KR20160071638A - 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템은 액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 제1저장탱크보다 높은 압력으로 액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 및 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스와 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제1열교환부;를 포함하며, 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스는 제1열교환부를 거쳐 제2저장탱크에 저장된다.

Description

재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템{RELIQUEFACTION SYSTEM, AND FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
셰일가스(Shale Gas) 및 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 ‘LNG’라 함) 등으로부터 추출된 에탄(Ethane)은 석유화학제품의 원료로 사용되며, 최근에는 그 경제성이 부각되고 있다. 1기압에서 에탄은 대략 ―88.6℃, LNG의 주요 구성 성분인 메탄은 대략 ―161.5℃의 끊는점을 갖는다. 이러한 에탄과 LNG는 액화된 상태로 선박에 의해 수송될 수 있다.
선박은 저장탱크로부터 공급받은 LNG 증발가스(BOG, Boil-Off Gas) 또는 LNG의 압력, 온도, 상태 등을 변환하여 엔진으로 공급하는 연료가스 공급시스템을 구비할 수 있다. 여기서, 선박은 둘 이상의 이종연료를 연료로서 사용하는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진과 같은 저압가스 분사엔진과 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압가스 분사엔진 등을 포함할 수 있다.
또, 선박에는 LNG 증발가스를 재액화하여 저장탱크에 재저장하는 재액화 설비가 마련될 수 있다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2012-0103421호(2012. 09. 19. 공개)는 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축기에서 압축한 후 재액화장치를 통해 액화시키고, 이를 고압펌프로 공급하거나 저장탱크에 저장하는 시스템을 제시한다.
그러나, 종래의 재액화장치는 작동과정에서 발생하는 열을 식히기 위해 냉각수의 공급이 필요하다. 이처럼 재액화장치의 냉각이 별도의 수단에 의해 이루어지기 때문에 에너지 손실이 크다.
또, 상술한 바와 같이 종래에는 LNG 증발가스를 엔진으로 공급하거나 재액화하여 저장하는 등에 대한 시스템 개발은 활발하게 이루어진 반면, 액화에탄을 저장 및 수송하는 선박에서 액화에탄 증발가스를 효과적으로 재액화할 수 있는 시스템은 미흡한 실정이다.
한국공개특허 제10-2012-0103421호(2012. 09. 19. 공개)
본 발명의 실시 예는 액화에탄을 운반하는 과정에서 발생하는 액화에탄 증발가스를 효과적으로 활용하고 이를 재액화시켜 저장탱크에 저장할 수 있는 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
또, 액화에탄 증발가스를 엔진의 연료가스로 공급할 수 있는 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 상기 제1저장탱크보다 높은 압력으로 액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 및 상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제1열교환부;를 포함하며, 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스는 상기 제1열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되는 재액화 시스템이 제공될 수 있다.
상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 엔진 쪽으로 공급되도록 하는 제1공급라인과, 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제2열교환부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스가 상기 제1열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스와 혼합되어 엔진 쪽으로 공급되도록, 상기 제1저장탱크와 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부 후단의 상기 제1공급라인을 연결하는 제3공급라인과, 상기 제2저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스가 상기 제2열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록, 상기 제1열교환부 전단의 상기 제2공급라인으로부터 분기되어 상기 제2열교환부와 상기 제2저장탱크를 연결하는 상기 제4공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1저장탱크 및 상기 제2저장탱크에 저장된 액화가스는 액화에탄일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 상기 제1저장탱크보다 높은 압력으로 액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제1열교환부; 및 상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제2열교환부;를 포함하며, 상기 제1열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스와 상기 제2열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스는 혼합되어 엔진 쪽으로 공급되는 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 엔진 쪽으로 공급되도록 하는 제1공급라인과, 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인과, 상기 제2열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스가 상기 제1열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스와 혼합되어 엔진 쪽으로 공급되도록, 상기 제1저장탱크와 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부 후단의 상기 제1공급라인을 연결하는 제3공급라인과, 상기 제2저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스가 상기 제2열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록, 상기 제1열교환부 전단의 상기 제2공급라인으로부터 분기되어 상기 제2열교환부와 상기 제2저장탱크를 연결하는 상기 제4공급라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템 및 연료가스 공급시스템은 액화에탄을 운반하는 과정에서 발생하는 액화에탄 증발가스를 효과적으로 활용하고 이를 재액화시켜 저장탱크에 저장할 수 있다.
