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KR20010041874A - 수송선상에서 액화천연가스를 가스화하는 방법 및 시스템 - Google Patents

수송선상에서 액화천연가스를 가스화하는 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20010041874A
KR20010041874A KR1020007010170A KR20007010170A KR20010041874A KR 20010041874 A KR20010041874 A KR 20010041874A KR 1020007010170 A KR1020007010170 A KR 1020007010170A KR 20007010170 A KR20007010170 A KR 20007010170A KR 20010041874 A KR20010041874 A KR 20010041874A
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KR
South Korea
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lng
natural gas
ship
vaporizer
seawater
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KR1020007010170A
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던래비데이비드리
스코트토마스글렌
제드닉제이주라지
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데니스 피. 산티니
모빌 오일 코포레이션
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Publication date
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Abstract

본 발명은 재기화된 천연 가스를 육상으로 운송하기 이전에, 수송선상에서 LNG를 가스화하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 LNG의 압력은 상기 LNG가 액체 상태로 있으면서 상기 기화 장치를 통해 유동하기 전에 상승되게(21) 되고, 상기 기화 장치는 수송선상에 위치되어 있다. 상기 수송선을 둘러싸는 수중으로부터 취해진 해수는 기화 장치(25)를 통과하여 상기 LNG를 천연 가스로 기화시키고, 그후, 천연 가스가 육상 설비로 하역되게 된다.

Description

수송선상에서 액화천연가스를 가스화하는 방법 및 시스템{Regasification of LNG aboard a transport vessel}
세계의 수많은 원격지에서 고체적의 천연가스(즉, 주로 메탄)가 생산된다. 이 가스는 시장으로 경제적으로 운송될 수만 있다면, 충분한 가치를 가지고 있다. 생산지가 시장에 인접하고 두 지역 사이의 영역을 활용할 수 있다면, 상기 가스는 일반적으로 수중 및/또는 지상의 배관을 통해 운송된다. 그러나, 배관을 설치하는 것이 불가능하거나, 경제적이지 못한 위치에서 생산되는 가스에 대해서는 시장으로 이 가스를 운송하기 위해 다른 방법이 사용되어야만 한다.
원격지에서 생산된 가스를 시장으로 운송하는 가장 일반적인 방법으로서는 가스를 생산지 또는 그 인접 지역에서 액화하고, 그후, 액화천연가스(LNG)를 특별히 설계된 저장 탱크에 담아 해상 운송선 또는 수송선으로 운반한다. 상기 천연 가스는 압축 및 극저온(예로서, -160℃)으로 냉각되게 되고, 그에 의해 저장 탱크에 담을 수 있는 가스량을 현저히 증가시키게 된다. 상기 수송선이 그 목적지에 도착하면, LNG는 액체상태로 하역되고, 저장 탱크로부터 LNG를 필요에 따라 재기화하여 가스 상태로 배관 등을 통해 사용자에게 운송하게 된다.
LNG 시장이 잘 형성되어 있고, 천연가스에 대한 수요가 안정적으로 증가하는 곳에는 영구적인 육상 저장 및 가스화를 위한 설비를 건설 및 관리하는 것이 이 시장에 대한 서비스를 위해 용이하고, 경제적으로 부합되는 일이다. 그러나, 관련된 비용 및 기간으로 인하여, 필요한 영구적인 육상 설비를 건설 및 관리하는 것이 경제적으로 적합하지 못한, 단기간, 계절적 또는 주기적 특성을 가진 잠재적인 시장이 있다. 이는 그 시장내의 수요자들이 상대적으로 저가인 에너지를 사용할 수 없게하고, 천연 가스 생산자들은 판매의 기회를 잃게 된다.
