KR20200130599A - 천연가스액화시스템 - Google Patents

천연가스액화시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200130599A
KR20200130599A KR1020190054980A KR20190054980A KR20200130599A KR 20200130599 A KR20200130599 A KR 20200130599A KR 1020190054980 A KR1020190054980 A KR 1020190054980A KR 20190054980 A KR20190054980 A KR 20190054980A KR 20200130599 A KR20200130599 A KR 20200130599A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat exchange
gas
exchange line
liquid
Prior art date
Application number
KR1020190054980A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102493414B1 (ko
Inventor
한준희
이종철
윤호병
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020190054980A priority Critical patent/KR102493414B1/ko
Publication of KR20200130599A publication Critical patent/KR20200130599A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102493414B1 publication Critical patent/KR102493414B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0207—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as at least a three level SCR refrigeration cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0291—Refrigerant compression by combined gas compression and liquid pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/60—Methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

천연가스액화시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 천연가스액화시스템은 기상의 냉매는 압축 및 냉각시키고, 액상의 냉매는 가압하는 작업을 반복 수행하는 다단의 압축부; 압축부를 통과한 냉매를 기액 분리시키는 후단기액분리기; 후단기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 후단압축기; 압축된 냉매를 냉각시키는 후단냉각기; 후단기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 후단펌프; 천연가스를 액화시키는 열교환부; 열교환부를 통과한 냉각된 냉매를 팽창시키는 제1팽창기; 및 가압된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기;를 포함하되, 열교환부는 후단냉각기를 거쳐 냉각된 냉매가 유입되는 제1열교환라인과, 천연가스가 유입되는 제2열교환라인과, 제1열교환라인을 통과하여 제1팽창기를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제3열교환라인과, 제2팽창기를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제4열교환라인을 포함하며, 제3열교환라인으로 유입된 냉매는 열교환에 의해 제1열교환라인으로 유입된 냉매를 예냉시키고 제2열교환라인으로 유입된 천연가스를 액화시키며, 제4열교환라인으로 유입된 냉매는 예냉이 이루어진 제1열교환라인으로 유입된 냉매 및 액화된 천연가스를 과냉시킨다.

Description

천연가스액화시스템{NATURAL GAS LIQUEFACTION SYSTEM}
본 발명은 천연가스액화시스템에 관한 것이다.
천연가스를 액화시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정 중 SMR(Single Mixed Refrigerant) 공정은 냉매가 순환하는 폐루프 냉동 사이클을 통해 천연가스를 액화시킨다.
이러한 SMR 공정은 크게 압축부, 열교환부 및 냉열회수부를 포함한다. 압축부는 냉매를 압축시키고, 압축된 냉매는 냉각기를 거쳐 냉각된 후, 열교환부를 통해 천연가스와 열교환된다. 냉열회수부는 줄톰슨 밸브를 이용하여 열교환부를 거친 냉매를 팽창시키고, 팽창된 냉매는 다시 열교환부를 거치면서 천연가스와 열교환된다.
종래의 이러한 SMR 공정은 액화공정 구조가 단순한 반면 효율이 낮다. 특히, 천연가스 액화를 위해, 다단의 압축 및 냉각을 거친 냉매를 기액분리기에 의해 분리한 후 기상 및 액상의 냉매를 함께 열교환부 전단 쪽으로 바로 공급하고, 이후 열교환부를 함께 통과한 각각의 냉매를 팽창시킨 후 열교환부로 다시 통과시키고, 다시 압축 및 냉각 과정을 수행하도록 순환시켰다. 이 경우, 열교환부의 열교환 효율성을 떨어뜨리고, 압축 및 냉각을 수행하는 압축부가 과도하게 운영되어 에너지 소비 증가 및 성능이 떨어질 수 있다.
관련 기술로서, 한국등록특허 제10-1281914호(2013.06.27. 등록일)를 참조하기 바란다.
