LNG 플랜트를 위한 천연가스 액화 공정 선정

2024년 11월 3일

현재 천연가스 액화 분야에는 주로 캐스케이드 냉동 사이클 공정, 혼합 냉동 사이클 공정, 팽창기 냉동 사이클 공정의 세 가지 성숙한 액화 공정이 있습니다.

A) 캐스케이드 냉동 사이클 공정

캐스케이드 냉동 사이클은 프로판(또는 프로필렌), 에탄(또는 에틸렌), 메탄(또는 질소)과 같은 냉매를 사용하는 3단계 냉동 사이클입니다(각각의 증발 온도는 -100°F, -121°F, -256°F입니다). 단계식 냉동을 통해 천연가스는 여러 온도 등급의 해당 냉매와 열을 교환하여 냉각 및 액화될 수 있습니다.

비) 혼합 냉동 사이클 공정

그만큼 혼합 냉매 냉동 사이클 N의 혼합물을 사용하는 공정입니다. ₂그리고 C ₁C로 ₅탄화수소를 순환 냉매로 사용.

C) 팽창 냉동 사이클 과정

팽창기 냉동 사이클은 고압 냉매가 터보 팽창기를 통해 단열 팽창하여 천연가스를 액화하는 크라우더 사이클 냉동 방식을 말합니다. 가스가 팽창기 내에서 팽창하고 냉각되는 동안 일을 발생시키는데, 이 일은 압축기를 구동하는 데 사용될 수 있습니다.

사용하는 냉매에 따라 팽창식 냉동 사이클은 질소 팽창식 냉동 사이클, 질소-메탄 팽창식 냉동 사이클, 천연가스 팽창식 냉동 사이클로 나눌 수 있다.

D) 세 가지 공정의 기술경제적 비교

캐스케이드 냉동 사이클의 에너지 소비량을 1로 설정하고, 다양한 냉동 사이클의 비교를 표 5.1-2에 나타내고, 다양한 냉동 사이클의 특성을 표 5.1-3에서 비교하였다.

표 5.1-2 다양한 냉동 사이클의 효율 비교

냉동 과정	캐스케이드 냉각 대비 상대적 에너지 소비량
캐스케이드 냉동 사이클	1.00
혼합 냉매 냉동 사이클	1.15
R22 예냉 N ₂-CH ₄팽창 냉동 사이클	1.35

표 5.1-3 다양한 냉동 사이클 특성 비교

색인	캐스케이드 냉각	혼합 냉매	팽창식 냉동
능률	높은	가운데	낮은
복잡성	높은	가운데	가운데
주요 이동 장비	3개의 압축기	압축기 1개	압축기 + 팽창기
열교환기 유형	판형 지느러미	판형 지느러미 또는 감긴 관	판형 지느러미
열교환기 영역	큰	큰	작은
적응성	높은	가운데	가운데
냉매 공급원	3가지 냉매가 필요합니다.	3~6가지 냉매가 필요하며, 냉매는 공급 가스에서 직접 추출할 수 있습니다.	냉매로는 질소 한 종류만 필요하며, 질소는 공기 중에서 추출할 수 있습니다.
투자하다	높은	가운데	적당히 높음

투자, 에너지 소비, 운영 및 유지 보수 등의 요소를 종합적으로 고려하여 이 장치의 액화 공정에는 혼합 냉매 냉동 공정이 채택되었습니다.

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