KR101056890B1 - Natural gas liquefaction process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 혼합 냉매를 채용한 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 사용함으로써 액화공정의 구조가 단순하여 시스템이 콤팩트해질 수 있고 액화시스템의 운전이 용이하면서도 액화공정의 효율이 뛰어난 천연가스 액화공정에 관한 것이다.The present invention relates to a natural gas liquefaction process, and more particularly, by using a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, the structure of the liquefaction process is simple, 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 현재까지 지속적으로 이루어지고 있으나 실용적으로 사용되고 있는 액화공정의 수는 매우 적다. 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. little.
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 10에서 도시하고 있는 것과 같다. 도 10에서 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. 10, 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 11에서 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 illustrated in FIG. 11, 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 12에서 도시하고 있는 것과 같다. 도 12에서 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. 12, 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, 상기 폐 루프 냉동 사이클은, 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계, 액상 냉매 부분을 이용하여 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉하는 예냉 단계, 기상 냉매 부분을 이용하여 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계, 예냉 단계 이후에 예냉 단계를 통해 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계, 액화 단계 이후에 액화 단계를 통해 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계, 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계, 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 추가 분리하는 추가 분리 단계, 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 이용하여 제1 열교환 영역에서 천연가스를 추가적으로 예냉하는 추가 예냉 단계, 추가 예냉 단계 이후에 추가 예냉 단계를 통해 천연가스를 추가적으로 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제3 압축 단계, 및 추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 부분적으로 응축하는 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 through the heat exchange with the refrigerant | coolant in a 2nd heat exchange area, the said closed-loop refrigeration cycle isolate | separates the partially condensed mixed refrigerant into the liquid refrigerant | coolant part and gaseous-phase refrigerant part. Separation step, pre-cooling step of pre-cooling the natural gas in the first heat exchange zone using the liquid refrigerant portion, liquefaction step of liquefying natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone using the gaseous refrigerant section, pre-cooling step after the pre-cooling step The first compression step of compressing the refrigerant portion of the pre-cooled natural gas through the liquefaction step after the liquefaction step A second compression step of compressing the refrigerant part liquefied gas, a mixing step of mixing respective refrigerant parts compressed through the first and second compression steps, and the mixed refrigerant part through the mixing step, the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part An additional pre-cooling step for further precooling the natural gas in the first heat exchange zone by using a liquid refrigerant portion separated through the additional separation step, and further pre-cooling step after the additional pre-cooling step. And a third compression step of compressing the precooled refrigerant portion, and partially condensing the separated gaseous refrigerant portion through a further separation step.
여기서 상기 추가 예냉 단계는, 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제1 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함한다. 그리고 상기 분리 단계는 상기 응축하는 단계를 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하고, 상기 혼합 단계는 상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분과 상기 제3 압축 단계를 통해 압축된 냉매 부분을 함께 혼합하며, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분, 그리고 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에, 그리고 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합된다.Wherein the further precooling step comprises: cooling the liquid refrigerant portion separated through the additional separation step through heat exchange in the first heat exchange zone, expanding the cooled refrigerant portion, and expanding the expanded refrigerant portion and the natural Cooling the natural gas by exchanging gas in the first heat exchange zone. And the separating step separates the partially condensed refrigerant part into the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part through the condensing step, and the mixing step comprises the respective refrigerant parts compressed by the first and second compression steps and the The refrigerant portion compressed through the third compression step is mixed together, and the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion separated through the separation step, and the liquid refrigerant portion separated through the additional separation step are separated through the separation step. Thereafter, and after being separated through the further separation step, they are mixed together via independent loops without mixing with each other in the mixing step.
본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 혼합 냉매를 채용한 하나의 냉동 사이클을 사용하기 때문에 액화공정의 구조가 단순하고 시스템이 콤팩트하면서도 시스템의 운전이 용이할 뿐만 아니라, 혼합 냉매가 두 개의 냉매 부분으로 분리된 다음에는 냉매 부분 사이의 혼합 없이 각각 개별적으로 응축(냉각), 팽창, 열교환 및 압축의 단계가 진행되기 때문에 분리된 냉매 부분에 대해 각각 최적의 온도 및 압력 등에 대한 조건을 적용할 수 있으며, 이에 따라 액화공정의 효율을 향상시킬 수 있다.The natural gas liquefaction process according to the present invention uses a single refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, so the structure of the liquefaction process is simple, the system is compact, and the operation of the system is easy, and the mixed refrigerant is divided into two refrigerant parts. After the separation, the steps of condensation (cooling), expansion, heat exchange and compression are performed separately without mixing between the refrigerant parts, so that the conditions for optimum temperature and pressure can be applied to the separated refrigerant parts, respectively. Thereby, the efficiency of a liquefaction process can be improved.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 3은 도 2에 따른 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 4는 도 2에 따른 액화공정에 대한 다른 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 5는 도 2에 따른 액화공정에 대한 또 다른 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 6 및 도 7은 전술한 실시예들을 대표할 수 있는 기본 개념을 도시하고 있는 흐름도
도 8 및 도 9는 전술한 실시예들에 따른 액화공정이 전체 액화공정의 일부로서 사용되는 경우를 예시하고 있는 흐름도
도 10은 종래의 C3/MR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 11는 종래의 캐스케이드 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 12는 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 flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention.
