WO2014189261A1 - 천연가스 액화공정 - Google Patents

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윤인수
조병학
손영순
차규상
박창원
권용수
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한국가스공사
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    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways

Definitions

  • Thermodynamic processes for liquefying natural gas to produce liquefied natural gas (LNG) have been developed since the 1970s to meet a variety of challenges, including the need for higher efficiency and greater capacity.
  • the number of liquefaction processes present is very small.
  • FIG. 2 is a flow chart showing a first modification to the natural gas liquefaction process according to FIG.
  • FIG. 4 is a flow chart showing a third modification to the natural gas liquefaction process according to FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a fifth modification of the natural gas liquefaction process according to FIG.
  • FIG. 12 is a flowchart conceptually illustrating a conventional C3 / MR process.
  • the compression means (for example, the compression means 144) is preferably supplied with a gaseous refrigerant.
  • a gaseous refrigerant such as the mixing of the first stream and the second stream, or the refrigerant is compressed or cooled, a liquid refrigerant may be generated. Therefore, using the separating means 112 as in the present modification has the advantage that only the refrigerant in the gas phase can be supplied to the compression means.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a second modification to the natural gas liquefaction process according to FIG. 1.
  • the second stream is withdrawn from the second heat exchanger 122 and then introduced into the compression means 141 through the conduit 224 and compressed (first compression step).
  • the second stream then enters and cools the cooling means 151 through the conduit 231.
  • the liquefaction process according to the present embodiment can be modified as shown in FIG. 4 is a flow chart showing a third modification to the natural gas liquefaction process according to FIG.
  • the liquefaction process according to the present modification further includes a compression means 1411. More specifically, when the first stream and the second stream are mixed with each other to form a main stream, the main stream is introduced into the compression means 1411 through the conduit 1231 and compressed. Main stream 1232 then enters cooling means 1511 through conduit 1232 and cools. The main stream then enters separation means 112 through conduit 1233. Since the liquid refrigerant which may be generated during the additional compression step of the refrigerant cannot be boosted by the refrigerant compressor, a refrigerant pump must be used for the additional compression stage as in the present modification.
  • the liquefaction process according to this modification has the features of the liquefaction process according to the fourth modification described above. That is, the liquefaction process according to the present modification also does not mix with each other until the fourth stream is separated into the first stream and the second stream by the separating means and then the first and second streams are respectively compressed by the compression means. Do not.
  • the liquefaction process according to the present modification also has the features of the liquefaction process according to the first modification described above. That is, the liquefaction process according to the present modification also has the advantage that only the refrigerant in the gas phase can be supplied to the compression means.
  • the first stream is then incorporated into the second stream of conduit 2331 via conduit 292 (first incorporation step).
  • This mixing forms a main stream.
  • the main stream enters the separating means 112 and is separated into a third stream in the liquid phase and a fourth stream in the gas phase (second separation step).
  • the fourth stream enters the compression means 143 through the conduit 2332 and is compressed (third compression step).
  • the fourth stream is then mixed with the third stream (second mixing step).
  • the third stream may then be pumped into conduit 2334 by pump 161.
  • the main stream then enters and cools the cooling means 153 through the conduit 2334.
  • the second stream is lowered by expansion and then flows back into the second heat exchanger 122 through the conduit 2213 to cool the natural gas in the second heat exchanger 122 (second cooling step).
  • second cooling step Through such cooling, natural gas can be liquefied.
  • the second stream is thus cooled in the second heat exchanger 122 and then recovered from the second heat exchanger 122 and flows back into the third heat exchanger 123 through the conduit 2214 (fourth inflow). step).
  • the second stream has some cooling heat even after the natural gas is cooled in the second heat exchanger 122. Therefore, the liquefaction process according to the present embodiment is characterized in that such cold heat is used in the third heat exchanger 123.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a modification of the natural gas liquefaction process according to FIG. 8.
  • the second stream is first divided into a first portion and a second portion.
  • Such separation can be accomplished by branching one conduit 2216 from one conduit 2211.
  • a separate configuration may be employed for separation.
  • the liquefaction process according to the present modification cools the first portion of the second stream in the third heat exchange part 123 and the second portion of the second stream in the first heat exchange part 121. That is, the liquefaction process according to this variant divides the second stream into two parts and then cools them in different heat exchangers. Therefore, the liquefaction process according to the present modification does not need to completely cool the second stream in the third heat exchange part 123. As a result of this, the liquefaction process according to the present modification is suitable when it is difficult to cool the second stream entirely in the third heat exchange part 123.

Abstract

본 발명에 따른 천연가스 액화공정은, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하기 때문에 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이할 뿐만 아니라, 한 개의 스트림이 두 개의 스트림으로 분리된 다음에 각각 천연가스를 냉각시키기 때문에 액화공정의 효율도 우수하다.

Description

천연가스 액화공정
본 발명은 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이할 뿐만 아니라, 액화공정의 효율도 우수한 천연가스 액화공정에 관한 것이다.
천연가스를 액화시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 열역학적 프로세스는 더 높은 효율과 더 큰 용량에 대한 요구를 포함한 다양한 과제들을 충족시키기 위해 1970년대부터 개발되어 왔다. 이러한 요구들을 만족시키기 위해, 즉 액화공정의 효율과 용량을 높이기 위해 서로 다른 냉매를 사용하거나, 또는 서로 다른 사이클을 사용하여 천연가스를 액화시키는 다양한 시도들이 현재까지도 지속적으로 이루어지고 있으나, 실용적으로 사용되고 있는 액화공정의 수는 매우 적다.
