KR101711971B1 - 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템은 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 제1액화가스보다 기화점이 높은 제2액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스를 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도로 가열하는 가열부; 가열부를 거친 제1액화가스를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터로부터 공급받은 기체성분을 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스와 열교환시키는 열교환부;를 포함한다.

Description

연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
셰일가스(Shale Gas) 및 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 ‘LNG’라 함) 등으로부터 추출된 에탄(Ethane)은 석유화학제품의 원료로 사용되며, 최근에는 그 경제성이 부각되고 있다. 1기압에서 에탄은 대략 ―88.6℃, LNG의 주요 구성 성분인 메탄은 대략 ―161.5℃의 끊는점을 갖는다. 이러한 에탄과 LNG는 액화된 상태로 선박에 의해 수송될 수 있다.
선박은 저장탱크로부터 공급받은 LNG 증발가스(BOG, Boil-Off Gas) 또는 LNG의 압력, 온도, 상태 등을 변환하여 엔진으로 공급하는 연료가스 공급시스템을 구비할 수 있다. 여기서, 선박은 둘 이상의 이종연료를 연료로서 사용하는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진과 같은 저압가스 분사엔진과 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압가스 분사엔진 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개)는 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진으로 연료를 공급할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제시한 바 있다. 이 시스템은 LNG 연료탱크로부터 LNG를 빼내어 고압으로 압축한 후 이를 기화시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급한다. 이외에도 저장탱크로부터 공급받은 LNG 증발가스를 다단의 압축기에서 공급조건에 맞도록 압축한 후 엔진으로 공급하거나 재액화하여 다시 저장하는 등의 다양한 연료가스 공급시스템이 공지된 바 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 종래에는 LNG 증발가스를 엔진으로 공급하거나 재액화하여 저장하는 등에 대한 시스템 개발은 활발하게 이루어진 반면, 액화에탄을 저장 및 수송하는 선박에서 액화에탄 증발가스를 효과적으로 활용하고 재액화할 수 있는 시스템은 미흡한 실정이다.
한국공개특허 제10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개)
본 발명의 실시 예는 액화에탄을 운반하는 과정에서 발생하는 액화에탄 증발가스를 효과적으로 활용하고 이를 재액화시켜 저장탱크에 저장할 수 있는 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
또, 액화에탄 증발가스와 열교환이 수행된 LNG 증발가스를 엔진의 연료가스로 공급할 수 있는 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 상기 제1액화가스보다 기화점이 높은 제2액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 상기 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스를 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도로 가열하는 가열부; 상기 가열부를 거친 상기 제1액화가스를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 세퍼레이터; 및 상기 세퍼레이터로부터 공급받은 상기 기체성분을 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스와 열교환시키는 열교환부;를 포함하는 재액화 시스템이 제공될 수 있다.
상기 가열부를 거친 상기 제1액화가스의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 측정된 온도 값을 기초로 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도를 갖도록 상기 가열부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스가 상기 가열부, 상기 세퍼레이터, 및 상기 열교환부를 거치도록 마련된 제1공급라인과, 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스가 상기 열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인과, 상기 세퍼레이터를 통해 분리된 액체성분이 상기 열교환부를 거친 상기 제2액화가스와 혼합되어 상기 제2저장탱크에 저장되도록, 상기 세퍼레이터와 상기 제2공급라인을 연결하는 회수라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1액화가스는 액화천연가스이고, 상기 제2액화가스는 액화에탄일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 상기 제1액화가스보다 기화점이 높은 제2액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 상기 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스를 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도로 가열하는 가열부; 상기 가열부를 거친 상기 제1액화가스를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 세퍼레이터; 상기 세퍼레이터로부터 공급받은 상기 기체성분을 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스와 열교환시키는 열교환부; 상기 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스가 상기 가열부, 상기 세퍼레이터, 상기 열교환부를 거치도록 마련된 제1공급라인; 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스가 상기 열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인; 및 상기 열교환부를 거친 상기 세퍼레이터로부터 공급받은 상기 기체성분과 상기 열교환부를 거치기 이전의 상기 제2저장탱크로부터 공급된 제2액화가스 증발가스가 혼합되어 엔진 쪽으로 주입되도록, 상기 열교환부 전단의 상기 제2공급라인으로부터 분기되어 상기 열교환부 후단의 상기 제1공급라인과 연결된 혼합라인;을 포함하는 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템은 액화에탄을 운반하는 과정에서 발생하는 액화에탄 증발가스를 효과적으로 활용하고 이를 재액화시켜 저장탱크에 저장할 수 있다.
