KR102258675B1 - Boil-Off Gas Processing System and Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 액화가스 저장탱크에서 자연기화된 증발가스를 엔진의 연료로 공급하고, 엔진으로 공급하고 남은 잉여 증발가스는, 액화가스 저장탱크에서 자연기화된 증발가스와 엔진의 연료로 공급할 증발가스를 냉매로 사용하여 재액화시킴으로써, 증발가스를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 고압 엔진에서 요구하는 가스연료 압력 조건까지 압축시키는 고압 압축기; 상기 고압 압축기에서 압축된 고압 증발가스 중에서, 상기 고압 엔진에서 요구하는 연료 수요량을 초과하는 잉여의 증발가스가 유입되는 재액화 라인; 상기 재액화 라인으로부터 분기되며, 상기 재액화 라인으로 유입된 고압 증발가스 중에서, 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼의 증발가스가 유입되는 제2 연료라인; 상기 저압 엔진의 연료로 공급할 고압 증발가스를 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력까지 감압시키는 연료용 감압장치; 및 상기 재액화 라인으로 유입된 고압 증발가스 중에서, 재액화시킬 고압 증발가스를, 상기 연료용 감압장치에 의해 감압된 감압 증발가스의 냉열을 회수하여 냉각시키는 열교환기;를 포함한다.The present invention supplies the BOG naturally vaporized in the liquefied gas storage tank as the fuel of the engine, and the surplus BOG remaining after supplying the engine is the BOG to be supplied as the BOG naturally vaporized in the liquefied gas storage tank and the fuel of the engine. It relates to a system and method for treating boil-off gas by re-liquefying it using as a refrigerant.
The BOG treatment system according to the present invention includes: a high-pressure compressor for compressing BOG discharged from a liquefied gas storage tank to a gas fuel pressure condition required by a high-pressure engine; a reliquefaction line into which excess BOG exceeding the fuel demand amount required by the high-pressure engine is introduced from among the high-pressure BOG compressed in the high-pressure compressor; a second fuel line branched from the reliquefaction line and into which BOG corresponding to the fuel demand amount required by the low-pressure engine from among the high-pressure BOG introduced into the reliquefaction line is introduced; a fuel decompression device for decompressing the high-pressure BOG to be supplied as the fuel of the low-pressure engine to a pressure required by the low-pressure engine; and a heat exchanger for recovering and cooling the high-pressure BOG to be reliquefied from the high-pressure BOG introduced into the reliquefaction line by recovering the cooling heat of the reduced pressure BOG decompressed by the decompression device for fuel.
Description
본 발명은, 액화가스 저장탱크에서 자연기화된 증발가스를 엔진의 연료로 공급하고, 엔진으로 공급하고 남은 잉여 증발가스는, 액화가스 저장탱크에서 자연기화된 증발가스 및 엔진의 연료로 공급할 증발가스를 냉매로 사용하여, 재액화시킴으로써 증발가스를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention supplies the BOG naturally vaporized in the liquefied gas storage tank as a fuel of the engine, and the surplus BOG remaining after supplying the engine is the BOG to be supplied as the BOG naturally vaporized in the liquefied gas storage tank and the fuel of the engine. It relates to a system and method for treating boil-off gas by re-liquefying it using as a refrigerant.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다. In recent years, consumption of liquefied gas such as liquefied natural gas (LNG) is rapidly increasing worldwide. The liquefied gas obtained by liquefying the gas at a low temperature has the advantage of increasing the storage and transport efficiency because the volume is very small compared to the gas. In addition, since liquefied gas including liquefied natural gas can remove or reduce air pollutants during the liquefaction process, it can be viewed as an eco-friendly fuel that emits less air pollutants during combustion.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.Liquefied natural gas is a colorless and transparent liquid obtained by cooling and liquefying natural gas containing methane as a main component to about -163°C, and has a volume of about 1/600 compared to natural gas. Therefore, when the natural gas is liquefied and transported, it can be transported very efficiently.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.However, since the liquefaction temperature of natural gas is a cryogenic temperature of -163 ℃ atmospheric pressure, liquefied natural gas is sensitive to temperature changes and evaporates easily. For this reason, the storage tank that stores liquefied natural gas is insulated, but external heat is continuously transferred to the storage tank. Therefore, during the transportation of liquefied natural gas, the liquefied natural gas is continuously evaporated in the storage tank and boiled gas (Boil). -Off Gas, BOG) occurs.
증발가스는 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 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료 소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.Boil-off gas is a kind of loss and is an important problem in transport efficiency. In addition, if the boil-off gas accumulates in the storage tank, the internal pressure of the tank may increase excessively, and there is a risk of damage to the tank in severe cases. Therefore, various methods for treating BOG generated in the storage tank are being studied. Recently, for the treatment of BOG, a method of re-liquefying BOG and returning it to a storage tank, and turning BOG into fuel such as a ship's engine, etc. A method of using it as an energy source for consumers is being used.
증발가스를 재액화시키기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환시켜 재액화시키는 방법 및 별도의 냉매를 이용하지 않고 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화시키는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.As a method for re-liquefying BOG, there are a method of re-liquefying BOG by heat-exchanging it with a refrigerant by having a refrigeration cycle using a separate refrigerant, and a method of re-liquefying BOG itself as a refrigerant without using a separate refrigerant. have. In particular, a system employing the latter method is called a partial re-liquefaction system (PRS).
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)), X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진, ME-GI 엔진(MAN Electronic Gas-Injection Engine) 등의 가스연료엔진이 있다.Meanwhile, among engines generally used in ships, DF engines (Dual Fuel Diesel Electric (DFDE), Dual Fuel Diesel Generator (DFDG)) and X-DF (eXtra long stroke Dual Fuel) are engines that can use natural gas as fuel. There are gas fuel engines such as engines and ME-GI engines (MAN Electronic Gas-Injection Engine).
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.The DFDE is composed of 4 strokes, and adopts an Otto Cycle in which natural gas having a relatively low pressure of about 6.5 bar is injected into the combustion air inlet and compressed while the piston rises.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.The X-DF engine is composed of two strokes, uses about 16 bar of natural gas as fuel, and adopts an auto cycle.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300 bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.The ME-GI engine is composed of two strokes and adopts a diesel cycle in which high-pressure natural gas near 300 bar is directly injected into the combustion chamber near the top dead center of the piston.
본 발명은 재액화 성능을 안정화시켜 전반적인 재액화 효율 및 재액화량을 증가시킬 수 있는, 증발가스 재액화 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a BOG reliquefaction system and method, which can increase overall reliquefaction efficiency and reliquefaction amount by stabilizing reliquefaction performance.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 고압 엔진에서 요구하는 가스연료 압력 조건까지 압축시키는 고압 압축기; 상기 고압 압축기에서 압축된 고압 증발가스 중에서, 상기 고압 엔진에서 요구하는 연료 수요량을 초과하는 잉여의 증발가스가 유입되는 재액화 라인; 상기 재액화 라인으로부터 분기되며, 상기 재액화 라인으로 유입된 고압 증발가스 중에서, 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼의 증발가스가 유입되는 제2 연료라인; 상기 제2 연료라인을 따라 저압 엔진의 연료로 공급할 고압 증발가스를 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력까지 감압시키는 연료용 감압장치; 및 상기 재액화 라인으로 유입된 고압 증발가스 중에서, 재액화시킬 고압 증발가스를, 상기 연료용 감압장치에 의해 감압된 감압 증발가스의 냉열을 회수하여 냉각시키는 열교환기;를 포함하는, 증발가스 처리 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a high-pressure compressor for compressing boil-off gas discharged from a liquefied gas storage tank to a gas fuel pressure condition required by a high-pressure engine; a reliquefaction line into which excess BOG exceeding the fuel demand amount required by the high-pressure engine is introduced from among the high-pressure BOG compressed in the high-pressure compressor; a second fuel line branched from the reliquefaction line and into which BOG corresponding to the fuel demand amount required by the low-pressure engine from among the high-pressure BOG introduced into the reliquefaction line is introduced; a pressure reducing device for fuel for reducing the high-pressure BOG to be supplied as fuel of the low-pressure engine along the second fuel line to a pressure required by the low-pressure engine; and a heat exchanger for recovering and cooling the high-pressure BOG to be reliquefied from the high-pressure BOG introduced into the reliquefaction line by recovering the cooling heat of the reduced pressure BOG decompressed by the decompression device for fuel. system is provided.
바람직하게는, 상기 열교환기는, 상기 감압 증발가스와 상기 재액화시킬 고압 증발가스를 열교환시켜, 상기 감압 증발가스의 냉열을 1차로 회수하여 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 제2 열교환기;를 포함할 수 있다.Preferably, the heat exchanger may include a second heat exchanger configured to exchange heat between the reduced pressure BOG and the high-pressure BOG to be reliquefied, thereby recovering the cooling heat of the reduced-pressure BOG primarily to cool the high-pressure BOG. can
바람직하게는, 상기 열교환기는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 고압 압축기로 공급되는 압축 전 증발가스와, 상기 재액화시킬 고압 증발가스와, 상기 제2 열교환기에서 열교환 후 배출되는 감압 증발가스를 열교환시켜, 상기 감압 증발가스의 냉열을 2차로 회수하여 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 제1 열교환기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the heat exchanger heat-exchanges the boil-off gas before compression supplied from the liquefied gas storage tank to the high-pressure compressor, the high-pressure boil-off gas to be re-liquefied, and the reduced pressure boil-off gas discharged after heat exchange in the second heat exchanger. , a first heat exchanger for cooling the high-pressure BOG by recovering the cooling heat of the reduced pressure BOG secondarily.
바람직하게는, 상기 제2 열교환기의 하류에서 상기 재액화 라인으로부터 분기되어 상기 연료용 감압장치로 연결되는 연료 합류라인;을 포함할 수 있다.Preferably, a fuel merging line branched from the reliquefaction line downstream of the second heat exchanger and connected to the fuel pressure reducing device; may include.
바람직하게는, 상기 재액화 라인을 통해 상기 제1 열교환기로 공급되는 고압 증발가스 중에서 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량이 상기 연료용 감압장치로 공급되도록 개폐가 제어되는 연료 분기밸브; 상기 제2 열교환기에서 냉각된 저온의 고압 증발가스 중에서 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량이 상기 연료용 감압장치로 공급되도록 개폐가 제어되는 연료 합류밸브; 및 상기 제1 열교환기로 공급되는 고압 증발가스의 유량에 따라 상기 연료 분기밸브 및 연료 합류밸브의 개폐를 제어하여, 상기 연료용 감압장치로 공급할 고압 증발가스의 분기 지점을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.Preferably, a fuel branch valve whose opening and closing is controlled so that an amount of fuel demanded by the low-pressure engine from among the high-pressure BOG supplied to the first heat exchanger through the reliquefaction line is supplied to the pressure reducing device for fuel; a fuel merging valve whose opening and closing is controlled so that the fuel demand amount required by the low-pressure engine from among the low-temperature, high-pressure boil-off gas cooled by the second heat exchanger is supplied to the pressure reducing device for fuel; and a control unit configured to control the opening and closing of the fuel branch valve and the fuel merging valve according to the flow rate of the high-pressure boil-off gas supplied to the first heat exchanger to control a branch point of the high-pressure boil-off gas to be supplied to the pressure reducing device for fuel. can
바람직하게는, 상기 열교환기에서 냉열이 회수된 감압 증발가스의 온도를 상기 저압 엔진에서 요구하는 온도로 조절하는 연료 가열기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, it may further include a; fuel heater for adjusting the temperature of the reduced pressure boil-off gas recovered from the cooling heat in the heat exchanger to a temperature required by the low-pressure engine.
바람직하게는, 상기 제1 열교환기에서 1차 냉각되고, 제2 열교환기에서 2차 냉각된 고압 증발가스를 감압시키는 재액화용 감압장치; 및 상기 재액화용 감압장치에 의해 감압되면서 재액화된 재액화 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수될 수 있다.Preferably, a pressure reducing device for re-liquefaction for decompressing the high-pressure boil-off gas, which is first cooled in the first heat exchanger and secondly cooled in the second heat exchanger; and the reliquefied BOG reliquefied while decompressed by the depressurizing device for reliquefaction may be recovered to the liquefied gas storage tank.
바람직하게는, 상기 재액화용 감압장치에 의해 감압되면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하여, 액체 상태의 재액화 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수하고, 기체 상태의 미응축 증발가스는 상기 제1 열교환기로 공급되는 압축 전 증발가스 흐름에 합류시키는 기액분리기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, by gas-liquid separation of the gas-liquid mixture generated while decompressed by the decompression device for reliquefaction, the reliquefied BOG in a liquid state is recovered to the liquefied gas storage tank, and the non-condensed BOG in a gaseous state is the first It may further include a; gas-liquid separator to join the boil-off gas flow before compression supplied to the heat exchanger.
바람직하게는, 상기 제2 연료라인은, 상기 제1 열교환기의 상류에서 상기 재액화 라인으로부터 분기되어 상기 연료용 감압장치로 연결될 수 있다.Preferably, the second fuel line may be branched from the reliquefaction line upstream of the first heat exchanger and connected to the pressure reducing device for fuel.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 고압 엔진에서 요구하는 가스연료 압력 조건까지 압축시키는 고압 압축단계; 상기 고압 압축 단계에서 압축된 고압 증발가스 중에서 상기 고압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼을 상기 고압 엔진으로 공급하는 고압 연료 공급단계; 상기 고압 엔진의 연료 수요량을 초과하는 나머지 고압 증발가스 중 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼은 감압시켜 상기 저압 엔진으로 공급하는 저압 연료 공급단계; 및 상기 고압 엔진 및 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량을 초과하는 나머지 고압 증발가스는, 상기 저압 엔진으로 공급할 감압 증발가스의 냉열로 재액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는 재액화 단계;를 포함하는, 증발가스 처리 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above object, a high-pressure compression step of compressing the boil-off gas discharged from the liquefied gas storage tank to the gas fuel pressure condition required by the high-pressure engine; a high-pressure fuel supply step of supplying an amount of fuel demanded by the high-pressure engine from among the high-pressure BOG compressed in the high-pressure compression step to the high-pressure engine; a low-pressure fuel supply step of supplying the low-pressure engine by reducing the amount of fuel demand required by the low-pressure engine among the remaining high-pressure BOG exceeding the fuel demand of the high-pressure engine; and a re-liquefaction step of re-liquefying the remaining high-pressure BOG exceeding the fuel demand required by the high-pressure engine and the low-pressure engine with the cooling heat of the reduced-pressure BOG to be supplied to the low-pressure engine and recovering it to the liquefied gas storage tank. , a boil-off gas treatment method is provided.
바람직하게는, 상기 재액화 단계는, 상기 고압 압축단계에서 증발가스를 압축시키기 전의 압축 전 증발가스와, 상기 재액화시킬 고압 증발가스와, 상기 감압 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 1차 냉각단계; 및 상기 1차 냉각단계에서 냉각된 고압 증발가스와, 상기 감압 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 더 냉각시키는 2차 냉각단계;를 포함하고, 상기 감압 증발가스의 냉열은, 상기 2차 냉각단계에서 1차로 회수하고, 상기 1차 냉각단계에서 2차로 회수할 수 있다.Preferably, in the re-liquefaction step, the BOG before compression in the high-pressure compression step is cooled by exchanging heat between the BOG before compression, the high-pressure BOG to be reliquefied, and the reduced pressure BOG to cool the high-pressure BOG. first cooling step; and a secondary cooling step of further cooling the high-pressure BOG by exchanging heat between the high-pressure BOG cooled in the first cooling step and the reduced pressure BOG, wherein the cooling heat of the reduced pressure BOG is the secondary cooling It may be recovered primarily in the step, and may be recovered secondarily in the first cooling step.
바람직하게는, 상기 저압 연료 공급단계는, 상기 1차 냉각단계로 공급되기 전에 상기 고압 증발가스 중 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼을 분기시켜 감압시키거나, 상기 2차 냉각단계를 거친 저온의 고압 증발가스 중에서 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼을 분기시켜 감압시키는 연료 분기지점 제어단계;를 더 포함하고, 상기 연료 분기지점 제어단계에서는, 상기 고압 엔진에서 요구하는 연료 수요량에 따라 상기 연료 분기지점을 선택할 수 있다.Preferably, in the low-pressure fuel supply step, before being supplied to the primary cooling step, the pressure is reduced by branching the amount of fuel demand required by the low-pressure engine among the high-pressure BOG, or at a low temperature that has undergone the secondary cooling step. Further comprising; a fuel branch control step of depressurizing by branching the amount of fuel demand required by the low-pressure engine from the high-pressure BOG, and in the fuel branch control step, the fuel branching according to the fuel demand amount required by the high-pressure engine You can choose a branch.
본 발명에 의하면, 증발가스를 압축시킨 후 압축 전 증발가스를 냉매로 사용하여 재액화시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 중압 또는 저압 엔진의 연료로 공급할 증발가스를 고압으로 압축시킨 후 감압시켜 공급함으로써, 감압에 의해 온도가 낮아진 증발가스를 재액화시킬 증발가스를 냉각시키기 위한 추가 냉매로 사용할 수 있으므로, 증발가스의 냉열을 최대로 회수할 수 있고, 따라서 증발가스의 재액화량을 증가시킬 수 있다. According to the present invention, in the BOG re-liquefaction system for re-liquefying BOG as a refrigerant after compressing BOG, by compressing BOG to be supplied as fuel of a medium-pressure or low-pressure engine to a high pressure and then supplying it under reduced pressure. , since it can be used as an additional refrigerant for cooling the boil-off gas to be re-liquefied by the reduced pressure, the cooling heat of the boil-off gas can be recovered to the maximum, and thus the reliquefaction amount of the boil-off gas can be increased. .
또한, 중압 또는 저압 엔진의 연료로 공급할 증발가스는 선박의 운항 상황에 따라 추출하는 위치를 다르게 함으로써, 재액화시킬 증발가스의 양 및/또는 연료로 공급할 증발가스의 양에 따라 탄력적으로 시스템을 운용할 수 있다. In addition, the BOG to be supplied as fuel for the medium or low pressure engine is extracted at different locations depending on the operating conditions of the vessel, so that the system is flexibly operated according to the amount of BOG to be reliquefied and/or the amount of BOG to be supplied as fuel. can do.
도 1은 일반적인 증발가스 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a general BOG treatment system.
2 is a schematic diagram illustrating a BOG treatment system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 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. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that only the same elements are marked with the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
후술하는 본 발명의 실시예에서 액화가스는, 다양한 액화가스(Liquefied Gas)에 적용될 수 있으며, 예를 들어, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화 석유화학 가스일 수 있다. 또는, 액화 이산화탄소, 액화 수소, 액화 암모니아 등의 액체 가스일 수도 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.In an embodiment of the present invention described below, the liquefied gas may be applied to various liquefied gases, for example, LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), and liquefied It may be a liquefied petrochemical gas such as liquefied ethylene gas and liquefied propylene gas. Alternatively, it may be a liquid gas such as liquefied carbon dioxide, liquefied hydrogen, or liquefied ammonia. However, in the embodiments to be described later, it will be described as an example that LNG, which is a representative liquefied gas, is applied.
LNG는 메탄을 주성분으로 하며, 에탄, 프로판, 부탄 등을 포함하고, 그 조성은 생산지에 따라 달라질 수 있다. LNG has methane as its main component, and includes ethane, propane, butane, and the like, and its composition may vary depending on the production area.
또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 액화가스 및 액화가스의 증발가스는 엔진, 특히 선박용 엔진의 연료로 사용할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention to be described later, liquefied gas and boil-off gas of the liquefied gas may be used as a fuel for an engine, particularly a marine engine.
또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템 및 방법은, 선박에 적용되는 것을 예로 들어 설명하지만, 육상에서 적용될 수도 있다. In addition, although the BOG treatment system and method according to an embodiment of the present invention, which will be described later, is described as an example applied to a ship, it may be applied on land.
또한, 후술하는 실시예에서 선박은 액화천연가스를 화물로서 운반하는 액화천연가스 운반선(LNG Carrier)의 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 액화천연가스를 저장하는 저장탱크를 갖춘 LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit), LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG RV(Regasification Vessel) 등 액화가스 저장탱크가 마련되고 액화가스를 연료로써 공급받는 엔진이 적용되고 증발가스를 처리하기 위한 수단으로서 증발가스를 재액화시키기 위한 재액화 장치가 구비되는 모든 선박에 적용할 수 있다.In addition, in the embodiment to be described later, the ship is described by taking the case of a LNG carrier that transports liquefied natural gas as cargo, but the present invention is an LNG FSRU (Floating LNG FSRU) equipped with a storage tank for storing liquefied natural gas. Liquefied gas storage tanks such as Storage Regasification Unit), LNG FPSO (Floating Production Storage Offloading), and LNG RV (Regasification Vessel) are provided, and an engine supplied with liquefied gas as fuel is applied. It is applicable to all ships equipped with a reliquefaction device for reliquefying.
따라서, 본 발명은 액화천연가스를 연료로써 공급받는 엔진이 마련되고 엔진에 의해 추진력을 갖거나 엔진을 구동하여 전력을 생산하여 사용할 수 있는 모든 선박에 적용할 수 있다. Therefore, the present invention can be applied to all ships in which an engine supplied with liquefied natural gas as a fuel is provided, and has propulsion by the engine or to generate electric power by driving the engine.
또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 연료 수요처는 고압 엔진, 중압 엔진 및 저압 엔진 중 어느 둘 이상을 포함할 수 있다. 고압 엔진은 약 100 bar 내지 400 bar, 바람직하게는 약 150 bar의 가스 연료를 사용하는 엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진인 것을 예로 들어 설명한다. 또한, 중압 엔진은 약 10 bar 내지 20 bar, 바람직하게는 약 16 bar의 가스 연료를 사용하는 엔진, 예를 들어 X-DF 엔진일 수 있으며, 저압 엔진은 약 5 bar 내지 10 bar, 바람직하게는 약 6.5 bar의 가스 연료를 사용하는 엔진, 예를 들어 DF 엔진이나 DFDG 엔진, 또는 DFGE 엔진 등일 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention to be described later, the fuel demander may include any two or more of a high-pressure engine, a medium-pressure engine, and a low-pressure engine. The high-pressure engine will be described as an engine using gas fuel of about 100 bar to 400 bar, preferably about 150 bar, for example, a ME-GI engine. Further, the medium pressure engine may be an engine using gaseous fuel of about 10 bar to 20 bar, preferably about 16 bar, for example an X-DF engine, and the low pressure engine is about 5 bar to 10 bar, preferably It may be an engine that uses about 6.5 bar of gaseous fuel, for example a DF engine or a DFDG engine, or a DFGE engine.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서는 연료 수요처로서 고압 엔진과 저압 엔진, 즉 ME-GI 엔진과 DFGE를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In an embodiment of the present invention to be described later, a high-pressure engine and a low-pressure engine, ie, a ME-GI engine and a DFGE, will be described as examples of fuel demanders.
먼저, 도 1을 참조하여 일반적인 증발가스 처리 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. 일반적인 증발가스 처리 시스템은, LNG 저장탱크(TK), 압축기(HC), 열교환기(HE), 감압장치(EV) 및 기액분리기(SP)를 포함한다. 또한, LNG 저장탱크(TK)로부터 배출되는 증발가스가 유동하는 유로로서, LNG 저장탱크(TK)와, 열교환기(HE)와, 압축기(HC)와 ME-GI 엔진을 연결하는 제1 라인(L1), 압축기(HC)와 ME-GI 엔진 사이의 제1 라인(L1)으로부터 분기되며 열교환기(HE)와, 감압장치(EV)와, 기액분리기(SP)와, LNG 저장탱크(TK)를 연결하는 제2 라인(L2), 기액분리기(SP)와 제1 라인(L1), 특히, LNG 저장탱크(TK)와 열교환기(HE) 사이의 제1 라인(L1)을 연결하는 제3 라인(L3) 및 압축기(HC)의 중간단으로부터 분기되어 DF 엔진으로 연결되는 제4 라인(L4)을 포함한다. First, a general BOG treatment system and method will be described with reference to FIG. 1 . A typical BOG treatment system includes an LNG storage tank (TK), a compressor (HC), a heat exchanger (HE), a pressure reducing device (EV), and a gas-liquid separator (SP). In addition, as a flow path through which boil-off gas discharged from the LNG storage tank (TK) flows, the first line ( L1), branching from the first line (L1) between the compressor (HC) and the ME-GI engine, a heat exchanger (HE), a pressure reducing device (EV), a gas-liquid separator (SP), and an LNG storage tank (TK) A second line (L2) connecting the second line (L2), the gas-liquid separator (SP) and the first line (L1), in particular, the third connecting the first line (L1) between the LNG storage tank (TK) and the heat exchanger (HE) It includes a line L3 and a fourth line L4 branched from the middle end of the compressor HC and connected to the DF engine.
도 1을 참고하면, 일반적인 증발가스 처리 방법은, LNG 저장탱크(TK)에서 발생한 증발가스가 제1 라인(L1)을 따라 압축기(HC)로 유입되고, 압축기(HC)에서 ME-GI 엔진이나 DF 엔진과 같은 연료 수요처에서 요구하는 압력까지 압축된다. Referring to FIG. 1 , in a general BOG treatment method, BOG generated in the LNG storage tank (TK) is introduced into the compressor (HC) along the first line (L1), and the ME-GI engine or the It is compressed to the pressure required by fuel demanders such as DF engines.
압축기(HC)의 일부 전단 압축부만을 이용하여 DF 엔진에서 요구하는 압력까지 압축된 증발가스는 제4 라인(L4)으로 분기되어 DF 엔진의 연료로 공급된다. 또한 압축기(HC)의 다수개의 압축부를 모두 이용하여 ME-GI 엔진에서 요구하는 압력까지 압축된 증발가스는 제1 라인(L1)을 따라 ME-GI 엔진의 연료로 공급된다. BOG compressed to a pressure required by the DF engine using only a partial front-end compression part of the compressor HC is branched into the fourth line L4 and supplied as fuel of the DF engine. In addition, BOG compressed to a pressure required by the ME-GI engine using all of the plurality of compression units of the compressor HC is supplied as fuel of the ME-GI engine along the first line L1.
ME-GI 엔진과 DF 엔진에서 요구하는 증발가스 연료 수요량보다 LNG 저장탱크(TK)로부터 배출된 증발가스의 양이 더 많은 경우, 연료 수요량을 초과하는 양만큼의 잉여 증발가스는 압축기(HC)에서 ME-GI 엔진에서 요구하는 압력까지 압축된 후, 제2 라인(L2)으로 분기되어 재액화된다. If the amount of BOG discharged from the LNG storage tank (TK) is greater than the BOG fuel demand required by the ME-GI engine and the DF engine, the surplus BOG in the amount exceeding the fuel demand is removed from the compressor (HC). After being compressed to the pressure required by the ME-GI engine, it is branched to the second line L2 and reliquefied.
제2 라인(L2)으로 분기된 압축 증발가스는, 열교환기(HE)에서, LNG 저장탱크(TK)로부터 제1 라인(L1)을 따라 압축기(HC)로 유입되는 압축 전 증발가스와 열교환하여, 냉각된다. The compressed BOG branched to the second line (L2) exchanges heat with the BOG before compression flowing into the compressor (HC) from the LNG storage tank (TK) along the first line (L1) in the heat exchanger (HE). , is cooled.
열교환기(HE)에서 냉각된 압축 증발가스는 감압장치(EV)에 의해 감압된다. 이와 같이 압축, 냉각 및 감압 공정을 거치면서 증발가스는 재액화된다.The compressed BOG cooled in the heat exchanger (HE) is decompressed by the decompression device (EV). As described above, the BOG is reliquefied through the compression, cooling and decompression processes.
감압장치(EV)에 의해 감압된 증발가스는, 기액분리기(SP)에서 기액분리되어, 액체 상태의 재액화 증발가스는 LNG 저장탱크(TK)로 회수되고, 재액화되지 않은 기체 상태의 미응축 증발가스는 제3 라인(L3)을 따라 LNG 저장탱크(TK)로부터 열교환기(HE)로 유입되는 증발가스 흐름에 합류된다. BOG decompressed by the decompression device (EV) is gas-liquid separated in the gas-liquid separator (SP), and the reliquefied BOG in liquid state is recovered to the LNG storage tank (TK), and the non-condensed gaseous BOG is not reliquefied. BOG is joined with BOG flowing from the LNG storage tank (TK) to the heat exchanger (HE) along the third line (L3).
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. Next, a BOG treatment system and method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .
본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템 및 방법은, 상술한 일반적인 증발가스 처리 시스템 및 방법과 비교하여, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시킨다는 점에서는 동일하지만, 본 실시예에서는 연료로 공급할 증발가스의 냉열을 추가로 발생시키고, 이를 재액화 냉매로서 추가 회수하여 사용함으로써 재액화량을 최대화할 수 있다는 점에서 차이가 있다. The BOG treatment system and method according to an embodiment of the present invention is the same as that of the general BOG treatment system and method described above in that BOG is used as a refrigerant to reliquefy BOG, but in this embodiment In the example, there is a difference in that the amount of reliquefaction can be maximized by additionally generating cooling heat of BOG to be supplied as fuel, and additionally recovering and using it as a reliquefaction refrigerant.
본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(100); LNG 저장탱크(100)로부터 증발가스 라인(BL)을 따라 배출된 증발가스를 고압 엔진 즉, ME-GI 엔진에서 요구하는 압력까지 압축시키는 고압 압축기(200); 고압 압축기(200)에서 압축된 고압 증발가스를 연료로 사용하는 고압 엔진; 고압 압축기(200)에서 압축된 고압 증발가스 중에서 고압 엔진에서 필요로 하는 가스 연료 수요량을 초과하는 잉여 고압 증발가스를, 증발가스 라인(BL)을 따라 LNG 저장탱크(100)로부터 고압 압축기(200)로 이송되는 압축 전 증발가스 및 저압 엔진의 연료로 공급할 감압 증발가스의 냉열로 냉각시키는 열교환기(300, 400); 열교환기(300, 400)를 거쳐 냉각된 고압 증발가스를 감압시키는 재액화용 감압장치(500); 및 잉여 고압 증발가스 중에서, 저압 엔진의 연료로 공급할 고압 증발가스를 감압시켜 열교환기(300, 400)로 공급하는 연료용 감압장치(700);를 포함한다. The BOG treatment system according to an embodiment of the present invention includes an
본 실시예의 열교환기(300, 400)는, 고압 압축기(200)에서 압축된 고압 증발가스 중에서 고압 엔진에서 필요로 하는 가스 연료 수요량을 초과하는 나머지 고압 증발가스를, 증발가스 라인(BL)을 따라 LNG 저장탱크(100)로부터 고압 압축기(200)로 이송되는 증발가스 및 저압 엔진의 연료로 공급할 감압 증발가스의 냉열로 1차 냉각시키는 제1 열교환기(300); 및 제1 열교환기(300)에서 냉각된 고압 증발가스를 저압 엔진의 연료로 공급할 저온의 감압 증발가스와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2 열교환기(400);를 포함한다. The
즉, 본 실시예의 제1 열교환기(300)는 3 스트림 열교환기이고, 제2 열교환기(400)는 2 스트림 열교환기일 수 있다. 또한, 열교환기(300, 400)에서 열교환에 의해 고압 증발가스는 냉각되고 저압 증발가스는 가열된다. 보다 구체적으로, 제1 열교환기(300)에서는 압축 전 증발가스 및 감압 증발가스의 냉열이 회수되고 제2 열교환기(400)에서는 감압 증발가스의 냉열이 회수된다.That is, the
또한, 본 실시예에 따르면, 고압 압축기(200)에 의한 압축 공정, 열교환기(300, 400)에 의한 냉각 공정 및 재액화용 감압장치(500)에 의한 감압 공정을 거친 증발가스는 과냉각 상태 또는 적어도 일부가 재액화된 기액 혼합 상태일 수 있다. In addition, according to the present embodiment, the BOG after the compression process by the
본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, 재액화용 감압장치(500)에서 감압된 증발가스를 기액분리시켜, 액체 상태의 재액화 증발가스는 LNG 저장탱크(100)로 회수하고, 재액화되지 않은 기체 상태의 미응축 증발가스는 기체 회수라인(GL)을 이용하여 LNG 저장탱크(100)로부터 제1 열교환기(300)로 유입되는 압축 전 증발가스 흐름에 합류시키는 기액분리기(600);를 더 포함할 수 있다.The BOG treatment system according to the present embodiment separates the BOG decompressed in the
본 실시예의 증발가스 라인(BL)은 LNG 저장탱크(100)와 제1 열교환기(300)와 고압 압축기(200)를 연결한다. LNG 저장탱크(100)로부터 배출된 압축 전 증발가스는 증발가스 라인(BL)을 따라 제1 열교환기(300)의 저온 유로로 공급되어 고압 증발가스를 냉각시키는 냉매로 사용된다. 제1 열교환기(300)에서 압축 증발가스와의 열교환에 의해 온도가 상승한 압축 전 증발가스는, 증발가스 라인(BL)을 따라, 제1 열교환기(300)의 저온 유로로부터 고압 압축기(200)로 이송된다. The boil-off gas line BL of this embodiment connects the
또한, 본 실시예에 따르면 LNG 저장탱크(100)와 제1 열교환기(300) 사이의 증발가스 라인(BL)으로부터 분기되어 제1 열교환기(300)를 우회하고 제1 열교환기(300)와 고압 압축기(200) 사이로 연결되는 열교환기 우회라인(BL1);을 더 포함할 수 있다. In addition, according to this embodiment, branched from the boil-off gas line BL between the
즉, 본 실시예에 따르면, 필요한 경우. 열교환기 우회라인(BL1)을 이용하여 LNG 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스의 전부 또는 일부가 제1 열교환기(300)의 냉매로 사용되지 않고, 즉 제1 열교환기(300)의 저온 유로로 공급되지 않고, 제1 열교환기(300)를 우회하여, 고압 압축기(200)로 직접 이송되도록 할 수 있다.That is, according to the present embodiment, if necessary. All or part of the boil-off gas discharged from the
예를 들어, 재액화시킬 증발가스가 없거나, 후술하는 제2 열교환기(400)에서의 열교환만으로도 재액화시킬 증발가스의 온도를 목표 온도까지 충분히 낮출 수 있거나, 제1 열교환기(300)의 유지보수 등을 목적으로 제1 열교환기(300)를 사용하지 않는 경우, 열교환기 우회라인(BL1)에 설치되는 개폐밸브(도면부호 미부여)를 개방하여 증발가스가 제1 열교환기(300)를 우회한 후 고압 압축기(200)의 상류에서 증발가스 라인(BL)으로 합류하도록 제어할 수 있다. For example, there is no BOG to be reliquefied, or the temperature of BOG to be reliquefied can be sufficiently lowered to a target temperature only by heat exchange in the
본 실시예의 고압 압축기(200)는, 증발가스를 고압 엔진에서 요구하는 압력, 즉, ME-GI 엔진에서 요구하는 압력인 약 150 bar 이상으로 압축시킬 수 있다.The high-
또한, 고압 압축기(200)는 다수개의 압축부를 포함하여 다단계에 걸쳐 증발가스를 압축시키는 다단 압축기일 수 있다. 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 고압 압축기(200)가 다섯 개의 압축부를 포함하여 5단계에 걸쳐 증발가스를 ME-GI 엔진에서 요구하는 압력까지 압축시킨다.Also, the high-
본 실시예에 따르면, 상술한 일반적인 증발가스 처리 시스템과 마찬가지로 증발가스를 연료로 사용하는 고압 엔진과 저압 엔진을 모두 포함하고, 압축기를 이용하여 증발가스를 압축시켜 고압 엔진과 저압 엔진으로 동시에 공급할 수 있다.According to this embodiment, it includes both a high-pressure engine and a low-pressure engine using boil-off gas as fuel, similar to the general BOG treatment system described above, and compresses BOG using a compressor to supply the high-pressure engine and the low-pressure engine simultaneously. have.
상술한 일반적인 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이 다수개의 압축부를 포함하는 압축기(HC)의 전단 3개의 압축부 등 일부의 압축부만을 이용하여 저압으로 압축된 증발가스가 저압 엔진으로 공급되도록 압축기(HC)의 중간에서 분기되는 제4 라인(L4)을 구비한다. As shown in FIG. 1 , in the general BOG reliquefaction system described above, BOG compressed to a low pressure using only some compression parts such as three compression parts at the front end of the compressor (HC) including a plurality of compression parts is a low pressure engine. and a fourth line L4 branched from the middle of the compressor HC to be supplied to the .
따라서, 일반적인 증발가스 재액화 방법은, 고압 엔진으로 공급할 증발가스는 고압 엔진에서 요구하는 고압으로 압축하여 제1 라인(L1)을 따라 고압 엔진으로 공급하고, 저압 엔진으로 공급할 증발가스는 저압 엔진에서 요구하는 저압으로 압축하여 제4 라인(L4)을 따라 저압 엔진으로 공급한다.Therefore, in the general method of reliquefying BOG, BOG to be supplied to the high-pressure engine is compressed to the high pressure required by the high-pressure engine and supplied to the high-pressure engine along the first line L1, and BOG to be supplied to the low-pressure engine is supplied to the low-pressure engine in the low-pressure engine. It is compressed to the required low pressure and supplied to the low pressure engine along the fourth line L4.
이와 달리 본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 고압 압축기(200)의 하류에서 증발가스 라인(BL)으로부터 분기되어 ME-GI 엔진으로 연결되는 제1 연료라인(FL1); 고압 압축기(200)의 하류에서 증발가스 라인(BL)으로부터 분기되어 제1 열교환기(300)로 연결되는 재액화 라인(RL); 및 재액화 라인(RL)으로부터 제1 열교환기(300)의 상류에서 분기되어 연료용 감압장치(700)로 연결되는 제2 연료라인(FL2);을 포함한다.On the other hand, in the BOG treatment system according to the present embodiment, as shown in FIG. 2 , a first fuel line branched from the BOG line BL at the downstream of the
따라서, 본 실시예에 따른 증발가스 처리 방법은, 고압 압축기(200)에서 증발가스를 고압으로 압축시킨 후, ME-GI 엔진의 증발가스 연료 수요량만큼 제1 연료라인(FL1)으로 분기시켜 ME-GI 엔진으로 공급한다. Accordingly, in the BOG treatment method according to the present embodiment, after the BOG is compressed at a high pressure in the high-
제1 연료라인(FL1)으로 분기시키고 남은 나머지, 즉, DF 엔진으로 공급할 고압 증발가스와 재액화시킬 고압 증발가스는 재액화 라인(RL)으로 분기시킨다. The remaining remaining after branching to the first fuel line FL1, that is, the high-pressure BOG to be supplied to the DF engine and the high-pressure BOG to be reliquefied, are branched to the reliquefaction line RL.
또한, 본 실시예의 잉여 고압 증발가스는, 고압 압축기(200)와 열교환기(300) 사이에서 두 흐름으로 분기되고, 한 흐름은 재액화 라인(RL)을 따라 열교환기(300)로 공급되어 재액화되고, 나머지 흐름은 후술할 제2 연료라인(FL2)을 따라 연료용 감압장치(700)로 공급되어 저압 엔진의 연료로 공급된다. In addition, the surplus high-pressure BOG of this embodiment is branched into two flows between the high-
즉, 재액화 라인(RL)으로 분기된 고압 증발가스 중에서 DF 엔진의 연료로 공급할 증발가스는 제1 열교환기(300)의 상류에서 제2 연료라인(FL2)으로 분기시켜 연료용 감압장치(700)로 공급한다. That is, the BOG to be supplied as fuel of the DF engine among the high-pressure BOG branched to the reliquefaction line RL is branched from the upstream of the
제2 연료라인(FL2)으로 분기시키고 남은 나머지, 즉 재액화시킬 고압 증발가스는 재액화 라인(RL)을 통해 제1 열교환기(300)로 공급한다.The remaining high-pressure BOG to be branched to the second fuel line FL2, that is, to be reliquefied, is supplied to the
제2 연료라인(FL2)으로 분기되어 연료용 감압장치(700)로 공급된 고압 증발가스는, 연료용 감압장치(700)에서 저압 엔진에서 요구하는 압력, 즉 본 실시예에서 약 6.5 bar 까지 감압된다.The high-pressure BOG branched to the second fuel line FL2 and supplied to the fuel
연료용 감압장치(700)은 단열 팽창 수단, 예를 들어 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다. 고압 증발가스는 연료용 감압장치(700)에 의해 DF 엔진에서 요구하는 압력까지 등엔트로피 또는 등엔탈피 팽창되면서 온도 역시 낮아진다. The
본 실시예에 따르면, 연료용 감압장치(700)에 의해 감압되면서 압력 및 온도가 낮아진 저온의 감압 증발가스는, 제2 열교환기(400)의 저온 유로로 공급되며 재액화시킬 고압 증발가스를 냉각시키는 냉매로서 활용된다.According to the present embodiment, the low-temperature reduced pressure BOG whose pressure and temperature are lowered while being decompressed by the
제2 열교환기(400)에서는, 연료용 감압장치(700)에 의해 감압된 저온의 감압 증발가스와, 제1 열교환기(300)에서 열교환에 의해 냉각된 후 배출되는 고압 증발가스가 열교환하여, 저온의 감압 증발가스의 온도는 상승하고, 고압 증발가스의 온도는 낮아진다. In the
제2 열교환기(400)에서 열교환에 의해 온도가 높아진 감압 증발가스는 제1 열교환기(300)로 이송되며, 제1 열교환기(300)에서 열교환에 의해 온도가 상승한 채로 제2 연료라인(FL2)을 따라 DF 엔진으로 공급된다. The reduced pressure BOG whose temperature is increased by heat exchange in the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 고압 압축기(200)의 중간에서 저압으로 압축된 증발가스를 저압 엔진으로 공급하는 것이 아니라, 고압 엔진으로 공급할 증발가스와 저압 엔진으로 공급할 증발가스와 재액화시킬 증발가스를 모두 고압 압축기(200)를 이용하여 고압 엔진에서 요구하는 고압까지 압축시킨 후, 저압 엔진으로 공급할 증발가스는 연료용 감압장치(700)에 의해 감압시켜 냉열을 추가로 발생시키고, 감압 증발가스의 냉열로 재액화시킬 증발가스를 냉각시키며, 감압 증발가스는 재액화시킬 증발가스와 열교환하면서 온도가 상승하여 저압 엔진에서 요구하는 온도로 조절된 후 저압 엔진으로 공급된다.As described above, according to the present embodiment, the BOG to be supplied to the high-pressure engine and BOG to be supplied to the low-pressure engine and BOG to be reliquefied are not supplied to the low-pressure engine in the middle of the high-
따라서, 저압 엔진으로 공급할 증발가스를 감압시켜 냉열을 추가로 발생시킴으로써 재액화량을 증대시키는 것과 동시에, 감압 증발가스는 재액화시킬 증발가스를 냉각시키면서 온도가 상승하므로, 저압 엔진에서 요구하는 온도 조건을 만족시킬 수 있다. Therefore, the reliquefaction amount is increased by reducing the BOG to be supplied to the low-pressure engine and additionally generating cooling heat, and at the same time, the reduced BOG is cooled while cooling the BOG to be reliquefied and the temperature rises. can satisfy
본 실시예에 따르면, 제1 열교환기(300)와 저압 엔진 사이에는, 제1 열교환기(300)로부터 저압 엔진으로 공급되는 감압 증발가스의 온도를 저압 엔진에서 요구하는 온도로 조절하는 연료 가열기(800);가 설치될 수 있다. According to this embodiment, between the
연료 가열기(800)는, 제2 열교환기(400) 및 제1 열교환기(300)로부터 이송된 감압 증발가스의 온도가 저압 엔진에서 요구하는 가스 연료 온도조건보다 낮을 때 가동되어 감압 증발가스를 가열하는 수단일 수 있다. The
또한, 제2 열교환기(400)에서 감압 증발가스와의 열교환에 의해 온도가 낮아진 저온의 고압 증발가스는, 재액화 라인(RL)을 따라 제2 열교환기(400)로부터 재액화용 감압장치(500)로 이송된다. 제2 열교환기(400)로부터 배출되는 저온의 고압 증발가스는 초임계 상태일 수 있으며, 또한 적어도 일부가 액화된 기액 혼합 상태일 수도 있고 과냉각 상태의 액체 상태일 수도 있다. In addition, the low-temperature high-pressure BOG whose temperature is lowered by heat exchange with the reduced-pressure BOG in the
재액화용 감압장치(500)는 저온의 고압 증발가스를 단열 팽창시키는, 단열 팽창 수단, 예를 들어 팽창기 또는 팽창밸브(줄-톰슨 밸브)일 수 있다. 저온의 고압 증발가스는 재액화용 감압장치(500)에 의해 LNG 저장탱크(100)의 작동 압력까지 등엔트로피 또는 등엔탈피 팽창되면서 온도 역시 낮아진다. The
저온의 고압 증발가스는 재액화용 감압장치(500)에 의해 감압되면서 플래시 가스가 생성되는 등 기액혼합물이 될 수 있다. 기액분리기(600)는 이 기액혼합물을 기액분리하여, 액체 상태의 재액화 증발가스는 LNG 저장탱크(100)로 회수되고 재액화되지 않은 기체 상태의 미응축 증발가스는 제1 열교환기(300)의 저온 유로로 합류되도록 한다.The low-temperature, high-pressure BOG may be a gas-liquid mixture such that flash gas is generated while the pressure is reduced by the
기액분리기(600)로부터 LNG 저장탱크(100)로 액체 상태의 재액화 증발가스가 유동하는 재액화 라인(RL)은 기액분리기(600)의 하단부로부터 LNG 저장탱크(100)로 연결된다. 기액분리기(600)로부터 제1 열교환기(300)의 저온 유로로 기체 상태의 미응축 증발가스가 유동하는 기체 회수라인(GL)은 기액분리기(600)의 상단부로부터 제1 열교환기(100)의 상류에서 증발가스 라인(BL)으로 연결된다. The reliquefaction line RL through which the liquid reliquefied BOG flows from the gas-
또한, 본 실시예에 따르면, 제2 열교환기(400)와 기액분리기(600) 사이의 재액화 라인(RL)으로부터 분기되어, 연료용 감압장치(700)의 상류의 제2 연료라인(FL2)으로 연결되는 연료 합류라인(FL3);을 더 포함할 수 있다. In addition, according to this embodiment, it is branched from the reliquefaction line RL between the
선박의 운항 상태에 따라, 저압 엔진으로 공급할 증발가스 연료를 상술한 바와 같이 제1 열교환기(300) 상류에서 제2 연료라인(FL2)을 이용하여 연료용 감압장치(700)로 분기시킬 수도 있고, 연료 합류라인(FL3)을 이용하여 제2 열교환기(400)의 하류에서 분기시킬 수도 있다. Depending on the operating state of the ship, the boil-off gas fuel to be supplied to the low-pressure engine may be branched to the
예를 들어, 추진 엔진인 ME-GI 엔진에서 필요로 하는 증발가스 연료량이 증가하게 되는 운항 상태에서는, 압축 전 증발가스로부터 회수할 수 있는 냉열의 양이 재액화시킬 고압 증발가스를 냉각시키기 위해 필요로 하는 냉열보다 많다. 이때에는, 제2 열교환기(400)의 하류에서 저온의 고압 증발가스를 연료 합류라인(FL3)으로 분기시켜 연료용 감압장치(700)에 의해 감압시킨 후 제2 열교환기(400) 및 제1 열교환기(300)에서 감압 증발가스의 냉열을 회수하도록 한다. For example, in the operating state where the amount of BOG fuel required by the ME-GI engine, which is a propulsion engine, increases, the amount of cooling heat that can be recovered from BOG before compression is required to cool the high-pressure BOG to be reliquefied. more than cold and heat with At this time, the low-temperature, high-pressure boil-off gas is branched to the fuel merging line FL3 downstream of the
제2 연료라인(FL2)에는, 재액화 라인(RL)으로부터의 분기지점 또는 재액화 라인(RL)으로부터의 분기지점과 연료용 감압장치(700) 사이에 설치되는 연료 분기밸브(도면부호 미부여);가 설치될 수 있다. In the second fuel line FL2, a fuel branch valve (reference numeral not assigned) installed between a branch point from the reliquefaction line RL or a branch point from the reliquefaction line RL and the
또한, 연료 합류라인(FL3)에는, 재액화 라인(RL)으로부터의 분기지점 또는 재액화 라인(RL)으로부터의 분기지점과 연료용 감압장치(700)의 사이에 설치되는 연료 합류밸브(도면부호 미부여);가 설치될 수 있다. In addition, in the fuel merging line FL3, a fuel merging valve (reference numeral 700) provided between a branch point from the reliquefaction line RL or a branch point from the reliquefaction line RL and the fuel
도시하지 않은 제어부에 의해, 제1 열교환기(300)로 공급되는 압축 전 증발가스의 유량, 제1 연료라인(FL1)으로 공급되는 증발가스의 유량, 재액화 라인(RL)으로 분기되는 증발가스의 유량 등 선박의 운항 상태에 따라서 연료 분기밸브와 연료 합류밸브의 개폐 및 개도량이 조절될 수 있다. By the control unit (not shown), the flow rate of BOG before compression supplied to the
본 실시예에 따르면, LNG 저장탱크(100)에서 발생한 증발가스와 기액분리기(600)에서 배출되는 기체를 모두 고압 압축기(200)를 이용하여 고압으로 압축한다. 이 고압의 증발가스를 제1 열교환기(300)로 보내기 전에 저압 엔진으로 공급할 증발가스를 분기시켜 연료용 감압장치(700)를 이용하여 저압 엔진에서 요구하는 압력까지 감압시킨다. 이때, 연료용 감압장치(700)로부터 배출되는 감압 증발가스는 매우 낮은 극저온의 온도 상태가 된다.According to this embodiment, both the boil-off gas generated in the
재액화시킬 고압 증발가스는 제1 열교환기(300)에서 열교환에 의해 1차로 냉각시키더라도, 연료용 감압장치(700)에 의해 팽창된 감압 증발가스의 온도보다는 높다. 따라서 저온의 감압 증발가스를 제2 열교환기(400)에서 열교환시켜 냉열을 추가로 회수한다. Although the high-pressure BOG to be reliquefied is primarily cooled by heat exchange in the
그리고, 제2 열교환기(400)에서 냉열이 회수된 저온의 감압 증발가스는 제1 열교환기(300)에서 1차로 냉각된 고압 증발가스를 2차로 더 냉각시키는 냉매로 활용한 후, 다시 제1 열교환기(300)에서 고압 증발가스를 냉각시킴으로써 남은 냉열을 회수한다. 이 과정을 통해, 일반적은 증발가스 처리 방법에 비해서 고압 증발가스의 온도를 더 낮게 냉각시킬 수 있고, 연료용 증발가스를 생성하기 위해 발생하는 냉열을 최대로 회수하여 증발가스의 재액화량을 증가시킬 수 있다. Then, the low-temperature reduced-pressure BOG from which the cooling heat is recovered in the
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention in addition to the above-described embodiments is recognized by those with ordinary skill in the art. It is self-evident to Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
100 : LNG 저장탱크
200 : 압축기
300 : 제1 열교환기
400 : 제2 열교환기
500 : 재액화용 감압장치
600 : 기액분리기
700 : 연료용 감압장치
800 : 연료 가열기
BL : 증발가스 라인
BL1 : 열교환기 우회라인
RL : 재액화 라인
GL : 기체 회수라인
FL1 : 제1 연료라인
FL2 : 제2 연료라인
FL3 : 연료 합류라인100: LNG storage tank
200: compressor
300: first heat exchanger
400: second heat exchanger
500: pressure reducing device for reliquefaction
600: gas-liquid separator
700: pressure reducing device for fuel
800: fuel burner
BL: Boil-off gas line
BL1 : Heat exchanger bypass line
RL: Reliquefaction line
GL : gas recovery line
FL1: first fuel line
FL2: 2nd fuel line
FL3 : fuel merging line
Claims (11)
상기 고압 압축기에서 압축된 고압 증발가스 중에서, 저압 엔진의 연료로 공급할 고압 증발가스를 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력까지 감압시키는 연료용 감압장치;
상기 고압 압축기에서 압축된 고압 증발가스 중에서, 상기 저압 엔진에서 요구하는 수요량을 초과하는 나머지 고압 증발가스를, 상기 연료용 감압장치에 의해 감압된 감압 증발가스의 냉열을 회수하여 냉각시키는 열교환기; 및
상기 열교환기에서 냉각된 고압 증발가스를 감압시켜 재액화시키는 재액화용 감압장치;를 포함하여,
상기 열교환기에서 냉열이 회수된 감압 증발가스는 상기 저압 엔진으로 공급되고, 상기 열교환기에서 냉각된 후 상기 재액화용 감압장치에 재액화된 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는, 증발가스 처리 시스템.a high-pressure compressor for compressing the boil-off gas discharged from the liquefied gas storage tank to the gas fuel pressure condition required by the high-pressure engine;
a fuel decompression device for decompressing the high-pressure BOG to be supplied as fuel of the low-pressure engine from among the high-pressure BOG compressed in the high-pressure compressor to a pressure required by the low-pressure engine;
a heat exchanger for recovering and cooling the remaining high-pressure BOG from the high-pressure BOG compressed by the high-pressure compressor, which exceeds a demand amount required by the low-pressure engine, by recovering the cooling heat of the decompressed BOG decompressed by the decompression device for fuel; and
Including; a pressure reducing device for re-liquefaction by reducing the pressure of the high-pressure boil-off gas cooled in the heat exchanger to be reliquefied;
The reduced-pressure BOG recovered from cooling heat in the heat exchanger is supplied to the low-pressure engine, and the BOG re-liquefied in the decompression device for re-liquefaction after being cooled in the heat exchanger is recovered to the liquefied gas storage tank. system.
상기 열교환기는,
상기 감압 증발가스와 재액화시킬 상기 고압 증발가스를 열교환시켜, 상기 감압 증발가스의 냉열을 1차로 회수하여 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 제2 열교환기;를 포함하는, 증발가스 처리 시스템.The method according to claim 1,
the heat exchanger,
A second heat exchanger for cooling the high-pressure BOG by exchanging heat between the reduced pressure BOG and the high-pressure BOG to be reliquefied, and recovering the cooling heat of the reduced pressure BOG primarily to cool the high-pressure BOG.
상기 열교환기는,
상기 액화가스 저장탱크로부터 고압 압축기로 공급되는 압축 전 증발가스와, 재액화시킬 상기 고압 증발가스와, 상기 제2 열교환기에서 열교환 후 배출되는 감압 증발가스를 열교환시켜, 상기 감압 증발가스의 냉열을 2차로 회수하여 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 제1 열교환기;를 더 포함하는, 증발가스 처리 시스템.The method according to claim 2,
the heat exchanger,
By exchanging heat with BOG before compression supplied from the liquefied gas storage tank to the high-pressure compressor, the high-pressure BOG to be reliquefied, and the reduced-pressure BOG discharged after heat exchange in the second heat exchanger, the cooling heat of the reduced-pressure BOG is reduced. The second heat exchanger for cooling the high-pressure boil-off gas by recovering the second heat exchanger; further comprising a, boil-off gas treatment system.
상기 제2 열교환기의 하류에서 분기되어 상기 연료용 감압장치로 연결되는 연료 합류라인;을 포함하는 증발가스 처리 시스템.The method of claim 3,
and a fuel merging line branched downstream of the second heat exchanger and connected to the fuel pressure reducing device.
상기 제1 열교환기로 공급되는 고압 증발가스 중에서 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량이 상기 연료용 감압장치로 공급되도록 개폐가 제어되는 연료 분기밸브;
상기 제2 열교환기에서 냉각된 저온의 고압 증발가스 중에서 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량이 상기 연료용 감압장치로 공급되도록 개폐가 제어되는 연료 합류밸브; 및
상기 제1 열교환기로 공급되는 고압 증발가스의 유량에 따라 상기 연료 분기밸브 및 연료 합류밸브의 개폐를 제어하여, 상기 연료용 감압장치로 공급할 고압 증발가스의 분기 지점을 제어하는 제어부;를 포함하는, 증발가스 처리 시스템. The method of claim 3,
a fuel branch valve that is controlled to open and close so that the amount of fuel demanded by the low-pressure engine from among the high-pressure boil-off gas supplied to the first heat exchanger is supplied to the pressure reducing device for fuel;
a fuel merging valve whose opening and closing is controlled to supply the fuel demand amount required by the low-pressure engine from the low-temperature high-pressure boil-off gas cooled by the second heat exchanger to the pressure reducing device for fuel; and
A control unit that controls opening and closing of the fuel branch valve and the fuel merging valve according to the flow rate of the high-pressure boil-off gas supplied to the first heat exchanger to control a branch point of the high-pressure boil-off gas to be supplied to the pressure reducing device for fuel; BOG treatment system.
상기 열교환기에서 냉열이 회수된 감압 증발가스의 온도를 상기 저압 엔진에서 요구하는 온도로 조절하는 연료 가열기;를 더 포함하는, 증발가스 처리 시스템. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a; fuel heater for adjusting the temperature of the reduced-pressure BOG recovered from the cooling heat in the heat exchanger to a temperature required by the low-pressure engine.
상기 재액화용 감압장치에 의해 감압되면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하여, 액체 상태의 재액화 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수하고, 기체 상태의 미응축 증발가스는 상기 제1 열교환기로 공급되는 압축 전 증발가스 흐름에 합류시키는 기액분리기;를 더 포함하는, 증발가스 처리 시스템. The method of claim 3,
By gas-liquid separation of the gas-liquid mixture generated while decompressed by the depressurization device for reliquefaction, the reliquefied BOG in a liquid state is recovered to the liquefied gas storage tank, and the non-condensed BOG in a gaseous state is supplied to the first heat exchanger. A gas-liquid separator that joins the boil-off gas flow before compression; further comprising, a boil-off gas treatment system.
상기 고압 압축 단계에서 압축된 고압 증발가스 중에서 상기 고압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼을 상기 고압 엔진으로 공급하는 고압 연료 공급단계;
상기 고압 엔진의 연료 수요량을 초과하는 나머지 고압 증발가스 중 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼은 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력까지 감압시키는 연료 감압단계;
상기 고압 엔진 및 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량을 초과하는 나머지 고압 증발가스는, 상기 저압 엔진으로 공급할 감압 증발가스의 냉열로 냉각시키는 냉각 단계; 및
상기 냉각 단계에서 냉각된 고압 증발가스를 감압시켜 상기 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화 단계;를 포함하여,
상기 냉각 단계에서 냉열이 회수된 감압 증발가스는 상기 저압 엔진으로 공급하고, 상기 재액화 단계에서 재액화된 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는, 증발가스 처리 방법. A high-pressure compression step of compressing the boil-off gas discharged from the liquefied gas storage tank to the gas fuel pressure condition required by the high-pressure engine;
a high-pressure fuel supply step of supplying an amount of fuel demanded by the high-pressure engine from among the high-pressure BOG compressed in the high-pressure compression step to the high-pressure engine;
a fuel decompression step of decompressing the fuel demand amount required by the low pressure engine from among the remaining high pressure BOG exceeding the fuel demand amount of the high pressure engine to the pressure required by the low pressure engine;
a cooling step of cooling the remaining high-pressure BOG exceeding the fuel demand amount required by the high-pressure engine and the low-pressure engine with the cooling heat of the reduced pressure BOG to be supplied to the low-pressure engine; and
Including; a re-liquefaction step of re-liquefying the high-pressure BOG by reducing the pressure of the high-pressure BOG cooled in the cooling step;
The reduced-pressure BOG from which cooling heat is recovered in the cooling step is supplied to the low-pressure engine, and the BOG re-liquefied in the re-liquefaction step is recovered to the liquefied gas storage tank.
상기 냉각 단계는,
상기 고압 압축단계에서 증발가스를 압축시키기 전의 압축 전 증발가스와, 재액화시킬 상기 고압 증발가스와, 상기 감압 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 1차 냉각단계; 및
상기 1차 냉각단계에서 냉각된 고압 증발가스와, 상기 감압 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 더 냉각시키는 2차 냉각단계;를 포함하고,
상기 감압 증발가스의 냉열은, 상기 2차 냉각단계에서 1차로 회수하고, 상기 1차 냉각단계에서 2차로 회수하는, 증발가스 처리 방법. The method of claim 9,
The cooling step is
a primary cooling step of cooling the high-pressure BOG by exchanging heat between the BOG before compression in the high-pressure compression step, the high-pressure BOG to be reliquefied, and the reduced pressure BOG; and
A secondary cooling step of further cooling the high-pressure BOG by exchanging heat with the high-pressure BOG cooled in the first cooling step and the reduced pressure BOG;
The cooling heat of the reduced pressure boil-off gas is primarily recovered in the secondary cooling step, and secondarily recovered in the first cooling step, the boil-off gas treatment method.
상기 연료 감압단계는,
상기 1차 냉각단계로 공급되기 전에 상기 고압 증발가스 중 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼을 분기시켜 감압시키거나, 상기 2차 냉각단계를 거친 저온의 고압 증발가스 중에서 상기 저압 엔진에서 요구하는 연료 수요량만큼을 분기시켜 감압시키는 연료 분기지점 제어단계;를 더 포함하고,
상기 연료 분기지점 제어단계에서는, 상기 고압 엔진에서 요구하는 연료 수요량에 따라 상기 연료 분기지점을 선택하는, 증발가스 처리 방법. The method of claim 10,
In the fuel depressurization step,
Before being supplied to the primary cooling step, the pressure is reduced by branching the amount of fuel demanded by the low-pressure engine among the high-pressure BOG, or fuel required by the low-pressure engine from the low-temperature high-pressure BOG that has undergone the secondary cooling step. Further comprising; a fuel branch point control step of depressurizing by branching the amount of demand
In the fuel branch point control step, the BOG treatment method for selecting the fuel branch point according to the fuel demand amount required by the high-pressure engine.
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