KR101131578B1

KR101131578B1 - 액화 가스 화물을 운반하기 위한 선박의 화물처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR101131578B1
Application number: KR1020090035465A
Authority: KR
Inventors: 장대준
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: KR20100116837A

Abstract

고압 액상 화물 운반선을 위한 화물처리장치 및 방법이 개시된다. 화물처리장치는 복수개의 저장 모듈을 구비하며, 각 저장 모듈은 액상 화물용 배관, 기체 유입용 배관 및 기체 유출용 배관과 연결된다. 화물의 적재는, 제1 저장 모듈에 고압의 완충 기체를 충진한 후, 제1 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하면서 고압의 완충 기체를 배출시켜 제2 저장 모듈에 충진하는 방식으로, 화물처리장치의 마지막 저장 모듈을 제외한 모든 저장 모듈에 액상의 화물이 적재될 때까지 반복함으로써 이루어진다. 화물의 하역은, 액상의 화물이 적재된 제1 저장 모듈에 고압의 완충 기체를 유입시키면서 액상의 화물을 배출시키고, 제1 저장 모듈로부터 액상의 화물이 모두 배출된 후, 제1 저장 모듈에 충진된 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈로 유입시키면서 제2 저장 모듈에 적재된 액상의 화물을 배출시키는 방식으로, 화물처리장치의 모든 저장 모듈로부터 액상의 화물이 배출될 때까지 반복함으로써 이루어진다. 이러한 화물처리장치 및 처리방법은 해저의 이산화탄소 지중 저장 위치로 액상의 이산화탄소를 운반하거나 대기압 이상의 압력에서 액화되는 액화석유가스류 운반하는데 이용될 수 있다.

지구온난화, 이산화탄소, 액화석유가스, 지중 저장, 운반, EOR

Description

액화 가스 화물을 운반하기 위한 선박의 화물처리장치 및 방법 {CARGO HANDLING SYSTEM AND METHOD FOR LIQUEFIED GAS CARRIER}

본 발명은 고압 액상의 화물을 운반하기 위한 선박의 화물처리장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 액상의 이산화탄소나 액상의 액화석유가스와 같이 액상의 화물 및 탄화수소 기체를 액화시켜 운반하기 위한 선박의 화물처리장치에 관한 것이다.

최근 전 세계적으로 증가하고 있는 기상 재해들의 원인은 지구온난화에서 비롯된 것으로 알려져 있다. 지구온난화는 주로 온실가스에 의해 이루어지는데, 특히 이산화탄소가 지구온난화를 야기시키는 주된 온실가스이다. 지구온난화에 대해 국제적 대응 방안을 모색하기 위해 기후변화협약(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)이 1994년 발효되었는데, 이 협약의 핵심은 온실가스인 이산화탄소의 감축이다. 2008년 기준으로 기후변화협약에 가입한 국가는 186개국이며, 대한민국은 1993년에 가입하였다. 한편, 보다 강력하고 법적 구속력이 있는 온실가스 감축 목표를 설정한 교토 의정서(Kyoto Protocol)이 1997년에 채택되었으며, 대한민국은 2002년 교토 의정서를 국회에서 비준하였다.

기후변화협약과 교토 의정서가 요구하고 있는 사항은 화석연료의 사용을 줄이거나 이산화탄소 등의 온실가스의 배출를 줄이라는 것이다. 특히 이산화탄소 배출권(emission credit)을 상품처럼 사고 팔 수 있는 유연성 체제가 도입된 교토 의정서의 채택과 함께, 지구온난화는 환경 문제인 동시에 경제 문제로 부각되고 있다. 세계 각국은 지속 가능한 발전을 추구함과 동시에 기후변화협약과 교토 의정서에 대응하기 위하여 다양한 기술개발 프로그램을 통해 에너지 기술 및 이산화탄소를 포함하는 온실가스 감축 기술을 개발하고 있다. 이러한 기술은 크게 (1) 화석연료 이용 효율 향상 및 절약 기술, (2) 온실가스 제어 및 이용 기술, (3) 대체에너지 개발 및 청정에너지 이용 기술 및 (4) 이산화탄소 포집 및 저장 기술로 나뉘어진다. 이 중에서 이산화탄소 포집 및 저장 기술은 철강, 석유화학, 화력발전, 시멘트 등 에너지 소비가 큰 산업 분야에 적용이 가능해 이산화탄소 의무 감축이 적용되는 경우 경제적 부담을 최소화하는데 기여할 수 있다.

