KR20180124634A - 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템은 해상에 부유하는 액화가스 저장 재기화 설비 및 냉열발전 설비를 포함하고, 액화가스 저장 재기화 설비는 액화가스를 저장하는 저장탱크 및 액화가스를 재기화시키는 재기화기를 포함하고, 냉열발전 설비는 재기화기에서 기화된 가스를 팽창시키고 가스가 팽창하는 에너지를 이용하여 발전하는 가스 팽창기를 포함한다.

Description

액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템{Regasification and Cold heat recovery system}
본 발명은 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템에 관한 것이다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 약 섭씨 -162도의 초저온으로 냉각하여 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체이다. 액화천연가스는 액화천연가스 운반선에 의해 생산지로부터 수요처까지 원거리에 걸쳐 운반 및 하역된다. 하역된 액화천연가스는 육상 터미널에 설치된 액화천연가스 재기화 설비에 의해 재기화된 후 가정, 공업단지 등의 수요처로 공급된다.
이러한 재기화 설비가 설치된 육상 터미널은 천연가스 시장 및 수요가 안정적으로 형성되어 있는 곳에 건설하는 경우에는 경제적으로 유리할 수 있다. 그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 한정되어 있는 수요처의 경우에는 높은 설치비와 관리비로 인해 육상 터미널 건설이 비경제적이다.
이에 최근에는 해상에서 액화천연가스를 재기화하여 천연가스를 곧바로 수요처로 공급하기 위해 액화천연가스 운반선에 재기화 시스템을 설치한 액화천연가스 재기화 선박(LNG RV, LNG Regasification Vessel) 또는 부유식 액화천연가스 저장 및 재기화 설비(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 등이 개발되어 운용되고 있다.
이와 같은 재기화 시스템 또는 재기화 설비는 저장탱크 내부에 수용된 극저온의 액화천연가스를 해수(seawater)와 같은 열원과 열교환 함으로써 액화천연가스를 기화시킨다.
그런데, 액화천연가스의 재기화 과정에서 발생되는 냉열이 효율적으로 활용되지 않는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2008-0085284호(2008. 09. 24. 공개)
본 발명의 실시예는, 액화가스의 재기화에 발생하는 냉열을 효율적으로 활용할 수 있는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에 부유하는 액화가스 저장 재기화 설비 및 냉열발전 설비를 포함하고, 액화가스 저장 재기화 설비는 액화가스를 저장하는 저장탱크 및 액화가스를 재기화시키는 재기화기를 포함하고, 냉열발전 설비는 재기화기에서 기화된 가스를 팽창시키고 가스가 팽창하는 에너지를 이용하여 발전하는 가스 팽창기를 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템이 제공된다.
이때, 냉열발전 설비는 육상에 설치되고, 액화가스 저장 재기화 설비는 냉열발전 설비에 인접하여 접안될 수 있다.
또한, 냉열발전 설비는 선박에 설치되며, 선박은 부유하는 액화가스 저장 재기화 설비에 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 재기화기는 해수와 열교환 시켜서 액화가스를 재기화시킬 수 있다.
또한, 액화가스 저장 재기화 설비는 열매체 사이클 장치를 더 포함하고, 재기화기는 열매체와 액화가스를 열교환 시켜서 액화가스를 재기화시키며, 열매체 사이클 장치는 재기화기에서 액화된 열매체를 해수와 열교환 하여 기화시키는 열매체 기화기를 더 포함할 수 있다.
이 때, 액화가스 저장 재기화 설비는 재기화기 이후에 가스를 가열하는 제1 가스 가열기를 더 포함하고, 제1 가스 가열기는 열매체와 가스를 열교환 시킬 수 있다.
또한, 가스 팽창기 이후에 가스를 가열하는 제2 가스 가열기를 더 포함하고, 제2 가스 가열기는 해수와 가스를 열교환 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열매체를 이용하여 액화가스의 재기화에 발생하는 냉열을 효과적으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템을 설명하는 도면.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템은, 액화가스 저장 재기화 설비(A) 및 냉열발전 설비(B)를 포함한다. 액화가스 저장 재기화 설비(A)는 해상에 부유하는 설비이며, 냉열발전 설비(B)는 액화가스 저장 재기화 설비(A)와는 별도로 육상이나 선박에 설치된다.
