KR101153080B1 - Carbon dioxide liquefaction process - Google Patents

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차규상
이영범
오병택
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박창원
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한국가스공사연구개발원
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Abstract

PURPOSE: A carbon dioxide liquefaction process is provided to simplify carbon dioxide liquefaction by using a part of a feed stream in super cooling. CONSTITUTION: A carbon dioxide liquefaction process comprises next steps: liquefying a feed stream including carbon dioxide through heat exchange at a first heat exchange region; cooling the feed stream at the first heat exchange region through heat exchange with refrigerant; excessive cooling the feed stream which passed through the first heat exchange region(641) by heat exchanging at a second heat exchange region; separating the feed stream which passed through the second heat exchange region into a first sub-stream and a second sub stream; expanding the first sub-stream in order to lower temperature of the first sub-stream; mixing the first sub-stream with the feed stream after heat exchange at the second heat exchange region(642); collecting at least a part of the second sub-stream as liquefied carbon dioxide.

Description

이산화탄소 액화공정 {CARBON DIOXIDE LIQUEFACTION PROCESS}CO2 Liquefaction Process {CARBON DIOXIDE LIQUEFACTION PROCESS}

본 발명은 이산화탄소 액화공정에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 액화공정의 구조를 단순화시킬 수 있으면서도, 액화 이산화탄소의 단위 시간당 생산량을 증가시킬 수 있는 이산화탄소 액화공정에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon dioxide liquefaction process, and more particularly to a carbon dioxide liquefaction process that can simplify the structure of the liquefaction process, while increasing the output per unit time of liquefied carbon dioxide.

이산화탄소는 지구온난화의 원인이 되는 온실가스 중의 하나이기 때문에 가능한 그 배출량을 감소시키는 것이 바람직하다. 이에 따라 세계적으로 이산화탄소를 포집하여 제거하는 기술이 현재 다양하게 연구되고 있다. 이와 관련하여 현재 이슈가 되고 있는 분야 중의 하나는 이산화탄소를 액화하는 기술이다. 기체 상태의 이산화탄소는 그 부피가 매우 크기 때문에 저장이나 이송 등에 적합하지 않기 때문이다. 이에 따라 이산화탄소를 액화하는 공정이 현재 다양하게 연구되고 있다. 그러나 현재까지 개발된 이산화탄소 액화공정은 그 구조가 복잡하거나, 또는 액화 이산화탄소의 단위 시간당 생산량이 적다는 문제점을 가지고 있다. Since carbon dioxide is one of the greenhouse gases that cause global warming, it is desirable to reduce its emissions as much as possible. Accordingly, various techniques for capturing and removing carbon dioxide are currently being studied worldwide. One of the current issues in this regard is the technology of liquefying carbon dioxide. This is because gaseous carbon dioxide is not suitable for storage or transportation because its volume is very large. Accordingly, various processes for liquefying carbon dioxide are currently being studied. However, the carbon dioxide liquefaction process developed to date has a problem that the structure is complicated or that the amount of liquefied carbon dioxide produced per unit time is small.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 액화공정의 구조를 단순화시킬 수 있으면서도, 액화 이산화탄소의 단위 시간당 생산량을 증가시킬 수 있는 이산화탄소 액화공정을 제공하는 것이다. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to provide a carbon dioxide liquefaction process that can increase the output per unit time of liquefied carbon dioxide while simplifying the structure of the liquefaction process.

상술한 본 발명의 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이산화탄소 액화공정은, 이산화탄소를 포함한 공급 스트림을 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 액화시키는 액화 단계, 제1 열교환 영역을 통과한 공급 스트림을 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 과냉시키는 과냉 단계, 제2 열교환 영역을 통과한 공급 스트림을 제1 서브 스트림과 제2 서브 스트림으로 분리하는 제1 분리 단계, 및 제1 서브 스트림의 온도를 낮추기 위해 제1 서브 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계를 포함하며, 상기 액화 단계는 상기 공급 스트림의 흐름과는 별도로 폐 루프를 이루는 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 냉매와의 열교환을 통해 상기 제1 열교환 영역에서 상기 공급 스트림을 냉각시키고, 상기 과냉 단계는 상기 제1 팽창 단계를 통해 온도가 낮아진 제1 서브 스트림과의 열교환을 통해 상기 제2 열교환 영역에서 상기 공급 스트림을 냉각시키며, 상기 제1 서브 스트림은 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환 후에 상기 공급 스트림으로 혼입되고, 상기 제2 서브 스트림의 적어도 일부는 액화 이산화탄소로 회수된다. According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the carbon dioxide liquefaction process, the liquefaction step of liquefying the feed stream containing carbon dioxide through heat exchange in the first heat exchange zone, passing through the first heat exchange zone A subcooling step of subcooling one feed stream through heat exchange in a second heat exchange zone, a first separation step of separating the feed stream passing through the second heat exchange zone into a first sub stream and a second sub stream, and a first sub stream And a first expansion step of expanding the first sub stream to lower the temperature of the liquid stream, wherein the liquefaction step is performed through heat exchange with a refrigerant circulating in a closed loop refrigeration cycle that forms a closed loop separately from the flow of the feed stream. The feed stream is cooled in a first heat exchange zone, and the subcooling step is turned on through the first expansion step. Cooling the feed stream in the second heat exchange zone through heat exchange with the lowered first sub stream, wherein the first sub stream is incorporated into the feed stream after heat exchange in the second heat exchange zone, and the second sub stream At least part of the stream is recovered as liquefied carbon dioxide.

