KR20150061439A - 증발가스 재액화시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액화천연가스를 저장하고 있는 저장탱크를 구비한 증발가스 재액화시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 액화천연가스를 저장하고 있는 저장탱크와; 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스를 재액화하는 재액화 장치와; 상기 액화천연가스를 천연가스 분사 엔진의 연료로 공급하는 연료공급 장치;를 포함하고, 상기 재액화 장치는 초전도 장치를 냉각시키는 냉매를 이용하여 재액화 과정을 수행하는 증발가스 재액화시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 초전도 냉각시스템을 이용한 증발가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 증발가스의 재액화 장치 및 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 선박 또는 해상 구조물의 천연가스 분사 엔진에 효율적으로 연료를 공급하는 동시에 재액화 장치에서 소모하는 에너지를 최소화할 수 있도록 초전도 냉각시스템의 냉매를 이용하는 천연가스 재액화 시스템에 관한 것이다.
화석 연료에 대한 세계의 수요가 증가함에 따라, 에너지 회사들은 세계의 더 멀리 이격된 영역에 위치된 탄화수소 자원을 추적하고 있다. 이러한 추적은 육상 및 해상의 모두에서 발생한다. 일 유형의 화석 연료는 천연가스이다. 구문 "천연가스"는 일반적으로 메탄을 칭한다. 천연가스는 또한 에탄, 프로판 및 헬륨, 질소, CO2 및 H2S의 미량 원소를 포함할 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 양의 천연가스는 종종 현존하는 천연가스 시장으로부터 멀리 이격된 위치에서 발견된다. 따라서, 천연가스를 상당한 거리로 운송할 필요가 있다. 이러한 것은 종종 거대 해역을 가로지르는 탱커에 의해 행해진다. 운송되는 기체 상품에 대한 탱크의 체적 용량을 증가시키기 위해, 천연가스를 액화하는 것이 알려져 있다. 액화는 기체 상태 제품을 냉각하여 이를 액체 상태로 응축함으로써 행해진다. 이는 이어서 멀리 있는 시장으로의 경제적인 운송을 위해 그 체적을 감소시킨다. 응축된 천연가스 제품은 통상적으로 액화천연가스 또는 "LNG"라 칭한다. LNG는 기체 상태의 천연가스의 체적의 약 1/600을 차지한다. LNG는 일반적으로, 무취, 무색, 비독성 및 비부식성이다. 특정화된 LNG 선박이 LNG를 운송하도록 설계되어 왔다. 게다가, 하역된 LNG를 수용하고 이를 재차 그 천연가스 상태로 기화하는 LNG 터미널이 건립되어 있다. 몇몇 경우에, 하역된 LNG는 해안 또는 해안 부근의 탱크 내에 또는 지하 저장조 내에 저장된다. 다른 경우에, 하역된 LNG는 현존하는 천연가스 시장을 위한 천연가스 공급망(transmission grid) 내로 배출된다. 원래 제조의 영역에서, 액화 프로세스가 LNG 설비에서 수행되는데, 이는 매우 자본 집약적일 수 있다. 대형 냉동 유닛이 액체 상태로의 상 변화를 위해 필요한 온도로 천연가스를 냉각하는데 요구된다. 메탄의 경우에, 응축점은 대략 -162℃(-260℃)이다. LNG 설비에서, 하나 이상의 냉매 스트림이 제조시에 천연가스와 열교환하여 배치된다. 냉매는 통상적으로 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 순수 성분 탄화수소이다. 질소가 블렌드(blend)로 또한 사용될 수 있다.
천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.
증발가스 재액화 장치가 탑재된 종래의 선박의 경우, 저장탱크의 적정 압력 유지를 위해 저장탱크 내부의 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시키게 된다. 이때, 배출된 증발가스는 냉동 사이클을 포함하는 재액화 장치에서 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 저장탱크로 복귀된다.
그리고 종래 재액화 설비와 저속 디젤 엔진을 탑재한 LNG 운반선은 재액화 설비를 통해 BOG를 처리할 수 있음에도 불구하고 질소가스를 이용한 재액화 장치 운전의 복잡성으로 인해 전체 시스템의 제어가 복잡하고 상당한 양의 동력이 소모되는 문제가 있었다.
