KR20220047785A - Methods for recovering refrigeration energy through liquefaction or power generation of gas streams - Google Patents
Methods for recovering refrigeration energy through liquefaction or power generation of gas streams Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220047785A KR20220047785A KR1020227005704A KR20227005704A KR20220047785A KR 20220047785 A KR20220047785 A KR 20220047785A KR 1020227005704 A KR1020227005704 A KR 1020227005704A KR 20227005704 A KR20227005704 A KR 20227005704A KR 20220047785 A KR20220047785 A KR 20220047785A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- channel
- working fluid
- stream
- feed stream
- heat exchange
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 103
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 273
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 78
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 66
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 34
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 29
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 27
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 24
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 claims description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 18
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 12
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 12
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 10
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 3
- -1 ethylene, propylene, butene Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 21
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 19
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical group 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012261 overproduction Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000476 thermogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
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
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
- F25J1/0015—Nitrogen
-
- 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
- F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
- F25J1/0235—Heat exchange integration
- F25J1/0236—Heat exchange integration providing refrigeration for different processes treating not the same feed stream
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
- F01K17/02—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
- F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
- F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
- F17C9/04—Recovery of thermal energy
-
- 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
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
-
- 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
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
- F25J1/0017—Oxygen
-
- 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
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
- F25J1/002—Argon
-
- 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
- F25J1/0032—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 the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/004—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 the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
-
- 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
- F25J1/0221—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 the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
- F25J1/0222—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 the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop in combination with an intermediate heat exchange fluid between the cryogenic component and the fluid to be liquefied
-
- 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
- F25J1/0221—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 the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
- F25J1/0224—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 the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop
-
- 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
- F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
- F25J1/0234—Integration with a cryogenic air separation unit
-
- 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
- F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
- F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
- F25J1/0251—Intermittent or alternating process, so-called batch process, e.g. "peak-shaving"
-
- 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
- F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
- F25J1/0254—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature
-
- 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.
- F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
- F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
- F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
- F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
- F17C2227/0323—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid in a closed loop
-
- 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
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/42—Nitrogen
-
- 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
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/50—Oxygen
-
- 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
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/62—Liquefied natural gas [LNG]; Natural gas liquids [NGL]; Liquefied petroleum gas [LPG]
-
- 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
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
본 발명은 시스템에서 저온 흐름(F)으로부터 냉동 에너지를 회수하기 위한 방법에 관한 것으로서, 시스템은, 저장 탱크(203), 적어도 하나의 발전기(G), 및 열교환 관계로 배치되도록 유체를 유동시키도록 구성된 복수의 통로를 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하며, 상기 방법은, 제1 작동 모드에서, 적어도 하나의 제1 고온 흐름(C1)에 대하여, 적어도 하나의 제1 통로에서 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부를 기화시키는 단계; 전기 에너지를 생성하도록 제1 발전기와 협력하는 제1 팽창 구성 요소에서, 제1 통로(1)의 단계 a)로부터 비롯되는 제1 작용 유체(W1)를 팽창시키는 단계; 적어도 제1 저온 흐름(F)에 대하여 팽창된 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 제1 작용 유체(W1)의 압력을 증가시키는 단계; 및 제1 통로에 제1 작용 유체(W1)를 재유입시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라, 제2 작동 모드는, 공급물 흐름(200)을 유입시키는 단계; 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름(201)을 생성하기 위해, 저온 흐름(F)에 대하여 상기 공급물 흐름(200)의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 및 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름(201)으로 저장 탱크(203)를 충전하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for recovering refrigeration energy from a cold stream (F) in a system, the system comprising: a storage tank (203), at least one generator (G), and to flow a fluid such that it is arranged in heat exchange relationship at least one heat exchange device comprising a plurality of passageways configured, the method comprising: in a first mode of operation, for at least one first hot stream (C1 ), a first working fluid in at least one first passageway vaporizing at least a portion of (W1); expanding a first working fluid (W1) originating from step a) of the first passageway (1) in a first expansion component cooperating with the first generator to produce electrical energy; condensing at least a portion of the expanded first working fluid (W1) against at least the first cold stream (F); increasing the pressure of the first working fluid (W1); and reintroducing the first working fluid W1 into the first passage. According to the present invention, the second mode of operation comprises the steps of introducing a feed stream (200); condensing at least a portion of the feed stream (200) against a cold stream (F) to produce an at least partially liquefied feed stream (201); and filling the storage tank (203) with the at least partially liquefied feed stream (201).
Description
본 발명은 적어도 하나의 랭킨 사이클(Rankine cycle)로부터 전기 에너지를 생성하거나 공급물 흐름(feed stream)을 액화시키기 위해, 저온 흐름(cold stream)으로부터 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정에 관한 것이다. 저온 흐름이 액화 천연 가스와 같은 극저온 액체 흐름인 경우, 흐름은 분배망으로 분배되도록 재기화(regasified)될 수 있는 동시에 이의 냉동 산출량(refrigeration content)을 업그레이드할 수 있다.The present invention relates to a process for recovering refrigeration energy from a cold stream for generating electrical energy from at least one Rankine cycle or for liquefying a feed stream. If the cryogenic stream is a cryogenic liquid stream, such as liquefied natural gas, the stream can be regasified for distribution to a distribution network while upgrading its refrigeration content.
소비 위치로부터 멀리 떨어져 있는 필드로부터의 천연 가스는, 장거리에 걸친 수송을 위해, 특별히 맞춤화된 선박, 메탄 탱커(tanker) 선상에 저장되기 전에 액화되는 것이 일반적이다. 그 이유는, 액체 형태의 천연 가스가 주어진 질량에 대해 더 작은 체적을 차지하여 고압으로 저장될 필요가 없기 때문이다.Natural gas from fields remote from the point of consumption is typically liquefied before being stored on board specially tailored vessels, methane tankers, for transport over long distances. The reason is that natural gas in liquid form occupies a smaller volume for a given mass and does not need to be stored at high pressure.
분배망으로 공급되기 전에, 액화 천연 가스(LNG)는, 망에 따라 약 10 내지 90 bar의 압력으로 재기화(또는 즉, 재증발)되어야 한다. 이러한 재증발은, 해수(가능하게는, 천연 가스로 가열된 해수)와 열을 교환함으로써, 대체로 주위 온도로, LNG 터미널에서 수행된다. 이 경우, 액화 천연 가스의 냉동 산출량은 전혀 업그레이드되지 않는다.Before being fed to the distribution network, the liquefied natural gas (LNG) has to be regasified (or ie reevaporated) to a pressure of about 10 to 90 bar, depending on the grid. This flash-evaporation is carried out at the LNG terminal, usually at ambient temperature, by exchanging heat with seawater (possibly seawater heated with natural gas). In this case, the refrigeration output of liquefied natural gas is not upgraded at all.
액화 천연 가스의 프리고리(frigory)로부터 전기를 발생시켜서 이의 에너지 산출량을 업그레이드하기 위한 다양한 방법이 존재한다.Various methods exist for generating electricity from a frigori of liquefied natural gas and upgrading its energy output.
한 가지 알려진 방법은, 천연 가스의 직접 팽창에 기초한다. 액화 천연 가스는 분배망의 압력을 초과하는 압력으로 펌핑되고, 해수와 같은 고온 소스와의 열교환에 의해 기화된 다음, 발전기와 관련된 팽창 터빈에서 망 압력으로 팽창된다.One known method is based on the direct expansion of natural gas. Liquefied natural gas is pumped to a pressure exceeding the pressure of the distribution network, vaporized by heat exchange with a hot source such as seawater, and then expanded to grid pressure in an expansion turbine associated with a generator.
다른 방법은, 중간 유체 또는 작용 유체(working fluid)를 사용하는 열역학적 사이클에 기초한다. 이러한 방법 중에는, 제1 열교환기에서 해수와 같은 고온 소스에 대하여 압력에 따라 작용 유체가 기화된 다음, 발전기에 연결된 터빈에서 팽창되는, 랭킨 사이클이 있다. 그 다음, 팽창된 작용 유체는, 사이클의 저온 소스로서 사용되는 LNG에 대하여 제2 교환기에서 응축된다. 이로 인해, 저압 액체 작용 유체를 야기하며, 저압 액체 작용 유체는 펌핑되어 고압으로 제1 교환기 내로 재전달됨으로써, 사이클을 종료한다.Another method is based on a thermodynamic cycle using an intermediate fluid or a working fluid. Among these methods is the Rankine cycle, in which a working fluid is vaporized under pressure against a hot source such as seawater in a first heat exchanger and then expanded in a turbine connected to a generator. The expanded working fluid is then condensed in a second exchanger with respect to the LNG used as the cold source of the cycle. This results in a low pressure liquid working fluid, which is pumped back into the first exchanger at high pressure, thereby terminating the cycle.
이러한 랭킨 사이클은 특히, CN-A-105545390, US-A-2016109180, CN-A-105865149 및 EP-A-2278210에 개시되어 있다.Such Rankine cycles are disclosed inter alia in CN-A-105545390, US-A-2016109180, CN-A-105865149 and EP-A-2278210.
랭킨 사이클은 지열 열회수와 같은 적용예를 위한 작용 유체로서 물을 사용하여 기능할 수 있지만, 저온에서 증발되는 유기 유체를 사용함으로써, 저온 소스가 저온으로 이용될 수 있다. 이 경우, 이는 유기 랭킨 사이클(ORC)로 지칭된다.The Rankine cycle can function using water as the working fluid for applications such as geothermal heat recovery, but by using an organic fluid that evaporates at a lower temperature, a cold source can be used at a lower temperature. In this case, it is referred to as the organic Rankine cycle (ORC).
통상적으로, ORC 사이클은, 저온 소스로서 LNG를 사용하고 고온 소스로서 해수를 사용하여 산업화된다. 이러한 사이클은 LNG 흐름의 재기화를 가능하게 하는 동시에, 기화된 LNG의 톤당 약 20 kWh(즉, 0.015 kWh/Nm3)의 에너지 산출량으로 전기를 생성한다.Typically, ORC cycles are industrialized using LNG as a cold source and seawater as a hot source. This cycle enables regasification of the LNG stream while generating electricity with an energy output of about 20 kWh per tonne of vaporized LNG (ie 0.015 kWh/Nm 3 ).
또한, 전기에 대한 수요량은 일정하지 않으며, 발전(electricity production) 방법은 증가하는 유연성을 나타내야 한다. 이는 특히, 전기를 저장하는 것이 어렵다는 점으로 설명된다. 따라서, 전기 가격의 큰 변동에 의해 반영되는, 전기망에 대한 장력의 발생을 방지하기 위해, 끊임없이 공급량 및 수요량의 균형을 맞출 필요가 있다.In addition, demand for electricity is not constant, and electricity production methods must exhibit increasing flexibility. This is explained in particular by the difficulty of storing electricity. Therefore, in order to prevent the generation of tension on the electric grid, which is reflected by large fluctuations in electricity prices, it is necessary to constantly balance the supply and demand.
본 발명의 목적은, 특히, 전기 수요량의 변동에 맞춤화할 수 있도록 증가된 유연성을 제공하는 냉동 에너지 회수 공정을 제안함으로써, 전술한 문제점을 전체적으로 또는 부분적으로 해결하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve, in whole or in part, the above-mentioned problems, in particular by proposing a refrigeration energy recovery process which provides increased flexibility to be able to adapt to fluctuations in electricity demand.
따라서, 본 발명에 따른 솔루션은 시스템에서 저온 흐름으로부터 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정으로서, 시스템은, 저장 탱크, 적어도 하나의 발전기, 및 열교환 관계로 되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하며, 상기 공정은, 제1 작동 모드에서,Accordingly, a solution according to the present invention is a process for recovering refrigeration energy from a cold stream in a system, the system comprising a storage tank, at least one generator, and a plurality of channels configured to flow a fluid into a heat exchange relationship. at least one heat exchange device, the process comprising: in a first mode of operation,
a) 제1 고압을 갖는 제1 작용 유체를 적어도 하나의 제1 채널 내로 유입시키고, 상기 적어도 하나의 제1 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제2 채널에서 유동하는 적어도 하나의 제1 고온 흐름에 대하여 상기 제1 작용 유체의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;a) introducing a first working fluid having a first high pressure into at least one first channel and for at least one first hot stream flowing in at least one second channel in heat exchange relationship with said at least one first channel vaporizing at least a portion of the first working fluid;
b) 제1 채널로부터 단계 a)에서 획득된 제1 작용 유체를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제1 발전기와 협력하는 제1 팽창 부재에서, 제1 고압보다 더 낮은 제1 저압으로 팽창시키는 단계;b) delivering the first working fluid obtained in step a) from the first channel to expand it to a first low pressure lower than the first high pressure in a first expandable member cooperating with the first generator to generate electrical energy; ;
c) 단계 b)에서 팽창된 제1 작용 유체를 적어도 하나의 제3 채널 내로 유입시키고, 적어도 제3 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제4 채널에서 유동하는 적어도 저온 흐름에 대하여 상기 제1 작용 유체의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;c) introducing the expanded first working fluid in step b) into the at least one third channel, the at least one fourth channel being in heat exchange relationship with the at least one third channel for at least a cold flow of the first working fluid condensing at least a portion;
d) 제3 채널로부터 단계 c)에서 적어도 부분적으로 응축된 제1 작용 유체를 전달하여, 상기 제1 작용 유체의 압력을 제1 압력으로 상승시키고, 제1 채널 내로 재유입시키는 단계를 포함하고, 상기 공정은, 제2 작동 모드에서,d) transferring the first working fluid at least partially condensed in step c) from the third channel, raising the pressure of the first working fluid to the first pressure and re-introducing it into the first channel; The process, in a second mode of operation,
e) 적어도 제4 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제10 채널 내로 공급물 흐름을 유입시키는 단계;e) introducing a feed stream into at least one tenth channel in heat exchange relationship with the at least fourth channel;
f) 제10 채널의 배출구에서, 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름을 생성하기 위해, 저온 흐름에 대하여 상기 공급물 흐름의 적어도 일부분을 응축시키는 단계; 및f) at the outlet of the tenth channel, condensing at least a portion of the feed stream against a cold stream to produce an at least partially liquefied feed stream; and
g) 단계 f)에서 생성된 공급물 흐름으로 저장 탱크를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 경우에 따라, 본 발명은 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:g) filling the storage tank with the feed stream produced in step f). Optionally, the present invention may include one or more of the following features:
- 공정은,- The process is
h) 단계 f)로부터 획득된 공급물 흐름을 과냉각기(supercooler) 내로 유입시키는 단계;h) introducing the feed stream obtained from step f) into a supercooler;
i) 상기 공급물 흐름의 기상(gas phase) 및 액상을 형성하기 위해, 과냉각기로부터의 공급물 흐름을 전달하여 제3 팽창 부재에서 팽창시키는 단계;i) passing a feed stream from a supercooler to expand in a third expandable member to form a gas phase and a liquid phase of the feed stream;
j) 상기 기상 및 액상을 저장 탱크 내로 유입시키는 단계;j) introducing the gaseous phase and the liquid phase into a storage tank;
k) 저장 탱크로부터 기상의 적어도 일부분을 추출하고, 기상과의 열교환에 의해 과냉각기에서 유동하는 공급물 흐름을 냉각시키도록 과냉각기 내로 유입시키는 단계;k) extracting at least a portion of the gas phase from the storage tank and introducing it into the subcooler to cool the feed stream flowing in the subcooler by heat exchange with the gas phase;
l) 압축된 기상을 형성하기 위해 압축 장치에서 기상을 압축시키고, 제10 채널 내로의 유입 전에, 공급물 흐름 내로 상기 압축된 기상을 유입시키는 단계를 더 포함하며,l) compressing the gas phase in a compression device to form a compressed gas phase and introducing the compressed gas phase into the feed stream prior to introduction into the tenth channel;
- 제4 채널에서 배출되는 저온 흐름은 적어도 하나의 제8 채널 내로 유입되고, 공정은, 제1 작동 모드에서,- the cold stream exiting the fourth channel enters at least one eighth channel, the process comprising: in a first mode of operation;
m) 제2 고압을 갖는 제2 작용 유체를 적어도 하나의 제5 채널 내로 유입시키고, 적어도 제5 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제6 채널에서 유동하는 적어도 하나의 제2 고온 흐름에 대하여 상기 제2 작용 유체의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;m) introducing a second working fluid having a second high pressure into at least one fifth channel, said second for at least one second hot stream flowing in at least one sixth channel in heat exchange relationship with at least the fifth channel vaporizing at least a portion of the working fluid;
n) 제5 채널로부터 단계 m)에서 적어도 부분적으로 기화된 제2 작용 유체를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제2 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서, 제2 저압으로 팽창시키는 단계로서, Lp2는 Hp2보다 더 낮은, 단계;n) delivering a second working fluid at least partially vaporized in step m) from the fifth channel, expanding it to a second low pressure in a second expandable member cooperating with a second generator to produce electrical energy, Lp2 is lower than Hp2, step;
o) 단계 n)에서 팽창된 제2 작용 유체를 적어도 제8 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제7 채널 내로 유입시키고, 제8 채널에서 유동하는 저온 흐름에 대하여 상기 제2 작용 유체의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;o) introducing the second working fluid expanded in step n) into at least one seventh channel in heat exchange relationship with at least the eighth channel and condensing at least a portion of the second working fluid against a cold stream flowing in the eighth channel making;
