KR101670882B1 - 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

증발가스 처리 시스템 및 방법 개시된다. 본 발명의 증발가스 처리 시스템은, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 압축 및 냉각시켜 재액화하는 BOG 재액화 라인; 상기 BOG 재액화 라인에 마련되며, 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제1 익스팬더(expander)와 상기 제1 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 상기 BOG를 압축하는 제1 컴프레서(compressor)를 포함하는 제1 컴팬더(compander); 상기 BOG 재액화 라인에 마련되며, 상기 제1 익스팬더로부터 배출되는 상기 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제2 익스팬더와 상기 제1 컴프레서로부터 압축된 상기 BOG를 상기 제2 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 추가로 압축하는 제2 컴프레서를 포함하는 제2 컴팬더; 상기 BOG 재액화 라인에 마련되어 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를, 상기 제2 익스팬더 하류의 상기 냉매와 열교환으로 냉각하는 메인 열교환기; 및 상기 BOG 재액화 라인에서 상기 메인 열교환기의 상류에 마련되어 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 감온하는 디슈퍼히터(desuperheater)를 포함하는 것을 특징으로 한다 .

Description

증발가스 처리 시스템 및 방법{Boil Off Gas Treatment System And Method}
본 발명은 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 제1 및 제2 컴팬더에 공급하여, 냉매를 단열팽창시키면서 발생하는 회전력에 의해 BOG를 압축하고, 단열팽창된 냉매와 열교환으로 냉각시켜 재액화하여 처리할 수 있는 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. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
예를 들어 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, LNG는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 LNG 운반선의 LNG 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG 저장탱크 내에서는 지속적으로 LNG가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
BOG는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 BOG를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 BOG의 처리를 위해, BOG를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, BOG를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
본 출원인은 2013년 7월 10일에 출원번호 제10-2013-0081029호로 증발가스를 냉각 유체로 이용하여 증발가스 자체의 냉열을 이용하는 재액화 장치에 대해 제안하였다. 제10-2013-0081029호의 특허로 제안된 부분재액화장치(PRS; Partial Re-liquefaction System)는 저장탱크 외부로 배출된 증발가스를 증발가스 자체를 냉매로 이용하여 재액화시키는 장치로서, 가격이 비싼 재액화 장치를 별도로 설치하지 않고도 증발가스를 재액화할 수 있어, 액화천연가스 저장탱크의 전체적인 자연기화율(BOR; Boil-off Rate)을 효율적으로 감소시킬 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.
도 1은 본 출원인의 출원번호 제10-2013-0081029호 발명의 재액화장치에 대한 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하여 재액화장치에서 증발가스를 재액화시키는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는 다수개의 압축기(30)와 인터쿨러(미도시)를 포함하는 다단 압축기를 통해 압축될 수 있다. 도 1에 도시된 압축기에서는 다섯 개의 압축기(30)를 통과하면서 다섯 단계의 압축 및 냉각이 번갈아 이루어지며 압축된다. 압축과정을 모두 거친 증발가스의 일부는 고압의 연료를 필요로 하는 고압 연료 소비처(E1), 예를 들어 ME-GI 엔진과 같은 고압 엔진으로 보내지고, 압축된 가스의 잔량은 열교환기(20)로 보낸다. 다단 압축과정을 거쳐 열교환기(20)로 공급된 증발가스(A라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되어 압축기로 도입될 증발가스(B라인)와 열교환기(20)에서 열교환하게 된다. 압축과정을 통해 증발가스의 온도가 높아지므로 이러한 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉매로서, 저장탱크(10)로부터 배출된 압축 전의 증발가스를 이용하는 것이다.
압축 후 열교환기(20)에서 열교환을 통해 냉각된 증발가스(C라인)는 감압장치(40)에서 감압된다. 열교환기(20) 및 감압장치(40)를 통과하면서 압축된 증발가스의 적어도 일부가 재액화된다. 기액분리기(50)에서는 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하여 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내고, 기체 상태로 남아 있는 증발가스(D라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스(B라인)와 함께 다시 열교환기(20)로 보낸다.
선박 등에 다단 압축기 모두를 통과한 가스보다 저압의 가스를 공급받는 저압 연료소비처가 있는 경우에는, 다단 압축기 중 일부만을 거친, 예를 들어 다섯 개의 압축기(30) 중 세 개의 압축기를 가스 일부를 이러한 저압 연료 소비처(E2)에 연료로 공급할 수 있다. 또한, 저장탱크(10)로부터의 증발가스 발생량이 많아 고압 및 저압 연료소비처의 연료로 공급하고, 부분재액화장치에 의해 재액화시킨 후에도 남는 경우에는, 배출(Vent)시키거나 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 소각시킨다.