한국등록특허 제10-1281914호(2013.06.27. 등록일)
본 발명의 실시 예는 천연가스 액화공정의 효율을 높일 수 있는 천연가스액화시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기상의 냉매는 압축 및 냉각시키고, 액상의 냉매는 가압하는 작업을 반복 수행하는 다단의 압축부; 상기 압축부를 통과한 냉매를 기액 분리시키는 후단기액분리기; 상기 후단기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 후단압축기; 상기 압축된 냉매를 냉각시키는 후단냉각기; 상기 후단기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 후단펌프; 천연가스를 액화시키는 열교환부; 상기 열교환부를 통과한 상기 냉각된 냉매를 팽창시키는 제1팽창기; 및 상기 가압된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기;를 포함하되, 상기 열교환부는 상기 후단냉각기를 거쳐 냉각된 냉매가 유입되는 제1열교환라인과, 상기 천연가스가 유입되는 제2열교환라인과, 상기 제1열교환라인을 통과하여 상기 제1팽창기를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제3열교환라인과, 상기 제2팽창기를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제4열교환라인을 포함하며, 상기 제3열교환라인으로 유입된 냉매는 열교환에 의해 상기 제1열교환라인으로 유입된 냉매를 예냉시키고 상기 제2열교환라인으로 유입된 천연가스를 액화시키며, 상기 제4열교환라인으로 유입된 냉매는 상기 예냉이 이루어진 상기 제1열교환라인으로 유입된 냉매 및 상기 액화된 천연가스를 과냉시키는 천연가스액화시스템이 제공될 수 있다.
상기 제3열교환라인으로부터 토출된 냉매를 상기 압축부 전단으로 공급하는 제1순환라인과, 상기 제4열교환라인으로부터 토출된 냉매를 상기 후단기액분리기 전단으로 공급하는 제2순환라인을 더 포함할 수 있다.
상기 압축부는 상기 제3열교환라인으로부터 토출된 냉매를 공급받아 기액 분리시키는 제1기액분리기와, 상기 제1기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 제1압축기와, 상기 압축된 냉매를 냉각시키는 제1냉각기와, 상기 제1기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 제1펌프와, 상기 냉각된 냉매 및 상기 가압된 냉매의 혼합물을 기액 분리시키는 제2기액분리기와, 상기 제2기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 제2압축기와, 상기 압축된 냉매를 냉각시키는 제2냉각기와, 상기 제2기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 제2펌프를 포함하고, 상기 제2냉각기에 의해 냉각된 냉매 및 상기 제2펌프에 의해 가압된 냉매는 상기 제2순환라인을 통해 상기 제4열교환라인으로부터 토출된 냉매와 혼합되어 상기 후단기액분리기로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 천연가스액화시스템은 천연가스 액화공정의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 천연가스액화시스템을 나타낸다.
도 2는 도 1의 천연가스액화시스템을 적용하기 이전의 HEAT FLOW에 대한 온도변화 그래프이다.
도 3은 도 1의 천연가스액화시스템을 적용한 후의 HEAT FLOW에 대한 온도변화 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 천연가스액화시스템(100)은 기상의 냉매는 압축 및 냉각시키고, 액상의 냉매는 가압하는 작업을 반복 수행하는 다단의 압축부(110)와, 압축부(110)를 통과한 냉매를 기액 분리시키는 후단기액분리기(121)와, 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 후단압축기(122)와, 후단압축기(122)에 의해 압축된 냉매를 냉각시키는 후단냉각기(123)와, 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 후단펌프(124)와, 천연가스를 액화시키는 열교환부(130)와, 후단냉각기(123)를 거쳐 열교환부(130)를 통과한 냉매를 팽창시키는 제1팽창기(141)와, 후단펌프(124)에 의해 가압된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기(142)를 포함한다.
상술한 열교환부(130)는 후단냉각기(123)를 거쳐 냉각된 냉매가 유입되는 제1열교환라인(131)과, 천연가스가 유입되는 제2열교환라인(132)과, 제1열교환라인(131)을 통과하여 제1팽창기(141)를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제3열교환라인(133)과, 제2팽창기(142)를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제4열교환라인(134)을 포함한다. 여기서, 제3열교환라인(133)으로 유입된 냉매는 열교환에 의해 제1열교환라인(131)으로 유입된 냉매를 예냉시키고 제2열교환라인(132)으로 유입된 천연가스를 액화시킨다. 또, 제4열교환라인(134)으로 유입된 냉매는 예냉이 이루어진 제1열교환라인(131)으로 유입된 냉매 및 액화된 천연가스를 과냉시킨다.
