KR101107437B1 - Natural gas liquefaction process - Google Patents

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Abstract

세 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정은, 제1 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 제1 단일 냉매의 기화를 통해 공급된 천연가스를 제1 열교환 영역에서 예냉하는 단계, 제2 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 제2 단일 냉매의 기화를 통해 예냉된 천연가스를 제2 열교환 영역에서 액화하는 단계, 및 제3 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 과정에서 일 팽창된 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 액화된 천연가스를 제3 열교환 영역에서 과냉하는 단계를 포함한다. A natural gas liquefaction process using three closed loop refrigeration cycles to liquefy natural gas comprises pre-cooling the natural gas supplied in the first heat exchange zone through vaporization of a first single refrigerant circulating in the first closed loop refrigeration cycle. Liquefying the pre-cooled natural gas in the second heat exchange zone through vaporization of the second single refrigerant circulating in the second closed loop refrigeration cycle, and the expanded nitrogen refrigerant in the process of circulating the third closed loop refrigeration cycle. Subcooling the liquefied natural gas through the indirect heat exchange of the third heat exchange zone.

Description

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

본 발명은 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 질소 팽창 사이클을 통해 액화된 천연가스를 과냉함으로써 액화공정 전체의 효율과 용량을 증대시킬 수 있는 천연가스 액화공정에 관한 것이다.The present invention relates to a natural gas liquefaction process, and more particularly, to a natural gas liquefaction process that can increase the efficiency and capacity of the entire liquefaction process by supercooling the liquefied natural gas through a nitrogen expansion cycle.

천연가스를 액화시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 열역학적 프로세스는 더 높은 효율과 더 큰 용량에 대한 요구를 포함하는 다양한 과제들을 충족시키기 위해 1970년대부터 개발되어 왔다. 액화시스템은 천연가스를 일정 냉매와 간접적으로 열교환시켜 LNG 온도까지 냉각시키기 위해 열교환기 등으로 구성된다. 이러한 액화시스템에 있어 액화에 소요되는 소요동력을 감소시키기 위해서는 열교환기 내에서의 공급가스와 냉매 사이의 온도 차이에 기인하는 엔트로피 생성을 감소시키는 것이 중요하다. 액화시스템에 제공되는 천연가스는 주로 탄화수소(hydrocarbon)의 혼합물이다. 이에 따라 그 비열(specific heat)은 액화공정 중에 크게 변화된다. 이러한 비열의 큰 변화에 대응하여 액화공정의 효율을 높이기 위해 현재 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 그러나 서로 다른 냉매를 사용하거나 서로 다른 사이클을 사용하여 액화공정의 효율과 용량을 높이기 위해 다양한 시도들이 이루어지고 있는데 반해, 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. The liquefaction system consists of a heat exchanger, etc. to cool natural gas indirectly by heat exchange with a certain refrigerant to the LNG temperature. In order to reduce the power required for liquefaction in such a liquefaction system, it is important to reduce the entropy generation due to the temperature difference between the supply gas and the refrigerant in the heat exchanger. The natural gas provided to the liquefaction system is primarily a mixture of hydrocarbons. As a result, the specific heat is greatly changed during the liquefaction process. In order to cope with such a large change in specific heat, various attempts have been made to increase the efficiency of the liquefaction process. However, various attempts have been made to increase the efficiency and capacity of the liquefaction process using different refrigerants or different cycles. However, the number of liquefaction processes that are practically used is very small.

작동 중에 있으면서도 가장 널리 보급된 액화공정 중의 하나는 'Air Products and Chemicals Inc.'의 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process(또는 C3/MR Process)'이다. C3/MR 공정의 기본적인 구조는 도 9에서 도시하고 있는 것과 같다. 공급가스는 다단(multi-stage)의 프로판(C3) 줄-톰슨(Joule-Thomson, JT) 사이클에 의해 대략 238 K까지 예냉(pre-cooled)된다. 예냉된 공급가스는 대형 spiral wound 열교환기에서 혼합 냉매(mixed refrigerant, MR)와의 열교환을 통해 123 K까지 액화(liquefied)되고 과냉(sub-cooled)된다. 혼합 냉매의 적절한 조성은 넓은 온도 범위에서 하나의 열교환기만으로도 공급가스의 액화와 과냉이 가능하도록 한다. One of the most popular liquefaction processes in operation is the 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process (or C3 / MR Process)' from Air Products and Chemicals Inc. The basic structure of the C3 / MR process is as shown in FIG. 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 mixed refrigerant (MR) in a large spiral wound heat exchanger. The proper composition of the mixed refrigerant allows liquefaction and subcooling of the feed gas over a wide temperature range with only one heat exchanger.

그러나 C3/MR 공정의 경우 프로판 사이클에서 공급가스뿐만 아니라 혼합 냉매도 냉각하여야 하기 때문에 프로판 사이클에 가해지는 열역학적 부하가 커질 수 밖에 없다. 이에 따라 프로판 사이클에 적용되는 압축기에 대한 기술적인 한계로 인해 현재 C3/MR 공정은 5MTPA(million tons per annum) 정도의 용량(capacity)을 가지는데 그치고 있다. 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 'Air Products and Chemicals Inc.'에서는 C3/MR 공정을 기초로 하되, C3/MR 공정의 냉각 단(cold end)에 질소 브레이튼(Brayton) 사이클을 추가한 'AP-X' 공정을 선보인 바 있다. 이러한 AP-X 공정은 현재 8MTPA 정도의 용량을 가지는 것으로 알려져 있다. However, in the case of the C3 / MR process, not only the feed gas but also the mixed refrigerant must be cooled in the propane cycle, which increases the thermodynamic load on the propane cycle. Accordingly, due to technical limitations on the compressor applied to the propane cycle, the current C3 / MR process has only a capacity of about 5 MTPA (million tons per annum). In order to overcome these technical limitations, Air Products and Chemicals Inc. is based on the C3 / MR process, but adds a nitrogen Brayton cycle to the cold end of the C3 / MR process. X 'process was introduced. The AP-X process is currently known to have a capacity of about 8MTPA.

작동 중에 있는 다른 성공적인 액화공정 중 하나는 'Conoco Phillips'에 의한 것으로서 캐스케이드 공정(Cascade process)에 기초하고 있다. 도 10에서 개념적으로 도시하고 있는 것과 같이, 'Conoco Phillips'의 액화공정은 단일 냉매(single-component refrigerant)인 메탄(C1), 에틸렌(C2), 및 프로판(C3)을 사용하는 3개의 JT 사이클로 구성된다. 이러한 액화공정은 혼합 냉매를 사용하지 않기 때문에 액화공정의 작동에 있어 안전하고 단순하며 신뢰할 수 있다는 장점이 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. 10, the liquefaction process of 'Conoco Phillips' is a three JT cycle using methane (C1), ethylene (C2), and propane (C3) as single-component refrigerants. It is composed. 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.

전술한 바와 같이 더 높은 효율과 더 큰 용량에 대한 요구를 충족시키기 위해 다양한 액화공정들이 개시되고 있다. 이러한 액화공정들 중에는 기존의 C3/MR 공정이나 캐스케이드 공정을 기초로 하되 그 공정을 개선하여 액화공정의 효율 등을 향상하고자 하는 것들이 있다. 다만 대부분의 이런 시도들은 C3/MR 공정을 기초로 하고 있는 것들이다. 이에 따라 캐스케이드 공정을 기초로 하여 작동에 있어 안전하고 단순하며 신뢰할 수 있다는 장점을 살리면서 그 효율과 용량을 향상시킬 수 있는 액화공정의 개발이 현재 강하게 요구되고 있는 실정이다. As mentioned above, various liquefaction processes have been disclosed to meet the demand for higher efficiency and greater capacity. Some of these liquefaction processes are based on existing C3 / MR processes or cascade processes, but there are those that want to improve the efficiency of the liquefaction process by improving the process. Most of these attempts are based on C3 / MR processes. Accordingly, the development of a liquefaction process that can improve the efficiency and capacity while taking advantage of the safety, simplicity and reliability in operation based on the cascade process is currently strongly required.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 과제는 천연가스를 액화시키는 액화공정에 있어 그 작동이 단순하고 신뢰성이 높으면서도 액화공정의 효율과 용량을 증대시킬 수 있는 액화공정을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, one of the problems of the present invention in the liquefaction process for liquefying natural gas, while its operation is simple and reliable and can increase the efficiency and capacity of the liquefaction process It is to provide a liquefaction process.

