KR100613430B1

KR100613430B1 - 증발가스 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100613430B1
Application number: KR1020050068244A
Authority: KR
Inventors: 조기헌; 배준홍; 구명준; 최재웅; 하문근
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-08-17

Abstract

본 발명은 부분적인 냉각 질소가스의 순환을 통해 혼합가스를 과냉각 상태로 유지시킴에 따라, 가스운반선 또는 해상 위의 부유식 가스처리 설비 등에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 제어 또는 처리하는 증발가스 처리 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 증발가스 처리 장치는 외부 환경변화에 따라 액화가스저장탱크(10)에서 증발가스가 발생되는 것을 억제하게 계통적으로 결합된 것으로서, 액화가스저장탱크(10)에서 발생한 증발가스 또는 혼합가스를 증발가스압축기(20)로 압축하여 혼합가스저장탱크(30)에 저장하게 결합된 증발가스 전처리 장치(100)와; 상기 혼합가스를 다단계의 압축과 팽창을 통해서 과냉각시키게 결합된 과냉각 장치(200)와; 상기 과냉각된 혼합가스를 액화가스저장탱크(10)로 반송시키게 결합된 반송 장치(300)를 포함한다.

가스운반선, 과냉각, 증발가스, 압축기, 혼합가스, 혼합가스팽창기

Description

증발가스 처리 방법 및 장치{Process and apparatus for boil-off gas treatment}

도 1a는 종래 기술에 따른 LNG 운반선의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 1b는 종래 기술에 따른 LNG 운반선의 질소-메탄분리 방식의 증발가스 재액화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 증발가스 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 장치에 의해 구현되는 증발가스 처리 방법의 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 액화가스저장탱크 20 : 증발가스압축기

30 : 혼합가스저장탱크 31 : 질소개폐밸브

32 : 질소공급라인 33 : 비상용 혼합가스 배출밸브

34 : 비상용 혼합가스 배출라인 40, 41, 42 : 혼합가스압축기

43 : 혼합가스팽창기 50 : 구동 모터

60, 61, 62 : 냉각기 70 : 압력조절기

80 : 혼합가스분사기 100 : 증발가스 전처리 장치

200 : 과냉각 장치 300 : 반송 장치

본 발명은 증발가스 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 액화천연가스(이하, 'LNG'라 칭함), 액화석유가스(이하, 'LPG'라 칭함), 에틸렌, 프로판, 메탄수화물(methanhydrate), 이산화탄소 등과 같이 모든 액화 가능한 종류의 액화가스에 있어서 이들이 외적요인에 의하여 기화되었을 때 이들을 다시 액화시키는 공정에 적용되는 증발가스 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 LNG는 'Liquefied Natural Gas'의 약자로 메탄을 주성분으로 한 혼합가스이며 천연가스를 냉각해서 액화한 청정연료이다.

LNG는 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있다. 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다.

LNG의 경우 원유운반선과 다른 것은 -162℃의 극저온의 액체상태에서 운반하게 되는데, LNG의 기화점이 -162℃로 극히 낮기 때문에 기화를 막기 위하여는 철저한 보온이 필요하다.

그러나 완전한 보온은 실제적으로 불가능하며 선박이 운항하는 동안 약 하루 기준 0.15%의 비율로 액화상태의 LNG가 기체상태의 증발가스로 변화한다.

이러한 이유들로 인하여, LNG 운반선에서는 증발가스를 액화하는 대신 증발가스를 스팀터빈을 구동하기 위한 스팀을 발생시키기 위한 보일러의 연료로 사용하여 왔다.

그러나, 주지되었듯이 스팀터빈의 효율은 30% 정도로 디젤엔진의 경우 50%에 비하면 매우 경제성이 떨어지는 실정이다.

최근 LNG 운반선이 150,000㎥ 급에서 200,000㎥ 급으로 대형화됨에 따라 추진기관은 스팀터빈에서 디젤엔진으로 바뀌는 것이 대세이며, 이는 증발가스를 어떤 방식으로든지 처리해야 할 필요성을 수반한다. 경제성을 고려할 때 증발가스 재액화장치 또는 억제장치가 필요한 실정에 있다.

