KR101620183B1 - 천연가스 액화공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 액화공정은, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 관한 것이다.

Description

천연가스 액화공정 {NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS}
본 발명은 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이할 뿐만 아니라, 액화공정의 효율도 우수한 천연가스 액화공정에 관한 것이다.
천연가스를 액화시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 열역학적 프로세스는 더 높은 효율과 더 큰 용량에 대한 요구를 포함한 다양한 과제들을 충족시키기 위해 1970년대부터 개발되어 왔다. 이러한 요구들을 만족시키기 위해, 즉 액화공정의 효율과 용량을 높이기 위해 서로 다른 냉매를 사용하거나, 또는 서로 다른 사이클을 사용하여 천연가스를 액화시키는 다양한 시도들이 현재까지도 지속적으로 이루어지고 있으나, 실용적으로 사용되고 있는 액화공정의 수는 매우 적다.
작동 중에 있으면서도 널리 보급된 액화공정 중의 하나는 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process(또는 C3/MR 공정)'이다. 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이, C3/MR 공정에서 천연가스(NG)는 우선 프로판(C3) 냉매를 채용한 줄-톰슨 (Joule-Thomson) 사이클(또는 프로판 사이클)을 통해 대략 238 K까지 예냉 (pre-cooled)된다. 그런 다음 천연가스는 혼합 냉매(MR, Mixed Refrigerant 또는 Multi-component Refrigerant)를 채용한 혼합 냉매 사이클을 통해 대략 123 K까지 액화(liquefied)되고 과냉(sub-cooled)된다. 이와 같이 C3/MR 공정은 단일 냉매를 채용한 냉동 사이클과 혼합 냉매를 채용한 냉동 사이클을 사용하기 때문에 액화공정의 구조가 복잡하고 액화공정의 운전이 어렵다는 단점이 있다.
작동 중에 있는 액화공정 중의 다른 하나는 Conoco Phillips 사에 의한 캐스케이드(Cascade) 공정이다. 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 Conoco Phillips 사에 의한 캐스케이드 공정은 메탄(C1), 에틸렌(C2) 및 프로판(C3)을 사용한 3개의 줄-톰슨 사이클로 구성된다. 이와 같이 캐스케이드 공정은 단일 냉매를 채용한 냉동 사이클만 사용하기 때문에 액화공정의 운전이 단순하고 액화공정의 신뢰성이 높다는 장점이 있다. 그러나 캐스케이드 공정은 3개의 냉동 사이클이 각각 개별적인 설비(예를 들어, 열교환기)를 요구하기 때문에 액화공정의 규모가 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.
작동 중에 있는 액화공정 중의 또 다른 하나는 'Single Mixed Refrigerant Process(또는 SMR 공정)'이다. 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이, SMR 공정에서 천연가스는 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 통해 액화된다. 이와 같은 SMR 공정은 액화공정의 구조가 단순하다는 장점이 있다. 그러나 SMR 공정은 액화공정의 효율이 낮다는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이할 뿐만 아니라 액화공정의 효율도 우수한 천연가스 액화공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 액화공정은, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 여기서 폐 루프 냉동 사이클은, 혼합 냉매로부터 제1 스트림과 제2 스트림을 형성하는 형성 단계, 형성 단계 이후에 제1 스트림을 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계, 제1 유입 단계 이후에 제1 열교환부로부터 배출되는 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계, 제1 팽창 단계 이후에 제1 스트림을 제1 열교환부로 다시 유입시켜 제1 스트림을 통해 제1 열교환부에서 천연가스를 냉각시키는 제1 냉각 단계, 제1 냉각 단계 이후에 제1 열교환부로부터 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계, 형성 단계 이후에 제2 스트림을 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계, 제2 유입 단계 이후에 제1 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계, 제3 유입 단계 이후에 제2 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계, 제2 팽창 단계 이후에 제2 스트림을 제2 열교환부로 다시 유입시켜 제2 스트림을 통해 제2 열교환부에서 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계, 및 제2 냉각 단계 이후에 제2 열교환부로부터 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며, 제1 회수 단계 이후에 제1 스트림은 형성 단계로 다시 보내지고, 제2 회수 단계 이후에 제2 스트림은 형성 단계로 다시 보내진다.
