KR101540276B1 - 액화 천연 가스의 재기화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액화 천연 가스의 재기화 시스템은, 액화 천연 가스를 기화시키는 제1 기화부와 제2 기화부; 상기 제1 기화부 및 상기 제2 기화부로 공급되는 냉매를 가열하는 열 교환부; 상기 열 교환부를 통과한 냉매를 기체 상태 냉매와 액체 상태 냉매로 분리하는 기액 분리부; 상기 기액 분리부로부터 상기 기체 상태 냉매를 상기 제1 기화부로 공급하는 제1 냉매 유로; 및 상기 기액 분리부로부터 상기 액체 상태 냉매를 상기 제2 기화부로 공급하는 제2 냉매 유로를 포함한다.

Description

액화 천연 가스의 재기화 시스템{LNG REGASIFICATION SYSTEM}

본 발명은 액화 천연가스의 재기화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상에서 채취하여 액화시킨 천연가스를 기화된 천연가스로 재기화하는 재기화 시스템에 관한 것이다.

액화 천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연 가스(NG, Natural Gas)를 -163℃로 냉각한 초저온 액체이다.

액화 천연가스는 해상에서 채취된 천연가스를 액화시켜 LNG로 변환한 후 선박을 이용해 육상의 LNG 터미널로 수송된다. 최근에는 FSRU(Floating Storage Regasification Unit)를 이용해 해상에서 육상의 LNG 터미널로 LNG를 수송하는 선박으로 공급하기도 한다.

FSRU는 LNG를 수송하는 선박으로 LNG를 이송하기 위해 LNG를 NG로 기화시키는 재기화 설비를 구비하며, LNG를 수송하는 선박은 육상의 LNG 터미널로 LNG를 이송하기 위해 LNG를 NG로 기화시키는 재기화 시스템을 구비한다.

도 2는 종래의 재기화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 재기화 시스템(1)은 액화 천연 가스를 1차 기화시키는 제1 기화부(10)와 2차 기화시키는 제2 기화부(20)를 포함한다.

그리고 제1 기화부(10) 및 제2 기화부(20)를 순차적으로 통과하도록 형성된 폐루프의 냉매 순환 회로(30)를 구비한다.

냉매 순환 회로(30) 상에는 냉매를 저장하는 냉매 저장 탱크(31)와, 냉매가 일방향으로 순환하도록 하는 냉매 펌프(32), 냉매를 가열하는 제1 열교환부(33) 및 제2 열교환부(34)를 포함한다. 제1 열교환부(33) 및 제2 열교환부(34)에서 냉매를 가열하는 열원으로는 해수(sea water)가 사용된다.

제1 열교환부(33)를 통과하며 가열된 냉매는 제2 기화부(20)로 진입하여 이미 1차 기화된 액화 천연 가스를 2차로 기화시킨다. 제2 기화부(20)에서 액화 천연 가스에 기화열을 제공하고 액화 천연 가스의 냉열을 흡수하며 온도가 낮아진 냉매는 제2 열교환부(34)를 통과하며 재가열된다.

재가열된 냉매는 제1 기화부(10)로 진입하여 액화 천연 가스를 기화시킨 후, 냉매 저장 탱크(31)에 저장된다.

이와 같이, 종래의 재기화 시스템(1)은 냉매를 하나의 폐루프를 통해 순환시키며 복수 회 가열하여 액화 천연 가스에 기화열을 제공하였다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 액화 천연 가스에 기화열을 제공하는 냉매를 2개의 상(像, phase)로 구분하여 각각 액화 천연 가스의 기화에 이용하는 재기화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액화 천연 가스의 재기화 시스템은, 액화 천연 가스를 기화시키는 제1 기화부와 제2 기화부, 상기 제1 기화부 및 상기 제2 기화부로 공급되는 냉매를 가열하는 열 교환부, 상기 열 교환부를 통과한 냉매를 기체 상태 냉매와 액체 상태 냉매로 분리하는 기액 분리부, 상기 기액 분리부로부터 상기 기체 상태 냉매를 상기 제1 기화부로 공급하는 제1 냉매 유로 및 상기 기액 분리부로부터 상기 액체 상태 냉매를 상기 제2 기화부로 공급하는 제2 냉매 유로를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 열 교환부는 상기 냉매를 가열하는 열원으로 해수를 사용할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 기체 상태의 냉매는 상기 제1 기화부에서 상기 액화 천연 가스에 기화열을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 액체 상태의 냉매는 상기 제2 기화부에서 상기 액화 천연 가스에 기화열을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 액화 천연 가스는 상기 제1 기화부에서 1차 기화된 후에 상기 제2 기화부에서 2차 기화되며 상기 천연 가스로 기화될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 기화부를 통과한 상기 기체 상태 냉매 및 상기 제2 기화부를 통과한 상기 액체 상태 냉매를 회수하는 냉매 회수 라인을 더 포함하며, 상기 냉매 회수 라인은 상기 회수된 냉매를 상기 열 교환부로 공급할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