p) 제7 채널로부터 단계 g)에서 적어도 부분적으로 응축된 제2 작용 유체를 전달하여, 상기 제2 작용 유체의 압력을 제2 고압으로 상승시키고, 단계 g)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제2 작용 유체를 제5 채널 내로 재유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하며,p) delivering the at least partially condensed second working fluid in step g) from the seventh channel to raise the pressure of the second working fluid to a second high pressure, and wherein the second at least partially condensed second working fluid in step g) the further step of re-introducing the working fluid into the fifth channel;
공정은, 제2 작동 모드에서,The process comprises, in a second mode of operation,
q) 단계 f) 전에, 제8 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제11 채널 내로 공급물 흐름을 유입시키는 단계;q) before step f), introducing a feed stream into at least one eleventh channel in heat exchange relationship with the eighth channel;
r) 적어도 일부분의 가능한 응축과 함께, 제11 채널의 배출구에서 냉각된 공급물 흐름을 획득하도록, 저온 흐름에 대하여 상기 공급물 흐름을 냉각시키고, 상기 냉각된 공급물 흐름을 제10 채널 내로 유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하고,r) cooling the feed stream against a cold stream and introducing the cooled feed stream into the tenth channel to obtain a cooled feed stream at the outlet of the eleventh channel, with at least some possible condensation an additional step of the step;
- 제4 채널에서 배출되는 저온 흐름은 적어도 하나의 제8 채널 내로 유입되며, 공정은, 제1 작동 모드에서,- the cold stream exiting the fourth channel enters at least one eighth channel, the process comprising: in a first mode of operation,
s) 제2 고압을 갖는 제2 작용 유체를 적어도 하나의 제5 채널 내로 유입시키고, 적어도 제5 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제6 채널(6)에서 유동하는 적어도 하나의 제2 고온 흐름에 대하여 상기 제2 작용 유체의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;s) introducing a second working fluid having a second high pressure into the at least one fifth channel and against at least one second hot stream flowing in the at least one
t) 제5 채널로부터 단계 s)에서 적어도 부분적으로 기화된 제2 작용 유체를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제2 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서, 제2 저압으로 팽창시키는 단계로서, Lp2는 Hp2보다 더 낮은, 단계;t) delivering a second working fluid at least partially vaporized in step s) from the fifth channel, expanding it to a second low pressure in a second expandable member cooperating with a second generator to produce electrical energy, Lp2 is lower than Hp2, step;
u) 단계 t)에서 팽창된 제2 작용 유체를 제2 채널 내로 유입시키고, 제8 채널에서 유동하는 적어도 저온 흐름에 대하여 상기 제2 작용 유체의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;u) introducing a second working fluid expanded in step t) into a second channel and condensing at least a portion of the second working fluid against at least a cold stream flowing in the eighth channel;
v) 제2 채널로부터 단계 u)에서 적어도 부분적으로 응축된 제2 작용 유체를 전달하여, 상기 제2 작용 유체의 압력을 제2 고압으로 상승시키고, 단계 u)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제2 작용 유체를 제5 채널 내로 재유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하며,v) conveying from a second channel the at least partially condensed second working fluid in step u) to raise the pressure of the second working fluid to a second high pressure, wherein the second at least partially condensed second working fluid in step u) the further step of re-introducing the working fluid into the fifth channel;
단계 a)에서 유동하는 제1 고온 흐름은, 채널에서 단계 u)에서 유동하는 제2 작용 유체에 의해 적어도 부분적으로 형성되고,the first hot stream flowing in step a) is formed at least in part by the second working fluid flowing in step u) in the channel,
공정은, 제2 작동 모드에서,The process comprises, in a second mode of operation,
w) 단계 f) 전에, 적어도 제8 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제11 채널 내로 공급물 흐름을 유입시키는 단계;w) before step f), introducing a feed stream into at least one eleventh channel in heat exchange relationship with the at least eighth channel;
x) 적어도 일부분의 가능한 응축과 함께, 제11 채널의 배출구에서 냉각된 공급물 흐름을 획득하도록, 저온 흐름에 대하여 상기 공급물 흐름을 냉각시키고, 상기 냉각된 공급물 흐름을 제10 채널 내로 유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하고,x) cooling the feed stream against a cold stream to obtain a cooled feed stream at the outlet of the eleventh channel, with at least some possible condensation, and introducing the cooled feed stream into the tenth channel. an additional step of the step;
- 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체는 유기 유체이며, 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체는, 제1 탄화수소 혼합물 및 제2 탄화수소 혼합물을 각각 포함하고, 제1 및 제2 탄화수소 혼합물은 바람직하게는, 선택적으로, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 및 네온으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 성분의 첨가와 함께, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 및 이소부탄으로부터 선택된 적어도 2개의 탄화수소를 각각 포함하며,- the first working fluid and the second working fluid are organic fluids, the first working fluid and the second working fluid comprising a first hydrocarbon mixture and a second hydrocarbon mixture respectively, the first and second hydrocarbon mixtures preferably is, optionally with addition of at least one additional component selected from nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and neon, at least two hydrocarbons selected from methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, butene, and isobutane Each includes
- 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체는 유기 유체이고, 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체는, 제1 탄화수소 및 제2 탄화수소로 각각 이루어진 순수 물질이며,- the first working fluid and the second working fluid are organic fluids, the first working fluid and the second working fluid are pure substances consisting of the first hydrocarbon and the second hydrocarbon, respectively;
- 공급물 흐름은, 대부분, 바람직하게는 완전히 또는 거의 완전히, 공기 가스, 바람직하게는 질소, 산소 또는 아르곤으로 형성되고,- the feed stream is formed mostly, preferably completely or almost completely, of an air gas, preferably nitrogen, oxygen or argon,
- 저온 흐름은 액화 천연 가스와 같은 액화 탄화수소 흐름이거나, 액화 질소 흐름, 액화 산소 흐름, 액화 수소 흐름으로부터 선택된 극저온 액체 흐름이며,- the cryogenic stream is a stream of liquefied hydrocarbons, such as liquefied natural gas, or a stream of a cryogenic liquid selected from a stream of liquid nitrogen, a stream of liquid oxygen, a stream of liquid hydrogen;
- 제1 고온 흐름, 제2 고온 흐름, 및/또는 제3 흐름은, 해수, 바람직하게는 정확히 0℃ 초과, 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 온도로 유입되는 해수로 형성되고, 해수는 선택적으로 사전 가열 단계를 거치며,- the first hot stream, the second hot stream, and/or the third stream are formed of seawater, preferably seawater that is introduced at a temperature exactly above 0°C, preferably between 10°C and 30°C, the seawater optionally through a pre-heating step,
- 공정은, 제1 작동 모드 또는 제2 작동 모드에 따라 선택적으로 수행되고,- the process is optionally carried out according to the first mode of operation or the second mode of operation,
- 제1 또는 제2 작동 모드의 선택은, 전기 수요량을 나타내는 적어도 하나의 파라미터의 값에 따라 이루어지며, 바람직하게는, 공정은, 전기 공급망을 통해 및/또는 산업 설비에 의해 소비되는 전기 에너지 및/또는 순간 전력의 적어도 하나의 값을 결정하는 적어도 하나의 단계를 포함하고, 공정은, 상기 값이 미리 결정된 임계값 이상인 경우 제1 작동 모드로 수행되거나, 상기 값이 미리 결정된 임계값 미만인 경우 제2 작동 모드로 수행되며,- the selection of the first or second mode of operation is made according to the value of at least one parameter representing the quantity of electricity demanded, preferably, the process comprises: electrical energy consumed via the electricity supply network and/or by industrial installations and and/or at least one step of determining at least one value of the instantaneous power, wherein the process is performed in a first mode of operation if the value is above a predetermined threshold value, or in a second mode of operation if the value is below a predetermined threshold value. It is performed in 2 operating modes,
- 제2 작동 모드에서, 제1 고온 흐름, 제2 고온 흐름, 제1 작용 유체, 및/또는 제2 작용 유체 중에서 적어도 하나의 유량은 감소되거나 중단되고,- in the second mode of operation, the flow rate of at least one of the first hot flow, the second hot flow, the first working fluid, and/or the second working fluid is reduced or stopped;
- 공정은, 전기 에너지 및 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름을 동시에 생성하도록, 제1 작동 모드 및 제2 작동 모드로 동시에 수행되며, 상기 공정은, 적어도 제1 작용 유체 및/또는 제2 작용 유체(W2)의 유량의 변동에 의해 작동을 조정하는 적어도 하나의 단계를 포함하고,- the process is carried out simultaneously in a first mode of operation and in a second mode of operation so as to simultaneously produce electrical energy and an at least partially liquefied feed flow, said process comprising at least a first working fluid and/or a second working fluid (W2) comprising at least one step of adjusting the operation by a change in the flow rate,
- 단계 f)로부터 획득된 공급물 흐름은, 적어도 5 bar, 바람직하게는 적어도 20 bar, 보다 바람직하게는 적어도 30 bar의 압력을 가지며,- the feed stream obtained from step f) has a pressure of at least 5 bar, preferably at least 20 bar, more preferably at least 30 bar,
- 제8 채널에서 배출되는 저온 흐름은, 제2 고온 흐름, 제2 작용 유체, 및/또는 제3 고온 흐름에 대하여 그 안에서 가열되도록 적어도 하나의 제9 채널 내로 유입되고, 공급물 흐름은, 제11 채널 내로의 이의 유입 전에, 적어도 제9 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제13 채널 내로 유입되며,- the cold stream exiting the eighth channel enters into at least one ninth channel to be heated therein with respect to the second hot stream, the second working fluid, and/or the third hot stream, the feed stream comprising: before its introduction into the 11th channel into at least one thirteenth channel in heat exchange relationship with at least the ninth channel,
- 저온 흐름 및 공급물 흐름은, 반대 유동 방향(counter-currentwise)으로 유동하고,- the cold flow and the feed flow flow in counter-currentwise,
- 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12 및/또는 제13 채널은, 적어도 하나의 브레이징 플레이트(brazed plate) 열교환기의 일부를 형성하며, 상기 교환기는, 상기 교환기 내에서 다수의 일련(series)의 다수의 채널을 이들 사이에 한정하도록 이격된 다수의 평행 플레이트의 적층물을 포함하고,- the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, twelfth and/or thirteenth channel comprises at least one brazing plate ( forming part of a brazed plate heat exchanger, the exchanger comprising a stack of a plurality of parallel plates spaced apart to define a plurality of channels in a plurality of series therebetween;
- 공급물 흐름은 제10 채널, 제11 채널, 및/또는 제13 채널 내로 가스 형태로 유입되며, 바람직하게는 -200℃ 내지 -130℃, 바람직하게는 -170℃ 내지 -130℃, 보다 바람직하게는 -160℃ 내지 -140℃의 온도로, 제10 채널로부터 완전히 응축된 상태로 배출된다.- the feed stream is introduced in gaseous form into the tenth channel, the eleventh channel, and/or the thirteenth channel, preferably -200°C to -130°C, preferably -170°C to -130°C, more preferably Preferably, it is discharged in a completely condensed state from the tenth channel at a temperature of -160°C to -140°C.
다른 양태에 따라, 본 발명은 시스템에서 저온 흐름으로부터 냉동 에너지를 회수하기 위한 설비에 관한 것으로서, 시스템은, 저장 탱크, 적어도 하나의 발전기, 및 열교환 관계로 되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하며, 상기 설비는,According to another aspect, the present invention relates to a facility for recovering refrigeration energy from a cold stream in a system, the system comprising a storage tank, at least one generator, and a plurality of channels configured to flow a fluid into a heat exchange relationship. At least one heat exchange device comprising:
- 제1 작용 유체를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제1 채널;- at least one first channel configured to flow a first working fluid;
- 제1 고온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제2 채널로서, 상기 제2 채널은, 제1 작동 모드에서, 제1 채널 내로 유입된 제1 작용 유체가 제1 고온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제1 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제2 채널;- at least one second channel configured to flow a first hot stream, wherein the second channel, in a first mode of operation, allows a first working fluid introduced into the first channel to flow at least partially with respect to the first hot stream at least one second channel in heat exchange relationship with the first channel to vaporize;
- 상기 제1 채널의 하류에 배치되고, 제1 채널에서 배출되는 제1 작용 유체의 압력을 제1 고압으로부터 제1 저압으로 감소시키도록 구성되는, 제1 팽창 부재;- a first expandable member disposed downstream of said first channel and configured to reduce a pressure of a first working fluid exiting said first channel from a first high pressure to a first low pressure;
- 제1 팽창 부재에 연결된 발전기;- a generator connected to the first expandable member;
- 제1 팽창 부재의 하류에 배치되고, 제1 팽창 부재에 의해 팽창된 제1 작용 유체를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제3 채널;- at least one third channel arranged downstream of the first expandable member and configured to flow a first working fluid expanded by the first expandable member;
- 저온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제4 채널로서, 상기 제4 채널은, 제1 작동 모드에서, 제3 채널 내로 유입된 제1 작용 유체가 적어도 부분적으로 기화되는 저온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제3 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제4 채널;- at least one fourth channel configured to flow a cold stream, said fourth channel being at least partially relative to the cold stream in which, in a first mode of operation, a first working fluid introduced into the third channel is at least partially vaporized at least one fourth channel in heat exchange relationship with the third channel to be condensed into
- 상기 제3 채널의 하류에 배치되고, 제3 채널에서 배출되는 제1 작용 유체의 압력을 제1 저압으로부터 제1 고압으로 증가시키도록 구성되는, 제1 압력-상승 부재를 포함하고, 상기 설비는,- a first pressure-elevating member disposed downstream of said third channel and configured to increase a pressure of a first working fluid discharged from said third channel from a first low pressure to a first high pressure, said installation comprising: Is,
- 공급물 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제10 채널로서, 상기 채널은, 제2 작동 모드에서, 제10 채널 내로 유입된 공급물 흐름이 저온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제10 채널; 및- at least one tenth channel configured to flow a feed stream, said channel heat exchange with the channel such that, in a second mode of operation, the feed stream introduced into the tenth channel is at least partially condensed with respect to the cold stream at least one tenth channel in a relationship; and
- 제10 채널에 유동 가능하게 연결된 저장 탱크를 더 포함한다.- further comprising a storage tank fluidly connected to the tenth channel.
바람직하게는, 상기 설비는,Preferably, the equipment comprises:
- 제2 작용 유체를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제5 채널;- at least one fifth channel configured to flow a second working fluid;
- 제2 고온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제6 채널로서, 상기 제6 채널은, 제1 작동 모드에서, 제5 채널 내로 유입된 제2 작용 유체가 제2 고온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제5 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제6 채널;- at least one sixth channel configured to flow a second hot stream, wherein in the first mode of operation, a second working fluid introduced into the fifth channel is at least partially with respect to the second hot stream at least one sixth channel in heat exchange relationship with the fifth channel for vaporization;
- 상기 제1 채널의 하류에 배치되고, 제5 채널에서 배출되는 제2 작용 유체의 압력을 제2 고압으로부터 제2 저압으로 감소시키도록 구성되는, 제2 팽창 부재;- a second expandable member disposed downstream of said first channel and configured to reduce a pressure of a second working fluid exiting said fifth channel from a second high pressure to a second low pressure;
- 제2 팽창 부재에 연결된 제2 발전기;- a second generator connected to the second expandable member;
- 제2 팽창 부재의 하류에 배치되고, 제2 팽창 부재에 의해 팽창된 제2 작용 유체를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제2 채널;- at least one second channel arranged downstream of the second expandable member and configured to flow a second working fluid expanded by the second expandable member;
- 저온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제8 채널로서, 상기 제8 채널은, 제1 작동 모드에서, 제2 채널 내로 유입된 제2 작용 유체가 적어도 부분적으로 기화되는 저온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제2 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제8 채널;- at least one eighth channel configured to flow a cold stream, said eighth channel being at least partially with respect to the cold stream in which, in a first mode of operation, a second working fluid introduced into the second channel is at least partially vaporized at least one eighth channel in heat exchange relationship with the second channel to be condensed into
- 상기 제2 채널의 하류에 배치되고, 제2 채널에서 배출되는 제2 작용 유체의 압력을 제2 저압으로부터 제2 고압으로 증가시키도록 구성되는, 제2 압력-상승 부재;- a second pressure-increasing member disposed downstream of said second channel and configured to increase a pressure of a second working fluid discharged from said second channel from a second low pressure to a second high pressure;
- 공급물 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제11 채널로서, 상기 제11 채널은, 제2 작동 모드에서, 제10 채널 내로 유입되는 공급물 흐름이 제10 채널 내로 유입되기 전에 저온 흐름에 대하여 냉각되고, 선택적으로 적어도 부분적으로 응축되도록, 제8 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제11 채널을 더 포함한다.- at least one eleventh channel configured to flow a feed stream, said eleventh channel, in a second mode of operation, against the cold flow before the feed stream entering the tenth channel enters the tenth channel and at least one eleventh channel in heat exchange relationship with the eighth channel to be cooled and optionally at least partially condensed.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 설비; 생성 장치(production unit)로서, 상기 생성 장치의 적어도 하나의 배출구에서 공급물 흐름을 생성하기 위해 적합한, 극저온 증류 공기 분리 장치와 같은 생성 장치로 형성된 시스템에 관한 것으로서, 상기 적어도 하나의 배출구는 상기 설비에 유동 가능하게 연결된다.In addition, the present invention, the equipment according to the present invention; A system configured as a production unit, such as a cryogenic distillation air separation unit, suitable for generating a feed stream at at least one outlet of the production unit, wherein the at least one outlet is the facility is movably connected to
"천연 가스"라는 용어는, 적어도 메탄을 포함하는 탄화수소를 포함하는 임의의 조성물을 지칭한다. 이는 (임의의 처리 또는 스크러빙(scrubbing) 전의) "미가공(raw)" 조성물을 포함하며, 황, 이산화탄소, 물, 수은, 및 특정 중(heavy) 탄화수소 및 방향족 탄화수소를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 하나 이상의 화합물의 환원 및/또는 제거를 위해 부분적으로, 실질적으로, 또는 완전히 처리된 임의의 조성물을 또한 포함한다.The term “natural gas” refers to any composition comprising hydrocarbons, including at least methane. This includes “raw” compositions (prior to any treatment or scrubbing) and includes, but is not limited to, sulfur, carbon dioxide, water, mercury, and certain heavy and aromatic hydrocarbons. Also included is any composition that has been partially, substantially, or completely treated for reduction and/or removal of any of the above compounds.
이제 본 발명은, 순수하게 제한적이지 않은 실시예로서 주어지고 첨부된 도면을 참조하여 이루어지는, 이하의 설명에 의해 보다 잘 이해될 것이며, 첨부된 도면으로서:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 공정으로 획득된 교환 도표(exchange diagram)를 도시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be better understood by the following description, which is given by way of example and not purely by way of limitation, and made with reference to the accompanying drawings, in which:
1 schematically shows a process for recovering refrigeration energy according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a process for recovering refrigeration energy according to another embodiment of the present invention.
3 schematically shows a process for recovering refrigeration energy according to another embodiment of the present invention.
4 schematically shows a process for recovering refrigeration energy according to another embodiment of the present invention.
5 schematically shows a process for recovering refrigeration energy according to another embodiment of the present invention.
6 shows an exchange diagram obtained with a process according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 공정은 특히, 적어도 하나의 열교환 장치에 의해 수행되며, 적어도 하나의 열교환 장치는, 다수의 유체를 유동시키기 위해 적합한 채널을 포함하고, 상기 유체 간의 직접 또는 간접 열교환을 가능하게 하는, 임의의 장치일 수 있다.The process according to the invention is carried out in particular by means of at least one heat exchange device, the at least one heat exchange device comprising channels suitable for flowing a plurality of fluids and enabling direct or indirect heat exchange between the fluids, It can be any device.
