KR101333932B1 - Lng 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템은, LNG 저장탱크로부터 LNG 수요처까지 연결된 LNG 공급 라인; 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프; 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하며, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 압축기로부터 상기 LNG 수요처까지 연결되어, 증발가스를 상기 LNG 수요처로 공급하는 고압 증발가스 공급 라인; 상기 LNG 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 LNG를 상기 가압된 증발가스와 열교환시키는 LNG 열교환기; 및 상기 LNG 열교환기에서 배출되는 증발가스와 200bar 이상으로 가압된 증발가스를 감압시키는 증발가스 감압기를 포함하고, 상기 LNG 공급 라인을 통한 LNG와 감압된 증발가스는 펌프로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 처리 시스템은, 외부 열침투에 의하여 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단 압축시켜서 저압 LNG 수요처에 공급하거나, 또는 다단 압축 후 액화, 감압시켜 펌프를 통해 고압 LNG 수요처에 공급, 또는 다단 압축하여 고압 LNG 수요처에 공급하여, 증발가스가 버려지는 것을 방지할 수 있다.

Description

LNG 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Natural Gas}

본 발명은 LNG 처리 시스템에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위하여 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다. 그러나 최근에는 탱크에서 생성된 증발가스를 재액화시켜 엔진에 공급하는 등의 활용 방안에 대해서도 개발의 필요성이 점차 증대되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증발가스를 압축하고 액화시키고, 줄 톰슨 밸브를 이용하여 200bar 이상으로 가압된 증발가스를 감압시켜 LNG 수요처에 공급함으로써 증발가스를 활용하여 연료를 절감할 수 있는 LNG 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템은, LNG 저장탱크로부터 LNG 수요처까지 연결된 LNG 공급 라인; 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프; 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하며, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 압축기로부터 상기 LNG 수요처까지 연결되어, 증발가스를 상기 LNG 수요처로 공급하는 고압 증발가스 공급 라인; 상기 LNG 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 LNG를 상기 가압된 증발가스와 열교환시키는 LNG 열교환기; 및 상기 LNG 열교환기에서 배출되는 증발가스와 200bar 이상으로 가압된 증발가스를 감압시키는 증발가스 감압기를 포함하고, 상기 LNG 공급 라인을 통한 LNG와 감압된 증발가스는 펌프로 공급되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 증발가스 감압기는 줄 톰슨 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 증발가스 감압기의 하류 및 상기 LNG 저장탱크와 상기 펌프 사이의 LNG 공급 라인에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG가 유입되고, 상기 증발가스 감압기로부터 증발가스가 유입되어 LNG를 상기 펌프로 배출시키는 임시저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 임시저장탱크는, 상기 증발가스 감압기에서 배출되는 증발가스를 상기 LNG 저장탱크에서 배출되는 LNG와 혼합으로 액화시켜 상기 펌프로 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 증발가스 압축기의 상류에 설치되어, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 증발가스 압축기에서 200bar 이상으로 가압된 증발가스와 열교환시키는 증발가스 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 증발가스 열교환기, 상기 증발가스 압축기, 상기 증발가스 열교환기, 상기 LNG 열교환기, 상기 증발가스 감압기, 상기 임시저장탱크까지 연결된 증발가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 LNG 공급 라인이 연결된 상기 LNG 수요처는, 고압 LNG 수요처인 것을 특징으로 한다.

또한, 일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수의 증발가스 압축기 사이에 연결되며 상기 가압된 증발가스를 저압 LNG 수요처로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발가스 감압기는, 200bar 내지 400bar로 가압된 증발가스를 1bar 내지 10bar로 감압시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 LNG 처리 시스템은, 외부 열침투에 의하여 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단 압축시켜서 저압 LNG 수요처에 공급하거나, 또는 다단 압축 후 액화, 감압시켜 펌프를 통해 고압 LNG 수요처에 공급, 또는 다단 압축하여 고압 LNG 수요처에 공급하여, 증발가스가 버려지는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 LNG 처리 시스템은, 증발가스 압축기로 증발가스를 가압하여 증발가스가 쉽게 액화될 수 있도록 하고, 줄 톰슨 밸브를 이용하여 200bar 이상으로 가압된 증발가스를 감압하여 펌프에 공급함으로써 펌프의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 LNG 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템에서 LNG 저장탱크의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 LNG 처리 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 LNG 처리 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10), LNG 수요처(20), 펌프(30), LNG 열교환기(40)를 포함한다. 이때 LNG 수요처(20)는 고압 LNG 수요처인 기체연료 엔진 또는 저압 LNG 수요처인 이중연료 엔진일 수 있고, 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

종래의 LNG 처리 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 LNG를 빼내어 부스팅 펌프(31), 고압 펌프(32)를 통해 가압시킨 후 LNG 열교환기(40)에서 글리콜 워터 등으로 가열하여 LNG 수요처(20)에 공급하는 방식을 사용하였다.

