KR101722917B1 - 향상된 천연 가스 제조를 위한 초전도 시스템 - Google Patents

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피터 씨. 라스무센
에릭 디. 넬슨
존 비. 스톤
스탠리 오. 업타이그로브
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

천연 가스의 액화 또는 재기화를 위한 천연 가스 처리 시설이 제공된다. 시설은 적어도 액화 온도로 천연 가스를 가온하거나 냉각하기 위한 1차 처리 유닛, 예를 들어 냉동 유닛을 포함한다. 시설은 시설 내에 통합된 초전도성 전기 부품을 또한 갖는다. 초전도성 전기 부품은 통상의 전기 부품의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1 퍼센트만큼 시설의 전기 효율을 향상시키기 위해 초전도성 재료를 구비한다. 초전도성 전기 부품은 하나 이상의 모터, 하나 이상의 발전기, 하나 이상의 변압기, 개폐기, 하나 이상의 송전 전도체, 가변 속도 드라이브 또는 그 조합들일 수 있다.

Description

향상된 천연 가스 제조를 위한 초전도 시스템{SUPERCONDUCTING SYSTEM FOR ENHANCED NATURAL GAS PRODUCTION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 발명의 명칭이 "향상된 액화 천연 가스 제조용 초전도 시스템(Superconducting System for Enhanced Liquefied Natural Gas Production)"인 2010년 1월 27일 출원된 미국 가특허 출원 제61/298,799호 및 발명의 명칭이 "향상된 천연 가스 제조용 초전도 시스템(Superconducting System For Enhanced Natural Gas Production)"인 2010년 12월 15일 출원된 미국 가특허 출원 제 61/423,396호의 우선권 및 이득을 청구하고, 이들 출원은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
발명의 분야
본 발명은 가스 처리 및 천연 가스의 냉각 또는 가온(warming)의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 액화 천연 가스 시설 내의 초전도 부품의 사용에 관한 것이다.
화석 연료에 대한 세계의 수요가 증가함에 따라, 에너지 회사들은 세계의 더 멀리 이격된 영역에 위치된 탄화수소 자원을 추적하고 있다. 이러한 추적은 육상 및 해상의 모두에서 발생한다. 일 유형의 화석 연료는 천연 가스이다. 구문 "천연 가스"는 일반적으로 메탄을 칭한다. 천연 가스는 또한 에탄, 프로판 및 헬륨, 질소, CO2 및 H2S의 미량 원소를 포함할 수 있다.
상업적으로 입수 가능한 양의 천연 가스는 종종 현존하는 천연 가스 시장으로부터 멀리 이격된 위치에서 발견된다. 따라서, 천연 가스를 상당한 거리로 운송할 필요가 있다. 이러한 것은 종종 거대 해역을 가로지르는 탱커에 의해 행해진다.
운송되는 기체 상품에 대한 탱크의 체적 용량을 증가시키기 위해, 천연 가스를 액화하는 것이 알려져 있다. 액화는 기체 상태 제품을 냉각하여 이를 액체 상태로 응축함으로써 행해진다. 이는 이어서 멀리 있는 시장으로의 경제적인 운송을 위해 그 체적을 감소시킨다.
응축된 천연 가스 제품은 통상적으로 액화 천연 가스 또는 "LNG"라 칭한다. LNG는 기체 상태의 천연 가스의 체적의 약 1/600을 차지한다. LNG는 일반적으로, 무취, 무색, 비독성 및 비부식성이다. 특정화된 LNG 선박이 LNG를 운송하도록 설계되어 왔다. 게다가, 하역된 LNG를 수용하고 이를 재차 그 천연 가스 상태로 기화하는 LNG 터미널이 건립되어 있다. 몇몇 경우에, 하역된 LNG는 해안 또는 해안 부근의 탱크 내에 또는 지하 저장조 내에 저장된다. 다른 경우에, 하역된 LNG는 현존하는 천연 가스 시장을 위한 천연 가스 공급망(transmission grid) 내로 배출된다.
원래 제조의 영역에서, 액화 프로세스가 LNG 설비에서 수행되는데, 이는 매우 자본 집약적일 수 있다. 대형 냉동 유닛이 액체 상태로의 상 변화를 위해 필요한 온도로 천연 가스를 냉각하는데 요구된다. 메탄의 경우에, 응축점은 대략 -162℃(-260℉)이다.
LNG 설비에서, 하나 이상의 냉매 스트림이 제조시에 천연 가스와 열교환하여 배치된다. 냉매는 통상적으로 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 순수 성분 탄화수소이다. 질소가 블렌드(blend)로 또한 사용될 수 있다. LNG 액화 설비의 매우 큰 크기는 세계의 최저 단가 극저온 냉동 시스템의 일부에 기여한다.
LNG 설비는 대형 압축기에 의존한다. 대부분의 LNG 설비에서, 냉동 압축기는 대형 가스 터빈 엔진에 의해 직접 구동된다. 설비는 더 작은 부하를 구동하는 전기 모터를 위한 전력을 제공하기 위해 발전기를 이용할 수 있다. 압축기 및 발전기는 상당한 발전을 및 상당한 분배 시스템을 필요로 한다.
현재 제조시에 그리고 액화 천연 가스의 처리를 위해 이용 가능한 저장조는 비교적 깊은 해역에 있다는 것이 또한 주목된다. 이러한 해역은 육지로부터 멀리 있는 경향이 있다. 제조된 가스를 해안으로 운송하는 인프라구조 및 비용을 감소시키기 위해, LNG 산업은 부유식 LNG 처리 설비의 개발을 고려하고 있다. 이 경우에, 천연 가스는 현장에서 냉각될 수 있고, 이어서 즉각적인 운송을 위해 LNG 탱커 상에 직접 하역될 수 있다.
이러한 해상 프로젝트와 연관된 과제들 중 하나는 매우 대형의 LNG 제조 시설의 공간 및 중량 요구에 관련된다. 선박의 갑판 상에 그리고 선체 내에 이러한 대형 시설을 배치하는 것은 상업적으로 가능하지 않을 수도 있다. 대안은 예를 들어 구조강을 사용하여 플랫폼을 건립하는 것이다. 이러한 것도 또한 상당한 인프라구조 비용을 필요로 한다.
LNG 수용 터미널 및 재기화(regasification) 시설이 또한 해상 또는 육상에 있을 수 있고 펌프 및 다른 회전 장비를 필요로 한다. 이들 시설은 종종 자립식 발전 장비를 갖거나 또는 가능하게는 조합 사이클 발전을 포함하는 가스 터빈 및 발전기를 통해 전력을 생성하기 위한 연료 소스로서 천연 가스를 이용하는 발전 시설 다음에 건축된다.
따라서, 현재 이용된 가스 처리 부품보다 작은 푸트프린트를 갖는 장비를 이용하는 가스 처리 설비, 전력 설비, LNG 수용 및 재기화 시설에 대한 요구가 존재한다. 더 높은 전력 이용 효율을 갖는 부품을 이용하여, 감소된 연료 수요 및 낮은 온실 가스 배출을 초래하는 가스 처리 설비, 전력 설비, LNG 수용 및 재기화 시설에 대한 요구가 또한 존재한다.
본 명세서에 설명된 시설 및 방법은 천연 가스의 처리에 있어서 다양한 이익을 갖는다. 다양한 실시예에서, 이러한 이익은 LNG 설비를 위해 사용된 공지의 발전 장비보다 더 작은 푸트프린트 및/또는 더 작은 중량을 갖는 전기 부품의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 이익은 전기 서비스의 향상된 효율을 제공하기 위한 모터, 발전기, 변압기, 개폐기(switchgear), 송전 전도체, 가변 속도 드라이브 또는 다른 발전, 송전, 분배 및 이용을 위한 장비와 같은 초전도성 전기 부품의 포함을 또한 포함할 수 있다. 제공된 시설은 LNG 설비와 연관된 터빈 및 샤프트를 구동하는데 요구된 에너지를 감소시킨다.
제공된 시설은 기계적 힘 또는 전력의 생성, 분배 및 이용의 효율을 향상시키고 이에 의해 LNG 액화 프로세스를 유리하게 한다. 향상된 효율은 자본 비용 및 연료 요구를 감소시킨다. 이러한 것은 또한 연소성 연료 구동 발전과 연관된 공기 배출물을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 더 소형의 처리 부품의 사용은 선박 또는 해상 플랫폼 상에 더 대형의 가스 구동 장비 및 전통적인 발전기를 지지하는 것과 연관된 인프라구조를 회피함으로써 비용 절약을 제공한다.
제공된 천연 가스 처리 시설은 시설에 전력을 제공하기 위한 전기 전력 소스, 천연 가스를 냉각하거나 가온하기 위한 1차 처리 유닛, 예를 들어 냉동 유닛, 적어도 하나의 초전도성 전기 부품, 유입 냉매 라인 및 유출 냉매 라인을 포함한다. 시설은 액화의 상태로 천연 가스를 가온/재기화하거나 천연 가스를 냉각하도록 작동한다.
본 발명이 더 양호하게 이해될 수 있도록, 특정 도면, 차트, 그래프 및 흐름도가 여기에 첨부된다. 그러나, 도면은 단지 본 발명의 선택된 실시예만을 도시하고 있고 따라서 본 발명이 다른 동등하게 효과적인 실시예 및 용례를 허용할 수 있는 범주의 제한으로 고려되어서는 안된다는 것이 주목된다.
도 1은 일 실시예에서, 액화 천연 가스 액화 프로세스의 지원하에 사용될 수 있는 바와 같은 초전도 전기 시스템의 개략도.
도 2는 일 실시예에서, 천연 가스 액화 시설을 위한 냉동 프로세스의 개략도로서, 여기서, 1차 LNG 열교환기 내의 과냉된 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된 냉매가 또한 초전도 전기 부품을 냉각하기 위해 사용되는 개략도.
도 3은 다른 실시예에서, 천연 가스 액화 시설을 위한 냉동 프로세스의 개략도로서, 천연 가스 액화 및 초전도 부품 냉각용 열교환기들이 용이한 제어 및 설계를 위해 분리되어 있고, 1차 LNG 열교환기 내의 과냉된 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된 냉매가 재차 또한 초전도 전기 부품을 냉각하기 위해 사용되는 개략도.
도 4는 또 다른 실시예에서, 천연 가스 액화 시설을 위한 냉동 프로세스의 개략도로서, 여기서, 과냉된 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된 냉매는 초전도 전기 부품을 냉각하기 위해 사용된 냉매와 독립적인 루프에 있는 개략도.
도 5는 또 다른 실시예에서, 천연 가스 액화 시설을 위한 냉동 프로세스의 개략도로서, 여기서, LNG 제품 자체는 초전도 전기 부품을 냉각하기 위해 사용되는 개략도.
도 6은 또 다른 실시예에서, 천연 가스 액화 시설을 위한 냉동 프로세스의 개략도로서, 여기서, 과냉된 LNG 자체는 초전도 부품을 냉각하기 위한 냉매로서 사용되고, 초전도 부품으로부터 복귀하는 LNG는 엔드 플래시(end flash) 드럼 내로 병합되고, 엔드 플래시 가스는 1차 냉동 유닛으로 복귀되는 개략도.
도 7은 일 실시예에서, 천연 가스 액화 시설을 위한 보조 냉동 프로세스의 개략도로서, 여기서, LNG 설비로부터의 엔드 플래시 가스 또는 다른 저온 오프 가스(off-gas) 스트림이 초전도 부품을 냉각하는 냉매를 과냉하는데 사용되는 개략도.
정의
본 명세서에 사용될 때, 용어 "탄화수소"는 배타적이지 않으면 주로 원소 수소 및 탄소를 포함하는 유기 화합물을 칭한다. 탄화수소는 또한 이들에 한정되는 것은 아니지만, 할로겐, 금속 원소, 질소, 산소 및/또는 황과 같은 다른 원소를 포함할 수 있다. 탄화수소는 일반적으로 2개의 클래스로 나누어지는데, 즉 지방족 또는 직쇄형 탄화수소 및 고리형 테르펜을 포함하는 고리형 또는 폐쇄링 탄화수소이다. 탄화수소 함유 재료의 예는 연료로서 사용되거나 연료 내에 업그레이드될 수 있는 임의의 형태의 천연 가스, 오일, 석탄 및 역청(bitumen)을 포함한다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "탄화수소 유체"는 기체 또는 액체인 탄화수소 또는 탄화수소의 혼합물을 칭한다. 예를 들어, 탄화수소 유체는 형성 조건에서, 처리 조건에서 또는 분위기 조건(15℃ 및 1 atm 압력)에서 기체 또는 액체인 탄화수소 또는 탄화수소의 혼합물을 포함할 수 있다. 탄화수소 유체는 예를 들어, 오일, 천연 가스, 석탄층 메탄, 혈암유(shale oil), 열분해유(pyrolysis oil), 열분해 가스, 석탄의 열분해 생성물 및 기체 또는 액체 상태에 있는 다른 탄화수소를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "유체"는 기체, 액체 및 기체와 액체의 조합, 뿐만 아니라 기체와 고체의 조합 및 액체와 고체의 조합을 칭한다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "기체"는 1 atm 및 15℃에서 그 증기 상태에 있는 유체를 칭한다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "응축성 탄화수소"는 약 15℃ 및 1 기압 절대압에서 액체로 응축하는 이들 탄화수소를 의미한다. 응축성 탄화수소는 4 초과의 탄소수를 갖는 탄화수소의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "비응축성"은 약 15℃ 및 1 기압 절대압에서 액체로 응축하지 않는 이들 화학종을 의미한다. 비응축성종은 비응축성 탄화수소 및 예를 들어 이산화탄소, 수소, 일산화탄소, 황화수소 및 질소와 같은 비응축성 비탄화수소종을 포함할 수 있다. 비응축성 탄화수소는 5 미만의 탄소수를 갖는 탄화수소를 포함할 수 있다.
용어 "액화 천연 가스" 또는 "LNG"는 높은 퍼센트의 메탄, 그러나 선택적으로 이들에 한정되는 것은 아니지만 하나 이상의 성분(예를 들어, 헬륨) 또는 불순물(예를 들어, 물 및/또는 중탄화수소)을 제거하기 위해 처리되어 있고 이어서 냉각에 의해 거의 대기압에서 액체로 응축되는 에탄, 프로판, 부탄, 이산화탄소, 질소, 헬륨, 황화수소 또는 그 조합들을 포함하는 다른 원소 및/또는 화합물을 포함하는 것으로 일반적으로 알려진 천연 가스이다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "오일"은 주로 응축성 탄화수소의 혼합물을 포함하는 탄화수소 유체를 칭한다.
선택된 특정 실시예의 설명
본 발명은 소정의 특정 실시예와 연계하여 설명된다. 그러나, 이하의 상세한 설명이 특정 실시예 또는 특정 용도에 특정한 정도로, 이러한 것은 단지 예시적인 것으로 의도되고 본 발명의 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
전술된 바와 같이, 대형의 연소성 연료 동력식 터빈 또는 종래의 전기 드라이버/발전기를 더 소형의 전력 발전 장비로 대체하는 것이 바람직하다. 최근에, 모터 및 발전기가 매우 높은 효율에서 그러나 더 작은 푸트프린트를 갖고 전력과 기계적 힘 사이에서 변환할 수 있게 하는 기술이 개발되어 왔다. 이러한 기술은 초전도성으로서 알려진 현상의 장점을 취한다.