최근, 천연 가스를 시장으로 운송하고, 수송선상에서 LNG를 재기화한 후, 가스를 육상의 배관으로 하역하는 방식이 제안되었다("AN ECONOMIC SYSTEM FOR LIQUEFACTION, TRANSPORTATION, AND REGAS OF NATURAL GAS USING SURPLUS LNG CARRIERS" The Society of Naval Architects and Marine Engineers, No. 1, by Gary W. Van Tassel and John W. Boylston, presented at International Maritime Symposium, Waldorf Astoria Hotel, N.Y., 1984.9.27-28. 참조; 하기에는 "논문"이라 지칭함). 상기 논문에 개시된 방법에서는 수송선의 저장 탱크에 싣기 전에 생산지에서 천연가스를 압축, 냉각하여 LNG로 변환하게 되며, 상기 수송선에는 수송선이 그 하역 목적지에 도달하였을 때 수송선상에서 LNG를 재기화하기 위한 선상 기화장치가 제공되어 있다.
상기 수송선이 그 목적지에 도달하였을때, LNG는 선상 저장 탱크로부터 인출되고, LNG가 여전히 액체인 상태로 LNG 부스터 펌프를 통해 그 압력이 상승된다. 그후, 상기 LNG는 선상 기화장치를 통과하여 기체 상태(즉, 천연 가스)로 재기화되고, 그후, 가스는 육상으로 유동되고, 배관을 통해 시장으로 운송된다. 하역장소에서 LNG 저장을 위해 수송선상의 탱크를 사용하고, 그후, 가스가 육상으로 하역되기 전에 LNG를 재기화함으로써, 하역 장소에서 고가의 육상 저장 탱크와 영구적인 재기화 설비를 설치할 필요가 없어진다. 또한, 선상에서 여전히 액체 상태로 있는 동안 LNG의 압력이 상승되기 때문에, 육상 배관을 통해 재기화된 천연 가스를 유동시키는데 필요한 압축기 마력의 양도 현저히 감소된다.
그 수송선상에서 LNG를 재기화하는 것은 상술한 바와 같은 현저한 다수의 장점을 제공하지만, 안전성 및/또는 생태학에 관련하여서는 종래 기술의 LNG 선상 재기화장치가 바람직하다. 예로서, 상술한 논문에 개시된 시스템은 LNG의 재기화를 위한 선상 기화장치에서 열교환 매체로서 선박의 보일러로부터의 증기를 사용하는 것을 제안하고 있다. 활성적인 증기는 배관에 의해 기화장치로 안내되어 기화장치를 통과하게 되고, 상대적으로 고압 및 고온상태이기 때문에, 선박 및 선원에 대한 안전성을 저해한다. 부가적으로, 선박이 여러날동안 지연되게되면, 응축된 오염물이 목적하는 작업 및 경제성에 극도의 부정적인 결과를 초래한다.
최근에는 선박상의 기화장치를 위한 열교환 매체로서 증기로 가열된 물과 글리콜의 혼합물을 사용하는 방식이 제안되어 있다. 여기서도, 상기 증기는 선박의 보일러로부터 취해지게 되며, 따라서, 하역 작업 동안 보일러를 가동한 상태로 유지할 필요가 있다. 또한, 활성화된 증기를 선박상의 다수의 열 교환기로 안내하는 것은 상기 증기 배관이 파손되거나, 누출되어 새어나올 수 있기 때문에 선원들을 잠재적인 위험에 노출되게 만든다. 부가적으로, 글리콜의 독성으로 인하여, 리를 사용하는 것은 글리콜을 선박상에서 취급하는 사람의 안전성에 대한 위험 및 글리콜을 수반한 라인이 하역동안 파열 또는 누출되는 경우의 주변 환경에 대한 위험을 수반하고 있다. 따라서, 선원이나 환경에 대한 위험을 최소화하는 선박상에서 LNG를 재기화하는 시스템이 필요하다.
본 출원은 1998년 3월 18일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제 60/078438호를 우선권으로 주장하는 출원이다.
