KR101637450B1 - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템은, LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 시스템에 있어서, 상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크; 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 상기 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기의 하류로부터 상기 선박의 연료소비처로 연결되어 압축된 상기 증발가스를 연료로 공급하는 연료공급라인; 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 연료로 공급되고 남는 증발가스를, 상기 압축기로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시켜 재액화하여 상기 LNG 저장탱크에 저장하는 재액화라인; 및 상기 재액화라인으로부터 분기되며 재액화되지 않은 증발가스를 상기 연료탱크의 하부로 공급하는 가스분리라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Treatment System For Ship}

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 선내 연료소비처의 연료로 공급하고, 잔량은 재액화하여 저장하면서, 재액화되지 않은 가스는 연료탱크의 하부로 주입하여 처리하는, 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.

이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), BMPP (Barge Mounted Power Plant)와 같은 구조물 등을 들 수 있다.

본 명세서에서 선박이란, LNG 운반선과 같은 액화가스 운반선, LNG RV 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP 등의 해양 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.

천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.

발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.

종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다.

증발가스 재액화 장치가 탑재된 종래의 선박의 경우, 저장탱크의 적정 압력 유지를 위해 저장탱크 내부의 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시키게 된다. 이때, 배출된 증발가스는 냉동 사이클을 포함하는 재액화 장치에서 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 저장탱크로 복귀된다.

도 1에는 종래 LNG를 연료로 사용하는 추진시스템을 탑재한 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 시스템에서는, 재액화 설비를 설치하지 않고 증발가스 압축기(10)와 가열기(20)로 증발가스를 처리한 후 추진시스템에 연료로서 공급하여 증발가스를 소비하였다. 그러나 이 경우 엔진의 연료 필요량이 증발가스의 발생량보다 적을 때는 증발가스를 가스연소기(GCU; Gas Combustion Unit)에서 연소시켜 버리거나, 벤트마스트(30)로 보내 대기중으로 버릴(venting) 수밖에 없는 문제가 있다.

결국, 저장탱크로부터 자연적으로 발생하는 증발가스를 비롯하여 액화가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템 및 방법에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있다.

저장탱크에서 발생하는 증발가스를 낭비하지 않기 위하여 재액화시키는 경우, 재액화를 위한 냉매가 필요하고, 냉매 사이클이 마련되어야 한다. 별도의 냉매 사이클을 마련하는 것은 설비 및 운영 비용이 늘어나고, 선내 공간 효율을 떨어뜨린다는 문제가 있다.

이러한 점을 감안하여 등록특허 제10-1319364에서는 LNG를 연료로 사용하는 선박의 경우에, 연료로 공급되는 LNG를 냉매로 하여, 증발가스를 재액화시키는 기술이 제시되었다.

이러한 기술은 별도의 냉매 사이클을 필요로 하지 않는 점에서 설비 및 운영 비용을 절감할 수 있으나, LNG 연료 소비량이 적은 경우 증발가스를 재액화시키기 위한 충분한 냉매가 공급될 수 없다는 문제가 있다. 특히 선박 운항시보다 액체화물의 선적 시에 많은 증발가스가 발생하는데, 선적 시에는 일반적으로 선박이 추진하지 않아 LNG 연료 소비량이 적거나 없을 수 있으므로 증발가스를 처리하기 어려운 문제가 있다.

다른 기술로는 LNG 저장탱크를 압력용기로 마련하여, 운항 중 발생하는 증발가스를 탱크에 보유하는 방법이 있다. 그러나 대량의 증발가스를 저장하기 위해서는 탱크의 설계 압력이 매우 높아야 하므로 저장탱크의 제작 비용이 상승하여 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

특히 LNG 운반선 또는 공급선의 LNG 저장탱크로부터 선박 외부로 LNG를 하역하여 공급하는 경우, LNG를 공급받는 설비의 저장탱크에서는 다량의 증발가스가 발생하게 되는데, 별도의 증발가스 처리 설비를 갖추지 않은 경우에는 증발가스를 반송하여 LNG 운반선이나 공급선에서 처리하게 된다. 이 경우 선박에서 처리해야 할 증발가스의 양은 더욱 많아진다.

