WO2018062601A1 - 선박의 증발가스 재액화 장치 및 방법 - Google Patents

선박의 증발가스 재액화 장치 및 방법 Download PDF

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장나형
장윤아
김선진
김원석
문영식
최동규
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for reliquefaction of boil-off gas generated in a liquefied gas storage tank applied to a vessel.
  • Natural gas is usually liquefied and transported over long distances in the form of Liquefied Natural Gas (LNG).
  • Liquefied natural gas is obtained by cooling natural gas to an extremely low temperature of about -163 ° C., and its volume is drastically reduced compared to that of gas, so it is very suitable for long distance transportation through sea.
  • Liquefied Petroleum Gas also commonly referred to as Liquefide Propane Gas
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • Liquefide Propane Gas is a natural gas that is ejected with crude oil from oil fields during petroleum mining at -200 ° C or approximately at room temperature. It is a fuel liquefied by compressing it at 7-10 atmospheres.
  • the main components of petroleum gas are propane, propylene, butane, butylene, etc., when the liquefied propane at about 15 °C, the volume is reduced to about 1/260, and when the butane is liquefied at about 15 °C, the volume is reduced to about 1/230
  • propane propylene
  • butane butylene
  • petroleum gas like natural gas
  • the calorific value of liquefied petroleum gas is relatively higher than that of liquefied petroleum gas, and since liquefied petroleum gas contains many components having a relatively high molecular weight than liquefied natural gas, liquefaction and gasification are easier than liquefied natural gas.
  • Liquefied natural gas such as liquefied natural gas and liquefied petroleum gas
  • a storage tank is supplied to land requirements.There is a limit to completely block external heat even when the storage tank is insulated, and the heat is transferred to the storage tank.
  • Liquefied gas is continuously vaporized in the storage tank. Liquefied gas vaporized inside the storage tank is called boil-off gas (BOG).
  • BOG boil-off gas
  • the boil-off gas When the pressure of the storage tank becomes higher than the set pressure due to the generation of the boil-off gas, the boil-off gas is discharged to the outside of the storage tank to be used as fuel of the ship or re-liquefied and returned to the storage tank.
  • ethane boil-off gas a low boiling point boil-off gas
  • the ethane boil-off gas must be cooled to about -100 ° C or lower. Additional cooling heat is required than when reliquefaction of liquefied petroleum gas boil-off gas having a liquefaction point of 25 ° C. Therefore, a separate independent cold heat supply cycle (Cycle) for supplying additional cold heat is used as the ethane reliquefaction process in addition to the liquefied petroleum gas reliquefaction process.
  • a propane refrigeration cycle is generally used as the cold heat supply cycle.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, re-liquefy the vessel boil-off gas that can re-liquefy the boil-off gas generated from the low boiling point liquefied gas without adding an additional independent cold heat supply cycle It is an object to provide an apparatus and method.
  • the compression for compressing the boil-off gas discharged from the storage tank part;
  • a heat exchanger configured to heat exchange the compressed boil-off gas compressed by the compression unit with the boil-off gas discharged from the storage tank, wherein the boil-off gas passing through the heat exchanger includes a first flow and a second flow.
  • First expansion means for branching into two flows and expanding the branched first flow;
  • a first intermediate cooler cooling the second flow remaining after the first flow is branched by using the first flow expanded by the expansion means as a refrigerant;
  • a receiver accommodating a second flow passing through the first intermediate cooler, wherein the pressure at the rear end of the compression unit is controlled by the receiver.
  • the level control line for controlling the level of the receiver by discharging the fluid from the receiver; further comprising, at least a portion of the fluid discharged through the level control line may be recovered to the liquefied gas storage tank.
  • a third expansion means is provided on the level control line, the expansion means for expanding the fluid recovered to the liquefied gas storage tank along the level control line.
  • the pressure after the compression unit may be 40 to 100bara.
  • the temperature of the boil-off gas compressed in the compression unit may be 80 to 130 °C.
  • the after-cooler is provided at the rear end, and further comprises an after cooler for cooling the boil-off gas compressed in the compression unit, the temperature of the boil-off gas cooled in the after cooler may be 12 to 45 °C.
  • the boil-off gas expanded in the first expansion means may be 4 to 15 bara.
  • a second expansion provided on the level control line, diverting the fluid discharged from the receiver into at least two flows including a third flow and a fourth flow, and expanding the branched third flow Way; And a second intermediate cooler configured to cool the fourth flow remaining after the third flow is branched by using the third flow expanded by the second expansion means as a refrigerant.
  • the flow is recovered to the liquefied gas storage tank, and the third flow passing through the second intermediate cooler may be supplied to the compression unit.
  • the boil-off gas expanded in the second expansion means may be 2 to 5 bara.
  • the compression unit is a multi-stage compression unit including a plurality of compressors, wherein the first flow through the first intermediate cooler and the third flow through the second intermediate cooler are any one of the plurality of compressors. Can be fed to the rear of the compressor respectively.
  • the compression of the boil-off gas generated from the liquefied gas in the compression section Cooling the compressed boil-off gas with the boil-off gas generated from the liquefied gas, diverging the cooled boil-off gas into a first flow and a second flow to expand a first flow, and directing the second flow with the expanded boil-off gas. Cooling, supplying the cooled second flow to the receiver, and controls the pressure of the receiver to control the rear pressure of the compression section, there is provided a vessel evaporation gas reliquefaction method.
  • the fluid is discharged from the receiver and supplied to the storage tank, and the flow of the gas discharged from the receiver may be controlled to maintain the internal pressure of the receiver or the rear pressure of the compression unit.
  • the pressure set after the compression portion may be 40 to 100bara.
  • the liquid is discharged from the receiver to branch into third and fourth flows, the branched third flow is expanded to cool the fourth flow, and the cooled fourth flow is transferred to the storage tank.
  • the cooled fourth flow can be expanded and supplied to the storage tank, and the level of the receiver can be measured to adjust the degree of expansion of the cooled fourth flow.
  • the first flow expands to 4 to 15 bara
  • the third flow expands to 2 to 5 bara
  • the expanded first and expanded third flows comprise the second and fourth flows.
  • the third flow may be supplied downstream than the first flow.
  • the compressed boil-off gas compressed by the compression unit may be cooled to 12 to 45 ° C. before heat-exchanging with the boil-off gas generated from the liquefied gas.
  • the evaporation Compress the gas heat exchange the compressed boil-off gas with the boil-off gas before compression, and expand at least a portion of the compressed boil-off gas to perform at least one heat exchange between the expanded boil-off gas and the remaining un-expanded boil-off gas.
  • the pressure until the compressed boil-off gas is re-liquefied and stored in the pressure vessel can be maintained at a set value.
  • the vessel evaporation gas reliquefaction apparatus and method of the present invention there is no need to install a separate independent cold heat supply cycle, it is possible to reduce the installation cost, and further re-liquefy by the method of self-heat exchange of the evaporation gas such as ethane, Reliquefaction efficiency equivalent to conventional reliquefaction apparatus can be achieved without a cold heat supply cycle.
  • the vessel evaporative gas reliquefaction apparatus and method of the present invention there is no need to install a cold heat supply cycle, the number of equipment to be installed is reduced, in particular, it is necessary to drive the cold heat supply cycle because the compressor of the cold heat supply cycle can be deleted Can save power.
  • the receiver can be provided to control the pressure at the rear stage of the multi-stage compression unit, thereby achieving the optimum coefficient of performance (COP; Coefficient Of Performance) to improve the refrigerating effect
  • COP coefficient of Performance
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the COP of the reliquefaction apparatus according to the pressure of the boil-off gas.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a sixth preferred embodiment of the present invention.
  • Evaporative gas reliquefaction apparatus and method for ships of the present invention can be applied to a variety of applications in ships and land on which liquefied natural gas cargo hold is installed.
  • all types of vessels equipped with storage tanks capable of storing low temperature liquid cargo or liquefied gas and offshore structures such as liquefied gas carriers and Liquefied Ethane Gas (LEG) carriers, as well as FPSOs and FSRUs. It can be applied to offshore structures.
  • the term 'flow' means a fluid flowing along a line, i.e., a boil-off gas, and the fluid in each line is a liquid state, a gas-liquid mixture state, a gas state, a supercritical state depending on the operating conditions of the system. It may be any one of the states.
  • the liquefied gas stored in the storage tank 10 mounted on the vessel to be described later may have a boiling point of -110 °C or more at 1 atmosphere.
  • the liquefied gas stored in the storage tank 10 may be liquefied ethane gas (LEG) or liquefied petroleum gas (LPG).
  • the liquefied gas or the evaporated gas generated from the liquefied gas may include one or more components selected from the group comprising methane, ethane, propane, butane, bicarbonate, and the like.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of the present embodiment is for re-liquefying boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank 10 installed in the vessel, and the boil-off gas discharged from the storage tank 10.
  • the boil-off gas is discharged to the outside of the storage tank 10 through a safety valve (not shown). do.
  • the boil-off gas discharged to the outside of the storage tank 10 is liquefied by the reliquefaction apparatus of this embodiment, and is returned to the storage tank 10 again.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 of this embodiment is not used as a fuel, such as an engine in a ship, but is liquefied entirely by the reliquefaction apparatus according to the present embodiment, all of which is in a liquid state or at least partly Including a gaseous state, the entire amount may be recovered to the storage tank 10 or at least a part of the reliquefaction apparatus may be circulated.
  • Compression unit 20 of the present embodiment may include a plurality of compressors (20a, 20b, 20c, 20d) may be a multi-stage compression unit 20 for compressing the boil-off gas in a multistage (multistage compression unit), in this specification
  • a 20 is provided with a four-stage compression unit 20 including a first compressor 20a, a second compressor 20b, a third compressor 20c, and a fourth compressor 20d. This will be described using an example.
  • the multistage compression unit 20 of the present embodiment compresses the boil-off gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages.
  • four compression processes including four compressors 20a, 20b, 20c, and 20d are described as an example, but the number of compressors is not limited.
  • the multi-stage compression unit 20 is provided with a plurality of coolers 21a, 21b, 21c for lowering the temperature of the boil-off gas in which not only the pressure but also the temperature rises while passing through the compressor between the plurality of compressors and the compressors.
  • a first cooler 21a is provided between the first compressor 20a and the second compressor 20b to lower the temperature of the boil-off gas whose temperature rises as well as the pressure while passing through the first compressor 20a.
  • the rear end of the multi-stage compression unit 20 for example, after the fourth compressor 20d of the present embodiment, the temperature of the boil-off gas compressed by the multi-stage compression unit 20 and supplied to the heat exchanger 30 is adjusted. After cooler 21d is provided
  • the pressure of the boil-off gas compressed and discharged from the last compressor of the multi-stage compression unit 20, that is, the fourth compressor 20d may be 40 to 100 bara, and the temperature may be 80 to 130 ° C.
  • the suction pressure and temperature at which the boil-off gas generated in the storage tank 10 is supplied to the compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of the multistage compression unit 20 and the compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively.
  • the discharge pressure and the temperature discharged by compression in) are as shown in Table 1 below.
  • the boil-off gas of about 0.96 bara and about 36.17 ° C. generated in the storage tank 10 is supplied to the first compressor 20a, the boil-off gas is compressed to about 3.00 bara in the first compressor 20a, and in the compression process. The temperature rises to about 123.30 ° C.
  • the boil-off gas is cooled to about 40 ° C. in the first cooler 21a at the rear end of the first compressor 20a, and the boil-off gas of about 2.76 bar and about 40 ° C., in which the pressure slightly decreases in the cooling process, is converted to the second compressor 20 b. Is supplied.
  • the boil-off gas discharged from the last fourth compressor 20a may be about 83.51 bara, about 121.50 ° C., and the boil-off gas is supplied to the heat exchanger 30, and the heat exchanger 30 is provided. It can be further cooled in the after cooler 21d before being supplied to the. The temperature of the boil-off gas cooled in the after cooler 21d and supplied to the heat exchanger 30 may be 12 to 45 ° C.
  • the evaporated gas (hereinafter referred to as 'a flow') compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is evaporated from the storage tank 10.
  • Heat exchange with gas That is, the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the pressure is high is lowered in the heat exchanger 30 using the boil-off gas discharged from the storage tank 10 as a refrigerant.
  • the low temperature evaporated gas discharged from the storage tank 10 is heated by lowering the temperature of a flow in the heat exchanger 30 and introduced into the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d.
  • a flow may be liquefied while passing through the heat exchanger 30.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 is heated by the compressed boil-off gas in the heat exchanger 30 and then introduced into the compression unit 20, a plurality of compressors 20a, 20b, and 20c , 20d) does not have to be provided with a cryogenic compressor that can compress the low temperature evaporated gas generated from the cryogenic liquefied gas, the compressor is damaged by the low temperature evaporated gas It can prevent.
  • the vessel boil-off gas liquefaction apparatus of the present embodiment the first flow a1 and the flow of a flow is cooled after the heat exchange in the heat exchanger 30 through the multi-stage compression unit 20 and discharged First expansion means (71) for branching into two or more flows comprising a second flow (a2) and expanding the branched first flow (a1); And a first intermediate cooler (41) for cooling the remaining second flow (a2) remaining after the first flow is branched by using the first flow (a1) expanded by the first expansion means (71) as a refrigerant.
  • the second flow a2 cooled by the first flow a1 in the first intermediate cooler 41 is recovered to the storage tank 10, and the second flow a2 is cooled in the first intermediate cooler 41.
  • the first flow a1 is discharged from the storage tank 10 by being supplied to the intermediate stage of the multistage compression unit 20, that is, downstream of any one of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d. It is joined to the boil-off gas stream compressed in the multistage compression section 20.
  • the multistage compression unit 20 while being discharged from the storage tank 10 and passed through the heat exchanger 30, the multistage compression unit 20, and the first intermediate cooler 41, the multistage compression unit 20 is compressed.
  • the compressed compressed boil-off gas i.e., the flow a and the second flow a2 and the first which are branched and cooled by the first flow a1 expanded in the first intermediate cooler 41.