3 is a flowchart showing a modification of the liquefaction process according to FIG.
4 is a flow chart showing another modification to the liquefaction process according to FIG.
FIG. 5 is a flow chart showing another variant of the liquefaction process according to FIG.
6 and 7 are flowcharts illustrating basic concepts that can represent the above-described embodiments.
8 and 9 are flowcharts illustrating the case where the liquefaction process according to the above-described embodiments is used as part of the overall liquefaction process.
10 is a flowchart conceptually illustrating a conventional C3 / MR process.
11 is a flowchart conceptually illustrating a conventional cascade process.
12 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 액화공정은 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. 그리고 본 실시예에 따른 액화공정은 추가적으로 혼합 냉매를 냉각하거나 또는 천연가스를 냉각하는 보조 냉동 사이클을 더 포함할 수도 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. The liquefaction process according to the present embodiment may further include an auxiliary refrigeration cycle for cooling the mixed refrigerant or cooling the natural gas.
이하에서는 위와 같이 한 개의 냉동 사이클을 포함하는 천연가스 액화공정에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화공정을 도 1을 참조하여 설명하도록 한다. 부분적으로 응축된 혼합 냉매는 분리 수단(110)으로 유입되어 비등점의 차이에 따라 제1 냉매 부분과, 제1 냉매 부분보다 비등점이 낮은 제2 냉매 부분으로 분리된다. 즉, 부분적으로 응축된 혼합 냉매는 분리 수단(110)을 통해 비등점이 높기 때문에 액상 냉매 부분으로 분리되는 제1 냉매 부분과, 비등점이 낮기 때문에 기상 냉매 부분으로 분리되는 제2 냉매 부분으로 나뉘어질 수 있다. 이러한 분리 수단(110)은 통상의 기액 분리기(vapor-liquid separator)일 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. The partially condensed mixed refrigerant flows into the separating means 110 and is separated into a first refrigerant portion and a second refrigerant portion having a lower boiling point than the first refrigerant portion according to the difference in boiling point. That is, the partially condensed mixed refrigerant may be divided into a first refrigerant portion separated into the liquid refrigerant portion because of the high boiling point through the separating means 110 and a second refrigerant portion separated into the gaseous refrigerant portion because of the low boiling point. have. Such separation means 110 may be a conventional vapor-liquid separator.
이렇게 분리된 제1 냉매 부분은 일련의 냉각 과정과 팽창 과정을 거친 다음 열교환을 통해 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉시킬 수 있다. 이에 대해 상술하면 분리된 제1 냉매 부분은 분리 수단(110)과 제1 열교환 영역(121)을 연결하는 도관(161)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입된다. 그리고 제1 냉매 부분은 제1 열교환 영역(121)에서의 열교환을 통해 냉각된다. 이러한 냉매 부분의 냉각은 도관(163, 175)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되는 냉매와의 열교환을 통해 이루어진다. 냉각된 냉매 부분은 도관(162)을 통해 팽창 수단(131)으로 유입되어 팽창된다. 이때 팽창 수단(131)은 통상의 팽창 밸브(expansion valve)일 수 있다. The separated first refrigerant part may undergo a series of cooling and expansion processes and then precool the natural gas in the first heat exchange area through heat exchange. As described above, the separated first refrigerant part is introduced into the first
팽창된 냉매 부분은 도관(163)을 통해 다시 제1 열교환 영역(121)으로 유입된다. 제1 열교환 영역(121)으로 유입된 냉매 부분은 제1 열교환 영역(121)에서 열교환을 통해 다른 냉매들을 냉각시키고 천연가스를 예냉시킨다. 제1 열교환 영역(121)에서의 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(164)을 통해 제1 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다. 이때 제1 압축 수단(141)은 통상의 압축기(compressor)일 수 있으며, 후술할 제2 압축 수단(142)도 동일하게 통상의 압축기일 수 있다. 그리고 제1 및 제2 압축 수단은 복수 개의 압축기와 냉각 수단이 직렬로 연결된 형태를 가질 수도 있다. 이와 같이 구성하여 냉매 부분을 다단으로 압축하면 압축기의 소요동력이 감소될 수 있다. The expanded refrigerant portion enters the first
그리고 분리된 제2 냉매 부분은 도관(171)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각된다. 이러한 냉매 부분의 냉각은 도관(163, 175)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되는 냉매와의 열교환을 통해 이루어진다. 냉각된 냉매 부분은 도관(172)을 통해 제2 열교환 영역(122)으로 유입되어 응축된다. 이러한 냉매 부분의 응축은 도관(174)을 통해 제2 열교환 영역(122)으로 유입되는 냉매와의 열교환을 통해 이루어진다. 응축된 냉매 부분은 도관(173)을 통해 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다. 이때 팽창 수단(132)은 통상의 팽창 밸브(expansion valve)일 수 있다. 팽창된 냉매 부분은 도관(174)을 통해 다시 제2 열교환 영역(122)으로 유입되어 열교환을 통해 다른 냉매들을 응축시키고 예냉된 천연가스를 액화시킨다. 참고로 액화된 천연가스는 팽창 밸브(136)에 의해 팽창된 다음 저장 탱크 등으로 유입될 수 있다. The separated second refrigerant part is introduced into the first
