KR20160133682A - 선박용 천연가스 액화 시스템 - Google Patents
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Abstract
해상에서 천연가스를 액화시키는 시스템이 개시된다.
상기 선박용 천연가스 액화 시스템은, 극지방의 대기를 천연가스와 열교환시켜, 천연가스를 예냉시키는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기를 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 냉각기; 상기 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 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 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환한다.
상기 선박용 천연가스 액화 시스템은, 극지방의 대기를 천연가스와 열교환시켜, 천연가스를 예냉시키는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기를 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 냉각기; 상기 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 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 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환한다.
Description
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명은, 프로판의 예냉 과정 대신 극지방의 대기를 이용하여 천연가스를 예냉시키는, 선박용 천연가스 액화 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
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 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 냉각기; 상기 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 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 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환하는, 선박용 천연가스 액화 시스템이 제공된다.
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 열교환될 수 있다.
상기 분기관에 의해 나눠진 후 상기 제 2 팽창밸브를 통과한 혼합 냉매는, 상기 제 3 열교환기에서, 상기 제 2 열교환기를 통과한 천연가스 및 상기 분기관을 통과한 혼합 냉매와 열교환될 수 있다.
상기 혼합 냉매는 상기 제 1 열교환기에서 극지방의 대기와 열교환되어 냉각될 수 있다.
상기 선박용 천연가스 액화 시스템은, 혼합 냉매가 나누어지는 비율을 조절하는 유량 배분 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 열교환기는 공냉식 열교환기일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에서 천연가스를 액화시키는 방법에 있어서, 극지방의 대기와 열교환시켜 천연가스를 예냉 시키고, 상기 예냉 과정을 거친 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜 액화시키고, 상기 혼합 냉매는 압축, 냉각, 분기, 팽창 및 자가열교환을 반복하며 순환되는, 선박용 천연가스 액화 방법이 제공된다.
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.
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.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
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 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 냉각기(30); 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.
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 제 1 열교환기(11)는 대략 -50℃ 내지 -40℃ 정도인 극지방의 대기를 냉매로 하여 천연가스를 대략 -37℃까지 예냉시킨다.
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.
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.
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.
본 실시예의 제 2 열교환기(12)는, 제 1 열교환기(11)에서 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.
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.
본 실시예의 압축기(20)는, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매를 압축시킨 후 냉각기(30)로 보낸다. 혼합 냉매는, 압축기(20), 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.
본 실시예의 냉각기(30)는, 압축기(20)를 통과하며 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 혼합 냉매의 온도를 낮춰, 순환 과정에서 혼합 냉매의 온도 평균을 일정하게 유지시킨다.
본 실시예의 분기관(40)은, 압축기(20) 및 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.
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.
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.
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.
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.
본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 각 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
극지방의 외부 대기로부터 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템으로 공급되는 공기는, 제 1 열교환기(11)를 통과한 후 외부로 방출된다.
본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템에 의해 액화되는 천연가스는, 제 1 열교환기(11)를 통과하며 예냉 과정을 거친 후, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)를 통과하며 주 냉각 과정을 거쳐 액화된다.
본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 주 냉각 과정에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매는, 압축기(20)에 의해 압축되고 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.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
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.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111), 제 2 열교환기(12), 제 3 열교환기(13), 압축기(20), 냉각기(30), 분기관(40), 제 1 팽창밸브(51) 및 제 2 팽창밸브(52)를 포함한다.
본 실시예의 제 1 열교환기(111)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 대략 -50℃ 내지 -40℃ 정도인 극지방의 대기와 천연가스를 열교환시켜 천연가스를 대략 -37℃까지 예냉시킨다.
단, 본 실시예의 제 1 열교환기(111)는, 제 1 실시예와는 달리, 극지방의 대기를 천연가스와 열교환시킬 뿐만 아니라, 압축기(20) 및 냉각기(30)를 통과한 혼합 냉매와도 열교환시킨다. 본 실시예의 압축기(20) 및 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.
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.
본 실시예의 제 2 열교환기(12)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111)에서 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.