이산화탄소 포집 및 저장 기술 중에서 이산화탄소 저장 기술로는 해양 저장 기술, 광물 탄산염화 기술 및 지중 저장 기술 등이 있다. 해양 저장 기술은 이산화탄소를 해양이나 해저 바닥에 저장하는 기술이다. 그러나 이산화탄소의 해양 주입은 해양 생태계를 파괴하는 것으로 알려지고 있으며 해양 자체가 대기와 함께 탄소 순환을 형성하기 때문에 주입된 이산화탄소의 장기적으로 안정적인 해양 내 저장을 보장할 수 없다. 광물 탄산염화 기술은 이산화탄소를 칼슘과 마그네슘 등의 금속 산화물과 화학적으로 반응시켜 불용해성의 탄산염 광물 상태로 이산화탄소를 저장 하는 기술이다. 그러나 이러한 화학반응은 반응 속도가 너무 느리고 많은 양의 반응에너지가 필요하다. 또한 탄산염 광물의 저장과 처리 자체가 새로운 환경 문제를 야기시킬 수 있다. 지중 저장 기술은 육상이나 해저에서 750m~1000m 심도에 존재하는 적합한 지층에 이산화탄소를 저장하는 기술이다. 이러한 심도에 주입된 이산화탄소는 초임계 유체 상태로 존재하기 때문에 거동이 매우 느리고 주변 지층이나 지중 유체와 반응하여 고착 또는 용해된다. 또한, 이산화탄소의 지중 저장은 석유 및 천연가스 회수 증진(enhanced oil and gas recovery, EOR) 및 석탄층 메탄가스 회수 증진 등과 같은 부가가치 효과도 가지고 있다. 따라서, 현재까지는 3가지 이산화탄소 저장 기술 중에서 지중 저장 기술이 가장 효과적일 뿐만 아니라 경제?산업적 측면에서도 가장 우수한 기술로 평가받고 있다.

해저의 지층에 이산화탄소를 저장하기 위해서는 이산화탄소를 해저의 지층에 저장하는 시설이 마련된 위치까지 이산화탄소를 운반해야 한다. 이러한 시설은 해상의 유전 또는 가스전일 가능성이 높다. 따라서, 단순히 이산화탄소를 저장 위치까지 운반하고 돌아오기 보다는 이산화탄소를 하역한 후 유전 또는 가스전으로부터 천연가스나 액화석유가스를 적재하여 돌아오는 것이 보다 경제적이다.

현재 액화된 기체나 상온 고압에서만 액화되는 액화석유가스류(예: LPG)는 주로 상압 저온 상태에서 운반된다. 이 경우, 주위로부터 열전달이 계속되어 저장 액체의 일부가 기화하므로, 에너지를 추가로 사용하여 증발 기체를 재액화해 주어야 한다. 또한, 저온의 화물을 이송하기 위해 저온 재질의 배관 및 장치를 사용해야 하므로 장치 자체의 비용은 물론 화물의 운반에 소요되는 비용이 증가된다

