KR101278587B1 - 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법 - Google Patents

열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법 Download PDF

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문일
탁경재
이인규
최광호
이선근
김학성
최낙기
조웅호
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법에 관한 것으로서, 공급되는 천연가스 중, 불순물을 제거하고 프로판과의 열교환에 의해 설정온도로 냉각시키는 전처리 공정부와, 상기 전처리 공정부를 통과한 천연가스를 혼합냉매와의 열교환에 의해 냉각시켜 액화가 이루어지도록 하는 열교환부와, 상기 열교환부로 혼합냉매를 순환시킴에 따라 상기 열교환부를 통과하는 천연가스가 액화되도록 하는 혼합냉매 순환부를 포함하며, 상기 열교환부를 통과하여 저온으로 열교환된 천연가스를 제1분리기로서 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리한 후, 상기 저온의 가스 스트림을 상기 열교환부로 재순환시켜서, 상기 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매를 저온으로 재차 열교환시킴으로써, 에너지를 저감하도록 하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 천연가스를 액화시키는 과정에서 분리되는 저온의 가스 스트림이 냉매 사이클로 재순환됨으로써, 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환이 이루어지게 되는바, 열교환부를 통과하기 전 천연가스 및 혼합냉매의 열 회수로 인하여 전력 에너지가 저감되는 효과가 제공된다.

Description

열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법{ liquefaction method of natural gas for energy reduction}
본 발명은 천연가스의 액화방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 천연가스를 액화시키는 과정에서 분리되는 저온의 가스 스트림을 냉매 사이클로 재순환시킴으로써, 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환이 이루어지도록 하여 열 회수로 인한 전력 에너지를 저감하도록 한 천연가스의 액화방법에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스는 천연에서 산출되는 가연성의 가스로서, 탄화수소류를 주성분으로 하는 가스를 의미한다.
지하에서 추출된 천연가스는 주성분인 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등 외에 수분, 고분자, 탄화수소, 질소, 헬륨, 탄산가스와 황화수소 등이 함유되어 있다.
여기서, 이러한 물질들을 분리 및 제거하지 않고 이용하면 발열량 및 물리 화학적 특성이 다르게 되기 때문에, 상기와 같은 물질들을 천연가스로부터 분리하여 연료로서의 천연가스 품질을 향상시키고, 분리된 물질들 또한 다른 자원으로 이용하기 위해서 수분제거, 황화물제거, 탄산가스제거, 먼지와 유분 제거 등의 분리 및 정제과정을 거치게 된다.
이러한 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되기도 하는데, 장거리 수송과 작은 면적의 저장공간에 많은 양의 천연가스를 저장하려는 목적으로 액화공정을 거쳐 액체상태로 변화시키게 된다.
액화상태로 된 천연가스를 액화천연가스(LNG : Liquefied Natural Gas)라 하며, 가스상태의 천연가스보다 그 부피가 1/600로 감소되게 때문에 운송 및 저장이 용이하게 된다.
천연가스의 주성분은 메탄이며, 이 메탄의 액화온도는 매우 낮기 때문에 일반적인 방법으로 액화시키기는 매우 어렵다. 이에 팽창법(Turbo expander cycle), 다단냉동법(Cascade cycle) 또는 혼합냉매법(Multi-component refrigerant cycle) 등의 방법을 통해 천연가스를 액화하고 있다.
여기서, 천연가스를 액화하기 위하여 주로 혼합냉매법이 적용되는데, 도 1은 이러한 혼합냉매법에 의하여 천연가스를 액화시키는 방법을 도시한 공정도로서, 도 1을 참조하여 종래에 천연가스를 액화시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.
종래에 천연가스를 액화시키기 위한 공정은, 천연가스 중 불순물을 제거하고 프로판과의 열교환에 의해 천연가스를 설정온도로 냉각시키는 전처리 공정부(10)를 포함한다.
전처리 공정부(10)는, 이산화탄소 제거기(12), 수분 제거기(14), 복수의 프로판 열교환기(16)들 및 스크러버(18)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전처리 공정부(10)를 통과하여 정제된 기상의 천연가스를 열교환에 따라 액화시키는 열교환부와, 이 열교환부에 혼합냉매를 순환시키는 혼합냉매 순환부(30)를 더 포함한다.
