KR101840721B1 - Natural gas liquefying system and liquefying method - Google Patents
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- F25J1/0241—Purification or treatment step being integrated between two refrigeration cycles of a refrigeration cascade, i.e. first cycle providing feed gas cooling and second cycle providing overhead gas cooling wherein the overhead cooling comprises providing reflux for a fractionation step
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- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
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- F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
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- F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
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Abstract
[과제] 원료 가스의 팽창에 의해 팽창기에서 발생한 동력을 이용하여 압축기의 토출압을 증대시킴과 아울러, 냉각기에 요구되는 냉각능을 저감한다. [해결수단] 천연가스의 액화 시스템(1)이, 가압 상태에서 얻어진 천연가스를 원료 가스로 하여 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제1 팽창기(3)와, 제1 팽창기에서의 팽창에 의해 감압된 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각기(11, 12)와, 제1 냉각기에 의해 냉각된 원료 가스를 증류함으로써, 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 장치(15)와, 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 증류 장치에서 중질분이 저감 또는 제거된 원료 가스를 압축하는 제1 압축기(4)와, 제1 압축기에 의해 압축된 원료 가스를 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 장치(21)를 구비한 것을 특징으로 한다.[PROBLEMS] To increase the discharge pressure of a compressor by using a power generated in an expander by expansion of a raw material gas, and to reduce a cooling performance required for a cooler. [MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] A natural gas liquefaction system (1) comprises a first inflator (3) for generating a power by inflating natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas, a first inflator (3) A distillation device (15) for reducing or removing heavy materials in the raw material gas by distilling the raw material gas cooled by the first cooler; A first compressor 4 for compressing the raw material gas in which the heavy components are reduced or eliminated in the distillation apparatus and a liquefier 21 for liquefying the raw material gas compressed by the first compressor by heat exchange with the refrigerant .
Description
본 발명은 천연가스를 냉각하여 액화 천연가스를 생성하는 천연가스의 액화 시스템 및 액화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquefaction system and a liquefaction method of natural gas for cooling natural gas to produce liquefied natural gas.
가스전 등으로부터 채취되는 천연가스는, 액화 기지 등에서 액화됨으로써 LNG(액화 천연가스)로서 저장이나 수송이 행해진다. 약 -162℃까지 냉각된 LNG는 천연가스(기체)에 비해 용적이 대폭으로 저감되고, 또한 고압으로 저장할 필요가 없는 등의 이점이 있다. 일반적으로 천연가스의 액화 처리에서는, 원료 가스에 포함되는 수분, 산성 가스 성분 및 수은 등의 불순물이 미리 제거되고, 더욱이 비교적 응고점이 높은 중질분(벤젠, 펜탄 이상의 C5+ 탄화 수소 등)이 제거된 후 원료 가스가 액화된다.Natural gas collected from a gas field or the like is liquefied in a liquefaction station or the like, and is stored or transported as LNG (liquefied natural gas). The LNG cooled to about -162 占 폚 has an advantage that the volume thereof is drastically reduced as compared with the natural gas (gas), and there is no need to store it at a high pressure. Generally, in the liquefaction treatment of natural gas, moisture, acid gas components and impurities such as mercury contained in the raw material gas are removed in advance, and heavy materials (benzene, C5 + hydrocarbons and the like having a relatively high solidification point) The raw material gas is liquefied.
종래 천연가스를 액화하는 수단으로서 팽창 밸브 또는 터빈에 의한 팽창이나, 저비점의 냉매(메탄, 에탄 및 프로판 등의 경질 탄화 수소를 포함함)에 의한 열교환 등을 이용한 수많은 기술이 개발되어 있다. 예를 들어, 불순물이 미리 제거된 원료 가스를 냉각하는 냉각기와, 이 냉각기에 의해 냉각된 원료 가스를 등엔트로피 팽창시키는 팽창기와, 이 팽창기에 의해 감압된 원료 가스를 메탄 및 중질분의 임계 압력 이하에서 증류하는 증류 장치와, 팽창기와 공통의 샤프트를 마련함으로써 팽창기에서 발생하는 팽창의 힘을 동력원으로 하여 증류 장치로부터의 유출 가스를 압축하는 압축기와, 압축기에 의해 압축된 유출 가스를 혼합 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 장치(주 열교환기)를 구비한 천연가스의 액화 시스템이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).As a means for liquefying natural gas in the past, a number of techniques have been developed using expansion by an expansion valve or a turbine, or heat exchange by a refrigerant having a low boiling point (including light hydrocarbon such as methane, ethane, and propane). For example, it is possible to use a cooler for cooling a raw material gas in which impurities have been removed in advance, an expander for isentropically expanding the raw material gas cooled by the cooler, and a raw material gas decompressed by the expander, A compressor for compressing the outflow gas from the distillation apparatus using a force of expansion generated in the inflator as a power source by providing a shaft common to the inflator and a distillation device for separating the outflow gas compressed by the compressor from the mixed refrigerant There is known a liquefaction system of a natural gas having a liquefier (main heat exchanger) liquefied by heat exchange (see Patent Document 1).
그런데, 상기 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 종래의 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 장치(주 열교환기)의 부하를 경감하여 액화 처리의 효율을 높이기 위해 압축기의 토출압을 보다 높이는(즉, 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 압력을 높이는) 것이 바람직하다.However, in the conventional natural gas liquefaction system as described in
한편, 압축기의 토출압을 높이려면 보다 큰 동력이 필요한데, 상기 종래 기술에서는 냉각기에 의해 냉각된 원료 가스를 팽창기에서 팽창시키는 구성이기 때문에, 팽창기에서 발생하는 동력은 비교적 작고, 그 동력을 이용하여 압축기의 토출압을 높이는 것은 어려운 문제가 있다.On the other hand, in order to increase the discharge pressure of the compressor, a larger power is required. In the conventional technology, the raw material gas cooled by the cooler is expanded by the expander. There is a problem in that it is difficult to increase the discharge pressure of the discharge gas.
또한, 상기 종래 기술에서는 원료 가스를 팽창기에서 팽창시키기 전에 냉각기에 의한 냉각을 실시하기 때문에, 냉각기에 요구되는 냉각능은 비교적 커져 냉각용 설비 비용이나 운전 비용이 높아지는 문제도 있다.In addition, in the above-mentioned prior art, since the cooling of the raw material gas by the cooler is performed before expanding the raw material gas in the inflator, the cooling capacity required for the cooler is relatively large, which leads to a problem that the cooling facility cost and operation cost are increased.
더욱이 상기 종래 기술에서는 냉각기에 의한 원료 가스의 냉각에 의해 원료 가스 중에 응축 성분이 발생하기 때문에, 냉각기로부터의 원료 가스를 팽창기에 도입하기 전에 원료 가스 중의 응축 성분을 분리(제거)하기 위한 기액 분리조를 마련할 필요가 있을 수 있다. 게다가 압축기로부터의 원료 가스의 온도가 상승하기 때문에, 액화 장치의 중간부 입구 온도와 냉매의 온도차가 커져 냉각기에 요구되는 냉각능을 증가시키게 된다.Further, in the above-mentioned prior art, since a condensation component is generated in the raw material gas by cooling the raw material gas by the cooler, a gas-liquid separating tank for separating (removing) the condensed component in the raw material gas before introducing the raw material gas from the cooler into the expander May need to be provided. In addition, since the temperature of the raw material gas from the compressor rises, the temperature difference between the middle inlet of the liquefier and the refrigerant increases, thereby increasing the cooling capability required of the cooler.
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 원료 가스의 팽창에 의해 팽창기에서 발생한 동력을 이용하여 압축기의 토출압을 증대시킴과 아울러, 냉각기에 요구되는 냉각능을 저감하는 것을 가능하게 하는 천연가스의 액화 시스템 및 액화 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a compressor capable of increasing the discharge pressure of a compressor by using a power generated by an expander by expansion of a raw material gas, And to provide a liquefaction system and a liquefaction method of natural gas.
본 발명의 제1 측면에서는, 천연가스를 냉각하여 액화 천연가스를 생성하는 천연가스의 액화 시스템(1)으로서, 가압 상태에서 얻어진 천연가스를 원료 가스로 하여 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제1 팽창기(3)와, 상기 제1 팽창기에서의 팽창에 의해 감압된 상기 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각기(11, 12)와, 상기 제1 냉각기에 의해 냉각된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 장치(15)와, 상기 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스를 압축하는 제1 압축기(4)와, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 장치(21)를 구비한 것을 특징으로 한다.In a first aspect of the present invention, there is provided a natural gas liquefaction system (1) for cooling natural gas to produce liquefied natural gas, comprising: a first inflator (1) for generating power by expanding natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas A first cooler (11, 12) for cooling the raw material gas decompressed by the expansion in the first inflator, and a second cooler for cooling the raw material gas cooled by the first cooler, A first compressor (4) for compressing the raw material gas in which the heavy component is reduced or removed by using the power generated by the first inflator, a distillation device (15) for reducing or removing the heavy component, And a liquefaction device (21) for liquefying the raw material gas compressed by the first compressor by heat exchange with a refrigerant.
이 제1 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 냉각기에 의해 냉각되기 전의 원료 가스의 팽창에 의해 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용하여 제1 압축기의 토출압을 증대시킴과 아울러, 제1 냉각기에 요구되는 냉각능을 저감하는 것이 가능해진다.In the natural gas liquefaction system according to the first aspect, the discharge pressure of the first compressor is increased by using the power generated by the first expander by the expansion of the raw material gas before being cooled by the first cooler, It is possible to reduce the cooling performance required for the cooler.
본 발명의 제2 측면에서는, 상기 제1 압축기와 상기 액화 장치의 사이에 배치되고, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉각하는 제2 냉각기(85)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is further provided a second cooler (85) disposed between the first compressor and the liquefier and cooling the raw material gas compressed by the first compressor .
이 제2 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 압력을 증대시킴으로써 원료 가스의 온도 레벨이 적절한 범위를 넘은 경우에도, 제2 냉각기에서의 냉각에 의해 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치에서의 도입 위치의 온도 레벨에 가깝게 하도록 조절할 수 있고, 그 결과 액화 장치의 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다.In the system for liquefying natural gas according to the second aspect, even when the temperature level of the raw material gas exceeds the appropriate range by increasing the pressure of the raw material gas introduced into the liquefier, the temperature of the raw material gas The level can be adjusted to be close to the temperature level of the introduction position in the liquefier, and as a result, the load of the liquefier can be reduced and the efficiency of the liquefaction process can be increased.
본 발명의 제3 측면에서는, 상기 액화 장치는 스풀 감김형 열교환기로 이루어지고, 상기 제1 압축기로부터 송출된 상기 원료 가스는 상기 스풀 감김형 열교환기에 대해 그 스풀 감김형 열교환기 내의 고온 측에 위치하는 난온 영역(Z1)에 도입되는 것을 특징으로 한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a spool-type heat exchanger, wherein the liquefier comprises a spool-winding type heat exchanger, and the raw-material gas sent out from the first compressor is disposed on a high-temperature side of the spool- And is introduced into the thermal region Z1.
이 제3 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 압축기의 토출압 증대에 따라 원료 가스의 온도가 증대한 경우에, 스풀 감김형 열교환기의 난온 영역(Z1) 측으로부터 원료 가스를 도입하여, 원료 가스의 온도 레벨과 액화 장치 내의 온도 레벨을 가깝게 함으로써, 액화 장치의 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다.In the natural gas liquefaction system according to the third aspect, when the temperature of the raw material gas increases according to the increase of the discharge pressure of the first compressor, the raw material gas is introduced from the side of the low temperature zone (Z1) of the spool- , By making the temperature level of the raw material gas close to the temperature level in the liquefier, it is possible to reduce the load of the liquefier and increase the efficiency of the liquefaction process.
본 발명의 제4 측면에서는, 상기 제1 압축기와 상기 액화 장치의 사이에 배치되고, 상기 제1 압축기로부터 송출된 상기 원료 가스를 승압하는 외부로부터의 전력에 의해 구동되는 제2 압축기(75)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a second compressor (75) disposed between the first compressor and the liquefier and driven by external power for boosting the raw material gas sent out from the first compressor And further comprising:
이 제4 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 압력을 한층 더 증대시킬 수 있어, 액화 장치에서의 액화 처리의 효율을 향상시킬 수 있다.In the system for liquefying natural gas according to the fourth aspect, the pressure of the raw material gas introduced into the liquefier can be further increased, and the efficiency of liquefaction in the liquefier can be improved.
본 발명의 제5 측면에서는, 외부로부터의 전력에 의해 구동되며, 상기 액화 장치에 도입되는 상기 원료 가스의 압력값에 기초하여 구동 제어되는 제1 모터(81)를 더 구비하고, 상기 제2 압축기는 상기 제1 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다.In a fifth aspect of the present invention, the apparatus further comprises a first motor (81) driven by external power and driven and controlled based on a pressure value of the raw material gas introduced into the liquefier, Is driven by the first motor.
이 제5 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 압력을 안정적으로 증대시킬 수 있고, 이에 의해 원료 가스의 온도도 적절한 범위로 안정적으로 유지되고, 액화 장치에서의 액화 처리를 효율적이고 안정적으로 행하는 것이 가능해진다.In the system for liquefying natural gas according to the fifth aspect, the pressure of the material gas introduced into the liquefier can be stably increased, whereby the temperature of the material gas can be stably maintained in an appropriate range, It is possible to perform the processing efficiently and stably.
본 발명의 제6 측면에서는, 상기 제2 압축기와 상기 액화 장치의 사이에 배치되고, 상기 원료 가스를 냉각하는 제2 냉각기(85)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a sixth aspect of the present invention, there is further provided a second cooler (85) disposed between the second compressor and the liquefier and cooling the raw material gas.
이 제6 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 압력을 증대시킴으로써 원료 가스의 온도 레벨이 적절한 범위를 넘은 경우에도, 제2 냉각기에서의 냉각에 의해 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치에서의 도입 위치의 온도 레벨에 가깝게 하도록 조절할 수 있고, 그 결과 액화 장치의 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다.In the system for liquefying natural gas according to the sixth aspect, even when the temperature level of the raw material gas exceeds the appropriate range by increasing the pressure of the raw material gas introduced into the liquefier, the temperature of the raw material gas The level can be adjusted to be close to the temperature level of the introduction position in the liquefier, and as a result, the load of the liquefier can be reduced and the efficiency of the liquefaction process can be increased.
