KR20090105919A - 액화 천연가스의 제조 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개방 사이클 또는 폐쇄 사이클 내 냉각제(refrigerant)로써 공기를 사용하는 단계를 포함하는 액화 천연가스의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 본 발명은 상기 처리 공정을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.

Description

액화 천연가스의 제조 방법 및 시스템{SYSTEM AND METHOD OF PRODUCTION OF LIQUEFIED NATURAL GAS}
본 발명은 냉각제(refrigerant)로써 공기를 사용하여 액화 천연가스(LNG)를 얻기 위한 공정에 관한 것이다. 상기 처리 공정은 개방 또는 폐쇄 공기 냉각제 사이클을 사용하여 수행될 수 있다.
종종, 천연가스는 최종 사용되는 장소로부터 이격된 영역에서 사용될 수 있다. 이를 운반할 때, 천연가스는 액화 천연가스(LNG)라고 불리우는 액체로 농축하기 위하여 대기 압력에서 대략 -260 °F(-160 ℃)의 온도로 천연가스는 냉각된다. 상기 LNG는 적당한 운반선(carrier vessel)으로 해외로 일반적으로 운반된다.
수많은 처리 공정 사이클은 LNG 제작을 위해 개발되어 왔으며 이에 따라 보다 큰 냉각 조건을 제공한다. 일반적으로, 그러한 사이클은 가벼운 탄화수소를 포함하고, 선택적으로 질소를 포함하는, 혼합된 냉각제를 사용한다. 예를 들어, 미국 특허 US 4,274,849호는 천연가스를 액화하기 위한 처리 공정에 있어, 냉각하는 유체로써 2개 이상의 탄화수소 혼합물(mixture)을 공개한다.
본 발명은 일종의 천연가스 분야로부터 천연가스를 액화하는 새로운 처리 공정, 시스템 또는 플랜트 케이블에 관한 것이고, 특히 "해안에서 이격된(offshore)" 영역 및 보다 자세하게 스트랜드 형성된 천연가스(stranded natural gas) 영역으로부터 액화하는 것이며, 이에 이러한 처리 공정은 냉각제로써 사용된 공기를 포함한다.
본 발명 시스템은 모든 가능한 위치에서 간단하고 보다 용이하게 재생산 가능한 처리 공정을 포함하고, 바람직하게 "해안에서 떨어진(offshore)" 천연가스 영역을 포함한다. 이러한 시스템은 연안(coast)으로부터 보다 멀리 떨어져, 이격된 영역에 위치된 작은 천연가스 영역으로부터 가스를 액화하기 위한 배(barge) 내에 위치될 때 특히 유리하다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 측면은 냉각제로써 사용된 공기를 포함하는 액화 천연가스를 얻기 위한 처리 공정에 관한 것이다. 이러한 처리 공정은 천연가스 스트림으로부터 독립한 공기 냉각 사이클로써 개발될 수 있다.
본 발명의 처리 공정에 따라,
a. 공기를 압축하는 단계;
b. (a)단계의 상기 압축된 공기를 냉각하는 단계;
c. (b)단계에서 냉각된 상기 압축 공기를 팽창하는 단계 및
d. 천연가스를 냉각하기 위한 상기 팽창된 공기((c)단계)를 사용하는 단계를 포함하는 공기 냉각 사이클을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 또한 상기 처리 공정은
e. 개연성있는 공기의 손실을 보상하기 위하여 공기 보상(air make-up)을 추가하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 공기 보상(air make-up)은 종래 기술에서 잘 알려진 처리 시설(treating facilities)을 사용하여 수행될 수 있는 CO2와 물을 제거하도록 처리될 수 있다.
보다 바람직한 실시예에 있어서, 상기 처리 공정의 (a)단계는 하나 이상의 단계, 바람직하게 하나의 단계보다 많은 단계로 수행된다.
본 발명의 공기 냉각 사이클은 개방될 수 있거나 또는 폐쇄될 수 있다. 상기 공기 냉각 사이클이 개방될 때, 상기 공기는 CO2와 물을 제거하기 위해 처리되고, 상기 단계들에 따라 천연가스를 냉각하기 위해 사용되며, 대기(atmosphere)로 재차 방출되는, 대기 상태에서 상기 환경으로부터 지속적으로 취하여 질 수 있다.
상기 공기 냉각 사이클이 폐쇄될 때, 천연가스를 냉각하기 위해 사용된 상기 공기는 상기 처리 공정((a)단계)의 초기로 다시 복귀한다.
본 발명의 처리 공정에 따라, 상기 천연가스 스트림은
a. 상기 천연가스를 냉각하는 단계;
b. LNG 상태 또는 LNG와 증기 상태(엔드플레쉬 가스(endflash gas))를 함유한 (a)단계에서 냉각된 상기 천연가스를 팽창하는 단계를 수반한다.
이와 같이, 상기 천연가스는 액체와 증기의 2개 상태를 획득하지 않거나 또는 증기 상태를 허용하지 않고 완전하게 액화될 수 있다(LNG).
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 2개의 상태가 (b)단계에서 얻어지는 경우, 상기 천연가스 스트림은
c. 액체(LNG)와 증기(엔드플래쉬 가스(endflash gas)) 상태를 분리하는 단계를 추가적으로 포함한다.
