KR20220072860A - 천연 가스 처리 시스템의 냉매 유체 회로용 냉매 유체 - Google Patents

천연 가스 처리 시스템의 냉매 유체 회로용 냉매 유체 Download PDF

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KR20220072860A
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베르나르 아운
파벨 보리세비치
티노코 로드리고 리베라
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가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

천연 가스 처리 시스템(1)의 냉매 유체 회로(4)에서 순환되도록 의도된 냉매 유체로서, 상기 냉매 유체는 부유 구조물(15)의 하나 이상의 탱크(3)에 저장된 액화된 천연 가스와 열 교환하도록 구성되고, 상기 냉매 유체는 25 내지 35 몰%의 이질소 또는 35 내지 50 몰%의 아르곤 또는 40 내지 50 몰%의 이질소 및 아르곤의 혼합물, 및 35 내지 55 몰%의 메탄을 포함하며, 상기 냉매 유체는 70 내지 85 몰%의 메탄 및 이질소 및/또는 아르곤 비율을 갖고, 나머지는 적어도 에탄, 프로판 및/또는 부탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로필렌으로 구성되는 탄화수소의 혼합물이다.

Description

천연 가스 처리 시스템의 냉매 유체 회로용 냉매 유체
본 발명은 하나 이상의 엔진에 천연 가스가 공급되고 또한 액화된 천연 가스를 함유하거나 운송하는 것을 가능하게 하는 부유 구조물 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 부유 구조물의 엔진 또는 엔진들에 연료로 사용되는 천연 가스를 위한 처리 시스템용 냉매에 관한 것이다.
천연 가스와 같은 가스를 더욱 쉽게 장거리로 운송 및/또는 저장하기 위해, 가스를 일반적으로 극저온, 예를 들어 대기압에서 -163℃로 냉각해 액화하여, 일반적으로 “액화된 천연 가스”를 나타내는 약어인 “LNG”로 알려져 있는 액화된 천연 가스를 얻는다. 그 후 이 액화된 천연 가스는 부유 구조물의 특수 저장 탱크에 적재된다.
그럼에도 불구하고 이러한 탱크는 완벽하게 단열되지 않아, 가스의 자연적인 증발이 불가피하며, 이러한 현상은 보일-오프 가스(Boil-Off Gas)의 약어인 BOG라고 불린다. 따라서 부유 구조물의 저장 탱크는 액체 상태 천연 가스 및 기체 상태 천연 가스를 모두 포함하며, 기체 상태 천연 가스는 가스로 채워진 탱크 지붕을 형성한다.
알려진 바와 같이, 기체 상태로 탱크에 존재하는 천연 가스의 적어도 일부는, 부유 구조물의 작동 에너지 요구량, 특히 부유 구조물의 추진 및/또는 선상 장비용 전기 생산을 위한 요구량을 충족하기 위해 제공된 엔진에 공급되어 사용될 수 있다. 이를 위해, 특히 기체 상태 천연 가스를 하나 이상의 천연 가스 처리 시스템을 통해 순환시켜 가열될 수 있도록 하는 것이 알려져 있으며, 이때 상기 시스템은 과열기(superheater)로 사용되는 열교환기, 및 압축기를 포함하며, 이들 모두 엔진의 상류에 배치된다.
기체 상태 천연 가스의 회수된 부분의 응축을 가능하게 할 수 있는 방식으로 천연 가스 처리 시스템을 구성하는 것도 알려진 관행이다. 천연 가스의 응축은, 특히 탱크에서 증발된 천연 가스의 양이 부유 구조물의 작동 에너지 요구량에 비해 너무 과다한 경우에 필요할 수 있으며, 이때 천연 가스 처리 시스템은 탱크에 존재하는 증발된 천연 가스를 응축하여 액체 상태로 되돌릴 수 있다. 이러한 액화 시스템은 특히 부유 구조물이 멈춰있고 부유 구조물의 엔진 또는 엔진들에 의한 기체 천연 가스 소비가 0, 또는 사실상 0 일 때 실행될 수 있다.
이러한 천연 가스 처리 시스템은 하나 이상의 전용 냉매 회로를 통해 순환하는 냉매와의 열 교환에 의해 천연 가스를 가열 및/또는 응축하는 것을 포함한다.
이 냉매는 천연 가스의 운송 또는 저장용 부유 구조물에서 그의 구현시 많은 제약을 받는다. 특히, 냉매는 대기압에서 -200 내지 15℃의 상태-변화 온도를 가져야 한다. 또한, 냉매는 부식성이나 독성이 없어야 한다. 냉매는 또한 조연성(comburant) 화합물 및 환경 규제에 의해 금지하는 화합물, 예컨대, 클로로플루오로카본 또는 “CFC”, 퍼플루오로카본 또는 “PFC” 및 하이드로플루오로카본 또는 “HCFC”를 포함해서는 안 된다.
본 발명은 이러한 맥락에 속하며, 천연 가스, 특히 본질적으로 메탄을 포함하는 천연 가스의 극저온 상태-변화 온도에서 작동하도록 최적화되고, 특히 천연 가스의 과냉각 및 이들의 가열 또한 가능하도록 구성된 신규한 냉매를 제시하는 것을 목적으로 한다. 즉, 상기 냉매는 액체 상태 LNG를 대기압에서의 액화 온도, 즉 -163℃ 이하로 냉각시키기 위해 2상(diphasic) 상태에서 기체 상태로 전환될 수 있어야 한다. 상기 냉매는 또한 기체 상태에서 액체 상태로 전환되도록 구성되며, 이로써 BOG가 가열되어 부유 구조물 상에서 소비자에게 공급되는 방식으로 BOG의 가열을 유발한다.
본 발명의 또 다른 목적은 부유 구조물에서 화합물을 대량으로 이용할 수 있는 저렴한 냉매를 제시함과 동시에 천연 가스 처리 시스템 내에서 상기 냉매의 열효율을 최적화하는 것이다.
본 발명은, 냉매 회로를 순환하도록 의도되고 부유 구조물의 하나 이상의 탱크에 저장된 액화된 천연 가스와 열 교환되도록 구성되는 냉매로서,
25 내지 35 몰%의 질소 또는 35 내지 50 몰%의 아르곤 또는 35 내지 50 몰%의 질소 및 아르곤의 혼합물, 및,
35 내지 55 몰%의 메탄;
을 포함하고,
냉매의 70 내지 85 몰%의 메탄 및 질소 및/또는 아르곤 비율을 갖고, 나머지는 적어도 에탄 및/또는 프로판 및/또는 부탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로필렌으로 구성되는 탄화수소의 혼합물을 포함하는 냉매에 관한 것이다.
유리하게는, 상기 기재된 나머지의 전부가 적어도 에탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌 및/또는 부탄을 포함한다.
여기서 및 하기 설명 전체에 걸쳐, 부탄은 n-부탄 및 2-메틸프로판을 동일하게 지칭한다는 것이 이해되어야 한다.
본 문헌 전반에 걸쳐, 냉매의 전체 조성은 100 몰%를 포함하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 냉매는 상기에서 제시된 다양한 제약 조건, 특히 소비자에게 전달될 기체의 가열과 관련된 제약 및 탱크에서 액체 상태로 회수된 기체의 온도와 관련된 제약을 충족한다.
더욱 구체적으로, 냉매 회로에서, 본 발명에 따른 냉매는 냉동 사이클을 겪는다. 즉 상기 회로의 상이한 지점에서 냉매의 상태 변화가 유발된다. 따라서, 회로의 증발기에서, 냉매는 저장 탱크로부터 발생하는 액화된 천연 가스로부터 열량(calories)를 얻을 수도 있다. 회로의 응축기에서, 냉매는 또한 증기 상태의 천연 가스, 즉 저장 탱크로부터 발생하는 BOG에 열량을 제공한다. 응축기로 들어가기 전에, 냉매는 팽창 밸브를 통과하여 냉각되거나 심지어 과냉각되어 팽창 후 액체 분획부(fraction)를 최대화하고 그를 통해 증발기를 통과할 때 전달될 수 있는 유용한 냉기를 최대화한다. 이러한 사이클에서, 팽창 전에 냉매를 냉각시키기 위해 냉기를 제공하는 것은 BOG이다. 한편, BOG는 부유 구조물에서 소비자에게 공급되기 위해 가열된다. 이러한 맥락에서, 한편, 본 발명에 따른 냉매는 증발기에서 생성된 열 교환량을 향상시키기 위해 에탄 및/또는 에틸렌도 포함할 수 있음이 이해된다. 다른 한편으로, 냉매는 또한 BOG를 통해 생성된 열 교환량을 개선하기 위해 에탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌 및/또는 부탄을 포함할 수 있다.
