KR20160133680A - Natural Gas Liquifaction System for Vessels - Google Patents

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배재류
추교식
김재휘
이성재
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Abstract

Disclosed is a system for liquefying natural gas at sea. The natural gas liquefying system for vessels comprises: a first heat exchanger pre-cooling natural gas; a first cooler lowering a temperature of the natural gas which has passed through the first heat exchanger; a second heat exchanger and a third heat exchanger cooling the natural gas in a multi-stage after heat-exchanging the natural gas which has passed the first cooler using a coolant mixture; a compressor increasing pressure of the coolant mixture; a second cooler lowering the temperature of the coolant mixture which has passed the compressor; a distribution pipe separating flow of the coolant mixture which has passed the second cooler; a first expansion valve expanding the coolant mixture which has passed the second heat exchanger; and a second expansion valve expanding the coolant mixture which has passed the third heat exchanger.

Description

선박용 천연가스 액화 시스템{Natural Gas Liquifaction System for Vessels}Natural Gas Liquifaction System for Vessels [0002]

본 발명은 해상에서 천연가스(NG; Natural Gas)를 액화시켜 액화천연가스(LNG; Liquified Natural Gas)로 만드는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주 냉각(main cooling) 과정 이전에 예냉(precooling) 과정을 포함하는 선박용 천연가스 액화 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for liquefying natural gas (NG) at sea and converting it into liquefied natural gas (LNG), and more particularly, to a system for precooling The present invention relates to a natural gas liquefaction system for marine vessels.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스 배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화천연가스 상태로 액화된 후에 액화천연가스 수송선(LNG Carrier), FLNG(Floating Liquid Natural Gas plant), LNG FSRU(LNG Floating Storage and Regasification Unit) 등에 저장되어 운반된다.LNG Carrier, FLNG (Floating Liquid Natural Gas Plant), LNG Floating Storage (LNG Floating Storage), and LNG Floating Storage and Regasification Unit).

액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스상태와 비교할 때 그 부피가 대략 1/600로 줄어들기 때문에 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.Liquefied natural gas is obtained by cooling natural gas at cryogenic temperatures (approximately -163 ° C) and is well suited for long-distance transport through the sea, as its volume is reduced to approximately 1/600 of its gas equivalent.

천연가스를 액화시키는 공정은, 사용되는 액화 사이클(liquifaction Cycles)의 개수에 따라 크게 셋으로 나눌 수 있다. 하나의 액화 사이클을 사용하는 천연가스 액화 공정으로는, 질소 이중 팽창기(N2 Dual Expander) 및 SMR(Single Mixed Refrigerant)이 있고, 두 개의 액화 사이클을 사용하는 천연가스 액화 공정으로는, C3MR(C3H8 precooled Mixed Refrigerant) 및 DMR(Double Mixed Refrigerant)이 있다. 세 개의 액화 사이클을 사용하는 천연가스 액화 공정으로는, Cascade, Optimized Cascade, MFC, AP-X 등이 있다.The process of liquefying natural gas can be largely divided into three depending on the number of liquifaction cycles used. Natural gas liquefaction processes using one liquefaction cycle include N 2 Dual Expander and SMR (Single Mixed Refrigerant), and natural gas liquefaction processes using two liquefaction cycles include C3MR (C 3 H 8 precooled Mixed Refrigerant) and DMR (Double Mixed Refrigerant). Natural gas liquefaction processes using three liquefaction cycles include Cascade, Optimized Cascade, MFC and AP-X.

천연가스 액화 공정 중, 질소 이중 팽창기, Cascade 및 Optimized Cascade는 순수 냉매를 사용하는 공정이고, SMR, C3MR 및 DMR은 그 명칭에서도 알 수 있듯이 혼합 냉매(Mixed Refrigerant)를 사용하여 천연가스를 액화시키는 공정이다. MFC, AP-X도 C3MR 또는 DMR을 기본으로 하여 변형시킨 공정으로 혼합 냉매를 사용한다. 혼합 냉매는, 메탄, 에탄, 프로판, 질소, 부탄 및 펜탄 등을 적정 비율로 혼합하여 만들어진다.Among natural gas liquefaction processes, nitrogen double inflator, Cascade and Optimized Cascade are processes using pure refrigerant, and SMR, C3MR and DMR are processes that liquefy natural gas by using mixed refrigerant to be. MFC and AP-X are also modified by using C3MR or DMR as a base, and mixed refrigerants are used. The mixed refrigerant is made by mixing methane, ethane, propane, nitrogen, butane, pentane, etc. at an appropriate ratio.

하나의 액화 사이클을 사용하는 공정 중 SMR은, 주 냉각 과정과 예냉 과정의 구분 없이 하나의 액화 사이클이 적용되므로, 구조가 간단하고 설치 공간을 적게 차지하며 안정성이 높다는 장점이 있으나, 액화 효율이 낮다는 단점이 있다. SMR 공정의 액화 효율은 대략 476 kWh/ton이다.Among the processes using one liquefaction cycle, SMR has advantages of simple structure, low installation space and high stability because one liquefaction cycle is applied without distinguishing between the main cooling process and the pre-cooling process, but the liquefaction efficiency is low There is a disadvantage. The liquefaction efficiency of the SMR process is approximately 476 kWh / ton.

하나의 액화 사이클을 사용하는 공정 중 질소 이중 팽창기는, 혼합 냉매가 아닌 순수 냉매인 질소를 사용하므로 SMR보다도 공정이 더 단순한데, 효율은 대략 598 kWh/ton으로 SMR 공정보다 더 높다.Nitrogen dual expanders, which use one liquefaction cycle, are simpler than SMRs because they use nitrogen, a pure refrigerant rather than a mixed refrigerant. The efficiency is about 598 kWh / ton, which is higher than the SMR process.

세 개의 액화 사이클을 사용하는 공정 중 Cascade는, 1964년도에 최초로 상업화된 액화 공정으로, 메탄, 에틸렌, 프로판의 순수 냉매를 사용하여, 천연가스가 상대적으로 고온일 때에 프로판으로 냉각시킨 후, 이어서 에틸렌을 사용하여 천연가스를 냉각 및 액화시키며, 마지막으로 메탄을 사용하여 상압에서 천연가스를 액화 시킨다. Cascade는 순수 냉매를 사용하므로 안정성이 높은 장점이 있으나, 효율은 대략 440 kWh/ton으로 SMR보다도 낮다. Optimized Cascade는, Cascade의 각 순수 냉매에 대한 단수를 늘려 효율을 높인 공정이다.Among the processes using three liquefaction cycles, Cascade was the first commercialized liquefaction process in 1964, using pure refrigerant of methane, ethylene, propane, cooled to propane when the natural gas was relatively hot, To cool and liquefy natural gas, and finally to liquefy natural gas at atmospheric pressure using methane. Although Cascade uses pure refrigerant, it has high stability, but efficiency is about 440 kWh / ton, which is lower than SMR. Optimized Cascade is a process that increases efficiency by increasing the number of stages for each pure refrigerant of Cascade.