전술한 2개의 열교환 영역(121, 122)은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 하나의 열교환 수단(120) 내에 구비될 수도 있고, 또는 2개의 열교환 수단 내에 각각 구비될 수도 있다. 또한 상기 열교환 수단은 통상의 열교환기(heat exchanger)일 수 있다. 그리고 도시의 편의를 위해 열교환 영역 내에서 실제 열교환이 이루어지는 부분은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 삼각파와 유사한 형태로 나타내고, 열교환 영역 내에서 실제 열교환이 이루어지지 않는 부분은 직선으로 나타낸다. 예를 들어, 도 1의 열교환 수단(120) 내에서 직선으로 나타낸 부분은 실제로는 제2 열교환 영역(122)을 통과하지 않으나, 즉 다른 냉매 등과의 열교환이 이루어지지 않으나, 단순히 도시의 편의를 위해 제2 열교환 영역(122)을 통과하는 것처럼 도시한다. The two
제2 열교환 영역(122)에서의 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(175)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 열교환을 통해 다른 냉매들을 추가적으로 냉각시키거나 천연가스를 추가적으로 예냉시킬 수 있다. 제2 열교환 영역(122)에서 다른 냉매와 천연가스를 냉각시킨 냉매 부분은 열교환 이후에도 충분히 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 위와 같이 제1 열교환 영역(121)으로 유입되더라도 다른 냉매나 천연가스를 냉각시킬 수 있다. 이러한 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(176)을 통해 제2 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다. 다만 경우에 따라서는 제2 열교환 영역(122)에서의 열교환을 마친 냉매 부분을 바로, 즉 제1 열교환 영역(121)을 거치지 않고 제2 압축 수단(142)으로 유입시킬 수도 있다. The refrigerant portion having completed the heat exchange in the second
제1 압축 수단(141)을 통해 압축된 제1 냉매 부분과 제2 압축 수단(142)을 통해 압축된 제2 냉매 부분은 도관(165, 177)을 통해 각각 냉각 수단(146, 147)으로 유입되어 냉각되며, 이러한 냉각에 따라 각 냉매 부분은 부분적으로 응축될 수 있다. 이러한 냉각 수단(146, 147)은 통상의 냉각기일 수 있다. 그런 다음 각각의 냉매 부분은 혼합 수단을 통해 하나의 냉매 부분으로 혼합된다. 이러한 혼합 수단은 통상의 혼합기(mixer)일 수 있다. 또는 이러한 혼합 수단은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 도관 사이의 연결, 즉 상호 연결되어 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분의 혼합을 유도하는 두 도관(166, 178)을 의미할 수도 있다. 이와 같이 혼합된 냉매 부분은 부분적으로 응축된 상태로 도관(167)을 통해 분리 수단(110)으로 유입되어 전술한 냉동 사이클을 반복한다. The first refrigerant portion compressed through the first compression means 141 and the second refrigerant portion compressed through the second compression means 142 enter the cooling means 146, 147 through the
본 실시예에 따른 액화공정은 전술한 바와 같이 하나의 냉동 사이클로만 이루어지기 때문에 기본적으로 액화공정이 단순하여 시스템이 콤팩트하며 액화시스템의 운전이 용이하다는 장점을 가진다. 또한 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 부분적으로 응축된 혼합 냉매가 분리 수단을 통해 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리된 다음에는 냉매 부분 사이의 혼합 없이 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분이 각각 독립된 루프를 경유하다 혼합 수단에 도달해서야 비로소 상호 혼합된다. 즉, 제1 냉매를 분리 수단(110)으로부터 제1 압축 수단(141)까지 안내하는 제1 도관(161~164)과, 제2 냉매를 분리 수단(110)으로부터 제2 압축 수단(142)까지 안내하는 제2 도관(171~176) 사이에는 교차점이 없다. 이에 따라 본 실시예에 따른 액화 공정에서는 제1 냉매와 제2 냉매가 분리 수단과 압축 수단 사이에서 각각 개별적으로 응축(냉각), 팽창, 열교환 및 압축 과정을 거친다. Since the liquefaction process according to the present embodiment consists of only one refrigeration cycle as described above, the liquefaction process is basically simple, the system is compact, and the operation of the liquefaction system is easy. In addition, as described above, in the liquefaction process according to the present embodiment, after the partially condensed mixed refrigerant is separated into the first refrigerant portion and the second refrigerant portion by the separating means, the first refrigerant portion and the first refrigerant portion are not mixed between the refrigerant portions. The two refrigerant sections are each mixed via separate loops until they reach mixing means. That is, the
위와 같이 각 냉매 부분이 개별적으로 냉동 사이클을 수행할 경우에는 액화공정의 효율이 향상될 수 있다는 장점이 있다. 이에 대해 상술하면 혼합 냉매가 분리 수단(110)에 의해 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리되고 나면 각 냉매 부분은 조성에 있어 차이가 생긴다. 이에 따라 각 냉매 부분은 그 조성에 따라 서로 다른 열역학적 특성을 나타내며, 이의 결과로 각 냉매 부분이 효과적으로 냉열을 발휘할 수 있는 영역에도 차이가 생긴다. As described above, when each refrigerant part individually performs a refrigeration cycle, the efficiency of the liquefaction process may be improved. In detail, when the mixed refrigerant is separated into the first refrigerant portion and the second refrigerant portion by the separating means 110, each refrigerant portion may have a difference in composition. Accordingly, each refrigerant portion exhibits different thermodynamic characteristics according to its composition, and as a result, a difference occurs in a region in which each refrigerant portion can exert cooling heat effectively.