특히, 본 냉매에서 구현될 수 있는 다양한 화합물은 대기압에서 하기와 같은 증발 온도를 갖는다:
- 아르곤(Ar), 질소(N2): [-200℃ 내지 -180℃];
- 메탄(C1): [-180℃ 내지 -125℃];
- 에탄(C2), 에틸렌(C2H4): [-125℃ 내지 -75℃]
- 프로판(C3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4): [-75℃ 내지 15℃].
유리하게는, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 프로판 및/또는 프로필렌 및 부탄은 부유 구조물에서 대량으로 이용 가능하고 특히 탱크에서 액화된 천연 가스 상태로 저장된다.
본 발명의 특징에 따르면, 탄화수소의 혼합물은 15 내지 30%의 에탄 및/또는 에틸렌 및 프로판 및/또는 프로필렌 또는 에탄 및/또는 에틸렌 및 부탄을 포함할 수 있다. 따라서 한 예에 따르면, 이러한 15% 내지 30%의 나머지부는 에탄 및 프로판 또는 에틸렌 및 프로판을 포함할 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 이러한 15% 내지 30%의 나머지부는 에탄 및 부탄 또는 에틸렌 및 부탄을 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서 탄화수소의 혼합물, 및 그에 따른 냉매의 나머지부는 15 내지 30%의 에탄 및/또는 에틸렌 및 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있거나 또는 상기 탄화수소의 혼합물, 및 그에 따른 냉매의 나머지부는 15 내지 30%의 에탄 및/또는 에틸렌 및 부탄을 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 냉매는 5 내지 19 몰%의 에탄 및/또는 에틸렌을 포함할 수 있고, 나머지부는 프로판 및/또는 프로필렌 및/또는 부탄으로 구성된다.
본 발명에 따르면, 냉매는 15 몰% 이하의 프로판 및/또는 프로필렌 또는 부탄을 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 메탄은 정확히 40 몰% 초과 55 몰% 이하의 양으로 냉매에 존재한다. 즉, 냉매는 40 내지 55 몰%의 메탄을 포함하며, 이때 40 몰% 값은 제외된다.
따라서 본 발명에 따른 냉매는 불활성 기체 또는 이를 포함하는 불활성 기체의 혼합물에 따른 3개의 별개 실시양태에 따라 정의될 수 있다. 특히, 냉매는, 냉매가 포함하는 유일한 불활성 기체가 질소인 경우 제1 실시양태에 따라, 냉매가 포함하는 유일한 불활성 기체가 아르곤인 경우 제2 실시양태에 따라, 그리고 냉매가 질소와 아르곤의 혼합물을 포함하는 경우 제3 실시양태에 따라 제조된다.
본 발명의 제 1 실시양태에 따르면, 냉매는 적어도 질소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌 및 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있고, 1 : 1 내지 9 : 5의 메탄과 질소 비율을 갖는다. 즉, 냉매는 적어도 질소만큼의 메탄을 포함할 수 있다.
대안적으로, 냉매는 적어도 질소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌 및 부탄을 포함할 수 있고, 4 : 5 내지 7 : 5의 메탄과 질소 비율을 갖는다.
냉매에 메탄과 질소가 존재하면 증발기에서의 냉매와 액화된 천연 가스 사이의 열 교환량을 증가시킬 수 있다.
제1 실시양태의 특징에 따르면, 냉매는 24 g/몰 ± 2 g/몰의 몰 질량을 가질 수 있다.
제1 실시양태의 특징에 따르면, 냉매는 적어도 30 몰%의 질소, 50 몰%의 메탄, 10 몰%의 에탄 및 10 몰%의 프로판을 포함할 수 있다.
제1 실시양태의 특징에 따르면, 냉매는 적어도 35 몰%의 질소, 42 몰%의 메탄, 15 몰%의 에탄 및 8 몰%의 프로판을 포함할 수 있다.
제2 실시양태에 따르면, 냉매는 아르곤, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 부탄 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있고, 상기 냉매는 3 : 5 내지 6 : 5의 메탄과 아르곤 비율을 갖는다. 바람직하게는, 본 실시양태에 따른 냉매는 아르곤 만큼의 메탄을 포함할 수 있다.
제2 실시양태의 특징에 따르면, 냉매는 31 g/몰 ± 3 g/몰의 몰 질량을 가질 수 있다.
제3 실시양태에 따르면, 냉매는 적어도 질소 및 아르곤, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 및 부탄 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있고, 상기 냉매는 1 : 2 내지 13 : 10의 메탄, 및 아르곤 및 질소의 비율을 갖는다.
또한, 제3 실시양태에 따른 냉매는 30 g/몰 ± 3 g/몰의 몰 질량을 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 적어도 부유 구조물의 탱크에 저장된 액화된 천연 가스와 열 교환하도록 구성된 냉매 회로에 관한 것으로, 상기 냉매 회로는 폐쇄 회로 내에 앞서 설명한 냉매를 함유한다.
따라서, 본 발명에 따른 냉매 회로는 냉매와 적어도 액화된 천연 가스 (이는 기체 상태 및/또는 액체 상태일 수 있음) 사이의 극저온에서의 열 교환을 가능하게 하기 위해 사용된다. “극저온”은 -40℃ 미만, 심지어 -90℃ 미만, 및 바람직하게는 -160℃ 미만의 온도를 의미하는 것으로 이해된다.
따라서 앞서 설명한 냉매는, 극저온에서, 냉매 회로와 천연 가스 사이의 이러한 열 교환 효율을 최적화하는 데 특히 적합하다.
본 발명에 따르면, 냉매 회로는 적어도
냉매를 압축하도록 구성되는 압축기,
응축기로 사용되며, 상기 냉매가 통과하고, 천연가스가 통과하도록 구성되는 제1 열교환기,
냉매 팽창수단,
기화기로 사용되며, 냉매가 통과하고, 천연 가스가 통과하도록 구성되는 제2 열교환기
를 포함한다.
냉매 회로는 적어도, 압축기와 팽창 수단의 투입구(input) 사이에서 연장되는 제1 부분(냉매가 높은 압력에서 순환하는 곳), 및 상기 팽창 수단과 압축기의 투입구 사이에 포함된 제2 부분(냉매가 낮은 압력에서 순환하는 곳)을 포함한다. 예를 들면, 냉매는 제1 부분에서 18 내지 36 바(bar)의 압력 및 제2 부분에서 1.2 내지 2.5 바의 압력을 가질 수 있다. 그 후 제1 부분은 냉기 수용 구역으로 이루어질 수 있는 반면, 제2 부분은, 예를 들어, 냉기 전달을 위한 것일 수 있다.
따라서, 냉매는 냉매 회로의 다양한 구성 요소들을 순환할 때, 열량 교환에 의해, 연속적인 상태 및 온도 변화를 겪는다.
특히, 냉매 회로의 제1 부분은 제1 열교환기의 하나 이상의 제1 통로(pass)를 포함하고 제2 부분은 제2 열교환기의 하나 이상의 제1 통로를 포함한다.
압축기가 냉매를 압축할 때, 압축기의 온도는 상승하고 냉매는 제1 열교환기의 제1 통로에서 인접한 통로(예를 들어, 탱크로부터 발생하는 기체 상태의 액화된 천연 가스가 순환하는 제1 열교환기의 제2 통로)로 열량을 전달할 수 있다.
그 후 냉매는 팽창 수단에서 팽창되며, 이는 그의 압력을 감소시킨다. 예를 들어, 팽창 수단은 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브일 수 있다. 그 후 이 냉매는 냉매 회로의 제2 부분, 더욱 구체적으로 제2 열교환기의 제2 부분에서 순환하며, 여기서 다른 통로(예를 들어 탱크로부터 발생하는 액화된 액체 상태 천연 가스가 순환하는 제2 열교환기의 제2 통로)에서 발생하는 열량을 흡수할 수 있으며, 그 후 냉매는 압축기로 재순환된다.
본 발명은 또한, 부유 구조물의 엔진의 연료로 사용되는 천연 가스를 위한 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 처리 시스템은 앞서 설명한 바와 같은 냉매 회로를 포함하고, 상기 처리 시스템은 하나 이상의 엔진 및 적어도 부유 구조물의 탱크와 협력하도록 구성된다. 부유 구조물은 메탄 탱커일 수 있고 또한 선박(vessel)일 수도 있으며, 후자의 경우 탱크가 LNG를 함유하고 선박의 엔진 또는 엔진들에 공급하기 위한 탱크일 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 엔진은, 예를 들어, 부유 구조물의 추진 엔진 및/또는 하나 이상의 선상용 장비 물품의 모터일 수 있다.
