KR20150070595A - 해상구조물 또는 선박의 bog 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상구조물 또는 선박에서 발생하는 BOG를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 열교환에 따른 재액화 효율을 높이고 열교환시 소요되는 LNG의 양을 줄이고, 재기화에 사용되는 열원의 사용량을 감소시켜 효율적이고 경제적으로 시스템을 구축할 수 있도록 하는 BOG 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 BOG 처리 시스템은, 해상 구조물 또는 선박에 마련된 카고탱크에서 발생하는 BOG 처리 시스템에 있어서, 상기 카고탱크에서 발생하는 BOG를 공급받아 압축시키는 컴프레서; 상기 카고탱크 내에 마련되며 저장된 저온액체화물을 카고탱크 외부로 배출하는 공급 펌프; 상기 공급 펌프에 의해 이송된 저온액체화물을 압축하여 과냉각시키는 압축 펌프; 상기 컴프레서로부터 공급되는 BOG와 상기 압축 펌프에 의해 이송되는 과냉각 저온액체화물을 열교환시키는 열교환기; 및 상기 열교환기의 후단에 설치되고, 상기 열교환된 저온액체화물을 공급받아 기화시키는 재기화기를 포함하고, 상기 열교환기에서 냉각된 BOG는 재액화되어 상기 카고탱크로 회수되고, 상기 열교환된 LNG는 재기화기로 공급되어 기화되는 것을 특징으로 한다.

Description

해상구조물 또는 선박의 BOG 처리 시스템 및 방법{BOG Treatment System And Method For Marine Structure or Ship}

본 발명은 해상구조물 또는 선박의 BOG 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 저온의 액체 화물을 운송 및 재기화하는 해상구조물 또는 선박에서 발생하는 BOG의 처리에 관한 것으로, 카고 탱크에서 발생된 BOG를 컴프레서로 압축하고, 저온의 액체 화물을 펌프로 압축하여 과냉각시킨 다음, 상기 BOG와 저온의 액체화물을 열교환시켜 재액화된 BOG를 회수하고, 열교환된 액체화물은 재기화하는, BOG 처리 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.

이러한 LNG의 운반에 사용되는 LNG-RV(LNG-Regasification Vessel) 등은 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후, 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는데, 이를 위해 고압펌프(HP pump), 고압기화기(HP Vaporizer) 등과 같은 LNG 재기화 설비가 갖추어져 있다. 그런데, 재기화 과정에서 열침입으로 인해 BOG(Boil-Off Gas, 이하 "BOG"라고 함)가 생성되는데, BOG의 생성으로 인하여 카고탱크(cargo tank)의 내부 압력이 높아져 폭발의 위험이 있을 뿐 아니라, 천연가스를 효율적으로 관리하기 어렵게 된다. 따라서 이를 해결하기 위한 BOG 처리 방법이 요구된다.

도 1은 BOG 처리 시스템의 일 예를 나타낸 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 카고탱크(10)에서 발생된 BOG를 컴프레서(12)를 통하여 압력을 올려서 재응축기(13)로 공급하고, 카고탱크 내의 LNG를 1차 펌프(11)를 이용하여 압력을 상승시켜 과냉각상태로 재응축기(13)로 공급하여, 재응축기(13)에서 BOG가 재액화되고, LNG는 2차 펌프(14)로 펌핑하여 재기화장치(15)를 거쳐 기체상태의 천연가스가 공급된다. 이와 같은 재응축기에 의한 재액화는, 재액화 성능이 좋지 못하고, 재액화를 위해 필요한 LNG의 양 또한 많다는 문제점이 있다. 또한 재기화 장치로 들어갈 때 2차 펌프(14)로 과냉각되어 재기화 장치로 공급되므로 LNG의 재기화를 위해 재기화 장치에 많은 열원이 공급되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, BOG의 재액화 효율을 높이고 열교환 이후 LNG의 재기화에 사용되는 열원의 사용량을 줄일 수 있는 BOG 처리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,

해상 구조물 또는 선박에 마련된 카고탱크에서 발생하는 BOG를 공급받아 압축시키는 컴프레서;

상기 카고탱크 내에 마련되며 저장된 저온액체화물을 카고탱크 외부로 배출하는 공급 펌프;

