KR100831946B1 - 액화천연가스의 재기화 방법 및 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스의 재기화 방법 및 설비에 관한 것으로, 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키기 위해 액화천연가스와 열교환하는 제 1 매개유체를 가열하여 순환시키는 주 열교환공정과 상기 제 1매개유체에 보조적인 열원을 제공하기 위하여 상기 제 1매개유체와 열교환하는 제 2매개유체를 가열하여 순환시키는 보조 열교환공정을 포함하되, 상기 제 2 매개유체의 가열은 엔진에서 발생하는 고온의 폐기가스와 열교환하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재기화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 액화천연가스의 재기화 설비는 액화천연가스를 저장하는 저장탱크와 상기 저장탱크와 연결되어 액화천연가스를 인출하는 공급펌프와 상기 공급펌프와 연결되어 액화천연가스를 공급받아 제 1매개유체와 열교환시켜 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 기화기와 상기 기화기에서 냉각된 제1매개유체를 순환시키는 제1 순환펌프와 상기 제 1순환펌프에서 공급되는 제 1매개유체를 공기와 열교환시켜 제 1매개유체를 가열하는 제 1열교환기와 상기 제1매개유체와 제 2매개유체를 열교환시키는 제 2열교환기와 상기 제 2열교환기에서 냉각된 제 2매개유체를 순환시키는 제 2순환펌프와 상기 제 2순환펌프에서 공급되는 제 2매개유체를 가열하는 폐기가스 보일러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화천연가스 재기화 방법 및 설비는 별도의 가열공정 및 장치를 추가로 설치함이 없이 엔진에서 발생하는 폐기가스를 이용하여 액화천연가스의 재기화 공정에 보조적인 열원을 제공하기 때문에, 대기 온도가 낮은 시기에도 액화천연가스의 재기화 효율을 높일 수 있고, 버려지는 폐기가스를 에너지화하여 사용함으로써 전체 액화천연가스 재기화 공정의 에너지 효율을 향상 시킬 수 있는 이점이 있다.
Figure R1020070014770
액화천연가스 재기화 공정, LNGC, 폐기가스

Description

액화천연가스의 재기화 방법 및 설비 {Liquefied Natural Gas regasification process and plant}
도 1은, 일반적인 액화천연가스 재기화 설비를 나타낸 구성도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 액화천연가스의 재기화 설비의 일 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 3은, 대기온도가 낮은 시기에 도 2에 도시된 일 실시예의 작동상태를 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30 : 기화기 40 : 제 1순환펌프
50 : 제 1열교환기 60 : 보조 열교환공정
61 : 폐기가스 보일러 62 : 제 2 열교환기
63 : 제 2순환 펌프
본 발명은 액화천연가스 재기화 방법 및 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게 는, 대기온도가 낮은 시기에도 매개유체에 충분한 열을 공급할 수 있는 보조 열교환공정을 구비하여 액화천연가스의 재기화 효율을 높일 수 있는 액화천연가스 재기화 방법 및 설비에 관한 것이다.
일반적으로, 소비지와 떨어진 원격지 상에서 생산된 천연가스는 선박에 의해
운반되는 것이 보편적이다. 즉, 생산지의 가스전에서 채취된 천연가스가 선박에 적재되고, 상기 선박에 의해서 소비지까지 운송된 후 하역된다. 이때, 천연가스는 선박에 적재되기 전 액화하는 과정을 통하여 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)의 형태로 만들어 진다.
액화천연가스란, 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 1 기압(atm)하에서 대략 -163°C 이하의 온도로 하강시킨 것으로, 채취된 기체상태의 천연가스를 액체상태로 상변화시킨 것을 말하는데, 이러한 액화천연가스의 부피는 기체상태의 천연가스에 비해 1/600정도이며, 비중은 0.42로 기체상태의 천연가스에 비해 절반 정도되는 특징을 가진다. 이러한 특징에 기인하여 천연가스는 액화천연가스의 형태로 만들어진 후 선박에 적재하여 운반하는 경우 한번에 더 많은 양의 천연가스가 운반될 수 있다는 장점이 있다.
이렇게 선박에 의해 소비지까지 운반된 액화천연가스는 다시 연료로서 사용할 수 있는 형태, 즉 천연가스로 만들어져야 하는데, 이러한 과정을 액화천연가스의 재기화(Regasification)과정이라 한다.
