WO2023017924A1 - 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법, 재액화장치의 오프가스 처리시스템 및 방법 - Google Patents

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법, 재액화장치의 오프가스 처리시스템 및 방법 Download PDF

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이준채
이승철
정혜민
김지현
최원재
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대우조선해양 주식회사
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    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream

Definitions

  • the present invention provides a re-liquefaction system and method for re-liquefying boil-off gas (BOG) generated from liquefied gas stored in a storage tank of a ship and recovering it to a storage tank, and a nitrogen content separated from a separator of a re-liquefaction device. It relates to an off-gas treatment system and method of a re-liquefaction device capable of maintaining the re-liquid performance of the re-liquefaction device by discharging and treating the high off-gas.
  • BOG boil-off gas
  • Natural gas has methane (methane) as a main component, and there is little emission of environmental pollutants during combustion, so it is attracting attention as an eco-friendly fuel.
  • Liquefied Natural Gas LNG is obtained by liquefying natural gas by cooling it to about -163°C under atmospheric pressure, and since its volume is reduced to about 1/600 of that in gaseous state, it is suitable for long-distance transportation through sea. very suitable Therefore, natural gas is mainly stored and transported in the form of liquefied natural gas, which is easy to store and transport.
  • the liquefaction point of natural gas is a cryogenic temperature of about -163 ° C. at atmospheric pressure
  • LNG storage tanks it is common for LNG storage tanks to be insulated so that LNG can remain in a liquid state.
  • the LNG storage tank is insulated, there is a limit to blocking external heat, and since external heat is continuously transferred to the LNG storage tank, LNG is continuously stored in the LNG storage tank during the LNG transportation process. It is vaporized and boil-off gas (BOG) is generated.
  • BOG boil-off gas
  • boil-off gas When boil-off gas is continuously generated in the LNG storage tank, it becomes a factor that increases the internal pressure of the LNG storage tank. If the internal pressure of the storage tank exceeds the set safety pressure, it may cause an emergency situation such as tank rupture, so the boil-off gas must be discharged to the outside of the storage tank using a safety valve.
  • boil-off gas is a kind of LNG loss, and since it is an important problem in the transportation efficiency and fuel efficiency of LNG, various methods for treating boil-off gas generated in the storage tank are used.
  • the present applicant uses the boil-off gas itself as a refrigerant without a separate refrigerant to re-liquefy the boil-off gas.
  • a PRS Partial Re-liquefaction System
  • MRS Methane Refrigeration System
  • a mixed refrigerant or a separate refrigerant such as nitrogen may be used to cool the boil-off gas to be re-liquefied.
  • typical liquefaction methods that can be adopted include processes using an SMR cycle and a C3MR cycle.
  • the C3MR cycle Provide-precooled Mixed Refrigerant Cycle
  • SMR cycle is a process of cooling natural gas using a single propane refrigerant, and then liquefying and supercooling it using a mixed refrigerant. It is a process of liquefying natural gas using a mixed refrigerant composed of refrigerants.
  • Both the SMR cycle and the C3MR cycle are processes using mixed refrigerants.
  • the refrigerant leaks during the liquefaction process and the composition ratio of the mixed refrigerant changes, the liquefaction efficiency decreases.
  • the composition of the refrigerant must be maintained by filling the components.
  • a single cycle liquefaction process using a nitrogen refrigerant may be used.
  • Nitrogen refrigerant has a relatively low efficiency compared to a cycle using a mixed refrigerant, but has a high safety because the refrigerant is inert and is easier to apply to ships because there is no phase change of the refrigerant.
  • a compressor for supplying fuel to the engine can be used to re-liquefy the boil-off gas.
  • These compressors are provided in accordance with the fuel supply conditions required by the engine, but also require the temperature of boil-off gas introduced into the compressor to be in an appropriate range to prevent damage to the device.
  • the re-liquefied boil-off gas is recovered to the storage tank after gas-liquid separation, and the separated gas is recycled to the re-liquefaction device together with the boil-off gas generated in the storage tank.
  • boil-off gas generated from the storage tank contains components other than methane. Nitrogen, which has a lower liquefaction point than methane, is not liquefied even if it passes through the re-liquefaction device. increases gradually, which leads to deterioration of the performance of the liquid.
  • the present invention is intended to solve this problem, and proposes a system capable of improving re-liquefaction performance by effectively cooling boil-off gas to be re-liquefied while controlling the boil-off gas temperature within an appropriate range required by a compressor.
  • the present invention is to propose a method capable of maintaining the re-liquefaction performance of the re-liquefaction device by discharging and treating the off-gas having a high nitrogen content separated by gas-liquid separation through the re-liquefaction device.
  • a compressor for compressing boil-off gas generated from liquefied gas stored in a storage tank provided in a ship;
  • Ga line connected from the storage tank to the compressor
  • the heater provides a boil-off gas re-liquefaction system of a ship, characterized in that for heating the boil-off gas to an appropriate input temperature of the compressor.
  • a gas supply line connected from the storage tank to the compressor via the heat exchanger; And a gas supply valve provided on the gas supply line to control the flow rate of boil-off gas to be introduced into the compressor via the heat exchanger: After heat exchange with the compressed gas, it may be introduced into the compressor.
  • a bypass valve provided in the heating line to control the flow rate of the boil-off gas to be introduced into the compressor via the heater is further included, and the boil-off gas generated in the storage tank is heated by heat exchange through the heat exchanger Introduced to the compressor, but when the re-liquefaction system is not operated or the load of the re-liquefaction system is low, all or part of the evaporation gas generated in the storage tank bypasses the heat exchanger and heats in the heater through the heating and can be introduced into the compressor.
  • a refrigerant compression unit provided in the refrigerant circulation line and compressing the refrigerant discharged after heat exchange in the heat exchanger;
  • a refrigerant expansion device provided in the refrigerant circulation line and supplying the refrigerant to the heat exchanger by expanding and cooling the refrigerant.
  • the refrigerant may be expanded and cooled in the expansion device and supplied as a cold heat source to the heat exchanger.
  • the refrigerant compression unit may be connected to the refrigerant expansion device and receive expansion energy of the refrigerant from the refrigerant expansion device to compress the refrigerant.
  • the compressor compresses the boil-off gas with the fuel supply pressure of the propulsion engine provided in the ship, but the propulsion engine can receive the compressed boil-off gas at 10 to 20 bara.
  • a pressure reducing device for receiving the compressed gas cooled by heat exchange in the heat exchanger and reducing the pressure; and a gas-liquid separator for gas-liquid separation by receiving the reduced boil-off gas from the pressure reducing device, wherein the flash gas separated in the gas-liquid separator joins the uncompressed boil-off gas stream at the front end of the heat exchanger, and the gas-liquid separator
  • the liquefied gas separated from may be recovered to the storage tank.
  • a compressor for compressing boil-off gas generated from liquefied gas stored in an onboard storage tank
  • a re-liquefaction line connected from the compressor to the storage tank to re-liquefy the boil-off gas and return it to the storage tank;
  • a heat exchanger provided in the reliquefaction line and cooling the boil-off gas compressed by the compressor
  • a separator provided in the re-liquefaction line and supplying liquefied gas to the storage tank by gas-liquid separation of boil-off gas cooled through the heat exchanger;
  • GCU gas combustion unit
  • the GCU is provided with an off-gas treatment system of a re-liquefaction device for a ship, characterized in that for burning the off-gas by receiving the boil-off gas from the vapor main.
  • a heater provided in the off-gas combustion line to heat the off-gas to be supplied to the GCU; an off-gas recirculation line branched from the off-gas combustion line upstream of the heater and connected to the vapor main; and an overpressure prevention valve provided in the off-gas recirculation line.
  • the off-gas may be supplied to the vapor main via the off-gas recirculation line through the overpressure prevention valve.
  • a refrigerant circulation unit in which the refrigerant exchanged with the boil-off gas in the heat exchanger circulates; but, the refrigerant of the refrigerant circulation unit may be nitrogen.
  • a first valve provided upstream of the branching point of the off-gas recirculation line in the off-gas combustion line; a pressure compensating line branched off from the reliquefaction line downstream of the compressor and connected to an upper portion of the separator; and a backup line for supplying nitrogen from the buffer tank of the refrigerant circulation unit to the pressure compensation line, wherein boil-off gas or nitrogen is supplied to the separator through the pressure compensation line or gas is discharged through the first valve.
  • the internal pressure of the separator can be adjusted.
  • it further includes a gas supply line connected from the vapor main to the inboard engine, and transfers the off gas to the vapor main through the off gas recirculation line, together with the boil-off gas discharged from the storage tank. It can be supplied as engine fuel.
  • a liquefied gas supply line connected to the gas supply line from the storage tank; And a vaporizer provided in the liquefied gas supply line and vaporizing the liquefied gas supplied from the storage tank: further comprising, wherein the mixed gas of the off-gas and boil-off gas from the storage tank does not satisfy the calorific value of the engine.
  • the liquefied gas in the storage tank may be forcibly vaporized and supplied to the mixed gas.
