Natural gas liquefaction process which is operated under cryogenic condition spends large amount of energy. Most of energy in the natural gas liquefaction process is consumed by compressors. Therefore, minimizing energy consumption of compressors is an important issue in process design and operation. Among various natural gas liquefaction processes, propane pre-cooled mixed refrigerant (C3MR) process consists of mixed refrigerant system and pure refrigerant system. In this study, to find the optimal design of pure refrigerant system, pure refrigerant cycle is simulated on different number of pressure levels and the necessary energy of each design is compared. After that, the driver selection model is applied to analyse each processes, which has different number of equipments, in terms of cost. As the result, the design using many equipments spends lower energy. Using this result, this study suggests standard of process design selection by the cost term.
In this study, experimental approach of the measurement of condensation and evaporation heat transfer coefficients is discussed for mixed refrigerants using in the ultra low-temperature cooling system for semiconductor etching process. An experimental apparatus was described performing the condensation and evaporation heat transfer measurements for mixed refrigerants. The mixed refrigerant used in this study was composed of the optimal mixture determined in previous research, with a composition of Ar:R14:R23:R218 = 0.15:0.4:0.15:0.3. The experiments were conducted over a temperature range from -82℃ to 15℃ and at pressures ranging from 18.5 bar to 5 bar. The convection heat transfer coefficients of the mixed refrigerant were measured at flow rates corresponding to actual operating conditions. The condensation heat transfer coefficient ranged from approximately 0.7 to 0.9 kW/m2K, while the evaporation heat transfer coefficient ranged from 1.0 to 1.7 kW/m2K. The detailed discussion of the experimental methods, procedures, and results were described in this paper.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.1
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pp.33-44
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2012
In this study, the optimal operating conditions for the dual mixed refrigerant(DMR) cycle were determined by considering the power efficiency. The DMR cycle consists of compressors, heat exchangers, seawater coolers, valves, phase separators, tees, and common headers, and the operating conditions include the equipment's flow rate, pressure, temperature, and refrigerant composition per flow. First, a mathematical model of the DMR cycle was formulated in this study by referring to the results of a past study that formulated a mathematical model of the single mixed refrigerant(SMR) cycle, which consists of compressors, heat exchangers, seawater coolers, and valves, and by considering as well the tees, phase separators, and common headers. Finally, in this study, the optimal operating conditions from the formulated mathematical model was obtained using a hybrid optimization method that consists of the genetic algorithm(GA) and sequential quadratic programming(SQP). Moreover, the required power at the obtained conditions was decreased by 1.4% compared with the corresponding value from the past relevant study of Venkatarathnam.
This paper presents the design and experimental analysis of a cryogenic refrigeration system for -100 ℃, primarily intended for semiconductor etching process. The refrigeration system utilizes non-flammable mixed refrigerant Joule-Thomson refrigeration cycle, incorporating a precooling stage to enhance overall performance. The selected refrigerants for the system include R1234yf for the precooling stage, and Ar, R14, R23 and R218 for the main cooling stage of the Joule-Thomson refrigeration cycle. Design results according to the system constraints and experimental results are discussed, including lowest evaporation temperature, compressor isentropic efficiency and overall pressure tendencies. The achieved refrigerant fraction from optimal design is Ar: R14: R23: R218 = 0.15: 0.4: 0.15: 0.3, indicating COP of 0.1118 at the isentropic compressor efficiency of 50%. The experimental result shows the developed system reaches steady state in approximately 3 hours.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.3
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pp.136-142
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2002
HFC-134a is currently used as the refrigerant in automobile air-conditioner, replacing the ozone depleting refrigerant CFC-12. Although HFC-l34a has no ozone depletion potential, it has a relatively high global warming potential, approximately 1300 tins that of CO$_2$ over a 100 year time horizon. Therefore, HFC- l34a does not seem to be a perfect alternative refrigerant due to high GWP. For this reason, non-azeotrope refrigerant mixture have been proposed as a long-term and drop-in alternative to HFC-l34a in the automobile air-conditioning system which has variable operating conditions with changes in RPM and pressure ratio. In this study,OS-l2a of which thermodynamic properties are similar to those of HFC-l34a is selected among the mixed refrigerant. HFC-l34a and OS-l2a are examined experimently by the performance test in the same automobile air-conditioning system.