액화 천연 가스에 기화열을 제공하는 냉매를 2개의 상(像, phase)로 구분하여 각각 액화 천연 가스의 기화에 이용하므로 액화 천연 가스와 냉매 사이의 열교환 효율이 향상된다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재기화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 재기화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 재기화 시스템을 설명하기 위한 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재기화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 재기화 시스템(100)은, 액화 천연 가스를 1차 기화시키는 제1 기화부(110)와 2차 기화시키는 제2 기화부(120)를 포함한다.

액화 천연 가스는 제1 기화부(110) 및 제2 기화부(120)을 순차적으로 통과하는 가스 라인(140)의 내부를 통해 제1 기화부(110) 및 제2 기화부(120)을 통과하게 된다.

액화 천연 가스는 제1 기화부(110) 및 제2 기화부(120)에서 냉매와의 열교환을 통해 기화열을 제공받아 천연 가스로 기화된다.

이하에서는 냉매가 순환하는 냉매 싸이클에 대해 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 냉매 싸이클은 제1 냉매 유로(131), 제2 냉매 유로(132) 및 냉매 회수 라인(133)을 포함한다.

냉매 회수 라인(133) 상에는 냉매 펌프(134)와 열 교환부(135)가 구비되고, 냉매 회수 라인(133)의 일단은 기액 분리부(130)를 통해 제1 냉매 유로(131) 및 제2 냉매 회수 라인(132)과 연통된다.

제1 냉매 유로(131)는 기액 분리부(130)와 제1 기화부(110)를 연결하도록 구비되고, 제2 냉매 유로(132)는 기액 분리부(130)와 제2 기화부(120)를 연결하도록 구비된다.

제1 냉매 유로(131)는 제1 기화부(110)를 통과하며 연장 형성되어 냉매 회수 라인(133)과 연결되고, 제2 냉매 유로(132)는 제2 기화부(120)를 통과하며 연장 형성되어 냉매 회수 라인(133)과 연결된다.

위와 같은 구성에 의해, 열 교환부(135)를 통과한 냉매는 기액 분리부(130)에서 제1 냉매 유로(131)와 제2 냉매 회수 라인(132)로 분리되어 각각 제1 기화부(110) 및 제2 기화부(120)를 통과한 후 냉매 회수 라인(133)을 통해 회수되어 다시 열 교환부(135)로 진입하는 냉매 싸이클을 순환하게 된다.

이하에서는 냉매의 흐름을 따라 상술한 각 구성요소들에 대해 설명한다.

냉매는 냉매 펌프(134)에 의해 일방향으로 순환되며 열 교환부(135)로 진입한다. 냉매로는 액화 프로판이 사용될 수 있다.

냉매는 열 교환부(135)를 통과하며 가열된다. 열 교환부(135) 내에서 냉매를 가열하는 열원으로는 열 교환부(135)를 통과하며 흐르는 해수가 사용될 수 있다. 냉매로 액화 프로판이 사용되는 경우 냉매는 약 -40℃의 온도를 갖게 된다. 해수의 온도가 약 20℃임을 고려할 때, 냉매는 열 교환부(135)를 통과하며 대부분 기화하게 된다.

열 교환부(135)를 통과한 냉매는 기액 분리부(130) 내로 유입된다.

기액 분리부(130)는 유입된 냉매를 기체 상태 냉매와 액체 상태 냉매로 분리한다.

냉매는 열 교환부(135)를 통과하며 대부분 기화되어 기체 상태 냉매가 되지만 일부 냉매는 기화되지 못하고 액체 상태로 머물러 있게 된다. 기액 분리부(130)는 유입된 냉매를 기화되어 기체 상태가 된 기체 상태 냉매와 액체 상태를 유지하는 액체 상태 냉매로 분리한다.

기액 분리부(130)는 단면 지름에 비해 높이가 높은 실린더 형상일 수 있으며, 기체 상태 냉매와 액체 상태 냉매의 밀도 차이, 관성력 또는 표면 장력의 차이를 이용하여 기체 상태 냉매와 액체 상태 냉매를 서로 분리한다.

기액 분리부(130) 내에서 기체 상태 냉매는 상부에 포집되고 액체 상태 냉매는 하부에 포집된다.

