KR100777137B1 - 패킹타워를 이용한 ｂｏｇ 재액화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG의 저장탱크로부터 발생하는 BOG의 재액화 장치에 있어서, BOG 압축기로 공급되는 BOG를 패킹타워에서 LNG와 혼합하여 LNG의 증발시 발생하는 증발 잠열에 의하여 BOG를 냉각하고, 상기 BOG와 LNG를 혼합하기 위하여 LNG를 패킹타워에 충전된 충전물의 표면에 떨어뜨려 LNG가 신속하게 증발되도록 함으로써, 냉각 시간을 단축시켜 BOG의 온도제어가 용이하고 구조가 간단한 BOG 재액화 장치를 제공한다.
BOG, 재액화, 예냉, 패킹타워

Description

패킹타워를 이용한 ＢＯＧ 재액화 장치{BOIL OFF GAS RELIQUEFACTION APPARATUS USING PACKING TOWER}
도 1a는 종래의 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치의 시스템 개략도,
도 1b는 도 1a에 도시된 열교환기의 개략 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,
도 3은 도 2에 도시된 패킹타워의 개략 단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도,
도 8은 도 7에 도시된 라인믹서의 개략 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: BOG 압축부 2,2a,2b,2c: 콜드박스유닛
3: 유량조절수단 4: 작동유체 압축부
10: 저장탱크 11: 제1BOG 압축기
12: 제2BOG 압축기 13: 안전밸브
14: 재순환밸브 15: 기액분리기
16: 라인믹서 18: 패킹타워
19: 분기밸브 20: 응축기
21,21a: 제1열교환기 22: 제2열교환기
23: 제3열교환기 24,26: 팽창터빈
25: 팽창밸브 30: 버퍼탱크
31: 제1밸브 32: 제2밸브
41: 제1작동유체 압축기 42: 제2작동유체 압축기
43: 제3작동유체 압축기 44: 제1냉각기
45: 제2냉각기 46: 제3냉각기
180: 챔버 181: 상부패킹층
182: 디스트리뷰터 183: LNG 액적 통과 구멍
184: BOG 통과홀 186: 하부패킹층
187: 패킹체 190: BOG 유입배관
191: 드레인배관 192: LNG 공급배관
193: BOG 공급배관 201: BOG 입구
202: LNG 입구 203: 혼합된 BOG의 출구
본 발명은 BOG 재액화 장치에 관한 것으로, 특히 극저온의 액화 천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)를 운송하는 운반선의 저장탱크에서 액화 천연가스가 증발되어 발생된 증발가스(BOG, Boil Off Gas, 이하 "BOG"라 칭함)를 재액화함에 있어서, BOG의 응축단계 이전에 BOG와 LNG를 혼합하여 BOG를 예냉시켜 주기 위한, 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 육상에 설치되는 액화 천연가스(LNG)의 저장탱크뿐만 아니라, LNG를 수송하는 운반선의 저장탱크에 있어서도, 모스형이나 멤브레인형과 같은 저장탱크의 형상에 관계없이 통상적으로 하루 동안 대략 0.1% 내지 3%에 달하는 량의 LNG가 저장탱크를 싸고 있는 절연체를 통한 외부열의 유입 결과로 증발되며, 이러한 LNG BOG의 량이 많아질 경우 저장탱크 내부의 압력이 증가 되어 저장탱크의 폭발과 같은 위험한 상황을 초래하게 된다.
상기와 같이 LNG 저장탱크의 내부에서 발생하는 LNG 증발가스의 경우 전형적으로 운반선의 보일러나 발전기에 동력을 공급하기 위한 보조 연료원으로 사용되어 왔으나, 최근에 들어 LNG 운반선의 설계는 스팀구동에 따른 터빈 엔진보다는 오히려 디젤 엔진을 적용하고 있는 추세이므로, LNG 저장탱크의 내부에서 발생하는 증발가스(BOG)를 보조 연료원으로 사용할 필요성이 급격히 감소하고 있다.
따라서, 최근에는 이러한 LNG BOG를 회수하여 LNG로 재액화시킨 후 이를 다시 LNG 저장탱크로 보내는 BOG 재액화 장치가 도입되고 있으며, 일예로는 한국 특허공개 제2001-89142호에 기재된 것과 같은 BOG 재액화 장치를 들 수 있다.
상기한 BOG 재액화 장치는 작동유체를 하나 이상의 압축기에서 압축시키고, 압축된 작동유체를 제1열교환기에서 간접적인 열교환에 의해 냉각시키고, 냉각된 작동유체를 하나 이상의 팽창터빈에서 극저온 팽창시키고, 팽창된 극저온의 작동유체를 제2열교환기에서 압축된 증기(BOG)와의 간접적인 열교환에 의해 가온시키고, 가온된 팽창 작동유체를 제1열교환기를 통해 상기 압축기로 복귀시키도록 형성된 극저온 냉동사이클과, 저장탱크에서 발생된 BOG를 압축기에서 압축시키고, 압축된 BOG를 제2열교환기에서 팽창된 작동유체와의 열교환을 통해 적어도 부분적으로 응축시켜 이를 저장탱크로 환수시키도록 형성된 BOG 사이클로 구성되어 있다.
상기한 BOG 재액화 장치는 저장탱크에서 증발된 BOG가 냉각되지 않고 압축기로 유입되어 압축되므로 비체적이 증가된 상태로 압축되어 전력이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한 상기 BOG는 압축기에서 압축되면서 온도가 증가되어 응축기로 유입되기 때문에 가온된 BOG를 응축시켜 주기 위해서는 극저온 냉동사이클의 부하가 증가 되어야 하므로 결과적으로 전체 시스템의 운전비용이 증가 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 BOG 재액화 장치는 국제특허 공개공보 제WO2005/047761호에 게재되어 있으며, 도 1a에는 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치의 시스템 개략도가, 도 1b에는 BOG의 냉각을 위하여 BOG 공급 배관에 설치된 열교환기의 개략 단면도가 각각 도시되어 있다.
도 1a에 도시된 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치는 저장탱크에서 발생된 BOG가 압축기(110)에서 압축되고, 압축된 BOG는 콜드박스(cold box)(130)에서 극저온의 작동유체와의 열교환을 통하여 적어도 부분적으로 응축되어 상기 저장탱크로 환수되는 재액화 장치에 있어서, BOG의 압축단계 이전에 BOG를 LNG와의 간접 열교환방식으로 냉각하여 BOG의 온도를 제어하는 장치이다. 상기 압축기(110)로 공급되는 BOG를 냉각하기 위하여 상기 압축기(110) 입구측 BOG 공급라인에는 도 1b에 도시된 열교환기(120)가 연결되고, 상기 열교환기(120)는 드럼 형태의 세퍼레이션 챔버(separation chamber)(129)와 상기 세퍼레이션 챔버(129)의 내부 공간에 설치되는 핀튜브열교환기 형태의 파이프 쿨러(pipe cooler)(124)로 구성되어 있다. 상기 파이프 쿨러(124)의 입구에는 응축된 BOG 즉, LNG가 상기 열교환기(120)와 저장탱크로 환수될 수 있도록 연결되는 배관인 제1도관(122)이 연결되고, 상기 파이프 쿨러(124)의 출구에는 상기 열교환기(120)를 통과하면서 완전히 증발된 LNG가 BOG 공급라인으로 혼합될 수 있도록 연결되는 배관인 제2도관(126)이 연결된다.
상기 압축기(110) 및 콜드박스(130)로 공급되는 BOG의 온도를 설정 온도 범위로 유지하기 위해서는 상기 열교환기(120)의 출구 온도와 상기 압축기(110)의 출구 온도를 측정하고, 상기 제1도관(122)에 설치된 제어밸브(125)가 온도 제어유닛(160)에 의하여 개도가 조절된다. 따라서, 상기 제1도관(122)을 통하여 상기 열교환기(120)로 유입되는 유량이 제어된다.
