KR20150124532A

KR20150124532A - 다단 열교환기를 이용하여 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 액화천연가스 기화장치

Info

Publication number: KR20150124532A
Application number: KR1020140050864A
Authority: KR
Inventors: 손영석; 예상돈
Original assignee: 동의대학교 산학협력단
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-11-06
Also published as: KR102030197B1

Abstract

본 발명은, 저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스를 기화시키는 장치로서, 저장탱크(1)에서 공급되는 액화천연가스 및 증발가스가 혼합되는 혼합기(10)와; 혼합기(10)에서 승온된 액화천연가스를 압축하는 고압펌프(20)와; 고압펌프(20)에 의해 고압으로 압축된 액화천연가스를 공급받아 1차 가열하여 기화시키는 제1열교환기(30)와; 제1열교환기(30)에서 1차 가열되어 기화된 천연가스를 2차 가열하는 제2열교환기(40)와; 제2열교환기(50)에서 2차 가열된 천연가스를 3차 가열하여 송출하는 제3열교환기(50)와; 제1, 2열교환기(30, 40) 사이에 매개되어 제1열교환기(30)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 응축기(10)로 송출하는 제1배관(60)과; 제2, 3열교환기(40, 50) 사이에 매개되어 제2열교환기(40)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 내부발전기(7)로 송출하는 제2배관(70)을; 포함하여 이루어지는 액화천연가스의 기화장치를 제공한다.

Description

다단 열교환기를 이용하여 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 액화천연가스 기화장치{Liquefied Natural Gas gasification facility using multi-heatexchanger}

본 발명은 액화천연가스의 기화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도 구간별로 천연액화가스를 다단 가열하고 각 구간별로 가열된 천연가스 중의 일부를 회수하여 활용함으로써, 액화천연가스의 기화과정에서 손실되는 에너지를 최소화할 수 있는 장치에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 또는 LNG)는 석유를 시추할 때 나오는 천연가스를 고압에서 액화시켜 만든 연료이다. 이 액화천연가스는 부피는 기채 상태에서보다는 액체 상태에서 현저하게 작기 때문에, 액화시킨 상태로 운반하여 이용하는 것이 경제적이다. 이 때문에, 천연가스는 -160℃ 이하로 냉각시켜 액화시킨 다음 탱크에 저장하고, 이를 선박으로 운송하여 목적 항구 근처의 재기화 터미날(regasfication terminal)에서 가스로 전환시켜 육상의 저장기지, 가스터빈 또는 발전기 등과 같은 사용처로 공급된다.

도 2는 종래 액화천연가스를 기화시켜 공급하는 장치의 일례를 보여준다. 종래 액화천연가스의 기화장치는 공급펌프(3)가 장입된 저장탱크(1)와, 혼합기(2), 그리고 고압펌프(4)와 열교환기(6)로 이루어지며, 그 개략적인 작동구성은 다음과 같다.

먼저, 저장탱크(1)에 채워져 있는 액화천연가스에 장입된 공급펌프(3)가 액화천연가스를 혼합기(2)로 송출한다. 이때, 혼합기(2)에는 저장탱크(1)의 증발가스가 동시에 공급되는데, 이 증발가스는 저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스 중의 일부가 자연스럽게 증발하면서 저장탱크의 상부공간에 채워져 있던 가스이다. 이럴 경우, 혼합기(2)에서는 증발가스와 액화천연가스가 혼합된다.

이에 따라, 증발가스에 비해 상대적으로 낮은 온도의 액화천연가스는 증발가스로부터 열을 일부 흡수하여 승온된 상태에서 고압펌프(4)로 공급되며, 고압펌프(4)는 액화천연가스를 고압으로 압축하여 이를 열교환기(6)로 송출한다. 열교환기(6)는 고압으로 압축된 천연액화가스를 상온 상태로 가열하여 천연가스로 기화시킨 다음 이를 필요한 사용처로 송출하게 되는 것이다. 혼합기(2)에서 열을 빼앗긴 증발가스는 압력조절밸브를 거쳐 액화되면서 저장탱크(1)로 회수된다.