본 발명은 이러한 문제들을 해결하면서 저장탱크에서 발생하는 증발가스 및 하역시 반송되는 증발가스를 선박에서 효과적이고 경제적으로 처리할 수 있는 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 시스템에 있어서,

상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크;

상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 상기 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하는 압축기;

상기 압축기의 하류로부터 상기 선박의 연료소비처로 연결되어 압축된 상기 증발가스를 연료로 공급하는 연료공급라인;

상기 연료공급라인으로부터 분기되어 연료로 공급되고 남는 증발가스를, 상기 압축기로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시켜 재액화하여 상기 LNG 저장탱크에 저장하는 재액화라인; 및

상기 재액화라인으로부터 분기되며 재액화되지 않은 증발가스를 상기 연료탱크의 하부로 공급하는 가스분리라인을 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는 시스템은, 상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 상기 압축기로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 재액화기와, 상기 재액화기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 단열팽창시키는 팽창수단과, 상기 재액화기 및 팽창수단을 거쳐 재액화된 LNG를 공급받아 기액분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템은, 상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인과, 상기 연료탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 연결되어, 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 연료가스 공급라인과, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 상기 선박의 외부로 하역하는 벙커링 라인과, 상기 벙커링 라인을 통해 LNG를 하역시 발생하는 증발가스를 반송하여 상기 증발가스 공급라인으로 공급하는 증발가스 반송라인을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템은, 상기 연료가스 공급라인에 마련되어 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 감압하는 감압장치를 더 포함하며, 상기 연료탱크는 압력용기로 마련되고, 상기 가스분리라인을 통해 상기 연료탱크로 공급되는 가스의 적어도 일부는 상기 연료탱크 하부의 LNG와 열교환으로 재응축(re-condensing)될 수 있다.

바람직하게는, 상기 재액화라인에서 상기 재액화기의 상류에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 방법에 있어서,

1) 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 상기 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하는 단계;

2) 압축된 상기 증발가스를 선박의 연료소비처에 연료로 공급하는 단계;

3) 연료로 공급되고 남은 압축된 상기 증발가스를 압축 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및

4) 냉각된 후 팽창된 증발가스를 기액분리하여 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크로 저장하고, 기체는 상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크의 하부로 공급하는 단계를 포함하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 적으면, 상기 연료탱크에 저장된 LNG 및 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 연료소비처로 공급할 수 있다.

본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템에서는 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 선내 연료소비처의 연료로 공급하고, 남은 증발가스는 재액화하여 저장하면서, 재액화되지 않은 가스는 연료탱크의 하부로 주입하여 처리한다. 특히 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 적으면, 연료탱크에 저장된 LNG 및 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 연료소비처로 공급할 수 있도록 한다.

이와 같은 시스템을 통해 선박의 LNG 저장탱크에서 발생하는 다량의 증발가스 및 반송된 증발가스를 선내 엔진 등 연료소비처에 연료로 공급하여 활용할 수 있다. 또한 증발가스의 발생량이 많은 때에는 이를 가압한 후 압축된 증발가스 중 일부는 선박의 연료소비처에 연료로 공급하고, 압축된 증발가스 중 나머지는 저장탱크로부터 새롭게 배출되거나 반송되어 압축되기 전의 증발가스의 냉열로 액화시켜 저장탱크로 복귀시킬 수 있다. 이와 같이 별도의 냉매 사이클을 마련하지 않고도 효과적으로 증발가스를 재액화할 수 있어, 재액화를 위한 설비 및 운영 비용을 절감하고, 선내 공간확보에 기여하면서, 액체화물의 수송효율을 높일 수 있다.

특히 압력용기로 된 별도의 연료탱크의 하부로, 액화되지 않은 가스를 공급하여, 연료탱크 하부의 LNG에 녹여 압력상승이 완만하게 이루어지게 하고, 연료탱크의 설계압력을 낮게 하면서도, 안전하게 증발가스를 보유할 수 있게 한다.

도 1은 종래 LNG를 연료로 사용하는 추진시스템을 탑재한 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(S)의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 증발가스 처리 시스템은, LNG 저장탱크(CT)가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박(S)의 증발가스 처리 시스템으로서, 선박(S)의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크(FT)와, LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 선박(S)의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하는 압축기(100)와, 압축기(100)의 하류로부터 선박(S)의 연료소비처(E)로 연결되어 압축된 증발가스를 연료로 공급하는 연료공급라인(FL)과, 연료공급라인(FL)으로부터 분기되어 연료로 공급되고 남는 증발가스를, 압축기(100)로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시켜 재액화하여 상기 LNG 저장탱크(CT)에 저장하는 재액화라인(RL)과, 재액화라인(RL)으로부터 분기되며 재액화되지 않은 증발가스를 연료탱크(FT)의 하부로 공급하는 가스분리라인(DL)을 포함한다.

