KR20120016568A - Natural gas liquefaction process and system using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A process for liquefying natural gas is provided to simplify process structure and to easily operate a liquefaction system. CONSTITUTION: A process for liquefying natural gas comprises: a step of precooling natural gas through thermal exchange with coolant in a first thermal exchange area(121); a step of liquefying the pre-cooled natural gas through thermal exchange; a step of separating coolant into a liquid phase coolant part and a vapor coolant part; a step of precooling the natural gas in the first thermal exchange area; a step of liquefying the natural gas; a step of pressing the coolant part which precools the natural gas; a step of pressing the coolant part which liquefies the natural gas; and a step of mixing the coolant parts.

Description

천연가스 액화공정 및 이를 이용한 천연가스 액화시스템 {NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS AND SYSTEM USING THE SAME}Natural gas liquefaction process and natural gas liquefaction system using the same {NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS AND SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 천연가스 액화공정 및 천연가스 액화시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 혼합 냉매를 채용한 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 사용함으로써 액화공정의 구조가 단순하여 시스템이 콤팩트해질 수 있고 액화시스템의 운전이 용이하면서도 액화공정의 효율이 뛰어난 천연가스 액화공정에 관한 것이다.The present invention relates to a natural gas liquefaction process and a natural gas liquefaction system, and more particularly, by using a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, the structure of the liquefaction process is simple, the system can be compact and the operation of the liquefaction system The present invention relates to a natural gas liquefaction process that is easy and has excellent efficiency of the liquefaction process.

천연가스를 액화시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 열역학적 프로세스는 더 높은 효율과 더 큰 용량에 대한 요구를 포함하는 다양한 과제들을 충족시키기 위해 1970년대부터 개발되어 왔다. 이러한 요구, 즉 액화공정의 효율과 용량을 높이기 위해 서로 다른 냉매를 사용하거나 서로 다른 사이클을 사용하여 천연가스를 액화시키는 다양한 시도들이 현재까지 지속적으로 이루어지고 있으나 실용적으로 사용되고 있는 액화공정의 수는 매우 적다. Thermodynamic processes for liquefying natural gas to produce liquefied natural gas (LNG) have been developed since the 1970s to meet a variety of challenges, including the need for higher efficiency and greater capacity. In order to increase the efficiency and capacity of the liquefaction process, various attempts have been made to liquefy natural gas using different refrigerants or different cycles. little.

작동 중에 있으면서도 가장 널리 보급된 액화공정 중의 하나는 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process(또는 C3/MR Process)'이다. C3/MR 공정의 기본적인 구조는 도 15에서 도시하고 있는 것과 같다. 도 15에서 도시하고 있는 것과 같이 공급가스는 다단(multi-stage)의 프로판(C3) 줄-톰슨(Joule-Thomson, JT) 사이클에 의해 대략 238 K까지 예냉(pre-cooled)된다. 예냉된 공급가스는 열교환기에서 혼합 냉매(mixed refrigerant, MR)와의 열교환을 통해 123 K까지 액화(liquefied)되고 과냉(sub-cooled)된다. 이러한 C3/MR 공정의 경우에는 단일 냉매를 채용한 냉동 사이클과 혼합 냉매를 채용한 냉동 사이클을 사용하기 때문에 액화공정이 복잡하고 액화시스템의 운영이 어렵다는 단점이 있다. One of the most popular liquefaction processes in operation is the 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process' (or C3 / MR Process). The basic structure of the C3 / MR process is as shown in FIG. As shown in FIG. 15, the feed gas is pre-cooled to approximately 238 K by a multi-stage propane (C3) Joule-Thomson (JT) cycle. The precooled feed gas is liquefied and sub-cooled to 123 K through heat exchange with a mixed refrigerant (MR) in a heat exchanger. The C3 / MR process has a disadvantage in that the liquefaction process is complicated and the operation of the liquefaction system is difficult because a refrigeration cycle employing a single refrigerant and a refrigeration cycle employing a mixed refrigerant are used.

작동 중에 있는 다른 성공적인 액화공정 중의 하나는 'Conoco Phillips'에 의한 것으로서 캐스케이드 공정(Cascade process)에 기초하고 있다. 도 16에서 개념적으로 도시하고 있는 것과 같이, 'Conoco Phillips'의 액화공정은 순수 냉매(pure-component refrigerant)인 메탄(C1), 에틸렌(C2), 및 프로판(C3)을 사용하는 3개의 줄-톰슨 사이클로 구성된다. 이러한 액화공정은 혼합 냉매를 사용하지 않기 때문에 액화공정의 작동에 있어 안전하고 단순하며 신뢰할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 3개의 사이클 각각에 개별적인 압축기, 열교환기 등이 필요하기 때문에 액화시스템의 규모가 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.One of the other successful liquefaction processes in operation is by Conoco Phillips, which is based on the Cascade process. As conceptually illustrated in FIG. 16, the liquefaction process of 'Conoco Phillips' uses three Joules using methane (C1), ethylene (C2), and propane (C3), which are pure-component refrigerants. It consists of a Thompson cycle. Since the liquefaction process does not use a mixed refrigerant, there is an advantage that the operation of the liquefaction process is safe, simple and reliable. However, there is a disadvantage in that the size of the liquefaction system is inevitably increased because an individual compressor, heat exchanger, etc. are required for each of the three cycles.

작동 중에 있는 또 다른 액화공정 중의 하나는 'Single Mixed Refrigerant Process(또는 SMR Process)'이다. SMR 공정의 기본적인 구조는 도 17에서 도시하고 있는 것과 같다. 도 17에서 도시하고 있는 것과 같이 공급가스는 열교환 영역에서의 혼합 냉매와의 열교환을 통해 액화된다. 이를 위해 SMR 공정에서는 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 사용한다. 이러한 냉동 사이클에서는 혼합 냉매를 압축하고 예냉한 다음, 열교환 영역에서의 열교환을 통해 혼합 냉매를 응축한 후에 팽창시킨다. 팽창된 냉매는 다시 열교환 영역으로 유입되어 예냉된 혼합 냉매를 응축시키고 공급가스를 액화시킨다. 이러한 SMR 공정은 구조가 단순하여 시스템이 콤팩트하다는 장점이 있으나 액화공정의 효율이 좋지 않다는 단점이 있다.Another liquefaction process in operation is the 'Single Mixed Refrigerant Process' (or SMR Process). The basic structure of the SMR process is as shown in FIG. As shown in Fig. 17, the feed gas is liquefied through heat exchange with the mixed refrigerant in the heat exchange zone. The SMR process uses one closed loop refrigeration cycle with mixed refrigerant. In this refrigeration cycle, the mixed refrigerant is compressed and precooled and then expanded after condensing the mixed refrigerant through heat exchange in the heat exchange zone. The expanded refrigerant flows back into the heat exchange zone to condense the precooled mixed refrigerant and liquefy the feed gas. This SMR process has the advantage that the system is compact due to its simple structure, but has the disadvantage that the efficiency of the liquefaction process is not good.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 혼합 냉매를 채용한 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 사용하여 액화공정이 단순하고 시스템이 콤팩트하며 액화시스템의 운전이 용이하면서도 액화공정의 효율이 뛰어난 천연가스 액화공정을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the problem of the present invention is to use a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, the liquefaction process is simple, the system is compact and the operation of the liquefaction system is easy It is to provide a natural gas liquefaction process with excellent efficiency of the liquefaction process.

상술한 본 발명의 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서, 상기 폐 루프 냉동 사이클은, 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계, 액상 냉매 부분을 이용하여 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉하는 예냉 단계, 기상 냉매 부분을 이용하여 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계, 예냉 단계 이후에 예냉 단계를 통해 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계, 액화 단계 이후에 액화 단계를 통해 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계, 및 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계를 포함하며, 상기 액상 냉매 부분과 상기 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, by using a single closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant to pre-cool natural gas through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone In the natural gas liquefaction process of liquefying natural gas precooled through the heat exchange with the refrigerant | coolant in a 2nd heat exchange area, the said closed-loop refrigeration cycle isolate | separates the partially condensed mixed refrigerant into the liquid refrigerant | coolant part and gaseous-phase refrigerant part. Separation step, pre-cooling step of pre-cooling the natural gas in the first heat exchange zone using the liquid refrigerant portion, liquefaction step of liquefying natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone using the gaseous refrigerant section, pre-cooling step after the pre-cooling step The first compression step of compressing the refrigerant portion of the pre-cooled natural gas through the liquefaction step after the liquefaction step A second compression step of compressing a refrigerant part liquefied gas, and a mixing step of mixing respective refrigerant parts compressed through the first and second compression steps, wherein the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part are separated from each other. After the separation through the step through the independent loop without mixing with each other characterized in that the mixing in the mixing step.

또한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서, 상기 폐 루프 냉동 사이클은, 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 혼합 냉매를 부분적으로 응축하는 제1 응축 단계, 제1 응축 단계를 통해 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계, 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 이용하여 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉하는 예냉 단계, 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 이용하여 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계, 예냉 단계 이후에 예냉 단계를 통해 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계, 액화 단계 이후에 액화 단계를 통해 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계, 및 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계를 포함하며, 상기 액상 냉매 부분과 상기 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, by using a closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant to pre-cool the natural gas through the heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone and the refrigerant in the second heat exchange zone; In the natural gas liquefaction process of liquefying the natural gas pre-cooled through the heat exchange of the, the closed loop refrigeration cycle, the first condensation step, the first condensation step of partially condensing the mixed refrigerant through heat exchange in the first heat exchange region Separation step of separating the mixed refrigerant partially condensed through the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion, the pre-cooling step of pre-cooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion separated through the separation step, Liquefaction step of liquefying the pre-cooled natural gas in the second heat exchange zone by using the gaseous refrigerant portion separated through A first compression step of compressing the refrigerant part in which the natural gas is precooled through the precooling step after the system, a second compression step of compressing the refrigerant part in which the natural gas is liquefied through the liquefaction step, and first and second And mixing each refrigerant portion compressed through the compression step, wherein the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion are separated through the separation step and then pass through separate loops without mixing with each other. Characterized in that they are mixed with each other.

