KR100498148B1 - 극저온 공업용 가스 액화 시스템 - Google Patents

극저온 공업용 가스 액화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100498148B1
KR100498148B1 KR10-2001-0000976A KR20010000976A KR100498148B1 KR 100498148 B1 KR100498148 B1 KR 100498148B1 KR 20010000976 A KR20010000976 A KR 20010000976A KR 100498148 B1 KR100498148 B1 KR 100498148B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
industrial gas
heat exchanger
liquefied
heat exchange
passage
Prior art date
Application number
KR10-2001-0000976A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010070465A (ko
Inventor
죠셉윌리암 쥬니어. 하스
허버트레이몬드 샤우
마이클안토니 마리노
베이램 아르만
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Publication of KR20010070465A publication Critical patent/KR20010070465A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100498148B1 publication Critical patent/KR100498148B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F25J1/0015—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F25J1/0017—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0045—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by vaporising a liquid return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0234—Integration with a cryogenic air separation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/40—Vertical layout or arrangement of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, condensers, heat exchangers etc.

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 공업용 가스를 제 1 및 제 2 압축 시스템을 사용하여 두 수준으로 압축시킨 후 수평 배향 현열교환 통로 및 수직 배향 응축 열교환 통로를 갖는 열교환기에서 처리하는 공업용 가스의 액화 시스템에 관한 것이다.