그러나 이 경우 LNG 저장탱크(10)에 저장된 액체 상태의 LNG만을 사용하기 때문에, 외부 열침투에 의하여 LNG 저장탱크(10) 내에서 자연스럽게 발생되는 증발가스는 LNG 저장탱크(10)의 내압을 낮추기 위해 증발가스 배출 라인(16)을 따라 외부로 배출 처리하였다. 따라서 종래의 LNG 처리 시스템(1)은 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템에서 LNG 저장탱크의 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 처리 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 고압 LNG 수요처(20a), 저압 LNG 수요처(20b), 펌프(31,32), LNG 열교환기(40), 증발가스 압축기(50), 증발가스 열교환기(60), 증발가스 감압기(70), 임시저장탱크(80)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 LNG 수요처(20), 펌프(31,32) 및 LNG 열교환기(40) 등은 종래의 LNG 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

LNG 저장탱크(10)는, LNG 수요처(20a,20b)에 공급될 LNG를 저장한다. LNG 저장탱크(10)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크(10)는, 외조 탱크(11), 내조 탱크(12), 단열부(13)를 포함한다. 외조 탱크(11)는 LNG 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.

내조 탱크(12)는, 외조 탱크(11)의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 14)에 의해 외조 탱크(11)의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트(14)는 내조 탱크(12)의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크(12)의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크(12)의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크(12)는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크(12)를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크(12)의 내부에 구비된 LNG가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크(12)의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

내조 탱크(12)의 내부에는 배플(Baffle; 15)이 구비될 수 있다. 배플(15)은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플(15)이 설치됨에 따라 내조 탱크(12) 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크(12)가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

단열부(13)는, 내조 탱크(12)와 외조 탱크(11)의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크(12)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부(13)는 진공상태일 수 있다. 단열부(13)를 진공으로 형성함에 따라, LNG 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 LNG 저장탱크(10)는 진공의 단열부(13)를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부(13)를 외조 탱크(11)와 내조 탱크(12) 사이에 구비하는 압력 탱크형 LNG 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 LNG 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한 본 실시예는, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 증발가스 압축기(50)로 공급하여 LNG의 가열에 활용하거나, 또는 증발가스를 가압, 액화, 감압시켜 펌프(31,32)에 공급하여 고압 LNG 수요처(20a)의 연료로 활용함으로써, 증발가스를 효율적으로 이용할 수 있다.

LNG 수요처(20a,20b)는, LNG 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 LNG 수요처(20a,20b)는 고압 LNG 수요처(20a)와 저압 LNG 수요처(20b)를 포함하며, 고압 LNG 수요처(20a)는 기체연료 엔진일 수 있고, 저압 LNG 수요처(20b)는 이중연료 엔진일 수 있다.

LNG 수요처(20a,20b)는 LNG의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 LNG 수요처(20a,20b) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

물론 본 실시예에서 LNG 수요처(20a,20b)는 프로펠러를 구동하기 위한 LNG 수요처일 수 있으나, 발전을 위한 LNG 수요처 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 LNG 수요처일 수 있다. 즉 본 실시예는 LNG 수요처(20a,20b)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 LNG 수요처(20a,20b)는 LNG의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

고압 LNG 수요처(20a)는, 초임계 상태(30℃ 내지 60℃, 200bar 내지 400bar)의 LNG를 LNG 열교환기(40)로부터 공급받아 동력을 발생시키며, 반면 저압 LNG 수요처(20b)는, 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 물론 고압 LNG 수요처(20a)와 저압 LNG 수요처(20b)에 공급되는 LNG 또는 증발가스의 상태는, 각 LNG 수요처(20a,20b)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

저압 LNG 수요처(20b)의 경우, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급되는 이중연료 LNG 수요처일 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 저압 LNG 수요처(20b)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

LNG 저장탱크(10)와 고압 LNG 수요처(20a) 사이에는 LNG를 전달하는 LNG 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, LNG 공급 라인(21)에는 펌프(31,32), LNG 열교환기(40) 등이 구비되어 LNG가 고압 LNG 수요처(20a)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 LNG 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다.

