KR101185509B1 - 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치 - Google Patents

고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치 Download PDF

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Abstract

고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치는 저장탱크로부터 증발가스가 공급되는 증발가스라인과, 증발가스라인에 설치되며, 증발가스를 압축시키는 증발가스 압축기와, 증발가스 압축기를 통과한 증발가스를 냉매와의 열교환에 의해 LNG화시키도록 증발가스라인에 설치되는 극저온 열교환기와, 극저온 열교환기로부터 배출되는 LNG의 일부를 고압연료 사용엔진에 공급하도록 설치되는 공급라인과, 공급라인에 LNG를 고압으로 압축시키도록 설치되는 고압펌프와, 증발가스라인에서 증발가스 압축기의 전단에 설치되며, 증발가스라인의 증발가스를 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 프리 쿨러와, 공급라인에서 고압연료 사용엔진의 전단에 설치되는 히터를 포함한다.

Description

고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치{APPARATUS FOR RE-LIQUEFACTION OF BOIL-OFF GAS WIHT HIGH PRESSURE FUEL SUPPLY FUNCTION}
본 발명은 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발가스 압축기의 효율을 향상시키고, 고압연료 사용엔진에 연료를 안정적으로 공급할 수 있는 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)를 운반하는 선박은 천연가스를 상압에서 -163℃의 극저온상태로 액화하여 운송한다. 이러한 극저온 상태의 액화가스, 즉 LNG는 외부와의 온도차이에 의해 열이 공급됨으로써 지속적으로 증발가스(Boil-off Gas, BOG)가 발생하게 되는데, 최근에는 이러한 증발가스를 처리하기 위하여 재액화하여 저장탱크로 돌려보내는 증발가스 재액화장치를 설치하여 자원의 낭비를 줄이고 있다.
종래의 증발가스 재액화 장치로는 PCT 출원번호, PCT/NO05/00024의 "METHOD FOR RE-LIQUEFACTION OF BOIL-OFF GAS"에 개시되어 있는데, 이러한 종래의 증발가스 재액화 장치에 의하면, 저장탱크에서 발생한 증발가스를 증발가스 압축기를 통해 압축하고, 응축기에서 냉매와의 열교환을 통해 액화하여 저장탱크로 돌려보내는데, 이 과정에서 저장탱크로 돌려보내는 라인의 일부를 증발가스 압축기의 상류측 흐름과 열교환하여 압축기로 도입되는 증발가스의 온도를 냉각시키도록 한다.
이러한 증발가스 재액화 장치는 증발가스 압축기로 도입되는 증발가스의 온도를 일정하게 유지하여 증발가스 압축기를 안정적으로 운전할 수 있도록 하는 한편, 압축효율을 높여 증발가스 압축기의 에너지 소모를 적게 할 수 있다.
그러나, 종래의 증발가스 재액화 장치는 증발가스의 냉각에 사용됨으로써 액화된 증발가스가 다시 기화되어 응축기로 보내지고, 이로 인해 저장탱크에서 발생하는 증발가스보다 액화시켜야 하는 증발가스의 양이 증가하게 되어 냉각루프의 에너지 사용량이 많아지게 되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명의 실시예들은 증발가스의 액화에 의해 생성되는 LNG의 일부를 증발가스의 액화 과정에서 냉각에 사용함으로써 증발가스 압축기의 효율을 향상시키고자 한다.
또한, 증발가스의 액화에 사용되는 LNG를 고압으로 압축하여 고압연료 사용엔진에 공급함으로써 고압연료 사용엔진에 연료를 안정적으로 공급하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치로서, 저장탱크로부터 증발가스가 공급되는 증발가스라인과, 상기 증발가스라인에 설치되며, 증발가스를 압축시키는 증발가스 압축기와, 상기 증발가스 압축기를 통과한 증발가스를 냉매와의 열교환에 의해 LNG화시키도록 상기 증발가스라인에 설치되는 극저온 열교환기와, 상기 극저온 열교환기로부터 배출되는 LNG의 일부를 고압연료 사용엔진에 공급하도록 설치되는 공급라인과, 상기 공급라인에 LNG를 고압으로 압축시키도록 설치되는 고압펌프와, 상기 증발가스라인에서 상기 증발가스 압축기의 전단에 설치되며, 상기 증발가스라인의 증발가스를 상기 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 프리 쿨러와, 상기 공급라인에서 상기 고압연료 사용엔진의 전단에 설치되는 히터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발가스라인에서 상기 증발가스 압축기의 후단에 설치되며, 상기 증발가스라인의 증발가스를 상기 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 에프터 쿨러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발가스 압축기는 다단으로 이루어지고, 상기 증발가스라인에서 상기 증발가스 압축기들의 사이에 설치되며, 상기 증발가스라인의 증발가스를 상기 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 인터 쿨러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급라인에서 상기 히터의 전단에 설치되며, 상기 극저온 열교환기의 냉매순환라인을 통해 공급되는 냉매를 상기 공급라인의 증발가스와 열교환시켜서 냉각시키는 냉열회수기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 증발가스의 액화에 의해 생성되는 LNG의 일부를 증발가스의 액화 과정에서 냉각에 사용함으로써 증발가스 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 증발가스의 액화에 사용되는 LNG를 고압으로 압축하여 고압연료 사용엔진에 공급함으로써 고압연료 사용엔진에 연료를 안정적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치를 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치(100)는 저장탱크(1)로부터 증발가스가 공급되는 증발가스라인(110)과, 증발가스라인(110)에 설치되는 증발가스 압축기(120) 및 극저온 열교환기(130)와, 증발가스라인(110)으로부터 분기되어 고압연료 사용엔진(2)에 연결되는 공급라인(140)과, 공급라인(140)에 설치되는 고압펌프(150)와, 증발가스라인(110)의 증발가스를 공급라인(140)을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 프리 쿨러(pre-cooler; 160)를 포함할 수 있다.