본 발명의 제7 측면에서는, 상기 제1 팽창기에서 발생한 동력을 전력으로 변환하는 발전 장치(87)와, 상기 제1 압축기를 구동하는 제2 모터(84)를 더 구비하고, 상기 제2 모터는 상기 발전 장치로부터의 전력을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 한다.According to a seventh aspect of the present invention, there is further provided a power generation device (87) for converting the power generated by the first inflator to electric power and a second motor (84) for driving the first compressor, And is driven using electric power from the power generation device.
이 제7 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 팽창기와 제1 압축기가 전기적으로 접속되기 때문에, 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용하여 제1 압축기의 토출압을 증대시키는 것이 가능해짐과 아울러, 제1 팽창기와 제1 압축기가 기계적으로 접속된 경우에 비해 서로의 기동시 등에 동작의 자유도가 높아진다.In the natural gas liquefaction system according to the seventh aspect, since the first inflator and the first compressor are electrically connected, the discharge pressure of the first compressor can be increased by using the power generated by the first inflator, , The degree of freedom of operation is increased when the first inflator and the first compressor are mechanically connected, for example, when starting each other.
본 발명의 제8 측면에서는, 상기 제1 팽창기와 상기 제1 압축기를 기계적으로 연결하며, 외부로부터의 전력 공급을 받는 제2 모터(84)를 더 구비하고, 상기 제1 압축기는 상기 제1 팽창기에서 발생한 동력과 상기 제2 모터의 동력을 이용함으로써 상기 원료 가스를 압축하는 것을 특징으로 한다.In an eighth aspect of the present invention, there is further provided a second motor (84) mechanically connecting the first inflator and the first compressor and receiving power from the outside, the first compressor being connected to the first inflator And the power of the second motor is used to compress the raw material gas.
이 제8 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 압축기에서 제1 팽창기에서 발생한 동력을 보충하도록 제2 모터의 동력을 이용함으로써, 제1 압축기의 토출압을 효율적이고 안정적으로 증대시키는 것이 가능해진다.In the natural gas liquefaction system according to the eighth aspect, it is possible to efficiently and stably increase the discharge pressure of the first compressor by using the power of the second motor so as to supplement the power generated by the first inflator in the first compressor It becomes.
본 발명의 제9 측면에서는, 상기 제1 압축기에는 상기 증류 장치에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스가 직접 도입되고, 상기 제1 압축기에서 압축된 상기 원료 가스가 상기 액화 장치를 통해 도입되는 제1 기액 분리조(23)를 구비하고, 상기 제1 기액 분리조에서 분리된 상기 원료 가스의 기상 성분은 상기 액화 장치에 다시 도입되는 반면, 상기 원료 가스의 액상 성분은 상기 증류 장치로 환류되는 것을 특징으로 한다.According to a ninth aspect of the present invention, in the first compressor, the raw material gas in which the heavy matters are reduced or eliminated is directly introduced into the distillation apparatus, and the raw material gas compressed in the first compressor is introduced through the liquefier The gas-phase component of the raw material gas separated in the first gas-liquid separation tank is introduced into the liquefier, while the liquid component of the raw gas is refluxed into the distillation apparatus .
이 제9 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 기액 분리조로부터 증류 장치로의 환류에 펌프 등을 마련할 필요가 없어져 설비를 간략화할 수 있다.In the system for liquefying natural gas according to the ninth aspect, there is no need to provide a pump or the like in the reflux from the first gas-liquid separation tank to the distillation apparatus, and the facility can be simplified.
본 발명의 제10 측면에서는, 상기 제1 압축기와 상기 제1 기액 분리조의 사이에 배치되고, 상기 원료 가스를 냉각하는 제2 냉각기(85)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a tenth aspect of the present invention, there is further provided a second cooler (85) disposed between the first compressor and the first gas-liquid separation tank for cooling the raw material gas.
이 제10 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 압축기에서 압축된 원료 가스의 온도 레벨이 목표 범위를 넘는 경우에도, 제2 냉각기에서의 냉각에 의해 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치에서의 도입 위치의 온도 레벨에 가깝게 하도록 조절할 수 있고, 그 결과 액화 장치의 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다.In the system for liquefying natural gas according to the tenth aspect, even when the temperature level of the raw material gas compressed in the first compressor exceeds the target range, the temperature level of the raw material gas is cooled by the cooling in the second cooler, It is possible to adjust the temperature to be close to the temperature level of the introduction position. As a result, the load of the liquefier can be reduced and the efficiency of the liquefaction process can be increased.
본 발명의 제11 측면에서는, 상기 제1 팽창기(3a)와 상기 증류 장치의 사이에 배치되고, 상기 원료 가스를 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제2 팽창기(3b)와, 상기 증류 장치와 상기 제1 압축기(4a)의 사이에 배치되고, 제2 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에 의해 증류된 상기 원료 가스를 압축하는 제3 압축기(4b)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a process for producing a distillation apparatus, comprising a second inflator (3b) disposed between the first inflator (3a) and the distillation apparatus and generating power by inflating the raw material gas, And a third compressor (4b) disposed between the compressors (4a) for compressing the raw material gas distilled by the distillation apparatus by using the power generated by the second inflator.
이 제11 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 및 제2 팽창기를 이용하여 원료 가스를 효과적으로 팽창시킴으로써 제1 냉각기에 필요한 냉각능을 저감하는 것이 가능해짐과 아울러, 또한 제1 및 제2 팽창기에서 발생한 동력을 이용하는 제1 및 제3 압축기를 이용함으로써, 액화 장치에 도입하는 원료 가스의 압력을 효과적으로 증대시키는 것이 가능해진다.In the system for liquefying natural gas according to the eleventh aspect, it is possible to effectively reduce the cooling capacity required for the first cooler by effectively expanding the raw material gas using the first and second inflators. In addition, By using the first and third compressors using the power generated by the expander, it becomes possible to effectively increase the pressure of the source gas introduced into the liquefier.
본 발명의 제12 측면에서는, 상기 제1 팽창기와 병렬로 배치되고, 상기 원료 가스를 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제2 팽창기(3b)와, 상기 증류 장치와 상기 제1 압축기의 사이에 배치되고, 제2 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에 의해 증류된 상기 원료 가스를 압축하는 제3 압축기(4b)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a gas turbine engine comprising a second inflator (3b) arranged in parallel with the first inflator and generating power by inflating the raw material gas, a second inflator (3b) disposed between the distillation apparatus and the first compressor And a third compressor (4b) for compressing the raw material gas distilled by the distillation apparatus by using the power generated by the second expander.
이 제12 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 시스템에 도입되는 원료 가스의 용량이 증대한 경우에도 액화 장치에서의 액화 처리를 안정적으로 실시 가능해진다.In the system for liquefying natural gas according to the twelfth aspect, liquefaction treatment in the liquefaction apparatus can be stably carried out even when the capacity of the raw material gas introduced into the liquefaction system is increased.
본 발명의 제13 측면에서는, 상기 액화 장치는 플레이트 휜형 열교환기인 것을 특징으로 한다.In a thirteenth aspect of the present invention, the liquefaction apparatus is a plate fin type heat exchanger.
이 제13 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 압축기에서 압축된 원료 가스의 압력 증대와 함께 그 온도 레벨이 상승한 경우에도, 그 원료 가스의 온도 레벨에 따라 액화 장치에의 도입 위치(액화 장치 측의 온도 레벨)를 용이하게 변경할 수 있다.In the system for liquefying natural gas according to the thirteenth aspect, even when the temperature level of the raw gas compressed by the first compressor increases with the increase in the pressure of the raw gas, the introduction position into the liquefier The temperature level on the apparatus side) can be easily changed.
본 발명의 제14 측면에서는, 제1 압축기에서 압축된 상기 원료 가스의 압력은 5,171kPaA보다 높은 것을 특징으로 한다.In a fourteenth aspect of the present invention, the pressure of the raw material gas compressed in the first compressor is higher than 5,171 kPaA.
본 발명의 제15 측면에서는, 상기 제2 압축기에서 압축된 상기 원료 가스의 압력은 5,171kPaA보다 높은 것을 특징으로 한다.In a fifteenth aspect of the present invention, the pressure of the raw material gas compressed in the second compressor is higher than 5,171 kPaA.
이들 제14 및 제15 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 압력을 적절한 값까지 증대시킴으로써 액화 장치에서의 액화 처리의 효율을 높일 수 있다.In the natural gas liquefaction system according to the fourteenth and fifteenth aspects, the efficiency of the liquefaction treatment in the liquefaction apparatus can be enhanced by increasing the pressure of the raw material gas introduced into the liquefier to an appropriate value.
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본 발명의 제16 측면에서는, 상기 증류 장치로부터의 탑정 유출물이 도입되는 제1 기액 분리조(23)와, 상기 증류 장치와 상기 제1 기액 분리조의 사이에 배치되고, 상기 증류 장치로부터의 상기 탑정 유출물을 냉각하는 제3 냉각기(86)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a gas-liquid separator comprising a first gas-liquid separator (23) into which an overhead effluent from the distillation apparatus is introduced, and a second gas-liquid separator disposed between the distillation apparatus and the first gas- And a
이 제16 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 기액 분리조에 도입하는 원료 가스를 액화 장치에서 냉각할 필요가 없어져 액화 장치의 액화 처리의 부하를 경감할 수 있다.In the liquefaction system of natural gas according to the sixteenth aspect, it is not necessary to cool the raw material gas introduced into the first gas-liquid separation tank in the liquefier, and the load of the liquefaction process of the liquefier can be reduced.
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본 발명의 제17 측면에서는, 천연가스를 냉각하여 액화 천연가스를 생성하는 천연가스의 액화 시스템으로서, 가압 상태에서 얻어진 천연가스를 원료 가스로 하여 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제1 팽창기와, 상기 제1 팽창기에서의 팽창에 의해 감압된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 장치와, 상기 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.In a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a liquefaction system for a natural gas for cooling a natural gas to generate liquefied natural gas, comprising: a first inflator for generating power by expanding natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas; A distillation device for reducing or eliminating heavy materials in the raw material gas by distilling the raw material gas decompressed by the expansion in the first expansion device; and a device for reducing the heavy content in the distillation device by using the power generated in the first expansion device And a liquefaction device for liquefying the raw material gas compressed by the first compressor by heat exchange between the raw material gas compressed by the first compressor and the refrigerant.
이 제17 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 비교적 고압(예를 들어, 100bara 이상)의 원료 가스의 액화에 관해, 원료 가스의 팽창에 의해 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용하여 제1 압축기의 토출압을 증대시키는 것이 가능해진다.In the liquefaction system for natural gas according to the seventeenth aspect, with respect to the liquefaction of the raw material gas at a relatively high pressure (for example, 100 bara or more), by using the power generated in the first inflator by the expansion of the raw material gas, The discharge pressure can be increased.
본 발명의 제18 측면에서는, 천연가스를 냉각하여 액화 천연가스를 생성하는 천연가스의 액화 시스템(1)으로서, 가압 상태에서 얻어진 천연가스를 원료 가스로 하여 팽창시키는 제1 팽창기(3)와, 상기 제1 팽창기의 상류측 또는 하류측 중 적어도 한쪽에서 상기 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각기(10, 11, 12)와, 상기 제1 냉각기에 의해 냉각된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 장치(15)와, 상기 증류 장치에서 상기 원료 가스 중의 상기 중질분이 저감 또는 제거된 탑정 유출물이 도입되는 제1 압축기(4)와, 상기 제1 압축기에서 압축된 압축 가스로부터 분리된 기상 성분을 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 장치(21)를 구비한 것을 특징으로 한다.According to an eighteenth aspect of the present invention, there is provided a natural gas liquefaction system (1) for cooling a natural gas to produce liquefied natural gas, comprising: a first inflator (3) for expanding natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas; A first cooler (10, 11, 12) for cooling the raw material gas on at least one of an upstream side and a downstream side of the first inflator; and a distillation unit for distilling the raw material gas cooled by the first cooler, A first compressor (4) for introducing the overhead effluent in which the heavy fraction in the feed gas is reduced or removed in the distillation apparatus, and a second compressor And a liquefaction device (21) for liquefying the gaseous components separated from the compressed gas by heat exchange with the refrigerant.
이 제18 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 압축기에서 압축된 후에 액화 장치에 도입되는 원료 가스의 지나친 온도 상승을 억제하는 것이 가능해지고, 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치에서의 도입 위치의 온도 레벨에 가깝게 하도록 용이하게 조절하는 것이 가능해진다.In the system for liquefying natural gas according to the eighteenth aspect, it is possible to suppress excessive temperature rise of the raw material gas introduced into the liquefier after being compressed in the compressor, and the temperature level of the raw material gas is set at the temperature It is possible to easily adjust it to be close to the level.
본 발명의 제19 측면에서는, 상기 제1 압축기에서 압축된 압축 가스가 도입되는 제1 기액 분리조(23)와, 상기 제1 압축기와 상기 제1 기액 분리조의 사이에 배치되고, 상기 제1 압축기로부터의 상기 압축 가스를 냉각하는 제2 냉각기(85)를 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a compressor comprising: a first gas-liquid separator (23) into which compressed gas compressed in the first compressor is introduced; and a second gas-liquid separator And a second cooler (85) for cooling the compressed gas from the first cooler (85).
이 제19 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 제1 기액 분리조에 도입하는 원료 가스를 액화 장치에서 냉각할 필요가 없어져 액화 장치의 액화 처리의 부하를 경감할 수 있다.In the liquefaction system for natural gas according to the nineteenth aspect, it is not necessary to cool the raw material gas introduced into the first gas-liquid separation tank in the liquefier, and the load of the liquefaction process of the liquefier can be reduced.
본 발명의 제20 측면에서는, 상기 제1 압축기에서 압축된 압축 가스의 일부가 분리된 후에 그 분리된 압축 가스가 도입되는 제2 기액 분리조(25)를 더 구비하고, 상기 제2 기액 분리조에서 분리된 액상 성분이 상기 증류 장치로 환류되는 것을 특징으로 한다.In a twentieth aspect of the present invention, there is further provided a second gas-liquid separator (25) into which the separated compressed gas is introduced after a part of the compressed gas compressed in the first compressor is separated, And the liquid component separated in the distillation unit is refluxed to the distillation unit.