LNG 저장탱크(CT)의 상부로부터 압축기(100)로는 증발가스 공급라인(BL)이 연결되고, 연료탱크(FT)에서 발생하는 증발가스를 압축기(100)로 공급할 수 있도록 연료가스 공급라인(FGL)이 연료탱크(FT)로부터 증발가스 공급라인(BL)으로 연결된다.

LNG 저장탱크(CT)에 저장된 LNG는 벙커링 라인(SL)을 따라 선박(S)의 외부로 하역하게 되고, 벙커링 라인(SL)을 통해 LNG를 하역시 발생하는 증발가스를 반송하여 증발가스 공급라인(BL)으로 공급하기 위한 증발가스 반송라인(RTL)이 마련된다.

본 실시예의 선박(S)은 LNG를 저장 및 운송하여, 선박(S) 외부로 공급할 수 있는 선박(S)으로 예를 들어 LNG 운반선, LNG 공급선, LNG 벙커링 선박일 수 있다. 선박의 외부라 함은 예를 들어 해상 또는 육상의 터미널이나, LNG를 연료로 사용하여 추진하는 선박(LNG Fueled Ship, LFS)일 수 있다. LFS에는 LNG를 공급받아 저장할 수 있는 연료저장용 탱크(LFT)가 마련되지만, LFS에는 별도의 증발가스 처리 시스템이 갖추어져 있지 않을 수도 있다. LNG를 LFS의 연료저장용 탱크로 하역하게 되면 온도 및 압력 변화 등에 의해 다량의 증발가스가 발생하게 되는데, 벙커링 시 발생하는 증발가스는 LNG를 공급한 벙커링 선박으로 반송하여 처리할 수 있다.

LNG를 하역하는 동안에는 선박(S)의 추진 엔진이 구동되지 않는 등으로, 선내 연료소비처(E)의 연료필요량이 적은데, 반송되는 증발가스를 비롯하여 발생하는 증발가스의 양은 많을 수 있으므로, 본 실시예의 시스템에서는 연료로 공급하고 남은 증발가스를 재액화하여 LNG 저장탱크(CT)에 재저장하고, 액화되지 않은 가스는 연료탱크(FT)로 공급하여 연료로 추후 사용할 수 있도록 한다.

한편, 선박(S)의 연료소비처(E)는, 선박(S)의 추진용 엔진, 발전용 엔진, 가스 터빈 등, LNG를 연료로 공급받는 설비일 수 있다. 예를 들어 디젤유와 천연가스를 혼합하여 연료로서 사용하는 DF 엔진(예컨대 DFDG; Dual Fuel Diesel Generator), 150 ~ 400 bara(절대압력) 정도의 고압 가스를 공급받는 ME-GI 엔진 등일 수 있다.

저장탱크에서 발생하는 증발가스 및 반송되는 증발가스의 양이 선내 연료소비처(E)의 연료필요량보다 많은 경우에는, 압축된 증발가스를 연료공급라인(FL)을 통해 연료소비처(E)로 우선 공급하고, 나머지 증발가스는 재액화라인(RL)을 통해 재액화기(200)를 거쳐 재액화하여 LNG 저장탱크(CT)에 재저장한다. 저장탱크에서 발생하는 증발가스 및 반송되는 증발가스의 양이 선내 연료소비처(E)의 연료필요량과 같은 경우에는 압축된 증발가스 전량을 연료소비처(E)로 공급할 수 있으며, 증발가스의 양이 연료필요량보다 적은 경우에는 연료탱크(FT)에 저장된 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 연료소비처(E)로 공급한다.

본 실시예에서 연료탱크(FT)는 압력용기로 마련될 수 있다. 연료가스 공급라인(FGL)에는 감압장치(400)를 마련하여 연료탱크(FT)에서 발생하는 증발가스를 감압하여 증발가스 공급라인(BL)에 합류시킨다.

한편, 압축기(100)는 복수의 압축 실린더 및 중간 냉각기를 포함하는 다단 압축의 압축기(100)일 수 있는데, 연료소비처(E)의 연료공급 필요압력 등에 따라 압축 실린더와 중간 냉각기의 개수를 구성할 수 있다. 일 예로, 가스를 공급하는 연료소비처(E)가 ME-GI 엔진이라면 150 내지 400 bar로 증발가스를 압축할 수 있도록 압축기(100)를 구성할 수 있다. 압축기(100)는 하나의 압축기(100) 내에 복수 개의 압축 실린더가 배열된 구조 이외에, 복수 개의 압축기를 직렬로 연결한 구조도 될 수 있다.