증발가스라인(110)은 저장탱크(1)로부터 배출되는 증발가스를 액화시키기 위한 경로를 제공되고, 증발가스의 액화에 의해 형성되는 LNG를 다시 저장탱크(1)로 공급되도록 하는 경로를 제공한다.
증발가스 압축기(120)는 증발가스라인(110)에 설치됨으로써 증발가스를 압축시킨다.
극저온 열교환기(130)는 증발가스 압축기(120)를 통과한 증발가스를 냉매와의 열교환에 의해 LNG화시키도록 증발가스라인(110)에 설치되며, 냉매로서 일례로 질소(N2)가 사용될 수 있다. 극저온 열교환기(130)는 냉매가 순환 공급되기 위한 냉매순환라인(131)이 연결되고, 냉매순환라인(131)에 다단의 냉매 압축기(132)가 설치되며, 냉매 압축기(132)들의 사이와 후단에 다른 냉매와의 열교환에 의해 냉매를 냉각시키기 위한 냉매 냉각기(133)가 설치되며, 냉매순환라인(131)에 냉매 팽창기(134)가 설치된다.
한편, 증발가스라인(110)에는 극저온 열교환기(130)로부터 배출되는 LNG가 저장탱크(1)로 공급되도록 펌핑력을 제공하는 LNG 펌프(111)가 설치될 수 있으며, 극저온 열교환기(130)와 LNG 펌프(111) 사이에 시퍼레이터(separator; 112)가 설치될 수 있다.
공급라인(140)은 극저온 열교환기(130)로부터 배출되는 LNG의 일부를 고압연료 사용엔진(2), 예컨대 ME-GI 엔진에 공급하도록 설치되고, 이를 위해 증발가스라인(110)에서 극저온 열교환기(130)의 후단으로부터 분기되어 고압연료 사용엔진(2)에 연결되는데, 증발가스라인(110)에 연결시 LNG 펌프(111)의 후단에 연결될 수 있다.
고압펌프(150)는 공급라인(140)에 설치됨으로써 공급라인(140)을 통해 공급되는 LNG를 고압으로 압축시킨다.
프리 쿨러(160)는 증발가스라인(110)에서 증발가스 압축기(120)의 전단에 설치되고, 공급라인(140)이 연결됨으로써, 증발가스라인(110)의 증발가스를 공급라인(140)을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시킨다.
히터(170)는 공급라인(140)에서 고압연료 사용엔진(2)의 전단에 설치되고, 공급라인(140)을 따라 프리쿨러(160)를 통과함으로써 열을 공급받은 LNG를 가열하여 기화시킨다.
본 발명에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치(100)는 증발가스라인(110)에서 증발가스 압축기(120)의 후단에 설치되는 에프터 쿨러(after cooler; 180)를 더 포함할 수 있다. 에프터 쿨러(180)는 공급라인(140)이 연결됨으로써, 증발가스라인(110)의 증발가스를 공급라인(140)을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시킬 수 있다.
한편, 증발가스 압축기(120)는 다단으로 이루어질 수 있고, 증발가스라인(110)에서 증발가스 압축기(120)들의 사이에 인터 쿨러(inter cooler; 190)가 설치될 수 있다. 인터 쿨러(190)는 공급라인(140)이 연결됨으로써, 증발가스라인(110)의 증발가스를 공급라인(140)을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시킨다.
또한, 본 발명에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치(100)는 공급라인(140)에서 히터(170)의 전단에 설치되는 냉열회수기(210)를 더 포함할 수 있다. 냉열회수기(210)는 냉매순환라인(131)이 연결됨으로써 극저온 열교환기(130)의 냉매순환라인(131)을 통해 공급되는 냉매를 공급라인(140)을 따라 흐르는 LNG 또는 증발가스와의 열교환에 의해 냉각시킨다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(1)로부터 발생되는 증발가스는 증발가스라인(110)을 따라서 증발가스 압축기(120), 극저온 열교환기(130)를 통과하면서 냉각되어 액화되며, 극저온 열교환기(130)로부터 배출되는 액화된 증발가스, 즉 LNG는 LNG 펌프(111)의 펌핑력에 의해 저장탱크(1)로 공급된다.
극저온 열교환기(130)를 통과한 LNG 중에서 일부는 공급라인(140)을 따라서 고압펌프(150)에 의해 고압으로 압축되어 프리 쿨러(160), 인터 쿨러(190) 및 에프터 쿨러(180)를 통과하면서 증발가스라인(110)을 따라 증발가스 압축기(120)의 전단으로부터 후단을 통과하는 증발가스를 단계적으로 냉각시키도록 하며, 최종적으로 히터(170)에 의해 가열되어 고압연료 사용엔진(2)으로 공급된다.
공급라인(140)에서 히터(170)의 전단에 설치된 냉열회수기(210)는 극저온 열교환기(130)의 냉매순환라인(131)을 통해 공급되는 냉매를 공급라인(140)을 따라 흐르는 LNG 또는 증발가스와의 열교환에 의해 냉각시킴으로써 냉기를 회수하여 극저온 열교환기(130)의 효율을 증대시킨다.
한편, 고압연료 사용엔진(2)은 고압의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진일 수 있으며, 이러한 ME-GI 엔진은 고효율 청정에너지를 사용하는 점에서 선박 등에 널리 사용되고 있다. 한편, ME-GI 엔진의 연료는 천연가스로서 메탄을 주성분으로 하는데, 메탄은 상온에서 기체상태로 존재하기 때문에 저장이 용이하지 않아 운송수단의 연료로 적용하는데 어려움이 따르지만, LNG를 운반하는 LNG 운반선의 경우 LNG의 일부를 연료로 사용할 수 있으며, 본 발명에 따르면, LNG 운반선에서 증발가스의 액화에 사용된 증발가스를 이러한 고압연료 사용엔진(2)에 연료로서 안정적으로 사용할 수 있다.
이와 같이, LNG의 저장탱크(1)로부터 발생한 증발가스를 증발가스 압축기(120)를 통해서 압축하여 응축하고, 이로 인해 생성되는 LNG 중 일부를 증발가스의 냉각에 사용하고, 고압연료 사용엔진(2)에 필요한 만큼의 연료로 사용할 수 있도록 고압으로 압축하고 기화시킨다. 따라서, 증발가스의 액화에 의해 생성되는 LNG의 일부를 증발가스의 액화 과정에서 냉각에 사용함으로써 증발가스 압축기(120)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 증발가스의 액화에 사용되는 LNG를 고압으로 압축하여 고압연료 사용엔진(2)에 공급함으로써 고압연료 사용엔진(2)에 연료를 안정적으로 공급할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 기실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
1 : 저장탱크 2 : 고압연료 사용엔진
110 : 증발가스라인 111 : LNG 펌프
112 : 분리기 120 : 증발가스 압축기
130 : 극저온 열교환기 131 : 냉매순환라인
132 : 냉매 압축기 133 : 냉매 냉각기
134 : 냉매 팽창기 140 : 공급라인
150 : 고압펌프 160 : 프리 쿨러
170 : 히터 180 : 에프터 쿨러
190 : 인터 쿨러 210 : 냉열회수기

