KR101210921B1 - 보일오프가스 처리장치 및 그 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화연료를 엔진, 보일러, 발전기 등의 연료로 사용하는 상선에서 발생하는 보일오프가스를 재활용함으로써 외부로 배출되거나 소각되는 보일오프가스를 제로화하여 액화연료의 낭비를 최소화하기 위한 보일오프가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 보일오프가스 처리장치는, 액화연료탱크에서 연장된 보일오프가스 배출라인에 설치되고, 보일오프가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기의 하류 측에 설치되고, 상기 압축기에 의해 압축된 보일오프가스를 저장하는 저장탱크;를 포함하고, 상기 저장탱크에서 연장된 보일오프가스 공급라인을 통해 상기 저장탱크 내의 압축된 보일오프가스를 상선의 엔진, 보일러, 발전기로 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

보일오프가스 처리장치 및 그 처리방법{BOIL-OFF GAS HANDLING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 액화연료를 엔진, 보일러, 발전기 등의 연료로 사용하는 상선에서 발생하는 보일오프가스를 재활용함으로써 외부로 배출되거나 소각되는 보일오프가스를 최소화하여 액화연료의 낭비를 최소화하기 위한 보일오프가스 처리장치에 관한 것이다.
대부분의 선박 내에는 그 운용을 위한 엔진, 발전기, 보일러 등이 설치되어 있고, 이러한 엔진, 발전기, 보일러 등의 연료로는 석유계의 연료유(FO, Fuel Oil)가 주로 사용되고 있다. 하지만, 이러한 연료유의 사용은 대기오염, 유가 인상 등으로 인하여 선박 운영에 적잖은 부담으로 작용하고 있다.
이에, 최근에는 선박의 대체/보조 연료로서 청정연료를 이용할 수 있는 선박을 도입하기 위한 방안이 연구되고 있다. 이러한 청정연료에는 LNG, LPG 등과 같은 액화연료가 있으며, 이러한 청정연료는 오염물질 배출이 적고, 기존의 연료유에 비해 오염물질배출이 1백분의 1 가량에 불과하며, 또한 그 비용이 매우 저렴한 장점이 있다.
이와 같이, 액화연료를 연료로 사용하는 선박의 경우, 필연적으로 보일오프가스(boil-off gar)가 발생하고 있으며, 이러한 보일오프가스를 적절히 처리하기 위한 보일오프가스 처리장치(boil-off gas handling system)가 요구된다.
한편, 종래의 액화연료를 이용하는 선박은 고가의 재액화유닛(reliquefacton unit)에 의해 보일오프가스를 재액화시킨 후에 재저장하거나 선상의 GCU(Gas Combustion Unit) 또는 온쇼어의 보일오프가스 처리장치 등을 이용하여 처리하도록 구성되어 있다.
이에, 종래의 액화연료를 이용하는 선박은 고가의 재액화유닛을 이용함에 따라 그 초기설비 및 유지비용이 과다하게 소요되어 경제성이 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 가격 경쟁력(저가)이 높은 구성요소를 적용하여 보일오프가스의 압축 및 저장을 용이하게 구현함으로써, 그 설치 및 유지/보수 비용이 적게 소요되어 그 경제성이 높은 보일오프가스 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 액화연료를 이용하는 상선의 액화연료탱크 내에서 발생하는 보일오프가스를 처리하는 보일오프가스 처리장치로서, 상기 액화연료탱크에서 연장된 보일오프가스 배출라인에 설치되고, 보일오프가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기의 하류 측에 설치되고, 상기 압축기에 의해 압축된 보일오프가스를 저장하는 저장탱크;를 포함하고, 상기 저장탱크에서 연장된 보일오프가스 공급라인을 통해, 상기 저장탱크 내의 압축된 보일오프가스를 상선의 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리장치가 제공된다.
상기 보일오프가스 공급라인에서 압력유지라인(pressure equalization line)이 분기되어 상기 액화연료탱크에 연결되는 것이 바람직하다.
