KR20150115125A - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 제1 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 제1 액화가스 공급라인; 제2 액화가스 저장탱크에 저장된 제2 액화가스를 과냉시켜 상기 제2 액화가스 저장탱크로 순환시키는 제2 액화가스 순환라인; 상기 제1 액화가스 공급라인과 상기 제2 액화가스 순환라인 상에 마련되는 액화가스 열교환기; 및 상기 액화가스 열교환기의 상류의 상기 제2 액화가스 순환라인에 설치되는 제2 액화가스 펌프를 포함하고, 상기 제1 액화가스는 상기 제2 액화가스보다 비등점이 상대적으로 낮으며, 상기 제2 액화가스는 상기 액화가스 열교환기에서 상기 제1 액화가스의 냉열에 의해 과냉되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, LPG 저장탱크에 저장된 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스를 LNG 저장탱크로부터 수요처로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스와 열교환되도록 구성함으로써, LPG 저장탱크에서 LPG 증발가스가 생성되는 것을 억제시킬 수 있어, LPG 증발가스의 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 LPG 저장탱크의 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거할 수 있고, LPG 증발가스를 액화시키기 위한 액화장치를 별도로 설치할 필요가 없어, 액화장치 설치 및 설비 공수를 절감할 수 있고, 또한, LNG 저장탱크로부터 수요처로 공급되는 LNG 액화가스를 LPG 저장탱크에 저장된 LPG 액화가스와 열교환되도록 구성함으로써, 수요처의 연료로 사용될 LNG 액화가스가 기화 시에 필요한 열량을 LPG 액화가스로부터 용이하게 얻을 수 있어, 수요처에 공급되는 LNG 연료 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Liquefied Gas Treatment System}
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 메탄(CH4)을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색투명한 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 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판이 1/260, 부탄이 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 LPG 운반선 등의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
또한, LPG 저장탱크는 LPG 운반선 또는 육상에 설치되고 있으며, LPG 저장탱크에 저장된 액상의 LPG가 외부로부터의 열침투에 의해 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 기존에는 LPG 저장탱크의 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위하여, LPG 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였으나, LPG 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, LPG 저장탱크에서 생성된 LPG 증발가스를 액화장치를 통해 LPG 저장탱크로 회수하는 등 LPG 증발가스를 재활용하는 방안에 대해서도 개발의 필요성이 점차 증대되고 있고 있으나, 비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 LNG 저장탱크로부터 수요처로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스를 이용하여 LPG 저장탱크에 저장된 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스를 과냉시킴으로써, LPG 저장탱크 내부에서 LPG 증발가스가 생성되는 것을 억제시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, LPG 저장탱크 내부에 저장된 LPG 액화가스를 이용하여 LNG 저장탱크로부터 수요처로 공급되는 LNG 액화가스의 온도를 상승시킴으로써, 수요처의 연료로 사용될 LNG 액화가스가 기화 시에 필요한 열량을 용이하게 얻을 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 제1 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 제1 액화가스 공급라인; 제2 액화가스 저장탱크에 저장된 제2 액화가스를 과냉시켜 상기 제2 액화가스 저장탱크로 순환시키는 제2 액화가스 순환라인; 상기 제1 액화가스 공급라인과 상기 제2 액화가스 순환라인 상에 마련되는 액화가스 열교환기; 및 상기 액화가스 열교환기의 상류의 상기 제2 액화가스 순환라인에 설치되는 제2 액화가스 펌프를 포함하고, 상기 제1 액화가스는 상기 제2 액화가스보다 비등점이 상대적으로 낮으며, 상기 제2 액화가스는 상기 액화가스 열교환기에서 상기 제1 액화가스의 냉열에 의해 과냉되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스 열교환기의 하류의 상기 제2 액화가스 순환라인에는, 감압기가 설치되는 것을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 액화가스 저장탱크는, LNG 저장탱크이며, 상기 제2 액화가스 저장탱크는, 적어도 하나 이상의 LPG 저장탱크이고, 상기 제1 액화가스 공급라인은, LNG 액화가스 공급라인이며, 상기 제2 액화가스 순환라인은, LPG 액화가스 순환라인이고, 상기 액화가스 열교환기는, LNG/LPG 열교환기이며, 상기 제2 액화가스 펌프는, LPG 펌프일 수 있다.
