KR101357720B1 - 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

천연가스 액화용 냉동 시스템 및 이에 의한 냉동 방법이 개시된다. 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템은 압축된 혼합냉매가스를 예냉하는 예냉용 열교환기, 상기 예냉용 열교환기에서 나온 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기, 상기 제1 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브, 상기 제1 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 1차 냉각시키고, 상기 제1 기액분리기에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제1 열교환기, 상기 제1 기액분리기에서 토출되어 상기 제1 열교환기에서 냉각된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브, 상기 제2 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 2차 냉각시키고, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제2 열교환기, 상기 제2 기액분리기에서 토출되어 상기 제2 열교환기에서 냉각된 혼합냉매를 팽창시키는 제3 팽창밸브, 및 상기 제3 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 3차 냉각시키는 제3 열교환기를 포함한다.

Description

천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법{REFRIGERATION SYSTEM AND REFRIGERATION METHOD FOR LIQUEFYING NATURAL GAS}
본 발명은 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 비등점이 서로 다른 복수의 단일 냉매를 물리적으로 혼합한 혼합냉매를 적용한 줄-톰슨 초저온용 냉동사이클을 구성하여 메탄성분이 90% 내외인 천연가스를 LNG로 만들기 위한 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법에 관한 것이다.
메탄성분이 90% 내외인 천연가스의 소비량이 꾸준히 증가하면서 천연가스는 가스배관을 통해 육상 또는 해저로 운반하여 근거리의 천연가스 수요를 충족시키거나 또는 천연가스를 액화하여 LNG 운반선을 이용하여 원거리 수요처에 공급하기도 한다. LNG는 대기압 조건의 천연가스를 대략 영하 162도 정도의 초저온으로 냉각하여 얻을 수 있으며, 가스 상태일 때보다 LNG 상태의 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다. LNG 생산을 위하여 상용화된 기존의 초저온 냉동사이클의 몇 가지를 예를 들어보면, 냉매로서 질소가스를 이용하는 질소냉동사이클과 혼합냉매를 사용하는 혼합냉매사이클, 가장 널리 보급되어 있는 예냉용 순수냉매(프로판가스, 이하 C3)와 혼합냉매(MR)를 함께 사용하는 C3/MR 냉동사이클, 그리고 터보팽창기(turbo expander) 방식의 질소 역브레이튼사이클(Reverse Brayton cycle) 등이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 천연가스 액화용 냉동사이클 중에서도 가장 널리 보급되었으며 또한 안정적인 운전 실적이 있는 프로판/혼합냉매 병용 냉동사이클의 개략적인 흐름도를 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 천연가스 액화용 냉동사이클은 혼합냉매 또는 천연가스를 예냉하기 위한 예냉용 냉동사이클이 설치되어 있고, 이와는 별도로 천연가스를 액화하기 위한 혼합냉매 냉동사이클이 설치되어 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 예냉용 압축기(101)에서 토출되는 고온고압의 C3냉매가스는 예냉용 응축기(102)에서 액화된 후 예냉용 팽창밸브(103)에서 팽창한다. 예냉용 팽창밸브(103)에서 저온저압의 이상유체로 팽창된 C3냉매는 프리쿨러(104)로 들어가서 혼합냉매와 천연가스를 예냉한 후 예냉용 압축기(101)로 흡입된다.
한편, 혼합냉매 압축기(201)에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스는 혼합냉매 응축기(202)에서 비등점이 높은 성분이 일부 액화된 후 프리쿨러(104)와 메인 열교환기(204)를 차례로 통과하면서 추가로 냉각되어 비등점이 낮은 성분이 액화된다. 이때, 메인 열교환기(204)를 나온 포화상태이거나 과냉각상태인 액체 혼합냉매는 혼합냉매 팽창밸브(203)에서 팽창한다. 혼합냉매 팽창밸브(203)에서 저온저압의 이상유체로 팽창된 혼합냉매는 다시 메인 열교환기(204)로 들어가서 프리쿨러(104)를 나온 혼합냉매를 냉각(과냉각)하고, 동시에 천연가스를 냉각하여 LNG를 만든다. 그런다음, 메인 열교환기(204)에서 혼합냉매 자신을 냉각시키고 이와 함께 천연가스를 액화시킨 저온저압의 혼합냉매가스는 메인 열교환기(204)를 나와 혼합냉매 압축기(201)로 흡입된다. 이때 천연가스는 프리쿨러(104)에서 예냉되고 메인 열교환기에서 냉각된 후 액화되어 LNG가 된다.