이러한 본 출원인의 선행발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 장치인데, 이러한 장치를 구성하기 위해서는 고가의 압축기 등이 구성되므로 설비비용이 높고, 다단 압축기에서 BOG를 초임계 상태까지 압축하면서 전력 소비가 많아 운영비용도 높았다. 특히 증발가스를 연료로 공급하지 않는 경우에도 BOG를 처리하기 위해서는 초고압으로 가스를 압축할 수 있는 압축기를 설치하고 구동시켜야 하며, 고비용으로 인해 리던던시(redundancy)를 충족한 설계가 어렵고, 압축기의 구동으로 인한 에너지 소모를 고려하면 에너지 효율이 높지 않다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여 보다 경제적으로 BOG를 압축하여 재액화하고, 처리할 수 있도록 하는 증발가스 처리 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 압축 및 냉각시켜 재액화하는 BOG 재액화 라인;
상기 BOG 재액화 라인에 마련되며, 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제1 익스팬더(expander)와 상기 제1 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 상기 BOG를 압축하는 제1 컴프레서(compressor)를 포함하는 제1 컴팬더(compander);
상기 BOG 재액화 라인에 마련되며, 상기 제1 익스팬더로부터 배출되는 상기 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제2 익스팬더와 상기 제1 컴프레서로부터 압축된 상기 BOG를 상기 제2 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 추가로 압축하는 제2 컴프레서를 포함하는 제2 컴팬더;
상기 BOG 재액화 라인에 마련되어 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를, 상기 제2 익스팬더 하류의 상기 냉매와 열교환으로 냉각하는 메인 열교환기; 및
상기 BOG 재액화 라인에서 상기 메인 열교환기의 상류에 마련되어 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 감온하는 디슈퍼히터(desuperheater)를 포함하는 증발가스 처리 시스템이 제공된다.
상기 디슈퍼히터에서는 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG가, 상기 제1 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 감온될 수 있다.
바람직하게는, 상기 BOG 재액화 라인에서 상기 디슈퍼히터의 상류에 마련되어 상기 제1 및 제2 컴팬더에서 압축된 상기 BOG를 추가로 압축하는 부스터 컴프레서와, 상기 메인 열교환기에서 냉각된 상기 BOG를 단열팽창시키는 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 단열팽창된 상기 BOG를 공급받아 재액화된 LNG와 플래쉬 가스(Flash gas)와 분리하는 플래쉬 드럼을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는. 상기 플래쉬 드럼에서 분리된 액체는 LNG 저장탱크로 재저장되고, 기체는 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 디슈퍼히터로 도입되는 BOG의 흐름으로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 BOG를 냉각하기 위한 냉매가 순환되며 상기 제1 및 제2 익스팬더가 마련되는 냉매 순환 라인과, 상기 냉매 순환 라인에서 상기 제1 및 제2 익스팬더의 사이에 마련되어 상기 제1 익스팬더에서 배출되는 상기 냉매를 공급받아 압축하는 제1 냉매 컴프레서와, 상기 제1 냉매 컴프레서에서 압축된 상기 냉매를 냉각하는 제1 컴프레서 쿨러;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 순환 라인에 마련되며 상기 메인 열교환기에서 상기 BOG와 열교환된 상기 냉매를 공급받아 압축하는 제2 냉매 컴프레서와, 상기 냉매 순환 라인에 마련되며 상기 제2 냉매 컴프레서에서 압축된 상기 냉매를 냉각하는 제2 컴프레서 쿨러(cooler)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 순환 라인에 마련되며 제2 냉매 컴프레서 쿨러에서 냉각된 상기 냉매를, 상기 메인 열교환기로부터 제2 냉매 컴프레서로 공급될 상기 냉매와 열교환으로 냉각시켜 상기 제1 익스팬더로 공급하는 프리쿨러(precooler)와, 상기 냉매 순환 라인에 마련되며 상기 제1 컴프레서 쿨러에서 냉각된 상기 냉매를, 상기 제1 익스팬더로부터 상기 제1 냉매 컴프레서로 공급될 상기 냉매와 열교환으로 냉각하여 상기 제2 익스팬더로 공급하는 애프터쿨러(aftercooler);를 더 포함하고, 상기 프리쿨러에서 냉각된 상기 냉매는 상기 제1 익스팬더로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 제1 익스팬더(expander)와 제1 컴프레서(compressor)를 포함하는 제1 컴팬더(compander)에 공급하는 단계;
2) 상기 제1 익스팬더에서 냉매를 공급받아 단열팽창시키면서, 상기 제1 익스팬더에 연결된 회전 축의 회전 운동에 의해 상기 제1 컴프레서에서 상기 BOG를 압축하는 단계;
3) 압축된 상기 BOG를 제2 익스팬더와 제2 컴프레서를 포함하는 제2 컴팬더에 공급하여, 상기 제2 익스팬더에서 상기 제1 익스팬더로부터 배출되는 상기 냉매를 공급받아 단열팽창시키면서, 상기 제1 컴프레서로부터 압축된 상기 BOG를 상기 제2 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 상기 제2 컴프레서에서 추가로 압축하는 단계;
4) 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 부스터 컴프레서에 공급하여 추가 압축하고, 압축된 상기 BOG를 디슈퍼히터에서 상기 제1 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 감온하고, 상기 제2 익스팬더에서 단열팽창된 상기 냉매와 열교환으로 냉각시켜 재액화하는 단계를 포함하는 증발가스 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 통해 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 효과적으로 재액화하여 저장함으로써 탱크 및 선박의 안전을 확보하고, LNG의 수송효율을 높일 수 있다. 또한 BOG를 냉매로 순환시키면서, 냉매를 단열팽창시킬 때 발생하는 에너지를 이용하여 제1 및 제2 컴팬더에서 BOG를 압축하고, 제1 및 제2 컴팬더에서의 단열팽창을 통해 냉각된 냉매로 BOG를 냉각시키도록 구성함으로써 고효율의 컴팩트한 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 출원인의 선행특허로 증발가스를 처리할 수 있는 부분재액화 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 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 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
우선, 본 발명의 후술하는 증발가스 처리 시스템은, 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에서 증발가스 처리를 위해 적용될 수 있다.
