KR20070007715A - 가스 사용 시스템 및 방법 - Google Patents

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하랄드 데니
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아틀라스 코프코 에네르가스 게엠베하
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Abstract

극저온 가스, 특히 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 압축하기 위한 시스템은 상기 가스를 압축하기 위한 압축기와, 상기 가스를 상기 압축기의 흡입측으로 통과시키고 사용하기 위해 상기 압축된 가스를 상기 압축기로부터 후속 장치까지 통과시키기 위한 라인 구성을 포함한다. 상기 라인 구성은 압축된 가스를 압축기의 흡입측으로 다시 통과시키기 위한 바이패스(bypass)를 갖는다. 상기 바이패스를 통해 유동하는 가스를 재냉각하기 위해 팽창기가 상기 바이패스에 배치되어 있다. 극저온 가스, 특히 극저온 액체의 저장 중에 발생하는 탄화수소 가스를 압축하기 위한 시스템을 조절하기 위한 방법이 또한 제공된다.
압축기, 극저온 가스, 팽창기, 라인 구성, 냉각기, 탄화수소 가스

Description

가스 사용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR USE OF A GAS}
도 1은 가스 엔진을 위한 또는 터빈 내에서 사용하기 위한 연료로서 증발기에 의해 냉각된 액화천연가스(liquied natural gas : LNG)의 저장 중에 발생하는 천연가스의 사용을 위한 본 발명에 따른 시스템을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 극저온 가스 2 : 공급 탱크
3 : 가스 공간 4 : 증발된 가스
5 : 라인 구성 6 : 흡입측
7 : 압축기 8 : 냉각기
9 : 바이패스 10 : 압력측
11 : 장치 12 : 팽창기
13 : 기어 기구
본 출원은 2005년 7월 11일자로 출원된 독일 특허 출원 제10 2005 032 556.4호의 35 U.S.C. §119하의 우선권을 청구한다.
본 발명은 극저온 가스, 특히 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 압축하기 위한 시스템 또는 장치에 관한 것으로, 가스를 압축하기 위한 압축기와 라인 구성을 포함하는 시스템 또는 장치에 관한 것이다. 상기 라인 구성은 가스를 압축기의 흡입측으로 통과시키고 압축된 가스를 후속하는 장치로 통과시킨다. 가스는 예를 들어 극저온 액체가 공급 탱크에 저장될 때에 발생한다.
상술된 특징을 갖는 시스템은 EP 0 069 717 B1호에 공지되어 있다. 냉각된 액화천연가스는 액화천연가스(liquied natural gas : LNG)의 운송을 위해 유조선(tank ship)에서 대략 대기압으로 공급 탱크에 저장된다. 탱크내에서 증발하는 천연가스는 가스 라인에 의해 전기적으로 작동되는 압축기로 통과하고 연속적으로 냉각되어 중간 저장을 위한 가스 탱크내로 통과한다. 약 200 바아(bar)로 압축되는 가스는 가스 탱크로부터 가스와 오일을 연소하기 위해 설계된 이중 연료 디젤 기기까지 통과하여, 유조선을 운전한다. 이중 연료 디젤 기기에서의 하중과 공급 탱크에서 증발하는 가스의 양 양자는 큰 변화를 일으킨다. 그 결과, 압축된 가스의 중간 저장을 위한 압력 용기가 필요하다.
본 발명의 목적은 극저온 가스를 압축하기 위한 시스템 또는 장치를 제공하는 것이고, 후속 장치로 통과하는 가스의 양은 에너지 관점에서 수용할 수 있는 효과를 갖는 간단한 방식으로 가요성적으로 조절할 수 있는 시스템 또는 장치를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은 본 발명에 따르면, 압축된 가스가 압축기의 흡입측으로 다시 통과하는 바이패스(bypass)와 상기 바이패스를 통해 유동하는 가스를 재냉각하기 위해 상기 바이패스에 배치된 팽창기(expander)를 구비하는 라인 구성과 함께 상술된 특징을 갖는 시스템을 제공함으로써 달성된다. 특정 정도에 대해, 유동 기기로서 형성된 터보팽창기는 팽창기로서 적합하다. 상기 가스가 압축 중에 가열될지라도, 압축기는 바이패스를 통해 유동하는 가스의 재냉각 때문에 낮은 흡입 온도를 위해 설계될 수 있다. 이러한 특징은 압축기의 동력 조건, 중량, 및 공간 조건의 양호한 효과를 갖는다. 본 발명에 따른 시스템은 예를 들어 액화천연가스(LNG)와 같은 액체 탄화수소를 운송하는 유조선에서 정지 및 이동 방식 양자로 사용될 수 있다.
