KR20150106868A

KR20150106868A - 액화가스 처리 시스템

Info

Publication number: KR20150106868A
Application number: KR1020150125384A
Authority: KR
Inventors: 백은성; 김주태; 김발영; 김해천; 한주석
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2015-09-22
Also published as: KR102053479B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 발생된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 증발가스를 다단으로 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스와, 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 열교환시키는 증발가스 열교환기; 및 상기 증발가스 압축기에서 가압되어 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기를 포함하고, 상기 증발가스 열교환기는, 상기 가압된 증발가스를, 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 또는 상기 기액분리기에서 공급되는 상기 기체로 냉각하며, 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 상기 기체는, 상기 증발가스 공급라인에 상기 증발가스 열교환기 하류에서 합류하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 처리 시스템{Treatment system of liquefied gas}

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

그러나 액화가스는 압력을 높이거나 온도를 낮추어 강제로 액화시킨 상태로 보관하기 때문에, 외부 열침투에 의한 상변화가 우려되어 액화가스 저장탱크의 단열성 확보가 중요하다. 다만 액화가스 저장탱크가 완벽한 단열을 구현할 수는 없기 때문에, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 일부 액화가스는, 외부로부터 전달되는 열에 의하여 기체인 증발가스로 상변화하게 된다.

이때 기체로 상변화한 증발가스는 부피가 대폭 증가하므로 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 높이는 요인이 되며, 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과하게 되면 액화가스 저장탱크가 파손될 우려가 있다.

따라서 종래에는, 액화가스 저장탱크의 내압을 일정하게 유지하기 위해서, 필요 시 증발가스를 외부로 방출하여 액화가스 저장탱크의 내압을 낮추는 방법을 사용하였다. 또는 증발가스를 액화가스 저장탱크의 외부로 배출한 뒤, 별도로 구비한 재액화장치를 사용하여 액화시킨 후 다시 액화가스 저장탱크로 회수하였다.

그러나 증발가스를 단순히 외부로 방출하는 경우에는 외부 환경의 오염 문제가 발생할 수 있으며, 재액화장치를 사용할 경우에는 재액화장치를 구비하고 운영하기 위해 필요한 비용, 인력 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 외부 열침투에 의해 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발이 요구되는 실정이다.

이러한 종래기술로는 국내등록공보 제10-1289212호 (2013.07.17) 등이 공개되어 있다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플래시가스를 이용하여 증발가스 압축기의 부하를 낮추고 액화효율을 향상시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 혼합라인이 기체 회수라인으로부터 분기되어 증발가스 압축기로 합류됨에 따라, 플래시 가스가 합류된 증발가스가 증발가스 열교환기에서 열교환함으로써 재액화 효율이 향상될 수 있다. 또한, 2단 증발가스 압축기의 상류에서 합류되어, 증발가스의 부피 감소로 증발가스 압축기의 부하가 감소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 윤활제 분리기를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(50), 증발가스 열교환기(60), 증발가스 감압기(80) 및 기액 분리기(100)를 포함한다.

이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 이중 구조의 탱크(도시하지 않음)와 단열부(도시하지 않음)로 이루어져 1bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다.

여기서, 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 압축기(50) 사이에는 강제기화기(Forcing vaporizer, 도시하지 않음)가 구비될 수 있으며, 강제기화기는 증발가스의 유량이 부족한 경우 작동되어, 수요처(20)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시킬 수 있다.

수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 수요처(20)는 고압엔진으로서, 기체연료 엔진(일례로, MEGI)일 수 있다.

예를 들어, 수요처(20)는 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 수요처(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 수요처(20)는 증발가스와 플래시 가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

수요처(20)는, 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 수요처(20)에 공급되는 증발가스의 상태는, 수요처(20)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(20)까지 증발가스를 전달하는 증발가스 공급 라인(16)이 설치되어, 증발가스 공급 라인(16) 상에는 증발가스 열교환기(60), 증발가스 압축기(50), 수요처(20) 등이 구비된다.

본 실시예에서 증발가스 공급 라인(16)은 후술되는 재액화라인(16A), 연료공급라인(16B)을 포함하는 의미이며, 연료공급라인(16B)은 증발가스 압축기(50)에서 수요처(20)까지 연결되어 수요처(20)로 가압된 증발가스를 공급한다. 이때 증발가스 공급 라인(16)에는 연료 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.

증발가스 압축기(50)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 증발가스 압축기(50)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 가압하여 증발가스 열교환기(60)나 수요처(20)에 공급할 수 있다. 증발가스 압축기(50)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(50)는 5개가 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있다.

여기서, 재액화라인(16A)은 증발가스 압축기(50)와 수요처(20)의 사이에서 분기되어, 증발가스 열교환기(60)로 연결될 수 있다. 즉 증발가스 공급라인(16)은 증발가스 압축기(50)에서 수요처(20)로 연결되는 연료공급라인(16B)을 이루거나, 또는 증발가스 열교환기(60)로 연결되는 재액화라인(16A)을 이룰 수 있다. 이때, 증발가스 열교환기(60)로 분기되는 지점의 증발가스 공급라인(16) 상에는 밸브(도시하지 않음)가 구비되어, 증발가스의 유량이 제어될 수 있다. 본 실시예에서 재액화라인(16A)은 5개의 증발가스 압축기(50) 중 증발가스의 흐름에서 3번째 증발가스 압축기(50)의 하류에서 분기되는 것을 예시하였으나, 이와 달리, 5번째 증발가스 압축기(50)의 하류에서 분기될 수도 있다.

