KR101858510B1 - 증발가스 재액화 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 저온 액화가스 운반선에서 증발가스를 재액화시키는 재액화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 시스템에 있어서, 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스의 냉열을 회수하는 제1 열교환기; 및 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기 중 어느 하나 이상을 통과하여 가열된 증발가스를 압축하는 다단 압축부; 및 상기 다단 압축부에서 압축된 증발가스를 과냉각시키는 중간 냉각기;를 포함하고, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기와 병렬로 마련되거나 상기 제1 열교환기의 전단 또는 후단에 직렬로 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 재액화 시스템 및 방법 {Boil-Off Gas Re-liquefaction System and Method}
본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 저온 액화가스 운반선에서 증발가스를 재액화시키는 재액화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
한편, 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)는, 일반적으로 프로판가스(Liquefide Propane Gas)라고도 하며, 석유 채굴시 유전에서 원유와 함께 분출하는 천연가스를, -200℃에서 냉각시키거나 상온에서 대략 7 내지 10기압으로 압축하여 액화시킨 연료이다.
석유가스의 주성분은 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌 등이며, 7 내지 10 기압하에서 프로판을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/260으로 줄어들고, 부탄을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/230으로 줄어들므로, 저장 및 운송의 편의를 위해 석유가스도 천연가스와 마찬가지로 액화시켜 이용되고 있다.
액화천연가스, 액화석유가스 등의 액화가스는 저장탱크에 보관되어 육상 수요처로 공급되는데, 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단하는 데에는 한계가 있고, 저장탱크 내부로 전달되는 열에 의해 액화가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 압력 이상이 되면, 증발가스는 저장탱크의 외부로 배출되어 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내지며, 따라서 액화가스 운반선에는 액화가스 화물로부터 발생하는 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 돌려보내는 재액화 시스템이 마련된다.
액화석유가스 운반선(LPGC; Liquefied Petroleum Gas Carrier)에 화물로 적재되는 액화가스 화물은 프로판 등을 주성분으로 하며, 액화석유가스는 액화천연가스에 비하여 비교적 분자량이 큰 성분을 많이 포함하고 있으므로, 액화 및 기화가 액화천연가스보다 용이하다. 액화석유가스 운반선은 액화온도가 1기압 하 약 -30℃ 이상인 액화가스 화물을 이송하고 있고, 액화석유가스 운반선에는 액화온도가 약 -30℃ 이상인 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 재액화 시스템이 마련된다.
한편, 액화에탄가스 운반선(LEGC; Liquefied Ethane Gas Carrier)에 화물로 적재되는 액화가스 화물은 액화석유가스 운반선에 화물로 적재되는 액화가스 화물보다 저온의 액화온도를 가지며, 이와 같이, 증발가스 중 에탄, 에틸렌 등을 주성분으로 포함하는 비등점이 낮은 증발가스(이하, '에탄 증발가스'라고 한다.)를 재액화시키기 위해서는 에탄 증발가스를 대략 -100℃ 이하로 냉각시켜야 하므로, 대략 -30℃의 액화점을 가지는 액화석유가스 증발가스를 재액화시키는 경우보다 냉열이 추가적으로 더 필요하다.
따라서, 추가적인 냉열을 공급하기 위한 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클(Cycle)을 액화석유가스 재액화 공정에 추가하여 에탄 재액화 공정으로 사용하고 있다. 냉열 공급 사이클로는 일반적으로 프로판 냉동사이클이 이용된다.
한편, 액화석유가스 운반선에서는, 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축시킨 후, 해수와 열교환시켜 냉각시키고, 냉각시킨 압축 증발가스의 일부를 팽창시켜, 팽창시키지 않은 압축 증발가스의 냉매로 활용함으로써 증발가스를 재액화시키는 방법 또한 제안된 바 있으나, 비등점이 낮은 에탄 증발가스의 경우에는 액화석유가스 운반선의 증발가스 재액화 시스템에 프로판 냉동사이클과 같이 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클이 동반되지 않는 한 증발가스의 재액화가 이루어지지 않았다.
그러나, 액화에탄가스와 같은 저온의 액화점을 갖는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스, 특히 비등점이 낮은 에탄 증발가스를 재액화시키기 위하여 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 추가하게 되면, 추가 사이클에 필요한 장치를 설치하기 위한 공간과 설치 비용(CAPEX) 및 에너지 소모 등 운영 비용(OPEX)이 매우 커진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 추가하지 않고도 비등점이 낮은 액화가스에서 발생하는 증발가스를 재액화시킬 수 있는 증발가스 재액화 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 시스템에 있어서, 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스의 냉열을 회수하는 제1 열교환기; 및 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기 중 어느 하나 이상을 통과하여 가열된 증발가스를 압축하는 다단 압축부; 및 상기 다단 압축부에서 압축된 증발가스를 과냉각시키는 중간 냉각기;를 포함하고, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기와 병렬로 마련되거나 상기 제1 열교환기의 전단 또는 후단에 직렬로 마련되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 열교환기에서는 상기 다단 압축부에서 압축된 증발가스와 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스가 열교환하고, 상기 제2 열교환기에서는 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스가 해수, 청수 또는 전기에 의해 가열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기를 작동할 수 없거나 상기 재액화 시스템의 초기 스타트 업(Start-Up)시 작동할 수 있다.
바람직하게는, 상기 중간 냉각기를 통과하여 과냉각된 증발가스를 팽창시키는 제3 팽창 수단;을 더 포함하여, 제3 팽창 수단에서 팽창된 액체 상태의 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 회수할 수 있다.