상기 액화연료탱크에는 기화기(vaporizer)가 연결되고, 상기 기화기는 열교환매체에 의해 액화연료를 기화시켜 기화연료를 생성하며, 상기 기화연료가 연료공급라인을 통해 상선의 연료로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 연료공급라인은 고압 연료공급라인 및 저압 연료공급라인으로 분기되며, 상기 고압 연료공급라인은 상선의 메인 엔진에 연결되며 상기 저압 연료공급라인은 상선의 보일러, 보조 엔진 및 발전기에 연결되는 것이 바람직하다.
상기 저압 연료공급라인을 통해 공급되는 저압의 기화연료는 감압밸브에 의해 감압되어 공급되는 것이 바람직하다.
상기 보일오프가스 공급라인은 상기 저압 연료공급라인에 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화연료를 이용하는 상선의 액화연료탱크 내에서 발생하는 보일오프가스를 처리하는 보일오프가스 처리방법으로서, 상기 액화연료탱크 내에서 발생된 보일오프가스를 일정압력으로 압축하는 압축단계; 상기 압축된 보일오프가스를 저장탱크 내에 저장하는 저장단계; 상기 저장탱크 내의 압축된 보일오프가스를 상기 저장탱크에서 상선의 보조엔진, 보일러 및 발전기로 공급하는 공급단계; 및 상기 저장탱크 내의 보일오프가스를 상기 액화연료탱크로 분류시킴으로써 상기 액화연료탱크 내의 압력을 일정하게 유지시키는 압력유지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리방법이 제공된다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 액화연료에서 발생하는 보일오프가스를 압축및 저장한 후에 그 압력을 일정하게 유지시키는 상태에서 압축된 보일오프가스를 보조엔진, 보일러, 발전기 등에 재활용함으로써 외부로 배출되거나 소각되는 보일오프가스를 최소화하여 보일오프가스의 사용 극대화 및 액화연료의 낭비 최소화를 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 보일오프가스의 배출이 최소화됨에 따라 보일오프가스로 인한 주변의 환경오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 액화연료로서 LNG를 사용할 때, LNG 저장 탱크의 압력 보상을 용이하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일오프가스 처리장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일오프가스 처리방법을 도시한 공정도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일오프가스 처리장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 보일오프가스 처리장치가 적용되는 상선은 그 엔진, 발전기, 보일러 등의 연료로서 액화연료를 사용하며, 액화연료를 저장하는 액화연료탱크(1)가 상선의 일정 위치에 설치되어 있다.
본 명세서에서 상선은 컨테이너선, 화물선 등을 말한다.
본 명세서에 있어서 액화연료가스란 LNG, LPG, CNG, DME 등의 가스연료로서 연료탱크에 저장 중일 때에는 액체상태 혹은 기체상태이지만 추진장치에 공급될 때는 기체상태인 것을 말한다.
LNG, 즉 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)는 가스전에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것으로 메탄을 주성분으로 한다. LNG는 온도를 낮추거나 압력을 가해 액화시키면 부피가 대략 1/600로 줄어들어 공간효율상 유리하지만, 비점이 대략 영하 162도로 낮아 운송, 저장시에는 특수하게 단열된 탱크나 용기에 충전하여 온도를 비점 이하로 유지시켜 주어야 한다.
LPG, 즉 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)는 유전에서 원유를 채취하거나 원유 정제시 나오는 중탄화수소(탄소원자가 2개 이상) 성분, 혹은 천연가스 채취시 함께 채취되는 중탄화수소 성분을 비교적 낮은 압력(6 ~ 7 kg/㎠)을 가하여 냉각, 액화시킨 것이다. 액화시 부피가 대략 1/250로 줄어들어 저장과 운송에 편리하며, 주성분은 프로판과 부탄이고, 소량의 에탄, 프로필렌, 부틸렌 등이 포함될 수 있다.
CNG, 즉 압축천연가스(Compressed Natural Gas)는 천연가스를 연료로 사용하기 위해 대략 200기압 정도로 압축한 것이다.
DME, 즉 디메틸에테르(Dimethyl Ether)는 에테르의 일종으로 LPG보다 인화성이 낮고 무독성이며, 산소 함유율이 높기 때문에 연소시 매연 발생이 적어 환경 부하가 적다.