  • the passage of the boil-off gas that passes through the intermediate cooler 41 and is cooled, subcooled, or at least partially or entirely liquefied and recovered to the storage tank 10 will be referred to as a reliquefaction line.
  • the reliquefaction line is represented by a solid line. Indicated.
  • the first expansion means 71 is provided to expand the first flow branched from the flow a which is cooled and discharged after the heat exchange in the heat exchanger 30, and provides a path of the first flow a1.
  • the first bypass line a1 branches off from the reliquefaction line.
  • the first expansion means 71 expands the first flow a1 branched from the flow a cooled in the heat exchanger 30, and the first flow a1 whose temperature is lowered by the expansion in the first expansion means 71. ) Is used as the refrigerant of the first intermediate cooler 41.
  • the first flow a1 is supplied to the first expansion means 71 under conditions of about 40 to 100 bara and about 12 to 45 ° C., and is expanded to 4 to 15 bara by the first expansion means 71. Is lowered to cool or subcool the second stream a2 supplied at a condition of about 40 to 100 bara, about 12 to 45 ° C. along the reliquefaction line in the first intermediate cooler 41, or Liquefy at least some.
  • the second flow a2 which branches the first flow a1 and is supplied to the first intermediate cooler 41 along the reliquefaction line, passes through the first expansion means 71 in the first intermediate cooler 41. It may be subcooled by one flow a1 and at least part of it can be liquefied. Depending on the physical properties of the evaporated gas, according to the present embodiment, the fluid supplied along the reliquefaction line in the first intermediate cooler 41 may be liquefied whole or subcooled.
  • the first stream a1 discharged after the second stream a2 is cooled in the first intermediate cooler 41 is supplied to the intermediate stage of the multistage compression unit 20.
  • the first flow a1 passing through the intermediate cooler 41 passes through the first intermediate cooler 41 during downstream of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of the multistage compression unit 20. It is supplied downstream of the compressor corresponding to the pressure range most similar to the pressure of the flow a1 and joined to the boil-off gas stream, ie the reliquefaction line, compressed in the multistage compression section 20.
  • the first flow a1 passing through the first intermediate cooler 41 is illustrated to be joined downstream of the second compressor 20b, but is not limited thereto.
  • the ship boil-off gas reliquefaction apparatus of this embodiment is provided in the reliquefaction line and the 2nd intermediate
  • a second expansion means 72, and a receiver 90 to be described below is provided between the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42, and passes through the first intermediate cooler 41.
  • One second flow a2 may be returned to the storage tank 10 through the receiver 90 and the second intermediate cooler 42.
  • the second flow a2 passing through the first intermediate cooler 41 is branched into at least two flows including the third flow a3 and the fourth flow a4, and the third flow ( a3) expands and supercools the fourth flow a4 by the expanded third flow a3 to recover the storage tank 10.
  • Second expansion means 72 is provided on the second bypass line, which provides a flow path of the third flow a3 branching from the second flow a2, to expand the third flow a3.
  • the third flow a3, which is expanded at 72 and the temperature is lowered, is supplied to the second intermediate cooler 42 to exchange heat with the fourth flow a4 supplied to the second intermediate cooler 42 along the reliquefaction line. While cooling the fourth flow a4 is supplied to the multi-stage compression unit 20.
  • Each of the first intermediate cooler 41 and the first expansion means 71 may be provided one by one, or one or more may be provided.
  • the second intermediate cooler 42 and the second expansion means 72 may be provided. Further comprising a, a total of two sets having one intermediate cooler and one expansion means as one set is provided as an example, but is not limited to the number. Furthermore, one set is not limited to one intermediate cooler and one expansion means.
  • one or more intermediate coolers are provided, that is, if two or more sets each including the intermediate cooler and the expansion means are provided, the rear end of the receiver 90 and the first intermediate cooler 41 to the storage tank 10 will be described later.
  • the generation of flash gas from the fluid stream flowing through the liquefaction line can be reduced, thereby further improving the reliquefaction efficiency.
  • the receiver 90 is provided between the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 to pass through the first intermediate cooler 41 and flow along the reliquefaction line (a2). ),
  • the fluid discharged from the receiver 90 along the level control line LL branches into the third flow a3 and the fourth flow a4 and is expanded in the second intermediate cooler 42.
  • the third flow a3 and the third flow a3 branch and the remaining fourth flow a4 exchanges heat, and the cooled fourth flow a4 is recovered to the storage tank 10.
  • the fluid flowing along the level control line LL may be a liquid state or a supercooled fluid.
  • the receiver 90 is provided between the set of the receiver front end and the set of the receiver rear end when a plurality of sets are provided with the set of the intermediate cooler and the expansion means, and discharged along the reliquefaction line from the set of the front end.
  • the fluid may be received and the fluid discharged along the level control line LL of the receiver 90 may be supplied to the storage tank 10.
  • the fluid supplied to the storage tank 10 along the level control line LL may be It may be supercooled in the set of the rear ends of the receiver 90.
  • the efficiency of the fluid cooling system is represented by a coefficient of performance (COP) representing the ratio of the refrigeration effect and the compression day, and the performance coefficient is improved as the refrigeration effect is increased or the compression day is reduced.
  • COP coefficient of performance
  • the performance coefficient (Y axis of FIG. 2) of the reliquefaction apparatus depends on the pressure (X axis of FIG. 2) of the fluid flowing through the reliquefaction apparatus.
  • the pressure X axis of FIG. 2
  • the fluid flowing through the line from the rear end of the multistage compression section 20 to the first intermediate cooler 41 and the receiver 90 It is characterized by improving the reliquefaction efficiency by controlling the coefficient to maintain a pressure having an optimal value.
  • the receiver 90 of the present embodiment is a means for controlling the second flow a2 that is returned to the storage tank 10 through the first intermediate cooler 41 and by controlling the pressure of the receiver 90.
  • the rear stage pressure may be controlled by the multistage compression unit 20.
  • the receiver 90 may be connected to a pressure control line PL for adjusting the internal pressure of the receiver 90 and a level control line LL for adjusting the level (level) of the receiver 90.
  • the fluid discharged from the receiver 90 through the pressure control line PL to adjust the internal pressure of the receiver 90 is supplied to the storage tank 10, and the receiver 90 to adjust the level of the receiver 90
  • the fluid discharged from the level control line LL is heat-exchanged in the second intermediate cooler 42, and then the third flow a3 is transferred to the multistage compression unit 20, and the fourth flow a4 is applied. May be supplied to the storage tank (10).
  • the fluid discharged through the pressure control line PL is recovered to the storage tank 10 as an example.
  • the present invention is not limited thereto, and the fluid discharged from the receiver 90 may be discharged to the outside of the system. Or it may cycle through the system.
  • the second flow passing through the first intermediate cooler 41 may be in a liquid state or a gas-liquid mixed state in which a part of the pipe flows, that is, discharged along the pressure control line PL of the receiver 90.
  • the fluid may be in a gaseous state, and the fluid discharged along the level control line LL of the receiver 90 may be in a liquid state, and may be in the pressure control line PL and the level control line LL of the receiver 90. It is possible to control the internal pressure and the level of the receiver 90 to maintain the set value.
  • the fluid discharged through the level control line LL of the receiver 90 branches to the third flow a3 and the fourth flow a4, is supplied to the second intermediate cooler 42, and is branched and expanded. Branching the flow a3 and the third flow a3 and the remaining fourth flow a4 is heat-exchanged in the second intermediate cooler 42 and cools the fourth flow a4 in the second intermediate cooler 42. After the third flow a3 is discharged is supplied to the multi-stage compression unit 20.
  • the third flow a3 is expanded in the second expansion means 72 to about 2-5 bara, fed to the second intermediate cooler 42 with the temperature lowered by expansion, and along the reliquefaction line the second intermediate cooler.
  • the fourth flow a4 supplied to 42 is subcooled.
  • the third flow a3 discharged after cooling the fourth flow a4 in the second intermediate cooler 42 is supplied to the middle end of the multistage compression unit 20.
  • the third flow a3 passing through the intermediate cooler 42 passes through the second intermediate cooler 42 during downstream of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c and 20d of the multistage compression unit 20. It is supplied downstream of the compressor corresponding to the pressure range most similar to the pressure of the flow a3 and joined to the boil-off gas stream, ie, the reliquefaction line, compressed in the multistage compression section 20.
  • the third flow a3 passing through the second intermediate cooler 42 is illustrated to be joined downstream of the first compressor 20a, but is not limited thereto.
  • the third stream a3 discharged from the second intermediate cooler 42 is supplied downstream of the compressor earlier than the compressor supplied with the first stream a1 discharged from the first intermediate cooler 41.
  • the fourth flow a4 discharged after the heat exchange in the second intermediate cooler 42 is recovered to the storage tank 10 through the reliquefaction line, and is located at the rear end of the second intermediate cooler 42.
  • Third expansion means 73 may be further provided to expand the fourth flow a4 passing through the second intermediate cooler 42, and the fluid passing through the third expansion means 73 may be pressured by expansion and pressure. It is supplied to the storage tank 10 while the temperature is lowered.
  • the pressure control line PL supplies the fluid discharged from the receiver 90 to the storage tank 10, in particular, the evaporation that is recovered to the storage tank 10 through the pressure control line PL.
  • the gas may be in a gaseous state or a supercritical state, and the pressure control line PL is provided with a pressure control valve 91 for adjusting the opening and closing amount of the pressure control line PL.
  • the above-described pressure control valve 91 and the third expansion means 73 may be controlled by a controller (not shown).
  • a controller not shown.
  • the multistage compression unit (2) in the vessel boil-off reliquefaction apparatus of the present embodiment 20 The control method of the back pressure is as follows.
  • the second stream a2 cooled and discharged in the first intermediate cooler 41 along the reliquefaction line is received by the receiver 90 before being recovered to the storage tank 10.
  • the second flow a2 may be in a supercooled gas or liquid state, gas-liquid mixed state, or supercritical state depending on the physical properties such as the boiling point of the fluid, and when received in the receiver 90, the second flow a2 in the receiver 90. Flash gas may be generated from (a2), and the gas component and the flash gas of the second flow a2 may increase the internal pressure of the receiver 90.
  • the receiver 90 is a pressure vessel, and when the internal pressure of the receiver 90 rises above the set pressure, the fluid inside the receiver 90, the above-described gas components, and the flash gas are discharged to the outside. It is provided to make, and is discharged along the pressure control line (PL) is recovered to the storage tank (91).
  • the pressure control line PL may be connected from the top of the receiver 90 as shown in FIG.
  • the controller measures the internal pressure of the receiver 90 to open the pressure control valve 91 of the pressure control line PL and discharge the fluid along the pressure control line PL when the pressure exceeds the set value.
  • the front end pressure of the receiver 90 may be controlled from the rear end of the multistage compression unit 20, and the fluid flowing along the pressure control line PL is a supercooled fluid while passing through the first intermediate cooler 41.
  • the internal temperature of the storage tank 10 may be lowered.
  • the control part which is not shown in figure opens the pressure control valve 91, when the internal pressure of the receiver 90 is more than a predetermined value.
  • the pressure control valve 91 When the internal pressure of the receiver 90 is 80 bara, when the internal pressure of the receiver 90 is less than 80 bara, the pressure control valve 91 is closed.
  • the pressure control valve ( 91) When the internal pressure of the receiver 90 is 80 bara or more, the pressure control valve ( 91) are opened to allow gas to escape.
  • the pressure control valve 91 When the pressure control valve 91 is closed, the reliquefaction line from the rear end of the multistage compression section 20 to the receiver 90 is also maintained at about 80 bara level, and when the internal pressure of the receiver 90 exceeds 80 bara, Since the pressure from the front end of the receiver 90, that is, the pressure from the multistage compression section 20 to the receiver 90 also cannot be maintained, the pressure control valve 91 is opened to open the receiver 90 from the rear end of the multistage compression section 20. The reliquefaction line pressure up to) is maintained at the set range level.
  • the pressure setting value at the rear end of the compression unit may be 40 to 100 bara, and more preferably 80 bara. That is, the internal pressure setting value of the receiver 90 may be 40 to 100 bara, more preferably 80 bara.
  • the second flow a2 supplied to the receiver 90 may be supplied to the receiver 90 at least partially liquefied, or the whole may be supplied in a liquid state, and from the receiver 90 Some may be vaporized with flash gas before being discharged.
  • the level of the receiver 90 using the above-described level control line LL is controlled.
  • the liquefaction flow rate of the reliquefaction apparatus can be adjusted.
  • the controller (not shown) measures the level of the receiver 90, and if the level measurement value is greater than or equal to the set value, the third expansion means 73 is opened to allow liquid to flow from the receiver 90 to the level control line LL. ), And the discharged liquid is supercooled in the second intermediate cooler 42 and supplied to the storage tank 10 in a state in which the pressure and the temperature are lowered by the expansion in the third expansion means 73.
  • the controller may control the total flow rate of the reliquefied boil-off gas supplied to the storage tank 10 along the level control line LL in the reliquefaction apparatus of the present embodiment by controlling the opening degree of the third expansion means 73. . That is, in the present embodiment, the third expansion means 73 may be utilized as the level control means of the receiver 90.
  • the supercooled fluid is supplied to the receiver 90 while passing through the first intermediate cooler 41, and the pressure of the receiver 90 or the level of the receiver 90 or the pressure of the receiver 90 is provided.
  • the liquefaction efficiency of the reliquefaction apparatus can be improved by adjusting the degree of expansion of the fluid.
  • the refrigeration effect can be increased by increasing the supercooling degree of the boil-off gas supplied to the third expansion means 73 by the heat exchanger 30.
  • the compressed boil-off gas is further cooled by the heat exchanger 30 and then supplied to the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42, the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42. Since the refrigerant required to cool the boil-off gas is less than that, the flow rate of the refrigerant to be supplied to the first and second intermediate coolers 41 and 42, i.e., the boil-off gas to be expanded, becomes smaller, thus branching from the reliquefaction line to expand. After the flow rate of the expansion evaporation gas supplied to the multi-stage compression unit 20 is reduced, the compression work of the multi-stage compression unit 20 is reduced, the amount of liquefaction in the intermediate coolers (41, 42) can increase the freezing effect have.
