KR20140056889A - 증발가스 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

증발가스 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 증발가스 처리 시스템은, 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 시스템에 있어서, 액체화물이 저장되는 저장 탱크; 및 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 재응축시켜 저장 탱크로 주입하는 재응축기를 포함하되, 증발가스는 저장 탱크 하부에 저장된 액체화물과 재응축기에서 혼합되어 재응축되는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 처리 시스템{Boil Off Gas Treatment System}

본 발명은 증발가스 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장 탱크에 저장된 액체화물에서 발생하는 증발가스를 저장 탱크의 하부에 저장된 액체화물과 재응축기에서 혼합하여 재응축시켜 저장 탱크로 주입하는 증발가스 처리 시스템에 관한 것이다.

액체 상태로 운반되는 대표적인 물질로는 원유, 액화천연가스(LNG), 액화이산화탄소, 액화석유가스(LPG) 등이 있다.

생산지와 소비처가 달라 운송이 필요한 경우, 대상물이 상온에서 원래 액상인 경우도 있으나, 운송시 부피를 줄이기 위해 액화시켜 운송하기도 한다.

특히 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(약 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어드므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장 탱크(흔히 '화물창'이라고 함)를 포함한다.

그러나 LNG는 극저온 상태이므로 저장 탱크를 갖추더라도 LNG는 저장 탱크 내부에서 온도 변화에 민감하게 반응하며 지속적으로 자연 기화되기 때문에 상당한 양의 BOG(Boil Off Gas, 증발가스)가 발생하게 된다. 이를 수치화하면, 액화천연가스 저장탱크에서 BOG는 약 0.05 vol%/day가 발생하며, 종래 액화천연가스 운반선의 운항시 시간당 4 내지 6 톤(t), 한번 운항시 약 300톤의 액화천연가스가 증발가스화되는 것으로 알려진다.

저장 탱크 내의 BOG가 과다하면 이로 인해 용기 내 압력이 상승하면서 용기가 내부 압력을 견딜 수 없어 폭발할 위험이 있으므로, BOG는 적절히 제거해줄 필요가 있다. BOG를 처리하는 방법으로는 이를 배출시켜 연료로 사용하거나 연소시켜 없애는 방법, 액화한 후 다시 저장하는 방법들이 제시될 수 있다.

그러나, 연료로 소비하려면 이를 연료로 사용하는 별도의 시스템을 구비하여야 하는 불편이 따르고, 연소시켜 없애는 방법은 많은 양의 증발가스화된 연료를 적절히 소비하지 못하고 폐기하게 되는 문제가 있다.

따라서, BOG를 처리하는 방법으로써, 증발가스를 액화한 후 저장 탱크에 다시 저장할 수 있는 효율적인 시스템이 제시될 필요가 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 시스템에 있어서,

액체화물이 저장되는 저장 탱크; 및

상기 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 재응축시켜 상기 저장 탱크로 주입하는 재응축기를 포함하되,

상기 증발가스는 상기 저장 탱크의 하부에 저장된 상기 액체화물과 상기 재응축기에서 혼합되어 재응축되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

증발가스 처리 시스템은, 상기 재응축기의 전단에 마련되는 압축기와, 상기 저장 탱크에 저장된 상기 액체화물을 상기 재응축기로 펌핑하는 액체화물 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 액체화물 펌프는 상기 저장 탱크의 하부에 마련되어 상기 저장 탱크 하부의 상기 액체화물을 상기 재응축기도 도입시킬 수 있다.

증발가스 처리 시스템은, 상기 저장 탱크에 마련되는 압력 센서와, 상기 압력 센서에서 측정된 상기 저장 탱크의 증발가스 압력을 기준으로 상기 압축기 및 상기 액체화물 펌프를 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 재응축기로 도입시키는 증발가스 배관과, 상기 저장 탱크에 저장된 상기 액체화물을 상기 재응축기로 도입시키는 액체화물 배관과, 상기 재응축기에서 재응축된 상기 증발가스 및 상기 액체화물을 상기 저장 탱크로 이송시키는 복귀 배관을 더 포함할 수 있다.

상기 복귀 배관의 일 단부는 상기 저장 탱크의 하부에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 방법에 있어서,

액체화물이 저장된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 배출시키고, 상기 저장 탱크의 하부로부터 상기 액체화물을 배출시켜, 상기 증발가스를 상기 액체화물과 혼합하여 재응축시켜 상기 저장탱크에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법이 제공된다.

재응축된 상기 증발가스 및 혼합된 상기 액체화물은 상기 저장탱크의 하부로 복귀시킬 수 있다.