또, 천연가스액화시스템(100)은 제3열교환라인(133)으로부터 토출된 냉매를 압축부(110) 전단으로 공급하는 제1순환라인(L1)과, 제4열교환라인(134)으로부터 토출된 냉매를 후단기액분리기(121) 전단으로 공급하는 제2순환라인(L2)을 포함한다.
이하, 상술한 천연가스액화시스템(100)의 각 구성 요소에 대해 구체적으로 설명한다.
압축부(110)는 다단으로 구성되며, 기상의 냉매는 압축 및 냉각시키고, 액상의 냉매는 가압하는 작업을 반복 수행한다. 본 발명의 실시 예에서는 2단으로 구성된 압축부(110)를 예로 들어 설명하지만, 그 이상으로 구성될 수도 있다.
구체적으로, 압축부(110)는 제3열교환라인(133)으로부터 토출된 냉매를 공급받아 기액 분리시키는 제1기액분리기(111)와, 제1기액분리기(111)에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 제1압축기(112)와, 제1압축기(112)에 의해 압축된 냉매를 냉각시키는 제1냉각기(113)와, 제1기액분리기(111)에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 제1펌프(114)와, 제1냉각기(113)에 의해 냉각된 냉매 및 제1펌프(114)에 의해 가압된 냉매의 혼합물을 기액 분리시키는 제2기액분리기(115)와, 제2기액분리기(115)에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 제2압축기(116)와, 제2압축기(116)에 의해 압축된 냉매를 냉각시키는 제2냉각기(117)와, 제2기액분리기(115)에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 제2펌프(118)를 포함할 수 있다. 압축부(110)는 다른 예에서 상술한 후단기액분리기(121), 후단압축기(122), 후단냉각기(123) 및 후단펌프(124)를 포함하는 것으로 구성될 수도 있다.
여기서, 각각의 기액분리기(111,115,121)는 냉매를 기상과 액상으로 분리시킨 후, 기상의 냉매를 각각의 압축기(112,116,122)로 공급한다. 이는 해당 냉매가 기상과 액상으로 분리되지 않고 공급될 경우에는 압축기(112,116,122)에 충격을 줄 수 있기 때문이다.
기상의 냉매는 기상냉매공급라인(L11,L13,L15)을 따라 흐르며, 액상의 냉매는 액상냉매공급라인(L12,L14,L16)을 따라 흘러간다. 즉, 제1기액분리기(111)에 의해 분리된 기상의 냉매는 제1기상냉매공급라인(L11)을 따라 흘러가 제1압축기(112)와 제1냉각기(113)를 거치게 된다.
그리고, 제1기액분리기(111)에 의해 분리된 액상의 냉매는 제1액상냉매공급라인(L12)을 따라 흘러가 제1펌프(114)를 거치게 되며, 상술한 제1기상냉매공급라인(L11)을 통해 공급된 기상의 냉매와 혼합되어 제2기액분리기(115)로 공급된다.
또, 제2기액분리기(115)에 의해 분리된 기상의 냉매는 제2기상냉매공급라인(L13)을 따라 흘러가 제2압축기(116)와 제2냉각기(117)를 거치게 된다.
그리고, 제2기액분리기(115)에 의해 분리된 액상의 냉매는 제2액상냉매공급라인(L14)을 따라 흘러가 제2펌프(118)를 거치게 되며, 상술한 제2기상냉매공급라인(L13)을 통해 공급된 기상의 냉매 및 제2순환라인(L2)을 통해 공급된 냉매와 혼합되어 후단기액분리기(121)로 공급된다.