먼저, 천연 가스의 재기화 또는 액화를 위한 시설이 제공된다. 일 양태에서, 시설은 시설에 전력을 제공하기 위한 전력 소스를 포함한다. 전력 소스는 통상적으로 송전망, 적어도 하나의 가스 터빈 발전기 또는 그 조합들을 포함할 것이다.
시설은 몇몇 실시예에서 단지 처리 유닛, 즉 시설 내의 처리 유닛인 것으로 이해되는 1차 처리 유닛, 예를 들어 냉동 유닛을 또한 포함한다. 1차 냉동 유닛은 적어도 액화의 온도로 천연 가스를 냉각한다. 1차 냉동 유닛은 그를 통해 순환되는 제 1 냉매를 갖는다. 제 1 냉매는 바람직하게는 1차 냉동 유닛 내의 냉매 순환 라인을 통해 순환된다.
시설은 천연 가스를 재기화하거나 천연 가스를 액화 상태로 냉각하도록 작동한다. 따라서, 시설은 천연 가스 입구 라인 및 천연 가스 출구 라인을 포함한다. 천연 가스 입구 라인은 천연 가스를 1차 냉동 유닛에 전달하고, 천연 가스 출구 라인은 1차 냉동 유닛으로부터 액화된 천연 가스를 배출한다. 몇몇 경우에, 천연 가스 입구 라인 내의 천연 가스는 이전의 냉동 유닛을 통해 사전 냉각될 수 있다.
액화를 위해 천연 가스를 냉각하기 위해, 시설은 제 1 냉매 입구 라인을 포함한다. 제 1 냉매 입구 라인은 1차 냉동 유닛으로 제 1 냉매를 전달한다. 제 1 냉매는 이어서 냉매 순환 라인으로 전달된다.
액화 프로세스를 용이하게 하기 위해, 시설은 다양한 전기 부품을 이용한다. 본 발명에 있어서, 이들 부품의 적어도 일부는 초전도 전기 부품이다. 초전도 전기 부품은 그렇지 않으면 통상의 전기 부품의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1 퍼센트만큼 부품에 의해 제공된 서비스의 전기 효율을 향상시키기 위해 초전도 재료를 구비한다. 초전도 전기 부품은 하나 이상의 모터, 하나 이상의 발전기, 하나 이상의 변압기, 하나 이상의 전기 전송 전도체, 하나 이상의 스위치 기어, 하나 이상의 가변 속도 드라이브 또는 그 조합들을 표현할 수 있다.
바람직하게는, 초전도 전기 부품은 등가의 비초전도 부품의 중량보다 적어도 약 1/3 적은 중량을 갖는다. 게다가, 초전도 전기 부품은 바람직하게는 등가의 비초전도 부품의 푸트프린트보다 적어도 약 1/3 작은 푸트프린트를 갖는다.
초전도 전기 부품은 LNG 또는 제 2 냉매의 순환을 통한 냉각을 필요로 한다. 더 구체적으로, 초전도 전기 부품은 계속된 초전도성을 위해 임계 온도 미만으로 유지될 필요가 있다. 이를 구현하기 위해, 시설은 유입 냉매 라인 및 유출 냉매 라인을 포함한다. 유입 냉매 라인은 LNG 또는 제 2 냉매를 초전도 전기 부품에 전달한다. 이는 초전도 전기 부품을 임계 온도 미만으로 유지한다. 유출 냉매 라인은 초전도 전기 부품으로부터 냉매를 배출한다.
일 배열에서, 초전도 전기 부품 중 적어도 하나는 샤프트를 회전시키기 위한 모터이다. 샤프트는 LNG 또는 냉매 스트림을 압축하거나 펌핑하기 위한 압축기 또는 펌프의 기계 부품을 회전시킨다. 더 바람직한 경우에, 시설은 기체 또는 액체 스트림을 압축하거나 펌핑하기 위한 복수의 압축기 및/또는 펌프를 포함하고, 초전도 전기 부품은 각각의 샤프트를 회전시키기 위한 복수의 모터를 포함한다. 각각의 샤프트는 시설 내의 기체 및 액체 스트림을 압축하거나 펌핑하기 위한 압축기 또는 펌프의 대응 기계 부품을 회전시킨다.
일 양태에서, 시설은 해상에 배치된다. 이 경우에, 시설은 천연 가스의 액화 또는 기화를 위해 설비를 지지하기 위한 해상 유닛을 포함한다. 해상 유닛은 예를 들어 부유 선박, 선박형 용기 또는 해저에 기초를 세운 기계적 구조체일 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 냉매 및 제 2 냉매는 동일한 냉매이다. 이 실시예의 일 구현예에서, 제 2 냉매는 1차 냉동 유닛에 의해 적어도 부분적으로 냉각된다. 이 구현예에서, 시설은 라인을 추가로 포함할 수 있다. 라인은 적어도 하나의 초전도 전기 부품에 제 2 냉매를 전달하기 위해 사용된 유입 냉매 라인에 제 1 냉매의 일부를 전달한다.
이 실시예의 다른 구현예에서, 제 2 냉매는 개별 냉동 유닛에 의해 적어도 부분적으로 냉각된다. 이 구현예에서, 시설은 보조 냉동 유닛과 함께, 보조 냉동 유닛용 유입 라인 및 유출 라인을 추가로 포함한다. 유입 라인은 제 1 냉매 입구 라인으로부터 제 1 냉매의 일부를 취하고, 제 3 냉매로서 보조 냉동 유닛으로 제 1 냉매의 일부를 전달한다. 유출 라인은 적어도 하나의 초전도 전기 부품에 제 2 냉매를 전달하기 위해 사용된 유입 냉매 라인에 제 3 냉매의 일부를 전달한다. 일 양태에서, 보조 냉동 유닛의 듀티는 주 냉동 유닛으로부터 독립적으로 제어된다.
다른 실시예에서, 임계 온도 미만으로 적어도 하나의 초전도 전기 부품을 유지하기 위한 제 2 냉매는 제 1 냉매와는 상이하고 제 1 냉매와 유체 연통하지 않는 조성물을 갖는 독립적인 냉매를 포함한다. 실시예의 일 구현예에서, 제 2 및 독립적인 냉매는 1차 냉동 유닛 내에서 냉각되고, 적어도 하나의 초전도 전기 부품에 제 2 냉매를 전달하기 위해 유입 냉매와 유체 연통한다. 가온된 독립적인 냉매는 이어서 1차 냉동 압축기로부터 독립적인 압축 시스템 내에서 압축된다.
실시예의 다른 구현예에서, 임계 온도 미만으로 적어도 하나의 초전도 전기 부품을 유지하기 위한 제 2 냉매는 천연 가스 출구 라인으로부터 액화된 천연 가스의 일부를 포함한다. 액화된 천연 가스의 일부는 슬립 스트림으로서 천연 가스 출구 라인으로부터 취해지고, 슬립 스트림은 적어도 하나의 초전도 전기 부품에 제 2 냉매를 전달하기 위해 유입 냉매 라인과 유체 연통한다. 제 2 천연 가스 출구 라인은 일 실시예에서, 냉각의 중간 또는 최종 스테이지에서 액화된 천연 가스의 일부를 취할 수 있다. 냉각의 중간 또는 최종 스테이지는 LNG 액화를 위해 일반적으로 요구되는 온도 미만이지만 임계 온도 미만으로 초전도 부품을 냉각하기에 충분한 과냉각을 제공할 수 있다.
그 "정상" 상태에서 전도체에 대해, 전류가 전자의 연속적인 또는 교류 "전류"의 형태로 전도체를 통해 이동한다. 전자는 전도체 내의 중이온 격자를 가로질러 이동한다. 전자가 격자를 통해 이동함에 따라, 이들은 격자 내의 이온과 계속 충돌한다. 각각의 충돌 중에, 전류에 의해 운반된 에너지의 일부는 격자에 의해 흡수된다. 그 결과, 전자 전류에 의해 운반된 에너지는 소산된다. 이 조건은 전기 저항으로서 공지되어 있다.
금속 전도체의 전기 저항은 온도가 낮아짐에 따라 점진적으로 감소하는 것이 알려져 있다. 구리 및 은과 같은 통상적으로 사용된 전도체에서, 불순물 및 다른 결함이 하한을 부여한다. 절대 0 부근에서도, 구리의 통상의 샘플은 포지티브 저항을 나타낸다. 그러나, 초전도체로서 공지된 몇몇 재료는 불완전성에도 불구하고 0에 접근하는 저항에 도달한다.
초전도성은 매우 낮은 온도에서 사실상 전류에 대한 어떠한 전기 저항도 갖지 않는 재료를 참조한다. 이는 내부 자기장의 부재(absence)시에 발생한다. 초전도성을 성취하는 재료는 초전도체로서 공지된다.
각각의 초전도체는 저항이 0에 근접하여 하강하는 그 자신의 점을 갖는다. 이 온도는 "임계 온도" 또는 Tc로서 알려져 있다.
초전도성은 네덜란드의 헤이커 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes)에 의해 1911년에 발견되었다. 이 때, 오너스는 극저온 온도에서 고체 수은의 전기 저항을 연구하였다. 오너스는 냉매로서 액체 헬륨을 사용하였다. 오너스는 4.2 K의 온도에서 고체 수은의 저항이 급격하게 사라진다는 것을 관찰하였다.
이후의 수십년간, 초전도성은 다수의 다른 재료에서 발견되었다. 예를 들어, 1913년에, 납이 7 K에서 "초전도성"인 것이 발견되었다. 초전도성은 이제 다양한 재료에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 이들은 주석 및 알루미늄과 같은 단순 원소 뿐만 아니라 특정 금속 합금을 포함한다. 초전도성은 일반적으로 금 및 은과 같은 귀금속에서는 발생하지 않고, 뿐만 아니라 강자성 금속의 순수한 샘플에서도 발생하지 않는다.
재료가 더 높은 온도에서 초전도성 품질을 갖는 것으로 식별되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 이러한 재료는 초전도성이 질소의 비등점보다 높은 온도에 있는 것으로 식별되는 것이 바람직하다. 대기압에서, 질소의 비등점은 77 K이다. 냉매로서 질소의 사용은 액체 질소가 공기로부터 현장에서 즉시 제조될 수 있기 때문에 상업적으로 중요하다.
1986년에, 게오르그 베드노르츠(Georg Bednorz) 및 칼 뮐러(Karl Muller)는 취리히의 IBM 연구실에서 재직 중에, 특정 반도체 산화물이 35 K의 온도에서 초전도성이 된다는 것을 발견하였다. 재료는 산소 부족 페로브스카이트(perovskite)-관련 재료인 란탄 바륨 산화물이었다. 그러나, 임계 온도는 질소의 비등점보다 충분히 낮았다.
그 직후에 란탄 성분이 이트륨으로 대체될 수 있어 이트륨 바륨 구리 산화물 또는 "YBCO"를 제조한다는 것이 엠. 케이. 우(M.K. Wu) 등에 의해 발견되었다. YBCO는 식 YBa2Cu3O7을 갖는 결정질 화학 화합물이다. YBCO는 질소의 비등점을 초과하는 초전도성을 성취하는 것으로 발견되었다. 구체적으로, YBCO는 약 92 K로 초전도성의 임계 온도를 상승시켰다.
다른 동산화물(cuprate) 초전도체가 발견되어 왔다. 중요하게, 비스무스 스트론튬 칼슘 구리 산화물 또는 BSCCO가 개발되어 왔다. BSCCO는 일반 화학식 Bi2Sr2CanCun+1O2n+6-d를 갖는 고온 초전도체의 족이다. BSCCO는 1988년에 발견되었고, 희토류 원소를 함유하지 않는 제 1 고온 초전도체를 표현한다.
특정 유형의 BSCCO는 일반적으로 금속 이온의 수의 순서를 사용함으로써 칭해진다. 예를 들어, BSCCO-2212는 Bi2Sr2Ca1Cu2O8로서 나타내고, BSCCO-2223은 (Bi2Sr2Ca2Cu3O10)으로서 나타낸다. 이들 BSCCO 재료의 각각은 90 K 초과의 임계 온도를 갖는데, 이 온도는 액체 질소의 비등점을 충분히 초과한다. YBCO의 발견의 중요성은 임계 온도 미만으로 재료를 냉각하는데 필요한 냉매의 훨씬 더 낮은 비용이다.
초전도성 재료는 발전을 위한 부품의 구성에 사용되어 왔다. 이들 재료는 전기의 흐름에 대한 감소된 저항을 제공한다. 초전도성 재료는 전력 케이블, 회전자 및 고정자용 자석 등에 유리하게 이용될 수 있다. 표준 전기 부품을 초전도성 전기 부품으로 대체함으로써, 전력 발전으로부터 최종 용례로의 전력 분배의 효율이 상응하는 크기의 장비에 대해 약 1 내지 3 퍼센트만큼 증가되는 것으로 고려된다. 초전도성 부품의 더 높은 전류 밀도에 기인하여, 모터 및 발전기의 크기 및 중량은 이들의 통상의 대응 부분에 비교하여 1/3만큼 감소될 수 있다.
초전도성 전기 부품이 본 명세서에 제안된다. 이러한 전기 부품은 초전도성 모터, 발전기, 변압기 및 송전 라인을 포함한다. 초전도성 재료는 이러한 부품의 저항을 감소시킬 수 있어, LNG 제조 시설에서 전기를 송전하는데 필요한 재료의 중량 및 체적의 감소를 허용하고 이 시설 내의 전력 이용, 발전 및 소비의 효율을 증가시킨다. 초전도성 전기 부품을 냉각하기 위한 방법이 또한 본 명세서에 제공된다.
초전도성 부품은 LNG 시설에 요구되는 임의의 큰 전기 부하에 적용될 수 있다. 이러한 부하는 대부분 종종 탱크 및 적재 시스템으로부터 LNG 증발 가스(boil-off gas)를 회수하고 설비를 일반적으로 작동하는데 요구되는 전력을 발생하기 위해 입구 가스를 취급하기 위한 압축기를 구동하는 샤프트와 연관된다. 초전도성 전기 부품의 사용은 대형 냉동 압축기가 전통적인 가스 터빈 구동 냉동 압축기보다는 전기 모터로 구동될 수 있도록 풀 전기식 LNG 시스템을 제공하는데 특히 유리하다.
전기 모터는 가스 터빈 구동 압축기에 비해 향상된 신뢰성을 제공한다. 전기 모터는 또한 더 높은 효율의 조합된 사이클 발전 설비의 사용을 허용함으로써 연료 소비 및 배출물을 감소시킬 수 있다. 마지막으로, 전기 형태로의 발전의 통합은 통상적으로 더 작은 단위 원가를 갖는 더 대형의 가스 터빈 드라이버의 선택을 통해 비용 절감이 얻어질 수 있게 할 수 있다. 따라서, 모든 냉매 압축기에 가스 터빈을 갖는 대신에, 예를 들어 전기 시스템에 전력 공급하는 더 적은 수의 대형 가스 터빈이 이용될 수 있다.
초전도성 부품의 결점은 이들이 극저온 온도에서 작동한다는 것이다. 설명된 바와 같이, 정규 전도와 초전도 사이에서 재료가 전이하는 온도는 임계 온도라 칭한다. 소위 고온 초전도성(HTS) 재료는 액체 질소의 대기 비등점(77 K)보다 고온의 임계 온도를 갖는 것들이다. 현재까지 최고 공지된 임계 온도는 138 K이다. 미스무스 스트론튬 칼슘 구리 산화물(BSCCO)은 약 95 K 내지 107 K의 임계 온도를 갖는다. LNG의 대기 비등점은 대략 105 K인 것이 가치가 있다.