그리고 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화시스템은, 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리하는 분리 수단, 제1 냉매 부분과의 열교환을 통해 천연가스가 예냉되는 제1 열교환 영역과, 제2 냉매 부분과의 열교환을 통해 예냉된 천연가스가 액화되는 제2 열교환 영역을 구비하는 열교환 수단, 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉시킨 제1 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 수단, 제2 열교환 영역에서 천연가스를 액화시킨 제2 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 수단, 제1 및 제2 압축 수단을 통해 압축된 냉매 부분을 혼합하는 혼합 수단, 제1 냉매를 분리 수단으로부터 제1 압축 수단까지 안내하는 제1 도관, 및 제1 도관과는 독립되고 제2 냉매를 제1 냉매와의 혼합 없이 분리 수단으로부터 제2 압축 수단까지 안내하는 제2 도관을 포함하며, 상기 제1 냉매 부분은 상기 제2 냉매 부분보다 비등점이 높은 것을 특징으로 한다. And according to another preferred embodiment of the present invention, a natural gas liquefaction system for liquefying natural gas using one closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, the partial refrigerant condensed mixed refrigerant and the first refrigerant portion Separation means for separating into two refrigerant portions, a first heat exchange region in which natural gas is precooled through heat exchange with the first refrigerant portion, and a second heat exchange region in which natural gas pre-cooled through heat exchange with the second refrigerant portion is liquefied. Heat exchange means comprising: first compression means for compressing a first refrigerant portion precooled with natural gas in a first heat exchange region, second compression means for compressing a second refrigerant portion liquefied with natural gas in a second heat exchange region, Mixing means for mixing the refrigerant portion compressed through the first and second compression means, a first conduit for guiding the first refrigerant from the separating means to the first compression means, and in FIG. And a second conduit to guide the second refrigerant from the separating means to the second compression means without mixing with the first refrigerant, wherein the first refrigerant portion has a higher boiling point than the second refrigerant portion. do.

더욱이 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 일차적으로 냉각시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 일차적으로 냉각된 천연가스를 이차적으로 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서, 상기 폐 루프 냉동 사이클은, 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계; 액상 냉매 부분을 이용하여 제1 열교환 영역에서 천연가스를 일차적으로 냉각하는 단계, 기상 냉매 부분을 이용하여 제2 열교환 영역에서 일차적으로 냉각된 천연가스를 이차적으로 냉각하는 단계, 일차적으로 냉각하는 단계 이후에 일차적으로 냉각하는 단계를 통해 천연가스를 일차적으로 냉각시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계, 이차적으로 냉각하는 단계 이후에 이차적으로 냉각하는 단계를 통해 천연가스를 이차적으로 냉각시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계, 및 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계를 포함하며, 상기 액상 냉매 부분과 상기 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되며, 상기 이차적으로 냉각하는 단계는 상기 일차적으로 냉각하는 단계보다 더 낮은 온도로 천연가스를 냉각한다. Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, one closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant is used to cool the natural gas primarily through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone, and In a natural gas liquefaction process of cooling a natural gas primarily cooled through heat exchange with a refrigerant, the closed loop refrigeration cycle is a separation step of separating a partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion. ; First cooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion, secondly cooling the natural gas primarily cooled in the second heat exchange region using the gaseous refrigerant portion, and first cooling A first compression step of compressing the refrigerant part that primarily cooled the natural gas through a first cooling step, and a second cooling step of the refrigerant part that secondly cooled the natural gas after a second cooling step. And a mixing step of mixing respective refrigerant parts compressed through the first and second compression steps, wherein the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part are separated from each other after the separation step. Via separate loops without mixing of The agitating step cools the natural gas to a lower temperature than the primary cooling step.

본 발명에 따른 천연가스 액화공정과 천연가스 액화시스템은 혼합 냉매를 채용한 하나의 냉동 사이클을 사용하기 때문에 액화공정의 구조가 단순하고 시스템이 콤팩트하면서도 시스템의 운전이 용이할 뿐만 아니라, 혼합 냉매가 두 개의 냉매 부분으로 분리된 다음에는 냉매 부분 사이의 혼합 없이 각각 개별적으로 응축(냉각), 팽창, 열교환 및 압축의 단계가 진행되기 때문에 분리된 냉매 부분에 대해 각각 최적의 온도 및 압력 등에 대한 조건을 적용할 수 있으며, 이에 따라 액화공정의 효율을 향상시킬 수 있다.The natural gas liquefaction process and the natural gas liquefaction system according to the present invention use a single refrigeration cycle employing a mixed refrigerant, so the structure of the liquefaction process is simple, the system is compact, and the operation of the system is easy, and the mixed refrigerant is After separating into two refrigerant parts, the steps of condensation (cooling), expansion, heat exchange and compression are carried out separately without mixing between the refrigerant parts. It can be applied, thereby improving the efficiency of the liquefaction process.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 도 1에 따른 액화공정에 대한 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 3은 도 1에 따른 액화공정에 대한 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 4는 도 1에 따른 액화공정에 대한 제3 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 6은 도 5에 따른 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 7은 도 6에 따른 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 10은 도 9에 따른 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 11 및 도 12는 전술한 실시예들을 대표할 수 있는 기본 개념을 도시하고 있는 흐름도
도 13 및 도 14는 전술한 실시예들에 따른 액화공정이 전체 액화공정의 일부로서 사용되는 경우를 예시하고 있는 흐름도
도 15은 종래의 C3/MR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 16는 종래의 캐스케이드 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 17는 종래의 SMR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
1 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a flow chart showing a first modification to the liquefaction process according to FIG.
3 is a flow chart showing a second modification to the liquefaction process according to FIG.
4 is a flow chart showing a third modification to the liquefaction process according to FIG.
5 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention.
6 is a flow chart showing a modification to the liquefaction process according to FIG.
7 is a flow chart showing a modification to the liquefaction process according to FIG.
8 is a flowchart showing a natural gas liquefaction process according to Embodiment 3 of the present invention.
9 is a flowchart showing a natural gas liquefaction process according to Embodiment 4 of the present invention.
10 is a flow chart showing a modification to the liquefaction process according to FIG.
11 and 12 are flowcharts illustrating basic concepts that can represent the above-described embodiments.
13 and 14 are flowcharts illustrating the case where the liquefaction process according to the above-described embodiments is used as part of the overall liquefaction process.
15 is a flowchart conceptually illustrating a conventional C3 / MR process.
16 is a flow chart conceptually illustrating a conventional cascade process.
17 is a flowchart conceptually illustrating a conventional SMR process.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있다. 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and may be described by quoting contents described in other drawings under these rules. And it can be omitted that it is determined or repeated to those skilled in the art to which the present invention pertains.

실시예 1Example 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 액화공정은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스를 액화온도까지 냉각시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정에 적용될 수 있다. 특히 혼합 냉매(mixed refrigerant 또는 multi-component refrigerant)를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여, 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고, 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 적용될 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 액화공정은 추가적으로 혼합 냉매를 냉각하거나 또는 천연가스를 냉각하는 보조 냉동 사이클을 더 포함할 수도 있다. 1 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention. The liquefaction process according to the present embodiment is a process for producing liquefied natural gas (LNG) by cooling natural gas to a liquefaction temperature by using a closed loop refrigeration cycle as shown in FIG. Can be applied. In particular, one closed loop refrigeration cycle employing mixed refrigerants or multi-component refrigerants is used to precool the natural gas through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone, and the refrigerant in the second heat exchange zone. It can be applied to the natural gas liquefaction process to liquefy the pre-cooled natural gas through heat exchange with. The liquefaction process according to the present embodiment may further include an auxiliary refrigeration cycle for cooling the mixed refrigerant or cooling the natural gas.

이하에서는 위와 같이 한 개의 냉동 사이클을 포함하는 천연가스 액화공정에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화공정을 도 1을 참조하여 설명하도록 한다. 부분적으로 응축된 혼합 냉매는 분리 수단(110)으로 유입되어 비등점의 차이에 따라 제1 냉매 부분과, 제1 냉매 부분보다 비등점이 낮은 제2 냉매 부분으로 분리된다. 즉, 부분적으로 응축된 혼합 냉매는 분리 수단(110)을 통해 비등점이 높기 때문에 액상 냉매 부분으로 분리되는 제1 냉매 부분과, 비등점이 낮기 때문에 기상 냉매 부분으로 분리되는 제2 냉매 부분으로 나뉘어질 수 있다. 이러한 분리 수단(110)은 통상의 기액 분리기(vapor-liquid separator)일 수 있다. Hereinafter, a liquefaction process according to an embodiment of the present invention applied to a natural gas liquefaction process including one refrigeration cycle as described above will be described with reference to FIG. 1. The partially condensed mixed refrigerant flows into the separating means 110 and is separated into a first refrigerant portion and a second refrigerant portion having a lower boiling point than the first refrigerant portion according to the difference in boiling point. That is, the partially condensed mixed refrigerant may be divided into a first refrigerant portion separated into the liquid refrigerant portion because of the high boiling point through the separating means 110 and a second refrigerant portion separated into the gaseous refrigerant portion because of the low boiling point. have. Such separation means 110 may be a conventional vapor-liquid separator.

이렇게 분리된 제1 냉매 부분은 일련의 냉각 과정과 팽창 과정을 거친 다음 열교환을 통해 제1 열교환 영역에서 천연가스를 예냉시킬 수 있다. 이에 대해 상술하면 분리된 제1 냉매 부분은 분리 수단(110)과 제1 열교환 영역(121)을 연결하는 도관(161)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입된다. 그리고 제1 냉매 부분은 제1 열교환 영역(121)에서의 열교환을 통해 냉각된다. 이러한 냉매 부분의 냉각은 도관(163, 175)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되는 냉매와의 열교환을 통해 이루어진다. 냉각된 냉매 부분은 도관(162)을 통해 팽창 수단(131)으로 유입되어 팽창된다. 이때 팽창 수단(131)은 통상의 팽창 밸브(expansion valve)일 수 있다. The separated first refrigerant part may undergo a series of cooling and expansion processes and then precool the natural gas in the first heat exchange area through heat exchange. As described above, the separated first refrigerant part is introduced into the first heat exchange region 121 through a conduit 161 connecting the separation means 110 and the first heat exchange region 121. And the first refrigerant portion is cooled through heat exchange in the first heat exchange region 121. Cooling of this refrigerant portion is accomplished through heat exchange with the refrigerant entering the first heat exchange region 121 through conduits 163 and 175. The cooled refrigerant portion enters and expands to expansion means 131 through conduit 162. At this time, the expansion means 131 may be a conventional expansion valve (expansion valve).

