KR102034476B1 - Apparatus and process for liquefying natural gas containing nitrogen, and natural gas station including the apparatus for liquefying natural gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 질소를 함유하는 천연가스를 액화시키기 위한 천연가스 액화장치 및 액화방법, 그리고 그러한 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소에 관한 것이다. The present invention relates to a natural gas liquefaction apparatus and a liquefaction method for liquefying natural gas containing nitrogen, and a natural gas filling station comprising such a natural gas liquefaction apparatus.
천연가스의 풍부함은 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)가 지상 운송, 해상 운송, 철도 운송을 포함하는 많은 고마력 산업에서 디젤을 대체하는 것을 가능하게 한다. 이 새로운 패러다임은, 가스가 액화되고 다른 수요처로 운송되는 소규모 LNG 플랜트에 대한 전세계적 관심을 불러 일으켰다. The abundance of natural gas makes it possible for Liquefied Natural Gas (LNG) to replace diesel in many high horsepower industries, including ground transportation, sea transportation and rail transportation. This new paradigm has generated worldwide attention for small LNG plants where gas is liquefied and transported to other demand.
소규모 액화 시스템의 핵심 가치는, 수요가 발생하는 지점에 생산 설비를 배치함으로써, LNG 트럭 운송을 위한 장거리 도로 수송 비용을 절감할 수 있도록 하고, 생산 지점과 수요 지점을 보다 밀접하게 일치시킴으로써 저장 용량과 비용을 줄일 수 있게 한다는 점이다. 또한, 역사적으로 극저온 액화 설비를 제공할 수 없던 작은 시장 세그먼트(segment), 예를 들어, 소규모 수요처의 가스 유틸리티 피크 쉐이빙(peak shaving)을 해결하는 것을 가능하게 한다.The core value of a small liquefaction system is that by placing production facilities at the point where demand arises, it is possible to reduce the cost of long-distance road transport for LNG truck transportation, and by more closely matching production and demand points, It can reduce costs. It also makes it possible to address small market segments that have historically been unable to provide cryogenic liquefaction facilities, for example gas utility peak shaving in small demand.
한편, 파이프라인을 통해 이송되는 천연가스(이하, '파이프라인 천연가스'라 함.)에는 전형적으로 2 mole%의 질소가 함유되어 있고, 높게는 5.5 mole%까지 함유되어 있을 수 있다. 파이프라인 네트워크에 연결되어 있지 않은 한계 천연가스는 10 mole% 이하의 질소를 함유할 수도 있다. On the other hand, natural gas transported through the pipeline (hereinafter referred to as 'pipeline natural gas') typically contains 2 mole% of nitrogen, and may contain up to 5.5 mole%. Limit natural gas not connected to the pipeline network may contain up to 10 mole% nitrogen.
질소 외에 천연가스에 포함되어 있는, 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)과 같은 불순물은 전통적 기술로 쉽게 제거될 수 있다. 반면에 질소는 쉽게 제거되지 않기 때문에, 파이프라인 네트워크에서 질소 함유량이 특정 수준까지는 허용되는 것이다.In addition to nitrogen, impurities such as carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O), which are included in natural gas, can be easily removed by conventional techniques. On the other hand, since nitrogen is not easily removed, the nitrogen content in the pipeline network is allowed to a certain level.
한편, 공지된 실제 활용 가능한 천연가스 액화기술 중에서, 모듈화하여 적용할 수 있는 가장 간단한 두 가지 기술은 1) 예냉 줄-톰슨 사이클(pre-cooled Joule-Thomson cycle)과 2) 폐쇄 브레이튼/클라우드 사이클(closed Brayton/Claude cycle)이라고도 하는 질소 냉매 사이클이다. 이 두 가지 기술은 모두 비교적 간단하고, 견고한(robust) 사이클을 가지지만, 효율성은 높지 않다. On the other hand, of the known and practically available natural gas liquefaction technologies, the two simplest techniques that can be applied modularly are: 1) pre-cooled Joule-Thomson cycle and 2) closed Brayton / cloud cycle. Nitrogen refrigerant cycle, also called (closed Brayton / Claude cycle). Both techniques are relatively simple and have a robust cycle, but the efficiency is not high.
예냉 줄-톰슨 사이클은, 줄-톰슨 밸브를 통한 팽창을 이용하여 부분적으로 액화된 압축 천연가스를 예냉시키는 폐쇄 사이클을 포함하고, 폐쇄 사이클 냉매로서, 예를 들어, 플루오로카본(fluorocarbon)이나 프로판(propane)을 사용한다. The precooled Joule-Thompson cycle includes a closed cycle for pre-cooling the partially liquefied compressed natural gas using expansion through a Joule-Thompson valve, and as a closed cycle refrigerant, for example, fluorocarbon or propane Use propane
질소 냉매 사이클은 압축기, 터보 팽창기 및 열교환기를 사용하는 폐쇄 사이클을 포함하며, 폐쇄 사이클의 작동 유체로서 질소(N2)를 사용한다. 질소 가스는, 천연가스 공급물(natural gas feeds)을 예냉시키는데 사용하기 위해서, 열교환기에서 냉각되고 액화된다. Nitrogen refrigerant cycles include closed cycles using compressors, turboexpanders, and heat exchangers, and use nitrogen (N 2 ) as the working fluid of the closed cycle. Nitrogen gas is cooled and liquefied in a heat exchanger for use in precooling natural gas feeds.
이 두 가지 사이클 외에 이용 가능한 액화 기술들은, 주로 서로 다른 모드로 배치되는 혼합 냉매를 포함하는 등 더 복잡한 사이클을 사용한다. 혼합 냉매의 광범위한 사용에 있어 직면하는 주요 쟁점 중 하나는, 압축 시스템에서 약간의 작동 유체가 누출될 위험이 있다는 점이다. Liquefaction techniques available in addition to these two cycles use more complex cycles, including mixed refrigerants that are primarily arranged in different modes. One of the major issues facing the widespread use of mixed refrigerants is the risk of leaking some working fluid in the compression system.
혼합 냉매 시스템에서 작동 유체, 즉 혼합 냉매는 혼합 냉매를 구성하는 조성물들이 각각 상이한 속도로 누출되어, 혼합 냉매의 조성을 변화시킨다. 혼합 냉매를 유지하는 것은, 결과적으로 조성물이 지속적으로 모니터링되어야 하고, 최적의 조성을 유지하기 위해 특정 화합물을 첨가해야 하므로 중요한 문제가 된다. 또한, 혼합 냉매의 조성물 중에서 더 가벼운 성분은 전형적으로 더 빠른 속도로 누출될 것이며, 이러한 누출은 연속적으로 보상되어야만 한다. In the mixed refrigerant system, the working fluid, that is, the mixed refrigerant, leaks at different rates, respectively, so that the compositions constituting the mixed refrigerant change the composition of the mixed refrigerant. Maintaining the mixed refrigerant is an important issue, as a result of which the composition must be constantly monitored and certain compounds must be added to maintain the optimum composition. In addition, lighter components in the composition of the mixed refrigerant will typically leak at a faster rate, which must be compensated for continuously.
따라서 본 발명은, 질소, 중탄화수소 등 불순물의 존재하에, 효율적으로 천연가스를 액화시키는 자가냉매 액화장치 및 액화방법, 그리고 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소를 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention is to provide a natural gas filling station including a self-cooling liquefaction apparatus and a liquefaction method for liquefying natural gas efficiently in the presence of impurities such as nitrogen and bicarbonate, and a natural gas liquefaction apparatus.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 질소를 함유하는 천연가스를 압축하는 가스 압축기; 상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스를 냉각시키는 열교환부; 상기 열교환부에서 냉각된 천연가스를 팽창시키는 가스 팽창 밸브; 및 상기 천연가스가 가스 팽창 밸브를 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 홀드-업 드럼;을 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 기체 상태의 회수가스를 냉매로 사용하여 압축 천연가스를 냉각시키는 저온부 열교환기;를 포함하며, 상기 저온부 열교환기에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승한 회수가스를 압축하여, 상기 가스 압축기로 공급되는 질소 함유 천연가스 스트림에 합류시키는 회수가스 압축기; 상기 저온부 열교환기에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승한 회수가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스엔진; 및 상기 회수가스의 질소 함유량에 따라 회수가스 중 적어도 일부를 상기 가스엔진으로 공급되도록 제어되는 가스 퍼징 밸브;를 더 포함하는, 질소를 함유하는 천연가스 액화장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a gas compressor for compressing natural gas containing nitrogen; A heat exchanger for cooling the compressed natural gas compressed by the gas compressor; A gas expansion valve for expanding natural gas cooled in the heat exchanger; And a hold-up drum for gas-liquid separation of the gas-liquid mixture generated while the natural gas passes through the gas expansion valve, wherein the heat exchange unit uses the recovered gas in a gaseous state separated from the hold-up drum as a refrigerant. And a low temperature heat exchanger for cooling the compressed natural gas, wherein the low temperature heat exchanger compresses the recovery gas whose temperature rises while cooling the compressed natural gas and joins the nitrogen-containing natural gas stream supplied to the gas compressor. Gas compressors; A gas engine for producing electric power by using the recovered gas whose temperature rises as a fuel while cooling the compressed natural gas in the low temperature part heat exchanger; And a gas purging valve controlled to supply at least a portion of the recovery gas to the gas engine according to the nitrogen content of the recovery gas.
바람직하게는, 상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 액체 상태의 액화천연가스(LNG)를 저장하고 저장된 LNG를 LNG 수요처로 공급하는 LNG 저장탱크;를 더 포함할 수 있다. Preferably, the LNG storage tank for storing the liquefied natural gas (LNG) of the liquid state gas-separated from the hold-up drum and supplying the stored LNG to the LNG demand destination; may further include a.
바람직하게는, 상기 열교환부로 압축 천연가스를 냉각시키기 위한 냉매를 순환시키는 냉매 사이클;을 더 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 냉매 사이클을 순환하는 냉매와 상기 압축 천연가스를 열교환시켜, 상기 압축 천연가스를 예냉시키는 냉매 열교환기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, further comprising a refrigerant cycle for circulating a refrigerant for cooling the compressed natural gas to the heat exchange unit, wherein the heat exchange unit, the compressed natural gas by heat-exchanging the refrigerant circulating the refrigerant cycle and the compressed natural gas It may further include a refrigerant heat exchanger for precooling.
바람직하게는, 상기 열교환부는, 상기 저온부 열교환기에서 열교환 후 온도가 상승하여 배출되는 회수가스의 냉열을 더 회수하여 상기 압축 천연가스를 예냉시키는 고온부 열교환기;를 더 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 고온부 열교환기, 냉매 열교환기 및 저온부 열교환기가 직렬로 순차적으로 배치될 수 있다.Preferably, the heat exchange unit further comprises a high temperature unit heat exchanger for pre-cooling the compressed natural gas by further recovering the cold heat of the recovered gas discharged after the heat exchange in the low temperature unit heat exchanger, wherein the heat exchange unit, The high temperature part heat exchanger, the refrigerant heat exchanger, and the low temperature part heat exchanger may be sequentially arranged in series.
바람직하게는, 상기 냉매 사이클은, 상기 냉매 열교환기로 공급할 냉매를 압축하는 냉매 압축기; 및 상기 냉매 압축기에서 압축된 압축 냉매를 단열팽창시키는 냉매 팽창 밸브;를 포함하며, 상기 냉매 팽창 밸브에 의해 단열팽창된 액체 상태의 냉매가 상기 냉매 열교환기로 공급되고, 상기 냉매 열교환기에서 열교환 후 기화된 냉매는 상기 냉매 압축기로 재순환되는 폐쇄 사이클을 형성할 수 있다.Preferably, the refrigerant cycle, the refrigerant compressor for compressing the refrigerant to be supplied to the refrigerant heat exchanger; And a refrigerant expansion valve for adiabatic expansion of the compressed refrigerant compressed by the refrigerant compressor, wherein the liquid refrigerant adiabatic expanded by the refrigerant expansion valve is supplied to the refrigerant heat exchanger, and vaporized after heat exchange in the refrigerant heat exchanger. The refrigerant may form a closed cycle that is recycled to the refrigerant compressor.
바람직하게는, 상기 가스 압축기, 회수가스 압축기 및 냉매 압축기는, 상기 가스엔진에서 생산된 전력을 사용하여 구동될 수 있다.Preferably, the gas compressor, the recovery gas compressor and the refrigerant compressor may be driven using the electric power produced by the gas engine.
바람직하게는, 상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스를 저장하는 CNG 저장탱크; 상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스가 상기 열교환부로 이송되는 제19 라인으로부터 분기되어 상기 CNG 저장탱크로 연결되는 CNG 공급라인; 및 상기 압축 천연가스 중 적어도 일부가 상기 CNG 공급라인으로 유입되도록 개폐가 조절되는 CNG 공급밸브;를 더 포함하여, LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 생산할 수 있다.Preferably, the CNG storage tank for storing the compressed natural gas compressed in the gas compressor; A CNG supply line branched from a nineteenth line through which the compressed natural gas compressed in the gas compressor is transferred to the heat exchange unit, and connected to the CNG storage tank; And a CNG supply valve configured to control opening and closing so that at least some of the compressed natural gas flows into the CNG supply line.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 증발가스가 상기 가스엔진으로 공급되도록 경로를 제공하는 제50 라인; 및 상기 제50 라인으로부터 분기되어 상기 증발가스가 회수가스 압축기로 공급되도록 경로를 제공하는 증발가스 회수라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the fifty line for providing a path so that the boil-off gas discharged from the LNG storage tank is supplied to the gas engine; And an boil-off gas recovery line branched from the fifty-th line to provide a path for supplying the boil-off gas to a recovery gas compressor.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 천연가스 액화장치; 상기 천연가스 액화장치에서 CNG만 생산하거나, LNG만 생산하거나, CNG와 LNG를 동시에 생산하도록 제어하는 제어부; 상기 천연가스 액화장치에서 생산된 LNG를 천연가스 연료차량으로 공급하는 LNG 충전유닛; 및 상기 천연가스 액화장치에서 생산된 CNG를 천연가스 연료차량으로 공급하는 CNG 충전유닛;을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, a natural gas liquefaction apparatus; A control unit which controls the CNG to produce only CNG, only LNG, or simultaneously produce CNG and LNG; An LNG charging unit for supplying the LNG produced by the natural gas liquefaction apparatus to a natural gas fuel vehicle; And a CNG filling unit for supplying the CNG produced by the natural gas liquefaction apparatus to a natural gas fuel vehicle.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 질소 함유 천연가스를 압축, 냉각 및 팽창시켜 액화천연가스를 생산하고, 상기 천연가스를 냉각시키는 냉각공정은 상기 천연가스를 팽창시키는 팽창공정에서 발생한 회수가스를 냉매로 사용하여 천연가스를 냉각시키며, 상기 냉매로 사용된 후 온도가 상승한 회수가스를 압축하여 상기 압축공정으로 유입되는 질소 함유 천연가스에 합류시키되, 상기 생산되는 액화천연가스의 질소 함량을 유지하기 위하여, 상기 냉매로 사용된 회수가스 중 일부를 퍼징시키고, 상기 퍼징가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는, 질소를 함유하는 천연가스의 액화방법이 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, by compressing, cooling and expanding the nitrogen-containing natural gas to produce liquefied natural gas, the cooling step of cooling the natural gas is the natural gas Natural gas is cooled by using the recovery gas generated in the expansion process to expand as a refrigerant, and the recovery gas whose temperature rises after being used as the refrigerant is compressed to join the nitrogen-containing natural gas introduced into the compression process. In order to maintain the nitrogen content of the liquefied natural gas, a method of liquefying natural gas containing nitrogen, which purges a part of the recovery gas used as the refrigerant and generates electric power using the purge gas as a fuel, is provided.