선택적으로, 상기 천연가스 스트림은 액화되기 이전에 액화 천연가스(natural gas liquid, NGL)를 분리하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "액화 천연가스(NGL)"의 용어는 메탄의 소수 함량을 가지고, 에탄에서부터 보다 높은 탄화수소까지(에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄 및 천연 가솔린, 후자는 때로 압축물이라고 불리운다) 천연가스의 보다 작은 휘발성 구성 요소에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 천연가스 스트림은 냉각시키기 이전에 필요한 경우 미리 처리될 수 있다. 다양한 사전 처리 장치(pretreatment arrangement)는 종래 기술의 당업자들에게 잘 알려진다. 적절한 사전 처리는 위치, 형태, 정밀한 합성물 및 바람직하지 못한 오염 물질의 특성과 수준(level) 또는 상기 천연가스 공급에서 존재한 불순물의 특성과 수준에 의존한다. 일반적으로, 이는 제한되지 않지만, Hg, H2O, CO2 or H2S의 제거를 포함할 수 있다.
이러한 천연가스 스트림은 1 바아(bar) 이상의 압력과 바람직하게 10 바아(bar)의 압력을 가진 처리 공정으로 종종 지나가며, 또한 이는 위치 및 가스 영역 내 천연가스의 형태에 의존한다.
천연가스의 공급은 보다 무거운 탄화수소에서 양호하지 못할 수 있고, 상기 액화 천연가스의 분리가 필요하지 않으며, 대안적으로 이는 보다 무거운 탄화 수소에서 천연가스가 부분적으로 풍부하고, 상기 액화 천연가스는 최종 LNG에서 유지될 수 있고 최종 목적지로 이동된 이후로 마찰에 의해 분리될 수 있다. 두 가지 모든 경우에 있어서 상기 천연가스는 이와 같이 액화되고 이는 단일의 열 교환 장치를 사용하여 구현된다.
보다 바람직한 실시예에 있어서, 천연가스 스트림은 보다 무거운 탄화수소 내 특히 풍부한 천연가스 스트림은 2개의 단계에서 냉각된다:
첫째로, 상기 천연가스는 액화 천연가스(NGL)의 필요한 양을 액체로 압축하도록 허용하는, 적합한 온도가 될 때까지 공기로 냉각된다. 이러한 단계는 제 1 열 교환 장치를 통하여 수행된다. 이러한 온도는 상기 천연가스 공급 혼합물, LNG 특성 또는 보다 무거운 구성 요소 재생성(recoveries) 및/또는 순결성(purities)에 의존할 수 있다. 이러한 온도는 -100℃ 보다 낮지 않을 것이다.
이전 단계의 결과는 린 천연가스(lean natural gas)로 불리우는 가벼운 탄화수소 가스 스트림이다. "린 천연가스"란 용어는 상기 보다 작은 휘발성 구성요소의 작은 잔존량(프로판 및 프로판 보다 큰)과 에탄의 바람직한 량, 초기 공급의 거의 모든 메탄 및 질소를 포함하는 스트림에 관한 것이다.
두 번째로, 상기 린 천연가스는 상기 가스가 거의 전체적으로 또는 완전하게 액화될 때까지 공기로 냉각되는 제 2 열 교환 장치를 지나간다. 이러한 열 교환 장치를 상기 NG가 나가는 온도는 -163℃보다 낮지 않을 것이다.
대안적인 실시예에 있어서, 보다 무거운 탄화 수소에서 특히 풍부한 천연가스 스트림의 액화와 냉각은 어느 하나의 열 교환 장치에서만 수행될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 NGL 추출은 냉각과 액화 과정 이전 및 가스 사전 처리(gas pretreatment) 이후에 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 천연가스의 액화하는 과정에 있어 부산물로써 얻을 수 있는 상기 엔드플레쉬 가스 스트림(endflash gas stream)은 천연가스로써 및, 극저온 에너지를 복구하기 위하여 상기 처리 공정에 있어 천연가스 및 공기 스트림을 냉각하기 위하여 사용된다. 이러한 연료는 가스 터빈에 공급될 수 있고 일반적으로 연료가 안내되기 이전에 압축기에 의해 가압될 필요가 있을 것이다. 얻어진 엔드플래쉬 가스의 양은 필요한 연료 가스의 양과 일치하거나 또는 부분이 될 수 있거나 또는 초과될 수 있거나 그 외 다른 목적을 위해 부분적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 측면은 천연가스의 지속적인 스트림, 가스 처리 시설 및 공기 냉각 사이클을 포함하는 전술된 처리 공정을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
공기는 액화 천연가스를 얻기 위하여 이러한 시스템의 냉각 사이클 내에서 냉각제로써 사용된다. 이러한 사이클은 바람직하게 폐쇄 루프가 될 수 있거나 또는 개방 사이클이 될 수 있다.
그 외 다른 실시예에 있어서, 상기 시스템은 장치의 다음과 같은 부분을 포함한다:
- 열 교환 장치. 평판-휜(plate-fin) 열 교환 장치가 바람직하다 하더라도 어느 한 형태의 열 교환 장치는 본 발명에서 사용될 수 있다. 비록 열 교환 장치의 어느 한 개수(number)가 가능하다 하더라도 천연가스 측부(natural gas side) 내 열 교환 장치의 최소 개수는 하나 이다.
본 발명의 어느 한 실시예에 있어서, 상기 시스템은 분리 열 교환 장치 내에서 냉각 및 액화 이후 상기 배출 공기와 압축 공기 스트림 사이 열의 교환을 가질 수 있다.
