KR20240033996A - System for liquefying carbon dioxide using cold heat energy of liquefied natural gas and carbon dioxide liquefaction facility therefor - Google Patents

System for liquefying carbon dioxide using cold heat energy of liquefied natural gas and carbon dioxide liquefaction facility therefor Download PDF

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KR20240033996A
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Abstract

본 발명에 의하면, 액화천연가스가 저장되는 저장 설비; 상기 저장 설비로부터 이송된 액화천연가스를 기화시키는 기화 설비; 상기 기화 설비로부터 이송된 천연가스를 이용하여 수소를 생산하고 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 배출하는 수소 생산 설비; 상기 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집 설비; 및 액화천연가스의 냉열 에너지를 이용하여 이산화탄소를 액화시키는 액화 설비를 포함하며, 상기 액화 설비는 상기 저장 설비로부터 공급되는 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 상기 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기와, 상기 이산화탄소 포집 설비로부터 공급되는 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기를 구비하는, 이산화탄소 액화 시스템이 제공된다.According to the present invention, a storage facility in which liquefied natural gas is stored; A vaporization facility for vaporizing the liquefied natural gas transferred from the storage facility; A hydrogen production facility that produces hydrogen using natural gas transferred from the vaporization facility and emits exhaust gas containing carbon dioxide; A carbon dioxide capture facility that captures the carbon dioxide; and a liquefaction facility that liquefies carbon dioxide using the cold energy of the liquefied natural gas, wherein the liquefaction facility exchanges heat between the liquefied natural gas supplied from the storage facility and the refrigerant, and a first heat exchanger that lowers the temperature of the refrigerant; A carbon dioxide liquefaction system is provided, including a second heat exchanger that liquefies the carbon dioxide by heat exchanging the carbon dioxide supplied from the carbon dioxide capture facility and the refrigerant whose temperature has been lowered by heat exchange in the first heat exchanger.

Description

액화천연가스의 냉열 에너지를 이용한 이산화탄소 액화 시스템 및 이를 위한 이산화탄소 액화 설비 {SYSTEM FOR LIQUEFYING CARBON DIOXIDE USING COLD HEAT ENERGY OF LIQUEFIED NATURAL GAS AND CARBON DIOXIDE LIQUEFACTION FACILITY THEREFOR}Carbon dioxide liquefaction system using cold energy of liquefied natural gas and carbon dioxide liquefaction facility for the same {SYSTEM FOR LIQUEFYING CARBON DIOXIDE USING COLD HEAT ENERGY OF LIQUEFIED NATURAL GAS AND CARBON DIOXIDE LIQUEFACTION FACILITY THEREFOR}

본 발명은 기체의 액화 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 기체의 액화 기술에 관한 것이다.The present invention relates to gas liquefaction technology, and more specifically to carbon dioxide gas liquefaction technology.

지구온난화의 원인인 온실가스에 해당하는 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위하여 이산화탄소를 액화시키는 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 기체 상태의 이산화탄소는 부피가 크기 때문에 저장 및 이송에 어려움이 따르기 때문이다.Research is continuously being conducted on technology to liquefy carbon dioxide to reduce emissions of carbon dioxide, a greenhouse gas that causes global warming. This is because gaseous carbon dioxide has a large volume, making storage and transportation difficult.

본 발명의 기술분야와 관련된 선행특허인 등록특허 제10-2030848호에는, 제1 열교환기에서 열교환되도록 프레온 냉매가 순환하는 냉각 라인과, 냉각수 저장 탱크에 저장된 냉각수가 제2 열교환기를 통과하면서 열교환된 냉각수가 제1 열교환기를 통과하도록 하여 냉각수가 냉매와의 열교환에 의해 냉각되도록 하는 냉각수 순환 라인과, 기상의 이산화탄소가 제2 열교환기를 통과하면서 제2 열교환기를 지나는 냉각수와의 열교환기에 의해 이산화탄소가 액화되도록 하는 이산화탄소 액화 라인을 구비하는 이산화탄소 액화 시스템이 기재되어있다.In Patent No. 10-2030848, which is a prior patent related to the technical field of the present invention, there is a cooling line in which Freon refrigerant circulates to exchange heat in a first heat exchanger, and a cooling line in which coolant stored in a coolant storage tank exchanges heat while passing through a second heat exchanger. A cooling water circulation line that allows the cooling water to pass through a first heat exchanger so that the cooling water is cooled by heat exchange with the refrigerant, and a heat exchanger with the cooling water passing through the second heat exchanger while the gaseous carbon dioxide passes through the second heat exchanger so that the carbon dioxide is liquefied. A carbon dioxide liquefaction system comprising a carbon dioxide liquefaction line is described.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-2030848호 (2019.11.08)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2030848 (2019.11.08)

본 발명의 목적은 액화천연가스를 이용하여 수소를 생산하는 공정에서 발생하는 이산화탄소를 높은 에너지 효율로 액화시키는 이산화탄소 액화 시스템 및 이를 위한 이산화탄소 액화 설비를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a carbon dioxide liquefaction system that liquefies carbon dioxide generated in the process of producing hydrogen using liquefied natural gas with high energy efficiency and a carbon dioxide liquefaction facility therefor.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스가 저장되는 저장 설비; 상기 저장 설비로부터 이송된 액화천연가스를 기화시키는 기화 설비; 상기 기화 설비로부터 이송된 천연가스를 이용하여 수소를 생산하고 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 배출하는 수소 생산 설비; 상기 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집 설비; 및 액화천연가스의 냉열 에너지를 이용하여 이산화탄소를 액화시키는 액화 설비를 포함하며, 상기 액화 설비는 상기 저장 설비로부터 공급되는 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 상기 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기와, 상기 이산화탄소 포집 설비로부터 공급되는 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기를 구비하는, 이산화탄소 액화 시스템이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention described above, according to one aspect of the present invention, a storage facility for storing liquefied natural gas; A vaporization facility that vaporizes the liquefied natural gas transferred from the storage facility; A hydrogen production facility that produces hydrogen using natural gas transferred from the vaporization facility and emits exhaust gas containing carbon dioxide; A carbon dioxide capture facility that captures the carbon dioxide; and a liquefaction facility that liquefies carbon dioxide using the cold energy of the liquefied natural gas, wherein the liquefaction facility exchanges heat between the liquefied natural gas supplied from the storage facility and the refrigerant, and a first heat exchanger that lowers the temperature of the refrigerant; A carbon dioxide liquefaction system is provided, including a second heat exchanger that liquefies the carbon dioxide by heat exchanging the carbon dioxide supplied from the carbon dioxide capture facility and the refrigerant whose temperature has been lowered by heat exchange in the first heat exchanger.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기; 상기 액화천연가스를 이용하여 수소를 생산하는 과정에서 발생한 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기; 및 상기 제2 열교환기로부터 배출되어서 상기 제1 열교환기로 공급되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부를 구비하며, 상기 냉매 압축부는 유입되는 상기 냉매에서 액체 성분과 기체 성분을 분리하는 상분리기와, 상기 상분리기로부터 배출되는 기체 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 배출되는 기체 냉매를 냉각시키는 냉각기를 구비하며, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매는 추가 압축 없이 상기 제1 열교환기로 공급되는 이산화탄소 액화 설비가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention described above, according to another aspect of the present invention, there is provided a first heat exchanger that exchanges heat between liquefied natural gas and a refrigerant to lower the temperature of the refrigerant; a second heat exchanger that liquefies the carbon dioxide by heat exchanging carbon dioxide generated in the process of producing hydrogen using the liquefied natural gas and the refrigerant whose temperature has been lowered by heat exchange in the first heat exchanger; and a refrigerant compression unit that compresses the refrigerant discharged from the second heat exchanger and supplied to the first heat exchanger, wherein the refrigerant compression unit includes a phase separator that separates a liquid component and a gas component from the inflow refrigerant, and A carbon dioxide liquefaction facility is provided, which includes a compressor for compressing gaseous refrigerant discharged from the compressor and a cooler for cooling the gaseous refrigerant discharged from the compressor, and the refrigerant compressed by the compressor is supplied to the first heat exchanger without additional compression.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기; 상기 액화천연가스를 이용하여 수소를 생산하는 과정에서 발생한 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기로부터 배출되는 냉매에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하는 상분리기; 및 상기 상분리기로부터 액체 냉매를 배출시켜서 상기 제2 열교환기로 이송시키는 펌프를 포함하는 이산화탄소 액화 설비가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention described above, according to another aspect of the present invention, there is provided a first heat exchanger that exchanges heat between liquefied natural gas and a refrigerant to lower the temperature of the refrigerant; a second heat exchanger that liquefies the carbon dioxide by heat exchanging carbon dioxide generated in the process of producing hydrogen using the liquefied natural gas and the refrigerant whose temperature has been lowered by heat exchange in the first heat exchanger; a phase separator that separates gas components and liquid components from the refrigerant discharged from the first heat exchanger; And a carbon dioxide liquefaction facility is provided, including a pump that discharges the liquid refrigerant from the phase separator and transfers it to the second heat exchanger.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로, 액화천연가스의 냉열을 활용하여 냉매의 온도를 낮춤으로써, 이산화탄소 액화 공정의 효율이 높아진다.According to the present invention, all of the objectives of the present invention described above can be achieved. Specifically, by utilizing the cold heat of liquefied natural gas to lower the temperature of the refrigerant, the efficiency of the carbon dioxide liquefaction process increases.