  • a reliquefaction apparatus is configured together with the heat exchanger 30 and the receiver 90 together with the intermediate coolers 41 and 42 without further providing a separate refrigerant cycle, and by the receiver 90
  • the power required by the multistage compression unit 20 is about 499.7 kW
  • the cooling capacity of the reliquefaction apparatus is about 241.3 kW.
  • Cooling efficiency, i.e., COP is about 0.48.
  • the additional refrigerant cycle as conventionally configured without the heat exchanger 30 of the present invention
  • the power required by the multi-stage compression unit 20 is about 575.2 kW, and the amount of cooling heat of the reliquefaction apparatus is about 240.3 kW, so the cooling efficiency, that is, COP is only about 0.42. That is, the present invention can recover the storage tank by re-liquefying a larger amount of boil-off gas with less power than the prior art.
  • the receiver 90 maintains the rear pressure of the multi-stage compression unit 20 at a pressure capable of producing optimal COP, and maintains the optimum COP by controlling the total liquefaction flow rate liquefied by the reliquefaction apparatus.
  • the liquefaction efficiency can be kept to the maximum.
  • the evaporated gas generated from the propane passes through the multi-stage compression section 20 without the need for an additional refrigerant cycle by the heat exchanger 30 of the present invention.
  • the liquefied gas is ethane
  • most of the evaporated gas is liquefied while the evaporated gas generated from the ethane passes through the multi-stage compression unit 20 and the heat exchanger 30, and the intermediate cooler is the first intermediate cooler as in the present embodiment.
  • the boil-off gas is supplied to the multistage compression unit 20, the heat exchanger 30, the intermediate coolers 41 and 42, and the receiver 90. It is possible to reduce the amount of flash gas generated during the reliquefaction process recovered to the storage tank 10 while passing through.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of the second embodiment shown in FIG. 3 has no receiver, pressure control line, and level control line in comparison with the vessel boil-off liquefaction apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1. Differences exist, and the following description will focus on the differences. Detailed description of the same members as those of the vessel boil-off gas liquefaction apparatus of the first embodiment described above will be omitted.
  • the vessel boil-off reliquefaction apparatus of the present embodiment includes a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d for compressing the boil-off gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages; A heat exchanger 30 for heat-exchanging the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d with the boil-off gas discharged from the storage tank 10; First expansion means (71) for expanding the boil-off gas passed through the heat exchanger (30) after being compressed by a plurality of compressors (20a, 20b, 20c, 20d); A first intermediate cooler 41 for lowering the temperature of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d; Second expansion means (72) for expanding the boil-off gas passed through the first intermediate cooler (41); A second intermediate cooler 42 for lowering the temperature of the boil-off gas passed through the first intermediate cooler 41; Third expansion means (73) for expanding the boil-off gas
  • the storage tank 10 of the present embodiment stores the liquefied gas such as ethane and ethylene, and discharges the boil-off gas generated by evaporating the liquefied gas by the heat transferred from the outside to a predetermined pressure or more.
  • the liquefied gas is discharged from the storage tank 10 as an example, but the liquefied gas may be discharged from the fuel tank storing the liquefied gas in order to supply fuel to the engine.
  • the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of the present embodiment compress the boil-off gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages.
  • the four compressors including four compressors are described by way of example, but the number of compressors is not limited.
  • the compression unit 20 is provided in series to sequentially compress the boil-off gas, and thus the first compressor 20a, the second compressor 20b, the third compressor 20c, and the first compressor 20a.
  • 4 may include a compressor (20d).
  • the pressure of the boil-off gas downstream of the first compressor 20a may be 2 to 5 bar, for example 3.5 bar, and the pressure of the boil-off gas downstream of the second compressor 20b may be 10 to 15 bar, for example 12 bar. Can be.
  • the pressure of the boil-off gas downstream of the third compressor 20c may be 25 to 35 bar, for example 30.5 bar
  • the pressure of the boil-off gas downstream of the fourth compressor 20d may be 75 to 90 bar, for example It may be 83.5 bar.
  • the plurality of coolers 21a, 21b which pass through the compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and lower the temperature of the boil-off gas having risen in temperature as well as pressure. 21c and 21d) may be installed, respectively.
  • the evaporated gas (hereinafter referred to as 'a flow') compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is evaporated from the storage tank 10.
  • Heat exchange with gas That is, the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the pressure is high is lowered in the heat exchanger 30 using the boil-off gas discharged from the storage tank 10 as a refrigerant.
  • the first expansion means 71 of the present embodiment is installed on a line branched from a line through which the boil-off gas is supplied from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41, thereby providing a plurality of compressors 20a, 20b, and 20c. , A portion of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 (hereinafter referred to as 'a1 flow') after being compressed by 20d) is expanded.
  • the first expansion means 71 may be an expansion valve or an expander.
  • the portion (a1 flow) of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is expanded by the first expansion means 71 to lower the temperature and pressure. .
  • the evaporated gas passing through the first expansion means 71 is supplied to the first intermediate cooler 41, compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, and then evaporated through the heat exchanger 30. It is used as a refrigerant to lower the temperature of other parts of the gas (hereinafter referred to as 'a2 flow').
  • the first intermediate cooler 41 of the present embodiment first expands a portion (a2 flow) of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d. Heat exchanged with the expanded boil-off gas (a1 flow) by means 71 lowers the temperature of the boil-off gas (a2 flow) passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, 20d and the heat exchanger 30.
  • the boil-off gas (a2 flow) whose temperature is lowered by the first intermediate cooler 41 is passed through the second expansion means 72 and the second expansion means 72.
  • the boil-off gas (a1 flow) sent to the intermediate cooler 42 and passed through the first expansion means 71 to the first intermediate cooler 41 is one of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d. It is sent to the rear end of any one compressor 20b.
  • the second expansion means 72 of the present embodiment is installed on a line branched from the line where the boil-off gas is supplied from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42, and the heat exchanger 30 and the first 1 Expands a portion of the cooled boil-off gas (a21 flow) through the intermediate cooler 41.
  • the second expansion means 72 may be an expansion valve or an expander.
  • a portion (a21 flow) of the boiled gas (a2 flow) cooled through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 is expanded by the second expansion means 72 to lower the temperature and pressure.
  • the evaporated gas (a21 flow) passing through the second expansion means 72 is supplied to the second intermediate cooler 42 to evaporate the other portion cooled through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41. It is used as a refrigerant to lower the temperature of the gas (a22 flow).
  • the boil-off gas whose temperature has been lowered by the heat exchanger 30, the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 is sent to the gas-liquid separator 60 via the third expansion means 73.
  • the boil-off gas sent to the second intermediate cooler 42 through the expansion means 72 is sent to the rear end of any one of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d. You lose.
  • the temperature of the boiled gas first cooled by the heat exchanger 30 by the evaporated gas discharged from the storage tank 10 may be lowered.
  • the heat exchanger Since the temperature of the boil-off gas cooled secondarily in the first intermediate cooler 41 after the first cool in the 30 should be lowered, the boil-off gas (a21 flow) supplied to the second intermediate cooler 42 as the refrigerant is first 1 The temperature should be lower than the evaporated gas (a1 flow) supplied to the intermediate cooler 41 as the refrigerant.
  • the evaporation gas passing through the second expansion means 72 is more expanded than the evaporation gas passing through the first expansion means 71, and the evaporation gas passing through the first expansion means 71 is more than the evaporation gas passing through the first expansion means 71. 2
  • the pressure of the boil-off gas passing through the expansion means 72 is lowered. Therefore, the boil-off gas discharged from the first intermediate cooler 41 is sent to the rear end of the compressor located further downstream than the boil-off gas discharged from the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas discharged from the first and second intermediate coolers 41 and 42 is integrated with the boil-off gas of a similar pressure among the boil-off gases, which are subjected to a multi-stage compression process by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively. It is then compressed.
  • the boil-off gas expanded by the first expansion means 71 and the second expansion means 72 is a refrigerant for cooling the boil-off gas in the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42, respectively. Since it is used, according to the degree to which the boil-off gas is cooled in the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42, the amount of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 and the second expansion means 72 is reduced. You can adjust the amount. That is, the boil-off gas, which has been compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and passed through the heat exchanger 30, is divided into a first expansion means 71 and a first intermediate cooler 41.
  • the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is increased, and the boil-off gas in the first intermediate cooler 41 is reduced. In order to cool, the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is lowered.
  • the evaporated gas sent from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42 is also similar to the evaporated gas sent from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41.
  • a larger proportion of the boil-off gas is sent to the second expansion means 72, and in the second intermediate cooler 42, the first boil-off gas is cooled. Lower the rate of evaporative gas
  • the intermediate coolers 41 and 42 of the present embodiment may use a marine intermediate cooler as shown in FIG. 1 or a general heat exchanger.
  • the third expansion means 73 of the present embodiment expands the boil-off gas passed through the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 to approximately atmospheric pressure.
  • the gas-liquid separator 60 of this embodiment separates the partially re-liquefied boil-off gas and the boil-off gas remaining in a gaseous state without being liquefied while passing through the third expansion means 73.
  • the gaseous evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 is sent to the front end of the heat exchanger 30 to undergo a reliquefaction process again with the boil-off gas discharged from the storage tank 10, the gas-liquid separator 60
  • the reliquefied boil-off gas separated by the water is returned to the storage tank 10.
  • the boil-off gas of this embodiment is discharged from the fuel tank, the re-liquefied boil-off gas is sent to the fuel tank.
  • the flow of the boil-off gas by the boil-off boil-off gas reliquefaction apparatus of this embodiment is as follows.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c and 20d after passing through the heat exchanger 30.
  • the pressure of the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is about 40 bar to 100 bar, and preferably about 80 bar.
  • the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d becomes a supercritical fluid state, which is a third state in which gas and liquid are not distinguished.
  • the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d passes through the heat exchanger 30, the first intermediate cooler 41, and the second intermediate cooler 42, and the third expansion means 73. Until it passes through, the pressure remains about the same, so it remains in a supercritical fluid state. However, the temperature of the boil-off gas passing through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is lowered each time passing through the heat exchanger 30, the first intermediate cooler 41, and the second intermediate cooler 42.
  • the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler It may be a gas-liquid mixed state or a liquid state until it passes through the 41 and the second intermediate cooler 42 and passes through the third expansion means 73.
  • the boil-off gas that has passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is sent to the heat exchanger 30 again to exchange heat with the boil-off gas discharged from the storage tank 10.
  • the temperature of the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 may be -10 to 35 degrees Celsius.
  • the boil-off gas (a1 flow) sent to the first expansion means (71) is expanded and sent to the first intermediate cooler (41) after the temperature and pressure are lowered, and after passing through the heat exchanger (30), the first intermediate cooler (
  • the boil-off gas sent to 41 is heat-exchanged with the boil-off gas passed through the first expansion means 71 and the temperature is lowered.
  • a portion of the evaporated gas (a1 flow) sent to the first expansion means 71 may be expanded by the first expansion means 71 to be in a gas-liquid mixed state.
  • the boil-off gas, which is expanded by the first expansion means 71 and becomes a gas-liquid mixed state, may be in a gaseous state after heat exchange in the first intermediate cooler 41.
  • the evaporated gas (a21 flow) sent to the second expansion means (72) is expanded and sent to the second intermediate cooler (42) after the temperature and pressure are lowered, and after passing through the first intermediate cooler (41), the second intermediate.
  • the boil-off gas sent to the cooler 42 is heat-exchanged with the boil-off gas which passed through the 2nd expansion means 72, and temperature becomes low.
  • part of the evaporated gas (a21 flow) sent to the second expansion means 72 is branched after passing through the heat exchanger 30, thereby partially branching the first expansion means ( Similar to the evaporated gas (a1 flow) sent to 71, it may be expanded by the second expansion means 72 to be in a gas-liquid mixed state.
  • the boil-off gas, which is expanded by the second expansion means 72 and is in a gas-liquid mixed state, may be in a gaseous state after heat exchange in the second intermediate cooler 42.
  • the evaporated gas (a22 flow) heat-exchanged with the evaporated gas passing through the second expansion means 72 is lowered to approximately normal pressure by the third expansion means 73, and part of the liquid is reliquefied. do.
  • the boil-off gas passing through the third expansion means 73 is sent to the gas-liquid separator 60 to separate the re-liquefied boil-off gas and the gaseous boil-off gas, and the re-liquefied boil-off gas is sent to the storage tank 10.
  • the gaseous evaporated gas is sent to the front end of the heat exchanger (30).
  • the vessel boil-off reliquefaction apparatus of this embodiment uses the boil-off gas (a1 flow) expanded by the 1st expansion means 71 and the boil-off gas (a21 flow) expanded by the 2nd expansion means 72 as a refrigerant. Therefore, since the boil-off gas is cooled by the self-heat exchange method, there is an advantage that the boil-off gas can be re-liquefied without a separate cold heat supply cycle.
  • the conventional reliquefaction apparatus to which a separate cold heat supply cycle is added consumes approximately 2.4 kW of power to recover 1 kW of heat, while according to the ship boil-off gas reliquefaction apparatus of this embodiment, 1 kW of heat is used. It can be seen that approximately 1.7 kW of power is consumed to recover, thus saving energy consumed to drive the reliquefaction apparatus.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the liquefied boil-off gas separated by the gas-liquid separator is a gaseous state. Differences exist in that they are sent to the storage tank together with the boil-off gas, and the following description will focus on the differences. Detailed descriptions of the same members as those of the ship boil-off gas liquefaction apparatus of the second embodiment are omitted.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of this embodiment like the third embodiment, includes a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d; Heat exchanger 30; First expansion means (71); A first intermediate cooler 41; Second expansion means (72); A second intermediate cooler 42; Third expansion means (73); And a gas-liquid separator (60).
  • the storage tank 10 of the present embodiment stores the liquefied gas such as ethane and ethylene, and when the liquefied gas is vaporized by heat transmitted from the outside, To be discharged.
  • the liquefied gas such as ethane and ethylene
  • the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of the present embodiment compress the boil-off gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages.