  • the boil-off gas generated from the onboard storage tank is compressed with a compressor, cooled by heat exchange in a heat exchanger supplied with a refrigerant circulating along the refrigerant circulation line, and re-liquefied,
  • the boil-off gas generated from the storage tank is heated to an appropriate input temperature of the compressor through a heater, and there is provided a method of re-liquefying boil-off gas of the ship, characterized in that it can be introduced into the compressor.
  • the boil-off gas generated in the storage tank is heated by heat exchange through the heat exchanger and introduced to the compressor.
  • the boil-off gas generated in the storage tank is transferred to the heat exchanger. Bypassing the machine, it may be heated in the heater through the heating line and introduced into the compressor.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circulation line is compressed in the refrigerant compression unit, cooled through the heat exchanger, expanded and cooled in the refrigerant expansion device, and supplied as a cold heat source to the heat exchanger, and the refrigerant compression unit is connected to the refrigerant expansion device,
  • the refrigerant may be compressed by receiving expansion energy of the refrigerant from the refrigerant expansion device.
  • the compressor compresses the boil-off gas with the fuel supply pressure of the propulsion engine provided in the ship, but the propulsion engine can receive the compressed boil-off gas at 10 to 20 bara.
  • the boil-off gas generated from the liquefied gas in the onboard storage tank is compressed in a compressor
  • the boil-off gas compressed in the compressor is cooled in a heat exchanger to be re-liquefied, gas-liquid separated through a separator, and returned to the storage tank,
  • Off gas separated from the separator is supplied to a Gas Combustion Unit (GCU), and boil-off gas generated in the storage tank and discharged to the vapor main is supplied to the GCU to burn the off gas.
  • GCU Gas Combustion Unit
  • boil-off gas generated in the storage tank and discharged to the vapor main is supplied to the GCU to burn the off gas.
  • offgas separated from the separator may be supplied to the vapor main.
  • the off-gas supplied to the vapor main is mixed with boil-off gas discharged from the storage tank to the vapor main or forced vaporized gas obtained by forcibly vaporizing the liquefied gas in the storage tank to meet the calorific value required by the inboard engine. According to the engine fuel can be supplied.
  • the cryogenic uncompressed evaporation gas generated from the storage tank is introduced into the compressor through the heat exchanger, used as a cooling heat source of the heat exchanger together with the refrigerant in the refrigerant circulation line, and the cryogenic evaporation gas at the proper input temperature required by the compressor. so that it can be supplied to the compressor.
  • a heating line is provided in which the boil-off gas from the storage tank bypasses the heat exchanger and can be directly supplied to the compressor, and a heater is provided in the heating line so that the re-liquefaction system is not operated or the load of the re-liquefaction system is low. Even at this time, the boil-off gas is heated to an appropriate input temperature so that it can be supplied to the compressor.
  • the load of the refrigerant cycle can be adjusted according to the amount of residual boil-off gas, thereby reducing fuel consumption.
  • the re-liquefaction device can be stably operated while maintaining the re-liquefaction performance.
  • FIG. 1 schematically shows a boil-off gas re-liquefaction system of a ship according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows an off-gas treatment system of a re-liquefaction device for a ship according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a first operational example of the system of the embodiment shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a second operation example of the system of the embodiment shown in FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a third operation example of the system of the embodiment shown in FIG. 2 .
  • the liquefied gas can include all types of liquefied gas that can be transported by liquefying the gas at a low temperature, generate boil-off gas in a stored state, and can be used as a fuel for engines and the like.
  • These liquefied gases are, for example, liquefied petrochemicals such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), liquefied ethylene gas, and liquefied propylene gas. may be gas.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • LEG Liquefied Ethane Gas
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • liquefied ethylene gas liquefied ethylene gas
  • propylene gas liquefied propylene gas
  • FIG. 1 schematically shows a boil-off gas re-liquefaction system of a ship according to an embodiment of the present invention.
  • Compressors for re-liquefying the boil-off gas generated in the storage tank in which the liquefied gas is stored provided on the ship as shown in FIG. 1, receiving and compressing the boil-off gas generated in the storage tank (T), It includes a heat exchanger 200 that receives all or part of the boil-off gas compressed by the compressor and cools it by heat exchange with the uncompressed boil-off gas and the refrigerant to be introduced into the compressor.
  • a gas supply line (GL) is connected from the storage tank (T) to the compressors (100a, 100b) via a heat exchanger, and a re-liquefaction line (RL) for re-liquefying the boil-off gas at the rear end of the compressor and supplying it to the storage tank is each is provided.
  • a refrigerant circulation line (CL) in which the refrigerant supplied to the heat exchanger 200 circulates is provided, and the refrigerant circulation line is provided with a refrigerant expansion device 650 in which the refrigerant supplied to the heat exchanger is expanded and cooled, and after heat exchange in the heat exchanger.
  • a refrigerant compression unit 600 for compressing the discharged refrigerant is provided.
  • the refrigerant compression unit 600 is provided as a compander compressor and is axially connected to the refrigerant expansion device 650 to receive expansion energy of the refrigerant and drive the compander compressor.
  • the refrigerant compression unit may be driven by a motor, and the motor may be connected to the refrigerant expansion device 650 to receive expansion energy of the refrigerant and compress the refrigerant while the motor is driven.
  • the refrigerant compressed in the refrigerant compression unit 600 is introduced into the heat exchanger 200, cooled, supplied to the refrigerant expansion device 650 along the refrigerant circulation line CL, expanded and cooled, and returned to the heat exchanger 200. supplied as a refrigerant.
  • all or part of the compressed boil-off gas, the uncompressed boil-off gas to be introduced into the compressor, the refrigerant expanded and cooled in the refrigerant expansion device, and the refrigerant compressed in the refrigerant compression unit are 4 The branch streams exchange heat.
  • nitrogen (N 2 ) may be used as the refrigerant supplied to the heat exchanger while circulating in the refrigerant circulation line CL.
  • nitrogen (N 2 ) may be used as the refrigerant supplied to the heat exchanger while circulating in the refrigerant circulation line CL.
  • the main component is methane to cool the boil-off gas to the liquefaction temperature.
  • the cryogenic uncompressed boil-off gas generated from the storage tank is configured to be introduced to the compressor through the heat exchanger, thereby reducing the refrigerant flow rate required in the refrigerant cycle, and accordingly, a device for compressing and expanding the refrigerant. Reduces capacity and power consumption, reducing installation and operating costs.
  • the boil-off gas generated in the storage tank T is introduced into the compressors 100a and 100b via the heat exchanger 200 .
  • the boil-off gas can be compressed by the fuel supply pressure of the main engine or propulsion engine of the ship.
  • the fuel supply pressure of the main engine or propulsion engine of the ship For example, if a DF engine is provided, it can be compressed to 5.5 barg, to 15 barg if an X-DF engine is provided, and to 300 barg if an ME-GI engine is provided.
  • the compressed boil-off gas may be supplied as fuel to the propulsion engine E1 and the power generation engine E2 of the ship, and the remaining boil-off gas after fuel supply may be re-liquefied.
  • the compressor According to ship regulations, a compressor that supplies fuel with an engine must be designed for redundancy in case of an emergency. This means that it is designed to be usable.
  • the compressor is composed of a main compressor (100a) and a redundancy compressor (100b), and in normal operation, the main compressor, that is, one compressor is operated to supply fuel to the propulsion engine and power generation engine, and the remaining amount of compressed gas is It can be re-liquefied through the re-liquefaction line (RL).
  • the boil-off gas compressed by the compressor is introduced into the heat exchanger 200 along the reliquefaction line RL and cooled.
  • the boil-off gas to be compressed and re-liquefied and the refrigerant compressed in the refrigerant compression unit form the hot stream of the heat exchanger, and the uncompressed boil-off gas and the refrigerant cooled by expansion in the refrigerant expansion device form the cold stream.
  • the heat exchanger 200 four streams are heat-exchanged, and the hot stream is cooled by heat exchange with the cold stream.
  • the heat exchanger may be provided with, for example, a brazed aluminum heat exchanger (BAHE).
  • BAHE brazed aluminum heat exchanger
  • each stream in the heat exchanger may be different so that the heat exchange between the hot stream and the cold stream is more effective and the compressed gas to be re-liquefied is cooled.
  • the nitrogen refrigerant introduced into the heat exchanger after expansion cooling in the cold stream of the heat exchanger has a temperature of around -167 °C, for example, if the pressure is around 10 bar, and is higher than the uncompressed evaporation gas around -50 °C, which is another cold stream of the heat exchanger.
  • the temperature is low. Therefore, when introduced together in the heat exchanger, all of the cold heat of the nitrogen refrigerant is not used for cooling the compressed gas to be re-liquefied, and some of the cold heat can be absorbed by other flows. It is introduced downstream so that it passes through all of the heat exchanger, and the uncompressed boil-off gas flow (GL) having a high temperature in the cold stream is introduced into the middle part of the heat exchanger.
  • GL uncompressed boil-off gas flow
  • the compressed gas of the re-liquefaction line passes through the high-temperature region of the heat exchanger and the low-temperature region and is sequentially cooled. is supplied and cooled, and in the low-temperature region, it is sequentially cooled by exchanging heat with one cold stream and the refrigerant of the refrigerant circulation line immediately after being introduced into the heat exchanger.
