KR20120010334A - Method and apparatus for reliquefying boil-off gas using cold-heat power generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액화가스 저장탱크를 가지는 부유식 해양구조물의 증발가스 재액화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉열발전을 이용하여 증발가스를 재액화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for reliquefying boil-off gas of a floating offshore structure having a liquefied gas storage tank, and more particularly, to a method and apparatus for re-liquefying boil-off gas using cold heat power generation.
천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.Natural gas is transported in gaseous form through onshore or offshore gas pipelines, or liquefied, and transported to distant consumers while being stored on LNG carriers. Liquefied natural gas is obtained by cooling natural gas at cryogenic temperatures (approximately -163 ° C), and its volume is reduced to approximately 1/600 of that of natural gas, making it well suited for long-distance transport through the sea.
천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선을 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 탱크(화물창)는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas; BOG)가 발생한다. 이렇게 LNG 저장 탱크 내에서 지속적으로 증발가스가 발생하면, LNG 탱크의 압력이 상승하여 위험하게 된다.The liquefaction temperature of natural gas is about -163 ° C at ambient pressure, so LNG is evaporated even if its temperature is slightly higher than -163 ° C at normal pressure. In the case of a conventional LNG carrier, for example, the LNG tank (cargo) of the LNG carrier is insulated, but since the external heat is continuously transferred to the LNG, the LNG is transported by the LNG carrier. Boil-off gas (BOG) is generated in the LNG storage tank by continuously vaporizing in the LNG tank. If the evaporation gas is continuously generated in the LNG storage tank, the pressure of the LNG tank rises and becomes dangerous.
종래에는 LNG 탱크의 압력을 안전한 상태로 유지하기 위해서 LNG 탱크에서 발생된 증발가스를 LNG 운반선의 추진 연료로 사용하였다. 그러나, 증발가스를 추진 장치에서 연료로 사용할 수 있도록 컴프레서에 의해 고압으로 압축하는 과정에서 동력이 많이 소요되는 문제점이 있었으며, 선박엔진을 선택하는데 있어서도 역시 제한적이었다.Conventionally, in order to maintain the pressure of the LNG tank in a safe state, the boil-off gas generated in the LNG tank was used as a propulsion fuel of the LNG carrier. However, there was a problem that a lot of power is consumed in the process of compressing the boil-off gas to a high pressure by a compressor so that it can be used as a fuel in the propulsion device, and also limited in selecting a ship engine.
또한, 추진 장치에서 연료로 사용할 수 있거나 증발가스 재액화 장치에서 처리할 수 있는 양 이상의 증발 가스가 발생하는 경우에는, 잉여의 증발가스를 가스 연소기(Gas Combustion Unit; GCU)나 플레어 등에서 소각 또는 방출하여 처리해야 하는데, 이러한 가스 연소기나 플레어 등의 설치비 및 운전비가 추가로 발생되는 문제점이 있었다.In addition, when more than the amount of boil-off gas that can be used as fuel in the propulsion unit or can be treated by the boil-off gas reliquefaction unit is generated, the excess boil-off gas is incinerated or discharged from a gas combustion unit (GCU) or flare, etc. To be treated, there was a problem in that the installation cost and operating cost of such a gas combustor or flare is additionally generated.
또한, LNG 탱크를 고압탱크로 제작하여, 증발가스의 발생에 따른 LNG 탱크 내의 압력 상승을 허용하면서, 그에 따른 포화온도의 상승으로 추가의 증발가스의 발생을 억제하는 방법이 있었다. 그러나, LNG 탱크 내부를 고압으로 유지하기 위해서는 별도의 배관설비 추가 및 선체 강도를 증가시켜야 하는 문제점이 있었다.In addition, there has been a method of manufacturing an LNG tank as a high pressure tank to allow an increase in the pressure in the LNG tank according to the generation of the boil-off gas, and to suppress the generation of further boil-off gas by the rise of the saturation temperature. However, in order to maintain the inside of the LNG tank at a high pressure, there was a problem in that additional piping equipment and hull strength had to be increased.