상술한 본 발명의 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 세 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정은, 제1 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 제1 단일 냉매의 기화를 통해 공급된 천연가스를 제1 열교환 영역에서 예냉하는 단계, 제2 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 제2 단일 냉매의 기화를 통해 예냉된 천연가스를 제2 열교환 영역에서 액화하는 단계, 및 제3 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 과정에서 일 팽창된 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 액화된 천연가스를 제3 열교환 영역에서 과냉하는 단계를 포함한다. According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the natural gas liquefaction process using the three closed loop refrigeration cycle to liquefy the natural gas, the first circulating the first closed loop refrigeration cycle Precooling the natural gas supplied through the vaporization of a single refrigerant in the first heat exchange zone, and liquefying the precooled natural gas in the second heat exchange zone through the vaporization of the second single refrigerant circulating in the second closed loop refrigeration cycle. And supercooling the liquefied natural gas in the third heat exchange zone through indirect heat exchange with the expanded nitrogen refrigerant in the course of circulating the third closed loop refrigeration cycle.

여기서 상기 제3 폐 루프 냉동 사이클은, 상기 질소 냉매를 압축하는 단계, 압축된 질소 냉매를 예냉하는 단계, 예냉된 질소 냉매를 상기 제3 열교환 영역을 통과한 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각하는 단계, 및 냉각된 질소 냉매를 일 팽창하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 과냉하는 단계는 액화된 천연가스를 2단(stage)의 제3 열교환 영역에서 일 팽창된 질소 냉매를 통해 순차적으로 과냉할 수 있다. The third closed loop refrigeration cycle may include: compressing the nitrogen refrigerant, precooling the compressed nitrogen refrigerant, and cooling the precooled nitrogen refrigerant through indirect heat exchange with the nitrogen refrigerant passing through the third heat exchange region. And expanding the cooled nitrogen refrigerant. The subcooling step may sequentially supercool the liquefied natural gas through the expanded nitrogen refrigerant in the second stage of the third heat exchange region.

이때 상기 과냉하는 단계는 독립된 2개의 제3 폐 루프 냉동 사이클의 일 팽창된 질소 냉매가 각각 상기 2단의 제3 열교환 영역에서 액화된 천연가스와 간접적으로 열교환할 수 있다. 여기서 상기 2개의 제3 폐 루프 냉동 사이클은 각각, 상기 질소 냉매를 압축하는 단계, 압축된 질소 냉매를 예냉하는 단계, 예냉된 질소 냉매를 재압축하는 단계, 재압축된 질소 냉매를 재예냉하는 단계, 재예냉된 질소 냉매를 각 단의 제3 열교환 영역을 통과한 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 질소 냉매를 일 팽창하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the subcooling may indirectly exchange heat with the natural gas liquefied in the third heat exchange zone of the two stages, respectively, in which one expanded nitrogen refrigerant of two independent three closed loop refrigeration cycles is used. The two third closed loop refrigeration cycles may include compressing the nitrogen refrigerant, precooling the compressed nitrogen refrigerant, recompressing the precooled nitrogen refrigerant, and recooling the recompressed nitrogen refrigerant. The method may include cooling the recooled nitrogen refrigerant through indirect heat exchange with the nitrogen refrigerant passing through the third heat exchange region of each stage, and expanding the cooled nitrogen refrigerant.

또는 상기 과냉하는 단계는 1개의 제3 폐 루프 냉동 사이클을 통해 일 팽창된 질소 냉매가 상기 2단의 제3 열교환 영역에서 액화된 천연가스와 간접적으로 열교환할 수 있다. 여기서 상기 제3 폐 루프 냉동 사이클의 질소 냉매를 일 팽창하는 팽창수단을 통해 발생되는 일(work)은 상기 제2 폐 루프 냉동사이클의 제2 단일 냉매를 압축하는 압축수단을 구동할 수 있다. Alternatively, the subcooling may indirectly exchange heat with the natural gas liquefied in the third heat exchange zone of the second stage through one third closed loop refrigeration cycle. Here, work generated through expansion means for expanding the nitrogen refrigerant of the third closed loop refrigeration cycle may drive compression means for compressing the second single refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle.

그리고 상기 1개의 폐 루프 냉동 사이클은, (a) 상기 질소 냉매를 압축하는 단계, (b) 압축된 질소 냉매를 예냉하는 단계, (c) 예냉된 질소 냉매를 제1 냉각 영역으로 유입하는 단계, (d) 상기 단계 (c)를 통해 상기 제1 냉각 영역을 통과한 질소 냉매를 제1 부분 냉매와 제2 부분 냉매로 분배하는 단계, (e) 분배된 제1 부분 냉매를 제2 냉각 영역으로 유입하는 단계, (f) 상기 단계 (e)를 통해 상기 제2 냉각 영역을 통과한 제1 부분 냉매를 일 팽창하는 단계, (g) 일 팽창된 제1 부분 냉매를 두 번째 단의 제3 열교환 영역으로 유입하는 단계, (h) 상기 두 번째 단의 제3 열교환 영역을 통과한 제1 부분 냉매를 제2 냉각 영역으로 유입하는 단계, (i) 상기 단계 (d)를 통해 분배된 제2 부분 냉매를 일 팽창하는 단계, (j) 일 팽창된 제2 부분 냉매를 첫 번째 단의 제3 열교환 영역으로 유입하는 단계, 및 (k) 상기 첫 번째 단의 제3 열교환 영역을 통과한 제2 부분 냉매를 상기 단계 (h)를 통해 상기 제2 냉각 영역을 통과한 제1 부분 냉매와 함께 상기 제1 냉각 영역으로 유입하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 단계 (k)를 통해 상기 제1 냉각 영역을 통과한 제1 부분 냉매 및 제2 부분 냉매를 상기 단계(a)를 통해 압축하여 상기 단계들을 반복할 수 있다. And the one closed loop refrigeration cycle comprises: (a) compressing the nitrogen refrigerant, (b) precooling the compressed nitrogen refrigerant, (c) introducing the precooled nitrogen refrigerant into the first cooling zone, (d) distributing the nitrogen refrigerant having passed through the first cooling zone to the first partial refrigerant and the second partial refrigerant through step (c), and (e) distributing the distributed first partial refrigerant to the second cooling zone. Inflowing, (f) expanding the first partial refrigerant having passed through the second cooling region through the step (e), and (g) terminating the expanded first partial refrigerant in the second stage of the third heat exchange. Introducing into the zone, (h) introducing a first partial refrigerant that has passed through the third heat exchange zone of the second stage into the second cooling zone, (i) a second portion distributed through step (d) Expanding the refrigerant, (j) converting the expanded second partial refrigerant into the third heat exchange zone of the first stage; Introducing, and (k) cooling the second partial refrigerant that has passed through the third heat exchange zone of the first stage together with the first partial refrigerant that has passed through the second cooling zone through step (h). And introducing into the region, and compressing the first partial refrigerant and the second partial refrigerant through the step (k) through the step (a) to repeat the steps. Can be.

한편 상기 제3 폐 루프 냉동 사이클은 역 브레이튼(Reverse Brayton) 사이클에 기초할 수 있다. 그리고 상기 제3 폐 루프 냉동 사이클은 상기 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클과 독립되어 있을 수 있다. 또한 상기 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클은 줄-톰슨(Joule-Thomson) 사이클에 기초할 수 있다. 그리고 상기 제2 폐 루프 냉동 사이클의 제2 단일 냉매는 상기 제1 폐 루프 냉동 사이클의 제1 단일 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 응축될 수 있다. Meanwhile, the third closed loop refrigeration cycle may be based on a reverse Brayton cycle. And the third closed loop refrigeration cycle may be independent of the first and second closed loop refrigeration cycles. The first and second closed loop refrigeration cycles may also be based on Joule-Thomson cycles. And the second single refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle may be condensed through indirect heat exchange with the first single refrigerant of the first closed loop refrigeration cycle.

전술한 예냉하는 단계는 공급된 천연가스를 2단의 제1 열교환 영역에서 상기 제1 단일 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 순차적으로 예냉할 수 있으며, 상기 액화하는 단계는 예냉된 천연가스를 3단의 제2 열교환 영역에서 상기 제2 단일 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 순차적으로 액화할 수 있다. 그리고 상기 제1 폐 루프 냉동 사이클의 제1 단일 냉매는 프로판 냉매일 수 있으며, 상기 제2 폐 루프 냉동 사이클의 제2 단일 냉매는 에틸렌 냉매일 수 있다.The above pre-cooling step may sequentially pre-cool the supplied natural gas through indirect heat exchange with the first single refrigerant in two stages of first heat exchange zones, and the liquefaction may include three stages of pre-cooled natural gas. Liquefaction may be sequentially performed through indirect heat exchange with the second single refrigerant in the second heat exchange region. The first single refrigerant of the first closed loop refrigeration cycle may be a propane refrigerant, and the second single refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle may be an ethylene refrigerant.

