KR20210095930A - 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하는 장치 - Google Patents

액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하는 장치 Download PDF

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KR20210095930A
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circuit
outlet
gas
inlet
compressor
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KR1020217020048A
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베르나르 아운
마르탱 뷔사르
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가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하기 위한 장치(10)로서, - 적어도 하나의 액화 가스 저장 탱크(14)의 액화 가스 배출구에 연결되도록 의도된 제1 라인(18)에 연결된 액화 가스 유입구를 포함하는 제1 냉각 회로(24a)를 포함하는 제1 열교환기(24), - 상기 제1 라인을 구비한, 감압에 의한 기화 수단(19), 및 - 적어도 하나의 압축기(26, 28)를 포함하고, 상기 제1 회로(24a)의 배출구에 연결되는, 적어도 부분적으로 액체 상태인 가스를 위한 유입구 및 상기 적어도 하나의 압축기(26, 28)에 연결되는, 오로지 기체 상태인 가스를 위한 배출구를 포함하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하는 장치
본 발명은 특히 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하기 위한 장치에 관한 것이다.
종래 기술은 문헌 FR-A1-3 066 257, WO-A1-2017/192136 및 KR-A-2018 0093577을 포함한다.
천연 가스와 같은 가스를 장거리에 걸쳐 보다 쉽게 수송하기 위해, 가스는 보통 (액화 천연 가스 - LNG가 되기 위해) 극저온으로, 예를 들어 대기압에서 -160 °C로, 냉각함으로써 액화된다. 액화 가스는 그 후 특수 선박에 적재된다.
예를 들어 LNG 유형의, 액화 가스 수송선에서, 에너지 생산 설비는 선박의 운항을 위한, 특히 선박 추진 및/또는 선상 장비를 위한 전기 생산을 위한 에너지 요구 사항을 충족하도록 의도된다.
이러한 설비는 현재, 선박의 탱크 또는 탱크들로 수송되는 액화 가스의 화물로부터 공급되는 증발기에서 나오는 가스를 소비하는 열 엔진을 포함한다.
문헌 FR-A-2 837 783은 선박의 탱크 바닥에 있는 수중 펌프를 사용하여 추진에 필요한 그러한 증발기 및/또는 다른 시스템을 공급하는 것을 규정한다.
액화 가스의 증발(boil-off)을 제한하기 위하여, 고려하는 액화 가스의 기화 곡선 상에서 이동하여 그것의 기화 온도를 높이도록 탱크 내 압력 하에서 그것을 저장하는 것은 잘 알려진 관행이다. 따라서 액화 가스는 보다 높은 온도에서 저장될 수 있으며, 그 결과 가스의 증발을 제한한다.
그럼에도 불구하고 가스의 자연 기화는 불가피하고; 이 현상을 NBOG라고 하며, 이는 자연 증발 가스(Natural Boil-Off Gas)의 약어이다(가스의 강제 증발 또는 강제 증발 가스(Forced Boil-Off Gas)의 약어인 FBOG와 반대된다). 선박의 탱크에서 자연적으로 증발하는 가스는 일반적으로 전술한 설비에 공급하는 데 사용된다. 천연 증발 가스의 양이 설비의 연료 가스 수요에 불충분한 경우(첫 번째 케이스), 강제 증발 후에 보다 많은 연료 가스를 공급하도록 탱크에 잠긴 펌프가 작동된다. 증발 가스의 양이 설비의 수요에 비해 너무 많은 경우(두 번째 케이스)에는, 과잉 가스가 일반적으로 가스 연소 유닛에서 연소되며, 이는 연료 가스의 손실을 나타낸다.
현재의 기술에서 탱크의 개선은, 액화 가스의 자연 증발율(Boil-Off Rate, BOR)이 갈수록 낮아지는 반면 선박의 기계 부품은 갈수록 보다 효율적이 되는 것이다. 그 결과, 위에서의 첫 번째 및 두 번째 케이스 각각에서, 증발에 의해 자연적으로 생성되는 가스의 양과 선박의 설비에 의해 요구되는 가스의 양 사이의 차이가 매우 크다.
결과적으로, 저장 탱크에 들어있는 액화 가스를 냉각하고 이 탱크에서 생성된 BOG를 관리하기 위한, 예를 들어, 출원 WO-A1-2016에 설명된 것과 같은, 재-액화 또는 냉각 유닛과 같은, 솔루션에 대한 관심이 높아지고 있다. 이 문헌의 기초가 되는 아이디어는 액화 가스를 그것의 지속적인 저장을 가능케 하는 열역학적 상태로 유지하면서 액화 가스의 자연 증발을 제한할 수 있는, 액화 가스의 냉각을 위한 장치를 제안하는 것이다. 그러나, 이 문헌에서 설명하는 열교환기 기술은 비용이 많이 들고 비효율적이며 아래에서 자세히 설명할 다른 단점들이 있다.
더욱이, 액체 움직임 및 주변 환경과 같은 여러 매개 변수가 NBOG의 생성에 영향을 미친다. 선박의 에너지 요구 사항 또한 수행되는 작업이나 항해 속도에 따라 크게 달라진다. 따라서, 과잉 NBOG의 양이 크게 변동할 수 있기 때문에 효율적인 BOG 관리 솔루션을 설정하는 것이 어려울 수 있다.
