KR20210021288A - Mixed refrigerant liquefaction system and pre-cooling method - Google Patents

Mixed refrigerant liquefaction system and pre-cooling method Download PDF

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KR20210021288A
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cooling
cooled
refrigerant
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더글라스 에이 주니어 두코트
티모씨 피 구스하나스
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차트 에너지 앤드 케미칼즈 인코포레이티드
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    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
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    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel
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    • F25J2230/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being hydrocarbons or a mixture of hydrocarbons
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    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
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    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/906—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by heat driven absorption chillers

Abstract

가스를 냉각하기 위한 시스템은 예비-냉각 열교환기 및 액화 열교환기를 포함한다. 예비-냉각 열교환기는 공급 가스 스트림이 액화 열교환기로 보내지기 전에 예비-냉각 냉매를 사용하여 상기 공급 가스 스트림을 예비-냉각한다. 액화 열교환기는 혼합 냉매를 사용하여 예비-냉각된 가스를 추가로 냉각한다. 예비-냉각 열교환기는 또한 액화 열교환기에 의해 사용되는 액화 혼합 냉매를 예비-냉각한다.Systems for cooling gas include pre-cooled heat exchangers and liquefied heat exchangers. The pre-cooled heat exchanger pre-cools the feed gas stream with a pre-cooled refrigerant before it is sent to the liquefied heat exchanger. The liquefied heat exchanger further cools the pre-cooled gas using a mixed refrigerant. The pre-cooling heat exchanger also pre-cools the liquefied mixed refrigerant used by the liquefied heat exchanger.

Figure P1020207033320
Figure P1020207033320

Description

혼합 냉매 액화 시스템 및 예비-냉각 방법Mixed refrigerant liquefaction system and pre-cooling method

본 발명은 일반적으로 가스를 냉각 또는 액화하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 저온 증기 분리(cold vapor separation)를 이용하여 고압 혼합 냉매 증기를 액체 및 증기 스트림으로 분별하고 제 2 냉매를 사용하여 공급 가스 스트림 및 하나 이상의 혼합 냉매 스트림을 예비-냉각하기 위한 서브-시스템을 포함하는 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to systems and methods for cooling or liquefying gases, and more specifically, fractionating high pressure mixed refrigerant vapors into liquid and vapor streams using cold vapor separation and second refrigerant A mixed refrigerant liquefaction system and method comprising a sub-system for pre-cooling a feed gas stream and one or more mixed refrigerant streams using a method.

우선권 주장Priority claim

본 출원은 2018 년 4 월 20 일자로 출원된 미국 가출원 제 62/660,518 호의 이익을 특허청구하며, 그의 내용이 본원에 참고로 포함된다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 62/660,518, filed April 20, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.

주로 메탄으로 이루어진 천연 가스, 및 기타 다른 가스는 저장 및 운송을 위해 압력하에서 액화된다. 액화로 인해 초래되는 부피 감소로 인하여 보다 실용적이고 경제적인 디자인을 가진 용기를 사용할 수 있다. 액화는 전형적으로는 하나 이상의 냉동 사이클에 의한 간접 열교환을 통해 가스를 냉각시킴으로써 수행된다. 이러한 냉동 사이클은 필요한 장비의 복잡성과 필요한 냉매 성능의 효율성으로 인해 장비 비용 및 운전의 측면 모두에서 비용이 많이 든다. 따라서, 개선된 냉동 효율 및 감소된 운전 비용을 감소된 복잡성과 함께 갖는 가스 냉각 및 액화 시스템이 필요하다.Natural gas, consisting mainly of methane, and other gases are liquefied under pressure for storage and transportation. Due to the volume reduction caused by liquefaction, it is possible to use a container with a more practical and economical design. Liquefaction is typically carried out by cooling the gas through indirect heat exchange by one or more refrigeration cycles. These refrigeration cycles are expensive both in terms of equipment cost and operation due to the complexity of the required equipment and the efficiency of the required refrigerant performance. Accordingly, there is a need for a gas cooling and liquefaction system that has improved refrigeration efficiency and reduced operating costs with reduced complexity.

액화 시스템용의 냉동 사이클(들)에서 혼합 냉매를 사용하면 냉매의 가온 곡선(warming curve)이 가스의 냉각 곡선과 더 밀접하게 일치한다는 점에서 효율성이 증가한다. 액화 시스템의 냉동 사이클은 전형적으로는 혼합 냉매를 조절하거나 처리하기 위한 압축 시스템을 포함할 것이다. 혼합 냉매 압축 시스템은 전형적으로는 하나 이상의 단계를 포함하며, 이들 각각의 단계는 압축기, 냉각기, 및 분리 및 액체 어큐뮬레이터 장치를 포함한다. 압축기에서 배출되는 증기는 냉각기에서 냉각되고, 생성되는 2 상 또는 혼합 상 스트림은 분리 및 액체 어큐뮬레이터 장치로 안내되며, 여기에서 배출되는 증기 및 액체는 추가로 처리되고/되거나 액화 열교환기로 안내된다.The use of a mixed refrigerant in the refrigeration cycle(s) for a liquefaction system increases the efficiency in that the refrigerant's warming curve more closely matches the gas's cooling curve. The refrigeration cycle of the liquefaction system will typically include a compression system for conditioning or processing the mixed refrigerant. Mixed refrigerant compression systems typically include one or more stages, each of which includes a compressor, a cooler, and a separate and liquid accumulator device. The vapor exiting the compressor is cooled in a cooler and the resulting two-phase or mixed phase stream is directed to a separation and liquid accumulator device, where the vapor and liquid exiting are further treated and/or directed to a liquefaction heat exchanger.

압축 시스템으로부터의 혼합 냉매의 분리된 액체 및 증기 상은 보다 효율적인 냉각을 제공하기 위해 열교환기 부분으로 안내될 수 있다. 이러한 시스템의 예가 구샤나스(Gushanas) 등의 공동 소유 미국 특허 제 9,441,877 호, 듀코테(Ducote) 등의 미국 특허 출원 공개 제 US 2014/0260415 호 및 듀코테 등의 미국 특허 출원 공개 제 US 2016/0298898 호에 제공되어 있으며, 이들 각각의 내용이 본원에 참고로 포함된다.The separated liquid and vapor phases of the mixed refrigerant from the compression system can be directed to the heat exchanger section to provide more efficient cooling. Examples of such systems are co-owned U.S. Patent No. 9,441,877 to Gushanas et al., U.S. Patent Application Publication No. US 2014/0260415 to Dukote et al., and U.S. Patent Application Publication No. US 2016/ to Dukote et al. 0298898, the contents of each of which are incorporated herein by reference.

가스 냉각 및 액화 시스템에서 냉각 효율을 더 증가시키고 운전 비용을 더 감소시키는 것이 바람직하다.It is desirable to further increase the cooling efficiency and further reduce the operating cost in gas cooling and liquefaction systems.

이하에서 설명되고 특허청구되는 방법, 장치 및 시스템에서 개별적으로 또는 함께 구현될 수 있는 본 발명 주제의 여러 양태가 있다. 이러한 양태들은 단독으로 사용될 수 있거나 또는 본원에서 설명되는 주제의 다른 양태들과 조합하여 사용될 수 있으며, 이러한 양태들의 설명은 이러한 양태들을 별도로 사용하거나 또는 이러한 양태들을 별도로 특허청구되거나 또는 본원에 첨부된 특허청구범위에서 설명된 바와 같은 다른 조합으로 특허청구되는 것을 배제하려는 의도가 아니다.There are several aspects of the subject matter of the invention that may be implemented individually or together in the methods, apparatus and systems described and claimed below. These aspects may be used alone or in combination with other aspects of the subject matter described herein, and the description of these aspects uses these aspects separately, or when these aspects are separately claimed, or in the patent appended herein. It is not intended to exclude claims in other combinations as described in the claims.

하나의 양태에서, 예비-냉각 냉매(pre-cool refrigerant) 및 혼합 냉매로 가스를 냉각하기 위한 시스템은 공급 가스 스트림을 수용하도록 구성된 공급 가스 유입구 및 공급 가스 유출구, 예비-냉각 냉매 유입구 및 예비-냉각 냉매 유출구, 및 액화 혼합 냉매 유입구 및 액화 혼합 냉매 유출구를 갖는 예비-냉각 열교환기(pre-cool heat exchanger)를 포함한다. 예비-냉각 열교환기는 예비-냉각 냉매를 사용하여 공급 가스 유입구 및 유출구 사이에서 예비-냉각 열교환기를 통과하는 공급 가스를 냉각하고, 액화 혼합 냉매 유입구 및 유출구 사이에서 예비-냉각 열교환기를 통과하는 액화 혼합 냉매를 냉각하도록 구성된다. 예비-냉각 압축기 시스템(pre-cool compressor system)은 예비-냉각 열교환기의 예비-냉각 냉매 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 예비-냉각 압축기를 포함한다. 예비-냉각 압축기 시스템은 또한 예비-냉각 압축기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 예비-냉각 응축기(pre-cool condenser)를 갖는다. 예비-냉각 응축기는 또한 예비-냉각 열교환기의 예비-냉각 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는다. 액화 열교환기(liquefaction heat exchanger)는 예비-냉각 열교환기의 공급 가스 유출구와 유체 연통하는 액화 통로(liquefying passage), 1차 냉동 통로(primary refrigeration passage), 고압 증기 냉각 통로(high pressure vapor cooling passage), 및 저온 분리기 증기 냉각 통로(cold separator vapor cooling passage)를 포함하며, 이때 상기 저온 분리기 증기 냉각 통로는 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 유출구를 갖는다. 혼합 냉매 압축 시스템은 1차 냉동 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 압축기 및 상기 혼합 냉매 압축기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 냉각기를 포함한다. 혼합 냉매 냉각기는 또한 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는다. 혼합 냉매 압축 시스템은 또한 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유출구와 유체 연통하는 유입구 및 액화 열교환기의 고압 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구를 갖는 고압 어큐뮬레이터(high pressure accumulator)를 갖는다. 저온 증기 분리기는 액화 열교환기의 고압 증기 냉각 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 액화 열교환기의 저온 분리기 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구, 및 액화 열교환기의 1차 냉동 통로와 연통하는 액체 유출구를 갖는다.In one aspect, a system for cooling a gas with a pre-cool refrigerant and a mixed refrigerant comprises a feed gas inlet and a feed gas outlet configured to receive a feed gas stream, a pre-cooled coolant inlet and a pre-cooled. And a refrigerant outlet, and a pre-cool heat exchanger having a liquefied mixed refrigerant inlet and a liquefied mixed refrigerant outlet. The pre-cooling heat exchanger uses a pre-cooling refrigerant to cool the feed gas passing through the pre-cooling heat exchanger between the supply gas inlet and outlet, and the liquefied mixed refrigerant passing through the pre-cooling heat exchanger between the liquefied mixed refrigerant inlet and outlet. It is configured to cool. The pre-cool compressor system includes a pre-cool compressor having an inlet in fluid communication with the pre-cool refrigerant outlet of the pre-cool heat exchanger. The pre-cooling compressor system also has a pre-cool condenser having an inlet in fluid communication with the outlet of the pre-cooling compressor. The pre-cooled condenser also has an outlet in fluid communication with the pre-cooled refrigerant inlet of the pre-cooled heat exchanger. The liquefaction heat exchanger includes a liquefying passage, a primary refrigeration passage, and a high pressure vapor cooling passage in fluid communication with the supply gas outlet of the pre-cooling heat exchanger. , And a cold separator vapor cooling passage, wherein the cold separator vapor cooling passage has an outlet in fluid communication with the primary refrigeration passage. The mixed refrigerant compression system includes a mixed refrigerant compressor having an inlet in fluid communication with an outlet of a primary refrigeration passage, and a mixed refrigerant cooler having an inlet in fluid communication with an outlet of the mixed refrigerant compressor. The mixed refrigerant cooler also has an outlet in fluid communication with the liquefied mixed refrigerant inlet of the pre-cooled heat exchanger. The mixed refrigerant compression system also has a high pressure accumulator having an inlet in fluid communication with the liquefied mixed refrigerant outlet of the pre-cooling heat exchanger and a vapor outlet in fluid communication with the inlet of the high pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger. The low temperature steam separator is in fluid communication with the outlet of the high pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger, the steam outlet in fluid communication with the inlet of the low temperature separator steam cooling passage of the liquefied heat exchanger, and the primary refrigeration passage of the liquefied heat exchanger. It has a liquid outlet.

