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KR20150039427A - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

액화가스 처리 시스템 Download PDF

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KR20150039427A
KR20150039427A KR20130117992A KR20130117992A KR20150039427A KR 20150039427 A KR20150039427 A KR 20150039427A KR 20130117992 A KR20130117992 A KR 20130117992A KR 20130117992 A KR20130117992 A KR 20130117992A KR 20150039427 A KR20150039427 A KR 20150039427A
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gas
evaporation
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liquid separator
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KR20130117992A
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Inventor
백은성
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되어 증발가스를 다단으로 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 공급라인에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되는 회수라인; 상기 회수라인 상에 마련되어 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기; 상기 기액분리기에서 액체와 분리된 플래시가스가 배출되어 회수되는 플래시가스 순환라인; 상기 회수라인 상에서 상기 기액분리기의 상류에 마련되되, 상기 플래시가스 순환라인 상에서 상기 기액분리기의 하류에 마련되어, 상기 증발가스 압축기에서 3단으로 가압되어 상기 회수라인을 따라 회수되는 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 및 상기 플래시가스 순환라인을 통해 상기 기액분리기에서 공급되는 증발가스 각각에 의해 열교환시키는 증발가스 열교환기; 및 상기 회수라인 상에서 상기 증발가스 열교환기와 상기 기액분리기 사이에 마련되어, 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 감압시키는 줄톰슨밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 외부 열침투에 의하여 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하여 수요처에 공급하고, 일부 증발가스는 감압하여 액화시키되, 이때 발생한 플래시 가스를 증발가스 열교환기로 공급하여 증발가스를 열교환시키는데 이용하여 액화효율을 향상시킬 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 증발가스를 가압시켜 수요처에 공급하고, 일부 증발가스는 감압하여 액화시키되, 이때 발생한 플래시 가스를 증발가스 열교환기로 공급하여 증발가스를 열교환시키는데 이용하여 액화효율을 향상시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 플래시 가스를 기액분리기에서 재순환시키면서 증발가스를 냉각시키는 매체로 사용함으로써 증발가스 재액화 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 응축기에서 사용되는 냉매의 냉기를 이용하여 증발가스를 열교환시켜 냉각시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되어 증발가스를 다단으로 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 공급라인에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되는 회수라인; 상기 회수라인 상에 마련되어 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기; 상기 기액분리기에서 액체와 분리된 플래시가스가 배출되어 회수되는 플래시가스 순환라인; 상기 회수라인 상에서 상기 기액분리기의 상류에 마련되되, 상기 플래시가스 순환라인 상에서 상기 기액분리기의 하류에 마련되어, 상기 회수라인을 따라 회수되는 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 및 상기 플래시가스 순환라인을 통해 상기 기액분리기에서 공급되는 증발가스 각각에 의해 열교환시키는 증발가스 열교환기; 및 상기 회수라인 상에서 상기 증발가스 열교환기와 상기 기액분리기 사이에 마련되어, 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 감압시키는 줄톰슨밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 플래시가스 순환라인 상에 마련되되, 상기 증발가스 열교환기의 하류 및 상기 기액분리기의 상류에 마련되어, 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 플래시가스를 냉매를 이용하여 열교환시키고 상기 기액분리기로 공급하는 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 응축기가 마련되며, 플래시가스와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매라인; 및 상기 냉매라인 상에 마련되어 냉매를 다단으로 가압하는 냉매 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수요처는 고압엔진과 저압엔진을 포함하고, 상기 증발가스 압축기에서 2단으로 가압된 증발가스는 상기 저압엔진으로 공급되며, 4단 이상으로 가압되는 증발가스는 고압엔진으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(30), 응축기(40), 기액분리기(70)를 포함한다. 이때 수요처(20)는 고압 수요처(21)인 기체연료 엔진 또는 저압 수요처(22)인 이중연료 엔진일 수 있고, 여기서, 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스 압축기(30), 고압 수요처(21)까지 증발가스 공급라인(11)으로 연결될 수 있다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 기체 상태의 증발가스를 빼내어 증발가스 압축기(30)를 통해 다단으로 가압하여 수요처(20)로 공급하는 방식을 사용하였다. 여기서, 2단으로 가압된 증발가스를 응축기(40)를 통해 열교환시켜 기액분리기(70)로 공급한 후, 기액분리기(70)에서 증발가스를 기체와 액체로 분리시켜 액체상태의 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수시키고, 기체는 플래시가스라인(71)을 통해 배출시킨다.