가스의 증발을 강제하고 진공 증발기에 의해 냉기를 생성하는 것이 이미 제안되었다. 이 진공 증발기는, 탱크로부터 취출된 액화 가스를 기화시키기 위한 수단과 플라스크를 감압하기 위한 수단 사이에 장착된 상 분리 플라스크를 포함한다. 이는 메인 탱크에 들어있는 가스를 냉각하는데 사용할 수 있는 더 큰 냉각 용량을 얻을 수 있게 한다.
본 발명은, 간단하고 효율적이며 경제적인, 현재 기술의 개선을 제공한다.
본 발명은 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하기 위한 장치를 제공하고, 장치는:
- 적어도 하나의 액화 가스 저장 탱크의 액화 가스 배출구에 연결되도록 의도된 제1 라인에 연결된 액화 가스 유입구를 포함하는 제1 냉각 회로를 포함하는 제1 열교환기,
- 상기 제1 라인을 구비한, 감압에 의한 기화 수단, 및
- 적어도 하나의 압축기를 포함하고,
상기 제1 회로의 배출구에 연결되는, 적어도 부분적으로 액체 상태인 가스를 위한 유입구 및 상기 적어도 하나의 압축기에 연결되는, 오로지 기체 상태인 가스를 위한 배출구를 포함하는 히터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 종래 기술의 진공 증발기(VE) 분리 플라스크는 히터로 대체된다. 2-상 혼합물을 수용하도록 의도된 분리 플라스크와 달리, 히터는 배출구에서 오직 기체 상태인 가스를 공급하도록 구성된다. 이것은 장치의 구조를 단순화하는데, 더 이상 플라스크 내에서 액체와 기체를 독립적으로 관리할 필요가 없기 때문이다.
본 발명에 따른 장치는, 서로로부터 분리되거나 서로 조합되는, 다음의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 상기 제1 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 -165 °C 이하의 온도로부터 -165 °C 이상의 온도까지 가열하도록 구성되고,
- 상기 히터는, 적어도 부분적으로 액체 상태인 가스를 위한 유입구로서, 상기 제1 회로의 배출구에 연결되는, 상기 유입구와, 오로지 기체 상태인 가스를 위한 배출구로서, 상기 적어도 하나의 압축기에 연결되는, 상기 배출구를 포함하는 제3 회로를 포함하는 열교환기이며,
- 상기 제3 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 -165 °C 이하의 온도로부터 -50 °C 이상의 온도까지 가열하도록 구성되고,
- 히터를 형성하는 교환기는 그 안에서 가열 유체가 순환하는 제4 회로를 포함하고,
- 상기 제4 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 50 °C 이상의 온도로부터 0 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되고,
- 상기 가열 유체는 상기 적어도 하나의 압축기의 배출구로부터 취출된 압축 가스이고,
- 상기 적어도 하나의 압축기의 배출구, 바람직하게는 단일 배출구는, 히터를 형성하는 교환기의 상기 제4 회로의 유입구에 연결되며,
- 장치는 직렬로 장착된 적어도 2개의 압축기를 포함하고, 상류 압축기의 배출구는 히터를 형성하는 교환기의 상기 제4 회로의 유입구에 연결되며, 이의 하나의 배출구는 하류 압축기의 유입구에 연결되고,
- 장치는 직렬로 장착된 적어도 2개의 압축기를 포함하고, 상류 압축기의 배출구는 하류 압축기의 유입구에 연결되며, 그것의 배출구는 히터를 형성하는 교환기의 상기 제4 회로의 유입구에 연결되고,
- 상기 제4 회로는 적어도 하나의 압축기에 연결된 배출구를 가지며,
- 상기 제3 회로의 유입구는 또한 상기 탱크로부터의 기체 상태의 가스를 위한 배출구(45)에 연결되고,
- 상기 제1 열교환기는 상기 탱크의 액화 가스 배출구에 연결되도록 의도된 제3 라인에 연결된 액화 가스 유입구를 포함하는 제2 회로를 포함하고; 이 제2 회로는 장치의 작동 모드에 따라 순차적으로 냉각 회로 및 가열 회로가 될 수 있으며,
- 상기 제1 열교환기는, 상기 압축기의 배출구에, 또는 직렬의 2개의 압축기의 경우 하류 압축기의 배출구에 연결되도록 의도된 제4 라인에 연결된 기체 상태의 가스를 위한 유입구를 포함하는 제5 가열 회로를 포함하고,
- 상기 제2 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 -160 °C 이하의 온도로부터 -165 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되고/되거나, 상기 제5 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 -100 °C 이하의 온도로부터 -130 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되고,
- 상기 제4 회로의 배출구는 또한 상기 제5 회로의 유입구에 연결되며,
- 장치는 상기 제5 회로의 배출구에 연결된 유입구 및 상기 탱크의 액화 가스 유입구에 연결되도록 의도된 배출구를 포함하는 팽창 수단을 구비한 제5 라인을 포함하고,
- 장치는 제6 라인을 포함하고, 이것의 유입구는 상기 제2 회로의 배출구에 연결되며 이것의 배출구는 상기 탱크의 액화 가스 유입구에 연결되고,
- 상기 제5 회로의 상기 가스 유입구는 제2 열교환기의 제6 회로를 통해 상기 압축기의 배출구에, 또는 직렬의 2개의 압축기의 경우 하류 압축기의 배출구에 연결되며,
-상기 제6 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 0 °C 이상의 온도로부터 -100 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되고,
- 상기 제2 열교환기는 제7 회로를 포함하고, 그 유입구는 상기 탱크로부터의 기체 상태의 가스를 위한 배출구에 연결되며 그 배출구는 상기 압축기에 연결되거나 또는 직렬의 2개의 압축기의 경우 하류 압축기에 연결되고,
- 상기 제7 회로는 그 내부를 순환하는 유체를 -100 °C 이하의 온도로부터 -50 °C 이상의 온도까지 가열하도록 구성된다.