바람직하게는, 상기 냉각공정은, 냉매 사이클을 순환하는 냉매를 사용하여 천연가스를 예냉시키는 공정을 더 포함할 수 있다.Preferably, the cooling step may further include a step of precooling the natural gas using the refrigerant circulating the refrigerant cycle.
바람직하게는, 상기 냉각공정은, 상기 냉매로 사용된 회수가스의 냉열을 회수하여 상기 천연가스를 예냉시키는 공정을 더 포함할 수 있다.Preferably, the cooling step may further include a step of precooling the natural gas by recovering cold heat of the recovery gas used as the refrigerant.
바람직하게는, 상기 압축된 천연가스 중 적어도 일부를 분기시켜 압축천연가스 형태로 저장하여, 천연가스 수요처에서의 요구에 따라 생산된 액화천연가스 또는 압축천연가스를 각각 또는 동시에 공급할 수 있다.Preferably, at least a portion of the compressed natural gas is branched and stored in the form of compressed natural gas, so that liquefied natural gas or compressed natural gas produced according to the demand of the natural gas demander may be supplied individually or simultaneously.
바람직하게는, 상기 액화천연가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 전력을 생산하는 연료로 공급하거나, 압축 공정으로 재순환시킬 수 있다. Preferably, the liquefied natural gas may be supplied to the fuel for generating electric power by evaporation gas generated by natural vaporization, or may be recycled to the compression process.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 천연가스를 압축하는 가스 압축기; 상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스를 냉각시키는 열교환부; 상기 열교환부에서 냉각된 천연가스를 단열팽창시키는 가스 팽창 밸브; 상기 천연가스가 가스 팽창 밸브를 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 홀드-업 드럼; 상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 액체 상태의 액화천연가스(LNG)를 저장하고 저장된 LNG를 LNG 수요처로 공급하는 LNG 저장탱크; 상기 LNG 중 일부를 슬립시켜 냉매로 사용하여, 상기 가스 압축기로 공급되는 천연가스에 포함된 중탄화수소를 액화시키는 전처리 냉각기; 및 상기 전처리 냉각기로부터 이송된 천연가스 스트림을 기액분리하여 액체 상태의 중탄화수소가 분리된 기체 상태의 천연가스를 상기 가스 압축기로 공급하는 중탄화수소 분리기;를 포함하는, 천연가스 액화장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a gas compressor for compressing natural gas; A heat exchanger for cooling the compressed natural gas compressed by the gas compressor; A gas expansion valve for adiabatic expansion of natural gas cooled in the heat exchange unit; A hold-up drum for gas-liquid separating the gas-liquid mixture produced while the natural gas passes through a gas expansion valve; LNG storage tank for storing the liquid liquefied natural gas (LNG) in the liquid state separated from the hold-up drum and supply the stored LNG to the LNG demand destination; A pre-treatment cooler that slips a portion of the LNG and uses it as a refrigerant to liquefy heavy hydrocarbons contained in natural gas supplied to the gas compressor; And a heavy hydrocarbon separator for gas-liquid separating the natural gas stream transferred from the pretreatment cooler to supply the gaseous natural gas from which the heavy hydrocarbons in the liquid state are separated to the gas compressor.
바람직하게는, 상기 열교환부는, 상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 기체 상태의 회수가스를 냉매로 사용하여 압축 천연가스를 냉각시키는 저온부 열교환기;를 포함하며, 상기 저온부 열교환기에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승한 회수가스를 압축하여, 상기 중탄화수소 분리기로부터 가스 압축기로 공급되는 천연가스 스트림에 합류시키는 회수가스 압축기; 및 상기 저온부 열교환기에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승한 회수가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스엔진;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the heat exchange unit, a low-temperature heat exchanger for cooling the compressed natural gas using the recovered gas in the gas state separated from the hold-up drum as a refrigerant; comprises a compressed natural gas in the low-temperature heat exchanger A recovery gas compressor for compressing the recovery gas whose temperature has risen while cooling, and joining the natural gas stream supplied from the bihydrocarbon separator to the gas compressor; And a gas engine for producing electric power by using the recovery gas whose temperature has risen while cooling the compressed natural gas in the low temperature part heat exchanger as a fuel.
바람직하게는, 상기 LNG의 질소 함량을 유지하기 위하여, 상기 저온부 열교환기에서 냉매로 사용된 회수가스를 상기 가스엔진으로 공급하도록 유로를 제어하는 가스 퍼징밸브;를 더 포함할 수 있다.Preferably, in order to maintain the nitrogen content of the LNG, the gas purging valve for controlling the flow path to supply the recovery gas used as the refrigerant in the low-temperature heat exchanger to the gas engine; may further include a.
바람직하게는, 상기 열교환부는, 상기 열교환부로 압축 천연가스를 냉각시키기 위한 냉매를 순환시키는 냉매 사이클;을 더 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 냉매 사이클을 순환하는 냉매와 상기 압축 천연가스를 열교환시켜, 상기 압축 천연가스를 예냉시키는 냉매 열교환기; 및 상기 냉매 열교환기에서 열교환에 의해 기화된 냉매를 압축시켜 재순환시키는 냉매 압축기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the heat exchange unit further comprises a refrigerant cycle for circulating a refrigerant for cooling the compressed natural gas to the heat exchange unit, wherein the heat exchange unit heat exchanges the refrigerant circulating the refrigerant cycle with the compressed natural gas, A refrigerant heat exchanger for precooling the compressed natural gas; And a refrigerant compressor for compressing and recirculating the refrigerant vaporized by heat exchange in the refrigerant heat exchanger.
바람직학는, 상기 저온부 열교환기에서 열교환 후 온도가 상승하여 배출되는 회수가스의 냉열을 더 회수하여 상기 압축 천연가스를 예냉시키는 고온부 열교환기;를 더 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 고온부 열교환기, 냉매 열교환기 및 저온부 열교환기가 직렬로 순차적으로 배치될 수 있다. Preferably, the low temperature heat exchanger further comprises a high temperature heat exchanger for pre-cooling the compressed natural gas by further recovering the cold heat of the recovered gas discharged after the heat exchange after the heat exchange, wherein the heat exchange unit, the high temperature heat exchanger, refrigerant The heat exchanger and the cold side heat exchanger may be arranged sequentially in series.
바람직하게는, 상기 전처리 냉각기에서 천연가스에 포함된 중탄화수소를 액화시키면서 온도가 상승한 LNG를 상기 가스엔진으로 공급되는 회수가스 스트림에 합류시킬 수 있다. Preferably, in the pre-treatment cooler, LNG having an elevated temperature may be joined to a recovery gas stream supplied to the gas engine while liquefying heavy hydrocarbons contained in natural gas.
바람직하게는, 상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스를 저장하는 CNG 저장탱크; 상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스가 상기 열교환부로 이송되는 제19 라인으로부터 분기되어 상기 CNG 저장탱크로 연결되는 CNG 공급라인; 및 상기 압축 천연가스 중 적어도 일부가 상기 CNG 공급라인으로 유입되도록 개폐가 조절되는 CNG 공급밸브;를 더 포함하여, LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 생산할 수 있다.Preferably, the CNG storage tank for storing the compressed natural gas compressed in the gas compressor; A CNG supply line branched from a nineteenth line through which the compressed natural gas compressed in the gas compressor is transferred to the heat exchange unit, and connected to the CNG storage tank; And a CNG supply valve configured to control opening and closing so that at least some of the compressed natural gas flows into the CNG supply line.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 증발가스가 상기 가스엔진으로 공급되도록 경로를 제공하는 제50 라인; 및 상기 제50 라인으로부터 분기되어 상기 증발가스가 회수가스 압축기로 공급되도록 경로를 제공하는 증발가스 회수라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the fifty line for providing a path so that the boil-off gas discharged from the LNG storage tank is supplied to the gas engine; And an boil-off gas recovery line branched from the fifty-th line to provide a path for supplying the boil-off gas to a recovery gas compressor.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 천연가스 액화장치; 상기 천연가스 액화장치에서 CNG만 생산하거나, LNG만 생산하거나, CNG와 LNG를 동시에 생산하도록 제어하는 제어부; 상기 천연가스 액화장치에서 생산된 LNG를 천연가스 연료차량으로 공급하는 LNG 충전유닛; 및 상기 천연가스 액화장치에서 생산된 CNG를 천연가스 연료차량으로 공급하는 CNG 충전유닛;을 포함하는, 천연가스 충전소가 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, a natural gas liquefaction apparatus; A control unit which controls the CNG to produce only CNG, only LNG, or simultaneously produce CNG and LNG; An LNG charging unit for supplying the LNG produced by the natural gas liquefaction apparatus to a natural gas fuel vehicle; And a CNG filling unit for supplying the CNG produced by the natural gas liquefaction apparatus to a natural gas fuel vehicle.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 천연가스를 압축, 냉각 및 팽창시켜 액화천연가스를 생산하되, 상기 천연가스를 압축시키기 전에, 상기 생산된 액화천연가스의 일부를 슬립시킨 슬립스트림을 냉매로 사용하여 상기 압축공정으로 도입되는 천연가스에 포함된 중탄화수소 성분을 액화시키는, 천연가스 액화방법이 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, while producing a liquefied natural gas by compressing, cooling and expanding the natural gas, before compressing the natural gas, There is provided a natural gas liquefaction method in which a part of the slip stream which has been slipped is used as a refrigerant to liquefy heavy hydrocarbon components contained in the natural gas introduced into the compression process.
바람직하게는, 상기 냉각공정은 상기 팽창공정에서 발생한 회수가스를 냉매로 사용하여 천연가스를 냉각시키며, 상기 냉매로 사용된 회수가스를 압축하여, 상기 중탄화수소가 제거된 후 압축공정으로 유입되는 천연가스에 합류시키되, 상기 생산되는 액화천연가스의 질소 함량을 유지하기 위하여, 상기 냉매로 사용된 회수가스 중 일부를 퍼징시키고, 상기 퍼징가스를 연료로 사용하여 전력을 생산할 수 있다.Preferably, the cooling step is to cool the natural gas using the recovery gas generated in the expansion process as a refrigerant, compressing the recovery gas used as the refrigerant, the natural hydrocarbon which is introduced into the compression process after the heavy hydrocarbon is removed In order to join the gas, in order to maintain the nitrogen content of the liquefied natural gas produced, a part of the recovery gas used as the refrigerant may be purged, and the purge gas may be used as fuel to generate electric power.
바람직하게는, 상기 냉각공정은, 냉매 사이클을 순환하는 냉매를 사용하여 천연가스를 예냉시키는 공정과, 상기 냉매로 사용된 회수가스의 냉열을 회수하여 상기 천연가스를 예냉시키는 공정을 더 포함할 수 있다.Preferably, the cooling step may further include a step of precooling the natural gas using a refrigerant circulating a refrigerant cycle, and a step of precooling the natural gas by recovering cold heat of the recovery gas used as the refrigerant. have.
바람직하게는, 상기 압축된 천연가스 중 적어도 일부를 분기시켜 압축천연가스 형태로 저장하여, 천연가스 수요처에서의 요구에 따라 생산된 액화천연가스 또는 압축천연가스를 각각 또는 동시에 공급할 수 있다.Preferably, at least a portion of the compressed natural gas is branched and stored in the form of compressed natural gas, so that liquefied natural gas or compressed natural gas produced according to the demand of the natural gas demander may be supplied individually or simultaneously.
바람직하게는, 상기 액화천연가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 전력을 생산하는 연료로 공급하거나, 압축 공정으로 재순환시킬 수 있다. Preferably, the liquefied natural gas may be supplied to the fuel for generating electric power by evaporation gas generated by natural vaporization, or may be recycled to the compression process.
본 발명의 질소를 함유하는 천연가스 액화장치 및 액화방법에 따르면, 액화천연가스를 팽창시키는 과정에서 발생하는 회수가스 중 일부를 배출시켜 연료로 사용하므로, 회수가스에 누적되는 질소의 양을 조절할 수 있어, 질소가 누적됨에 따른 공정의 효율 저하 문제를 추가 장치 없이 해결할 수 있다. According to the natural gas liquefaction apparatus and liquefaction method containing nitrogen of the present invention, since some of the recovered gas generated in the process of expanding the liquefied natural gas is discharged and used as fuel, it is possible to control the amount of nitrogen accumulated in the recovered gas Therefore, the problem of efficiency reduction of the process due to the accumulation of nitrogen can be solved without additional equipment.
또한, 회수가스를, 천연가스를 액화시키는 냉매로 사용함으로써, 비용을 절감할 수 있으며, 운전이 용이하다.In addition, by using the recovery gas as a refrigerant for liquefying natural gas, the cost can be reduced and the operation is easy.
또한, 질소의 양을 조절하기 위하여 버려지는 회수가스를 연료로 사용하여 추가 전력을 생산하므로, 자체적으로 전력공급이 가능하다.In addition, since the recovered gas is used as a fuel to control the amount of nitrogen to produce additional power, it is possible to supply power by itself.
또한, 피드가스에 중탄화수소가 포함되어 있는 경우, 생산된 액화천연가스를 이용하여 중탄화수소를 응축시켜 처리함으로써, 액화천연가스의 생산 과정에서 중탄화수소가 결빙되는 문제를 방지할 수 있다.In addition, in the case where the feed gas contains heavy hydrocarbons, by condensing the heavy hydrocarbons using the produced liquefied natural gas, it is possible to prevent the problem of heavy hydrocarbons freezing during the production of liquefied natural gas.
또한, 중탄화수소를 제거하여 생산되는 액화천연가스의 발열량을 수요처의 요구 조건에 맞출 수 있으므로, 액화천연가스의 공급의 신뢰도를 확보할 수 있다.In addition, the calorific value of the liquefied natural gas produced by removing heavy hydrocarbons can be matched to the requirements of the demand destination, thereby ensuring the reliability of the supply of the liquefied natural gas.
또한, LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 생산할 수 있어, LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 천연가스 연료 수요처에 공급할 수 있다.In addition, LNG and CNG can be produced separately or simultaneously, so that LNG and CNG can be supplied to natural gas fuel sources, respectively or simultaneously.
본 발명의 다양한 다른 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면들을 참고할 때 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 천연가스 액화장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 천연가스 액화장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 천연가스 액화장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소를 간략하게 도시한 구성도이다. Various other objects, features and effects of the present invention will be better understood with reference to the accompanying drawings.
1 is a configuration diagram schematically showing a natural gas liquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a natural gas liquefaction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram schematically showing a natural gas liquefaction apparatus according to a third embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a natural gas liquefaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view illustrating a natural gas filling station including the natural gas liquefaction apparatus illustrated in FIGS. 3 and 4.
본 발명의 실시예에 대해 후술하는 상세한 설명은, 본 발명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 구현예를 예시적으로 도시한 첨부 도면을 참조한다. 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 이들 예시적인 구현예가 충분히 상세하게 설명되었지만, 다른 구현예가 실현될 수 있고 본 발명의 다양한 변경이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION The following detailed description of embodiments of the invention refers to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which is shown by way of illustration an exemplary embodiment in which the invention may be practiced. While these exemplary embodiments have been described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention, it should be understood that other embodiments may be realized and that various changes in the invention may be made without departing from the spirit and scope of the invention. .
따라서, 본 발명의 구현예에 대한 후술하는 상세한 설명은 청구된 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 특징 및 특성을 설명하고, 본 발명의 최상의 작동 모드를 설명하며, 충분히 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예시일뿐 한정하는 것은 아니다. Accordingly, the following detailed description of embodiments of the invention does not limit the scope of the invention as claimed, but rather describes the features and characteristics of the invention, describes the best mode of operation of the invention, and is fully skilled in the art. Is just an example for enabling the present invention, but not for limitation.
따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 규정된다.Accordingly, the scope of the invention is defined only by the appended claims.