후술하는 실시예에서 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 LNG를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정하는 것이 아니며, 이러한 저장탱크에 저장되는 액화가스는 저온에서 액화시켜 수송할 수 있는 모든 액체화물일 수 있다. 예를 들어 LNG외에도, LEG, LPG, 액화질소나, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌 등과 같은 액화 가스가 이에 해당할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 증발가스 처리 시스템은, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크(미도시)에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 처리하기 위한 시스템으로서, LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 압축 및 냉각시켜 재액화하는 BOG 재액화 라인(BLa)과 BOG를 냉각하기 위한 냉매가 순환되는 냉매 순환 라인(CLa)을 포함한다.
BOG 재액화 라인(BLa)에는, 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제1 익스팬더(expander)(121a)와 제1 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 BOG를 압축하는 제1 컴프레서(compressor)(122a)를 포함하는 제1 컴팬더(compander)(120a)와, 제1 익스팬더로부터 배출되는 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제2 익스팬더(141a)와 제1 컴프레서로부터 압축된 BOG를 제2 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 추가로 압축하는 제2 컴프레서(142a)를 포함하는 제2 컴팬더(140a)가 마련된다.
즉, 제1 및 제2 컴팬더(120a, 140a)에서는 냉매를 단열팽창시켜 냉각하면서, 냉매의 단열팽창시 발생하는 에너지를 회전축에 의해 제1 및 제2 컴프레서로 전달하여 BOG를 압축하는 에너지로 이용한다. 제1 및 제2 익스팬더(121a, 141a)는 예를 들어 터빈형(turbine type) 익스팬더(expander)일 수 있다.
LNG 저장탱크(미도시)에서 발생한 BOG는 제1 컴프레서에서 1 bar g 이상, 바람직하게는 1.3 bar g 이상의 압력을 압축되고, 제2 컴프레서에서 재압축되면서 3 bar g 이상, 바람직하게는 5 bar g 내외의 압력으로 압축된다.
한편, 제1 및 제2 컴팬더(120a, 140a)를 거쳐 압축된 BOG를 효과적으로 재액화하기 위하여 추가로 압축하는데, 이를 위해 BOG 재액화 라인(BLa)에는, 제1 및 제2 컴팬더에서 압축된 BOG를 공급받아 압축하는 부스터 컴프레서(160a)가 마련된다.
BOG 재액화 라인(BLa)의 부스터 컴프레서(160a) 하류에는 압축된 BOG를 제2 익스팬더(141a) 하류의 냉매와 열교환으로 냉각하는 메인 열교환기(180a)가 마련되어, 제1 및 제2 컴팬더를 거쳐 단열팽창으로 냉각된 냉매와의 열교환을 통해, 압축된 BOG를 냉각시킨다. 메인 열교환기(180a)에서 냉각된 BOG는 줄 톰슨 밸브(J-T valve) 또는 팽창기(expander)와 같은 팽창수단(190a)을 거쳐 단열팽창된 후 플래쉬 드럼(195a)으로 도입된다. 플래쉬 드럼(195a)에서는, 팽창수단을 거치면서 단열팽창된 BOG를 공급받아 재액화된 LNG와 플래쉬 가스(Flash gas)를 분리하여, 액상인 LNG를 LNG 저장탱크에 재저장하게 된다.
즉, 제1 및 제2 컴팬더(120a, 140a)와 부스터 컴프레서(160a)를 거쳐 압축된 BOG는 메인 열교환기(180a)에서, 제1 및 제2 컴팬더의 제1 및 제2 익스팬더(121a, 141a)를 통해 단열팽창되면서 냉각된 냉매와 열교환을 통해 냉각된다. 메탄의 경우 임계압력은 약 55 bar 정도인데, BOG는 제1 및 제2 컴팬더의 각 컴프레서와, 부스터 컴프레서를 거쳐 임계압력에 가까운 50 bar g 내외의 압력까지 추가로 압축된 후 메인 열교환기로 도입될 수도 있다. BOG는 임계 압력 내외의 고압으로 압축시키면 메인 열교환기로 도입되었을 때, 냉매와의 열교환을 통해 효과적인 상변화가 이루어질 수 있다. 메인 열교환기를 거쳐 -150 ℃ 내외의 저온으로 냉각된 BOG는 팽창수단을 거쳐 단열팽창을 통해 감압 및 추가 냉각되어 플래쉬 드럼으로 도입되고, 플래쉬 드럼에서 기체 상태인 플래쉬 가스와 LNG가 포화 상태에서 분리된다.
플래쉬 드럼(195a)을 거쳐 분리된 LNG는 LNG 저장탱크(미도시)로 재저장하고, 플래쉬 가스는 LNG 저장탱크로부터 발생한 BOG와 함께 재액화될 수 있도록 BOG 재액화 라인의 상류로 공급할 수 있다.