소비지가 천연가스를 꾸준히 사용하는 곳이라면, 소비지 인근에 액화천연가스를 재기화 시키는 해양설비(FSRU)를 건설하여도 무방하나, 일시적인 또는 계절적 인 요인으로 인하여 천연가스를 필요로 하는 곳에는 최근 활발히 개발이 진행되고 있는 재기화 설비가 장착된 선박(LNG Regasification Vessel)을 이용하여 천연가스를 공급한다.
도 1은, 일반적인 액화천연가스 재기화 설비를 나타낸 구성도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 일반적인 액화천연가스 재기화 설비는 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(1)와 상기 저장탱크내의 액화천연가스를 인출하는 공급펌프(2)와 상기 공급펌프(2)에서 공급된 액화천연가스와 매개유체를 열교환시켜 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 기화기(3)를 포함하고, 상기 기화기(3)에서 냉각된 매개유체를 순환시키는 순환펌프(4)와 상기 순환펌프(4)에서 공급되는 냉각된 매개유체를 공기와 열교환시켜 매개유체를 가열하는 열교환기(5)를 포함하여 구성된다.
도 1을 참조하여 액화천연가스의 재기화 공정을 살펴보면, 상기 저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스가 상기 공급펌프(2)에 의해 인출되어 기화기(3)에 공급되는데, 상기 기화기(3)에 공급된 액화천연가스는 액화천연가스의 비등점(Boiling point)보다 높은 온도를 갖는 매개유체와 직접 열교환하여 천연가스로 기화된다.
이후 기화기(3)에서 냉각된 매개유체는 순환펌프(4)에 의해 열교환기(5)로 보내어져 열교환기(5)로 유입된 공기와 직접 열교환하여 가열되고, 가열된 매개유체는 다시 기화기(3)로 공급되어 순환하게 된다.
이때, 대기의 온도가 높은 여름철을 전후한 시기에는 열교환기(5)로 유입되는 공기의 온도가 높아 매개유체에 열을 공급하는데 문제가 없지만, 만일 대기온도 가 낮은 겨울시기를 전후한 시기에서는 열교환기(5)로 유입되는 공기의 온도가 낮아 매개유체에 충분한 열을 공급하지 못하게 되어 기화기(3)에서 액화천연가스의 재기화 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
이에 대기온도가 낮은 시기에도 매개유체에 충분한 열을 공급하여 액화천연가스의 재기화 효율을 높일 수 있는 액화천연가스 재기화 방법 및 설비가 요구된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여 대기온도가 낮은 시기에도 매개유체에 충분한 열을 공급할 수 있는 보조 열교환공정을 구비하여 액화천연가스의 재기화 효율을 높일 수 있는 액화천연가스 재기화 방법 및 설비를 제공하는데 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 목적은, 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키기 위해 액화천연가스와 열교환하는 제 1 매개유체를 가열하여 순환시키는 주 열교환공정과 상기 제 1매개유체에 보조적인 열원을 제공하기 위하여 상기 제 1매개유체와 열교환하는 제 2매개유체를 가열하여 순환시키는 보조 열교환공정을 포함하되, 상기 제 2 매개유체의 가열은 엔진에서 발생하는 고온의 폐기가스와 열교환하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재기화 방법에 의해 실현된 다.
또한, 본 발명에 따른 액화천연가스 재기화 설비는 액화천연가스를 저장하는 저장탱크와 상기 저장탱크와 연결되어 액화천연가스를 인출하는 공급펌프와 상기 공급펌프와 연결되어 액화천연가스를 공급받아 제 1매개유체와 열교환시켜 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 기화기와 상기 기화기에서 냉각된 제1매개유체를 순환시키는 제1 순환펌프와 상기 제 1순환펌프에서 공급되는 제 1매개유체를 공기와 열교환시켜 제 1매개유체를 가열하는 제 1열교환기와 상기 제1매개유체와 제 2매개유체를 열교환시키는 제 2열교환기와 상기 제 2열교환기에서 냉각된 제 2매개유체를 순환시키는 제 2순환펌프와 상기 제 2순환펌프에서 공급되는 제 2매개유체를 가열하는 폐기가스 보일러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제 1매개유체와 상기 제 2매개유체는 물, 에틸렌 글리콜, 물과 에틸렌 글리콜의 혼합유체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는데, 그 중 에틸렌 글리콜이란 글리콜 워터라고도 불리는 부동액의 일종으로, 분자량 62.7, 녹는점 -12.6°C, 끓는점 197.7°C, 비중 1.1131을 가지는 점조(粘稠)하고 감미가 있는 무색 액체이다. 상기 에틸렌 글리콜은 어는점이 낮기 때문에 일반적으로 재기화 공정의 매개유체로서 널리 사용되고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는, 본 발명에 따른 액화천연가스의 재기화 설비의 일 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액화천연가스의 재기화 설비의 주 열교환공정은 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(10)와 상기 저장탱크(10)내의 액화천연가스를 인출하는 공급펌프(20)와 상기 공급펌프(20)에서 공급된 액화천연가스와 제 1매개유체를 열교환시켜 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 기화기(30)를 포함하고, 상기 기화기(30)에서 냉각된 제1매개유체를 순환시키는 순환펌프(40)와 상기 순환펌프(40)에서 공급되는 제 1매개유체를 공기와 열교환시켜 제 1매개유체를 가열하는 제 1열교환기(50)를 포함하여 구성된다.
상기 기화기(30)에서는 에틸렌 글리콜과 같은 고온의 제 1매개유체와 극저온의 액화천연가스 간에 열교환이 이루어지고 이에 액화천연가스는 천연가스로 재기화된다.
제 1 매개유체는 주 폐루프형 배관(200)내부에 저장되어 상기 순환펌프(40)에 의하여 반복 순환됨으로써 연속적인 액화천연가스의 재기화 공정이 이루어진다. 상기 주 폐루프형 배관(200)은 전체가 연결된 루프(Loop)를 가지며 상기 기화기(30)를 통해 가스 수송관(100)과 교차형태를 갖는 닫힘배관이다.
그리고, 상기 제 1열교환기(50)에서는 상기 기화기(30)에서 냉각된 제 1 매개유체와 상대적으로 고온인 공기 간에 열교환이 이루어져 제 1 매개유체가 가열된다.
상기 제 1열교환기(50)로 유입되는 공기는 대기중에서 가져오는 것으로 실온상태이기 때문에 앞서 언급한 매개유체들 보다는 상대적으로 고온이다.
그러나 대기의 온도가 상당히 낮은 겨울시기와 같은 경우, 유입되는 공기의 온도가 낮아 상기 제 1열교환기에서 제 1매개유체에 대한 충분한 열공급이 되지 않기 때문에 상기 기화기(30)에서 액화천연가스의 재기화 효율이 떨어진다.
이에 따라 본 발명에 따른 액화천연가스 재기화 설비는 도 2에서 도시한 바와 같이 폐기가스를 이용하여 상기 주 열교환공정에 보조적으로 열을 공급하는 보조 열교환공정(60)이 구비된다.
일반적으로 재기화 설비를 장착한 천연가스 운반선(LNGC) 또는 부유식 해양설비(FSRU)등은 재기화 설비 가동에 필요한 전력생산용 엔진설비 및 발전설비를 갖추고 있다. 여기서 보편적으로 이중연료방식(Dual Fuel)의 디젤 엔진이 채택되어 사용되고 있는데 이는 부하 가동 시에 많은 양의 폐기가스를 배출하게 된다. 이때 버려지는 폐기가스는 약 400°C를 전후한 고온의 온도에 적정 압력을 가지고 있기 때문에 에너지원으로 활용가치가 높다.
따라서 상기 보조 열교환공정(60)에 폐기가스 보일러를 설치하여 이러한 폐기가스를 대기의 온도가 낮은 겨울시기에도 액화천연가스의 재기화 효율을 높이기 위한 보조 에너지원으로 활용할 수 있다.
이를 실현하기 위한 상기 보조 열교환공정(60)의 구성요소를 구체적으로 살펴보면, 도 2에서 도시한 바와 같이 상기 보조 열교환공정(60)은 폐기가스 보일러(61)와 상기 폐기가스 보일러(61)에 의해 가열된 제 2매개유체와 주 열교환공정에서 유입되는 제 1매개유체와 열교환시키는 제 2열교환기(62)와 상기 제 2열교환기(62)에서 냉각된 제 2매개유체를 순환시키는 제 2순환펌프(63)를 포함한다.
이하, 위와 같은 보조 열교환공정(60)의 작동과정을 구체적으로 살펴본다.
도 3은, 대기온도가 낮은 시기에 도 2에 도시된 일 실시예의 작동상태를 나타낸 구성도이다.
대기온도가 낮은 겨울철에는 도 3에서 도시한 바와 같이, 주 열교환공정의 기화기(30)에서 냉각된 제 1매개유체가 절환밸브(210)에 의해 주 열교환공정의 제 1열교환기로 유입되는 것이 차단되고 보조 열교환공정으로 유도되어 보조 열교환 공정의 제 2열교환기(62)로 유입된다.
상기 폐기가스 보일러(61)에서는 고온의 폐기가스(약 400°c)와 제 2매개유체가 열교환 방식으로 가열되고, 가열된 제 2매개유체는 상기 제 2열교환기(62)에서 주 열교환공정에서 유입된 제 1매개유체와 열교환한다. 이때 제 1매개유체는 상기 기화기(30)에서 열을 빼앗겨 냉각된 상태이므로 자연스럽게 제 2매개유체와 열교환 된다.
그리고 상기 가열된 제 1매개유체는 상기 제 1순환펌프(40)에 의하여 상기 주 페루프형 배관(200)을 통해 절환밸브(210)를 거쳐 상기 기화기(30)로 다시 공급되어 반복 순환된다.
한편, 제 2열교환기에서 열을 빼앗겨 냉각된 제 2매개유체는 상기 제 2순환펌프(63)에 의하여 보조 폐루프형 배관(300)을 통해 상기 폐기가스 보일러(61)로 보내져 다시 가열되고 반복 순환된다.
위와 같은 과정을 통해 제 1매개유체를 기화에 필요한 적정한 온도로 유지 시킬 수 있기 때문에 대기온도가 낮은 시기에도 액화천연가스의 재기화 효율을 높 일 수 있다.
그리고, 상기 기화기(30), 제 1열교환기(50), 제 2열교환기(62)및 폐기가스 보일러(61)는 별도의 구동에너지를 요구하지 않으며 단지 온도 차를 갖는 두 유체 사이에서 전도와 대류의 방법으로 열전달을 일으키는 통상적인 장치인데, 온도, 압력, 유량 등의 조건에 따라 주수(注水)형, 투관형, 이중관형 열교환기 등과 같은 각종 열교환기를 사용하여도 무방하다.
또한 상기 주 폐루프형 배관(200)내부와 상기 보조 폐루프형 배관(300)내부에 저장되는 제1매개유체와 제 2매개유체는 물, 에틸렌 글리콜, 물과 에틸렌 글리콜의 혼합유체 및 상기 유체의 물성에 상응하는 조건을 가진 유체가 사용된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술 분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 액화천연가스 재기화 방법 및 설비는 별도의 가열공정 및 장치를 추가로 설치함이 없이 엔진에서 발생하는 폐기가스를 이용하여 액화천연가스의 재기화 공정에 보조적인 열원을 제공하기 때문에, 대기 온도가 낮은 시기에도 액화천연가스의 재기화 효율을 높일 수 있고, 버려지는 폐기가스를 에너지화하여 사용함으로써 전체 액화천연가스 재기화 공정의 에너지 효율을 향상 시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키기 위해 액화천연가스와 열교환하는 제 1 매개유체를 가열하여 순환시키는 주 열교환공정과
    상기 제 1매개유체에 보조적인 열원을 제공하기 위하여 상기 제 1매개유체와 열교환하는 제 2매개유체를 가열하여 순환시키는 보조 열교환공정을 포함하되,
    상기 제 2 매개유체의 가열은 엔진에서 발생하는 고온의 폐기가스와 열교환하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재기화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1매개유체와 상기 제 2매개유체는 물, 에틸렌 글리콜, 물과 에틸렌 글리콜의 혼합유체 및 상기 유체의 물성에 상응하는 조건을 가진 유체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재기화 방법.
  3. 액화천연가스를 저장하는 저장탱크와;
    상기 저장탱크와 연결되어 액화천연가스를 인출하는 공급펌프와;
    상기 공급펌프와 연결되어 액화천연가스를 공급받아 제 1매개유체와 열교환시켜 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 기화기와;
    상기 기화기에서 냉각된 제1매개유체를 순환시키는 제1 순환펌프와;
    상기 제 1순환펌프에서 공급되는 제 1매개유체를 공기와 열교환시켜 제 1매개유체를 가열하는 제 1열교환기와;
    상기 제1매개유체와 제 2매개유체를 열교환시키는 제 2열교환기와;
    상기 제 2열교환기에서 냉각된 제 2매개유체를 순환시키는 제 2순환펌프와;
    상기 제 2순환펌프에서 공급되는 제 2매개유체를 가열하는 폐기가스 보일러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재기화 설비.
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