초전도성 재료를 저온으로 유지하기 위해, 냉각제 또는 "냉매"가 제공되어야 한다. 통상적으로, HTS 재료에 대해 액체 질소가 그 즉시 이용 가능성에 기인하여 사용된다. 액체 질소는 외부 공급부로부터 얻어지거나 또는 "극저온 냉각기"를 사용하여 대기로부터 생성된다. 질소는 통상적으로 액화를 위해 천연 가스 제품을 위해 단독으로 사용되지 않고, 오히려 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 탄화수소 가스가 사용된다. 질소는 바람직하게는 하나 이상의 탄화수소 가스와 블렌드로, 또는 몇몇 경우에 순수 형태이지만 이전의 탄화수소 냉동 서비스와 함께 사용된다. 천연 가스 액화는 이러한 대형 스케일로 상업적으로 행해지기 때문에, 초전도성 부품을 위한 저비용 냉각을 소싱(source)하는데 유리하게 사용될 수 있는 매우 낮은 단위 원가의 저온 냉동의 소스이다.
도 1은 일 실시예에서 액화 천연 가스 액화 프로세스의 지원하에 사용될 수 있는 초전도 전기 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)에서, 모든 전기 부품은 최대 효율 및 중량 절약을 위해 초전도성이다. 그러나, 시스템(100)은 단지 부품의 서브세트 또는 심지어 단지 하나 또는 2개의 선택된 개별 부품만이 초전도성이 되도록 수정될 수도 있다. 본 명세서에 사용될 때, 모든 비-초전도성 전기 부품은 종래 부품이라 칭한다.
시스템(100)에서, 기계적 에너지의 소스(110)가 먼저 제공된다. 기계적 에너지의 소스(110)는 가스 터빈일 수 있다. 대안적으로, 기계적 에너지의 소스(110)는 디젤 엔진, 증기 터빈 또는 프로세스 가스 또는 액체 팽창 터빈일 수 있다. 기계적 에너지의 소스(110)는 초전도성 발전기(120)를 구동한다. 초전도성 발전기(120)는 이어서 전력을 생성한다.
바람직하게는, 전력은 초전도성 송전 라인(10)을 통해 송전된다. 전력은 이어서 초전도성 변압기(130)에 의해 더 적절한 분배 전압으로 변환되거나 승압 또는 강압될 수 있다.
기계적 에너지의 소스(110), 발전기(120), 송전 라인(10) 및 변압기(130)는 LNG 제조 시설 내의 다수의 전기 부하들 중 임의의 것에 에너지를 제공하기 위해 발전 유닛으로서 함께 작동한다. 더 대형의 LNG 시설이 다수의 발전 유닛을 함께 이용할 수 있다. 도 1의 배열에서, 전기 에너지 또는 전력은 초전도성 송전 라인(20)을 통해 전기 부하에 공급된다. 그러나, 기계적 에너지의 소스(110), 발전기(120), 송전 라인(10) 및 변압기(130)는 현존하는 상업적인 전기 그리드를 대체하거나 타이-인(tie-in)으로 보충될 수 있다. 전기 그리드는 이어서 "최종 마일" 타이-인으로서 초전도성 송전 라인(20)을 통해 전력을 전달할 수 있다.
LNG 제조 시설 내의 전기 부하는 다양한 전기 부품을 표현한다. 일 이러한 부하는 압축기(140)이다. 압축기(140)는 가스 스트림을 압축한다. 스트림 입력 라인을 도면 부호 142로 나타낸다. 압축기(140)는 이어서 더 높은 압력에서 가스 스트림을 배출한다. 고압 스트림을 도면 부호 144로 나타낸다. 압축기(140)는 다양한 압축기들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 압축기(140)는 "증발 가스"라 칭하는 액화 천연 가스로부터 배출된 가스를 압축하기 위한 압축기일 수 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 천연 가스를 위한 액화 프로세스가 부수적으로 다양한 스테이지에서 저온 메탄 또는 다른 냉매의 기화를 야기한다. 압축기는 또한 가온된 냉매를 재압축하는데 사용될 수 있다.
압축기(140)는 초전도성 모터(145)에 의해 구동된다. 모터(145)는 초전도성 송전 라인(30) 및 초전도성 변압기(150)의 조합에 의해 요구 전압에서 공급될 수 있다.
다른 상당한 전기 부하가 천연 가스 액화 설비에 존재할 수 있다. 이들은 부가의 압축기를 표현할 수 있다. 도 1은 2개의 부가의 압축기(160, 180)를 제시한다. 압축기(160)는 예를 들어 제 1 냉매 압축기일 수 있고, 반면 압축기(180)는 예를 들어 냉각수 펌프, 제 2 냉매 압축기 또는 다른 기계 부하일 수 있다.
각각의 압축기(160, 180)는 가스 스트림을 압축하거나 액체 스트림을 펌핑한다. 각각의 스트림 입력 라인을 도면 부호 162 및 182로 나타낸다. 압축기(160, 180)는 이어서 더 높은 압력에서 가스 스트림을 배출한다. 고압 스트림은 도면 부호 164 및 184에 나타낸다.
압축기(160, 180)는 각각의 초전도성 모터(165, 185)에 의해 구동된다. 모터(165, 185)는 초전도성 송전 라인(40, 50)의 조합에 의해 요구 전압에서 공급되고, 대응 초전도성 변압기(170, 180)를 요구할 수 있다. 따라서, 부가의 압축기(160, 180)와 연관된 부품은 또한 초전도체로 서비스될 수 있다.
초전도성 전기 시스템(100)은 부가의 압축기 및 펌프 및 연관 변압기, 모터 및 가스 또는 액체 스트림을 가질 수 있다. 이는 점선 105에 의해 개략적으로 지시된다. 게다가, 전술된 바와 같이, 초전도성 전기 시스템(100) 자체는 부가의 발전 유닛, 즉 기계적 에너지의 소스(110), 발전기(120), 송전 라인(10) 및 변압기(130)와 같은 발전 부품을 가질 수 있는 LNG 시설의 부분이다.
모든 초전도성 전기 부품은 극저온 온도에서 유지되어야 한다. 초전도성 부품은 예를 들어, 발전기(120), 모터(145, 165, 185), 송전 라인(30, 40, 50) 및 변압기(130, 150, 170, 190)일 수 있다. 초전도성 부품은 순환된 냉매에 의해 냉각된다. 이하에 설명되는 도면에서, 초전도성 부품은 함께 박스 1000으로 개략적으로 식별되어 있다. 게다가, 이하에 설명된 도면에서, 부품(1000)을 냉각하기 위한 유입 냉매 라인은 도면 부호 1010으로 나타내고, 반면에 유출 가온된 냉매 라인은 도면 부호 1020으로 나타낸다.
도 2는 일 실시예에서 천연 가스 액화 시설(200)을 위한 제 1 냉매 프로세스의 개략도를 제시한다. 초전도성 전기 부품은 박스 1000으로 나타낸다. 전기 부품(1000)은 시설(200) 또는 LNG 처리 설비와 통합되어 전력을 생성하거나 분배한다.
도 2의 시설(200)에서, 대형 냉동 유닛(1030)이 먼저 보여진다. 적합한 냉동 유닛의 예는 브레이징된 알루미늄 플레이트 핀형 열교환기, 평행 원통 다관식(shell and tube) 열교환기의 세트 또는 나선형 권취형 열교환기를 포함한다. 천연 가스는 가스 공급 라인(1032)을 통해 냉동 유닛(1030)에 진입한다. 선택적으로, 공급 라인(1032) 내의 천연 가스는 하나 이상의 냉각 교환기에서 주위 매체(도시 생략)로 미리 사전 냉각되어 있다. 게다가, 공급 라인(1032) 내의 천연 가스의 부가의 사전 냉각은 하나 이상의 조기 스테이지 냉동 유닛(도시 생략)을 통해 제공될 수 있다. 따라서, 냉동 유닛(1030)은 간단히 시설(200)을 위한 액화 프로세스 내의 최종 또는 최저온 열교환기일 수 있다. 몇몇 경우에, 냉동 유닛(1030)은 단지 냉동 유닛일 수도 있다.
냉각된 천연 가스는 저온 액화 천연 가스 또는 LNG로서 냉동 유닛(1030)을 떠난다. LNG는 LNG 라인(1034)을 통해 액화 시설(200)을 떠난다. 일 실시예에서, 라인(1034) 내의 LNG는 약 -260℉(-162.2℃)이다. LNG는 통상적으로 냉동 유닛(1030)의 최저점에서 진출한다. 대안적으로, LNG는 냉동 유닛(1030)의 중간점에서 진출할 수 있다. LNG는 최종적으로 대양 횡단 선박 상의 절연 저장 탱크로 또는 천연 가스 시장으로의 운송을 위한 절연 탱커 트럭으로 이동된다. 그러나, 당 기술 분야의 숙련자들은 LNG가 몇몇 경우에 추가의 처리를 필요로 할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 압력 드럼[도 6에 도시된 드럼(652)과 같은]이 최종 냉각을 위해 그리고 공급 가스 또는 연료로서 사용될 수 있는 "엔드 플래시(end flash)" 가스를 생성하기 위해 이용될 수 있다.
냉매가 냉동 유닛(1030) 내의 과냉 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된다. 냉매는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 성분 탄화수소를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 냉매는 질소를 포함할 수 있다. 냉매는 라인(210)을 통해 냉동 유닛(1030) 내로 도입된다. 이 스테이지에서, 냉매는 통상적으로 약 120℉(48.9℃)의 주위 온도로 냉각된다. 그러나, 프로판을 사용하는 추가의 사전 냉각이 약 -40℉(-40℃)와 같은 더 낮은 온도로 라인(210) 내의 냉매를 사전 냉각하기 위해 적용될 수 있다.
라인(210)으로부터의 냉매는 냉동 유닛(1030)을 통해 순환된다. 냉매 순환 라인을 도면 부호 220에 나타낸다. 순환 라인(220)은 냉동 유닛(1030)의 외부에 도시되어 있지만, 라인(220)은 작동 유체로서 냉매를 순환시키기 위해 냉동 유닛(1030) 내에 또는 바로 옆에 있을 수 있다. 냉동 유닛(1030)을 통한 순환에 기인하여, 라인(220) 내의 작동 유체는 일 실시예에서 약 -150℉(-101.1℃)로 냉각된다.
순환 라인(220) 내의 대부분의 작동 유체는 팽창 밸브(222)를 통해 통과될 수 있다. 이는 작동 유체를 더 냉각시키는 기능을 한다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(222) 대신에 사용될 수 있다. 어느 경우든, 더 냉각된 작동 유체가 라인(224)을 통해 이동된다. 라인(224) 내의 더 냉각된 작동 유체는 일 실시예에서 약 -270℉(-167.8℃)이다. 라인(224) 내의 더 냉각된 작동 유체는 라인(1032)으로부터의 천연 가스 및 라인(210)으로부터의 고온 냉매와 추가의 열교환을 위해 냉동 유닛(1030) 내로 재차 순환된다. 라인(224)을 통한 작동 유체의 재생은 액화 프로세스를 위한 냉각 에너지의 보존을 제공한다.
가온 저압 냉매는 냉동 유닛(1030)에서 진출한다. 이는 고온 냉매 스트림(226)에서 보여진다. 이는 완전히 열교환된 냉매를 표현한다. 라인(210)으로부터 초기 냉매가 사전 냉각되지 않는 일 실시예에서, 냉매는 약 100℉(37.8℃)의 온도에 있다. 냉매가 프로판으로 사전 냉각되는 경우에, 라인(226) 내의 가온된 냉매의 온도는 약 -60℉(-51.1℃)일 수 있다. 냉매는 재압축을 위해 압축기(230)를 통해 이동된다.
당 기술 분야의 숙련자들은 대안 냉동 프로세스에서, 냉동 유닛(1030)이 다수의 열교환 서비스로 분할될 수 있고, 여기서 열은 라인(1032)으로부터의 유입 천연 가스와 개별 순차적 또는 병렬 서비스의 사전 냉각된 냉매(210) 사이에서 교환된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
압축기(230)로의 도중에, 라인(226) 내의 냉매는 바람직하게는 라인(1020)을 통해 초전도성 전기 부품(1000)을 떠나는 냉매와 병합된다. 도 2의 배열에서, 라인(1020) 내의 냉매는 라인(210) 내의 냉매와 동일하다. 일 실시예에서, 라인(1020) 내의 냉매의 온도는 약 -320℉(-195.6℃) 내지 최대 -240℉(-151.1℃)이다.
당 기술 분야의 숙련자들은 이러한 것이 유사한 온도를 갖는 유체 라인을 병합하기 위해 더 효율적이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 라인(1020) 내의 냉매는 라인(226) 내의 가온된 냉매보다 훨씬 더 저온이다. 따라서, 라인(1020) 내의 냉매는 실제로 라인(226) 내의 가온된 냉매와 병합되기 전에 냉동 유닛(1030)을 통해 재차 안내되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 라인(1020) 내의 냉매는 라인(224)에서 냉각된 작동 유체와 병합될 수 있다. 이는 시스템(100)이 라인(1020) 내의 냉매로부터 이용 가능한 냉각 에너지를 이용할 수 있게 한다. 대안으로서, 라인(1020) 내의 냉매는 초전도성 부품을 위한 더 저온에 도달할 필요성에 기인하여 라인(226) 내의 냉매보다 낮은 압력으로 강하될 수 있다. 따라서, 라인(226) 내의 가온된 냉매와 병합하기 전에, 라인(1020)은 압력을 평형화하기 위해 압축기(도시 생략)에 공급할 수 있다.
설명된 바와 같이, 라인(226)으로부터의 가온된 냉매는 압축기(230)로 전달된다. 압축기(230)는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 모터(도시 생략)는 압축기(230) 내의 샤프트 또는 다른 기계 부품을 회전시키는 샤프트를 갖는다. 모터(도시 생략)는 박스 1000의 초전도 전기 부품들 중 하나일 수 있다.
압축기(230)에서 진출할 때, 냉매는 라인(232)을 통해 이동하고 냉각을 위해 열교환기(240a)에 전달된다. 열교환기(240a)는 냉각을 위해 주위 매체를 사용할 수 있다. 설명된 바와 같이, 냉매는 통상적으로 약 120℉(48.9℃)의 온도로 냉각된다. 바람직하게는, 냉매는 제 2 열교환기(240b)를 통해 더 통과된다. 설명된 바와 같이, 다른 냉동 시스템으로의 추가의 사전 냉각은 냉매를 냉각한다. 프로판 냉매 시스템의 경우에, 라인(232)으로부터의 냉매는 약 -40℉(-40℃)와 같은 더 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 저온 냉매 스트림(210)이 따라서 재현된다.
라인(220) 내의 냉매를 재차 참조하면, 부분적으로 냉각된 냉매의 부분은 슬립 스트림(225)으로서 보류된다. 슬립 스트림(225) 내의 냉매의 온도는 라인(220) 내의 냉매의 온도, 즉 약 -150℉(-101.1℃)와 동일하다. 슬립 스트림(225)은 냉매를 더 냉각하기 위해 팽창 밸브(228)를 통해 통과된다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(228) 대신에 사용될 수 있다. 임의의 경우에, 더 냉각된 냉매는 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용되는 유입 냉매 라인(1010)이 된다. 라인(1010) 내의 냉매는 초전도성 부품을 위한 임계 온도 미만으로 냉각되어야 한다. 일 실시예에서, 팽창 밸브(228)(또는 다른 냉각 디바이스)는 유입 냉매 라인(1010)을 위한 냉매를 약 -320℉(-195.6℃)로 냉각한다.