한편, 종래 LNG 탱크에서 발생된 증발가스를 재액화하여 다시 LNG 탱크로 복귀시키는 방식의 경우 LNG 운반선에 복잡한 시스템의 증발가스 재액화 장치를 설치해야 하는 문제점이 있었다. 또한 재액화할때 많은 소비전력을 사용하기 때문에 에너지 효율문제가 발생하고 있었다.On the other hand, in the case of the method of re-liquefying the boil-off gas generated in the conventional LNG tank to return to the LNG tank, there was a problem in that the boil-off gas reliquefaction apparatus of a complex system in the LNG carrier. In addition, energy efficiency problems have arisen because they use a lot of power when reliquefaction.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 증발가스를 재액화할때 사용되는 에너지의 효율을 높일 수 있는 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법 및 장치와 이 장치가 장착된 부유식 해양구조물을 제공하고자 하는 것이다. The present invention for solving the above problems, the method and apparatus for re-liquefied boil-off gas using cold heat power to increase the efficiency of the energy used to re-liquefy the boil-off gas and the floating offshore structure equipped with the apparatus It is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 액화가스 저장탱크를 가지는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 냉열발전시스템과 열교환하는 단계와; 상기 열교환을 마친 증발가스를 재액화시스템과 열교환하여 재액화하는 단계와; 상기 재액화하는 단계를 마친 액화된 증발가스를 다시 액화가스 저장탱크 내로 복귀시키는 단계; 를 포함하며, 상기 냉열발전시스템은 상기 재액화시스템에서 얻은 고온의 해수의 열원을 이용하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법이 제공될 수 있다.According to the present invention for achieving the above object, in the method for reliquefaction of the boil-off gas using the cold heat power generation in the floating offshore structure having a liquefied gas storage tank, the boil-off gas generated from the liquefied gas storage tank and Heat exchange; Re-liquefying heat-exchanged evaporated gas with a reliquefaction system; Returning the liquefied evaporated gas to the liquefied gas storage tank after the reliquefaction has been completed; It includes, The cold heat power generation system may be provided with a method for re-liquefied boil-off gas using cold heat power generation in the floating marine structure, characterized in that using the heat source of the high temperature seawater obtained from the reliquefaction system.
상기 고온의 해수는 상기 냉열발전시스템에서 열매체와의 열교환을 통해 온도를 낮춘 상태에서 배출되는 것이 바람직하다.The high temperature seawater is preferably discharged in a state of lowering the temperature through heat exchange with the heat medium in the cold heat power generation system.
상기 냉열발전시스템에서 발생된 전력은 상기 재액화시스템에서 이용될 수 있는 것이 바람직하다.The power generated in the cold heat generation system is preferably available in the reliquefaction system.
상기 냉열발전시스템과 열교환하는 단계에서는 고온의 기체상태인 열매체가 증발가스와 열교환하여 응축되는 것이 바람직하다.In the step of exchanging heat with the cold heat generation system, it is preferable that the heat medium having a high temperature gas is condensed by exchanging heat with the evaporation gas.
상기 냉열발전시스템은 상기 응축된 열매체를 해수와 열교환시켜 증기압을 얻으며 상기 증기압을 이용해 발전용 터빈을 구동시키는 것이 바람직하다.The cold heat generation system heat exchanges the condensed heat medium with sea water to obtain a vapor pressure, and preferably drives the turbine for power generation using the vapor pressure.
상기 열매체는 적은 에너지로도 즉시 증기화 시키기 쉬운 프로판, 부탄 및 프레온 중에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.The heat medium is preferably at least one selected from propane, butane and freon, which are readily vaporized with low energy.
상기 재액화시스템과 열교환하여 재액화하는 단계에서는 증발가스가 냉매와 열교환을 하여 응축되어 액화되는 것이 바람직하다.In the step of reliquefaction by heat exchange with the reliquefaction system, the boil-off gas is preferably condensed and liquefied by heat exchange with the refrigerant.
상기 재액화시스템은 냉매가 해수와 열교환하여 상기 해수의 온도를 상승시키고 상기 냉매는 응축되며, 상기 응축된 냉매가 교축작용을 통해 저온저압으로 되어 상기 증발가스와 열교환하는 것이 바람직하다.In the reliquefaction system, a refrigerant heat-exchanges with seawater to raise the temperature of the seawater, and the refrigerant is condensed. The condensed refrigerant is preferably low-temperature and low-pressure through an throttling action to exchange heat with the boil-off gas.
상기 냉매는 질소인 것이 바람직하다.Preferably, the refrigerant is nitrogen.
상기 재액화하는 단계에서 액화되지 못한 증발가스는 다시 상기 증발가스 재액화 방법에 이용되는 것이 바람직하다.The boil-off gas not liquefied in the re-liquefaction step is preferably used in the boil-off gas reliquefaction method again.
