KR101528977B1

KR101528977B1 - Lng 처리 시스템

Info

Publication number: KR101528977B1
Application number: KR1020130131287A
Authority: KR
Inventors: 김기홍; 장광필; 김성택
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-06-15
Also published as: KR20150050003A

Abstract

본 발명은 LNG 처리 시스템에 관한 것으로서, LNG 저장탱크에 일단이 연결된 증발가스 공급 라인 상에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하여 제1 수요처에 공급하는 복수 개의 증발가스 압축기; 및 상기 제1 수요처의 배기가스 배출 라인에 설치되며, 상기 제1 수요처에서 배출되는 배기가스의 고온 열원을 이용하여 스팀을 생성하고, 생성된 스팀으로 터빈을 회전시켜 발생된 동력을 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서 적어도 어느 하나 또는 펌프의 동력원으로 사용되도록 하는 온열 발전 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 처리 시스템은, 제1 수요처 또는 제2 수요처의 배기가스 배출 라인에 온열 발전 장치를 설치하여, 제1 및 제2 수요처로부터 배출되는 배기가스의 버려지는 고온 열원으로 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 고압 펌프 또는 증발가스 압축기의 동력원으로 사용할 수 있어, 시스템의 열 에너지 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 연료를 절감할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있다.

Description

LNG 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Natural Gas}

본 발명은 LNG 처리 시스템에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃ 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 제1 및 제2 수요처로부터 배출되는 배기가스의 버려지는 고온 열원으로 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 고압 펌프 또는 증발가스 압축기의 동력원으로 사용할 수 있는 LNG 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 처리 시스템은, LNG 저장탱크에 일단이 연결된 증발가스 공급 라인 상에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하여 제1 수요처에 공급하는 복수 개의 증발가스 압축기; 및 상기 제1 수요처의 배기가스 배출 라인에 설치되며, 상기 제1 수요처에서 배출되는 배기가스의 고온 열원을 이용하여 스팀을 생성하고, 생성된 스팀으로 터빈을 회전시켜 발생된 동력을 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서 적어도 어느 하나의 동력원으로 사용되도록 하는 온열 발전 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 제1 수요처까지 연결된 LNG 공급 라인; 상기 LNG 공급 라인 상에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프; 및 상기 제1 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되는 열교환기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 수요처는, 고압 엔진인 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수 개의 증발가스 압축기 사이에 연결되고, 타단이 제2 수요처에 연결되어, 상기 증발가스를 상기 제2 수요처로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 온열 발전 장치는, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처의 배기가스 배출 라인에 설치되며, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처에서 배출되는 배기가스의 고온 열원을 이용하여 스팀을 생성하고, 생성된 상기 스팀으로 상기 터빈을 회전시켜 발생된 동력을 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서 적어도 어느 하나로 공급하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 수요처는, 저압 엔진인 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 복수 개의 증발가스 압축기 사이에는, 증발가스 냉각기가 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 냉각기는, 상기 복수 개의 증발가스 압축기와 동일한 수로 설치되며, 상기 각 증발가스 압축기의 하류에 마련되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 온열 발전 장치는, 이코노마이저, 상기 터빈, 응축기가 상기 작동유체 순환 라인으로 연결 구성되는 것을 포함하되, 상기 이코노마이저는, 상기 터빈과 상기 응축기 사이의 상기 작동유체 순환 라인과, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처의 상기 배기가스 배출 라인에 마련되며, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처에서 배출되는 상대적으로 고온의 상기 배기가스가, 상기 작동유체 순환 라인을 따라 순환하는 상대적으로 저온의 상기 작동유체와 열교환되도록 하여 상기 작동유체를 기화시키고, 상기 터빈은, 상기 이코노마이저와 상기 응축기 사이의 상기 작동유체 순환 라인에 설치되며, 상기 이코노마이저로부터 기화된 작동유체의 스팀으로 동력을 발생시키고, 상기 기화된 작동유체를 상기 응축기로 공급하고, 상기 응축기는, 상기 터빈과 상기 이코노마이저 사이의 상기 작동유체 순환 라인에 설치되며, 상기 기화된 작동유체를 액화시켜 상기 액화된 작동유체를 상기 이코노마이저로 공급하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 터빈은, 상기 발생된 동력을 상기 펌프로 전달하여 상기 펌프의 동력원으로 사용되도록 하는 것을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 펌프는, 고압 펌프이며, 상기 LNG 저장탱크와 상기 고압 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인에는, 부스팅 펌프가 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 터빈에 의해 발생된 동력은, 상기 고압 펌프의 기어 박스에 전달되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 처리 시스템은, 제1 수요처 또는 제2 수요처의 배기가스 배출 라인에 온열 발전 장치를 설치하여, 제1 및 제2 수요처로부터 배출되는 배기가스의 버려지는 고온 열원으로 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 고압 펌프 또는 증발가스 압축기의 동력원으로 사용할 수 있어, 시스템의 열 에너지 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 연료를 절감할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 LNG 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 처리 시스템의 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 LNG 처리 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 LNG 처리 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 열교환기(40)를 포함한다. 이때 엔진(20)은 고압 엔진인 MEGI 엔진 또는 저압 엔진인 이중연료 엔진일 수 있고, 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스(Boil off Gas; BOG)는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