액화 시설(200)에서, 라인(1032)으로부터의 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된 냉매는 또한 초전도성 부품(1000)을 냉각하기 위해 유입 냉매 라인(1010)에 사용된 냉매라는 것을 알 수 있다. 이는 또한 초전도성 전기 부품(1000)을 위한 냉매의 즉각적인 저가의 소스를 제공한다.
도 2에 도시된 냉각 프로세스는 초전도성 부품(1000)이 LNG 냉매 스트림(225)의 팽창에 의해 성취 가능한 온도를 초과하는 임계 온도를 갖도록 요구한다는 것이 이해된다. 이와 같이, 질소계 냉매는 도 2의 시설(200) 내에서 가장 이용 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 시설(200)은 중력 분리기 또는 하이드로사이클론(도시 생략)과 같은 분리기를 포함한다. 분리기는 냉매가 재료의 블렌드일 때 이용된다. 분리기는 에탄 또는 더 무거운 탄화수소와 같은 다른 냉매 성분으로부터 질소 및 메탄과 같은 더 가벼운 성분을 분리하기 위해 라인(224)을 따라 배치된다. 더 가벼운 성분은 이어서 초전도성 전기 부품(1000)을 위한 전용 냉매의 일부 또는 심지어 모두로서 라인(225)을 통해 송출될 수 있다.
시동 중에, 초전도성 부품(1000)의 소정의 초기 냉각이 요구될 수 있다는 것이 주목된다. 이는 LNG 냉동 시스템(200)이 시동되기 전에 전기 시스템(100)이 완전히 기능할 수 있게 한다. 이 문제점은 냉매의 소스를 유지하기 위한 저장 탱크(1040)를 제공함으로써 해결될 수 있다. 탱크(1040)로부터의 냉매는 외부 냉각 스트림으로서 라인(1042)을 통해 전기 부품(1000)에 전달된다.
탱크(1040)로부터 냉매로서 사용된 초기 작동 유체는 초전도성 부품의 연속적인 냉각을 위해 정규 작동 중에 사용된 냉매와 동일한 유형을 가질 수 있다. 대안적으로, 상이한 조성물이 사용될 수 있다. 액체 질소가 이 목적으로 바람직한 냉매이다. 초기 작동 유체는 시설(200)로부터 출구 라인(1044)을 통해 적절한 폐기로 제거될 필요가 있을 수 있다. 폐기는 현장에서 연료로서 사용을 포함할 수 있다. 질소 또는 헬륨의 경우에, 재료는 간단하게 환기될 수 있다. 경탄화수소의 경우에, 재료는 발연(flare)될 수 있다.
일 양태에서, 라인(1042)을 통해 전달된 초기 작동 유체의 온도는 이후의 LNG 슬립 스트림(225)의 온도보다 고온이다. 초기 작동 유체의 더 고온은 그럼에도 불구하고 더 저온의 LNG로의 연속적인 냉각 전에 이들의 전기 저항을 실질적으로 감소시키기 위해 전기 부품(1000)을 사전 냉각하는데 충분히 저온일 수 있다. 예를 들어, 라인(1042)을 통해 전달된 초기 작동 유체의 온도는 약 -100℉(-73.3℃)일 수 있다.
도 3은 도 2의 가스 처리 시설의 대안적인 버전을 설명한다. 도 3은 천연 가스 액화 시설(300)을 위한 냉매 프로세스의 다른 개략도이다. 시설(300)은 시설(200)로서 다수의 부품을 공유한다. 예를 들어, 초전도성 전기 부품은 박스 1000에서 재차 보여진다. 전기 부품(1000)은 작동 전력을 제공하기 위해 시설(300)과 통합된다.
대형 냉동 유닛(1030)이 재차 보여진다. 천연 가스는 가스 공급 라인(1032)을 통해 냉동 유닛(1030)에 진입한다. 바람직하게는, 공급 라인(1032) 내의 천연 가스는 하나 이상의 냉각 타워 내에서 또는 하나 이상의 조기 스테이지 냉동 유닛(도시 생략)을 통해 미리 사전 냉각되어 있다. 따라서, 냉동 유닛(1030)은 액화 프로세스 내의 최종 또는 최저온 열교환기를 표현할 수 있다.
냉각된 천연 가스는 저온 액화된 천연 가스 또는 LNG로서 냉동 유닛(1030)을 떠난다. LNG는 LNG 라인(1034)을 통해 액화 시설(300)을 떠난다. 일 실시예에서, 라인(1034) 내의 LNG는 약 -260℉(-162.2℃)이다. LNG는 최종적으로 천연 가스 시장으로의 운송을 위한 대양 횡단 선박 상의 절연 저장 탱크로 이동된다. 그러나, 재차, LNG는 LNG의 "엔드 플래시"를 위해 압력 강하 드럼(도시 생략)을 통해 더 처리될 수 있다.
냉매가 냉동 유닛(1030) 내의 과냉 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된다. 냉매는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 순수 성분 탄화수소일 수 있다. 시설(300)에 대해, 질소는 바람직하게는 블렌드의 상당한 부분으로서 사용된다. 냉매는 라인(310)을 통해 냉동 유닛(1030) 내에 도입된다. 이 스테이지에서, 냉매는 통상적으로 약 120℉(48.9℃)의 주위 온도로 냉각된다. 그러나, 추가의 사전 냉각이 라인(310) 내의 냉매를 사전 냉각하기 위해 적용될 수 있다. 프로판 냉매 시스템의 경우에, 라인(310)으로부터의 냉매는 약 -40℉(-40℃)로 냉각될 수 있다.
라인(310)으로부터의 냉매는 냉동 유닛(1030)을 통해 순환된다. 목적은 라인(1032)으로부터 사전 냉각된 천연 가스와 열교환을 제공하는 것이다. 냉매 순환 라인은 도면 부호 330에 나타낸다. 라인(330)은 냉동 유닛(1030) 외부에 도시되어 있지만, 라인(330)은 작동 유체로서 냉매를 순환하기 위해 냉동 유닛(1030) 내에 또는 바로 옆에 있을 수 있다. 냉동 유닛(1030)을 통한 순환에 기인하여, 라인(330) 내의 작동 유체는 일 실시예에서 약 -150℉(-101.1℃)로 냉각된다. 도 2에서와 같이, 라인(1032) 내의 천연 가스 및 라인(310)으로부터의 고온 냉매의 냉각은 순차적인 또는 병렬 열교환 서비스에서 성취될 수 있다.
도 3의 시설(300)에서, 라인(330) 내의 작동 유체는 완전히 팽창 밸브(332)를 통해 통과된다. 이는 작동 유체를 더 냉각하는 기능을 한다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(332) 대신에 사용될 수 있다. 어느 경우든, 더 냉각된 작동 유체가 라인(334)을 통해 이동되고 가스 라인(1032)으로부터의 천연 가스 및 라인(210)으로부터의 천연 가스와 추가의 열교환을 위해 냉동 유닛(1030) 내로 완전히 복귀한다. 도 2의 슬립 스트림(225)은 이용되지 않는다.
고온 저압 냉매가 냉동 유닛(1030)에서 진출한다. 이는 고온 냉매 스트림(336)에서 보여진다. 이는 완전히 열교환된 냉매를 표현한다. 라인(310)으로부터의 초기 냉매가 사전 냉각되지 않는 일 실시예에서, 냉매는 약 100℉(37.8℃)의 온도에 있다. 냉매가 사전 냉각되는 경우에, 라인(336) 내의 가온된 냉매의 온도는 약 -60℉(-51.1℃)일 수 있다. 냉매는 이어서 재압축을 위해 압축기(230)를 통해 이동된다.
압축기(230)로의 도중에, 라인(336) 내의 냉매는 바람직하게는 라인(326)을 통해 초전도성 전기 부품(1000)을 떠나는 냉매와 병합된다. 일 실시예에서, 라인(326) 내의 냉매의 온도는 라인(226)의 온도와 대략 동일하다.
초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해, 라인(310)으로부터의 냉매의 부분이 취해진다. 라인(312)은 라인(310)으로부터 취한 LNG 슬립 스트림을 나타낸다. LNG 슬립 스트림(312)은 제 2 냉동 유닛(1050) 내로 유도된다. 라인(312)으로부터 냉매는 냉각을 위해 제 2 냉동 유닛(1050)을 통해 순환된다.
라인(312)으로부터의 냉매는 제 2 냉동 유닛(1050)을 통해 순환된다. 냉매는 라인(320)을 통해 안내된다. 라인(320) 내의 작동 유체는 팽창 밸브(328)를 통해 통과될 수 있다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기는 팽창 밸브(328) 대신에 사용될 수 있다. 이는 작동 유체를 더 냉각하는 기능을 한다. 더 냉각된 작동 유체가 라인(1010)을 통해 이동되어 초전도성 부품(1000)을 냉각한다. 라인(328) 내의 더 냉각된 작동 유체는 일 실시예에서 약 -320℉(-195.6℃)이다.
냉매는 라인(1020)을 통해 초전도성 부품에서 진출한다. 라인(1020) 내의 냉매는 작동 유체에 냉각을 제공하기 위해 제 2 냉동 유닛(1050)에 재도입된다. 고온 저압 냉매는 이어서 제 2 냉동 유닛(1050)에서 진출한다. 이는 고온 냉매 스트림(326)에서 보여진다. 고온 냉매는 이어서 압축을 위해 압축기(230)를 통해 이동된다. 압축기(230)로의 도중에, 라인(326) 내의 냉매는 바람직하게는 라인(1020)을 통해 초전도성 전기 부품(1000)을 떠나는 냉매와 병합된다. 게다가, 라인(326) 내의 고온 냉매는 라인(336)으로부터의 고온 냉매와 병합된다.
당 기술 분야의 숙련자들은 이러한 것이 유사한 온도를 갖는 유체 라인을 병합하는데 더 효율적이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 라인(326, 336) 내의 냉매는 약 -60℉(-51.1℃) 내지 최대 약 100℉(37.8℃)의 범위이면서 반드시 동일한 필요는 없는 유사한 온도를 가질 수 있다. 몇몇 경우에, 라인(326) 내의 냉매는 라인(336) 내의 냉매보다 낮은 압력일 수 있다. 라인(326) 내의 유체는 따라서 라인(336)과 병합하기 전에 부스터 압축기(도시 생략) 냉에서 압축을 필요로 할 수 있다.
설명된 바와 같이, 라인(326, 336)으로부터의 가온된 냉매가 압축기(230)에 전달된다. 압축기(230)는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 모터(도시 생략)는 압축기(230) 내의 샤프트 또는 다른 기계 부품을 회전시키는 샤프트를 갖는다. 모터(도시 생략)는 박스 1000의 초전도성 전기 부품들 중 하나이다.
압축기(230)에서 진출할 때, 라인(326, 336)으로부터 조합된 냉매는 라인(232)을 통해 이동하고 냉각을 위해 열교환기(340a)에 전달된다. 열교환기(240a)는 냉각을 위해 주위 매체를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 냉매는 제 2 열교환기(340b)를 통해 더 통과되고, 여기서 냉매는 예를 들어 프로판의 경우에 약 -40℉(-40℃)로 다른 냉동 유닛에 의해 냉각된다. 저온 냉매 스트림(310) 및 슬립 스트림(312)이 따라서 재현된다.
액화 시설(300)에서, LNG를 냉각하기 위해 사용된 냉매는 재차 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 시스템(300)에서, 천연 가스 액화를 위한 열교환기(1030)는 초전도성 부품 냉각을 위해 사용된 열교환기(1050)로부터 분리된다. 이러한 배열은 2개의 기능들 사이에 요구된 냉동 듀티의 큰 차이에 기인하여 유리하다. 2개의 냉동 유닛(1030, 1050)의 사용은 설계, 제어 및 작동을 용이하게 한다.
도 4는 또 다른 실시예에서 천연 가스 액화 시설(400)을 위한 냉동 프로세스의 개략도를 제시한다. 시설(400)을 시설(200)의 다수의 부품을 공유한다. 예를 들어, 초전도성 전기 부품은 박스 1000에서 재차 보여진다. 전기 부품(1000)은 작동 전력을 제공하기 위해 시설(400)과 통합된다.
대형 냉동 유닛(1030)이 재차 보여진다. 천연 가스는 가스 공급 라인(1032)을 통해 냉동 유닛(1030)에 진입한다. 바람직하게는, 공급 라인(1032) 내의 천연 가스는 하나 이상의 냉각 타워 내에서 또는 하나 이상의 조기 스테이지 냉동 유닛(도시 생략)을 통해 미리 사전 냉각되어 있다. 따라서, 냉동 유닛(1030)은 액화 프로세스에서 최종 또는 최저온 열교환기를 표현할 수 있다.
냉각된 천연 가스는 저온 액화된 천연 가스 또는 LNG로서 냉동 유닛(1030)을 떠난다. LNG는 LNG 라인(1034)을 통해 액화 시설(400)을 떠난다. 일 실시예에서, 라인(1034) 내의 LNG는 약 -260℉(-162.2℃)에 있다. LNG는 최종적으로 천연 가스 시장으로의 운송을 위해 대양 횡단 선박 상의 절연 저장 탱크로 이동된다. 대안적으로, 절연된 노상(over-the-road) 탱커가 적재될 수 있다. 대안적으로 또한, LNG는 LNG의 "엔드 플래시"를 위해 그리고 부가의 냉각을 위해 압력 강하 탱크(도시 생략)를 통해 더 처리될 수 있다.
냉매가 냉동 유닛(1030) 내의 과냉 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된다. 냉매는 순수 질소일 수 있고, 또는 순수 또는 혼합된 탄화수소 냉매, 헬륨 또는 다른 저온 비등점 가스일 수 있다. 냉매는 라인(442)을 통해 냉동 유닛(1030) 내에 도입된다. 이 스테이지에서, 냉매는 통상적으로 약 120℉(48.9℃)의 주위 온도로 냉각된다. 그러나, 추가의 사전 냉각이 라인(442) 내의 냉매를 사전 냉각하기 위해 적용될 수 있다. 프로판 냉매 시스템의 경우에, 라인(442) 내의 냉매는 약 -40℉(-40℃)의 저온으로 냉각될 수 있다.
라인(442)으로부터의 냉매는 냉동 유닛(1030)을 통해 순환된다. 목적은 라인(1032)으로부터 사전 냉각된 천연 가스와 열교환을 제공하는 것이다. 냉매 순환 라인이 도면 부호 420에 도시되어 있다. 라인(420)은 냉동 유닛(1030)의 외부에 도시되어 있지만, 라인(420)은 작동 유체로서 냉매를 순환시키기 위해 냉동 유닛(1030) 내에 또는 바로 옆에 있을 수 있다는 것이 이해된다. 냉동 유닛(1030)을 통한 순환에 기인하여, 라인(420) 내의 작동 유체는 일 실시예에서 약 -150℉(-101.1℃)로 냉각된다.
도 4의 시설(400)에서, 라인(420) 내의 작동 유체는 팽창 밸브(422)를 통해 완전히 통과된다. 이는 작동 유체를 더 냉각하는 기능을 한다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(422) 대신에 사용될 수 있다. 어느 경우든, 더 냉각된 작동 유체는 라인(424)을 통해 이동되고, 가스 라인(1032)으로부터의 천연 가스 및 라인(442)으로부터의 원래 냉매와 추가의 열교환을 위해 냉동 유닛(1030) 내로 완전히 복귀된다. 도 2에서와 같이, 라인(1032) 내의 천연 가스 및 라인(442)으로부터 고온 냉매의 냉각은 순차적인 또는 병렬 열교환기 서비스에서 성취될 수 있다.