본 발명은 또한, 전술한 바와 같은 적어도 하나의 장치를 포함하는, 특히 액화 가스를 수송하기 위한 선박에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 전술한 청구항 중 하나에 따른 장치에 의해, 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하는 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 압축기에 공급하기 전에, 액화 가스를 인출하고 이 가스를 완전히 기화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기화는 가열 유체로 액화 가스를 가열함으로써 얻을 수 있으며, 가열 유체는 상기 적어도 하나의 압축기의 배출구로부터 취출된 압축 가스일 수 있다. 압축 가스는 바람직하게는 직렬로 장착된 2개의 압축기 사이에서 또는 직렬로 장착된 2개의 압축기의 배출구에서 인출된다.
비-제한적인 예로서 그리고 첨부된 도면을 참조하여 주어지는 다음의 설명을 읽을 때, 본 발명은 더 잘 이해될 것이고 본 발명의 다른 세부 사항, 특징 및 이점은 더 명확하게 나타날 것이다.
도 1은, 여기서 선박을 구비한, 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 개략도이며,
도 2는, 여기서 선박을 구비한, 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 개략도이고,
도 3은, 여기서 선박을 구비한, 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예의 개략도이며,
도 4는, 여기서 선박을 구비한, 본 발명에 따른 장치의 제4 실시예의 개략도이고,
도 5는, 여기서 선박을 구비한, 본 발명에 따른 장치의 제5 실시예의 개략도이며,
도 6은, 도 5의 장치의 작동 모드를 보여주는 개략도이다.
도 7은, 도 5의 장치의 다른 작동 모드를 보여주는 개략도이다.
도 1은 특히 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하는 것을 가능하게 하는 본 발명에 따른 장치(10)의 제1 실시예를 도시한다.
장치(10)는 특히, 액화 가스 수송선(도 1 내지 3)과 같은 선박에 연료 가스를 공급하는데 적합하지만 배타적이지는 않다.
선박은 액화 가스를 저장하기 위한 하나 이상의 탱크(14)를 포함한다. 가스는, 예를 들어, 메탄 또는 메탄을 포함하는 가스 혼합물이다. 상기 탱크(14) 또는 각각의 탱크(14)에는 소정의 압력 및 온도, 예를 들어 대기압 및 -160 ℃ 정도의 온도에서, 액화 상태의 가스가 들어있을 수 있다. 선박의 하나 이상의 탱크(14)는 선박에서 에너지를 생산하기 위한 설비(12)에 연결될 수 있다. 따라서, 탱크의 수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 1과 6 사이이다. 각 탱크(14)는 1,000 내지 50,000 m3 사이의 용량을 가질 수 있다.
다음에서 "탱크"라는 표현은 "상기 또는 각각의 탱크"로 해석되어야 한다.
탱크(14)에는, 탱크(14) 내의 액화 가스(14a)의, 특히 자연적인, 증발(boil-off)로부터 기인하는 가스(14b) 뿐만 아니라 액화 가스(14a)가 들어있다. 자연스럽게, 액화 가스(14a)는 탱크(14)의 바닥에 저장되는 반면, 증발 가스(boil-off gas)(14b)는, 문자 N으로 개략적으로 도시된, 탱크 내의 액화 가스 위에 위치한다.
다음에서, "LNG"는 액화 가스, 즉 액체 상태의 가스를 나타내고, "BOG"는 증발 가스를, "NBOG"는 자연 증발 가스를, 그리고 "FBOG"는 강제 증발 가스를 나타낸다. 이 약어들은 통상의 기술자에게 알려져 있는데, 왜냐하면 그들이 관련 영어 표현의 이니셜에 대응하기 때문이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 펌프(16a, 16b)는 탱크(14)의 LNG에 잠기고, 바람직하게는 탱크의 바닥에 위치하여 LNG 만 공급되도록 보장한다.