상기 공급 펌프에 의해 이송된 저온액체화물을 압축하여 과냉각시키는 압축 펌프;

상기 컴프레서로부터 공급되는 BOG와 상기 압축 펌프에 의해 이송되는 과냉각 저온액체화물을 열교환시키는 열교환기; 및

상기 열교환기의 후단에 설치되고, 상기 열교환된 저온액체화물을 공급받아 기화시키는 재기화기를 포함하고,

상기 열교환기에서 냉각된 BOG는 재액화되어 상기 카고탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는, BOG 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 컴프레서는 상기 BOG를 0 내지 15 barg의 압력으로 압축하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 압축 펌프는 상기 저온액체화물을 50 내지 120 barg의 압력으로 압축하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 재기화기는, 해수를 열원으로 하여 상기 열교환된 저온액체화물을 기화시킴을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 해상 구조물 또는 선박은, 상기 카고탱크가 구비되는 LNG-RV (LNG-Regasification Vessel) 또는 LNG-FSRU(LNG-Floating Storage and Regasification Unit)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면,

해상 구조물 또는 선박에 마련된 카고탱크에서 발생하는 BOG의 처리 방법에 있어서,

상기 카고탱크에서 발생하는 BOG를 외부로 배출시켜 압축하는 단계;

상기 카고탱크로부터 공급되는 저온액체화물을 압축하여 과냉각시키는 단계;

상기 압축된 BOG와 상기 과냉각된 저온액체화물을 열교환시키는 단계; 및

상기 열교환으로 냉각된 BOG는 재액화되어 상기 카고탱크로 회수하고, 상기 열교환된 저온액체화물은 재기화시키는 단계를 포함하는, BOG 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 열교환된 저온액체화물은 해수와의 열교환으로 재기화될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 시스템에 의하면, BOG를 압축하고, LNG는 펌프에 의하여 높은 압력으로 상승시켜 과냉각시킨 다음, 압축된 BOG와 과냉각된 LNG를 열교환시킴으로써, BOG의 재액화 효율을 높일 수 있고 그로 인해 재액화에 소요되는 LNG의 양을 줄일 수 있게 된다.

또한 재응축기를 사용할 경우 재응축기를 거친 LNG를 펌프에 의하여 추가로 펌핑하여 과냉각된 상태로 재기화시킴으로써, 재기화시 많은 열원이 필요하여 열원의 공급장비 및 재기화장비의 크기 및 비용이 증가하게 되는 문제가 있을 수 있는데, 본 발명에서는 BOG와의 열교환에 의해 열을 얻은 LNG가 포화액체 상태로 재기화기에 공급됨으로써 재기화에 사용되는 열원의 사용량 및 비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 BOG 처리 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 처리 시스템을 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 처리 시스템을 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 처리 시스템을 도시한 구성도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시에에 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 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 재액화 및 재기화에 의한 BOG 처리 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 BOG 처리 시스템(100)은 카고탱크(10)에서 발생하는 BOG를 공급받아 압축시키는 컴프레서(120)와, 상기 카고탱크(10) 내에 마련되며 카고탱크에 저장된 저온액체화물, 바람직하게는 LNG를 카고탱크 외부로 배출하는 공급 펌프(110)와, 상기 공급 펌프(110)에 의해 이송된 LNG를 압축하여 과냉각시키는 압축 펌프(111)와, 상기 컴프레서(120)로부터 공급되는 BOG와 상기 압축 펌프(111)에 의해 이송되는 과냉각 LNG를 열교환시키는 열교환기(130) 및 상기 열교환기의 후단에 설치되고, 상기 열교환된 LNG를 공급받아 기화시키는 재기화기(150)를 포함한다.

상기 컴프레서(120)는 상기 카고탱크(10)로부터 배출된 BOG를 압축시키기 위하여 마련된 것으로, 상기 컴프레서(120)는 카고탱크(10)로부터 배출되는 BOG를 공급받아 압축하고 압축된 BOG를 열교환기(130)로 공급한다. 이때, 상기 BOG는 0 ~ 15 barg의 압력, 바람직하게는 10 barg 내외의 압력으로 압축하도록 한다. 열교환기(130)의 성능 및 작동 조건 등에 따라 BOG의 압축 압력은 변경될 수 있다.

