KR20140075584A - 증발가스 재액화 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

증발가스 재액화 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 증발가스 재액화 시스템은 선박 또는 해양 구조물에 마련된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 컴프레서; 상기 컴프레서에서 압축된 증발가스가 상기 컴프레서로 도입될 증발가스와 열교환되는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 열교환된 상기 압축된 증발가스가 단열팽창되는 팽창 수단을 포함하되, 상기 컴프레서는 마모방지를 위한 오일을 공급받고, 상기 컴프레서의 하류측에는 상기 컴프레서로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거하는 오일 분리기가 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 재액화 시스템 및 방법{Reliquefaction System And Method For Boil Off Gas}
본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 컴프레서로 압축하고 이를 분기하여, 열교환기에서 컴프레서 도입 전의 증발가스와 열교환시킨 후, 팽창 수단으로 단열팽창시켜 증발가스를 재액화하되, 오일분리기를 마련하여 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거한 후 열교환기로 공급하는 증발가스 재액화 시스템에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 쉽게 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의한 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
BOG는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송효율에 있어서 중요한 문제이며, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하여 탱크가 파손될 위험이 있으므로, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 BOG를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
최근에는 BOG의 처리를 위해, BOG를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, BOG를 선박의 엔진의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다. 그리고 잉여의 BOG에 대해서는 가스연소유닛(Gas Combustion Unit, GCU)에서 연소시키는 방법을 사용하고 있다.
가스연소유닛은 BOG를 달리 활용할 데가 없는 경우 저장탱크의 압력 조절을 위하여 불가피하게 잉여의 BOG를 연소하는 것으로서, BOG가 가지고 있는 화학 에너지를 연소에 의해 낭비하는 결과를 초래한다는 문제가 있다.
LNG 운반선의 추진 시스템에서 메인 추진 장치로서 이중 연료 연소(Dual Fuel, DF) 엔진을 적용하는 경우, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 DF 엔진의 연료로서 사용하여 증발가스를 처리할 수 있는데, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스의 양이 DF 엔진에서 선박의 추진에 사용되는 연료의 양을 초과하는 경우에, LNG 저장탱크를 보호하기 위해 증발가스를 가스 연소기로 보내어서 소각시키기도 한다.
출원번호 제10-2010-0116987호
극저온인 LNG는 온도 등 외부 환경 변화에 매우 민감하며, 선박의 운항중에도 화물창 내에서 지속적으로 자연 기화되기 때문에 상당한 양의 BOG(Boil Off Gas, 증발가스)가 발생한다. 저장 용기 내부에 BOG가 과다하게 되면 이로 인해 용기 내 압력이 상승하면서 용기가 내부 압력을 견딜 수 없어 폭발할 위험이 있으므로, BOG는 배출시켜 액화한 후 다시 저장하거나, 연소시켜 제거하는 방식으로 처리하게 된다. 선박으로 운송할 경우 단열 구조를 갖추더라도, 저장 용기 내에서 발생하는 증발가스(BOG)의 양은 약 0.05 vol%/day에 이르며, 종래 액화천연가스 운반선의 운항시 시간당 4 내지 6 톤(t), 한번 운항시 약 300톤의 액화천연가스가 증발가스화되는 것으로 알려진다.
증발가스의 재액화를 위해서는, 저장탱크 내부의 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜 냉동 사이클을 포함한 재액화 장치를 통해 재액화시키는 방법이 이용되는데, 이때 증발가스는 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 저장탱크로 복귀된다. 이와 같은 냉동 사이클을 통한 재액화 장치는 운전의 복잡성으로 인해 전체 시스템 제어가 복잡하고, 많은 동력이 소모되는 문제가 있었다.