여기에는 두 개의 펌프(16a, 16b)가 있다. 펌프(16a)는 라인(18)의 일 단부, 여기서는 하단에 연결된다. 펌프(16b)는 라인(20)의 일 단부, 여기서는 하단에 연결된다. 변형예에서, 예를 들어 16a 및 16b의 여분(redundancy)을 제공하거나 선박에 이미 존재하는 분사 펌프와 같은 기존 펌프를 사용하기 위해(이 경우 16b의 기능은, 4개의 별도 탱크에 각각 존재하는, 4개의 분사 펌프에 의해 제공될 수 있음), 각 유형의 더 많은 펌프가 있을 수 있다. 변형예에서, 이미 선박에 존재하는 연료 가스 펌프를 사용하는 것 또한 가능할 것이다(이 경우 16a의 기능은, 하나 이상의 별도 탱크에 각각 존재하는, 연료 가스 펌프(들)에 의해 제공될 수 있음).
라인(20)은, 레벨 N보다 위인, 탱크(14)의 상부에 위치하는 LNG 액적(droplets)을 분사하기 위한 붐(boom)(22)에 연결된 상단부를 포함한다. 따라서 붐(22)은 LNG 액적을 NBOG로 분사하도록 구성된다. 이것은 탱크(14)에서 NBOG를 강제로 재응축할 수 있게 한다. 펌프(16b)는, 탱크(14)의 바닥으로부터 붐(22)으로의 라인(20) 내 LNG의 순환을 강제하도록, 그리고 LNG가 액적 형태로 분사되는 것을 보장하도록 구성된다. 실제로, 가스 오버 헤드는 메인 탱크에 존재할 수 있는 반면, NBOG는 라인에서 순환할 수 있다.
펌프(16a)는 탱크(14)의 바닥으로부터 열교환기(24)로의 라인(18) 내 LNG의 순환을 강제하도록 구성된다. 라인(18)은, 교환기(24)에 도달하기 전에 라인(18)에서 순환하는 LNG의 압력을 감소시키기 위하여 감압 수단(19)을 포함한다. 감압 수단(19)은, 예를 들어, 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect) 밸브를 포함한다.
따라서, 라인(18) 내에서의 그리고 감압 수단(19)을 통한 LNG의 순환은, 교환기(24)에 공급하기 전에 LNG의 부분적인 기화를 야기한다.
도시된 실시예에서, 열교환기(24)는 3개의 열 교환 회로를 포함하고, 그 중 제1 회로(24a)는 감압 수단(19)에서 나오는 2-상 가스를 제1 회로(24a)에 공급하기 위해 라인(18)에 연결된 유입구를 갖는다.
제1 회로(24a)의 배출구는 히터(25)의 유입구에 연결되며, 그 배출구는 제1 압축기(26)의 여기서의 단일 유입구에 연결된다. 상류 압축기라고 불리는 압축기(26)는 하류 압축기라고 불리는 압축기(28)의 제1 유입구에 연결된 여기서의 단일 배출구를 갖는다. 압축기(28)는 3-방향 밸브(46)의 경로 중 하나에 의해 설비(12)로 연결되는 여기서의 단일 배출구를 갖는다.
열교환기(24)는 3-방향 밸브(38a)의 경로 중 하나에 라인(30)에 의해 연결된 유입구를 포함하는 제2 회로(24b)를 포함하고, 밸브의 나머지 두 경로는 라인(20) 및 붐(22)에 각각 연결된다.
제2 회로(24b)의 배출구는 3-방향 밸브(38b)의 경로 중 하나에 또한 연결된 라인(32)에 연결되고, 밸브의 다른 하나의 경로는 붐(22)에 연결된다.
열교환기(24)는, 탱크(14) 안으로, 바람직하게는 컨테이너의 바닥에, LNG를 재주입하기 위한 플런저 유형의 시스템(35)에 뿐만 아니라 3-방향 밸브(38b)의 경로의 마지막에 라인(34)에 의해 연결된 배출구를 포함하는 제3 회로(24c)를 포함한다. 라인(34)은, 가스가 탱크(24)로 재주입되기 전에 가스의 압력을 감소시키고 재응축하도록 구성된 팽창 수단(36)을 구비한다.
팽창 수단(36)은, 단열 팽창에 의해 가스의 온도를 낮출 목적으로, 예를 들어, 줄-톰슨 효과 밸브를 포함한다.
줄-톰슨 이완 또는 감압은 절연 및 수평 파이프의 버퍼(일반적으로 충전솜(wadding) 또는 실크 그레이지(greige))를 통해 가스 흐름을 통과시킴으로써 수행되는 고정적이고 느린 층류 이완이며, 버퍼의 왼쪽과 오른쪽에 있는 압력이 상이하다. 실제 기체의 경우, 줄-톰슨 팽창은 일반적으로 온도 변화를 동반한다: 이것이 줄-톰슨 효과이다.
라인(32)은 또한 분사 붐(22) 및 선박의 다른 탱크(14)로부터의 LNG 재주입 시스템(35)에 다른 3-방향 밸브(38a', 38b')에 의해 연결된다.
제3 회로(24c)의 유입구는 다른 열교환기(42)의 회로(42b)의 배출구에 연결되고, 그것의 유입구는 3-방향 밸브(46)의 나머지 경로에 연결된다. 이 교환기(42)는 다른 회로(42a)를 포함하고, 이것의 하나의 배출구는 압축기(28)의 제2 유입구에 연결된다.