이러한 특성을 반영하여 분리된 각 냉매 부분에 각각 최적의 열교환 조건을 부여할 수 있도록 하기 위해 본 실시예에 따른 액화공정에서는 혼합 냉매가 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리된 다음에는 각 냉매 부분이 상호간의 혼합 없이(즉, 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분간의 혼합 없이) 응축(냉각), 팽창, 열교환 및 압축의 과정을 거치게 된다. 예를 들어, 열교환 영역에서의 열교환을 마친 각 냉매 부분에 서로 다른, 그리고 최적의 압력 조건을 부여하기 위해 각 냉매 부분을 위한 별도의 압축 수단을 구비함으로써 각 냉매 부분이 최적의 조건에서 천연가스와 열교환할 수 있도록 액화공정을 설계할 수 있으며, 이의 결과로 액화공정 전체의 효율이 향상될 수 있다. In order to provide optimum heat exchange conditions to each of the separated refrigerant parts by reflecting these characteristics, in the liquefaction process according to the present embodiment, after the mixed refrigerant is separated into the first refrigerant part and the second refrigerant part, each refrigerant The portions are subjected to condensation (cooling), expansion, heat exchange and compression without mixing with each other (ie without mixing between the first and second refrigerant portions). For example, by providing separate compression means for each refrigerant portion to give different and optimal pressure conditions to each refrigerant portion that has undergone heat exchange in the heat exchange zone, each refrigerant portion is treated with natural gas at optimum conditions. The liquefaction process can be designed to exchange heat, and as a result, the efficiency of the entire liquefaction process can be improved.
본 실시예에 따른 액화공정에 사용되는 혼합 냉매는 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3) 및 질소(N2)를 포함한다. 그러나 여기에 부탄(C4)과 펜탄(C5)이 더 포함될 경우에는 혼합 냉매가 커버할 수 있는 온도 범위가 더 넓어지기 때문에 액화공정의 효율이 더 향상될 수 있다.
The mixed refrigerant used in the liquefaction process according to the present embodiment includes methane (C1), ethane (C2), propane (C3) and nitrogen (N2). However, when butane (C4) and pentane (C5) is further included here, the efficiency of the liquefaction process may be further improved because the temperature range that the mixed refrigerant can cover is wider.
실시예 2Example 2
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 기본적으로 전술한 실시예 1에 따른 액화공정과 동일한 구성을 가진다. 다만 본 실시예에 따른 액화공정은 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분이 도관(1676)을 통해 분리 수단(112)으로 유입되어 추가적으로 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리된다는 점에서 실시예 1에 따른 액화공정과 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한(또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한(또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 2 is a flowchart showing a natural gas liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in Fig. 2, the liquefaction process according to the present embodiment basically has the same configuration as the liquefaction process according to the first embodiment described above. However, in the liquefaction process according to the present embodiment, the refrigerant part mixed through the mixing means is introduced into the separating means 112 through the
전술한 차이점을 중심으로 본 실시예에 따른 액화공정을 설명하면, 우선 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분은 도관(1676)을 통해 추가 분리 수단(112)으로 유입되어 추가적으로 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리된다. 이때 추가 분리 수단(112)은 통상의 기액 분리기일 수 있다. 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 도관(181)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각된 다음에 팽창 밸브(133)로 유입되어 팽창된다. 이렇게 팽창된 냉매 부분은 도관(182)을 통해 다시 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 천연가스를 추가적으로 예냉한다. 그런 다음 천연가스를 추가적으로 예냉한 냉매 부분은 도관(183)을 통해 제3 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다. 이와 같이 제1 내지 제3 압축 수단(141, 142, 143)을 통해 별도로 압축된 냉매 부분은 전술한 혼합 수단을 통해 하나의 냉매 부분으로 혼합될 수 있다. 본 실시예에 따른 액화공정에서는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 분리 수단(110)을 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분, 그리고 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분이 분리 수단(110)을 통해 분리된 이후에, 그리고 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합된다. Referring to the liquefaction process according to the present embodiment centering on the above-described differences, first, the refrigerant portion mixed through the mixing means is introduced into the additional separation means 112 through the