또 다른 양태에서, 공급 가스 스트림을 냉각하기 위한 방법은, 예비-냉각 열교환기에서 제 1 냉매를 사용하여 공급 가스 스트림을 예비-냉각하여 예비-냉각된 공급 가스 스트림을 형성하는 단계; 및 i) 고압 제 2 냉매 스트림을 예비-냉각 열교환기에서 냉각하여 냉각된 고압 제 2 냉매 스트림을 형성하는 단계, ii) 상기 냉각된 고압 제 2 냉매 스트림을 분리하여 고압 증기 스트림 및 고압 액체 스트림을 형성하는 단계, iii) 상기 고압 증기 스트림을 액화 열교환기에서 냉각하여 혼합 상 스트림(mixed phase stream)을 형성하는 단계, iv) 상기 혼합 상 스트림을 저온 증기 분리기로 분리하여 저온 분리기 증기 스트림 및 저온 분리기 액체 스트림을 형성하는 단계, v) 상기 저온 분리기 증기 스트림을 액화 열교환기에서 제 2 냉매를 사용하여 응축한 다음 플래슁(flashing)하여 저온 냉매 스트림을 형성하는 단계, vi) 상기 저온 냉매 스트림을 액화 열교환기로 보내는 단계, vii) 상기 고압 액체 스트림을 과냉각(subcooling)하여 과냉각된 고압 액체 스트림을 형성한 다음 액화 열교환기에서 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계, viii) 상기 저온 분리기 액체 스트림을 과냉각하여 과냉각된 저온 분리기 액체 스트림을 형성한 다음 액화 열교환기에서 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계, 및 ix) 상기 예비-냉각된 가스 스트림을 액화 열교환기에서 저온 냉매 스트림과 열적으로 접촉시키는 단계에 의해 상기 예비-냉각된 공급 가스 스트림을 추가로 냉각하는 단계를 포함한다.In another aspect, a method for cooling a feed gas stream comprises the steps of: pre-cooling the feed gas stream with a first refrigerant in a pre-cooled heat exchanger to form a pre-cooled feed gas stream; And i) cooling the high-pressure second refrigerant stream in a pre-cooling heat exchanger to form a cooled high-pressure second refrigerant stream, ii) separating the cooled high-pressure second refrigerant stream to produce a high-pressure vapor stream and a high-pressure liquid stream. Forming, iii) cooling the high pressure vapor stream in a liquefied heat exchanger to form a mixed phase stream, iv) separating the mixed phase stream with a low temperature vapor separator to separate the low temperature separator vapor stream and the low temperature separator Forming a liquid stream, v) condensing the cryogenic separator vapor stream using a second refrigerant in a liquefied heat exchanger and then flashing to form a low temperature refrigerant stream, vi) liquefying the low temperature refrigerant stream Sending to a heat exchanger, vii) subcooling the high-pressure liquid stream to form a supercooled high-pressure liquid stream, and then combining it with a low-temperature refrigerant stream in a liquefied heat exchanger, viii) subcooling the low-temperature separator liquid stream to be supercooled. Forming a cold separator liquid stream and then combining it with a cold refrigerant stream in a liquefaction heat exchanger, and ix) the pre-cooling by thermally contacting the pre-cooled gas stream with a cold refrigerant stream in a liquefaction heat exchanger. And further cooling the resulting feed gas stream.

또 다른 양태에서, 혼합 냉매로 공급 가스를 냉각하기 위한 시스템은 예비-냉각 냉매의 스트림을 수용하도록 구성된 예비-냉각 냉매 유입구 및 예비-냉각 냉매 유출구, 및 액화 혼합 냉매 유입구 및 액화 혼합 냉매 유출구를 갖는 예비-냉각 열교환기를 포함한다. 예비-냉각 열교환기는 예비-냉각 냉매를 이용하여 액화 혼합 냉매 유입구와 유출구 사이에서 예비-냉각 열교환기를 통과하는 액화 혼합 냉매를 냉각하도록 구성된다. 액화 열교환기는 공급 가스의 스트림을 수용하도록 구성된 액화 통로, 1차 냉동 통로, 고압 증기 냉각 통로 및 저온 분리기 증기 냉각 통로를 포함하며, 이때 상기 저온 분리기 증기 냉각 통로는 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 유출구를 갖는다. 혼합 냉매 압축 시스템은 1차 냉동 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 압축기를 포함한다. 혼합 냉매 압축 시스템은 또한 혼합 냉매 압축기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 냉각기를 포함한다. 혼합 냉매 냉각기는 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는다. 혼합 냉매 압축 시스템은 또한 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유출구와 유체 연통하는 유입구 및 액화 열교환기의 고압 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구를 갖는 고압 어큐뮬레이터를 포함한다. 저온 증기 분리기는 액화 열교환기의 고압 증기 냉각 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 액화 열교환기의 저온 분리기 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구, 및 액화 열교환기의 1차 냉동 통로와 연통하는 액체 유출구를 갖는다.In another aspect, a system for cooling a feed gas with a mixed refrigerant has a pre-cooled refrigerant inlet and a pre-cooled refrigerant outlet configured to receive a stream of pre-cooled refrigerant, and a liquefied mixed refrigerant inlet and a liquefied mixed refrigerant outlet. And a pre-cooled heat exchanger. The pre-cooled heat exchanger is configured to cool the liquefied mixed refrigerant passing through the pre-cooled heat exchanger between the liquefied mixed refrigerant inlet and the outlet using the pre-cooled refrigerant. The liquefied heat exchanger comprises a liquefied passageway configured to receive a stream of feed gas, a primary refrigeration passageway, a high-pressure steam cooling passageway, and a cryogenic separator vapor cooling passage, wherein the cryogenic separator vapor cooling passageway is an outlet in fluid communication with the primary freezing passageway Has. The mixed refrigerant compression system includes a mixed refrigerant compressor having an inlet in fluid communication with an outlet of the primary refrigeration passage. The mixed refrigerant compression system also includes a mixed refrigerant cooler having an inlet in fluid communication with an outlet of the mixed refrigerant compressor. The mixed refrigerant cooler has an outlet in fluid communication with the liquefied mixed refrigerant inlet of the pre-cooling heat exchanger. The mixed refrigerant compression system also includes a high pressure accumulator having an inlet in fluid communication with the liquefied mixed refrigerant outlet of the pre-cooling heat exchanger and a vapor outlet in fluid communication with the inlet of the high pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger. The low temperature steam separator is in fluid communication with the outlet of the high pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger, the steam outlet in fluid communication with the inlet of the low temperature separator steam cooling passage of the liquefied heat exchanger, and the primary refrigeration passage of the liquefied heat exchanger. It has a liquid outlet.

또 다른 양태에서, 공급 가스 스트림을 냉각하기 위한 방법은, 공급 가스 스트림을 액화 열교환기로 보내는 단계; 고압 혼합 냉매 스트림을 예비-냉각 열교환기에서 냉각하여 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 형성하는 단계; 및 i) 상기 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 분리하여 고압 증기 스트림 및 고압 액체 스트림을 형성하는 단계, ii) 상기 고압 증기 스트림을 액화 열교환기에서 냉각하여 혼합 상 스트림을 형성하는 단계, iii) 상기 혼합 상 스트림을 저온 증기 분리기로 분리하여 저온 분리기 증기 스트림 및 저온 분리기 액체 스트림을 형성하는 단계, iv) 상기 저온 분리기 증기 스트림을 액화 열교환기에서 응축한 다음 플래슁하여 저온 냉매 스트림을 형성하는 단계, v) 상기 저온 냉매 스트림을 액화 열교환기로 보내는 단계, vi) 상기 고압 액체 스트림을 액화 열교환기에서 과냉각하여 과냉각된 고압 액체 스트림을 형성한 다음 액화 열교환기에서 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계, vii) 상기 저온 분리기 액체 스트림을 과냉각하여 과냉각된 저온 분리기 액체 스트림을 형성한 다음 액화 열교환기에서 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계, 및 viii) 상기 가스 스트림을 액화 열교환기에서 저온 냉매 스트림과 열적으로 접촉시키는 단계에 의해 상기 공급 가스 스트림을 액화 열교환기에서 냉각하는 단계를 포함한다.In another aspect, a method for cooling a feed gas stream comprises: directing the feed gas stream to a liquefied heat exchanger; Cooling the high pressure mixed refrigerant stream in a pre-cooling heat exchanger to form a cooled high pressure mixed refrigerant stream; And i) separating the cooled high pressure mixed refrigerant stream to form a high pressure vapor stream and a high pressure liquid stream, ii) cooling the high pressure vapor stream in a liquefied heat exchanger to form a mixed phase stream, iii) the mixing Separating the phase stream with a low temperature vapor separator to form a low temperature separator vapor stream and a low temperature separator liquid stream, iv) condensing the low temperature separator vapor stream in a liquefied heat exchanger and then flashing to form a low temperature refrigerant stream, v ) Sending the low-temperature refrigerant stream to a liquefaction heat exchanger, vi) subcooling the high-pressure liquid stream in a liquefaction heat exchanger to form a supercooled high-pressure liquid stream, and then combining it with a low-temperature refrigerant stream in a liquefaction heat exchanger, vii) the low temperature Subcooling the separator liquid stream to form a supercooled cryogenic separator liquid stream and then combining it with a cold refrigerant stream in a liquefaction heat exchanger, and viii) thermally contacting the gas stream with the cold refrigerant stream in a liquefaction heat exchanger. Cooling the feed gas stream in a liquefied heat exchanger.

도 1은 본 발명의 시스템 및 방법의 제 1 실시형태를 예시하는 공정 흐름 및 개략도이고;
도 2는 본 본 발명의 시스템 및 방법의 제 2 실시형태를 예시하는 공정 흐름 및 개략도이고;
도 3은 본 본 발명의 시스템 및 방법의 제 3 실시형태를 예시하는 공정 흐름 및 개략도이고;
도 4는 본 본 발명의 시스템 및 방법의 제 4 실시형태를 예시하는 공정 흐름 및 개략도이며;
도 5는 본 본 발명의 시스템 및 방법의 제 5 실시형태를 예시하는 공정 흐름 및 개략도이다.1 is a process flow and schematic diagram illustrating a first embodiment of the system and method of the present invention;
2 is a process flow and schematic diagram illustrating a second embodiment of the system and method of the present invention;
3 is a process flow and schematic diagram illustrating a third embodiment of the system and method of the present invention;
4 is a process flow and schematic diagram illustrating a fourth embodiment of the system and method of the present invention;
5 is a process flow and schematic diagram illustrating a fifth embodiment of the system and method of the present invention.

본 발명의 혼합 냉매 액화 시스템 및 방법의 실시형태들이 도 1 내지 도 5에 예시되어 있다. 이러한 실시형태들은 액화 천연 가스를 생성하기 위해 천연 가스를 액화시키는 관점에서 아래에서 예시되고 설명되지만, 본 발명은 다른 유형의 가스를 액화 또는 냉각시키는데 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.Embodiments of the mixed refrigerant liquefaction system and method of the present invention are illustrated in Figures 1-5. While these embodiments are illustrated and described below in terms of liquefying natural gas to produce liquefied natural gas, it should be noted that the present invention can be used to liquefy or cool other types of gases.

본 발명의 실시형태는, 구샤나스 등의 공동 소유 미국 특허 제 9,441,877 호; 듀코테 등의 미국 특허 공개 제 2014/0260415 호, 미국 특허출원 제 14/218,949 호, 및 듀코테 등의 미국 특허출원 제 62/561,417 호에 기술된 혼합 냉매 액화 시스템 및 공정을 사용할 수 있으며, 이들 문헌의 각각의 내용이 본원에 참고로 포함된다.Embodiments of the present invention are disclosed in US Pat. Nos. 9,441,877 jointly owned by Gushanas et al.; The mixed refrigerant liquefaction system and process described in U.S. Patent Publication No. 2014/0260415, U.S. Patent Application No. 14/218,949 to Ducote et al., and U.S. Patent Application No. 62/561,417 to Ducote et al. can be used, and these The contents of each of the documents are incorporated herein by reference.

본원에서, 통로 및 스트림은 때로는 모두 도면에 제시된 동일한 요소 번호로 지칭된다는 점에 유의해야 한다. 또한, 본원에서 사용되고 당 업계에 공지된 바와 같이, 열교환기는 서로 다른 온도에서 2 개 이상의 스트림 사이 또는 스트림과 환경 사이에서 간접 열교환이 일어나는 장치 또는 장치 내의 영역이다. 본원에서 사용되는 용어 "연통(communication)", "연통하는(communicating)" 등은 달리 명시되지 않는 한은 일반적으로 는 유체 연통을 지칭한다. 또한, 연통하는 두 유체가 혼합시에 열을 교환할 수 있지만, 이러한 교환이 열교환기에서 일어날 수 있지지라도 이러한 교환은 열 교환기에서의 열 교환과 동일한 것으로 간주되지 않는다. 본원에서 사용되는 용어 " ~의 압력 감소(reducing the pressure of)"(또는 이의 변형)은 상 변화(phase change)를 수반하지 않는 반면, "플래슁(flashing)"(또는 이의 변형)이라는 용어는 부분적인 상 변화를 포함한 상 변화를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "높은(high)", "중앙(middle)", "중간(mid)", "따뜻한(warm)" 등은 당 업계에서 관례적인 것처럼 비교가능한 스트림에 대해 상대적이다.It should be noted that, herein, passages and streams are sometimes all referred to by the same element number given in the figures. Further, as used herein and as known in the art, a heat exchanger is a device or region within a device in which indirect heat exchange occurs between two or more streams or between a stream and the environment at different temperatures. The terms “communication”, “communicating”, and the like, as used herein, generally refer to fluid communication unless otherwise specified. Also, although two fluids in communication can exchange heat when mixing, this exchange is not considered to be the same as heat exchange in the heat exchanger, although such exchange may occur in the heat exchanger. As used herein, the term "reducing the pressure of" (or a variant thereof) does not involve a phase change, whereas the term "flashing" (or a variant thereof) Includes phase changes, including partial phase changes. As used herein, the terms "high", "middle", "mid", "warm", etc. are relative to comparable streams as is customary in the art.

일반적으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템의 제 1 실시형태는 가온 단부(warm end)(12) 및 저온 단부(cold end)(14)를 갖는 멀티-스트림 액화 열교환기(일반적으로 (10)으로 표시됨)를 포함하는 혼합 냉매 액화 시스템(일반적으로 (8)로 표시됨)을 포함한다. 열교환기는, 열교환기에서 냉동 스트림과의 열교환을 통한 열의 제거를 통해 냉각 또는 액화 통로(18)에서 액화되는 예비-냉각된 천연 가스 공급 스트림(16)을 수용한다. 결과적으로, 액화 천연 가스(LNG) 생성물의 스트림(20)이 생성된다. 열교환기의 멀티-스트림 디자인을 통해 여러 스트림을 단일 교환기 내로 편리하고 에너지 효율적으로 통합할 수 있다. 적합한 열교환기는 브레이즈드 알루미늄 열교환기(brazed aluminum heat exchanger)를 포함하며, 이는 미국 텍사스주 우드랜즈 소재의 챠트 에너지 앤드 케미칼스 인코포레이티드(Chart Energy & Chemicals, Inc.)에서 구입할 수 있다. 이러한 플레이트 및 핀형 멀티-스트림 열교환기는 물리적으로 컴팩트하다는 추가적인 잇점을 제공한다.In general, referring to FIG. 1, a first embodiment of the system of the present invention is a multi-stream liquefied heat exchanger having a warm end 12 and a cold end 14 (generally ( 10), and a mixed refrigerant liquefaction system (generally indicated by (8)). The heat exchanger receives a pre-cooled natural gas feed stream 16 that is liquefied in the cooling or liquefaction passage 18 through the removal of heat through heat exchange with a refrigerant stream in the heat exchanger. As a result, a stream 20 of liquefied natural gas (LNG) product is produced. The heat exchanger's multi-stream design allows convenient and energy efficient integration of multiple streams into a single exchanger. Suitable heat exchangers include brazed aluminum heat exchangers, which are available from Chart Energy & Chemicals, Inc. of Woodlands, Texas, USA. These plate and finned multi-stream heat exchangers offer the additional advantage of being physically compact.