회로(42a)의 유입구는 탱크(14)의 또는 각 탱크(14)의 BOG 배출구(45)에 연결된다.
회로(24a)는 저온 회로이고, 유체는 이 회로에서 순환하며, 그리고 이 경우 감압된 LNG는, 그것을 부분적으로 기화하기 위하여, 이 회로에서 순환에 의해 가열되도록 의도된다. 그것은 가열되도록 그리고 따라서 냉기를 전달하도록 의도된다. 따라서 회로(24a)는 냉각 회로로 간주된다.
회로(24b)는 첫 번째 케이스에서 고온 회로, 따라서 가열 회로이고, 따라서 두 번째 케이스에서 저온 회로, 따라서 냉각 회로이며, 유체는 이 회로에서 순환하고, 이 경우 탱크(14)로부터 나오는 LNG는 이 회로에서 순환에 의해 냉각되도록 의도된다. 회로(24a) 상류의 감압은 기화 온도를 낮출 수 있고, 이는 컨테이너로부터 취출되고 회로(24b)에서 순환하는 LNG와의 열교환으로부터 FBOG를 생성할 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다. FBOG에서의 기화는 회로(24b)에서 순환하는 LNG에 의해 공급되는 열의 공급을 필요로 하고; 따라서, 회로(24b)에서 순환하는 LNG를 냉각하기 위한 냉각원(source of refrigeration)이 된다.
회로(24c)는 고온 회로, 따라서 가열 회로이고, 유체는 이 회로에서 순환하며, 이 경우 압축기(26, 28)에서 나오는 압축 가스는 이 회로에서 순환에 의해 냉각되도록 의도된다. 회로(24c)의 하류 확장은 가스를 재응축하고 그것이 탱크(14)에 재주입되기 전에 재액화할 수 있게 한다.
첫 번째 케이스에 있어서, 탱크(14)에서 나오는 LNG는 그 후 펌프(16a)에 의해 감압 수단(19)으로 이송되어, 교환기(24)의 저온 회로(24a)에서 순환한다. 한편, 탱크(14)로부터의 LNG는 펌프(16b)에 의해 교환기(24)의 고온 회로(24b)로 이송된다. 따라서, 이들 회로 사이의 열 교환은 다음을 초래한다:
- 가열기(25)에서 완료되는 그것의 기화를 계속할 목적으로, 감압 및 부분 기화된 LNG를 가열, 및
- 시스템(35) 또는 붐(22)을 통해 탱크(14) 안으로 재주입되는 LNG를 냉각.
두 번째 케이스에 있어서, 압축기(28)로부터 나오는 압축 가스는 팽창 및 재액화되기 전에 회로(24c)에서 더 순환한다. 한편, 탱크(14)로부터의 LNG는 펌프(16b)에 의해 교환기(24)의 저온 회로(24b)로 이송된다. 따라서, 이들 회로 사이의 열 교환은 다음을 초래한다:
- 시스템(35)을 통해 탱크(14)로 재주입되는 LNG를 가열,
- 시스템(35)을 통해 탱크(14)로 주입되기 전에 팽창되고 재액화될 압축 가스를 냉각.
압축기(26, 28)는 2개의 독립적인 압축기 또는 동일한 압축기의 2개의 압축단(compression stages)일 수 있다. 따라서 압축기(26, 28)는 공유될 수 있다.
압축기(28)의 배출구는, 연료 가스의 공급을 목적으로, 설비(12)에 연결된다. 압축기(28)는 설비(12)에서의 그것의 사용에 적합한 작동 압력으로 가스를 압축하도록 구성된다.
도 1의 실시예에서, 히터(25)의 목적은 회로(24a)의 배출구에서 가스를 완전히 가열 및 기화시키는 것이며, 이를 위해 가열 회로(25a)를 포함하고, 가열 회로는 전기 회로 또는 수증기와 같은 열 전달 유체 회로일 수 있다.
바람직하게는, 히터(25)의 유입구에서, 2-상 가스는 120 내지 800 mbara 사이, 바람직하게는 300 내지 800 mbara 사이의 압력 및 -182 °C 내지 -151 °C 사이의 온도에 있고, 히터의 배출구에서 기체 상태의 가스는 히터의 압력 강하를 제외하고는 유입구와 동일한 압력 및 -120 °C 내지 -15 °C 사이의 온도에 있다.
도 2는, 히터(25')가 유체 회로(25a)를 포함하고 그것의 유입구가 압축기(26)의 배출구(바람직하게는 단일 배출구)에 연결되며 그것의 배출구가 압축기(28)의 유입구에 연결된 다는 점에서 도 1의 실시예와는 상이한 장치(10)의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 3은, 히터(25")가 유체 회로(25a)를 포함하고 그것의 유입구가 압축기(28)의 배출구(바람직하게는 단일 배출구)에 연결되며 그것의 배출구가 3-방향 밸브(46)의 경로 중 하나에 연결 - 이는 또한 설비(12) 및 교환기(42)에도 연결됨 - 된다는 점에서 도 1의 실시예와는 상이한 장치(10)의 다른 변형 실시예를 도시한다. 도 1 내지 3의 이러한 세 가지 변형예는, LNG를 완전히 기화시키는 것에 더하여, 그것을 비-극저온 온도, 즉 -40 °C 위로 가열할 수 있게 한다.