상기 액화가스 저장탱크는 LNG 저장탱크인 것이 바람직하다.The liquefied gas storage tank is preferably an LNG storage tank.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크를 가지는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 유동시키기 위한 증발가스 라인과; 상기 증발가스의 냉열을 이용해 전력을 발생시키는 냉열발전시스템과;상기 냉열발전시스템에 냉열을 전달한 증발가스를 액화시키는 재액화시스템; 을 포함하며, 상기 냉열발전시스템에서 발생된 전력은 상기 재액화시스템에서 이용되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, in the boil-off gas reliquefaction apparatus using cold heat power generation in the floating offshore structure having a liquefied gas storage tank, the liquefied gas storage tank flows the boil-off gas An evaporation gas line for making; A cold heat power generation system for generating electric power by using the cold heat of the boil gas; It includes, and the power generated in the cold heat power generation system is provided with a boil-off gas reliquefaction apparatus using cold heat power generation in the floating marine structure, characterized in that used in the reliquefaction system.
상기 증발가스에 대해 상기 액화가스 저장탱크 내부의 압력을 일정하게 유지하도록, 상기 증발가스 라인에는 릴리프 밸브가 설치되는 것이 바람직하다.In order to maintain a constant pressure in the liquefied gas storage tank with respect to the boil-off gas, it is preferable that a relief valve is installed in the boil-off gas line.
상기 냉열발전시스템은, 발전을 마치고 나온 열매체의 응축을 위해 상기 열매체와 증발가스를 열교환시키는 제 1 열교환기와, 상기 응축된 열매체로부터 발전용 터빈을 돌릴 수 있을 정도의 증기압을 얻을 수 있도록 상기 응축된 열매체와 해수를 열교환시키는 제 2 열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.The cold heat generation system includes a first heat exchanger for heat-exchanging the heat medium and the boil-off gas for condensation of the heat medium after power generation, and the condensed heat to obtain a vapor pressure sufficient to turn a turbine for power generation from the condensed heat medium. It is preferable to include a 2nd heat exchanger which heat-exchanges a heat medium and seawater.
상기 제 1 열교환기를 통과한 증발가스 중 일부를 연료로 사용하기 위해 상기 증발가스 라인과 연결되어 설치되는 연료 라인을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to include a fuel line which is installed in connection with the boil-off gas line to use a portion of the boil-off gas passed through the first heat exchanger as a fuel.
상기 열매체는 적은 에너지로도 즉시 증기화 시키기 쉬운 프로판, 부탄 및 프레온 중에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.The heat medium is preferably at least one selected from propane, butane and freon, which are readily vaporized with low energy.
상기 재액화시스템은, 냉매를 응축시키기 위해 상기 냉매와 해수를 열교환시키는 제 3 열교환기와, 증발가스를 액화시키기 위해 상기 증발가스와 냉매를 열교환 시키는 제 4 열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.The reliquefaction system preferably includes a third heat exchanger for exchanging the refrigerant and seawater for condensing the refrigerant, and a fourth heat exchanger for exchanging the evaporation gas and the refrigerant for liquefying the evaporation gas.
상기 재액화시스템에서 액화된 증발가스와 액화되지 못한 증발가스를 분리하는 액-기 분리기와, 상기 액화된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 복귀시키기 위해 설치되는 증발가스 복귀 라인을 포함하는 것이 바람직하다.And a liquid-separator separating the liquefied evaporated gas and the unliquefied evaporated gas in the reliquefaction system, and an evaporated gas return line installed to return the liquefied evaporated gas to the liquefied gas storage tank. Do.
상기 액화되지 못한 증발가스를 다시 상기 증발가스 라인으로 유동시킬 때 증발가스가 역으로 흐르는 것을 방지하기 위해 상기 증발가스 라인에 설치되는 체크 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to include a check valve installed in the boil-off gas line to prevent the boil-off gas flowing in reverse when the unliquefied boil-off gas flows back to the boil-off gas line.
상기 부유식 해양구조물은 LNG 운반선, LNG FSRU, LNG FPSO 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.The floating offshore structure is preferably any one selected from LNG carriers, LNG FSRU, LNG FPSO.
상기 부유식 해양구조물은 LNG 추진 엔진을 갖는 LNG 추진 선박이고, 상기 액화가스 저장탱크는 상기 LNG 추진 선박의 연료 탱크인 것이 바람직하다.The floating offshore structure is an LNG propulsion vessel having an LNG propulsion engine, and the liquefied gas storage tank is preferably a fuel tank of the LNG propulsion vessel.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 증발가스를 재액화할때 사용되는 에너지의 효율을 높일 수 있는 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법 및 장치가 제공될 수 있다.According to the present invention as described above, there can be provided a method and apparatus for reliquefaction of boil-off gas using cold heat power generation which can increase the efficiency of energy used when re-liquefying boil-off gas.