또, 액화에탄 증발가스와 열교환이 수행된 LNG 증발가스를 엔진의 연료가스로 공급할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템(100)은 액화에탄을 운반하는 과정에서 발생하는 액화에탄 증발가스를 효과적으로 재액화시킬 수 있다. 재액화 시스템(100)은 액화에탄을 수송하는 선박에 설치될 수 있다.
또, 재액화 시스템(100)은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
이러한 재액화 시스템(100)은 제1저장탱크(110), 제2저장탱크(120), 가열부(130), 세퍼레이터(140), 제어부(150), 및 열교환부(160)를 포함한다.
제1저장탱크(110)는 LNG(C1)를 저장하며, 제1저장탱크(110) 내 펌프(P)는 제1공급라인(L1)을 통해 LNG(C1)를 가열부(130)로 보낸다. 제1공급라인(L1)은 제1저장탱크(110)로부터 공급된 LNG(C1)가 가열부(130), 세퍼레이터(140), 열교환부(160)를 거쳐 엔진(170) 쪽으로 공급되도록 한다.
제2저장탱크(120)는 복수 개로 마련될 수 있으며, LNG(C1)보다 기화점이 높은 액화에탄(C2)을 저장할 수 있다. 제2저장탱크(120)는 제2공급라인(L2)을 통해 액화에탄(C2) 증발가스를 열교환부(160)로 보낸다. 제2저장탱크(120)는 예컨대 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크를 포함할 수 있다. 제2공급라인(L2)은 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄(C2) 증발가스가 열교환부(160)를 거쳐 제2저장탱크(120)에 다시 저장되도록 한다.
가열부(130)는 제1저장탱크(110)로부터 공급받은 LNG(C1)를 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도로 가열한다. 가열부(130)는 예컨대 ―150℃ 내지 ―100℃ 사이의 온도로 LNG(C1)를 가열할 수 있다. LNG(C1)의 주성분인 메탄의 기화점은 대략 ―161.5℃이고, 액화에탄의 주성분인 에탄의 기화점은 대략 ―88.6℃이므로, 가열부(130)를 거친 LNG(C1)의 메탄성분은 대부분 기화되고, 에탄성분은 액체 상태를 유지한다. 가열부(130)는 히터 등을 포함할 수 있다.
세퍼레이터(140)는 가열부(130)를 거친 LNG(C1)를 기체성분과 액체성분으로 분리시킨다. 이때, 기체성분은 주로 메탄으로 이루어져 있고, 액체성분은 주로 에탄으로 이루어져 있다.
여기서, 세퍼레이터(140)를 통해 분리된 액체성분은 열교환부(160)를 거친 제2저장탱크(120)로부터 공급받은 액화에탄(C2) 증발가스와 혼합되어 제2저장탱크(120)에 다시 저장될 수 있다. 이를 위해, 세퍼레이터(140)와 열교환부(160) 후단의 제2공급라인(L2)을 연결하는 회수라인(L3)이 마련될 수 있다.
세퍼레이터(140) 전단에 배치된 온도센서(T)는 가열부(130)를 거친 LNG(C1)의 온도를 측정한다.
제어부(150)는 온도센서(T)에 의해 측정된 온도 값을 기초로 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도를 갖도록 가열부(130)를 제어한다.
열교환부(160)는 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분을 제2저장탱크(120)로부터 공급받은 액화에탄(C2) 증발가스와 열교환시킨다. 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분과 열교환이 이루어진 제2저장탱크(120)로부터 공급받은 액화에탄(C2) 증발가스는 열에너지를 빼앗겨 액화된다.
여기서 열교환부(150)를 거친 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분과 열교환부(150)를 거치기 이전의 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄(C2) 증발가스가 혼합되어 엔진(170) 쪽으로 주입되도록, 열교환부(150) 전단의 제2공급라인(L2)으로부터 분기되어 열교환부(150) 후단의 제1공급라인(L1)과 연결된 혼합라인(L4)이 마련될 수 있다.
이와 같이 열교환부(160)를 거치기 이전의 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄(C2) 증발가스를 열교환부(160)를 거친 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분과 혼합하여 엔진(170) 쪽으로 공급함으로써, 액화에탄(C2) 증발가스 재액화를 위해 필요한 장비들의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
또, 액화에탄(C2) 증발가스와 열교환부(160)를 거친 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분을 효과적으로 엔진(170)의 연료로 활용할 수 있다.
