KR920006410B1 - 액화 천연가스를 기화하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

액화 천연가스를 기화하는 방법

제1도는 제1회로와 제2회로의 유체가 동력출력을 위해 한 단계로 팽창되는, 본 발명의 제1실시예에 따른 방법을 예시하는 개략도.

제2도는 제1회로의 유체는 2단계로 팽창되고 제2회로의 유체는 1단계로 팽창되는, 본 발명의 제2실시예에 따른 방법을 예시하는 개략도.

제3도는 제2도에서 제3회로가 더 추가된, 본 발명의 제3실시예에 따른 방법을 예시하는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 액화 천연가스 공급용 도관 2a, 2b : 제 1 회로용 도관

3a, 3b : 제 2 회로용 도관 4, 5 : 해수공급 및 배출용 도관

8a, 8b : 제 3 회로용 도관

E1, E2, E3, E3A, E3B, E3C, E3D : 열교환기

P1, P2, P3 : 펌프 X1, X2, X3, X4 : 팽창 터어빈

본 발명은 에너지의 발생과 함께 액화 천연가스를 기화하는 방법에 관한 것으로서, 특히 액화 천연가스가 별개의 회로로 공급된 유체들과의 열교환에 의해서 대기온도로 가열되고 팽창하여서 동력을 발생시킨 후에, 응축되어서 다시 기화하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 액화 천연가스를 기화하는 데에 필요한 열은 공기, 해수 또는 강물과 같은 열전달 매체에 의해 공급된다. 액화 천연가스의 냉각은 보조회로 및 팽창 터어빈을 이용하여 전기적 에너지를 발생하는 데에 부가적으로 이용된다. 이것은, 열 운반체로 사용되는 물에 대해서 필요한 에너지를 감소시켜주기 때문에, 물의 필요량 및 물 공급을 위한 조작비용을 감소시켜 준다. 그렇지만, 보조 회로들이 더 많이 설치될수록,열교환기에 대한 투자비용이 높아진다. 그러므로, 경제적인 최적조건은 두개(또는 세개)의 보조회로가 사용되는 것이다.

회로에 공급되는 전달 매체로서 두가지 유체를 사용하는 방법이 독일 특허공보 제2633713호에 기술되어있다. 여기서, 액화 천연가스는 몇개의 열교환 단계로 가열된 후에 기화된다. 기화된 천연가스 중의 일부는 제1유체회로를 형성한다. 기화된 천연가스 중의 일부는 천연가스 흐름으로부터 분리되어 동력출력을 위해 팽창되고, 가열될 액화 천연가스와 향류접촉하여 응축되고, 액화 천연가스의 압력까지 압축된 후에, 끝으로 액화 천연가스 흐름에 귀환된다.

상기 공정의 제2회로를 통한 유체로서 에탄이 사용된다. 에탄의 기화된 흐름은 강물, 해수 또는 공기의 향류중인 흐름에 의해 기화되고 팽창되어 동력을 산출한다. 그 흐름은 팽창된 후에 분할된다. 분할된 제1부분은 팽창되어 동력을 더 산출하고, 천연가스와 향류 접촉하여 응축되고, 다시 가열되고, 에탄 흐름의 제2부분과 합쳐져서 그 제2부분을 가열하고 제1에탄 흐름에 귀환된다.

2개의 흐름은 모두가 가열될 천연가스와의 열교환에 의해 이들이 응축된후 공통압력으로 압축된다. 이것은 열교환 매체가 두번 팽창되기 때문에, 그리고 두 에탄 흐름의 팽창공정의 동력산출량을 유지하기 위해서 필요하다.

그 공정에 의한 에너지 생산량은 만즉할만 하지만, 실제로 효과적인 에너지 산출은 2-단계 에탄 회로에 의해서만 달성된다.

따라서, 본 발명의 목적은 투자비용이 덜 들도록 그리고 향상된 에너지 회수량이 달성되도록 서두에 정의한 방법을 더욱 개발하는데 있다.

본 발명에 따르면 이러한 문제는 천연가스를 제1회로용 유체로 사용함으로써 해결된다. 대기온도까지 가열되어진 천연가스에서 그 일부분을 뽑아내어 팽창시켜서 동력을 산출하고, 액화 천연가스와의 열교환에 의해 응축시키고, 그리고 끝으로 액화 천연가스에 귀환시킨다.

제2회로의 유체는 본 발명의 방법에 따라서, 우수한 에너지 생산량을 달성하도록, 동력출력을 위해서 팽창되지는 않는다. 제2회로의 유체는 한 단계로 팽창되므로, 보다 소수의 팽창 터어빈과 펌프가 요구되기때문에 비용을 절감하게 되고, 오늘날의 표준기술과 비교하여 우수한 에너지 회수율이 얻어진다.