  • the compressed gas to be re-liquefied can be cooled more effectively to increase the re-liquefaction rate, and damage to the device can be prevented by preventing thermal fatigue of the heat exchanger.
  • the boil-off gas cooled by heat exchange in the heat exchanger is introduced into the decompression device 400 of the reliquefaction line and reduced in pressure, and the boil-off gas reduced in the decompression device is introduced into the gas-liquid separator 500.
  • the decompression device 400 may be composed of an expander that depressurizes the compressed and cooled boil-off gas or an expansion valve such as a Joule-Thomson valve. Through decompression, the evaporation gas is cooled by adiabatic expansion or isentropic expansion.
  • the evaporation gas depressurized and additionally cooled in the pressure reducing device is introduced into the gas-liquid separator 500, and the liquid separated in the gas-liquid separator is supplied to the storage tank T along the reliquefaction line RL and stored again.
  • flash gas (a gas) and liquefied gas (a liquid) may not be phase-separated 100% even though the gas-liquid separator passes through the gas-liquid separator in the present embodiments, the separated liquid or liquefied gas may include unseparated flash gas.
  • the flash gas separated in the gas-liquid separator is supplied from the top of the gas-liquid separator to the uncompressed boil-off gas flow in front of the heat exchanger and heater through the flash gas line FL, and may be introduced into the compressor via the heat exchanger or heater.
  • the system of this embodiment increases the cooling efficiency of the heat exchanger by using the cooling heat of the boil-off gas itself and the cooling heat of the refrigerant cycle, so as to increase the re-liquefaction rate.
  • CAPEX and OPEX can be saved because it can be installed and operated.
  • boil-off gas generated in the storage tank (T) is discharged from the storage tank at a cryogenic temperature in the range of -140 ° C to -100 ° C depending on the tank operation, the type of compressor provided for engine fuel supply Depending on the method, the evaporation gas introduced may be required to be within a certain temperature range.
  • a compressor for fuel supply of a medium-pressure engine such as an X-DF engine may be installed as a room temperature compressor.
  • the low-temperature evaporation gas generated in the tank passes through the heat exchanger and can be sufficiently heated and introduced to the compressor. Even if it passes through the steamer, the evaporation gas is not sufficiently heated to the proper input temperature required by the compressor.
  • a heating line (BL) that can be directly introduced into the compressors 100a and 100b bypassing the heat exchanger 200 in the storage tank T is provided, and the evaporation A heater 300 capable of heating gas was provided.
  • a gas supply valve (GV) is provided in the gas supply line (GL) to control the flow rate of boil-off gas to be introduced into the compressors (100a, 100b) via the heat exchanger (200), and the heater (300) is provided in the heating line (BL)
  • a bypass valve (BV) for controlling the flow rate of boil-off gas to be introduced into the compressors 100a and 100b via is provided.
  • the boil-off gas generated in the storage tank (T) is heated by heat exchange through the heat exchanger 200 and introduced into the compressors 100a and 100b, but the re-liquefaction system is not operated or the re-liquefaction system is loaded
  • the load is low, all or part of the boil-off gas generated in the storage tank bypasses the heat exchanger and is heated in the heater 300 through the heating line BL to be introduced into the compressors 100a and 100b.
  • the compressor By controlling the opening and closing of the gas supply valve (GV) and the bypass valve (BV), the flow rate of boil-off gas introduced to the compressor through the heat exchanger and the heater is adjusted, so that the re-liquefaction system is not operating or the re-liquefaction system is Even when the load is low, the compressor can supply boil-off gas at the proper input temperature required. In this way, boil-off gas can be supplied at an appropriate input temperature regardless of the operation and load of the re-liquefaction system, preventing damage to the compressor and stably operating it.
  • GV gas supply valve
  • BV bypass valve
  • FIGS. 3 to 5 show various operation examples of the system of this embodiment, respectively.
  • the off-gas treatment system of the re-liquefaction device of the present embodiment is a re-liquefaction device for re-liquefying boil-off gas generated from a storage tank (CT) in which liquefied gas is stored on board and returning it to the storage tank.
  • CT storage tank
  • a system for off-gas treatment, a compressor 150 that receives and compresses boil-off gas, and a re-liquefaction line (RL) that is connected from the compressor 150 to the storage tank and re-liquefies the boil-off gas and returns it to the storage tank (CT). includes
  • Evaporation gas generated from the storage tank CT is discharged to the vapor main VM, and may be supplied to the engine fuel from the vapor main along the gas supply line GL.
  • An FG compressor 100 for compressing boil-off gas according to the fuel supply pressure of the inboard engine is provided in the gas supply line GL.
  • FG compressor 100 for example, 5.5 barg when a DF engine is provided, 15 barg when an X-DF engine is provided, and 300 barg when an ME-GI engine is provided. Can compress the increased pressure.
  • the compressed boil-off gas may be supplied as fuel for the engine E, and the boil-off gas not supplied as fuel may be re-liquefied along a re-liquefaction line.
  • the compressor 150 of the re-liquefaction line may additionally compress the boil-off gas compressed by the FG compressor in order to increase the re-liquefaction rate of the boil-off gas, and further compress the boil-off gas compressed by the FG compressor 100 for re-liquefaction. It may not be installed if there is no need to do so.
  • the boil-off gas compressed in the compressor 150 is introduced into the heat exchanger 200 along the reliquefaction line RL and cooled through heat exchange with the refrigerant.
  • a heat exchanger 200 for cooling the boil-off gas compressed by the compressor and a separator 300 for gas-liquid separation of the boil-off gas cooled in the heat exchanger and supplying the liquefied gas to the storage tank are provided. If necessary, the evaporation gas cooled in the heat exchanger may be introduced into the separator after depressurization through a decompression device (not shown).
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circulation unit (not shown) and the uncompressed evaporation gas generated in the storage tank may be cooled by heat exchange with a cooling heat source.
  • the refrigerant circulation unit includes a refrigerant circulation line in which a refrigerant circulates, and nitrogen (N 2 ) may be used as a refrigerant circulating in the refrigerant circulation line.
  • Nitrogen can be used as a refrigerant of the heat exchanger after going through compression, cooling and expansion cooling processes along the refrigerant circulation line, and can circulate through the refrigerant circulation line while returning to the compression step again.
  • the evaporation gas cooled in the heat exchanger is introduced to the separator 300 along the reliquefaction line RL, and the reliquefaction gas separated from the separator is transferred to the storage tank CT by opening and closing of the liquid level control valve downstream of the separator. .
  • the internal pressure of the separator may change.
  • the internal pressure of the separator can be maintained by
  • a pressure compensating line (PL) branched from the reliquefaction line (RL) downstream of the compressor 150 and connected to the top of the separator 300 so that the internal pressure can be maintained by compensating for the pressure of the separator at this time. and a backup line BL for supplying nitrogen to the pressure compensation line.
  • a pressure sensor (PI) for detecting the pressure inside the separator and a liquid level sensor (LI) for detecting the liquid level inside the separator are provided, and a liquid level controller ( LIC) is provided.
  • a pressure compensation valve (PV) is provided downstream of the joining point of the backup line (BL) in the pressure compensation line (PL), and a first shutoff valve (SV1) is provided upstream of the joining point of the backup line, respectively.
  • a second shutoff valve (SV2) is provided.
  • the pressure controller (PIC) adjusts the pressure of the boil-off gas or nitrogen in the pressure compensation valve (PV) to the upper part of the separator 300 through the pressure compensation line (PL). supply
  • Nitrogen to be supplied to the separator through the backup line (BL) may be supplied from the N 2 Buffer Tank of the Shipside N 2 Supply System or the N 2 Inventory System that supplies and replenishes the nitrogen refrigerant circulating in the refrigerant circulation unit.
  • the re-liquefaction device is continuously operated, even if it passes through the re-liquefaction device, nitrogen with a lower liquefaction point than methane is not liquefied and vaporized first when the temperature changes, and some nitrogen is supplied for separator pressure control, etc.
  • the nitrogen content in the evaporation gas discharged from the evaporation gas gradually increases, which may lead to deterioration of the performance of the liquid solution.
  • the off-gas having a high nitrogen content is separated from the separator, it is difficult to supply it as fuel because the high nitrogen content does not satisfy the calorific value of the engine, and since it contains methane, it is not allowed to vent it directly into the atmosphere.
  • the system of the present embodiment provides an off-gas combustion line (OSL) for supplying the off-gas separated from the separator 300 to a gas combustion unit (GCU) so that the off-gas can be effectively treated.
  • OSL off-gas combustion line
  • GCU gas combustion unit
  • the GCU receives the boil-off gas from the vapor main (VM) and burns it together with the off-gas.
  • the off-gas combustion line (OSL) is provided with a heater 400 for heating off-gas to be supplied to the GCU, and an off-gas recirculation line (FL) branched from the off-gas combustion line upstream of the heater and connected to the vapor main. ) is provided, and an overpressure prevention valve (OV3) is provided in the off-gas recirculation line.
  • a heater 400 for heating off-gas to be supplied to the GCU and an off-gas recirculation line (FL) branched from the off-gas combustion line upstream of the heater and connected to the vapor main. ) is provided, and an overpressure prevention valve (OV3) is provided in the off-gas recirculation line.
