KR20150099929A - 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

증발가스 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 증발가스 처리 시스템은, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 처리 시스템에 있어서, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 공급하는 재기화 라인; 및 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 고압으로 압축하여 상기 재기화 라인의 하류로 공급하는 고압압축 라인을 포함한다.

Description

증발가스 처리 시스템 및 방법{BOG Treatment System And Method}
본 발명은 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하는 재기화 라인을 통해 천연가스를 육상 등으로 공급하면서, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 고압으로 압축하여 재기화 라인의 하류로 공급하여 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하여 처리할 수 있는 증발가스 처리 시스템 및 방법에 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 있다.
천연가스의 액화온도는 상압에서 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 쉽게 증발된다. LNG 운반선이나 LNG-FPSO, RV 등에 마련되는 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로, LNG 저장과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
BOG는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송효율 등에 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 선박 등의 엔진 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다. 그리고 잉여의 BOG에 대해서는 가스연소유닛(gas combustion unit, GCU)에서 연소시키는 방법을 사용하고 있다.
본 발명은 LNG-RV 및 LNG-FSRU 등의 선박 또는 해상 구조물의 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 효과적이고 안전하게 처리할 수 있는 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 처리 시스템에 있어서,
상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 공급하는 재기화 라인; 및
상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 고압으로 압축하여 상기 재기화 라인의 하류로 공급하는 고압압축 라인을 포함하는 증발가스 처리 시스템이 제공된다.
바람직하게는 시스템은, 상기 재기화 라인에 마련되어 상기 LNG 저장탱크로부터 과냉된 LNG를 공급받는 재응축기와, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 저압으로 압축하여 상기 재응축기로 공급하여 상기 과냉된 LNG와 열교환으로 응축시키는 저압응축 라인을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 재기화 라인에 마련되어 재응축기로부터 LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프와, 상기 재기화 라인에 마련되어 상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기와, 상기 고압압축 라인에 마련되어 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 증발가스를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 압축기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 압축기에서 고압으로 압축된 상기 증발가스는 상기 재기화 라인에서 상기 기화기의 하류로 공급될 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 저압응축 라인에 마련되며 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 증발가스를 공급받아 저압으로 압축하여 상기 재응축기로 공급하는 저압 압축기와, 상기 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하여 과냉각 상태로 상기 재응축기로 공급하는 LNG 공급 펌프를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 고압압축 라인 및 저압응축 라인으로부터 압축된 증발가스를, 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 엔진, GCU(Gas Combustion Unit), 보일러를 포함하는 가스 소비처로 공급하는 연료공급 라인을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박 또는 해상 구조물은 LNG를 재기화하여 육상으로 천연가스를 공급하는 LNG-RV(Regasification Vessel) 및 LNG-FSRU(Floating Storage Regasification Unit)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 처리 방법에 있어서,
상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 육상으로 공급하면서, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 고압으로 압축하여 상기 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 저압으로 압축하여, 재기화될 상기 LNG와 혼합하여 재응축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스는 저압 압축 후 재기화될 상기 LNG에 혼합하여 재응축시켜 처리하면서, 상기 LNG의 냉열로 재응축되고 남는 증발가스는 고압으로 압축하여 상기 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급할 수 있다.
본 발명의 시스템에서는 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하는 재기화 라인을 통해 천연가스를 육상 등으로 공급하면서, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 고압으로 압축하여 재기화 라인의 하류로 공급하여 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하여 처리할 수 있다.
증발가스를 저압으로 압축하여 재기화될 과냉된 LNG의 냉열로 재응축하여 처리할 수도 있는데, 재기화될 LNG의 양이 적은 경우 증발가스를 고압으로 압축하여 재기화 라인을 통해 육상으로 공급함으로써 보다 효과적으로 증발가스를 처리할 수 있다.
이와 같은 시스템을 통해 증발가스를 처리함으로써 저장탱크의 압력 상승을 방지하여 안전성을 확보하고, GCU 등에서 낭비되는 양을 줄일 수 있다.
도 1은 증발가스 처리 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 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. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
후술할 증발가스 처리 시스템은 LNG 저장탱크가 마련되어 저장탱크로부터 증발가스가 발생하는 선박 또는 해상 구조물에 적용될 수 있는데, 예를 들어 LNG를 재기화하여 육상으로 천연가스를 공급하는 LNG-RV(Regasification Vessel) 및 LNG-FSRU(Floating Storage Regasification Unit) 등에 적용될 수 있다.
저장탱크의 용량 및 외부 온도 등의 조건에 따라 차이가 있으나, LNG 저장탱크에서의 BOG 발생량은 예를 들어 150000㎥ 용량의 선박인 경우 Laden condition에서 3 내지 4 ton/h, Ballast condition에서는 0.3 내지 0.4 ton/h에 이르는 것으로 알려진다. 다만 최근에는 선박의 단열성능 향상에 따라 BOR(Boil Off Rate)이 낮아지고 있는 추세이므로 증발가스의 발생량도 점차 감소하고 있다.