상기한 바와 같이 종래 기술에 따른 천연가스 액화용 냉동사이클은 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하기 위하여 별도의 C3 냉동사이클을 추가로 설치하고 있어, C3 냉동사이클을 운전하기 위해 별도의 에너지 공급 및 설비와 설치공간이 필요하며 전체 냉동사이클의 공정 제어도 또한 복잡해지게 되는 문제점이 있다.
또한, 혼합냉매 냉동사이클에는 혼합냉매의 예냉을 위하여 혼합냉매 응축기(202)가 설치되어 있어 이를 위한 별도의 에너지 공급 및 설비와 설치공간이 필요하며 이로 인해 C3/MR 냉동사이클의 공정제어는 더욱 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 냉동사이클의 부하조건(예를 들어, 주변온도나 LNG생산량 등)이 변하거나, 냉동사이클의 운전 중에 이상이 발생하여 C3 냉매용 프리쿨러(104)나 메인 열교환기(204)에서 저온저압의 C3 냉매와 혼합냉매가 충분히 증발되지 않으면 프리쿨러(104)나 메인 열교환기(204)를 나와 압축기로 돌아와서 흡입되는 저온저압의 C3냉매와 혼합냉매에 액체성분이 남아있게 된다. 이로 인하여 압축기 파손의 주요 원인이 되는 압축기의 액체압축이 발생할 가능성이 있다.
또한, 종래 기술에서 C3/MR 냉동사이클은 정상운전 상황이라고 하더라도 천연가스의 온도를 낮춘 후에 압축기로 돌아오는 저온저압의 혼합냉매가스와 C3냉매가스의 낮은 온도에너지를 이용하지 않고 있어 냉동사이클이 효율이 낮아지는 문제점도 있다.
이와 같이, 종래의 천연가스 액화용 냉동사이클의 문제점들을 해결할 수 있는 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 종래 천연가스 액화용 냉동방법에 있어서 C3 냉동사이클 및 이에 수반되는 별도의 에너지 공급, 에너지 공급 설비 및 설비 설치 공간이 필요 없도록 하여 전체 냉동사이클의 공정 제어를 간편하게 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 종래 혼합냉매 냉동 방법에서 혼합냉매의 예냉을 위한 혼합냉매 응축기 및 이에 수반되는 별도의 에너지 공급, 에너지 공급 설비 및 설비 설치 공간이 필요 없도록 하여 C3/MR 냉동사이클의 공정 제어를 간편하게 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 종래 천연가스 액화용 냉동 방법에서 저온저압의 C3냉매와 혼합냉매에 액체성분이 잔류함으로써 발생하는 압축기의 파손을 예방할 수 있는 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 종래 천연가스 액화용 냉동 방법에서 C3/MR 냉동사이클의 낮은 효율 문제를 개선할 수 있는 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 천연가스 액화용 냉동 시스템은, 압축된 혼합냉매가스를 예냉하는 예냉용 열교환기, 상기 예냉용 열교환기에서 나온 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기, 상기 제1 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브, 상기 제1 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 1차 냉각시키고, 상기 제1 기액분리기에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제1 열교환기, 상기 제1 기액분리기에서 토출되어 상기 제1 열교환기에서 냉각된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브, 상기 제2 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 2차 냉각시키고, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제2 열교환기, 상기 제2 기액분리기에서 토출되어 상기 제2 열교환기에서 냉각된 혼합냉매를 팽창시키는 제3 팽창밸브, 및 상기 제3 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 3차 냉각시키는 제3 열교환기를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 시스템은 혼합냉매를 압축하여 고온고압의 상기 압축된 혼합냉매가스를 토출하는 압축기를 더 포함하며, 상기 혼합냉매는 비등점이 서로 다른 복수의 순수 냉매가 물리적으로 혼합된 것이다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 시스템은 상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 제3 열교환기를 순차적으로 통과하여 액화된 천연가스의 압력을 조절하는 압력조절밸브를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 시스템은 상기 제1 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 이송하는 제1 냉매펌프와, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 이송하는 제2 냉매펌프를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 예냉용 열교환기는, 상기 제1 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 상기 제2 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 및 상기 제3 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매를 이용하여 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하고, 상기 압축기는 상기 예냉용 열교환기를 나온 저압의 혼합냉매를 흡입한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 기액분리기는 상기 제1 팽창밸브보다 상부에 설치된다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 기액분리기는 상기 제2 팽창밸브보다 상부에 설치된다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 시스템은, 상기 제1 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 상기 제2 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 및 상기 제3 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매는, 상기 예냉용 열교환기 내에서 혼합되어 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉한 후, 저압의 혼합냉매로 토출되어 상기 압축기로 흡입된다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 상기 제2 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 및 상기 제3 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매는, 각각 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉한 후, 상기 압축기의 외부에서 혼합되어 상기 압축기로 흡입된다.