작동 중에 있으면서도 널리 보급된 액화공정 중의 하나는 'Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant Process(또는 C3/MR 공정)'이다. 도 12에서 도시하고 있는 것과 같이, C3/MR 공정에서 천연가스(NG)는 우선 프로판(C3) 냉매를 채용한 줄-톰슨 (Joule-Thomson) 사이클(또는 프로판 사이클)을 통해 대략 238 K까지 예냉 (pre-cooled)된다. 그런 다음 천연가스는 혼합 냉매(MR, Mixed Refrigerant 또는 Multi-component Refrigerant)를 채용한 혼합 냉매 사이클을 통해 대략 123 K까지 액화(liquefied)되고 과냉(sub-cooled)된다. 이와 같이 C3/MR 공정은 단일 냉매를 채용한 냉동 사이클과 혼합 냉매를 채용한 냉동 사이클을 사용하기 때문에 액화공정의 구조가 복잡하고 액화공정의 운전이 어렵다는 단점이 있다.
작동 중에 있는 액화공정 중의 다른 하나는 Conoco Phillips 사에 의한 캐스케이드(Cascade) 공정이다. 도 13에서 도시하고 있는 것과 같이 Conoco Phillips 사에 의한 캐스케이드 공정은 메탄(C1), 에틸렌(C2) 및 프로판(C3)을 사용한 3개의 줄-톰슨 사이클로 구성된다. 이와 같이 캐스케이드 공정은 단일 냉매를 채용한 냉동 사이클만 사용하기 때문에 액화공정의 운전이 단순하고 액화공정의 신뢰성이 높다는 장점이 있다. 그러나 캐스케이드 공정은 3개의 냉동 사이클이 각각 개별적인 설비(예를 들어, 열교환기)를 요구하기 때문에 액화공정의 규모가 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.
작동 중에 있는 액화공정 중의 또 다른 하나는 'Single Mixed Refrigerant Process(또는 SMR 공정)'이다. 도 14에서 도시하고 있는 것과 같이, SMR 공정에서 천연가스는 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 통해 액화된다. 이와 같은 SMR 공정은 액화공정의 구조가 단순하다는 장점이 있다. 그러나 SMR 공정은 액화공정의 효율이 낮다는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이할 뿐만 아니라 액화공정의 효율도 우수한 천연가스 액화공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 액화공정은 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 관한 것으로서, 여기서 폐 루프 냉동 사이클은, 혼합 냉매를 부분적으로 응축시키는 응축 단계, 응축 단계 이후에 혼합 냉매를 액상의 제1 스트림과 기상의 제2 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계, 제1 분리 단계 이후에 제1 스트림을 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계, 제1 유입 단계 이후에 제1 열교환부로부터 배출되는 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계, 제1 팽창 단계 이후에 제1 스트림을 제1 열교환부로 다시 유입시켜 제1 스트림을 통해 제1 열교환부에서 천연가스를 냉각시키는 제1 냉각 단계, 제1 냉각 단계 이후에 제1 열교환부로부터 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계, 제1 분리 단계 이후에 제2 스트림을 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계, 제2 유입 단계 이후에 제1 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계, 제3 유입 단계 이후에 제2 열교환부로부터 배출되는 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계, 제2 팽창 단계 이후에 제2 스트림을 제2 열교환부로 다시 유입시켜 제2 스트림을 통해 제2 열교환부에서 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계, 및 제2 냉각 단계 이후에 제2 열교환부로부터 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 천연가스 액화공정은, 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하기 때문에 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이할 뿐만 아니라, 한 개의 스트림이 두 개의 스트림으로 분리된 다음에 각각 천연가스를 냉각시키기 때문에 액화공정의 효율도 우수하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 3은 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 4는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제3 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 5는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제4 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 6은 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제5 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 7은 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제6 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 9는 도 8에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 11은 도 10에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다
도 12는 종래의 C3/MR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 13은 종래의 캐스케이드 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
도 14는 종래의 SMR 공정을 개념적으로 도시하고 있는 흐름도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정은 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 한 개의 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 천연가스(NG)를 액화온도까지 냉각시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정에 적용될 수 있다. 특히, 혼합 냉매(mixed refrigerant 또는 multi-component refrigerant)를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여, 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고, 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 적용될 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 액화공정은 추가적으로 혼합 냉매를 냉각하거나 또는 천연가스를 냉각하는 냉동 사이클을 더 포함할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예 1에 따른 액화공정을 도 1을 참조하여 보다 자세히 설명한다. 우선 혼합 냉매(후술할 메인 스트림)는 부분적으로 응축된다(응축 단계). 즉, 혼합 냉매는 일련의 압축(또는 압축과 냉각)을 통해 부분적으로 응축된다. 이에 따라 혼합 냉매는 액상 부분과 기상 부분을 포함한다. 그런 다음 혼합 냉매는 분리 수단(111)으로 유입되어 액상의 제1 스트림과 기상의 제2 스트림으로 분리된다(제1 분리 단계). 이때 분리 수단(111)은 통상의 기액 분리기(vapor-liquid separator)일 수 있다. 이는 후술할 다른 분리 수단도 동일하다.
