KR102142610B1 - Natural gas process method and process apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 천연가스 처리방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리방법은, (A) 가스스트림을 가압하는 단계와, (B) 가스스트림을 팽창시켜 액체생성물과 미액화 가스를 생성시키는 단계와, (C) 액체생성물과 미액화가스를 분리하여 제1 가스스트림과 제1 액체스트림으로 제공하는 단계, 및 (D) 제1 액체스트림을 가스스트림과 열교환하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a natural gas treatment method is provided.
The natural gas treatment method according to an embodiment of the present invention includes (A) pressurizing a gas stream, (B) expanding the gas stream to generate a liquid product and an unliquefied gas, and (C) a liquid product. Separating the and unliquefied gas may include providing the first gas stream and the first liquid stream, and (D) exchanging the first liquid stream with the gas stream.

Description

천연가스 처리방법 및 처리장치{Natural gas process method and process apparatus}Natural gas process method and process apparatus

본 발명은 천연가스 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연가스의 액화 효율이 좋으며 설비의 소형화가 가능한 천연가스 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a natural gas treatment method and treatment apparatus, and more particularly, to a natural gas treatment method and treatment apparatus capable of improving the liquefaction efficiency of natural gas and miniaturization of equipment.

일반적으로, 천연가스(Natural Gas; NG)는 지하에서 추출되는 가연성의 가스로, 주성분인 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 외에도 수분, 고분자, 탄화수소, 질소, 헬륨, 탄화가스, 황화수소 등이 포함되어 있다. 천연가스를 정제하지 않을 경우, 발열량 및 물리화학적 특성이 바뀌고 천연가스의 품질도 저하되어, 수분, 황화물, 탄산가스, 먼지, 유분 등을 제거하는 정제 과정을 거친 후 사용하고 있다. 산지에서 추출하여 정제 과정을 거친 천연가스는 부피가 커 파이프라인을 통하여 운송하거나, 액화 설비를 통하여 액화천연가스로 변환하여 운반한다. 액화천연가스는 부피가 천연가스의 1/600로 감소하여, 운송 및 저장에 매우 유리하다.In general, natural gas (NG) is a combustible gas extracted from the ground and contains moisture, polymers, hydrocarbons, nitrogen, helium, hydrocarbon gas, hydrogen sulfide, etc. in addition to the main components of methane, ethane, propane, and butane. . If natural gas is not refined, its calorific value and physicochemical properties change, and the quality of natural gas is also degraded, so it is used after undergoing a refining process to remove moisture, sulfides, carbon dioxide, dust, and oil. Natural gas that has been extracted and purified from the production area is bulky and transported through pipelines, or converted into liquefied natural gas through a liquefaction facility and transported. The volume of liquefied natural gas is reduced to 1/600 of that of natural gas, which is very advantageous for transportation and storage.

그러나, 천연가스의 주성분인 메탄은 액화온도가 매우 낮기 때문에 일반적인 방법으로는 액화시키기가 어려우며, 액화를 위해서는 통상 대형 설비가 필요하여, 소규모 유전 또는 오지에 위치하는 유전 등에서는 설치하기가 적합하지 않아 천연가스를 연소시켜 소비하는 문제가 있었다. 또한, 종래의 천연가스 액화방식은 천연가스를 액화하는 과정에서 질소 등이 누적되어 액화 효율을 떨어지는 문제가 있었다.However, methane, which is the main component of natural gas, has a very low liquefaction temperature, so it is difficult to liquefy using a general method, and large facilities are usually required for liquefaction, and it is not suitable for installation in small oil fields or oil fields located in remote areas. There was a problem of burning and consuming natural gas. In addition, the conventional natural gas liquefaction method has a problem in that liquefaction efficiency is deteriorated due to accumulation of nitrogen and the like in the process of liquefying natural gas.

이에, 장치의 소형화가 가능하며, 천연가스의 액화효율을 높일 수 있는 천연가스 처리방법이 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a natural gas treatment method capable of miniaturizing an apparatus and improving the liquefaction efficiency of natural gas.

대한민국 등록특허 제10-0758501호 (2007. 09. 07.)Korean Patent Registration No. 10-0758501 (2007. 09. 07.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 천연가스의 액화 효율이 좋으며 설비의 소형화가 가능한 천연가스 처리방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a natural gas treatment method that has good liquefaction efficiency of natural gas and capable of miniaturizing facilities.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 천연가스의 액화 효율이 좋으며 설비의 소형화가 가능한 천연가스 처리장치를 제공하는 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a natural gas treatment apparatus that has good liquefaction efficiency of natural gas and capable of miniaturizing facilities.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 처리방법은, (A) 가스스트림을 가압하는 단계와, (B) 상기 가스스트림을 팽창시켜 액체생성물과 미액화가스를 생성시키는 단계와, (C) 상기 액체생성물과 상기 미액화가스를 분리하여 제1 가스스트림과 제1 액체스트림으로 제공하는 단계, 및 (D) 상기 제1 액체스트림을 상기 가스스트림과 열교환하는 단계를 포함한다.The natural gas treatment method according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem includes (A) pressurizing a gas stream, and (B) expanding the gas stream to generate a liquid product and unliquefied gas. And, (C) separating the liquid product and the unliquefied gas and providing the first gas stream and the first liquid stream, and (D) exchanging the first liquid stream with the gas stream. .

상기 (D) 단계에서, 상기 제1 액체스트림은 상기 가스스트림과 열교환 후 기화되어 제2 가스스트림을 생성할 수 있다.In the step (D), the first liquid stream may be vaporized after heat exchange with the gas stream to generate a second gas stream.

상기 제2 가스스트림은, 상기 (A) 단계 이전에 상기 가스스트림에 혼합되어 상기 제2 가스스트림과 상기 가스스트림의 혼합스트림이 상기 (A) 단계로 진행될 수 있다.The second gas stream may be mixed with the gas stream prior to step (A), and a mixed stream of the second gas stream and the gas stream may proceed to step (A).

상기 천연가스 처리방법은, 상기 (D) 단계 이전에, 상기 (A) 단계 이후의 상기 가스스트림을 팽창시켜 상기 가스스트림 중 적어도 일부를 액화시키는 (B-1) 단계를 더 포함할 수 있다.The natural gas treatment method may further include a step (B-1) of liquefying at least a portion of the gas stream by expanding the gas stream after step (A) before step (D).

상기 천연가스 처리방법은, 상기 (A) 단계 수행 후 상기 (B-1) 단계 수행 전의 상기 가스스트림에 상기 제1 액체스트림을 열교환하여, 상기 제1 액체스트림을 기화시켜 제2 가스스트림을 생성하는 (B-2) 단계를 더 포함할 수 있다.In the natural gas treatment method, after performing the step (A), the first liquid stream is exchanged with the gas stream before the step (B-1) to evaporate the first liquid stream to generate a second gas stream. It may further include the step (B-2).

상기 (B-2) 단계는, 상기 가스스트림을 냉각하는 폐루프 독립 냉각시스템과 하나의 열교환기를 통하여 동시에 수행될 수 있다.The step (B-2) may be performed simultaneously through a closed loop independent cooling system for cooling the gas stream and one heat exchanger.

상기 폐루프 독립 냉각시스템을 순환하는 냉매는 상기 제1 가스스트림과 열교환되어 냉각될 수 있다.The refrigerant circulating through the closed loop independent cooling system may be cooled by heat exchange with the first gas stream.

상기 천연가스 처리방법은, 상기 제1 액체스트림을 상기 (D) 단계 수행 전의 상기 가스스트림과 열교환하여 기화시켜 제2 가스스트림을 생성하는 (D-1) 단계를 더 포함할 수 있다.The natural gas treatment method may further include (D-1) generating a second gas stream by vaporizing the first liquid stream by exchanging heat with the gas stream prior to performing the step (D).

상기 천연가스 처리방법은, 상기 (D) 단계 수행 전 상기 (D-1) 단계 후의 상기 가스스트림을 폐루프 독립 냉각시스템에 의해 냉각하는 (D-2) 단계를 더 포함할 수 있다.The natural gas treatment method may further include a step (D-2) of cooling the gas stream after the step (D-1) before performing the step (D) using a closed loop independent cooling system.

상기 폐루프 독립 냉각시스템을 순환하는 냉매는 상기 제1 가스스트림과 열교환되어 냉각될 수 있다.The refrigerant circulating through the closed loop independent cooling system may be cooled by heat exchange with the first gas stream.

상기 천연가스 처리방법은, 상기 (C) 이후에, 상기 제1 액체스트림의 압력을 낮추어 액화가스와 제3 가스스트림을 생성하고, 상기 액화가스와 상기 제3 가스스트림을 분리하는 (E) 단계를 더 포함할 수 있다.The natural gas treatment method includes the step (E) of lowering the pressure of the first liquid stream to generate a liquefied gas and a third gas stream, and separating the liquefied gas and the third gas stream after (C). It may further include.

상기 제3 가스스트림은 상기 제1 가스스트림과 혼합되어 폐루프 독립 냉각시스템의 냉매를 냉각시키는데 사용되거나 소비처로 공급될 수 있다.The third gas stream may be mixed with the first gas stream and used to cool a refrigerant in a closed loop independent cooling system or may be supplied to a consumer.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 처리장치는, 천연가스를 공급하는 가스공급관과, 상기 가스공급관에 연결되어 상기 천연가스를 가압하는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 상기 천연가스를 냉각하는 냉각유닛과, 상기 냉각유닛을 통과한 상기 천연가스를 팽창시켜 액화시키는 팽창수단과, 상기 팽창수단 후단에 연결되어 액화천연가스와 미액화가스를 분리하는 제1 기액분리기, 및 상기 제1 기액분리기에서 분리된 상기 액화천연가스 중 일부를 상기 냉각유닛으로 공급하여 순환시키는 순환관을 포함한다.A natural gas processing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the other technical problem includes a gas supply pipe for supplying natural gas, a compressor connected to the gas supply pipe to pressurize the natural gas, and passing through the compressor. A cooling unit for cooling the natural gas, an expansion means for expanding and liquefying the natural gas that has passed through the cooling unit, and a first gas-liquid separator connected to a rear end of the expansion means to separate liquefied natural gas and non-liquefied gas, And a circulation pipe for supplying and circulating some of the liquefied natural gas separated by the first gas-liquid separator to the cooling unit.

상기 순환관을 통해 상기 냉각유닛으로 공급되는 상기 액화천연가스는 상기 냉각유닛과 열교환한 후 기화될 수 있다.The liquefied natural gas supplied to the cooling unit through the circulation pipe may be vaporized after heat exchange with the cooling unit.

상기 순환관은 상기 냉각유닛을 경유하여 상기 가스공급관으로 연결되어, 상기 냉각유닛과 열교환한 후 기화된 가스를 상기 천연가스와 혼합시킬 수 있다.The circulation pipe is connected to the gas supply pipe via the cooling unit, and after heat exchange with the cooling unit, the vaporized gas may be mixed with the natural gas.

상기 냉각유닛은, 상기 천연가스와 분리되는 별도의 냉매에 의해 동작하는 폐루프 독립 냉각 시스템을 포함할 수 있다.The cooling unit may include a closed loop independent cooling system operated by a separate refrigerant separated from the natural gas.