본 발명은 전술한 과제를 해결하고자 하는 것으로서, 저온을 유지하는 설비없이 액상의 이산화탄소와 같은 고압 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액상의 이산화탄소를 하역한 후에 액화탄화수소를 적재하여 돌아올 수 있는 화물처리장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치로서, 고압의 액체 또는 기체 상태의 물질을 저장할 수 있는 복수개의 저장 모듈; 상기 각 저장 모듈과 액상 화물 공급원 또는 액상 화물 저장조를 연결하기 위한 액상 화물용 배관; 상기 각 저장 모듈이 상기 액상 화물용 배관과 연결되는 경로상에 마련되어 상기 각 저장 모듈로의 액상 화물의 유출입을 조절하는 액상 화물 유출입 밸브; 유입구는 기체 공급원과 연결되고, 유출구는 상기 각 저장 모듈과 연결되어 상기 각 저장 모듈에 가압된 완충 기체를 제공하기 위한 가압 압축기; 상기 각 저장 모듈과 상기 가압 압축기의 유출구 또는 기체 저장조를 연결하기 위한 기체 유입용 배관; 상기 각 저장 모듈이 상기 기체 유입용 배관과 연결되는 경로상에 마련되어 상기 각 저장 모듈로의 기체의 유입을 조절하는 기체 유입 밸브; 상기 각 저장 모듈과 상기 가압 압축기의 유입구를 연결하기 위한 기체 유출용 배관; 및, 상기 각 저장 모듈이 상기 기체 유출용 배관과 연결되는 경로상 에 마련되어 상기 각 저장 모듈로부터의 기체의 유출을 조절하는 기체 유출 밸브를 포함하는 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치가 제공된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 고압 액상의 화물을 선박의 화물처리장치에 적재하는 방법으로서, (a) 제1 저장 모듈에 고압의 완충 기체를 충진하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 고압의 완충 기체가 충진된 제1 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하면서 고압의 완충 기체를 배출시키는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 액상의 화물이 적재됨에 따라 상기 제1 저장 모듈로부터 배출되는 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈에 충진하는 단계; (d) 화물처리장치의 마지막 저장 모듈을 제외한 모든 저장 모듈에 액상의 화물이 적재될 때까지 상기 단계 (b) 및 상기 단계 (c)를 반복하는 단계; 및, (e) 액상의 화물이 적재되지 않은 마지막 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하면서 고압의 완충 기체를 완충 기체 저장조로 배출시키는 단계를 포함하는 액상의 화물을 선박의 화물처리장치에 적재하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또다른 형태에 따르면, 액상의 화물을 선박의 화물처리장치로부터 하역하는 방법으로서, (a) 액상의 화물이 적재된 제1 저장 모듈에 고압의 완충 기체를 유입시키면서 액상의 화물을 배출시키는 단계; (b) 제1 저장 모듈로부터 액상의 화물이 모두 배출된 후, 제1 저장 모듈에 충진된 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈로 유입시키면서 제2 저장 모듈에 적재된 액상의 화물을 배출시키는 단계; 및, (c) 화물처리장치의 모든 저장 모듈로부터 액상의 화물이 배출될 때까지 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 화물을 선박의 화물처리장치로부터 하역하는 방법이 제공된다.

본 발명의 화물처리장치 및 이를 이용하는 액상의 화물의 적재 및 하역 방법은 액상의 이산화탄소를 운반하는 선박에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 화물처리장치는, 예를 들어, 액상의 이산화탄소를 해저에 지중 저장할 위치로 이송하는데 이용될 수 있다.

또한, 액상의 이산화탄소를 해저의 석유?가스층에 지중 저장하기 위한 장소까지 운반한 선박은 액상의 이산화탄소를 하역하는 동시에 천연가스를 적재할 수 있다. 이 경우, 선박이 빈 상태로 돌아오지 않기 때문에 보다 경제적으로 운영될 수 있다. 또한, 액상의 이산화탄소의 하역과 천연가스의 적재가 동시에 이루어지기 때문에, 화물처리에 소요되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 상온 고압에서만 액화되는 액화석유가스류(예: LPG)를 마찬가지 방법으로 적재 및 하역할 수 있다. 현재, 액화석유가스는 상압 저온 상태에서 운반하므로, 꼭 저온을 유지해야 한다는 단점이 있는데, 본 발명은 상온으로 운반하는 방법을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 액상의 화물을 운반하는 선박에 마련된 화물처리장치가 도시되어 있다. 화물처리장치는 액상 또는 기상의 물질을 저장할 수 있는 복수개의 저장 모듈(1, 2, ..., N), 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 액상 화물 공급원(C) 또는 액상 화물 저장조(D)를 연결하는 액상 화물용 배관(300), 액상 화물용 배관(300)에 마련되어 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로의 액상 화물의 유출입을 조절하는 액상 화물 유출입 밸브(311, 312, ..., 319), 유입구는 기체 공급원(B)과 연결되고 유출구는 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 연결되어 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)에 가압된 완충 기체를 제공하기 위한 가압 압축기(210); 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 가압 압축기의 유출구 또는 기체 저장조(A)를 연결하기 위한 기체 유입용 배관(100), 기체 유입용 배관(100)에 마련되어 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로의 기체의 유입을 조절하는 기체 유입 밸브(111, 112, ..., 119), 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 가압 압축기(210)의 유입구를 연결하기 위한 기체 유출용 배관(100), 및 기체 유출용 배관(200)에 마련되어 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로부 터의 기체의 유출을 조절하는 기체 유출 밸브(241, 242, ..., 249)를 포함한다.