그러나, 상기한 종래의 BOG의 온도 제어를 위한 재액화 장치는 압축기(110) 및 콜드박스(130)로 공급되는 BOG를 냉각시켜 주기 위하여 BOG 공급라인에 열교환기(120)가 연결되어 있지만, 상기 열교환기(120)는 챔버(129) 내부에 파이프 쿨 러(124)가 설치된 복잡한 구조로 되어 있어서 제작이 용이하지 않고, BOG와 LNG가 파이프 쿨러(124)를 통하여 간접 열교환되어 BOG가 냉각되므로 설정 온도까지 냉각하는데 시간이 길게 소요되어 온도제어가 용이하지 않다.
또한, 상기 BOG의 냉각시 응축된 BOG가 압축기로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 챔버(129)의 상부에는 메시 스크린(mesh screen)(128)이 설치되어 있지만, 상기 메시 스크린만(128)으로는 미스트(mist)를 제거하는 것이 용이하지 않기 때문에 미스트 상태의 BOG가 유입될 경우 압축기(110)가 손상될 수도 있다.
아울러, 상기 열교환기(120)의 파이프 쿨러(124)에 소량의 LNG가 유입될 경우에는 상기 파이프 쿨러(124)의 하부에서만 열교환이 이루어지기 때문에 BOG의 냉각이 원활하게 이루어지지 않아서 BOG의 온도 제어가 용이하지 않은 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유지보수가 필요 없고 제작이 용이하면서 구조가 간단하고, 저장탱크로부터의 BOG의 온도를 신속하게 제어할 수 있는 BOG 재액화 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 깊이 있는 연구를 수행한 결과, 본 발명자들은 압축기로 공급되는 BOG를 패킹타워에서 LNG와 혼합하여 LNG의 증발시 발생되는 증발 잠열에 의하여 BOG를 냉각하고, 상기 BOG와 LNG를 혼합하기 위하여 LNG를 패킹타워에 충전된 충전물의 표면에 떨어뜨려 LNG가 신속하게 증발되 도록 함으로써, 냉각시간을 단축시켜 온도제어가 용이하고 구조가 간단한 BOG 재액화 장치를 개발하였다.
즉, 본 발명의 한 실시예에 따르면, LNG가 저장된 저장탱크 내부에서 증발된 천연가스(BOG)를 가압공급하는 BOG 압축부; 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기와 냉각기가 연결된 작동유체 압축부; 및 상기 작동유체 압축부의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박스유닛을 포함하여 구성되고, 상기 콜드박스유닛에 의하여 액화된 BOG가 상기 저장탱크로 환수되는 BOG 재액화 장치로서, 상기 BOG 압축부와 상기 저장탱크 사이에는 패킹타워가 설치되고, 상기 패킹타워 내에서 상기 저장탱크에서 증발된 BOG와 외부로부터 공급되는 LNG가 혼합되고, 상기 패킹타워는 상기 LNG가 도포되는 면이 형성된 다수의 패킹체를 가지며, 상기 패킹체에 도포된 LNG의 증발 잠열에 의하여 상기 BOG가 냉각되는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치가 제공된다.
상기 외부로부터 공급되는 LNG는 상기 저장탱크 또는 상기 액화된 BOG로부터 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내부에 공간이 형성된 챔버; 상기 챔버 내측 하부에 소정의 높이로 충전물이 충전된 하부패킹층; 상기 하부패킹층의 상부에 위치되도록 상기 챔버의 중간부에 설치된 LNG 공급배관; 상기 하부패킹층의 하부에 위치하며 상기 챔버의 하부에 설치된 BOG 유입배관; 및 상기 챔버에서 냉각된 BOG 가 BOG 압축부로 공급되도록 상기 챔버의 상부에 형성된 BOG 공급배관을 포함하여 구성되는 패킹타워로서, 상기 충전물은 상기 LNG 공급배관으로 유입된 LNG가 도포되는 면이 형성된 다수의 패킹체이며, 상기 패킹체에 도포된 LNG의 증발 잠열에 의하여 상기 BOG 유입관으로 유입된 BOG가 냉각되는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화 장치에 사용되는 패킹타워가 제공된다.
상기 패킹타워의 챔버에 충전되는 충전물인 패킹체는 중공의 실린더 형태로 되어 있어서 LNG가 패킹체 표면 전체에 고르게 도포 되어 원활한 LNG의 증발을 도모한다. 상기 충전물은 라시히링(Rasching-ring), 폴링(Pall-ring), NSW-ring, 하이플로링(Hiflow-ring), 엔비팩(Envi-pac) 등을 사용할 수 있는데, 혼합되는 LNG가 표면에 고르게 도포되면서 원할하게 증발될 수 있는 형태인 것이 바람직하다.
또한, 상기 패킹타워는, 내부에 공간이 형성된 챔버; 상기 챔버 내측 하부에 소정의 높이로 패킹체(충전물)가 충전된 하부패킹층; 상기 하부패킹층의 상부에 위치되도록 상기 챔버의 중간부에 설치된 LNG 공급배관; 상기 하부패킹층의 하부에 위치하며 상기 챔버의 하부에 설치된 BOG 유입배관; 및 상기 챔버에서 냉각된 BOG가 BOG 압축부로 공급되도록 상기 챔버의 상부에 형성된 BOG 공급배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 챔버에서 기화되지 않은 LNG가 저장탱크로 회수되도록 상기 챔버의 하단부에 드레인배관을 설치할 수 있다.
상기 챔버 내에 위치된 LNG 공급배관의 단부에는 상기 하부패킹층 상에 LNG를 고르게 떨어뜨리기 위하여 디스트리뷰터가 형성된 것이 바람직하다. 상기 디스트리뷰터는 그 하부에 LNG의 액적이 떨어질 수 있도록 구멍이 형성되어 있고 상부 에는 막혀 있다. 또한, 하부패킹층에서 혼합된 LNG와 BOG가 BOG 압축기로 흐를 수 있도록 상하부로 관통한 관통홀이 형성되어 있다.
이와 같은 패킹타워는 종래의 열교환기에 비하여 그 구조가 간단하고 설치가 용이할 뿐만 아니라, BOG의 온도 제어가 신속한 장점이 있다.
또한, 상기 패킹타워에는 상기 하부패킹층에서 혼합되어 증발된 가스에 잔존하는 미스트를 제거하기 위하여 상기 챔버의 상부에 소정의 높이로 패킹체가 충전된 상부패킹층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 패킹체를 충전한 상부패킹층은 종래의 메쉬 스크린과 같은 디미스터(Demister)에 비하여 미스트의 제거 효율이 월등하다.
또한, 상기 BOG 유입배관에는 상기 패킹타워로 유입되는 BOG를 LNG와 혼합시켜 예냉시켜 주기 위하여 라인믹서가 형성되고, 상기 라인믹서의 BOG 입구측에는 상기 LNG의 일부가 유입되도록 BOG 유입배관의 분기관이 연결된 것이 바람직하다. 상기 라인믹서에 연결되는 분기관에는 LNG의 유량조절을 위한 분기밸브가 설치된 것이 바람직하다.
상기 콜드박스유닛의 출구에는 기액분리기가 설치되어 액화된 BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되고, 기체 상태의 BOG가 패킹타워로 재투입되거나 배출될 수 있다. 또한, 상기 콜드박스유닛의 출구에는 기액분리기가 설치되어 액화된 BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되거나 상기 LNG 공급배관을 통하여 패킹타워로 재투입되고, 기체 상태의 BOG가 패킹타워로 재투입되거나 배출될 수도 있다.