이처럼 많은 양의 BOG를 액화시키는 데에는 복잡한 재액화 장치와 많은 에너지를 필요로 하며, 연소시켜 제거하는 경우 연료를 사용하지 못하고 버리게 되는 등의 문제로 인해, 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템이 필요하다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 선박의 화물창에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 재액화시킬 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해양 구조물에 마련된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 컴프레서;
상기 컴프레서에서 압축된 증발가스가 상기 컴프레서로 도입될 증발가스와 열교환되는 열교환기; 및
상기 열교환기에서 열교환된 상기 압축된 증발가스가 단열팽창되는 팽창 수단을 포함하되,
상기 컴프레서는 마모방지를 위한 오일을 공급받고,
상기 컴프레서의 하류측에는 상기 컴프레서로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거하는 오일 분리기가 마련되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 컴프레서는 압축 및 중간 냉각이 반복되는 다단 압축기이며, 상기 압축된 증발가스는 상기 다단 압축기에서 적어도 3단의 압축을 거쳐 상기 열교환기로 도입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기는 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)이고, 상기 오일 분리기에서 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거함으로써 상기 PCHE의 관로 막힘을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 팽창 수단을 거쳐 단열팽창된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기를 더 포함하여, 상기 기액분리기에서 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 회수되고, 분리된 기체는 상기 저장탱크에서 발생한 상기 증발가스와 함께 상기 열교환기로 도입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기액분리기의 후단에 마련되어 상기 저장탱크로 회수되는 액화천연가스를 감압하는 제1 감압밸브와, 상기 기액분리기의 후단에 마련되어 상기 열교환기로 도입되는 기체를 감압하는 제2 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 팽창 수단은 상기 기액분리기의 전단에 마련되는 적어도 하나의 줄 톰슨 밸브 또는 팽창기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 컴프레서에서 상기 증발가스는 150 내지 400 bar의 압력으로 압축되고, 상기 컴프레서에서 압축된 상기 증발가스 중 적어도 일부는 상기 선박 또는 해양 구조물의 엔진 연료로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 선박 또는 해양 구조물의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 컴프레서로 압축하는 단계;
2) 압축된 증발가스를 분기하고 열교환기로 도입시켜, 상기 저장탱크에서 발생한 압축 전의 증발가스와 열교환시키는 단계; 및
3) 열교환된 상기 증발가스를 단열팽창시키고 기액분리하는 단계를 포함하되,
상기 컴프레서에는 마모방지를 위한 오일이 공급되고, 상기 열교환기 도입에 앞서 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일이 분리되는 것을 특징으로 하는 증발가스의 재액화 방법이 제공된다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템은, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하고, 컴프레서로 도입될 증발가스와 열교환시킨 후 단열팽창시켜 재액화하면서, 컴프레서의 마모방지를 위한 오일 중 컴프레서를 거친 증발가스에 포함된, 컴프레서의 마모방지를 위한 오일을 제거할 수 있는 오일 분리기를 마련하여, 열교환기로 도입되는 압축 증발가스에 포함된 오일을 제거할 수 있다.
오일 제거 후 열교환기로 도입되므로, 이물질에 취약한 PCHE와 같은 열교환기의 오일에 의한 관로 막힘을 방지할 수 있어, 재액화 시스템의 운용 안정성을 높이고 유지보수 및 장비 교체 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스 자체의 냉열을 이용하여 증발가스를 재액화시킬 수 있는 시스템으로, 별도의 냉매 시스템을 필요로 하지 않으므로, 초기 설치비 부담과 설비 규모를 줄일 수 있고, 유지보수도 편리해진다.
또한, 재액화를 위해 많은 에너지를 소모하는 재액화 장치를 설치하지 않음으로써 재액화를 위한 장치의 구동 비용을 절감하며, 효과적인 재액화를 통해 연소 등으로 낭비되는 천연가스량을 줄일 수 있어 경제성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 열교환기의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에서의 증발가스 재액화가 이루어지는 개략적인 경로를 도시한 P-H 선도이다.
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. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 구조물에서의 증발가스 처리 시스템의 개략 구성도가 도시되어 있다.
도 1에는, 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 고압 천연가스 분사 엔진, 즉 ME-GI 엔진을 설치한 LNG 운반선에 본 발명의 증발가스 처리 시스템이 적용된 예가 도시되어 있지만, 본 발명의 후술할 증발가스 처리를 위한 시스템들은 액화가스 저장탱크가 설치된 모든 종류의 해상 구조물, 즉 LNG 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 플랜트에 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 구조물의 증발가스 처리 시스템에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크(11)에서 발생되어 배출된 증발가스(NBOG)는, 증발가스 공급라인(L1)을 따라 이송되어 증발가스 압축부(13)에서 압축된 후 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 ME-GI 엔진에 공급된다. 증발가스는 증발가스 압축부(13)에 의해 대략 150 내지 300 bara 정도의 고압으로 압축된 후 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 ME-GI 엔진에 연료로서 공급된다.