  • OV3 overpressure prevention valve
  • a first valve OV1 is provided upstream of the branching point of the off-gas recirculation line in the off-gas combustion line OSL, and can be controlled to discharge off-gas from the separator to the off-gas combustion line or the off-gas recirculation line.
  • a liquefied gas supply line (LL) connected from the storage tank (CT) to the gas supply line (GL) is provided, and a vaporizer (500) for vaporizing liquefied gas supplied from the storage tank is provided on the liquefied gas supply line.
  • the off-gas treatment operation example of the present embodiment system through FIGS. 3 to 5, first, as in the first operation example shown in FIG. It is supplied to the GCU through the heater 400 along the (OSL), and according to the amount of the off-gas discharged to the GCU, the boil-off gas (NBOG) that can burn it is supplied to the GCU through the vapor main (VM) to supply the off-gas be treated by incineration.
  • the boil-off gas NBOG
  • offgas separated from the separator may be supplied as fuel to the engine (E) and treated.
  • the calorific value of the engine may not be satisfied due to the high nitrogen content of the off-gas.
  • the boil-off gas (NBOG) discharged from the storage tank (CT) to the vapor main (VM) is mixed with the off-gas and supplied to the engine (E) through the FG compressor 100 according to the calorific value of the engine. It was configured.
  • the engine's calorific value may not be satisfied with only naturally-generated boil-off gas.
  • the liquefied gas in the storage tank CT is supplied to the vaporizer 500 along the liquefied gas supply line LL for forced vaporization, and the forced vaporized gas is supplied to the gas supply line GL. ), mixed with off-gas or a mixture of NBOG and off-gas, supplied to the FG compressor 100, compressed, and then supplied as engine (E) fuel.
  • the transport efficiency can be increased by re-liquefying the boil-off gas generated in the storage tank, and the re-liquefaction device is effectively treated by discharging the off-gas having a high nitrogen content due to the continuous operation of the re-liquefaction device. It enables stable operation while maintaining the liquid performance of the
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and it can be practiced with various modifications or variations within a range that does not deviate from the technical gist of the present invention to those skilled in the art to which the present invention belongs. It is self-evident.

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Abstract

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법, 재액화장치의 오프가스 처리시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 재액화 시스템은, 선박에 마련되는 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기; 상기 열교환기로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환라인; 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 연결되는 가온라인; 및 상기 가온라인에 마련되는 가열기:를 포함하되, 상기 가열기에서는 상기 증발가스를 상기 압축기의 적정 입력 온도로 가열하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법, 재액화장치의 오프가스 처리시스템 및 방법
본 발명은 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 재액화 시스템 및 방법, 그리고 재액화장치의 세퍼레이터에서 분리된 질소 함량이 높은 오프가스를 배출하여 처리함으로써 재액화장치의 재액 성능을 유지할 수 있도록 하는 재액화장치의 오프가스 처리시스템 및 방법에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는, 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 연소 시 환경오염 물질의 배출이 거의 없어 친환경 연료로서 주목받고 있다. 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 상압 하에서 약 -163℃로 냉각시켜 액화시킴으로써 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 부피가 약 1/600로 줄어들기 때문에, 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 따라서, 천연가스는 주로 저장 및 이송이 용이한 액화천연가스 상태로 저장 및 이송된다.
천연가스의 액화점은 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG 저장탱크는 LNG가 액체 상태를 유지하도록 단열처리되는 것이 일반적이다. 그러나 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열을 차단하는 데에는 한계가 있고, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
LNG 저장탱크에서 증발가스가 지속적으로 생성되면, LNG 저장탱크의 내압을 상승시키는 요인이 된다. 저장탱크의 내압이 설정된 안전압력 이상이 되면 탱크 파손(rupture) 등 위급상황을 초래할 수 있으므로, 안전밸브를 이용하여 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜야만 한다. 그러나 증발가스는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송 효율 및 연료 효율에 있어 중요한 문제이므로, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.
최근에는, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료 수요처에서 사용하는 방법, 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 방법 또는 이러한 두 가지 방법을 복합적으로 사용하는 방법 등이 개발되어 적용되고 있다.
본 출원인은 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축기에 의해 압축시킨 증발가스를, 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨 후 J-T 밸브 등에 의해 팽창시켜 증발가스의 일부를 재액화시키는 방법을 발명한 바 있고, 이와 같은 시스템을 일명 PRS(Partial Re-liquefaction System)라고 한다.
저장탱크 내부의 액화가스의 양이 많아 증발가스의 발생량이 많은 경우, 선박이 정박하고 있거나 낮은 속도로 운항하여 엔진에서 사용되는 증발가스가 적은 경우 등, 재액화시켜야 할 증발가스의 양이 많은 경우, PRS만으로 요구되는 재액화량을 만족시키지 못할 수가 있어, 본 출원인은 증발가스를 더 많이 재액화시킬 수 있도록 PRS를 개량한 기술을 발명하였다.
PRS의 개량 기술로, 증발가스 자체를 냉매로 사용한 냉매 사이클에 의해 증발가스를 추가로 냉각시킬 수 있도록 한 시스템을 일명 MRS(Methane Refrigeration System)라고 한다.
재액화될 증발가스의 냉각에는 혼합 냉매나 질소 등 별도의 냉매를 사용할 수도 있다.
선박에서 증발가스를 재액화하기 위하여 재액화 사이클을 적용하는 경우, 대표적으로 채택할 수 있는 액화 방법은 SMR 사이클과 C3MR 사이클을 이용한 공정을 예로 들 수 있다. C3MR 사이클(Propane-precooled Mixed Refrigerant Cycle)은 천연가스를 프로판 단일냉매를 이용하여 냉각시키고, 그 후 혼합냉매를 이용하여 액화 및 과냉각시키는 공정이고, SMR 사이클(Single Mixed Refrigerant Cycle)은 복수의 성분으로 이루어진 혼합냉매를 사용하여 천연가스를 액화시키는 공정이다.
이러한 SMR 사이클과 C3MR 사이클 모두 혼합냉매를 이용하는 공정인데, 액화 공정이 진행되면서 냉매의 누수가 발생하여 혼합냉매의 조성비가 변화하는 경우 액화 효율이 떨어지므로, 혼합냉매의 조성비를 지속적으로 계측하면서 부족한 냉매 성분을 충진하여 냉매의 조성을 유지해야 한다.
증발가스를 재액화하기 위한 재액화 사이클의 다른 방법으로는, 질소 냉매를 이용한 단일 사이클 액화공정을 들 수 있다.
질소 냉매는 혼합 냉매를 이용한 사이클에 비해 상대적으로 효율이 낮으나, 냉매가 불활성이어서 안전성이 높고, 냉매의 상 변화가 없기 때문에 선박에 적용하기 보다 용이한 장점이 있다.
한편, 증발가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진이 마련된 선박에서는 증발가스의 재액화에 엔진으로의 연료 공급을 위한 압축기를 활용할 수 있다. 이러한 압축기는 엔진에서 필요로 하는 연료 공급 조건에 맞추어 구비되는데, 장치 손상을 방지하기 위해 압축기로 도입되는 증발가스의 온도를 적정 범위로 요구하기도 한다.
또한, 종래 재액화장치를 운전하는 경우 재액화된 증발가스는 기액분리 후 재액화가스는 저장탱크로 회수되고, 분리된 기체는 저장탱크에서 발생한 증발가스와 함께 재액화장치로 재순환된다.