Description

극저온 공업용 가스 액화 시스템 {CRYOGENIC INDUSTRIAL GAS LIQUEFACTION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 공업용 가스를 액화시키기 위한 극저온 열교환에 관한 것이다.
산소 및 질소와 같은 저비점 가스의 액화는 자본 및 에너지 면에서 모두 집약적이다. 일반적으로, 업자들은 다중 터빈을 사용하고, 액체 팽창기를 사용하므로써 액화기 성능을 개선시키는 문제를 다루었다. 일반적으로, 이러한 시스템에 사용되는 열교환기는 공정 수압 효과로 인해 수직면으로 배향된다. 이러한 종래의 실시는 커다란 구멍의 가온 단부 배관의 배관 길이를 길게 하고 또한 후냉각 열교환기 및 부수 배관을 위한 상당한 풋프린트(footprint) 공간의 이용을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 공업용 가스 액화 시스템보다 설계가 개선되고 비용이 저렴한 공업용 가스 액화 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적은 하기 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 일면은
(A) 공업용 가스를 압축하여 압축된 공업용 가스를 생성시키고, 압축된 공업용 가스의 일부를 추가로 압축하여 압축된 제 1 공업용 가스 부분과 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분을 생성시키는 단계,
(B) 제 1 공업용 가스 부분을 냉각시키고, 냉각된 제 1 공업용 가스 부분을 터보팽창시키고, 터보팽창된 제 1 공업용 가스 부분을 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분과의 수평 역류 흐름의 간접 열교환에 의해 가온시켜 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분을 냉각시키는 단계,
(C) 냉각된 제 2 공업용 가스 부분을 제 1 부분과 제 2 부분으로 분할시켜, 제 1 부분을 터보팽창시키고, 터보팽창된 제 1 부분을 수직 흐름의 냉각된 제 2 공업용 가스 부분의 제 2 부분과의 간접 열교환에 의해 가온시켜 제 2 부분을 액화시키는 단계, 및
(D) 액화된 제 2 공업용 가스 부분을 액화된 공업용 가스 생성물로서 회수하는 단계를 포함하여 공업용 가스를 액화시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 일면은
(A) 수평 배향된 열교환 통로 및 수평 배향된 열교환 통로와 흐름 소통되는 수직 배향된 열교환 통로를 갖는 열교환기,
(B) 제 1 압축 시스템, 제 2 압축 시스템, 공업용 가스를 제 1 압축 시스템으로 제공하고 제 1 압축 시스템으로부터 열교환기의 수평 배향된 통로로 제공하기 위한 수단, 및 공업용 가스를 제 1 압축 시스템으로부터 제 2 압축 시스템으로 제공하고 제 2 압축 시스템으로부터 열교환기의 수평 배향된 통로로 제공하기 위한 수단;
(C) 제 1 터보팽창기, 제 2 터보팽창기, 공업용 가스를 열교환기의 수평 배향된 통로로부터 제 1 터보팽창기로 전달시키고 제 1 터보팽창기로부터 열교환기의 또 다른 수평 배향된 통로로 전달시키기 위한 수단 및 공업용 가스를 열교환기로부터 제 2 터보팽창기로 전달시키고 제 2 터보팽창기로부터 열교환기의 수직 배향된 통로 또는 수평 배향된 통로로 전달시키기 위한 수단, 및
(D) 열교환기의 수직 배향된 통로로부터 액화된 공업용 가스를 회수하기 위한 수단을 포함하여 공업용 가스를 액화시키는 장치에 관한 것이다.
본원에서 사용된 용어 "간접 열교환"은 두 유체가 서로 물리적 접촉 또는 유체 혼합 없이 열교환 관계를 갖게 되는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 " 압축기"는 특정 압력에서 가스상 유체를 수용하고 고압에서 이를 방출시키는 장치를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "터보팽창" 및 "터보팽창기"는 각각 고압 가스의 흐름이 터빈을 통해 가스의 압력 및 온도를 감소시켜 냉각을 발생시키는 방법 및 장치를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "과냉각" 및 "과냉각기"는 각각 액체가 기존 압력에 대한 액체의 포화 온도보다 낮은 온도가 되도록 냉각시키는 방법 및 장치를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "공업용 가스"는 주로 1종 이상의 질소, 산소, 천연 가스 또는 1종 이상의 그 밖의 탄화수소로 구성된 유체를 의미한다.