“처리”는, 각각 천연 가스의 증발 또는 응축을 초래하도록 의도된 가열 및/또는 냉각을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서 천연 가스 처리 시스템은 냉매용 폐쇄 회로를 형성하는 적어도 냉매 회로, 및 특히 탱크와 엔진 사이에서의 천연 가스의 순환 또는 처리, 및 상기 천연 가스와 냉매 회로에서 순환하는 냉매 사이의 열 교환을 보장하는 적어도 복수의 라인 및/또는 설비를 포함한다.
적어도 엔진으로의 천연 가스의 공급을 보장하기 위해, 본 발명에 따른 처리 시스템은 탱크에 존재하는 기체 상태 천연 가스를 회수하기 위한 하나 이상의 라인을 포함하고, 이때 제1 열교환기는 이 기체 상태 천연 가스와 냉매 사이의 열 교환 장소(seat)가 된다. 회수 라인은 탱크의 가스-충전된 기체 상태 지붕 위에서 개방된다. 특히, 기체 상태 천연 가스는 제1 열교환기의 제2 통로에서 순환하며, 그 후 이 천연 가스는 -160℃ 초과, 더욱 구체적으로는 -120℃ 내지 45℃의 온도를 갖는다.
회수 라인은 가스-충전된 탱크 지붕, 즉 탱크의 상단 벽 주위에서 증발된 천연 가스를 회수한다. 이러한 기체 상태 천연 가스의 회수는 연속적으로 또는 선택적으로 수행될 수 있으며, 상기 회수 라인은 기체 상태 천연 가스의 회수를 제어하기 위한 하나 이상의 밸브를 포함한다.
회수된 기체 상태 천연 가스는 이어서, 제1 열교환기의 제1 통로에서 순환하는 냉매와 열 교환하기 위해, 제1 열교환기의 제2 통로로 보내질 수 있고, 그 후 적어도 부유 구조물의 엔진으로 보내질 수 있다. 따라서 기체 상태 천연 가스의 압력 및 온도는 부유 구조물의 엔진 또는 엔진들의 요구량과 호환가능(compatible)하게 된다. 따라서 제1 열교환기의 적어도 회수 라인 및 제2 통로는 연료로서 천연 가스를 적어도 엔진에 공급하는 회로에 포함되고, 상기 공급 회로는 처리 시스템에 포함된다.
본 발명의 특징에 따르면, 냉매 회로의 압축기는 적어도 탱크에 저장된 천연 가스를 압축하도록 구성될 수 있다.
특히, 냉매 회로에 설치된 압축기는 적어도 부유 구조물의 엔진, 예를 들어 부유 구조물의 추진 엔진에 의해 연료로 사용되는 기체 상태 천연 가스를 압축하도록 구성된다.
즉, 부유 구조물의 요구량에 따라, 냉매를 순환 및 압축하는데 사용되는지 또는 엔진에 액화된 천연 가스를 공급하는 데 사용되는지 여부에 따라, 냉매 회로의 압축기(이하 제1 압축기)는 액화된 기체 상태 천연 가스 또는 냉매를 압축하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 방식은 특히 안전 목적으로 시행된다. 따라서, 오로지 부유 구조물의 엔진으로 보내진 천연 가스를 압축하기 위한 것이며 냉매 회로의 제1 압축기와 구별되는 처리 시스템의 제2 압축기가 고장이 난 경우, 천연 가스의 압축을 보장하기 위해 제2 압축기 대신 제1 압축기가 사용될 수 있다. 그러므로, 제1 압축기는 제2 압축기의 고장 발생 시 제2 압축기의 여분을 보장한다.
이를 위해, 제1 압축기 및/또는 제2 압축기의 앞 및/또는 뒤에 하나 이상의 밸브가 존재할 수 있다. 한편으로, 이러한 밸브는 제1 압축기에 천연 가스 또는 냉매를 선택적으로 공급하는 것을 가능하게 하고, 다른 한편으로는, 제1 압축기가 냉매 회로에서 작동할 때, 엔진에 대해서 상기 제1 압축기를 고립시키는 것, 또는 제1 압축기가 연료로서 천연 가스를 적어도 엔진에 공급하도록 작동할 때, 냉매 회로에 대해서 상기 제1 압축기를 고립시키는 것을 가능하게 한다.
이러한 안전 시스템으로 인해, 제1 압축기는 특정 제약을 받는다. 특히, 제1 압축기는 대기압 정도의 압력에서 약 13 바의 압력으로 천연 가스를 압축할 수 있어야 한다. 예를 들어, 천연 가스 또는 냉매를 압축할 수 있도록 하기 위해, 압축기는 바람직하게는 적어도 13 ± 20%의 압축률 및 5000 m3 /h ± 10%의 처리량(throughput)을 갖는다. 이러한 맥락에서, 제1 압축기는 천연 가스의 압축을 보장하는 데 특히 적합하고, 예를 들어, 제2 압축기와 유사할 수 있다. 유리하게는, 본 발명에 따른 냉매는 특히, 상기 냉매를 압축하는 제1 압축기에 필요한 전력을 감소시키기 위해 최적화된다.
처리 시스템은 천연 가스 과냉각 설비 및/또는 천연 가스 응축 설비를 포함할 수 있다.
“과냉각 설비”는 액체 상태 천연 가스를 -160℃ 미만의 온도로 냉각하도록 구성된 설비를 의미하는 것으로 이해되며, 이러한 현상은 특히 냉매 회로를 순환하는 냉매와의 열 교환에 의해 구현되며, 그 구성이 이러한 목적에 맞게 조정된다.
본 발명에 따르면, 처리 시스템은 탱크에 존재하는 액체 상태 천연 가스를 회수하기 위한 하나 이상의 회수 덕트(duct)를 포함할 수 있으며, 제2 열교환기는 이러한 액체 상태 천연 가스와 냉매 사이의 열 교환 장소이다. 회수 덕트는 천연 가스 처리 시스템의 과냉각 설비에 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 탱크에서 회수된 액체 상태 천연 가스는, 회로의 제2 부분, 특히 제1 열교환기의 제1 통로에서 순환하는 냉매와의 열 교환을 위해, 제2 열교환기, 더욱 구체적으로는 제2 열교환기의 제2 통로로 보내진다.
회수 덕트는 탱크 내에서 적어도 부분적으로 연장되며 그러한 방식을 통해 탱크에 저장된 천연 가스의 액체 부분과 접촉한다. 특히, 회수 덕트는 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있다. 특히, 상기 펌프는 액화된 천연 가스에 적어도 부분적으로 침지된다.
처리 시스템의 “응축 설비”는 열교환을 통해, 초기에 기체 상태인 천연 가스, 예를 들어 탱크 내의 천연 가스의 자연 증발로 생성된 BOG의 액체 상태로의 전환을 보장하도록 구성된 설비를 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 응축 설비는 적어도 부유 구조물의 엔진을 위한 연료로서 사용되도록 미리 회수된 기체 상태 천연 가스의 응축을 보장하도록 구성될 수 있다. 즉, 적어도 처리 시스템의 엔진의 공급 회로에서 순환하는 기체 상태 천연 가스를 말한다.
본 발명에 따르면, 처리 시스템은 과잉(excess) 천연 가스의 흐름이 통과하는 천연 가스 재순환 라인을 포함할 수 있고, 상기 처리 시스템은 이러한 과잉 천연 가스와 탱크에서 발생하는 액체 상태 천연 가스 사이의 열 교환 장소인 제3 열교환기를 포함한다.
특히, 본 발명에 따르면, 탱크로부터 발생하는 액체 상태 천연 가스는 제2 열교환기로부터 유래된다. 즉, 탱크에서 발생하는 액체 천연 가스는 순차적으로 제2 열교환기에서 순환한 다음 과잉 천연 가스와 열량을 교환하는 제3 열교환기에서 순환한다.
재순환 라인은 응축된 천연 가스를 탱크로 복귀시켜 응축 작용에 기여하기 때문에 응축 설비의 일부를 형성할 수도 있다.
“과잉 천연 가스”는 연료로 기체 상태 천연 가스를 적어도 엔진에 공급(그러나 상기 엔진에서 사용되지는 않음)하기 위해, 회수 라인에 의해 회수되고 압축된 기체 상태 천연 가스의 일부를 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 과잉 천연 가스의 압력은 13 바 이하이다.
예를 들어, 재순환 라인은 제2 압축기, 또는 제1 압축기, 및 부유 구조물의 엔진 사이에서 과잉 천연 가스를 회수할 수 있다.