또한, 액화천연가스의 냉열을 활용함에 따라 냉매 사이클의 운전 압력 조정 및 냉매 유량 감소 등으로 냉매 압축에 필요한 전력 사용량이 현저하게 감소된다.In addition, as the cold heat of liquefied natural gas is utilized, the power consumption required for refrigerant compression is significantly reduced by adjusting the operating pressure of the refrigerant cycle and reducing the refrigerant flow rate.

그리고 에틸렌 또는 프로판을 냉매로 사용하여 냉매 사이클을 단일 압축기로 구성하나 압축기 대신 펌프로 구성함으로써 압축 설비 비용을 절감할 수 있다.In addition, by using ethylene or propane as a refrigerant, the refrigerant cycle is composed of a single compressor, but compression equipment costs can be reduced by using a pump instead of a compressor.

액화천연가스의 기화에 필요한 열을 이산화탄소로부터 받고 이산화탄소의 액화에 필요한 냉열은 액화천연가스로부터 받아 상호 교환함으로써 전체 효율이 향상된다.The overall efficiency is improved by receiving the heat necessary for vaporization of liquefied natural gas from carbon dioxide and the cold heat necessary for liquefying carbon dioxide by receiving it from liquefied natural gas and exchanging them with each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이산화탄소 액화 시스템에서 이산화탄소 액화 설비의 일 실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이산화탄소 액화 시스템에서 이산화탄소 액화 설비의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing the schematic configuration of a carbon dioxide liquefaction system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically showing an embodiment of a carbon dioxide liquefaction facility in the carbon dioxide liquefaction system shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a block diagram schematically showing another embodiment of a carbon dioxide liquefaction facility in the carbon dioxide liquefaction system shown in FIG. 1.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 시스템의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 액화 시스템(100)은 액화천연가스가 저장되는 액화천연가스 저장 설비(110)와, 액화천연가스 저장 설비(110)로부터 이송된 액화천연가스를 기화시켜서 천연가스를 발생시키는 액화천연가스 기화 설비(120)와, 액화천연가스 기화 설비(120)에서 발생한 천연가스를 이용하여 수소를 생산하는 수소 생산 설비(130)와, 수소 생산 설비(130)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집 설비(140)와, 액화천연가스 저장 설비(110)에 저장된 액화천연가스의 냉열 에너지를 이용하여 이산화탄소 포집 설비(140)에 의해 포집된 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 액화 설비(150)를 포함한다.Figure 1 shows a schematic configuration of a carbon dioxide liquefaction system according to an embodiment of the present invention as a block diagram. Referring to FIG. 1, the carbon dioxide liquefaction system 100 according to the present invention vaporizes the liquefied natural gas storage facility 110 in which liquefied natural gas is stored and the liquefied natural gas transferred from the liquefied natural gas storage facility 110. A liquefied natural gas vaporization facility 120 that generates natural gas, a hydrogen production facility 130 that produces hydrogen using natural gas generated by the liquefied natural gas vaporization facility 120, and discharge from the hydrogen production facility 130. The carbon dioxide captured by the carbon dioxide capture facility 140 is liquefied using the cold energy of the liquefied natural gas stored in the carbon dioxide capture facility 140 and the liquefied natural gas storage facility 110. Shiki includes a carbon dioxide liquefaction facility (150).

액화천연가스 저장 설비(110)는 액화천연가스를 저장한다. 액화천연가스 저장 설비(110)에 저장된 액화천연가스는 액화천연가스 기화 설비(120)와 이산화탄소 액화 설비(150)로 이송되어서 공급된다. 액화천연가스 저장 설비(110)는 통상적인 액화천연가스 저장 탱크의 구성을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.The liquefied natural gas storage facility 110 stores liquefied natural gas. The liquefied natural gas stored in the liquefied natural gas storage facility 110 is transferred and supplied to the liquefied natural gas vaporization facility 120 and the carbon dioxide liquefaction facility 150. Since the liquefied natural gas storage facility 110 includes the configuration of a typical liquefied natural gas storage tank, detailed description thereof is omitted here.

액화천연가스 기화 설비(120)는 액화천연가스 저장 설비(110)로부터 이송된 액화천연가스를 기화시켜서 천연가스를 발생시킨다. 액화천연가스 기화 설비(120)에서 발생한 천연가스는 수소 생산 설비(130)로 이송되어서 공급된다. 액화천연가스 기화 설비(120)는 이산화탄소 액화 설비(150)로부터도 천연가스를 공급받는다. 액화천연가스 기화 설비(120)는 통상적인 액화천연가스 기화 설비의 구성을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.The liquefied natural gas vaporization facility 120 generates natural gas by vaporizing the liquefied natural gas transferred from the liquefied natural gas storage facility 110. Natural gas generated from the liquefied natural gas vaporization facility 120 is transferred to and supplied to the hydrogen production facility 130. The liquefied natural gas vaporization facility 120 also receives natural gas from the carbon dioxide liquefaction facility 150. Since the liquefied natural gas vaporization facility 120 includes the configuration of a typical liquefied natural gas vaporization facility, detailed description thereof is omitted here.

