KR20110054630A

KR20110054630A - 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20110054630A
Application number: KR1020090111357A
Authority: KR
Inventors: 장광필; 남기일; 설신수; 김재수; 천관석
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-05-25
Also published as: KR101165134B1

Abstract

본 발명은 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 CNG 운반선 운항 중 발생하는 고압의 CNG 배출 가스를 안전하고 효율적으로 포집 및 처리하여 기존 플래레어 스택 또는 밴트마스터를 통해 태우지 않음으로써 CO₂ 발생을 최소화할 수 있는 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 A) CNG 저장 용기에서 배출된 고압의 CNG 배출가스를 물과 혼합시켜 슬러리화하는 단계와; B) 생성된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 저장부 또는 배 하부의 별도의 저장탱크에 저장하는 단계와; C) 슬러리화된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 저장부 또는 별도의 저장 탱크로 이송후 슬러리상태의 가스 하이드레이트를 재기화시키는 단계와; D) 재기화된 가스로부터 수분을 제거하는 단계와; E) 수분이 제거된 가스를 엔진에 필요한 압력까지 승압시켜 공급하는 단계;를 포함하여 구성된 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법 및 이를 수행하는 배출가스 처리 시스템을 특징으로 한다.

압축천연가스, CNG, 배출가스, 가스 하이드레이트, 재기화

Description

압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법 및 시스템{Discharge gas treating method of Compressed Natural Gas carrier and system thereof}

본 발명은 압축천연가스(Compressed Natural Gas, 이하'CNG'라 칭함) 운반선의 배출가스 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 CNG 운반선 운항 중 발생하는 고압의 CNG 배출 가스(Flare Gas 또는 Boil Off Gas)를 안전하고 효율적으로 포집 및 처리하여 기존 플레어 스택 또는 밴트마스터를 통해 태우지 않음으로써 CO₂ 발생을 최소화할 수 있고, 발생된 CNG 배출 가스를 연료 가스화하여 엔진 연료로 재사용할 수 있는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

CNG 운반선은 압축천연가스를 운반하는 선박으로, 운항 중 다양한 원인으로 압축천연가스 저장 용기(Storage Cylinder) 내 압력이 설정 압력 이상으로 상승할 수 있다. 이 경우 안전조치로 저장 용기 내 압력을 제어해야 하며 이때 압력저감밸브 등을 통해 일정량의 가스가 배출된다. 이를 CNG 배출 가스라고 한다.

이러한 CNG 배출 가스는 기술상 플레어 스택 또는 밴트마스터 등을 통해 태울 수 있으나 경제적인 이유와 환경적인 이유로 인해 대기상에서 태우는 것도 어려운 실정이다.

이에 CNG 배출 가스를 안전하게 포집하여 필요에 따라 CNG 운반선 연료로 재 사용할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.

이하 종래 CNG 배출 가스의 처리방법을 보다 자세하게 살펴본다.

도 2는 종래 한 실시예에 따른 시스템 구성도이고, 도 3은 종래 또 다른 실시예에 따른 시스템 구성도이다.

기존 가스운반선(LNG선 등)의 경우 운항 중 발생하는 보일 오프 가스(Boil Off Gas)를 회수 또는 재사용하기 위한 방식으로 도 2에 개시된 것과 같이 보일 오프 가스 압축(Compressor)을 이용한 이종 연료 사용 엔진의 연료 가스로 사용하는 방식과 도 3에 도시된 것과 같이 재액화설비(Reliquefaction)를 이용한 보일 오프 가스 액화 방식을 이용하였다.

한편, CNG선의 경우 운항 중 여러 가지 이유로 인해 실린더 내 압력이 상승할 수 있고 안전상의 이유로 이에 따른 실린더 내 압력 조절이 필요하게 되는데 이를 위해 도 2, 3에 개시된 기존 가스운반선에 적용된 기술들을 적용할 수 있다.

도 2에 개시된 기술을 이용할 경우 CNG 저장 용기(CNG Storage Cylinder)에 저장된 128~270 bar 정도의 고압 가스를 압력조절밸브(Letdown Valve)를 이용해 압력을 엔진에 사용 가능한 수 bar(4~5 bar)까지 낮춘 후 분배기(Separator)와 열교 환기(Heat Exchanger) 처리 공정을 거쳐 이종 연료 사용 엔진에 사용할 수 있다. 이때 엔진(Engine)에 주입되는 가스의 압력은 압축기(Compressor)를 통해 이루어진다.

하지만 도 1에 개시된 기술의 경우 수백 bar에서 수 bar까지 낮추어야 하는 문제로 인해 이를 만족할 만한 압력조절밸브 설계 및 설치가 어렵다는 문제점, 즉, 초대형 압력조절밸브가 필요하다는 문제점이 있다.