그런데, 종래 기화장치는 혼합기(2)의 압력유지를 위하여 열교환기(6)에서 상온 상태로 기화된 천연가스의 일부를 회수하는 방식을 사용하고 있는데, 이럴 경우 열교환기(6)에 투입되는 열 에너지 중의 일부는 혼합기의 압력을 유지하기 위해 소모되는 결과를 초래하게 된다. 더욱이, 열교환기(6)에서 생성되는 천연가스 중의 일부는 내부발전기(7)의 동력원으로 사용하고 있는데, 내부발전기(7)의 동력원은 굳이 일정 온도 이상으로 가열되지 않더라도 충분하다는 점에서 투입된 열 에너지의 상당수를 사용하지 못하는 단점이 있었다.

대한민국 공개특허 제2013-0127186호, 대한민국 등록특허 제1219365호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 액화천연가스를 기화시킴에 있어 투입되는 열 에너지를 보다 효과적으로 사용하여 낭비되는 열 에너지를 최소화할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스를 기화시키는 장치로서, 저장탱크(1)에서 공급되는 액화천연가스 및 증발가스가 혼합되는 혼합기(10)와; 혼합기(10)에서 승온된 액화천연가스를 압축하는 고압펌프(20)와; 고압펌프(20)에 의해 고압으로 압축된 액화천연가스를 공급받아 1차 가열하여 기화시키는 제1열교환기(30)와; 제1열교환기(30)에서 1차 가열되어 기화된 천연가스를 2차 가열하는 제2열교환기(40)와; 제2열교환기(50)에서 2차 가열된 천연가스를 3차 가열하여 송출하는 제3열교환기(50)와; 제1, 2열교환기(30, 40) 사이에 매개되어 제1열교환기(30)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 응축기(10)로 송출하는 제1배관(60)과; 제2, 3열교환기(40, 50) 사이에 매개되어 제2열교환기(40)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 내부발전기(7)로 송출하는 제2배관(70)을; 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

본 발명은 액화천연가스를 기화시킴에 있어 온도별로 다단으로 구획하여 가열하는 방식을 채택하고, 가열되어 기화된 천연가스의 일부를 회수하여 사용함에 있어서도 용도에 맞게 별도의 배관을 통해 추출하는 방식을 선택함으로써 투입되는 열 에너지를 최대한 활용하면서도 낭비되는 열 에너지를 최소한으로 줄일 수 있도록 해준다.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스의 기화장치에 대한 개략적인 구성도.
도 2는 종래 액화천연가스의 기화장치에 대한 개략적인 구성도.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스의 기화장치에 대한 개략적인 구성도로서, 본 발명은 혼합기(10)와, 고압펌프(20)와, 제1, 2, 3열교환기(30, 40, 50)와, 제1, 2배관(60, 70)을 포함하여 이루어지는 특징이 있다. 이하 이들 각 구성을 구체적으로 살펴본다.

혼합기(10)는 저장탱크(1)에 채워져 있는 액화천연가스와 증발가스가 혼합되는 부분이다. 액화천연가스는 저장탱크(1)에 장입되어 있는 공급펌프(3)에 의해 공급되며, 증발가스는 저장탱크(1)에 저장되어 있는 액화천연가스 중의 일부가 증발하여 저장탱크 상부 공간에 채워져 있던 가스가 공급된다. 증발가스는 압축기(5)에 매개되어 공급될 수 있다.

혼합기(10)에 액화천연가스와 증발가스가 공급되면, 그 혼합과정에서 상대적으로 높은 온도를 가지는 증발가스의 열은 액화천연가스로 자연스럽게 전달되고, 이에 따라 액화천연가스는 승온(乘溫)되며 증발가스는 강온(降溫)된다. 강온된 증발가스는 별도의 압력조절밸브를 통해 액화되면서 저장탱크(1)로 회수된다.