이와 같이 전처리 공정부(10)를 통과하여 정제과정을 거치면서 설정온도로 낮아진 천연가스(G3)는 혼합냉매(MR)와 열교환을 이루는 열교환부를 통과하여 저온으로 된 후, 액화천연가스(LNG)로 생성되는데, 이 과정에서 일부는 저온의 가스 스트림(G.S)으로 되어 배기되거나 또는 가스 터빈 또는 파워플랜트의 연료로도 재사용된다.
상기 열교환부는, 제1열교환기(20)와 제2열교환기(24)가 직렬로 나란하게 설치되며, 전처리 공정부(10)를 거친 천연가스(G3)는 제1열교환기(20) 및 제2열교환기(24)를 순차적으로 통과하면서 혼합냉매(MR)와의 열교환에 의해 저온으로 된 후, 제1분리기(50)를 통해 액화천연가스(LNG)와 저온의 가스 스트림(G.S)으로 분리된다.
한편, 상기 열교환부의 제1열교환기(20)와 제2열교환기(24)에는 혼합냉매 순환부(30)를 순환하게 되는 혼합냉매(MR)가 연속적으로 통과하게 되는데, 이에 대한 구성 및 열교환 방법을 설명하면 다음과 같다.
혼합냉매 순환부(30)는, 복수의 압축기(32)와 복수의 냉각기(34)를 순차적으로 통과하면서 고압으로 되고, 다시 복수의 프로판 냉각기(36)를 순차적으로 통과하면서 기액분리기(38)로 공급된다.
기액분리기(38)는 혼합냉매 순환부(30)를 통과하여 저온고압으로 된 혼합냉매(MR)를 기상과 액상으로 분리하여, 각각 제1열교환기(20)를 통과하도록 공급된다.
이때, 기액분리기(38)에서 분리된 액상 혼합냉매 및 기상 혼합냉매는 제1열교환기(20)를 통과하면서, 제1열교환기(20)를 동시에 통과하게 되는 천연가스와 열교환을 이루어, 상기 천연가스(G4)가 저온상태가 되도록 한다.
제1열교환기(20)를 통과하는 액상 혼합냉매는 연속해서 제2열교환기(24)를 통과하고, 줄-톰슨 효과에 의해 혼합냉매의 압력을 낮추고 냉각시키는 제2팽창밸브(26)를 거쳐 다시 제2열교환기(24)를 재차 통과함으로써, 이 제2열교환기(24)를 통과하게 되는 천연가스를 더욱 낮은 온도로 열교환시키게 된다.
여기서, 제1열교환기(20) 및 제2열교환기(24)를 연속적으로 통과하여 저온으로 된 천연가스(G5)는 제3팽창밸브(40)를 거쳐 제1분리기(50)를 통해 액화천연가스(LNG)와 질소가 풍부한 저온의 가스 스트림(G.S)으로 분리된다.
한편, 제1열교환기(20)를 통과한 기상 혼합냉매는 줄-톰슨 효과에 의해 압력을 낮추고 냉각시키는 제1팽창밸브(22)를 거치면서 냉각된 상태로 혼합기(28)로 공급되고, 제2열교환기(24)를 재차 통과한 액상 혼합냉매도 상기 혼합기(28)로 공급된다.
이와 같이, 혼합기(28)에는 제1열교환기(20)를 통과한 기상 혼합냉매와, 제2열교환기(24)를 통과한 액상 혼합냉매가 공급되어 혼합된 후, 다시 제1열교환기를 재차 통과하게 됨으로써, 상기 제1열교환기(20)를 통과하는 천연가스와 기상 및 액상 혼합냉매와 재차 열교환을 이루게 된다.
제1열교환기(20)를 통과한 혼합냉매는 열교환에 의해 압력이 낮고 고온인 상태이므로, 다시 혼합냉매 순환부(30) 즉, 복수의 압축기(32)와 복수의 냉각기(34) 및 복수의 프로판 냉각기(36)를 통과하면서 저온고압으로 된 후 기액분리기(38)로 순환된다.
여기서, 공정에 유입되는 천연가스(G1) 유량과, 생산되는 LNG의 비를 전환율(conversion ratio)로 정하고, 전환율을 75~85%로 고려하여 다음의 표 1과 같이 공정모사를 수행하였다.