본 발명의 일 양상에 따른 천연가스 액화용 냉동 방법은, (A) 비등점이 서로 다른 복수의 순수 냉매가 물리적으로 혼합된 혼합냉매를 압축하여 고온고압의 혼합냉매가스를 토출하는 단계, (B) 상기 토출된 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하는 단계, (C) 예냉된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하여 분리된 혼합냉매 중 액체 혼합냉매를 팽창시키는 단계, (D) 상기 (C) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 1차 냉각시키면서 상기 분리된 혼합냉매 중 기체 혼합냉매를 냉각시키는 단계, (E) 상기 (D) 단계에서 냉각된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하여 분리된 혼합냉매 중 액체 혼합냉매를 팽창시키는 단계, (F) 상기 (E) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 2차 냉각시키면서 상기 분리된 혼합냉매 중 기체 혼합냉매를 냉각시키는 단계, (G) 상기 (F) 단계에서 냉각된 혼합냉매를 팽창시키는 단계, 및 (H) 상기 (G) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 3차 냉각시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 방법은, (I) 상기 1차 냉각, 2차 냉각 및 3차 냉각을 통해 액화된 천연가스의 압력을 조절하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 방법은, (J) 상기 (C) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (D) 단계에서 천연가스를 1차 냉각시키고 기체 혼합냉매를 냉각시킨 후, 저온저압의 제1 혼합냉매로 되고, 상기 (E) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (F) 단계에서 천연가스를 2차 냉각시키고 기체 혼합냉매를 냉각시킨 후, 저온저압의 제2 혼합냉매로 되고, 상기 (G) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (H) 단계에서 천연가스를 3차 냉각시킨 후, 저온저압의 제3 혼합냉매로 되며, 상기 제1, 제2, 및 제3 혼합냉매를 상기 (B) 단계에서 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉시키도록 도입시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 천연가스 액화용 냉동 방법은, (K) 상기 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉시킨 상기 제1, 제2, 및 제3 혼합냉매는 저압의 혼합냉매로 되어, 상기 (A) 단계에서 압축되는 혼합냉매로 순환시키는 단계를 더 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법은, 천연가스를 액화한 후 압축기로 돌아가는 저온저압의 혼합냉매가스의 낮은 온도, 즉 현열을 이용하여 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하므로, 종래 별도의 예냉용 C3 냉동사이클 또는 혼합냉매사이클에 설치되는 혼합냉매 예냉용 응축기가 필요하지 않아 냉동사이클의 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 냉동사이클의 컴팩트화를 가능하게 하며 냉동사이클의 공정제어를 간단하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법은, 천연가스의 액화를 위해서는 혼합냉매의 증발잠열을 이용하고, 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하기 위해서는 현열을 이용하도록 함으로써, 혼합냉매의 증발잠열과 현열을 모두 이용하므로 냉동사이클의 효율이 증가하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법에서, 압축기로 돌아가는 저온저압의 혼합냉매는 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스와 열교환을 하여 완전히 기화되어 압축기로 도입되므로 냉동사이클 운전조건에 이상이 발생하더라도 압축기로 액체상태의 혼합냉매가 들어가는 것을 예방할 수 있으며, 그에 따른 압축기 손상의 주요 원인인 액체압축이 일어나는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 프로판/혼합냉매 병용 천연가스 액화용 냉동사이클의 개략도,
도 2는 본 발명의 천연가스 액화용 냉동사이클의 일 실시예를 나타내는 도면, 그리고
도 3은 본 발명의 천연가스 액화용 냉동사이클의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명은 종래 천연가스 액화용 냉동사이클에 있어서 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하기 위하여 별도의 C3 냉동사이클을 추가로 설치하고 있어, C3 냉동사이클을 운전하기 위해 별도의 에너지 공급 및 설비와 설치공간이 필요하며 또한 전체 냉동사이클의 공정 제어도 복잡해지게 되는 문제점 등을 해결하고자 안출된 것이다.