- 팽창기(expander). 어느 한 형태의 팽창기가 채택된다 하더라도, 적합한 팽창기의 실례는 JT-밸브(Joule Thompson valve)와 터빈 팽창기(turbine expander)이다.
공기 측부에 있어서, 하나 이상의 팽창기는 공기 팽창을 위해 필요하다. 파워 제한으로 인하여, 상기 공기 팽창기는 평행하게 하나 이상이 될 수 있다. 상기 공기 팽창기는 이들의 파워를 복귀되도록 하기 위하여 하나 이상의 공기 압축기에 커플 결합될 수 있다. 대안적으로, 이들의 파워는 발전기(power generation)와 같은 그 외 다른 처리 공정 목적을 위해 이용될 수 있다.
상기 천연가스 측부에 있어서, 하나 이상의 팽창기는 열 교환 장치 단면으로부터 얻어진 상기 액체를 팽창하기 위해 필요하다.
- 압축기(compressor). 상기 공기를 압축하기 위하여 하나 이상이 필요하다. 상기 공기 사이클 내 압축 단계의 개수(number)는 처리 공정 최적화에 의해 결정되며; 이는 제한되어 고정된 개수(number)는 아니다.
바람직하게, 상기 압축 영역은 최종 압축기 다음 하나 이상의 열 교환 장치(애프터쿨러, aftercooler)와 하나 이상의 압축기가 사용되는 경우에 있어서, 압축기들 사이 하나 이상의 열 교환 장치(인터쿨러, intercooler)를 포함한다. 바람직하게 상기 인터쿨러와 애프터쿨러는 비록 공기가 사용된다 하더라도 냉각 매체(coolant medium)로써 물이 바람직하게 사용된다. 셀 및 튜브 열 교환 장치(shell -and-tube heat exchanger)가 바람직하다.
냉각 시스템과 함께 또 다른 압축기는 엔드플레쉬 가스를 상기 가스 터빈으로 공급하기 위하여 필요할 수 있다.
- 압축 구동기. 상기 압축 구동기가 공기 팽창기로 커플 결합된다 하더라도 어느 하나를 제외하고 이는 모든 압축 단계를 구동한다. 가스 터빈 또는 전기 모터가 사용될 수 있다.
보다 바람직한 실시예에 있어서, 상기 시스템은 추가적인 장치를 포함한다:
- NGL 추출을 위한 기둥(column). NGL 분별 증류(fractionation)가 필요할 경우, 하나 이상의 기둥이 필요할 수 있다. NGL 추출을 위한 기둥은 액화 천연가스가 추출될 필요가 없는 경우 우회할 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 천연가스 스트림은 천연가스의 액화를 위한 추가적인 열 교환 장치로 안내될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 시스템은 추가적인 장치를 포함한다:
- 엔드플래쉬 베슬(endflash vessel)
본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 이러한 시스템은 플랫폼와 같이 고정된 구조상에 위치될 수 있거나 바지선(barge) 또는 선박(ship)과 같이 이동 가능한 구조 상에 위치될 수 있다. 두 가지 모든 구조는 연안(onshore) 및 앞바다(offshore) 가스 영역을 포함하고, 모든 형태의 천연가스 영역 내에서 사용될 수 있다.
이는 침전물 종류에 있어 개발을 허용하고, 스트랜디드 가스(stranded gas)(작은 체적과 이격된 거리 영역)의 개발을 허용한다.
본 명세서에서 사용되는 "연안(onshore)"의 용어는 지상에 존재하는 것에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 "해안에서 떨어진(offshore)"의 용어는 해안선이 아니라 바다로 빠져 나가는 해안(shore)으로부터 이격된 바다에서 존재하는 것에 관한 것이다.
대안적인 실시예에 따라, 상기 시스템은 2개의 분리된 영역(2개의 서로 다르게 고정된 구조, 2개의 서로 다르게 이동 가능한 구조 또는 고정된 어느 한 구조 및 이동 가능한 어느 한 구조)에 위치될 수 있다. 어느 한 영역은 상기 가스 사전 처리 유닛(gas pretreatment unit)에 공헌할 수 있고 NGL 추출 설비에 공헌 될 수 있으며, 반면 또 다른 영역은 액화 유닛으로 공헌될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 3 측면은 전술된 천연가스 영역을 위해 전술된 시스템 및 바람직하게 스트랜디드 천연가스 영역을 위한 시스템의 사용에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 "스트랜디드 천연가스 영역"의 용어는 발견되어 왔던 천연가스 영역에 관한 것이지만, 물리적 또는 경제적인 이유로 사용가능하지 않다. 경제적으로, 상기 저장소(reserve)는 천연가스에 대해 시장(market)으로부터 너무 멀리 떨어져 있거나 또는 물리적으로 상기 가스 영역이 드릴(drill) 작업하기에 너무 깊고 방해물 바로 아래 부분에 위치하기 때문이다.
본 발명의 또 다른 측면은 LNG의 0.1 MTA(million tonnes per year) 이상 제조하기 위해 전술된 시스템의 사용에 관한 것이고, 바람직하게 LNG의 제조는 0.5 내지 3 MTA 이내에 존재한다.