본 발명에 따른 이산화탄소 액화공정은 공급 스트림의 일부를 환류시켜 공급 스트림의 과냉에 사용하기 때문에 과냉을 위한 별도의 냉동 사이클을 구비할 필요가 없어 액화공정의 구조가 단순할 뿐만 아니라, 냉열이 가장 많이 소요되는 영역에서 별도의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 공급 스트림을 필요한 정도까지 냉각시키기 때문에 환류시키는 공급 스트림의 양을 줄일 수 있어 단위 시간당 생산되는 액화 이산화탄소의 양을 늘릴 수 있다. Since the carbon dioxide liquefaction process according to the present invention does not need to have a separate refrigeration cycle for subcooling because it refluxs a part of the feed stream and uses it for subcooling of the feed stream, the structure of the liquefaction process is not only simple, but also the cold heat is the most. A separate closed loop refrigeration cycle is used in the area required to cool the feed stream to the required level, thereby reducing the amount of reflux feed stream, thereby increasing the amount of liquefied carbon dioxide produced per unit time.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 이산화탄소 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 제1 열교환 영역에서의 온도 분포를 나타내고 있는 그래프
도 3은 제2 열교환 영역에서의 P-h 선도
도 4는 전체 열교환 영역에서의 유량의 변화를 T-s 선도로 나타내고 있는 그래프
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 이산화탄소 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 6은 도 5의 이산화탄소 액화공정의 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 이산화탄소 액화공정을 도시하고 있는 흐름도
도 8은 도 7의 이산화탄소 액화공정의 변형예를 도시하고 있는 흐름도1 is a flowchart illustrating a carbon dioxide liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a graph showing the temperature distribution in the first heat exchange region.
3 is a Ph diagram in the second heat exchange zone
4 is a graph showing a change in flow rate in the entire heat exchange region in a Ts diagram
5 is a flowchart showing a carbon dioxide liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention.
6 is a flow chart showing a modification of the carbon dioxide liquefaction process of FIG.
7 is a flowchart illustrating a carbon dioxide liquefaction process according to Embodiment 3 of the present invention.
8 is a flowchart showing a modification of the carbon dioxide liquefaction process of FIG.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있다. 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and may be described by quoting contents described in other drawings under these rules. And it can be omitted that it is determined or repeated to those skilled in the art to which the present invention pertains.

실시예 1Example 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 이산화탄소 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 액화공정은 이산화탄소를 액화온도까지 냉각시켜 (또는 그 이상으로 과냉시켜) 액화 이산화탄소를 생산하는 공정에 적용된다. 이러한 본 실시예에 따른 액화공정은 이산화탄소를 포함한 공급 스트림을 압축하는 것으로부터 시작된다. 즉, 공급 스트림은 도관(101)을 통해 제1 압축 수단(611)으로 유입되어 압축된다. 이때 제1 압축 수단(611)은 통상의 압축기(compressor)일 수 있다. 그리고 후술할 제2 압축 수단(612)도 통상의 압축기일 수 있다. 또한 제1 압축 수단(611)의 입구에서의 공급 스트림은 통상 기상일 수 있다. 이와 같이 제1 압축 수단(611)을 거친 공급 스트림은 압축으로 고온이 된다. 1 is a flowchart illustrating a carbon dioxide liquefaction process according to Embodiment 1 of the present invention. The liquefaction process according to the present embodiment is applied to a process of producing liquefied carbon dioxide by cooling (or subcooling) carbon dioxide to a liquefaction temperature. The liquefaction process according to this embodiment starts with compacting a feed stream comprising carbon dioxide. In other words, the feed stream is introduced into the first compression means 611 through the conduit 101 and compressed. In this case, the first compression means 611 may be a conventional compressor. In addition, the second compression means 612 to be described later may also be a conventional compressor. The feed stream at the inlet of the first compression means 611 can also be in the normal gas phase. The feed stream passed through the first compression means 611 in this way becomes hot by compression.

이러한 고온의 공급 스트림에는 후술할 기상 스트림과 제1 서브 스트림이 혼입된다. 즉, 제1 압축 수단(611)을 통과한 공급 스트림, 제2 분리 수단(652)을 거친 기상 스트림, 제2 열교환 영역(642)을 거친 제1 서브 스트림은 각각 도관(102, 112, 113)을 통해 혼합 수단(621)으로 유입되어 혼합된다. 이러한 혼합 수단(621)은 통상의 혼합기(mixer)일 수 있다. 또는 하나의 도관에 다른 2개의 도관이 연결되는 형태로 혼합 수단이 구성될 수도 있다. 이때 기상 스트림과 제1 서브 스트림은 공급 스트림에 비해 저온이기 때문에, 공급 스트림에 기상 스트림과 제1 서브 스트림이 혼합되면, 공급 스트림은 그 온도가 낮아진다. 다만, 이러한 혼합 후에도 공급 스트림은 여전히 상대적으로 고온이기 때문에, 공급 스트림을 도관(103)을 통해 제1 냉각 수단(631)으로 유입시켜 더 냉각시킨다. 이러한 냉각으로 후술할 열교환 영역에서의 열부하를 줄일 수 있다. 여기서 제1 냉각 수단(631)은 수냉식 또는 공랭식 냉각기(cooler)일 수 있다. 그리고 후술할 제2 냉각 수단(632)도 마찬가지로 수냉식 또는 공랭식 냉각기일 수 있다. 이렇게 냉각된 공급 스트림은 도관(104)을 통해 제2 압축 수단(612)으로 유입되어 다시 압축된다. 그런 다음 공급 스트림은 도관(105)을 통해 제2 냉각 수단(632)으로 유입되어 다시 냉각된다. This hot feed stream contains a gaseous stream and a first sub-stream described later. That is, the feed stream passed through the first compression means 611, the gaseous stream through the second separation means 652, and the first sub stream through the second heat exchange zone 642 are conduits 102, 112, 113, respectively. Through the mixing means 621 is introduced through the mixing. Such mixing means 621 may be a conventional mixer. Alternatively, the mixing means may be configured in such a way that two conduits are connected to one conduit. Since the gaseous stream and the first sub-stream are at a lower temperature than the feed stream, when the gaseous stream and the first sub-stream are mixed in the feed stream, the temperature of the feed stream is lowered. However, even after such mixing, the feed stream is still relatively hot so that the feed stream enters the first cooling means 631 through the conduit 103 for further cooling. This cooling can reduce the heat load in the heat exchange region to be described later. Here, the first cooling means 631 may be a water-cooled or air-cooled cooler. In addition, the second cooling means 632 to be described later may be a water-cooled or air-cooled cooler. The cooled feed stream enters the second compression means 612 through the conduit 104 and is compressed again. The feed stream then enters the second cooling means 632 through conduit 105 and is cooled again.