또한, 하기 본 발명의 상세한 설명 및 예시적인 구현예는 첨부된 도면을 참조하면 가장 잘 이해될 것이며, 본 발명의 구성 요소 및 특징부는 전체적으로 숫자로 표시된다.In addition, the following detailed description and exemplary embodiments of the present invention will be best understood with reference to the accompanying drawings, wherein the components and features of the present invention are represented entirely by numbers.
단수 형태는 문맥이 분명히 다르게 지시하지 않는 한, 복수 인용을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "가스"에 대한 언급은 상기 물질 중 하나 이상에 대한 언급을 포함하며, "전환"에 대한 언급은 하나 이상의 상기 단계들을 지칭한다. 또한, 다르게 명시하지 않는 한, 단계들은 순차적으로 및/또는 병렬로 수행될 수 있으며, 공통의 용기 또는 별도의 용기에서 수행될 수 있다.Singular forms include plural references unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to "gas" includes reference to one or more of the above materials, and reference to "conversion" refers to one or more of the above steps. In addition, unless otherwise specified, the steps may be performed sequentially and / or in parallel, and may be performed in a common vessel or separate vessels.
확인된 특징 또는 환경과 관련하여 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "실질적으로"는 확인된 특징 또는 환경을 측정할 수 없을 정도로 격하시키지 않도록 충분히 작은 편차 정도를 지칭한다. 허용되는 편차의 정확한 정도는 특정 경우에 따라 다를 수 있다.As used herein in connection with a identified feature or environment, “substantially” refers to a degree of deviation that is small enough so as not to degrade the identified feature or environment unmeasurably. The exact amount of deviation allowed may vary depending on the particular case.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 천연가스 액화장치 및 액화방법, 그리고 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소를 설명하기로 한다. Hereinafter, a natural gas filling station including a natural gas liquefaction apparatus and a liquefaction method, and a natural gas liquefaction apparatus according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
후술하는 본 발명의 일 실시예들은, 질소 및/또는 중탄화수소를 포함하는 천연가스 공급물(공급가스(feed gas))로부터 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)를 생산하기 위한 통합 자율 모드 공정에 관한 것으로, 천연가스 공급물을 가압하고 냉각시킨 후 팽창시키고, 이때 발생하는 저온의 회수가스를 천연가스 공급물을 냉각시키기 위한 냉열 매체로 사용하는 폐루프로 구성되는 액화공정이다. One embodiment of the present invention described below is an integrated autonomous mode process for producing Liquefied Natural Gas (LNG) from a natural gas feed (feed gas) comprising nitrogen and / or heavy hydrocarbons. The present invention relates to a liquefaction process consisting of a closed loop in which a natural gas feed is pressurized, cooled, and then expanded, and the low temperature recovered gas generated as a cooling medium for cooling the natural gas feed is generated.
후술하는 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정은, 통합된 과냉각 시스템과 함께 줄-톰슨 팽창 시스템을 포함하는 본 실시예의 액화장치 유닛에 의해 수행될 수 있다. 또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예들에서, 회수가스가 일정 수준의 질소 함유량을 유지하도록 하기 위해서 배출되는 퍼지가스는, 압축 공정에 필요한 전력을 제공하는 발전기가 결합된 스파크 또는 압축 점화 엔진으로 공급될 수 있다. The process according to one embodiment of the invention described below can be carried out by the liquefier unit of this embodiment comprising a Joule-Thomson expansion system with an integrated subcooling system. In addition, in one embodiment of the present invention to be described later, the purge gas discharged in order to maintain the nitrogen content of the recovered gas is a spark or compression ignition engine combined with a generator that provides the power required for the compression process Can be supplied.
또한, 본 실시예들의 액화공정으로 유입되는, 천연가스 공급물은, 극저온에서 잠재적으로 동결될 수 있는 임의의 불순물을 제거하기 위하여 전처리된 것일 수 있다. 예를 들어, 전처리되는 불순물은 주로 이산화탄소와 물로 구성된다. In addition, the natural gas feed, introduced into the liquefaction process of the present embodiments, may be pretreated to remove any impurities that can potentially be frozen at cryogenic temperatures. For example, the impurities to be pretreated consist mainly of carbon dioxide and water.
또한, 도 1 내지 도 3을 참조하여 후술하는 본 발명의 일 실시예들을 설명하는데 있어서, 도 1 내지 도 3의 각 배관 라인 상에 부여된 스트림 넘버는, 그 라인 자체를 칭하기도 하고, 그 라인을 따라 유동하는 유체 스트림을 칭할 수도 있다. In addition, in describing the embodiments of the present invention described below with reference to FIGS. 1 to 3, the stream number given on each piping line of FIGS. 1 to 3 may refer to the line itself, and the line It may also refer to a fluid stream flowing along.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질소를 함유하는 천연가스 액화장치는, 액화시킬 천연가스를 압축하는 가스 압축기(15, 17); 가스 압축기(15, 17)에 의해 압축된 압축 천연가스를 열교환에 의해 냉각 및 액화시키는 열교환부(20, 21, 23); 열교환부(20, 21, 23)를 통과하면서 액화된 액화천연가스를 팽창시켜 과냉각시키는 가스 팽창 밸브(25); 및 가스 팽창 밸브(25)에 의해 팽창되면서 생성된 기액 혼합물을 기액분리하는 홀드-업 드럼(27);을 포함한다. 홀드-업 드럼(27)로부터 배출되는 액체 상, 즉 액화천연가스(LNG)는 LNG 저장탱크(29)에 저장되고, LNG 저장탱크(29)로부터 LNG 수요처로 이송될 수 있다. First, referring to FIG. 1, a natural gas liquefaction apparatus containing nitrogen according to a first embodiment of the present invention includes:
또한, 가스 압축기(15, 17)의 전단에는, 가스 압축기(15, 17)로 공급되는 피드가스에 비말동반된 액적(liquid droplets)으로부터 가스 압축기(15, 17) 헤드를 보호하기 위하여, 임의의 응축을 포획하는 가스 압축기 석션드럼(13);이 설치될 수 있다. Also, at the front end of the
본 실시예의 가스 압축기(15, 17)는 제1 가스 압축단(15)와 제2 가스 압축단(17)을 포함하는 2단 압축기일 수 있다. The gas compressors 15 and 17 of the present embodiment may be a two stage compressor including a first
제1 가스 압축단(15)의 배출부와 제2 가스 압축단(17)의 도입부를 연결하는 배관 라인 상에는, 제1 가스 압축단(15)에 의해 압축되면서 온도가 상승한 가스 스트림을 제2 가스 압축단(17)의 도입 온도까지 냉각시키는 가스 압축기 인터쿨러(16);가 설치될 수 있다. On the piping line connecting the outlet of the first
또한, 제2 가스 압축단(17)의 배출부와 열교환부(20, 21, 23)를 연결하는 제19 라인(19) 상에는, 제2 가스 압축단(17)에 의해 압축되면서 온도가 상승한 가스 스트림을 냉각시키는 가스 압축기 애프터쿨러(18);가 설치될 수 있다. In addition, on the
본 실시예의 열교환부(20, 21, 23)는, 후술하는 회수가스와, 제19 라인(19)을 통해 열교환부(20, 21, 23)로 유입되는 압축 천연가스를 열교환시켜 압축 천연가스를 냉각시키는 고온부 열교환기(20); 및 후술하는 냉매 사이클을 순환하는 냉매와 압축 천연가스를 열교환시켜 압축 천연가스를 냉각시키는 냉매 열교환기(21); 및 후술하는 회수가스와 압축 천연가스를 열교환시켜 압축 천연가스를 냉각시키는 저온부 열교환기(23);를 포함할 수 있다.The
본 명세서에서 '냉각'이라는 용어는 열교환에 의해 유체의 온도가 낮아지는 것을 의미함은 물론이고, 유체의 온도가 낮아지면서 상변화가 동반되는, 즉, 기체가 액체로 상변화되는 것을 포함할 수 있다. As used herein, the term 'cooling' may mean that the temperature of the fluid is lowered by heat exchange, as well as may be accompanied by a phase change as the temperature of the fluid decreases, that is, the gas is changed into a liquid. have.
본 실시예의 열교환부는, 고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)가 순차적으로 직렬로 배치될 수 있다. 즉, 가스 압축기(15, 17)에 의해 압축되어 열교환부로 유입되는 압축 천연가스는 고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)를 순차적으로 통과하면서 열교환에 의해 액화될 수 있다. In the heat exchange part of the present embodiment, the high temperature
또한, 본 명세서에서 '액화'라는 용어는 기체 상태의 천연가스가 액체 상태의 액화천연가스로 상변화하는 것을 의미할 뿐 아니라, 가스 압축기(15, 17)에 의해 임계 압력 이상으로 압축된 초임계 상태의 천연가스가 냉열을 얻어 액체 상태의 액화천연가스가 되는 것을 포함하는 개념일 수 있다. In addition, the term 'liquefied' herein means not only the phase change of gaseous natural gas into liquid liquefied natural gas, but also the supercritical pressure compressed above the critical pressure by the
고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)에서 열교환에 의해 액화된 천연가스는 가스 팽창 밸브(25)에 의해 감압된다. The natural gas liquefied by heat exchange in the hot
가스 팽창 밸브(25)는 줄-톰슨 밸브일 수 있으며, 액화천연가스는 줄-톰슨 밸브에 의해 단열팽창되면서 과냉각될 수 있다. 이 과정에서 액화천연가스 중 일부가 플래시되어 플래시 가스가 생성되는 등 기액혼합물이 생성될 수 있다.The
홀드-업 드럼(27)에서는, 가스 팽창 밸브(25)로부터 배출되는 기액혼합물을 기액분리시키고, 분리된 액체 상태의 LNG는 제28 라인(28)을 통해 LNG 저장탱크(29)로 유입되어 저장되고, 분리된 기체 상태의 회수가스는, 열교환부(23, 20)로 유입되어 압축 천연가스를 냉각시키는 냉매로서 사용된다. In the hold-
냉매로서 사용된 후 열교환부(23, 20)로부터 제42 라인(42)을 따라 배출되는 회수가스는, 제43 라인(43)을 따라 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되는 천연가스 공급물, 즉 피드가스 스트림(10)에 합류될 수 있고, 일부는 제44 라인(44)을 따라 가스 엔진(52)의 연료로서 공급될 수 있다. The recovered gas, which is used as the refrigerant and is discharged along the
본 실시예에 따르면, 본 실시예에 따라 생산되는 LNG의 질소 함량을 조절하기 위하여, 회수가스가 피드가스 스트림(10)으로 합류되거나 가스 엔진(52)의 연료로서 공급되도록 유로를 변경하는 가스 퍼징 밸브(49); 및 발전기가 연결되고, 천연가스를 연료로 사용하는 가스 엔진(52);을 더 포함할 수 있다. According to this embodiment, in order to adjust the nitrogen content of the LNG produced according to this embodiment, gas purging to change the flow path such that the recovery gas is merged into the
본 실시예의 가스 엔진(52)은, 스파크 또는 압축 점화 방식의 엔진일 수 있다. 또한, 회수가스와 LNG가 자연기화하여 발생한 증발가스 등을 연료로서 사용할 수 있다. The
또한, LNG 저장탱크(29)는 단열처리되어 있을 수 있지만, 극저온의 LNG는 작은 외부 요인으로도 쉽게 증발될 수 있으므로, LNG가 자연기화하여 증발가스가 생성된다. 본 실시예의 LNG 저장탱크(29)에서 자연기화된 증발가스는 가스 엔진(52)의 연료로 공급될 수 있고, 가스 엔진(52)은 증발가스와 회수가스를 연료로 사용하여 전력을 생산할 수 있다. In addition, although the
또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, LNG 저장탱크(29)에서 생성된 증발가스는, 후술하는 회수가스 압축기(45, 47)로 유입되는 회수가스 흐름에 합류시켜 회수할 수도 있다. In addition, although not shown in the figure, the boil-off gas generated in the
또한, 본 실시예에 따르면, 열교환부(23, 20)의 냉매로 사용된 후 회수되는 천연가스를 압축하는 회수가스 압축기(45, 47);를 더 포함할 수 있다. In addition, according to the present embodiment, the recovery gas compressor (45, 47) for compressing the natural gas recovered after being used as the refrigerant of the heat exchange unit (23, 20); may further include.
본 실시예의 회수가스 압축기(45, 47)는 제1 회수가스 압축단(45)과 제2 회수가스 압축단(47)을 포함하는 2단 압축기일 수 있다. The
제1 회수가스 압축단(45)의 배출부와 제2 회수가스 압축단(47)의 도입부를 연결하는 배관 라인 상에는, 제1 회수가스 압축단(45)에 의해 압축되면서 온도가 상승한 회수가스 스트림을 제2 회수가스 압축단(47)의 도입 온도까지 냉각시키는 회수가스 압축기 인터쿨러(46);가 설치될 수 있다. On the piping line connecting the discharge part of the first recovery
또한, 제2 회수가스 압축단(47)의 배출부로부터, 피드가스가 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되는 유로인 제10 라인(10)으로 합류되는, 제11 라인(11) 상에는, 제2 회수가스 압축단(47)에 의해 압축되면서 온도가 상승한 회수가스 스트림을 냉각시키는 회수가스 압축기 애프터쿨러(48);가 설치될 수 있다.In addition, on the
본 실시예의 냉매 사이클은, 상술한 냉매 열교환기(21)에서 압축 천연가스로 냉열을 공급하는 냉매가 순환 유동하는 배관라인으로 구성되며, 배관라인 상에는, 냉매를 압축하는 냉매 압축기(62, 64); 및 냉매 압축기(62, 64)로 유입되는 냉매에 포함된 액적 등 액체 성분을 제거하는 냉매 압축기 석션드럼(60); 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 저장하는 써지드럼(67); 및 써지드럼(67)으로부터 냉매 열교환기(21)로 공급되는 저온의 냉매를 단열팽창에 의해 과냉각시키는 냉매 팽창 밸브(71);를 포함할 수 있다. The refrigerant cycle of the present embodiment includes a piping line through which a refrigerant for supplying cold heat to the compressed natural gas is circulated in the
냉매 압축기(62, 64)는, 제1 냉매 압축단(62)과 제2 냉매 압축단(64)을 포함하는 2단 압축기일 수 있다. The
제1 냉매 압축단(62)의 배출부와 제2 냉매 압축단(64)의 도입부를 연결하는 배관 라인 상에는, 제1 냉매 압축단(62)에 의해 압축되면서 온도가 상승한 냉매 스트림을 제2 냉매 압축단(64)의 도입 온도까지 냉각시키는 냉매 압축기 인터쿨러(63);가 설치될 수 있다. On the piping line connecting the discharge portion of the first
또한, 제2 냉매 압축단(64)의 배출부와 써지드럼(67)을 연결하는 제66 라인(66) 상에는, 제2 냉매 압축단(64)에 의해 압축되면서 온도가 상승한 냉매 스트림을 냉각시키는 냉매 압축기 애프터쿨러(65);가 설치될 수 있다. In addition, on the
써지드럼(67)으로는 사이클을 순환하면서 손실된 냉매를 추가 공급(make-up)해주는 냉매 주입 라인(68)이 연결될 수 있다. The
또한, 본 실시예의 냉매 사이클을 구성하는 배관 라인 상에는, 냉매 사이클을 순환하는 냉매를 배출시키는 냉매 퍼징라인(72); 및 냉매 퍼징라인(72)에 설치되는 냉매 퍼징 밸브(73);를 더 포함할 수 있다. In addition, on the piping line constituting the refrigerant cycle of the present embodiment, the
냉매 퍼징라인(72)은, 본 실시예에 따른 천연가스 액화장치 유닛 이외에 냉매를 필요로 하는 냉매 수요처, 예를 들어 본 실시예에 따른 천연가스 액화장치로 유입되는 피드가스 스트림(10)을 전처리하는 전처리 유닛 등으로 냉매를 순환시킬 수 있도록 냉매 수요처와 연결될 수 있다. The
냉매 퍼징 밸브(73)는 도시하지 않은 제어부에 의해 또는 수동으로 냉매 수요처에서의 냉매 수요 발생 여부 또는 그 유량에 따라 개폐 및 개도량이 제어될 수 있다.The
본 실시예에서 냉매 사이클을 순환하는 냉매는, 프로판(propane)일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다. In the present embodiment, the refrigerant circulating through the refrigerant cycle may be propane. However, it is not limited thereto.