SMR과 Cascade의 장점을 결합한 공정이 C3MR으로, C3MR은, 예냉 과정에서는 Cascade와 같이 프로판의 순수 냉매를 사용하고, 주 냉각 과정에서는 SMR과 같이 혼합 냉매로 천연가스를 냉각시킨다. C3MR은 높은 효율과 운전 안정성을 가지며, 전세계 액화 공정의 대략 64%가 C3MR을 사용하고 있다. C3MR을 변형한 형태인 AP-X까지 포함하면, 전세계 액화 공정의 대략 76%가 C3MR 구조를 사용한다.C3MR combines the advantages of SMR with Cascade and C3MR uses propane pure refrigerant like Cascade in the precooling process and cools the natural gas with mixed refrigerant like SMR in the main cooling process. C3MR has high efficiency and operational stability, and approximately 64% of the world's liquefaction processes use C3MR. Including the modified version of the C3MR, AP-X, approximately 76% of the world's liquefaction processes use the C3MR structure.

DMR은, C3MR의 프로판을 이용한 예냉 과정을 혼합 냉매를 이용한 예냉 과정으로 대체한 것인데, 다수개의 예냉 열교환기를 포함하는 C3MR에 비하여 예냉 열교환기를 적게 포함한다는 장점이 있다. MFC는, 한 단계의 혼합 냉매를 사용하는 SMR 및 두 단계의 혼합 냉매를 사용하는 DMR에 비하여, 세 단계의 혼합 냉매를 사용하는 액화 공정이며, AP-X는, C3MR에 마지막에 질소 냉매 사이클을 추가하여 용량을 증가시킨 액화 공정이다.The DMR has the advantage of replacing the precooling process using propane of C3MR with the precooling process using mixed refrigerant, which includes fewer precooled heat exchangers than C3MR, which includes a number of precooled heat exchangers. MFC is a liquefaction process using three stages of mixed refrigerant, compared to DMR using SMR with one-stage mixed refrigerant and two-stage mixed refrigerant, and AP-X has a final nitrogen refrigerant cycle at C3MR And a liquefaction process in which the capacity is further increased.

종래의 선박용 천연가스 액화 시스템은, C3MR 공정이 높은 효율과 운전 안정성을 가짐에도 불구하고, 프로판 예냉 과정 때문에 차지하는 면적이 넓어 선박에 적용하지 못하고, 효율이 낮은 질소 이중 팽창기나 SMR 공정 등을 사용해야 한다는 한계가 있었다.Conventional natural gas liquefaction systems for marine vessels should not be applied to ships because of the large area occupied by the propane precooling process, despite the high efficiency and operational stability of the C3MR process, and the use of low efficiency nitrogen double expanders or SMR processes There was a limit.

본 발명은, 프로판의 예냉 과정 대신 극지방의 대기를 이용하여 천연가스를 예냉시키는, 선박용 천연가스 액화 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a marine natural gas liquefaction system in which natural gas is pre-cooled by using an atmospheric atmosphere in place of the pre-cooling process of propane.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에서 천연가스를 액화시키는 시스템에 있어서, 극지방의 대기를 천연가스와 열교환시켜, 천연가스를 예냉시키는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기를 통과한 천연가스의 온도를 낮추는 제 1 냉각기; 상기 제 1 냉각기를 통과한 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 다단계로 냉각시키는 제 2 열교환기 및 제 3 열교환기; 혼합 냉매의 압력을 높이는 압축기; 상기 압축기를 통과한 혼합 냉매의 온도를 낮추는 제 2 냉각기; 상기 제 2 냉각기를 통과한 혼합 냉매의 흐름을 나누는 분기관; 상기 제 2 열교환기를 통과한 혼합 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창밸브; 및 상기 제 3 열교환기를 통과한 혼합 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창밸브;를 포함하고, 상기 분기관에 의해 나눠진 혼합 냉매의 한 흐름은, 상기 제 2 열교환기, 상기 제 1 팽창밸브, 상기 제 2 열교환기, 상기 압축기, 상기 제 2 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환하고, 상기 분기관에 의해 나누진 혼합 냉매의 다른 흐름은, 상기 제 2 열교환기, 상기 제 3 열교환기, 상기 제 2 팽창밸브, 상기 3 열교환기, 상기 제 2 열교환기, 상기 압축기, 상기 제 2 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환하며, 상기 분기관에 의해 나눠진 후 상기 제 1 팽창밸브를 통과한 혼합 냉매는, 상기 제 2 열교환기에서, 상기 제 1 열교환기를 통과한 천연가스 및 상기 분기관을 통과한 혼합 냉매와 열교환되고, 상기 분기관에 의해 나눠진 후 상기 제 1 팽창밸브를 통과한 혼합 냉매는, 상기 제 2 열교환기에서, 상기 제 1 열교환기를 통과한 천연가스 및 상기 분기관을 통과한 혼합 냉매와 열교환되는, 선박용 천연가스 액화 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system for liquefying natural gas at sea, comprising: a first heat exchanger for heat-exchanging an atmospheric air with natural gas to pre-cool natural gas; A first cooler for lowering the temperature of the natural gas passing through the first heat exchanger; A second heat exchanger and a third heat exchanger for heat-exchanging the natural gas having passed through the first cooler with the mixed refrigerant to cool the natural gas in multiple stages; A compressor for increasing the pressure of the mixed refrigerant; A second cooler for lowering the temperature of the mixed refrigerant passing through the compressor; A branch for dividing the flow of the mixed refrigerant passing through the second cooler; A first expansion valve for expanding the mixed refrigerant that has passed through the second heat exchanger; And a second expansion valve for expanding the mixed refrigerant that has passed through the third heat exchanger, wherein one flow of the mixed refrigerant divided by the branch pipe flows through the second heat exchanger, the first expansion valve, Wherein the second refrigerant circulates a cycle leading to the heat exchanger, the compressor, the second cooler and the branch, and the other flow of the mixed refrigerant separated by the branch is connected to the second heat exchanger, the third heat exchanger, Wherein the refrigerant circulates through a cycle leading to the valve, the three-heat exchanger, the second heat exchanger, the compressor, the second cooler, and the branch, and the mixed refrigerant, which is divided by the branch and passed through the first expansion valve, The natural gas having passed through the first heat exchanger and the mixed refrigerant passing through the branch pipe are heat-exchanged and divided by the branch pipe, and then the first expansion valve It has passed through a mixed refrigerant, wherein the second heat exchanger, wherein the natural gas passes through the first heat exchange and the branch pipe is mixed with the refrigerant is heat exchanger, marine natural gas liquefaction system through the provided.

상기 제 1 냉각기는, 상기 제 1 열교환기, 상기 제 2 열교환기 및 상기 제 3 열교환기보다 작은 용량을 가질 수 있다.The first cooler may have a smaller capacity than the first heat exchanger, the second heat exchanger and the third heat exchanger.

상기 제 1 냉각기는, 상기 제 2 열교환기 및 상기 제 3 열교환기에서 사용되는 혼합 냉매와 천연가스를 열교환시킬 수 있다.The first cooler is capable of exchanging heat between natural gas and the mixed refrigerant used in the second heat exchanger and the third heat exchanger.