실제로는 액화공정에 들어오는 천연가스의 조성이나 목표로 하는 LNG의 조성, 그리고 혼합냉매의 조성이 바뀜에 따라 적합한 전환율을 설정하며, LNG로 전환되지 않은 가스 스트림(G.S)은 공정의 가스 터빈이나 파워플랜트의 연료로 사용한다.
또한, 각 공정의 열효율은 Specific work(kJ/kg)를 통해 비교한다. 이는 1kg의 LNG를 생산하기 위해서 공정에서 사용하는 에너지의 양으로 정의하고, 전환율은 열교환부를 거친 천연가스(G5)의 온도를 통해서 조절하며, 목표로 하는 전환율을 바꾸면 열교환기(20,24)들 사이에서의 천연가스(G4) 온도를 적합하게 조절한다.
G5
온도(˚C)		 LNG/G1
전환율(%)		 Specific
work (kJ/kg)		 MR유량
(kg/h)		 G4
온도(˚C)
-134.2 77.67 739.13 667497.89 -114.53
-135.2 78.28 737.89 671648.87 -115.53
-136.2 78.89 736.68 675797.60 -116.54
-137.2 79.50 735.51 679944.39 -117.58
-138.2 80.11 734.37 684089.40 -118.63
-139.2 80.72 733.25 688233.03 -119.71
-140.2 81.33 732.17 692375.68 -120.82
-141.2 81.93 731.12 696517.41 -121.97
-142.2 82.53 730.11 700658.67 -123.19
-143.2 83.13 729.11 704799.68 -124.49
-143.3 83.19 729.02 705213.77 -124.63
-143.4 83.25 728.92 705627.81 -124.77
-143.5 83.31 728.83 706041.97 -124.91
-143.6 83.37 728.73 706456.00 -125.06
-143.65 83.40 728.67 706657.92 -125.13
-143.7 83.43 728.63 706894.39 -125.20
-143.8 83.49 730.00 710713.16 -125.20
-143.9 83.55 731.47 714603.98 -125.20
-144 83.61 732.79 718318.97 -125.20
-144.1 83.67 734.15 722158.96 -125.20
-144.2 83.73 735.53 726002.22 -125.20
-144.3 83.79 736.75 729654.14 -125.20
-144.4 83.85 738.11 733410.19 -125.20
-144.5 83.91 739.58 737310.67 -125.20
-144.6 83.97 740.79 741081.11 -125.20
[그래프 1]
Figure 112012041014041-pat00001
위의 표 1 및 그래프 1에서와 같이, 제1열교환기(20)와 제2열교환기(24)를 모두 통과하여 열교환된 천연가스(G5)의 온도가 낮아질수록 액화천연가스로의 전환율이 높아지게 됨을 알 수 있었다.
그러나, 열교환부를 통과하여 열교환된 천연가스(G5)의 온도가 어느 정도의 온도에서 더 낮아질수록 혼합냉매의 유량이 증가하면서 오히려 에너지 소비량도 많아짐을 알게 되었다.
즉, 열교환부를 모두 통과한 천연가스(G5)의 온도가 -143.7℃이고, 제1열교환기(20)를 통과한 천연가스(G4)의 온도가 -125.20℃ 일 경우, 에너지 소비량이 가장 적게 소모됨을 알 수 있게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 천연가스 액화방법에 따른 공정에 착안하여 안출된 것으로서, 천연가스를 액화시키는 과정에서 분리되는 저온의 가스 스트림을 냉매 사이클로 재순환시킴으로써, 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환이 이루어지도록 함에 따라, 열 회수로 인하여 전력 에너지를 저감하도록 한 천연가스의 액화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법은, 공급되는 천연가스 중, 불순물을 제거하고 프로판과의 열교환에 의해 설정온도로 냉각시키는 전처리 공정부와, 상기 전처리 공정부를 통과한 천연가스를 혼합냉매와의 열교환에 의해 냉각시켜 액화가 이루어지도록 하는 열교환부와, 상기 열교환부로 혼합냉매를 순환시킴에 따라 상기 열교환부를 통과하는 천연가스가 액화되도록 하는 혼합냉매 순환부를 포함하며, 상기 열교환부를 통과하여 저온으로 열교환된 천연가스를 제1분리기로서 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리한 후, 상기 저온의 가스 스트림을 상기 열교환부로 재순환시켜서, 상기 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매를 저온으로 재차 열교환시킴으로써, 에너지를 저감하도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열교환부는, 제1열교환기와 제2열교환기로 이루어지며, 상기 저온의 가스 스트림은 상기 제1열교환기 및 제2열교환기 중, 적어도 하나 이상을 재순환하는 것이 바람직하다.
