KR20160142421A - 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부 및 제2압축부를 구비하고 제1압축부 및 제2압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인, 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인, 제1압축부를 통과한 증발가스의 일부를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기, 질소분리기에 의해 분리되어 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인 및 질소분리기에 의해 분리되어 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1압축부 후단으로 재공급하는 질소저감라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박용 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.
한편 천연가스는 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중에서 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다.
이로 인해 저장탱크 내부에서 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스는 상대적으로 끓는 점이 낮은 질소성분을 많이 함유하게 되고, 이는 증발가스의 재액화 효율을 저하시키는 원인이 되어 증발가스의 활용 및 처리에 영향을 미치게 된다.
이에 따라 증발가스에 함유되는 질소성분을 효과적으로 처리하여 증발가스의 재액화 효율을 향상시킴과 동시에, 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 발명의 실시 예는 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 증발가스에 함유된 질소성분을 효율적으로 이용 및 소모할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부 및 제2압축부를 구비하고 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인, 상기 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인, 상기 제1압축부를 통과한 증발가스의 일부를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기, 상기 질소분리기에 의해 분리되어 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인 및 상기 질소분리기에 의해 분리되어 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 상기 제1압축부 후단으로 재공급하는 질소저감라인을 포함하여 제공될 수 있다.
재액화라인은 상기 가압된 증발가스의 일부를 1차적으로 감압시키는 제1팽창밸브와, 상기 제1팽창밸브를 통과한 증발가스를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 2차적으로 감압시키는 제2팽창밸브와, 상기 제2팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 성분을 상기 제2엔진으로 공급하는 증발가스 순환라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 제1팽창밸브의 전단 또는 후단의 증발가스를 상기 증발가스 순환라인을 따라 이송되는 기체 성분과 열교환하는 열교환부를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 기액분리기에 의해 분리된 액체 성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 질소분리기는 멤브레인 필터를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 냉각부는 상기 제1팽창밸브를 통과한 증발가스를 상기 제1압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기로 이루어져 제공될 수 있다.
상기 제1농도의 질소성분은 상기 제2농도의 질소성분보다 고농도의 질소성분을 함유하도록 마련될 수 있다.
저장탱크의 증발가스를 1차 가압하는 제1압축부, 상기 제1압축부를 통과하여 1차 가압된 증발가스를 2차 가압하는 제2압축부, 상기 1차 가압된 증발가스의 일부를 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름과 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름으로 분리하는 질소분리기, 상기 저장탱크의 증발가스를 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 통과하여 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인, 상기 제2압축부를 통과하여 2차 가압된 증발가스의 일부를 재액화시키는 재액화라인, 상기 제1가스흐름을 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인 및 상기 제2가스흐름을 상기 제1압축부 후단으로 재공급하는 질소저감라인을 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 증발가스의 재액화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 증발가스의 함유된 질소성분을 효율적으로 이용 및 소모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 구비하고 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인(120), 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(160), 제1압축부(121)를 통과한 증발가스의 일부를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기(130), 질소분리기(130)에 의해 분리되어 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인(140), 질소분리기(130)에 의해 분리되어 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1연료가스 공급라인(120)의 제1압축부(121) 후단으로 재공급하는 질소저감라인(150)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시 예와 같이 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(140)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(160)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
엔진은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 엔진은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진으로 이루어질 수 있다. 일 예로 제1엔진은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2엔진은 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
제1연료가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 제1엔진에 연료가스로서 공급하거나, 재액화라인(160)으로 공급하여 가압된 증발가스의 일부를 재액화시키도록 마련될 수 있다. 제1연료가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 제1엔진으로 연결되며, 그 중단에는 후술하는 질소분리기(130) 및 재액화라인(160)이 분기되어 마련될 수 있다. 제1연료가스 공급라인(120)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)가 마련된다.
제1압축부(121)는 증발가스를 1차적으로 압축하는 컴프레서(121a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 포함할 수 있다. 제1압축부(121)는 제2엔진이 요구하는 연료가스의 압력 및 온도조건에 상응하는 수준으로 저장탱크의 증발가스를 가압할 수 있다.