그런 다음 공급 스트림은 도관(106)을 통해 제1 열교환 영역(641)으로 유입되어 폐 루프 냉동 사이클의 냉매와 열교환을 하면서 액화(또는 액화되고 과냉)된다. 여기서 폐 루프 냉동 사이클(closed loop refrigeration cycle)은 공급 스트림의 액화 프로세스와는 독립되어 있다. 즉, 공급 스트림을 액화시키는 냉열을 제공하는 폐 루프 냉동 사이클은 공급 스트림의 흐름과는 별도로 폐 루프를 이루고 있다. 이러한 폐 루프 냉동 사이클은 통상의 냉동 사이클과 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 폐 루프 냉동 사이클은, 냉매를 압축시키는 단계, 냉매를 냉각시키는 단계, 냉매를 팽창시키는 단계, 및 냉매를 제1 열교환 영역(641)에서의 열교환을 통해 증발시키는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다. 그리고 이러한 폐 루프 냉동 사이클의 냉매는 공급 스트림, 특히 이산화탄소를 액화시키기에 적합한 냉매가 사용될 수 있다. 이러한 냉매의 한 예로서 프로판(C3) 냉매를 들 수 있다. 참고로, 제1 열교환 영역(641)은 통상의 열교환기(heat exchanger)내에 구비될 수 있다. 후술할 제2 열교환 영역(642)도 마찬가지이다.The feed stream then enters the first heat exchange zone 641 through conduit 106 to liquefy (or liquefy and supercool) while exchanging heat with the refrigerant in the closed loop refrigeration cycle. The closed loop refrigeration cycle here is independent of the liquefaction process of the feed stream. That is, a closed loop refrigeration cycle that provides cold heat to liquefy the feed stream constitutes a closed loop separate from the flow of the feed stream. This closed loop refrigeration cycle may have the same configuration as a conventional refrigeration cycle. That is, the closed loop refrigeration cycle may include sequentially compressing the refrigerant, cooling the refrigerant, expanding the refrigerant, and evaporating the refrigerant through heat exchange in the first heat exchange region 641. have. And the refrigerant of such a closed loop refrigeration cycle may be used a refrigerant suitable for liquefying the feed stream, in particular carbon dioxide. An example of such a coolant is propane (C3) coolant. For reference, the first heat exchange region 641 may be provided in a conventional heat exchanger. The same applies to the second heat exchange region 642 described later.

제1 열교환 영역(641)에서 냉매와의 열교환을 통해 액화된 (또는 경우에 따라서는 액화되고 과냉된) 공급 스트림은 도관(107)을 통해 제2 열교환 영역(642)으로 유입된다. 제2 열교환 영역(642)에서 공급 스트림은 후술할 제1 서브 스트림과의 열교환을 통해 과냉(sub-cool)된다. 이에 대해서 보다 상술하면, 공급 스트림은 제2 열교환 영역(642)을 통과한 다음에 도관(108)을 통해 제1 분리 수단(651)으로 유입되어 제1 서브 스트림과 제2 서브 스트림으로 분리된다. 여기서 제1 분리 수단(651)은 통상의 분배기(tee)일 수 있다. The liquefied (or optionally liquefied and subcooled) feed stream in the first heat exchange zone 641 enters the second heat exchange zone 642 through the conduit 107. In the second heat exchange zone 642 the feed stream is sub-cooled through heat exchange with the first sub stream, which will be described later. More specifically in this regard, the feed stream passes through the second heat exchange zone 642 and then enters the first separating means 651 through the conduit 108 to be separated into a first sub stream and a second sub stream. Here, the first separating means 651 may be a conventional distributor (tee).

제1 서브 스트림은 그 온도를 낮추기 위해 제1 팽창 수단(661)으로 유입되어 팽창된다. 여기서 제1 팽창 수단(661)은 J-T 밸브일 수 있다. 후술할 제2 팽창 수단(662)도 마찬가지이다. J-T 밸브를 통과하면서 팽창하면, J-T Effect에 의해 제1 서브 스트림의 압력과 온도는 모두 낮아질 수 있다. 이와 같이 팽창에 의해 온도가 낮아진 제1 서브 스트림은 제2 열교환 영역(642) 내에서 공급 스트림을 과냉시키는 일종의 냉매로서 역할한다. 즉, 온도가 낮아진 제1 서브 스트림은 도관(111)을 통해 다시 제2 열교환 영역(642)으로 유입되어 열교환을 통해 전술한 공급 스트림을 냉각(과냉)시킨다. 이러한 열교환 후에 제1 서브 스트림은 전술한 것과 같이 도관(112)을 통해 혼합 수단(621)으로 유입되어 공급 스트림에 혼입된다. The first sub stream enters and expands into the first expansion means 661 to lower its temperature. Here, the first expansion means 661 may be a J-T valve. The same applies to the second expansion means 662, which will be described later. When expanding while passing through the J-T valve, both the pressure and the temperature of the first sub-stream can be lowered by the J-T effect. The first sub stream thus lowered by expansion serves as a kind of refrigerant to supercool the feed stream in the second heat exchange zone 642. That is, the first sub stream having the lower temperature flows back into the second heat exchange region 642 through the conduit 111 to cool (supercool) the aforementioned feed stream through heat exchange. After this heat exchange, the first sub stream enters the mixing means 621 through the conduit 112 and is incorporated into the feed stream as described above.

그리고 제2 서브 스트림은 그 온도를 낮추기 위해 제2 팽창 수단(662)으로 유입되어 팽창된다. 이러한 팽창으로 인한 온도 하강으로 제2 서브 스트림에는 부분적으로 기상이 발생한다. 이에 따라 제2 서브 스트림은 기액 상평형을 이룬다. 이와 같이 기액 상평형을 이룬, 즉 기상과 액상이 공존하는 제2 서브 스트림은 도관(109)을 통해 제2 분리 수단(652)으로 유입된다. 여기서 제2 분리 수단(652)은 통상의 기액 분리기(Vapor-Liquid Separator)일 수 있다. 제2 분리 수단(652)에 의해 제2 서브 스트림은 액상 스트림과 기상 스트림으로 분리된다. 여기서 기상 스트림은 전술한 것과 같이 도관(113)을 통해 혼합 수단(621)으로 유입되어 공급 스트림에 혼입된다. 그리고 액상 스트림은 액화 이산화탄소로서 도관(110)을 통해 저장 탱크(미도시)로 유입된다. The second sub-stream is introduced into and expanded by the second expansion means 662 to lower its temperature. The temperature drop due to this expansion results in partial gas phase in the second sub-stream. As a result, the second sub-stream is in gas-liquid phase equilibrium. As such, the second sub-stream, which is in the gas-liquid phase equilibrium, that is, the gas phase and the liquid phase coexist, flows into the second separation means 652 through the conduit 109. The second separating means 652 may be a conventional vapor-liquid separator. The second sub stream is separated into a liquid stream and a gaseous stream by the second separating means 652. The gaseous stream here enters the mixing means 621 through the conduit 113 and is incorporated into the feed stream as described above. The liquid stream then enters a storage tank (not shown) through conduit 110 as liquefied carbon dioxide.

