재액화 전력 소비량을 절감하기 위한 증발가스 처리장치 및방법

근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading)와 같은 구조물 등을 들 수 있다. LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이고, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화 천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화 천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다. 그리고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 본 명세서에서 부유식 해상 구조물이란, 액화가스 운반선, LNG RV 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다. 천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다. 발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다. 종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다. 도 1에는 재액화 장치가 탑재된 부유식 해상 구조물에서의 BOG 처리장치 및 방법을 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 BOG 처리장치는, LNG 등의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크(10)와, 이 저장탱크(10)에서 발생한 BOG를 재액화하여 저장탱크(10)로 복귀시키기 위한 재액화 장치(20)와, 이 재액화 장치(20)로 공급되는 BOG 중 일부를 분기시켜 연료로 사용하기 위한 엔진(30)을 포함한다. 저장탱크(10)로부터 재액화 장치(20)에 BOG를 공급하는 제1 공급 라인(L1)에는 BOG 압축기(21)가 설치되며, 재액화 장치(20)에서 재액화된 BOG는 복귀 라인(L2)을 통하여 저장탱크(10)에 복귀된다. 또한, BOG 압축기(21)의 하류측에서 제1 공급 라인(L1)으로부터 분기된 분리 라인(L4)을 통하여 일부의 BOG가 분기되어 재응축기(31)로 공급된다. 이 재응축기(31)는 저장탱크(10) 내에 저장된 LNG를 엔진(30)에 공급하는 제2 공급 라인(L3)에 설치되며, 재응축기(31)에서 BOG는 저장탱크(10)로부터의 LNG와 혼합되어 냉각 및 응축된 후 펌프(33)에 공급된다. 펌프(33)에서 고압으로 압축된 LNG는 기화기(35)에서 외부로부터 공급된 열에 의해 기화된 후 엔진(30)에 공급된다. 그런데, 종래 기술의 BOG 처리장치에 의하면, 저장탱크(10)에서 발생하는 BOG의 양이 소량인 경우, 예를 들어 밸러스트 항해(one tank ballast voyage)의 경우에, 제1 공급 라인(L1)에 설치된 우회 라인(L5)을 통하여 발생된 BOG를 BOG 압축기(21)를 통하지 않고 직접 재액화 장치(20)에 공급함으로써 BOG를 전량 재액화시켜 저장탱크(10)로 회수한다. 이때 재액화 장치(20)에 포함된 질소 컴팬더(N2 compander)는 아이들 모드 상태로 동작되고 있지만, 대략 700kW라는 전력이 질소 컴팬더의 아이들 모드 운전을 위해 소모되고 있어 전력의 낭비가 심각하다는 문제가 있다.