수소 생산 설비(130)는 천연가스를 이용하여 수소를 생산한다. 수소 생산 설비(130)는 수소 생산에 필요한 천연가스를 액화천연가스 기화 설비(120)로부터 공급받는다. 수소 생산 설비(130)의 수소 생산 과정에서 발생한 수소 외의 가스는 제1 배기가스로서 수소 생산 설비(130)로부터 배출된다. 수소 생산 설비(130)로부터 배출되는 제1 배기가스는 이산화탄소를 포함하며, 이산화탄소 포집 설비(140)로 이송되어서 공급된다. 본 실시예에서 수소 생산 설비(130)는 증기 메탄 개질기(SMR: Steam Methane Reformer)인 것으로 설명한다. 증기 메탄 개질기는 천연가스의 주성분인 메탄을 수증기를 이용하여 개질하여 수소를 포함하는 가스로 전환한다. 증기 메탄 개질기로는 통상적인 구성의 것이 사용될 수 있으므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.The hydrogen production facility 130 produces hydrogen using natural gas. The hydrogen production facility 130 receives natural gas necessary for hydrogen production from the liquefied natural gas vaporization facility 120. Gases other than hydrogen generated during the hydrogen production process of the hydrogen production facility 130 are discharged from the hydrogen production facility 130 as first exhaust gas. The first exhaust gas discharged from the hydrogen production facility 130 contains carbon dioxide and is transferred and supplied to the carbon dioxide capture facility 140. In this embodiment, the hydrogen production facility 130 is described as a steam methane reformer (SMR). A steam methane reformer converts methane, the main component of natural gas, into gas containing hydrogen by reforming it using steam. Since a steam methane reformer of a conventional configuration can be used, detailed description thereof is omitted here.

이산화탄소 포집 설비(140)는 수소 생산 설비(130)로부터 배출되는 제1 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집한다. 이산화탄소 포집 설비(140)에서 포집된 기체 상태의 이산화탄소는 이산화탄소 액화 설비(150)로 공급되어서 액화된다. 이산화탄소 포집 설비(140)에서 포집된 이산화탄소 외의 가스는 제2 배기가스로서 이산화탄소 포집 설비(140)로부터 배출된다. 이산화탄소 포집 설비(140)는 통상적인 이산화탄소 포집 설비의 구성(예를 들어, 등록특허 제10-1159211호에 개시된 구성)을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.The carbon dioxide capture facility 140 collects carbon dioxide contained in the first exhaust gas discharged from the hydrogen production facility 130. The gaseous carbon dioxide captured in the carbon dioxide capture facility 140 is supplied to the carbon dioxide liquefaction facility 150 and is liquefied. Gases other than carbon dioxide captured in the carbon dioxide capture facility 140 are discharged from the carbon dioxide capture facility 140 as second exhaust gas. Since the carbon dioxide capture facility 140 includes the configuration of a typical carbon dioxide capture facility (for example, the configuration disclosed in Patent Registration No. 10-1159211), detailed description thereof is omitted here.

이산화탄소 액화 설비(150)는 이산화탄소 포집 설비(140)에 의해 포집된 이산화탄소를 냉매와의 열교환을 통해 액화시키며, 액화천연가스 저장 설비(110)로부터 공급되는 액화천연가스의 냉열 에너지를 활용하여 이산화탄소와 열교환하는 냉매의 온도를 낮춘다. 이산화탄소와 열교환하는 냉매로는 에틸렌, 프로판, 암모니아, 이산화탄소 등이 사용될 수 있는데, 본 실시예에서는 에틸렌 또는 프로판이 냉매로 사용되는 것으로 설명한다. 이산화탄소 액화 설비(150)에 의해 액화된 이산화탄소는 저장 설비에 저장되며, 저장된 액화 이산화탄소는 이산화탄소 자원화 설비 등의 수요처에 공급되거나 외부로 운송되어서 수명이 다한 석유가스전에 주입되어서 폐기될 수 있다The carbon dioxide liquefaction facility 150 liquefies the carbon dioxide captured by the carbon dioxide collection facility 140 through heat exchange with the refrigerant, and utilizes the cold heat energy of the liquefied natural gas supplied from the liquefied natural gas storage facility 110 to produce carbon dioxide and carbon dioxide. Lowers the temperature of the refrigerant performing heat exchange. Ethylene, propane, ammonia, carbon dioxide, etc. may be used as refrigerants that exchange heat with carbon dioxide. In this embodiment, ethylene or propane is used as the refrigerant. Carbon dioxide liquefied by the carbon dioxide liquefaction facility 150 is stored in a storage facility, and the stored liquefied carbon dioxide can be supplied to a customer such as a carbon dioxide resource recovery facility or transported to the outside and injected into an oil gas field at the end of its life and disposed of.

도 2에는 이산화탄소 액화 설비(150)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 이산화탄소 액화 설비(150)는 액화천연가스와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 제1 열교환기(152)와, 이산화탄소와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 제2 열교환기(155)와, 제1 열교환기(152)로 공급되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부(160)와, 제2 열교환기(155)로 공급되는 이산화탄소 기체를 압축하는 이산화탄소 압축부(170)와, 냉수와 이산화탄소 사이의 열교환 및 냉수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 추가 열교환부(180)를 구비한다.Figure 2 shows an embodiment of a carbon dioxide liquefaction facility 150. Referring to FIG. 2, the carbon dioxide liquefaction facility 150 includes a first heat exchanger 152 in which heat exchange between liquefied natural gas and a refrigerant occurs, a second heat exchanger 155 in which heat exchange occurs between carbon dioxide and the refrigerant, and a second heat exchanger 155 in which heat exchange occurs between carbon dioxide and the refrigerant. 1 A refrigerant compression unit 160 that compresses the refrigerant supplied to the heat exchanger 152, a carbon dioxide compression unit 170 that compresses the carbon dioxide gas supplied to the second heat exchanger 155, and heat exchange between cold water and carbon dioxide. and an additional heat exchange unit 180 in which heat exchange between cold water and refrigerant occurs.

제1 열교환기(152)는 액화천연가스 저장 설비(도 1의 110)로부터 공급되는 액화천연가스와 냉매 압축기(160)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨다. 제1 열교환기(152)로 유입되는 냉매는 액체천연가스와의 열교환에 의해 온도가 낮아져서 제2 열교환기(155)로 공급되고, 제1 열교환기(152)로 유입되는 액화천연가스는 냉매와의 열교환에 의해 기화되어서 액화천연가스 기화 설비(도 1의 120)로 공급된다. 제1 열교환기(152)는 통상적으로 사용되는 열교환기의 구성을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.The first heat exchanger 152 exchanges heat between the liquefied natural gas supplied from the liquefied natural gas storage facility (110 in FIG. 1) and the refrigerant discharged from the refrigerant compressor 160. The refrigerant flowing into the first heat exchanger 152 is lowered in temperature by heat exchange with liquid natural gas and is supplied to the second heat exchanger 155, and the liquefied natural gas flowing into the first heat exchanger 152 is mixed with the refrigerant. It is vaporized through heat exchange and supplied to the liquefied natural gas vaporization facility (120 in FIG. 1). Since the first heat exchanger 152 includes the configuration of a commonly used heat exchanger, detailed description thereof is omitted here.