종래의 LNG 처리 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 LNG를 빼내어 부스팅 펌프(31), 고압 펌프(32)를 통해 가압시킨 후 열교환기(40)에서 글리콜 워터 등으로 가열하여 엔진(20)에 공급하는 방식을 사용하였다.

그런데 종래의 LNG 처리 시스템(1)은, 가동시 발생되는 고온 열원을 활용하지 못하고 버려져 열 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있고, 고압 펌프 구동시 전력이 많이 소모되는 문제가 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 처리 시스템의 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 처리 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 제1 수요처(20a), 제2 수요처(20b), 펌프(30), 열교환기(40), 증발가스 압축기(51), 온열 발전 장치(60)를 포함한다. 본 발명의 제1 실시예에서 LNG 저장탱크(10), 펌프(30), 열교환기(40) 등은 종래의 LNG 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

LNG 저장탱크(10)는, 후술할 제1 및 제2 수요처(20a, 20b)에 공급될 LNG를 저장한다. LNG 저장탱크(10)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

LNG 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 LNG 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.

내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크는 스테인리스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 LNG가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, LNG 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 LNG 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 사이에 구비하는 압력 탱크형 LNG 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 LNG 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예는, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 후술할 증발가스 압축기(51)로 공급하여 후술할 제2 수요처(20b) 또는 후술할 제1 수요처(20a)의 연료로 활용하거나, LNG 저장탱크(10)의 LNG를 후술할 펌프(30)로 공급하여 후술할 제1 수요처(20a)의 연료로 활용할 수 있는데, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)의 배기가스 배출 라인(24)에 후술할 온열 발전 장치(60)를 설치하여, 버려지는 배기가스의 고온 열원으로 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 펌프(30) 특히 전력이 많이 소요되는 고압 펌프(31) 또는 증발가스 압축기(51)의 동력원으로 사용할 수 있도록 한다.

제1 및 제2 수요처(20a, 20b)는, LNG 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG 또는 증발가스를 통해 구동되어 동력을 발생시킬 수 있으며, 이때 제1 수요처(20a)는 고압 엔진인 MEGI 엔진일 수 있고, 제2 수요처(20b)는 저압 엔진인 이중연료 엔진일 수 있다.

제1 및 제2 수요처(20a, 20b)는 LNG의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 제1 및 제2 수요처(20a, 20b) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

물론 본 실시예에서 제1 및 제2 수요처(20a, 20b)는 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 제1 및 제2 수요처(20a, 20b)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만, 제1 및 제2 수요처(20a, 20b)는 LNG의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

제1 수요처(20a)는, 초임계 상태의 LNG를 후술할 열교환기(40)로부터 공급받아 구동력을 발생시키거나, 후술할 증발가스 압축기(51)를 거치면서 가압된 초임계 상태의 증발가스를 공급받아 구동력을 발생시킬 수 있다.