복수의 증발가스 압축기(50) 사이에서 각 증발가스 압축기(50)의 하류에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비되어, 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압되어 온도가 상승된 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 압축기(50)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다.

증발가스 열교환기(60)는 증발가스 공급라인(16) 상에서 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 압축기(50)의 사이에 마련되어, 증발가스 압축기(50)에서 가압되는 증발가스와 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 열교환시킬 수 있다. 증발가스 열교환기(60)에서 열교환된 증발가스는 증발가스 감압기(80) 또는 증발가스 압축기(50)로 공급될 수 있다.

즉, 증발가스 압축기(50)에서 다단으로 가압된 후 증발가스 감압기(80)로 회수되는 증발가스와 액화가스 저장탱크(10)에서 새로 공급되는 증발가스가 증발가스 열교환기(60)에서 열교환된다.

게다가, 기액 분리기(100)에서 분리된 플래시가스가 증발가스 열교환기(60)를 경유하여 열교환에 이용될 수 있다. 증발가스 열교환기(60)는 재액화라인(16A)에 마련되어, 증발가스 압축기(50)에서 가압되는 증발가스와 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 기액 분리기(100)에서 분리된 플래시가스를 열교환시킬 수 있다.

즉, 증발가스 열교환기(60)는 증발가스 압축기(50)에서 가압되어 수요처(20)의 상류에서 분기되는 재액화라인(16A)을 따라 회수된 증발가스와, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 열교환시킨다. 그리고 증발가스 열교환기(60)는 증발가스 압축기(50)에서 가압되어 증발가스 공급라인(16)을 따라 회수된 증발가스와, 기체 회수라인(17)을 통해 공급되는 플래시 가스를 열교환시킨다.

이때 증발가스 열교환기(60)는, 재액화라인(16A)을 따라 회수되는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스로 냉각하거나, 기체 회수라인(17)을 통해 공급되는 플래시 가스로 냉각할 수 있다. 이 경우 재액화라인(16A)을 따라 회수되는 증발가스는, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스에 의하여 1차로 냉각되고, 플래시 가스에 의해 2차로 냉각될 수 있다.

증발가스 열교환기(60)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급된 증발가스를 증발가스 압축기(50)로 공급하고, 증발가스 및 플래시 가스에 의해 2차 냉각된 증발가스를 증발가스 감압기(80)로 공급할 수 있다. 이 경우 증발가스 감압기(80)에 공급되는 증발가스는 증발가스뿐만 아니라 플래시 가스에 의해서도 냉각되었기 때문에, 감압에 의한 액화 효율이 대폭 증대될 수 있다.

증발가스 열교환기(60)를 거친 플래시 가스는 연료를 연소시키는 가스연소유닛(70), 보일러(도시하지 않음), 또는 별도의 이종연료엔진(DFDE)(도시하지 않음)으로 공급될 수 있다. 이때, 증발가스 열교환기(60)에서 가스연소유닛(70)까지 기체 회수라인(17)이 연장될 수 있다.

본 실시예는 기체 회수라인(17)에서 혼합라인(17A)이 분기되어 마련될 수 있다. 혼합라인(17A)은 기체 회수라인(17)에서 분기되어 열교환된 플래시가스를 증발가스 압축기(50) 중 증발가스의 흐름에서 첫번째 증발가스 압축기(50)인 1단 하류에 합류시킨다. 여기서, 혼합라인(17A)은 증발가스 압축기(50)의 하류에서 증발가스 냉각기의 하류에 마련될 수 있다. 즉, 1단 증발가스 압축기(50)의 증발가스 냉각기와 2단 증발가스 압축기(50)의 사이에 합류될 수 있다. 이때 증발가스 압축기(50)의 1단 하류에서 증발가스 냉각기는 생략될 수도 있다.

게다가, 혼합라인(17A)이 분기되는 기체 회수라인(17) 상에는 밸브(도시하지 않음)가 마련되어, 증발가스 압축기(50)와 가스연소유닛(70)으로 공급되는 플래시 가스의 양을 조절할 수 있다.

이와 같이, 혼합라인(17A)이 기체 회수라인(17)으로부터 분기되어 증발가스 압축기(50)로 합류됨에 따라, 플래시 가스가 합류된 증발가스가 증발가스 열교환기(50)에서 열교환함으로써 재액화효율이 향상될 수 있다. 또한, 2단 증발가스 압축기(50)의 상류에서 합류되어, 증발가스의 부피 감소로 증발가스 압축기(50)의 부하가 감소될 수 있다.