저장탱크는 LNG 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없다. 그에 따라 저장탱크(11) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며, 증발가스의 압력을 적정한 수준으로 유지하기 위해 증발가스 배출라인(L1)을 통하여 저장탱크(11) 내부의 증발가스를 배출시킨다.
저장탱크(11)의 내부에는 필요시 LNG를 저장탱크의 외부로 배출시키기 위해 배출 펌프(12)가 설치된다.
증발가스 압축부(13)는 하나 이상의 증발가스 압축기(14)와, 이 증발가스 압축기(14)에서 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위한 하나 이상의 중간 냉각기(15)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 5개의 증발가스 압축기(14)와 5개의 중간 냉각기(15)를 포함하는 다단 압축의 증발가스 압축부(13)가 예시되어 있다. 증발가스 압축부(13)는 예를 들어 증발가스를 약 301 bara까지 압축하도록 구성될 수 있다.
증발가스 압축부(13)에서 압축된 증발가스는 증발가스 공급라인(L1)을 통하여 고압 천연가스 분사 엔진에 공급되는데, 고압 천연가스 분사 엔진에서 필요로 하는 연료의 필요량에 따라 압축된 증발가스 전부를 고압 천연가스 분사 엔진에 공급할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 저장탱크(11)로부터 배출되어 증발가스 압축부(13)에서 압축된 증발가스를 제1 스트림이라 할 때, 압축된 증발가스의 제1 스트림을 제2 스트림과 제3 스트림으로 나누어, 제2 스트림은 고압 천연가스 분사 엔진에 연료로서 공급하고 제3 스트림은 액화시켜 저장탱크로 복귀시키도록 구성할 수 있다.
이때, 제2 스트립은 증발가스 공급라인(L1)을 통해 고압 천연가스 분사 엔진에 공급되고, 제3 스트림은 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 저장탱크(11)로 복귀된다. 압축된 증발가스의 제3 스트림을 액화시킬 수 있도록 증발가스 복귀라인(L3)에는 열교환기(21)가 설치된다. 열교환기(21)에서는 압축된 증발가스의 제3 스트림을 저장탱크(11)로부터 배출된 후 증발가스 압축부(13)로 공급되는 증발가스와 열교환시킨다.
압축되기 전의 증발가스의 제1 스트림의 유량이 제3 스트림의 유량보다 많기 때문에, 압축된 증발가스의 제3 스트림은 압축되기 전의 증발가스의 제1 스트림으로부터 냉열을 공급받아 액화될 수 있다. 이와 같이 열교환기(21)에서는 저장탱크(11)로부터 배출된 직후의 극저온의 증발가스와 증발가스 압축부(13)에서 압축된 고압 상태의 증발가스를 열교환시켜 이 고압 상태의 증발가스를 액화시킨다.
열교환기(21)에서 액화된 증발가스(LBOG)는 팽창밸브(22)를 통과하면서 감압되어 기액 혼합상태로 기액분리기(23)에 공급된다. 팽창밸브(22)를 통과하면서 LBOG는 대략 상압으로 감압될 수 있다. 액화된 증발가스는 기액분리기(23)에서 기체와 액체 성분이 분리되어, 액체성분, 즉 LNG는 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 저장탱크(11)로 이송되고, 기체성분, 즉 증발가스는 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 저장탱크(11)로부터 배출되어 증발가스 압축부(13)로 공급되는 증발가스에 합류된다. 더욱 상세하게는, 증발가스 재순환라인(L5)은 기액분리기(23)의 상단으로부터 연장되어 증발가스 공급라인(L1)에서 열교환기(21)보다 상류측에 연결된다.
위에서는 설명의 편의상 열교환기(21)가 증발가스 복귀라인(L3)에 설치된 것으로 설명하였으나, 실제로 열교환기(21)에서는 증발가스 공급라인(L1)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제1 스트림과 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제3 스트림 사이에 열교환이 이루어지고 있으므로, 열교환기(21)는 증발가스 공급라인(L1)에 설치된 것이기도 하다.