본 발명은 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 도 1과 관련하여, 공기 분리 플랜트로부터와 같이, 일반적으로 압력이 약 1.38 ×105 Pa (20psia (pounds per square inch absolute)) 이하인 공업용 가스(1), 예를 들어, 질소가 공급 압축기(2) 및 재순환 압축기(3)를 포함하는 제 1 압축 시스템으로 전달된다. 도면에 예시된 구체예에서, 공업용 가스 공급 스트림(1)은 재순환 스트림(4)과 합쳐져 공급 압축기(2)를 통과하는 통합된 스트림(5)을 형성한다.
공급 압축기(2)내에서, 공업용 가스 공급물이 일반적으로 3.45 ×105 내지 5.86 ×105 Pa 범위내의 압력으로 가압되어 형성된 공업용 가스 스트림(6)은 냉각기(7)에서 압축열을 냉각시킨다. 형성된 공업용 가스 스트림(8)은 제 1 압축 시스템의 재순환 압축기(3)로 전달된다. 도 1에 도시된 본 발명의 구체예에서, 중압의 회송 스트림(9), 공기 분리 플랜트로부터의 추가 스트림(10) 및 압축기(3)로부터의 재순환 스트림(11) 모두가 공업용 가스 스트림(8)으로 전달되어 재순환 압축기(3)로 전달되는 공업용 가스 스트림(12)을 형성한다.
재순환 압축기(3)내에서, 스트림(12)에서 공업용 가스는 일반적으로 13.1 ×105 내지 26.2 ×105 Pa 범위내의 압력으로 압축되어 압축된 공업용 가스 스트림(13)을 형성한다. 압축열은 냉각기(14)를 통과하므로써 스트림(13)으로부터 제거되고, 형성된 압축된 공업용 가스 스트림(15)은 제 1 부분(16)과 제 2 부분(17)으로 분할된다.
열교환기(18)는 도 1에서와 같이 구역 1, 2, 3, 4로서 확인된 네개의 구역으로 구성된다. 구역 1에서 열교환 생성물 통로는 수직으로 배향되고, 구역 2, 3 및 4에서 열교환 통로는 수평으로 배향된다. 바람직하게는, 구역 1에서 모든 열교환 통로는 수직으로 배향된다. 그러나, 본 발명은 또한 구역 1에서 회송 스트림이 수평으로 배향되고 생성물 스트림이 수직으로 배향되는 십자 흐름 배향과 수평 분할면으로 실시될 수 있다. 당업자들은 완전 수직 또는 완전 수평에서 약간 벗어나는 것이 발명의 유효성을 지나치게 손상시키기 않고 본 발명의 실시에 허용될 수 있음을 이해할 것이다.
제 1 압축된 공업용 가스 부분(16)은 구역 4의 수평 열교환 통로의 유입구로 전달되어 이 통로를 통과하므로써 냉각되어 냉각된 제 1 압축된 공업용 가스 부분을 형성하고, 이 부분은 열교환기(18)의 구역 4로부터 스트림(19)으로 배출된다. 스트림(19)의 냉각된 제 1 공업용 가스 부분은 가온 또는 제 1 터보팽창기(20)를 통과하므로써 터보팽창되고, 형성된 터보팽창된 제 1 공업용 가스 부분(21)은 열교환기(18)의 구역 3 및 4를 통과하므로써 가온되어 상기 언급된 회송 스트림(9)으로서 나온다.
압축된 제 2 공업용 가스 부분(17)은 도 1에 도시된 구체예에서 가온 부스터 압축기(22) 및 냉각 부스터 압축기(23)를 포함하는 제 2 압축 시스템을 통과하므로써 추가 압축된다. 스트림(17)은 압축기(22)를 통과하므로써 일반적으로 20.68 ×105 내지 87.23 ×105 Pa 범위내의 압력으로 압축되고, 형성된 공업용 가스 스트림(24)은 냉각기(25)를 통과하므로써 압축열이 냉각된다. 형성된 스트림(26)은 압축기를 통과하므로써 일반적으로 31.03 ×105 내지 52.40 ×105 Pa 범위내의 압력으로 압축되어 이로부터 스트림(27)으로 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분으로서 나온다. 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분(27)은 냉각기(28)를 통과하므로써 압축열이 냉각되고, 형성된 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분은 스트림(29)으로 열교환기(18) 구역 4의 수평 열교환 통로로 전달된다.
