KR20190142774A - 보일-오프 가스를 냉각하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

액화 가스 탱크(liquefied gas tank)로부터 BOG(boil-off gas) 스트림(stream)을 냉각하는 방법으로서, 적어도, 열 교환기에서 BOG 스트림을 제1 냉매와 열 교환하는 단계를 포함하며, 열 교환기는 진입 포트 및 보다 따뜻한 출구 포트를 가지며, 그리고 이 방법은, 적어도, (a) BOG 스트림과 열을 교환하여 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 제공하기 위해, 열 교환기의 진입 포트로 그리고 열 교환기의 제1 영역으로 제1 냉매를 지나게 하는 단계; (b) 진입 포트와 보다 따뜻한 출구 포트 사이에 중간 출구에서 열 교환기로부터 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 빼내는 단계; (c) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 오일-함유 냉매 스트림과 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 혼합하는 단계; (d) 제1 영역보다 더 따뜻한 열 교환기의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 열 교환기로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계; (e) 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 열 교환기 밖으로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함한다. 본 발명은, 특히 냉매 시스템에서 비용 효율적 오일-주입식 스크류 압축기를 허용하는 BOG 냉각 및 LNG 재액화를 위한 냉매 사이클의 수정이다. 본 발명은 또한, 제1 냉매 스트림 및 오일-함유 냉매 스트림의 상이한 유동들 또는 유량들의 가능성을 수용할 수 있어, 오일-함유 냉매 스트림의 유동 또는 유량의 변경에 의해 유발되는 열 교환기의 가능한 오일 동결 및 막힘에 대해 공정의 사용자에 의해 염려가 감소되거나 없다.

Description

보일-오프 가스를 냉각하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은, SMR(single mixed refrigerant)과 같은 냉매를 사용하여 예컨대 부유 선박(floating vessel) 상에서 화물 탱크(cargo tank)와 같은 액화 가스 탱크(liquefied gas tank)로부터 BOG(boil-off gas) 스트림(stream)을 냉각하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 이것은, 배타적이지는 않지만, 부유 LNG 저장 탱크로부터 BOG를 냉각하기 위한 방법이다.
플레이트-핀 열 교환기들(plate-fin heat exchangers)과 같은 멀티스트림(multistream) 열 교환기들을 갖는 극저온 적용들에서, 공통적인 특징은 교환기에서 내부 스트림과 합치기 위해 교환기로 사이드스트림(sidestream)을 주입하는 것이다. 그 후, 조합된 스트림은 합치기 전에 원래 내부 스트림의 방향을 따라 계속된다.
이의 하나의 가능한 적용은 LNG 보일-오프 가스를 재액화하기 위해 혼합된-냉매 사이클을 사용하는 경우이다. 전통적으로, 화물(통상적으로 LNG 캐리어(carriers))로써 LNG를 운반하는 화물선들(board ships) 상의 LNG(liquefied natural gas) 저장 탱크들로부터의 보일-오프 가스는 선박에 동력을 제공하기 위해 선박 엔진들에서 사용되고 있다. 임의의 과도한 BOG가 그 후 '폐가스(waste gas)'로 고려되고, 그리고 통상적으로 BOG가 연소에 의해 처리되는 GCU(gas combustion unit)로 보내진다.
그러나, 선박 엔진들은 점차 더 효율적으로 되어서, 적은 BOG가 엔진들을 위해 요구된다. 이는, 더 많은 비율의 BOG가 폐가스로써 GCU로 보내진다는 것을 의미한다. 가스를 재액화하고 가스를 화물 탱크들로 복귀시킴으로써 가스의 이러한 손실을 감소시키는 것은 경제적으로 매력적인 것이 되고 있다.
LNG의 BOG를 재액화하는 표준 방법은 혼합된 냉매 재순환 시스템에서 SMR(single mixed refrigerant) 사이클, 및 오일-주입식 스크류 압축기(oil-injected screw compressor)를 사용한다. 오일-주입식 스크류 압축기들은 산업에서 잘 판명되어 있고 그리고 비용-효율적이어서, 그 사용이 가능한 경우에 바람직하다. 그러나, 오일-주입식 스크류 압축기들 또한, 압축 동안 SMR로의 특정한 정도의 오일 ‘캐리오버(carryover)’를 가지며, 그리고 LNG 열 교환기에서 요구되는 가장 낮은 온도들에 대한 캐리오버 오일의 노출은 오일을 응고시킬 것이고 그리고 LNG 교환기를 봉쇄하여(block up), 감소된 성능 및 궁극적으로 시스템 고장으로 이어진다.
이렇게 함으로써, 후-압축 SMR은, 주요 냉각 스트림으로써 사용하기 전에, ‘오일-응고(oil-solidification)’ 온도 미만인 온도로 팽창될 수 있는 충분히 ‘오일 없는(oil-free)’ 스트림을 제공하기 위해 적어도 하나의 오일/가스 분리 단계를 겪어야 한다.
오일-주입식 스크류 압축기에 의한 종래의 SMR 사이클이 첨부된 도 1에서 도시된다. 화물 탱크들로부터의 보일-오프 가스는 압축기(미도시)에서 압축되고, 그리고 파이프라인(pipeline)(20)을 통해 냉각을 위해 보내진다. 압축된 보일-오프 가스는 용이하게 이용가능한 주변 냉각 매체(예컨대, 해수, 담수(freshwater), 엔진 룸 냉각수, 공기)를 사용하여 애프터쿨러(aftercooler)(14)에서 우선적으로 냉각되며, 그 후 이 압축된 보일-오프 가스는 열 교환기(12)에서 추가적으로 냉각된다. 이러한 사전 냉각된 BOG는 멀티-스트림(즉, 단지 2개보다 더 많은 스트림들) 열 교환기(7)(통상적으로, 브레이징된 알루미늄 플레이트-핀(brazed aluminium plate-fin) 열 교환기)로 보내지며, 여기서 이 BOG는 SMR 재순환 시스템을 사용하여 냉각되고 응축된다.
열 교환기(12)는 파이프라인(32)을 통해 공급되고 그리고 별도의 냉매 캐스케이드(cascade)(13)로부터 제공되는 냉매(통상적으로 프로판)를 사용한다.
SMR 재순환 시스템에서, 냉매 수용기(1)로부터 혼합된 냉매 가스는 파이프라인(22)을 통해 오일-주입식 스크류 압축기(2)로 유동한다. SMR 가스는 파이프라인(23)으로 압축되며, 그 후 SMR 가스는 오일 분리기(3)에 진입하며, 이 오일 분리기에서, 대부분의 오일이 (중력 및/또는 여과에 의해) 오일-기반 스트림(25)으로써 제거되고, 그리고 오일 펌프(4)에 의해 펌핑되고, 오일 냉각기(5)에 의해 냉각되며, 그리고 최종적으로 압축기(2)로 재주입된다.
오일 분리기(3)로부터의 가스는 파이프라인(24)으로 보내진다. 이러한 파이프라인에서의 가스는 대부분 오일이 없지만, 작은 비율(중량 백만분율(parts per million by weight) 아래까지)의 오일을 포함한다. 파이프라인(24)에서의 가스는 용이하게 이용가능한 냉각 매체(예컨대, 해수, 담수, 엔진 룸 냉각수, 공기)를 사용하는 애프터쿨러(6)로 보내진다.
애프터쿨러(6) 하류에서, 냉매 가스의 응축이 응축기(11)에서 차가운 외부 냉매(통상적으로 프로판)에 대한 열 교환을 사용하여 수행된다. 이러한 외부 냉매의 차가운 온도들은 외부 냉매 캐스케이드(13)에서 생성된다. 파이프라인(24)에서의 냉매는 응축기(11)를 통과한 후에 적어도 부분적으로 응축되며, 그 후, 이 냉매는 기상 및 액상을 제공하기 위해 증기-액체 분리기(8)에 진입한다. 응축기(11)에서의 응축 및 (선택적으로, 일체형 또는 별도형 필터를 가지는) 분리기(8)에서의 (일반적으로 중력 및 선택적으로 여과에 의한) 분리의 중요한 특징은 분리기(3) 후에 캐리 오버되는(carried over) 오일이 이제 효과적으로 모두 액상이며, 파이프 라인(29)으로 나가며, 파이프라인(26)에 본질적으로 오일 없는 증기를 남겨둔다.
파이프라인(29)에서 ‘액체 및 오일’ 또는 오일-함유 냉매는 플래시 밸브(flash valve)(9)에 의해 감소되는 그 압력을 가지며, 부분적인 증발 및 온도 감소로 이어진다. 이러한 온도는 오일의 응고(왁싱(waxing) 또는 동결(freezing))를 유발시키기에 충분히 낮지 않다. 그 후, 부분적으로 증발되는 냉매 액체 및 오일 스트림(42)은 멀티-스트림 교환기(7)로 보내질 수 있으며, 여기서 이 냉매 액체 및 오일이 완전히 증발되며, 이에 의해 교환기(7)에서 고온 스트림들에 부분적인 냉각을 제공한다. 반면, 파이프라인(26)에서의 오일 없는 냉매 증기는 교환기(7)로 보내지며, 여기서 이 오일 없는 냉매 증기는 실질적으로 냉각된다. 이 오일 없는 냉매 증기가 교환기(7)를 떠나고, 파이프라인(27)에서 완전히 또는 부분적으로 응축되며, 그 후, 그 압력은, 교환기(7)에서 요구되는 냉각을 달성하기 위해 SMR 재순환 시스템에서 파이프라인(34)으로 스로틀링 밸브(throttling valve)(10)에 의해 그 가장 낮은 온도로 감소된다. 이는 교환기(7)를 위한 주요 차가운 스트림을 제공한다. 이는, 파이프라인(34)에서의 냉매의 온도가 파이프 라인(27) 이전에 교환기(11) 및 분리기(8)를 사용하여 가능한 한 많은 오일을 제거하는 것이 필요한 오일의 응고 온도 미만일 것이기 때문이다.
파이프라인(34)에서의 차가운 냉매는 교환기(7)로 보내지며, 여기서 이 차가운 냉매는 증발하며, 고온 스트림들을 냉각시킨다. 이 냉매는 부분적으로 증발된 액체 및 오일 스트림(42)과 합치며, 그리고 조합된 냉매 스트림(44)은 냉매 수용기(1)에 재진입하기 위해 파이프라인(28)을 통해 증기로써 교환기(7)를 떠난다.