아래에 상세히 설명되는 실시형태에서, 공정의 다양한 유체는, 바람직하게는 알루미늄으로 제조된, 플레이트 및 핀 유형의 하나 이상의 브레이징 열교환기에서 유동한다. 이러한 교환기는, 적은 온도차에 따라 그리고 감소된 압력 손실로 작용할 수 있게 하므로, 전술한 액화 공정의 에너지 성능을 개선한다. 또한, 플레이트 교환기는, 제한된 체적으로 큰 교환 표면을 제공하는 매우 간편한 장치를 달성하는 이점을 제공한다.In the embodiments detailed below, the various fluids of the process flow in one or more brazed heat exchangers of plate and fin type, preferably made of aluminum. This exchanger improves the energy performance of the liquefaction process described above, since it allows to operate with small temperature differentials and with reduced pressure losses. In addition, the plate changer offers the advantage of achieving a very convenient device that provides a large exchange surface with a limited volume.
이러한 교환기는 2차원으로, 길이 및 폭으로 연장되는 플레이트의 적층물을 포함하므로, 다수의 일련의 채널의 적층물을 구성하며, 일부는 열발생 유체(이 경우, 사이클의 작용 유체)의 순환을 위해 의도되고, 다른 것들은 냉매 유체(이 경우, 기화될 액화 천연 가스와 같은 극저온 액체)의 순환을 위해 의도된다.These exchangers contain stacks of plates that extend in two dimensions, length and width, thus constituting a stack of multiple series channels, some of which regulate the circulation of a thermogenic fluid (in this case, the working fluid of the cycle). and others are intended for circulation of a refrigerant fluid (in this case a cryogenic liquid such as liquefied natural gas to be vaporized).
열교환 웨이브(wave) 또는 핀과 같은 열교환 구조물은, 대체로 교환기의 채널에 배치된다. 이러한 구조물은, 교환기 플레이트 사이로 연장되어 교환기의 열교환 표면을 증가시키는 핀을 포함한다.Heat exchange structures, such as heat exchange waves or fins, are generally arranged in the channels of the exchanger. This structure includes fins extending between the exchanger plates to increase the heat exchange surface of the exchanger.
그러나, 플레이트 교환기, 쉘(shell) 및 튜브 교환기, 또는 케틀(kettle) 조립체의 코어, 즉 냉매 유체가 기화되는 쉘에 내장된 플레이트 교환기 또는 플레이트 및 핀 교환기와 같은, 다른 유형의 교환기가 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 교환기가 튜브 교환기인 경우, 채널은, 튜브 둘레의 그리고 튜브 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다.However, other types of exchangers may be used, such as plate exchangers, shell and tube exchangers, or plate exchangers or plate and fin exchangers built into the core of the kettle assembly, i.e. the shell in which the refrigerant fluid is vaporized. should be noted. If the exchanger is a tube exchanger, the channel may be defined by the space around and between the tubes.
도 1은 저온 탄화수소 흐름(F)으로부터 냉기를 회수하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다. 특히, 저온 흐름(F)은 천연 가스일 수 있다.1 schematically shows a process for recovering cold air from a low-temperature hydrocarbon stream (F). In particular, the cold stream F may be natural gas.
이러한 실시형태에서, 제1 교환기(E1) 및 제2 교환기(E2)에 의해, 단일 랭킨 사이클이 수행된다.In this embodiment, a single Rankine cycle is performed by the first exchanger E1 and the second exchanger E2.
바람직하게는, 교환기(E1, E2)는, 플레이트에 직교하는 소위 적층 방향으로 간격을 가지면서 서로 위에 평행하게 배치된 다수의 플레이트(도시되지 않음)의 적층물을 각각 포함한다. 따라서, 플레이트를 통해 열교환 관계로 되는 공정 유체를 위한 복수의 채널이 획득된다. 채널은 2개의 인접한 플레이트 사이에 형성된다. 바람직하게는, 2개의 연속적인 플레이트 사이의 간격은, 각각의 연속적인 플레이트의 길이 및 폭에 비해 작으므로, 교환기의 각각의 채널은 평탄한 평행 육면체 형상을 갖는다. 동일한 유체의 순환을 위해 의도된 채널은 일련의 채널을 형성한다. 각각의 교환기는, 전체 유동 방향(z)에 평행하게 다양한 공정 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 일련의 채널을 포함하며, 하나의 일련의 채널은, 다른 일련의 채널의 일부 또는 전부와 인접하게 및/또는 교대로, 전체적으로 또는 부분적으로 배치된다.Preferably, the exchangers E1 and E2 each comprise a stack of a plurality of plates (not shown) arranged parallel to one another and spaced apart in a so-called stacking direction orthogonal to the plates. Thus, a plurality of channels are obtained for the process fluid to be brought into heat exchange relationship through the plate. A channel is formed between two adjacent plates. Preferably, the spacing between two successive plates is small compared to the length and width of each successive plate, so that each channel of the exchanger has a flat parallelepiped shape. Channels intended for circulation of the same fluid form a series of channels. Each exchanger includes a plurality of series of channels configured to flow various process fluids parallel to an overall flow direction z, one series of channels adjacent to some or all of the other series of channels and and/or alternately, wholly or partially.
플레이트의 에지를 따라 채널의 밀봉은, 대체로 플레이트 상에 고정된 측방향 및 종방향 밀봉 막대에 의해 보장된다. 측방향 밀봉 막대는, 채널을 완전히 폐쇄시키는 것이 아니라, 유체의 유입 및 제거를 위한 유입구 및 배출구 개구를 남긴다. 이러한 유입구 및 배출구 개구는, 대체로 반-튜브형 형상의 매니폴드에 의해 결합됨으로써, 동일한 일련의 모든 채널을 통한 유체의 균일한 분배 및 회수를 보장한다.The sealing of the channels along the edge of the plate is ensured by means of lateral and longitudinal sealing rods which are generally fixed on the plate. The lateral seal rod does not completely close the channel, but leaves inlet and outlet openings for the inlet and outlet of fluid. These inlet and outlet openings are joined by a generally semi-tubular shaped manifold to ensure uniform distribution and return of the fluid through all channels in the same series.
이하의 본문에서, 하나 또는 적어도 하나의 채널이 참조될 것이며, 채널은 동일한 유체를 유동시키기 위한 일련의 다수의 채널의 일부를 형성할 수 있음을 이해한다.In the following text, reference will be made to one or at least one channel, it is understood that the channel may form part of a series of multiple channels for flowing the same fluid.
이러한 구조적 특징은 본 특허 출원에 설명된 다른 교환기에 전체적으로 또는 부분적으로 적용 가능함을 이해한다.It is understood that these structural features are applicable in whole or in part to other exchanges described in this patent application.
제1 교환기(E1)는 랭킨 사이클에서 기화기로서 작용한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 작용 유체(W1)는, 유입구(1a)로부터 배출구(1b)로 적어도 하나의 제1 채널(1)을 통하여 유동한다. 제1 고온 흐름은, 유입구(21)로부터 배출구(22)로 제1 교환기 내로 유입된다. 제1 작용 유체(W1)는, 제1 고온 흐름(C1)과의 열교환에 의해 적어도 부분적으로 기화된다.The first exchanger E1 acts as a vaporizer in the Rankine cycle. As can be seen in FIG. 1 , the first working fluid W1 flows through the at least one
기화된 제1 작용 유체(W1)는, 제1 교환기(E1)에서 배출된 후에, 발전기(G)에 연결된 제1 팽창 부재(바람직하게는, 터빈)에서 팽창되며, 발전기(G)는, 팽창된 유체에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다.The vaporized first working fluid W1, after being discharged from the first exchanger E1, is expanded in a first expansion member (preferably a turbine) connected to the generator G, wherein the generator G expands Converts the kinetic energy generated by the fluid into electrical energy.
제1 작용 유체(W1)는, 이의 팽창 후에, 적어도 하나의 제3 채널(3)의 유입구(31)로부터 배출구(32)로 제2 열교환기(E2)에 유입된다.The first working fluid W1, after its expansion, flows into the second heat exchanger E2 from the inlet 31 of the at least one
제1 부재에서의 팽창으로 인해 비롯되는 제1 작용 유체(W1)는 가능하게는 2상 상태일 수 있으며, 제2 교환기(E2)의 상류에서 액상 및 기상의 분리를 통해 또는 분리 없이 유입될 수 있음을 유의해야 한다.The first working fluid W1 resulting from the expansion in the first member may possibly be in a two-phase state, and may be introduced through or without separation of liquid and gaseous phases upstream of the second exchanger E2. It should be noted that there is
제1 작용 유체(W1)는, 유입구(41)로부터 배출구(42)로 제2 교환기(E2)의 적어도 하나의 제4 채널(4)에서 유동하는 저온 흐름(F)과 열교환 관계로 된다. 제1 작용 유체(W1)는 저온 흐름(F)을 가열함으로써 응축되며, 펌프와 같은 압력-상승 부재에 의한 가압 후에, 배출구(32)를 통해 액체 형태로 배출되어 제1 교환기(E1) 내로 후속적으로 재전달됨으로써, 랭킨 사이클을 종료한다.The first working fluid W1 is brought into heat exchange relationship with the cold stream F flowing in the at least one fourth channel 4 of the second exchanger E2 from the inlet 41 to the outlet 42 . The first working fluid W1 is condensed by heating the cold stream F, and after pressurization by a pressure-increasing member such as a pump, is discharged in liquid form through the
바람직하게는, 저온 흐름(F)은, 액체 형태로, 바람직하게는 완전히 액체로, 제2 교환기(E2)의 유입구(41)를 통해 유입되며, 배출구(42)를 통해, 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 완전히 기화된 상태로 배출된다.Preferably, the cold stream F, in liquid form, preferably completely liquid, enters through the inlet 41 of the second exchanger E2 and through the outlet 42 , at least partially and preferably It is discharged in a completely vaporized state.
"고온 흐름" 또는 "저온 흐름"이라는 용어는, 다른 유체와의 열교환에 의해 열 또는 냉기의 소스를 제공하는 하나 이상의 유체에 의해 형성된 흐름을 지칭한다.The terms “hot flow” or “cold flow” refer to a flow formed by one or more fluids that provides a source of heat or cold air by heat exchange with another fluid.
본 발명에 따라, 전술한 랭킨 사이클은, 본 발명에 따른 공정이 전기를 생성하기 위해 저온 흐름(F)의 냉동 산출량의 회수를 보장하는, 제1 작동 모드로 수행된다.According to the invention, the aforementioned Rankine cycle is carried out in a first mode of operation, wherein the process according to the invention ensures a recovery of the refrigeration output of the cold stream F for generating electricity.
또한, 본 발명에 따라, 공정은, 전기를 생성하기 위해서가 아니라 공급물 흐름을 액화시키기 위해, 저온 흐름(F)의 냉동 산출량이 회수되는, 제2 작동 모드를 갖는다.Furthermore, according to the invention, the process has a second mode of operation, in which the refrigeration output of the cold stream F is recovered, not for generating electricity but for liquefying the feed stream.
이러한 제2 작동 모드에서, 공급물 흐름(200)은, 저온 흐름(F)이 유동하는 적어도 제4 채널(4)과 열교환 관계에 있는 제2 교환기(E2)의 적어도 하나의 제10 채널(10) 내로 유입된다. 공급물 흐름(200)의 적어도 일부분은 저온 흐름(F)에 대하여 응축됨으로써, 채널(10)의 배출구에서, 적어도 부분적으로 액화된, 바람직하게는 완전히 액화된 공급물 흐름(201)을 야기한다. 바람직하게는, 저온 흐름(F)은, 제1 작동 모드에서 공급물 흐름(200)에 대하여 반대 유동 방향으로, 및/또는 제2 작동 모드에서 제2 교환기(E2)에서 응축된 작용 유체(W1)에 대하여 반대 유동 방향으로 유동한다. 저온 흐름(F)은, 작용 유체(W1)에 대하여, 즉 작용 유체(W1)와의 열교환에 의해, 채널(4)에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화될 수 있다.In this second mode of operation, the
이와 같이 획득된 공급물 흐름(201)은 저장 탱크(203)로 이송된다. 따라서, 적어도 부분적으로 액화된 흐름(201)은, 바람직하게는 1 내지 10 bar, 바람직하게는 1 내지 5 bar의 저장 압력으로, 그리고 저장 압력에서 유체의 대략적인 평형 온도의 극저온 온도로 저장될 수 있다.The
공급물 흐름(201)은, 상기 공급물 흐름(201)의 기상 및 액상을 형성하기 위해, 제3 팽창 부재(202)에서 선택적으로 팽창될 수 있음을 유의한다. 탱크(203) 내의 저장이 대기압으로 수행되거나, 최대 20 bar 또는 심지어 최대 40 bar일 수 있는 액화 망의 압력과 비교하여 적어도 비교적 저압으로 수행되는 경우, 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름(201)의 그러한 팽창이 수행된다. 그 이유는, 이러한 고압으로 작용하는 경우, 공급물 흐름(200)의 액화가 교환기에서 보다 효율적으로 이루어지기 때문이다.It is noted that the
본 발명의 공정은, 증가된 유연성으로 저온 흐름(F)의 프리고리의 효율적인 회수를 가능하게 하며(프리고리가 전기를 생성하거나 공급물 흐름을 액화시키기 위해 사용될 수 있기 때문임), 작동 모드의 선택은 그 시기의 수요에 따라 이루어진다. 저온 흐름이 극저온 액체인 경우, 특히 천연 가스인 경우, 공정은, 저온 흐름의 재기화를 가능하게 하는 동시에, 이의 냉동 산출량을 업그레이드한다. 하나의 작동 모드로부터 다른 작동 모드로의 전환은 비교적 간단하고, 산업 설비의 임의의 변경을 필요로 하지 않는다. 또한, 공급물 흐름의 액화는, 예를 들어 제조 공장이 중단된 경우, 가스 공급의 연속성을 보장하기 위해 감소된 비용으로 액체 형태의 유체의 비축물을 축적할 수 있게 한다.The process of the present invention allows for the efficient recovery of the precycle of the cold stream F with increased flexibility (since the precycle can be used to generate electricity or to liquefy the feed stream), and the The choice is made according to the demand at the time. When the cold stream is a cryogenic liquid, especially natural gas, the process enables regasification of the cold stream while upgrading its refrigeration output. Switching from one operating mode to another is relatively simple and does not require any change of industrial equipment. In addition, liquefaction of the feed stream makes it possible to accumulate a stockpile of fluid in liquid form at reduced cost to ensure continuity of gas supply, for example in the event of a manufacturing plant shutdown.
도 1은, 선택적으로, 채널(10)로부터 획득된 공급물 흐름(201)이 팽창되어 저장 탱크(203) 내로 유입되기 전에 과냉각기(205)를 통하여 유동하는 구성을 도시함을 유의해야 한다. "과냉각기"라는 용어는, 작동 압력에서 이의 평형 온도 미만의 온도의 액체를 이의 배출구에서 생성하도록 구성된 임의의 열교환 장치를 지칭한다.It should be noted that FIG. 1 optionally shows a configuration in which the
과냉각기(205)의 배출구에서의 공급물 흐름(201)은 제3 팽창 부재(202)에서 팽창됨으로써, 저장 탱크(203) 내로 함께 유입되는 기상 및 액상을 형성한다("플래시(flash)" 현상). 플래시로 인해 비롯되는 가스 흐름(204)은, 저장 탱크(203)의 상부에서 회수되며, 바람직하게는 반대 유동 방향으로, 과냉각기(205)에서의 열교환에 의해 공급물 흐름(201)을 추가로 냉각시키도록, 과냉각기(205) 내로 유입된다. 이러한 구성은, 일반적으로 저장소로부터 배출되어 상실되는 가스 흐름(204)의 프리고리를 업그레이드하는 이점을 제공한다. 가스 흐름(204)은, 과냉각기(205)에서 배출된 후에, 제10 채널(10) 내로 유입되기 전에 공급물 흐름(200) 내로 재순환될 수 있는 압축된 가스 흐름(206)을 형성하기 위해 압축 장치에서 압축될 수 있다.The
또한, 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름(201)이 탱크(203) 내로 직접 유입되는 것도 안출 가능하다.It is also conceivable for the at least partially liquefied
바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은 제1 및 제2 작동 모드 간에 교대로 작동된다. 제1 및 제2 모드 간의 선택은, 전기 수요량을 나타내는 적어도 하나의 파라미터의 결정에 따라 이루어진다. 공정은, 파라미터가 미리 결정된 임계값 이상인 경우 제1 작동 모드로 수행될 수 있거나, 파라미터가 미리 결정된 임계값 미만인 경우 제2 작동 모드로 수행될 수 있다.Preferably, the process according to the invention is operated alternately between the first and second modes of operation. The selection between the first and the second mode is made according to the determination of at least one parameter indicative of the amount of electricity demanded. The process may be performed in a first mode of operation if the parameter is above a predetermined threshold or may be performed in a second mode of operation if the parameter is below a predetermined threshold.
바람직하게는, 제2 작동 모드에서, 제1 고온 흐름(C1), 제2 고온 흐름(C2), 제1 작용 유체(W1), 및/또는 제2 작용 유체(W2) 중에서 적어도 하나의 열교환 채널을 통하는 유량이 중단된다.Preferably, in the second mode of operation, at least one heat exchange channel among the first hot stream C1 , the second hot stream C2 , the first working fluid W1 , and/or the second working fluid W2 . The flow through is stopped.
특히, 공정은, 예를 들어, 설비의 물리적 파라미터(예를 들어, 전기 공급 전압, 전달된 전류의 강도 등)의 직접 측정으로부터, 또는 상기 설비의 소비량 이력으로부터, 전기 공급망 또는 산업 설비를 통해 미리 결정되거나 측정될 수 있는 순간 전력 및/또는 전기 에너지의 적어도 하나의 값을 결정하는 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다. 유사하게, 전기망의 경우, 소비량은, 예를 들어 일년 중의 기간 또는 시각에 따라, 데이터 이력으로부터 또는 즉각적으로 결정될 수 있다.In particular, the process can be performed in advance via the electricity supply network or industrial installation, for example from direct measurements of the physical parameters of the installation (eg electricity supply voltage, intensity of the delivered current, etc.), or from the consumption history of the installation. at least one step of determining at least one value of instantaneous power and/or electrical energy that can be determined or measured. Similarly, in the case of an electric grid, the consumption can be determined immediately or from a data history, for example according to a time period or time of year.
공정은, 상기 값이 미리 결정된 임계값 이상인 경우 제1 작동 모드로 수행되거나, 상기 값이 미리 결정된 임계값 미만인 경우 제2 작동 모드로 수행된다. 이는 상기 설비의 소비량 피크를 처리할 수 있게 하며, 이에 따라 전기망에 대한 장력을 감소시킬 수 있게 한다.The process is performed in a first operating mode if the value is above a predetermined threshold or in a second operating mode if the value is below a predetermined threshold. This makes it possible to deal with the consumption peaks of the plant and thus to reduce the tension on the electric grid.