이 경우, (A) 상기 제1분리기에서 분리된 액화천연가스를 제2분리기에 의해 재차 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리하는 단계; (B) 상기 제1분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림과, 상기 제2분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림을 가스 스트림 혼합기에 의해 혼합하는 단계; (C) 상기 가스 스트림 혼합기에 의해 혼합된 가스 스트림을 상기 열교환부로 공급하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, (A) 상기 제1분리기에서 분리된 액화천연가스를 제2분리기에 의해 재차 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리하는 단계; (B) 상기 제1분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림과, 상기 제2분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림을 각각 상기 열교환부로 공급하는 단계를 더 포함하는 것일 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법에 의하면, 천연가스를 액화시키는 과정에서 분리되는 저온의 가스 스트림이 냉매 사이클로 재순환됨으로써, 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환이 이루어지게 되는바, 열교환부를 통과하기 전 천연가스 및 혼합냉매의 열 회수로 인하여 전력 에너지가 저감되는 효과가 제공된다.
도 1은 종래에 천연가스를 액화시키는 방법을 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명의 제 1실시 예에 따라 천연가스를 액화시키는 방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명의 제 2실시 예에 따라 천연가스를 액화시키는 방법을 나타낸 공정도.
도 4는 본 발명의 제 3실시 예에 따라 천연가스를 액화시키는 방법을 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
<제 1실시 예>
본 발명의 제 1실시 예에 따른 천연가스의 액화방법은, 천연가스가 프로판 및 혼합냉매와 열교환을 이루어 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리될 때, 저온의 가스 스트림을 이용하여 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매를 저온으로 재차 열교환시킴으로써, 천연가스의 열교환에 따른 액화시 소요되는 전력 에너지를 저감하도록 하는 것이다.
이러한 제 1실시 예에 따른 천연가스 액화방법은, 그 공정에서 유입되는 천연가스(G1) 중 불순물을 제거하고 프로판과의 열교환에 의해 천연가스를 설정온도로 냉각시키는 전처리 공정부(100)를 포함한다.
전처리 공정부(100)는, 기상의 천연가스 중, 이산화탄소, 수분 및 먼지 등을 제거하고 프로판과의 열교환에 의해 설정온도로 냉각시키는 기능을 담당하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이산화탄소 제거기(102)와, 수분 제거기(104)와, 복수의 프로판 열교환기(106)들 및 스크러버(108)로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 천연가스 액화방법은, 그 공정에서 상기 전처리 공정부(100)를 통과하여 정제된 기상의 천연가스(G3)를 열교환에 따라 액화시키는 열교환부와, 이 열교환부에 혼합냉매(MR)를 순환시키는 혼합냉매 순환부(300)를 더 포함한다.
상기 열교환부는, 제1열교환기(200)와 제2열교환기(204)가 직렬로 나란하게 설치되며, 전처리 공정부(100)를 거친 천연가스(G3)는 제1열교환기(200) 및 제2열교환기(204)를 순차적으로 통과하면서 혼합냉매(MR)와의 열교환에 의해 저온으로 된 후, 제1분리기(500)를 통해 액화천연가스(LNG)와 저온의 가스 스트림(G.S)으로 분리된다.
한편, 상기 열교환부의 제1열교환기(200)와 제2열교환기(204)에는 혼합냉매 순환부(300)를 순환하게 되는 혼합냉매(MR)가 연속적으로 통과하게 되는데, 이에 대한 구성 및 열교환 방법을 설명하면 다음과 같다.
혼합냉매 순환부(300)는, 복수의 압축기(302)와 복수의 냉각기(304)를 순차적으로 통과하면서 고압으로 되고, 다시 복수의 프로판 냉각기(306)를 순차적으로 통과하면서 기액분리기(308)로 공급된다.
기액분리기(308)는 혼합냉매 순환부(300)를 통과하여 저온고압으로 된 혼합냉매(MR)를 기상과 액상으로 분리하여, 각각 제1열교환기(200)를 통과하도록 공급된다.
이와 같이, 제1열교환기(200)를 통과하게 되는 액상 및 기상 혼합냉매는, 제1열교환기(200)를 동시에 통과하게 되는 천연가스와 열교환을 이루어, 천연가스(G4)가 저온상태가 되도록 한다.