이 제20 측면에 의한 천연가스의 액화 시스템에서는, 원료 가스의 임계 압력이 비교적 낮고, 액화 시스템에서 처리되는 원료 가스의 압력이 임계 압력보다 높아지는 경우에, 액화 장치의 액화 처리의 부하를 경감함과 아울러 증류 장치 처리의 안정성을 높일 수 있다.In the natural gas liquefaction system according to the twentieth aspect, when the critical pressure of the raw material gas is relatively low and the pressure of the raw material gas to be treated in the liquefaction system becomes higher than the critical pressure, In addition, the stability of the distillation apparatus treatment can be enhanced.
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본 발명의 제21 측면에서는, 천연가스를 냉각하여 액화 천연가스를 생성하는 천연가스의 액화 방법으로서, 가압 상태에서 얻어진 천연가스를 원료 가스로 하여 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제1 팽창 공정과, 상기 제1 팽창 공정에서의 팽창에 의해 감압된 상기 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각 공정과, 상기 제1 냉각 공정에 의해 냉각된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 공정과, 상기 제1 팽창 공정에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 공정에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스를 압축하는 제1 압축 공정과, 상기 제1 압축 공정에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided a method of liquefying natural gas by cooling natural gas to produce liquefied natural gas, the method comprising: a first expansion step of generating power by expanding natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas; A first cooling step of cooling the raw material gas decompressed by the expansion in the first expansion step; and a step of cooling the raw material gas cooled by the first cooling step to reduce or remove heavy materials in the raw material gas A first compression step of compressing the raw material gas in which the heavy matters are reduced or removed in the distillation step by using a distillation step and power generated in the first expansion step; And a liquefaction step of liquefying the gas by heat exchange with the refrigerant.
본 발명의 제22 측면에서는, 천연가스를 냉각하여 액화 천연가스를 생성하는 천연가스의 액화 방법으로서, 가압 상태에서 얻어진 천연가스를 원료 가스로 하여 팽창시키는 제1 팽창 공정과, 상기 제1 팽창 공정의 전(前) 공정 또는 후 공정 중 적어도 어느 한쪽에서 상기 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각 공정과, 상기 제1 냉각 공정에 의해 냉각된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 공정과, 상기 증류 공정에서 상기 원료 가스 중의 상기 중질분이 저감 또는 제거된 탑정 유출물을 압축하는 제1 압축 공정과, 상기 제1 압축 공정에서 압축된 압축 가스로부터 분리된 기상 성분을 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided a method of liquefying natural gas by cooling a natural gas to produce liquefied natural gas, the method comprising: a first expansion step of expanding natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas; A first cooling step of cooling the raw material gas in at least one of a previous process and a post process of the raw material gas; and a second cooling step of cooling the raw material gas cooled by the first cooling step, A first compression step of compressing the overhead effluent in which the heavy fraction in the feed gas is reduced or removed in the distillation step; and a second compression step of removing the vapor phase component separated from the compressed gas compressed in the first compression step And a liquefaction process for liquefying the refrigerant by heat exchange with the refrigerant.
이와 같이 본 발명에 의하면, 천연가스의 액화 시스템에서 원료 가스의 팽창에 의해 팽창기에서 발생한 동력을 이용하여 압축기의 토출압을 증대시킴과 아울러, 냉각기에 요구되는 냉각능을 저감하는 것이 가능해진다.As described above, according to the present invention, it is possible to increase the discharge pressure of the compressor by using the power generated in the expander by the expansion of the raw material gas in the liquefaction system of the natural gas, and reduce the cooling performance required for the cooler.
도 1은 제1 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 2는 제1 실시형태에 대응하는 제1 참고예로서 종래의 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 3은 제1 실시형태에 대응하는 제2 참고예로서 종래의 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 4는 제1 실시형태의 제1 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 5는 제1 실시형태의 제2 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 6은 제1 실시형태의 제3 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 7은 제2 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 8은 제3 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 9는 제3 실시형태의 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 10은 제4 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 11은 제5 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 12는 제6 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 13은 제6 실시형태의 제1 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 14는 제6 실시형태의 제2 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 15는 제7 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 16은 제8 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 17은 제9 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 18은 제9 실시형태의 제1 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 19는 제10 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 20은 제11 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도
도 21은 본 발명에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 팽창기와 압축기의 접속 구조의 제1 변형예를 나타내는 도면
도 22는 본 발명에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 팽창기와 압축기의 접속 구조의 제2 변형예를 나타내는 도면BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a flow of a liquefaction process in a natural gas liquefaction system according to a first embodiment; FIG.
Fig. 2 is a first reference example corresponding to the first embodiment. Fig. 2 is a configuration diagram showing a flow of a liquefaction process in a conventional natural gas liquefaction system
3 is a second reference example corresponding to the first embodiment, and is a diagram showing a flow of a liquefaction process in a conventional liquefaction system of natural gas
4 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the first modified example of the first embodiment
5 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the second modification of the first embodiment
6 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the third modified example of the first embodiment
7 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the second embodiment
8 is a configuration diagram showing the flow of the liquefaction process in the natural gas liquefaction system according to the third embodiment
Fig. 9 is a configuration diagram showing the flow of the liquefaction process in the natural gas liquefaction system according to the modification of the third embodiment
10 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the fourth embodiment
11 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the fifth embodiment
12 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the sixth embodiment
13 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the first modification of the sixth embodiment
14 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the second modification of the sixth embodiment
15 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the seventh embodiment
16 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the eighth embodiment
17 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the ninth embodiment
18 is a configuration diagram showing the flow of the liquefaction process in the natural gas liquefaction system according to the first modification of the ninth embodiment
19 is a configuration diagram showing the flow of the liquefaction process in the natural gas liquefaction system according to the tenth embodiment
20 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the eleventh embodiment
21 is a view showing a first modification of the connection structure of the expander and the compressor in the natural gas liquefaction system according to the present invention
22 is a view showing a second modification of the connecting structure of the expander and the compressor in the natural gas liquefaction system according to the present invention
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(제1 실시형태)(First Embodiment)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또한, 나중에 나타내는 표 1은 제1 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리에 관련된 시뮬레이션 결과(표 2~표 12에 대해서도 동일)이다. 표 1에는, 제1 실시형태에 관한 액화 시스템(1)에서 액화 처리되는 천연가스(이하, 원료 가스라고 함)의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례를 나타낸다. 표 1에서 (i)-(ix) 란은, 도 1 중에 각각 동일한 번호 (i)-(ix)가 부여된 액화 시스템(1)의 각 위치에서의 수치를 나타내고 있다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a flow of a liquefaction process in a natural gas liquefaction system according to a first embodiment of the present invention; FIG. Table 1 shown later is the simulation results (the same applies to Tables 2 to 12) relating to the liquefaction treatment in the natural gas liquefaction system according to the first embodiment. Table 1 shows an example of the temperature, the pressure, the flow rate, and the molar fraction of each component of the liquefied natural gas (hereinafter referred to as raw material gas) in the
본 실시형태에서는, 원료 가스로서 약 80~98mol%의 메탄을 포함하는 천연가스가 이용된다. 또한, 원료 가스에는 중출분으로서 0.1mol% 이상의 C5+ 탄화 수소 및 1ppm mol 이상의 BTX(벤젠, 톨루엔, 크실렌) 중 적어도 한쪽이 포함되어 있다. 원료 가스에서 메탄 이외의 성분의 상세는 표 1((i)란)에 나타내는 바와 같다. 또, 본 명세서에서의 용어 「원료 가스」는 엄밀하게 기체 상태에 있는 것을 의미하는 것은 아니고, 액화 시스템(1)에서 액화 처리되는 대상(처리 도중을 포함함)을 가리키는 것이다.In the present embodiment, natural gas containing about 80 to 98 mol% of methane is used as a raw material gas. The raw material gas contains at least one of 0.1 mol% or more of C5 + hydrocarbons and 1 ppm or more of BTX (benzene, toluene, xylene) as a middle fraction. Details of components other than methane in the raw material gas are shown in Table 1 (column (i)). The term " raw material gas " in this specification does not mean that it is strictly in a gaseous state, but refers to an object to be liquefied (including during processing) in the
