KR102283088B1 - 에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트 - Google Patents

에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트 Download PDF

Info

Publication number
KR102283088B1
KR102283088B1 KR1020197026927A KR20197026927A KR102283088B1 KR 102283088 B1 KR102283088 B1 KR 102283088B1 KR 1020197026927 A KR1020197026927 A KR 1020197026927A KR 20197026927 A KR20197026927 A KR 20197026927A KR 102283088 B1 KR102283088 B1 KR 102283088B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
natural gas
nitrogen
ethane
cooling
gas
Prior art date
Application number
KR1020197026927A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190120776A (ko
Inventor
라파일 미니굴로비치 미니굴로프
세르게이 블라디미로비치 루덴코
올렉 에브게니에비치 바신
드미트리 니콜라에비치 그리츠신
에브게니 이고레비치 소볼레프
Original Assignee
퍼블리크노에 악치오네르노에 옵스체스트보 “노바텍”
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 퍼블리크노에 악치오네르노에 옵스체스트보 “노바텍” filed Critical 퍼블리크노에 악치오네르노에 옵스체스트보 “노바텍”
Publication of KR20190120776A publication Critical patent/KR20190120776A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102283088B1 publication Critical patent/KR102283088B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/005—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by expansion of a gaseous refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0072—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0085—Ethane; Ethylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0205—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level SCR refrigeration cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0207—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as at least a three level SCR refrigeration cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0208—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop, e.g. with deep flash recycle loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0283—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/029—Mechanically coupling of different refrigerant compressors in a cascade refrigeration system to a common driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/08—Internal refrigeration by flash gas recovery loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/42—Quasi-closed internal or closed external nitrogen refrigeration cycle

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 천연가스를 액화시키는 기술에 관한 것이다. 천연가스의 액화 방법은 처리된 천연가스가 사전-냉각되고, 에탄이 분리되고, 냉각된 질소를 냉매로서 사용하여 액화되는 가스가 과-냉각되고, 액화되는 가스의 압력이 감소되고, 비-액화 가스가 분리되고 액화된 천연가스가 배출되는 것으로 구성된다. 또한, 사전-냉각 전에, 천연가스가 압축되고, 냉각된 에탄을 냉매로서 사용하여 에탄을 동시에 증발시키면서 액화되는 가스의 다단계 사전-냉각 공정에서 에탄이 분리된다. 증발 동안 생성된 에탄은 압축, 응축되어 액화되는 가스 및 질소의 냉각 동안 냉매로서 사용되며, 질소는 압축, 냉각, 팽창되어 천연가스의 과-냉각 단계로 공급된다. 본 발명은 천연가스 액화의 기술 공정을 단순화시킨다.

Description

에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트
본 발명은 후속 재기화와 함께 강 또는 바다를 통한 추가 운송을 위한 천연가스 액화 기술에 관한 것이다.
외부 냉매에 의한 열 제거를 주요 기반으로 하여 천연가스를 액화하는 많은 방법이 있으며, 그 중에는 C3MR, 필립스 캐스케이드(Philips Cascade), Shell DMR 및 Linde MFCP 액화 기술이 북극 기후에서 사용된다.
C3MR 기술은 사벳타 야말 반도(Yamal Peninsula, Sabetta)에 있는 NOVATEK, JSC 플랜트에서 야말 LNG 프로젝트로 채택되었다.
처음에, C3MR 공정(GB 1291467 A, 04.10.1972)은 브루나이에 있는 LNG 플랜트를 위해 에어 프로턱츠(Air Products)에 의해 개발되었다. 이 기술은 천연가스 냉각 순서: 첫째로, 독립적인 프로판-기반 증기 압축 사이클을 사용하는 3개의 열교환기에서의 냉각, 그리고 나서 2개의 열 교환기에서 프로판 사이클을 사용하여 또한 사전-냉각되는, 냉매 혼합물을 기반으로 한 사이클을 사용하는 2-영역 다중-섹션 열 교환기에서의 냉각을 기반으로 한다.
C3MR 공정은 공정 트레인(process train) 전체 수의 80% 초과에서 사용된다.