바람직하게는, 상기 중간 냉각기로 공급되는 증발가스 중 적어도 일부를 분기시켜 팽창시키는 팽창 수단;을 더 포함하여, 상기 중간 냉각기에서는 상기 팽창된 증발가스를 냉매로하여 상기 팽창 증발가스와 상기 팽창시킬 증발가스를 분기시키고 남은 나머지 증발가스를 열교환시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발가스는 1atm에서 -110℃ 이상의 액화 온도를 갖는 저온의 증발가스이며, 상기 다단 압축부는 저온용으로 마련되지 않을 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스의 냉열을 회수하고, 상기 증발가스를 다단압축시키고, 상기 압축된 증발가스를 냉각시키되, 상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스의 냉열은, 제1 열교환기에서 상기 압축된 증발가스를 냉각시킴으로써 회수하고, 상기 압축된 증발가스를 공급할 수 없을 때에는 제2 열교환기에서 해수, 청수 또는 전기 에너지를 이용하여 회수하는, 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스는 1atm에서 -110℃ 이상의 액화 온도를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각된 증발가스의 적어도 일부를 분기시켜 팽창시킨 증발가스를 냉매로 하여, 상기 분기시키고 남은 증발가스를 과냉각시켜 재액화된 증발가스를 상기 저장탱크로 회수할 수 있다.
바람직하게는, 상기 과냉각시킨 증발가스로부터 발생한 플래시 가스를 이용하여 상기 다단 압축된 증발가스의 압력을 제어하되, 상기 플래시 가스가 분리된 액체 상태의 증발가스의 적어도 일부를 분기시켜 팽창시킨 증발가스를 냉매로 하여, 상기 분기시키고 남은 증발가스를 과냉각시키고, 저장탱크로 회수할 수 있다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 의하면, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없으므로 설치 비용을 절감할 수 있고, 에탄 등의 증발가스를 자가 열교환시키는 방법으로 재액화시키므로, 추가적인 냉열 공급 사이클 없이도 종래의 재액화 장치와 동등한 재액화 효율을 달성할 수 있다.
또한, 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없어, 설치해야 하는 장비 수가 감소하고, 특히 냉열 공급 사이클의 압축기를 삭제할 수 있으므로 냉열 공급 사이클의 구동에 소요되는 전력을 절감할 수 있다.
또한, 응축 증발가스를 과냉각시킴으로써 전체 액화 유량을 증가시킬 수 있다.
또한, 냉매로 공급할 증발가스를 팽창시킬 양을 최적화할 수 있으므로 냉매로 공급하고 다단 압축부로 합류시키는 증발가스의 유량이 감소하고, 따라서 다단 압축부의 동력 및 전력을 절감시킬 수 있다.
또한, 리시버를 마련하여 다단압축기 후단의 압력을 제어할 수 있으므로 최적의 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)를 달성함으로써 냉동효과가 향상된 재액화 장치를 구성할 수 있다.
또한, 증발가스를 압축시키기 위한 압축기를 고가의 극저온용 압축기로 마련하지 않아도 되며, 제1 열교환기의 고장 등으로 인해 제1 열교환기를 작동시킬 수 없는 상황에서도 시스템의 운전 정지 없이 재액화 시스템을 상시 운전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템 및 방법은 액화가스 화물창이 설치되는 선박 및 육상에서 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 특히 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해양 구조물, 즉 액화가스 운반선, 액화에탄가스(LEG; Liquefied Ethane Gas) 운반선과 같은 선박을 비롯하여, FPSO, FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 설명에서 '흐름'이라는 용어는 라인을 따라 흐르는 유체, 즉 증발가스를 의미하며 각 라인에서 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
또한, 후술할 선박에 탑재된 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 1기압에서 -110℃ 이상의 비등점을 가질 수 있고, 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 액화에탄가스(LEG) 또는 액화석유가스(LPG)일 수 있다. 또한, 액화가스 또는 액화가스로부터 발생하는 증발가스는 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 중탄화수소 등을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수도 있다.
또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 액화에탄가스 운반선에서 증발가스를 재액화시키는 것을 예로 들어 설명하기로 하며, 이하 후술할 실시예들에서 증발가스는, 에탄, 에틸렌, 프로판 또는 부탄을 포함하는 단일 성분 또는 혼합 성분일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 것으로, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스(이하, 'a 흐름'이라 함.)를 압축시키는 다단 압축부(20), 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스로부터 냉열을 회수하는 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)를 포함한다.
본 실시예에서, 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스는 냉열 회수, 압축, 냉각(또는 응축), 과냉각 및 팽창에 의해 액화되어 저장탱크(10)로 회수될 수 있는데, 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스가 이러한 공정을 거치도록 유로를 제공하며, 후술할 제1 열교환기(30), 다단 압축부(30), 제1 중간 냉각기(41), 리시버(90), 제2 중간 냉각기(42) 및 제3 팽창 수단(73)이 마련되는 라인을 재액화 라인이라 하기로 하며, 도면 상에서는 실선으로 표시하였다.
본 실시예의 저장탱크(10)는 증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크(10)의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 안전밸브(미도시)를 통하여 저장탱크(10)의 외부로 증발가스가 배출된다. 저장탱크(10) 외부로 배출된 증발가스는 본 실시예의 재액화 시스템에 의해 재액화되어 다시 저장탱크(10)로 돌려보내진다.
본 실시예의 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 선박 내 엔진 등의 연료로는 사용되지 않고, 본 실시예에 따른 재액화 장치에 의해 전량이 액화되며, 전부가 액체상태로 또는 적어도 일부의 기체상태를 포함하여 전량 저장탱크(10)로 회수되거나 적어도 일부는 재액화 시스템을 순환할 수 있다.