이를 위해, 본 발명은 비등점이 다른 복수의 순수 냉매를 물리적으로 혼합시킨 혼합냉매를 사용하여 줄-톰슨 초저온용 냉동사이클을 구성하고, 이 초저온 냉동사이클을 이용하여 메탄이 주성분인 천연가스를 액화하여 LNG를 생산하기 위한 것이다. 특히, 냉매가스 압축기에서 고온 고압의 가스 상태로 토출된 혼합냉매는 순차적으로 열교환 과정을 거치면서 비등점이 높은 냉매성분부터 먼저 액화된다. 이 액화된 냉매는 기액분리기에서 분리된 후 팽창밸브(예를 들어, 줄-톰슨 팽창밸브)를 지나면서 팽창하면서 온도와 압력이 낮아진 후에 열교환기로 들어가고, 열교환기에서 천연가스로부터 증발 잠열을 얻어 기화하면서 천연가스를 액화시킨다. 천연가스를 액화시키면서 기화된 저온 저압의 혼합냉매가스는, 압축기에서 토출된 고온고압의 혼합냉매가스와 열교환을 하여 이 고압의 혼합냉매를 예냉시킨 후 압축기로 돌아간다.
이와 같이, 본 발명에 따른 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법은, 혼합냉매의 증발 잠열과 현열을 모두 이용하는 것으로서, 이를 통해 고효율의 LNG 생산용 냉동사이클을 제공한다.
참고로, 본 실시예에서 기재하는 순수 냉매라 함은 단일 화합물로 이루어진 냉매를 의미한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템의 실시 예를 나타내고 있다. 본 발명의 냉동사이클에 사용되는 냉매는 비등점이 서로 다른 복수의 단일 냉매를 물리적으로 혼합시킨 혼합냉매이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템은, 압축기(1), 상기 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 압축된 혼합냉매가스를 예냉하는 예냉용 열교환기(2), 상기 예냉용 열교환기(2)에서 나온 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기(11), 상기 제1 기액분리기(11)에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브(13), 상기 제1 팽창밸브(13)에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 1차 냉각시키고, 상기 제1 기액분리기(11)에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제1 열교환기(14), 상기 제1 기액분리기(11)에서 토출되어 상기 제1 열교환기(14)에서 냉각된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기(21), 상기 제2 기액분리기(21)에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브(23), 상기 제2 팽창밸브(23)에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 2차 냉각시키고, 상기 제2 기액분리기(21)에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제2 열교환기(24), 상기 제2 기액분리기(21)에서 토출되어 상기 제2 열교환기(24)에서 냉각된 혼합냉매를 팽창시키는 제3 팽창밸브(33), 및 상기 제3 팽창밸브(33)에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 3차 냉각시키는 제3 열교환기(34)를 포함한다. 이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템의 동작 사이클을 살펴보면 이하와 같다.
압축기(1)에서 토출되는 고온 고압의 혼합냉매 가스는 예냉용 열교환기(2)를 통과하면서 온도가 낮아져 비등점이 높은 냉매성분은 액화되고, 비등점이 낮은 냉매성분은 기체상태를 유지하면서 제1 기액분리기(11)로 들어간다. 제1 기액분리기(11)로 들어온 액체-기체의 이상(二相)유체인 혼합냉매 중에서 액체성분은 중력에 의하여 제1 기액분리기(11)의 하부에 모인 후 제1 기액분리기(11) 하부로 배출되며(화살표 A 참조), 기체성분은 제1 기액분리기(11)의 상부로 배출된다(화살표 B 참조).
제1 기액분리기(11)의 하부로 나온 액체 혼합냉매(즉, 혼합냉매의 액체성분)는 제1 냉매펌프(12)를 거친 후 제1 팽창밸브(13)에서 팽창되어 온도와 압력이 낮아진 후 제1 열교환기(14)로 들어가며, 제1 열교환기(14)에서 증발잠열을 얻어 기화되어 제1 열교환기(14)로부터 나간다. 여기서, 상기 제1 냉매펌프(12)는 설치되지 않을 수도 있다. 왜냐하면, 제1 기액분리기(11)가 제1 팽창밸브(13)보다 높은 위치에 설치된 경우에는 중력에 의하여 액체 혼합냉매가 제1 팽창밸브(13)로 공급될 수 있기 때문이다.
제1 열교환기(14)로부터 나온 저온저압의 혼합냉매(제1 혼합냉매)는 예냉용 열교환기(2)로 돌아가서 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 혼합냉매가스와 열교환한 후에 압축기(1)로 들어간다.
제1 기액분리기(11)의 상부로 나온 기체 혼합냉매(즉, 혼합냉매의 기체성분)는 제1 열교환기(14)로 들어가서, 제1 열교환기(14)에서 냉각되어 비등점이 높은 성분은 액화되고 비등점이 낮은 냉매성분은 기체상태를 유지하면서 제2 기액분리기(21)로 들어간다.