추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분은 열교환기(18)의 구역 4, 3 및 2를 통과하므로써 상기 기술된 바와 같이 스트림(21)과 같은 역류로 흐르는 가온 스트림과의 간접 열교환에 의해 냉각되어 냉각된 제 2 공업용 가스 부분을 형성하고, 이의 제 1 부분은 열교환기(18)로부터 스트림(30)으로 배출되어 냉각 또는 제 2 터보팽창기(31)로 전달된다. 스트림(30)은 터보팽창기(31)를 통과하므로써 터보팽창되고, 형성된 터보팽창된 스트림(32)은 열교환기(18)의 구역 1내의 바람직하게는 수직 배향된 열교환 통로로 전달된다.
냉각된 제 2 공업용 가스 부분의 잔류하는 또는 제 2 부분은 상기 언급된 스트림(32)과 같은 위로 흐르는 스트림에 바람직하게는 역류하여 열교환기(18)의 구역 1을 하향 통과하고, 간접 열교환에 의해 액화되어, 스트림(33)의 액화된 공업용 가스 제 2 부분을 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각된 공업용 가스 제 2 부분과의 열교환 이후, 스트림(32)은 열교환기(18)의 구역 2를 수평으로 전달된 후, 스트림(21)과 합쳐져 상기 기술된 스트림(9)로서 나오기 전에 열교환기(18)의 구역 3 및 4를 전달된다.
스트림(33)은 액화된 공업용 가스 생성물로서 회수될 수 있다. 도 1은 스트림(33)이 회수되기 전에 과냉각되는 본 발명의 특히 바람직한 구체예를 도시한 것이다. 이러한 특히 바람직한 구체예에 따르면, 조성 및 압력에 따라 액체 또는 유사 액체일 수 있는 스트림(33)은 밸브(34)를 통해 일반적으로 80 내지 120psia 범위내의 압력으로 교축(throttling)되고, 형성된 스트림(35)은 과냉각기(36)를 통과하므로써 과냉각되고, 이로부터 과냉각된 스트림(37)으로서 배출되며, 이의 일부 또는 전부는 스트림(38)으로서 액화된 공업용 가스 생성물로서 회수된다. 도 1에 도시된 구현에서, 스트림(37)이 전부 직접 회수되는 것이 아니라 스트림(37)으로부터의 스트림(39)이 밸브(40)를 통해 일반적으로 16 내지 19psia 범위내의 압력으로 교축되어 과냉각기(36)를 통해 스트림(41)으로서 통과하고, 이것이 간접 열교환에 의해 가온되어 스트림(35)의 과냉각을 수행한다. 형성된 스트림(42)은 과냉각기(36)로부터 열교환기(18)로 전달되고, 바람직하게는 역류로 열교환기(18)를 통과하므로써 상기 언급된 냉각 또는 응축 스트림과의 간접 열교환에 의해 가온된다. 스트림(42)은 열교환기(18)의 구역 1에서 상향으로, 열교환기(18)의 구역 2, 3 및 4에서 수평으로 흘러, 이로부터 가온 스트림(43)으로 나와, 밸브(44)를 통과하여 상기 기술된 바와 같은 재순환 스트림(4)을 형성한다.
현열교환(sensible heat exchange) 구역의 수평 역류 간접 열교환 및 액화기 열교환기의 응축 구역에서의 수직 역류 열교환을 이용하므로써 보다 효율적인 공업용 가스 액화가 달성된다. 냉각 박스 패키지 외측에서 단위 작업에 대해 배관 길이가 보다 짧아질 수 있으며, 장비 스키드(skid) 설계가 용이하게 된다. 현열교환이 최대화되고, 특히 응축 구역에서의 유체 분포가 용이하게 된다.
본 발명은 특히 바람직한 구현을 참조로 상세히 설명되었으나, 평행한 터빈 배치 또한 본 발명을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 극저온 공업용 가스 액화 시스템의 특히 바람직한 일 구체예의 단순화된 개략도이다.
* 주요 도면 부호에 대한 간단한 설명 *
1: 공업용 가스 이송 스트림 2: 공급 압축기
3: 재순환 압축기 14: 냉각기
18: 열교환기 20, 31: 터보팽창기
22, 23: 부스터 압축기 36: 과냉각기
40, 44: 밸브