북극 기후에서 C3MR 공정의 단점은 저온 환경에서의 불완전한 사용이다. 적도 기후하에서 프로판 회로의 가스 및 혼합 냉매(MR)로부터의 열 제거가 + 45℃ 내지 - 34℃의 온도 범위 내에서 이루어지면, 북극 기후에서 이러한 범위는 + 10℃로부터 시작될 수 있다. 결과적으로, 주 압축기 전력은 제 2 회로의 혼합 냉매를 압축하는데 소비된다. 압축기 용량은 가스 구동장치의 크기와 관련이 있다. 연간 5 백만 톤의 액화 천연가스(LNG) 용량을 갖는 공정 트레인에 대해서 86 MW 구동장치가 사용된다. 이러한 전력의 최대 사용은 소비 균형의 MR 쪽으로의 이동과 함께, 주요 극저온 열 교환기의 무게와 크기를 증가시킴으로써만 가능하다.
필립스 캐스케이드 기술은 Conoco Phillips에 의해 여러 LNG 플랜트(Alaska, Trinidad and Tobago, 등)에서 사용된다.
이 기술은 프로판, 에틸렌 및 메탄에 의한 3개의 회로에서 가스 순차 냉각을 기반으로 한다. 프로판 응축은 공기 냉각기에서 수행되는 반면에, 에틸렌은 프로판 증기에 의해 응축되고 메탄은 에틸렌 증기에 의해 응축된다.
수분 및 이산화탄소 사전-정제의 대상인 천연가스는 41 바의 압력으로 열 교환기에 공급되고 냉각 및 스로틀링(throttling) 후 탱크로 공급된다. 각각의 회로는 열 교환기의 하류에 있는 다단 원심 압축기의 대응 스테이지로 공급될 복귀 스트림에 냉매의 3배 팽창을 제공한다. 압축기 프로판 스테이지의 분사 압력은 15.2 바이며, 스로틀링은 5.5, 3.15 및 1.37 바의 압력으로 수행된다. 에틸렌 스테이지에서, 압력은 20.5 바로부터 5.5, 2.05 및 1.72 바로 감소하며, 최종 회로에서 압력은 37.2 바의 압력으로부터 14.8, 5.8 및 2.05 바의 압력으로 감소한다.
상기 기술의 단점은 액화 가스의 저압(41 바)이며, 이는 액화 공정의 특정 에너지 소비의 증가, 많은 수의 장비, 제 3자 에틸렌 냉매 공급의 필요성, 및 3 개의 3단 압축기인 9 개의 안티-서지 회로를 포함하는 냉매 스트림 제어를 위한 복잡한 체계를 초래한다.
쉘(Shell)은 Sakhalin LNG 플랜트에서 Shell DMR 기술(US 6390910 A, 21.05.2002)을 실시했다.
DMR 공정은 2개의 혼합 냉매를 사용한다. 가스는 두 개의 회로에서 액화되며, 각각의 회로에서 다른 조성의 혼합 냉매에 의해 가스가 냉각된다. 각각의 회로는 다중-스레드(multithread) 코일 열 교환기를 사용한다. 제 1 회로에서, 가스는 열 교환기 튜브 측에서 사전-응축된 냉매 증기에 의해 냉각되며, 제 2 회로의 냉각제가 또한 냉각된다. 제 2 열 교환기에서, 가스는 튜브 다발에서 응축된 제 2 회로 냉매의 증기에 의해 배관의 2 레벨에서 보조-냉각된다.
이 공정은 저온 기후와 가장 밀접하게 일치한다. 공정의 단점은 MR에 대한 두 회로의 복잡한 제어 체계이다. 실제로, 연중 시간에 따라 하나의 MR 조성에서 다른 MR 조성으로의 전환은 예측하기 어려운 것으로 판명되었고 Sakhalin LNG 플랜트에서 1년에 단지 2 내지 3회에 적용될 뿐이다.