결국, 저장탱크로부터 자연적으로 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템 및 방법에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저장탱크에서 배출된 증발가스를 가압한 후 대부분은 선박의 고압 천연가스 분사 엔진의 연료로 사용하고 나머지 일부는 저장탱크로부터 새롭게 배출되는 증발가스의 냉열로 액화시켜 저장탱크로 복귀시킴으로써, 증발가스를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 선박의 증발가스 처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 액화된 증발가스의 일부는 초전도 장치를 임계온도 이하로 냉각시키는 냉매로써 활용될 수 있도록 하는 선박의 증발가스 처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스 재액화시스템으로서, 액화천연가스를 저장하고 있는 저장탱크와; 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스를 재액화하는 재액화 장치와; 상기 액화천연가스를 천연가스 분사 엔진의 연료로 공급하는 연료공급 장치;를 포함하고, 상기 재액화 장치는 초전도 장치를 냉각시키는 냉매를 이용하여 재액화 과정을 수행한다.
일 실시예에 따라, 증발가스 재액화시스템의 상기 연료공급 장치는 액화천연가스를 기화하여 상기 천연가스 분사 엔진에 공급하기 위한 기화기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 증발가스 재액화시스템은 상기 초전도 장치를 임계온도 이하로 냉각하는 제 1 냉매를 공급하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 증발가스 재액화시스템의 상기 제 1 냉매는 초전도 냉각라인을 통해 상기 초전도 장치로 공급되며, 증발가스 냉각라인으로 분기하여 재액화 장치로 공급될 수 있다.
일 실시예에 따라, 증발가스 재액화시스템의 상기 재액화 장치는 상기 제 1 냉매와 증발가스가 열 교환이 이루어지는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 증발가스 재액화시스템의 재액화 장치는 상기 냉매와 증발가스에 냉열을 전달하는 제 2 냉매와 열교환이 이루어지는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 증발가스 재액화시스템의 상기 재액화 장치는 상기 액화천연가스로부터 냉열을 전달받아 상기 증발가스를 냉각시키고, 상기 냉열을 전달한 액화천연가스는 기화하여 상기 천연가스 분사 엔진의 연료로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 증발가스 재액화시스템을 구비한 선박 또는 해상 구조물.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 초전도 장치를 냉각시키기 위해서 순환되는 냉매를 증발가스를 재액화하기 위해 이용함으로써 별도의 냉각장치를 구비할 필요없고, 이로써 선박 내 장비를 설치하기 위한 공간적 이득을 얻을 수 있으며, 증발가스의 재액화를 위한 냉각시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
도 1은 증발가스 재액화시스템의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 따른 초전도 냉각시스템을 이용한 증발가스 재액화시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 따른 초전도 냉각시스템을 이용한 증발가스 재액화시스템의 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 증발가스 재액화시스템의 구성도이다. 재액화시스템은 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(1), 저장탱크(1)에서 발생한 증발가스를 재액화하는 재액화 장치(3) 및 천연가스 분사 엔진(7)에 천연가스를 연료로 공급하는 연료공급 장치로 구성되어 있다.
도 1을 참조하면, 재액화시스템은, 저장탱크(1)로부터 액화천연가스( LNG : Liquefied Natural Gas)가 증발하여 발생한 증발가스(BOG : Boil-Off Gas)는 이송라인을 따라서 재액화 장치(3)로 이동되고, 저장탱크(1)로부터 이송되는 증발가스는 재액화 장치(3)를 통해 낮은 온도상태로 재액화되거나, 선박추진기관의 연료로 사용하기 위해서 연료공급 장치로 제공된다.
저장탱크(1)는 LNG 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없다. 그에 따라 저장탱크(1) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며, 증발가스의 압력을 적정한 수준으로 유지하기 위해 증발가스 배출라인을 통하여 저장탱크(1) 내부의 증발가스를 배출시킨다.
배출된 증발가스는 증발가스 배출라인을 통해 압축기(2)에 공급된다. 압축기(2)는 하나 이상의 증발가스 압축기(2)와, 이 증발가스 압축기(2)에서 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위한 하나 이상의 중간 냉각기를 포함할 수 있다.
압축기(2)에서 증발가스를 중압(약 12 내지 45 bara) 또는 저압(5 내지 10 bara)으로 압축한 후, 증발가스를 혼합냉매, 예컨대 비폭발성 혼합냉매(Non Flammable Mixed Refrigerant)나 SMR(Single Mixed Refrigerant) 또는 질소를 냉매로 사용하는 재액화 장치(3)에 공급된다. 재액화 장치(3)에 공급된 증발가스는 재액화 장치(3)의 냉각부를 통과하면서 냉매에 의해 냉각되어 재액화된다. 재액화된 증발가스는 증발가스 복귀라인(L1)을 통해 저장탱크로 이송된다.
