KR101009892B1 - Natural gas liquefaction process - Google Patents

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최건형
이철구
김영균
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양영명
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한국가스공사연구개발원
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Abstract

PURPOSE: A natural gas liquefaction process is provided to improve the efficiency of a liquefaction process while easily managing the liquefaction process. CONSTITUTION: A natural gas liquefaction process is comprised of steps: compressing a mixed-refrigerant by a compression unit; cooling the compressed refrigerant; dividing the cooled into a heavy key refrigerant and a light key refrigerant through a distillation tower; cooling the light key refrigerant through a first heat exchange region; and dividing the light key refrigerant into liquid refrigerant and gas refrigerant; and supplying the divided liquid refrigerant to a dividing unit to dividing precisely refrigerant.

Description

천연가스 액화공정 {NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS}Natural Gas Liquefaction Process {NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS}

본 발명은 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 혼합 냉매를 채용한 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 사용함으로써 액화공정의 구조가 단순하여 시스템이 콤팩트해질 수 있으며 액화시스템의 운전이 용이하면서도 액화공정의 효율이 뛰어난 천연가스 액화공정에 관한 것이다. The present invention relates to a natural gas liquefaction process, and more specifically, by using a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, the structure of the liquefaction process can be simplified, the system can be compact, and the operation of the liquefaction system is easy, but the liquefaction process It relates to a natural gas liquefaction process with excellent efficiency.

천연가스를 액화시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 열역학적 프로세스는 더 높은 효율과 더 큰 용량에 대한 요구를 포함하는 다양한 과제들을 충족시키기 위해 1970년대부터 개발되어 왔다. 이러한 요구, 즉 액화공정의 효율과 용량을 높이기 위해 서로 다른 냉매를 사용하거나 서로 다른 사이클을 사용하여 천연가스를 액화시키는 다양한 시도들이 이루어지고 있으나 현재 실용적으로 사용되고 있는 액화공정의 수는 매우 작다. Thermodynamic processes for liquefying natural gas to produce liquefied natural gas (LNG) have been developed since the 1970s to meet a variety of challenges, including the need for higher efficiency and greater capacity. In order to increase the efficiency and capacity of the liquefaction process, various attempts have been made to liquefy natural gas using different refrigerants or different cycles.

작동 중에 있으면서도 가장 널리 보급된 액화공정 중의 하나는 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process(또는 C3/MR Process)'이다. C3/MR 공정의 기본적인 구조는 도 6에서 도시하고 있는 것과 같다. 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 공급가스는 다단(multi-stage)의 프로판(C3) 줄-톰슨(Joule-Thomson, JT) 사이클에 의해 대략 238 K까지 예냉(pre-cooled)된다. 예냉된 공급가스는 열교환기에서 혼합 냉매(mixed refrigerant, MR)와의 열교환을 통해 123 K까지 액화(liquefied)되고 과냉(sub-cooled)된다. 이러한 C3/MR 공정의 경우에는 단일 냉매를 채용한 냉동 사이클과 혼합 냉매를 채용한 냉동 사이클을 사용하기 때문에 액화공정이 복잡하고 액화시스템의 운영이 어렵다는 단점이 있다. One of the most popular liquefaction processes in operation is the 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process' (or C3 / MR Process). The basic structure of the C3 / MR process is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the feed gas is pre-cooled to approximately 238 K by a multi-stage propane (C3) Joule-Thomson (JT) cycle. The precooled feed gas is liquefied and sub-cooled to 123 K through heat exchange with a mixed refrigerant (MR) in a heat exchanger. The C3 / MR process has a disadvantage in that the liquefaction process is complicated and the operation of the liquefaction system is difficult because a refrigeration cycle employing a single refrigerant and a refrigeration cycle employing a mixed refrigerant are used.

작동 중에 있는 다른 성공적인 액화공정 중의 하나는 'Conoco Phillips'에 의한 것으로서 캐스케이드 공정(Cascade process)에 기초하고 있다. 도 7에서 개념적으로 도시하고 있는 것과 같이, 'Conoco Phillips'의 액화공정은 순수 냉매(pure-component refrigerant)인 메탄(C1), 에틸렌(C2), 및 프로판(C3)을 사용하는 3개의 줄-톰슨 사이클로 구성된다. 이러한 액화공정은 혼합 냉매를 사용하지 않기 때문에 액화공정의 작동에 있어 안전하고 단순하며 신뢰할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 3개의 사이클 각각에 개별적인 압축기, 열교환기 등이 필요하기 때문에 액화시스템의 규모가 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.One of the other successful liquefaction processes in operation is by Conoco Phillips, which is based on the Cascade process. As conceptually shown in FIG. 7, the liquefaction process of 'Conoco Phillips' uses three Joules using methane (C1), ethylene (C2), and propane (C3), which are pure-component refrigerants. It consists of a Thompson cycle. Since the liquefaction process does not use a mixed refrigerant, there is an advantage that the operation of the liquefaction process is safe, simple and reliable. However, there is a disadvantage in that the size of the liquefaction system is inevitably increased because an individual compressor, heat exchanger, etc. are required for each of the three cycles.

작동 중에 있는 또 다른 액화공정 중의 하나는 'Single Mixed Refrigerant Process(또는 SMR Process)'이다. SMR 공정의 기본적인 구조는 도 8에서 도시하고 있는 것과 같다. 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 공급가스는 열교환 영역에서의 혼합 냉매와의 열교환을 통해 액화된다. 이를 위해 SMR 공정에서는 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 사용한다. 이러한 냉동 사이클에서는 혼합 냉매를 압축하고 예냉한 다음, 열교환 영역에서의 열교환을 통해 혼합 냉매를 응축한 후에 팽창시킨다. 팽창된 냉매는 다시 열교환 영역으로 유입되어 예냉된 혼합 냉매를 응축시키고 공급가스를 액화시킨다. 이러한 SMR 공정은 구조가 단순하여 시스템이 콤팩트하다는 장점이 있으나 액화공정의 효율이 좋지 않다는 단점이 있다. Another liquefaction process in operation is the 'Single Mixed Refrigerant Process' (or SMR Process). The basic structure of the SMR process is as shown in FIG. As shown in Fig. 8, the feed gas is liquefied through heat exchange with the mixed refrigerant in the heat exchange region. The SMR process uses one closed loop refrigeration cycle with mixed refrigerant. In this refrigeration cycle, the mixed refrigerant is compressed and precooled and then expanded after condensing the mixed refrigerant through heat exchange in the heat exchange zone. The expanded refrigerant flows back into the heat exchange zone to condense the precooled mixed refrigerant and liquefy the feed gas. This SMR process has the advantage that the system is compact due to its simple structure, but has the disadvantage that the efficiency of the liquefaction process is not good.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 혼합 냉매를 채용한 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 사용하여 액화공정이 단순하고 시스템이 콤팩트하며 액화시스템의 운전이 용이하면서도 액화공정의 효율이 뛰어난 천연가스 액화공정을 제공하는 것이다. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the problem of the present invention is to use a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, the liquefaction process is simple, the system is compact and the operation of the liquefaction system is easy It is to provide a natural gas liquefaction process with excellent efficiency of the liquefaction process.