본 발명은 액화천연가스(LNG)를 가스상태로 육상으로 운송하기 이전에 해상 수송선상에서 가스화하는 것에 관한 것으로, 수송선상에서 LNG를 기화하기 위한 열 교환 매체로서 순환하는 해수를 활용하는 방식의, 재기화된(revaporized) LNG가 육상으로 운송되기 이전에 수송선상에서 LNG를 가스화하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 개선된 일반적인 LNG 수송선이 하역 터미널에 정박한 상태를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 선상 가스화시스템의 개략적인 플로우 다이어그램.
도 3은 도 1의 선박의 부분 파단 측면도.
도 4는 도 3의 평면도.
도 5은 도 2의 시스템의 확장된 개략적인 플로우 다이어그램.
도 6은 본 발명의 시스템을 사용하는 기화장치를 예시하는 확대도.
본 발명은 수송선상에서 LNG를 재기화하고 그후, 재기화된 천연 가스를 육상으로 운송하는 방법 및 시스템을 제공한다. 기본적으로, 이는 수송선상의 LNG 저장 탱크로부터의 LNG를 상기 선박상에 위치된 기화장치로 유동시키는 것에 의해 달성된다. 선박을 둘러싸는 수중으로부터 취해진 해수가 상기 기화장치를 통과하게 되고, 그래서, 기화장치내의 LNG를 가열하여 상기 LNG를 천연가스로 환원시키며, 그후, 상기 천연가스가 선박상의 기화장치로부터 육상 설비로 운송되게 된다.
상기 LNG는 액체상태에서 고압(예로서, 80-100 바아)으로 승압되게 되고, 그후, 기화장치를 통과하게 된다. 이는 실질적으로 동일한 압력으로 기화장치로부터 배출되는 기화된 가스가 육상으로 유동할 수 있게 해주며, 소정의 부가적인 압축 없이도 목적하는 설비로 육상 배관을 통해 유동할 수 있게 해준다. 상기 기화 장치에 사용되는 해수는 상기 수송선을 둘러싸는 수중으로부터 입구를 통해 취해지게 되고, 상기 기화 장치로부터 배출되어 상기 입구로부터 이격되어 있는 지점에서 수중으로 복귀되며, 따라서, 냉각되어 있는 배기된 물은 상기 기화 장치를 통해 재순환되지 않는다.
본 발명을 수행하는 장치는 기본적으로 상기 수송선이 하역 목적지에 정박된 후 상기 수송선상에서 상기 저장 탱크로부터 LNG를 수납 및 기화하도록 사용되는 상기 수송선상에 위치된 기화 장치 열(vaporizer train)을 포함한다. 각 기화 장치 열은 상기 LNG가 상기 수송선상에 위치된 기화 장치를 통과하기 이전에 상기 저장 탱크로부터 LNG를 수납하여 상기 LNG의 압력을 상승시키는 부스터 펌프로 구성된다. 상기 기화 장치는 입구와 출구를 구비하는 하우징으로 구성되고, 상기 입구와 출구는 상기 기화 장치를 통해 해수를 유동시킴으로써 상기 LNG를 가열 및 기화하여 LNG가 기화 장치로부터 배출되기 이전에 천연가스로 복귀시킨다. 상기 기화 장치의 입구는 상기 선박을 둘러싸는 수중으로부터 직접적으로 해수를 수납하도록 적용되고, 상기 출구는 상기 해수가 상기 기화 장치를 통과한 이후에 수중으로 해수를 배출시키도록 적용된다. 상기 기화 장치의 입구와 출구는 서로 소정 거리(예로서, 18 m 이상)만큼 이격되어 차가운 배출된 해수가 재순환되는 것을 방지한다.
상기 액체 상태의 LNG의 압력을 상승시키고, 그후, 상기 LNG가 수송선으로부터 육상 설비로 하역되기 이전에 상기 수송선상에서 LNG를 가스화함으로써, 육상 저장 탱크의 필요성과, 압축기 마력의 대량화의 필요성이 제거되고, 그에 의해, LNG의 새로운 시장을 개척할 수 있다. 부가적으로, 기화 장치상에서 주된 열 교환 매체로서 해수를 사용함으로써, 본 발명은 안전하고, 생태학적으로 친화성이 있는 방법 및 시스템을 제공하며, 이는 하역 도중 선원 및 작업자에 대한 위험을 최소화해준다.