고압펌프(20)는 승온된 액화천연가스를 고압을 압축하는 수단이다. 압축은 사용처의 용도에 따라 달라질 수 있으나, 대략 60bar 내지 120bar 범위내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

제1, 2, 3열교환기(30, 40, 50) 각각은 액화천연가스를 기화시키는 수단으로서 각각에는 가열을 위한 히터가 내장된다. 제1열교환기(30)는 고압펌프(20)에서 공급되는 액화천연가스를 1차 가열하는 장치이며, 제2열교환기(40)는 1차 가열된 천연가스를 공급받아 2차 가열하는 장치이고, 제3열교환기(50)는 2차 가열된 천연가스를 공급받아 3차 가열하는 장치이다.

제3열교환기(50)를 통해 송출되는 천연가스는 육상의 저장기지, 가스터빈 또는 발전기 등과 같은 사용처로 공급된다. 각 열교환기별로 어느 정도의 온도까지 가열할지 여부는 임의 사항이나, 제3열교환기를 통해 송출되는 천연가스는 상온인 12℃ 내지 18℃ 범위내에서 유지되도록 각 열교환기의 가열범위를 구획하는 것이 바람직하다 할 것이다.

제1, 2배관(60, 70) 각각은 가열된 천연가스의 일부를 회수하기 위한 수단이다. 이중에서, 제1배관(60)은 제1, 2열교환기(30, 40) 사이에 매개되어 제1열교환기(30)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 응축기(10)로 송출한다. 제1배관(60)에 의해 회수되는 천연가스는 혼합기(10)의 압력을 유지하기 위하여 사용된다.

제2배관(70)은 제2, 3열교환기(40, 50) 사이에 매개되어 제2열교환기(40)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 내부발전기(7)로 송출한다. 제2배관(70)을 통해 회수되는 천연가스는 내부발전기(7)의 동력원으로 사용된다.

이처럼, 본 발명은 액화천연가스를 기화시킴에 있어, 열교환기를 온도별로 다단으로 구획하여 액화천연가스를 가열하고, 이에 부가하여 필요한 온도범위에 해당하는 천연가스 중의 일부를 회수하여 각 사용처로 공급함으로써 외부에서 투입되는 열에너지를 효과적으로 이용할 수 있을 뿐 아니라, 회수되는 천연가스에 의해 낭비될 수 있는 열에너지를 최소화할 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

1 : 저장탱크 3 : 공급펌프
7 : 내부발전기 10 : 혼합기
20 : 고압펌프 30 : 제1열교환기
40 : 제2열교환기 50 : 제3열교환기
60 : 제1배관 70 : 제2배관

Claims

저장탱크(1)에 저장된 액화천연가스를 기화시키는 장치로서,
저장탱크(1)에서 공급되는 액화천연가스 및 증발가스가 혼합되는 혼합기(10)와;
혼합기(10)에서 승온된 액화천연가스를 압축하는 고압펌프(20)와;
고압펌프(20)에 의해 고압으로 압축된 액화천연가스를 공급받아 1차 가열하여 기화시키는 제1열교환기(30)와;
제1열교환기(30)에서 1차 가열되어 기화된 천연가스를 2차 가열하는 제2열교환기(40)와;
제2열교환기(50)에서 2차 가열된 천연가스를 3차 가열하여 송출하는 제3열교환기(50)와;
제1, 2열교환기(30, 40) 사이에 매개되어 제1열교환기(30)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 응축기(10)로 송출하는 제1배관(60)과;
제2, 3열교환기(40, 50) 사이에 매개되어 제2열교환기(40)에서 송출되는 천연가스 중의 일부를 내부발전기(7)로 송출하는 제2배관(70)을;
포함하여 이루어지는 액화천연가스의 기화장치.