본 실시예의 다단 압축부(20)는 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하여 증발가스를 다단(multistage)으로 압축시키며, 본 명세서에서는 다단 압축부(20)가 도 1에 도시한 바와 같이 제1 압축기(20a), 제2 압축기(20b), 제3 압축기(20c) 및 제4 압축기(20d)를 포함하는 4단 압축기(20)로 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 본 실시예에서는 네 개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하여, 네 단계의 압축과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기의 개수 또는 압축과정의 단계수가 한정되는 것은 아니다.
다단 압축부(20)에는 다수개의 압축기와 압축기 사이에 각 압축기를 통과하면서 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c)가 마련된다. 예를 들어 제1 압축기(20a)와 제2 압축기(20b) 사이에는 제1 압축기(20a)를 통과하면서 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 제1 냉각기(21a)가 마련된다.
또한, 다단 압축부(20)의 최후단 압축기, 예를 들어 본 실시예의 제4 압축기(20d) 후단에는 다단 압축부(20)에서 압축된 증발가스를 냉각, 바람직하게는 응축시키는 것을 목적으로 하는 애프터 쿨러(21d)가 마련된다.
애프터 쿨러(21d)에서 증발가스를 냉각시키는 냉매는 해수 또는 청수일 수 있으며, 또는 증발가스 자체, 예를 들어 저장탱크에(10)에서 발생하여 제1 열교환기(30)로 공급되는 증발가스, 즉 a 흐름을 냉매로 활용할 수도 있다.
본 실시예에서, 다단 압축부(20)의 최후단 압축기, 즉 제4 압축기(20d)에서 압축되어 배출된 증발가스의 압력은 40 내지 100bara일 수 있고, 온도는 80 내지 130℃일 수 있으며, 애프터 쿨러(21d)를 통과하면서 냉각되는데, 증발가스가 프로판인 경우, 또는 증발가스에 포함된 프로판 성분은 애프터 쿨러(21d)를 통과하면서 적어도 일부 또는 전부가 액화될 수 있다.
본 실시예의 제1 열교환기(30)는, 저장탱크(10)에서 발생하여 재액화 라인을 따라 다단 압축부(20)로 공급되는 증발가스의 냉열을 회수하는 장치로써, 이코노마이저(Economizer)(30)일 수 있으며, 이코노마이저(30)에서는 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스(이하, 'b 흐름'이라 함.)를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스, 즉 a 흐름과 열교환시킨다. 즉, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축되어 압력이 높아진 증발가스, 즉 b 흐름은, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스, 즉 a 흐름을 냉매로하여 이코노마이저(30)에서 온도가 낮아진다.
증발가스의 물성에 따라 달라질 수는 있으나, 증발가스가 에탄 또는 에틸렌인 경우, 또는 증발가스에 포함된 에탄 또는 에틸렌 성분은 다단 압축부(20), 애프터 쿨러(21d) 및 이코노마이저(30)를 통과하면서 b 흐름의 전량이 액화(응축)될 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 다단 압축부(20)에서 압축되고, 애프터 쿨러(21d)에서 냉각된 증발가스를, 이코노마이저(30)에서 증발가스 자체, 즉 a 흐름을 냉매로 하여 추가 냉각시키고, 후술할 제1 중간 냉각기(41)에서 과냉각시킴으로써 냉동 사이클을 추가하지 않고도 저온의 에탄 증발가스를 전량 액화시킬 수 있다.
또한, 저장탱크(10)로부터 배출된 저온의 증발가스, 즉 a 흐름은 이코노마이저(30)에서 b 흐름의 온도를 낮춤으로써 가열되어 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)로 도입된다. 따라서, 본 발명에 따르면, a 흐름을 이코노마이저(30)를 통과시키면서 a 흐름의 냉열을 회수한 후 다단 압축부(20)로 공급함으로써, 다단 압축부(20)의 다수개의 압축기를 고가의 극저온용으로 마련하지 않아도 된다.
예를 들어, 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스가 이코노마이저(30)에서 가열된 후 다단 압축부(20)의 각 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)로 공급되는 흡입압력 및 온도와 각 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에서 압축되어 배출되는 토출압력 및 온도는 아래 표 1에 기재된 바와 같다.
Stage No. 흡입 토출
압력(bara) 온도(℃) 압력(bara) 온도(℃)
제1 압축기(20a) 0.96 36.17 3.00 123.30
제2 압축기(20a) 2.76 40.00 9.49 123.60
제3 압축기(20a) 9.02 40.00 27.00 113.50
제4 압축기(20a) 26.19 40.00 83.51 121.50
즉, 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스, 즉 a 흐름은 약 -80℃이고, 이코노마이저(30)에서 압축 증발가스, 즉 b 흐름에 의해 약 36.17℃까지 가열되며, 다단 압축부(20)로 공급되는 약 0.96bara, 약 36.17℃의 증발가스가 제1 압축기(20a)로 공급되면, 증발가스는 제1 압축기(20a)에서 약 3.00bara로 압축되고, 압축과정에서 약 123.30℃로 온도가 상승한다. 이 증발가스는 제1 압축기(20a) 후단의 제1 냉각기(21a)에서 약 40℃로 냉각되고, 냉각과정에서 압력이 소폭 감소한 약 2.76bara, 약 40℃의 증발가스가 제2 압축기(20b)로 공급된다. 이 과정을 반복하여, 최후단인 제4 압축기(20a)에서 배출되는 증발가스는 약 83.51bara, 약 121.50℃일 수 있으며, 이 증발가스가 이코노마이저(30)로 공급되는데, 이코노마이저(30)로 공급되기 전에 애프터 쿨러(21d)에서 더 냉각될 수 있으며, 애프터 쿨러(21d)에서 냉각되어 이코노마이저(30)로 공급되는 증발가스의 온도는 12 내지 45℃일 수 있다.
본 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 이코노마이저(30) 후단에 액화가스 저장탱크(10)로부터 재액화 라인을 따라 다단 압축부(20)로 공급되는 증발가스의 냉열을 회수하는 제2 열교환기(40)가 더 마련될 수 있다.
재액화 시스템의 초기 스타트 업(Start-Up) 시에는 다단 압축부(20)에서 압축된 증발가스, 즉 b 흐름이 아직 시스템 내에 존재하지 않기 때문에, 이코노마이저(30)에서 a 흐름의 냉열을 회수할 수가 없다. 다단 압축부(20)로 공급되는 증발가스의 냉열을 회수하지 않고 즉, 다단 압축부(20)로 공급되는 a 흐름을 가열시키지 않고 다단 압축부(20)로 공급하게 되면 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 극저온용으로 마련하지 않은 경우 저온의 증발가스 냉열에 의해 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)가 손상될 위험이 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 시스템의 초기 스타트 업 시, 또는 이코노마이저(30)의 고장 등으로 이코노마이저(30)에서 a 흐름의 냉열을 회수할 수 없을 때, 제2 열교환기(40)에서 증발가스의 냉열을 회수할 수 있으므로, 시스템의 운전 정지 없이 상시 운전이 가능하고, 초기 스타트 업 시에도 재액화 시스템을 운전할 수 있다.
제2 열교환기(40)에서 a 흐름으로부터 냉열을 회수하는 열매체는, 해수, 청수 또는 전기일 수 있다.
또한, 제2 열교환기(40)는 도 1에 도시한 바와 같이, 이코노마이저(30) 후단, 즉 재액화 라인 상에서 이코노마이저(30)와 다단 압축부(20) 사이에 마련될 수도 있고, 도면에 도시하지는 않았지만, 제2 열교환기(40)는 이코노마이저(30)의 전단, 즉 재액화 라인 상에서 저장탱크(10)와 이코노마이저(30) 사이에 마련될 수도 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 제2 열교환기(40)는 이코노마이저(30)가 운전되지 않을 때에만 작동되는 이코노마이저(30)의 리던던시 수단일 수도 있고, 또는, 이코노마이저(30)에서 냉열이 회수된 a 흐름으로부터 추가로 냉열을 회수하는, 또는 이코노마이저(30)에서 냉열을 회수하기 전에 제2 열교환기(30)에서 냉열을 회수하는, 즉 예열시키는 수단일 수 있다.
또한, 제2 열교환기(40)는 이코노마이저(30)의 전단으로부터 분기되어 이코노마이저(30)를 바이패스하여 후단으로 연결되는 바이패스 라인 상에 마련되어 이코노마이저(30)와 병렬로 마련될 수도 있다. 이때, 저장탱크(10)로부터 다단 압축부(20)로 공급되는 a 흐름은 이코노마이저(30) 또는 제2 열교환기(40) 중 어느 하나의 열교환기로 전부 공급되어 냉열이 회수될 수도 있고, 또는 이코노마이저(30)와 제2 열교환기(40)로 각각 분기되어 공급될 수도 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 이코노마이저(30)와 다단 압축부(20) 사이에는 이코노마이저(30)를 통과하여 다단 압축부(20)로 공급되는 a 흐름 중에 포함될 수 있는 액적이나 미스트와 같은 액체 성분을 분리해내고 기체 성분만이 다단 압축부(20)로 공급될 수 있도록 하는 녹아웃 드럼(Knock-Out Drum)(15)이 더 마련될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 녹아웃 드럼(15)에 의해 다단 압축부(20)로 기체 성분만을 공급할 수 있어 압축시킬 유체 중에 포함될 수 있는 액체 성분에 의해 다단 압축부(20)의 압축기가 손상되는 일을 방지할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 다단 압축부(20)를 통과하여 이코노마이저(30)에서 열교환 후 냉각되어 배출되는 b 흐름을 제1 흐름(b1) 및 제2 흐름(b2)을 포함하는 두 개 이상의 흐름으로 분기시키고, 분기된 제1 흐름(b1)을 팽창시키는 제1 팽창수단(71), 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 제1 흐름(b1)을 냉매로 하여 제1 흐름(b1)이 분기되고 남은 나머지 제2 흐름(b2)을 냉각, 바람직하게는 과냉각시키는 제1 중간 냉각기(41)를 포함하며, 제1 중간 냉각기(41)에서 제1 흐름(b1)에 의해 과냉각된 제2 흐름(b2)은 저장탱크(10)로 회수된다.
제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(b2)을 과냉각시키고 배출되는 제1 흐름(b1)은 제1 중간 냉각기(41)와 다단 압축부(20)를 연결하는 제1 흐름 라인(BL)을 따라 다단 압축부(20)의 중간단, 즉 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기 하류로 공급되어 저장탱크(10)로부터 발생하고 다단 압축기(20)에서 압축되는 증발가스 스트림에 합류된다.
본 실시예에서, 이코노마이저(30)에서 열교환 후 냉각되어 배출되는 b 흐름으로부터 분기된 제1 흐름(b1)을 팽창시키는 제1 팽창수단(71)이 마련되고, 제1 흐름(b1)의 경로를 제공하는 제1 흐름 라인(BL)이 재액화 라인으로부터 분기된다.
제1 팽창수단(71)은 이코노마이저(30)에서 냉각된 b 흐름으로부터 분기된 제1 흐름(b1)을 팽창시키고, 제1 팽창수단(71)에서 팽창에 의해 온도가 낮아진 제1 흐름(b1)이 제1 중간 냉각기(41)의 냉매로 활용된다.
본 실시예에서 제1 흐름(b1)은 약 40 내지 100bara, 약 12 내지 45℃의 조건으로 제1 팽창수단(71)으로 공급되며 제1 팽창수단(71)에 의해 4 내지 15bara로 팽창되면서 온도가 낮아져 제1 중간 냉각기(41)에서 재액화 라인을 따라 약 40 내지 100bara, 약 12 내지 45℃의 조건으로 공급되는 제2 흐름(b2)을 냉각 또는 과냉각시킬 수 있다. 증발가스의 물성에 따라 다르지만, 본 실시예에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)에서 재액화 라인을 따라 배출되는 유체는 전량이 액체 상태로써, 바람직하게는 과냉각 액체일 수 있다.
제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(b2)을 냉각시킨 후 배출되는 제1 흐름(b1)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다단 압축부(20)의 중간단으로 공급되는데, 제1 중간 냉각기(41)을 통과한 제1 흐름(b1)은 다단 압축부(20)의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 하류 중, 제1 중간 냉각기(41)을 통과한 제1 흐름(b1)의 압력과 가장 유사한 압력 범위에 해당되는 압축기의 하류로 공급되어 다단 압축부(20)에서 압축되는 증발가스 스트림, 즉 재액화 라인에 합류된다. 도 1에서는, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제1 흐름(b1)이 제2 압축기(20b) 하류에 합류되도록 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다.
본 실시예에 따르면, 제1 중간 냉각기(41) 후단의 재액화 라인 상에 마련되어 제1 중간 냉각기(41)로부터 과냉각되어 배출되는 제2 흐름(b2)의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
b 흐름으로부터 분기되는 제1 흐름(b1)의 유량은 제1 온도 측정기의 측정값을 이용하여 도시하지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있고, 제어부는 제1 온도 측정기의 측정값으로 제1 흐름 라인(BL)으로 분기되는 제1 흐름(b1)의 유량을 제어할 수 있고 또는, 제1 팽창 수단(71)을 제어하여 제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(b2)을 과냉각시키기 위해 필요한 제1 흐름(b1)의 유량 또는 온도만큼 제1 흐름(b1)이 팽창되도록 할 수도 있다.
예를 들어, 제어부는 제1 중간 냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
따라서, 본 발명에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)에서 과냉각되어 배출되는 제2 흐름(b2)의 온도로 제1 팽창 수단(71)을 제어함으로써 제1 팽창 수단(71)으로부터 분사되는 증발가스의 유량 및 팽창 정도를 최적화할 수 있고, 또한, 종래기술과 비교하여 동일한 냉동 효과를 내기 위해 제1 중간 냉각기(41)를 통과하여 제1 흐름 라인(BL)을 따라 다단 압축부(20)로 합류되는 증발가스의 유량을 감소시킬 수 있으므로, 다단 압축부(20)의 동력 및 전력을 절감시킬 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 재액화 라인에 마련되며 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(b2)을 더 냉각시키는 제2 중간 냉각기(42) 및 제2 팽창 수단(72)을 더 포함할 수 있으며, 후술할 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)와 제2 중간 냉각기(42) 사이에 마련되어, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(b2)이 리시버(90) 및 제2 중간 냉각기(42)를 통과하여 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(b2)을 제3 흐름(c1) 및 제4 흐름(c2)을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 제3 흐름(c1)을 팽창시키며, 팽창시킨 제3 흐름(c1)에 의해 제4 흐름(c2)을 과냉각시켜 저장탱크(10)로 회수한다.
제2 흐름(b2)으로부터 분기되는 제3 흐름(c1)의 유로를 제공하는 제3 흐름 라인(CL) 상에는 제3 흐름(c1)을 팽창시키는 제2 팽창 수단(72)이 마련되며, 제2 팽창 수단(72)에서 팽창되어 온도가 낮아진 제3 흐름(c1)은 제2 중간 냉각기(42)로 공급되어, 재액화 라인을 따라 제2 중간 냉각기(42)로 공급되는 제4 흐름(c2)과 열교환하면서 제4 흐름(c2)을 과냉각시킨 후 다단 압축부(20)로 합류된다.
제2 중간 냉각기(41)에서 제4 흐름(c2)을 과냉각시키고 배출되는 제3 흐름(c1)은 제2 중간 냉각기(42)와 다단 압축부(20)를 연결하는 제3 흐름 라인(CL)을 따라 다단 압축부(20)의 중간단, 즉 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기 하류로 공급되어 저장탱크(10)로부터 발생하고 다단 압축기(20)에서 압축되는 증발가스 스트림에 합류된다.
본 실시예에 따르면, 제3 흐름(c1)은 제2 팽창 수단(72)에서 약 2 내지 5bara로 팽창되고, 팽창에 의해 온도가 낮아진 채로 제2 중간 냉각기(42)로 공급되며, 재액화 라인을 따라 제2 중간 냉각기(42)로 공급된 제4 흐름(c2)을 과냉각시킨다.
제2 중간 냉각기(42)에서 제4 흐름(c2)을 냉각시킨 후 배출되는 제3 흐름(c1)은 도 1에 도시한 바와 같이, 제3 흐름 라인(CL)을 따라 다단 압축부(20)의 중간단으로 공급되는데, 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제3 흐름(c1)은 다단 압축부(20)의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 하류 중, 제2 중간 냉각기(42)을 통과한 제3 흐름(c1)의 압력과 가장 유사한 압력 범위에 해당되는 압축기의 하류로 공급되어 다단 압축부(20)에서 압축되는 증발가스 스트림, 즉 재액화 라인에 합류된다. 본 실시예에서 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제3 흐름(c1)은 제1 압축기(20a) 하류에 합류되도록 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다.
단, 제2 중간 냉각기(42)로부터 배출되는 제3 흐름(c1)은 제1 중간 냉각기(41)에서 배출되는 제1 흐름(b1)이 공급되는 압축기보다 더 전단의 압축기 하류로 공급된다.
마찬가지로, 본 실시예에 따르면, 제2 중간 냉각기(42) 후단의 재액화 라인 상에 마련되어 제2 중간 냉각기(42)로부터 과냉각되어 배출되는 제4 흐름(c2)의 온도를 측정하는 제2 온도 측정기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 중간 냉각기(41)로부터 배출된 b2 흐름으로부터 분기되는 제3 흐름(c1)의 유량은 제2 온도 측정기(미도시)의 측정값을 이용하여 도시하지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있고, 제어부는 제2 온도 측정기의 측정값으로 제2 흐름 라인(BL)으로 분기되는 제3 흐름(c1)의 유량을 제어할 수 있고 또는, 제2 팽창 수단(71)을 제어하여 제2 중간 냉각기(41)에서 제4 흐름(c2)을 과냉각시키기 위해 필요한 제3 흐름(c1)의 유량 또는 온도만큼 제3 흐름(c1)이 팽창되도록 할 수도 있다.
예를 들어, 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
상술한 제1 팽창수단(71) 및 제2 팽창수단(72)은 팽창밸브, 줄-톰슨 밸브 또는 팽창기일 수 있다.
제2 중간 냉각기(42)에서 열교환 후 배출되는 제4 흐름(c2)은 도 1에 도시한 바와 같이, 재액화 라인을 통해 저장탱크(10)로 회수되는데, 제2 중간 냉각기(42) 후단에는 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제4 흐름(c2)을 팽창시키는 제3 팽창 수단(73)이 더 마련될 수 있으며, 제3 팽창 수단(73)을 통과한 유체는 팽창에 의해 압력 및 온도가 낮아진 채로 저장탱크(10)로 공급된다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 중간 냉각기(41)에서 냉각된 제2 흐름(b2)을 수용하는 리시버(90)를 더 포함하고, 리시버(90)로부터 증발가스를 배출시켜 저장탱크(10)로 회수하는 압력 제어라인(PL)이 마련될 수 있다.
리시버(90)로부터 배출되는 액체는 리시버(90)의 수위 또는 리시버(90)의 압력제어에 의해 제어될 수 있는데, 압력 제어라인(PL)은 리시버(90)의 내압을 제어하기 위하여 기체를 배출시킬 수 있고, 압력 제어라인(PL)을 따라 배출되는 기체는 저장탱크(10) 또는 외부로 배출될 수 있다. 리시버(90)와 제2 중간 냉각기(42)를 연결하는 재액화 라인으로는 리시버(90)에서 배출되는 액체가 제2 중간 냉각기(42) 및 제2 팽창 수단(72)으로 분기되어 공급된다.
제1 중간 냉각기(41)와 제1 팽창 수단(71)은 각각 하나씩 마련될 수도 있고, 하나 이상이 마련될 수도 있으며, 본 실시예에서는 제2 중간 냉각기(42)와 제2 팽창 수단(72)을 더 포함하여, 하나의 중간 냉각기와 하나의 팽창 수단을 한 세트로 하는 총 두 세트가 마련되는 것을 예로 들기로 하나, 그 개수에 한정되는 것은 아니다. 또한, 한 세트가 중간 냉각기와 팽창 수단을 각각 하나씩 포함하는 것으로 한정하지 않는다. 그러나 중간 냉각기가 하나 이상 마련되면, 즉 중간 냉각기와 팽창 수단을 각각 포함하는 세트가 두 세트 이상 마련되면, 후술할 리시버(90) 및 제1 중간 냉각기(41) 후단으로부터 저장탱크(10)까지 재액화 라인을 유동하는 유체 흐름으로부터 플래시 가스(Flash Gas)가 발생하는 것을 줄일 수 있어 재액화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)와 제2 중간 냉각기(42) 사이에 마련되어 제1 중간 냉각기(41)를 통과하고 재액화 라인을 따라 흐르는 제2 흐름(b2)을 수용하여, 재액화 라인을 따라 리시버(90)로부터 배출되는 액체가 제3 흐름(c1) 및 제4 흐름(c2)으로 분기된다.
이와 같이, 리시버(90)는 중간 냉각기와 팽창 수단을 한 세트로 하여 다수 개의 세트가 마련되는 경우, 리시버 전단의 세트와 리시버 후단의 세트 사이에 마련되어, 전단의 세트로부터 재액화 라인을 따라 배출되는 유체를 수용하고, 리시버(90)로부터 배출되는 액체, 즉 재액화된 증발가스를 저장탱크(10)로 회수할 수 있는데, 재액화 라인을 따라 저장탱크(10)로 공급되는 유체는, 리시버(90)의 후단의 중간 냉각기 및 팽창 수단 세트에서 과냉각될 수 있다.
한편, 유체의 냉각 시스템의 효율은, 냉동효과와 압축일의 비를 나타내는 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)로 나타내며, 성능계수는 냉동효과를 크게 하거나 압축일을 작게 할수록 향상된다. 재액화 시스템의 성능계수는 재액화 시스템의 유체 라인을 따라 흐르는 유체의 압력에 따라 달라지며 성능계수가 최적의 값을 갖는 압력 범위가 존재하게 되는데, 따라서, 본 실시예에서는 다단 압축부(20) 후단으로부터 제1 중간 냉각기(41) 및 리시버(90)로 연결되는 라인을 흐르는 유체가 성능계수가 최적의 값을 갖는 압력을 유지하도록 제어함으로써 재액화 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)를 통과하여 저장탱크(10)로 회수되는 제2 흐름(b2)을 제어할 수 있도록 하는 수단으로써, 리시버(90)의 압력을 제어함으로써 다단 압축부(10) 후단 압력을 제어할 수 있다.
즉, 재액화 라인을 따라 제1 중간 냉각기(41)에서 냉각되어 배출되는 제2 흐름(b2)은 저장탱크(10)로 회수되기 전에 리시버(90)로 수용될 수 있으며, 제2 흐름(b2)은 유체의 비등점 등 물성에 따라 다르지만 리시버(90)로 수용되면서, 리시버(90) 내에서 플래시 가스가 발생할 수 있으며, 제2 흐름(b2)의 기체 성분 및 플래시 가스는 리시버(90)의 내압을 상승시키는 요인이 된다.
따라서, 본 실시예에서 리시버(90)는 압력용기(vessel)로써, 리시버(90)의 내압이 설정 압력 이상으로 상승하게 되면, 리시버(90) 내부의 유체, 상술한 기체 성분 및 플래시 가스를 외부로 배출시키도록 한다.
즉, 본 실시예에서 제어부는 리시버(90)의 내압을 측정하여 설정값 이상인 경우 기체를 배출시킴으로써 다단 압축부(20) 후단으로부터 리시버(90) 전단 압력을 제어할 수 있다.
압력 제어라인(PL)은 리시버(90)로부터 배출되는 유체를 저장탱크(10)로 공급하는데, 특히, 압력 제어라인(PL)을 통해 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스는 기체 상태이거나 초임계 상태일 수 있고, 압력 제어라인(PL)에는 압력 제어라인(PL)의 개폐 또는 개도량을 조절하는 압력 제어밸브(91)가 마련된다.
예를 들어, 리시버(90)의 내압 설정값이 80bara인 경우, 리시버(90)의 내압이 80bara 미만이면, 압력 제어밸브(91)는 폐쇄되어 있도록 하고, 리시버(90) 내압이 80bara 이상이 되면 압력 제어밸브(91)을 개방하여 기체를 배출시키도록 한다. 압력 제어밸브(91), 즉 압력 제어라인(PL)이 폐쇄되어 있으면, 다단 압축부(20) 후단으로부터 리시버(90)까지의 재액화 라인 역시 80bara 내외 수준을 유지하게 되고, 리시버(90)의 내압이 80bara를 넘어가게 되면, 그만큼 리시버(90) 전단, 즉 다단 압축부(20)로부터 리시버(90)까지의 압력 또한 설정범위를 유지할 수 없게 되므로, 압력 제어밸브(91), 즉 압력 제어라인(PL)을 개방하여, 다단 압축부(20) 후단으로부터 리시버(90)까지의 재액화 라인 압력이 설정 범위 수준을 유지하도록 하는 것이다.
이때, 본 실시예에 따르면 압축기 후단의 압력 설정값은 40 내지 100bara일 수 있고, 보다 바람직하게는 80bara일 수 있다. 즉, 리시버(90)의 내압 설정값은 40 내지 100bara일 수 있고, 보다 바람직하게는 80bara일 수 있다.
리시버(90)의 내압을 설정값으로 유지시키기 위해서는 리시버(90)의 레벨 또한 제어할 필요가 있는데, 본 실시예에 따르면 재액화 라인을 이용하여 리시버(90)의 레벨을 제어함과 동시에, 재액화 장치의 액화 유량 또한 조절할 수 있다.
예를 들어, 도시하지 않은 제어부는 리시버(90)의 레벨을 측정하여, 레벨 측정값이 설정값 이상이면, 리시버(90)로부터 액체가 재액화 라인을 따라 배출되도록 하고, 배출된 액체는 제2 중간 냉각기(42)에서 과냉각되어 액체 상태로 저장탱크(10)로 회수된다.
본 실시예에 따르면, 이코노마이저(30)에 의해 압축 증발가스가 더 냉각된 후 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)로 공급되므로, 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시키기 위해 필요한 냉매가 더 적게 필요하며, 또한, 제1 및 제2 중간 냉각기(41, 42)로부터 배출되는 액체의 온도를 측정하여 제1 및 제2 중간 냉각기(41, 42)로 공급할 냉매, 즉 팽창시킬 증발가스의 유량을 제어함으로써, 재액화 라인으로부터 분기되어 팽창된 후 다단 압축기(20)로 공급되는 팽창 증발가스의 유량을 최적화할 수 있고, 따라서 다단 압축부(20)의 압축일이 감소되며, 중간 냉각기(41, 42)에서의 액화량이 증가하므로 냉동효과를 크게할 수 있다.
본 발명과 같이, 별도의 냉매 사이클을 추가로 마련하지 않고, 중간 냉각기(41, 42)와 더불어 이코노마이저(30) 및 리시버(90)와 더불어 재액화 시스템을 구성하고, 리시버(90)에 의해 다단 압축기(20)의 후단 압력을 약 40 내지 100bara로 제어하는 경우, 다단 압축부(20)에서 소요되는 동력은 약 499.7kW이고, 재액화 장치의 냉각 열량(cooling capacity)은 약 241.3kW이므로, 냉각 효율, 즉 COP는 약 0.48이 된다.
이와 비교하여, 동일한 액화가스로부터 발생하는 동일한 유량 및 물성 조건을 갖는 증발가스를 액화시킨다고 가정했을 때, 본 발명의 이코노마이저(30) 없이 종래와 같이 별도의 냉매 사이클을 추가로 마련하여 구성하는 경우, 다단 압축부(20)에서 소요되는 동력은 약 575.2kW이고, 재액화 장치의 냉각 열량은 약 240.3kW이므로, 냉각 효율, 즉 COP는 약 0.42에 불과하다. 즉, 본 발명은 종래 기술에 비해 더 적은 양의 동력으로 더 많은 양의 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수할 수 있다.