본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시키기 때문에, 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이하다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 천연가스 액화공정은 1개의 스트림이 결과적으로 2개의 스트림으로 분리된 다음에 각각 천연가스를 냉각시키기 때문에, 실제로 1개의 냉동 사이클을 포함하나, 2개의 냉동 사이클을 포함하는 것처럼 액화공정의 효율도 우수하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 4는 도 3에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 5은 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 6는 도 5에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 7은 도 6에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 8은 종래의 C3/MR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 9는 종래의 캐스케이드 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 10은 종래의 SMR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스(NG)를 액화온도까지 냉각시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정에 적용될 수 있다.
특히, 혼합 냉매(mixed refrigerant 또는 multi-component refrigerant)를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여, 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고, 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 적용될 수 있다. 참고로, 본 실시예에 따른 액화공정은 혼합 냉매를 냉각하거나 또는 천연가스를 냉각하는 냉동 사이클을 더 포함할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정을 도 1을 참조하여 보다 자세히 설명한다. 우선, 혼합 냉매(후술할 메인 스트림)로부터 제1 스트림과 제2 스트림이 형성된다(형성 단계). 예를 들어, 혼합 냉매는 일련의 압축 또는 일련의 압축과 냉각을 통해 부분적으로 응축된 다음에 기액 분리를 통해 제1 스트림과 제2 스트림을 형성할 수 있다. 제1 스트림과 제2 스트림은 기액 분리 시의 온도나 압력에 따라 조성과 양이 달라질 수 있다.
제1 스트림은 형성 후에 도관(211)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제1 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제1 스트림은 팽창 수단(131)으로 유입되어 팽창된다(제1 팽창 단계). 이로 인해 제1 스트림은 온도가 낮아질 수 있다. 팽창 수단은 J-T(Joule-Thomson) 밸브로 구성될 수 있다. 예를 들어, 팽창 수단은 통상의 팽창 밸브(expansion valve)로 구성될 수 있다. 또는 팽창 수단은 익스팬더(expander)로 구성될 수도 있다. 이는 후술할 다른 팽창 수단도 동일하다. J-T 밸브는 J-T 효과를 통해 스트림의 압력과 온도를 모두 낮출 수 있다.
제1 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 다시 유입되어 제1 열교환부(121)에서 천연가스(NG)를 냉각 시킨다(제1 냉각 단계). 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된 제1 스트림은, 도관(211)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된 제1 스트림과, 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된 제2 스트림도 천연가스와 함께 냉각시킬 수 있다. 이와 같은 냉각을 통해 천연가스는 예냉될 수 있다.
이와 같은 냉각 후에 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된다(제1 회수 단계). 그런 다음 제1 스트림은 도관(213)을 통해 형성 단계로 보내진다.
제2 스트림은 형성 후에 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제2 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제2 스트림은 도관(222)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다(제3 유입 단계). 그런 다음 제2 열교환부 (122)로부터 배출된 제2 스트림은 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다(제2 팽창 단계). 제2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(223)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스(NG)를 냉각시킨다 (제2 냉각 단계). 이와 같은 냉각으로 천연가스는 액화될 수 있다. 또는 액화되고 과냉될 수 있다.
이와 같은 냉각 후에 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(224)을 통해 형성 단계로 보내진다.
참고로, 제1 열교환부(121)는 SWHE(Spiral Wound Heat Exchanger) 타입의 열교환기인 것이 바람직하다. 이는 제2 열교환부(122)도 동일하다. 이에 대해서 보다 상술하면, 천연가스 액화공정의 경우 열교환을 위해 통상적으로 PFHE(Plate Fin Heat Exchanger) 타입의 열교환기나 SWHE(Spiral Wound Heat Exchanger) 타입의 열교환기를 사용한다. PFHE 타입의 열교환기와 SWHE 타입의 열교환기는 서로 다른 구조를 가지기 때문에, PFHE 타입의 열교환기에 기초한 액화공정을 그대로 SWHE 타입의 열교환기를 사용한 액화공정에 적용할 수 없을 수 있다.