액화 시스템(1)에서는, 원료 가스가 라인(L1)을 통해 수분 제거 장치(2)에 공급되고, 여기서 빙결 등에 의한 트러블을 방지하기 위해 원료 가스 중의 수분이 제거된다. 여기서, 수분 제거 장치(2)에 공급되는 원료 가스는 약 20℃의 온도, 약 5,830kPaA의 압력, 약 720,000kg/hr의 유량이다. 수분 제거 장치(2)는, 흡습제(몰레큘러 시브 등)가 충전된 탈수탑으로 이루어지고, 원료 가스 중의 수분을 바람직하게는 0.1ppm mol 미만으로 하도록 탈수 처리한다. 또, 수분 제거 장치(2)로서는 원료 가스 중의 수분을 원하는 비율 이하로 제거 가능하면 다른 공지의 장치를 채용해도 된다.In the
여기서는 상세한 설명을 생략하지만, 액화 시스템(1)에는 수분 제거 장치(2)의 전 공정으로서 천연가스 컨덴세이트를 분리하는 분리 설비, 탄산 가스나 황화 수소 등의 산성 가스 성분을 제거하는 산성 가스 제거 설비, 수은을 제거하는 수은 제거 설비 등의 공지의 설비를 마련하는 것이 가능하다. 수분 제거 장치(2)에는, 통상적으로, 이들 각 설비에 의해 불순물이 제거된 원료 가스가 공급된다. 수분 제거 장치(2)에 공급되는 원료 가스는, 바람직하게는 50ppm mol 미만의 이산화탄소(CO2), 4ppm mol 미만의 황화 수소(H2S), 20mg/N㎥ 미만의 유황분, 10ng/N㎥ 미만의 수은이 되도록 전처리된다.Although not described in detail here, the
또, 원료 가스의 공급원은 특별히 한정되는 것은 아니고, 액화 시스템(1)에서는 예를 들어 셰일 가스, 타이트 샌드 가스, 콜 베드 메탄 등에서 채취한 가압 상태에서 얻어진 가스를 원료 가스로서 이용할 수 있다. 또한, 액화 시스템(1)에의 원료 가스의 공급 방법으로서는 가스전 등으로부터의 배관을 통한 공급뿐만 아니라 저장 탱크 등에 일단 저장된 가스를 공급해도 된다.The supply source of the source gas is not particularly limited. In the
수분 제거 장치(2)에서 수분이 제거된 원료 가스는 라인(L2)을 통해 제1 팽창기(3)에 보내진다. 제1 팽창기(3)는, 유동하는 원료 가스를 등엔트로피적으로 팽창시킴으로써, 원료 가스의 압력을 저감하여 팽창의 힘에 기초한 동력(혹은 에너지)을 취출하기 위한 터빈 장치로 이루어진다. 이 제1 팽창기(3)에 의한 팽창 공정(제1 팽창 공정)에서, 원료 가스의 압력 및 온도는 저하된다. 제1 팽창기(3)는 나중에 상세히 서술하는 제1 압축기(4)와 동축의 샤프트(5)를 가지고 있고, 이에 의해 제1 팽창기(3)에서 발생하는 동력을 제1 압축기(4)의 동력으로서 이용하는 것이 가능하게 되어 있다. 또, 제1 팽창기(3)의 회전수가 제1 압축기(4)의 회전수보다 낮은 경우에는, 제1 팽창기(3)와 제1 압축기(4)의 사이에 증속기 등을 마련할 수 있다. 제1 팽창기(3)로부터 배출된 원료 가스의 온도는 약 8.3℃까지 저하되고, 압력은 약 4,850kPaA까지 저하된다. 통상 제1 팽창기(3)로부터 배출된 원료 가스의 압력은 3,000kPaA-5,500kPaA(30bara-55bara)의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 3,500kPaA-5,000kPaA(35bara-50bara)의 범위에 있다.The moisture-removed raw material gas in the
제1 팽창기(3)로부터의 원료 가스는 라인(L3)을 통해 냉각기(11)에 보내진다. 냉각기(11)의 하류 측에는 냉각기(12)가 접속되어 냉각기군(제1 냉각기)이 구성되어 있다. 원료 가스는, 제1 냉각기(11, 12)에서의 냉매와의 열교환(제1 냉각 공정)에 의해 순차적으로 냉각된다. 통상 제1 냉각기(11, 12)에 의해 냉각된 원료 가스의 온도는 -20℃--50℃의 온도 범위에 있고, 보다 바람직하게는 -25℃--35℃의 온도 범위에 있다. 또, 액화 시스템(1)에 도입되는 원료 가스가 비교적 고압(예를 들어, 100bara 이상)인 경우에는, 제1 팽창기(3)에서의 원료 가스의 출구 온도가 비교적 저온(예를 들어, -30℃ 정도)이 되기 때문에, 제1 냉각기(11, 12)를 생략 한 구성도 가능하다. 또한, 이러한 증류 장치(15)의 상류 측에서 냉각기의 생략은 후술하는 도 4~도 18, 도 20 등에 도시된 구성에서도 마찬가지로 적용 가능하다.The raw gas from the
본 실시형태에서는, C3-MR(C3-MR: Propane(C3) pre-cooled Mixed Refrigerant) 방식을 채용하고 있고, 제1 냉각기(11, 12)에서 프로판을 냉매로 하여 원료 가스를 예냉함과 아울러, 나중에 상세히 서술하는 혼합 냉매를 이용한 냉동 사이클로 원료 가스의 액화 및 극저온까지의 과냉각을 행한다. 제1 냉각기(11, 12)에는 각각 중압(MP) 및 저압(LP)의 프로판 냉매(C3R)가 이용되고, 원료 가스는 이들 제1 냉각기(11, 12)에서 단계적(여기서는, 2단계)으로 냉각된다. 도시는 생략되어 있지만, 제1 냉각기(11, 12)는 프로판 냉매용 압축기나 응축기 등을 구비한 공지의 냉동 사이클의 일부를 구성한다.In the present embodiment, the C3-MR (C3-MR: pre-cooled mixed refrigerant) system is adopted. In the
또, 액화 시스템(1)에서는 C3-MR 방식에 한정하지 않고, 비점이 다른 복수의 냉매(메탄, 에탄, 프로판 등)에 의해 개별적인 냉동 사이클을 구성하는 캐스케이드 방식, 에탄 및 프로판 등의 혼합 냉매를 예냉 프로세스에 사용하는 DMR(Double Mixed Refrigerant) 방식과 예냉, 액화 및 과냉각의 각 사이클에 대해 다른 계열의 혼합 냉매를 이용하여 단계적으로 열교환을 행하는 MFC(Mixed Fluid Cascade) 방식 등 다른 공지의 방식을 채용할 수 있다.The
냉각기(12)로부터의 원료 가스는 라인(L4)을 통해 증류 장치(15)에 보내진다. 이 때, 원료 가스의 압력은 제1 팽창기(3)에서의 팽창 등에 의해 메탄 및 중질 분의 임계 압력 이하가 되도록 하면 좋다. 증류 장치(15)는, 내부에 복수의 선반단을 구비한 증류탑으로 이루어지고, 원료 가스에 포함되는 중질분을 제거한다(증류 공정). 중질분을 포함하는 액체는, 증류 장치(15)의 탑 바닥에 접속된 라인(L5)을 통해 배출된다. 라인(L5)으로부터 외부에 배출되는 중질분을 포함하는 액체는, 약 177℃의 온도, 약 20,000kg/hr의 유량이다. 여기서, 「중질분」은 특히 비교적 응고점이 높은 벤젠이나 C5+ 탄화 수소 등의 고비점 성분을 가리키는데, 메탄 이외의 C2+ 탄화 수소 등을 포함할 수 있다. 또한, 라인(L5)에는 리보일러(16)를 구비한 순환부가 마련되어 있고, 이에 의해 증류 장치(15)의 탑 바닥으로부터 배출되는 액체의 일부는 외부로부터 리보일러(16)에 공급되는 증기(혹은 오일)와의 열교환에 의해 가열된 후에 다시 증류 장치(15)로 순환한다.The raw material gas from the cooler 12 is sent to the
한편, 증류 장치(15)에서는, 저비점 성분인 메탄을 주성분으로 하는 원료 가스(경질분)가 탑정 유출물로서 분리되고, 이 원료 가스는 라인(L6))을 통해 액화 장치(21) 내에 일단 도입되고 관 회로(22a, 22b)에서 냉각된다. 여기서, 라인(L6))에 송출되는 원료 가스는 약 -45.6℃의 온도, 약 4,700kPaA의 압력이다. 또한, 증류 장치(15)에 의해 중질분이 제거된 원료 가스는 0.1mol% 미만의 C5+, 1ppm mol 미만의 BTX(벤젠, 톨루엔, 크실렌)가 된다. 원료 가스는 관 회로(22a, 22b)를 흐름으로써 약 -65.2℃의 온도까지 냉각되고, 그 후 액화 장치(21)로부터 라인(L7)을 통해 제1 기액 분리조(23)에 보내진다.On the other hand, in the
나중에 상세히 서술하지만, 액화 시스템(1)의 주 열교환기를 이루는 액화 장치(21)는, 원료 가스 및 냉매를 흘려보내는 전열관(관속; 管束)이 코일 형상으로 감긴 상태로 셸에 포함된 스풀 감김(Spool Wound)형 열교환기로 이루어진다. 액화 장치(21) 내에는, 혼합 냉매가 도입되는 하부(바닥부)에 위치하고 가장 온도(여기서는 온도 영역)가 높은 난온 영역(Z1)과, 중간부에 위치하고 난온 영역(Z1)보다 온도가 낮은 중간 영역(Z2)과, 액화된 원료 가스가 배출되는 상부에 위치하고 가장 온도가 낮은 냉온 영역(Z3)이 마련되어 있다. 또한, 제1 실시형태에서는, 난온 영역(Z1)은 고온측 난온 영역(Z1a)과 저온측 난온 영역(Z1b)으로 구성된다. 관 회로(22a, 22b)는, 나중에 상세히 서술하는 혼합 냉매가 흐르는 관 회로(42a, 42b) 및 관 회로(51a, 51b)와 함께 난온 영역(Z1a, Z1b)에 각각 배치된 관속을 구성한다. 또, 본 실시형태에서는, 고온측 난온 영역(Z1a)은 냉각되는 원료 가스의 상류(입구) 측에서 약 -35℃, 원료 가스의 하류(출구) 측에서 약 -50℃가 되고, 저온측 난온 영역(Z1b)은 원료 가스의 상류 측에서 약 -50℃, 원료 가스의 하류 측에서 약 -65℃가 되고, 중간 영역(Z2)은 원료 가스의 상류 측에서 약 -65℃, 원료 가스의 하류 측에서 약 -135℃가 되고, 냉온 영역(Z3)은 원료 가스의 상류 측에서 약 -135℃, 원료 가스의 하류 측에서 약 -155℃가 되도록 각각 설정된다. 단, 각 영역에서의 상류측 및 하류측 온도는 반드시 여기에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 각 온도의 값은 소정의 범위(예를 들어, ±5℃ 정도의 범위)에서 변동할 수 있다.The
제1 기액 분리조(23)는, 원료 가스 중의 액상 성분(응축 성분)을 분리하고, 그 액상 성분을 구성하는 탄화 수소 등의 액체를 라인(L8)에 마련된 환류 펌프(24)에 의해 다시 증류 장치(15)로 순환한다. 한편, 제1 기액 분리조(23)에서 기상 성분을 구성하는 메탄을 주성분으로 하는 원료 가스는 라인(L9)을 통해 제1 압축기(4)에 보내진다. 여기서, 라인(L8)에 송출되는 원료 가스는 약 83,500kg/hr의 유량이고, 라인(L6))에 송출되는 원료 가스는 약 780,000kg/hr의 유량이다. 제1 기액 분리조(23)에 대해서는 후술하는 혼합 냉매나 에틸렌 냉매를 이용하여 냉각 가능하다.The first gas-
제1 압축기(4)는, 가스를 압축하는 날개 바퀴를 제1 팽창기(3)와 동축의 샤프트(5)에 장착한 일단형 원심 압축기이다. 제1 압축기(4)에 의한 압축 공정(제1 압축 공정)에 의해 압축된 원료 가스는 라인(L10))을 통해 액화 장치(21)에 도입된다. 제1 압축기(4)로부터 라인(L10))에 송출되는 원료 가스는 약 -51℃의 온도, 약 5,500kPaA의 압력이다. 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스는, 제1 압축기(4)에 의해 적어도 5,171kPaA를 넘는 압력까지 압축되는 것이 바람직하다.The first compressor (4) is a single-stage centrifugal compressor in which a wing wheel for compressing gas is mounted on a shaft (5) coaxial with the first inflator (3). The raw material gas compressed by the compression process (first compression process) by the
라인(L10))은 액화 장치(21) 내의 난온 영역(Z1b)에 배치된 관 회로(30)에 접속되고, 더욱이 이 관 회로(30)의 상단측은 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31) 및 냉온 영역(Z3)에 배치된 관 회로(32)에 차례대로 접속되어 있다. 원료 가스는 이들 관 회로(31) 및 관 회로(32)를 통과하여 액화 및 과냉각된 후, 라인(L11)에 마련된 팽창 밸브(33)를 통과하여 저장용 LNG 탱크(도시생략)에 보내진다. 액화 장치(21)에 의한 액화 공정에서, 최종적으로 팽창 밸브(33)를 통과한 후의 원료 가스는 약 -162℃의 온도, 약 120kPaA의 압력이다.The line L10 is connected to the
액화 장치(21) 안을 흐르는 원료 가스는, 혼합 냉매를 이용한 냉동 사이클을 이용하여 냉각된다. 본 실시형태에서는, 혼합 냉매로서 메탄, 에탄 및 프로판을 포함하는 탄화수소 혼합물에 질소를 더한 것이 이용되지만, 이에 한정하지 않고, 원하는 냉각능을 확보 가능한 한에서 다른 공지의 성분을 이용할 수 있다.The raw material gas flowing in the
액화 장치(21)에서는, 고압(HP)의 혼합 냉매(MR)가 라인(L12)을 통해 냉매 세퍼레이터(41)에 공급된다. 냉매 세퍼레이터(41)의 액상 성분을 구성하는 혼합 냉매는 라인(L13)을 통해 액화 장치(21)에 도입되고, 그 후 액화 장치(21) 안을 상방으로 향하여 난온 영역(Z1a, Z1b)에 각각 배치된 관 회로(42a, 42b) 및 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(43)를 차례대로 흐르고, 나아가 라인(L14)에 마련된 팽창 밸브(44)를 통과하여 팽창하고, 그 일부는 플래시 증발한다.In the
이어서, 팽창 밸브(44)를 통과한 혼합 냉매는, 중간 영역(Z2)의 상부에 배치된 스프레이 헤더(45)로부터 하향으로(즉, 액화 장치(21) 내의 원료 가스의 흐름에 대해 향류가 되도록) 토출된다. 스프레이 헤더(45)로부터 토출되는 혼합 냉매는, 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31), 관 회로(43) 및 후술하는 관 회로(52)에 의해 구성되는 중간부 관속과 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22a, 22b), 관 회로(30), 관 회로(42a, 42b) 및 후술하는 관 회로(51a, 51b)에 의해 구성되는 하부 관속과 각각 열교환하면서 하방으로 흐른다.Subsequently, the mixed refrigerant that has passed through the
한편, 냉매 세퍼레이터(41)의 기상 성분을 구성하는 혼합 냉매는 라인(L15)을 통해 액화 장치(21)에 도입되고, 그 후 액화 장치(21) 안을 상방으로 향하여 난온 영역(Z1a, Z1b)에 각각 배치된 관 회로(51a, 51b), 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(52) 및 냉온 영역(Z3)에 배치된 관 회로(53)를 차례대로 흐르고, 나아가 라인(L16)에 마련된 팽창 밸브(54)를 통과하여 팽창하고, 그 일부는 플래시 증발한다.On the other hand, the mixed refrigerant constituting the gaseous component of the
팽창 밸브(54)를 통과한 혼합 냉매는 메탄의 비점 이하의 온도(여기서는 약 -167℃)까지 냉각되어 있고, 냉온 영역(Z3)의 상부에 배치된 스프레이 헤더(55)로부터 하향으로(즉, 액화 장치(21) 내의 원료 가스의 흐름에 대해 향류가 되도록) 토출된다. 스프레이 헤더(55)로부터 토출되는 혼합 냉매는, 냉온 영역(Z3)에 배치된 관 회로(32) 및 관 회로(53)에 의해 구성되는 상부 관속과 열교환하면서 하방으로 흐르고, 나아가 하방에 위치하는 스프레이 헤더(45)로부터 토출된 혼합 냉매와 서로 혼합된 후, 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31), 관 회로(43) 및 관 회로(52)에 의해 구성되는 중간부 관속과 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22a, 22b), 관 회로(30), 관 회로(42a, 42b) 및 후술하는 관 회로(51a, 51b)에 의해 구성되는 하부 관속과 각각 열교환하면서 하방으로 흐른다.The mixed refrigerant that has passed through the
스프레이 헤더(45) 및 스프레이 헤더(55)로부터 토출된 혼합 냉매는, 최종적으로 액화 장치(21)의 바닥부에 접속된 라인(L17)을 통해 저압(LP)의 혼합 냉매(MP)의 가스로서 배출된다. 상술한 액화 장치(21)에 마련된 혼합 냉매에 관한 설비(냉매 세퍼레이터(41) 등)는, 여기서는 도시하지 않은 공지의 구성을 가지는 혼합 냉매용 냉동 사이클의 일부를 구성하고, 라인(L17)으로부터의 혼합 냉매는 압축기나 응축기 등을 거쳐 다시 라인(L12)을 통해 냉매 세퍼레이터(41)로 순환된다.The mixed refrigerant discharged from the
이상과 같이, 액화 시스템(1)에 도입된 원료 가스는 팽창 공정, 냉각 공정, 증류 공정, 압축 공정 및 액화 공정 등을 거쳐 효과적으로 액화 처리된다. 이러한 액화 시스템(1)은, 예를 들어 가스전 등으로부터 채취된 원료 가스로부터 메탄을 주성분으로 하는 액화 천연가스(LNG)를 생성하기 위한 베이스·로드 액화 기지에 적용할 수 있다.As described above, the raw material gas introduced into the
(제1 및 제2 참고예)(First and second reference examples)
도 2 및 도 3의 구성도에는, 각각 본 발명의 제1 실시형태에 대응하는 제1 및 제2 참고예로서 종래의 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타낸다. 도 2 및 도 3에 도시된 액화 시스템(101, 201)에서는, 제1 실시형태에 관한 액화 시스템(1)에 대응하는 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호가 부여되어 있다. 또한, 표 2 및 표 3에는 표 1과 마찬가지로 각각 제1 및 제2 참고예로서의 액화 시스템(101, 201)에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례가 나타나 있다. 또, 제2 참고예의 액화 시스템(201)은 상술한 특허문헌 1(미국특허 제4065278호 명세서)의 종래 기술에 기초하여 구성된 것이다.2 and 3 show the flow of liquefaction treatment in a conventional liquefaction system of natural gas as first and second reference examples corresponding to the first embodiment of the present invention, respectively. In the
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 참고예의 액화 시스템(101)에서는, 상술한 제1 실시형태의 액화 시스템(1)에서의 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)는 마련되지 않고, 수분 제거 장치(2)로부터의 원료 가스는 라인(L101)을 통해 냉각기(110)에 보내진다. 냉각기(110)의 하류 측에는 냉각기(11) 및 냉각기(12)가 차례대로 접속되어 냉각기군이 구성되어 있고, 원료 가스는 3대의 냉각기(110, 11, 12)에서의 냉매와의 열교환에 의해 순차적으로 냉각된다. 냉각기(110, 11, 12)에는 각각 고압(HP), 중압(MP) 및 저압(LP)의 프로판 냉매가 이용되고, 원료 가스는 이들 냉각기(110, 11, 12)에서 단계적(여기서는 3단계)으로 냉각된다. 최하류의 냉각기(12)로부터 송출되는 원료 가스는 약 -34.5℃의 온도, 약 5,680kPaA의 압력이다. 이 원료 가스는 라인(L4)에 마련된 팽창 밸브(113)에서의 팽창에 의해 감압된 후, 증류 장치(15)에 도입된다.2, in the