열교환기(10)를 포함하는 도 1의 시스템은 종래 기술에서 공지된 다른 가스 처리 옵션들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 처리 옵션들은 가스 스트림이 열교환기를 한 번 이상 나가고 다시 유입되도록 요구할 수 있으며, 예를 들면, 천연 가스 액체 회수 또는 질소 제거를 포함할 수 있다.The system of FIG. 1 including heat exchanger 10 may be configured to perform other gas treatment options known in the prior art. These treatment options may require that the gas stream exit and re-enter the heat exchanger more than once, and may include, for example, natural gas liquid recovery or nitrogen removal.

열의 제거는 일반적으로 (22)로 표시되는 액화 시스템 혼합 냉매 압축기 시스템을 사용하여 가공 및 재생되는 혼합 냉매를 사용하여 열교환기에서 달성된다. 혼합 냉매 압축기 시스템은 열교환기(10)의 1차 냉동 통로(28)로부터 혼합 냉매 증기 스트림(26)을 수용하는 제 1 단계 흡인 드럼(24)을 포함한다. 증기 스트림은 (개별 압축기 또는 단일의 다단계 압축기의 하나의 단계일 수 있는) 제 1 단계 압축기(32)에서 압축된 다음, 제 1 단계 열교환기 또는 냉각기(34)에 의해 냉각된다. 생성되는 혼합 냉매 증기 스트림은 제 2 단계 흡인 드럼(35)으로 이동한 다음, (개별 압축기 또는 단일의 다단계 압축기의 하나의 단계일 수 있는) 제 2 단계 압축기(36)로 이동하고, 압축 후, 제 2 단계 열교환기 또는 냉각기(38)에서 냉각된다.The removal of heat is generally achieved in the heat exchanger using a mixed refrigerant processed and regenerated using a liquefaction system mixed refrigerant compressor system, denoted 22. The mixed refrigerant compressor system includes a first stage suction drum 24 that receives a mixed refrigerant vapor stream 26 from the primary refrigeration passage 28 of the heat exchanger 10. The vapor stream is compressed in a first stage compressor 32 (which may be a separate compressor or one stage of a single multistage compressor) and then cooled by a first stage heat exchanger or cooler 34. The resulting mixed refrigerant vapor stream travels to a second stage suction drum 35 and then to a second stage compressor 36 (which may be a separate compressor or one stage of a single multistage compressor), and after compression, It is cooled in a second stage heat exchanger or cooler 38.

당 업계에 공지된 바와 같이, 제 1 및 제 2 단계 흡인 드럼(24, 35), 및 후술되는 나머지 흡인 드럼은 후속 압축기로의 액체 전달을 억제하며, 이들은 선택적이다.As is known in the art, the first and second stage suction drums 24, 35, and the remaining suction drums described below inhibit liquid transfer to the subsequent compressor, which are optional.

아래에서 및 상기에서 참고로 포함된 듀코테 등의 미국 특허출원 제 14/218,949 호에 기술된 액화 열교환기(10) 및 관련 구성요소, 및 혼합 냉매 압축기 시스템(22) 이외에도, 도 1의 시스템은 일반적으로 (40)으로 표시되는 예비-냉각 시스템을 포함한다. 예비-냉각 시스템은 일반적으로 (42a)로 표시되는 예비-냉각 가온 열교환기, 및 일반적으로 (42b)로 표시되는 예비-냉각 저온 열교환기를 포함한다. 가온 및 저온 열교환기(42a 및 42b)는, 단지 일례로서, 미국 텍사스주 우드랜즈 소재의 챠트 에너지 앤드 케미칼스 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 코어-인-케틀형 열교환기(CORE-IN-KETTLE heat exchanger)일 수 있다. 쉘 및 튜브 또는 열 사이펀 유형 열교환기를 포함한 대안적인 유형의 열교환기가 가온 및 저온 열교환기(42a 및 42b)에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 예비-냉각 시스템은 대안적으로는 단일의 예비-냉각 열교환기 또는 2 개 이상의 예비-냉각 열교환기를 특징으로 할 수 있다.In addition to the liquefied heat exchanger 10 and related components, and the mixed refrigerant compressor system 22 described in U.S. Patent Application No. 14/218,949 to Dukote et al., incorporated by reference below and above, the system of FIG. It includes a pre-cooling system, generally denoted 40. The pre-cooling system includes a pre-cooled warm heat exchanger generally denoted 42a, and a pre-cooled low temperature heat exchanger generally denoted 42b. The warm and low temperature heat exchangers 42a and 42b are, by way of example only, a core-in-kettle heat exchanger (CORE-IN-) available from Chart Energy and Chemicals, Inc., Woodlands, Texas, USA. KETTLE heat exchanger). Alternative types of heat exchangers, including shell and tube or thermal siphon type heat exchangers, may be used in the warm and cold heat exchangers 42a and 42b, but are not limited thereto. The pre-cooling system may alternatively be characterized by a single pre-cooled heat exchanger or two or more pre-cooled heat exchangers.

예비-냉각 시스템은 또한 프로판, 부탄, 암모니아 또는 클로로플루오로카본과 같은 예비-냉각 시스템 냉매를 처리하고 재생하기 위한 압축기 시스템(일반적으로 (44)로 표시됨)을 포함한다. 본원에서 기술되는 실시형태의 예비-냉각 시스템은 프로판을 사용하지만, 부탄, 암모니아 또는 액체 플루오르화 탄화수소를 포함하는 대체 냉매가 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.The pre-cooling system also includes a compressor system (generally denoted 44) for processing and regenerating a pre-cooling system refrigerant such as propane, butane, ammonia or chlorofluorocarbon. The pre-cooling system of the embodiments described herein uses propane, but alternative refrigerants comprising butane, ammonia or liquid fluorinated hydrocarbons may be used, but are not limited thereto.

예비-냉각 압축기 시스템(44)은, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 저온 열교환기(42b)로부터 프로판 냉매 증기 스트림(48)을 수용하는 제 1 단계 흡인 드럼(46)을 포함한다. 제 1 단계 흡인 드럼으로부터의 증기 스트림(52)은 예비-냉각 압축기(54)로 이동하고, 생성된 압축 스트림은 예비-냉각 응축기(56)로 이동한다. 생성된 프로판 냉매 액체 스트림은 예비-냉각 냉매 어큐뮬레이터(62)로 이동한다. 프로판 냉매 액체 스트림(64)은 2 상 스트림(72)이 가온 열교환기(42a)의 쉘(74)로 유입되도록 어큐뮬레이터에서 팽창 장치(expansion device)(66)로 이동한다. 액체 레벨 센서(76)는 적절한 액체 레벨이 쉘(74) 내에서 유지되도록 팽창 장치(66)의 설정을 제어한다.The pre-cooling compressor system 44 includes a first stage suction drum 46 that receives a propane refrigerant vapor stream 48 from a low temperature heat exchanger 42b, as described in more detail below. The vapor stream 52 from the first stage suction drum goes to the pre-cooling compressor 54 and the resulting compressed stream goes to the pre-cooled condenser 56. The resulting propane refrigerant liquid stream goes to a pre-cooled refrigerant accumulator 62. The propane refrigerant liquid stream 64 moves from the accumulator to the expansion device 66 so that the two-phase stream 72 enters the shell 74 of the heated heat exchanger 42a. The liquid level sensor 76 controls the setting of the inflation device 66 so that an appropriate liquid level is maintained within the shell 74.

본원에서 언급되는 모든 팽창 장치의 경우에서와 같이, 팽창 장치(66)는 주울-톰슨 밸브(Joule-Thomson valve)와 같은 팽창 밸브, 또는 터빈 또는 오리피스를 포함한 다른 유형의 팽창 장치일 수 있지만, 이에 국한되지는 않는다.As in the case of all expansion devices mentioned herein, expansion device 66 may be an expansion valve such as a Joule-Thomson valve, or other type of expansion device including a turbine or orifice, but It is not limited.

예비-냉각 가온 열교환기(42a)의 쉘(74)은 천연 가스 공급 스트림(82)을 수용하는 코어(78)를 수납한다. 가온 공급 가스 열교환기의 코어(78), 및 단지 일례로서 아래에서 논의되는 모든 코어는 브레이즈드 알루미늄 열교환기(brazed aluminum heat exchanger)(BAHX), 또는 마이크로 채널 또는 용접 플레이트, 튜브 또는 코일, 인쇄 회로 열교환기 등과 같은 다른 유형의 열교환기일 수 있다. 천연 가스 스트림은 코어(78)에서 프로판 액체 냉매에 의해 냉각되고, 냉각된 천연 가스 스트림은 스트림(84)으로서 가온 열교환기(42a)에서 배출된다. 대안적인 실시형태에서, 천연 가스 스트림(82)이 가온 열교환기(42a)보다 더 차가운 경우, 가스 스트림은 도 1에서 파선(84')으로 표시된 바와 같이 저온 열교환기(42b)로 직접 이송될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 코어(78)는 생략될 수 있다.The shell 74 of the pre-cooled warmed heat exchanger 42a houses a core 78 containing a natural gas feed stream 82. The core 78 of the heated feed gas heat exchanger, and all the cores discussed below by way of example only, may be a brazed aluminum heat exchanger (BAHX), or a microchannel or welded plate, tube or coil, printed circuit. It may be another type of heat exchanger such as a heat exchanger or the like. The natural gas stream is cooled by the propane liquid refrigerant in the core 78, and the cooled natural gas stream is discharged from the warming heat exchanger 42a as stream 84. In an alternative embodiment, if the natural gas stream 82 is cooler than the warmed heat exchanger 42a, the gas stream may be transferred directly to the cold heat exchanger 42b as indicated by the broken line 84' in FIG. have. In this embodiment, the core 78 can be omitted.

가온 프로판 냉매 증기 스트림(86)은 예비-냉각 가온 열교환기(42a)의 쉘(74)에서 배출되어 제 2 단계 흡인 드럼(88)을 거쳐 예비-냉각 압축기(54)의 유입구로 이동한다.The warm propane refrigerant vapor stream 86 exits the shell 74 of the pre-cooled warm heat exchanger 42a and travels through the second stage suction drum 88 to the inlet of the pre-cool compressor 54.

프로판 냉매 액체 스트림은 2 상 스트림(96)이 예비-냉각 저온 열교환기(42b)의 쉘(98)로 유입되도록 스트림(92)으로서 가온 열교환기의 쉘에서 배출되어 팽창 장치(94)로 이동한다. 액체 레벨 센서(102)는 적절한 액체 레벨이 쉘(98) 내에서 유지되도록 팽창 장치(94)의 설정을 제어한다.The propane refrigerant liquid stream is discharged from the shell of the heated heat exchanger as stream 92 so that the two-phase stream 96 enters the shell 98 of the pre-cooled low temperature heat exchanger 42b and travels to the expansion device 94. . The liquid level sensor 102 controls the setting of the inflation device 94 so that an appropriate liquid level is maintained within the shell 98.

저온 열교환기(42b)의 쉘(98)은 천연 가스 공급 스트림(84)(또는 천연 가스 공급 스트림(84'))을 수용하는 코어(104)를 수납한다. 천연 가스 스트림(84)은 코어(104)에서 프로판 액체 냉매에 의해 추가로 냉각(또는 냉각)되고, 냉각된 천연 가스 스트림은 예비-냉각된 스트림(16)으로서 저온 열교환기(42b)에서 배출되어 액화 열교환기(10)의 액화 통로(18)로 이동한다. 대안적인 실시형태에서, 천연 가스 스트림(82)이 가온 및 저온 열교환기(42a 및 42b) 둘 다보다 더 차가운 경우, 도 1의 가스 스트림(84')은 액화 열교환기의 액화 통로로 직접 이송될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 코어(104)는 또한 생략될 수도 있다.The shell 98 of the cold heat exchanger 42b houses a core 104 that receives a natural gas feed stream 84 (or natural gas feed stream 84'). The natural gas stream 84 is further cooled (or cooled) by a propane liquid refrigerant in the core 104, and the cooled natural gas stream is discharged from the low temperature heat exchanger 42b as a pre-cooled stream 16. It moves to the liquefaction passage 18 of the liquefaction heat exchanger 10. In an alternative embodiment, if the natural gas stream 82 is cooler than both the warm and cold heat exchangers 42a and 42b, the gas stream 84' of FIG. 1 will be transferred directly to the liquefaction passage of the liquefaction heat exchanger. I can. In this embodiment, the core 104 may also be omitted.

프로판 냉매 증기 스트림(48)은 예비-냉각 저온 열교환기(42b)의 쉘(98)에서 배출되어 제 1 단계 흡인 드럼(46)으로 이동한다.The propane refrigerant vapor stream 48 exits the shell 98 of the pre-cooled low temperature heat exchanger 42b and travels to the first stage suction drum 46.