상기 제 1 냉각기는, 극지방의 해수와 천연가스를 열교환시킬 수 있다.The first cooler is capable of exchanging heat between polar water seawater and natural gas.

상기 혼합 냉매는, 상기 제 1 열교환기에서 극지방의 대기와 열교환되어 냉각될 수 있다.The mixed refrigerant can be cooled by heat exchange with an atmospheric atmosphere in the first heat exchanger.

상기 선박용 천연가스 액화 시스템은, 혼합 냉매가 나누어지는 비율을 조절하는 유량 배분 밸브를 더 포함할 수 있다.The marine natural gas liquefaction system may further include a flow distribution valve for controlling the rate at which the mixed refrigerant is divided.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에서 천연가스를 액화시키는 방법에 있어서, 1) 극지방의 대기와 천연가스를 열교환 시키고, 2) 상기 극지방의 대기와 열교환된 천연가스를 추가적으로 냉각시키고, 3) 상기 1)단계 및 2)단계의 예냉 과정을 거친 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜 액화시키고, 상기 3)단계의 혼합 냉매는, 상기 2)단계에서 천연가스를 추가적으로 냉각시키는데 사용되며, 상기 3)단계의 혼합 냉매는 압축, 냉각, 분기, 팽창 및 자가열교환을 반복하며 순환되는, 선박용 천연가스 액화 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for liquefying natural gas at sea, comprising the steps of: 1) exchanging heat between an atmospheric gas and an atmospheric gas, 2) And 3) liquefying natural gas that has undergone precooling in steps 1) and 2) with a mixed refrigerant, and the mixed refrigerant in step 3) is used to further cool natural gas in step 2) And the mixed refrigerant in the step 3) is circulated repeatedly through compression, cooling, branching, expansion, and self-heat exchange.

본 발명의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 프로판 대신 극지방의 대기를 이용하여 천연가스를 예냉시키므로, 기존의 C3MR과 거의 같은 효율을 달성하면서도 예냉 설비가 차지하는 면적을 크게 줄일 수 있어, 선박에의 적용 적합도를 높인다는 장점이 있다.Since the natural gas liquefaction system of the present invention preheats the natural gas using the polar atmosphere instead of propane, the area occupied by the pre-cooling facility can be largely reduced while achieving almost the same efficiency as the existing C3MR, . ≪ / RTI >

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 1 is a schematic view of a marine natural gas liquefaction system according to a first preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a marine natural gas liquefaction system according to a second preferred embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 극지방에서 운항되는 선박 및 액화천연가스를 생산하는 선박에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The marine natural gas liquefaction system of the present invention can be applied to a variety of applications for vessels operating in polar regions and ships producing liquefied natural gas. In addition, the following examples can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a marine natural gas liquefaction system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 극지방의 대기를 천연가스와 열교환시켜, 천연가스를 예냉시키는 제 1 열교환기(11); 제 1 열교환기(11)를 통과한 천연가스의 온도를 낮추는 제 1 냉각기(31); 제 1 냉각기(31)를 통과한 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 다단계로 냉각시키는 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13); 혼합 냉매의 압력을 높이는 압축기(20); 압축기(20)를 통과한 혼합 냉매의 온도를 낮추는 제 2 냉각기(30); 제 2 냉각기(30)를 통과한 혼합 냉매의 흐름을 나누는 분기관(40); 제 2 열교환기(12)를 통과한 혼합 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창밸브(51); 및 제 3 열교환기(13)를 통과한 혼합 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창밸브(52);를 포함한다.Referring to FIG. 1, the marine natural gas liquefaction system of the present embodiment includes a first heat exchanger 11 for heat-exchanging atmospheres of polar regions with natural gas and precooling natural gas; A first cooler (31) for lowering the temperature of the natural gas passing through the first heat exchanger (11); Second and third heat exchangers (12, 13) for heat-exchanging the natural gas having passed through the first cooler (31) with the mixed refrigerant to cool the natural gas in multiple stages; A compressor (20) for increasing the pressure of the mixed refrigerant; A second cooler (30) for lowering the temperature of the mixed refrigerant passing through the compressor (20); A branch pipe (40) for dividing the flow of the mixed refrigerant passing through the second cooler (30); A first expansion valve (51) for expanding the mixed refrigerant that has passed through the second heat exchanger (12); And a second expansion valve (52) for expanding the mixed refrigerant that has passed through the third heat exchanger (13).

본 실시예의 제 1 열교환기(11)는, 극지방의 대기와 천연가스를 열교환시켜, 천연가스를 1차적으로 냉각시킨다. 일반적으로 C3MR의 프로판 예냉 과정은 천연가스를 대략 -37℃까지 냉각시키는데, 본 실시예의 극지방의 대기는, 극지방이 낮 시간 등인 경우 등의 이유로, 천연가스를 대락 -37℃까지 예냉시키기에 충분히 낮은 온도를 가지지 못한다. 따라서, 제 1 열교환기(11)는 극지방의 대기를 냉매로 하여 천연가스를 -37℃보다 다소 높은 온도까지 냉각시킨 후, 후술할 제 1 냉각기(31)가 천연가스를 대략 -37℃까지 예냉시킨다.The first heat exchanger (11) of this embodiment primarily exchanges heat between the polar atmospheres and natural gas to cool the natural gas first. Generally, the propane precooling process of C3MR cools the natural gas to about -37 占 폚. The polar atmosphere in this embodiment is low enough to preheat the natural gas up to -37 占 폚 for reasons such as when the polar regions are in the daytime, It does not have temperature. Therefore, the first heat exchanger 11 uses natural gas as the refrigerant in the polar region atmosphere to cool the natural gas to a temperature slightly higher than -37 DEG C, and then the first cooler 31, which will be described later, .

열교환기란, 유체를 이용하여 다른 유체를 가열 또는 냉각시키는 것을 목적으로 사용되는 장치로서, 구조에 따라, 코일식(submerged pipe coil type), 개방식(open type), 이중관식(double pipe type), 원통다관식(shell and tube type), 스파이럴식(Spiral tube type), 공냉식 열교환기 등이 있다.The heat exchanger is an apparatus used for heating or cooling other fluids using fluids and may be a submerged pipe coil type, an open type, a double pipe type, Shell and tube type, spiral tube type, and air-cooled heat exchanger.

이 중 공냉식 열교환기는, 냉각수 등 액체 상의 유체 대신 공기를 냉매로 사용하는 열교환기로, 팬을 사용하여 전열관의 외면에 공기를 강제 통풍시켜 유체를 냉각시키는 구조이다. 공냉식 열교환기는, 열교환기에 공기를 삽입시키는 삽입 통풍형과 열교환기가 공기를 흡입하는 유인 통풍형이 있으며, 냉각수 등을 필요로 하지 않기 때문에 이용이 증가하고 있는 추세이다. 본 실시예의 제 1 열교환기(11)는, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)과는 달리, 공기를 냉매로 이용하는 공냉식 열교환기이다.Among these, the air-cooled heat exchanger is a heat exchanger that uses air as a refrigerant instead of a liquid-phase fluid such as cooling water, and uses a fan to cool the fluid by forcibly venting air to the outer surface of the heat transfer tube. The air-cooled heat exchanger has an insertion ventilation type for inserting air into the heat exchanger and an induction ventilation type in which air is sucked by the heat exchanger, and there is no need for cooling water or the like. Unlike the second and third heat exchangers (12, 13), the first heat exchanger (11) of the present embodiment is an air-cooled heat exchanger using air as a refrigerant.