그에 따라 본 발명에 의하면, 냉열발전의 열매체 기화를 위한 열교환 효율을 상당히 높일 수 있다. Therefore, according to the present invention, it is possible to considerably increase the heat exchange efficiency for heat medium vaporization of cold heat power generation.
또한 본 발명에 의하면, 출력이 향상된 냉열발전을 구축할 수 있으며 여기서 얻어진 전기 에너지와 함께 부유식 해양구조물의 에너지 효율을 극대화할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to build an improved output of the cold heat generation and to maximize the energy efficiency of the floating offshore structure together with the electrical energy obtained here.
또한 본 발명에 의하면, 해수를 다시 바다로 내보낼 때, 재액화 과정에서 고온이 된 해수를 냉열발전을 통해 어느 정도 냉각시켜 보냄으로써 해양생태계 보존에 긍정적인 영향을 줄 수 있다.In addition, according to the present invention, when the seawater is sent back to the sea, by cooling the seawater, which has become a high temperature during the reliquefaction process to some extent through cold heat power generation can have a positive influence on the preservation of the marine ecosystem.
도 1은 본 발명에 따른 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법을 도시한 도면.1 is a view showing a boil-off gas reliquefaction method using cold heat generation according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법 및 장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for re-liquefying boil-off gas using cold heat power generation according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에서 부유식 해양구조물이란, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading)나 LNG FSRU(Liquefied Natural Gas-Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해양구조물뿐만 아니라 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.In the present specification, a floating offshore structure is a concept including both a structure and a vessel used while floating at sea while having a storage tank for storing a liquid cargo loaded at a cryogenic state such as LNG, for example, LNG FPSO ( It includes both vessels such as LNG Regasification Vessels (RVs) as well as offshore structures such as Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading (LNG) and Liquefied Natural Gas-Floating Storage and Regasification Units (FSRU).
도 1에는 본 발명에 따른 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법이 도시되어 있다.1 shows a method of reliquefaction of an evaporated gas using cold heat power generation according to the present invention.
이하에서는, 부유식 해양구조물 중에서 LNG를 수송하는 LNG 운반선을 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, an LNG carrier for transporting LNG among floating marine structures will be described as an example.
LNG 운반선은 LNG를 수용하는 LNG 저장탱크(20)를 갖는다. 천연가스(NG)의 액화온도는 상압에서 약 -163℃ 이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 탱크(20)는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG 탱크(20) 내에서 LNG가 지속적으로 기화되어 증발가스(Boil-Off Gas; BOG)가 발생한다.The LNG Carrier has an
이렇게 LNG 저장탱크(20) 내에서 지속적으로 증발가스가 발생하면, LNG 저장탱크(20)의 압력이 상승하여 위험하게 된다. 따라서, LNG 저장탱크(20)에서 발생되는 증발가스는 외부로 배출하여 LNG 저장탱크(20)의 압력이 과도하게 상승하지 않도록 해야한다.If the evaporation gas is continuously generated in the
본 발명에서는 이를 위해 LNG 저장탱크(20)에 릴리프 밸브(1)를 연결하여 증발가스에 대해 LNG 저장탱크(20) 내부를 적정 압력으로 유지할 수 있다. In the present invention, for this purpose, the
릴리브 밸브(1)를 통과한 증발가스는 증발가스 라인(15)을 통해서 유동하게 된다. 이때 제 1 열교환기(11)를 통하여 증발가스는 고온의 기체 상태인 열매체(heating medium)와 열교환을 하게 된다. LNG 저장탱크(20)에서 발생한 증발가스는 저온 상태이므로 열매체를 응축시킬 수 있으며 응축된 열매체는 펌프(3)를 통해 다시 냉열발전시스템을 구동하게 된다.The boil-off gas passing through the
냉열발전시스템에서는 LNG 냉열 그자체로는 에너지량이 적어 증기압이 크지 않기 때문에 적은 에너지로도 즉시 증기를 만들 수 있는 프로판, 부탄, 프레온 등과 같은 저온의 열매체를 제 2 열교환기(12)에서 고온의 해수와 열교환시켜 만족할 만한 증기압을 얻을 수 있다. 이때 얻은 증기압을 이용해 발전용 터빈(7)을 돌리고 결국 발전기(9)로부터 전력을 얻을 수 있는 것이다. 발전용 터빈(7)을 통과한 증기화된 열매체는 증발된 저온 상태의 증발가스와 제 1 열교환기(11)에서 열교환을 통해 응축되어 냉열발전시스템 라인(16)으로 유동하며 펌프(3)를 통해 다시 냉열발전시스템을 구동하는 내용은 상술한 바이다.In the cold heat power generation system, LNG cold heat itself does not have a large amount of energy and the vapor pressure is not large. Therefore, a low temperature heat medium such as propane, butane, freon, etc., which can generate steam immediately with low energy, has high temperature in the
상기 냉열발전시스템에서 얻은 전력은 후술할 재액화 시스템에서의 압축기(8)를 구동시키는데 사용될 수 있다. 따라서 냉열발전을 통해 생성된 전력을 LNG를 재액화하는데 이용하게 되므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. The power obtained in the cold heat generation system can be used to drive the
본 발명에서는 냉열발전시스템에서 얻은 전력은 액화가스 재액화 과정에서 소비전력으로 사용되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the power obtained in the cold heat power generation system is used as the power consumption in the liquefied gas reliquefaction process can improve the energy efficiency.