상술한 본 발명의 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서, 폐 루프 냉동 사이클은, (a) 압축 수단에 의해 혼합 냉매를 압축하는 단계, (b) 단계 (a)를 통해 압축된 냉매를 냉각하는 단계, (c) 단계 (b)를 통해 냉각된 냉매를 분리 수단에 의해 비등점의 차이에 따라 비등점이 높은 헤비 키 냉매 부분과 비등점이 낮은 라이트 키 냉매 부분으로 분리하는 단계, (d) 단계 (c)를 통해 분리된 라이트 키 냉매 부분을 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, (e) 냉각된 라이트 키 냉매 부분을 주 기액 분리기를 통해 기상 냉매 부분과 액상 냉매 부분으로 분리하는 단계, (f) 분리된 액상 냉매 부분을 분리 수단으로 공급하는 단계, (g) 분리된 기상 냉매 부분을 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, (h) 단계 (g)를 통해 냉각된 냉매 부분을 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 응축하는 단계, (i) 단계 (h)를 통해 응축된 냉매 부분을 팽창하는 단계, (j) 단계 (i)를 통해 팽창된 냉매 부분을 제2 열교환 영역으로 유입시키는 단계, (k) 단계 (c)를 통해 분리된 헤비 키 냉매 부분을 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, (l) 단계 (k)를 통해 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, (m) 단계 (j)를 통해 제2 열교환 영역을 통과한 냉매 부분과 단계 (l)을 통해 팽창된 냉매 부분을 혼합하여 제1 열교환 영역으로 유입시키는 단계, 및 (n) 단계 (m)을 통해 제1 열교환 영역을 통과한 냉매를 단계 (a)의 압축 수단으로 유입시키는 단계를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, by using a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant to pre-cool natural gas through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone In the natural gas liquefaction process of liquefying natural gas precooled by heat exchange with the refrigerant | coolant in a 2nd heat exchange area, a closed-loop refrigeration cycle comprises: (a) compressing a mixed refrigerant by a compression means, (b) step cooling the compressed refrigerant through (a), and (c) the heavy-cooled portion having a high boiling point and the light-key refrigerant portion having a low boiling point according to the difference in boiling point by the separating means for separating the cooled refrigerant through (b). (D) cooling the light key refrigerant portion separated through step (c) through heat exchange in the first heat exchange zone, and (e) cooling the light key refrigerant portion cooled. Separating the gaseous refrigerant portion and the liquid phase refrigerant portion through the main liquid separator, (f) supplying the separated liquid refrigerant portion to the separation means, (g) exchanging the separated gaseous refrigerant portion in the first heat exchange zone. Cooling through, (h) condensing the refrigerant portion cooled through step (g) through heat exchange in a second heat exchange zone, (i) expanding the refrigerant portion condensed through step (h), (j) introducing the expanded refrigerant portion through the step (i) into the second heat exchange zone, and (k) cooling the separated heavy key refrigerant portion through the heat exchange in the first heat exchange region through step (c). Step (l) expanding the cooled refrigerant portion through step (k), (m) the refrigerant portion passing through the second heat exchange zone through step (j) and the expanded refrigerant portion through step (l) Mixing and introducing into the first heat exchange zone, and (n) Introducing the refrigerant passing through the first heat exchange zone through step (m) into the compression means of step (a).

여기서 상기 단계 (c)는 분리 수단인 증류탑을 통해 냉매를 헤비 키 냉매 부분과 라이트 키 냉매 부분으로 분리할 수 있다. 그리고 상기 단계 (c)는 냉매를 헤비 키 냉매 부분과 라이트 키 냉매 부분으로 정밀하게 분리하기 위해 상기 단계 (f)를 통해 저온의 액상 냉매 부분을 상기 증류탑으로 공급받을 수 있다. In the step (c), the refrigerant may be separated into a heavy key refrigerant portion and a light key refrigerant portion through a distillation column as a separation means. And step (c) may be supplied to the distillation column of the low temperature liquid refrigerant portion through the step (f) to precisely separate the refrigerant into the heavy key refrigerant portion and the light key refrigerant portion.

또는 상기 단계 (c)는, (c1) 단계 (b)를 통해 냉각된 냉매를 제1 기액 분리기에 의해 하부 스트림과 상부 스트림으로 분리하는 단계, (c2) 단계 (c1)를 통해 분리된 상부 스트림을 제2 기액 분리기에 의해 다시 하부 스트림과 상부 스트림으로 분리하는 단계, (c3) 단계 (c2)를 통해 분리된 하부 스트림을 상기 제1 기액 분리기로 공급하는 단계, (c4) 단계 (c2)를 통해 분리된 상부 스트림을 제3 기액 분리기에 의해 다시 하부 스트림과 상부 스트림으로 분리하는 단계, 및 (c5) 단계 (c4)를 통해 분리된 하부 스트림을 상기 제2 기액 분리기로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 단계 (c1)을 통해 분리된 하부 스트림은 상기 헤비 키 냉매 부분에 해당하고, 상기 단계 (c4)를 통해 분리된 상부 스트림은 상기 라이트 키 냉매 부분에 해당하며, 상기 단계 (f)의 분리된 액상 냉매 부분은 상기 제3 기액 분리기로 공급될 수 있다.Or step (c) comprises (c1) separating the refrigerant cooled through step (b) into a bottom stream and a top stream by means of a first gas-liquid separator, and (c2) a top stream separated through step (c1). Separating into the lower stream and the upper stream by a second gas-liquid separator, (c3) feeding the separated lower stream to the first gas-liquid separator through step (c2), (c4) step (c2) Separating the upper stream separated through the third gas-liquid separator back into the lower stream and the upper stream, and (c5) feeding the separated lower stream through step (c4) to the second gas-liquid separator. Can be. Wherein the bottom stream separated through step (c1) corresponds to the heavy key refrigerant portion, and the top stream separated through step (c4) corresponds to the light key refrigerant portion and the separation of step (f) The liquid refrigerant portion may be supplied to the third gas-liquid separator.