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 극지방의 대기를 냉매로 사용하므로, 예냉 과정에서 천연가스와 열교환 되어 온도가 올라간 냉매를 다시 냉각시키는 과정 없이도, 거의 무제한으로 냉매를 공급받을 수 있게 된다. 따라서, 냉매 자체의 비용 및 냉매를 냉각시키는데 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 냉매를 냉각시키고 순환시키는데 필요한 설비 자체를 생략할 수 있다.Since the marine natural gas liquefaction system of the present embodiment uses the polar atmosphere as the refrigerant, the refrigerant can be supplied almost indefinitely without any process of cooling the refrigerant whose temperature has been increased by the heat exchange with the natural gas in the precooling process. Accordingly, not only the cost of the refrigerant itself and the cost for cooling the refrigerant can be reduced, but also the equipment necessary for cooling and circulating the refrigerant can be omitted.

본 실시예의 제 1 냉각기(31)는, 극지방이 낮 시간일 경우 등, 극지방의 대기가 천연가스를 대략 -37℃까지 예냉시키기에 충분히 낮은 온도가 아닐 경우에, 제 1 열교환기(11)에 의해 온도가 낮아진 천연가스를 대략 -37℃까지 추가적으로 냉각시킨다.The first cooler 31 of the present embodiment is arranged so that the first cooler 31 of the present embodiment is provided with a first heat exchanger 11 and a second heat exchanger 11 when the poles of the atmosphere are not sufficiently low enough to pre- Thereby further cooling the natural gas to a temperature of approximately -37 ° C.

본 실시예의 제 1 냉각기(31)는, 다양한 냉매 및 액화 사이클을 이용하여 천연가스를 냉각시킬 수 있지만, 설비의 간소화를 위하여, 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)에서 천연가스의 주 냉각 과정에 사용되는 혼합 냉매를 이용하여 극지방의 대기를 냉각시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템이 극지방에서 운용된다는 점을 이용하여, 본 실시예의 제 1 냉각기(31)는, 극지방의 해수를 이용하여 천연가스를 더 냉각시킬 수도 있다.The first cooler 31 of the present embodiment can cool natural gas using various refrigerants and liquefaction cycles, but in order to simplify the facilities, the first cooler 31 in the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13, It is preferable to cool the polar atmosphere by using the mixed refrigerant used in the main cooling process of the gas. Further, by taking advantage of the fact that the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is operated in the polar region, the first cooler 31 of this embodiment can further cool natural gas by using polar sea water.

본 실시예의 제 1 냉각기(31)는 열교환기일 수 있으나, 낮 시간 동안의 기온 상승 등에 대비하기 위한 것으로, 1차적으로 제 1 열교환기(11)에 의해 냉각된 천연가스의 온도를 약간만 낮출 수 있으면 족하므로, 제 1 열교환기(11), 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)에 비하여 작은 용량을 가지는 것이 바람직하다.The first cooler 31 of the present embodiment may be a heat exchanger, but it is provided for the purpose of preventing rise in temperature during the daytime. If the temperature of the natural gas cooled by the first heat exchanger 11 can be lowered only slightly The second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13, it is preferable to have a smaller capacity than the first heat exchanger 11, the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13. [

본 실시예의 제 2 열교환기(12)는, 제 1 열교환기(11) 및 제 1 냉각기(31)에 의해 예냉 과정을 거친 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 2차로 냉각시킨다. 일반적으로 C3MR에서 프로판을 이용한 예냉 과정을 거친 후 혼합 냉매를 이용하여 천연가스를 냉각시키는 과정을 주 냉각 과정이라고 하는데, 본 실시예에서는 주 냉각에 사용되는 열교환기(12, 13)를 두 개 포함하여, 예냉 과정을 거친 천연가스가 두 단계의 주 냉각 과정을 거치며 액화되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 필요에 따라 천연가스는 한 단계의 주 냉각 과정을 거칠 수도 있고, 세 단계 이상의 주 냉각 과정을 거칠 수도 있다.The second heat exchanger (12) of this embodiment heat-exchanges the natural gas that has been pre-cooled by the first heat exchanger (11) and the first cooler (31) with the mixed refrigerant to cool the natural gas secondarily. Generally, the process of cooling the natural gas using the mixed refrigerant after the precooling process using propane in C3MR is called the main cooling process. In this embodiment, two heat exchangers 12 and 13 used for main cooling are included The natural gas that has undergone the pre-cooling process is liquefied through the two-stage main cooling process. However, if necessary, the natural gas may undergo a single-stage main cooling process or a three- It is possible.

본 실시예의 제 3 열교환기(13)는, 제 2 열교환기(12)를 통과한 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 3차로 냉각시킨다. 즉, 제 2 열교환기(12)는 주 냉각 과정 중 두 번째 단계를 수행한다. 천연가스는 제 1 열교환기(11)에서 예냉 과정을 거치고, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)에서 주 냉각 과정을 거쳐 액화된다.The third heat exchanger (13) of this embodiment heat-exchanges the natural gas that has passed through the second heat exchanger (12) with the mixed refrigerant to cool the natural gas by third order. That is, the second heat exchanger 12 performs the second step in the main cooling process. Natural gas is precooled in the first heat exchanger (11) and liquefied in the second and third heat exchangers (12, 13) through a main cooling process.

본 실시예의 압축기(20)는, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매를 압축시킨 후 제 2 냉각기(30)로 보낸다. 혼합 냉매는, 압축기(20), 제 2 냉각기(30), 분기관(40), 제 2 열교환기(12), 제 3 열교환기(13) 및 압축기(20)를 순환하며 지속적으로 냉매로 사용되는데, 분기관(40)에서 나누어진 후 제 2 열교환기(12)를 통과한 일부 혼합 냉매(L2 유로)는, 제 1 팽창밸브(51)에 의해 팽창되어 압력이 낮아지고, 분기관(40)에서 나누어진 후 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)를 통과한 나머지 혼합 냉매(L1 유로)는, 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창되어 압력이 낮아지게 된다. 본 실시예의 압축기(20)는 제 1 및 제 2 팽창밸브(51, 52)를 통과하며 압력이 낮아진 혼합 냉매의 압력을 다시 높여, 순환 과정에서 혼합 냉매의 압력 평균을 일정하게 유지시킨다.The compressor 20 of the present embodiment compresses the mixed refrigerant used as the refrigerant in the second and third heat exchangers 12 and 13 and sends it to the second cooler 30. The mixed refrigerant circulates through the compressor 20, the second cooler 30, the branch pipe 40, the second heat exchanger 12, the third heat exchanger 13, and the compressor 20, Part of the mixed refrigerant (L2 flow) that has passed through the second heat exchanger 12 after being divided in the branch pipe 40 is expanded by the first expansion valve 51 to be lowered in pressure, And the remaining mixed refrigerant (L1 flow path) that has passed through the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13 is expanded by the second expansion valve 52 and becomes lower in pressure. The compressor 20 of the present embodiment increases the pressure of the mixed refrigerant passing through the first and second expansion valves 51 and 52 and the pressure of which is lowered again so as to keep the average pressure of the mixed refrigerant constant during the circulation process.