별도로 규정된 사항이 없으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적이고 과학적인 용어는 발명이 포함되는 종래 기술의 당업자들에게 일반적으로 잘 이해되는 의미와 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 기술된 바와 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실행에서 사용될 수 있다. 본 명세서와 청구항을 통하여 "포함하다(comprise)"란 용어와 그 변형된 용어는 그 외 다른 기술적인 특징, 추가적인 사항, 구성 요소 또는 단계를 배제하는 것은 아니다. 본 발명의 추가적인 목적, 장점 및 특징은 본 명세서의 검토에 대해 종래 기술의 당업자에게 자명하게 될 것이고 본 발명의 실행에 의해 알게 될 수 있다. 수반되는 실례와 도면은 설명에 의해 제공되고 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 밸브, 제어 시스템, 센서, 클램프 및 라이저 지지 구조(riser support structure)와 같이 필요한 여러 가지 하부 시스템이 제출물의 용이성과 명확성의 목적을 위해 도면으로부터 삭제된다.
도 1 및 도 3은 본 발명에 따르는 폐쇄 냉각 사이클의 직경을 도식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 개방 냉각 루프의 직경을 도식적으로 도시하는 도면이다.
실례
다음의 실례는 하기에서 주어진 청구항 리스트에서 설명되는 조건과 모든 가능한 계획을 만족시키지 않는 작동 조건 및 가능한 처리 공정 계획을 설명한다.
실례 1
도 1은 냉각제로써 공기를 사용하여 천연가스 공급 스트림의 액화를 적용하는 본 발명의 어느 한 실례를 도시한다. 상기 천연가스 공급 스트림(natural gas feed stream, 1)은 CO2, H2S, 물 및 수은 오염 물질을 제거하기 위하여 종래 사전 처리 플랜트(pretreatment plant, A) 내에서 처리된다.
상기 처리된 가스, 스트림(2)은 15℃, 30 바아(bar)에서 젖은(sweet), 마른 천연가스 스트림에 대해 일치한다. 스트림(2)은 하기의 테이블 1에서 주어지는 바와 같은 몰 합성물(molar composition)을 가진다.
처리된 가스 복합물 실례
구성 요소 몰 비율(Mole Fraction)
질소 메탄 에탄 프로판 n-부탄 n-펜탄 0.0020 0.8387 0.1204 0.0274 0.0081 0.0034
Table 1
스트림(2)은 하부 냉각된 고압 액체, 스트림(6)을 얻기 위하여 액화 플랜트로 유입하고 2개의 열 교환 장치(100, 101)를 지난다. 제 1 열 교환 장치(100)에 있어서, 상기 천연가스는 액화 천연가스(natural gas liquid)를 압축하기 위하여 대략 -69℃(스트림, 3)의 중재 온도로 미리 냉각된다. 스트림(3)은 액화 천연가스가 최저부에서 스트림(4)으로써 추출되고, 반면 상기 린 가스, 스트림(5)은 상단에서 기둥을 나간다. 프로판 및 부탄과 같은 특정한 제품들이 필요한 경우 스트림(4)은 분별 증류 영역으로 안내될 것이다.
상기 린 천연가스(스트림, 5)는 대략 -160℃ 및 1.1 바이(bar)에서 제 2 열 교환 장치(101)로 유입되고, 대략 -130℃의 온도로 냉각되어, 하부냉각된 고압 액체 스트림(스트림, 6)을 얻으며, 이는 JT-밸브(102)로 안내되고, 이를 통하여 스트림(6)은 1.1 바아(bar)로 단열 팽창되고 최종적으로 엔드플레쉬 베슬(endflash vessel, 103)로 안내되며, 이는 액체와 증기로 분리되고, 저장소(스트림, 8) 및 엔드플래쉬 가스(스트림, 9)로 LNG를 생산한다.
스트림(9)은 각각 양 열 교환 장치(101, 100)를 향해 후방에서 지나가고, 이러한 스트림의 저온에 적합한 에너지가 복구되는 장소이다. 이에 따라, 스트림(9)은 -91℃에서 상기 열 교환 장치(101)로 나가고, 스트림(10)이 구현되며, 이는 15 ℃의 온도로 열 교환 장치(100)에 의해 추가적으로 가열된다(스트림, 11). 이러한 증기 스트림(11)은 상기 플랜트 이내에서 연료로써 사용될 수 있다. 이러한 연료 공급 가스 터빈의 경우에, 스트림(11)은 연료 공급 가스 터빈으로 안내되기 이전에 압축기에 의해 일반적으로 가압될 필요가 있을 것이다.
이러한 실례에 있어서, 상기 천연가스 측부 내 열 교환 장치는 판-휜 열교환기(plate-fin heat exchanger)이다.
