KR20170027101A - 증발 가스의 재액화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저장 탱크에서 증발된 증발가스로 이루어진 제1 스트림을 열교환기를 통과시킨 후에 압축시키는 제1 압축 단계와, 상기 제1 압축단계 이후에 압축된 상기 제1 스트림을 상기 열교환기로 다시 유입시켜 상기 열교환기로 유입되기 전의 제1 스트림을 이용하여 냉각시키는 제1 열교환 단계와, 상기 제1 열교환단계 이후에 상기 제1 스트림을 액상의 제2 스트림과 기상의 제3 스트림으로 분리하는 분리 단계와, 상기 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 상기 열교환기에서 승온 시키는 제2 열교환 단계와, 상기 제2 열교환 단계 후에 상기 제3 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계를 포함하는 증발 가스의 재액화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 증발가스를 재액화하기 위해 필요한 최소한으로 압력으로 증발가스를 제1차 압축하고, 분리 수단을 통해 분리된 기상의 증발가스를 고압으로 2차 압축하여 운송수단을 구동하는 구동수단에 공급함으로써 시스템 전체에서 압축기 소모동력을 최소화 시킬 수 있다.

Description

증발 가스의 재액화 방법 {Reliquefaction Method For Boiled-Off Gas}

본원 발명은 증발가스의 재액화 방법에 관한 것으로, 상세하게는 증발가스를 효율적으로 재액화 시킬 수 있는 증발 가스의 재액화 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG)는 천연가스를 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스상태 일 때보다 그 부피가 감소되어 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다. LNG 가스를 운반하는 LNG 운송수단은 액화가스를 싣고 운항하여 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장 탱크를 포함한다.천연가스의 액화 온도는 상압에서 약 -160℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -160℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운송 수단의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운송 수단의 LNG 저장 탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로 LNG 운송 수단에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장 탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.

LNG 선박과 같이 저장된 액체 혹은 BOG가 연료로 사용될 수 있다면 발생된 BOG를 선박의 연료로 사용할 수 있다. 발생된 BOG 보다 필요한 연료가 더 많다면 발생된 증발 가스를 전량 연료로 사용하고 부족한 연료는 저장된 액체를 추가적으로 사용하여 필요한 연료량을 만족시킬 수 있다. 하지만, 필요한 연료보다 증발가스가 더 많다면 발생된 증발가스의 일부를 다시 재액화시켜야 한다.

한편, 종래의 재액화 장치는 증발 가스가 압축기에 의해 고압으로 압축되어 연료로 사용되고, 연료로 사용되지 않는 나머지 증발가스는 열교환기를 통과하며 액화된 후 다시 저장 탱크로 회수된다.

그런데, 종래의 재액화 장치는 연료로 사용되지 않고 다시 저장 탱크로 회수되는 증발가스에 대해서도 모두 압축하여야 하기 때문에 압축기 소모동력이 과도하게 소요되는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점 중 적어도 일부를 해결하기 위해 제안된 것으로 본 발명은 일측면으로서, 증발가스의 재액화시 필요한 압축기 소모동력을 최소화시킬 수 있는 증발가스의 재액화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 증발가스를 연료로 운송수단에 공급하기 위해 필요한 압축기 소모동력을 최소화시킬 수 있는 증발가스의 재액화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 일측면으로서, 저장 탱크에서 증발된 증발가스로 이루어진 제1 스트림을 열교환기를 통과시킨 후에 압축시키는 제1 압축 단계과, 상기 제1 압축단계 이후에 압축된 상기 제1 스트림을 상기 열교환기로 다시 유입시켜 상기 열교환기로 유입되기 전의 제1 스트림을 이용하여 냉각시키는 제1 열교환 단계와, 상기 제1 열교환단계 이후에 상기 제1 스트림을 액상의 제2 스트림과 기상의 제3 스트림으로 분리하는 분리 단계와, 상기 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 상기 열교환기에서 승온 시키는 제2 열교환 단계와, 상기 제2 열교환 단계 후에 상기 제3 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계를 포함하는 증발 가스의 재액화 방법을 제공한다.