본 발명의 증발가스 처리 시스템은, 저장 탱크에 저장된 액체화물에서 발생하는 증발가스를 저장 탱크의 하부에 저장된 액체화물과 재응축기에서 혼합하여 재응축시켜 저장 탱크로 주입시킴으로써, 저장 탱크 내부의 온도 분포를 균일하게 하고, 증발가스로 인한 저장 탱크 내부의 압력 상승을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템이 개략적으로 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 증발가스 처리 시스템은, 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 시스템에 있어서, 액체화물이 저장되는 저장 탱크(100)와, 저장 탱크(100)에서 발생하는 증발가스를 재응축시켜 저장 탱크(100)로 주입하는 재응축기(200)를 포함하되, 증발가스는 저장 탱크(100)의 하부에 저장된 액체화물과 재응축기(200)에서 혼합되어 재응축될 수 있다.

본 실시예에서 액체화물이라 함은 상온에서 기체상태이지만, 운송시 부피를 줄여 운송효율을 높이기 위해 액화시켜 운송하는 극저온의 액체화물, 예를 들어 LNG일 수 있다.

본 실시예의 저장 탱크(100)는 이러한 극저온의 액체화물을 저장하기 위한 저장 용기로써, 단열구조를 갖춘 것일 수 있다. 저장 탱크(100)는 많은 양의 액체화물을 저장하기 위해 대형화된 저장 용기일 수 있는데, 이러한 대형의 저장 탱크(100)에 저장된 액체화물의 하부에는 액체화물 자체의 무게로 인해 수두에 의한 압력을 받게 된다. 압력 상승에 의해 저장 탱크(100) 하부의 액체화물은 과냉 상태에 있게 된다.

본 실시예는 이와 같이 저장 탱크(100)의 하부에서 과냉 상태에 있는 액체화물을, 재응축기(200)에서 증발가스를 재응축시키는데 이용한다. 과냉 상태의 액체화물은 증발가스를 재응축시키기 위한 일종의 냉각제로써 이용되는 것이다.

본 실시예는 재응축기(200)의 전단에 마련되는 압축기(300)와, 저장 탱크(100)에 저장된 액체화물을 재응축기(200)로 펌핑하는 액체화물 펌프(400)를 더 포함할 수 있다.

액체화물 펌프(400)는 저장 탱크(100)의 하부에 마련되어 저장 탱크(100) 하부의 액체화물을 재응축기(200)도 도입시킬 수 있다.

증발가스를 재응축하기 위해 과냉 상태의 액체화물 하부에 직접 증발가스를 주입하는 경우, 과냉 상태의 하부 액체화물과 증발가스 간의 온도차이로 인해 기포가 발생하고 액체화물의 온도가 국부적으로 급격히 상승하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 고려하여, 본 실시예는 액체화물 펌프(400)로 하부 액체화물을 펌핑하여 재응축기(200)에 보내고, 압축기(300)에 의해 저장 탱크로부터 재응축기(200)로 이송된 증발가스를 과냉 상태인 하부 액체화물과 혼합시켜 재응축시킨 후 이를 저장 탱크(100)로 보내어 저장하는 것이다.

하부 액체화물은 증발가스를 재응축시키는 과정에서 온도가 상승하게 되는데, 증발가스의 재응축 과정에서 온도가 상승된 하부 액체화물이 기화되지 않도록, 충분한 양의 하부 액체화물을 펌핑하여 재응축기(200)로 도입시켜야 한다.

이를 LNG 저장탱크로 적용하면, 재응축기(200)로 도입되는 LNG와 증발가스 비는 질량유량 기준으로 약 LNG : 증발가스 = 1 : 0.055로 설정할 수 있고, 이는 증발가스 유량이 시간당 6톤(t) 정도라면 LNG 유량은 시간당 109톤(t) 정도를 재응축기(200)로 도입시키는 것이다. 다만 증발가스 양이나 온도/압력 조건이 변함에 따라 재응축기(200)로 도입시키는 LNG의 양은 조절될 수 있다.

본 실시예는 저장 탱크(100)에 마련되는 압력 센서(미도시)와, 압력 센서에서 측정된 저장 탱크(100)의 증발가스 압력을 기준으로 압축기(300) 및 액체화물 펌프(400)를 구동시키는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

압력 센서(미도시)에서 측정된 저장 탱크(100)의 증발가스 압력이 예를 들어 0.20 bara 이상이면, 제어부(미도시)는 압축기(300) 및 액체화물 펌프(400)를 구동시켜 증발가스를 저장 탱크(100) 외부로 배출하여 재응축시킬 수 있다.

본 실시예는, 저장 탱크(100)에서 발생하는 증발가스를 재응축기(200)로 도입시키는 증발가스 배관(BL)과, 저장 탱크(100)에 저장된 상기 액체화물을 재응축기(200)로 도입시키는 액체화물 배관(FL)과, 재응축기(200)에서 재응축된 증발가스 및 액체화물을 저장 탱크(100)로 이송시키는 복귀 배관(RL)을 더 포함할 수 있다.