Linde MFCP 기술(US 6253574 A, 07/03/2001)은 노르웨이, 함메르페스트(Hammerfest)에 있는 플랜트에서 천연가스 액화를 위해 Statoil에 의해 사용된다. MFCP 액화 공정은 조성이 다른 3개의 혼합 냉매에 의한 3개의 회로에서의 순차 가스 냉각을 기반으로 한다. 제 1 회로는 두 개의 압력 레벨에서 작동하는 두 개의 연속적인 평판형 열 교환기를 사용한다. 제 1 회로 냉매는 프로판-에탄이다. 프로판-에탄 혼합물 증기는 해수에 의해 응축되고, 제 1 회로의 평판형 열 교환기에서 냉각되고 제 2 회로의 액화 가스 및 냉매로 냉기를 소산시킨다.
제 2 회로는 프로판-에탄-메탄 혼합물을 냉매로서 사용하여 코일 열 교환기에서 천연가스를 액화하도록 설계된다. 제 3 회로에서, 액화 가스는 질소-메탄-에탄 증기로 보조-냉각된다. 코일 권선형 열 교환기는 제 2 회로에서와 같이 보조-냉각을 위해 사용된다. 모두 3 회로는 예비 가스 냉각을 위해 해수를 사용한다. 이 공정의 단점은 3가지 유형의 혼합 냉매뿐만 아니라 다수의 유형의 열 교환기 및 압축기 장비의 사용으로 인한 복잡한 제어 체계이다.
OAO Gazprom은 천연가스 액화 방법에 대해 특허를 받았으며, 이는 전처리 및 건조된 천연가스의 사전-냉각기에서 냉각 및 응축되는 것으로 구성되며, 이 가스는 분별 공정로 보내지는 액체 에탄 분획으로부터 추가로 분리되는 반면에, 제 1 분리기로부터의 가스 스트림은 보조-냉각 열 교환기에서 가스 질소에 의해 보조-냉각된 혼합 냉매를 사용하여 액화기-열 교환기에서 순차 냉각되며, 보조-냉각된 LNG의 압력은 액체 팽창기에서 감소되고, 보조-냉각된 LNG는 분리를 위해 보내지며, 그 후에 액화 가스는 LNG 저장 탱크로 전달되는 반면에, 분리된 가스는 연료 가스 시스템으로 배출된다. 천연가스 액화 플랜트는 사전 냉각기, 5개의 분리기, 2개의 초크, 액화기-교환기, 혼합 냉매를 압축하도록 설계된 3개의 압축기, 5개의 공기 냉각기, 2개의 펌프, 액체 팽창기, 보조-냉각 열 교환기, 팽창기와 압축기를 포함하는 터보 팽창기 유닛, 2개의 질소 사이클 압축기(RU 2538192 C1, 10.01.2017에 공개됨)를 포함한다.
RU 2538192 C1 하의 방법 및 플랜트의 단점은 사전-냉각 회로의 복잡한 제어이다. 각각의 압축 스테이지의 하류에 액상의 존재는 공기 온도, 냉매 압축비, 생산성 증감과 같은 임의의 매개변수의 변화가 있는 경우 1차 가스 냉각 회로의 기능 변화를 예측하기 어렵게 한다.
제안된 방법에 가장 가까운 천연가스 액화를 위한 기술 및 플랜트는 OAO Gazprom의 특허 RU 2538192 C1 하의 천연가스 액화 기술 및 플랜트이다.
제안된 천연가스 액화 기술에 의해 해결되는 기술적 문제는 기술 공정의 단순화, 액화 공정의 매개변수 변경에 따른 작동 안정성 및 장비의 자본 지출 감소이다.
처리된 천연가스의 사전-냉각, 에탄 증발, 냉각된 질소를 냉매로서 사용하는 액화 가스 보조-냉각, 액화 가스 감압, 비-액화 가스의 분리 및 액화 천연가스(LNG)의 제거로 구성되는 천연가스 액화 방법에 의해 기술적 문제가 해결된다. 이러한 방법의 특별한 특징은 사전-냉각 전에 천연가스가 압축되고, 냉각된 에탄을 냉매로서 사용하여 에탄을 동시에 증발시키는 것에 의해 액화 가스의 다단계 사전-냉각 동안 에탄이 증발되는 반면에, 증발에 의해 발생된 에탄이 압축되고 응축되어 액화 가스 및 질소의 냉각 동안 냉매로서 사용되고, 질소가 압축, 냉각, 팽창되어 천연가스 보조-냉각 단계로 공급된다는 점이다.
