Performance Improvement of Precooling Process and Cold Box in Hydrogen Liquefaction Process Using LNG Cold Energy

For the hydrogen liquefaction, the large amount of energy is consumed, due to precooling, liquefaction and o-p conversion processes. The aim of this work is to improve the performance of hydrogen liquefaction process by introducing the new energy saving processes, that are the liquid nitrogen precooling process by using LNG cold energy, and the new design of cold box insulation using cold air circulation. The results show that the indirect use of LNG cold energy in precooling process enables not only to get energy saving, but to make safer operation of liquefaction plant. In new cold box, the energy loss of equipments could be reduced by nearly 35%~50% compared to the present perlite insulation, if insulation structure is organised as 3mm steel wall/20cm PUF/5cm air/20cm PUF/equipment. Additionally the equipments installed in cold box can get cooling effect, if the temperature is higher than the temperature of cold air. The application of this results can gives to increase the liquid yield of about 50% substantially in industrial hydrogen liquefaction plant.

LNG 냉열이용 액체수소 제조공정의 예냉 및 Cold box의 성능 개선 연구

수소의 액화에는 예냉 에너지, 상변화 에너지, 수소 변환열 제거 등 다량의 에너지가 요구되어진다. 본 논문의 목적은 예냉공정에 필요한 에너지로 LNG냉열로 액체질소를 제조하여 사용하는 LNG냉열 간접 이용 방식과, Cold box의 단열에 냉공기를 이용하는 새로운 에너지절약 공정을 제안하여 수소액화 수율을 향상시키고자 하였다. 분석 결과를 보면, LNG냉열 간접이용 방식은 에너지 절약과 함께 액체수소 플랜트의 안전성을 제공하는 장점을 갖는다. 새로운 Cold box 단열 방식은 외벽 철판 3mm/우레탄폼 20cm/공기 5cm/우레탄폼 20cm/설비의 구조일 때 현재 펄라이트 단열에 비교하여 열유입량이 약 35%~50%가 감소하게 된다. 또한 냉공기 보다 온도가 높은 설비는 냉각의 효과를 얻게 된다. 수소액화 플랜트의 공정에 본 결과를 적용한다면 액체 수율이 50% 내외로 크게 향상되는 효과를 제공하게 된다.