냉매가 증발가스를 재액화시키기 위해서는 많은 냉열을 확보해야 하며, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되어 압축되는 증발가스의 냉열을 활용할 필요가 있다. 설명하지 않은 참조부호 12, 13 등은 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(30), 응축기(40), 냉매 압축기(50), 줄톰슨밸브(60), 기액분리기(70) 및 증발가스 옵티마이저(80)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20) 등은 종래의 액화가스 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 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 스테인레스 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 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.
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, 액화가스 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 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 액화가스 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 액화가스 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 수요처(20)는 고압 수요처(21)와 저압 수요처(22)를 포함하며, 고압 수요처(21)는 고압엔진으로서 기체연료 엔진(일례로, MEGI)일 수 있고, 저압 수요처(22)는 저압엔진으로서 이중연료 엔진일 수 있다.
수요처(20)는 액화가스의 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 수요처(20) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.
물론 본 실시예에서 수요처(20)는 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 수요처(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 수요처(20)는 증발가스와 플래시 가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
수요처(20)는, 증발가스 압축기(30)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 수요처(20)에 공급되는 증발가스의 상태는, 수요처(20)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)와 고압 수요처(21) 사이에는 증발가스를 전달하는 증발가스 공급라인(11)이 설치될 수 있고, 증발가스 공급라인(11)에는 증발가스 옵티마이저(80), 증발가스 압축기(30)가 구비되어 증발가스가 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다. 그리고 증발가스 공급라인(11)에서 분기되는 저압 증발가스 공급라인(12)이 마련되어, 2단으로 가압된 증발가스를 저압 수요처(22)나 회수라인(13)을 통해 응축기(40)로 공급할 수 있다. 이때 증발가스 공급라인(11)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.
증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 가압하여 기액분리기(70)나 수요처(20)에 공급할 수 있다. 본 실시예에서는 증발가스 압축기(30)에서 2단으로 가압된 증발가스가 기액분리기(70)로 공급되는 과정에서 응축기(40)를 통해 열교환된 후 공급될 수 있다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
증발가스 압축기(30)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(30)는 5개가 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있다. 5단 가압된 증발가스는 200bar 내지 400bar로 가압되어, 증발가스 공급 라인(11)을 통해 고압 수요처(21)에 공급될 수 있다.
여기서, 증발가스 공급라인(11)에는 복수의 증발가스 압축기(30) 사이에 연결되어 저압 수요처(22)까지 연장되는 저압 증발가스 공급라인(12)이 마련된다. 예를 들어, 5개의 증발가스 압축기(50)가 구비될 때, 증발가스의 흐름을 기준으로 2번째 증발가스 압축기(30)의 하류에 저압 증발가스 공급라인(12)이 연결될 수 있다. 따라서, 2번째 증발가스 압축기(30)에서 가압된 증발가스는 응축기(40) 또는 저압 수요처(22) 또는 3번째 증발가스 압축기(30) 이후로 각각 분기되어 공급될 수 있다.
2단으로 가압된 증발가스가 응축기(40)로 유입되기 위해, 증발가스 공급라인(11)에는 증발가스 압축기(30)와 고압 수요처(21)의 사이에서 분기되는 회수라인(13)이 마련된다. 회수라인(13)은 증발가스 공급라인(11)에서 액화가스 저장탱크(10)까지 연결되어, 2단으로 가압된 증발가스가 응축기(40), 줄톰슨밸브(60) 및 기액분리기(70)를 경유하여 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
이때, 회수라인(13)이 연결되는 지점의 증발가스 공급라인(11) 상에는 밸브(부호 도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 밸브는 저압 수요처(22)로 공급되는 증발가스의 유량, 고압 수요처(21)로 공급되는 증발가스의 유량 또는 증발가스 압축기(30)를 통하여 응축기(40)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방밸브일 수 있다.
복수의 증발가스 압축기(30) 사이에는 증발가스 냉각기(부호 도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(30)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(30)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 각 증발가스 압축기(30)의 하류에 마련될 수 있다.
증발가스 압축기(30)가 증발가스를 가압함으로써, 증발가스는 압력이 상승하여 끓는점이 상승하여 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있는 상태가 될 수 있다. 따라서 본 실시예는 증발가스 압축기(30)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다.