제2 기액분리기(21)로 들어온 액체-기체의 이상유체인 혼합냉매 중에서 액체성분은 중력에 의하여 제2 기액분리기(21)의 하부에 고인 후 제2 기액분리기(21) 하부로 배출되며(화살표 C 참조), 기체성분은 제2 기액분리기(21)의 상부로 배출된다(화살표 D 참조).
제2 기액분리기(21)의 하부로 나온 액체 혼합냉매(즉, 혼합냉매의 액체성분)는 제2 냉매펌프(22)를 거친 후 제2 팽창밸브(23)에 의해 팽창되어 온도와 압력이 낮아진 후 제2 열교환기(24)로 들어가서, 제2 열교환기(24)에서 증발잠열을 얻어 기화되어 제2 열교환기(24)로부터 나간다. 앞서, 제1 냉매펌프(12)의 경우와 마찬가지로, 여기서도, 상기 제2 냉매펌프(22)는 설치되지 않을 수도 있다. 왜냐하면, 제2 기액분리기(21)가 제2 팽창밸브(23)보다 높은 위치에 설치된 경우에는 중력에 의하여 액체 혼합냉매가 제2 팽창밸브(23)로 공급될 수 있기 때문이다.
제2 열교환기(24)로부터 나온 저온저압의 혼합냉매(제2 혼합냉매)는 예냉용 열교환기(2)로 돌아가서 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 혼합냉매가스와 열교환한 후에 압축기(1)로 들어간다.
제2 기액분리기(21)의 상부로 나온 기체 혼합냉매(즉, 혼합냉매의 기체성분)는 제2 열교환기(24)로 들어가서 제2 열교환기(24)에서 냉각되어 비등점이 높은 성분은 액화된다. 제2 열교환기(24)를 나온 액체-기체의 이상유체인 혼합냉매는 제3 팽창수단(33)에 의해 팽창되어 온도와 압력이 낮아진 후 제3 열교환기(34)로 들어간다. 제3 열교환기(34)에서 증발 잠열을 얻어 기화된 혼합냉매(제3 혼합냉매)는 예냉용 열교환기(2)로 돌아가서 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 혼합냉매가스와 열교환한 후에 압축기(1)로 들어간다.
메탄성분이 90% 내외인 천연가스는 제1 열교환기(14), 제2 열교환기(24), 제3 열교환기(34)를 차례로 통과하며 온도가 낮아져서 액화천연가스(LNG)로 되고, 도시하지 않은 LNG 저장탱크 등의 저장수단에 적정한 압력으로 저장되기 위해 압력조절밸브(43)를 지나면서 압력과 온도가 더 낮아진다.
예냉용 열교환기(2)는 제1 열교환기(14), 제2 열교환기(24), 제3 열교환기(34)를 각각 나온 저압의 혼합냉매가스의 낮은 온도(현열)를 이용하여 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 혼합냉매가스를 냉각시키는 것이 주된 목적이다. 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 혼합냉매가스를 냉각시킨 저온저압의 혼합냉매(즉, 제1 혼합냉매, 제2 혼합냉매 및 제3 혼합냉매)는 압축기(1)로 돌아가서 본 발명의 냉동 시스템에서 한 사이클을 구성한다.
요컨대, 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템 및 방법에 사용되는 냉매는 비등점이 서로 다른 복수의 단일 냉매를 물리적으로 혼합시킨 혼합냉매이다. 압축기(1)에서 고온고압의 기체상태로 토출된 혼합냉매는 순차적으로 열교환 과정을 거치면서 비등점이 높은 냉매성분부터 차례로 액화된다. 이 액화된 혼합냉매는 팽창밸브(13)(예컨대, 줄-톰슨 팽창밸브)를 통과하면서 팽창한 후 저온저압의 이상유체(액체와 기체)가 되고 이 이상유체의 증발잠열을 이용하여 천연가스의 온도를 순차적으로 낮춘다. 한편 액화되지 않은 고압의 혼합냉매가스는 다른 열교환기(24)에서 추가로 액화된 후 줄-톰슨 팽창밸브를 지나면서 팽창하여 천연가스의 온도를 낮추는데 사용된다. 천연가스의 온도를 낮추면서 완전히 기화된 저온저압의 혼합냉매(제1 혼합냉매, 제2 혼합냉매 및 제3 혼합냉매)는, 압축기(1)로 돌아가기 전에 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스와 열교환을 하여 고압의 혼합냉매를 예냉시킨다. 이와 같이 본 발명은 종래 기술과는 다르게 별도의 예냉용 냉동사이클이나 응축기를 사용하지 않고서 혼합냉매의 증발잠열과 현열을 모두 이용하여 액화천연가스, 즉 LNG를 생산하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 천연가스 액화용 냉동사이클의 다른 실시예를 나타내고 있으며, 열교환기(2)로 들어가는 저온저압의 혼합냉매의 경로가 도 1의 실시 예와 다른 점을 제외하고는, 예냉용 열교환기(2)에서 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 혼합냉매가스를 냉각시키는 방법은 동일하다.