제1압축부(121)는 후술하는 바와 같이, 제1압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부가 질소분리기(130)를 통과하면서 그 압력이 저하될 우려가 있으므로, 이를 감안하여 제2엔진이 요구하는 연료가스 압력조건보다 소정의 크기 더 높은 압력으로 증발가스를 가압하여 공급하도록 마련될 수 있다.
제1압축부(121)의 후단에는 제1압축부(121)를 통과하여 일부 가압된 증발가스를 2차적으로 가압하는 제2압축부(122)가 마련될 수 있다. 제2압축부(122)는 제1압축부(121)와 마찬가지로, 증발가스를 압축하는 컴프레서(122a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(122b)를 포함할 수 있다. 제2압축부(122)는 제1압축부(121)를 통과한 증발가스를 추가적으로 가압하여 제1엔진이 요구하는 압력 및 온도조건에 상응하는 수준으로 증발가스를 가압할 수 있다.
도 1에서는 제1압축부(121)가 3단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어지고, 제2압축부(122)가 2단의 컴프레서(122a) 및 쿨러(122b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 엔진의 요구 압력조건 및 온도에 따라 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)는 다양한 수의 컴프레서 및 쿨러로 이루어질 수 있다.
제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 전단에는 후술하는 재액화라인(160)의 냉각부(162)가 설치될 수 있다. 또한 제1압축부(121)의 후단과 제2압축부(122)의 전단 사이에는 제1압축부(121)를 통과한 증발가스의 일부를 질소분리기(130)로 공급하는 공급라인이 분기되고, 후술하는 질소저감라인(150)이 합류하도록 마련될 수 있으며, 제2압축부(122) 후단에는 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 통과하여 가압된 증발가스의 일부를 공급받도록 재액화라인(160)이 분기되어 마련될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
질소분리기(130)는 제1압축부(121)를 통과한 증발가스의 일부를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하도록 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 후단으로부터 분기되는 공급라인을 통해 증발가스의 일부를 공급받을 수 있다. 질소분리기(130)는 제1압축부(121)를 통과한 증발가스의 일부를 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름 및 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름으로 분류하여, 제1가스흐름을 제2연료가스 공급라인(140)으로 공급하여 제2엔진에 연료가스로 이용되도록 하고, 제2가스흐름은 후술하는 질소저감라인(150)을 통해 제1연료가스 공급라인(120)의 제1압축부(121) 후단으로 재공급하도록 마련된다.
본 실시 예에서 설명하는 제1농도의 질소성분 및 제2농도의 질소성분은 각각 고농도의 질소성분 및 저농도의 질소성분을 의미하는 것으로서, 제1농도의 질소성분은 제2농도의 질소성분과 비교하여 상대적으로 고농도의 질소성분을 가지며, 제2농도의 질소성분은 제1농도의 질소성분과 비교하여 상대적으로 저농도의 질소성분을 갖는다. 제1농도 및 제2농도는 특정 수치에 한정되는 것은 아니며 제1농도와 제2농도 간의 농도 차이에 따른 상대적인 의미로 이해되어야 할 것이다.
천연가스는 주성분인 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에서 자연적으로 기화하여 발생하는 자연증발가스는 끓는 점이 낮은 질소성분이 상대적으로 많이 기화되어 질소성분을 많이 함유하게 된다. 이러한 증발가스를 재액화하고자 하는 경우 질소성분은 끓는 점이 낮아 재액화가 매우 어려우므로, 증발가스의 질소성분의 농도가 증가할수록 재액화 효율이 떨어지게 된다.
이에 질소분리기(130)가 제1압축부(121)을 통과하여 가압된 증발가스의 일부에 함유된 질소성분을 분리하여, 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름은 연료가스의 질소성분의 함량에 비교적 크게 영향을 받지 않는 제2엔진에 연료가스로 공급하여 이용 및 소모하되, 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 질소저감라인(150)을 통해 재액화라인(160)이 분기되는 제1연료가스 공급라인(120) 측으로 재공급함으로써, 재액화라인(160)의 증발가스 재액화 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
질소분리기(130)는 멤브레인 필터로 이루어질 수 있다. 멤브레인 필터는 질소성분과의 친화도가 높은 물질을 구비하고, 가압된 증발가스가 그 압력에 의해 멤브레인 필터를 통과함으로써, 질소성분은 멤브레인 필터에 의해 걸러져 제2연료가스 공급라인(140)으로 공급되고, 메탄 등 질소 외의 성분은 그대로 통과하여 질소저감라인(150)으로 공급될 수 있다.