응축기(40)는 회수라인(13) 상에 마련되되, 기액분리기(70)의 상류에 마련되어, 2단으로 가압된 증발가스를 냉매를 이용해 열교환한 후 기액분리기(70)로 공급할 수 있다. 여기서, 냉매는 질소(N2)일 수 있다.
응축기(40)를 경유하는 냉매는 냉매라인(41)을 통해 냉매 압축기(50), 응축기(40), 팽창기(51), 응축기(40), 및 냉매 압축기(50)를 차례로 경유하여 순환될 수 있다. 여기서, 냉매라인(41)은 폐쇄된 순환라인으로 이루어질 수 있으며, 냉매 압축기(50), 응축기(40), 팽창기(51)가 직렬로 마련되어, 응축기(40)를 경유하는 플래시가스와 열교환되는 냉매가 순환되도록 할 수 있다.
이때, 응축기(40)는 3개의 유로를 가지며, 증발가스가 흐르는 유로를 제외한 2개의 유로를 따라 흐르는 냉매가 서로 열교환하도록 할 수 있다. 즉, 냉매 압축기(50)로 유입되는 냉매와 냉매 압축기(50)에서 토출된 냉매는 응축기(40) 내에서 서로 다른 유로를 따라 흐르며 열교환되어, 냉매 압축기(50)에서 토출된 냉매가 냉매 압축기(50)로 유입되는 냉매에 의해 냉각될 수 있다.
냉매 압축기(50)는 냉매라인(41) 상에 복수로 마련되어 냉매를 다단으로 가압할 수 있다. 일례로 냉매 압축기(50)는 3개가 구비되어 냉매가 3단 가압되도록 할 수 있다. 3단 가압된 냉매는 냉매라인(41)을 통해 응축기(40) 및 팽창기(51)에 공급될 수 있다.
그리고 복수의 냉매 압축기(50) 사이에는 냉매 냉각기(부호 도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 냉매 압축기(50)에 의하여 냉매가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 냉매 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 냉매 냉각기는 복수의 냉매 압축기(50) 사이에 구비되어 냉매 압축기(50)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 냉매 냉각기는 각 냉매 압축기(50)의 하류에 마련될 수 있다.
팽창기(51)는 냉매 압축기(50)와 하나의 축으로 연결되어 팽창기(51)의 동력이 냉매 압축기(50)로 전달될 수 있도록 한다. 또한, 팽창기(51)가 냉매를 팽창시켜 냉매 압축기(50)에서 압력이 상승된 냉매의 압력을 낮춤으로써 냉매의 온도가 낮아지고, 냉각된 냉매가 응축기(40)에 공급됨으로써, 증발가스의 액화효율을 향상시킬 수 있다.
증발가스 옵티마이저(80)는 증발가스 공급라인(11) 상에서 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 압축기(30) 사이에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 냉매라인(41)을 경유하는 냉매를 열교환시킨다.
액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 -100도의 온도를 가지는 증발가스는 냉매라인(41)을 경유하는 냉매와 열교환되어 가열되고, 냉매는 냉각되어 팽창기(51)로 유입될 수 있다. 이때, 팽창기(51)로 유입된 냉매는 팽창된 후 응축기(40)를 경유하여 냉매 압축기(50)로 순환되면서 응축기(40)를 경유하는 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 증발가스 옵티마이저(80)는 증발가스로 냉매를 냉각시켜 냉매의 부피를 줄이게 되어, 부피의 증가에 따라 부하가 상승하는 팽창기(51)의 부하를 절감할 수 있게 된다. 또한, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스에 의해 냉각된 냉매는 팽창기(51)에서 팽창된 후 응축기(40)에서 열교환 시에 충분히 낮은 온도를 갖게 되어 액화효율이 향상될 수 있다. 게다가, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 온도를 열교환으로 상승시켜 증발가스의 온도에 의한 증발가스 압축기(30)의 파손을 줄일 수 있다.
확장라인(422)은 냉매가 증발가스 옵티마이저(80)에서 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스와 열교환되도록 연장되는 라인으로서, 냉매라인(41)에서 분기되되 증발가스 옵티마이저(80)를 경유하여 냉매라인(41)으로 냉매가 회수되도록 한다. 여기서, 확장라인(422)은, 일단이 냉매라인(41) 상에서 분기되어 냉매 압축기(50)와 응축기(40) 사이에 마련되고, 타단이 냉매라인(41) 상에서 합류되어 응축기(40)와 팽창기(51) 사이에 마련될 수 있다. 이에 따라, 냉매 압축기(50)에서 다단으로 가압된 냉매가 응축기(40) 또는 증발가스 옵티마이저(80)를 경유하고, 증발가스 옵티마이저(80)를 경유한 냉매는 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스에 의해 냉각된 후 팽창기(51)를 경유할 수 있다.