즉, 도 2에 도시된 실시예에서는, 제1 열교환기(14)를 통과한 저온저압의 혼합냉매(즉, 제1 혼합냉매), 제2 열교환기(24)를 통과한 저온저압의 혼합냉매(즉, 제2 혼합냉매), 및 제3 열교환기(34)를 통과한 저온저압의 혼합냉매(즉, 제3 혼합냉매)가, 예냉용 열교환기(2) 내에서 혼합되어 상기 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉한 후 저압의 혼합냉매로 토출되어 상기 압축기(1)로 흡입된다.
이에 비해, 도 3에 도시된 실시예에서는, 제1 혼합냉매, 제2 혼합냉매 및 제3 혼합냉매가 각각 상기 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉한 후, 상기 압축기(1)의 외부에서 혼합되어 상기 압축기(1)로 흡입된다.
또한, 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템을 구성하는 압축기(1)는 다단 왕복동식 압축기, 스크류형 압축기 또는 터보형 압축기 등 저온저압의 혼합냉매가스를 압축하여 고온고압의 혼합냉매가스로 만들 수 있는 기능을 수행할 수 있는 압축기이면 종류에 관계없이 어느 것이나 사용될 수 있으나, 천연가스 액화용 냉동 시스템의 설치공간에 여유가 있으면 무급유방식(Oil-free) 다단 왕복동식 압축기가 사용되는 것이 운전 및 유지보수에 유리할 수 있다.
본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템의 예냉용 열교환기(2), 제1 열교환기(14), 제2 열교환기(24) 및 제3 열교환기(34)는 플레이트-휜형 열교환기(Plate-fin type heat exchanger)가 바람직하나, 플레이트형 열교환기(Plate type heat exchanger)나 다른 형식의 열교환기 또는 열교환기의 조합으로도 그 기능을 달성할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 시스템의 제1 냉매펌프(12)와 제2 냉매펌프(22)는 각각 인접한 기액분리기(11, 21)가 인접한 팽창밸브(13, 23)보다 상부에 설치되는 경우에는 중력에 의하여 액체 혼합냉매가 인접한 팽창밸브로 공급될 수 있으므로, 제1 냉매펌프(12) 및 제2 냉매펌프(22)는 이 경우 설치되지 않을 수도 있다.
한편, 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 방법은, 상기 천연가스 액화용 냉동 시스템을 이용한다. 상기 천연가스 액화용 냉동 시스템에 관한 도면들, 즉 도 2 또는 도 3을 참조하여 본 발명의 천연가스 액화용 냉동 방법을 설명하면 이하와 같다.
본 발명의 천연가스 액화용 냉동 방법은, (A) 비등점이 서로 다른 복수의 순수 냉매가 물리적으로 혼합된 혼합냉매를 압축하여 고온고압의 혼합냉매가스를 압축기(1)에서 토출하는 단계, (B) 상기 토출된 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉용 열교환기(2)에서 예냉하는 단계, (C) 예냉된 혼합냉매를 제1 기액분리기(11)에서 기체성분과 액체성분으로 분리하여 분리된 혼합냉매 중 액체 혼합냉매를 제1 팽창 밸브(13)에서 팽창시키는 단계, (D) 상기 (C) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 제1 열교환기(14)에서 1차 냉각시키면서 상기 분리된 혼합냉매 중 기체 혼합냉매를 제1 열교환기에서(14)에서 냉각시키는 단계, (E) 상기 (D) 단계에서 냉각된 혼합냉매를 제2 기액분리기(21)에서 기체성분과 액체성분으로 분리하여 분리된 혼합냉매 중 액체 혼합냉매를 제2 팽창밸브(23)에서 팽창시키는 단계, (F) 상기 (E) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 제2 열교환기(24)에서 2차 냉각시키면서 상기 분리된 혼합냉매 중 기체 혼합냉매를 제2 열교환기(24)에서 냉각시키는 단계, (G) 상기 (F) 단계에서 냉각된 혼합냉매를 제3 팽창밸브(33)에서 팽창시키는 단계, 및 (H) 상기 (G) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 제3 열교환기(34)에서 3차 냉각시키는 단계를 포함한다.