또한, 액화 시스템(101)에서는, 제1 기액 분리조(23)에서 기상 성분을 구성하는 메탄을 주성분으로 하는 원료 가스는 라인(L102)을 통해 액화 장치(21) 내의 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31)에 도입된다. 여기서, 제1 기액 분리조(23)로부터 라인(L102)에 송출되는 원료 가스는 약 -65.3℃의 온도, 약 4,400kPaA의 압력이다.In the
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 참고예의 액화 시스템(201)은 제1 참고예의 액화 시스템(101)을 개량한 것으로, 팽창기(3) 및 압축기(4)가 마련되어 있다. 그러나, 액화 시스템(201)에서는, 팽창기(3)는 상술한 제1 실시형태에서의 액화 시스템(1)의 제1 팽창기(3)와는 달리 냉각기군(여기서는 3대의 냉각기(110, 11, 12))의 하류 측에 배치되어 있다. 액화 시스템(201)에서는, 냉각기(12)로부터 송출된 원료 가스는 라인(L202)을 통해 세퍼레이터(213)에 보내져 기액 분리된다. 세퍼레이터(213)에서 기상 성분을 구성하는 원료 가스는 라인(L203)을 통해 팽창기(3)에 보내지고, 팽창기(3)에서 팽창한 후 라인(L204)을 통해 증류 장치(15)에 보내진다. 한편, 세퍼레이터(213)에서 액상 성분을 구성하는 액체는 팽창 밸브(214)가 마련된 라인(L205)에 송출된다. 그 액체는 팽창 밸브(214)에서 팽창한 후, 팽창기(3)로부터의 원료 가스와 함께 라인(L204)을 통해 증류 장치(15)에 보내진다.As shown in Fig. 3, the
액화 시스템(201)에 있어서, 증류 장치(15)보다 하류측의 구성에 대해서는 제1 실시형태의 경우와 거의 마찬가지이지만, 압축기(4)로부터 라인(L10))에 송출된 원료 가스는 약 -54.7℃의 온도, 약 5,120kPaA의 압력이다.In the
이러한 제1 및 제2 참고예와 상술한 본 발명을 비교하면, 본 발명에 관한 액화 시스템(1)에서는 제1 냉각기(11, 12)보다 상류 측에 제1 팽창기(3)가 배치되어 있기 때문에, 제2 참고예의 액화 시스템(201)과 같이 팽창기(3)가 냉각기(110, 11, 12)의 하류 측에 배치된 경우에 비해 보다 고온·고압의 원료 가스를 팽창시켜 보다 큰 동력을 발생시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 제1 압축기(4)를 보다 효과적으로 구동할(즉, 제1 압축기(4)의 토출 압력을 증대시킬) 수 있고, 액화 장치(21)에 도입하는 원료 가스의 압력이 높아져 액화 장치(21)에서의 액화 처리의 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.Comparing the first and second reference examples with the present invention described above, in the
또한, 액화 시스템(1)에서는 제1 팽창기(3)를 냉각기군(제1 냉각기(11, 12))보다 상류 측에 배치함으로써, 제1 팽창기(3)에서의 팽창에 의해 원료 가스의 온도가 저하되기 때문에, 냉각기군의 냉각능을 저감하는(즉, 제2 참고예에서의 냉각기(110)를 생략하는) 것이 가능해지는 이점도 있다. 더욱이 액화 시스템(1)에서는, 냉각기군과 팽창기(3)의 사이에서 원료 가스 중의 응축 성분을 분리(제거)하기 위한 기액 분리 장치(세퍼레이터(213))를 생략하는 것이 가능하다.In the
(제1 실시형태의 제1 변형예)(First Modification of First Embodiment)
도 4는 본 발명의 제1 실시형태의 제1 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 4에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.4 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the first modification of the first embodiment of the present invention. In the
이 제1 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는, 메탄 및 에틸렌을 냉매로서 이용하는 캐스케이드 방식을 채용하고, 상술한 제1 실시형태에서의 스풀 감김형 열교환기(액화 장치(21)) 대신에 플레이트 휜형 열교환기로 이루어지는 메탄 열교환기(21a) 및 에틸렌 열교환기(21b)가 주 열교환기로서 마련되어 있다.In the
메탄 열교환기(21a)에는, 고압(HP)의 메탄 냉매(C1R)가 도입되는 제1 전열부(61)이 마련된 난온 영역과, 중압(MP)의 메탄 냉매가 도입되는 제2 전열부(62)가 마련된 중간 영역과, 저압(LP)의 메탄 냉매가 도입되는 제3 전열부(63)가 마련된 냉온 영역이 마련되어 있다.The
에틸렌 열교환기(21b)에는, 고압(HP)의 에틸렌 냉매(C2R)가 도입되는 제4 전열부(64)가 마련된 난온 영역과, 중압(MP)의 에틸렌 냉매가 도입되는 제5 전열부(65)가 마련된 중간 영역과, 저압(LP)의 에틸렌 냉매가 도입되는 제6 전열부(66)가 마련된 냉온 영역이 마련되어 있다.The
증류 장치(15)에서 탑정 유출물로서 분리된 원료 가스는 라인(L6))을 통해 액화 장치(21) 내에 일단 도입되고, 에틸렌 열교환기(21b) 내의 난온 영역부터 중간 영역에 걸쳐 배치된 제7 전열부(22)에서 냉각된다. 또한, 제1 압축기(4)에서 압축된 원료 가스는 라인(L10))을 통해 에틸렌 열교환기(21b)에 보내진다. 라인(L10))을 흐르는 원료 가스는, 에틸렌 열교환기(21b) 내의 중간 영역부터 냉온 영역에 걸쳐 배치된 제8 전열부(67)에 도입되고, 중간 영역 및 냉온 영역에서 단계적으로 냉각된다. 그 후, 에틸렌 열교환기(21b)로부터 송출된 원료 가스는, 나아가 메탄 열교환기(21a) 내의 난온 영역부터 냉온 영역에 걸쳐 배치된 제9 전열부(68)에 도입되어 난온 영역, 중간 영역 및 냉온 영역에서 단계적으로 냉각된다.The raw material gas separated as the overhead effluent in the
제1 실시형태의 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는, 주 열교환기로서 플레이트 휜형 열교환기를 이용하기 때문에, 이 주 열교환기에 대한 라인(L10))의 접속 위치(여기서는, 에틸렌 열교환기(21b)에의 원료 가스의 도입 위치)의 변경이 용이한 이점이 있다. 따라서, 라인(L10))을 흐르는 원료 가스의 압력 증대와 함께 그 온도 레벨이 상승한 경우에도, 그 온도 레벨에 따라 열교환기에 대한 도입 위치를 변경함(즉, 원료 가스의 온도 레벨과 그 도입 위치의 온도 레벨을 가깝게 함)으로써, 주 열교환기의 열적 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다.(The line L10 for this main heat exchanger) (in this case, the
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(제1 실시형태의 제2 변형예)(Second Modification of First Embodiment)
도 5는, 본 발명의 제1 실시형태의 제6 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 표 4에는 제2 변형예의 액화 시스템에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례가 나타나 있다. 또한, 표 5에는 액화 시스템에서 이용되는 혼합 냉매계 냉동 사이클에서의 냉매의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례가 나타나 있다. 또, 도 5에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 실시형태(다른 변형예를 포함함)에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.5 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in a natural gas liquefaction system according to a sixth modification of the first embodiment of the present invention. Table 4 shows an example of the temperature, pressure, flow rate and molar fraction of each component of the raw material gas in the liquefaction system of the second modification. Table 5 shows an example of the temperature, pressure, flow rate and molar fraction of each component in the refrigerant-based refrigerant cycle used in the liquefaction system. In the
도 5에 도시된 바와 같이, 라인(L10)은 액화 장치(21) 내의 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31)에 접속되어 있다. 또한, 도 5에는 액화 시스템(1)이 구비하는 혼합 냉매 방식의 냉동 사이클 시스템(70)의 구성이 나타나 있다. 여기서는, 원료 가스로서 표 4에 나타내는 바와 같은 중질분(고급 탄화수소 함유량)이 비교적 많은 천연가스(부가스; rich gas)가 이용된다. 증류 장치(15)의 탑정 유출물은, 제1 팽창기(3)에서의 원료 가스의 팽창을 조정함으로써 상술한 제1 실시형태의 경우에 비해 보다 저압(약 3,300kPaA)이 된다. 이에 의해, 제1 실시형태와 같은 빈가스의 액화 처리의 경우에 비해, 증류 장치(15)의 탑 바닥의 라인(L5)을 통한 천연가스 액(Natural Gas Liquid)의 회수를 높은 효율(예를 들어, 프로판을 약 89%, 부탄을 약 100% 회수)로 실시 가능해진다.As shown in Fig. 5, the line L10 is connected to the
냉동 사이클 시스템(70)에서는, 액화 장치(21)로부터 라인(L17)을 통해 배출된 저압(약 320kPaA)의 혼합 냉매가 제1 냉매 압축기(17)에 의해 승압된 후 제1 인터쿨러(27)에 의해 냉각되고, 이어지는 2단째 제2 냉매 압축기(18)에 의해 승압된 후 제2 인터쿨러(28)에 의해 냉각되고, 나아가 3단째 제3 냉매 압축기(19)에 의해 승압된 후 제3 인터쿨러(29)에 의해 냉각된다. 그 후, 혼합 냉매는 일련의 냉각기군을 구성하는 제1-제4 냉매 냉각기(34-37)에 의해 더욱 냉각된 후에 라인(L12)을 통해 냉매 세퍼레이터(41)에 도입된다. 제1-제4 냉매 냉각기(34-37)에서는, 각각 초고압(HHP), 고압(HP), 중압(MP) 및 저압(LP)의 프로판 냉매와의 열교환에 의해 혼합 냉매가 단계적으로 냉각된다.In the
또, 냉동 사이클 시스템(70)은, 상술한 바와 같이 액화 장치(21)에 도입되기 전의 원료 가스를 냉각하기 위한 프로판 예냉계 설비(도시생략)를 구비하고 있고, 제1-제4 냉매 냉각기(34-37)에서의 혼합 냉매의 냉각에는 그 프로판 예냉계 프로판 냉매가 이용된다. 이러한 냉동 사이클 시스템(70)은, 다른 실시형태(다른 변형예를 포함함)에도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.The
(제1 실시형태의 제3 변형예)(Third Modification of First Embodiment)
도 6은, 본 발명의 제1 실시형태의 제3 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 표 6에는 제7 변형예의 액화 시스템에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례가 나타나 있다. 또, 도 6에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 실시형태(다른 변형예를 포함함)에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.6 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in a natural gas liquefaction system according to a third modification of the first embodiment of the present invention. Table 6 shows an example of the temperature, pressure, flow rate and molar fraction of each component of the raw material gas in the liquefaction system of the seventh modification. In the
이 제3 변형예에서는, 상술한 제2 변형예와 마찬가지로 원료 가스로서 부가스가 이용되고, 특히 원료 가스의 조성에 의해 그 임계 압력이 비교적 높아지는 경우에 적합한 구성을 나타내고 있다. 액화 시스템(1)에서는, 증류 장치(15)와 제1 기액 분리조(23) 사이의 라인(L6)에 저압(LP)의 프로판 냉매(C3R)를 이용하는 제3 냉각기(86)가 마련되고, 제1 압축기(4)와 액화 장치(21) 사이의 라인(L10)에 마찬가지로 저압의 프로판 냉매를 이용하는 제2 냉각기(85)가 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 증류 장치(15)로부터의 라인(L6)을 흐르는 원료 가스는 제3 냉각기(86)에 의해 냉각된 후에 제1 기액 분리조(23)에 도입된다. 즉, 제3 변형예에서는, 상술한 제2 변형예 등과 같이 제1 기액 분리조(23)에 도입하는 원료 가스를 액화 장치(21)(관 회로(22))에서 냉각할 필요는 없고, 액화 장치(21)의 액화 처리의 부하를 경감할 수 있는 이점이 있다.In the third modified example, an inert gas is used as the raw material gas in the same manner as in the second modified example described above, and this structure is particularly suitable when the critical pressure is relatively high depending on the composition of the raw material gas. In the
또한, 제1 압축기(4)로부터의 라인(L10)을 흐르는 원료 가스는 제2 냉각기(85)에 의해 냉각된 후에 액화 장치(21)에 도입된다. 이 경우, 라인(L10)의 하류 측은 액화 장치(21)에서 가장 온도가 높은 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(30)에 접속되어 있다. 즉, 제7 변형예에서는, 제1 압축기(4)에 의한 원료 가스의 승압에 의해 원료 가스의 온도 레벨이 적절한 레벨을 넘은 경우에도, 제2 냉각기(85)에서의 냉각에 의해 원료 가스의 온도를 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)의 온도 레벨에 가깝게 하고, 그 결과 액화 장치(21)의 열적 부하를 경감(열 응력의 발생 등을 억제)할 수 있는 이점이 있다.The raw material gas flowing through the line L10 from the
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(제2 실시형태)(Second Embodiment)
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또한, 표 7에는 제2 실시형태에 관한 액화 시스템(1)에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례를 나타낸다. 또, 도 7에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.7 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the second embodiment of the present invention. Table 7 shows an example of the temperature, pressure, flow rate and molar fraction of each component in the
제2 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 수분 제거 장치(2)에 원료 가스를 공급하는 라인(L1)의 상류 측에 추가적인 가스 공급용 제4 압축기(71) 및 제4 냉각기(72)가 마련되어 있다. 이 액화 시스템(1)에서는, 라인(L18)으로부터 공급된 원료 가스가 가스 공급용 제4 압축기(71)에서 승압됨과 아울러, 그 하류 측에 마련된 제4 냉각기(72)에서 냉각된 후에 수분 제거 장치(2)에 공급된다.In the
이러한 제2 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 액화 시스템(1)에 공급되는 원료 가스의 압력이 비교적 낮은 경우에도 가스 공급용 제4 압축기(71)에 의해 원료 가스를 원하는 압력까지 승압 가능해지고, 그 결과 제1 압축기(4)로부터 액화 장치(21)에 보내지는 원료 가스의 압력값을 비교적 높게 유지하는 것(여기서는 약 6,800kPaA의 압력)이 가능해진다. 이러한 액화 시스템(1)은, 특히 셰일 가스 등의 비교적 압력이 낮은 공급원으로부터의 원료 가스의 처리에 적합하다.In the
더욱이 제2 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 가스 공급용 제4 압축기(71)를 마련함으로써, 제1 압축기(4)로부터 액화 장치(21)에 보내지는 원료 가스의 온도 레벨도 비교적 높게 유지할 수 있기 때문에, 라인(L10)은 액화 장치(21) 내의 고온 측이 되는 난온 영역(Z1)(즉, 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스와 동등한 온도 레벨을 가지는 혼합 냉매의 도입 측)에 배치된 관 회로(30)에 접속되어 있다. 그 후, 원료 가스는 관 회로(30)로부터 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31) 및 냉온 영역(Z3)에 배치된 관 회로(32)를 통과하여 액화 및 과냉각된다.Further, in the