줄톰슨밸브(60)는 응축기(40)에서 열교환된 증발가스를 감압시킬 수 있으며, 감압시 증발가스는 냉각효과가 이루어질 수 있다. 여기서, 증발가스는 열교환되기 전 증발가스 압축기(30)에서 가압되어 응축기(40)에서 냉매와 열교환되어 냉각되나, 압력은 증발가스 압축기(30)에서 토출된 토출압을 유지할 수 있다.
본 실시예는 줄톰슨밸브(60)를 이용해 증발가스를 감압시켜서 증발가스가 냉각되도록 하여, 증발가스를 액화시킬 수 있다. 이때 감압되는 압력 범위가 클수록 증발가스의 냉각효과가 증대될 수 있으며, 일례로 줄톰슨밸브(60)는 증발가스 압축기(30)에 의해 15bar 내지 50bar로 가압된 증발가스를 3bar까지 감압시킬 수 있다. 줄톰슨밸브(60)는 감압을 통해 효과적으로 증발가스를 냉각시켜서 적어도 일부의 증발가스가 액화되도록 할 수 있다. 줄톰슨밸브(60)에 의해 감압되는 증발가스는, 기액분리기(70)에서 플래시 가스와 혼합되어 냉각될 수 있으며, 재액화가 이루어질 수 있다.
기액분리기(70)는 줄톰슨밸브(60)에서 감압된 증발가스에서 기체를 분리한다. 기액분리기(70)에서 증발가스는 액체와 기체로 분리되어 액체는 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로서 플래시가스라인(71)을 통해 배출시킨다. 플래시가스라인(71)을 통해 배출되는 플래시 가스는 연료를 연소시키는 가스연소유닛(도시하지 않음)으로 공급하여 연소시킬 수 있다.
여기서, 기액분리기(70)에 공급되는 증발가스는, 줄톰슨밸브(60)에서 감압되어 냉각된 상태일 수 있다. 증발가스 압축기(30)에서 2단으로 가압되고, 온도가 상승된 상태의 증발가스는 응축기(40)로 회수되어 냉매와 열교환됨으로써, 냉각되어 줄톰슨밸브(61)로 공급된다. 이와 같이, 본 실시예에서는 기액분리기(70)로 공급되는 증발가스가 응축기(40)에서 냉각된 후 줄톰슨밸브(60)에서 감압되어 냉각되므로, 증발가스의 액화 효율이 개선될 수 있다.
기액분리기(70)에서 증발가스가 액체와 기체로 분리되면, 액화된 증발가스는 회수라인(13)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 회수된다.
이와 같이 본 실시예는, 응축기(40)에서 사용되는 냉매의 냉기를 이용하여 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 열교환시키되, 증발가스의 냉열을 활용할 수 있으므로, 증발가스 재액화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(30), 증발가스 열교환기(40A), 응축기(40), 냉매 압축기(50), 줄톰슨밸브(61), 기액분리기(70)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20) 등은 종래의 액화가스 처리 시스템(1)이나 일 실시예의 액화가스 처리 시스템(2)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 이는 일실시예와 동일 또는 유사한 것으로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 통해 구동되어 동력을 발생시키며 일 실시예와 동일 또는 유사하게 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 수요처(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 수요처(20)는 증발가스와 플래시 가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
수요처(20)는, 증발가스 압축기(30)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 수요처(20)에 공급되는 증발가스의 상태는, 수요처(20)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 액화가스 저장탱크(10)와 고압 수요처(21) 사이에는 증발가스를 전달하는 증발가스 공급라인(11)이 설치될 수 있고, 증발가스 공급라인(11)에는 증발가스 열교환기(40A), 증발가스 압축기(30)가 구비되어 증발가스가 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다. 그리고 증발가스 공급라인(11)에서 분기되는 저압 증발가스 공급라인(12)이 마련되어, 2단으로 가압된 증발가스를 저압 수요처(22)로 공급할 수 있다. 이때 증발가스 공급라인(11)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.
