Abstract
This paper presents the new cascade liquefaction cycles using $CO_2-C_2H_6-N_2$ and $CO_2-N_2$. The performance and exergy of cascade liquefaction cycles are analyzed using HYSYS software and then confirmed the possibility of these cycles for LNG-FPSO ship. From the comparison of performance and exergy loss of these cycles, the cascade liquefaction cycles using $CO_2-C_2H_6-N_2$ showed higher performance and the cycle using $CO_2-N_2$ presented higher exergy loss. The cascade liquefaction cycle using $CO_2-N_2$ is lower efficiency and higher compressor work compared to the optimized cascade liquefaction cycle using $C_3H_8-C_2H_4-C_1H_4$. But, if the efficiency of $N_2$ cycle in these liquefaction cycles is improved, it is possible to apply the cascade liquefaction cycle using $CO_2-C_2H_6-N_2$ and $CO_2-N_2$ to LNG-FPSO ship due to the simple composition device of these cycles.
본 논문에서는 $CO_2-C_2H_6-N_2$와 $CO_2-N_2$를 각각 적용한 캐스케이드 액화사이클을 새롭게 제안하고, HYSYS를 이용하여 이에 대한 성능 및 엑서지를 분석한 후, 이 사이클이 LNG-FPSO선에 적용가능여부를 확인하였다. 그 분석 결과로부터, 효율적인 측면에서는 $CO_2-C_2H_6-N_2$ 액화사이클이 우수하였고, 엑서지 손실측면에서는 장치 수가 적은 $CO_2-N_2$ 액화사이클이 오히려 높게 나왔다. 그리고 $CO_2-N_2$ 냉매용액화사이클은 기존의 $C_3H_8-C_2H_4-C_1H_4$ 보다 낮은 효율과 높은 압축일량을 보였다. 하지만, $N_2$ 사이클의 효율이 더 개선된다면 액화사이클의 구조가 간단하기 때문에 LNG-FPSO용 액화사이클로서 적합할 것으로 생각된다.