고온 저압 냉매가 냉동 유닛(1030)에서 진출한다. 이는 고온 냉매 스트림(426)에서 보여진다. 이는 완전히 열교환된 냉매를 표현한다. 라인(410)으로부터 초기 냉매가 사전 냉각되지 않는 것과 같은 일 실시예에서, 냉매 스트림(426) 내의 냉매는 약 100℉(37.8℃)의 온도에 있다. 라인(410)으로부터의 냉매가 프로판으로 사전 냉각되면, 스트림(426) 내의 가온된 냉매의 온도는 약 -60℉(-51.1℃)일 수 있다. 스트림(426) 내의 냉매는 이어서 재압축을 위해 압축기(430)를 통해 이동된다. 도 4의 시설(400)에서, 고온 냉매 스트림(426)은 시설(200, 300)에서 행해진 바와 같이, 라인(1020)을 통해 초전도성 전기 부품(1000)을 떠나는 냉매와 병합되지 않는다.
고온 냉매 스트림(426)은 라인(432)을 통해 압축기(430)에서 진출한다. 라인(432) 내의 작동 유체는 열교환기(440)를 통해 통과함으로써 더 냉각될 수 있다. 열은 열교환기(440) 내의 냉각 회로로부터 바람직하게는 주위 매체로 거부된다. 냉각된 작동 유체는 이어서 라인(442)을 통해 냉동 유닛(1030) 내로 통과한다. 이전과 같이, 라인(410)으로부터의 초기 냉매는 예를 들어 -40℉(-40℃)로 프로판 냉동으로 더 사전 냉각될 수 있다.
초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해, 독립적인 냉매 스트림이 사용된다. 이는 라인(425)에 도시된다. 이는 냉매의 슬립 스트림이 시설(200, 300)에서 행해진 바와 같이 사용되지 않는다는 것을 의미한다. 독립적인 냉매의 조성은 라인(442) 내의 작동 유체의 조성과는 상이하다.
라인(425) 내의 독립적인 냉매는 라인(425) 내의 냉매를 더 냉각하기 위해 팽창 밸브(428)를 통해 통과된다. 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(428) 대신에 사용될 수 있다. 어느 경우든, 냉각된 독립적인 냉매는 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용되는 유입 냉매 라인(1010)이 된다. 유입 라인(1010) 내의 냉매의 온도는 약 -320℉(-195.6℃)이다. 유입 냉매는 선택적으로 혼합된 액체 및 기체 상태에 있을 수 있다.
독립적인 냉매는 라인(1020)으로서 전기 전력 시스템(1000)에서 진출한다. 독립적인 냉매는 이제 초전도성 전기 부품(1000)과 열교환되어 있는 가온된 기화된 상태에 있다. 독립적인 냉매는 약 -320℉(-195.6℃) 내지 최대 약 -240℉(-151.1℃)의 온도에 있다. 라인(1020) 내의 독립적인 냉매는 압축기(230)를 통해 취해진다. 압축된 냉매 또는 작동 유체는 라인(232)에서 압축기(230)에서 진출한다. 몇몇 실시예에서, 독립적인 냉매는 압축기(230) 내로 공급되기 전에 부가적인 냉각을 제공하기 위해 냉동 유닛(1030)을 통해 재차 통과될 수 있다.
작동 유체는 다음에 열교환기(450)를 통해 통과함으로써 냉각된다. 열은 열교환기(450) 내의 냉각 회로로부터 거부된다. 작동 유체는 LNG 액화 프로세스에 의존하여 주위 매체 또는 중간 온도 냉매에 의해 냉각될 수 있다. 저온 냉매 스트림(410)이 따라서 재현된다. 몇몇 경우에, 열교환기(440)는 라인(232) 내의 작동 유체의 온도가 라인(442) 내의 냉매의 온도 미만이면 함께 바이패스될 수 있다.
액화 시설(400)에서, 초전도성 전기 부품(1000)용 냉각 스트림(1010)이 LNG 스트림(1034)으로부터 물리적으로 분리된다는 것을 알 수 있다. 달리 말하면, 라인(1032)으로부터의 과냉된 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된 냉매는 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용된 냉매에 독립적인 루프에 있다. 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용된 냉각 스트림(1010)은 가스 공급 라인(1032) 내의 사전 냉각된 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된 냉매(410)와 동일한 조성을 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있다. 그러나, 냉각 스트림(1010)은 냉동 유닛(1030)으로부터 LNG 냉동을 공유한다. 독립적인 냉매 및 압축기는 독립적인 냉매의 조성 및 압력 따라서 온도를 설정하는데 있어서 융통성을 허용한다. 이는 독립적인 냉매의 요건에 무관하게 초전도성 부품의 임계 온도 미만으로 이를 유지하기 위해 독립적인 냉매 온도가 제어될 수 있게 한다.
도 4의 시설(400)은 초전도성 부품(1000)이 임계 온도 미만으로 액체 질소 온도를 냉각할 필요가 있지만 선택된 LNG 프로세스가 대형의 질소 냉매 루프를 갖지 않는 경우에 특히 유리하다.
도 3에서와 같이, 냉동 유닛(1030)은 LNG의 더 양호한 설계, 제어 및 작동 및 초전도성 부품 냉각을 위한 독립적인 병렬 열교환기로 분리될 수 있다. 이러한 실시예에서, 라인(442) 내의 유체는 분할되어 병렬 열교환기로 유도될 수 있을 것이다. 병렬 열교환기로부터 고온 냉매 스트림은 이어서 압축기(430) 이전에 가온된 냉매 스트림(426)을 형성하도록 재조합될 수 있다.
LNG 처리 설비 내로 초전도성 전기 부품의 통합을 위한 또 다른 배열이 도 5에 제공되어 있다. 도 5는 대안 실시예에서 가스 처리 시설(500)의 개략도이다. 시설(500)은 시설(200)의 다수의 부품을 공유한다. 예를 들어, 초전도성 전기 부품이 박스 1000에 재차 보여진다. 전기 부품(1000)은 작동 전력을 제공하기 위해 시설(500)과 통합된다.
대형 냉동 유닛(1030)이 재차 보여진다. 천연 가스는 가스 공급 라인(1032)을 통해 냉동 유닛(1030)에 진입한다. 바람직하게는, 공급 라인(1032) 내의 천연 가스는 하나 이상의 냉각 타워 내에서 또는 하나 이상의 조기 스테이지 냉동 유닛(도시 생략)을 통해 미리 사전 냉각되어 있다. 따라서, 냉동 유닛(1030)은 액화 프로세스에서 최종 또는 최저온 열교환기를 표현할 수 있다.
냉각된 천연 가스는 저온 액화된 천연 가스 또는 LNG로서 냉동 유닛(1030)을 떠난다. LNG는 LNG 라인(1034)을 통해 액화 시설(500)을 떠난다. LNG는 최종적으로 천연 가스 시장으로의 운송을 위해 대양 횡단 선박 상의 절연 저장 탱크로 이동된다. 그러나, 재차, LNG는 LNG의 "엔드 플래시"를 위해 압력 강하 드럼(도시 생략)을 통해 더 처리될 수 있다.
냉매가 냉동 유닛(1030) 내의 천연 가스를 더 냉각하기 위해 사용된다. 냉매는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 순수 성분 탄화수소일 수 있다. 질소는 또한 블렌드에 사용될 수 있다. 냉매는 라인(510)을 통해 냉동 유닛(1030) 내에 도입된다. 이 스테이지에서, 냉매는 통상적으로 약 120℉(48.9℃)의 주위 온도로 냉각된다. 그러나, 추가의 사전 냉각이 라인(510) 내의 냉매를 사전 냉각하기 위해 적용될 수 있다. 프로판 냉매 시스템의 경우에, 냉매는 약 -40℉(-40℃)로 냉각될 수 있다.
라인(510)으로부터의 냉매는 냉동 유닛(1030)을 통해 순환된다. 목적은 라인(1032)으로부터 사전 냉각된 천연 가스와 열교환을 제공하고 라인(510) 내의 냉매를 더 냉각하는 것이다. 냉매 순환 라인은 도면 부호 520에 나타낸다. 라인(520)은 냉동 유닛(1030) 외부에 도시되어 있지만, 순환 라인(520)은 작동 유체로서 냉매를 순환하기 위해 냉동 유닛(1030) 내에 또는 바로 옆에 있을 수 있다는 것이 이해된다. 냉동 유닛(1030)을 통한 순환에 기인하여, 라인(520) 내의 작동 유체는 일 실시예에서 약 -150℉(-101.1℃)로 냉각된다.
도 5의 시설(500)에서, 냉매 순환 라인(520) 내의 작동 유체는 완전히 팽창 밸브(522)를 통해 통과된다. 이는 작동 유체를 더 냉각하는 기능을 한다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(522) 대신에 사용될 수 있다. 어느 경우든, 더 냉각된 작동 유체가 라인(524)을 통해 이동되고 가스 라인(1032)으로부터의 천연 가스 및 라인(510)으로부터의 냉매와 추가의 열교환을 위해 냉동 유닛(1030) 내로 완전히 복귀한다. 도 2의 슬립 스트림(225)은 이용되지 않는다. 도 2에서와 같이, 라인(1032)으로부터 LNG 내로의 천연 가스의 냉각 및 라인(410)으로부터 고온 냉매의 냉각은 분리 열 교환 서비스에 있을 수 있다.
고온 저압 냉매가 냉동 유닛(1030)에서 진출한다. 이는 고온 냉매 스트림(526)에서 보여진다. 이는 완전히 열교환된 냉매를 표현한다. 라인(510)으로부터의 초기 냉매가 사전 냉각되지 않는 것과 같은 일 실시예에서, 냉매는 약 100℉(37.8℃)의 온도에 있다. 냉매가 사전 냉각되는 경우에, 라인(526) 내의 가온된 냉매의 온도는 약 -60℉(-51.1℃)일 수 있다. 고온 냉매 스트림(526) 내의 냉매는 이어서 재압축을 위해 압축기(230)를 통해 이동된다.
압축기(230)에서 진출할 때, 냉매는 라인(232)을 통해 이동하고 냉각을 위해 열교환기(540a)에 전달된다. 열교환기(540a)는 냉각을 위해 주위 매체를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 냉매는 제 2 열교환기(540b)를 통해 더 통과된다. 저온 냉매 스트림(510)이 따라서 재현된다.
초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해, 액화된 천연 가스의 슬립 스트림이 LNG 라인(1034)으로부터 취해진다. 슬립 스트림은 라인(1036)에서 보여진다. 라인(1036) 내의 슬립 스트림은 실질적으로 액체 상태에 있지만, 통상적으로 마찬가지로 혼합된 기체 상태를 갖는다. 일 실시예에서, 슬립 스트림(1036) 내의 LNG는 -260℉(-162.2℃)에 있다.
라인(1036) 내의 슬립 스트림은 바람직하게는 팽창 밸브(528)를 통해 취해진다. 대안적으로, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(528) 대신에 사용될 수 있다. 결과는 라인(1036) 내의 LNG 슬립 스트림의 추가의 냉각이다. 냉각된 LNG는 유입 냉매 라인(1010)으로 유도되고, 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용된다.
도 5의 시설(500)에서, 유입 냉매 라인(1010) 내의 냉매는 초전도성 부품(1000)을 냉각하고, 이어서 유출 가온된 냉매 라인(1020)으로서 진출한다. 가온된 냉매는 기화된 천연 가스를 재차 구성하고, 약 -250℉(-156.7℃)에 있다. 가온된 냉매는 라인(534)에서 유입하는 다른 저압 극저온 천연 가스 스트림과 병합된다. 병합된 스트림은 압축기(530) 내로 유도되고, 여기서 냉매가 이어서 라인(532)을 통해 배출되기 전에 압축된다. 저압 극저온 천연 가스 스트림은 예를 들어 LNG 탱커의 적재 중에 탱크로부터 변위된 엔드-플래시 가스 또는 LNG 저장 탱크로부터 비등되는 가스일 수 있다.
라인(1040) 내의 천연 가스는 선택적으로 1차 LNG 냉동 유닛(1030)으로 복귀된다. 게다가, 라인(532) 내의 가온된 가스의 부분은 라인(536)을 통해 유도되고 천연 가스 액화 시설(500)에서 연료 가스를 위해 사용될 수 있다.
도 5의 시설 배열(500)에서, 천연 가스로부터의 더 무거운 탄화수소 성분은 초전도성 부품(1000)이 냉각됨에 따라 액체 형태로 축적될 수 있다는 것이 주목된다. 중탄화수소는 다르게는 초전도성 부품의 임계 온도를 초과하는 냉매 온도의 상승을 야기할 수 있다. 이들 더 무거운 탄화수소 성분은 액체로서 중력 분리될 수 있고 임의의 축적물을 제거하기 위해 라인(1002) 내에 수집될 수 있다. 라인(1002) 내의 축적된 더 무거운 탄화수소 액체는 이어서 펌프(1044) 내에서 압축되고 천연 가스 스트림(1032)과 라인(1004)을 병합함으로써 열교환기(1030)에 재도입될 수 있다.
도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 시설(500)에서 LNG 라인(1034)으로부터의 LNG 제품의 일부는 초전도성 전기 부품(1000)을 위한 냉각 유체(1010)로서 사용된다. 압축기(230)를 바로 통해 그리고 냉동 유닛(1030)으로 복귀하여 냉각 유체를 순환시키는 대신에, 라인(1020) 내의 냉각 유체는 개별 압축기(530)로 송출되고 라인(534) 내의 다양한 저압 극저온 가스 스트림과 병합된다. 라인(1020) 내의 가온된 냉매(이제 기화된 천연 가스 제품임) 및 저압 극저온 가스가 라인(536) 내로 병합된다. 조합된 천연 가스는 예를 들어 도 1의 대형 발전 터빈(110)을 연소하는데 있어서 연료를 위해 사용될 수 있다.
몇몇 경우에, 과잉의 천연 가스가 라인(536)을 통해 전달될 수 있다. 이는 LNG 액화 설비가 라인(536)에 의해 제공된 연료 가스의 모두를 필요로 하지는 않는다는 것을 의미한다. 이 상황에서, 과잉의 천연 가스는 냉동 유닛(1030)으로 복귀될 수 있다. 이는 라인(1040)에 도시되어 있다. 몇몇 경우에, 라인(1040)은 도 6의 라인(654)에 도시된 것과 같은 라인(1032)과 병합하기 전에 열교환기(1030)를 통해 통과할 수 있다.
시설(500)은 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 액화된 천연 가스를 이용한다. 이는 LNG가 초전도성 재료를 위한 임계 온도 미만으로 냉각하기 위해 충분히 저온인 경우에 특히 유리하다.
LNG 처리 설비 내로의 초전도성 전기 부품의 통합을 위한 다른 배열이 도 6에 제공되어 있다. 도 6은 대안 실시예의 가스 처리 시설(600)의 개략도이다. 시설(600)은 시설(500)의 다수의 부품을 공유한다. 예를 들어, 초전도성 전기 부품은 재차 박스 1000에 보여진다. 전기 부품(1000)은 작동 전력을 제공하기 위해 시설(500)과 통합된다.
대형 냉동 유닛(1030)이 재차 보여진다. 천연 가스는 가스 공급 라인(1032)을 통해 냉동 유닛(1030)에 진입한다. 바람직하게는, 공급 라인(1032) 내의 천연 가스는 하나 이상의 냉각 타워 내에서 또는 하나 이상의 조기 스테이지 냉동 유닛(도시 생략)을 통해 미리 사전 냉각되어 있다. 따라서, 냉동 유닛(1030)은 액화 프로세스에서 최종 또는 최저온 열교환기를 표현할 수 있다.