혼합 냉매 압축 시스템의 제 2 단계 압축기(36) 및 열교환기(38)로부터의 고압 혼합 냉매 스트림(112)은 예비-냉각 가온 열교환기(42a)의 쉘(74) 내에 위치된 코어(114)로 이동한다. 코어(114)를 통해 흐르는 혼합 냉매는 쉘(74) 내의 액체 프로판 냉매에 의해 냉각되고, 생성되는 냉각된 혼합 냉매 스트림(116)은 예비-냉각 저온 열교환기(42b)의 쉘(98) 내에 위치된 저온 혼합 냉매 코어(118)로 안내된다. 코어(118)를 통해 흐르는 혼합 냉매는 쉘(98) 내의 액체 프로판 냉매에 의해 냉각되며, 생성되는 혼합 냉매(MR) 혼합 상 스트림(122)은 고압 어큐뮬레이터(124)로 안내된다. 어큐뮬레이터 드럼이 고압 어큐뮬레이터(124)로서 도시되어 있지만, 다른 유형의 용기, 사이클론 분리기, 증류 장치, 유착 분리기 또는 메시 또는 베인 유형 미스트 제거기를 포함한 대안적인 분리 장치가 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 본원에서 논의되는 나머지 분리 장치 또는 드럼에 대해서도 동일하게 적용된다.The high pressure mixed refrigerant stream 112 from the second stage compressor 36 and heat exchanger 38 of the mixed refrigerant compression system is directed to a core 114 located within the shell 74 of the pre-cooled warmed heat exchanger 42a. Move. The mixed refrigerant flowing through the core 114 is cooled by the liquid propane refrigerant in the shell 74, and the resulting cooled mixed refrigerant stream 116 is located within the shell 98 of the pre-cooled low temperature heat exchanger 42b. Is guided to the low temperature mixed refrigerant core 118. The mixed refrigerant flowing through the core 118 is cooled by the liquid propane refrigerant in the shell 98, and the resulting mixed refrigerant (MR) mixed phase stream 122 is guided to the high pressure accumulator 124. Although the accumulator drum is shown as the high pressure accumulator 124, alternative separation devices including, but not limited to, other types of vessels, cyclone separators, distillation devices, coalescence separators, or mesh or vane type mist eliminators may be used. The same applies to the remaining separating devices or drums discussed herein.

고압 증기 냉매 스트림(126)은 어큐뮬레이터(124)의 증기 유출구에서 배출되어 열교환기(10)의 가온 단부로 이동한다.The high pressure vapor refrigerant stream 126 exits the vapor outlet of the accumulator 124 and travels to the warming end of the heat exchanger 10.

고압 액체 냉매 스트림(128)은 어큐뮬레이터(124)의 액체 유출구에서 배출되어 또한 열교환기의 가온 단부로 이동한다. 열교환기(10)에서 냉각된 후, 고압 액체 냉각 통로(125)를 통해, 고압 액체 냉매 스트림은 (129)에서 플래슁되어 가온 분리기(131)로 이동한다. 증기 스트림(127) 및 액체 스트림(133)은 가온 분리기(131)에서 열교환기(10)의 1차 냉동 통로(28)로 이동한다.The high pressure liquid refrigerant stream 128 exits the liquid outlet of the accumulator 124 and also travels to the warm end of the heat exchanger. After cooling in the heat exchanger 10, through the high-pressure liquid cooling passage 125, the high-pressure liquid refrigerant stream is flashed at 129 and travels to the warm separator 131. Vapor stream 127 and liquid stream 133 travel from the warm separator 131 to the primary refrigeration passage 28 of the heat exchanger 10.

열교환기(10)는 또한 고압 증기 냉각 통로(135)를 통해 고압 어큐뮬레이터(124)로부터 고압 증기 스트림(126)을 수용하고, 이를 냉각함으로써 이를 부분적으로 응축시킨다. 생성되는 혼합 상 저온 분리기 공급 스트림(132)은 저온 분리기 증기 스트림(136) 및 저온 분리기 액체 스트림(138)이 생성되도록 저온 증기 분리기(134)에 제공된다.Heat exchanger 10 also receives high pressure vapor stream 126 from high pressure accumulator 124 through high pressure vapor cooling passage 135 and partially condenses it by cooling it. The resulting mixed phase cold separator feed stream 132 is provided to a cold vapor separator 134 to produce a cold separator vapor stream 136 and a cold separator liquid stream 138.

저온 분리기 증기 스트림(136)은 열 교환기(10)에서 저온 분리기 증기 냉각 통로(141)를 통해 액체 스트림(142)으로 냉각 및 응축되고, 팽창 장치(144)를 통해 플래슁되며, 저온 분리기(146)로 이동하여 저온 액체 스트림(152) 및 저온 증기 스트림(154)을 형성하고, 이는 저온 냉매 스트림으로서 열교환기(10)의 1차 냉동 통로(28)로 안내된다.The cryogenic separator vapor stream 136 is cooled and condensed into a liquid stream 142 in the heat exchanger 10 through the cryogenic separator vapor cooling passage 141, flashed through the expansion device 144, and the cryogenic separator 146 ) To form a cold liquid stream 152 and a cold vapor stream 154, which are guided as cold refrigerant streams to the primary refrigeration passage 28 of the heat exchanger 10.

저온 분리기 액체 스트림(138)은 열교환기(10)에서 저온 분리기 액체 냉각 통로(143)를 통해 냉각되어 과냉각된 저온 분리기 액체(160)를 형성하며, 이는 (162)에서 플래슁되어 중온 분리기(164)로 안내된다. 생성되는 액체 스트림(166) 및 생성되는 증기 스트림(168)은 열교환기(10)의 1차 냉동 통로(28)로 안내된다.The cryogenic separator liquid stream 138 is cooled in heat exchanger 10 through the cryogenic separator liquid cooling passage 143 to form a supercooled cryogenic separator liquid 160, which is flashed at 162 to form a medium temperature separator 164 ). The resulting liquid stream 166 and the resulting vapor stream 168 are directed to the primary refrigeration passage 28 of the heat exchanger 10.

가온 분리기(131), 중온 분리기(164) 및 저온 분리기(146)로부터의 조합된 냉매 스트림은 열교환기(10)의 액화 또는 냉각 통로(18) 내에서 예비-냉각된 공급 가스 스트림(16)을 액화하기 위한 냉매를 제공하고, 바람직하게는 증기 상인 조합된 귀환 냉매 스트림(return refrigerant stream)(26)으로서 액화 열교환기의 1차 냉동 통로(28)에서 배출된다. 귀환 냉매 스트림(26)은 흡인 드럼(24)으로 유동하고, 이는 전술된 바와 같이 증기 혼합 냉매 스트림(27)을 생성한다.The combined refrigerant streams from the warm separator 131, the medium temperature separator 164 and the cold separator 146 produce a pre-cooled feed gas stream 16 within the liquefied or cooling passage 18 of the heat exchanger 10. It provides refrigerant for liquefaction and exits the primary refrigeration passage 28 of the liquefaction heat exchanger as a combined return refrigerant stream 26, preferably a vapor phase. The return refrigerant stream 26 flows to the suction drum 24, which produces a vapor mixed refrigerant stream 27 as described above.

액화 천연 가스 스트림(172)은 열교환기의 저온측에서 배출되며, 팽창 장치(174)를 사용하여 선택적으로 팽창시킬 수 있고 저장 또는 공정으로 전달될 수 있다.The liquefied natural gas stream 172 exits on the cold side of the heat exchanger and can be selectively expanded using an expansion device 174 and delivered to storage or processing.

따라서, 도 1의 실시형태는 공정의 주요 액화 섹션에 위치된 저온 증기 분리기(cold vapor separator)(CVS)와 조합된 프로판(C3) 예비-냉각 혼합 냉매(mixed refrigerant)(MR) 공정을 도시한다. C3 예비-냉각 및 MR과 CVS의 조합은 CVS가 없는 예비-냉각보다 더 효율적인 공정을 초래하고, 장비 비용을 더 낮추며, 더 높은 플랜트 용량을 촉진한다. 예비-냉각 및 CVS의 조합을 통해 C3 시스템은, 예를 들면, 대략 약 -5 ℃ 대 -35 내지 -40 ℃와 같은 상당히 더 따뜻한 온도에서 고효율로 작동할 수 있으며, 이는 프로판 시스템 비용 및 전력 소비를 감소시킨다.Thus, the embodiment of Figure 1 shows a propane (C3) pre-cooled mixed refrigerant (MR) process in combination with a cold vapor separator (CVS) located in the main liquefaction section of the process. . The combination of C3 pre-cooling and MR and CVS results in a more efficient process than pre-cooling without CVS, lower equipment costs, and promotes higher plant capacity. Through the combination of pre-cooling and CVS, the C3 system can operate with high efficiency at significantly warmer temperatures, such as, for example, approximately -5° C. vs. -35 to -40° C., which means propane system cost and power consumption. Reduce

도 1의 공정은 CVS를 사용하는 임의의 MR 액화 공정과 함께 사용될 수 있다.The process of Figure 1 can be used with any MR liquefaction process using CVS.

도 1은 예비-냉각 시스템(40)에서 2 단계의 예비-냉각을 도시하지만, 하나 이상의 예비-냉각 단계가 대안적으로 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.1 shows two stages of pre-cooling in pre-cooling system 40, it should be noted that one or more pre-cooling stages may alternatively be used.

또한, 도 1은 별도의 가온, 중온 및 저온 분리기를 특징으로 하는 MR 액화 시스템(8)을 도시하지만, 이들 중 임의의 것이 조합될 수 있거나, 또는, 특정 경우에는, 분리기가 제거될 수 있다. 또한, 이들 분리기는 스탠드 파이프로서 예시되어 있지만, 당 업계에 공지된 다른 유형의 분리기가 사용될 수도 있다.1 also shows an MR liquefaction system 8 featuring separate warm, medium and cold separators, but any of these may be combined, or in certain cases, the separator may be removed. Also, although these separators are illustrated as stand pipes, other types of separators known in the art may also be used.

아래에서 논의되는 예외를 제외하고, 도 2 내지 4의 실시형태는 도 1을 참조하여 상술된 것과 동일한 혼합 냉매 압축기 시스템, 혼합 냉매 액화 시스템 및 예비-냉각 압축기 시스템 구성 요소 및 동작을 특징으로 하며, 따라서 시스템의 이러한 부분 및 공통 구성 요소를 나타내기 위해 공통 참조 번호가 사용된다.With the exceptions discussed below, the embodiments of FIGS. 2-4 feature the same mixed refrigerant compressor system, mixed refrigerant liquefaction system and pre-cooled compressor system components and operations as described above with reference to FIG. 1, Therefore, common reference numbers are used to indicate these parts and common components of the system.

본 발명의 시스템의 제 2 실시형태가 도 2에서 제시된다. 이러한 실시형태에서, 도 1의 단일의 고압 MR 어큐뮬레이터(124) 대신에 2 개의 고압 MR 어큐뮬레이터가 사용된다. 보다 구체적으로, MR 압축기 시스템(22)의 제 2 단계 압축 및 냉각 사이클에서 배출되는 스트림(182)은 가온 예비-냉각 열교환기(42a)의 코어(114)로 안내된다. 코어(114)는 쉘(74) 내의 액체 프로판 냉매를 사용하여 스트림(182)을 냉각한다. 생성되는 냉각된 MR 스트림(186)은 제 1 고압 MR 어큐뮬레이터(188)로 이동한다. 생성되는 증기 MR 스트림(192)은 예비-냉각 저온 열교환기(42b) 내에 위치된 코어(194)로 이동하며, 이때 이는 쉘(98) 내의 액체 프로판 냉매에 의해 냉각된다. 생성되는 냉각된 스트림(198)은 제 2 고압 MR 어큐뮬레이터(202)로 이동한다.A second embodiment of the system of the present invention is presented in FIG. 2. In this embodiment, two high pressure MR accumulators are used instead of the single high pressure MR accumulator 124 of FIG. 1. More specifically, the stream 182 exiting the second stage compression and cooling cycle of the MR compressor system 22 is directed to the core 114 of the warm pre-cooled heat exchanger 42a. Core 114 cools stream 182 using liquid propane refrigerant in shell 74. The resulting cooled MR stream 186 moves to a first high pressure MR accumulator 188. The resulting vapor MR stream 192 travels to a core 194 located in the pre-cooled low temperature heat exchanger 42b, which is cooled by the liquid propane refrigerant in the shell 98. The resulting cooled stream 198 moves to a second high pressure MR accumulator 202.

제 2 고압 MR 어큐뮬레이터(202)를 이탈하는 증기 스트림(204)은 액화 열교환기(10) 내에서 냉각되고 통로(206)를 통해 저온 증기 분리기(208)로 안내된다. 저온 증기 분리기에서 배출되는 증기 스트림은 도 1과 관련하여 상기에서 논의된 바와 같이 처리된다.The vapor stream 204 leaving the second high pressure MR accumulator 202 is cooled in the liquefied heat exchanger 10 and guided through a passageway 206 to the cold vapor separator 208. The vapor stream exiting the cold vapor separator is treated as discussed above in connection with FIG. 1.

제 2 고압 MR 어큐뮬레이터(202)를 이탈하는 액체 스트림(212)은 액화 열교환기(10) 내에서 냉각되고, 통로(214)를 통과하여 팽창 장치(216)를 통해 플래슁되어 중온 분리기(164)로 안내되며, 이때 이는 저온 증기 분리기(208)로부터의 냉각되고 플래슁된 액체 스트림과 조합된다. 중온 분리기에서 배출되는 증기 및 액체 스트림은 1차 냉동 통로(28)로 안내된다.The liquid stream 212 leaving the second high-pressure MR accumulator 202 is cooled in the liquefied heat exchanger 10, passed through the passage 214 and flashed through the expansion device 216 to form a medium temperature separator 164. Where it is combined with the cooled and flashed liquid stream from the cold vapor separator 208. The vapor and liquid streams exiting the mesophilic separator are directed to the primary refrigeration passage 28.