위와 같은 구성을 가지는 본 실시예에 따른 액화공정은 공급 스트림이 각 지점에서 아래 표와 같은 상태를 가진다. 참고로, 아래 표는 1) 제1 압축 수단(611)의 입구에서 공급 스트림이 40℃의 온도와 1Bar의 압력을 가지는 순수 이산화탄소이고, 2) 제1 압축 수단(611)과 제2 압축 수단(612)의 단열 효율이 75%이며, 3) 제1 냉각 수단(631)과 제2 냉각 수단(632)을 통과한 다음의 공급 스트림이 40℃의 온도를 가지고, 4) 제1 열교환 영역(641)과 제2 열교환 영역(642)에서의 Minimum Approach Temperature가 3℃이며, 5) 저장 탱크로 유입되는 액상 스트림이 -50℃의 온도와 6.59Bar의 압력을 가지는 것으로 가정하고 계산한 결과이다. In the liquefaction process according to the present embodiment having the above configuration, the feed stream has a state as shown in the following table at each point. For reference, the table below shows: 1) the feed stream at the inlet of the first compression means 611 is pure carbon dioxide with a temperature of 40 ° C. and a pressure of 1 Bar, and 2) the first compression means 611 and the second compression means ( 612, the adiabatic efficiency is 75%, 3) the feed stream after passing through the first cooling means 631 and the second cooling means 632 has a temperature of 40 ℃, 4) the first heat exchange zone 641 ) And the minimum approach temperature in the second heat exchange zone (642) is 3 ° C, and 5) the liquid stream entering the storage tank has a temperature of -50 ° C and a pressure of 6.59Bar.

지점
(도관
번호)Point
(conduit
number) 온도
(℃)Temperature
(℃) 압력
(Bar)pressure
(Bar) 상
(phase)Prize
(phase) 지점
(도관
번호)Point
(conduit
number) 온도
(℃)Temperature
(℃) 압력
(Bar)pressure
(Bar) 상
(phase)Prize
(phase) 101101 40.040.0 1.001.00 기상weather 108108 -39.6-39.6 48.7548.75 액상Liquid 102102 123.3123.3 6.596.59 기상weather 109109 -50.0-50.0 6.596.59 기상/액상Weather / liquid 103103 155.0155.0 6.596.59 기상weather 110110 -50.0-50.0 6.596.59 액상Liquid 104104 40.040.0 3.343.34 기상weather 111111 -42.6-42.6 8.828.82 기상/액상Weather / liquid 105105 131.7131.7 50.0050.00 기상weather 112112 8.78.7 8.328.32 기상weather 106106 40.040.0 49.7549.75 기상weather 113113 -50.0-50.0 6.596.59 기상weather 107107 12.112.1 49.2549.25 액상Liquid

위와 같은 상태를 가지는 본 실시예에 따른 액화공정의 열역학적 특성에 대해 보다 자세히 살펴본다. 도 2는 제1 열교환 영역에서의 온도 분포를 나타내고 있는 그래프이고, 도 3은 제2 열교환 영역에서의 P-h 선도이다. 그리고 도 4는 전체 열교환 영역에서의 유량의 변화를 T-s 선도로 나타내고 있는 그래프이다. 여기서 폐 루프 냉동 사이클의 냉매는 프로판(C3)으로 가정한다. 일반적으로 액화공정에 있어 상변화가 일어나는 영역에서 가장 많은 냉열이 소요된다. 이에 따라 본 실시예에 따른 액화공정에서도 기상에서 액상으로의 상변화가 일어나는 제1 열교환 영역(641)에서 가장 많은 냉열이 소요된다. 본 실시예에 따른 액화공정의 주된 특징은 이러한 제1 열교환 영역(641)에서 별도의 폐 루프 냉동 사이클을 사용한다는 점이다. 이와 같은 특징으로부터 얻어지는 효과에 대해서는 후술하도록 한다. Looking at the thermodynamic characteristics of the liquefaction process according to the present embodiment having the above state in more detail. FIG. 2 is a graph showing the temperature distribution in the first heat exchange region, and FIG. 3 is a P-h diagram in the second heat exchange region. 4 is a graph which shows the change of the flow volume in the whole heat exchange area by the T-s diagram. It is assumed here that the refrigerant in the closed loop refrigeration cycle is propane (C3). In general, most of the cooling heat is required in the region where the phase change occurs in the liquefaction process. Accordingly, even in the liquefaction process according to the present embodiment, the most cold heat is consumed in the first heat exchange region 641 where the phase change from the gas phase to the liquid phase occurs. The main feature of the liquefaction process according to this embodiment is the use of a separate closed loop refrigeration cycle in this first heat exchange zone 641. The effect obtained from such a characteristic is mentioned later.

한편, 열역학 법칙에 따르면, 열손실이 없다고 가정할 때, hot side에서의 방출 열량과 cold side에서의 흡수 열량은 같아야 한다. 이에 따라 제2 열교환 영역(642)에서는 아래와 같은 식이 성립될 수 있다. 참고로, 아래 식에서 아래 첨자는 해당 번호의 도관에서의 상태를 나타낸다. 이러한 식에 따라 x는 'x = 1 × (113 / 373)'라는 식(도 3의 엔탈피 참조)으로부터 '0.302'라는 값이 얻어진다. 결국, 제2 열교환 영역(642)에서 공급 스트림을 필요한 정도로 과냉하기 위해서는 공급 스트림의 30.2% 정도(도 4 참조)를 제1 분리 수단(651)에서 제1 서브 스트림으로 분리하여야 한다. 그리고 제2 서브 스트림의 4.3% 정도는 제2 분리 수단(652)에서 기상 스트림으로 분리된다. 따라서 최초에 제1 압축 수단(611)으로 유입된 공급 스트림의 65.5% 정도는 액화 이산화탄소로서 저장 탱크로 유입된다. On the other hand, according to the thermodynamic law, assuming no heat loss, the amount of heat emitted on the hot side and the amount of heat absorbed on the cold side should be the same. Accordingly, the following equation may be established in the second heat exchange region 642. For reference, the subscript in the formula below indicates the state in the conduit of the corresponding number. According to this equation, x is obtained with a value of '0.302' from the equation 'x = 1 × (113/373)' (see enthalpy in FIG. 3). As a result, in order to subcool the feed stream to the required extent in the second heat exchange zone 642, about 30.2% (see FIG. 4) of the feed stream must be separated from the first separating means 651 into the first sub stream. About 4.3% of the second sub stream is separated into the gaseous stream by the second separating means 652. Thus, about 65.5% of the feed stream initially introduced to the first compression means 611 enters the storage tank as liquefied carbon dioxide.