또한, 상기 콜드박스유닛은, 상기 유량조절수단의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단으로부터 유입되는 작동유체를 상기 응축기를 통과한 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창터빈; 및 상기 팽창터빈의 출구에 연결되어 상기 팽창터빈을 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이외에도 하기 구체적인 실시예에서 설명하는 바와 같이, 상기 콜드박스유닛은 다양한 형태로 실시될 수 있다.
또한, 상기 BOG 재액화 장치는, 상기 콜드박스유닛의 작동유체 입출구 배관에 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관을 통하여 일부의 작동유체를 상기 작동유체 압축부로 재순환시켜 상기 콜드박스유닛으로 공급되는 작동유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절수단을 포함하여 구성되고, 상기 유량조절수단의 바이패스배관에는 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 작동유체의 버퍼탱크가 구비된 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이하에서 기재하는 온도, 압력은 하나의 예를 도시하는 것으로 본 발명이 이들의 수치로 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패킹타워(18)는 LNG가 저장된 저 장탱크(10) 내부에서 증발된 천연가스(BOG)를 가압공급하는 BOG 압축부(1); 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기와 냉각기가 연결된 작동유체 압축부(4); 및 상기 작동유체 압축부(4)의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기(20)에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박스유닛(2)을 포함하여 구성되는 BOG 재액화 장치에서, 상기 BOG 압축부(1)와 상기 저장탱크(10) 사이의 BOG 라인상에 설치된다.
본 발명에 따른 패킹타워(18)는, 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 공간이 형성된 챔버(180); 상기 챔버(180) 내측 하부에 소정의 높이로 패킹체(187)와 같은 충전물이 충전된 하부패킹층(186); 상기 하부패킹층(186)의 상부에 위치되도록 상기 챔버(180)의 중간부를 통하여 내부로 연장 형성된 LNG 공급배관(192); 상기 하부패킹층(186)의 하부에 위치되도록 상기 챔버(180)의 하부를 통하여 내부로 연장 형성된 BOG 유입배관(190); 및 상기 챔버(180)에서 냉각된 BOG가 BOG 압축부(1)로 공급되도록 상기 챔버(180)의 상단부에 형성된 BOG 공급배관(193)으로 구성된다.
또한, 상기 챔버(180)에서 기화되지 않은 LNG가 저장탱크로 회수되도록 상기 챔버(180)의 하단부에 드레인배관(191)을 설치할 수 있다. 또한, 상기 챔버(180) 내에 위치된 LNG 공급배관(192)의 단부에는 상기 하부패킹층(186) 상에 LNG를 고르게 떨어뜨리기 위하여 디스트리뷰터(182)가 설치되어 있다. 상기 디스트리뷰터(182)는 그 하부에 상기 LNG 공급배관(192)로부터 공급된 LNG의 액적이 떨어질 수 있도록 구멍(183)이 다수 개 형성되어 있고 상부에는 막혀 있다. 또한, 상기 디스트리뷰터(182)에는 하부패킹층(186)에서 혼합된 LNG와 BOG가 BOG 공급배관(193)으로 흐를 수 있도록, 디스트리뷰터(182)의 상하부로 관통한 통과홀(184)이 다수 개 형성되어 있다.
상기 패킹타워(18)의 챔버(180)에는 패킹체(187)가 구멍이 형성된 망이나 철판 등과 같은 패킹체 지지수단(185)에 의하여 지지되어 충전되어 있다. 상기 패킹체(187)는 중공의 실린더 형태가 바람직하고, 상기 디스트리뷰터(182)로부터 떨어진 LNG가 넓은 표면적으로 도포될 수 있도록 넓은 도포면을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 표면적이 넓은 패킹체를 사용함으로써 LNG 증발이 원활하게 이루어진다. 상기 패킹체(187)의 종류는, 라시히링(Rasching-ring), 폴링(Pall-ring), NSW-ring, 하이플로링(Hiflow-ring), 엔비팩(Envi-pac) 등을 예로 들 수 있다. 혼합되는 LNG가 표면에 고르게 도포되면서 원할하게 증발될 수 있는 형태인 것이 바람직하다. 상기 패킹체(187)의 재질은 금속, 세라믹, 수지 등이 사용가능하다.
본 발명에 따른 패킹타워(18)에서의 온도제어 기작을 살펴보면, 상기 저장탱크(10)에서 증발된 BOG는 패킹타워(18)의 하부로부터 유입되고, 동시에 패킹타워(18)의 중간부에 설치된 LNG 공급배관(192)을 통하여 외부로부터 LNG가 공급된다. 상기 외부로부터 공급되는 LNG는 상기 저장탱크(1) 내의 LNG 또는 본 발명의 BOG 재액화 장치에 의하여 액화된 BOG가 사용된다. 상기 LNG는 디스트리뷰터(182)에 의하여 챔버(180)내에서 골고루 분산되고, 상기 디스트리뷰터(182)의 하부에 형성된 LNG 액적 통과 구멍(183)을 통하여 그 하부로 떨어진다. 하부로 떨어진 LNG는 하부패킹층(186)에 충전된 패킹체(187)에 도포된다. 도포된 LNG는 상기 BOG 유입배관(190)으로부터 올라오는 다소 고온의 BOG에 의하여 기화된다. LNG가 기화할 때, 그 기화 잠열에 의하여 상기 다소 고온의 BOG는 온도가 하강하게 된다. 상기 패킹체(187)는 넓은 표면적을 가지기 때문에 BOG와의 열교환이 용이하고 신속하게 일어난다. 기화된 LNG의 가스와 BOG는 상기 디스트리뷰터(182)에 형성된 다수의 BOG 통과홀(184)을 통하여 상부로 올라간다. 상부로 올라간 BOG는 BOG 공급배관(193)을 통하여 BOG 압축부(1)로 공급된다.
이때, 상기 BOG 압축부(1)에 공급되기 전에 BOG에 일부 포함될 수 있는 액적 또는 미스트를 제거하기 위하여 상기 챔버(180)의 상부에 하기에 설명하는 상부패킹층(181)이 형성될 수 있다.
즉, 상기 패킹타워(18)에는 상기 하부패킹층(186)에서 혼합되어 증발된 가스에 잔존하는 미스트를 제거하기 위하여 상기 챔버(180)의 상부에 소정의 높이에 상기 하부패킹층(186)과 동일한 방식으로 충전물(패킹체)이 충전된 상부패킹층(181)이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 BOG 유입배관(190)에는 상기 패킹타워(18)로 유입되는 BOG를 LNG와 혼합시켜 예냉시켜 주기 위하여 라인믹서(16)가 형성되고, 상기 라인믹서(16)의 BOG 입구측에는 상기 외부로부터 공급되는 LNG의 일부가 유입되도록 LNG 공급배관(192)의 분기관이 연결된다. 상기 라인믹서(16)에 연결되는 분기관에는 LNG의 유량조절을 위한 분기밸브(19)가 설치된다.
이와 같은 라인믹서(16)의 설치에 의하여 BOG의 온도제어가 더 용이할 뿐만 아니라, BOG 압축부(1)에 공급되는 BOG에는 액적이나 미스트가 포함될 확률이 더욱 낮아지는 이점이 있다.
상기 라인믹서(16)의 구체적인 예는 도 8에 도시되어 있다. 본 발명에서 라인믹서(16)는 저장탱크(10)로부터의 BOG의 입구(201)와 외부로부터의 LNG의 입구(202)는 가까울수록 두 유체가 혼합되는 경로 길이(path length)가 길어지기 때문에 바람직하다. BOG 입구(201)로 유입된 BOG는 LNG 입구(202)로 유입된 외부로부터 공급되는 LNG와 혼합된다. 외부로부터 유입된 LNG는 라인믹서(16)의 내부 경로상의 표면(160a)에 도포되고, 이 도포된 LNG는 다소 고온의 BOG에 의하여 증발한다. 이때 LNG의 증발잠열에 의하여 BOG의 온도가 하강하게 된다. 기화된 LNG와 BOG의 혼합가스는 미스트를 제거하는 녹아웃드럼(Knock-out drum)을 거쳐 BOG 압축부(1)로 직접 공급될 수도 있고, 또는 패킹타워(18)의 BOG 유입배관(190)으로 공급될 수도 있다.