한편 본 실시예에서 냉매는, 제1 및 제2 컴팬더에서는 BOG를 압축하기 위한 수단이 되는 동시에, 제1 및 제2 컴팬더를 거쳐 단열팽창으로 냉각된 냉매는 다시 메인 열교환기에 공급되어 압축된 BOG의 냉각을 위해 열교환되는 열매체(heat medium for cooling)로 활용되면서 냉매 순환 라인(CLa)을 순환한다.
냉매 순환 라인(CLa)에 상술한 제1 및 제2 익스팬더(121a, 141a)가 마련되는데, 제1 익스팬더에서 단열팽창 후 배출된 냉매를 제2 익스팬더에 공급하기에 앞서 추가로 냉각할 수 있도록, 냉매 순환 라인(CLa)의 제1 및 제2 익스팬더 사이에는 제1 익스팬더에서 배출되는 냉매를 공급받아 압축하는 제1 냉매 컴프레서(240a)와, 제1 냉매 컴프레서에서 압축된 냉매를 냉각하는 제1 컴프레서 쿨러(250a)가 마련된다. 또한 제1 컴프레서 쿨러(250a)에서 냉각된 냉매는 냉매 순환 라인에 마련된 애프터쿨러(aftercooler)(230)에서, 제1 익스팬더(121a)로부터 제1 냉매 컴프레서(240a)로 공급될 냉매와의 열교환을 통해 냉각된다. 냉매는 제1 냉매 컴프레서에서 압축되면서 온도가 높아지므로, 압축 전의 냉매와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 제1 냉매 컴프레서 및 쿨러(240a, 250a), 애프터 쿨러(230a)를 거쳐 압축 및 냉각된 냉매는 -40 ℃ 이하, 바람직하게는 -50 ℃ 내외의 온도로 제2 익스팬더(141a)로 공급되어 단열팽창을 통해 추가로 냉각된 후 -150 ℃ 내외의 극저온 상태로 메인 열교환기(180a)에 공급된다.
메인 열교환기(180a)에서 압축된 BOG에 냉열을 전달하면서 가열된 냉매를 재냉각하여 순환시키기 위하여, 메인 열교환기로부터 배출되는 냉매를 공급받아 압축하는 제2 냉매 컴프레서(210a)와, 제2 냉매 컴프레서에서 압축된 냉매를 냉각하는 제2 컴프레서 쿨러(cooler)(220)가 냉매 순환 라인(CLa)에 마련된다. 제2 냉매 컴프레서를 거쳐 50 bar g 내외의 압력으로 압축된 냉매는 제2 컴프레서 쿨러에서 fresh water와의 열교환을 통해 30 ℃ 내외의 온도로 냉각된 후 냉매 순환 라인을 따라 프리쿨러(precooler)(110a)로 공급된다. 프리쿨러(110a)에서는 제2 컴프레서 쿨러(220a)에서 1차적으로 냉각된 냉매를, LNG 저장탱크(미도시)로부터 제1 컴팬더의 제1 컴프레서(122a)로 도입될 BOG와 열교환을 통해 추가로 냉각시켜 0 ℃ 이하, 바람직하게는 -20 ℃ 내외의 온도로 제1 익스팬더(121a)에 공급한다.
이러한 냉매로는 예를 들어 BOG나 메탄, N2, 또는 이러한 기체를 포함하는 혼합가스를 이용할 수 있다. 일 예로, 냉매는 90%의 메탄과 10%의 질소로 이루어진 혼합가스일 수 있다. BOG를 냉매로 순환시켜 사용하기 위하여, 메인 열교환기의 후단에서 BOG 재액화 라인으로부터 분기되어 제2 냉매 컴프레서의 전단에서 냉매 순환 라인으로 연결되는 냉매 공급 라인(미도시)을 추가로 마련할 수 있다.
이러한 시스템을 통해 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 효과적으로 재액화하여 저장함으로써 탱크 및 선박의 안전을 확보하고, LNG의 수송효율을 높일 수 있다. 또한 BOG를 냉매로 순환시키면서, 냉매를 단열팽창시킬 때 발생하는 에너지를 이용하여 BOG를 압축하고, 단열팽창을 통해 냉각된 냉매로 BOG를 냉각시키도록 구성함으로써 고효율의 컴팩트한 시스템을 구현한다. 별도의 냉매를 공급하여 순환시키기 위한 비용도 절감할 수 있게 된다.
도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 3에 도시된 제2 실시예는 전술한 제1 실시예의 증발가스 처리 시스템에서, 선박 또는 해상 구조물의 선내 가스 소비처에 BOG를 연료로 공급할 수 있도록 연료 공급 시스템을 추가한 시스템이다.
이를 위해 BOG 재액화 라인(BLb)에서 제2 컴팬더의 제2 컴프레서(142b) 하류, 부스터 컴프레서(160b)의 전단 또는 후단으로부터 압축된 BOG를 분기시켜 선내 고압가스 소비처(HCb)의 연료로 공급하는 연료 공급 라인(FLb)이 추가로 마련된다. 연료 공급 라인(FLb)에서는 BOG를 분기시켜 LNG 저장탱크로부터 공급받은 LNG와 혼합하여 재응축하고 압축 및 강제기화시켜 고압가스 소비처(HCb)에 연료로 공급할 수 있다.