그런데 저장탱크에서 발생하는 증발가스에는 메탄 외의 다른 성분들이 포함되어 있는데, 재액화장치를 거치더라도 메탄보다 액화점이 낮은 질소는 액화되지 않으므로 재액화장치를 계속해서 운전하게 되면, 재액화사이클 내에 질소 함량이 점점 높아지고, 이는 재액 성능 저하로 이어진다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 압축기에서 요구하는 적정 범위의 온도로 증발가스 온도를 조절하면서, 재액화될 증발가스를 효과적으로 냉각하여 재액화 성능을 높일 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 재액화장치를 거쳐 기액분리로 분리된 질소 함량이 높은 오프가스를 배출하여 처리함으로써 재액화장치의 재액 성능을 유지할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되는 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기;
상기 열교환기로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환라인;
상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 연결되는 가온라인; 및
상기 가온라인에 마련되는 가열기:를 포함하되,
상기 가열기에서는 상기 증발가스를 상기 압축기의 적정 입력 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 연결되는 가스공급라인; 및 상기 가스공급라인에 마련되어 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 도입될 증발가스의 유량을 조절하는 가스공급밸브:를 더 포함하고, 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 가스공급라인을 통해 상기 열교환기에서 상기 압축가스와 열교환된 후 상기 압축기로 도입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 가온라인에 마련되어 상기 가열기를 거쳐 상기 압축기로 도입될 증발가스의 유량을 조절하는 바이패스밸브:를 더 포함하고, 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 열교환으로 가열되어 상기 압축기로 도입되되, 재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드(load)가 낮은 경우 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스의 전부 또는 일부는 상기 열교환기를 우회하여 상기 가온라인을 통해 상기 가열기에서 가열되어 상기 압축기로 도입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매순환라인에 마련되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부; 및 상기 냉매순환라인에 마련되며 상기 냉매를 팽창 냉각시켜 상기 열교환기로 공급하는 냉매 팽창장치:를 더 포함하고, 상기 냉매순환라인의 냉매는 상기 냉매 압축부에서 압축되고 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 후 상기 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각되어 상기 열교환기에 냉열원으로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에서는, 상기 압축기에서 압축된 압축가스, 상기 냉매 팽창장치에서 팽창냉각된 냉매, 상기 저장탱크로부터 상기 가스공급라인을 따라 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스, 상기 냉매 압축부에서 압축된 냉매의 네 흐름이 열교환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 압축부는 상기 냉매 팽창장치에 연결되어, 상기 냉매 팽창장치로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 냉매를 압축할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기는 선박에 마련되는 추진엔진의 연료공급압력으로 상기 증발가스를 압축하되, 상기 추진엔진은 10 내지 20 bara로 압축된 증발가스를 공급받을 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에서 열교환으로 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 감압하는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기:를 더 포함하며, 상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 상기 열교환기 전단의 상기 미압축 증발가스 흐름에 합류되고, 상기 기액분리기에서 분리된 액화가스는 상기 저장탱크로 회수될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선내 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기;
상기 압축기로부터 상기 저장탱크로 연결되며 상기 증발가스를 재액화시켜 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인;
상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 열교환기;
상기 재액화라인에 마련되며 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하는 세퍼레이터;
상기 세퍼레이터에서 분리된 오프가스(Off gas)를 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하는 오프가스연소라인; 및
상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 저장탱크로부터 배출하는 베이퍼메인:을 포함하고,
상기 GCU에서는 상기 베이퍼메인으로부터 증발가스를 공급받아 상기 오프가스를 연소하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 오프가스연소라인에 마련되어 GCU로 공급될 오프가스를 가열하는 히터; 상기 히터의 상류에서 상기 오프가스연소라인에서 분기되어 상기 베이퍼메인으로 연결되는 오프가스재순환라인; 및 상기 오프가스재순환라인에 마련되는 과압방지밸브:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 GCU의 시동(start) 또는 트립(Trip) 등으로 GCU 운영이 중단된 경우, 상기 과압방지밸브를 통해 상기 오프가스를 상기 오프가스재순환라인을 거쳐 상기 베이퍼메인으로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에서 상기 증발가스와 열교환되는 냉매가 순환하는 냉매순환부;를 더 포함하되, 상기 냉매순환부의 냉매는 질소일 수 있다.
바람직하게는, 상기 오프가스연소라인에서 상기 오프가스재순환라인의 분기지점 상류에 마련되는 제1 밸브; 상기 압축기의 하류에서 상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 세퍼레이터의 상부로 연결되는 압력보상라인; 및 상기 냉매순환부의 버퍼탱크로부터 상기 압력보상라인으로 질소를 공급하는 백업라인:을 더 포함하고, 상기 압력보상라인을 통해 증발가스 또는 질소를 상기 세퍼레이터에 공급하거나 상기 제1 밸브를 통해 가스를 배출하여 상기 세퍼레이터의 내부 압력을 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이퍼메인으로부터 선내 엔진으로 연결되는 가스공급라인:을 더 포함하고, 상기 오프가스재순환라인을 통해 상기 오프가스를 상기 베이퍼메인으로 이송하여 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스와 함께 상기 엔진의 연료로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크로부터 상기 가스공급라인으로 연결되는 액화가스공급라인; 및 상기 액화가스공급라인에 마련되며 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기:를 더 포함하고, 상기 오프가스와 상기 저장탱크로부터의 증발가스의 혼합가스가 상기 엔진의 발열량을 만족하지 못하는 경우, 상기 저장탱크의 액화가스를 강제 기화시켜 상기 혼합가스에 공급할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 압축하고, 냉매순환라인을 따라 순환하는 냉매가 공급되는 열교환기에서 열교환으로 냉각하여 재액화하되,
상기 저장탱크로부터 발생하는 증발가스는 가열기를 거쳐 상기 압축기의 적정 입력 온도로 가열되어 상기 압축기로 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 열교환으로 가열되어 상기 압축기로 도입되되, 재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드(load)가 낮은 경우 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 열교환기를 우회하여 상기 가온라인을 통해 상기 가열기에서 가열되어 상기 압축기로 도입될 수 있다.
상기 냉매순환라인을 순환하는 냉매는 냉매 압축부에서 압축되고 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 후 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각되어 상기 열교환기에 냉열원으로 공급되며, 상기 냉매 압축부는 상기 냉매 팽창장치에 연결되어, 상기 냉매 팽창장치로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 냉매를 압축할 수 있다.
상기 압축기는 선박에 마련되는 추진엔진의 연료공급압력으로 상기 증발가스를 압축하되, 상기 추진엔진은 10 내지 20 bara로 압축된 증발가스를 공급받을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선내 저장탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축하고,
상기 압축기에서 압축된 증발가스를 열교환기에서 냉각하여 재액화하고 세퍼레이터를 거쳐 기액분리하여 상기 저장탱크로 복귀시키되,
상기 세퍼레이터에서 분리된 오프가스(Off gas)를 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하고, 상기 저장탱크에서 발생하여 베이퍼메인으로 배출된 증발가스를 상기 GCU로 공급하여 상기 오프가스를 연소하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 GCU의 시동(start) 또는 트립(Trip) 등으로 GCU 운영이 중단된 경우, 상기 세퍼레이터에서 분리된 오프가스를 상기 베이퍼메인으로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이퍼메인으로 공급된 오프가스는, 상기 저장탱크에서 상기 베이퍼메인으로 배출된 증발가스 또는 상기 저장탱크의 액화가스를 강제 기화시킨 강제기화가스와 혼합하여 선내 엔진이 요구하는 발열량에 맞추어 상기 엔진 연료로 공급할 수 있다.
본 발명에서는 저장탱크로부터 발생한 극저온의 미압축 증발가스를 열교환기를 거쳐 압축기로 도입시켜, 냉매순환라인의 냉매와 함께 열교환기의 냉열원으로 활용하면서, 극저온인 증발가스를 압축기에서 요구하는 적정 입력 온도로 맞추어 압축기로 공급할 수 있도록 한다. 나아가 저장탱크로부터의 증발가스가 열교환기를 통과하지 않고 이를 우회하여 바로 압축기로 공급될 수 있는 가온라인을 마련하고 가온라인에 가열기를 마련하여, 재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드가 낮은 때에도 증발가스를 적정 입력 온도로 가온하여 압축기로 공급할 수 있도록 한다.
이와 같이 증발가스 자체의 냉열 및 냉매 사이클의 냉열을 이용하여 열교환기의 냉각 효율을 높임으로써, 재액화율을 높이기 위해 부스트 컴프레서와 같이 재액화될 증발가스를 고압으로 압축하기 위한 추가 설비를 설치 및 운용하지 않을 수 있어 CAPEX 및 OPEX를 절감할 수 있다. 재액화 시스템의 가동 및 로드와 무관하게 증발가스를 적정 입력 온도로 공급할 수 있어 압축기의 장치 손상을 방지하고 안정적으로 운전할 수 있다.
또한, 연료 소모 후 잔여 증발가스만을 재액화하므로 잔여 증발가스 양에 따라 냉매 사이클의 로드를 조절할 수 있어 연료소모량을 줄일 수 있다.
본 발명에서는 저장탱크의 액화가스에서 발생하는 증발가스를 재액화하여 LNG 손실을 막고 LNG의 수송 효율을 높일 수 있다.
특히, 재액화장치의 계속 운전으로 인해 질소 함량이 높아진 오프가스를 재액화장치에서 배출하여 처리함으로써 재액화장치의 재액 성능을 유지하면서 안정적으로 운전할 수 있도록 한다.
또한, 높은 질소 함량으로 인해 소각하거나 연료로 공급하기 어렵고, 메탄 가스를 포함하여 대기 배출(vent)도 허용되지 않는 오프가스의 문제를 해결하여 선박의 상황에 맞추어 유연하고 효과적으로 오프가스를 처리할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예 시스템의 제1 운용예이다.
도 4는 도 2에 도시된 실시예 시스템의 제2 운용예이다.
도 5는 도 2에 도시된 실시예 시스템의 제3 운용예이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진 등의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예들에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 선박에 마련되어 액화가스가 저장된 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 것으로, 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기(100a, 100b), 압축기에서 압축된 증발가스의 전부 또는 일부를 공급받아 압축기로 도입될 미압축 증발가스 및 냉매와 열교환으로 냉각하는 열교환기(200)를 포함한다. 이를 위해 저장탱크(T)로부터 열교환기를 거쳐 압축기(100a, 100b)로 가스공급라인(GL)이 연결되고, 압축기의 후단에서 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 공급하는 재액화 라인(RL)이 각각 마련된다.
또한, 열교환기(200)로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환라인(CL)이 마련되며, 냉매순환라인에는 열교환기로 공급되는 냉매가 팽창냉각되는 냉매 팽창장치(650)와, 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부(600)가 마련된다.