종래 기술에 따른 LNG 운반선(또는 선박)의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 도 1a에 도시한 바와 같이, LNG 운반선, 가스운반선 등에 사용하는 것으로서, LNG 운반선의 저장탱크(2) 내에서 외부의 열로 인해 기화되어 발생하는 LNG 증발가스(이하, '증발가스'로 칭함)의 재액화 구성을 갖는다.

이런 종래 기술은 증발가스 액화기(1)에서 액화된 액화증발가스(이하, '액화증발가스'라 칭함) 일부, 저장탱크(2)에서 발생한 증발가스 각각을 압축기(3)로 주입시, 압축기(3) 전에 위치한 스프레이냉각기(4)를 개시하고 있다(도 1a에서 아래쪽 위치).

여기서는 액화 증발가스를 액화하기 위하여 증발가스보다 낮은 액화점을 갖는 가스를 주로 냉매로 사용하고 있으며, 이런 냉매로서 질소가스를 사용하는 경우 증발가스와 냉각된 질소가스와의 열교환을 통하여 증발가스를 액화시킬 수 있다.

그러나, 종래 기술의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 증발가스를 압축하며 온도와 유량을 제어하는 공정이나 장치를 구비하지 못하여 증발가스의 양도 매우 큰 편차를 보이며, 이러한 편차는 스프레이냉각기(4)에 영향을 미친다.

즉, 스프레이냉각기(4)를 갖는 종래 기술의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 증발가스의 열원에 의하여 액화증발가스를 기화시키는 방식이기 때문에, 외부 온도가 낮을 경우에는 더욱 더 압축기(3)에 공급되는 증발가스의 양이 줄어들고, 압축기(3)와 열교환기인 증발가스 액화기(1)에 공급되는 인입조건이 증발가스의 온도 또는 유량 양면에서 일정하지 않는 단점을 갖는다.

또한, 종래 기술의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 냉각 질소가스와 증발가스와의 열교환을 위하여 별도의 열교환기가 필요하며 이러한 장치는 공간과 경제성을 현저히 제약하는 단점을 갖는다.

한편, 다른 종래 기술에 따른 LNG 운반선의 질소-메탄분리 방식의 증발가스 재액화 장치는 도 1b에 도시된 바와 같이, 극저온의 상태로 액화된 질소 및 메탄을 실질적으로 포함하는 LNG를 저장 및 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치이다.

상기 종래 기술은 증발가스 액화기(5)에서 액화된 액화증발가스의 일부와, 질소-메탄분리기(6)에서 분리한 액화증발가스 각각을 증발가스 압축기(7)의 후단에 주입한다. 이후, 저온의 질소와 열교환을 하여 액체상태로 될 수 있는 복잡한 구성 및 공정을 통해 증발가스 액화기(5)로 주입되는 증발가스의 온도와 유량을 일정 하게 유지하려는 시도를 하였다.

그러나 역시 질소-메탄분리 방식의 증발가스 재액화 장치도 온도와 유량을 제어할 수 없으며, 또한 증발가스 압축기(7) 후단에 액화증발가스가 주입되기 때문에 증발가스 압축기(7)에서 유량이 불안정할 수 있고, 질소-메탄분리기(6)에서 분리한 액화증발가스가 질소를 포함하지 않기 때문에 운전 중 증발가스의 성분과 일치하지 않아 운전 조건이 불안정하게 되며, 별도의 열교환기를 요구함에 따라 설비 설계가 복잡해지고 공정 단계가 증가되는 문제점을 갖고 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은, 부분적인 냉각 질소가스의 순환을 통해 혼합가스를 과냉각 상태로 유지시킴에 따라, 가스운반선 또는 해상 위의 부유식 가스처리 설비 등에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 제어 또는 처리하는 증발가스 처리 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 LNG, LPG, 에틸렌, 이산화탄소 등 모듈 종류의 액화가스를 운반하는 가스운반선 또는 해상 위에 부유한 상태로 가스를 채굴, 저장, 정화, 액화 및 기화시키는 종합설비를 갖춘 부유식 가스처리 설비에서 발생하는 증발가스를 제어하기 위한 증발가스 처리 방법과, 증발가스의 발생을 근본적으로 제거하게 하는 장치가 기존의 종래 기술과 비교하여 간단한 증발가스 처리 장치에 의해 실현된다.