또는 위와 같이 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 별도의 압축 수단(143)을 통해 압축하는 대신에, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 다른 냉매 부분과 혼합한 후에 압축할 수도 있다. 즉, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 도관(181)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각된 다음에 팽창 밸브(133)로 유입되어 팽창될 수 있다. 이렇게 팽창된 냉매 부분은, 분리 수단(110)을 통해 액상 냉매로 분리된 다음, 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각되고, 팽창 밸브(131)에 의해 팽창된 냉매 부분과 혼합될 수 있다. 이렇게 혼합된 냉매 부분은 하나의 냉매 흐름으로서 함께 유동한다. 즉, 혼합된 냉매 부분은 도관(1631)을 통해 다시 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 다른 냉매들을 냉각시키고 천연가스를 예냉시킨다. 이러한 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(1641)을 통해 제1 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다. 도 3에서 도시하고 있는 액화공정은 도 2에서 도시하고 있는 액화공정에 비해 압축 수단의 개수를 줄일 수 있으며, 이에 따라 전체적인 액화시스템의 구조를 단순화할 수 있다는 장점이 있다. Alternatively, instead of compressing the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 through the separate compression means 143 as described above, the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 is mixed with other refrigerant portions. You can also compress it. That is, as shown in FIG. 3, the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 is introduced into the first
이외에도 도 2 또는 도 3에서 도시하고 있는 액화공정과는 다르게 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 도관(1811)을 통해 분리 수단(110)으로 공급할 수도 있다. 분리 수단(110)에서는 냉각 수단(149)을 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분과, 추가 분리 수단(112)으로부터 공급받은 냉매 부분을, 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리할 수 있다. 이러한 액화공정에서는 냉매의 원활한 유동을 위해 분리 수단(110)과 추가 분리 수단(112)을 연결하는 도관(1811) 중에 펌프(191)가 더 구비될 수 있다. 또는 전술한 액화공정들과 다르게 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 분리 수단(110)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 팽창 밸브(137)를 통해 팽창시키는 방법 등으로 그 압력을 낮춘 다음, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분과 혼합시킬 수도 있다. 이렇게 혼합된 냉매 부분은 하나의 냉매 흐름으로서 유동할 수 있다. 즉, 이렇게 혼합된 냉매 부분은 전술한 액화공정들과 유사하게 제1 열교환 영역(121)에서 천연가스를 예냉시킬 수 있다.In addition, unlike the liquefaction process shown in FIG. 2 or 3, as shown in FIG. 4, the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 is separated into the separating means 110 through the
한편, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 기상 냉매 부분은 재압축과 재응축 과정을 거쳐 부분적으로 응축된 다음, 분리 수단(110)으로 유입된다. 즉, 도 2 내지 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 기상 냉매 부분은 도관(1677)을 통해 추가 압축 수단(144)으로 유입되어 추가 압축된 다음, 도관(1678)을 통해 냉각 수단(149)으로 유입되어 부분적으로 응축된 다음, 도관(1679)을 통해 분리 수단(110)으로 유입된다. 참고로 이하의 특허청구범위에서는 위와 관련하여 '추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 부분적으로 응축하는 단계'라고 기재하고 있으나, 이러한 단계는 추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 압축하고 통상의 냉각기를 통해 냉각하여 부분적으로 응축하는 것뿐만 아니라, 추가 분리 수단을 통해 분리된 기상 냉매 부분을 압축하지 않고 별도의 냉각 장치 등을 통해 더 냉각하여 응축하는 것 등도 포함한다.
Meanwhile, the gaseous phase refrigerant portion separated through the additional separation means 112 is partially condensed through recompression and recondensation, and then flows into the separation means 110. That is, as shown in FIGS. 2 to 5, the gaseous refrigerant portion separated through the additional separation means 112 is introduced into the additional compression means 144 through the
전술한 실시예들을 통해 설명한 액화공정들 사이에는 공통되는 기술적인 특징이 있다. 즉, 전술한 실시예들은 모두 부분적으로 응축된 혼합 냉매가 분리 수단을 통해 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리된 다음에는 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분 사이의 혼합 없이 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분이 각각 독립된 루프를 경유하다 혼합 수단에 도달해서야 비로소 상호 혼합된다는 기술적인 특징이 있다. 그리고 독립된 루프를 경유하는 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분은 각각 천연가스를 예냉하고 액화하는 역할을 수행한다. 이러한 공통되는 기술적인 특징은 도 6 또는 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 점선 박스로 표현할 수 있다. There are common technical features among the liquefaction processes described through the above embodiments. That is, in the above-described embodiments, all of the partially condensed mixed refrigerant is separated into the first refrigerant portion and the second refrigerant portion through the separating means, and then the first refrigerant portion is not mixed between the first refrigerant portion and the second refrigerant portion. It is a technical feature that the and the second refrigerant portions are each intermixed only after reaching the mixing means via separate loops. In addition, the first refrigerant part and the second refrigerant part passing through the independent loop each serve to precool and liquefy natural gas. This common technical feature may be represented by a dotted box as shown in FIG. 6 or 7.