한편 상기 단계 (c)의 분리 수단은 순차적으로 연결된 복수 개의 기액 분리기를 포함할 수 있다. 보다 자세하게는 상기 단계 (c)의 분리 수단은, 상기 단계 (b)를 통해 냉각된 냉매를 공급받아 헤비 키 냉매 부분인 하부 스트림과 상부 스트림으로 분리하는 제1 기액 분리기, 제1 기액 분리기를 통해 분리된 상부 스트림을 공급받아 다시 하부 스트림과 상부 스트림으로 분리하는 제2 기액 분리기, 및 제2 기액 분리기를 통해 분리된 상부 스트림을 공급받아 다시 하부 스트림과 라이트 키 냉매 부분인 상부 스트림으로 분리하는 제3 기액 분리기를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제2 기액 분리기에 의해 분리된 하부 스트림은 상기 제1 기액 분리기로 공급되고, 상기 제3 기액 분리기에 의해 분리된 하부 스트림은 상기 제2 기액 분리기로 공급되며, 주 기액 분리기에 의해 분리된 액상 냉매 부분은 상기 제3 기액 분리기로 공급될 수 있다.Meanwhile, the separating means of step (c) may include a plurality of gas-liquid separators sequentially connected. In more detail, the separating means of step (c) includes a first gas-liquid separator and a first gas-liquid separator which receive the cooled refrigerant through the step (b) and separate it into a lower stream and an upper stream which are heavy key refrigerant parts. A second gas-liquid separator that receives the separated top stream and separates it into the bottom stream and the top stream again; 3 gas-liquid separators. Wherein the bottom stream separated by the second gas-liquid separator is fed to the first gas-liquid separator, and the bottom stream separated by the third gas-liquid separator is fed to the second gas-liquid separator, separated by a main gas-liquid separator. The liquid refrigerant portion may be supplied to the third gas-liquid separator.

그리고 본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 상기 분리 수단을 통해 비등점이 높은 액상 냉매 부분을 사이드 스트림으로 분리하여 상기 단계 (c)를 통해 분리된 헤비 키 냉매 부분과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는 본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 상기 분리 수단을 통해 비등점이 낮은 기상 냉매 부분을 사이드 스트림으로 분리하여 상기 단계 (e)를 통해 분리된 기상 냉매 부분과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. And the natural gas liquefaction process according to the invention may further comprise the step of separating the high boiling point liquid refrigerant portion into the side stream through the separation means and mixing with the heavy key refrigerant portion separated through the step (c). . Alternatively, the natural gas liquefaction process according to the present invention may further comprise the step of separating the gaseous refrigerant portion having a low boiling point through the separation means into a side stream and mixing with the gaseous refrigerant portion separated through step (e).

본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 하나의 냉동 사이클로만 이루어지기 때문에 액화공정이 단순하여 시스템이 콤팩트하고 액화시스템의 운전이 용이하면서도, 분리 수단을 통해 요구되는 조성으로 정밀하게 냉매를 헤비 키 부분과 라이트 키 부분으로 분리한 다음, 하나의 냉매 흐름으로는 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉시키고, 다른 하나의 냉매 흐름으로는 제2 열교환 영역에서 천연가스를 액화시키기 때문에 천연가스의 액화 효율이 우수하다는 효과가 있다. The natural gas liquefaction process according to the present invention is made of only one refrigeration cycle, so the liquefaction process is simple, the system is compact and the operation of the liquefaction system is easy. After separating into the light key portion, the natural gas is liquefied in the first heat exchange region with one refrigerant flow and liquefied with natural gas in the second heat exchange region with the other refrigerant flow, so the liquefaction efficiency of natural gas is excellent. It is effective.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 도 1의 분리 수단의 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 3은 도 1의 분리 수단의 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 4는 도 1의 분리 수단의 제3 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 5은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 6은 종래의 C3/MR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 7은 종래의 캐스케이드 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 8은 종래의 SMR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도1 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a flow chart showing a first modification of the separating means of FIG.
3 is a flow chart showing a second variant of the separating means of FIG.
4 is a flow chart showing a third modification of the separating means of FIG.
5 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention.
6 is a flowchart conceptually illustrating a conventional C3 / MR process.
7 is a flowchart conceptually illustrating a conventional cascade process.
8 is a flowchart conceptually illustrating a conventional SMR process.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있다. 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and may be described by quoting contents described in other drawings under these rules. And it can be omitted that it is determined or repeated to those skilled in the art to which the present invention pertains.

실시예 1Example 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 액화 공정은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스를 액화온도까지 냉각시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정에 적용될 수 있다. 특히 혼합 냉매(mixed refrigerant 또는 multi-component refrigerant)를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여, 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고, 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 적용될 수 있다. 1 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention. The liquefaction process according to the present embodiment is a process for producing liquefied natural gas (LNG) by cooling natural gas to a liquefaction temperature by using a closed loop refrigeration cycle as shown in FIG. Can be applied. In particular, one closed loop refrigeration cycle employing mixed refrigerants or multi-component refrigerants is used to precool the natural gas through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone, and the refrigerant in the second heat exchange zone. It can be applied to the natural gas liquefaction process to liquefy the pre-cooled natural gas through heat exchange with.