구체적으로, 상기 LNG 저장탱크에는, 수요처까지 연결된 상기 LNG 액화가스 공급라인이 구비되고, 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 상기 LNG 액화가스를 가압하는 부스팅 펌프 및 고압 펌프; 및 상기 수요처와 상기 고압 펌프 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되는 히터를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 LPG 액화가스 순환라인은, 일단부가 상기 LPG 저장탱크의 하부에 연결되고, 타단부가 상기 LPG 저장탱크의 상부에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 LNG/LPG 열교환기는, 상기 LPG 액화가스 순환라인에서는, 상기 LPG 펌프와 상기 감압기 사이에 위치되고, 상기 LNG 액화가스 공급라인에서는, 상기 LNG 저장탱크와 상기 부스팅 펌프 사이에 위치되거나, 상기 부스팅 펌프와 상기 고압 펌프 사이에 위치되거나, 상기 고압 펌프와 상기 히터 사이에 위치될 수 있다.
구체적으로, 상기 LNG/LPG 열교환기는, 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 LNG 액화가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 상기 LNG 액화가스와, 상기 LPG 저장탱크로부터 상기 LPG 액화가스 순환라인을 통해 다시 상기 LPG 저장탱크로 회수되는 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스를 상호 열교환시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 감압기는, 상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG 액화가스가 상기 LPG 펌프와 상기 LNG/LPG 열교환기를 거쳐 상기 LPG 저장탱크로 회수되는 측의 상기 LPG 액화가스 순환라인에 설치되며, 상기 LPG 액화가스를 감압하여 상기 LPG 저장탱크로 회수되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 LPG 저장탱크는, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크이고, 상기 제1 내지 제3 LPG 저장탱크 각각에는, 비등점이 다른 LPG 성분이 저장되고, 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기가 각각 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 LNG/LPG 열교환기는, 상기 제1 LPG 저장탱크의 상기 LPG 액화가스 순환라인, 상기 LNG 저장탱크와 상기 부스팅 펌프 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되고, 상기 제2 LNG/LPG 열교환기는, 상기 제2 LPG 저장탱크의 상기 LPG 액화가스 순환라인과, 상기 부스팅 펌프와 상기 고압 펌프 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되고, 상기 제3 LNG/LPG 열교환기는, 상기 제3 LPG 저장탱크의 상기 LPG 액화가스 순환라인과, 상기 고압 펌프와 상기 히터 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 비등점이 다른 LPG 성분은, 1기압 하에서 비등점이 -89.0℃인 에탄, 1기압 하에서 비등점이 -42℃인 프로판, 1기압 하에서 비등점이 -0.5℃인 부탄일 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, LPG 저장탱크에 저장된 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스를 LNG 저장탱크로부터 수요처로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스와 열교환되도록 구성함으로써, LPG 저장탱크에서 LPG 증발가스가 생성되는 것을 억제시킬 수 있어, LPG 증발가스의 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 LPG 저장탱크의 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거할 수 있고, LPG 증발가스를 액화시키기 위한 액화장치를 별도로 설치할 필요가 없어, 액화장치 설치 및 설비 공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, LNG 저장탱크로부터 수요처로 공급되는 LNG 액화가스를 LPG 저장탱크에 저장된 LPG 액화가스와 열교환되도록 구성함으로써, 수요처의 연료로 사용될 LNG 액화가스가 기화 시에 필요한 열량을 LPG 액화가스로부터 용이하게 얻을 수 있어, 수요처에 공급되는 LNG 연료 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), LPG 저장탱크(110), LPG 펌프(120), LNG/LPG 열교환기(130), 감압기(140), 히터(150)를 포함한다. LNG 저장탱크(10)에는, 외부 열침투에 의하여 LNG 저장탱크(10) 내에서 자연스럽게 생성되는 LNG 증발가스를 처리하기 위한 LNG 증발가스 배출라인이 구비될 수 있다.