본 발명의 일측면으로써, 상기 제1 압축 단계에서 제1스트림이 압축되는 정도는 상기 제2 압축단계에서 제3 스트림이 압축되는 정도보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면으로써, 상기 제1 압축 단계는 상기 제1 스트림을 상기 분리 단계에서 액상으로 분리할 수 있는 압력까지 압축하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면으로써, 상기 분리 단계 후에 상기 제2 스트림은 저장 탱크로 복귀하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면으로써, 상기 제2 압축 단계 후에 상기 제3 스트림은 상기 저장 탱크를 운반하는 운반수단을 구동하는 연료로 공급되고, 상기 제2 열교환 단계에서는 상기 구동수단을 구동하는 연료로 사용하기 위한 압력까지 승압되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면으로써, 상기 구동수단을 구동하는 연료의 양을 증가시키기 위해, 상기 제1 압축 단계 이후의 제1 스트림은 일부가 분기되어 상기 제2 열교환 단계 이후의 제3 스트림에 혼입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면으로써, 상기 구동수단을 구동하는 연료의 양을 감소시키기 위해, 상기 분리 단계 이후의 제3 스트림은 일부가 분기되어 상기 제1 열교환단계 이전의 제1 스트림에 혼입되는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발가스를 재액화하기 위해 필요한 최소한으로 압력으로 증발가스를 제1차 압축하고, 분리 수단을 통해 분리된 기상의 증발가스를 고압으로 2차 압축하여 운송수단을 구동하는 구동수단에 공급함으로써 시스템 전체에서 압축기 소모동력을 최소화 시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 재액화 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 증발가스의 재액화 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 증발가스의 재액화 방법을 이해시키는데 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예에 의해 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술범위에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 의한 재액화 방법은, 저장 탱크에서 증발된 증발가스로 이루어진 제1 스트림을 열교환 영역을 통과시킨 후에 압축시키는 제1 압축 단계(S110)와, 상기 제1 압축 단계(S110) 이후에 압축된 상기 제1 스트림을 상기 열교환기(110)로 다시 유입시켜 상기 열교환기(110)로 유입되기 전의 제1 스트림을 이용하여 냉각시키는 제1 열교환 단계(S120)와, 상기 제1 열교환 단계(S120) 이후에 상기 제1 스트림을 액상의 제2 스트림과 기상의 제3 스트림으로 분리하는 분리 단계(S130)와, 상기 분리 단계(S130) 이후에 상기 제3 스트림을 상기 열교환기(110)에서 냉각시키는 제2 열교환 단계(S140)와, 상기 제2 열교환 단계(S140) 후에 상기 제3 스트림을 압축시키는 제2 열교환 단계(S140)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 상기 제1 압축 단계(S110)는 상기 저장 탱크에 수용된 증발가스로 이루어진 저장 탱크에서 열교환기(110)로 유입되는 제1 스트림이 제1 압축기(120)로 유입된 후 압축되는 단계이다. 상기 제1 스트림은 상기 제1 압축 단계(S110)에서 설정된 압력만큼 압축되고 다시 열교환기(110)로 유입된다.

여기에서, 상기 제1 압축 단계(S110)에서 설정된 압력은 제1 스트림 중 일부가 연료로 사용되기 위해 운송 수단을 구동하는 구동 수단(180)으로 유입되는 양을 제외하고, 상기 제1 스트림의 나머지가 상기 분리 단계(S130)에서 액체로 분리되기 위해 압축시 필요한 압력에 해당한다. 상기 제1 압축기(120)를 통과한 제1 스트림은 제1 냉각 수단(130)으로 유입되어 냉각된다. 여기서, 냉각 수단은 수랭식이나 공랭식의 냉각기(cooler) 일 수 있다. 상기 냉각 수단은 압축된 스트림을 냉각할 필요가 있을 때 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제1 열교환 단계(S120)는 상기 열교환기(110)로 유입되는 제1 스트림과, 상기 제1 압축기(120)를 통해 상기 제1 스트림이 압축된 후에 상기 열교환기(110)로 다시 유입되는 제1 스트림이 상기 열교환기(110) 내부에서 열교환하여 상기 열교환기(110)로 유입되는 제1 스트림이 냉각되는 단계이다.