대체로, 도 1에서 도시되는 종래의 SMR 사이클에서 재액화 공정을 위한 냉각 듀티(duty)는 SMR 재순환 시스템 및 외부 냉매 캐스케이드(13) 양자 모두에 의해 제공된다.
하나의 잠재적인 문제는, 파이프라인(34)으로부터 상방으로 지나는 냉매와의 분리기(8)로부터의 오일 스트림(42) 및 부분적으로 증발된 냉매 액체의 교환기(7)에서의 합침이다. 액체 및 오일 스트림(42)은 자연스럽게, 파이프라인들(26 및 34)에서의 스트림과 비교하여 오일의 보다 높은, 통상적으로 매우 더 높은 양을 가지며, 이는, 이 액체 및 오일 스트림(42)이 동결되었다면, 교환기(7)에서 막힘을 신속하게 유발시킬 것이다. 그러므로, 이러한 스트림들의 합침은 오일의 응축 온도 초과인 교환기(7)의 충분히 따뜻한 부분에서 발생하도록 설계된다.
반면, 파이프라인(34)으로부터 상방으로 지나는 냉매는 (온도 및/또는 증기 부분에서의 증가를 초래하는 교환기(7)에서의 다양한 보다 고온 스트림들에 의해) 교환기(7)를 통해 가열되어서, 조합된 스트림(44)에 함유된 오일이 상방으로 그리고 교환기(7) 밖으로 운반되는 것을 보장하기 위해, 합병의 지점에서 교환기(7)에서 충분한 상방 속도를 가져야 한다.
그러나, 열 교환기(7)가 (예를 들어, 파트-로드(part-load)에서 작동되는 것, 또는 외부 공정 방해, 또는 셧 다운(shut down)되는 것으로 인해) 설계 조건들에서 작동하고 있지 않다면, 열 교환기(7)에서 여전히 있는 조합된 스트림(44)의 속도가 부분적으로 증발된 냉매 액체 및 오일 스트림(42)에 도입되는 오일 입자들의 종말 속도보다 더 낮을 것인 것이 가능하다. 이는, 오일 입자들이 합병의 지점 아래로 열 교환기(7)의 보다 차가운 부분을 향해 떨어지는 것을 유발시키며, 여기서 이 오일 입자들은 교환기(7)를 동결시키고 그리고 신속하게 막을 것이다.
본 발명에 대한 목적은 BOG 스트림의 냉각 동안 이러한 오일-함유 스트림들을 합치는 개선된 공정 및 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에 따라, 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법이 제공되며, 이 방법은 적어도 열 교환기에서 BOG 스트림을 제1 냉매와 열 교환하는 단계를 포함하며, 열 교환기는 진입 포트 및 보다 따뜻한 출구 포트를 가지며, 그리고 이 방법은 적어도,
(a) BOG 스트림과 열을 교환하여 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 제공하기 위해, 열 교환기의 진입 포트로 그리고 열 교환기의 제1 영역으로 제1 냉매를 지나게 하는 단계;
(b) 진입 포트와 보다 따뜻한 출구 포트 사이에 중간 출구에서 열 교환기로부터 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 빼내는 단계;
(c) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 오일-함유 냉매 스트림과 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 혼합하는 단계;
(d) 제1 영역보다 더 따뜻한 열 교환기의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 열 교환기로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계;
(e) 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 열 교환기 밖으로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함한다.
액화 가스 탱크들은 당 분야에 주지되어 있다. 액화 가스 캐리어들, 바지선들(barges) 및 수송 선박들을 포함하는 다른 선박들 상의 탱크를 포함하는 모든 액화 가스 탱크들은 공지된 이유들로 보일-오프 가스를 생성하거나 방출한다. 액화 가스들은 다양한 석유 또는 석유화학 가스들과 같이 0℃ 미만, 통상적으로 적어도 40℃ 미만의 정상 비등점들을 (1 기압에서) 가지며 그리고 -160℃ 미만의 정상 비등점을 가지는 LNG(liquefied natural gas)를 포함하는 것들을 포함할 수 있다.
선택적으로, BOG는 부유 선박(floating vessel)에서의 액화 화물 탱크, 선택적으로 LNG 화물 탱크로부터 나온다.
많은 시스템, 장치 및 공정들은, 다양한 단일의, 혼합된 그리고 다수의 냉매들을 사용하여, 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하기 위해, 보통으로 BOG의 재액화를 위해 공지되며, 이는, 통상적으로, 공간 등과 같은 다른 제한들을 통상적으로 갖는 요구되는 에너지 입력을 최소화하기 위해, 하나 이상의 회로들, 열 교환기들 및 냉각 공정들의 다른 변경들을 수반할 수 있다. 당업자는 이러한 많은 시스템들을 알고 있다.
이러한 많은 시스템들은 적어도 하나의 냉매 압축기를 수반하며, 종종 윤활제를 수반한다. 일반적인 윤활제는 오일이다. 오일-주입식 스크류 압축기들은 산업에서 잘 판명되어 있고 그리고 비용-효율적이어서, 그 사용이 가능한 경우에 바람직하다. 그러나, 오일-주입식 스크류 압축기들 또한, 압축 동안 냉매로의 특정한 정도의 오일 ‘캐리오버(carryover)’를 가지며, 일부 열 교환기들에서 요구되는 가장 낮은 온도들에 대한 캐리오버 오일의 노출은 오일을 응고시킬 것이고 그리고 열 교환기를 봉쇄하여, 감소된 성능 및 궁극적으로 시스템 고장으로 이어진다.
본원에 사용되는 바와 같은 용어 “오일-함유 스트림”은 오일-주입 스크류 압축기를 통과한 냉매 스트림에서 오일을 가지는 스트림을 포함한다. 이러한 오일은 통상적으로 전체적으로 또는 실질적으로 압축기 윤활유이다. 본원에 사용되는 바와 같은 용어 “오일-기반 스트림”은, 냉매 스트림, 예를 들어, 오일-주입식 스크류 압축기를 통과한 냉매 스트림으로부터의 액체 분리된 스트림에서 보다 큰, 일반적으로 상당한 양의 오일을 가지는 스트림에 관한 것이다. 용어 “오일-함유 스트림”은 통상적으로, 오일-기반 스트림보다 그 안에 더 적은 오일을 가지는 스트림으로 지칭하는 데 본원에서 사용된다.
본 발명의 열 교환기는 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림의 요구되는 냉각을 실시하는 데 요구되는 단지 열 교환기일 수 있거나, 다수의 열 교환기 유닛들을 포함하는 보다 크거나 보다 광범위한 액화 열 교환기 시스템의 부품일 수 있다. “액화 열 교환기 시스템”에 대해 본원에서의 임의의 참조는, 이러한 액화 열 교환기 시스템이 본 발명의 열 교환기를 포함하는 것을 암시한다.
BOG를 재액화하는 하나의 방법은 혼합된 냉매 재순환 시스템에서 SMR 사이클, 및 오일-주입식 스크류 압축기를 사용한다. SMR은, 선택적으로 펜탄과 같은 하나 이상의 다른 가능한 냉매들과의 하나 이상의 탄화수소들, 특히 보통, 메탄, 에탄 및 프로판, 그리고 가능하게는 또한 적어도 부탄, 및 질소의 혼합물을 일반적으로 포함하는 다양한 냉매들을 지칭하는 데 사용되는 당 분야의 용어이다. 특정한 SMR을 형성하기 위한 다양한 조성들 및 그 비율들이 공지되어 있고, 그리고 본원에서는 더 설명되지 않는다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 냉매는 SMR 또는 SMR의 일부분이다.
SMR은 SMR 재순환 시스템에서 제공될 수 있으며, 이 SMR 재순환 시스템은 적어도,
(a) 후-압축 SMR 스트림을 제공하기 위해 적어도 하나의 오일-주입식 스크류 압축기를 사용하여 SMR을 압축하는 단계;
(b) 오일-기반 스트림 및 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 후-압축 SMR 스트림을 분리하는 단계;
(c) 응축된 SMR 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기로 제1 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계; 및
(d) BOG 스트림에 대한 열 교환을 위해 액화 열 교환기 시스템을 통과하도록 팽창된 가장 낮은 온도의 SMR 스트림을 제공하기 위해 응축된 SMR 스트림을 팽창시키는 단계를 포함한다.
본원에서 규정된 바와 같이 스트림들 중 하나 이상을 분리하는 것이 임의의 적합한 분리기(많은 적합한 분리기들은 당 분야에서 공지되어 있음)에서 실행될 수 있으며, 그리고 이 분리기들은 적어도 하나의 기체 스트림, 통상적으로 분리기의 상부 부분에서 또는 상부 부분에 가깝게 있는 이용가능한 더 가벼운 스트림, 및 통상적으로 분리기의 하부 단부에 있는 이용가능한, 적어도 하나의 액상을 포함하는 더 무거운 스트림을 제공하는 것으로 일반적으로 의도된다.
스트림의 팽창은, 일반적으로 밸브들 등을 포함하는, 하나 이상의 적합한 팽창 디바이스들을 통해 가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 “주변 냉각(ambient cooling)”은 주변 온도에서 보통 제공되는 주변 냉각 매체의 사용에 관한 것이다. 이는 해수, 담수, 엔진 룸 냉각수, 및 공기, 그리고 이의 임의의 조합을 포함하며, 이들은 통상적으로 스트림에 주변 냉각을 제공함에 있어 사용을 위해 용이하게 이용가능하다.
냉매의 압축이 선택적으로 병렬로 또는 직렬로 또는 양자 모두인 상태로 하나 초과의 압축기의 사용을 포함하여, 후-압축 스트림을 제공하는 것이 가능하다.
BOG 스트림의 냉각은 액화 열 교환기 시스템의 부품일 수 있으며, 이 액화 열 교환기 시스템은 임의의 형태의 하나 이상의 유닛들 또는 스테이지들에서 배열되고 그리고 2개 또는 그 초과의 스트림들 사이에서 열 교환을 허용할 수 있고, 그리고 선택적으로, 특히 BOG 스트림과 냉매 스트림들 중 하나 사이에서, 시스템의 하나의 부품 또는 일부분에서 하나 이상의 다른 스트림들에 대해 역류로(countercurrently) 진행하는 적어도 하나의 스트림을 선택적으로 가지는 임의의 형태의 하나 이상의 열 교환기들일 수 있다.