이러한 고압가스 소비처(HCb)는 선박 등의 추진용 엔진이나 발전용 엔진일 수 있으며, 보다 구체적인 예로는 ME-GI 엔진을 비롯하여, DF Generator, 가스 터빈, DFDE 등 일 수 있다. 고압가스는 가스 소비처의 연료 공급 조건에 맞추어 압축되며, 예를 들어 가스 소비처가 ME-GI 엔진이라면 약 150 ~ 400 bara의 고압가스가 공급될 수 있다.
연료 공급 라인(FLb)에는 제2 컴프레서의 하류로부터 분기된 BOG를 공급받아 LNG 저장탱크에서 공급되는 LNG를 혼합하여 냉각하는 리컨덴서(recondenser)(310b)와, 리컨덴서로부터 LNG를 공급받아 고압가스 소비처의 공급압력으로 압축하는 고압펌프(320b)와, 고압펌프에서 압축된 LNG를 강제기화시키는 기화기(330b)가 마련된다. 연료 공급 라인(FLb)은 부스터 컴프레서(160b) 전단 또는 후단에서 BOG 재액화 라인으로부터 분기될 수 있으며, 제1 및 제2 컴프레서(122b, 142b)를 거치면서 압축되고, 특히 추가로 부스터 컴프레서(160b)까지 거치면서 임계압 이상으로 압축될 수 있으므로, 연료 공급 라인(FLb)으로 분기된 BOG는 리컨덴서(310b)에서 공급펌프(340b)로부터 펌핑된 극저온의 LNG와 혼합되면서 적어도 일부가 응축될 수 있다. 리컨덴서 하부에서 액상인 LNG를 분리하여 고압펌프(320b)로 공급하면, 고압펌프에서는 LNG를 고압가스 소비처의 공급 조건에 맞추어 압축하는데, 고압가스 소비처가 ME-GI 엔진이라면 150 내지 400 bar, 바람직하게는 300 bara 내외의 초임계 상태인 압력으로 압축한다.
기화기(330b)에서는 초임계 상태로 압축된 LNG를 강제기화시킨다. 다만 초임계 상태에서는 기체와 액체를 구분할 수 없으므로, '압축된 LNG가 기화된다'라는 표현은 압축된 LNG에 열에너지를 공급하여 온도를 높인다(또는, 밀도가 높은 초임계 상태에서 밀도가 낮은 초임계 상태로 변화한다)는 의미일 수 있다.
한편 리컨덴서(310b)에서 기액 분리를 통해 액체인 LNG는 상술한 바와 같이 고압펌프(320b)로 공급하여 고압가스 소비처(HCb)에 연료로 공급하고, 기체는 LNG 저장탱크로부터 프리쿨러(110b)로 도입되는 BOG의 흐름으로 공급하여 재액화시킬 수 있다.
선내에, 고압가스 소비처 외에 상대적으로 저압인 가스를 연료로 하는 가스 소비처가 있다면, BOG 재액화 라인으로부터 부스터 컴프레서의 상류에서 분기되는 저압가스 공급라인(LFLb)을 마련하여, 제1 및 제2 컴프레서(122b, 142b)를 거쳐 압축된 BOG를 이러한 저압가스 소비처(LCb)에 연료로 공급할 수도 있다. 이러한 가스 소비처로는 DFDE(Dual Fuel Diesel Engine) 또는 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator) 등의 엔진을 예로 들 수 있다.
이러한 시스템을 통해 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 효과적으로 재액화하여 저장함으로써 탱크 및 선박의 안전을 확보하고, LNG의 수송효율을 높일 수 있는 장점과 더불어, BOG를 제1 및 제2 컴팬더, 즉 듀얼 타입의 컴팬더를 거쳐 압축시킨 후 리컨덴서에서 LNG와 혼합하여 액화시킨 후 고압펌프를 통해 압축하여 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 소비처에 공급함으로써, 기체 상태인 BOG를 직접 압축하여 연료로 공급할 때에 비해 획기적으로 연료 압축에 필요한 에너지 소비를 절감할 수 있게 된다. 또한 가압된 BOG를 연료 공급 라인으로 돌릴 수 있어, 재액화 시스템 쪽의 부하(load)를 분산시킬 수 있는 효과도 있다.
다른 구성은 전술한 제1 실시예와 유사하므로 중복된 설명은 생략한다.
도 4에는 본 발명의 제3 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 시스템은 제1 실시예의 시스템에서, 제2 컴팬더(140c)를 모터 구동식(motor driven type compander)으로 마련한 것이 특징이다. 제2 컴팬더(140c)는, 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제2 익스팬더(141c)와, 제2 익스팬더에 연결되어 냉매의 팽창력을 회전력으로 전환하는 모터(미도시)와, 모터의 회전축에 연결되어 회전력에 의해 BOG를 압축하는 제2 컴프레서(142c)를 포함하여 구성된다. 모터에 의해 제2 컴프레서에서 BOG를 일정한 압력까지 압축할 수 있으므로, 전술한 제1 및 제2 실시예에서와 같은 부스트 컴프레서를 마련하지 않을 수 있어 시스템 구성이 단순화될 수 있다.