또한 도면에는 도시하지 않았으나, 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 후단으로부터 질소분리기(130)로 분기되는 지점에는 삼방밸브(미도시)가 마련되어, 제2엔진이 요구하는 연료가스의 공급량에 맞추어 질소분리기(130) 측으로 공급되는 증발가스의 공급량을 조절하도록 마련될 수 있다.
제2연료가스 공급라인(140)은 질소분리기(130)에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 제2엔진에 연료가스로서 공급하도록 마련된다. 이를 위해 제2연료가스 공급라인(140)은 입구 측 단부가 질소분리기(130)에 연결되고, 출구 측 단부가 제2엔진에 연결되어 마련될 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나, 잉여의 연료가스를 소비하도록 출구 측 단부가 분기되어 GCU(Gas Combustion Unit, 미도시)에 연결되도록 마련될 수 있다.
질소저감라인(150)은 질소분리기(130)에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 후단으로 재공급하도록 마련된다. 제1압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스의 일부가 질소분리기(130)에 의해 저농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름이 분리되고, 이를 질소저감라인(150)이 제1압축부(121) 후단으로 재공급하여, 제2압축부(122)로 공급되는 증발가스의 질소성분 함량을 저감시킬 수 있다.
재액화라인(160)은 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 순차적으로 통과하여 가압된 증발가스와 제1압축부(121), 질소분리기(130) 및 제2압축부(122)를 순차적으로 통과하여 질소성분의 함량이 저감된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키도록 마련된다. 재액화라인(160)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부는 전술한 바와 같이, 제2압축부(122) 전단에서 질소분리기(130)를 거쳐 증발가스의 질소성분의 함량이 저감된 상태이므로, 증발가스의 재액화 효율이 향상될 수 있다.
재액화라인(160)은 가압된 증발가스의 일부를 1차적으로 감압시키는 제1팽창밸브(161), 제1팽창밸브(161)를 통과한 증발가스를 냉각시키는 냉각부(162), 냉각부(162)를 통과한 증발가스를 2차적으로 감압시키는 제2팽창밸브(163), 제2팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체 성분 및 액체 성분으로 분리하는 기액분리기(164), 기액분리기(164)에서 분리된 기체 성분을 제2엔진으로 공급하는 증발가스 순환라인(165), 제1팽창밸브(161)의 전단 또는 후단의 증발가스를 증발가스 순환라인(165)을 따라 이송되는 기체 성분과 열교환하는 열교환부(166), 기액분리기(164)에 의해 분리된 액체 성분을 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인(167)을 포함할 수 있다.
제1팽창밸브(161)는 재액화라인(160)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 1차적으로 감압시키도록 마련된다. 제1팽창밸브(161)는 가압된 증발가스를 미리 감압시킨 후 냉각부(162)로 공급함으로써 재액화 효율을 증대시킬 수 있다. 일 예로 증발가스가 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)에 의해 약 300 bar 수준으로 가압된 경우, 제1팽창밸브(161)는 가압된 증발가스를 140 bar 내지 160 bar 이하로 감압시킨 후 냉각부(162)로 공급하여 재액화 효율을 높일 수 있다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)에 의해 증발가스가 가압되는 정도에 따라 제1팽창밸브(161)의 감압 정도는 다양하게 구현될 수 있다. 제1팽창밸브(161)는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으며, 다만 가압된 증발가스를 감압시킬 수 있다면 팽창기(Expander) 등 다양한 장치로 이루어질 수 있다.