첨부된 도면을 참조로 하기에 본 발명의 명백한 장점과, 실제 구성 작동에 대하여 설명하며, 상기 도면에서, 동일한 부분은 동일한 참조 부호가 부여되어 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 그 하역 목적지에 정박된 해상 액화천연가스(LNG) 수송선(10)을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 수송선(10)은 굵은 밧줄(12)에 의해 저면이 지지된 오프쇼어 정박 구조물이나 플랫폼(11)에 고정되어 있으며, 하역 작업 동안 예인선(15)등에 의해 "웨더-베인드(weather-vaned)" 위치에 유지되게 된다. 상기 선박(10)으로부터 하역 운송 라인(13)이 무어(moor; 11)상의 스위벌(swivel) 등을 통해 수중 배관(14)에 유체 소통식으로 연결되고, 상기 수중 배관은 순차적으로 상기 수송선(10)으로부터의 수하물을 육상 배관(17a)으로 전달하며, 상기 육상 배관은 순차적으로 상기 가스를 최종 사용 설비(17)로 전달한다.
본 기술 분야의 숙련자들이 알고 있는 바와 같이, 이는 천연가스를 생산지 또는 생산지에 인접한 장소에서 압축 및 냉각하여 액화 천연 가스(LNG)를 형성하고, 이를 수송선(10)상의 전용 저장 탱크(16)에 담아 시장으로 운송하는 것은 공지되어 있는 방식이다. 일반적으로, 수송선(10)이 그 목적지에 도착하였을 때, 상기 선박은 부두(11)에 정박되고, 상기 LNG는 액체상태로 육지로 하역되며, 그곳에서, 저장 및/또는 재기화된후 가스상태로 최종 사용자에게 보내지게 된다. 이는 육상 저장소 및 압축 설비를 구축 및 유지할 필요성을 유발시키고, 이들이 시간 및 비용 소모를 수반하고 있기 때문에, 다수의 작은 또는 스폿(spot) 시장에는 서비스를 제공하지 못하고 있다.
본 발명에 따라서, 상기 탱크(16)로부터의 LNG는 수송선(10)상에서 재기화되고, 그후, 가스 상태로 상기 수송선으로부터 육상 배관(17a)으로 하역되게 된다. 이는 육상 저장 탱크의 필요성을 제거하며, 완전히 없애지는 못하더라도, 최종 사용자들에게 가스를 공급하는데 필요한 압축기 마력을 현저히 감소시킨다.
본 발명에 따라 선상에서 LNG를 재기화하는 시스템이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 일반적으로, 상기 LNG는 -162℃ 근방의 온도와 대기압하에서 액체 상태로 탱크내에 저장된다. 수송선(10)이 무어(11)에 견고하게 정박되고, 운송 라인(13)이 적합하게 연결되면, LNG는 수중 펌프(18)에 의해 탱크(16)로부터 라인(20)을 통해 펌핑되고, 6바아의 압력으로 부스터 펌프(21)로 전달된다. 순차적으로, 부스터 펌프(21)는 상기 LNG의 압력을 현저히 상승(예로서, 80-100 바아로)시키고, 그후, 상기 LMG는 라인(22)을 통해 기화장치(25)를 통과하게 된다. 열교환 매체로서 생태학적으로 친화성을 가진 해수를 사용하는 기화장치(25)는 LNG를 기화시켜 천연가스로 복귀시키고, 그후, 상기 천연가스는 운송 라인(13)과 수중 배관(14)을 통해 육상으로 유동된다(도 1 참조).