Figure 112011079415305-pat00001
Figure 112011079415305-pat00001

결과적으로, 본 실시예에 따른 액화공정은 공급 스트림의 일부를 환류시켜 공급 스트림의 냉각(과냉)에 사용하기 때문에, 과냉을 위한 별도의 냉동 사이클을 구비할 필요가 없어 액화공정의 구조가 단순하다. 또한 냉열이 가장 많이 소요되는 영역에서는 별도의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하여 공급 스트림을 필요한 정도까지 냉각시키기 때문에, 환류시키는 공급 스트림의 양을 줄일 수 있으며, 이에 따라 결과적으로 단위 시간당 생산되는 액화 이산화탄소의 양을 늘릴 수 있다. 결국, 본 실시예에 따른 액화공정은 공급 스트림의 일부를 환류시키기 때문에 액화공정의 구조를 단순화시킬 수 있으면서도, 별도의 폐 루프 냉동 사이클을 이용하기 때문에 단위 시간당 생산량을 증가시킬 수 있다.
As a result, the liquefaction process according to the present embodiment is refluxed and used for cooling (subcooling) of the feed stream, so that the structure of the liquefaction process is simple because there is no need for a separate refrigeration cycle for subcooling. . In addition, in a region where the cold heat is most demanded, a separate closed loop refrigeration cycle is used to cool the feed stream to the required level, thereby reducing the amount of reflux feed stream, thereby consequently reducing the amount of liquefied carbon dioxide produced per unit time. You can increase the amount. As a result, the liquefaction process according to the present embodiment can simplify the structure of the liquefaction process because it refluxs a part of the feed stream, while increasing the output per unit time because a separate closed loop refrigeration cycle is used.

실시예 2Example 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 이산화탄소 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 기본적으로 전술한 실시예 1에 따른 액화공정과 동일한 구성을 가진다. 다만, 본 실시예에 따른 액화공정은 제1 압축 수단(611)과 제1 열교환 영역(641) 사이의 공정에 있어 실시예 1에 따른 액화공정과 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한(또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한(또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 5 is a flowchart illustrating a carbon dioxide liquefaction process according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in Fig. 5, the liquefaction process according to the present embodiment basically has the same configuration as the liquefaction process according to the first embodiment described above. However, the liquefaction process according to the present embodiment is different from the liquefaction process according to the first embodiment in the process between the first compression means 611 and the first heat exchange region 641. For reference, the same (or equivalent) reference numerals are given to the same (or equivalent) parts as the above-described configuration, and detailed description thereof will be omitted.

전술한 차이점을 중심으로 본 실시예에 따른 액화공정을 설명하면, 본 실시예에 따른 액화공정은 이산화탄소를 포함한 공급 스트림을 압축하는 것으로부터 시작된다. 즉, 공급 스트림은 도관(201)을 통해 제1 압축 수단(611)으로 유입되어 압축된다. 이렇게 압축된 공급 스트림은 도관(202)을 통해 제1 냉각 수단(631)으로 유입되어 냉각된다. 그런 다음, 제1 냉각 수단(631)을 통과한 공급 스트림, 제2 분리 수단(652)을 거친 기상 스트림, 제2 열교환 영역(642)을 거친 제1 서브 스트림은 각각 도관(203, 212, 213)을 통해 혼합 수단(621)으로 유입되어 혼합된다. 이러한 혼합으로 인해 냉각된 공급 스트림은 도관(204)을 통해 제2 압축 수단(612)으로 유입되어 다시 압축된다. 그런 다음, 공급 스트림은 도관(205)을 통해 제2 냉각 수단(632)으로 유입되어 다시 냉각된다. 이 이후의 과정은 전술한 실시예 1에 따른 액화공정과 동일하다. 한편, 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 제2 열교환 영역(642)에서의 열교환을 마친 제1 서브 스트림은 도관(2121)을 통해 공급 스트림이 압축되는 제2 압축 수단(612)으로 유입될 수도 있다. 도 6은 도 5의 이산화탄소 액화공정의 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. Referring to the liquefaction process according to the present embodiment centering on the above-described differences, the liquefaction process according to the present embodiment begins by compressing a feed stream containing carbon dioxide. That is, the feed stream enters the first compression means 611 through the conduit 201 and is compressed. This compressed feed stream is introduced into the first cooling means 631 through the conduit 202 and cooled. Then, the feed stream passed through the first cooling means 631, the gaseous stream through the second separation means 652, and the first sub stream through the second heat exchange zone 642 are conduits 203, 212 and 213, respectively. Into the mixing means 621 is mixed through the (). This mixing causes the cooled feed stream to enter the second compression means 612 through the conduit 204 and to be compressed again. The feed stream then enters the second cooling means 632 through the conduit 205 and is cooled again. The subsequent process is the same as the liquefaction process according to Example 1 described above. On the other hand, as shown in FIG. 6, the first sub stream which has completed heat exchange in the second heat exchange area 642 may be introduced into the second compression means 612 through which the feed stream is compressed through the conduit 2121. have. 6 is a flowchart illustrating a modification of the carbon dioxide liquefaction process of FIG. 5.

위와 같은 구성을 가지는 본 실시예에 따른 액화공정(도 5 참조)은 공급 스트림이 각 지점에서 아래 표와 같은 상태를 가진다. 아래 표는 전술한 실시예 1에서의 가정과 동일한 가정으로 계산한 결과이다. In the liquefaction process (see FIG. 5) according to the present embodiment having the above configuration, the feed stream has a state as shown in the following table at each point. The table below shows the results calculated using the same assumptions as those in Example 1 described above.