도 1의 장치(10) 및 도 2 및 3의 그것의 변형예는 다음과 같이 작동할 수 있다.
1. 예를 들어 선박이 탱크(들)(14)에서 생성된 NBOG를 보충하기 위해 보다 많은 BOG를 필요로 하는 속도로 항해하고 있을 때, NBOG의 양이 불충분한 경우. 추가 BOG 또는 FBOG는 장치(10)에 의해 제공될 것이다.
탱크(14)의 압력을 제어하기 위해, NBOG는 배출구(45)를 통해 이 탱크로부터 취출되고, 그 후 압축기(28)에 공급하는데, 이는 설비(12)에 대해 허용가능한 압력, 예를 들어 6-7 bar, 15-17 bar 또는 300-315 bar에서 연료 가스를 생성할 것이다. 가스의 양을 보충하고 설비(12)의 소비 요구를 충족시키기 위해, 탱크(14)로부터의 LNG는 펌프(16a) 및 라인(18)에 의해 감압 수단(19)으로 이송되고, 여기서 LNG는 저기압을 겪는다. 그 후, 제1 교환기(24)의 회로(24b)에서 순환하는 LNG와 교환함으로써 제1 교환기(24)의 회로(24a)를 통해 재가열되고, 이는 그동안 펌프(16b), 라인(20) 및 라인(30)에 의해 이송된다. 이렇게 냉각된 LNG는 그 후 라인(32) 및 플런저(35)에 의해 탱크(14)의 바닥으로 이송된다. 2-상 가스 혼합물은 히터(25)에 도달하고, 여기서 2-상 가스는 가스상으로 완전히 변환된다. 생성된 FBOG는 그 후 압축기(26)에 의해 압축된다. 그런 다음, FBOG는 압축기(28)에 의해 다시 압축되어 설비(12)를 위해 요구되는 압력에 도달한다.
2. 예를 들어 선박이 저속으로 순항하거나 정박해 있을 때, 과잉 NBOG가 생성되는 경우, 과잉 NBOG는 안전하고 환경 친화적인 방식으로 관리되어야 한다.
탱크(14)에서 생산된 NBOG는 설비(12)의 요구를 충족시키기에 충분한 양이거나 충족하고도 남을 정도이다. 탱크(14)의 압력을 제어하기 위해, BOG는 이 탱크로부터 취출되고 압축기(28)에 공급되어 설비(12)를 위해 요구되는 압력에 도달한다. 설비에 의해 소비될 수 없는 과잉 BOG는 압축기(28)의 배출구에서 교환기(42)로 이송되며, 여기서는 배출구(45)에 의해 탱크(14)로부터 직접 취출된 저온 NBOG와의 칼로리 교환에 의해 냉각된다. 그 후 과잉 BOG는 회로(24c)로 보내지고, 여기서 탱크로부터 취출된 LNG와의 열교환에 의해 다시 냉각된다. 그 후, 과잉 BOG는 밸브(36)에 의해 재응축되고 탱크로 재주입된다.
3. 예를 들어 귀환 후 선적 전에(탱크(들)(14)가 거의 비어 있기 때문에, 이 동안 BOG를 관리하는 것은 일반적으로 필요가 없음), 선박의 메인 탱크(14)가 냉각되는 경우.
전형적으로, 선박이 그것의 화물을 적재하는 재-액화 터미널은 즉시 기화(플래시)되는 LNG의 양을 제한하기 위해 적재 전에 탱크(14)의 저온 온도를 요구한다. 이것은 일반적으로 이 탱크의 BOG를 냉각시키기 위해 탱크(14)에 이미 수용되어 있는 LNG를, 붐(22) 및 관련 펌프(16b)를 사용하여, 분사함으로써 수행된다. 장치(10)에 의해, 교환기의 제2 회로(24b)로부터의 LNG를, 따라서 탱크(14)에 수용되어 있는 것보다 더 저온의 LNG 붐(22)에 공급함으로써 이러한 작업을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 변형 실시예를 도시하며, 위에서 이미 설명된 요소는 동일한 참조 부호로 표시된다.
히터(25)는 여기서 교환기의 형태로 도시되고, 그것의 하나의 회로(25b)는 교환기(24)의 회로(24a)의 배출구를 압축기(26)의 유입구에 연결하고, 다른 회로(25a)는 이 압축기(26)의 배출구를 압축기(28)의 유입구에, 여기서 보다 구체적으로는, 선박에서 이러한 유형의 압축기에 요구되는 여분으로 인해 2개의 압축기(28)에 병렬로 연결한다.