또, 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 기상의 냉매는 제3기상냉매공급라인(L15)을 따라 흘러가 후단압축기(122)와 후단냉각기(123)를 거쳐 열교환부(130)의 제1열교환라인(131)으로 공급된다. 열교환부(130)의 제1열교환라인(131)을 거친 냉매는 제1팽창기(141)를 거쳐 팽창된 후 제3열교환라인(133)로 유입되고, 이후 제3열교환라인(133)로부터 토출되어 제1기액분리기(111) 쪽으로 순환된다. 여기서, 제3열교환라인(133)으로 유입된 냉매는 열교환에 의해 제1열교환라인(131)으로 유입된 냉매를 예냉시키고 제2열교환라인(132)으로 유입된 천연가스를 액화시킨다.
그리고, 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 액상의 냉매는 제3액상냉매공급라인(L16)을 따라 흘러가 제2팽창기(142)를 거쳐 열교환부(130)의 제4열교환라인(134)으로 공급된다. 열교환부(130)의 제4열교환라인(134)을 거친 냉매는 제2순환라인(L2)을 통해 후단기액분리기(121)로 순환된다. 여기서, 제4열교환라인(134)으로 유입된 냉매는 제3열교환라인(133)으로 흐르는 냉매에 의해 예냉이 이루어진 제1열교환라인(131)으로 유입된 냉매 및 액화된 천연가스를 과냉시킨다.
도 2는 도 1의 천연가스액화시스템을 적용하기 이전의 HEAT FLOW에 대한 온도변화 그래프이다. 그리고, 도 3은 도 1의 천연가스액화시스템을 적용한 후의 HEAT FLOW에 대한 온도변화 그래프이다.
천연가스 액화를 위해, 종래에는 다단의 압축 및 냉각을 거친 냉매를 기액분리기에 의해 분리한 후 기상 및 액상의 냉매를 함께 열교환부 전단으로 바로 공급하고, 이후 해당 냉매를 각각 팽창시킨 후 열교환부를 재차 통과시키고, 다시 압축 및 냉각 과정을 수행하도록 순환시켰다. 이 경우, 열교환부의 열교환 효율성을 떨어뜨리고, 압축 및 냉각을 수행하는 압축부가 과도하게 운영되어 에너지 소비 증가 및 성능이 떨어질 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 열교환부 내부의 HEAT FLOW에 따른 온도 변화를 살펴보면, 고온 영역(A)의 HOT FLOW의 COMPOSITE CURVE(201)와 COLD FLOW의 COMPOSITE CURVE(202) 사이에 간격이 넓은 것을 볼 수 있다. 이는 고온 영역에서의 냉매의 양이 과도한 것을 나타내며, 불필요한 냉각 과정이 수행되고 있음을 가리킨다.
반면, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 열교환부(130) 내부의 HEAT FLOW에 따른 온도 변화를 살펴보면, 고온 영역(B)의 HOT FLOW의 COMPOSITE CURVE(201)와 COLD FLOW의 COMPOSITE CURVE(202) 사이에 간격이 좁혀진 것을 볼 수 있다. 여기서, COMPOSITE CURVE(201)는 제1 및 제2열교환라인(131,132)으로 흐르는 유체에 대한 온도변화이고, COMPOSITE CURVE(202)는 제3 및 제4열교환라인(133,134)으로 흐르는 유체에 대한 온도변화를 나타낸다.
고온 영역(B)의 HOT FLOW의 COMPOSITE CURVE(201)와 COLD FLOW의 COMPOSITE CURVE(202) 사이에 간격이 좁혀진 것은 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 액상의 냉매를 종래와 같이 곧바로 기상의 냉매와 함께 열교환부로 보낸 후 팽창시키지 않고, 제3액상냉매공급라인(L16)을 통해 제2팽창기(142)를 거쳐 열교환부(130)의 제4열교환라인(134)으로 공급함으로써 나타나는 효과이다. 즉, 고온영역에 해당하는 냉매만을 추가로 열교환부(130)의 제4열교환라인(134)으로 공급함으로써 온도변화가 완만해지고, 전체적으로 에너지 흐름이 개선되었음을 나타낸다. 보다 구체적으로, 제3열교환라인(133)으로 유입되는 냉매는 대략 ―160℃ 상태에서 제1열교환라인(131)으로 유입된 냉매를 예냉시키고 제2열교환라인(132)으로 유입된 천연가스를 액화시키면서 자신은 가열된다. 그리고, 제4열교환라인(134)으로 유입된 냉매는 대략 ―0℃ 상태에서 상술한 예냉이 이루어진 제1열교환라인(131)으로 유입된 냉매 및 액화된 천연가스를 과냉시키면서 자신은 가열된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 기상의 냉매는 제3기상냉매공급라인(L15)을 통해 열교환부(130) 전단 쪽으로 공급하고, 후단기액분리기(121)에 의해 분리된 액상의 냉매는 제3액상냉매공급라인(L16)을 통해 열교환부(130) 후단 쪽을 통해 전단 방향으로 순환시켜, 천연가스 액화를 위한 열교환부(130)의 열교환 성능을 향상시켰다.