본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 캐스케이드 공정의 기본 틀을 유지하되 과냉 단계에서의 폐 루프 냉동 사이클을 질소 팽창 사이클로 구성하고 있기 때문에 각 사이클에 채용되는 냉매가 모두 단일 냉매이며, 이의 결과로 액화공정에 있어 그 작동이 단순하고 신뢰성이 높다는 효과가 있다.The natural gas liquefaction process according to the present invention maintains the basic framework of the cascade process, but since the closed loop refrigeration cycle in the subcooling stage consists of nitrogen expansion cycles, the refrigerants employed in each cycle are all single refrigerants, and as a result, the liquefaction process In this case, the operation is simple and reliable.

또한 본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 제3 폐 루프 냉동 사이클이 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클과 독립되어 있기 때문에 제1 폐 루프 냉동 사이클에 가해지는 열역학적 부하가 감소될 수 있으며, 이의 결과로 동일한 용량의 압축기만으로도 종래의 액화공정에 비해 전체 용량을 증대시킬 수 있다는 효과가 있다. In addition, the natural gas liquefaction process according to the present invention can reduce the thermodynamic load applied to the first closed loop refrigeration cycle because the third closed loop refrigeration cycle is independent of the first and second closed loop refrigeration cycle, as a result As a result, the compressor having the same capacity can increase the overall capacity compared to the conventional liquefaction process.

더욱이 본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 과냉 단계에 브레이튼 사이클에 기초한 질소 팽창 사이클을 채용하고 있기 때문에 열역학적으로 액화공정의 성능 향상을 기대할 수 있다는 효과가 있다. Furthermore, since the natural gas liquefaction process according to the present invention employs a nitrogen expansion cycle based on the Brayton cycle in the subcooling step, there is an effect that the performance of the liquefaction process can be expected thermodynamically.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 2는 도 1의 액화공정의 흐름을 설명하고 있는 순서도
도 3는 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정을 상세하게 도시하고 있는 흐름도
도 4은 천연가스의 열역학적 특성을 도시하고 있는 온도-엔트로피 선도
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 프로판 사이클에서의 온도-엔트로피 선도
도 6는 본 발명의 실시예 1에 따른 에틸렌 사이클에서의 온도-엔트로피 선도
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 질소 사이클에서의 온도-엔트로피 선도
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 액화공정을 상세하게 도시하고 있는 흐름도
도 9는 종래의 C3/MR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 10은 종래의 캐스케이드 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
1 is a flowchart conceptually illustrating a liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a flow chart illustrating the flow of the liquefaction process of FIG.
3 is a flowchart showing the liquefaction process according to the first embodiment of the present invention in detail.
4 is a temperature-entropy diagram showing the thermodynamic properties of natural gas
5 is a temperature-entropy diagram in a propane cycle according to Example 1 of the present invention.
6 is a temperature-entropy diagram in an ethylene cycle according to Example 1 of the present invention.
7 is a temperature-entropy diagram in a nitrogen cycle according to Example 1 of the present invention.
8 is a flowchart showing the liquefaction process according to the second embodiment of the present invention in detail.
9 is a flowchart conceptually illustrating a conventional C3 / MR process.
10 is a flowchart conceptually illustrating a conventional cascade 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 액화공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 액화공정의 흐름을 설명하고 있는 순서도이며, 도 3는 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정을 상세하게 도시하고 있는 흐름도이다. 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 기본적으로 세 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스를 액화 온도까지 단계적으로 냉각시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정에 적용될 수 있다. 특히 상이한 조성의 단일 냉매(single-component refrigerant)를 각각 채용하는 3개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 순차적으로 냉각시키는 캐스케이드 공정(Cascade process)에 적용될 수 있다. 1 is a flowchart conceptually illustrating a liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a flowchart illustrating the flow of the liquefaction process of FIG. 1, and FIG. 3 is a flowchart of Embodiment 1 of the present invention. It is a flowchart which shows the liquefaction process in detail. As illustrated in FIG. 1, the liquefaction process according to the present embodiment basically cools natural gas to the liquefaction temperature by using three closed loop refrigeration cycles, thereby liquefying natural gas (LNG). It can be applied to the production process. In particular, the present invention may be applied to a cascade process of sequentially cooling natural gas using three closed loop refrigeration cycles each employing a single-component refrigerant having a different composition.

이러한 캐스케이드 공정에 기초한 천연가스 액화공정은 우선 가장 높은 끓는점을 가지는 제1 단일 냉매를 채용한 제1 폐 루프 냉동 사이클을 통해 천연가스를 예냉(pre-cooling)시키고, 중간 끓는점을 가지는 제2 단일 냉매를 채용한 제2 폐 루프 냉동 사이클을 통해 예냉된 천연가스를 액화(liquefying)시키며, 가장 낮은 끓는점을 가지는 제3 단일 냉매를 채용한 제3 폐 루프 냉동 사이클을 통해 액화된 천연가스를 과냉(sub-cooling)시킨다. 이러한 순차적 냉각을 위해 통상 제1 단일 냉매로는 프로판(C3) 냉매를, 제2 단일 냉매로는 에탄 또는 에틸렌 냉매(C2)를 사용한다. 다만 종래의 캐스케이드 공정에서는 제3 단일 냉매로서 메탄(C1)을 사용하나, 본 실시예에 따른 액화공정에서는 제3 단일 냉매로서 질소(N2)를 사용한다. 이러한 질소 사이클의 유용성에 대해서는 후술하도록 한다. The natural gas liquefaction process based on this cascade process first pre-cools the natural gas through a first closed loop refrigeration cycle employing the first single refrigerant having the highest boiling point, and the second single refrigerant having an intermediate boiling point. Liquefying the pre-cooled natural gas through a second closed loop refrigeration cycle employing and subcooling the liquefied natural gas through a third closed loop refrigeration cycle employing a third single refrigerant having the lowest boiling point. -cooling). For this sequential cooling, propane (C3) refrigerant is generally used as the first single refrigerant, and ethane or ethylene refrigerant (C2) is used as the second single refrigerant. However, in the conventional cascade process, methane (C1) is used as the third single refrigerant, but in the liquefaction process according to the present embodiment, nitrogen (N2) is used as the third single refrigerant. The usefulness of this nitrogen cycle will be described later.

그리고 본 실시예에 따른 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클은 종래의 캐스케이드 공정과 동일하게 줄-톰슨(Joule-Thomson) 사이클에 기초하고 있다. 줄-톰슨 사이클에서는 사이클의 순환 중에 냉매가 액상과 기상 사이에서 상변화를 일으킨다. 이러한 사이클을 위해 상기 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클은 일반적인 냉동 사이클과 유사하게 기본적으로 증발기(열교환기), 압축기, 응축기(냉각기) 및 팽창밸브를 포함한다. 이에 반해서 질소 냉매를 채용한 제3 폐 루프 냉동 사이클은 역 브레이튼(Reverse Brayton) 사이클에 기초하고 있다. 브레이튼 사이클에서는 질소 냉매가 기상을 유지한 채로 사이클의 순환이 이루어진다. And the first and second closed loop refrigeration cycles according to this embodiment are based on the Joule-Thomson cycle in the same way as the conventional cascade process. In the Joule-Thompson cycle, the refrigerant causes a phase change between the liquid phase and the gas phase during the cycle of the cycle. For this cycle, the first and second closed loop refrigeration cycles basically include an evaporator (heat exchanger), a compressor, a condenser (cooler) and an expansion valve, similar to a normal refrigeration cycle. In contrast, a third closed loop refrigeration cycle employing a nitrogen refrigerant is based on a Reverse Brayton cycle. In the Brayton cycle, the cycle is cycled with the nitrogen refrigerant in the gas phase.