지점
(도관
번호)Point
(conduit
number) 온도
(℃)Temperature
(℃) 압력
(Bar)pressure
(Bar) 상
(phase)Prize
(phase) 지점
(도관
번호)Point
(conduit
number) 온도
(℃)Temperature
(℃) 압력
(Bar)pressure
(Bar) 상
(phase)Prize
(phase) 201201 40.040.0 1.001.00 기상weather 208208 -39.6-39.6 48.7548.75 액상Liquid 202202 127.1127.1 6.846.84 기상weather 209209 -50.0-50.0 6.596.59 기상/액상Weather / liquid 203203 40.040.0 6.596.59 기상weather 210210 -50.0-50.0 6.596.59 액상Liquid 204204 26.326.3 6.596.59 기상weather 211211 -42.6-42.6 8.828.82 기상/액상Weather / liquid 205205 121.1121.1 50.0050.00 기상weather 212212 10.710.7 8.328.32 기상weather 206206 40.040.0 49.7549.75 기상weather 213213 -50.0-50.0 6.596.59 기상weather 207207 13.813.8 49.2549.25 액상Liquid

본 실시예에 따른 액화공정(도 5 참조)은 실시예 1에 따른 액화공정(도 1 참조)에 비해 액화공정의 효율이 우수하다. 구체적으로는 본 실시예에 따른 액화공정의 specific power는 0.139kWh/kg인데 반해, 실시예 1에 따른 액화공정의 specific power는 0.142kWh/kg이다. 이와 같은 효율의 차이는 제1 냉각 수단(631)의 위치에 기인한다. 보다 상술하면, 본 실시예에 따른 액화공정은 제1 압축 수단(611)을 통과한 고온의 스트림(도면부호 202의 도관 참조)이 저온의 기상 스트림(도면부호 213의 도관 참조)과 혼합되기 전에 제1 냉각 수단(631)을 거치면서 냉각된다. 3개의 스트림(도면부호 621의 혼합 수단 참조)이 혼합될 때 불필요하게 증가되던 엔트로피가 이러한 냉각으로 줄어들 수 있다. 이에 따라 액화공정의 전체 효율이 향상될 수 있다.
The liquefaction process according to the present embodiment (see FIG. 5) is superior in efficiency to the liquefaction process as compared to the liquefaction process according to Example 1 (see FIG. 1). Specifically, the specific power of the liquefaction process according to the present embodiment is 0.139 kWh / kg, while the specific power of the liquefaction process according to Example 1 is 0.142 kWh / kg. This difference in efficiency is due to the position of the first cooling means 631. More specifically, the liquefaction process according to the present embodiment is carried out before the hot stream (see conduit at 202) passing through the first compression means 611 is mixed with the cold gas stream (see conduit at 213). It cools through the 1st cooling means 631. Unnecessarily increased entropy when three streams (see mixing means of reference 621) are mixed can be reduced with this cooling. Accordingly, the overall efficiency of the liquefaction process can be improved.

실시예 3Example 3

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 이산화탄소 액화공정을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 액화공정은 기본적으로 전술한 실시예 2에 따른 액화공정과 동일한 구성을 가진다. 다만, 본 실시예에 따른 액화공정은 제2 분리 수단(652)에 의해 분리된 기상 스트림의 흐름에 있어 실시예 2에 따른 액화공정과 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한(또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한(또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 7 is a flowchart illustrating a carbon dioxide liquefaction process according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in Fig. 7, the liquefaction process according to the present embodiment basically has the same configuration as the liquefaction process according to the second embodiment. However, the liquefaction process according to the present embodiment is different from the liquefaction process according to the second embodiment in the flow of the gaseous stream separated by the second separation means 652. For reference, the same (or equivalent) reference numerals are given to the same (or equivalent) parts as the above-described configuration, and detailed description thereof will be omitted.

전술한 차이점을 중심으로 본 실시예에 따른 액화공정을 설명하면, 제2 팽창 수단(662)을 거치면서 온도가 낮아진 제2 서브 스트림은 제2 분리 수단(652)에 의해 액상 스트림과 기상 스트림으로 분리된다. 이렇게 분리된 기상 스트림은 제1 팽창 수단(661)을 거친 제1 서브 스트림에 혼입된다. 이에 따라 제2 열교환 영역(642)에서는 기상 스트림과 제1 서브 스트림의 혼합 스트림에 의해 공급 스트림이 냉각된다. 이와 같이 구성하면, 전술한 실시예들에 따른 액화공정에 비해 액화공정의 구조가 콤팩트해진다는 장점이 있다. Referring to the liquefaction process according to the present embodiment centering on the above-described difference, the second sub stream which has been lowered while passing through the second expansion means 662 is converted into the liquid phase and the gaseous stream by the second separation means 652. Are separated. The gaseous stream thus separated is incorporated into the first sub-stream which has passed through the first expansion means 661. As a result, in the second heat exchange zone 642, the feed stream is cooled by the mixed stream of the gaseous stream and the first sub-stream. This configuration has the advantage that the structure of the liquefaction process is compact compared to the liquefaction process according to the above embodiments.

한편, 본 실시예에 따른 액화공정은 도 8에서 도시하고 있는 액화공정과 같이 변형이 가능하다. 도 8은 도 7의 이산화탄소 액화공정의 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 본 변형예에 대해 상술하면, 제2 분리 수단(652)에 의해 분리된 기상 스트림은 매우 낮은 온도를 가지고 있기 때문에, 기상 스트림을 제2 열교환 영역(642)으로 유입시키면, 전술한 제1 서브 스트림과 함께 공급 스트림을 냉각시킬 수 있다. 즉, 제2 분리 수단(652)에 의해 분리된 기상 스트림은 도관(3131)을 통해 제2 열교환 영역(642)으로 유입되어 공급 스트림을 냉각시키는 역할을 한다. 이와 같은 열교환을 마친 기상 스트림은 전술한 혼합 수단(621)으로 유입되어 공급 스트림에 혼입된다. On the other hand, the liquefaction process according to the present embodiment can be modified as in the liquefaction process shown in FIG. 8 is a flowchart illustrating a modification of the carbon dioxide liquefaction process of FIG. 7. In the above-described modification, since the gaseous stream separated by the second separating means 652 has a very low temperature, when the gaseous stream is introduced into the second heat exchange region 642, the above-described first sub-stream Together with the feed stream. That is, the gaseous stream separated by the second separating means 652 enters the second heat exchange zone 642 through the conduit 3131 and serves to cool the feed stream. This heat exchanged gaseous stream is introduced into the mixing means 621 described above and incorporated into the feed stream.