상기 냉각유닛은, 상기 천연가스와 분리되는 별도의 냉매에 의해 동작하는 폐루프 독립 냉각 사이클을 구성하는 제1 냉각유닛과, 상기 순환관을 통과하는 상기 액화천연가스와 열교환을 통하여 상기 천연가스를 냉각하는 제2 냉각유닛을 포함할 수 있다.The cooling unit comprises a first cooling unit constituting a closed loop independent cooling cycle operated by a separate refrigerant separated from the natural gas, and the natural gas through heat exchange with the liquefied natural gas passing through the circulation pipe. It may include a second cooling unit to cool.

상기 팽창수단은, 상기 제1 냉각유닛과 상기 제2 냉각유닛 사이에 설치된 제1 팽창수단과, 상기 제2 냉각유닛과 상기 제1 기액분리기 사이에 설치된 제2 팽창수단을 포함할 수 있다.The expansion means may include a first expansion means installed between the first cooling unit and the second cooling unit, and a second expansion means installed between the second cooling unit and the first gas-liquid separator.

상기 순환관은 상기 제2 냉각유닛과 상기 제1 냉각유닛을 순차적으로 통과하여 상기 가스공급관에 연결될 수 있다.The circulation pipe may be connected to the gas supply pipe through sequentially passing through the second cooling unit and the first cooling unit.

상기 천연가스 처리장치는, 상기 제1 기액분리기로부터 분리된 상기 액화천연가스를 팽창시키는 제3 팽창수단과, 상기 제3 팽창수단 후단에 연결되는 제2 기액분리기를 더 포함할 수 있다.The natural gas treatment apparatus may further include a third expansion means for expanding the liquefied natural gas separated from the first gas-liquid separator, and a second gas-liquid separator connected to a rear end of the third expansion means.

본 발명은 천연가스가 액화된 극저온의 액화천연가스 중 일부를 천연가스와 열교환하는 방식으로 천연가스를 더 낮은 온도로 냉각할 수 있어, 천연가스를 보다 쉽게 액화시킬 수 있다. 특히, 액상인 액화천연가스를 천연가스와 열교환하는 방식이어서, 액화천연가스가 갖고 있는 잠열과 현열에 의한 에너지를 모두 이용할 수 있어 천연가스의 온도를 더 낮게 낮출 수 있어, 액화효율을 높일 수 있다. In the present invention, the natural gas can be cooled to a lower temperature by exchanging some of the cryogenic liquefied natural gas in which natural gas is liquefied with natural gas, so that natural gas can be liquefied more easily. In particular, since it is a method of exchanging liquefied natural gas with natural gas, both the latent and sensible heat of the liquefied natural gas can be used, thereby lowering the temperature of natural gas to a lower level, thereby increasing the liquefaction efficiency. .

또한, 본 발명에 따른 천연가스 처리방법은 천연가스를 액화하는 과정에서 질소가 포함된 미액화가스는 분리하여 폐루프 독립 냉각시스템에 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있으며, 액화천연가스에는 질소가 제거되어 액화효율이 높아진다. 또한, 본 발명에 따른 천연가스 처리 방법은 액화천연가스를 재순환시켜 천연가스를 냉각시키고 액화천연가스는 다시 기화되면서 순도 높은 천연가스를 생산할 수 있다.In addition, the natural gas treatment method according to the present invention can increase energy efficiency by separating unliquefied gas containing nitrogen in the process of liquefying natural gas and utilizing it for a closed loop independent cooling system, and nitrogen is removed from the liquefied natural gas. This increases the liquefaction efficiency. In addition, the natural gas treatment method according to the present invention cools the natural gas by recirculating the liquefied natural gas, and the liquefied natural gas is vaporized again, thereby producing high-purity natural gas.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리장치의 기본 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 천연가스 처리장치의 처리 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연가스 처리장치 및 처리방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 천연가스 처리장치의 각 부분에서 유동하는 유체의 상태를 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 천연가스 처리장치 및 처리방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 천연가스 처리장치의 각 부분에서 유동하는 유체의 상태를 나타낸 표이다.1 is a view schematically showing the basic structure of a natural gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart schematically showing a processing process of the natural gas treatment apparatus of FIG. 1.
3 is a view for explaining a natural gas treatment apparatus and treatment method according to another embodiment of the present invention.
4 is a table showing the state of fluid flowing in each part of the natural gas treatment apparatus of FIG. 3.
5 is a view for explaining a natural gas treatment apparatus and a treatment method according to another embodiment of the present invention.
6 is a table showing the state of fluid flowing in each part of the natural gas treatment apparatus of FIG. 5.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리방법 및 처리장치에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a natural gas treatment method and a treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

천연가스 처리장치는 정제 과정을 거친 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생성하는 장치이다.The natural gas treatment device is a device that generates liquefied natural gas by liquefying natural gas that has undergone a refining process.

천연가스 처리방법 및 처리장치는, 천연가스가 액화된 극저온의 액화천연가스 중 일부를 천연가스와 열교환하는 방식으로 천연가스를 더 낮은 온도로 냉각할 수 있어, 천연가스를 보다 쉽게 액화시킬 수 있다. 특히, 액상인 액화천연가스를 천연가스와 열교환하는 방식이어서, 액화천연가스가 갖고 있는 잠열과 현열에 의한 에너지를 모두 이용할 수 있어 천연가스의 온도를 더 낮게 낮출 수 있어, 액화효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스를 액화하는 과정에서 질소가 포함된 미액화가스는 분리하여 폐루프 독립 냉각시스템에 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있으며, 액화천연가스에는 질소가 제거되어 액화효율이 높아질 수 있다. 또한, 액화천연가스를 재순환시켜 천연가스를 냉각시키고 액화천연가스는 다시 기화되면서 순도 높은 천연가스를 생산할 수 있는 특징이 있다. 한편, 본 명세서 상에서 천연가스라 함은 천연적으로 지하로부터 발생하며 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성 가스를 주로 의미하는 것이나, 반드시 엄격한 의미의 천연가스만을 의미하고 기타 다른 방식으로 발생된 가스를 배제하는 것은 아니다. 즉, 본 명세서에 천연가스라고 기재되어 있다고 하더라도 본 발명에 의해 처리가 가능하다면, 매립가스(landfill gas) 등과 같이 인공적 작업이 가미되어 발생되거나 화학공정에 의해 발생한 가스 등도 명세서 상에 기재된 천연가스에 포함될 수 있을 것이다. The natural gas treatment method and treatment device can cool the natural gas to a lower temperature by exchanging some of the cryogenic liquefied natural gas in which natural gas is liquefied with natural gas, so that natural gas can be liquefied more easily. . In particular, since it is a method of exchanging liquefied natural gas with natural gas, both the latent and sensible heat of the liquefied natural gas can be used, thereby lowering the temperature of natural gas to a lower level, thereby increasing the liquefaction efficiency. . In addition, in the process of liquefying natural gas, unliquefied gas containing nitrogen can be separated and utilized in a closed loop independent cooling system to increase energy efficiency, and nitrogen is removed from liquefied natural gas, thereby increasing liquefaction efficiency. In addition, the natural gas is cooled by recirculating the liquefied natural gas, and the liquefied natural gas is vaporized again to produce high-purity natural gas. On the other hand, in this specification, the term natural gas mainly refers to a combustible gas that is naturally generated from the ground and has a hydrocarbon as a main component, but it necessarily means only natural gas in a strict sense and excluding gases generated in other ways. no. That is, even if it is described as natural gas in this specification, if it is possible to treat it by the present invention, gas generated by artificial work such as landfill gas or the like or generated by a chemical process is also included in the natural gas described in the specification. Could be included.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리방법 및 처리장치에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for treating natural gas according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리장치의 기본 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 천연가스 처리장치의 처리 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.1 is a diagram schematically showing a basic structure of a natural gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart schematically showing a processing process of the natural gas treatment apparatus of FIG. 1.

본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리방법은, (A) 가스스트림을 가압하는 단계와, (B) 가스스트림을 팽창시켜 액체생성물과 미액화가스를 생성시키는 단계와, (C) 상기 액체생성물과 미액화가스를 분리하여 제1 가스스트림과 제1 액체스트림으로 제공하는 단계, 및 (D) 제1 액체스트림을 가스스트림과 열교환하는 단계를 포함한다.The natural gas treatment method according to an embodiment of the present invention includes (A) pressurizing a gas stream, (B) expanding the gas stream to generate a liquid product and unliquefied gas, and (C) the liquid Separating the product and the unliquefied gas to provide a first gas stream and a first liquid stream, and (D) heat-exchanging the first liquid stream with the gas stream.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 처리장치(1)는, 가스공급관(10)과, 압축기(20)와, 냉각유닛(50)과, 팽창수단(30)과, 제1 기액분리기(40), 및 순환관(41)을 포함한다.In addition, the natural gas treatment apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a gas supply pipe 10, a compressor 20, a cooling unit 50, an expansion means 30, and a first gas-liquid separator. (40), and a circulation pipe (41).

가스스트림(G)은 탄산가스(CO2), 황화수소(H2S) 등의 산성가스와 수은 등의 불순물, 및 수분을 제거하는 정제 과정을 거친 상태의 천연가스의 연속적인 흐름을 의미하며, 가스공급관(10)으로 공급되어 유동한다. 정제 과정을 통해 가스스트림(G)에 포함된 수분이 제거됨으로써, 액화천연가스의 생성을 위한 가스스트림(G)의 냉각 시 결빙이 발생하지 않아 결빙의 발생에 따른 장치, 예를 들어, 냉각유닛(50) 등의 손상을 예방할 수 있다. 가스공급관(10)으로 공급된 가스스트림(G)은 기액분리기(W)를 통과하며 잔존하는 액체를 추가로 제거된 후, 압축기(20)로 공급되어 가압된다.The gas stream (G) refers to a continuous flow of natural gas that has undergone a refining process to remove acid gases such as carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S), impurities such as mercury, and moisture, It is supplied to the gas supply pipe 10 and flows. As moisture contained in the gas stream (G) is removed through the purification process, freezing does not occur when the gas stream (G) for the generation of liquefied natural gas is cooled, and thus a device according to the occurrence of freezing, for example, a cooling unit (50) You can prevent damage to the back. The gas stream G supplied to the gas supply pipe 10 passes through the gas-liquid separator W to further remove the remaining liquid, and then is supplied to the compressor 20 and pressurized.