화물처리장치는 고압의 액체 또는 기체 상태의 물질을 저장할 수 있는 복수개의 저장 모듈(1, 2, ..., N)을 구비한다. 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)은 복수개의 저장 용기(1-1, 1-2, ..., 1-m)를 가질 수 있다. 저장 용기(1-1, 1-2, ..., 1-m)에 대해서는 후술하기로 한다.

각 저장 모듈(1; 2; ...; N)은 액상 화물용 배관(300)을 통해 액상 화물 공급원(C) 또는 액상 화물 저장조(D)와 연결된다. 액상 화물용 배관(300)이 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 연결되는 분지 경로상에는, 액상 화물 공급원(C)으로부터 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로의 액상 화물 의 유입이나 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로부터 액상 화물 저장조(D)로의 액상 화물의 배출을 조절하기 위하여 액상 화물 유출입 밸브(311, 312, ..., 319)가 제공된다. 저장 모듈이 다수의 저장 용기를 구비하는 경우, 각 저장 용기는 모두 해당 저장 모듈의 액상 화물 유출입 밸브(311, 312, ..., 319)와 연결된다. 따라서, 어느 한 저장 모듈의 저장 용기들에 대한 액상 화물의 유출입은 1개의 밸브로 조절된다.

또한, 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)은 기체 유입용 배관(100)을 통해 가압 압축기(210)의 유출구 또는 기체 저장조(A)와 연결되고 기체 유출용 배관(200)을 통해 가압 압축기(210)의 유입구와 연결된다. 기체 유입용 배관(100)이 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 연결되는 분지 경로상에는 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로의 기체의 유입을 조절하는 기체 유입 밸브(111, 112, ..., 119)가 마련되며, 기체 유출용 배관(200)이 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)과 연결되는 분지 경로상에는 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)로부터의 기체의 유출을 조절하는 기체 유출 밸브(241, 242, ..., 249)가 마련된다. 마찬가지로, 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)이 다수의 저장 용기를 구비하는 경우, 각 저장 용기는 모두 해당 저장 모듈의 기체 유입 밸브 및 기체 유출 밸브와 각각 연결된다. 이로써, 어느 한 저장 모듈의 저장 용기들에 대한 기체의 유입 및 유출은 각각 1개의 밸브로 조절된다.

전술한 바와 같이, 각 저장 모듈(1; 2; ...; N)은 복수개의 저장 용기를 구비하는 것이 바람직하다. 도 2 내지 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 저장 용기가 도시되어 있다.

각 저장 용기(10)는 액상 화물의 유출입을 위한 1개의 액상 화물 유출입구(40) 및 기체의 유출입을 위한 1개의 기체 유출입구(20)를 갖는다. 각 저장 용기의 액상 화물 유출입구(40)는 용기의 하부에 마련되며, 기체 유출입구(20)는 저장 용기의 하부로부터 용기 내부의 위쪽으로 연장되는 배관(30)의 단부에 마련되는 것이 좋다. 액상 화물 유출입구(40)와 기체 유출입구(20)가 모두 저장 용기(10)의 하부에 마련되면, 저장 용기를 교체하거나 수리하는 등의 관리 작업에 편리하다. 즉, 저장 용기는 예를 들어 30 m 정도의 높이를 갖는데, 유출입구가 하부와 상부에 각각 배치되는 경우 저장 용기를 배관으로부터 분리하기 위해서 저장 용기의 위로 올라가야 하는 어려움이 따른다. 또한, 유출입구가 상부와 하부에 각각 배치되는 경우, 배관이 방해가 되기 때문에 용기를 분리하는 작업이 어려워질 수 있다.