특히, 처리 시스템의 재순환 라인은 그 내부를 순환하는 액체 천연 가스로부터 그것의 열량을 전달하기 위해 즉, 냉기를 흡수하기 위해, 과잉 천연 가스를 제3 열교환기로 보낼 수 있다.
특히, 이 액체 천연 가스는 미리 냉매와의 열 교환에 의해 과냉각되어, 천연 가스가 제3 열교환기의 제1 통로로 보내지면서 과잉 천연 가스는 재순환 라인에 의해 제3 열교환기의 제2 통로로 보내지게 할 수 있다.
따라서, 적어도 부유 구조물의 탱크에 저장된 액화된 천연 가스에 대한 처리 시스템은 냉매 회로를 천연 가스 과냉각 설비 및/또는 천연 가스 응축 설비와 결합할 수 있다.
본 발명은 또한, 액화된 천연 가스의 운송 또는 저장을 위한 하나 이상의 탱크를 포함하는 부유 구조물에 관한 것으로, 상기 부유 구조물은 부유 구조물의 하나 이상의 엔진 및 앞서 설명한 바와 같은 하나 이상의 처리 시스템을 포함하고, 상기 엔진은 상기 처리 시스템에서 적어도 부분적으로 순환하는 기체 상태 천연 가스를 공급받도록 구성된다.
본 발명은 또한, 하나 이상의 육상 수단과 적어도 탱크를 포함하는 액화된 천연 가스를 운송하기 위한 하나 이상의 부유 구조물을 결합한, 액화된 천연 가스를 적재 또는 하역하기 위한 시스템에 관한 것이다.
마지막으로 본 발명은, 앞서 설명한 바와 같은 액화된 천연 가스 운송용 부유 구조물의 탱크로 또는 탱크로부터 액화된 천연 가스를 적재 또는 하역하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징, 세부사항 및 이점은, 한편으로는 하기의 설명을 읽거나, 다른 한편으로는 첨부된 개략도를 참조하여 예시적이고 비제한적인 방식으로 제공된 여러 예시적인 실시양태로부터 보다 명확하게 드러날 것이다:
[도 1]은 천연 가스를 운송하거나 저장하기 위한 부유 구조물의 탱크에 저장된 액화된 천연 가스의 처리 시스템을 개략적으로 나타낸다;
[도 2]는 도 1에 도시된 천연 가스 처리 시스템의 대안을 나타낸다;
[도 3]은 제1 작동 모드의 천연 가스 처리 시스템을 나타낸다;
[도 4]는 도 3에 도시된 제1 작동 모드에 대한 대안으로서, 대기 작동 모드를 구현하는 천연 가스 처리 시스템을 나타낸다;
[도 5]는 제2 작동 모드의 천연 가스 처리 시스템을 나타낸다;
[도 6]은 부유 구조물의 탱크 및 이 탱크를 적재 및/또는 하역하기 위한 터미널의 개략적인 절개도이다.
도 1은 천연 가스를 운송 및/또는 저장하기 위한 부유 구조물의 엔진(2)의 연료로 사용되는 천연 가스에 대한 처리 시스템(1)을 나타낸다. 처리 시스템(1)은 적어도 엔진(2) 및 상기 천연 가스를 액화된 상태로 저장하기 위한 부유 구조물의 하나 이상의 탱크(3)와 협력하도록 구성되며, 따라서 상기 처리 시스템(1)은 탱크(3)에서 발생하는 천연 가스를 적어도 엔진(2)로 공급하는 것을 보장한다. 이를 위해, 상기 처리 시스템(1)은 하나 이상의 냉매 회로(4)와 적어도 엔진(2)을 위한 연료 공급 회로(5)를 포함한다.
예를 들어, 엔진(2)은 부유 구조물의 추진 엔진 및/또는 하나 이상의 선상용 장비 물품에 동력을 공급하는 모터일 수 있다. 처리 시스템(1), 특히 연료 공급 회로(5)는 탱크에서 발생하는 기체 상태 천연 가스를 가열하고 그 압력을 상승시켜, 상기 천연 가스를 엔진(2)의 요구량과 호환 가능한 압력 및 온도 조건에 두는 데 사용된다.
또한, 처리 시스템(1)은, 예를 들어 냉매 회로(4)와의 1회 이상의 열 교환을 생성하기 위해 처리 시스템(1) 내에 형성된 하나 이상의 천연 가스 응축 설비(6) 및/또는 하나 이상의 천연 가스 과냉각 설비(14)를 포함할 수 있다.
처리 시스템(1) 내에서, 응축 설비(6) 및 과냉각 설비(14)는 독립적으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 이들은 기체 상태 천연 가스용 엔진(2)의 요구량에 따라, 특히 기체 상태 천연 가스의 응축 또는 천연 가스의 액체 부분의 과냉각을 보장하기 위해, 탱크(3)에서 회수된 천연 가스의 적어도 일부의 처리를 보장한다. 이러한 다양한 설비 및 이들의 구현을 필요로 하는 부유 구조물의 작동 모드는 본 명세서 하기에서 더 상세히 설명될 것이다.
처리 시스템(1) 내에서, 냉매 회로(4)는 천연 가스가 액화될 때 천연 가스의 저장 온도에 가까운 극저온에서 열 에너지를 전달할 수 있는 유닛으로 이루어진다. 특히, 본 발명에서, 본질적으로 관련있는 액화된 천연 가스는 메탄을 포함하고 약 -163℃의 기체 상태에서 액체 상태로의 상태-변화 온도를 갖는다.
냉매 회로(4)는 냉매가 순환하는 폐쇄 회로이다. 냉매 회로(4)는 제1 압축기(71)로 불리는, 하나 이상의 압축기(7), 제1 열교환기(8), 팽창 수단(9), 예를 들어 줄-톰슨 밸브, 및 제2 열교환기(10)를 차례로 포함한다.
특히, 냉매 회로(4)는, 제1 압축기(71)의 출구(output)와 팽창 수단(9) 사이에서 연장되고 냉매가 18 내지 36 바의 고압에서 순환하는 적어도 제1 부분(151)을 포함한다. 냉매 회로(4)의 제1 부분(151)은 냉기 수용 구역을 구성한다. 이를 위해, 이것은 압축기(7)와 팽창 수단(9) 사이에 배치된, 제1 열교환기(8)의 하나 이상의 제1 통로(81)를 포함한다.
냉매 회로(4)는, 팽창 수단(9)의 출구와 제1 압축기(71) 사이에 포함된, 하나 이상의 제2 부분(152)을 포함하고, 그 내부에서 냉매는 저압, 예를 들어 1.2 내지 2.5 바 정도의 압력에서 순환한다. 냉매 회로의 제2 부분(152)은 냉기 전달을 위한 것이다. 이것은 팽창 수단(9)과 압축기(7) 사이에 배치된 제2 열교환기(10)의 하나 이상의 제1 통로(101)를 포함한다.
따라서, 냉매 회로(4) 내를 순환하는 냉매는 우선 압축기(7)에 의해 압축된 후, 냉매의 응축기로 작동하고 냉매가 열량을 방출하는 제1 열교환기(8)의 제1 통로(81)에서 순환한다. 그 후 냉매는 팽창 수단(9)에서 팽창되어, 기화기로 작동하고 냉매가 열량을 흡수하는 장소인 제2 열교환기(10)의 제1 통로(101)로 보내진 후, 압축기(7)로 재순환된다.
본 발명에 따른 냉매의 조성은, 본질적으로 메탄을 포함하는 천연 가스, 즉, 액화 온도가 -163℃ 정도인 천연 가스와의 열 교환을 위해 극저온에서 사용하기에 특히 적합하다. 따라서 냉매는 18 바 내지 36 바의 압력을 받을 때, -160 내지 20℃의 기체 상태에서 액체 상태로의 상태-변화 온도를 갖는다. 냉매는 약 1.2 내지 2.5 바의 압력을 받을 때, -183 내지 -50℃의, 액체 상태에서 기체 상태로의 상태-변화 온도를 갖는다. 본 발명에 따른 냉매는 또한 비부식성이며 독성이 없다.
본 발명에 따른 냉매는 처리 시스템(1)에서 순환하는 천연 가스와 1회 이상의 열 교환을 가능하게 하도록 구성된다. 특히, 냉매는 적어도 엔진에 대한 연료 공급 회로(5)에서 순환하는 천연 가스를 가열하여 상기 천연 가스를 엔진에 적합한 온도로 상승시킨다. 특히, 제1 열교환기(8)는 적어도 엔진(2)에 공급하도록 의도된 천연 가스와 냉매 사이의 열 교환 장소이다. 유리하게는, 처리 시스템(1)은 예를 들어, 냉각된 제1 열교환기를 빠져나가는 냉매와 -170℃ 정도의 온도에서 천연 가스 과냉각 설비(14)에서 순환하는 액체 상태 천연 가스 사이에 하나 이상의 제2 열교환기를 구현하도록 구성된다. 따라서 상기 냉매는 대기압에서 -160℃보다 낮은 온도에서 얼지 않는다는 점에서 처리 시스템(1)에 특히 적합하다.