가스스트림(G)은 압축기(20)에서 고압으로 가압된다(S100). 압축기(20)는 적어도 하나의 압축기를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 복수의 압축기가 직렬로 연결되어 다단으로 가스스트림(G)을 가압할 수도 있다. 복수의 압축기가 직렬로 연결되어 다단으로 가스스트림(G)을 가압하는 경우, 압축기 사이에 냉각기가 배치되어 가스스트림(G)의 가압에 따른 과도한 온도 증가를 방지할 수 있다. 압축기(20)에서 가압된 가스스트림(G)은 냉각기(70)를 통과하며 일부 냉각되며, 후술할 냉각유닛(50)에서 냉각된 후 팽창수단(30)을 통과하며 팽창된다. 가압 및 냉각된 가스스트림(G)은 팽창되어 액체생성물과 미액화가스를 생성한다(S200). 여기서, 액체생성물이라 함은, 가스스트림(G)이 액화된 것을 통칭하며, 대부분이 액화천연가스이고, 질소 등의 다른 성분이 일부 포함될 수 있다.팽창수단(30)은 예를 들어, 줄톰슨 팽창밸브 형태로 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 줄톰슨 팽창밸브를 포함하여 압축기(20) 후단, 보다 구체적으로, 냉각유닛(50) 후단에 배치될 수 있다. 팽창수단(30)은 필요에 따라 복수의 줄톰슨 팽창밸브가 직렬로 연결되어 가스스트림(G)을 다단으로 팽창시킬 수도 있다. 팽창수단(30)의 후단에는 제1 기액분리기(40)가 형성되므로, 가스스트림(G)이 팽창되어 생성된 액체생성물과 미액화가스가 분리될 수 있다. 즉, 액체생성물과 미액화가스는 제1 기액분리기(40)에서 분리되어, 가스 상태의 제1 가스스트림(G1)과 액체 상태의 제1 액체스트림(L1)으로 제공된다(S300). 이 때, 제1 가스스트림(G1)은 별도의 냉각시스템으로 제공되고, 제1 액체스트림(L1)은 액화가스 처리단계로 제공될 수 있다. 제1 기액분리기(40)는 예를 들어, 중력분리기로 형성될 수 있으며, 제1 기액분리기(40)가 중력분리기로 형성되는 경우, 미액화가스는 제1 기액분리기(40)의 상부에 연결되는 배관을 통해 제1 가스스트림(G1)으로 제공되고, 액체생성물은 제1 기액분리기(40)의 하부에 연결되는 배관을 통해 제1 액체스트림(L1)으로 제공될 수 있다. 제1 기액분리기(40)가 액체생성물과 미액화가스를 분리하여 제1 가스스트림(G1)과 제1 액체스트림(L1)을 제공함으로써, 제1 가스스트림(G1)의 현열을 활용할 수 있어 천연가스 처리장치(1)의 에너지 효율이 증대될 수 있다. 예를 들어, 제1 가스스트림(G1)은 극저온 상태이므로, 별도의 냉각시스템과 열교환하여 냉각시스템을 순환하는 냉매를 냉각시킬 수 있다. 특히, 질소가 포함된 제1 가스스트림(G1)을 분리함으로써, 액화가스 처리단계로 제공된 제1 액체스트림(L1)의 액화효율도 높아질 수 있다.The gas stream G is pressurized to a high pressure in the compressor 20 (S100). The compressor 20 may include at least one compressor, and if necessary, a plurality of compressors may be connected in series to pressurize the gas stream G in multiple stages. When a plurality of compressors are connected in series to pressurize the gas stream G in multiple stages, a cooler is disposed between the compressors to prevent an excessive temperature increase due to the pressurization of the gas stream G. The gas stream G pressurized by the compressor 20 passes through the cooler 70 and is partially cooled, and is expanded while passing through the expansion means 30 after being cooled by the cooling unit 50 to be described later. The pressurized and cooled gas stream G is expanded to generate a liquid product and a non-liquefied gas (S200). Here, the term "liquid product" refers to the liquefied gas stream (G), most of which are liquefied natural gas, and may contain some other components such as nitrogen. The expansion means 30 is, for example, Jul Thompson. It may be formed in the form of an expansion valve, and may be disposed at a rear end of the compressor 20, more specifically, a rear end of the cooling unit 50, including at least one Joule Thompson expansion valve. The expansion means 30 may expand the gas stream G in multiple stages by connecting a plurality of Joule Thompson expansion valves in series as necessary. Since the first gas-liquid separator 40 is formed at the rear end of the expansion means 30, the liquid product generated by the expansion of the gas stream G and the unliquefied gas can be separated. That is, the liquid product and the non-liquefied gas are separated by the first gas-liquid separator 40 and provided as a gaseous first gas stream G1 and a liquid first liquid stream L1 (S300). In this case, the first gas stream G1 may be provided as a separate cooling system, and the first liquid stream L1 may be provided as a liquefied gas treatment step. The first gas-liquid separator 40 may be formed as, for example, a gravity separator, and when the first gas-liquid separator 40 is formed as a gravity separator, the unliquefied gas is connected to the top of the first gas-liquid separator 40 It is provided to the first gas stream G1 through the pipe, and the liquid product may be provided to the first liquid stream L1 through a pipe connected to the lower portion of the first gas-liquid separator 40. The first gas-liquid separator 40 separates the liquid product from the non-liquefied gas and provides the first gas stream G1 and the first liquid stream L1, thereby utilizing the sensible heat of the first gas stream G1. The energy efficiency of the gas processing device 1 can be increased. For example, since the first gas stream G1 is in a cryogenic state, heat exchange with a separate cooling system may be performed to cool the refrigerant circulating in the cooling system. In particular, by separating the first gas stream G1 containing nitrogen, the liquefaction efficiency of the first liquid stream L1 provided in the liquefied gas treatment step may be increased.

제1 기액분리기(40)에서 배출된 제1 액체스트림(L1)은 분기되어 일부가 액화가스 처리단계를 거치고, 나머지 일부는 가스스트림(G)과 열교환할 수 있다(S400). 이 때, 제1 기액분리기(40)에서 제공되는 제1 액체스트림(L1)의 총 유량 중 약 1/3에 해당하는 양이 액화가스 처리단계를 거치고, 나머지 2/3에 해당하는 양이 순환하여 가스스트림(G)과 열교환할 수 있다.The first liquid stream L1 discharged from the first gas-liquid separator 40 is branched and partially undergoes a liquefied gas treatment step, and the remaining part may exchange heat with the gas stream G (S400). At this time, about 1/3 of the total flow rate of the first liquid stream L1 provided from the first gas-liquid separator 40 goes through the liquefied gas treatment step, and the remaining 2/3 is circulated. Thus, it can exchange heat with the gas stream (G).

제1 기액분리기(40)에서 제공되는 제1 액체스트림(L1)은 순환관(41)을 통해 유동하여 가스스트림(G)과 열교환한 후 기화되어 제2 가스스트림(G2)을 생성할 수 있다. 다시 말해, 제1 액체스트림(L1)은 보유한 현열과 잠열에 해당하는 에너지를 가스스트림(G)과 열교환하면서 잃어 기화되고, 가스스트림(G)은 제1 액체스트림(L1)의 현열과 잠열에 해당하는 열량을 받아 액화될 수 있다. 액상인 제1 액체스트림(L1)이 갖고 있는 현열과 잠열에 의한 에너지로 가스스트림(G)을 액화시킴으로써, 별도의 극저온용 냉매 없이도 천연가스의 온도를 더 낮게 낮출 수 있어 액화효율을 높일 수 있다. 천연가스의 액화 시 압축 및 팽창만으로는 천연가스의 온도를 낮추는데 한계가 있는데, 현열과 잠열에 의한 에너지를 모두 갖고 있는 액상의 제1 액체스트림(L1)과 열교환하여 가스스트림(G)의 온도를 낮춤으로써, 천연가스를 보다 쉽게 액화시킬 수 있는 것이다.The first liquid stream L1 provided from the first gas-liquid separator 40 may flow through the circulation pipe 41 to heat exchange with the gas stream G, and then vaporize to generate a second gas stream G2. . In other words, the first liquid stream L1 loses energy corresponding to the retained sensible heat and latent heat through heat exchange with the gas stream G and is vaporized, and the gas stream G is converted to the sensible and latent heat of the first liquid stream L1. It can be liquefied by receiving the corresponding calories. By liquefying the gas stream G with energy generated by the sensible and latent heat of the liquid first liquid stream L1, the temperature of natural gas can be lowered even without a separate cryogenic refrigerant, thereby increasing the liquefaction efficiency. . When natural gas is liquefied, there is a limit to lowering the temperature of natural gas only by compression and expansion, but heat exchange with the liquid first liquid stream (L1) that has both sensible and latent heat energy to lower the temperature of the gas stream (G). As a result, natural gas can be more easily liquefied.

구체적으로, 압축기(20) 후단의 가스공급관(10) 상에는 가스공급관(10)과 순환관(41)을 열교환하여 가스스트림(G)을 냉각시키는 열교환기 형태의 냉각유닛(50)이 설치되어, 제1 액체스트림(L1)과 가스스트림(G)이 열교환할 수 있다. 냉각유닛(50)은 예를 들어, 다층 열교환기일 수 있다. 제1 액체스트림(L1)이 가스스트림(G)과 열교환 후 기화되어 생성된 제2 가스스트림(G2)은 질소(N2) 등의 가스상 물질이 제거된 고순도의 천연가스이므로, 다양한 필요처에 공급하여 활용할 수 있다.Specifically, a cooling unit 50 in the form of a heat exchanger for cooling the gas stream G by heat exchange between the gas supply pipe 10 and the circulation pipe 41 is installed on the gas supply pipe 10 at the rear end of the compressor 20, The first liquid stream L1 and the gas stream G may exchange heat. The cooling unit 50 may be, for example, a multilayer heat exchanger. The first liquid stream (L1) is vaporized after heat exchange with the gas stream (G), and the generated second gas stream (G2) is a high-purity natural gas from which gaseous substances such as nitrogen (N 2 ) have been removed. It can be supplied and utilized.

제2 가스스트림(G2)은 압축기(20)에서 가압되기 전의 가스스트림(G)에 혼합되어, 제2 가스스트림(G2)과 가스스트림(G)의 혼합스트림이 압축기(20)로 공급될 수 있다(S500). 즉, 순환관(41)은 냉각유닛(50)을 경유하여 가스공급관(10)에 연결되므로, 순환관(41)을 통해 유동하는 제1 액체스트림(L1)은 냉각유닛(50)에서 가스스트림(G)과 열교환 후 기화되어 제2 가스스트림(G2)을 생성하고, 생성된 제2 가스스트림(G2)은 가스공급관(10)으로 유입되는 가스스트림(G)에 혼합되어 전술한 일련의 과정을 거칠 수 있다. 제2 가스스트림(G2)은 가스스트림(G)에 혼합되기 전에 가스스트림(G)과 비슷한 압력대로 가압되어 가스스트림(G)에 혼합될 수 있다. 제2 가스스트림(G2)이 가스스트림(G)과 비슷한 압력대로 가압됨으로써, 가스스트림(G)과 제2 가스스트림(G2)의 혼합이 용이하게 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 기액분리기(40)에서 제공되는 제1 액체스트림(L1)의 총 유량 중 약 2/3에 해당하는 양이 가스스트림(G)과 열교환하여 제2 가스스트림(G2)을 생성한다. 따라서, 가스공급관(10)에는 나머지 약 1/3에 해당하는 양의 가스스트림(G)이 새로 유입될 수 있다. 다시 말해, 새로 유입되는 약 1/3의 가스스트림(G)과, 순환되는 약 2/3의 제2 가스스트림(G2)이 혼합되어 일련의 처리 과정을 거치며 제1 액체스트림(L1)을 생성하고, 생성된 제1 액체스트림(L1) 중 약 1/3은 액화가스 처리단계를 거치고 나머지 약 2/3은 다시 순환되어 제2 가스스트림(G2)을 생성하게 된다.The second gas stream G2 is mixed with the gas stream G before being pressurized by the compressor 20, so that a mixed stream of the second gas stream G2 and the gas stream G can be supplied to the compressor 20. Yes (S500). That is, since the circulation pipe 41 is connected to the gas supply pipe 10 via the cooling unit 50, the first liquid stream L1 flowing through the circulation pipe 41 is a gas stream from the cooling unit 50. After heat exchange with (G), it is evaporated to generate a second gas stream (G2), and the generated second gas stream (G2) is mixed with the gas stream (G) flowing into the gas supply pipe 10 to form a series of processes described above. Can go through. The second gas stream G2 may be pressurized to a pressure similar to that of the gas stream G before being mixed with the gas stream G and mixed with the gas stream G. Since the second gas stream G2 is pressurized to a pressure similar to that of the gas stream G, mixing of the gas stream G and the second gas stream G2 can be easily achieved. As described above, an amount corresponding to about 2/3 of the total flow rate of the first liquid stream L1 provided from the first gas-liquid separator 40 exchanges heat with the gas stream G to form the second gas stream G2. Is created. Accordingly, the gas stream G in an amount corresponding to the remaining about 1/3 may be newly introduced into the gas supply pipe 10. In other words, about 1/3 of the newly introduced gas stream (G) and about 2/3 of the circulating second gas stream (G2) are mixed to generate the first liquid stream (L1) through a series of treatment processes. Then, about 1/3 of the generated first liquid stream L1 undergoes a liquefied gas treatment step, and about 2/3 of the remaining is circulated again to generate the second gas stream G2.