다시 증발가스 라인(15)으로 돌아가 살펴보면, 제 1 열교환기(11)를 통과한 증발가스 중에서 일부는 연료 라인(19)을 통해서 연료소비 유닛(2)으로 이동하여 증발가스를 부유식 해양구조물의 연료로 사용할 수도 있다.Returning to the boil-off
이때 부유식 해양구조물은 LNG를 기화하여 연료가스로 사용하는 LNG 추진엔진을 갖는 LNG 추진 선박일 수 있다. 또한, LNG 저장탱크(20)는 LNG 추진 선박의 연료탱크일 수 있다. In this case, the floating offshore structure may be an LNG propulsion vessel having an LNG propulsion engine that vaporizes LNG and uses it as fuel gas. In addition, the
또한 도면에는 도시되지 않았지만 증발가스 라인(15)에는 연료 라인(19) 대신 방출라인(vent line)을 연결할 수도 있으며 이때는 증발가스 중 일부를 연료로서 사용하는 것이 아니라 외부로 방출하게 된다.In addition, although not shown in the drawing, a discharge line may be connected to the boil-off
상기 연료 라인(19)으로 유동한 증발가스 이외의 나머지 증발가스는 증발가스 라인(15)을 통해 계속 유동하여 제 4 열교환기(14)에서 저온의 냉매와 열교환을 하여 응축된다. The remaining evaporated gas other than the evaporated gas flowing into the
재액화 시스템에서는 저압의 냉매가스가 압축기(8)를 통해 고압의 냉매가 되어 재액화 시스템 라인(17)을 통해 유동하며 제 3 열교환기(13)에서 상온의 해수와 열교환을 하여 응축되고 해수의 온도는 상승하게 된다. 온도가 상승한 해수는 해수 라인(18)을 통하여 화살표 방향처럼 유동하며 상술한 바와 같이 제 2 열교환기(12)에서 냉열발전시스템의 열매체의 온도를 더욱 상승시켜 출력을 향상시키게 된다.In the reliquefaction system, the refrigerant gas of low pressure becomes a high pressure refrigerant through the compressor (8), flows through the reliquefaction system line (17), and condenses by exchanging heat with seawater at room temperature in the third heat exchanger (13). The temperature will rise. As the temperature rises, the seawater flows through the
한편, 해수와의 열교환을 통해 온도가 낮아지고 응축된 상기 냉매는 팽창기(4)를 통과하면서 교축작용을 통해 저온저압이 된다. 이러한 상태의 냉매는 상술한 대로 제 4 열교환기(14)에서 증발가스와 열교환을 하여 증발가스를 액화시킬 수 있다.On the other hand, the temperature is lowered through heat exchange with seawater, and the condensed refrigerant passes through the
본 발명의 일 실시예에서는 질소를 냉매로 하는 역브레이튼 냉동사이클을 이용한 재액화 시스템을 사용할 수 있지만 물론 다양한 냉동사이클이 적용될 수도 있다.In one embodiment of the present invention can be used a re-liquefaction system using a reverse Breton refrigeration cycle with nitrogen as a refrigerant, of course, various refrigeration cycles may be applied.