액화연료탱크(1)에는 액화연료 공급라인(2a)과 액화연료 배출라인(2b)이 연결된다. 액화연료는 액화연료 매니폴드(2c)로부터 분기된 액화연료 공급라인(2a)을 통해 액화연료탱크(1) 내로 공급될 수 있다. 그리고, 액화연료 배출라인(2b)에는 액화연료를 이송시키는 이송펌프(2d) 및 액화연료를 고압으로 펌핑하는 고압펌프(2e)가 설치된다.
액화연료 배출라인(2b)의 단부에는 기화기(3)가 설치되고, 액화연료탱크(1) 내의 액화연료는 이송펌프(2d) 및 고압펌프(2e)에 의해 고압으로 펌핑되어 기화기(3)로 공급된다. 액화연료 공급라인(2)을 통해 기화기(3)로 공급된 액화연료는 기화기(3)에서 열교환매체와의 열교환을 통해 기화되어 기화연료(forced boil-off gas)를 생성한다.
이러한 기화연료는 기화기(3)에서 연료공급라인(4)을 통해 엔진, 보일러, 발전기 등으로 각각 공급될 수 있다. 한편, 본 실시예의 기화기(3)는 액화연료를 고압의 기화연료로 생성하는 고압 기화기(hp vaporizer)로서, 고압 기화기(3)에서 연장되는 연료공급라인(4)은 고압의 연료공급라인(4a)과 저압의 연료공급라인(4b)으로 분기된다.
특히, 고압의 연료공급라인(4a)은 메인 엔진(main engine)측으로 연결되고, 저압의 연료공급라인(4b)은 보일러, 보조 엔진, 발전기 등으로 연결된다. 특히, 저압의 연료공급라인(4b)을 통해 공급되는 저압의 기화연료는 감압밸브(미도시)에 의해 보일러, 보조 엔진, 발전기 등에서 요구되는 압력으로 적절히 감압되어 공급될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 보일오프가스 처리장치는 액화연료탱크(1)에서 발생하는 보일오프가스를 압축하는 압축기(11), 압축기(11)에 의해 압축된 보일오프가스를 저장하는 저장탱크(12)를 포함한다.
액화연료탱크(1)에는 보일오프가스를 배출하는 보일오프가스 배출라인(13)이 연장되고, 이 보일오프가스 배출라인(13)에는 압축기(11)가 설치된다. 압축기(11)는 액화연료탱크(1) 내에서 발생된 보일오프가스를 저장에 적합한 일정 압력으로 압축한다.
저장탱크(12)는 압축기(11)의 하류측에 설치되고, 압축기(11)에 의해 압축된 보일오프가스를 일시 저장하도록 구성된다. 저장탱크(12)에는 압축된 보일오프가스를 공급하는 보일오프가스 공급라인(14)이 연장된다. 특히, 보일오프가스 공급라인(14)은 저압 연료공급라인(4b)측에 연결되어 보조 엔진, 보일러, 발전기 등으로 압축된 보일오프가스를 공급함으로써 본 발명에 의한 보일오프가스 처리장치는 보일오프가스의 사용을 극대화할 수 있고, 이를 통해 액화연료의 낭비를 최소화할 수 있다.
그리고, 보일오프가스 배출라인(13)의 일측에 분기라인(13a)이 분기되어 보일오프가스 매니폴드(23)측에 연결되고, 이에 보일오프가스의 일부가 보일오프가스 매니폴드(23)측으로 공급될 수도 있다.
보일오프가스 공급라인(14)의 일측에는 압력유지라인(15)이 연장되어 액화연료탱크(1)에 연결되고, 이 압력유지라인(15)을 통해 저장탱크(12) 내의 압축된 보일오프가스의 일부가 액화연료탱크(1) 내로 분류됨으로써 액화연료탱크(1)의 내부는 적정압력을 유지할 수 있다.