  • a plurality of coolers 21a, 21b, 21c, and 21d may be installed at the rear ends of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively.
  • the heat exchanger 30 of this embodiment heats the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d with the boil-off gas discharged from the storage tank 10 as in the second embodiment. .
  • the first expansion means 71 of the present embodiment is provided on a line branched from the line from which the boil-off gas is supplied from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41, Part of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by the compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is expanded.
  • the first intermediate cooler 41 of the present embodiment compresses a part of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, By heat-exchanging the boil-off gas expanded by the first expansion means 71, the temperature of the boil-off gas passing through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 is lowered.
  • the second expansion means 72 of this embodiment is provided on a line branching from the line where the boil-off gas is supplied from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42, similarly to the second embodiment, Part of the cooled boil-off gas is expanded through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41.
  • the second intermediate cooler 42 of the present embodiment receives the boil-off gas cooled through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 by the second expansion means 72. Heat exchange with the expanded boil-off gas, which passes through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 and lowers the temperature of the cooled boil-off gas.
  • the boil-off gas discharged from the first intermediate cooler 41 is sent to the rear end of the compressor located further downstream than the boil-off gas discharged from the second intermediate cooler 42 as in the second embodiment.
  • the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is increased, and the first intermediate cooler 41 is used. In order to cool the boil-off gas at a lower rate of the boil-off gas sent to the first expansion means (71).
  • the evaporated gas sent from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42 is also similar to the evaporated gas sent from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41. Send a larger proportion of the evaporated gas to the second expansion means (72) to cool the boil off gas to a lower temperature, and the first expansion means (71) to cool the boil off gas in the second intermediate cooler (42). Lower the rate of evaporative gas
  • the third expansion means 73 of the present embodiment expands the boil-off gas passed through the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 to approximately normal pressure.
  • the gas-liquid separator 60 of the present embodiment separates the partially re-liquefied evaporated gas and the evaporated gas remaining in the gaseous state without being liquefied while passing through the third expansion means 73.
  • the gaseous evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of this embodiment is sent to the storage tank 10 together with the re-liquefied evaporated gas.
  • the gaseous evaporated gas sent to the storage tank 10 is sent to the heat exchanger 30 together with the boiled gas in the storage tank 10 to undergo a reliquefaction process.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c and 20d after passing through the heat exchanger 30 as in the second embodiment.
  • the boil-off gas that has passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is sent to the heat exchanger 30 again, similarly to the second embodiment, to be heat-exchanged with the boil-off gas discharged from the storage tank 10.
  • the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 is partly sent to the first expansion means 71 and the other part is sent to the first intermediate cooler 41. Lose.
  • the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is expanded and sent to the first intermediate cooler 41 after the temperature and pressure are lowered, and passed to the first intermediate cooler 41 after passing through the heat exchanger 30.
  • the boil-off gas is heat-exchanged with the boil-off gas passed through the first expansion means 71 and the temperature is lowered.
  • the boil-off gas exchanged with the boil-off gas passing through the first expansion means 71 is sent to the second expansion means 72, partly, as in the second embodiment. It is sent to the second intermediate cooler (42).
  • the boil-off gas sent to the second expansion means 72 is expanded and sent to the second intermediate cooler 42 after the temperature and pressure are lowered, and after passing through the first intermediate cooler 41, the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas sent to the heat exchanger exchanges heat with the boil-off gas passed through the second expansion means 72 to lower the temperature.
  • the boil-off gas exchanged with the boil-off gas that has passed through the second expansion means 72 has a temperature lowered to approximately normal pressure by the third expansion means 73 and partially. Reliquefy.
  • the boil-off gas passing through the third expansion means 73 is sent to the gas-liquid separator 60 to separate the re-liquefied boil-off gas and the gaseous boil-off gas.
  • both the gaseous evaporated gas and the liquid evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of the present embodiment are sent to the storage tank 10.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of the fourth embodiment shown in FIG. 5 is different from the vessel boil-off liquefaction apparatus of the second embodiment shown in FIG. 3 in that gaseous boil-off gas is sent to the storage tank.
  • gaseous boil-off gas is sent to the storage tank.
  • the gaseous evaporated gas is separated from the reliquefied evaporated gas and sent to a separate storage tank, compared to the marine vaporized gas reliquefaction apparatus of the third embodiment shown in FIG.
  • the differences will be mainly described. Detailed description of the same members as those of the vessel boil-off liquefaction apparatus of the second and third embodiments described above will be omitted.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of this embodiment like the second and third embodiments, includes a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d; Heat exchanger 30; First expansion means (71); A first intermediate cooler (41); Second expansion means (72); A second intermediate cooler 42; Third expansion means (73); And a gas-liquid separator (60).
  • the storage tank 10 of the present embodiment stores the liquefied gas such as ethane and ethylene, and uniformly stores the evaporated gas generated by vaporizing the liquefied gas by heat transferred from the outside. When the pressure is over, let it out.
  • the liquefied gas such as ethane and ethylene
  • the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of the present embodiment compress the evaporated gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages.
  • a plurality of coolers 21a, 21b, 21c, and 21d may be installed at the rear ends of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively.
  • the heat exchanger 30 of the present embodiment discharges the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d from the storage tank 10. Heat exchange with boil off gas.
  • the first expansion means 71 of the present embodiment is on a line branched from the line from which the boil-off gas is supplied from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41. It is installed to expand a portion of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by a plurality of compressors (20a, 20b, 20c, 20d).
  • the first intermediate cooler 41 of the present embodiment is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, and then evaporated through the heat exchanger 30. A part of the gas is exchanged with the boil-off gas expanded by the first expansion means 71 to lower the temperature of the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30.
  • the second expansion means 72 of the present embodiment is a line branching from the line where the boil-off gas is supplied from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42. It is installed in the phase, and passes through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 to expand a portion of the cooled boil off gas.
  • the second intermediate cooler 42 of the present embodiment receives the evaporated gas cooled through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41, and the second expansion means. Heat exchange with the boil-off gas expanded by 72 reduces the temperature of the boil-off boiled gas through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41.
  • the boil-off gas discharged from the first intermediate cooler 41 is sent to the rear end of the compressor located further downstream than the boil-off gas discharged from the second intermediate cooler 42 as in the second and third embodiments. do.
  • the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is increased, and the first In order to cool the boil-off gas in the intermediate cooler 41, the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is lowered.
  • the evaporated gas sent from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42 is also similar to the evaporated gas sent from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41. Send a larger proportion of the evaporated gas to the second expansion means (72) to cool the boil off gas to a lower temperature, and the first expansion means (71) to cool the boil off gas in the second intermediate cooler (42). Lower the rate of evaporative gas
  • the third expansion means 73 of the present embodiment expands the boil-off gas passed through the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 to approximately normal pressure. .
  • the gas-liquid separator 60 of the present embodiment separates the partially reliquefied evaporated gas and the evaporated gas remaining in a gaseous state without being liquefied while passing through the third expansion means 73. do.
  • the gaseous evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of this embodiment is sent to the storage tank 10, unlike the second embodiment, and unlike the third embodiment, evaporated in the gaseous state
  • the gas is not sent to the storage tank 10 together with the reliquefied boil-off gas, but is separated from the reliquefied boil-off gas and sent separately to the storage tank 10.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, 20d after passing through the heat exchanger 30, similarly to the second and third embodiments.
  • the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is sent to the heat exchanger 30 again, similarly to the second and third embodiments, and the boil-off gas discharged from the storage tank 10.
  • Heat exchange with The boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 is partly sent to the first expansion means 71 and the other part is sent to the first intermediate cooler 41. Lose.
  • the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is expanded and sent to the first intermediate cooler 41 after the temperature and pressure are lowered, and passed to the first intermediate cooler 41 after passing through the heat exchanger 30.
  • the boil-off gas is heat-exchanged with the boil-off gas passed through the first expansion means 71 and the temperature is lowered.
  • the boil-off gas exchanged with the boil-off gas which has passed through the first expansion means 71 in the first intermediate cooler 41 is sent to the second expansion means 72, as in the second and third embodiments.
  • the other part is sent to the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas sent to the second expansion means 72 is expanded and sent to the second intermediate cooler 42 after the temperature and pressure are lowered, and after passing through the first intermediate cooler 41, the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas sent to the heat exchanger exchanges heat with the boil-off gas passed through the second expansion means 72 to lower the temperature.
  • the boil-off gas that has exchanged heat with the boil-off gas passing through the second expansion means 72 is, as in the second and third embodiments, the temperature being increased by the third expansion means 73. It is lowered to approximately atmospheric pressure and part is reliquefied.
  • the boil-off gas passing through the third expansion means 73 is sent to the gas-liquid separator 60 to separate the re-liquefied boil-off gas and the gaseous boil-off gas.
  • both the vaporized gaseous gas and the liquid vaporized gas separated by the gas-liquid separator 60 of the present embodiment are sent to the storage tank 10, and unlike the third embodiment.
  • the gaseous evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of this embodiment is separated from the liquid evaporated gas and sent to the storage tank 10 separately.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of the fifth embodiment shown in FIG. 6 is different from the vessel boil-off liquefaction apparatus of the second embodiment shown in FIG. 3 in that gaseous boil-off gas is sent to the storage tank. This exists, and there is a difference in that the gaseous evaporated gas is sent to the lower portion of the storage tank, compared to the vessel boil-off reliquefaction apparatus of the fourth embodiment shown in FIG.
  • the differences will be mainly described. Detailed description of the same members as those of the vessel boil-off liquefaction apparatus of the second and fourth embodiments described above will be omitted.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of the present embodiment like the second and fourth embodiments, a plurality of compressors (20a, 20b, 20c, 20d); Heat exchanger 30; First expansion means (71); A first intermediate cooler (41); Second expansion means (72); A second intermediate cooler 42; Third expansion means (73); And a gas-liquid separator (60).
  • the storage tank 10 of the present embodiment stores liquefied gases such as ethane and ethylene, and uniformly stores evaporated gas generated by vaporizing liquefied gas by heat transferred from the outside. When the pressure is over, let it out.
  • the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of this embodiment compress the evaporated gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages.
  • a plurality of coolers 21a, 21b, 21c, and 21d may be installed at the rear ends of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively.
  • the heat exchanger 30 of the present embodiment discharges the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d from the storage tank 10. Heat exchange with boil off gas.
  • the first expansion means 71 of this embodiment is on a line branched from the line from which the boil-off gas is supplied from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41. It is installed to expand a portion of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by a plurality of compressors (20a, 20b, 20c, 20d).
  • the first intermediate cooler 41 of the present embodiment is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, and then evaporated through the heat exchanger 30. A part of the gas is exchanged with the boil-off gas expanded by the first expansion means 71 to lower the temperature of the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30.
  • the second expansion means 72 of this embodiment is a line branching from the line where the boil-off gas is supplied from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42. It is installed in the phase, and passes through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 to expand a portion of the cooled boil off gas.
  • the second intermediate cooler 42 of the present embodiment passes through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 and cools the evaporated gas to the second expansion means.
  • Heat exchange with the boil-off gas expanded by 72 reduces the temperature of the boil-off boiled gas through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41.
  • the boil-off gas discharged from the first intermediate cooler 41 is sent to the rear end of the compressor located further downstream than the boil-off gas discharged from the second intermediate cooler 42 as in the second and fourth embodiments. do.
  • the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is increased, and the first In order to cool the boil-off gas in the intermediate cooler 41, the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is lowered.
  • the evaporated gas sent from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42 is also similar to the evaporated gas sent from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41. Send a larger proportion of the evaporated gas to the second expansion means 72 to cool the boil-off gas to a lower temperature, and the first expansion means 71 to cool the boil-off gas less in the second intermediate cooler 42 Lower the rate of evaporative gas
  • the third expansion means 73 of the present embodiment expands the boil-off gas passed through the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 to approximately atmospheric pressure. .
  • the gas-liquid separator 60 of the present embodiment separates the partially reliquefied evaporated gas and the evaporated gas remaining in the gas state without being liquefied while passing through the third expansion means 73. do.
  • both the gaseous evaporated gas and the liquid evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of the present embodiment are sent to the storage tank 10, and unlike the fourth embodiment.
  • the gaseous evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of this embodiment is not sent to the upper portion of the storage tank 10, but is sent to the lower portion of the storage tank 10, which is a space filled with liquefied natural gas.
  • the temperature of the gaseous evaporated gas may be lowered or a part of the evaporated gas may be liquefied by cooling the liquefied natural gas.
  • the reliquefaction efficiency can be increased.
  • the liquefied natural gas in the storage tank 10 has a lower temperature at a portion having a lower water level than a portion having a high water level, when the gaseous evaporated gas is sent to the lower portion of the storage tank 10, the storage tank 10 It is preferable to be sent to the bottom of (10).
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d after passing through the heat exchanger 30, as in the second and fourth embodiments.
  • the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is sent to the heat exchanger 30 again, similarly to the second and fourth embodiments, and the boil-off gas discharged from the storage tank 10.
  • Heat exchange with The boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 is partly sent to the first expansion means 71 and the other part is sent to the first intermediate cooler 41. Lose.
  • the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is expanded and sent to the first intermediate cooler 41 after the temperature and pressure are lowered, and passed to the first intermediate cooler 41 after passing through the heat exchanger 30.
  • the boil-off gas is heat-exchanged with the boil-off gas passed through the first expansion means 71 and the temperature is lowered.
  • the boil-off gas exchanged with the boil-off gas passing through the first expansion means 71 is sent to the second expansion means 72, similarly to the second and fourth embodiments.
  • the other part is sent to the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas sent to the second expansion means 72 is expanded and sent to the second intermediate cooler 42 after the temperature and pressure are lowered, and after passing through the first intermediate cooler 41, the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas sent to the heat exchanger exchanges heat with the boil-off gas passed through the second expansion means 72 to lower the temperature.
  • the boil-off gas that has exchanged heat with the boil-off gas passing through the second expansion means 72 is, as in the second and fourth embodiments, the temperature being increased by the third expansion means 73. It is lowered to approximately atmospheric pressure and part is reliquefied.