제1 스트림은 도관(211)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제1 유입 단계). 그런 다음 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 배출된 다음에 팽창 수단(131)으로 유입되어 팽창된다(제1 팽창 단계). 이로 인해 제1 스트림은 온도가 하강한다. 팽창 수단은 J-T(Joule-Thomson) 밸브로 구성될 수 있다. 예를 들어, 팽창 수단은 통상의 팽창 밸브(expansion valve)로 구성될 수 있다. 또는 팽창 수단은 익스팬더(expander)로 구성될 수도 있다. 이는 후술할 다른 팽창 수단도 동일하다. J-T 밸브는 J-T 효과를 통해 스트림의 압력과 온도를 모두 낮출 수 있다.
제1 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 다시 유입되어 제1 열교환부(121)에서 천연가스(NG)를 냉각 시킨다(제1 냉각 단계). 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된 제1 스트림은, 도관(211)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된 제1 스트림과, 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된 제2 스트림도 천연가스와 함께 냉각시킨다. 이와 같은 냉각을 통해 천연가스는 예냉될 수 있다. 제1 스트림은 이와 같이 제1 열교환부(121)에서 냉각을 실시한 다음에 제1 열교환부(121)로부터 회수된다(제1 회수 단계). 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된 다음에 도관(213)을 통해 응축 단계로 보내진다.
제2 스트림은 우선 도관(221)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제2 유입 단계). 제1 열교환부(121)에서 제2 스트림은 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입되는 제1 스트림에 의해 냉각된다. 그런 다음 제2 스트림은 도관(222)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다(제3 유입 단계). 그런 다음 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 배출된 다음에 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다(제2 팽창 단계). 이와 같은 팽창으로 제2 스트림은 온도가 하강한다.
제2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(223)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스를 냉각시킨다(제2 냉각 단계). 이와 같은 냉각을 통해 천연가스는 액화될 수 있다. 제2 스트림은 이와 같이 제2 열교환부(122)에서 냉각을 실시한 다음에 제2 열교환부(122)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된 다음에 도관(224)을 통해 응축 단계로 보내진다.
참고로, 제1 열교환부(121)는 SWHE(Spiral Wound Heat Exchanger) 타입의 열교환기인 것이 바람직하다. 이는 제2 열교환부(122)도 동일하다. 이에 대해서 보다 상술하면, 천연가스 액화공정의 경우 열교환을 위해 통상적으로 PFHE(Plate Fin Heat Exchanger) 타입의 열교환기나 SWHE(Spiral Wound Heat Exchanger) 타입의 열교환기를 사용한다. PFHE 타입의 열교환기의 경우 일반적으로 다른 스트림을 냉각하는 스트림도 복수 개, 그리고 다른 스트림에 의해 냉각되는 스트림도 복수 개일 수 있다. 이에 반해 SWHE 타입의 열교환기의 경우 일반적으로 다른 스트림을 냉각하는 스트림이 한 개이거나, 또는 다른 스트림에 의해 냉각되는 스트림이 한 개이다.
따라서 SWHE 타입의 열교환기를 사용하는 액화공정은 PFHE 타입의 열교환기를 사용하는 액화공정과 서로 다를 수밖에 없다. 즉, PFHE 타입의 열교환기에 기초한 액화공정을 그대로 SWHE 타입의 열교환기를 사용한 액화공정에 적용할 수 없는 경우도 있다. 본 실시예의 경우, 한 개의 스트림(후술할 메인 스트림)을 두 개의 스트림(제1 스트림과 제2 스트림)으로 분리한 다음에 이를 각각 제1 열교환부(121)와 제2 열교환부(122)에서 천연가스의 냉각을 위해 사용한다. 이에 따라 본 실시예의 경우, SWHE 타입의 열교환기를 사용하기 위해 제1 열교환부(121)를 제2 열교환부(122)와 구별할 필요가 있다. 즉, 제1 열교환부(121)도 하나의 SWHE 타입의 열교환기로 구성하고, 제2 열교환부(122)도 다른 하나의 SWHE 타입의 열교환기로 구성할 필요가 있다. 추가로, SWHE 타입의 열교환기는 액화 시스템의 용량이 매우 클 때 유리하다. 또한 SWHE 타입의 열교환기는 액화 시스템의 유지 보수에도 유리하다.
앞서 살펴본 바와 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 액화공정은 액화공정의 구조가 단순하고 액화공정의 운전이 용이하다는 장점이 있다. 또한 본 실시예에 따른 액화공정은 한 개의 스트림이 두 개의 스트림으로 분리된 다음에 각각 천연가스를 냉각시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 액화공정은 한 개의 냉동 사이클을 포함하나 두 개의 냉동 사이클을 통해 천연가스를 냉각하는 것과 같은 효과를 가지기 때문에 액화공정의 효율도 우수하다는 장점이 있다.
한편, 응축 단계는 보다 구체적으로 다음과 같이 설명될 수 있다. 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된 다음에 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 여기서 압축 수단(141)은 통상의 압축기(compressor)일 수 있으며, 또한 다단일 수 있다. 이는 후술할 다른 압축 수단도 동일하다. 그런 다음 제2 스트림은 도관(231)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다. 여기서 냉각 수단(151)은 수랭식이나 공랭식의 냉각기(cooler)일 수 있다. 이는 후술할 다른 냉각 수단도 동일하다. 여기서 냉각 수단(151)은 선택적이다. 즉, 냉각 수단(151)은 압축된 스트림을 냉각할 필요가 있을 때 구비될 수 있다. 이는 다른 냉각 수단도 동일하다.