제 1 고압 MR 어큐뮬레이터(188)에서 배출되는 액체 MR 스트림은 예비-냉각 저온 열교환기(42b) 내에 위치된 코어(196)로 이동하며, 이때 이는 쉘(98) 내의 액체 프로판 냉매에 의해 냉각된다. 생성되는 냉각된 스트림(218)은 통로(220)를 통해 액화 열교환기(10)에서 냉각되며, 생성되는 냉각된 액체 스트림은 팽창 장치(222)를 통해 플래슁되어 가온 분리기(131)로 전달된다. 가온 분리기에서 배출되는 증기 및 액체 스트림은 1차 냉동 통로(28)로 안내된다.The liquid MR stream exiting the first high pressure MR accumulator 188 travels to a core 196 located in the pre-cooled low temperature heat exchanger 42b, which is cooled by the liquid propane refrigerant in the shell 98. The generated cooled stream 218 is cooled in the liquefied heat exchanger 10 through the passage 220, and the generated cooled liquid stream is flashed through the expansion device 222 and transferred to the warming separator 131. . The vapor and liquid streams exiting the warm separator are directed to the primary refrigeration passage 28.

또한, 도 2의 실시형태에서, 예비-냉각 시스템은 MR 압축기 시스템(22)의 제 1 단계 압축 및 냉각 사이클에서 배출되는 배출 스트림(discharge stream)(224)을 냉각하는데 사용된다. 보다 구체적으로, 예비-냉각 가온 열교환기(42a)는 단간(interstage) 혼합 냉매 유입구를 통해 스트림(224)을 수용하고 쉘(74) 내의 프로판 액체 냉매를 사용하여 이를 냉각하는 코어(226)를 포함한다. 생성되는 냉각된 스트림은 단간 혼합 냉매 유출구를 통해 코어에서 배출되어 단간 또는 MR 저압 어큐뮬레이터(228)로 이동한다. 생성되는 증기 스트림(232)은 MR 압축기 시스템(22)의 제 2 단계 압축기(36)의 유입구로 안내된다. MR 저압 어큐뮬레이터(228)에서 배출되는 액체 스트림(234)은 저온 열교환기(42b)의 쉘(98) 내에 위치된 코어(236)에 의해 수용된다. 생성되는 냉각된 스트림(238)은 액화 열교환기(10)의 통로(242)에서 냉각되고, 팽창 장치(244)를 통해 플래슁되어 열교환기(10)의 1차 냉동 통로(28)로 안내된다.Further, in the embodiment of FIG. 2, a pre-cooling system is used to cool the discharge stream 224 exiting the first stage compression and cooling cycle of the MR compressor system 22. More specifically, the pre-cooled heated heat exchanger 42a includes a core 226 that receives the stream 224 through an interstage mixed refrigerant inlet and cools it using the propane liquid refrigerant in the shell 74. do. The resulting cooled stream is discharged from the core through the interstage mixed refrigerant outlet and moves to the interstage or MR low pressure accumulator 228. The resulting vapor stream 232 is directed to the inlet of the second stage compressor 36 of the MR compressor system 22. The liquid stream 234 exiting the MR low pressure accumulator 228 is received by a core 236 located within the shell 98 of the low temperature heat exchanger 42b. The generated cooled stream 238 is cooled in the passage 242 of the liquefied heat exchanger 10, flashed through the expansion device 244 and guided to the primary refrigeration passage 28 of the heat exchanger 10. .

도 2의 실시형태와 관련하여, MR 압축기 시스템(22)의 제 1 압축 및 냉각 단계의 배출 스트림(224)을 제 2 단계에서 압축하기 전에 예비-냉각하는 것과 공정에서 제 1 및 제 2 MR 고압 어큐뮬레이터(188 및 202)를 통합하는 것은 별개이고 독립적이며, 조합으로 또는 개별적으로 사용될 있는 것으로 이해되어야 한다.With respect to the embodiment of FIG. 2, pre-cooling the effluent stream 224 of the first compression and cooling stage of the MR compressor system 22 prior to compression in the second stage and the first and second MR high pressures in the process. It should be understood that incorporating accumulators 188 and 202 are separate and independent, and can be used in combination or separately.

또한, 제 1 압축 및 냉각 단계로부터의 예비-냉각된 액체 스트림(224)은, 도 2에 도시된 바와 같이, MR 액화 시스템(8)에 개별적으로 도입될 수 있거나, 또는 MR 액화 시스템(8)의 분리기에서 또는 일부 경우에는 임의의 분리기 없이 다른 임의의 냉동 스트림과 조합될 수 있다.In addition, the pre-cooled liquid stream 224 from the first compression and cooling step can be individually introduced into the MR liquefaction system 8, as shown in Figure 2, or the MR liquefaction system 8 Can be combined with any other refrigeration stream in a separator of or in some cases without any separator.

본 발명의 시스템의 제 3 실시형태가 도 3에 제시된다. 이러한 실시형태에서, 일반적으로 (252)로 표시되는 가온 혼합 냉매(MR) 예비-냉각 시스템이 도 1 및 도 2의 프로판 예비-냉각 시스템 대신에 사용된다.A third embodiment of the system of the present invention is presented in FIG. 3. In this embodiment, a warm mixed refrigerant (MR) pre-cooling system, generally denoted 252, is used in place of the propane pre-cooling system of FIGS. 1 and 2.

MR 예비-냉각 시스템은 일반적으로 (254)로 표시되는 가온 MR 예비-냉각 열교환기를 포함하며, 이는 천연 가스 공급 스트림(82)을 수용하는 예비-냉각 통로(256)를 포함한다.The MR pre-cooling system generally includes a warm MR pre-cooled heat exchanger, denoted 254, which includes a pre-cooling passage 256 that receives a natural gas feed stream 82.

MR 예비-냉각 시스템은 또한 열교환기(254)의 예비-냉각 1차 냉동 통로(268)로부터 예비-냉각 MR 증기 스트림(266)을 수용하는 제 1 단계 흡인 드럼(264)을 포함하는 예비-냉각 압축기 시스템(262)을 포함한다. 제 1 단계 흡인 드럼으로부터의 증기 흐름(272)은 예비-냉각 압축기(272)의 유입구로 이동하며, 생성되는 압축된 스트림은 예비-냉각 응축기(274)로 이동한다. 생성되는 MR 액체 스트림은 예비-냉각 MR 어큐뮬레이터(276)로 이동한다. 어큐뮬레이터(276)로부터의 증기 스트림은 밸브(278)를 통해 배출되거나 또는 제 2 밸브를 통해 제 2 단계 흡인 드럼(284)으로 안내될 수 있다. 제 2 단계 흡인 드럼(284)으로부터의 증기 스트림(286)은 예비-냉각 압축기(272)의 유입구로 이동한다.The MR pre-cooling system also includes a pre-cooling drum 264 that receives a pre-cooled MR vapor stream 266 from the pre-cooled primary refrigeration passage 268 of the heat exchanger 254. Compressor system 262 is included. The vapor stream 272 from the first stage suction drum goes to the inlet of the pre-cooling compressor 272, and the resulting compressed stream goes to the pre-cooling condenser 274. The resulting MR liquid stream goes to a pre-cooled MR accumulator 276. The vapor stream from accumulator 276 may be discharged through valve 278 or may be directed to second stage suction drum 284 through a second valve. The vapor stream 286 from the second stage suction drum 284 travels to the inlet of the pre-cooling compressor 272.

액체 예비-냉각 MR 스트림(292)은 어큐뮬레이터(276)로부터 열교환기(254)의 냉각 통로(294)를 통해 이동하고, 생성되는 냉각된 액체 스트림은 팽창 장치(296)로 이동하여 플래슁되며, 생성되는 혼합 상 스트림은 예비-냉각 저온 분리기(302)로 유입된다. 열교환기의 통로(294)를 이탈하는 냉각된 액체 스트림의 일부(또는 전부)는 시스템 온도 및 효율 요구에 따라 밸브(298)를 사용하는 열교환기의 2 차 예비-냉각 냉동 통로(304)로 안내될 수 있다. 2 차 예비-냉각 냉동 통로(304)에서 배출되는 증기 스트림(306)은 제 2 단계 흡인 드럼(284)으로 안내된다. 예비-냉각 저온 분리기(302)로부터의 증기 및 액체 예비-냉각 MR 스트림(각각 308 및 312)은 모두 열교환기(254)의 예비-냉각 1차 냉동 통로(268)로 안내된다.The liquid pre-cooled MR stream 292 travels from the accumulator 276 through the cooling passage 294 of the heat exchanger 254, and the resulting cooled liquid stream travels to the expansion device 296 and is flashed, The resulting mixed phase stream enters a pre-cooled cold separator 302. Part (or all) of the cooled liquid stream leaving the passage 294 of the heat exchanger is directed to the secondary pre-cooled refrigeration passage 304 of the heat exchanger using valve 298 depending on system temperature and efficiency requirements. Can be. The vapor stream 306 exiting the secondary pre-cooled refrigeration passage 304 is directed to a second stage suction drum 284. Both vapor and liquid pre-cooled MR streams (308 and 312, respectively) from pre-cooled cryogenic separator 302 are directed to pre-cooled primary refrigeration passage 268 of heat exchanger 254.

예비-냉각 열교환기(254)의 예비-냉각 통로(256)를 통해 유동하는 천연 가스 공급 스트림은 열교환기의 냉동 통로(268 및 304)를 통해 예비-냉각되고, 생성되는 냉각된 천연 가스 스트림(314)은 액화 열교환기(10)로 안내되어 액화된다.The natural gas feed stream flowing through the pre-cooling passages 256 of the pre-cooling heat exchanger 254 is pre-cooled through the refrigeration passages 268 and 304 of the heat exchanger, and the resulting cooled natural gas stream ( The 314 is guided to the liquefied heat exchanger 10 to be liquefied.

액화 압축기 시스템(316)은, 도 1 및 도 2의 실시형태와 유사하게, 제 1 단계 액화 MR 스트림(318)을 생성하는 제 1 단계 압축 및 냉각 사이클, 및 제 2 단계 액화 MR 스트림(322)을 생성하는 제 2 단계 압축 및 냉각 사이클을 특징으로 한다. 액화 MR 스트림(318 및 322)은 통로(324 및 326)를 통해 예비-냉각 열교환기(254)에서 추가로 냉각되며, 통로(324)에서 배출되는 생성되는 혼합 상 스트림(328)은 액화 MR 저압 어큐뮬레이터(332)로 이동하는 반면, 생성되는 혼합 상 스트림(334)은 액화 MR 고압 어큐뮬레이터(336)로 이동한다.The liquefied compressor system 316, similar to the embodiment of FIGS. 1 and 2, comprises a first stage compression and cooling cycle that produces a first stage liquefied MR stream 318, and a second stage liquefied MR stream 322. Characterized by a second stage compression and cooling cycle that produces a. Liquefied MR streams 318 and 322 are further cooled in pre-cooled heat exchanger 254 via passages 324 and 326, and the resulting mixed phase stream 328 exiting passage 324 is liquefied MR low pressure The resulting mixed phase stream 334 travels to an accumulator 332, while the resulting mixed phase stream 334 travels to a liquefied MR high pressure accumulator 336.

액화 MR 증기 스트림(338)은 액화 MR 저압 어큐뮬레이터(332)에서 액화 압축기 시스템(316)의 제 2 단계 흡인 드럼(342)으로 이동하며, 생성되는 증기 스트림은 제 2 단계 압축 및 냉각 사이클로 안내된다. 액화 MR 저압 어큐뮬레이터(332)로부터의 액화 MR 액체 스트림(344)은 액화 열교환기(350)의 통로(346)에서 냉각되고, 팽창 장치(348)를 통해 플래슁되어 열교환기(350)의 1차 냉동 통로(352)로 안내된다.Liquefied MR vapor stream 338 travels from the liquefied MR low pressure accumulator 332 to the second stage suction drum 342 of the liquefied compressor system 316, and the resulting vapor stream is directed to a second stage compression and cooling cycle. The liquefied MR liquid stream 344 from the liquefied MR low pressure accumulator 332 is cooled in the passage 346 of the liquefied heat exchanger 350 and flashed through the expansion device 348 to be the primary of the heat exchanger 350. It is guided to the refrigeration passage 352.

액화 MR 고압 어큐뮬레이터(336)를 이탈하는 액화 MR 증기 스트림(354)은 통로(356)를 통해 액화 열교환기(350) 내에서 냉각되며, 저온 증기 분리기(358)로 안내된다. 저온 증기 분리기에서 배출되는 증기 스트림은 도 1과 관련하여 상술된 바와 같이 처리될 수 있다.Liquefied MR vapor stream 354 leaving liquefied MR high pressure accumulator 336 is cooled in liquefied heat exchanger 350 via passage 356 and is guided to cold vapor separator 358. The vapor stream exiting the cold vapor separator can be treated as described above with respect to FIG. 1.

액화 MR 고압 어큐뮬레이터(336)를 이탈하는 액체 스트림(362)은 통로(364)를 통해 액화 열교환기(350) 내에서 냉각되고, 팽창 장치(366)를 통해 플래슁되며, 저온 증기 분리기(358)로부터의 스트림과 조합(도 2에 도시된 바와 같이 중온 분리기에서 스트림을 조합하는 것과 기능적으로 동일함)된 후 중온 분리기(368)로 안내된다. 중온 분리기에서 배출되는 증기 및 액체 스트림은 열교환기(350)의 1차 냉동 통로(352)로 안내된다.The liquid stream 362 leaving the liquefied MR high pressure accumulator 336 is cooled in the liquefied heat exchanger 350 through the passage 364, flashed through the expansion device 366, and the low temperature vapor separator 358 Combined with the stream from (functionally equivalent to combining the streams in a mesophilic separator as shown in FIG. 2) and then directed to a mesophilic separator 368. The vapor and liquid streams discharged from the medium temperature separator are guided to the primary refrigeration passage 352 of the heat exchanger 350.