연료공급 장치는 재응축기(4), 펌프(5) 및 기화기(6)로 구성된다. 액화가스 저장탱크(1)에서 공급되는 액화가스, 즉 LNG를 재응축기(4)에 임시 저장하고, 액화가스 저장탱크(1)로부터 재액화 장치(3)에 공급되는 증발가스 중 일부 혹은 전체를 재응축기(4)로 우회시켜 응축시킴으로써 재액화 장치(3)로 유입되는 증발가스의 양을 감소시키거나 없앰으로써 전체적인 시스템 효율을 향상시킬 수 있다. 이하 상세하게 설명되는 바와 같이, 재응축기(4)는, 저장탱크(1)에서 직접 재응축기(4)에 공급된 LNG의 냉열을 이용하여, 압축된 증발가스 중 일부 혹은 전부를 재응축시킨다.
재응축기(4)는 기체와 액체 성분을 분리하는 기능을 수행할 수 있으므로, 재응축기(4)에 임시 저장된 천연가스는 기체와 액체 상태로 분리되며, 액체 상태의 천연가스만이 연료 공급라인을 통해 펌프(5)에 공급된다.
펌프(5)는 복수개, 예를 들어 2개가 병렬로 설치될 수 있다. 엔진의 종류에 따라서 중압(약 12 내지 45 bara) 또는 고압(약 150 내지 400 bara)으로 천연가스를 압축한 후 기화기(6)로 공급한다. 예를 들어 ME-GI 엔진에 연료로서 공급하기 위해서는 고압 펌프가 사용될 수 있는데, 이와 같은 ME-GI 엔진은 LNG를 극저온에 견디는 저장탱크(1)에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 해상 구조물(본 명세서에서 해상 구조물이란, LNG 운반선, LNG RV 등의 선박을 비롯하여,LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.)에 설치될 수 있으며, 이 경우 천연가스를 연료로 사용하게 되며, 그 부하에 따라 대략 150 ∼ 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구된다. 또한 DFDE(Dual-Fuel Diesel Electric)를 사용하게 되면 저압의 천연가스 공급을 요구하므로, 약 5 내지 10 bara의 압력의 저압 펌프가 사용될 수 있다.
기화기(6)는 펌프(5)에서 액화천연가스를 압축하여 제공하면, 엔진에서 연료로 사용할 수 있도록 압축된 액화천연가스를 기화시킨다. 기화기(6)는 엔진의 종류에 따라서 고압 기화기 또는 저압 기화기 등이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 따른 초전도 냉각시스템을 이용한 증발가스 재액화시스템의 구성도이다. 초전도 냉각시스템은 초전도 냉각시스템의 냉매를 이용하여 재액화 장치(3)의 증발가스 재액화 공정을 실시하는 점에서 도 1의 증발가스 재액화시스템과 상이하다. 이하에서는 본 발명에 증발가스 재액화시스템의 차이점을 더욱 상세하게 설명한다.
초전도 냉각시스템은 초전도 장치(10)를 냉각하는 냉각장치를 포함한다. 예를 냉각장치는 냉각시스템은 초전도 전력기기용 크라이오스태트(cryostat)에 연결되어 초전도 시스템에 과냉 액체질소를 일정한 온도와 압력으로 원활하게 공급 및 순환시켜주고, 66~80k의 과냉 액체 질소를 공급할 수 있다. 이러한 순수한 액체질소만을 공급하기 위한 기액분리기, 공급된 액체질소의 압력을 조절하는 액체질소 압력탱크, 냉동기용 냉각박스, 감압식 냉각박스, 냉각기 등과 각각의 장비를 연결시켜주는 배관 등으로 구성될 수 있다.