공급 가스로부터 열을 흡수함으로써 모든 또는 대부분의 냉각 특성을 배출하는 공기 스트림(12)이 시작되어, 가스 스트림(12)을 액체 스트림(6)으로 변형하는 공기 냉각 사이클이 설명될 것이다. 대략 34℃에서 스트림(12)은 사이클(대략 2 바아)의 가장 낮은 압력이고, 인터쿨링과 애프터쿨링 단계가 제공된 다중 단계 압축기 유닛(104)으로 공급되어 재압축되어 압축 스트림(18)을 생산한다. 상기 압축기 영역은 3개의 압축기(105, 107 및 109)를 포함하고, 이에 열 교환기(106)는 압축기(105)와 압축기(107) 사이에 위치하고, 열 교환기(108)은 압축기(107)와 압축기(109) 사이에 위치하며, 열 교환기(110)는 최종 압축기(109) 후방에 위치한다. 상기 인터쿨러(106 및 108)와 애프터쿨러(110)는 냉각 매체로써 물을 사용한다. 압축 스트림(18)은 40℃, 30바아에서 압축기 유닛(104)을 나가며 열 교환기(100)로 안내되고, 이는 엔드플레쉬 가스(endflash gas, 10)와 공기 냉각 스트림(21)의 반대 흐름 경로(countercurrent passage)에 의해 -24℃로 사전 냉각된다. 스트림(18)은 열 교환기(100)로부터 스트림(19)로써 나타나고 팽창기 영역(111)으로 지나서 상기 스트림(24)을 결과로 하며 공기 스트림(19)의 압력과 온도를 감소한다. 상기 팽창기 영역은 평행하게 2개의 터보팽창기(turboexpanders, 112 및 113)를 포함하고 압축기 유닛(104)의 압축기를 위해 일부의 파워를 제공하도록 사용된다. 상기 공기 스트림(24)(팽창기 영역(111) 내에서 팽창되는)은 2.1 바아(bar)이고 대략 -135℃ 온도이다. 이는 각각 양 열 교환기(101 및 100)를 관통한다. 상기 열 교환기(101)에 있어서, 상기 스트림(24)은 충분한 냉각을 제공하여 상기 천연가스 스트림(5)을 액화하고 액화 천연가스(스트림, 6)를 변형한다. 스트림(24)은 -73℃의 온도에서 열 교환기(101)로부터 스트림(25)로써 나타나고 이는 열 교환기(100)로 유입되며, 이에 천연가스(스트림, 2)과 압축 공기(스트림, 18) 모두를 사전 냉각한다. 스트림(25)은 스트림(12)으로써 열 교환기(100)를 떠나고 이러한 사이클을 재차 시작한다.
상기 공기 사이클은 구성(make up)하기 위한 지점을 가질 수 있어 이에 따라 상기 공기 사이클 내 공기의 손실을 보상한다. 상기 공기 구성(air make-up)은 처리하는 설비 내에서 처리되어 수반되어 운반되는 CO2와 물을 제거한다.
테이블 2는 도 1의 주요 스트림의 작동 조건을 도시한다.
스트림 P(bar) T(℃)
2 30 15
3 29.8 -68.6
5 29.8 -68.6
6 29.6 -130.4
7 1.1 -159.4
8 1.1 -159.4
9 1.1 -159.4
10 1.05 -90.8
11 1 15
12 1.95 34.5
18 30 40
19 29.9 -24.1
24 2.15 -134.6
25 2.05 -73.4
Table 2
실례 2
도 2는 본 발명의 또 다른 실례를 도시한다. 도 1과 관련하여 변형물로써 도 2에서 도시된 실례는 냉각제로써 사용된 공기가 개방 루프(open loop) 내에 흐르는 실례를 가진다.
전술된 실례에 있어서, 상기 천연가스(1)는 사전 처리 플랜트(pretreatment plant, A) 내에서 처리되어 CO2, H2S, 물 및 수은 오염 물질을 제거하며(처리된 가스, 스트림 2는 테이블 1에서 도시된 합성물을 가진다) 이후 2개의 단계에서 냉각 공기로 교환함으로써 액화된다. 첫째로, 대략 -69℃의 온도로 상기 열 교환기(100) 내에서 미리 냉각된다(스트림, 3). 상기 천연가스는 최저부 스트림(4)으로 액체가 추출되는 기둥(column, B)을 지나고; 상기 린 천연가스(lean natural gas)는 상단(스트림, 5)으로 상기 기둥(B)에서 나가며 제 2 열 교환기(101)로 유입된다. 대략 -130℃에서 열 교환기(101)로부터 나타나는 액체 스트림(스트림, 6)은 팽창 영역으로 안내되고, 상기 팽창 영역에서 상기 스트림은 1.1 바아(bar)로 JT-밸브(102) 내에서 단열 팽창된다(스트림, 7). 최종적으로, 스트림(7)은 엔드플레쉬 베슬(103)로 안내되어, 상기 스트림은 대략 -160℃와 1.1바아(bar)에서, 액체와 증기로 분리되고, 저장소(스트림, 8)로 LNG를 생산하며 엔드플래쉬 가스(스트림, 9)를 생산한다.
스트림(9)은 2개의 열 교환기(101 및 100)를 뒤로 하여 각각 지나며, 여기에서 이러한 스트림의 저온 에너지가 실례(1)의 동일한 방식으로 복귀된다. 결국, 엔드플래쉬 가스는 15℃와 1 바아(bar)에서 스트림(11)로써 열 교환기(100)에서 나간 다. 이러한 증기 스트림(11)은 플랜트 이내 연료로써 사용될 수 있다.