제1 열교환기(152)로 유입되는 냉매의 온도 및 압력는 10℃ ~ 40℃ 및 2bar ~ 50bar이다. 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 냉매의 온도는 -56℃ ~ -20℃이다. 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 냉매는 제2 열교환기(155)로 공급된다. 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 냉매의 온도는 냉매의 구체적인 종류에 따라 달라질 수 있다. 제1 열교환기(152)에서의 열교환에 의해 냉매의 최저 온도는 -56.5℃ 이상으로 유지된다. 이는 제2 열교환기(155)에서 냉매와 열교환되는 이산화탄소의 온도를 삼중점(-56.6℃) 이상으로 유지하기 위한 것이다.The temperature and pressure of the refrigerant flowing into the first heat exchanger 152 are 10°C to 40°C and 2 bar to 50 bar. The temperature of the refrigerant discharged from the first heat exchanger 152 is -56°C to -20°C. The refrigerant discharged from the first heat exchanger (152) is supplied to the second heat exchanger (155). The temperature of the refrigerant discharged from the first heat exchanger 152 may vary depending on the specific type of refrigerant. The minimum temperature of the refrigerant is maintained at -56.5°C or higher by heat exchange in the first heat exchanger 152. This is to maintain the temperature of carbon dioxide heat exchanged with the refrigerant in the second heat exchanger 155 above the triple point (-56.6°C).

제1 열교환기(152)로 유입되는 액화천연가스의 온도는 -160℃ ~ -100℃이고, 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 천연가스의 온도는 -20℃ ~ 20℃이다. 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 천연가스에는 일부 액화천연가스가 포함될 수 있다.The temperature of the liquefied natural gas flowing into the first heat exchanger 152 is -160°C to -100°C, and the temperature of the natural gas discharged from the first heat exchanger 152 is -20°C to 20°C. The natural gas discharged from the first heat exchanger 152 may include some liquefied natural gas.

제2 열교환기(155)는 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 냉매와 액화 대상인 이산화탄소 기체를 열교환시킨다. 제2 열교환기(155)로 유입되는 냉매는 이산화탄소 기체와의 열교환에 의해 온도가 높아져서 배출되고, 제2 열교환기(155)로 유입되는 이산화탄소 기체는 냉매와의 열교환에 의해 액화되어서 액화 이산화탄소로 배출된다. 제2 열교환기(155)는 통상적으로 사용되는 열교환기의 구성을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 액화 이산화탄소의 온도 및 압력은 -56℃ ~ -10℃ 및 5.1bar ~ 26bar이다. 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 이산화탄소는 액화 이산화탄소와 이산화탄소 기체를 포함한다. 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 이산화탄소는 상분리기(157)를 통과하면서 액화 이산화탄소와 이산화탄소 기체로 분리된다. 상분리기(157)에서 분리된 액화 이산화탄소와 이산화탄소 기체 중 이산화탄소 기체는 이산화탄소 압축부(170)로 공급된다. 상분리기(157)는 기체와 액체를 분리하는 통상적인 상분리기의 구성(예를 들어, 공개특허 제10-2009-0098936호에 개시된 구성)을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 냉매는 추가 열교환부(180)에서의 열교환을 거친 후 냉매 압축부(160)로 유입된다.The second heat exchanger 155 exchanges heat between the refrigerant discharged from the first heat exchanger 152 and the carbon dioxide gas to be liquefied. The refrigerant flowing into the second heat exchanger 155 is discharged with its temperature increased by heat exchange with carbon dioxide gas, and the carbon dioxide gas flowing into the second heat exchanger 155 is liquefied by heat exchange with the refrigerant and discharged as liquefied carbon dioxide. do. Since the second heat exchanger 155 includes the configuration of a commonly used heat exchanger, detailed description thereof is omitted here. The temperature and pressure of liquefied carbon dioxide discharged from the second heat exchanger (155) are -56°C to -10°C and 5.1 bar to 26 bar. Carbon dioxide discharged from the second heat exchanger 155 includes liquefied carbon dioxide and carbon dioxide gas. Carbon dioxide discharged from the second heat exchanger 155 passes through the phase separator 157 and is separated into liquefied carbon dioxide and carbon dioxide gas. Among the liquefied carbon dioxide and carbon dioxide gas separated in the phase separator 157, the carbon dioxide gas is supplied to the carbon dioxide compressor 170. Since the phase separator 157 includes the configuration of a typical phase separator that separates gas and liquid (for example, the configuration disclosed in Patent Publication No. 10-2009-0098936), detailed description thereof is omitted here. The refrigerant discharged from the second heat exchanger 155 undergoes heat exchange in the additional heat exchange unit 180 and then flows into the refrigerant compression unit 160.

냉매 압축부(160)는 제1 열교환기(152)로 공급되는 냉매를 압축한다. 냉매 압축부(160)는 냉매의 흐름 방향을 따라서 차례대로 배치되는 상분리기(162), 압축기(164) 및 냉각기(166)를 구비한다.The refrigerant compression unit 160 compresses the refrigerant supplied to the first heat exchanger 152. The refrigerant compression unit 160 includes a phase separator 162, a compressor 164, and a cooler 166, which are sequentially arranged along the flow direction of the refrigerant.

상분리기(162)는 유입되는 냉매를 기체 성분과 액체 성분으로 분리한다. 상분리기(162)에서 분리된 냉매 기체는 압축기(164)로 이송된다. 상분리기(162)로 유입되는 냉매의 온도는 10℃ ~ 20℃이다.The phase separator 162 separates the incoming refrigerant into a gas component and a liquid component. The refrigerant gas separated in the phase separator 162 is transferred to the compressor 164. The temperature of the refrigerant flowing into the phase separator 162 is 10°C to 20°C.

압축기(164)는 상분리기(162)로부터 이송되는 냉매 기체를 압축한다. 압축기(164)에 의해 압축된 냉매 기체는 냉각기(166)로 이송된다. 압축기(164)는 냉매 압축 사이클에서 통상적으로 사용되는 압축기의 구성을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.The compressor 164 compresses the refrigerant gas transferred from the phase separator 162. The refrigerant gas compressed by the compressor 164 is transferred to the cooler 166. Since the compressor 164 includes a configuration of a compressor commonly used in a refrigerant compression cycle, detailed description thereof is omitted here.

냉각기(166)는 압축기(164)로부터 이송되는 냉매 기체를 냉각한다. 냉각기(166)로부터 배출되는 냉매 기체는 제1 열교환기(152)에 공급된다. 냉각기(166)로부터 배출되는 냉매 기체의 온도 및 압력은 10℃ ~ 40℃ 및 2bar ~ 50bar이다. 냉축기(166)는 냉매 압축 사이클에서 통상적으로 사용되는 응축기의 구성을 포함하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 냉매로 에틸렌 또는 프로판을 사용함으로써, 본 실시예와 같이 단일 압축의 구성이 가능해지며, 이에 따라 압축 설비 비용을 절감할 수 있다. 본 실시예에서는 냉매 압축부(160)가 하나의 압축기(164)와 하나의 냉각기(166) 만으로 이루어지는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 압축기와 냉각기가 직렬로 복수 개 반복되는 다단식으로 구성될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.The cooler 166 cools the refrigerant gas transferred from the compressor 164. The refrigerant gas discharged from the cooler 166 is supplied to the first heat exchanger 152. The temperature and pressure of the refrigerant gas discharged from the cooler 166 are 10°C to 40°C and 2bar to 50bar. Since the refrigerant condenser 166 includes a configuration of a condenser commonly used in a refrigerant compression cycle, a detailed description thereof is omitted here. By using ethylene or propane as a refrigerant, it is possible to configure single compression as in this embodiment, thereby reducing compression equipment costs. In this embodiment, the refrigerant compression unit 160 is described as consisting of only one compressor 164 and one cooler 166, but unlike this, it may be configured in a multi-stage manner in which a plurality of compressors and coolers are repeated in series. It also falls within the scope of the present invention.