이하에서는 위와 같이 한 개의 냉동 사이클을 포함하는 천연가스 액화공정에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화공정을 도 1을 참조하여 설명하도록 한다. 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 혼합 냉매(101)는 우선 압축기(130)에 의해 압축된다. 압축된 냉매(102)는 냉각기(140)에 의해 냉각된다. 냉각기(140)에 의해 냉각된 냉매(103)는 분리 수단(150)으로 유입되어 비등점이 높은 헤비 키(heavy key) 냉매 부분(104)과 비등점이 낮은 라이트 키(light key) 냉매 부분(105)으로 분리된다. 상기 분리 수단(150)은 냉매를 헤비 키 냉매 부분과 라이트 키 냉매 부분으로 분리할 수 있는 증류탑(distillation column)일 수 있으며, 후술할 주 기액 분리기(170)는 이러한 증류탑에 저온의 냉매를 공급하는 일종의 응축기(condenser)로서의 역할을 수행할 수 있다. 참고로 전술한 압축기(130)는 직렬로 연결된 복수 개의 압축기와 냉각기로 구성될 수 있다. 복수 개의 압축기와 냉각기를 직렬로 연결하여 냉매를 다단으로 압축하면 압축기의 소요동력을 감소시킬 수 있다.Hereinafter, a liquefaction process according to an embodiment of the present invention applied to a natural gas liquefaction process including one refrigeration cycle as described above will be described with reference to FIG. 1. As shown in FIG. 1, the mixed refrigerant 101 is first compressed by the compressor 130. The compressed refrigerant 102 is cooled by the cooler 140. The coolant 103 cooled by the cooler 140 flows into the separating means 150 such that a heavy key refrigerant portion 104 having a high boiling point and a light key refrigerant portion 105 having a low boiling point are provided. Separated by. The separating means 150 may be a distillation column (distillation column) that can separate the refrigerant into a heavy key refrigerant portion and a light key refrigerant portion, the main liquid separator 170 to be described later to supply a low-temperature refrigerant to such a distillation column It can serve as a kind of condenser. For reference, the aforementioned compressor 130 may be configured as a plurality of compressors and coolers connected in series. Compressing the refrigerant in multiple stages by connecting a plurality of compressors and coolers in series can reduce the required power of the compressor.

이렇게 분리된 라이트 키 냉매 부분(105)은 제1 열교환 영역(161)에서의 열교환을 통해 냉각된다. 이러한 냉매 부분(105)의 냉각은 제1 열교환 영역(161)으로 유입되는 냉매(113)와의 열교환을 통해 이루어진다. 냉각된 냉매 부분(106)은 주 기액 분리기(170)에 의해 액상 냉매 부분(107)과 기상 냉매 부분(108)으로 분리된다. 상기 주 기액 분리기(170)는 통상의 기액 분리기(vapor-liquid separator), 즉 기체와 액체 사이의 평형을 이용하여 기체 상태 부분과 액체 상태 부분을 분리하는 통상의 기액 분리기일 수 있다. The light key refrigerant portion 105 thus separated is cooled through heat exchange in the first heat exchange region 161. Cooling of the coolant portion 105 is performed through heat exchange with the coolant 113 flowing into the first heat exchange region 161. The cooled refrigerant portion 106 is separated into a liquid refrigerant portion 107 and a gaseous refrigerant portion 108 by a main gas liquid separator 170. The main gas-liquid separator 170 may be a conventional vapor-liquid separator, that is, a conventional gas-liquid separator that separates a gaseous portion and a liquid state portion by using an equilibrium between gas and liquid.

이와 같이 분리된 액상 냉매 부분(107)은 전술한 분리 수단(150)으로 공급된다. 이를 통해 전술한 분리 수단(150)은 저온의 액상 냉매 부분(107)을 공급받아 냉매(103)를 헤비 키 냉매 부분(104)과 라이트 키 냉매 부분(105)으로 정밀하게 분리할 수 있다. 즉, 제1 열교환 영역(161)에서의 열교환을 통해 냉각된 냉매를 공급받는 것에 의해, 다시 말해 외부로부터 냉열을 공급받는 것에 의해, 분리 수단(150)은 냉매를 보다 정밀하게 분리할 수 있다. 이와 같이 정밀하게 냉매를 분리하면 각 열교환 영역(161, 162)에서의 냉매 성능이 높아질 수 있다. The liquid refrigerant portion 107 thus separated is supplied to the aforementioned separation means 150. As a result, the aforementioned separating means 150 may be supplied with the low temperature liquid refrigerant part 107 to precisely separate the refrigerant 103 into the heavy key refrigerant part 104 and the light key refrigerant part 105. That is, the separation means 150 can separate the refrigerant more precisely by receiving the coolant cooled through heat exchange in the first heat exchange region 161, that is, by receiving cold heat from the outside. Thus, if the refrigerant is precisely separated, the performance of the refrigerant in each of the heat exchange areas 161 and 162 may be improved.

상기 주 기액 분리기(170)에 의해 분리된 기상 냉매 부분(108)은 제1 열교환 영역(161)으로 유입되어 냉각된다. 이러한 냉매 부분(108)의 냉각은 제1 열교환 영역(161)으로 유입되는 냉매(113)와의 열교환을 통해 이루어진다. 이렇게 냉각된 냉매 부분(109)은 제2 열교환 영역(162)으로 유입되어 응축된다. 이러한 냉매 부분(109)의 냉각은 제2 열교환 영역(162)으로 유입되는 냉매(111)와의 열교환을 통해 이루어진다. 응축된 냉매 부분(110)은 팽창밸브(181)에 의해 팽창된다. 팽창된 냉매 부분(111)은 제2 열교환 영역(162)으로 유입되어 열교환을 통해 다른 냉매(109)를 응축시키고, 제1 열교환 영역(161)에서의 열교환을 통해 예냉된 천연가스(20)를 액화시킨다. 참고로 액화된 천연가스(30)는 팽창밸브(183)에 의해 팽창된 다음 저장 탱크 등으로 유입된다. The gaseous refrigerant portion 108 separated by the main liquid separator 170 flows into the first heat exchange region 161 and is cooled. The cooling of the coolant portion 108 takes place through heat exchange with the coolant 113 entering the first heat exchange region 161. The coolant portion 109 thus cooled enters and condenses the second heat exchange region 162. The cooling of the refrigerant portion 109 is performed through heat exchange with the refrigerant 111 flowing into the second heat exchange region 162. The condensed refrigerant portion 110 is expanded by the expansion valve 181. The expanded refrigerant portion 111 flows into the second heat exchange region 162 to condense the other refrigerant 109 through heat exchange and to cool the natural gas 20 preheated through heat exchange in the first heat exchange region 161. Liquefy. For reference, the liquefied natural gas 30 is expanded by the expansion valve 183 and then introduced into the storage tank.