본 발명의 적합한 실시예에서, 라인 구성은 압축기의 압력측 상에서 냉각기를 갖는다. 압축된 가스는 상기 압축기의 흡입측으로 통과하는 가스의 온도 보다 높은 온도로 상기 냉각기를 거쳐서 냉각될 수 있다. 바이패스는 유동 방향으로 냉각기 뒤에서 라인 구성에 연결되어 있다. 팽창기에서 가스의 팽창 중에 달성되는 온도 차이는 압력측과 흡입측 사이의 압력 차이에 필수적으로 따른다. 압력측 상의 가스 온도를 냉각기를 거쳐서 감소시킴으로써, 바이패스를 통해 유동하는 가스의 팽창 후의 상기 온도는 또한 감소될 수 있다.
압축기와 팽창기는 기계적으로 결합되어 있다. 예를 들어 기계식 기어 기구 또는 공통 구동 샤프트에 의한 기계식 결합은 팽창기가 터보팽창기(turboexpander)로서 설계된다면 특히 용이한 도구이다. 기계식 결합에 의해, 압축을 위해 요구되 는 에너지는 적어도 부분적으로 팽창기에서 해제되는 에너지에 의해 보충될 수 있다.
본 발명의 적합한 실시예에서, -30℃ 보다 낮은 온도까지, 적합하게는 -140℃ 내지 -80℃ 사이의 온도까지 가스 스트림의 냉각은 팽창기에서 일어난다. 이러한 구성으로, 가스 또는 전체 가스의 커다란 비율은 압축기가 설계되는 저온 범위를 벗어남 없이 폐순환(closed circulation)에서 바이패스를 통과할 수 있다.
적합하게는, 압축기의 압력측 상의 라인 구성에서의 압력은 6 내지 50 바아(bar) 사이이다.
극저온 가스는 예를 들어 공급 탱크 내에 저장된 액체의 증발로 인해 발생할 수 있다. 이 경우에, 극저온 액체는 대략 대기압에서 공급 탱크에 존재한다. 이러한 실시예에서, 몇몇 탱크 배터리들로 구성되는 공급 탱크는 압력 용기로서 설계되지 않고, 따라서 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에서, 극저온 가스, 특히 극저온 액체의 저장 중에 발생하는 탄화수소 가스를 압축하기 위한 시스템을 조절하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법에 따르면, 극저온 가스는 -30℃ 보다 낮은 온도로 압축기로 통과하여, 부가적인 사용을 위해 상기 압축기를 거쳐서 6 내지 50 바아(bar)의 압력까지 압축된다. 압축된 가스의 적어도 일부는 상기 압축기의 흡입측으로 다시 통과하고 이러한 공정 중에 팽창기를 거쳐서 냉각된다.
적합하게는, 가스는 흡입측에서 -140℃와 -80℃ 사이의 온도에서 라인 구성안으로 도입되고, 이에 의해 적합하게는 터보팽창기로 형성되는 팽창기를 통과하는 가스 스트림은 -50 보다 낮은 온도까지 냉각된다. 이러한 연결에서, 팽창기를 통해 유동하는 가스는 흡입측 상의 라인 구성안으로 도입되는 가스의 온도에 필수적으로 대응하거나 또는 이 보다 낮은 온도로 또한 냉각될 수 있다.
이러한 방법의 범위에 대해, 팽창기와 압축기는 기계적으로 결합될 수 있고, 이에 의해 특히 유동 기기로서 구성된 팽창기들과 압축기들은 공통 기어 기구 또는 공통 구동 샤프트와 간단한 기계적 결합을 위해 적합하다. 이러한 방법의 적합한 실시예에서, 압축된 가스는 부가적인 사용을 위해 10℃와 80℃ 사이의 온도까지 냉각되고, 이에 의해 압축되고 냉각된 가스의 일부는 바이패스 스트림으로서 압축기의 흡입측으로 다시 통과하여, 팽창기에 의해 더 냉각된다.