반면, 제2 수요처(20b)는, 증발가스 압축기(51)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 여기서 제1 수요처(20a)에 공급되는 초임계 상태의 LNG 또는 증발가스는, 예를 들어 온도가 30℃ 내지 60℃이고 압력이 200bar 내지 400bar일 수 있다. 물론 제1 수요처(20a)와 제2 수요처(20b)에 공급되는 LNG 또는 증발가스의 상태는, 제1 및 제2 수요처(20a, 20b)에서 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

제2 수요처(20b)의 경우, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급되는 이중연료 엔진일 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 제2 수요처(20b)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

LNG 저장탱크(10)와 제1 수요처(20a) 사이에는 LNG를 전달하는 LNG 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, LNG 공급 라인(21)에는 펌프(30), 열교환기(40) 등이 구비되어 LNG가 제1 수요처(20a)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 LNG 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다.

펌프(30)는, LNG 저장탱크(10)의 하부에 연결되는 LNG 공급 라인(21) 상에 설치되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32)를 포함할 수 있다.

부스팅 펌프(31)는, LNG 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 LNG 공급 라인(21) 상에 구비되거나, 또는 LNG 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다.

또한, 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(31)를 거친 LNG는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 LNG는 여전히 액체 상태일 수 있다.

본 실시예는 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32) 사이의 LNG 공급 라인(21) 상에 임시 저장탱크(도시하지 않음)가 구비될 수 있으며, 이 경우 부스팅 펌프(31)는 임시 저장탱크로 LNG를 공급하게 된다.

고압 펌프(32)는, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 제1 수요처(20a)에 공급되도록 한다. LNG는 LNG 저장탱크(10)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에서 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 이와 같이 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(40)에 공급한다.

이때 고압 펌프(32)는 LNG를 제1 수요처(20a)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 제1 수요처(20a)에 공급함으로써, 제1 수요처(20a)가 LNG를 통해 동력을 생산하도록 할 수 있다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 고압으로 가압하되, LNG가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 LNG의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 -20℃ 이하일 수 있다.

또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 LNG를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태란 LNG의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태를 의미한다.

구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, LNG의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, LNG를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 LNG의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140℃ 내지 -60℃일 수 있다.

이와 같이, 제1 수요처(20a)에서 요구하는 압력으로 가압하는 고압 펌프(32)는, 구동에 필요한 전력이 과다할 수밖에 없다. 따라서 고압 펌프(32)에 소모되는 전력을 절감할 수 있는 방안이 모색되어야 하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술할 온열 발전 장치(100)를 통해 이루어질 것이다.

열교환기(40)는, 제1 수요처(20a)와 펌프(30) 사이의 LNG 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 LNG를 제1 수요처(20a)가 요구하는 온도로 가열한다. 열교환기(40)에 LNG를 공급하는 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 열교환기(40)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 LNG를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 가열시켜서, 30℃ 내지 60℃의 초임계 상태의 LNG로 변환한 후 제1 수요처(20a)에 공급할 수 있다.

열교환기(40)는 보일러(도시하지 않음)를 통해 공급되는 스팀이나 글리콜 히터(도시하지 않음)로부터 공급되는 글리콜 워터를 이용하여 LNG를 가열하거나, 전기에너지를 이용하여 LNG를 가열할 수 있고, 또는 선박에 구비되어 있는 발전기나 기타 설비 등으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 LNG를 가열할 수 있다.

또한, 열교환기(40)는, 증발가스 공급 라인(22)을 통해 후술할 증발가스 압축기(51)로부터 공급되는 증발가스를 제1 수요처(20a)가 요구하는 온도로 가열할 수 있다.