제2 스트림은 이와 같은 냉각 후에 제1 스트림과 혼합된다. 즉, 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된 다음에 제2 스트림에 혼입된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입은 1개의 도관(213)을 다른 1개의 도관(232)에 연결하는 것으로 달성될 수 있다. 또는 혼입을 위한 별도의 구성을 채용할 수도 있다. 이와 같은 혼입으로 메인 스트림이 형성된다. 즉, 메인 스트림은 제1 스트림과 제2 스트림이 혼합된 스트림이다. 이와 같은 메인 스트림은 압축 수단(142)에 의해 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 메인 스트림은 도관(233)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 메인 스트림은 부분적으로 응축되어 도관(234)을 통해 분리 수단(111)으로 유입된다.
참고로, 혼입은 상대적인 개념이다. 즉, 도관의 구성에 따라 제1 스트림이 제2 스트림에 혼입된다고 볼 수도 있고, 제2 스트림이 제1 스트림에 혼입된다고 볼 수도 있다. 또한 제1 스트림과 제2 스트림이 압축 수단(142)으로 각각 독립적으로 유입된 다음에 압축 수단(142)에서 혼합될 수도 있다. 그리고 앞서 살펴본 도관들은 도면부호에 따라 서로 다른 도관일 수도 있고 서로 같은 도관일 수도 있다. 즉, 1개의 도관이더라도 설명의 편의를 위해 2개의 도면부호가 부여될 수도 있다. 또는 이와는 반대로 2개의 도관이더라도 설명의 편의를 위해 1개의 도면부호가 부여될 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 2와 같은 변형이 가능하다. 도 2는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정은 응축 단계가 기본적으로 제3 압축 단계와 제4 압축 단계를 더 포함한다. 보다 구체적으로 본 변형예에 따른 액화공정에서 메인 스트림은 냉각 수단(152)에 의해 냉각된 다음에 도관(2341)을 통해 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다(제3 압축 단계). 그런 다음 메인 스트림은 도관(2342)을 통해 냉각 수단(153)으로 유입되어 냉각된다.
그런 다음 메인 스트림은 도관(2343)을 통해 분리 수단(112)으로 유입되어 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리된다(제2 분리 단계). 그런 다음 제3 스트림은 도관(2344)을 통해 도관(2341)의 메인 스트림에 혼입된다(제2 혼입 단계). 이때 제3 스트림은 팽창 수단에 의해 팽창된 다음에 메인 스트림에 혼입될 수 있다. 그런 다음 제3 스트림은 메인 스트림과 함께 압축 수단(143)으로 유입된다. 그리고 제4 스트림은 도관(2345)을 통해 압축 수단(144)으로 유입되어 압축된다(제4 압축 단계). 그런 다음 제4 스트림은 도관(2346)을 통해 냉각 수단(154)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 제4 스트림은 부분적으로 응축되어 도관(2347)을 통해 분리 수단(111)으로 유입된다.
그런데 압축 수단(예를 들어, 도면부호 144의 압축 수단)은 기상의 냉매를 공급받는 것이 바람직하다. 그러나 제1 스트림과 제2 스트림의 혼합과 같이 냉매를 혼합하거나, 또는 냉매를 압축하거나 냉각하면 액상의 냉매가 발생할 수도 있다. 따라서 본 변형예와 같이 분리 수단(112)을 이용하면 압축 수단으로 기상의 냉매만 공급할 수 있다는 장점이 있다.
그리고 본 실시예에 따른 액화공정은 도 3과 같은 변형도 가능하다. 도 3은 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 3에 도시되어 있듯이, 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된 다음에 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(231)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다.
제2 스트림은 냉각 후에 제1 스트림과 혼합된다. 즉, 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된 다음에 제2 스트림에 혼입된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입으로 메인 스트림이 형성된다. 이와 같은 메인 스트림은 도관(2321)을 통해 분리 수단(112)으로 유입되어 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리된다(제2 분리 단계). 제4 스트림은 도관(2322)을 통해 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 제4 스트림은 제3 스트림과 혼합 된다(제2 혼입 단계). 이때 제3 스트림은 펌프(161)에 의해 도관(2324)으로 압송될 수 있다. 그런 다음 제3 스트림과 제4 스트림(메인 스트림)은 도관(2324)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 메인 스트림은 부분적으로 응축되어 도관(234)을 통해 분리 수단(111)으로 유입된다. 냉매의 압축 단계 중에 발생될 수 있는 액체 냉매는 냉매 압축기로 승압할 수 없기에, 이와 같이 냉매 펌프를 사용해야 한다.
또한 본 실시예에 따른 액화공정은 도 4와 같은 변형도 가능하다. 도 4는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제3 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 4에서 도시하고 있듯이, 본 변형예에 따른 액화공정은 압축 수단(1411)을 더 포함한다. 보다 구체적으로 제1 스트림과 제2 스트림이 서로 혼합되어 메인 스트림이 형성되면, 메인 스트림은 도관(1231)을 통해 압축 수단(1411)으로 유입되어 압축된다. 그런 다음 메인 스트림(1232)은 도관(1232)을 통해 냉각 수단(1511)으로 유입되어 냉각된다. 그런 다음 메인 스트림은 도관(1233)을 통해 분리 수단(112)으로 유입된다. 냉매의 추가적인 압축 단계 중에 발생될 수 있는 액체 냉매는 냉매 압축기로 승압할 수 없기에, 추가적인 압축단에는 본 변형예와 같이 냉매 펌프를 사용해야 한다.