본 발명에서 간단한 방법이라 함은 증발가스를 액화함에 있어서 별도의 열교 환기를 따로 사용하지 않고 단지 화물창(cargo containment system) 내의 온도를 기화점 이하로 유지시켜 궁극적으로는 액화가스의 기화 요인을 제어하여 증발가스의 액화를 수행할 필요가 거의 없게 만드는 것을 의미한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적들 중 어느 하나는 외부 환경변화에 따라 액화가스저장탱크에서 증발가스가 발생되는 것을 억제하게 계통적으로 진행되는 증발가스 처리 방법에 있어서, 액화가스저장탱크에서 발생한 증발가스 또는 혼합가스를 증발가스압축기로 압축하여 혼합가스저장탱크에 저장하는 증발가스 전처리 단계와; 상기 증발가스 전처리 단계에 사용할 혼합가스를 혼합가스압축기, 냉각기 및 혼합가스팽창기에 통과시켜 과냉각된 혼합가스를 생성하는 다단계의 압축과 팽창을 통한 혼합가스 과냉각 단계와; 상기 과냉각된 혼합가스를 압력조절기에 통과시켜 그의 압력을 상기 압력조절기에 미리 설정된 수치값으로 일정하게 조절한 후 상기 액화가스저장탱크로 반송하는 반송 단계와; 상기 과냉각된 혼합가스에 의하여 액화가스저장탱크의 증발가스 또는 혼합가스가 차있던 부분이 증발가스의 액화온도 보다 낮은 상태에 도달하게 하는 과냉각 상태 유지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 액화가스저장탱크에서 발생한 증발가스 또는 혼합가스를 증발가스압축기로 압축하여 혼합가스저장탱크에 저장하게 결합된 증발가스 전처리 장치와; 상기 혼합가스를 다단계의 압축과 팽창을 통해서 과냉각시키 게 결합된 과냉각 장치와; 상기 과냉각된 혼합가스를 액화가스저장탱크로 반송시키게 결합된 반송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치에 의해 달성된다.

이런 본 발명의 장치는 기존의 종래 기술들의 증발가스 액화 방법을 사용하지 않는 대신, 증발가스보다 더 낮은 온도에서 액상으로 변하는 기체를 냉매로 이용하되, 이는 냉매기체(예 : 질소가스)로 호칭되며 이런 냉매기체를 화물창에 보관된 액화상태의 가스온도 보다 좀더 낮은 상태로 냉각하여 주입하여 화물창 내부의 일부를 과냉각 상태로 만들어 궁극적으로 화물창 내의 증발가스의 발생을 억제하는 방법을 사용한다.

예를 들어, LNG 운반선 내의 LNG의 화물창 내의 온도는 -162℃이지만 LNG보다 더 낮은 액화온도를 갖는 질소가스는 -162℃보다도 낮은 온도에서도 여전히 기체상태로 존재한다. 따라서 일례로 질소가스를 -163 ∼ -165℃ 까지 냉각하여 LNG 운반선의 화물창에서 액화가스저장탱크 내부에 기체상태로 주입한다면, 화물창 중 적어도 LNG가 충만되어 있지 않고 증발가스로 채워져 있는 부분은 -162℃보다도 낮은 온도까지 냉각되는 과냉각상태를 만들 수가 있다. 이러한 과냉각 상태에서 더 이상 증발가스의 발생은 없으며 따라서 과냉각 상태를 유지하기 위한 부분적인 냉각 질소가스의 순환만으로도 증발가스의 발생을 제어할 수 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 증발가스 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 장치에 의해 구현되는 증발가스 처리 방법의 흐름도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 증발가스 처리 장치는 1단계 구성에 해당하는 증발가스 전처리 장치(100)와; 2단계 구성에 해당하여 다단계의 압축과 팽창을 통해서 혼합가스(질소가스 및 증발가스)를 과냉각시키는 과냉각 장치(200)와; 3단계 구성에 해당하여 과냉각된 혼합가스를 액화가스저장탱크(10)로 반송시키는 반송 장치(300)를 포함한다.