본 실시예에 따른 액화공정은 SWHE 타입의 열교환기를 사용하기 위해 제1 열교환부(121)와 제2 열교환부(122)를 서로 구별한다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 액화공정은 제1 열교환부(121)도 하나의 SWHE 타입의 열교환기로 구성하고, 제2 열교환부(122)도 다른 하나의 SWHE 타입의 열교환기로 구성할 수 있다. SWHE 타입의 열교환기는 액화 시스템의 용량이 매우 클 때 유리하다. 또한 SWHE 타입의 열교환기는 액화 시스템의 유지 보수에도 유리하다. 다만, 제1 열교환부(121)와 제2 열교환부(122) 중의 어느 하나를 PFHE 타입의 열교환기로 구성할 수도 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 액화공정은 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이하다는 장점이 있다. 또한 본 실시예에 따른 액화공정은 1개의 스트림이 2개의 스트림으로 분리된 다음에 각각 천연가스를 냉각시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 액화공정은 실제로 1개의 냉동 사이클을 포함하나, 2개의 냉동 사이클을 포함하는 것처럼 액화공정의 효율도 우수하다는 장점이 있다.
한편, 형성 단계는 보다 구체적으로 다음과 같이 설명될 수 있다. 제2 스트림은 제2 열교환부(122)에서 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 여기서 압축 수단(141)은 통상의 압축기(compressor)일 수 있으며, 또한 다단일 수 있다. 이는 후술할 다른 압축 수단도 동일하다. 그런 다음 제2 스트림은 도관(231)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다. 여기서 냉각 수단(151)은 수랭식이나 공랭식의 냉각기(cooler)일 수 있다. 이는 후술할 다른 냉각 수단도 동일하다. 냉각 수단(151)은 압축된 스트림을 냉각할 필요가 있을 때 구비될 수 있다. 이는 다른 냉각 수단도 동일하다.
그리고 제1 스트림은 제1 열교환부(121)에서 도관(213)을 통해 압축 수단 (142)으로 유입되어 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 제1 스트림은 도관(261)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다.
그런 다음 제1 스트림은 도관(262)을 통해 도관(232)의 제2 스트림에 혼입 된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입은 1개의 도관(262)을 다른 1개의 도관(232)에 연결하는 것으로 달성될 수 있다. 또는 혼입을 위한 별도의 구성을 채용할 수도 있다. 또한 제1 스트림과 제2 스트림을 각각 후술할 분리 수단(111)으로 유입시켜 분리 수단(111)에서 혼합시킬 수도 있다. 이와 같은 혼입으로 메인 스트림이 형성된다. 즉, 메인 스트림은 제1 스트림과 제2 스트림이 혼합된 스트림이다.
메인 스트림은 분리 수단(111)에 의해 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리된다(제1 분리 단계). 여기서 분리 수단(111)은 통상의 기액 분리기(vapor-liquid separator)일 수 있다. 이는 후술할 다른 분리 수단도 동일하다.
제2 서브 스트림은 분리 후에 도관(233)을 통해 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다(제3 압축 단계). 그런 다음 제2 서브 스트림은 도관(234)을 통해 냉각 수단(153)으로 유입되어 냉각된다. 그런 다음 제2 서브 스트림은 도관(235)을 통해 분리 수단(112)으로 유입되어 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리된다(제2 분리 단계).
그런 다음 제3 서브 스트림은 도관(236)을 통해 도관(211)의 제1 서브 스트림에 혼입된다. 제3 서브 스트림은 혼입 전에 팽창 수단(133)에 의해 팽창될 수 있다. 이와 같은 혼입으로 제1 스트림이 형성된다. 제1 스트림은 도관(211)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다. 또한 제4 서브 스트림은 제2 스트림을 형성한다. 즉, 제4 서브 스트림은 제2 스트림으로서 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다.
본 실시예에 따른 액화공정은 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리한다. 그리고 본 실시예에 따른 액화공정은 제3 압축 단계 이후에 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리한다. 이와 같은 분리 후에 액상의 제1 서브 스트림과 액상의 제3 서브 스트림은 서로 혼합되어 제1 스트림을 형성한다. 이와 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 혼합 냉매 중의 무거운 성분(액상의 제1 서브 스트림과 액상의 제3 서브 스트림)을 제1 열교환부(121)에서 천연가스를 냉각하는 냉매로서 활용하기 때문에 액화공정의 효율이 더욱 우수하다.