결국, 종래의 캐스케이드 공정은 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 프로판, 에틸렌, 메탄 냉매를 각각 채용한 3개의 줄-톰슨 사이클에 기초하여 천연가스를 예냉, 액화, 과냉하는데 반해, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 프로판, 에틸렌 냉매를 각각 채용한 2개의 줄-톰슨 사이클에 기초하여 천연가스를 예냉하고 액화하나, 질소 냉매를 채용한 브레이튼 사이클에 기초하여 액화된 천연가스를 과냉한다는 점에서 종래의 캐스케이드 공정과 차이가 있으며, 이러한 차이가 본 실시예에 따른 액화공정의 주된 특징이라 할 수 있다. As a result, the conventional cascade process, as shown in Figure 10, while precooling, liquefaction, and supercooling natural gas based on three Joule-Thomson cycles employing propane, ethylene, and methane refrigerant respectively, according to the present embodiment The liquefaction process precools and liquefies natural gas based on two Joule-Thomson cycles employing propane and ethylene refrigerant, respectively, as shown in FIG. 1, but liquefied natural based on the Brayton cycle employing nitrogen refrigerant. There is a difference from the conventional cascade process in that the gas is supercooled, and this difference may be a main feature of the liquefaction process according to the present embodiment.

이하에서는 위와 같이 세 개의 냉동 사이클을 채용한 천연가스 액화공정에 적용되는 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정을 제3 폐 루프 냉동 사이클을 중심으로 설명하도록 한다. 그리고 이하에서는 프로판 냉매를 채용한 제1 냉동 사이클을 프로판 사이클, 에틸렌 냉매를 채용한 제2 냉동 사이클을 에틸렌 사이클, 그리고 질소 냉매를 채용한 제3 냉동 사이클을 질소 사이클로 칭하도록 한다. 참고로 각 도면에서 'C2'는 에틸렌 사이클과 관계되는 구성들을, 'C3'는 프로판 사이클과 관계되는 구성들을, 'N2'는 질소 사이클과 관계되는 구성들을 나타낸다. Hereinafter, the liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention applied to the natural gas liquefaction process employing the three refrigeration cycles as described above will be described based on the third closed loop refrigeration cycle. In the following description, a first refrigeration cycle employing propane refrigerant is referred to as a propane cycle, a second refrigeration cycle employing ethylene refrigerant is referred to as an ethylene cycle, and a third refrigeration cycle employing nitrogen refrigerant is referred to as a nitrogen cycle. For reference, in each of the drawings 'C2' is a configuration related to the ethylene cycle, 'C3' is a configuration related to the propane cycle, 'N2' represents a configuration related to the nitrogen cycle.

우선 도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 액화공정의 기본 개념을 설명하도록 한다. 공급가스(feed gas, ⓐ)는 프로판 사이클을 통해 예냉된다(S101). 이러한 예냉을 위해 프로판 사이클에서는 프로판 냉매가 제1 열교환 영역(300, 도 3의 3010, 3020 참조)에서 천연가스 등과의 간접적인 열교환을 통해 증발(기화)된다. 증발된 기상의 프로판 냉매는 압축기(330, 도 3의 331, 332 참조)로 유입되어 압축된다. 이때 프로판 냉매의 압축은 직렬로 연결된 복수 개의 압축기를 통해 이루어질 수 있다. 이와 같이 다단(multi-stage) 압축기를 이용하여 냉매를 압축하는 것이 압축기의 소요동력을 감소시킨다는 측면에서 바람직하기 때문이다. First, the basic concept of the liquefaction process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. Feed gas (ⓐ) is precooled through a propane cycle (S101). In this propane cycle, propane refrigerant is evaporated (vaporized) through indirect heat exchange with natural gas in the first heat exchange region 300 (see 3010 and 3020 in FIG. 3). The vaporized propane refrigerant is introduced into the compressor 330 (see 331 and 332 of FIG. 3) and compressed. In this case, the compression of the propane refrigerant may be performed through a plurality of compressors connected in series. This is because it is preferable to compress the refrigerant using a multi-stage compressor in terms of reducing the power required of the compressor.

이와 같이 압축된 프로판 냉매는 냉각기(350)에 의해 냉각되어 응축된다. 이러한 냉각기(350)는 해수 등을 이용하는 수랭식 또는 공랭식 냉각기 중 어느 하나일 수 있다. 냉각기(350)에서 냉각된 프로판 냉매는 팽창밸브(370, 도 3의 371 내지 373 참조)로 유입되어 팽창된다. 팽창된 프로판 냉매는 제1 열교환 영역(300, 도 3의 3010, 3020 참조)에서 천연가스 및 에틸렌 사이클의 에틸렌 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고 에틸렌 냉매를 응축시킨다. 참고로 전술한 제1 열교환 영역(300)은 결국 프로판 냉매가 증발되는 증발기일 수 있다. 그리고 이러한 증발기는 통상 열교환기일 수 있다. The compressed propane refrigerant is cooled by the cooler 350 to condense. The cooler 350 may be either a water-cooled or air-cooled cooler using sea water or the like. Propane refrigerant cooled in the cooler 350 flows into the expansion valve 370 (see 371 to 373 of FIG. 3) and expands. The expanded propane refrigerant precools the natural gas and condenses the ethylene refrigerant through indirect heat exchange with the ethylene refrigerant of the natural gas and the ethylene cycle in the first heat exchange zone 300 (see 3010, 3020 of FIG. 3). For reference, the first heat exchange region 300 described above may be an evaporator in which propane refrigerant is evaporated. And such an evaporator can usually be a heat exchanger.

이러한 프로판 사이클의 프로판 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 예냉된 천연가스(ⓒ)는 에틸렌 사이클의 에틸렌 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 액화된다(S102). 이를 위해 에틸렌 사이클에서는 프로판 사이클과 유사하게 에틸렌 냉매가 제2 열교환 영역(200, 도 3의 2010, 2020, 2030 참조)에서 천연가스와의 간접적인 열교환을 통해 증발된다. 증발된 기상의 에틸렌 냉매는 압축기(230, 도 3의 231 내지 233 참조)로 유입되어 압축된다. 이때 에틸렌 냉매의 압축도 프로판 냉매의 압축과 동일하게 직렬로 연결된 복수 개의 압축기를 통해 이루어질 수 있다. Natural gas ⓒ precooled through indirect heat exchange with the propane refrigerant of the propane cycle is liquefied through indirect heat exchange with the ethylene refrigerant of the ethylene cycle (S102). To this end, in the ethylene cycle, similarly to the propane cycle, the ethylene refrigerant is evaporated through indirect heat exchange with natural gas in the second heat exchange zone (200, see 2010, 2020, 2030 of FIG. 3). The vaporized ethylene refrigerant is introduced into the compressor 230 (see 231 to 233 of FIG. 3) and compressed. In this case, the compression of the ethylene refrigerant may also be performed through a plurality of compressors connected in series similarly to the compression of the propane refrigerant.

이와 같이 압축된 에틸렌 냉매는 프로판 사이클의 제1 열교환 영역(300)으로 유입되어 프로판 냉매와의 열교환을 통해 응축된다. 응축된 에틸렌 냉매는 팽창밸브(270)로 유입되어 팽창된 후, 제2 열교환 영역(200)에서 천연가스와의 간접적인 열교환을 통해 천연가스를 액화시킨다. 참고로 도 1에서는 압축된 에틸렌 냉매가 프로판 사이클의 제1 열교환 영역(300)에서 응축되는 것으로 도시하고 있으나, 에틸렌 냉매의 응축 방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 후술할 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 별도의 냉각 영역(510)에서 프로판 냉매와의 열교환을 통해 에틸렌 냉매가 응축될 수도 있다. 다만, 제2 폐 루프 냉동 사이클의 에틸렌 냉매가 제1 폐 루프 냉동 사이클의 프로판 냉매와 간접적으로 열교환하여 응축된다는 점에 있어서는 차이가 없다. The compressed ethylene refrigerant flows into the first heat exchange region 300 of the propane cycle and condenses through heat exchange with the propane refrigerant. The condensed ethylene refrigerant flows into the expansion valve 270 and expands, thereby liquefying the natural gas through indirect heat exchange with the natural gas in the second heat exchange region 200. For reference, although FIG. 1 shows that the compressed ethylene refrigerant is condensed in the first heat exchange region 300 of the propane cycle, the condensation method of the ethylene refrigerant is not limited thereto. For example, as illustrated in FIG. 3 to be described later, the ethylene refrigerant may be condensed through heat exchange with the propane refrigerant in a separate cooling region 510. However, there is no difference in that the ethylene refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle is indirectly exchanged with and condensed with the propane refrigerant of the first closed loop refrigeration cycle.