액화 열 교환기 시스템이 하나 초과의 열 교환기를 포함하는 경우, 하나 초과의 열 교환기들은 직렬로 또는 병렬로 또는 직렬 상태 및 병렬의 조합일 수 있으며, 그리고 하나 초과의 열 교환기들은, 선택적으로 단일의 냉각된 유닛 또는 상자에서, 그리고 선택적으로 BOG 스트림을 액화시키기 위해 BOG 스트림과 요구되는 열 교환을 제공하는 하나 이상 유닛들 또는 스테이지들의 형태로 별도일 수 있거나 결합되거나 연속적일 수 있다.
액화 열 교환기 시스템은 하나 이상의 연결된 섹션들, 유닛들 또는 스테이지들로 배열되는 2개 스트림 또는 멀티-스트림 열 교환기들의 임의의 적합한 배열을 포함할 수 있으며, 선택적으로, 이 때 하나의 섹션, 유닛 또는 스테이지는 내부에서 평균 온도의 의미에서 다른 섹션, 유닛 또는 스테이지보다 “더 따뜻하다”.
선택적으로, 본 발명의 열 교환기는 BOG 액화 열 교환기 시스템에 있는 단일의 액화 열 교환기이다. 추가적으로 선택적으로, 액화 열 교환기 시스템은, 2개, 선택적으로는 2개 초과의 열 교환기 유닛들을 포함하는 멀티-유닛 액화 열 교환기를 포함하며, 그리고 BOG 스트림 및 제1 냉매는 열 교환기 유닛들의 적어도 가장 차가운 곳을 통과한다.
많은 액화 열 교환기들은, 플레이트-핀, 쉘 및 튜브, 플레이트 및 프레임, 쉘 및 플레이트, 권선된 코일, 및 인쇄 회로 열 교환기들(printed circuit heat exchanger), 또는 이의 임의의 조합을 통상적으로 포함하는, 액화 열 교환기 시스템의 부품일 수 있거나 액화 열 교환기 시스템을 제공할 수 있는 당 분야에서 공지되어 있다.
선택적으로, 본 발명의 열 교환기는 플레이트-핀 열 교환기(plate-fin heat exchanger) 또는 인쇄 회로 열 교환기를 포함한다.
선택적으로, 본 발명의 열 교환기는 수직 또는 거의 수직 또는 경사진 열 교환기이다.
열 교환기들은 일반적으로, 스트림 또는 스트림들을 위한 하나 이상의 진입 지점들 또는 포트들, 그리고 스트림 또는 스트림들을 위한 하나 이상의 출구 지점들 또는 포트들을 가지며, 이 때 온도 구배 또는 구배 경로가 내부 사이에 있다. 열 교환기를 통과하는 대부분의 스트림들은 통상적으로 “모든(all)” 열 교환기를 통해, 즉 열 교환기의 하나의 단부 또는 측면에서, 선택적으로 다른 단부 또는 측면에서 (하지만 이에 제한되지 않음) 진입 지점 또는 포트로부터 출구 지점 또는 포트로 지나서, 진입과 출구 사이에서 가능한 최대 열 교환, 즉 온도 구배 경로를 따라 가능한 최대 온도 변화 또는 상 변화를 달성한다. 이러한 스트림들은 열 교환기를 통해 ‘완전히(fully)’ 또는 ‘전적으로(wholly)’ 통과되어 있다.
일부 스트림들은, 일반적으로 최대 가능한 온도 구배 경로를 따라 중간 온도에서 또는 위치에서 진입 지점 또는 포트를 가짐으로써, 또는 온도 구배 경로를 따라 중간 온도에서 출구 지점 또는 포트를 가짐으로써, 또는 양자 모두에 의해 열 교환기의 부분적인 부분 또는 양을 통해 단지 통과할 수 있다. 이러한 스트림들은 열 교환기의 단지 부품을 통과했고, 그리고 “사이드 스트림들(side streams)”로써 통상적으로 지칭된다.
액화 열 교환이 1개 초과의 액화 열 교환기 유닛들 및/또는 스테이지들에 의해 제공되는 경우, 선택적으로, 제1 냉매 스트림은 제1 유닛 및/또는 스테이지로 지나며, 그리고 오일 함유 냉매 스트림은 제2 유닛 및/또는 스테이지로 지난다.
선택적으로, 본 발명의 방법은, 추가의 냉각 듀티를 위한 열 교환기 후에 조합된 냉매 스트림을 재활용하는(recycling) 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 본 발명의 방법은 본 발명의 제1 양태의 단계(a) 전에 제1 냉매를 팽창시키는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 본 발명의 제1 양태의 단계(c)의 온도는 열 교환기에서 제1 영역의 온도보다 더 높다. 추가적으로 선택적으로, 제2 영역의 온도는 오일-함유 냉매의 오일의 오일 응축 온도보다 더 따뜻하다.
선택적으로, 중간 출구 포트는 제1 영역보다 더 따뜻한 열 교환기의 제2 영역 내에 있다.
본 발명의 하나의 특정한 실시예에 따라, SMR을 사용하는 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림 냉각하는 방법을 함께 사용하기 위한 SMR 재순환 시스템이 제공되며, 이 방법은 냉각된 BOG 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템에서 BOG 스트림을 SMR과 열 교환하는 단계를 적어도 포함하며,
SMR은 SMR 재순환 시스템에서 제공되며, 이 SMR 재순환 시스템은 적어도,
(a) 후-압축 SMR 스트림을 제공하기 위해 적어도 하나의 오일-주입식 스크류 압축기를 사용하여 SMR을 압축하는 단계;
(b) 오일-기반 스트림 및 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 후-압축 SMR 스트림을 분리하는 단계;
(c) 오일-함유 액상 SMR 스트림 및 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 제1 SMR 증기 스트림을 분리하는 단계;
(d) 응축된 SMR 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템을 통해 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계;
(e) BOG 스트림에 대한 열 교환을 위한 액화 열 교환기 시스템의 제1 구역으로 지나도록 팽창된 가장 낮은-온도 SMR 스트림을 제공하기 위해, 그리고 보다 따뜻한 SMR 스트림을 제공하기 위해 응축된 SMR 스트림을 팽창시키는 단계;
(f) 중간 출구 포트에서 열 교환기로부터 보다 따뜻한 SMR 스트림을 빼내는 단계;
(g) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 오일-함유 냉매 스트림과 보다 따뜻한 SMR 스트림을 조합하는 단계;
(h) 제1 영역보다 더 따뜻한 열 교환기의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 열 교환기로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계;
(i) 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 열 교환기 밖으로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 제1 SMR 증기 스트림을 분리하는 단계는 (오일-함유 액상 SMR 스트림 및 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해) 액화 열 교환기에서 제1 SMR 스트림 증기 스트림의 일부 냉각 후에 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 특정한 실시예에 따라, SMR을 사용하는 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림 냉각하는 방법이 제공되며, 이 방법은 적어도, 냉각된 BOG 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템에서 BOG 스트림을 SMR과 열 교환하는 단계를 포함하며,
상기 SMR은 SMR 재순환 시스템에서 제공되며, 이 시스템은 적어도,
(a) 후-압축 SMR 스트림을 제공하기 위해 적어도 하나의 오일-주입식 스크류 압축기를 사용하여 SMR을 압축하는 단계;
(b) 오일-기반 스트림 및 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 후-압축 SMR 스트림을 분리하는 단계;
(c) 제1 SMR 증기 스트림을 냉각하고 그리고 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템으로 제1 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계;
(d) 액화 열 교환기 시스템으로부터 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 빼내는 단계;
(e) 오일-함유 액상 SMR 스트림 및 오일 없는 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 분리하는 단계;
(f) 응축된 SMR 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템을 통해 오일 없는 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계;
(g) BOG 스트림에 대한 열 교환을 위한 액화 열 교환기 시스템을 통과하도록 팽창된 가장 낮은 온도 SMR 스트림을 제공하기 위해 그리고 보다 따뜻한 SMR 스트림을 제공하기 위해 응축된 SMR 스트림을 팽창시키는 단계;
(h) 중간 출구 포트에서 액화 열 교환기 시스템으로부터 보다 따뜻한 SMR 스트림을 빼내는 단계;
(i) 적어도 부분적으로 팽창된 오일-함유 냉매 스트림을 제공하기 위해 단계(e)의 상기 오일-함유 액상 SMR 스트림을 팽창시키는 단계;
(j) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 단계(i)의 오일-함유 냉매 스트림과 (h) 단계의 보다 따뜻한 SMR 스트림을 조합하는 단계;
(k) 제1 영역보다 보다 따뜻한 액화 열 교환기 시스템의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 액화 열 교환기 시스템으로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계; 및
(l) 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 상기 액화 열 교환기 시스템 밖으로 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은 외부 냉매 캐스케이드 없이 BOG 스트림을 냉각할 수 있다. SMR 재순환 시스템으로의 이러한 방법은 액화 가스 탱크로부터 보일-오프 가스 스트림을 냉각하기 위해 모든 서브-주변(sub-ambient) 냉매 냉각 듀티를 제공할 수 있다.
선택적으로, 액화 열 교환기 시스템이 단일의 액화 열 교환기인 경우, 단계(d)에서 액화 열 교환기 시스템으로부터 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 빼내는 것은 응축된 SMR 스트림을 제공하기 위해 열 교환기에서 발생하는 열 교환을 따라 중간 온도에서, 선택적으로 오일 없는 SMR 증기 스트림의 액화 열 교환기 시스템으로의 진입과 유사한 온도에서 발생할 수 있다. 따라서, 선택적으로, 본 발명의 이러한 실시예의 단계(d)는 액화 열 교환기 시스템의 가장 차가운 부분 전에 액화 열 교환기 시스템으로부터 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 빼내는 단계, 즉, 액화 열 교환기 시스템을 통해 부분적인 통로들을 달성하는 단계를 포함한다.
