KR101836558B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 공급받아 해양 부유식 구조물에 추력을 공급하는 저속 2행정 저압가스분사엔진; 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 공급받은 액화가스를 가열하는 열교환기; 에탄을 저장하는 에탄 저장탱크; 상기 에탄 저장탱크에서 발생하는 에탄 증발가스를 재액화시키는 재액화장치; 및 상기 재액화 장치로 냉원을 공급하는 재액화 냉매 장치를 포함하고, 상기 재액화 냉매 장치는, 상기 열교환기로부터 냉원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 해양 부유식 구조물에 저속 2행정 저압가스분사엔진을 통해 에탄 또는 액화가스를 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화하고 에탄 또는 액화가스의 효율적인 압축이 가능해 에너지 사용률을 극대화할 수 있으며, 저속 2행정 저압가스분사엔진은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 추진연료로 사용되는 LNG의 냉열을 에탄을 재액화하기 위한 냉매 사이클에 사용함으로써, 에탄 재액화에 소모되는 에너지를 감소시켜 재액화 사이클의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System Of Liquefied Gas}

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다. 이러한 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.

또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 이러한 증발가스는 액화가스 처리 시스템상에 문제를 일으킬 수 있어 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다. 따라서 최근에는 증발가스를 효율적으로 처리하는 기술로서, 생성된 증발가스를 재액화시켜 엔진에 공급하는 등의 활용방안이 이루어지고 있으나 이러한 활용에도 충분한 증발가스의 소모가 이루어지지 아니하여 효율적인 자원의 활용이 이루어지지 아니한바, 이에 대한 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

선주들은 상기와 같이 LNG를 연료로 하는 MEGI엔진을 사용하여 선박을 추진함으로써, 근래에 실행되고 있는 Nox 배출 규제 및 환경 오염 방지를 탁월하고 효과적으로 대응하여왔다. 다만, MEGI엔진은 엔진 구동 요구 압력이 300bar로 매우 높아 전력소모가 막대하고, 설치 비용이 상당히 많이 요구되며, 시스템의 구성이 복잡하여 설치 면적이 많이 필요하는 문제점이 있었다.

따라서, MEGI엔진을 대체할 수 있는 엔진을 연구하여 저속 2행정 저압분사엔진(2sDF 또는 XDF)이 개발되었으며, 저속 2행정 저압분사엔진을 사용한 연료 공급 시스템의 개발의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

또한, LNG를 추진연료로 사용하는 방법 외에도 최근 미국발 셰일 가스가 대량 생산되면서, 에탄을 추진연료로 하는 시장의 니즈가 반영되고 있으며, 에탄을 추진연료로 하기 위한 수많은 연구 및 개발도 함께 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선박에 저속 2행정 저압분사엔진을 사용하여 연료를 공급하는 시스템을 구성하여 전력사용량을 절감하고 설치공간을 충분히 확보할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 에탄과 LNG를 함께 연료로 사용할 수 있도록하여 증발가스의 효율적인 이용이 가능하고, 추진 연료의 탄력적인 선택이 가능하도록 할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, LNG의 냉열을 에탄을 재액화하는데 사용할 수 있도록 하여 에탄의 낭비를 방지하고 재액화효율을 증대시키기 위한 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 연료 개질기를 구비하여 에탄을 추진연료로 사용할 수 있도록 하여 추진 연료의 탄력적인 선택이 가능하도록 할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 공급받아 해양 부유식 구조물에 추력을 공급하는 저속 2행정 저압가스분사엔진; 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 공급받은 액화가스를 가열하는 열교환기; 에탄을 저장하는 에탄 저장탱크; 상기 에탄 저장탱크에서 발생하는 에탄 증발가스를 재액화시키는 재액화장치; 및 상기 재액화 장치로 냉원을 공급하는 재액화 냉매 장치를 포함하고, 상기 재액화 냉매 장치는, 상기 열교환기로부터 냉원을 공급받는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 재액화 냉매 장치의 냉매는, 상기 열교환기로 공급되는 액화가스와 열교환하고, 상기 재액화 장치로 공급되는 에탄 증발가스와 열교환할 수 있다.

구체적으로, 상기 재액화 냉매 장치는 냉매와 액화가스를 1차로 열교환하고, 냉매와 에탄 증발가스를 2차로 열교환할 수 있다.

구체적으로, 상기 재액화 냉매 장치는, 1차 열교환으로 액화가스는 가열되고 냉매는 냉각되며, 2차 열교환으로 에탄 증발가스는 냉각되고 냉매는 가열될 수 있다.

구체적으로, 상기 열교환기는, 액화가스와 냉매를 열교환시켜, 액화가스는 가열되고, 냉매는 냉각되며, 상기 재액화장치는 에탄 증발가스와 냉매를 열교환시켜, 에탄 증발가스는 냉각되어 재액화되고 냉매는 가열될 수 있다.

구체적으로, 상기 재액화 냉매 장치는, 상기 재액화장치와 열교환하는 제1 냉매; 및 상기 열교환기와 열교환하는 제2 냉매를 포함하고, 상기 제1 냉매는, 상기 제2 냉매로부터 냉원을 공급받아 상기 재액화장치로 냉원을 공급할 수 있다.

구체적으로, 상기 에탄 저장탱크에서 발생된 에탄 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함하고, 상기 증발가스 압축기는, 가압된 에탄 증발가스를 상기 재액화장치로 공급하고, 상기 재액화 장치는, 액화된 에탄 증발가스를 모두 상기 에탄 저장탱크로 공급할 수 있다.