또, 열교환부(130)의 제4열교환라인(134)을 거친 냉매는 제2순환라인(L2)을 통해 후단기액분리기(121)로 순환되어, 압축부(110)의 다단의 압축 및 냉각 과정을 거치지 않아도 되므로, 압축부(110)의 과도한 운용을 막고 소비되는 에너지를 절약할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 압축부 121: 후단기액분리기
122: 후단압축기 123: 후단냉각기
124: 후단펌프 130: 열교환부
131: 제1열교환라인 132: 제2열교환라인
133: 제3열교환라인 134: 제2열교환라인
141: 제1팽창기 142: 제2팽창기

Claims (3)

  1. 기상의 냉매는 압축 및 냉각시키고, 액상의 냉매는 가압하는 작업을 반복 수행하는 다단의 압축부;
    상기 압축부를 통과한 냉매를 기액 분리시키는 후단기액분리기;
    상기 후단기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 후단압축기;
    상기 압축된 냉매를 냉각시키는 후단냉각기;
    상기 후단기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 후단펌프;
    천연가스를 액화시키는 열교환부;
    상기 열교환부를 통과한 상기 냉각된 냉매를 팽창시키는 제1팽창기; 및
    상기 가압된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기;를 포함하되,
    상기 열교환부는 상기 후단냉각기를 거쳐 냉각된 냉매가 유입되는 제1열교환라인과, 상기 천연가스가 유입되는 제2열교환라인과, 상기 제1열교환라인을 통과하여 상기 제1팽창기를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제3열교환라인과, 상기 제2팽창기를 거쳐 팽창된 냉매가 유입되는 제4열교환라인을 포함하며,
    상기 제3열교환라인으로 유입된 냉매는 열교환에 의해 상기 제1열교환라인으로 유입된 냉매를 예냉시키고 상기 제2열교환라인으로 유입된 천연가스를 액화시키며, 상기 제4열교환라인으로 유입된 냉매는 상기 예냉이 이루어진 상기 제1열교환라인으로 유입된 냉매 및 상기 액화된 천연가스를 과냉시키는 천연가스액화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3열교환라인으로부터 토출된 냉매를 상기 압축부 전단으로 공급하는 제1순환라인과,
    상기 제4열교환라인으로부터 토출된 냉매를 상기 후단기액분리기 전단으로 공급하는 제2순환라인을 더 포함하는 천연가스액화시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축부는
    상기 제3열교환라인으로부터 토출된 냉매를 공급받아 기액 분리시키는 제1기액분리기와,
    상기 제1기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 제1압축기와,
    상기 압축된 냉매를 냉각시키는 제1냉각기와,
    상기 제1기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 제1펌프와,
    상기 냉각된 냉매 및 상기 가압된 냉매의 혼합물을 기액 분리시키는 제2기액분리기와,
    상기 제2기액분리기에 의해 분리된 기상의 냉매를 압축시키는 제2압축기와,
    상기 압축된 냉매를 냉각시키는 제2냉각기와,
    상기 제2기액분리기에 의해 분리된 액상의 냉매를 가압시키는 제2펌프를 포함하고,
    상기 제2냉각기에 의해 냉각된 냉매 및 상기 제2펌프에 의해 가압된 냉매는 상기 제2순환라인을 통해 상기 제4열교환라인으로부터 토출된 냉매와 혼합되어 상기 후단기액분리기로 공급되는 천연가스액화시스템.