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, 본 발명에서 LNG는 제1 액화가스이고 LPG는 제2 액화가스라 할 수 있으며, 이때 제1 액화가스의 비등점이 제2 액화가스보다 상대적으로 낮을 수 있다. 여기서 제1 액화가스는 LNG의 주성분인 메탄으로 한정될 수 있고, 제2 액화가스는 LPG의 성분인 프로판, 부탄, 에탄으로 한정될 수 있다.
물론 본 발명은 제1 및 제2 액화가스를 각각 LNG 및 LPG로 한정하는 것은 아니며, 제1 및 제2 액화가스는 LNG와 LPG 뿐만 아니라 서로 다른 비등점을 갖는 모든 액화가스를 의미할 수 있다. 이하에서는 편의상 제1 액화가스가 LNG이고 제2 액화가스가 LPG인 경우로 설명한다.
LNG 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액상의 LNG 액화가스를 저장한다. LNG 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. LNG 저장탱크(10)는, LNG 액화가스를 엔진의 연료로 사용하는 선박에 설치된 것이거나, 육상에 설치된 것일 수 있다. LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG 액화가스는 1기압 하에서 비등점이 -162℃이다.
수요처(20)는, LNG 저장탱크(10)로부터 LNG 액화가스를 공급받는다. 수요처(20)는 고압 액화가스 수요처와 저압 액화가스 수요처를 포함할 수 있고, LNG 액화가스를 통해 구동되어 동력을 발생시키는 엔진일 수 있으며, 일례로 고압 액화가스 수요처는 선박에 탑재되는 MEGI 엔진일 수 있고, 저압 액화가스 수요처는 이중연료 엔진(DFDE)일 수 있고, 증발가스를 소각하는 장치인 GCU(Gas Combustion Unit), 보일러 등일 수 있다.
수요처(20)가 엔진일 경우, 엔진은 LNG 액화가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.
물론 본 실시예에서 수요처(20)인 엔진은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만, 엔진은 LNG 액화가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
LNG 저장탱크(10)와 수요처(20) 사이에는 LNG 액화가스를 전달하는 LNG 액화가스 공급라인(21)이 설치될 수 있고, LNG 액화가스 공급라인(21)에는 펌프(30), LNG/LPG 열교환기(130), 히터(150) 등이 구비되어 수요처(20)에 LNG 액화가스가 공급되도록 할 수 있다.
이때, LNG 액화가스 공급라인(21)에는 액화가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 액화가스 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.
펌프(30)는, LNG 액화가스 공급라인(21) 상에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG 액화가스를 수요처(20)에서 요구하는 압력으로 가압한다. 물론 수요처(20)에서 요구하는 압력은 수요처(20)의 종류 예를 들어, MEGI 엔진, 이중연료 엔진(DFDE), GCU, 보일러 등과 같이 종류에 따라 달라질 수 있다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있다.
이하에서는 LNG 액화가스를 연료로 사용하는 수요처(20)가 MEGI 엔진인 경우를 예로써 설명하기로 하며, 여기서 수치로 언급되는 온도 및 압력은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 액화가스 처리 시스템(2)에서 사용하는 구성 요소의 종류, 주변 환경 요인 등 여러 가지 변수에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
부스팅 펌프(31)는, LNG 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 LNG 액화가스 공급라인(21) 상에, 또는 LNG 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 LNG 액화가스가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한, 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 LNG 액화가스를 빼내어서 LNG 액화가스를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있는데, 부스팅 펌프(31)를 거친 LNG 액화가스는, 예를 들어 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있으며, 이때 LNG 액화가스의 온도는 LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG 액화가스가 1기압 하에서 비등점이 -162℃임을 고려할 때, 예를 들어 -160℃ 내지 -100℃일 수 있다.
LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG 액화가스는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG 액화가스를 가압하여 상기한 바와 같이 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 LNG 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출된 LNG 액화가스를 고압으로 가압하여, 수요처(20)에 LNG 액화가스가 공급되도록 한다. LNG 액화가스는 LNG 저장탱크(10)로부터 약 10bar 이내의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압 되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 LNG 액화가스를 2차로 가압하여, LNG/LPG 열교환기(130) 및 히터(150)를 통해 수요처(20)에 공급한다.