또한, 에탄은 직렬 연결된 기화기에서 증발되며, 질소는 기화기 및 질소-질소 열교환기에 교대로 공급함으로써 냉각되는 반면에, 압축가스 열 교환기로부터의 질소 복귀 스트림은 질소-질소 열 교환기에서 냉매로서 사용된다. 또한, 천연가스는 단상(single-phase) 상태에서 고압으로 냉각되어 상 전이 공정을 방지한다.
또한, 천연가스 사전-냉각을 위해서 북극, 남극 또는 가까운 지역으로부터의 주변 공기 또는 수조의 물이 사용된다.
또한, 천연가스 보조-냉각 공정은 단상 임계 상태의 액화가스뿐만 아니라 가스 질소를 사용한다.
또한, 각각의 냉각 장치는 주변 공기 또는 물을 사용하는 공기 또는 물 냉각기이다.
기술적 문제는 또한, 천연가스 액화 라인, 에탄 회로 및 질소 회로를 포함하는 천연가스 액화 플랜트에 의해 해결되며; 천연가스 액화 라인은 천연가스 압축기, 공기 냉각기, 에탄 기화기, 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기 및 직렬로 연결된 분리기를 포함하며; 에탄 회로는 적어도 하나의 에탄 압축기, 공기 냉각기, 및 적어도 하나의 압축기의 입구에 연결된 출구를 갖춘 상기 에탄 기화기의 직렬 연결부를 포함하며; 질소 회로는 적어도 하나의 질소 압축기, 공기 냉각기, 상기 에탄 기화기, 상기 에탄 기화기들 사이에 연결된 질소-질소 열 교환기, 터보 팽창기, 상기 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기, 상기 질소-질소 열 교환기 및 질소 압축기의 입구에 연결된 터보 압축기의 직렬 연결부를 포함한다.
또한, 비-액화 비등 가스(BOG)용 분리기 출구는 BOG 압축기에 연결된 그의 BOG 출구를 가지는 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기와 연결된다.
또한, 터보 팽창기 및 터보 압축기는 팽창기-압축기 유닛으로 조합된다.
또한, 모든 압축기의 구동장치는 각각의 압축기에 연결되는 증배관(multiplier)에 연결된 가스 터빈 엔진이다.
제안된 방법과 장치를 사용할 때 달성되는 기술적 결과는 다음과 같다.
OAO Gazprom 기술과 비교하여, 제안된 북극 캐스케이드 기술(Arctic Cascade technology)은 제 1 액화 회로에서 혼합 냉매(MR) 대신에 순수한 에탄 냉매를 사용한다. 이러한 해법은 액화 공정을 크게 단순화하고, 혼합 냉매를 위한 복잡한 다중-스레드 열 교환기 대신에 간단한 기화기의 사용을 허용하고 필요 장비를 제조할 수 있는 플랜트의 목록을 확장한다.
MR 대신에, 사전-냉각을 위해 에탄을 사용하면 냉매 분류 유닛을 위한 자본 비용을 감소시키고 저장 창고의 크기를 감소시키고 MR 준비를 위한 순수한 냉매의 혼합 유닛을 체계에서 배제하는데 도움을 준다.
훨씬 간단한 공정 체계에서, 북극 캐스케이드 기술 및 RU 2538192 C1 하에서 액화 공정의 에너지 소비는 + 5℃의 주변 공기 온도에 대해서 유사하고 LNG 톤당 약 240 kW이다.
북극 캐스케이드 기술은 증배관을 통해 그의 전력을 분배하는 하나의 생산 라인을 위한 단일 구동장치를 실시하는 반면에, RU 2538192 C1호로 특허를 받은 기술은 두 개의 구동장치를 적용하여 장비의 비용과 수량을 증가시킨다.
도 1은 제안된 천연가스 액화 방법을 설명하는 제안된 플랜트의 개략도를 제시한다.
천연가스 액화 라인은 직렬로 연결되는, 천연가스 압축기(2), 공기 냉각기(5), 에탄 기화기(7), 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기(9), 예를 들어 다중-스레드 열 교환기, 및 분리기(10)를 포함한다.