참고로, 혼입은 상대적 개념이다. 도관의 구성에 따라 제1 스트림이 제2 스트림에 혼입된다고 볼 수도 있고, 제2 스트림이 제1 스트림에 혼입된다고 볼 수도 있다. 그리고 앞서 살펴본 도관들은 도면부호에 따라 서로 다른 도관일 수도 있고 서로 같은 도관일 수도 있다. 즉, 1개의 도관이더라도 설명의 편의를 위해 2개의 도면부호가 부여될 수도 있다. 또는 이와는 반대로 2개의 도관이더라도 설명의 편의를 위해 1개의 도면부호가 부여될 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 2와 같은 변형이 가능하다. 도 2는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정에서 제3 서브 스트림은 분리 후에 도관(236)을 통해 도관(232)의 제2 스트림에 혼입된다(제2 혼입 단계). 본 변형예에서 메인 스트림은 제1 스트림, 제2 스트림, 및 제3 서브 스트림이 혼합된 스트림이다. 본 변형예에서 제1 혼입 단계와 제2 혼입 단계는 동시에 일어날 수 있다. 제3 서브 스트림은 혼입 전에 팽창 수단(133)에 의해 팽창될 수 있다. 이와 같은 혼입 후에 제3 서브 스트림은 제1 및 제2 스트림과 함께 분리 수단(111)으로 유입된다.
실시예 2
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에서 도시하고 있듯이 혼합 냉매로부터 제1 스트림과 제2 스트림이 형성된다(형성 단계). 제1 스트림은 형성 후에 도관(211)을 통해 제1 열교환부 (121)로 유입된다(제1 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제1 스트림은 팽창 수단(131)으로 유입되어 팽창된다(제1 팽창 단계). 제1 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 다시 유입되어 제1 열교환부(121)에서 천연가스를 냉각 시킨다(제1 냉각 단계). 이와 같은 냉각을 통해 천연가스는 예냉될 수 있다. 이와 같은 냉각 후에 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된다(제1 회수 단계). 그런 다음 제1 스트림은 도관(213)을 통해 형성 단계로 보내진다.
제2 스트림은 형성 후에 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제2 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제2 스트림은 도관(222)을 통해 분리 수단(113)으로 유입되어 액상의 제2-1 스트림과 기상의 제2-2 스트림으로 분리된다(추가 분리 단계).
제2-1 스트림은 분리 후에 도관(2221)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다 (제3-1 유입 단계). 그런 다음 제2 열교환부(122)로부터 배출된 제2-1 스트림은 팽창 수단(1321)으로 유입되어 팽창된다(제2-1 팽창 단계). 제2-1 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2222)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스(NG)를 냉각시킨다(제2-1 냉각 단계).
제2-2 스트림은 분리 후에 도관(2223)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다 (제3-2 유입 단계). 그런 다음 제2 열교환부(122)로부터 배출된 제2-2 스트림은 팽창 수단(1322)으로 유입되어 팽창된다(제2-2 팽창 단계). 제2-2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2224)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스(NG)를 냉각시킨다(제2-2 냉각 단계).
제2-1 스트림에 의한 냉각과 제2-2 스트림에 의한 냉각으로 천연가스는 액화될 수 있다. 또는 액화되고 과냉될 수 있다. 이와 같은 냉각 후에 제2-1 스트림과 제2-2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 그런 다음 제2-1 스트림과 제2-2 스트림은 도관(224)을 통해 형성 단계로 보내진다. 이때 제2-1 스트림과 제2-2 스트림은 서로 혼합되어 형성 단계로 보내진다. 이와 같이 혼합된 스트림을 제2 혼합 스트림으로 부르겠다.
본 실시예의 제2 스트림은 제1 열교환부(121)에서 열교환에 의해 부분적으로 응축될 수 있다. 이와 같은 응축으로 제2 스트림이 액상 부분을 포함하면, 제2 열교환부(122)에서 제2 스트림이 효율적으로 천연가스를 냉각시키기가 어려울 수 있다. 그러나 본 실시예에 따른 액화공정은 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제2 스트림을 액상의 스트림과 기상의 스트림으로 분리한 다음에, 이들을 각각 제2 열교환부에서 활용하기 때문에 액화공정의 효율이 더욱 우수하다.