따라서, 에너지 수요량의 변동에 보다 효율적으로 대응하는 것이 가능하며, 전기 공급망의 사용자의 실제 전기 소비량과 관련하여 과잉 생산을 방지하는 동시에, 또 다른 사용에 의해 저온 흐름의 냉동 에너지를 계속 업그레이드하는 것이 가능하다.Therefore, it is possible to more efficiently respond to the fluctuations in the energy demand, and at the same time to prevent overproduction in relation to the actual electricity consumption of users of the electricity supply chain, it is possible to continue upgrading the cold flow refrigeration energy by another use Do.
대안적으로 또는 추가적으로, 공정은, 별개의 발전 장치에 의해 생성된 순간 전력 및/또는 전기 에너지의 적어도 하나의 다른 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 공정은, 상기 값이 다른 미리 결정된 임계값 이하인 경우 제1 작동 모드로 수행되거나, 상기 값이 다른 미리 결정된 임계값 초과인 경우 제2 작동 모드로 수행된다. 따라서, 특히, 과잉 에너지가 발전 장치에 의해 생성되는 경우, 공급물 흐름을 액화시키기 위한 저온 흐름의 프리고리를 사용하는 것을 선택함으로써, 예를 들어, 태양광 발전 또는 풍력 발전에서 흔히 그러한 것처럼, 간헐적인 발전으로 조정하는 것이 가능하다.Alternatively or additionally, the process may include determining at least one other value of instantaneous power and/or electrical energy generated by the separate power generation device. The process is carried out in a first mode of operation when the value is below another predetermined threshold or in a second mode of operation when the value is above another predetermined threshold. Thus, by choosing to use a pre-ring of a cold stream to liquefy the feed stream, especially when excess energy is generated by the power generation device, intermittent, as is often the case, for example, in solar or wind power generation. It is possible to adjust with the development of phosphorus.
또한, 동시에 제1 및 제2 모드로 공정을 작업하는 것도 안출 가능하다. 이 경우, 저온 흐름의 프리고리 중 일부분은 전기 에너지를 생성하기 위해 회수되고, 저온 흐름의 프리고리 중 다른 부분은 공급물 흐름을 액화시키기 위해 사용된다. 제1 및 제2 모드는, 전기 수요량이 감소하는 경우, 더 많은 액화 공급물 흐름 및 더 적은 전기 에너지를 생성하도록 조정되며, 전기 수요량이 증가하는 경우 그 반대로 조정된다.It is also conceivable to simultaneously operate the process in the first and second modes. In this case, a portion of the precycle of the cold stream is recovered to generate electrical energy and another portion of the precycle of the cold stream is used to liquefy the feed stream. The first and second modes are adjusted to produce more liquefied feed flow and less electrical energy when electricity demand decreases, and vice versa when electricity demand increases.
하나의 조정 모드는, 이들 각각의 채널을 통하는 적어도 제1 작용 유체(W1) 및/또는 제2 작용 유체(W2)의 유량을 가변시키는 것일 수 있다. 작용 유체(들)의 유량을 감소시킴으로써, 작용 유체를 응축시키기 위해 저온 흐름으로부터 더 적은 프리고리가 회수되어야 하므로, 공급물 흐름(200)을 액화시키기 위해 이용 가능한 프리고리를 증가시킨다. 따라서, 더 많은 액체 공급물 흐름 및 더 적은 전기가 생성된다. 작용 유체(들)의 유량을 증가시킴으로써 반대 현상이 야기되므로, 수요량에 따라 그렇게 요구된 경우 발전에 바람직한 동시에, 감소된 양의 액체 흐름을 계속 생성한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은, 전기 에너지만을 생성하도록 작용하거나, 실질적으로 감소된 산출량의 전기 에너지 및 액체 공급물 흐름 둘 모두를 생성하도록 작용한다. 따라서, 제2 작동 모드를 수행하기 위해, 제1 유체(W1) 및/또는 제2 유체(W2)에 대한 유체 유량에서 2% 내지 50%, 바람직하게는 적어도 5% 및/또는 최대 20%, 보다 바람직하게는 5% 내지 15%의 감소를 적용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 조합된 2사이클 작동 시에, 제1 유체에 적용되는 유량 감소는, 제2 유체에 적용되는 감소보다 더 크다.One mode of adjustment may be to vary the flow rate of at least the first working fluid W1 and/or the second working fluid W2 through their respective channels. By reducing the flow rate of the working fluid(s), less precycles must be withdrawn from the cold stream to condense the working fluid, thereby increasing the freecycles available for liquefying the
바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은, 공정의 에너지 수율을 증가시키기 위해, 제1 작동 모드에서, 다수의 랭킨 사이클의 조합을 수행할 수 있다.Preferably, the process according to the invention is capable of performing, in a first mode of operation, a combination of multiple Rankine cycles, in order to increase the energy yield of the process.
도 2는 제1 구현 변형예에 따른 제1 및 제2 랭킨 사이클의 조합을 도시한다. 본 발명에 따른 공정은, 제1 변형예인지 또는 아래에 설명된 제2 변형예인지와 관계없이, 2개의 랭킨 사이클의 경우, 아래에 설명된 것들과 동일한 원리에 따라 조합되는 2개 초과의 랭킨 사이클을 포함할 수 있음을 이해한다.2 shows a combination of a first and a second Rankine cycle according to a first implementation variant. The process according to the invention, irrespective of whether it is a first variant or a second variant described below, for two rankine cycles, more than two rankine cycles combined according to the same principles as those described below It is understood that it may include cycles.
위에 주어진 단일 사이클의 설명에 따라, 제1 랭킨 사이클은 제1 교환기(E1) 및 제2 교환기(E2)에 의해 수행된다.According to the description of the single cycle given above, the first Rankine cycle is performed by the first exchanger E1 and the second exchanger E2.
제2 랭킨 사이클은, 바람직하게는 제1 작용 유체(W1)의 조성물과 상이한 조성물의 제2 작용 유체(W2)를 사용한다. 제2 작용 유체(W2)는, 유입구(51)를 통해 배출구(52)로 제3 교환기(E3) 내로 유입되어 적어도 하나의 제5 채널(5)에서 유동하며, 이는 유입구(61)와 배출구(62) 사이의 적어도 하나의 제6 채널(6)에 유동하는 제2 고온 흐름(C2)과의 열교환에 의해 적어도 부분적으로 기화된다.The second Rankine cycle preferably uses a second working fluid (W2) of a different composition than that of the first working fluid (W1). The second working fluid W2 flows into the third exchanger E3 through the inlet 51 through the outlet 52 and flows in at least one
제2 작용 유체(W2)는 제1 사이클과 동일한 원리에 따라 팽창되며, 가능하게는 2상 상태로 그리고 가능하게는 유입 전에 상 분리와 함께, 적어도 하나의 제7 채널(7)의 유입구(71)로부터 배출구(72)로 제4 열교환기(E4) 내로 유입되고, 이는 적어도 하나의 제8 채널(8)에서 유동하는 저온 흐름(F)을 가열함으로써 응축된다. 제4 교환기(E4)는 제2 사이클의 응축기를 형성한다. 액체 형태로 배출구(72)로부터 획득된 제2 작용 유체(W2)가 펌핑되어 제5 채널(5)의 유입구(51)를 통해 재유입됨으로써, 제2 사이클을 종료한다.The second working fluid W2 expands according to the same principle as in the first cycle, possibly in a two-phase state and possibly with a phase separation prior to entry, the inlet 71 of the at least one
저온 흐름(F)은, 제1 유체(W1)와의 열교환에 의해 제1 랭킨 사이클(채널(4))에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화 및/또는 가열될 수 있음을 유의한다. 저온 흐름(F)은, 제2 유체(W2)와의 열교환에 의해 제2 랭킨 사이클(채널(8))에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화될 수 있다.It is noted that the cold stream F may be fully or partially vaporized and/or heated in the first Rankine cycle (channel 4 ) by heat exchange with the first fluid W1 . The cold stream F may be fully or partially vaporized in the second Rankine cycle (channel 8) by heat exchange with the second fluid W2.
하나의 가능성에 따라, 저온 흐름(F)은 적어도 하나의 제4 채널(4)에서만 가열되며, 제8 채널(8)에서만 기화된다. 제1 사이클의 저온 소스는, 단지 저온 흐름의 디-서브쿨링(de-subcooling)의 감열(sensible heat)이다.According to one possibility, the cold stream F is heated only in the at least one fourth channel 4 and is vaporized only in the
다른 가능성에 따라, 저온 흐름은 제4 채널(4)에서 부분적으로 기화된다. 제1 사이클의 저온 소스는, 저온 흐름의 기화의 잠열의 일부분 및 저온 흐름의 디-서브쿨링의 감열이다.According to another possibility, the cold stream is partially vaporized in the fourth channel 4 . The cold source of the first cycle is a portion of the latent heat of vaporization of the cold stream and the thermal sensation of the de-subcooling of the cold stream.
다른 가능성에 따라, 저온 흐름(F)은 적어도 하나의 제4 채널(4)에서만 기화된다(즉, 이는 완전히 기화된 상태로 제4 채널(4)에서 배출된다). 제1 사이클의 저온 소스는, 가능하게는 기화된 저온 흐름의 가열의 감열과 함께, 저온 흐름의 디-서브쿨링의 감열 및 저온 흐름의 기화의 모든 잠열이다.According to another possibility, the cold stream F is vaporized only in the at least one fourth channel 4 (ie it leaves the fourth channel 4 in a fully vaporized state). The cold source of the first cycle is all latent heat of vaporization of the cold stream and of the de-subcooling of the cold stream, possibly together with the thermal sensation of the heating of the vaporized cold stream.
또한, 저온 흐름(F)은 제4 채널(4)에서 부분적으로 기화될 수 있으며, 제8 채널(8)에서 부분적으로 기화될 수 있다.Also, the cold stream F may be partially vaporized in the fourth channel 4 and partially vaporized in the
본 발명의 맥락에서, 응축된 상태로 제3 채널(3)에서 배출되는 제1 작용 유체(W1)가 제1 교환기(E1) 내로 재유입되기 전에 제2 교환기(E2) 내로 재유입되어 그 안에서 순환되는 것이 가능함을 유의한다. 이러한 구성은, 제1 작용 유체(W1)가 순수 물질이 아니라, 다수의 구성 성분의 혼합물인 경우 바람직하다(이는 제1 작용 유체(W1)가 제2 교환기(E2)에서 배출되는 온도를 추가로 상승시키는 이점을 제공하기 때문이다). 동일한 원리에 따라, 응축된 상태로 채널(7)에서 배출되는 제2 작용 유체(W2)는, 제3 교환기(E3) 내로 재유입되기 전에, 제4 교환기(E4) 내로 재유입될 수도 있다. 도 3은 이러한 유형의 구성을 도시한다.In the context of the present invention, the first working fluid W1 discharged from the
응축 교환기(들)로의 추가적인 통과의 이러한 원리는, 본 특허 출원에서 설명된 다른 실시형태(예를 들어, 도 4, 채널(14, 15) 참조)에 적용 가능하다.This principle of further passage to the condensate exchanger(s) is applicable to other embodiments described in this patent application (see, eg, FIG. 4 ,
대안적으로, 제2 및 제4 교환기로의 추가적인 통과 없이, 제1 및 제2 작용 유체(W1, W2)를 제1 및 제3 교환기 내로 직접 각각 유입시키는 것이 안출될 수 있다.Alternatively, it may be devised to introduce the first and second working fluids W1 , W2 directly into the first and third exchangers respectively, without further passage into the second and fourth exchangers.
제1 작동 모드에서, 저온 흐름(F)은 제1 랭킨 사이클 및 제2 랭킨 사이클에 연속적으로 공급되며, 이는 제2 및 제1 작용 유체(W2, W1)에 대하여 점진적으로 기화 및 가열된다. 따라서, F는 가능하게는 이에 따라 2상 상태일 수 있다. 제1 랭킨 사이클 및 제2 랭킨 사이클은 전기를 생성할 수 있게 한다.In the first mode of operation, the cold stream F is continuously supplied to the first and second Rankine cycles, which are gradually vaporized and heated with respect to the second and first working fluids W2 and W1. Thus, F can possibly be thus in a two-phase state. The first Rankine cycle and the second Rankine cycle make it possible to generate electricity.
제2 작동 모드에서, 저온 흐름(F)은 제2 교환기(E2) 및 제4 교환기(E4)에 연속적으로 공급되며, 이는 공급물 흐름(200)에 대하여 점진적으로 기화 및 가열된다. 공급물 흐름(200)은 제4 교환기(E4) 및 제2 교환기(E2)에 연속적으로 공급되며, 이는 점진적으로 냉각 및 응축된다.In the second mode of operation, the cold stream F is fed continuously to the second exchanger E2 and the fourth exchanger E4 , which are gradually vaporized and heated relative to the
이러한 배치는, 제4 채널(4)의 저온 흐름(F)의 유입구 온도와 제8 채널(8)의 배출구의 저온 흐름(F)의 온도 사이의 전체 온도 구배에 걸쳐서 냉기의 보다 효율적인 회수를 보장하면서, 저온 흐름을 재기화할 수 있게 한다. 구체적으로, 저온 흐름으로부터의 프리고리의 회수는, 상이한 온도 레벨을 갖는 채널(4, 8)의 부분을 통해 개별적으로 수행된다. 그 다음, 2개의 사이클 각각에 대해 선택된 고압 및 저압 레벨 그리고 이러한 온도 레벨에 적합한 끓는 온도를 이들이 갖도록, 각각의 제1 및 제2 작용 유체의 특징을 최적으로 조정하는 것이 가능하다. 이는 특히 가열될 저온 흐름(F)의 특징(특히, 이의 압력, 온도, 조성 등)에 따라, 작용 유체의 온도, 압력 및/또는 조성을 조정함으로써, 공정의 에너지 수율을 증가시키기 위한 매우 폭넓은 자유도를 제공한다.This arrangement ensures a more efficient recovery of cold air over the entire temperature gradient between the inlet temperature of the cold stream F of the fourth channel 4 and the temperature of the cold stream F of the outlet of the
바람직하게는, 제8 채널(8)로부터 82에서 배출되는 저온 흐름(F)은, 제5 교환기(E5)의 적어도 하나의 제9 채널(9) 내로 유입됨으로써, 제1 작동 모드에서의 제3 고온 흐름(C3)에 대하여 또는 제2 작동 모드에서의 공급물 흐름(200)에 대하여 그 안에서 이의 가열을 계속한다. 이는 교환기(E4)의 배출구(82)에서 달성된 온도가 너무 낮아서, 천연 가스 분배망의 파이프를 형성하는 재료와 호환 가능하지 않는 경우에 바람직하다. 이 경우, 공급물 흐름은, 채널(11) 내로의 이의 유입의 상류에서 적어도 하나의 제13 채널(13) 내로 유입됨으로써, 제2 작동 모드에서, 공급물 흐름(200)을 훨씬 더 효과적으로 냉각시킬 수 있게 한다.Preferably, the cold stream F exiting at 82 from the
바람직하게는, 0℃ 내지 30℃의 온도에서, 공급물 흐름(200)이 공정 내로 유입된다(즉, 흐름(200)이 처음 통과하는 교환기(채택된 구성에 따라, E2, E5, E4, E3일 수 있음) 내로 유입된다). 바람직하게는, 공급물 흐름(200)은 완전히 가스 형태로 공정 내로 유입된다.Preferably, at a temperature between 0° C. and 30° C.,
바람직하게는, 공급물 흐름(200)은, 대부분, 바람직하게는 완전히 또는 거의 완전히, 공기 가스, 바람직하게는, 질소, 산소 또는 아르곤으로 형성된다.Preferably, the
"공기 가스"라는 용어는, 아르곤, 이산화탄소, 헬륨, 질소 및 산소와 같은, 공기의 조성물의 일부를 형성하는 가스를 의미한다.The term "air gas" means a gas that forms part of the composition of air, such as argon, carbon dioxide, helium, nitrogen and oxygen.
특히, 본 발명에 따른 공정을 수행하는 설비는, 바람직하게는 적어도 하나의 파이프를 통해, 상기 설비(특히, 고려되는 실시형태에 따라 채널(10, 11 및/또는 13))에 유동 가능하게 연결되는, 바람직하게는 극저온 증류에 의해, 상기 공급물 흐름을 생성하기 위한 적어도 하나의 장치(예를 들어, 공기 분리 장치(ASU))를 포함하는 시스템 내에 통합될 수 있다. 따라서, 제2 작동 모드에서, 설비는, 저장 전에, 생성 장치로부터 획득된 공급물 흐름을 액화시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공정을 수행하는 설비는, 공기 가스 분배망에 유동 가능하게 연결될 수 있다.In particular, the plant carrying out the process according to the invention is flowably connected to said plant (in particular the
채택된 구성에 따라, 배출구(82 또는 92)로부터 회수된 저온 흐름(F)은, 유체 분배망(100에서)(특히, 천연 가스와 같은 탄화수소의 분배를 위한 망)의 적어도 하나의 파이프에 공급된다.Depending on the configuration adopted, the cold stream F recovered from the outlet 82 or 92 is fed to at least one pipe of the fluid distribution network 100 (in particular a network for distribution of hydrocarbons such as natural gas). do.
바람직하게는, 응축 채널(3, 7)의 유입구 및 배출구는, 제1 및 제2 작용 유체(W1, W2)가 저온 흐름(F)에 대하여 반대 유동 방향으로 응축되도록 배치된다. 바람직하게는, 사이클의 고온 흐름(C1, C2)은, 각각의 사이클에서 기화된 작용 유체에 대하여 반대 유동 방향으로 유동한다. 바람직하게는, 제3 흐름(C3)은, 가능하게는 채널(9)에서 유동하는 저온 흐름(F)에 대하여 반대 유동 방향으로 유동한다. 제3 교환기, 제1 교환기, 및 가능하게는 제5 교환기에서 연속적으로 유동시킴으로써, 동일한 고온 흐름이 C1, C2 또는 심지어 C3을 형성할 수 있음을 유의해야 한다.Preferably, the inlets and outlets of the condensing
이러한 유체 유동 방향은, 작용 유체(W1 및 W2)의 배출구 온도를 최대화할 수 있게 하며, 이에 따라, 팽창 동안 터빈에 의해 전달되는 전력을 최대화할 수 있게 한다.This fluid flow direction makes it possible to maximize the outlet temperature of the working fluids W1 and W2 and thus maximize the power delivered by the turbine during expansion.
