KR101314337B1 - 천연 가스 공급 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

액화 천연 가스 저장 용기(2)의 얼리지 공간(6)(ullage space)으로부터 취해진 증발된 천연 가스의 주 스트림을 컴프레서(12)에 의해 압축시킨다. 저장 용기(2)로부터 취해진 액화 천연 가스의 유동을 증발기(36)에서 부분적으로 강제 증발시켜, 증발되지 않은 액화 천연 가스를 함유하는 천연 가스의 부 스트림을 생성시긴다. 증발되지 않은 액화 천연 가스를 상 분리기(42)에서 부 스트림으로부터 분리시킨다. 부 스트림을 압축된 주 스트림과 혼합하여 천연 가스 연료의 공급물을 생성시킨다. 원양 LNG 유조선 선상에서 연료 공급물을 생성시켜 사용할 수 있다.
Figure R1020077019007
액화 천연 가스, 원양 LNG 유조선, 연료 공급 장치.

Description

천연 가스 공급 방법 및 장치{NATURAL GAS SUPPLY METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 가열 또는 동력 발생을 위하여 천연 가스 연료를 공급하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 선상에서 선박의 엔진에 연료를 제공하는데 이용하기에 특히 적합하다.
EP 1 291 576 A 호는 LNG를 수용하기 위한 원양 유조선의 보일러를 가열하기 위하여 천연 가스 연료(이의 주성분은 메테인임)를 공급하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 하나 이상의 LNG 저장 탱크의 얼리지 공간(ullage space)과 연통하는 입구 및 보일러에 연결된 연료 버너로 이어지는 도관과 연통되는 출구를 갖는 컴프레서, 및 상기 탱크의 액체 저장 영역과 연통하는 입구 및 동일하거나 상이한 도관에 연결된 연료 버너로 이어지는 상기 도관과 연통되는 출구를 갖는 강제식 LNG 증발기를 포함한다. 강제식 가스 증발기는 액화 천연 가스의 자연적인 증발(boil-off)에 의해 연료를 보충할 수 있다.
원칙적으로, EP 1 291 576 A 호에 따른 장치는 선상에서의 임의의 수요를 위하여 연료를 공급하는데 적합할 수 있다. 일부 최신식 LNG 유조선은 디젤 또는 천연 가스에 대해 작동될 수 있는 엔진을 이용한다. 그러나, 천연 가스 중에 더 고급 탄화수소가 존재하면 엔진 노킹(knocking)이 야기될 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 액화 천연 가스 저장 용기의 얼리지 공간으로부터 취한 증발된 천연 가스의 주 스트림을 압축시키는 단계; 저장 용기로부터 취한 액화 천연 가스의 유동을 부분적으로 강제 증발시켜, 증발되지 않은 액화 천연 가스를 함유하는 천연 가스의 부 스트림을 생성시키는 단계; 부 스트림으로부터, 증발되지 않은 액화 천연 가스를 분리시키는 단계; 및 부 스트림을 압축된 주 스트림과 혼합하는 단계를 포함하는, 천연 가스 연료의 공급 방법이 제공된다.
본 발명은 또한 하나 이상의 액화 천연 가스 저장 용기의 얼리지 공간과 연통하는 천연 가스의 주 스트림용 입구 및 천연 가스 공급 파이프와 연통하는 출구를 갖는 컴프레서, 상기 또는 다른 액화 천연 가스 저장 용기의 액체 저장 영역과 연통하는 천연 가스의 부 스트림용 입구 및 상기 천연 가스 공급 파이프와 연통하도록 위치할 수 있는 출구를 갖는 강제식 액화 천연 가스 부분 증발 수단을 포함하는 천연 가스 연료 공급 장치를 제공하며, 이 때 상기 부분 증발 수단은 증발된 천연 가스와 증발되지 않은 액체 천연 가스를 분리시키기 위한 수단과 작동가능하게 연결된다.
바람직하게는, 저장 용기로부터 취한 액화 천연 가스의 유동의 일부를 완전히 증발시키고 과열시키며, 생성된 증기를 액화 천연 가스의 상기 유동의 증발되지 않은 부분과 혼합함으로써, 부분 증발을 수행한다.