또, 액화에탄 증발가스를 엔진의 연료가스로 공급할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재액화 시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 재액화 시스템(100)은 액화에탄을 운반하는 과정에서 발생하는 액화에탄 증발가스를 효과적으로 활용하고 이를 재액화시킬 수 있다. 재액화 시스템(100)은 액화에탄을 수송하는 선박에 설치될 수 있다.
또, 재액화 시스템(100)은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
이러한 재액화 시스템(100)은 제1저장탱크(110), 제2저장탱크(120), 제1열교환부(131), 및 제2열교환부(132)를 포함한다.
제1저장탱크(110)는 상압(대략 1.06bar)에서 액화에탄을 저장할 수 있으며, 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크를 포함할 수 있다. 제1저장탱크(110)에 저장된 액화에탄은 대략 ―89℃를 유지할 수 있다.
제1저장탱크(110)는 제1공급라인(L1)을 통해 액화에탄 증발가스를 제1열교환부(131) 쪽으로 보낸다. 제1공급라인(L1)은 제1저장탱크(110)로부터 공급받은 액화에탄 증발가스가 제1열교환부(131)를 거쳐 엔진(150) 쪽으로 공급되도록 한다.
제2저장탱크(120)는 제1저장탱크(110)보다 높은 압력(예컨대, 5bar)으로 액화에탄을 저장한다. 제2저장탱크(120)에 저장된 액화에탄은 제2저장탱크(120) 압력에 의해 대략 ―40℃를 유지할 수 있다.
제2저장탱크(120)는 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 압력식 C타입 탱크를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 압력식 탱크를 포함할 수 있다.
제2저장탱크(120)는 제2공급라인(L2)을 통해 액화에탄 증발가스를 제1열교환부(131)로 보낸다. 제2공급라인(L2)은 제2저장탱크(120)로부터 공급받은 액화에탄 증발가스가 제1열교환부(131)를 거쳐 제2저장탱크(120)에 저장되도록 한다.
제1열교환부(131)는 제1저장탱크(110)로부터 제1공급라인(L1)을 통해 공급받은 액화에탄 증발가스와 제2저장탱크(120)로부터 제2공급라인(L2)을 통해 공급받은 액화에탄 증발가스 간 열교환이 수행되도록 한다.
제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄 증발가스는 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스에 비해 온도가 상당히 낮으므로, 열교환 시 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스의 열에너지를 흡수한다. 그리고, 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스는 1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄 증발가스로 열에너지를 방출하여 액화된다. 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스는 제1열교환부(131)를 거쳐 액화되어, 제2공급라인(L2)을 통해 제2저장탱크(120)에 저장된다.
제2열교환부(132)는 제1저장탱크(110)로부터 제3공급라인(L3)을 통해 공급된 액화에탄과 제2저장탱크(120)로부터 제4공급라인(L4)을 통해 공급된 액화에탄 증발가스 간 열교환이 수행되도록 한다.
제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄은 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스에 비해 온도가 상당히 낮으므로, 열교환 시 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스의 열에너지를 흡수하여 기화된다. 그리고, 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스는 1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄으로 열에너지를 방출하여 액화된다. 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스는 제2열교환부(132)를 거쳐 액화되어, 제4공급라인(L4)을 통해 제2저장탱크(120)에 저장된다.
상술한 제3공급라인(L3)은 제1저장탱크(110)와 제2열교환부(132) 및 제1열교환부(131) 후단의 제1공급라인(L1)을 연결한다. 이는 제2열교환부(132)를 거친 제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄이 제1열교환부(131)를 거친 제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄 증발가스와 혼합되어 엔진(150) 쪽으로 공급되도록 하기 위함이다.
즉, 제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄 증발가스의 양이 엔진(150) 연료로서 부족한 경우, 밸브(V1~V4) 중 하나 이상의 개방에 의해 제1저장탱크(110)로부터 액화에탄이 추가로 공급될 수 있다.
제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄은 제2열교환부(132)를 거쳐 기화기(140)에 의해 기화된 후, 제1열교환부(131)를 거친 제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄 증발가스와 혼합될 수 있다. 다른 예에서 기화기(140)는 생략될 수 있다.
제4공급라인(L4)은 제2저장탱크(120)로부터 공급된 액화에탄 증발가스가 제2열교환부(132)를 거쳐 제2저장탱크(120)에 저장되도록, 제1열교환부(131) 전단의 제2공급라인(L2)으로부터 분기되어 제2열교환부(132)와 제2저장탱크(120)를 연결한다.