마지막으로 액화된 천연가스(ⓕ)는 질소 사이클의 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 과냉된다(S103). 이러한 질소 사이클에 대해서 상술하면, 기상의 질소 냉매는 압축기(130)에 의해 압축된 후, 냉각기(150)에 의해 예냉된다. 예냉된 질소 냉매는 냉각 영역(170)을 통과하면서 냉각된 다음, 팽창수단(190)으로 유입되어 일 팽창(work expanded)된다. 이러한 팽창 과정에서 일정 일(work)이 발생하며, 이러한 일은 동일 사이클 또는 다른 사이클 내의 압축기를 구동할 수 있다. 또한 이러한 팽창 과정에서 질소 냉매는 추가로 냉각될 수 있다. 참고로 질소 사이클의 팽창수단은 팽창터빈이거나 또는 터보 팽창기일 수 있다. Finally, the liquefied natural gas ⓕ is subcooled through indirect heat exchange with the nitrogen refrigerant of the nitrogen cycle (S103). In the nitrogen cycle described above, the gaseous nitrogen refrigerant is compressed by the compressor 130 and then precooled by the cooler 150. The precooled nitrogen refrigerant is cooled while passing through the cooling zone 170, and then flows into the expansion means 190 and is work expanded. Some work takes place in this expansion process, which can drive a compressor in the same or another cycle. In addition, the nitrogen refrigerant may be further cooled in the expansion process. For reference, the expansion means of the nitrogen cycle may be an expansion turbine or a turbo expander.

이와 같이 팽창된 질소 냉매는 제3 열교환 영역(100)에서 액화된 천연가스와 간접적으로 열교환하여 액화된 천연가스를 과냉시킬 수 있다. 그 후 질소 냉매는 다시 전술한 냉각 영역(170)으로 유입된다. 이렇게 냉각 영역(170)으로 유입되는 질소 냉매는 여전히 낮은 온도를 유지하고 있기 때문에, 냉각기(150)에 의해 예냉된 후 냉각 영역(170)으로 유입되는 질소 냉매를 간접적인 열교환을 통해 냉각시킬 수 있다. 그 후 질소 냉매는 전술한 압축기(130)로 유입되며, 다시 위와 같은 과정이 반복된다. 결국, 질소 사이클은 역 브레이튼 사이클에 기초하여 액화된 천연가스를 과냉시킨다. The expanded nitrogen refrigerant may indirectly heat exchange with the liquefied natural gas in the third heat exchange area 100 to supercool the liquefied natural gas. Thereafter, the nitrogen refrigerant flows back into the aforementioned cooling region 170. Since the nitrogen refrigerant flowing into the cooling zone 170 is still maintained at a low temperature, the nitrogen refrigerant flowing into the cooling zone 170 after being precooled by the cooler 150 may be cooled by indirect heat exchange. . Thereafter, the nitrogen refrigerant flows into the aforementioned compressor 130, and the above process is repeated. Finally, the nitrogen cycle subcools the liquefied natural gas based on the reverse Brayton cycle.

이러한 본 실시예에 따른 액화공정의 기본 개념을 기초로 도 3를 참조하여 본 실시예에 따른 액화공정을 보다 상세하게 설명한다. 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 질소 사이클은 2단(stage)의 제 3 열교환 영역(1010, 1020)을 가진다. 그리고 본 실시예에 따른 에틸렌 사이클은 응축에 요구되는 냉각 부하(cooling load)를 효과적으로 분산하기 위해 3단의 제2 열교환 영역(2010, 2020, 2030)을 가진다. 또한 본 실시예에 따른 프로판 사이클은 2단의 제1 열교환 영역(3010, 3020)을 가지며, 효율적으로 열을 주변으로 방출하기 위해 3단의 압축기(331, 332, 333)를 가진다. 결과적으로 본 실시예에 따른 액화공정은 7개의 냉각 단(cooling stage)을 가진다. Based on the basic concept of the liquefaction process according to this embodiment with reference to Figure 3 will be described in more detail the liquefaction process according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the nitrogen cycle according to the present embodiment has two stages of third heat exchange zones 1010 and 1020. In addition, the ethylene cycle according to the present embodiment has three stages of second heat exchange zones 2010, 2020, and 2030 to effectively disperse the cooling load required for condensation. In addition, the propane cycle according to the present embodiment has two stages of first heat exchange zones 3010 and 3020, and has three stages of compressors 331, 332 and 333 for efficiently dissipating heat to the surroundings. As a result, the liquefaction process according to the present embodiment has seven cooling stages.

본 실시예에 따른 3개의 사이클 중 질소 사이클에 대해서 상술한다. 참고로 본 실시예에 따른 프로판 사이클, 에틸렌 사이클은 통상의 캐스케이드 공정에 따른 프로판 사이클, 에틸렌 사이클과 유사하다. 즉, 본 실시예에 따른 프로판 사이클과 에틸렌 사이클은 전술한 바와 같이 기본적으로 줄-톰슨 사이클에 따라 냉매가 압축-응축-팽창-증발의 단계를 연속적으로 거치도록 구성되며, 증발 단계에서 천연가스와의 간접적인 열교환을 통해 천연가스를 냉각시킨다. 그리고 프로판 사이클과 에틸렌 사이클에 대한 이외의 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 도 3를 통해 파악할 수 있는 것이므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략하기로 한다. The nitrogen cycle among the three cycles according to the present embodiment will be described in detail. For reference, the propane cycle according to the present embodiment, the ethylene cycle is similar to the propane cycle according to the conventional cascade process, the ethylene cycle. That is, the propane cycle and the ethylene cycle according to the present embodiment are basically configured to continuously pass the compression-condensation-expansion-evaporation step according to the Joule-Thomson cycle as described above, and the natural gas and Natural gas is cooled by indirect heat exchange. And other information about the propane cycle and the ethylene cycle can be understood by those of ordinary skill in the art through the present invention, it will be omitted in the present specification.

본 실시예에 따른 질소 사이클은 전술한 바와 같이 2단의 제 3 열교환 영역(1010, 1020)을 가진다. 에틸렌 사이클을 통해 액화된 천연가스는 첫 번째 단의 제3 열교환 영역(1010)과 두 번째 단의 제3 열교환 영역(1020)을 순차적으로 통과하면서 팽창된 질소 냉매에 의해 과냉될 수 있다. 여기서 2단의 제3 열교환 영역(1010, 1020)에는 독립된 2개의 폐 루프 냉동 사이클(N2-1, N2-2)을 통해 팽창된 질소 냉매가 각각 유입된다. 각각의 폐 루프 냉동 사이클은 전술한 본 실시예에 따른 질소 사이클의 기본 개념과 동일하다. 참고로 본 명세서에서 하나의 냉동 사이클이 다른 냉동 사이클과 독립되어 있다는 것은 두 냉동 사이클의 냉매 사이에 열교환이 이루어지지 않는다는 것을 의미한다. 예를 들어 본 실시예에 있어 독립된 2개의 폐 루프 냉동 사이클에 적용되는 질소 냉매 사이에는 상호 열교환이 이루어지지 않으며, 각자 자기의 냉동 사이클 내에서 하나의 사이클을 완성한다.The nitrogen cycle according to this embodiment has two stages of third heat exchange zones 1010 and 1020 as described above. The natural gas liquefied through the ethylene cycle may be supercooled by the expanded nitrogen refrigerant while sequentially passing through the third heat exchange zone 1010 of the first stage and the third heat exchange zone 1020 of the second stage. Herein, the expanded nitrogen refrigerant is introduced into the second heat exchange zones 1010 and 1020 of the second stage through two independent closed loop refrigeration cycles N2-1 and N2-2. Each closed loop refrigeration cycle is identical to the basic concept of the nitrogen cycle according to this embodiment described above. For reference, the fact that one refrigeration cycle is independent of another refrigeration cycle in this specification means that no heat exchange occurs between refrigerants of the two refrigeration cycles. For example, in this embodiment, no mutual heat exchange occurs between nitrogen refrigerants applied to two independent closed loop refrigeration cycles, and each completes one cycle within its own refrigeration cycle.