본 실시예의 제 2 냉각기(30)는, 압축기(20)를 통과하며 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 혼합 냉매의 온도를 낮춰, 순환 과정에서 혼합 냉매의 온도 평균을 일정하게 유지시킨다.The second cooler 30 of the present embodiment lowers the temperature of the mixed refrigerant passing through the compressor 20 and the temperature as well as the pressure to maintain a constant temperature average of the mixed refrigerant in the circulation process.

본 실시예의 분기관(40)은, 압축기(20) 및 제 2 냉각기(30)를 통과한 혼합 냉매의 흐름을 둘로 나눈다. 분기관(40)은 혼합 냉매를 대략 이등분하여 제 2 열교환기(12)로 보내는 것이 일반적인데, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 분기관(40) 대신 유량 배분 밸브를 포함하여 혼합 냉매가 나누어지는 비율을 조절할 수도 있다.The branch pipe (40) of this embodiment divides the flow of the mixed refrigerant passing through the compressor (20) and the second cooler (30) in two. The natural gas liquefaction system for ships of the present embodiment includes a flow rate distribution valve instead of the branch line 40 so that the mixed refrigerant is supplied to the second heat exchanger 12, It is also possible to adjust the division ratio.

본 실시예의 제 1 팽창밸브(51)는, 분기관(40)에 의해 나누어진 후 제 2 열교환기(12)를 통과한 일부 혼합 냉매(L2 유로)를 팽창시킨다. 제 1 팽창밸브(51)에 의해 팽창된 혼합 냉매는 압력뿐만 아니라 온도도 낮아지게 되는데, 제 1 팽창밸브(51)에 의해 온도가 낮아진 혼합 냉매는, 다시 제 2 열교환기(12)로 보내져, 제 1 열교환기(11)를 통과한 후 제 2 열교환기(12)로 보내진 천연가스; 및 분기관(40)에 의해 분기된 후 제 2 열교환기(12)로 보내진 혼합 냉매(L1, L2 유로);의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.The first expansion valve 51 of the present embodiment expands a part of the mixed refrigerant (the L2 flow passage) that has passed through the second heat exchanger 12 after divided by the branch pipe 40. The mixed refrigerant expanded by the first expansion valve 51 becomes lower in temperature as well as in pressure. The mixed refrigerant whose temperature has been lowered by the first expansion valve 51 is again sent to the second heat exchanger 12, Natural gas that has passed through the first heat exchanger (11) and then sent to the second heat exchanger (12); And the mixed refrigerant (L1, L2 flow), which is branched by the branch pipe (40) and then sent to the second heat exchanger (12), is used as a refrigerant to lower the temperature of the refrigerant.

즉, 제 1 열교환기(11)를 통과한 천연가스는, 분기관(40)을 통과한 혼합 냉매의 각 흐름(L1, L2 유로); 및 제 1 팽창밸브(51)를 통과한 후 다시 제 2 열교환기(12)로 보내진 혼합 냉매;와 제 2 열교환기(12)에서 열교환되어 온도가 낮아지고, 분기관(40)에 의해 나누어진 일부 혼합 냉매(L1 유로); 및 분기관(40)에 의해 나누어진 혼합 냉매의 나머지 일부(L2 유로);는, 분기관(40)에 의해 나누어진 후 제 2 열교환기(12) 및 제 1 팽창밸브(51)를 통과한 나머지 일부의 혼합 냉매(L2 유로)와, 제 2 열교환기(12)에서 자가열교환 되어 온도가 낮아진다.That is, the natural gas that has passed through the first heat exchanger 11 flows through each flow (L1 and L2 flow) of the mixed refrigerant passing through the branch pipe 40; And the mixed refrigerant having passed through the first expansion valve 51 and then sent to the second heat exchanger 12 are heat-exchanged in the second heat exchanger 12 and the temperature is lowered and divided by the branch pipe 40 Some mixed refrigerant (L1 flow); (L2 flow) of the mixed refrigerant divided by the branch pipe 40 and the branch pipe 40 are divided by the branch pipe 40 and then passed through the second heat exchanger 12 and the first expansion valve 51 (L2 flow) of the remaining part of the refrigerant and the second heat exchanger (12), thereby lowering the temperature.

본 실시예의 제 2 팽창밸브(52)는, 분기관(40)에 의해 나누어진 후 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)를 통과한 혼합 냉매(L1 유로)를 팽창시킨다. 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창되어 온도가 낮아진 혼합 냉매는 다시 제 3 열교환기(13)로 보내져, 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 제 3 열교환기(13)로 보내진 천연가스; 및 분기관(40)에 의해 분기된 후 제 2 열교환기(12)를 지나 제 3 열교환기(13)로 보내진 혼합 냉매(L1 유로);와 열교환된다. 즉, 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 제 3 열교환기(13)로 보내진 천연가스는, 분기관(40)에 의해 나누어진 후 제 2 열교환기(12)를 지나 제 3 열교환기(13)로 보내진 혼합 냉매(L1 유로); 및 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창된 후 다시 제 3 열교환기(13)로 보내진 혼합 냉매;와 열교환되어 액화되고, 분기관(40)에 의해 분기된 후 제 2 열교환기(12)를 지나 제 3 열교환기(13)로 보내진 혼합 냉매(L1 유로)는, 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창된 후 다시 제 3 열교환기(13)로 보내진 혼합 냉매를 냉매로 하여 자가열교환 되어 온도가 낮아진다.The second expansion valve 52 of the present embodiment expands the mixed refrigerant (L1 flow path) that has passed through the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13 after being divided by the branch pipe 40. The mixed refrigerant whose temperature has been lowered by the second expansion valve 52 is again sent to the third heat exchanger 13 to be returned to the third heat exchanger 13 after passing through the second heat exchanger 12, ; And the mixed refrigerant (L1 flow path) branched by the branch pipe 40 and then passed through the second heat exchanger 12 and sent to the third heat exchanger 13. The natural gas sent to the third heat exchanger 13 after passing through the second heat exchanger 12 is divided by the branch pipe 40 and then flows through the second heat exchanger 12 to the third heat exchanger 13) (L1 flow path); And the mixed refrigerant that has been expanded by the second expansion valve 52 and then sent to the third heat exchanger 13 is liquefied by heat exchange with the mixed refrigerant, branched by the branch pipe 40, and then passed through the second heat exchanger 12 The mixed refrigerant (L1 flow) sent to the third heat exchanger 13 is subjected to self-heat exchange with the mixed refrigerant expanded by the second expansion valve 52 and then sent to the third heat exchanger 13 as refrigerant, Lt; / RTI >

혼합 냉매의 순환 과정에서 혼합 냉매의 온도가 가장 낮은 때는 제 2 팽창밸브(52)를 지난 직후이며, 제 2 팽창 밸브(52)를 지난 직후의 혼합 냉매의 온도가 천연가스를 액화시키기에 충분히 낮지 않다면, 주 냉각 과정의 단계를 늘릴 수 있다.The temperature of the mixed refrigerant immediately after passing through the second expansion valve 52 and the temperature of the mixed refrigerant immediately after the second expansion valve 52 are sufficiently low to liquefy the natural gas If not, the stage of the main cooling process can be increased.