나아가, 상기 천연가스 액화용 냉동 방법은, (I) 상기 1차 냉각, 2차 냉각 및 3차 냉각을 통해 액화된 천연가스의 압력을 압력조절밸브(43)에서 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
더 나아가, 상기 천연가스 액화용 냉동 방법은, (J) 상기 (C) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (D) 단계에서 천연가스를 1차 냉각시키고 기체 혼합냉매를 냉각시킨 후, 저온저압의 제1 혼합냉매로 되고, 상기 (E) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (F) 단계에서 천연가스를 2차 냉각시키고 기체 혼합냉매를 냉각시킨 후, 저온저압의 제2 혼합냉매로 되고, 상기 (G) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (H) 단계에서 천연가스를 3차 냉각시킨 후, 저온저압의 제3 혼합냉매로 되며, 상기 제1, 제2, 및 제3 혼합냉매를 상기 (B) 단계에서의 상기 예냉용 열교환기(2)에서 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉시키도록 도입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
더 나아가, 상기 천연가스 액화용 냉동 방법은, (K) 상기 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉시킨 상기 제1, 제2, 및 제3 혼합냉매는 저압의 혼합냉매로 되어, 상기 (A) 단계에서 압축기(1)에 의해 압축되는 혼합냉매로써 순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 압축기 2 : 예냉용 열교환기
11 : 제1 기액분리기 12 : 제1 냉매펌프
13 : 제1 팽창밸브 14 : 제1 열교환기
21 : 제2 기액분리기 22 : 제2 냉매펌프
23 : 제2 팽창밸브 24 : 제2 열교환기
33 : 제3 팽창밸브 34 : 제3 열교환기
43 : 압력조절밸브

Claims (13)

  1. 압축된 혼합냉매가스를 예냉하는 예냉용 열교환기;
    상기 예냉용 열교환기에서 나온 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기;
    상기 제1 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브;
    상기 제1 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 1차 냉각시키고, 상기 제1 기액분리기에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제1 열교환기;
    상기 제1 기액분리기에서 토출되어 상기 제1 열교환기에서 냉각된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기;
    상기 제2 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브;
    상기 제2 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 2차 냉각시키고, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 기체 혼합냉매를 냉각시키는 제2 열교환기;
    상기 제2 기액분리기에서 토출되어 상기 제2 열교환기에서 냉각된 혼합냉매를 팽창시키는 제3 팽창밸브; 및
    상기 제3 팽창밸브에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 3차 냉각시키는 제3 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    혼합냉매를 압축하여 고온고압의 상기 압축된 혼합냉매가스를 토출하는 압축기를 더 포함하되, 상기 혼합냉매는 비등점이 서로 다른 복수의 순수 냉매가 물리적으로 혼합된 것임을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 제3 열교환기를 순차적으로 통과하여 액화된 천연가스의 압력을 조절하는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 이송하는 제1 냉매펌프와, 상기 제2 기액분리기에서 토출된 액체 혼합냉매를 이송하는 제2 냉매펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 예냉용 열교환기는, 상기 제1 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 상기 제2 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 및 상기 제3 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매를 이용하여 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하고, 상기 압축기는 상기 예냉용 열교환기를 나온 저압의 혼합냉매를 흡입하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기액분리기는 상기 제1 팽창밸브보다 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기액분리기는 상기 제2 팽창밸브보다 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 상기 제2 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 및 상기 제3 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매는, 상기 예냉용 열교환기 내에서 혼합되어 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉한 후, 저압의 혼합냉매로 토출되어 상기 압축기로 흡입되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 상기 제2 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매, 및 상기 제3 열교환기를 통과한 저온저압의 혼합냉매는, 각각 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉한 후, 상기 압축기의 외부에서 혼합되어 상기 압축기로 흡입되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 시스템.