냉매 압축부(600)는 컴팬더(compander) 압축기로 마련하고, 냉매 팽창장치(650)와 축 연결하여, 냉매의 팽창에너지를 전달받아 컴팬더 압축기가 구동되도록 할 수 있다. 냉매 압축부를 모터로 구동시키되, 모터를 냉매 팽창장치(650)에 연결시켜 냉매의 팽창에너지를 전달받아 모터가 구동되면서 냉매를 압축시키도록 구성할 수도 있다.
냉매 압축부(600)에서 압축된 냉매는 열교환기(200)로 도입되어 냉각된 후 냉매순환라인(CL)을 따라 냉매 팽창장치(650)로 공급되어 팽창냉각되고, 다시 열교환기(200)에 냉매로 공급된다.
그에 따라 본 실시예에서의 열교환기(200)에서는 압축된 증발가스의 전부 또는 일부, 압축기로 도입될 미압축 증발가스, 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각된 냉매, 및 냉매 압축부에서 압축된 냉매의 4가지 흐름이 열교환된다.
냉매순환라인(CL)을 순환하며 열교환기로 공급되는 냉매로는 예를 들어 질소(N2)가 이용될 수 있다. 압축된 냉매를 열교환기로 공급하여 냉매 자체의 냉열로 냉각 후 팽창시켜 열교환기로 공급하여 순환시키는 냉매 사이클을 구성하여 증발가스를 열교환시켜 냉각하는 경우, 증발가스를 액화 온도까지 냉각하기 위해서는 주성분이 메탄인 증발가스와 질소의 열용량 차이로 인해 다량의 질소 냉매가 필요하며, 질소 냉매 자체의 냉각에 냉매 사이클의 냉열 대부분을 사용해야 하는 결과를 초래하고, 냉매를 압축하는 장치와 팽창시키는 장치 등의 용량 증가, 그로 인한 소비 전력 증가를 초래하게 되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 실시예에서는 저장탱크로부터 발생한 극저온의 미압축 증발가스도 열교환기를 거쳐 압축기로 도입되도록 구성하여, 냉매 사이클에서 필요한 냉매 유량을 줄이고, 그에 따라 냉매의 압축 및 팽창을 위한 장치들의 용량을 줄이고 소비전력을 줄여, 설치 및 운영 비용을 절감할 수 있도록 한다.
본 실시예의 시스템에서, 저장탱크 내 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 처리하는 과정을 살펴보면, 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스는 열교환기(200)를 거쳐 압축기(100a, 100b)로 도입된다.
압축기(100a, 100b)에서는 증발가스를 압축하는데, 예를 들어 선박의 주엔진 또는 추진엔진의 연료공급압력으로 증발가스를 압축할 수 있다. 예를 들어 DF 엔진이 마련된 경우라면 5.5 barg, X-DF 엔진이 마련된 경우라면 15 barg, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 barg로 압축할 수 있다. 압축된 증발가스는 선박의 추진엔진(E1) 및 발전엔진(E2) 등의 연료로 공급될 수 있고, 연료 공급 후 남은 잔여 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 리던던시 설계란, 어느 한 대를 고장, 유지보수 등의 이유로 사용할 수 없을 때 다른 한 대를 대신 사용할 수 있도록 설계하는 것을 의미한다. 이를 위해 압축기는 주압축기(100a)와 리던던시 압축기(100b)를 포함하여 구성되고, Normal operation에서는 주압축기, 즉 한 대의 압축기를 운전하여 그로부터 추진엔진 및 발전엔진 등의 연료를 공급하고 압축가스 잔량은 재액화 라인(RL)을 통해 재액화시킬 수 있다.
압축기에서 압축된 증발가스는 재액화 라인(RL)을 따라 열교환기(200)로 도입되어 냉각된다. 압축되어 재액화될 증발가스 및 냉매 압축부에서 압축된 냉매는 열교환기의 Hot stream을 이루고, 미압축 증발가스 및 냉매 팽창장치에서 팽창냉각된 냉매는 Cold stream을 이룬다.
열교환기(200)에서는 4가지 흐름이 열교환되며, Hot stream이 Cold stream과의 열교환으로 냉각된다. 열교환기는 예를 들어 BAHE(Brazed Aluminum Heat Exchanger)로 마련될 수 있다.
보다 효과적으로 Hot stream과 Cold stream의 열교환이 이루어져 재액화될 압축가스가 냉각될 수 있도록, 열교환기에서의 각 흐름의 도입 및 배출 위치를 다르게 할 수 있다.
열교환기의 Cold stream 중 팽창냉각 후 열교환기로 도입되는 질소 냉매는 예를 들어 압력이 10 bar 내외라면 온도 -167 ℃ 내외로, 열교환기의 또 다른 Cold stream인 -50 ℃ 내외의 미압축 증발가스보다 온도가 낮다. 따라서 열교환기에 함께 도입되면, 질소 냉매의 냉열 전부가 재액화될 압축가스의 냉각을 위해 사용되지 못하고 냉열 일부가 다른 흐름으로 흡수될 수 있으므로 Cold stream 중 온도가 낮은 질소 냉매 흐름(CL)은 열교환기 하류로 도입시켜 열교환기 전부를 통과하도록 하고, Cold stream 중 온도가 높은 미압축 증발가스 흐름(GL)은 열교환기의 중간 부분으로 도입시킨다.
따라서 재액화라인의 압축가스는 열교환기의 고온 영역부터 저온 영역을 통과하며 순차로 냉각되며, 고온 영역에서는 2개의 Cold stream, 즉 냉매순환라인의 냉매와 증발가스 공급라인의 미압축 증발가스로부터 냉열을 공급받아 냉각되고, 저온 영역에서는 하나의 Cold stream, 열교환기로 도입된 직후의 냉매순환라인의 냉매과 열교환하며 순차로 냉각된다.
이와 같이 열교환시킴으로써, 재액화될 압축가스를 보다 효과적으로 냉각하여 재액화율을 높일 수 있고, 열교환기의 열 피로를 방지하여 장치 손상을 방지할 수 있다.
한편, 열교환기에서 열교환으로 냉각된 증발가스는 재액화 라인의 감압장치(400)로 도입되어 감압되고, 감압장치에서 감압된 증발가스는 기액분리기(500)로 도입된다.
감압장치(400)는 압축 및 냉각된 증발가스를 감압하는 팽창기(expander) 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다. 감압을 통해 증발가스는 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창하며 냉각된다.
감압장치에서 감압되며 추가 냉각된 증발가스는 기액분리기(500)로 도입되고, 기액분리기에서 분리된 액체는 재액화라인(RL)을 따라 저장탱크(T)로 공급되어 재저장된다. 다만, 본 실시예들에서 기액분리기를 거치더라도 기체인 플래시 가스와 액체인 액화가스가 100% 상분리되지 않을 수 있으므로, 분리된 액체 또는 액화가스에는 미분리된 플래시 가스가 포함될 수 있다.
기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 플래시 가스라인(FL)을 통해 기액분리기의 상부로부터 열교환기 및 가열기 전단의 미압축 증발가스 흐름으로 공급되어 열교환기 또는 가열기를 거쳐 압축기로 도입될 수 있다.
본 실시예 시스템은 증발가스 자체의 냉열 및 냉매 사이클의 냉열을 이용하여 열교환기의 냉각 효율을 높임으로써, 재액화율을 높이기 위해 부스트 컴프레서와 같이 재액화될 증발가스를 고압으로 압축하기 위한 추가 설비를 설치 및 운용하지 않을 수 있어 CAPEX 및 OPEX를 절감할 수 있다.
한편, 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스는 저장탱크 운전 상황(tank operation)에 따라 -140℃ 내지 -100℃ 범위의 극저온으로 저장탱크에서 배출되는데, 엔진 연료 공급을 위해 마련되는 압축기의 종류에 따라 도입되는 증발가스를 일정한 온도 범위로 요구하기도 한다. 특히 X-DF 엔진과 같은 중압 엔진의 연료 공급을 위한 압축기는 상온 압축기로 설치될 수 있는데, 재액화 시스템을 가동 중이고 재액화될 증발가스 양이 많아 재액화 시스템의 로드가 일정 범위 이상인 때에는, 저장탱크에서 발생한 저온 증발가스가 열교환기를 통과하여 열교환되면서 충분히 가열되어 압축기로 도입될 수 있지만, 엔진에서 소모되는 증발가스의 양이 많아 재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드가 낮은 경우에는 열교환기를 통과하더라도 증발가스가 압축기에서 필요한 적정 입력 온도까지 충분히 가열되지 않는다.
본 실시예 시스템에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 저장탱크(T)에서 열교환기(200)를 우회하여 바로 압축기(100a, 100b)로 도입될 수 있는 가온라인(BL)을 마련하고, 가온라인에 증발가스를 가열할 수 있는 가열기(300)를 마련하였다.
가스공급라인(GL)에는 열교환기(200)를 거쳐 압축기(100a, 100b)로 도입될 증발가스의 유량을 조절하는 가스공급밸브(GV)가 마련되며, 가온라인(BL)에는 가열기(300)를 거쳐 압축기(100a, 100b)로 도입될 증발가스의 유량을 조절하는 바이패스밸브(BV)가 마련된다.