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 각 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.The flow of each fluid in the marine natural gas liquefaction system of the present embodiment will now be described.

극지방의 외부 대기로부터 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템으로 공급되는 공기는, 제 1 열교환기(11)를 통과한 후 외부로 방출된다.The air supplied from the polar ambient air to the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is discharged to the outside after passing through the first heat exchanger 11. [

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템에 의해 액화되는 천연가스는, 제 1 열교환기(11) 및 제 1 냉각기(31)를 통과하며 예냉 과정을 거친 후, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)를 통과하며 주 냉각 과정을 거쳐 액화된다.Natural gas liquefied by the marine natural gas liquefaction system of the present embodiment passes through the first heat exchanger 11 and the first cooler 31 and undergoes the precooling process and then flows into the second and third heat exchangers 12 and 13 ) And liquefied through the main cooling process.

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 주 냉각 과정에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매는, 압축기(20)에 의해 압축되고 제 2 냉각기(30)에 의해 냉각된 후 분기관(40)에 의해 두 흐름으로 분기된다. 분기관(40)에 의해 분기된 두 흐름 중 하나의 흐름(L1 유로)은, 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)를 통과하고 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창된 후 다시 제 3 열교환기(13) 및 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 압축기(20)로 보내져 순환된다. 분기관(40)에 의해 분기된 두 흐름 중 나머지 하나의 흐름(L2 유로)은, 제 2 열교환기(12)를 통과하고 제 1 팽창밸브(51)에 의해 팽창된 후 다시 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 압축기(20)로 보내져 순환된다.
The mixed refrigerant used as the refrigerant in the main cooling process of the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is compressed by the compressor 20 and cooled by the second cooler 30, Branch. One of the two flows branched by the branch pipe 40 flows through the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13 and is expanded by the second expansion valve 52 After passing through the third heat exchanger (13) and the second heat exchanger (12), is returned to the compressor (20) and circulated. The other one of the two flows branched by the branch pipe 40 flows through the second heat exchanger 12 and is expanded by the first expansion valve 51 and then flows through the second heat exchanger 12 and then sent to the compressor 20 for circulation.

도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a schematic view of a marine natural gas liquefaction system according to a second preferred embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 제 2 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템에 비해, 혼합 냉매를 제 1 열교환기(111)에서 극지방의 대기와 열교환시키는 과정이 추가된다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.The natural gas liquefaction system for marine vessels of the second embodiment shown in Fig. 2 is different from the natural gas liquefaction system for marine vessels of the first embodiment shown in Fig. 1 in that the mixed refrigerant is heat-exchanged in the first heat exchanger 111 with the polar- There are differences in that the process is added, and the differences are mainly described below. The detailed description of the same components as those of the marine natural gas liquefaction system of the first embodiment described above will be omitted.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111), 제 1 냉각기(31), 제 2 열교환기(12), 제 3 열교환기(13), 압축기(20), 제 2 냉각기(30), 분기관(40), 제 1 팽창밸브(51) 및 제 2 팽창밸브(52)를 포함한다.2, the marine natural gas liquefaction system according to the present embodiment includes a first heat exchanger 111, a first cooler 31, a second heat exchanger 12, a third heat exchanger A compressor 20, a second cooler 30, a branch pipe 40, a first expansion valve 51 and a second expansion valve 52.

본 실시예의 제 1 열교환기(111)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 극지방의 대기와 천연가스를 열교환시켜, 천연가스를 1차적으로 냉각시킨다.The first heat exchanger 111 of the present embodiment performs heat exchange between the atmosphere of the polar region and the natural gas and primarily cools the natural gas as in the first embodiment.

단, 본 실시예의 제 1 열교환기(111)는, 제 1 실시예와는 달리, 극지방의 대기를 천연가스와 열교환시킬 뿐만 아니라, 압축기(20) 및 제 2 냉각기(30)를 통과한 혼합 냉매와도 열교환시킨다. 본 실시예의 압축기(20) 및 제 2 냉각기(30)를 통과한 혼합 냉매는, 제 1 열교환기(111)에서 극지방의 대기를 냉매로 하여 냉각되는 과정을 추가적으로 거치므로, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은 제 1 실시예보다 액화 효율이 좋아질 수 있다.However, unlike the first embodiment, the first heat exchanger 111 of this embodiment not only exchanges the polar atmospheres with natural gas, but also exchanges the mixed refrigerant with the natural gas through the compressor 20 and the second cooler 30 Heat exchange is performed. The mixed refrigerant that has passed through the compressor 20 and the second cooler 30 of the present embodiment further undergoes the process of cooling the polar heat of the atmosphere in the first heat exchanger 111 as the refrigerant, The liquefaction system can have better liquefaction efficiency than the first embodiment.

본 실시예의 제 1 열교환기(111)는, 제 1 실시예와 마찬가지로 공냉식 열교환기이며, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 냉매 자체의 비용 및 냉매를 냉각시키는데 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 냉매를 냉각시키고 순환시키는데 필요한 설비 자체를 생략할 수 있다는 장점이 있다.The first heat exchanger 111 of this embodiment is an air-cooled heat exchanger similar to the first embodiment, and the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is similar to the first embodiment in that the cost of the refrigerant itself and the cost And it is possible to omit the equipment itself required for cooling and circulating the refrigerant.

본 실시예의 제 1 냉각기(31)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 극지방의 대기가 천연가스를 대략 -37℃까지 예냉시키기에 충분히 낮은 온도가 아닐 경우에, 제 1 열교환기(111)에 의해 온도가 낮아진 천연가스를 대략 -37℃까지 추가적으로 냉각시킨다.The first cooler 31 of the present embodiment is configured such that the first heat exchanger 111 is operated by the first heat exchanger 111 when the polar atmosphere is not sufficiently low enough to pre- The cooled natural gas is further cooled to approximately -37 ° C.

본 실시예의 제 1 냉각기(31)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다양한 냉매 및 액화 사이클을 이용하여 천연가스를 냉각시킬 수 있지만, 설비의 간소화를 위하여, 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)에서 천연가스의 주 냉각 과정에 사용되는 혼합 냉매를 이용하여 극지방의 대기를 냉각시키는 것이 바람직하고, 극지방의 해수를 이용하여 천연가스를 더 냉각시킬 수도 있다. 또한, 본 실시예의 제 1 냉각기(31)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111), 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)에 비하여 작은 용량을 가지는 것이 바람직하다.The first cooler 31 of the present embodiment can cool natural gas using various refrigerants and liquefaction cycles as in the first embodiment, but in order to simplify the facilities, the second heat exchanger 12 and the third It is preferable to cool the polar atmospheres by using the mixed refrigerant used in the main cooling process of the natural gas in the heat exchanger 13 and further to cool the natural gas by using polar water. The first cooler 31 of the present embodiment has a smaller capacity than the first heat exchanger 111, the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13 as in the first embodiment desirable.