한편, 형성 단계는 도 3과 같이 구성될 수 있다. 이는 도 1의 형성 단계와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 그리고 본 실시예에 따른 액화공정은 도 4와 같은 변형이 가능하다. 도 4는 도 3에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 4의 형성 단계는 도 2의 형성 단계와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
실시예 3
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에서 도시하고 있듯이 혼합 냉매로부터 제1-1 스트림, 제1-2 스트림 및 제2 스트림이 형성된다(형성 단계). 제1-1 스트림은 형성 후에 도관(2111)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제1-1 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부 (121)로부터 배출된 제1-1 스트림은 팽창 수단(1311)으로 유입되어 팽창된다(제1-1 팽창 단계). 제1-1 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2112)을 통해 제1 열교환부(121)로 다시 유입되어 제1 열교환부(121)에서 천연가스를 냉각 시킨다(제1-1 냉각 단계).
제1-2 스트림은 형성 후에 도관(2113)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다 (제1-2 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제1-2 스트림은 팽창 수단(1312)으로 유입되어 팽창된다(제1-2 팽창 단계). 제1-2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2114)을 통해 제1 열교환부(121)로 다시 유입되어 제1 열교환부(121)에서 천연가스를 냉각 시킨다(제1-2 냉각 단계).
제1-1 스트림에 의한 냉각과 제1-2 스트림에 의한 냉각으로 천연가스는 예냉될 수 있다. 이와 같은 냉각 후에 제1-1 스트림과 제1-2 스트림은 제1 열교환부 (121)로부터 회수된다(제1 회수 단계). 그런 다음 제1-1 스트림과 제1-2 스트림은 도관(213)을 통해 형성 단계로 보내진다. 이때 제1-1 스트림과 제1-2 스트림은 서로 혼합되어 형성 단계로 보내진다. 이와 같이 혼합된 스트림을 제1 혼합 스트림으로 부르겠다.
제2 스트림은 형성 후에 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제2 유입 단계). 그런 다음 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제2 스트림은 도관(222)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다(제3 유입 단계). 그런 다음 제2 열교환부 (122)로부터 배출된 제2 스트림은 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다(제2 팽창 단계). 제2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(223)을 통해 제2 열교환부 (122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스(NG)를 냉각시킨다(제2 냉각 단계). 이와 같은 냉각으로 천연가스는 액화될 수 있다. 또는 액화되고 과냉될 수 있다.
이와 같은 냉각 후에 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(224)을 통해 형성 단계로 보내진다.
한편, 형성 단계는 보다 구체적으로 다음과 같이 설명될 수 있다. 제2 스트림은 제2 열교환부(122)에서 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(231)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 제1 혼합 스트림은 제1 열교환부(121)에서 도관(213)을 통해 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 제1 혼합 스트림은 도관(261)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다.
그런 다음 제1 혼합 스트림은 도관(262)을 통해 도관(232)의 제2 스트림에 혼입된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입으로 제1 메인 스트림이 형성된다. 즉, 제1 메인 스트림은 제1 혼합 스트림과 제2 스트림이 혼합된 스트림이다. 이와 같은 제1 메인 스트림은 분리 수단(111)에 의해 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리된다(제1 분리 단계).
제2 서브 스트림은 분리 후에 도관(233)을 통해 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다(제3 압축 단계). 그런 다음 제2 서브 스트림은 도관(234)을 통해 냉각 수단(153)으로 유입되어 냉각된다. 그런 다음 제2 서브 스트림은 도관(235)을 통해 분리 수단(112)으로 유입되어 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리된다(제2 분리 단계).
그런 다음 제3 서브 스트림은 도관(236)을 통해 도관(237)의 제1 서브 스트림에 혼입된다(제2 혼입 단계). 제3 서브 스트림은 혼입 전에 팽창 수단(133)에 의해 팽창될 수 있다. 이와 같은 혼입으로 제2 메인 스트림이 형성된다. 제2 메인 스트림은 분리 수단(114)에 의해 액상의 제5 서브 스트림과 기상의 제6 서브 스트림으로 분리된다(제3 분리 단계).