기체 상태 냉매는 제1 냉매 유로(131)를 통해 제1 기화부(110)로 공급되고, 제1 기화부(110) 내에서 액화 천연 가스에 기화열을 제공한다. 그리고, 액체 상태 냉매는 제2 냉매 유로(132)를 통해 제2 기화부(120)로 공급되고, 제2 기화부(120) 내에서 액화 천연 가스에 기화열을 제공한다.

기체 상태 냉매가 기액 분리부(130)의 상부에 포집되고, 액체 상태 냉매는 기액 분리부(130)의 하부에 포집되므로, 제1 냉매 유로(131)는 기액 분리부(130)의 상측으로 연결되고 제2 냉매 유로(132)는 기액 분리부(130)의 하측으로 연결되는 것이 바람직하다.

제1 기화부(110)로 공급되는 기체 상태 냉매는 제2 기화부(120)로 공급되는 액체 상태 냉매보다 상대적으로 고온이다.

따라서, 액화 천연 가스는 제1 기화부(110) 내에서 고온의 기체 상태 냉매와 열교환을 통해 대부분이 기화되게 된다. 그러나, 액화 천연 가스 중에는 제1 기화부(110) 내에서 기화하지 못하고 액체 상태로 잔존하는 액화 천연 가스가 일부 포함될 수 있다.

이를 위해 제1 기화부(110)를 통과한 액화 천연 가스 및 천연 가스의 혼합체는 가스 유로(140)를 따라 제2 기화부(120)로 진입하여 추가로 기화된다.

제2 냉매 유로(132)를 통해 제2 기화부(120)로 공급되는 액체 상태 냉매는 제1 기화부(110)로 공급된 기체 상태 냉매에 비해 상대적으로 낮은 온도를 형성하지만, 액체 상태로 잔존하는 액화 천연 가스를 기화시키기 충분한 온도를 형성한다.

제1 기화부(110)를 통과한 액화 천연 가스 및 천연 가스의 혼합체는 제2 기화부(120) 내에서 액체 상태 냉매와의 열교환을 통해 기화 및/또는 승온되게 된다.

제1 기화부(110) 및 제2 기화부(120)에서 액화 천연 가스에 기화열을 제공하고 액화 천연 가스의 냉열을 흡수한 기체 상태 냉매 및 액체 상태 냉매는 냉매 회수 라인(133)으로 회수된다.

회수된 냉매는 냉매 펌프(134)에 의해 다시 열 교환부(135)로 공급되어 가열되는 방식으로 냉매 싸이클을 순환하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 재기화 시스템(100)은 액화 천연 가스에 기화열을 제공하는 냉매를 기체와 액체의 2개의 상(像, phase)로 구분하여 각각 액화 천연 가스의 기화에 이용하므로 액화 천연 가스와 냉매 사이의 열교환 효율이 증대된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1, 100: 재기화 시스템 10, 110: 제1 기화부
20, 120: 제2 기화부 30: 냉매 순환 회로
31: 냉매 저장 탱크 32. 134: 냉매 펌프
33: 제1 열교환부 34: 제2 열교환부
130: 기액 분리부 131: 제1 냉매 유로
132: 제2 냉매 유로 133: 냉매 회수 라인
135: 열 교환부 140: 가스 라인

Claims (6)

1. 액화 천연 가스를 기화시키는 제1 기화부와 제2 기화부;
   상기 제1 기화부 및 상기 제2 기화부로 공급되는 냉매를 가열하는 열 교환부;
   상기 열 교환부를 통과한 냉매를 기체 상태 냉매와 액체 상태 냉매로 분리하는 기액 분리부;
   상기 기액 분리부로부터 상기 기체 상태 냉매를 상기 제1 기화부로 공급하는 제1 냉매 유로; 및
   상기 기액 분리부로부터 상기 액체 상태 냉매를 상기 제2 기화부로 공급하는 제2 냉매 유로를 포함하는 액화 천연 가스의 재기화 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열 교환부는 상기 냉매를 가열하는 열원으로 해수를 사용하는, 액화 천연 가스의 재기화 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기체 상태의 냉매는 상기 제1 기화부에서 상기 액화 천연 가스에 기화열을 제공하는, 액화 천연 가스의 재기화 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액체 상태의 냉매는 상기 제2 기화부에서 상기 액화 천연 가스에 기화열을 제공하는, 액화 천연 가스의 재기화 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 액화 천연 가스는 상기 제1 기화부에서 1차 기화된 후에 상기 제2 기화부에서 2차 기화되는, 액화 천연 가스의 재기화 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 기화부를 통과한 상기 기체 상태 냉매 및 상기 제2 기화부를 통과한 상기 액체 상태 냉매를 회수하는 냉매 회수 라인을 더 포함하며,
   상기 냉매 회수 라인은 상기 회수된 냉매를 상기 열 교환부로 공급하는, 액화 천연 가스의 재기화 시스템.
   

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