증발가스 압축기(51)는, LNG 저장탱크(10)의 상부에 연결되는 증발가스 공급라인(22)에 설치되며, LNG 저장탱크(10)에서 발생되어 10bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 가압하여, 제1 수요처(20a)나 제2 수요처(20b)로 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(51)는, 복수 개로 구비되어 증발가스를 다단 압축시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(51)는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 압축되도록 할 수 있는데, 이때 2단 압축된 증발가스는 저압 증발가스 공급 라인(23)을 통해 제2 수요처(20b)에 공급될 수 있고, 3단 압축된 증발가스는 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 LNG 공급라인(21)을 통해 제1 수요처(20a)에 공급될 수 있다.

한편, 복수 개의 증발가스 압축기(51) 사이에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(51)에 의하여 증발가스가 압축되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춤으로 하류에 위치되는 증발가스 압축기(51)의 압축 효율을 증대시킬 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(51)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 각 증발가스 압축기(51)의 하류에 마련될 수 있다.

증발가스 압축기(51)가 증발가스를 가압하는 것은, 증발가스의 액화 효율을 높이기 위함이다. 증발가스는 압력이 상승할 경우 끓는점이 상승하게 되며, 이는 곧 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있음을 의미한다. 따라서 본 실시예는 증발가스 압축기(51)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다. 이때 가장 하류에 위치한 증발가스 압축기(51)에서 토출된 증발가스는 제1 수요처(20a)에서 요구하는 압력 및 온도, 예를 들어 제1 수요처(20a)가 고압 엔진일 경우, 200bar 내지 400bar의 압력과 30℃ 내지 60℃의 온도를 가질 수 있고, 저압 증발가스 공급 라인(23)의 상류에 위치한 증발가스 압축기(51)에서 토출된 증발가스는 제2 수요처(20b)에서 요구하는 압력 및 온도, 예를 들어 제2 수요처(20b)가 저압 엔진일 경우, 1bar 내지 50bar의 압력과 30℃ 내지 60℃의 온도를 가질 수 있다.

이러한 증발가스 압축기(51)는, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)에서 요구하는 압력으로 가압해야 하므로, 구동에 필요한 전력이 과다하게 소요될 수 있다.

증발가스 공급 라인(22)은, 일단이 LNG 저장탱크(10)의 상부에 연결되고 타단이 열교환기(40) 전단의 LNG 공급 라인(21)에 연결되어, 복수 개의 증발가스 압축기(51)에 의해 가압된 증발가스가 제1 수요처(20a)로 공급되는 통로를 제공할 수 있다. 또한, 증발가스 공급 라인(22)은, 복수 개의 증발가스 압축기(51) 사이에서 분지되는 저압 증발가스 공급 라인(23)을 통해 증발가스가 제2 수요처(20b)로 공급되는 통로를 제공할 수 있다.

증발가스 공급 라인(22)과 LNG 공급 라인(21)의 연결지점 상에는 개도 조절 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 개도 조절 밸브는 제1 수요처(20a)로 공급되는 LNG 또는 증발가스의 유량을 제어하여 제1 수요처(20a)에서 요구하는 연료량이 되도록 개도 조절될 수 있다. 즉, 개도 조절 밸브는 증발가스 공급 라인(22)을 통해 공급되는 증발가스의 유량이 많을 경우 제1 수요처(20a)로 공급되는 LNG의 유량을 줄일 수 있고, 반대로 증발가스의 유량이 적을 경우 LNG의 유량을 늘릴 수 있도록 개도 조절되어, 제1 수요처(20a)에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급될 수 있도록 한다.

저압 증발가스 공급 라인(23)은, 일단이 증발가스 공급 라인(22) 상에서 복수 개의 증발가스 압축기(51) 사이에 연결되고, 타단이 제2 수요처(20b)에 연결되어, 압축된 증발가스가 제2 수요처(20b)로 공급되는 통로를 제공할 수 있다. 일례로 3개의 증발가스 압축기(51)가 구비될 경우, 증발가스의 흐름을 기준으로 2번째 증발가스 압축기(51)의 하류에 저압 증발가스 공급 라인(23)이 연결될 수 있다. 따라서 2번째 증발가스 압축기(51)에서 압축된 증발가스는, 제2 수요처(20b) 또는 3번째 증발가스 압축기(51)로 각각 분기되어 공급될 수 있다.