열교환을 마친 증발가스는 응축되어 액-기 분리기(5)에서 액체상태인 LNG로써 증발가스 복귀 라인(21)을 통해 LNG 저장탱크(20)에 공급될 수 있다. 하지만 일부 액화되지 못한 증발가스는 액-기 분리기(5)에서 증발가스 라인(15)으로 유동하게 되며 이때 증발가스 라인(15)에는 체크 밸브(6)가 설치되어 있으므로 증발가스가 역으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. After the heat exchange, the boil-off gas may be condensed and supplied to the
체크 밸브(6)를 통과한 증발가스는 릴리프 밸브(1)를 통과한 증발가스와 함께 다시 증발가스 라인(15)을 통해 상술한 과정을 반복하게 된다.The boil-off gas passing through the check valve 6 is repeated with the boil-off gas passing through the
본 발명에서는 LNG 저장탱크(20)에서 발생되는 증발가스를 외부로 배출하여 소각하거나 버리는 등의 방법을 사용하지 않고, LNG 저장탱크(20) 내로 다시 복귀시키므로 LNG 저장탱크(20) 내의 압력이 어느 정도 상승할 수 있다. 그러나, LNG 저장탱크(20)에서 발생되는 증발가스는 압력이 과도하게 상승하기 전에 LNG 저장탱크(20) 내로의 열 유입을 최소로 하면서 LNG 저장탱크(20) 내로 액화되어 복귀되므로, LNG 저장탱크(20) 내의 압력은 일정하게 유지될 수 있다.In the present invention, since the vaporized gas generated in the
상기에서 부유식 해양 구조물은 바람직하게는, LNG 운반선, LNG FSRU, LNG FPSO 중 어느 하나일 수 있다. 또한, LNG 저장탱크(20)는 LNG 운반선, LNG FSRU, LNG FPSO에 설치되는 LNG 저장탱크일 수 있다.Floating offshore structure in the above, preferably, may be any one of the LNG carrier, LNG FSRU, LNG FPSO. In addition, the
또한, LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박에서도 LNG를 지상으로 공급하기 전에 기화기에서 냉열발전시스템의 열매체를 열교환시켜 전력을 생성할 수 있다.In addition, vessels such as LNG RV (LNG Regasification Vessel) can generate power by heat-exchanging the heat medium of the cold heat generation system in the vaporizer before supplying LNG to the ground.
또한, 부유식 해양 구조물은 LNG를 기화하여 연료가스로 사용하는 LNG 추진엔진을 갖는 LNG 추진 선박일 수 있다. 이때 LNG 저장탱크(20)는 LNG 추진 선박의 연료탱크일 수 있다.In addition, the floating offshore structure may be an LNG propulsion vessel having an LNG propulsion engine that vaporizes LNG and uses it as fuel gas. In this case, the
상기에서 LNG를 수용하는 LNG 탱크에서 발생되는 증발가스에 대해 설명하였지만, 본 발명의 증발가스 처리방법은 LNG외에도 LPG, DME 등과 같은 다른 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하는 방법에도 적용할 수 있다.Although the above description has been made about the boil-off gas generated in the LNG tank for accommodating LNG, the boil-off gas treatment method of the present invention processes the boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank that stores other liquefied gas, such as LPG, DME, in addition to LNG It can also be applied to the method.
이상과 같이 본 발명에 따른 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법 및 장치와 이 장치가 장착된 부유식 해양구조물을, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above, the method and apparatus for re-liquefying boil-off gas using cold heat power generation according to the present invention and the floating offshore structure equipped with the apparatus have been described with reference to a preferred embodiment of the present invention. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
1: 릴리프 밸브 2: 연료소비 유닛
3: 펌프 4: 팽창기
5: 액-기 분리기 6: 체크 밸브
7: 발전용 터빈 8: 압축기
9: 발전기 10: 모터
11: 제 1 열교환기 12: 제 2 열교환기
13: 제 3 열교환기 14: 제 4 열교환기
15: 증발가스 라인 16: 냉열발전시스템 라인
17: 재액화 시스템 라인 18: 해수 라인
19: 연료 라인 20: LNG 저장탱크
21: 증발가스 복귀 라인1: relief valve 2: fuel consumption unit
3: pump 4: inflator
5: liquid separator 6: check valve
7: turbine for power generation 8: compressor
9: generator 10: motor
11: 1st heat exchanger 12: 2nd heat exchanger
13: third heat exchanger 14: fourth heat exchanger
15: boil-off gas line 16: cold heat generation system line
17: reliquefaction system line 18: seawater line
19: fuel line 20: LNG storage tank
21: boil off gas return line
Claims (21)
상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 냉열발전시스템과 열교환하는 단계;
상기 열교환을 마친 증발가스를 재액화시스템과 열교환하여 재액화하는 단계; 및
상기 재액화하는 단계를 마친 액화된 증발가스를 다시 액화가스 저장탱크 내로 복귀시키는 단계;
를 포함하며, 상기 냉열발전시스템은 상기 재액화시스템에서 얻은 고온의 해수의 열원을 이용하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.In the method of reliquefaction of boil-off gas using cold heat generation in a floating offshore structure having a liquefied gas storage tank,
Exchanging the boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank with a cold heat generation system;
Re-liquefying the heat exchanged evaporated gas with a reliquefaction system; And
Returning the liquefied evaporated gas to the liquefied gas storage tank after the reliquefaction has been completed;
And the cold heat power generation system uses a heat source of high temperature seawater obtained from the reliquefaction system.
