국립목포해양대학교 해양경찰학부

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극저온 유체-(공기 및 LNG 액화 역사) 등록일 : 2015-04-23

최부홍 조회수 : 10192

극저온 유체

Cryogenic fluid

 

 

저온공학에서는 끓는점이 120K이하의 액화가스를 극저온 유체(Cryogenic fluid)라고 한다대표적인 극저온 유체로서는 수소, 헬륨, 네온, 질소, 산소, 메탄, 크립톤, 아르곤 등이 있다. 특히, 산소와 질소는 공기의 99% 이상을 구성하는 물질이다.

 

공기는 19세기 이전까지만 해도 액화시킬 수 없는 기체로 여겨졌으며, 그런 의미에서 공기를 이상기체(Ideal gas)라고 부르기도 했다. 하지만 1853년 영국의 줄과 톰슨이 실린더 내에 공기를 자유팽창시켜 미량의 공기를 액화시키는데 성공하였다.

 

그들이 액화에 성공한 것은 공기 전체가 아니라 공기 속에 포함되어 있는 산소뿐이었다. 질소 액화는 1877년 프랑스의 카유테와 스위스의 픽테가 각각 독립적으로 성공했다. 하지만 그들이 액화에 성공한 산소와 질소는 액화된 후 얼마 지나지 않아 다시 기화되고 말았다.

 

마침내 1892년 영국의 듀어가 초저온 단열용기를 개발함으로서 액화된 산소와 질소 등을 보다 오랜 기간 동안 저장 보관할 수 있게 되었다. 그 덕택으로 저장해 둔 액화 산소를 호흡이 곤란한 많은 응급환자들에게 빠르고 쉽게 공급할 수 있게 되어 많은 귀중한 생명이 구해졌다.

 

또한 액체 질소는 현재에도 식품의 급속 냉동은 물론 씨앗과 다양한 시료들을 장기간 보관하는데 널리 사용되고 있다. 현재 질소는 냉동기의 냉매로도 사용되고 있으며 다량의 LNG을 액화하는데 매우 중요한 극저온 유체 중의 하나이다.

 

질소는 우주 왕복선의 연료 탱크의 폭발을 방지하는 불활성 가스로도 사용되고 있는데. 차세대 우주산업을 위해서 각국 에서는 질소뿐만 수소와 헬륨 등과 같은 극저온 유체들에 대해 다양한 연구들을 오래 전부터 진행해 오고 있다.

 

여기서는 극저온 유체들 중에 공기와 메탄이 주성분인 LNG 액화법에 대해서만 다루고자 한다. 먼저 공기와 LNG 액화에 관련된 역사를 살펴보면 다음과 같다.

 

1. 공기 및 LNG 액화역사

 

1784 몽주( Monge, 프랑스)가 아산화황 액화를 통해 기체의 액화 원리를 제공

1853 줄과 톰슨(JouleThomson, 영국)가 고압으로 압축된 공기를 가는 작은 구멍으로 자유팽창(등엔탈피변화)시켜 미소량의 산소를 액화하는데 성공

1877 카유테(Cailletet, 프랑스)가 300기압, 27 에서 공기를 단열 팽창(등엔트로피변화)시켜 산소와 질소를 액화하는데 성공

1877 픽테(Pictet, 스위스)가 여러 개의 팽창엔진(등엔트로피변화)을 이용하여 산소와 질소는 물론 수소와 이산화탄소의 액화에도 성공

1883 로브레프스키와 올체프스키(Wrόblewski-Olszewski, 폴란드)가 대기압 상태에서 산소와 질소 및 이산화탄소를 액화하는데 성공

1892 듀어(Dewar, 영국)가 액화기체를 보관하는 초저온 단열용기 발명

1895 린데(Linde, 독일)가 -톰슨 효과를 이용한 공기 액화기를 발명하여 다량의 액체산소를 생산

1895 올체프스키(Olszewski, 폴란드)가 아르곤 액화에 성공

1897 린데(Linde)가 공기액화 공장설립

1897 클로드(Claude, 프랑스)가 공기액화 대량생산업체 Air liquide 설립

1908 카메를링 오너스(Kamerlingh Onnes, 네덜란드)가 헬륨 액화에 성공

1939 카피차(Kapitza, 러시아)Claude 사이클의 피스턴 팽창기를 터빈식 팽창기로 교체

1964 CAMEL가 알제리아에서 CASCADE 냉동법을 이용한 LNG 액화플랜트 가동

1970 Sirte Oil가 리비아에서 MCR(Multi Component Refrigerant, 혼합냉매) 냉동사이클을

     이용한 LNG 액화플랜트 가동

1972 Brunei LNG가 브루나이에서 C3-MCR(예냉 프로판+MCR) 냉동사이클을 이용한

     LNG 액화플랜트 가동

2007 APCIQatargas() 프로젝트에서 AP-XTM (C3-MCR + 터빈 질소 팽창기=터빈 질소 팽창기

     액화법) LNG 액화플랜트 가동