이와 같이, 제2 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스의 온도가 증대한 경우에도 원료 가스를 보다 온도 레벨이 가까운 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)(고온 측)에 도입하는 구성으로 하였기 때문에, 액화 장치(21)의 열적 부하를 경감(열 응력의 발생 등을 억제)함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다. 또, 원료 가스를 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)에 도입하는 구성은, 가스 공급용 제4 압축기(71)의 유무에 관계없이 원료 가스의 압력 레벨에 따라 적절히 채용할 수 있다. 또한, 원료 가스의 압력이 너무 높아 원료 가스의 온도가 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)(고온 측)의 온도보다 높아지는 경우는, 도 6과 마찬가지로 제2 냉각기(85)를 설치하여 액화 장치(21)의 부하를 경감할 수 있다.In the
(제3 실시형태)(Third Embodiment)
도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또한, 표 8에는 제3 실시형태에 관한 액화 시스템(1)에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례를 나타낸다. 또, 도 8에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 및 제2 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.8 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the third embodiment of the present invention. Table 8 shows an example of the temperature, pressure, flow rate, molar fraction of each component, and the like of the raw material gas in the
제3 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 제1 압축기(4)의 하류에 추가적인 승압용 제2 압축기(75)가 마련되어 있다. 즉, 원료 가스는 제1 압축기(4)에서 승압된 후에 라인(L10a)을 통해 제2 압축기(75)에 보내지고, 여기서 더욱 승압(여기서는 약 7,000kPaA의 압력)된 후, 라인(L10b)을 통해 액화 장치(21)에 도입된다. 액화 장치(21)의 내부는 제2 실시형태와 마찬가지의 구성을 갖고 있으며, 라인(L10b)은 액화 장치(21) 내의 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(30)에 접속되어 있다.In the
이러한 제3 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 제1 압축기(4)의 하류에 추가적인 제2 압축기(75)를 마련하였기 때문에, 제2 압축기(75)로부터 라인(L10b)을 통해 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스의 압력을 한층 더(예를 들어, 7,000~10,000kPaA 정도의 압력까지) 증대시킬 수 있고 액화 처리의 효율이 향상된다. 또한, 원료 가스를 온도 레벨이 보다 가까운 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)에 도입하는 구성으로 하였기 때문에, 액화 장치(21)의 열적 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 보다 높일 수 있는 이점도 있다.In the
(제3 실시형태의 변형예)(Modification of the Third Embodiment)
도 9는 본 발명의 제3 실시형태의 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 9에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제3 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.9 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in a natural gas liquefaction system according to a modified example of the third embodiment of the present invention. In the
이 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는, 제2 압축기(75)가 모터(제1 모터)(81)에 의해 구동되고, 모터(81)의 속도는 가변 주파수 구동을 행하는 컨트롤러(82)에 의해 제어된다. 모터(81)에는 외부로부터 전력이 공급된다. 모터(81)의 속도(즉, 제2 압축기(75)의 동작)는, 라인(L10b)에 마련된 압력계(83)의 검출값에 기초하여, 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스의 압력이 일정(소정의 목표 범위)해지도록 제어된다. 이에 의해, 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스의 압력을 제2 압축기(75)에 의해 안정적으로 증대시킬 수 있고, 그 결과 원료 가스의 온도도 적절한 범위로 안정적으로 유지되며, 액화 장치(21)에서의 액화 처리를 효율적이고 안정적으로 행하는 것이 가능해진다.In the
(제4 실시형태)(Fourth Embodiment)
도 10은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또한, 표 9에는 제4 실시형태에 관한 액화 시스템(1)에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례를 나타낸다. 또, 도 10에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제3 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.10 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the fourth embodiment of the present invention. Table 9 shows an example of the temperature, pressure, flow rate and molar fraction of each component in the
제4 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 도 8의 제3 실시형태에 나타낸 제2 압축기(75)의 하류에 저압(LP)의 프로판 냉매(C3R)를 이용하는 추가적인 제2 냉각기(85)가 마련되어 있다. 제1 압축기(4)로부터 라인(L10a)에 송출된 원료 가스는, 제2 압축기(75)에서 승압된 후에 라인(L10b)을 통해 제2 냉각기(85)에 보내지고, 여기서 더욱 냉각된 후 라인(L10c)을 통해 액화 장치(21)에 도입된다. 액화 장치(21)의 내부는 제3 실시형태와 마찬가지의 구성을 갖고 있으며, 라인(L10c)은 액화 장치(21) 내의 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(30)에 접속되어 있다.In the
이러한 제4 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 제2 압축기(75)에 의한 원료 가스의 승압에 의해 원료 가스의 온도 레벨이 적절한 레벨을 넘은 경우에도 제2 압축기(75)의 하류 측에 마련된 제2 냉각기(85)에서 저압의 프로판 냉매를 이용하여 원료 가스를 냉각함으로써, 원료 가스를 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)의 온도 레벨에 가깝게 할 수 있다. 그 결과, 액화 장치(21)의 열적 부하를 경감함과 아울러 액화 처리의 효율을 높일 수 있다. 또한, 제1 압축기(4)의 기동시 등에 리사이클 운전에서의 냉각에 제2 냉각기(85)(즉, 물이나 에어보다 냉각능이 높은 프로판 냉매)를 이용하는 구성으로 하면, 보다 저온(0℃ 이하)의 냉각이 가능해지는 이점도 있다.In the
표 10에는, 상술한 제1 내지 제4 실시형태와 제1 및 제2 참고예에서의 각 압축기에 필요한 동력의 비교를 나타내고 있다. 표 10에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 참고예(종래 기술)에 대해 제1 내지 제4 실시형태의 토탈 동력 및 비출력이 감소하는 것을 알 수 있다.Table 10 shows the comparison of the power required for each compressor in the first to fourth embodiments and the first and second reference examples described above. As shown in Table 10, it can be seen that the total power and the power output of the first to fourth embodiments are reduced with respect to the first and second reference examples (prior arts).
(제5 실시형태)(Fifth Embodiment)
도 11은 본 발명의 제5 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 11에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제4 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.11 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the fifth embodiment of the present invention. In the
제5 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 상술한 제1 내지 제4 실시형태의 경우와는 달리 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)는 기계적으로 접속되지 않고 양자는 전기적으로 접속되어 있다. 제1 팽창기(3)에는 발전 장치(87)가 접속되어 있고, 이 발전 장치(87)에 의해 제1 팽창기(3)가 발생하는 동력은 전력으로 변환된다. 이 발전 장치(87)에서 발생한 전력은, 제1 압축기(4)를 구동하는 모터(84)에 공급된다(즉, 제1 팽창기(3)에서 발생한 동력을 제1 압축기(4)에서 이용한다). 또, 발전 장치(87)로부터 공급되는 전력은 모터(84)를 구동하는 전력의 적어도 일부이면 되고, 전력이 부족한 경우에는 도시하지 않은 외부의 전력 공급원으로부터 별도 전력이 공급된다.In the
이러한 제5 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)가 전기적으로 접속되기 때문에, 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)의 기동시나 정지시에 동작의 자유도가 높아지는(즉, 서로 독립적으로 동작 가능해지는) 이점이 있다.In the
(제6 실시형태)(Sixth Embodiment)
도 12는 본 발명의 제6 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 12에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제5 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.12 is a configuration diagram showing the flow of a liquefaction process in a natural gas liquefaction system according to a sixth embodiment of the present invention. In the
제6 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 원료 가스로서 약 88mol%의 메탄을 포함하는 부가스가 이용된다(제6 실시형태의 변형예와 제7 및 제8 실시형태도 마찬가지). 이 액화 시스템(1)에서는, 증류 장치(15)의 탑정 유출물로서 분리된 원료 가스는 라인(L19)을 통해 제1 압축기(4)에 직접 도입되어 압축된다. 그 후, 원료 가스는 제1 압축기(4)로부터 라인(L20)을 통해 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22)에 보내져 예비적으로 냉각된 후, 나아가 라인(L21)을 통해 제1 기액 분리조(23)에 도입된다.In the
제1 기액 분리조(23)는, 원료 가스 중의 액상 성분(응축 성분)을 분리하고, 그 액상 성분을 구성하는 탄화수소 등의 액체를 라인(L22)에 마련된 팽창 밸브(89)를 통해 다시 증류 장치(15)로 순환한다. 한편, 제1 기액 분리조(23)에서 기상 성분을 구성하는 메탄을 주성분으로 하는 원료 가스는 라인(L23)을 통해 액화 장치(21) 내의 관 회로(31)에 보내진다.The first gas-
이러한 제6 실시형태의 액화 시스템(1)에서는, 제1 압축기(4)의 하류 측에 제1 기액 분리조(23)를 마련하고, 제1 압축기(4)로부터의 원료 가스를 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22)를 통과시켜 제1 기액 분리조(23)에 도입하는 구성으로 하였기 때문에, 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)의 온도 레벨에 가깝게 할 수 있고, 나아가 원료 가스를 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)(관 회로(22))에서 냉각한 후에, 제1 기액 분리조(23)로부터의 기상 성분을 액화 장치(21)의 중간 영역(Z2)(관 회로(31))에 도입하는 구성으로 하였기 때문에, 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치(21)의 중간 영역(Z2)의 온도 레벨에 용이하게 가깝게 할 수 있다. 나아가 제1 기액 분리조(23)로부터의 원료 가스를 제1 압축기(4)에 의해 압송 가능해지기 때문에, 상술한 제1 실시형태 등에서 제1 기액 분리조(23)로부터 증류 장치(15)에의 순환 경로(라인(L21))에 마련한 환류 펌프(24)를 생략할 수 있는 이점도 있다.In the
액화 장치(21)에서 원료 가스의 액화에는, 압축기(4)의 토출압을 보다 높이는(즉, 액화 장치(21)에 도입되는 원료 가스의 압력을 높이는) 것이 유리하다. 그러나, 제1 실시형태 등과 같이 증류 장치(15)의 탑정 유출물을 액화 장치(21)에 의해 일단 냉각한 후에 제1 기액 분리조(23)에서 기액 분리하고, 그 기상 성분을 제1 압축기(4)에 의해 압축하고 나서 액화 장치(21)에 도입하는 구성에서는, 액화 장치(21) 전의 제1 압축기(4)에서 원료 가스의 온도가 상승하기 때문에, 원료 가스의 조성, 압력 및 공급량 등의 조건에 따라서는 원료 가스의 온도 레벨이 액화 장치(21)에의 도입을 위한 적절한 범위를 벗어나고, 이에 의해 액화 장치(21)의 열적 부하가 커지는 문제가 있다. 이러한 문제는, 액화 장치(21)에의 원료 가스의 도입 위치를 변경함으로써 해소 가능하지만, 원료 가스의 도입 위치의 변경이 용이하지 않은 스풀 감김형 열교환기 등을 주 열교환기로서 이용하는 경우에는 그 열교환기의 구조상 대처할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 본 실시형태와 같이 증류 장치(15)의 탑정 유출물로서 분리된 원료 가스가 라인(L19)을 통해 제1 압축기(4)에 직접 도입되어 압축되는 구성으로 하고, 제1 압축기(4)에서 압축된 원료 가스를 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)에서 냉각한 후에 제1 기액 분리조(23)에서 기액 분리하고, 그 기상 성분을 액화 장치(21)의 중간 영역(Z2)(난온 영역(Z1)의 하류)에 도입함으로써, 원료 가스의 온도 레벨을 적절한 범위로 유지하는 것이 가능(즉, 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치(21)에서의 도입 위치의 온도 레벨에 가깝게 하도록 조절하는 것이 용이)해진다.It is advantageous to increase the discharge pressure of the compressor 4 (that is, increase the pressure of the raw material gas introduced into the liquefier 21) for liquefying the raw material gas in the
(제6 실시형태의 제1 변형예)(First Modification of Sixth Embodiment)
도 13은 본 발명의 제6 실시형태의 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또한, 표 11에는 제6 실시형태의 변형예에 관한 액화 시스템(1)에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례를 나타낸다. 또, 도 13에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제6 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.13 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in a natural gas liquefaction system according to a modified example of the sixth embodiment of the present invention. Table 11 shows an example of the temperature, pressure, flow rate, molar fraction of each component, etc. of the raw material gas in the
이 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는, 도 12의 제6 실시형태에 나타낸 제1 냉각기(11)가 생략되는 반면, 제1 압축기(4)의 하류에 저압의 프로판을 냉매로서 이용하는 추가적인 제2 냉각기(85)가 마련되어 있다. 원료 가스는, 제1 압축기(4)로부터 라인(L20a)을 통해 제2 냉각기(85)에 보내져 냉각된 후, 라인(L20b)을 통해 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22)에 보내져 더욱 냉각되고, 그 후 라인(L21)을 통해 제1 기액 분리조(23)에 도입된다.In the