냉각기(11)는 초전도 냉각라인(L2)을 통해서 극저온으로 냉각된 제 1 냉매를 순환시킨다. 초전도 장치(10)를 통과하면서 제 1 냉매는 냉열을 전달하고, 냉열을 전달받은 초전도 장치(10)는 임계온도 이하로 냉각되어 초전도 상태를 유지한다. 냉각기(11)의 제 1 냉매는 초전도 냉각라인(L2)에서 분기하여 증발가스 냉각라인(L3)으로 공급될 수 있다. 증발가스 냉각라인(L3)으로 분기된 제 1 냉매는 재액화 장치(3)의 증발가스에 냉열을 전달하여 증발가스를 재액화시킬 수 있다. 예를 들어, 재액화 장치(3)에 직접 제 1 냉매가 통과하여 열교환기에서 제 1 냉매의 냉열을 증발가스로 직접 공급하거나, 재액화 장치(3)를 순환하는 제 2 냉매와 냉각기(11)에서 공급된 제 1 냉매가 서로 열교환을 하여 냉열을 전달받은 제 2 냉매로 증발가스의 재액화 과정을 수행할 수 있다. 초전도 장치(10)를 냉각시키는 냉매는 약 66K~80K의 온도를 유지할 수 있고, 증발가스를 액화천연가스로 냉각시킬 수 있는 충분한 냉열을 가진다.
또한, 재액화 장치(3)는 저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스를 냉매로 이용하여 증발가스를 재액화할 수 있다. 액화천연가스는 저장탱크(1)로부터 재액화 장치(3)에 공급되어 증발가스에 냉열을 전달할 수 있고, 재액화 장치(3)를 통과하면서 상대적으로 온도가 상승되고, 온도가 상승되면서 발생한 증발가스와 액화천연가스를 분리하여 각각 천연가스 분사 엔진(7)의 연료로 사용할 수 있다.
1 : 저장탱크
2 : 압축기
3 : 재액화 장치 4 : 재응축기
5 : 펌프 6 : 기화기
7 : 천연가스 분사 엔진 10 : 초전도 장치
11 : 냉각기
L1 : 증발가스 복귀라인
L2 : 초전도 냉각라인 L3 : 증발가스 냉각라인
3 : 재액화 장치 4 : 재응축기
5 : 펌프 6 : 기화기
7 : 천연가스 분사 엔진 10 : 초전도 장치
11 : 냉각기
L1 : 증발가스 복귀라인
L2 : 초전도 냉각라인 L3 : 증발가스 냉각라인
Claims (8)
- 액화천연가스를 저장하고 있는 저장탱크와;
상기 저장탱크에서 발생한 증발가스를 재액화하는 재액화 장치와;
상기 액화천연가스를 천연가스 분사 엔진의 연료로 공급하는 연료공급 장치;
를 포함하고, 상기 재액화 장치는 초전도 장치를 냉각시키는 냉매를 이용하여 재액화 과정을 수행하는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 연료공급 장치는 액화천연가스를 기화하여 상기 천연가스 분사 엔진에 공급하기 위한 기화기를 더 포함하는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 초전도 장치를 임계온도 이하로 냉각하는 제 1 냉매를 공급하는 냉각기를 더 포함하는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 제 1 냉매는 초전도 냉각라인을 통해 상기 초전도 장치로 공급되며, 증발가스 냉각라인으로 분기하여 재액화 장치로 공급되는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 재액화 장치는 상기 제 1 냉매와 증발가스가 열 교환이 이루어지는 열교환기를 더 포함하는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 재액화 장치는 상기 냉매와 증발가스에 냉열을 전달하는 제 2 냉매와 열교환이 이루어지는 열교환기를 더 포함하는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 재액화 장치는 상기 액화천연가스로부터 냉열을 전달받아 상기 증발가스를 냉각시키고, 상기 냉열을 전달한 액화천연가스는 기화하여 상기 천연가스 분사 엔진의 연료로 공급되는 증발가스 재액화시스템. - 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 증발가스 재액화시스템을 구비한 선박 또는 해상 구조물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130145569A KR20150061439A (ko) | 2013-11-27 | 2013-11-27 | 증발가스 재액화시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130145569A KR20150061439A (ko) | 2013-11-27 | 2013-11-27 | 증발가스 재액화시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150061439A true KR20150061439A (ko) | 2015-06-04 |
Family
ID=53499419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020130145569A KR20150061439A (ko) | 2013-11-27 | 2013-11-27 | 증발가스 재액화시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150061439A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210072161A (ko) | 2019-12-05 | 2021-06-17 | 삼성중공업 주식회사 | 선박연료공급시스템 |
-
2013
- 2013-11-27 KR KR1020130145569A patent/KR20150061439A/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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