펌프(31,32)는, LNG 공급 라인(21) 상에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 가압한다. 펌프(31,32)는 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32)를 포함할 수 있다.

부스팅 펌프(31)는, LNG 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 LNG 공급 라인(21) 상에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다.

또한 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(31)를 거친 LNG는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 LNG는 여전히 액체 상태일 수 있다.

고압 펌프(32)는, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 고압 LNG 수요처(20a)에 공급되도록 한다. LNG는 LNG 저장탱크(10)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, LNG 열교환기(40)에 공급한다.

이때 고압 펌프(32)는 LNG를 고압 LNG 수요처(20a)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 고압 LNG 수요처(20a)에 공급함으로써, 고압 LNG 수요처(20a)가 LNG를 통해 동력을 생산하도록 할 수 있다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 고압으로 가압하되, LNG가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 LNG의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 -20℃ 이하일 수 있다.

또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 LNG를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태란 LNG의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태를 의미한다.

구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, LNG의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, LNG를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 LNG의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140℃ 내지 -60℃일 수 있다.

증발가스 압축기(50)는, LNG 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압할 수 있다. 증발가스 압축기(50)는 LNG 저장탱크(10)에서 발생되어 10bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 200bar 내지 400bar로 가압하여 후술할 LNG 열교환기(40)에 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(50)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(50)는 5개가 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있고, 증발가스 압축기(50)에서 2단 가압된 증발가스는 저압 증발가스 공급 라인(23)을 통해 저압 LNG 수요처(20b)에 공급될 수 있다.

저압 증발가스 공급 라인(23)은, 일단이 증발가스 공급 라인(22) 상에서 복수의 증발가스 압축기(50) 사이에 연결되며 가압된 증발가스를 저압 LNG 수요처(20b)로 공급할 수 있다. 일례로 5개의 증발가스 압축기(50)가 구비될 경우, 증발가스의 흐름을 기준으로 2번째 증발가스 압축기(50)의 하류에 저압 증발가스 공급 라인(23)이 연결될 수 있다. 따라서 2번째 증발가스 압축기(50)에서 가압된 증발가스는, 저압 LNG 수요처(20b) 또는 3번째 증발가스 압축기(50) 이후로 각각 분기되어 공급될 수 있다.

또한, 5단 가압된 증발가스는 고압 증발가스 공급 라인(24)을 통해 고압 LNG 수요처(20a)에 공급될 수 있다. 고압 증발가스 공급 라인(24)은 일단이 증발가스 압축기(50)의 배출구에 연결되며 고압 LNG 수요처(20a)까지 연결된다. 여기서, 고압 증발가스 공급 라인(24)으로 공급되는 증발가스와 LNG 공급 라인(21)으로 공급되는 LNG를 혼합시켜 고압 LNG 수요처(20a)로 공급할 수 있다. 이를 위해, 고압 LNG 수요처(20a)의 상류에는 믹서기(20C)가 구비될 수 있다. 믹서기(20C)는 LNG 공급 라인(21)상에 마련될 수 있으며, 고압 증발가스 공급 라인(24)의 타단이 연결될 수 있다.

증발가스 공급 라인(22)과 저압 증발가스 공급 라인(23)의 연결지점 및 고압 증발가스 공급 라인(24) 상에는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 증발가스 공급 밸브는 저압 LNG 수요처(20b)로 공급되는 증발가스의 유량 또는 5번째 증발가스 압축기(50)를 통하여 LNG 열교환기(40)로 공급되는 증발가스의 유량 및 고압 LNG 수요처(20a)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방밸브일 수 있다.

복수의 증발가스 압축기(50) 사이에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(50)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(50)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 각 증발가스 압축기(50)의 하류에 마련될 수 있다.

증발가스 압축기(50)가 증발가스를 가압하는 것은, 증발가스의 액화 효율을 높이기 위함이다. 증발가스는 압력이 상승할 경우 끓는점이 상승하게 되며, 이는 곧 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있음을 의미한다. 따라서 본 실시예는 증발가스 압축기(50)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다. 이때 증발가스 열교환기(60)의 상류에 위치한 증발가스 압축기(50)에서 토출된 증발가스는 200 내지 400bar의 압력을 가질 수 있다. 다만 저압 증발가스 공급 라인(23)의 상류에 위치한 증발가스 압축기(50)에서 토출된 증발가스는, 저압 LNG 수요처(20b)에서 요구하는 압력을 가질 수 있고, 저압 LNG 수요처(20b)의 요구 압력은 1 내지 50bar일 수 있다.