또한, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 콜드박스유닛(2,2a,3b,2c)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액화된 BOG가 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되고, 기체 상태의 BOG가 패킹타워(18)로 재투입되거나 배출될 수 있다. 또한, 상기 콜드박스유닛(2,2a,3b,2c)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액화된(응축된) BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되거나 상기 LNG 공급배관을 통하여 패킹타워(18)로 재투입되고, 기체 상태의 BOG가 패킹타워(18)로 재투입되거나 배출될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 전체 시스템을 구체적인 실시예 별로 구분하여 설명한 다.
(제1실시예)
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.
본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2005-65501호에 기재된 구성에 패킹타워(18)를 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 패킹타워(18)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.
본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 저장탱크(10)에서 발생된 기체 상태의 천연가스(증발된 천연가스, BOG)를 극저온 냉동사이클과의 열교환에 의해 액화시킨 후 다시 상기 저장탱크(10)로 환수시켜 저장하기 위한 장치이다.
본 발명의 제1 내지 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치에 있어서, 상기 극저온 냉동사이클은 밀폐시스템(closed system)으로 이루어져 있으며, 밀폐시스템 내부를 순환하는 작동유체(냉매)에는 BOG의 액화점(-162℃) 이하로 냉각될 수 있는 물질로 질소, 헬륨, 아르곤 등이 사용 가능 하지만, 본 발명에서는 작동유체로서 질소를 사용한 운전에 대하여 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 LNG가 저장된 저장탱크(10) 내부에서 발생된 BOG를 가압하는 BOG 압축부(1); 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압냉각하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)가 연결된 작동유체 압축부(4); 상기 작동유체 압축부(4)의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기(20)에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박스유닛(2); 및 상기 콜드박스유닛(2)의 작동유체 입출구 배관에 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관을 통하여 일부의 작동유체를 상기 작동유체 압축부(4)로 재순환시켜 상기 콜드박스유닛(2)으로 공급되는 작동유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절수단(3)을 포함하여 구성되고, 상기 콜드박스유닛(2)에 의하여 액화된 BOG가 상기 저장탱크(10)로 환수되도록 구성되어 있다. 상기 BOG 압축부(1)와 상기 저장탱크(10) 사이의 BOG 라인상에 패킹타워(18)가 설치된다.
여기서, 상기 유량조절수단(3)의 바이패스배관에는 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 작동유체의 버퍼탱크(30)가 설치되어 있다.
도 2를 참조하여 상기한 각 구성을 더욱 상세히 설명하면, 먼저 저장탱크(10)에 저장된 LNG 중 BOG를 재액화시켜 주기 위하여 이를 공급 및 환수하는 시스템은 저장탱크(10), BOG 압축부(1), 응축기(20) 및 펌프(P)로 구성된다.
상기 저장탱크(10)의 상부에는 BOG가 배출될 수 있도록 배출구가 형성되어 BOG 유입배관(190)과 연결되어 있고, 상기 BOG 유입배관(190)에는 저장탱크(10) 내부의 BOG가 소정의 압력(약 1.03bar) 이상으로 상승될 경우 개폐되어 상기 저장탱크(10)의 압력을 소정의 압력 이하로 낮춰 주도록 안전밸브(13)가 형성되어 있다.
상기 BOG 압축부(1)는 모터(M), 복수의 BOG 압축기(11,12) 및 이를 상호 연결시켜 주는 배관으로 구성되고, 상기 BOG 압축기(11,12)는 모터(M)에 의하여 구동되도록 연결되어 있다.
상기 저장탱크(10)로부터 공급된 BOG가 상기 BOG 압축기(11,12)에 의하여 단계적으로 압축 이송될 수 있도록 제1 및 제2BOG 압축기(11,12)가 배관에 의하여 순차적으로 연결되어 있다. 여기서, 본 발명에 의한 BOG 압축부(1)는 BOG를 2단 압축하여 이송하므로 제1 및 제2BOG 압축기(11,12)가 배관에 의하여 직렬로 연결된다.
상기 응축기(20)는 압축된 BOG를 극저온 팽창된 작동유체와 열교환시켜 액화시켜 주기 위한 장치로서 콜드박스유닛(2) 내부에 설치되어 있고, 상기 압축된 BOG와 극저온 팽창된 작동유체가 통과하도록 내부에 유로가 형성되어 있다. 상기 응축기(20)의 BOG 출구 배관에는 응축된 BOG를 상기 저장탱크(10)로 환수시켜 주기 위한 펌프(P)가 연결되고, 상기 펌프(P)의 출구에 형성된 환수배관은 상기 저장탱크(10)에 연결된다.
또한, 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG의 공급 온도를 조절하기 위하여 상기 콜드박스유닛(2)의 출구측 환수배관을 분기시켜 하나의 배관은 상기 저장탱크(10)에 연결하고, 다른 하나의 배관은 상기 저장탱크(10)의 출구와 상기 BOG 압축부(1)의 입구를 연결하는 공급배관에 연결하여 바이패스배관을 형성하며, 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG의 온도가 높아지면 상기 바이패스배관을 통하여 응 축된 BOG의 일부를 재순환시켜 BOG와 응축된 BOG를 혼합하는 방법으로 BOG를 예냉시켜 온도를 조절한다. 물론, 응축된 BOG가 아닌 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 사용하여 예냉시켜도 무방하다.
이때, 상기 BOG 압축부(1)와 상기 저장탱크(10) 사이의 BOG 라인 상에는 패킹타워(18)를 설치하여 온도 조절을 용이하게 한다.
여기서, 상기 바이패스배관에는 응축된 BOG의 재순환량을 조절하도록 재순환밸브(14)가 형성되어 있으며, 상기 재순환밸브(14)의 제어방법은 상기 밸브를 수동 개폐하거나 상기 저장탱크(10)의 출구 또는 상기 BOG 압축부(1) 입구에 온도센서(미도시됨)를 형성하여 BOG의 공급온도에 따라 상기 재순환밸브(14)의 개폐 정도를 자동 제어하는 것도 가능하다. 상기 온도센서에 의한 재순환밸브(14)의 자동 제어는 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 온도가 정상상태에 도달할 때까지만 제어되며 이후 상기 재순환밸브(14)는 닫히고 응축된 BOG는 상기 저장탱크(10)로 환수된다.
상기 콜드박스유닛(2)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어(유량조절수단을 경유하지 않고 작동유체 압축부(4)로부터 바로 연결되어도 무방함) 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제1열교환기(21); 상기 제1열교환기(21)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창터빈(24); 및 상기 팽창터빈(24)의 출구에 연결되어 상기 팽창터빈(24)을 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명에 의한 BOG 재액화 장치의 콜드박스유닛(2)에는 작동유체의 극저온 팽창을 위하여 팽창터빈(24)이 장치되었지만, 이에 한정되지 않고 상기 팽창터빈(24)을 팽창밸브로 대체하여 사용하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 저온부 작동유체는 상기 콜드박스유닛(2)의 팽창터빈(24)에 의하여 극저온 팽창되고 상기 응축기(20)에서 BOG와 열교환을 실시한 후 상기 작동유체 압축부(4)로 환수되는 작동유체로 정의하고, 고온부 작동유체는 상기 작동유체 압축부(4)로부터 상기 팽창터빈(24)까지의 작동유체로 정의한다.