  • the boil-off gas passing through the third expansion means 73 is sent to the gas-liquid separator 60 to separate the re-liquefied boil-off gas and the gaseous boil-off gas.
  • both the gaseous evaporated gas and the liquid evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of the present embodiment are sent to the storage tank 10, and unlike the fourth embodiment.
  • the gaseous evaporated gas separated by the gas-liquid separator 60 of this embodiment is not sent to the upper portion of the storage tank 10, but is sent to the lower portion of the storage tank 10, which is a space filled with liquefied natural gas.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a boil-off gas reliquefaction apparatus according to a sixth preferred embodiment of the present invention.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of the sixth embodiment shown in FIG. 7 has a difference in that it does not include a gas-liquid separator, compared to the vessel boil-off liquefaction apparatus of the second embodiment shown in FIG.
  • the differences are explained mainly. Detailed descriptions of the same members as those of the ship boil-off gas liquefaction apparatus of the second embodiment are omitted.
  • the vessel boil-off liquefaction apparatus of this embodiment includes, as in the second embodiment, a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d; Heat exchanger 30; First expansion means (71); A first intermediate cooler (41); Second expansion means (72); A second intermediate cooler 42; And a third expansion means (73).
  • the vessel boil-off gas reliquefaction apparatus of this embodiment does not include the gas-liquid separator 60.
  • the storage tank 10 of the present embodiment stores the liquefied gas such as ethane and ethylene, and when the liquefied gas is vaporized by heat transmitted from the outside, To be discharged.
  • the liquefied gas such as ethane and ethylene
  • the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d of the present embodiment compress the boil-off gas discharged from the storage tank 10 in multiple stages.
  • a plurality of coolers 21a, 21b, 21c, and 21d may be installed at the rear ends of the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively.
  • the heat exchanger 30 of this embodiment heats the boil-off gas compressed by the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d with the boil-off gas discharged from the storage tank 10 as in the second embodiment. .
  • the first expansion means 71 of the present embodiment is provided on a line branched from the line from which the boil-off gas is supplied from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41, Part of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by the compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is expanded.
  • the first intermediate cooler 41 of the present embodiment compresses a part of the boil-off gas passed through the heat exchanger 30 after being compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d, By heat-exchanging the boil-off gas expanded by the first expansion means 71, the temperature of the boil-off gas passing through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 is lowered.
  • the second expansion means 72 of this embodiment is provided on a line branching from the line where the boil-off gas is supplied from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42, similarly to the second embodiment, Part of the cooled boil-off gas is expanded through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41.
  • the second intermediate cooler 42 of the present embodiment receives the boil-off gas cooled through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 by the second expansion means 72. Heat exchange with the expanded boil-off gas, which passes through the heat exchanger 30 and the first intermediate cooler 41 and lowers the temperature of the cooled boil-off gas.
  • the boil-off gas discharged from the first intermediate cooler 41 is sent to the rear end of the compressor located further downstream than the boil-off gas discharged from the second intermediate cooler 42 as in the second embodiment.
  • the ratio of the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is increased, and the first intermediate cooler 41 is used. In order to cool the boil-off gas at a lower rate of the boil-off gas sent to the first expansion means (71).
  • the evaporated gas sent from the first intermediate cooler 41 to the second intermediate cooler 42 is also similar to the evaporated gas sent from the heat exchanger 30 to the first intermediate cooler 41. Send a larger proportion of the evaporated gas to the second expansion means (72) to cool the boil off gas to a lower temperature, and the first expansion means (71) to cool the boil off gas in the second intermediate cooler (42). Lower the rate of evaporative gas
  • the third expansion means 73 of the present embodiment expands the boil-off gas passed through the first intermediate cooler 41 and the second intermediate cooler 42 to approximately normal pressure.
  • the ship boil-off gas reliquefaction apparatus of this embodiment of the present embodiment does not include the gas-liquid separator 60, the partially re-liquefied boil-off gas and the boil-off gas remaining in the gas state are passed through the third expansion means 73. , Together with the mixed state is sent to the storage tank (10).
  • the storage tank 10 is pressurized tank. In this case, there is an advantage that the evaporated gas can be smoothly discharged from the storage tank 10 by the pressure inside the storage tank 10 without the operation of a separate pump.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 10 is compressed by a plurality of compressors 20a, 20b, 20c and 20d after passing through the heat exchanger 30 as in the second embodiment.
  • the boil-off gas that has passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d is sent to the heat exchanger 30 again, similarly to the second embodiment, to be heat-exchanged with the boil-off gas discharged from the storage tank 10.
  • the boil-off gas passed through the plurality of compressors 20a, 20b, 20c, and 20d and the heat exchanger 30 is partly sent to the first expansion means 71 and the other part is sent to the first intermediate cooler 41. Lose.
  • the boil-off gas sent to the first expansion means 71 is expanded and sent to the first intermediate cooler 41 after the temperature and pressure are lowered, and passed to the first intermediate cooler 41 after passing through the heat exchanger 30.
  • the boil-off gas is heat-exchanged with the boil-off gas passed through the first expansion means 71 and the temperature is lowered.
  • the boil-off gas exchanged with the boil-off gas passing through the first expansion means 71 is sent to the second expansion means 72, partly, as in the second embodiment. It is sent to the second intermediate cooler (42).
  • the boil-off gas sent to the second expansion means 72 is expanded and sent to the second intermediate cooler 42 after the temperature and pressure are lowered, and after passing through the first intermediate cooler 41, the second intermediate cooler 42.
  • the boil-off gas sent to the heat exchanger exchanges heat with the boil-off gas passed through the second expansion means 72 to lower the temperature.
  • the boil-off gas exchanged with the boil-off gas that has passed through the second expansion means 72 has a temperature lowered to approximately normal pressure by the third expansion means 73 and partially. Reliquefy.
  • the evaporated gas passing through the third expansion means 73 is sent to the storage tank 10 in a gas-liquid mixed state.

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Abstract

본 발명은 선박에 적용되는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치는,선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 압축부; 및 상기 압축부에 의해 압축된 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;를 포함하며, 상기 열교환기를 통과한 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단; 상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 흐름을 냉매로 하여 상기 제1 흐름이 분기되고 남은 제2 흐름을 냉각시키는 제1 중간 냉각기; 및 상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제2 흐름을 수용하는 리시버;를 더 포함하고, 상기 리시버로부터 배출되는 흐름에 의해 상기 압축부 후단 압력이 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 재액화 장치 및 방법
본 발명은 선박에 적용되는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
한편, 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)는, 일반적으로 프로판가스(Liquefide Propane Gas)라고도 하며, 석유 채굴시 유전에서 원유와 함께 분출하는 천연가스를, -200℃에서 냉각시키거나 상온에서 대략 7 내지 10기압으로 압축하여 액화시킨 연료이다.
석유가스의 주성분은 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌 등이며, 프로판을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/260으로 줄어들고, 부탄을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/230으로 줄어들므로, 저장 및 운송의 편의를 위해 석유가스도 천연가스와 마찬가지로 액화시켜 이용되고 있다.
액화석유가스의 발열량은 액화천연가스에 비하여 비교적 높은 편이며, 액화석유가스는 액화천연가스에 비하여 비교적 분자량이 큰 성분을 많이 포함하고 있으므로, 액화 및 기화가 액화천연가스보다 용이하다.
액화천연가스, 액화석유가스 등의 액화가스는 저장탱크에 보관되어 육상 소요처로 공급되는데, 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 저장탱크 내부로 전달되는 열에 의해 액화가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 압력 이상이 되면, 증발가스는 저장탱크의 외부로 배출되어 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
증발가스 중 에탄, 에틸렌 등을 주성분으로 포함하는 비등점이 낮은 증발가스(이하, '에탄 증발가스'라고 한다.)를 재액화시키기 위해서는 에탄 증발가스를 대략 -100℃ 이하로 냉각시켜야 하므로, 대략 -25℃의 액화점을 가지는 액화석유가스 증발가스를 재액화시키는 경우보다 냉열이 추가적으로 더 필요하다. 따라서, 추가적인 냉열을 공급하기 위한 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클(Cycle)을 액화석유가스 재액화 공정에 추가하여 에탄 재액화 공정으로 사용하고 있다. 냉열 공급 사이클로는 일반적으로 프로판 냉동사이클이 이용된다.
한편, 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축시킨 후, 압축 증발가스의 일부를 팽창시켜, 팽창시키지 않은 압축 증발가스의 냉매로 활용함으로써 증발가스를 재액화시키는 방법 또한 제안된 바 있으나, 비등점이 낮은 에탄 증발가스의 경우에는 프로판 냉동사이클과 같이 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클이 동반되지 않는 한 증발가스의 재액화가 이루어지지 않았다.
그러나 액화가스 저장탱크가 탑재된 선박에, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스, 특히 비등점이 낮은 에탄 증발가스를 재액화시키기 위하여 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 추가하게 되면, 추가 사이클에 필요한 장치를 설치하기 위한 공간과 설치 비용(CAPEX) 및 에너지 소모 등 운영 비용(OPEX)이 매우 커진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 추가하지 않고도 비등점이 낮은 액화가스에서 발생하는 증발가스를 재액화시킬 수 있는 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 압축부; 및 상기 압축부에 의해 압축된 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;를 포함하며, 상기 열교환기를 통과한 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단; 상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 흐름을 냉매로 하여 상기 제1 흐름이 분기되고 남은 제2 흐름을 냉각시키는 제1 중간 냉각기; 및 상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제2 흐름을 수용하는 리시버;를 더 포함하고, 상기 리시버에 의해 상기 압축부 후단 압력이 제어되는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 압력을 조절하는 압력 제어라인;을 더 포함하여, 상기 압력 제어라인을 통해 배출된 유체는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되거나 배출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 레벨을 제어하는 레벨 제어라인;을 더 포함하여, 상기 레벨 제어라인을 통해 배출된 유체의 적어도 일부는 상기 액화가스 저장탱크로 회수될 수 있다.
바람직하게는, 상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 레벨 제어라인을 따라 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는 유체를 팽창시키는 제3 팽창수단;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부 후단 압력은 40 내지 100bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부에서 압축된 증발가스의 온도는 80 내지 130℃일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부 후단에 마련되며, 상기 압축부에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 애프터 쿨러;를 더 포함하고, 상기 애프터 쿨러에서 냉각된 증발가스의 온도는 12 내지 45℃일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 4 내지 15bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 리시버로부터 배출된 유체를 제3 흐름 및 제4 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제3 흐름을 팽창시키는 제2 팽창수단; 및 상기 제2 팽창수단에 의해 팽창된 제3 흐름을 냉매로 하여 상기 제3 흐름이 분기되고 남은 제4 흐름을 냉각시키는 제2 중간 냉각기;를 포함하여, 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제4 흐름은 상기 액화가스 저장탱크로 회수되고, 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 압축부로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 2 내지 5bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부는 다수의 압축기를 포함하는 다단 압축부이며, 상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제1 흐름 및 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 다수의 압축기 중 어느 하나의 압축기 후단으로 각각 공급될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 방법에 있어서, 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스를 압축부에서 압축시키고, 상기 압축 증발가스를 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스로 냉각시키고, 상기 냉각 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름으로 분기시켜 제1 흐름을 팽창시키고, 상기 팽창 증발가스로 상기 제2 흐름을 냉각시키고, 상기 냉각된 제2 흐름을 리시버로 공급하고, 상기 리시버의 압력을 제어하여 상기 압축부의 후단 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 저장탱크로 공급하되, 상기 리시버로부터 배출시키는 기체의 흐름을 제어하여 상기 리시버의 내압 또는 상기 압축부의 후단 압력이 설정값을 유지하도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부 후단 압력 설정값은 40 내지 100bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 액체를 배출시켜 제3 흐름 및 제4 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제3 흐름을 팽창시켜 상기 제4 흐름을 냉각시키고, 상기 냉각된 제4 흐름을 상기 저장탱크로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각된 제4 흐름은 팽창시켜 상기 저장탱크로 공급하고, 상기 리시버의 레벨을 측정하여 상기 냉각된 제4 흐름의 팽창 정도를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 흐름은 4 내지 15bara로 팽창시키고, 상기 제3 흐름은 2 내지 5bara로 팽창시키며, 상기 팽창시킨 제1 흐름 및 팽창시킨 제3 흐름은, 상기 제2 흐름 및 제4 흐름을 냉각시킨 후 상기 압축부로 공급하되, 상기 제3 흐름은 상기 제1 흐름보다 하류에 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부에서 압축시킨 압축 증발가스는 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스와 열교환시키기 전에, 12 내지 45℃로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 에탄, 프로판, 부탄을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 액화가스로부터 자연기화한 증발가스를 액화시키는 방법에 있어서, 상기 증발가스를 압축시키고, 압축시킨 증발가스와 압축시키기 전의 증발가스를 열교환시킨 후, 압축시킨 증발가스의 적어도 일부를 팽창시켜 팽창 증발가스와 팽창시키지 않은 나머지 증발가스와의 열교환을 적어도 1회 이상 실시하여 상기 증발가스를 전량 재액화시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 재액화된 증발가스를 압력 용기에 저장하여 상기 압력 용기의 내압을 제어함으로써, 상기 압축 증발가스가 재액화되어 상기 압력 용기에 저장될 때까지의 압력을 설정값으로 유지시킬 수 있다.