본 실시예에 따른 2개의 질소 사이클에 대해 상술하면, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 각각의 냉동 사이클에서 기상의 질소 냉매(115, 125)는 압축기(131, 133)에 의해 압축된 다음 냉각기(151, 153)에 의해 예냉된다. 그 후 예냉된 질소 냉매(111, 121)는 냉각 영역(171, 173)으로 유입되어 해당 단의 제3 열교환 영역(1010, 1020)을 통과한 질소 냉매(114, 124)와 간접적으로 열교환한다. 이러한 열교환 과정을 통해 냉각된 질소 냉매(112, 122)는 팽창수단(191, 193)을 통해 일 팽창된 다음, 해당 단의 제3 열교환 영역(1010, 1020)으로 유입되어 액화된 천연가스를 과냉시킨다. 그 후 질소 냉매(114, 124)는 다시 냉각 영역(171, 173)으로 유입되며, 냉각 영역(171, 173)을 통과한 질소 냉매(115, 125)는 다시 압축기(131, 133)로 유입되어 압축된다. 이러한 냉동 사이클에 있어 질소 냉매를 압축하고 예냉하는 단계는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 반복적으로 2회가 진행될 수 있다. 즉, 질소 냉매가 압축기(131, 133)에 의해 압축되고 냉각기(151, 153)에 의해 예냉된 다음, 반복적으로 별도의 압축기(132, 134)에 의해 재압축되고 별도의 냉각기(152, 154)에 의해 재예냉될 수 있다.Referring to the two nitrogen cycles according to the present embodiment, as shown in Fig. 3, in each refrigeration cycle, the gaseous nitrogen refrigerants 115 and 125 are compressed by the compressors 131 and 133 and then cooled. It is precooled by 151,153. Thereafter, the precooled nitrogen refrigerants 111 and 121 flow into the cooling regions 171 and 173 and indirectly exchange heat with the nitrogen refrigerants 114 and 124 passing through the third heat exchange regions 1010 and 1020 of the stage. The nitrogen refrigerants 112 and 122 cooled by the heat exchange process are expanded by means of the expansion means 191 and 193 and then cooled to the third heat exchange zones 1010 and 1020 of the corresponding stage to supercool the liquefied natural gas. Let's do it. Thereafter, the nitrogen refrigerants 114 and 124 flow into the cooling zones 171 and 173 again, and the nitrogen refrigerants 115 and 125 passing through the cooling zones 171 and 173 flow into the compressors 131 and 133 again. Is compressed. In this refrigeration cycle, the step of compressing and precooling the nitrogen refrigerant may be repeatedly performed twice as shown in FIG. 3. That is, the nitrogen refrigerant is compressed by the compressors 131, 133 and precooled by the coolers 151, 153, then repeatedly recompressed by the separate compressors 132, 134 and the separate coolers 152, 154. Can be re-cooled by

이와 같은 구성을 가지는 본 실시예에 따른 액화공정의 성능을 평가하기 위해, 도 3의 ⓐ 내지 ⓗ 지점에서의 공급가스의 온도를, 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 ⓐ 지점에서 300 K, ⓑ 지점에서 266 K, ⓒ 지점에서 245 K, ⓓ 지점에서 226 K, ⓔ 지점에서 204 K, ⓕ 지점에서 184 K, ⓖ 지점에서 147 K, ⓗ 지점에서 123 K로 설정하고, 각 사이클에서의 온도-엔트로피 선도를 각각 나타내면 도 5 내지 도 7과 같다. 도 4은 천연가스의 열역학적 특성을 도시하고 있는 온도-엔트로피 선도이며, 도 5는 본 실시예에 따른 프로판 사이클에서의 온도-엔트로피 선도이다. 또한 도 6는 본 실시예에 따른 에틸렌 사이클에서의 온도-엔트로피 선도이며, 도 7은 본 실시예에 따른 질소 사이클에서의 온도-엔트로피 선도이다. 참고로 도 5 내지 도 7의 선도에서 숫자로 표시한 지점은 도 3의 각 사이클에서 숫자로 표시한 지점과 대응된다. In order to evaluate the performance of the liquefaction process according to the present embodiment having such a configuration, the temperature of the feed gas at points ⓐ to ⓗ in FIG. 3 is 300 K, ⓑ at the points ⓐ as shown in FIG. 4. 266 K at ⓒ, 245 K at ⓓ, 226 K at ⓓ, 204 K at ⓔ, 184 K at ⓕ, 147 K at ⓖ, 123 K at ⓖ, and temperature-entropy in each cycle. 5 and 7, respectively, are shown. 4 is a temperature-entropy diagram showing the thermodynamic properties of natural gas, and FIG. 5 is a temperature-entropy diagram in the propane cycle according to this embodiment. 6 is a temperature-entropy diagram in the ethylene cycle according to the present embodiment, and FIG. 7 is a temperature-entropy diagram in the nitrogen cycle according to the present embodiment. For reference, points indicated by numbers in the lines of FIGS. 5 to 7 correspond to points indicated by numbers in each cycle of FIG. 3.

이러한 본 실시예에 따른 액화공정에 있어 단위 LNG당 소요동력은 1,494 KJ/Kg로 추산되었으며, FOM(Figure of merit)은 대략 30.9 %로 추산되었다. 참고로 FOM은 실제 일(actual work) 대 최소 일(minimum work)의 비이다. C3/MR 공정에 있어 보고된 최고의 액화 성능(liquefaction performance)은 1,050 ~ 1,100 KJ/Kg이고, 캐스케이드 공정에 있어 보고된 최고의 액화 성능은 1,200 ~ 1,300 KJ/Kg이다. 본 실시예에 따른 액화공정의 개선 가능성을 고려할 때 본 실시예에 따른 액화 성능은 캐스케이드 공정과 비슷한 정도로 평가될 수 있다. In the liquefaction process according to this embodiment, the required power per unit LNG was estimated to be 1,494 KJ / Kg, and the figure of merit (FOM) was estimated to be about 30.9%. For reference, FOM is the ratio of actual work to minimum work. The highest reported liquefaction performance for the C3 / MR process is 1,050 to 1,100 KJ / Kg, and the highest reported liquefaction performance for the cascade process is 1,200 to 1,300 KJ / Kg. Considering the possibility of improvement of the liquefaction process according to the present embodiment, the liquefaction performance according to the present embodiment can be evaluated to a similar degree as the cascade process.

본 실시예에 따른 액화공정은 기본적으로 캐스케이드 공정의 기본 틀을 유지하되 과냉 단계에서의 폐 루프 냉동 사이클을 질소 사이클로 구성하고 있기 때문에 각 사이클에 채용되는 냉매는 모두 단일 냉매이다. 이에 따라 액화공정에 있어 그 작동이 단순하고 신뢰성이 높다는 장점이 있다. 또한 종래의 C3/MR 공정의 경우에는 프로판 사이클에서 천연가스가 냉각될 뿐만 아니라, 천연가스를 액화하고 과냉하는 혼합 냉매도 냉각되어야 한다. 그리고 종래의 캐스케이드 공정에서도 프로판 사이클에서 천연가스가 냉각될 뿐만 아니라, 에틸렌 사이클의 냉매와 메탄 사이클의 냉매도 함께 냉각되어야 한다. The liquefaction process according to the present embodiment basically maintains the basic framework of the cascade process, but since the closed loop refrigeration cycle in the subcooling stage is composed of nitrogen cycles, the refrigerants employed in each cycle are all single refrigerants. Accordingly, there is an advantage that the operation is simple and reliable in the liquefaction process. In addition, in the conventional C3 / MR process, not only natural gas is cooled in a propane cycle, but also a mixed refrigerant for liquefying and subcooling natural gas must be cooled. In the conventional cascade process, not only natural gas is cooled in the propane cycle, but also the refrigerant in the ethylene cycle and the refrigerant in the methane cycle must be cooled together.

이에 따라 종래의 액화공정에서는 프로판 사이클에 가해지는 열역학적 부하가 커질 수밖에 없으며, 이는 프로판 사이클에 채용되는 압축기의 대형화를 가져온다. 이의 결과로 종래의 액화공정의 경우 압축기 성능에 따라 전체 액화공정의 용량(capacity)이 제한된다는 문제가 초래된다. 그러나 본 실시예에 따른 액화공정에서는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 질소 사이클이 프로판 사이클 및 에틸렌 사이클과 독립되어 있기 때문에, 프로판 사이클에서 천연가스가 냉각되는 것 이외에 천연가스를 액화하는 에틸렌 사이클의 냉매만 냉각되면 된다. 이의 결과로 프로판 사이클에 가해지는 열역학적 부하가 감소될 수 있으며, 이에 따라 본 실시예에 따른 액화공정은 동일한 용량의 압축기만으로도 종래의 액화공정에 비해 전체 용량을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 이러한 점은 결국 전체 액화 공정의 용량 증대를 의미하기도 한다. Accordingly, in the conventional liquefaction process, the thermodynamic load applied to the propane cycle is inevitably increased, which leads to the enlargement of the compressor employed in the propane cycle. As a result, in the case of the conventional liquefaction process, the problem that the capacity (capacity) of the entire liquefaction process is limited depending on the compressor performance. However, in the liquefaction process according to the present embodiment, since the nitrogen cycle is independent of the propane cycle and the ethylene cycle, as shown in FIG. 3, the ethylene cycle refrigerant for liquefying natural gas in addition to cooling the natural gas in the propane cycle. Only need to cool. As a result, the thermodynamic load applied to the propane cycle can be reduced, and accordingly, the liquefaction process according to the present embodiment can increase the overall capacity compared to the conventional liquefaction process even with a compressor having the same capacity. This also means increasing the capacity of the entire liquefaction process.