증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 가압하여 기액분리기(70)나 수요처(20)에 공급할 수 있다. 일 실시예에서는 증발가스 압축기(30)에서 2단으로 가압된 증발가스가 응축기(40)를 통해 기액분리기(70)로 유입된 것과 달리, 본 실시예에서는 증발가스 압축기(30)에서 3단으로 가압된 증발가스가 기액분리기(70)로 공급되는 과정에서 증발가스 열교환기(40A)를 통해 열교환된 후 공급될 수 있다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
증발가스 압축기(30)는, 일 실시예와 동일 또는 유사하게 5개가 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있으며, 복수의 증발가스 압축기(30) 사이에는 증발가스 냉각기(부호 도시하지 않음)가 구비될 수 있음은 앞서 설명한 바와 동일하다.
여기서, 증발가스 공급라인(11)에는 복수의 증발가스 압축기(30) 사이에 연결되어 저압 수요처(22)까지 연장되는 저압 증발가스 공급라인(12)이 마련된다. 예를 들어, 5개의 증발가스 압축기(30)가 구비될 때, 증발가스의 흐름을 기준으로 2번째 증발가스 압축기(30)의 하류에 저압 증발가스 공급라인(12)이 연결될 수 있다. 따라서, 2번째 증발가스 압축기(30)에서 가압된 증발가스는 저압 수요처(22) 또는 3번째 증발가스 압축기(30) 이후로 각각 분기되어 공급될 수 있다.
또한, 증발가스 공급라인(11)에는 증발가스 압축기(30)와 고압 수요처(21)의 사이에서 분기되는 회수라인(13)이 마련된다. 회수라인(13)은 증발가스 공급라인(11)에서 액화가스 저장탱크(10)까지 연결되어, 3단으로 가압된 증발가스가 증발가스 열교환기(40A), 줄톰슨밸브(61) 및 기액분리기(70)를 경유하여 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
이때, 회수라인(13)이 연결되는 지점의 증발가스 공급라인(11) 상에는 밸브(부호 도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 밸브는 고압 수요처(21)로 공급되는 증발가스의 유량 또는 증발가스 압축기(30)를 통하여 증발가스 열교환기(40A)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방밸브일 수 있다.
증발가스 열교환기(40A)는 증발가스 공급라인(11) 상에서 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 압축기(30)의 사이에 마련되며, 회수라인(13) 상에서 기액분리기(70)의 상류에 마련되되, 플래시가스 순환라인(72) 상에서 기액분리기(70)의 하류에 마련된다.
증발가스 열교환기(40A)는 증발가스 압축기(30)에서 가압되는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스 및 기액분리기(70)에서 분리된 플래시가스 각각을 이용하여 열교환시킬 수 있다.
즉, 증발가스 열교환기(40A)는 증발가스 압축기(30)에서 3단으로 가압되어 고압 수요처(21)의 상류에서 연결되는 회수라인(13)을 따라 회수된 증발가스와, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 열교환시킨다. 그리고 증발가스 열교환기(40A)는 증발가스 압축기(30)에서 3단으로 가압되어 회수라인(13)을 따라 회수된 증발가스와, 플래시가스 순환라인(72)을 통해 공급되는 플래시 가스를 열교환시킨다. 플래시가스 순환라인(72)에 대하여는 후술하기로 한다.
이때 증발가스 열교환기(40A)는, 회수라인(13)을 따라 회수되는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스로 냉각할 수 있고, 또는 플래시가스 순환라인(72)을 통해 공급되는 플래시 가스로 냉각할 수 있다. 이 경우 회수라인(13)을 따라 회수되는 증발가스는, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스에 의하여 1차로 냉각되고, 플래시 가스에 의해 2차로 냉각될 수 있다.
증발가스 열교환기(40A)는, 증발가스 압축기(30)에서 3단으로 가압된 증발가스를 증발가스 및 플래시 가스에 의해 2차 냉각시킨 후 줄톰슨밸브(61)로 공급할 수 있다. 이 경우 줄톰슨밸브(61)에 공급되는 증발가스는 증발가스뿐만 아니라 플래시 가스에 의해서도 냉각되었기 때문에, 감압에 의한 액화 효율이 대폭 증대될 수 있다.