저압 증발가스 공급 라인(23)과 증발가스 공급 라인(22)의 연결지점 상에는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 증발가스 공급 밸브는 제2 수요처(20b)로 공급되는 증발가스의 유량 또는 3번째 증발가스 압축기(51)를 통하여 제1 수요처(20a)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방 밸브일 수 있다.

온열 발전 장치(60)는, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)의 배기가스 배출 라인(24)에 설치될 수 있으며, 배기가스 배출 라인(24)을 경유하는 상대적으로 고온의 배기가스가, 후술할 이코노마이저(61)에서 작동유체 순환 라인(64) 내부를 따라 순환하는 상대적으로 저온의 작동유체와 열교환되도록 하여, 가열된 작동유체가 후술할 터빈(62)을 회전시켜 동력을 발생시키고, 발생된 동력을 펌프(30) 특히 고압 펌프(32)를 구동시키는 동력원으로 사용할 수 있게 한다.

이러한 온열 발전 장치(60)는, 이코노마이저(61), 터빈(62), 응축기(63)를 포함하며, 이러한 모든 구성 요소들이 작동유체 순환 라인(64)으로 연결된다. 작동유체 순환 라인(64)에서 순환되는 작동유체는 기체 상태의 작동유체뿐만 아니라 액화된 작동유체를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

이코노마이저(61)는, 후술할 터빈(62)과 후술할 응축기(63) 사이의 작동유체 순환 라인(64)과, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)의 배기가스 배출 라인(24)에 마련될 수 있으며, 작동유체 순환 라인(64)을 통해 공급되는 작동유체와 배기가스 배출 라인(24)을 통해 배출되는 배기가스가 상호 열교환되도록 함으로써, 후술할 터빈(62)으로 공급될 상대적으로 저온의 작동유체, 예를 들어 물을 기화시켜 스팀으로 터빈(62)의 회전력을 높일 수 있고, 상대적으로 고온의 배기가스는 열을 잃은 채 대기 중으로 배출될 수 있다.

터빈(62)은, 이코노마이저(61)와 후술할 응축기(63) 사이의 작동유체 순환 라인(64)에 설치될 수 있으며, 이코노마이저(61)로부터 공급되는 스팀을 응축기(63)로 전달할 수 있다.

또한, 터빈(62)은, 이코노마이저(61)로부터 공급되는 스팀에 의해 동력을 발생시킬 수 있으며, 이렇게 발생된 동력은 제1 동력 전달 라인(621)을 통해 펌프(30)로 전달되어 펌프(30)를 구동시키는 동력원으로 사용할 수 있게 한다.

구체적으로, 터빈(62)에 의해 발생된 동력은, 고압 펌프(32)의 기어 박스(도시하지 않음)에 전달될 수 있다.

이를 통해 본 실시예는, 제1 또는 제2 수요처(20a, 20b)로부터 배출되는 배기가스의 버려지는 고온 열원으로 터빈(62)에서 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 고압 펌프(32)의 동력원으로 사용할 수 있어, 시스템(2)의 열 에너지 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 연료를 절감할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있다.

응축기(63)는, 터빈(62)과 이코노마이저(61) 사이의 작동유체 순환 라인(64)에 설치될 수 있으며, 터빈(62)으로부터 공급되는 작동유체, 예를 들어 스팀을 액화시켜 이코노마이저(61)로 공급할 수 있다.