냉매 회로(4)에서 순환하는 냉매는 하나 이상의 불활성 가스, 더욱 구체적으로는 질소 및/또는 아르곤을 포함하며, 그 기능은 대기압에서의 천연 가스의 액화 온도보다 낮은 극저온에서 천연 가스의 상태 변화를 보장하는 것이다.
냉매는 또한 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌 및/또는 부탄 중에서 선택된 탄화수소의 혼합물을 포함한다. 메탄 및 에탄 및/또는 에틸렌은 특히, 기체 상태 천연 가스, 예를 들어 “보일-오프 가스”의 약어인 BOG, 즉, -140 내지 -90℃의 온도를 갖는, 탱크(3)에서 천연 가스의 자연 증발로 인한 기체 상태 천연 가스와 수행되는 열교환에 적합하다.
유리하게는, 상기 냉매는 상기 냉매의 화합물 일부가 부유 구조물에서 대량으로 이용 가능하고 다양한 탄화수소가 특히 탱크(3)에 저장된 천연 가스를 구성하기 때문에 저렴하게 생산될 수 있다.
냉매와 공급 회로 및/또는 과냉각 설비(14) 사이에서 생성된 열 교환의 열 효율을 최적화하기 위해, 상기 냉매는 적어도 70 내지 85 몰%의 메탄 및 질소 및/또는 아르곤을 포함한다. 이는 3가지 별개 유형의 조성에 따라 생산될 수 있다:
제1 실시양태에 따르면, 냉매는 25 내지 35 몰%의 질소 및 적어도 에틸렌 및/또는 프로판 및/또는 부탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로필렌 중에서 선택된 탄화수소의 혼합물을 포함하고,
제2 실시양태에 따르면, 냉매는 35 내지 50 몰%의 아르곤 및 탄화수소의 적절한 혼합물을 포함하고, 이 혼합물은 제1 실시양태의 것과 구별되거나 동일할 수 있고,
또는, 제3 실시양태에 따르면, 냉매는 35 내지 50 몰%의 질소 및 아르곤의 혼합물뿐만 아니라 탄화수소의 혼합물을 포함하고, 이 혼합물은 제1 실시양태 또는 제2 실시양태의 것과 구별되거나 동일할 수 있다.
특히, 냉매는, 그 실시양태와 무관하게, 5 내지 19 몰%의 에탄 및/또는 에틸렌을 포함할 수 있다. 추가로, 냉매는 최대 15%의 프로판 또는 부탄을 포함할 수 있으며, 부탄은 BOG와 생성된 열 교환, 즉, 더 높은 온도에서의 열 교환을 촉진한다.
제1 실시양태에 따라 냉매가 생성될 때, 냉매는 적어도 질소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 및 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있고, 상기 냉매는 우선적으로 1 : 1 내지 9 : 5의 메탄과 질소의 비율을 갖는다.
대안적으로, 제1 실시양태에 따른 냉매는 적어도 질소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 및 부탄을 포함할 수 있고, 상기 냉매는 우선적으로 4 : 5 내지 7 : 5의 메탄과 질소의 비율을 갖는다.
유리하게는, 이러한 냉매는 24g/몰 ± 2g/몰의 몰 질량을 갖는다.
제2 실시양태에 따라 냉매가 생성될 때, 냉매는 적어도 아르곤, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 부탄 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있고, 상기 냉매는 우선적으로 3 : 5 내지 6 : 5의 메탄과 아르곤의 비율을 갖는다.
추가적으로, 상기 냉매는 31g/몰 ± 3g/몰 정도의 몰 질량을 가질 수 있다.
제3 실시양태에 따라 냉매가 생성될 때, 냉매는 적어도 질소 및 아르곤, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 뿐만 아니라 부탄 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있으며, 상기 냉매는 우선적으로 1 : 2 내지 13 : 10의 메탄, 및 아르곤 및 질소의 비율을 갖는다. 추가적으로, 상기 냉매는 30g/몰 ± 3g/몰 정도의 몰 질량을 가질 수 있다.
표 1은, 비제한적인 방식으로, 냉매 성분의 다른 실시예를 보여주며, 실시예 1 내지 8은 냉매의 제1 실시양태를 나타내고, 실시예 9 및 10은 각각 제2 실시양태 및 제3 실시양태를 나타낸다.
Figure pct00001
그 조성을 통해, 냉매 회로(4)를 순환하는 냉매는 기체 상태 또는 가스-액체 2상 상태에 있도록 의도된다. 예를 들면, 냉매는 압축기(7) 및 냉매 회로(4)의 제1 부분(151)에서 본질적으로 기체 상태인 반면, 팽창 수단(9)의 출구 및 특히 팽창 수단(9)과 제2 열교환기(10) 사이에서는 2상 상태에 있다. 그 결과, 냉매 회로(4) 내에서, 냉매는 예를 들어 팽창 수단(9)의 출구에서 극저온, 특히 -170℃ 미만의 온도에 도달할 뿐 아니라, 예를 들어 압축기(7)의 출구에서는 약 45℃의 온도까지 상승한다.
예시되고 이전에 설명된 예에서, 제1 열교환기(8)는, 제1 열교환기(8)의 제1 통로(81)를 20 내지 45℃의 온도에서 순환하는 냉매와, 공급 회로(5)에 포함된 제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)를 통해 순환하며 예를 들어 -140 내지 -90℃의 더 낮은 온도를 갖는 기체 상태 천연 가스 사이의 열량 교환을 가능하게 한다. 천연 가스보다 고온인, 제1 통로(81)에서 순환하는 냉매는, 이어서 천연 가스에 열량을 전달하고 냉기를 받아, 엔진(2)의 연료 공급 회로에서 순환하는 상기 천연 가스의 가열을 보장한다.
제2 열교환기(10)에서, -180 내지 -168℃의 온도에서 제1 통로(101)로 유입된 냉매는, 특히 천연 가스 과냉각 설비(14)에 포함된 제2 열교환기(10)의 제2 통로(102)를 순환하며 -160℃ 정도의 온도를 갖는 액체 상태 천연 가스와 열 교환할 수 있다. 액체 천연 가스보다 저온인 냉매는 냉기를 천연 가스로 전달한다. 냉매는 예를 들어, 팽창 수단(9)을 지난 후의 대략 -178℃의 온도에서부터 제2 열교환기(10)의 출구에서의 -172℃ 정도의 온도로 통과한다.
대안적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(1)은 제1 열교환기(8) 및 제2 열교환기(10)를 대체하는 결합된 열교환기(11)를 포함하는 방식으로 생성될 수 있으며, 상기 결합된 열교환기(11)는, 각각 도 1에 묘사된 제1 열교환기의 제2 통로, 제1 열교환기의 제1 통로, 제2 열교환기의 제1 통로 및 제2 열교환기의 제2 통로와 관련하여 이전에 설명된 특징을 갖는, 제1 통로(111), 제2 통로(112), 제3 통로(113) 및 제4 통로(114)를 포함한다. 유리하게는, 이러한 처리 시스템(1)에서, 결합된 열교환기(11)의 제2 통로(112)를 순환하는 냉매가 동일한 열교환기의 제3 통로(113)를 순환하는 더 저온인 냉매에 열량을 전달하도록, 결합된 열교환기(11)의 제2 통로(112) 및 제3 통로(113)는 냉매 회로의 제2 부분(152)에서 열량을 상호 교환한다. 따라서 제2 통로(112) 및 제3 통로(113)는 결합된 열교환기(11)에 통합된 내부 교환기를 형성한다.
따라서, 도 1 및 도 2에 나타낸 처리 시스템(1)의 예시적인 실시양태에 예시된 바와 같이, 냉매 회로(4)는 부유 구조물의 탱크(3)에 운송 및 저장되는 천연 가스용 처리 시스템(1)의 중앙에 통합되어, 한편으로 냉매 회로(4)에서 순환하는 냉매와 다른 한편으로 연료 공급 회로(5) 및/또는 과냉각 설비(14)에서 순환하는 탱크(3)로부터의 천연 가스 사이의 열 교환을 가능하게 한다.