본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없으므로 설치 비용을 절감할 수 있고, 에탄 등의 증발가스를 자가열교환시키는 방법으로 재액화시키므로, 추가적인 냉열 공급 사이클 없이도 종래의 재액화 장치와 동등한 재액화 효율을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없어, 설치해야 하는 장비 수가 감소하고, 특히 냉열 공급 사이클의 압축기를 삭제할 수 있으므로 냉열 공급 사이클의 구동에 소요되는 전력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 리시버를 마련하여 다단 압축부 후단의 압력을 제어할 수 있으므로 최적의 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)를 달성함으로써 냉동효과가 향상된 재액화 장치를 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 증발가스의 압력에 따른 재액화 장치의 COP를 도시한 선도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법은 액화천연가스 화물창이 설치되는 선박 및 육상에서 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 특히 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해양 구조물, 즉 액화가스 운반선, 액화에탄가스(LEG; Liquefied Ethane Gas) 운반선과 같은 선박을 비롯하여, FPSO, FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 설명에서 '흐름'이라는 용어는 라인을 따라 흐르는 유체, 즉 증발가스를 의미하며 각 라인에서 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
또한, 후술할 선박에 탑재된 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 1기압에서 -110℃ 이상의 비등점을 가질 수 있다. 또한, 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 액화에탄가스(LEG) 또는 액화석유가스(LPG)일 수 있다. 또는, 액화가스 또는 액화가스로부터 발생하는 증발가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 중탄화수소 등을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수도 있다.
또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 것으로, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 압축부(20), 압축부(20)에 의해 압축된 압축 증발가스와 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기(30)를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는 증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크(10)의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 안전밸브(미도시)를 통하여 저장탱크(10)의 외부로 증발가스가 배출된다. 저장탱크(10) 외부로 배출된 증발가스는 본 실시예의 재액화 장치에 의해 재액화되어 다시 저장탱크(10)로 돌려보내진다.
본 실시예의 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 선박 내 엔진 등의 연료로는 사용되지 않고, 본 실시예에 따른 재액화 장치에 의해 전량이 액화되며, 전부가 액체상태로 또는 적어도 일부의 기체상태를 포함하여 전량 저장탱크(10)로 회수되거나 적어도 일부는 재액화 장치를 순환할 수 있다.
본 실시예의 압축부(20)는 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하여 증발가스를 다단(multistage)으로 압축시키는 다단 압축부(20)일 수 있으며, 본 명세서에서는 다단 압축부(20)가 도 1에 도시한 바와 같이 제1 압축기(20a), 제2 압축기(20b), 제3 압축기(20c) 및 제4 압축기(20d)를 포함하는 4단 압축부(20)로 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
본 실시예의 다단 압축부(20)는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예에서는 네 개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하여, 네 단계의 압축과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기의 개수가 한정되는 것은 아니다.
다단 압축부(20)에는 다수개의 압축기와 압축기 사이에 압축기를 통과하면서 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c)가 마련된다. 예를 들어 제1 압축기(20a)와 제2 압축기(20b) 사이에는 제1 압축기(20a)를 통과하면서 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 제1 냉각기(21a)가 마련된다.
또한, 다단 압축부(20)의 최후단 압축기, 예를 들어 본 실시예의 제4 압축기(20d) 후단에는 다단 압축부(20)에서 압축되어 열교환기(30)로 공급되는 증발가스의 온도를 조절하는 애프터 쿨러(21d)가 마련된다
본 실시예에서, 다단 압축부(20)의 최후단 압축기, 즉 제4 압축기(20d)에서 압축되어 배출된 증발가스의 압력은 40 내지 100bara일 수 있으며, 온도는 80 내지 130℃일 수 있다.
예를 들어, 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스가 다단 압축부(20)의 각 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)로 공급되는 흡입압력 및 온도와 각 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에서 압축되어 배출되는 배출압력 및 온도는 아래 표 1에 기재된 바와 같다.
Stage No. 흡입 토출
압력(bara) 온도(℃) 압력(bara) 온도(℃)
제1 압축기(20a) 0.96 36.17 3.00 123.30
제2 압축기(20a) 2.76 40.00 9.49 123.60
제3 압축기(20a) 9.02 40.00 27.00 113.50
제4 압축기(20a) 26.19 40.00 83.51 121.50
즉, 저장탱크(10)에서 발생한 약 0.96bara, 약 36.17℃의 증발가스가 제1 압축기(20a)로 공급되면, 증발가스는 제1 압축기(20a)에서 약 3.00bara로 압축되고, 압축과정에서 약 123.30℃로 온도가 상승한다. 이 증발가스는 제1 압축기(20a) 후단의 제1 냉각기(21a)에서 약 40℃로 냉각되고, 냉각과정에서 압력이 소폭 감소한 약 2.76bar, 약 40℃의 증발가스가 제2 압축기(20b)로 공급된다. 이 과정을 반복하여, 최후단인 제4 압축기(20a)에서 배출되는 증발가스는 약 83.51bara, 약 121.50℃일 수 있으며, 이 증발가스가 열교환기(30)로 공급되는데, 열교환기(30)로 공급되기 전에 애프터 쿨러(21d)에서 더 냉각될 수 있다. 애프터 쿨러(21d)에서 냉각되어 열교환기(30)로 공급되는 증발가스의 온도는 12 내지 45℃일 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라 함.)를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다. 즉, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축되어 압력이 높아진 증발가스는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 이용하여 열교환기(30)에서 온도가 낮아진다.
또한, 저장탱크(10)로부터 배출된 저온의 증발가스는 열교환기(30)에서 a 흐름의 온도를 낮춤으로써 가열되어 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)로 도입된다. 증발가스의 물성에 따라 달라질 수는 있으나, 열교환기(30)를 통과하면서 a 흐름의 적어도 일부 또는 전부가 액화될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(30)에서 압축 증발가스에 의해 가열된 후 압축부(20)로 도입되므로 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하는 다단 압축부(20)는 극저온의 액화가스로부터 발생하는 저온의 증발가스를 압축시킬 수 있는 극저온용 압축기로 마련하지 않아도 되며, 저온의 증발가스에 의해 압축기가 손상되는 일 또한 방지할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 다단 압축부(20)를 통과하여 열교환기(30)에서 열교환 후 냉각되어 배출되는 a 흐름을 제1 흐름(a1) 및 제2 흐름(a2)을 포함하는 두 개 이상의 흐름으로 분기시키고, 분기된 제1 흐름(a1)을 팽창시키는 제1 팽창수단(71); 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 제1 흐름(a1)을 냉매로 하여 제1 흐름이 분기되고 남은 나머지 제2 흐름(a2)을 냉각시키는 제1 중간 냉각기(41);를 포함하며, 제1 중간 냉각기(41)에서 제1 흐름(a1)에 의해 냉각된 제2 흐름(a2)은 저장탱크(10)로 회수되고, 제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(a2)을 냉각시키고 배출되는 제1 흐름(a1)은 다단 압축부(20)의 중간단, 즉 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기 하류로 공급되어 저장탱크(10)로부터 발생하고 다단 압축부(20)에서 압축되는 증발가스 스트림에 합류된다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 저장탱크(10)로부터 배출되어 열교환기(30), 다단 압축부(20) 및 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서, 다단 압축부(20)에서 압축된 압축 증발가스 즉, a 흐름과, 상술한 제1 흐름(a1)을 분기시키고 제1 중간 냉각기(41)에서 팽창된 제1 흐름(a1)에 의해 냉각되는 제2 흐름(a2) 및 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서 냉각, 과냉각 또는 적어도 일부 또는 전부가 액화되어 다시 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스의 유로를 재액화 라인이라 하기로 하며, 도 1에서는 재액화 라인을 실선으로 표시하였다.
본 실시예에서, 열교환기(30)에서 열교환 후 냉각되어 배출되는 a 흐름으로부터 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단(71)이 마련되고, 제1 흐름(a1)의 경로를 제공하는 제1 바이패스 라인(a1)이 재액화 라인으로부터 분기된다.
제1 팽창수단(71)은 열교환기(30)에서 냉각된 a 흐름으로부터 분기된 제1 흐름(a1)을 팽창시키고, 제1 팽창수단(71)에서 팽창에 의해 온도가 낮아진 제1 흐름(a1)이 제1 중간 냉각기(41)의 냉매로 활용된다. 본 실시예에서 제1 흐름(a1)은 약 40 내지 100bara, 약 12 내지 45℃의 조건으로 제1 팽창수단(71)으로 공급되며 제1 팽창수단(71)에 의해 4 내지 15bara로 팽창되면서 온도가 낮아져 제1 중간 냉각기(41)에서 재액화 라인을 따라 약 40 내지 100bara, 약 12 내지 45℃의 조건으로 공급되는 제2 흐름(a2)을 냉각 또는 과냉각시키거나 또는 제2 흐름(a2)의 적어도 일부를 액화시킨다.
제1 흐름(a1)을 분기시키고 재액화 라인을 따라 제1 중간 냉각기(41)로 공급되는 제2 흐름(a2)은 제1 중간 냉각기(41)에서 제1 팽창수단(71)을 통과한 제1 흐름(a1)에 의해 과냉각되고, 적어도 일부는 액화될 수 있다. 증발가스의 물성에 따라 다르지만, 본 실시예에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)에서 재액화 라인을 따라 공급되는 유체는 전량이 액화되거나 과냉각될 수 있다.
제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(a2)을 냉각시킨 후 배출되는 제1 흐름(a1)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다단 압축부(20)의 중간단으로 공급되는데, 제1 중간 냉각기(41)을 통과한 제1 흐름(a1)은 다단 압축부(20)의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 하류 중, 제1 중간 냉각기(41)을 통과한 제1 흐름(a1)의 압력과 가장 유사한 압력 범위에 해당되는 압축기의 하류로 공급되어 다단 압축부(20)에서 압축되는 증발가스 스트림, 즉 재액화 라인에 합류된다. 본 실시예에서 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제1 흐름(a1)이 제2 압축기(20b) 하류에 합류되도록 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 재액화 라인에 마련되며 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(a2)을 더 냉각시키는 제2 중간 냉각기(42) 및 제2 팽창 수단(72)을 더 포함할 수 있으며, 후술할 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)와 제2 중간 냉각기(42) 사이에 마련되어, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(a2)이 리시버(90) 및 제2 중간 냉각기(42)를 통과하여 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(a2)을 제3 흐름(a3) 및 제4 흐름(a4)을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 제3 흐름(a3)은 팽창시키며, 팽창시킨 제3 흐름(a3)에 의해 제4 흐름(a4)을 과냉각시켜 저장탱크(10)로 회수한다.
제2 흐름(a2)으로부터 분기되는 제3 흐름(a3)의 유로를 제공하는 제2 바이패스 라인 상에는 제3 흐름(a3)을 팽창시키는 제2 팽창 수단(72)이 마련되며, 제2 팽창 수단(72)에서 팽창되어 온도가 낮아진 제3 흐름(a3)은 제2 중간 냉각기(42)로 공급되어, 재액화 라인을 따라 제2 중간 냉각기(42)로 공급되는 제4 흐름(a4)과 열교환하면서 제4 흐름(a4)을 냉각시킨 후 다단 압축부(20)로 공급된다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제1 중간 냉각기(41)에서 냉각된 제2 흐름(a2)을 수용하는 리시버(90);을 더 포함하고, 리시버(90)로부터 증발가스를 배출시켜 저장탱크(10)로 회수하는 압력 제어라인(PL); 및 레벨 제어라인(LL); 중 어느 하나 또는 모두가 마련될 수 있다.
제1 중간 냉각기(41)와 제1 팽창 수단(71)은 각각 하나씩 마련될 수도 있고, 하나 이상이 마련될 수도 있으며, 본 실시예에서는 제2 중간 냉각기(42)와 제2 팽창 수단(72)을 더 포함하여, 하나의 중간 냉각기와 하나의 팽창 수단을 한 세트로 하는 총 두 세트가 마련되는 것을 예로 들기로 하나, 그 개수에 한정되는 것은 아니다. 또한, 한 세트가 중간 냉각기와 팽창 수단을 각각 하나씩 포함하는 것으로 한정하지 않는다.
그러나 중간 냉각기가 하나 이상 마련되면, 즉 중간 냉각기와 팽창 수단을 각각 포함하는 세트가 두 세트 이상 마련되면, 후술할 리시버(90) 및 제1 중간 냉각기(41) 후단으로부터 저장탱크(10)까지 재액화 라인을 유동하는 유체 흐름으로부터 플래시 가스(Flash Gas)가 발생하는 것을 줄일 수 있어 재액화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)와 제2 중간 냉각기(42) 사이에 마련되어 제1 중간 냉각기(41)를 통과하고 재액화 라인을 따라 흐르는 제2 흐름(a2)을 수용하여, 레벨 제어라인(LL)을 따라 리시버(90)로부터 배출되는 유체가 제3 흐름(a3) 및 제4 흐름(a4)으로 분기되고, 제2 중간 냉각기(42)에서 팽창된 제3 흐름(a3)과 제3 흐름(a3)이 분기되고 남은 제4 흐름(a4)이 열교환하여, 냉각된 제4 흐름(a4)이 저장탱크(10)로 회수된다.
본 실시예에서, 레벨 제어라인(LL)을 따라 흐르는 유체는 액체 상태 또는 과냉각 유체일 수 있다.
이와 같이, 리시버(90)는 중간 냉각기와 팽창 수단을 한 세트로 하여 다수 개의 세트가 마련되는 경우, 리시버 전단의 세트와 리시버 후단의 세트 사이에 마련되어, 전단의 세트로부터 재액화 라인을 따라 배출되는 유체를 수용하고, 리시버(90)의 레벨 제어라인(LL)을 따라 배출되는 유체를 저장탱크(10)로 공급할 수 있는데, 레벨 제어라인(LL)을 따라 저장탱크(10)로 공급되는 유체는, 리시버(90)의 후단의 세트에서 과냉각될 수 있다.
유체의 냉각 시스템의 효율은, 냉동효과와 압축일의 비를 나타내는 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)로 나타내며, 성능계수는 냉동효과를 크게 하거나 압축일을 작게 할수록 향상된다.