에탄 회로는 직렬로 연결되는, 적어도 하나의 에탄 압축기(4)(직렬로 연결된 2개의 압축기(4)가 도 1에 도시됨), 공기 냉각기(13) 및 상기 기화기(7)를 포함하며, 기화기의 출구는 적어도 하나의 압축기(4)의 입력부에 연결된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 기화기(7)의 출구는 제 2 압축기(4)의 입구에 연결되는 반면에, 나머지 기화기(7)의 출구는 제 1 압축기(4)의 스테이지에 연결된다.
질소 회로는 적어도 하나의 질소 압축기(3)(직렬로 연결된 2개의 압축기(3)가 도 1에 도시됨), 공기 냉각기(14), 사이에 질소-질소 열 교환기(8)가 연결되는 상기 에탄 기화기(7), 팽창기-압축기 유닛(10)의 터보 팽창기, 상기 폐쇄형 보조 냉각 열 교환기(9), 상기 질소-질소 열 교환기(8) 및 제 1 질소 압축기(3)의 입구에 연결되는 팽창기-압축기 유닛(10)의 터보 압축기를 포함한다.
분리기(11)의 BOG 출구는 BOG 압축기(15)에 연결된 그의 BOG 출구를 가지는 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기(9)에 연결된다.
또한, 모든 압축기(2, 3, 4)의 구동장치는 각각의 압축기(2, 3, 4)에 전력을 분배하는 증배관(6)에 연결된 가스 터빈 엔진(1)이다.
천연가스 액화 방법은 다음과 같다.
액화를 위해 전-처리된 천연가스(NG)(수증기, 이산화탄소 및 기타 오염물이 제거됨)는 천연가스 압축기(2)로 공급되고, 필요한 압력으로 압축되고, 공기 또는 물 냉각기 유닛 또는 유닛(5)들에서 주변 냉기에 의해 + 10℃의 온도로 냉각되고 사전-냉각을 위해 에탄 기화기(7)로 보내진다. 기화기(7)에서 순차 냉각한 후, 온도가 - 84℃인 가스가 폐쇄형 가스 보조-냉각 열 교환기(9)로 공급되고, 여기서 질소 및 BOG로 - 137℃의 온도로 보조-냉각된다. 그런 다음 가스 압력은 스로틀에서 0.15 MPa로 감소되는 반면에, 그의 온도는 - 157℃로 하강하고, 그 후 가스-액체 흐름이 최종 분리기(11)로 진입한다. 분리기(11)로부터 LNG는 펌프(12)에 의해 저장 탱크에 공급되는 반면에, 가스의 비-액화 부분은 최종 열 교환기(9)로 전달되고, 액화 가스 스트림으로 냉기를 소산시키고, BOG 압축기(13)에 의해 3.0 MPa의 압력으로 압축된다. 비등 가스의 일부는 유닛 연료 시스템으로 전달되는 반면에, 다른 일부는 액화 공정이 시작 시 재활용된다.
사전-냉각 회로는 에탄을 냉매로서 사용한다. 상이한 압력을 갖는 기화기(7)로부터의 가스 에탄은 다단 압축기(4)(압축기들)로 진입하여, 여기서 3 MPa의 압력으로 압축되고 + 10℃ 이하의 온도에서 공기 냉각기(13)에서 응축된다. 액체 에탄은 기화기(7)로 보내지고, 여기서 질소는 다양한 압력 레벨에서 가스를 - 84℃의 온도로 냉각시킨다. 기화기(7)로부터의 가스 에탄은 압축기(4)(압축기들)에 그리고 추가로 사이클을 따라 공급된다.
압축기(3)에 의해 10 MPa로 압축된 질소는 공기 냉각기(14)에서 냉각되고, 에탄 기화기(7)와 질소-질소 열 교환기(8)로 교대로 진입하고, 질소 복귀 스트림에 의해 그리고 에탄 기화기(7)에서 - 84℃의 온도로 냉각되고, 터보 부스터로 진입하고, 질소 부스터 터보 압축기는 팽창기-압축기 유닛(10)에서 부하로서의 역할을 한다. 팽창기 압력을 2.6 MPa로 감소시키고 - 140℃로 냉각한 후, 질소는 폐쇄형 다중-스레드 보조-냉각 열 교환기(9)로 진입한다. 액화 가스 스트림으로 냉기를 소산한 후, 질소는 복열형 질소-질소 열 교환기(8)를 통과하고 팽창기-압축기 유닛(10)의 터보 압축기로 진입하고, 3 MPa의 압력으로 압축되고, 압축기(3)의 입구로 진입하고, 10MPa로 추가로 압축되어 사이클로 보내진다.