뿐만 아니라 열역학적으로 공급가스의 온도와 냉매 사이의 온도 차가 절대온도에 비례하면 비례할수록, 다른 말로 표현하면 공급가스의 온도와 냉매 사이의 온도 차가 작으면 작을수록 천연가스를 액화시키는 액화공정의 성능이 증대된다. 그러나 도 5 및 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 줄-톰슨 사이클에서는 사이클의 순환 중에 냉매가 액상과 기상 사이에서 상변화를 일으키기 때문에(이러한 점은 C3/MR 공정이나 캐스케이드 공정에서도 동일하게 나타난다), 냉매의 온도 변화가 계단 형태로 나타날 수밖에 없으며, 이는 공급가스의 온도와 냉매 사이의 온도 차가 급격히 커졌다 작아지는 결과를 가져오므로, 열역학적인 성능 측면에서 바람직하지 않다. 그러나 본 실시예에 따른 액화공정에서는 과냉 단계에 브레이튼 사이클에 기초한 질소 사이클을 채용하기 때문에 위와 같은 문제가 발생하지 않으며(도 7 참조), 이에 따라 액화공정의 성능 향상을 기대할 수 있다.
In addition, thermodynamically, the more the temperature difference between the supply gas and the refrigerant is proportional to the absolute temperature, in other words, the smaller the temperature difference between the supply gas and the refrigerant is, the better the liquefaction process of liquefying natural gas is. Is increased. However, in the Joule-Thompson cycle, as shown in Figs. 5 and 6, since the refrigerant causes a phase change between the liquid phase and the gas phase during the cycle of the cycle (the same is true in the C3 / MR process or the cascade process), The change in temperature of the refrigerant is inevitably shown in the form of a step, which is not preferable in terms of thermodynamic performance since the temperature difference between the supply gas temperature and the refrigerant increases and decreases rapidly. However, in the liquefaction process according to the present embodiment, the above problems do not occur because the nitrogen cycle based on the Brayton cycle is employed in the subcooling step (see FIG. 7), and thus, the performance of the liquefaction process can be expected.

실시예 2Example 2

도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 액화공정을 상세하게 도시하고 있는 흐름도이다. 실시예 1에 따른 질소 사이클과 본 실시예에 따른 질소 사이클 사이의 주된 차이는 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 질소 사이클의 경우 압축기와 냉각 영역을 공유할 수 있도록 2개의 독립된 질소 사이클을 하나의 질소 사이클로 통합한 점이다. 보다 상술하면, 본 실시예에 따른 질소 사이클은 질소 냉매가 다음의 단계를 거쳐 하나의 사이클을 완성한다. 우선, 질소 냉매는 압축기(1131)에 의해 압축된 후 냉각기(1151)에 의해 예냉된다. 이러한 압축과 예냉은 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 반복적으로 2회가 진행될 수 있다. 즉, 질소 냉매가 압축기(1131)에 의해 압축되고 냉각기(1151)에 의해 예냉된 다음, 반복적으로 별도의 압축기(1132)에 의해 재압축되고 별도의 냉각기(1152)에 의해 재예냉될 수 있다. 8 is a flowchart showing the liquefaction process according to the second embodiment of the present invention in detail. The main difference between the nitrogen cycle according to the first embodiment and the nitrogen cycle according to this embodiment is shown in FIG. 8 in the case of the nitrogen cycle according to the present embodiment, as shown in FIG. The cycle is integrated into one nitrogen cycle. More specifically, in the nitrogen cycle according to the present embodiment, the nitrogen refrigerant completes one cycle through the following steps. First, the nitrogen refrigerant is compressed by the compressor 1131 and then precooled by the cooler 1151. Such compression and precooling may be repeatedly performed twice as shown in FIG. 8. That is, the nitrogen refrigerant may be compressed by the compressor 1131 and precooled by the cooler 1151, then repeatedly recompressed by the separate compressor 1132 and recooled by the separate cooler 1152.

이와 같이 예냉된 질소 냉매는 제1 냉각 영역(1171)으로 유입되어 환류하는 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각된다 그 후 냉각된 질소 냉매는 제1 부분 냉매와 제2 부분 냉매로 분배된다. 분배된 제1 부분 냉매는 다시 제2 냉각 영역(1173)으로 유입되어 환류하는 제1 부분 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각된다. 이렇게 냉각된 제1 부분 냉매는 제1 팽창수단(1191)을 통해 팽창된 후 두 번째 단의 제3 열교환 영역(1020)으로 유입되어 천연가스와의 간접적인 열교환을 통해 천연가스를 과냉한다. 그 후 질소 냉매는 다시 순차적으로 제2 냉각 영역(1173)과 제1 냉각 영역(1171)을 거쳐 압축기(1131)로 유입된다. The precooled nitrogen refrigerant is cooled by indirect heat exchange with the nitrogen refrigerant flowing into the first cooling region 1171 and refluxed. The cooled nitrogen refrigerant is then distributed into the first partial refrigerant and the second partial refrigerant. The distributed first partial refrigerant flows back into the second cooling region 1173 and is cooled by indirect heat exchange with the first partial refrigerant flowing back. The cooled first partial refrigerant is expanded through the first expansion means 1191 and then flows into the third heat exchange area 1020 of the second stage to supercool the natural gas through indirect heat exchange with the natural gas. Thereafter, the nitrogen refrigerant again flows into the compressor 1131 through the second cooling region 1171 and the first cooling region 1171.

그리고 분배된 제2 부분 냉매는 제2 팽창수단(1193)을 통해 팽창된 후 첫 번째 단의 제3 열교환 영역(1010)으로 유입되어 천연가스와의 간접적인 열교환을 통해 천연가스를 과냉한다. 그 후 제2 부분 냉매는 제2 냉각 영역(1173)을 통과한 제1 부분 냉매와 혼합되어 제1 부분 냉매와 함께 제1 냉각 영역(1171)을 거쳐 압축기(1131)로 유입된다. 이러한 과정 중에 제1 및 제2 팽창수단(1191, 1193)에서 발생하는 일정 일(work)은 에틸렌 사이클의 압축기(231, 232)를 구동하는데 사용될 수 있다. 이와 같이 액화공정을 구성하면 질소 사이클의 팽창수단과 에틸렌 사이클의 압축기를 일체화할 수 있어 전체 공정에 요구되는 구성의 수를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
The distributed second partial refrigerant is expanded through the second expansion means 1193 and then flows into the third heat exchange area 1010 of the first stage to supercool the natural gas through indirect heat exchange with the natural gas. Thereafter, the second partial refrigerant is mixed with the first partial refrigerant that has passed through the second cooling region 1171 and is introduced into the compressor 1131 through the first cooling region 1171 together with the first partial refrigerant. During this process, a certain work occurring in the first and second expansion means 1191 and 1193 can be used to drive the compressors 231 and 232 of the ethylene cycle. The liquefaction process as described above has the advantage that the expansion means of the nitrogen cycle and the compressor of the ethylene cycle can be integrated to reduce the number of configurations required for the entire 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.