도 2에서 상기 공기 냉각 사이클은 개방 루프이다. 이러한 사이클에 있어서, 상기 공기는 환경 조건(ambient condition)에서 대기로부터 지속적으로 얻어진다(스트림, 12'). 스트림(12')은 처리 플랜트(C)로 유입되고, 이는 CO2와 물을 제거하는 역할을 하며, 공기를 운반하고 스트림(12)(15℃, 1 바아)으로 상기 플랜트로부터 나간다. 스트림(12)은 인터쿨링과 애프터쿨링 단계가 제공된 다중 단계 압축기 유닛(104)에서 압축되어 압축된 스트림(18)을 생산하며, 40℃와 16 바아에서 압축기 유닛(104)으로 나간다. 이는 공기 냉각 스트림(21)과 엔트플래쉬 가스(10)의 반대 경로로 대략 -27℃로 미리 냉각되는 열 교환기(100)로 안내된다. 스트림(18)은 열 교환기(100)로부터 스트림(19)로 나타나고 팽창기 영역(111)으로 지나며, 이에 상기 압력과 온도는 각각 대략 1.2 바아(bar) 및 -133℃로 감소된다(스트림, 24). 스트림(24)은 각각 2개의 열 교환기(101 및 100)를 지난다. 열 교환기(101)에 있어서, 상기 스트림(24)은 충분한 냉각을 제공하여 천연가스 스트림(5)을 액화하고 액화 천연가스를 변형한다(스트림, 6). 스트림(24)은 대략 -74℃의 온도에서 열 교환기(101)로부터 스트림(25)로 나타나고 이는 열 교환기(100)로 유입되며, 여기에서 2개의 천연가스(스트림, 2)와 압축 공기(스트림, 18) 모두를 미리 냉각한다. 스트림(25)은 대략 33℃와 1 바아(bar)에서 상기 열 교환기(100)를 떠나고, 이는 대기(atmosphere, 26)로 직접 방출된다.
테이블 3은 도 2의 주요 스트림의 작동 조건을 도시한다.
스트림(Stream) P(bar) T(℃)
2 30 15
3 29.8 -68.6
5 29.8 -68.6
6 29.6 -130.4
7 1.1 -159.4
8 1.1 -159.4
9 1.1 -159.4
10 1.05 -90.8
11 1 15
12 1 15
18 16 40
19 15.9 -26.7
24 1.2 -133.1
25 1.1 -74.1
26 1 33.3
Table 3
실례 3
도 3은 본 발명의 또 다른 실례를 도시한다.
전술된 실례에 따라서, 상기 천연가스(1)는 사전 처리 플랜트(A) 내에서 처리되며(상기 처리된 가스, 스트림(2)은 테이블 1에서 도시된 합성물을 가진다) 이후 2개의 단계에서 냉각 공기로 열을 교환함으로써 액화된다. 첫째로, 대략 -69℃의 온도로 상기 열 교환기(120) 내에서 미리 냉각된다(스트림, 3). 이는 액체가 최저부 스트림(4)으로 추출되는 기둥(column, B)을 지나고; 상기 린 천연가스(lean natural gas)는 상단(스트림, 5)에서 상기 기둥(B)을 나가며 상기 제 2 열 교환기(101)로 유입된다. 대략 -131℃에서 열 교환기(101)로부터 나타나는 액체 스트림(stream, 6)은 JT-밸브(102) 내에서 1.1 바아(bar)로 단열 팽창되는 팽창 영역으로 안내된다(스트림, 7). 최종적으로, 대략 -160℃와 1.1 바아에서, 스트림(7)은 증기와 액체로 분리하는 엔드플래쉬 베슬(endflash vessel, 103)로 안내되며, 저장소(스트림, 8)로 LNG를 생상하고 엔드플래쉬 가스(스트림, 9)를 생산한다.
스트림(9)은 2개의 양 열 교환기(101 및 120)에 대해 후방으로 하여 지나고, 이에 상기 스트림의 저온 에너지(cryogenic energy)는 실례 1과 실례 2와 동일한 방식으로 복귀된다. 결국, 엔드플래쉬 가스(endflash gas)는 15℃, 1 바아에서 스트림(11)으로 열 교환기(120)를 나간다. 이러한 증기 스트림(11)은 상기 플랜트 이내 연료로써 사용될 수 있다.
가스 스트림(2)을 액체 스트림(6)으로 변형하는 공기 냉각 사이클이 설명될 것이며, 공기 스트림(12)으로 시작된다. 대략 36℃와 3.6 바아의 스트림(12)은 인터쿨링과 애프터쿨링이 제공된 다중 단계 압축기 유닛(104)에서 압축되어 압축된 스트림(18)을 형성하며, 이는 40℃와 43 바아(bar)에서 상기 압축기 유닛(104)로 나간다. 추가적인 열 교환기(114)로 나가며, 이는 공기 냉각 스트림(121)의 반대 흐름 경로로 대략 -33℃로 미리 냉각된다. 스트림(18)은 열 교환기(114)로부터 스트림(19)로 나타나고, 팽창 영역(111)으로 지나며, 이에 상기 압력과 상기 온도는 각각 대략 4 바아 및 -135℃로 감소된다(스트림, 24). 스트림(24)은 2개의 양 열 교환기(101 및 120) 각각 지난다. 상기 열 교환기(101)에 있어서, 상기 스트림(24)은 충분한 냉각을 제공하여 천연가스 스트림(5)을 냉각하며 액체 천연가스를 형성한다(스트림, 6). 스트림(24)은 대략 -81℃의 온도에서 열 교환기(101)로부터 스트림(25)으로 나타나고 상기 천연가스를 미리 냉각하는 열 교환기(120)에 유입된다(스트림, 2). 스트림(25)은 대략 -43℃와 3.7 바아(bar)에서 스트림(121)으로써 열 교환기(120)를 나가며, 이러한 스트림이 반대 흐름 공기 스트림(18)을 미리 냉각하는 열 교환기(114)로 안내된다. 스트림(121)은 열 교환기(114)를 나가며 이는 재차 상기 사이클을 시작한다.