팽창된 냉매 부분은 도관(163)을 통해 다시 제1 열교환 영역(121)으로 유입된다. 제1 열교환 영역(121)으로 유입된 냉매 부분은 제1 열교환 영역(121)에서 열교환을 통해 다른 냉매들을 냉각시키고 천연가스를 예냉시킨다. 제1 열교환 영역(121)에서의 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(164)을 통해 제1 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다. 이때 제1 압축 수단(141)은 통상의 압축기(compressor)일 수 있으며, 후술할 제2 압축 수단(142)도 동일하게 통상의 압축기일 수 있다. 그리고 제1 및 제2 압축 수단은 복수 개의 압축기와 냉각 수단이 직렬로 연결된 형태를 가질 수도 있다. 이와 같이 구성하여 냉매 부분을 다단으로 압축하면 압축기의 소요동력이 감소될 수 있다. The expanded refrigerant portion enters the first heat exchange region 121 again through the conduit 163. The refrigerant portion introduced into the first heat exchange region 121 cools other refrigerants and precools natural gas through heat exchange in the first heat exchange region 121. The portion of the refrigerant having undergone heat exchange in the first heat exchange region 121 is introduced into the first compression means 141 through the conduit 164 and compressed. In this case, the first compression means 141 may be a conventional compressor, and the second compression means 142, which will be described later, may also be a conventional compressor. The first and second compression means may have a form in which a plurality of compressors and cooling means are connected in series. In this way, if the refrigerant portion is compressed in multiple stages, the required power of the compressor can be reduced.

그리고 분리된 제2 냉매 부분은 도관(171)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각된다. 이러한 냉매 부분의 냉각은 도관(163, 175)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되는 냉매와의 열교환을 통해 이루어진다. 냉각된 냉매 부분은 도관(172)을 통해 제2 열교환 영역(122)으로 유입되어 응축된다. 이러한 냉매 부분의 응축은 도관(174)을 통해 제2 열교환 영역(122)으로 유입되는 냉매와의 열교환을 통해 이루어진다. 응축된 냉매 부분은 도관(173)을 통해 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다. 이때 팽창 수단(132)은 통상의 팽창 밸브(expansion valve)일 수 있다. 팽창된 냉매 부분은 도관(174)을 통해 다시 제2 열교환 영역(122)으로 유입되어 열교환을 통해 다른 냉매들을 응축시키고 예냉된 천연가스를 액화시킨다. 참고로 액화된 천연가스는 팽창 밸브(136)에 의해 팽창된 다음 저장 탱크 등으로 유입될 수 있다. The separated second refrigerant part is introduced into the first heat exchange area 121 through the conduit 171 and cooled. Cooling of this refrigerant portion is accomplished through heat exchange with the refrigerant entering the first heat exchange region 121 through conduits 163 and 175. The cooled refrigerant portion enters and condenses the second heat exchange region 122 through conduit 172. Condensation of this refrigerant portion takes place through heat exchange with the refrigerant entering the second heat exchange region 122 through the conduit 174. The condensed refrigerant portion enters and expands through expansion conduit 173 to expansion means 132. At this time, the expansion means 132 may be a conventional expansion valve (expansion valve). The expanded refrigerant portion flows back through the conduit 174 into the second heat exchange zone 122 to condense other refrigerants through the heat exchange and liquefy the precooled natural gas. For reference, the liquefied natural gas may be expanded by the expansion valve 136 and then introduced into the storage tank.

전술한 2개의 열교환 영역(121, 122)은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 하나의 열교환 수단(120) 내에 구비될 수도 있고, 또는 2개의 열교환 수단 내에 각각 구비될 수도 있다. 또한 상기 열교환 수단은 통상의 열교환기(heat exchanger)일 수 있다. 그리고 도시의 편의를 위해 열교환 영역 내에서 실제 열교환이 이루어지는 부분은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 삼각파와 유사한 형태로 나타내고, 열교환 영역 내에서 실제 열교환이 이루어지지 않는 부분은 직선으로 나타낸다. 예를 들어, 도 1의 열교환 수단(120) 내에서 직선으로 나타낸 부분은 실제로는 제2 열교환 영역(122)을 통과하지 않으나, 즉 다른 냉매 등과의 열교환이 이루어지지 않으나, 단순히 도시의 편의를 위해 제2 열교환 영역(122)을 통과하는 것처럼 도시한다. The two heat exchange regions 121 and 122 described above may be provided in one heat exchange means 120 as shown in FIG. 1, or may be provided in two heat exchange means, respectively. The heat exchange means may also be a conventional heat exchanger. For the convenience of illustration, the portion where the actual heat exchange is performed in the heat exchange region is shown in a form similar to a triangular wave as shown in FIG. 1, and the portion where the actual heat exchange is not performed in the heat exchange region is represented by a straight line. For example, the portion shown in a straight line in the heat exchange means 120 of FIG. 1 does not actually pass through the second heat exchange region 122, that is, does not perform heat exchange with other refrigerants, but is merely for convenience of illustration. It is shown as passing through the second heat exchange region 122.

제2 열교환 영역(122)에서의 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(175)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 열교환을 통해 다른 냉매들을 추가적으로 냉각시키거나 천연가스를 추가적으로 예냉시킬 수 있다. 제2 열교환 영역(122)에서 다른 냉매와 천연가스를 냉각시킨 냉매 부분은 열교환 이후에도 충분히 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 위와 같이 제1 열교환 영역(121)으로 유입되더라도 다른 냉매나 천연가스를 냉각시킬 수 있다. 이러한 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(176)을 통해 제2 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다. 다만 경우에 따라서는 제2 열교환 영역(122)에서의 열교환을 마친 냉매 부분을 바로, 즉 제1 열교환 영역(121)을 거치지 않고 제2 압축 수단(142)으로 유입시킬 수도 있다. The refrigerant portion having completed the heat exchange in the second heat exchange region 122 may be introduced into the first heat exchange region 121 through the conduit 175 to further cool other refrigerants or additionally pre-cool natural gas through heat exchange. Since the refrigerant portion in which the other refrigerant and the natural gas are cooled in the second heat exchange region 122 has a sufficiently low temperature even after the heat exchange, the refrigerant may be cooled even though the refrigerant flows into the first heat exchange region 121 as described above. . The refrigerant portion having completed this heat exchange is introduced into the second compression means 142 through the conduit 176 and compressed. In some cases, however, the refrigerant portion having completed the heat exchange in the second heat exchange region 122 may be introduced into the second compression means 142 without passing through the first heat exchange region 121.

제1 압축 수단(141)을 통해 압축된 제1 냉매 부분과 제2 압축 수단(142)을 통해 압축된 제2 냉매 부분은 도관(165, 177)을 통해 각각 냉각 수단(146, 147)으로 유입되어 냉각되며, 이러한 냉각에 따라 각 냉매 부분은 부분적으로 응축될 수 있다. 이러한 냉각 수단(146, 147)은 통상의 냉각기일 수 있다. 그런 다음 각각의 냉매 부분은 혼합 수단을 통해 하나의 냉매 부분으로 혼합된다. 이러한 혼합 수단은 통상의 혼합기(mixer)일 수 있다. 또는 이러한 혼합 수단은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 도관 사이의 연결, 즉 상호 연결되어 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분의 혼합을 유도하는 두 도관(166, 178)을 의미할 수도 있다. 이와 같이 혼합된 냉매 부분은 부분적으로 응축된 상태로 도관(167)을 통해 분리 수단(110)으로 유입되어 전술한 냉동 사이클을 반복한다. The first refrigerant portion compressed through the first compression means 141 and the second refrigerant portion compressed through the second compression means 142 enter the cooling means 146, 147 through the conduits 165, 177, respectively. And the cooling, whereby each refrigerant portion may be partially condensed. Such cooling means 146, 147 may be conventional chillers. Each refrigerant portion is then mixed into one refrigerant portion via mixing means. Such mixing means may be a conventional mixer. Alternatively, such mixing means may refer to two conduits 166 and 178 connected between the conduits, ie interconnected to induce mixing of the first and second refrigerant portions, as shown in FIG. 1. The refrigerant portion thus mixed is introduced into separation means 110 through conduit 167 in a partially condensed state and repeats the aforementioned refrigeration cycle.

한편, 전술한 냉각 수단의 위치가 도 1에서 도시하고 있는 위치로 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 2개의 냉각 수단(146, 147)이 제1 및 제2 압축 수단(141, 142) 이후에 별도로 구비되어 각 냉매 부분을 각각 냉각할 수도 있지만, 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 냉매 부분의 혼합 이후에 혼합된 냉매 부분이 냉각되도록 냉각 수단(148)이 구비될 수도 있다. 도 2는 도 1에 따른 액화공정에 대한 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 그리고 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 냉매의 혼합 이후에 혼합된 냉매 부분에 대한 추가적인 재압축을 실시할 수도 있다. 도 3은 도 1에 따른 액화공정에 대한 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 즉, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 혼합된 냉매 부분은 재압축 수단(144)을 통해 다시 한 번 압축될 수 있으며, 재압축된 냉매 부분은 다시 한 번 냉각되어 부분적으로 응축될 수 있다. 참고로 도 1에 따른 실시예의 경우 냉각기(146, 147)에 의한 냉각으로 인해 냉매 부분들이 부분적으로 응축되고, 도 2에 따른 실시예의 경우 혼합된 냉매 부분이 냉각기(148)에 의한 냉각으로 인해 부분적으로 응축되며, 도 3에 따른 실시예의 경우 혼합된 냉매 부분이 재압축되고 재냉각된 다음에 부분적으로 응축된다. In addition, the position of the above-mentioned cooling means is not limited to the position shown in FIG. That is, as shown in FIG. 1, two cooling means 146 and 147 may be provided separately after the first and second compression means 141 and 142 to cool each refrigerant portion, respectively. As shown, cooling means 148 may be provided to cool the mixed refrigerant portion after mixing the refrigerant portions. 2 is a flowchart illustrating a first modification of the liquefaction process according to FIG. 1. As shown in FIG. 3, additional recompression may be performed on the mixed refrigerant part after the refrigerant is mixed. 3 is a flowchart illustrating a second modification to the liquefaction process according to FIG. 1. That is, as shown in FIG. 3, the mixed refrigerant portion may be compressed once again through the recompression means 144, and the recompressed refrigerant portion may be cooled once again and partially condensed. For reference, in the embodiment according to FIG. 1, the refrigerant parts are partially condensed due to cooling by the coolers 146 and 147, and in the embodiment according to FIG. 2, the mixed refrigerant part is partially due to cooling by the cooler 148. 3, the mixed refrigerant portion is recompressed and recooled and then partially condensed in the embodiment according to FIG. 3.