이산화탄소 압축부(170)는 이산화탄소 포집 설비(140)로부터 이송되는 이산화탄소 기체를 압축하여 제2 열교환기(155)로 공급한다. 이산화탄소 압축부(170)는 이산화탄소의 이송방향을 따라서 차례대로 배치되는 1단 압축 모듈(171), 2단 압축 모듈(173) 및 3단 압축 모듈(175)를 구비한다.The carbon dioxide compression unit 170 compresses the carbon dioxide gas transferred from the carbon dioxide capture facility 140 and supplies it to the second heat exchanger 155. The carbon dioxide compression unit 170 includes a first-stage compression module 171, a second-stage compression module 173, and a third-stage compression module 175, which are sequentially arranged along the carbon dioxide transport direction.

1단 압축 모듈(171)은 이산화탄소 압축부(170)로 유입되는 이산화탄소를 최초로 압축한다. 1단 압축 모듈(171)로부터 배출되는 이산화탄소는 2단 압축 모듈(173)로 이송된다. 1단 압축 모듈(171)은 이산화탄소의 이송방향을 따라서 차례대로 배치되는 1단 상분리기(1711), 1단 압축기(1713) 및 1단 냉각기(1715)를 구비한다.The first stage compression module 171 first compresses the carbon dioxide flowing into the carbon dioxide compression unit 170. Carbon dioxide discharged from the first stage compression module 171 is transferred to the second stage compression module 173. The first-stage compression module 171 includes a first-stage phase separator 1711, a first-stage compressor 1713, and a first-stage cooler 1715, which are sequentially arranged along the carbon dioxide transport direction.

1단 상분리기(1711)는 유입되는 이산화탄소에서 기체 성분과 액체 성분을 분리한다. 1단 상분리기(1711)에서 분리된 기체 성분과 액체 성분 중 기체 성분만이 1단 압축기(1713)로 공급된다.The first-stage phase separator (1711) separates gas components and liquid components from the incoming carbon dioxide. Of the gas and liquid components separated in the first-stage phase separator (1711), only the gas component is supplied to the first-stage compressor (1713).

1단 압축기(1713)는 1단 상분리기(1711)로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 압축한다. 1단 압축기(1713)에서 배출되는 이산화탄소 기체는 1단 냉각기(1715)로 공급된다.The first-stage compressor 1713 compresses carbon dioxide gas supplied from the first-stage phase separator 1711. Carbon dioxide gas discharged from the first-stage compressor (1713) is supplied to the first-stage cooler (1715).

1단 냉각기(1715)는 1단 압축기(1713)로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 냉각한다. 1단 냉각기(1715)에 의해 이산화탄소 기체의 온도가 낮아져서 이산화탄소의 압축에 필요한 일의 양이 감소하여, 에너지 효율을 높일 수 있다.The first-stage cooler 1715 cools the carbon dioxide gas supplied from the first-stage compressor 1713. The temperature of carbon dioxide gas is lowered by the first-stage cooler 1715, thereby reducing the amount of work required to compress carbon dioxide, thereby increasing energy efficiency.

2단 압축 모듈(173)은 1단 압축 모듈(171)로부터 배출되는 이산화탄소를 압축한다. 2단 압축 모듈(173)로부터 배출되는 이산화탄소는 3단 압축 모듈(175)로 이송된다. 2단 압축 모듈(173)은 이산화탄소의 이송방향을 따라서 차례대로 배치되는 2단 상분리기(1731), 2단 압축기(1733) 및 2단 냉각기(1735)를 구비한다.The second-stage compression module 173 compresses carbon dioxide discharged from the first-stage compression module 171. Carbon dioxide discharged from the second stage compression module 173 is transferred to the third stage compression module 175. The two-stage compression module 173 includes a two-stage phase separator 1731, a two-stage compressor 1733, and a two-stage cooler 1735 that are sequentially arranged along the carbon dioxide transport direction.

2단 상분리기(1731)는 1단 압축 모듈(171)로부터 유입되는 이산화탄소에서 기체 성분과 액체 성분을 분리한다. 2단 상분리기(1731)에서 분리된 기체 성분과 액체 성분 중 기체 성분만이 2단 압축기(1733)로 공급된다.The second-stage phase separator 1731 separates gas components and liquid components from carbon dioxide flowing in from the first-stage compression module 171. Of the gas and liquid components separated in the two-stage phase separator (1731), only the gas component is supplied to the two-stage compressor (1733).

2단 압축기(1733)는 2단 상분리기(1731)로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 압축한다. 2단 압축기(1733)에서 배출되는 이산화탄소 기체는 2단 냉각기(1735)로 공급된다.The two-stage compressor (1733) compresses the carbon dioxide gas supplied from the two-stage phase separator (1731). Carbon dioxide gas discharged from the two-stage compressor (1733) is supplied to the two-stage cooler (1735).

2단 냉각기(1735)는 2단 압축기(1733)로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 냉각한다. 2단 냉각기(1735)에 의해 이산화탄소 기체의 온도가 낮아져서 이산화탄소의 압축에 필요한 일의 양이 감소하여, 에너지 효율을 높일 수 있다.The two-stage cooler (1735) cools the carbon dioxide gas supplied from the two-stage compressor (1733). The temperature of carbon dioxide gas is lowered by the two-stage cooler 1735, thereby reducing the amount of work required to compress carbon dioxide, thereby increasing energy efficiency.

3단 압축 모듈(175)은 2단 압축 모듈(173)로부터 배출되는 이산화탄소를 압축한다. 3단 압축 모듈(175)은 이산화탄소의 이송방향을 따라서 차례대로 배치되는 3단 상분리기(1751), 3단 압축기(1753) 및 3단 냉각기(1755)를 구비한다.The third-stage compression module 175 compresses carbon dioxide discharged from the second-stage compression module 173. The three-stage compression module 175 includes a three-stage phase separator 1751, a three-stage compressor 1753, and a three-stage cooler 1755, which are arranged sequentially along the carbon dioxide transport direction.

3단 상분리기(1751)는 2단 압축 모듈(173)로부터 유입되는 이산화탄소에서 기체 성분과 액체 성분을 분리한다. 3단 상분리기(1751)에서 분리된 기체 성분과 액체 성분 중 기체 성분만이 3단 압축기(1753)로 공급된다.The three-stage phase separator 1751 separates gas and liquid components from carbon dioxide flowing from the two-stage compression module 173. Of the gas and liquid components separated in the three-stage phase separator (1751), only the gas component is supplied to the three-stage compressor (1753).

3단 압축기(1753)는 3단 상분리기(1751)로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 압축한다. 3단 압축기(1753)에서 배출되는 이산화탄소 기체는 3단 냉각기(1755)로 공급된다.The three-stage compressor (1753) compresses the carbon dioxide gas supplied from the three-stage phase separator (1751). Carbon dioxide gas discharged from the three-stage compressor (1753) is supplied to the three-stage cooler (1755).