증발가스 열교환기(40A)를 거친 플래시 가스는 기액분리기(70)로 회수된 후 다시 증발가스 열교환기(40A)로 공급되는 바와 같이 순환될 수 있고, 기액분리기(70)에서 기체와 분리된 액체상태의 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로 공급될 수 있다. 여기서, 기액분리(70)에는 플래시가스 순환라인(72)이 마련되어 플래시가스가 순환될 수 있으며, 플래시가스 순환라인(72)을 통해 순환되는 플래시가스가 증발가스 열교환기(40A)와 응축기(40) 각각을 경유하며 열교환되도록, 플래시가스 순환라인(72) 상에는 증발가스 열교환기(40A), 응축기(40) 및 기액분리기(70)가 직렬로 마련될 수 있다.
이에 따라, 증발가스 열교환기(40A)에서 증발가스 압축기(30)로 공급되는 증발가스는 가열되고, 기액분리기(70)로 공급되는 증발가스는 냉각되며, 기액분리기(70)에서 공급되어 배출되는 플래시가스는 가열될 수 있다.
여기서, 증발가스 열교환기(40A)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 온도를 열교환으로 상승시켜 증발가스의 온도에 의한 증발가스 압축기(30)의 파손을 줄여 증발가스 압축기(30)를 보호할 수 있다.
본 실시예의 응축기(40)는 플래시가스 순환라인(72) 상에 마련되어 일 실시예의 응축기(40)가 회수라인(13) 상에 마련되는 것과 차이가 있다. 본 실시예의 응축기(40)는 증발가스 열교환기(40A)의 하류 및 기액분리기(70)의 상류에 마련되어, 증발가스 열교환기(40A)에서 열교환된 플래시가스를 냉매를 이용하여 열교환시켜서 기액분리기(70)로 공급할 수 있어, 냉매에 의해 냉각된 플래시가스를 이용하여 증발가스를 냉각할 수 있다.
응축기(40)를 경유하는 냉매는 일 실시예와 동일 또는 유사하게 냉매라인(41)을 통해 냉매 압축기(50)를 경유하여 응축기(40)로 회수될 수 있다. 여기서, 냉매라인(41)에는 응축기(40)가 마련되어, 응축기(40)를 경유하는 플래시가스와 열교환되는 냉매가 순환되도록 할 수 있다.
냉매 압축기(50)는 냉매라인(41) 상에 복수로 마련되어 냉매를 다단으로 가압할 수 있으며, 냉매라인(41) 상에 팽창기(51)가 마련됨은 앞서 설명한 일실시예와 동일 또는 유사하며 중복되는 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서는 냉매라인(41)에서 분기되는 확장라인(422)이 생략될 수 있다.
줄톰슨밸브(61)는 증발가스 압축기(30)에서 3단으로 가압되어 증발가스 열교환기(40A)에서 열교환된 증발가스를 감압시키며, 감압시 증발가스는 냉각효과가 이루어질 수 있다.
여기서, 증발가스 압축기(30)에서 가압된 증발가스는 증발가스 열교환기(40A)에서 액화가스 저장탱크(10)에서 공급된 증발가스와 열교환되어 냉각되나, 압력은 증발가스 압축기(30)에서 토출된 토출압을 유지할 수 있다. 본 실시예는 줄톰슨밸브(61)를 이용해 증발가스를 감압시켜서 증발가스가 냉각되도록 하여, 증발가스를 액화시킬 수 있다. 이때 감압되는 압력 범위가 클수록 증발가스의 냉각효과가 증대될 수 있으며, 일례로 줄톰슨밸브(61)는 증발가스 압축기(30)에 의해 15bar 내지 50bar로 가압된 증발가스를 3bar까지 감압시킬 수 있다. 줄톰슨밸브(61)는 감압을 통해 효과적으로 증발가스를 냉각시켜서 적어도 일부의 증발가스가 액화되도록 할 수 있다.
줄톰슨밸브(61)에 의해 감압되는 증발가스는, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급된 증발가스에 의해 냉각되는 동시에, 기액분리기(70)에서 공급된 플래시 가스에 의해서도 냉각되었기 때문에, 충분히 재액화가 이루어질 수 있다. 즉 본 실시예는, 플래시 가스의 냉열을 활용할 수 있으므로, 증발가스 간의 열교환을 사용하는 것보다도 더욱 높은 재액화 효율을 획득할 수 있다.
기액분리기(70)는 줄톰슨밸브(61)에서 감압된 증발가스에서 기체를 분리한다. 기액분리기(70)에서 증발가스는 액체와 기체로 분리되어 액체는 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체인 플래시 가스는 증발가스 열교환기(40A)로 회수시킨다. 이는 일 실시예에서 기체인 플래시 가스를 플래시가스라인(71)을 통해 배출시킨 것과 차이가 있다.