상기 고온의 해수는 상기 냉열발전시스템에서 열매체와의 열교환을 통해 온도를 낮춘 상태에서 배출되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
The high temperature seawater is discharged in the cold thermal power generation system in the cold thermal power generation system, characterized in that the discharged by lowering the temperature through heat exchange with the heat medium in the evaporated gas re-liquefaction method using cold heat power generation.
상기 냉열발전시스템에서 발생된 전력은 상기 재액화시스템에서 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
Evaporation gas reliquefaction method using cold heat power generation in the floating offshore structure, characterized in that the power generated in the cold heat power generation system can be used in the reliquefaction system.
상기 냉열발전시스템과 열교환하는 단계에서는 고온의 기체상태인 열매체가 증발가스와 열교환하여 응축되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
In the step of heat-exchanging with the cold heat generating system, the high temperature gaseous heat medium is condensed by heat-exchanging with the boil-off gas.
상기 냉열발전시스템은 상기 응축된 열매체를 해수와 열교환시켜 증기압을 얻으며 상기 증기압을 이용해 발전용 터빈을 구동시키는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method of claim 4,
The cold heat power generation system heat exchanges the condensed heat medium with sea water to obtain a vapor pressure, and uses the steam pressure to drive a turbine for power generation.
상기 열매체는 프로판, 부탄 및 프레온 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 4 or 5,
The heating medium is a method of re-liquefying boil-off gas using cold heat power generation in the floating marine structure, characterized in that at least one selected from propane, butane and freon.
상기 재액화시스템과 열교환하여 재액화하는 단계에서는 증발가스가 냉매와 열교환을 하여 응축되어 액화되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
In the step of re-liquefaction by heat exchange with the re-liquefaction system, the evaporation gas re-liquefaction method using cold heat power generation in the floating offshore structure, characterized in that the evaporation gas is condensed by heat exchange with the refrigerant.
상기 재액화시스템은 냉매가 해수와 열교환하여 상기 해수의 온도를 상승시키고 상기 냉매는 응축되며, 상기 응축된 냉매가 교축작용을 통해 저온저압으로 되어 상기 증발가스와 열교환하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 7,
In the reliquefaction system, a refrigerant heat exchanges with seawater to raise the temperature of the seawater, and the refrigerant is condensed, and the condensed refrigerant becomes low temperature and low pressure through the throttling action to exchange heat with the evaporating gas. Evaporative gas reliquefaction method using cold heat generation in the structure.
상기 냉매는 질소인 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 7 or 8,
The refrigerant is a method of reliquefaction of the boil-off gas using cold heat generation in the floating marine structure, characterized in that the nitrogen.
상기 재액화하는 단계에서 액화되지 못한 증발가스는 다시 상기 증발가스 재액화 방법에 이용되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
Evaporating gas that is not liquefied in the re-liquefaction step is used again in the method of re-liquefaction of the boil-off gas evaporation gas re-liquefaction method using cold heat generation in the floating marine structure.
상기 액화가스 저장탱크는 LNG 저장탱크인 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
The liquefied gas storage tank is an LNG storage tank characterized in that the boil-off gas reliquefaction method using cold heat power generation in the offshore structure.
상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 유동시키기 위한 증발가스 라인;
상기 증발가스의 냉열을 이용해 전력을 발생시키는 냉열발전시스템; 및
상기 냉열발전시스템에 냉열을 전달한 증발가스를 액화시키는 재액화시스템;
을 포함하며,
상기 냉열발전시스템에서 발생된 전력은 상기 재액화시스템에서 이용되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.In the boil-off gas reliquefaction apparatus using cold heat generation in the floating offshore structure having a liquefied gas storage tank,
An boil-off gas line for flowing boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank;
A cold heat generation system for generating electric power using cold heat of the boil-off gas; And
A reliquefaction system for liquefying the boil-off gas that has transferred cold heat to the cold heat power generation system;
Including;
Evaporative gas reliquefaction apparatus using cold heat power generation in the floating offshore structure, characterized in that the power generated in the cold heat power generation system is used in the reliquefaction system.