본 발명에서 과냉각된 혼합가스는, 액화가스저장탱크 내에서 발생하는 증발가스의 액화점 이하까지 혼합가스를 과냉각시킨 가스를 의미하는 것으로서, 액화가스저장탱크 내의 상층부의 일부온도가 액화가스저장탱크 내의 액화가스의 기화 온도보다 낮아 근본적으로 증발가스의 발생이 없게 하거나 최소화시키는 역할을 담당한다.

본 발명의 증발가스 처리 장치가 처리할 수 있는, 즉 증발가스의 발생을 억제시킬 수 있는 대상으로서, LNG, LPG, 에틸렌, 프로판, 메탄수화물, 이산화탄소 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 증발가스 전처리 장치(100)는 해당 가스운반선 또는 부유식 가스종합설비의 처리 용량에 대응한 내부 체적을 갖는 액화가스저장탱크(10)와; 이런 액화가스저장탱크(10)로부터 발생된 증발가스를 적어도 함유한 혼합가스를 공급 받게 배관된 증발가스압축기(20)를 갖는다.

또한, 증발가스 전처리 장치(100)는 상기 증발가스압축기(20)를 통과하여 압 축된 증발가스와 질소가스를 보관하기 위한 혼합가스저장탱크(30)와; 상기 혼합가스저장탱크(30)에 질소가스를 공급하도록 질소공급라인(32) 상에 결합된 질소개폐밸브(31)를 갖는다.

질소공급라인(32)의 입구단은 도시되어 있지 않지만 가스운반선 또는 부유식 가스종합설비 중 어느 하나에 구비된 질소발생기로부터 질소를 공급 받을 수 있게 배관되어 있다.

또한, 혼합가스저장탱크(30)에는 유량의 들어오고 나감이 일정하게 유지되도록 비상용 혼합가스 배출밸브(33)와 비상용 혼합가스 배출라인(34)이 설치되어 있고, 이런 비상용 혼합가스 배출라인(34) 상에 디지털 유량계 및 압력계(도시 안됨)가 부가적으로 구비되어 있다.

여기서, 비상용 혼합가스 배출라인(34)의 출력측 끝단은 도시되지 않은 선박의 연소장치 또는 보일러로 연결되어 있다.

본 발명의 과냉각 장치(200)는 구동 모터(50)의 구동축상에 일렬로 다단식으로 결합된 복수개의 혼합가스압축기(40, 41, 42)와; 상기 혼합가스압축기(40, 41, 42)의 사이사이를 연결하는 해당 연결라인에 개재되어 단계별로 온도를 낮출 수 있게 결합된 복수개의 냉각기(60, 61, 62)를 갖는다.

구동 모터(50)는 전기적으로 구동된다. 냉각기(60, 61, 62)는 해수, 용수 또는 공기를 사용하여 압축된 혼합가스에서 발생하는 열을 단계적으로 흡수하는 역할을 담당한다.

또한, 과냉각 장치(200)는 상기 냉각기(60, 61, 62) 중에서 최종 위치에 배 치된 마지막 냉각기(62)로부터 출력된 혼합가스를 팽창시키도록 결합된 혼합가스팽창기(43)를 갖는다.

본 발명의 반송 장치(300)는 상기 혼합가스팽창기(43)를 통과함에 따라 과냉각된 상태를 갖게 된 과냉각된 혼합가스의 압력을 조절하기 위해, 상기 혼합가스팽창기(43)의 배출라인에 결합된 압력조절기(70)와; 이런 압력조절기(70)의 출력단으로부터 상기 액화가스저장탱크(10)의 내부까지 연장된 분사라인의 끝단에 결합되어 복수개의 노즐 또는 매니폴더형 출구를 갖는 혼합가스분사기(80)를 구비한다.

본 발명에서는 압력조절기(70)와 혼합가스분사기(80)의 사이에 기체-액체 분리기(도시 안됨)가 더 구비될 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 증발가스 처리 방법에 대해서 상세히 설명하도록 하겠다.

본 발명의 증발가스 처리 방법은 도 3에 도시한 바와 같이 4개의 단계로 이루어져 있고, 외부 환경변화에 따라 LNG저장탱크에서 증발가스가 발생되는 것을 억제하는 방법을 개시한다. 이에 대해 도 2와 도 3을 병행 참조하여 설명하고자 한다.