한편, 전술한 분리 수단(150)에 의해 분리된 헤비 키 냉매 부분(104)은 제1 열교환 영역(161)에서의 열교환을 통해 냉각된다. 이러한 냉매 부분(104)의 냉각은 제1 열교환 영역(161)으로 유입되는 냉매(113)와의 열교환을 통해 이루어진다. 냉각된 냉매 부분(114)은 팽창밸브(182)에 의해 팽창된다. 팽창된 냉매 부분(115)은 제2 열교환 영역(162)을 통과한 냉매 부분(112)과 혼합된다. 혼합된 냉매 부분(113)은 제1 열교환 영역(161)으로 유입된다. 이러한 냉매 부분(113)은 제1 열교환 영역(161)으로 유입되어 열교환을 통해 다른 냉매들(104, 105, 108)을 냉각시키고, 공급된 천연가스(10)를 예냉시킨 다음, 다시 압축기(130)로 유입된다. On the other hand, the heavy key refrigerant portion 104 separated by the separating means 150 described above is cooled through heat exchange in the first heat exchange region 161. Cooling of the coolant portion 104 is performed through heat exchange with the coolant 113 introduced into the first heat exchange region 161. The cooled refrigerant portion 114 is expanded by the expansion valve 182. The expanded refrigerant portion 115 is mixed with the refrigerant portion 112 that has passed through the second heat exchange region 162. The mixed refrigerant portion 113 enters the first heat exchange region 161. This refrigerant portion 113 flows into the first heat exchange region 161 to cool the other refrigerants 104, 105, 108 through heat exchange, precool the supplied natural gas 10, and then back to the compressor 130. Flows into).

도 2는 도 1의 분리 수단의 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 도 1의 분리 수단(150)은 순차적으로 연결된 복수 개의 기액 분리기(151, 152, 153)로 구성할 수도 있다. 이에 대해 상술하면, 냉각기(140)에 의해 냉각된 냉매 부분(103)은 제1 기액 분리기(151)에 의해 헤비 키 냉매 부분인 하부 스트림(104)과 상부 스트림(121)으로 분리된다. 하부 스트림(104)은 전술한 헤비 키 냉매 부분과 동일하게 제1 열교환 영역(161)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 상부 스트림(121)은 다시 제2 기액 분리기(152)에 의해 하부 스트림(122)과 상부 스트림(123)으로 분리된다. FIG. 2 is a flowchart showing a first modification of the separating means of FIG. 1. As shown in FIG. 2, the separating means 150 of FIG. 1 may be configured by a plurality of gas-liquid separators 151, 152, and 153 sequentially connected. In detail, the coolant portion 103 cooled by the cooler 140 is separated by the first gas-liquid separator 151 into the lower stream 104 and the upper stream 121, which are heavy key refrigerant portions. Bottom stream 104 enters and cools first heat exchange zone 161 in the same manner as the heavy key refrigerant portion described above. The upper stream 121 is again separated into a lower stream 122 and an upper stream 123 by a second gas-liquid separator 152.

제2 기액 분리기(152)에 의해 분리된 하부 스트림(122)은 제1 기액 분리기(151)로 공급되고, 상부 스트림(123)은 제3 기액 분리기(153)로 유입되어 다시 하부 스트림(124)과 라이트 키 냉매 부분인 상부 스트림(105)으로 분리된다. 이렇게 분리된 하부 스트림(124)은 제2 기액 분리기(152)로 공급되고, 상부 스트림(105)은 전술한 라이트 키 냉매 부분과 동일하게 제1 열교환 영역(161)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 주 기액 분리기(170)에서 분리된 액상 냉매 부분(107)은 상기 제3 기액 분리기(153)로 공급된다.The lower stream 122 separated by the second gas-liquid separator 152 is supplied to the first gas-liquid separator 151, and the upper stream 123 is introduced into the third gas-liquid separator 153 and again the lower stream 124. And the upper stream 105 which is part of the light key refrigerant. The lower stream 124 thus separated is fed to a second gas-liquid separator 152 and the upper stream 105 enters and cools into the first heat exchange zone 161 in the same manner as the light key refrigerant portion described above. And the liquid refrigerant part 107 separated from the main gas liquid separator 170 is supplied to the third gas liquid separator 153.

여기서 제1 내지 제3 기액 분리기(151, 152, 153)는 전술한 주 기액 분리기(170)와 동일하게 통상의 기액 분리기일 수 있다. 그리고 전술한 기액 분리기의 개수는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같은 3개로 한정되는 것은 아니다. 이에 대해 상술하면, 도 1의 분리 수단을 전술한 증류탑으로 구성하는 것이 복수 개의 기액 분리기로 구성하는 것보다 콤팩트 하게 액화시스템을 구성할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 증류탑만큼 정밀하게 냉매를 헤비 키 냉매 부분과 라이트 키 냉매 부분으로 분리하기 위해 필요로 하는 기액 분리기의 개수는 구체적인 실시예에 따라 달라질 수 있다. Here, the first to third gas-liquid separators 151, 152, and 153 may be conventional gas-liquid separators similar to the main gas-liquid separator 170 described above. The number of gas-liquid separators described above is not limited to three as shown in FIG. 2. On the other hand, the above-mentioned separation means of the distillation column of FIG. 1 has the advantage that the liquefaction system can be configured more compactly than the plurality of gas-liquid separators. The number of gas-liquid separators required to separate the refrigerant into the heavy key refrigerant portion and the light key refrigerant portion as precisely as the distillation column may vary according to specific embodiments.