참고로 전술한 실시예들에 따른 액화공정의 효율을 기존의 SMR 공정(도 12 참조)이나 C3/MR 공정(도 10 참조)과 비교하면 아래 표와 같다. 아래 표로 정리한 것과 같이 기존의 C3/MR 공정(도 10 참조)이 매우 뛰어난 효율을 가진다는 점을 고려할 때, 전술한 실시예들에 따른 액화공정은 기존의 SMR 공정(도 12 참조)과 동일하게 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하면서도 그 효율이 매우 뛰어나다는 점을 확인할 수 있다. C3/MR 공정에서는 냉매로서 일반적으로 질소(N2), 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3)만 사용하기 때문에, 아래 표의 실시예들과 C3/MR, 그리고 SMR 공정의 냉매로서도 질소(N2), 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3)만 사용하여 성능 비교를 하였다. 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.
For reference, the efficiency of the liquefaction process according to the above embodiments is compared with the conventional SMR process (see FIG. 12) or C3 / MR process (see FIG. 10) as shown in the following table. Considering that the existing C3 / MR process (see FIG. 10) has a very good efficiency as summarized in the table below, the liquefaction process according to the above embodiments is the same as the conventional SMR process (see FIG. 12). It can be seen that the efficiency is very good while using one closed loop refrigeration cycle. In the C3 / MR process, only nitrogen (N2), methane (C1), ethane (C2), and propane (C3) are generally used as the refrigerant. Therefore, nitrogen is also used as the refrigerant in the examples shown in the table below, and the C3 / MR and SMR processes. Performance comparisons were made using only (N2), methane (C1), ethane (C2) and propane (C3). 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.
액화사이클
Liquefaction Cycle
kWh/kg LNG
kWh / kg LNG
기존의 SMR 기준
Existing SMR Standards
기존의 C3/MR 기준
Conventional C3 / MR Standard
(도 12 참조)Conventional SMR Process
(See Figure 12)
(도 10 참조)Conventional C3 / MR Process
(See FIG. 10)
액화공정According to FIG. 2
Liquefaction Process
액화공정According to FIG. 4
Liquefaction Process
액화공정According to FIG. 5
Liquefaction Process
또한 전술한 바와 같이, 전술한 실시예들에 따른 액화공정은 도 8 및 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 추가적으로 천연가스를 냉각하는 냉동 사이클을 더 포함할 수도 있다. 즉, 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 천연가스를 추가적인 냉동 사이클을 통해 예냉한 다음, 전술한 실시예들에 따른 액화공정(도 8 및 도 9에서는 대표적으로 전술한 실시예 1에 따른 액화공정을 도시하고 있다)에 기초하여 천연가스를 액화할 수 있다. 그리고 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 전술한 실시예들에 따른 액화공정을 통해 천연가스를 냉각시킨 다음, 추가적인 냉동 사이클을 통해 천연가스를 과냉시킬 수도 있다. 결국, 전술한 실시예들에 따른 액화공정은 그 자체로도 천연가스를 액화시키는 하나의 독립된 액화공정으로 사용될 수도 있으나, 다른 독립된 액화공정과 함께 사용되어 전체 액화공정 중의 일부로서 사용될 수도 있다.
In addition, as described above, the liquefaction process according to the above-described embodiments may further include a refrigeration cycle for cooling the natural gas as shown in FIGS. 8 and 9. That is, as shown in FIG. 8, the natural gas is pre-cooled through an additional refrigeration cycle, and then the liquefaction process according to the above-described embodiments (represented in FIG. Natural gas can be liquefied. As shown in FIG. 9, the natural gas may be cooled through the liquefaction process according to the above-described embodiments, and then the natural gas may be supercooled through an additional refrigeration cycle. As a result, the liquefaction process according to the above embodiments may be used as one independent liquefaction process for liquefying natural gas itself, but may be used together with other independent liquefaction processes to be used as part of the overall liquefaction process.
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.