전술한 구성을 가지는 본 실시예에 따른 액화공정은 공급 스트림이 각 지점에서 아래 표와 같은 상태를 가진다. 아래 표는 전술한 실시예 1에서의 가정과 동일한 가정으로 계산한 결과이다. In the liquefaction process according to the present embodiment having the above-described configuration, the feed stream has a state as shown in the following table at each point. The table below shows the results calculated using the same assumptions as those in Example 1 described above.

지점
(도관
번호)Point
(conduit
number) 온도
(℃)Temperature
(℃) 압력
(Bar)pressure
(Bar) 상
(phase)Prize
(phase) 지점
(도관
번호)Point
(conduit
number) 온도
(℃)Temperature
(℃) 압력
(Bar)pressure
(Bar) 상
(phase)Prize
(phase) 301301 40.040.0 1.001.00 기상weather 308308 -30.0-30.0 48.7548.75 액상Liquid 302302 119.4119.4 6.346.34 기상weather 309309 -50.0-50.0 6.596.59 기상/액상Weather / liquid 303303 40.040.0 6.096.09 기상weather 310310 -50.0-50.0 6.596.59 액상Liquid 304304 29.8429.84 6.096.09 기상weather 311311 -50.0-50.0 6.596.59 기상/액상Weather / liquid 305305 147. 1147. 1 50.0050.00 기상weather 312312 10.7710.77 6.096.09 기상weather 306306 40.040.0 49.7549.75 기상weather 313313 -50.0-50.0 6.596.59 기상weather 307307 13.813.8 49.2549.25 액상Liquid

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but a person of ordinary skill in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should be understood by the claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

101~113, 201~213, 301~313, 501~504: 도관
611, 612: 압축 수단 621: 혼합 수단
631, 632: 냉각 수단 641, 642: 열교환 영역
651, 652: 분리 수단 661, 662: 팽창 수단101 ~ 113, 201 ~ 213, 301 ~ 313, 501 ~ 504: Conduit
611, 612: compression means 621: mixing means
631, 632: cooling means 641, 642: heat exchange zone
651, 652: separation means 661, 662: expansion means

Claims (9)