예를 들어, 3개 이상의 기액 분리기를 채택할 경우(경우에 따라서는 2개의 기액 분리기만을 채택할 수도 있다) 제1 기액 분리기(151)와 제2 기액 분리기(152) 사이에, 또는 제2 기액 분리기(152)와 제3 기액 분리기(153) 사이에 동일한 구조로 기액 분리기를 추가할 수 있다. 또한 복수 개의 기액 분리기를 사용하는 것으로 인해 통상 액체 상태인 하부 스트림의 이동이 원활하지 않을 경우, 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 펌프(156, 157)를 추가적으로 설치할 수 있다. For example, if three or more gas-liquid separators are employed (in some cases, only two gas-liquid separators may be employed), between the first gas-liquid separator 151 and the second gas-liquid separator 152, or the second gas-liquid A gas-liquid separator may be added in the same structure between the separator 152 and the third gas-liquid separator 153. In addition, when a plurality of gas-liquid separators are not used to move the lower stream, which is usually in a liquid state, pumps 156 and 157 may be additionally installed as shown in FIG. 2.

본 실시예에 따른 액화공정은 전술한 바와 같이 하나의 냉동 사이클로만 이루어지기 때문에 액화공정이 단순하여 시스템이 콤팩트하며 액화시스템의 운전이 용이하다는 장점을 가진다. 또한 본 실시예에 따른 액화공정은, 증류탑으로 구성되는(또는 복수 개의 기액 분리기로 구성되는) 분리 수단을 통해, 요구되는 조성으로 냉매를 헤비 키 부분과 라이트 키 부분으로 정밀하게 분리한 다음, 하나의 냉매 흐름(즉, 저온용 냉매 흐름)으로는 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉시키고, 다른 하나의 냉매 흐름(즉, 초저온용 냉매 흐름)으로는 제2 열교환 영역에서 천연가스를 액화시키기 때문에 천연가스의 액화 효율도 우수하다는 장점이 있다. Since the liquefaction process according to the present embodiment is made of only one refrigeration cycle as described above, the liquefaction process is simple, so that the system is compact and the operation of the liquefaction system is easy. In addition, in the liquefaction process according to the present embodiment, through the separation means consisting of a distillation column (or consisting of a plurality of gas-liquid separator), the refrigerant is precisely separated into a heavy key portion and a light key portion with a desired composition, and then one The refrigerant flow (i.e., low temperature refrigerant flow) precools the natural gas in the first heat exchange region, and the other refrigerant flow (i.e., cryogenic refrigerant flow) liquefies the natural gas in the second heat exchange region. It also has the advantage that the liquefaction efficiency of natural gas is also excellent.

도 3은 도 1의 분리 수단의 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도이고, 도 4는 도 1의 분리 수단의 제3 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 전술한 분리 수단(150)을 통해 냉매의 일부, 즉 비등점이 높은 액상 냉매 부분이 사이드 스트림(128)으로 분리될 수 있다. 이렇게 분리된 사이드 스트림(128)은 분리 수단(150)에 의해 분리된 헤비 키 냉매 부분(104)과 혼합된 다음 제1 열교환 영역(161)으로 유입될 수 있다. 또는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 분리 수단(150)을 통해 냉매의 일부, 비등점이 낮은 기상 냉매 부분이 사이드 스트림(129)으로 분리된 후, 주 기액 분리기(170)에 의해 분리된 기상 냉매 부분(108)과 혼합될 수 있다. 이렇게 혼합된 냉매 부분은 제1 열교환 영역(161)으로 유입되어 냉각된다. 또한 도 3 및 도 4에서 도시하고 있는 두 가지 형태의 사이드 스트림(128, 129) 모두를 하나의 액화 공정에 적용할 수도 있다. 이와 같이 사이드 스트림을 분리하여 냉매의 일부와 혼합하면, 분리 수단의 상부와 하부를 통해 얻어지는 냉매의 조성을 더욱 정교하게 조정할 수 있어 냉각 효율이 높아질 수 있다.
FIG. 3 is a flowchart showing a second modification of the separating means of FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart showing a third modification of the separating means of FIG. 1. As shown in FIG. 3, a portion of the refrigerant, that is, a portion of the liquid refrigerant having a high boiling point, may be separated into the side stream 128 through the aforementioned separation means 150. The separated side stream 128 may be mixed with the separated heavy key refrigerant portion 104 by the separating means 150 and then introduced into the first heat exchange zone 161. Alternatively, as shown in FIG. 4, a portion of the refrigerant, a gaseous refrigerant portion having a low boiling point, is separated into the side stream 129 through the separating means 150, and then the gaseous refrigerant portion separated by the main liquid-liquid separator 170. And mixed with 108. The mixed refrigerant part flows into the first heat exchange region 161 and is cooled. In addition, both types of side streams 128 and 129 shown in FIGS. 3 and 4 may be applied to one liquefaction process. When the side stream is separated and mixed with a part of the refrigerant, the composition of the refrigerant obtained through the upper and lower portions of the separating means can be more precisely adjusted, and thus the cooling efficiency can be increased.

실시예 2Example 2

도 5은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 참고로 전술한 구성과 동일한(또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한(또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 2번의 냉매 압축이 이루어진다는 특징이 있다. 이에 대해 상술하면, 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 혼합 냉매(101)는 우선 압축기(130)에 의해 압축된다. 압축된 냉매(102)는 냉각기(140)에 의해 냉각된다. 5 is a flowchart showing a natural gas liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention. For reference, the same (or equivalent) reference numerals are given to the same (or equivalent) parts as the above-described configuration, and detailed description thereof will be omitted. As illustrated in FIG. 5, the liquefaction process according to the present embodiment is characterized in that the refrigerant is compressed twice. As described above, as shown in FIG. 5, the mixed refrigerant 101 is first compressed by the compressor 130. The compressed refrigerant 102 is cooled by the cooler 140.