즉, 상기 저장 탱크에서 유입되는 증발가스는 저온 상태이기 때문에, 상기 열교환기(110)에서 상기 제1 압축기(120)에서 압축되어 고온 상태로 상기 열교환기(110)에 유입되는 제1 스트림을 냉각시킨다.

그리고, 상기 분리 단계(S130)는 상기 열교환기(110)를 통과한 후에 분리수단으로 유입된 제1 스트림이 액상의 제2 스트림과 기상의 제3 스트림으로 분리되는 단계이다. 상기 여기서 분리 수단(160)은 통상의 기액 분리기(vapor-liquid separator)일 수 있다. 이때 스트림들은 기액 분리 시의 온도나 압력에 따라 조성과 양이 달라질 수 있다. 상기 분리 단계(S130)를 통해 재액화된 액상의 제2 스트림은 상기 저장 탱크로 복귀하여 저장된다.

그리고, 상기 분리 단계(S130) 이후의 상기 제2 열교환 단계(S140)는 상기 분리수단에서 기상으로 분리된 제3 스트림이 상기 열교환기(110)로 유입되어 상기 제1 스트림과 열교환을 통해 제3 스트림의 냉열이 회수되어 승온되는 단계이다.

그리고, 상기 제2 압축 단계(S150)는 상기 열교환기(110)에서 승온된 제3 스트림이 제2 압축기(140)로 유입되고, 상기 제2 압축기(140)에서는 상기 제3 스트림이 엔진과 같은 저장 탱크를 운반하는 운송수단을 구동하는 구동 수단(180)의 연료로 사용되는 압력까지 승압되는 단계이다. 이때, 상기 제2 압축기(140)를 통과한 제3 스트림은 냉각 수단(150)으로 유입되어 냉각될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 상기 제3 스트림이 압축되어 상기 구동 수단(180)의 연료로 사용될 때, 상기 구동 수단(180)에서 필요한 양보다 상기 제2 압축 단계(S150)에서 압축되어 상기 구동 수단(180)으로 공급되는 제3 스트림의 양이 적을 때, 상기 구동 수단(180)에 증발가스를 추가적으로 공급하기 위해, 상기 제1 압축 단계(S110) 이후의 제1 스트림은 일부가 분기되어 상기 제2 열교환 단계(S140) 이후의 제3 스트림에 혼입되도록 구비될 수 있다. 이 경우 제1 스트림의 유입양을 조절하기 위해 제1 스트림이 분기되어 제3 스트림에 혼입되는 경로에 개폐밸브(171)가 설치될 수 있다.

또한, 증발가스가 상기 구동 수단(180)에서 연료로 사용시 필요한 양보다 상기 구동 수단(180)으로 공급되는 제3 스트림의 양이 많을 때, 상기 분리 단계(S130) 이후의 제3 스트림은 일부가 분기되어 상기 제1 열교환 단계(S110) 이전의 제1 스트림에 혼입되도록 구비되어 상기 구동 수단(180)으로 유입되는 증발가스의 유입양을 줄일 수 있다. 이 경우 제3 스트림의 유출양을 조절하기 위해 제3 스트림이 분기되어 제1 스트림에 혼입되는 경로에 개폐밸브(172)가 설치될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시에에 의한 증발가스의 재액화 방법의 작용 효과에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 저장 탱크 내부에서 증발된 증발가스는 상기 제1 압축 단계(S110)에서 압축된 후 다시 열교환기(110)를 통과하면서 냉각된다. 냉각된 상기 제1 스트림은 상기 분리수단에 의해 액상의 제2 스트림과 기상의 제3 스트림으로 분리되고, 분리된 액상의 제2 스트림은 저장 탱크로 다시 복귀하여 저장된다. 기상의 제3 스트림은 상기 열교환기(110)를 통과하며 승온되며 상기 제2 열교환 단계(S140)에서 상기 구동 수단(180)의 연료로 사용될 수 있는 압력으로 압축되어 상기 구동 수단(180)으로 유입되고 상기 구동 수단(180)의 연료로 사용된다.