따라서, 도 2에 도시한 선도를 참조하면, 본 실시예에 따른 재액화 장치의 성능계수(도 2의 Y축)는 재액화 장치를 흐르는 유체의 압력(도 2의 X축)에 따라 달라지며 성능계수가 최적의 값을 갖는 압력 범위가 존재하게 되는데, 따라서, 본 실시예에서는 다단 압축부(20) 후단으로부터 제1 중간 냉각기(41) 및 리시버(90)로 연결되는 라인을 흐르는 유체가 성능계수가 최적의 값을 갖는 압력을 유지하도록 제어함으로써 재액화 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)를 통과하여 저장탱크(10)로 회수되는 제2 흐름(a2)을 제어할 수 있도록 하는 수단으로써, 리시버(90)의 압력을 제어함으로써 다단 압축부(20) 후단 압력을 제어할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 리시버(90)에는 리시버(90)의 내압을 조절하는 압력 제어라인(PL)과 리시버(90)의 레벨(수위)을 조절하는 레벨 제어라인(LL)이 연결될 수 있는데, 리시버(90)의 내압을 조절하기 위하여 리시버(90)로부터 압력 제어라인(PL)을 통해 배출되는 유체는 저장탱크(10)로 공급되고, 리시버(90)의 레벨을 조절하기 위하여 리시버(90)로부터 레벨 제어라인(LL)을 통해 배출되는 유체는 상술한 바와 같이, 제2 중간 냉각기(42)에서 열교환한 후 제3 흐름(a3)은 다단 압축부(20)로, 제4 흐름(a4)은 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
본 실시예에서는 압력 제어라인(PL)을 통해 배출되는 유체가 저장탱크(10)로 회수되는 것을 예로 들어 설명하기로 하나, 이에 한정하는 것은 아니고, 리시버(90)로부터 배출되어 시스템 외부로 배출될 수도 있고, 또는 시스템 내를 순환할 수도 있다.
제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름은, 액체 상태 또는 배관을 따라 흐르며 일부가 기화된 기액 혼합상태일 수 있으며, 즉, 리시버(90)의 압력 제어라인(PL)을 따라 배출되는 유체는 기체 상태일 수 있고, 리시버(90)의 레벨 제어라인(LL)을 따라 배출되는 유체는 액체 상태일 수 있으며, 리시버(90)의 압력 제어라인(PL) 및 레벨 제어라인(LL)에 의해 리시버(90)의 내압 및 레벨이 설정값을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
리시버(90)의 레벨 제어라인(LL)을 통해 배출된 유체는 제3 흐름(a3) 및 제4 흐름(a4)으로 분기되어 제2 중간 냉각기(42)로 공급되고, 분기되어 팽창된 제3 흐름(a3)과 제3 흐름(a3)을 분기시키고 남은 나머지 제4 흐름(a4)이 제2 중간 냉각기(42)에서 열교환되며, 제2 중간 냉각기(42)에서 제4 흐름(a4)을 냉각시킨 후 배출되는 제3 흐름(a3)은 다단 압축부(20)로 공급된다.
제3 흐름(a3)은 제2 팽창 수단(72)에서 약 2 내지 5bara로 팽창되고, 팽창에 의해 온도가 낮아진 채로 제2 중간 냉각기(42)로 공급되며, 재액화 라인을 따라 제2 중간 냉각기(42)로 공급된 제4 흐름(a4)을 과냉각시킨다.
제2 중간 냉각기(42)에서 제4 흐름(a4)을 냉각시킨 후 배출되는 제3 흐름(a3)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다단 압축부(20)의 중간단으로 공급되는데, 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제3 흐름(a3)은 다단 압축부(20)의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 하류 중, 제2 중간 냉각기(42)을 통과한 제3 흐름(a3)의 압력과 가장 유사한 압력 범위에 해당되는 압축기의 하류로 공급되어 다단 압축부(20)에서 압축되는 증발가스 스트림, 즉 재액화 라인에 합류된다. 본 실시예에서 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제3 흐름(a3)은 제1 압축기(20a) 하류에 합류되도록 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다.
단, 제2 중간 냉각기(42)로부터 배출되는 제3 흐름(a3)은 제1 중간 냉각기(41)에서 배출되는 제1 흐름(a1)이 공급되는 압축기보다 더 전단의 압축기 하류로 공급된다.
제2 중간 냉각기(42)에서 열교환 후 배출되는 제4 흐름(a4)은 도 1에 도시한 바와 같이, 재액화 라인을 통해 저장탱크(10)로 회수되는데, 제2 중간 냉각기(42) 후단에는 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제4 흐름(a4)을 팽창시키는 제3 팽창 수단(73)이 더 마련될 수 있으며, 제3 팽창 수단(73)을 통과한 유체는 팽창에 의해 압력 및 온도가 낮아진 채로 저장탱크(10)로 공급된다.
또한, 본 실시예에서 압력 제어라인(PL)은 리시버(90)로부터 배출되는 유체를 저장탱크(10)로 공급하는데, 특히, 압력 제어라인(PL)을 통해 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스는 기체 상태이거나 초임계 상태일 수 있고, 압력 제어라인(PL)에는 압력 제어라인(PL)의 개폐 또는 개도량을 조절하는 압력 제어밸브(91)가 마련된다.
상술한 압력 제어밸브(91)와 제3 팽창 수단(73)은 도시하지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있으며, 이하, 도 1을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에서 다단 압축부(20) 후단 압력의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
재액화 라인을 따라 제1 중간 냉각기(41)에서 냉각되어 배출되는 제2 흐름(a2)은 저장탱크(10)로 회수되기 전에 리시버(90)로 수용된다. 제2 흐름(a2)은 유체의 비등점 등 물성에 따라 다르지만 과냉각된 기체 또는 액체 상태, 기액 혼합상태 또는 초임계 상태일 수 있는데, 리시버(90)로 수용되면, 리시버(90) 내에서 제2 흐름(a2)으로부터 플래시 가스(flash gas)가 발생할 수 있으며, 제2 흐름(a2)의 기체 성분 및 플래시 가스는 리시버(90)의 내압을 상승시키는 요인이 된다.
본 실시예에서 리시버(90)는 압력용기(vessel)로써, 리시버(90)의 내압이 설정 압력 이상으로 상승하게 되면, 리시버(90) 내부의 유체, 상술한 기체 성분 및 플래시 가스를 외부로 배출시키도록 마련되며, 압력 제어라인(PL)을 따라 배출되어 저장탱크(91)로 회수된다. 압력 제어라인(PL)은 도 1에 도시한 바와 같이 리시버(90)의 상부로부터 연결될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 제어부는 리시버(90)의 내압을 측정하여 설정값 이상인 경우 압력 제어라인(PL)의 압력 제어밸브(91)를 개방하고 압력 제어라인(PL)을 따라 유체가 배출되게 함으로써 다단 압축부(20) 후단으로부터 리시버(90) 전단 압력을 제어할 수 있으며, 압력 제어라인(PL)을 따라 흐르는 유체는 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서 과냉각된 유체이므로 저장탱크(10)로 공급하여도 저장탱크(10) 내부 온도를 낮출 수 있다.
예를 들어, 도시하지 않은 제어부는 리시버(90)의 내압이 설정값 이상인 경우, 압력 제어밸브(91)를 개방한다. 리시버(90)의 내압 설정값이 80bara인 경우, 리시버(90)의 내압이 80bara 미만이면, 압력 제어밸브(91)는 폐쇄되어 있도록 하고, 리시버(90) 내압이 80bara 이상이 되면 압력 제어밸브(91)를 개방하여 기체를 배출시키도록 한다. 압력 제어밸브(91)가 폐쇄되어 있으면, 다단 압축부(20) 후단으로부터 리시버(90)까지의 재액화 라인 역시 80bara 수준 내외 유지하게 되고, 리시버(90)의 내압이 80bara를 넘어가게 되면, 그만큼 리시버(90) 전단, 즉 다단 압축부(20)로부터 리시버(90)까지의 압력 또한 설정범위를 유지할 수 없게되므로, 압력 제어밸브(91)를 개방하여 다단 압축부(20) 후단으로부터 리시버(90)까지의 재액화 라인 압력이 설정 범위 수준을 유지하도록 하는 것이다.
이때 본 실시예에 따르면 압축부 후단의 압력 설정값은 40 내지 100bara일 수 있고, 보다 바람직하게는 80bara일 수 있다. 즉, 리시버(90)의 내압 설정값은 40 내지 100bara일 수 있고, 보다 바람직하게는 80bara일 수 있다.
본 실시예에서 리시버(90)로 공급되는 제2 흐름(a2)은 적어도 일부가 액화된 상태로 리시버(90)로 공급될 수 있고 또는 전량이 액체 상태로 공급될 수도 있으며, 리시버(90)로부터 배출되기 전에 플래시 가스로 일부가 기화될 수도 있다.
따라서, 리시버(90)의 내압을 설정값으로 유지시키기 위해서는 리시버(90)의 레벨 또한 제어할 필요가 있는데, 본 실시예에 따르면 상술한 레벨 제어라인(LL)을 이용하여 리시버(90)의 레벨을 제어함과 동시에, 재액화 장치의 액화 유량 또한 조절할 수 있다.
예를 들어, 도시하지 않은 제어부는 리시버(90)의 레벨을 측정하여, 레벨 측정값이 설정값 이상이면, 제3 팽창 수단(73)을 개방하여 리시버(90)로부터 액체가 레벨 제어라인(LL)을 따라 배출되도록 하고, 배출된 액체는 제2 중간 냉각기(42)에서 과냉각되어 제3 팽창 수단(73)에서 팽창에 의해 압력 및 온도가 낮아진 상태로 저장탱크(10)로 공급된다.
제어부는 제3 팽창 수단(73)의 개방 정도를 제어하여 본 실시예의 재액화 장치에서 레벨 제어라인(LL)을 따라 저장탱크(10)로 공급되는 재액화 증발가스의 전체 유량을 제어할 수도 있다. 즉, 본 실시예에서 제3 팽창 수단(73)은 리시버(90)의 레벨 제어 수단으로 활용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서 과냉각된 유체를 리시버(90)로 공급하고, 리시버(90)의 압력이나 리시버(90)의 레벨 또는 리시버(90)의 압력 및 레벨을 제어하면서, 리시버(90)로부터 기체 상태의 플래시 가스를 저장탱크(10)로 회수하는 유량 및 리시버(90)로부터 액체 상태의 과냉각 유체를 제2 중간 냉각기(42)에서 추가 냉각시키고 냉각된 유체의 팽창 정도를 조절함으로써 재액화 장치의 액화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 열교환기(30)에 의해 제3 팽창수단(73)으로 공급되는 증발가스의 과냉각도를 높여 냉동효과를 크게할 수 있다.
또한, 열교환기(30)에 의해 압축 증발가스가 더 냉각된 후 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)로 공급되므로, 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시키기 위해 필요한 냉매가 더 적게 필요하므로, 제1 및 제2 중간 냉각기(41, 42)로 공급할 냉매, 즉 팽창시킬 증발가스의 유량이 적어지므로, 재액화 라인으로부터 분기되어 팽창된 후 다단 압축부(20)로 공급되는 팽창 증발가스의 유량이 줄어들어 다단 압축부(20)의 압축일이 감소되며, 중간 냉각기(41, 42)에서의 액화량이 증가하므로 냉동효과를 크게할 수 있다.
본 발명과 같이, 별도의 냉매 사이클을 추가로 마련하지 않고, 중간 냉각기(41, 42)와 더불어 열교환기(30) 및 리시버(90)와 더불어 재액화 장치를 구성하고, 리시버(90)에 의해 다단 압축부(20)의 후단 압력을 약 40 내지 100bara로 제어하는 경우, 다단 압축부(20)에서 소요되는 동력은 약 499.7kW이고, 재액화 장치의 냉각 열량(cooling capacity)은 약 241.3kW이므로, 냉각 효율, 즉 COP는 약 0.48이 된다.
이와 비교하여, 동일한 액화가스로부터 발생하는 동일한 유량 및 물성 조건을 갖는 증발가스를 액화시킨다고 가정했을 때, 본 발명의 열교환기(30) 없이 종래와 같이 별도의 냉매 사이클을 추가로 마련하여 구성하는 경우, 다단 압축부(20)에서 소요되는 동력은 약 575.2kW이고, 재액화 장치의 냉각 열량은 약 240.3kW이므로, 냉각 효율, 즉 COP는 약 0.42에 불과하다. 즉, 본 발명은 종래 기술에 비해 더 적은 양의 동력으로 더 많은 양의 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수할 수 있다.
또한, 리시버(90)에 의해 다단 압축부(20)의 후단 압력을 최적의 COP를 낼 수 있는 압력으로 유지하도록 하고, 재액화 장치에서 액화되는 전체 액화 유량을 제어함으로써 최적의 COP를 유지하여 재액화 효율을 최대로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기(30)에 의해 추가적인 냉매 사이클을 필요로 하지 않고도, 액화가스가 프로판인 경우, 프로판으로부터 발생한 증발가스는 다단 압축부(20)를 통과하면서 증발가스의 대부분이 액화되고, 액화가스가 에탄인 경우에는, 에탄으로부터 발생한 증발가스가 다단 압축부(20) 및 열교환기(30)를 통과하면서 증발가스의 대부분이 액화되며, 본 실시예와 같이 중간 냉각기가 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)를 포함하여 2개 이상 마련되는 경우, 증발가스가 다단 압축부(20), 열교환기(30), 중간 냉각기(41, 42) 및 리시버(90)를 통과하면서 저장탱크(10)로 회수되는 재액화 과정 중에 발생하는 플래시 가스의 발생량을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 리시버, 압력 제어라인 및 레벨 제어라인을 마련하지 않는다 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 다단계로 압축된 증발가스와 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기(30); 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 1 팽창수단(71); 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 제1 중간냉각기(41); 제1 중간냉각기(41)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제2 팽창수단(72); 제1 중간냉각기(41)를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 제2 중간냉각기(42); 제2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제3 팽창수단(73); 및 제3 팽창수단(73)을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스를 분리하는 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다. 본 실시예에서는 저장탱크(10)로부터 액화가스가 배출되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 엔진에 연료로 공급하기 위하여 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 액화가스가 배출될 수도 있다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예에서는 네 개의 압축기를 포함하여, 네 단계의 압축과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기의 개수가 한정되는 것은 아니다.