오일 없는 SMR 증기 스트림은 본 발명의 이러한 실시예의 단계(d)의 빼내어진 냉각된 제1 SMR 증기 스트림의 온도보다 더 높고, 더 낮고, 이 온도와 동일하거나 유사한 온도에서 액화 열 교환기 시스템으로 (다시) 지날 수 있다. 선택적으로, 오일 없는 SMR 증기 스트림은 본 발명의 이러한 실시예의 단계(d)의 빼내어진 냉각된 제1 SMR 증기 스트림의 온도와 유사한 온도에서 액화 열 교환기 시스템으로 지난다.
대안적으로, 본 발명의 이러한 실시예의 액화 열 교환기 시스템은, 2개, 선택적으로 2개 초과의 유닛들, 스테이지들, 시스템들 또는 프레임들 등을 포함하는 멀티-유닛 액화 열 교환 또는 열 교환기일 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예의 액화 열 교환이 1개 초과의 액화 열 교환기 유닛들 등에 의해 제공되는 경우, 선택적으로, 제1 SMR 증기 스트림은 제1 유닛으로 지나며, 그리고 오일 없는 SMR 증기 스트림은 제2 유닛으로 지난다. 대안적으로 선택적으로, 제1 SMR 증기 스트림은 제1 열 교환기 유닛 등으로 지나며, 그리고, 오일 없는 SMR 증기 스트림은 제1 열 교환기 유닛 및 제2 열 교환기 유닛 양자 모두로 지난다. 대안적으로 선택적으로, 제1 SMR 증기 스트림은 2개 초과의 별도의 열 교환기 유닛들 등으로 분할되며, 그리고 2개 초과의 별도의 열 교환기 유닛들 등으로 지나는 분할된 오일 없는 SMR 증기 스트림들이 존재한다. 당업자는, 선택적으로 또한 냉각되는 BOG 스트림의 분할로, 멀티-유닛 액화 열 교환 배열을 사용하여 액화 열 교환기 시스템에 대한 추가적인 변경들이 존재할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예의 액화 열 교환이 하나 초과의 액화 열 교환기 유닛들 및/또는 스테이지들에 의해 제공되는 경우, 또한 선택적으로, 제1 또는 보다 따뜻한 스테이지는 멀티-스트림 열 교환기, 예컨대 플레이트-핀 열 교환기, 또는 일련의 구별된 열 교환기들, 선택적으로 직렬로, 병렬로, 또는 양자 모두로 포함하며, 이 열 교환기들 중 적어도 하나는 오일-함유 액상 SMR 스트림 및 오일 없는 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 분리하기 전에 제1 SMR 증기 스트림을 냉각하고 그리고 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 제공할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에 따라, 본원에서 규정된 바와 같은 냉매 시스템 및 BOG 스트림에 대한 열 교환을 열 교환기를 포함하는, 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하기 위한 장치가 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따라, 본원에서 규정되는 바와 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법을 가지는 베슬을 통합형으로 설계하는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따라, 본원에서 설명되는 바와 동일하거나 유사한 단계들을 포함하는 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법과의 사용을 위한 시스템을 통합형으로 설계하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 추가의 양태에 따라, 본원에서 설명되는 바와 동일하거나 유사한 단계들을 포함하는 냉매를 사용하여 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하기 위한 공정을 설계하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 추가의 양태에 따라, 본원에서 설명되는 바와 동일하거나 유사한 단계들을 포함하는 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법과의 사용을 위한 시스템을 설계하는 방법이 제공된다.
본원에서 논의된 바와 같은 설계 방법들은 전체 베슬 구성으로 관련된 작동 설비 및 제어들을 포함하기 위한 컴퓨터 보조 프로세스들을 포함할 수 있고, 그리고 관련된 비용, 작동 매개변수들의 성능을 방법론 및 설계로 포함할 수 있다. 본 발명에서 설명된 방법들은 컴퓨터 상에서 판독되고 프로세싱됨을 위해 적합한 매체 상에 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 설명된 방법들을 실행할 코드는 개인 또는 메인프레임 컴퓨터에 의해 판독되고 개인 또는 메인프레임 컴퓨터에 카피될 수 있는 자기 또는 광학 매체 상에서 인코딩될 수 있다. 본 방법들은 또한 이러한 개인 또는 메인프레임 컴퓨터를 사용하여 설계 엔지니어에 의해 실행될 수 있다.
본 발명은 열 교환기 외측에서 상방 유동 내부 스트림과 특정 사이드 스트림을 합치는 멀티-스트림 열 교환기들, 특히 플레이트-핀 열 교환기를 갖는 극저온 적용들에서 편리한 배열을 제공한다. 그 후, 합치거나 조합된 스트림은 합병 전에 원래 내부 스트림의 방향을 따라 계속할 수 있다.
선택적으로, 본 발명은 멀티-스트림 열 교환기에 관한 것이며, 여기서 교환기에서의 주요 유동 경로 방향은 적어도 상방이며, 통상적으로, 수직이거나 경사져서, 열 교환기의 고온 단부는 차가운 단부 위에 물리적으로 위치된다.
빼내어진 보다 따뜻한 제1 냉매 스트림 및 오일-함유 스트림의 조합 또는 합침의 공정, 위치결정 또는 배열은 임의의 적합한 장치 또는 디바이스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 합병부는 간단한 T-피스 배열일 수 있다.
선택적으로, 보다 따뜻한 제1 냉매 스트림 및 오일-함유 스트림의 합침은, 열 교환기로부터 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림의 빼냄보다 (열 교환기의 배열에 대해) 물리적으로 더 높을 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
선택적으로, 열 교환기로의 조합된 스트림의 진입은 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림의 빼냄의 위치에 가깝거나 상이한 위치에, 통상적으로 중간 출구 포트의 위치에 가깝거나 인접하거나 이 위치에 있을 수 있어, 조합된 스트림의 복귀 온도는 중간 출구 포트에 보다 따뜻한 제1 냉매 스트림의 온도와 동일하거나 유사하다.
본 발명은, 제1 냉매 스트림들 및 오일-함유 스트림 중 하나 또는 둘 모두와의 하나 이상의 추가의 스트림들의 조합을 포함한다.
본 발명은 2개 초과의 온도 영역들을 가지는 열 교환기를 수반할 수 있다. 통상적으로, BOG 스트림을 냉각하는 방법에서 수반되는 열 교환기는, 통상적으로, ‘차가운(cold)/가장 차가운(coldest)/차가운(cool)/보다 차가운(cooler) 단부’로부터 ‘고온(hot)/가장 고온(hottest)/따뜻한(warm)/보다 따뜻한(warmer)/보다 고온(hotter) 단부’로 이어지는 그의 ‘길이’를 따른 온도의 범위를 갖는다. 통상적으로, 열 교환기는 그의 길이를 따른 하나 초과의 온도 구배들을 가져, 하나의 온도 영역과 다른 온도 영역 사이의 명백한 온도 경계가 존재하지 않는다. 본 발명은, 압축기로부터 통상적인 오일을 동결할 수 있는 단지 열 교환기에서의 구역과, 온도가 오일의 동결점 초과인 구역 사이에서 온도 지점 또는 선 또는 경계의 개념을 예시하기 위해, 용어들 “영역(A)” 및 “영역(B)”을 사용하여 첨부된 도 2 및 도 3의 사용에 의해 예시된다. 구역 또는 영역에서의 ‘온도’에 대한 임의의 참조는, 요구되거나 규정되는 온도를 가지는 이러한 구역 또는 영역 내의 모든 지점들의 온도에 관련하는 데 본원에 사용되어, 구역 또는 영역에 걸쳐 임의의 온도 분산을 허용한다.
당업자는, 상이한 냉매 압축기 윤활유들을 포함하는 상이한 오일들이 상이한 동결점 온도들을 가질 수 있어, 오일 동결점 미만 또는 초과인 열 교환기의 임의의 부품의 포지션이 변할 수 있는 것을 알고 있다. 그러나, 임의의 BOG 액화 시스템은 하나 초과의 공지된 윤활유들을 사용하여 하나 초과의 공지된 냉매 압축기들로 구축될 것이어서, 특정한 냉동 또는 액화 시스템의 압축기를 위한 오일 동결점은, 플랜트의 제조사가 열 교환기에서 형성될 그 또는 각각의 중간 포트의 위치를 미리 결정하는 것을 허용하기 위해, 미리 결정될 것이다.
액화 열 교환기 시스템이 다수의 열 교환기 유닛들을 포함하는 경우, 본 발명은, 연속적이거나 별도일 수 있는 제1 및 제2 유닛들의 상대적인 위치결정에 의해 제한되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 임의의 SMR 스트림의 컴포넌트들 및/또는 컴포넌트들의 비율이 본 발명의 각각의 배열을 위한 가장 좋은 효과를 달성하도록 변경될 수 있는 것이 가능하다.
제공되는 본 발명의 실시예들 및 일 예는, 단지 예로써 그리고 첨부 개략적인 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 SMR 시스템을 사용하여 BOG 스트림을 냉각하는 종래 기술의 방법의 개략도이다.
도 2는 도 1의 구역(200)의 간소화된 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 사용하여 BOG 스트림을 냉각하는 방법의 부분의 간소화된 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 BOG 스트림을 냉각하는 방법의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 BOG 스트림을 냉각하는 방법의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따라 BOG 스트림을 냉각하는 방법의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따라 BOG 스트림을 냉각하는 방법의 개략도이다.
관련되는 경우, 동일한 도면 부호들은 동일하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 상이한 도면들에서 사용된다.
도 1은 전술된 종래의 배열이며, 이는 SMR 재순환 시스템 및 오일-주입식 스크류 압축기(oil-injected screw compressor)(2)를 사용하여 압축된 BOG의 재-액화를 달성하기 위해 외부 냉매 회로(external refrigerant circuit) 및 캐스케이드(cascade)(13)에 기초하는 장치를 요구한다.
도 2는 도 1의 구역(200)의 간소화된 개략도를 도시하며, 여기서 제1 냉매 스트림(34)은 그의 가장 낮은 온도에서 교환기(7)에 그리고 예시 목적들을 위해 단지 “영역(A)”으로 지정된 구역으로 진입하며, 이 영역 내에서, 열 교환기(7)의 온도는, 스트림(34)에 남아 있는 임의의 압축기 윤활유가 동결되기에 충분히 낮다. 그러나, 스트림(34)은, 막힘(clogging)에 의해 열 교환기(7)의 상당한 방해(blockage) 또는 오작동을 유발하기에 충분한 오일 함량을 가지지 않아야 한다.