그러나 여전히 저장탱크에서는 다량의 증발가스가 발생하므로, 저장탱크의 안전성, 나아가 선박 또는 해상 구조물의 안전성 확보와, 천연가스의 에너지 낭비를 막기 위해 효과적인 증발가스 처리 시스템이 필요하다.
도 1에는 증발가스 처리 시스템의 일 예를 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 증발가스 처리 시스템은, 저장탱크(T)로부터 LNG를 펌핑하여 재응축기(20)로 공급하고, 고압으로 압축하기 위한 펌프(30) 및 기화기(40)를 거쳐 육상으로 천연가스를 공급하는 LNG-RV나 LNG-FSRU 등의 선박 또는 해상 구조물에서, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축기(10)로 저압으로 압축한 후 재응축기(20)로 공급하여 처리하게 된다. 증발가스는 재응축기(20)에서, 저장탱크(T)로부터 펌핑하여(P) 공급된 과냉각 상태의 LNG로부터 냉열을 공급받아 재응축되어 처리된다.
이와 같이 LNG로부터 공급되는 냉열로 재응축하여 증발가스를 처리할 수도 있으나, 재기화될 LNG의 양이 적은 경우 증발가스에 충분한 냉열을 전달하지 못할 수도 있다.
도 2에 도시된 시스템은 이러한 문제를 해결하기 위한, 개선된 증발가스 처리 시스템으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템이 개략적으로 도시된다.
도 2에 도시된 시스템은, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 처리하는 시스템으로서, 우선 본 실시예의 시스템은 LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 공급하는 재기화 라인(L1)을 포함하며, 재기화 라인(L1)에는 재응축기(recondenser, 100)로부터 LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프(200)와, 고압 펌프(200)에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기(300)가 마련되어, 고압 펌프(200)와 기화기(300)를 거쳐 고압으로 재기화된 천연가스가 육상으로 공급된다(GS).
이때 본 실시예는 LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위해, LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 고압으로 압축하여 재기화 라인(L1)의 하류로 공급하는 고압압축 라인(L2)을 포함한다.
고압압축 라인(L2)에는 LNG 저장탱크(T)로부터 증발가스를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 압축기(400)가 마련되어, 고압 압축기(400)에서 고압으로 압축된 증발가스는 재기화 라인(L1)의 기화기(300) 하류로 공급된다.
고압 압축기(400)에서는, 증발가스를 고압 펌프(200)와 기화기(300)를 거쳐 육상으로 공급되는 천연가스의 공급 압력만큼 압축할 수 있다.
이와 같이 증발가스를 직접 압축하여 LNG로부터 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하므로, 증발가스를 재액화시키기 위한 냉열을 공급하는 과냉각된 LNG의 양이 적을 때에도 많은 양의 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있다.
또한 고압 압축기(400)에서 압축되면서 증발가스는 온도가 높아지므로, 이를 기화기(300) 하류로 공급하면 재기화된 천연가스를 추가로 가열할 수 있어 기화기(300)의 열원 필요량을 줄일 수 있다.
한편, 본 실시예에서도 재기화 라인(L1)에는 LNG 저장탱크(T)로부터 과냉된 LNG를 공급받는 재응축기(100)가 마련되고, LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 저압으로 압축하여 상기 재응축기(100)로 공급하는 저압응축 라인(L3)이 본 시스템에 포함되어, 재응축기(100)로 도입된 저압 압축된 증발가스와 과냉된 LNG와 열교환을 통해 응축될 수 있다.
저압응축 라인(L3)에는 LNG 저장탱크(T)로부터 증발가스를 공급받아 저압으로 압축하여 재응축기(100)로 공급하는 저압 압축기(500)가 마련되고, LNG 저장탱크(T)에는 LNG 공급 펌프(P)가 마련되어 LNG를 펌핑하여 과냉각 상태로 재응축기(100)로 공급한다.
고압압축 라인(L2)과 저압응축 라인(L3)을 통한 증발가스의 처리는 동시에 이루어질 수도 있고, 증발가스의 발생량 및 재기화될 LNG의 양 등에 따라 둘 중에 선택하여 이루어질 수도 있다.
예를 들어 재기화될 LNG의 양이 많아, 압축된 증발가스의 재응축을 위한 충분한 냉열을 공급할 수 있는 경우 저압응축 라인(L3)을 통해 증발가스를 재응축시켜 처리하고, 재기화될 LNG의 양이 적은 경우 고압압축 라인(L2)을 통해 증발가스를 압축하여 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 직접 공급하도록 처리할 수 있다.
특히 기체 상태인 증발가스를 직접 고압으로 압축하는 고압 압축기(400)는 전력 소모가 클 수 있으므로, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 저압으로 압축하여 재응축기(100)에서 재기화될 LNG와 혼합하여 과냉각된 LNG의 냉열로 재응축시켜 처리하면서, LNG의 냉열로 재응축되고 남는 증발가스는 고압 압축기(400)를 통해 압축하여 재기화 라인의 기화기 하류에 공급하여 천연가스와 함께 육상으로 공급하도록 처리하여 전력 소모를 줄이면서 효과적으로 증발가스를 처리할 수 있다.
고압 펌프(300)와 고압압축 라인(L2)의 고압 압축기(400)에서의 압축 압력은 50 내지 100 bar, 저압응축 라인(L3)의 저압 압축기(500)에서의 압축 압력은 2 내지 10 bar일 수 있다.
고압압축 라인(L2) 및 저압응축 라인(L3)으로부터 압축된 증발가스를, 선박 또는 해상 구조물의 가스 엔진, GCU(Gas Combustion Unit), 보일러를 포함하는 가스 소비처(C1, C2, C3)로 공급하는 연료공급 라인(미도시)이 마련되어, 고압압축 라인(L2) 및 저압응축 라인(L3)을 통해 처리되고 남는 증발가스를 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처(C1, C2, C3)로 공급하여 처리할 수 있다.
이러한 가스 소비처(C1, C2, C3)는 예를 들어 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진, TFDE(Tri Fuel Diesel Electric) 엔진, ME-GI 엔진과 같은 가스 엔진일 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예는, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 처리하는 방법으로써, LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 육상으로 공급하면서, LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 고압으로 압축하여 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하여 처리하게 된다.
LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스는 저압으로 압축하여, 재기화될 LNG와 혼합하여 재응축시킬 수도 있다.
이와 같은 처리 시스템을 통해 증발가스를 처리함으로써, 재기화될 LNG의 양이나 증발가스의 발생량이 변화할 때에도 효과적으로 다량의 증발가스를 처리할 수 있고, GCU 등에서 낭비되는 증발가스의 양을 줄일 수 있다. 또한 효과적인 증발가스 처리를 통해 저장탱크의 압력 상승을 방지하여, 저장탱크, 나아가 선박 또는 해상 구조물의 안전성을 확보할 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.
T: LNG 저장탱크
P: LNG 공급 펌프
L1: 재기화 라인
L2: 고압압축 라인
L3: 저압응축 라인
100: 재응축기
200: 고압 펌프
300: 기화기
400: 고압 압축기
500: 저압 압축기
C1, C2, C3: 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처