본 실시예에 따른 액화공정은 전술한 바와 같이 하나의 냉동 사이클로만 이루어지기 때문에 기본적으로 액화공정이 단순하여 시스템이 콤팩트하며 액화시스템의 운전이 용이하다는 장점을 가진다. 또한 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 부분적으로 응축된 혼합 냉매가 분리 수단을 통해 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리된 다음에는 냉매 부분 사이의 혼합 없이 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분이 각각 독립된 루프를 경유하다 혼합 수단에 도달해서야 비로소 상호 혼합된다. 즉, 제1 냉매를 분리 수단(110)으로부터 제1 압축 수단(141)까지 안내하는 제1 도관(161~164)과, 제2 냉매를 분리 수단(110)으로부터 제2 압축 수단(142)까지 안내하는 제2 도관(171~176) 사이에는 교차점이 없다. 이에 따라 본 실시예에 따른 액화 공정에서는 제1 냉매와 제2 냉매가 분리 수단과 압축 수단 사이에서 각각 개별적으로 응축(냉각), 팽창, 열교환 및 압축 과정을 거친다. Since the liquefaction process according to the present embodiment consists of only one refrigeration cycle as described above, the liquefaction process is basically simple, the system is compact, and the operation of the liquefaction system is easy. In addition, as described above, in the liquefaction process according to the present embodiment, after the partially condensed mixed refrigerant is separated into the first refrigerant portion and the second refrigerant portion by the separating means, the first refrigerant portion and the first refrigerant portion are not mixed between the refrigerant portions. The two refrigerant sections are each mixed via separate loops until they reach mixing means. That is, the first conduits 161 to 164 for guiding the first refrigerant from the separating means 110 to the first compression means 141, and the second refrigerant from the separating means 110 to the second compression means 142. There is no intersection between the guiding second conduits 171-176. Accordingly, in the liquefaction process according to the present embodiment, the first refrigerant and the second refrigerant undergo condensation (cooling), expansion, heat exchange, and compression, respectively, between the separating means and the compression means.

위와 같이 각 냉매 부분이 개별적으로 냉동 사이클을 수행할 경우에는 액화공정의 효율이 향상될 수 있다는 장점이 있다. 이에 대해 상술하면 혼합 냉매가 분리 수단(110)에 의해 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리되고 나면 각 냉매 부분은 조성에 있어 차이가 생긴다. 이에 따라 각 냉매 부분은 그 조성에 따라 서로 다른 열역학적 특성을 나타내며, 이의 결과로 각 냉매 부분이 효과적으로 냉열을 발휘할 수 있는 영역에도 차이가 생긴다. As described above, when each refrigerant part individually performs a refrigeration cycle, the efficiency of the liquefaction process may be improved. In detail, when the mixed refrigerant is separated into the first refrigerant portion and the second refrigerant portion by the separating means 110, each refrigerant portion may have a difference in composition. Accordingly, each refrigerant portion exhibits different thermodynamic characteristics according to its composition, and as a result, a difference occurs in a region in which each refrigerant portion can exert cooling heat effectively.

이러한 특성을 반영하여 분리된 각 냉매 부분에 각각 최적의 열교환 조건을 부여할 수 있도록 하기 위해 본 실시예에 따른 액화공정에서는 혼합 냉매가 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리된 다음에는 각 냉매 부분이 상호간의 혼합 없이(즉, 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분간의 혼합 없이) 응축(냉각), 팽창, 열교환 및 압축의 과정을 거치게 된다. 예를 들어, 열교환 영역에서의 열교환을 마친 각 냉매 부분에 서로 다른, 그리고 최적의 압력 조건을 부여하기 위해 각 냉매 부분을 위한 별도의 압축 수단을 구비함으로써 각 냉매 부분이 최적의 조건에서 천연가스와 열교환할 수 있도록 액화공정을 설계할 수 있으며, 이의 결과로 액화공정 전체의 효율이 향상될 수 있다. In order to provide optimum heat exchange conditions to each of the separated refrigerant parts by reflecting these characteristics, in the liquefaction process according to the present embodiment, after the mixed refrigerant is separated into the first refrigerant part and the second refrigerant part, each refrigerant The portions are subjected to condensation (cooling), expansion, heat exchange and compression without mixing with each other (ie without mixing between the first and second refrigerant portions). For example, by providing separate compression means for each refrigerant portion to give different and optimal pressure conditions to each refrigerant portion that has undergone heat exchange in the heat exchange zone, each refrigerant portion is treated with natural gas at optimum conditions. The liquefaction process can be designed to exchange heat, and as a result, the efficiency of the entire liquefaction process can be improved.

한편, 액화공정의 효율을 보다 높이기 위해 전술한 제2 열교환 영역(122)과 팽창 밸브(131, 132) 사이에는 팽창기(expander)가 더 구비될 수 있다. 즉, 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 냉매 부분은 제1 열교환 영역(121)을 거친 다음, 도관(1621)을 통해 팽창기(191)로 유입되어 일차적으로 팽창될 수 있으며, 그 후 도관(1622)을 통해 팽창 밸브(131)로 유입되어 이차적으로 팽창될 수 있다. 이와 동일하게 제2 냉매 부분도 제2 열교환 영역(122)을 거친 다음, 도관(1731)을 통해 팽창기(192)로 유입되어 일차적으로 팽창된 후, 도관(1732)을 통해 팽창 밸브(132)로 유입되어 이차적으로 팽창될 수 있다. Meanwhile, an expander may be further provided between the aforementioned second heat exchange region 122 and the expansion valves 131 and 132 in order to further increase the efficiency of the liquefaction process. That is, as shown in FIG. 4, the first refrigerant portion may pass through the first heat exchange zone 121 and then enter the expander 191 through the conduit 1621 and may be primarily expanded, after which the conduit It is introduced into the expansion valve 131 through the 1622, it can be expanded second. Similarly, the second refrigerant portion also passes through the second heat exchange region 122, then enters the expander 192 through the conduit 1731 and is primarily expanded, and then through the conduit 1732 to the expansion valve 132. Inflow and secondary expansion.

통상의 팽창 밸브(expansion valve 또는 JT valve)는 압력 강하를 통해 유체의 온도를 낮추는 역할만을 수행한다. 이와 대비하여 팽창기(expander)는 압력 강하와 함께 외부로의 일도 발생시키기 때문에 유체로부터 더 많은 에너지가 유출될 수 있으며, 이에 따라 유체의 온도가 더 떨어질 수 있다. 또한 팽창기로부터 발생되는 일을 통해 압축기 등을 구동시킬 수도 있다. 이의 결과로 전체적인 액화공정의 효율이 향상될 수 있으며, 도 1에 따른 액화공정과 대비하여 도 4에 따른 액화공정은 대략 1.7% 정도의 효율 향상이 이루어지는 것으로 확인되었다.Conventional expansion valves (JT valves) only serve to lower the temperature of the fluid through pressure drop. In contrast, the expander also causes work to go out with pressure drop, allowing more energy to flow out of the fluid, which can result in a lower temperature of the fluid. It is also possible to drive the compressor or the like through the work generated from the expander. As a result, the overall efficiency of the liquefaction process can be improved, and compared with the liquefaction process according to FIG. 1, the liquefaction process according to FIG. 4 was confirmed to have an efficiency improvement of approximately 1.7%.

그리고 본 실시예에 따른 액화공정에 사용되는 혼합 냉매는 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3), 부탄(C4), 펜탄(C5) 및 질소(N2)를 포함하는 것이 효율 증대의 측면에서 바람직하다. 일반적으로 혼합 냉매는 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3) 및 질소(N2)를 포함하지만, 여기에 부탄(C4)과 펜탄(C5)이 더 포함될 경우 혼합 냉매가 커버할 수 있는 온도 범위가 더 넓어지기 때문에 이러한 혼합 냉매를 사용하는 액화공정의 효율이 향상될 수 있다. In addition, the mixed refrigerant used in the liquefaction process according to the present embodiment includes methane (C1), ethane (C2), propane (C3), butane (C4), pentane (C5) and nitrogen (N2). It is preferable in terms of. Generally, the mixed refrigerant includes methane (C1), ethane (C2), propane (C3) and nitrogen (N2), but if it contains more butane (C4) and pentane (C5), the mixed refrigerant may cover it. Since the temperature range is wider, the efficiency of the liquefaction process using such a mixed refrigerant can be improved.

이에 대해 상술하면, 각 성분의 대기압에서의 끓는점은 질소가 -198.8℃, 메탄이 -161.5℃, 에탄이 -88.8℃, 프로판이 -42.09℃, 부탄이 -0.5℃, 펜탄이 27.84℃이다. 이에 따라 기존과 같이 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3) 및 질소(N2)로 구성되는 혼합 냉매의 경우 대기압에서 초저온으로부터 약 -40℃까지의 온도구배가 가능한데 반해, 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3), 부탄(C4), 펜탄(C5) 및 질소(N2)로 구성되는 혼합 냉매의 경우 대기압에서 초저온으로부터 약 30℃까지의 온도구배가 가능하다. 액화시스템에 유입되는 천연가스 또는 냉각기 후단의 냉매 온도가 35~40℃일 수 있다는 점을 고려할 때, 이에 대응되는 냉매 부분이 존재할 경우 액화공정의 효율이 더 높아질 수 있다.
In detail, the boiling point at atmospheric pressure of each component is -198.8 占 폚, methane -161.5 占 폚, ethane -88.8 占 폚, propane -42.09 占 폚, butane -0.5 占 폚 and pentane 27.84 占 폚. Accordingly, in the case of the mixed refrigerant composed of methane (C1), ethane (C2), propane (C3) and nitrogen (N2) as described above, a temperature gradient from ultra low temperature to about -40 ° C is possible at atmospheric pressure. ), A mixed refrigerant consisting of ethane (C2), propane (C3), butane (C4), pentane (C5) and nitrogen (N2) is capable of temperature gradients from ultra low to about 30 ° C at atmospheric pressure. Considering that the refrigerant temperature at the rear end of the natural gas or the coolant introduced into the liquefaction system may be 35 to 40 ° C, the efficiency of the liquefaction process may be higher when there is a corresponding refrigerant portion.

실시예 2Example 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 기본적으로 전술한 실시예 1에 따른 액화공정과 동일한 구성을 가진다. 다만 본 실시예에 따른 액화공정은 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분이 도관(1676)을 통해 분리 수단(112)으로 유입되어 추가적으로 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리된다는 점에서 실시예 1에 따른 액화공정과 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한(또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한(또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 5 is a flowchart showing a natural gas liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in Fig. 5, the liquefaction process according to the present embodiment basically has the same configuration as the liquefaction process according to the first embodiment described above. However, in the liquefaction process according to the present embodiment, the refrigerant part mixed through the mixing means is introduced into the separating means 112 through the conduit 1676 and further separated into the liquid refrigerant part and the gaseous refrigerant part according to the first embodiment. It is different from the liquefaction process. For reference, the same (or equivalent) reference numerals are given to the same (or equivalent) parts as the above-described configuration, and detailed description thereof will be omitted.