한편 BOG 재액화 라인(BLc)에서 메인 열교환기(180c)의 후단에는 메인 열교환기에서 냉각된 BOG 또는 LNG를 팽창시켜 감압하는 리퀴드 익스팬더(185c)가 마련될 수 있다. 메인 열교환기(180c)에서 냉각된 BOG 또는 LNG는 리퀴드 익스팬더(185c)를 거친 후 J-T valve나 expander와 같은 팽창수단(190c)을 추가로 거칠 수 있다. 리퀴드 익스팬더에서는 BOG 또는 LNG 팽창 시의 팽창력을 통해 다른 선내 장치에 동력으로 전달할 수도 있다. 또한 리퀴드 익스팬더(185c)와 팽창수단(190c)을 거듭 거쳐 감압 및 냉각됨으로써, BOG의 재액화 효율을 보다 높일 수 있다.
전술한 실시예들에서 기재된 바 있는 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 5에는 본 발명의 제4 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예의 시스템은, 모터 구동식의 제2 컴팬더가 마련된 제3 실시예의 시스템에, 제2 실시예에서와 유사하게 선내 가스 소비처에 BOG를 공급할 수 있는 연료 공급 시스템을 추가한 것이다.
본 실시예에는 모터 구동식의 제2 컴팬더(140d)가 마련되고, 부스터 컴프레서가 마련되지 않음에 따라, 연료 공급 라인(FLd)은 제2 컴팬더의 제2 컴프레서(142d)와 메인 열교환기(180d) 사이에서 BOG 재액화 라인(BLd)으로부터 분기되어 압축된 BOG를 리컨덴서(310d)로 공급하게 된다.
연료 공급 라인(FLd)에는 이와 같이 제2 컴프레서의 하류로부터 분기된 BOG를 리컨덴서로 공급하기에 앞서 단열팽창으로 냉각시킬 수 있는 BOG 익스팬더(305d)가 마련될 수 있다. 이와 같이 분기된 BOG가 연료 공급 라인(FLd)에서 BOG 익스팬더(305d)를 통해 리컨덴서(310d)로 도입되기에 앞서 단열팽창시켜 등엔트로피 운동에 의해 냉각됨으로써, 리컨덴서에서 보다 효과적으로 재응축될 수 있다. BOG 익스팬더를 대체하여 팽창밸브와 같은 다른 장치를 구성할 수도 있다.
전술한 실시예들에서 기재된 바 있는 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 6에는 본 발명의 제5 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
본 실시예의 시스템은 전술한 제1 실시예의 시스템으로부터, 프리쿨러(precooler)를 삭제하여 시스템의 구성 비용을 절감할 수 있도록 구성한 것이다. 냉매 순환 라인(CLe)을 순환하는 냉매는 전술한 바와 같이 BOG, 질소 또는 이들의 혼합가스일 수 있는데, 본 실시예에서는 바람직하게는 BOG의 재액화를 위한 냉매의 냉열(cold energy)를 충분히 확보할 수 있도록 질소(N2)와 BOG의 혼합가스, 특히 바람직하게는 50% 이상의 질소(N2)를 포함하는 혼합가스를 냉매로 이용할 수 있다.
나아가 냉매 중 질소 조성비를 높여 냉매의 냉열을 충분히 확보할 수 있다면 부스터 컴프레서도 삭제할 수 있다. 부스터 컴프레서를 삭제하면서 BOG의 압축을 위해 컴팬더 중 일부, 예를 들어 제2 컴팬더(140e)를 전술한 실시예에서와 같이 모터 구동식(motor driven type compander)으로 마련할 수도 있다.
또한 메인 열교환기 후단에는 냉매와 열교환으로 냉각된 BOG 또는 LNG를 팽창시켜 감압하는 리퀴드 익스팬더(185e)도 마련할 수 있다. 메인 열교환기(180e)에서 냉각된 BOG 또는 LNG는 리퀴드 익스팬더(185e)를 거친 후 J-T valve나 expander와 같은 팽창수단(190e)을 추가로 거쳐 감압 및 냉각시킴으로써, BOG의 재액화 효율을 보다 높일 수 있다.
전술한 실시예들에서 기재된 바 있는 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 7에는 본 발명의 제6 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 실시예는, 프리쿨러를 삭제한 제5 실시예의 시스템에, 제2 실시예에서와 유사하게 선내 가스 소비처에 BOG를 공급할 수 있는 연료 공급 시스템을 추가한 것이다.
BOG를 가스 소비처로 공급하기 위하여, 메인 열교환기(180f)의 상류에서 BOG 재액화 라인(BLf)으로부터 연료 공급 라인(FLf)을 분기하여 마련하였다. 연료 공급 라인에는 BOG 익스팬더(305f)를 마련하여, 분기된 BOG를 리컨덴서로 도입되기에 앞서 단열팽창시켜 등엔트로피 운동에 의해 냉각시킴으로써, 리컨덴서에서 보다 효과적으로 재응축될 수 있다. BOG 익스팬더를 대체하여 팽창밸브와 같은 다른 장치를 구성할 수도 있다.