따라서 제1 압축기(71)를 빠져나가는 냉매는 2회 이상의 열 교환에 관여하며, 첫 번째는 제1 부분(151) 내에서 이루어지고 팽창 수단(9)의 상류에서 냉각을 유도하여, 처리 시스템(1)에서 순환하는 천연 가스의 가열을 야기하고, 두 번째는 냉매 회로의 제2 부분(152)에서 발생하고, 과냉각 설비(14)에서 순환하는 천연 가스의 냉각, 특히 과냉각을 가능하게 하기 위해 냉매의 가열을 유도한다.
전술한 바와 같이, 천연 가스 처리 시스템(1)에서, 연료 공급 회로(5), 과냉각 설비(14) 및 응축 설비(6)는 탱크(3)로부터 회수된 천연 가스의 적어도 일부의 처리를 보장하도록 구성되며, 이러한 상이한 설비의 구현은 부유 구조물의 엔진(2)의 연료 요구량, 즉 기체 상태 천연 가스의 요구량에 달려있다. 도 3 내지 도 5는 부유 구조물의 요구량에 따라 구현될 수 있는 처리 시스템(1)의 상이한 작동 모드를 도시한다. 이들 상이한 작동 모드는 도 1에 도시된 바와 같은 처리 시스템(1)을 참조하여 설명될 것이나, 그럼에도 불구하고 후자는 도 2를 참조하여 이전에 설명된 대안적인 구성에 따라 생성된 처리 시스템(1), 즉, 결합된 열교환기를 포함하는 처리 시스템으로 대체될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 특히, 가스-충전된 탱크 지붕(3)에서 발생하는 기체 상태 천연 가스가 부유 구조물의 엔진(2)에 공급되어 사용되는 경우의 처리 시스템(1)의 작동 모드를 도시한다. 이러한 작동 모드는 부유 구조물의 엔진(2)의 요구량이 탱크(3) 내에서 자연적으로 생성되는 BOG의 양과 실질적으로 동일한 경우에 구현될 수 있다.
엔진(2)에 공급하기 위해, BOG는 엔진 연료 공급 회로의 회수 라인(51)에 의해 회수되고 탱크(3)에서 적어도 엔진(2)으로 운반된다. 기체 상태 천연 가스 추출은, 예를 들어 탱크(3)의 손상을 방지하기 위해, 예를 들어, 탱크(3) 내의 BOG 압력을 측정하고 천연 가스를 기체 상태로 방출하는 데에 필요한 미리 결정된 압력 임계값의 오버슈트(overshoot)를 검출하기 위해, 탱크(3)에 제공된 압력 센서(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.
처리 시스템(1)에서, 공급 회로(5)의 회수 라인(51)은 -140℃ 내지 -90℃의 온도, 예를 들어 -120℃ 정도의 온도로 회수된 기체 상태 천연 가스 또는 BOG를 제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)로 제공한다. 위에서 설명한 바와 같이, 그 온도를 통해, 제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)를 순환하는 기체 상태 천연 가스는 제1 열교환기(8)의 제1 통로(81)을 순환하는 냉매로부터 열량을 흡수한다. 따라서 기체 천연 가스는 가열되고 20 내지 45℃의 온도로 제1 열교환기(8)를 빠져 나와, 냉매 회로에 포함된 제1 압축기(71)와 구별되는 처리 시스템(1)의 제1 열교환기(8)의 제2 압축기(72)로 보내진다. 따라서 기체 천연 가스를 제1 열교환기 및 제2 압축기(72)를 연속적으로 통과시키는 것은 천연 가스를 적어도 부유 구조물의 엔진용 연료로서 사용하기에 적합한 온도로 만드는 것을 가능하게 한다.
제2 압축기(72)는, 예를 들어, 압축 비율 13 및 처리량 약 5000m3/h를 갖는다. 기체 상태 천연 가스는 압축되면 43℃ 정도의 온도를 갖고, 공급 회로(5)의 하나 이상의 공급 라인(53)을 통해, 적어도 부유 구조물의 엔진(2), 예를 들어 선상용 장비 물품의 추진 엔진(2) 또는 모터(2)로 보내질 수 있다.
따라서, 냉매의 조성은 적어도 엔진의 연료 공급 회로(5)에서 순환하는 천연 가스의 가열을 보장하는데 특히 적합하다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 교환기(8)를 빠져나가는 냉매는 팽창 수단(9)을 통과한 후 제2 열교환기(10)로 보내진다.
예시된 예에서, 이 제2 열교환기는 냉매의 기화기로 사용되고, 제2 열교환기의 제1 통로(101)에서 순환하는 냉매와, 탱크(3)에서 액체 상태로 회수되고 제2 열교환기(10)의 제2 통로(102)에서 순환하는 천연 가스 사이의 열량 교환의 장소가 되어, 천연 가스의 적어도 일부를 냉각시킨다.
유리하게는, 제1 열교환기(8)에서 냉매에 의해 방출된 열량, 즉, 제1 열교환기(8)에서 구현된 일련의 열량 교환에서 냉매 회로에 의해 생성된 극저온 에너지는, 탱크(3)로부터 액체 상태로 회수된 천연 가스의 일부를 -170℃ 정도일 수 있는 온도까지 과냉각하는 데 사용될 수 있다. 따라서 이러한 작동 모드에서, 처리 시스템(1)은 공급 회로(5)를 통한 적어도 엔진(2)에 연료로서의 기체 천연 가스의 공급 및 과냉각 설비(14)의 작동을 동시에 보장할 수 있다.
처리 시스템(1)의 과냉각 설비(14)는 액체 상태 천연 가스를 위한 회수 덕트(61)를 포함한다. 회수 라인(51)과 달리, 회수 덕트(61)는 액체 상태 천연 가스를 회수할 수 있도록 침지된다. 이를 위해, 회수 덕트(61)는 펌프(54), 예를 들어 잠수(submerged) 펌프를 포함할 수 있다. 액체 상태 천연 가스의 회수는 제2 열교환기(10)의 상류에서 회수 덕트(61)에 제공된 하나 이상의 회수 밸브(64)에 의해 제어될 수 있다.
회수 덕트(61)는 액체 상태 천연 가스를 제2 열교환기(10)로, 특히 상기 제2 열교환기(10)의 제2 통로(102) 내로 보낸다. 예를 들어, 제2 열교환기(10)의 투입구에서, 액체 상태 천연 가스는, 그 조성에 따라, -159℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제2 열교환기(10)의 제1 통로(101)를 순환하는 냉매보다 고온인, 제2 열교환기(10)의 제2 통로(102)를 순환하는 이 액체 상태 천연 가스는, -180℃와 -168℃ 사이의 온도, 예를 들어 -178℃ 정도의 온도를 갖는 냉매로 열량을 전달한다. 따라서 액체 상태 천연 가스보다 저온인 냉매는 천연 가스가 과냉각되는 동안 가열되고, 후자는 -165 내지 -172℃의 온도로 제2 열교환기(10)를 떠난다. 그 후 과냉각된 천연 가스는 재주입 덕트(63)를 통해 천연 가스 저장 탱크(3)로, 특히 탱크(3)의 하부로 재주입되어, 차후에 재사용될 수 있는 저온 저장 층(145)을 형성한다.
도 4는 대체 작동 모드, 특히 공급 회로(5)의 제2 압축기(72)가 고장난 경우에 구현될 수 있는, 처리 시스템(1)의 공급 회로(5)의 백업 시스템을 나타낸다. 실제로, 처리 시스템(1)에서, 냉매 회로(4)의 압축기(7), 또는 제1 압축기(71)는 회수 라인(51)에 의해 회수된 기체 상태 천연 가스를 압축하도록 구성되고, 적어도 엔진(2)에 연료로서 기체 상태 천연 가스를 공급하도록 의도된다. 적어도 부유 구조물의 엔진(2)에 공급하는 이러한 압축기(7) 여분은 안전 목적을 위해 배치되어, 제2 압축기(72)가 고장난 경우, 엔진(2)에 압축된 기체 천연 가스를 공급하는 것이 지속될 수 있도록 한다.
이러한 구조를 통해, 제1 압축기(71)는 제2 압축기(72)와 유사할 수 있어서, 냉매 압축 기능 외에 천연 가스 압축 기능과 관련된 다양한 제약을 받을 수 있다. 특히, 제1 압축기(71)는, 예를 들면 압축 비율 13 및 처리량 약 5000m3/h를 갖는다.
앞서 설명된 바와 같이, 이러한 백업 시스템의 구현 목적을 위해 냉매의 조성은 특히, 냉매 또는 천연 가스를 압축하도록 구성된 제1 압축기(71)의 소비를 최소화하도록 조정되고 최적화된다.