증발가스 재순환라인(L5)에는 또 다른 팽창밸브(24)가 더 설치될 수 있으며, 그에 따라 기액분리기(23)로부터 배출된 기체 성분은 팽창밸브(24)를 통과하면서 감압될 수 있다. 또한 열교환기(21)에서 액화된 후 기액분리기(23)로 공급되는 증발가스의 제3 스트림과 기액분리기(23)에서 분리되어 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 이송되는 기체 성분을 열교환시켜 제3 스트림을 더욱 냉각시킬 수 있도록 증발가스 재순환라인(L5)에는 냉각기(25)가 설치된다. 즉, 냉각기(25)에서는 고압 액체 상태의 증발가스를, 저압 극저온 기체 상태의 천연가스와 열교환으로 추가 냉각시킨다.
여기에서, 설명의 편의상 냉각기(25)가 증발가스 재순환라인(L5)에 설치된 것으로 설명하였으나, 실제로 냉각기(25)에서는 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제3 스트림과 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 이송되고 있는 기체 성분 사이에 열교환이 이루어지고 있으므로, 냉각기(25)는 증발가스 복귀라인(L3)에 설치된 것이기도 하다.
한편, 저장탱크(11)에서 발생하는 증발가스의 양이 고압 천연가스 분사 엔진에서 요구하는 연료량보다 많아 잉여의 증발가스가 발생할 것으로 예상되는 경우에는, 증발가스 압축부(13)에서 압축된 혹은 단계적으로 압축되고 있는 도중의 증발가스를, 증발가스 분기라인(L7, L8)을 통하여 분기시켜 증발가스 소비수단에서 사용한다. 증발가스 소비수단으로서는 ME-GI 엔진에 비해 상대적으로 낮은 압력의 천연가스를 연료로서 사용할 수 있는 GCU, DF Generator, 가스 터빈, DFDE 등이 사용될 수 있다.
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발가스의 재액화 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 선박 또는 해양 구조물에 마련된 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 압축하는 컴프레서(100)와, 컴프레서에서 압축된 증발가스가 컴프레서로 도입될 증발가스와 열교환되는 열교환기(200)와, 열교환기에서 열교환된, 압축된 증발가스가 단열팽창되는 팽창 수단(400, 410)을 포함한다.
본 실시예의 컴프레서는, 전술한 실시예의 도 1에 도시된 증발가스 압축부(도 1의 13)와 같이, 압축 및 중간 냉각이 반복되는 다단 압축기이며, 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 150 내지 400 bar로 압축할 수 있다.
이때 본 실시예의 컴프레서(100)는 피스톤의 마모방지를 위한 오일을 공급받는데, 컴프레서의 하류측에는 컴프레서로부터 열교환기로 도입되는 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거하는 오일 분리기(300)가 마련된다.
컴프레서(100)로부터 열교환기(200)로 도입되는 압축된 증발가스는, 다단 압축기에서 적어도 3단, 바람직하게는 4 단 내지 5단의 압축을 거쳐 열교환기로 도입되는데, 이러한 압축된 증발가스에는 컴프레서로 공급되었던 마모방지용 오일, 즉 윤활유가 혼입될 수 있다.
이와 같은 컴프레서(100)로는, 예를 들어 전단 3개의 실린더는 무급유 윤활(oil-free) 방식으로 동작하고 후단 2개의 실린더는 급유 윤활(oil-lubricated) 방식으로 동작하는 5개의 실린더를 포함하는 컴프레서가 사용될 수 있다. 이는 후단으로 갈수록 실린더의 피스톤 링이 마모될 위험이 크기 때문에, 피스톤 링의 마모 방지를 위해 후단의 실린더에 윤활유(Lubrication oil)를 공급하는 것이다. 따라서, 이러한 컴프레서를 사용하여, 4단 이상에서 압축된 증발가스를 분기시키는 경우, 압축된 증발가스는 윤활유를 포함할 수 있다. 따라서 압축된 증발가스에 포함된 윤활유도 열교환기로 도입될 수 있게 된다.
이때 본 실시예에서의 열교환기(200)는 바람직하게는, PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)이다.
PCHE 열교환기의 개략적인 구조는 도 3에 도시되는데, 도시된 바와 같이 PCHE 열교환기는 열교환될 유체가 서로 다른 방향에서 열교환기로 유입되어(S1, S2) 이를 통과하면서 열교환이 이루어진다. 이와 같은 PCHE 열교환기는 열교환가능한 온도 범위가 -200 내지 900℃ 정도로 매우 넓고, 열교환기 단위 부피당 열전이 면적이 넓어 높은 열 전달률을 나타내며, 기체와 액체, 이상(two-phase) 흐름 등의 여러 유체에 이용할 수 있는 장점이 있다.