전술한 차이점을 중심으로 본 실시예에 따른 액화공정을 설명하면, 우선 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분은 도관(1676)을 통해 추가 분리 수단(112)으로 유입되어 추가적으로 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리된다. 이때 추가 분리 수단(112)은 통상의 기액 분리기일 수 있다. 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 도관(181)을 통해 팽창 밸브(133)로 유입되어 팽창될 수 있다. 참고로 도 5에서 도시하고 있는 것과는 다르게, 도관(181)을 흐르는 액상 냉매 부분이 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각된 다음에 팽창 밸브(133)로 유입되어 팽창될 수도 있다. 즉, 추가 분리 수단(112)과 팽창 밸브(133) 사이에서 액상 냉매 부분이 제1 열교환 영역으로 유입되어 냉각될 수도 있다.Referring to the liquefaction process according to the present embodiment centering on the above-described differences, first, the refrigerant portion mixed through the mixing means is introduced into the additional separation means 112 through the conduit 1676 to further add the liquid refrigerant portion and the gas phase refrigerant portion. Separated by. At this time, the additional separation means 112 may be a conventional gas-liquid separator. The liquid refrigerant portion separated through the additional separation means 112 can enter the expansion valve 133 through the conduit 181 and expand. For reference, unlike FIG. 5, the liquid refrigerant portion flowing through the conduit 181 may be introduced into the first heat exchange region 121, cooled, and then introduced into the expansion valve 133 to expand. That is, the liquid refrigerant portion may be introduced into the first heat exchange region and cooled between the additional separation means 112 and the expansion valve 133.

팽창된 냉매 부분은 도관(182)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 천연가스를 추가적으로 예냉한다. 그런 다음 천연가스를 추가적으로 예냉한 냉매 부분은 도관(183)을 통해 제3 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다. 이와 같이 제1 내지 제3 압축 수단(141, 142, 143)을 통해 별도로 압축된 냉매 부분은 전술한 혼합 수단을 통해 하나의 냉매 부분으로 혼합될 수 있다. The expanded refrigerant portion enters the first heat exchange zone 121 through the conduit 182 to further precool the natural gas. The refrigerant portion additionally precooled with natural gas is then introduced into the third compression means 143 through the conduit 183 and compressed. As such, the refrigerant portion separately compressed through the first to third compression means 141, 142, and 143 may be mixed into one refrigerant portion through the above-described mixing means.

또는 위와 같이 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 별도의 압축 수단(143)을 통해 압축하는 대신에, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 다른 냉매 부분과 혼합한 후 압축할 수 있다. 즉, 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 도관(181, 182)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 천연가스를 추가적으로 예냉한 다음, 다른 냉매 부분, 즉 분리 수단(110)을 통해 분리된 후 여러 과정을 거쳐 도관(163)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분과 혼합될 수 있다. 이와 같이 혼합된 냉매 부분은 도관(1642)을 통해 제1 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다. 도 6에서 도시하고 있는 액화공정은 도 5에서 도시하고 있는 액화공정에 비해 압축 수단의 개수를 줄일 수 있으며, 이에 따라 전체적인 액화시스템의 구조를 단순화할 수 있다는 장점이 있다. Alternatively, instead of compressing the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 through the separate compression means 143 as described above, the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 is mixed with other refrigerant portions. Can then be compressed. That is, as shown in FIG. 6, the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 is introduced into the first heat exchange region 121 through the conduits 181 and 182 to further precool the natural gas. After being separated through another refrigerant part, that is, through the separating means 110, the refrigerant may be introduced into the first heat exchange region 121 through the conduit 163 through various processes and mixed with the refrigerant part that precools the natural gas. The mixed refrigerant portion is introduced into the first compression means 141 through the conduit 1644 and compressed. The liquefaction process illustrated in FIG. 6 can reduce the number of compression means compared to the liquefaction process illustrated in FIG. 5, and thus, the structure of the entire liquefaction system can be simplified.

이외에도 도 5 또는 도 6에서 도시하고 있는 액화공정과 다르게 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분을 분리 수단(110)을 통해 분리된 액상 냉매 부분과 혼합한 후, 이를 하나의 냉매 흐름으로서 사용할 수 있다. 즉, 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 도관(1811)을 통해, 그리고 분리 수단(110)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 도관(1616)을 통해 하나의 흐름으로 혼합되며, 이렇게 혼합된 냉매 부분은 하나의 냉매 흐름으로서 도관(1617)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입된다. In addition to the liquefaction process illustrated in FIG. 5 or 6, the liquid refrigerant portion separated through the separating means 110 may be separated from the liquid refrigerant portion separated through the separating means 110, as shown in FIG. 7. After mixing, it can be used as one refrigerant stream. That is, as shown in FIG. 7, the liquid refrigerant portion separated through the additional separating means 112 through the conduit 1811, and the liquid refrigerant portion separated through the separating means 110 passes through the conduit 1616. And the mixed refrigerant portion is introduced into the first heat exchange region 121 through the conduit 1617 as one refrigerant flow.

한편, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 기상 냉매 부분은 도 3에서 도시하고 있는 실시예와 동일하게 재압축과 재응축 과정을 거쳐 분리 수단(110)으로 유입된다. 즉, 도 5, 도 6, 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이, 추가 분리 수단(112)을 통해 분리된 기상 냉매 부분은 추가 압축 수단(144)을 통해 추가 압축된 다음, 냉각 수단(149)을 통해 부분적으로 응축되어 분리 수단(110)으로 유입된다.
On the other hand, the gas phase refrigerant portion separated through the additional separation means 112 is introduced into the separation means 110 through the recompression and recondensation process as in the embodiment shown in FIG. That is, as shown in FIGS. 5, 6, and 7, the gaseous refrigerant portion separated through the additional separation means 112 is further compressed through the additional compression means 144, and then the cooling means 149 is removed. Partially condensed through and enters the separation means 110.

실시예 3Example 3

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정에서는 분리 수단으로서 증류탑(distillation column)을 사용한다는 점에 있어 전술한 실시예와 차이가 있다. 본 실시예에 따른 액화공정에 대해 상술하면, 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분은 도관(1681)을 통해 압축 수단(144)으로 유입되어 압축된다. 이와 같이 압축된 다음에는 냉매 부분이 도관(1682)을 통해 증류탑(114)으로 유입되어 요구되는 조성으로 정밀하게 기상 냉매 부분과 액상 냉매 부분으로 분리된다. 8 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 3 of the present invention. As illustrated in FIG. 8, the liquefaction process according to the present embodiment differs from the above-described embodiment in that a distillation column is used as a separation means. Referring to the liquefaction process according to the present embodiment, the refrigerant portion mixed through the mixing means is introduced into the compression means 144 through the conduit 1701 and compressed. After being compressed in this way, the refrigerant portion is introduced into the distillation column 114 through the conduit 1802 and is precisely separated into the gaseous refrigerant portion and the liquid refrigerant portion with the required composition.

증류탑(114)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 통상의 냉각 수단을 통해 냉각된 다음 도관(1612)을 통해 제1 열교환 영역(121)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같이 냉각된 냉매 부분은 팽창 밸브(131)를 통해 팽창되고, 제1 열교환 영역(121)으로 다시 유입된다. 이러한 과정 중에 위 냉매 부분은 제1 열교환 영역(121)에서 천연가스를 예냉시킬 수 있다. 결국, 증류탑(114)을 통해 분리된 액상 냉매 부분은 전술한 실시예 1의 제1 냉매 부분과 동일한 역할을 수행한다. The portion of the liquid refrigerant separated through the distillation tower 114 is cooled through conventional cooling means and then introduced into the first heat exchange zone 121 through the conduit 1612 and cooled. The coolant portion thus cooled is expanded through the expansion valve 131 and flows back into the first heat exchange region 121. During this process, the refrigerant portion may precool the natural gas in the first heat exchange region 121. As a result, the liquid refrigerant part separated through the distillation column 114 plays the same role as the first refrigerant part of the first embodiment.

그리고 증류탑을 통해 분리된 기상 냉매 부분은 도관(1683)을 통해 통상의 냉각 수단으로 유입되어 부분적으로 응축된다. 이와 같이 응축된 냉매 부분은 다시 통상의 기액 분리기(116)를 통해 기상 냉매 부분과 액상 냉매 부분으로 분리되며, 이렇게 분리된 기상 냉매 부분은 전술한 실시예 1의 제2 냉매 부분과 동일한 역할을 수행한다. 그리고 분리된 액상 냉매 부분은 다시 증류탑(114)으로 공급된다. 이와 같이 저온의 액상 냉매를 증류탑으로 공급하면 증류탑에서 냉매 부분을 보다 정밀하게 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리할 수 있다. 그리고 증류탑을 통해 냉매 부분을 요구되는 조성으로 정밀하게 2 부분으로 분리하면, 각 냉매 부분의 특성을 보다 정확하게 활용할 수 있기 때문에 액화공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
And the gaseous refrigerant portion separated through the distillation column is introduced into a conventional cooling means through conduit 1683 and partially condensed. The refrigerant portion condensed as described above is separated into the gaseous refrigerant portion and the liquid phase refrigerant portion through the conventional gas-liquid separator 116, and the separated gaseous refrigerant portion performs the same role as the second refrigerant portion of Embodiment 1 described above. do. And the separated liquid refrigerant portion is supplied back to the distillation column (114). In this way, when the low-temperature liquid refrigerant is supplied to the distillation column, the refrigerant portion may be separated into the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion more precisely in the distillation column. In addition, if the refrigerant portion is precisely separated into two parts through a distillation column, the efficiency of the liquefaction process can be improved because the characteristics of each refrigerant part can be more accurately utilized.

실시예 4Example 4

도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정에서는 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분이 제1 열교환 영역(221)을 거친 다음에 기상 냉매 부분과 액상 냉매 부분으로 분리된다는 점에서 전술한 실시예들과 차이가 있다. 즉, 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분은 도관(261)을 통해 제1 열교환 영역(221)으로 유입되어 제1 열교환 영역(221)에서의 열교환을 통해 부분적으로 응축된다. 이렇게 응축된 냉매 부분은 도관(262)을 통해 분리 수단(210)으로 유입되어 비등점의 차이에 따라 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리된다.9 is a flowchart illustrating a natural gas liquefaction process according to Embodiment 4 of the present invention. As illustrated in FIG. 9, in the liquefaction process according to the present embodiment, the refrigerant part mixed through the mixing means passes through the first heat exchange region 221 and then is separated into a gaseous refrigerant part and a liquid refrigerant part. There is a difference from the embodiments. That is, as shown in FIG. 9, the refrigerant portion mixed through the mixing means flows into the first heat exchange region 221 through the conduit 261 and partially condenses through heat exchange in the first heat exchange region 221. do. The condensed refrigerant portion is introduced into the separating means 210 through the conduit 262 and is separated into the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion according to the difference in boiling point.