다음으로, 상술한 본 실시예에 따른 질소를 함유하는 천연가스 액화장치의 작동 방법을 설명하기로 한다. Next, a method of operating the natural gas liquefaction apparatus containing nitrogen according to the present embodiment will be described.
먼저, 이산화탄소(CO2) 등 질소를 제외한 불순물 제거 공정 등을 통해 전처리된 질소 함유 천연가스가 제10 라인(10)을 따라 액화유닛으로 유입된다. First, the nitrogen-containing natural gas pretreated through an impurity removal process except for nitrogen such as carbon dioxide (CO 2 ) is introduced into the liquefaction unit along the
액화유닛으로 유입된 천연가스(피드가스 스트림)는, 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되는데, 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되기 전에, 열교환부(20, 23)에서 냉매로 사용된 후 제11 라인(11)을 따라 회수되는 회수가스와 혼합될 수 있다. 피드가스와 회수가스의 혼합 스트림은 제12 라인(12)을 따라 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입된다. 가스 압축기 석션드럼(13)에서는 비말동반된 액적으로부터 압축기 헤드를 보호하기 위해 임의의 응축물이 포획된다.The natural gas (feed gas stream) introduced into the liquefaction unit is introduced into the gas
가스 압축기 석션드럼(13)에서 응축물 등 액체 성분이 제거되고, 제14 라인(14)을 따라 가스 압축기 석션드럼(13)으로부터 배출되는 건조 천연가스는 천연가스 압축 시스템, 즉 가스 압축기(15, 17)로 유입된다. 가스 압축기(15, 17)에서 건조 천연가스는, 240 내지 260 barg, 또는 245 내지 255 barg, 또는 약 249 barg까지 압축될 수 있다. Liquid components such as condensate are removed from the gas
먼저, 건조 천연가스는 가스 압축기의 제1 가스 압축단(15, first stage)으로 들어가고, 제1 가스 압축단(15)에서 약 96 barg로 압축될 수 있다. First, the dry natural gas may enter the first
그런 다음 압축된 천연가스는, 원격 위치에서도 모듈의 작동이 가능한 공냉식 열교환기를 포함하는 가스 압축기 인터쿨러(16)에서 약 55℃로 냉각된다.The compressed natural gas is then cooled to about 55 ° C. in a
이어서, 냉각된 압축 천연가스는 가스 압축기의 제2 가스 압축단(17, second stage)으로 들어가고, 제2 가스 압축단(17)에서 약 250 barg로 압축된다. 이 시점에서, 천연가스는 초임계 또는 고밀도 상에 있을 수 있다.The cooled compressed natural gas then enters a second
그 후, 압축 천연가스는 또한 공냉식 열교환기를 포함하는 가스 압축기 애프터쿨러(18)에서 약 55℃로 냉각된다.The compressed natural gas is then cooled to about 55 ° C. in a
도면에 도시되어 있지는 않지만, 가스 압축기 애프터쿨러(18)에서 냉각된 고압 천연가스는 이어서 일련의 필터를 포함하는 윤활유 제거 시스템(미도시)에 의해, 가스 압축기(15, 17) 실린더로부터 유출된 임의의 윤활유가 제거될 수 있다.Although not shown in the figure, the high pressure natural gas cooled in the
이와 같이 압축 천연가스를 냉각시키기 전에 윤활유를 제거함으로써, 천연가스의 액화과정에서 윤활유가 동결되는 것을 방지하고 극저온용 열교환기 및 기타 구성요소에 누적되는 등의 문제를 잠재적으로 차단할 수 있다. 윤활유 제거 시스템은 고압 천연가스에 혼입된 윤활유의 농도가 적어도 1ppm 이하가 되도록 구성될 수 있다.By removing the lubricating oil before cooling the compressed natural gas as described above, it is possible to prevent the lubricating oil from freezing during the liquefaction process of the natural gas and potentially prevent problems such as accumulation in the cryogenic heat exchanger and other components. The lubricating oil removal system can be configured such that the concentration of lubricating oil incorporated into the high pressure natural gas is at least 1 ppm or less.
대부분의 윤활유가 제거되면, 고압 천연가스는 제19 라인(19)을 따라 열교환부(20, 21, 23)로 유입되어 냉각 및 액화된다. 고압 천연가스는 열교환부에서 일련의 열교환기, 즉, 고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)에 의해 약 -50 내지 -75℃, 또는 약 -55 내지 -70℃, 또는 약 -65℃까지 냉각될 수 있다. When most of the lubricating oil is removed, the high pressure natural gas is introduced into the
가스 압축기(15, 17)에서 압축된 고압 천연가스는, 먼저, 고온부 열교환기(20)로 유입되고, 회수가스와의 열교환에 의해 약 22℃로 냉각된다. The high pressure natural gas compressed by the
고온부 열교환기(20)로 공급되는 저온의 회수가스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 저온부 열교환기(23)에서 열교환 후 온도가 상승하여 제41 라인(41)을 따라 배출되는 회수가스일 수 있다. As illustrated in FIG. 1, the low temperature recovery gas supplied to the high temperature
즉, 본 실시예에서 홀드-업 드럼(27)으로부터 배출되는 회수가스는 저온부 열교환기(23)에서 열교환한 후 고온부 열교환기(21)로 공급될 수 있다. That is, in this embodiment, the recovery gas discharged from the hold-
고온부 열교환기(20)에서 열교환에 의해 냉각된 고압 천연가스는 냉매 열교환기(21)로 유입된다. The high pressure natural gas cooled by the heat exchange in the high temperature
본 실시예의 가스 압축기(15, 17)의 캐퍼시티(capacity)는 다음과 같은 2가지 실시예를 통해 제어될 수 있다.The capacity of the
예를 들어, 압축기 헤드는 개별 용량 제어(정상 유량의 0/50/100%)를 위한 실린더 언로딩 시스템(cylinder unloading system)을 갖추고, 제어부(미도시)에서 작업자에 의해 수동으로 수행될 수 있다.For example, the compressor head is equipped with a cylinder unloading system for individual volume control (0/50/100% of normal flow rate) and can be performed manually by an operator in a control unit (not shown). .
실린더 언로딩 시스템은 실린더에 밸브 등 언로더를 설치하여, 정상 유량의 0% 또는 50% 또는 100% 유량으로 동작이 가능하도록 가스 압축기(15, 17) 자체에 기기적 기능을 추가한 것을 의미할 수 있다. The cylinder unloading system means that an unloader, such as a valve, is installed in the cylinder to add mechanical functions to the
또 다른 예로서, 바이패스 라인 및 바이패스 라인에 설치되는 바이패스 밸브(미도시)를 제어하여 전체 가스 흐름을 연속적으로 제어함으로써, 압축 천연가스를 직접 고온부 열교환기(20)로 공급하고, 압축 천연가스 흐름이 주어진 유동 파라미터에 대한 설정값에 일치하도록 제어될 수 있다. As another example, by controlling the bypass gas (not shown) installed in the bypass line and the bypass line to continuously control the entire gas flow, the compressed natural gas is directly supplied to the high
즉, 가스 압축기(15, 17)의 배출부 측인 제19 라인(19)으로부터 분기되어 가스 압축기(15, 17)의 도입부 측인 제14 라인(14)으로 합류되는 바이패스 라인(미도시)을 설치하고, 바이패스 라인에 바이패스 밸브를 구비하여 바이패스 밸브의 개폐 및 개도량을 제어함으로써, 원하는 유량만큼 압축 천연가스를 바이패스, 즉 압축기 후단에서 압축기 전단으로 재순환시켜 압축기의 용량을 제어할 수 있다. 압축기의 용량은 25 내지 100% 범위에서 제어될 수 있다.That is, a bypass line (not shown) branched from the
또한, 가스 압축기 헤드는, 가스가 대기로 누출되는 것을 방지하기 위하여 벤트를 포획하는 단일의 거리 피스(single distance piece)를 갖추고 있을 수 있다. The gas compressor head may also be equipped with a single distance piece that traps the vent to prevent gas from leaking into the atmosphere.
본 실시예에서, 고온부 열교환기(20)에서 냉각된 고압 천연가스는, 냉매 열교환기(21)로 유입된다. 냉매 열교환기(21)에서는 냉매 사이클을 순환하는 냉매, 즉 본 실시예에서 프로판 냉매와의 열교환에 의해 압축 천연가스가 약 -25℃까지 냉각될 수 있다. In this embodiment, the high pressure natural gas cooled in the high temperature
냉매 열교환기(21)로부터 냉각된 후 배출되는 압축 천연가스의 온도는, 냉매 열교환기(21)로 유입되는 프로판 액체의 유량을 제어함으로써 설정값으로 유지될 수 있다. 냉매 열교환기(21)로 유입되는 프로판 액체의 유량은, 냉매 열교환기(21)에서 냉각되어 배출되는 천연가스 온도의 요구 조건을 충족시키도록 온도 제어 루프에 의해 연속적으로 재설정될 수 있다. 이는 캐스케이드 제어(cascade control)에 의해 수행될 수 있다. The temperature of the compressed natural gas discharged after cooling from the
냉매 열교환기(21)에서 냉각된 후 배출되는 압축 천연가스 스트림은, 제22 라인(22)을 따라 저온부 열교환기(23)로 유입된다. 저온부 열교환기(23)로 유입되는 압축 천연가스 스트림은, 홀드-업 드럼(27)으로부터 저온부 열교환기(23)로 유입되는 회수가스와의 열교환에 의해 약 -65℃까지 냉각될 수 있다. The compressed natural gas stream which is discharged after cooling in the
저온부 열교환기(23)로부터 배출되는 액화천연가스 스트림은, 제24 라인(24)을 통해 가스 팽창 밸브(25)로 유입된다. 액화천연가스 스트림(24)은 가스 팽창 밸브(25)를 통과하면서 4 내지 8 barg 또는 5 내지 7 barg 또는 약 6 barg까지 등엔탈피 팽창될 수 있다. The liquefied natural gas stream exiting the cold heat exchanger (23) enters the gas expansion valve (25) via a twenty-fourth line (24). The liquefied
가스 팽창 밸브(25)를 통과하면서 액화된 액화천연가스는 제28 라인(28)을 따라 LNG 저장탱크(29)로 공급되고, 나머지 차가운 가스, 즉 회수가스는 홀드-업 드럼(27)에서 액화천연가스로부터 분리되어, 고압 천연가스를 냉각시키기 위한 히트 싱크로 활용될 수 있다. The liquefied natural gas passing through the
가스 팽창 밸브(25)에서 배출되는 팽창 가스 스트림의 압력은, 상류 압력을 제어함으로써 일정하게 유지될 수 있다. 줄-톰슨 팽창의 결과, 팽창 가스 스트림(제26 라인(26))의 온도는 약 -133℃ 내지 -135℃까지 낮아질 수 있고, 부분적으로 액화된다. 즉, 팽창 가스 스트림(26)은 2상(2-phase)의 기액혼합물일 수 있다. The pressure of the expansion gas stream exiting the
가스 팽창 밸브(25)를 통과한 이 2상의 팽창 가스 스트림(26)은, 홀드-업 드럼(27)으로 유입되고, 홀드-업 드럼(27)에서 LNG와 나머지 극저온의 가스가 기액분리된다. This two-phase
홀드-업 드럼(27)에서 분리된 LNG는 홀드-업 드럼(27)의 바닥부로부터 배출되고, 제28 라인(28)을 따라 LNG 저장탱크(29)로 이송되어, LNG 저장탱크(29)에 저장될 수 있다. LNG 저장탱크(29)는 약 5 barg로 운영되도록 설계되어 있을 수 있다. The LNG separated from the hold-
홀드-업 드럼(27)에서 분리된 극저온의 가스 스트림은, 회수가스로서, 홀드-업 드럼(27)의 상단부로부터 배출되어, 저온부 열교환기(23)의 저온유체 유입부로 공급된다. 즉, 홀드-업 드럼(27)에서 분리된 회수가스는, 저온부 열교환기(23)에서 고압 천연가스를 액화시키는 냉매로서 활용된다. 회수가스는 저온부 열교환기(23)에서 고온유체 유입부를 통해 유입된, 냉매 열교환기(21)로부터 제22 라인(22)을 따라 유동하는 고온가스 스트림, 즉 고압 천연가스에 냉열을 제공한다. 고온가스 스트림을 냉각시키면서 온도가 높아진 회수가스의 출구 온도는 약 -28℃일 수 있다. The cryogenic gas stream separated from the hold-
고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)는 극저온용 열교환기일 수 있고, 인쇄 회로 기판형 열교환기(PCHE; Printed Circuit Heat Exchanger) 또는 전통적인 알루미늄 판형 열교환기(aluminum plate exchanger)일 수 있다. The high temperature
고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)는 주위로부터의 열 유입을 최소화하기 위해 적절하게 단열처리되어 있을 수 있다.The high temperature
본 실시예와 같은 자가냉매 액화 사이클(self-refrigerated liquefaction cycle)에 있어서, 피드가스 스트림(10)에 함유되어 있는 질소는 재순환 가스 루프, 즉, 홀드-업 드럼(27)으로부터 열교환부(20, 21, 23)를 지나 가스 압축기 석션드럼(13)의 전단으로 연결되는 회수가스 유동 라인 상에 쉽게 축적될 수 있다.In the self-refrigerated liquefaction cycle as in the present embodiment, nitrogen contained in the
질소는 액화점이 천연가스의 주성분인 메탄보다 낮기 때문에, 메탄의 액화온도에서도 주로 기체 상태로 남아 있다. 따라서, 홀드-업 드럼(27)으로부터 회수되는 회수가스에는 질소가 포함되며, 순환이 반복될수록 회수가스에는 질소 함유량이 점차 높아진다. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, the main component of natural gas, nitrogen remains mainly gaseous at the liquefaction temperature of methane. Therefore, the recovery gas recovered from the hold-
이와 같이, LNG를 생산하는데 있어서 질소 함유 사양(specification)을 충족시키고, 전력 소모량을 줄여 액화 효율을 높이기 위해서는, 회수가스의 퍼지가 필요하다. In this way, in order to meet the nitrogen-containing specification in producing LNG, and to reduce the power consumption to increase the liquefaction efficiency, it is necessary to purge the recovery gas.