도 2 및 후속되는 것들은, 서로 물리적으로 별개의 독립체를 형성하는(즉, 채널 및 플레이트의 적어도 하나의 별개의 적층물을 각각 형성하는) 교환기에서 랭킨 사이클이 수행되는 구성을 예시한다.2 and those that follow illustrate a configuration in which the Rankine cycle is performed in an exchanger that forms physically distinct entities from one another (ie, each forming at least one distinct stack of channels and plates).
본 발명의 맥락에서, 동일한 적층물 내에 유체 채널 중 일부를 배치하는 것도 가능하다. 이는 특히, 브레이징 플레이트 유형의 교환기로 안출될 수 있으며, 다수의 조합된 랭킨 사이클을 수행하는 설비의 제조 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있게 한다.In the context of the present invention, it is also possible to arrange some of the fluid channels in the same stack. This can be devised in particular for exchangers of the brazed plate type, making it possible to reduce the manufacturing cost and complexity of equipment performing multiple combined Rankine cycles.
따라서, 가능하게는 제5 교환기(E5)와 함께, 제1 교환기(E1), 제3 교환기(E3)는, 동일한 공통의 교환기를 형성할 수 있거나/형성할 수 있고, 제2 교환기(E2) 및 제4 교환기(E4)는 다른 공통의 교환기를 형성할 수 있다.Thus, possibly together with the fifth exchange E5 , the first exchange E1 , the third exchange E3 may form the same common exchange and/or the second exchange E2 . and the fourth exchange E4 may form another common exchange.
공유된 교환기의 경우, 유체가 연속적으로 유동하는, 하나의 일련의 채널 및 다른 일련의 채널이 고려될 때, 상기 일련의 각각의 채널은, 다른 일련의 해당 채널의 연장부를 형성하며, 이에 따라, 교환기(E)의 하나의 동일한 채널은 2개의 동일한 플레이트 사이에 형성된다. 따라서, 동일한 교환기를 형성하는 E1 및 E3을 고려하여, 제2 일련의 채널(2) 및 제6 일련의 채널(6)은, 교환기(E)의 동일한 플레이트 사이에 형성되며, 서로 연속적으로 배치된다. 따라서, 채널(2) 및 채널(6)은, 교환기(E)의 2개의 동일한 플레이트 사이에 한정된 교환기(E)의 하나의 동일한 채널을 형성하며, 고온 흐름(C2)이 유입구(61)로부터 배출구(22)로 유동한다.In the case of a shared exchanger, when one series of channels and another series of channels are considered, through which the fluid flows continuously, each channel in the series forms an extension of the corresponding channel in the other series, thus: One identical channel of the exchanger E is formed between two identical plates. Accordingly, taking into account E1 and E3 forming the same exchanger, the second series of
상이한 유체가 유동하는, 하나의 일련의 채널 및 다른 일련의 채널을 고려하는 경우, 이러한 채널들은, 인접한 또는 인접하지 않는 방식으로, 동일한 적층물 내에 중첩된다.When considering one series of channels and another series of channels through which different fluids flow, these channels are superimposed in the same stack, in a contiguous or non-adjacent manner.
도 4 및 도 5는 제2 실시형태 변형예에 따른 제1 및 제2 랭킨 사이클의 조합을 도시한다.4 and 5 show combinations of first and second Rankine cycles according to a second embodiment variant.
이러한 변형예의 제1 작동 모드에서, 제2 고압(Hp2)을 갖는 제2 작용 유체(W2)는, 제3 교환기(E3)의 적어도 하나의 제5 채널(5) 내로 유입되며, 적어도 하나의 제6 채널(6)에서 유동하는 적어도 하나의 제2 고온 흐름(C2)에 대하여 적어도 부분적으로 기화된다. 채널(5)에서 배출되는 제2 작용 유체(W2)는, 제2 발전기와 협력하여 전기 에너지를 생성하는 제2 팽창 부재에서 제2 저압(Lp2)으로 팽창된다.In the first operating mode of this variant, the second working fluid W2 with the second high pressure Hp2 flows into the at least one
이와 같이 팽창된 제2 작용 유체(W2)는, 가능하게는 2상 상태로, 제2 채널(2) 내로 유입되며, 이에 따라, 제1 채널(1)에서 유동하는 제1 작용 유체(W1)를 기화시키기 위한 제1 사이클의 고온 흐름을 적어도 부분적으로 형성한다.The thus expanded second working fluid W2 flows into the
제2 작용 유체(W2)는, 제8 채널(8)에서 유동하는 적어도 저온 흐름(F)에 대하여 응축된다. 채널(2)에서 배출된 후에, 제2 작용 유체(W2)의 압력은 제2 고압(Hp2)으로 상승되고, 제2 작용 유체(W2)가 채널(5) 내로 재유입된다.The second working fluid W2 is condensed against at least the cold stream F flowing in the
제1 사이클의 제1 고온 흐름으로서 제2 작용 유체의 사용은, 제1 저온 사이클에서 발생하는 기화의 프리고리의 제2 사이클에서 회수를 가능하게 하며, 제2 사이클에서 발생하는 액화 동안 그렇게 할 수 있게 한다. 따라서, 회수된 에너지의 양은, 고온 흐름이 간단히 냉각되기 때문에, 이러한 프리고리가 업그레이드되지 않는 배치에서보다 더 크다.The use of the second working fluid as the first hot stream of the first cycle allows for recovery in the second cycle of the precycle of vaporization occurring in the first cold cycle, during which liquefaction occurs in the second cycle. let there be Thus, the amount of energy recovered is greater than in an arrangement where these pre-rings are not upgraded, as the hot stream is simply cooled.
또한, 도 2 또는 도 3을 참조하여 설명된 바와 같은 일련의 배치에서, 제1 사이클은, 저온 흐름의 저온 온도와 사이클의 고온 흐름의 온도 간에 작용한다. 반면에, 도 4 또는 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 제1 사이클의 제1 고온 흐름으로서 제2 작용 유체가 사용되는 캐스케이드(cascade) 배치에서, 제1 사이클은, 저온 흐름의 저온 온도와 제2 사이클의 저온 온도(고온 흐름의 온도보다 더 낮음) 간에 작용한다. 이에 따라, 터빈을 위해 기술적으로 허용 가능하고 적당하게 팽창률을 유지시키는 이점을 제공한다.Also, in a series of arrangements as described with reference to FIG. 2 or FIG. 3 , the first cycle acts between the cold temperature of the cold stream and the temperature of the hot stream of the cycle. On the other hand, in a cascade arrangement in which a second working fluid is used as the first hot stream of the first cycle, as described with reference to FIG. 4 or FIG. 5 , the first cycle is performed with the cold temperature of the cold stream and It acts between the cold temperatures of the second cycle (which are lower than the temperatures of the hot streams). This provides the advantage of keeping the expansion rate technically acceptable and suitable for the turbine.
제2 작동 모드에서, 공급물 흐름(200)은, 제10 채널 내로의 이의 유입 전에, 적어도 제8 채널(8)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제11 채널(11) 내로 유입된다. 공급물 흐름(200)은, 저온 흐름(F)에 대하여, 선택적으로 적어도 부분적인 응축과 함께, 냉각된다. 따라서, 냉각된 공급물 흐름(200)이 제11 채널(11)의 배출구에서 획득되어, 제10 채널(10) 내로 후속적으로 유입된다.In the second mode of operation, the
선택적으로, 공급물 흐름(200)은, 채널(11) 내로의 이의 유입의 상류에서 적어도 하나의 제13 채널(13) 내로 선택적으로 유입될 수 있으며, 이는 제2 작동 모드에서, 공급물 흐름(200)의 훨씬 더 효율적인 냉각을 가능하게 한다.Optionally,
저온 흐름(F)은, 제2 유체(W2)와의 열교환에 의해 제2 랭킨 사이클(채널(4))에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화 및/또는 가열될 수 있음을 유의한다. 저온 흐름(F)은, 제1 유체(W1)와의 열교환에 의해, 제1 랭킨 사이클에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화 및/또는 가열될 수 있다(채널(8)).Note that the cold stream F may be fully or partially vaporized and/or heated in the second Rankine cycle (channel 4 ) by heat exchange with the second fluid W2 . The cold stream F may be fully or partially vaporized and/or heated in the first Rankine cycle by heat exchange with the first fluid W1 (channel 8 ).
도 4는 응축된 작용 유체가 기화기 구역 내로 재유입되기 전에 응축기 구역 내로 재유입되는 사이클의 조합을 도시하며, 도 5는 응축된 작용 유체가 기화기 구역 내로 직접 재유입되는 조합을 도시한다.Figure 4 shows the combination of cycles in which the condensed working fluid is re-entered into the condenser section before being re-introduced into the vaporizer section, and Figure 5 shows the combination in which the condensed working fluid is directly re-entered into the vaporizer section.
도 5에 도시된 바와 같이, 응축 교환기를 통하는 응축된 작용 유체(들)의 추가적인 통과 없이, 사이클의 이러한 조합을 적용하는 것도 가능하다.It is also possible to apply this combination of cycles without further passage of the condensed working fluid(s) through the condensing exchanger, as shown in FIG. 5 .
제1 또는 제2 변형예에 적용 가능한 특정 실시형태에 따라, 제1 사이클의 제1 팽창 부재 및 제2 사이클의 제2 팽창 부재 둘 모두에 연결된 동일한 발전기(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 따라서, 제1 발전기 및 제2 발전기가 병합된다. 이에 따라 발전기를 절약하고, 설비를 단순화한다. 2개의 발전 사이클은 대체로 동시적인 작동 모드를 갖기 때문에, 이러한 배치가 가능하다.The same generator (not shown) connected to both the first expandable member of the first cycle and the second expandable member of the second cycle may be used, depending on the particular embodiment applicable to the first or second variant. Accordingly, the first generator and the second generator are merged. This saves the generator and simplifies the installation. This arrangement is possible, since the two power generation cycles have a largely simultaneous mode of operation.
본 발명의 맥락에서, 저온 흐름(F)은, 액화 천연 가스와 같은 액화 탄화수소의 흐름일 수 있거나, 액화 질소 흐름, 액화 산소 흐름, 또는 액화 수소 흐름과 같은 극저온 액체의 흐름일 수 있다.In the context of the present invention, the cold stream F may be a stream of liquefied hydrocarbons, such as liquefied natural gas, or may be a stream of a cryogenic liquid, such as a liquid nitrogen stream, a liquid oxygen stream, or a liquid hydrogen stream.
바람직하게는, 제4 채널(4) 내로의 저온 흐름(F)의 유입 온도는 -100℃ 미만이다.Preferably, the inlet temperature of the cold stream F into the fourth channel 4 is less than -100°C.
바람직하게는, 저온 흐름(F)은, 바람직하게는, 몰 분율로, 적어도 60%(바람직하게는, 적어도 80%) 메탄(CH4)을 포함하는, 탄화수소(특히, 천연 가스)의 흐름으로부터 형성된다. 선택적으로, 천연 가스는, 바람직하게는 0 내지 10%(몰%)의 함량으로, 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(nC4H10) 또는 이소부탄(iC4H10), 또는 질소를 포함할 수 있다. 본 발명의 공정에 의해, 액화 천연 가스의 프리고리를 동시에 업그레이드하면서, 분배망 내로 천연 가스를 분사하기 전에, 필요한 재기화가 수행된다.Preferably, the cold stream F is from a stream of hydrocarbons (especially natural gas) comprising, preferably in mole fraction, at least 60% (preferably at least 80%) methane (CH 4 ) is formed Optionally, natural gas, preferably in a content of 0 to 10% (mol %), is ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (nC 4 H 10 ) or isobutane (iC) 4 H 10 ), or nitrogen. By means of the process of the present invention, the necessary regasification is performed prior to injecting the natural gas into the distribution network, while simultaneously upgrading the pre-ring of the liquefied natural gas.
바람직하게는, 다른 특성의 저온 흐름이 사용 전에 재기화되도록 본 발명에 따른 공정 내로 공급될 수 있다. 특히, 극저온 액체, 예를 들어 액체 산소, 액체 질소 또는 액체 수소가 사용될 수 있다. 이러한 액체의 기화에 따라, 제조 공장이 중단된 경우 가스 공급의 연속성을 보장할 수 있으며, 액체 배축물을 형성하는 데 소비되는 에너지의 일부를 절약할 수 있다. 이러한 구성 성분의 기화 온도가 천연 가스의 기화 온도보다 훨씬 더 낮기 때문에, 이전의 설명 중 하나에 따라, 3개 이상의 랭킨 사이클을 조합하는 공정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.Preferably, a cold stream of a different nature can be fed into the process according to the invention to be regasified before use. In particular, cryogenic liquids such as liquid oxygen, liquid nitrogen or liquid hydrogen may be used. According to the vaporization of this liquid, it is possible to ensure the continuity of the gas supply in case the manufacturing plant is shut down, and it is possible to save some of the energy consumed to form the liquid accumulator. Since the vaporization temperature of these constituents is much lower than that of natural gas, it may be desirable to perform a process combining three or more Rankine cycles, according to one of the preceding descriptions.
재기화될 저온 흐름은, 극저온(즉, -170℃ 미만 또는 심지어 -200℃ 미만일 수 있는 온도)의 극저온 액체일 수 있다. 이 경우, 3개 이상의 사이클의 구현이 바람직할 것이다.The cold stream to be regasified may be a cryogenic liquid at a cryogenic temperature (ie, a temperature that may be less than -170°C or even less than -200°C). In this case, the implementation of three or more cycles would be desirable.
바람직하게는, 그리고 기화될 유체가 LNG인 경우, 제1 작용 유체(W1) 및 제2 작용 유체(W2)는 유기 유체(즉, 하나 이상의 유기 성분을 포함하는 유체)이다. 본 발명에 따른 공정의 랭킨 사이클은 유기 사이클이 아닌 것도 안출 가능하다.Preferably, and when the fluid to be vaporized is LNG, the first working fluid W1 and the second working fluid W2 are organic fluids (ie a fluid comprising one or more organic components). The Rankine cycle of the process according to the present invention can also be devised which is not an organic cycle.
LNG의 비등점보다 더 낮은 비등점을 갖는 구성 성분을 갖는 기화될 극저온 액체를 사용하여, 최저 온도에서 작용하는 사이클의 작용 유체는, 유기 화합물의 전부 또는 일부와 더불어 또는 이를 대체하여, 수소, 질소, 아르곤, 헬륨 또는 네온과 같은 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 유기 성분이 없는 작용 유체를 통한 작용을 안출하는 것이 가능하다.With the cryogenic liquid to be vaporized having a constituent having a boiling point lower than the boiling point of LNG, the working fluid of the cycle operating at the lowest temperature is hydrogen, nitrogen, argon, in addition to or in place of all or part of the organic compounds. , one or more components such as helium or neon. Thus, it is possible to devise an action through a working fluid free of organic components.
제1 가능성에 따라, 제1 유체(W1) 및/또는 제2 유체(W2)를 형성하기 위해, 상이한 특성의 순수 물질이 사용될 수 있다. 특히, 제1 작용 유체(W1)로서 에틸렌이 사용될 수 있으며, 제2 작용 유체(W2)로서 에탄이 사용될 수 있다. 이러한 선택은, 팽창 터빈 구성 요소 및 브레이징 알루미늄 교환기의 양호한 기계적 강도와 호환 가능한 LNG의 기화에 의해 커버되는 온도의 범위에 대한 포화 증기압을 갖는 이러한 구성 성분의 물리적 특성에 의해 설명된다. 따라서, ORC 사이클에서 이러한 구성 요소를 사용함으로써, 간편하고 효율적인 시스템이 설계될 수 있다.According to a first possibility, pure substances of different properties can be used to form the first fluid W1 and/or the second fluid W2 . In particular, ethylene may be used as the first working fluid W1 and ethane may be used as the second working fluid W2. This choice is explained by the good mechanical strength of the expansion turbine components and the brazed aluminum exchanger and the physical properties of these components with a saturated vapor pressure for the range of temperatures covered by the vaporization of LNG compatible with them. Therefore, by using these components in the ORC cycle, a simple and efficient system can be designed.
본 발명의 맥락에서, 상이한 조성의 작용 유체가 다양한 랭킨 사이클에서 우선적으로 사용되지만, 동일한 조성의 작용 유체를 사용하는 것이 여전히 안출 가능하며, 이 경우, 이러한 유체의 작용 압력의 적절한 조정이 이루어진다. 이는 예를 들어, 제2 저온 흐름이 매우 높은 압력의 액화 가스이고, 제1 고온 흐름이 충분히 낮은 온도의 해수인 경우, 사이클의 저온 흐름과 고온 흐름 간의 비교적 작은 온도차에 대해 가능하다.In the context of the present invention, working fluids of different compositions are preferentially used in the various Rankine cycles, but it is still possible to use working fluids of the same composition, in which case an appropriate adjustment of the working pressures of these fluids is made. This is possible for a relatively small temperature difference between the cold and hot streams of the cycle, for example, if the second cold stream is a very high pressure liquefied gas and the first hot stream is seawater at a sufficiently low temperature.
다른 가능성에 따라, 탄화수소 혼합물을 포함하는 혼합된 작용 유체, 바람직하게는, 메탄, 에틸렌(C2H4), 프로판, 에탄, 부탄, 이소부탄, 또는 부텐으로부터 선택된 적어도 2개의 탄화수소를 각각 포함하는 탄화수소 혼합물을 포함하는 혼합된 작용 유체가 사용될 수 있다. 선택적으로, 제1 작용 유체(W1) 및 제2 작용 유체(W2)는, 유기 성분과 더불어 또는 이를 대체하여, 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 및 네온으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 성분을 포함할 수 있으며, 이는 특히, 기화될 극저온 액체가 메탄의 비등점보다 더 낮은 비등점을 갖는 경우 그러하다.According to another possibility, a mixed working fluid comprising a hydrocarbon mixture, preferably each comprising at least two hydrocarbons selected from methane, ethylene (C 2 H 4 ), propane, ethane, butane, isobutane, or butene Mixed working fluids comprising hydrocarbon mixtures may be used. Optionally, the first working fluid W1 and the second working fluid W2 may include, in addition to or in place of the organic component, at least one additional component selected from hydrogen, nitrogen, argon, helium, and neon. and this is particularly the case if the cryogenic liquid to be vaporized has a boiling point lower than that of methane.
혼합된 작용 유체의 사용은, 교환기의 길이에 따라 각각의 지점에서 작용 유체와 저온 흐름 간의 온도차를 감소시킴으로써, 저온 유체와 고온 유체 간의 열교환의 비가역성과 관련된 에너지 손실을 감소시킬 수 있게 한다. 각각의 유체의 조성, 팽창 전 및 후의 압력, 및/또는 온도는, 최상의 가능한 에너지 회수를 보장하도록 조정될 수 있다.The use of a mixed working fluid makes it possible to reduce the energy loss associated with the irreversibility of heat exchange between the cold fluid and the hot fluid by reducing the temperature difference between the working fluid and the cold stream at each point along the length of the exchanger. The composition of each fluid, pressure before and after expansion, and/or temperature can be adjusted to ensure the best possible energy recovery.