한편, 상기에서는 응축기(63)를 온열 발전 장치(60)의 하나의 구성 요소로서 설명하였지만, 터빈(62)의 출구부에 작동유체 배출 라인(65)을 구비시켜 터빈(62)으로부터 유출되는 작동유체, 예를 들어 스팀을 외부로 방출시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시예는 온열 발전 장치(60)의 구성 요소로 응축기(63)가 배제된 이코노마이저(61)와 터빈(62)만으로도 구성시킬 수 있다. 온열 발전 장치(60)를 이코노마이저(61)와 터빈(62)으로 구성함으로써, 응축기(63)가 필요 없게 되고 작동유체 순환 라인(64)의 수요를 줄일 수 있어, 온열 발전 장치(60)의 설치 공수 및 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 처리 시스템의 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 처리 시스템(3)은, LNG 저장탱크(10), 제1 수요처(20a), 제2 수요처(20b), 펌프(30), 열교환기(40), 증발가스 압축기(51), 온열 발전 장치(60)를 포함하며, 온열 발전 장치(60)는, 이코노마이저(61), 터빈(62), 응축기(63)를 포함하며, 이러한 모든 구성 요소들 중에서 터빈(62)에 의해 발생되는 동력을 제2 동력 전달 라인(622)을 통해 증발가스 압축기(51)로 전달하는 구성을 제외한 나머지 구성이 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 각 구성에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

제2 실시예에서의 온열 발전 장치(60)는, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)의 배기가스 배출 라인(24)에 설치될 수 있으며, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)에서 배출되는 배기가스의 고온 열원으로 이코노마이저(61)와 터빈(62)을 이용하여 동력을 발생시켜, 발생된 동력을 제2 동력 전달 라인(622)을 통해 복수 개의 증발가스 압축기(51) 중에서 적어도 어느 하나로 전달하여 증발가스 압축기(51)를 구동시키는 동력원으로 사용할 수 있게 한다.

구체적으로, 터빈(62)에 의해 발생된 동력은, 증발가스 압축기(51)의 기어 박스(도시하지 않음)에 전달될 수 있다.

제2 실시예에서의 제2 동력 전달 라인(622)은, 복수 개의 증발가스 압축기(51) 중에서 적어도 하나의 증발가스 압축기(51)에 연결될 수 있는데, 2개 이상의 증발가스 압축기(51)에 연결될 경우, 분지되는 지점에 동력 제어 장치(도시하지 않음)가 구비될 수 있다.

이를 통해 본 실시예는, 제1 또는 제2 수요처(20a, 20b)로부터 배출되는 배기가스의 버려지는 고온 열원으로 터빈(62)에서 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 증발가스 압축기(51)의 동력원으로 사용할 수 있어, 시스템(3)의 열 에너지 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 연료를 절감할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 터빈(62)에서 발생된 동력을 제1 동력 전달 라인(621)을 통해 펌프(30)로 전달하는 것을 설명하였고, 본 발명의 제2 실시예에서는 터빈(62)에서 발생된 동력을 제2 동력 전달 라인(622)을 통해 펌프(30)로 전달하는 것을 설명하였는데, 본 발명은 제1 동력 전달 라인(621)을 메인 라인으로 하고, 제2 동력 전달 라인(622)을 제1 동력 전달 라인(621)으로부터 분지되는 서브 라인으로 하는 것을 다른 실시예로서 적용할 수 있다.

도시하지 않았지만, 제1 동력 전달 라인(621)으로부터 제2 동력 전달 라인(622)이 분지되는 지점 상에는 동력 제어 장치(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 동력 제어 장치는 고압 펌프(32) 또는 증발가스 압축기(51)로 공급되는 동력을 제어하여 고압 펌프(32) 또는 증발가스 압축기(51)의 구동력을 최적화시킬 수 있게 한다.

이와 같이 본 실시예는, 제1 수요처(20a) 또는 제2 수요처(20b)의 배기가스 배출 라인(24)에 온열 발전 장치(60)를 설치하여, 제1 및 제2 수요처(20a, 20b)로부터 배출되는 배기가스의 버려지는 고온 열원으로 동력을 발생시킴으로써, 발생된 동력을 고압 펌프(32) 또는 증발가스 압축기(51)의 동력원으로 사용할 수 있어, 시스템(2, 3)의 열 에너지 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 연료를 절감할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있다.