고압 펌프(32)는 수요처(20)가 LNG 액화가스를 통해 동력 등을 생산하도록 할 수 있도록, 수요처(20)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 LNG 액화가스를 가압할 수 있고, 이때 고압 펌프(32)를 거친 LNG 액화가스의 온도는, 예를 들어 -160℃ 내지 -80℃일 수 있다.
LPG 저장탱크(110)는, 선박 또는 육상에 적어도 하나 이상 설치될 수 있으며, LPG 액화가스를 액체상태로 저장한다. 일반적으로 LPG 액화가스는 프로판, 부탄, 에탄 그리고 기타 기체로 이루어져 있다.
LPG 액화가스의 성분들 중에서, 비등점이 낮은 순서대로 나열하면, 에탄(C2H6)이 1기압 하에서 비등점이 -89.0℃이고, 프로판(C3H8)이 1기압 하에서 비등점이 -42℃이고, 부탄(C4H10)이 1기압 하에서 -0.5℃이다. 이와 같이, LPG 액화가스는 성분별로 저장되거나 성분이 혼합된 상태로 저장되더라도 그 비등점은, LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG 액화가스가 1기압 하에서 비등점이 -162℃임을 고려할 때, 매우 높음을 알 수 있다.
LPG 저장탱크(110)에는, LPG 액화가스를 LNG 저장탱크(10)로부터 수요처(20)로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스와 열교환시킬 수 있도록, LPG 액화가스 순환라인(115)이 구비될 수 있다.
LPG 액화가스 순환라인(115)은, 일단부가 LPG 저장탱크(110)의 하부에 연결되고, 타단부가 LPG 저장탱크(110)의 상부에 연결될 수 있으며, LPG 액화가스가 배출되는 측의 LPG 액화가스 순환라인(115)에는 후술할 LPG 펌프(120)가 설치될 수 있고, LPG 액화가스가 회수되는 측의 LPG 액화가스 순환라인(115)에는 후술할 감압기(140)가 설치될 수 있고, LPG 펌프(120)와 감압기(140) 사이의 LPG 액화가스 순환라인(115)에는 후술할 LNG/LPG 열교환기(130)가 마련될 수 있다.
LPG 펌프(120)는, LPG 저장탱크(110)로부터 LPG 액화가스가 배출되는 측의 LPG 액화가스 순환라인(115)에 설치될 수 있으며, LPG 액화가스 순환라인(115)에서 LPG 액화가스의 흐름 방향을 기준으로 했을 때, 후술할 LNG/LPG 열교환기(130)의 상류에 위치될 수 있다.
LPG 펌프(120)는, 후술할 LNG/LPG 열교환기(130)에서 열교환 효율이 증대될 수 있도록, LPG 저장탱크(110)로부터 배출되는 LPG 액화가스를 가압하여 후술할 LNG/LPG 열교환기(130)에 LPG 액화가스가 공급되도록 할 수 있다.
LNG/LPG 열교환기(130)는, LPG 액화가스 순환라인(115)과 LNG 액화가스 공급라인(21) 상에 마련될 수 있다. 구체적으로, LNG/LPG 열교환기(130)는, LPG 액화가스 순환라인(115)에서는 LPG 펌프(120)와 후술할 감압기(140) 사이에 위치될 수 있고, LNG 액화가스 공급라인(21)에서는 LNG 저장탱크(10)와 펌프(30) 사이에 위치되거나, 펌프(30)와 히터(150) 사이에 위치되거나, 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32) 사이에 위치될 수 있다.
LNG/LPG 열교환기(130)에서는, LNG 저장탱크(10)로부터 LNG 액화가스 공급라인(21)을 통해 수요처(20)로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스와, LPG 저장탱크(110)로부터 LPG 액화가스 순환라인(115)을 통해 다시 LPG 저장탱크(110)로 회수되는 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스가 상호 열교환이 이루어짐으로써, 후술할 히터(150)를 거쳐 수요처(20)로 공급되는 LNG 액화가스는 LNG/LPG 열교환기(130)에서 LPG 액화가스의 온열에 의해 열을 얻어, 히터(150)에서 수요처(20)가 요구하는 온도로 가열할 때 열 에너지를 절감할 수 있게 하고, LPG 저장탱크(110)로 회수되는 LPG 액화가스는 LNG/LPG 열교환기(130)에서 LNG 액화가스의 냉열을 얻어 과냉 상태가 됨으로써, LPG 저장탱크(110) 내부에서 LPG 증발가스의 생성이 근본적으로 억제될 수 있다.