이러한 스트림(34)은 교환기(7)에서 이 스트림(34)을 지나는 다른 보다 고온 스트림들(예컨대, 교환기(12)로부터의 도 1의 BOG 스트림(미도시))에 의해 가열되어, 이 스트림(34)이 교환기(7)를 통해 상방으로 지나감에 따라, 그의 엔탈피는 증가하여, 온도에서의 증가 및/또는 그의 증기 부분(vapour fraction)을 초래한다.
교환기(7)에서의 보다 따뜻한 지점에서(즉, 예시적인 보다 따뜻한 ‘구역(B)’ 내에서), 그리고 차가운 스트림 유입 포트보다 물리적으로 더 높은 위치에서, 팽창된 오일-함유 스트림(42)(이 스트림이 동결되었다면, 교환기(7)의 막힘을 유발시킬 것인 충분한 오일 함량을 보통 가짐)은 교환기(7)로 주입되고, 그리고 위에서 언급된 원래의 차가운 스트림의 경로를 따라 계속되는 조합된 스트림(28)을 생성하기 위해 보다 따뜻한 스트림과 합쳐진다.
‘영역(B)’은, 주입된 스트림(42)이 동결되지 않게 충분히 따뜻하다. 그리고, 도 2에서 도시된 배열이 적합하게 설계된다면, 스트림(42)에 함유된 임의의 오일이 조합된 스트림(28)에서 항상 그리고 단지 상방으로 운반되는 것을 보장하기 위해 설계 조건들에서 교환기(7)에서 충분한 상방 속도가 존재할 것이다.
그러나, 공정이 (예를 들어, 파트-로드에서 작동되는 것, 외부 공정 방해, 또는 셧 다운(shut down)되는 것으로 인해) 설계 조건들에서 작동하고 있지 않다면, 조합된 스트림(28)의 속도가 오일-함유 스트림(42)에 의해 도입되는 오일 입자들의 종말 속도보다 더 낮을 것인 것이 가능하다. 이러한 상황은 오일 입자들이 ‘영역(A)’으로 떨어지는 것을 유발시킬 것이며, 여기서 이 오일 입자들은 교환기(7)를 동결시키고 막히게 한다. 그 후, 이는, 열 교환기(7)에 접근하고 그리고 물리적으로 또는 화학적으로 막고 있는 오일 및/또는 그의 고형 컴포넌트들을 제거하기 위해 전체 냉각 공정을 셧 다운하는 것을 요구하며, 이는 원치 않은 지연 및 비용 문제들을 유발시킨다.
본 발명은, 오일이 열 교환기의 가장 차가운, 통상적으로 극저온 섹션에 진입할 수 있는 것을 물리적으로 방지함으로써 위에서 언급된 문제를 회피하는 대안의 배열을 제공한다.
본 발명의 예시는 도 3에 도시된다. 도 3은, 조합된 냉매 스트림(54)을 형성하도록, 오일-함량 냉매 스트림(42)과 외부에서 합쳐지기 위해, 열 교환기(50)에서 진입 포트(49)를 통해 예시적인 온도 ‘영역(A)’으로, 그 후 예시적인 보다 따뜻한 온도 ‘영역(B)’으로 우선적으로 지나는, 스트림(52)으로써 출구 포트(60)를 통해 빼내어지는 제1 냉매 스트림(34)을 상방으로 유동시키는 것을 도시한다. 이러한 조합된 스트림(54)은, 상방 유동을 계속하게 하기 위해 구역(B)에서 인접한 유입 또는 진입 포트(63)를 통해 열 교환기(50)로 다시 주입되어, 조합된 출구 스트림(28)으로써 보다 따뜻한 출구 포트(72)를 통해 열 교환기(50)를 떠난다. 열 교환기(50)는, 열 교환기(50)가 제1 냉매 스트림(34)을 빼내기 위해 부가의 빼냄 포트(withdrawal port)(60)를 갖는다는 점에서, 도 2에서 열 교환기(7)와 상이하다.
이러한 방식으로, 열 교환기(50) 내의 조합된 스트림(54)의 유동은, 오일이 동결될 것이라면, 오일이 열 교환기(50)의 ‘영역(A)’으로 떨어질 수 없도록, (스트림의 속도가 오일-함유 스트림(42)에 도입되는 오일 입자들의 종말 속도의 값 미만이도록) 너무 낮아야 한다.
도 2의 배열과 비교하여, 도 3의 배열은, 오일-동결 온도들이 존재하는 열 교환기의 섹션에 진입할 수 있는 것으로부터 오일의 가능한 유동 경로를 물리적으로 분리한다.
도 4는, SMR(single mixed refrigerant)을 사용하고 그리고, 냉각된 BOG 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템에서 BOG 스트림을 SMR와 열 교환하는 단계를 적어도 포함하는 본 발명의 제1 일반적인 실시예에 따라 액화 가스 탱크로부터 보일-오프 가스 스트림을 냉각하는 방법을 도시하며, 그리고 여기서 SMR은 SMR 재순환 시스템에서 제공된다.
더 상세하게는, 도 4는 하나 이상의 LNG 화물 탱크(미도시)로부터 제공되고 그리고 압축기(또한 미도시)에서 이미 압축된 BOG 스트림(20)을 도시한다. BOG 스트림(20)은, 용이하게 이용가능한 냉각 매체(예컨대, 해수, 담수, 엔진 룸 냉각수, 공기) 및/또는 냉매 캐스케이드(13)로부터 스트림(30)을 통해 공급되는 외부 냉매의 부분적인 스트림(32)을 사용하는 열 교환기(12)를 사용하여 제1 주변 열 교환기(14)에서 선택적으로 주변 냉각된다(ambient cooled). 이러한 선택적으로 냉각된 (그리고 압축된) BOG 스트림은, 그 후, 액화 열 교환기 시스템(62)으로 지나게 된다.
액화 열 교환기 시스템(62)은, 2개 또는 그 초과의 스트림들 사이에서의, 선택적으로 다수의 스트림들 사이에서의, 특히 BOG 스트림과 냉매 중 하나 사이에서의 열 교환을 허용할 수 있고 그리고, 시스템의 하나의 부품 또는 일부분에서, 특히 BOG 스트림과 냉매 중 하나 사이에서 하나 이상의 다른 스트림들에 대해 역류로(countercurrently) 진행하는 적어도 하나의 스트림을 선택적으로 가지는 하나 이상의 열 교환기들의 임의의 형태 또는 배열을 포함할 수 있다. 하나 초과의 열 교환기의 임의의 배열은 직렬로 또는 병렬로 또는 직렬 및 병렬로의 조합일 수 있으며, 그리고 열 교환기들은, 선택적으로 단일의 냉각된 유닛 또는 상자에서, 그리고 선택적으로 BOG 스트림을 액화시키기 위해 BOG 스트림과 요구되는 열 교환을 제공하는 하나 이상 스테이지들의 형태로 별도일 수 있거나 결합되거나 연속적일 수 있다.
하나 초과의 열 교환기를 포함하는 액화 열 교환기 시스템들은, 평균 온도의 의미에서, 다른 섹션, 유닛 또는 스테이지보다 내부의‘더 따뜻한’ 섹션, 일반적으로 하나의 섹션, 유닛 또는 스테이지를 갖는다.
적합한 액화 열 교환기 시스템들 중 일부 변형들이 이후 논의되고 그리고 도시된다. 당업자는 다른 변형들을 인식할 수 있으며, 그리고 본 발명은 이에 의해 제한되지 않는다.
도 4에서 도시되는 일반적인 액화 열 교환기 시스템(62)에서, 냉각된 (그리고 압축된) BOG 스트림은 보다 차가운 스트림들에 의해 응축되며, 그리고 응축된 BOG 스트림은 파이프라인(21)을 통해 교환기 시스템(62)을 떠나고 그리고 LNG 화물 탱크들로 복귀될 수 있다.
SMR 시스템에서, 냉매 수용기(1)로부터의 SMR 냉매 가스(22)의 초기 스트림은 오일-주입식 스크류 압축기(2)로 보내진다. 오일-주입식 스크류 압축기들은 당 분야에서 주지되고, 그리고 본원에서 더 설명되지 않는다. 오일-주입식 스크류 압축기들은 산업에서 잘 입증되어 있고 그리고, 특별히 작은 스케일(scale) 또는 작은 체적 압축을 위해 비용-효과적이지만, 오일의 일부, 가능하게는 심지어 미세한 양들이 압축기를 통과하는 가스에 비말동반되어질(entrained) 수 있고 그리고 이에 따라 그로부터의 가스 방출의 일부분이 될 수 있다는 단점을 가지는 것으로 공지되어 있다.
도 4에서, 하나의 오일-주입식 스크류 압축기(2)를 사용하여 초기 SMR 스트림(22)을 압축하는 것은 후-압축 SMR 스트림(23)을 제공하며, 이 후-압축 SMR 스트림은 선택적으로 필터를 가지는 제1 오일 분리기(3)에 진입하며, 이 제1 오일 분리기는 오일-기반 스트림(25) 및 제1 SMR 증기 스트림(24)을 제공하기 위해 후-압축 SMR 스트림(23)을 분리한다. 대부분의 오일은, 통상적으로 중력 및/또는 여과에 의해 분리기(3)에서 제거된다. 회수된 오일-기반 스트림(25)은, 압력 차이들 또는 선택적인 오일 펌프(4)가 오일을 오일 냉각기(5)로 지나게 하는 파이프라인으로 배출되며, 그리고 오일 냉각기(5)는 압축기(2)로 스트림으로써 그 후 재주입되는 오일을 냉각시킨다.
제1 SMR 증기 스트림(24)은 대부분 오일이 없지만, 어느 정도의 오일 캐리오버를 포함한다. 제1 SMR 증기 스트림(24)은 용이하게 이용가능한 냉각 매체(예컨대, 해수, 담수, 엔진 룸 냉각수, 공기)를 사용하여, 제2 주변 열 교환기(6)에서 냉각되고, 그리고 분리기(8)를 지나게 하는 별도의 회로(13)를 사용하여 다른 냉각기(11)에서 추가로 냉각된다. 분리기(8)는, 제1 냉매로써 액화 열 교환기(62)로 지나는 증기 스트림(26)을 제공하며, 여기서 냉매는 냉각되고 그리고 적어도 부분적으로 응축된다.