바람직하게는, 천연 가스의 부 스트림의 온도, 유속 및 조성을 제어한다. 이에 의해, 천연 가스 연료의 공급 속도 및 조성이 이를 공급하는 엔진 또는 엔진들의 요구사항을 충족하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 장치는 강제식 부분 증발 수단과 작동가능하게 연결되는 프로그램가능한 논리 제어기를 포함한다. 프로그램가능한 논리 제어기는 바람직하게는 강제식 부분 증발 수단이 작동되는 온도를 결정하기 위한 연산을 포함한다. 따라서, 증발되지 않은 액화 천연 가스 및 증발된 천연 가스의 조성을 결정할 수 있다.
바람직하게는, 강제식 부분 증발 수단은 열 전달 수단을 갖는 증발 챔버, 액화 천연 가스를 위한 증발 챔버 입구, 증발 챔버 이후의 혼합 챔버, 증발 챔버의 출구와 연통되는 혼합 챔버의 제 1 입구, 액화 천연 가스의 공급원과 연통되는 혼합 챔버의 제 2 입구, 및 증발 챔버 및 혼합 챔버에 대한 액화 천연 가스의 상대적인 유동을 제어하기 위한 밸브 수단을 포함한다.
바람직하게는, 천연 가스의 온도를 선택된 온도까지 높이도록 작동될 수 있는 가스 가열기가 상기 천연 가스 공급 파이프에 존재한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 한 항구로부터 다른 항구로 LNG를 수송하기 위한 선박 또는 원양 유조선에서의 선상 작동에 특히 적합하다.
이제, 첨부된 도면을 참조하여 예로서 본 발명에 따른 방법 및 장치를 기재한다.
도면에서, LNG 저장 용기 또는 탱크(2)는 원양 유조선(도시되지 않음)의 선상에 위치한다. 저장 탱크(2)는 그의 내용물, 즉 LNG가 주위 환경으로부터 열을 흡수하는 속도를 낮게 유지시키기 위하여 단열되어 있다. 저장 탱크는 특정 부피(4)의 LNG가 채워진 상태로 도 1에 도시되어 있다. 저장 탱크(2)에는 액체 수준 위에 자연적으로 얼리지 공간(6)이 존재한다. LNG는 주위 온도보다 상당히 낮은 온도에서 비등하기 때문에, 탱크(2)가 단열되어 있음에도 불구하고, LNG가 상기 부피(4)로부터 얼리지 공간(6) 내로 지속적으로 증발된다. 이 증발된 천연 가스를 선상에서 유조선의 엔진(80)에서 연료로서 사용하거나 또는 달리 사용한다. 이를 위하여, 증발된 천연 가스를 컴프레서(12)에 의해 도관(10)을 따라 탱크(2)의 얼리지 공간(6)으로부터 지속적으로 회수한다. 컴프레서(12)는 예컨대 기어 박스(도시되지 않음)를 통해 전기 모터(14)에 의해 구동된다. 전기 모터(14)는 전형적으로 단일 속도를 갖고 주파수 변환기를 이용하지 않는다. 컴프레서(12)는 2개의 압축 스테이지(16, 18)를 직렬로 포함한다. 하류 압축 스테이지(18)는 5 내지 6바 정도의 출구 압력 및 30℃ 정도의 출구 온도를 갖는다. LNG는 0℃보다 상당히 더 낮은 온도에서 비등하기 때문에, 컴프레서(12)의 입구는 통상 극저온, 예컨대 -140℃ 내지 -80℃에서 증발된 천연 가스를 수용한다. 이러한 극저온에도 불구하고, 상류 압축 스테이지(16)와 하류 압축 스테이지(18) 사이에서 압축된 천연 가스를 냉각시키는 것이 바람직하다. 이러한 냉각은, 상류 압축 스테이지(16) 출구 이후의 입구 및 하류 압축 스테이지(18) 입구 이전의 출구를 갖는 열 교환기(도시되지 않음)에서 수행할 수 있다. 일반적인 영하 온도의 냉각 매질은, 압축된 천연 가스 스트림과 간접적인 열 교환 관계에 있는 액화되거나 증발된 천연 가스의 극저온 스트림이다. 열 교환기 이후에서는, 냉각제를 탱크(2)로 되돌리거나 또는 상 분리 용기(22) 내로 도입한다. 다르게는, 상류 압축 스테이지(16)와 하류 압축 스테이지(18) 사이의 영역에 액화되거나 증발된 천연 가스의 극저온 스트림을 압축된 천연 가스로 도입함으로써 간단히 냉각을 수행할 수 있다. 적절한 냉각 속도를 이용하여, 하류 압축 스테이지(18)의 출구에서의 압력을 통상 목적하는 값으로 또는 그에 근접하게 유지할 수 있다.