도 4는 장치에서 순환하는 유체의 온도의 예시를 도시한다. 컨테이너(14)로부터 취출된 액화 가스가 회로(24b)에서 냉각되고 회로(24a)에서 재가열되며, 교환기 회로는 또한 회로(42b)에서 미리 냉각된 가스를 냉각 및 재액화할 수 있게 하는 것을 알 수 있다. 회로(42a)는 샘플링된 BOG를 재가열할 수 있게 한다. 회로(25b)는 2-상 혼합물의 가열 및 나머지 액체의 전체 증발을 보장하고, 회로(25a)는 냉각을 보장한다. 회로(25b)의 배출구에서의 온도는 여기서 -50 °C 를 초과(예를 들어, -35 °C 이상)하며, 이는 극저온 압축기 보다 저렴한 압축기(26)를 사용할 수 있게 한다(극저온 압축기는 -50 °C 보다 훨씬 낮은 온도에서 작동할 수 있다). 더욱이, 이러한 온도 레벨은 모든 액화 가스가 완전히 기화되어 회로(25b)의 배출구에서 그리고 압축기(26)의 유입구에서 기체 상태로 되는 것을 보장한다.
도 5는 또 다른 변형 실시예를 도시하고, 도 6 및 7은 이 변형예의 작동 모드를 보여준다.
이 변형예에서, 펌프(16a, 16b)는 컨테이너(14)에 수용된 액화 가스에 잠긴 단일 펌프(16c)로 대체되며, 그것의 배출구는 한편으로는 3-방향 밸브(38a)에 연결되고 다른 한편으로는 분기(bifurcation) 부재(50)에 연결되어, 교환기(24)의 2개의 회로(24a, 24b) 중 하나에 또는 심지어 둘 모두에 동시에 공급할 수 있게 한다.
도 4 및 5의 변형예를 비교함으로써, 한편으로는 히터(25)를 형성하는 교환기 및 다른 한편으로는 교환기(42)가 합쳐져 단일 교환기(52)를 형성함을 알 수 있다.
이 교환기(52)는 2개의 회로를 포함하는데, 그 중 첫 번째 회로(52a)는 교환기(24)의 회로(24a)의 배출구를 압축기(26)의 유입구에 연결하고, 두 번째 회로(52b)는 이 압축기(26)의 배출구를 압축기(28) 또는 압축기들(28)에 연결한다.
교환기(42)의 회로(42b)의 기능은 여기서 회로(52b)에 통합되고, 그 유입구는 또한 압축기(28)의 배출구에 연결되며, 그 배출구는 또한 교환기(24)의 회로(24c)에 연결된다.
더욱이, BOG 배출구(45)는 한편으로 회로(52a)의 유입구에 연결되고 - 이는 회로(42a)의 기능을 통합함 - 다른 한편으로 압축기(28)의 유입구에 연결된다. 회로(52a)의 배출구는 또한 압축기(28)의 유입구에 연결된다.
도 6은, BOG가 배출구(45)를 통해 컨테이너(14)로부터 인출되고 압축기(28)에 공급되는 이러한 변형예의 제1 작동 모드를 도시한다. 동시에, 액화 가스는 펌프(16c)에 의해 인출되고 교환기(24)의 회로(24a, 24b)에 공급한다. 회로(24b)에서 냉각된 액화 가스는 컨테이너의 바닥에 재주입되고, 밸브(19)에 의해 팽창된 액화 가스는 회로(24a)를 통과하여 회로(52a)의 배출구에서 완전히 기체 상태로 발견된다. 이 가스는, 회로(52b)에서 냉각되어 압축기(28)에 공급되기 전에 압축기(26)에 의해 압축된다.
도 7은, BOG가 배출구(45)를 통해 컨테이너(14)로부터 인출되고 압축기(28)에 공급되기 전에 재가열되는 회로(52a)를 통과하는 이러한 변형예의 제2 작동 모드를 도시한다. 압축기(28)에서 나오는 압축 가스의 일부는 회로(52b)에서 순환하고, 그 후 재액화되어 컨테이너(14)로 재주입되기 전에 회로(24c)에서 순환한다.