작용 유체가 혼합되는 경우, 즉 혼합물인 경우, 이들은 극저온으로 액체 교환기(들)에서 배출되며, 이 경우, 이들을 가열하여 고온 한계로 이들의 배출구 온도를 최대화하고, 이에 따라 터빈에서의 이들의 팽창 동안 전기의 생성을 최대화하도록, 응축된 유체를 해당 교환기(들) 내로 재유입시키는 것이 바람직하다.When the working fluids are mixed, ie mixtures, they exit the liquid exchanger(s) cryogenically, in which case they are heated to maximize their outlet temperature to the high temperature limit and thus during their expansion in the turbine. In order to maximize the generation of electricity, it is desirable to reintroduce the condensed fluid into the exchanger(s) in question.
특히, 제1 탄화수소 혼합물의 성분의 몰 분율(%)의 비율은, 다음과 같은 (몰%)일 수 있다:In particular, the proportion of the mole fractions (%) of the components of the first hydrocarbon mixture may be (mol%) as follows:
메탄: 20% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%Methane: 20% to 60%, preferably 30% to 50%
프로판: 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%Propane: 0 to 20%, preferably 0 to 10%
에틸렌: 20% 내지 70%, 바람직하게는 30% 내지 60%Ethylene: 20% to 70%, preferably 30% to 60%
제2 탄화수소 혼합물의 성분의 몰 분율(%)의 비율은 다음과 같을 수 있다:The proportion of mole fractions (%) of the components of the second hydrocarbon mixture may be:
메탄: 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%Methane: 0 to 20%, preferably 0 to 10%
프로판: 20% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%Propane: 20% to 60%, preferably 30% to 50%
에틸렌: 20% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%Ethylene: 20% to 60%, preferably 30% to 50%
이소부탄: 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%Isobutane: 0 to 20%, preferably 0 to 10%
바람직하게는, 제1 고온 흐름(C1), 제2 고온 흐름(C2), 및/또는 제3 고온 흐름(C3)은, 바람직하게는 0℃ 초과, 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 교환기 내로의 유입구 온도에서, 해수로 형성된다.Preferably, the first hot stream (C1), the second hot stream (C2), and/or the third hot stream (C3) are introduced into the exchanger, preferably above 0 °C, preferably between 10 °C and 30 °C. At the inlet temperature of, seawater is formed.
바람직하게는, 저온 흐름(F)은, -140℃ 내지 -170℃의 온도로 유입구(41)에 완전히 액화된 상태로 유입되는 탄화수소 흐름이다.Preferably, the low-temperature stream F is a hydrocarbon stream that is introduced in a completely liquefied state into the inlet 41 at a temperature of -140°C to -170°C.
저온 흐름(F)이 액체 산소, 질소 또는 수소와 같은 다른 특성의 액체로 형성되는 경우, 유입구(41)에서의 유체의 온도는, 바람직하게는 저장 압력에서 대략적으로 이의 평형 온도이다.If the cold stream F is formed of a liquid of another nature, such as liquid oxygen, nitrogen or hydrogen, the temperature of the fluid at the inlet 41 is preferably approximately its equilibrium temperature at the storage pressure.
바람직하게는, 저온 흐름(F)은, 분배망(100) 내에 이러한 온도로 유입되기 위해, 배출구(42)에서 -85℃ 내지 -105℃의 온도, 배출구(82)에서 -10℃ 내지 -20℃의 온도, 및/또는 배출구(92)에서 5℃ 내지 50℃의 온도를 갖는다. 바람직하게는, 저온 흐름(F)은, 경우에 따라, 배출구(42, 82 또는 92)를 통해 완전히 기화된 상태로 배출된다.Preferably, the cold stream F, for entering the
바람직하게는, 저온 흐름은, 그것이 유동하는 채널 전체에 걸쳐서 10 내지 100 bar의 압력을 갖는다.Preferably, the cold stream has a pressure of 10 to 100 bar over the channel through which it flows.
바람직하게는, 본 발명의 맥락에서, 공급물 흐름(200)은, 제4 채널(4)의 배출구에서 -170℃ 내지 -140℃의 온도, 제8 채널(8)의 배출구에서 -110℃ 내지 -80℃의 온도, 및/또는 제9 채널(9)의 배출구에서 -20℃ 내지 -10℃의 온도를 갖는다.Preferably, in the context of the present invention, the
바람직하게는, 제1 작용 유체(W1)는, 제3 채널(3)에서 응축된 후에, 제1 온도(T1)를 갖는다. 제2 작용 유체(W2)는, 제7 채널(7)에서 응축된 후에, 제2 온도(T2)를 가지며, T2는 T1보다 더 높다.Preferably, the first working fluid W1 has a first temperature T1 after being condensed in the
바람직하게는, T2는 -60℃ 내지 -30℃이며, T1은 -110℃ 내지 -70℃이다. 다른 가능성에 따라, T2는 -110℃ 내지 -80℃이며, T1은 -160℃ 내지 -120℃이다.Preferably, T2 is -60°C to -30°C, and T1 is -110°C to -70°C. According to another possibility, T2 is between -110°C and -80°C and T1 is between -160°C and -120°C.
바람직하게는, 제1 작용 유체(W1)는 0℃ 내지 -30℃의 온도로 적어도 하나의 제1 채널(1)로부터 기화된 상태로 배출되거나/배출되고, 제2 작용 유체(W2)는 5℃ 내지 25℃의 온도로 제5 채널(5)로부터 기화된 상태로 배출된다.Preferably, the first working fluid W1 is discharged in a vaporized state from the at least one
바람직하게는, 제1 작용 유체(W1) 및 제2 작용 유체(W2)는, 제1 및 제2 "저압"(Lp1, Lp2)으로 제3 채널(3) 및 제7 채널(7)에서 각각 배출되며, 제1 및 제2 "고압"(Hp1, Hp2)으로 제1 채널(1) 및 제5 채널(5)에 각각 유입된다.Preferably, the first working fluid W1 and the second working fluid W2 are respectively at first and second “low pressures” Lp1, Lp2 in the
바람직하게는, 제1 및/또는 제2 고압(Hp1, Hp2)은 10 내지 40 bar이거나/이고, 제1 및/또는 제2 저압(Lp1, Lp2)은 1 내지 5 bar이다. 보다 바람직하게는, 제1 고압(Hp1)은, 2.5 내지 15의 증배율만큼 제1 저압(Lp1)보다 더 높거나/높고, 제2 고압(Hp2)은, 2.5 내지 15의 증배율만큼 제2 저압(Lp2)보다 더 높다. 이러한 값 및 압력비에 따라, 공정은 유체의 엔탈피 곡선으로 조정될 수 있으며, 평형 온도를 최적으로 조정할 수 있다. 작용 압력이 더 높을수록, 회수되는 에너지의 양은 더 많아진다. 적어도 2.5의 증배율은, 충분히 유용한 양의 에너지의 회수를 가능하게 한다. 실제로, 압력은 팽창 부재의 용량에 의해 제한된다.Preferably, the first and/or second high pressures (Hp1, Hp2) are 10 to 40 bar and/or the first and/or second low pressures (Lp1, Lp2) are 1 to 5 bar. More preferably, the first high pressure Hp1 is higher/higher than the first low pressure Lp1 by a multiplication factor of 2.5 to 15, and the second high pressure Hp2 is the second high pressure Hp2 by a multiplication factor of 2.5 to 15. higher than the low pressure (Lp2). According to these values and pressure ratios, the process can be adjusted to the enthalpy curve of the fluid, and the equilibrium temperature can be optimally adjusted. The higher the working pressure, the greater the amount of energy recovered. A multiplication factor of at least 2.5 allows recovery of a sufficiently useful amount of energy. In practice, the pressure is limited by the capacity of the expandable member.
말할 필요도 없이, 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체에 대해 전술한 특징 중 일부 또는 전부는, 예를 들어 도 1에서처럼, 단일 작용 유체가 사용되는 경우에 적용 가능하다.Needless to say, some or all of the features described above for the first and second working fluids are applicable where a single working fluid is used, for example in FIG. 1 .
본 발명의 효과를 입증하기 위해, 단일 랭킨 사이클로 획득된 에너지 수율(시뮬레이션 번호 1), 및 본 발명의 실시형태에 따른 랭킨 사이클의 조합으로 획득된 에너지 수율(시뮬레이션 번호 2, 번호 3 및 번호 4)을 계산하기 위해 시뮬레이션이 수행되었다.To demonstrate the effect of the present invention, the energy yield obtained with a single Rankine cycle (Simulation No. 1), and the energy yield obtained with a combination of Rankine cycles according to an embodiment of the present invention (Simulation No. 2, No. 3 and No. 4) Simulations were performed to calculate
저온 흐름은, 90.5% 메탄, 7.3% 에탄, 1.5% 프로판, 0.2% 부탄, 0.3% 이소부탄, 및 0.2% 질소(몰%)를 포함하는 천연 가스였다.The cold stream was natural gas comprising 90.5% methane, 7.3% ethane, 1.5% propane, 0.2% butane, 0.3% isobutane, and 0.2% nitrogen (mol %).
시뮬레이션 번호 1:Simulation number 1:
사용된 교환기 구성은 도 1에 따른다. 유일한 작용 유체는 프로판이었다. 작용 유체(W1)의 압력은, 기화 교환기의 유입구에서 7.5 bar이었고, 응축 교환기의 배출구(32)에서 1.5 bar이었다. 고온 흐름은, 기화 교환기의 유입구에서의 23℃의 온도 및 5 bar의 압력의 해수였다.The switch configuration used is according to FIG. 1 . The only working fluid was propane. The pressure of the working fluid W1 was 7.5 bar at the inlet of the gasification exchanger and 1.5 bar at the
시뮬레이션 번호 2:Simulation number 2:
사용된 교환기 구성은 도 2에 따른다. 작용 유체는 순수 물질이었다. 제1 작용 유체(W1)는 에틸렌이었다. 제2 작용 유체는 에탄이었다. 제1 작용 유체(W1)의 압력은 유입구(1a)에서 32 bar였고, 배출구(32)에서 2 bar였다. 제2 작용 유체(W2)의 압력은 유입구(51)에서 27 bar였고, 배출구(72)에서 5.8 bar였다. 천연 가스 압력은 유입구(41)에서 90 bar였고, 배출구(92)에서 89 bar였다. 고온 흐름(C1, C2, C3)은, 채널(2, 6 및 12)의 유입구 및 배출구에서 5 bar의 압력의 해수였다. 표 1은 상이한 채널의 유입구 또는 배출구에서의 계산된 유체 온도를 나타낸다.The switch configuration used is according to FIG. 2 . The working fluid was pure substance. The first working fluid W1 was ethylene. The second working fluid was ethane. The pressure of the first working fluid W1 was 32 bar at the
[표 1][Table 1]
시뮬레이션 번호 3:Simulation number 3:
사용된 교환기 구성은 도 3에 따른다. 제1 작용 유체(W1)는, 53% 에틸렌, 41% 메탄, 및 6% 프로판(몰%)을 포함하는 탄화수소 혼합물이었다. 제2 작용 유체(W2)는, 46% 에틸렌, 38% 프로판, 8% 메탄, 및 8% 이소부탄(몰%)을 포함하는 탄화수소 혼합물이었다. 제1 작용 유체(W1)의 압력은 유입구(23)에서 31.0 bar였고, 배출구(32)에서 1.8 bar였다. 제2 작용 유체(W2)의 압력은 유입구(43)에서 12.4 bar였고, 배출구(72)에서 4.6 bar였다. 천연 가스 압력은 유입구(41)에서 90 bar였고, 배출구(82)에서 89.5 bar였다. 고온 흐름(C1, C2, C3)은, 채널(2, 6 및 12)의 유입구 및 배출구에서 5 bar의 압력의 해수였다. 표 2는 상이한 채널의 유입구 또는 배출구에서의 계산된 유체 온도를 나타낸다.The exchange configuration used is according to FIG. 3 . The first working fluid (W1) was a hydrocarbon mixture comprising 53% ethylene, 41% methane, and 6% propane (mol%). The second working fluid (W2) was a hydrocarbon mixture comprising 46% ethylene, 38% propane, 8% methane, and 8% isobutane (mol %). The pressure of the first working fluid W1 was 31.0 bar at the
[표 2][Table 2]
시뮬레이션 번호 4:Simulation number 4:
사용된 교환기 구성은 도 5에 따른다. 작용 유체는 순수 물질이었다. 제1 작용 유체(W1)는 에틸렌이었다. 제2 작용 유체는 에탄이었다. 제1 작용 유체(W1)의 압력은 유입구(1a)에서 8.1 bar였고, 배출구(32)에서 2.1 bar였다. 제2 작용 유체(W2)의 압력은 유입구(51)에서 27 bar였고, 배출구(22)에서 5.8 bar였다. 천연 가스 압력은 유입구(41)에서 90 bar였고, 배출구(92)에서 89 bar였다. 고온 흐름(C2)은, 채널(6)의 유입구 및 배출구에서 5 bar의 압력의 해수였다. 표 3은 상이한 채널의 유입구 또는 배출구에서의 계산된 유체 온도를 나타낸다.The switch configuration used is according to FIG. 5 . The working fluid was a pure substance. The first working fluid W1 was ethylene. The second working fluid was ethane. The pressure of the first working fluid W1 was 8.1 bar at the inlet 1a and 2.1 bar at the
[표 3][Table 3]
시뮬레이션 번호 5:Simulation number 5:
사용된 교환기 구성은 도 4에 따른다. 제1 작용 유체(W1)는, 55.4% 에틸렌, 41% 메탄, 및 3.6% 프로판(몰%)을 포함하는 탄화수소 혼합물이었다. 제2 작용 유체는, 46% 에틸렌, 38% 프로판, 8% 메탄, 및 8% 이소부탄을 포함하는 탄화수소 혼합물이었다. 제1 작용 유체(W1)의 압력은 유입구(141)에서 16.7 bar였고, 배출구(32)에서 1.7 bar였다. 제2 작용 유체(W2)의 압력은 유입구(151)에서 12 bar였고, 배출구(22)에서 4.2 bar였다. 천연 가스 압력은 유입구(41)에서 90 bar였고, 배출구(82)에서 89.5 bar였다. 고온 흐름(C1)은, 채널(2)의 유입구 및 배출구에서 5 bar의 압력의 해수였다. 표 4는 상이한 채널의 유입구 또는 배출구에서의 계산된 유체 온도를 나타낸다.The switch configuration used is according to FIG. 4 . The first working fluid (W1) was a hydrocarbon mixture comprising 55.4% ethylene, 41% methane, and 3.6% propane (mol %). The second working fluid was a hydrocarbon mixture comprising 46% ethylene, 38% propane, 8% methane, and 8% isobutane. The pressure of the first working fluid W1 was 16.7 bar at the inlet 141 and 1.7 bar at the
[표 4][Table 4]
시뮬레이션 번호 1에서, 제1 공정 작동 모드로 획득된 에너지 수율은 0.016 kWh/Nm3였다.In
시뮬레이션 번호 2에서, 제1 사이클의 제1 작동 모드로 획득된 에너지 수율은 0.0114 kWh/Nm3였고, 제2 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.0049 kWh/Nm3였다(즉, 시뮬레이션 번호 1에 비해 약 2%의 이득을 나타내는, 0.01634 kWh/Nm3의 총 공정 수율).In simulation No. 2, the energy yield obtained with the first operating mode of the first cycle was 0.0114 kWh/Nm 3 , and the energy yield of the second Rankine cycle was 0.0049 kWh/Nm 3 (i.e., about 2 compared to simulation No. 1). % of the total process yield of 0.01634 kWh/Nm 3 ).
시뮬레이션 번호 3에서, 제1 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.016 kWh/Nm3였고, 제2 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.011 kWh/Nm3였다(즉, 시뮬레이션 번호 1에 비해 약 68%의 이득을 나타내는, 0.027 kWh/Nm3의 총 수율).In
시뮬레이션 번호 4에서, 제1 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.0045 kWh/Nm3였고, 제2 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.0134 kWh/Nm3였다(즉, 시뮬레이션 번호 1에 비해 약 12%의 이득을 나타내는, 0.0179 kWh/Nm3의 총 수율). 시뮬레이션 번호 5에서, 제1 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.012 kWh/Nm3였고, 제2 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.021 kWh/Nm3였다(즉, 시뮬레이션 번호 1에 비해 약 106%의 이득을 나타내는, 0.033 kWh/Nm3의 총 수율).In simulation number 4, the energy yield of the first Rankine cycle was 0.0045 kWh/Nm 3 , and the energy yield of the second Rankine cycle was 0.0134 kWh/Nm 3 (i.e., representing a gain of about 12% compared to
각각의 경우, 공정은 두 작동 모드 모두로 시뮬레이션되었다. 예를 들어, 시뮬레이션 번호 5에 따른 공정을 고려한다. 제1 작동 모드에서, 제1 작용 유체의 유량은 1055 Nm3/h였고, 제2 작용 유체의 유량은 3617 Nm3/h였다.In each case, the process was simulated in both modes of operation. For example, consider a process according to
제2 작동 모드에서, 제1 작용 유체의 유량은 927 Nm3/h였고(즉, 제1 작동 모드에 비해 12% 감소(상대적인 차)), 제2 작용 유체의 유량은 3400 Nm3/h였다(즉, 제1 작동 모드에 비해 6% 감소(상대적인 차)). 질소로 형성된 공급물 흐름(200)이 E3 교환기 내로 유입되었다. 이는 제2 교환기(E2)의 유입구에서 약 20℃의 온도 및 약 35 bar의 압력을 가졌다.In the second operating mode, the flow rate of the first working fluid was 927 Nm 3 /h (ie a 12% decrease (relative difference) compared to the first operating mode) and the flow rate of the second working fluid was 3400 Nm 3 /h (
액화 공급물 흐름(201)이 제2 교환기의 배출구에서 획득되었고, 상기 흐름(201)은 약 -150℃의 온도 및 약 34.5 bar의 압력을 갖는다.A liquefied
LNG의 약 3000 Nm3/h의 유량에서, -170℃의 저장 온도로 그리고 사전 플래시 팽창 후의 10 bar의 저장 압력으로, 약 175 Nm3/h의 질소를 탱크(203)에 저장하는 것이 가능하였다. 또한, 액체 질소의 이러한 생성은, 약 0.029 kWh/Nm3 LNG의 전기의 생성을 수반하였다(즉, 제1 작동 모드 단독으로 시뮬레이션 번호 5에 비해 0.004 kWh/Nm3의 생성된 전기 에너지의 감소).At a flow rate of about 3000 Nm 3 /h of LNG, with a storage temperature of -170° C. and a storage pressure of 10 bar after pre-flash expansion, it was possible to store about 175 Nm 3 /h of nitrogen in the
혼합된 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체의 사용은, 액화 천연 가스와 작용 유체 간의 교환 도표의 개선에 의해, 공정의 성능을 크게 증가시킨다는 것을 유의해야 한다.It should be noted that the use of mixed first and second working fluids greatly increases the performance of the process by improving the exchange diagram between the liquefied natural gas and the working fluid.