본 실시예도 이와 같이 가압된 BOG를 연료 공급 라인(FLf)으로 돌릴 수 있어, 재액화 시스템 쪽의 부하(load)를 분산시킬 수 있는 효과가 있고, 선내 BOG를 상황에 맞게 효과적으로 처리할 수 있게 된다.
전술한 실시예들에서 기재된 바 있는 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 8에는 본 발명의 제7 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 실시예의 시스템은, 제1 실시예 시스템에 대해, 제1 및 제2 컴프레서(122g, 142g)와 부스터 컴프레서(160g)를 거쳐 압축된 BOG를 감온하는 디슈퍼히터(desuperheater)(400g)를 BOG 재액화 라인(BLg)의 메인 열교환기(180g) 상류에 마련한 것이 특징이다.
디슈퍼히터(400g)에서는 부스터 컴프레서(160g)에서 압축 후 배출되는 BOG를, LNG 저장탱크(미도시)나 플래쉬 드럼(195g)으로부터 제1 컴프레서(122g)로 도입되는 BOG와 열교환을 통해 감온하여 메인 열교환기(180g)로 공급할 수 있다.
전술한 제1 실시예에서는 LNG 저장탱크로부터 제1 컴프레서로 도입되는 BOG의 냉열을 프리쿨러에서 냉매 냉각을 위해 이용하였으나, 본 실시예에서는 디슈퍼히터(400g)에서 BOG의 냉열을 압축된 BOG의 냉각을 위해 이용하게 된다.
메인 열교환기를 거쳐 냉각된 압축 BOG 또는 LNG는 리퀴드 익스팬더(185g)를 거쳐 단열팽창되면서 추가로 냉각될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 냉매 순환 라인(CLg)의 프리쿨러(110g)에서는 전술한 실시예들과 달리 제2 냉매 컴프레서(210g)와 제2 냉매 컴프레서 쿨러(220g)를 거쳐 압축 및 냉각된 냉매를, 메인 열교환기(180g)로부터 제2 냉매 컴프레서(210g)로 공급될 미압축된 냉매와 열교환으로 냉각시켜 제1 익스팬더(121g)로 공급하게 된다.
본 실시예 시스템에서는 압축된 BOG가 디슈퍼히터(400g)를 거쳐 냉각된 후에 메인 열교환기(180g)로 도입된다. 따라서 이러한 BOG와 메인 열교환기에서 열교환을 하더라도 냉매의 냉열 손실이 크지 않고, 메인 열교환기를 거친 냉매의 냉열을 프리쿨러(110g)에서 활용할 수 있도록 구성한 것이다.
전술한 실시예들에서 기재된 바 있는 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 9에는 본 발명의 제8 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 실시예의 시스템은, BOG 재액화 라인의 메인 열교환기 상류에 압축된 BOG를 감온하는 디슈퍼히터가 마련되는 제7 실시예의 시스템에, 제2 실시예에서와 유사하게 선내 가스 소비처에 BOG를 공급할 수 있는 연료 공급 시스템을 추가한 것이다.
다만 LNG 저장탱크 또는 플래쉬 드럼으로부터 제1 컴프레서로 도입되는 BOG나 플래쉬 가스의 냉열로 압축된 BOG를 냉각시키는 제7 실시예와는 달리, 본 실시예의 디슈퍼히터(400h)는 연료 공급 시스템에서의 냉열을 이용하여 BOG를 감온한다.
이를 위해 본 실시예에서는 연료 공급 라인(FLh)의 고압펌프(320h)의 후단에서 디슈퍼히터(400h)를 거쳐 기화기(330h)의 전단으로 연결되는 연료 가열 라인(FHLh)을 마련한다. 그래서 디슈퍼히터에서는, 제1 및 제2 컴프레서(122h, 142h)와 부스터 컴프레서(160h)를 거쳐 압축된 BOG를, 연료 공급 라인의 고압펌프(320h)에서 압축된 LNG와 열교환시켜 감온시킨다.
본 실시예는 압축된 BOG를 디슈퍼히터(400h)를 통해 감온시킨 후 메인 열교환기(180h)로 공급하므로 BOG의 재액화 효율을 높일 수 있다. 또한 연료 공급 라인(FLh)에서 고압펌프(320h)를 거친 LNG는 디슈퍼히터(400h)를 통해 가열되므로, 고압가스 소비처(HCh)로의 연료 공급을 위해 기화기(330h)에서 필요한 열에너지를 줄일 수 있고, 에너지 효율을 높일 수 있다.
본 실시예에서는 디슈퍼히터(400h)에서 연료 공급 시스템의 냉열을 이용하므로, 전술한 제7 실시예에서와 달리 BOG 저장탱크나 플래쉬 드럼으로부터 제1 컴프레서(122h)로 도입되는 BOG의 냉열을 프리쿨러(110h)에서 냉매 냉각에 이용할 수 있다.