압축된 가스는 본 발명에 따른 방법의 범주내에서, 가스 터빈 또는 내연기관의 작동을 위해 사용될 수 있다. 더 많거나 또는 더 적은 바이패스 스트림은 가스 터빈 또는 내연기관의 작동을 위해 요구되는 가스의 기능으로써 압축기의 흡입측으로 다시 통과할 수 있고, 이러한 공정 중에 팽창기를 거쳐서 냉각된다.
팽창기에서 냉각되는 가스 스트림은 상기 시스템의 흡입측을 냉각하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스가 극저온 액체의 증발로 인해 발생하는 공급 탱크의 주변이 냉각된 가스 스트림을 거쳐서 미리 냉각된다면, 공급 탱크를 냉각하기 위해 제공되는 냉각 시스템의 동력 소비는 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 목저들 및 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 하기 상세한 설명으로부터 명배하게 나타날 것이다. 그러나, 도면은 도시만의 목적을 위해 설계되었고 본 발명을 제한하려는 의도는 없다는 것을 이해해야 한다.
도면에 상세히 도시된 바와 같이, 액체 냉각 천연 가스는 극저온 액체(1)로서 -163℃의 온도로 대략 대기압에서 공급 탱크(2)에 저장되어 있다. -140℃의 온도에서 증발된 가스(4)는 공급 탱크의 가스 공간(3)에 수집되고, 이 가스는 라인 구성(5)에 의해 공급 탱크(2)로부터 압축기(7)의 흡입측(6)으로 연속적으로 통과한다. 단일 스테이지 또는 다중 스테이지 터보 압축기로서 구성되는 압축기(7)에서, 가스(4)는 26바아(bar)의 압력까지 압축되고, 이에 의해 가스 온도는 +100℃ 이상까지 증가한다. 압축 후에, 가스(4)는 냉각기(8)를 통과하고, 여기서 가스(4)는 대략 35℃의 온도까지 냉각된다.
냉각기(8) 뒤에는 바이패스(9)가 라인 구성(5)에 연결되어 있다. 압축된 가스(4)의 일부가 바이패스(9)에 의해 압력측(10)으로부터 압축기(7)의 흡입측(6)으로 다시 통과한다. 가스(4)의 다른 부분은 에너지 사용을 위한 장치(11), 예를 들어 가스 엔진 또는 가스 터빈으로 통과한다. 터보팽창기(turboexpander)로서 형성된 팽창기(12)는 바이패스(9)를 통해 유동하는 가스(4)를 재냉각하기 위해 바이패스(9)내에 배치되어 있다. 팽창기(12)는 기어 기구(13)에 의해 압축기(7)와 기계적으로 결합되어서, 압축을 위해 요구되는 에너지의 일부가 팽창 중에 방출되는 에너지로 보충된다. 팽창기(12)에서 -100℃ 이하로 냉각되는 가스(4)의 온도는 이 가스(4)가 공급 탱크(2)로부터 빼내는 온도에 대략 대응한다. 팽창기(12)에서 냉각된 가스 스트림은 공급 탱크(2)를 미리 냉각하기 위해 또한 사용될 것이다. 더 크거나 또는 더 적은 바이패스 스트림은 가스 터빈(11)의 작동을 위해 요구되는 가스의 작용으로서 압축기(7)의 흡입측(6)으로 다시 통과하고, 이러한 공정 중에 팽 창기(12)에 의해 냉각되며, 이에 의해 전체 가스(4)는 바이패스(9)와 팽창기(12)에 의해 압력측(10)으로부터 흡입측(6)으로 다시 통과할 것이다.
따라서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예가 도시되고 설명되었을 지라도, 많은 변경과 변화는 첨부된 청구범위에 한정된 바와 같이 본 발명의 정신과 범주로부터 벗어남 없이 이루어지는 것을 이해할 수 있다.
