대기를 이용하여 직접 및 간접의 조합에 의한 ＬＮＧ의 재기화 document_id A220623108544

천연가스는 석탄 또는 석유보다 적은 배출물 및 오염물을 생성하므로 가장 청정하게 연소하는 화석연료이다. 천연가스(NG)는 일상적으로 액화천연가스(LNG)로서 액체상태로 일 지점에서 다른 지점으로 수송된다. LNG가 차지하는 부피는 동일한 양의 천연가스가 기체상태에서 차지하는 부피의 약 1/600 만을 차지하므로 에 안되기 때문에 천연가스를 액화하면 보다 경제적으로 수송할 수 있게 된다. 일 지점에서 다른 지점으로의 LNG의 수송은 "LNGC들"로 불리며 극저온 저장능력을 가지는 이중선체 원양 선박들을 이용하여 이루어지는 것이 가장 일반적이다. LNG는 대체로 LNGC 선상의 극저온 저장탱크들에 저장되며, 상기 저장탱크들은 대기압하 또는 대기압보다 약간 높은 압력에서 작동한다. 현존하는 대다수의 LNGC들은 120,000㎥ 내지 150,000㎥의 크기 범위의 LNG 화물저장능력을, 일부 LNGC들은 264,000㎥에 이르는 저장능력을 가진다. LNG는 최종사용자들의 배달조건들에 맞는 온도 및 압력으로 파이프라인 또는 다른 분배네트워크를 통하여 최종사용자들에게 분배되기 전에 일반적으로 천연가스로 재기화된다. 상기 LNG의 재기화는 정해진 압력에서 LNG의 끓는점 이상으로 LNG의 온도를 상승시킴으로써 달성되는 것이 가장 일반적이다. LNGC는 일반적으로 어느 국가에 위치된 "수출터미널"에서 LNG 화물을 수취하고, 다른 국가에 위치된 "수입터미널"에서 화물을 전달하기 위하여 대양을 항해한다. 수입터미널에 도착하면, 상기 LNGC는 전통적으로 부두 또는 방파제(jetty)에 정박하고, 상기 LNG를 액체로 수입터미널에 위치된 해안의 저장 및 재기화시설로 하역한다. 상기 해안의 재기화시설은 일반적으로 다수개의 히터들 또는 기화기들, 펌프들, 및 압축기들을 포함한다. 이와 같은 해안의 저장 및 재기화시설들은 일반적으로 크고 건조 및 작동에 수반되는 비용들은 상당히 많다. LNG의 재기화는 일반적으로 다음과 같은 세가지 타입의 기화기들 중 어느 하나를 이용하여 수행된다: 개방 랙(Open rack) 타입, 매개유체 타입 또는 수중연소 타입. 개방 랙 타입 기화기들은 일반적으로 LNG의 기화를 위한 열원으로 해수를 이용한다. 이러한 기화기들은 히터 외부로의 1회통과 해수유동을 기화를 위한 열원으로 이용한다. 이러한 기화기들은 물의 결빙으로 방해하지 않으며, 작동 및 유지가 용이하나, 건조 비용이 비싸다. 상기 기화기들은 일본에 널리 사용된다. 상기 기화기들의 미국 및 유럽에서의 사용은 제한되며, 여러 가지 이유들 때문에 경제적으로 정당화하기 어렵다. 첫째 현재 허용되는 환경은 해양 생물의 환경적 고려로 인하여 매우 차가운 온도로 바다에 해수를 되돌리는 것을 허용하지 않는다. 또한 미국 남부와 같은 해변의 바다들은 대개 깨끗하지 않고 여과가 필요할 수 있는 많은 부유물질들을 포함하고 있다. 이러한 제한들 때문에 개방 랙 타입 기화기들을 미국에서 사용하는 것은 환경적으로 그리고 경제적으로 알맞지 않다. 물 또는 스팀(steam)으로 직접 가열하여 액화천연가스를 기화하는 대신에, 매개유체 타입의 기화기들은 프로판, 불소화 탄화수소들 또는 낮은 어는점을 가지는 유사 냉각제를 사용한다. 액화천연가스의 기화를 위한 상기 냉각제의 증발 및 응축을 이용하기 위하여 상기 냉각제는 뜨거운 물 또는 스팀으로 먼저 가열된다. 이러한 타입의 기화기들은 개방 랙 타입보다 건조하기 위한 비용이 적으나, 뜨거운 물 또는 스팀의 준비를 위하여 버너와 같은 가열수단이 필요하고, 따라서 연료 연소 때문에 작동하는데 비용이 비싸다. 수중연소 타입의 기화기들은 물에 잠긴 튜브를 포함하며, 상기 튜브는 버너로부터 분사되는 연소가스로 가열되다. 매개유체 타입과 같이, 수중연소 타입의 기화기들은 연료비용을 수반하며, 작동하는데 비용이 비싸다. 