더욱이 본 실시예에 따른 액화공정은 도 5와 같은 변형도 가능하다. 도 5는 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제4 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정에서 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된 다음에 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(231)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된 다음에 도관(213)을 통해 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 제1 스트림은 도관(291)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다.
그런 다음 제1 스트림은 도관(292)을 통해 도관(232)의 제2 스트림에 혼입된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입으로 메인 스트림이 형성된다. 즉, 메인 스트림은 제1 스트림과 제2 스트림이 혼합된 스트림이다. 이와 같은 메인 스트림은 압축 수단(143)에 의해 압축된다(제3 압축 단계). 그런 다음 메인 스트림은 도관(233)을 통해 냉각 수단(153)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 메인 스트림은 부분적으로 응축되어 도관(234)을 통해 분리 수단(111)으로 유입된다.
본 변형예에 따른 액화공정은 메인 스트림이 분리 수단(111)에 의해 제1 스트림과 제2 스트림으로 분리된 다음에 제1 스트림과 제2 스트림이 압축 수단(141, 142)에 의해 각각 압축될 때까지 서로 혼합되지 않는다. 따라서 제1 스트림과 제2 스트림에 서로 다른 조건(예를 들어, 압력 조건)을 부여할 수 있다. 이의 결과로 본 변형예에 따른 액화공정은 액화공정의 최적화에 매우 유리하다는 장점이 있다.
또한 본 실시예에 따른 액화공정은 도 6과 같은 변형도 가능하다. 도 6은 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제5 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정에서 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된 다음에 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(241)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된 다음에 도관(213)을 통해 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 제1 스트림은 도관(251)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 제2 스트림은 도관(242)을 통해 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다(제3 압축 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(243)을 통해 냉각 수단(153)으로 유입되어 냉각된다.
그런 다음 제2 스트림은 제1 스트림과 혼합된다. 즉, 제1 스트림은 도관(252)을 통해 도관(244)의 제2 스트림에 혼입된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입으로 메인 스트림이 형성된다. 이와 같은 메인 스트림은 분리 수단(112)으로 유입되어 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리된다(제2 분리 단계). 그런 다음 제3 스트림은 도관(245)을 통해 도관(242)의 제2 스트림에 혼입된다(제2 혼입 단계). 이때 제3 스트림은 팽창 수단에 의해 팽창된 다음에 제2 스트림에 혼입될 수 있다. 그런 다음 제3 스트림은 제2 스트림과 함께 압축 수단(143)으로 유입된다. 그리고 제4 스트림은 도관(246)을 통해 압축 수단(144)으로 유입되어 압축된다(제4 압축 단계). 그런 다음 제4 스트림은 도관(247)을 통해 냉각 수단(154)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 제4 스트림은 부분적으로 응축되어 도관(248)을 통해 분리 수단(111)으로 유입된다.
본 변형예에 따른 액화 공정은 전술한 제4 변형예에 따른 액화 공정의 특징을 가진다. 즉, 본 변형예에 따른 액화 공정도 제4 스트림이 분리 수단에 의해 제1 스트림과 제2 스트림으로 분리된 다음에 제1 스트림과 제2 스트림이 압축 수단에 의해 각각 압축될 때까지 서로 혼합되지 않는다. 또한 본 변형예에 따른 액화 공정은 전술한 제1 변형예에 따른 액화 공정의 특징도 가진다. 즉, 본 변형예에 따른 액화 공정도 압축 수단으로 기상의 냉매만 공급할 수 있다는 장점이 있다.
더욱이 본 실시예에 따른 액화공정은 도 7과 같은 변형도 가능하다. 도 7은 도 1에 따른 천연가스 액화공정에 대한 제6 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정에서 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 회수된 다음에 도관(224)을 통해 압축 수단(141)으로 유입되어 압축된다(제1 압축 단계). 그런 다음 제2 스트림은 도관(231)을 통해 냉각 수단(151)으로 유입되어 냉각된다. 그리고 제1 스트림은 제1 열교환부(121)로부터 회수된 다음에 도관(213)을 통해 압축 수단(142)으로 유입되어 압축된다(제2 압축 단계). 그런 다음 제1 스트림은 도관(291)을 통해 냉각 수단(152)으로 유입되어 냉각된다.
그런 다음 제1 스트림은 도관(292)을 통해 도관(2331)의 제2 스트림에 혼입된다(제1 혼입 단계). 이와 같은 혼입으로 메인 스트림이 형성된다. 메인 스트림은 분리 수단(112)으로 유입되어 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리된다(제2 분리 단계). 제4 스트림은 도관(2332)을 통해 압축 수단(143)으로 유입되어 압축된다(제3 압축 단계). 그런 다음 제4 스트림은 제3 스트림과 혼합 된다(제2 혼입 단계). 이때 제3 스트림은 펌프(161)에 의해 도관(2334)으로 압송될 수 있다. 그런 다음 메인 스트림은 도관(2334)을 통해 냉각 수단(153)으로 유입되어 냉각된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 메인 스트림은 부분적으로 응축되어 도관(234)을 통해 분리 수단(111)으로 유입된다. 제1 혼합 단계에서 혼합된 냉매를 승압하기 위해서는 압축기를 사용해야 하나, 제1 혼합 단계에서 액체 냉매가 발생되었을 경우에 이를 압축기에 바로 유입할 수가 없기에, 발생되는 액체 냉매는 분리하고 펌프를 이용하여 승압해야 한다.