분리된 액상 냉매 부분은 도관(263)을 통해 팽창 밸브(231)로 유입되어 팽창된 후, 도관(264)을 통해 다시 제1 열교환 영역(221)으로 유입되어 다른 냉매들을 냉각시키고 천연가스를 예냉시킨다. 그런 다음 위 냉매 부분은 도관(265)을 통해 제1 압축 수단(241)으로 유입되어 압축된다. 그리고 분리된 기상 냉매 부분은 도관(271)을 통해 제2 열교환 영역(222)으로 유입되어 응축된다. 이와 같이 응축된 냉매 부분은 도관(272)을 통행 팽창 밸브(232)로 유입되어 팽창된다. 그 후 위 냉매 부분은 도관(273)을 통해 제2 열교환 영역(222)으로 다시 유입되어 다른 냉매를 냉각시키고 천연가스를 액화시킨다. 이와 같이 천연가스와의 열교환을 마친 냉매 부분은 도관(274)을 통해 제1 열교환 영역(221)으로 유입되어 천연가스 및 다른 냉매를 추가적으로 예냉할 수도 있다. 이러한 과정을 모두 마친 다음 냉매 부분은 도관(275)을 통해 제2 압축 수단(242)으로 유입되어 압축된다. The separated liquid refrigerant portion is introduced into the expansion valve 231 through the conduit 263 and expanded, and then flows back into the first heat exchange region 221 through the conduit 264 to cool other refrigerants and precool the natural gas. Let's do it. The refrigerant portion is then introduced into the first compression means 241 through the conduit 265 and compressed. The separated gaseous refrigerant portion is introduced into and condensed into the second heat exchange region 222 through the conduit 271. The condensed refrigerant portion thus enters and expands through conduit 272 through passage expansion valve 232. The coolant portion then flows back through the conduit 273 into the second heat exchange zone 222 to cool the other refrigerant and liquefy the natural gas. As such, the portion of the refrigerant having undergone heat exchange with natural gas may flow into the first heat exchange region 221 through the conduit 274 to further precool the natural gas and the other refrigerant. After completing all of these processes, the refrigerant portion is introduced into the second compression means 242 through the conduit 275 and compressed.

이러한 액화공정은 도 10에서 도시하고 있는 것과 같은 변형이 가능하다. 이에 대해 상술하면, 부분적으로 응축된 혼합 냉매는 분리 수단(210)을 통해 기상 냉매 부분과 액상 냉매 부분으로 분리된다. 이렇게 분리된 냉매 부분들은 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 실시예 1에 따른 액화공정과 동일하게 천연가스를 예냉시키고 액화시킨다. 다만 전술한 실시예들과는 다르게 도 10에 따른 변형예에는 제3 열교환 영역(223)이 추가로 구비된다. 이러한 제3 열교환 영역(223)은 혼합 수단에 의해 혼합된 냉매 부분을 부분적으로 응축하고(도관 261과 도관 262 사이의 열교환 영역 참조), 제1 열교환 영역(221)에서의 예냉 이전에 천연가스를 예비적으로 예냉한다. 이러한 냉각은 천연가스를 예냉 또는 액화시킨 냉매 부분들이 도관(2634, 2716)을 통해 제3 열교환 영역(223)으로 유입되어 이루어진다(도관 2634와 도관 2635 사이의 열교환 영역, 그리고 도관 2716과 도관 2717 사이의 열교환 영역 참조). 이러한 열교환 후 제3 열교환 영역(223)을 통과한 각 냉매 부분들은 도관(2635, 2717)을 통해 각각 압축 수단(241, 242)으로 유입된다.
This liquefaction process can be modified as shown in FIG. In detail, the partially condensed mixed refrigerant is separated into the gaseous refrigerant portion and the liquid phase refrigerant portion through the separating means 210. The separated refrigerant parts thus precool and liquefy the natural gas as in the liquefaction process according to the first embodiment as shown in FIG. 10. Unlike the above-described embodiments, the modification according to FIG. 10 further includes a third heat exchange region 223. This third heat exchange zone 223 partially condenses the refrigerant portion mixed by the mixing means (see heat exchange zone between conduit 261 and conduit 262) and removes the natural gas prior to precooling in the first heat exchange zone 221. Precool. This cooling is achieved by the introduction of refrigerant portions that have precooled or liquefied natural gas into the third heat exchange zone 223 through conduits 2634 and 2716 (heat exchange zone between conduits 2634 and conduit 2635 and between conduits 2716 and 2717). Heat exchange zones). After this heat exchange, the respective refrigerant portions passing through the third heat exchange zone 223 enter the compression means 241, 242 through the conduits 2635, 2717, respectively.

전술한 실시예들을 통해 설명한 액화공정들 사이에는 공통되는 기술적인 특징이 있다. 즉, 전술한 실시예들은 모두 부분적으로 응축된 혼합 냉매가 분리 수단을 통해 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리된 다음에는 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분 사이의 혼합 없이 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분이 각각 독립된 루프를 경유하다 혼합 수단에 도달해서야 비로소 상호 혼합된다는 기술적인 특징이 있다. 그리고 독립된 루프를 경유하는 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분은 각각 천연가스를 예냉하고 액화하는 역할을 수행한다. 이러한 공통되는 기술적인 특징은 도 11 또는 도 12에서 도시하고 있는 바와 같이 점선 박스로 표현할 수 있다. 즉, 혼합 냉매를 분리하여 각각의 냉매 부분으로 천연가스를 예냉하고 액화하는 구성은 다양하게 변형이 가능하다. 전술한 실시예들은 다양한 변형들 중 액화효율이 뛰어나다고 판단되는 구체적인 예들이다. There are common technical features among the liquefaction processes described through the above embodiments. That is, in the above-described embodiments, all of the partially condensed mixed refrigerant is separated into the first refrigerant portion and the second refrigerant portion through the separating means, and then the first refrigerant portion is not mixed between the first refrigerant portion and the second refrigerant portion. It is a technical feature that the and the second refrigerant portions are each intermixed only after reaching the mixing means via separate loops. In addition, the first refrigerant part and the second refrigerant part passing through the independent loop each serve to precool and liquefy natural gas. This common technical feature may be represented by a dotted box as shown in FIG. 11 or 12. That is, the configuration of pre-cooling and liquefying natural gas to each refrigerant portion by separating the mixed refrigerant can be variously modified. The above-described embodiments are specific examples in which the liquefaction efficiency is excellent among various modifications.

한편, 분리된 냉매 부분의 혼합 시, 각각이 동일한 압력과 온도 조건에서 다시 하나의 냉매 부분으로 혼합된다고 하더라도 그 혼합된 냉매의 온도는 분리된 냉매 부분들의 조성에 따라 혼합되기 전의 온도보다 높을 수도 또는 낮을 수도 있다. 이에 따라 다시 혼합되어 냉매의 온도가 이전보다 낮아지는 경우에는 도 11에 따른 냉각 수단의 배치가 바람직하고, 온도가 이전보다 높아지는 경우에는 도 12에 따른 냉각 수단의 배치가 바람직하다. 즉, 도 11과 같은 경우에는 냉매 부분이 냉각 수단에 의해 각각 냉각된 다음에 혼합되어 그 혼합의 결과로 냉매 부분의 온도가 더 낮아질 수 있기 때문에 액화공정의 효율이 향상될 수 있고, 도 12와 같은 경우에는 냉매 부분의 혼합으로 온도가 상승된 냉매 부분을 하나의 냉각 수단만으로도 일정 온도 이하로 냉각할 수 있기 때문에, 즉 냉각 수단의 개수를 줄일 수 있다는 장점이 있다. On the other hand, in the case of mixing the separated refrigerant portions, even if each is mixed again into one refrigerant portion under the same pressure and temperature conditions, the temperature of the mixed refrigerant may be higher than the temperature before mixing depending on the composition of the separated refrigerant portions or It may be low. Accordingly, the arrangement of the cooling means according to FIG. 11 is preferable when the mixture is mixed again and the temperature of the refrigerant is lower than before, and the arrangement of the cooling means according to FIG. 12 is preferable when the temperature is higher than before. That is, in the case of FIG. 11, the efficiency of the liquefaction process can be improved because the refrigerant portions are cooled by the cooling means, respectively, and then mixed so that the temperature of the refrigerant portions can be lowered as a result of the mixing. In the same case, since the coolant portion whose temperature is increased by mixing the coolant portions can be cooled below a predetermined temperature by only one cooling means, that is, the number of cooling means can be reduced.

참고로 전술한 실시예들에 따른 액화공정의 효율을 기존의 SMR 공정(도 17 참조)이나 C3/MR 공정(도 15 참조)과 비교하면 아래 표와 같다. 아래 표로 정리한 것과 같이 기존의 C3/MR 공정(도 15 참조)이 매우 뛰어난 효율을 가진다는 점을 고려할 때, 전술한 실시예들에 따른 액화공정은 기존의 SMR 공정(도 17 참조)과 동일하게 하나의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하면서도 그 효율이 매우 뛰어나다는 점을 확인할 수 있다. C3/MR 공정에서는 냉매로서 일반적으로 질소(N2), 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3)만 사용하기 때문에, 아래 표의 실시예들과 C3/MR, 그리고 SMR 공정의 냉매로서도 질소(N2), 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3)만 사용하여 성능 비교를 하였다. 참고로 아래 대비 결과는 각 공정에 있어 혼합 냉매의 성분을 어떻게 결정할 것인가, 또는 압축기의 성능을 어떻게 결정할 것인가 등에 따라 일부 차이가 있을 수 있다.For reference, the efficiency of the liquefaction process according to the above embodiments is compared with the existing SMR process (see FIG. 17) or C3 / MR process (see FIG. 15) as shown in the following table. Considering that the existing C3 / MR process (see FIG. 15) has very high efficiency as summarized in the table below, the liquefaction process according to the above embodiments is the same as the conventional SMR process (see FIG. 17). It can be seen that the efficiency is very good while using one closed loop refrigeration cycle. In the C3 / MR process, only nitrogen (N2), methane (C1), ethane (C2), and propane (C3) are generally used as the refrigerant. Therefore, nitrogen is also used as the refrigerant in the examples shown in the table below, and the C3 / MR and SMR processes. Performance comparisons were made using only (N2), methane (C1), ethane (C2) and propane (C3). For reference, the comparison result may have some differences depending on how to determine the components of the mixed refrigerant in each process or how to determine the performance of the compressor.