3단 냉각기(1755)는 3단 압축기(1753)로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 냉각한다. 3단 냉각기(1755)에 의해 이산화탄소 기체의 온도가 낮아져서 이산화탄소의 압축에 필요한 일의 양이 감소하여, 에너지 효율을 높일 수 있다.The three-stage cooler (1755) cools the carbon dioxide gas supplied from the three-stage compressor (1753). The temperature of carbon dioxide gas is lowered by the three-stage cooler 1755, thereby reducing the amount of work required to compress carbon dioxide, thereby increasing energy efficiency.

본 실시예에서는 이산화탄소 압축부(170)가 다단을 구성하는 3개의 압축 모듈들을 구비하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 2개 이하, 4개 이하의 압축 모듈들을 구비할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다,In this embodiment, the carbon dioxide compression unit 170 is described as having three compression modules constituting a multi-stage, but differently, it may be provided with two or four compression modules, which are also within the scope of the present invention. belongs to,

이산화탄소 압축부(170)로부터 배출되는 이산화탄소 기체의 온도 및 압력은 20℃~ 40℃ 및 10bar ~ 40bar이다. 이산화탄소 압축부(170)로부터 배출되는 이산화탄소는 추가 열교환부(180)에서의 열교환을 거친 후, 상분리기(177)와 탈수 장비(179)를 차례대로 통과한 후 제2 열교환기(155)로 유입된다. 상분리기(177)는 추가 열교환부(180)에서의 열교환을 거친 이산화탄소에서 기체 성분과 액체 성분을 분리한다. 상분리기(177)에서 분리된 기체 성분과 액체 성분 중 기체 성분만이 탈수 장비(179)로 공급된다. 탈수 장비(179)는 상분리기(177)로부터 공급된 이산화탄소에서 액체 성분을 제거한다. 탈수 장비(179)에 의해 액체 성분이 제거된 이산화탄소 기체는 제2 열교환기(155)로 이송된다.The temperature and pressure of carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide compression unit 170 are 20°C to 40°C and 10 bar to 40 bar. The carbon dioxide discharged from the carbon dioxide compression unit 170 undergoes heat exchange in the additional heat exchange unit 180, passes through the phase separator 177 and the dehydration equipment 179 in order, and then flows into the second heat exchanger 155. do. The phase separator 177 separates gas components and liquid components from carbon dioxide that has undergone heat exchange in the additional heat exchange unit 180. Of the gas and liquid components separated in the phase separator 177, only the gas component is supplied to the dehydration equipment 179. The dehydration equipment 179 removes liquid components from the carbon dioxide supplied from the phase separator 177. Carbon dioxide gas from which the liquid component has been removed by the dehydration equipment 179 is transferred to the second heat exchanger 155.

추가 열교환부(180)는 이산화탄소 압축부(170)로부터 배출되는 이산화탄소가 상분리기(177)로 유입되기 전에 이산화탄소를 냉수와 열교환시키고, 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 냉매가 냉매 압축부(160)로 유입되가 전에 냉매를 냉수와 열교환시킨다. 추가 열교환부(180)는 냉매와 냉수 사이의 열교환이 이루어지는 제1 추가 열교환기(182)와, 이산화탄소와 냉수 사이의 열교환이 이루어지는 제2 추가 열교환기(184)와, 제1 추가 열교환기(182)와 제2 추가 열교환기(184)의 사이에서 냉수를 순환시키는 냉수 순환기(186)를 구비한다.The additional heat exchange unit 180 heat-exchanges carbon dioxide with cold water before the carbon dioxide discharged from the carbon dioxide compression unit 170 flows into the phase separator 177, and the refrigerant discharged from the second heat exchanger 155 is transferred to the refrigerant compression unit ( 160), the refrigerant exchanges heat with cold water before flowing into the refrigerant. The additional heat exchange unit 180 includes a first additional heat exchanger 182 in which heat exchange between the refrigerant and cold water is performed, a second additional heat exchanger 184 in which heat exchange is performed between carbon dioxide and cold water, and a first additional heat exchanger 182 ) and a cold water circulator 186 that circulates cold water between the second additional heat exchanger 184.

제1 추가 열교환기(182)는 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 냉매와 냉수 순환기(186)에 의해 순환하는 냉수를 열교환 시킨다. 제1 추가 열교환기(182)로부터 배출되는 냉매는 냉매 압축기(160)로 이송된다. 제2 열교환기(155)로부터 배출되는 냉매는 제1 추가 열교환기(182)에서 25℃ ~ 35℃의 냉수와 열교환되어서 10℃ ~ 20℃의 온도로 상승하여 제1 추가 열교환기(182)로부터 배출된다.The first additional heat exchanger 182 exchanges heat between the refrigerant discharged from the second heat exchanger 155 and the cold water circulating by the cold water circulator 186. The refrigerant discharged from the first additional heat exchanger 182 is transferred to the refrigerant compressor 160. The refrigerant discharged from the second heat exchanger (155) exchanges heat with cold water of 25°C to 35°C in the first additional heat exchanger (182), rises to a temperature of 10°C to 20°C, and is discharged from the first additional heat exchanger (182). is discharged.

제2 추가 열교환기(184)는 이산화탄소 압축부(170)로부터 배출되는 이산화탄소와 냉수 순환기(186)에 의해 순환하는 냉수를 열교환 시킨다. 제2 추가 열교환기(184)로부터 배출되는 이산화탄소는 상분리기(177)로 이송된다. 이산화탄소 압축부(170)로부터 배출되는 이산화탄소는 제2 추가 열교환기(184)에서 3℃ ~ 15℃ 냉수와 열교환되어서 온도가 낮아져서 제2 추가 열교환기(184)로부터 배출된다.The second additional heat exchanger 184 exchanges heat between carbon dioxide discharged from the carbon dioxide compression unit 170 and cold water circulating by the cold water circulator 186. Carbon dioxide discharged from the second additional heat exchanger 184 is transferred to the phase separator 177. The carbon dioxide discharged from the carbon dioxide compression unit 170 is heat-exchanged with cold water at 3° C. to 15° C. in the second additional heat exchanger 184, and the temperature is lowered before being discharged from the second additional heat exchanger 184.

냉수 순환기(186)는 제1 추가 열교환기(182)와 제2 추가 열교환기(184)의 사이에서 냉수를 순환시킨다. 냉수 순환기(186)에 의해 제1 추가 열교환기(182)와 제2 추가 열교환기(184)의 사이에서 순환하는 냉수는 제1 추가 열교환기(182)를 통과하면서 25℃ ~ 35℃의 온도에서 3℃ ~ 15℃의 온도로 낮아지고, 3℃ ~ 15℃의 냉수는 제2 추가 열교환기(184)를 통과하면서 25℃ ~ 35℃로 상승하여 제1 추가 열교환기(182)로 유입된다.The cold water circulator 186 circulates cold water between the first additional heat exchanger 182 and the second additional heat exchanger 184. The cold water circulated between the first additional heat exchanger 182 and the second additional heat exchanger 184 by the cold water circulator 186 passes through the first additional heat exchanger 182 at a temperature of 25°C to 35°C. The temperature is lowered to 3°C to 15°C, and the cold water of 3°C to 15°C rises to 25°C to 35°C while passing through the second additional heat exchanger (184) and flows into the first additional heat exchanger (182).