냉각된 천연 가스는 저온 액화된 천연 가스 또는 LNG로서 냉동 유닛(1030)을 떠난다. LNG는 LNG 라인(1034)을 통해 액화 시설(600)을 떠난다. 도 6의 시설(600)에서, 제품 라인(1034) 내의 액화된 천연 가스는 엔드 플래시 시스템(650)으로 유도된다. 엔드 플래시 시스템(650)은 LNG 제조 프로세스를 위해 전형적인 것이다. 엔드 플래시 시스템(650)의 부분으로서, 라인(1034) 내의 LNG 제품은 바람직하게는 팽창 디바이스(618)를 통해 먼저 전달된다. 팽창 디바이스(618)는 예를 들어 밸브 또는 유압 터빈일 수 있다. 팽창 디바이스(618)는 LNG 제품을 예를 들어 -260℉(-162.2℃)로 더 냉각한다. 더 냉각된 LNG 제품은 이어서 라인(612)을 통해 배출된다.
라인(612) 내의 더 냉각된 LNG 제품이 플래시 드럼(652)에 전달된다. 도 6에 도시된 플래시 드럼(652)은 단지 개략적이라는 것이 이해된다. 실제로, 플래시 드럼(652)은 복수의 유사한 용기일 수 있다. 라인(638)은 플래시 드럼(652)으로부터 더 냉각된 LNG 제품을 전달하는 것으로 도시되어 있다.
플래시 드럼(652)은 LNG 운반 선박 또는 가능하게는 더 영구적인 저장 시설로 전달 중에 액화 상태로 LNG 제품을 유지한다. 플래시 드럼(652)은 LNG 저장 압력, 즉 대양 횡단 선박 또는 더 영구적인 저장 시설 내에 유지된 압력을 약간 초과하여 유지된다.
플래시 드럼(652)은 라인(637) 내로 LNG 제품을 배출한다. LNG 제품은 약 -260℉(-162.2℃)에 있다. LNG 제품은 라인(638)을 통해 대양 횡단 선박으로 또는 더 영구적인 저장 시설로 전달된다.
플래시 드럼(652) 내에 유지 중에, 몇몇 천연 가스 증기는 압력 강하에 기인하여 배출된다. 천연 가스 증기는 "엔드 플래시 가스"로서 알려져 있다. 엔드 플래시 가스는 라인(654)을 통해 배출된다. 라인(654) 내의 엔드 플래시 가스는 부가의 냉각을 제공하기 위해 냉동 유닛(1030)으로 재차 유도된다. 일 실시예에서, 플래시 가스는 냉동 유닛(1030) 내에서의 냉각을 위해 전용 라인(630) 내에서 순환되고, 이어서 LNG 시설(600)을 위한 연료 가스로서 사용된다. 다른 실시예에서, 라인(1030) 내의 가스의 일부 또는 모두는 압축되어 액화를 위해 라인(1032)으로 복귀된다.
초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해, 액화된 천연 가스의 슬립 스트림이 LNG 라인(1034)으로부터 취해진다. 슬립 스트림은 라인(1036)에서 보여지고, 플래시 드럼(652)을 통해 통과하여 시설(600)을 떠나기 전에 도난된 라인(1034)으로부터 LNG의 일부를 표현한다. 라인(1036) 내의 슬립 스트림은 실질적으로 액체 상태이지만, 통상적으로 마찬가지로 혼합된 기체 상태를 갖는다. 일 실시예에서, 라인(1036) 내의 LNG 슬립 스트림은 약 -250℉(-156.7℃)에 있다.
라인(1036) 내의 슬립 스트림은 바람직하게는 팽창 밸브(628)를 통해 취해진다. 대안적으로, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 팽창 밸브(628) 대신에 사용될 수 있다. 결과는 라인(1036) 내의 LNG 슬립 스트림의 추가의 냉각이다. 일 실시예에서, 라인(1036)으로부터의 슬립 스트림은 약 -260℉(-162.2℃)로 냉각된다. 냉각된 LNG 냉매는 유입 냉매 라인(1010)으로 유도되고 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하기 위해 사용된다.
유입 냉매 라인(1010) 내의 LNG 냉매는 임계 온도 미만으로 초전도성 재료를 유지하기 위해 초전도성 전기 부품(1000)을 통해 순환된다. 냉매는 이어서 유출 냉매 라인(1020)을 통해 초전도성 부품(1000)에서 진출한다. 바람직하게는, 유출 냉매 라인(1020) 내의 냉매는 플래시 드럼(652)에 공급하기 위해 라인(612)과 병합된다. 냉매 온도를 증가할 수 있는 더 무거운 탄화수소의 축적을 회피하기 위해 액체 및 기체 탄화수소의 모두를 라인(1020)을 통해 퍼지하는 것이 중요하다.
냉매가 냉동 유닛(1030) 내의 과냉 천연 가스를 냉각하기 위해 사용된다. 냉매는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 순수 성분 탄화수소일 수 있다. 냉매는 라인(610)을 통해 냉동 유닛(1030) 내에 도입된다. 이 스테이지에서, 냉매는 통상적으로 약 120℉(48.9℃)의 주위 온도로 냉각된다. 그러나, 추가의 사전 냉각이 라인(610) 내의 냉매를 더 낮은 온도로 사전 냉각하기 위해 적용될 수 있다. 프로판 냉매 시스템이 사용되는 경우에, 냉매는 약 -40℉(-40℃)와 같이 사전 냉각될 수 있다.
라인(630)으로부터 플래시 가스의 일부는 냉매 형성을 위해 라인(626) 내의 냉매와 병합될 수 있다. 이는 라인(632)에 지시되어 있다. 라인(632)은 점선으로 도시되어 이것이 시설(600) 내의 다른 냉매 형성 가스의 이용 가능성에 따라 선택적이라는 것을 나타낸다.
라인(610)으로부터의 냉매는 냉동 유닛(1030)을 통해 순환된다. 목적은 라인(1032)으로부터 사전 냉각된 천연 가스와 열교환을 제공하는 것이다. 냉매 순환 라인이 도면 부호 620에 도시되어 있다. 순환 라인(620)은 냉동 유닛(1030)의 외부에 도시되어 있지만, 순환 라인(620)은 작동 유체로서 냉매를 순환시키기 위해 냉동 유닛(1030) 내에 또는 바로 옆에 있을 수 있다는 것이 이해된다. 냉동 유닛(1030)을 통한 순환에 기인하여, 냉매 순환 라인(620) 내의 작동 유체는 일 실시예에서, 약 -150℉(-101.1℃)로 냉각된다.
도 6의 시설(600)에서, 라인(620) 내의 작동 유체는 팽창 밸브(622)를 통해 완전히 통과된다. 대안으로서, 유압 터빈 또는 가스 팽창기가 사용될 수 있다. 어느 경우든, 팽창은 라인(620)으로부터 작동 유체를 더 냉각하는 기능을 한다. 더 냉각된 작동 유체는 라인(624)을 통해 이동되고, 가스 라인(1032)으로부터의 천연 가스 및 라인(610)으로부터의 원래 냉매와 추가의 열교환을 위해 냉동 유닛(1030) 내로 완전히 복귀한다.
고온 저압 냉매가 냉동 유닛(1030)에서 진출한다. 이는 고온 냉매 스트림(626)에서 보여진다. 이는 완전히 열교환된 냉매를 표현한다. 라인(610)으로부터의 초기 냉매가 사전 냉각되지 않은 것과 같은 일 실시예에서, 라인(626) 내의 냉매는 약 100℉(37.8℃)의 온도에 있다. 냉매가 사전 냉각되는 경우에, 냉매 스트림(626) 내의 가온된 냉매의 온도는 프로판 냉매 사전 냉각의 경우에서와 같이 약 -60℉(-51.1℃)일 수 있다. 가온된 냉매는 이어서 재압축을 위해 압축기(230)를 통해 이동된다.
도 6의 시설(600)에서, 고온 냉매 스트림(626)은 시설(200, 300)에서 행해진 바와 같이, 라인(1020)을 통해 초전도성 전기 부품(1000)을 떠나는 냉매와 병합되지 않는다. 대신에, 스트림(626) 내의 고온 냉매는 재압축을 위해 압축기(230)를 통해 유도된다. 압축기(230)에서 진출할 때, 냉매는 라인(232)을 통해 이동하고 냉각을 위해 열교환기(640a)에 전달된다. 열교환기(640a)는 냉각을 위해 주위 매체를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 냉매는 다른 냉매, 예를 들어 프로판으로 대략 -40℉(-40℃)로 사전 냉각을 위해 제 2 열교환기(640b)를 통해 더 통과된다. 저온 냉매 스트림(610)이 따라서 재현된다.
알 수 있는 바와 같이, 도 6의 시설(600)은 LNG 자체가 초전도성 부품(1000)을 위한 냉각 유체로서 사용되는 다른 실시예를 표현한다. 압축기(230)를 바로 통해 그리고 냉동 유닛(1030)으로 복귀하여 냉각 유체를 순환하는 대신에, 냉각 유체는 시스템(650) 내의 엔드 플래시 가스와 병합되고 라인(654)을 통해 냉동 유닛(1030)으로 직접 재차 송출된다. 이는 재차 LNG 제품 라인(1034) 내의 LNG가 임계 온도 미만으로 초전도성 부품(1000)을 냉각하기 위해 충분히 저온인 상황에서 유리하다.
도 6의 시설 배열(600)은 수정될 수 있다. 일 양태에서, LNG 제품 스트림(1034)은 예를 들어, -270℉(-167.8℃) 미만의 LNG를 제조하는데 일반적으로 요구되는 온도 미만으로 과냉될 수 있다. 전체 LNG 제품 스트림(1034)은 이어서 라인(1010)을 통해 냉각을 위해 초전도성 부품(1000)에 유도될 수 있다. 가온된 LNG 출구 스트림(1020)이 이어서 팽창 디바이스(618)로 유도되고 이어서 플래시 드럼(652)에 송출될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 기화된 LNG는 초전도성 부품의 냉각에 사용될 수 있다. 도 7은 일 실시예에서 이러한 것이 발생하는 천연 가스 액화 시설(700)의 개략도이다. 시설(700)에서, 보조 냉동 유닛(770)은 초전도성 부품을 냉각하기 위해 사용된다. 보조 냉동 유닛(770)은 액화 시설(700)에서 플래시되거나 변위되어 있는 저온 메탄 가스를 이용한다.
먼저, 도 7은 저장 탱크(750)를 도시한다. 저장 탱크(750)는 LNG 선박 상에 적재되기 전에 액화된 천연 가스를 위한 일시적인 저장을 제공한다. LNG 선박은 도면 부호 760으로 나타낸다. 점퍼 라인(753)이 저장 탱크(750)로부터 액화된 천연 가스를 전달하는 것으로 도시되어 있다. LNG는 적재 펌프(754)를 통해 통과하고, 이어서 LNG 선박(760)에 진입하기 전에 적재 라인(756)을 통해 통과한다.
액화된 천연 가스가 LNG 선박(760) 상의 LNG 격실을 충전함에 따라, 이는 LNG 격실로부터 잔류 증기를 변위시킨다. 잔류 증기는 주로 메탄으로 구성되고 더 소량의 질소를 갖는다. 잔류 증기는 하역 라인(762)을 통해 LNG 선박으로부터 배출된다. 하역 라인(762)으로부터의 잔류 증기는 이어서 보조 냉동 유닛(770)을 통해 취해진다.
개별 증기 스트림이 저장 탱크(750)로부터 제공된다는 것이 또한 주목된다. 이는 오버헤드 플래시 라인(758)으로서 도시되어 있다. 증발 가스는 저장 탱크(750)로부터 그리고 오버헤드 플래시 라인(758)을 통해 통과한다. 증발 가스는 이어서 LNG 선박(760)으로부터의 잔류 증기와 함께 보조 냉동 유닛(770)으로 전달된다. 압축기(도시 생략)가 선택적으로 오버헤드 플래시 라인(758)을 따라 제공될 수 있어 증발 가스가 하역 라인(762) 내의 잔류 증기와 병합하는 것을 지원한다.
저장 탱크(750)로부터의 증발 가스 및 LNG 선박(760)으로부터의 잔류 증기는 보조 냉동 유닛(770) 내로 공급을 위해 저압 극저온 천연 가스 스트림의 2개의 소스를 표현한다. 극저온 천연 가스 스트림은 보조 냉동 유닛(770)을 통해 통과하는 냉매를 위한 냉각 에너지를 제공한다.
또한 보조 냉동 유닛(770)을 위한 냉각 에너지의 제 3 소스는 드럼(752)으로부터 플래시할 수 있는 엔드 플래시 가스이다. 드럼(752)은 LNG 라인(1034)으로부터 LNG를 수용한다. 라인(1034) 내의 LNG는 1차 냉동 유닛(도 7에는 도시되지 않음)에 의해 분배된다. 플래시 드럼(752)은 시스템이 1차 냉동 유닛의 높은 작동 압력(1,000 psig 등)으로부터 저장 압력으로 단계적 감소할 수 있게 한다.
도 7은 플래시 드럼(752)으로부터 LNG 출구 라인(757)을 도시한다. 출구 라인(757)은 액화된 천연 가스를 포함한다. 도 7은 오버헤드 플래시 라인(759)을 또한 도시한다. 압력 강하가 플래시 드럼(752) 내에서 발생하면, LNG의 일부는 기화하고 오버헤드 플래시 라인(759)을 통해 포획된다. 저온 증기의 일부는 선택적으로 재액화를 위해 1차 냉동 유닛으로 라인(710')을 통해 전달된다. 그러나, 저온 증기의 적어도 일부는 라인(764)을 통해 취해진다. 라인(764)은 라인(762, 758)과 병합되고, 보조 냉동 유닛(770) 내로 도입된다.
저압 극저온 천연 가스 스트림[라인(762, 758, 764)]이 보조 냉동 유닛(770)을 통해 통과함에 따라, 이들이 가온된다. 천연 가스 스트림은 라인(772)을 통해 단일 스트림으로서 보조 냉동 유닛(770)에서 진출한다. 라인(772)으로부터의 가온된 천연 가스 스트림은 이어서 전체 LNG 시설을 위한 연료 가스로서 사용되거나 재액화를 위해 재생된다.
마지막으로, 냉동 루프가 도 7에 도시된다. 냉동 루프는 초전도성 전기 부품(1000)을 냉각하는데 사용된 냉매를 위한 냉각을 제공한다. 유입 냉매 라인(1010)이 부품(1000)을 냉각하기 위해 제공되고, 반면에 유출 가온된 냉매 라인이 도면 부호 1020에 도시된다는 것을 알 수 있다. 팽창 밸브(728)가 유입 냉매 라인(1010) 내의 냉매를 더 냉각하도록 제공된다. 냉매는 라인(1020)을 통해 보조 냉동 유닛(770) 내로 재차 루프된다.
가온된 냉매는 저온 에너지의 최종 비트를 추출하기 위해 보조 냉동 유닛(770)을 통해 재차 이동한다. 냉매는 이어서 더 가온된 냉매로서 라인(744)을 통해 진출한다. 라인(744) 내의 더 가온된 냉매는 압축기(730)를 통해 통과되고, 이어서 라인(732)을 통해 진출한다. 냉매는 열교환기(740)를 통해 사전 냉각되고, 이어서 보조 냉동 유닛(770)으로 재차 취해진다.
도 7의 실시예의 장점은 이 시스템이 소형이고 이들의 임계 온도 미만으로 초전도성 부품을 유지하기 위해 냉각 부하를 더 양호하게 정합한다는 것이다. 게다가, 시스템은 1차 액화 시스템에 독립적으로 제어될 수 있고, 초전도성 부품용 냉동 시스템 내의 임의의 업셋(upset)이 1차 액화 프로세스를 방해하기보다는 연료 시스템에서 관리될 수 있다.
LNG 액화 프로세스를 위한 향상된 전력 효율을 제공하는 다양한 시설이 본 명세서에 개시되어 있다. 효율은 LNG 설비를 위한 발전에 초전도성 전기 부품을 합체함으로써 향상된다. 초전도성 부품은 LNG 설비 내에서 미리 이용 가능한 스트림 및 압축 서비스를 이용할 수 있다. 발전으로의 초전도성 전기 부품의 사용은 또한 LNG 설비의 구성 또는 팽창을 위한 자본 비용을 감소시킨다.
발전 내로의 초전도성 전기 부품의 사용은 또한 LNG 제조를 위해 필요한 장비의 공간 및 중량을 감소시킨다. 이는 해상 용례에서 특히 이익이 있다. 임의의 용례에서, 본 명세서에서 개시된 발명은 초전도성 부품에 저비용 냉각을 제공하기 위해 LNG 제조와 연관된 낮은 단위 원가 냉동을 지레 작용한다. 본 발명은 특정 실시예에서 초전도성 전기 모터, 발전기, 변압기, 송전 전도체 또는 그 조합들로 가스 구동식 터빈 또는 조합 사이클 터빈을 대체함으로써 효율을 더 향상시키고 온실 가스 배출물을 감소시킬 수 있다.
초전도성 전기 부품의 사용은 통상의 전기 부품의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1 퍼센트만큼 LNG 처리 시설의 임의의 전기 부품의 전기 효율을 향상시킬 수 있다는 것이 고려된다. 효율 향상은 단위 전력당 LNG 또는 단위 연료 수요당 LNG 또는 단위 배출물당 LNG로 천연 가스의 액화 효율을 증가시키는 측면에서 표현될 수 있다. 이들 측정의 각각은 초전도성 전기 부품의 사용을 통해 증가될 수 있는데, 전기 부품은 통상의 전기 부품에 비해 적어도 1 퍼센트만큼, 바람직하게는 적어도 3 퍼센트만큼 향상된다.
이하의 실시예 A 내지 LL은 본 명세서에 제공된 시설을 설명한다.
실시예 A: 천연 가스 처리 시설로서, (a) 전력 소스, (b) 액화 온도로 액화된 천연 가스를 가온하고 또는 천연 가스를 냉각하기 위한 1차 처리 유닛, (c) 1차 처리 유닛에 열교환 매체를 전달하기 위한 제 1 냉매 입구 라인, (d) 1차 처리 유닛에 천연 가스를 전달하기 위한 천연 가스 입구 라인, (e) 천연 가스 출구 라인, (f) 비초전도성 전기 부품의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1 퍼센트만큼 부품의 전기 효율을 향상시키기 위해 초전도성 재료를 구비하는 적어도 하나의 초전도성 전기 부품, (g) 임계 온도 미만으로 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 유지하기 위해 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 냉매를 전달하기 위한 유입 냉매 라인, 및 (h) 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 냉매를 배출하기 위한 유출 냉매 라인을 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 B: 실시예 A의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 천연 가스 액화 시설이고, 1차 처리 유닛은 1차 냉동 유닛이고, 열교환 매체는 제 1 냉매이고, 천연 가스 출구 라인은 1차 냉동 유닛으로부터 실질적으로 액화된 천연 가스를 배출하기 위한 것인 천연 가스 처리 시설.
실시예 C: 실시예 A 또는 B의 천연 가스 처리 시설로서, 전력 소스는 전력 그리드, 적어도 하나의 가스 터빈 발전기, 증기 터빈 발전기, 디젤 발전기 또는 그 조합들을 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 D: 실시예 A 내지 C 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 천연 가스 입구 라인으로부터의 천연 가스는 1차 처리 유닛 내로 진입 전에 사전 냉각되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 E: 실시예 B의 천연 가스 처리 시설로서, 1차 냉동 유닛은 최종 냉동 유닛인 천연 가스 처리 시설.
실시예 F: 실시예 A 내지 E 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 하나 이상의 모터, 하나 이상의 발전기, 하나 이상의 변압기, 하나 이상의 개폐기, 하나 이상의 가변 속도 드라이브, 하나 이상의 송전 전도체 또는 그 조합들을 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 G: 실시예 A 내지 F 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 천연 가스의 액화 또는 기화를 위해 시설을 지원하기 위한 해상 유닛을 추가로 포함하고, 해상 유닛은 부유 선박, 선박형 용기 또는 해저에 기초를 세운 기계적 구조체를 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 H: 실시예 A 내지 G 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 초전도성 전기 부품은 (i) 등가의 비-초전도성 부품의 중량보다 적어도 약 1/4 적은 또는 약 1/3 적은 또는 약 1/2 적은 중량이고, (ii) 등가의 비-초전도성 부품의 푸트프린트보다 적어도 약 1/4 작은, 또는 약 1/3 작은 또는 약 1/2 작은 푸트프린트를 갖고, 또는 (iii) (i) 및 (ii)의 모두의 임의의 조합을 포함하는 이들의 임의의 조합인 천연 가스 처리 시설.
실시예 I: 실시예 A 내지 H 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, (a) 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 샤프트를 회전시키기 위한 모터를 포함하고, (b) 샤프트는 시설 내의 냉매 스트림 또는 다른 유체 스트림을 압축하거나 펌핑하기 위한 압축기 또는 펌프의 기계적 부품을 회전시키는 천연 가스 처리 시설.
실시예 J: 실시예 B 내지 I 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 시설 내의 냉매 스트림 또는 다른 유체 스트림을 압축하거나 펌핑하기 위한 복수의 압축기 및 펌프를 포함하고, 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 각각의 샤프트를 회전시키기 위한 복수의 모터를 포함하고, 각각의 샤프트는 시설 내의 냉매 또는 다른 유체 스트림을 압축하거나 펌핑하기 위한 압축기 또는 펌프의 대응 기계적 부품을 회전시키는 천연 가스 처리 시설.
실시예 K: 실시예 A 내지 J 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 임계 온도 미만으로 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 유지하기 위한 냉매는 액화된 천연 가스, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄, 질소 또는 이들 성분의 혼합물을 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 L: 실시예 B 내지 K 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 라인을 추가로 포함하고, 라인은 제 2 냉매를 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 전달하기 위해 사용된 유입 냉매 라인에 제 1 냉매의 일부를 전달하고, 제 1 냉매 및 제 2 냉매는 동일한 냉매인 천연 가스 처리 시설.
실시예 M: 실시예 B 내지 L 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 1차 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하기 위한 가온된 냉매 출구 라인, 및 제 1 냉매의 부분으로서 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환 전에 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매를 재압축하기 위한 압축기를 추가로 포함하고, 가온된 냉매 출구 라인으로부터의 가온된 냉매는 가온된 냉매 및 제 2 냉매가 함께 압축기를 통해 통과하도록 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 제 2 냉매를 배출하기 위해 사용되는 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매와 병합되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 N: 실시예 B 내지 M 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 보조 냉동 유닛, 제 1 냉매 입구 라인으로부터 제 1 냉매의 일부를 취하고 제 1 냉매의 일부를 제 3 냉매로서 보조 냉동 유닛에 전달하는 유입 라인, 및 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 제 2 냉매를 전달하기 위해 사용된 유입 냉매 라인에 제 3 냉매의 일부를 전달하기 위한 유출 라인을 추가로 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 O: 실시예 N의 천연 가스 처리 시설로서, 제 3 냉매 및 제 2 냉매는 동일한 냉매인 천연 가스 처리 시설.
실시예 P: 실시예 N 또는 O의 천연 가스 처리 시설로서, 보조 냉동 유닛의 듀티는 1차 냉동 유닛으로부터 독립적으로 제어되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 Q: 실시예 B 내지 P 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 1차 냉동 유닛은 1차 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하기 위해 1차 가온된 냉매 출구 라인을 포함하고, 보조 냉동 유닛은 보조 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하기 위한 보조 가온된 냉매 출구 라인 및 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환 전에 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매를 재압축하기 위한 제 1 압축기를 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 R: 실시예 Q의 천연 가스 처리 시설로서, 보조 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매는 가온된 냉매 출구 라인 내의 1차 가온된 냉매가 1차 압축기 내에서 재압축되기 전에 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매와 병합되고, 보조 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매 및 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매는 제 1 냉매로서 제 1 압축기로부터 배출되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 S: 실시예 Q의 천연 가스 처리 시설로서, 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 제 2 냉매를 배출하기 위해 사용되는 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 보조 냉동 유닛 내로 유도되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 T: 실시예 Q의 천연 가스 처리 시설로서, 보조 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매는 제 2 압축기를 통해 통과되고, 이어서 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매가 제 1 압축기를 통해 통과되기 전에 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매와 병합되어, 이에 의해 보조 및 1차 냉동 유닛 사이의 독립적인 온도 제어를 제공하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 U: 실시예 B 내지 T 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 1차 냉동 유닛으로부터 독립적인 냉매를 제 2 냉매로서 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 배출하기 위한 제 2 출구 라인을 추가로 포함하고, 독립적인 냉매는 제 1 냉매와는 상이한 조성을 갖는 천연 가스 처리 시설.
실시예 V: 실시예 U의 천연 가스 처리 시설로서, 제 2 냉매는 임계 온도 미만으로 초전도성 전기 장비의 작동을 보장하기 위해 제 1 냉매 입구 라인 내의 제 1 냉매에 독립적으로 제어되는 유입 냉매 라인 내의 냉각 온도를 갖는 천연 가스 처리 시설.
실시예 W: 실시예 B 내지 V 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 보조 냉동 유닛을 추가로 포함하고, 보조 냉동 유닛은 1차 냉동 유닛에 독립적인 제 2 냉매를 생성하고, 보조 냉동 유닛은 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 제 2 냉매를 작동 유체로서 배출하기 위해 사용되는 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매의 적어도 일부를 수용하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 X: 실시예 W의 천연 가스 처리 시설로서, 1차 냉매의 일부는 보조 냉동 유닛으로 유도되고, 1차 가온된 냉매 출구 라인은 1차 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하고, 1차 가온된 냉매 출구 라인은 보조 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하고, 1차 및 보조 냉동 유닛으로부터의 1차 가온된 냉매를 위한 출구 라인은 조합된 고온 냉매 출구 라인 내에 병합되고, 제 1 압축기가 조합된 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매를 재압축하기 위해 제공되고, 조합된 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매는 부분적으로 냉각되고 이어서 제 1 냉매로서 1차 냉동 유닛 및 보조 냉동 유닛 내로 재차 순환되고, 제 2 압축기가 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매를 재압축하기 위해 제공되고, 제 2 냉매는 부분적으로 냉각되고 이어서 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 Y: 실시예 U 내지 X 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 1차 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하기 위한 1차 가온된 냉매 출구 라인, 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매를 재압축하기 위한 제 1 압축기로서, 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매는 부분적으로 냉각되고 이어서 제 1 냉매로서 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는 제 1 압축기, 및 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매를 재압축하기 위한 제 2 압축기로서, 제 2 냉매는 부분적으로 냉각되고 이어서 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는 제 2 압축기를 추가로 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 Z: 실시예 B 내지 Y 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 임계 온도 미만으로 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 유지하기 위한 제 2 냉매는 천연 가스 출구 라인으로부터 액화된 천연 가스의 일부를 포함하고, 액화된 천연 가스의 일부는 슬립 스트림으로서 천연 가스 출구 라인으로부터 취해지고, 슬립 스트림은 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 제 2 냉매를 전달하기 위해 유입 냉매 라인과 유체 연통하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 AA: 실시예 Z의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 1차 냉동 유닛으로부터 가온된 냉매를 배출하기 위한 1차 가온된 냉매 출구 라인, 1차 가온된 냉매 출구 라인 내의 가온된 냉매를 재압축하기 위한 제 1 압축기로서, 가온된 냉매는 부분적으로 냉각되고 이어서 제 1 냉매로서 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는 제 1 압축기, 및 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매를 재압축하기 위한 제 2 압축기로서, 제 2 냉매는 (i) 재냉각을 위해 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되고, (ii) 시설을 위한 연료 가스로서 사용되고 또는 (iii) (i) 및 (ii)의 모두인 제 2 압축기를 추가로 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 BB: 실시예 AA의 천연 가스 처리 시설로서, 천연 가스 출구 라인 내의 액화된 천연 가스는 더 무거운 탄화수소를 포함하고, 더 무거운 탄화수소는 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로 제 2 냉매를 전달하는 냉각 라인으로부터 제거되고, 제거된 더 무거운 탄화수소는 천연 가스 입구 라인 내로 재도입되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 CC: 실시예 AA의 천연 가스 처리 시설로서, 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 1차 냉동 유닛으로 재차 순환되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 DD: 실시예 A 내지 CC 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 시설은 (i) 천연 가스 출구 라인으로부터 액화된 천연 가스를 수용하고, (ii) 액화된 천연 가스를 일시적으로 저장하고, (iii) 액화된 천연 가스의 상당한 부분을 대양 횡단 선박 또는 더 영구적인 육상 저장 장치에 전달하고, (iv) 엔드 플래시 라인을 통해 엔드 플래시 가스를 배출하는 엔드 플래시 시스템을 추가로 포함하고, 제 2 냉매는 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 냉각한 후에 엔드 플래시 시스템에 유도되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 EE: 실시예 DD의 천연 가스 처리 시설로서, 엔드 플래시 가스는 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 FF: 실시예 Z의 천연 가스 처리 시설로서, 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 엔드 플래시 가스와 병합되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 GG: 실시예 B 내지 FF 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 천연 가스 출구 라인 내의 액화된 천연 가스는 적어도 하나의 초전도성 전기 부품의 임계 온도 미만으로 1차 냉동 유닛 내에서 과냉되고, 과냉된 액화된 천연 가스의 적어도 일부는 제 2 냉매로서 사용되고, 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 (i) 유출 냉매 라인으로부터 액화된 천연 가스를 수용하고, (ii) 액화된 천연 가스를 일시적으로 저장하고, (iii) 액화된 천연 가스의 상당한 부분을 대양 횡단 선박 또는 더 영구적인 육상 저장 장치에 전달하고, (iv) 엔드 플래시 라인을 통해 엔드 플래시 가스를 배출하는 엔드 플래시 시스템 내로 도입되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 HH: 실시예 A 내지 GG 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 냉매의 소스를 유지하기 위한 저장 디바이스, 냉매의 소스를 냉각하고 시설의 시동 중에 냉매의 소스를 초전도성 전기 부품에 배출하기 위한 팽창 디바이스를 추가로 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 II: 실시예 A 내지 HH 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매로부터 가스를 배출하고 (i) 시설을 위한 연료로서 가스를 전달하고 (ii) 재액화를 위해 1차 냉동 유닛으로 가스를 재차 전달하고 또는 (iii) 가스를 환기시키기 위한 출구 라인을 추가로 포함하는 천연 가스 처리 시설.
실시예 JJ: 실시예 AA의 천연 가스 처리 시설로서, 증발 천연 가스가 LNG 저장 탱크로부터, 적재 라인으로부터, LNG 선박의 적재 중에 변위된 증기로부터 또는 그 조합들로부터 회수되고, 제 2 압축기에 공급 전에 제 2 냉매 출구 라인과 병합되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 KK: 실시예 A 내지 JJ 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 천연 가스 출구 라인으로부터의 액화된 천연 가스는 LNG 엔드 플래시 가스를 생성하고, 제 2 냉매는 (i) LNG 엔드 플래시 가스, (ii) LNG 저장 탱크의 비등으로부터 생성된 가스, (iii) 적재 라인 내의 증발 천연 가스로부터 생성된 가스, (iv) LNG 선박의 적재 중에 변위된 가스 또는 (v) 그 조합들과 열교환시에 냉각함으로써 냉각되는 천연 가스 처리 시설.
실시예 LL: 실시예 A 내지 KK 중 어느 하나의 천연 가스 처리 시설로서, 통상의 전기 부품의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1%, 또는 적어도 1.5%, 또는 적어도 2%, 또는 적어도 3%만큼 초전도성 서비스의 전기 효율을 향상시키는 것은 (i) 단위 전력당 LNG, (ii) 단위 연료 수요당 LNG 또는 (iii) 단위 배출물당 LNG의 측면에서 천연 가스의 액화의 효율을 증가시키는 것을 포함하는 천연 가스 처리 시설.
본 명세서에 설명된 발명은 전술된 이익 및 장점을 성취하는 것으로 양호하게 예측된다는 것이 명백할 수 있지만, 본 발명은 그 사상으로부터 벗어나지 않고 수정, 변형 및 변경될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

Claims (38)

  1. 전력 소스,
    액화 온도로 천연 가스를 냉각하기 위한 1차 냉동 유닛,
    상기 1차 냉동 유닛에 제 1 냉매를 전달하기 위한 제 1 냉매 입구 라인,
    상기 1차 냉동 유닛에 천연 가스를 전달하기 위한 천연 가스 입구 라인,
    상기 1차 냉동 유닛으로부터 실질적으로 액화된 천연가스를 배출하기 위한 천연 가스 출구 라인,
    적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로서, 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 비초전도성 전기 부품들의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1 퍼센트만큼 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품의 전기 효율을 향상시키기 위해 초전도성 재료를 포함하는, 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품,
    임계 온도 미만으로 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 유지하기 위하여 상기 천연 가스 출구 라인으로부터 액화된 천연 가스를 제 2 냉매로서 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 전달하기 위한 유입 냉매 라인, 및
    상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 상기 제 2 냉매로 사용되는 상기 액화된 천연 가스를 배출하기 위한 유출 냉매 라인을 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 소스는 전력 그리드, 적어도 하나의 가스 터빈 발전기, 증기 터빈 발전기, 디젤 발전기 또는 그 조합들을 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 천연 가스 입구 라인으로부터의 천연 가스는 상기 1차 냉동 유닛 내로 진입 전에 사전 냉각되는, 천연 가스 액화 시설.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 냉동 유닛은 최종 냉동 유닛인, 천연 가스 액화 시설.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 하나 이상의 모터, 하나 이상의 발전기, 하나 이상의 변압기, 하나 이상의 개폐기, 하나 이상의 가변 속도 드라이브, 하나 이상의 송전 전도체 또는 그 조합을 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  7. 제 1 항에 있어서, 천연 가스의 액화 또는 기화를 위해 상기 시설을 지지하기 위한 해상 유닛을 추가로 포함하고, 상기 해상 유닛은 부유 선박, 선박형 용기 또는 해저에 기초를 세운 기계적 구조체를 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 초전도성 전기 부품들은 (i) 등가의 비-초전도성 부품들의 중량보다 적어도 1/3 적은 중량이거나, (ii) 등가의 비-초전도성 부품들의 푸트프린트(footprint)보다 적어도 1/3 작은 푸트프린트를 갖거나, (iii) 양자 모두인, 천연 가스 액화 시설.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 샤프트를 회전시키기 위한 모터를 포함하고,
    상기 샤프트는 상기 시설 내의 냉매 스트림 또는 다른 유체 스트림들을 압축하거나 펌핑하기 위한 압축기 또는 펌프의 기계적 부품을 회전시키는, 천연 가스 액화 시설.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설은 상기 시설 내의 냉매 스트림 또는 다른 유체 스트림들을 압축하거나 펌핑하기 위한 복수의 압축기들 및 펌프들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품은 각각의 샤프트들을 회전시키기 위한 복수의 모터들을 포함하고, 및
    각각의 샤프트들은 상기 시설 내의 냉매 또는 다른 유체 스트림들을 압축하거나 펌핑하기 위한 압축기들 또는 펌프들의 대응 기계적 부품들을 회전시키는, 천연 가스 액화 시설.
  11. 제 1 항에 있어서,
    임계 온도 미만으로 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 유지하기 위해 상기 제 2 냉매로서 사용되는 상기 액화된 천연 가스는, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄, 질소 또는 그 성분들의 혼합물을 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 냉매를 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 전달하기 위해 사용되는 상기 유입 냉매 라인에, 상기 제 1 냉매의 일부를 전달하기 위한 라인을 추가로 포함하고, 상기 제 1 냉매 및 상기 제 2 냉매는 동일한 냉매인, 천연 가스 액화 시설.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시설은 상기 1차 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하기 위한 가온 냉매 출구 라인, 및 상기 제 1 냉매의 부분으로서 상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되기 전에 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매를 재압축하기 위한 압축기를 추가로 포함하고, 및
    상기 가온 냉매 출구 라인으로부터의 가온되는 냉매는, 상기 가온되는 냉매 및 상기 제 2 냉매가 함께 상기 압축기를 통해 통과하도록 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 상기 제 2 냉매를 배출하기 위해 사용되는 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매와 병합되는, 천연 가스 액화 시설.
  14. 제 1 항에 있어서,
    보조 냉동 유닛,
    상기 제 1 냉매 입구 라인으로부터 제 1 냉매의 일부를 취하고, 상기 제 1 냉매의 일부를 제 3 냉매로서 상기 보조 냉동 유닛에 전달하기 위한 유입 라인, 및
    상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 상기 제 2 냉매를 전달하기 위해 사용되는 상기 유입 냉매 라인에 상기 제 3 냉매의 일부를 전달하기 위한 유출 라인을 추가로 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 3 냉매 및 상기 제 2 냉매는 동일한 냉매인, 천연 가스 액화 시설.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 보조 냉동 유닛의 듀티(duty)는 상기 1차 냉동 유닛으로부터 독립적으로 제어되는, 천연 가스 액화 시설.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 1차 냉동 유닛은 상기 1차 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하기 위한 1차 가온 냉매 출구 라인을 포함하고,
    상기 보조 냉동 유닛은 상기 보조 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하기 위한 보조 가온 냉매 출구 라인, 및
    상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되기 전에 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매를 재압축하기 위한 제 1 압축기를 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보조 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매는, 상기 가온 냉매 출구 라인 내의 1차 가온 냉매가 상기 제 1 압축기 내에서 재압축되기 전에, 상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매와 병합되고,
    상기 보조 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매 및 상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매는, 상기 제 1 냉매로서 상기 제 1 압축기로부터 배출되는, 천연 가스 액화 시설.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 상기 제 2 냉매를 배출하기 위해 사용되는 상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 상기 보조 냉동 유닛 내로 안내되는, 천연 가스 액화 시설.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 보조 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매는 제 2 압축기를 통해 통과되고, 이어서 상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매가 제 1 압축기를 통해 통과되기 전에, 상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매와 병합되어, 이에 의해 상기 보조 및 1차 냉동 유닛들 사이의 독립적인 온도 제어를 제공하는, 천연 가스 액화 시설.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설은, 상기 1차 냉동 유닛으로부터 상기 제 2 냉매로서 독립적인 냉매를 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 배출하기 위한 제 2 출구 라인을 추가로 포함하고,
    상기 독립적인 냉매는 상기 제 1 냉매와는 상이한 조성을 갖는, 천연 가스 액화 시설.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 냉매는 임계 온도 미만으로 상기 초전도성 전기 부품의 작동을 보장하기 위해 상기 제 1 냉매 입구 라인 내의 제 1 냉매에 독립적으로 제어되는 상기 유입 냉매 라인 내의 냉각 온도를 갖는, 천연 가스 액화 시설.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 시설은 보조 냉동 유닛을 추가로 포함하고,
    상기 보조 냉동 유닛은 상기 1차 냉동 유닛에 독립적인 상기 제 2 냉매를 생성하고,
    상기 보조 냉동 유닛은, 작동 유체로서 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로부터 제 2 냉매를 배출하기 위해 사용되는 상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매의 적어도 일부를 수용하는, 천연 가스 액화 시설.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 냉매의 일부는 상기 보조 냉동 유닛으로 안내되고,
    1차 가온 냉매 출구 라인은 상기 1차 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하고,
    1차 가온 냉매 출구 라인은 상기 보조 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하고,
    상기 1차 및 보조 냉동 유닛들로부터의 1차 가온 냉매를 위한 출구 라인들은 조합되는 온열 냉매 출구 라인 내에 병합되고,
    제 1 압축기가, 조합되는 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매를 재압축하기 위해 제공되고, 상기 조합되는 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매는 부분적으로 냉각되고, 이어서 상기 제 1 냉매로서 상기 1차 냉동 유닛 및 상기 보조 냉동 유닛 내로 재차 순환되고,
    제 2 압축기가 상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매를 재압축하기 위해 제공되고, 상기 제 2 냉매는 부분적으로 냉각되고 이어서 상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는, 천연 가스 액화 시설.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 시설은,
    상기 1차 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하기 위한 1차 가온 냉매 출구 라인,
    상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매를 재압축하기 위한 제 1 압축기로서, 상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매는 부분적으로 냉각되고, 이어서 상기 제 1 냉매로서 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는, 상기 제 1 압축기, 및
    상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매를 재압축하기 위한 제 2 압축기로서, 상기 제 2 냉매는 부분적으로 냉각되고, 이어서 상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는, 상기 제 2 압축기를 추가로 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  26. 제 20 항에 있어서,
    임계 온도 미만으로 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 유지하기 위한 상기 제 2 냉매는 상기 천연 가스 출구 라인으로부터 액화되는 천연 가스의 일부를 포함하고,
    상기 액화되는 천연 가스의 일부는 슬립 스트림(slip stream)으로서 상기 천연 가스 출구 라인으로부터 취해지고,
    상기 슬립 스트림은 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품에 상기 제 2 냉매를 전달하기 위해 상기 유입 냉매 라인과 유체 연통(fluid communication)하는, 천연 가스 액화 시설.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 시설은,
    상기 1차 냉동 유닛으로부터 가온되는 냉매를 배출하기 위한 1차 가온 냉매 출구 라인,
    상기 1차 가온 냉매 출구 라인 내의 가온되는 냉매를 재압축하기 위한 제 1 압축기로서, 상기 가온되는 냉매는 부분적으로 냉각되고, 이어서 상기 제 1 냉매로서 상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는, 상기 제 1 압축기, 및
    상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매를 재압축하기 위한 제 2 압축기로서, 상기 제 2 냉매는, (i) 재냉각을 위해 상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되거나, (ii) 상기 시설을 위한 연료 가스로서 사용되거나, (iii) (i) 및 (ii)의 모두인, 상기 제 2 압축기를 추가로 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 천연 가스 출구 라인 내의 액화되는 천연 가스는 더 무거운 탄화수소들을 포함하고,
    상기 더 무거운 탄화수소들은 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품으로 상기 제 2 냉매를 전달하는 냉각 라인들로부터 제거되고,
    제거되는 상기 더 무거운 탄화수소들은 상기 천연 가스 입구 라인 내로 재도입되는, 천연 가스 액화 시설.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 상기 1차 냉동 유닛으로 재차 순환되는, 천연 가스 액화 시설.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 시설은, (i) 상기 천연 가스 출구 라인으로부터 액화되는 천연 가스를 수용하고, (ii) 상기 액화되는 천연 가스를 일시적으로 저장하고, (iii) 상기 액화되는 천연 가스의 상당한 부분을 대양 횡단 선박 또는 더 영구적인 육상 저장 장치에 전달하고, (iv) 엔드 플래시 라인을 통해 엔드 플래시 가스를 배출하는 엔드 플래시 시스템을 추가로 포함하고,
    상기 제 2 냉매는 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품을 냉각한 후에 상기 엔드 플래시 시스템에 안내되는, 천연 가스 액화 시설.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 엔드 플래시 가스는 상기 1차 냉동 유닛 내로 재차 순환되는, 천연 가스 액화 시설.
  32. 제 20 항에 있어서, 상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 엔드 플래시 가스와 병합되기 위해 상기 엔드 플래시 가스를 배출하는 엔드 플래시 시스템으로 전달되는, 천연 가스 액화 시설.
  33. 제 20 항에 있어서,
    상기 천연 가스 출구 라인 내의 액화되는 천연 가스는, 상기 적어도 하나의 초전도성 전기 부품의 임계 온도 미만으로 상기 1차 냉동 유닛 내에서 과냉되고,
    상기 과냉되고 액화되는 천연 가스의 적어도 일부는 상기 제 2 냉매로서 사용되고,
    상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매는 (i) 상기 유출 냉매 라인으로부터 액화되는 천연 가스를 수용하고, (ii) 상기 액화되는 천연 가스를 일시적으로 저장하고, (iii) 상기 액화되는 천연 가스의 상당한 부분을 대양 횡단 선박 또는 더 영구적인 육상 저장 장치에 전달하고, (iv) 엔드 플래시 라인을 통해 엔드 플래시 가스를 배출하는 엔드 플래시 시스템 내로 도입되는, 천연 가스 액화 시설.
  34. 제 1 항에 있어서,
    냉매의 소스를 유지하기 위한 저장 디바이스,
    냉매의 소스를 냉각하고 상기 시설의 시동 중에 상기 냉매의 소스를 상기 초전도성 전기 부품에 배출하기 위한 팽창 디바이스를 추가로 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  35. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출 냉매 라인 내의 제 2 냉매로부터 가스를 배출하되, (i) 상기 시설을 위한 연료로서 가스를 전달하거나, (ii) 재액화를 위해 상기 1차 냉동 유닛으로 가스를 재차 전달하거나, (iii) 상기 가스를 환기시키기 위한 출구 라인을 추가로 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
  36. 제 27 항에 있어서, 증발 천연 가스가 LNG 저장 탱크들로부터, 적재 라인들로부터, LNG 선박의 적재 중에 변위되는 증기들로부터 또는 그 조합들로부터 회수되고, 상기 제 2 압축기에 공급 전에 제 2 냉매 출구 라인과 병합되는, 천연 가스 액화 시설.
  37. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 가스 출구 라인으로부터의 액화되는 천연 가스는 LNG 엔드 플래시 가스를 생성하고,
    상기 제 2 냉매는, (i) LNG 엔드 플래시 가스, (ii) LNG 저장 탱크의 비등으로부터 생성되는 가스, (iii) 적재 라인들 내의 증발 천연 가스로부터 생성되는 가스, (iv) LNG 선박의 적재 중에 변위되는 가스, 또는 (v) 그 조합들과 열교환시에 냉각함으로써 냉각되는, 천연 가스 액화 시설.
  38. 제 1 항에 있어서, 종래의 전기 부품들의 사용을 통해 경험될 수 있는 것에 비해 적어도 1 퍼센트만큼 초전도성 서비스의 전기 효율을 향상시키는 것은, (i) 단위 전력당 LNG, (ii) 단위 연료 수요당 LNG, 또는 (iii) 단위 배출물당 LNG의 측면에서 천연 가스의 액화의 효율을 증가시키는 것을 포함하는, 천연 가스 액화 시설.
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