예를 들어, 냉열발전 설비(B)는 육상에 설치되고, 부유식의 액화가스 저장 재기화 설비(A)는 냉열발전 설비(B)에 인접하여 접안되고 연결될 수 있다. 또한, 냉열발전 설비(B)는 선박에 설치되며, 선박은 부유하는 액화가스 저장 재기화 설비(A)에 인접하여 배치되고 서로 연결될 수 있다. 이에 따라, 액화가스 저장 재기화 설비(A)가 냉열발전에 필요한 장치를 구비하지 않아도 되므로 설비를 간략화 할 수 있다. 또한, 액화가스 저장 재기화 설비(A)와 냉열발전 설비(B)가 분리되고 필요에 따라 연결되므로, 운용에 유연성이 높아질 수 있다.
액화가스 저장 재기화 설비(A)는 해상에 부유하며, 액화가스를 저장하는 저장탱크(10) 및 액화가스를 재기화시키는 재기화기(20)를 포함한다. 예를 들어, 액화가스 저장 재기화 설비(A)는 부유식 액화천연가스 저장 및 재기화 설비(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit)일 수 있다.
구체적인 구성을 살펴보면, 액화가스 저장탱크(10)는, 내부가 단열상태로서 액화가스를 액체 상태로 유지시키며 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 액화 상태의 가스가 저장될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에는 저장된 액화가스를 이송하는 액화가스 펌프(15)가 연결될 수 있다. 도 1을 참조하면, 액화가스 저장탱크(10)와 재기화기(20) 사이에 설치된 액화가스 펌프(15)에 의해 액화가스는 재기화기(20)로 이송될 수 있다.
재기화기(20)는 열교환 기구로서, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급받은 액화가스를 재기화시킨다. 이 때, 재기화기(20)는 해수를 열원으로 하여, 액화가스와 해수와 열교환 시켜서 액화가스를 재기화시킬 수 있다.
또한, 재기화기(20)는 액화가스와 별도의 열매체와 열교환 시킬 수 있다. 이를 위해, 액화가스 저장 재기화 설비(A)는 열매체 사이클 장치(100)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 열매체는 재기화기(20)에 투입되기 이전에는 기체 상태이고, 재기화기(20)에서 액화가스로부터 냉열을 받아 액체 상태로 상변화 될 수 있다. 다시 말해, 재기화기(20)에서는 액화가스로부터 열매체로 냉열이 전달되면서, 냉열을 잃은 액화가스는 기화되고 반대로 냉열을 얻은 열매체는 응축될 수 있다.
이 때, 열매체는 기상 및 액상 간의 상 변화가 용이한 응축성 열매체일 수 있으며, 예를 들면, 프로판이 이용될 수 있다. 프로판은 원가 측면에서 입수가 용이하고, 기상과 액상 간 상 변화가 용이하다. 또한, 열매체는 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄 중 적어도 어느 하나를 혼합한 혼합 열매체일 수 있다.
열매체 사이클 장치(100)는 열매체 기화기(120)를 구비할 수 있다.
열매체 기화기(120)는 재기화기(20)에서 액화된 열매체를 기화시키는 역할을 한다. 도 1을 참조하면, 열매체를 기화시키기 위하여, 열매체 기화기(120)는 열원(125)과 열교환 시키는 열교환기일 수 있다. 예를 들어, 해수가 열매체를 기화시키는 열원(125)으로 이용될 수 있다. 한편, 열매체 기화기(120)는 열교환기 방식 이외에 다양한 형태의 가열기구를 포함할 수도 있다.
액화된 열매체를 수용하기 위하여, 열매체 사이클 장치(100)는 열매체 저장탱크(110)를 구비할 수 있다. 또한, 액상의 열매체를 열매체 기화기(120)에 이송할 수 있도록, 열매체 펌프(115)를 추가로 구비할 수 있다.
냉열발전 설비(B)는 액화가스 저장 재기화 설비(A)와는 별도로 설치되며, 냉열을 이용하여 발전시키는 가스 팽창기(30)를 포함한다.