본 실시예의 압축기(20)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매를 압축시킨 후 냉각기(30)로 보낸다. 혼합 냉매는, 압축기(20), 냉각기(30), 제 1 열교환기(111), 분기관(40), 제 2 열교환기(12), 제 3 열교환기(13) 및 압축기(20)를 순환하며 지속적으로 냉매로 사용된다.
본 실시예의 냉각기(30)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 압축기(20)를 통과하며 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 혼합 냉매의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 분기관(40)은, 압축기(20), 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.
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 온도가 낮아진 혼합 냉매는, 다시 제 2 열교환기(12)로 보내져, 제 1 열교환기(111)를 통과한 천연가스; 및 분기관(40)에 의해 분기된 후 제 2 열교환기(12)로 보내진 혼합 냉매(L1, L2 유로);의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
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 팽창시키고, 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.
본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 각 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
극지방의 외부 대기로부터 본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템으로 공급되는 공기는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111)를 통과한 후 외부로 방출된다.
본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템에 의해 액화되는 천연가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 열교환기(111)에서 예냉 과정을 거친 후, 제 2 및 제 3 열교환기(12, 13)를 통과하며 주 냉각 과정을 거쳐 액화된다.
본 실시예의 선박용 천연가스 액화 시스템의 주 냉각 과정에서 냉매로 사용되는 혼합 냉매는, 제 1 실시예와는 달리, 압축기(20)에 의해 압축되고 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.
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.
11, 111, 12, 13 : 열교환기 20 : 압축기
30 : 냉각기 40 : 분기관
51, 52 : 팽창밸브
30 : 냉각기 40 : 분기관
51, 52 : 팽창밸브
Claims (7)
- 해상에서 천연가스를 액화시키는 시스템에 있어서,
극지방의 대기를 천연가스와 열교환시켜, 천연가스를 예냉시키는 제 1 열교환기;
상기 제 1 열교환기를 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 냉각기;
상기 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 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 냉각기 및 상기 분기관으로 이어지는 사이클을 순환하는, 선박용 천연가스 액화 시스템. - 청구항 1에 있어서,
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. - 청구항 1에 있어서,
상기 분기관에 의해 나눠진 후 상기 제 2 팽창밸브를 통과한 혼합 냉매는, 상기 제 3 열교환기에서, 상기 제 2 열교환기를 통과한 천연가스 및 상기 분기관을 통과한 혼합 냉매와 열교환되는, 선박용 천연가스 액화 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 혼합 냉매는 상기 제 1 열교환기에서 극지방의 대기와 열교환되어 냉각되는, 선박용 천연가스 액화 시스템. - 청구항 1에 있어서,
혼합 냉매가 나누어지는 비율을 조절하는 유량 배분 밸브를 더 포함하는, 선박용 천연가스 액화 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 열교환기는 공냉식 열교환기인, 선박용 천연가스 액화 시스템. - 해상에서 천연가스를 액화시키는 방법에 있어서,
극지방의 대기와 열교환시켜 천연가스를 예냉 시키고,
상기 예냉 과정을 거친 천연가스를 혼합 냉매와 열교환시켜 액화시키고,
상기 혼합 냉매는 압축, 냉각, 분기, 팽창 및 자가열교환을 반복하며 순환되는, 선박용 천연가스 액화 방법.
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| KR (1) | KR20160133682A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101945473B1 (ko) * | 2017-11-16 | 2019-04-17 | 삼성중공업 주식회사 | 재액화 시스템 |
| KR20190135669A (ko) * | 2018-05-29 | 2019-12-09 | 주식회사 엔케이 | Bog 재액화 시스템 및 이를 이용한 bog 재액화 방법 |
| KR20200046532A (ko) * | 2018-10-24 | 2020-05-07 | 주식회사 엔케이 | 혼합냉매 조성물을 포함하는 bog 재액화 시스템 및 이를 이용한 bog 재액화 방법 |
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2015
- 2015-05-13 KR KR1020150066516A patent/KR20160133682A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
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| KR20200046532A (ko) * | 2018-10-24 | 2020-05-07 | 주식회사 엔케이 | 혼합냉매 조성물을 포함하는 bog 재액화 시스템 및 이를 이용한 bog 재액화 방법 |
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