도 3에는 이산화탄소 액화 설비(150)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 3를 참조하면, 이산화탄소 액화 설비(250)는 액화천연가스와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 제1 열교환기(152)와, 이산화탄소와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 제2 열교환기(155)와, 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 냉매에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하는 상분리기(262)와, 상분리기(262)로부터 배출되는 액체 냉매를 제2 열교환기(155)로 이송시키는 펌프(264)와, 제2 열교환기(155)로 공급되는 이산화탄소 기체를 압축하는 이산화탄소 압축부(170)와, 냉수와 이산화탄소 사이의 열교환 및 냉수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 추가 열교환부(180)를 구비한다. 이산화탄소 액화 설비(250)에서 상분리기(262)와, 펌프(264)를 제외한 나머지 구성들은 도 2에 도시된 이산화탄소 액화 설비(150)의 대응하는 구성들과 대체로 동일하다.Figure 3 shows another embodiment of a carbon dioxide liquefaction facility 150. Referring to FIG. 3, the carbon dioxide liquefaction facility 250 includes a first heat exchanger 152 in which heat exchange between liquefied natural gas and the refrigerant is performed, a second heat exchanger 155 in which heat exchange is performed between carbon dioxide and the refrigerant, and a second heat exchanger 155 in which heat exchange is performed between the liquefied natural gas and the refrigerant. 1 A phase separator 262 that separates the gas component and the liquid component in the refrigerant discharged from the heat exchanger 152, and a pump 264 that transfers the liquid refrigerant discharged from the phase separator 262 to the second heat exchanger 155. ), a carbon dioxide compression unit 170 that compresses the carbon dioxide gas supplied to the second heat exchanger 155, and an additional heat exchange unit 180 in which heat exchange between cold water and carbon dioxide and heat exchange between cold water and refrigerant are provided. . The remaining components of the carbon dioxide liquefaction facility 250, except for the phase separator 262 and the pump 264, are generally the same as the corresponding configurations of the carbon dioxide liquefaction facility 150 shown in FIG. 2.

상분리기(262)는 제1 열교환기(152)로부터 배출되는 -56℃ ~ -20℃의 냉매에서 액체 성분과 기체 성분을 분리한다. 상분리기(262)에서 분리된 냉매의 액체 성분과 기체 성분 중 액체 성분 만이 펌프(264)에 의해 제2 열교환기(155)로 이송된다.The phase separator 262 separates the liquid component and the gas component in the -56°C to -20°C refrigerant discharged from the first heat exchanger 152. Among the liquid and gas components of the refrigerant separated in the phase separator 262, only the liquid component is transferred to the second heat exchanger 155 by the pump 264.

냉매로 에틸렌 또는 프로판을 사용함으로써, 도 3에 도시된 구성과 같이 압축기 대신 펌프(264)만으로 냉매 사이클을 구성하여 이산화탄소 액화 공정의 효율을 높일 수 있다.By using ethylene or propane as a refrigerant, the efficiency of the carbon dioxide liquefaction process can be increased by constructing a refrigerant cycle using only the pump 264 instead of the compressor, as shown in FIG. 3.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above examples, the present invention is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also fall within the present invention.

100: 이산화탄소 액화 시스템 110: 액화천연가스 저장 설비
120: 액화천연가스 기화 설비 130: 수소 생산 설비
140: 이산화탄소 포집 설비 150: 이산화탄소 액화 설비
152: 제1 열교환기 155: 제2 열교환기
160: 냉매 압축부 162: 상분리기
164: 압축기 166: 냉각기
170: 이산화탄소 압축부 171: 1단 압축 모듈
173: 2단 압축 모듈 175: 3단 압축 모듈
180: 추가 열교환부 182: 제1 추가 열교환기
184: 제2 추가 열교환기 186: 냉수 순환기
262: 상분리기 264: 펌프
1711: 1단 상분리기 1713: 1단 압축기
1715: 1단 냉각기 1731: 2단 상분리기
1733: 2단 압축기 1735: 2단 냉각기
1751: 3단 상분리기 1753: 3단 압축기
1755: 3단 냉각기100: Carbon dioxide liquefaction system 110: Liquefied natural gas storage facility
120: Liquefied natural gas vaporization facility 130: Hydrogen production facility
140: Carbon dioxide capture facility 150: Carbon dioxide liquefaction facility
152: first heat exchanger 155: second heat exchanger
160: Refrigerant compression unit 162: Phase separator
164: compressor 166: cooler
170: Carbon dioxide compression unit 171: 1st stage compression module
173: 2-stage compression module 175: 3-stage compression module
180: additional heat exchanger 182: first additional heat exchanger
184: second additional heat exchanger 186: cold water circulator
262: phase separator 264: pump
1711: 1st stage phase separator 1713: 1st stage compressor
1715: 1st stage cooler 1731: 2nd stage phase separator
1733: Two-stage compressor 1735: Two-stage cooler
1751: 3-stage phase separator 1753: 3-stage compressor
1755: 3-stage cooler

Claims (15)