냉각기(140)에 의해 냉각된 냉매(1031)는 부 기액 분리기(172)를 통해 기상 냉매 부분(1032)과 액상 냉매 부분(1035)으로 분리된다. 분리된 냉매 부분(1032)은 압축기(132)에 의해 이차적으로 압축된다. 압축된 냉매(1033)는 냉각기(142)에 의해 이차적으로 냉각된다. 냉각기(142)에 의해 냉각된 냉매(1034)는 전술한 분리 수단(150)으로 유입되어 헤비 키 냉매 부분(1041)과 라이트 키 냉매 부분(105)으로 분리된다. 그리고 헤비 키 냉매 부분(1041)은 부 기액 분리기(172)에 의해 분리된 액상 냉매 부분(1035)과 혼합된 다음 제1 열교환 영역(161)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같이 구성하면 저온용 냉매를 압축하기 위해 소요되는 일의 양을 줄일 수 있기 때문에 전체적인 액화 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
The refrigerant 1031 cooled by the cooler 140 is separated into the gaseous refrigerant portion 1032 and the liquid refrigerant portion 1035 through the air liquid separator 172. The separated refrigerant portion 1032 is secondarily compressed by the compressor 132. The compressed refrigerant 1033 is secondarily cooled by the cooler 142. The coolant 1034 cooled by the cooler 142 flows into the separating means 150 described above and is separated into a heavy key coolant portion 1041 and a light key coolant portion 105. The heavy key refrigerant portion 1041 is then mixed with the liquid refrigerant portion 1035 separated by the air liquid separator 172 and then introduced into the first heat exchange zone 161 to cool. This configuration has the advantage of increasing the overall liquefaction efficiency because it can reduce the amount of work required to compress the low-temperature refrigerant.

전술한 실시예 1에 따른 액화공정, 실시예 2에 따른 액화공정, 도 6에 따른 종래의 C3/MR 공정, 그리고 도 8에 따른 종래의 SMR 공정을 대비한 결과는 아래 표와 같다. 아래 표는 종래의 SMR 공정의 단위 LNG당 소요동력(kWh/kg LNG)을 '1'로(즉, 100%) 가정하였을 때의 대비 결과이다. 여기서 실시예 1에 따른 액화공정의 경우에는 혼합 냉매가 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3) 및 질소(N2)를 포함하고, 실시예 2에 따른 액화공정의 경우에는 혼합 냉매가 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3), 부탄(C4), 펜탄(C5) 및 질소(N2)를 포함한다. 그리고 실시예 1, 2에 따른 액화공정에 사용되는 분리 수단은 통상의 증류탑으로 설정하였다. 아래 표로 정리한 것과 같이 종래의 액화공정과 대비하더라도 본 실시예에 따른 액화공정은 뛰어난 효율을 가진다. 참고로 아래 대비 결과는 각 공정에 있어 혼합 냉매의 성분을 어떻게 결정할 것인가, 또는 압축기의 성능을 어떻게 결정할 것인가 등에 따라 일부 차이가 있을 수 있다.
The results of comparing the liquefaction process according to Example 1, the liquefaction process according to Example 2, the conventional C3 / MR process according to FIG. 6, and the conventional SMR process according to FIG. 8 are as follows. The table below shows the result of assuming that the required power per unit LNG (kWh / kg LNG) of the conventional SMR process is '1' (ie, 100%). In the liquefaction process according to Example 1, the mixed refrigerant includes methane (C1), ethane (C2), propane (C3), and nitrogen (N2). In the case of the liquefaction process according to Example 2, the mixed refrigerant is Methane (C1), ethane (C2), propane (C3), butane (C4), pentane (C5) and nitrogen (N2). And the separation means used for the liquefaction process of Examples 1 and 2 was set to the usual distillation column. As summarized in the table below, the liquefaction process according to the present embodiment has excellent efficiency even in comparison with a conventional liquefaction process. For reference, the comparison result may have some differences depending on how to determine the components of the mixed refrigerant in each process or how to determine the performance of the compressor.

구분division 성능 지표 (단위: %)
[단위 LNG 생산량 대비 소요동력비)Performance Index (Unit:%)
(Required power ratio to unit LNG output)
종래의 SMR 공정 (도 8 참조)
Conventional SMR Process (see Figure 8)

100
100
종래의 C3/MR 공정 (도 6 참조)
Conventional C3 / MR Process (see Figure 6)

60.9
60.9
실시예 1에 따른 액화공정 (도 1 참조)
Liquefaction process according to Example 1 (see FIG. 1)

89.0
89.0
실시예 2에 따른 액화공정 (도 5 참조)
Liquefaction process according to Example 2 (see FIG. 5)

68.9
68.9

한편, 실시예 1에 따른 액화공정의 혼합 냉매와 실시예 2에 따른 액화공정의 혼합 냉매 사이에는 위에서 기재한 것과 같이 그 성분에 차이가 있을 수 있다. 즉, 실시예 2에 따른 액화공정의 혼합 냉매는 부탄(C4), 펜탄(C5)을 더 포함할 수 있다. 이러한 성분 차이에 대해 상술하면, 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매는, 저온 영역에서는 뛰어난 냉각 효율을 가질 수 있지만, 천연가스가 액화되는 초저온 영역에서는 고체화될 수 있다는 문제가 있다. 그러나 실시예 2에 따른 액화공정을 사용할 경우, 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매를 혼합 냉매로부터 정교하게 분리할 수 있기 때문에, 고체화되지 않은 저온 영역에서는 많은 양의 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매가 흐르도록, 그리고 고체화될 수 있는 초저온 영역에서는 고체화되지 않을 정도로 적은 양의 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매가 흐르도록 할 수 있으며, 이에 따라 많은 양의 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매를 혼합 냉매에 적용할 수 있기 때문에 저온 영역에서의 냉매 성능이 향상될 수 있다. On the other hand, between the mixed refrigerant of the liquefaction process according to Example 1 and the mixed refrigerant of the liquefaction process according to Example 2 may have a difference in its components as described above. That is, the mixed refrigerant in the liquefaction process according to the second embodiment may further include butane (C4), pentane (C5). With respect to such component differences, the butane (C4) and pentane (C5) refrigerants may have excellent cooling efficiency in the low temperature region, but may be solidified in the ultra low temperature region where natural gas is liquefied. However, when the liquefaction process according to Example 2 is used, butane (C4) and pentane (C5) refrigerants can be precisely separated from the mixed refrigerant, so that a large amount of butane (C4) and pentane ( C5) It is possible to allow a small amount of butane (C4) and pentane (C5) refrigerants to flow through the refrigerant and in the cryogenic region where it may be solidified, thereby increasing the amount of butane (C4) and pentane. (C5) Since the coolant can be applied to the mixed coolant, the coolant performance in the low temperature region can be improved.