본 발명에 따르면, 혼합된 회로의 사용이 바람직하다. 제2회로를 위한 유체는 C₁-C₆탄화수소의 혼합물, 특히 C₁/C₂또는 C₂/C₃혼합물로 이루어지며, C₁부분은 90몰% 이하이다.

본 발명의 또 다른 일면은 제2회로를 위한 유체로서 프로판을 사용하는 것이다. 이것은 제2회로용 유체의 저장을 위한 외부 냉각이 필요없는 유체가 사용된다는 것을 의미한다. 따라서 대기온도와 20bar의 압력하에서의 저장은 쉽게 가능하므로, 많은 에너지를 소비하는 냉각의 단점이 배제된다.

본 발명의 또 다른 변형은 제2회로를 위한 유체로서 암모니아를 사용하는 것이다. 여기서도, 대기온도에서 일정 압력하의 저장이 가능하다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 변형은 제1회로와 제2회로 사이에 놓여진 또 다른 한 단계 팽창회로를 사용하는 것이다.

제3회로를 위한 유체로서 에탄올 사용하는 것은 이같은 배열에 유리하다고 입증되었다. 본 발명의 변화를 위한 팽창 터어빈의 수는 서두에 정의한 공지방법과 똑같지만, 본 발명에 따른 방법의 에너지 생산량은 공지방법에 비해 더 높다.

본 발명에 따른 방법의 변형에 있어서, 제1회로의 유체는 동력 출력을 위해 두 단계로 팽창된다. 가열된 천연가스는 한 단계로 팽창된 후 해수와의 열교환 관계로 들어간다. 그 가열된 흐름은 두개로 분할되는데, 기화된 천연가스중의 일부는 배출되는 한편, 다른 부분은 동력출력을 위해 다시 팽창된다. 이어서, 가열된 천연가스와의 열교환에 의해 응축된 후 액화 천연가스로 귀환된다. 제2회로내의 유체는 동력산출을 위해한 단계로 팽창을 계속한다. 이와같은 배열에 해당되는 설명은 제2도의 실시예에 나타나 있다.

본 발명에 따른 방법의 기술하지 않은 또다른 변형에 있어서, 가열된 천연가스 흐름은 두개로 분할된다. 그 한 부분의 흐름은 제1유체회로를 형성하고 다른 부분의 흐름은 동력출력을 위해 팽창된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 방법을 개략적으로 도시한 회로도이다. 액화 천연가스 공급용 도관(1)을 통해서 유입된 가스는 열교환기(E1)에서, 도관(2b)으로부터 공급되는 응축된 액화 천연가스와 향류접촉함으로써 가열된다. 그리고 나서, 도관(1)내의 액화 천연가스는 열교환기(E2)에서 도관(3a 및 3b)로 이루어진 제2회로의 열교환 매체로 사용되는 프로판가스와 향류접촉하여 더 가열된다. 도관(1)내의 액화 천연가스의 최종적인 가열은 열교환기(E3B)에서, 관로(4)로부터 공급되는 해수와 향류접촉함으로써 수행된다. 액화 천연가스 공급용 도관(1)내의 기체상태의 가스중 일부는 도관(2a)을 통해 회수되어서 팽창 터어빈(X1)에서 팽창하여 동력을 발생시킨 후에, 열교환기(E1)에서 가열된 액화 천연가스와의 열교환에 의해 응축되고, 펌프(P1)에 의해 압축되어서 그 압력이 공급되는 액화 천연가스의 압력으로까지 상승된 후에, 최종적으로 액화 천연가스 공급용 도관(1)으로 복귀한다. 제2회로용 유체인 프로판가스는 도관(4)으로 공급되는 해수로부터 천연가스의 가열 및 동력발생에 필요한 에너지를 얻는다. 즉, 도관(3a)내의 프로판가스는 열교환기(E3A)를 통과하면서 완전히 기화된 후에, 팽창 터어빈(X2)에서 팽창하여 동력을 발생시킨다. 도관(3b)내의 프로판가스는 도관(3a)내의 프로판가스와 향류접촉하면서 열교환기(E2)를 통과한 후에 응축된다. 펌프(P2)에서는 액체상태의 프로판가스를 압축시키며, 이에 따라서 압축된 프로판가스가 도관(3a)을 통과하면서 열교환기(E2)에서 도관(1)내의 액화 천연가스를 가열시킴으로써 제2유체 순환용 회로를 구성한다. 에너지의 생성 및 액화 천연가스를 기화시키기 위한 해수는 도관(4)을 통해서 공급되며, 평행 흐름식 열교환기(E3A 및 E3B)를 통과한 후에, 열을 회수하여 도관(5)을 통해서 방출된다.