여기서 제5 서브 스트림은 제1-1 스트림을 형성한다. 즉, 제5 서브 스트림은 제1-1 스트림으로서 도관(2111)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다. 그리고 제6 서브 스트림은 제1-2 스트림을 형성한다. 즉, 제6 서브 스트림은 제1-2 스트림으로서 도관(2113)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다. 또한 제4 서브 스트림은 제2 스트림을 형성한다. 즉, 제4 서브 스트림은 제2 스트림으로서 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다.
본 실시예에서 제3 서브 스트림은 제1 서브 스트림에 혼입된다. 이와 같은 혼입을 위해 제3 서브 스트림은 혼입 전에 압력의 하강이 필요할 수 있다. 그런데 이와 같은 압력의 하강으로 제3 서브 스트림에서 부분적으로 기상 부분이 발생할 수 있다. 이와 같은 기상 부분이 그대로 액상 부분과 함께 제1 열교환부(121)로 유입되면, 제1 열교환부(121)에서 효율적으로 천연가스를 냉각시키기 어려울 수 있다. 그러나 본 실시예에 따른 액화공정은 제1 서브 스트림과 제3 서브 스트림의 혼합 스트림을 액상의 스트림과 기상의 스트림으로 분리한 다음에, 이들을 각각 제1 열교환부에서 활용하기 때문에 액화공정의 효율이 더욱 우수할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 6과 같은 변형이 가능하다. 도 6은 도 5에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제2 스트림은 도관(222)을 통해 분리 수단(113)으로 유입되어 액상의 제2-1 스트림과 기상의 제2-2 스트림으로 분리된다(추가 분리 단계).
제2-1 스트림은 분리 후에 도관(2221)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다 (제3-1 유입 단계). 그런 다음 제2 열교환부(122)로부터 배출된 제2-1 스트림은 팽창 수단(1321)으로 유입되어 팽창된다(제2-1 팽창 단계). 제2-1 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2222)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스(NG)를 냉각시킨다(제2-1 냉각 단계).
제2-2 스트림은 분리 후에 도관(2223)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다 (제3-2 유입 단계). 그런 다음 제2 열교환부(122)로부터 배출된 제2-2 스트림은 팽창 수단(1322)으로 유입되어 팽창된다(제2-2 팽창 단계). 제2-2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2224)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스(NG)를 냉각시킨다(제2-2 냉각 단계).
제2-1 스트림에 의한 냉각과 제2-2 스트림에 의한 냉각으로 천연가스는 액화될 수 있다. 또는 액화되고 과냉될 수 있다. 이와 같은 냉각 후에 제2-1 스트림과 제2-2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 그런 다음 제2-1 스트림과 제2-2 스트림은 도관(224)을 통해 형성 단계로 보내진다. 이때 제2-1 스트림과 제2-2 스트림은 서로 혼합되어 형성 단계로 보내진다. 이와 같이 혼합된 스트림을 제2 혼합 스트림으로 부르겠다.
본 실시예의 제2 스트림은 제1 열교환부(121)에서 열교환에 의해 부분적으로 응축될 수 있다. 이와 같은 응축으로 제2 스트림이 액상 부분을 포함하면, 제2 열교환부(122)에서 제2 스트림이 효율적으로 천연가스를 냉각시키기가 어려울 수 있다. 그러나 본 실시예에 따른 액화공정은 제1 열교환부(121)로부터 배출된 제2 스트림을 액상의 스트림과 기상의 스트림으로 분리한 다음에, 이들을 각각 제2 열교환부에서 활용하기 때문에 액화공정의 효율이 더욱 우수하다.
한편, 도 6에 따른 액화공정은 도 7과 같은 변형이 가능하다. 도 7은 도 6에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 7에 도시되어 있듯이 제1 서브 스트림은 분리 후에 도관(241)을 통해 제1 열교환부 (121)로 유입된다. 즉, 제1 서브 스트림은 제1-1 스트림을 형성한다. 또한 제3 서브 스트림은 분리 후에 도관(242)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다. 즉, 제3 서브 스트림은 제1-2 스트림을 형성한다. 그리고 제4 서브 스트림은 제2 스트림으로서 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다.