이러한 제6 실시형태의 제1 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는, 제1 압축기(4)의 하류에 추가적인 제2 냉각기(85)를 마련하였기 때문에, 제1 압축기(4)로부터의 원료 가스의 온도가 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)의 온도보다 높은 경우에도, 제2 냉각기(85)에 의해 원료 가스를 냉각하여 그 온도를 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)의 온도 레벨에 용이하게 가깝게 할 수 있다.In the
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(제6 실시형태의 제2 변형예)(Second Modification of Sixth Embodiment)
도 14는, 본 발명의 제6 실시형태의 제2 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 표 12에는, 제2 변형예의 액화 시스템에서의 원료 가스의 온도, 압력, 유량 및 각 성분의 몰 분율 등의 일례가 나타나 있다. 또, 도 14에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제6 실시형태(다른 변형예를 포함함)에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.Fig. 14 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the second modification of the sixth embodiment of the present invention. Fig. Table 12 shows an example of the temperature, pressure, flow rate and molar fraction of each component of the raw material gas in the liquefaction system of the second modification. In the
이 제2 변형예에서는, 원료 가스로서 상술한 제6 실시형태보다 저압의 가스가 이용되고, 특히 질소나 중질분을 포함하는 원료 가스의 조성에 의해 그 임계 압력이 비교적 높아지는 경우에 적합한 구성을 나타내고 있다. 액화 시스템(1)에서는 제6 실시형태의 제1 변형예와 마찬가지로, 원료 가스는 제1 압축기(4)로부터 라인(L20a)을 통해 제2 냉각기(85)에 보내져 냉각된 후, 라인(L20b)을 통해 제1 기액 분리조(23)에 도입된다. 한편, 제4 변형예에서는 라인(L20b)은 액화 장치(21)를 통하지 않고 제1 기액 분리조(23)에 접속되고, 이 제1 기액 분리조(23)에서 기상 성분을 구성하는 원료 가스는 라인(L23)을 통해 액화 장치(21) 내에서 가장 온도가 높은 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(30)에 보내진다. 이러한 구성에 의해, 제2 변형예에서는, 상술한 제1 변형예와 같이 제1 기액 분리조(23)에 도입하는 원료 가스를 액화 장치(21)에서 냉각(관 회로(22)에 도입)할 필요는 없고, 액화 장치(21)의 액화 처리의 부하를 경감할 수 있는 이점이 있다.In this second modification, a low-pressure gas is used as the raw material gas in the sixth embodiment than in the above-described sixth embodiment, and in particular, a structure suitable for the case where the critical pressure is relatively increased by the composition of the raw material gas containing nitrogen or heavy material have. In the
(제7 실시형태)(Seventh Embodiment)
도 15는 본 발명의 제7 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 15에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제6 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.15 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the seventh embodiment of the present invention. In the
제7 실시형태의 액화 시스템(1)은 제6 실시형태와 유사한 구성을 가지는데, 수분 제거 장치(2)의 하류 측에 2대의 팽창기(제1 팽창기(3a) 및 제2 팽창기(3b))가 병렬로 배치된 점에서 제6 실시형태의 경우와는 다르다. 더욱이 제7 실시형태에서는, 제1 및 제2 팽창기(3a, 3b)와 각각 동축의 샤프트(5a, 5b)를 가지는 2대의 압축기(제1 압축기(4a) 및 제3 압축기(4b))가 마련되어 있다.The
도 15에서, 수분 제거 장치(2)로부터의 원료 가스는 각각 라인(L2a, L2b)을 통해 제1 및 제2 팽창기(3a, 3b)에 보내진다. 제1 및 제2 팽창기(3a, 3b)로부터의 원료 가스는 라인(L3a, L3b, L3)을 통해 냉각기(12)에 보내진다. 이 경우, 상술한 바와 같은 냉각기군에 필요한 냉각능이 저감되기 때문에, 저압(LP)의 프로판 냉매(C3R)를 이용하는 1대의 냉각기(12)만이 설치되어 있다.In Fig. 15, the raw material gas from the
증류 장치(15)의 탑정 유출물로서 분리된 원료 가스는, 라인(L19)을 통해 제3 압축기(4b)에 보내져 압축된다. 그 후, 원료 가스는 제3 압축기(4b)로부터 라인(L20)을 통해 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22)에 보내져 냉각된 후, 나아가 라인(L21)을 통해 제1 기액 분리조(23)에 도입된다.The raw material gas separated as the overhead effluent of the
제1 기액 분리조(23)는, 원료 가스 중의 액상 성분(응축 성분)을 분리하고, 그 액상 성분을 구성하는 탄화수소 등의 액체를 라인(L22)에 마련된 팽창 밸브(89)를 통해 다시 증류 장치(15)로 순환한다. 한편, 제1 기액 분리조(23)에서 기상 성분을 구성하는 메탄을 주성분으로 하는 원료 가스는 라인(L24)을 통해 제1 압축기(4a)에 보내져 압축된다. 그 후, 원료 가스는 제1 압축기(4a)로부터 라인(L25)을 통해 액화 장치(21) 내의 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(30)에 도입된다.The first gas-
이와 같이 2대의 팽창기(3a, 3b) 및 2대의 압축기(4a, 4b)를 이용한 제7 실시형태의 구성에 의하면, 액화 시스템(1)에 공급되는 원료 가스의 압력이 비교적 고압이고 게다가 임계 압력이 낮은 경우에도, 복수의 압축기(4a, 4b)에 의해 원료 가스를 적절히 승압(즉, 증류 장치(15)에 도입되는 원료 가스가 임계 압력 이상이 되는 것을 방지)할 수 있다.According to the configuration of the seventh embodiment using the two
(제8 실시형태)(Eighth embodiment)
도 16은 본 발명의 제8 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 16에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제7 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.16 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the natural gas liquefaction system according to the eighth embodiment of the present invention. In the
제8 실시형태의 액화 시스템(1)은 제6 실시형태 또는 제7 실시형태와 유사한 구성을 가지는데, 2대의 제1 팽창기(3a, 3b)가 직렬로 배치되고 제1 팽창기(3a, 3b)의 사이에 세퍼레이터(91)가 배치된 점에서 이들의 실시형태와는 다르다.The
도 16에서, 수분 제거 장치(2)로부터의 원료 가스는 라인(L2)을 통해 제1 팽창기(3a)에 보내지고, 여기서 팽창한 후 라인(L3)을 통해 세퍼레이터(91)에 도입된다. 세퍼레이터(91)에서 기상 성분으로서 분리된 원료 가스는 라인(L26)을 통해 제2 팽창기(3b)에 보내지고, 여기서 팽창한 후 라인(L27)을 통해 냉각기(12)에 보내진다. 한편, 세퍼레이터(91)는 원료 가스 중의 액상 성분(응축 성분)을 분리하고, 그 액상 성분을 구성하는 액체는 라인(L28)에 마련된 팽창 밸브(92)를 통해 냉각기(12)에 보내진다.16, the raw material gas from the
이 제8 실시형태에 의하면, 상술한 제7 실시형태의 경우와 마찬가지로 액화 시스템(1)에 공급되는 원료 가스의 압력이 비교적 고압이고 게다가 임계 압력이 낮은 경우에도, 복수의 압축기(4a, 4b)에 의해 원료 가스를 적절히 승압할 수 있는 이점이 있다.According to the eighth embodiment, as in the seventh embodiment, even when the pressure of the raw material gas supplied to the
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(제9 실시형태)(Ninth embodiment)
도 17은 본 발명의 제9 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 17에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제8 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.17 is a configuration diagram showing the flow of a liquefaction process in a natural gas liquefaction system according to a ninth embodiment of the present invention. In the
이 제9 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 상술한 제6 실시형태의 제1 변형예와 같은 구성에 있어서 원료 가스의 임계 압력이 비교적 낮고, 제1 압축기(4)로부터 제1 기액 분리조(23)로 향하여 송출되는 원료 가스의 압력이 임계 압력보다 높아지는(즉, 제1 기액 분리조(23)가 적절히 기능하지 않는) 경우에 유용하다. 이 액화 시스템(1)에서는, 원료 가스는 제1 압축기(4)로부터 라인(L20a)을 통해 제2 냉각기(85)에 보내져 냉각된 후, 라인(L20b)을 통해 액화 장치(21)의 난온 영역(Z1)에 배치된 관 회로(22)에 보내져 더욱 냉각된다. 그 후, 라인(L21)을 흐르는 원료 가스는 상하로 분기한 라인(L22) 및 라인(L23)을 각각 통해 그 일부가 분기부로부터 하방으로 연장되는 라인(L22)에 마련된 팽창 밸브(89)를 통해 다시 증류 장치(15)로 순환하고, 또한 나머지 원료 가스가 분기부로부터 상방으로 연장되는 라인(L23)을 통해 액화 장치(21)의 중간 영역(Z2)에 배치된 관 회로(31)에 도입된다. 이러한 구성에 의해, 제9 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는 액화 장치(21)의 액화 처리의 부하를 경감할 수 있다.In the
(제9 실시형태의 변형예)(Modification of the ninth embodiment)
도 18은 본 발명의 제9 실시형태의 변형예에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 18에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제9 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.18 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in a natural gas liquefaction system according to a modified example of the ninth embodiment of the present invention. In the
이 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는, 라인(L22)을 흐르는 원료 가스가 팽창 밸브(89)를 통해 도입되는 제2 기액 분리조(25)가 마련된다. 제2 기액 분리조(25)는 원료 가스 중의 액상 성분을 분리하고, 그 액상 성분을 라인(L30)에 마련된 팽창 밸브(90)를 통해 다시 증류 장치(15)로 순환한다. 한편, 제2 기액 분리조(25)에서 기상 성분을 구성하는 원료 가스는 라인(L31)에 송출된다. 라인(L31)은 라인(L19)에 접속되어 있고, 이에 의해 원료 가스는 라인(L31)에 마련된 팽창 밸브(93)를 통해 제1 압축기(4)에 보내진다. 이러한 구성에 의해, 변형예에 의한 액화 시스템(1)에서는 증류 장치(15)의 처리 안정성이 높아지는 이점이 있다.In the
(제10 실시형태)(Tenth Embodiment)
도 19는 본 발명의 제10 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 19에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제9 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.19 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the tenth embodiment of the present invention. In the
이 제10 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 상술한 도 12에 나타낸 제6 실시형태와 유사한 구성을 가지는데, 증류 장치(15)의 상류측 구성에 있어서 도 3에 나타낸 참고예와 유사한 구성이 채용되어 있다. 보다 상세하게는, 제10 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 팽창기(3)는 냉각기군(여기서는 3대의 냉각기(10, 11, 12))의 하류 측에 배치되고, 냉각기(12)로부터 송출된 원료 가스는 라인(L4a)을 통해 세퍼레이터(13)에 보내져 기액 분리된다. 세퍼레이터(13)에서 기상 성분을 구성하는 원료 가스는 라인(L4b)을 통해 팽창기(3)에 보내지고, 팽창기(3)에서 팽창한 후 라인(L4c)을 통해 증류 장치(15)에 보내진다. 한편, 세퍼레이터(13)에서 액상 성분을 구성하는 원료 가스는 팽창 밸브(14)가 마련된 라인(L4d)에 송출된다. 그 액상 성분은 팽창 밸브(14)에서 팽창한 후, 팽창기(3)로부터의 원료 가스와 함께 라인(L4c)을 통해 증류 장치(15)에 보내진다.The
이러한 구성에 의해, 제10 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 팽창기(3)를 냉각기군의 하류 측에 배치하여 그 동력을 저하시킴으로써, 팽창기(3)의 동력을 이용하는 압축기(4)에서 압축되는 원료 가스의 지나친 온도 상승을 억제하는 것이 가능해지고, 원료 가스의 온도 레벨을 액화 장치(21)에서의 도입 위치의 온도 레벨에 가깝게 하도록 용이하게 조절할 수 있다. 또, 제1 팽창기(3)와 냉각기(11, 12)(제6 실시형태에서는 냉각기(10)가 생략되어 있음)의 배치에 관계없이 제6 실시형태에서의 유리한 효과를 나타내는 것이 가능하다. 또, 제10 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 도 13에 나타낸 예와 마찬가지로 제1 압축기(4)의 하류에 저압의 프로판을 냉매로서 이용하는 제2 냉각기(85)를 마련할 수도 있다. 또한, 이 액화 시스템(1)에서는, 도 18에 나타낸 예와 마찬가지로 제1 기액 분리조(23) 대신에 라인(L22)을 흐르는 원료 가스가 팽창 밸브(89)를 통해 도입되는 제2 기액 분리조(25)를 마련할 수도 있다. 그 경우에는, 제2 기액 분리조(25) 주변의 구성(라인(L30, L31), 팽창 밸브(89, 90)) 등에 대해서도 도 18에 나타낸 예와 마찬가지가 된다.With this configuration, in the
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(제11 실시형태)(Eleventh Embodiment)
도 20은 본 발명의 제11 실시형태에 관한 천연가스의 액화 시스템에서의 액화 처리의 흐름을 나타내는 구성도이다. 또, 도 20에 도시된 액화 시스템(1)에서는, 제1 내지 제10 실시형태에 관한 액화 시스템(1)과 마찬가지의 구성요소에 대해서는 각각 동일한 부호를 부여하고, 이하에서 언급하는 사항을 제외하고 상세한 설명을 생략한다.20 is a configuration diagram showing the flow of liquefaction processing in the liquefaction system for natural gas according to the eleventh embodiment of the present invention. In the
이 제11 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 상술한 제6 실시형태와 유사한 구성을 가지는데, 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)의 접속 관계에 대해서는 도 11에 나타낸 제5 실시형태와 마찬가지의 구성이 채용되어 있다. 보다 상세하게는, 제11 실시형태에 의한 액화 시스템(1)에서는, 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)는 기계적으로 접속되지 않고 양자는 전기적으로 접속되어 있다. 제1 팽창기(3)에는 발전 장치(87)가 접속되어 있고, 이 발전 장치(87)에 의해 제1 팽창기(3)가 발생하는 동력은 전력으로 변환된다. 이 발전 장치(87)에서 발생한 전력은, 제1 압축기(4)를 구동하는 모터(84)에 공급된다(즉, 제1 팽창기(3)에서 발생한 동력을 제1 압축기(4)에서 이용한다). 또, 발전 장치(87)로부터 공급되는 전력은 모터(84)를 구동하는 전력의 적어도 일부이면 좋고, 전력이 부족한 경우에는 도시하지 않은 외부의 전력 공급원으로부터 별도 전력이 공급된다.The
(팽창기 및 압축기의 접속 구조의 변형예)(Modification of Connection Structure of Inflator and Compressor)
도 21 및 도 22는, 각각 상술한 각 실시형태에서의 팽창기와 압축기의 기계적 접속 구조의 제1 및 제2 변형예를 나타내는 도면이다.21 and 22 are views showing the first and second modified examples of the mechanical connecting structure of the inflator and the compressor in each of the above-described embodiments.