110: 분리 수단 112: 추가 분리 수단
120: 열교환 수단 121: 제1 열교환 영역
122: 제2 열교환 영역
131, 132, 133, 136, 137: 팽창 수단
141, 142, 143, 144: 압축 수단
146, 147, 148, 149: 냉각 수단110: separation means 112: further separation means
120: heat exchange means 121: first heat exchange zone
122: second heat exchange zone
131, 132, 133, 136, 137: expansion means
141, 142, 143, 144: compression means
146, 147, 148, 149: cooling means
Claims (11)
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계;
상기 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉하는 예냉 단계;
상기 기상 냉매 부분을 이용하여 상기 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계;
상기 예냉 단계 이후에 상기 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계;
상기 액화 단계 이후에 상기 액화 단계를 통해 상기 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계;
상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계;
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 추가 분리하는 추가 분리 단계;
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 추가적으로 예냉하는 추가 예냉 단계;
상기 추가 예냉 단계 이후에 상기 추가 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 추가적으로 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제3 압축 단계; 및
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 부분적으로 응축하는 단계를 포함하며,
상기 추가 예냉 단계는, 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제1 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하며,
상기 분리 단계는 상기 응축하는 단계를 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하고, 상기 혼합 단계는 상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분과 상기 제3 압축 단계를 통해 압축된 냉매 부분을 함께 혼합하며, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분, 그리고 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에, 그리고 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 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 separation step of separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion;
A precooling step of precooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion;
Liquefying the natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone by using the gaseous refrigerant portion;
A first compression step of compressing, after the pre-cooling step, a refrigerant part of the pre-cooled natural gas through the pre-cooling step;
A second compression step of compressing a refrigerant portion in which the natural gas is liquefied through the liquefaction step after the liquefaction step;
A mixing step of mixing respective refrigerant portions compressed through the first and second compression steps;
An additional separation step of further separating the refrigerant portion mixed through the mixing step into a liquid phase refrigerant portion and a gaseous phase refrigerant portion;
An additional precooling step of further precooling the natural gas in the first heat exchange region by using the liquid refrigerant portion separated through the further separation step;
A third compression step of compressing, after the additional precooling step, the refrigerant part which further precooled the natural gas through the additional precooling step; And
Partially condensing the gaseous refrigerant portion separated through the further separation step,
The further precooling step may include cooling the liquid refrigerant portion separated through the additional separation step through heat exchange in the first heat exchange zone, expanding the cooled refrigerant portion, and expanding the expanded refrigerant portion and the natural gas. Cooling the natural gas by exchanging heat in the first heat exchange region;
The separating step separates the partially condensed refrigerant part into the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part through the condensing step, and the mixing step comprises the respective refrigerant parts and the first refrigerant part compressed through the first and second compression steps. 3, the refrigerant portion compressed through the compression step is mixed together, and the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion separated through the separation step, and the liquid refrigerant portion separated through the additional separation step are separated through the separation step. And, after being separated through the further separation step, through a separate loop without intermixing with each other in the mixing step.
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계;
상기 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉하는 예냉 단계;
상기 기상 냉매 부분을 이용하여 상기 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계;
상기 예냉 단계 이후에 상기 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계;
상기 액화 단계 이후에 상기 액화 단계를 통해 상기 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계;
상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계;
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 추가 분리하는 추가 분리 단계;
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 분리 단계로 공급하는 공급 단계; 및
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 부분적으로 응축하는 단계를 포함하며,
상기 분리 단계는 상기 응축하는 단계를 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분과 상기 공급 단계로부터 공급받은 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하고, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 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 separation step of separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion;
A precooling step of precooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion;
Liquefying the natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone by using the gaseous refrigerant portion;
A first compression step of compressing, after the pre-cooling step, a refrigerant part of the pre-cooled natural gas through the pre-cooling step;
A second compression step of compressing a refrigerant portion in which the natural gas is liquefied through the liquefaction step after the liquefaction step;
A mixing step of mixing respective refrigerant portions compressed through the first and second compression steps;
An additional separation step of further separating the refrigerant portion mixed through the mixing step into a liquid phase refrigerant portion and a gaseous phase refrigerant portion;
A supply step of supplying the liquid refrigerant part separated through the further separation step to the separation step; And
Partially condensing the gaseous refrigerant portion separated through the further separation step,
The separating step separates the refrigerant part partially condensed through the condensing step and the refrigerant part supplied from the supply step into a liquid refrigerant part and a gaseous refrigerant part, and the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part separated through the separation step. The parts are separated through the separation step and then pass through separate loops without mixing with each other.
상기 예냉 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제1 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정. The method according to claim 1 or 2,
The precooling step includes the steps of: cooling the liquid refrigerant portion separated through the separating step through heat exchange in the first heat exchange region, expanding the cooled refrigerant portion, and expanding the expanded refrigerant portion and the natural gas. And quenching the natural gas by exchanging heat in a first heat exchange region.
상기 액화 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 응축하는 단계, 응축된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제2 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정. The method according to claim 1 or 2,
The liquefaction step includes the steps of: cooling the gaseous refrigerant portion separated through the separation step through heat exchange in the first heat exchange region, condensing the cooled refrigerant portion through heat exchange in the second heat exchange region, condensation Expanding said refrigerant portion and heat-exchanging said expanded refrigerant portion and said natural gas in said second heat exchange zone to cool said natural gas.
상기 천연가스를 냉각하는 단계를 통해 상기 제2 열교환 영역에서 상기 천연가스와의 열교환을 마친 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 추가적으로 예냉하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 압축 단계는 상기 천연가스를 추가적으로 예냉하는 단계를 통해 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스와의 열교환을 마친 냉매 부분을 압축하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정. The method according to claim 4,
Further pre-cooling the natural gas in the first heat exchange region by using the refrigerant portion which has completed heat exchange with the natural gas in the second heat exchange region through cooling the natural gas, wherein the second gas is further cooled. The compressing step is a natural gas liquefaction process, characterized in that for compressing the refrigerant portion after the heat exchange with the natural gas in the first heat exchange region through the additional pre-cooling of the natural gas.
상기 혼합 냉매는 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3), 부탄(C4), 펜탄(C5) 및 질소(N2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.The method according to claim 1 or 2,
The mixed refrigerant is natural gas liquefaction process comprising methane (C1), ethane (C2), propane (C3), butane (C4), pentane (C5) and nitrogen (N2).