100: 제3 열교환 영역 200: 제2 열교환 영역
300: 제1 열교환 영역
131, 132, 133, 134, 231, 232, 233, 331, 332, 333: 압축기
151, 152, 153, 154, 350: 냉각기
171, 173: 냉각 영역
271, 272, 273, 371, 372, 373: 팽창밸브
191, 193: 팽창수단
100: third heat exchange zone 200: second heat exchange zone
300: first heat exchange zone
131, 132, 133, 134, 231, 232, 233, 331, 332, 333: compressor
151, 152, 153, 154, 350: cooler
171, 173: cooling zone
271, 272, 273, 371, 372, 373: expansion valve
191, 193: expansion means

Claims (14)

세 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
제1 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 제1 단일 냉매의 기화를 통해 공급된 천연가스를 제1 열교환 영역에서 예냉(pre-cooling)하는 단계;
제2 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 제2 단일 냉매의 기화를 통해 예냉된 천연가스를 제2 열교환 영역에서 액화(liquefying)하는 단계; 및
제3 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 과정에서 일 팽창된(work expanded) 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 액화된 천연가스를 제3 열교환 영역에서 과냉(sub-cooling)하는 단계를 포함하며,
상기 제3 폐 루프 냉동 사이클은 역 브레이튼(Reverse Brayton) 사이클에 기초하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
In the natural gas liquefaction process using the three closed loop refrigeration cycle to liquefy natural gas,
Pre-cooling the natural gas supplied through vaporization of the first single refrigerant circulating in the first closed loop refrigeration cycle in the first heat exchange zone;
Liquefying the precooled natural gas in a second heat exchange zone through vaporization of a second single refrigerant circulating in a second closed loop refrigeration cycle; And
Sub-cooling the liquefied natural gas in a third heat exchange zone through indirect heat exchange with a work expanded nitrogen refrigerant in the course of circulating a third closed loop refrigeration cycle,
Wherein said third closed loop refrigeration cycle is based on a Reverse Brayton cycle.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 폐 루프 냉동 사이클은, 상기 질소 냉매를 압축하는 단계, 압축된 질소 냉매를 예냉하는 단계, 예냉된 질소 냉매를 상기 제3 열교환 영역을 통과한 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각하는 단계, 및 냉각된 질소 냉매를 일 팽창하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The third closed loop refrigeration cycle may include compressing the nitrogen refrigerant, precooling the compressed nitrogen refrigerant, and cooling the precooled nitrogen refrigerant through indirect heat exchange with the nitrogen refrigerant passing through the third heat exchange region. Natural gas liquefaction process comprising the steps of, and expanding the cooled nitrogen refrigerant.
청구항 1에 있어서,
상기 과냉하는 단계는 액화된 천연가스를 2단(stage)의 제3 열교환 영역에서 일 팽창된 질소 냉매를 통해 순차적으로 과냉하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The subcooling step is characterized in that the liquefied natural gas is sequentially subcooled through a nitrogen refrigerant expanded in the second stage of the third heat exchange zone.
청구항 3에 있어서,
상기 과냉하는 단계는 독립된 2개의 제3 폐 루프 냉동 사이클의 일 팽창된 질소 냉매가 각각 상기 2단의 제3 열교환 영역에서 액화된 천연가스와 간접적으로 열교환하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 3,
The supercooling step includes the natural gas liquefaction process of one expanded nitrogen refrigerant of two independent three closed loop refrigeration cycle indirect heat exchange with the natural gas liquefied in the second heat exchange zone of the second stage.
청구항 4에 있어서,
상기 2개의 제3 폐 루프 냉동 사이클은 각각, 상기 질소 냉매를 압축하는 단계, 압축된 질소 냉매를 예냉하는 단계, 예냉된 질소 냉매를 재압축하는 단계, 재압축된 질소 냉매를 재예냉하는 단계, 재예냉된 질소 냉매를 각 단의 제3 열교환 영역을 통과한 질소 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 질소 냉매를 일 팽창하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method of claim 4,
The two third closed loop refrigeration cycles may include: compressing the nitrogen refrigerant, precooling the compressed nitrogen refrigerant, recompressing the precooled nitrogen refrigerant, recooling the recompressed nitrogen refrigerant, And cooling the re-cooled nitrogen refrigerant through indirect heat exchange with the nitrogen refrigerant passing through the third heat exchange zone of each stage, and expanding the cooled nitrogen refrigerant.
청구항 3에 있어서,
상기 과냉하는 단계는 1개의 제3 폐 루프 냉동 사이클을 통해 일 팽창된 질소 냉매가 상기 2단의 제3 열교환 영역에서 액화된 천연가스와 간접적으로 열교환하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 3,
The subcooling step is a natural gas liquefaction process, characterized in that the one expanded nitrogen refrigerant is indirect heat exchange with the natural gas liquefied in the second heat exchange zone of the second stage through one third closed loop refrigeration cycle.
청구항 6에 있어서,
상기 제3 폐 루프 냉동 사이클의 질소 냉매를 일 팽창하는 팽창수단을 통해 발생되는 일(work)은 상기 제2 폐 루프 냉동사이클의 제2 단일 냉매를 압축하는 압축수단을 구동하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method of claim 6,
Work generated through expansion means for expanding the nitrogen refrigerant of the third closed loop refrigeration cycle to drive the compression means for compressing the second single refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle. Gas liquefaction process.
청구항 6에 있어서,
상기 1개의 폐 루프 냉동 사이클은, (a) 상기 질소 냉매를 압축하는 단계, (b) 압축된 질소 냉매를 예냉하는 단계, (c) 예냉된 질소 냉매를 제1 냉각 영역으로 유입하는 단계, (d) 상기 단계 (c)를 통해 상기 제1 냉각 영역을 통과한 질소 냉매를 제1 부분 냉매와 제2 부분 냉매로 분배하는 단계, (e) 분배된 제1 부분 냉매를 제2 냉각 영역으로 유입하는 단계, (f) 상기 단계 (e)를 통해 상기 제2 냉각 영역을 통과한 제1 부분 냉매를 일 팽창하는 단계, (g) 일 팽창된 제1 부분 냉매를 두 번째 단의 제3 열교환 영역으로 유입하는 단계, (h) 상기 두 번째 단의 제3 열교환 영역을 통과한 제1 부분 냉매를 제2 냉각 영역으로 유입하는 단계, (i) 상기 단계 (d)를 통해 분배된 제2 부분 냉매를 일 팽창하는 단계, (j) 일 팽창된 제2 부분 냉매를 첫 번째 단의 제3 열교환 영역으로 유입하는 단계, 및 (k) 상기 첫 번째 단의 제3 열교환 영역을 통과한 제2 부분 냉매를 상기 단계 (h)를 통해 상기 제2 냉각 영역을 통과한 제1 부분 냉매와 함께 상기 제1 냉각 영역으로 유입하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (k)를 통해 상기 제1 냉각 영역을 통과한 제1 부분 냉매 및 제2 부분 냉매를 상기 단계 (a)를 통해 압축하여 상기 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method of claim 6,
The one closed loop refrigeration cycle comprises: (a) compressing the nitrogen refrigerant, (b) precooling the compressed nitrogen refrigerant, (c) introducing the precooled nitrogen refrigerant into the first cooling zone, ( d) distributing the nitrogen refrigerant passing through the first cooling zone into the first partial refrigerant and the second partial refrigerant through step (c), and (e) introducing the distributed first partial refrigerant into the second cooling zone. (F) expanding the first partial refrigerant that has passed through the second cooling zone through step (e), and (g) the third heat exchange zone of the second stage having the expanded first partial refrigerant; (H) introducing the first partial refrigerant having passed through the third heat exchange region of the second stage into the second cooling region, (i) the second partial refrigerant distributed through the step (d) (J) introducing the expanded second partial refrigerant into the third heat exchange zone of the first stage; And (k) the second partial refrigerant having passed through the third heat exchange zone of the first stage together with the first partial refrigerant having passed through the second cooling zone through step (h); And a first partial coolant and a second partial coolant having passed through the first cooling region through step (k), and repeating the steps. Natural gas liquefaction process.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제3 폐 루프 냉동 사이클은 상기 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클과 독립되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
Wherein said third closed loop refrigeration cycle is independent of said first and second closed loop refrigeration cycles.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 폐 루프 냉동 사이클은 줄-톰슨(Joule-Thomson) 사이클에 기초하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
Wherein said first and second closed loop refrigeration cycles are based on a Joule-Thomson cycle.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 폐 루프 냉동 사이클의 제2 단일 냉매는 상기 제1 폐 루프 냉동 사이클의 제1 단일 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 응축되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
And the second single refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle is condensed through indirect heat exchange with the first single refrigerant of the first closed loop refrigeration cycle.
청구항 1에 있어서,
상기 예냉하는 단계는 공급된 천연가스를 2단의 제1 열교환 영역에서 상기 제1 단일 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 순차적으로 예냉하고, 상기 액화하는 단계는 예냉된 천연가스를 3단의 제2 열교환 영역에서 상기 제2 단일 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 순차적으로 액화하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The precooling step sequentially precools the supplied natural gas through indirect heat exchange with the first single refrigerant in the first heat exchange zone of the second stage, and the liquefaction step includes the second stage of the third stage of the precooled natural gas. Natural gas liquefaction process, characterized in that to sequentially liquefy through indirect heat exchange with the second single refrigerant in the heat exchange zone.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 폐 루프 냉동 사이클의 제1 단일 냉매는 프로판 냉매이고, 상기 제2 폐 루프 냉동 사이클의 제2 단일 냉매는 에틸렌 냉매인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
Wherein the first single refrigerant of the first closed loop refrigeration cycle is propane refrigerant and the second single refrigerant of the second closed loop refrigeration cycle is ethylene refrigerant.
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