컴프레서(12)의 입구 온도를 일반적으로 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다. 그러나, 천연 가스 증발 온도는 임의의 특정 시간에 탱크에 저장된 LNG의 양에 따라 또한 외부 온도에 따라 변동될 수 있고 실제로 변동된다. 이러한 자연적인 온도 변동을 상쇄시키기 위하여, 도관(10)을 통과하는 천연 가스 유동의 일부 또는 전부를 유동 제어 밸브(도시되지 않음)를 통해 정적 혼합 챔버(20)로 분기시켜, 여기에서 선택된 양(후술되는 바와 같이 저장 탱크(2) 중의 특정 부피(4)의 LNG로부터 취해짐)의 LNG와 혼합한다. 전형적으로, 혼합 챔버(20)의 출구 온도는 LNG가 전부 증발하지는 않도록 하는 온도이다. 생성되는, 액화 천연 가스의 소적을 함유하는 차가운 천연 가스의 혼합물을 상 분리 용기(22) 내로 보내며, 여기에서 액체를 기체로부터 분리한다. 액체를 도관(24)을 통해 바람직하게는 저장 탱크(2)의 액체 표면 아래의 영역으로 돌려보낸다. 액체 표면 아래로 되돌려보내는 것에 대한 대안으로서, 도관(24)에 적합한 사이펀(도시되지 않음)을 설치할 수 있다. 천연 가스를 용기(22)의 상부에서 출구(26)를 통해 유동시키고, 도관(10)에서, 정적 혼합기(20)를 우회하는 증발된 천연 가스의 임의의 유동과 재혼합시키는데, 이러한 재혼합은 정적 혼합 챔버(20)로의 공급물이 취해지는 위치 이후의 위치에서 수행된다. 원한다면, 상 분리기(22)의 상부 근처 영역에, 상 분리기(22) 내의 기체로부터 임의의 잔류 LNG 소적을 흡수할 수 있는 흡수재 또는 와이어 메쉬의 패드(25)를 설치할 수 있다.
특정한 과도적인 작동 조건 동안, 증발된 천연 가스의 유동에 파동(surge)이 존재할 수 있다. 이러한 파동에 대응하기 위하여, 압축 스테이지(18)의 출구와 정적 혼합기(20)의 입구 사이에 파동 방지 도관(17)이 연장된다. 도관(17)에는 밸브(19)가 위치한다. 파동이 있는 경우에는 밸브(19)를 개방하는데, 가스는 이를 통해 유동하여 컴프레서(12)를 우회한다. 증발된 천연 가스의 유동에 파동이 존재할 때에는, 혼합기(20) 및 상 분리기(22)를, 과도적인 작동 조건 동안 압축열을 제거하고 컴프레서(12)의 흡입 압력을 일정하게 유지시키도록 작동시킬 수 있다.