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계;
상기 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉하는 예냉 단계;
상기 기상 냉매 부분을 이용하여 상기 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계;
상기 예냉 단계 이후에 상기 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계;
상기 액화 단계 이후에 상기 액화 단계를 통해 상기 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계;
상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계;
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 추가 분리하는 추가 분리 단계;
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 혼합하는 추가 혼합 단계; 및
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 부분적으로 응축하는 단계를 포함하며,
상기 분리 단계는 상기 응축하는 단계를 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하고, 상기 예냉 단계는 상기 추가 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉하며, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 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 separation step of separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion;
A precooling step of precooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion;
Liquefying the natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone by using the gaseous refrigerant portion;
A first compression step of compressing, after the pre-cooling step, a refrigerant part of the pre-cooled natural gas through the pre-cooling step;
A second compression step of compressing a refrigerant portion in which the natural gas is liquefied through the liquefaction step after the liquefaction step;
A mixing step of mixing respective refrigerant portions compressed through the first and second compression steps;
An additional separation step of further separating the refrigerant portion mixed through the mixing step into a liquid phase refrigerant portion and a gaseous phase refrigerant portion;
An additional mixing step of mixing the liquid refrigerant portion separated through the further separation step with the liquid refrigerant portion separated through the separation step; And
Partially condensing the gaseous refrigerant portion separated through the further separation step,
The separating step separates the partially condensed refrigerant part into the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part through the condensing step, and the pre-cooling step uses the refrigerant part mixed through the additional mixing step into the first heat exchange area. In the pre-cooling of the natural gas, the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion separated through the separation step is separated through the separation step via a separate loop without mixing with each other characterized in that the mixing in the mixing step Natural gas liquefaction process.
상기 예냉 단계는, 상기 추가 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제1 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정. The method according to claim 7,
The precooling step may include: cooling the refrigerant portion mixed through the additional mixing step through heat exchange in the first heat exchange zone, expanding the cooled refrigerant portion, and expanding the expanded refrigerant portion and the natural gas. And quenching the natural gas by exchanging heat in a first heat exchange region.
상기 액화 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 응축하는 단계, 응축된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제2 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정. The method according to claim 7,
The liquefaction step includes the steps of: cooling the gaseous refrigerant portion separated through the separation step through heat exchange in the first heat exchange region, condensing the cooled refrigerant portion through heat exchange in the second heat exchange region, condensation Expanding said refrigerant portion and heat-exchanging said expanded refrigerant portion and said natural gas in said second heat exchange zone to cool said natural gas.
상기 추가 혼합 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분의 압력을 낮추는 단계, 및 상기 압력을 낮추는 단계를 통해 압력이 낮아진 냉매 부분과 상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.The method according to claim 7,
The additional mixing step may be performed by mixing the liquid refrigerant part separated through the additional separation step with the refrigerant pressure lowered through the step of lowering the pressure of the liquid refrigerant part separated through the separating step and lowering the pressure. Natural gas liquefaction process comprising the step.
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계;
상기 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉하는 예냉 단계;
상기 기상 냉매 부분을 이용하여 상기 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계;
상기 예냉 단계 이후에 상기 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계;
상기 액화 단계 이후에 상기 액화 단계를 통해 상기 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계;
상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계;
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 추가 분리하는 추가 분리 단계; 및
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 부분적으로 응축하는 단계를 포함하며,
상기 예냉 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제1 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 추가 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분은, 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각되고, 팽창된 다음, 상기 예냉 단계에서 팽창된 냉매 부분과 혼합되어 함께 유동하며,
상기 분리 단계는 상기 응축하는 단계를 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하고, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 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 separation step of separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion;
A precooling step of precooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion;
Liquefying the natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone by using the gaseous refrigerant portion;
A first compression step of compressing, after the pre-cooling step, a refrigerant part of the pre-cooled natural gas through the pre-cooling step;
A second compression step of compressing a refrigerant portion in which the natural gas is liquefied through the liquefaction step after the liquefaction step;
A mixing step of mixing respective refrigerant portions compressed through the first and second compression steps;
An additional separation step of further separating the refrigerant portion mixed through the mixing step into a liquid phase refrigerant portion and a gaseous phase refrigerant portion; And
Partially condensing the gaseous refrigerant portion separated through the further separation step,
The precooling step includes the steps of: cooling the refrigerant portion separated through the separating step through heat exchange in the first heat exchange region, expanding the cooled refrigerant portion, and expanding the expanded refrigerant portion and the natural gas. 1 cooling the natural gas by heat exchange in a heat exchange zone,
The liquid refrigerant portion separated through the further separation step is cooled through heat exchange in the first heat exchange zone, expanded and then mixed and flowed together with the expanded refrigerant portion in the precooling step,
In the separating step, the partially condensed refrigerant part is separated into the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part through the condensing step, and the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part separated through the separation step are separated through the separation step. Natural gas liquefaction process, characterized in that the intermixing in the mixing step after passing through an independent loop without mixing with each other.
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