다만 종래의 액화공정에 비해 상대적으로 증가된 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매는 압축에 의한 약간의 압력 상승으로도 액화될 수 있다는 문제가 있는데, 실시예 2에 따른 액화공정에서는 냉매를 일단 기체 부분과 액체 부분으로 분리한 이후에 기체 부분만 추가 압축할 수 있기 때문에 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. 즉, 실시예 2의 액화공정에서는 약간의 압축으로도 액화될 수 있는 냉매 부분을 먼저 분리한 다음에 기체 부분만을 따로 추가 압축하는 구조를 가지고 있기 때문에, 위와 같은 문제 없이 부탄(C4), 펜탄(C5) 냉매를 사용할 수 있으며, 이에 따라 저온 영역에서의 냉각 효율을 높일 수 있고, 전체적인 소요 동력도 줄일 수 있다.
However, compared to the conventional liquefaction process, butane (C4) and pentane (C5) refrigerants, which are relatively increased, may be liquefied even with a slight pressure increase due to compression. The above problem can be solved because only the gas part can be further compressed after separation into the gas part and the liquid part. That is, in the liquefaction process of Example 2, since the refrigerant portion, which can be liquefied even with a slight compression, is first separated and then the gas portion is additionally compressed, butane (C4) and pentane ( C5) Refrigerant can be used, thereby increasing the cooling efficiency in the low temperature region and reducing the overall power consumption.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but a person of ordinary skill in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should be understood by the claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

130: 압축기 140: 냉각기
150: 분리 수단 161: 제1 열교환 영역
162: 제2 열교환 영역 170: 주 기액 분리기
181, 182, 183: 팽창밸브130: compressor 140: cooler
150 separation means 161 first heat exchange zone
162: second heat exchange zone 170: main gas liquid separator
181, 182, 183: expansion valve

Claims (8)

혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
(a) 압축 수단에 의해 혼합 냉매를 압축하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)를 통해 압축된 냉매를 냉각하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)를 통해 냉각된 냉매를 분리 수단인 증류탑(distillation column)을 통해 비등점의 차이에 따라 비등점이 높은 헤비 키(heavy key) 냉매 부분과 비등점이 낮은 라이트 키(light key) 냉매 부분으로 분리하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)를 통해 분리된 라이트 키 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계;
(e) 냉각된 라이트 키 냉매 부분을 주 기액 분리기를 통해 기상 냉매 부분과 액상 냉매 부분으로 분리하는 단계;
(f) 분리된 액상 냉매 부분을 상기 분리 수단에 의한 정밀한 냉매 분리를 위해 상기 분리 수단으로 공급하는 단계;
(g) 분리된 기상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계;
(h) 상기 단계 (g)를 통해 냉각된 냉매 부분을 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 응축하는 단계;
(i) 상기 단계 (h)를 통해 응축된 냉매 부분을 팽창하는 단계;
(j) 상기 단계 (i)를 통해 팽창된 냉매 부분을 상기 제2 열교환 영역으로 유입시키는 단계;
(k) 상기 단계 (c)를 통해 분리된 헤비 키 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계;
(l) 상기 단계 (k)를 통해 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계;
(m) 상기 단계 (j)를 통해 상기 제2 열교환 영역을 통과한 냉매 부분과 상기 단계 (l)을 통해 팽창된 냉매 부분을 혼합하여 상기 제1 열교환 영역으로 유입시키는 단계; 및
(n) 상기 단계 (m)을 통해 상기 제1 열교환 영역을 통과한 냉매를 상기 단계 (a)의 압축 수단으로 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.One closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant precools natural gas through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone and precools through heat exchange with the refrigerant in the second heat exchange zone. In the natural gas liquefaction process for liquefying the natural gas,
The closed loop refrigeration cycle,
(a) compressing the mixed refrigerant by compression means;
(b) cooling the refrigerant compressed through the step (a);
(c) a portion of the heavy key refrigerant having a high boiling point and a light key having a low boiling point according to a difference in boiling point through a distillation column, which is a separating means, of the refrigerant cooled through the step (b). Separating into a refrigerant portion;
(d) cooling the light key refrigerant portion separated through step (c) through heat exchange in the first heat exchange zone;
(e) separating the cooled light key refrigerant portion into a gaseous refrigerant portion and a liquid phase refrigerant portion through a main liquid separator;
(f) feeding the separated liquid refrigerant portion to the separating means for precise refrigerant separation by the separating means;
(g) cooling the separated gaseous refrigerant portion through heat exchange in the first heat exchange zone;
(h) condensing the refrigerant portion cooled through step (g) through heat exchange in the second heat exchange zone;
(i) expanding the portion of the refrigerant condensed through step (h);
(j) introducing a portion of the refrigerant expanded through step (i) into the second heat exchange zone;
(k) cooling the heavy key refrigerant portion separated through step (c) through heat exchange in the first heat exchange zone;
(l) expanding the cooled refrigerant portion through step (k);
(m) mixing the refrigerant portion passing through the second heat exchange region through the step (j) and the refrigerant portion expanded through the step (l) into the first heat exchange region; And
(n) natural gas liquefaction process comprising the step of introducing the refrigerant passing through the first heat exchange zone through the step (m) to the compression means of the step (a). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 분리 수단을 통해 비등점이 높은 액상 냉매 부분을 사이드 스트림으로 분리하여 상기 단계 (c)를 통해 분리된 헤비 키 냉매 부분과 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.The method according to claim 1,
And separating the liquid boiling portion having a high boiling point through the separation means into a side stream and mixing the separated heavy key refrigerant portion through the step (c). 청구항 1에 있어서,
상기 분리 수단을 통해 비등점이 낮은 기상 냉매 부분을 사이드 스트림으로 분리하여 상기 단계 (e)를 통해 분리된 기상 냉매 부분과 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
And separating the gaseous refrigerant portion having a low boiling point through the separation means into a side stream and mixing the gaseous refrigerant portion separated through the step (e).
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