따라서, 본 실시예에 따르면, 회수가스는 가스 퍼지(gas purge) 수단에 의해 제거할 수 있다. 본 실시예에서 회수가스의 퍼지는 회수가스 압축기(45, 47)의 상류로부터 가스 엔진(52)으로 이루어질 수 있다. Therefore, according to the present embodiment, the recovered gas can be removed by gas purge means. In this embodiment, the purge of the recovery gas may be performed by the
본 실시예에 따르면, 가스 퍼지 수단으로서, 가스 퍼징 밸브(49) 및 가스 엔진(52)을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 회수가스의 질소 함유량을 일정 수준 이하로 유지하기 위하여, 실시간으로 회수가스의 일부 또는 특정시점에서 회수가스의 전부를 가스 퍼징 밸브(49)를 제어하여 가스 압축기 석션드럼(13) 측으로 회수하지 않고 퍼징시킬 수 있다. According to the present embodiment, the gas purging means may include a
퍼징된 회수가스는 가스 엔진(52)의 연료로 공급하여 전력을 생산하도록 한다. The purged recovery gas is supplied to the fuel of the
저온부 열교환기(23) 및 고온부 열교환기(20)에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승하여, 제42 라인(42)을 따라 배출되는 회수가스 스트림은, 2개의 흐름으로 분기된다. 회수가스 스트림(42)의 대부분은 제43 라인(43)을 따라 가스 압축기(15, 17)로 유입되는 피드가스 스트림(10)에 합류되고, 나머지는 제44 라인(44)을 따라 회수가스 사이클로부터 제거(퍼징)된다. The temperature rises while cooling the compressed natural gas in the cold heat exchanger (23) and the hot heat exchanger (20), and the recovered gas stream discharged along the 42nd line (42) is branched into two streams. Most of the recovered
회수가스 사이클로부터 제거되는 퍼징 스트림(44)은 LNG 저장탱크(29)로부터 제50 라인(50)을 따라 배출되는 증발가스 스트림에 합류될 수 있다. 퍼징 스트림(44)과 증발가스 스트림(50)은 합류되어 제51 라인(51)을 따라 가스엔진(52)으로 공급된다. 가스엔진(52)은 전력 생산 시스템으로서, 가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 가스 압축기(62, 64) 등 본 시스템에 필요한 필수 동력(전력)을 공급해줄 수 있다.The purging
제43 라인(43)을 따라 피드가스(10)에 합류되는 회수가스 스트림(43)은, 약 5.6 barg일 수 있다. The
회수가스 스트림(43)은 회수가스 압축기(45, 47)에서 압축된 후, 피드가스 스트림(10)과 합류됨으로써, 사이클이 폐쇄된다. The
회수가스 압축기(45, 47)에서 회수가스는, 약 25 내지 36 barg, 또는 약 30 내지 35 barg, 또는 약 31 barg로 압축될 수 있다.In the
회수가스는, 회수가스 압축기(45, 47)의 제1 회수가스 압축단(45)으로 유입되어 약 13.5 barg까지 압축될 수 있다.The recovery gas may be introduced into the first recovery
제1 회수가스 압축단(45)에서 압축되면서 온도가 상승한 회수가스는 회수가스 압축기 인터쿨러(46)로 유입되어, 약 55℃까지 냉각된다. 회수가스 압축기 인터쿨러(46)는 공냉식 열교환기로 구성될 수 있다. The recovery gas whose temperature has risen while being compressed by the first recovery
그 후, 회수가스는 제2 회수가스 압축단(47)으로 유입되며, 약 31 barg까지 압축될 수 있다. 제2 회수가스 압축단(47)에서 압축에 의해 온도가 상승한 회수가스는, 회수가스 압축기 애프터쿨러(48)로 유입되고, 회수가스 압축기 애프터쿨러(48)에서 약 55℃까지 냉각될 수 있다. Thereafter, the recovery gas is introduced into the second recovery
본 실시예의 회수가스 압축기(45, 47)의 캐퍼시티(capacity)는 다음과 같은 2가지 실시예를 통해 제어될 수 있다.The capacity of the
예를 들어, 압축기 헤드는 개별 용량 제어(정상 유량의 0/50/100%)를 위한 실린더 언로딩 시스템(cylinder unloading system)를 갖추고, 제어부(미도시)에서 작업자에 의해 수동으로 수행될 수 있다.For example, the compressor head is equipped with a cylinder unloading system for individual volume control (0/50/100% of normal flow rate) and can be performed manually by an operator in a control unit (not shown). .
또 다른 예로서, 원하는 흡입 압력을 유지하기 위해서, 압축된 회수가스가 흡입구 측으로 복귀할 수 있도록 하는 바이패스 밸브(미도시)를 이용하여 간접적으로 제어될 수도 있다. As another example, in order to maintain a desired suction pressure, it may be indirectly controlled by using a bypass valve (not shown) which allows the compressed recovery gas to return to the suction port side.
이는 상술한 가스 압축기(15, 17)의 캐퍼시티 제어 방법과 동일하게 적용될 수 있다. This may be applied in the same manner as the capacity control method of the
여기서, 회수가스 압축기(45, 47)에 의해 압축된 회수가스 스트림(11)은, 이후 질소를 함유하는 새로운 피드가스 스트림(10)에 합류되며, 제12 라인(12)을 통해 공정 시스템으로 다시 유입된다. Here, the recovered
또한, 본 실시예의 질소를 함유하는 천연가스 액화장치는, 상술한 냉매 사이클을 포함하며, 냉매 사이클의 작동유체로서, 프로판이 사용될 수 있다.In addition, the natural gas liquefaction apparatus containing nitrogen of this embodiment includes the above-mentioned refrigerant cycle, and propane may be used as a working fluid of the refrigerant cycle.
본 실시예에 따르면, 프로판 냉매 사이클을 사용함으로써, 천연가스 액화장치의 효율을 증대시킬 수 있다. 냉매 사이클을 순환하는 프로판은, 저온의 상태에서 냉매 열교환기(21)로 유입되어, 고온부 열교환기(20)에서 냉각된 후 냉매 열교환기(21)로 유입된 압축 천연가스와 열교환하고, 압축 천연가스를 약 -25℃까지 냉각시킬 수 있다.According to this embodiment, by using the propane refrigerant cycle, the efficiency of the natural gas liquefaction apparatus can be increased. Propane circulating the refrigerant cycle flows into the
냉매 열교환기(21)에서 천연가스를 냉각시킨 후 제74 라인(74)을 따라 배출되는 저압 프로판은 냉매 압축기 석션드럼(60)으로 공급된다. 냉매 압축기 석션드럼(60)에서는 비말동반된 액적으로부터 냉매 압축기(62, 64)의 압축기 헤드를 보호하기 위하여, 냉매 압축기 석션드럼(60)으로 유입된 저압 프로판 중의 임의의 응축물을 포착(capture)한다.The low pressure propane discharged along the
냉매 압축기 석션드럼(60)으로부터 배출되는 건조 프로판 냉매는, 제61 라인(61)을 따라 냉매 압축기(62, 64)로 이송되며, 냉매 압축기(62, 64)의 제1 냉매 압축단(62)으로 유입된다. 제1 냉매 압축단(62)에서 건조 프로판 냉매는 약 4.7 barg로 압축된다. The dry propane refrigerant discharged from the refrigerant
제1 냉매 압축단(62)에서 압축된 프로판 냉매는 냉매 압축기 인터쿨러(63)로 유입되어, 약 55℃로 냉각된다. 냉매 압축기 인터쿨러(63)는 자체 요건으로 인해 공냉식 열교환기를 사용할 수 있다.Propane refrigerant compressed in the first
냉매 압축기 인터쿨러(63)에서 냉각된 프로판 냉매는 제2 냉매 압축단(64)으로 유입된다. 제2 냉매 압축단(64)에서 프로판 냉매는 약 18.5 barg로 압축된다. Propane refrigerant cooled in the
제2 냉매 압축단(64)에서 압축된 프로판 냉매는 냉매 압축기 애프터쿨러(65)로 유입되어, 약 55℃로 냉각된다. 이때, 프로판 냉매는 완전히 액상으로 응축될 수 있다. Propane refrigerant compressed in the second
응축된 액체 프로판 냉매는, 제66 라인(66)을 통해 배출되어, 대부분의 프로판 냉매가 저장되는 써지드럼(67)으로 유입된다. The condensed liquid propane refrigerant is discharged through the
제68 라인(68)은 필요에 따라 프로판 냉매를 써지드럼(67)으로 보충(make-up) 공급해줄 수 있도록 써지드럼(67)에 연결될 수 있다. 보충 공급되는 프로판은 수분 함량이 1ppm 미만이 되도록 적절히 탈수되어야 한다.The sixty-
액체 프로판 냉매는 써지드럼(67)으로부터 제69 라인(69)을 통해 배출된다. 제69 라인(69)은, 냉매 열교환기(21)로 연결되는 메인라인인 제70 라인(70)과 냉매 열교환기(21) 외의 냉매 수요처로 연결되는 제72 라인(72)으로 분기된다. 일례로 제72 라인(72)은 피드가스 스트림(10)에 포함된 이산화탄소나 물 등의 불순물을 제거하는 전처리 공정으로 연결될 수 있다. The liquid propane refrigerant is discharged from the
제70 라인(70)에는 냉매 팽창 밸브(71)가 설치되며, 냉매 팽창 밸브(71)를 통해, 액체 프로판 냉매는 등엔탈피 팽창되고, 온도가 약 -28℃까지 낮아지며, 액체 프로판 냉매는 부분적으로 증발될 수 있다. 즉, 냉매 팽창 밸브(71)로부터 배출되는 프로판 냉매는 2상의 기액혼합물일 수 있다.A
예를 들어, 줄-톰슨 팽창은, 냉매 팽창 밸브(71)가 유량 조절 밸브로서 기능하도록 캐스케이드 루프를 이용함으로써 제어할 수 있다. 냉매 팽창 밸브(71)는 냉매 열교환기(21) 하류에서의 온도를 모니터링하고 유지함으로써, 연속적으로 재설정되는 설정값에 따라 제어될 수 있다. For example, Joule-Thompson expansion can be controlled by using a cascade loop such that
냉매 팽창 밸브(71)로부터 배출되는 2상의 프로판 냉매 스트림은 냉매 열교환기(21)의 하류에서 완전히 증발되고, 제74 라인(74)을 통해 냉매 압축기 석션드럼(60)으로 재순환된다. 이로서 프로판 냉매 사이클은 폐루프를 형성한다. The two-phase propane refrigerant stream exiting the
액체 프로판 냉매는 또한, 냉매 퍼징라인(72)을 통해 전처리 장치로 공급되어, 이산화탄소 및 물과 같은 불순물이 제거된 후 유입되는 질소를 포함하는 천연가스(피드가스)를 예냉하기 위해 사용될 수 있다. 전처리 장치에서 사용된 후 온도가 상승한 프로판 냉매는 마찬가지로 냉매 압축기 석션드럼(60)으로 재순환될 수 있다. 이러한 구성은, 전처리를 위한 추가 설비를 필요로 하지 않으면서도 전체 시스템 효율을 최대화시킬 수 있다. The liquid propane refrigerant may also be supplied to the pretreatment device through the
제72 라인(72)을 따라 유동하는 스트림은, 제69 라인(69)을 따라 유동하는 스트림으로부터 분기되며, 제72 라인(72)에는 냉매 퍼징 밸브(73)가 설치된다. 냉매 퍼징 밸브(73)는 줄-톰슨 밸브일 수 있고, 제72 라인(72)을 따라 유동하는 프로판 냉매 스트림을 약 1 barg 까지 팽창시킬 수 있다. 냉매 퍼징 밸브(73)에 의해 프로판 냉매 스트림은 약 -25℃까지 낮아질 수 있다. 즉, 냉매 퍼징 밸브(73)에 의해 형성된 이 2상 흐름은 피드가스를 냉각시켜 이산화탄소 및 물 등의 불순물을 제거하기에 충분하다. 피드가스를 냉각시키면서 완전히 기화된 프로판 냉매는 다시 냉매 압축기 석션드럼(60)으로 회수된다.The stream flowing along the seventy-
본 실시예의 냉매 압축기(62, 64)의 캐퍼시티(capacity)는 다음과 같은 2가지 실시예를 통해 제어될 수 있다. The capacity of the
예를 들어, 압축기 헤드는 개별 용량 제어(정상 유량의 0/50/100%)를 위한 실린더 언로딩 시스템(cylinder unloading system)를 갖추고, 제어부(미도시)에서 작업자에 의해 수동으로 수행될 수 있다.For example, the compressor head is equipped with a cylinder unloading system for individual volume control (0/50/100% of normal flow rate) and can be performed manually by an operator in a control unit (not shown). .
또 다른 예로서, 냉매 팽창 밸브(71) 및/또는 냉매 퍼징 밸브(73)를 이용하여, 제70 라인(70) 및 제72 라인(72)으로 분기되는 프로판 냉매 흐름을 상호 연동하여 또는 각각, 연속적으로 제어할 수 있다. As another example, using a
이는 상술한 가스 압축기(15, 17)의 캐퍼시티 제어 방법과 동일하게 적용될 수 있다. This may be applied in the same manner as the capacity control method of the
또한, 냉매 압축기 헤드는, 가스가 대기로 누출되는 것을 방지하기 위하여 벤트를 포획하는 단일의 거리 피스(single distance piece)를 갖추고 있을 수 있다. In addition, the refrigerant compressor head may be equipped with a single distance piece that traps the vent to prevent gas from leaking into the atmosphere.
일반적인 피드가스 조성에 대해, 다양한 시스템 파라미터에 따라 본 실시예에 포함되는 3세트의 압축기, 즉 가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)의 배출 압력을 변화시킴에 따른 효과를 아래 표 1에 나타내었다. 압력은 175 bara에서 300 bara까지, 25 bar 간격으로 변화시키고, 퍼지가스의 속도는 200kg/hr를 기준으로 하였다. With respect to the general feed gas composition, the discharge of three sets of compressors included in this embodiment, namely,
압축기
(15,17)gas
compressor
(15,17)
(45, 47)Recovery gas compressor
(45, 47)
압축기
(62, 64)Refrigerant
compressor
(62, 64)
Total power (kW)
증기 분율
After the Joule-Thompson Valve
Steam fraction
상술한 민감도 분석의 결과에도 나타나 있듯이, 가스 압축기(15, 17)로부터의 압축 천연가스 배출 압력이 225 내지 250 bara일 때 전력 소비는 최소화된다. 또한, 생산된 LNG의 질소 함유량을, 예를 들어, 1.5 mole%로 유지시키기 위해, 퍼지시켜야 하는 회수가스의 양을 결정하기 위해, 피드가스 조성에 따른 영향을 표 2 내지 표 4에 나타내었다. 표 2 내지 표 4에는 각각 서로 다른 퍼지가스 비율에 대한 결과가 나타나 있다.먼저, 표 2에는 피드가스에 약 5.12 mole%의 질소가 함유되어 있는 경우, 표 3에는 피드가스에 약 4.10 mole%의 질소가 함유되어 있는 경우, 표 4에는 피드가스에 약 3.3 mole%의 질소가 함유되어 있는 경우, 생산되는 LNG의 질소 함유량이 1.5 몰%를 만족시키기 위해 소모되는 전력량과, 필요한 회수가스 퍼지량을 나타낸다. As also shown in the above sensitivity analysis results, power consumption is minimized when the compressed natural gas discharge pressure from the
(kg/hr)Purge flow rate
(kg / hr)
전력
소모량
(kW)
power
Consumption
(kW)
(15, 17)Gas compressor
(15, 17)
압축기
(45, 47)Recovery gas
compressor
(45, 47)
(62, 64)Refrigerant compressor
(62, 64)
(kW)Total compressed power consumption
(kW)
(kJ/kg)Purge Gas LHV
(kJ / kg)
전력 생산량
(kWe)(@41% 효율)Gas Engine (52)
Power output
(kWe) (@ 41% efficiency)
918
918
818
818
719
719
668
668
622
622
(kg/hr)Feed gas flow rate
(kg / hr)
표 2를 참조하면, 피드가스에 약 5.12 mole%의 질소가 함유되어 있는 경우, 생산되는 LNG의 질소 함유 사양을 충족시키기 위해서, 즉, 질소 함유량이 1.5 mole%이 되도록 하기 위해 필요한 퍼지의 양은 약 151kg/hr이다. Referring to Table 2, when the feed gas contains about 5.12 mole% of nitrogen, the amount of purge required to meet the nitrogen content specification of the LNG produced, i.e. the nitrogen content of 1.5 mole%, is about 151 kg / hr.