주된 열교환 매체로서 해수를 사용할 수 있는 다양한 형태의 기화 장치가 본 발명에 사용될 수 있으며, 그 예로서는 일본 동경에 소재하는 고베 스틸 리미티드로부터 공급되는 "TRI-EX" 중간 유체형 LNG 기화장치 등이 있다. 이런 형태의 기화장치는 도 6에 도시되어 있고, 예열 섹션(30)과 최종 가열 섹션(31)을 구비한 하우징(29)으로 구성되어 있다. 예열 섹션(30)은 그를 통해 연장되는 복수개의 파이프(32)를 구비하고, 이는 상기 섹션(30)의 각 단부에 위치된 매니폴드(34, 35)와 유체 소통식으로 연결되어 있고, 최종 가열 섹션(31)은 그를 통한 복수개의 파이프(36)를 구비하고 있으며, 이는 상기 섹션(31)의 각 단부에 위치된 매니폴드(35, 37)에 유체 소통식으로 연결되어 있다.
수중의 선박(10)으로부터 직접적으로 수집되는 해수는 흡입 또는 입구 라인(40)을 통해 매니폴드(37)로 펌핑된다. 상기 해수는 최종 가열 섹션(31)내의 파이프(36)를 통해 매니폴드(35)내로 유동하며, 그후, 예열 영역(30)내의 파이프(32)를 통해 매니폴드(34)로 유동하게 되고, 그로부터 상기 해수는 출구 라인(41)을 통해 바다로 배출되게된다.
작동시, 상기 부스터 펌프(21)로부터의 LNG는 입구 라인(22)을 통해 루프형 도관(33)내로 유동하게되고, 상기 루프형 도관은 기화 장치(25)의 예열 섹션(30)내에 위치되어 있으며, 상기 기화 장치는 순차적으로, 그 하부에 증발형 냉매(예로서, 프로판)의 "영구적" 배쓰(38; bath)를 포함하고 있다. 상기 파이프(32)를 통해 유동하는 해수는 상기 배쓰(38)내의 프로판을 가열하여 상기 프로판이 증발하게하고, 예열 섹션(30)내에서 상승하게 한다. 상기 프로판 가스가 루프형 도관(33)과 접촉할 때, 이는 그를통해 유동하는 극도로 차가운 LNG에 열을 제공하게되고, 그로인해 다시 상기 배쓰(38)내로 하강하게 되며, 그에 의해, 예열 영역(30)내의 프로판의 연속적인 순환 "가열" 사이클을 형성한다.
예열 섹션(30)을 구비한 코일형 도관(33)내에서 상기 LNG가 "가열"된 이후에, 상기 LNG는 라인(41)을 통해 최종 가열 섹션(31)으로 유동되게 된다. 섹션(31)내의 배플(42; baffle)은 LNG가 토어터스형(tortuous) 통로를 통해 파이프(36)와 접촉하면서 유동하게하고, 그곳에서 상기 파이프(36)내의 해수로부터의 열이 LNG와 교환되어 LNG가 운송 라인(13)을 통해 기화 장치(25)로부터 배출되기 전에 완전히 기화되도록 한다. 이때 수반되는 특정 조건에 따라서, 배출되는 LNG의 온도는 해수 온도보다 10℃ 낮고, 압력은 80-100 바아의 범위이내이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실제 시스템의 세부적인 레이아웃이 예시되어 있으며, 이는 일반적인 LNG 수송선(10)상에 원래부터 설치되거나, 상기 수송선(10)을 개조하는 형태로 장착될 수 있다. 이들 도면에 포함된 시스템은 복수개(예로서, 두 개)의 독립적인 기화 장치 열(25a, 25b)로 구성되어 있다. 각 독립적인 열(25a, 25b)은 각각 기본적으로 동일한 구조를 가지고 있으며, 상술한 바와 동일한 방식으로 작동한다. 상기 열들은 상기 수송선(10)의 대향 측면상에 위치되며(도 4 참조), 병렬적으로 작동하고, 양 기화 장치 열(25a, 25b)로부터의 출구는 기화된 천연 가스를 육상으로 운송하기 위한 운송 라인(13)내로 유체 소통식으로 접속된다.