한편, 제1 기액분리기(40)에서 제공되는 제1 액체스트림(L1)의 총 유량 중 약 1/3에 해당하는 양은 감압되어 액화가스(L)와 제3 가스스트림(G3)을 생성할 수 있다(S400). 제1 액체스트림(L1)은 제3 팽창수단(33)을 통과하며 팽창되어 압력이 낮아지고, 이에 따라, 액화가스(L)와 제3 가스스트림(G3)이 생성될 수 있다. 생성된 액화가스(L)와 제3 가스스트림(G3)은 제2 기액분리기(60)에서 분리되며(S500), 제2 기액분리기(60)는 가스 상태의 제3 가스스트림(G3)과 액체 상태의 액화가스(L), 즉, 액화천연가스를 분리하여 제공한다. 이렇게 생성된 액화가스(L)는 질소 등의 가스상 물질이 제거되어 고순도이므로, 연료로서의 가치가 높은 장점이 있다. 제2 기액분리기(60)는 제1 기액분리기(40)와 같이, 중력분리기로 형성될 수 있으며, 제2 기액분리기(60)가 중력분리기로 형성되는 경우, 제3 가스스트림(G3)은 제2 기액분리기(60)의 상부에 연결되는 배관을 통해 제공되고, 액화가스(L)는 제2 기액분리기(60)의 하부에 연결되는 배관을 통해 제공될 수 있다. 제2 기액분리기(60)가 제3 가스스트림(G3)과 액화가스(L)를 분리하여 제공함으로써, 제3 가스스트림(G3)의 현열을 활용할 수 있어 천연가스 처리장치(1)의 에너지 효율이 더욱 증대될 수 있다. 예를 들어, 제3 가스스트림(G3)은 제1 가스스트림(G1)과 같이, 극저온 상태이므로, 별도의 냉각시스템과 열교환하여 냉각시스템을 순환하는 냉매를 냉각시킬 수 있다.Meanwhile, an amount corresponding to about 1/3 of the total flow rate of the first liquid stream L1 provided from the first gas-liquid separator 40 is depressurized to generate liquefied gas L and a third gas stream G3. Yes (S400). The first liquid stream L1 is expanded while passing through the third expansion means 33 to lower the pressure, and thus, the liquefied gas L and the third gas stream G3 may be generated. The generated liquefied gas (L) and the third gas stream (G3) are separated in the second gas-liquid separator 60 (S500), and the second gas-liquid separator 60 is a gaseous third gas stream (G3) and a liquid Liquefied gas (L) in the state, that is, liquefied natural gas is separated and provided. The liquefied gas L thus generated has a high purity by removing gaseous substances such as nitrogen, and thus has a high value as a fuel. Like the first gas-liquid separator 40, the second gas-liquid separator 60 may be formed as a gravity separator, and when the second gas-liquid separator 60 is formed as a gravity separator, the third gas stream G3 is 2 It is provided through a pipe connected to the upper part of the gas-liquid separator 60, and liquefied gas L may be provided through a pipe connected to the lower part of the second gas-liquid separator 60. Since the second gas-liquid separator 60 separates and provides the third gas stream G3 and the liquefied gas L, it is possible to utilize the sensible heat of the third gas stream G3, resulting in the energy efficiency of the natural gas treatment system 1 Can be further increased. For example, since the third gas stream G3 is in a cryogenic state, like the first gas stream G1, heat exchange with a separate cooling system may cool the refrigerant circulating in the cooling system.

생성된 액화가스(L)는 별도의 저장탱크(도시되지 않음)에 저장될 수 있다.The generated liquefied gas L may be stored in a separate storage tank (not shown).

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연가스 처리방법 및 처리장치에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for treating natural gas according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연가스 처리장치 및 처리방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 천연가스 처리장치의 각 부분에서 유동하는 유체의 상태를 나타낸 표이다.3 is a view for explaining a natural gas treatment apparatus and a treatment method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a table showing a state of fluid flowing in each part of the natural gas treatment apparatus of FIG. 3.

본 발명의 다른 실시예에 따른 천연가스 처리방법은 (A) 가스스트림을 가압하는 단계와 (B) 가스스트림을 팽창하는 단계 사이에, 가스스트림을 팽창시켜 적어도 일부를 액화시키는 (B-1) 단계를 더 포함하고, 천연가스 처리장치(1)가 제1 냉각유닛(51)과 제2 냉각유닛(52), 및 제1 팽창수단(31)과 제2 팽창수단(32)을 더 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 천연가스 처리방법은 (A) 가스스트림을 가압하는 단계와 (B) 가스스트림을 팽창하는 단계 사이에, 가스스트림을 팽창시켜 적어도 일부를 액화시키는 (B-1) 단계를 더 포함하고, 천연가스 처리장치(1)가 제1 냉각유닛(51)과 제2 냉각유닛(52), 및 제1 팽창수단(31)과 제2 팽창수단(32)을 더 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 것으로 대신한다.The natural gas treatment method according to another embodiment of the present invention includes (B-1) expanding the gas stream to liquefy at least a portion between (A) pressurizing the gas stream and (B) expanding the gas stream. The natural gas treatment device 1 further includes a first cooling unit 51 and a second cooling unit 52, and a first expansion means 31 and a second expansion means 32. . The natural gas treatment method according to another embodiment of the present invention includes (B-1) expanding the gas stream to liquefy at least a portion between (A) pressurizing the gas stream and (B) expanding the gas stream. The natural gas treatment device 1 further comprises a first cooling unit 51 and a second cooling unit 52, and a first expansion means 31 and a second expansion means 32. Except for that, it is substantially the same as the above-described embodiment. Therefore, this will be mainly described, but the description of the remaining components will be replaced with the above unless otherwise noted.

도 3을 참조하면, 정제 과정을 거친 가스스트림(G)은 가스공급관(10)으로 유입되어 유동한다. 가스공급관(10)으로 유입된 가스스트림(G)은 순환관(41)을 통해 유동하는 제2 가스스트림(G2)과 혼합되어 혼합스트림을 형성할 수 있다. 순환관(41)을 유동하는 제2 가스스트림(G2)은 가스스트림(G)보다 온도가 높은 상태이므로, 혼합스트림의 온도는 가스스트림(G)보다 높되 제2 가스스트림(G2)보다는 낮을 수 있다.Referring to FIG. 3, a gas stream G that has undergone a purification process flows through the gas supply pipe 10. The gas stream G introduced into the gas supply pipe 10 may be mixed with the second gas stream G2 flowing through the circulation pipe 41 to form a mixed stream. Since the second gas stream G2 flowing through the circulation pipe 41 has a higher temperature than the gas stream G, the temperature of the mixed stream may be higher than the gas stream G but lower than the second gas stream G2. have.

혼합스트림은 기액분리기(W)를 통과하며 액체가 추가로 제거될 수 있다. 기액분리기(W)에서 액체가 제거된 혼합스트림은 압축기(20)에서 가압되고, 압축기(20)에서 가압된 혼합스트림은 냉각기(70)를 통과하며 일부 냉각될 수 있다. 냉각기(70)를 통과한 혼합스트림의 상태는 예를 들어, 55℃, 133.7bar, 1840kg/h일 수 있다. 냉각기(70)는 예를 들어, 공랭식 냉각기일 수 있으며, 냉각기(70)에서 일부 냉각된 혼합스트림은 제1 팽창수단(31)을 통과하며 팽창되어 적어도 일부가 액화될 수 있다. 제1 팽창수단(31)은 예를 들어, 줄톰슨 팽창밸브 형태일 수 있으며, 제1 팽창수단(31)을 통과하기 전에 혼합스트림은 제1 액체스트림(L1)과 열교환할 수 있다. 다시 말해, 냉각기(70)에서 냉각된 혼합스트림은 제1 냉각유닛(51)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환하여 냉각된 후 제1 팽창수단(31)에서 팽창되어 적어도 일부가 액화된다. 예를 들어, 혼합스트림은 제1 팽창수단(31)을 통과하며 약 50%가 액화될 수 있다. The mixed stream passes through the gas-liquid separator (W) and liquid may be further removed. The mixed stream from which the liquid is removed in the gas-liquid separator W is pressurized by the compressor 20, and the mixed stream pressurized by the compressor 20 passes through the cooler 70 and may be partially cooled. The state of the mixed stream passing through the cooler 70 may be, for example, 55° C., 133.7 bar, and 1840 kg/h. The cooler 70 may be, for example, an air-cooled cooler, and the mixed stream partially cooled in the cooler 70 may be expanded while passing through the first expansion means 31 to liquefy at least a portion. The first expansion means 31 may be in the form of, for example, a Joule Thompson expansion valve, and the mixed stream may exchange heat with the first liquid stream L1 before passing through the first expansion means 31. In other words, the mixed stream cooled in the cooler 70 is cooled by heat exchange with the first liquid stream L1 in the first cooling unit 51 and then expanded in the first expansion means 31 to liquefy at least a portion. For example, the mixed stream passes through the first expansion means 31 and about 50% may be liquefied.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 열교환기(51)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환 후의 혼합스트림의 상태는 -80℃, 133.5bar, 1840kg/h일 수 있으며, 제1 팽창수단(31)을 통과한 후의 혼합스트림의 상태는 -124.8℃, 9bar, 1840kg/h일 수 있다. 제1 열교환기(51)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환한 후의 혼합스트림은 -80℃로, 액화천연가스가 액화되기 위한 임계온도인 -82℃보다 높다. 따라서, 혼합스트림은 제1 열교환기(51)를 통과한 후에 액화되지 않고 가스 상태로 존재하게 되며, 제1 팽창수단(31)을 통과한 후에 액화될 수 있다.3 and 4, the state of the mixed stream after heat exchange with the first liquid stream L1 in the first heat exchanger 51 may be -80°C, 133.5 bar, 1840 kg/h, and the first expansion means The state of the mixed stream after passing through (31) may be -124.8 °C, 9 bar, 1840 kg/h. The mixed stream after heat exchange with the first liquid stream L1 in the first heat exchanger 51 is -80°C, which is higher than -82°C, which is a critical temperature for liquefied natural gas. Accordingly, the mixed stream is not liquefied after passing through the first heat exchanger 51, but exists in a gaseous state, and may be liquefied after passing through the first expansion means 31.