실시예 2
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 전술한 실시예 1, 특히 제5 변형예에 따른 액화공정과 유사한 구성을 가진다. 다만 본 실시예에 따른 액화공정은 제3 열교환부에 있어 전술한 제5 변형예에 따른 액화공정과 차이가 있다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 실시예에 따른 액화공정에서 제2 스트림은 우선 도관(2211)을 통해 제3 열교환부(123)로 유입된다(제2 유입 단계). 제3 열교환부(123)에서 제2 스트림은 도관(2214)을 통해 제3 열교환부(123)로 유입되는 제2 스트림에 의해 냉각된다. 그런 다음 제2 스트림은 도관(2212)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다(제3 유입 단계). 그런 다음 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 배출된 다음에 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다(제2 팽창 단계). 이와 같은 팽창으로 제2 스트림은 온도가 하강한다.
제2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2213)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스를 냉각시킨다(제2 냉각 단계). 이와 같은 냉각을 통해 천연가스는 액화될 수 있다. 제2 스트림은 이와 같이 제2 열교환부(122)에서 냉각을 실시한 다음에 제2 열교환부(122)로부터 회수되어 도관(2214)을 통해 제3 열교환부(123)로 다시 유입된다(제4 유입 단계). 제2 스트림은 제2 열교환부(122)에서 천연가스를 냉각시킨 다음에도 어느 정도의 냉열을 가진다. 따라서 본 실시예에 따른 액화공정은 이와 같은 냉열을 제3 열교환부(123)에서 사용한다는 점에 특징이 있다. 즉, 제3 열교환부(123)에서 제2 스트림은 도관(2211)을 통해 제3 열교환부(123)로 유입되는 제2 스트림을 냉각한다. 제2 스트림은 제3 열교환부(123)에서 냉각을 실시한 다음에 제3 열교환부(123)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 제2 스트림은 제3 열교환부(123)로부터 회수된 다음에 도관(2215)을 통해 응축 단계로 보내진다.
참고로, 본 실시예에서 제1 열교환부(121)와 제2 열교환부(122)는 각각 SWHE 타입의 열교환기인 것이 바람직하다. 그러나 제3 열교환부(123)는 SWHE 타입의 열교환기일 수도 있고, PFHE 타입의 열교환기일 수도 있다. 즉, 제3 열교환부(123)는 열교환기의 타입에 특별한 제한이 없다. 그러나 제3 열교환부(123)는 제1 열교환부(121)와 서로 별개로 구비된다. (제3 열교환부가 제2 열교환부로 일체로 구비될 수는 있다.)
한편, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 9와 같은 변형이 가능하다. 도 9는 도 8에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정에서 제2 스트림은 우선 제1 부분과 제2 부분으로 분리된다. 이와 같은 분리는 1개의 도관(2211)으로부터 다른 1개의 도관(2216)을 분기시키는 것으로 달성될 수 있다. 또는 분리를 위한 별도의 구성을 채용할 수도 있다.
여기서 제1 부분은 제3 열교환부(123)로 유입된다. 즉, 실시예 2에 따른 액화공정은 제2 스트림의 전부를 제3 열교환부(123)로 공급하는데 반해, 본 변형예에 따른 액화공정은 제2 스트림의 일부만 제3 열교환부(123)로 공급한다. 그리고 제2 부분은 도관(2216)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다. 이때 제2 부분은 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입되는 제1 스트림에 의해 냉각된다. 그런 다음 제1 부분과 제2 부분은 다시 혼합되어 제2 열교환부(122)로 유입된다(도면부호 2212과 2217의 도관 참조).
본 변형예에 따른 액화공정은 제2 스트림의 제1 부분을 제3 열교환부(123)에서 냉각시키고, 제2 스트림의 제2 부분을 제1 열교환부(121)에서 냉각시킨다. 즉, 본 변형예에 따른 액화공정은 제2 스트림을 두 부분으로 나눈 다음에 이들을 각각 다른 열교환부에서 냉각시킨다. 따라서 본 변형예에 따른 액화공정은 제3 열교환부(123)에서 제2 스트림을 전부 냉각시킬 필요가 없다. 이의 결과로 본 변형예에 따른 액화공정은 제2 스트림을 전부 제3 열교환부(123)에서 냉각시키기 어려울 때 적합하다.
실시예 3
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 전술한 실시예 1, 특히 제5 변형예에 따른 액화공정과 유사한 구성을 가진다. 다만, 본 실시예에 따른 액화공정은 제3 열교환부에 있어 전술한 제5 변형예에 따른 액화공정과 차이가 있다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 실시예에 따른 액화공정에서 제2 스트림은 우선 도관(2311)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다(제2 유입 단계). 제2 스트림은 제1 열교환부(121)에서 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입되는 제1 스트림에 의해 냉각된다. 그런 다음 제2 스트림은 도관(2312)을 통해 제2 열교환부(122)로 유입된다(제3 유입 단계). 그런 다음 제2 스트림은 제2 열교환부(122)로부터 배출된 다음에 팽창 수단(132)으로 유입되어 팽창된다(제2 팽창 단계). 이와 같은 팽창으로 제2 스트림은 온도가 하강한다.
