 시스템을 개발할 필요가 있다.
본 발명은 질소 농도가 1mol%를 초과하는 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 방법을 제공한다. 가압 LNG 스트림은 액화 설비에서 천연 가스의 액화에 의해 생산되며, 가압 LNG 스트림은 질소 농도가 1mol%를 초과한다. 적어도 하나의 액체 질소(liquid nitrogen)(LIN) 스트림은 저장 탱크로부터 수용되며, 적어도 하나의 LIN 스트림은 LNG 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산된다. 가압 LNG 스트림은 분리 용기(separation vessel)에서 증기 스트림 및 액체 스트림으로 분리된다. 증기 스트림의 질소 농도는 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높다. 액체 스트림의 질소 농도는 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮다. 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나는 분리 용기로 보내어진다.
또한 본 발명은 액화 천연 가스(LNG) 액화 설비에서 생산된, 질소 농도가 1mol%를 초과하는 가압 액화 천연 가스(LNG)를 처리하기 위한 시스템을 제공한다. 분리 용기는 가압 LNG 스트림을 증기 스트림 및 액체 스트림으로 분리하며, 증기 스트림의 질소 농도는 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높고 상기 액체 스트림의 질소 농도는 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮다. LNG 액화 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산된 액화 질소(LIN) 스트림은 분리 용기로 보내어진다.
전술한 내용은 이하의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특징들을 광범위하게 약술하였다. 추가의 특징들이 또한 여기서 설명될 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 측면 및 이점은 이하의 설명, 첨부된 청구범위 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 공지된 엔드-플래시 가스 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 다른 공지된 엔드-플래시 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 LNG 생산 온도의 증가와 LNG 유입 온도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본원에 기재된 양태에 따른 엔드-플래시 가스 시스템의 개략도이다.
도 5는 본원에 기재된 양태에 따른 엔드-플래시 가스 시스템의 개략도이다.
도 6은 본원에 기재된 양태에 따른 엔드-플래시 가스 시스템의 개략도이다.
도 7은 본원에 기재된 양태에 따른 엔드-플래시 가스 시스템의 개략도이다.
도 8은 본원에 기재된 양태에 따른 방법을 도시한 흐름도이다.
도면은 단지 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아님을 유의해야 한다. 추가로, 도면은 일반적으로 축척대로 도시된 것은 아니며, 본 발명의 다양한 측면들을 예시함에 있어 편리하고 명확하게 하기 위해 작성된 것이다.
본원 내용의 원리에 대한 이해를 돕기 위해, 이제 도면들에 도시된 특징들이 참조될 것이며, 특정 언어가 그 설명을 위해 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 의도되지 않음이 이해될 것이다. 본원에 기재된 바와 같은 임의의 변경과 추가의 수정 및 임의의 추가 출원은 본 발명이 관련된 당업자에게 일반적으로 발생할 수 있는 것으로 간주된다. 명료성을 위해, 본 발명과 관련 없는 몇몇 특징은 도면에 도시되지 않을 수 있다.
서두에는, 참조의 용이함을 위해, 본 명세서에서 사용된 특정 용어 및 이 문맥에서 사용되는 이들의 의미가 개시되어 있다. 본원에 사용된 용어가 아래에 정의되어 있지 않은 한, 관련 기술 분야의 숙련가들이 적어도 하나의 인쇄물 또는 발행된 특허에 반영된 용어를 부여한 가장 넓은 정의가 주어져야 한다. 또한, 동일하거나 유사한 목적을 제공하는 모든 등가물, 동의어, 신규 개발 및 용어 또는 기술이 본 청구범위 내에 있는 것으로 간주되므로, 본 기술은 아래에 나타낸 용어의 사용에 의해 제한되지 않는다.
당업자가 인지할 수 있는 바와 같이, 상이한 사람들은 동일한 특징 또는 구성 요소를 상이한 명칭들로 지칭할 수 있다. 이러한 문헌은 명칭만 상이한 구성 요소들과 특징들을 구별하지 않는다. 도면들은 반드시 크기 조정되지는 않는다. 본원의 일부 특징 및 구성 요소는 규모 또는 개략적인 형태로 과장되어 표시될 수 있으며, 종래의 구성 요소들의 일부 세부 사항은 명확성 및 간결성을 위해 표시되지 않을 수 있다. 본원에 기재된 도면들을 참조하면, 단순화를 위해 동일한 도면 부호들이 다수의 도면에서 참조될 수 있다. 하기 설명 및 청구범위에서 "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 자유로운 형식으로 사용되므로 "포함하지만 이에 한정되지 않는" 것을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
관사 "the", "a" 및 "an"은 반드시 하나만을 의미하는 것이 아니라, 이와 같은 요소들을 임의로 복수로 포함하도록 포괄적이며 개방적이다.
본원에서 사용되는 용어 "대략", "약", "실질적으로" 및 유사한 용어들은 본 개시의 주제가 관련된 당업자에 의해 일반적으로 허용되는 사용법과 조합하여 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 명세서를 검토하는 당업자라면, 이들 용어는 제공된 정확한 숫자 범위로 이들 특징의 범위를 제한하지 않으면서 설명되고 청구된 특정한 특징들의 설명을 허용하기 위한 것임을 이해해야 한다. 따라서, 이들 용어는 설명된 주제의 본질적이지 않거나 중요하지 않은 변경 또는 대안이 기재된 범위 내에 있는 것으로 간주되는 것으로 해석되어야 한다.
용어 "열교환기"는 하나의 물질로부터 다른 물질로 열을 효율적으로 전달 또는 "교환"하도록 설계된 장치를 의미한다. 예시적인 열 교환기 유형은 병류 또는 향류식 열교환기, 간접 열교환기(예를 들면, 나선형(spiral wound) 열교환기, 납땜된 알루미늄 판 핀 유형(brazed aluminum plate fin type)과 같은 판-핀(plate-fin) 열교환기, 쉘 및 튜브 열교환기 등), 직접 접촉식 열교환기, 또는 이들의 여러 조합 등을 포함한다.
전술된 바와 같이, 종래의 LNG 사이클은 a) 천연 가스 자원을 초기 처리하여 물, 황 화합물 및 이산화탄소와 같은 오염물을 제거하는 단계; b) 자체 냉동, 외부 냉동, 희박 오일 등을 포함하는 다양한 방법에 의해 프로판, 부탄, 펜탄, 등과 같은 여러 중질 탄화수소 가스를 분리하는 단계; c) 외부 냉동에 의해 천연 가스를 실질적으로 냉동하여 대기압에서 또는 대기압 근처에서 약 -160℃에서 액화 천연 가스를 형성하는 단계; d) 질소 및 헬륨과 같은 경량 성분들을 LNG로부터 제거하는 단계; e) 이러한 목적을 위해 설계된 용기 또는 탱커 내의 LNG 제품을 시장 위치로 이송하는 단계; 및 f) 재가스화 플랜트에서 LNG를 재가압 및 재가스화하여, 천연 가스 소비자에게 배분될 수 있는 가압 천연 가스 스트림을 형성하는 단계를 포함한다. 본원에 본원에 기재된 양태는 일반적으로 액체 질소(LIN)를 사용하여 천연 가스를 액화시키는 것을 포함한다. 일반적으로, LIN을 사용하여 LNG를 생산하는 것은 통상적이지 않은 LNG 사이클이며, 이때 단계 c)는 냉동의 개방형 루프 공급원(open loop source)으로서 상당량의 LIN을 사용하는 천연 가스 액화 공정에 의해 대체되며, 단계 f)는 극저온 LNG의 엑서지를 사용하여 질소 가스의 액화를 촉진시켜 LIN을 형성하도록 변형될 수 있으며 이는 이어서 LNG를 자원 위치로 이송하고 LNG 생산을 위한 냉동 공급원으로 사용할 수 있다. 기재된 LIN-대-LNG 개념은 용기 또는 탱커에서 자원 위치(익스포트 터미널(export terminal))로부터 시장 위치(임포트 터미널(import terminal))로의 LNG의 이송 및 시장 위치로부터 자원 위치로의 LIN의 역이송을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재된 양태는, 액체 질소를 사용하여 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 것을 돕는 것을 포함하도록 전술된 단계 d)가 변형된 방법을 보다 구체적으로 기술한다. 기재된 양태에 따르면, 방법은 LNG 플랜트로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된 액체 질소를 수용하는 단계를 포함한다. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 LNG 스트림은 LNG 스트림을 증기 스트림과 액체 스트림으로 분리하는데 사용되는 하나 이상의 분리 용기로 보내어지고, 여기서 증기 스트림은 LNG 스트림보다 질소 농도가 크고 액체 스트림은 LNG 스트림보다 질소 농도가 적다. 하나 이상의 액체 질소 스트림은 LNG로부터 질소를 분리하는데 사용되는 분리 용기들 중 하나 이상으로 보내어진다. 분리 용기는 분별 컬럼, 증류 컬럼, 흡착 컬럼, 수직 분리 용기, 수평 분리 용기, 또는 이들의 조합일 수 있다. 분리 용기는 액체 스트림으로부터 증기 스트림을 분리하는데 사용되는 통상적으로 공지된 임의의 공정 장비일 수 있다. 분리 용기는 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬 배열의 조합으로 배열될 수 있다.