Claims (4)

  1. 고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치로서,
    저장탱크로부터 증발가스가 공급되는 증발가스라인과,
    상기 증발가스라인에 설치되며, 증발가스를 압축시키는 증발가스 압축기와,
    상기 증발가스 압축기를 통과한 증발가스를 냉매와의 열교환에 의해 LNG화시키도록 상기 증발가스라인에 설치되는 극저온 열교환기와,
    상기 극저온 열교환기로부터 배출되는 LNG의 일부를 고압연료 사용엔진에 공급하도록 설치되는 공급라인과,
    상기 공급라인에 LNG를 고압으로 압축시키도록 설치되는 고압펌프와,
    상기 증발가스라인에서 상기 증발가스 압축기의 전단에 설치되며, 상기 증발가스라인의 증발가스를 상기 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 프리 쿨러와,
    상기 공급라인에서 상기 고압연료 사용엔진의 전단에 설치되는 히터를 포함하는
    고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발가스라인에서 상기 증발가스 압축기의 후단에 설치되며, 상기 증발가스라인의 증발가스를 상기 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 에프터 쿨러를 더 포함하는
    고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증발가스 압축기는 다단으로 이루어지고,
    상기 증발가스라인에서 상기 증발가스 압축기들의 사이에 설치되며, 상기 증발가스라인의 증발가스를 상기 공급라인을 통해 공급되는 LNG와의 열교환에 의해 냉각시키는 인터 쿨러를 더 포함하는
    고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급라인에서 상기 히터의 전단에 설치되며, 상기 극저온 열교환기의 냉매순환라인을 통해 공급되는 냉매를 상기 공급라인의 증발가스와 열교환시켜서 냉각시키는 냉열회수기를 더 포함하는
    고압연료 공급 기능을 가지는 증발가스 액화 장치.
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