1: 종래의 LNG 처리 시스템
2, 3: 본 발명의 LNG 처리 시스템
10: LNG 저장탱크 20: 엔진
20a: 제1 수요처 20b: 제2 수요처
21: LNG 공급 라인 22: 증발가스 공급 라인
23: 저압 증발가스 공급 라인 24: 배기가스 배출 라인
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 40: 열교환기
51: 증발가스 압축기 60: 온열 발전 장치
61: 이코노마이저 62: 터빈
63: 응축기 64: 작동유체 순환 라인
621: 제1 동력 전달 라인 622: 제2 동력 전달 라인
65: 작동유체 배출 라인

Claims

LNG 저장탱크에 일단이 연결된 증발가스 공급 라인 상에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하여 제1 수요처에 공급하는 복수 개의 증발가스 압축기;
일단이 상기 복수 개의 증발가스 압축기 사이에 연결되고, 타단이 제2 수요처에 연결되어, 상기 증발가스를 상기 제2 수요처에 공급하는 저압 증발가스 공급 라인; 및
상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처의 열원을 이용하여 동작하는 발전 장치를 포함하고,
상기 발전 장치의 동력은 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중 적어도 어느 하나의 동력원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 LNG 저장탱크로부터 상기 제1 수요처까지 연결된 LNG 공급 라인;
상기 LNG 공급 라인 상에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프; 및
상기 제1 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인 상에 마련되는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 수요처는,
고압 엔진인 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
삭제
제 2 항에 있어서, 상기 발전 장치는,
상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처의 배기가스 배출 라인에 설치되며, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처에서 배출되는 배기가스의 고온 열원을 이용하여 스팀을 생성하고, 생성된 상기 스팀으로 터빈을 회전시켜 발생된 동력을 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서 적어도 어느 하나로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 수요처는,
저압 엔진인 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수 개의 증발가스 압축기 사이에는,
증발가스 냉각기가 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 증발가스 냉각기는,
상기 복수 개의 증발가스 압축기와 동일한 수로 설치되며, 상기 각 증발가스 압축기의 하류에 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 5 항에 있어서, 온열 발전 장치는,
이코노마이저, 상기 터빈, 응축기가 작동유체 순환 라인으로 연결 구성되는 것을 포함하되,
상기 이코노마이저는, 상기 터빈과 상기 응축기 사이의 상기 작동유체 순환 라인과, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처의 상기 배기가스 배출 라인에 마련되며, 상기 제1 수요처 또는 상기 제2 수요처에서 배출되는 상대적으로 고온의 상기 배기가스가, 상기 작동유체 순환 라인을 따라 순환하는 상대적으로 저온의 상기 작동유체와 열교환되도록 하여 상기 작동유체를 기화시키고,
상기 터빈은, 상기 이코노마이저와 상기 응축기 사이의 상기 작동유체 순환 라인에 설치되며, 상기 이코노마이저로부터 기화된 작동유체의 스팀으로 동력을 발생시키고, 상기 기화된 작동유체를 상기 응축기로 공급하고,
상기 응축기는, 상기 터빈과 상기 이코노마이저 사이의 상기 작동유체 순환 라인에 설치되며, 상기 기화된 작동유체를 액화시켜 상기 액화된 작동유체를 상기 이코노마이저로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 터빈은,
상기 발생된 동력을 상기 펌프로 전달하여 상기 펌프의 동력원으로 사용되도록 하는 것을 더 포함하는 LNG 처리 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 펌프는, 고압 펌프이며,
상기 LNG 저장탱크와 상기 고압 펌프 사이의 상기 LNG 공급 라인에는,
부스팅 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 터빈에 의해 발생된 동력은,
상기 고압 펌프의 기어 박스에 전달되는 것을 특징으로 하는 LNG 처리 시스템.