통상적으로, 엔진(80)이 연료를 요구하는 속도는 저장 탱크(2)에서의 LNG의 자연적인 증발에 의해 충족될 수 있는 것보다 더 크다. 부족분은, 저장 탱크(2)로부터 또는 이러한 탱크와 유사한 다른 탱크로부터 취해진 LNG의 강제 증발에 의해 만들어낸다. 침지식 LNG 연료 펌프(30)는 저장 탱크(2)에서 특정 부피(4)로부터 일정한 속도로 LNG를 지속적으로 회수한다. 생성된 LNG의 유동은 4개의 부차적인 스트림으로 분할될 수 있다. 하나는 도관(32)을 통해 저장 탱크(2)로 되돌려보낸다. 두번째는 도관(34)을 통해 정적 혼합 챔버(22)로 유동시키고, 따라서 이 챔버의 LNG 공급원으로서 작용한다. LNG의 주 유동인 세번째는 강제 증발기(36)로 유동시킨다. 강제 증발기(36)는 전형적으로, 스팀 가열을 이용하여 증발 챔버(37)를 통해 유동하는 유체의 온도를 높임으로써 연료 펌프(30)에 의해 공급되는 LNG를 증발시키는 유형이다. 열 교환 관들의 네스트(nest)(39)를 이용하여 스팀으로부터 LNG로의 열 교환을 수행한다.
강제 증발기(36)에, 증발기(36) 이전으로부터 강제 증발기(36) 이후 정적 혼합 챔버(40)로 연장되는 우회 라인(38)을 제공한다. 따라서, 증발되지 않은 LNG를 혼합 챔버(40)에서 증발된 천연 가스와 혼합한다. 따라서, 증발기(36)를 우회하는 LNG의 양에 따라, 증발된 천연 가스의 온도를 제어할 수 있다. 이 온도는, 정적 혼합 챔버(40)에서 나가는 천연 가스 스트림이 증발되지 않은 LNG를 연무(mist) 또는 다른 미분된 형태로 운반하도록 선택된다. 이 LNG를 이후의 위치에서 담체 가스로부터 분리한다. 따라서, 액체와 증기의 혼합물을 챔버(40)로부터 상 분리기(42) 내로 유동시키고, 상 분리기에서 액체를 증기로부터 분리한다. 상 분리기(42)에는 전형적으로, 임의의 잔류 액체 입자를 흡수하기 위하여 흡수제 또는 천공된 금속 부재의 패드(43)를 제공한다. 액체는 기저부(bottom) 출구(44)를 통해 용기(42)로부터 지속적으로 또는 일정한 간격을 두고 회수하여, 출구(44)에서 밸브(도시되지 않음)의 적절한 작동 및 제어에 의해 탱크(2)로 되돌릴 수 있다. 생성된 액체 입자를 갖지 않는 천연 가스는, 상 분리기(42)의 상부(top)로부터 내보내어, 저온 또는 극저온에서 가스 가열기(50) 이전 영역에서 컴프레서(12)로부터의 천연 가스와 혼합한다.
엔진(80)에 공급되는 연료의 조성은 항상 엔진의 노킹을 야기하지 않는 조성일 필요가 있다. 본질적으로, 이러한 조건으로 인해 연료중 보다 고급의 탄화수소의 양을 제한할 필요가 생긴다. 천연 가스는 질소, 메테인 및 고급 탄화수소의 가변적인 혼합물이다. 통상적으로는, 메테인이 통상 전체 조성물의 80몰%보다 더 많은 부분을 차지하는 우세한 성분이다. 메테인은 또한 천연 가스의 가장 휘발성 성분이기도 하다. 따라서, LNG가 자연적으로 증발할 때, 생성되는 증기(증발물)는 LNG중 질소의 비율에 따라 본질적으로 완전히 메테인 및 일부 질소로 구성된다. 그러나, LNG 유동의 강제 증발은 임의의 조성 변화를 야기하지 않는다. 따라서, 강제 증발의 생성물은 LNG에서와 동일한 비율의 C2 이상의 탄화수소를 함유하게 된다. 따라서, 엔진(80)에 의해 요구되는 연료의 총 유속을 벌충하기 위해 강제 증발의 필요성이 커질수록, 천연 증발물과 강제 가스의 혼합물로부터 고급 탄화수소의 비율이 지나치게 높은 연료가 생성되는 경향이 커진다. 이러한 경향은, 본 발명에 따르면, 상 분리기(42)에 의해 수용되는 유체가 부분적으로만 증발되어 액체 입자를 함유하도록 효과적으로 강제 증발을 수행함으로써 없어진다. 메테인은 다른 탄화수소보다 더 휘발성이기 때문에, 액체 입자는 증기 상에서보다 더 높은 몰 분율의 C2 이상의 탄화수소를 함유한다. 상 분리기(42)에서의 증기 상 및 액체 상의 각각의 조성은 유체의 온도에 따라 달라진다. 이 온도가 낮을수록, 상 분리기(42)로부터 공급되는 기체 중의 C2 이상의 탄화수소의 비율이 낮아진다. 한 예에서는, 3.85몰%의 C3 내지 C5 탄화수소를 함유하는 LNG 분획을 이용하여, -90℃(즉, -90℃의 상 분리기(42)의 입구 온도)에서의 강제 증발에 의해 0.5몰% 미만의 C3 내지 C5 탄화수소를 함유하는 증기 분획을 생성시킨다. 따라서, 고급 탄화수소의 대부분이 액체 상에서 제거된다.