이산화탄소를 포함한 공급 스트림을 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 액화시키는 액화 단계;
상기 제1 열교환 영역을 통과한 공급 스트림을 제2 열교환 영역에서의 열교환을 통해 과냉시키는 과냉 단계;
상기 제2 열교환 영역을 통과한 공급 스트림을 제1 서브 스트림과 제2 서브 스트림으로 분리하는 제1 분리 단계; 및
상기 제1 서브 스트림의 온도를 낮추기 위해 상기 제1 서브 스트림을 팽창시키는 제1 팽창 단계를 포함하며,
상기 액화 단계는 상기 공급 스트림의 흐름과는 별도로 폐 루프를 이루는 폐 루프 냉동 사이클을 순환하는 냉매와의 열교환을 통해 상기 제1 열교환 영역에서 상기 공급 스트림을 냉각시키고, 상기 과냉 단계는 상기 제1 팽창 단계를 통해 온도가 낮아진 제1 서브 스트림과의 열교환을 통해 상기 제2 열교환 영역에서 상기 공급 스트림을 냉각시키며, 상기 제1 서브 스트림은 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환 후에 상기 공급 스트림으로 혼입되고, 상기 제2 서브 스트림의 적어도 일부는 액화 이산화탄소로 회수되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정.Liquefying a feed stream comprising carbon dioxide through heat exchange in a first heat exchange zone;
Subcooling the feed stream passing through the first heat exchange zone through heat exchange in a second heat exchange zone;
A first separation step of separating the feed stream passing through the second heat exchange zone into a first sub stream and a second sub stream; And
A first expansion step of expanding the first sub stream to lower the temperature of the first sub stream,
The liquefaction step cools the feed stream in the first heat exchange zone through heat exchange with a refrigerant circulating in a closed loop refrigeration cycle that forms a closed loop separate from the flow of the feed stream, and the subcooling step comprises the first expansion. Cooling the feed stream in the second heat exchange zone through heat exchange with the first sub stream having the temperature lowered through the step, wherein the first sub stream is incorporated into the feed stream after heat exchange in the second heat exchange zone, At least a portion of the second sub-stream is recovered as liquefied carbon dioxide. 청구항 1에 있어서,
상기 제2 서브 스트림의 온도를 낮추기 위해 상기 제2 서브 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계, 상기 제2 팽창 단계를 거친 제2 서브 스트림을 액상 스트림과 기상 스트림으로 분리하는 제2 분리 단계, 및 상기 액상 스트림을 액화 이산화탄소로 회수하는 회수 단계를 더 포함하며, 상기 기상 스트림은 상기 액화 단계로 공급될 공급 스트림으로 혼입되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정. The method according to claim 1,
A second expansion step of expanding the second sub stream to lower the temperature of the second sub stream, a second separation step of separating the second sub stream passed through the second expansion step into a liquid stream and a gaseous stream; and A recovery step of recovering a liquid stream as liquefied carbon dioxide, wherein the gaseous stream is incorporated into a feed stream to be fed to the liquefaction step. 청구항 2에 있어서,
상기 액화 단계로 공급될 공급 스트림을 압축하는 제1 압축 단계, 상기 제1 압축 단계를 거친 공급 스트림에 상기 제2 분리 단계를 거친 기상 스트림과 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 마친 제1 서브 스트림을 혼입하는 혼입 단계, 상기 혼입 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제1 냉각 단계, 상기 제1 냉각 단계를 거친 공급 스트림을 압축하는 제2 압축 단계, 및 상기 제2 압축 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제2 냉각 단계를 더 포함하고, 상기 제2 냉각 단계를 거친 공급 스트림은 상기 액화 단계로 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정.The method according to claim 2,
A first compression step of compressing the feed stream to be supplied to the liquefaction step, a vapor stream undergoing the second separation step into a feed stream passed through the first compression step and a first sub-stream that has undergone heat exchange in the second heat exchange zone Mixing step of incorporating a mixture, a first cooling step of cooling the feed stream that has passed the mixing step, a second compression step of compressing the feed stream that has passed the first cooling step, and a cooling of the feed stream that has passed the second compression step. And a second cooling step, wherein the feed stream passed through the second cooling step is fed to the liquefaction step. 청구항 2에 있어서,
상기 액화 단계로 공급될 공급 스트림을 압축하는 제1 압축 단계, 상기 제1 압축 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제1 냉각 단계, 상기 제1 냉각 단계를 거친 공급 스트림에 상기 제2 분리 단계를 거친 기상 스트림과 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 마친 제1 서브 스트림을 혼입하는 혼입 단계, 상기 혼입 단계를 거친 공급 스트림을 압축하는 제2 압축 단계, 및 상기 제2 압축 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제2 냉각 단계를 더 포함하고, 상기 제2 냉각 단계를 거친 공급 스트림은 상기 액화 단계로 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정.The method according to claim 2,
A first compression step of compressing the feed stream to be fed to the liquefaction step, a first cooling step of cooling the feed stream passed through the first compression step, and a second separation step of the feed stream passed through the first cooling step A mixing step of mixing a gaseous stream and a first sub-stream after heat exchange in the second heat exchange zone, a second compression step of compressing the feed stream passed through the mixing step, and a cooling of the feed stream passed through the second compression step And a second cooling step, wherein the feed stream passed through the second cooling step is fed to the liquefaction step. 청구항 2에 있어서,
상기 액화 단계로 공급될 공급 스트림을 압축하는 제1 압축 단계, 상기 제1 압축 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제1 냉각 단계, 상기 제1 냉각 단계를 거친 공급 스트림에 상기 제2 분리 단계를 거친 기상 스트림을 혼입하는 혼입 단계, 상기 혼입 단계를 거친 공급 스트림과 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 마친 제1 서브 스트림을 압축하는 제2 압축 단계, 및 상기 제2 압축 단계를 거친 공급 스트림과 제1 서브 스트림을 냉각하는 제2 냉각 단계를 더 포함하고, 상기 제2 냉각 단계를 거친 공급 스트림과 제1 서브 스트림은 상기 액화 단계로 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정.The method according to claim 2,
A first compression step of compressing the feed stream to be fed to the liquefaction step, a first cooling step of cooling the feed stream passed through the first compression step, and a second separation step of the feed stream passed through the first cooling step A mixing step of incorporating a gaseous stream, a second compression step of compressing the feed stream passed through the mixing step and a first sub-stream that has undergone heat exchange in the second heat exchange zone, and a feed stream passed through the second compression step; And a second cooling step of cooling the first sub stream, wherein the feed stream and the first sub stream passed through the second cooling step are supplied to the liquefaction step. 청구항 2에 있어서,
상기 과냉 단계는 상기 제1 서브 스트림과의 열교환과 함께 상기 기상 스트림과의 열교환을 통해 상기 제2 열교환 영역에서 상기 공급 스트림을 냉각시키고, 상기 기상 스트림은 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환 후에 상기 액화 단계로 공급될 공급 스트림으로 혼입되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정.The method according to claim 2,
The subcooling step cools the feed stream in the second heat exchange zone through heat exchange with the gaseous stream together with heat exchange with the first sub stream, wherein the gaseous stream liquefies after heat exchange in the second heat exchange zone. Liquefied carbon dioxide, characterized in that it is incorporated into a feed stream to be fed to the stage. 청구항 6에 있어서,
상기 액화 단계로 공급될 공급 스트림을 압축하는 제1 압축 단계, 상기 제1 압축 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제1 냉각 단계, 상기 제1 냉각 단계를 거친 공급 스트림에 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 마친 기상 스트림과 상기 제2 열교환 영역에서의 열교환을 마친 제1 서브 스트림을 혼입하는 혼입 단계, 상기 혼입 단계를 거친 공급 스트림을 압축하는 제2 압축 단계, 및 상기 제2 압축 단계를 거친 공급 스트림을 냉각하는 제2 냉각 단계를 더 포함하고, 상기 제2 냉각 단계를 거친 공급 스트림은 상기 액화 단계로 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정.The method of claim 6,
A first compression step of compressing the feed stream to be fed to the liquefaction step, a first cooling step of cooling the feed stream passed through the first compression step, and a feed stream passed through the first cooling step in the second heat exchange zone. A mixing step of mixing a gaseous stream having undergone heat exchange and a first sub-stream having undergone heat exchange in the second heat exchange zone, a second compression step of compressing a feed stream passed through the mixing step, and a supply having passed through the second compression step And a second cooling step of cooling the stream, wherein the feed stream passed through the second cooling step is fed to the liquefaction step. 청구항 1에 있어서,
상기 제2 서브 스트림의 온도를 낮추기 위해 상기 제2 서브 스트림을 팽창시키는 제2 팽창 단계, 상기 제2 팽창 단계를 거친 제2 서브 스트림을 액상 스트림과 기상 스트림으로 분리하는 제2 분리 단계, 상기 기상 스트림을 상기 제1 팽창 단계를 거친 제1 서브 스트림에 혼입시키는 혼입 단계, 및 상기 액상 스트림을 액화 이산화탄소로 회수하는 회수 단계를 더 포함하며, 상기 과냉 단계는 상기 혼입 단계를 거친 스트림과의 열교환을 통해 상기 제2 열교환 영역에서 상기 공급 스트림을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정. The method according to claim 1,
A second expansion step of expanding the second sub stream to lower the temperature of the second sub stream, a second separation step of separating the second sub stream passed through the second expansion step into a liquid stream and a gaseous stream; And incorporating the stream into the first sub-stream that has undergone the first expansion step, and recovering the liquid stream as liquefied carbon dioxide, wherein the subcooling step involves heat exchange with the stream that has undergone the incorporation step. Liquefying the feed stream in the second heat exchange zone through. 청구항 1에 있어서,
상기 폐 루프 냉동 사이클은, 상기 냉매를 압축시키는 단계, 상기 냉매를 냉각시키는 단계, 상기 냉매를 팽창시키는 단계, 및 상기 냉매를 제1 열교환 영역에서의 열교환을 통해 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화공정. The method according to claim 1,
The closed loop refrigeration cycle includes compressing the refrigerant, cooling the refrigerant, expanding the refrigerant, and evaporating the refrigerant through heat exchange in a first heat exchange zone. CO2 liquefaction process.
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