Claims (10)

  1. (A) 공업용 가스를 압축(2,3)하여 압축된 공업용 가스(13)를 생성시키고, 압축된 공업용 가스의 일부(17)를 추가로 압축(22,23)하여 압축된 제 1 공업용 가스 부분(16)과 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분(27)을 생성시키는 단계,
    (B) 제 1 공업용 가스 부분(16)을 냉각시키고, 냉각된 제 1 공업용 가스 부분(19)을 터보팽창(20)시키고, 터보팽창된 제 1 공업용 가스 부분(21)을 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분(29)과의 수평 역류 흐름의 간접 열교환에 의해 가온시켜 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분을 냉각시키는 단계,
    (C) 냉각된 제 2 공업용 가스 부분을 제 1 부분(30)과 제 2 부분(33)으로 분할시켜, 제 1 부분을 터보팽창(31)시키고, 터보팽창된 제 1 부분(32)을 냉각된 제 2 공업용 가스 부분의 제 2 부분과 수직 흐름으로 간접 열교환에 의해 가온시켜 제 2 부분을 액화시키는 단계, 및
    (D) 액화된 제 2 공업용 가스 부분을 액화된 공업용 가스 생성물(38)로서 회수하는 단계를 포함하여 공업용 가스를 액화시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 액화된 제 2 부분(35)이 액화된 공업용 가스 생성물(38)로서 회수하기 전에 과냉각(36)됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 과냉각된 액화된 제 2 부분의 부분 흐름이 감압(40)된 후, 간접 열교환에 의해 가온(36)되어 액화된 제 2 부분의 과냉각을 수행함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 형성된 가온된 부분 흐름(42)이 제 2 부분의 액화를 보조하기 위해 냉각된 제 2 공업용 가스 부분과 수직 역류 간접 열교환(18)에 의해 추가로 가온됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 형성된 추가 가온된 부분 흐름이 제 2 공업용 가스 부분의 냉각을 보조하기 위해 추가 압축된 제 2 공업용 가스 부분과의 수평 역류 간접 열교환에 의해 추가로 가온됨을 특징으로 하는 방법.
  6. (A) 수평 배향된 열교환 통로 및 수평 배향된 열교환 통로와 흐름 소통되는 수직 배향된 열교환 통로를 갖는 열교환기(18),
    (B) 제 1 압축 시스템(2,3), 제 2 압축 시스템(22,23), 공업용 가스를 제 1 압축 시스템으로 제공하고 제 1 압축 시스템으로부터 열교환기의 수평 배향된 통로로 제공하기 위한 수단(1), 및 공업용 가스를 제 1 압축 시스템으로부터 제 2 압축 시스템으로 제공하고 제 2 압축 시스템으로부터 열교환기(18)의 수평 배향된 통로로 제공하기 위한 수단(17);
    (C) 제 1 터보팽창기(20), 제 2 터보팽창기(31), 공업용 가스를 열교환기의 수평 배향된 통로로부터 제 1 터보팽창기로 전달시키고 제 1 터보팽창기로부터 열교환기의 또 다른 수평 배향된 통로로 전달시키기 위한 수단(19) 및 공업용 가스를 열교환기로부터 제 2 터보팽창기로 전달시키고 제 2 터보팽창기로부터 열교환기의 수직 배향된 통로 또는 수평 배향된 통로로 전달시키기 위한 수단(30), 및
    (D) 열교환기의 수직 배향된 통로로부터 액화된 공업용 가스를 회수하기 위한 수단(35,36,37,38)을 포함하는, 공업용 가스를 액화시키는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 열교환기의 수직으로 배향된 통로로부터 액화된 공업용 가스를 회수하기 위한 수단이 과냉각기(36)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 드로틀 밸브(40), 액화된 공업용 가스를 과냉각기로부터 드로틀 밸브로 전달시키기 위한 수단(39) 및 유체를 드로틀 밸브로부터 다시 과냉각기로 전달시키기 위한 수단(41)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 감압된 액화된 공업용 가스를 과냉각기(36)로부터 열교환기로 전달시키기 위한 수단(42)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 유체를 열교환기로부터 제 1 압축 시스템으로 전달시키기 위한 수단(9,43)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
KR10-2001-0000976A 2000-01-10 2001-01-08 극저온 공업용 가스 액화 시스템 KR100498148B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/479,986 2000-01-10
US09/479,986 US6220053B1 (en) 2000-01-10 2000-01-10 Cryogenic industrial gas liquefaction system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010070465A KR20010070465A (ko) 2001-07-25
KR100498148B1 true KR100498148B1 (ko) 2005-07-01