또한 상기 카고탱크(10) 내에 마련된 공급 펌프(110)는 상기 카고탱크(10) 내에 저장된 LNG를 펌핑하여 1차로 과냉각(supercooling 또는 subcooling)시킨 LNG를, 공급라인(112)를 통하여 카고탱크 외부로 배출시킨다.

상기 카고탱크 외부로 배출된 LNG는 상기 공급라인(112) 상에 설치된 압축 펌프(111)로 이송되고, 압축펌프(111)에서 이송된 LNG를 펌핑함으로써 고압으로 상승시켜 2차로 과냉각된 LNG가 열교환기(130)로 공급된다. 이때, 상기 LNG는 50 ~ 120 barg의 압력으로 압축하도록 한다. 과냉각된 LNG의 경우도 열교환기(130)와 재기화기(150)의 운전조건 및 성능, LNG의 조성 등에 따라 압축 압력은 변경될 수 있으나, 열교환기는 초임계(Super critical) 이상으로 운전하는 것이 바람직하다.

상기 열교환기(130)는 컴프레서(120)로부터 공급되는 압축된 BOG와, 압축펌프(111)로부터 이송되는 과냉각 LNG를 열교환시키도록 한다. 이때, 열교환기(130)에서는 -120 내지 -100 ℃ 정도의 압축된 BOG와 -160 내지 -140 ℃ 정도의 과냉각 LNG가 서로 열교환되도록 함으로써 과냉각된 LNG의 냉열을 BOG에 전달하게 된다.

상기 열교환기(130)에서 냉각된 BOG는 재액화되어 회수라인(140)을 통하여 카고탱크로 회수되고, 열교환된 LNG는 포화액체 상태로 재기화기(150)에 공급된다. 본 실시예는 압축된 BOG와 과냉 상태의 LNG를 열교환기(130)로 열교환시킴으로써, 리컨덴서(recondenser)를 이용할 때에 비해 BOG의 재액화 효율을 높일 수 있고, BOG와의 열교환을 통해 과냉 상태인 LNG는 열을 공급받은 후 재기화기(150)로 도입되게 되므로, LNG의 재기화에 필요한 열량을 줄일 수 있다.

이때, 도 2 내지 도 4를 참고하면, 열교환기(130)에서 냉각된 BOG는 전부 재액화되어 카고탱크(10)로 회수되거나, 냉각된 BOG 중 일부는 재액화되어 카고탱크(10)로 회수되고, 나머지 일부는 열교환된 LNG와 함께 포화액체 상태로 재기화기(150)에 공급될 수 있다.

또한 카고탱크로의 BOG 회수 경로를 제공하기 위하여 회수라인(140)이 설치될 수 있다. 열교환기(130)에서 냉각된 BOG를 단열팽창시키는 줄-톰슨 밸브(미도시) 또는 팽창기(expander, 미도시)가 회수라인(140)에 마련될 수 있다.

회수라인(140)은 본 실시예에서처럼 일례로 카고탱크(10)로부터 BOG가 컴프레서(120) 및 열교환기(130)를 거쳐서 냉각되어 카고탱크(10)로 회수되기 위한 경로를 제공할 수 있다.

재기화기(150)는 상기 열교환기(130)의 후단에 설치되고, 별도의 펌핑에 의하지 않고 상기 BOG와의 열교환에 의하여 열을 얻은 LNG를 바로 공급받아 기화시킨다. 따라서 펌핑에 의한 추가 냉각 없이 상기 열교환된 LNG를 기화시킴으로써 열원의 공급이 적게 필요하도록 하여 기화 효율을 높일 수 있다. 이때, 상기 재기화기는 해수를 열원으로 하여 상기 열교환된 LNG를 기화시킬 수 있다.

또한 상기 본 발명의 BOG 처리 시스템(100)은 LNG의 기화 및 BOG 처리를 필요로 하는 선박이나 해양 구조물에 적용될 수 있는 바, 상기 해상 구조물 또는 선박은, 상기 카고탱크(10)가 구비되는 LNG-RV(LNG-Regasification Vessel) 또는 LNG-FSRU(LNG-Floating Storage and Regasification Unit)를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 BOG 처리 시스템의 작용을 설명하기로 한다.