공정은 + 5℃ 이하의 주변 온도에서 정상 모드로 작동한다. + 5℃ 초과의 온도에서, 공정 트레인(process train)의 성능이 떨어지기 시작한다. 이 기술이 북극 및 남극 위도용으로 개발되었으므로, 심지어 여름에도 온도가 낮은 북극 또는 남극 바다, 만 및 기타 수역의 물은 더운 여름철에 단위 13의 에탄 응결용으로도 사용될 수 있다.
동적 회로를 최적화하고 회전 장비의 수량을 감소시키기 위해서, 가스, 에탄 및 질소의 압축에 사용되는 모든 압축기(2, 3, 4)는 단일 가스 터빈 엔진(1)에 의해 구동될 수 있으며, 전력은 증배관(6)을 통해 각각의 압축기로 분배될 수 있다.
북극 캐스케이드 기술을 사용한 LNG 생산의 추정 에너지 소비량은 톤당 약 220 kW이다.

Claims (10)

  1. 천연가스 액화 방법으로서,
    에탄 증발에 의해 처리된 천연가스의 사전-냉각, 냉매로서 냉각된 질소를 사용하는 액화 가스 보조-냉각, 액화 가스 감압, 비-액화가스 분리 및 액화 천연가스의 전환으로 이루어지며, 천연가스는 사전-냉각 전에 압축되고, 냉각된 에탄을 냉매로 사용하여 에탄을 동시에 증발시킴으로서, 액화가스의 다단계 사전-냉각 동안 에탄이 증발(기화)되며, 한편으로 증발에 의해 생성된 에탄이 압축되고, 응축되어 액화가스 및 질소의 냉각 동안 냉매로서 사용되며, 질소는 압축, 냉각, 팽창되어 천연가스 보조-냉각 단계로 공급되고,
    에탄은 직렬로 연결된 기화기들에서 증발(기화)되며, 질소는 기화기와 질소-질소 열 교환기에 교대로 공급됨으로써 냉각되며, 한편으로 압축 가스 열 교환기로부터의 질소 복귀 스트림은 질소-질소 열 교환기에서 냉매로서 사용되는
    천연가스 액화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연가스는 단상 상태로 고압에서 냉각되어 상 전이 공정을 방지하는
    천연가스 액화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연가스의 사전-냉각을 위해서 북극, 남극 또는 근접 지역의 주변 공기 또는 수조의 물이 사용되는
    천연가스 액화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연가스 보조-냉각 공정은 단상 임계 상태의 액화 가스뿐만 아니라 가스 질소를 사용하는
    천연가스 액화 방법.
  5. 천연가스 액화 플랜트로서,
    천연가스 액화 라인, 에탄 회로 및 질소 회로를 포함하며; 천연가스 액화 라인은 직렬로 연결되는, 천연가스 압축기, 공기 또는 물 냉각기, 에탄 기화기, 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기 및 분리기를 포함하며; 에탄 회로는 적어도 하나의 에탄 압축기, 공기 또는 물 냉각기, 및 적어도 하나의 압축기의 입구에 연결된 출구를 갖춘 상기 에탄 기화기의 직렬 연결부를 포함하며; 질소 회로는 적어도 하나의 질소 압축기, 공기 또는 물 냉각기, 상기 에탄 기화기, 상기 에탄 기화기들 사이에 연결된 질소-질소 열 교환기, 터보 팽창기, 상기 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기, 상기 질소-질소 열 교환기 및 질소 압축기의 입구에 연결된 터보 압축기의 직렬 연결부를 포함하는
    천연가스 액화 플랜트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    비-액화 비등 가스(BOG)용 분리기 출구는 BOG 압축기에 연결된 그의 BOG 출구를 가지는 폐쇄형 보조-냉각 열 교환기와 연결되는
    천연가스 액화 플랜트.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 터보 팽창기 및 터보 압축기는 팽창기-압축기 유닛으로 조합되는
    천연가스 액화 플랜트.