(kg/hr)Purge flow rate
(kg / hr)
전력
소모량
(kW)
power
Consumption
(kW)
압축기
(15, 17)gas
compressor
(15, 17)
212
212
214
214
216
216
218
218
221
221
223
223
224
224
압축기
(45, 47)Recovery gas
compressor
(45, 47)
104
104
108
108
111
111
115
115
120
120
122
122
125
125
압축기
(62, 64)Refrigerant
compressor
(62, 64)
62
62
62
62
62
62
62
62
62
62
63
63
63
63
소모량
(kW)Total compression power
Consumption
(kW)
378
378
384
384
390
390
396
396
403
403
407
407
411
411
질소 몰 분율Production of LNG
Nitrogen mole fraction
(kJ/kg)Purge Gas LHV
(kJ / kg)
전력 생산량
(kWe)(@41% 효율)Gas Engine (52)
Power output
(kWe) (@ 41% efficiency)
977
977
875
875
773
773
673
673
573
573
525
525
476
476
(kg/hr)Feed gas flow rate
(kg / hr)
표 3을 참조하면, 피드가스에 약 4.10 mole%의 질소가 함유되어 있는 경우, 생산되는 LNG의 질소 함유 사양을 충족시키기 위해서, 즉, 질소 함유량이 1.5 mole%이 되도록 하기 위해 필요한 퍼지의 양은 약 113kg/hr이다. Referring to Table 3, when the feed gas contains about 4.10 mole% of nitrogen, the amount of purge required to meet the nitrogen content specification of the LNG produced, i.e. the nitrogen content of 1.5 mole%, is about 113 kg / hr.
(kg/hr)Purge flow rate
(kg / hr)
전력
소모량
(kW)
power
Consumption
(kW)
압축기
(15, 17)gas
compressor
(15, 17)
214
214
215
215
217
217
219
219
221
221
223
223
226
226
227
227
압축기
(45, 47)Recovery gas
compressor
(45, 47)
103
103
106
106
110
110
113
113
117
117
121
121
126
126
128
128
압축기
(62, 64)Refrigerant
compressor
(62, 64)
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
63
소모량
(kW)Total compression power
Consumption
(kW)
379
379
384
384
389
389
395
395
401
401
407
407
415
415
419
419
질소 몰 분율Production of LNG
Nitrogen mole fraction
(kJ/kg)Purge Gas LHV
(kJ / kg)
전력 생산량
(kWe)(@41% 효율)Gas Engine (52)
Power output
(kWe) (@ 41% efficiency)
1025
1025
921
921
817
817
714
714
612
612
512
512
413
413
364
364
(kg/hr)Feed gas flow rate
(kg / hr)
표 4를 참조하면, 피드가스에 약 3.30 mole%의 질소가 함유되어 있는 경우, 생산되는 LNG의 질소 함유 사양을 충족시키기 위해서, 즉, 질소 함유량이 1.5 몰%이 되도록 하기 위해 필요한 퍼지의 양은 약 75kg/hr이다. 본 실시예에 따른 천연가스 액화장치는, 질소를 함유하는 피드가스 스트림(10)의 2단(two-stages) 압축, 즉, 2단의 가스 압축기(15, 17)와, 회수가스 압축을 위한 2단 압축, 즉 2단의 회수가스 압축기(45, 47) 및 프로판 냉매를 위한 2단 압축, 즉 냉매 압축기(62, 64) 등 일반적인 전기 구동장치를 갖춘 6단 왕복식 압축기(six throw reciprocating compressor)를 포함할 수 있다. Referring to Table 4, when the feed gas contains about 3.30 mole% of nitrogen, the amount of purge required to meet the nitrogen content specification of the LNG produced, that is, to bring the nitrogen content to 1.5 mol%, is about 75 kg / hr. The natural gas liquefaction apparatus according to the present embodiment is a two-stages compression of the
가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)는 각각의 축으로 구동(drive)될 수도 있고, 하나의 축으로 연결되어 같이 동작될 수도 있다. The gas compressors 15 and 17, the
또한, 본 실시예에 따른 액화방법에 있어서, 질소 함유 천연가스 공급물을 처리할 수 있는 기능적 자율성을 유지하는 것이 핵심 고려사항이다. 퍼지는 회수가스 재순환 스트림에서 일정한 질소 농도를 제공하는 수준에서 유지된다. 이 퍼지는 압축 시스템을 구동하는데 필요한 동력을 제공하는 발전기에 결합된 가스 엔진(52)을 대상으로 한다. 또한, 프로세스 자율성을 유지하기 위해 프로세스의 열 전달 장치는 모두 공냉식이다. 이로 인해 모든 현장 요구 사항과 프로세스가 완전히 분리되어 모든 현장과 장소에서 천연가스를 액화하기 위해 시스템을 활용할 수 있게 한다.In addition, in the liquefaction method according to the present embodiment, it is a key consideration to maintain a functional autonomy capable of treating nitrogen-containing natural gas feed. The purge is maintained at a level that provides a constant nitrogen concentration in the recovery gas recycle stream. This purge targets a
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질소를 함유하는 천연가스 액화장치 및 액화방법을 설명하기로 한다. Next, a natural gas liquefaction apparatus and a liquefaction method containing nitrogen according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
본 발명의 제2 실시예는, 제1 실시예의 변형예로서, 제1 실시예와 달리 피드가스 스트림(100)이 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되기 전에, 전처리 냉각기(101) 및 중탄화수소 분리기(103)를 통과한 후 재순환되는 회수가스(11)와 혼합되어 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입된다는 점에서 차이가 있다. The second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment and, unlike the first embodiment, before the
이하, 후술하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질소를 함유하는 천연가스 액화장치 및 액화방법은 제1 실시예와의 차이점을 중점적으로 설명하기로 하며, 제1 실시예와 동일하게 적용되는 기술적 특징에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다. 동일한 도면부호를 참조하는 구성요소에 대해서는 언급이나 구체적인 설명이 없더라도 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. Hereinafter, a natural gas liquefaction apparatus and a liquefaction method containing nitrogen according to the second embodiment of the present invention to be described later will be described with emphasis on the differences from the first embodiment, the same technology applied to the first embodiment The description of the features will be omitted. Components that refer to the same reference numerals may be applied in the same manner as in the first embodiment even if there is no mention or detailed description.
파이프라인 네트워크를 통해서 천연가스 생산처로부터 본 실시예의 천연가스 액화장치로 이송되는 피드가스 스트림(100), 즉 천연가스는, 천연가스 생산처에 따라 그 사양이 각기 다르다. The
특히, 이란 등 특정 몇몇 지역에서 생산되어 파이프라인을 통해 이송되는 피드가스 스트림은 C4 또는 C5 이상의 중탄화수소의 함유량이 높다. 중탄화수소를 적절히 처리하지 않은 상태로 중탄화수소를 포함하는 천연가스를 액화시킴으로써 생산되는 LNG는, LNG 수요처에서 요구하는 사양, 특히 LHV(저위발열량)을 맞출 수 없고, LNG를 생산하는 과정에서 액화점이 높은 중탄화수소 성분들이 결빙되는 문제가 발생한다. In particular, it is such as is produced in a certain area some feed gas stream is conveyed through a pipeline has a high content of C 4 or C 5 or more hydrocarbon. LNG produced by liquefying natural gas containing heavy hydrocarbons without proper treatment of heavy hydrocarbons cannot meet the specifications required by the LNG demand, especially LHV (low calorific value), and the liquefaction point in the process of producing LNG The problem arises in which the high hydrocarbon content freezes.
따라서, 본 실시예는, 질소와 중탄화수소를 포함하는 피드가스 스트림(100)을 액화시켜 LNG 수요처에서 요구하는 사양을 충족시키도록 하는 천연가스 액화장치 및 액화방법에 관한 것이다. Accordingly, the present embodiment relates to a natural gas liquefaction apparatus and a liquefaction method for liquefying a
본 실시예의 액화장치로 유입되는 피드가스 스트림(100), 즉 천연가스는 질소 및 중탄화수소를 함유하고 있다. 또한, 액화장치로 유입되는 피드가스 스트림(100)은 상술한 제1 실시예와 마찬가지로, 이산화탄소 및 물 등의 불순물을 제거하는 전처리 장치(미도시)에 의해 불순물이 제거된 천연가스일 수 있다. The
본 실시예에 따른 천연가스 액화장치는, 가스 압축기 석션드럼(13)의 상류에 설치되며, 열교환에 의해 피드가스 스트림, 즉 천연가스를 냉각시키는 전처리 냉각기(101); 및 전처리 냉각기(101)를 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 중탄화수소 분리기(103);를 포함한다. The natural gas liquefaction apparatus according to the present embodiment includes: a
전처리 냉각기(101)는, 질소 및 중탄화수소를 포함하는 피드가스 스트림에 포함된 중탄화수소 성분을 액화시킨다. The
피드가스 스트림(100)은, 전처리 냉각기(101)로부터 배출되어 중탄화수소 분리기(103)로 이송된다. 중탄화수소 분리기(103)에서는, 피드가스 스트림(100)에 포함된 중탄화수소 성분을 응축시키고, 기액분리시킨다. 중탄화수소 분리기(103)에서 중탄화수소 성분이 분리된 질소를 포함하는 기체 상태의 피드가스 스트림은, 제104 라인(104)을 통해 가스 압축기 석션드럼(13)으로 공급되고, 중탄화수소 분리기(103)에서 액체 상태로 분리된 중탄화수소 성분은 중탄화수소 분리기(103)로부터 배출되어 중탄화수소 수요처(106)로 공급될 수 잇다. The
또한, 본 실시예에 따르면, 중탄화수소 분리기(103)로부터 배출되는 액체 상태의 중탄화수소의 배출 여부 및 배출 유량을 제어하는 중탄화수소 배출밸브(105);를 더 포함할 수 있다. In addition, according to the present embodiment, the heavy
중탄화수소 분리기(103)에서 응축되어 천연가스로부터 분리 배출되는 중탄화수소는, 예를 들어, 에탄, 프로판, i-부탄, n-부탄, i-펜탄, n-펜탄 등 C2 이상 또는 C3 이상 또는 C4 이상의 탄화수소 성분일 수 있다. The heavy hydrocarbon condensed in the
부탄과 펜탄은 본 실시예의 액화장치를 구성하는 배관라인과 각 장치에 동결되는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 중탄화수소는 상당부분이 액화공정에 적용될 천연가스 공급물, 즉 피드가스 스트림으로부터 제거할 필요가 있다.Butane and pentane may cause problems such as freezing of the piping lines and the respective devices constituting the liquefaction apparatus of this embodiment, so that heavy hydrocarbons are removed from the natural gas feed, i.e., the feed gas stream, to be applied to the liquefaction process. There is a need.
중탄화수소 분리기(103)로부터 중탄화수소가 분리된 후 배출되는 질소를 포함하는 천연가스는, 제1 실시예와 같이, 회수가스(11)와 혼합된 후 가스 압축기 석션드럼(13)을 거쳐 가스 압축기(15, 17)로 유입되고, 가스 압축기(15, 17)에서 압축된다. 가스 압축기(15. 17)에서 압축된 압축 천연가스는 고온부 열교환기(20)에서 회수가스 스트림(41)에 의해, 냉매 열교환기(21)에서는 프로판 냉매에 의해, 저온부 열교환기(23)에서는 회수가스 스트림에 의해 냉각되고 액화된다. The natural gas containing nitrogen discharged after the heavy hydrocarbon is separated from the
고온부 열교환기(20), 냉매 열교환기(21) 및 저온부 열교환기(23)를 통과하면서 액화된 천연가스는 가스 팽창 밸브(25)에 의해 단열팽창되며, 가스 팽창 밸브(25)를 통과하면서 과냉각된 액화천연가스는 홀드-업 드럼(27)으로 유입된다. 가스 팽창 밸브(25)를 통과하면서 플래시 등에 의해 기액혼합물이 형성되고, 홀드-업 드럼(27)에서는 이 기액혼합물이 기액분리되며, 분리된 액체 상태의 LNG는 LNG 저장탱크(29)에 저장되고, 분리된 기체 상태는 회수가스로서, 저온부 열교환기(23) 및 고온부 열교환기(20)에서 천연가스를 냉각시키는 냉열원으로서 활용된다.The natural gas liquefied while passing through the hot
저온부 열교환기(23) 및 고온부 열교환기(20)에서 천연가스를 액화시키면서 온도가 높아진 회수가스는, 회수가스 압축기(45, 47)에서 압축된 후 가스 압축기 석션드럼(13)으로 공급되는 피드가스 스트림(104)에 합류되는 사이클을 형성한다. The recovery gas whose temperature is increased while liquefying natural gas in the low temperature
홀드-업 드럼(27)에서 분리된 회수가스는 액화점이 가장 낮은 메탄과 질소가 주성분이므로, 공정이 반복되다 보면, 피드가스 스트림(104)에 계속해서 고농도의 질소를 포함하는 회수가스가 합류되며, 따라서, 생산되는 LNG의 질소 함유량이 높아질 뿐 아니라, 질소는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스의 액화온도보다 훨씬 낮은 액화온도를 가지므로 천연가스의 액화 효율이 떨어지게 된다. Since the recovery gas separated from the hold-
따라서, 본 실시예에 따르면, 회수가스의 질소 함유량이 미리 설정된 특정값보다 높아질 때마다 또는 임의의 주기적으로 가스 퍼징 밸브(49)를 제어하여 고온부 열교환기(20)로부터 회수가스 압축기(45, 47)로 향하는 회수가스의 일부 또는 전부를 회수가스 사이클로부터 배출(퍼징)시킬 수 있다. Therefore, according to this embodiment, whenever the nitrogen content of the recovery gas is higher than a predetermined specific value, or periodically at any time, the
퍼징된 회수가스(퍼징가스)는 전력을 생산하는 가스엔진(52)의 연료로 공급되고, 가스엔진(52)에 의해 생산된 전력은 본 실시예에 따른 천연가스 액화장치의 전력 수요처, 예를 들어 가스 압축기(15, 17) 등에서 사용될 수 있다. The purged recovery gas (purged gas) is supplied to the fuel of the
또한, 본 실시예에 따르면 생산된 LNG, 예를 들어, 제110 라인(110)을 따라 LNG 저장탱크(29)로부터 LNG 수요처로 이송되는 LNG 중 일부 또는 전부를 제112 라인(112)으로 분기시켜, 전처리 냉각기(101)에서 피드가스 스트림에 포함된 중탄화수소를 액화시키는 냉열원으로서 사용할 수 있다. In addition, according to the present exemplary embodiment, some or all of the LNG produced, for example, LNG transferred from the
전처리 냉각기(101)에서 피드가스 스트림과 열교환 후 배출되는 LNG는 가스엔진(52)의 연료로서 공급될 수 있다. 전처리 냉각기(101)로부터 가스엔진(52)으로 공급되는 LNG는 퍼징가스와 혼합된 후 공급될 수 있다. The LNG discharged after heat exchange with the feed gas stream in the
표 5에는 본 발명의 일 실시예를 통해, 중탄화수소를 제거함에 따른 에너지 수지 및 물질 수지(heat&material balace)를 나타내었다. 스트림 번호는 도 2를 참조한다. Table 5 shows an energy resin and a material resin (heat & material balace) according to the removal of bicarbonate through one embodiment of the present invention. The stream number is referred to FIG. 2.