The process of liquefied natural gas is less then $-160^{\circ}C$ to natural gas by cooling at atmospheric pressure. When control strategy was made, one of the most significant is analysis of process. It is important to understand the control variable change according to manipulated variable change. In this study, we experiment natural gas liquefied process using C3MR(Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant) process by BSU(Bench Scale Unit). We analyzed the change of refrigerant temperature and natural gas temperature according to the change of refrigerant flow rate so as to search an influence flow rate according to adjust each manipulated variables. One of the manipulated variable affected a number of control variables, but were able to confirm a control variable with a large response.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.15
no.1
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pp.25-33
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2007
The investigation has been made into the prediction of heat exchange performance of a counter flow type double-tube condenser for natural refrigerant mixtures composed of Propane/n-Butane or Propane/i-Butane in a smooth tube and micro-fin tube. Under various heat transfer conditions, mass flux, pressure drop and heat transfer coefficient of the mixed refrigerants were calculated using a prediction method, when the length of condensing tube, total heat transfer rate, mass flux and outlet temperature of coolant were maintained constant. Also, the predicted results were compared with those of HCFC22. The results showed that the mixed refrigerants of Propane/n-Butane or Propane/i-Butane could be substituted for HCFC22, while the pressure drop and overall heat transfer coefficient of the refrigerants were evaluated together.
A mixed refrigerant cycle (MRC) has been widely used in liquefaction of natural gas because it is simple and easily operable with reasonable equipment costs. One of the important techniques in MRC is selection of a refrigerant mixture and decision of its optimum mixing ratio. In this work, it is examined whether mixture components (refrigerants) and their mixing ratio influence performance of general MRC processes. In doing this, mixture design and response surface method, which are well-known statistical techniques, are used to find optimal mixture refrigerants and their optimal mixing ratio that minimize total energy consumption of the entire liquefaction process. A MRC process using several refrigerants and various mixing ratios is simulated by Aspen HYSYS and mixture design and response surface method are implemented using Minitab. According to the results, methane ($C_1$), ethane ($C_2$), propane ($C_3$) and nitrogen ($N_2$) are selected as best mixture refrigerants and the determined mixture ratio (mole ration) can reduce total energy consumption by up to 50%.
Cha, Sang Won;Lee, Ho Saeng;Moon, Deok Soo;Kim, Hyeon Ju
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.4
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pp.502-507
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2014
In this paper, performance characteristics of cycles were studied when mixed working fluid was used for ocean thermal energy conversion (OTEC). Among the various mixed refrigerants for industrial heat-pump, R32/R152a used in ocean thermal energy conversion system. For simulations, R32/R152a were used in existing closed cycle and Kalina cycle which is used only ammonia and water as mixed refrigerant. Temperature of the warm heat source was 26 and 29 celsius degree, temperature of the cold heat source was 5 celsius degree. In results of simulation, Gross power of the closed cycle on R32 was 22kW, and efficiency of the cycle was 2.02%. When the mixed refrigerant of R32/R152a, in the ratio of 90 to 10, gross power of the closed cycle was 29.93kW, and efficiency of the cycle was 2.78%. Gross power and cycle efficiency of R32/R152a increased by 36% and 37% than those of existing single refrigerant. Additionally, the same simulations were conducted in Kalina cycle with the same various composition ratio of mixed refrigerant.
Refrigerant oil reduces friction between piston and cylinder of compressor and is normally hard to mix or dissolve in refrigerant. Oil separator deprives refrigerating oil from mixed solution of refrigerant and refrigerant oil. Sometimes much machine oil is carried into an evaporator and is applied to surface of the evaporator, and then disturbs heat transfer through it. Well-made oil separator helps refrigerating system stable and evaporator sustain full capacity. In this paper, new oil separate with different way to structure is suggested and tested. As result the new separates is 13% higher at 0C with 10% mixture and 6% higher at 0C with 20% mixture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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