도 3의 실시형태와 관련하여, 제 2 단계에서 압축하기 전에 액화 MR 압축 시스템(316)의 제 1 단계 배출(318)을 예비-냉각하는 것은 선택적인 특징이며, 다른 특징들과 조합으로 활용될 수 있거나 다른 특징들이 전혀 사용되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 또한, 예비-냉각 시스템 및 액화 시스템에서 사용되는 혼합 냉매는 동일하거나 상이한 조성일 수 있다.Regarding the embodiment of FIG. 3, pre-cooling the first stage discharge 318 of the liquefied MR compression system 316 prior to compression in the second stage is an optional feature and may be utilized in combination with other features. It should be noted that no possible or other features are used. Further, the mixed refrigerant used in the pre-cooling system and the liquefaction system may be of the same or different composition.

또한, 도 3에서 (262)로 도시된 MR 예비-냉각 시스템은 단지 적합한 MR 시스템의 일례일 뿐이며, 당 업계에 공지된 다른 MR 시스템 및 비-혼합 냉매 시스템이 예비-냉각 시스템으로서 대신 사용될 수 있음에 유의해야 한다.In addition, the MR pre-cooling system shown at 262 in Fig. 3 is only an example of a suitable MR system, and other MR systems and non-mixed refrigerant systems known in the art can be used instead as the pre-cooling system. It should be noted.

도 4에 도시된 시스템의 실시형태는 예비-냉각 열교환기의 구성을 제외하고는 일반적으로 (370)으로 표시되는 프로판 예비-냉각 시스템을 포함하는 도 1의 실시형태와 본질적으로 동일하다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시된 시스템의 실시형태에서, 예비-냉각 시스템(370)은 일반적으로 (372a)로 표시되는 예비-냉각 가온 열교환기 및 일반적으로 (372b)로 표시되는 예비-냉각 저온 열교환기를 포함한다. 가온 및 저온 열교환기(372a 및 372b)는, 단지 일례로서, 미국 텍사스주 우드랜즈 소재의 챠트 에너지 앤드 케미칼스 인코포레이티드에서 입수할 수 있는 코어-인-케틀(CORE-IN-KETTLE) 열교환기일 수 있다. 쉘 및 튜브 또는 열 사이펀 유형의 열교환기를 포함한 대체 유형의 열교환기가 사용될 수 있지만, 이에 국한되지는 않는다.The embodiment of the system shown in FIG. 4 is essentially the same as the embodiment of FIG. 1 including a propane pre-cooling system generally denoted 370 except for the configuration of a pre-cooled heat exchanger. More specifically, in the embodiment of the system shown in Figure 4, the pre-cooling system 370 is a pre-cooled heated heat exchanger generally denoted 372a and a pre-cooled low temperature generally denoted 372b. It includes a heat exchanger. The warm and cold heat exchangers 372a and 372b are, by way of example only, a CORE-IN-KETTLE heat exchanger available from Chart Energy & Chemicals, Inc., Woodlands, Texas, USA. It can be a flag. Alternative types of heat exchangers may be used, including, but not limited to, shell and tube or thermal siphon type heat exchangers.

도 4의 실시형태에서, (예를 들면, 브레이즈드 알루미늄 열교환기(BAHX) 또는 마이크로 채널 또는 용접 플레이트 등과 같은 기타 열교환기 유형일 수 있는) 코어(374)는 액화 MR 압축기 시스템(386)의 제 2 압축 및 냉각 단계로부터의 배출 스트림(384)인 공정 스트림이 코어(374)를 통해 연속되도록 가온 및 저온 열교환기(372a 및 372b)의 쉘(378 및 382) 사이의 내부 헤드(376)를 통해 연장한다. 이러한 배열의 장점은 냉각되고 부분적으로 응축된 공정 스트림이, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 열교환기 디자인이 직렬로 연결된 다중 코어인 경우에 직면할 수 있는 시스템 성능에 악영향을 미치는 2 상 흐름 이상 분포의 영향을 받지 않는다는 사실이다. 도 4의 배열은 이상 분포에 기인하는 프로판 시스템 또는 액화 시스템 또는 둘 다의 공정의 전력 소비를 감소시키거나 장비의 수를 단순화시키며, 이상 분포 효과를 제거하기 위한 비용을 감소시킨다.In the embodiment of FIG. 4, the core 374 (which may be, for example, a brazed aluminum heat exchanger (BAHX) or other heat exchanger type such as micro-channel or welded plates, etc.) is the second of the liquefied MR compressor system 386. The process stream, the discharge stream 384 from the compression and cooling step, extends through the inner head 376 between the shells 378 and 382 of the warm and cold heat exchangers 372a and 372b so that the process stream is continuous through the core 374. do. The advantage of this arrangement is that the cooled and partially condensed process stream is more than a two-phase flow that adversely affects the system performance that may be encountered when the heat exchanger design is multiple cores connected in series, as shown in Figure 1. It is a fact that it is not affected by the distribution. The arrangement of FIG. 4 reduces the power consumption of the process of the propane system or the liquefaction system or both due to the anomaly distribution or simplifies the number of equipment, and reduces the cost to eliminate the anomaly distribution effect.

가온 및 저온 열교환기(372a 및 372b)는 평판을 포함하는 임의의 형상의 내부 헤드(376)를 이용할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 도 4는 프로판(C3) 예비-냉각식 MR 공정을 나타내지만, 도 4의 실시형태는 적어도 2 개의 비등 냉매 냉각 단계를 이용하는 임의의 공정과 함께 사용될 수 있다. 또한, 프로판(C3)이 도 4의 예비-냉각 시스템을 위한 냉각제로 기술되지만, 부탄, 암모니아 또는 액체 불화 탄화수소 등과 같은 임의의 냉매가 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 또한, 도 4의 시스템은 2 단계의 예비-냉각을 나타내지만, 2 단계 이상의 냉각이 사용될 수도 있다. 또한, 도 4는 별도의 공급 교환기(feed exchanger)를 도시하지만, 이러한 공급 교환기는 MR 교환기와 조합될 수 있다.It should be noted that the warm and low temperature heat exchangers 372a and 372b can use the inner head 376 of any shape including a flat plate. In addition, while FIG. 4 shows a propane (C3) pre-cooled MR process, the embodiment of FIG. 4 can be used with any process using at least two boiling refrigerant cooling steps. Further, although propane (C3) is described as a coolant for the pre-cooling system of FIG. 4, any refrigerant such as butane, ammonia or liquid fluorinated hydrocarbons may be used, but is not limited thereto. Also, although the system of FIG. 4 shows two stages of pre-cooling, two or more stages of cooling may be used. Also, although FIG. 4 shows a separate feed exchanger, this feed exchanger can be combined with an MR exchanger.

도 5에 도시된 실시형태에서, 일반적으로 (402)로 표시된 냉각수 냉각 시스템은 액화 MR 압축기 시스템(406)의 제 2 압축 및 냉각 단계로부터 배출 스트림(404)을 예비-냉각하는데 사용된다. 보다 구체적으로, 물은 펌프(412)를 통해 냉각제 열교환기(414)로 펌핑된다. 열교환기는 또한 MR 배출 스트림(404)을 수용하고 그를 냉각한다. 냉각수는 기계식 냉각기 또는 흡착식 냉각기 또는 열전 냉각기 또는 열음향 냉동기일 수 있지만 이에 국한되지 않는 예비-냉각 냉매 시스템에서 냉각된 물 또는 물/글리콜 혼합물이며, 공랭 또는 물 증발 냉각에 의해 달성될 수 있는 온도보다 항상 더 차갑다.In the embodiment shown in FIG. 5, a chilled water cooling system generally denoted 402 is used to pre-cool the effluent stream 404 from the second compression and cooling stage of the liquefied MR compressor system 406. More specifically, water is pumped to the coolant heat exchanger 414 through the pump 412. The heat exchanger also receives the MR effluent stream 404 and cools it. The coolant is water or a water/glycol mixture cooled in a pre-cooled refrigerant system, which may be, but is not limited to, a mechanical cooler or adsorption cooler or thermoelectric cooler or thermoacoustic cooler, and is above the temperature that can be achieved by air cooling or water evaporative cooling. Always cooler

이어서, 냉각된 MR 스트림(416)은 고압 어큐뮬레이터(124)로 유동하며, 생성되는 액체 및 증기 스트림은, 이전의 실시형태들에서와 같이, MR 액화 시스템(408)의 액화 열교환기(420)로 안내된다.The cooled MR stream 416 then flows to the high pressure accumulator 124, and the resulting liquid and vapor stream is directed to the liquefaction heat exchanger 420 of the MR liquefaction system 408, as in the previous embodiments. Guided.

단일 냉각기 열교환기(414)가 도 5에 도시되어 있지만, 병렬 또는 직렬로 연결된 다중 냉각기 열교환기가 대신 사용될 수 있다.Although a single cooler heat exchanger 414 is shown in FIG. 5, multiple cooler heat exchangers connected in parallel or in series may be used instead.

이전의 실시형태들에서와 같이, 액화 MR 압축기 시스템은 저온 증기 분리기(CVS)(410)를 포함하는 MR 액화 시스템(408)에 냉매를 제공한다. 예비-냉각과 냉각수 냉각 시스템의 조합 및 MR과 CVS의 조합은 CVS가 없는 예비-냉각보다 더 효율적인 공정을 초래하고, 장비 비용을 더 낮추며, 더 높은 플랜트 용량을 촉진한다. 예비-냉각 및 CVS의 조합을 통해 냉각수 냉각 시스템은 대략 약 -5 ℃ 대 -35 내지 -40 ℃와 같은 상당히 더 따뜻한 온도에서 작동할 수 있다. 또한, 냉각기 장비가 탄화수소 함유 장비에서 멀리 배치될 수 있어서 시스템 비용이 절감되고 배치 유연성이 제공된다. 이러한 공정은 CVS를 사용하는 임의의 MR 액화 공정과 함께 사용될 수 있다.As in the previous embodiments, the liquefied MR compressor system provides refrigerant to the MR liquefaction system 408 including a low temperature vapor separator (CVS) 410. The combination of pre-cooling and cooling water cooling systems and the combination of MR and CVS results in a more efficient process than pre-cooling without CVS, lowers equipment costs, and promotes higher plant capacity. The combination of pre-cooling and CVS allows the cooling water cooling system to operate at significantly warmer temperatures, such as about -5°C versus -35 to -40°C. In addition, chiller equipment can be located away from hydrocarbon-containing equipment, reducing system cost and providing deployment flexibility. This process can be used with any MR liquefaction process using CVS.

도 5는 냉각수 예비-냉각 MR 공정을 도시하지만, 암모니아, 물, 물 글리콜 혼합물, 브롬화리튬 용액, 액체 불화 탄화수소, 액체 탄화수소 등과 같은 임의의 냉각된 냉각 유체가 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 또한, 도 5는 예비-냉각 시스템 열교환기(414)를 위한 쉘 및 튜브형 열교환기를 도시하지만, 임의의 열교환기 유형이 사용될 수도 있다. 또한, 도 5는 별도의 가온, 중온 및 저온 스탠드 파이프(422, 424 및 426)를 도시하지만, 이들 중 임의의 것들이 조합될 수 있거나, 또는, 특정 경우에는, 스탠드 파이프가 제거될 수도 있다. 명시적으로 도시되지는 않았지만, 냉각수 냉각 시스템은 또한 도 2에 도시된 바와 같이 공급 가스를 냉각하고/하거나 제 1 단계 배출을 냉각하는데 사용될 수 있거나, 또는 가스 터빈 드라이버를 위한 터빈 유입구 공기를 냉각하거나 다중 액화 시스템을 냉각하는데 사용될 수도 있다.5 shows a cooling water pre-cooling MR process, but any cooled cooling fluid such as ammonia, water, water glycol mixture, lithium bromide solution, liquid fluorinated hydrocarbon, liquid hydrocarbon, etc. can be used, but is not limited thereto. Also, although FIG. 5 shows a shell and tube heat exchanger for the pre-cooling system heat exchanger 414, any heat exchanger type may be used. 5 also shows separate warm, medium and cold stand pipes 422, 424 and 426, any of these may be combined, or, in certain cases, the stand pipe may be removed. Although not explicitly shown, the cooling water cooling system may also be used to cool the feed gas and/or cool the first stage discharge as shown in FIG. 2, or to cool the turbine inlet air for a gas turbine driver. It can also be used to cool multiple liquefaction systems.

이하에서 설명되고 특허청구되는 방법, 장치 및 시스템에서 개별적으로 또는 함께 구현될 수 있는 본 발명 주제의 여러 양태들이 있다. 이러한 양태들은 단독으로 또는 본원에서 설명된 주제의 다른 양태들과 조합으로 사용될 수 있으며, 이러한 양태들의 설명은 이러한 양태들을 개별적으로 사용하거나 이러한 양태들을 개별적으로 또는 본원에 첨부된 특허청구범위에 명시된 바와 다른 조합으로 주장하는 것을 배제하도록 의도되지 않는다. There are several aspects of the subject matter of the present invention that may be implemented individually or together in the methods, apparatus and systems described and claimed below. These aspects may be used alone or in combination with other aspects of the subject matter described herein, and the description of these aspects may be made using these aspects individually or using these aspects individually or as specified in the claims appended hereto. It is not intended to exclude claims in other combinations.

본 발명의 바람직한 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서도 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이며, 그 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다.Although preferred embodiments of the present invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, the scope of which is defined by the appended claims.