반면, 증기-액체 분리기(8)는, 일반적으로 액체 및 잔여 오일 양을 포함하는 저부 액상 SMR 스트림(29)을 제공한다. 이후, 오일-함유 액상 SMR 스트림(29)의 압력은 플래시(flash) 밸브(9)에 의해 감소될 수 있어, 적어도 부분적으로 증발된 액상 오일-함유 SMR 스트림(42)을 제공하기 위해 일부 증발(vaporisation) 및 온도에서의 연관된 감소를 초래한다.
도 4에서, 제1 냉매 증기 스트림(26)은, 이 스트림이 부분적으로 또는 전체적으로 응축할 때까지 냉각되어, 응축된 SMR 스트림(27)으로써 열 교환기 시스템(62)을 떠난다. 이후, 압력은 스로틀링(throttling) 밸브(10)를 통해 감소되어, 팽창된 가장 낮은 온도 SMR 스트림(34)을 제공하기 위해 부분적인 증발 및 온도 감소로 이어진다. 팽창된 가장 낮은 온도의 SMR 스트림(34)은, 오일-주입식 스크류 압축기(2)에 오일의 오일-동결 또는 오일-응고 온도 아래에 있는 온도를 가지는, SMR 시스템에서 가장 차가운 SMR 냉매 스트림이다.
팽창된 가장 낮은 온도 SMR 스트림(34)은 진입 포트(49)를 통해 열 교환기(62)로 다시 보내지며, 여기서 이 스트림이 가열됨에 따라, 이 스트림은 증발하고, 그리고 이렇게 할 때, 대부분의 냉각 듀티(duty)를 제공하기 위해 열 교환기 시스템(62)에서 보다 따뜻한 스트림들을 냉각시킨다. 그 후, 보다 따뜻한 SMR 냉매 스트림은, 열 교환기(62)의 외측에 단일의 또는 조합된 스트림(54)을 형성하기 위해 액상 오일-함유 SMR 스트림(42)과 합쳐되는 스트림(52)을 제공하도록, 포트(60)를 통해 빼내어질 수 있다. 그 후, 조합된 스트림(54)은, 보다 따뜻한 출구 포트(72)를 통해 열 교환기 시스템(62)을 통한 그리고 이 열 교환기 시스템 밖으로의 통과를 계속하게 하기 위해, 진입 포트(63)를 통해 열 교환기(62)에 진입하여, 냉매 수용기(1)로 복귀될 후-냉각 증기 스트림(28)으로써 떠난다.
도 5는, SMR을 사용하고 그리고, 냉각된 BOG 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템에서 BOG 스트림을 SMR과 열 교환하는 스테이지를 적어도 포함하는 본 발명의 제2 일반적인 실시예에 따라 액화 가스 탱크로부터 보일-오프 가스 스트림을 냉각하는 방법을 도시하며, 그리고 여기서 SMR은 SMR 시스템에서 제공된다. 도 4와 비교할 때, 도 5에서 도시되는 방법은 외부 캐스케이드(13)를 요구하지 않는다. 명료성 목적들을 위해, 도 4 내지 도 7에서 도시되는 열 교환기들의 진입 및 출구 포트들 모두가 구체적으로 라벨링되지는 않았다.
도 5는 하나 이상의 LNG 화물 탱크(미도시)로부터 제공되고 그리고 압축기(또한 미도시)에서 이미 압축된 BOG 스트림(70)을 도시한다. BOG 스트림(70)은 용이하게 이용가능한 냉각 매체(예컨대, 해수, 담수, 엔진 룸 냉각수, 공기)를 사용하여, 제1 주변 열 교환기(64)에서 선택적으로 주변 냉각된다. 그 후, 이러한 선택적으로 냉각된 (그리고 압축된) BOG 스트림(71)은 액화 열 교환기 시스템(57)(통상적으로, 브레이징된 알루미늄 플레이트-핀 열 교환기(brazed aluminium plate-fin heat exchanger))으로 지나게 되며, 여기서 냉각된 (그리고 압축된) BOG 스트림(71)은 SMR 재순환 시스템(101)에서 본원에 전에 논의된 보다 차가운 스트림들에 의해 응축되어, 파이프라인(73)을 통해 교환기 시스템(57)을 떠나고 그리고 선택적으로 LNG 화물 탱크들로 다시 복귀한다.
SMR 시스템(101)에서, 냉매 수용기(51)로부터의 SMR 냉매 가스(74)의 초기 스트림은 오일-주입식 스크류 압축기(65)로 보내진다. 오일은 압축기를 통과하는 가스에 비말동반되어 질 수 있고, 그리고 따라서 압축기로부터의 가스 방출의 일부분이 될 수 있다.
도 5에서, 하나의 오일-주입식 스크류 압축기(65)를 사용하여 초기 SMR 스트림(74)을 압축하는 것은 후-압축 SMR 스트림(75)을 제공하며, 이 후-압축 SMR 스트림은 선택적으로 필터를 가지는 오일 분리기(53)에 진입하며, 이 제1 오일 분리기는 오일-기반 스트림(76) 및 제1 SMR 증기 스트림(79)을 제공하기 위해 후-압축 SMR 스트림(75)을 분리한다. 대부분의 오일은, 통상적으로 중력 및/또는 여과에 의해 분리기(53)에서 제거된다. 회수된 오일-기반 스트림(76)은, 압력 차이들 또는 선택적인 오일 펌프(66)가 오일을 스트림(77)으로 지나게 하는 파이프라인으로 배출되며(drained), 그리고 오일 냉각기(55)는 압축기(65)로 스트림(78)으로써 그 후 재주입되는 오일을 냉각시킨다.
제1 SMR 증기 스트림(79)은 대부분 오일이 없지만, 어느 정도의 오일 캐리오버(carryover)를 포함한다. 제 1 SMR 증기 스트림(79)은, 보다 차가운 제1 증기 스트림(80)을 제공하기 위해, 용이하게 이용가능한 냉각 매체(예컨대, 해수, 담수, 엔진 룸 냉각수, 공기)를 사용하여, 제2 주변 열 교환기(56)에서 냉각된다. 냉매의 조성 및 압력뿐만 아니라, 제2 주변 열 교환기(56)에서 달성되는 온도에 따라, SMR의 일부 응축이 발생하기 시작할 수 있다.
보다 차가운 제1 증기 스트림(80)은 액화 열 교환기 시스템(57)으로 지나며, 여기서 냉매는 냉각되고 그리고 적어도 부분적으로 응축된다. 이 냉매가 냉각되는 온도는 오일의 응고 온도보다 더 높다. 냉각된 제1 SMR 증기 스트림(81)은 액화 열 교환기 시스템(57)을 따라 중간 온도에서 빼내어지고 그리고 증기-액체 분리기(58)에 진입한다. 분리기(58)에서, 일반적으로 액체 및 잔류 오일 양을 포함하는 오일-함유 액상 SMR 스트림(82)은 스트림(82)으로써 배출될 수 있다.
분리기(58)에서, 오일 없는(또는 본질적으로 오일 없는) SMR 증기 스트림(84)은 열 교환기 시스템(57)으로 보내진다. 도 5에서, 오일 없는 SMR 증기 스트림(84)은 중간 온도에서, 선택적으로 냉각된 제1 SMR 증기 스트림(81)의 빼냄 시에 온도와 유사한 온도에서 열 교환기 시스템(57)에 진입한다. 열 교환기 시스템(57)에서, 이러한 오일 없는 SMR 증기 스트림(84)은, 이 스트림이 부분적으로 또는 전체적으로 응축할 때까지 냉각되어, 응축된 SMR 스트림(85)으로써 열 교환기 시스템(57)을 떠난다. 이후, 압력은 스로틀링 밸브(61)를 통해 감소되어, 팽창된 가장 낮은 온도 SMR 스트림(86)을 제공하기 위해 부분적인 증발 및 온도 감소로 이어진다. 팽창된 가장 낮은 온도 SMR 스트림(86)은, 오일-주입식 스크류 압축기(65)에 오일의 오일-응고 온도 아래에 있는 온도를 가지는, SMR 시스템(101)에서 가장 차가운 SMR 냉매 스트림이다.
팽창된 가장 낮은 온도 SMR 스트림(86)은 열 교환기 시스템(57)으로 다시 보내어지며, 여기서 이 스트림이 가열됨에 따라, 이 스트림은 보다 따뜻한 SMR 냉매 스트림(67)이 되며, 그리고 이렇게 할 때, 대부분의 냉각 듀티를 제공하기 위해 열 교환기 시스템(57)에서 보다 따뜻한 스트림들을 냉각시킨다.
그 후, 보다 따뜻한 SMR 냉매 스트림(67)은 외부 SMR 스트림(68)을 제공하기 위해 적합한 중간 출구 포트를 통해 빼내어질 수 있다.
반면, 오일-함유 액상 SMR 스트림(82)의 압력은 플래시 밸브(59)에 의해 감소될 수 있어, 일부 증발 및 온도에서의 연관된 감소를 초래한다. SMR 시스템(101)은, 이러한 더 낮은 온도가 여전히 오일의 응고 온도 위에 있도록 설계된다. 팽창된 스트림(83)은, 열 교환기(57)의 외측에 단일의 또는 조합된 스트림(69)을 형성하기 위해 외부 SMR 스트림(68)과 합쳐진다. 그 후, 조합된 스트림(69)은, 열 교환기 시스템(57)을 통한 그리고 이 열 교환기 시스템(57) 밖으로의 통과를 계속하게 하기 위해, 적합한 진입 포트를 통해 열 교환기(57)에 진입하여, 냉매 수용기(51)로 복귀될 후-냉각 증기 스트림(89)으로써 떠난다.
도 5에서 도시되는 액화 열 교환기 시스템은, 2개 또는 그 초과의 스트림들 사이에서의, 선택적으로 다수의 스트림들 사이에서의, 특히 BOG 스트림과 냉매 중 하나 사이에서의 열 교환을 허용할 수 있고 그리고, 시스템의 하나의 부품 또는 일부분에서, 특히 BOG 스트림과 냉매 중 하나 사이에서 하나 이상의 다른 스트림들에 대해 역류로 진행하는 적어도 하나의 스트림을 선택적으로 가지는 하나 이상의 열 교환기들의 임의의 형태 또는 배열을 포함할 수 있다. 하나 초과의 열 교환기의 임의의 배열은 직렬로 또는 병렬로 또는 직렬 및 병렬로의 조합일 수 있으며, 그리고 열 교환기들은, 선택적으로 단일의 냉각된 유닛 또는 상자에서, 그리고 선택적으로 BOG 스트림을 액화시키기 위해 BOG 스트림과 요구되는 열 교환을 제공하는 하나 이상 스테이지들의 형태로 별도일 수 있거나 결합되거나 연속적일 수 있다.