제1도에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 방법을 독일 특허공보 제2633713호에 개시된 방법과 비교하면, 본 발명에 따른 방법이 더 많은 에너지를 생산한다는 것이 입증되었다. 이러한 계산은, 천연가스의 조성이 동일하다는 점과 동일한 장치를 사용한다는 가정하에서 수행된 것이다. 두 경우에 있어서, 액화 천연가스의 공급압력은 82.4bar, 배출압력은 80bar, 배출속도가 130ton/hr, 그리고 공급온도가 125k라는 한계치를 고려하였다.

상기한 조건하에서, 상기 독일 특허공보에 개시된 방법에 따른 열생산량은 3880KW있다. 이는 본 발명의 방법에 따른 열생산량 3720KW와 비교된다. 본 발명의 방법이 종래의 방법에 비해 약 4% 정도 낮은 효율을 가지지만, 사용되는 장치의 부품들이 덜 필요하고 순환용 열매체를 저장하기 위해 소비되는 냉각용 에너지 소비가 전혀 없기 때문에 에너지의 측면에서 훨씬 잇점을 가진다.

제2도는 제1도에 도시된 제1실시예를 변형시킨, 본 발명의 제2실시예에 따른 방법을 개략적으로 도시한 회로도이다. 제2실시예에 따르면, 액화 천연가스는 각각의 열교환기(El, E2 및 E3A)를 통과하면서 대기온도로 가열된 후에, 팽창하여서 동력을 발생시킨다. 즉, 가열된 액화 천연가스는 팽창 터어빈(X)에서 팽창하여 동력을 발생시킨다. 그리고 나서, 액화 천연가스는 열교환기(E3C)를 통과하면서, 도관(4)을 통해 공급된 해수와 향류접촉하여 다시 가열된다. 다음으로, 천연가스의 일부는 도관(2a)을 통해 팽창 터어빈(X1)(제1도에서와 동일함)에 전달되어서 팽창하는 한편, 천연가스의 나머지는 도관(7)을 통해서 배출된다. 제2실시예에 따른 방법에 있어서 동력생산량은 5600KW이다.

천연가스의 배출압력은 45.2bar인 반면에, 나머지 한계 조건들은 제1실시예와 동일하다.

제3도는 제2도에 도시된 제2실시예를 변형시킨, 본 발명의 제3실시예에 따른 방법을 개략적으로 도시한 회로도이다. 제3실시예에서는, 제2실시예에서 도관(3a 및 3b)으로 구성된 제2회로에 부가하여, 도관(8a 및 8b)으로 구성된 제3회로가 더 설치되어 있다. 예를들어서, 프로판가스가 제2회로의 유체로 사용되고 에탄이 제3회로의 유체로 사용된다. 에탄을 사용한 제3회로의 응축 에너지를 전달하기 위해서 추가의 열교환기(E4)가 필요하다. 이 열교환기(E4)의 온도수준은 천연가스용 응축기로 사용되는 열교환기(E1)에서의 온도와 프로판가스용 응축기로 사용되는 열교환기(E2)에서의 온도의 사이로 설정된다. 압축된 에탄가스의 기화열을 향류중인 해수에 전달하기 위해서 추가의 열교환기(E3D)가 필요하다.

제2도 및 제3도에 도시된 바와같은 팽창순서(천연가스의 가열→팽창 터어빈(X3)→천연가스 흐름의 분할→팽창 터어빈(X2))는, 기화된 천연가스중의 일부가 팽창 터어빈(X3)에서 팽창하기 전에 제1회로로부터 분할되도록 변경될 수도 있다. 나머지 부분은 팽창하여서 동력을 발생시키고, 그리고 나서 분할된 후에야 배출된다.

Claims (8)

1. 에너지의 생성과 함께 액화 천연가스를 기화하는 방법으로서, 상기 액화 천연가스가 별개의 회로들에 의해서 공급된 유체들과의 열교환에 의해서 대기온도까지 가열되는 단계와, 팽창하여서 동력을 발생시키는 단계와, 응축되는 단계와, 그리고 다시 기화되는 단계를 수행하는 방법에 있어서, 제1회로내의 유체가, 상기 가열된 천연가스로부터 분할되는 단계와, 팽창하여서 동력을 발생시키는 단계와, 열교환에 의해 응축되는 단계와, 그리고 최종적으로 상기 천연가스로 복귀하는 단계를 수행하는 천연가스이며, 제2회로에는 동력을 발생시키기 위해 한 단계로 팽창되는 유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 제2회로내의 유체는 C₁-C₆탄화수소의 혼합물로 이루어지며, C₂의 함량은 90몰% 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, C₁/C₂혼합물 또는 C₂/C₃혼합물이 제2회로를 위한 유체로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 프로판이 제2회로를 위한 유체로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 암모니아가 제2회로를 위한 유체로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 한 단계 팽창으로 조작되는 추가의 제3회로가 제1회로와 제2회로의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 에탄이 제3회로를 위한 유체로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1회로의 유체는 동력출력을 위해 두 단계로 팽창되는 것을 특징으로 하는 방법.

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