DFDE나 DFDG, 가스 터빈 등과 같이 연료 필요압력이 대략 5 ~ 50 bara 정도로 비교적 낮은 연료소비처(E)에 증발가스를 공급할 때에는, 압축기(100)의 중간 단에서 연료공급라인(FL)을 분기시켜 연료를 공급할 수도 있다.

이를 위해 재액화라인(RL)에는 압축기(100)에서 압축된 증발가스를 압축기(100)로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 재액화기(200)가 마련되고, 재액화기(200)의 하류에는 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시키는 팽창수단(250)이 마련되며, 재액화기(200) 및 팽창수단(250)을 거쳐 재액화된 LNG는 기액분리기(300)로 도입되어 기액분리된다.

압축되면서 증발가스의 온도는 높아지므로, LNG 저장탱크(CT)에서 발생하거나 LFS로부터 반송되어 압축되기 전의 증발가스와의 열교환을 통해 냉각시킬 수 있다. 압축기(100) 후단에서 연료소비처(E)의 연료로 우선 공급되고 잔량이 재액화라인(RL)을 통해 재액화기(200)로 공급된다. 따라서 압축되기 전의 증발가스의 유량이, 압축 후 재액화라인(RL)을 통해 재액화기(200)로 공급되는 압축된 증발가스의 유량보다 많기 때문에, 압축된 증발가스는 압축되기 전의 증발가스로부터 냉열을 공급받아 냉각 및 액화될 수 있다.

연료탱크(FT)는 압력용기로 마련하는데, 연료가스 공급라인(FGL)에 감압장치(400)를 마련하여, 연료탱크(FT)로부터 발생하는 증발가스는 감압장치(400)에서 감압한 후, 증발가스 공급라인(BL)에 합류시킬 수 있다.

재액화라인(RL)에서 재액화기(200)의 상류에는 냉각기(150)를 추가로 마련하여 압축기(100)에서 압축된 증발가스를 냉각하여 재액화기(200)로 공급할 수 있다. 도 2에는 냉각기(150)가 연료공급라인(FL)에 마련되는 것으로 표시되었으나, 필요에 따라 냉각기(150)는 연료공급라인(FL) 또는 재액화라인(RL)에 마련될 수 있다.

재액화기(200)의 하류에는 팽창수단(250)을 마련하여, 압축기(100), 냉각기(150) 및 재액화기(200)를 거치면서 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시킴으로써 추가 냉각될 수 있도록 한다.

팽창수단(250)은 예를 들어, 줄-톰슨 밸브와 같은 감압밸브로 마련될 수도 있고 팽창기(expander)로 마련될 수도 있다. 압축 및 냉각된 증발가스는 팽창수단(250)에서 단열팽창되면서 감압되고 액화되어, 기액분리기(300)로 도입된다. 팽창수단(250)을 통과하면서 연료탱크(FT)의 압력만큼 감압될 수 있다.

기액분리기(300)의 상부로부터 연료탱크(FT)로는 가스분리라인(DL)이 연결되어, 기액분리기(300)에서 분리된 가스를 연료탱크(FT) 하부로 공급한다. 가스분리라인(DL)을 통해 연료탱크(FT)로 공급되는 가스의 적어도 일부는 연료탱크(FT) 하부의 LNG와 열교환되면서 재응축(re-condensing)될 수 있다. 특히 가스분리라인(DL)을 통해 연료탱크(FT)로 공급되는 가스는, 액화되지는 않았더라도 재액화기(200), 팽창수단(250) 등을 거치면서 냉각된 극저온의 가스이므로 연료탱크(FT)로 공급하더라도 탱크 내부의 온도 및 압력을 크게 높이지 않는다. 또한 연료탱크(FT) 하부의 LNG와의 열교환을 통해 가스 일부는 재응축될 수도 있다.

특히 연료탱크(FT) 하부에서 가스를 고르고 넓게 확산시키면, 탱크 하부의 LNG와의 열교환이 원활하게 이루어져, 가스 재응축이 활발히 이루어질 수 있고, 연료탱크(FT) 내압 상승이 보다 완만하게 이루어질 수 있으므로, 연료탱크(FT)의 설계압력을 높게 하지 않더라도 탱크 안전성을 확보할 수 있다.

