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LNG 열교환기의 압력강하에 따른 천연가스 액화용 초저온 캐스케이드 냉동사이클 특성
Characteristics of Cryogenic Cascade Refrigeration Cycle for Liquefaction of Natural Gas with the Pressure Drop of Heat Exchanger 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.36 no.6, 2012년, pp.756 - 761  

윤정인 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  최광환 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  손창효 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  곽진우 ((주)LG전자 HA 냉장고사업부 연구기획) ,  백승문 (부경대학교 대학원)

초록
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천연가스는 $-160^{\circ}C$까지 냉각 및 액화되어 액화천연가스(LNG)가 되고, 이때 LNG의 체적은 천연 가스의 1/600로 줄어든다. 이로 인해 LNG는 수송시에 이점이 있다. 본 연구에서는 천연가스 액화용 초저온 캐스케이드 냉동사이클의 LNG 열교환기내 냉매와 천연가스의 압력강하가 액화사이클에 미치는 영향을 파악한 후, LNG 열교환기 설계시 압력강하에 대한 기준안을 제시하고자 한다. 이를 위해 HYSYS를 이용하여 초저온 캐스케이드 액화사이클 내 LNG 열교환기의 압력강하에 대해서 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 초저온 액화사이클의 압축일량과 성능계수(COP)의 증가로부터, LNG 열교환기 내의 압력강하는 50 kPa정도를 기준 설계 압력강하로 설정할 수 있음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Natural gas is converted in to LNG by chilling and liquefying the gas to the temperature of $-162^{\circ}C$, when liquefied, the volume of natural gas is reduced to 1/600 of its standard volume. This gives LNG the advantage in transportation. In this study, the effects of the pressure dro...

주제어

#천연가스액화공정   #압축일량   #캐스케이드 냉동사이클   #압력강하   #LNG 열교환기   #성능계수  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 HYSYS를 이용하여 초저온 LNG 열교환기의 설계시 냉매와 천연가스의 압력강하가 액화사이클에 미치는 영향을 분석하여 천연가스 액화공정에 필요한 LNG 열교환기의 압력강하에 대한 기준을 제시하는데 그 목적이 있다.
  • 본 연구에서는 C3H8-C2H4-C1H4를 사용하는 초저온 캐스케이드 액화사이클의 LNG 열교환기의설계시 냉매와 천연가스의 압력강하가 액화사이클에 미치는 영향을 파악한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

가설 설정

  • Table 1의 결과값은 LNG 열교환기내 냉매와 천연가스의 압력강하를 50 kPa정도로 가정하여 나온 것이다. Feed gas의 온도는 305.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
C3H8-C2H4-C1H4 냉매용 캐스케이드 액화사이클의 경우, 천연가스는 어떤 과정을 거쳐 단계적으로 온도가 낮아져 LNG가 되는가? 즉 천연가스는 프로판 사이클 증발기(Ⓐ~Ⓒ)에서 약 -40℃까지, 에틸렌 사이클의 증발기(Ⓓ~Ⓔ)에서 약 -80℃정도까지, 메탄 사이클의 증발기(Ⓕ~Ⓗ)를 지나고 팽창밸브(⑨-⑩사이)를 거쳐 -162℃정도의 액화된 천연가스(LNG)로 된다. 이때 LNG의 액화율은 팽창밸브(⑨-⑩사이) 통과시 발생되는 가스로 인해 약 90% 내외가 된다.
C3H8-C2H4-C1H4 냉매용 캐스케이드 액화사이클을 구성하고 있는 사이클은 무엇인가? 본 논문에서 분석하고자 하는 C3H8-C2H4-C1H4(Propane-Ethylene-Methane)냉매용 캐스케이드 액화사이클의 개략도를 Figure 1에 나타내었다. 그림에서 3개의 독립적인 사이클 즉, 프로판 사이클, 에틸렌 사이클, 메탄 사이클로 구성되어 있음을 알수 있으며 프로판 사이클의 증발기는 LNG 열교환기 Ⓐ에서 Ⓒ까지, 에틸렌 사이클의 증발기는 Ⓓ에서 Ⓔ까지, 메탄 사이클의 증발기는 Ⓕ에서 Ⓗ까지 각각 냉매로써 작용하여 Feed gas를 액화시킨다.
천연가스에는 어떤 성분들이 혼합되어 있는가? 천연가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 질소, 에틸렌 등과 같은 여러 가지 성분들이 혼합되어 있는 혼합물이다.
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참고문헌 (12)

  1. Gas Plant Agency's detailed plan of Korea Gas Corporation, 2008 (in Korean). 

  2. S. T. Oh, H. S. Lee, J. I. Yoon, et al., "The state of the arts of LNG liquefaction cycle," The Sarek Journal, vol. 38, no. 3, pp. 13-17, 2007 (in Korean). 

  3. D. L. Andress. The Phillips Optimized Cascade LNG Process a Quarter Century of Improvement, The Permission of the Institute of Gas Technology, 1996. 

  4. L. Terry. "Comparison of liquefaction process," LNG Journal vol. 21, no. 3, pp. 28-33, 1998. 

  5. Qualls, Philip Hunter, "A Novel approach taking the Phillips optimized cascasde LNG process into the future," AIChE Spring National Meeting 2003, pp. 1-29, 2003. 

  6. Wen-sheng Cao, et al. "Parameter comparison of two small-scale natural gas liquefaction process in skid-mounted packages," Applies Thermal Engineering, vol. 26, pp. 898-904, 2006. 

    상세보기 crossref

  7. Tatiana Morosuk, Mohad Nazri Bin Omar, geoget satsaronis and Rolanda Naw, "Advanced exergetic analysis of a refrigeration system for liquefaction of natural gas," Proceedings of the 23rd International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS), pp. 1-40, 2010. 

  8. Horatiu Pop, Michel Feidt, Cristian Gabriel Alionte et al., "Optimization of conventional irreversible cascade refrigeration systems," U.P.B. Sci. Bull., vol. 71, iss. 4, pp. 1-12, 2009. 

  9. Qualls, Anthony P. Eaton, "Liquid Expander in the phillips optimized cascade LNG process," LNG14, pp. 38-44, 2004. 

  10. S. T Oh, H. S. Lee, J. I Yoon et al., "Simulation of LNG liquefaction cycle using two stage intercooler," The Korean Institute of Gas, 2009 Spring annual conference, pp. 225-228. 2009(in Korean). 

  11. H.S. Lee, S. T. Oh, J. I Yoon et al., "Analysis of cryogenic refrigeration cycle using two stage intercooler," 5th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids, pp. 40-41, 2009. 

  12. Jin Woo Kwag, Won Jae Choi, Jung In Yoon et al., "Comparison of performance on the natural gas liquefaction process using intercooler," ICCHT2010, p. 18, 2010. 

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