냉매 회로(4) 또는 적어도 엔진(2)의 연료 공급 회로(5)에서 제1 압축기(71)의 사용이 가능하도록 하기 위해, 제1 압축기(71)의 투입구는 한편으로는 냉매 회로(4)에 포함된 제2 열교환기(10)의 제1 통로 (101)에 연결되고, 다른 한편으로는 천연 가스가 순환하는 제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)의 출구에 연결된다. 제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)의 출구와 제1 압축기(71) 사이의 연결은 대체 라인(52)을 통해 이루어진다.
제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)를 빠져나가 제1 압축기(71) 및/또는 제2 압축기(72)를 향하는 천연 가스의 순환을 제어하기 위해, 제1 압축기(71) 및 제2 압축기(72) 앞에도 하나 이상의 섹션(sectional) 밸브가 선행된다. 특히, 하나 이상의 제1 섹션 밸브(121)가 예를 들어 대체 라인(52)에서, 제1 압축기(71)의 상류 및/또는 하류에 배치될 수 있다. 추가적으로, 냉매 회로(4)는 마찬가지로 제1 압축기(71)의 상류에 배치된 하나 이상의 차단 밸브(45)를 포함할 수 있다.
다시 말하면 도 3에 나타낸 바와 같이, 기본적으로, 즉 제2 압축기(72)가 작동 중이고 적어도 엔진(2)에 천연 가스를 공급하는 데 사용되는 경우, 제1 섹션 밸브(121)가 닫히고 차단 밸브(45)는 개방되어, 처리 시스템(1)의 공급 회로(5)에서 천연 가스의 순환으로부터 제1 압축기(71)를 고립시키고 냉매 회로(4)에서 이를 사용하여 냉매를 압축시킨다.
역으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 압축기(72)가 고장나고 백업 시스템이 구현된 경우, 제2 압축기(72)의 상류에 배치된 하나 이상의 제2 섹션 밸브(122)는 닫히고, 제1 섹션 밸브(121)는 개방되며 차단 밸브(45)가 닫힌다. 제1 열교환기(8)의 제2 통로(82)를 빠져나가는 천연 가스는 제1 압축기(71)에 의해 흡입되고 적어도 엔진(2)에 공급될 수 있다.
도 5는 응축 설비(6)가 구현될 때의 처리 시스템(1)을 나타낸다. 이 제2 작동 모드는 특히 엔진(2)의 요구량에 비해 과도한 양의 BOG가 생성되는 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 부유 구조물이 느린 속도로 이동할 때 특히 그렇다. 그러한 경우에, 연료로서 공급 회로(5)로 보내지고 부유 구조물의 엔진(2)에 의해 사용되지 않는 기체 상태 천연 가스 또는 BOG의 일부는 회수되어 액화를 위해 응축 설비(6)로 보내진 후 탱크(3)로 재주입된다. 이러한 응축 설비(6)로 보내지는 천연 가스의 일부는 본 명세서 하기에서 과잉 천연 가스로 간주된다.
과잉 천연 가스는 응축 설비(6)의 재순환 라인(62)에 의해 처리 시스템(1)의 공급 회로(5)로부터 회수된다. 특히, 재순환 라인(62)은 제2 압축기(72)와 적어도 부유 구조물의 엔진(2) 사이에서 과잉 천연 가스에 대한 탭(tap)을 생성할 수 있고, 그 후 과잉 천연 가스는 압축되고 20 내지 45℃의 온도 및 13 바 이하의 압력을 갖는다. 이러한 탭핑(tapping)은 선택적으로 수행될 수 있고, 예를 들어, 재순환 라인(62)에 제공된 탭핑 밸브(65)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 응축 설비는, 제3 열교환기(13)의 제2 통로(132)에서 순환하는 과잉 천연 가스와 제3 열교환기(13)의 제1 통로(131)에서 순환하는 탱크(3)로부터 발생하는 액체 상태 천연 가스 사이의 열량 교환을 보장하도록 구성되는 제3 열교환기(13)을 포함한다.
유리하게는, 제3 열교환기(13)의 제1 통로(131)에서 순환하는 액체 천연 가스는 제2 열교환기(10)로부터 나오는 천연 가스, 즉 제2 열교환기(10) 내의 냉매와의 열량 교환에 의해 과냉각되는, 과냉각 설비(14)에서 순환하는 천연 가스일 수 있다. 이 과냉각된 천연 가스는 특히 -165 내지 -172℃의 온도를 갖고 제2 열교환기(10)를 빠져나갈 수 있다.
도시하지 않은 대안에 따르면, 제3 열교환기의 제1 통로(131)에서 순환하는 액체 상태 천연 가스는 탱크(3)로부터 회수되어 제3 열교환기(13)로 직접 보내질 수 있다.
따라서 과잉 천연 가스의 흐름은 탱크(3) 내로 재주입되기 전에 냉각 및 재액화되기 위하여 처리 시스템(1)의 제3 열교환기(13)의 제2 통로(132)로 보내진다. 43℃ 정도의 온도를 갖는 과잉 천연 가스의 액화는 과냉각 설비(14)에 의해 과냉각된 액화 천연 가스 또는 천연 가스와의 열 교환에 의해 보장된다. 제3 열교환기(13)의 제2 통로(132)에서 순환하는 과잉 천연 가스보다 더 저온인 이러한 과냉각된 천연 가스는 그 후 상기 과잉 천연 가스로부터 열량을 흡수하여, 과잉 천연 가스를 냉각시키고 이를 응축시킨다. 제3 열교환기의 제1 통로(131)에서 순환하는 액체 상태 천연 가스는 제3 열교환기(13)의 출구에서 약 -152℃의 온도를 갖는 반면, 이 동일한 제3 열교환기(13)의 제2 통로(132)에서 순환하는 응축된 천연 가스는 약 -158℃의 온도를 갖는다.
제3 열교환기(13)의 출구는 재주입 덕트(63)에 연결되어 액체 상태 천연 가스와 역시 액체 상태의 재응축된 천연 가스를 혼합한 다음 탱크(3)로 재도입할 수 있다. 이 재주입 단계는 예를 들어 재주입 덕트(63)에 형성된 재주입 밸브(66)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 이전에 설명된 과냉각된 천연 가스의 재주입과 유사한 방식으로, 재주입 덕트(63)는 탱크(3)에서 연장되어 탱크(3) 바닥 부근에 액체 천연 가스가 전달되도록 할 수 있다.
처리 시스템(1)이 이러한 제2 작동 모드에 따라 작동할 때, 즉 과잉 천연 가스의 응축을 구현할 때, 냉매 회로(4)는 응축 설비(14)와 간접적으로 관련되며, 이전에 설명된 바와 같이 상기 냉매 회로(4)는 회수 덕트(61)에 의해 회수된 액체 천연 가스를 과냉각시키고 과잉 천연 가스로부터 열량을 흡수하는 데 사용된다. 따라서, 상기 액화는, 제3 열교환기(13)의 제1 통로(131)를 통과하는 액체 천연 가스의 온도가 특히 낮고 탱크(3)에 액체 상태로 저장된 천연 가스의 온도보다도 특히 낮기 때문에 더 효율적이다.
따라서 냉매 회로(4), 연료 공급 회로(5), 과냉각 설비(14) 및 응축 설비(6)는, 한편으로 적어도 부유 구조물의 엔진(2)에 공급하도록 의도된, 기체 상태 천연 가스의 온도-설정을 보장하기 위해, 다른 한편으로는 액체 천연 가스의 과냉각 및 저장을 보장하기 위해, 그리고 마지막으로 기체 천연 가스가 과량으로 존재하는 경우에 기체 천연 가스의 응축 및 재주입을 보장하기 위해, 처리 시스템(1) 내에서 서로 직접 또는 간접적으로 협력한다.
마지막으로, 도 6은 부유 구조물(15)을 나타내는 절개도이며, 이는, 적어도 1차 밀봉 막(membrane), 1차 밀봉 막과 부유 구조물(15)의 이중-선체(16) 사이에 배치된 2차 밀봉 막, 및 각각 1차 밀봉 막과 2차 밀봉 막 사이 및 2차 밀봉 막과 이중 선체(16) 사이에 형성된 2개의 절연 장벽의 집합체로 형성된, 부유 구조물(15)의 이중-선체(16)에 장착된 천연 가스 저장 탱크(3)를 보여준다.
부유 구조물(15)의 상부 갑판에 배치된 적재 및/또는 하역 파이프라인(17)은, 액체 상태 천연 가스 화물을 탱크(3)로부터 또는 탱크(3)로 운송하기 위해, 해상 또는 항구 터미널(18)에 적절한 커넥터를 통해 연결될 수 있다.