예시로서, 도 6은 한편으로는 시뮬레이션 번호 4에 따른 순수 작용 유체를 통한 사이클의 조합으로 획득되고((a)에서), 다른 한편으로는 시뮬레이션 번호 5에 따른 혼합된 작용 유체를 통한 사이클의 조합으로 획득되는((b)에서), 열교환 - 온도(ΔH - T) 교환 도표 또는 엔탈피 곡선의 비교를 도시한다. 도시된 도표는, 3000 Nm3/h의 처리된 LNG의 유량에 대해 획득된다(즉, 산업 단위의 약 1/100 스케일). 곡선 A, B, C, D는, 2개의 시뮬레이션된 구성 각각에 대해, 제1 및 제2 작용 유체(곡선 B 및 D)를 포함하는, 공정에서 냉각 및/또는 응축되는 모든 열발생 유체, 및 LNG(곡선 A 및 C)를 포함하는, 공정에서 가열 및/또는 기화되는 모든 냉매 유체 및 천연 가스에 대해, 온도에 따라 교환되는 열량의 방출을 각각 도시한다. 도 6b)에서, 이러한 사이클의 더 큰 효율을 설명하는 구성 성분의 혼합물로 구성된 작용 유체를 사용함으로써, 평균 온도차가 크게 감소된다는 것을 알 수 있다.By way of example, FIG. 6 shows on the one hand a combination of cycles through a pure working fluid according to simulation number 4 (in (a)) and on the other hand a combination of cycles through a mixed working fluid according to simulation number 5 A comparison of the heat exchange-temperature (ΔH-T) exchange diagram or enthalpy curve, obtained with (b), is shown. The plots shown are obtained for a flow rate of treated LNG of 3000 Nm 3 /h (ie about 1/100 scale of an industrial unit). Curves A, B, C, D show, for each of the two simulated configurations, all heat generating fluids that are cooled and/or condensed in the process, including first and second working fluids (curves B and D), and For all refrigerant fluids heated and/or vaporized in the process and natural gas, including LNG (curves A and C), the release of heat exchanged as a function of temperature is shown respectively. 6b) it can be seen that by using a working fluid composed of a mixture of constituents, which accounts for the greater efficiency of this cycle, the mean temperature difference is greatly reduced.
말할 필요도 없이, 본 발명은 본 특허 출원에서 설명되고 예시된 특정 실시예로 제한되지 않는다. 또한, 당업자의 범위 내에 있는 다른 변형예 또는 실시형태가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있다. 예를 들어, 교환기(들)로부터의 유체의 분사 및 추출의 다른 구성, 유체의 유동의 다른 방향, 다른 유형의 유체 등이 안출될 수 있다.Needless to say, the present invention is not limited to the specific embodiments described and illustrated in this patent application. In addition, other modifications or embodiments within the scope of those skilled in the art can be devised without departing from the scope of the present invention. For example, other configurations of injection and extraction of fluids from the exchanger(s), other directions of flow of fluids, other types of fluids, and the like may be devised.
Claims (21)
상기 시스템은, 저장 탱크(203), 적어도 하나의 발전기(G), 및 열교환 관계로 되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하며,
상기 공정은, 제1 작동 모드에서,
a) 제1 고압(Hp1)을 갖는 제1 작용 유체(W1)를 적어도 하나의 제1 채널(1) 내로 유입시키고, 상기 적어도 하나의 제1 채널(1)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제2 채널(2)에서 유동하는 적어도 하나의 제1 고온 흐름(C1)에 대하여, 상기 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;
b) 상기 제1 채널(1)로부터 단계 a)에서 획득된 상기 제1 작용 유체(W1)를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제1 발전기와 협력하는 제1 팽창 부재에서, 제1 저압(Lp1)으로 팽창시키는 단계로서, Lp1은 Hp1 미만인, 단계;
c) 단계 b)에서 팽창된 상기 제1 작용 유체(W1)를 적어도 하나의 제3 채널(3) 내로 유입시키고, 적어도 상기 제3 채널(3)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제4 채널(4)에서 유동하는 적어도 상기 저온 흐름(F)에 대하여, 상기 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;
d) 상기 제3 채널(3)로부터 단계 c)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제1 작용 유체(W1)를 전달하여, 최대 상기 제1 고압(Hp1)까지 상기 제1 작용 유체(W1)의 압력을 상승시키고, 상기 제1 채널(1) 내로 재유입시키는 단계를 포함하고,
상기 공정은, 제2 작동 모드에서,
e) 적어도 상기 제4 채널(4)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제10 채널(10) 내로 공급물 흐름(200)을 유입시키는 단계;
f) 상기 제10 채널(10)의 배출구에서, 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름(201)을 생성하기 위해, 상기 저온 흐름(F)에 대하여 상기 공급물 흐름(200)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계; 및
g) 단계 f)에서 생성된 상기 공급물 흐름(201)으로 상기 저장 탱크(203)를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
시스템에서 저온 흐름(F)으로부터 냉동 에너지를 회수하기 위한 공정.A process for recovering refrigeration energy from a cold stream (F) in a system, comprising:
The system comprises a storage tank (203), at least one generator (G), and at least one heat exchange device comprising a plurality of channels configured to flow a fluid into a heat exchange relationship;
The process, in a first mode of operation,
a) at least one second channel that introduces a first working fluid W1 having a first high pressure Hp1 into the at least one first channel 1 and is in heat exchange relationship with the at least one first channel 1 . vaporizing at least a portion of the first working fluid (W1) with respect to the at least one first hot stream (C1) flowing in (2);
b) in a first expandable member cooperating with a first generator to deliver the first working fluid W1 obtained in step a) from the first channel 1 to generate electrical energy, a first low pressure Lp1 ), wherein Lp1 is less than Hp1;
c) at least one fourth channel (4) introducing the first working fluid (W1) expanded in step b) into at least one third channel (3) and in heat exchange relationship with at least the third channel (3) condensing at least a portion of the first working fluid (W1) with respect to at least the cold stream (F) flowing in the
d) passing the first working fluid W1 at least partially condensed in step c) from the third channel 3 , the pressure of the first working fluid W1 up to the first high pressure Hp1 raising and re-introducing into the first channel (1),
The process, in a second mode of operation,
e) introducing a feed stream (200) into at least one tenth channel (10) in heat exchange relationship with said fourth channel (4);
f) at the outlet of the tenth channel (10), condensing at least a portion of the feed stream (200) with respect to the cold stream (F) to produce an at least partially liquefied feed stream (201). step; and
g) filling the storage tank (203) with the feed stream (201) produced in step f).
A process for recovering refrigeration energy from the cold stream (F) in the system.
h) 단계 f)로부터 획득된 상기 공급물 흐름(201)을 과냉각기(205) 내로 유입시키는 단계;
i) 상기 공급물 흐름(201)의 기상(204) 및 액상을 형성하기 위해, 상기 과냉각기(205)로부터의 상기 공급물 흐름(201)을 전달하여 제3 팽창 부재(202)에서 팽창시키는 단계;
j) 상기 기상(204) 및 액상을 상기 저장 탱크(203) 내로 유입시키는 단계;
k) 상기 저장 탱크(203)로부터 상기 기상(204)의 적어도 일부분을 추출하여, 상기 기상(204)과의 열교환에 의해 상기 과냉각기(205)에서 유동하는 상기 공급물 흐름(201)을 냉각시키도록 상기 과냉각기(205) 내로 유입시키는 단계;
l) 압축된 기상(206)을 형성하기 위해 압축 장치에서 상기 기상(204)을 압축시키고, 상기 제10 채널(10) 내로 유입시키기 전에, 상기 공급물 흐름(200) 내로 상기 압축된 기상(206)을 유입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.The method of claim 1,
h) introducing the feed stream (201) obtained from step f) into a supercooler (205);
i) passing the feed stream (201) from the subcooler (205) and expanding it in a third expandable member (202) to form a gaseous phase (204) and a liquid phase of the feed stream (201); ;
j) introducing the gaseous phase (204) and the liquid phase into the storage tank (203);
k) extracting at least a portion of the gas phase (204) from the storage tank (203) to cool the feed stream (201) flowing in the subcooler (205) by heat exchange with the gas phase (204); flowing into the supercooler (205);
l) compressing the gaseous phase 204 in a compression device to form a compressed gaseous phase 206 , and prior to introducing it into the tenth channel 10 , the compressed gaseous phase 206 into the feed stream 200 . ), characterized in that it further comprises the step of introducing.
상기 제4 채널(4)로부터 배출되는 상기 저온 흐름(F)은 적어도 하나의 제8 채널(8) 내로 유입되며,
상기 공정은, 상기 제1 작동 모드에서,
m) 제2 고압(Hp2)을 갖는 제2 작용 유체(W2)를 적어도 하나의 제5 채널(5) 내로 유입시키고, 적어도 상기 제5 채널(5)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제6 채널(6)에서 유동하는 적어도 하나의 제2 고온 흐름(C2)에 대하여, 상기 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;
n) 상기 제5 채널(5)로부터 단계 m)에서 적어도 부분적으로 기화된 상기 제2 작용 유체(W2)를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제2 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서, 제2 저압(Lp2)으로 팽창시키는 단계로서, Lp2는 Hp2보다 더 낮은, 단계;
o) 단계 n)에서 팽창된 상기 제2 작용 유체(W2)를 적어도 상기 제8 채널(8)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제7 채널(7) 내로 유입시키고, 상기 제8 채널(8)에서 유동하는 상기 저온 흐름(F)에 대하여, 상기 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;
p) 상기 제7 채널(7)로부터 단계 g)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제2 작용 유체(W2)를 전달하여, 상기 제2 작용 유체(W2)의 압력을 상기 제2 고압(Hp2)으로 상승시키고, 상기 제2 작용 유체(W2)를 상기 제5 채널(5) 내로 재유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하며,
상기 공정은, 상기 제2 작동 모드에서,
q) 단계 f) 전에, 상기 제8 채널(8)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제11 채널(11) 내로 상기 공급물 흐름(200)을 유입시키는 단계;
r) 적어도 일부분의 가능한 응축과 함께, 상기 제11 채널(11)의 배출구에서 냉각된 공급물 흐름(200)을 획득하도록, 상기 저온 흐름(F)에 대하여 상기 공급물 흐름(200)을 냉각시키고, 상기 냉각된 공급물 흐름(200)을 상기 제10 채널(10) 내로 유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.3. The method of claim 1 or 2,
The cold stream (F) discharged from the fourth channel (4) is introduced into at least one eighth channel (8),
The process, in the first mode of operation,
m) at least one sixth channel (6) for introducing a second working fluid (W2) having a second high pressure (Hp2) into the at least one fifth channel (5) and in heat exchange relation with at least the fifth channel (5) ) vaporizing at least a portion of the second working fluid (W2) with respect to the at least one second hot stream (C2) flowing in;
n) in a second expandable member cooperating with a second generator to deliver said second working fluid (W2) at least partially vaporized in step m) from said fifth channel (5) to produce electrical energy, a second expanding to a low pressure (Lp2), wherein Lp2 is lower than Hp2;
o) introducing the second working fluid W2 expanded in step n) into at least one seventh channel 7 in heat exchange relationship with the eighth channel 8 , and flowing in the eighth channel 8 . condensing at least a portion of the second working fluid (W2) with respect to the low temperature stream (F);
p) passing the second working fluid W2 at least partially condensed in step g) from the seventh channel 7 , thereby reducing the pressure of the second working fluid W2 to the second high pressure Hp2 raising and re-introducing the second working fluid (W2) into the fifth channel (5);
The process, in the second mode of operation,
q) before step f), introducing the feed stream (200) into at least one eleventh channel (11) in heat exchange relationship with the eighth channel (8);
r) cooling the feed stream 200 with respect to the cold stream F so as to obtain a cooled feed stream 200 at the outlet of the eleventh channel 11, with possible condensation of at least a portion; , introducing the cooled feed stream (200) into the tenth channel (10).
상기 제4 채널(4)로부터 배출되는 상기 저온 흐름(F)은 적어도 하나의 제8 채널(8) 내로 유입되며,
상기 공정은, 상기 제1 작동 모드에서,
s) 제2 고압(Hp2)을 갖는 제2 작용 유체(W2)를 적어도 하나의 제5 채널(5) 내로 유입시키고, 적어도 상기 제5 채널(5)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제6 채널(6)에서 유동하는 적어도 하나의 제2 고온 흐름(C2)에 대하여, 상기 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;
t) 상기 제5 채널(5)로부터 단계 s)에서 적어도 부분적으로 기화된 상기 제2 작용 유체(W2)를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제2 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서, 제2 저압(Lp2)으로 팽창시키는 단계로서, Lp2는 Hp2보다 더 낮은, 단계;
u) 단계 t)에서 팽창된 상기 제2 작용 유체(W2)를 상기 제2 채널(2) 내로 유입시키고, 상기 제8 채널(8)에서 유동하는 적어도 상기 저온 흐름(F)에 대하여 상기 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;
v) 상기 제2 채널(2)로부터 단계 u)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제2 작용 유체(W2)를 전달하여, 상기 제2 작용 유체(W2)의 압력을 최대 상기 제2 고압(Hp2)까지 상승시키고, 상기 제2 작용 유체(W2)를 상기 제5 채널(5) 내로 재유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하며,
단계 a)에서 유동하는 상기 제1 고온 흐름(C1)은, 상기 제2 채널(2)에서 단계 u)에서 유동하는 상기 제2 작용 유체(W2)에 의해 적어도 부분적으로 형성되고,
상기 공정은, 상기 제2 작동 모드에서,
w) 단계 f) 전에, 적어도 상기 제8 채널(8)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제11 채널(11) 내로 상기 공급물 흐름(200)을 유입시키는 단계;
x) 적어도 일부분의 가능한 응축과 함께, 상기 제11 채널(11)의 배출구에서, 냉각된 공급물 흐름(200)을 획득하도록, 상기 저온 흐름(F)에 대하여 상기 공급물 흐름(200)을 냉각시키고, 상기 냉각된 공급물 흐름(200)을 상기 제10 채널(10) 내로 유입시키는 단계의 추가적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.3. The method of claim 1 or 2,
The cold stream (F) discharged from the fourth channel (4) is introduced into at least one eighth channel (8),
The process, in the first mode of operation,
s) at least one sixth channel (6) for introducing a second working fluid (W2) having a second high pressure (Hp2) into the at least one fifth channel (5) and in heat exchange relationship with at least the fifth channel (5) ) vaporizing at least a portion of the second working fluid (W2) with respect to the at least one second hot stream (C2) flowing in;
t) in a second expandable member cooperating with a second generator to deliver said second working fluid (W2) at least partially vaporized in step s) from said fifth channel (5) to produce electrical energy, a second expanding to a low pressure (Lp2), wherein Lp2 is lower than Hp2;
u) introducing the second working fluid W2 expanded in step t) into the second channel 2 , and at least for the cold stream F flowing in the eighth channel 8 , the second condensing at least a portion of the working fluid (W2);
v) delivering the second working fluid W2 that is at least partially condensed in step u) from the second channel 2 to increase the pressure of the second working fluid W2 to a maximum of the second high pressure Hp2 and re-introducing the second working fluid (W2) into the fifth channel (5),
the first hot stream (C1) flowing in step a) is formed at least in part by the second working fluid (W2) flowing in step u) in the second channel (2),
The process, in the second mode of operation,
w) before step f), introducing said feed stream (200) into at least one eleventh channel (11) in heat exchange relationship with said eighth channel (8);
x) cooling the feed stream 200 with respect to the cold stream F to obtain a cooled feed stream 200 at the outlet of the eleventh channel 11, with at least some possible condensation and introducing the cooled feed stream (200) into the tenth channel (10).
상기 제1 작용 유체(W1) 및/또는 상기 제2 작용 유체(W2)는 유기 유체이며,
상기 제1 작용 유체(W1) 및/또는 상기 제2 작용 유체(W2)는 제1 탄화수소 혼합물 및 제2 탄화수소 혼합물을 각각 포함하고,
상기 제1 및 제2 탄화수소 혼합물은 바람직하게는, 선택적으로 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 및 네온으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 성분의 첨가와 함께, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 및 이소부탄으로부터 선택된 적어도 2개의 탄화수소를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
the first working fluid (W1) and/or the second working fluid (W2) is an organic fluid,
the first working fluid (W1) and/or the second working fluid (W2) comprises a first hydrocarbon mixture and a second hydrocarbon mixture, respectively,
The first and second hydrocarbon mixtures are preferably methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, butene, optionally with the addition of at least one additional component selected from nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and neon. and at least two hydrocarbons selected from isobutane.
상기 제1 작용 유체(W1) 및/또는 상기 제2 작용 유체(W2)는 유기 유체이며,
상기 제1 작용 유체(W1) 및/또는 상기 제2 작용 유체(W2)는, 제1 탄화수소 및 제2 탄화수소로 각각 이루어진 순수 물질인 것을 특징으로 하는, 공정.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
the first working fluid (W1) and/or the second working fluid (W2) is an organic fluid,
Process, characterized in that the first working fluid (W1) and/or the second working fluid (W2) are pure substances consisting respectively of a first hydrocarbon and a second hydrocarbon.
상기 공급물 흐름(200)은, 대부분, 바람직하게는 완전히 또는 거의 완전히, 공기 가스, 바람직하게는 질소, 산소 또는 아르곤으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 공정.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Process, characterized in that the feed stream (200) is formed mostly, preferably completely or almost completely, of an air gas, preferably nitrogen, oxygen or argon.
상기 저온 흐름(F)은, 액화 천연 가스와 같은 액화 탄화수소 흐름이거나, 액화 질소 흐름, 액화 산소 흐름, 액화 수소 흐름으로부터 선택된 극저온 액체 흐름인 것을 특징으로 하는, 공정.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The process according to claim 1 , wherein the cold stream (F) is a stream of liquefied hydrocarbons, such as liquefied natural gas, or a stream of a cryogenic liquid selected from a stream of liquid nitrogen, a stream of liquid oxygen, a stream of liquid hydrogen.