- 제1단계 : 증발가스 전처리 단계(S100)

액화가스저장탱크(10)에서 발생한 증발가스 또는 혼합가스를 증발가스압축기(20)를 통하여 10bar 이내로 압축하여 혼합가스저장탱크(30)에 저장하는 단계이다. 이때 혼합가스의 양이 미리 정한 소정의 운전조건에 미달 시는 질소개폐밸브(31)를 열어 질소공급라인(32)을 통하여 질소발생기로부터 질소를 공급 받는다.

한편, 본 방법의 운전초기에 즉, 액화가스저장탱크(10)의 상부 혼합가스가 존재하는 부분이 과냉각되지 않은 운전의 초기에는 증발가스의 발생이 지속적으로 감소하는 단계이므로 운전상 주의가 필요하다.

이 경우에는 혼합가스저장탱크(30)에 비상용으로 설치된 비상용 혼합가스 배출밸브(33)와 비상용 혼합가스 배출라인(34)을 통해서 방법상의 유량의 들어오고 나감이 일정하게 유지되도록 한다.

이러한 유량의 조절은 비상용 혼합가스 배출밸브(33)의 압력이 일정압력 이상으로 올라갈 경우에 비상용 혼합가스 배출밸브(33)를 열어서 혼합가스가 이 곳에 명시하지 않은 선박의 연소장치 또는 보일러 등으로 보내어 처리하는 방식이다.

- 제2단계 : 다단계의 압축과 팽창을 통한 혼합가스 과냉각 단계(S110)

혼합가스압축기(40, 41, 42)를 통한 수 차례 압축과 냉각기(60, 61, 62)를 통한 수 차례 냉각을 되풀이하는 동안 온도는 더욱 낮아지고 압력은 높아진다. 마지막으로 혼합가스팽창기(43)를 통과할 때 팽창된 혼합가스의 온도는 과냉각 상태로 도달하게 된다. 이때, 본 발명에서 사용될 액화가스가 LNG인 경우 과냉각의 온도는 -163℃ 이하에서 결정되는 것이 바람직하다.

혼합가스 팽창을 위한 동력은 구동 모터(50)와 압축기(40, 41, 42)의 압축시의 동력을 일부 이용할 수 있도록 혼합가스압축기(40, 41, 42)와 혼합가스팽창기(43)를 직렬로 결합 구성할 수 있다.

- 제3단계 : 과냉각된 혼합가스를 액화가스저장탱크로 반송시키는 반송 단계(S120)

제3단계에서는 앞서 설명한 제2단계(S110)를 통하여 과냉각된 혼합가스가 압력조절기(70)를 통과하면서, 액화가스저장탱크(10)로 반송될 과냉각된 혼합가스의 압력이 압력조절기(70)에 미리 설정된 통상의 압력 조절 수치값으로 일정하게 조절된다.

이때, 과냉각 가스 중에는 액화된 증발가스와 혼합가스가 혼재되어 있을 수도 있으나, 이들은 기체-액체 분리기를 통하여 분리 및 이송하거나 또는 혼재된 상태로 이송되어질 수 있다.

혼합가스분사기(80)는 과냉각된 혼합가스를 액화가스저장탱크(10) 내의 혼합가스가 차있는 공간에 균일하게 분사하여 열교환을 원활하게 만들어 준다.

상술한 바와 같은 과냉각된 혼합가스는 액화가스저장탱크(10) 내에서 발생하는 증발가스의 액화점 이하까지 과냉각되어 있고, 이에 따라 액화가스저장탱크(10) 내의 상층부의 일부온도가 액화가스저장탱크 내의 액화가스의 기화 온도보다 낮아 근본적으로 증발가스의 발생이 없게 하거나 최소화시킨다.

이때, 혼합가스분사기(80)를 통하여 액화가스저장탱크(10)로 분무되는 과냉각된 혼합가스의 유량은 증발가스압축기(20)를 통하여 혼합가스저장탱크(30)에 공급되는 유량과 동일하도록 유지하여, 결국 액화가스저장탱크(10) 내의 압력이 일정하게 유지되도록 한다.