강제 증발기(36)는 바람직하게는 프로그램가능한 논리 제어기(52)와 연결된다. 제어기(52)는 공정 제어 산업에서 통상적으로 사용되는 종류일 수 있다. 이는 전형적으로 상 분리기(42)로 운반되는 가스의 유속 및 온도를 결정하는 연산으로 프로그램된다. 바람직하게는, 작동자가 엔진(80)으로의 천연 가스 연료의 목적하는 공급 속도를 간단히 입력하고 제어기가 자동으로 강제 증발기(36)를 통한 유속 및 온도를 설정할 수 있도록 배열한다. 한 예에서, 프로그램가능한 제어기는 유동 제어 밸브(54, 56, 58)에 연결된다. 밸브(54)는, 펌프에 의해 강제 증발기(36)의 내부로 공급되는 LNG의 속도를 설정한다. 밸브(56)는, 증발기(36) 주위로 LNG를 우회시키는 속도를 결정하는 바, 생성되는 가스의 온도를 결정한다. 연료 펌프가 목적하는 속도를 넘어 작동되는 경우에는, 제어기(52)가 유동 제어 밸브(58)의 위치를 적절히 설정함으로써 파이프(32)를 통해 액체가 탱크(2)로 되돌아가는 것을 제어한다. 자연 증발 가스를 필요한 만큼 냉각시킬 수 있도록 하기 위하여, 전형적으로는 정적 혼합 챔버(20)와 작동가능하게 연결된 제 4의 유동 제어 밸브(60)가 존재한다. 전형적으로 컴프레서(12)의 입구에 또는 그 근처에 위치하는 온도 센서(도시되지 않음)로부터의 신호를 받아들이는 밸브 제어기(62)에 의해 이 밸브(60)를 제어할 수 있다. 따라서, 컴프레서(12)의 입구에서 목적하는 일정한 온도가 확실히 수득되도록 밸브(60)의 위치를 조정할 수 있다.
프로그램가능한 논리 제어기(52)는 또한 탱크(2)로부터의 자연 증발 가스의 실시간 유속에 관한 정보를 받아들인다. 이 정보를 이용하여, 제어기(52)는 강제 증발에 의해 공급될 필요가 있는 천연 가스의 양을 계산하고, 이어서, 엔진(80)에 공급되는 가스의 분자량이 항상 확실히 허용된 최대치 미만이어서 엔진 노킹을 피할 수 있도록 하는 혼합 챔버(40)의 작동 온도를 계산할 수 있다. 이러한 방식으로, 엔진에 공급되는 천연 가스의 메테인 가를 조정할 수 있다.
전형적으로, 가열기(50)에 들어가는 가스의 온도는 0℃보다 상당히 낮다. 가스의 온도를 대략 주위 온도, 즉 25℃로 높이도록 가열기를 작동시킨다. 가스의 온도를 목적하는 값으로 높이기 위하여 스팀(또는 다른 가열 매질, 예컨대 온수)과의 간접적인 열 교환에 의해, 가열기(50)에서 가스를 가열한다. 전형적으로, 가열기(50)는 목적하는 온도로 작동되며, 이는 가열 유체의 일정한 유속 및 가열기(50) 주위로 선택된 양의 차가운 가스를 우회시킴으로써 달성된다. 이를 위하여, 우회 도관(72)을 제공한다. 또한, 가열기(50)로의 입구에는 유동 제어 밸브(74)가 있고, 우회 도관(72)에는 유동 제어 밸브(76)가 있다. 가열기(50)에 의해 제공되는 가스의 온도가 목적하는 값, 즉 25℃를 유지하도록 밸브(74, 76)의 위치를 제어하기 위하여 밸브 제어기(78)를 제공한다.