증발가스 열교환기(60)는 증발가스 압축기(50)의 효율을 높일 수 있도록 증발가스를 열교환하는 구성으로서, 증발가스 압축기(50)의 상류의 증발가스 공급 라인(22)에 설치되어, LNG 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 증발가스 압축기(50)에서 200bar 내지 400bar로 가압된 증발가스와 열교환시킨다.

즉, LNG 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스가 증발가스 압축기(50)에서 다단으로 가압 된 후 증발가스 열교환기(60)로 회수된다. 그리고 LNG 저장탱크(10)에서 새로 공급되는 증발가스가 회수된 증발가스와 증발가스 열교환기(60)에서 열교환된다. 이에 따라, 증발가스 열교환기(60)로 유입될 증발가스는 증발가스 열교환기(60)에서 증발가스 압축기(50)에 의해 가압되어 온도가 상승된 증발가스에 의해 가열되어 효율이 향상될 수 있다. 따라서, LNG 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 증발가스 압축기(50)에 공급될 때마다 LNG 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 가지는 온도의 영향을 직접 받지 않고, 열교환되어 상승된 상태로 공급되어 증발가스의 온도에 의한 파손이 줄어들 수 있다.

LNG 열교환기(40)는, 고압 LNG 수요처(20a)와 펌프(31,32) 사이의 LNG 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(31,32)로부터 공급되는 LNG를 가압된 증발가스와 열교환시킨다. LNG 열교환기(40)에 LNG를 공급하는 펌프(31,32)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, LNG 열교환기(40)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 LNG를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 증발가스와 열교환시켜서, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 LNG로 변환한 후 고압 LNG 수요처(20a)에 공급할 수 있다.

LNG 열교환기(40)는 증발가스 압축기(50)에서 가압된 증발가스를 사용하여 LNG를 가열할 수 있다. 증발가스는 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압되는 동시에 가열될 수 있고, 이러한 증발가스는 LNG에 열을 공급하여 냉각되고, LNG는 증발가스로부터 열을 공급받아 가열됨으로써, 고압 LNG 수요처(20a)의 요구 온도까지 승온될 수 있다.

물론 증발가스에 포함된 열원은 LNG 저장탱크(10)에서의 증발가스 발생량 등에 따라 가변될 수 있기 때문에, 본 실시예는 LNG가 고압 LNG 수요처(20a) 요구 온도로 원활하게 가열될 수 있도록 별도의 히터(41)를 구비할 수 있다. 이때 히터(41)는 LNG 공급 라인(21) 상에서 LNG 열교환기(40)의 하류에 마련될 수 있으며, 전기 에너지를 사용하거나 또는 스팀이나 글리콜 워터를 이용하여 LNG를 가열할 수 있다.

증발가스 감압기(70)는 200bar 이상으로 가압된 후 LNG 열교환기(40)에서 배출되는 증발가스를 감압시킨다. 증발가스는 LNG 열교환기(40)에서 LNG와 열교환하여 냉각되나, 압력은 증발가스 압축기(50)에서 토출된 토출압을 유지할 수 있다. 본 실시예는 액화된 증발가스가 펌프(31,32)에 의해 고압 LNG 수요처(20a)로 공급되도록 할 수 있으므로, 증발가스 압축기(50)에서의 토출압을 그대로 유지하는 증발가스가 부스팅 펌프(31)에 유입될 경우 부스팅 펌프(31)의 유입단에 과도한 압력이 작용함에 따라 부스팅 펌프(31)가 파손될 우려가 있다.

따라서 본 실시예는 증발가스 감압기(70)를 이용하여 증발가스의 압력을 낮춰줌으로써, 부스팅 펌프(31) 유입단에서의 증발가스 압력이 부스팅 펌프(31) 구동에 문제가 발생되지 않는 범위로 변경되도록 할 수 있다.

증발가스 감압기(70)는, LNG 열교환기(40)의 하류에 구비될 수 있으므로, 증발가스 감압기(70)에 유입되는 증발가스는 적어도 일부가 액화된 상태일 수 있다. 따라서 증발가스 감압기(70)에 의해 감압된 액체 상태의 증발가스는 부스팅 펌프(31)로 유입되어 LNG 저장탱크(10)를 통해 전달되는 LNG와 함께 고압 LNG 수요처(20a)로 공급될 수 있다.