냉각부(162)는 제1팽창밸브(161) 통과하여 1차적으로 감압된 증발가스를 냉각시키도록 마련된다. 냉각부(162)는 증발가스를 제1연료가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 제1압축부(121) 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기로 이루어질 수 있다. 가압된 증발가스는 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)에 의해 가압되어 온도 및 압력이 상승한 상태이므로, 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스와 열교환함으로써 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 냉각부(162)를 열교환기로 마련함으로써, 별도의 냉각장치 없이도 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있으므로, 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비가 단순화되어, 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
제2팽창밸브(163)는 냉각부(162)의 후단에 마련될 수 있다. 제2팽창밸브(163)는 냉각부(162)를 통과한 증발가스를 2차적으로 감압하여 증발가스의 재액화를 구현할 수 있다. 제2팽창밸브(163)는 제2엔진이 요구하는 요구하는 연료가스 압력조건에 상응하는 압력 수준으로 감압시킬 수 있다. 제2팽창밸브(163)는 일 예로 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 팽창기(Expander) 등 다양한 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
기액분리기(164)는 제2팽창밸브(163)를 통과하면서 냉각 및 감압되어 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되 액체 성분 및 기체 성분을 분리하도록 마련된다. 증발가스는 제2팽창밸브(163)를 통과 시 대부분 재액화가 이루어지기는 하나, 감압하는 과정에서 플래쉬 가스(Flash Gas)가 발생함으로써 기체 성분이 발생할 수 있다. 이에 따라 제1팽창밸브(161), 냉각부(162) 및 제2팽창밸브(163)를 순차적으로 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기액분리기(164)가 수용함과 동시에, 기체 성분 및 액체 성분으로 분리하여 재액화 공정의 신뢰성을 도모하고, 각 성분을 별도로 취급할 수 있다.
한편, 증발가스의 재액화를 위해 증발가스의 가압, 냉각 및 감압 시 기액분리기(164)에서 분리되는 플래쉬 가스 등의 기체 성분에는 끓는 점이 낮은 질소성분이 고농도로 함유된다. 고농도의 질소성분을 함유하는 기체 성분을 다시 연료가스 시스템(100) 내에서 순환시킬 경우, 증발가스의 재액화 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 순환되는 기체 성분에 의해 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)의 컴프레서(121a, 122a) 등에 불필요한 부하를 가하게 되거나 고사양의 컴프레서(121a, 122a) 설치가 요구되어 설비 운용의 비효율을 초래하는 문제점이 있다.
증발가스 순환라인(165)은 기액분리기(164)에서 분리되어 고농도의 질소성분을 함유하는 기체 성분을 제2엔진에 연료가스로 공급하도록 마련된다. 전술한 바와 같이, 제1팽창밸브(161), 냉각부(162) 및 제2팽창밸브(163)를 거쳐 냉각 및 가압된 증발가스가 감압하는 과정에서 발생하는 기체 성분에 상대적으로 고농도의 질소성분이 함유되는 바, 이 중 재액화 효율이 떨어지는 기체 성분을 증발가스 순환라인(165)을 통해 제2엔진에 연료가스로서 공급 및 이용함으로써, 연료가스의 효율적인 이용을 도모함과 동시에, 기액분리기(164)에 의해 분리되어 상대적으로 저농도의 질소성분을 함유하는 액체 성분의 재액화 효율을 증대시킬 수 있다.
제2팽창밸브(163)는 냉각부(162)를 통과한 증발가스를 제2엔진이 요구하는 압력조건에 상응하는 수준으로 감압하도록 마련되므로, 증발가스 순환라인(165)은 별도의 압축장치 없이도 기액분리기(164)에서 분리된 기체 성분을 곧바로 제2엔진에 연료가스로 공급할 수 있다.
증발가스 순환라인(165)은 재액화라인(160)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부와 증발가스 순환라인(165)을 따라 이송되는 기체 성분을 열교환하는 열교환부(166)를 구비할 수 있다. 증발가스 순환라인(154)을 따라 흐르는 고농도의 질소성분을 함유하는 기체 성분의 냉열을 이용하여 제1팽창밸브(161)의 전단 또는 후단을 따라 흐르는 가압된 증발가스의 냉각을 수행함과 동시에, 재액화라인(160)을 따라 흐르는 가압된 증발가스의 고온의 열을 공급받아 제2엔진이 요구하는 연료가스의 온도조건에 상응하는 수준으로 증발가스 순환라인(165)을 따라 흐르는 기체 성분의 온도를 승온시킬 수 있다. 도 1에서는 열교환부(166)가 재액화라인(160) 상의 제1팽창밸브(161) 전단의 가압된 증발가스와 증발가스 순환라인(165)의 기체 성분을 열교환하는 것으로 도시되어 있으나, 열교환부(166)는 재액화라인(160) 상의 제1팽창밸브(161) 후단에 마련되어, 제1팽창밸브(161)에 의해 1차적으로 감압된 증발가스를 냉각시키도록 마련되는 경우를 포함한다.