수중연소 타입의 증발기들은 중탕을 포함하며, 상기 중탕에는 액화천연가스의 기화를 위한 교환기튜브다발은 물론 가스버너의 굴뚝가스튜브가 설치된다. 상기 가스버너는 물을 가열하고 액화천연가스의 기화를 위한 열을 제공하는 연소굴뚝가스를 상기 중탕으로 배출한다. 상기 액화천연가스는 상기 튜브다발을 통하여 흐른다. 이러한 타입의 증발기들은 신뢰성이 있으며 크기가 작으나, 연료가스의 사용을 수반하며 따라서 작동하기에 비싸다. 특정한 하류 작동을 위하여 극저온 액체를 기체형태로 기화시키는 "대기" 또는 "공기" 기화기들을 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 1983년 8월 23일자로 보글러 주니어(Vogler, Jr.) 등의 이름으로 등록된 미국특허 US4,399,660는 연속적으로 극저온 액체의 기화에 적합한 대기 기화기 개시하고 있다. 이 장치는 대기에서 흡수한 열을 사용한다. 실질적으로 수직인 적어도 세 개의 통로들이 함께 설치된다. 각 통로는 실질적으로 일정한 간격을 가지는 다수개의 핀(fin)들을 주변에 가지는 중앙 튜브를 포함한다. 1993년 10월 12일자로 엘.제트. 위더(L.Z. Widder)의 이름으로 등록된 미국특허 US5,251,452는 극저온 액체용 대기기화기 및 히터를 개시하고 있다. 이 장치는 수직으로 장착되고 평행하게 연결되는 다수개의 열교환 튜브들을 사용한다. 각 튜브는 다수개의 외부 핀(fin)들 및 대칭적으로 배치되고 중앙 개구부와 유체교환을 하는 다수개의 내부 주변 통로들을 가진다. 기체상의 극저온 유체와 대기와의 열교환 속도를 증가시키기 위하여 속이 찬 바(bar)가 미리 결정된 각 튜브의 길이만큼 상기 중앙개구부 내로 연장된다. 상기 유체는 상기 튜브들의 바닥에서 그 끓는 점으로부터 그 꼭대기에서 생산 및 다른 작동에 적합한 온도로 상승된다. 2003년 9월 23일자로 아이어만(Eyermann)의 이름으로 등록된 미국특허 US6,622,492는 순환수(circulating water)를 가열하기 위하여 대기로부터 열의 추출을 포함하는 액화천연가스를 기화하기 위한 장치 및 공정을 개시한다. 상기 열교환 공정은 액화천연가스의 기화를 위한 히터, 순환수 시스템, 및 상기 순환수를 가열하기 위하여 대기로부터 열을 추출하는 워터타워(water tower)를 포함한다. 2003년 11월 11일자로 아이어만(Eyermann)의 이름으로 등록된 미국특허 US6,644,041는 물의 온도를 상승시키기 위하여 워터타워에 물을 통과시키는 단계와, 제1히터를 통하여 온도가 상승된 물을 펌핑하는 단계와, 상기 온도가 상승된 물로부터 순환유체로 열을 전달하기 위하여 상기 제1히터를 통하여 상기 순환유체를 통과시키는 단계와, 액화천연가스를 제2히터로 통과시키는 단계와, 상기 순환유체로부터 상기 액화천연가스로 열을 전달하기 위하여 상기 제1히터로부터 상기 제2히터로 가열된 상기 순환유체를 펌핑하는 단계와, 상기 제2히터로부터 기화된 천연가스를 배출하는 단계를 포함하는 액화천연가스의 기화공정을 개시한다. 대기기화기의 외측표면에 얼음과 서리가 형성되어 지속적인 사용기간 후에 유닛을 비효율적으로 하기 때문에 대기기화기들은 연속 서비스에는 일반적으로 사용되지 않는다. 외부 핀(fin)들 상의 얼음축적속도는 주변 온도와 상기 튜브 내의 극저온 액체의 온도 사이의 온도차이에 일부 의존한다. 거의 발생되지 않지만 출구에 가까운 튜브들에도 얼음이 축적될 수는 있지만 주변온도가 영하부근 또는 그 이하인 경우가 아니면 전형적으로 상기 얼음들의 가장 큰 부분은 입구에 가장 가까운 튜브들에 형성되는 경향이 있다. 따라서 대기기화기가 그 튜브들 상에 얼음이 불균일하게 분포되고 그 결과 유닛의 무게중심을 바꾸어 튜브들 사이에서 차별적인 열적 구배를 초래하는 것은 이상하지 않다. 상기와 같은 종래기술의 발전에도 불구하고, 대기를 주 열원으로 이용하는 LNG의 재기화를 위한 향상된 장치 및 방법들이 본 기술분야에서 여전히 필요하다.