반면에 열교환기 내부의 circuit이 매우 작아 이물질이 유입되면 관로가 막히는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 압축된 증발가스에 포함된 컴프레서 마모방지용 오일, 즉 윤활유는 PCHE 열교환기의 관로 막힘을 초래할 수 있으며, 이로 인해 재액화 시스템의 가동이 중단될 위험이 있다. 특히 열교환기(200)에서 열교환을 통해 압축된 증발가스는 냉각되므로, 증발가스에 포함된 윤활유도 냉각에 의해 점도가 높아지고 이로 인한 관로 막힘의 위험이 매우 크다. 본 실시예는 이러한 문제의 해결을 위해 컴프레서(100)로부터 열교환기로 도입되는 압축된 증발가스 중 오일을 제거할 수 있도록 오일 분리기(oil separator, 300)를 마련한다.
이와 같이 오일 분리기(300)를 마련하여, 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거함으로써 PCHE 열교환기에서의 관로 막힘을 방지할 수 있다. 오일 분리기(300)는 압축된 증발가스에 혼입된 오일을 분리하는, 기체로부터 액적을 분리할 수 있는 공지된 수단이 적용될 수 있다.
한편, 압축을 거치면서 증발가스는 온도가 높아지는데, 이를 저장탱크(T)에서 발생하여 컴프레서(100)로 도입될 증발가스와 열교환기(200)에서 열교환시킴으로써 압축된 증발가스에, 저장탱크로부터 공급된(L1) 증발가스의 냉열을 전달한다.
본 실시예의 도 2에서는 1개의 열교환기(200)가 마련된 시스템을 도시하였지만, 열교환기를 복수로 마련하여, 열교환기 일부에서 관로 막힘이나 다른 고장, 열교환기 교체 등의 유지보수가 이루어질 때에도 나머지 열교환기를 통해 증발가스의 열교환이 이루어질 수 있어 중단 없이 증발가스를 재액화할 수 있도록 시스템을 구성할 수도 있다.
본 실시예에서 열교환부를 거친 증발가스는 유로(L3)를 따라 팽창 수단, 예를 들어 감압 밸브(400, 410)로 도입되고, 감압 밸브(40, 410)를 통과하며 단열팽창된 증발가스는 기액분리기(500)로 도입되어 기액분리된다. 감압 밸브 등의 팽창 수단은 도 2에 도시된 바와 같이 복수로(400, 410) 마련될 수 있고, 기액분리기에는 레벨 센서(510)가 마련될 수 있다.
감압 후 기액분리기(500)에서 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 회수되고(L4), 분리된 기체는 저장탱크(T)에서 발생한 증발가스의 흐름에 합류되어(L5), 함께 열교환기(200)로 도입될 수 있다.
감압 밸브(400, 410)는 줄-톰슨 밸브가 사용될 수 있으며, 감압 밸브를 대신하여 팽창기(expander)를 비롯한 다른 감압 장치가 사용될 수도 있다. 냉각된 증발가스는 감압 밸브 등의 감압 장치를 통해 단열팽창되면서 압력이 낮아진다.
이와 같이 저장탱크(T)에서 발생한 증발가스를 압축, 냉각 및 단열팽창 과정을 거치면서 재액화되어, 기액분리기(500)를 통해 액화천연가스가 분리되어 저장탱크(T)로 회수된다.
이처럼 증발가스를 컴프레서(100)로 압축하여 별도의 냉매 시스템 없이 저장탱크(T)로부터 공급되는 증발가스 저온을 이용하여 재액화하고 회수함으로써 GCU에서 연소 등으로 증발가스가 낭비되는 것을 막을 수 있다. 또한, 컴프레서(100)로 기체를 압축하는 경우, 일정량의 기체 유량까지는 컴프레서(100)의 전력 소모가 일정하게 유지되다가 이후 전력 소모가 커지게 되는데, 전력 소모가 일정하게 유지되는 수준까지 증발가스를 압축하여 연료로 보내거나 재액화하는 경우 추가적인 전력 소모 없이 효과적으로 증발가스를 처리할 수 있다.