본 발명의 극저온 가스, 특히 탄화수소 가스를 압축하기 위한 시스템은 상기 가스를 압축하기 위한 압축기와, 상기 가스를 상기 압축기의 흡입측으로 통과시키고 사용하기 위해 상기 압축된 가스를 상기 압축기로부터 후속 장치까지 통과시키기 위한 라인 구성을 포함한다. 라인 구성은 압축기의 압력측 상에서 냉각기를 갖는다. 압축된 가스는 상기 압축기의 흡입측으로 통과하는 가스의 온도 보다 높은 온도로 상기 냉각기를 거쳐서 냉각될 수 있다. 바이패스는 유동 방향으로 냉각기 뒤에서 라인 구성에 연결되어 있다. 팽창기에서 가스의 팽창 중에 달성되는 온도 차이는 압력측과 흡입측 사이의 압력 차이에 필수적으로 따른다. 압력측 상의 가스 온도를 냉각기를 거쳐서 감소시킴으로써, 바이패스를 통해 유동하는 가스의 팽창 후의 상기 온도는 또한 감소될 수 있다. 또한 본 발명은 극저온 가스, 특히 극저온 액체의 저장 중에 발생하는 탄화수소 가스를 압축하기 위한 시스템을 조절하기 위한 방법에도 적용된다.

Claims (15)

  1. 가스를 압축된 가스로 압축하고 흡입측을 갖는 압축기, 및
    상기 가스를 상기 압축기의 상기 흡입측으로 통과시키고 상기 압축기로부터 압축 장치까지 사용을 위해 상기 압축된 가스를 통과시키기 위한 라인 구성을 포함하고,
    상기 라인 구성은 상기 압축된 가스를 상기 압축기의 상기 흡입측으로 다시 통과시키기 위한 바이패스(bypass)와 상기 바이패스를 통해 유동하는 상기 압축된 가스를 재냉각하기 위해 상기 바이패스에 배치된 팽창기를 포함하는 극저온 가스 압축 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 탄화수소(hydrocarbon) 가스인 극저온 가스 압축 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기의 상기 흡입측으로 통과되는 가스는 흡입측 온도를 갖고, 상기 라인 구성은 상기 흡입측 온도 보다 높은 온도로 상기 압축된 가스를 냉각하기 위해 상기 압축기의 압력측상에서 냉각기를 가지며, 상기 바이패스는 유동 방향으로 상기 냉각기 뒤에서 상기 라인 구성에 연결되는 극저온 가스 압축 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기와 팽창기는 기계적으로 결합되는 극저온 가스 압축 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 팽창기는 상기 가스를 -30℃ 보다 낮은 온도까지 냉각하는 극저온 가스 압축 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 팽창기는 상기 가스를 -140℃와 -80℃ 사이의 온도까지 냉각하는 극저온 가스 압축 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 라인 구성은 상기 압축기의 압력측 상에서 6과 50 바아(bar) 사이의 압력을 갖는 극저온 가스 압축 장치.
  8. 극저온 액체의 저장 중에 발생하는 극저온 가스를 압축하기 위한 시스템을 조절하기 위한 방법으로서,
    상기 극저온 가스를 -30℃ 보다 낮은 온도로 압축기로 통과시키는 단계와,
    부가적인 사용을 위해 상기 압축기를 거친 가스를 6 내지 50 바아(bar)의 압력의 압축된 가스로 압축하는 단계를 포함하고,
    상기 압축된 가스의 적어도 일부는 상기 압축기의 흡입측으로 다시 통과하여 팽창기를 거쳐서 냉각되는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가스는 탄화수소 가스인 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 가스는 상기 흡입측 상에서 -140℃와 -80℃ 사이의 온도로 라인 구성안으로 도입되고, 상기 팽창기를 통과한 가스는 -50℃ 보다 낮은 온도까지 냉각되는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 팽창기와 압축기는 기계적으로 결합되는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 압축된 가스는 10℃ 내지 80℃ 사이의 온도까지 냉각되고, 상기 냉각된 압축 가스의 일부는 바이패스 스트림으로서 상기 압축기의 흡입측으로 다시 통과하여 상기 팽창기를 거쳐서 부가로 냉각되는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 극저온 액체는 공급 탱크에 저장되고, 상기 극저온 가스는 상기 극저온 액체의 증발로 인해 발생하는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 압축된 가스는 가스 터빈 또는 내연기관의 작동(운 전)을 위해 사용되고, 보다 많은 또는 보다 적은 바이패스 스트림은 상기 가스 터빈 또는 내연기관의 작동(운전)을 위해 요구되는 가스의 기능으로서 상기 압축된 가스의 흡입측으로 다시 통과하며, 상기 바이패스 스트림은 상기 팽창기를 거쳐서 냉각되는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 팽창기에서 냉각된 상기 가스는 상기 시스템의 흡입측을 냉각하기 위해 사용되는 극저온 가스 압축 시스템 조절 방법.
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