제1열교환기(200)를 통과하는 액상 혼합냉매는 연속해서 제2열교환기(204)를 통과하고, 줄-톰슨 효과에 의해 혼합냉매의 압력을 낮추고 냉각시키는 제2팽창밸브(206)를 거쳐 다시 제2열교환기(204)를 재차 통과함으로써, 이 제2열교환기(204)를 통과하게 되는 천연가스를 더욱 낮은 온도로 열교환시키게 된다.
여기서, 제1열교환기(200) 및 제2열교환기(204)를 연속적으로 통과하여 저온으로 된 천연가스(G5)는 제3팽창밸브(400)를 거쳐 제1분리기(500)를 통해 액화천연가스(LNG)와 질소가 풍부한 저온의 가스 스트림(G.S)으로 분리된다.
한편, 제1열교환기(200)를 통과한 기상 혼합냉매는 줄-톰슨 효과에 의해 압력을 낮추고 냉각시키는 제1팽창밸브(202)를 거쳐 혼합기(208)로 공급되고, 제2열교환기(204)를 재차 통과한 액상 혼합냉매도 상기 혼합기(208)로 공급된다.
이와 같이, 혼합기(208)에는 제1열교환기(200)를 통과한 기상 혼합냉매와, 제2열교환기(204)를 통과한 액상 혼합냉매 공급되어 혼합된 후, 다시 제1열교환기(200)를 재차 통과하게 됨으로써, 상기 제1열교환기(200)를 통과하는 천연가스와 기상 및 액상 혼합냉매와 다시 한 번 열교환을 이루게 된다.
이와 같이, 제1열교환기(200)를 통과한 혼합냉매는 열교환에 의해 압력이 낮고 고온인 상태이므로, 다시 혼합냉매 순환부(300) 즉, 복수의 압축기(302)와 복수의 냉각기(304) 및 복수의 프로판 냉각기(306)를 통과하면서 저온고압으로 된 후 기액분리기(308)로 순환된다.
또 한편, 상기 제1분리기(50)에서 분리된 저온의 가스 스트림은 다시 열교환부를 통과하여, 열교환부 즉, 제1열교환기(200)와 제2열교환기(204)를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 열교환이 이루어지도록 한다.
즉, 제1분리기(50)로부터 분리된 저온의 가스 스트림은 열교환부의 제2열교환기(204)와 제1열교환기(200)를 다시 통과하도록 함으로써, 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매가 저온의 가스 스트림과 재차 열교환이 이루어지도록 한다.
이상에서와 같이, 제1분리기(500)에 의해 분리된 저온의 가스 스트림(G.S)을 이용하여 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매를 열교환시킴에 따라 아래의 표 2에서와 같이 전력 에너지 소비가 낮아짐에도 불구하고 천연가스(G1) 공급 대비 액화천연가스(LPG)의 전환율이 유지됨을 알 수 있었다.
즉, 제1열교환기(200) 및 제2열교환기(204)를 모두 통과하여 열교환된 천연가스(G5)의 온도를 조절하여 각각 액화천연가스 전환율과 전력 에너지 소비량을 각각 측정한 결과, 아래의 표 2 및 그래프 2와 같이 나타나게 되었다.
G5
온도(˚C)		 LNG/G1
전환율(%)		 Specific
work (kJ/kg)		 MR유량
(kg/h)		 G4
온도(˚C)
-134.2 77.67 670.59 605539.90 -110.50
-135.2 78.28 671.98 611596.22 -111.74
-136.2 78.89 673.36 617640.72 -112.97
-137.2 79.50 674.72 623675.91 -114.21
-138.2 80.11 676.05 629702.05 -115.45
-139.2 80.72 677.37 635718.03 -116.70
-140.2 81.33 678.68 641722.71 -117.96
-141.2 81.93 679.97 647716.90 -119.25
-142.2 82.53 681.25 653699.14 -120.57
-143.2 83.13 682.50 659676.19 -121.94
-144.2 83.73 683.75 665634.38 -123.39
-145.2 84.32 684.99 671577.60 -124.97
-145.3 84.38 685.11 672172.61 -125.14
-145.35 84.41 685.45 673165.56 -125.19
-145.4 84.44 686.37 675140.84 -125.20
-145.5 84.50 688.20 679322.08 -125.20
-145.6 84.56 690.03 683527.00 -125.20
-145.7 84.62 691.86 687755.91 -125.20
위의 표 2 및 아래의 그래프 2에서와 같이, 제1열교환기(200)와 제2열교환기(204)를 모두 통과하여 열교환된 천연가스(G5)의 온도가 낮아질수록 액화천연가스로의 전환율이 높아지고, 에너지 소비량도 많아짐을 알게 되었다.