제2 스트림은 팽창으로 온도가 낮아진 다음에 도관(2313)을 통해 제2 열교환부(122)로 다시 유입되어 제2 열교환부(122)에서 천연가스를 냉각시킨다(제2 냉각 단계). 이와 같은 냉각을 통해 천연가스는 액화될 수 있다. 제2 스트림은 이와 같이 제2 열교환부(122)에서 냉각을 실시한 다음에 제2 열교환부(122)로부터 회수되어 도관(2314)을 통해 제3 열교환부(123)로 유입된다. 제2 스트림은 제2 열교환부(122)에서 천연가스를 냉각시킨 다음에도 어느 정도의 냉열을 가진다. 따라서 본 실시예에 따른 액화공정은 이와 같은 냉열을 제3 열교환부(123)에서 사용한다는 점에 특징이 있다. 즉, 제3 열교환부(123)에서 제2 스트림은 도관(311)을 통해 제3 열교환부(123)로 유입되는 천연가스를 냉각시킨다(제3 냉각 단계). 이와 같은 냉각으로 천연가스는 예냉될 수 있다. 제2 스트림은 제3 열교환부(123)에서 냉각을 실시한 다음에 제3 열교환부(123)로부터 회수된다(제2 회수 단계). 제2 스트림은 제3 열교환부(123)로부터 회수된 다음에 도관(2315)을 통해 응축 단계로 보내진다.
이와 같이 본 실시예에서 천연가스는 제3 열교환부(123)에서 일차적으로 냉각된 다음에, 도관(312)을 통해 제2 열교환부(122)로 공급되어 제2 열교환부(122)에서 이차적으로 냉각된다. 이의 결과로 천연가스는 액화될 수 있다. 참고로, 본 실시예에서 제1 열교환부(121)와 제2 열교환부(122)는 각각 SWHE 타입의 열교환기인 것이 바람직하다. 그러나 제3 열교환부(123)는 SWHE 타입의 열교환기일 수도 있고, PFHE 타입의 열교환기일 수도 있다. 즉, 제3 열교환부(123)는 열교환기의 타입에 특별한 제한은 없다. 그러나 제3 열교환부(123)는 제1 열교환부(121)와 서로 별개로 구비된다. (제3 열교환부가 제2 열교환부로 일체로 구비될 수는 있다.)
한편, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 11과 같은 변형이 가능하다. 도 11은 도 10에 따른 천연가스 액화공정에 대한 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 11에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 액화공정에서 천연가스는 우선 제1 부분과 제2 부분으로 분리된다. 이와 같은 분리는 1개의 도관을 2개의 도관으로 분리하는 것으로 달성될 수 있다. 또는 분리를 위한 별도의 구성을 채용할 수도 있다.
여기서 제1 부분은 제3 열교환부(123)로 유입된다. 즉, 실시예 3에 따른 액화공정은 천연가스의 전부를 제3 열교환부(123)로 공급하는데 반해, 본 변형예에 따른 액화공정은 천연가스의 일부만 제3 열교환부(123)로 공급한다. 그리고 제2 부분은 도관(313)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입된다. 이때 제2 부분은 도관(212)을 통해 제1 열교환부(121)로 유입되는 제1 스트림에 의해 냉각된다. 그런 다음 제1 부분과 제2 부분은 다시 혼합되어 함께 제2 열교환부(122)로 유입된다(도면부호 312와 314의 도관 참조).
본 변형예에 따른 액화공정은 천연가스의 제1 부분을 제3 열교환부(123)에서 냉각시키고, 천연가스의 제2 부분을 제1 열교환부(121)에서 냉각시킨다. 즉, 본 변형예에 따른 액화공정은 천연가스를 두 부분으로 나눈 다음에 이들을 각각 다른 열교환부에서 냉각(예냉)시킨다는 점에 특징이 있다.

Claims (13)

  1. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매를 부분적으로 응축시키는 응축 단계;
    상기 응축 단계 이후에 상기 혼합 냉매를 액상의 제1 스트림과 기상의 제2 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계;
    상기 제1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 상기 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계;
    상기 제1 팽창 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1 냉각 단계;
    상기 제1 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제2 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계;
    상기 제3 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 상기 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계;
    상기 제2 팽창 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계; 및
    상기 제2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 스트림은 상기 제1 회수 단계 이후에, 그리고 상기 제2 스트림은 상기 제2 회수 단계 이후에 상기 응축 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축 단계는, 상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계, 상기 제1 압축 단계 이후에 상기 제2 스트림에 상기 제1 스트림을 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계, 및 상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축 단계는, 상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계, 상기 제1 압축 단계 이후에 상기 제2 스트림에 상기 제1 스트림을 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계, 상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계, 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제4 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계, 및 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 펌프에 의해 이송시켜 상기 제2 압축 단계 이후의 제4 스트림에 혼입시키는 제2 혼입 단계를 포함하며,
    상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제3 스트림과 상기 제4 스트림은 함께 상기 제1 분리 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축 단계는, 상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계, 상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계, 상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계, 및 상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축 단계는, 상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계, 상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계, 상기 제1 압축 단계 이후에 상기 제2 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계, 상기 제2 압축 단계와 상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계, 상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계, 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시키는 제2 혼입 단계, 및 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제4 스트림을 압축시키는 제4 압축 단계를 포함하며,
    상기 제3 스트림은 상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제2 스트림과 함께 상기 제3 압축 단계로 보내지고, 상기 제4 스트림은 상기 제4 압축 단계 이후에 상기 제1 분리 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축 단계는, 상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계, 상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계, 상기 제1 압축 단계와 상기 제2 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계, 상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계, 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제4 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계, 및 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 펌프에 의해 이송시켜 상기 제3 압축 단계 이후의 제4 스트림에 혼입시키는 제2 혼입단계를 포함하며,