Family

ID=23906213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0000976A KR100498148B1 (ko) 2000-01-10 2001-01-08 극저온 공업용 가스 액화 시스템

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6220053B1 (ko)
EP (1) EP1116925B1 (ko)
KR (1) KR100498148B1 (ko)
CN (1) CN1138960C (ko)
BR (1) BR0100034A (ko)
CA (1) CA2330261C (ko)
DE (1) DE60111087T2 (ko)
ES (1) ES2239634T3 (ko)
MX (1) MXPA01000242A (ko)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6484533B1 (en) * 2000-11-02 2002-11-26 Air Products And Chemicals, Inc. Method and apparatus for the production of a liquid cryogen
US7637122B2 (en) * 2001-05-04 2009-12-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of a gas and methods relating to same
US7591150B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-22 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US20070107465A1 (en) * 2001-05-04 2007-05-17 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of gas and methods relating to same
US7594414B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
GB0120272D0 (en) * 2001-08-21 2001-10-10 Gasconsult Ltd Improved process for liquefaction of natural gases
DE10148166A1 (de) * 2001-09-28 2003-04-17 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff
AU2008201463B8 (en) * 2002-02-27 2010-07-15 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US6751985B2 (en) 2002-03-20 2004-06-22 Exxonmobil Upstream Research Company Process for producing a pressurized liquefied gas product by cooling and expansion of a gas stream in the supercritical state
US6666046B1 (en) * 2002-09-30 2003-12-23 Praxair Technology, Inc. Dual section refrigeration system
US6668581B1 (en) 2002-10-30 2003-12-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic system for providing industrial gas to a use point
US7134296B2 (en) * 2004-10-13 2006-11-14 Praxair Technology, Inc. Method for providing cooling for gas liquefaction
EP1929227B1 (en) * 2005-08-09 2019-07-03 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process for lng
US7533540B2 (en) * 2006-03-10 2009-05-19 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for enhanced liquid production
DE102006039616B3 (de) * 2006-08-24 2008-04-03 Eberhard Otten Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas
WO2008136884A1 (en) * 2007-05-03 2008-11-13 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process
US9140490B2 (en) * 2007-08-24 2015-09-22 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction processes with feed gas refrigerant cooling loops
US8555672B2 (en) * 2009-10-22 2013-10-15 Battelle Energy Alliance, Llc Complete liquefaction methods and apparatus
US9574713B2 (en) 2007-09-13 2017-02-21 Battelle Energy Alliance, Llc Vaporization chambers and associated methods
US8061413B2 (en) 2007-09-13 2011-11-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchangers comprising at least one porous member positioned within a casing
US9217603B2 (en) 2007-09-13 2015-12-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchanger and related methods
US8899074B2 (en) 2009-10-22 2014-12-02 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of natural gas liquefaction and natural gas liquefaction plants utilizing multiple and varying gas streams
US9254448B2 (en) 2007-09-13 2016-02-09 Battelle Energy Alliance, Llc Sublimation systems and associated methods
WO2009070379A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Exxonmobil Upstream Research Company Integrated lng re-gasification apparatus
CN101608859B (zh) * 2008-06-20 2011-08-17 杭州福斯达实业集团有限公司 高低压氮气双膨胀天然气液化方法
US8623107B2 (en) 2009-02-17 2014-01-07 Mcalister Technologies, Llc Gas hydrate conversion system for harvesting hydrocarbon hydrate deposits
FR2972792B1 (fr) * 2011-03-16 2017-12-01 L'air Liquide Sa Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et appareil de liquefaction de co2
US10655911B2 (en) 2012-06-20 2020-05-19 Battelle Energy Alliance, Llc Natural gas liquefaction employing independent refrigerant path
SG11201503594SA (en) * 2012-09-07 2015-06-29 Keppel Offshore & Marine Technology Ct Pte Ltd System and method for natural gas liquefaction
EP2896453B1 (en) * 2012-09-13 2018-11-07 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation Compressing system, and gas compressing method
US9631863B2 (en) * 2013-03-12 2017-04-25 Mcalister Technologies, Llc Liquefaction systems and associated processes and methods
US20150168058A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour I'etude Et I'exploitation Des Procedes Georges Claude Apparatus for producing liquid nitrogen
EP3183433B1 (en) * 2014-08-22 2019-10-09 Peregrine Turbine Technologies, LLC Power generation system and method for generating power
JP6415329B2 (ja) * 2015-01-09 2018-10-31 三菱重工エンジニアリング株式会社 ガス液化装置及びガス液化方法
CN107848609B (zh) * 2015-06-02 2021-05-11 大宇造船海洋株式会社 船舶、船舶的蒸发气体处理系统及其方法
JP6899335B2 (ja) * 2015-06-02 2021-07-07 デウ シップビルディング アンド マリン エンジニアリング カンパニー リミテッド 船舶
US20170059241A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 GE Oil & Gas, Inc. Gas liquefaction system and methods
CN108369057A (zh) * 2015-10-28 2018-08-03 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于生产液化气体的设备及方法
US10788259B1 (en) * 2015-12-04 2020-09-29 Chester Lng, Llc Modular, mobile and scalable LNG plant
CA3006956C (en) * 2015-12-14 2020-10-27 Exxonmobil Upstream Research Company Expander-based lng production processes enhanced with liquid nitrogen
JP6537639B2 (ja) * 2016-02-09 2019-07-03 三菱重工コンプレッサ株式会社 昇圧システム
CN106091574B (zh) * 2016-06-02 2018-10-30 成都深冷液化设备股份有限公司 一种带压缩热回收的气体液化装置及其液化方法
KR101792708B1 (ko) * 2016-06-22 2017-11-02 삼성중공업(주) 유체냉각장치
US10190600B2 (en) 2016-09-14 2019-01-29 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation Pressure increasing system and method of increasing gas pressure
WO2021126513A1 (en) 2019-12-19 2021-06-24 Praxair Technology, Inc. System and method for supplying cryogenic refrigeration
US11740014B2 (en) * 2020-02-27 2023-08-29 Praxair Technology, Inc. System and method for natural gas and nitrogen liquefaction with independent nitrogen recycle loops
WO2023244883A1 (en) 2022-06-16 2023-12-21 Praxair Technology, Inc. Liquid nitrogen energy storage system and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5802874A (en) * 1996-03-11 1998-09-08 Linde Aktiengesellschaft Process and apparatus for liquefying low boiling gas such as nitrogen
US6044902A (en) * 1997-08-20 2000-04-04 Praxair Technology, Inc. Heat exchange unit for a cryogenic air separation system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677019A (en) 1969-08-01 1972-07-18 Union Carbide Corp Gas liquefaction process and apparatus
GB8418840D0 (en) 1984-07-24 1984-08-30 Boc Group Plc Gas refrigeration
US4778497A (en) 1987-06-02 1988-10-18 Union Carbide Corporation Process to produce liquid cryogen
US4894076A (en) 1989-01-17 1990-01-16 Air Products And Chemicals, Inc. Recycle liquefier process
US5231835A (en) 1992-06-05 1993-08-03 Praxair Technology, Inc. Liquefier process
US5271231A (en) * 1992-08-10 1993-12-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for gas liquefaction with plural work expansion of feed as refrigerant and air separation cycle embodying the same
US5836173A (en) 1997-05-01 1998-11-17 Praxair Technology, Inc. System for producing cryogenic liquid
US5799505A (en) 1997-07-28 1998-09-01 Praxair Technology, Inc. System for producing cryogenic liquefied industrial gas