재액화 시스템을 가동하는 경우 저장탱크(T)에서 발생한 증발가스는 열교환기(200)를 거쳐 열교환으로 가열되어 압축기(100a, 100b)로 도입되되, 재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드(load)가 낮은 경우 저장탱크에서 발생한 증발가스의 전부 또는 일부는 열교환기를 우회하여 가온라인(BL)을 통해 가열기(300)에서 가열되어 압축기(100a, 100b)로 도입되도록 한다.
가스공급밸브(GV)와 바이패스밸브(BV)의 개폐 및 개도를 조절하여 열교환기 및 가열기 각각을 거쳐 압축기로 도입되는 증발가스의 유량을 조절함으로써, 재액화 시스템이 가동되지 않거나 재액화 시스템의 로드가 낮은 때에도 압축기에서 필요한 적정 입력 온도로 증발가스를 공급할 수 있다. 이처럼 재액화 시스템의 가동 및 로드와 무관하게 증발가스를 적정 입력 온도로 공급할 수 있어 압축기의 장치 손상을 방지하고 안정적으로 운전할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 3 내지 5에는 본 실시예 시스템의 여러가지 운용예를 각각 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 재액화장치의 오프가스 처리시스템은, 선내 액화가스가 저장된 저장탱크(CT)로부터 발생하는 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키기 위한 재액화장치에서의 오프가스 처리를 위한 시스템으로, 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기(150), 압축기(150)로부터 저장탱크로 연결되며 증발가스를 재액화시켜 저장탱크(CT)로 복귀시키는 재액화라인(RL)을 포함한다.
저장탱크(CT)로부터 발생하는 증발가스는 베이퍼메인(VM)으로 배출되어, 베이퍼메인으로부터 가스공급라인(GL)을 따라 선내 엔진 연료로도 공급될 수 있다.
가스공급라인(GL)에는 선내 엔진의 연료공급압력에 맞추어 증발가스를 압축하는 FG 컴프레서(100)가 마련된다.
FG 컴프레서(100)에서는, 예를 들어 DF 엔진이 마련된 경우라면 5.5 barg, X-DF 엔진이 마련된 경우라면 15 barg, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 barg로 증바라스를 압축할 수 있다. 압축된 증발가스는 엔진(E)의 연료로 공급될 수 있고, 연료로 공급되지 않은 증발가스는 재액화라인을 따라 재액화시킬 수 있다.
재액화라인의 압축기(150)는 증발가스의 재액화율을 높이기 위해 FG 컴프레서에서 압축된 증발가스를 추가로 압축할 수 있으며, 재액화를 위해 FG 컴프레서(100)에서 압축된 증발가스를 추가로 압축할 필요가 없는 경우에는 설치되지 않을 수도 있다.
압축기(150)에서 압축된 증발가스는 재액화 라인(RL)을 따라 열교환기(200)로 도입되어 냉매와 열교환을 통해 냉각된다.
재액화라인(RL)에는, 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 열교환기(200), 열교환기에서 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액화가스를 저장탱크로 공급하는 세퍼레이터(300)가 마련된다. 필요에 따라 열교환기에서 냉각된 증발가스는 감압장치(미도시)를 거쳐 감압 후 세퍼레이터로 도입될 수도 있다.
열교환기(200)에서는 냉매순환부(미도시)를 순환하는 냉매 및 저장탱크에서 발생한 미압축 증발가스 등을 냉열원으로 열교환을 통해 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
냉매순환부는, 냉매가 순환하는 냉매순환라인을 포함하며, 냉매순환라인을 순환하는 냉매로는 질소(N2)가 이용될 수 있다. 질소는 냉매순환라인을 따라 압축, 냉각 및 팽창 냉각 과정을 거친 후 열교환기의 냉매로 사용되고, 다시 압축 단계로 돌아가면서 냉매순환라인을 순환할 수 있다.
열교환기에서 냉각된 증발가스는 재액화라인(RL)을 따라 세퍼레이터(300)로 도입되고, 세퍼레이터 하류의 액위조절밸브의 개폐에 의해 세퍼레이터에서 분리된 재액화가스가 저장탱크(CT)로 이송된다.
세퍼레이터(300)로부터 액화가스를 저장탱크로 이송하기 위해 세퍼레이터 후단의 액위조절밸브를 열게 되면, 세퍼레이터의 내부 압력이 변화할 수 있는데, 세퍼레이터로 도입되는 액화가스로부터 발생하는 플래시가스, 즉 오프가스에 의해 세퍼레이터의 내부 압력을 유지할 수 있다.
이때 냉매순환부의 질소 냉매와 열교환으로 냉각된 액화가스가 과냉각되어 세퍼레이터로 유입되는 경우 오프가스가 발생하지 않거나 적게 발생하고, 세퍼레이터 후단의 액위조절밸브를 열면, 급격하게 세퍼레이터의 내부 압력이 떨어질 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같은 때에 세퍼레이터의 압력을 보상하여 내부 압력을 유지할 수 있도록 압축기(150)의 하류에서 재액화라인(RL)으로부터 분기되어 세퍼레이터(300)의 상부로 연결되는 압력보상라인(PL)과, 압력보상라인으로 질소를 공급하는 백업라인(BL)을 마련한다. 이를 통해 세퍼레이터로부터 저장탱크로 액화가스 이송 시 압력보상라인(PL)을 통해 증발가스 또는 질소를 세퍼레이터에 공급하여 세퍼레이터의 내부 압력을 유지할 수 있다.
세퍼레이터 내부의 압력을 감지하는 압력감지기(PI)와 세퍼레이터 내부의 액위를 감지하는 액위감지기(LI)가 마련되며, 액위감지기(LI)에서 감지된 액위값에 따라 액위조절밸브를 개폐하는 액위컨트롤러(LIC)가 마련된다. 압력보상라인(PL)에서 백업라인(BL)의 합류 지점 하류에는 압력보상밸브(PV)가, 백업라인의 합류 지점 상류에는 제1 차단밸브(SV1)가 각 마련되며, 백업라인(BL)에는 제2 차단밸브(SV2)가 마련된다.
압력감지기(PI)에서 감지된 세퍼레이터 내부의 압력에 따라 압력컨트롤러(PIC)에서는 압력보상밸브(PV)에서 증발가스 또는 질소의 압력을 조절하여 압력보상라인(PL)을 통해 세퍼레이터(300) 상부로 공급한다.
백업라인(BL)을 통해 세퍼레이터로 공급될 질소는, Shipside의 N2 Supply System의 N2 Buffer Tank, 또는 냉매순환부를 순환하는 질소 냉매를 공급·보충하는 N2 Inventory System 등으로부터 공급될 수 있다.
그런데, 재액화장치를 계속해서 운전하게 되면, 재액화장치를 거치더라도 메탄보다 액화점이 낮은 질소는 액화되지 않고 온도 변화 시 먼저 기화되며, 세퍼레이터 압력 조절 등을 위해 일부 질소가 공급되기도 하면서, 저장탱크에서 배출되는 증발가스 중의 질소 함량이 점점 높아지고, 이는 재액 성능 저하로 이어질 수 있다. 또한 세퍼레이터에서 질소 함량이 높은 오프가스를 분리하더라도 높은 질소 함량으로 인해 엔진의 발열량을 충족하지 못하여 연료로 공급하기 어렵고, 메탄을 포함하므로 대기 중에 바로 배출(Vent)하는 것도 허용될 수 없다.
본 실시예 시스템은 이를 해결하기 위해 오프가스를 효과적으로 처리할 수 있도록, 세퍼레이터(300)에서 분리된 오프가스(Off gas)를 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하는 오프가스연소라인(OSL)을 마련하였다.
이를 통해 GCU에서는 베이퍼메인(VM)으로부터의 증발가스를 공급받아 오프가스와 함께 연소할 수 있도록 한다.
또한, 오프가스연소라인(OSL)에는 GCU로 공급될 오프가스를 가열하는 히터(400)가 마련되며, 상기 히터의 상류에서 오프가스연소라인에서 분기되어 베이퍼메인으로 연결되는 오프가스재순환라인(FL)이 마련되고, 상기 오프가스재순환라인에는 과압방지밸브(OV3)가 마련된다.
오프가스연소라인(OSL)에서 오프가스재순환라인의 분기지점 상류에는 제1 밸브(OV1)가 마련되어, 세퍼레이터로부터 오프가스연소라인이나 오프가스재순환라인 등으로 오프가스를 배출하도록 조절할 수 있다.
저장탱크(CT)로부터 가스공급라인(GL)으로 연결되는 액화가스공급라인(LL)이 마련되고, 액화가스공급라인에는 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기(500)가 마련된다.
도 3 내지 5를 통해 본 실시예 시스템의 오프가스 처리 운용예를 살펴보면, 먼저 도 3에 도시된 제1 운용예에서와 같이 세퍼레이터(300)에서 분리된 오프가스(Off gas)를 오프가스연소라인(OSL)을 따라 히터(400)를 거쳐 GCU로 공급하고, GCU로 배출되는 오프가스의 양에 따라 이를 연소시킬 수 있는 증발가스(NBOG)를 베이퍼메인(VM)을 통해 GCU로 공급하여 오프가스를 소각하여 처리한다.