구체적으로, DFDE; 상기 에탄 저장탱크와 상기 재액화장치를 연결하여 상기 에탄 증발가스를 상기 재액화장치로 순환시키고, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 에탄 순환라인; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 저속 2행정 저압가스분사엔진을 연결하고, 상기 펌프, 상기 열교환기를 구비하는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 상기 열교환기와 상기 저속 2행정 저압가스분사엔진 사이에 분기되어 상기 DFDE를 연결하는 액화가스 분기라인; 상기 재액화 냉매 장치와 상기 재액화장치를 연결하여 상기 재액화 냉매 장치의 냉매를 상기 재액화 장치로 순환시키는 재액화 냉매 순환라인; 및 상기 재액화 냉매 장치와 상기 열교환기를 연결하여 상기 재액화 냉매 장치의 냉매를 상기 열교환기로 순환시키는 냉원 순환라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 재액화 냉매 장치는, 상기 재액화 냉매 순환라인과 상기 냉원 순환라인을 연결하여, 상기 열교환기에서 액화가스와 열교환한 냉매를 상기 재액화장치로 공급하여 에탄 증발가스와 열교환시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 에탄 저장탱크 또는 상기 액화가스 저장탱크는, 독립탱크일 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 해양 부유식 구조물에 저속 2행정 저압가스분사엔진을 통해 에탄 또는 액화가스를 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화하고 에탄 또는 액화가스의 효율적인 압축이 가능해 에너지 사용률을 극대화할 수 있으며, 저속 2행정 저압가스분사엔진은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 연료 개질 장치와 혼합기를 구비하여 에탄을 추진연료로 사용할 수 있게 함으로써, 에탄의 효율적인 사용이 가능하게 되고, 추진 연료의 탄력적인 선택이 가능하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 연료 개질 장치를 통해 개질된 메탄가가 높은 에탄을 LNG와 혼합하여 사용함으로써, 연료 개질기의 크기와 무게를 줄일 수 있어 공간의 확보와 설치비용이 절감되는 효과가 있으며, 연료의 메탄가를 향상시켜 엔진의 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 혼합기와 재액화시스템을 추가 구비하여 에탄을 재액화하며 발생한 플래시 가스와 LNG를 섞어 사용함으로써, 에탄의 손실을 최소화하고 메탄가를 효율적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 추진연료로 사용되는 LNG의 냉열을 에탄을 재액화하기 위한 냉매 사이클에 사용함으로써, 에탄 재액화에 소모되는 에너지를 감소시켜 재액화 사이클의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 에탄-액화가스 열교환기를 추가 구비하여 액화가스의 냉열을 회수함으로써, 에탄 증발가스를 재액화 전에 사전 냉각하거나 직접 재액화를 수행할 수 있게되어 재액화 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예를 변경한 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은 에탄 저장탱크(10), 수요처(11), 연료개질장치(12), 강제기화기(13), 증발가스 압축기(14) 및 상분리기(15)를 포함한다.

이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

에탄 저장탱크(10)는, 에탄을 저장하며 복수 개 구비되어 다량의 에탄을 운송하기 위해 에탄을 저장할 수 있다. 에탄 저장탱크(10)는, 에탄을 액체상태로 보관하여야 하므로 압력 탱크 형태 즉, 독립탱크의 형태를 가질 수 있다.

에탄 저장탱크(10)는, 끓는점이 섭씨 영하 89도에 이르는 극저온의 에탄을 액체상태로 저장하기 위해서 단열구조를 구비할 수 있다.

에탄 저장탱크(10)는, 내부에 잠형으로 구비되는 펌프(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 펌프는, 에탄 저장탱크(10)에 저장된 에탄을 후술할 강제기화기(13)로 공급할 수 있으며 원심형으로 구비될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는, 기화에탄 공급라인(20), 액화에탄 공급라인(21), 액화에탄 복귀라인(22) 및 기화에탄 분기라인(23)을 더 포함할 수 있다.

기화에탄 공급라인(20)은, 에탄 저장탱크(10)와 수요처(11)를 연결하여 에탄을 공급할 수 있으며, 후술할 상 분리기(15), 증발가스 압축기(14), 연료 개질 장치(12)를 구비할 수있다.

액화에탄 공급라인(21)은, 에탄 저장탱크(10)와 상 분리기(15)를 연결하며, 후술할 강제기화기(13)를 구비하여 기화된 에탄을 상분리기(15)로 공급할 수 있다.

액화에탄 복귀라인(22)은, 상 분리기(15)와 액화가스 저장탱크(10)를 연결하여 상 분리기(15)에서 기화되지 않은 에탄을 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.

기화에탄 분기라인(23)은, 연료 개질 장치(12)와 후술할 DFDE(112)를 연결하며, 연료 개질 장치(12)로부터 개질된 에탄 증발가스를 DFDE(112)로 공급할 수 있다.

이때, 기화에탄 공급라인(20), 액화에탄 공급라인(21), 액화에탄 복귀라인(22) 및 기화에탄 분기라인(23)에는 각각 기화에탄 공급밸브, 액화에탄 공급밸브, 액화에탄 복귀밸브 및 기화에탄 분기밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 각각의 밸브들의 개도 조절에 따라 에탄 증발가스 또는 액화에탄의 공급량이 조절될 수 있다.

수요처(11)는, 에탄 저장탱크(10)에 저장된 에탄을 공급받아 연료로 사용하여 구동된다. 즉, 수요처(11)는, 에탄을 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동되는 모든 장치 및 기구가 포함될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서 수요처(11)는 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111), 이종연료엔진(DFDE; 112), 가스연소장치(도시하지 않음)일 수 있다.

저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은, 에탄 저장탱크(10)로부터 에탄을 공급받아 해양 부유식 구조물(도시하지 않음)에 추력을 공급한다. 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은, 에탄가스, 액화가스, 증발가스 또는 오일 등의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서, 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 해양 부유식 구조물이 전진 또는 후진할 수 있다.

본 발명의 실시예에서의 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은, 바르질라(wartsila)사에서 개발한 2s DF 엔진(XDF 엔진)일 수 있으며, 오토 사이클(Otto cycle)에 따라 구동될 수 있다.

즉, 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은, 실린더에 공급된 공기-연료 혼합기를 먼저 상사점까지 압축하고, 압축 상사점에서 외부로부터 점화연료(Pilot Fuel)에 의해 점화가 이루어지는 순간에 공기-연료 혼합기가 모두 완전 연소되도록 하여 폭발적인 동력을 발생시키도록 한다. 이때, 공기-연료 혼합 질량비는, 14.7:1보다 적은 희박 상태일 수 있어 린번(Lean burn) 엔진의 형태일 수 있다.

이때 점화 연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 1:99 정도로 매우 소량만으로도 점화가 가능하다.

저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은 8bar 내지 20bar(바람직하게는 10bar)의 액화가스를 공급받아 동력을 발생시킬 수 있으며, 공급되는 에탄의 상태는 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)이 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

보통 대형 선박(도시하지 않음)에서는 MEGI 엔진(도시하지 않음)을 통해 추력을 발생시키고 있으나, 본 발명의 실시예에서는 해양 부유식 구조물의 추력을 발생시키는 기관으로 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)을 사용함으로써 많은 이점이 창출된다.

MEGI 엔진은, 구동시키기 위해 필요한 공급연료의 압력이 약 200bar 내지 300bar인 고압이 필요하여, 구동하기 위한 소모 전력이 약 210KW 내지 220KW(약 215KW) 정도로 상당히 많은 전력이 필요한 문제점이 있다.