또한 도 2에 개시된 기술의 경우와 같이 CNG 저장 용기(CNG Storage Cylinder)에 저장된 고압가스를 압력조절밸브(Letdown Valve)를 거친 후 재액화설비(Reliquefaction)를 이용 재액화후 분배기(Separator)와 펌프(Pump)를 이용 액화천연가스를 만들어 보관할 수 있으나 이 역시 별도의 저온저장설비(Storage)를 갖추어야 하는 문제로 비 현실적이라는 단점이 있다.

즉, 기존 가스운반선에 기 적용된 기술을 CNG선에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 CNG 운반선 운항 중 발생하는 고압의 CNG 배출 가스를 안전하고 효율적으로 포집 및 처리하여 기존 플래레어 스택 또는 밴트마스터를 통해 태우지 않음으로써 CO₂ 발생을 최소화할 수 있는 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 CNG 운반선 운항 중 발생하는 고압의 CNG 배출 가스를 발생된 CNG 배출 가스를 연료 가스화하여 엔진 연료로 재사용할 수 있는 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 A) CNG 저장 용기에서 배출된 고압의 CNG 배출가스를 물과 혼합시켜 슬러리화하는 단계와; B) 생성된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 저장부 또는 배 하부의 별도의 저장탱크에 저장하는 단계와; C) 슬러리화된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 저장부 또는 별도의 저장 탱크로 이송후 슬러리상태의 가스 하이드레이트를 재기화시키는 단계와; D) 재기화된 가스로부터 수분을 제거하는 단계와; E) 수분이 제거된 가스를 엔진에 필요한 압력까지 승압시켜 공급하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 A)단계는 고압의 CNG 배출가스를 슬러리 가스 하이드레이트 생성기를 이용하여 용수 또는 바닷물 또는 발라스트 수와 혼합시켜 슬러리화하는 것을 특징으로 한다.

상기 B)단계는 슬러리화된 가스 하이드레이트를 슬러리 이송 펌프를 통해 발라스트 저장부 또는 배 하부의 별도의 저장탱크로 이송하여 선박의 발라스트 유지와 공간 및 저장효율을 높이는 것을 특징으로 한다.

상기 C)단계는 슬러리화된 가스 하이드레이트를 슬러리 이송 펌프를 통해 이송는 것을 특징으로 한다.

,

상기 C) 단계는 자연 대류 또는 외부 열원에 의해 가스 하이드레이트를 재기화(Regasification)시켜 가스화 하는 것을 특징으로 한다.

상기 D)단계는 재기화된 가스를 단순한 수분 제거 장치를 이용하여 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 E) 단계는 저압 압축기를 이용하여 엔진에 필요한 압력까지 승압시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 다른 실시형태로 CNG 저장 용기에서 배출된 고압의 CNG 배출가스를 물과 혼합시켜 슬러리화하는 슬러리 가스 하이드레이트 생성기와;

슬러리화된 가스 하이드레이트를 CNG 운반선에 설치된 별도의 저장 탱크로 이송하는 슬러리 이송 펌프와;

이송된 슬러리상태의 가스 하이드레이트를 저장후 재기화시키는 저장 탱크와;

재기화된 가스를 공급받아 수분을 제거하는 수분 제거 장치와;

수분이 제거된 가스를 공급받아 엔진에 필요한 압력까지 승압시키는 압축기로 구성된 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 시스템을 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 CNG 운반선 운항 중 발생 하는 고압의 CNG 배출 가스를 기존 방식대로 대기상에서 태우지 않고 엔진의 연료가스로 재사용함으로 CO₂ 발생을 줄여 에너지 효율을 높였다는 장점과,

또한 고압의 CNG 배출 가스를 안전하고, 기술적으로 실현 가능한 방법으로 포집하여 엔진에 사용 가능하도록 재기화하여, 엔진 사용 범위까지 압력을 조절하는 방법을 제공한 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 시스템 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 CNG 운반선 운항 중 다양한 원인에 의해 발생될 수 있는 고압의 CNG 배출 가스(Flare Gas 또는 Boil Off Gas)를 안전하게 가스 하이드레이트 형태로 포집하여 이종 연료 사용 엔진의 연료가스로 사용할 수 있도록 구성하였다.

즉, 본 발명의 구성은 CNG 저장 용기(CNG Storage Cylinder, 1)에서 배출된 고압의 CNG 배출가스를 물과 혼합시켜 슬러리화하는 슬러리 가스 하이드레이트 생성기(Slurry Gas Hydrator, 2)와; 슬러리화된 가스 하이드레이트를 CNG 운반선에 설치된 별도의 저장 탱크(Storage Tank)로 이송하는 슬러리 이송 펌프(Slurry Pump, 3)와; 이송된 슬러리상태의 가스 하이드레이트를 저장후 재기화시키는 저장 탱크(Storage Tank, 4)와; 재기화된 가스를 공급받아 수분을 제거하는 수분 제거 장치(Demister, 5)와; 수분이 제거된 가스를 공급받아 엔진(7)에 필요한 압력까지 승압시키는 압축기(Compressor, 6)로 구성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 가스 하이드레이트 기술을 이용한 신 개념의 CNG선 배출 가스(Flare Gas 또는 Boil Off Gas) 포집 및 엔진용 연료 가스로 재 사용하는 방식이다.