GCU를 시동(start)하는 동안 또는 트립(Trip) 등으로 GCU 운영이 중단된 경우에는, 과압방지밸브(OV3)를 열어 오프가스를 오프가스재순환라인(FL)을 거쳐 베이퍼메인(VM)으로 공급하면서 재액화장치를 운전할 수 있다.
다른 운용예로 도 4의 제2 운용예에서는, 세퍼레이터에서 분리된 오프가스를 엔진(E) 연료로 공급하여 처리할 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이 오프가스의 높은 질소 함량으로 인해 엔진의 발열량을 만족하지 못할 수 있는데, 본 실시예에서는 이를 해결하기 위해 오프가스를 오프가스재순환라인(FL)을 거쳐 가스공급라인(GL)으로 보내고 저장탱크(CT)에서 베이퍼메인(VM)으로 배출된 증발가스(NBOG)를 오프가스에 섞어 엔진의 발열량에 맞추어 FG 컴프레서(100)를 거쳐 엔진(E)으로 공급하도록 구성하였다.
한편, 오프가스의 양이 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양에 비해 많아 자연발생한 증발가스만으로는 엔진의 발열량을 만족하지 못할 수도 있다. 도 5에 도시된 제3 운용예에서는 이 경우 저장탱크(CT)의 액화가스를 액화가스공급라인(LL)을 따라 기화기(500)로 공급하여 강제기화시키고, 강제기화가스를 가스공급라인(GL)으로 보내 오프가스 또는 NBOG와 오프가스가 혼합된 혼합가스에 섞어 FG 컴프레서(100)로 공급하여 압축한 후 엔진(E) 연료로 공급한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에서는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하여 운송효율을 높일 수 있고, 재액화장치의 계속 운전으로 인해 질소 함량이 높아진 오프가스를 배출하여 효과적으로 처리함으로써 재액화장치의 재액 성능을 유지하면서 안정적으로 운전할 수 있도록 한다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

Claims (22)

  1. 선박에 마련되는 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기;
    상기 열교환기로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환라인;
    상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 연결되는 가온라인; 및
    상기 가온라인에 마련되는 가열기:를 포함하되,
    상기 가열기에서는 상기 증발가스를 상기 압축기의 적정 입력 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 연결되는 가스공급라인; 및
    상기 가스공급라인에 마련되어 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 도입될 증발가스의 유량을 조절하는 가스공급밸브:를 더 포함하고,
    상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 가스공급라인을 통해 상기 열교환기에서 상기 압축가스와 열교환된 후 상기 압축기로 도입되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가온라인에 마련되어 상기 가열기를 거쳐 상기 압축기로 도입될 증발가스의 유량을 조절하는 바이패스밸브:를 더 포함하고,
    상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 열교환으로 가열되어 상기 압축기로 도입되되,
    재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드(load)가 낮은 경우 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스의 전부 또는 일부는 상기 열교환기를 우회하여 상기 가온라인을 통해 상기 가열기에서 가열되어 상기 압축기로 도입되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 냉매순환라인에 마련되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부; 및
    상기 냉매순환라인에 마련되며 상기 냉매를 팽창 냉각시켜 상기 열교환기로 공급하는 냉매 팽창장치:를 더 포함하고,
    상기 냉매순환라인의 냉매는 상기 냉매 압축부에서 압축되고 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 후 상기 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각되어 상기 열교환기에 냉열원으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열교환기에서는, 상기 압축기에서 압축된 압축가스, 상기 냉매 팽창장치에서 팽창냉각된 냉매, 상기 저장탱크로부터 상기 가스공급라인을 따라 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스, 상기 냉매 압축부에서 압축된 냉매의 네 흐름이 열교환되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 냉매 압축부는 상기 냉매 팽창장치에 연결되어, 상기 냉매 팽창장치로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 냉매를 압축하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 압축기는 선박에 마련되는 추진엔진의 연료공급압력으로 상기 증발가스를 압축하되,
    상기 추진엔진은 10 내지 20 bara로 압축된 증발가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기에서 열교환으로 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 감압하는 감압장치; 및
    상기 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기:를 더 포함하며,
    상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 상기 열교환기 전단의 상기 미압축 증발가스 흐름에 합류되고, 상기 기액분리기에서 분리된 액화가스는 상기 저장탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  9. 선내 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기;
    상기 압축기로부터 상기 저장탱크로 연결되며 상기 증발가스를 재액화시켜 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인;
    상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 열교환기;
    상기 재액화라인에 마련되며 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하는 세퍼레이터;
    상기 세퍼레이터에서 분리된 오프가스(Off gas)를 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하는 오프가스연소라인; 및
    상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 저장탱크로부터 배출하는 베이퍼메인:을 포함하고,
    상기 GCU에서는 상기 베이퍼메인으로부터 증발가스를 공급받아 상기 오프가스를 연소하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 오프가스연소라인에 마련되어 GCU로 공급될 오프가스를 가열하는 히터;
    상기 히터의 상류에서 상기 오프가스연소라인에서 분기되어 상기 베이퍼메인으로 연결되는 오프가스재순환라인; 및
    상기 오프가스재순환라인에 마련되는 과압방지밸브:를 더 포함하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 GCU의 시동(start) 또는 트립(Trip) 등으로 GCU 운영이 중단된 경우, 상기 과압방지밸브를 통해 상기 오프가스를 상기 오프가스재순환라인을 거쳐 상기 베이퍼메인으로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 열교환기에서 상기 증발가스와 열교환되는 냉매가 순환하는 냉매순환부;를 더 포함하되,
    상기 냉매순환부의 냉매는 질소인 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 오프가스연소라인에서 상기 오프가스재순환라인의 분기지점 상류에 마련되는 제1 밸브;
    상기 압축기의 하류에서 상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 세퍼레이터의 상부로 연결되는 압력보상라인; 및
    상기 냉매순환부의 버퍼탱크로부터 상기 압력보상라인으로 질소를 공급하는 백업라인:을 더 포함하고,
    상기 압력보상라인을 통해 증발가스 또는 질소를 상기 세퍼레이터에 공급하거나 상기 제1 밸브를 통해 가스를 배출하여 상기 세퍼레이터의 내부 압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 베이퍼메인으로부터 선내 엔진으로 연결되는 가스공급라인:을 더 포함하고,
    상기 오프가스재순환라인을 통해 상기 오프가스를 상기 베이퍼메인으로 이송하여 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스와 함께 상기 엔진의 연료로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 상기 가스공급라인으로 연결되는 액화가스공급라인; 및
    상기 액화가스공급라인에 마련되며 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기:를 더 포함하고,
    상기 오프가스와 상기 저장탱크로부터의 증발가스의 혼합가스가 상기 엔진의 발열량을 만족하지 못하는 경우, 상기 저장탱크의 액화가스를 강제 기화시켜 상기 혼합가스에 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리시스템.
  16. 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 압축하고, 냉매순환라인을 따라 순환하는 냉매가 공급되는 열교환기에서 열교환으로 냉각하여 재액화하되,
    상기 저장탱크로부터 발생하는 증발가스는 가열기를 거쳐 상기 압축기의 적정 입력 온도로 가열되어 상기 압축기로 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 열교환으로 가열되어 상기 압축기로 도입되되,
    재액화 시스템을 가동하지 않거나 재액화 시스템의 로드(load)가 낮은 경우 상기 저장탱크에서 발생한 증발가스는 상기 열교환기를 우회하여 상기 가온라인을 통해 상기 가열기에서 가열되어 상기 압축기로 도입되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 냉매순환라인을 순환하는 냉매는 냉매 압축부에서 압축되고 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 후 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각되어 상기 열교환기에 냉열원으로 공급되며,
    상기 냉매 압축부는 상기 냉매 팽창장치에 연결되어, 상기 냉매 팽창장치로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 냉매를 압축하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 압축기는 선박에 마련되는 추진엔진의 연료공급압력으로 상기 증발가스를 압축하되,
    상기 추진엔진은 10 내지 20 bara로 압축된 증발가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
  20. 선내 저장탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축하고,
    상기 압축기에서 압축된 증발가스를 열교환기에서 냉각하여 재액화하고 세퍼레이터를 거쳐 기액분리하여 상기 저장탱크로 복귀시키되,
    상기 세퍼레이터에서 분리된 오프가스(Off gas)를 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하고, 상기 저장탱크에서 발생하여 베이퍼메인으로 배출된 증발가스를 상기 GCU로 공급하여 상기 오프가스를 연소하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 GCU의 시동(start) 또는 트립(Trip) 등으로 GCU 운영이 중단된 경우, 상기 세퍼레이터에서 분리된 오프가스를 상기 베이퍼메인으로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 베이퍼메인으로 공급된 오프가스는, 상기 저장탱크에서 상기 베이퍼메인으로 배출된 증발가스 또는 상기 저장탱크의 액화가스를 강제 기화시킨 강제기화가스와 혼합하여 선내 엔진이 요구하는 발열량에 맞추어 상기 엔진 연료로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화장치의 오프가스 처리방법.
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