감압기(140)는, LPG 저장탱크(110)로부터 배출된 LPG 액화가스가 LPG 펌프(120)와 LNG/LPG 열교환기(130)를 거쳐 LPG 저장탱크(110)로 회수되는 측의 LPG 액화가스 순환라인(115)에 설치될 수 있으며, LPG 액화가스 순환라인(115)에서 LPG 액화가스의 흐름 방향을 기준으로 했을 때, LNG/LPG 열교환기(130)의 하류에 위치될 수 있다.
감압기(140)는, LPG 펌프(120)를 거치면서 높아진 LPG 액화가스의 압력을 LPG 저장탱크(110)의 내부 압력과 동일 또는 유사하게 감압시켜, LNG/LPG 열교환기(130)를 거치면서 과냉각된 LPG 액화가스가 LPG 저장탱크(110) 내부 압력을 증가시키지 않으면서 회수되도록 할 수 있다. 이때 감압기(140)를 거친 LPG 액화가스는, 압력이 LPG 저장탱크(110)로부터 배출되는 LPG 액화가스의 압력과 동일 또는 유사할 수 있다.
히터(150)는, 수요처(20)와 LNG/LPG 열교환기(130) 사이의 LNG 액화가스 공급라인(21) 상에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG 액화가스를 수요처(20)에서 요구하는 온도로 가열시킬 수 있다. 본 실시예에서 히터(150)로 공급되는 LNG 액화가스는 히터(150)의 상류에 마련된 LNG/LPG 열교환기(130)를 거치면서 가열되므로, 수요처(20)가 요구하는 온도로 가열될 때 열 에너지를 절감할 수 있게 된다.
히터(150)는, 보일러(도시하지 않음)를 통해 공급되는 스팀이나 글리콜 히터(도시하지 않음)로부터 공급되는 글리콜 워터를 이용하여 LNG 액화가스를 가열하거나, 전기에너지를 이용하여 LNG 액화가스를 가열할 수 있고, 또는 선박에 구비되어 있는 발전기나 기타 설비 등으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 LNG 액화가스를 가열할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c), LPG 펌프(120), 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c), 감압기(140), 히터(150)를 포함하며, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 및 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c)를 제외한 나머지 구성은 상술한 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 각 구성에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c)는, LPG의 성분인 프로판, 부탄 또는 에탄을 저장할 수 있도록, 선박 또는 육상에 설치될 수 있는데, 예를 들어, 제1 LPG 저장탱크(110a)에는 에탄이 저장되고, 제2 LPG 저장탱크(110b)에는 프로판이 저장되고, 제3 LPG 저장탱크(110c)에는 부탄이 저장될 수 있다.
제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각에 저장되는 LPG 성분의 비등점은 다를 수 있는데, 제1 실시예에서 언급한 바와 같이, 제1 LPG 저장탱크(110a)에 저장된 LPG 액화가스인 에탄(C2H6)은 1기압 하에서 비등점이 -89.0℃이고, 제2 LPG 저장탱크(110b)에 저장된 LPG 액화가스인 프로판(C3H8)은 1기압 하에서 비등점이 -42℃이고, 제3 LPG 저장탱크(110b)에 저장된 LPG 액화가스인 부탄(C4H10)은 1기압 하에서 비등점이 -0.5℃이다.
이와 같이, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각은 비등점이 다른 LPG 성분을 저장하고 있고, 또한 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각에 구비되는 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c) 각각의 설치 위치 또한 제1 실시예와 구별될 수 있다.
제1 LNG/LPG 열교환기(130a)는, LPG 성분 중에서 비등점이 가장 낮은 에탄이 저장된 제1 LPG 저장탱크(110a)의 LPG 액화가스 순환라인(115)과, LNG 저장탱크(10)와 부스팅 펌프(31) 사이의 LNG 액화가스 공급라인(21) 상에 마련될 수 있다.