본 실시예의 제 2 열교환기(12)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111) 및 제 1 냉각기(31)에 의해 예냉 과정을 거친 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 2차로 냉각시키고, 본 실시예의 제 3 열교환기(13)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 열교환기(12)를 통과한 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 3차로 냉각시킨다.The second heat exchanger 12 of the present embodiment performs heat exchange between the natural gas that has undergone the pre-cooling process by the first heat exchanger 111 and the first cooler 31 and the mixed refrigerant as in the first embodiment, The third heat exchanger 13 of the present embodiment performs heat exchange between the natural gas having passed through the second heat exchanger 12 and the mixed refrigerant as in the first embodiment, .

본 실시예의 압축기(20)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매를 압축시킨 후 제 2 냉각기(30)로 보낸다. 혼합 냉매는, 압축기(20), 제 2 냉각기(30), 분기관(40), 제 2 열교환기(12), 제 3 열교환기(13) 및 압축기(20)를 순환하며 지속적으로 냉매로 사용된다.The compressor 20 of the present embodiment compresses the mixed refrigerant used as the refrigerant in the second and third heat exchangers 12 and 13 and sends it to the second cooler 30 as in the first embodiment. The mixed refrigerant circulates through the compressor 20, the second cooler 30, the branch pipe 40, the second heat exchanger 12, the third heat exchanger 13, and the compressor 20, do.

본 실시예의 제 2 냉각기(30)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 압축기(20)를 통과하며 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 혼합 냉매의 온도를 낮춘다.As in the first embodiment, the second cooler 30 of the present embodiment lowers the temperature of the mixed refrigerant not only in pressure but also in temperature as it passes through the compressor 20.

본 실시예의 분기관(40)은, 압축기(20), 제 2 냉각기(30) 및 제 1 열교환기(111)를 통과한 혼합 냉매의 흐름을 둘로 나누며, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 분기관(40) 대신 유량 배분 밸브를 포함하여 혼합 냉매가 나누어지는 비율을 조절할 수도 있다.The branch pipe 40 of the present embodiment divides the flow of the mixed refrigerant that has passed through the compressor 20, the second cooler 30 and the first heat exchanger 111 into two, and the marine natural gas liquefaction system of this embodiment, As in the first embodiment, the flow rate distribution valve may be included in place of the branch pipe 40 to control the rate at which the mixed refrigerant is divided.

본 실시예의 제 1 팽창밸브(51)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 분기관(40)에 의해 나누어진 후 제 2 열교환기(12)를 통과한 일부 혼합 냉매(L2 유로)를 팽창시키고, 제 1 팽창밸브(51)에 의해 팽창된 혼합 냉매는, 다시 제 2 열교환기(12)로 보내져, 제 1 열교환기(111) 및 제 1 냉각기(31)를 통과한 후 제 2 열교환기(12)로 보내진 천연가스; 및 분기관(40)에 의해 분기된 후 제 2 열교환기(12)로 보내진 혼합 냉매(L1, L2 유로);의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.The first expansion valve 51 of the present embodiment expands a part of the mixed refrigerant (L2 flow path) that has passed through the second heat exchanger 12 after being divided by the branch pipe 40 as in the first embodiment, The mixed refrigerant expanded by the first expansion valve 51 is sent again to the second heat exchanger 12 and passes through the first heat exchanger 111 and the first cooler 31 and then flows into the second heat exchanger 12 ); And the mixed refrigerant (L1, L2 flow), which is branched by the branch pipe (40) and then sent to the second heat exchanger (12), is used as a refrigerant to lower the temperature of the refrigerant.

본 실시예의 제 2 팽창밸브(52)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 분기관(40)에 의해 나누어진 후 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)를 통과한 혼합 냉매(L1 유로)를 팽창시킨다. 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창되어 온도가 낮아진 혼합 냉매는 다시 제 3 열교환기(13)로 보내져, 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 제 3 열교환기(13)로 보내진 천연가스; 및 분기관(40)에 의해 분기된 후 제 2 열교환기(12)를 지나 제 3 열교환기(13)로 보내진 혼합 냉매(L1 유로);와 열교환된다.The second expansion valve 52 of the present embodiment is configured such that the second expansion valve 52 is divided by the branch pipe 40 and then discharged through the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13 L1 flow path). The mixed refrigerant whose temperature has been lowered by the second expansion valve 52 is again sent to the third heat exchanger 13 to be returned to the third heat exchanger 13 after passing through the second heat exchanger 12, ; And the mixed refrigerant (L1 flow path) branched by the branch pipe 40 and then passed through the second heat exchanger 12 and sent to the third heat exchanger 13.

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 각 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.The flow of each fluid in the marine natural gas liquefaction system of the present embodiment will now be described.

극지방의 외부 대기로부터 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템으로 공급되는 공기는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111)를 통과한 후 외부로 방출된다.The air supplied from the outside atmosphere of the polar region to the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is discharged to the outside after passing through the first heat exchanger 111 as in the first embodiment.

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템에 의해 액화되는 천연가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111) 및 제 1 냉각기(31)를 통과하며 예냉 과정을 거친 후, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)를 통과하며 주 냉각 과정을 거쳐 액화된다.Natural gas liquefied by the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is passed through the first heat exchanger 111 and the first cooler 31 and subjected to the precooling process as in the first embodiment, 3 heat exchanger (12, 13) and is liquefied through the main cooling process.

본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 주 냉각 과정에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매는, 제 1 실시예와는 달리, 압축기(20)에 의해 압축되고 제 2 냉각기(30)에 의해 냉각된 후 바로 분기관(40)으로 보내지는 것이 아니라, 제 1 열교환기(111)에서 냉각 과정을 거친다. 제 1 열교환기(111)에서 극지방의 대기와 열교환되어 냉각된 혼합 냉매는, 분기관(40)에 의해 두 흐름으로 분기되고, 분기관(40)에 의해 분기된 두 흐름 중 하나의 흐름(L1 유로)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 열교환기(12) 및 제 3 열교환기(13)를 통과하고 제 2 팽창밸브(52)에 의해 팽창된 후, 다시 제 3 열교환기(13) 및 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 압축기(20)로 보내져 순환된다. 분기관(40)에 의해 분기된 두 흐름 중 나머지 하나의 흐름(L2 유로)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 열교환기(12)를 통과하고 제 1 팽창밸브(51)에 의해 팽창된 후 다시 제 2 열교환기(12)를 통과한 후 압축기(20)로 보내져 순환된다.
Unlike the first embodiment, the mixed refrigerant used as the refrigerant in the main cooling process of the marine natural gas liquefaction system of this embodiment is compressed by the compressor 20 and cooled by the second cooler 30, Is not sent to the engine (40) but is cooled in the first heat exchanger (111). The mixed refrigerant that has been heat-exchanged with the polar atmospheric air in the first heat exchanger 111 is cooled by the branch pipe 40 into two flows and one of the two flows branched by the branch pipe 40 Like the first embodiment, passes through the second heat exchanger 12 and the third heat exchanger 13 and is expanded by the second expansion valve 52 and then flows into the third heat exchanger 13 again. And the second heat exchanger (12), and then is sent to the compressor (20) and circulated. As in the first embodiment, the other one of the two flows branched by the branch pipe 40 passes through the second heat exchanger 12 and is expanded by the first expansion valve 51 The refrigerant passes through the second heat exchanger 12 and is then sent to the compressor 20 for circulation.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is.