기액분리기의 후단에는 저장탱크로 회수되는 액화천연가스를 추가로 감압하는 제1 감압밸브(420)와, 열교환기로 도입되는 기체를 추가로 감압하는 제2 감압밸브(430)가 추가로 마련될 수 있다.
한편, 컴프레서(100)에서 150 내지 400 bar의 압력으로 압축된 증발가스 중 적어도 일부는 선박 또는 해양 구조물의 엔진 연료로 공급될 수 있는데, 특히 이때의 엔진은 고압가스를 연료로 하는 고압가스 분사엔진, 바람직하게는 ME-GI 엔진(E1)이다. 전술한 실시예에서와 같이 ME-GI 엔진 외에, ME-GI 엔진보다 낮은 압력의 연료를 공급받는 DFDE나 DF generator 등(E2)을 추가로 구성하여 컴프레서 중간에서 압축된 가스를 분기하여 이들의 연료로 공급할 수도 있다.
이와 같이 다단 압축을 통한 본 실시예들의 재액화 경로는, 도 4의 P-H 선도에서 파란색으로 표시된 경로로 나타낼 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에서는, 1) 선박 또는 해양 구조물의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 컴프레서로 압축하는 단계; 2) 압축된 증발가스를 분기하고 열교환기로 도입시켜, 저장탱크에서 발생한 압축 전의 증발가스와 열교환시키는 단계; 및 3) 열교환된 증발가스를 단열팽창시키고 기액분리하는 단계를 포함하여 재액화하되, 컴프레서에는 마모방지를 위한 오일이 공급되고, 열교환기 도입에 앞서 압축된 증발가스에 포함된 오일을 분리하여 열교환기의 관로 막힘을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 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: 컴프레서
200: 열교환기
300: 오일 분리기
400, 410, 420, 430: 감압 밸브
500: 기액분리기
T: 저장탱크
E1, E2: 엔진

Claims (10)

  1. 선박 또는 해양 구조물에 마련된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 컴프레서;
    상기 컴프레서에서 압축된 증발가스가 상기 컴프레서로 도입될 증발가스와 열교환되는 열교환기; 및
    상기 열교환기에서 열교환된 상기 압축된 증발가스가 단열팽창되는 팽창 수단을 포함하되,
    상기 컴프레서는 마모방지를 위한 오일을 공급받고,
    상기 컴프레서의 하류측에는 상기 컴프레서로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거하는 오일 분리기가 마련되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컴프레서는 압축 및 중간 냉각이 반복되는 다단 압축기이며, 상기 압축된 증발가스는 상기 다단 압축기에서 적어도 3단의 압축을 거쳐 상기 열교환기로 도입되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열교환기는 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)이고,
    상기 오일 분리기에서 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일을 제거함으로써 상기 PCHE의 관로 막힘을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 팽창 수단을 거쳐 단열팽창된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 기체는 상기 저장탱크에서 발생한 상기 증발가스와 함께 상기 열교환기로 도입되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기액분리기의 후단에 마련되어 상기 저장탱크로 회수되는 액화천연가스를 감압하는 제1 감압밸브; 및
    상기 기액분리기의 후단에 마련되어 상기 열교환기로 도입되는 기체를 감압하는 제2 감압밸브를 더 포함하는 증발가스 재액화 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 팽창 수단은 상기 기액분리기의 전단에 마련되는 적어도 하나의 줄 톰슨 밸브 또는 팽창기를 포함하는 증발가스 재액화 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 컴프레서에서 상기 증발가스는 150 내지 400 bar의 압력으로 압축되고,
    상기 컴프레서에서 압축된 상기 증발가스 중 적어도 일부는 상기 선박 또는 해양 구조물의 엔진 연료로 공급되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  10. 1) 선박 또는 해양 구조물의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 컴프레서로 압축하는 단계;
    2) 압축된 증발가스를 분기하고 열교환기로 도입시켜, 상기 저장탱크에서 발생한 압축 전의 증발가스와 열교환시키는 단계; 및
    3) 열교환된 상기 증발가스를 단열팽창시키고 기액분리하는 단계를 포함하되,
    상기 컴프레서에는 마모방지를 위한 오일이 공급되고, 상기 열교환기 도입에 앞서 상기 압축된 증발가스에 포함된 오일이 분리되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 방법.
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