증발가스 감압기(80)는 증발가스 압축기(50)에서 가압된 후 증발가스 열교환기(60)에서 열교환된 증발가스를 감압시킨다. 예를 들어, 증발가스 감압기(80)는 증발가스를 1bar 내지 10bar로 감압할 수 있고, 증발가스가 액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 이송시 1bar까지도 감압될 수 있으며, 감압시 증발가스는 냉각효과가 이루어질 수 있다. 일례로 증발가스 감압기(80)는 증발가스 압축기(50)에 의해 300bar로 가압된 증발가스를 1bar까지 감압시킬 수 있다. 이러한, 증발가스 감압기(80)는 줄 톰슨 밸브로 이루어질 수 있다.

기액 분리기(100)는 증발가스 감압기(80)에서 감압된 증발가스에서 기체를 분리한다. 기액 분리기(100)에서 증발가스는 액체와 기체로 분리되어 액체는 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로서 증발가스 압축기(50)로 회수될 수 있다. 여기서, 증발가스 감압기(80)에서 감압된 증발가스는 낮아진 온도에 의해 증발가스가 액화되기 용이할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)로 회수시키고, 기액 분리기(100)에서 발생된 플래시 가스를 버리지 않고, 열교환에 이용한다.

기액 분리기(100)에서 증발가스가 액체와 기체로 분리되면, 액화된 증발가스와 플래시 가스는 각각이 액체 회수라인(18)과 기체 회수라인(17)을 통해 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 열교환기(60)로 회수될 수 있다. 액체 회수라인(18)은 기액 분리기(100)에서 액화가스 저장탱크(10)까지 연결되어 액체상태의 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하고, 기체 회수라인(17)은 기액 분리기(100)에서 가스연소유닛(70)까지 연결되거나 증발가스 압축기(50)에 연결되어 플래시 가스를 증발가스 압축기(50)의 상류로 회수하여 플래시 가스가 버려져 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

게다가, 본 실시예에서는 45도 내외의 온도로 승온된 증발가스는 증발가스 열교환기(60)로 회수되어 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 -100도 내외의 증발가스 및 -150도 내외의 플래시 가스와 열교환됨으로써, -95 내외의 온도로 냉각되어 증발가스 감압기(80)로 공급된다. 이때, 증발가스 감압기(80)에서 증발가스는 감압에 의해 냉각되어 약 3bar의 압력과 약 -150.2도 정도의 온도를 가질 수 있다.

이때 증발가스는 3bar에서의 끓는점보다 낮은 온도를 가짐에 따라, 적어도 일부가 액화될 수 있고, 나머지는 기체 상태인 플래시 가스로 존재할 수 있다. 이 경우 플래시 가스 역시 약 -150도의 상태를 가지며, -150도의 플래시 가스는 기액 분리기(100)에서 증발가스 열교환기(60)로 공급되어 증발가스를 냉각시키는데 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는 기액 분리기(100)로 공급되는 증발가스가 증발가스 열교환기(60)에서 증발가스 및 플래시 가스에 의하여 충분히 냉각된 후 증발가스 감압기(80)에서 3bar로 감압되어 냉각되므로, 증발가스의 액화 효율이 개선될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수시키고, 기액 분리기(100)에서 발생된 플래시 가스를 증발가스 열교환기(60)로 회수시켜 증발가스를 열교환시킬 수 있다.

기액 분리기(100)에서 증발가스가 액체와 기체로 분리되면, 액화된 증발가스와 플래시 가스는 각각이 액체 회수라인(18)과 기체 회수라인(17)을 통해 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 열교환기(60)로 회수될 수 있다.

액체 회수라인(18)은 기액 분리기(100)에서 액화가스 저장탱크(10)까지 연결되어 액체상태의 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하고, 기체 회수라인(17)은 기액 분리기(100)에서 증발가스 열교환기(60)까지 연결되어 플래시 가스를 증발가스 열교환기(60)로 회수하여 증발가스를 열교환시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시예는, 혼합라인(17A)이 기체 회수라인(17)으로부터 분기되어 증발가스 압축기(50)로 합류됨에 따라, 플래시 가스가 합류된 증발가스가 증발가스 열교환기(50)에서 열교환함으로써 재액화 효율이 향상될 수 있다. 또한, 2단 증발가스 압축기(50)의 상류에서 합류됨에 따라, 증발가스의 부피감소로 증발가스 압축기(50)의 부하가 감소될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
16: 증발가스 공급 라인 16A: 재액화라인
16B: 연료공급라인 17: 기체 회수라인
18: 액체 회수라인 20: 수요처
50: 증발가스 압축기 60: 증발가스 열교환기
70: 가스연소유닛 80: 증발가스 감압기
100: 기액 분리기

Claims

액화가스 저장탱크에 발생된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 증발가스를 다단으로 가압하는 증발가스 압축기;
상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스와, 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 열교환시키는 증발가스 열교환기; 및
상기 증발가스 압축기에서 가압되어 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기를 포함하고
상기 증발가스 열교환기는,
상기 가압된 증발가스를, 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 또는 상기 기액분리기에서 공급되는 상기 기체로 냉각하며,
상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 상기 기체는,
상기 증발가스 공급라인에 상기 증발가스 열교환기 하류에서 합류하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.