11, 111, 12, 13 : 열교환기 20 : 압축기
30, 31 : 냉각기 40 : 분기관
51, 52 : 팽창밸브11, 111, 12, 13: heat exchanger 20: compressor
30, 31: cooler 40:
51, 52: expansion valve

Claims (7)

해상에서 천연가스를 액화시키는 시스템에 있어서,
극지방의 대기를 천연가스와 열교환시켜, 천연가스를 예냉시키는 제 1 열교환기;
상기 제 1 열교환기를 통과한 천연가스의 온도를 낮추는 제 1 냉각기;
상기 제 1 냉각기를 통과한 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜, 천연가스를 다단계로 냉각시키는 제 2 열교환기 및 제 3 열교환기;
혼합 냉매의 압력을 높이는 압축기;
상기 압축기를 통과한 혼합 냉매의 온도를 낮추는 제 2 냉각기;
상기 제 2 냉각기를 통과한 혼합 냉매의 흐름을 나누는 분기관;
상기 제 2 열교환기를 통과한 혼합 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창밸브; 및
상기 제 3 열교환기를 통과한 혼합 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창밸브;를 포함하고,
상기 분기관에 의해 나눠진 혼합 냉매의 한 흐름은, 상기 제 2 열교환기, 상기 제 1 팽창밸브, 상기 제 2 열교환기, 상기 압축기, 상기 제 2 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환하고,
상기 분기관에 의해 나누진 혼합 냉매의 다른 흐름은, 상기 제 2 열교환기, 상기 제 3 열교환기, 상기 제 2 팽창밸브, 상기 3 열교환기, 상기 제 2 열교환기, 상기 압축기, 상기 제 2 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환하며,
상기 분기관에 의해 나눠진 후 상기 제 1 팽창밸브를 통과한 혼합 냉매는, 상기 제 2 열교환기에서, 상기 제 1 열교환기를 통과한 천연가스 및 상기 분기관을 통과한 혼합 냉매와 열교환되고,
상기 분기관에 의해 나눠진 후 상기 제 1 팽창밸브를 통과한 혼합 냉매는, 상기 제 2 열교환기에서, 상기 제 1 열교환기를 통과한 천연가스 및 상기 분기관을 통과한 혼합 냉매와 열교환되는, 선박용 천연가스 액화 시스템. In a system for liquefying natural gas at sea,
A first heat exchanger for precooling natural gas by exchanging the atmospheric air with natural gas;
A first cooler for lowering the temperature of the natural gas passing through the first heat exchanger;
A second heat exchanger and a third heat exchanger for heat-exchanging the natural gas having passed through the first cooler with the mixed refrigerant to cool the natural gas in multiple stages;
A compressor for increasing the pressure of the mixed refrigerant;
A second cooler for lowering the temperature of the mixed refrigerant passing through the compressor;
A branch for dividing the flow of the mixed refrigerant passing through the second cooler;
A first expansion valve for expanding the mixed refrigerant that has passed through the second heat exchanger; And
And a second expansion valve for expanding the mixed refrigerant that has passed through the third heat exchanger,
Wherein one flow of the mixed refrigerant divided by the branch pipe circulates the cycle leading to the second heat exchanger, the first expansion valve, the second heat exchanger, the compressor, the second cooler, and the branch,
Wherein another flow of the mixed refrigerant divided by the branch pipe is provided to the second heat exchanger, the third heat exchanger, the second expansion valve, the third heat exchanger, the second heat exchanger, the compressor, Circulates the cycle leading to the branch pipe,
The mixed refrigerant having passed through the first expansion valve after being divided by the branch pipe is heat-exchanged in the second heat exchanger with the natural gas having passed through the first heat exchanger and the mixed refrigerant passing through the branch pipe,
Wherein the mixed refrigerant passed through the first expansion valve after being divided by the branch pipe is subjected to heat exchange with natural gas having passed through the first heat exchanger and mixed refrigerant passing through the branch pipe in the second heat exchanger, Gas liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 냉각기는, 상기 제 1 열교환기, 상기 제 2 열교환기 및 상기 제 3 열교환기보다 작은 용량을 가지는, 선박용 천연가스 액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first cooler has a smaller capacity than the first heat exchanger, the second heat exchanger and the third heat exchanger. 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 냉각기는, 상기 제 2 열교환기 및 상기 제 3 열교환기에서 사용되는 혼합 냉매와 천연가스를 열교환시키는, 선박용 천연가스 액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first cooler exchanges heat between the mixed refrigerant used in the second heat exchanger and the third heat exchanger and the natural gas. 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 냉각기는, 극지방의 해수와 천연가스를 열교환시키는, 선박용 천연가스 액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first cooler exchanges heat between polar sea water and natural gas. 청구항 1에 있어서,
상기 혼합 냉매는, 상기 제 1 열교환기에서 극지방의 대기와 열교환되어 냉각되는, 선박용 천연가스 액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the mixed refrigerant is cooled by heat exchange with an atmospheric atmosphere in the first heat exchanger. 청구항 1에 있어서,
혼합 냉매가 나누어지는 비율을 조절하는 유량 배분 밸브를 더 포함하는, 선박용 천연가스 액화 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a flow distribution valve for regulating the rate at which the mixed refrigerant is divided. 해상에서 천연가스를 액화시키는 방법에 있어서,
1) 극지방의 대기와 천연가스를 열교환 시키고,
2) 상기 극지방의 대기와 열교환된 천연가스를 추가적으로 냉각시키고,
3) 상기 1)단계 및 2)단계의 예냉 과정을 거친 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜 액화시키고,
상기 3)단계의 혼합 냉매는, 상기 2)단계에서 천연가스를 추가적으로 냉각시키는데 사용되며,
상기 3)단계의 혼합 냉매는 압축, 냉각, 분기, 팽창 및 자가열교환을 반복하며 순환되는, 선박용 천연가스 액화 방법.A method for liquefying natural gas at sea,
1) Heat exchanges the polar atmosphere and natural gas,
2) further cooling the heat exchanged natural gas with the polar-
3) The liquefied natural gas which has undergone the precooling process in steps 1) and 2) is heat-exchanged with the mixed refrigerant,
The mixed refrigerant in the step 3) is used for further cooling the natural gas in the step 2)
Wherein the mixed refrigerant in the step 3) is circulated repeatedly through compression, cooling, branching, expansion, and self heat exchange.
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