제1 냉각유닛(51)에서 혼합스트림과 열교환 후의 제1 액체스트림(L1)은 기화되어 제2 가스스트림(G2)을 생성한다. 이 때, 제1 냉각유닛(51)을 통과하기 전 제1 액체스트림(L1)은 후술할 제2 냉각유닛(52)을 통과한 상태이므로 일부 기화되어 액상과 기상이 혼합된 상태이며, 생성된 제2 가스스트림(G2)은 모두 기상일 수 있다. 즉, 제1 액체스트림(L1)은 보유한 현열과 잠열에 의한 상변화 에너지를 혼합스트림과 열교환하면서 잃어 기화되고, 혼합스트림은 제1 액체스트림(L1)의 현열과 잠열에 해당하는 열량을 받아 냉각될 수 있다. 액상인 제1 액체스트림(L1)이 갖고 있는 현열과 잠열의 에너지로 혼합스트림을 냉각시킴으로써, 별도의 극저온용 냉매 없이도 천연가스의 온도를 더 낮게 낮출 수 있어 액화효율을 높일 수 있다. 천연가스의 액화 시 압축 및 팽창만으로는 천연가스의 온도를 낮추는데 한계가 있는데, 현열과 잠열에 의한 에너지를 모두 갖고 있는 제1 액체스트림(L1)과 열교환하여 혼합스트림의 온도를 낮춤으로써, 천연가스를 보다 쉽게 액화시킬 수 있는 것이다.The first liquid stream L1 after heat exchange with the mixed stream in the first cooling unit 51 is vaporized to generate a second gas stream G2. At this time, before passing through the first cooling unit 51, the first liquid stream L1 has passed through the second cooling unit 52, which will be described later, so it is partially evaporated and the liquid phase and the gas phase are mixed. All of the second gas streams G2 may be gas phase. That is, the first liquid stream L1 loses and vaporizes the phase change energy by heat exchange with the mixed stream, and the mixed stream receives heat corresponding to the sensible heat and latent heat of the first liquid stream L1 and cools it. Can be. By cooling the mixed stream with the energy of the sensible heat and the latent heat of the liquid first liquid stream L1, the temperature of natural gas can be lowered even without a separate cryogenic refrigerant, thereby increasing the liquefaction efficiency. When the natural gas is liquefied, there is a limit to lowering the temperature of natural gas only by compression and expansion.However, by lowering the temperature of the mixed stream by heat exchange with the first liquid stream (L1) that has both sensible and latent heat energy, natural gas is reduced. It can be liquefied more easily.

생성된 제2 가스스트림(G2)은 기액분리기(W)를 통과하며 액체가 추가로 제거된 후 제1 압축기(21)에서 가압되고 제1 냉각기(71)에서 냉각될 수 있다. 제1 냉각기(71)에서 일부 냉각된 제2 가스스트림(G2)은 제2 압축기(22)에서 다시 가압되며, 제2 냉각기(72)를 통과하여 다시 냉각될 수 있다. 즉, 제1 냉각유닛(51)에서 제1 액체스트림(L1)이 기화되어 생성된 제2 가스스트림(G2)은 기액분리기(W), 제1 압축기(21), 제1 냉각기(71), 제2 압축기(22), 제2 냉각기(72)를 차례로 통과하며 가압 및 냉각되어 가스공급관(10)으로 유입되는 가스스트림(G)과 비슷한 온도 및 압력대로 맞추어질 수 있다. 제2 가스스트림(G2)이 가스스트림(G)과 비슷한 온도 및 압력대로 맞추어짐으로써, 가스스트림(G)과 제2 가스스트림(G2)의 혼합이 용이하게 이루어질 수 있다.The generated second gas stream G2 passes through the gas-liquid separator W, and after liquid is further removed, pressurized in the first compressor 21 and cooled in the first cooler 71. The second gas stream G2 partially cooled in the first cooler 71 is pressurized again in the second compressor 22 and may be cooled again by passing through the second cooler 72. That is, the second gas stream G2 generated by vaporizing the first liquid stream L1 in the first cooling unit 51 is a gas-liquid separator W, the first compressor 21, the first cooler 71, The second compressor 22 and the second cooler 72 pass through the second compressor 22 and the second cooler 72 in order, are pressurized and cooled, and may be adjusted to a temperature and pressure similar to the gas stream G flowing into the gas supply pipe 10. Since the second gas stream G2 is adjusted to a temperature and pressure similar to that of the gas stream G, the gas stream G and the second gas stream G2 can be easily mixed.

제1 팽창수단(31)을 통과한 혼합스트림은 적어도 일부가 액화되어 액체생성물과 미액화가스가 공존할 수 있으며, 제2 냉각유닛(52)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환하여 냉각될 수 있다. 이 때, 제1 액체스트림(L1)은 제1 냉각유닛(51)을 통과하기 전일 수 있다. 다시 말해, 순환관(41)은 제2 냉각유닛(52)과 제1 냉각유닛(51)을 순차적으로 경유하여 가스공급관(10)에 연결되므로, 제1 액체스트림(L1)은 제2 냉각유닛(52)을 통과한 후 제1 냉각유닛(51)을 통과한다. 혼합스트림은 제2 냉각유닛(52)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환하여 -144℃, 8.804 bar, 1840kg/h 상태가 되는데, 이 때, 혼합스트림은 포화 상태이므로, 제2 팽창수단(32)을 통과하며 팽창되어 추가로 액화될 수 있다. 제2 팽창수단(32)은 제1 팽창수단(31)과 같이, 줄톰슨 팽창밸브 형태일 수 있다. 전술한 바와 같이, 혼합스트림은 제2 냉각유닛(52)을 통과하며 포화 상태가 되므로, 제2 팽창수단(32)을 통과하며 약 98~99%가 액화될 수 있다. 기체는 압력이 높고 온도가 낮은 조건에서 액화되는 것이 일반적이나, 포화 상태에서는 압력과 온도가 모두 낮은 조건에서 액화될 수 있다.The mixed stream that has passed through the first expansion means 31 is at least partially liquefied so that the liquid product and the non-liquefied gas may coexist, and the second cooling unit 52 may heat exchange with the first liquid stream L1 to be cooled. I can. In this case, the first liquid stream L1 may be before passing through the first cooling unit 51. In other words, since the circulation pipe 41 is connected to the gas supply pipe 10 through the second cooling unit 52 and the first cooling unit 51 sequentially, the first liquid stream L1 is the second cooling unit. After passing through 52, it passes through the first cooling unit 51. The mixed stream is in a state of -144°C, 8.804 bar, and 1840 kg/h by heat exchange with the first liquid stream L1 in the second cooling unit 52. At this time, since the mixed stream is in a saturated state, the second expansion means ( 32), it can expand and further liquefy. Like the first expansion means 31, the second expansion means 32 may be in the form of a Joule Thompson expansion valve. As described above, since the mixed stream passes through the second cooling unit 52 and becomes saturated, about 98 to 99% may be liquefied while passing through the second expansion means 32. Gas is generally liquefied under high pressure and low temperature conditions, but can be liquefied under both low pressure and low temperature conditions in a saturated state.

제2 팽창수단(32)을 통과하며 생성된 액체생성물과 미액화가스는 제1 기액분리기(40)에서 분리되며, 제1 기액분리기(40)는 액체생성물과 미액화가스, 예를 들어, 질소를 분리하여 제1 가스스트림(G1)과 제1 액체스트림(L1)으로 제공할 수 있다. 제1 가스스트림(G1)은 후술할 폐루프 독립 냉각시스템(100)을 순환하는 냉매와 열교환하여 냉매를 냉각시키거나 소비처로 공급될 수 있다. 제1 액체스트림(L1)은 약 1/3에 해당하는 양이 액화가스 처리단계를 거치며, 나머지 2/3에 해당하는 양이 순환관(41)을 통해 유동하여 제2 냉각유닛(52)와 제1 냉각유닛(51)를 차례로 통과할 수 있다.The liquid product and non-liquefied gas generated while passing through the second expansion means 32 are separated by the first gas-liquid separator 40, and the first gas-liquid separator 40 is a liquid product and a non-liquefied gas, for example, nitrogen. Separately, it can be provided as a first gas stream (G1) and a first liquid stream (L1). The first gas stream G1 may heat exchange with the refrigerant circulating through the closed loop independent cooling system 100 to be described later to cool the refrigerant or may be supplied to a consumer. In the first liquid stream L1, an amount corresponding to about 1/3 goes through the liquefied gas treatment step, and the amount corresponding to the remaining 2/3 flows through the circulation pipe 41, so that the second cooling unit 52 and the It may pass through the first cooling unit 51 in order.

액화가스 처리단계를 거치는 제1 액체스트림(L1)의 상태는 -146℃, 4.5bar, 634.1kg/h일 수 있으며, 제3 팽창수단(33)을 통과하며 일부 감압되어 -147℃, 4bar, 634.1kg/h 상태가 될 수 있다. 제3 팽창수단(33)은 감압밸브 형태로 형성되어, 제1 액체스트림(L1)을 액화가스의 로딩 압력으로 감압할 수 있다. 이 때, 제1 액체스트림(L1)은 감압되어 액화가스와 제3 가스스트림(G3)을 생성하며, 액화가스(L)와 제3 가스스트림(G3)은 제2 기액분리기(60)에서 분리될 수 있다. 이렇게 생성된 액화가스(L)는 질소 등의 가스상 물질이 제거되어 고순도이므로, 연료로서의 가치가 높은 장점이 있다. 액화가스(L)는 -147.4℃, 4bar, 625.1kg/h 상태로 저장탱크에 저장되고, 제3 가스스트림(G3)은 -147.4℃, 4bar, 8.948kg/h 상태로 제1 가스스트림(G1)에 혼합될 수 있다. 액화가스(L)가 -147.4℃, 4bar, 625.1kg/h 상태로 저장탱크에 저장됨으로써, 액화가스(L)가 저장탱크 내에서 자연 기화하여 생성되는 자연증발가스(Boil-Off Gas; BOG)의 양을 최소화할 수 있다. 제3 가스스트림(G3)과 제1 가스스트림(G1)은 혼합되어, 폐루프 독립 냉각시스템(100)의 냉매를 냉각시킨 후 외부로 배출될 수 있다.The state of the first liquid stream (L1) undergoing the liquefied gas treatment step may be -146°C, 4.5bar, 634.1kg/h, passes through the third expansion means 33 and partially decompressed to -147°C, 4bar, It can be 634.1kg/h. The third expansion means 33 is formed in the form of a pressure reducing valve, so that the first liquid stream L1 can be reduced by the loading pressure of the liquefied gas. At this time, the first liquid stream (L1) is depressurized to generate a liquefied gas and a third gas stream (G3), and the liquefied gas (L) and the third gas stream (G3) are separated by the second gas-liquid separator (60). Can be. The liquefied gas L thus generated has a high purity by removing gaseous substances such as nitrogen, and thus has a high value as a fuel. Liquefied gas (L) is stored in the storage tank at -147.4°C, 4bar, 625.1kg/h, and the third gas stream (G3) is at -147.4°C, 4bar, 8.948kg/h and the first gas stream (G1 ) Can be mixed. As liquefied gas (L) is stored in the storage tank at -147.4°C, 4bar, 625.1kg/h, liquefied gas (L) is naturally evaporated in the storage tank and is generated as a boil-off gas (BOG). The amount of can be minimized. The third gas stream G3 and the first gas stream G1 may be mixed to cool the refrigerant of the closed loop independent cooling system 100 and then discharged to the outside.