Claims (10)

  1. 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 처리 시스템에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 공급하는 재기화 라인; 및
    상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 고압으로 압축하여 상기 재기화 라인의 하류로 공급하는 고압압축 라인을 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 재기화 라인에 마련되어 상기 LNG 저장탱크로부터 과냉된 LNG를 공급받는 재응축기; 및
    상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 저압으로 압축하여 상기 재응축기로 공급하여 상기 과냉된 LNG와 열교환으로 응축시키는 저압응축 라인을 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 재기화 라인에 마련되어 재응축기로부터 LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프;
    상기 재기화 라인에 마련되어 상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기; 및
    상기 고압압축 라인에 마련되어 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 증발가스를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 압축기를 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압축기에서 고압으로 압축된 상기 증발가스는 상기 재기화 라인에서 상기 기화기의 하류로 공급되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 저압응축 라인에 마련되며 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 증발가스를 공급받아 저압으로 압축하여 상기 재응축기로 공급하는 저압 압축기; 및
    상기 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하여 과냉각 상태로 상기 재응축기로 공급하는 LNG 공급 펌프를 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 고압압축 라인 및 저압응축 라인으로부터 압축된 증발가스를, 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 엔진, GCU(Gas Combustion Unit), 보일러를 포함하는 가스 소비처로 공급하는 연료공급 라인을 더 포함하는 증발가스 처리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 선박 또는 해상 구조물은 LNG를 재기화하여 육상으로 천연가스를 공급하는 LNG-RV(Regasification Vessel) 및 LNG-FSRU(Floating Storage Regasification Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
  8. 선박 또는 해상 구조물의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 처리 방법에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스를 육상으로 공급하면서, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 고압으로 압축하여 상기 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스를 저압으로 압축하여, 재기화될 상기 LNG와 혼합하여 재응축시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 상기 증발가스는 저압 압축 후 재기화될 상기 LNG에 혼합하여 재응축시켜 처리하면서, 상기 LNG의 냉열로 재응축되고 남는 증발가스는 고압으로 압축하여 상기 재기화된 천연가스와 함께 육상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
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