그러나, 본 발명이 제 1실시 예를 종래의 천연가스 액화방법과 비교해 보았을 때, 제1열교환기(200)와 제2열교환기(204)를 모두 통과한 천연가스(G5)의 온도가 동일할 경우, 액화천연가스로의 전환율은 동일하였으나, 그 전력 에너지 소비가 현저하게 감소하였음을 알 수 있고, 특히 제1열교환기(200)만을 통과한 천연가스(G4)가 제2열교환기(204)를 통과하면서 열교환 효율이 더욱 향상됨을 알 수 있다.
예컨대, 종래에는 제1열교환기 및 제2열교환기를 모두 통과한 천연가스의 온도가 -134.2℃인 경우, 제2열교환기를 통과하지 않은 천연가스의 온도는 114.53℃여야 함으로써, 에너지 소비(739.13kJ/kg)가 많은 반면, 본 발명의 제1실시 예에서는 제1열교환기(200) 및 제2열교환기(204)를 모두 통과한 천연가스(G5)의 온도가 -134.2℃인 경우, 제2열교환기(204)를 통과하지 않은 천연가스(G4)의 온도는 110.50℃이어도 됨으로써, 제1열교환기(200)를 통과하는 천연가스를 열교환시키기 위한 많은 에너지가 필요하지 않아 에너지 소비가 줄어드는 한편 제2열교환기(204)에서의 열교환 효율이 매우 향상되게 된다.
[그래프 2]
Figure 112012041014041-pat00002
특히, 전환율을 84%에 가깝거나 그 이상으로 할 경우, 전환율 향상 대비 에너지 소비가 급격하게 늘어남을 알 수 있었는바, 에너지 소비량 대비 전환율을 고려하여 열교환부를 모두 통과한 천연가스(G5)의 온도를 조정하여 운전이 이루어지도록 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
<제 2실시 예>
도 3은 본 발명의 제 2실시 예에 따라 천연가스를 액화시키기 위한 공정도를 나타낸 것으로서, 앞선 제 1실시 예에 있어서와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명하고 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제 2실시 예는 열교환부를 통과한 천연가스(G5)를 제1분리기(500)로서 액화천연가스(LNG)와 저온의 가스 스트림(G.S)으로 분리하고, 제1분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스(LNG)를 제5팽창밸브(502)에 의해 팽창시킨 후, 제2분리기(510)에 의해 다시 한 번 액화천연가스(LNG)와 저온의 가스 스트림(G.S)으로 재차 분리하는 공정을 더 포함한다.
여기서, 제1분리기(500)에 의해 분리된 저온의 가스 스트림(G.S)과, 제2분리기(510)에 의해 분리된 저온의 가스 스트림(G.S)은 가스 스트림 혼합기(520)에 의해 혼합된 상태로 열교환부로 공급되도록 하여 열교환부 즉, 제1열교환기(200)와 제2열교환기(204)를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환을 이루도록 하는 것이다.
본 발명의 제 2실시 예는, 앞선 제 1실시 예와 상기한 바 외에는 모두 동일한 구성 및 공정에 의해 천연가스가 액화된다.
이상에서와 같이, 제1분리기(500) 및 제2분리기(510)에 의해 분리된 각각의 저온의 가스 스트림(G.S)을 이용하여 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환을 이루게 됨에 따라 아래의 표 3 및 그래프 3에서와 이상에서와 같이, 전력 에너지 소비가 낮아짐에도 불구하고 천연가스(G1) 공급 대비 액화천연가스(LPG)의 전환율이 유지되거나 향상됨을 알 수 있었다.
즉, 제1열교환기(200) 및 제2열교환기(204)를 모두 통과하여 열교환된 천연가스(G5)의 온도를 조절하여 각각 액화천연가스 전환율과 전력 에너지 소비량을 각각 측정한 결과, 아래의 표 3과 같이 나타나게 되었다.