이와 같은, 본 발명의 일 실시예에 의한 증발가스의 재액화 방법은 증발가스를 상기 구동 수단(180)의 연료로 사용하는 증발가스의 양을 미리 설정하고, 나머지 양만을 재액화 하기 위한 최소한의 압력을 압축함으로써 구동 수단(180)을 연료로 사용하기 위해 증발가스 전체를 고압으로 압축시킨 후 연료로 사용되지 않는 양을 재액화 시키는 종래 시스템보다 시스템 전체에서 압축기의 소모 동력을 최소화시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

110: 열교환기 120: 제1 압축기
130: 제1 냉각수단 140: 제2 압축기
150: 제2 냉각수단 160: 분리 수단
170: 팽창밸브 171, 172: 개폐밸브
180: 구동 수단 T: 저장 탱크
S110: 제1 압축 단계 S120: 제1 열교환 단계
S130: 분리 단계 S140: 제2 열교환 단계
S150: 제2 압축 단계

Claims (7)

1. 저장 탱크에서 증발된 증발가스로 이루어진 제1 스트림을 열교환기를 통과시킨 후에 압축시키는 제1 압축 단계;
   상기 제1 압축단계 이후에 압축된 상기 제1 스트림을 상기 열교환기로 다시 유입시켜 상기 열교환기로 유입되기 전의 제1 스트림을 이용하여 냉각시키는 제1 열교환 단계;
   상기 제1 열교환단계 이후에 상기 제1 스트림을 액상의 제2 스트림과 기상의 제3 스트림으로 분리하는 분리 단계;
   상기 분리 단계 이후에 상기 제3 스트림을 상기 열교환기에서 승온시키는 제2 열교환 단계; 및
   상기 제2 열교환 단계 후에 상기 제3 스트림을 압축시키는 제2 압축 단계;를 포함하는 증발 가스의 재액화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 압축 단계에서 제1스트림이 압축되는 정도는 상기 제2 압축단계에서 제3 스트림이 압축되는 정도보다 작은 것을 특징으로 하는 증발 가스의 재액화 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 압축 단계는,
   상기 제1 스트림을 상기 분리 단계에서 액상으로 분리할 수 있는 압력까지 압축하는 것을 특징으로 하는 증발가스의 재액화 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 분리 단계 후에 상기 제2 스트림은 저장 탱크로 복귀하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 증발 가스의 재액화 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 압축 단계 후에 상기 제3 스트림은 상기 저장 탱크를 운반하는 운반수단을 구동하는 연료로 공급되고, 상기 제2 열교환 단계에서는 구동수단을 구동하는 연료로 사용하기 위한 압력까지 승압되는 것을 특징으로 하는 증발 가스의 재액화 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 구동수단을 구동하는 연료의 양을 증가시키기 위해, 상기 제1 압축 단계 이후의 제1 스트림은 일부가 분기되어 상기 제2 열교환 단계 이후의 제3 스트림에 혼입되는 것을 특징으로 하는 증발 가스의 재액화 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 구동수단을 구동하는 연료의 양을 감소시키기 위해, 상기 분리 단계 이후의 제3 스트림은 일부가 분기되어 상기 제1 열교환단계 이전의 제1 스트림에 혼입되는 것을 특징으로 하는 증발 가스의 재액화 방법.

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