상술한 엔진(150)은 저압, 중압 또는 고압가스 분사엔진을 포함할 수 있다. 저압가스 분사엔진은 대략 5 내지 7bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진을 포함한다. 저압가스 분사엔진은 천연가스뿐 아니라 중유(HFO, Heavy Fuel Oil) 등을 연료로 이용할 수 있는 이중연료엔진일 수 있다. 중압가스 분사엔진은 대략 16 내지 45bar 정도의 연료가스를 이용한다. 고압가스 분사엔진은 대략 150 내지 300bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 ME-GI 엔진을 포함한다.
도시하지는 않았지만, 엔진(150)의 연료가스 공급조건에 맞게 유체의 온도, 압력, 상태 등을 조절하는 장치들이 처리부(145)에 포함될 수 있다. 유체는 제2열교환부(132)를 거친 제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄과 제1열교환부(131)를 거친 제1저장탱크(110)로부터 공급된 액화에탄 증발가스의 혼합물일 수 있다.
예컨대, 엔진(150)이 DFDE 엔진과 같은 저압가스 분사엔진일 경우, 유체를 기화시키는 기화기, 기화기를 거친 유체를 저압가스 분사엔진의 연료가스 공급압력으로 조절하는 압력밸브, 압력밸브를 거친 유체를 저압가스 분사엔진의 요구 온도에 맞게 온도를 보정하는 히터 등의 장치들이 처리부(145)에 포함될 수 있다.
엔진(150)이 중압가스 분사엔진인 경우, 유체의 압력을 조절하는 조절밸브, 히터 등의 장치들이 처리부(145)에 포함될 수 있다.
엔진(150)이 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진일 경우, 고압가스 분사엔진의 연료가스 공급압력에 따라 유체를 가압 송출하는 고압펌프와, 가압된 유체를 기화시키는 고압기화기 등과 같은 장치들이 처리부(145)에 포함될 수 있다.
상술한 실시 예에서는 액화에탄을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 액화석유가스, 액화프로판, 액화부탄 등이 액화에탄 대신 사용될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 제1저장탱크 120: 제2저장탱크
131,132: 열교환부 150: 엔진
L1: 제1공급라인 L2: 제2공급라인
L3: 제3공급라인 L4: 제4공급라인

Claims (7)

  1. 액화가스를 저장하는 제1저장탱크;
    상기 제1저장탱크보다 높은 압력으로 액화가스를 저장하는 제2저장탱크; 및
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제1열교환부;를 포함하며,
    상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스는 상기 제1열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되는 재액화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 엔진 쪽으로 공급되도록 하는 제1공급라인과,
    상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인을 더 포함하는 재액화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제2열교환부를 더 포함하는 재액화 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스가 상기 제1열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스와 혼합되어 엔진 쪽으로 공급되도록, 상기 제1저장탱크와 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부 후단의 상기 제1공급라인을 연결하는 제3공급라인과,
    상기 제2저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스가 상기 제2열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록, 상기 제1열교환부 전단의 상기 제2공급라인으로부터 분기되어 상기 제2열교환부와 상기 제2저장탱크를 연결하는 상기 제4공급라인을 더 포함하는 재액화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1저장탱크 및 상기 제2저장탱크에 저장된 액화가스는 액화에탄인 재액화 시스템.
  6. 액화가스를 저장하는 제1저장탱크;
    상기 제1저장탱크보다 높은 압력으로 액화가스를 저장하는 제2저장탱크;
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제1열교환부; 및
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스 간 열교환이 수행되도록 하는 제2열교환부;를 포함하며,
    상기 제1열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스와 상기 제2열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스는 혼합되어 엔진 쪽으로 공급되는 연료가스 공급시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 엔진 쪽으로 공급되도록 하는 제1공급라인과,
    상기 제2저장탱크로부터 공급받은 액화가스 증발가스가 상기 제1열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록 하는 제2공급라인과,
    상기 제2열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스가 상기 제1열교환부를 거친 상기 제1저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스와 혼합되어 엔진 쪽으로 공급되도록, 상기 제1저장탱크와 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부 후단의 상기 제1공급라인을 연결하는 제3공급라인과,
    상기 제2저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스가 상기 제2열교환부를 거쳐 상기 제2저장탱크에 저장되도록, 상기 제1열교환부 전단의 상기 제2공급라인으로부터 분기되어 상기 제2열교환부와 상기 제2저장탱크를 연결하는 상기 제4공급라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
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