이에 반해, 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은, 구동시키기 위해 필요한 공급연료의 압력이 8bar 내지 20bar(바람직하게는 10bar)인 저압으로, 구동하기 위한 소모 전력이 약 13KW 내지 17KW(약 15KW) 정도로 MEGI 엔진에 비해 많은 전력을 저감할 수 있는 효과가 있다.

또한, MEGI 엔진은 구동압력이 상당히 높아 MEGI 엔진이 필요로 하는 압력을 생성하기 위해서 그에 수반하는 가스 공급 시스템(도시하지 않음)이 매우 복잡하고 많은 공간을 차지하는 문제점이 있다.

저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)은, 구동압력이 저압으로 낮아 연료공급시스템이 매우 간단하고 차지하는 공간이 적은 이점이 있다.

이종연료엔진(DFDE; 112)은, 발전 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 이종연료엔진(112)은 에탄과 연료유(Fuel Oil)가 혼합되어 공급되지 않고 액화가스 또는 연료유(오일)가 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 엔진의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

가스연소장치는, 잉여 에탄 증발가스를 소모하기 위해 에탄 증발가스를 연소시키는 장치를 말한다. 이는 기 공지된 장치로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

연료개질장치(12)는, 에탄 증발가스의 메탄가를 높인다. 구체적으로, 연료개질장치(12)는, 후술할 증발가스 제1 압축기(141)로부터 에탄 증발가스를 공급받아, 에탄 증발가스를 개질시켜 MN 80 내지 MN 90(바람직하게는 MN 85)으로 메탄가를 높일 수 있다.

연료 개질 장치(12)는, 기화에탄 공급라인(20) 상에 구비되어 증발가스 제1 압축기(141)로부터 가압된 에탄 증발가스를 공급받아 개질시켜 메탄가를 높인 후, DFDE(112) 또는 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)으로 개질된 에탄 증발가스를 공급할 수 있다.

여기서 연료 개질 장치(12)는, 증발가스 제1 압축기(141)로부터 5bar 내지 10bar(바람직하게는 8bar)로 가압된 에탄 증발가스를 공급받아 개질시킬 수 있고, 개질된 에탄 증발가스를 증발가스 제2 압축기(142)로 공급하여, 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)이 12 내지 20bar(바람직하게는 15bar)로 가압된 개질 에탄 증발가스를 사용하도록 할 수 있다.

보통 종래에는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 추력연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식을 사용하여 왔다. LNG는 가격이 저렴하고 그 매장량이 풍부하며 환경오염을 일으키지 않아 추진연료로 각광받아왔다. 이에 반해 에탄은 생성하기 위해 추가비용이 들며 그 생산량이 많지 않아 가격이 고가인 문제점이 있어 추진연료로는 사용되지 않았었다.

이러한 종래의 상황과 달리 근래에는, 기술적인 제약에 의해 개발하지 못하였던 셰일가스가 과학의 발전으로 활발히 개발 및 생산되고 있으며, 이러한 셰일 가스에는 에탄이 가장 많은 비중을 차지하고 있어, 셰일 가스의 대량 생산에 의해 에탄의 생산량이 급증하고 있다.

따라서, 이러한 에탄을 운송하기 위한 에탄 운반선의 수요가 급증함에 따라 에탄의 가격 경쟁력이 커져 에탄을 추진연료로 사용하려는 시도가 대두되고 있으며, 에탄을 연료로 하는 추진엔진도 상용화되고, 이러한 시류에 의해 본 출원인은 에탄을 추진연료로 사용하기 위한 시스템을 개발하였다.

다만, 에탄은 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)에 사용하는 경우 메탄가가 낮아 구동 상의 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료 개질 장치(12)를 추가 구비하여 에탄의 메탄가를 높여 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)에 공급함으로써, 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)이 연료로 에탄을 사용함에도 충분한 출력을 발생시킬 수 있도록 하고 있다.

이를 통해 본 발명의 실시예에서는, 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)이 에탄을 연료로서 사용이 가능하게 되도록 함으로써, 연료 선택의 탄력성이 증가하고, 구동소모전력을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 구동신뢰성이 극대화되고, 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

강제기화기(13)는, 에탄 저장탱크(10)에 저장된 에탄을 강제로 기화시킨다. 구체적으로, 강제기화기(13)는, 액화에탄 공급라인(21) 상에 구비되어 에탄 저장탱크(10)에 구비되는 펌프로부터 액체상태의 에탄을 공급받아 강제로 기화시킨 후 후술할 상분리기(15)로 공급할 수 있다.

강제기화기(13)는, 액화된 에탄을 기화시킬 수 있으며, 수요처(11)가 필요로 하는 에탄 증발가스량이 수요처(11)가 정상적으로 소비하는 에탄 증발가스량보다 부족한 경우 또는 수요처(11)가 필요로 하는 에탄 증발가스량이 수요처(11)가 정상적으로 소비하는 에탄 증발가스량보다 증가하는 경우, 추가적으로 액화된 에탄을 기화시켜 수요처(11)로 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(14)는, 에탄 저장탱크(10)에서 발생된 에탄 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 증발가스 압축기(14)는, 기화에탄 공급라인(20) 상에 구비되어 후술할 상 분리기(15)로부터 기화된 에탄 증발가스를 공급받아 가압할 수 있다.

증발가스 압축기(14)는, 기화된 에탄가스를 저압으로 가압하여 연료 개질 장치(12)로 공급하는 증발가스 제1 압축기(141) 및 개질된 에탄 증발가스를 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)이 요구하는 압력으로 가압하여 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)으로 공급하는 증발가스 제2 압축기(142)를 포함할 수 있다.

증발가스 제1 압축기(141)는, 기화에탄 공급라인(20) 상에 상 분리기(15)와 연료 개질 장치(12) 사이에 구비되며, 상분리기(15)로부터 공급받은 기화된 에탄 가스를 5bar 내지 10bar(바람직하게는 8bar)로 가압하여 연료 개질 장치(12)로 공급할 수 있다.

증발가스 제2 압축기(142)는, 기화에탄 공급라인(20) 상에 연료 개질 장치(12)와 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111) 사이에 구비되며, 연료 개질 장치(12)로부터 공급받은 개질된 에탄 증발가스를 12bar 내지 20bar(바람직하게는 15bar)로 추가 가압하여 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)으로 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(14)는, 증발가스 제1 압축기(141)와 증발가스 제2 압축기(142)로 분리하여, 증발가스 제1 압축기(141)와 증발가스 제2 압축기(142) 사이에 연료 개질 장치(12)를 구비하게 하고, 연료 개질 장치(12)에 의해 DFDE(112) 또는 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)으로 개질된 에탄 증발가스를 공급하도록 함으로써, DFDE(112) 뿐만 아니라 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)에서도 사용가능하게 하여 에탄 증발가스를 효과적으로 사용할 수 있고, 에탄 증발가스의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

상 분리기(15)는, 강제기화기(13)에서 공급되는 기화된 에탄의 상을 분리한다. 구체적으로, 상분리기(15)는, 기화에탄 공급라인(20) 상에 에탄 저장탱크(10)와 증발가스 제1 압축기(141) 사이에 구비되어 에탄 저장탱크(10)로부터 발생하는 에탄 증발가스를 그리고, 액화에탄 공급라인(21)에 의해 강제기화기(13)와 연결되어 강제기화기(13)로부터 기화된 에탄가스를 공급받아 에탄 가스의 상을 기상 또는 액상으로 분리할 수 있으며, 기화된 에탄 가스는 증발가스 제1 압축기(141)로 공급하고, 기화되지 못한 에탄 가스 즉, 액상의 에탄가스는 에탄 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.

이때, 상 분리기(15)는, 액화에탄 복귀라인(22)에 의해 에탄 저장탱크(10)와 연결되어 액화에탄 복귀라인(22)을 통해 액상의 에탄가스를 에탄 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 해양 부유식 구조물에 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)을 통해 에탄을 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화할 수 있는 효과가 있고, 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 연료 개질 장치(12)를 구비하여 에탄을 추진연료로 사용할 수 있게 함으로써, 에탄의 효율적인 사용이 가능하게 되고, 추진 연료의 탄력적인 선택이 가능하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은 에탄 저장탱크(10), 수요처(11), 연료개질장치(12), 강제기화기(13), 증발가스 압축기(14), 상 분리기(15), 혼합기(16), 액화가스 저장탱크(30), 펌프(31), 액화가스 열교환기(32)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에서 혼합기(16), 액화가스 저장탱크(30), 펌프(31), 액화가스 열교환기(32)를 제외한 각 구성은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 액화가스 공급라인(24)을 더 포함할 수 있다.

액화가스 공급라인(24)은, 액화가스 저장탱크(10)와 DFDE(112)를 연결하며 펌프(31), 액화가스 열교환기(32) 및 후술할 혼합기(16)를 구비할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 액화가스 공급라인(24)과 기화에탄 공급라인(20)이 혼합기(16)에서 교차되어 각각 DFDE(112)와 저속 2행정 저압가스 분사엔진(111)을 연결하나 이는 편의상 도시한 것으로, DFDE(112) 또는 저압 2행정 저압가스 분사엔진(111)과 연결되는 혼합기(16) 하류의 액화가스 공급라인(24)과 기화에탄 공급라인(20)에는, 에탄과 액화가스의 혼합물이 유동되거나, 에탄만이 도는 액화가스만이 각각 유동될 수 있다.

이때, 액화가스 공급라인(24)에는 액화가스 공급밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 액화가스 공급밸브들의 개도 조절에 따라 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서는, 본 발명의 제1 실시예와 달리, 기화에탄 공급라인(20)에 혼합기(16)가 추가 구비될 수 있으며, 수요처(11)는 에탄과 LNG가 혼합된 연료를 사용할 수 있고, DFDE(112) 또는 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)으로의 선택적 공급은 연료 개질 장치(12)가 아닌 혼합기(16)에서 이루어질 수 있다.

혼합기(16)는, 연료 개질 장치(12)에서 개질된 에탄 증발가스와 액화가스 저장탱크(30)에서 공급되는 액화가스를 혼합한다.

구체적으로, 혼합기(16)는, 기화에탄 공급라인(20)과 액화가스 공급라인(24)이 교차하는 위치인 기화에탄 공급라인(20) 상의 연료 개질 장치(12)와 증발가스 제2 압축기(142) 사이 및 액화가스 공급라인(24) 상의 액화가스 열교환기(32)와 DFDE(112) 사이에 구비되어, 액화가스 열교환기(32)로부터 기화된 액화가스, 연료 개질 장치(12)로부터 개질된 에탄 증발가스를 공급받아, 기화된 액화가스와 개질된 에탄 증발가스를 혼합할 수 있다.

혼합기(16)는, 기화된 액화가스와 개질된 에탄 증발가스를 혼합하여 DFDE(112)로 공급하거나, 증발가스 제2 압축기(142)로 공급하여 8bar 내지 20bar로 추가 가압한 후 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)에서 혼합된 연료를 사용할 수 있도록 할 수 있다.

이를 통해 본 발명의 제2 실시예에서는, 기화된 액화가스와 개질된 에탄 증발가스를 혼합하여 수요처(11)에 공급함으로써, 연료의 메탄가를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 수요처(11)의 구동효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서는, 혼합기(16)에서 DFDE(112) 또는 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)으로 선택적인 연료의 공급이 가능하게되어, 연료의 효율적인 사용이 가능하게 되는 효과가 있고, 이를 통해서 해양 부유식 구조물의 에너지 사용이 최적화될 수 있는 효과가 있다.

혼합기(16)는, 기화된 액화가스와 개질된 에탄 증발가스를 메탄가가 MN 80 내지 MN 90(바람직하게는 MN 85)정도가 될 때까지 혼합할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에서는, 연료 개질 장치(12)에서뿐만 아니라 혼합기(16)에서도 연료의 메탄가를 높일 수 있어 연료 개질 장치(12)가 처리할 수 있는 능력을 감소시킬 수 있게되어, 연료 개질 장치(12)의 크기 및 무게를 효과적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

액화가스 저장탱크(30)는, 액화가스를 저장하며 액화가스는 액화천연가스 즉, LNG일 수 있다. 액화가스 저장탱크(30)는, 액화가스를 액체 상태로 보관하기 위해 압력탱크 형태를 가질 수 있다. 즉, 액화가스 저장탱크(30)는, 독립탱크 형태일 수 있다.

액화가스 저장탱크(30)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.

내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때, 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 1bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 다라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때, 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 액화가스 저장탱크(30)는, 일반적인 탱크와 비교할 때, 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제2 실시예에는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 사이에 구비하는 압력 탱크형 액화가스 저장탱크(30)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 액화가스 저장탱크(30)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

펌프(31)는, 액화가스 공급라인(24) 상에 마련되어 액화가스 저장탱크(30)의 액화가스를 가압할 수 있다. 이때, 펌프(31)는, 액화가스 저장탱크(30)의 내부에 구비될 수 있으며 잠형의 형태일 수 있다.

구체적으로, 펌프(31)는, 액화가스 공급라인(24) 상에 액화가스 저장탱크(30)와 후술할 액화가스 열교환기(32) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(30)에 저장된 액화가스를 가압하여 액화가스 열교환기(32)로 공급할 수 있다.

펌프(31)는, 액화가스 열교환기(32)에 충분한 양의 액화가스를 공급하도록 할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(30)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있다. 펌프(31)를 거친 액화가스는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있으며, 바람직하게는 10bar로 가압될 수 있다.

펌프(31)는, 액화가스 저장탱크(30)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 펌프(31)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다. 따라서, 펌프(31)는, 가압된 액화가스를 액화가스 열교환기(32)로 공급하여 액화가스를 기화시키도록 할 수 있다.

액화가스 열교환기(32)는, 펌프(31)로부터 가압된 액화가스를 가열하여 기화시킬 수 있다. 구체적으로, 액화가스 열교환기(32)는, 액화가스 공급라인(24) 상에 펌프(31)와 혼합기(16) 사이에 구비되어, 펌프(31)로부터 가압된 액화가스를 공급받아 혼합기(16)로 공급할 수 있다.

액화가스 열교환기(32)는, 펌프(31)에서 가압된 액화가스의 압력을 그대로 유지하여 액화가스를 기화시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 해양 부유식 구조물(도시하지 않음)에 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)을 통해 에탄 또는 액화가스를 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화하고 에탄 또는 액화가스의 효율적인 압축이 가능해 에너지 사용률을 극대화할 수 있으며, 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 연료 개질 장치(12)와 혼합기(16)를 통해 개질된 메탄가가 높은 에탄을 LNG와 혼합하여 사용함으로써, 연료 개질 장치(12)의 크기와 무게를 줄일 수 있어 공간의 확보와 설치비용이 절감되는 효과가 있으며, 연료의 메탄가를 향상시켜 엔진의 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은 에탄 저장탱크(10), 수요처(11), 증발가스 압축기(14), 혼합기(16), 재액화 장치(17), 액화가스 저장탱크(30), 펌프(31), 액화가스 열교환기(32)를 포함한다.

본 발명의 제3 실시예에서 증발가스 압축기(14), 혼합기(16), 재액화 장치(17)를 제외한 각 구성은, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1,2)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

본 발명의 제3 실시예에서는, 에탄 순환라인(20a)을 더 포함할 수 있다.

에탄 순환라인(20a)은, 에탄 저장탱크(10)와 후술할 재액화 장치(17)를 연결하여 에탄 저장탱크(10)에서 발생되는 에탄 증발가스를 재액화 장치(17)로 공급하고, 재액화장치(17)에서 재액화된 에탄 증발가스를 에탄 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있고, 증발가스 압축기(14)를 구비할 수 있다.

이때, 에탄 순환라인(20a)에는 에탄 순환밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 에탄 순환밸브들의 개도 조절에 따라 에탄 증발가스 또는 재액화된 에탄 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에서 기화에탄 공급라인(20)은, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서와 달리, 에탄 순환라인(20a) 상의 에탄 저장탱크(10)와 재액화장치(17) 사이에서 분기되어 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)과 연결되며, 혼합기(16)를 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에서는, 액화가스 공급라인(24) 상에 혼합기(16)와 DFDE(112) 사이에 구비되며, 혼합기(16)로부터 공급되는 혼합된 연료의 압력을 DFDE(112)가 필요로 하는 압력으로 조절하는 액화가스 제어밸브(241)를 더 포함할 수 있다.

액화가스 제어밸브(241)는, 유량제어 또는 압력제어의 형태를 취할 수 있다.

증발가스 압축기(14)는, 에탄 순환라인(20a) 상에 에탄 저장탱크(10)와 재액화 장치(17) 사이에 구비되어 에탄 증발가스를 가압할 수 있다. 구체적으로, 증발가스 압축기(14)는, 에탄 증발가스를 재액화 장치(17)가 효과적으로 재액화할 수 있도록, 재액화 장치(17)가 필요로 하는 압력으로 에탄 증발가스를 가압할 수 있다.

혼합기(16)는, 재액화 장치(17)에서 발생되는 플래시 가스와 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 액화가스를 혼합하여 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)으로 혼합된 연료를 공급한다.

구체적으로, 혼합기(16)는, 액화가스 공급라인(24) 상의 액화가스 열교환기(32)와 DFDE(112) 사이에 구비됨과 동시에 에탄 순환라인(20a)으로부터 분기되는 기화에탄 공급라인(20)과 연결되어, 재액화 장치(17)에서 발생되는 플래시 가스와 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 액화가스를 혼합할 수 있다.

혼합기(16)는, 재액화장치(17)에서 발생되는 플래시가스와 액화가스 저장탱크(30)에서 공급되는 액화가스의 메탄가를 MN 80 내지 MN 90이 될 때까지 혼합할 수 있으며, 혼합된 연료를 DFDE(112) 또는 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)으로 선택적인 공급을 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에서 혼합기(16)는, 재액화 장치(17)에서 발생되는 플래시 가스를 액화가스와 혼합하여 수요처(11)에 공급함으로써, 연료 개질 장치없이도 에탄의 메탄가를 증가시켜 사용할 수 있는 효과가 있으며, 이를 통해 에탄의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 에탄의 플래시가스와 LNG를 혼합하여 사용함으로써, 연료의 메탄가가 증가하게되어 수요처(11)의 구동 효율이 증대되는 효과가 있게 되어 해양 부유식 구조물의 에너지 사용을 효율적으로 할 수 있다.

재액화 장치(17)는, 에탄 저장탱크(10)에서 발생하는 에탄 증발가스를 재액화시킨다. 구체적으로, 재액화 장치(17)는, 에탄 순환라인(20a) 상에 증발가스 압축기(14)와 에탄 저장탱크(10) 사이에 구비되며, 증발가스 압축기(14)로부터 가압된 에탄 증발가스를 공급받아 재액화시킨 후, 재액화된 에탄 증발가스를 에탄 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.

재액화 장치(17)는, 재액화된 에탄 증발가스는 전량 에탄 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있으며, 재액화하면서 발생되는 플래시가스는, 혼합기(16)로 공급할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 해양 부유식 구조물에 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)을 통해 에탄 또는 액화가스를 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화하고 에탄 또는 액화가스의 효율적인 압축이 가능해 에너지 사용률을 극대화할 수 있으며, 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 혼합기(16)와 재액화 장치(17)를 추가 구비하여 에탄을 재액화하며 발생한 플래시 가스와 LNG를 섞어 사용함으로써, 에탄의 손실을 최소화하고 메탄가를 효율적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은 에탄 저장탱크(10), 수요처(11), 증발가스 압축기(14), 재액화 장치(17), 재액화 냉매 장치(171), 액화가스 저장탱크(30), 펌프(31), 액화가스 열교환기(32)를 포함한다.

본 발명의 제4 실시예에서 재액화 장치(17), 재액화 냉매 장치(171) 및 액화가스 열교환기(32)를 제외한 각 구성은, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1~3)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

본 발명의 제4 실시예에서는, 액화가스 분기라인(24a)을 더 포함할 수 있다.

액화가스 분기라인(24a)은, 액화가스 공급라인(24) 상에 액화가스 열교환기(32)와 저속 2행정 저압가스분사엔진(111) 사이에서 분기되어 DFDE(112)를 연결하여 DFDE(112)로 액화가스를 공급할 수 있다.

액화가스 분기라인(24a)은, 액화가스 분기라인(24a) 상에 액화가스 열교환기(32)와 DFDE(112) 사이에 구비되며, 액화가스 열교환기(32)로부터 공급되는 혼합된 연료의 압력을 DFDE(112)가 필요로 하는 압력으로 조절하는 액화가스 제어밸브(241)를 더 포함할 수 있다.

액화가스 제어밸브(241)는, 유량제어 또는 압력제어의 형태를 취할 수 있다.

재액화 장치(17)는, 에탄 저장탱크(10)에서 발생하는 에탄 증발가스를 재액화한다. 재액화 장치(17)는, 후술할 재액화 냉매 장치(171)와 연결되어 냉원을 공급받을 수 있으며, 이는 에탄 증발가스와 재액화 냉매 장치(171)의 냉매의 열교환으로 에탄 증발가스는 냉각되고 재액화 냉매 장치(171)의 냉매는 가열됨으로써 이루어질 수 있다.

재액화 장치(17)가 냉원을 공급받는 매커니즘에 대해서는 재액화 냉매 장치(171)에서 후술하도록 한다.

재액화 냉매 장치(171)는, 재액화 장치(17)와 연결되어 재액화 장치(17)로 냉원을 공급하고, 액화가스 열교환기(32)와도 연결되어 액화가스 열교환기(32)로부터 냉원을 공급받는다.

즉, 재액화 냉매 장치(171)는, 재액화 장치(17) 및 액화가스 열교환기(32)와 연결되어, 재액화 장치(17)는, 액화가스 열교환기(32)에 공급되는 액화가스로부터 냉원을 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 통해 간접적으로 공급받고, 액화가스 열교환기(32)는, 재액화 장치(17)로 공급되는 에탄 증발가스로부터 열원을 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 통해 간접적으로 공급받을 수 있다.

여기서 재액화 냉매 장치(171)의 냉매는, 액화가스와 1차적으로 열교환한 후, 에탄 증발가스와 2차적으로 열교환할 수 있다. 액화가스와 재액화 냉매 장치(171)의 냉매의 열교환으로 액화가스는 가열되고 냉매는 냉각되며, 에탄 증발가스와 재액화 냉매 장치(171)의 냉매의 열교환으로 증발가스는 냉각되고 냉매는 가열될 수 있다.

재액화 냉매 장치(171)는, 재액화 장치(17)와 연결되어 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 재액화 장치(17)로 순환시키는 재액화 냉매 순환라인(25) 및 액화가스 열교환기(32)와 연결되어 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 액화가스 열교환기(32)로 순환시키는 냉원 순환라인(26)을 포함할 수 있다.

재액화 냉매 순환라인(25)은, 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 재액화 장치(17)에서 재액화 냉매 장치(171)로 복귀시키는 재액화 냉매 복귀라인(251) 및 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 재액화 장치(17)로 공급하는 재액화 냉매 공급라인(252)을 포함할 수 있다.

냉원 순환라인(26)은, 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 액화가스 열교환기(32)로 공급하는 냉원 공급라인(261) 및 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 액화가스 열교환기(32)에서 재액화 냉매 장치(171)로 복귀시키는 냉원 복귀라인(262)을 포함할 수 있다.

재액화 냉매 장치(171)는, 재액화 냉매 순환라인(25)을 통해 재액화 장치(17)와 재액화 냉매 장치(171)를 순환하는 제1 냉매; 및 냉원 순환라인(26)을 통해 액화가스 열교환기(32)와 재액화 냉매장치(171)를 순환하는 제2 냉매를 구비하여 두 개의 냉매의 추가 열교환으로 재액화 장치(17)로의 냉원공급 매커니즘을 수행할 수 있으며, 재액화 냉매 순환라인(25)과 냉원 순환라인(26)을 연결하여 하나의 냉매로 재액화 장치(17)로의 냉원공급 매커니즘을 수행할 수도 있다.

여기서 제1 냉매와 제2 냉매의 추가 열교환은, 제1 냉매가 제2 냉매로부터 냉원을 공급받는 것 또는 제2 냉매가 제1 냉매로부터 열원을 공급받는 것을 나타낸다.

이하에서는 재액화 냉매 장치(171)와 재액화 장치(17) 및 액화가스 열교환기(32)와의 열교환 매커니즘에 대해서 상세하게 기술하도록 한다. 다만, 본 기술에는 재액화 장치(17)와 액화가스 열교환기(32)가 상호보완적 관계를 형성하므로 기술의 편의를 위해서 재액화 장치(17)의 효율 향상의 관점에서 기술하도록 한다.

재액화 냉매 장치(171)가 두 개의 냉매로 열교환 매커니즘을 수행하는 경우, 재액화 냉매 장치(171)의 제2 냉매가 냉원 공급라인(261)을 통해 액화가스 열교환기(32)로 공급되어 액화가스와 열교환하고,(제2 냉매는 냉각되고, 액화가스는 가열되어 기화됨) 열교환된 제2 냉매는 냉원 복귀라인(262)을 통해 재액화 냉매 장치(171)로 복귀하여 제1 냉매와 열교환한다.(제2 냉매는 가열되고 제1 냉매는 냉각됨)

제2 냉매와 열교환한 제1 냉매는 재액화 냉매 공급라인(252)을 통해 재액화 장치(17)로 공급되어 에탄 증발가스와 열교환하고,(제1 냉매는 가열되고, 에탄 증발가스는 냉각되어 재액화됨) 열교환된 제1 냉매는 재액화 냉매 복귀라인(251)을 통해 재액화 냉매 장치(171)로 복귀하여 제2 냉매와 다시 열교환한다.(제1 냉매는 냉각되고 제2 냉매는 가열됨)

재액화 냉매 장치(171)가 하나의 냉매로 열교환 매커니즘을 수행하는 경우, 재액화 냉매 장치(171)의 냉매가 냉원 공급라인(261)을 통해 액화가스 열교환기(32)로 공급되어 액화가스와 열교환하고,(냉매는 냉각되고, 액화가스는 가열되어 기화됨) 열교환된 냉매는 냉원 복귀라인(262)을 통해 재액화 냉매 장치(171)로 복귀하여 냉원 복귀라인(262)과 연결된 재액화 냉매 공급라인(252)을 통해 재액화 장치(17)로 바로 공급된다.

냉매는 재액화 냉매 공급라인(252)을 통해 재액화 장치(17)로 공급되어 에탄 증발가스와 열교환하고,(냉매는 가열되고, 에탄 증발가스는 냉각되어 재액화됨) 열교환된 냉매는 재액화 냉매 복귀라인(251)을 통해 재액화 냉매 장치(171)로 복귀하여 재액화 냉매 복귀라인(251)과 연결된 냉원 공급라인(261)을 통해 액화가스 열교환기(32)로 바로 공급된다.(액화가스 열교환기(32)로 공급된 냉매는 액화가스와 열교환을 반복 수행)

이와 같이 재액화 장치(17)는, 액화가스의 냉열을 회수하여 재액화 효율이 향상되는 효과가 있으며, 액화가스 열교환기(32)는, 에탄 증발가스의 열을 회수하여 열교환 효율이 향상되는 효과가 있게 되어 재액화 장치(17)와 액화가스 열교환기(32)를 구동하는데 필요한 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

즉, 재액화 장치(17)와 액화가스 열교환기(32)는 서로 냉원과 열원을 교환하여 상호보완적 관계를 형성하게 되는 효과가 있다.

액화가스 열교환기(32)는, 펌프(31)로부터 공급받은 액화가스를 가열하여 수요처(11)로 공급한다. 액화가스 열교환기(32)는, 액화가스를 가열하는데 필요한 열원을 재액화 냉매 장치(171)로부터 공급받을 수 있다.

액화가스 열교환기(32)는, 재액화 냉매 장치(171)와 연결되어 액화가스와 재액화 냉매 장치(171)의 냉매를 열교환시키며, 액화가스는 가열되고, 냉매는 냉각되도록 할 수 있다. 액화가스 열교환기(32)와 재액화 냉매 장치(171)간의 냉원 또는 열원 교환 매커니즘은 상기 재액화 냉매 장치(171)에서 기술한 내용에 갈음하도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은, 해양 부유식 구조물에 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)을 통해 에탄 또는 액화가스를 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화하고 에탄 또는 액화가스의 효율적인 압축이 가능해 에너지 사용률을 극대화할 수 있으며, 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은, 추진연료로 사용되는 LNG의 냉열을 에탄을 재액화하기 위한 냉매 사이클에 사용함으로써, 에탄 재액화에 소모되는 에너지를 감소시켜 재액화 사이클의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이고, 도 6은 본 발명의 제5 실시예를 변경한 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제5 실시예 및 제5 실시예의 변경예에 따른 액화가스 처리 시스템(5a,5b)은 에탄 저장탱크(10), 수요처(11), 증발가스 압축기(14), 재액화 장치(17), 액화가스 저장탱크(30), 펌프(31), 액화가스 열교환기(32) 및 에탄-액화가스 열교환기(33)를 포함한다.

본 발명의 제5 실시예 및 제5 실시예의 변경예에서, 에탄-액화가스 열교환기(33)를 제외한 각 구성은, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1~4)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

본 발명의 제5 실시예의 변경예에서는, 액화에탄 분기라인(20b)을 더 포함할 수 있다.

액화에탄 분기라인(20b)은, 에탄 순환라인(20a) 상의 증발가스 압축기(14)와 재액화 장치(17) 사이에 분기되어, 에탄 순환라인(20a) 상의 재액화 장치(17)와 에탄 저장탱크(10) 사이에 연결되고, 에탄-액화가스 열교환기(33)를 구비할 수 있다.

이때, 액화에탄 분기라인(20b)에는 액화에탄 분기밸브(도시하지 않음)가 설치되어,액화에탄 분기밸브의 개도 조절에 따라 에탄 증발가스 또는 액화에탄의 공급량이 조절될 수 있다.

에탄-액화가스 열교환기(33)는, 에탄 저장탱크(10)로부터 공급되는 에탄 증발가스와 액화가스 저장탱크(30)로부터 공급되는 액화가스를 열교환한다.

구체적으로, 에탄-액화가스 열교환기(33)는, 액화가스 공급라인(24) 상에 펌프(31)와 액화가스 열교환기(32) 사이에 구비되어 에탄 증발가스와 액화가스를 열교환시킬 수 있다. 에탄 증발가스와 액화가스의 열교환으로 에탄은 액화가스에 의해 냉각되고, 액화가스는 에탄 증발가스에 의해 가열되어, 액화가스의 냉열을 에탄 증발가스가 회수하고, 에탄 증발가스의 열을 액화가스가 회수하도록 할 수 있다.

도 5를 참고하여 보면, 본 발명의 제5 실시예에서의 에탄-액화가스 열교환기(33)는, 에탄 순환라인(20a)에 직접 연결되어 에탄 증발가스와 액화가스를 열교환시킨 후, 에탄 증발가스는 예냉시켜 재액화 장치(17)로 공급하고, 액화가스는 예열시켜 액화가스 열교환기(32)로 공급할 수 있다.

이 경우, 에탄-액화가스 열교환기(33)는 재액화 장치(17)의 재액화 전 에탄 증발가스를 예냉하는 예냉기의 역할과, 액화가스 열교환기(32)의 기화 전 액화가스를 예열하는 예열기의 역할을 동시에 수행할 수 있다.

도 6을 참고하여 보면, 본 발명의 제5 실시예의 변경예에서 에탄-액화가스 열교환기(33)는, 액화에탄 분기라인(20b) 상에 구비되어, 에탄 증발가스와 액화가스를 열교환시킨 후 에탄 증발가스는 재액화시켜 에탄 저장탱크(10)로 공급하고, 액화가스는 예열시켜 액화가스 열교환기(32)로 공급할 수 있다.

이 경우, 에탄-액화가스 열교환기(33)는, 재액화 장치(17)의 재액화역할을 동일하게 수행하여 재액화의 역할을 하며, 액화가스 열교환기(32)의 기화 전 액화가스를 예열하는 예열기의 역할도 할 수 있어, 재액화와 예열기의 역할을 동시에 수행할 수 있다.

제5 실시예의 변경예에서의 에탄-액화가스 열교환기(33)는 제5 실시예에서의 에탄-액화가스 열교환기(33)보다 액화가스를 더 많이 공급받아 재액화에 필요한 냉원을 충분히 공급받을 수 있다.