제2 LNG/LPG 열교환기(130b)는, LPG 성분 중에서 비등점이 중간인 프로판이 저장된 제2 LPG 저장탱크(110b)의 LPG 액화가스 순환라인(115)과, 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32) 사이의 LNG 액화가스 공급라인(21) 상에 마련될 수 있다.
제3 LNG/LPG 열교환기(130c)는, LPG 성분 중에서 비등점이 가장 높은 부탄이 저장된 제3 LPG 저장탱크(110c)의 LPG 액화가스 순환라인(115)과, 고압 펌프(32)와 히터(150) 사이의 LNG 액화가스 공급라인(21) 상에 마련될 수 있다.
상기한 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c) 각각은, LNG 저장탱크(10)로부터 LNG 액화가스 공급라인(21)을 통해 수요처(20)로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스와, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각으로부터 LPG 액화가스 순환라인(115)을 통해 다시 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각으로 회수되는 상대적으로 비등점이 높은 에탄, 프로판, 부탄 성분의 LPG 액화가스가 상호 열교환이 이루어짐으로써, 후술할 히터(150)를 거쳐 수요처(20)로 공급되는 LNG 액화가스는 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c) 각각에서 LPG 액화가스(에탄, 프로판, 부탄)의 온열에 의해 열을 얻어, 히터(150)에서 수요처(20)가 요구하는 온도로 가열할 때 열 에너지를 절감할 수 있게 하고, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각으로 회수되는 LPG 액화가스(에탄, 프로판, 부탄)는 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c) 각각에서 LNG 액화가스의 냉열을 얻어 과냉 상태가 됨으로써, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크(110a, 110b, 110c) 각각의 내부에서 LPG 증발가스의 생성이 근본적으로 억제될 수 있다.
상기에서는 비등점이 낮은 LPG 성분(예를 들어, 에탄)을 저장한 제1 LPG 저장탱크(110a)의 제1 LNG/LPG 열교환기(130a)가 LNG 액화가스 공급라인(21)의 상류에 위치되고, 비등점이 높은 LPG 성분(예를 들어, 부탄)을 저장한 제3 LPG 저장탱크(110c)의 제3 LNG/LPG 열교환기(130c)가 LNG 액화가스 공급라인(21)의 하류에 위치되는 것을 설명하였지만, 본 실시예에서는 이에 한정되지 않고, LPG 성분의 비등점에 상관없이 LNG 액화가스 공급라인(21) 어느 곳이든 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기(130a, 130b, 130c)를 설치할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, LPG 저장탱크(110, 110a, 110b, 110c)에 저장된 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스를 LNG 저장탱크(10)로부터 수요처(20)로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 LNG 액화가스와 열교환되도록 구성함으로써, LPG 저장탱크(110, 110a, 110b, 110c)에서 LPG 증발가스가 생성되는 것을 억제시킬 수 있어, LPG 증발가스의 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 LPG 저장탱크(110, 110a, 110b, 110c)의 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거할 수 있고, LPG 증발가스를 액화시키기 위한 액화장치를 별도로 설치할 필요가 없어, 액화장치 설치 및 설비 공수를 절감할 수 있고, 또한, LNG 저장탱크(10)로부터 수요처(20)로 공급되는 LNG 액화가스를 LPG 저장탱크(110, 110a, 110b, 110c)에 저장된 LPG 액화가스와 열교환되도록 구성함으로써, 수요처(20)의 연료로 사용될 LNG 액화가스가 기화 시에 필요한 열량을 LPG 액화가스로부터 용이하게 얻을 수 있어, 수요처(20)에 공급되는 LNG 연료 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
1, 2: 액화가스 처리 시스템 10: LNG 저장탱크
20: 수요처 21: LNG 액화가스 공급라인
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 110: LPG 저장탱크
110a, 110b, 110c: 제1, 제2, 제3 LPG 저장탱크
115: LPG 액화가스 순환라인 120: LPG 펌프
130: LNG/LPG 열교환기
130a, 130b, 130c: 제1, 제2, 제3 LNG/LPG 열교환기
140: 감압기 150: 히터