순환관(41)을 유동하는 제1 액체스트림(L1)은 유량조절밸브(42)를 통과하며 일부 감압된 후 초저온 상태로 제2 냉각유닛(52)을 통과할 수 있다.The first liquid stream L1 flowing through the circulation pipe 41 passes through the flow control valve 42 and may pass through the second cooling unit 52 in a cryogenic state after being partially depressurized.

한편, 전술한 제1 냉각유닛(51)에서는 가스스트림(G)을 포함하는 혼합스트림과, 제1 액체스트림(L1), 및 폐루프 독립 냉각시스템(100)의 열교환이 동시에 수행될 수 있다. 다시 말해, 제1 팽창수단(31)을 통과하기 전의 혼합스트림과, 제1 액체스트림(L1), 및 폐루프 독립 냉각시스템(100)이 하나의 열교환기를 통하여 동시에 열교환하면서 가스스트림(G), 즉, 혼합스트림을 냉각한다. 천연가스의 액화 시 압축 및 팽창만으로는 천연가스의 온도를 낮추는데 한계가 있으므로, 폐루프 독립 냉각시스템(100)을 이용하여 혼합스트림의 냉각을 극대화할 수 있다. 폐루프 독립 냉각시스템(100)은 예를 들어, 가스스트림(G)과 분리되는 별도의 프로판 냉매가 폐루프를 이루며 순환하는 독립된 냉각 사이클일 수 있다.Meanwhile, in the above-described first cooling unit 51, heat exchange between the mixed stream including the gas stream G, the first liquid stream L1, and the closed loop independent cooling system 100 may be simultaneously performed. In other words, the mixed stream before passing through the first expansion means 31, the first liquid stream L1, and the closed loop independent cooling system 100 exchange heat simultaneously through one heat exchanger, while the gas stream G, That is, the mixed stream is cooled. Since there is a limit to lowering the temperature of natural gas only by compression and expansion when natural gas is liquefied, cooling of the mixed stream can be maximized by using the closed loop independent cooling system 100. The closed loop independent cooling system 100 may be, for example, an independent cooling cycle in which a separate propane refrigerant separated from the gas stream G circulates in a closed loop.

프로판 냉매는 제1 냉각유닛(51)을 통과하기 전 극저온 상태, 예를 들어, -35.51℃일 수 있으며, 제1 냉각유닛(51)에서 제1 액체스트림(L1) 및 혼합스트림과 열교환 후 44.73℃로 온도가 증가할 수 있다. 제1 냉각유닛(51)을 통과한 프로판 냉매는 기액분리기(W)에서 액체가 제거된 후 제1 냉매압축기(110)에서 가압되며, 가압된 프로판 냉매는 제1 냉매냉각기(120)를 통과하며 일부 냉각될 수 있다. 제1 냉매냉각기(120)를 통과한 프로판 냉매는 제2 냉매압축기(130)를 통과하며 다시 가압되고, 가압된 프로판 냉매는 다시 제2 냉매냉각기(140)를 통과하며 냉각될 수 있다.. 제2 냉매냉각기(140)에서 냉각된 프로판 냉매는 냉매열교환기(150)에서 제1 가스스트림(G1)과 제3 가스스트림(G3)의 혼합가스스트림과 열교환하며, 기액분리기(W)에서 액체가 제거된 후 냉매감압밸브(180)를 통과할 수 있다. 프로판 냉매는 냉매감압밸브(180)를 통과한 후 감압된 상태로 제1 냉각유닛(51)을 통과할 수 있다.The propane refrigerant may be in a cryogenic state before passing through the first cooling unit 51, for example, -35.51° C., and 44.73 after heat exchange with the first liquid stream L1 and the mixed stream in the first cooling unit 51. The temperature can increase to °C. The propane refrigerant passing through the first cooling unit 51 is pressurized by the first refrigerant compressor 110 after the liquid is removed from the gas-liquid separator (W), and the pressurized propane refrigerant passes through the first refrigerant cooler (120). Some can be cooled. The propane refrigerant passing through the first refrigerant cooler 120 passes through the second refrigerant compressor 130 and is pressurized again, and the pressurized propane refrigerant passes through the second refrigerant cooler 140 and may be cooled. 2 The propane refrigerant cooled in the refrigerant cooler 140 exchanges heat with the mixed gas stream of the first gas stream G1 and the third gas stream G3 in the refrigerant heat exchanger 150, and the liquid is removed from the gas-liquid separator W. After being removed, it may pass through the refrigerant pressure reducing valve 180. The propane refrigerant may pass through the first cooling unit 51 in a reduced pressure state after passing through the refrigerant pressure reducing valve 180.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 천연가스 처리방법 및 처리장치에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for treating natural gas according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 천연가스 처리장치 및 처리방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 천연가스 처리장치의 각 부분에서 유동하는 유체의 상태를 나타낸 표이다.FIG. 5 is a view for explaining a natural gas treatment apparatus and a treatment method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a table showing a state of fluid flowing in each part of the natural gas treatment apparatus of FIG. 5.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 천연가스 처리방법은 제1 액체스트림을 (D) 단계 수행 전의 가스스트림과 열교환하여 제2 가스스트림을 생성하는 (D-1) 단계와, (D) 단계 수행 전 (D-1) 단계 수행 후의 가스스트림을 폐루프 독립 냉각시스템에 의해 냉각하는 (D-2) 단계를 더 포함하며, 천연가스 처리장치(1)가 제3 냉각유닛(53)을 더 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 천연가스 처리방법은 제1 액체스트림을 (D) 단계 수행 전의 가스스트림과 열교환하여 제2 가스스트림을 생성하는 (D-1) 단계와, (D) 단계 수행 전 (D-1) 단계 수행 후의 가스스트림을 폐루프 독립 냉각시스템에 의해 냉각하는 (D-2) 단계를 더 포함하며, 천연가스 처리장치(1)가 제3 냉각유닛(53)을 더 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 것으로 대신한다.In a natural gas treatment method according to another embodiment of the present invention, steps (D-1) of generating a second gas stream by exchanging a first liquid stream with a gas stream prior to step (D), and steps (D) are performed. A step (D-2) of cooling the gas stream after the previous step (D-1) is performed by a closed loop independent cooling system, and the natural gas treatment device 1 further includes a third cooling unit 53 do. In a natural gas treatment method according to another embodiment of the present invention, steps (D-1) of generating a second gas stream by exchanging a first liquid stream with a gas stream prior to step (D), and steps (D) are performed. A step (D-2) of cooling the gas stream after the previous step (D-1) is performed by a closed loop independent cooling system, and the natural gas treatment device 1 further includes a third cooling unit 53 Except for that, it is substantially the same as the above-described embodiment. Therefore, this will be mainly described, but the description of the remaining components will be replaced with the above unless otherwise noted.

도 5를 참조하면, 가스스트림(G)은 가스공급관(10)으로 유입된다. 이 때, 순환관(41)을 통해 유동하는 제2 가스스트림(G2)이 가스스트림(G)에 혼합되어 혼합스트림을 형성할 수 있다. 가스스트림(G)과 제2 가스스트림(G2)이 혼합되어 형성된 혼합스트림은 온도가 가스스트림(G)보다는 높고 제2 가스스트림(G2)보다는 낮으며, 기액분리기(W)를 통과하여 액체가 추가로 제거될 수 있다. 액체가 제거된 혼합스트림은 압축기(20)에서 가압되고, 냉각기(70)를 통과하며 일부 냉각될 수 있다. 냉각기(70)에서 냉각된 혼합스트림은 팽창수단(30)을 통과하며 팽창되어 액체생성물과 미액화가스를 생성하는데, 팽창수단(30)을 통과하기 전에 제1 냉각유닛(51)과, 제2 냉각유닛(52), 및 제3 냉각유닛(53)을 차례로 통과할 수 있다. 다시 말해, 냉각기(70)에서 냉각된 혼합스트림은 제1 냉각유닛(51)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환 후, 제2 냉각유닛(52)에서 폐루프 독립 냉각시스템(100)과 열교환하며, 제2 열교환기(52)에서 열교환 후 제3 냉각유닛(53)에서 제1 액체스트림(L1)과 열교환한다. 냉각유닛(50)을 제1 냉각유닛(51)과 제2 냉각유닛(52), 및 제3 냉각유닛(53)으로 분리하여 형성함으로써, 각각의 냉각유닛의 열교환 용량이 작아져 제작이 용이할 뿐만 아니라 냉각유닛의 제작에 필요한 비용도 절감할 수 있다. 또한, 단계적으로 혼합스트림을 냉각할 수 있어 액화가 보다 원활하게 이루어질 수도 있다.Referring to FIG. 5, the gas stream G flows into the gas supply pipe 10. At this time, the second gas stream G2 flowing through the circulation pipe 41 may be mixed with the gas stream G to form a mixed stream. The mixed stream formed by mixing the gas stream (G) and the second gas stream (G2) has a temperature higher than the gas stream (G) and lower than the second gas stream (G2), and the liquid passes through the gas-liquid separator (W). It can be further removed. The mixed stream from which the liquid has been removed is pressurized in the compressor 20, passes through the cooler 70, and may be partially cooled. The mixed stream cooled in the cooler 70 passes through the expansion means 30 and expands to generate a liquid product and a non-liquefied gas. Before passing through the expansion means 30, the first cooling unit 51 and the second It may pass through the cooling unit 52 and the third cooling unit 53 in order. In other words, the mixed stream cooled in the cooler 70 is heat-exchanged with the first liquid stream L1 in the first cooling unit 51, and then with the closed loop independent cooling system 100 in the second cooling unit 52. And, after heat exchange in the second heat exchanger 52, heat exchange with the first liquid stream L1 is performed in the third cooling unit 53. By separating and forming the cooling unit 50 into a first cooling unit 51, a second cooling unit 52, and a third cooling unit 53, the heat exchange capacity of each cooling unit is reduced, making it easy to manufacture. In addition, it is possible to reduce the cost required for manufacturing the cooling unit. In addition, since the mixed stream can be cooled in stages, liquefaction may be made more smoothly.