KR1020190054980A 2019-05-10 2019-05-10 천연가스액화시스템 KR102493414B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190054980A KR102493414B1 (ko) 2019-05-10 2019-05-10 천연가스액화시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190054980A KR102493414B1 (ko) 2019-05-10 2019-05-10 천연가스액화시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200130599A true KR20200130599A (ko) 2020-11-19
KR102493414B1 KR102493414B1 (ko) 2023-01-30

Family

ID=73679124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190054980A KR102493414B1 (ko) 2019-05-10 2019-05-10 천연가스액화시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102493414B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230027364A (ko) * 2021-08-18 2023-02-28 부산대학교 산학협력단 천연가스 액화 시스템, 이를 포함하는 선박, 천연가스 및 공기의 액화 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101281914B1 (ko) 2012-11-23 2013-07-03 한국가스공사 천연가스 액화공정
JP2018505374A (ja) * 2014-12-12 2018-02-22 ドレッサー ランド カンパニーＤｒｅｓｓｅｒ−Ｒａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 天然ガスを液化するシステムおよび方法
KR20180130029A (ko) * 2017-05-25 2018-12-06 삼성중공업 주식회사 천연가스 액화장치 및 액화방법
KR101966980B1 (ko) * 2017-10-18 2019-04-08 삼성중공업 주식회사 냉매순환라인 및 이를 포함하는 냉각시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101281914B1 (ko) 2012-11-23 2013-07-03 한국가스공사 천연가스 액화공정
JP2018505374A (ja) * 2014-12-12 2018-02-22 ドレッサー ランド カンパニーＤｒｅｓｓｅｒ−Ｒａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 天然ガスを液化するシステムおよび方法
KR20180130029A (ko) * 2017-05-25 2018-12-06 삼성중공업 주식회사 천연가스 액화장치 및 액화방법
KR101966980B1 (ko) * 2017-10-18 2019-04-08 삼성중공업 주식회사 냉매순환라인 및 이를 포함하는 냉각시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230027364A (ko) * 2021-08-18 2023-02-28 부산대학교 산학협력단 천연가스 액화 시스템, 이를 포함하는 선박, 천연가스 및 공기의 액화 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102493414B1 (ko) 2023-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI388788B (zh) 液化方法及系統
JP5798176B2 (ja) 予備冷却される混合冷媒統合システムおよび方法
US8549876B2 (en) Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
RU2496066C2 (ru) Способ двойного расширения азота
US7818978B2 (en) Vapour compression device and method of performing an associated transcritical cycle
US8418499B2 (en) Natural gas liquefaction system with turbine expander and liquefaction method thereof
KR101281914B1 (ko) 천연가스 액화공정
CN103038587B (zh) 天然气液化方法
KR102493414B1 (ko) 천연가스액화시스템
US11859873B2 (en) Fluid cooling apparatus
US20230375261A1 (en) Closed loop lng process for a feed gas with nitrogen
JP4442068B2 (ja) 冷凍空調装置
EP3001128B1 (en) Natural gas liquefaction process
KR20090127755A (ko) 유체 냉각 시스템 및 이를 이용한 유체 냉각 방법
KR101037277B1 (ko) 천연가스 액화공정
KR101325586B1 (ko) 천연가스 액화 시스템
KR101969501B1 (ko) 익스펜더를 이용한 천연가스 메탄냉매 액화 시스템
KR101616626B1 (ko) 천연가스 액화공정
KR20230135739A (ko) 멀티스테이지캐스케이드 방식을 이용한 고효율 크라이오쿨러 시스템
KR20180130050A (ko) 천연가스액화시스템
KR20220074479A (ko) 천연가스 액화 시스템
KR101615444B1 (ko) 천연가스 액화공정
TH106792A (th) วิธีการและระบบการสร้างสถานะของเหลว
TH57109B (th) วิธีการและระบบการสร้างสถานะของเหลว

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant