KR102276361B1 - System and method for reducing gasification rate in lng carrier cargo - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화질소 및 가스 분리부를 이용하는 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 액화천연가스 운반선에 마련되는 액화천연가스 화물창; 상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되는 액화질소 저장탱크; 상기 액화질소 저장탱크의 하부에 구비되어, 상기 액화천연가스 화물창의 압력에 따라 개폐되어 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 상기 액화질소를 상기 화물창으로 공급하는 액화질소 밸브; 상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되어, 상기 액화천연가스 화물창에서 증발가스에 냉열을 공급하고 기화된 질소와, 상기 액화질소의 냉열로 재액화되지 않은 증발가스를 분리하는 가스 분리부를 포함하되, 액화천연가스 화물창으로 공급된 액화질소의 냉열로 액화천연가스 화물창 내 발생된 증발가스를 재액화시키고, 재액화되지 않은 증발가스와 기화된 질소는 상기 가스 분리부에서 분리막의 선택적 가스투과성을 이용하여 분리되는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템 및 방법이 개시된다. The present invention relates to a system and method for reducing the vaporization rate of a liquefied natural gas carrier cargo hold using a liquid nitrogen and gas separation unit, comprising: a liquefied natural gas cargo hold provided in a liquefied natural gas carrier; a liquid nitrogen storage tank provided on the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold; a liquid nitrogen valve provided in the lower portion of the liquid nitrogen storage tank, which is opened and closed according to the pressure of the liquid natural gas cargo hold and supplies the liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank to the cargo hold; It is provided on the upper part of the LNG cargo hold, and supplies cooling heat to the boil-off gas in the LNG cargo hold and separates the vaporized nitrogen and the boil-off gas that is not reliquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen. The BOG generated in the LNG cargo hold is reliquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen supplied to the LNG cargo hold, and the BOG and the vaporized nitrogen that are not reliquefied are used in the gas separation unit by using the selective gas permeability of the separation membrane. Disclosed is a system and method for reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier, characterized in that it is separated.

Description

액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING GASIFICATION RATE IN LNG CARRIER CARGO}SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING GASIFICATION RATE IN LNG CARRIER CARGO

본 발명은 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 액화질소 및 가스 분리부를 이용하는 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier, and more particularly, to a system and method for reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using a liquid nitrogen and gas separation unit.

일반적으로, 천연가스(Natural Gas)는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 상태로 만들어진 후 액화천연가스 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.In general, natural gas (Natural Gas) is made in a state of liquefied natural gas (Liquefied Natural Gas) liquefied at a cryogenic temperature at a production site and then transported over a long distance to a destination by a liquefied natural gas carrier.

천연가스의 액화온도는 상압에서 -163℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 액화천연가스 운반선의 액화천연가스 화물창의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 액화천연가스에 지속적으로 전달되므로, 액화천연가스 운반선에 의해 액화천연가스를 수송하는 도중에 액화천연가스가 액화천연가스 화물창 내에서 지속적으로 기화되어 액화천연가스 화물창 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.Since the liquefaction temperature of natural gas is a cryogenic temperature of -163 ℃ at normal pressure, liquefied natural gas is evaporated even if its temperature is slightly higher than -163 ℃ at normal pressure. Although the liquefied natural gas cargo hold of a liquefied natural gas carrier is insulated, external heat is continuously transferred to the liquefied natural gas, so the liquefied natural gas is liquefied during transportation of the liquefied natural gas by the liquefied natural gas carrier. Boil-off gas is generated in the liquefied natural gas cargo hold as it is continuously vaporized in the natural gas cargo hold.

이렇게 액화천연가스 화물창 내에 증발가스가 발생하면, 액화천연가스 저장탱크의 압력이 상승하여 위험하게 된다.If boil-off gas is generated in the liquefied natural gas cargo hold in this way, the pressure in the liquefied natural gas storage tank rises, making it dangerous.

종래에는 액화천연가스 화물창의 압력을 안전한 상태로 유지하기 위해서 액화천연가스 화물창의 압력이 설정 압력 이상으로 높아지면 증발가스를 화물창의 외부로 배출시켜, 이 배출된 증발가스를 액화천연가스 운반선의 추진 연료로서 사용하곤 했지만, 액화천연가스 화물창에서 발생된 증발가스를 보일러에서 연소하여 발생하는 스팀으로 구동되는 스팀 터빈 추진 방식은 추진 효율이 낮은 문제점이 있다.Conventionally, in order to maintain the pressure of the LNG cargo hold in a safe state, when the pressure in the LNG cargo hold rises above the set pressure, the BOG is discharged to the outside of the cargo hold, and the discharged BOG is propelled by the LNG carrier. Although used as a fuel, the steam turbine propulsion method, which is driven by steam generated by burning boil-off gas generated from the liquefied natural gas cargo hold in a boiler, has a problem with low propulsion efficiency.

또한, 액화천연가스 화물창에서 발생된 증발가스를 압축하여 디젤 엔진의 연료로 사용하는 이중 연료 디젤 전기 추진 시스템(dual fuel diesel electric propulsion system)은, 스팀 터빈 추진 방식에 비해 효율은 높아지나 중속 엔진과 전기 추진 장치가 복잡하여 장비의 유지 보수에 많은 어려움이 있다. 또한, 이러한 방식은 BOG를 연료로 공급해야 하므로 액체압축에 비해 설치비 및 운전비가 큰 기체압축 방법이 적용될 수밖에 없다. 그리고, 이렇게 증발가스를 추진용 연료로서 사용하는 방식은, 어떠한 경우에도 일반선박에 사용되는 2행정 저속 디젤 엔진의 효율에는 미치지 못한다.In addition, the dual fuel diesel electric propulsion system, which compresses the boil-off gas generated from the LNG cargo hold and uses it as fuel for a diesel engine, has higher efficiency than the steam turbine propulsion method, but Since the electric propulsion device is complicated, there are many difficulties in the maintenance of the equipment. In addition, since this method has to supply BOG as fuel, a gas compression method having a higher installation and operating cost than liquid compression is inevitably applied. And, this method of using boil-off gas as a fuel for propulsion does not reach the efficiency of a two-stroke low-speed diesel engine used in general ships in any case.

이와같이, 액화천연가스는 운반시 필연적으로 발생하는 자연 기화 현상으로 인해 기화되는 천연가스인 증발가스가 발생하며, 이를 재액화 시키기 위해 막대한 비용이 소모되고 있는 실정이다. 이에, 상기 비용을 절감하고자 하는 노력이 계속되고 있는바, 비용 절감을 위해서는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 성능 및 재액화 시설의 개선이 필요하다. As described above, liquefied natural gas generates boil-off gas, which is a natural gas that is vaporized due to a natural vaporization phenomenon that inevitably occurs during transportation, and enormous costs are consumed to re-liquefy it. Accordingly, efforts to reduce the cost are continuing, and in order to reduce the cost, it is necessary to improve the insulation performance of the liquefied natural gas carrier cargo hold and the re-liquefaction facility.

종래, 상기 액화천연가스의 기화율을 저감시키기 위한 방안으로서, 액화천연가스 화물창의 단열시스템에 적용되는 단열박스 또는 단열 패널의 재료와 적용 사이즈를 조절하는 기술, 또는 상기 기화된 증발가스를 재액화 시키기 위한 재액화 장치를 구비하는 기술 등이 개발되었으나, 여전히 막대한 비용이 소요되는 문제점이 있다.Conventionally, as a method for reducing the vaporization rate of the liquefied natural gas, a technique for adjusting the material and application size of an insulation box or insulation panel applied to an insulation system of a LNG cargo hold, or re-liquefying the vaporized boil-off gas Techniques including a reliquefaction device have been developed, but there is still a problem in that a huge cost is required.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 액화천연가스 화물창으로 액화질소를 공급하여 액화천연가스 화물창 내 발생된 증발가스를 재액화하여 기화율을 저감시키고, 재액화되지 않은 천연가스와 기화된 질소는 가스 분리부에서 분리되도록 하는, 액화질소 및 가스 분리부를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다. Therefore, in the present invention, in order to solve the above problems, liquid nitrogen is supplied to the liquefied natural gas cargo hold to re-liquefy the boil-off gas generated in the liquefied natural gas cargo hold, thereby reducing the vaporization rate, and re-liquefying natural gas and vaporization. It is a technical solution to provide a system for reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquefied nitrogen and a gas separation unit, so that the nitrogen is separated by the gas separation unit.

또한 본 발명은 액화질소 및 가스 분리부를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 방법을 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다. In addition, the present invention is another solution to provide a method of reducing the vaporization rate of the liquefied natural gas carrier cargo hold using the liquid nitrogen and gas separation unit.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 운반선에 마련되는 액화천연가스 화물창;According to one aspect of the present invention for solving the above problems, a liquefied natural gas cargo hold provided on a liquefied natural gas carrier;

상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되는 액화질소 저장탱크;a liquid nitrogen storage tank provided on the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold;

상기 액화질소 저장탱크의 하부에 구비되어, 상기 액화천연가스 화물창의 압력에 따라 개폐되어 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 상기 액화질소를 상기 화물창으로 공급하는 액화질소 밸브; a liquid nitrogen valve provided in the lower portion of the liquid nitrogen storage tank, which is opened and closed according to the pressure of the liquid natural gas cargo hold and supplies the liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank to the cargo hold;

상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되어, 상기 액화천연가스 화물창에서 증발가스에 냉열을 공급하고 기화된 질소와, 상기 액화질소의 냉열로 재액화되지 않은 증발가스를 분리하는 가스 분리부를 포함하되,It is provided on the upper part of the LNG cargo hold, and supplies cooling heat to the boil-off gas in the LNG cargo hold and separates the vaporized nitrogen and the boil-off gas that is not reliquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen.

액화천연가스 화물창으로 공급된 액화질소의 냉열로 액화천연가스 화물창 내 발생된 증발가스를 재액화시키고, 재액화되지 않은 증발가스와 기화된 질소는 상기 가스 분리부에서 분리막의 선택적 가스투과성을 이용하여 분리되는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템이 제공된다.The BOG generated in the LNG cargo hold is reliquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen supplied to the LNG cargo hold, and the BOG and the vaporized nitrogen that are not reliquefied are used in the gas separation unit by using the selective gas permeability of the separation membrane. A system for reducing vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier is provided, characterized in that it is separated.

바람직하게는 상기 액화질소 밸브는, 상기 액화천연가스 화물창 내 압력이 설정된 압력을 초과하는 경우에 액화질소 저장탱크를 개방하여, 상기 저장된 액화질소를 상기 액화천연가스 화물창으로 공급하도록 액화질소 저장탱크의 개폐를 조절할 수 있다.Preferably, the liquid nitrogen valve opens the liquid nitrogen storage tank when the pressure in the liquid natural gas cargo hold exceeds a set pressure, and supplies the stored liquid nitrogen to the liquid natural gas cargo hold of the liquid nitrogen storage tank. Opening and closing can be adjusted.

바람직하게는 상기 가스 분리부는, 상기 액화천연가스 화물창으로부터 재액화되지 않은 증발가스와 기화된 질소를 공급받아 증발가스만을 선택적으로 투과하여 배출하는 천연가스 분리막; 및 상기 분리막을 투과하지 않는 상기 기화된 질소를 배출하는 배출구;를 포함할 수 있다.Preferably, the gas separation unit includes: a natural gas separation membrane for selectively permeating and discharging only the boil-off gas by receiving non-reliquefied BOG and vaporized nitrogen from the liquefied natural gas cargo hold; and an outlet for discharging the vaporized nitrogen that does not permeate through the separation membrane.

바람직하게는, 상기 천연가스 분리막은 PTMSP(poly(1-trimethylsily-1-propyne))로 형성될 수 있다.Preferably, the natural gas separation membrane may be formed of PTMSP (poly(1-trimethylsily-1-propyne)).

바람직하게는, 상기 가스 분리부를 통해 분리배출되는 증발가스를 포집하는 천연가스 포집부를 더 포함할 수 있다.Preferably, it may further include a natural gas collection unit for collecting boil-off gas separated and discharged through the gas separation unit.

바람직하게는, 상기 천연가스 포집부에 포집된 상기 증발가스는 상기 운반선 내에 연료로 공급되거나, 상기 액화질소 저장탱크의 일측을 거쳐 상기 액화질소의 냉열로 액화되어 상기 화물창에 재저장될 수 있다.
Preferably, the boil-off gas collected in the natural gas collecting unit may be supplied as fuel in the carrier, or may be liquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen through one side of the liquid nitrogen storage tank and re-stored in the cargo hold.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화질소가 저장된 액화질소 저장탱크로부터 액화천연가스 화물창으로 상기 액화질소를 공급하는 제1 단계;According to another aspect of the present invention, the first step of supplying the liquid nitrogen from the liquid nitrogen storage tank in which liquid nitrogen is stored to the liquid natural gas cargo hold;

상기 액화천연가스 화물창 내에서, 상기 공급된 액화질소의 냉열로 상기 액화천연가스 화물창 내에서 발생한 증발가스가 재액화되는 제2 단계; 및a second step of re-liquefying the boil-off gas generated in the LNG cargo hold by cooling and heat of the supplied liquefied nitrogen in the LNG cargo hold; and

상기 제2 단계에서 기화된 질소 및 재액화되지 않은 증발가스를 선택적 가스투과성을 가진 가스 분리부로 공급하여, 상기 기화 질소 및 증발가스를 분리하는 제3 단계를 포함하여 이루어지는, Supplying the nitrogen vaporized in the second step and the boil-off gas that is not reliquefied to a gas separation unit having selective gas permeability, comprising a third step of separating the vaporized nitrogen and the boil-off gas,

액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 방법이 제공된다.A method of reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen is provided.

바람직하게는, 상기 가스 분리부는, 천연가스를 선택적으로 투과하는 가스 분리막; 및 상기 가스 분리막을 투과하지 않은 잔여가스를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 가스 분리부로 공급된 상기 기화 질소 및 재액화되지 않은 증발가스는 상기 가스 분리막을 거쳐 상기 증발가스는 선택적으로 투과되고, 상기 분리막을 투과하지 않은 상기 기화 질소는 상기 배출구를 통해 배출되어, 상기 기화 질소 및 증발가스가 분리될 수 있다. Preferably, the gas separation unit, a gas separation membrane selectively permeating natural gas; and an outlet for discharging the residual gas that has not passed through the gas separation membrane, wherein the vaporized nitrogen and non-reliquefied BOG supplied to the gas separation unit pass through the gas separation membrane, and the BOG is selectively transmitted, the The vaporized nitrogen that has not passed through the separation membrane may be discharged through the outlet, so that the vaporized nitrogen and the boil-off gas may be separated.

바람직하게는, 상기 가스 분리막은 PTMSP(poly(1-trimethylsily-1-propyne))로 형성될 수 있다.Preferably, the gas separation membrane may be formed of PTMSP (poly(1-trimethylsily-1-propyne)).

바람직하게는, 상기 제3 단계에서 분리된 증발가스를 포집하여, 선내에 연료로 공급하거나 상기 액화질소의 냉열로 액화시켜 상기 화물창에 재저장하는 제4 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the method may further include a fourth step of collecting the boil-off gas separated in the third step, supplying it as fuel in the ship, or liquefying it with the cooling heat of the liquid nitrogen and re-storing it in the cargo hold.

상술한 본 발명에 따르면, 액화질소를 액화천연가스 화물창 내로 공급함으로써 액화천연가스 화물창 내에서 재액화가 이루어질 수 있고, 재액화되지 않은 증발 가스나 기화된 질소는 가스 분리부에서 분리할 수 있어, 질소가스와 함께 버려지는 천연가스의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention described above, by supplying liquefied nitrogen into the liquefied natural gas cargo hold, re-liquefaction can be made in the liquefied natural gas cargo hold, and the non-reliquefied boil-off gas or vaporized nitrogen can be separated in the gas separation unit, nitrogen It has the effect of reducing the loss of natural gas that is discarded together with the gas.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가스 분리부는 천연가스를 선택적으로 투과하는 분리막을 이용함으로써 용해 및 확산 과정을 거쳐 천연가스를 분리하게 되어 상변화를 동반하지 않아 에너지 소모가 적고 설치면적이 작으며 유지보수가 용이한 효과가 있다. In addition, according to the present invention, the gas separation unit uses a separation membrane that selectively permeates natural gas to separate natural gas through a dissolution and diffusion process, so that it does not accompany a phase change, so energy consumption is low, installation area is small, and maintenance has an easy effect.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스 화물창과 액화질소 저장탱크를 모식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 다른 선택적 가스 투과막을 이용한 가스 분리부를 모식화하여 나타낸 것이다.
1 schematically shows a liquefied natural gas cargo hold and a liquefied nitrogen storage tank according to the present invention.
2 schematically shows a gas separation unit using a selective gas permeable membrane according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창과 액화질소 저장탱크를 모식화하여 나타내었다.1 schematically shows a liquefied natural gas carrier cargo hold and a liquefied nitrogen storage tank according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감시스템은, 액화천연가스 화물창(10) 상부의 액화질소 저장탱크(20)로부터 액화질소를 액화천연가스 화물창 내로 공급하여 액화천연가스 화물창 내에서 재액화하고, 재액화되지 않은 증발 가스와 기화된 질소는 가스 분리부(30)에서 천연가스를 분리하고, 분리된 천연가스를 포집하여 천연가스의 손실을 방지할 수 있다. As shown in Figure 1, the vaporization rate reduction system of the cargo hold of the LNG carrier of this embodiment is liquefied by supplying liquid nitrogen from the liquid nitrogen storage tank 20 at the upper portion of the LNG cargo hold 10 into the LNG cargo hold. Boiled gas and vaporized nitrogen that are reliquefied in the natural gas cargo hold and are not reliquefied may be separated from natural gas in the gas separation unit 30 , and the separated natural gas may be collected to prevent loss of natural gas.

따라서 본 발명은 일 양태로서 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템은, 액화천연가스 화물창(10); 상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되는 액화질소 저장탱크(20); 상기 액화질소 저장탱크의 하부에 구비되어, 상기 액화질소 저장탱크의 개폐를 조절하여 상기 저장된 액화질소가 상기 화물창으로 공급되는 것을 조절하는 액화질소 밸브(21); 상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되어 상기 화물창에서 배출되는 미액화된 증발가스와 기화 질소를 서로 분리하는 가스 분리부(30)를 포함한다. Therefore, the present invention is a system for reducing the vaporization rate of the LNG carrier cargo hold as an aspect, the LNG cargo hold 10; a liquid nitrogen storage tank 20 provided on the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold; a liquid nitrogen valve 21 provided at a lower portion of the liquid nitrogen storage tank and controlling the supply of the stored liquid nitrogen to the cargo hold by controlling the opening and closing of the liquid nitrogen storage tank; It is provided on the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold and includes a gas separation unit 30 for separating the non-liquefied boil-off gas and vaporized nitrogen discharged from the cargo hold.

또한 액화질소 밸브에 의해 상기 액화천연가스 화물창으로 공급된 액화질소의 냉열로 재액화되지 못한 증발가스와, 증발가스를 재액화시키면서 기화된 질소가 가스 분리부(30)로 배출되는 것을 조절하기 위한, 천연가스 밸브(11)가 화물창의 상부에 마련될 수 있다. In addition, the boil-off gas that has not been reliquefied due to the cooling and heat of liquid nitrogen supplied to the liquefied natural gas cargo hold by the liquid nitrogen valve and the vaporized nitrogen while reliquefying the boil-off gas are discharged to the gas separation unit 30 for controlling , a natural gas valve 11 may be provided in the upper portion of the cargo hold.

이와 같은 시스템을 통해 본 실시예에서는 액화천연가스 화물창으로 공급된 액화질소의 냉열에 의하여 액화천연가스 화물창에서 발생한 증발가스를 재액화하여 저장함으로써 기화율을 저감시킬 수 있다. Through such a system, in this embodiment, the vaporization rate can be reduced by re-liquefying and storing the boil-off gas generated in the liquefied natural gas cargo hold by the cooling heat of liquefied nitrogen supplied to the liquefied natural gas cargo hold.

본 실시예에서, 상기 액화질소 저장탱크(20)는 상기 액화천연가스 화물창(10)의 상부에 구비되고, 상기 액화질소 저장탱크(20)의 하부에 액화질소 밸브(21)가 구비되어, 액화질소 밸브(21)에 의하여 상기 액화질소 저장탱크(20)의 개폐를 조절하여 상기 액화천연가스 화물창으로 액화질소를 공급하게 된다. In this embodiment, the liquid nitrogen storage tank 20 is provided in the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold 10, the liquid nitrogen valve 21 is provided in the lower portion of the liquid nitrogen storage tank 20, liquefied By controlling the opening and closing of the liquid nitrogen storage tank 20 by the nitrogen valve 21, liquid nitrogen is supplied to the LNG cargo hold.

액화천연가스는 상압에서 끓는점이 -163℃이므로, 상기 액화천연가스의 온도가 -163℃보다 조금만 높아도 쉽게 증발하여 증발된 천연가스, 즉 증발가스(boil-off gas)가 발생하게 되고, 액화천연가스 화물창(10) 내 압력이 증가하게 되는바, 이러한 증발가스에 의하여 상기 액화천연가스 화물창(10) 내부의 압력이 미리 설정된 소정의 압력을 초과하는 경우에 액화질소 밸브(21)에 의하여 상기 액화질소 저장탱크(20)가 개방되어, 상기 액화천연가스 화물창(10)으로 액화질소가 공급된다. Since the liquefied natural gas has a boiling point of -163 ℃ at normal pressure, even if the temperature of the liquefied natural gas is slightly higher than -163 ℃, the evaporated natural gas, that is, boil-off gas, is generated, and liquefied natural gas is easily evaporated. The pressure in the gas cargo hold 10 is increased, and when the pressure inside the LNG cargo hold 10 exceeds a predetermined pressure due to the boil-off gas, the liquid nitrogen valve 21 causes the liquefaction. The nitrogen storage tank 20 is opened, and liquid nitrogen is supplied to the liquefied natural gas cargo hold 10 .

한편, 상기 저장탱크(20)로부터 화물창(10)으로 공급되는 액화질소는 상압에서 끓는점이 -196℃이므로, 끓는점의 차이로 인해 액화천연가스 화물창(10) 내에 공급된 액화질소는 열교환을 통해 증발가스를 냉각시켜 액화천연가스로 재액화시키고, 이 과정에서 액화질소는 냉열을 빼앗겨 기화된다. 따라서 액화질소의 기화에 의하여 액화천연가스를 재액화시킴으로써 액화천연가스의 기화율을 감소시키게 된다. On the other hand, since liquid nitrogen supplied from the storage tank 20 to the cargo hold 10 has a boiling point of -196° C. at normal pressure, the liquid nitrogen supplied into the LNG cargo hold 10 is evaporated through heat exchange due to the difference in boiling point. The gas is cooled and re-liquefied into liquefied natural gas, and in this process, liquid nitrogen is evaporated by depriving it of cooling heat. Therefore, the vaporization rate of the liquefied natural gas is reduced by re-liquefying the liquefied natural gas by vaporization of the liquefied nitrogen.

또한, 본 실시예에서, 상기 액화천연가스 화물창(10)의 상부에는 천연가스 밸브(11)가 구비되어, 상기 화물창(10) 내에서 기화된 질소와, 재액화되지 못한 증발가스가 가스 분리부(30)로 배출된다. In addition, in this embodiment, a natural gas valve 11 is provided on the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold 10, and nitrogen vaporized in the cargo hold 10 and the boil-off gas that has not been reliquefied are separated from the gas separation unit. (30) is discharged.

또한 상기 가스 분리부(30)는 상기 천연가스 밸브(11)에 의하여 공급된 증발가스와 기화 질소를 분리한다. In addition, the gas separator 30 separates the boil-off gas and vaporized nitrogen supplied by the natural gas valve 11 .

구체적으로, 상기 가스 분리부는 선택적 가스투과성이 있는 분리막을 이용함으로써 증발가스와 기화 질소가 용해 및 확산 과정을 통해, 상변화 없이 분리될 수 있어, 가스 분리에 필요한 에너지 소모를 절감시킬 수 있다. Specifically, since the gas separator uses a separation membrane having selective gas permeability, BOG and vaporized nitrogen can be separated without a phase change through a dissolution and diffusion process, thereby reducing energy consumption required for gas separation.

도 2는 본 실시예에 따른 가스 분리부만을 모식화하여 나타낸 것으로, 천연가스 분리막(31)과 배출구(32)를 포함할 수 있다. FIG. 2 schematically shows only the gas separation unit according to the present embodiment, and may include a natural gas separation membrane 31 and an outlet 32 .

이 때, 상기 천연가스 분리막(31)으로 선택적 투과막을 이용하여, 상기 액화천연가스 화물창으로부터 공급받은 재액화되지 않은 증발가스와 기화된 질소 중에서 증발가스만을 선택적으로 투과하여 배출하게 되고, 상기 천연가스 분리막(31)을 투과하지 않은 기화 질소는 배출구(32)를 통해 배출됨으로서 증발가스와 기화 질소를 분리하게 된다. At this time, by using a selective permeable membrane as the natural gas separation membrane 31, only the BOG is selectively transmitted and discharged from the non-reliquefied BOG and vaporized nitrogen supplied from the liquefied natural gas cargo hold, and the natural gas Vaporized nitrogen that has not passed through the separation membrane 31 is discharged through the outlet 32 to separate boil-off gas and vaporized nitrogen.

또한 PTMSP(poly(1-trimethylsily-1-propyne))는, 천연가스에 대한 선택적 가스 투과성이 질소 가스에 비하여 약 3배 이상 높아, PTMSP로 형성된 분리막은 증발가스와 기화 질소를 분리하기 위한 선택적 투과막으로 적용될 수 있다. In addition, PTMSP (poly(1-trimethylsily-1-propyne)) has a selective gas permeability to natural gas that is about three times higher than that of nitrogen gas, so the separation membrane formed of PTMSP is selectively permeable to separate boil-off gas and vaporized nitrogen. It can be applied as a membrane.

이와 같이 증발가스를 선택적 투과막을 이용하여 투과된 천연가스는 화물창으로 다시 이동할 수 있다. 이 때 상기 액화천연가스 화물창(10) 상부에 구비되는 천연가스 밸브(11)가, 상기 화물창 상부에 위치하는 액화질소 저장탱크(20) 일측을 거치도록 설치함으로써, 액화질소와의 열교환을 통해 증발가스를 액화시켜 화물창(10)에 저장시킬 수 있다. In this way, the natural gas that has passed through the BOG by using the selective permeation membrane can move back to the cargo hold. At this time, by installing the natural gas valve 11 provided on the upper part of the liquefied natural gas cargo hold 10 through one side of the liquefied nitrogen storage tank 20 positioned on the upper part of the cargo hold, it is evaporated through heat exchange with liquid nitrogen. The gas may be liquefied and stored in the cargo hold 10 .

또한 본 실시예의 시스템은, 상기 가스 분리부(30)를 통해 분리· 배출되는 천연가스를 포집하는 천연가스 포집부(미도시)를 더 포함하여, 선택적 투과막으로부터 투과된 천연가스를 회수함으로써 선내의 추진 또는 발전용 연료 등으로 공급하여 사용될 수 있다. 천연가스 포집부에 포집된 천연가스를 액화질소 저장탱크(20) 일측을 거쳐 재액화시켜 화물창(10)에 재저장할 수도 있다. In addition, the system of this embodiment further includes a natural gas collection unit (not shown) for collecting natural gas separated and discharged through the gas separation unit 30, by recovering the natural gas permeated from the selective permeation membrane. It can be used by supplying it as fuel for propulsion or power generation. The natural gas collected in the natural gas collecting unit may be re-liquefied through one side of the liquid nitrogen storage tank 20 and re-stored in the cargo hold 10 .

또한, 상기 선택적 투과막을 투과하지 못한 기화된 질소 가스는 배출구(32)를 통해 대기 중으로 배출시킬 수 있다.
In addition, the vaporized nitrogen gas that has not passed through the selective permeable membrane may be discharged into the atmosphere through the outlet 32 .

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예 시스템에서는, 액화질소가 저장된 액화질소 저장탱크로부터 액화천연가스 화물창으로 상기 저장된 액화질소를 공급하는 제1 단계; 상기 액화천연가스 화물창 내에서, 상기 저장탱크로부터 공급된 액화질소가 기화되면서 상기 액화천연가스 화물창 내에서 발생된 증발가스에 냉열을 공급하여 증발가스가 재액화되는 제2 단계; 및 상기 제2 단계에서 기화된 질소 및 재액화되지 못한 증발가스를 가스 분리부로 공급하여, 상기 기화 질소 및 증발가스를 분리하는 제3 단계를 거침으로써, 액화질소의 냉열을 이용하여 증발가스를 재액화시켜 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율을 저감할 수 있다. As described above, in this embodiment system, a first step of supplying the stored liquid nitrogen from the liquid nitrogen storage tank in which liquid nitrogen is stored to the liquid natural gas cargo hold; a second step of re-liquefying the boil-off gas by supplying cooling heat to the boil-off gas generated in the liquid natural gas cargo hold while the liquid nitrogen supplied from the storage tank is vaporized in the LNG cargo hold; and supplying the nitrogen vaporized in the second step and the boil-off gas that has not been re-liquefied to the gas separation unit, and passing through a third step of separating the vaporized nitrogen and the boil-off gas, thereby re-using the boil-off gas by using the cooling heat of liquid nitrogen. It is possible to reduce the vaporization rate of the cargo hold of a liquefied natural gas carrier by liquefying it.

특히 상술한 바와 같이 액화천연가스 화물창(10) 내 발생된 증발가스에 의하여 화물창 내 압력이 미리 설정된 압력을 초과하게 되면, 액화질소 밸브(21)가 개방되어 액화질소 저장탱크(20)로부터 액화질소를 상기 화물창으로 공급하게 되고, 화물창 내의 증발가스를 재액화시키면서 기화된 질소 및 미처 재액화되지 않은 증발가스는 화물창 상부에 마련된 가스 분리부로 공급하여, 기화 질소 및 증발가스를 서로 분리하여 배출하게 된다. In particular, when the pressure in the cargo hold exceeds a preset pressure due to the boil-off gas generated in the LNG cargo hold 10 as described above, the liquid nitrogen valve 21 is opened and liquid nitrogen is discharged from the liquid nitrogen storage tank 20 . is supplied to the cargo hold, and nitrogen vaporized while reliquefying BOG in the cargo hold and BOG that has not been reliquefied are supplied to the gas separation unit provided on the upper part of the cargo hold, and the vaporized nitrogen and BOG are separated from each other and discharged. .

구체적으로, 천연가스에 대한 선택적 투과성이 우수한 PTMSP(poly(1-trimethylsily-1-propyne))로 이루어진 가스 분리막을 통해 기화 질소에 포함된 증발가스를 분리하고, 분리막을 통과하지 못하고 잔여가스로 남은 질소는 배출구를 통해 배출시킴으로써, 서로 분리하게 된다. 이와 같이 분리된 증발가스를 포집하여 선내의 각종 연료 등으로 공급하거나, 재액화시켜 화물창에 저장함으로써 천연가스의 손실을 막을 수 있게 된다.
Specifically, the boil-off gas contained in vaporized nitrogen is separated through a gas separation membrane made of PTMSP (poly(1-trimethylsily-1-propyne)) with excellent selective permeability to natural gas, and the remaining gas cannot pass through the separation membrane. Nitrogen is separated from each other by venting through the outlet. The loss of natural gas can be prevented by collecting the boil-off gas separated in this way and supplying it to various fuels in the ship, or re-liquefying it and storing it in the cargo hold.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다. The present invention is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such modifications or variations are included in the claims of the present invention.

10: 액화천연가스 화물창
11: 천연가스 밸브
20: 액화질소 저장탱크
21: 액화질소 밸브
30: 가스 분리부
31: 천연가스 분리막
32: 배출구
10: LNG cargo hold
11: natural gas valve
20: liquid nitrogen storage tank
21: liquid nitrogen valve
30: gas separation unit
31: natural gas separation membrane
32: outlet

Claims (10)