액화사이클Liquefaction Cycle kWh/kg LNGkWh / kg LNG 기존의 SMR 기준Existing SMR Standards 기존의 C3/MR 기준Conventional C3 / MR Standard 기존의 SMR 공정(도 17 참조)Conventional SMR Process (see Figure 17) 0.47600.4760 100%100% 157%157% 기존의 C3/MR 공정(도 15 참조)Conventional C3 / MR Process (see Figure 15) 0.30250.3025 64%64% 100%100% 도 1에 따른 액화공정Liquefaction process according to Figure 1 0.31030.3103 65%65% 103%103% 도 5에 따른 액화공정Liquefaction process according to FIG. 0.30220.3022 63%63% 100%100% 도 6에 따른 액화공정Liquefaction process according to Figure 6 0.30990.3099 65%65% 102%102% 도 7에 따른 액화공정Liquefaction process according to FIG. 0.31140.3114 65%65% 103%103%

또한 전술한 바와 같이, 전술한 실시예들에 따른 액화공정은 도 13 및 도 14에서 도시하고 있는 것과 같이 추가적으로 천연가스를 냉각하는 냉동 사이클을 더 포함할 수도 있다. 즉, 도 13에서 도시하고 있는 것과 같이 천연가스를 추가적인 냉동 사이클을 통해 예냉한 다음, 전술한 실시예들에 따른 액화공정(도 13 및 도 14에서는 대표적으로 전술한 실시예 1에 따른 액화공정을 도시하고 있다)에 기초하여 천연가스를 액화할 수 있다. 그리고 도 14에서 도시하고 있는 것과 같이 전술한 실시예들에 따른 액화공정을 통해 천연가스를 냉각시킨 다음, 추가적인 냉동 사이클을 통해 천연가스를 과냉시킬 수도 있다. 결국, 전술한 실시예들에 따른 액화공정은 그 자체로도 천연가스를 액화시키는 하나의 독립된 액화공정으로 사용될 수도 있으나, 다른 독립된 액화공정과 함께 사용되어 전체 액화공정 중의 일부로서 사용될 수도 있다. In addition, as described above, the liquefaction process according to the above-described embodiments may further include a refrigeration cycle for cooling the natural gas as shown in FIGS. 13 and 14. That is, as shown in FIG. 13, the natural gas is precooled through an additional refrigeration cycle, and then the liquefaction process according to the above-described embodiments (refer to FIG. 13 and FIG. Natural gas can be liquefied. As shown in FIG. 14, the natural gas may be cooled through the liquefaction process according to the above-described embodiments, and then the natural gas may be supercooled through an additional refrigeration cycle. As a result, the liquefaction process according to the above embodiments may be used as one independent liquefaction process for liquefying natural gas itself, but may be used together with other independent liquefaction processes to be used as part of the overall liquefaction process.

즉, 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분이 상호간의 혼합 없이 독립된 루트를 경유하다 혼합 단계에서야 비로소 혼합된다는 특징은 그대로 유지한 채, 전체 공정 중의 일부 공정으로서 액상 냉매 부분을 이용하여 제1 열교환 영역에서 천연가스를 일차적으로 냉각하고, 기상 냉매 부분을 이용하여 제2 열교환 영역에서 일차적으로 냉각된 천연가스를 이차적으로 냉각할 수 있다. 위와 같은 일차적 냉각과 이차적 냉각은 전체 액화공정의 구성에 따라 예냉과 액화, 또는 액화와 과냉 등과 같이 다양한 역할을 수행할 수 있다. 다만 이차적 냉각이 일차적 냉각보다 더 낮은 온도로 천연가스를 냉각시킨다.
That is, the liquid refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion separated through the separation step are routed through separate routes without mixing with each other. The natural gas may be primarily cooled in the first heat exchange zone, and the natural gas primarily cooled in the second heat exchange zone may be secondarily cooled using the gaseous refrigerant portion. The primary and secondary cooling as described above may perform various roles such as precooling and liquefaction, or liquefaction and subcooling depending on the configuration of the entire liquefaction process. The secondary cooling, however, cools the natural gas to a lower temperature than the primary cooling.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but a person of ordinary skill in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should be understood by the claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

110: 분리 수단 112: 추가 분리 수단
114: 증류탑 116: 기액 분리기
120: 열교환 수단 121: 제1 열교환 영역
122: 제2 열교환 영역
131, 132, 133, 136: 팽창 수단
141, 142, 143, 144: 압축 수단
146, 147, 148, 149: 냉각 수단
110: separation means 112: further separation means
114: distillation column 116: gas-liquid separator
120: heat exchange means 121: first heat exchange zone
122: second heat exchange zone
131, 132, 133, 136: expansion means
141, 142, 143, 144: compression means
146, 147, 148, 149: cooling means

Claims (20)

혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 예냉시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 예냉된 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계;
상기 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉하는 예냉 단계;
상기 기상 냉매 부분을 이용하여 상기 제2 열교환 영역에서 예냉된 천연가스를 액화하는 액화 단계;
상기 예냉 단계 이후에 상기 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계;
상기 액화 단계 이후에 상기 액화 단계를 통해 상기 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계; 및
상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계를 포함하며,
상기 액상 냉매 부분과 상기 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
One closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant precools natural gas through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone and precools through heat exchange with the refrigerant in the second heat exchange zone. In the natural gas liquefaction process for liquefying the natural gas,
The closed loop refrigeration cycle,
A separation step of separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion;
A precooling step of precooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion;
Liquefying the natural gas pre-cooled in the second heat exchange zone by using the gaseous refrigerant portion;
A first compression step of compressing, after the pre-cooling step, a refrigerant part of the pre-cooled natural gas through the pre-cooling step;
A second compression step of compressing a refrigerant portion in which the natural gas is liquefied through the liquefaction step after the liquefaction step; And
A mixing step of mixing respective refrigerant portions compressed through the first and second compression steps,
And the liquid phase refrigerant portion and the gaseous refrigerant portion are separated through the separation step and then pass through separate loops without mixing with each other.
청구항 1에 있어서,
상기 예냉 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제1 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The precooling step includes the steps of: cooling the liquid refrigerant portion separated through the separating step through heat exchange in the first heat exchange region, expanding the cooled refrigerant portion, and expanding the expanded refrigerant portion and the natural gas. And quenching the natural gas by exchanging heat in a first heat exchange region.
청구항 2에 있어서,
상기 팽창하는 단계는 응축된 냉매 부분을 팽창기(expander)를 통해 일차적으로 팽창하는 단계, 및 일차적으로 팽창된 냉매 부분을 팽창 밸브(expansion valve)를 통해 이차적으로 팽창하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 2,
The expanding comprises primarily expanding the condensed refrigerant portion through an expander and secondly expanding the primarily expanded refrigerant portion through an expansion valve. Natural gas liquefaction process.
청구항 1에 있어서,
상기 액화 단계는, 상기 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 상기 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 냉각하는 단계, 냉각된 냉매 부분을 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 응축하는 단계, 응축된 냉매 부분을 팽창하는 단계, 및 팽창된 냉매 부분과 상기 천연가스를 상기 제2 열교환 영역에서 열교환시켜 상기 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The liquefaction step includes the steps of: cooling the gaseous refrigerant portion separated through the separation step through heat exchange in the first heat exchange region, condensing the cooled refrigerant portion through heat exchange in the second heat exchange region, condensation Expanding said refrigerant portion and heat-exchanging said expanded refrigerant portion and said natural gas in said second heat exchange zone to cool said natural gas.
청구항 4에 있어서,
상기 천연가스를 냉각하는 단계를 통해 상기 제2 열교환 영역에서 상기 천연가스와의 열교환을 마친 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 추가적으로 예냉하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 압축 단계는 상기 천연가스를 추가적으로 예냉하는 단계를 통해 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스와의 열교환을 마친 냉매 부분을 압축하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method of claim 4,
Further pre-cooling the natural gas in the first heat exchange region by using the refrigerant portion which has completed heat exchange with the natural gas in the second heat exchange region through cooling the natural gas, wherein the second gas is further cooled. The compressing step is a natural gas liquefaction process, characterized in that for compressing the refrigerant portion after the heat exchange with the natural gas in the first heat exchange region through the additional pre-cooling of the natural gas.
청구항 4에 있어서,
상기 팽창하는 단계는 응축된 냉매 부분을 팽창기(expander)를 통해 일차적으로 팽창하는 단계, 및 일차적으로 팽창된 냉매 부분을 팽창 밸브(expansion valve)를 통해 이차적으로 팽창하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method of claim 4,
The expanding comprises primarily expanding the condensed refrigerant portion through an expander and secondly expanding the primarily expanded refrigerant portion through an expansion valve. Natural gas liquefaction process.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 압축 단계를 통해 압축된 냉매 부분을 냉각하여 냉매 온도를 낮추는 제1 냉각 단계, 및 상기 제2 압축 단계를 통해 압축된 냉매 부분을 냉각하여 냉매 온도를 낮추는 제2 냉각 단계를 더 포함하며, 상기 혼합 단계는 상기 제1, 2 냉각 단계를 통해 냉각된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
A first cooling step of lowering a refrigerant temperature by cooling the refrigerant part compressed through the first compression step, and a second cooling step of lowering a refrigerant temperature by cooling the refrigerant part compressed through the second compression step; And the mixing step mixes each refrigerant part cooled through the first and second cooling steps.
청구항 7에 있어서,
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 재압축하는 단계, 및 재압축된 냉매 부분을 냉각하여 부분적으로 응축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 7,
Re-compressing the mixed refrigerant portion through the mixing step, and the natural gas liquefaction process further comprising the step of cooling and partially condensing the recompressed refrigerant portion.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 냉각하여 부분적으로 응축하는 응축 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The natural gas liquefaction process further comprises a condensation step of partially condensing by cooling the refrigerant portion mixed through the mixing step.
청구항 1에 있어서,
상기 분리 단계는 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 증류탑을 통해 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The separating step is a natural gas liquefaction process, characterized in that for separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion through a distillation column.
청구항 10에 있어서,
상기 분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 냉각하여 부분적으로 응축하는 단계, 상기 응축하는 단계를 통해 부분적으로 응축된 냉매 부분을 다시 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 재분리 단계, 상기 재분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 상기 증류탑으로 공급하는 단계를 더 포함하며, 상기 액화 단계는 상기 재분리 단계를 통해 분리된 기상 냉매 부분을 이용하여 예냉된 천연가스를 액화시키는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 10,
Cooling and partially condensing the separated gaseous refrigerant portion through the separating step; re-separating step of separating the partially condensed refrigerant portion into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion again through the condensing, and the re-separation And supplying the liquid refrigerant portion separated through the step to the distillation tower, wherein the liquefaction step includes liquefying the pre-cooled natural gas using the gas phase refrigerant portion separated through the re-separation step. Gas liquefaction process.
청구항 10에 있어서,
상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 재압축하는 재압축 단계, 및 상기 분리 단계를 통해 분리된 액상 냉매 부분을 냉각하는 냉각 단계를 더 포함하며, 상기 분리 단계는 상기 재압축 단계를 통해 재압축된 냉매 부분을 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 10,
A recompression step of recompressing the mixed refrigerant portion through the mixing step, and a cooling step of cooling the liquid refrigerant portion separated through the separation step, wherein the separation step is recompressed through the recompression step Natural gas liquefaction process, characterized in that the separated refrigerant portion is separated into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion.
청구항 1에 있어서,
상기 예냉 단계를 통해 상기 천연가스를 예냉시킨 냉매 부분을 제3 열교환 영역으로 유입시키는 단계, 상기 액화 단계를 통해 상기 천연가스를 액화시킨 냉매 부분을 상기 제3 열교환 영역으로 유입시키는 단계, 및 상기 혼합 단계를 통해 혼합된 냉매 부분을 제3 열교환 영역에서의 열교환을 통해 부분적으로 응축하는 단계를 더 포함하며, 상기 천연가스는 상기 예냉하는 단계 이전에 상기 제3 열교환 영역에서의 열교환을 통해 예비적으로 예냉되고, 상기 제3 열교환 영역으로 유입되어 열교환을 각각 마친 2개의 냉매 부분은 상기 제1 및 제2 압축 단계를 통해 각각 압축되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
Introducing a refrigerant portion of the natural gas precooled through the precooling step into a third heat exchange region, introducing a refrigerant portion of the liquefied natural gas into the third heat exchange region through the liquefaction step, and the mixing And partially condensing the mixed refrigerant portion through heat exchange in the third heat exchange zone, wherein the natural gas is preliminarily subjected to heat exchange in the third heat exchange zone prior to the precooling step. And two refrigerant portions pre-cooled and introduced into the third heat exchange zone to complete the heat exchange, are respectively compressed through the first and second compression stages.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합 냉매는 메탄(C1), 에탄(C2), 프로판(C3), 부탄(C4), 펜탄(C5) 및 질소(N2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 분리가 있는 천연가스 액화공정.
The method according to claim 1,
The mixed refrigerant is methane (C1), ethane (C2), propane (C3), butane (C4), pentane (C5) and nitrogen (N2) characterized in that the natural gas liquefaction process with refrigerant separation.
혼합 냉매를 채용한 한 의개 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화시스템에 있어서,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 제1 냉매 부분과 제2 냉매 부분으로 분리하는 분리 수단;
상기 제1 냉매 부분과의 열교환을 통해 상기 천연가스가 예냉되는 제1 열교환 영역과, 상기 제2 냉매 부분과의 열교환을 통해 예냉된 천연가스가 액화되는 제2 열교환 영역을 구비하는 열교환 수단;
상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 예냉시킨 제1 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 수단;
상기 제2 열교환 영역에서 상기 천연가스를 액화시킨 제2 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 수단;
상기 제1 및 제2 압축 수단을 통해 압축된 냉매 부분을 혼합하는 혼합 수단;
상기 제1 냉매를 상기 분리 수단으로부터 상기 제1 압축 수단까지 안내하는 제1 도관; 및
상기 제1 도관과는 독립되고 상기 제2 냉매를 상기 제1 냉매와의 혼합 없이 상기 분리 수단으로부터 상기 제2 압축 수단까지 안내하는 제2 도관을 포함하며,
상기 제1 냉매 부분은 상기 제2 냉매 부분보다 비등점이 높은 것을 특징으로 하는 천연가스 액화시스템.
In a natural gas liquefaction system in which a natural gas is liquefied using a closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant,
Separating means for separating the partially condensed mixed refrigerant into a first refrigerant portion and a second refrigerant portion;
Heat exchange means having a first heat exchange region in which the natural gas is precooled through heat exchange with the first refrigerant portion, and a second heat exchange region in which the natural gas precooled through heat exchange with the second refrigerant portion is liquefied;
First compression means for compressing a first refrigerant portion in which the natural gas is precooled in the first heat exchange region;
Second compression means for compressing a second refrigerant portion in which the natural gas is liquefied in the second heat exchange region;
Mixing means for mixing the refrigerant portion compressed through the first and second compression means;
A first conduit for guiding said first refrigerant from said separating means to said first compression means; And
A second conduit independent of said first conduit and guiding said second refrigerant from said separating means to said second compression means without mixing with said first refrigerant,
And the first refrigerant portion has a higher boiling point than the second refrigerant portion.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 도관은, 상기 분리 수단과 상기 제1 열교환 영역을, 상기 제1 열교환 영역과 상기 제1 냉매를 팽창하는 팽창 수단을, 상기 팽창 수단과 상기 제1 열교환 영역을, 그리고 상기 제1 열교환 영역과 상기 제1 압축 수단을 순차적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화시스템.
The method according to claim 15,
The first conduit includes the separation means and the first heat exchange region, expansion means for expanding the first heat exchange region and the first refrigerant, the expansion means and the first heat exchange region, and the first heat exchange. Natural gas liquefaction system, characterized in that for sequentially connecting the region and the first compression means.
청구항 15에 있어서,
상기 제2 도관은, 상기 분리 수단과 상기 제1 열교환 영역을, 상기 제1 열교환 영역과 상기 제2 열교환 영역을, 상기 제2 열교환 영역과 상기 제2 냉매를 팽창하는 팽창 수단을, 상기 팽창 수단과 상기 제2 열교환 영역을, 그리고 상기 제2 열교환 영역과 상기 제2 압축 수단을 순차적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화시스템.
The method according to claim 15,
The second conduit includes the separation means and the first heat exchange region, the first heat exchange region and the second heat exchange region, expansion means for expanding the second heat exchange region and the second refrigerant, and the expansion means. And the second heat exchange region, and the second heat exchange region and the second compression means are sequentially connected.
청구항 17에 있어서,
상기 제2 도관은, 상기 제2 열교환 영역에서 상기 천연가스와의 열교환을 마친 제2 냉매 부분이 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 추가적으로 예냉하도록, 상기 제2 열교환 영역과 상기 제2 압축 수단 사이에서, 상기 제2 열교환 영역과 상기 제1 열교환 영역을, 그리고 상기 제1 열교환 영역과 상기 제2 압축 수단을 순차적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화시스템.
18. The method of claim 17,
The second conduit further comprises the second heat exchange zone and the second compression means such that the second refrigerant portion having completed heat exchange with the natural gas in the second heat exchange zone further precools the natural gas in the first heat exchange zone. And between said second heat exchange region and said first heat exchange region and said first heat exchange region and said second compression means in sequence.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 압축 수단을 통해 압축된 냉매 부분을 냉각하는 제1 냉각 수단, 상기 제2 압축 수단을 통해 압축된 냉매 부분을 냉각하는 제2 냉각 수단, 상기 혼합 수단을 통해 혼합된 냉매 부분을 재압축하는 재압축 수단, 및 재압축된 냉매 부분을 냉각하여 부분적으로 응축하는 응축 수단을 더 포함하며, 상기 혼합 수단은 상기 제1, 2 냉각 수단을 통해 냉각된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화시스템.
The method according to claim 15,
First compression means for cooling the refrigerant portion compressed through the first compression means, second cooling means for cooling the refrigerant portion compressed through the second compression means, and recompressing the refrigerant portion mixed through the mixing means And a condensing means for cooling and partially condensing the recompressed refrigerant portion, wherein the mixing means mixes each refrigerant portion cooled by the first and second cooling means. Natural gas liquefaction system.
혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 제1 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 천연가스를 일차적으로 냉각시키고 제2 열교환 영역에서의 냉매와의 열교환을 통해 일차적으로 냉각된 천연가스를 이차적으로 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
상기 폐 루프 냉동 사이클은,
부분적으로 응축된 혼합 냉매를 액상 냉매 부분과 기상 냉매 부분으로 분리하는 분리 단계;
상기 액상 냉매 부분을 이용하여 상기 제1 열교환 영역에서 상기 천연가스를 일차적으로 냉각하는 단계;
상기 기상 냉매 부분을 이용하여 상기 제2 열교환 영역에서 일차적으로 냉각된 천연가스를 이차적으로 냉각하는 단계;
상기 일차적으로 냉각하는 단계 이후에 상기 일차적으로 냉각하는 단계를 통해 상기 천연가스를 일차적으로 냉각시킨 냉매 부분을 압축하는 제1 압축 단계;
상기 이차적으로 냉각하는 단계 이후에 상기 이차적으로 냉각하는 단계를 통해 상기 천연가스를 이차적으로 냉각시킨 냉매 부분을 압축하는 제2 압축 단계; 및
상기 제1, 2 압축 단계를 통해 압축된 각각의 냉매 부분을 혼합하는 혼합 단계를 포함하며,
상기 액상 냉매 부분과 상기 기상 냉매 부분은 상기 분리 단계를 통해 분리된 이후에 상호간의 혼합 없이 독립된 루프를 경유하다 상기 혼합 단계에서 상호 혼합되며, 상기 이차적으로 냉각하는 단계는 상기 일차적으로 냉각하는 단계보다 더 낮은 온도로 천연가스를 냉각하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
One closed loop refrigeration cycle employing a mixed refrigerant allows the natural gas to be cooled first through heat exchange with the refrigerant in the first heat exchange zone and heat exchange with the refrigerant in the second heat exchange zone. In the natural gas liquefaction process of secondarily cooling natural gas cooled through
The closed loop refrigeration cycle,
A separation step of separating the partially condensed mixed refrigerant into a liquid refrigerant portion and a gaseous refrigerant portion;
Primarily cooling the natural gas in the first heat exchange region using the liquid refrigerant portion;
Secondarily cooling the natural gas cooled in the second heat exchange region by using the gaseous refrigerant portion;
A first compression step of compressing, after the primary cooling step, the refrigerant portion that primarily cools the natural gas through the primary cooling step;
A second compression step of compressing, after the second cooling step, the refrigerant part which secondarily cooled the natural gas through the second cooling step; And
A mixing step of mixing respective refrigerant portions compressed through the first and second compression steps,
The liquid phase refrigerant portion and the gaseous phase refrigerant portion are separated through the separation step and then pass through separate loops without mixing with each other. The liquid phase mixture is mixed with each other in the mixing step, and the secondary cooling step is performed more than the primary cooling step. Natural gas liquefaction process, characterized by cooling the natural gas to a lower temperature.
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