  10. 천연가스 액화용 냉동 방법에 있어서,
    (A) 비등점이 서로 다른 복수의 순수 냉매가 물리적으로 혼합된 혼합냉매를 압축하여 고온고압의 혼합냉매가스를 토출하는 단계;
    (B) 상기 토출된 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉하는 단계;
    (C) 예냉된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하여 분리된 혼합냉매 중 액체 혼합냉매를 팽창시키는 단계;
    (D) 상기 (C) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 1차 냉각시키면서 상기 분리된 혼합냉매 중 기체 혼합냉매를 냉각시키는 단계;
    (E) 상기 (D) 단계에서 냉각된 혼합냉매를 기체성분과 액체성분으로 분리하여 분리된 혼합냉매 중 액체 혼합냉매를 팽창시키는 단계;
    (F) 상기 (E) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 2차 냉각시키면서 상기 분리된 혼합냉매 중 기체 혼합냉매를 냉각시키는 단계;
    (G) 상기 (F) 단계에서 냉각된 혼합냉매를 팽창시키는 단계; 및
    (H) 상기 (G) 단계에서 팽창된 혼합냉매를 이용하여 천연가스를 3차 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    (I) 상기 1차 냉각, 2차 냉각 및 3차 냉각을 통해 액화된 천연가스의 압력을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    (J) 상기 (C) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (D) 단계에서 천연가스를 1차 냉각시키고 기체 혼합냉매를 냉각시킨 후, 저온저압의 제1 혼합냉매로 되고, 상기 (E) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (F) 단계에서 천연가스를 2차 냉각시키고 기체 혼합냉매를 냉각시킨 후, 저온저압의 제2 혼합냉매로 되고, 상기 (G) 단계에서 팽창된 혼합냉매는, 상기 (H) 단계에서 천연가스를 3차 냉각시킨 후, 저온저압의 제3 혼합냉매로 되며, 상기 제1, 제2, 및 제3 혼합냉매를 상기 (B) 단계에서 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉시키도록 도입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    (K) 상기 고온고압의 혼합냉매가스를 예냉시킨 상기 제1, 제2, 및 제3 혼합냉매는 저압의 혼합냉매로 되어, 상기 (A) 단계에서 압축되는 혼합냉매로써 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화용 냉동 방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160015919A (ko) * 2014-08-01 2016-02-15 한국가스공사 천연가스 액화공정
KR101966980B1 (ko) * 2017-10-18 2019-04-08 삼성중공업 주식회사 냉매순환라인 및 이를 포함하는 냉각시스템
WO2020204218A1 (ko) * 2019-04-01 2020-10-08 삼성중공업 주식회사 냉각시스템
CN112386932A (zh) * 2020-11-14 2021-02-23 高云芝 一种多级升温液体净化的工艺
CN117029377A (zh) * 2023-07-27 2023-11-10 成都赛普瑞兴科技有限公司 一种级联式制冷循环lng液化系统和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003314908A (ja) 2002-04-23 2003-11-06 Chiyoda Corporation:Kk 低温冷凍装置
JP2004019995A (ja) 2002-06-13 2004-01-22 Sanyo Electric Co Ltd 冷凍装置
KR100965204B1 (ko) 2008-07-31 2010-06-24 한국과학기술원 터빈팽창기를 사용하는 혼합냉매 천연가스 액화 사이클장치및 이에 따른 작동방법
KR101009853B1 (ko) 2010-04-30 2011-01-19 한국가스공사연구개발원 냉매 분리가 있는 천연가스 액화공정

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003314908A (ja) 2002-04-23 2003-11-06 Chiyoda Corporation:Kk 低温冷凍装置
JP2004019995A (ja) 2002-06-13 2004-01-22 Sanyo Electric Co Ltd 冷凍装置
KR100965204B1 (ko) 2008-07-31 2010-06-24 한국과학기술원 터빈팽창기를 사용하는 혼합냉매 천연가스 액화 사이클장치및 이에 따른 작동방법
KR101009853B1 (ko) 2010-04-30 2011-01-19 한국가스공사연구개발원 냉매 분리가 있는 천연가스 액화공정

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160015919A (ko) * 2014-08-01 2016-02-15 한국가스공사 천연가스 액화공정
KR101630518B1 (ko) * 2014-08-01 2016-06-14 한국가스공사 천연가스 액화공정
KR101966980B1 (ko) * 2017-10-18 2019-04-08 삼성중공업 주식회사 냉매순환라인 및 이를 포함하는 냉각시스템
WO2020204218A1 (ko) * 2019-04-01 2020-10-08 삼성중공업 주식회사 냉각시스템
CN112386932A (zh) * 2020-11-14 2021-02-23 高云芝 一种多级升温液体净化的工艺
CN117029377A (zh) * 2023-07-27 2023-11-10 成都赛普瑞兴科技有限公司 一种级联式制冷循环lng液化系统和方法

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