이때, 액화에탄(C2) 증발가스와 열교환부(160)를 거친 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분을 혼합하여 엔진(170) 쪽으로 공급할 경우, 엔진(170)의 종류 및 연료공급 조건에 따라 메탄가가 조절될 수 있다.
이러한 엔진(170)은 저압, 중압 또는 고압가스 분사엔진을 포함할 수 있다. 저압가스 분사엔진은 대략 5 내지 7bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진을 포함한다. 저압가스 분사엔진은 천연가스뿐 아니라 중유(HFO, Heavy Fuel Oil) 등을 연료로 이용할 수 있는 이중연료엔진일 수 있다. 중압가스 분사엔진은 대략 16 내지 45bar 정도의 연료가스를 이용한다. 고압가스 분사엔진은 대략 150 내지 300bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 ME-GI 엔진을 포함한다. 도시하지는 않았지만, 엔진(170)의 연료가스 공급조건에 맞게 혼합된 증발가스의 온도, 압력, 상태 등을 조절하는 장치들이 마련될 수 있다.
예컨대, 엔진(170)이 DFDE 엔진과 같은 저압가스 분사엔진일 경우, 유체(액화에탄(C2) 증발가스와 열교환부(160)를 거친 세퍼레이터(140)로부터 공급받은 기체성분)를 기화시키는 기화기, 기화기를 거친 유체를 저압가스 분사엔진의 연료가스 공급압력으로 조절하는 압력밸브, 압력밸브를 거친 유체를 저압가스 분사엔진의 요구 온도에 맞게 온도를 보정하는 히터 등의 장치들이 구비될 수 있다.
엔진(170)이 중압가스 분사엔진인 경우, 상술한 유체의 압력을 조절하는 조절밸브, 히터 등의 장치들이 구비될 수 있다.
엔진(170)이 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진일 경우, 고압가스 분사엔진의 연료가스 공급압력에 따라 상술한 유체를 가압 송출하는 고압펌프와, 가압된 유체를 기화시키는 고압기화기 등과 같은 장치들이 구비될 수 있다.
상술한 실시 예에서는 LNG(C1)와 액화에탄(C2)을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 액화석유가스, 액화프로판, 액화부탄 등이 액화에탄(C2) 대신 사용될 수 있다. 또 액화에탄(C2)보다 액화점이 낮고, 메탄과 에탄 성분을 포함하는 모든 액화가스가 LNG(C1) 대신 사용될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 제1저장탱크 120: 제2저장탱크
130: 가열부 140: 세퍼레이터
150: 제어부 160: 열교환부
170: 엔진 L1: 제1공급라인
L2: 제2공급라인 L3: 회수라인
L4: 혼합라인

Claims (5)

  1. 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크;
    상기 제1액화가스보다 기화점이 높은 제2액화가스를 저장하는 제2저장탱크;
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스를 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도로 가열하는 가열부;
    상기 가열부를 거친 상기 제1액화가스를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 세퍼레이터;
    상기 세퍼레이터로부터 공급받은 상기 기체성분을 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스와 열교환시키는 열교환부;
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 제1액화가스가 상기 가열부, 상기 세퍼레이터, 및 상기 열교환부를 거치도록 마련된 제1공급라인;
    상기 제2저장탱크로부터 공급받은 제2액화가스 증발가스가 상기 열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인; 및
    상기 열교환부를 거친 상기 세퍼레이터로부터 공급받은 상기 기체성분과 상기 열교환부를 거치기 이전의 상기 제2저장탱크로부터 공급된 제2액화가스 증발가스가 혼합되어 엔진 쪽으로 주입되도록, 상기 열교환부 전단의 상기 제2공급라인으로부터 분기되어 상기 열교환부 후단의 상기 제1공급라인과 연결된 혼합라인;을 포함하는 연료가스 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열부를 거친 상기 제1액화가스의 온도를 측정하는 온도센서와,
    상기 측정된 온도 값을 기초로 메탄의 기화점과 에탄의 기화점 사이의 온도를 갖도록 상기 가열부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터를 통해 분리된 액체성분이 상기 열교환부를 거친 상기 제2액화가스와 혼합되어 상기 제2저장탱크에 저장되도록, 상기 세퍼레이터와 상기 제2공급라인을 연결하는 회수라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1액화가스는 액화천연가스이고, 상기 제2액화가스는 액화에탄인 연료가스 공급시스템.
  5. 삭제
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