G5
온도(˚C)		 LNG/G1
전환율(%)		 Specific
work (kJ/kg)		 G4
온도(˚C)
-131.2 76.51 666.81 -107.98
-132.2 77.10 668.19 -109.16
-133.2 77.68 669.56 -110.34
-134.2 78.27 670.91 -111.51
-135.2 78.85 672.24 -112.68
-136.2 79.43 673.56 -113.85
-137.2 80.01 674.87 -115.02
-138.2 80.59 676.16 -116.21
-139.2 81.16 677.44 -117.40
-140.2 81.73 678.72 -118.61
-141.2 82.30 679.98 -119.84
-142.2 82.87 681.23 -121.12
-143.2 83.44 682.47 -122.44
-144.2 84.00 683.71 -123.86
-144.7 84.28 684.32 -124.62
-144.8 84.34 684.44 -124.77
-144.9 84.39 684.57 -124.93
-145 84.45 684.69 -125.09
-145.1 84.51 685.38 -125.19
-145.2 84.56 687.25 -125.20
-145.3 84.62 688.88 -125.20
-145.4 84.67 690.59 -125.20
[그래프 3]
Figure 112012041014041-pat00003
특히, 전환율을 85%에 가깝거나 그 이상으로 할 경우, 전환율 향상 대비 에너지 소비가 급격하게 늘어남을 알 수 있었는바, 에너지 소비량 대비 전환율을 고려하여 열교환부를 모두 통과한 천연가스(G5)의 온도를 조정하여 운전이 이루어지도록 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
<제 3실시 예>
도 4는 본 발명의 제 3실시 예에 따라 천연가스를 액화시키기 위한 공정도를 나타낸 것으로서, 앞선 제 1실시 예 및 제 2실시 예에 있어서와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명하고 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제 3실시 예는 열교환부를 통과한 천연가스(G5)를 제1분리기(500)로서 액화천연가스(LNG)와 저온의 가스 스트림(G.S)으로 분리하고, 제1분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스(LNG)를 제5팽창밸브(502)에 의해 팽창시킨 후, 제2분리기(510)에 의해 다시 한 번 액화천연가스(LNG)와 저온의 가스 스트림(G.S)으로 재차 분리하는 공정을 더 포함한다.
여기서, 제1분리기(500)에 의해 분리된 저온의 가스 스트림(G.S)과, 제2분리기(510)에 의해 분리된 저온의 가스 스트림(G.S)은 열교환부로 각각 공급됨으로써, 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 재차 열교환이 이루어지게 된다.
본 발명의 제 3실시 예는, 앞선 제 1실시 예 및 제 2실시 예와 상기한 바 외에는 모두 동일한 구성 및 공정에 의해 천연가스가 액화된다.
이상에서와 같이, 제1분리기(500) 및 제2분리기(510)에 의해 분리된 각각의 저온의 가스 스트림(G.S)을 이용하여 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매와 열교환시킴에 따라 아래의 표 4 및 그래프 4에서와 이상에서와 같이, 전력 에너지 소비가 낮아짐에도 불구하고 천연가스(G1) 공급 대비 액화천연가스(LPG)의 전환율이 유지되거나 향상됨을 알 수 있었다.
즉, 제1열교환기(200) 및 제2열교환기(204)를 모두 통과하여 열교환된 천연가스(G5)의 온도를 조절하여 각각 액화천연가스 전환율과 전력 에너지 소비량을 각각 측정한 결과, 아래의 표 4와 같이 나타나게 되었다.