특히, 도 3을 참조하면, 상기 기화 장치(25)의 입구(40)는 수위 아래에 위치되어 그내부에 해수를 수집하고 있는 "시 체스트(sea chest)"에 유체 소통식으로 연결된다. 상기 출구(41)는 상기 입구(40)로부터 충분한 거리(d; 예로서, 18미터 이상)로 이격되어 있으며, 그래서, 출구(41)로부터 배출되는 "냉각된" 물이 상기 시 체스트(50)내로 다시 흡입되지 않도록 한다. 이는 상기 출구(41)로부터의 현저히 차가운 물(즉, 기화 장치(25)내에서 열교환이 이미 수행된 물)이 기화장치를 통해 재순환되는 것을 방지하고, 만약, 이 재순환이 이루어진다면, 기화장치의 가열 효율이 현저히 감소되게 된다.
본 발명은 수송선상에서 열교환 매체로서 해수를 사용하여 LNG를 가스화한 후, 재기화된 천연 가스를 육상 설비로 운송하는 방법을 제공하며, 본 발명에 따라서, 안전하면서, 환경에 대해 거의 무해한 생태학적으로 친화성이 있는 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 가스 상태로 하역하기 이전에, 액화 천연 가스(LNG) 수송선상에서 액화천연가스를 가스화하는 방법에 있어서,
    운송 동안 LNG를 저장하기 위한 수송선상의 저장 탱크로부터 상기 수송선상에 위치된 기화 장치를 통해 상기 LNG를 유동시키는 단계와,
    수송선을 둘러싸는 수중으로부터 취해진 해수를 상기 기화 장치를 통해 유동시켜 상기 기화 장치내의 LNG를 가열하여 천연 가스로 재기화시키는 단계와,
    상기 천연 가스를 상기 수송선상의 기화 장치로부터 육상 설비로 운송하는 단계를 포함하는 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LNG가 상기 기화 장치를 통과하기 이전에, 액체 상태의 LNG의 압력을 상승시키는 단계를 포함하는 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 LNG의 압력은 상기 LNG가 상기 기화 장치를 통과하기 이전에 80 내지 100 바아 범위의 압력으로 상승되는 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기화장치로부터 수중으로 배출되는 해수는 상기 해수가 수중에서 취해지는 위치로부터 18m 이상 이격되어 있는 지점에서 배출되는 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 방법.
  5. 가스 상태로 하역하기 이전에, 액화 천연 가스(LNG) 수송선상에서 액화천연가스를 가스화하는 시스템에 있어서,
    운송 동안 LNG를 저장하기 위한 수송선상의 저장 탱크와,
    상기 수송선상에 위치되어 상기 저장 탱크로부터 LNG를 수납하도록 적용되는 기화 장치와,
    상기 기화 장치를 통해 해수를 유동시켜 상기 기화 장치내의 LNG를 가열하여 상기 LNG를 천연가스로 재기화시키는 수단과,
    상기 수송선상의 기화 장치로부터 천연가스를 육상 설비로 운송하도록 상기 기화 장치에 유체 소통식으로 접속된 운송 라인을 포함하는 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 LNG가 상기 기화 장치를 통과하기 이전에 액체 상태의 LNG의 압력을 상승시키는 수단을 포함하는 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 시스템.
  7. 제 7 항에 있어서, 상기 기화 장치는 상기 수송선을 둘러싸는 수중으로부터 직접적으로 해수를 수납하도록 적용되는 입구와,
    상기 해수가 상기 기화 장치를 통과한 이후에 상기 해수를 수중으로 배출하도록 적용되는 출구를 포함하고,
    상기 입구와 출구 사이의 거리는 18m 이상인 수송선상에서 액화 천연 가스를 가스화하는 시스템.
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