111, 112, 113, 114: 분리 수단
121, 122: 열교환부
131, 132, 133: 팽창 수단
141, 142, 143: 압축 수단
151, 152, 153: 냉각 수단

Claims (12)

  1. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매로부터 제1 스트림과 제2 스트림을 형성하는 형성 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계;
    상기 제1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계;
    상기 제1 팽창 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1 냉각 단계;
    상기 제1 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계;
    상기 제3 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계;
    상기 제2 팽창 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계; 및
    상기 제2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 회수 단계 이후에 상기 제1 스트림은 상기 형성 단계로 다시 보내지고,
    상기 제2 회수 단계 이후에 상기 제2 스트림은 냉각을 위한 추가적인 열교환 없이 상기 형성 단계 중의 압축 수단으로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계; 및
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계를 포함하며,
    상기 제1 서브 스트림과 상기 제3 서브 스트림은 상기 제1 분리 단계와 상기 제2 분리 단계 이후에 서로 혼합되어 상기 제1 스트림을 형성하고, 상기 제4 서브 스트림은 상기 제2 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계;
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계; 및
    상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 서브 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시키는 제2 혼입 단계를 포함하며,
    상기 제1 서브 스트림과 상기 제4 서브 스트림은 각각 상기 제1 스트림과 상기 제2 스트림을 형성하고, 상기 제3 서브 스트림은 상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제2 스트림과 함께 상기 제1 분리 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  4. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매로부터 제1 스트림과 제2 스트림을 형성하는 형성 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계;
    상기 제1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계;
    상기 제1 팽창 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1 냉각 단계;
    상기 제1 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 액상의 제2-1 스트림과 기상의 제2-2 스트림으로 분리시키는 추가 분리 단계;
    상기 추가 분리 단계 이후에 상기 제2-1 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3-1 유입 단계;
    상기 제3-1 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 제2-1 스트림을 팽창시키는 제2-1 팽창 단계;
    상기 제2-1 팽창 단계 이후에 상기 제2-1 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2-1 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2-1 냉각 단계;
    상기 추가 분리 단계 이후에 상기 제2-2 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3-2 유입 단계;
    상기 제3-2 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 제2-2 스트림을 팽창시키는 제2-2 팽창 단계;
    상기 제2-2 팽창 단계 이후에 상기 제2-2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2-2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2-2 냉각 단계; 및
    상기 제2-1 냉각 단계와 상기 제2-2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2-1 스트림과 상기 제2-2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 회수 단계 이후에 상기 제1 스트림은 상기 형성 단계로 다시 보내지고,
    상기 제2 회수 단계 이후에 상기 제2-1 스트림과 상기 제2-2 스트림은 서로 혼합된 제2 혼합 스트림으로서 냉각을 위한 추가적인 열교환 없이 상기 형성 단계 중의 압축 수단으로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 혼합 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 혼합 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계; 및
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계를 포함하며,
    상기 제1 서브 스트림과 상기 제3 서브 스트림은 상기 제1 분리 단계와 상기 제2 분리 단계 이후에 서로 혼합되어 상기 제1 스트림을 형성하고, 상기 제4 서브 스트림은 상기 제2 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 혼합 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 혼합 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계;
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계; 및
    상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 서브 스트림을 상기 제2 혼합 스트림에 혼입시키는 제2 혼입 단계를 포함하며,
    상기 제1 서브 스트림과 상기 제4 서브 스트림은 각각 상기 제1 스트림과 상기 제2 스트림을 형성하고, 상기 제3 서브 스트림은 상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제2 혼합 스트림과 함께 상기 제1 분리 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  7. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매로부터 제1-1 스트림, 제1-2 스트림 및 제2 스트림을 형성하는 형성 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제1-1 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1-1 유입 단계;
    상기 제1-1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제1-1 스트림을 팽창시키는 제1-1 팽창 단계;
    상기 제1-1 팽창 단계 이후에 상기 제1-1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1-1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1-1 냉각 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제1-2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1-2 유입 단계;
    상기 제1-2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제1-2 스트림을 팽창시키는 제1-2 팽창 단계;
    상기 제1-2 팽창 단계 이후에 상기 제1-2 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1-2 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1-2 냉각 단계;
    상기 제1-1 냉각 단계와 상기 제1-2 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1-1 스트림과 상기 제1-2 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계;