Claims (30)

가스를 예비-냉각 냉매(pre-cool refrigerant) 및 혼합 냉매(mixed refrigerant)로 냉각하기 위한 시스템으로서,
(a) 공급 가스 스트림을 수용하도록 구성된 공급 가스 유입구 및 공급 가스 유출구, 예비-냉각 냉매 유입구 및 예비-냉각 냉매 유출구, 및 액화 혼합 냉매 유입구 및 액화 혼합 냉매 유출구를 갖는 예비-냉각 열교환기(pre-cool heat exchanger)로서, 상기 예비-냉각 냉매를 사용하여 상기 공급 가스 유입구 및 상기 공급 가스 유출구 사이에서 상기 예비-냉각 열교환기를 통과하는 공급 가스를 냉각하고, 상기 예비-냉각 열교환기를 통과하는 액화 혼합 냉매를 상기 액화 혼합 냉매 유입구 및 상기 액화 혼합 냉매 유출구 사이에서 냉각하도록 구성된 예비-냉각 열교환기;
(b)(i) 상기 예비-냉각 열교환기의 예비-냉각 냉매 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 예비-냉각 압축기(pre-cool compressor); 및
(ii) 상기 예비-냉각 압축기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖고, 상기 예비-냉각 열교환기의 예비-냉각 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 또한 갖는, 예비-냉각 응축기(pre-cool condenser)
를 포함하는 예비-냉각 압축기 시스템(pre-cool compressor system);
(c) 상기 예비-냉각 열교환기의 공급 가스 유출구와 유체 연통하는 액화 통로(liquefying passage), 1차 냉동 통로(primary refrigeration passage), 고압 증기 냉각 통로(high pressure vapor cooling passage), 및 저온 분리기 증기 냉각 통로(cold separator vapor cooling passage)를 포함하되, 이때 상기 저온 분리기 증기 냉각 통로는 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 유출구를 갖는, 액화 열교환기(liquefaction heat exchanger);
(d)(i) 상기 1차 냉동 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 압축기(mixed refrigerant compressor);
(ii) 상기 혼합 냉매 압축기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖고, 상기 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는, 혼합 냉매 냉각기(mixed refrigerant cooler); 및
(iii) 상기 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖고, 상기 액화 열교환기의 고압 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구를 갖는, 고압 어큐뮬레이터(high pressure accumulator)
를 포함하는 혼합 냉매 압축 시스템; 및
(e) 상기 액화 열교환기의 고압 증기 냉각 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 상기 액화 열교환기의 저온 분리기 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구, 및 상기 액화 열교환기의 1차 냉동 통로와 연통하는 액체 유출구를 갖는 저온 증기 분리기(cold vapor separator)
를 포함하는 시스템.As a system for cooling a gas with a pre-cool refrigerant and a mixed refrigerant,
(a) a pre-cooled heat exchanger having a feed gas inlet and a feed gas outlet configured to receive a feed gas stream, a pre-cooled refrigerant inlet and a pre-cooled refrigerant outlet, and a liquefied mixed refrigerant inlet and a liquefied mixed refrigerant outlet. As a cool heat exchanger), a liquefied mixed refrigerant passing through the pre-cooling heat exchanger to cool a supply gas passing through the pre-cooling heat exchanger between the supply gas inlet and the supply gas outlet using the pre-cooling refrigerant A pre-cooling heat exchanger configured to cool the liquefied mixed refrigerant inlet and the liquefied mixed refrigerant outlet;
(b)(i) a pre-cool compressor having an inlet in fluid communication with a pre-cooling refrigerant outlet of the pre-cooling heat exchanger; And
(ii) a pre-cool condenser having an inlet in fluid communication with the outlet of the pre-cooling compressor and also having an outlet in fluid communication with the pre-cooling refrigerant inlet of the pre-cooling heat exchanger.
Pre-cool compressor system comprising a;
(c) a liquefying passage in fluid communication with the supply gas outlet of the pre-cooling heat exchanger, a primary refrigeration passage, a high pressure vapor cooling passage, and a low-temperature separator steam. A liquefaction heat exchanger comprising a cold separator vapor cooling passage, wherein the low temperature separator vapor cooling passage has an outlet in fluid communication with the primary refrigeration passage;
(d) (i) a mixed refrigerant compressor having an inlet in fluid communication with an outlet of the primary refrigeration passage;
(ii) a mixed refrigerant cooler having an inlet in fluid communication with an outlet of the mixed refrigerant compressor and an outlet in fluid communication with a liquefied mixed refrigerant inlet of the pre-cooling heat exchanger; And
(iii) a high pressure accumulator having an inlet in fluid communication with an outlet of the liquefied mixed refrigerant of the pre-cooling heat exchanger, and having a vapor outlet in fluid communication with an inlet of the high-pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger
A mixed refrigerant compression system comprising a; And
(e) an inlet in fluid communication with an outlet of the high-pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger, a vapor outlet in fluid communication with an inlet of a low-temperature separator vapor cooling passage of the liquefied heat exchanger, and a primary refrigeration passage of the liquefied heat exchanger Cold vapor separator with a communicating liquid outlet
A system comprising a. 제 1 항에 있어서,
상기 예비-냉각 열교환기는 가온(warm) 예비-냉각 열교환기 및 저온(cold) 예비-냉각 열교환기를 포함하는, 시스템.The method of claim 1,
Wherein the pre-cooled heat exchanger comprises a warm pre-cooled heat exchanger and a cold pre-cooled heat exchanger. 제 2 항에 있어서,
상기 가온 예비-냉각 열교환기 및 상기 저온 예비-냉각 열교환기 각각은 상기 예비-냉각 냉매를 수용하는 쉘을 포함하며, 상기 가온 예비-냉각 열교환기 및 저온 예비-냉각 열교환기 중 적어도 하나는 상기 공급 가스를 수용하는 공급 가스 코어를 포함하는, 시스템.The method of claim 2,
Each of the warming pre-cooling heat exchanger and the low temperature pre-cooling heat exchanger includes a shell for accommodating the pre-cooling refrigerant, and at least one of the warming pre-cooling heat exchanger and the low temperature pre-cooling heat exchanger is the supply A system comprising a feed gas core containing gas. 제 2 항에 있어서,
상기 가온 예비-냉각 열교환기 및 상기 저온 예비-냉각 열교환기 각각은, 상기 액화 혼합 냉매 유입구 및 유출구 사이에서 상기 예비-냉각 열교환기를 통과하는 액화 혼합 냉매를 냉각하도록 구성되는 액화 혼합 냉매 코어를 포함하는, 시스템.The method of claim 2,
Each of the warming pre-cooling heat exchanger and the low temperature pre-cooling heat exchanger comprises a liquefied mixed refrigerant core configured to cool a liquefied mixed refrigerant passing through the pre-cooled heat exchanger between the liquefied mixed refrigerant inlet and an outlet. , system. 제 4 항에 있어서,
단일의 액화 혼합 냉매 코어가, 상기 가온 및 저온 예비-냉각 열교환기 둘 다의 쉘 내에서 연장되며, 상기 액화 혼합 냉매 유입구 및 유출구 사이에서 상기 예비-냉각 열교환기를 통과하는 액화 혼합 냉매를 냉각하도록 구성되는, 시스템.The method of claim 4,
A single liquefied mixed refrigerant core is configured to cool the liquefied mixed refrigerant passing through the pre-cooled heat exchanger between the liquefied mixed refrigerant inlet and outlet and extending within the shell of both the heated and low-temperature pre-cooling heat exchangers. Being, the system. 제 5 항에 있어서,
상기 가온 및 저온 예비-냉각 열교환기의 쉘의 내부 공간 사이에서 내부 헤드(internal head)가 연장되며, 상기 단일의 액화 혼합 냉매 코어가 상기 내부 헤드를 통해 연장되는, 시스템.The method of claim 5,
An internal head extending between the inner space of the shell of the warm and cold pre-cooling heat exchanger, the single liquefied mixed refrigerant core extending through the inner head. 제 1 항에 있어서,
상기 혼합 냉매 압축 시스템은 추가로, 상기 혼합 냉매 냉각기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 제 2 압축기 또는 압축 단, 및 상기 혼합 냉매 제 2 압축기 또는 압축 단의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 제 2 혼합 냉매 냉각기를 포함하며, 상기 제 2 냉각기는 상기 예비-냉각 열교환기의 액화 혼합 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는, 시스템.The method of claim 1,
The mixed refrigerant compression system further includes a mixed refrigerant second compressor or compression stage having an inlet in fluid communication with an outlet of the mixed refrigerant cooler, and an inlet in fluid communication with an outlet of the mixed refrigerant second compressor or compression stage. A second mixed refrigerant cooler, the second cooler having an outlet in fluid communication with a liquefied mixed refrigerant inlet of the pre-cooling heat exchanger. 제 7 항에 있어서,
상기 예비-냉각 열교환기는 단간(interstage) 혼합 냉매 유입구 및 단간 혼합 냉매 유출구를 포함하고, 상기 혼합 냉매 압축기는 상기 예비-냉각 열교환기의 상기 단간 혼합 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 가지며,
상기 예비-냉각 열교환기의 상기 단간 혼합 냉매 유출구는, 상기 제 2 압축기 또는 제 2 압축 단의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구 및 상기 액화 열교환기의 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 액체 유출구를 갖는 단간 어큐뮬레이터(interstage accumulator)와 유체 연통하는, 시스템.The method of claim 7,
The pre-cooling heat exchanger includes an interstage mixed refrigerant inlet and an interstage mixed refrigerant outlet, and the mixed refrigerant compressor has an outlet in fluid communication with the interstage mixed refrigerant inlet of the pre-cooling heat exchanger,
The interstage mixed refrigerant outlet of the pre-cooling heat exchanger includes a vapor outlet in fluid communication with the inlet of the second compressor or the second compression stage and a liquid outlet in fluid communication with the primary refrigeration passage of the liquefied heat exchanger. A system in fluid communication with an interstage accumulator. 제 1 항에 있어서,
상기 고압 어큐뮬레이터는 액체 유출구를 포함하며,
상기 액화 열교환기는, 상기 고압 어큐뮬레이터의 액체 유출구와 유체 연통하는 유입구 및 상기 액화 열교환기의 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 유출구를 갖는 고압 액체 냉각 통로를 추가로 포함하는, 시스템.The method of claim 1,
The high pressure accumulator comprises a liquid outlet,
The liquefaction heat exchanger further comprises a high pressure liquid cooling passage having an inlet in fluid communication with a liquid outlet of the high pressure accumulator and an outlet in fluid communication with a primary refrigeration passage of the liquefied heat exchanger. 제 1 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매는 프로판, 부탄, 암모니아 또는 클로로플루오로카본인, 시스템.The method of claim 1,
Wherein the pre-cooled refrigerant is propane, butane, ammonia or chlorofluorocarbon. 제 1 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매는 혼합 냉매인, 시스템.The method of claim 1,
The pre-cooled refrigerant is a mixed refrigerant. 제 11 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매 열교환기는 플레이트형 또는 핀형 열교환기인, 시스템.The method of claim 11,
The system, wherein the pre-cooled refrigerant heat exchanger is a plate-type or fin-type heat exchanger. 공급 가스 스트림을 냉각하기 위한 방법으로서,
(a) 예비-냉각 열교환기에서 제 1 냉매를 사용하여 상기 공급 가스 스트림을 예비-냉각하여, 예비-냉각된 공급 가스 스트림을 형성하는 단계; 및
(b) (i) 고압 제 2 냉매 스트림을 상기 예비-냉각 열교환기에서 냉각하여, 냉각된 고압 제 2 냉매 스트림을 형성하는 단계;
(ii) 상기 냉각된 고압 제 2 냉매 스트림을 분리하여, 고압 증기 스트림 및 고압 액체 스트림을 형성하는 단계;
(iii) 상기 고압 증기 스트림을 액화 열교환기에서 냉각하여, 혼합 상 스트림(mixed phase stream)을 형성하는 단계;
(iv) 상기 혼합 상 스트림을 저온 증기 분리기로 분리하여, 저온 분리기 증기 스트림 및 저온 분리기 액체 스트림을 형성하는 단계;
(v) 상기 저온 분리기 증기 스트림을 액화 열교환기에서 제 2 냉매를 사용하여 응축한 다음 플래슁(flashing)하여, 저온 냉매 스트림을 형성하는 단계;
(vi) 상기 저온 냉매 스트림을 상기 액화 열교환기로 보내는 단계;
(vii) 상기 고압 액체 스트림을 과냉각(subcooling)하여 과냉각된 고압 액체 스트림을 형성한 다음, 상기 액화 열교환기에서 상기 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계;
(viii) 상기 저온 분리기 액체 스트림을 과냉각하여 과냉각된 저온 분리기 액체 스트림을 형성한 다음, 상기 액화 열교환기에서 상기 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계; 및
(ix) 상기 예비-냉각된 가스 스트림을 상기 액화 열교환기에서 상기 저온 냉매 스트림과 열적으로 접촉시키는 단계
에 의해 상기 예비-냉각된 공급 가스 스트림을 추가로 냉각하는 단계
를 포함하는 방법.A method for cooling a feed gas stream, comprising:
(a) pre-cooling the feed gas stream with a first refrigerant in a pre-cooled heat exchanger to form a pre-cooled feed gas stream; And
(b) (i) cooling a high pressure second refrigerant stream in the pre-cooling heat exchanger to form a cooled high pressure second refrigerant stream;
(ii) separating the cooled high-pressure second refrigerant stream to form a high-pressure vapor stream and a high-pressure liquid stream;
(iii) cooling the high-pressure vapor stream in a liquefied heat exchanger to form a mixed phase stream;
(iv) separating the mixed phase stream with a cold vapor separator to form a cold separator vapor stream and a cold separator liquid stream;
(v) condensing the low temperature separator vapor stream using a second refrigerant in a liquefied heat exchanger and then flashing to form a low temperature refrigerant stream;
(vi) sending the low temperature refrigerant stream to the liquefied heat exchanger;