하나의 양태에서, 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 액화되어, 가압 LNG 스트림을 형성할 수 있다. 가스 처리 설비에서, 액화 공정으로부터 가압 LNG 스트림은 유압식 터빈을 통해 유동하여, 부분적으로 이의 압력을 감소시키고 스트림을 추가로 냉각시킬 수 있다. 이어서, 가압 LNG 스트림은, 가압 LNG 스트림과 열교환함으로써 컬럼의 액체 하단부가 부분적으로 증기화되는 분별 컬럼 재비등기에서 과냉각될 수 있다. 컬럼 재비등기로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는 데 사용되는 스트리핑 가스로서 분별 컬럼으로 다시 보내어질 수 있다. 과냉각된 가압 LNG 스트림은 분별 컬럼의 유입 밸브에서 팽창되어 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물을 생성할 수 있다. 2상 혼합물은 분별 컬럼의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 컬럼 재비등기로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림이다. LNG 스트림은 하나 이상의 LNG 저장 탱크로 펌핑될 수 있다. 하나 이상의 LIN 저장 탱크로부터의 액체 질소(LIN)는 분별 컬럼 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑되어, 분별 컬럼의 상부 스테이지에서 대부분의 탄화수소를 응축시키는 컬럼 환류를 형성할 수 있다. 컬럼의 오버헤드로부터 떠나는 엔드-플래시 가스는 탄화수소 농도가 2mol% 미만일 수 있고, 또는 보다 바람직하게는 탄화수소 농도가 1mol% 미만일 수 있다. 엔드-플래시 가스는 천연 가스 스트림과 열교환하여, 주요 가압 LNG 스트림과 혼합될 수 있는 추가의 가압 LNG를 생성할 수 있다. 가온된 엔드-플래시 가스는 질소 배기 가스로서 환경으로 배기될 수 있다.
질소 농도가 4.5mol%인 가압 LNG 스트림의 경우, 이러한 제안된 엔드-플래시 가스 시스템에 필요한 액체 질소는 생성된 LNG 1톤당 대략 0.23톤의 액체 질소이다. 제안된 엔드-플래시 가스 시스템은 전체 LNG 생산량을 대략 11% 증가시킨다. 이는 대략 2.3의 액체 질소 대 "추가의"-LNG 질량 비를 초래한다. 이러한 엔드-플래시 가스 시스템은 엔드-플래시 가스의 압축이 요구되지 않기 때문에 장비 수를 현저하게 줄이는 장점이 있다. 공지된 시스템과는 대조적으로, 본원에 기재된 증발 가스 시스템은 제안된 엔드-플래시 가스 시스템에 의해 최소한으로 영향을 받는다. 본원에 기재된 양태는 가스 터빈들에 사용되는 연료 가스가 증발 가스 및/또는 공급 가스로부터 나올 것이라는 추가적인 이점을 갖는다. 이들 연료 가스 스트림은 질소 농도가 낮기 때문에 가스 터빈용 연료 가스로 더욱 적합할 수 있다.
본원에 기재된 양태에서, 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 액화되어, 가압 LNG 스트림을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림은 유압식 터빈을 통해 유동하여 이의 압력이 부분적으로 감소하고 스트림이 추가로 냉각될 수 있다. 이어서, 가압 LNG 스트림은, 가압 LNG 스트림과 열교환함으로써 컬럼의 액체 바닥이 부분적으로 증기화되는 LNG 분별 컬럼 재비등기에서 과냉각될 수 있다. 이러한 컬럼 재비등기로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는데 사용되는 스트리핑 가스로서 LNG 분별 컬럼으로 다시 보내어질 수 있다. 과냉각된 가압 LNG 스트림은 LNG 분별 컬럼의 유입 밸브에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물을 생성할 수 있다. 2상 혼합물은 LNG 분별 컬럼의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 컬럼 재비등기로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림이다. LNG 스트림은 하나 이상의 LNG 저장 탱크로 펌핑될 수 있다. LNG 분별 컬럼의 오버헤드로부터 떠나는 엔드-플래시 가스는 하나 이상의 LIN 저장 탱크로부터의 LIN의 제1 스트림과의 간접 열교환에 의해 엔드-플래시 가스 응축기에서 부분적으로 응축될 수 있다. 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스는 질소 제거 컬럼으로 지칭되는 제2 분별 증류 컬럼의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 하나 이상의 LIN 저장 탱크로부터의 액체 질소의 제2 스트림은 질소 제거 컬럼 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑되어, 질소 제거 컬럼의 상부 스테이지에서 대부분의 탄화수소를 응축시키도록 작용하는, 이러한 컬럼의 환류 스트림을 형성할 수 있다. 액체 질소의 제2 스트림의 질량 유량은 바람직하게는 액체 질소의 제1 스트림의 질량 유량의 10중량% 미만이거나 보다 바람직하게는 액체 질소의 제1 스트림의 질량 유량의 5중량% 미만일 수 있다. 하나 이상의 LNG 저장 탱크로부터의 증발 가스는 질소 제거 컬럼의 하부 스테이지로 보내어져 질소 제거 컬럼의 하부 스테이지 내에서 스트리핑 가스로 작용할 수 있다. 증발 가스내의 탄화수소는 질소 제거 컬럼에서 응축될 수도 있다. 질소 제거 컬럼으로부터의 메탄-풍부 액체는, LNG 분별 컬럼을 위한 환류 스트림으로서 LNG 분별 컬럼으로 펌핑될 수 있다. 질소 제거 컬럼으로부터의 오버헤드 가스는 2mol% 미만의 탄화수소 농도 또는 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있다. 질소 제거 컬럼으로부터의 오버헤드 가스 및 엔드-플래시 가스 응축기로부터의 증기화된 액체 질소 스트림은 처리된 천연 가스 스트림과 열교환하여, 주요 가압 LNG 스트림과 혼합될 수 있는 추가의 가압 LNG를 생성할 수 있다. 이어서, 가온된 질소 스트림은 질소 배기 가스로서 환경으로 배기되거나 또는 가스 처리 설비 내의 다른 공정에서 사용될 수 있다.
질소 농도가 4.5mol%인 가압 LNG 스트림의 경우, 이러한 제안된 엔드-플래시 가스 시스템에 필요한 액체 질소는 생성된 LNG 1톤당 약 0.21톤의 액체 질소이다. 본원에 기재된 엔드-플래시 가스 시스템은 전체 LNG 생산량을 대략 12% 증가시킨다. 이는 대략 2.0의 액체 질소 대 "추가의"-LNG 질량 비를 초래한다. 본원에 기재된 엔드-플래시 가스 시스템은 엔드-플래시 가스의 압축이 요구되지 않기 때문에, 엔드-플래시 가스 시스템의 장비 수를 현저하게 줄인다. 또한, BOG 내의 탄화수소가 질소 제거 컬럼에서 응축되기 때문에, 본원에 기재된 엔드-플래시 가스 시스템은 증발 가스 압축 시스템을 제거한다. 게다가, 본원에 기재된 양태는, 가스 터빈에 사용되는 연료 가스가 고압 및 고 메탄 농도에서 연료 가스 시스템이 수용하는 공급 천연 가스로부터 유래할 것이라는 이점을 갖는다. 또한, 공급 천연 가스는 가스 터빈용 연료로 사용되기 전에 물 및 산성 가스 제거의 전처리 단계를 거칠 필요가 없을 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 프런트-엔드(front-end) 액화 공정에서 가압 LNG 스트림의 요구되는 냉각을 감소시키기 위해, 추가의 액체 질소가 엔드-플래시 가스 시스템에 사용될 수 있다. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 가스 처리 설비의 액화 공정에서 액화되어, 가압 LNG 스트림을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림은 -100 내지 -150℃ 범위의 온도를 가질 수 있거나, 보다 바람직하게는 가압 LNG 스트림은 -110 내지 -140℃ 범위의 온도를 갖는다. 프런트-엔드 액화 공정의 주요 극저온 열교환기로부터의 가압 LNG 스트림은 유압식 터빈을 통해 유동하여 이의 압력이 부분적으로 감소하고 스트림이 냉각될 수 있다. 이어서, 가압 LNG 스트림은 LNG 분별 컬럼과 연계된 재비등기에서 과냉각될 수 있는데, 이때 분별 컬럼의 액체 하부는 가압 LNG 스트림과 열교환함으로써 부분적으로 증기화된다. LNG 분별 컬럼 재비등기로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는데 사용되는 스트리핑 가스로서 LNG 분별 컬럼으로 다시 보내어질 수 있다. 과냉각된 가압 LNG 스트림은, 엔드-플래시 가스 응축기로부터 비롯된 부분적으로 증기화된 액체 질소 스트림과 간접 열교환함으로써 추가로 과냉각될 수 있다. 이어서, 추가 과냉각된 가압 LNG 스트림은 LNG 분별 컬럼의 유입 밸브에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물을 생성할 수 있다. 2상 혼합물은 LNG 분별 컬럼의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 컬럼 재비등기로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림이다. LNG 스트림은 하나 이상의 LNG 저장 탱크로 펌핑될 수 있다. 컬럼의 오버헤드를 떠나는 엔드-플래시 가스는, LIN 저장 탱크로부터의 액체 질소의 제1 스트림과 간접 열교환함으로써 엔드-플래시 가스 응축기에서 부분적으로 응축될 수 있다. 엔드-플래시 가스 응축기로의 액체 질소의 제1 스트림의 질량 유량은, 액체 질소 스트림이 응축기를 떠난 후에 부분적으로만 증발되기에 충분하다. 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스는 질소 제거 컬럼으로 지칭되는 제2 분별 컬럼의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. LIN 저장 탱크로부터의 LIN의 제2 스트림은 질소 제거 컬럼 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑되어, 질소 제거 컬럼의 상부 스테이지에서 대부분의 탄화수소를 응축시키도록 작용하는, 이러한 컬럼의 환류 스트림을 형성할 수 있다. LIN의 제2 스트림의 질량 유량은 바람직하게는 LIN의 제1 스트림의 질량 유량의 10중량% 미만이거나 보다 바람직하게는 LIN의 제1 스트림의 질량 유량의 5중량% 미만이다. LNG 저장 탱크로부터의 증발 가스(BOG)는 질소 제거 컬럼의 하부 스테이지로 보내어져, 질소 제거 컬럼 내에서 스트리핑 가스로 작용할 수 있다. 또한 BOG 내의 탄화수소는 질소 제거 컬럼에서 응축될 수 있다. 질소 제거 컬럼으로부터의 메탄-풍부 액체는 이에 대한 환류 스트림으로서 LNG 분별 컬럼으로 펌핑될 수 있다. 질소 제거 컬럼으로서의 오버헤드 가스는 2mol% 미만의 탄화수소 농도 또는 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있다. 질소 제거 컬럼으로서의 오버헤드 가스는 처리된 천연 가스 스트림과 열교환하여, LNG 분별 컬럼의 임의의 스테이지로 직접 팽창될 수 있는 추가의 가압 LNG 스트림을 생산할 수 있다. 가온된 오버헤드 가스 스트림은 질소 배기 가스로서 환경으로 배기될 수 있거나 가스 처리 설비의 다른 공정에서 사용된다. 엔드-플래시 가스 응축기로부터의 부분적으로 증기화된 제1 액체 질소 스트림은 액체 질소 과냉각기에서 완전히 증기화될 수 있다. 증기화된 제1 액체 질소 스트림은 처리된 천연 가스 스트림과 열교환하여, 주요 가압 LNG 스트림과 혼합될 수 있는 추가의 가압 LNG 스트림을 생산할 수 있다. 이어서, 가온된 질소 스트림은 질소 배기 가스로서 환경으로 배기될 수 있거나 가스 처리 설비의 다른 공정에서 사용된다.
도 3은, 도 1의 공지된 엔드-플래시 가스 시스템과 비교하여, 수평축(304)을 따라 측정된 가압 LNG 온도의 함수로서, LNG 생산의 추정된 퍼센트 증가(좌측 수직축(302)을 따라 측정된 바와 같음)를 도시한 데이터 포인트(301)의 제1 세트를 갖는 플롯(300)이다. 데이터 포인트(303)의 제2 세트는, 가압 LNG 온도의 함수로서, 기재된 엔드-플래시 가스 시스템에 대한 LIN-대-LNG 비(우측 수직축(306)을 따라 측정된 바와 같음)를 도시한다. 기재된 엔드-플래시 가스 시스템은, 주요 냉동 유닛에 대해 요구되는 압축 출력을 증가시키지 않고, 요구되는 상부 공간을 증가시키지 않으면서, LNG 생산의 상당한 증가를 가능하게 한다는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 측면에 따른 엔드-플래시 가스 시스템(400)의 예시이다. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 가스 처리 설비(도시되지 않음)의 액화 공정에서 액화되어, 가압 LNG 스트림(402)을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림(402)은 유압식 터빈(404)을 통해 유동하여 이의 압력이 부분적으로 감소하고 가압 LNG 스트림(402)이 추가로 냉각될 수 있다. 이어서, 냉각된 가압 LNG 스트림(406)은 도 4에 분별 컬럼(410)으로 도시되어 있는, 분리 용기와 연계된 재비등기(408)에서 과냉각될 수 있다. 분별 컬럼(410)의 액체 하부 스트림(412)은 냉각된 가압 LNG 스트림(406)과 열교환함으로써 부분적으로 증기화될 수 있다. 재비등기(408)로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림(422)의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시킬 수 있는 스트리핑 가스 스트림(414)으로서 분별 컬럼(410)으로 다시 보내어질 수 있다. 과냉각된 가압 LNG 스트림(416)은 분별 컬럼(410)의 유입 밸브(418)에서 팽창되어 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물 스트림(420)을 생성할 수 있다. 2상 혼합물 스트림(420)은 분별 컬럼(410)의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 재비등기(408)로부터 분리된 액체는 LNG 스트림(422)이며 1mol% 미만의 질소 조성을 가질 수 있다. LNG 스트림(422)은 하나 이상의 LNG 저장 탱크(424)로 보내어질 수 있다. 하나 이상의 LNG 저장 탱크로부터의 증발 가스(BOG) 스트림(425)은 BOG 압축기(427)에서 압축되어 압축된 연료 가스 스트림(429)을 발생시킬 수 있다.
액체 질소(LIN) 스트림(426)은 하나 이상의 펌프(428)를 사용하여 분별 컬럼(410) 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑되어, 분별 컬럼(410)의 상부 스테이지에서 대부분의 탄화수소를 응축시키는 컬럼 환류를 형성할 수 있다. LIN 스트림(426) 내의 LIN은 엔드-플래시 가스 시스템(400)으로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된다. LIN의 생성 위치는 엔드-플래시 가스 시스템으로부터 50마일, 또는 100마일, 또는 200마일, 또는 500마일, 또는 1,000마일 떨어져 있거나, 또는 1,000마일 이상 떨어져 있을 수 있다. 분별 컬럼(410)의 오버헤드로부터 떠나는 엔드-플래시 가스 스트림(430)은 2mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있거나 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있다. 하나 이상의 열교환기(431)에서 엔드-플래시 가스 스트림(430)은 처리된 천연 가스 스트림(432)과 열교환하여, 가압 LNG 스트림(402)과 열교환할 수 있는 추가의 가압 LNG 스트림(434)을 생성할 수 있다. 가온된 엔드-플래시 가스 스트림은 질소 배기 가스 스트림(438)으로서 환경으로 배기될 수 있다.
도 5는 또 다른 측면에 따른 엔드-플래시 가스 시스템(500)의 예시이다. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 가스 처리 설비(도시되지 않음)의 액화 공정에서 액화되어, 가압 LNG 스트림(502)을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림(502)은 유압식 터빈(504)을 통해 유동하여, 이의 압력이 부분적으로 감소하고 가압 LNG 스트림(502)이 추가로 냉각될 수 있다. 이어서, 냉각된 가압 LNG 스트림(506)은 도 5에 LNG 분별 컬럼(510)으로 도시되어 있는 분리 용기와 연계된 재비등기(508)에서 과냉각될 수 있다. LNG 분별 컬럼(510)의 액체 하부 스트림(512)은 냉각된 가압 LNG 스트림(506)과 열교환함으로써 부분적으로 증기화될 수 있다. 재비등기(508)로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림(522)의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는데 사용될 수 있는 스트리핑 가스 스트림(514)으로서 LNG 분별 컬럼(510)으로 다시 보내어질 수 있다. 과냉각된 가압 LNG 스트림(516)은 LNG 분별 컬럼(510)의 유입 밸브(518)에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물 스트림(520)을 생성할 수 있다. 2상 혼합물 스트림(520)은 LNG 분별 컬럼의 상부 스테이지(510)로 보내어질 수 있다. 재비등기(508)로부터 분리된 액체는 LNG 스트림(522)이며 1mol% 미만의 질소 조성을 가질 수 있다. LNG 스트림(522)은 하나 이상의 LNG 저장 탱크(524)로 보내어질 수 있다.
LNG 분별 컬럼(510)의 오버 헤드를 떠나는 엔드-플래시 가스 스트림(526)은, 하나 이상의 펌프(534)를 사용하여 하나 이상의 LIN 저장 탱크(532)와 같은 LIN 공급원으로부터 펌핑되는 제1 액체 질소(LIN) 스트림(530)과의 간접 열교환에 의해, 엔드-플래시 가스 응축기(528)에서 부분적으로 응축될 수 있다. LIN 공급원 내의 LIN은 엔드-플래시 가스 시스템(500)으로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된다. LIN의 생성 위치는 엔드-플래시 가스 시스템으로부터 50마일, 또는 100마일, 또는 200마일, 또는 500마일, 또는 1,000마일 떨어져 있거나, 또는 1,000마일 이상 떨어져 있을 수 있다. 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스 스트림(536)은, 본원에서 질소 제거 컬럼(538)으로 지칭되는 제2 분별 컬럼으로 도시되어 있는, 제2 분리 용기의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 하나 이상의 LIN 저장 탱크(532)와 같은 제1 LIN 스트림(530)을 제공하는 동일한 소스일 수 있는, LIN 공급원으로부터의 제2 LIN 스트림(540)은 하나 이상의 펌프(542)를 사용하여 질소 제거 컬럼(538) 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑되어, 질소 제거 컬럼의 상부 스테이지(538)에서 대부분의 탄화수소를 응축시키는 이러한 컬럼의 환류 스트림을 형성할 수 있다. 제2 LIN 스트림(540)의 질량 유량은 바람직하게는 제1 LIN 스트림(530)의 질량 유량의 10중량% 미만이거나 보다 바람직하게는 제1 LIN 스트림(530)의 질량 유량의 5중량% 미만이다. 하나 이상의 LNG 저장 탱크(524)로부터의 증발 가스(BOG) 스트림(544)은 질소 제거 컬럼(538)의 하부 스테이지로 보내어져 여기서 스트리핑 가스로서 작용할 수 있다. 또한 증발 가스 스트림(544) 내의 탄화수소는 질소 제거 컬럼(538)에서 응축될 수 있다. 질소 제거 컬럼(538)으로부터의 메탄-풍부 액체는, 하나 이상의 펌프(546)를 사용하여, LNG 분별 컬럼(510)을 위한 환류 스트림(548)으로서 LNG 분별 컬럼(510)으로 펌핑될 수 있다. 질소 제거 컬럼(538)으로부터의 오버헤드 가스 스트림(550)은 2mol% 미만의 탄화수소 농도 또는 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있다. 열교환기(554)에서, 엔드-플래시 가스 응축기(528)로부터의 오버헤드 가스 스트림(550) 및 증기화된 액체 질소 스트림(552)은 처리된 천연 가스 스트림(556)과 열교환하여, 가압 LNG 스트림(502)과 혼합될 수 있는 추가의 가압 LNG 스트림(558)을 생성할 수 있다. 열교환기(554)에서 가온된 후, 오버헤드 가스 스트림(550) 및 증기화된 액체 질소 스트림(552)은 질소 배기 가스 스트림(560)으로서 환경으로 배기될 수 있거나, 가스 처리 설비 내의 다른 공정에서 사용될 수 있다.
도 6은 또 다른 측면에 따른 엔드-플래시 가스 시스템(600)의 예시이다. 이러한 측면에서, 추가 LIN은 유입되는 가압 LNG 스트림의 요구되는 냉각을 감소시키는데 사용될 수 있다. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 가스 처리 설비(도시되지 않음)에서 액화 공정에서 액화되어 가압 LNG 스트림(602)을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림(602)은 -100 내지 -150℃ 범위의 온도, 또는 보다 바람직하게는 -110 내지 -140℃ 범위의 온도를 가질 수 있다. 가압 LNG 스트림(602)은 유압식 터빈(604)을 통해 유동하여, 이의 압력이 부분적으로 감소하고 가압 LNG 스트림(602)이 냉각될 수 있다. 이어서, 냉각된 가압 LNG 스트림(606)은, LNG 분별 컬럼(610)으로 도시된, 분리 용기와 연계된 재비등기(608)에서 과냉각될 수 있다. LNG 분별 컬럼(610)의 액체 하부 스트림(612)은 냉각된 가압 LNG 스트림(606)과 열교환함으로써 부분적으로 증기화될 수 있다. 재비등기(608)로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림(622)의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는 데에 사용될 수 있는 스트리핑 가스 스트림(614)으로서 LNG 분별 컬럼(610)으로 다시 보내어질 수 있다. 제1 열교환기(618)에서, 과냉각된 가압 LNG 스트림(616)은 부분적으로 증기화된 액체 질소 스트림(624)과의 간접 열교환에 의해 추가로 과냉각되어, 추가 과냉각된 가압 LNG 스트림(626)을 형성할 수 있다. 이어서, 추가 과냉각된 가압 LNG 스트림(626)은 LNG 분별 컬럼(610)의 유입 밸브(628)에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물 스트림(630)을 생성할 수 있다. 2상 혼합물 스트림(630)은 LNG 분별 컬럼(610)의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 재비등기(608)로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림(622)이다. LNG 스트림(622)은 하나 이상의 LNG 저장 탱크(623)로 보내어질 수 있다.
LNG 분별 컬럼(610)의 오버헤드를 떠나는 엔드-플래시 가스 스트림(632)은, 하나 이상의 펌프(636)를 사용하여, 하나 이상의 LIN 저장 탱크(637)와 같은 LIN 공급원으로부터 펌핑된 제1 LIN 스트림(635)과의 간접 열교환에 의해, 엔드-플래시 가스 응축기(634)에서 부분적으로 응축될 수 있다. 제1 LIN 스트림(635) 내의 LIN은 엔드-플래시 가스 시스템(600)으로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된다. LIN의 생성 위치는 엔드-플래시 가스 시스템으로부터 50마일, 또는 100마일, 또는 200마일, 또는 500마일, 또는 1,000마일 떨어져 있거나, 또는 1,000마일 이상 떨어져 있을 수 있다. 엔드-플래시 가스 응축기(634)로의 제1 LIN 스트림(635)의 질량 유량은, 제1 LIN 스트림(635)이 엔드-플래시 가스 응축기(634)를 떠난 후에 부분적으로만 증기화될 수 있을 정도로 충분하다. 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스 스트림(639)은, 분별 컬럼으로서 본원에 도시되고 질소 제거 컬럼(638)으로서 본원에서 지칭되는 제2 분리 용기의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 하나 이상의 LIN 저장 탱크(637)와 같은 LIN 공급원으로부터의 제2 LIN 스트림(640)은 하나 이상의 펌프(642)를 사용하여 질소 제거 컬럼(638) 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑되어, 질소 제거 컬럼(638)의 상부 스테이지에서 대부분의 탄화수소를 응축시키는 이러한 컬럼의 환류 스트림을 형성할 수 있다. 제2 LIN 스트림(640)의 LIN은 엔드-플래시 가스 시스템(600)으로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된다. LIN의 생성 위치는 엔드-플래시 가스 시스템으로부터 50마일, 또는 100마일, 또는 200마일, 또는 500마일, 또는 1,000마일 떨어져 있거나, 또는 1,000마일 이상 떨어져 있을 수 있다. 제2 LIN 스트림(640)의 질량 유량은 바람직하게는 제1 LIN 스트림(635)의 질량 유량의 10중량% 미만이거나 보다 바람직하게는 제1 LIN 스트림(635)의 질량 유량의 5중량% 미만이다.
하나 이상의 LNG 저장 탱크(623)로부터의 증발 가스(BOG) 스트림(644)은 질소 제거 컬럼(638)의 하부 스테이지로 보내어져 여기서 스트리핑 가스로서 작용할 수 있다. 또한, 증발 가스 스트림(644) 내의 탄화수소는 질소 제거 컬럼(638)에서 응축될 수 있다. 질소 제거 컬럼(638)으로부터의 메탄-풍부 액체는, 하나 이상의 펌프(646)를 사용하여, LNG 분류 컬럼(610)을 위한 환류 스트림(648)으로서 LNG 분별 컬럼(610)으로 펌핑될 수 있다. 질소 제거 컬럼(638)으로부터의 오버헤드 가스 스트림(650)은 2mol% 미만의 탄화수소 농도 또는 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있다. 제2 열교환기(654)에서, 오버헤드 가스 스트림(650)은 처리된 제1 천연 가스 스트림(652)과 열교환하여, LNG 분별 컬럼(610)의 임의의 스테이지로 직접 팽창될 수 있는 제1 추가의 가압 LNG 스트림(656)을 생성할 수 있다. 이어서, 가온된 오버헤드 가스 스트림(658)은 제1 질소 배기 가스 스트림으로서 환경으로 배기될 수 있거나 가스 처리 설비의 다른 공정에서 사용될 수 있다.
엔드-플래시 가스 응축기(634)로부터 부분적으로 증기화된 LIN 스트림(624)은 제1 열교환기(618)에서 완전히 또는 실질적으로 완전히 증기화되어, 증기화된 제1 LIN 스트림(660)을 형성할 수 있으며, 제2 열교환기(662)에서 이는 처리된 제2 천연 가스 스트림(664)과 열교환하여 제2 추가의 가압 LNG 스트림(668)을 생성할 수 있다. 제2 추가의 가압 LNG 스트림(668)은 팽창기(expander)(670)를 통과하고, 가압 LNG 스트림(602)과 혼합되고, 본원에 기재된 바와 같이 가압 LNG 스트림(602)으로 처리될 수 있다. 이어서, 가온된 질소 스트림은 제2 질소 배기 가스(672)로서 환경으로 배기될 수 있거나 가스 처리 설비의 다른 공정에서 사용된다.
도 7은, 추가의 액체 질소를 엔드-플래시 가스 시스템(700)에 사용하여, 프런트-엔드 액화 공정에서 가압 LNG 스트림의 요구되는 냉각을 감소시킬 수 있는 본 발명의 다른 양태의 예시이다. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 천연 가스는 가스 처리 설비(도시되지 않음)의 LNG 액화 공정에서 액화되어 가압 LNG 스트림(702)을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림(702)은 -100 내지 -150℃ 범위 또는 보다 바람직하게는 -110 내지 -140℃ 범위의 온도를 가질 수 있다. 가압 LNG 스트림(702)은 유압식 터빈(704)을 통해 유동하여, 이의 압력이 부분적으로 감소하고 스트림이 냉각될 수 있다. 이어서, 냉각된 가압 LNG 스트림(706)은, LNG 분별 컬럼(710)으로 도시된, 분리 용기와 연계된 재비등기(708)에서 과냉각될 수 있다. LNG 분별 컬럼(710)의 액체 하부 스트림(712)은 냉각된 가압 LNG 스트림(706)과의 열교환에 의해 부분적으로 증기화될 수 있다. 재비등기(708)로부터의 증기는 액체 스트림으로부터 분리되어, LNG 스트림(726)의 질소 수준을 1mol% 미만으로 감소시키는데 사용될 수 있는 스트리핑 가스 스트림(714)으로서 LNG 분별 컬럼(710)으로 다시 보내어질 수 있다. 과냉각된 가압 LNG 스트림(716)은 본원에 추가로 기재된 바와 같이 다양한 질소 가스 냉각 스트림을 갖는 질소 과냉각기(718)에서의 간접 열교환에 의해 추가로 과냉각되어, 이에 따라 추가 과냉각된 가압 LNG 스트림(720)을 형성할 수 있다. 질소 과냉각기(718)는 제1 열교환기로도 불릴 수 있다. 이어서, 추가 과냉압된 가압 LNG 스트림(720)은 LNG 분별 컬럼(710)의 유입 밸브(722)에서 팽창되어, 바람직하게는 40mol% 미만 또는 보다 바람직하게는 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물 스트림(724)을 생성할 수 있다. 2상 혼합물 스트림(724)은 LNG 분별 컬럼(710)의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 컬럼 재비등기로부터 분리된 액체는 1mol% 미만의 질소를 갖는 LNG 스트림(726)이다. LNG 스트림 스트림(726)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)로도 불리는 제2 열교환기에서 추가로 냉각되어, 과냉각된 LNG 스트림(730)을 형성할 수 있다. 과냉각된 LNG 스트림(730)은 하나 이상의 LNG 저장 탱크(731)로 보내어질 수 있다.
LNG 분별 컬럼(710)의 오버헤드를 떠나는 엔드-플래시 가스 스트림(732)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)에서 부분적으로 응축되어, 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스 스트림(734)을 형성할 수 있다. 제1 LIN 스트림(736)은, 하나 이상의 펌프(738)를 사용하여, 400psi 초과의 압력으로 펌핑하여 고압 액체 질소 스트림(740)을 형성할 수 있다. 제1 LIN 스트림(736)의 LIN은 엔드-플래시 가스 시스템(700)으로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된다. LIN의 생성 위치는 엔드-플래시 가스 시스템으로부터 50마일, 또는 100마일, 또는 200마일, 또는 500마일, 또는 1,000마일 떨어져 있거나, 또는 1,000마일 이상 떨어져 있을 수 있다. 고압 액체 질소 스트림(740)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)에서 LNG 스트림(726) 및 엔드-플래시 가스 스트림(732)과 열교환하여, 제1 중간 질소 가스 스트림(742)을 형성할 수 있다. 질소 과냉각기(718)에서 제1 중간 질소 가스 스트림(742)은 과냉각된 가압 LNG 스트림(716)과 열교환하여, 제1 가온된 질소 가스 스트림(744)을 형성할 수 있다. 제1 가온된 질소 가스 스트림(744)은 제1 질소 팽창기(746)에서 팽창하여, 제1 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(748)을 생성할 수 있다. 제1 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(748)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)에서 LNG 스트림(726) 및 엔드-플래시 가스 스트림(732)과 열교환하여 제2 중간 질소 가스 스트림(750)을 형성할 수 있다. 질소 과냉각기(718)에서 제2 중간 질소 가스 스트림(750)을 또한 과냉각된 가압 LNG 스트림(716)과 열교환하여 제2 가온된 질소 가스 스트림(752)을 형성할 수 있다. 제2 가온된 질소 가스 스트림(752)은, 2가지 이상의 압축기 스테이지에서 압축되기 전에, 제3 열교환기(754)에서 다른 공정 스트림과 간접 열교환하여, 압축된 질소 가스 스트림(756)을 형성할 수 있다. 2가지 이상의 압축기 스테이지는 제1 압축기 스테이지(758) 및 제2 압축기 스테이지(760)를 포함할 수 있다. 제2 압축기 스테이지(760)는, 점선(dash line)(762)으로 나타낸 바와 같이, 제1 질소 팽창기(746)에 의해 생성된 축동력(shaft power)에 의해서만 구동될 수 있다. 제1 압축기 스테이지(758)는, 점선(765)으로 나타낸 바와 같이, 제2 질소 팽창기(764)에 의해 생성된 축동력에 의해서만 구동될 수 있다. 각각의 압축 스테이지 후에, 압축된 질소 가스 스트림(756)은 각각의 압축 스테이지 후에 하나 이상의 냉각기(766, 768)에서 환경과의 간접 열교환에 의해 냉각될 수 있다. 압축된 질소 가스 스트림(756)은 제2 질소 팽창기(764)에서 팽창되어 제2 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(770)을 생성할 수 있다. 제2 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(770)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)에서 LNG 스트림(726) 및 엔드-플래시 가스 스트림(732)과 열교환하여 제3 중간 질소 가스 스트림(772)을 형성할 수 있다. 제3 중간 질소 가스 스트림(772)은 질소 과냉각기(718)에서 과냉각된 가압 LNG 스트림(716)과 열교환하여 제3 가온된 질소 가스 스트림(774)을 형성할 수 있다. 제3 가온된 질소 가스 스트림(774)을 제4 열교환기(776)로 보내어, 처리된 제1 천연 가스 스트림(778)을 액화시키고 제1 추가의 가압 LNG 스트림(780)을 형성할 수 있다. 가압 LNG 스트림(702)을 냉각시키기 전에, 제1 추가의 가압 LNG 스트림(780)을 가압 LNG 스트림(702)과 혼합할 수 있다. 제1 추가의 가압 LNG 스트림(780)은 가압 LNG 스트림(702)과 혼합하기 전에 유압식 터빈(782)에서 압력이 감소할 수 있다. 제4 열교환기(776)에서, 제3 가온된 질소 가스 스트림(774)은 처리된 제1 천연 가스 스트림(778)에 의해 가열되어, 대기 중으로 배기되거나 가스 처리 설비의 다른 영역에서 사용될 수 있는 제1 질소 배기 가스 스트림(784)을 형성할 수 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 과냉각된 가압 LNG 스트림(716)은 질소 과냉각기(718)에서 제1 중간 질소 가스 스트림(742), 제2 중간 질소 가스 스트림(750) 및 제3 중간 질소 가스 스트림(772)과의 열교환에 의해 추가로 과냉각되어, 추가 과냉각된 가압 LNG 스트림(720)을 형성할 수 있다. LNG 스트림(726)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)에서 고압 액체 질소 스트림(740), 제1 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(748), 및 제2 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(770)과의 열교환에 의해 과냉각되어, 과냉각된 LNG 스트림(730)을 형성할 수 있다. 또한, 엔드-플래시 가스 스트림(732)은 엔드-플래시 가스 응축기(728)에서 고압 액체 질소 스트림(740), 제1 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(748) 및 제2 추가로 냉각된 질소 가스 스트림(770)과의 열교환에 의해 부분적으로 응축되어, 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스 스트림(734)을 형성할 수 있다. 부분적으로 응축된 엔드-플래시 가스 스트림(734)은, 분별 컬럼으로서 본원에 도시되고 질소 제거 컬럼(786)으로서 본원에서 지칭되는, 제2 분리 용기의 상부 스테이지로 보내어질 수 있다. 하나 이상의 LIN 탱크(도시되지 않음)와 같은 LIN 공급원으로부터의 제2 LIN 스트림(788)은, 하나 이상의 펌프(790)를 사용하여, 질소 제거 컬럼(786) 내의 하나 이상의 스테이지로 펌핑될 수 있다. 제2 LIN 스트림(788)의 LIN은 엔드-플래시 가스 시스템(700)으로부터 지리적으로 떨어진 위치에서 생성된다. LIN의 생성 위치는 엔드-플래시 가스 시스템으로부터 50마일, 또는 100마일, 또는 200마일, 또는 500마일, 또는 1,000마일 떨어져 있거나, 또는 1,000마일 이상 떨어져 있을 수 있다. 제2 LIN 스트림(788)은 질소 제거 컬럼(786)의 환류 흐름을 형성할 수 있고, 질소 제거 컬럼(786)의 상부 스테이지에서 대부분의 탄화수소를 응축시키는 역할을 한다. 제2 LIN 스트림(788)의 질량 유량은 바람직하게는 제1 액체 질소 스트림(736)의 질량 유량의 10중량% 미만이거나 보다 바람직하게는 5중량% 미만일 수 있다. 하나 이상의 LNG 저장 탱크(731)로부터의 증발 가스 스트림(792)은 질소 제거 컬럼(786)의 하부 스테이지로 보내어져 여기서 스트리핑 가스로서 작용할 수 있다. 또한 증발 가스 스트림(792) 내의 탄화수소는 질소 제거 컬럼(786)에서 응축될 수 있다. 질소 제거 컬럼(786)으로부터의 메탄-풍부 하부 액체는, 하나 이상의 펌프(793)를 사용하여, LNG 분별 컬럼(710)에 대한 환류 스트림(794)으로서 LNG 분별 컬럼(710)으로 펌핑될 수 있다. 질소 제거 컬럼(786)으로부터의 오버헤드 가스 스트림(795)은 2mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있거나, 보다 바람직하게는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 가질 수 있다. 제5 열교환기(797)에서, 질소 제거 컬럼(786)으로부터의 오버헤드 가스 스트림(795)은 처리된 제2 천연 가스 스트림(796)과 열교환하여, LNG 분별 컬럼(710)의 임의의 스테이지로 직접 팽창될 수 있는 제2 추가의 가압 LNG 스트림(798)을 형성할 수 있다. 제5 열교환기(797)를 통과한 후, 오버헤드 가스 스트림(795)은 제2 질소 배기 가스 스트림(799)으로서 환경으로 배기될 수 있거나 가스 처리 설비의 다른 영역에서 사용될 수 있다. 도 7에 예시된 엔드-플래시 가스 시스템(700)은, 도 6에 도시되어 있는 보다 간단한 엔드-플래시 가스 시스템에 비해 LIN 요건을 대략 20 내지 25% 감소시킨다. 엔드-플래시 가스 시스템에 대한 최적의 선택은 액체 질소의 비용 및 이용 가능한 최상부면 공간(topside space)과 같은 기준에 좌우될 것이다.
전술되고 도 4 내지 도 7에 도시된 측면들은 LNG와 질소를 분리하기 위한 분리 용기를 개시한다. 분리 용기는 분별 컬럼으로 도시되어 있지만, 증류 컬럼, 흡착 컬럼 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 증기 스트림을 액체 스트림으로부터 분리시키는데 사용되는 통상적으로 알려진 공정 장비 중의 임의의 것을 포함할 수 있다. 분리 용기는 수평 또는 수직 배향될 수 있다. 다수의 분리 용기는 (사용된 경우) 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬 배열의 조합으로 배열될 수 있다. 또한, 가압 LNG 스트림의 제조에 사용되는 액화 공정은 단일 혼합 냉매 공정(single mix refrigerant process), 프로판 사전냉각된 혼합 냉매 공정(propane pre-cooled mixed refrigerant process), 캐스케이드 냉매 공정(cascade refrigerant process), 이중 혼합 냉매 공정(dual mixed refrigerant process), 또는 팽창기-기반 액화 공정(expander-based liquefaction process)일 수 있다. 하나의 양태에서, 액화 공정으로는, LIN이 냉동의 단독의 또는 주요 개방형 루프 공급원으로 사용되는 LIN 냉동 공정, 예를 들면, 2015년 7월 15일자로 출원되고 발명의 명칭이 "천연 가스 공급 스트림의 예비 냉각에 의한 LNG 생산 시스템의 효율 증가"이며 개시 내용 전문이 본원에 참고로 인용된 미국 가특허원 제62/192,657호에 기재된 LIN 냉동 공정이 있다.
도 8은, 본원에 기재된 양태에 따라, 질소 농도가 1mol%를 초과하는 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하기 위한 방법(800)의 흐름도이다. 블럭(802)에서, 가압 LNG 스트림은 액화 설비에서 천연 가스를 액화시킴으로써 생성되며, 이때 가압 LNG 스트림은 질소 농도가 1mol% 초과한다. 블럭(804)에서, 적어도 하나의 LIN 스트림은 LNG 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산되는 적어도 하나의 액체 질소(LIN) 스트림을 저장 탱크로부터 수용한다. 블럭(806)에서, 가압 LNG 스트림은 분리 용기에서 증기 스트림과 액체 스트림으로 분리된다. 증기 스트림의 질소 농도는 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높다. 액체 스트림의 질소 농도는 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮다. 블럭(808)에서, 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나는 분리 용기로 보내어진다.
본원에 기재된 양태는 하기 번호의 단락에 서술된 방법 및 시스템의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이는, 전술된 설명으로부터 임의의 수의 변형태가 구현될 수 있으므로, 모든 가능한 측면들의 전체 목록으로 간주되지 않아야 한다.
1. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 방법으로서,
액화 설비에서, 천연 가스를 액화시켜서, 1mol% 초과의 질소 농도를 포함하는 가압 LNG 스트림을 생산하는 단계;
상기 LNG 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산되는 적어도 하나의 액체 질소(LIN) 스트림을 저장 탱크로부터 수용하는 단계;
분리 용기에서, 상기 가압 LNG 스트림을 증기 스트림과 액체 스트림으로 분리하는 단계로서, 상기 증기 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높고 상기 액체 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮은, 단계; 및
상기 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나를 상기 분리 용기로 보내는 단계
를 포함하는, 방법.
2. 항목 1에 있어서, 상기 액체 스트림이 2mol% 미만 또는 1mol% 미만의 질소 농도를 갖는 LNG 스트림인, 방법.
3. 항목 1 또는 항목 2에 있어서, 상기 LNG 스트림은 상기 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나와 간접 열교환시킴으로써 과냉각시키는, 방법.
4. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 증기 스트림이 2mol% 미만 또는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 갖는 냉 질소 배기 스트림(cold nitrogen vent stream)인, 방법.
5. 항목 4에 있어서, 상기 냉 질소 배기 스트림을 사용하여 천연 가스 스트림을 액화시켜, 추가의 가압 LNG 스트림 및 온 질소 배기 스트림(warm nitrogen vent stream)을 형성하는, 방법.
6. 항목 1 내지 항목 5 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 분리 용기가 제1 분리 용기이며, LNG 증발 가스를 제2 분리 용기로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
7. 항목 6에 있어서, 상기 증기 스트림의 전부 또는 일부를 상기 제2 분리 용기로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
8. 항목 7에 있어서, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나를 상기 제2 분리 용기로 보내는, 방법.
9. 항목 6에 있어서,
상기 제2 분리 용기가 다단계 분리 컬럼이고;
상기 증발 가스가 상기 다단계 분리 컬럼을 위한 스트리핑 가스이고;
상기 증발 가스 내의 탄화수소가 상기 다단계 분리 컬럼에서 응축되는, 방법.
10. 항목 9에 있어서, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나를 상기 다단계 분리 컬럼으로 보내는, 방법.
11. 항목 1 내지 항목 10 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 증기 스트림은, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나 이상과 간접 열교환시킴으로써 부분적으로 또는 전체적으로 응축시켜, 응축된 증기 스트림 및 증기화된 LIN 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
12. 항목 11에 있어서, 상기 분리 용기가 제1 분리 용기이고, 상기 증기 스트림이 제1 증기 스트림이고 상기 액체 스트림이 제1 액체 스트림이고, 상기 응축된 증기 스트림을 제2 분리 용기로 보내어 제2 증기 스트림 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
13. 항목 12에 있어서, 상기 제2 액체 스트림을 상기 제1 분리 용기에 대한 환류 스트림으로서 상기 제1 분리 용기로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
14. 항목 12에 있어서, 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나를 상기 제2 분리 용기로 보내어 상기 제2 분리 용기에 존재하는 대부분의 탄화수소 성분들을 응축시켜, 상기 제2 증기 스트림이 탄화수소를 실질적으로 함유하지 않게 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
15. 항목 12 내지 항목 14 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 제2 증기 스트림이 2mol% 미만 또는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 갖는 냉 질소 배기 스트림인, 방법.
16. 항목 1 내지 항목 15 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림은 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나 이상들과 간접 열교환시킴으로써 과냉각시켜, 과냉각된 가압 LNG 스트림 및 증기화된 LIN 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
17. 항목 8 내지 항목 11 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 증기화된 LIN 스트림을 사용하여 천연 가스 스트림을 액화시켜, 추가의 가압 LNG 스트림 및 온 질소 배기 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
18. 항목 10 내지 항목 17 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 온 질소 배기 스트림을 사용하여 유입 공기를 하나 이상의 터빈에서 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
19. 항목 1 내지 항목 18 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 증기 스트림은 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나와 간접 열교환시킴으로써 부분적으로 또는 전체적으로 응축시켜, 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나가 400psia 초과의 압력을 갖는, 단계를 추가로 포함하는, 방법.
20. 항목 19에 있어서, 적어도 하나의 팽창기 서비스(expander service)에서 상기 가온된 질소 가스 스트림의 압력을 저하시켜 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
21. 항목 20에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림과 상기 증기 스트림 사이에서 열교환시켜, 부분적으로 또는 전체적으로 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
22. 항목 20 또는 항목 21에 있어서, 상기 적어도 하나의 팽창기 서비스를, 상기 가온된 질소 가스 스트림을 압축하는데 사용되는 적어도 하나의 압축기와 결합시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
23. 항목 1 내지 항목 22 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림이 -100℃ 내지 -150℃ 범위의 온도를 갖는, 방법.
24. 항목 1 내지 항목 23 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 LNG 스트림 재가스화의 재가스화 동안 이송된 LNG 스트림과 열교환시킴으로써 질소 가스로부터 상기 적어도 하나의 LIN 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
25. 항목 1 내지 항목 24 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림을 팽창시켜, 40mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물을 생산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
26. 항목 1 내지 항목 25 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림을 팽창시켜, 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물을 생산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
27. 항목 1 내지 항목 26 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림의 생산에 사용되는 상기 액화 공정이 단일 혼합 냉매 공정, 프로판 사전냉각된 혼합 냉매 공정, 캐스케이드 냉매 공정, 이중 혼합 냉매 공정, 또는 팽창기-기반 액화 공정인, 방법.
28. 항목 1 내지 항목 27 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림의 생산에 사용되는 상기 액화 공정이 액체 질소 냉동 공정이고, 액체 질소가 상기 액체 질소 냉동 공정에서 냉동의 개방형 루프 공급원으로서 실질적으로 사용되는, 방법.
29. 액화 천연 가스(LNG) 액화 설비에서 생산된, 질소 농도가 1mol%를 초과하는 가압 액화 천연 가스(LNG)를 처리하기 위한 시스템으로서,
상기 가압 LNG 스트림을 증기 스트림과 액체 스트림으로 분리하도록 구성된 분리 용기로서, 상기 증기 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높고 상기 액체 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮은, 분리 용기; 및
상기 LNG 액화 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산되고, 상기 분리 용기로 보내어지도록 구성된 액화 질소(LIN) 스트림
를 포함하는, 시스템.
30. 항목 29에 있어서, 상기 LIN 스트림과 열교환함으로써 상기 가압 LNG 스트림을 과냉각시키도록 구성된 제1 열교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
31. 항목 29 또는 항목 30에 있어서, 상기 증기 스트림이 2mol% 미만 또는 1mol% 미만의 탄화수소 농도를 갖는 냉 질소 배기 스트림이며, 상기 시스템이
상기 냉 질소 배기 스트림과의 열교환에 의해 천연 가스 스트림을 액화시켜 추가의 가압 LNG 스트림을 형성하도록 구성되고 이로부터 온 질소 배기 스트림을 형성하는 제2 열교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
32. 항목 29 내지 항목 31 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 분리 용기가 제1 분리 용기이며, LNG 증발 가스가 보내어지는 제2 분리 용기를 추가로 포함하는, 시스템.
33. 항목 32에 있어서, 상기 증기 스트림의 전부 또는 일부가 상기 제2 분리 용기로 보내어지는, 시스템.
34. 항목 33에 있어서, LIN 스트림의 적어도 일부가 상기 제2 분리 용기로 보내어지는, 시스템.
35. 항목 29 내지 항목 34 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 LIN 스트림의 적어도 일부(여기서, 상기 LIN 스트림의 적어도 일부는 400psia 초과의 압력을 갖는다)와 간접 열교환시켜, 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성함으로써, 상기 증기 스트림을 부분적으로 또는 전체적으로 응축시키는 제3 열교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
36. 항목 35에 있어서, 상기 가온된 질소 가스 스트림의 압력을 저하시켜 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림을 생산하도록 구성된 팽창기 서비스를 추가로 포함하는, 시스템.
37. 항목 36에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림과 상기 증기 스트림 사이에서 열교환하여 부분적으로 또는 전체적으로 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 제4 열교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
38. 항목 36 또는 항목 37에 있어서, 상기 가온된 질소 가스 스트림을 압축하는데 사용되는, 상기 팽창기 서비스와 결합된 압축기를 추가로 포함하는, 시스템.
39. 항목 29 내지 항목 38 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림이 -100℃ 내지 -150℃ 범위의 온도를 갖는, 시스템.
40. 항목 29 내지 항목 39 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 LNG 스트림 재가스화의 재가스화 동안 이송된 LNG 스트림과 열교환시킴으로써 질소 가스로부터 상기 적어도 하나의 LIN 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 시스템.
41. 항목 29 내지 항목 40 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림의 생산에 사용되는 상기 액화 공정이 단일 혼합 냉매 공정, 프로판 사전냉각된 혼합 냉매 공정, 캐스케이드 냉매 공정, 이중 혼합 냉매 공정, 또는 팽창기-기반 액화 공정인, 시스템.
42. 항목 29 내지 항목 41 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림의 생산에 사용되는 상기 액화 공정이 액체 질소 냉동 공정이고, 액체 질소가 상기 액체 질소 냉동 공정에서 냉동의 개방형 루프 공급원으로서 실질적으로 사용되는, 시스템.
전술한 설명은 대한 다수의 변경, 수정 및 대안이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 전술한 설명은 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구 범위 및 이의 등가물에 의해서만 결정된다. 또한, 본 실시예에서 구조 및 특징은 변경, 재배열, 대체, 제거, 복제, 결합 또는 서로 추가될 수 있는 것으로도 간주된다.

Claims (25)

  1. 질소 농도가 1mol%를 초과하는 LNG 스트림으로부터 질소를 분리하는 방법으로서,
    액화 설비에서, 천연 가스를 액화시켜서, 1mol% 초과의 질소 농도를 포함하는 가압 LNG 스트림을 생산하는 단계;
    상기 액화 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산되는 적어도 하나의 액체 질소(LIN) 스트림을 저장 탱크로부터 수용하는 단계;
    분리 용기에서, 상기 가압 LNG 스트림을 증기 스트림과 액체 스트림으로 분리하는 단계로서, 상기 증기 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높고 상기 액체 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮은, 단계; 및
    상기 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나를 상기 분리 용기로 보내는 단계를 포함하고,
    상기 가압 LNG 스트림을 팽창시켜, 40mol% 미만의 증기 분획을 갖는 2상 혼합물을 생산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체 스트림이 2mol% 미만의 질소 농도를 갖는 LNG 스트림인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LNG 스트림을 상기 하나 이상의 LIN 스트림들 중 적어도 하나와 간접 열교환시킴으로써 과냉각(subcooling)시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증기 스트림이 2mol% 미만의 탄화수소 농도를 갖는 냉 질소 배기 스트림(cold nitrogen vent stream)이며, 상기 방법이
    상기 냉 질소 배기 스트림을 사용하여 천연 가스 스트림을 액화시켜, 추가의 가압 LNG 스트림 및 온 질소 배기 스트림(warm nitrogen vent stream)을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 용기가 제1 분리 용기이고, LNG 증발 가스(boil-off gas)를 제2 분리 용기로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 증기 스트림의 전부 또는 일부를 상기 제2 분리 용기로 보내는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나를 상기 제2 분리 용기로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2 분리 용기가 다단계 분리 컬럼이고, 상기 증발 가스가 상기 다단계 분리 컬럼을 위한 스트리핑 가스이며, 상기 방법이
    상기 다단계 분리 컬럼에서 상기 증발 가스 내의 탄화수소를 응축시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나를 상기 다단계 분리 컬럼으로 보내는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 용기가 제1 분리 용기이고 상기 증기 스트림이 제1 증기 스트림이고 상기 액체 스트림이 제1 액체 스트림이며, 상기 방법이
    상기 증기 스트림을 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나 이상과 간접 열교환시킴으로써 부분적으로 또는 전체적으로 응축시켜, 응축된 증기 스트림 및 증기화된 LIN 스트림을 형성하는 단계; 및
    상기 응축된 증기 스트림을 제2 분리 용기로 보내어 제2 증기 스트림 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 액체 스트림을 상기 제1 분리 용기에 대한 환류 스트림으로서 상기 제1 분리 용기로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나를 상기 제2 분리 용기로 보내어 상기 제2 분리 용기에 존재하는 탄화수소 성분들을 응축시켜, 상기 제2 증기 스트림이 탄화수소를 함유하지 않도록 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서, 상기 제2 증기 스트림이 2mol% 미만의 탄화수소 농도를 갖는 냉 질소 배기 스트림인, 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림을 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나 이상들과 간접 열교환시킴으로써 과냉각시켜, 과냉각된 가압 LNG 스트림 및 증기화된 LIN 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 증기화된 LIN 스트림을 사용하여 천연 가스 스트림을 액화시켜, 추가의 가압 LNG 스트림 및 온 질소 배기 스트림을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 온 질소 배기 스트림을 사용하여 유입 공기를 하나 이상의 터빈에서 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 증기 스트림을 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나와 간접 열교환시킴으로써 부분적으로 또는 전체적으로 응축시켜, 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 LIN 스트림들 중의 하나가 400psia 초과의 압력을 갖는, 단계;
    적어도 하나의 팽창기 서비스(expander service)에서 상기 가온된 질소 가스 스트림의 압력을 저하시켜 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림을 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림과 상기 증기 스트림 사이에서 열교환시켜, 부분적으로 또는 전체적으로 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 팽창기 서비스를, 상기 가온된 질소 가스 스트림을 압축하는데 사용되는 적어도 하나의 압축기와 결합시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림이 -100℃ 내지 -150℃ 범위의 온도를 갖는, 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LNG 스트림 재가스화의 재가스화 동안 이송된 LNG 스트림과 열교환시킴으로써 질소 가스로부터 상기 적어도 하나의 LIN 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2상 혼합물이 20mol% 미만의 증기 분획을 갖는, 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림의 생산에 사용되는 상기 액화 공정이 단일 혼합 냉매 공정(single mix refrigerant process), 프로판 사전냉각된 혼합 냉매 공정(propane pre-cooled mixed refrigerant process), 캐스케이드 냉매 공정(cascade refrigerant process), 이중 혼합 냉매 공정(dual mixed refrigerant process), 또는 팽창기-기반 액화 공정(expander-based liquefaction process)인, 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압 LNG 스트림의 생산에 사용되는 상기 액화 공정이 액체 질소 냉동 공정이고, 여기서 액체 질소가 상기 액체 질소 냉동 공정에서 냉동의 개방형 루프 공급원으로서 사용되는, 방법.
  21. 액화 천연 가스(LNG) 액화 설비에서 생산된, 질소 농도가 1mol%를 초과하는 가압 액화 천연 가스(LNG)를 처리하기 위한 시스템으로서,
    상기 가압 LNG 스트림을 증기 스트림과 액체 스트림으로 분리하도록 구성된 분리 용기로서, 상기 증기 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 높고 상기 액체 스트림의 질소 농도가 상기 가압 LNG 스트림의 질소 농도보다 낮고, 상기 증기 스트림이 2mol% 미만의 탄화수소 농도를 갖는 냉 질소 배기 스트림인, 분리 용기;
    상기 LNG 액화 설비로부터 상이한 지리적 위치에서 생산되고, 상기 분리 용기로 보내어지도록 구성된 액화 질소(LIN) 스트림;
    상기 LIN 스트림과 열교환함으로써 상기 가압 LNG 스트림을 과냉각시키도록 구성된 제1 열교환기;
    천연 가스 스트림을 상기 냉 질소 배기 스트림과의 열교환에 의해 액화시켜 추가의 가압 LNG 스트림을 형성하도록 구성되고, 이로부터 온 질소 배기 스트림을 형성하는 제2 열교환기;
    상기 증기 스트림을 상기 LIN 스트림의 적어도 일부(여기서, 상기 LIN 스트림의 적어도 일부는 400psia 초과의 압력을 갖는다)와 간접 열교환킴으로써 부분적으로 또는 전체적으로 응축시켜, 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 제3 열교환기;
    상기 가온된 질소 가스 스트림의 압력을 저하시켜 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림을 생성하도록 구성된 팽창기 서비스(expander service);
    상기 적어도 하나의 추가로 냉각된 질소 가스 스트림과 상기 증기 스트림 사이에서 열교환하여 부분적으로 또는 전체적으로 응축된 증기 스트림 및 가온된 질소 가스 스트림을 형성하는 제4 열교환기; 및
    상기 가온된 질소 가스 스트림을 압축하는데 사용되는, 상기 팽창기 서비스와 결합된 압축기를 포함하는, 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 분리 용기가 제1 분리 용기이며, LNG 증발 가스가 보내어지는 제2 분리 용기를 추가로 포함하고, 이때 상기 증기 스트림의 전부 또는 일부가 상기 제2 분리 용기로 보내어지고, 상기 LIN 스트림의 적어도 일부가 상기 제2 분리 용기로 보내어지는, 시스템.
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