  8. 제 5 항에 있어서,
    모든 압축기의 구동장치는 각각의 압축기에 연결되는 증배관에 연결된 가스 터빈 엔진인
    천연가스 액화 플랜트.
  9. 제 5 항에 있어서,
    주변 공기 또는 물을 사용하는 공기 또는 물 냉각기가 각각의 냉각 장치인
    천연가스 액화 플랜트.
  10. 삭제
KR1020197026927A 2017-03-16 2017-08-10 에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트 KR102283088B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017108800A RU2645185C1 (ru) 2017-03-16 2017-03-16 Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом "арктический каскад" и установка для его осуществления
RU2017108800 2017-03-16
PCT/RU2017/000585 WO2018169437A1 (ru) 2017-03-16 2017-08-10 Установка и способ сжижения природного газа

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190120776A KR20190120776A (ko) 2019-10-24
KR102283088B1 true KR102283088B1 (ko) 2021-07-30

Family

ID=61227058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197026927A KR102283088B1 (ko) 2017-03-16 2017-08-10 에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11566840B2 (ko)
JP (1) JP6781852B2 (ko)
KR (1) KR102283088B1 (ko)
CN (1) CN110418929B (ko)
CA (1) CA3056587C (ko)
NO (1) NO20191220A1 (ko)
RU (1) RU2645185C1 (ko)
WO (1) WO2018169437A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019125672A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Exxonmobil Upstream Research Company System and method of de-bottlenecking lng trains
FR3087525B1 (fr) * 2018-10-22 2020-12-11 Air Liquide Procede de liquefaction d'un courant gazeux d'evaporation issu du stockage d'un courant de gaz naturel liquefie
FR3087524B1 (fr) * 2018-10-22 2020-12-11 Air Liquide Procede et une installation de liquefaction de gaz naturel
RU2750864C2 (ru) * 2019-01-09 2021-07-05 Андрей Владиславович Курочкин Установка редуцирования природного газа с получением газомоторных топлив (варианты)
RU2757207C2 (ru) * 2019-01-09 2021-10-12 Андрей Владиславович Курочкин Установка редуцирования природного газа с выработкой газомоторных топлив (варианты)
RU2714310C1 (ru) * 2019-05-06 2020-02-14 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Екатеринбург" Растворитель на основе тяжелых углеводородов
RU2735977C1 (ru) * 2020-01-14 2020-11-11 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
RU2740112C1 (ru) * 2020-07-20 2021-01-11 Публичное акционерное общество «НОВАТЭК» Способ сжижения природного газа "Полярная звезда" и установка для его осуществления
RU2759794C1 (ru) * 2021-05-14 2021-11-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Энерготехнологический комплекс выработки тепловой и электрической энергии и способ работы комплекса
WO2024107081A1 (ru) * 2022-11-18 2024-05-23 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620460A (zh) 2012-04-26 2012-08-01 中国石油集团工程设计有限责任公司 带丙烯预冷的混合制冷循环***及方法
JP2016512595A (ja) 2013-11-07 2016-04-28 オトクリトエ アクツィオネルノエ オブスチェストヴォ “ガズプロム” 天然ガス液化方法とその装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1291467A (en) * 1969-05-19 1972-10-04 Air Prod & Chem Combined cascade and multicomponent refrigeration system and method
DE19716415C1 (de) 1997-04-18 1998-10-22 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
TW421704B (en) 1998-11-18 2001-02-11 Shell Internattonale Res Mij B Plant for liquefying natural gas
US6412302B1 (en) * 2001-03-06 2002-07-02 Abb Lummus Global, Inc. - Randall Division LNG production using dual independent expander refrigeration cycles