상기 내용을 읽고, 본 발명은 천연 가스 처리 시스템의 냉매 회로에서 순환하도록 의도된 냉매를 제시하며, 상기 냉매는 부유 구조물의 하나 이상의 탱크에 저장되고 탱크로부터 회수된 상기 액화된 천연 가스와 극저온에서 열 교환하기에 특히 적합한 조성을 갖는다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 냉매는 임의의 발생된 천연 가스와의 열 교환을 최적화할 뿐만 아니라 상기 냉매 또는 탱크로부터 발생하는 천연 가스를 압축하도록 구성된 처리 시스템의 압축기의 소비를 최소화하는 것을 목표로 한다. 본 발명은 또한 상기 냉매를 포함하는 냉매 회로 및 상기 냉매 회로를 포함하는 처리 시스템에 관한 것이다.
그러나 본 발명은 여기에 설명되고 예시된 수단 및 구성으로 제한되어서는 안 되며, 이는 또한 임의의 등가 수단 또는 구성 및 이러한 수단의 임의의 기술적으로 작동하는 조합으로 확장된다. 특히, 열 교환기의 수는 수정될 수 있으며, 특히 열 교환기의 수를 줄이기 위해, 처리 시스템이 궁극적으로 본 문서에 설명된 것들과 동일한 기능을 충족하는 한, 다양한 열 교환기들이 결합될 수 있다.

Claims (23)

  1. 냉매(refrigerant) 회로(4)에서 순환하도록 의도되고 부유 구조물(15)의 하나 이상의 탱크(3)에 저장된 액화된 천연 가스와 열 교환하도록 구성되는 냉매로서,
    25 내지 35 몰%의 질소 또는 35 내지 50 몰%의 아르곤 또는 35 내지 50 몰%의 질소 및 아르곤의 혼합물, 및
    35 내지 55 몰%의 메탄
    을 포함하고,
    냉매의 70 내지 85 몰%의 메탄 및 질소 및/또는 아르곤 비율을 갖고, 나머지는 적어도 에탄 및/또는 프로판 및/또는 부탄 및/또는 에틸렌 및/또는 프로필렌으로 구성되는 탄화수소의 혼합물을 포함하는, 냉매.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메탄이 정확히 40 몰% 초과 55 몰% 이하의 양으로 냉매에 존재하는, 냉매.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화수소의 혼합물이 15 내지 30%의 에탄 및/또는 에틸렌 및 프로판 및/또는 프로필렌, 또는 에탄 및/또는 에틸렌 및 부탄을 포함하는, 냉매.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 5 내지 19 몰%의 에탄 및/또는 에틸렌을 포함하는 냉매.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 15 몰% 이하의 프로판 및/또는 프로필렌 또는 부탄을 포함하는 냉매.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 질소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 및 프로판 및/또는 프로필렌을 포함하고 1 : 1 내지 9 : 5의 메탄과 질소의 비율을 갖는 냉매.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 질소, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 및 부탄을 포함하고 4 : 5 내지 7 : 5의 메탄과 질소의 비율을 갖는 냉매.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 24 g/몰 ± 2 g/몰의 몰 질량을 갖는 냉매.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 아르곤, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 부탄 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함하고 3 : 5 내지 6 : 5의 메탄과 아르곤의 비율을 갖는 냉매.
  10. 제9항에 있어서, 31 g/몰 ± 3 g/몰의 몰 질량을 갖는 냉매.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 질소 및 아르곤, 메탄, 에탄 및/또는 에틸렌, 및 부탄 및/또는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함하고 1 : 2 내지 13 : 10의 메탄, 및 아르곤 및 질소의 비율을 갖는 냉매.
  12. 제11항에 있어서, 30 g/몰 ± 3 g/몰의 몰 질량을 갖는 냉매.
  13. 적어도 부유 구조물(15)의 탱크(3)에 저장된 액화된 천연 가스와 열 교환하도록 구성되는 냉매 회로(4)로서,
    폐쇄 회로 내에 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 냉매를 함유하는 냉매 회로.
  14. 제13항에 있어서, 적어도
    냉매를 압축하도록 구성되는 압축기(7, 71),
    응축기로 사용되며, 상기 냉매가 통과하고 상기 천연 가스가 통과하도록 구성되는 제1 열교환기(8),
    냉매 팽창수단(9),
    기화기로 사용되며, 상기 냉매가 통과하고 상기 천연 가스가 통과하도록 구성되는 제2 열교환기(10)
    를 포함하는 냉매 회로.
  15. 부유 구조물(15)의 엔진(2)의 연료로 사용되는 천연 가스용 처리 시스템(1)으로서,
    제14항에 따른 냉매 회로(4)를 포함하고 상기 부유 구조물(15)의 하나 이상의 엔진(2) 및 적어도 탱크(3)와 협력하도록 구성되는 처리 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 탱크(3)에 존재하는 기체 상태 천연 가스를 회수하기 위한 하나 이상의 회수 라인(51)을 포함하고, 이때 제1 열교환기(8)가 이 기체 상태 천연 가스와 냉매 사이의 열교환 장소(seat)인, 처리 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 탱크(3)에 존재하는 액체 상태 천연 가스를 회수하기 위한 하나 이상의 회수 덕트(duct)(61)를 포함하고, 이때 제2 열교환기(10)가 이 액체 상태 천연 가스와 냉매 사이의 열교환 장소인, 처리 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매 회로(4)의 압축기(7)가 적어도 탱크(3)에 저장된 천연 가스를 압축하도록 구성되는, 처리 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 과잉(excess) 천연 가스의 흐름이 통과하는 하나 이상의 천연 가스 재순환 라인(62)을 포함하고, 과잉 천연 가스와 탱크(3)로부터 유래하는 액체 상태 천연 가스 사이의 열교환 장소인 제3 열교환기(1)를 포함하는, 처리 시스템(1).
  20. 제19항에 있어서, 상기 탱크(3)로부터 유래하는 액체 상태 천연 가스가 상기 제2 열교환기(10)로부터 유도되는, 처리 시스템(1).
  21. 액화된 천연 가스의 운송 또는 저장을 위한 하나 이상의 탱크(3)를 포함하는 부유 구조물(15)로서,
    상기 부유 구조물(15)은 부유 구조물(15)의 하나 이상의 엔진(2), 적어도, 천연 가스를 함유하는 탱크(3), 및 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 처리 시스템(1)을 포함하며,
    상기 엔진(2)은, 상기 처리 시스템(1) 내에서 적어도 부분적으로 순환하는 기체 상태 천연 가스에 의해 연료가 공급되도록 구성되는,
    부유 구조물.
  22. 하나 이상의 육상 수단, 및
    적어도 탱크(3)을 포함하는, 액화된 천연 가스의 운송을 위한 제21항에 따른 하나 이상의 부유 구조물(15)
    을 결합하는, 액화된 천연 가스를 적재 또는 하역하기 위한 시스템.
  23. 액화된 천연 가스의 운송을 위한 제21항에 따른 부유 구조물(15)의 탱크(3)로 및 탱크(3)로부터 액화된 천연 가스를 적재 또는 하역하기 위한 방법으로서,
    상기 부유 구조물(15)의 상부 갑판(deck)에 배치된 적재 및/또는 하역 파이프라인(17)이, 상기 탱크(3)로부터 또는 탱크(3)로 액체 상태 천연 가스 화물을 이송하기 위해, 적절한 커넥터를 통하여 해상 또는 항구 터미널(18)에 연결될 수 있는, 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3127555A1 (fr) * 2021-09-30 2023-03-31 Gaztransport Et Technigaz Système de traitement d’un gaz naturel issu d’une cuve d’un ouvrage flottant configuré pour alimenter en gaz naturel en tant que carburant un appareil consommateur de gaz naturel

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3766355D1 (de) * 1986-12-16 1991-01-03 Systron Donner Corp Kuehlmittel.
ATE221910T1 (de) * 1998-05-12 2002-08-15 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur kälteerzeugung im temperaturbereich von 90 bis 110 k.
WO2004101703A1 (en) * 2003-05-19 2004-11-25 Indian Institute Of Technology Refrigerant composition and process for preparation thereof
CN101608860B (zh) * 2008-06-17 2011-08-17 北京安瑞科新能能源科技有限公司 混合制冷剂气体液化工艺及混合制冷剂
KR101784842B1 (ko) * 2015-10-07 2017-10-12 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템
EP3162870A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Low-temperature mixed-refrigerant for hydrogen precooling in large scale
FR3066257B1 (fr) * 2018-01-23 2019-09-13 Gaztransport Et Technigaz Pompe a chaleur cryogenique et son utilisation pour le traitement de gaz liquefie
FR3078136B1 (fr) * 2018-02-21 2021-02-12 Gaztransport Et Technigaz Paroi de cuve etanche comprenant une membrane d'etancheite comportant une zone renforcee

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