이를 위해 연료탱크(FT) 하부에 가스를 고르고 넓게 분포시킬 수 있도록 가스분리라인(DL)의 단부를 연료탱크(FT) 하부 또는 바닥을 따라 길게 연장되도록 마련하거나, 다공성 파이프 형태로 마련할 수 있다. 연료탱크(FT)의 하부에 저장된 LNG의 열교환 시간 및 접촉면적을 늘릴 수 있도록 충전재가 채워진 패킹(packing)층을 가스분리라인(DL)의 단부에 마련하는 것도 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에서는, 1) LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 LFS 등 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하고; 2) 압축된 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처(E)에 연료로 공급하면서; 3) 연료로 공급되고 남은 압축된 증발가스를 압축 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시키고; 4) 냉각된 후 팽창된 증발가스를 기액분리하여 액상의 LNG는 LNG 저장탱크(CT)로 저장하고, 기체는 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크(FT)의 하부로 공급하는 단계로 증발가스를 처리하게 된다.

이를 통해 선박(S)의 LNG 저장탱크(CT)에서 발생하거나 벙커링 시 반송되는 다량의 증발가스를 선내 엔진 등 연료소비처(E)에 연료로 공급할 수 있으며, 증발가스의 발생량이 많은 때에는 별도의 냉매 사이클 없이 증발가스 자체의 냉열로 재액화하여 저장함으로써, 수송 효율을 높이고, 선내 연료 공급도 원활하게 할 수 있다.

특히 압력용기로 된 별도의 연료탱크(FT)를 마련함으로써, 증발가스의 발생량이 적은 때에도 원활한 연료 공급이 이루어질 수 있도록 하고, 재액화되지 않은 가스를 연료탱크(FT) 하부에 공급하여 재응축될 수 있도록 함으로써, LNG 저장탱크(CT)의 안정성을 높이면서, 안전하고 경제적으로 증발가스를 처리할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

S: 선박
CT: LNG 저장탱크
FT: 연료탱크
E: 연료소비처
BL: 증발가스 공급라인
FGL: 연료가스 공급라인
RL: 재액화라인
FL: 연료공급라인
DL: 가스분리라인
100: 압축기
150: 냉각기
200: 재액화기
250: 팽창수단
300: 기액분리기
400: 감압장치
LFS: LNG를 공급받는 선박 외부의 설비
LFT: 연료저장용 탱크
SL: 벙커링 라인
RTL: 증발가스 반송라인

Claims (7)

1. LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 시스템에 있어서,
   상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크;
   상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 상기 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하는 압축기;
   상기 압축기의 하류로부터 상기 선박의 연료소비처로 연결되어 압축된 상기 증발가스를 연료로 공급하는 연료공급라인;
   상기 연료공급라인으로부터 분기되어 연료로 공급되고 남는 증발가스를, 상기 압축기로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시켜 재액화하여 상기 LNG 저장탱크에 저장하는 재액화라인; 및
   상기 재액화라인으로부터 분기되며 재액화되지 않은 증발가스를 상기 연료탱크의 하부로 공급하는 가스분리라인을 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 상기 압축기로 도입될 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 재액화기;
   상기 재액화기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 단열팽창시키는 팽창수단; 및
   상기 재액화기 및 팽창수단을 거쳐 재액화된 LNG를 공급받아 기액분리하는 기액분리기를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인;
   상기 연료탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 연결되어, 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 연료가스 공급라인;
   상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 상기 선박의 외부로 하역하는 벙커링 라인; 및
   상기 벙커링 라인을 통해 LNG를 하역시 발생하는 증발가스를 반송하여 상기 증발가스 공급라인으로 공급하는 증발가스 반송라인을 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 연료가스 공급라인에 마련되어 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 감압하는 감압장치를 더 포함하며,
   상기 연료탱크는 압력용기로 마련되고, 상기 가스분리라인을 통해 상기 연료탱크로 공급되는 가스의 적어도 일부는 상기 연료탱크 하부의 LNG와 열교환으로 재응축(re-condensing)되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 재액화라인에서 상기 재액화기의 상류에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
6. LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 방법에 있어서,
   1) 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas) 및 상기 선박의 외부로 LNG를 하역시 반송되는 증발가스를 압축하는 단계;
   2) 압축된 상기 증발가스를 선박의 연료소비처에 연료로 공급하는 단계;
   3) 연료로 공급되고 남은 압축된 상기 증발가스를 압축 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
   4) 냉각된 후 팽창된 증발가스를 기액분리하여 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크로 저장하고, 기체는 상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크의 하부로 공급하는 단계를 포함하는 선박의 증발가스 처리 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 적으면, 상기 연료탱크에 저장된 LNG 및 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 연료소비처로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.

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