네 개의 압축기를 포함하는 4단 압축기일 경우 압축부(20)는 직렬로 구비되어 증발가스를 차례로 압축하는 제1 압축기(20a), 제2 압축기(20b), 제3 압축기(20c), 및 제4 압축기(20d)를 포함할 수 있다. 제1 압축기(20a) 하류의 증발가스의 압력은 2 내지 5 bar, 예를 들어 3.5 bar일 수 있고, 제2 압축기(20b) 하류의 증발가스의 압력은 10 내지 15bar, 예를 들어 12 bar일 수 있다. 또한, 제3 압축기(20c) 하류의 증발가스의 압력은 25 내지 35 bar, 예를 들어 30.5 bar일 수 있고, 제4 압축기(20d) 하류의 증발가스의 압력은 75 내지 90 bar, 예를 들어 83.5 bar일 수 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는, 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 후 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라 함.)를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다. 즉, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축되어 압력이 높아진 증발가스는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 이용하여 열교환기(30)에서 온도가 낮아진다.
본 실시예의 제1 팽창수단(71)은, 열교환기(30)로부터 제1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부(이하, 'a1 흐름'이라 함.)를 팽창시킨다. 제1 팽창수단(71)은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부(a1 흐름)는 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진다. 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스는 제1 중간냉각기(41)로 공급되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 다른 일부(이하, 'a2 흐름'이라 함.)의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제1 중간냉각기(41)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부(a2 흐름)를, 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스(a1 흐름)와 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스(a2 흐름)의 온도를 낮춘다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 후 제1 중간냉각기(41)에 의해 온도가 낮아진 증발가스(a2 흐름)는 제2 팽창수단(72) 및 제2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제1 팽창수단(71)를 통과하여 제1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스(a1 흐름)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기(20b)의 후단으로 보내지게 된다.
본 실시예의 제2 팽창수단(72)은, 제1 중간냉각기(41)로부터 제2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부(a21 흐름)를 팽창시킨다. 제2 팽창수단(72)은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스(a2 흐름)의 일부(a21 흐름)는, 제2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진다. 제2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스(a21 흐름)는 제2 중간냉각기(42)로 공급되어, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 다른 일부의 증발가스(a22 흐름)의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제2 중간냉각기(42)는, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스(a21 흐름)와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스(a22 흐름)의 온도를 더 낮춘다.
열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)에 의해 온도가 낮아진 증발가스는, 제3 팽창수단(73)을 지나 기액분리기(60)로 보내지고, 제2 팽창수단(72)을 지나 제2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단으로 보내지게 된다.
제1 중간냉각기(41)에서는, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스에 의해 열교환기(30)에서 1차로 냉각된 증발가스의 온도를 낮추면 되나, 제2 중간냉각기(42)에서는, 열교환기(30)에서 1차로 냉각된 후 제1 중간냉각기(41)에서 2차로 냉각된 증발가스의 온도를 낮추어야 하므로, 제2 중간냉각기(42)에 냉매로 공급되는 증발가스(a21 흐름)는, 제1 중간냉각기(41)에 냉매로 공급되는 증발가스(a1 흐름)보다, 온도가 더 낮아야 한다. 즉, 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스보다 제2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스는 더 많이 팽창된 상태가 되고, 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스보다 제2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스의 압력이 더 낮아지게 된다. 따라서, 제1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다. 제1 및 제2 중간냉각기(41, 42)로부터 배출되는 증발가스는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 다단계의 압축 과정을 거치는 증발가스 중 유사한 압력의 증발가스와 각각 통합되어 압축과정을 거치게 된다.
한편, 제1 팽창수단(71) 및 제2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스는, 각각 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시키기 위한 냉매로 사용되므로, 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라, 제1 팽창수단(71) 및 제2 팽창수단(72)으로 보내지는 증발가스의 양을 조절할 수 있다. 즉, 다수기의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 제1 팽창수단(71)과 제1 중간냉각기(41)로 나누어져 보내지게 되는데, 제1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제1 중간냉각기(41)로부터 제2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예에서는 두 개의 중간냉각기(41, 42) 및 각 중간냉각기(41, 42) 전단에 설치되는 두 개의 팽창수단(71, 72)을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 필요에 따라 중간냉각기 및 중간냉각기 전단에 설치되는 팽창수단의 개수는 변경될 수 있다. 또한, 본 실시예의 중간냉각기(41, 42)는 도 1에 도시된 바와 같은 선박용 중간냉각기를 사용할 수도 있고, 일반 열교환기를 사용할 수도 있다.
본 실시예의 제3 팽창수단(73)은, 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다. 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 열교환기(30) 전단으로 보내져 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스와 함께 다시 재액화 과정을 거치게 되고, 기액분리기(60)에 의해 분리된 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내진다. 본 실시예의 증발가스가 연료탱크로부터 배출된 경우에는, 재액화된 증발가스는 연료탱크로 보내지게 된다.
도 3을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스의 압력은 대략 40bar 내지 100bar이며, 바람직하게는 대략 80bar이다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스는 기체와 액체의 구분이 없는 제3의 상태인 초임계 유체 상태가 된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과하여 제3 팽창수단(73)을 통과하기 전까지는, 압력이 대략 비슷하게 유지되므로 초임계 유체 상태로 유지된다. 단, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과할 때마다 온도가 내려가고, 공정의 운용 방법에 따라 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과할 때마다 압력이 내려갈 수도 있으므로, 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과하여 제3 팽창수단(73)을 통과하기 전까지 기액 혼합 상태일 수도 있고 액체 상태일 수도 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도는 섭씨 -10 내지 35도일 수 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스(a 흐름)는 일부(a1 흐름)는 제1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부(a2 흐름)는 제1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스(a1 흐름)는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
열교환기(30)를 통과한 후 일부가 분기되어 제1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스(a1 흐름)는, 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 된 증발가스는, 제1 중간냉각기(41)에서 열교환된 후 기체 상태가 될 수 있다.
제1 중간냉각기(41)에서 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스(a2 흐름)는, 일부(a21 흐름)는 제2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부(a22 흐름)는 제2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스(a21 흐름)는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스(a21 흐름)는, 열교환기(30)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스(a1 흐름)와 마찬가지로, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 된 증발가스는, 제 2 중간냉각기(42)에서 열교환된 후 기체 상태가 될 수 있다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스(a22 흐름)는, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리되고, 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 보내지고, 기체상태의 증발가스는 열교환기(30) 전단으로 보내지게 된다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스(a1 흐름) 및 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스(a21 흐름)를 냉매로 이용하여, 자가열교환 방식으로 증발가스를 냉각시키므로, 별도의 냉열 공급 사이클 없이도 증발가스를 재액화시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 종래의 별도의 냉열 공급 사이클이 추가된 재액화 장치는, 1kW의 열을 회수하기 위하여 대략 2.4kW의 전력이 소모되는 반면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의하면, 1kW의 열을 회수하기 위하여 대략 1.7kW의 전력이 소모되어, 재액화 장치를 구동시키는데에 소모되는 에너지를 절감할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4에 도시된 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기액분리기에 의해 분리된 재액화된 증발가스가, 기체상태의 증발가스와 함께 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제1 팽창수단(71); 제1 중간냉각기(41); 제2 팽창수단(72); 제2 중간냉각기(42); 제3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 제 2 실시예와는 달리, 재액화된 증발가스와 함께 저장탱크(10)로 보내진다. 저장탱크(10)로 보내진 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(10) 내부의 증발가스와 함께 열교환기(30)로 보내져 다시 재액화 과정을 거치게 된다.
도 4를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내진다.
도 5은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5에 도시된 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 도 4에 도시된 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 재액화된 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재한다. 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예 및 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(41); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(42); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 제 2 실시예와는 달리, 저장탱크(10)로 보내지고, 제3 실시예와는 달리, 기체상태의 증발가스가 재액화된 증발가스와 함께 저장탱크(10)로 보내지는 것이 아니라, 재액화된 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크(10)로 보내진다.
도 5를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제3 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 액체상태의 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크(10)로 보내진다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6에 도시된 제5 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 도 5에 도시된 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크 하부로 보내진다는 점에서 차이점이 존재한다. 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예 및 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(41); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(42); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제4 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(10) 상부로 보내지는 것이 아니라, 액화천연가스가 채워져 있는 공간인 저장탱크(10) 하부로 보내진다.
기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 저장탱크(10)의 하부로 보내지면, 액화천연가스의 냉열에 의해 기체상태의 증발가스의 온도가 낮아지거나 증발가스의 일부가 액화될 수도 있으므로, 재액화 효율이 높아질 수 있다. 또한, 저장탱크(10) 내부의 액화천연가스는 수위가 높은 부분보다 수위가 낮은 부분의 온도가 더 낮으므로, 기체상태의 증발가스가 저장탱크(10)의 하부로 보내지는 경우에는, 저장탱크(10)의 최하부로 보내지는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제4 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(10) 상부로 보내지는 것이 아니라, 액화천연가스가 채워져있는 공간인 저장탱크(10) 하부로 보내진다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7에 도시된 제6 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기액분리기를 포함하지 않는다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(41); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(42); 및 제 3 팽창수단(73);를 포함한다. 단, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예와는 달리, 기액분리기(60)를 포함하지 않는다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
단, 본 실시예의 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는 기액분리기(60)를 포함하지 않으므로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하며 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남아있는 증발가스가, 혼합된 상태로 함께 저장탱크(10)로 보내진다.
상술한 제2 실시예 내지 제6 실시예에서와 같이, 기체상태의 증발가스가 열교환기(30) 전단으로 보내지지 않고 저장탱크(10)로 보내지는 경우에는, 저장탱크(10)가 가압탱크인 경우, 별도의 펌프의 작동 없이도 저장탱크(10) 내부의 압력에 의해 증발가스가 저장탱크(10)로부터 원활하게 배출될 수 있다는 장점이 있다.
도 7을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 단, 제3 실시예와는 달리, 제3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액 혼합 상태로 저장탱크(10)로 보내진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

Claims (20)

  1. 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 압축부; 및
    상기 압축부에 의해 압축된 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;를 포함하며,
    상기 열교환기를 통과한 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고,
    상기 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단;
    상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 흐름을 냉매로 하여 상기 제1 흐름이 분기되고 남은 제2 흐름을 냉각시키는 제1 중간 냉각기; 및
    상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제2 흐름을 수용하는 리시버;를 더 포함하고,
    상기 리시버에 의해 상기 압축부 후단 압력이 제어되는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 압력을 조절하는 압력 제어라인;을 더 포함하여,
    상기 압력 제어라인을 통해 배출된 유체는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되거나 배출되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 레벨을 제어하는 레벨 제어라인;을 더 포함하여,
    상기 레벨 제어라인을 통해 배출된 유체의 적어도 일부는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 레벨 제어라인을 따라 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는 유체를 팽창시키는 제3 팽창수단;을 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축부 후단 압력은 40 내지 100bara인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축부에서 압축된 증발가스의 온도는 80 내지 130℃인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축부 후단에 마련되며, 상기 압축부에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 애프터 쿨러;를 더 포함하고,
    상기 애프터 쿨러에서 냉각된 증발가스의 온도는 12 내지 45℃인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 4 내지 15bara인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 리시버로부터 배출된 유체를 제3 흐름 및 제4 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고,
    상기 분기된 제3 흐름을 팽창시키는 제2 팽창수단; 및
    상기 제2 팽창수단에 의해 팽창된 제3 흐름을 냉매로 하여 상기 제3 흐름이 분기되고 남은 제4 흐름을 냉각시키는 제2 중간 냉각기;를 포함하여,
    상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제4 흐름은 상기 액화가스 저장탱크로 회수되고,
    상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 압축부로 공급되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 2 내지 5bara인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 압축부는 다수의 압축기를 포함하는 다단 압축부이며,
    상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제1 흐름 및 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 다수의 압축기 중 어느 하나의 압축기 후단으로 각각 공급되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  12. 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 방법에 있어서,
    상기 액화가스로부터 발생한 증발가스를 압축부에서 압축시키고,
    상기 압축 증발가스를 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스로 냉각시키고,
    상기 냉각 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름으로 분기시켜 제1 흐름을 팽창시키고,
    상기 팽창 증발가스로 상기 제2 흐름을 냉각시키고,
    상기 냉각된 제2 흐름을 리시버로 공급하고,
    상기 리시버의 압력을 제어하여 상기 압축부의 후단 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 저장탱크로 공급하되,
    상기 리시버로부터 배출시키는 기체의 흐름을 제어하여 상기 리시버의 내압 또는 상기 압축부의 후단 압력이 설정값을 유지하도록 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 압축부 후단 압력 설정값은 40 내지 100bara인, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 리시버로부터 액체를 배출시켜 제3 흐름 및 제4 흐름으로 분기시키고,
    상기 분기된 제3 흐름을 팽창시켜 상기 제4 흐름을 냉각시키고,
    상기 냉각된 제4 흐름을 상기 저장탱크로 공급하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 냉각된 제4 흐름은 팽창시켜 상기 저장탱크로 공급하고,
    상기 리시버의 레벨을 측정하여 상기 냉각된 제4 흐름의 팽창 정도를 조절하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 흐름은 4 내지 15bara로 팽창시키고,
    상기 제3 흐름은 2 내지 5bara로 팽창시키며,
    상기 팽창시킨 제1 흐름 및 팽창시킨 제3 흐름은,
    상기 제2 흐름 및 제4 흐름을 냉각시킨 후 상기 압축부로 공급하되,
    상기 제3 흐름은 상기 제1 흐름보다 하류에 공급하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 압축부에서 압축시킨 압축 증발가스는 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스와 열교환시키기 전에, 12 내지 45℃로 냉각시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  19. 에탄, 프로판, 부탄을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 액화가스로부터 자연기화한 증발가스를 액화시키는 방법에 있어서,
    상기 증발가스를 압축시키고, 압축시킨 증발가스와 압축시키기 전의 증발가스를 열교환시킨 후,
    압축시킨 증발가스의 적어도 일부를 팽창시켜 팽창 증발가스와 팽창시키지 않은 나머지 증발가스와의 열교환을 적어도 1회 이상 실시하여 상기 증발가스를 전량 재액화시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 재액화된 증발가스를 압력 용기에 저장하여 상기 압력 용기의 내압을 제어함으로써, 상기 압축 증발가스가 재액화되어 상기 압력 용기에 저장될 때까지의 압력을 설정값으로 유지시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
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