    상기 제3 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계;
    상기 제2 팽창 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계; 및
    상기 제2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 회수 단계 이후에 상기 제1-1 스트림과 상기 제1-2 스트림은 서로 혼합된 제1 혼합 스트림으로서 상기 형성 단계로 보내지고,
    상기 제2 회수 단계 이후에 상기 제2 스트림은 냉각을 위한 추가적인 열교환 없이 상기 형성 단계 중의 압축 수단으로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 혼합 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 혼합 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 제1 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 제1 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계;
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계와 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 서브 스트림을 상기 제1 서브 스트림에 혼입시켜 제2 메인 스트림을 형성하는 제2 혼입 단계; 및
    상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제2 메인 스트림을 액상의 제5 서브 스트림과 기상의 제6 서브 스트림으로 분리시키는 제3 분리 단계를 포함하며,
    상기 제4 서브 스트림은 상기 제2 스트림을 형성하고, 상기 제5 서브 스트림과 상기 제6 서브 스트림은 각각 상기 제1-1 스트림과 상기 제1-2 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  9. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매로부터 제1-1 스트림, 제1-2 스트림 및 제2 스트림을 형성하는 형성 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제1-1 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1-1 유입 단계;
    상기 제1-1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제1-1 스트림을 팽창시키는 제1-1 팽창 단계;
    상기 제1-1 팽창 단계 이후에 상기 제1-1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1-1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1-1 냉각 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제1-2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1-2 유입 단계;
    상기 제1-2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제1-2 스트림을 팽창시키는 제1-2 팽창 단계;
    상기 제1-2 팽창 단계 이후에 상기 제1-2 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1-2 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1-2 냉각 단계;
    상기 제1-1 냉각 단계와 상기 제1-2 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1-1 스트림과 상기 제1-2 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 형성 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 액상의 제2-1 스트림과 기상의 제2-2 스트림으로 분리시키는 추가 분리 단계;
    상기 추가 분리 단계 이후에 상기 제2-1 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3-1 유입 단계;
    상기 제3-1 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 제2-1 스트림을 팽창시키는 제2-1 팽창 단계;
    상기 제2-1 팽창 단계 이후에 상기 제2-1 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2-1 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2-1 냉각 단계;
    상기 추가 분리 단계 이후에 상기 제2-2 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3-2 유입 단계;
    상기 제3-2 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 제2-2 스트림을 팽창시키는 제2-2 팽창 단계;
    상기 제2-2 팽창 단계 이후에 상기 제2-2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2-2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2-2 냉각 단계; 및
    상기 제2-1 냉각 단계와 상기 제2-2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2-1 스트림과 상기 제2-2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 회수 단계 이후에 상기 제1-1 스트림과 상기 제1-2 스트림은 서로 혼합된 제1 혼합 스트림으로서 상기 형성 단계로 보내지고,
    상기 제2 회수 단계 이후에 상기 제2-1 스트림과 상기 제2-2 스트림은 서로 혼합된 제2 혼합 스트림으로서 냉각을 위한 추가적인 열교환 없이 상기 형성 단계 중의 압축 수단으로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 혼합 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 혼합 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 혼합 스트림을 상기 제2 혼합 스트림에 혼입시켜 제1 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 제1 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계;
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계와 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 서브 스트림을 상기 제1 서브 스트림에 혼입시켜 제2 메인 스트림을 형성하는 제2 혼입 단계; 및
    상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제2 메인 스트림을 액상의 제5 서브 스트림과 기상의 제6 서브 스트림으로 분리시키는 제3 분리 단계를 포함하며,
    상기 제4 서브 스트림은 상기 제2 스트림을 형성하고, 상기 제5 서브 스트림과 상기 제6 서브 스트림은 각각 상기 제1-1 스트림과 상기 제1-2 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    상기 제2 혼합 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계;
    상기 제1 혼합 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;
    상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 혼합 스트림을 상기 제2 혼합 스트림에 혼입시켜 제1 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계;
    상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 제1 메인 스트림을 액상의 제1 서브 스트림과 기상의 제2 서브 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계; 및
    상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제2 서브 스트림을 액상의 제3 서브 스트림과 기상의 제4 서브 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계를 포함하며,
    상기 제1 서브 스트림은 상기 제1-1 스트림을 형성하고, 상기 제3 서브 스트림과 상기 제4 서브 스트림은 각각 상기 제1-2 스트림과 상기 제2 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 중의 적어도 어느 하나는 SWHE 타입의 열교환기인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
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