가스 팽창기(30)는 재기화기(20)에서 기화된 가스를 팽창시키고, 가스가 팽창하는 에너지를 이용하여 발전한다. 예를 들어, 가스 팽창기(30)는 기화된 가스의 경로에 설치되는 터빈을 포함하고, 터빈에는 발전기(35)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 재기화기(20)에서 기화된 고압의 가스가 가스 팽창기(30)의 터빈을 돌리고 압력이 낮아질 수 있다. 즉, 액화가스의 냉열이 가스의 팽창하는 운동에너지 형태로 변환되고, 운동에너지는 다시 전기에너지로 변환되어, 냉열이 재활용될 수 있다.
이 때, 가스 팽창기(30) 이전에, 즉 재기화기(20) 이후에, 가스를 가열하는 제1 가스 가열기(32)가 액화가스 저장 재기화 설비(A)에 추가로 설치될 수 있다. 제1 가스 가열기(32)는 가스를 가열하여 가스 팽창기(30)에 투입이 적합한 상태로 만들 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1 가스 가열기(32)는 열매체와 가스를 열교환 시키는 열교환기일 수 있다. 열매체 펌프(115)를 통하여 공급된 열매체를 열매체 가열기(140)에서 소정의 온도로 가열하고, 가열된 열매체를 이용하여 다시 가스를 가열할 수 있다. 한편, 제1 가스 가열기(32)는 열교환기 방식 이외에 다양한 형태의 가열기구를 포함할 수도 있다.
또한, 가스 팽창기(30)의 후단에, 가스를 가열하는 제2 가스 가열기(40)를 추가로 설치될 수 있다. 제2 가스 가열기(40)는 가스를 수요처에 적합한 상태로 가열한다. 도 1을 참조하면, 제2 가스 가열기(40)는 열원(45)과 열교환 시키는 열교환기일 수 있다. 예를 들어, 해수가 가스를 가열하는 열원(45)으로 이용될 수 있다. 한편, 2 가스 가열기는 열교환기 방식 이외에 다양한 형태의 가열기구를 포함할 수도 있다.
상술한 실시예들에 따른 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템은, 액화가스의 재기화 과정에서 발생하는 냉열을 효율적으로 이용하게 함으로써, 설비의 운용비를 절감할 수 있게 한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
A: 액화가스 저장 재기화 설비
B: 냉열발전 설비
10: 액화가스 저장탱크
15: 액화가스 펌프
20: 재기화기
30: 가스 팽창기
32: 제1 가스 가열기
35, 135: 발전기
40: 제2 가스 가열기
45, 125: 열원
100: 열매체 사이클 장치
110: 열매체 저장탱크
115: 열매체 펌프
120: 열매체 기화기
140: 열매체 가열기

Claims (7)

  1. 해상에 부유하는 액화가스 저장 재기화 설비 및 냉열발전 설비를 포함하고,
    상기 액화가스 저장 재기화 설비는, 액화가스를 저장하는 저장탱크 및 상기 액화가스를 재기화시키는 재기화기를 포함하고,
    상기 냉열발전 설비는, 상기 재기화기에서 기화된 가스를 팽창시키고, 상기 가스가 팽창하는 에너지를 이용하여 발전하는 가스 팽창기를 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉열발전 설비는 육상에 설치되고,
    상기 액화가스 저장 재기화 설비는, 상기 냉열발전 설비에 인접하여 접안 되는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉열발전 설비는 선박에 설치되며,
    상기 선박은, 부유하는 상기 액화가스 저장 재기화 설비에 인접하여 배치되는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재기화기는, 해수와 열교환 시켜서 상기 액화가스를 재기화시키는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액화가스 저장 재기화 설비는, 열매체 사이클 장치를 더 포함하고,
    상기 재기화기는, 열매체와 액화가스를 열교환 시켜서, 상기 액화가스를 재기화시키며,
    상기 열매체 사이클 장치는, 상기 재기화기에서 액화된 상기 열매체를 해수와 열교환 하여 기화시키는 열매체 기화기를 더 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액화가스 저장 재기화 설비는, 상기 재기화기 이후에 상기 가스를 가열하는 제1 가스 가열기를 더 포함하고,
    상기 제1 가스 가열기는, 상기 열매체와 상기 가스를 열교환 시키는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 팽창기 이후에, 상기 가스를 가열하는 제2 가스 가열기를 더 포함하고,
    상기 제2 가스 가열기는, 해수와 상기 가스를 열교환 시키는 액화가스 재기화 및 냉열회수 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200115893A (ko) 2019-03-28 2020-10-08 삼성중공업 주식회사 선박의 액화가스 재기화 시스템
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