(vii) subcooling the high pressure liquid stream to form a supercooled high pressure liquid stream and then combining it with the low temperature refrigerant stream in the liquefied heat exchanger;
(viii) subcooling the low temperature separator liquid stream to form a supercooled low temperature separator liquid stream and then combining it with the low temperature refrigerant stream in the liquefaction heat exchanger; And
(ix) thermally contacting the pre-cooled gas stream with the low temperature refrigerant stream in the liquefied heat exchanger.
Further cooling the pre-cooled feed gas stream by
How to include. 제 13 항에 있어서,
상기 고압 액체 스트림 및 상기 저온 분리기 액체 스트림이 상기 액화 열교환기에서 과냉각되는, 방법.The method of claim 13,
Wherein the high pressure liquid stream and the cold separator liquid stream are subcooled in the liquefaction heat exchanger. 제 13 항에 있어서,
단계 (b)가 추가로
저압 혼합 냉매 스트림을 상기 예비-냉각 열교환기에서 냉각하는 단계,
냉각된 저압 혼합 냉매 스트림을 분리하여, 저압 혼합 냉매 증기 스트림 및 저압 혼합 냉매 액체 스트림을 형성하는 단계,
상기 저압 혼합 냉매 증기 스트림을 압축하여 고압 혼합 냉매 스트림을 형성하는 단계, 및 이어서
상기 고압 혼합 냉매 스트림을 냉각하여 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 형성하고, 상기 저압 혼합 냉매 액체 스트림을 상기 액화 열교환기로 보내는 단계
를 포함하는, 방법.The method of claim 13,
Step (b) is further
Cooling the low pressure mixed refrigerant stream in the pre-cooled heat exchanger,
Separating the cooled low pressure mixed refrigerant stream to form a low pressure mixed refrigerant vapor stream and a low pressure mixed refrigerant liquid stream,
Compressing the low pressure mixed refrigerant vapor stream to form a high pressure mixed refrigerant stream, and then
Cooling the high pressure mixed refrigerant stream to form a cooled high pressure mixed refrigerant stream, and sending the low pressure mixed refrigerant liquid stream to the liquefied heat exchanger
Containing, method. 제 15 항에 있어서,
상기 고압 혼합 냉매 스트림이 상기 예비-냉각 열교환기에서 냉각되어 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 형성하는, 방법.The method of claim 15,
Wherein the high pressure mixed refrigerant stream is cooled in the pre-cooled heat exchanger to form a cooled high pressure mixed refrigerant stream. 제 15 항에 있어서,
상기 고압 혼합 냉매 스트림이 상기 예비-냉각 열교환기 및 상기 액화 열교환기 둘 다에서 냉각되어 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 형성하는, 방법.The method of claim 15,
Wherein the high pressure mixed refrigerant stream is cooled in both the pre-cooled heat exchanger and the liquefied heat exchanger to form a cooled high pressure mixed refrigerant stream. 제 13 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매는 프로판, 부탄, 암모니아 또는 클로로플루오로카본인, 방법.The method of claim 13,
Wherein the pre-cooled refrigerant is propane, butane, ammonia or chlorofluorocarbon. 제 13 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매는 혼합 냉매인, 방법.The method of claim 13,
Wherein the pre-cooled refrigerant is a mixed refrigerant. 제 13 항에 있어서,
단계 (a)는 가온 예비-냉각 열교환기를 사용하는 제 1 예비-냉각 단계 및 저온 예비-냉각 열교환기를 사용하는 제 2 예비-냉각 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 13,
Step (a) comprises a first pre-cooling step using a warm pre-cooling heat exchanger and a second pre-cooling step using a low temperature pre-cooling heat exchanger. 공급 가스를 혼합 냉매로 냉각하기 위한 시스템으로서,
(a) 예비-냉각 냉매의 스트림을 수용하도록 구성된 예비-냉각 냉매 유입구 및 예비-냉각 냉매 유출구, 및 액화 혼합 냉매 유입구 및 액화 혼합 냉매 유출구를 갖는 예비-냉각 열교환기로서, 상기 예비-냉각 냉매를 사용하여 상기 액화 혼합 냉매 유입구 및 유출구 사이에서 상기 예비-냉각 열교환기를 통과하는 액화 혼합 냉매를 냉각하도록 구성된 예비-냉각 열교환기;
(b) 상기 공급 가스의 스트림을 수용하도록 구성된 액화 통로, 1차 냉동 통로, 고압 증기 냉각 통로 및 저온 분리기 증기 냉각 통로를 포함하고, 이때 상기 저온 분리기 증기 냉각 통로는 상기 1차 냉동 통로와 유체 연통하는 유출구를 갖는, 액화 열교환기;
(c)(i) 상기 1차 냉동 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 압축기;
(ii) 상기 혼합 냉매 압축기의 유출구와 유체 연통하는 유입구를 갖는 혼합 냉매 냉각기로서, 상기 예비-냉각 열교환기의 상기 액화 혼합 냉매 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는 혼합 냉매 냉각기; 및
(iii) 상기 예비-냉각 열교환기의 상기 액화 혼합 냉매 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 상기 액화 열교환기의 상기 고압 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구를 갖는, 고압 어큐뮬레이터
를 포함하는 혼합 냉매 압축 시스템; 및
(d) 상기 액화 열교환기의 상기 고압 증기 냉각 통로의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 상기 액화 열교환기의 상기 저온 분리기 증기 냉각 통로의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구, 및 상기 액화 열교환기의 상기 1차 냉동 통로와 연통하는 액체 유출구를 갖는 저온 증기 분리기
를 포함하는 시스템.A system for cooling a supply gas with a mixed refrigerant,
(a) a pre-cooled refrigerant inlet and a pre-cooled refrigerant outlet configured to receive a stream of pre-cooled refrigerant, and a pre-cooled heat exchanger having a liquefied mixed refrigerant inlet and a liquefied mixed refrigerant outlet, comprising: A pre-cooling heat exchanger configured to cool the liquefied mixed refrigerant passing through the pre-cooling heat exchanger between the liquefied mixed refrigerant inlet and the outlet using
(b) a liquefaction passage configured to receive the stream of feed gas, a primary refrigeration passage, a high-pressure steam cooling passage, and a cold separator vapor cooling passage, wherein the cold separator vapor cooling passage is in fluid communication with the primary refrigeration passage. A liquefied heat exchanger having an outlet to;
(c)(i) a mixed refrigerant compressor having an inlet in fluid communication with an outlet of the primary refrigeration passage;
(ii) a mixed refrigerant cooler having an inlet in fluid communication with an outlet of the mixed refrigerant compressor, the mixed refrigerant cooler having an outlet in fluid communication with the liquefied mixed refrigerant inlet of the pre-cooling heat exchanger; And
(iii) a high pressure accumulator having an inlet in fluid communication with an outlet of the liquefied mixed refrigerant of the pre-cooling heat exchanger, and a vapor outlet in fluid communication with an inlet of the high-pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger
A mixed refrigerant compression system comprising a; And
(d) an inlet in fluid communication with an outlet of the high-pressure steam cooling passage of the liquefied heat exchanger, a vapor outlet in fluid communication with an inlet of the low-temperature separator vapor cooling passage of the liquefied heat exchanger, and the primary of the liquefied heat exchanger Low temperature vapor separator having a liquid outlet in communication with the refrigeration passage
A system comprising a. 제 21 항에 있어서,
상기 예비-냉각 열교환기는 또한, 공급 가스 스트림을 수용하도록 구성된 공급 가스 유입구 및 공급 가스 유출구를 포함하며,
상기 예비-냉각 열교환기는 상기 예비-냉각 냉매를 사용하여 상기 공급 가스 유입구와 상기 공급 가스 유출구 사이에서 상기 예비-냉각 열교환기를 통과하는 공급 가스를 냉각하도록 구성되는, 시스템.The method of claim 21,
The pre-cooled heat exchanger also includes a feed gas inlet and a feed gas outlet configured to receive a feed gas stream,
Wherein the pre-cooled heat exchanger is configured to cool a feed gas passing through the pre-cooled heat exchanger between the feed gas inlet and the feed gas outlet using the pre-cooled refrigerant. 제 21 항에 있어서,
상기 예비-냉각 열교환기는 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 열교환기를 포함하는, 시스템.The method of claim 21,
Wherein the pre-cooled heat exchanger comprises a plurality of heat exchangers connected in series or in parallel. 제 21 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매는 프로판, 부탄, 암모니아, 물, 물 글리콜 혼합물, 브롬화리튬 용액, 액체 불화 탄화수소 및 액체 탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택되는, 시스템.The method of claim 21,
The pre-cooled refrigerant is selected from the group consisting of propane, butane, ammonia, water, water glycol mixture, lithium bromide solution, liquid fluorinated hydrocarbon and liquid hydrocarbon. 제 21 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매의 스트림을 상기 예비-냉각 열교환기의 예비-냉각 냉매 유입구로 펌핑하도록 구성되는 펌프
를 추가로 포함하는 시스템.The method of claim 21,
A pump configured to pump the stream of pre-cooled refrigerant to the pre-cooled refrigerant inlet of the pre-cooled heat exchanger
A system further comprising. 제 21 항에 있어서,
기계식 냉각기, 흡착식 냉각기, 열전 냉각기(thermoelectric chiller) 및 열음향 냉동기(thermoacoustic refrigerator)로 이루어진 군 중에서 선택되는 예비-냉각 냉매 시스템
을 추가로 포함하며, 이때 상기 예비-냉각 냉매 시스템은 상기 예비-냉각 냉매를 냉각하도록 구성되는, 시스템.The method of claim 21,
Pre-cooled refrigerant system selected from the group consisting of mechanical coolers, adsorption coolers, thermoelectric chillers and thermoacoustic refrigerators
And wherein the pre-cooled refrigerant system is configured to cool the pre-cooled refrigerant. 공급 가스 스트림을 냉각하기 위한 방법으로서,
(a) 상기 공급 가스 스트림을 액화 열교환기로 보내는 단계;
(b) 고압 혼합 냉매 스트림을 상기 예비-냉각 열교환기에서 냉각하여 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 형성하는 단계; 및
(c) (i) 상기 냉각된 고압 혼합 냉매 스트림을 분리하여, 고압 증기 스트림 및 고압 액체 스트림을 형성하는 단계;
(ii) 상기 고압 증기 스트림을 상기 액화 열교환기에서 냉각하여 혼합 상 스트림을 형성하는 단계;
(iii) 상기 혼합 상 스트림을 저온 증기 분리기로 분리하여, 저온 분리기 증기 스트림 및 저온 분리기 액체 스트림을 형성하는 단계;
(iv) 상기 저온 분리기 증기 스트림을 상기 액화 열교환기에서 응축한 다음 플래슁하여, 저온 냉매 스트림을 형성하는 단계;
(v) 상기 저온 냉매 스트림을 상기 액화 열교환기로 보내는 단계;
(vi) 상기 고압 액체 스트림을 상기 액화 열교환기에서 과냉각하여 과냉각된 고압 액체 스트림을 형성한 다음, 상기 액화 열교환기에서 상기 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계;
(vii) 상기 저온 분리기 액체 스트림을 과냉각하여 과냉각된 저온 분리기 액체 스트림을 형성한 다음, 상기 액화 열교환기에서 상기 저온 냉매 스트림과 조합하는 단계; 및
(viii) 상기 가스 스트림을 상기 액화 열교환기에서 상기 저온 냉매 스트림과 열적으로 접촉시키는 단계
에 의해 상기 공급 가스 스트림을 상기 액화 열교환기에서 냉각하는 단계
를 포함하는 방법.A method for cooling a feed gas stream, comprising:
(a) sending the feed gas stream to a liquefied heat exchanger;
(b) cooling the high pressure mixed refrigerant stream in the pre-cooling heat exchanger to form a cooled high pressure mixed refrigerant stream; And
(c) (i) separating the cooled high pressure mixed refrigerant stream to form a high pressure vapor stream and a high pressure liquid stream;
(ii) cooling the high-pressure vapor stream in the liquefied heat exchanger to form a mixed phase stream;
(iii) separating the mixed phase stream with a cold vapor separator to form a cold separator vapor stream and a cold separator liquid stream;
(iv) condensing the low temperature separator vapor stream in the liquefied heat exchanger and then flashing it to form a low temperature refrigerant stream;
(v) sending the low temperature refrigerant stream to the liquefied heat exchanger;
(vi) subcooling the high pressure liquid stream in the liquefaction heat exchanger to form a supercooled high pressure liquid stream, and then combining it with the low temperature refrigerant stream in the liquefaction heat exchanger;
(vii) subcooling the low temperature separator liquid stream to form a supercooled low temperature separator liquid stream and then combining it with the low temperature refrigerant stream in the liquefaction heat exchanger; And
(viii) thermally contacting the gas stream with the low temperature refrigerant stream in the liquefied heat exchanger.
Cooling the feed gas stream in the liquefied heat exchanger by
How to include. 제 27 항에 있어서,
단계 (a) 전에 상기 공급 가스 스트림을 예비-냉각 열교환기에서 예비-냉각하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 27,
The method further comprising the step of pre-cooling the feed gas stream in a pre-cooling heat exchanger prior to step (a). 제 27 항에 있어서,
단계 (b)는, 기계식 냉각기, 흡착식 냉각기, 열전 냉각기 및 열음향 냉동기로 이루어진 군 중에서 선택되는 예비-냉각 냉매 시스템을 사용하여 냉각되는 예비-냉각 냉매를 사용하여 수행되는, 방법.The method of claim 27,
Step (b) is carried out using a pre-cooled refrigerant cooled using a pre-cooled refrigerant system selected from the group consisting of a mechanical cooler, an adsorption cooler, a thermoelectric cooler and a thermoacoustic refrigerator. 제 29 항에 있어서,
상기 예비-냉각 냉매는, 공랭 또는 물 증발 냉각에 의해 달성될 수 있는 온도보다 더 차가운 온도로 냉각되는, 방법.The method of claim 29,
The method, wherein the pre-cooled refrigerant is cooled to a temperature cooler than can be achieved by air cooling or water evaporative cooling.
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