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5802874A (en) * 1996-03-11 1998-09-08 Linde Aktiengesellschaft Process and apparatus for liquefying low boiling gas such as nitrogen
US6044902A (en) * 1997-08-20 2000-04-04 Praxair Technology, Inc. Heat exchange unit for a cryogenic air separation system

Also Published As

Publication number Publication date
CA2330261C (en) 2003-11-25
ES2239634T3 (es) 2005-10-01
BR0100034A (pt) 2001-08-21
EP1116925A1 (en) 2001-07-18
KR20010070465A (ko) 2001-07-25
US6220053B1 (en) 2001-04-24
CN1138960C (zh) 2004-02-18
CA2330261A1 (en) 2001-07-10
CN1310322A (zh) 2001-08-29
DE60111087T2 (de) 2006-05-04
MXPA01000242A (es) 2004-03-02
DE60111087D1 (de) 2005-07-07
EP1116925B1 (en) 2005-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100498148B1 (ko) 극저온 공업용 가스 액화 시스템
US6370910B1 (en) Liquefying a stream enriched in methane
US7469556B2 (en) Natural gas liquefaction system
CA1286595C (en) Process to produce liquid cryogen
US5836173A (en) System for producing cryogenic liquid
US6378330B1 (en) Process for making pressurized liquefied natural gas from pressured natural gas using expansion cooling
EP1929227B1 (en) Natural gas liquefaction process for lng
US7370494B2 (en) Method and installation for producing, in gaseous form and under high pressure, at least one fluid chosen from oxygen, argon and nitrogen by cryogenic distillation of air
CN101351680B (zh) 低温空气分离法
KR940000841A (ko) 액화방법
KR960001706A (ko) 가압된 가스형 산소의 생산 방법 및 장치
JPH05149678A (ja) 極低温空気分離で生成される窒素流れの液化法
CN101228405B (zh) 生产lng的天然气液化方法
US4758257A (en) Gas liquefaction method and apparatus
EP0134698A1 (en) Refrigeration method and apparatus
JPH06159927A (ja) 低沸点ガスの液化方法及び装置並びに空気分離方法及び装置
US3066492A (en) Process for the liquefaction of a gas
US4606744A (en) Method and apparatus for liquefying a low-boiling gas
US7134296B2 (en) Method for providing cooling for gas liquefaction
AU723241B2 (en) Process and plant for air separation by cryogenic distillation
TWI691356B (zh) 藉由低溫分離空氣獲得壓縮氣體產物之方法及裝置
JPH0339234B2 (ko)

Legal Events

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

Payment date: 20130611

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140610

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150608

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160613

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170613

Year of fee payment: 13