액화가스 회수라인(167)은 기액분리기(164)에 의해 분리된 액체 성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 기액분리기(164)와 저장탱크(110)를 연결하도록 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(167)은 그 입구 측 단부가 기액분리기(164)의 하측에 연통되어 마련되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연통되어 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(167)에는 저장탱크(110)로 회수되는 재액화된 액체 성분의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 질소분리기(130)를 이용하여 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 제2엔진에 연료가스로서 이용함과 동시에, 증발가스의 재액화 공정 시 감압하는 과정에서 발생하는 고농도의 질소성분을 함유하는 기체 성분을 증발가스 순환라인(165)을 이용하여 제2엔진에 연료가스로 이용함으로써, 연료가스 공급시스템(100) 내의 질소성분의 효율적인 소모 및 연료가스 시스템(100) 내의 총 질소 함량의 지속적인 저감을 통해 증발가스의 재액화 효율을 향상시키는 효과를 가진다.
이와 더불어, 질소분리기(130)에 의해 분리된 저농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1연료가스 공급라인(120)으로 재공급하여 재액화라인(160)을 통한 재액화 공정을 거치도록 함으로써, 증발가스의 재액화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있으며, 제2가스흐름을 분리하여 취급함으로써 제2압축부(121)의 설비를 효율적으로 구축할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 연료가스 공급시스템 110: 저장탱크
120: 제1연료가스 공급라인 121: 제1압축부
122: 제2압축부 130: 질소분리기
140: 제2연료가스 공급라인 150: 질소저감라인
160: 재액화라인 161: 제1팽창밸브
162: 냉각부 163: 제2팽창밸브
164: 기액분리기 165: 증발가스 순환라인
166: 열교환부 167: 액화가스 회수라인

Claims (8)

  1. 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부 및 제2압축부를 구비하고 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인;
    상기 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인;
    상기 제1압축부를 통과한 증발가스의 일부를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기;
    상기 질소분리기에 의해 분리되어 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인; 및
    상기 질소분리기에 의해 분리되어 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 상기 제1압축부 후단으로 재공급하는 질소저감라인을 포함하는 연료가스 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    재액화라인은
    상기 가압된 증발가스의 일부를 1차적으로 감압시키는 제1팽창밸브와, 상기 제1팽창밸브를 통과한 증발가스를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 2차적으로 감압시키는 제2팽창밸브와, 상기 제2팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 성분을 상기 제2엔진으로 공급하는 증발가스 순환라인을 포함하는 연료가스 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 제1팽창밸브의 전단 또는 후단의 증발가스를 상기 증발가스 순환라인을 따라 이송되는 기체 성분과 열교환하는 열교환부를 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 기액분리기에 의해 분리된 액체 성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 질소분리기는
    멤브레인 필터를 포함하는 연료가스 공급시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 냉각부는
    상기 제1팽창밸브를 통과한 증발가스를 상기 제1압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기로 이루어지는 연료가스 공급시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1농도의 질소성분은
    상기 제2농도의 질소성분보다 고농도의 질소성분을 함유하는 연료가스 공급시스템.
  8. 저장탱크의 증발가스를 1차 가압하는 제1압축부;
    상기 제1압축부를 통과하여 1차 가압된 증발가스를 2차 가압하는 제2압축부;
    상기 1차 가압된 증발가스의 일부를 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름과 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름으로 분리하는 질소분리기;
    상기 저장탱크의 증발가스를 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 통과하여 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인;
    상기 제2압축부를 통과하여 2차 가압된 증발가스의 일부를 재액화시키는 재액화라인;
    상기 제1가스흐름을 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인; 및
    상기 제2가스흐름을 상기 제1압축부 후단으로 재공급하는 질소저감라인을 포함하는 연료가스 공급시스템.
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