전술한 실시예들에서 기재된 바 있는 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
BL: BOG 재액화 라인
CL: 냉매 순환 라인
FL: 연료 공급 라인
FHL: 연료 가열 라인
110: 프리쿨러
120: 제1 컴팬더
130, 150, 170: 열교환기
140: 제2 컴팬더
160: 부스터 컴프레서
180: 메인 열교환기
190: 팽창수단
195: 플래쉬 드럼
210: 제2 냉매 컴프레서
220: 제2 컴프레서 쿨러
230: 애프터쿨러
240: 제1 냉매 컴프레서
250: 제1 컴프레서 쿨러
310: 리컨덴서
320: 고압펌프
330: 기화기
340: 공급펌프

Claims (8)

  1. 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 압축 및 냉각시켜 재액화하는 BOG 재액화 라인;
    상기 BOG 재액화 라인에 마련되며, 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제1 익스팬더(expander)와 상기 제1 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 상기 BOG를 압축하는 제1 컴프레서(compressor)를 포함하는 제1 컴팬더(compander);
    상기 BOG 재액화 라인에 마련되며, 상기 제1 익스팬더로부터 배출되는 상기 냉매를 공급받아 단열팽창시키는 제2 익스팬더와 상기 제1 컴프레서로부터 압축된 상기 BOG를 상기 제2 익스팬더에 연결된 회전축의 회전 운동에 의해 추가로 압축하는 제2 컴프레서를 포함하는 제2 컴팬더;
    상기 BOG 재액화 라인에 마련되어 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를, 상기 제2 익스팬더 하류의 상기 냉매와 열교환으로 냉각하는 메인 열교환기;
    상기 BOG 재액화 라인에서 상기 메인 열교환기의 상류에 마련되어 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 감온하는 디슈퍼히터(desuperheater);
    상기 BOG를 냉각하기 위한 냉매가 순환되며 상기 제1 및 제2 익스팬더가 마련되는 냉매 순환 라인;
    상기 냉매 순환 라인에서 상기 제1 및 제2 익스팬더의 사이에 마련되어 상기 제1 익스팬더에서 배출되는 상기 냉매를 공급받아 압축하는 제1 냉매 컴프레서; 및
    상기 제1 냉매 컴프레서에서 압축된 상기 냉매를 냉각하는 제1 컴프레서 쿨러;
    를 포함하는, 증발가스 처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 디슈퍼히터에서는 상기 제2 컴프레서에서 압축된 상기 BOG가, 상기 제1 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 감온되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 BOG 재액화 라인에서 상기 디슈퍼히터의 상류에 마련되어 상기 제1 및 제2 컴팬더에서 압축된 상기 BOG를 추가로 압축하는 부스터 컴프레서;
    상기 메인 열교환기에서 냉각된 상기 BOG를 단열팽창시키는 팽창수단; 및
    상기 팽창수단에서 단열팽창된 상기 BOG를 공급받아 재액화된 LNG와 플래쉬 가스(Flash gas)를 분리하는 플래쉬 드럼을 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 플래쉬 드럼에서 분리된 액체는 LNG 저장탱크로 재저장되고, 기체는 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 디슈퍼히터로 도입되는 BOG의 흐름으로 공급되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매 순환 라인에 마련되며 상기 메인 열교환기에서 상기 BOG와 열교환된 상기 냉매를 공급받아 압축하는 제2 냉매 컴프레서; 및
    상기 냉매 순환 라인에 마련되며 상기 제2 냉매 컴프레서에서 압축된 상기 냉매를 냉각하는 제2 컴프레서 쿨러(cooler)를 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 냉매 순환 라인에 마련되며 제2 냉매 컴프레서 쿨러에서 냉각된 상기 냉매를, 상기 메인 열교환기로부터 제2 냉매 컴프레서로 공급될 상기 냉매와 열교환으로 냉각시켜 상기 제1 익스팬더로 공급하는 프리쿨러(precooler); 및
    상기 냉매 순환 라인에 마련되며 상기 제1 컴프레서 쿨러에서 냉각된 상기 냉매를, 상기 제1 익스팬더로부터 상기 제1 냉매 컴프레서로 공급될 상기 냉매와 열교환으로 냉각하여 상기 제2 익스팬더로 공급하는 애프터쿨러(aftercooler);를 더 포함하고,
    상기 프리쿨러에서 냉각된 상기 냉매는 상기 제1 익스팬더로 공급되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
  8. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114017989A (zh) * 2021-12-01 2022-02-08 上海齐耀动力技术有限公司 Lng-bog再液化系统及其适用的混合冷剂
CN114017988A (zh) * 2021-12-01 2022-02-08 上海齐耀动力技术有限公司 一种基于混合工质制冷技术的lng船用bog再液化循环系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101356003B1 (ko) * 2012-10-24 2014-02-05 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템
JP2014219125A (ja) * 2013-05-02 2014-11-20 株式会社前川製作所 冷凍システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101356003B1 (ko) * 2012-10-24 2014-02-05 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템
JP2014219125A (ja) * 2013-05-02 2014-11-20 株式会社前川製作所 冷凍システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114017989A (zh) * 2021-12-01 2022-02-08 上海齐耀动力技术有限公司 Lng-bog再液化系统及其适用的混合冷剂
CN114017988A (zh) * 2021-12-01 2022-02-08 上海齐耀动力技术有限公司 一种基于混合工质制冷技术的lng船用bog再液化循环系统

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