가열기(50)에 의해 생성되는 가스 혼합물은 엔진(80)에 바로 공급될 수 있도록 하는 온도 및 압력을 갖는다. 긴급 상황에서는, 밸브(82)를 개방하여 가스를 가스 연소 장치(84)로 배기시킬 수 있다.
상 분리기(22, 42), 컴프레서(12), 강제 증발기(36) 및 가스 가열기(50)는 모두 선박의 화물 기계실(도시되지 않음) 내에 위치시키는 반면, 엔진(80) 및 밸브(82)는 엔진실(도시되지 않음)에 위치시키는 것이 선상에서의 통상적인 배열이다. 모터(14)는 모터실(도시되지 않음) 내의 격벽(도시되지 않음) 뒤에 위치시킬 수 있다. 가스 연소 장치(84)는 전형적으로 화물 기계실 및 엔진실로부터 멀리 떨어진 선박의 굴뚝(도시되지 않음)에 위치시킨다.
도면에 도시된 장치의 두 가지 전형적인 작동 예를 아래에 기재하는데, 하나는 적재 작동(모든 탱크(2)가 거의 가득 채워짐) 동안의 작동예이고, 다른 하나는 밸러스트(ballast) 작동(모든 탱크가 거의 빔) 동안의 작동예이다.
도 1은 LNG 저장 탱크 및 탱크로부터 천연 가스를 공급하기 위한 부속 설비의 개략적인 흐름도이다.
실시예 1(적재 항해)
탱크(2)는 106kPa 압력(얼리지 공간(6))에서 특정 부피의 액화 가스를 저장한다. 자연적인 증발 속도는 엔진(80)에 연료를 공급하는데 필요한 양의 거의 70%이다. 이 예에서, LNG는 하기 조성을 갖는다:
질소: 0.35몰%
메테인: 88.00몰%
C2 탄화수소: 7.80몰%
C3 탄화수소: 2.80몰%
C4 탄화수소: 1.00몰%
C5 탄화수소: 0.05몰%
따라서, LNG의 평균 분자량은 18.41이다. 3489kg/h의 자연적인 천연 가스 증발 속도가 발생된다. 증발물은 메테인 90부피% 및 질소 10부피%의 조성을 갖는 것으로 추정되고, 106kPa의 압력하에 -140℃의 온도에서 도관(10) 내로 유동한다. 이러한 저온에서는, 유동을 정적 혼합 챔버(20)를 통해 상 분리기(22)를 통과시킬 필요가 없다. 유동을 도관(10)으로부터 컴프레서(12)로 통과시키고, 535kPa의 압력 및 -9℃의 온도에서 컴프레서(12)에서 내보낸다. 컴프레서 방출 온도가 충분히 낮기 때문에 압축 스테이지(16)와 압축 스테이지(18) 사이에 스테이지간 냉각이 필요하지 않다. 압축된 가스를 강제 증발기로부터의 가스와 혼합한다. 800kPa의 압력에서 1923kg/h의 LNG를 강제 증발기(36)로 공급하며, 이중 일부는 밸브(54, 56)의 세팅에 따라 이 증발기를 우회시킨다. 증발기(36)의 입구에서의 LNG 온도는 -163℃이다. 상 분리기(42)에 제공되는 가스의 온도는 -100℃이다. 이의 압력은 530kPa이다. 더 중질인 탄화수소 322kg/h를 상 분리기(42)에서 분리시킨다. 상 분리 이후의 잔류하는 강제 증발된 가스는 하기 조성을 갖는다:
질소: 0.38몰%
메테인: 94.74몰%
C2 탄화수소: 4.66몰%
C3 탄화수소: 0.21몰%
C4 탄화수소: 0.01몰%
C5 탄화수소: 0.00몰%
평균 분자량: 16.80
컴프레서(12)로부터 공급되는 가스와 혼합시킬 때, 5090kg/h의 속도, 530kPa의 압력 및 -39℃의 온도를 갖는 천연 가스의 유동이 생성된다. 이 천연 가스 혼합물은 하기 조성을 갖는다:
질소: 7.00몰%
메테인: 91.43몰%
C2 탄화수소: 1.50몰%
C3 탄화수소: 0.07몰%
C4 탄화수소: 0.00몰%
C5 탄화수소: 0.00몰%
평균 분자량: 17.11
이 조성은 충분히 높은 메테인 가를 갖기 때문에 엔진(80)에서 사용하기에 적합하다.