제3 냉각유닛(53)을 통과한 혼합스트림의 상태는 -145℃, 132.2bar, 1859kg/h이며, 팽창수단(30)을 통과하며 팽창되어 액화될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 팽창수단(30)을 통과한 혼합스트림의 상태는 -145℃, 4bar, 1859kg/h로, 온도도 극저온 상태이고 압력도 낮아지게 되어 약 98~99%가 액화될 수 있다. 팽창수단(30)을 통과하며 생성된 액체생성물과 미액화가스는 제1 기액분리기(40)에서 분리되며, 제1 기액분리기(40)는 액체생성물과 질소 등의 미액화가스를 분리하여 제1 가스스트림(G1)과 제1 액체스트림(L1)으로 제공한다.제1 가스스트림(G1)은 폐루프 독립 냉각시스템(100)을 순환하는 냉매와 열교환하여 냉매를 냉각시키거나, 소비처로 공급될 수 있다, 제1 액체스트림(L1)은 약 1/3에 해당하는 양이 액화가스 처리단계를 거치며, 나머지 2/3에 해당하는 양이 순환관(41)을 통해 유동하여 제3 냉각유닛(53)과 제1 냉각유닛(51)을 차례로 통과할 수 있다.The state of the mixed stream passing through the third cooling unit 53 is -145° C., 132.2 bar, 1859 kg/h, and may be expanded and liquefied while passing through the expansion means 30. 5 and 6, the state of the mixed stream passing through the expansion means 30 is -145°C, 4bar, 1859kg/h, and the temperature is in a cryogenic state and the pressure is also lowered, resulting in about 98-99% of liquefaction. Can be. The liquid product and non-liquefied gas generated while passing through the expansion means 30 are separated in the first gas-liquid separator 40, and the first gas-liquid separator 40 separates the liquid product and non-liquefied gas such as nitrogen, It is provided as a gas stream G1 and a first liquid stream L1. The first gas stream G1 exchanges heat with the refrigerant circulating through the closed loop independent cooling system 100 to cool the refrigerant or to be supplied to the consumer. In the first liquid stream L1, an amount corresponding to about 1/3 goes through the liquefied gas treatment step, and an amount corresponding to the remaining 2/3 flows through the circulation pipe 41, and the third cooling unit ( 53) and the first cooling unit 51 may be sequentially passed.

액화가스 처리단계를 거치는 제1 액체스트림(L1)의 상태는 -145.6℃, 4bar, 630.3kg/h일 수 있으며, 제3 팽창수단(33)을 통과하며 일부 감압되어 -146.6℃, 3.7bar, 630.3kg/h 상태가 될 수 있다. 제3 팽창수단(33)은 제1 액체스트림(L1)을 액화가스의 로딩 압력으로 감압하여 액화가스와 제3 가스스트림(G3)을 생성하고, 액화가스(L)와 제3 가스스트림(G3)은 제2 기액분리기(60)에서 분리된다. 액화가스(L)는 -146.6℃, 3.7bar, 624.8kg/h 상태로 저장탱크에 저장되고, 제3 가스스트림(G3)은 -146.6℃, 3.7bar, 5.512kg/h 상태로 제1 가스스트림(G1)에 혼합될 수 있다. 액화가스(L)가 -146.6℃, 3.7bar, 624.8kg/h 상태로 저장탱크에 저장됨으로써, 액화가스(L)가 저장탱크 내에서 자연 기화하여 생성되는 자연증발가스의 양을 최소화할 수 있다.The state of the first liquid stream (L1) undergoing the liquefied gas treatment step may be -145.6°C, 4bar, 630.3kg/h, passes through the third expansion means 33 and partially decompressed to -146.6°C, 3.7bar, It can be 630.3kg/h. The third expansion means 33 depressurizes the first liquid stream L1 to a loading pressure of the liquefied gas to generate a liquefied gas and a third gas stream G3, and the liquefied gas L and the third gas stream G3 ) Is separated in the second gas-liquid separator (60). Liquefied gas (L) is stored in the storage tank at -146.6°C, 3.7bar, 624.8kg/h, and the third gas stream (G3) is the first gas stream at -146.6°C, 3.7bar, 5.512kg/h. (G1) can be mixed. As the liquefied gas (L) is stored in the storage tank at -146.6℃, 3.7bar, 624.8kg/h, the amount of natural evaporation gas generated by the liquefied gas (L) evaporating naturally in the storage tank can be minimized. .

제3 가스스트림(G3)과 제1 가스스트림(G1)은 혼합되어, 폐루프 독립 냉각시스템(100)의 냉매를 냉각시킨 후 외부로 될 수 있다. The third gas stream G3 and the first gas stream G1 are mixed to cool the refrigerant of the closed loop independent cooling system 100 and then go to the outside.

순환관(41)을 유동하는 제1 액체스트림(L1)은 유량조절밸브(42)를 통과하여 일부 감압된 후 제3 냉각유닛(53)을 통과할 수 있다. 제1 액체스트림(L1)은 제3 냉각유닛(53)에서 혼합스트림과 열교환하여 온도가 일부 증가하게 되며, 이 때, 제1 액체스트림(L1)은 액상과 기상이 혼합된 상태일 수 있다. 제3 냉각유닛(53)을 통과한 제1 액체스트림(L1)은 제1 냉각유닛(51)에서 혼합스트림과 열교환하여 -34℃에서 52℃로 온도가 증가하게 되며, 이 때, 제1 액체스트림(L1)은 모두 기화되어 제2 가스스트림(G2)을 생성한다. 다시 말해, 제1 냉각유닛(51)을 통과하기 전 제1 액체스트림(L1)은 액상과 기상이 혼합된 상태이고, 제1 냉각유닛(51)을 통과한 후 제1 액체스트림(L1)은 기화되어 기상의 제2 가스스트림(G2)이 된다. 생성된 제2 가스스트림(G2)은 기액분리기(W)를 통과하여 액체가 추가로 제거되며, 액체가 제거된 후 제1 압축기(21)에서 가압되고 제1 냉각기(71)를 통과하며 일부 냉각될 수 있다. 제1 냉각기(71)에서 일부 냉각된 제2 가스스트림(G2)은 제2 압축기(22)에서 다시 가압되며, 제2 냉각기(72)를 통과하며 다시 냉각될 수 있다. 즉, 제1 냉각유닛(51)에서 제1 액체스트림(L1)이 기화되어 생성된 제2 가스스트림(G2)은 기액분리기(W), 제1 압축기(21), 제1 냉각기(71), 제2 압축기(22), 제2 냉각기(72)를 차례로 통과하며 가압 및 냉각되어 가스공급관(10)으로 유입되는 가스스트림(G)과 비슷한 온도 및 압력대로 맞추어진다.The first liquid stream L1 flowing through the circulation pipe 41 may pass through the flow control valve 42 to partially depressurize and then pass through the third cooling unit 53. The temperature of the first liquid stream L1 is partially increased by exchanging heat with the mixed stream in the third cooling unit 53, and in this case, the first liquid stream L1 may be in a state in which a liquid phase and a gas phase are mixed. The first liquid stream (L1) that has passed through the third cooling unit (53) is heat-exchanged with the mixed stream in the first cooling unit (51) to increase the temperature from -34°C to 52°C. At this time, the first liquid stream (L1) is All of the streams L1 are vaporized to generate a second gas stream G2. In other words, before passing through the first cooling unit 51, the first liquid stream L1 is in a state in which a liquid phase and a gas phase are mixed, and after passing through the first cooling unit 51, the first liquid stream L1 is It is vaporized to become a gaseous second gas stream G2. The generated second gas stream (G2) passes through the gas-liquid separator (W) to further remove liquid, and after the liquid is removed, it is pressurized in the first compressor (21), passes through the first cooler (71), and partially cooled. Can be. The second gas stream G2 partially cooled in the first cooler 71 is pressurized again in the second compressor 22 and may be cooled again while passing through the second cooler 72. That is, the second gas stream G2 generated by vaporizing the first liquid stream L1 in the first cooling unit 51 is a gas-liquid separator W, the first compressor 21, the first cooler 71, It passes through the second compressor 22 and the second cooler 72 in order, and is pressurized and cooled to match a temperature and pressure similar to the gas stream G flowing into the gas supply pipe 10.

한편, 전술한 제2 냉각유닛(52)에서는 혼합스트림과 폐루프 독립 냉각시스템(100)의 열교환이 이루어지며, 폐루프 독립 냉각시스템(100)은 가스스트림(G)과 분리되는 별도의 프로판 냉매를 이용하여 혼합스트림을 냉각시킬 수 있다. 프로판 냉매는 제2 냉각유닛(52)을 통과하기 전 극저온 상태, 예를 들어, -33.05℃일 수 있으며, 제2 냉각유닛(52)에서 열교환 후 상태가 16.31℃로 온도가 증가할 수 있다. 제2 냉각유닛(52)을 통과한 프로판 냉매는 제1 냉매열교환기(160)에서 제2 냉각유닛(52) 통과 전 프로판 냉매와 열교환 후 기액분리기(W)에서 액체가 제거된다. 액체가 제거된 프로판 냉매는 제1 냉매압축기(110)에서 가압되며, 제1 냉매냉각기(120)를 통과하여 일부 냉각될 수 있다. 제1 냉매냉각기(120)를 통과한 프로판 냉매는 제2 냉매압축기(130)에서 다시 가압되며, 제2 냉매냉각기(140)에서 다시 냉각될 수 있다. 제2 냉매냉각기(140)에서 냉각된 프로판 냉매는 제1 냉매열교환기(160)에서 제2 냉각유닛(52)을 통과한 프로판 냉매와 열교환하며, 제2 냉매열교환기(170)에서 제1 가스스트림(G1)과 제3 가스스트림(G3)의 혼합가스스트림과 열교환한다. 제2 냉매열교환기(170)에서 냉각된 프로판 냉매는 기액분리기(W)에서 액체가 제거된 후 냉매감압밸브(180)를 통과할 수 있다. 프로판 냉매는 냉매감압밸브(180)를 통과한 후 감압된 상태로 제2 냉각유닛(52)을 통과할 수 있다.Meanwhile, in the above-described second cooling unit 52, heat exchange between the mixed stream and the closed loop independent cooling system 100 is performed, and the closed loop independent cooling system 100 is a separate propane refrigerant separated from the gas stream G. Can be used to cool the mixed stream. The propane refrigerant may be in a cryogenic state before passing through the second cooling unit 52, for example, -33.05°C, and the temperature may increase to 16.31°C after heat exchange in the second cooling unit 52. The propane refrigerant that has passed through the second cooling unit 52 is removed from the liquid from the gas-liquid separator W after heat exchange with the propane refrigerant before passing through the second cooling unit 52 in the first refrigerant heat exchanger 160. The propane refrigerant from which the liquid has been removed is pressurized in the first refrigerant compressor 110 and may be partially cooled by passing through the first refrigerant cooler 120. The propane refrigerant that has passed through the first refrigerant cooler 120 is pressurized again in the second refrigerant compressor 130 and may be cooled again in the second refrigerant cooler 140. The propane refrigerant cooled in the second refrigerant cooler 140 exchanges heat with the propane refrigerant that has passed through the second cooling unit 52 in the first refrigerant heat exchanger 160, and the first gas in the second refrigerant heat exchanger 170 Heat exchange with the mixed gas stream of the stream G1 and the third gas stream G3. The propane refrigerant cooled in the second refrigerant heat exchanger 170 may pass through the refrigerant pressure reducing valve 180 after the liquid is removed from the gas-liquid separator W. The propane refrigerant may pass through the refrigerant pressure reducing valve 180 and then pass through the second cooling unit 52 in a reduced pressure state.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive.