또한, 리시버(90)에 의해 다단 압축부(20)의 후단 압력을 최적의 COP를 낼 수 있는 압력으로 유지하도록 하고, 재액화 장치에서 액화되는 전체 액화 유량을 제어함으로써 최적의 COP를 유지하여 재액화 효율을 최대로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이코노마이저(30)에 의해 추가적인 냉매 사이클을 필요로 하지 않고도, 액화가스가 프로판인 경우, 프로판으로부터 발생한 증발가스는 다단 압축부(20)를 통과하면서 증발가스의 대부분이 액화되고, 액화가스가 에탄인 경우에는, 에탄으로부터 발생한 증발가스가 다단 압축부(20) 및 이코노마이저(30)를 통과하면서 증발가스의 대부분이 액화되며, 본 실시예와 같이 중간 냉각기가 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)를 포함하여 2개 이상 마련되는 경우, 증발가스가 다단 압축부(20), 열교환기(30), 중간 냉각기(41, 42) 및 리시버(90)를 통과하면서 저장탱크(10)로 회수되는 재액화 과정 중에 발생하는 플래시 가스의 발생량을 감소시킬 수 있다.
또한, 기존 액화석유가스 운반선이 액화 온도가 1기압 하, -30℃ 이상의 조건의 액체 화물만 적재할 수 있었다면, 본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템 및 방법이 적용되는 액화에탄가스 운반선은 1기압 하, -110℃ 이상의 액화 온도를 갖는 액체 화물에도 적용할 수 있어 운반할 수 있는 화물의 스펙트럼을 넓힐 수 있다.
또한, 애프터 쿨러(21d) 및 이코노마이저(30) 등을 통해 증발가스가 적어도 한 번 이상의 열교환에 의해 냉각된 후, 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42) 등을 통해 적어도 한 번 이상의 열교환에 의해 과냉각되면서, 제1 팽창 수단(71) 또는 제2 팽창 수단(72)에서 더욱 많은 액체 유량이 팽창되게 되므로, 기체 유량을 팽창시키는 것에 비해 팽창 수단의 동력을 절감시킬 수 있다.
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.
10 : 액화가스 저장탱크
20 : 다단 압축부
21d : 애프터 쿨러
30 : 제1 열교환기
40 : 제2 열교환기
41 : 제1 중간 냉각기
42 : 제2 중간 냉각기
71 : 제1 팽창 수단
72 : 제2 팽창 수단
90 : 리시버
PL : 압력 제어라인

Claims (10)

  1. 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 시스템에 있어서,
    액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스의 냉열을 회수하는 제1 열교환기; 및 제2 열교환기;
    상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기 중 어느 하나 이상을 통과하여 가열된 증발가스를 압축하는 다단 압축부; 및
    상기 다단 압축부에서 압축된 증발가스를 과냉각시키는 중간 냉각기;를 포함하고,
    상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기와 병렬로 마련되거나 상기 제1 열교환기의 전단 또는 후단에 직렬로 마련되며,
    상기 중간 냉각기로 공급되는 증발가스 중 적어도 일부를 분기시켜 팽창시키는 팽창 수단;을 더 포함하여,
    상기 중간 냉각기에서는 상기 팽창된 증발가스를 냉매로 하여, 상기 팽창된 증발가스와, 팽창시킬 증발가스를 분기시키고 남은 나머지 증발가스를 열교환시키는, 증발가스 재액화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 열교환기에서는 상기 다단 압축부에서 압축된 증발가스와 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스가 열교환하고,
    상기 제2 열교환기에서는 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스가 해수, 청수 또는 전기에 의해 가열되는, 증발가스 재액화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기를 작동할 수 없거나 상기 재액화 시스템의 초기 스타트 업(Start-Up)시 작동하는, 증발가스 재액화 시스템.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 중간 냉각기를 통과하여 과냉각된 증발가스를 팽창시키는 제3 팽창 수단;을 더 포함하여,
    제3 팽창 수단에서 팽창된 액체 상태의 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는, 증발가스 재액화 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 증발가스는 1atm에서 -110℃ 이상의 액화 온도를 갖는 저온의 증발가스이며,
    상기 다단 압축부는 저온용으로 마련되지 않는 것을 특징으로 하는, 증발가스 재액화 시스템.
  7. 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스의 냉열을 회수하고,
    상기 증발가스를 다단압축시키고,
    상기 압축된 증발가스를 냉각시키되,
    상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스의 냉열은,
    제1 열교환기에서 상기 압축된 증발가스를 냉각시킴으로써 회수하고,
    상기 압축된 증발가스를 공급할 수 없을 때에는 제2 열교환기에서 해수, 청수 또는 전기 에너지를 이용하여 회수하며,
    상기 냉각된 증발가스의 적어도 일부를 분기시켜 팽창시킨 증발가스를 냉매로 하여, 상기 분기시키고 남은 증발가스를 과냉각시켜, 재액화된 증발가스를 상기 저장탱크로 회수하는, 증발가스 재액화 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스는 1atm에서 -110℃ 이상의 액화 온도를 갖는, 증발가스 재액화 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 과냉각시킨 증발가스로부터 발생한 플래시 가스를 이용하여 상기 다단 압축된 증발가스의 압력을 제어하되,
    상기 플래시 가스가 분리된 액체 상태의 증발가스의 적어도 일부를 분기시켜 팽창시킨 증발가스를 냉매로 하여, 상기 분기시키고 남은 증발가스를 과냉각시키고, 저장탱크로 회수하는, 증발가스 재액화 방법.
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