여기서, 기액분리기(70)에 공급되는 증발가스는, 줄톰슨밸브(61)에서 감압되어 냉각된 상태일 수 있다. 증발가스 압축기(30)에서 3단으로 가압되고, 온도가 상승된 상태의 증발가스는 증발가스 열교환기(40A)로 회수되어 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 -100도 내외의 증발가스 및 -150도 내외의 플래시 가스와 열교환됨으로써, -100도 이하의 온도로 냉각되어 줄톰슨밸브(61)로 공급된다. 이때, 줄톰슨밸브(61)에서 증발가스는 감압에 의해 냉각되어 약 3bar의 압력과 약 -150도 이하의 온도를 가질 수 있다.
이때 증발가스는 3bar에서의 끓는점보다 낮은 온도를 가짐에 따라, 적어도 일부가 액화될 수 있고, 나머지는 기체 상태인 플래시 가스로 존재할 수 있다. 이 경우 플래시 가스 역시 약 -150도의 상태를 가지며, -150도의 플래시 가스는 기액분리기(70)에서 증발가스 열교환기(40A)로 공급되어 증발가스를 냉각시키는데 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 기액분리기(70)로 공급되는 증발가스가 증발가스 열교환기(40A)에서 증발가스 및 플래시 가스에 의하여 충분히 냉각된 후 줄톰슨밸브(61)에서 3bar로 감압되어 냉각되므로, 증발가스의 액화 효율이 개선될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수시키고, 기액분리기(70)에서 발생된 플래시 가스를 증발가스 열교환기(40A)로 회수시켜 증발가스를 열교환시킬 수 있다.
기액분리기(70)에서 증발가스가 액체와 기체로 분리되면, 액화된 증발가스는 회수라인(13)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 회수되고, 기체상태의 플래시가스는 플래시가스 순환라인(72)을 통해 증발가스 열교환기(40A)로 회수될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 외부 열침투에 의하여 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압하여 수요처(20)에 공급하고, 일부 증발가스는 감압하여 액화시키되, 이때 발생한 플래시 가스를 증발가스 열교환기(40A)로 공급하여 증발가스를 열교환시키는데 이용하여 액화효율을 향상시킬 수 있다.
1,2,3: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 증발가스 공급라인 12: 저압 증발가스 공급라인
13: 회수라인 20: 수요처
21: 고압 수요처 22: 저압 수요처
30: 증발가스 압축기 40: 응축기
40A: 증발가스 열교환기 41: 냉매라인
422: 확장라인 51: 팽창기
60,61: 줄톰슨밸브 70: 기액분리기
71: 플래시가스라인 72: 플래시가스 순환라인
80: 증발가스 옵티마이저

Claims (4)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 증발가스 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인 상에 마련되어 증발가스를 다단으로 가압하는 증발가스 압축기;
    상기 증발가스 공급라인에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되는 회수라인;
    상기 회수라인 상에 마련되어 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기;
    상기 기액분리기에서 액체와 분리된 플래시가스가 배출되어 회수되는 플래시가스 순환라인;
    상기 회수라인 상에서 상기 기액분리기의 상류에 마련되되, 상기 플래시가스 순환라인 상에서 상기 기액분리기의 하류에 마련되어, 상기 회수라인을 따라 회수되는 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 및 상기 플래시가스 순환라인을 통해 상기 기액분리기에서 공급되는 증발가스 각각에 의해 열교환시키는 증발가스 열교환기; 및
    상기 회수라인 상에서 상기 증발가스 열교환기와 상기 기액분리기 사이에 마련되어, 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 감압시키는 줄톰슨밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플래시가스 순환라인 상에 마련되되, 상기 증발가스 열교환기의 하류 및 상기 기액분리기의 상류에 마련되어, 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 플래시가스를 냉매를 이용하여 열교환시키고 상기 기액분리기로 공급하는 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 응축기가 마련되며, 플래시가스와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매라인; 및
    상기 냉매라인 상에 마련되어 냉매를 다단으로 가압하는 냉매 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수요처는 고압엔진과 저압엔진을 포함하고,
    상기 증발가스 압축기에서 2단으로 가압된 증발가스는 상기 저압엔진으로 공급되며, 4단 이상으로 가압되는 증발가스는 고압엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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