하나 초과의 열 교환기를 포함하는 액화 열 교환기 시스템들은, 내부에 평균 온도의 의미에서, 다른 섹션, 유닛 또는 스테이지보다 ‘보다 따뜻한’ 섹션 일반적으로 하나의 섹션, 유닛 또는 스테이지를 갖는다.
2개의 열 교환기들을 포함하는 액화 열 교환기 시스템을 포함하는 적합한 액화 열 교환기 시스템들의 변경들이 공지되어 있다. 당업자는 본 발명의 범주 내에 가능한 다른 변경들을 알고 있다.
변경의 일 예로써, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따라 액화 가스 탱크로부터 보일-오프 가스 스트림을 냉각하는 방법을 도시하며, 이의 대부분은 도 5에서 도시되는 본 발명의 제2 실시예의 예로부터 유도될 수 있고 그리고 이전에 이에 대해 설명될 수 있다.
도 5와 동일한 방식으로, BOG 스트림(70)은 하나 이상의 LNG 화물 탱크(미도시)로부터 제공되고 그리고 압축기(또한 미도시)에서 이미 압축된다. 유사하게는, 보다 차가운 제1 증기 스트림(80)을 제공하기 위해 분리되고 그리고 냉각될 수 있는 후-압축 SMR 스트림(75)을 제공하기 위해 오일-주입식 스크류 압축기(65)를 통해 보내진 냉매 수용기(51)로부터의 SMR 냉매 가스(74)의 처음의 스트림을 가지는 SMR 시스템(102)이 존재한다.
도 5에서 도시되는 단일의 액화 열 교환기 시스템 대신에, 도 6은 제1 액화 열 교환기 시스템(57A), 및 제2 액화 열 교환기 시스템(57B)을 도시한다. 선택적으로, 제1 및 제2 액화 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)은 동일하거나 유사하며, 즉, 동일하거나 유사한 크기 및/또는 용량을 가지지만; 본 발명은 상이한, 예컨대 상이한 크기 또는 용량을 가지는 제1 및 제2 액화 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)으로 연장한다.
도 6은 또한, 제1 및 제2 냉각된 BOG 스트림들(71A 및 71B)로의 선택적으로 냉각된 BOG 스트림(71)의 분할, 및 보다 차가운 제1 및 제2 증기 스트림들(80A 및 80B)로의 보다 차가운 제1 증기 스트림(80)의 분할을 도시한다. 이러한 분할들 각각은 당 분야에 공지되는 적합한 스플리팅 디바이스들, 밸브들 또는 다른 유닛들(미도시)에 의해 실행될 수 있다.
선택적으로, 냉각된 BOG 스트림(71) 및 보다 차가운 제1 증기 스트림(80)은, 각각의 그리고 예상된 방식으로 제1 및 제2 액화 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)의 크기 및/또는 용량의 비율과 비교가능한 비율로 분할된다. 예를 들어, 비율은 2개의 동등한 스트림들 각각 생성하기 위해 50:50이다. 선택적으로, 다른 비율들에 기초하여 이의 변경들이 존재할 수 있다.
도 6은 각각의 액화 열 교환기 시스템(57A 및 57B)을 통과하는 각각의 제1 및 제2 냉각된 BOG 스트림들(71A 및 71B)을 도시하며, 이에 의해 냉각된 BOG 스트림들(71A 및 71B)은 SMR 재순환 시스템(102)에서 본원에 논의된 보다 차가운 스트림들에 의해 응축되어, 각각, 출구 스트림들(73A 및 73B)로써 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)을 떠나고, 그 후 선택적으로 LNG 화물 탱크(들)로 뒤로 복귀되는 단일의 복귀 BOG 스트림(73)으로써 조합된다.
도 6은 각각의 제1 및 제2 액화 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)으로 지나는 보다 차가운 제1 증기 스트림들(80A 및 80B)의 각각을 도시하며, 여기서 각각의 냉매 부분 스트림은, 오일의 응고 또는 동결 온도 보다 더 높은 온도로 냉각되고 그리고 적어도 부분적으로 응축된다. 냉각된 제1 SMR 증기 스트림들(81A 및 81B)은 액화 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)을 따라 중간 온도에서 빼내어져, 각각, 단일의 냉각된 제1 SMR 증기 스트림(81)을 형성하도록 조합되고, 그 후 도 5에서 도시되고 그리고 설명되는 방식으로 증기-액체 분리기(58)에 진입한다. 분리기(58)는, 일반적으로 액체 및 잔류 오일 양을 포함하는 오일-함유 액상 SMR 스트림(82), 및 오일 없는 SMR 증기 스트림(84)을 제공하며, 그 후, 이 오일 없는 SMR 증기 스트림은, 중간 온도에서, 선택적으로, 냉각된 제1 SMR 증기 스트림들(81A 및 81B)의 빼낼 때의 온도와 유사한 온도에서 각각의 제1 및 제2 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)로 뒤로 지나기 위해 부분적인 오일 없는 SMR 증기 스트림들(84A 및 84B)로 분할된다.
열 교환기 시스템들(57A 및 57B)에서, 오일 없는 SMR 증기 스트림들(84A 및 84B)은, 이 오일 없는 SMR 증기 스트림들이 부분적으로 또는 전체적으로 응축될 때까지 냉각되어, 각각 응축된 SMR 스트림들(85A 및 85B)로써 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)을 떠난다. 이후에, 이러한 스트림들은 단일의 응축된 SMR 스트림(85)을 형성하도록 조합될 수 있으며, 이 단일의 응축된 SMR 스트림의 압력은 가장 낮은 온도 SMR 스트림(86)을 제공하기 위해 밸브(61)를 스로틀링함을 통해 감소된다. 그 후, 가장 낮은 온도 스트림(86)은, 제1 및 제2 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)로의 복귀를 위해 부분적인 스트림들(86A 및 86B)으로 분할되며, 여기서 이 부분적인 스트림들은 보다 따뜻한 SMR 냉매 스트림들(67A 및 67B) 각각이 되며, 이에 의해 그 내부에서 대부분의 냉각 듀티를 제공하기 위해 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)에서 보다 따뜻한 스트림들을 냉각시킨다.
보다 따뜻한 SMR 냉매 스트림들(67A 및 67B)은, 제1 및 제2 외부 SMR 스트림들(68A 및 68B)을 제공하기 위해 적합한 중간 출구 포트들을 통해 빼내어질 수 있으며, 이 제1 및 제2 외부 SMR 스트림들은 단일의 외부 SMR 스트림(68)으로 조합될 수 있어, 그 후 오일-함유 액상 SMR 스트림(82)으로부터 팽창된 스트림(83)과 조합되어서, 열 교환기들(57A 및 57B)의 외측으로 조합된 스트림(69)을 제공한다. 그 후, 이러한 조합된 스트림(69)은 열 교환기 시스템들(57A 및 57B) 각각으로의 복귀를 위해 제1 및 제2 스트림들(69A 및 69B)로 분할될 수 있어, 냉매 수용기(51)로 복귀될 단일의 복귀 스트림(89)으로 조합될 수 있는 후-냉각 증기 스트림들(89A 및 89B)로써 떠난다.
전술된 스트림들의 각각의 분할 또는 스플릿의 비율은, 전술된 냉각된 BOG 스트림(71) 및 보다 차가운 제1 증기 스트림(80)의 처음의 비율 분할과 동일하거나 상이할 수 있다.
도 6에 대해 설명된 각각의 스트림들의 온도들은 도 5에 대해 설명된 스트림들의 온도들과 전체적으로 또는 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6의 이익은 2개의 열 교환기 시스템들(57A 및 57B)을 제공하는 것이며, 이에 의해, 사용자가 특별히, 화물선 상의 한정되거나 제한된 공간 또는 간격 내에서, 열 교환기 시스템들을 더 양호하게 수용하는 것을 허용하는 것, 그리고/또는 특별히, 재액화될 BOG 스트림의 양 또는 특성에서의 변경들로 인해 이의 변경이 존재할 수 있는 경우에, 하중, 로딩 듀티, 냉각, 요구되는 냉각 듀티를 공유하는 것을 돕는 것이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따라 그리고 SMR을 사용하여 액화 가스 탱크로부터 보일-오프 가스 스트림을 냉각하는 방법을 도시한다. 도 7은 하나 이상의 LNG 화물 탱크들로부터 제공되고 그리고 본원에 전술된 본 발명의 제1, 제2 및 제3 실시예들에 대해 설명되는 방식으로 재액화를 요구하는 BOG 스트림(70)을 도시한다.
도 7은 2개의 액화 및 분리 시스템들(110A 및 110B)을 도시한다. 각각의 시스템은 110으로 라벨링된 도 5의 부분에 기초되고, 그리고 액화 열 교환기 시스템(57), 및 증기-액체 분리기(58)을 포함하며, 그리고 스트림들 및 파이프라인들은 110의 경계 내에서 이 시스템과 연관된다.
따라서, 도 7은 2개의 별도의 액화 및 분리 시스템들(110A 및 110B)의 제공을 나타내며, 이는, 냉각된 제1 SMR 증기 스트림(81)을 단일의 오일-함유 액상 SMR 스트림(82) 및 오일 없는 SMR 증기 스트림(84)으로 분리하기 위해 단일의 증기-액체 분리기(58)를 여전히 사용하는 도 6에서 도시된 제3 실시예로부터 차별화될 수 있다.