복귀 배관(RL)의 일 단부는 저장 탱크(100)의 하부에 배치될 수 있다.

재응축기(200)에서 하부 액체화물과 혼합되어 재응축된 증발가스와, 증발가스의 재응축을 위해 혼합된 하부 액체화물은 저장 탱크(100) 하부의 과냉 상태인 액체화물보다 온도가 높은 상태이다. 따라서 복귀 배관(RL)의 일 단부를 저장 탱크(100) 하부에 배치시켜, 재응축된 증발가스 및 이와 혼합된 하부 액체화물을 저장 탱크(100) 하부의 과냉 상태인 액체화물에 주입함으로써 온도를 상승시킬 수 있다. 이를 통해 저장 탱크(100) 내부에 저장된 액체화물의 상·하부 온도 분포가 균일하게 될 수 있다.

저장 탱크(100) 상부의 증발가스를 배출시켜 재응축하므로 저장 탱크(100)의 압력이 낮아지고, 상술한 바와 같이 액체화물의 상·하부 온도 분포가 균일해짐에 따라, 액체화물 상부의 과열액체가 제거될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 방법에 있어서,

액체화물이 저장된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 배출시키고, 저장 탱크(100)의 하부로부터 액체화물을 배출시켜, 증발가스를 액체화물과 혼합하여 재응축시켜 저장탱크에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법이 제공된다.

재응축된 증발가스 및 혼합된 액체화물은 저장탱크의 하부로 복귀시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예의 증발가스 처리 시스템은, 저장 탱크(100)에 저장된 액체화물에서 발생하는 증발가스를 저장 탱크(100) 외부로 배출시켜 압축기(300)로 압축하고, 저장 탱크(100)의 하부에 저장된 액체화물과 재응축기(200)에서 혼합하여 재응축시킨다. 재응축된 증발가스와 이와 혼합된 액체화물은 저장 탱크(100)의 하부로 주입시킨다.

이와 같이 저장 탱크(100) 하부의 과냉 상태인 액체화물을 펌핑하여 재응축기(200)에서 증발가스를 재응축시키는 데 이용하고, 재응축된 증발가스와 이와 혼합된 액체화물은 저장 탱크(100)의 하부로 주입시킴으로써, 저장 탱크(100) 하부의 과냉 상태와 상부의 과열 상태를 해소하여 저장 탱크(100) 내부의 액체화물의 상·하부 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.

본 실시예는 극저온의 액체화물가 저장된 저장 탱크(100)에서 발생하는 증발가스를 액화시키기 위한 별도의 극저온 냉매를 요하지 않으면서도, 증발가스를 적절하고 효과적으로 액화하여 처리함으로써 증발가스로 인한 저장 탱크(100) 내부의 압력 상승을 억제할 수 있다.

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.

100: 저장 탱크
200: 재응축기
300: 압축기
400: 액체화물 펌프
BL: 증발가스 배관
FL: 액체화물 배관
RL: 복귀 배관

Claims (8)

1. 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 시스템에 있어서,
   액체화물이 저장되는 저장 탱크; 및
   상기 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 재응축시켜 상기 저장 탱크로 주입하는 재응축기를 포함하되,
   상기 증발가스는 상기 저장 탱크의 하부에 저장된 상기 액체화물과 상기 재응축기에서 혼합되어 재응축되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 재응축기의 전단에 마련되는 압축기; 및
   상기 저장 탱크에 저장된 상기 액체화물을 상기 재응축기로 펌핑하는 액체화물 펌프를 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 액체화물 펌프는 상기 저장 탱크의 하부에 마련되어 상기 저장 탱크 하부의 상기 액체화물을 상기 재응축기도 도입시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 저장 탱크에 마련되는 압력 센서; 및
   상기 압력 센서에서 측정된 상기 저장 탱크의 증발가스 압력을 기준으로 상기 압축기 및 상기 액체화물 펌프를 구동시키는 제어부를 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 재응축기로 도입시키는 증발가스 배관;
   상기 저장 탱크에 저장된 상기 액체화물을 상기 재응축기로 도입시키는 액체화물 배관; 및
   상기 재응축기에서 재응축된 상기 증발가스 및 상기 액체화물을 상기 저장 탱크로 이송시키는 복귀 배관을 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 복귀 배관의 일 단부는 상기 저장 탱크의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
7. 액체화물에서 발생하는 증발가스 처리 방법에 있어서,
   액체화물이 저장된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 배출시키고, 상기 저장 탱크의 하부로부터 상기 액체화물을 배출시켜, 상기 증발가스를 상기 액체화물과 혼합하여 재응축시켜 상기 저장탱크에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   재응축된 상기 증발가스 및 혼합된 상기 액체화물은 상기 저장탱크의 하부로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.

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