- 제4단계 : 과냉각 상태 유지 단계( S130 )

상술한 제1 내지 제3단계(S100 ∼ S120)를 통하여 순환을 계속하는 동안 과냉각된 혼합가스에 의하여 액화가스저장탱크(10)의 증발가스 또는 혼합가스가 차있던 부분은 증발가스의 액화온도 보다 낮은 상태에 도달하게 되며 이때부터 더 이상 증발가스는 발생하지 않는 상태가 된다.

이때는 오로지 혼합가스가 아닌 냉각가스(질소가스)의 순환만이 이루어지며 이는 계속해서 이루어질 필요가 없다. 즉, 화물창 내의 온도가 증발가스가 발생할 정도까지 상승 시에만 냉각가스의 순환이 이루어질 수 있도록 통상적인 온도유지용 운전로직이 사용된다.

상기 온도유지용 운전로직은 상술한 단계들을 반복하는 가운데, 증발가스만을 직접 압축 및 팽창시켜 냉각하는 것이 아니라, 질소발생기와 같이 외부로부터 공급된 질소가스를 증발가스에 혼합시킨 혼합가스를 압축 및 팽창시켜 과냉각된 혼합가스로 만든 후 액화가스저장탱크의 내부로 반송시킴에 따라, 결국 액화가스저장탱크의 내부에서 증발가스의 양보다 질소가스의 양이 훨씬 많게 조성시키는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 기술적 사상과 구성 및 장치적 결합관계는 모두 동일하게 LNG 가스운반선에 적용되며, 이때의 혼합가스는 LNG와 질소로 구성되는 것이 바람직하다.

같은 방식으로, 본 발명의 기술적 사상과 구성 및 장치적 결합관계는 모두 동일하게 이산화탄소 운반선에 적용되며, 이때의 혼합가스는 이산화탄소와 질소로 구성되는 것이 바람직하다.

역시 같은 방식으로, 본 발명의 기술적 사상과 구성 및 장치적 결합관계는 모두 동일하게 LPG 운반선에 적용되며, 이때의 혼합가스는 LPG와 질소로 구성되는 것이 바람직하다.

마지막 같은 방식으로, 본 발명의 기술적 사상과 구성 및 장치적 결합관계는 모두 동일하게 메탄수화물 운반선에 적용되며, 이때의 혼합가스는 메탄과 질소로 구성되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 증발가스 처리 방법은 액화가스저장탱크 내의 증발가스를 액화하여 처리하지 않고 증발가스의 발생을 억제하여 처리하는 방식을 사용하므로 증발가스의 유량과 온도가 외부환경에 의하여 변화가 심할 경우에도 기존의 액화처리하는 방식과 비교할 때 운전에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 증발가스 처리 장치는 증발가스와 냉매가스인 질소가스를 열교환하기 위한 열교환기가 불필요하여 설비의 설치 공간이 축소되고 경제성이 현격히 증대된다. 이는 열교환기를 사용시 증발가스의 온도가 불규칙하게 변할 때 열교환기가 치명적으로 받는 열에 의한 스트레스 등 운전상의 문제점을 제거시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 증발가스 처리 방법 및 장치는, 기존의 증발가스 액화처리법에서 증발가스가 계속해서 발생하기 때문에 계속해서 설비를 가동해야 하는 것과 달리, 화물창의 일부가 과냉각 상태에 도달하게 되면 더 이상의 증발가스 발생이 없기 때문에 고냉각 상태를 유지하기 위한 최소한의 동력 소비만이 요구되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 증발가스 처리 방법 및 장치는 향후 LNG와 유사한 프로판과 같은 천연가스나 이산화탄소, 메탄수화물과 같은 천연가스수화물 등의 기화성 성질을 갖는 물질을 운반할 때 이들을 재처리할 수 있는 개념을 제공해주는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

외부 환경변화에 따라 액화가스저장탱크에서 증발가스가 발생되는 것을 억제하도록 계통적으로 진행되는 증발가스 처리 방법에 있어서,

액화가스저장탱크에서 발생한 증발가스 또는 혼합가스를 증발가스압축기로 압축하여 혼합가스저장탱크에 저장하는 증발가스 전처리 단계와;