Claims (25)

  1. 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하기 위한 장치(10)에 있어서,
    - 제1 열교환기(24)로서,
    적어도 하나의 액화 가스 저장 탱크(14)의 액화 가스 배출구에 연결되도록 의도된 제1 라인(18)에 연결된 액화 가스 유입구를 포함하는 제1 냉각 회로(24a), 및
    상기 탱크(14)의 액화 가스 배출구에 연결되도록 의도된 제3 라인(30)에 연결된 액화 가스 유입구를 포함하는 제2 회로(24b)를 포함하는, 상기 제1 열교환기(24)와,
    - 상기 제1 라인(18)을 구비한, 감압에 의한 기화 수단(19)과,
    - 적어도 하나의 압축기(26, 28)와,
    - 상기 제1 회로(24a)의 배출구에 연결되는, 적어도 부분적으로 액체 상태인 가스를 위한 유입구 및 상기 적어도 하나의 압축기(26, 28)에 연결되는, 오로지 기체 상태인 가스를 위한 배출구를 포함하는 히터(25, 52)를 포함하고,
    상기 제1 열교환기(24)는, 상기 압축기(28)의 배출구에 연결된 기체 상태의 가스를 위한 유입구 및 상기 탱크(14) 내로 액화 가스를 주입하도록 의도된 수단(35, 34, 22)에 연결된 가스 배출구를 포함하는 다른 가열 회로(24c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로(24a)는 그 내부를 순환하는 유체를 -165 °C 이하의 온도로부터 -165 °C 이상의 온도까지 가열하도록 구성되는
    장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히터(25)는, 적어도 부분적으로 액체 상태인 가스를 위한 유입구로서, 상기 제1 회로(24a)의 배출구에 연결되는, 상기 유입구와, 오로지 기체 상태인 가스를 위한 배출구로서, 상기 적어도 하나의 압축기(26, 28)에 연결되는, 상기 배출구를 포함하는 제3 회로(25b)를 포함하는 열교환기인
    장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 회로의 유입구는 또한 상기 탱크(14)로부터의 기체 상태의 가스를 위한 배출구(45)에 연결되는
    장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제3 회로(25b)는 그 내부를 순환하는 유체를 -165 °C 이하의 온도로부터 -50 °C 이상의 온도까지 가열하도록 구성되는
    장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    히터(25)를 형성하는 상기 열교환기는, 그 안에서 가열 유체가 순환하는 제4 회로(25a)를 포함하는
    장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제4 회로(25a)는 그 내부를 순환하는 유체를 50 ℃ 이상의 온도로부터 0 ℃ 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되는
    장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 가열 유체는 상기 적어도 하나의 압축기(26, 28)의 배출구로부터 취출된 압축 가스인
    장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압축기(26)의 배출구, 바람직하게는 단일 배출구는, 히터(25)를 형성하는 상기 열교환기의 상기 제4 회로(25a)의 유입구에 연결되는
    장치.
  10. 제9항에 있어서,
    직렬로 장착된 적어도 2개의 압축기(26, 28)를 포함하고, 상류 압축기(26)의 배출구는 히터(25)를 형성하는 상기 열교환기의 상기 제4 회로(25a)의 유입구에 연결되며, 이의 하나의 배출구는 하류 압축기(28)의 유입구에 연결되는
    장치.
  11. 제9항에 있어서,
    직렬로 장착된 적어도 2개의 압축기(26, 28)를 포함하고, 상류 압축기(26)의 배출구는 하류 압축기(28)의 유입구에 연결되고, 그것의 배출구는 히터(25)를 형성하는 상기 열교환기의 상기 제4 회로(25a)의 유입구에 연결되는
    장치.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 회로(25a)는 적어도 하나의 압축기(28)에 연결된 배출구를 갖는
    장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 회로(24b)는 상기 장치의 작동 모드에 따라 순차적으로 냉각 회로 및 가열 회로인
    장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 회로(24b)는 그 내부를 순환하는 유체를 -160 ℃ 이하의 온도로부터 -165 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되고/되거나, 상기 다른 회로(24c)는 그 내부를 순환하는 유체를 -100 °C 이하의 온도로부터 -130 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되는
    장치.
  15. 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 회로(25a)의 배출구는 또한 상기 다른 회로(24c)의 유입구에 연결되는
    장치.
  16. 제15항에 있어서,
    팽창 수단(36)을 구비하고, 상기 다른 회로(24c)의 배출구에 연결된 유입구 및 상기 탱크(14)의 액화 가스 유입구에 연결되도록 의도되는 배출구를 포함하는 제5 라인(34)을 포함하는
    장치.
  17. 제16항에 있어서,
    제6 라인(32)을 포함하고, 이것의 유입구는 상기 제2 회로(24b)의 배출구에 연결되고 이것의 배출구는 상기 탱크의 액화 가스 유입구에 연결되는
    장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 회로(24c)의 상기 가스 유입구는 제2 열교환기(42)의 제6 회로(42b)에 의해 상기 압축기(28)의 배출구에 연결되는
    장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제6 회로(42b)는 그 내부를 순환하는 유체를 0 °C 이상의 온도로부터 -100 °C 이하의 온도까지 냉각하도록 구성되는
    장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 열교환기(42)는 제7 회로(42a)를 포함하고, 이것의 유입구는 상기 탱크(14)로부터의 기체 상태의 가스를 위한 배출구(45)에 연결되며, 이것의 배출구는 상기 압축기(28)에 연결되는
    장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제7 회로(42a)는 그 내부를 순환하는 유체를 -100 °C 이하의 온도로부터 -50 °C 이상의 온도까지 가열하도록 구성되는
    장치.
  22. 특히 액화 가스를 수송하기 위한 선박으로서,
    제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는
    선박.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 장치(10)에 의해, 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 적어도 하나의 압축기(26, 28)에 공급하기 전에, 액화 가스를 인출하고 이 가스를 완전히 기화시키는 단계를 포함하는
    방법.
  24. 제23항에 있어서,
    기화는, 상기 적어도 하나의 압축기(26, 28)의 배출구로부터 인출되는 압축 가스인 가열 유체로 액화 가스를 가열함으로써 얻어지는
    방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 압축 가스는 직렬로 장착된 2개의 압축기(26, 28) 사이에서 또는 직렬로 장착된 2개의 압축기의 배출구에서 인출되는
    방법.
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