천연가스 액화는 저온 공정입니다.

천연가스 액화는 저온 공정입니다. 정제된 원천연가스는 열교환기를 거쳐 저온 냉각, 응축 및 과냉각 과정을 거친 후, -160~165℃의 온도에서 감압되어 LNG 저장 탱크로 들어갑니다.
천연가스 냉각, 응축 및 과냉각 시 열과 온도의 관계는 다음과 같습니다.
1) 냉동 사이클의 종류
천연가스를 액화시키기 위해서는 천연가스의 냉각, 응축 및 과냉각 과정에서 발생하는 열을 제거해야 하므로, 이에 상응하는 냉각 용량을 열과 교환해야 합니다.
액화 공정에 장착된 냉동 시스템은 열교환기에서 냉기와 열 흐름 사이의 온도 차이를 최소화하여 높은 냉동 효율을 얻도록 설계되었습니다.
천연가스 액화용 냉동 시스템은 매우 성숙되어 있으며, 일반적으로 사용되는 공정은 다음과 같습니다.
단계식 냉동 사이클
혼합 냉매 냉동 사이클
예냉 기능을 갖춘 혼합 냉매 냉동 사이클
팽창 메커니즘 냉간 사이클
2) 단계식 냉동 사이클
단계식 냉동 사이클은 1939년 액화 천연가스 제품에 처음 적용되었습니다. 이 사이클은 미국 클리블랜드에 설치되었으며, 1단계 및 2단계 냉매로 각각 NH3와 C2H4를 사용했습니다.
첫 번째 단계에서는 프로판 또는 프레온을 냉매로 사용합니다. 정제된 천연가스는 프로판 또는 프레온 냉각기에서 -35℃~-40℃까지 냉각됩니다. 펜탄 이상의 중질 탄화수소를 분리한 후, 두 번째 냉각 단계로 이동합니다. 프로판 냉각기에서 증발된 프로판 가스는 압축기를 통해 가압되고, 수냉식 냉각기를 거쳐 다시 액화된 후 프로판 냉각기로 재순환됩니다.
두 번째 단계에서는 에탄 또는 에틸렌을 냉매로 사용하며, 천연가스를 두 번째 단계에서 -90~-100℃까지 냉각한 후 액화시켜 세 번째 단계에서 냉각합니다. 에탄 또는 에틸렌 냉각기에서 증발된 가스는 가압 및 수냉 과정을 거친 후 프로판 냉각기에서 냉각 및 액화되어 다시 에탄 또는 에틸렌 냉각기로 재순환됩니다.
세 번째 단계에서는 메탄이 냉매로 사용됩니다. 액화천연가스(LNG)는 메탄 냉각기에서 -150~-160℃까지 과냉각된 후 스로틀 밸브를 통해 감압됩니다. 온도가 -162℃까지 떨어지면 LNG 저장 탱크로 이송됩니다. 메탄 냉각기에서 증발된 가스는 가압 및 수냉 과정을 거쳐 프로판 냉각기에서 냉각되고, 에탄 또는 에틸렌 냉각기에서 액화된 후 메탄 냉각기로 재순환됩니다.
고전적인 계단식 냉동 사이클은 여러 개의 상대적으로 독립적이면서도 서로 연결된 냉각 단계를 포함합니다. 냉매는 일반적으로 다단 압축기를 통해 압축되므로, 각 냉각 단계에서 냉매는 여러 압력 조건에서 증발하여 여러 온도 단계로 나뉘어 천연가스를 냉각할 수 있습니다. 각 압력 조건에서 증발된 냉매는 해당 압력의 압축기 단계로 들어가 다시 압축됩니다. 각 냉각 단계에서 사용되는 냉매만 다를 뿐, 작동 과정은 기본적으로 유사합니다.
단계식 냉동 사이클의 장점은 다음과 같습니다.
① 낮은 에너지 소비량;
② 냉매는 순수하며 배합 문제가 없습니다.
③ 성숙한 기술과 안정적인 운영
단계식 냉동 사이클의 단점은 다음과 같습니다.
① 단위가 많고 과정이 복잡합니다.
② 다양한 보조 장비가 있으며, 여러 종류의 냉매를 생산 및 저장하는 데 특화된 장비가 있어야 합니다.
③ 파이프라인 및 제어 시스템이 복잡하고 유지보수가 불편하다