Claims (11)

  1. 제1 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 제1 액화가스 공급라인;
    제2 액화가스 저장탱크에 저장된 제2 액화가스를 과냉시켜 상기 제2 액화가스 저장탱크로 순환시키는 제2 액화가스 순환라인;
    상기 제1 액화가스 공급라인과 상기 제2 액화가스 순환라인 상에 마련되는 액화가스 열교환기; 및
    상기 액화가스 열교환기의 상류의 상기 제2 액화가스 순환라인에 설치되는 제2 액화가스 펌프를 포함하고,
    상기 제1 액화가스는 상기 제2 액화가스보다 비등점이 상대적으로 낮으며, 상기 제2 액화가스는 상기 액화가스 열교환기에서 상기 제1 액화가스의 냉열에 의해 과냉되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 열교환기의 하류의 상기 제2 액화가스 순환라인에는, 감압기가 설치되는 것을 더 포함하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 액화가스 저장탱크는, LNG 저장탱크이며,
    상기 제2 액화가스 저장탱크는, 적어도 하나 이상의 LPG 저장탱크이고,
    상기 제1 액화가스 공급라인은, LNG 액화가스 공급라인이며,
    상기 제2 액화가스 순환라인은, LPG 액화가스 순환라인이고,
    상기 액화가스 열교환기는, LNG/LPG 열교환기이며,
    상기 제2 액화가스 펌프는, LPG 펌프인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 LNG 저장탱크에는, 수요처까지 연결된 상기 LNG 액화가스 공급라인이 구비되고,
    상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 상기 LNG 액화가스를 가압하는 부스팅 펌프 및 고압 펌프; 및
    상기 수요처와 상기 고압 펌프 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 LPG 액화가스 순환라인은,
    일단부가 상기 LPG 저장탱크의 하부에 연결되고, 타단부가 상기 LPG 저장탱크의 상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 LNG/LPG 열교환기는,
    상기 LPG 액화가스 순환라인에서는, 상기 LPG 펌프와 상기 감압기 사이에 위치되고,
    상기 LNG 액화가스 공급라인에서는, 상기 LNG 저장탱크와 상기 부스팅 펌프 사이에 위치되거나, 상기 부스팅 펌프와 상기 고압 펌프 사이에 위치되거나, 상기 고압 펌프와 상기 히터 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 LNG/LPG 열교환기는,
    상기 LNG 저장탱크로부터 상기 LNG 액화가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 공급되는 상대적으로 비등점이 낮은 상기 LNG 액화가스와, 상기 LPG 저장탱크로부터 상기 LPG 액화가스 순환라인을 통해 다시 상기 LPG 저장탱크로 회수되는 상대적으로 비등점이 높은 LPG 액화가스를 상호 열교환시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 감압기는,
    상기 LPG 저장탱크로부터 배출된 LPG 액화가스가 상기 LPG 펌프와 상기 LNG/LPG 열교환기를 거쳐 상기 LPG 저장탱크로 회수되는 측의 상기 LPG 액화가스 순환라인에 설치되며, 상기 LPG 액화가스를 감압하여 상기 LPG 저장탱크로 회수되도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 LPG 저장탱크는, 제1 내지 제3 LPG 저장탱크이고,
    상기 제1 내지 제3 LPG 저장탱크 각각에는, 비등점이 다른 LPG 성분이 저장되고, 제1 내지 제3 LNG/LPG 열교환기가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 LNG/LPG 열교환기는, 상기 제1 LPG 저장탱크의 상기 LPG 액화가스 순환라인, 상기 LNG 저장탱크와 상기 부스팅 펌프 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되고,
    상기 제2 LNG/LPG 열교환기는, 상기 제2 LPG 저장탱크의 상기 LPG 액화가스 순환라인과, 상기 부스팅 펌프와 상기 고압 펌프 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되고,
    상기 제3 LNG/LPG 열교환기는, 상기 제3 LPG 저장탱크의 상기 LPG 액화가스 순환라인과, 상기 고압 펌프와 상기 히터 사이의 상기 LNG 액화가스 공급라인 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 비등점이 다른 LPG 성분은,
    1기압 하에서 비등점이 -89.0℃인 에탄, 1기압 하에서 비등점이 -42℃인 프로판, 1기압 하에서 비등점이 -0.5℃인 부탄인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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