도 7은 도 6에서 도시되는 바와 동일한 방식으로 보다 차가운 제1 증기 스트림(80)의 분할, 선택적으로 냉각되고 그리고 스플리팅된 BOG 스트림(71A 및 71B)으로의 압축된 BOG 스트림(71)의 분할을 도시하며, 이 때 각각의 스플리팅된 스트림들은 각각의 제1 및 제2 액화 및 분리 시스템들(110A 및 110B)로 진입한다. 도 7은 또한, 제1 및 제2 액화 및 분리 시스템들(110A 및 110B)에 의해 제공되는 결과적인 액화된 BOG 스트림들(73A 및 73B)을 도시하며, 그 후 이 스트림들은 전술된 바와 같이 단일의 복귀 BOG 스트림(73)으로 조합될 수 있다.
각각의 제1 및 제2 액화 및 분리 시스템들(110A 및 110B)의 온도들 및/또는 작동들은 도 5에서 시스템(110)을 위해 도시되는 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 도 7에 도시되는 본 발명의 실시예는 사용자에게 도 6에서 도시된 실시예에 대해 설명된 이점들, 특히, 통상적으로 재액화될 BOG의 공급시의 변경들로 인해, 액화 및 분리 시스템들의 위치결정 및/또는 위치에서의 일부 변경들 및/또는 각각의 액화 및 분리 시스템들(110A 및 110B)의 용량에서의 변경들의 허용을 제공한다.
당업자는, 본 발명이 2개 초과의 유닛들, 스테이지들, 프레임들 등의 사용, 예컨대, 2개 초과의 액화 열 교환기들, 2개 초과의 증기-액체 분리기들 등의 사용에 의해 제공될 수 있어서, 하나의 SMR 냉매 시스템의 제공을 단지 요구하면서, 이로부터 제공될 BOG를 냉각하기 위한 가장 효율적인 전반적 방법을 제공하는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 특히 냉매 시스템에서 비용 효율적 오일-주입식 스크류 압축기의 사용을 허용하는 BOG 냉각 및 LNG 재액화를 위한 냉매 사이클의 수정이다. 본 발명은 또한, 제1 냉매 스트림 및 오일-함유 냉매 스트림의 상이한 유동들 또는 유량들의 가능성을 수용할 수 있어, 오일-함유 냉매 스트림의 유동 또는 유량의 변경에 의해 유발되는 열 교환기의 가능한 오일 동결 및 막힘에 대해 공정의 사용자에 의해 염려가 감소되거나 없다. 게다가, 특히, 통상적으로 가장 차갑거나, 적어도 오일 응축점 미만의 온도에서 작동하는 열 교환기의 부분들에서, 적어도 동결된 오일을 제거하기 위해 열 교환기들의 유지보수를 정기적으로 실행할 필요가 감소되거나 전체적으로 제거된다.

Claims (17)

  1. 액화 가스 탱크(liquefied gas tank)로부터 BOG(boil-off gas) 스트림(stream)을 냉각하는 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 열 교환기에서 상기 BOG 스트림을 제1 냉매와 열 교환하는 단계를 포함하며, 상기 열 교환기는 진입 포트 및 보다 따뜻한(warmer) 출구 포트를 가지며, 그리고 상기 방법은 적어도,
    (a) 상기 BOG 스트림과 열을 교환하며 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 제공하기 위해, 상기 열 교환기의 상기 진입 포트로 그리고 상기 열 교환기의 제1 영역으로 상기 제1 냉매를 지나게 하는 단계;
    (b) 상기 진입 포트와 상기 보다 따뜻한 출구 포트 사이에 중간 출구에서 상기 열 교환기로부터 상기 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 빼내는 단계;
    (c) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 오일-함유(oil-containing) 냉매 스트림과 상기 제1 보다 따뜻한 냉매 스트림을 혼합하는 단계;
    (d) 상기 제1 영역보다 더 따뜻한 상기 열 교환기의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 상기 열 교환기로 상기 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계;
    (e) 상기 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 상기 열 교환기 밖으로 상기 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함하는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 BOG는 부유 선박(floating vessel)에서의 액화 화물 탱크(liquefied cargo tank)로부터 나오는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 BOG는 LNG(liquefied natural gas) 화물 탱크로부터 나오는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일-함유 냉매는 SMR(single mixed refrigerant) 또는 SMR의 일부분인,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 BOG 액화 열 교환기 시스템에 있는 단일의 액화 열 교환기인,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 액화 열 교환기 시스템은, 2개, 선택적으로는 2개 초과의 열 교환기 유닛들을 포함하는 멀티-유닛 액화 열 교환부를 포함하며, 그리고 상기 BOG 스트림 및 상기 제1 냉매는 상기 열 교환기 유닛들의 적어도 가장 차가운 곳을 통과하는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 수직 또는 거의 수직인 열 교환기인,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 플레이트-핀 열 교환기(plate-fin heat exchanger) 또는 인쇄 회로 열 교환기(printed circuit heat exchanger)를 포함하는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일-함유 냉매 스트림에서의 오일은 압축기 윤활유인,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 전에 상기 제1 냉매를 팽창시키는 단계를 더 포함하는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(c)의 온도는 상기 열 교환기에서 상기 제1 영역의 온도보다 더 높은,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 출구 포트는 상기 제1 영역보다 더 따뜻한 상기 열 교환기의 제2 영역 내에 있는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기로의 상기 조합된 냉매 스트림의 진입을 위한 상기 진입 포트는, 상기 제1 영역보다 더 따뜻한 상기 열 교환기의 제2 영역 내에 있는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 영역의 온도는 상기 오일-함유 냉매의 오일의 동결 온도보다 더 따뜻한,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 SMR을 사용하며, 그리고 적어도 냉각된 BOG 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템에서 상기 SMR과 상기 BOG 스트림을 열 교환하는 단계를 포함하고,
    상기 SMR은 SMR 재순환 시스템에서 제공되며, 상기 SMR 재순환 시스템은 적어도,
    (a) 후-압축(post-compression) SMR 스트림을 제공하기 위해 적어도 하나의 오일-주입식 스크류 압축기(oil-injected screw compressor)를 사용하여 상기 SMR을 압축하는 단계;
    (b) 오일-기반 스트림 및 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 상기 후-압축 SMR 스트림을 분리하는 단계;
    (c) 상기 제1 SMR 증기 스트림을 냉각하고 그리고 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 상기 액화 열 교환기 시스템으로 상기 제1 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계;
    (d) 상기 액화 열 교환기 시스템으로부터 상기 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 빼내는 단계;
    (e) 오일-함유 액상 SMR 스트림 및 오일 없는(oil-free) SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 상기 냉각된 제1 SMR 증기 스트림을 분리하는 단계;
    (f) 응축된 SMR 스트림을 제공하기 위해 상기 액화 열 교환기 시스템을 통해 상기 오일 없는 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계;
    (g) 상기 BOG 스트림에 대한 열 교환을 위해 상기 액화 열 교환기 시스템을 통과하도록 팽창된 가장 낮은 온도의 SMR 스트림을 제공하기 위해, 그리고 보다 따뜻한 SMR 스트림을 제공하기 위해 상기 응축된 SMR 스트림을 팽창시키는 단계;
    (h) 중간 출구 포트에서 상기 액화 열 교환기 시스템으로부터 상기 보다 따뜻한 SMR 스트림을 빼내는 단계;
    (i) 적어도 부분적으로 팽창된 오일-함유 냉매 스트림을 제공하기 위해 상기 단계(e)의 상기 오일-함유 액상 SMR 스트림을 팽창시키는 단계;
    (j) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 상기 단계(i)의 상기 오일-함유 냉매 스트림과 상기 단계(h)의 상기 보다 따뜻한 SMR 스트림을 조합하는 단계;
    (k) 상기 제1 영역보다 더 따뜻한 상기 액화 열 교환기 시스템의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 상기 액화 열 교환기 시스템으로 상기 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계; 및
    (l) 상기 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 상기 액화 열 교환기 시스템 밖으로 상기 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함하는,
    액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림을 냉각하는 방법.
  16. SMR(single mixed refrigerant)을 사용하는 액화 가스 탱크로부터 BOG(boil-off gas) 스트림 냉각하는 방법과 함께 사용하기 위한 SMR 재순환 시스템으로서,
    상기 방법은 냉각된 BOG 스트림을 제공하기 위해 액화 열 교환기 시스템에서 BOG 스트림을 SMR과 열 교환하는 단계를 적어도 포함하며,
    상기 SMR은 SMR 재순환 시스템에서 제공되며, 상기 SMR 재순환 시스템은 적어도,
    (a) 후-압축 SMR 스트림을 제공하기 위해 적어도 하나의 오일-주입식 스크류 압축기를 사용하여 상기 SMR을 압축하는 단계;
    (b) 오일-기반 스트림 및 제1 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 상기 후-압축 SMR 스트림을 분리하는 단계;
    (c) 오일-함유 액상 SMR 스트림 및 SMR 증기 스트림을 제공하기 위해 상기 제1 SMR 증기 스트림을 분리하는 단계;
    (d) 응축된 SMR 스트림을 제공하기 위해 상기 액화 열 교환기 시스템을 통해 상기 SMR 증기 스트림을 지나게 하는 단계;
    (e) 상기 BOG 스트림에 대한 열 교환을 위한 액화 열 교환기 시스템의 제1 구역으로 지나도록 팽창된 가장 낮은-온도 SMR 스트림을 제공하기 위해, 그리고 보다 따뜻한 SMR 스트림을 제공하기 위해 상기 응축된 SMR 스트림을 팽창시키는 단계;
    (f) 중간 출구 포트에서 상기 열 교환기로부터 상기 보다 따뜻한 SMR 스트림을 빼내는 단계;
    (h) 조합된 냉매 스트림을 제공하기 위해 오일-함유 냉매 스트림과 상기 보다 따뜻한 SMR 스트림을 조합하는 단계;
    (i) 상기 제1 영역보다 더 따뜻한 상기 열 교환기의 제2 영역에 위치되는 진입 포트를 통해 상기 열 교환기로 상기 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계;
    (j) 상기 보다 따뜻한 출구 포트를 통해 상기 열 교환기 밖으로 상기 조합된 냉매 스트림을 지나게 하는 단계를 포함하는,
    SMR을 사용하는 액화 가스 탱크로부터 BOG 스트림 냉각하는 방법과 함께 사용하기 위한 SMR 재순환 시스템.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에서 규정된 바와 같은 냉매 시스템 및 BOG 스트림에 대한 열 교환을 위한 열 교환기를 포함하는 액화 가스 탱크로부터 상기 BOG 스트림을 냉각하기 위한 장치.
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