혼합된 가스를 가열기(50)에서 25℃로 가열하고, 이 온도에서(5090kg/h의 유속으로 470kPa의 압력하에) 엔진(80)으로 공급한다.
엔진(80)으로의 가스의 목적하는 유속을 유지하고 이 가스의 조성이 확실히 허용될 수 있도록, 프로그램가능한 논리 제어기(52)를 작동시킨다.
실시예 2( 밸러스트 항해)
거의 빈 탱크(2)는 106kPa의 압력(얼리지 공간(6))에서 잔류 부피의 액화 천연 가스를 저장한다. 자연적인 증발 속도는 엔진(80)에 연료를 공급하는데 필요한 수준의 약 30%이다. 이 실시예에서, 탱크(2)의 잔류 LNG는 적재 항해 후 하기 조성을 갖는다:
질소: 0.16몰%
메테인: 87.86몰%
C2 탄화수소: 8.02몰%
C3 탄화수소: 2.88몰%
C4 탄화수소: 1.03몰%
C5 탄화수소: 0.05몰%
따라서, LNG의 평균 분자량은 18.46이다. 1570kg/h의 자연적인 천연 가스 증발 속도가 발생된다. 증발물은 메테인 95% 및 질소 5%의 조성을 갖는 것으로 추정되고, 106kPa의 압력하에 -100℃의 온도에서 도관(10) 내로 유동한다. 이 유동을 전부 정적 혼합 챔버(20)를 통해 상 분리기(22)로 통과시켜 그의 온도를 보다 낮은 수준으로 조정한다. 이를 연료 펌프(30)의 작동에 의해 유동 제어 밸브(60)를 통해 탱크(2)로부터 공급되는 LNG 78kg/h와 혼합한다. 컴프레서(12)의 입구에서 온도 -115℃ 및 유속 1646kg/h(분리기(22)에서 2kg/h를 분리함)의 천연 가스 스트림을 수득하고, 531kPa의 압력 및 69℃의 온도로 컴프레서에서 내보낸다. 필요한 경우, 압축 스테이지(16)와 압축 스테이지(18) 사이에 스테이지간 냉각을 적용시켜 이 온도를 낮출 수 있다. 압축된 가스를 강제 증발기(36)로부터의 가스와 혼합한다. 800kPa의 압력에서 4168kg/h의 LNG를 강제 증발기(36)로 공급하며, 이중 일부는 밸브(54, 56)의 세팅에 따라 이 증발기(36)를 우회시킨다. 증발기(36)로의 입구에서의 LNG 온도는 -163℃이다. 상 분리기에 제공되는 가스의 온도는 -100℃이다. 이의 압력은 530kPa이다. 더 중질인 탄화수소 724kg/h를 상 분리기(42)에서 분리시킨다. 상 분리 이후의 강제 증발된 가스는 3444kg/h의 유속 및 하기 조성을 갖는다:
질소: 0.17몰%
메테인: 94.91몰%
C2 탄화수소: 4.71몰%
C3 탄화수소: 0.21몰%
C4 탄화수소: 0.01몰%
C5 탄화수소: 0.00몰%
평균 분자량: 16.78
컴프레서(12)로부터 공급되는 가스와 혼합시킬 때, 5090kg/h의 속도, 530kPa의 압력 및 -44℃의 온도를 갖는 천연 가스의 유동이 생성된다. 이 천연 가스 혼합물은 하기 조성을 갖는다:
질소: 1.57몰%
메테인: 94.94몰%
C2 탄화수소: 3.30몰%
C3 탄화수소: 0.18몰%
C4 탄화수소: 0.01몰%
C5 탄화수소: 0.00몰%
평균 분자량: 16.75
이 조성은 충분히 높은 메테인 가를 갖기 때문에 엔진(80)에서 사용하기에 적합하다.