표 5에 나타낸 피드가스 스트림(100)의 조성은, 액화 공정에 적용되는 전형적인 가스 조성물의 대표예이다. 이 피드가스 스트림(100)은 전처리 냉각기(101)에서 생산 LNG 슬립 스트림(112)과 교류 방향으로 흐르게 된다. 전처리 냉각기(101)에서 피드가스 스트림(100)은 약 -39℃까지 냉각될 수 있다. 전처리 냉각기(101)에서 냉각된 피드가스 스트림(102)의 증기 분율은 0.97, 액체 분율은 0.03일 수 있다.The composition of the
전처리 냉각기(101)에서 냉각된 후의 피드가스 스트림(102)은 중탄화수소 분리기(103)로 유입되며, 중탄화수소 분리기(103)에서 분리된 액체, 즉 중탄화수소 성분은 중탄화수소 배출밸브(105)의 제어에 의해 배출된다. The
또한, 중탄화수소 분리기(103)에서 분리된 증기 분획물(104)은 재순환되는 회수가스 스트림(11)과 혼합되어 혼합 스트림(12)을 형성한다. 혼합 스트림(12)은 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되고, 가스 압축기(15, 17)의 제1 가스 압축단(15)으로 공급된다.In addition, the
중탄화수소 분리기(103)로부터 중탄화수소 배출밸브(105)에 의해 배출된 액체 분획물은, 대기압 조건에서 증기로 전환되며, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 보조 연료원으로서 가스엔진(52)으로 공급될 수도 있다. The liquid fraction discharged by the heavy
피드가스 스트림(100)을 냉각시키는 냉열매체는, 생산된 LNG 스트림(110)으로부터 슬립스트림(112)을 추출함으로써 제공될 수 있다. The cold heat medium for cooling the
본 실시예에서, LNG 저장탱크(29)로부터 LNG 수요처로 이송되는 LNG(110)의 유량이 약 843.3kg/hr인 경우, 피드가스 스트림(100)에 포함된 중탄화수소를 액화시키기 위해 추출되는 슬립스트림(112)은 약 203.9kg/hr일 수 있다. In the present embodiment, when the flow rate of the
이는 에너지 효율적인 공정은 아닐지라도, 액화 공정에서 다량으로 동결될 수 있는 상당량의 중탄화수소를 제거하는 것이 필수적이므로 필요한 공정이다.This is a necessary process, although not an energy efficient process, because it is essential to remove significant amounts of heavy hydrocarbons that can be frozen in large quantities in the liquefaction process.
이와 같이 상술한 본 발명의 일 실시예들에 따르면, 액화 용도의 천연가스는 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 경질 탄화수소 및 질소(N2)와 같은 불순물들을 함유할 수 있다. CO2 및 H2O는 분자체를 이용하여 쉽게 제거할 수 있는 반면에, 경질 탄화수소는 그들을 응축시킴으로써 처리될 수 있다. 질소 제거는 중요한 기술적 명제를 제시한다. 질소를 함유하는 천연가스를 액화시키기 위해 제안된 본 발명은, 공급물에 있어 재순환 팽창을 통한 줄-톰슨 사이클을 실행하고, 가스의 일정한 N2 조성을 유지하기 위하여 적절한 양을 배출(purge)시킨다. As described above, according to the exemplary embodiments of the present invention, the natural gas for liquefaction may contain impurities such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), light hydrocarbons, and nitrogen (N 2 ). CO 2 and H 2 O can be easily removed using molecular sieves, while light hydrocarbons can be treated by condensing them. Nitrogen removal presents an important technical proposition. The invention proposed for liquefying natural gas containing nitrogen carries out a Joule-Thompson cycle through recycle expansion in the feed and purges the appropriate amount to maintain a constant N 2 composition of the gas.
또한, 본 실시예들의 냉매 열교환기(21)를 순환하는 냉매 사이클의 작동유체, 즉, 프로판과 같은 냉매를 사용하는 폐루프-냉각이 압축된 천연가스를 예냉시키는데에도 사용될 수 있고, 이는 총체적인 시스템 효율을 향상시킨다. In addition, the working fluid of the refrigerant cycle circulating through the
퍼징가스 스트림(44)은, 직접 전기 모터 구동 압축기를 구동하는 동력을 생산하는 스파크 또는 압축 점화 엔진인 가스엔진(52)의 연료로 공급된다. The purging
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예들에 따른 천연가스 액화장치는 원격위치에서도 자립적인 자가냉매 유닛을 제공한다. In addition, the natural gas liquefaction apparatus according to the embodiments of the present invention described above provides a self-contained refrigeration unit in a remote location.
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3) 및 액화방법을 설명하기로 한다. Next, a natural
본 발명의 제3 실시예는, 제1 실시예의 변형예로서, 제1 실시예에 따른 천연가스 액화장치에 비해 CNG 저장탱크(CT) 및 CNG 공급라인(CL1)을 더 포함하여, LNG와 압축천연가스(CNG; Compressed Natural Gas)를 각각 또는 동시에 생산할 수 있다는 점에서 차이가 있다. The third embodiment of the present invention is a modified example of the first embodiment, and further includes a CNG storage tank CT and a CNG supply line CL1 as compared to the natural gas liquefaction apparatus according to the first embodiment. The difference is that natural gas (CNG) can be produced separately or simultaneously.
이하, 후술하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3) 및 액화방법은 제1 실시예와의 차이점을 중점적으로 설명하기로 하며, 제1 실시예와 동일하게 적용되는 기술적 특징에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다. 동일한 도면부호를 참조하는 구성요소에 대해서는 언급이나 구체적인 설명이 없더라도 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. Hereinafter, the natural
본 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3)는, 가스 압축기(15, 17)에 의해 압축된 압축 천연가스를 저장하는 CNG 저장탱크(CT); 압축 천연가스가 가스 압축기(15, 17)로부터 열교환 유닛(20, 21, 23)으로 이송되는 제19 라인(19)으로부터 분기되어 CNG 저장탱크(CT)로 연결되는 CNG 공급라인(CL1); 및 LNG 저장탱크(29)에서 생성된 증발가스(BOG; Boil-Off gas) 또는 공정 중에 발생하는 증발가스나 플래쉬 가스(flash gas)를 회수가스 압축기(45, 47)로 유입되는 회수가스 스트림(43)에 합류시키는 증발가스 회수라인(52);을 더 포함한다.Natural
본 실시예에 따르면, LNG 저장탱크(29)로부터 배출되는 BOG 또는 공정 중에 발생하는 증발가스나 플래쉬 가스를 대기 중으로 방출시키거나 태워버리지 않고, 가스엔진(52) 또는 회수가스 압축기(45, 47)로 회수하여 친환경적이고 경제적으로 처리할 수 있다.According to the present embodiment, the BOG discharged from the
CNG 공급라인(CL1)을 따라 이송된 CNG는 CNG 저장탱크(CT)에 저장된다. CNG 저장탱크(CT)의 운전압력은 약 250 bar일 수 있고, 압력탱크일 수 있다. The CNG transferred along the CNG supply line CL1 is stored in the CNG storage tank CT. The operating pressure of the CNG storage tank CT may be about 250 bar and may be a pressure tank.
본 실시예에 따르면, 가스 압축기(15, 17)에서 약 250 bar로 압축된 압축 천연가스 중 일부 또는 전부를 열교환 유닛(20, 21, 23)으로 공급하지 않고, 압축 천연가스의 상태로 CNG 저장탱크(CT)에 저장할 수 있다. According to the present embodiment, CNG is stored in the state of compressed natural gas without supplying some or all of the compressed natural gas compressed to about 250 bar in the
즉, 본 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3)는, LNG와 CNG를 각각 생산할 수도 있고, 동시에 생산할 수도 있으며, 가스 수요처로 LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 공급할 수 있는 LCNG(Liquefied and/or Compressed Natural Gas) 생산장치이다. That is, the natural
LNG의 생산량과 CNG의 생산량은 가스 수요처의 요구량에 따라 CNG 공급라인(CL1)으로 분기시키는 압축 천연가스의 유량을 제어함으로써 조절할 수 있다. The output of LNG and the production of CNG can be adjusted by controlling the flow rate of the compressed natural gas branching to the CNG supply line CL1 according to the demand of the gas demand source.
또한, 본 실시예의 천연가스 액화장치(3), 즉, LCNG 생산장치(3)를 이용한 LCNG 생산방법은 1) CNG 생산모드, 2) LNG 생산모드 및 3) LCNG 동시 생산모드 등 3가지 모드로 작동될 수 있다. In addition, the LCNG production method using the natural
본 실시예에 따른 3가지 모드는 도시하지 않은 제어부에 의해 원격으로 또는 수동으로 가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)의 동작을 제어하고, CNG 공급라인(CL1)으로의 CNG 공급 유량을 조절함으로써 제어할 수 있다. The three modes according to the present embodiment control the operations of the
제19 라인(19)으로부터 CNG 공급라인(CL1)으로 분기되는 CNG의 유량은 CNG 공급밸브(미도시)의 개폐 및 개도량 제어에 의해 조절될 수 있다. The flow rate of the CNG branched from the
도시되지 않은 CNG 공급밸브는 제19 라인(19) 및 CNG 공급라인(CL1)의 분기점에 설치되는 3방밸브일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, CNG 공급밸브는, 제19 라인(19) 및 CNG 공급라인(CL1)에 각각 라인의 개폐를 제어하는 차단밸브와 유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 설치됨으로써 구성될 수도 있을 것이다. 본 실시예에서는 CNG 공급밸브는 3방밸브로서 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. The CNG supply valve (not shown) may be a three-way valve installed at a branch point of the
먼저, LNG는 생산하지 않고 CNG만을 생산하는 CNG 생산모드에서는, CNG 공급밸브의 개폐 및 개도량을 제어하여, 가스 압축기(15, 17)에서 압축되고, 가스 압축기 애프터쿨러(18)에서 냉각된 압축 천연가스, 즉 CNG가 열교환 유닛(20, 21, 23)으로는 이송되지 않고 전량이 CNG 공급라인(CL1)으로 이송되도록 할 수 있다.First, in the CNG production mode in which only CNG is produced without producing LNG, the CNG supply valve is controlled to open and close, and the gas is compressed by the
또한, CNG 생산모드에서는, 가스 압축기(15, 17)만이 전체 유량 즉, 100%의 캐퍼시티로 운전되도록 제어하고, 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)는 작동시키지 않는다. In addition, in the CNG production mode, only the
다음으로, CNG는 생산하지 않고, LNG만을 생산하는 LNG 생산모드에서는, CNG 공급밸브의 개폐 및 개도량을 제어하여, 가스 압축기(15, 17)에서 압축되고, 가스 압축기 애프터쿨러(18)에서 냉각된 압축 천연가스가 CNG 공급라인(CL1)으로는 유입되지 않고, 전량이 열교환 유닛(20, 21, 23)으로 이송되도록 할 수 있다. Next, in the LNG production mode in which only the LNG is produced without producing CNG, the opening and closing amounts of the CNG supply valves are controlled, compressed by the
또한, LNG 생산모드에서는, 가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64) 모두를 각 부하에 따라 운전시킨다. In the LNG production mode, all of the
마지막으로, LNG와 CNG를 동시에 생산하는 LCNG 동시 생산모드에서는, CNG 공급밸브의 개폐 및 개도량을 제어하여, 가스 압축기(15, 17)에서 압축되고, 가스 압축기 애프터쿨러(18)에서 냉각된 압축 천연가스 중 일부는 열교환 유닛(20, 21, 23)으로 공급되고, 나머지는 CNG 공급라인(CL1)으로 각각 분기되어 공급되도록 할 수 있다. Lastly, in the LCNG simultaneous production mode for producing LNG and CNG simultaneously, the opening and closing amount of the CNG supply valve is controlled to be compressed by the
또한, LCNG 동시 생산모드에서는, 가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64) 모두를 각 부하에 따라 운전시킨다. In addition, in the LCNG simultaneous production mode, all of the
예를 들어, 가스 압축기(15, 17)에서 압축된 압축 천연가스의 50%는 LNG로 생산하고, 나머지 50%는 CNG로 생산하고자 할 때, 가스 압축기(15, 17)는 100% 부하(duty)로 작동시키고, 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)는 각각 50% 부하(duty)로 작동시킨다.For example, when 50% of the compressed natural gas compressed by the
가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)는 각각의 축으로 구동(drive)될 수도 있고, 하나의 축으로 연결되어 같이 동작될 수도 있다. 하나의 축으로 연결되어 같이 동작되는 경우, 상술한 제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 각 압축기별로 언로더나 바이패스 시스템을 이용하여 각 압축기의 유량을 조절할 수 있다. The gas compressors 15 and 17, the
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 천연가스 액화장치(4) 및 액화방법을 설명하기로 한다. Next, a natural
본 발명의 제4 실시예는, 제2 및 제3 실시예의 변형예로서, 제2 실시예에 따른 천연가스 액화장치에 비해 CNG 저장탱크(CT), CNG 공급라인(CL1) 및 증발가스 회수라인(52)을 더 포함하여, LNG와 압축천연가스(CNG; Compressed Natural Gas)를 각각 또는 동시에 생산할 수 있다는 점에서 차이가 있고, 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치에 비해 피드가스 스트림(100)이 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입되기 전에, 전처리 냉각기(101) 및 중탄화수소 분리기(103)를 통과한 후 재순환되는 회수가스(11)와 혼합되어 가스 압축기 석션드럼(13)으로 유입된다는 점에서 차이가 있다. The fourth embodiment of the present invention is a modified example of the second and third embodiments, and compared with the natural gas liquefaction apparatus according to the second embodiment, the CNG storage tank CT, the CNG supply line CL1 and the boil-off gas recovery line. In addition to the 52, there is a difference in that it can produce each of the LNG and Compressed Natural Gas (CNG) or simultaneously, the
이하, 후술하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질소를 함유하는 천연가스 액화장치(4) 및 액화방법은 상술한 제2 및 제3 실시예를 참조할 수 있으며, 제2 및 제3 실시예와 동일하게 적용되는 기술적 특징에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다. 동일한 도면부호를 참조하는 구성요소에 대해서는 언급이나 구체적인 설명이 없더라도 제2 및 제3 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. Hereinafter, the nitrogen-containing natural
즉, 본 실시예에 따르면, 전처리 냉각기(101) 및 중탄화수소 분리기(103)를 이용하여 천연가스 스트림(100)에 포함된 중탄화수소 성분을 제어하고, CNG 공급밸브와 가스 압축기(15, 17), 회수가스 압축기(45, 47) 및 냉매 압축기(62, 64)의 작동 및 부하를 제어하여, LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 생산할 수 있다. That is, according to the present embodiment, using the
다음으로, 도 5를 참조하여, 상술한 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치 또는 제4 실시예에 따른 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소 및 천연가스 충전 방법을 설명하기로 한다. Next, a natural gas filling station and a natural gas filling method including the natural gas liquefaction apparatus according to the third embodiment or the natural gas liquefaction apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 5.