카고탱크(10)로부터 발생되는 BOG는 외부로 배출시켜 컴프레서(120)에 의하여 압축되어 열교환기(130)로 공급된다. 또한 상기 카고탱크(10) 내의 공급 펌프(110)에 의해 공급되는 LNG를 압축펌프(111)로 압축하여 과냉각시키고, 과냉각된 LNG가 열교환기(130)로 공급되어, 열교환기(130)에서 상기 과냉각된 LNG가 상기 압축된 BOG와 열교환되도록 한다.

열교환기(130)에서 상기 과냉각된 LNG와의 열교환으로 냉각된 BOG는 회수라인(140)을 통하여 카고탱크(10)로 회수되고, BOG와의 열교환에 의하여 온도가 상승한 LNG는 열교환기(130) 후단에 설치된 재기화기(150)로 공급하여 기화됨으로써 기체상태의 천연가스를 공급하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 저온의 액체화물인 LNG를 운송 및 재기화 하는 해상구조물 또는 선박에서 발생하는 BOG를 처리함에 있어서, 카고탱크에서 발생된 BOG와 과냉각된 LNG를 열교환시켜 재액화된 BOG는 회수하고 열교환된 LNG는 재기화하여 육상이나 상기 선박 또는 해상 구조물로 천연가스를 공급한다.

이와 같이 열교환에 의해 BOG의 재액화 효율을 높이고, 재액화를 위한 열교환에 필요한 LNG의 양을 줄일 수 있으며, LNG의 재기화에 사용되는 열원의 사용량을 감소시켜 효율적이고 경제적인 시스템 구축이 가능하게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10 : 카고탱크 110: 공급 펌프
111 : 압축펌프 112 : 공급라인
120 : 컴프레서 130 : 열교환기
140 : 회수라인 150 : 기화기

Claims (7)

1. 해상 구조물 또는 선박에 마련된 카고탱크에서 발생하는 BOG를 공급받아 압축시키는 컴프레서;
   상기 카고탱크 내에 마련되며 저장된 저온액체화물을 카고탱크 외부로 배출하는 공급 펌프;
   상기 공급 펌프에 의해 이송된 저온액체화물을 압축하여 과냉각시키는 압축 펌프;
   상기 컴프레서로부터 공급되는 BOG와 상기 압축 펌프에 의해 이송되는 과냉각 저온액체화물을 열교환시키는 열교환기; 및
   상기 열교환기의 후단에 설치되고, 상기 열교환된 저온액체화물을 공급받아 기화시키는 재기화기를 포함하고,
   상기 열교환기에서 냉각된 BOG는 재액화되어 상기 카고탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는, BOG 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 컴프레서는 상기 BOG를 0 내지 15 barg의 압력으로 압축하는 것을 특징으로 하는, BOG 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 압축 펌프는 상기 저온액체화물을 50 내지 120 barg의 압력으로 압축하여 과냉각시키는 것을 특징으로 하는, BOG 처리 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 재기화기는, 해수를 열원으로 하여 상기 열교환된 저온액체화물을 기화시킴을 특징으로 하는, BOG 처리 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 해상 구조물 또는 선박은, 상기 카고탱크가 구비되는 LNG-RV (LNG-Regasification Vessel) 또는 LNG-FSRU(LNG-Floating Storage and Regasification Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는, BOG 처리 시스템.
6. 해상 구조물 또는 선박에 마련된 카고탱크에서 발생하는 BOG의 처리 방법에 있어서,
   상기 카고탱크에서 발생하는 BOG를 외부로 배출시켜 압축하는 단계;
   상기 카고탱크로부터 공급되는 저온액체화물을 압축하여 과냉각시키는 단계;
   상기 압축된 BOG와 상기 과냉각된 저온액체화물을 열교환시키는 단계; 및
   상기 열교환으로 냉각된 BOG는 재액화되어 상기 카고탱크로 회수하고, 상기 열교환된 저온액체화물은 재기화시키는 단계를 포함하는, BOG 처리 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 열교환된 저온액체화물은 해수와의 열교환으로 재기화되는 것을 특징으로 하는, BOG 처리 방법.
   

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