상기 팽창터빈(24)의 회전축에는 발전기(G)가 연결되어 상기 팽창터빈(24)에서 발생되는 전기에너지를 상기 작동유체 압축부(4) 또는 상기 BOG 압축부(1)의 구동에너지로 이용하는 것도 가능하다.
상기 콜드박스유닛(2)은 하나의 모듈로 형성되며, 이는 제한된 공간에 상기 제1열교환기(21), 팽창터빈(24) 및 응축기(20)를 밀집시킴으로써 각 구성요소 간의 배관을 짧게 형성할 수 있어서 배관을 통한 열손실을 최소화할 수 있다. 즉, 상기 팽창터빈(24)과 상기 응축기(20)를 연결하는 배관의 길이가 짧아져 상기 팽창터빈(24) 출구에서의 작동유체의 극저온 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
또한 상기 콜드박스유닛(2)을 모듈화함에 따라 콜드박스유닛(2) 및 BOG 재액화 장치의 소형화가 가능하고, 선박에 장착을 용이하게 할 수 있다.
아울러, 상기 콜드박스유닛(2)은 일반적으로 알려진 단열재로 단열하는 것이 바람직하다.
상기 작동유체 압축부(4)는 상기 팽창터빈(24)에서 작동유체(질소)가 충분히 극저온 팽창될 수 있도록 고압(약 58bar)으로 압축시켜 이를 상기 유량조절수단(3)을 통하여 상기 콜드박스유닛(2)으로 가압 공급해 주는 수단으로서 작동유체를 다단계로 압축시켜 주기 위한 복수의 작동유체 압축기(41,42,43) 및 상기 작동유체 압축기(41,42,43)의 압축 운전에 의하여 가열된 작동유체를 냉각시켜 주기 위하여 각 작동유체 압축기(41,42,43) 사이에 설치되는 복수의 냉각기(44,45,46)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 작동유체 압축기(41,42,43)의 압축 운전 중 작동유체의 압력이 급격하게 상승하거나 유량이 급격하게 증가되어 전체 시스템 즉, BOG 재액화 장치가 비정상적으로 운전될 경우 이를 우회시켜 다시 상기 작동유체 압축기(41,42,43)로 유입시켜 주기 위한 서지(surge)배관을 부가하는 것도 가능하다.
본 발명에 의한 BOG 재액화 장치의 작동유체 압축부(4)에는 작동유체를 3단계로 압축시켜 주기 위하여 제1 내지 제3작동유체 압축기(41,42,43)가 배관에 의하여 순차적으로 연결되어 있고, 각 작동유체 압축기(41,42,43)의 출구에는 해수(海水)와의 열교환을 위한 제1 내지 제3냉각기(44,45,46)가 각각 연결되어 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3작동유체 압축기(41,42,43)는 하나의 회전축에 맞물려 회전되도록 정렬되어 있으며, 상기 회전축은 모터(M)에 의하여 구동되도록 연결되어 있다.
또한 상기 제1 내지 제3냉각기(44,45,46)는 상기 제1 내지 제3작동유체 압축기(41,42,43)에 의하여 작동유체가 소정 온도 이상으로 상승될 경우에만 작동시켜 냉각시켜 주며, 상기 콜드박스유닛(2)으로부터 회수되는 작동유체의 온도가 낮아서 상기 작동유체 압축부(4)에 열응력(thermal stress)이 가해질 경우에는 상기 제1 내지 제3냉각기(44,45,46)의 작동을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 유량조절수단(3)은 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 수단으로 상기 콜드박스유닛(2)의 작동유체 입출구 배관에 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관에는 작동유체의 버퍼탱크(30)가 설치되어 있고, 상기 버퍼탱크(30)의 전후측에는 유량조절을 위한 제1 및 제2밸브(31,32)가 각각 설치되어 있다.
상기 BOG의 부하가 최대가 되면 상기 제1 및 제2밸브(31,32)가 모두 닫혀서 극저온 냉동사이클 내를 순환하는 100%의 작동유체가 상기 작동유체 압축부(4)와 상기 콜드박스유닛(2)으로 순환되도록 한다.
한편, 상기 BOG의 부하가 감소하면 상기 제1밸브(31)의 개도를 조절하여 열어주고, 상기 제2밸브(32)를 닫아줘서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 토출된 작동유체의 일부가 상기 버퍼탱크(30)로 유입되도록 한다.
또 한편, 상기 BOG의 부하가 감소되었다가 다시 증가하면 상기 제1밸브(31)를 닫아주고, 상기 제2밸브(32)를 일부 또는 전부 열어줘서 상기 버퍼탱크(30)에 저장된 작동유체의 일부가 상기 극저온 냉동사이클로 순환되도록 한다.
여기서, 상기 버퍼탱크(30) 내부에는 소정 량의 질소가 충전되어 있기 때문에 상기 극저온 냉동사이클의 운전 과정에서 증감되는 작동유체(질소)를 보충하거나 조절하는 것도 가능하다.
본 발명의 제1실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 설명하기로 한다.
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG의 온도가 설정온도 즉, -120℃ 이상인 경우에는 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG 또는 상기 응축기(20)로부터 유입되는 액화된 BOG의 일부가 상기 BOG와 패킹타워(18)에서 혼합되어 상기 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG가 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다. 여기서, 상기 액화된 BOG를 재순환시켜 주기 위해서는 환수배관의 바이패스배관에 설치된 재순환밸브(14)를 개방하여 액화된 BOG의 일부가 유입되어 상기 BOG와 혼합되도록 한다. 또한 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 투입하기 위해서는 상기 저장탱크(10)의 하부에 형성된 배관(미도시됨)이 LNG 공급배관과 연결되도록 배관을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 3.2bar, -50.83℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.
상기 압축된 BOG는 상기 콜드박스유닛(2)의 응축기(20)에서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화된다.
상기 액화된 BOG는 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14) 를 통하여 상기 BOG와 혼합되도록 재투입된다. 여기서, 상기 저장탱크(10)로의 응축된 BOG의 환수방법은 저장탱크(10) 상부에서 분무헤드를 통하여 살포하거나 저장탱크(10) 바닥으로 공급하는 방법이 있다. 상기 저장탱크(10)의 바닥으로 유입되면 액화된 BOG에 포함된 미응축 기체 중 질소성분이 LNG 내부에 용해되어 가스 상내의 질소 비율이 낮게 유지된다. 질소는 액화점이 LNG의 주성분인 메탄보다 낮기 때문에 BOG 내에 질소 함량의 증가를 방지하면 2단의 BOG 압축기(11,12) 또는 응축기(20)의 부하를 줄일 수 있다.
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14.2bar, 35.46℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2)으로 공급된다.
상기 콜드박스유닛(2)으로 공급된 질소 가스는 제1열교환기(21)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와의 열교환으로 58bar, -105℃로 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창터빈(24)을 지나면서 10.5bar, -167℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다.
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 10.3bar, -134℃로 온도가 상승된다.
상기 작동유체는 상기 제1열교환기(21)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체와의 열교환으로 10bar, 40℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.
(제2실시예)
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.
본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2005-78588호에 기재된 구성에 패킹타워(18)를 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 패킹타워(18)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.
본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 상기한 제1실시예에 대하여 콜드박스유닛(2a)의 구성과 상기 콜드박스유닛(2a)의 출구에 기액분리기(15)가 부가된 것만이 상이하고, 나머지 구성 및 각 구성의 연결관계는 제1실시예와 동일하다. 또한 본 발명의 제2실시예는 콜드박스유닛(2a)을 통한 냉동사이클의 운전방법만이 상이하고, 나머지 구성에 대한 운전방법은 상기한 제1실시예와 동일하다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 콜드박스유닛(2a)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어 상기 유 량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 열교환과정을 거친 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제2열교환기(22); 상기 제2열교환기(22)의 출구에 연결되어 예냉된 작동유체를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제1열교환기(21); 상기 제1열교환기(21)로 유입되는 작동유체의 일부를 바이패스시켜 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합하고 상기 제1열교환기(21)로 재투입하여 상기 제1열교환기(21)를 지나는 예냉된 작동유체를 더욱 냉각시켜 주기 위한 팽창터빈(26); 상기 제1열교환기(21)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창밸브(25); 및 상기 팽창밸브(25)의 출구에 연결되어 상기 팽창밸브(25)를 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.
상기 콜드박스유닛(2a)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액체 상태의 BOG는 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되거나 상기 액체 상태의 BOG 일부는 상기 저장탱크(10)에서 발생된 BOG를 예냉시켜 주기 위하여 상기 바이패스배관을 통하여 패킹타워(18)로 유입되어 상기 BOG와 혼합된 후 BOG 압축부(1)로 재투입되고, 상기 기액분리기(15)에서 불응축된 BOG는 BOG 압축부(1)로 재투입되거나 배출된다.
상기와 같이 상기 제2열교환기(22)에 의하여 작동유체를 예냉하고, 상기 팽창터빈(26)에 의하여 저온 팽창된 작동유체를 상기 제1열교환기(21)로 재투입시켜 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 줌으로써 상기 팽창밸 브(25)로 공급되는 작동유체의 온도를 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 콜드박스유닛(2a)은 하나의 모듈로 형성되며, 이는 제한된 공간에 상기 제1 및 제2열교환기(21,22), 팽창밸브(25), 팽창터빈(26) 및 응축기(20)를 밀집시킴으로써 각 구성요소 간의 배관을 짧게 형성할 수 있어서 배관을 통한 열손실을 최소화할 수 있다.
상기 팽창터빈(26)의 회전축에는 발전기가 연결되어 상기 팽창터빈(26)에서 발생되는 전기에너지를 상기 작동유체 압축부(4) 또는 상기 BOG 압축부(1)의 구동에너지로 이용하는 것도 가능하다.
본 발명의 제2실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG는 액화된 BOG와 패킹타워(18)에서 적절히 혼합시켜 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다.
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 2.5bar, -73℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.
상기 압축된 BOG는 상기 콜드박스유닛(2a)의 응축기(20)에서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 2.3bar, -155℃의 과냉 액체로 액화된다.
상기 액화된 BOG는 상기 기액분리기(15)에서 기체와 액체가 분리된 후 액체 상태의 BOG가 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 상기 BOG와 혼합되도록 재투입된다.
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14bar, 35.4℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2a)으로 공급된다.
상기 콜드박스유닛(2a)으로 공급된 질소 가스는 제2열교환기(22)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.3bar, -83.5℃로 예냉되고, 제1열교환기(21)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.5bar, -137.9℃로 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창밸브(25)를 지나면서 14.6bar, -163℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다. 여기서, 상기 제1열교환기(21)로 유입되는 저온부 작동유체는 상기 제1열교환기(21)로 공급되는 고온부 작동유체의 일부를 바이패스시켜 상기 팽창터빈(26)에서 14.5bar, -140℃로 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합한 작동유체이다.
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 2.3bar, -155℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 14.4bar, -138.9℃로 온도가 상승된다.
상기 작동유체는 상기 제1열교환기(21)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체와의 열교환으로 14.2bar, -106℃로 가열되고, 상기 제2열교환기(22)를 통과하면서 14bar, 35.4℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.
(제3실시예)
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.
본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2005-109931호에 기재된 구성에 패킹타워(18)를 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 패킹타워(18)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.
본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 상기한 제1 및 제2실시예에 대하여 콜드박스유닛(2b)의 구성이 상이하고, 제1실시예에 대하여 상기 콜드박스유닛(2b)의 출구에 기액분리기(15)가 부가된 것만이 상이하며, 나머지 구성 및 각 구성의 연결관계는 제1 및 제2실시예와 동일하다. 또한 본 발명의 제3실시예는 콜드박스유닛(2b)을 통한 냉동사이클의 운전방법만이 상이하고, 나머지 구성에 대한 운 전방법은 상기한 제1실시예와 동일하다.
따라서, 본 발명의 제3실시예에서는 제1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 콜드박스유닛(2b)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 열교환과정을 거친 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제2열교환기(22); 상기 제2열교환기(22)의 출구에 연결되어 예냉된 작동유체, 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG 및 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체가 지나도록 3경로를 형성하고, 상기 예냉된 작동유체와 BOG를 상기 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제1열교환기(21a); 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 작동유체의 일부를 바이패스시켜 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합하고 상기 제1열교환기(21a)로 재투입하여 상기 제1열교환기(21a)를 지나는 예냉된 작동유체와 BOG를 더욱 냉각시켜 주기 위한 팽창터빈(26); 상기 제1열교환기(21a)의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창밸브(25); 및 상기 팽창밸브(25)의 출구에 연결되어 상기 팽창밸브(25)를 통과한 극저온의 작동유체와 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.
상기 콜드박스유닛(2b)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액체 상태의 BOG는 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되거나 상기 액체 상태의 BOG 일부는 상기 저장탱크(10)에서 발생된 BOG를 예냉시켜 주기 위하여 상기 바이패스배관을 통하여 패킹타워(18)로 유입되어 상기 BOG와 혼합된 후 BOG 압축부(1)로 재투 입되고, 상기 기액분리기(15)에서 불응축된 BOG는 BOG 압축부(1)로 재투입되거나 배출된다.
상기와 같이 상기 BOG 압축부(1)에서 압축된 BOG를 상기 제1열교환기(21a)에서 예냉함으로써 BOG의 발생량 또는 온도 변화가 있어도 상기 응축기(20) 입구에서 BOG의 온도를 설정된 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다. 또한 상기 제2열교환기(22)에 의하여 작동유체를 예냉하고, 상기 팽창터빈(26)에 의하여 저온 팽창된 작동유체를 상기 제1열교환기(21a)로 재투입시켜 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 줌으로써 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체의 온도를 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 콜드박스유닛(2b)은 하나의 모듈로 형성되며, 상기 팽창터빈(26)의 회전축에는 발전기를 연결하여 전기에너지를 얻을 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어 BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG는 액화된 BOG와 패킹타워(18)에서 적절히 혼합시켜 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다.
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 3.6bar, -41.98℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.
상기 압축된 BOG는 내부에 3경로가 형성된 제1열교환기(21a)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 3.3bar, -134℃로 냉각되고, 그 다음 상기 콜드박스유닛(2b)의 응축기(20)를 통과하면서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화된다.
상기 액화된 BOG는 상기 기액분리기(15)에서 기체와 액체가 분리된 후 액체 상태의 BOG가 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 패킹타워(18)에서 상기 증발된 BOG와 혼합되도록 재투입된다.
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14.3bar, 36.08℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 40℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2b)으로 공급된다.
상기 콜드박스유닛(2b)으로 공급된 질소 가스는 제2열교환기(22)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.7bar, -70℃로 예냉되고, 3경로의 제1열교환기(21a)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 57.4bar, -132℃로 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창밸브(25)를 지나면서 15.2bar, -162.6℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다. 여기서, 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 저온부 작동유체는 상기 제1열교환기(21a)로 공급되는 고온부 작동유체의 일부를 바이패스시켜 상기 팽창터빈(26)에서 15.2bar, -129.3℃로 저온 팽창시킨 후 이를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합한 작동유체이다.
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 14.9bar, -145℃로 온도가 상승된다.
상기 작동유체는 상기 제1열교환기(21a)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 14.6bar, -86.42℃로 가열되고, 상기 제2열교환기(22)를 통과하면서 14.3bar, 36.08℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.
(제4실시예)
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도이다.
본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 본 발명의 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2006-1271호에 기재된 구성에 패킹타워(18)를 부가하여 BOG 압축부(1)로 공급되는 BOG를 패킹타워(18)에서 LNG와 혼합하여 BOG를 냉각하도록 구성된 장치이다.
본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치는 상기한 제1 내지 제3실시예에 대하여 콜드박스유닛(2c)의 구성이 상이하고, 제1실시예에 대하여 상기 콜드박스유닛(2c)의 출구에 기액분리기(15)가 부가된 것만이 상이하며, 나머지 구성 및 각 구성의 연결관계는 제1 내지 제3실시예와 동일하다. 또한 본 발명의 제4실시예는 콜드박스유닛(2c)을 통한 냉동사이클의 운전방법만이 상이하고, 나머지 구성에 대한 운전방법은 상기한 제1실시예와 동일하다.
따라서, 본 발명의 제4실시예에서는 제1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 콜드박스유닛(2c)은 상기 유량조절수단(3)의 출구에 연결되어 상기 유량조절수단(3)으로부터 유입되는 작동유체를 열교환과정을 거친 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제2열교환기(22); 상기 제2열교환기(22)의 출구에 연결되어 예냉된 작동유체, 상기 BOG 압축부(1)로부터 유입되는 BOG 및 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체가 지나도록 3경로를 형성하고, 상기 예냉된 작동유체와 BOG를 상기 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제1열교환기(21a); 상기 제1열교환기(21a)의 출구에 연결되어 상기 제1열교환기(21a)로부터 유입되는 고온부 작동유체를 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체로 냉각시켜 주기 위한 제3열교환기(23); 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 작동유체의 일부를 바이패스시켜 저온 팽창시킨 후 이를 상기 제3열교환기(23)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합하고 상기 제1열교환기(21a)로 재투입하여 상기 제1열교환기(21a)를 지나는 예냉된 작동유체와 BOG를 더욱 냉각시켜 주기 위한 팽창터빈(26); 상기 제3열교환기(23)의 출구 에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창밸브(25); 및 상기 팽창밸브(25)의 출구에 연결되어 상기 팽창밸브(25)를 통과한 극저온의 작동유체와 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기(20)를 포함하여 구성된다.
상기 콜드박스유닛(2c)의 출구에는 기액분리기(15)가 설치되어 액체 상태의 BOG는 펌프(P)에 의하여 상기 저장탱크(10)로 환수되거나 상기 액체 상태의 BOG 일부는 상기 저장탱크(10)에서 발생된 BOG를 예냉시켜 주기 위하여 상기 바이패스배관을 통하여 패킹타워(18)로 유입되어 상기 BOG와 혼합된 후 BOG 압축부(1)로 재투입되고, 상기 기액분리기(15)에서 불응축된 BOG는 BOG 압축부(1)로 재투입되거나 배출된다.
상기와 같이 상기 BOG 압축부(1)에서 압축된 BOG를 상기 제1열교환기(21a)에서 예냉함으로써 증발된 BOG의 발생량 또는 온도 변화가 있어도 상기 응축기(20) 입구에서 증발된 BOG의 온도를 설정된 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다. 또한 상기 제2열교환기(22)에 의하여 작동유체를 예냉하고, 상기 팽창터빈(26)에 의하여 저온 팽창된 작동유체를 상기 제1열교환기(21a)로 재투입시켜 고온부 작동유체를 냉각시켜 주며, 상기 제3열교환기(23)에서 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 줌으로써 상기 팽창밸브(25)로 공급되는 작동유체의 온도를 더욱 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 콜드박스유닛(2c)은 하나의 모듈로 형성되며, 상기 팽창터빈(26)의 회전축에는 발전기를 연결하여 전기에너지를 얻을 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 의한 BOG 재액화 장치의 운전방법은 BOG 순환과정과 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클로 구분하여 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, BOG의 순환과정을 설명하면, 상기 저장탱크(10)에 저장된 LNG가 외부의 온도차에 의하여 증발되어 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승되면 상기 저장탱크(10)의 출구에 형성된 안전밸브(13)가 개방되어BOG가 배출된다. 이때, 상기 BOG는 액화된 BOG와 패킹타워(18)에서 적절히 혼합시켜 1.03bar, -120℃로 유지되도록 한다.
상기 BOG 압축부(1)로 유입된 BOG는 2단의 BOG 압축기(11,12)에서 3.2bar, -50.83℃로 압축되어 고온 고압의 과열 상태가 된다.
상기 압축된 BOG는 내부에 3경로가 형성된 제1열교환기(21a)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 3.1bar, -130℃로 냉각되고, 그 다음 상기 콜드박스유닛(2c)의 응축기(20)를 통과하면서 질소 냉동사이클에 의하여 극저온 팽창된 작동유체(질소)와 열교환되어 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화된다.
상기 액화된 BOG는 상기 기액분리기(15)에서 기체와 액체가 분리된 후 액체 상태의 BOG가 환수배관에 설치된 펌프(P)를 통하여 상기 저장탱크(10)로 환수되어 저장되고, BOG 재액화 장치의 초기 운전시 또는 상기 저장탱크(10)로부터 배출되는 BOG가 고온으로 배출될 경우에는 LNG의 일부가 상기 재순환밸브(14)를 통하여 상기 BOG와 혼합되도록 재투입된다.
다음으로, 작동유체(질소)에 대한 냉동사이클의 운전과정을 설명하면, 14.2bar, 35.46℃의 질소 가스가 3단의 작동유체 압축기(41,42,43)와 냉각기(44,45,46)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃로 승압되고, 상기 압축된 작동유체(질소)는 유량조절수단(3)의 조작을 통하여 소정 량이 상기 콜드박스유닛(2c)으로 공급된다.
상기 콜드박스유닛(2c)으로 공급된 질소 가스는 제2열교환기(22)에서 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.9bar, -77℃로 예냉되고, 3경로의 제1열교환기(21a)에서 상기 제3열교환기(23)를 통과한 저온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 57.8bar, -134℃로 냉각된다. 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 작동유체는 상기 제3열교환기(23)에서 상기 응축기(20)를 통과한 저온부 작동유체와의 열교환으로 57.7bar, -137℃로 더욱 냉각되고, 상기 고압의 작동유체가 상기 팽창밸브(25)를 지나면서 14.6bar, -163.3℃의 극저온, 저압 가스로 팽창되어 더욱 냉각된다. 여기서, 상기 제1열교환기(21a)로 유입되는 저온부 작동유체는 상기 제1열교환기(21a)로 공급되는 고온부 작동유체의 일부를 바이패스시켜 상기 팽창터빈(26)에서 14.5bar, -136.9℃로 저온 팽창시킨 후 이를 상기 제3열교환기(23)를 통과한 저온부 작동유체와 혼합한 작동유체이다.
상기 극저온의 작동유체는 상기 응축기(20)에서 상기 BOG 압축부(1)로부터 공급되는 BOG와 열교환되어 상기 BOG를 3.0bar, -154.7℃의 과냉 액체로 액화시켜 주고, 동시에 상기 극저온의 작동유체는 14.5bar, -150.7℃로 온도가 상승된다.
상기 작동유체는 상기 제3열교환기(23)에서 상기 제1열교환기(21a)를 통과한 고온부 작동유체와의 열교환으로 14.4bar, -140℃로 가열되고, 상기 제1열교환기(21a)에서 상기 작동유체 압축부(4)로부터 공급된 고온부 작동유체 및 압축된 BOG와의 열교환으로 14.3bar, -98.88℃로 가열되며, 상기 제2열교환기(22)를 통과하면서 14.2bar, 35.46℃로 가열된 후 회수배관을 통하여 상기 유량조절수단(3)을 거쳐 상기 작동유체 압축부(4)로 재투입되어 극저온 냉동사이클을 완성한다.
도 7에는 본 발명의 제5실시예에 의한 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치의 시스템 개략도를 나타내고 있고, 도 8은 도 7에 도시된 라인믹서의 개략 단면도를 나타내고 있다. 제5실시예는 도 2에 기재된 제1실시예와 비교하여 패킹타워(18)의 BOG 유입배관(190)에 라인믹서(16)가 추가로 설치된 것을 제외하면 실질적으로 동일하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 BOG 재액화 장치는, LNG가 패킹타워의 내부에 충전된 충전물(패킹체)의 표면에 도포되어 BOG와 혼합되면서 기화되기 때문에 BOG의 냉각이 빠르게 이루어져 상기 BOG의 온도를 신속하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 종래의 BOG 예냉을 위한 열교환기에 비하여 본 발명의 패킹타워의 구조가 단순하기 때문에 제작이 용이하고, 장치비가 저렴하다.
또한, BOG와 LNG가 혼합된 후 기화된 혼합 가스에 포함된 미스트를 패킹타워의 내측 상부에 형성된 상부패킹층을 통과시켜 줌으로써 상기 미스트가 완전히 제 거되어 상기 BOG 압축부로 액적이 유입되는 것을 방지한다.
아울러, 상기 패킹타워의 BOG 유입배관에는 상기 패킹타워로 유입되는 BOG를 LNG와 혼합시켜 예냉시켜 주기 위하여 라인믹서가 형성되어 있어서 BOG의 온도 제어가 더욱 용이할 뿐만 아니라, BOG 압축부에 공급되는 BOG에 액적이나 미스트가 포함될 확률이 더욱 낮아지는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. LNG가 저장된 저장탱크 내부에서 증발된 천연가스(BOG)를 가압공급하는 BOG 압축부; 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 극저온 냉동사이클에서 작동유체를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기와 냉각기가 연결된 작동유체 압축부; 및 상기 작동유체 압축부의 작동유체를 극저온 팽창시킨 후 응축기에서 상기 BOG와 열교환하여 상기 BOG를 액화시켜 주기 위한 콜드박스유닛을 포함하여 구성되고, 상기 콜드박스유닛에 의하여 액화된 BOG가 상기 저장탱크로 환수되는 BOG 재액화 장치로서,
    상기 BOG 압축부와 상기 저장탱크 사이에는 패킹타워가 설치되고, 상기 패킹타워 내에서 상기 저장탱크에서 증발된 BOG와 외부로부터 공급되는 LNG가 혼합되고, 상기 패킹타워는 상기 LNG가 도포되는 면이 형성된 다수의 패킹체를 가지며, 상기 패킹체에 도포된 LNG의 증발 잠열에 의하여 상기 BOG가 냉각되는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패킹타워는,
    내부에 공간이 형성된 챔버;
    상기 챔버 내측 하부에 패킹체가 충전되어 이루어진 하부패킹층;
    상기 하부패킹층의 상부에 위치되도록 상기 챔버의 중간부에 설치된 LNG 공급배관;
    상기 하부패킹층의 하부에 위치하며 상기 챔버의 하부에 설치된 BOG 유입배관; 및
    상기 챔버에서 냉각된 BOG가 BOG 압축부로 공급되도록 상기 챔버의 상부에 형성된 BOG 공급배관;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패킹타워는 상기 챔버에서 기화되지 않은 LNG가 저장탱크로 회수되도록 상기 챔버의 하단부에 드레인배관이 형성된 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 챔버 내에 위치된 LNG 공급배관의 단부에는 상기 하부패킹층 상에 LNG를 고르게 떨어뜨리기 위하여 디스트리뷰터가 형성된 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 패킹타워에는 상기 하부패킹층에서 혼합되어 증발된 가스에 잔존하는 미스트를 제거하기 위하여 상기 챔버의 상부에 패킹체가 충전되어 이루어진 상부패킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 BOG 유입배관에는 상기 패킹타워로 유입되는 BOG를 LNG와 혼합시켜 예냉시켜 주기 위하여 라인믹서가 형성되고, 상기 라인믹서의 BOG 입구측에는 상기 LNG의 일부가 유입되도록 상기 LNG 공급배관의 분기관이 연결된 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 라인믹서에 연결되는 분기관에는 LNG의 유량조절을 위한 분기밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부로부터 공급되는 LNG는 상기 저장탱크 또는 상기 액화된 BOG로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킹체는 중공의 실린더 형태인 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜드박스유닛의 출구에는 기액분리기가 설치되어 액화된 BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되고, 기체 상태의 BOG가 패킹타워로 재투입되거나 배출되는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  11. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜드박스유닛의 출구에는 기액분리기가 설치되어 액화된 BOG가 펌프에 의하여 상기 저장탱크로 환수되거나 상기 LNG 공급배관을 통하여 패킹타워로 재투입되고, 기체 상태의 BOG가 패킹타워로 재투입되거나 배출되는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜드박스유닛은,
    작동유체 압축부의 출구에 연결되어 상기 작동유체 압축부로부터 유입되는 작동유체를 상기 응축기를 통과한 저온부 작동유체로 예냉시켜 주기 위한 제1열교환기;
    상기 제1열교환기의 출구에 연결되어 작동유체를 극저온 팽창시켜 주는 팽창터빈; 및
    상기 팽창터빈의 출구에 연결되어 상기 팽창터빈을 통과한 극저온의 작동유체와 상기 BOG 압축부로부터 유입되는 BOG가 상호 열교환되어 상기 BOG를 액화시켜 주는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  13. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜드박스유닛의 작동유체 입출구 배관에는 바이패스배관을 형성하고, 상기 바이패스배관을 통하여 일부의 작동유체를 상기 작동유체 압축부로 재순환시켜 상기 콜드박스유닛으로 공급되는 작동유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절수단을 포함하여 구성되고, 상기 유량조절수단의 바이패스배관에는 BOG의 부하변동에 따라 작동유체의 공급량을 조절하기 위한 작동유체의 버퍼탱크가 구비된 것을 특징으로 하는 패킹타워를 이용한 BOG 재액화 장치.
  14. 내부에 공간이 형성된 챔버;
    상기 챔버 내측 하부에 충전물이 충전되어 이루어진 하부패킹층;
    상기 하부패킹층의 상부에 위치되도록 상기 챔버의 중간부에 설치된 LNG 공급배관;
    상기 하부패킹층의 하부에 위치하며 상기 챔버의 하부에 설치된 BOG 유입배관; 및
    상기 챔버에서 냉각된 BOG가 BOG 압축부로 공급되도록 상기 챔버의 상부에 형성된 BOG 공급배관;을 포함하여 구성되는 패킹타워로서,
    상기 충전물은 상기 LNG 공급배관으로 유입된 LNG가 도포되는 면이 형성된 다수의 패킹체이며, 상기 패킹체에 도포된 LNG의 증발 잠열에 의하여 상기 BOG 유입관으로 유입된 BOG가 냉각되는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화 장치에 사용되는 패킹타워.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 패킹타워는 상기 챔버에서 기화되지 않은 LNG가 저장탱크로 회수되도록 상기 챔버의 하단부에 드레인배관이 형성된 것을 특징으로 하는 패킹타워.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 챔버 내에 위치된 LNG 공급배관의 단부에는 상기 하부패킹층 상에 LNG를 고르게 떨어뜨리기 위하여 디스트리뷰터가 형성된 것을 특징으로 하는 패킹타워.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 패킹타워에는 상기 하부패킹층에서 혼합되어 증발된 가스에 잔존하는 미스트를 제거하기 위하여 상기 챔버의 상부에 충전물이 충전되어 이루어진 상부패킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패킹타워.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킹체는 중공의 실린더 형태인 것을 특징으로 하는 패킹타워.
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