상기 제1 고온 흐름(C1), 상기 제2 고온 흐름(C2), 및/또는 상기 제3 흐름(C3)은, 해수, 바람직하게는, 정확히 0℃ 초과, 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 온도로 유입되는 해수로 형성되며,
상기 해수는 선택적으로 사전 가열 단계를 거치는 것을 특징으로 하는, 공정.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
The first hot stream (C1), the second hot stream (C2), and/or the third stream (C3) is of seawater, preferably, exactly above 0 °C, preferably between 10 °C and 30 °C. It is formed by seawater flowing into the temperature,
Process, characterized in that the seawater is optionally subjected to a preheating step.
상기 공정은, 상기 제1 작동 모드 또는 상기 제2 작동 모드에 따라 선택적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 공정.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
The process, characterized in that the process is carried out selectively according to the first mode of operation or the second mode of operation.
상기 제1 또는 제2 작동 모드의 선택은, 전기 수요량을 나타내는 적어도 하나의 파라미터의 값에 따라 수행되며,
바람직하게는, 상기 공정은, 전기 공급망을 통해 및/또는 산업 설비에 의해 소비되는 전기 에너지 및/또는 순간 전력의 적어도 하나의 값을 결정하는 적어도 하나의 단계를 포함하고,
상기 공정은, 상기 값이 미리 결정된 임계값 이상인 경우 상기 제1 작동 모드로 수행되거나, 상기 값이 상기 미리 결정된 임계값 미만인 경우 상기 제2 작동 모드로 수행되는 것을 특징으로 하는, 공정.11. The method of claim 10,
the selection of the first or second operating mode is carried out according to the value of at least one parameter indicating the amount of electricity demand;
Preferably, the process comprises at least one step of determining at least one value of electrical energy and/or instantaneous power consumed via an electrical supply network and/or by an industrial plant,
wherein the process is carried out in the first mode of operation if the value is greater than or equal to a predetermined threshold or is carried out in the second mode of operation if the value is less than the predetermined threshold.
상기 제2 작동 모드에서, 상기 제1 고온 흐름(C1), 상기 제2 고온 흐름(C2), 상기 제1 작용 유체(W1), 및/또는 상기 제2 작용 유체(W2) 중에서 적어도 하나의 유량은 감소되거나 심지어 중단되는 것을 특징으로 하는, 공정.12. The method according to any one of claims 1 to 11,
In the second mode of operation, the flow rate of at least one of the first hot stream C1 , the second hot stream C2 , the first working fluid W1 , and/or the second working fluid W2 . is reduced or even stopped.
상기 공정은, 전기 에너지 및 적어도 부분적으로 액화된 공급물 흐름(201)을 동시에 생성하도록, 상기 제1 작동 모드 및 상기 제2 작동 모드로 동시에 수행되며,
상기 공정은, 적어도 상기 제1 작용 유체(W1) 및/또는 상기 제2 작용 유체(W2)의 유량의 변동에 의해, 상기 작동을 조정하는 적어도 하나의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
the process is performed simultaneously in the first mode of operation and the second mode of operation to simultaneously produce electrical energy and an at least partially liquefied feed stream (201);
The process, characterized in that it comprises at least one step of adjusting the operation by at least a change in the flow rates of the first working fluid (W1) and/or the second working fluid (W2).
단계 f)로부터 획득된 상기 공급물 흐름(201)은, 적어도 5 bar, 바람직하게는 적어도 20 bar, 보다 바람직하게는 적어도 30 bar의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는, 공정.14. The method according to any one of claims 1 to 13,
Process, characterized in that the feed stream (201) obtained from step f) has a pressure of at least 5 bar, preferably at least 20 bar, more preferably at least 30 bar.
상기 제8 채널(8)에서 배출되는 상기 저온 흐름(F)은, 상기 제2 고온 흐름(C2), 상기 제2 작용 유체(W2), 및/또는 제3 고온 흐름(C3)에 대하여 그 안에서 가열되도록 하기 위해, 적어도 하나의 제9 채널(9) 내로 유입되며,
상기 공급물 흐름(200)은, 상기 제11 채널(11) 내로의 이의 유입 전에, 적어도 상기 제9 채널(9)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제13 채널(13) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 공정.15. The method according to any one of claims 1 to 14,
The cold stream F exiting the eighth channel 8 is directed therein with respect to the second hot stream C2, the second working fluid W2, and/or the third hot stream C3. to be heated, introduced into at least one ninth channel (9),
characterized in that the feed stream (200) enters at least a thirteenth channel (13) in heat exchange relationship with at least the ninth channel (9) before its introduction into the eleventh channel (11). fair.
상기 저온 흐름(F) 및 상기 공급물 흐름(200)은 반대 유동 방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는, 공정.16. The method according to any one of claims 1 to 15,
The process, characterized in that the cold stream (F) and the feed stream (200) flow in opposite flow directions.
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12 및/또는 제13 채널은, 브레이징 플레이트 유형의 적어도 하나의 열교환기의 일부를 형성하며,
상기 교환기는, 상기 교환기 내에서 다수의 일련의 다수의 채널을 이들 사이에 한정하도록 이격된 다수의 평행 플레이트의 적층물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.17. The method according to any one of claims 1 to 16,
The first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, twelfth and/or thirteenth channels are at least one of the brazing plate type. forming part of the heat exchanger of
wherein said exchanger comprises a stack of a plurality of parallel plates spaced apart to define a plurality of series of a plurality of channels therebetween.
상기 공급물 흐름(200)은, 상기 제10 채널(10), 상기 제11 채널(11), 및/또는 상기 제13 채널(13) 내로 가스 형태로 유입되며, 바람직하게는, -200℃ 내지 -130℃, 바람직하게는 -170℃ 내지 -130℃, 보다 바람직하게는 -160℃ 내지 -140℃의 온도로, 상기 제10 채널(10)로부터 완전히 응축된 상태로 배출되는 것을 특징으로 하는, 공정.18. The method according to any one of claims 1 to 17,
The feed stream 200 is introduced in gaseous form into the tenth channel 10 , the eleventh channel 11 , and/or the thirteenth channel 13 , preferably at -200°C to -130 ℃, preferably -170 ℃ to -130 ℃, more preferably at a temperature of -160 ℃ to -140 ℃, characterized in that discharged from the tenth channel 10 in a completely condensed state, fair.
상기 시스템은, 저장 탱크(203), 적어도 하나의 발전기, 및 열교환 관계로 되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하며,
상기 설비는,
- 제1 작용 유체(W1)를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제1 채널(1);
- 제1 고온 흐름(C1)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제2 채널(2)로서, 상기 제2 채널(2)은, 제1 작동 모드에서, 상기 제1 채널(1) 내로 유입된 상기 제1 작용 유체(W1)가 상기 제1 고온 흐름(C1)에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제1 채널(1)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제2 채널(2);
- 상기 제1 채널(1)의 하류에 배치되고, 상기 제1 채널(1)에서 배출되는 상기 제1 작용 유체(W1)의 압력을 제1 고압(Hp1)으로부터 제1 저압(Lp1)으로 감소시키도록 구성되는, 제1 팽창 부재;
- 상기 제1 팽창 부재에 연결된 발전기;
- 상기 제1 팽창 부재의 하류에 배치되고, 상기 제1 팽창 부재에 의해 팽창된 상기 제1 작용 유체(W1)를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제3 채널(3);
- 저온 흐름(F)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제4 채널(4)로서, 상기 제4 채널(4)은, 상기 제1 작동 모드에서, 상기 제3 채널(3) 내로 유입된 상기 제1 작용 유체(W1)가 적어도 부분적으로 기화되는 상기 저온 흐름(F)에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제3 채널(3)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제4 채널(4);
- 상기 제3 채널(3)의 하류에 배치되고, 상기 제3 채널(3)에서 배출되는 상기 제1 작용 유체(W1)의 압력을 상기 제1 저압(Lp1)으로부터 상기 제1 고압(Hp1)으로 증가시키도록 구성되는, 제1 압력-상승 부재를 포함하고,
- 공급물 흐름(200)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제10 채널(10)로서, 상기 채널(10)은, 제2 작동 모드에서, 상기 제10 채널(10) 내로 유입된 상기 공급물 흐름(200)이 상기 저온 흐름(F)에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 채널(4)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제10 채널(10); 및
- 상기 제10 채널(10)에 유동 가능하게 연결된 저장 탱크(203)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
시스템에서 저온 흐름(F)으로부터 냉동 에너지를 회수하기 위한 설비.A facility for recovering refrigeration energy from a cold stream (F) in a system, comprising:
The system comprises a storage tank (203), at least one generator, and at least one heat exchange device comprising a plurality of channels configured to flow a fluid into a heat exchange relationship;
The equipment is
- at least one first channel (1) configured to flow a first working fluid (W1);
- at least one second channel (2) configured to flow a first hot stream (C1), said second channel (2) having, in a first mode of operation, said second channel (2) introduced into said first channel (1) at least one second channel (2) in heat exchange relationship with said first channel (1) such that a first working fluid (W1) is at least partially vaporized with respect to said first hot stream (C1);
- Reduces the pressure of the first working fluid W1 disposed downstream of the first channel 1 and discharged from the first channel 1 from the first high pressure Hp1 to the first low pressure Lp1 a first expandable member configured to
- a generator connected to said first expandable member;
- at least one third channel (3) arranged downstream of said first expandable member and configured to flow said first working fluid (W1) expanded by said first expandable member;
- at least one fourth channel (4) configured to flow a cold stream (F), said fourth channel (4) having, in said first mode of operation, said third channel (3) introduced into said third channel (3) 1 at least one fourth channel (4) in heat exchange relationship with the third channel (3), such that the working fluid (W1) is at least partially condensed with respect to the at least partially vaporized cold stream (F);
- the pressure of the first working fluid W1 disposed downstream of the third channel 3 and discharged from the third channel 3 from the first low pressure Lp1 to the first high pressure Hp1 a first pressure-raising member configured to increase to
- at least one tenth channel (10) configured to flow a feed stream (200), said channel (10), in a second mode of operation, said feed stream introduced into said tenth channel (10) at least one tenth channel (10) in heat exchange relationship with said channel (4) such that (200) is at least partially condensed with respect to said cold stream (F); and
- characterized in that it further comprises a storage tank (203) movably connected to the tenth channel (10),
Equipment for recovering refrigeration energy from the cold stream (F) in the system.
- 제2 작용 유체(W2)를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제5 채널(5);
- 제2 고온 흐름(C2)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제6 채널(6)로서, 상기 제6 채널(6)은, 상기 제1 작동 모드에서, 상기 제5 채널(5) 내로 유입된 상기 제2 작용 유체(W2)가 상기 제2 고온 흐름(C2)에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제5 채널(5)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제6 채널(6);
- 상기 제1 채널(1)의 하류에 배치되고, 상기 제5 채널(5)에서 배출되는 상기 제2 작용 유체(W2)의 압력을 제2 고압(Hp2)으로부터 제2 저압(Lp2)으로 감소시키도록 구성되는, 제2 팽창 부재;
- 상기 제2 팽창 부재에 연결된 제2 발전기;
- 상기 제2 팽창 부재의 하류에 배치되고, 상기 제2 팽창 부재에 의해 팽창된 상기 제2 작용 유체(W2)를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제2 채널(2);
- 상기 저온 흐름(F)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제8 채널(8)로서, 상기 제8 채널(8)은, 상기 제1 작동 모드에서, 상기 제2 채널(2) 내로 유입된 상기 제2 작용 유체(W2)가 적어도 부분적으로 기화되는 상기 저온 흐름(F)에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제2 채널(2)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제8 채널(8);
- 상기 제2 채널(2)의 하류에 배치되고, 상기 제2 채널(2)에서 배출되는 상기 제2 작용 유체(W2)의 압력을 상기 제2 저압(Lp2)으로부터 상기 제2 고압(Hp2)으로 증가시키도록 구성되는, 제2 압력-상승 부재;
- 상기 공급물 흐름(200)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제11 채널(11)로서, 상기 제11 채널(11)은, 제2 작동 모드에서, 상기 제10 채널(10) 내로 유입되는 상기 공급물 흐름(200)이 상기 제10 채널(10) 내로 유입되기 전에 상기 저온 흐름(F)에 대하여 냉각되고, 선택적으로 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제8 채널(8)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제11 채널(11)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.20. The method of claim 19,
- at least one fifth channel (5) configured to flow a second working fluid (W2);
- at least one sixth channel (6) configured to flow a second hot stream (C2), said sixth channel (6) having, in said first mode of operation, introduced into said fifth channel (5) at least one sixth channel (6) in heat exchange relationship with said fifth channel (5) such that said second working fluid (W2) is at least partially vaporized with respect to said second hot stream (C2);
- Decrease the pressure of the second working fluid W2 disposed downstream of the first channel 1 and discharged from the fifth channel 5 from the second high pressure Hp2 to the second low pressure Lp2 a second expandable member configured to
- a second generator connected to said second expandable member;
- at least one second channel (2) arranged downstream of said second expandable member and configured to flow said second working fluid (W2) expanded by said second expandable member;
- at least one eighth channel (8) configured to flow the cold stream (F), said eighth channel (8), in said first mode of operation, said channel (8) introduced into said second channel (2) at least one eighth channel (8) in heat exchange relationship with said second channel (2) such that a second working fluid (W2) is at least partially condensed with respect to said cold stream (F) being at least partially vaporized;
- the pressure of the second working fluid W2 disposed downstream of the second channel 2 and discharged from the second channel 2 from the second low pressure Lp2 to the second high pressure Hp2 a second pressure-raising member configured to increase to ;
- at least one eleventh channel (11) configured to flow the feed stream (200), said eleventh channel (11) being, in a second mode of operation, introduced into said tenth channel (10) in heat exchange relationship with the eighth channel (8) such that the feed stream (200) is cooled with respect to the cold stream (F) before entering the tenth channel (10) and optionally at least partially condensed; Equipment, characterized in that it further comprises at least one eleventh channel (11).
상기 시스템은,
제19항 또는 제20항에 따른 설비;
생성 장치로서, 상기 생성 장치의 적어도 하나의 배출구에서 공급물 흐름(200)을 생성하기 위해 적합한, 극저온 증류 공기 분리 장치와 같은, 생성 장치에 의해 형성되며,
상기 적어도 하나의 배출구는 상기 설비에 유동 가능하게 연결되는,
시스템.As a system,
The system is
the installation according to claim 19 or 20;
A production device, formed by a production device, such as a cryogenic distillation air separation device, suitable for producing a feed stream ( 200 ) at at least one outlet of the production device;
wherein the at least one outlet is flowably connected to the facility;
system.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FRFR1908494 | 2019-07-26 | ||
FR1908494A FR3099234B1 (en) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | Refrigeration energy recovery process with production of electricity or liquefaction of a gas stream |
PCT/FR2020/051287 WO2021019143A1 (en) | 2019-07-26 | 2020-07-16 | Method for recovering refrigerating energy with electricity production or liquefying of a gaseous stream |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220047785A true KR20220047785A (en) | 2022-04-19 |
Family
ID=68501799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020227005704A KR20220047785A (en) | 2019-07-26 | 2020-07-16 | Methods for recovering refrigeration energy through liquefaction or power generation of gas streams |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4004467A1 (en) |
JP (1) | JP2022542137A (en) |
KR (1) | KR20220047785A (en) |
FR (1) | FR3099234B1 (en) |
WO (1) | WO2021019143A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT202100030674A1 (en) * | 2021-12-03 | 2023-06-03 | Saipem Spa | STABILIZATION PROCESS OF THE ELECTRICITY NETWORK, THE GAS NETWORK AND/OR THE HYDROGEN NETWORK |
FR3128011B1 (en) * | 2022-05-20 | 2024-06-28 | Air Liquide | Method and apparatus for cooling a flow rich in CO2 |
FR3145971A1 (en) * | 2023-02-17 | 2024-08-23 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process and apparatus for liquefying a gas rich in carbon dioxide |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2567586A1 (en) * | 2006-10-02 | 2008-04-02 | Expansion Power Inc. | Method of re-gasification of liquid natural gas to generate liquid air |
US7821158B2 (en) * | 2008-05-27 | 2010-10-26 | Expansion Energy, Llc | System and method for liquid air production, power storage and power release |
EP2278210A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method for the gasification of a liquid hydrocarbon stream and an apparatus therefore |
JP6087196B2 (en) * | 2012-12-28 | 2017-03-01 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | Low temperature compressed gas or liquefied gas manufacturing apparatus and manufacturing method |
CN105545390A (en) * | 2016-01-25 | 2016-05-04 | 辽宁石油化工大学 | LNG cold energy cascade utilization method |
CN105865149B (en) * | 2016-04-22 | 2018-07-31 | 暨南大学 | A method of producing liquid air using cold energy of liquefied natural gas |
-
2019
- 2019-07-26 FR FR1908494A patent/FR3099234B1/en active Active
-
2020
- 2020-07-16 EP EP20754325.7A patent/EP4004467A1/en not_active Withdrawn
- 2020-07-16 JP JP2022505200A patent/JP2022542137A/en active Pending
- 2020-07-16 KR KR1020227005704A patent/KR20220047785A/en unknown
- 2020-07-16 WO PCT/FR2020/051287 patent/WO2021019143A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3099234B1 (en) | 2021-07-30 |
FR3099234A1 (en) | 2021-01-29 |
WO2021019143A1 (en) | 2021-02-04 |
JP2022542137A (en) | 2022-09-29 |
EP4004467A1 (en) | 2022-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10138810B2 (en) | Method and apparatus for power storage | |
JP5026588B2 (en) | LNG regasification and power generation | |
CN102209867B (en) | Rankine cycle for lng vaporization/power generation process | |
US20170038008A1 (en) | Cold utilization system, energy system comprising cold utilization system, and method for utilizing cold utilization system | |
KR20220047785A (en) | Methods for recovering refrigeration energy through liquefaction or power generation of gas streams | |
US20070271932A1 (en) | Method for vaporizing and heating a cryogenic fluid | |
US10627158B2 (en) | Coproduction of liquefied natural gas and electric power with refrigeration recovery | |
KR20220038418A (en) | Method for Generating Electrical Energy Using Multiple Combined Rankine Cycles | |
KR100777135B1 (en) | Lng bog reliquefaction apparatus and method | |
KR20210142577A (en) | LNG Regasification process and liquid air energy storage system | |
US11585597B2 (en) | Hydrocarbon distillation | |
JP2017075594A (en) | Super-critical pressure cold heat power generation system with liquefied gas | |
KR20220038419A (en) | A method for generating electrical energy using a plurality of combined Rankine cycles | |
EP2454518B1 (en) | Method for the gasification of a liquid hydrocarbon stream and an apparatus therefor | |
PL233789B1 (en) | Installation for storage of energy in condensed air, with the oxygen separation module |