혼합된 가스를 가열기(50)에서 25℃로 가열하고, 이 온도에서(5090kg/h의 유속으로 470kPa의 압력하에) 엔진(80)으로 공급한다.
엔진(80)으로의 가스의 목적하는 유속을 유지하고 이 가스의 조성이 확실히 허용될 수 있도록, 프로그램가능한 논리 제어기(52)를 작동시킨다.

Claims (8)

  1. 액화 천연 가스 저장 용기의 얼리지 공간(ullage space)으로부터 취한 증발된(boiled-off) 천연 가스의 주 스트림을 압축시키는 단계,
    상기 저장 용기로부터 취한 액화 천연 가스의 유동(flow)을 부분적으로 강제 증발시켜, 증발되지 않은 액화 천연 가스를 함유하는 천연 가스의 부 스트림을 생성시키는 단계,
    상기 부 스트림으로부터 상기 증발되지 않은 액화 천연 가스를 분리시키는 단계, 및
    상기 부 스트림을 상기 압축된 주 스트림과 혼합하는 단계
    를 포함하는, 천연 가스 연료의 공급 방법으로서,
    상기 부분 증발을, 상기 저장 용기로부터 취한 액화 천연 가스의 유동의 일부를 완전히 증발 및 과열시키고, 생성된 증기를 상기 액화 천연 가스의 유동의 증발되지 않은 부분과 혼합함으로써 수행하는, 천연 가스 연료의 공급 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 가스의 부 스트림의 온도, 유속 및 조성이 제어되는 방법.
  4. 하나 이상의 액화 천연 가스 저장 용기의 얼리지 공간(ullage space)과 연통하는 천연 가스의 주 스트림용 입구 및 천연 가스 공급 파이프와 연통하는 출구를 갖는 컴프레서,
    상기 액화 천연 가스 저장 용기 또는 상이한 액화 천연 가스 저장 용기의 액체 저장 영역과 연통하는 천연 가스의 부 스트림용 입구 및 상기 천연 가스 공급 파이프와 연통하도록 위치할 수 있는 출구를 가지며, 증발된 천연 가스와 증발되지 않은 액화 천연 가스를 분리시키기 위한 수단과 작동가능하게 연결된, 강제식 액화 천연 가스 부분 증발 수단
    을 포함하는 천연 가스 연료 공급 장치로서,
    상기 강제식 부분 증발 수단이, 열 전달 수단을 갖는 증발 챔버, 액화 천연 가스를 위한 상기 증발 챔버의 입구, 상기 증발 챔버 이후의 혼합 챔버, 상기 증발 챔버의 출구와 연통하는 상기 혼합 챔버의 제 1 입구, 액화 천연 가스의 공급원과 연통하는 상기 혼합 챔버의 제 2 입구, 및 상기 증발 챔버 및 상기 혼합 챔버에 대한 액화 천연 가스의 상대적인 유동을 제어하기 위한 밸브 수단을 포함하는, 천연 가스 연료 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 장치가 상기 강제식 부분 증발 수단과 작동가능하게 연결된 프로그램가능한 논리 제어기(logic controller)를 포함하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로그램가능한 논리 제어기가, 상기 강제식 부분 증발 수단이 작동되는 온도 및 이에 따른 증발되지 않은 액화 천연 가스 및 증발된 액화 가스의 조성을 결정하기 위한 연산(algorithm)을 포함하는 장치.
  7. 삭제
  8. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천연 가스 공급 파이프에, 상기 천연 가스의 온도를 선택된 온도로 높이도록 작동될 수 있는 가스 가열기가 존재하는 장치.
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