증발가스 감압기(70)는 줄 톰슨 밸브일 수 있으며, 줄 톰슨 밸브는 200bar이상의 증발가스를 1bar 내지 10bar로 감압시킬 수 있다. 이때, 증발가스는 80%이상이 액상으로 변환되며, 줄 톰슨 밸브에 의해 감압된 증발가스에는 냉각효과가 발생된다.

임시저장탱크(80)는 증발가스 감압기(70)의 하류 및 LNG 저장탱크(10)와 펌프(31,32) 사이의 LNG 공급 라인(21)에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 LNG가 유입되고, 증발가스 감압기(70)로부터 증발가스가 유입되어 LNG를 부스팅 펌프(31)로 배출시킬 수 있다.

임시저장탱크(80)는 증발가스 감압기(70)에서 배출되는 증발가스를 LNG 저장탱크(10)에서 배출되는 LNG와 열교환으로 액화시켜 LNG 열교환기(40)에서 액화된 증발가스를 부스팅 펌프(31)로 배출시킬 수 있다.

본 실시예의 증발가스 공급 라인(22)은, LNG 저장탱크(10)로부터 증발가스 열교환기(60), 증발가스 압축기(50), 증발가스 열교환기(60), LNG 열교환기(40), 증발가스 감압기(70), 임시저장탱크(80)까지 연결될 수 있다. 증발가스는 LNG 저장탱크(10)에서 발생되어 증발가스 공급 라인(22)을 따라 배출되며, 증발가스 열교환기(60)를 통해 증발가스 압축기(50)에서 가압되고, LNG 열교환기(40)에서 LNG에 의해 열교환되며, 증발가스 감압기(70)에서 감압된 후 펌프(31,32)에 유입될 수 있다. 이때 펌프(31,32)는 부스팅 펌프(31)를 의미할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 외부 열침투에 의하여 LNG 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 다단 압축시켜서 저압 LNG 수요처(20b)에 공급하거나, 또는 다단 압축 후 액화, 감압시켜 펌프(31,32)를 통해 고압 LNG 수요처(20a)에 공급, 또는 다단 압축하여 고압 LNG 수요처(20a)에 공급하여, 증발가스가 버려지는 것을 방지할 수 있다.

1,2: LNG 처리 시스템
10: LNG 저장탱크 11: 외조 탱크
12: 내조 탱크 13: 단열부
14: 서포트 15: 배플
20: LNG 수요처 20a: 고압 LNG 수요처
20b: 저압 LNG 수요처 21: LNG 공급 라인
22: 증발가스 공급 라인 23: 저압 증발가스 공급 라인
24: 고압 증발가스 공급 라인 30: 펌프
31: 부스팅 펌프 32: 고압 펌프
40: LNG 열교환기 50: 증발가스 압축기
60: 증발가스 열교환기 70: 증발가스 감압기
80: 임시저장탱크

Claims (9)

1. LNG 저장탱크로부터 LNG 수요처까지 연결된 LNG 공급 라인;
   상기 LNG 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프;
   상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하며, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압하는 증발가스 압축기;
   상기 증발가스 압축기로부터 상기 LNG 수요처까지 연결되어, 증발가스를 상기 LNG 수요처로 공급하는 고압 증발가스 공급 라인;
   상기 LNG 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 LNG를 상기 가압된 증발가스와 열교환시키는 LNG 열교환기; 및
   200bar 내지 400bar로 가압된 후 상기 LNG 열교환기에서 배출되는 증발가스를 1bar 내지 10bar로 감압시켜 적어도 일부분의 증발가스를 액화시키는 증발가스 감압기를 포함하고,
   상기 LNG 공급 라인을 통한 LNG와 감압된 증발가스는 펌프로 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증발가스 감압기는 줄 톰슨 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 증발가스 감압기의 하류 및 상기 LNG 저장탱크와 상기 펌프 사이의 LNG 공급 라인에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG가 유입되고, 상기 증발가스 감압기로부터 증발가스가 유입되어 LNG를 상기 펌프로 배출시키는 임시저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 임시저장탱크는,
   상기 증발가스 감압기에서 배출되는 증발가스를 상기 LNG 저장탱크에서 배출되는 LNG와 혼합으로 액화시켜 상기 펌프로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 증발가스 압축기의 상류에 설치되어, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 증발가스 압축기에서 200bar 이상으로 가압된 증발가스와 열교환시키는 증발가스 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 LNG 공급 라인이 연결된 상기 LNG 수요처는,
   고압 LNG 수요처인 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   일단이 상기 복수의 증발가스 압축기 사이에 연결되며 상기 가압된 증발가스를 저압 LNG 수요처로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
9. 삭제

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