상기 증발가스에 대해 상기 액화가스 저장탱크 내부의 압력을 일정하게 유지하도록, 상기 증발가스 라인에는 릴리프 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method of claim 12,
Evaporating gas re-liquefaction apparatus using cold heat power generation in the offshore structure, characterized in that the relief valve is installed in the boil-off gas line to maintain a constant pressure in the liquefied gas storage tank with respect to the boil-off gas.
상기 냉열발전시스템은, 발전을 마치고 나온 열매체의 응축을 위해 상기 열매체와 증발가스를 열교환시키는 제 1 열교환기와, 상기 응축된 열매체로부터 발전용 터빈을 돌릴 수 있을 정도의 증기압을 얻을 수 있도록 상기 응축된 열매체와 해수를 열교환시키는 제 2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method of claim 12,
The cold heat generation system includes a first heat exchanger for heat-exchanging the heat medium and the boil-off gas for condensation of the heat medium after power generation, and the condensed heat to obtain a vapor pressure sufficient to turn a turbine for power generation from the condensed heat medium. Evaporating gas re-liquefaction apparatus using cold heat power generation in the floating offshore structure, characterized in that it comprises a second heat exchanger for heat exchange between the heat medium and sea water.
상기 제 1 열교환기를 통과한 증발가스 중 일부를 연료로 사용하기 위해 상기 증발가스 라인과 연결되어 설치되는 연료 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method according to claim 14,
Evaporative gas re-liquefaction apparatus using cold heat power generation in the floating offshore structure, characterized in that it comprises a fuel line which is connected to the boil-off gas line to use a portion of the boil-off gas passed through the first heat exchanger as a fuel .
상기 열매체는 프로판, 부탄 및 프레온 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method according to claim 14,
The heating medium is a boil-off gas reliquefaction apparatus using cold heat power generation, characterized in that at least one selected from propane, butane and freon.
상기 재액화시스템은, 냉매를 응축시키기 위해 상기 냉매와 해수를 열교환시키는 제 3 열교환기와, 증발가스를 액화시키기 위해 상기 증발가스와 냉매를 열교환 시키는 제 4 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method of claim 12,
The reliquefaction system includes a third heat exchanger for exchanging the refrigerant and seawater for condensing the refrigerant, and a fourth heat exchanger for exchanging the evaporation gas and the refrigerant for liquefying the evaporation gas. Evaporative gas reliquefaction apparatus using cold heat power generation in the structure.
상기 재액화시스템에서 액화된 증발가스와 액화되지 못한 증발가스를 분리하는 액-기 분리기와, 상기 액화된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 복귀시키기 위해 설치되는 증발가스 복귀 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method of claim 12,
And a liquid-separator separating the liquefied evaporated gas and the non-liquefied evaporated gas in the reliquefaction system, and an evaporated gas return line installed to return the liquefied evaporated gas to the liquefied gas storage tank. Evaporative gas reliquefaction apparatus using cold heat generation in a floating marine structure.
상기 액화되지 못한 증발가스를 다시 상기 증발가스 라인으로 유동시킬 때 증발가스가 역으로 흐르는 것을 방지하기 위해 상기 증발가스 라인에 설치되는 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method according to claim 18,
And a check valve installed on the boil-off gas line to prevent the boil-off gas from flowing backward when the un-liquefied boil-off gas flows back to the boil-off gas line. Evaporative gas reliquefaction apparatus using.
상기 부유식 해양구조물은 LNG 운반선, LNG FSRU, LNG FPSO 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method of claim 12,
The floating offshore structure is an LNG carrier, LNG FSRU, LNG FPSO, characterized in that any one selected from the boil-off gas re-liquefaction apparatus using the cold heat power generation in the offshore structure.
상기 부유식 해양구조물은 LNG 추진 엔진을 갖는 LNG 추진 선박이고,
상기 액화가스 저장탱크는 상기 LNG 추진 선박의 연료 탱크인 것을 특징으로 하는 부유식 해양구조물에서의 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 장치.The method of claim 12,
The floating offshore structure is an LNG propulsion vessel having an LNG propulsion engine,
The liquefied gas storage tank is a fuel tank of the LNG propulsion vessel, characterized in that the boil-off gas reliquefaction apparatus using cold heat power generation in the offshore structure.
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