상기 공기 사이클은 조성되어 형성되기 귀한 지점을 가지고 상기 공기 사이클 내 공기 손실을 보상한다. 상기 공기 구성(air make up)은 운반될 수 있는 CO2와 물을 제거하기 위한 처리 시설에서 처리될 수 있다.
테이블 4는 도 3의 주요 스트림의 작동 조건을 도시한다.
스트림(Stream) P(bar) T(℃)
2 30 15
3 29.9 -69.1
5 29.8 -68.9
6 29.6 -130.6
7 1.1 -159.5
8 1.1 -159.5
9 1.1 -159.5
10 1.05 -80
11 1 15
12 3.6 36.4
18 43 40
19 42.9 -33.1
24 3.9 -135.4
25 3.8 -80.7
121 3.7 -43.3
Table 4

Claims (21)

  1. 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템에 있어서, 상기 시스템은
    - 이동 가능한 구조물을 포함하고,
    - 이동 가능한 구조물 상에 설치된 천연가스 액화 플랜트를 포함하며, 상기 이동 가능한 구조물은
    공기가 압축되어 압축된 공기(18)를 얻는 하나 이상의 압축기(105, 107, 109)를 포함하고,
    냉각되고 압축된 공기(19)가 팽창되어, 팽창된 공기(24, 25)를 얻는 하나 이상의 팽창기(112, 113)를 포함하며,
    천연가스(2, 5)가 팽창된 공기(24, 25)와 엔드-플래쉬 가스(9, 10)로 냉각되어 냉각된 천연가스(3, 6)를 얻는 하나 이상의 열 교환기(100, 120, 101)를 포함하고,
    상기 냉각된 천연가스(6)가 팽창되어, 팽창되고 냉각된 천연가스(7)를 얻는 팽창 장치(102)를 포함하며,
    상기 팽창되고 냉각된 천연가스(7)가 액화 천연가스 LNG(8)와 엔드-플래쉬 가스(9)에서 분리되는 엔드-플러쉬 베슬(103)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기(100)는
    상기 압축 공기(18)를 위한 유입구,
    상기 냉각되고 압축된 공기(19)를 위한 유출구, 및
    폐쇄 냉각 사이클 내 압축기(105, 107, 109)로 추가적으로 연결되고 개방 냉각 사이클 내 대기(26)와 추가적으로 연결되는 공기(12)를 위한 유출구를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 냉각되고 압축된 공기(19)를 얻기 위하여 열 교환기(120)로부터 나오는 공기(121)로 압축된 공기(18)가 냉각되는, 추가적인 열 교환기(114)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 열 교환기(100, 120) 뒤에 위치한 분별 증류 유닛(B)을 추가적으로 포함하고, 상기 분별 증류 유닛에서 상기 냉각된 천연가스(3)가 유입되고, 천연가스 액체가 풍부한 스트림(4)이 추출되며, 린 천연가스(lean natural gas, 5)가 추출되는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 열 교환기(101)는 팽창된 공기(24)와 엔드-플레쉬 가스(9)로 상기 린 천연가스(5)가 냉각되어, 상기 냉각된 천연가스(6)를 얻는 분별 증류 유닛(B) 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시 스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 열 교환기(100, 120) 이전에 위치된 사전 처리 플랜트(A)를 추가적으로 포함하고, 상기 사전 처리 플랜트에서 천연가스 공급(1)에서 존재하는 바람직하지 않은 오염물질 또는 불순물이 제거되는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 처리 플랜트(C)를 추가적으로 포함하고, 상기 처리 플랜트에서, 대기(atmosphere)로부터 얻어진 공기(12')에서 CO2 와 물이 제거되어, 압축기(105, 107, 109)로 안내되는 공기(12)를 얻는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 이동 가능한 구조물은 바지(barge)선 상에서 구성되는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 가능한 구조물은 선박(ship)에서 구성되는 것을 특징으로 하는 액화 천연가스(LNG)의 생산 시스템.