액화천연가스 운반선에 마련되는 액화천연가스 화물창;
상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되는 액화질소 저장탱크;
상기 액화질소 저장탱크의 하부에 구비되어, 상기 액화천연가스 화물창의 압력에 따라 개폐되어 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 상기 액화질소를 상기 화물창으로 공급하는 액화질소 밸브;
상기 액화천연가스 화물창의 상부에 구비되어, 상기 액화천연가스 화물창에서 증발가스에 냉열을 공급하고 기화된 질소와, 상기 액화질소의 냉열로 재액화되지 않은 증발가스를 분리하는 가스 분리부; 및
상기 액화천연가스 화물창의 상부에 마련되어 액화질소의 냉열로 재액화되지 못한 증발가스 및 기화된 질소가 상기 가스 분리부로 배출되는 것을 조절하는 천연가스 밸브:를 포함하되,
액화천연가스 화물창으로 공급된 액화질소의 냉열로 액화천연가스 화물창 내 발생된 증발가스를 재액화시키고, 재액화되지 않은 증발가스와 기화된 질소는 상기 가스 분리부에서 분리막의 선택적 가스투과성을 이용하여 분리되는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템.
Liquefied natural gas cargo hold provided on a liquefied natural gas carrier;
a liquid nitrogen storage tank provided on the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold;
a liquid nitrogen valve provided in the lower portion of the liquid nitrogen storage tank, which is opened and closed according to the pressure of the liquid natural gas cargo hold and supplies the liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank to the cargo hold;
a gas separation unit provided in the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold, supplying cooling heat to the boil-off gas in the LNG cargo hold, and separating vaporized nitrogen and the boil-off gas that is not reliquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen; and
A natural gas valve provided at the upper portion of the liquefied natural gas cargo hold to control the discharge of boil-off gas and vaporized nitrogen that are not reliquefied due to the cooling and heat of liquid nitrogen to the gas separation unit: including:
The BOG generated in the LNG cargo hold is reliquefied by the cooling heat of the liquid nitrogen supplied to the LNG cargo hold, and the BOG and the vaporized nitrogen that are not reliquefied are used in the gas separation unit by using the selective gas permeability of the membrane The vaporization rate reduction system of the cargo hold of a liquefied natural gas carrier, characterized in that it is separated.
제 1 항에 있어서,
상기 액화질소 밸브는, 상기 액화천연가스 화물창 내 압력이 설정된 압력을 초과하는 경우에 액화질소 저장탱크를 개방하여, 상기 저장된 액화질소를 상기 액화천연가스 화물창으로 공급하도록 액화질소 저장탱크의 개폐를 조절하는 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템.
The method of claim 1,
The liquid nitrogen valve opens the liquid nitrogen storage tank when the pressure in the LNG cargo hold exceeds a set pressure, and controls the opening and closing of the liquid nitrogen storage tank to supply the stored liquid nitrogen to the LNG cargo hold A system for reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen, characterized in that.
제 1항에 있어서,
상기 가스 분리부는,
상기 액화천연가스 화물창으로부터 재액화되지 않은 증발가스와 기화된 질소를 공급받아 증발가스만을 선택적으로 투과하여 배출하는 천연가스 분리막; 및
상기 분리막을 투과하지 않는 상기 기화된 질소를 배출하는 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템.
The method of claim 1,
The gas separation unit,
a natural gas separation membrane for selectively permeating and discharging only the boil-off gas by receiving non-reliquefied BOG and vaporized nitrogen from the LNG cargo hold; and
A system for reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen, characterized in that it includes; an outlet for discharging the vaporized nitrogen that does not pass through the separation membrane.
제 3항에 있어서,
상기 천연가스 분리막은 PTMSP(poly(1-trimethylsily-1-propyne))로 형성된 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템.
4. The method of claim 3,
The natural gas separation membrane is PTMSP (poly(1-trimethylsily-1-propyne)), characterized in that formed of, the vaporization rate reduction system of the liquefied natural gas carrier cargo hold using liquid nitrogen.
제 1항에 있어서,
상기 가스 분리부를 통해 분리배출되는 증발가스를 포집하는 천연가스 포집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템.
The method of claim 1,
The vaporization rate reduction system of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen, characterized in that it further comprises a natural gas collection unit for collecting boil-off gas separated and discharged through the gas separation unit.
제 5항에 있어서,
상기 천연가스 포집부에 포집된 상기 증발가스는 상기 운반선 내에 연료로 공급되거나, 상기 액화질소 저장탱크의 일측을 거쳐 상기 액화질소의 냉열로 액화되어 상기 화물창에 재저장되는 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 시스템.
6. The method of claim 5,
The boil-off gas collected in the natural gas collecting unit is supplied as fuel in the carrier, or is liquefied by cooling and heat of the liquid nitrogen through one side of the liquid nitrogen storage tank, characterized in that it is re-stored in the cargo hold, liquid nitrogen A system for reducing the vaporization rate of the cargo hold of a liquefied natural gas carrier using
액화질소가 저장된 액화질소 저장탱크로부터 액화천연가스 화물창으로 상기 액화질소를 공급하는 제1 단계;
상기 액화천연가스 화물창 내에서, 상기 공급된 액화질소의 냉열로 상기 액화천연가스 화물창 내에서 발생한 증발가스가 재액화되는 제2 단계; 및
상기 제2 단계에서 기화된 질소 및 재액화되지 않은 증발가스를 상기 액화천연가스 화물창 상부에 마련된 천연가스 밸브를 조절하여 선택적 가스투과성을 가진 가스 분리부로 공급하여, 상기 기화 질소 및 증발가스를 분리하는 제3 단계를 포함하여 이루어지는,
액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 방법.
A first step of supplying the liquid nitrogen from the liquid nitrogen storage tank in which liquid nitrogen is stored to the liquid natural gas cargo hold;
a second step of re-liquefying the boil-off gas generated in the LNG cargo hold by the cooling heat of the supplied liquefied nitrogen in the LNG cargo hold; and
By controlling the natural gas valve provided on the upper part of the liquefied natural gas cargo hold to supply the nitrogen vaporized and non-reliquefied BOG in the second step to a gas separation unit having selective gas permeability, to separate the vaporized nitrogen and BOG comprising the third step,
A method of reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen.
제 7항에 있어서,
상기 가스 분리부는, 천연가스를 선택적으로 투과하는 가스 분리막; 및 상기 가스 분리막을 투과하지 않은 잔여가스를 배출하는 배출구를 포함하고,
상기 가스 분리부로 공급된 상기 기화 질소 및 재액화되지 않은 증발가스는 상기 가스 분리막을 거쳐 상기 증발가스는 선택적으로 투과되고, 상기 분리막을 투과하지 않은 상기 기화 질소는 상기 배출구를 통해 배출되어, 상기 기화 질소 및 증발가스가 분리되는 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 방법.
8. The method of claim 7,
The gas separation unit, a gas separation membrane selectively permeating natural gas; and an outlet for discharging the residual gas that has not passed through the gas separation membrane,
The vaporized nitrogen and non-reliquefied BOG supplied to the gas separation unit are selectively transmitted through the gas separation membrane, and the vaporized nitrogen that has not passed through the separation membrane is discharged through the outlet, the vaporization A method of reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen, characterized in that nitrogen and boil-off gas are separated.
제 8항에 있어서,
상기 가스 분리막은 PTMSP(poly(1-trimethylsily-1-propyne))로 형성된 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 방법.
9. The method of claim 8,
The gas separation membrane is PTMSP (poly(1-trimethylsily-1-propyne)), characterized in that formed of, a method of reducing the vaporization rate of a cargo hold of a liquefied natural gas carrier using liquid nitrogen.
제 7항에 있어서,
상기 제3 단계에서 분리된 증발가스를 포집하여, 선내에 연료로 공급하거나 상기 액화질소의 냉열로 액화시켜 상기 화물창에 재저장하는 제4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액화질소를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 기화율 저감 방법.
8. The method of claim 7,
Liquefaction using liquid nitrogen, characterized in that it further comprises a fourth step of collecting the boil-off gas separated in the third step, supplying it as fuel in the ship, or liquefying it with the cooling heat of the liquid nitrogen and re-storing it in the cargo hold A method for reducing the vaporization rate of the cargo hold of a natural gas carrier.
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