KR101741756B1 - 재액화 시스템 - Google Patents

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Abstract

재액화 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 재액화 시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축시키는 압축부; 및 저장탱크로부터 공급받은 증발가스와 압축부로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스 간 열교환을 수행하여, 압축된 증발가스에 함유된 오일을 제거하는 오일제거부;를 포함한다.

Description

재액화 시스템{RELIQUEFACTION SYSTEM}
본 발명은 재액화 시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변환시켜 저장 및 운반을 하고 있다.
이러한 액화가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송되며, 선박의 엔진은 액화가스 또는 증발가스(Boiled Off Gas) 등을 연료가스로 공급받아 구동된다. 여기서 증발가스는 저장탱크 내부에 수용된 액화가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 자연증발가스 및 강제적으로 기화하여 발생되는 강제증발가스를 포함한다. 액화가스 또는 증발가스는 압축 및 기화 등의 처리과정을 거쳐 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 공급된다.
한편 최근에는 선박의 추진용 또는 선박의 발전용으로 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진 및 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~400bar)의 분사엔진이 널리 이용되고 있다. 또한 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 개발되어 이용되고 있다.
이러한 선박에는 LNG 증발가스를 재액화하여 저장탱크에 재저장하는 재액화 설비가 마련될 수 있다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2012-0103421호(2012. 09. 19. 공개)는 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축부에서 압축한 후 재액화 장치에서 액화시키고, 이를 고압펌프로 공급하거나 저장탱크에 재저장하는 시스템을 제시한다.
여기서, 다단의 압축기를 포함하는 압축부에서 증발가스를 압축할 경우, 압축을 거친 증발가스에는 압축기의 마모를 방지하기 위해 사용된 오일이 함유될 수 있다. 이러한 오일이 함유된 증발가스가 재액화되어 저장탱크에 저장될 경우, 저장탱크를 오염시킬 수 있다.
한국공개특허 제10-2012-0103421호(2012. 09. 19. 공개)
본 발명의 실시 예는 압축된 증발가스에 함유된 오일을 저장탱크로부터 공급된 증발가스와의 열교환에 의해 효과적으로 제거하고, 오일이 제거된 증발가스에 대한 재액화가 수행되는 재액화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축시키는 압축부; 및 상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스와 상기 압축부로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스 간 열교환을 수행하여, 상기 압축된 증발가스에 함유된 오일을 제거하는 오일제거부;를 포함하는 재액화 시스템이 제공될 수 있다.
상기 오일제거부를 거쳐 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분과 상기 압축부를 거쳐 오일이 함유된 압축된 증발가스 각각에 대해 상기 오일제거부를 거친 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스와의 열교환을 수행하는 열교환부와, 상기 열교환부를 거친 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분을 재액화시키는 재액화부를 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 상기 오일제거부, 상기 열교환부 및 상기 압축부를 거쳐 엔진 쪽으로 공급하는 제1공급라인과, 상기 압축부에 의해 적어도 4단 이상의 압축을 거친 지점으로부터 분기되어, 상기 열교환부 및 상기 오일제거부 쪽으로 상기 압축부로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스를 공급하는 제2공급라인과, 상기 오일제거부에 의해 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분이 상기 열교환부 및 상기 재액화부를 거쳐 상기 저장탱크로 공급되도록 하는 제3공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 오일제거부를 거쳐 상기 오일이 제거된 압축된 증발가스 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 재액화 시스템은 압축된 증발가스에 함유된 오일을 저장탱크로부터 공급된 증발가스와의 열교환에 의해 제거하고, 오일이 제거된 증발가스에 대한 재액화가 수행될 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 의한 재액화 시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 재액화 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 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 구비될 수 있다.
재액화 시스템(100)은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크(10), 저장탱크(10)로부터 공급된 증발가스를 압축시키는 압축부(20), 저장탱크(10)로부터 공급받은 증발가스와 압축부(20)로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스 간 열교환을 수행하여, 압축된 증발가스에 함유된 오일을 제거하는 오일제거부(30), 오일제거부(30)를 거쳐 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분과 압축부(20)를 거쳐 오일이 함유된 압축된 증발가스 각각에 대해 오일제거부(30)를 거친 저장탱크(10)로부터 공급된 증발가스와의 열교환을 수행하는 열교환부(40), 및 열교환부(40)를 거친 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분을 재액화시키는 재액화부(50)를 포함한다.
또, 재액화 시스템(100)은 저장탱크(10)로부터 공급된 증발가스를 오일제거부(30), 열교환부(40) 및 압축부(20)를 거쳐 엔진(E) 쪽으로 공급하는 제1공급라인(L1)과, 압축부(20)에 의해 적어도 4단 이상의 압축을 거친 지점으로부터 분기되어, 열교환부(40) 및 오일제거부(30) 쪽으로 오일이 함유된 압축된 증발가스를 공급하는 제2공급라인(L2)과, 오일제거부(30)에 의해 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분이 열교환부(40) 및 재액화부(50)를 거쳐 저장탱크(10)로 공급되도록 하는 제3공급라인(L3)과, 오일제거부(30)를 거쳐 오일이 제거된 압축된 증발가스의 액체성분을 저장탱크(10) 쪽으로 공급하는 회수라인(L4)을 포함한다. 여기서, 상술한 엔진(E)은 일 예로 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진일 수 있다.
저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 저장탱크(10)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크(10)는 액화가스가 LNG일 경우 내부압력이 1bar를 유지하거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지할 수 있고, 액화상태 유지를 위해 내부온도가 ―163℃도 정도를 유지할 수 있다.
저장탱크(10) 내부에는 송출펌프(12)가 설치되어, 미리 설정된 압력에 따라 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급라인(L5)을 통해 엔진(E) 쪽으로 송출할 수 있다. 공급라인(L5)에 설치된 압력펌프(14)와 기화기(16)는 엔진(E)의 연료가스 공급조건에 맞게 저장탱크(10)로부터 공급라인(L5)을 통해 공급되는 액화가스의 압력, 상태, 온도 등을 변환시킬 수 있다.
압축부(20)는 하나 이상의 압축기(22) 및 압축기(22)에서 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위해 압축기(22)와 교대로 배치된 냉각기(미도시)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 5개의 압축기(22)를 포함하는 압축부(20)를 예로 들어서 설명하지만 이에 한정된 것은 아니다. 압축부(20)에서 후단으로 갈수록 실린더의 피스톤 링이 마모될 위험이 크기 때문에, 피스톤 링의 마모 방지를 위해 후단의 실린더에 오일(Lubrication oil)를 공급하게 된다. 이때, 4단 이상에서 압축된 증발가스를 분기(C1,C2)시키는 경우, 압축된 증발가스에는 오일이 함유될 수 있다.
오일제거부(30)는 저장탱크(10)로부터 공급된 증발가스와 압축부(20)로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스 간 열교환을 수행하여, 착빙(Icing) 현상에 의해 압축된 증발가스에 함유된 오일을 응고시킨다. 이해를 돕기 위해 예를 들어 착빙 현상이 발생한 부분을 도면에 빗금 처리하여 표시하였다.
이때, 압축부(20)로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스는 압축부(20) 및 열교환부(40)를 거친 후 오일제거부(30)에 공급된 것이다. 즉, 해당 오일이 함유된 압축된 증발가스는 오일제거부(30)에 공급되기 이전에 열교환부(40)에서 오일제거부(30)를 거친 저장탱크(10)로부터 공급된 증발가스와 열교환이 이루어진다. 여기서, 오일이 함유된 압축된 증발가스는 열교환부(40)에서 오일이 응고되기 직전까지의 온도로 떨어진 후 오일제거부(30)로 공급되어, 오일제거부(30)에 의해 보다 효과적인 오일 제거가 이루어질 수 있다.
오일제거부(30)에 의해 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분은 제3공급라인(L3)을 통해 열교환부(40)로 공급되고, 액체성분은 회수라인(L4)을 통해 저장탱크(10)로 공급된다. 이와 같이 별도의 오일제거 장치가 없이도 저장탱크로부터 공급된 증발가스와의 열교환에 의해 압축된 증발가스에 함유된 오일이 효과적으로 제거될 수 있다.
열교환부(40)로 공급된 상술한 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분은 오일제거부(30)를 거쳐 열교환부(40)로 공급되는 저장탱크(10)로부터 공급된 증발가스와 열교환이 이루어져 온도가 낮아진다. 열교환부(40)는 예컨대 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger) 등을 포함할 수 있다.
그리고, 열교환부(40)를 거친 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분은 재액화부(50)에 의해 액화된 이후 제3공급라인(L3)을 통해 저장탱크(10)에 저장된다. 재액화부(50)는 예컨대 감압 팽창시키는 줄-톰슨(Joule Thomson) 밸브 및 액체성분과 기체성분으로 유체를 분리시키고, 액체성분만 저장탱크(10)로 공급하는 기액분리기 등을 포함할 수 있다.
따라서, 열교환부(40), 재액화부(50)에 의해 오일이 제거된 증발가스의 기체성분을 효과적으로 재액화시킬 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.
10: 저장탱크 20: 압축부
30: 오일제거부 40: 열교환부
50: 재액화부
L1~L3: 공급라인 L4: 회수라인

Claims (4)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축시키는 압축부;
    상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스와 상기 압축부로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스 간 열교환을 수행하여, 상기 압축된 증발가스에 함유된 오일을 제거하는 오일제거부;
    상기 오일제거부를 거쳐 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분과 상기 압축부를 거쳐 오일이 함유된 압축된 증발가스 각각에 대해 상기 오일제거부를 거친 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스와의 열교환을 수행하는 열교환부; 및
    상기 열교환부를 거친 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분을 재액화시키는 재액화부;를 포함하는 재액화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 상기 오일제거부, 상기 열교환부 및 상기 압축부를 거쳐 엔진 쪽으로 공급하는 제1공급라인과,
    상기 압축부에 의해 적어도 4단 이상의 압축을 거친 지점으로부터 분기되어, 상기 열교환부 및 상기 오일제거부 쪽으로 상기 압축부로부터 공급받은 오일이 함유된 압축된 증발가스를 공급하는 제2공급라인과,
    상기 오일제거부에 의해 오일이 제거된 압축된 증발가스의 기체성분이 상기 열교환부 및 상기 재액화부를 거쳐 상기 저장탱크로 공급되도록 하는 제3공급라인을 더 포함하는 재액화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오일제거부를 거쳐 상기 오일이 제거된 압축된 증발가스 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인을 더 포함하는 재액화 시스템.
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