  10. 액화 천연가스(LNG)를 생산하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    a. 압축된 공기(18)를 얻기 위하여 공기(12)를 압축하는 단계,
    b. 냉각되어 압축된 공기(19)를 얻기 위하여 상기 압축된 공기(18)를 냉각하는 단계,
    c. 팽창된 공기(24, 25)를 얻기 위하여 상기 냉각되고 압축된 공기(19)를 팽창하는 단계,
    d. 냉각된 천연가스(6)를 얻기 위하여 상기 천연가스 스트림(2, 5)를 냉각하기 위해 상기 팽창된 공기(24, 25)를 사용하는 단계,
    e. 팽창된 천연가스(7)를 얻기 위하여 상기 냉각된 천연가스(6)를 팽창하고 엔드-플레쉬 가스(9)과 액체(LNG) 내 상기 팽창된 천연가스를 분리하는 단계를 포함하고,
    이에 상기 엔드-플레쉬 가스(9)는 상기 천연가스 스트림(2, 5)을 냉각하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    f. 공기 손실을 보상하기 위하여 공기 회로 내에 공기 형성(air make-up)을 복합하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 공기(12)를 압축하는 단계는 하나 이상의 단계에서 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 천연가스를 냉각하기 위해 한번 사용된 상기 팽창된 공기(25)는 추가적으로 압축되는 공기(12)로써 상기 처리 공정의 시작으로 재차 복귀되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 천연가스를 냉각하기 위해 한번 사용된 상기 팽창된 공기(25)는 상기 대기(atmosphere, 26)로 재차 복귀되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 방법은
    g. 천연가스의 액화하기 이전에 린 가스(lean gas, 5)와 액화 천연가스 내 천연가스가 풍부한 스트림(NGL)으로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 천연가스 스트림은 1 바아(bar) 이상의 압력과 함께 상기 처리 공정으로 지나는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 천연가스는 2개의 단계로 액화하기 위해 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 천연가스 스트림은 냉각하는 제 1 단계로써 스트림 이 풍부한 액화 천연가스(NGL, 4)의 추출을 허용하는 온도로 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 천연가스 스트림은 냉각하는 제 2 단계로써 냉각을 허용하는 온도로 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  20. 제 10 항에 있어서, 천연가스는 냉각하기 이전에 미리 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 천연가스의 사전 처리는 CO2, H2S, H2O 또는 Hg을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110121134A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 대우조선해양 주식회사 천연가스 액화방법 및 장치
KR20160020788A (ko) * 2014-08-14 2016-02-24 대우조선해양 주식회사 해상 천연가스 액화 및 저장 구조물 및 방법
KR20200056860A (ko) * 2018-11-15 2020-05-25 한국조선해양 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물
KR20230027364A (ko) * 2021-08-18 2023-02-28 부산대학교 산학협력단 천연가스 액화 시스템, 이를 포함하는 선박, 천연가스 및 공기의 액화 방법

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8601833B2 (en) 2007-10-19 2013-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. System to cold compress an air stream using natural gas refrigeration
NO331740B1 (no) 2008-08-29 2012-03-12 Hamworthy Gas Systems As Fremgangsmate og system for optimalisert LNG produksjon
KR101110864B1 (ko) 2009-02-27 2012-02-16 삼성중공업 주식회사 부유식 액화천연가스생산 저장설비
ES2355467B1 (es) * 2009-09-11 2012-02-03 Repsol Ypf, S.A. Proceso y sistema para obtener gas natural licuado.
CN102115683A (zh) * 2009-12-30 2011-07-06 中国科学院理化技术研究所 一种生产液化天然气的方法
CN102206520B (zh) * 2011-04-21 2013-11-06 北京工业大学 一种天然气直接膨胀式液化方法及装置
CN102200370A (zh) * 2011-04-21 2011-09-28 北京工业大学 一种膨胀式可燃气体液化装置及流程
GB2486036B (en) * 2011-06-15 2012-11-07 Anthony Dwight Maunder Process for liquefaction of natural gas
FR2977014B1 (fr) 2011-06-24 2016-04-15 Saipem Sa Procede de liquefaction de gaz naturel avec un melange de gaz refrigerant.
BR112015002174A2 (pt) * 2012-09-07 2017-07-04 Keppel Offshore & Marine Tech Ct Pte Ltd sistema e método para a liquefação de gás natural
CN104845692A (zh) * 2015-04-03 2015-08-19 浙江大学 一种油田伴生气全液化回收***及其方法
WO2017121042A1 (zh) * 2016-01-15 2017-07-20 成都赛普瑞兴科技有限公司 一种膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置
CN106705569A (zh) * 2017-03-28 2017-05-24 北京工业大学 一种容积式压缩膨胀制冷的可燃气体液化装置及使用方法
JP2022521826A (ja) 2019-03-29 2022-04-12 ブライト エナジー ストレージ テクノロジーズ，エルエルピー Ｃｏ２分離および液化システムおよび方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL244576A (ko) * 1939-03-09
DE1268161B (de) * 1963-02-23 1968-05-16 Linde Ag Verfahren zur Verfluessigung von Erdgas
US3400547A (en) * 1966-11-02 1968-09-10 Williams Process for liquefaction of natural gas and transportation by marine vessel
FR2292203A1 (fr) 1974-11-21 1976-06-18 Technip Cie Procede et installation pour la liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
US4846862A (en) * 1988-09-06 1989-07-11 Air Products And Chemicals, Inc. Reliquefaction of boil-off from liquefied natural gas
DZ2535A1 (fr) * 1997-06-20 2003-01-08 Exxon Production Research Co Procédé perfectionné pour la liquéfaction de gaz naturel.
US5931021A (en) * 1997-06-24 1999-08-03 Shnaid; Isaac Straightforward method and once-through apparatus for gas liquefaction
US6308531B1 (en) * 1999-10-12 2001-10-30 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid cycle for the production of liquefied natural gas
US7143606B2 (en) * 2002-11-01 2006-12-05 L'air Liquide-Societe Anonyme A'directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etide Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combined air separation natural gas liquefaction plant
JP3105947U (ja) * 2003-10-01 2004-12-09 保 三輪 Ｌｎｇスタンドと複槽コンテナー
US20080127673A1 (en) * 2004-11-05 2008-06-05 Bowen Ronald R Lng Transportation Vessel and Method For Transporting Hydrocarbons

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110121134A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 대우조선해양 주식회사 천연가스 액화방법 및 장치
KR20160020788A (ko) * 2014-08-14 2016-02-24 대우조선해양 주식회사 해상 천연가스 액화 및 저장 구조물 및 방법
KR20200056860A (ko) * 2018-11-15 2020-05-25 한국조선해양 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물
KR20230027364A (ko) * 2021-08-18 2023-02-28 부산대학교 산학협력단 천연가스 액화 시스템, 이를 포함하는 선박, 천연가스 및 공기의 액화 방법

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