US6631626B1 (en) * 2002-08-12 2003-10-14 Conocophillips Company Natural gas liquefaction with improved nitrogen removal
US6691531B1 (en) * 2002-10-07 2004-02-17 Conocophillips Company Driver and compressor system for natural gas liquefaction
US20070107464A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Ransbarger Weldon L LNG system with high pressure pre-cooling cycle
RU2344360C1 (ru) * 2007-07-04 2009-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ" Способ сжижения газа и установка для его осуществления
CN201532077U (zh) * 2009-11-17 2010-07-21 华中科技大学 基于低温液体制冷的天然气液化装置
KR101145303B1 (ko) * 2010-01-04 2012-05-14 한국과학기술원 Ｌｎｇ ｆｐｓｏ용 천연가스 액화방법 및 장치
KR101107437B1 (ko) * 2010-03-25 2012-01-19 한국가스공사연구개발원 천연가스 액화공정
JP5660845B2 (ja) * 2010-10-13 2015-01-28 三菱重工業株式会社 液化方法、液化装置およびこれを備える浮体式液化ガス製造設備
EP2859290A4 (en) * 2012-06-06 2016-11-30 Keppel Offshore & Marine Technology Ct Pte Ltd SYSTEM AND METHOD FOR LIQUEFACTION OF A NATURAL GAS
SG11201503594SA (en) 2012-09-07 2015-06-29 Keppel Offshore & Marine Technology Ct Pte Ltd System and method for natural gas liquefaction
CN102927791A (zh) * 2012-11-30 2013-02-13 中国石油集团工程设计有限责任公司 带预冷的双复合冷剂制冷***及方法
US9945604B2 (en) 2014-04-24 2018-04-17 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using refrigerated heat pump
CN204063782U (zh) * 2014-09-17 2014-12-31 刘国满 一种lng燃料动力船港口停留再液化***
CN204785551U (zh) * 2015-06-26 2015-11-18 上海奥滤石油天然气设备技术有限公司 一种bog再液化回收装置
CN106091574B (zh) * 2016-06-02 2018-10-30 成都深冷液化设备股份有限公司 一种带压缩热回收的气体液化装置及其液化方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620460A (zh) 2012-04-26 2012-08-01 中国石油集团工程设计有限责任公司 带丙烯预冷的混合制冷循环***及方法
JP2016512595A (ja) 2013-11-07 2016-04-28 オトクリトエ アクツィオネルノエ オブスチェストヴォ “ガズプロム” 天然ガス液化方法とその装置

Also Published As

Publication number Publication date
CA3056587A1 (en) 2018-09-20
CA3056587C (en) 2022-03-22
WO2018169437A1 (ru) 2018-09-20
WO2018169437A9 (ru) 2019-09-19
RU2645185C1 (ru) 2018-02-16
NO20191220A1 (en) 2019-10-14
CN110418929B (zh) 2021-11-23
JP6781852B2 (ja) 2020-11-04
US11774173B2 (en) 2023-10-03
JP2020514673A (ja) 2020-05-21
KR20190120776A (ko) 2019-10-24
US20230003443A1 (en) 2023-01-05
US20210140707A1 (en) 2021-05-13
US11566840B2 (en) 2023-01-31
CN110418929A (zh) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102283088B1 (ko) 에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트
CN106066116B (zh) 用于使天然气液化的集成甲烷制冷***
US6253574B1 (en) Method for liquefying a stream rich in hydrocarbons
AU2018218196B2 (en) Pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
US5755114A (en) Use of a turboexpander cycle in liquefied natural gas process
US5139547A (en) Production of liquid nitrogen using liquefied natural gas as sole refrigerant
CN1102213C (zh) 将加压液态天然气的加压气化气再液化的方法
JP4741468B2 (ja) ガス液化用一体型多重ループ冷却方法
US6378330B1 (en) Process for making pressurized liquefied natural gas from pressured natural gas using expansion cooling
MX2011005475A (es) Procedimiento de produccion de una corriente de gas natural licuado sub-enfriado a partir de una corriente de carga de gas natural e instalacion asociada.
JPH05149678A (ja) 極低温空気分離で生成される窒素流れの液化法
US11815308B2 (en) Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
US20230332833A1 (en) Process for Producing Liquefied Hydrogen
US11806639B2 (en) Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
US3343374A (en) Liquid nitrogen production
WO2024107081A1 (ru) Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant