KR20150140320A - Integrally-geared compressors for precooling in lng applications - Google Patents

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누보 피그노네 에스알엘
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Abstract

제1 냉매를 순환시키도록 된, 적어도 예냉각 루프(103)를 포함하는 천연 가스 액화 시스템이 개시된다. 예냉각 루프는 제1 냉매를 압축하는 적어도 하나의 압축기(109); 압축기(109)를 구동하는 적어도 하나의 원동기(111); 제1 냉매로부터 열을 제거하는 적어도 하나의 컨덴서(115); 제1 냉매를 팽창시키는 적어도 제1 팽창 요소(119A 내지 119D); 및 천연 가스로부터 제1 냉매로 열을 전달하는 적어도 제1 열교환기(123A 내지 123D)를 포함한다. 상기 시스템은 예냉각 루프 하류에 적어도 냉각 루프(105)를 포함하며, 냉각 루프를 통해 제2 냉매가 순환한다. 천연 가스는 예냉각 루프에서 그리고 냉각 루프에서 순차적으로 냉각되도록 되어 있다. 예냉각 루프의 압축기는 복수 개의 압축기 단(109A 내지 109D)을 포함하는 내부 기어형 터보 압축기이다.A natural gas liquefaction system comprising at least an example cooling loop (103) adapted to circulate a first refrigerant is disclosed. The cooling loop includes at least one compressor (109) for compressing the first refrigerant; At least one prime mover (111) for driving the compressor (109); At least one condenser (115) for removing heat from the first refrigerant; At least a first expansion element (119A to 119D) for expanding the first refrigerant; And at least first heat exchangers 123A-123D for transferring heat from the natural gas to the first refrigerant. The system includes at least a cooling loop 105 downstream of the pre-cooling loop, through which the second refrigerant circulates. The natural gas is allowed to cool sequentially in the pre-cooling loop and in the cooling loop. The compressor of the example cooling loop is an internal gear type turbo compressor including a plurality of compressor stages 109A to 109D.

Figure P1020157031190
Figure P1020157031190

Description

LNG 어플리케이션에서의 예냉각을 위한 내부 기어형 압축기{INTEGRALLY-GEARED COMPRESSORS FOR PRECOOLING IN LNG APPLICATIONS}[0001] INTEGRALY-GEARED COMPRESSORS FOR PRECO- LING IN LNG APPLICATIONS FOR PRE-COOLING IN LNG APPLICATIONS [0002]

여기에 개시된 실시예는 천연 가스 액화를 위한 프로세스 및 시스템에 관한 것이다.The embodiments disclosed herein are directed to processes and systems for natural gas liquefaction.

천연 가스는 에너지 소스로서 점점 중요해지고 있다. 공급 소스로부터 사용 장소까지의 천연 가스의 수송을 허용하기 위해, 천연 가스의 체적은 감소되어야만 한다. 극저온 액화(Cryogenic liquefaction)는 천연 가스를, 저장 및 수송하기에 보다 편리하고, 덜 비싸며, 안전한 액체로 변환하기 위한, 관례대로 실시되는 프로세스가 되었다. 파이프 라인 또는 선박에 의한 액화 천연 가스(LNG)의 수송은, 냉각 및 액화된 가스를 대기압에서의 액화 온도보다 낮은 온도로 유지하는 것에 의해, 대기압에서 가능해진다.Natural gas is becoming increasingly important as an energy source. In order to allow transport of natural gas from the supply source to the point of use, the volume of natural gas must be reduced. Cryogenic liquefaction has become a customary process for converting natural gas into more convenient, less expensive, and safe liquids for storage and transport. Transport of liquefied natural gas (LNG) by pipeline or ship is made possible at atmospheric pressure by keeping the cooled and liquefied gas at a temperature below the liquefaction temperature at atmospheric pressure.

천연 가스를 액체 상태로 저장하고 수송하기 위해, 천연 가스는 바람직하게는, 천연 가스가 실질적으로 대기 증기압을 갖는 대략 -150 내지 -170 ℃로 냉각된다.To store and transport natural gas in a liquid state, the natural gas is preferably cooled to about -150 to -170 DEG C with the natural gas having a substantially atmospheric vapor pressure.

천연 가스 액화를 위한 종래 기술에는, 천연 가스를 상승 압력으로, 액화 온도가 달성될 때까지, 천연 가스가 순차적인 냉각 사이클에서 연속적으로 보다 낮은 온도로 냉각되는 복수 개의 냉각 단을 순차적으로 통과시키는 다수의 프로세스 및 시스템이 존재한다.The prior art for natural gas liquefaction includes a plurality of cooling stages in which natural gas is sequentially passed through a plurality of cooling stages that are successively cooled to lower temperatures in successive cooling cycles until the liquefaction temperature is achieved, Processes and systems exist.

천연 가스를 냉각단으로 통과시키기 전에, 천연 가스는 프로세싱을 방해할 수 있고, 기계류에 손상을 줄 수 있거나, 최종 생성물에 바람직하지 않은 임의의 불순물을 제거하도록 예처리된다. 불순물로는 산성 가스, 황 화합물, 이산화탄소, 메르캡탄(mercaptan), 물 및 수은이 있다. 불순물이 제거된 예처리 가스는 냉매 스트림에 의해 냉각되어 더 무거운 탄화수소를 분리한다. 잔류 가스는 주로 메탄으로 이루어지고, 통상 보다 높은 분자량의 탄화수소, 예컨대 프로판 또는 보다 중량의 탄화수소를 0.1 몰% 미만으로 함유한다. 이렇게 세정되고 정화된 천연 가스는 극저온 섹션에서 최종 온도로 냉각된다. 결과적인 LNG는 거의 대기압으로 저장되고 수송될 수 있다.Prior to passing the natural gas through the cooling end, the natural gas is pretreated to disrupt the processing, to damage the machinery, or to remove any impurities that are undesirable in the final product. Impurities include acid gases, sulfur compounds, carbon dioxide, mercaptans, water, and mercury. The pretreated gas from which the impurities have been removed is cooled by the refrigerant stream to separate heavier hydrocarbons. The residual gas is mainly composed of methane, and typically contains less than 0.1% by mole of hydrocarbons of higher molecular weight, such as propane or heavier hydrocarbons. The thus cleaned and purified natural gas is cooled to the final temperature in the cryogenic section. The resulting LNG can be stored and transported at near atmospheric pressure.

극저온 액화는 통상적으로, 멀티사이클 프로세스에 의해, 즉 상이한 냉각 사이클을 사용하는 프로세스에 의해 수행된다. 프로세스의 유형에 따라, 각각의 사이클은 상이한 냉각 유체를 사용할 수도 있고, 그 외에도 동일한 냉각 유체가 2개 이상의 사이클에서 사용될 수도 있다.Cryogenic liquefaction is typically carried out by a multi-cycle process, i. E. A process using a different cooling cycle. Depending on the type of process, each cycle may use a different cooling fluid, or the same cooling fluid may be used in more than one cycle.

도 1은 소위 APCI 프로세스를 사용하는 극저온 천연 가스 액화 시스템의 다이어그램을 개략적으로 보여준다. 이러한 기지의 프로세스는 2개의 냉각 사이클을 이용한다. 제1 사이클은 냉각 유체로서 프로판을 사용하고, 제2 사이클은 통상 질소, 메탄, 에탄 및 프로판으로 형성된 혼합 냉매를 사용한다. 전체적으로 라벨 1을 붙인 시스템은, 압축기 트레인을 구동하는 가스 터빈(3)에 의해 형성된 라인을 포함하는 제1 사이클(2)을 포함한다. 압축기 트레인은 혼합 냉매를 압축하기 위해 일렬의 제1 압축기(5) 및 제2 압축기(7)를 포함한다. 중간단 냉각기(중간 냉각기)(9)가 제1 압축기(5)에 의해 전달된 혼합 냉매를 냉각하여, 혼합 냉매가 제2 압축기(7)에 진입하기 전에 그 온도 및 체적을 감소시킨다. 제2 압축기(7)에 의해 전달된 압축된 혼합 냉매는 열교환기(11)에서 공기 또는 물에 대하여 응결된다. 혼합 냉매는 여기 아래에서 개시되는 바와 같은 프로판 사이클(12)에 의해 더 냉각되고 부분적으로 액화된다.1 schematically shows a diagram of a cryogenic natural gas liquefaction system using a so-called APCI process. This known process uses two cooling cycles. The first cycle uses propane as the cooling fluid, and the second cycle uses a mixed refrigerant formed typically of nitrogen, methane, ethane and propane. The system, generally labeled 1 , comprises a first cycle 2 comprising a line formed by a gas turbine 3 driving a compressor train. The compressor train includes a first compressor (5) and a second compressor (7) in series to compress the mixed refrigerant. The intermediate cooler (intermediate cooler) 9 cools the mixed refrigerant delivered by the first compressor 5 to reduce its temperature and volume before the mixed refrigerant enters the second compressor 7. The compressed mixed refrigerant delivered by the second compressor (7) condenses with air or water in the heat exchanger (11). The mixed refrigerant is further cooled and partially liquefied by the propane cycle 12 as described hereinbelow.

프로판은 제2 또는 예냉각 사이클에서 처리된다. 제2 사이클은, 다단 압축기(15)를 구동하는 가스 터빈(13)을 포함하는 라인을 포함한다. 압축기(15)에 의해 전달되는 압축 프로판은 컨덴서(17)에서 물 또는 공기에 대하여 응결된다. 응결된 프로판은, 천연 가스를 -40℃로 예냉각하며, 혼합 냉매를 냉각하고 부분적으로 액화시키는 데 사용된다. 천연 가스 예냉각과 혼합 냉매 부분 액화는, 4 압력 레벨로 도시한 예에서 멀티 압력 프로세스로 수행된다.The propane is treated in a second or example cooling cycle. The second cycle includes a line that includes a gas turbine 13 that drives the multi-stage compressor 15. The compressed propane delivered by the compressor (15) condenses with water or air in the condenser (17). The condensed propane is used to pre-cool natural gas to -40 ° C and to cool and partially liquefy the mixed refrigerant. Natural gas pre-cooling and mixed refrigerant partial liquefaction are performed in a multi-pressure process in the example shown at four pressure levels.

컨덴서(17)에서 나온 응결된 프로판 스트림은, 혼합 냉매를 냉각하고 부분적으로 액화시키기 위해 제1 세트의 4개의 순차 배열 열교환기로 그리고 천연 가스를 냉각시키기 위해 제2 세트의 4개의 순차 배열 예냉각 열교환기로 전달된다. 컨덴서(17)에서 나온 압축 프로판 스트림의 제1 부분은 파이프(19)를 통해 제1 세트의 열교환기로 전달되고, 순차 배열된 팽창기(21, 23, 25, 27)들에서 4개의 상이한 점감하는 압력 레벨로 순차적으로 팽창된다. 각각의 팽창기(21, 23, 25) 하류에서는, 팽창 프로판 흐름의 일부가 각각의 열교환기(29, 31, 33)로 전향된다. 마지막 팽창기(27)를 통해 흐르는 프로판은 열교환기(35)로 전달된다.The condensed propane stream from the condenser 17 is fed to a first set of four sequential arrangement heat exchangers to cool and partially liquefy the mixed refrigerant and to a second set of four sequential arrangement cooling heat exchanges Lt; / RTI > The first portion of the compressed propane stream from the condenser 17 is delivered to the first set of heat exchangers via the pipe 19 and is fed to the first set of heat exchangers via four differently decreasing pressures in the inflator 21, Level. ≪ / RTI > Downstream of each inflator 21, 23, 25, a portion of the expanded propane flow is diverted to the respective heat exchanger 29, 31, 33. The propane flowing through the last inflator (27) is transferred to the heat exchanger (35).

열교환기(11)로부터 전달된 압축된 혼합 냉매는 주(主) 극저온 열교환기(38)를 향해 파이프(37)에서 흐른다. 파이프(37)는 열교환기(29, 31, 33, 35)를 순차적으로 통과하고, 이에 의해 혼합 냉매가 점차적으로 냉각되고 팽창 프로판에 대해 부분적으로 액화된다.The compressed mixed refrigerant delivered from the heat exchanger 11 flows in the pipe 37 toward the main cryogenic heat exchanger 38. The pipe 37 sequentially passes through the heat exchangers 29, 31, 33 and 35, whereby the mixed refrigerant is gradually cooled and partly liquefied to the expanded propane.

컨덴서(17)에서 나온 응결된 프로판 흐름의 제2 부분은 제2 파이프(39)로 전달되어, 4개의 순차 배열 팽창기(41, 43, 45, 47)에서 순차적으로 팽창된다. 각각의 팽창기(41, 43, 45)에서 팽창된 프로판의 일부뿐만 아니라 마지막 팽창기(47)에서 흘러나온 프로판도 또한 대응하는 예냉각 열교환기(49, 51, 53, 55) 각각을 향해 전향된다. 주 천연 가스 라인(61)이 순차적으로 상기 예냉각 열교환기(49, 51, 53, 55)를 통해 흘러, 천연 가스가 주 극저온 열교환기(38)에 진입하기 전에 예냉각된다. 예냉각 열교환기(49, 51, 53, 55)를 빠져나가는 가열된 프로판은 열교환기(29, 31, 33, 35)를 빠져나가는 프로판과 함께 수집되어, 다시 압축기(15) - 4개의 증발 프로판 사이드 스트림을 회수하고 증기를, 예컨대 15 내지 25 바아로 압축하여 컨덴서(17)에서 다시 응결됨 - 로 공급된다.A second portion of the condensed propane flow from the condenser 17 is delivered to the second pipe 39 and sequentially expanded in the four sequential array expanders 41, 43, 45, 47. Propane flowing from the last inflator 47 as well as a portion of the expanded propane in each inflator 41, 43 and 45 is also turned toward each of the corresponding precooling heat exchangers 49, 51, 53 and 55. The main natural gas line 61 flows sequentially through the pre-cooling heat exchangers 49, 51, 53 and 55 and precooled before the natural gas enters the main cryogenic heat exchanger 38. The heated propane exiting the cooling heat exchangers 49, 51, 53 and 55 is collected together with the propane exiting the heat exchangers 29, 31, 33 and 35 and again returned to the compressor 15 through four evaporative propane The sidestream is recovered and the steam is compressed to, for example, 15 to 25 bar and is condensed again in the condenser 17.

여기에 개시된 보호 대상은, 제1 냉매가 순환하도록 하는, 적어도 예냉각 회로 또는 루프, 제2 냉매가 순환하도록 하는 적어도 하나의 냉각 또는 액화 루프를 적어도 포함하는 개선된 천연 가스 액화 시스템에 관한 것이다. 가스상 상태의 천연 가스가 예냉각 루프의 열교환기 장치를 통해 그리고 후속하여 냉각 또한 액화 루프의 열교환기 장치에서 순차적으로 흐르게 된다. 천연 가스는, 제1 냉매와 적어도 제2 냉매에 대해 열을 교환하는 것에 의해 예냉각되고, 냉각되며, 최종적으로 액화된다. 천연 가스를 점차적으로 냉각하고 최종적으로 액화시키기 위해, 추가의 제3 또는 다른 냉각 및/또는 액화 회로 또는 루프가 캐스케이드나 순차 장치에 배치될 수 있다. 상기 루프는 각각의 냉매를 처리하는 각각의 압축기 장치와, 적어도 하나의 컨덴서, 그리고 하나 이상의 팽창 요소, 예컨대 터보팽창기 및/또는 교축 밸브를 포함한다. 적어도 예냉각 루프는 제1 냉매를 처리하기 위한 내부 기어형 터보압축기를 포함한다. 제1 냉매는 2개의 이상의 사이드 스트림으로 분할되고, 후속하는 냉각 또는 액화 루프에서 순환하는 천연 가스 및/또는 냉매에 대하여 점감하는 압력값에서 열을 교환하는 데 사용된다.The subject matter disclosed herein relates to an improved natural gas liquefaction system comprising at least an example cooling circuit or loop for causing the first refrigerant to circulate, and at least one cooling or liquefaction loop for allowing the second refrigerant to circulate. The gaseous natural gas flows sequentially through the heat exchanger arrangement of the pre-cooling loop and subsequently in the heat exchanger arrangement of the liquefying loop. The natural gas is precooled, cooled, and finally liquefied by exchanging heat with the first refrigerant and at least the second refrigerant. Additional third or other cooling and / or liquefying circuits or loops may be placed in the cascade or sequential device to progressively cool and finally liquefy the natural gas. The loop includes a respective compressor arrangement for treating each refrigerant, at least one condenser, and at least one expansion element, such as a turboexpander and / or throttling valve. At least the example cooling loop includes an internal gear turbo compressor for processing the first refrigerant. The first refrigerant is divided into two or more side streams and is used to exchange heat at a pressure value that diminishes for natural gas and / or refrigerant circulating in a subsequent cooling or liquefaction loop.

몇몇 실시예에 따르면, According to some embodiments,

적어도, 제1 냉매가 통과하여 순환하도록 된 예냉각 루프로서,At least a pre-cooling loop through which the first refrigerant is circulated,

제1 냉매를 압축하는 적어도 하나의 압축기;At least one compressor for compressing the first refrigerant;

상기 압축기를 구동하는 적어도 하나의 원동기;At least one prime mover for driving the compressor;

제1 냉매로부터 열을 제거하는 적어도 하나의 컨덴서;At least one condenser for removing heat from the first refrigerant;

제1 냉매를 팽창시키는 적어도 하나의 팽창 요소;At least one expansion element for expanding the first refrigerant;

천연 가스로부터 제1 냉매로 열을 전달하는, 적어도 제1 열교환기At least a first heat exchanger for transferring heat from natural gas to a first refrigerant,

를 포함하는 예냉각 루프; 및A pre-cooling loop comprising; And

상기 예냉각 루프 하류의, 제2 냉매가 통과하여 순환하는 적어도 냉각 루프At least the cooling loop, downstream of the pre-cooling loop, through which the second refrigerant circulates,

를 포함하고, 천연 가스는 예냉각 루프에서 그리고 냉각 루프에서 순차적으로 냉각되도록 되어 있고,Wherein the natural gas is intended to be cooled sequentially in a pre-cooling loop and in a cooling loop,

상기 압축기는, 압축기 단에 진입하는 흐름을 자체 조절하는 독립적인 가동 유입구 안내 베인 세트가 각각 마련되는 복수 개의 압축기 단을 포함하는 내부 기어형 터보압축기인 것인 천연 가스 액화 시스템이 제공된다.The compressor is an internal gear type turbo compressor comprising a plurality of compressor stages each provided with an independent set of movable inlet guide vanes for self-regulating the flow entering the compressor stage.

몇몇 실시예에 따르면, 가동 유입구 안내 베인이 마련되지 않는 추가의 압축기 단이 제공될 수 있다. 복수 개의 압축기 단이 연속 배치될 때, 단일 세트의 가동 유입 베인이면 충분하며, 그 이유는 하류 단들이 더 상류 단의 가동 유입 베인 세트에 의해 조절되기 때문이다. 연속 배치된 압축기 단에는, 제1 냉매 스트림이 2개 이상의 사이드 스트림으로 분할되어, 2개의 후속 압축기 단 사이의 중간 위치에서 연속적으로 재결합되는 경우에, 각각의 가동 유입 베인 세트가 장착될 수 있다.According to some embodiments, an additional compressor stage may be provided without a movable inlet guide vane. When a plurality of compressor stages are arranged in series, a single set of movable inlet vanes is sufficient, since the downstream stages are controlled by the more upstream stage of the inlet inlet vane. In a continuously disposed compressor stage, each of the movable inlet vane sets can be mounted when the first refrigerant stream is divided into two or more side streams and is subsequently recombined at an intermediate position between two subsequent compressor stages.

다른 양태에 따르면, 예냉각 루프에서 순환하는 적어도 제1 촉매 및 냉각 및/또는 액화 루프에서 순환하는 제2 냉매에 대한 열교환에 의해 천연 가스 흐름이 냉각되고 액화되는 천연 가스 액화 방법이 제공된다. 제1 냉매는 점감하는 압력값의 복수 개의 사이드 스트림으로 분할된다. 사이드 스트림은 천연 가스 흐름에 대하여 및/또는 제2 냉매에 대하여 열을 교환한다. 사이드 스트림은 내부 기어형 터보압축기의 각각의 압축기 단에서 복귀된다. According to another aspect, there is provided a natural gas liquefaction process wherein the natural gas flow is cooled and liquefied by heat exchange for at least a first catalyst circulating in a precooled loop and a second refrigerant circulating in a cooling and / or liquefying loop. The first refrigerant is divided into a plurality of side streams having a decreasing pressure value. The side stream exchanges heat with respect to the natural gas flow and / or with respect to the second refrigerant. The side stream is returned at each compressor end of the internal geared turbo compressor.

일실시예에 따르면, According to one embodiment,

복수 개의 압축기 단, 적어도 하나의 컨덴서, 적어도 하나의 팽창 요소 및 적어도 하나의 열교환기를 갖는 내부 기어형 터보압축기를 포함하는 예냉각 루프를 마련하는 단계;Providing a pre-cooling loop comprising a plurality of compressor stages, an internal gear-type turbo compressor having at least one condenser, at least one expansion element, and at least one heat exchanger;

원동기를 사용하여 상기 내부 기어형 터보압축기를 구동하는 단계;Driving the internal gear type turbo compressor using a prime mover;

제1 냉매를 내부 기어형 터보압축기를 통해 순환시키는 단계;Circulating the first refrigerant through the internal gear type turbo compressor;

컨덴서에서, 내부 기어형 터보압축기에 의해 전달된 제1 냉매를 응결시키는 단계;In the condenser, condensing the first refrigerant delivered by the internal gear turbo compressor;

제1 냉매를 복수 개의 부분 흐름으로 분할하는 단계;Dividing the first refrigerant into a plurality of partial flows;

팽창 요소에서 응결된 제1 냉매를 팽창시키는 단계;Expanding the first refrigerant condensed in the expansion element;

천연 가스로부터 열을 제거하여 천연 가스를 예냉각하기 위해 팽창된 냉매를 열교환기를 통해 순환시키는 단계;Circulating the expanded refrigerant through the heat exchanger to pre-cool the natural gas by removing heat from the natural gas;

압축기 단의 흡입측에서 부분 흐름을 조절하도록 가동 유입구 안내 베인을 독립적으로 제어하는 단계;Independently controlling the movable inlet guide vane to regulate the partial flow at the suction side of the compressor stage;

적어도 하나의 냉각 루프를 마련하는 단계;Providing at least one cooling loop;

상기 적어도 하나의 냉각 루프에서 제2 냉매를 순환시키는 단계;Circulating a second refrigerant in the at least one cooling loop;

제2 냉매에 대한 열교환에 의해 예냉각된 천연 가스로부터 열을 제거하는 단계Removing heat from the precooled natural gas by heat exchange with the second refrigerant

를 포함하는 방법이 제공된다.Is provided.

피쳐(feature)들 및 실시예들이 여기 아래에 개시되며, 본 설명의 일체형 부분을 형성하는 첨부된 청구범위에 더욱 기술된다. 상기한 간략한 설명은, 후속하는 상세한 설명을 더 양호하게 이해할 수 있도록 그리고 당업계에 대한 본 발명의 기여를 더 양호하게 이해할 수 있도록 본 발명의 다양한 실시예의 피쳐를 기술한다. 이후에 설명되고 첨부된 청구범위에 기술되는 본 발명의 다른 피쳐도 있음은 물론이다. 이러한 면에서, 본 발명의 다수의 실시예를 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 다양한 실시예는 그 어플리케이션에 있어서 아래의 설명에 기술되고 도면에 예시된 구성요소의 구성의 상세 또는 배치로 제한되지 않는다는 점이 이해된다. 본 발명은 다른 실시예도 가능하며 다양한 방식으로 실시되고 실행된다. 또한, 여기에서 채용되는 전문용어 및 기술용어는 설명을 목적으로 하는 것이지 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점이 이해된다.Features and embodiments are described herein below and are further described in the appended claims forming an integral part of this description. The foregoing brief description describes features of various embodiments of the present invention in order to better understand the following detailed description and to better understand the contribution of the present invention to the art. It goes without saying that there are other features of the invention that are described in the following and appended claims. In this regard, before describing in detail several embodiments of the invention, various embodiments of the invention are not limited to the details or arrangements of the components described in the following description and illustrated in the drawings . The invention is capable of other embodiments and of being practiced and carried out in various ways. It is also to be understood that the terminology and technical terms employed herein are for the purpose of description and should not be regarded as limiting.

본 발명의 시스템 및 발명에 의해 생성되는 제1 냉매의 유량은 제어 가능하여, 단지 압축기 단의 회전 속도에만 영향을 주지 않는다. 이러한 방식으로, 보다 효율적이고 신뢰성 있는 LNG 회로가 제공된다.The flow rate of the first refrigerant generated by the system and the invention of the present invention is controllable and does not affect only the rotational speed of the compressor stage. In this way, a more efficient and reliable LNG circuit is provided.

이와 같이, 당업자라면, 본 개시가 기초로 하는 개념이 본 발명의 여러 목적을 수행하기 위해 다른 구조, 방법 및/또는 시스템을 설계하는 근간으로서 쉽게 활용될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 청구범위는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 그러한 등가의 구성들을 포함하는 것으로 고려된다는 점이 중요하다.As such, those skilled in the art will appreciate that the concepts based on this disclosure can be readily utilized as a basis for designing other structures, methods, and / or systems to accomplish the various objects of the present invention. It is important, therefore, that the claims be considered as including such equivalent constructions insofar as they do not depart from the spirit and scope of the invention.

개시된 실시예와 그 수반되는 여러 장점에 관한 보다 완벽한 이해는, 상기 개시된 실시예와 수반되는 여러 장점이 첨부도면과 함께 고려되는 아래의 상세한 설명을 참고함으로써 더 양호하게 이해될 때에 용이하게 얻어질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 천연 가스 액화를 위한 시스템을 예시하고,
도 2는 본 개시에 따른, LNG 생성을 위한 시스템의 제1 실시예의 개략도이며,
도 2a는 도 2의 구성에서 사용되는 내부 기어형 압축기의 예시적인 실시예를 예시한 도면이고,
도 3은 본 개시에 따른, 제2 실시예에서의 LNG 생성을 위한 시스템의 개략도이며,
도 4는 본 개시에 따른 LNG 시스템에서 사용하기 위한 내부 기어형 터보압축기의 2개의 압축기 단의 단면도이다.A more complete understanding of the disclosed embodiments and the attendant advantages thereof will be readily obtained when the above-described embodiments and the attendant advantages are better understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings .
Figure 1 illustrates a system for natural gas liquefaction according to the prior art,
Figure 2 is a schematic diagram of a first embodiment of a system for LNG generation according to the present disclosure,
FIG. 2A is a diagram illustrating an exemplary embodiment of an internal gear type compressor used in the configuration of FIG. 2,
3 is a schematic diagram of a system for LNG generation in a second embodiment, according to the present disclosure,
4 is a cross-sectional view of two compressor stages of an internal gear turbo compressor for use in an LNG system according to the present disclosure;

예시적인 실시예에 관한 아래의 상세한 설명은 첨부도면을 참고한다. 상이한 도면에 있어서 동일한 참조번호는 동일하거나 유사한 요소를 식별한다. 추가로, 도면은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니다. 또한, 아래의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다.The following detailed description of exemplary embodiments refers to the accompanying drawings. Like reference numbers in different drawings identify the same or similar elements. In addition, the drawings are not necessarily drawn to scale. In addition, the following detailed description does not limit the present invention. Instead, the scope of the invention is defined by the appended claims.

본 명세서 전반에 걸쳐 "일실시예"나 "실시예" 또는 "몇몇 실시예"라는 언급은, 실시예에 연계하여 설명된 특정 피쳐, 구조 또는 특징이 개시된 보호 대상에 관한 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 부위에서의 "일실시예에서"나 "실시예에서" 또는 "몇몇 실시예에서"라는 구문의 출현이 반드시 동일한 실시예(들)를 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정 피쳐, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.Reference throughout this specification to "one embodiment" or "an embodiment" or "some embodiments" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment . Accordingly, the appearances of the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" or "in some embodiments" in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment (s). Furthermore, a particular feature, structure, or characteristic may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

도 2는 여기에 개시된 보호 대상을 구현하는 APCI 프로세스에 기초한 극저온 천연 가스 액화시스템의 다이어그램을 개략적으로 보여준다. APCI 프로세스는, 제1 냉매 및 제2 냉매가 각각 처리되는 2개의 냉각 사이클 또는 루프를 사용한다. 제1 루프는, 제2 루프에서 순환하는 제2 냉매와 천연 가스가, 제1 냉매와 열 교환하는 것에 의해 냉각되는 예냉각 루프이다. 여기에서는 이후부터 제1 루프를 예냉각 루프 또는 사이클이라고 칭하고, 제2 루프는 냉각 또는 액화 루프 또는 사이클이라고 칭하겠다.Figure 2 schematically shows a diagram of a cryogenic natural gas liquefaction system based on the APCI process implementing the protected objects disclosed herein. The APCI process uses two cooling cycles or loops in which the first refrigerant and the second refrigerant are respectively treated. The first loop is a precooled loop in which the second refrigerant circulating in the second loop and the natural gas are cooled by heat exchange with the first refrigerant. Hereinafter, the first loop will be referred to as a pre-cooling loop or cycle, and the second loop will be referred to as a cooling or liquefying loop or cycle.

몇몇 실시예에서, 예냉각 루프에서 순환하는 제1 냉매는 프로판을 포함하거나 프로판으로 이루어질 수 있다. 제1 냉매는 적어도 35, 예컨대 35 내지 41의 평균 분자량을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 루프에서 순환하는 제2 냉매는, 예컨대 질소, 메탄, 에탄 및 프로판을 포함하는 혼합 냉매를 포함할 수 있다.In some embodiments, the first refrigerant circulating in the pre-cooling loop may comprise propane or may be propane. The first refrigerant may have an average molecular weight of at least 35, such as 35 to 41. [ In some embodiments, the second refrigerant circulating in the second loop may comprise a mixed refrigerant including, for example, nitrogen, methane, ethane and propane.

보다 구체적으로 도 2의 실시예에서, 상기 시스템에는 전체적으로 101의 라벨이 붙고, 제1 또는 예냉각 루프는 103의 라벨이 붙으며, 제2 액화 사이클 또를 루프는 105의 라벨이 붙는다. 천연 가스는 파이프(107)를 따라 시스템(101)으로 전달되고, 예냉각 루프(103) 및 냉각 루프(105)의 복수 개의 순차 배열된 열교환기 각각을 통과하여 흐르는 것에 의해 순차적으로 냉각되고 최종적으로 액화된다.More specifically, in the embodiment of FIG. 2, the system is labeled 101 as a whole, the first or example cooling loop is labeled 103 , and the second liquefaction cycle or loop is labeled 105 . Natural gas is delivered to the system 101 along the pipe 107 and sequentially cooled by flowing through each of a plurality of sequentially arranged heat exchangers of the pre-cooling loop 103 and the cooling loop 105, Liquefied.

예냉각 루프(103)는 다단 내부 기어형 터보압축기(109)를 포함한다. 내부 기어형 터보압축기는 도 4에 보다 상세하게 도시된 바와 같이 구성될 수 있고, 상기 도면을 참고하여 이후에 보다 상세히 설명될 것이다.The example cooling loop 103 includes a multi-stage internal gear type turbo compressor 109. The internal gear type turbo compressor can be configured as shown in more detail in FIG. 4, and will be described in more detail below with reference to the above figures.

내부 기어형 터보 압축기의 적어도 하나, 몇몇 또는 바람직하게는 모든 단은, 시스템(101)의 실제 작동 요구에 따라 상기 단(들)의 작동 상태를 조정하도록 가동 유입구 안내 베인으로 구성된다. 각 세트의 가동 유입구 안내 베인은, 예컨대 단마다 다른 유량을 고려하기 위해 서로 무관하게 조정될 수 있다.At least one, some or preferably all of the stages of the internal geared turbocompressor are configured as movable inlet guide vanes to adjust the operating state of the stage (s) according to the actual operating requirements of the system 101. Each set of movable inlet guide vanes can be adjusted independently of each other, for example, to account for different flow rates per stage.

몇몇 실시예에서, 내부 기어형 터보압축기는 2개 내지 8개로 포함되는 단의 개수로 이루어진다. 예컨대, 내부 기어형 터보압축기는 3개 내지 6개의 단을 포함할 수 있다. 이후에 보다 상세히 설명하겠지만, 하나 이상의 중간 냉각기가 내부 기어형 터보압축기의 하나 이상의 쌍의 순차 배열된 단들 사이에 마련될 수 있다. In some embodiments, the internal gear type turbo compressor is comprised of two to eight stages, the number of stages included. For example, the internal gear type turbo compressor may include three to six stages. As will be described in greater detail below, one or more intermediate coolers may be provided between the sequentially arranged stages of one or more pairs of internal geared turbocompressors.

몇몇 실시예에서, 다단 내부 기어형 터보압축기(109)는 원동기에 의해 구동될 수 있으며, 원동기는 가스 터빈, 예컨대 항공 전용 가스 터빈(aeroderivative gas turbine)과 같은 내연 모터를 포함할 수 있다. 유리한 실시예에서, 내부 기어형 터보압축기(109)는 전기 모터(111)에 의해 구동된다.In some embodiments, the multi-stage internal gear type turbo compressor 109 may be driven by a prime mover, and the prime mover may include a gas turbine, such as an internal combustion motor, such as an aeroderivative gas turbine. In an advantageous embodiment, the internal gear-type turbo compressor 109 is driven by an electric motor 111.

도 2에는, 내부 기어형 터보압축기(109)가 순차적으로 배열된 4개의 단 - 각각 109A, 109B, 109C, 109D의 라벨이 붙고, 109D가 최소 압력 단이고, 단 109A가 최대 압력 단 - 으로 구성되는 예시적인 실시예가 도시되어 있다.In FIG. 2, there are labeled four stages 109A, 109B, 109C and 109D in which the internal gear turbocompressors 109 are arranged in order, 109D is the minimum pressure stage, and 109A is the maximum pressure stage An exemplary embodiment is shown.

압축된 제1 냉매의 흐름은 내부 기어형 터보압축기(109)에 의해 컨덴서(115)로 전달된다. 컨덴서(115)를 통해 전달되는 제1 냉매의 흐름은, 예컨대 물 또는 공기에 대해 냉각되고 응결된다.The flow of the compressed first refrigerant is transferred to the condenser 115 by the internal gear type turbo compressor 109. The flow of the first refrigerant conveyed through the condenser 115 is cooled and agitated, for example, with respect to water or air.

몇몇 실시예에서, 응결된 제1 냉매는, 천연 가스를 예냉각하고, 냉각 루프(105)에서 순환하는 제2 냉매를 냉각하며, 선택적으로 부분 액화하는 예냉각 루프(103)에서 순환된다.In some embodiments, the condensed first refrigerant is circulated in a precooled loop 103 where it precools the natural gas, cools the second refrigerant circulating in the cooling loop 105, and optionally partially liquefies.

몇몇 실시예에서, 프로세스는 4개의 압력 레벨로 분할된다. 압력 레벨의 개수는 내부 기어형 터보압축기(109)의 단의 개수에 상응할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 컨덴서(115)를 통해 전달되는 제1 냉매의 흐름이 다수의 부분 흐름으로 분할되고, 다수의 부분 흐름은 그 후에 점진적으로 감소하는 다수의 압력 레벨로 순차적으로 팽창된다. 각각의 부분 냉매 흐름은 서브 사이클에서 순환하고, 사이드 흐름으로서 복수 개의 압축기 단 중 대응하는 압축기 단의 유입구에서 내부 기어형 터보압축기로 복귀된다.In some embodiments, the process is divided into four pressure levels. The number of pressure levels may correspond to the number of stages of internal gear-type turbo compressor 109. In a preferred embodiment, the flow of the first refrigerant conveyed through the condenser 115 is divided into a plurality of partial flows, and the plurality of partial flows are sequentially expanded to a plurality of gradually decreasing pressure levels. Each partial refrigerant flow circulates in the sub-cycle and returns to the internal gear-type turbo compressor at the inlet of the corresponding compressor end of the plurality of compressor stages as a side stream.

이송 라인(117)은 응결된 제1 냉매 흐름의 제1 부분을 복수 개의 순차 배열된 제1 팽창 요소(119A 내지 119D)로 전달한다. 전달 라인(117)으로부터 분기된 제2 전달 라인(118)은 응결된 제1 냉매 흐름의 제2 부분을 복수 개의 순차 배열된 제2 팽창 요소(121A 내지 121D)로 전달한다.The transfer line 117 transfers a first portion of the condensed first refrigerant stream to a plurality of sequentially arranged first expansion elements 119A-119D. The second delivery line 118, which branches off from the delivery line 117, conveys the second portion of the condensed first refrigerant flow to the plurality of sequentially arranged second expansion elements 121A-121D.

컨덴서(115)로부터 나온 응결된 제1 냉매의 제1 부분은 4개의 상이한 점감하는 압력 레벨의 4개의 팽창 요소(119A 내지 119B) 내에서 순차적으로 팽창된다. 각각의 팽창 요소(119A 내지 119C)의 하류에서, 부분적으로 팽창된 제1 냉매의 흐름의 일부가 제1 예냉각 열교환기(123A 내지 123C) 각각으로 전향된다. 부분적으로 팽창된 제1 냉매의 잔부는 다음 팽창 요소(119A 내지 119C) 등을 통해 흐르게 된다. 제1 팽창 요소(119A 내지 119D) 중 가장 하류의 팽창 요소(119D)를 통해 흐르는 남아있는 제1 냉매는 가장 하류의 예냉각 열교환기(123D)로 전달된다.The first portion of the condensed first refrigerant from the condenser 115 is sequentially expanded within the four expansion elements 119A-119B at four different decreasing pressure levels. Downstream of each of the expansion elements 119A-119C, a portion of the flow of the partially expanded first refrigerant is diverted to each of the first example cooling heat exchangers 123A-123C. The remainder of the partially expanded first refrigerant flows through the following expansion elements 119A to 119C and the like. The remaining first refrigerant flowing through the most downstream expansion element 119D of the first expansion elements 119A to 119D is transferred to the downstream most preheating heat exchanger 123D.

상기 제1 열교환기(123A 내지 123D) 각각에서, 제1 냉매는 파이프(107)에서 흐르는 천연 가스에 대해여 열을 교환하고, 이에 따라 천연 가스를 예냉각하고 선택적으로 부분 액화시킨다.In each of the first heat exchangers 123A to 123D, the first refrigerant exchanges heat with natural gas flowing in the pipe 107, thereby precooling and selectively partially liquefying the natural gas.

각각의 제2 팽창 요소(121A, 121B, 121C)에서 팽창되는 제1 냉매의 일부는 복수 개의 제2 열교환기(125A 내지 125D) 중 대응하는 제2 열교환기 측으로 전달된다. 상기 제2 팽창 요소(121A 내지 121C) 각각에 의해 전달되고, 각각의 열교환기(125A 내지 125C)를 통해 흐르지 않는 냉매 흐름의 일부는 후속하는 팽창 요소를 통해 전달된다. 상기 제2 열교환기들 중 가장 하류에 있는 열교환기(125D)는 상기 제2 팽창 요소(121A 내지 121D)들 중 가장 하류의 팽창 요소(121D)에서 팽창하는 제2 냉매의 전체 잔류 부분 전부를 수용한다. 상기 제2 열교환기(125A 내지 125D) 각각에서, 제1 냉매는 냉각 또는 액화 루프(105)에서 순환하는 제2 냉매에 대해 열을 교환하여, 열교환기(125D)의 전달측에서 제2 냉매가 냉각되고 적어도 부분적으로 액화된다.A part of the first refrigerant expanded in each of the second expansion elements 121A, 121B and 121C is transmitted to the corresponding second heat exchanger side of the plurality of second heat exchangers 125A to 125D. A portion of the refrigerant flow delivered by each of the second expansion elements 121A-121C and not flowing through each of the heat exchangers 125A-C is delivered through a subsequent expansion element. The heat exchanger 125D, which is the most downstream of the second heat exchangers, accommodates all of the entire remaining portion of the second refrigerant expanding from the most downstream expansion element 121D of the second expansion elements 121A to 121D do. In each of the second heat exchangers 125A to 125D, the first refrigerant exchanges heat with respect to the second refrigerant circulating in the cooling or liquefaction loop 105 so that the second refrigerant at the delivery side of the heat exchanger 125D Cooled and at least partially liquefied.

제1의 예냉각 열교환기(123A 내지 123D)를 빠져나가는 가열된 제1 냉매는, 제2 열교환기(125A 내지 125D)를 빠져나가는 가열된 제1 냉매와 함께 수집되고, 내부 기어형 터보 압축기(109)에 다시 공급된다.The first heated refrigerant exiting the first exemplary cooling heat exchanger 123A-123D is collected with the heated first refrigerant exiting the second heat exchanger 125A-125D, 109).

몇몇 실시예에서, 각각의 제2 열교환기(125A 내지 125D)를 빠져나가는 가열된 제1 냉매는 대응하는 제1 열교환기(123A 내지 123D)를 빠져나가는 가열된 제1 냉매와 대략 동일한 압력이다. 대응하는 압력 레벨에서 수집되는 냉매는 내부 기어형 터보압축기(109)의 대응하는 단의 유입구에 전달된다. 복수 개의 냉매측 스트림은 이에 따라 내부 기어형 터보압축기(109)의 순차 배열된 단의 유입구에서 점감하는 압력으로 복귀된다.In some embodiments, the heated first refrigerant exiting each of the second heat exchangers 125A-125D is about the same pressure as the heated first refrigerant exiting the corresponding first heat exchangers 123A-123D. The refrigerant collected at the corresponding pressure level is delivered to the inlet of the corresponding stage of the internal gear-type turbo compressor 109. The plurality of refrigerant side streams are thereby returned to a pressure that is decreasing at the inlets of the sequentially arranged ends of the internal gear type turbo compressor 109.

도 2에서, 참조번호 130A 내지 130D는 복귀 라인을 나타내고, 이 복귀 라인을 통해 열교환기(123A 내지 123D 및 125A 내지 125D)로부터 전달된 팽창 및 배출된 냉매 유체의 사이드 스트림이 내부 기어형 터보압축기의 대응하는 단(109A 내지 109D)으로 복귀된다.In FIG. 2, reference numerals 130A to 130D denote return lines through which the side stream of the expanded and discharged refrigerant fluid delivered from the heat exchangers 123A to 123D and 125A to 125D passes through the inner gear- And returned to the corresponding stages 109A to 109D.

몇몇 실시예에서, 냉각 또는 액화 루프(105)는 압축기 트레인을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 압축기 트레인은 연속 배열된 제1 압축기(131)와 제2 압축기(133)로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서는 단일 압축기가 제공될 수 있다. 각각의 압축기는 다단 압축기, 예컨대 다단 원심 압축기일 수 있다.In some embodiments, the cooling or liquefying loop 105 includes a compressor train. In some embodiments, the compressor train may consist of a first compressor 131 and a second compressor 133 arranged in series. In other embodiments, a single compressor may be provided. Each compressor may be a multi-stage compressor, such as a multi-stage centrifugal compressor.

몇몇 실시예에서, 냉각 루프(105)의 압축기(들)는, 내연 기관을 포함할 수 있는 원동기에 의해 구동된다. 원동기는 가스 터빈(135), 예컨대 항공 전용 가스 터빈일 수 있다.In some embodiments, the compressor (s) of the cooling loop 105 are driven by a prime mover, which may include an internal combustion engine. The prime mover may be a gas turbine 135, such as an aviation dedicated gas turbine.

중간단 냉각기(중간 냉각기)(137)가 제1 압축기(131)와 제2 압축기(133) 사이에 배치되어, 제2 압축기(133)에 진입하기 전에 제1 압축기(131)에 의해 전달되는 제2 냉매의 온도 및 체적을 감소시킨다. 제2 압축기(133)에 의해 전달된 압축된 제2 냉매는 컨덴서(139)에서 응결된다. 컨덴서(139)는 공기 또는 물에 대하여 열을 교환하는 것에 의해 응결된다. 응결된 제2 냉매는 순차 배열된 제2 열교환기(125A 내지 125D)들 - 전술한 바와 같이 예냉각 루프(103)를 순환하는 제1 냉매에 대하여 열을 교환하는 것에 의해 제2 냉매가 냉각되고, 가능하게는 액화됨 - 을 통과하여 이송 라인(141)에 의해 순차적으로 전달된다.An intermediate cooler (intermediate cooler) 137 is disposed between the first compressor 131 and the second compressor 133 and is connected to the first compressor 131 before being introduced into the second compressor 133. 2 Reduces the temperature and volume of the refrigerant. The compressed second refrigerant delivered by the second compressor 133 condenses in the condenser 139. The condenser 139 condenses by exchanging heat with air or water. The condensed second refrigerant is cooled by exchanging heat with the sequential second heat exchangers 125A-125D-the first refrigerant circulating in the pre-cooling loop 103 as described above , Possibly liquefied - and is subsequently delivered by the transfer line 141.

열교환기(125A 내지 125D)로부터 전달된, 냉각되고 선택적으로 부분 액화된 제2 냉매는 파이프(143)를 통해 주 극저온 열교환기(145) - 제2 냉매가 예냉각되고 선택적으로 부분 액화된 천연 가스로부터 열을 더 제거하여, 액화 프로세스를 완료함 - 측으로 흐른다. 완전히 액화된 천연 가스는 149에서 시스템으로부터 빠져나오고, 가열된 제2 냉매는 라인(151)을 통해 압축기(들) 또는 압축기 트레인(131, 133)으로 복구된다.The cooled, selectively partially liquefied second refrigerant delivered from the heat exchangers 125A-125D is passed through the pipe 143 to the main cryogenic heat exchanger 145, where the second refrigerant is precooled and the optionally partially liquefied natural gas To complete the liquefaction process - side. The fully liquefied natural gas exits the system at 149 and the heated second refrigerant is returned to the compressor (s) or compressor train (131, 133) via line (151).

도 2에는, 내부 기어형 터보압축기(109)의 단지 개략적으로 제시되어 있다. 예시적인 내부 기어형 터보압축기(109)의 주 구성요소가 도 2A에 보다 상세히 예시되어 있다. 도 4는 내부 기어형 터보 압축기(109)의 공통 회전 샤프트 상에서 지지되는 2개의 압축기 단의 축방향 단면이 보다 상세히 예시한다. 보다 구체적으로, 도 4는 예컨대 제1 단(109D) 및 제2 단(109D)을 예시한다.2, only an outline of the internal gear type turbo compressor 109 is shown. The main components of an exemplary internal gear turbo compressor 109 are illustrated in greater detail in FIG. 2A. Figure 4 illustrates in more detail the axial section of the two compressor stages supported on the common rotating shaft of the internal gear turbo compressor 109. More specifically, FIG. 4 illustrates the first stage 109D and the second stage 109D, for example.

바람직하게는, 각각의 압축기 단(109A 내지 109D)에는 4개의 단(109A 내지 109D)를 위한, 개략적으로 110A 내지 110D로 나타낸 가동 유입구 안내 베인이 마련된다. 다른 실시예에서, 가동 유입구 안내 베인은 압축기 단들 중 단지 일부의 유입구에 또는 마련되거나 압축기 단 중 어느 것에도 마련되지 않는다. 도 4로부터 이해할 수 있다시피, 유입구 안내 베인은 압축기 단의 축방향 유입구에 배치될 수 있다. 각 세트의 가동 유입구 안내 베인은 압축기 단에 진입하는 흐름을 자체 조절하도록 다른 세트와 독립적으로 제어될 수 있다. 2개의 순차 배열된 압축기 단(109A 내지 109D) 사이에 중간 냉각기가 마련될 수 있다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 제1 중간 냉각기(153)는 제1 압축기 단(109D)의 전달측과 제2 압축기 단(109D)의 흡입측 사이에 배치될 수 있다. 제2 압축기 단(109C)의 전달측과 제3 압축기 단(109B)의 흡입측 사이에 제2 중간 냉각기(155)가 배치될 수 있다. 제3 압축기 단(109B)의 전달측과 제4 압축기 단(109A)의 흡입측 사이에 제3 중간 냉각기(157)가 배치될 수 있다.Preferably, each compressor stage 109A-109D is provided with a movable inlet guide vane, shown schematically 110A- 110D , for the four stages 109A-109D. In another embodiment, the movable inlet guide vanes are provided at either the inlet of only a portion of the compressor stages or not at either of the compressor stages. As can be seen from Fig. 4, the inlet guide vanes can be arranged in the axial inlet of the compressor stage. Each set of movable inlet guide vanes can be controlled independently of the other sets to self-regulate the flow entering the compressor stage. An intercooler may be provided between the two sequentially arranged compressor stages 109A through 109D. As shown in FIG. 2A, the first intercooler 153 may be disposed between the delivery side of the first compressor stage 109D and the suction side of the second compressor stage 109D. A second intercooler 155 may be disposed between the delivery side of the second compressor stage 109C and the suction side of the third compressor stage 109B. A third intercooler 157 may be disposed between the delivery side of the third compressor stage 109B and the suction side of the fourth compressor stage 109A.

각각의 압축기 단(109A 내지 109D)은 회전 샤프트 상에 지지되는 적어도 하나의 임펠러를 포함한다. 도 4에는 2개의 가장 상류의 압축기 단(109D, 109C) 각각의 2개의 임펠러(112D, 112C)가 도시되어 있다. 각각의 임펠러는 축방향 유입구와 반경방향 유출구를 지닌 레이디얼 임펠러일 수 있다. 임펠러를 통해 처리된 유체는 압축기 단(109D, 109C)의 볼루트(volute)(114D, 114C)와 같은 각각의 볼루트에 수집된다.Each compressor stage 109A through 109D includes at least one impeller supported on a rotating shaft. In Fig. 4, two impellers 112D and 112C of the two most upstream compressor stages 109D and 109C, respectively, are shown. Each impeller may be a radial impeller having an axial inlet and a radial outlet. Fluids processed through the impeller are collected in respective volutes such as the volutes 114D and 114C of the compressor stages 109D and 109C.

임펠러는 쌍을 이룰 수 있으며, 각각의 임펠러 쌍은 공통 회전 샤프트에 의해 지지된다. 도 2a의 실시예에는, 2개의 회전 샤프트(159, 161)가 마련된다. 제1 및 제2 압축기 단(109D, 109C)의 임펠러는 제1 회전 샤프트(159) 상에서 회전하도록 장착되고, 제3 및 제4 압축기 단(109B, 109A)의 임펠러는 제2 회전 샤프트(161) 상에서 회전하도록 장착된다. 상이한 개수의 회전 샤프트와 각각의 압축기 단 및 임펠러가 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 홀수 개의 단이 마련될 수 있으며, 이 경우 회전 샤프트들 중 하나는 쌍을 이룬 임펠러 대신에 단일 임펠러를 지지할 수 있다.The impellers can be paired, and each pair of impellers is supported by a common rotating shaft. In the embodiment of Fig. 2A, two rotating shafts 159 and 161 are provided. The impellers of the first and second compressor stages 109D and 109C are mounted to rotate on the first rotating shaft 159 and the impellers of the third and fourth compressor stages 109B and 109A are mounted on the second rotating shaft 161, As shown in FIG. Different numbers of rotating shafts and respective compressor stages and impellers may be provided. In some embodiments, an odd number of stages may be provided, in which case one of the rotating shafts may support a single impeller instead of a paired impeller.

각각의 회전 샤프트(159, 161) 상부에 키 방식으로 고정된 피니언(159A, 161A)을 포함한다. 피니언(159A, 161A)은, 구동 샤프트(165)를 통해 전기 모터(111)에 의해 회전 구동되는 중앙 치형 휠 또는 크라운(163)과 맞물린다. 2개의 회전 샤프트(159A, 161A) 그리고 회전 샤프트 상에 장착되는 각각의 임펠러는 상이한 회전 속도로 회전할 수 있다.And includes pinions 159A and 161A fixed in a key manner on the respective rotary shafts 159 and 161. [ The pinions 159A and 161A engage with a center tooth wheel or crown 163 which is rotationally driven by the electric motor 111 through the drive shaft 165. [ The two rotating shafts 159A and 161A and the respective impellers mounted on the rotating shaft can rotate at different rotational speeds.

내부 기어형 터보압축기(109)의 구조는, 예냉각 루프(103)에서 순환하는 제1 냉매의 상이한 사이드 스트림을 처리하기에 매우 적절하다. 압축기 단의 유입구에 있는 각 세트의 가동 유입구 안내 베인의 위치는 각 사이드 스트림, 즉 압축기 단의 각각의 흡입측으로 전달되는 각각의 냉매 스트림의 흐름 조건에 맞춰질 수 있으며, 이에 따라 압축기 단의 작동 조건은 상이한 열교환기(123A 내지 123D, 125A 내지 125D)를 통한 온도 조건과 유량에 맞춰질 수 있다. 압축기 효욜과 작동성은 이에 따라 최대화될 수 있다. 내부 기어형 터보압축기(109)의 구조에 용이하게 포함되는 중간 냉각기(153. 155. 157)과 같은 하나 이상의 중간 냉각기는 압축기의 효율 그리고 이에 따라 전체 LNF 시스템의 효율을 더욱 증가시킨다.The structure of the internal gear turbo compressor 109 is very suitable for treating different side streams of the first refrigerant circulating in the pre-cooling loop 103. The position of each set of movable inlet guide vanes at the inlet of the compressor stage can be matched to the flow conditions of each refrigerant stream delivered to each side stream, i.e., the suction side of each of the compressor stages, Can be matched to the temperature conditions and flow rates through the different heat exchangers 123A-123D, 125A-125D. Compressor efficiency and operability can thus be maximized. One or more intercoolers, such as intercoolers 153, 155, 157, which are easily included in the structure of the internal gear turbo compressor 109, further increase the efficiency of the compressor and thus the efficiency of the entire LNF system.

여기에 개시되는 보호 대상의 다른 실시예가 도 3에 예시되고, 여기에서 아래에 설명될 것이다. 도 3의 LNG 시스템(200)은 3개의 폐쇄 루프 또는 사이클 - 201, 203 및 205 라벨이 각각 붙음 - 을 포함한다. 3개의 루프에서 3개의 상이한 냉매가 처리된다. 루프(201)에서 처리되는 제1 냉매는 프로판일 수 있다. 제1 루프(201)는 아래에서는 예냉각 루프라고 명명될 것이다. 루프(203)에서 처리되는 제2 냉매는 에틸렌일 수 있고, 루프(205)에서 순환하는 제3 냉매는 메탄일 수 있다. 천연 가스 라인(207)은 3개 루프(201, 203, 205)의 3개의 순차 배열 열교환기(209, 211, 213)를 통해 흐른다. 천연 가스는 가스상 상태로 제1 열교환기(209)에 진입하여, 액체 상태로 마지막 열교환기(213)를 빠져나간다.Another embodiment of the subject matter disclosed herein is illustrated in Figure 3 and will now be described below. The LNG system 200 of FIG. 3 includes three closed-loop or cycle- 201 , 203, and 205 labels, respectively. Three different refrigerants are processed in three loops. The first refrigerant treated in the loop 201 may be propane. The first loop 201 will be referred to below as a precooled loop. The second refrigerant being treated in the loop 203 may be ethylene and the third refrigerant circulating in the loop 205 may be methane. The natural gas line 207 flows through three sequential arrangement heat exchangers 209, 211, 213 of three loops 201, 203, 205. Natural gas enters the first heat exchanger 209 in a gaseous state and exits the last heat exchanger 213 in a liquid state.

도 3의 시스템은 다소 간단한 방식으로 도시되어 있다. 제1의 예냉각 루프 또는 사이클(201)은 복수 개의 압축기 단을 포함하는 내부 기어형 터보압축기(229)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 3개의 압축기 단(229A 내지 229C)은, 한 예로서 도 3의 개략도에 도시한 바와 같이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 상이한 개수의 압축기 단이 제공될 수 있다. 일반적으로, 압축기 단의 개수는, 도 2 및 도 2a와 연계하여 개시된 것과 유사한 방식으로 예냉각 루프(201)에 제공되는 사이드 스트림의 개수에 좌우될 수 있다.The system of Figure 3 is shown in a somewhat simplified manner. First Example The cooling loop or cycle 201 comprises an internal gear-type turbo compressor 229 comprising a plurality of compressor stages. In some embodiments, three compressor stages 229A through 229C may be provided as shown in the schematic diagram of FIG. 3 as an example. In other embodiments, a different number of compressor stages may be provided. In general, the number of compressor stages may depend on the number of side streams provided to the pre-cooling loop 201 in a manner similar to that described in connection with Figures 2 and 2a.

입구 안내 베인(228C, 228B, 228A)은 몇몇 압축기 단, 바람직하게는 각각의 압축기 단의 유입구에 마련될 수 있다. 순차 배열된 압축기 단의 쌍들 사이에 중간 냉각기가 배치될 수 있고, 예컨대 제1 중간 냉각기(230)는 제1 압축기 단(229C)의 전달측과 제2 압축기 단(229B)의 흡입측 사이에 배치될 수 있다. 압축기 단(229B)의 전달측과 압축기 단(229A)의 흡입측 사이에 다른 중간 냉각기(231)가 배치될 수 있다.The inlet guide vanes 228C, 228B, 228A may be provided at several compressor stages, preferably at the inlet of each compressor stage. An intermediate cooler may be disposed between pairs of sequentially arranged compressor stages, for example, the first intermediate cooler 230 is disposed between the delivery side of the first compressor stage 229C and the suction side of the second compressor stage 229B . Another intermediate cooler 231 may be disposed between the transfer side of the compressor stage 229B and the suction side of the compressor stage 229A.

마지막 압축기 단(229A)의 전달측, 즉 압력 증가 방향으로 가장 하류에 있는 것은 컨덴서(233)에 연결된다. 내부 기어형 터보압축기(229)를 통해 순환하는 제1 냉매는 컨덴서(233)에서 응결되고, 라인(235)을 통해 제1 열교환기(209)로 전달된다. 압축되고 응결된 냉매 흐름은 하나 이상의 팽창 요소를 통해 팽창될 수 있으며, 상기 팽창 요소 중 하나가 237로 도시되어 있다. 도 2와 유사한 방식으로, 이송 라인(235)에서 흐르는 주 냉매 스트림은 점감하는 압력 및 온도의 사이드 스트림으로 분할될 수 있다. 열교환기(209)는 순차 배열된 복수 개의 열교환기 섹션으로 구성될 수 있고, 상기 열교환기 섹션을 통해, 도 2 및 도 2a와 연계하여 설명한 것과 매우 유사한 방식으로 냉매의 일부가 점감하는 압력으로 흐르게 된다. 이에 따라, 각각의 압축기 단(229A, 229B, 229C)로 복귀하는 복수 개의 사이드 스트림이 형성된다.The downstream side of the last compressor stage 229A, that is, the downstream side in the pressure increasing direction is connected to the condenser 233. The first refrigerant circulating through the internal gear type turbo compressor 229 is condensed in the condenser 233 and transferred to the first heat exchanger 209 through the line 235. The compressed and condensed refrigerant stream can be expanded through one or more expansion elements, one of which is shown at 237 . In a similar manner to FIG. 2, the main refrigerant stream flowing in the transfer line 235 may be divided into side streams of decreasing pressure and temperature. The heat exchanger 209 can be comprised of a plurality of sequential heat exchanger sections through which a portion of the refrigerant flows at a decreasing pressure in a manner very similar to that described in connection with Figures 2 and 2a do. Thereby, a plurality of side streams returning to the respective compressor stages 229A, 229B, and 229C are formed.

각각의 압축기 단 프로세스에서, 이에 따라 점증하는 압력의 상이한 냉매 유량이 가장 상류의 압축기 단(229C)으로부터의 가변하고 가장 하류의 압축기 단(229A)으로 통과한다.In each compressor stage process, different refrigerant flow rates of increasing pressure are thus passed from the most upstream compressor stage 229C to the variable and most downstream compressor stage 229A.

내부 기어형 터보압축기(229)는 원동기에 의해 구동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 원동기는 전기 모터일 수 있고, 도시하지는 않았지만 도 2를 참고로 하여 설명한 모터(111)와 유사하다. 다른 실시예에서, 원동기는 가스 터빈, 예컨대 항공 전용 가스 터빈을 포함할 수 있다.The internal gear type turbo compressor 229 can be driven by a prime mover. In some embodiments, the prime mover may be an electric motor and is similar to the motor 111 described with reference to Fig. 2, though not shown. In another embodiment, the prime mover may include a gas turbine, such as an airborne gas turbine.

제2 루프(203)는 압축기 장치(241)를 포함한다. 압축기 장치(241)는 단일 압축기 또는 순차 배열된 복수 개의 압축기를 포함할 수 있다. 압축기 장치(241)의 압축기들 중 하나 이상은 다단 압축기, 예컨대 다단 원심 압축기일 수 있다. 압축기 장치(241)는 제2 원동기(243)에 의해 구동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 원동기(243)는 가스 터빈, 예컨대 항공 전용 가스 터빈을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 원동기는 전기 모터를 포함할 수 있다. 상이한 엔진들 또는 모터들의 조합도 또한 고려될 수 있다.The second loop 203 includes a compressor device 241. The compressor device 241 may comprise a single compressor or a plurality of compressors arranged in a sequential order. One or more of the compressors of compressor device 241 may be a multi-stage compressor, such as a multi-stage centrifugal compressor. The compressor device 241 may be driven by the second prime mover 243. In some embodiments, the second prime mover 243 may include a gas turbine, such as an aviation dedicated gas turbine. In another embodiment, the prime mover may comprise an electric motor. Combinations of different engines or motors may also be considered.

제2 루프(203)는, 압축기 장치(241)에 의해 전달된 압축된 제2 냉매가 응결되는 컨덴서(245)를 포함한다. 전달 라인(247)은 압축되고 응결된 제2 냉매를 제1 열교환기(209)를 통과하도록 그리고 제2 열교환기(211)를 통과하도록 전달한다. 제1 열교환기(209)에서, 응결된 제2 냉매는 제1 루프(201)에서 순환하는 제1 냉매에 대해 열을 교환하는 것에 의해 냉각된다. 제2 열교환기(211)에서, 제2 냉매는 하나 이상의 순차 배열된 팽창 요소에서 팽창되며, 상기 팽창 요소들 중 하나가 249로 도시되어 있다. 그 자체로 공지된 방식으로, 상이하고 점감하는 압력의 제2 냉매의 상기 스트림이 이렇게 하여 생성될 수 있고, 상기 사이드 스트림은 복귀 라인(251, 253, 255)를 통해 감소하는 압력으로 제2 압축기 장치(241)로 복귀된다. 몇몇 실시예에서, 각각의 사이드 스트림은 압축기 장치(241)를 형성하는 순차 배열된 복수 개의 압축기 각각의 유입구에서 주입된다. 가동 유입구 안내 베인은 각각의 상기한 압축기의 유입구에 마련될 수 있다. 제2 열교환기(211)에서, 제2 냉매는 가스 라인(207)을 통해 흐르는 천연 가스를 냉각 및/또는 부분적으로 액화시킨다.The second loop 203 includes a condenser 245 through which the compressed second refrigerant delivered by the compressor device 241 condenses. The delivery line 247 delivers the compressed and condensed second refrigerant through the first heat exchanger 209 and through the second heat exchanger 211. In the first heat exchanger (209), the condensed second refrigerant is cooled by exchanging heat with the first refrigerant circulating in the first loop (201). In the second heat exchanger 211, the second refrigerant is expanded in one or more progressively arranged expansion elements, one of the expansion elements being shown at 249 . In a manner known per se, the stream of the second refrigerant of different and decreasing pressure may thus be produced, and the side stream may be supplied to the second compressor < RTI ID = 0.0 > And returned to the device 241. In some embodiments, each side stream is injected at an inlet of each of a plurality of sequentially sequenced compressors forming a compressor device 241. The movable inlet guide vanes may be provided at the inlet of each of the above compressors. In the second heat exchanger (211), the second refrigerant cools and / or partially liquefies the natural gas flowing through the gas line (207).

제3 루프(205)는 다른 압축기 장치(261)를 포함한다. 압축기 장치(261)는 단일 압축기 또는 순차 배열된 복수 개의 압축기로 이루어질 수 있다. 압축기 장치(216)의 압축기(들)는 원심 압축기, 예컨대 다단 원심 압축기일 수 있다. 압축기 장치(261)를 회전 구동시키기 위해 다른 원동기(263)가 마련된다. 몇몇 실시예에서, 원동기(263)는 가스 터빈, 예컨대 항공 전용 가스 터빈을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 원동기(263)는 전기 모터를 포함할 수 있다. 상이한 모터들과 엔진들의 조합도 또한 제공될 수 있다.The third loop 205 includes another compressor device 261. The compressor device 261 may be a single compressor or a plurality of compressors arranged in sequence. The compressor (s) of compressor device 216 may be a centrifugal compressor, such as a multi-stage centrifugal compressor. Another prime mover 263 is provided for rotationally driving the compressor device 261. In some embodiments, prime mover 263 may include a gas turbine, such as an aviation dedicated gas turbine. In another embodiment, prime mover 263 may comprise an electric motor. Combinations of different motors and engines may also be provided.

압축기 장치(261)에 의해 전달되는 압축된 제3 냉매는 컨덴서(265)에서 응결되고, 액체 상태로 전달 라인(267)을 통해 제1, 제2 및 제3 열교환기(209, 211, 213)를 통과하도록 전달된다. 제1 및 제2 열교환기(209, 211)에서, 제3 냉매는 액체 상태로 흐르고, 제1 냉매와 제2 냉매에 대해 각각 열을 교환하는 것에 의해 냉각된다. 루프의 마지막 섹션에서, 제3 냉매는 하나 이상의 순차 배열된 팽창 요소(269)에서 팽창된다. 증발된 제3 냉매는, 천연 가스가 제3 열교환기(213)로부터 전달되는 경우에 액화될 때까지 제3 열교환기(213)에서 천연 가스에 대해 열을 교환한다. 몇몇 실시예에서, 제3 냉매는 점감하는 압력으로 사이드 스트림으로 세분될 수 있고, 각각의 사이드 스트림은 각각의 복귀 라인(271, 273, 275)을 통해 압축기 장치(261)로 복귀된다. 이 경우에도 또한, 측부 스트림은 압축기 장치의 일부를 형성하는 순차 배열된 압축기의 유입구에서 주입될 수 있고, 각각의 압축기에는 가능하다면 가변 유입구 안내 베인이 마련된다.The compressed third refrigerant delivered by the compressor device 261 condenses in the condenser 265 and flows into the first, second and third heat exchangers 209, 211, 213 through the delivery line 267 in a liquid state. As shown in FIG. In the first and second heat exchangers 209 and 211, the third refrigerant flows in a liquid state and is cooled by exchanging heat with respect to the first refrigerant and the second refrigerant, respectively. In the last section of the loop, the third refrigerant is expanded in one or more sequentially arranged expansion elements 269. The evaporated third refrigerant exchanges heat with natural gas in the third heat exchanger 213 until the natural gas is liquefied when it is delivered from the third heat exchanger 213. [ In some embodiments, the third refrigerant may be subdivided into a sidestream with a decreasing pressure, and each sidestream is returned to the compressor device 261 through a respective return line 271, 273, 275. Also in this case, the side stream can be injected at the inlet of the sequentially arranged compressors forming part of the compressor device, and each compressor is provided with a variable inlet guide vane if possible.

지금까지 설명하고 도 3에 예시한 LNG 프로세스는 캐스케이드 프로세스로 알려져 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 기지의 캐스케이드 프로세스 및 시스템과 상이하게 본 실시예에서는 적어도 제1의 예냉각 루프(201)가 다단 내부 기어형 터보압축기를 포함한다.The LNG process described so far and illustrated in Figure 3 is known as a cascade process. As noted above, unlike the known cascade process and system, at least the first example cooling loop 201 in this embodiment includes a multi-stage internal geared turbo compressor.

예냉각 루프에 있는 제1 냉매를 내부 기어형 터보압축기를 통해 처리하는 것은, 도 2 및 도 2a의 실시예와 연계하여 이미 설명한 바와 같이 여러 장점을 갖는다. 도 3의 실시예의 내부 기어형 터보압축기(229)는 개념적으로 도 2 및 도 2a의 실시예에 대하여 설명하고 도 4에 보다 상세히 도시한 내부 기어형 터보압축기와 유사할 수 있다. 단지 한 예로서, 도 3에 도시한 내부 기어형 터보압축기(229)의 압축기 단의 개수가 도 2 및 도 2a의 실시예의 단의 개수와 상이하며, 이것은 내부 기어형 터보압축기의 단의 개수가, 예컨대 제1 냉매의 주 스트림이 컨덴서의 하부에서 분할되는 사이드 스트림의 개수에 좌우되는 설계 고려사항을 기초로 하여 변할 수 있다는 것을 나타낸다.The processing of the first refrigerant in the example cooling loop through the internal geared turbo compressor has several advantages as already described in connection with the embodiment of Figures 2 and 2a. The internal gear type turbo compressor 229 of the embodiment of FIG. 3 is conceptually similar to the internal gear type turbo compressor described with respect to the embodiment of FIGS. 2 and 2A and shown in more detail in FIG. By way of example only, the number of compressor stages of the internal gear type turbo compressor 229 shown in FIG. 3 is different from the number of stages of the embodiment of FIGS. 2 and 2A, For example, the primary stream of the first refrigerant may be varied based on design considerations that are dependent on the number of side streams to be split at the bottom of the condenser.

몇몇 실시예에서, 내부 기어형 터보압축기는 약 12 MW 내지 약 40 MW의 범위의 출력으로 구동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 내부 기어형 터보압축기는 약 14 MW 내지 40 MW, 보다 구체적으로는 약 25 MW 내지 30 MW 범위의 정격 출력을 가질 수 있다.In some embodiments, the internal geared turbo compressor may be driven at an output ranging from about 12 MW to about 40 MW. In some embodiments, the internal geared turbocompressor may have a rated output ranging from about 14 MW to 40 MW, and more specifically from about 25 MW to 30 MW.

몇몇 실시예에서, 약 10,000 m3/h 내지 70,000 m3/h 범위의 제1 냉매 유량이 내부 기어형 터보압축기에 의해 처리될 수 있다.In some embodiments, a first refrigerant flow rate in the range of about 10,000 m 3 / h to 70,000 m 3 / h may be treated by the internal gear-type turbo compressor.

앞서 개시한 바와 같이, LNG 시스템에서의 제1 냉매는 통상 점감하는 압력값으로 팽창되고, 내부 기어형 터보압축기의 다수의 압축기 단 각각으로 각각 복귀되는 측부 스트림들로 분할된다. 몇몇 실시예에서, 가장 하류의 압축기 단, 즉 최대 압력의 압축기 단의 전달 압력은 약 45 절대압(bar absolute) 내지 약 6 절대압 범위이고, 몇몇 실시예에서 상기 전달 압력은 약 52 절대압 내지 약 56 절대압 범위일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 흡입 압력, 즉 가장 상류의 압축기 단의 유입구에서의 압력은 약 2.5 내지 약 15 절대압, 보다 구체적으로는, 예컨대 약 3 내지 10 절대압, 예컨대 대략 3 내지 3.5 절대압 범위일 수 있다.As previously disclosed, the first refrigerant in the LNG system is expanded to a generally decreasing pressure value and divided into side streams, each returning to each of a plurality of compressor stages of an internal gear turbo compressor. In some embodiments, the delivery pressure of the most downstream compressor stage, i.e., the compressor stage of the maximum pressure, is in the range of about 45 absolute to about 6 absolute, and in some embodiments the delivery pressure is about 52 absolute to about 56 absolute Lt; / RTI > In some embodiments, each suction pressure, i.e., the pressure at the inlet of the most upstream compressor stage, can be in the range of about 2.5 to about 15 absolute, more specifically, for example, about 3 to 10 absolute, have.

다른 실시예에서, 내부 기어형 터보압축기에 있어서 마지막 단의 전달 압력(배출 압력)은 약 10 절대압 내지 약 30 절대압 범위일 수 있고, 몇몇 특정 실시예에서는 15 절대압 내지 25 절대압 범위일 수 있다. 가장 상류의 압축기 잔에서의 각각으 흡입 압력은 약 1 내지 약 2.5 절대압, 보다 구체적으로는 약 1.5 내지 2 절대압, 예컨대 대략 1.6 내지 1.9 절대압 범위일 수 있다.In another embodiment, the delivery pressure (discharge pressure) of the last stage in the internal gear turbocompressor may be in the range of about 10 absolute to about 30 absolute, and in some particular embodiments may be in the range of 15 absolute to 25 absolute. The suction pressure at each of the most upstream compressors may range from about 1 to about 2.5 absolute, more specifically about 1.5 to 2 absolute, such as about 1.6 to 1.9 absolute.

예냉각 사이클에서의 내부 기어형 터보 압축기의 사용은 압축기의 효율을 증대시키고, 이에 따라 전력 소비를 감소시키며, 궁극적으로는 종래 기술의 원심 다단 압축기에 비해 비용을 현저히 절감한다.The use of an internal gear type turbo compressor in the example cooling cycle increases the efficiency of the compressor, thereby reducing power consumption, and ultimately significantly reduces cost compared to prior art centrifugal multistage compressors.

이렇게 하여 달성된 증대된 효율 및 감소된 에너지 소비와 비용 절감 면에서 중요한 장점을 충분히 이해하기 위해서는, 아래의 비교예를 고려해야만 한다.In order to fully appreciate the important advantages in terms of the increased efficiency thus achieved and the reduced energy consumption and cost savings, the following comparative example has to be considered.

도 1에 따른 시스템에서, 빔 원심 압축기, 예컨대 이탈리아 플로렌스에 소재하는 GE Oil & Gas사(社)에 의해 제조되고 압축기에 직접 커플링되는 PGT25+G4 항공 전용 가스 터빈 - 이탈리아 플로렌스에 소재하는 GE Oil & Gas사로부터 입수 가능함 - 에 의해 구동되는 효율 "100 %"의 3MCL804를 사용하는 표준 구성의 작동 조건은 아래와 같다.In the system according to FIG. 1, a beam centrifugal compressor, for example a PGT25 + G4 air turbine gas turbine manufactured by GE Oil & Gas, Florence, Italy, directly coupled to the compressor, GE Oil & Gas The operating conditions of the standard configuration using the 3MCL804 with "100%" efficiency driven by - are as follows.

- 유입 압력 : 1.13 절대압- Inflow pressure: 1.13 Absolute pressure

- 유입 체적 유량 : 56,000 m3/h- Inlet volume flow: 56,000 m 3 / h

- 회전 속도 : 6,1OO rpm- Rotation speed: 6,100 rpm

압축기는 설계 조건에서 21,108 kW를 흡수할 것이다. 내부 기어형 압축기 - 이탈리아 플로렌스에 소재하는 GE Oil & Gas사에 의해 제조되고, 등가의 가스 터빈에 의해 구동되며 효율이 102.4 %임 - 를 포함하는 도 2 및 도 2a에 따른 구성은 동일한 작동 조건 하에서 20,493 kW를 흡수할 것이며, 이것은 전력 소비의 3 %의 감소를 수반한다.The compressor will absorb 21,108 kW under design conditions. The internal gear type compressor - a construction according to FIG. 2 and FIG. 2A, manufactured by GE Oil & Gas, Florence, Italy, driven by an equivalent gas turbine and having an efficiency of 102.4% 20,493 kW, which is accompanied by a 3% reduction in power consumption.

내부 기어형 구성에 의한 총 비용 절감은 5 %이다.The total cost savings due to the internal gear configuration is 5%.

내부 기어형 압축기의 사용은, 가스 터빈 대신에 전기 모터가 사용되는 구성을 고려하는 경우에 기어박스의 제거로 인해 훨씬 더 주목받는다. 전기 모터를 드라이버로 사용하는 종래 기술에 따른 표준 해결책에서는, 고정 속도 전기 모터가 기어 박스를 통해 압축기에 구동 가능하게 연결된다. 반대로, 내부 기어형 압축기가 사용되는 경우, 압축기는 추가의 기어 박스 없이 최적 속도로 설계될 수 있다. 압축기는 최대 104.1 %의 효율을 달성할 것이다. 앞서 언급한 작동 조건 하에서, 이것은 20,102 kW의 전력 흡수를 초래할 것이며, 이것은 1006 kW의 전력 소비 절감을 초래한다. 비용 면에서, 내부 기어형 압축기와 전기 모터를 사용하는 솔루션은 주로 기어 박스의 제거로 인해 전기 모터, 기어 박스 및 압축기를 사용하는 표준 솔루션보다 14 % 저렴하다.The use of an internally geared compressor is much more noticeable due to the removal of the gearbox when considering the configuration in which an electric motor is used instead of a gas turbine. In a standard solution according to the prior art using an electric motor as a driver, a fixed speed electric motor is driveably connected to the compressor through a gearbox. Conversely, when an internal gear type compressor is used, the compressor can be designed at an optimum speed without an additional gear box. The compressor will achieve efficiencies of up to 104.1%. Under the aforementioned operating conditions, this will result in a power absorption of 20,102 kW, which results in a power consumption reduction of 1006 kW. In terms of cost, solutions using internal gear-type compressors and electric motors are 14% cheaper than standard solutions using electric motors, gearboxes and compressors, mainly due to the elimination of gearboxes.

여기에 개시된 보호 대상의 개시된 실시예가 도면에 도시되고 다수의 몇몇 실시예와 연계하여 특별히 그리고 상세하게 충분히 전술되었지만, 여기에서 기술한 신규한 교시, 원리 및 개념과, 첨부된 청구범위에 인용된 보호 대상의 장점으로부터 실제적으로 벗어나지 않고 여러 수정, 변형 및 생략이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시된 혁신의 적절한 범위는, 상기한 수정, 변형 및 생략 모두를 망라하도록 첨부된 청구범위를 넓게 해석하는 것에 의해서만 결정되어야만 한다. 또한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 차례는 변형예에 따라 변경되거나, 다시 정해질 수 있다.Although the disclosed embodiments of the subject matter disclosed herein have been shown and described in detail and in sufficient detail in connection with a number of several embodiments, it will be appreciated that the novel teachings, principles and concepts described herein, It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, variations, and omissions without departing from the scope of the appended claims are possible. Accordingly, the appropriate scope of the innovation disclosed should be determined only by broadly construing the appended claims to cover all such modifications, variations and omissions. In addition, the order or order of any process or method steps may be changed or redefined according to a variant.

Claims (23)

천연 가스 액화 시스템으로서,
제1 냉매가 통과하여 순환되도록 된, 적어도 예냉각 루프로서,
제1 냉매를 압축하는 적어도 하나의 압축기;
상기 압축기를 구동하는 적어도 하나의 원동기;
제1 냉매로부터 열을 제거하는 적어도 하나의 컨덴서;
제1 냉매를 팽창시키는 적어도 제1 팽창 요소;
천연 가스로부터 제1 냉매로 열을 전달하는 적어도 제1 열교환기
를 포함하는 예냉각 루프; 및
제2 냉매가 통과하여 순환하도록 된, 상기 예냉각 루프 하류의, 적어도 냉각 루프
를 포함하며, 천연 가스는 예냉각 루프에서 그리고 냉각 루프에서 순차적으로 냉각되도록 되어 있고,
상기 압축기는, 복수 개의 압축기 단을 포함하는 내부 기어형 터보 압축기(an integrally-geared turbo-compressor)이고, 복수 개의 압축기 단 각각에는 압축기 단에 진입하는 흐름을 자체 조절하기 위해 독립적인 가동 유입구 안내 베인 세트가 마련되는 것인 천연 가스 액화 시스템.As a natural gas liquefaction system,
At least an exemplary refrigeration loop through which the first refrigerant is circulated,
At least one compressor for compressing the first refrigerant;
At least one prime mover for driving the compressor;
At least one condenser for removing heat from the first refrigerant;
At least a first expansion element for expanding the first refrigerant;
At least a first heat exchanger for transferring heat from the natural gas to the first refrigerant
A pre-cooling loop comprising; And
At least the cooling loop, downstream of the pre-cooling loop, through which the second refrigerant is circulated,
Wherein the natural gas is intended to be cooled sequentially in a pre-cooling loop and in a cooling loop,
Wherein the compressor is an integrally-geared turbo-compressor comprising a plurality of compressor stages, each of the plurality of compressor stages having an independent movable inlet guide vane for self-regulating the flow entering the compressor stage, Wherein a set of natural gas liquefaction systems is provided. 제1항에 있어서, 상기 예냉각 루프는 제1 냉매를, 내부 기어형 터보압축기의 각각의 압축기 단에서 복귀되는 2개 이상의 사이드 스트림으로 분할하도록 구성되는 것인 천연 가스 액화 시스템.2. The natural gas liquefaction system of claim 1, wherein the precooling loop is configured to split the first refrigerant into two or more side streams returned from each compressor end of the internal geared turbo compressor. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원동기는 전기 모터를 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.3. The natural gas liquefaction system as claimed in claim 1 or 2, wherein the prime mover comprises an electric motor. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원동기는 가스 터빈을 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.3. The natural gas liquefaction system according to claim 1 or 2, wherein the prime mover comprises a gas turbine. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예냉각 루프는
복수 개의 감소하는 압력 레벨로 제1 냉매를 팽창시키도록 구성된 순차 배열된 복수 개의 제1 팽창 요소;
상기 순차 배열된 복수 개의 제1 팽창 요소를 통해 팽창된 제1 냉매의 각각의 부분을 수용하고, 천연 가스로부터 제1 냉매로 열을 전달하도록 배치 및 구성되는 복수 개의 제1 열교환기; 및
각각의 상기 제1 열교환기로부터 나온 제1 냉매의 사이드 스트림을 내부 기어형 터보압축기의 각각의 압축기 단으로 복귀시키는 복수 개의 복귀 경로
를 더 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.5. The method of any one of the preceding claims, wherein the pre-cooling loop
A plurality of sequentially arranged first expansion elements configured to inflate a first refrigerant at a plurality of decreasing pressure levels;
A plurality of first heat exchangers arranged and configured to receive respective portions of the first refrigerant expanded through the sequentially arranged plurality of first expansion elements and to transfer heat from the natural gas to the first refrigerant; And
A plurality of return paths for returning a side stream of the first refrigerant from each of the first heat exchangers to respective compressor ends of the internal gear-
Wherein the natural gas liquefaction system further comprises: 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예냉각 루프는, 적어도 제1 보조 팽창 요소와, 상기 제1 팽창 요소를 통해 팽창된 제1 냉매의 일부를 수용하고, 냉각 루프에서 순환하는 제2 냉매로부터 예냉각 루프에서 순환하는 제1 냉매로 열을 전달하도록 구성된 적어도 제1 보조 열교환기를 더 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.6. The method of any one of the preceding claims, wherein the pre-cooling loop includes at least a first auxiliary expansion element and a portion of the first refrigerant expanded through the first expansion element, Further comprising at least a first auxiliary heat exchanger configured to transfer heat from the second refrigerant in the precooled loop to the first refrigerant circulating in the precooled loop. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예냉각 루프는
복수 개의 감소하는 압력 레벨로 제1 냉매를 팽창시키도록 구성된 순차 배열된 복수 개의 제2 팽창 요소;
상기 제1 보조 팽창 요소를 통해 팽창된 제1 냉매의 각각의 부분을 수용하고, 제2 냉매로부터 제1 냉매로 열을 전달하도록 배치 및 구성된 복수 개의 제2 열교환기; 및
각각의 상기 제2 열교환기로부터 내부 기어형 터보압축기의 각각의 압축기 단으로 제1 냉매의 부분들을 복귀시키는 복수 개의 복귀 경로
를 더 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.7. The method of any one of the preceding claims, wherein the pre-cooling loop
A plurality of sequentially arranged second expansion elements configured to inflate the first refrigerant at a plurality of decreasing pressure levels;
A plurality of second heat exchangers arranged to receive respective portions of the first refrigerant expanded through the first auxiliary expansion element and to transfer heat from the second refrigerant to the first refrigerant; And
A plurality of return paths for returning portions of the first refrigerant from each of the second heat exchangers to respective compressor ends of the internal gear-
Wherein the natural gas liquefaction system further comprises: 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 냉매는 분자량이 35를 상회하는 가스를 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.8. The natural gas liquefaction system according to any one of claims 1 to 7, wherein the first refrigerant comprises a gas having a molecular weight of greater than 35. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 냉매는 혼합 냉매, 에틸렌 또는 메탄인 것인 천연 가스 액화 시스템. 9. The natural gas liquefaction system according to any one of claims 1 to 8, wherein the second refrigerant is a mixed refrigerant, ethylene or methane. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기는,
원동기에 의해 회전 구동되는 중앙 기어;
각각 중앙 기어와 맞물리고 중앙 기어에 의해 회전 구동되는 복수 개의 피동 샤프트; 및
각각의 샤프트 상에 장착되는 적어도 하나의 각각의 압축기 임펠러
를 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.The internal gear type turbo compressor according to any one of claims 1 to 9,
A center gear rotationally driven by a prime mover;
A plurality of driven shafts each engaged with the center gear and rotationally driven by the center gear; And
Each of the at least one compressor impeller
And the natural gas liquefaction system. 제10항에 있어서, 2개의 각각의 압축기 임펠러는 상기 샤프트들 중 적어도 하나에 장착되는 것인 천연 가스 액화 시스템.11. The natural gas liquefaction system of claim 10, wherein each of the two compressor impellers is mounted to at least one of the shafts. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기의 적어도 2개의 순차 배열된 압축기 단들 사이에 적어도 하나의 중간 냉각기를 더 포함하는 천연 가스 액화 시스템.12. The natural gas liquefaction system according to any one of claims 1 to 11, further comprising at least one intercooler between at least two sequential arranged compressor stages of the internal gear turbo compressor. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기는 제1 냉매를 압축하고, 이에 의해 압축된 제1 냉매는 약 45 내지 약 65 절대압, 바람직하게는 약 50 내지 약 60 절대압 범위의 압력으로 내부 기어형 터보압축기의 마지막 단으로부터 전달되며, 상기 내부 기어형 터보압축기의 제1 단의 유입구에서의 제1 냉매의 압력은 약 2.5 내지 약 10, 바람직하게는 약 3 내지 약 5 절대압 범위인 것인 천연 가스 액화 시스템.The internal gear type turbo compressor according to any one of claims 1 to 12, wherein the internal gear type turbo compressor compresses the first refrigerant, whereby the compressed first refrigerant has an absolute pressure of about 45 to about 65, preferably about 50 to about Wherein the pressure of the first refrigerant at the inlet of the first stage of the internal gear turbocompressor is from about 2.5 to about 10, Lt; RTI ID = 0.0 > 5. ≪ / RTI > 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기는 제1 냉매를 압축하고, 이에 의해 압축된 제1 냉매는 약 10 내지 30 절대압, 바람직하게는 약 15 내지 약 25 절대압 범위의 압력으로 내부 기어형 터보압축기의 마지막 단으로부터 전달되며, 상기 내부 기어형 터보압축기의 제1 단의 유입구에서의 제1 냉매의 압력은 약 1 내지 약 2.5, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 2 절대압 범위인 것인 천연 가스 액화 시스템.The internal gear type turbo compressor according to any one of claims 1 to 12, wherein the internal gear type turbo compressor compresses the first refrigerant, and the first refrigerant compressed thereby has a pressure of about 10 to 30 absolute, preferably about 15 to about 25 The pressure of the first refrigerant at the inlet of the first stage of the internal gear turbocompressor is between about 1 and about 2.5, preferably between about 1.5 and about 2 is an absolute pressure range. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기는 약 10,000 실제 mVh 내지 약 70,000 실제 m3/h 범위의 유량으로 제1 냉매 흐름을 전달하는 것인 천연 가스 액화 시스템. 15. The natural gas liquefaction system according to any one of claims 1 to 14, wherein the internal gear turbo compressor delivers a first refrigerant flow at a flow rate in the range of about 10,000 actual mVh to about 70,000 actual m3 / h. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기는 약 12 MW 내지 40 MW 범위, 바람직하게는 약 14 MW 내지 약 30 MW 범위의 전력을 흡수하는 것인 천연 가스 액화 시스템.16. The internal geared turbo compressor as claimed in any one of claims 1 to 15, wherein the internal gear type turbo compressor absorbs power in the range of about 12 MW to 40 MW, preferably about 14 MW to about 30 MW, system. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 기어형 터보압축기는 각각 적어도 하나의 임펠러를 포함하는 적어도 4개의 단을 포함하는 것인 천연 가스 액화 시스템.17. The natural gas liquefaction system according to any one of claims 1 to 16, wherein the internal gear-type turbo compressor comprises at least four stages each comprising at least one impeller. 천연 가스 액화 방법으로서,
복수 개의 압축기 단, 적어도 하나의 컨덴서, 적어도 하나의 팽창 요소 및 적어도 하나의 열교환기를 갖는 내부 기어형 터보압축기를 포함하는 예냉각 루프를 마련하는 단계;
원동기를 사용하여 상기 내부 기어형 터보압축기를 구동하는 단계;
제1 냉매를 내부 기어형 터보압축기를 통해 순환시키는 단계;
컨덴서에서, 내부 기어형 터보압축기에 의해 전달된 제1 냉매를 응결시키는 단계;
제1 냉매를 복수 개의 부분 흐름으로 분할하는 단계;
팽창 요소에서 응결된 제1 냉매를 팽창시키는 단계;
천연 가스로부터 열을 제거하여 천연 가스를 예냉각하기 위해 팽창된 냉매를 열교환기를 통해 순환시키는 단계;
압축기 단의 흡입측에서 부분 흐름을 조절하도록 가동 유입구 안내 베인을 독립적으로 제어하는 단계;
적어도 하나의 냉각 루프를 마련하는 단계;
상기 적어도 하나의 냉각 루프에서 제2 냉매를 순환시키는 단계;
제2 냉매에 대한 열교환에 의해 예냉각된 천연 가스로부터 열을 제거하는 단계
를 포함하는 천연 가스 액화 방법.As a natural gas liquefaction method,
Providing a pre-cooling loop comprising a plurality of compressor stages, an internal gear-type turbo compressor having at least one condenser, at least one expansion element, and at least one heat exchanger;
Driving the internal gear type turbo compressor using a prime mover;
Circulating the first refrigerant through the internal gear type turbo compressor;
In the condenser, condensing the first refrigerant delivered by the internal gear turbo compressor;
Dividing the first refrigerant into a plurality of partial flows;
Expanding the first refrigerant condensed in the expansion element;
Circulating the expanded refrigerant through the heat exchanger to pre-cool the natural gas by removing heat from the natural gas;
Independently controlling the movable inlet guide vane to regulate the partial flow at the suction side of the compressor stage;
Providing at least one cooling loop;
Circulating a second refrigerant in the at least one cooling loop;
Removing heat from the precooled natural gas by heat exchange with the second refrigerant
≪ / RTI > 제18항에 있어서, 상기 원동기는 전기 모터를 포함하는 것인 천연 가스 액화 방법.19. The method of claim 18, wherein the prime mover includes an electric motor. 제18항에 있어서, 상기 원동기는 가스 터빈을 포함하는 것인 천연 가스 액화 방법.19. The method of claim 18, wherein the prime mover comprises a gas turbine. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동 유입구 안내 베인은 부분 흐름의 흐름 조건에 따라 제어되는 것인 천연 가스 액화 방법.21. The method according to any one of claims 18 to 20, wherein the movable inlet guide vane is controlled according to a flow condition of the partial flow. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예냉각 루프에 순차 배열된 복수 개의 제1 팽창 요소를 마련하는 단계;
복수 개의 감소하는 압력 레벨로 상기 제1 팽창 요소를 통해 응결된 제1 냉매를 팽창시키는 단계;
천연 가스로부터 열을 제거하기 위해, 각각의 상기 제1 팽창 요소로부터 나온 팽창된 제1 냉매의 부분들을 복수 개의 제1 열교환기를 통해 순환시키는 단계; 및
상기 제1 열교환기로부터 나온 팽창된 제1 냉매의 부분들을 각각의 복귀 경로를 통해 복수 개의 압축기 단 각각으로 복귀시키는 단계
를 더 포함하는 천연 가스 액화 방법.22. The method according to any one of claims 18 to 21,
Providing a plurality of first expansion elements arranged in sequence in the pre-cooling loop;
Expanding a first refrigerant condensed through the first expansion element at a plurality of decreasing pressure levels;
Circulating portions of the expanded first refrigerant from each of the first expansion elements through a plurality of first heat exchangers to remove heat from the natural gas; And
Returning the portions of the expanded first refrigerant from the first heat exchanger to each of the plurality of compressor stages via respective return paths
Further comprising the steps of: 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예냉각 루프에서 순차 배열된 복수 개의 순차 배열된 제2 팽창 요소를 마련하는 단계;
응결된 제1 냉매를 상기 제2 팽창 요소를 통해 복수 개의 감소하는 압력 레벨로 팽창시키는 단계;
제2 냉매로부터 열을 제거하기 위해, 팽창된 제1 냉매의 부분들을 예냉각 루프에 있는 복수 개의 제2 열교환기를 통해 순환시키는 단계; 및
각각의 상기 제2 열교환기로부터 나온 제1 냉매의 부분들을 내부 기어형 터보압축기의 각각의 압축기 단으로 복귀시키는 단계
를 더 포함하는 천연 가스 액화 방법.23. The method according to any one of claims 18 to 22,
Providing a plurality of sequentially arranged second expansion elements arranged in sequence in the pre-cooling loop;
Expanding the condensed first refrigerant to a plurality of decreasing pressure levels through the second expansion element;
Circulating the portions of the expanded first refrigerant through the plurality of second heat exchangers in the pre-cooling loop to remove heat from the second refrigerant; And
Returning portions of the first refrigerant from each of the second heat exchangers to respective compressor ends of the internal geared turbo compressor
Further comprising the steps of:
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