액화천연가스가 저장되는 저장 설비;
상기 저장 설비로부터 이송된 액화천연가스를 기화시키는 기화 설비;
상기 기화 설비로부터 이송된 천연가스를 이용하여 수소를 생산하고 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 배출하는 수소 생산 설비;
상기 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집 설비; 및
액화천연가스의 냉열 에너지를 이용하여 이산화탄소를 액화시키는 액화 설비를 포함하며,
상기 액화 설비는 상기 저장 설비로부터 공급되는 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 상기 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기와, 상기 이산화탄소 포집 설비로부터 공급되는 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기를 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.Storage facilities where liquefied natural gas is stored;
A vaporization facility that vaporizes the liquefied natural gas transferred from the storage facility;
A hydrogen production facility that produces hydrogen using natural gas transferred from the vaporization facility and emits exhaust gas containing carbon dioxide;
A carbon dioxide capture facility that captures the carbon dioxide; and
It includes a liquefaction facility that liquefies carbon dioxide using the cold energy of liquefied natural gas,
The liquefaction facility includes a first heat exchanger that lowers the temperature of the refrigerant by heat exchanging the liquefied natural gas supplied from the storage facility and the refrigerant, and a temperature exchanger by heat exchange between carbon dioxide supplied from the carbon dioxide capture facility and the first heat exchanger. A second heat exchanger is provided to liquefy the carbon dioxide by heat-exchanging the depleted refrigerant,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 액화 설비는 상기 제2 열교환기로부터 배출되어서 상기 제1 열교환기로 공급되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부를 더 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
The liquefaction facility further includes a refrigerant compression unit that compresses the refrigerant discharged from the second heat exchanger and supplied to the first heat exchanger,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 2에 있어서,
상기 냉매 압축부는 유입되는 상기 냉매에서 액체 성분과 기체 성분을 분리하는 상분리기와, 상기 상분리기로부터 배출되는 기체 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 배출되는 기체 냉매를 냉각시키는 냉각기를 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 2,
The refrigerant compression unit includes a phase separator that separates the liquid component and the gas component from the incoming refrigerant, a compressor that compresses the gaseous refrigerant discharged from the phase separator, and a cooler that cools the gaseous refrigerant discharged from the compressor.
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 3에 있어서,
상기 압축기에 의해 압축된 냉매는 추가 압축 없이 상기 제1 열교환기로 공급되는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 3,
The refrigerant compressed by the compressor is supplied to the first heat exchanger without additional compression,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 액화 설비는 상기 제1 열교환기로부터 배출되는 냉매에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하는 상분리기와, 상기 상분리기로부터 액체 냉매를 배출시켜서 상기 제2 열교환기로 이송시키는 펌프를 더 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
The liquefaction facility further includes a phase separator that separates gas components and liquid components in the refrigerant discharged from the first heat exchanger, and a pump that discharges the liquid refrigerant from the phase separator and transfers it to the second heat exchanger,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 냉매는 에틸렌 또는 프로판인,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 4 or claim 5,
The refrigerant is ethylene or propane,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 이산화탄소 포집 설비로부터 이송되는 이산화탄소 기체를 상기 제2 열 교환기로 공급하기 전에 압축시키는 이산화탄소 압축부를 더 포함하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
Further comprising a carbon dioxide compression unit that compresses the carbon dioxide gas transferred from the carbon dioxide capture facility before supplying it to the second heat exchanger,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 7에 있어서,
상기 이산화탄소 압축부는 적어도 하나의 이산화탄소 압축 모듈을 구비하며,
상기 이산화탄소 압축 모듈은 유입되는 이산화탄소에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하는 상분리기와, 상기 상분리기로부터 공급되는 이산화탄소 기체를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 배출되는 이산화탄소 기체를 냉각하는 냉각기를 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 7,
The carbon dioxide compression unit includes at least one carbon dioxide compression module,
The carbon dioxide compression module includes a phase separator that separates gas components and liquid components from the incoming carbon dioxide, a compressor that compresses the carbon dioxide gas supplied from the phase separator, and a cooler that cools the carbon dioxide gas discharged from the compressor.
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 8에 있어서,
상기 이산화탄소 압축 모듈은 복수 개이며,
상기 복수 개의 이산화탄소 압축 모듈들은 이산화탄소의 이송방향을 따라서 차례대로 배치되어서 상기 이산화탄소를 다단으로 압축하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 8,
The carbon dioxide compression module is plural,
The plurality of carbon dioxide compression modules are arranged sequentially along the transport direction of carbon dioxide to compress the carbon dioxide in multiple stages.
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 액화 설비는 추가 열교환부를 더 구비하며,
상기 추가 열교환부는 상기 제2 열교환기로부터 배출되는 냉매가 상기 제1 열교환기로 유입되기 전에 냉수와 열교환하여 상기 냉매의 온도가 상승하는 제1 추가 열교환기와, 상기 이산화탄소가 상기 제2 열교환기로 유입되기 전에 냉수와 상기 냉수와 열교환하여 상기 이산화탄소의 온도가 낮아지는 제2 추가 열교환기와, 상기 냉수를 상기 제1 추가 열교환기와 상기 제2 추가 열교환기 사이에서 순환시키는 냉수 순환기를 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
The liquefaction facility further includes an additional heat exchange unit,
The additional heat exchanger includes a first additional heat exchanger in which the refrigerant discharged from the second heat exchanger exchanges heat with cold water before the refrigerant flows into the first heat exchanger, thereby increasing the temperature of the refrigerant, and the carbon dioxide before it flows into the second heat exchanger. Equipped with cold water and a second additional heat exchanger that exchanges heat with the cold water to lower the temperature of the carbon dioxide, and a cold water circulator that circulates the cold water between the first additional heat exchanger and the second additional heat exchanger,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 열교환기로부터 배출되어서 상기 제2 열교환기로 공급되는 상기 냉매의 온도는 -56℃ ~ -20℃인,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
The temperature of the refrigerant discharged from the first heat exchanger and supplied to the second heat exchanger is -56 ℃ to -20 ℃,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 수소 생산 설비는 증기 메탄 개질기를 구비하는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
The hydrogen production facility includes a steam methane reformer,
Carbon dioxide liquefaction system. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 열교환기로 유입된 액화천연가스는 상기 냉매와 열교환되어서 기체 상태의 천연가스로 기화되어서 배출되며,
상기 제1 열교환기로부터 배출되는 천연가스는 상기 기화 설비로 이송되는,
이산화탄소 액화 시스템.In claim 1,
The liquefied natural gas flowing into the first heat exchanger exchanges heat with the refrigerant and is vaporized into gaseous natural gas and discharged,
Natural gas discharged from the first heat exchanger is transferred to the vaporization facility,
Carbon dioxide liquefaction system. 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기;
상기 액화천연가스를 이용하여 수소를 생산하는 과정에서 발생한 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기; 및
상기 제2 열교환기로부터 배출되어서 상기 제1 열교환기로 공급되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부를 구비하며,
상기 냉매 압축부는 유입되는 상기 냉매에서 액체 성분과 기체 성분을 분리하는 상분리기와, 상기 상분리기로부터 배출되는 기체 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 배출되는 기체 냉매를 냉각시키는 냉각기를 구비하며,
상기 압축기에 의해 압축된 냉매는 추가 압축 없이 상기 제1 열교환기로 공급되는,
이산화탄소 액화 설비.A first heat exchanger that exchanges heat between the liquefied natural gas and the refrigerant to lower the temperature of the refrigerant;
a second heat exchanger that liquefies the carbon dioxide by heat exchanging carbon dioxide generated in the process of producing hydrogen using the liquefied natural gas and the refrigerant whose temperature has been lowered by heat exchange in the first heat exchanger; and
It has a refrigerant compression unit that compresses the refrigerant discharged from the second heat exchanger and supplied to the first heat exchanger,
The refrigerant compression unit includes a phase separator that separates a liquid component and a gas component from the incoming refrigerant, a compressor that compresses the gaseous refrigerant discharged from the phase separator, and a cooler that cools the gaseous refrigerant discharged from the compressor,
The refrigerant compressed by the compressor is supplied to the first heat exchanger without additional compression,
Carbon dioxide liquefaction plant. 액화천연가스와 냉매를 열교환시켜서 냉매의 온도를 저하시키는 제1 열교환기;
상기 액화천연가스를 이용하여 수소를 생산하는 과정에서 발생한 이산화탄소와 상기 제1 열교환기에서의 열교환에 의해 온도가 저하된 상기 냉매를 열교환시켜서 상기 이산화탄소를 액화시키는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기로부터 배출되는 냉매에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하는 상분리기; 및
상기 상분리기로부터 액체 냉매를 배출시켜서 상기 제2 열교환기로 이송시키는 펌프를 포함하는,
이산화탄소 액화 설비.A first heat exchanger that exchanges heat between the liquefied natural gas and the refrigerant to lower the temperature of the refrigerant;
a second heat exchanger that liquefies the carbon dioxide by heat exchanging carbon dioxide generated in the process of producing hydrogen using the liquefied natural gas and the refrigerant whose temperature has been lowered by heat exchange in the first heat exchanger;
a phase separator that separates gas components and liquid components from the refrigerant discharged from the first heat exchanger; and
Comprising a pump that discharges the liquid refrigerant from the phase separator and transfers it to the second heat exchanger,
Carbon dioxide liquefaction plant.
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