한편, 보일오프가스 배출라인(13)의 일측에는 바이패스라인(16)이 분기되어 저압 연료공급라인(4b)으로 직접적으로 연결될 수도 있다. 이에, 액화연료탱크(1) 내에서 발생된 보일오프가스는 압축기(11) 및 저장탱크(12)를 우회하지 않고 저압 연료공급라인(4b)으로 직접 공급될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보일오프가스 처리방법을 도시한 공정도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 보일오프가스 처리방법은 선박의 액화연료탱크(1) 내에서 발생하는 보일오프가스를 일정압력으로 압축하는 압축단계(S1), 압축된 보일오프가스를 저장탱크 내에 저장하는 저장단계(S2), 및 저장된 보일오프가스를 상기 저장탱크에서 선박의 보조 엔진, 보일러, 발전기로 공급하는 공급단계(S3)로 이루어진다.
특히, 압축단계(S1)는 보일오프가스를 선박의 보조 엔진, 보일러, 발전기 등에서 요구되는 적정 압력으로 압축할 수 있다.
그리고, 저장탱크(12) 내의 보일오프가스를 액화연료탱크(1) 내로 분류시키고, 이에 액화연료탱크(1) 내의 압력을 일정하게 유지시키는 압력유지단계(S4)를 더 포함할 수도 있다.
1: 액화연료탱크 2a: 액화연료 공급라인
2b: 액화연료 배출라인 2c: 액화연료 매니폴드
2d: 이송펌프 2e: 고압펌프
3: 기화기 4: 연료공급라인
4a: 고압 연료공급라인 4b: 저압 연료공급라인
11: 압축기 12: 저장탱크
13: 보일오프가스 배출라인 14: 보일오프가스 공급라인
15: 압력유지라인 16: 바이패스 라인
23: 보일오프가스 매니폴드

Claims (7)

  1. 액화연료를 이용하는 상선의 액화연료탱크 내에서 발생하는 보일오프가스를 처리하는 보일오프가스 처리장치로서,
    상기 액화연료탱크에서 연장된 보일오프가스 배출라인에 설치되고, 보일오프가스를 압축하는 압축기; 및
    상기 압축기의 하류 측에 설치되고, 상기 압축기에 의해 압축된 보일오프가스를 저장하는 저장탱크를 포함하고,
    상기 저장탱크에서 연장된 보일오프가스 공급라인을 통해, 상기 저장탱크 내의 압축된 보일오프가스를 상선의 연료로 사용하되, 상기 보일오프가스 공급라인에서 분기된 압력유지라인(pressure equalization line)이 상기 액화연료탱크에 연결되고,
    상기 압력유지라인은 상기 저장탱크 내의 압축된 보일오프가스의 일부가 상기 액화연료탱크 내로 분류되도록 하여 상기 액화연료탱크 내부의 압력을 유지시키는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액화연료탱크에는 기화기(vaporizer)가 연결되고, 상기 기화기는 열교환매체에 의해 액화연료를 기화시켜 기화연료를 생성하며, 상기 기화연료가 연료공급라인을 통해 상선의 연료로 공급되는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연료공급라인은 고압 연료공급라인 및 저압 연료공급라인으로 분기되며, 상기 고압 연료공급라인은 상선의 메인 엔진에 연결되며 상기 저압 연료공급라인은 상선의 보일러, 보조 엔진 및 발전기에 연결되는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 저압 연료공급라인을 통해 공급되는 저압의 기화연료는 감압밸브에 의해 감압되어 공급되는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 보일오프가스 공급라인은 상기 저압 연료공급라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리장치.
  7. 액화연료를 이용하는 상선의 액화연료탱크 내에서 발생하는 보일오프가스를 처리하는 보일오프가스 처리방법으로서,
    상기 액화연료탱크 내에서 발생된 보일오프가스를 일정압력으로 압축하는 압축단계;
    상기 압축된 보일오프가스를 저장탱크 내에 저장하는 저장단계;
    상기 저장탱크 내의 압축된 보일오프가스를 상기 저장탱크에서 상선의 보조엔진, 보일러 및 발전기로 공급하는 공급단계; 및
    상기 저장탱크 내의 보일오프가스를 상기 액화연료탱크로 분류시킴으로써 상기 액화연료탱크 내의 압력을 일정하게 유지시키는 압력유지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일오프가스 처리방법.
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