1: 천연가스 처리장치 10: 가스공급관
20: 압축기 21: 제1 압축기
22: 제2 압축기 30: 팽창수단
31: 제1 팽창수단 32: 제2 팽창수단
33: 제3 팽창수단 40: 제1 기액분리기
41: 순환관 42: 유량조절밸브
50: 냉각유닛 51: 제1 냉각유닛
52: 제2 냉각유닛 53: 제3 냉각유닛
60: 제2 기액분리기 70: 냉각기
71: 제1 냉각기 72: 제2 냉각기
100: 폐루프 독립 냉각시스템
110: 제1 냉매압축기 120: 제1 냉매냉각기
130: 제2 냉매압축기 140: 제2 냉매냉각기
150: 냉매열교환기 160: 제1 냉매열교환기
170: 제2 냉매열교환기 180: 냉매감압밸브
W: 기액분리기
G: 가스스트림 G1: 제1 가스스트림
G2: 제2 가스스트림 G3: 제3 가스스트림
L: 액화가스 L1: 제1 액체스트림1: natural gas treatment device 10: gas supply pipe
20: compressor 21: first compressor
22: second compressor 30: expansion means
31: first expansion means 32: second expansion means
33: third expansion means 40: first gas-liquid separator
41: circulation pipe 42: flow control valve
50: cooling unit 51: first cooling unit
52: second cooling unit 53: third cooling unit
60: second gas-liquid separator 70: cooler
71: first cooler 72: second cooler
100: closed loop independent cooling system
110: first refrigerant compressor 120: first refrigerant cooler
130: second refrigerant compressor 140: second refrigerant cooler
150: refrigerant heat exchanger 160: first refrigerant heat exchanger
170: second refrigerant heat exchanger 180: refrigerant pressure reducing valve
W: gas-liquid separator
G: gas stream G1: first gas stream
G2: second gas stream G3: third gas stream
L: liquefied gas L1: first liquid stream

Claims (20)

(A) 가스스트림을 가압하는 단계;
(B) 상기 가스스트림을 팽창시켜 액체생성물과 미액화가스를 생성시키는 단계;
(C) 상기 액체생성물과 상기 미액화가스를 분리하여 제1 가스스트림과 제1 액체스트림으로 제공하는 단계; 및
(D) 상기 제1 액체스트림을 상기 가스스트림과 열교환하는 단계를 포함하되,
상기 (D) 단계에서, 상기 제1 액체스트림은 상기 가스스트림과 열교환 후 기화되어 제2 가스스트림을 생성하고,
상기 제2 가스스트림은, 상기 (A) 단계 이전의 상기 가스스트림에 혼합되어 상기 제2 가스스트림과 상기 가스스트림의 혼합스트림이 상기 (A) 단계로 진행되는 천연가스 처리방법.(A) pressurizing the gas stream;
(B) expanding the gas stream to generate a liquid product and a non-liquefied gas;
(C) separating the liquid product from the non-liquefied gas and providing a first gas stream and a first liquid stream; And
(D) including the step of heat-exchanging the first liquid stream with the gas stream,
In the step (D), the first liquid stream is vaporized after heat exchange with the gas stream to generate a second gas stream,
The second gas stream is mixed with the gas stream prior to the step (A), and the mixed stream of the second gas stream and the gas stream proceeds to the step (A). 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 (D) 단계 이전에, 상기 (A) 단계 이후의 상기 가스스트림을 팽창시켜 상기 가스스트림 중 적어도 일부를 액화시키는 (B-1) 단계를 더 포함하는 천연가스 처리방법.According to claim 1,
Before the step (D), the step of liquefying at least a part of the gas stream by expanding the gas stream after the step (A) (B-1). 제4 항에 있어서,
상기 (A) 단계 수행 후 상기 (B-1) 단계 수행 전의 상기 가스스트림에 상기 제1 액체스트림을 열교환하는 (B-2) 단계를 더 포함하되,
상기 제2 가스스트림은 상기 (B-2) 단계에서 상기 제1 액체스트림이 기화되어 생성된 것인 천연가스 처리방법.The method of claim 4,
The step (B-2) of heat-exchanging the first liquid stream with the gas stream after performing the step (A) and before performing the step (B-1) further comprises,
The second gas stream is a natural gas treatment method that is generated by vaporizing the first liquid stream in the step (B-2). 제5 항에 있어서,
상기 (B-2) 단계는, 상기 가스스트림을 냉각하는 폐루프 독립 냉각시스템과 하나의 열교환기를 통하여 동시에 수행되는 천연가스 처리방법.The method of claim 5,
The step (B-2) is a natural gas treatment method performed simultaneously through a closed loop independent cooling system for cooling the gas stream and one heat exchanger. 제6 항에 있어서,
상기 폐루프 독립 냉각시스템을 순환하는 냉매는 상기 제1 가스스트림과 열교환되어 냉각되는 천연가스 처리방법.The method of claim 6,
The natural gas treatment method wherein the refrigerant circulating in the closed loop independent cooling system is cooled by heat exchange with the first gas stream. 제1 항에 있어서,
상기 제1 액체스트림을 상기 (D) 단계 수행 전의 상기 가스스트림과 열교환하는 (D-1) 단계를 더 포함하되,
상기 제2 가스스트림은 상기 (D-1) 단계에서 상기 제1 액체스트림이 기화되어 생성된 것인 천연가스 처리방법.According to claim 1,
Further comprising the step (D-1) of heat-exchanging the first liquid stream with the gas stream before performing the step (D),
The second gas stream is a natural gas treatment method that is generated by vaporizing the first liquid stream in the step (D-1). 제8 항에 있어서,
상기 (D) 단계 수행 전 상기 (D-1) 단계 후의 상기 가스스트림을 폐루프 독립 냉각시스템에 의해 냉각하는 (D-2) 단계를 더 포함하는 천연가스 처리방법.The method of claim 8,
The natural gas treatment method further comprising the step (D-2) of cooling the gas stream after the step (D-1) before performing the step (D) by a closed loop independent cooling system. 제9 항에 있어서,
상기 폐루프 독립 냉각시스템을 순환하는 냉매는 상기 제1 가스스트림과 열교환되어 냉각되는 천연가스 처리방법.The method of claim 9,
The natural gas treatment method wherein the refrigerant circulating in the closed loop independent cooling system is cooled by heat exchange with the first gas stream. 제1 항에 있어서,
상기 (C) 이후에, 상기 제1 액체스트림의 압력을 낮추어 액화가스와 제3 가스스트림을 생성하고, 상기 액화가스와 상기 제3 가스스트림을 분리하는 (E) 단계를 더 포함하는 천연가스 처리방법.According to claim 1,
After (C), lowering the pressure of the first liquid stream to generate a liquefied gas and a third gas stream, and further comprising the step of (E) separating the liquefied gas and the third gas stream Way. 제11 항에 있어서,
상기 제3 가스스트림은 상기 제1 가스스트림과 혼합되어 폐루프 독립 냉각시스템의 냉매를 냉각시키는데 사용되거나 소비처로 공급되는 천연가스 처리방법.The method of claim 11,
The third gas stream is mixed with the first gas stream and used to cool a refrigerant in a closed loop independent cooling system or supplied to a consumer. 천연가스를 공급하는 가스공급관;
상기 가스공급관에 연결되어 상기 천연가스를 가압하는 압축기;
상기 압축기를 통과한 상기 천연가스를 냉각하는 냉각유닛;
상기 냉각유닛을 통과한 상기 천연가스를 팽창시켜 액화시키는 팽창수단;
상기 팽창수단 후단에 연결되어 액화천연가스와 미액화가스를 분리하는 제1 기액분리기; 및
상기 제1 기액분리기에서 분리된 상기 액화천연가스 중 일부를 상기 냉각유닛으로 공급하여 순환시키는 순환관을 포함하되,
상기 순환관은 상기 냉각유닛을 경유하여 상기 가스공급관으로 연결되어,
상기 순환관을 통해 상기 냉각유닛으로 공급되는 상기 액화천연가스는 상기 냉각유닛과 열교환한 후 기화되고, 기화된 가스는 상기 천연가스에 혼합되는 천연가스 처리장치.A gas supply pipe for supplying natural gas;
A compressor connected to the gas supply pipe to pressurize the natural gas;
A cooling unit cooling the natural gas that has passed through the compressor;
Expansion means for expanding and liquefying the natural gas that has passed through the cooling unit;
A first gas-liquid separator connected to the rear end of the expansion means to separate liquefied natural gas and non-liquefied gas; And
And a circulation pipe for supplying and circulating some of the liquefied natural gas separated by the first gas-liquid separator to the cooling unit,
The circulation pipe is connected to the gas supply pipe via the cooling unit,
The liquefied natural gas supplied to the cooling unit through the circulation pipe is vaporized after heat exchange with the cooling unit, and the vaporized gas is mixed with the natural gas. 삭제delete 삭제delete 제13 항에 있어서,
상기 냉각유닛은, 상기 천연가스와 분리되는 별도의 냉매에 의해 동작하는 폐루프 독립 냉각 시스템을 포함하는 천연가스 처리장치.The method of claim 13,
The cooling unit is a natural gas treatment apparatus including a closed loop independent cooling system operated by a separate refrigerant separated from the natural gas. 제13 항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
상기 천연가스와 분리되는 별도의 냉매에 의해 동작하는 폐루프 독립 냉각 사이클을 구성하는 제1 냉각유닛과,
상기 순환관을 통과하는 상기 액화천연가스와 열교환을 통하여 상기 천연가스를 냉각하는 제2 냉각유닛을 포함하는 천연가스 처리장치.The method of claim 13, wherein the cooling unit,
A first cooling unit constituting a closed loop independent cooling cycle operated by a separate refrigerant separated from the natural gas,
A natural gas treatment apparatus comprising a second cooling unit for cooling the natural gas through heat exchange with the liquefied natural gas passing through the circulation pipe. 제17 항에 있어서, 상기 팽창수단은,
상기 제1 냉각유닛과 상기 제2 냉각유닛 사이에 설치된 제1 팽창수단과,
상기 제2 냉각유닛과 상기 제1 기액분리기 사이에 설치된 제2 팽창수단을 포함하는 천연가스 처리장치.The method of claim 17, wherein the expansion means,
A first expansion means installed between the first cooling unit and the second cooling unit,
A natural gas treatment apparatus comprising a second expansion means installed between the second cooling unit and the first gas-liquid separator. 제17 항에 있어서,
상기 순환관은 상기 제2 냉각유닛과 상기 제1 냉각유닛을 순차적으로 통과하여 상기 가스공급관에 연결되는 천연가스 처리장치.The method of claim 17,
The circulation pipe sequentially passes through the second cooling unit and the first cooling unit, and is connected to the gas supply pipe. 제13 항에 있어서,
상기 제1 기액분리기로부터 분리된 상기 액화천연가스를 팽창시키는 제3 팽창수단과,
상기 제3 팽창수단 후단에 연결되는 제2 기액분리기를 더 포함하는 천연가스 처리장치.The method of claim 13,
A third expansion means for expanding the liquefied natural gas separated from the first gas-liquid separator,
Natural gas treatment apparatus further comprising a second gas-liquid separator connected to the rear end of the third expansion means.
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