상기 증발가스 전처리 단계에 사용할 혼합가스를 혼합가스압축기, 냉각기 및 혼합가스팽창기에 통과시켜 과냉각된 혼합가스를 생성하는 다단계의 압축과 팽창을 통한 혼합가스 과냉각 단계와;

상기 과냉각된 혼합가스를 압력조절기에 통과시켜 그의 압력을 상기 압력조절기에 미리 설정된 수치값으로 일정하게 조절한 후 상기 액화가스저장탱크로 반송하는 반송 단계와;

상기 과냉각된 혼합가스에 의하여 액화가스저장탱크의 증발가스 또는 혼합가스가 차있던 부분이 증발가스의 액화온도 보다 낮은 상태에 도달하게 하는 과냉각 상태 유지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 증발가스 전처리 단계에서는, 상기 혼합가스의 양이 운전조건에 미달 시, 질소개폐밸브를 열어 질소공급라인을 통하여 질소발생기로부터 질소를 공급 받 는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 반송 단계에서는, 상기 과냉각된 혼합가스가 상기 증발가스의 액화점 이하까지 과냉각되어 있음에 따라, 상기 액화가스저장탱크 내의 상층부의 일부온도가 액화가스저장탱크 내의 액화가스의 기화 온도보다 낮아 근본적으로 증발가스의 발생이 없게 하거나 최소화시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 반송 단계에서는, 혼합가스분사기를 통하여 액화가스저장탱크로 분무되는 과냉각된 혼합가스의 유량이, 상기 증발가스압축기를 통하여 상기 혼합가스저장탱크에 공급되는 유량과 동일하도록 유지하여 상기 액화가스저장탱크 내의 압력이 일정하게 유지되게 하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 과냉각 상태 유지 단계에서는 액화가스저장탱크의 내부에서 증발가스의 양보다 질소가스의 양이 훨씬 많게 조성시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
외부 환경변화에 따라 액화가스저장탱크에서 증발가스가 발생되는 것을 억제하게 계통적으로 결합된 증발가스 처리 장치에 있어서,

액화가스저장탱크에서 발생한 증발가스 또는 혼합가스를 증발가스압축기로 압축하여 혼합가스저장탱크에 저장하게 결합된 증발가스 전처리 장치와;

상기 혼합가스를 다단계의 압축과 팽창을 통해서 과냉각시키게 결합된 과냉각 장치와;

상기 과냉각된 혼합가스를 액화가스저장탱크로 반송시키게 결합된 반송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 증발가스는 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 에틸렌, 프로판, 메탄수화물, 이산화탄소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 증발가스 전처리 장치는 상기 혼합가스저장탱크에 유량의 유입 및 유출 을 일정하게 유지시키도록 비상용 혼합가스 배출밸브와 비상용 혼합가스 배출라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 증발가스 전처리 장치는 상기 증발가스압축기를 통과하여 압축된 증발가스와 질소가스를 보관하기 위한 혼합가스저장탱크와; 상기 혼합가스저장탱크에 질소가스를 공급하도록 질소공급라인 상에 결합된 질소개폐밸브를 포함하고,

상기 질소공급라인의 입구단이 상기 가스운반선 또는 상기 부유식 가스종합설비 중 어느 하나에 구비된 질소발생기로부터 질소를 공급 받을 수 있게 배관되어 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 과냉각 장치는 구동 모터의 구동축상에 일렬로 다단식으로 결합된 복수개로 이루어진 혼합가스압축기와; 상기 혼합가스압축기의 사이사이를 연결하는 연결라인에 개재되어 단계별로 온도를 낮출 수 있게 결합된 복수개의 냉각기와; 상기 냉각기 중에서 최종 위치에 배치된 마지막 냉각기로부터 출력된 혼합가스를 팽창시키도록 결합된 혼합가스팽창기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 반송 장치는 상기 혼합가스팽창기를 통과함에 따라 과냉각된 상태를 갖게 된 과냉각된 혼합가스의 압력을 조절하기 위해, 상기 혼합가스팽창기의 배출라인에 결합된 압력조절기와; 상기 압력조절기의 출력단으로부터 상기 액화가스저장탱크의 내부까지 연장된 분사라인의 끝단에 결합되어 복수개의 출구를 갖는 혼합가스분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 장치.