본 실시예에 따른 천연가스 충전소는, 도 3에 도시된 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3) 또는 도 4에 도시된 제4 실시예에 다른 천연가스 액화장치(4)를 포함한다. 즉, 본 실시예에 따른 천연가스 충전소는 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3) 또는 제4 실시예에 따른 천연가스 액화장치(4)를 이용하여 생산된 CNG 및/또는 LNG를 천연가스를 연료로 사용하는 천연가스 연료차량으로 충전(fueling)해 줄 수 있다.The natural gas filling station according to the present embodiment includes a natural
본 실시예에서는 제3 실시예에 따른 천연가스 액화장치(3)를 포함하는 천연가스 충전소 및 충전방법을 예로 들어 설명하기로 하나. In this embodiment, a natural gas filling station and a charging method including the natural
본 실시예에 따른 천연가스 충전소는, 천연가스 액화장치(3); 천연가스 액화장치(3)에서 생산된 LNG를 천연가스 연료 차량으로 충전해주는 LNG 충전 유닛(LF); 및 천연가스 액화장치(3)에서 생산된 CNG(Compressed Natural Gas)를 천연가스 연료 차량으로 충전해주는 CNG 충전 유닛(CF);을 포함한다. Natural gas filling station according to the present embodiment, the natural gas liquefaction apparatus (3); LNG filling unit (LF) for filling the LNG produced by the natural
본 실시예의 LNG 충전 유닛(LF)은, LNG 저장탱크(29)에 저장된 LNG를 천연가스 연료 차량에서 요구하는 충전 조건으로 온도를 조절하는 LNG 가열기(LH); 및 LNG 가열기(LH)에서 온도가 조절된 LNG를 LNG 연료 차량으로 충전하는 LNG 디스펜서(LD);를 포함할 수 있다.The LNG filling unit LF of the present embodiment includes: an LNG heater LH for adjusting a temperature of LNG stored in the
본 실시예의 CNG 충전 유닛(CF)은, CNG 저장탱크(CT)에 저장된 CNG를 천연가스 연료 차량에서 요구하는 충전 조건으로 온도를 조절하는 CNG 가열기(CH); CNG에 부취제를 첨가하는 부취제 첨가장치(CO); 천연가스 연료 차량으로 충전되는 CNG의 유량 및 압력을 안정화시키고 CNG에 포함된 액적 등 액체 성분을 제거하는 버퍼 탱크(CB); 및 CNG를 천연가스 연료 차량으로 주입하는 CNG 디스펜서(CD);를 포함할 수 있다.The CNG filling unit CF of the present embodiment includes: a CNG heater CH for adjusting a temperature of CNG stored in the CNG storage tank CT to a charging condition required by a natural gas fuel vehicle; Deodorant adding device (CO) for adding a deodorant to the CNG; A buffer tank (CB) for stabilizing the flow rate and pressure of the CNG charged to the natural gas fuel vehicle and removing liquid components such as droplets contained in the CNG; And a CNG dispenser (CD) for injecting CNG into the natural gas fuel vehicle.
본 실시예에 따른 천연가스 충전소는, CNG를 요구하는 천연가스 연료 차량에는 CNG를 충전해주고, LNG를 요구하는 천연가스 연료 차량에는 LNG를 충전해줄 수 있으며, CNG를 요구하는 천연가스 연료 차량으로의 천연가스 충전 및 LNG를 요구하는 천연가스 연료 차량으로의 천연가스 충전을 각각 또는 동시에 실시할 수 있다. The natural gas filling station according to the present embodiment may charge CNG in a natural gas fuel vehicle requiring CNG, and LNG in a natural gas fuel vehicle requiring LNG. The natural gas filling and the natural gas filling to the natural gas fueled vehicle requiring LNG can be performed individually or simultaneously.
천연가스 액화장치(3)에서의 LNG와 CNG의 생산은, LNG 저장탱크(29)의 수위 및 CNG 저장탱크(CT)의 압력에 따라 각각 또는 동시에 실시될 수 있다.The production of LNG and CNG in the natural
상술한 바에 따라, 특정 구현예가 도시되고 기술되었지만, 다양한 변형이 이루어질 수 있고 본 명세서에서 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 발명이 본 명세서에 제공된 특정 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 전술한 명세서를 참조하여 설명되었지만, 본 명세서의 바람직한 구현예에 대한 설명 및 예시는 제한적인 의미로 해석되는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 모든 양태가 다양한 조건 및 변수에 따른 본원에서 설명된 특정 서술, 구성 또는 상대적 비율로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야한다. 본 발명의 구현예의 다양한 수정 정보 및 세부사항들은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 그러한 임의의 수정, 변형 및 등가물을 포함할 수도 있음을 고려한다.As described above, while specific embodiments have been shown and described, it should be understood that various modifications may be made and contemplated herein. In addition, the present invention is not limited by the specific embodiments provided herein. Although the present invention has been described with reference to the foregoing specification, descriptions and examples of preferred embodiments of the present specification are not to be interpreted in a limiting sense. In addition, it is to be understood that not all aspects of the invention are limited to the specific descriptions, configurations, or relative proportions described herein for the various conditions and variables. Various modifications and details of embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, it is contemplated that the present invention may include any such modifications, variations and equivalents.
13 : 가스 압축기 석션드럼
15, 17 : 가스 압축기
20 : 고온부 열교환기
21 : 냉매 열교환기
23 : 저온부 열교환기
25 : 가스 팽창 밸브
27 : 홀드-업 드럼
20 : LNG 저장탱크
49 : 가스 퍼징밸브
52 : 가스엔진
45, 47 : 회수가스 압축기
60 : 냉매 압축기 석션드럼
62, 64 : 냉매 압축기
67 : 써지 드럼
71 : 냉매 팽창 밸브
73 : 냉매 퍼징밸브
CL : CNG 공급라인
CT : CNG 저장탱크
LF : LNG 충전 유닛
CF : CNG 충전 유닛13: gas compressor suction drum
15, 17: gas compressor
20: high temperature part heat exchanger
21: refrigerant heat exchanger
23: low temperature heat exchanger
25: gas expansion valve
27: Hold-up Drum
20: LNG storage tank
49: gas purging valve
52: gas engine
45, 47: recovery gas compressor
60: refrigerant compressor suction drum
62, 64: refrigerant compressor
67: Surge Drum
71: refrigerant expansion valve
73: refrigerant purging valve
CL: CNG Supply Line
CT: CNG Storage Tank
LF: LNG Filling Unit
CF: CNG Filling Unit
Claims (14)
상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스를 냉각시키는 열교환부;
상기 열교환부에서 냉각된 천연가스를 팽창시키는 가스 팽창 밸브; 및
상기 천연가스가 가스 팽창 밸브를 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 홀드-업 드럼;을 포함하고,
상기 열교환부는,
냉매 사이클을 순환하는 냉매와 상기 압축 천연가스를 열교환시켜, 상기 압축 천연가스를 예냉시키는 냉매 열교환기;
상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 기체 상태의 회수가스를 냉매로 사용하여, 상기 압축 천연가스를 냉각시키는 저온부 열교환기; 및
상기 저온부 열교환기에서 열교환 후 온도가 상승하여 배출되는 회수가스의 냉열을 더 회수하여 상기 압축 천연가스를 예냉시키는 고온부 열교환기;를 더 포함하며,
상기 열교환부는, 상기 고온부 열교환기, 냉매 열교환기 및 저온부 열교환기가 순차적으로 직렬 배치되고,
상기 저온부 열교환기에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승한 회수가스를 압축하여, 상기 가스 압축기로 공급되는 질소 함유 천연가스 스트림에 합류시키는 회수가스 압축기;
상기 저온부 열교환기에서 압축 천연가스를 냉각시키면서 온도가 상승한 회수가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스엔진; 및
상기 회수가스의 질소 함유량이 액화된 천연가스의 질소 함유 사양을 충족하도록 하기 위해 필요한 퍼지량만큼의 회수가스는 상기 가스엔진으로 공급되도록 제어되는 가스 퍼징 밸브;를 더 포함하는, 질소를 함유하는 천연가스 액화장치.A gas compressor for compressing natural gas containing nitrogen;
A heat exchanger for cooling the compressed natural gas compressed by the gas compressor;
A gas expansion valve for expanding natural gas cooled in the heat exchanger; And
And a hold-up drum for gas-liquid separating the gas-liquid mixture produced while the natural gas passes through the gas expansion valve.
The heat exchange unit,
A refrigerant heat exchanger for heat-exchanging the refrigerant circulating a refrigerant cycle with the compressed natural gas to precool the compressed natural gas;
A low temperature heat exchanger for cooling the compressed natural gas by using a recovered gas in a gaseous state separated from the hold-up drum as a refrigerant; And
And a high temperature part heat exchanger for pre-cooling the compressed natural gas by further recovering cold heat of the recovered gas discharged after the heat exchange in the low temperature part heat exchanger.
The heat exchange unit, the high temperature portion heat exchanger, the refrigerant heat exchanger and the low temperature portion heat exchanger are sequentially arranged in series,
A recovery gas compressor for compressing the recovery gas whose temperature has risen while cooling the compressed natural gas in the low temperature part heat exchanger, and joining the nitrogen-containing natural gas stream supplied to the gas compressor;
A gas engine for producing electric power by using the recovered gas whose temperature rises as a fuel while cooling the compressed natural gas in the low temperature part heat exchanger; And
The purge gas as much as the purge amount necessary to ensure that the nitrogen content of the recovery gas meets the nitrogen-containing specification of the liquefied natural gas further comprises a gas purging valve controlled to be supplied to the gas engine. Gas liquefaction system.
상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 액체 상태의 액화천연가스(LNG)를 저장하고 저장된 LNG를 LNG 수요처로 공급하는 LNG 저장탱크;를 더 포함하는, 질소를 함유하는 천연가스 액화장치.The method according to claim 1,
The natural gas liquefaction apparatus further comprises a; LNG storage tank for storing the liquid liquefied natural gas (LNG) in the liquid state separated from the hold-up drum and supply the stored LNG to the LNG demand destination.
상기 냉매 열교환기로 압축 천연가스를 냉각시키기 위한 냉매를 순환시키는 냉매 사이클;을 더 포함하며,
상기 냉매 사이클은,
상기 냉매 열교환기로 공급할 냉매를 압축하는 냉매 압축기; 및
상기 냉매 압축기에서 압축된 압축 냉매를 단열팽창시키는 냉매 팽창 밸브;를 포함하며,
상기 냉매 팽창 밸브에 의해 단열팽창된 액체 상태의 냉매가 상기 냉매 열교환기로 공급되고, 상기 냉매 열교환기에서 열교환 후 기화된 냉매는 상기 냉매 압축기로 재순환되는 폐쇄 사이클을 형성하는, 질소를 함유하는 천연가스 액화장치.The method according to claim 1,
Refrigerant cycle for circulating a refrigerant for cooling the compressed natural gas to the refrigerant heat exchanger;
The refrigerant cycle,
A refrigerant compressor for compressing a refrigerant to be supplied to the refrigerant heat exchanger; And
And a refrigerant expansion valve for adiabatic expansion of the compressed refrigerant compressed by the refrigerant compressor.
The natural gas containing nitrogen which forms a closed cycle in which the liquid refrigerant thermally insulated by the refrigerant expansion valve is supplied to the refrigerant heat exchanger, and the refrigerant vaporized after heat exchange in the refrigerant heat exchanger is recycled to the refrigerant compressor. Liquefaction apparatus.
상기 가스 압축기, 회수가스 압축기 및 냉매 압축기는,
상기 가스엔진에서 생산된 전력을 사용하여 구동되는, 질소를 함유하는 천연가스 액화장치.The method according to claim 5,
The gas compressor, recovery gas compressor and refrigerant compressor,
A nitrogen-containing natural gas liquefaction apparatus, which is driven by using the electric power produced by the gas engine.
상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스를 저장하는 CNG 저장탱크;
상기 가스 압축기에서 압축된 압축 천연가스가 상기 열교환부로 이송되는 제19 라인으로부터 분기되어 상기 CNG 저장탱크로 연결되는 CNG 공급라인; 및
상기 압축 천연가스 중 적어도 일부가 상기 CNG 공급라인으로 유입되도록 개폐가 조절되는 CNG 공급밸브;를 더 포함하여,
LNG와 CNG를 각각 또는 동시에 생산할 수 있는, 천연가스 액화장치. The method according to claim 2,
A CNG storage tank storing compressed natural gas compressed by the gas compressor;
A CNG supply line branched from a nineteenth line through which the compressed natural gas compressed in the gas compressor is transferred to the heat exchange unit, and connected to the CNG storage tank; And
And a CNG supply valve configured to control opening and closing so that at least a portion of the compressed natural gas flows into the CNG supply line.
Natural gas liquefaction apparatus, capable of producing LNG and CNG either individually or simultaneously.
상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 증발가스가 상기 가스엔진으로 공급되도록 경로를 제공하는 제50 라인; 및
상기 제50 라인으로부터 분기되어 상기 증발가스가 회수가스 압축기로 공급되도록 경로를 제공하는 증발가스 회수라인;을 더 포함하는, 천연가스 액화장치. The method according to claim 2,
A fifty-th line providing a path for supplying the boil-off gas discharged from the LNG storage tank to the gas engine; And
And a boil-off gas recovery line branched from the fifty-th line to provide a path for supplying the boil-off gas to a recovery gas compressor.
상기 천연가스 액화장치에서 CNG만 생산하거나, LNG만 생산하거나, CNG와 LNG를 동시에 생산하도록 제어하는 제어부;
상기 천연가스 액화장치에서 생산된 LNG를 천연가스 연료차량으로 공급하는 LNG 충전유닛; 및
상기 천연가스 액화장치에서 생산된 CNG를 천연가스 연료차량으로 공급하는 CNG 충전유닛;을 포함하는, 천연가스 충전소. Natural gas liquefaction apparatus according to any one of claims 1 to 2 and 5 to 8;
A control unit which controls the CNG to produce only CNG, only LNG, or simultaneously produce CNG and LNG;
An LNG charging unit for supplying the LNG produced by the natural gas liquefaction apparatus to a natural gas fuel vehicle; And
And a CNG filling unit for supplying the CNG produced by the natural gas liquefaction apparatus to a natural gas fuel vehicle.
상기 천연가스를 팽창시키는 팽창공정에서 발생한 회수가스를 회수하여 압축하고, 압축한 회수가스는 상기 천연가스를 압축하는 압축공정으로 유입되는 천연가스 흐름에 합류시키며,
상기 천연가스를 냉각시키는 냉각공정은,
상기 압축공정에 의해 압축된 압축 천연가스를, 냉매 사이클을 순환하는 냉매와 열교환시켜 1차 냉각시키고,
상기 1차 냉각된 압축 천연가스를 상기 압축 전 회수가스와 열교환시켜 2차 냉각시키고,
상기 압축 천연가스를 2차 냉각시키며 온도가 상승한 회수가스는, 상기 1차 냉각시키기 전의 압축 천연가스와 열교환시켜 압축 천연가스를 예냉시킴으로써 냉열을 추가로 회수하며,
상기 냉매로 사용된 회수가스 중 상기 생산된 액화천연가스의 질소 함유량을 유지시키기 위해 필요한 양만큼은 퍼지시키고, 상기 퍼지시킨 회수가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는, 질소를 함유하는 천연가스의 액화방법.Compresses, cools and expands nitrogen-containing natural gas to produce liquefied natural gas,
The recovery gas generated in the expansion process of expanding the natural gas is recovered and compressed, and the compressed recovery gas joins the natural gas flow introduced into the compression process of compressing the natural gas.
Cooling process for cooling the natural gas,
The compressed natural gas compressed by the compression process is first cooled by heat exchange with a refrigerant circulating in a refrigerant cycle,
The first cooled compressed natural gas is heat-exchanged with the recovered gas before compression for second cooling,
The recovered gas whose temperature is raised by secondary cooling the compressed natural gas is further recovered by cooling by heat-exchanging with the compressed natural gas before the primary cooling to precool the compressed natural gas.
Liquefaction of nitrogen-containing natural gas, which purges as much as necessary to maintain the nitrogen content of the produced liquefied natural gas among the recovered gas used as the refrigerant, and generates electric power using the purged recovery gas as a fuel. Way.
상기 압축된 천연가스 중 적어도 일부를 분기시켜 압축천연가스 형태로 저장하여, 천연가스 수요처에서의 요구에 따라 생산된 액화천연가스 또는 압축천연가스를 각각 또는 동시에 공급하는, 천연가스 액화방법. The method according to claim 10,
At least a portion of the compressed natural gas is branched and stored in the form of compressed natural gas, the natural gas liquefaction method, respectively or simultaneously supplying liquefied natural gas or compressed natural gas produced according to the requirements of the natural gas demand.
상기 액화천연가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 전력을 생산하는 연료로 공급하거나, 압축 공정으로 재순환시키는, 천연가스 액화방법. The method according to claim 10,
The natural gas liquefaction method of supplying the boil-off gas generated by the natural liquefied natural gas to the fuel for producing electric power, or recycle to the compression process.
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