즉, 고압의 CNG 배출가스를 물과 반응하여 손쉽게 슬러리 형태의 가스 하이드레이트로 전환되게 하고, 생성된 가스 하이드레이트는 슬러리 이송 펌프(Slurry Pump)를 통해 CNG 운반선에 설치된 별도의 저장 탱크(Storage Tank)에 저장된다.

이때 가스 하이드레이트 저장 탱크는 그 사용 목적 및 방법에 따라 별도의 절연(Insulation) 조치가 필요할 수 있다. 다만, 연속적으로 이종 연료 사용 엔진의 연료 가스로 사용이 가능할 경우 자연스러운 재기화를 위해 별도의 단열 조치를 하지 않아도 된다.

CNG 운반선에 설치될 저장 탱크가 별도의 절연 조치가 필요할 경우 본 출원인의 선 등록특허 제 10-0840059호(천연가스 운송수단)"의 내용을 참조하여 구성할 수 있다.

저장 탱크에 보관된 가스 하이드레이트는 자연 대류 또는 외부 열원에 의해 가스가 하이드레이트에서 재기화(Regasification) 하게 된다.

재기화된 가스는 수분 제거 장치(Demister)를 거친 후 압축기(Compressor)를 통해 엔진에 필요한 압력까지 승압된 후 엔진에 공급하게 된다.

상기 슬러리 형태의 가스 하이드레이트를 제조하는 슬러리 가스 하이드레이트 생성기(Slurry Gas Hydrator, 2)는 본 출원인의 선 등록특허 제 2004-0720270호(천연가스 하이드레이트 연속 제조 방법 및 제조 장치) 또는 이에 준하는 방식을 따라 제조하면 된다.

또한 상기 가스 하이드레이트 제조에 있어 필요한 물은 운항 전 하이드레이트 저장 탱크에 채운 후 사용하거나 운항 중 해수를 필요에 따라 채수하여 사용할 수 있다.

또한 상기 가스 하이드레이트 제조에 있어 또 다른 방법으로 CNG 운반선 발라스트 수(Ballast Water)를 이용하여 하이드레이트를 생성 한 후 생성된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 탱크로 재 주입하여 보관하는 방법이 적용될 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 시스템 구성도이고,

도 2는 종래 한 실시예에 따른 시스템 구성도이고,

도 3은 종래 또 다른 실시예에 따른 시스템 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : CNG 저장 용기

(2) : 슬러리 가스 하이드레이트 생성기

(3) : 이송 펌프

(4) : 저장 탱크

(5) : 수분 제거 장치

(6) : 압축기

(7) : 엔진

Claims

A) CNG 저장 용기에서 배출된 고압의 CNG 배출가스를 물과 혼합시켜 슬러리화하는 단계와;

B) 생성된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 저장부 또는 배 하부의 별도의 저장탱크에 저장하는 단계와;

C) 슬러리화된 가스 하이드레이트를 발라스트 수 저장부 또는 별도의 저장 탱크로 이송후 슬러리상태의 가스 하이드레이트를 재기화시키는 단계와;

D) 재기화된 가스로부터 수분을 제거하는 단계와;

E) 수분이 제거된 가스를 엔진에 필요한 압력까지 승압시켜 공급하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 A)단계는 고압의 CNG 배출가스를 슬러리 가스 하이드레이트 생성기를 이용하여 용수 또는 바닷물 또는 발라스트 수와 혼합시켜 슬러리화하는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 B)단계는 슬러리화된 가스 하이드레이트를 슬러리 이송 펌프를 통해 발라스트 저장부 또는 배 하부의 별도의 저장탱크로 이송하여 선박의 발라스트 유지와 공간 및 저장효율을 높이는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 저장 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 C)단계는 슬러리화된 가스 하이드레이트를 슬러리 이송 펌프를 통해 이송는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 C) 단계는 자연 대류 또는 외부 열원에 의해 가스 하이드레이트를 재기화(Regasification)시켜 가스화 하는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 D)단계는 재기화된 가스를 단순한 수분 제거 장치를 이용하여 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 E) 단계는 저압 압축기를 이용하여 엔진에 필요한 압력까지 승압시키는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 방법.
CNG 저장 용기에서 배출된 고압의 CNG 배출가스를 물과 혼합시켜 슬러리화하는 슬러리 가스 하이드레이트 생성기와;

슬러리화된 가스 하이드레이트를 CNG 운반선에 설치된 별도의 저장 탱크로 이송하는 슬러리 이송 펌프와;

이송된 슬러리상태의 가스 하이드레이트를 저장후 재기화시키는 저장 탱크와;

재기화된 가스를 공급받아 수분을 제거하는 수분 제거 장치와;

수분이 제거된 가스를 공급받아 엔진에 필요한 압력까지 승압시키는 압축기로 구성된 것을 특징으로 하는 압축천연가스 운반선의 배출가스 처리 시스템.