도 21에 도시된 예에서는, 제1 팽창기(3)와 제1 압축기(4)의 사이에 모터(제2 모터)(84)가 장착되고, 모터(84)의 속도는 가변 주파수 구동을 행하는 컨트롤러(82)에 의해 제어된다. 모터(84)에는 외부로부터 전력이 공급된다. 여기서, 제1 팽창기(3), 제1 압축기(4) 및 모터(84)는 동축 상에 마련되어 있고, 제1 팽창기(3)에서 발생한 팽창에 기초한 동력을 제1 압축기(4)의 동력으로서 이용할 수 있다. 이에 의해, 모터(84)의 동력을 저감하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 제1 팽창기(3)에서 발생한 동력을 보충하도록 모터(84)의 동력을 이용함으로써, 제1 압축기(4)의 토출압을 안정적으로 증대시키는 것이 가능해진다.21, a motor (second motor) 84 is mounted between the
한편, 도 22에 도시된 예에서는, 제1 팽창기(3), 제1 압축기(4) 및 모터(제2 모터)(84)의 회전축에는 각각 기어(96, 97, 98)가 장착되어 있다. 제1 팽창기(3)의 기어(96)는 모터(84)의 기어(97)와 맞물리고, 모터(84)의 기어(97)는 제1 압축기(4)의 기어(98)와 맞물린다. 이에 의해, 제1 팽창기(3) 및 제1 압축기(4)는 모터(84)를 통해 서로 동력을 전달 가능하게 접속(기계적으로 연결)되어 있다. 이러한 구조에 의해, 제1 팽창기(3)에서 발생한 동력을 보충하도록 모터(84)의 동력을 이용함으로써, 제1 압축기(4)의 토출압을 안정적으로 증대시키는 것이 가능해진다. 또, 제1 팽창기(3), 제1 압축기(4) 및 모터(84)의 접속에 대해서는 유성 기어 기구 등 주지의 기어 기구를 적용할 수 있다.22, gears 96, 97, and 98 are mounted on the rotating shafts of the
이상, 본 발명을 특정 실시형태에 기초하여 설명하였지만, 이들 실시형태는 어디까지나 예시로서, 본 발명은 이들 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다. 상술한 각 실시형태에 나타낸 본 발명에 관한 천연가스의 액화 시스템 및 액화 방법의 각 구성요소는 반드시 모두가 필수는 아니며, 적어도 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한에서 적절히 취사선택하는 것이 가능하다. 또한, 각 실시형태에 나타낸 구성요소의 조합은 반드시 필수는 아니며, 적어도 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한에서 복수의 실시형태의 구성요소를 적절히 선택하여 이용할 수 있다.While the present invention has been described based on specific embodiments thereof, these embodiments are merely illustrative and the present invention is not limited to these embodiments. The components of the natural gas liquefaction system and the liquefaction method according to the present invention described in each of the above-described embodiments are not necessarily essential, and can be suitably selected from a variety of components as long as they do not deviate at least from the scope of the present invention. Note that the combination of the constituent elements shown in each embodiment is not necessarily essential, and the constituent elements of the plurality of embodiments can be appropriately selected and used as long as they do not deviate at least from the scope of the present invention.
1 액화 시스템
2 수분 제거 장치
3, 3a 제1 팽창기
3b 제2 팽창기
4, 4a 제1 압축기
4b 제3 압축기
5 샤프트
10, 11, 12 제1 냉각기
15 증류 장치
21 액화 장치
23 제1 기액 분리조
33 팽창 밸브
41 냉매 세퍼레이터
44 팽창 밸브
45 스프레이 헤더
54 팽창 밸브
55 스프레이 헤더
71 제4 압축기
72 제4 냉각기
75 제2 압축기
81 모터(제1 모터)
82 컨트롤러
83 압력계
84 모터(제2 모터)
85 제2 냉각기
86 제3 냉각기
87 발전 장치
89 팽창 밸브
91 세퍼레이터
92 팽창 밸브
96 기어
97 기어
98 기어
Z1 난온 영역
Z2 중간 영역
Z3 냉온 영역1 liquefaction system
2 Moisture removal device
3, 3a First inflator
3b second expander
4, 4a first compressor
4b third compressor
5 Shaft
10, 11, 12 The first cooler
15 distillation unit
21 Liquefaction device
23 First gas-liquid separation tank
33 expansion valve
41 Refrigerant Separator
44 expansion valve
45 Spray Headers
54 expansion valve
55 Spray Headers
71 fourth compressor
72 fourth cooler
75 second compressor
81 Motor (first motor)
82 controller
83 Pressure gauge
84 Motor (second motor)
85 second cooler
86 third cooler
87 Generator
89 expansion valve
91 Separator
92 expansion valve
96 Gears
97 Gear
98 gear
Z1 heat zone
Z2 middle area
Z3 cold zone
Claims (22)
가압 상태에서 얻어진 천연가스가 원료 가스로서 공급되며, 그 원료 가스 중의 수분을 제거하는 수분 제거 장치와,
상기 수분 제거 장치에 의해 수분이 제거된 원료 가스가 냉각되지 않고 그대로 공급되며, 상기 원료 가스를 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제1 팽창기와,
상기 제1 팽창기에서의 팽창에 의해 감압된 상기 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각기와,
상기 제1 냉각기에 의해 냉각된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 장치와,
상기 제1 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스를 압축하는 제1 압축기와,
상기 제1 압축기에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.CLAIMS 1. A liquefaction system for natural gas which cools natural gas to produce liquefied natural gas,
A water removing device for supplying natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas and removing moisture in the raw material gas;
A first inflator for supplying the raw material gas from which moisture has been removed by the moisture removing device without being cooled and generating the power by expanding the raw material gas;
A first cooler for cooling the raw material gas decompressed by the expansion in the first inflator,
A distillation device for distilling or removing heavy material in the raw material gas by distilling the raw material gas cooled by the first cooler;
A first compressor for compressing the raw material gas in which the heavy component is reduced or removed in the distillation apparatus by using power generated in the first inflator;
And a liquefaction device for liquefying the raw material gas compressed by the first compressor by heat exchange with a refrigerant.
상기 제1 압축기와 상기 액화 장치의 사이에 배치되고, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉각하는 제2 냉각기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a second cooler disposed between the first compressor and the liquefier, for cooling the raw material gas compressed by the first compressor.
상기 액화 장치는 스풀 감김형 열교환기로 이루어지고,
상기 제1 압축기로부터 송출된 상기 원료 가스는, 상기 스풀 감김형 열교환기에 대해 그 스풀 감김형 열교환기 내의 고온 측에 위치하는 난온 영역에 도입되는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the liquefier comprises a spool-wound heat exchanger,
Wherein the raw material gas discharged from the first compressor is introduced into a heat-resistant region located on a high-temperature side of the spool-reducing heat exchanger with respect to the spool-reducing heat exchanger.
상기 제1 압축기와 상기 액화 장치의 사이에 배치되고, 상기 제1 압축기로부터 송출된 상기 원료 가스를 승압하는 제2 압축기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a second compressor disposed between the first compressor and the liquefier, for increasing the pressure of the raw material gas sent out from the first compressor.
외부로부터의 전력에 의해 구동되고, 상기 액화 장치에 도입되는 상기 원료 가스의 압력값에 기초하여 구동 제어되는 제1 모터를 더 구비하고,
상기 제2 압축기는, 상기 제1 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method of claim 4,
Further comprising a first motor driven by electric power from the outside and driven and controlled based on a pressure value of the raw material gas introduced into the liquefier,
And the second compressor is driven by the first motor.
상기 제2 압축기와 상기 액화 장치의 사이에 배치되고, 상기 원료 가스를 냉각하는 제2 냉각기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method of claim 4,
Further comprising a second cooler disposed between the second compressor and the liquefier to cool the raw material gas.
상기 제1 팽창기에서 발생한 동력을 전력으로 변환하는 발전 장치와,
상기 제1 압축기를 구동하는 제2 모터를 더 구비하고,
상기 제2 모터는, 상기 발전 장치로부터의 전력을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
A power generator for converting the power generated by the first inflator to electric power;
Further comprising a second motor for driving said first compressor,
And the second motor is driven using electric power from the power generation device.
상기 제1 팽창기와 상기 제1 압축기를 기계적으로 연결하며, 외부로부터의 전력 공급을 받는 제2 모터를 더 구비하고,
상기 제1 압축기는, 상기 제1 팽창기에서 발생한 동력과 상기 제2 모터의 동력을 이용함으로써 상기 원료 가스를 압축하는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a second motor mechanically connecting the first inflator and the first compressor and receiving power from the outside,
Wherein the first compressor compresses the raw material gas by using the power generated by the first inflator and the power of the second motor.
상기 제1 압축기에는, 상기 증류 장치에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스가 직접 도입되고,
상기 제1 압축기에서 압축된 상기 원료 가스가 상기 액화 장치를 통해 도입되는 제1 기액 분리조를 구비하고,
상기 제1 기액 분리조에서 분리된 상기 원료 가스의 기상 성분은 상기 액화 장치에 다시 도입되는 반면, 상기 원료 가스의 액상 성분은 상기 증류 장치로 환류되는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
The raw material gas in which the heavy component is reduced or removed is directly introduced into the first compressor,
And a first gas-liquid separation tank in which the raw material gas compressed in the first compressor is introduced through the liquefaction device,
Wherein the gaseous component of the raw material gas separated in the first gas-liquid separation tank is introduced into the liquefier, while the liquid component of the raw material gas is refluxed into the distillation apparatus.
상기 제1 압축기와 상기 제1 기액 분리조의 사이에 배치되고, 상기 원료 가스를 냉각하는 제2 냉각기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method of claim 9,
Further comprising a second cooler disposed between the first compressor and the first gas-liquid separation tank for cooling the raw material gas.
상기 제1 팽창기와 상기 증류 장치의 사이에 배치되고, 상기 원료 가스를 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제2 팽창기와,
상기 증류 장치와 상기 제1 압축기의 사이에 배치되고, 제2 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에 의해 증류된 상기 원료 가스를 압축하는 제3 압축기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
A second inflator disposed between the first inflator and the distillation unit and generating power by inflating the raw material gas;
Further comprising a third compressor disposed between the distillation apparatus and the first compressor for compressing the source gas distilled by the distillation apparatus by using the power generated by the second inflator, ≪ / RTI >
상기 제1 팽창기와 병렬로 배치되고, 상기 원료 가스를 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제2 팽창기와,
상기 증류 장치와 상기 제1 압축기의 사이에 배치되고, 제2 팽창기에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 장치에 의해 증류된 상기 원료 가스를 압축하는 제3 압축기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
A second inflator disposed in parallel with the first inflator and generating power by inflating the raw material gas;
Further comprising a third compressor disposed between the distillation apparatus and the first compressor for compressing the source gas distilled by the distillation apparatus by using the power generated by the second inflator, ≪ / RTI >
상기 액화 장치는 플레이트 휜형 열교환기인 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein said liquefier is a plate fin type heat exchanger.
상기 제1 압축기로 압축된 상기 원료 가스의 압력은 5,171kPaA보다 높은 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the pressure of the raw material gas compressed by the first compressor is higher than 5,171 kPaA.
상기 제2 압축기로 압축된 상기 원료 가스의 압력은 5,171kPaA보다 높은 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to claim 4 or 5,
And the pressure of the raw material gas compressed by the second compressor is higher than 5,171 kPaA.
상기 증류 장치로부터의 탑정 유출물이 도입되는 제1 기액 분리조와,
상기 증류 장치와 상기 제1 기액 분리조의 사이에 배치되고, 상기 증류 장치로부터의 상기 탑정 유출물을 냉각하는 제3 냉각기를 더 구비하며,
상기 제1 압축기는, 상기 제1 기액 분리조에서 분리된 상기 원료 가스의 기상 성분을 압축하는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.The method according to any one of claims 1, 2, and 4 to 8,
A first gas-liquid separation tank into which an overhead effluent from the distillation apparatus is introduced,
Further comprising a third cooler disposed between the distillation apparatus and the first gas-liquid separation tank for cooling the overflow effluent from the distillation apparatus,
Wherein the first compressor compresses a vapor phase component of the raw material gas separated in the first gas-liquid separation tank.
상기 제3 냉각기는, 외부의 냉매를 이용하여 상기 증류 장치로부터의 상기 탑정 유출물을 냉각하는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.18. The method of claim 16,
And the third cooler uses the external refrigerant to cool the overhead effluent from the distillation apparatus.
상기 제3 냉각기는, 상기 액화 장치의 일부를 이용하여 상기 증류 장치로부터의 상기 탑정 유출물을 냉각하는 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 시스템.18. The method of claim 16,
And said third cooler uses said part of said liquefier to cool said overhead effluent from said distillation unit.
가압 상태에서 얻어진 천연가스가 원료 가스로서 공급되며, 그 원료 가스 중의 수분을 제거하는 수분 제거 공정과,
상기 수분 제거 공정에 의해 수분이 제거된 원료 가스가 냉각되지 않고 그대로 공급되며, 상기 원료 가스를 팽창시킴으로써 동력을 발생시키는 제1 팽창 공정과,
상기 제1 팽창 공정에서의 팽창에 의해 감압된 상기 원료 가스를 냉각하는 제1 냉각 공정과,
상기 제1 냉각 공정에 의해 냉각된 상기 원료 가스를 증류함으로써, 상기 원료 가스 중의 중질분을 저감 또는 제거하는 증류 공정과,
상기 제1 팽창 공정에서 발생한 동력을 이용함으로써, 상기 증류 공정에서 상기 중질분이 저감 또는 제거된 상기 원료 가스를 압축하는 제1 압축 공정과,
상기 제1 압축 공정에 의해 압축된 상기 원료 가스를 냉매와의 열교환에 의해 액화하는 액화 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 천연가스의 액화 방법.1. A liquefying method of natural gas for cooling a natural gas to produce liquefied natural gas,
A water removing step of supplying natural gas obtained under a pressurized state as a raw material gas and removing moisture in the raw material gas;
A first expansion step of supplying the raw material gas from which moisture has been removed by the water removal step without being cooled and generating the power by expanding the raw material gas;
A first cooling step of cooling the raw material gas decompressed by the expansion in the first expansion step,
A distillation step of distilling or removing heavy material in the raw material gas by distilling the raw material gas cooled by the first cooling step;
A first compression step of compressing the raw material gas in which the heavy matters are reduced or removed in the distillation step by using the power generated in the first expansion step,
And a liquefaction process for liquefying the raw material gas compressed by the first compression process by heat exchange with a refrigerant.
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