G5
온도(˚C)		 LNG/G1
전환율(%)		 Specific
work (kJ/kg)		 G4
온도(˚C)
-131.2 76.51 666.81 -107.81
-132.2 77.10 668.19 -109.00
-133.2 77.68 669.56 -110.18
-134.2 78.27 670.91 -111.36
-135.2 78.85 672.24 -112.54
-136.2 79.43 673.56 -113.72
-137.2 80.01 674.87 -114.90
-138.2 80.59 676.16 -116.09
-139.2 81.16 677.44 -117.29
-140.2 81.73 678.72 -118.51
-141.2 82.30 679.98 -119.75
-142.2 82.87 681.23 -121.03
-143.2 83.44 682.47 -122.36
-144.2 84.00 683.71 -123.78
-144.7 84.28 684.32 -124.54
-144.8 84.34 684.44 -124.69
-144.9 84.39 684.57 -124.85
-145 84.45 684.69 -125.01
-145.1 84.51 684.81 -125.18
-145.2 84.56 686.38 -125.19
-145.3 84.62 688.03 -125.20
-145.4 84.67 689.90 -125.20
-145.5 84.73 691.64 -125.19
-145.6 84.78 693.37 -125.20
-145.7 84.84 695.16 -125.20
[그래프 4]
Figure 112012041014041-pat00004
특히, 전환율을 85%에 가깝거나 그 이상으로 할 경우, 전환율 향상 대비 에너지 소비가 급격하게 늘어남을 알 수 있었는바, 에너지 소비량 대비 전환율을 고려하여 열교환부를 모두 통과한 천연가스(G5)의 온도를 조정하여 운전이 이루어지도록 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 전처리 공정부 108 : 스크러버
110 : 천연가스 분리기 200 : 제1열교환기
202 : 제1팽창밸브 204 : 제2열교환기
206 : 제2팽창밸브 208 : 혼합기
300 : 혼합냉매 순환부 302 : 압축기
304 : 냉각기 306 : 프로판 냉각기
308 : 기액분리기 400 : 제3팽창밸브
500 : 제1분리기 502 : 제5팽창밸브
510 : 제2분리기 520 : 가스 스트림 혼합기

Claims (4)

  1. 공급되는 천연가스 중, 이산화탄소 제거기와 수분 제거기 및 스크러버로서 이산화탄소, 수분 및 먼지의 불순물을 제거하고 프로판 열교환기들을 통과함에 따른 열교환에 의해 상기 공급되는 천연가스를 설정온도로 냉각시키는 전처리 공정부와, 상기 전처리 공정부를 통과한 천연가스를 혼합냉매와의 열교환에 의해 냉각시켜 액화가 이루어지도록 하는 열교환부와, 상기 열교환부로 혼합냉매를 순환시킴에 따라 상기 열교환부를 통과하는 천연가스가 액화되도록 하는 혼합냉매 순환부를 포함하며,
    상기 열교환부를 통과하여 저온으로 열교환된 천연가스를 제1분리기로서 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리한 후, 상기 저온의 가스 스트림을 상기 열교환부로 재순환시켜서, 상기 열교환부를 통과하는 천연가스 및 혼합냉매를 저온으로 재차 열교환시킴으로써, 에너지를 저감하도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환부는, 제1열교환기와 제2열교환기로 이루어지며,
    상기 저온의 가스 스트림은 상기 제1열교환기 및 제2열교환기 중, 적어도 하나 이상을 재순환하는 것을 특징으로 하는 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    (A) 상기 제1분리기에서 분리된 액화천연가스를 제2분리기에 의해 재차 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리하는 단계;
    (B) 상기 제1분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림과, 상기 제2분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림을 가스 스트림 혼합기에 의해 혼합하는 단계;
    (C) 상기 가스 스트림 혼합기에 의해 혼합된 가스 스트림을 상기 열교환부로 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    (A) 상기 제1분리기에서 분리된 액화천연가스를 제2분리기에 의해 재차 액화천연가스와 저온의 가스 스트림으로 분리하는 단계;
    (B) 상기 제1분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림과, 상기 제2분리기에서 분리된 저온의 가스 스트림을 각각 상기 열교환부로 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환부와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101777119B1 (ko) * 2015-12-31 2017-09-12 공주대학교 산학협력단 천연가스의 수분 제거 장치 및 이를 이용한 천연가스의 수분 제거 방법
KR101995325B1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-03 (주)동양환경 천연가스의 정압 및 폐압 발전과 병행하는 이산화탄소의 액화 시설

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005164150A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Air Liquide Japan Ltd ガスの液化装置およびガスの液化方法
KR20110121134A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 대우조선해양 주식회사 천연가스 액화방법 및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005164150A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Air Liquide Japan Ltd ガスの液化装置およびガスの液化方法
KR20110121134A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 대우조선해양 주식회사 천연가스 액화방법 및 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101777119B1 (ko) * 2015-12-31 2017-09-12 공주대학교 산학협력단 천연가스의 수분 제거 장치 및 이를 이용한 천연가스의 수분 제거 방법
KR101995325B1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-03 (주)동양환경 천연가스의 정압 및 폐압 발전과 병행하는 이산화탄소의 액화 시설

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