본 발명의 제5 실시예의 변경예에 따른 액화가스 처리 시스템(5b)에서는, 상분리기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

상분리기는 에탄-액화가스 열교환기(33)와 에탄 저장탱크(10) 사이에 구비되며, 에탄-액화가스 열교환기(33)로부터 재액화된 에탄 증발가스를 공급받아 상을 분리하고, 재액화된 에탄 증발가스는 에탄 저장탱크(10)로 공급하고, 재액화되지 못한 에탄 증발가스는, 재액화 장치(17)로 복귀시킬 수 있다.

본 발명의 제5 실시예 및 제5 실시예의 변경예에 따른 액화가스 처리 시스템(5a,5b)에서는, 에탄-액화가스 열교환기(33)를 구비함으로써, 액화가스의 냉열을 회수하여 재액화 효율이 향상되는 효과가 있으며, 에탄 증발가스의 열을 회수하여 액화가스 열교환기(32)의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있게 되어 재액화 장치(17)와 액화가스 열교환기(32)를 구동하는데 필요한 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 재액화 장치(17)의 재액화 효율을 개선시켜 재액화 사이클의 크기를 감소시킬 수 있어 재액화 장치(17)의 소형화가 가능한 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(5a,5b)은, 해양 부유식 구조물에 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)을 통해 에탄 또는 액화가스를 처리하는 시스템을 구비함으로써, 전력소모량을 최소화하고 에탄 또는 액화가스의 효율적인 압축이 가능해 에너지 사용률을 극대화할 수 있으며, 저속 2행정 저압가스분사엔진(111)은 설치 면적이 작아 해양 부유식 구조물의 사용공간을 확대할 수 있으며, 시스템의 구성이 간단하여 구동의 신뢰성이 향상되고 설치비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(5a,5b)은, 에탄-액화가스 열교환기(33)를 추가 구비하여 액화가스의 냉열을 회수함으로써, 에탄 증발가스를 재액화 전에 사전 냉각하거나 직접 재액화를 수행할 수 있게되어 재액화 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1,2,3,4,5a,5b: 액화가스 처리 시스템 10: 에탄 저장탱크
11: 수요처 111: 저속 2행정 저압분사엔진
112: DFDE 12: 연료 개질 장치
13: 강제기화기 14: 증발가스 압축기
141: 증발가스 제1 압축기 142: 증발가스 제2 압축기
15: 상 분리기 16: 혼합기
17: 재액화 장치 171: 재액화 냉매 장치
20: 기화에탄 공급라인 20a: 에탄 순환라인
20b: 액화에탄 분기라인 21: 액화에탄 공급라인
22: 액화에탄 복귀라인 23: 기화에탄 분기라인
24: 액화가스 공급라인 24a: 액화가스 분기라인
241: 액화가스 제어밸브 25: 재액화 냉매 순환라인
251: 재액화 냉매 복귀라인 252: 재액화 냉매 공급라인
26: 냉원 순환라인 261: 냉원 공급라인
262: 냉원 복귀라인 30: 액화가스 저장탱크
31: 펌프 32: 액화가스 열교환기
33: 에탄-액화가스 열교환기

Claims (10)

1. 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
   상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 공급받아 해양 부유식 구조물에 추력을 공급하는 저속 2행정 저압가스분사엔진;
   상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 가압하는 펌프;
   상기 펌프로부터 공급받은 액화가스를 가열하는 열교환기;
   에탄을 저장하는 에탄 저장탱크;
   상기 에탄 저장탱크에서 발생하는 에탄 증발가스를 재액화시키는 재액화장치; 및
   상기 에탄 저장탱크와 상기 재액화장치를 연결하여 상기 에탄 증발가스를 상기 재액화장치로 순환시키고, 상기 에탄 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 구비하는 에탄 순환라인; 및
   상기 재액화 장치로 냉원을 공급하는 재액화 냉매 장치를 포함하고,
   상기 재액화 냉매 장치는,
   상기 열교환기로부터 냉원을 공급받으며,
   상기 재액화 냉매 장치와 상기 재액화장치를 연결하여 상기 재액화 냉매 장치의 냉매를 상기 재액화 장치로 순환시키는 재액화 냉매 순환라인; 및
   상기 재액화 냉매 장치와 상기 열교환기를 연결하여 상기 재액화 냉매 장치의 냉매를 상기 열교환기로 순환시키는 냉원 순환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화 냉매 장치의 냉매는,
   상기 열교환기로 공급되는 액화가스와 열교환하고, 상기 재액화 장치로 공급되는 에탄 증발가스와 열교환하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화 냉매 장치는
   냉매와 액화가스를 1차로 열교환하고, 냉매와 에탄 증발가스를 2차로 열교환하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 재액화 냉매 장치는,
   1차 열교환으로 액화가스는 가열되고 냉매는 냉각되며, 2차 열교환으로 에탄 증발가스는 냉각되고 냉매는 가열되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
   액화가스와 냉매를 열교환시켜, 액화가스는 가열되고, 냉매는 냉각되며,
   상기 재액화장치는
   에탄 증발가스와 냉매를 열교환시켜, 에탄 증발가스는 냉각되어 재액화되고 냉매는 가열되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화 냉매 장치는,
   상기 재액화장치와 열교환하는 제1 냉매; 및
   상기 열교환기와 열교환하는 제2 냉매를 포함하고,
   상기 제1 냉매는,
   상기 제2 냉매로부터 냉원을 공급받아 상기 재액화장치로 냉원을 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 에탄 저장탱크에서 발생된 에탄 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함하고,
   상기 증발가스 압축기는, 가압된 에탄 증발가스를 상기 재액화장치로 공급하고,
   상기 재액화 장치는, 액화된 에탄 증발가스를 모두 상기 에탄 저장탱크로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   DFDE;
   상기 액화가스 저장탱크와 상기 저속 2행정 저압가스분사엔진을 연결하고, 상기 펌프, 상기 열교환기를 구비하는 액화가스 공급라인; 및
   상기 액화가스 공급라인 상에 상기 열교환기와 상기 저속 2행정 저압가스분사엔진 사이에 분기되어 상기 DFDE를 연결하는 액화가스 분기라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 재액화 냉매 장치는,
   상기 재액화 냉매 순환라인과 상기 냉원 순환라인을 연결하여, 상기 열교환기에서 액화가스와 열교환한 냉매를 상기 재액화장치로 공급하여 에탄 증발가스와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 에탄 저장탱크 또는 상기 액화가스 저장탱크는,
    독립탱크인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.

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