    상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제3 스트림과 상기 제4 스트림은 함께 상기 제1 분리 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부는 각각 SWHE 타입의 열교환기인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  8. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 제1 열교환부에서 일차적으로 천연가스를 냉각시키고 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부에서 이차적으로 천연가스를 냉각시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매를 부분적으로 응축시키는 응축 단계;
    상기 응축 단계 이후에 상기 혼합 냉매를 액상의 제1 스트림과 기상의 제2 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계;
    상기 제1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 상기 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계;
    상기 제1 팽창 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제1 냉각 단계;
    상기 제1 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부와 구별되는 제3 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제2 유입 단계 이후에 상기 제3 열교환부로부터 배출되는 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계;
    상기 제3 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 상기 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계;
    상기 제2 팽창 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계;
    상기 제2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수한 다음에 상기 제3 열교환부로 다시 유입시키는 제4 유입 단계; 및
    상기 제4 유입 단계 이후에 상기 제3 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 스트림은 상기 제1 회수 단계 이후에, 그리고 상기 제2 스트림은 상기 제2 회수 단계 이후에 상기 응축 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 스트림을 제1 부분과 제2 부분으로 분리시키는 제3 분리 단계, 및 상기 제2 부분을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제5 유입 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 유입 단계는 상기 제1 부분을 상기 제3 열교환부로 유입시키고, 상기 제3 유입 단계는 상기 제2 유입 단계와 상기 제5 유입 단계 이후에 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 함께 상기 제2 열교환부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  10. 혼합 냉매를 채용한 한 개의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시키는 천연가스 액화공정에 있어서,
    상기 폐 루프 냉동 사이클은,
    상기 혼합 냉매를 부분적으로 응축시키는 응축 단계;
    상기 응축 단계 이후에 상기 혼합 냉매를 액상의 제1 스트림과 기상의 제2 스트림으로 분리시키는 제1 분리 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제1 스트림을 제1 열교환부로 유입시키는 제1 유입 단계;
    상기 제1 분리 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 유입 단계;
    상기 제1 유입 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 상기 제1 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계;
    상기 제1 팽창 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제1 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제1 스트림을 통해 상기 제1 열교환부에서 상기 제2 스트림을 냉각시키는 제1 냉각 단계;
    상기 제1 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 상기 제1 스트림을 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 제1 냉각 단계 이후에 상기 제1 열교환부로부터 배출되는 상기 제2 스트림을 상기 제1 열교환부와 구별되는 제2 열교환부로 유입시키는 제3 유입 단계;
    상기 제3 유입 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 배출되는 상기 제2 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계;
    상기 제2 팽창 단계 이후에 상기 제2 스트림을 상기 제2 열교환부로 다시 유입시켜 상기 제2 스트림을 통해 상기 제2 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제2 냉각 단계;
    상기 제2 냉각 단계 이후에 상기 제2 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수한 다음에 상기 제1 열교환부와 구별되는 제3 열교환부로 유입시켜 상기 제2 스트림을 통해 상기 제3 열교환부에서 상기 천연가스를 냉각시키는 제3 냉각 단계; 및
    상기 제3 냉각 단계 이후에 상기 제3 열교환부로부터 상기 제2 스트림을 회수하는 제2 회수 단계를 포함하며,
    상기 제1 스트림은 상기 제1 회수 단계 이후에, 그리고 상기 제2 스트림은 상기 제2 회수 단계 이후에 상기 응축 단계로 보내지며, 상기 천연가스는 상기 제3 열교환부에서 일차적으로 냉각된 다음에 상기 제2 열교환부에서 이차적으로 냉각되어 액화되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 천연가스를 제1 부분과 제2 부분으로 분리시키는 단계, 상기 제1 부분을 상기 제3 열교환부로 유입시키는 제1 천연가스 유입 단계, 상기 제2 부분을 상기 제1 열교환부로 유입시키는 제2 천연가스 유입 단계, 상기 제1 천연가스 유입 단계와 상기 제2 천연가스 유입 단계 이후에 상기 제1 부분에 상기 제2 부분을 혼입시키는 천연가스 혼입 단계, 및 상기 천연가스 혼입 단계 이후에 상기 제1 부분을 상기 제2 부분과 함께 상기 제2 열교환부로 유입시키는 제3 천연가스 유입 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  12. 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 응축 단계는, 상기 제2 스트림을 압축시키는 제1 압축 단계, 상기 제1 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계, 상기 제1 압축 단계 이후에 상기 제2 스트림을 압축시키는 제3 압축 단계, 상기 제2 압축 단계와 상기 제3 압축 단계 이후에 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시켜 메인 스트림을 형성하는 제1 혼입 단계, 상기 제1 혼입 단계 이후에 상기 메인 스트림을 액상의 제3 스트림과 기상의 제4 스트림으로 분리시키는 제2 분리 단계, 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 상기 제2 스트림에 혼입시키는 제2 혼입 단계, 및 상기 제2 분리 단계 이후에 상기 제4 스트림을 압축시키는 제4 압축 단계를 포함하며,
    상기 제3 스트림은 상기 제2 혼입 단계 이후에 상기 제2 스트림과 함께 상기 제3 압축 단계로 보내지고, 상기 제4 스트림은 상기 제4 압축 단계 이후에 상기 제1 분리 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
  13. 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부는 각각 SWHE 타입의 열교환기인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화공정.
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