저장 용기(10)에 충진된 액상 화물을 배출시킬 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 고압의 완충 기체를 기체 유출입구(20)를 통해 유입시킨다. 완충 기체가 유입됨에 따라 액상 화물의 액상면에 가해지는 압력이 일정하게 유지되고, 액상 화물의 유출이 원활하게 이루어질 수 있다. 저장 용기(10)에 액상 화물을 충진시키는 경우, 기체 유출입구(20)를 통해 완충 기체를 배출시키며(도 3 참조), 이에 따라 액상 화물 의 유입이 원활하게 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이, 저장 용기(10)의 기체 유출입구(20)가 마련된 배관은 상기 액상 화물 유출입구(40)를 통해 용기 내부의 위쪽으로 연장되는 것이 좋다. 저장 용기(10)의 하부와 액상 화물 유출입구(40)에는 각각 플랜지(51, 53)가 마련되어 볼트 등으로 연결될 수 있다. 도 4에 도시된 배관 구조의 변형예로서, 저장 용기의 기체 유출입구가 마련된 배관(30)은 상기 액상 화물 유출입구(40)와 근접한 용기의 하부로부터 용기 내부의 위쪽으로 연장될 수 있다(도 5 참조).

전술한 바와 같이, 각 저장 용기의 액상 화물 유출입구와 기체 유출입구는 용기의 하부에 마련되는 것이 관리 작업에 편리하지만, 본 발명에 따른 저장 용기는 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 저장 용기의 액상 화물 유출입구는 용기의 하부에 마련되고 기체 유출입구는 용기의 상부에 마련될 수 있다. 이 경우, 액상 화물 유출입구와 기체 유출입구를 같은 쪽에 배치하는 경우와 비교하여 배관의 구조가 간단해지는 이점이 있다.

어느 한 저장 모듈이 구비하는 각 저장 용기의 액상 화물 유출구는 모두 해당 저장 모듈의 액상 화물 유출입 밸브와 연결되고, 각 저장 용기의 기체 유출입구는 모두 해당 저장 모듈의 기체 유출 밸브 및 기체 유입 밸브와 연결된다.

이하에서는, 도 1에 도시된 화물처리장치에서 액상 화물을 적재하거나 하역하는 방법에 대해 설명한다.

액상의 화물을 본 발명에 따른 화물처리장치에 적재하는 경우, 먼저, 완충 기체 공급원(B)으로부터 가압 압축기(210)에 의해 가압된 완충 기체가 제1 저장 모듈(1)에 충진된다. 이 때, 제1 저장 모듈(1)의 기체 유입 밸브(111)는 열린 상태이고 기체 유출 밸브(241)는 잠긴 상태로 유지된다. 또한, 기체 공급원(B)측의 밸브(201)과 가압 압축기(210) 유출구 측의 밸브(202)는 열린 상태로 유지되고, 기체 저장조(A) 측의 밸브(120)는 닫힌 상태로 유지된다. 제1 저장 모듈(1)의 기체 유입 밸브(111)를 제외한 다른 저장 모듈의 기체 유입 밸브(112, ..., 119)는 모두 잠긴 상태로 유지된다. 따라서, 고압의 완충 기체는 가압 압축기(210)로부터 제1 저장 모듈(1)로만 유입된다.

제1 저장 모듈(1)에 고압의 완충 기체가 모두 충진된 후, 제1 저장 모듈(1)의 액상 화물 유출입 밸브(311)를 열고 액상의 화물을 적재한다. 제1 저장 모듈(1)에 액상의 화물이 유입됨에 따라, 충진되어 있던 고압의 완충 기체가 제1 저장 모듈의 기체 유입 밸브(111)를 통해 배출된다. 제1 저장 모듈(1)로부터 배출되는 고압의 완충 기체는 제2 저장 모듈(2)에 충진된다. 이를 위해, 제1 저장 모듈(1)에 완충 기체가 유입될 때 잠긴 상태였던 제2 저장 모듈(2)의 기체 유입 밸브(112)는 열린 상태로 전환된다. 완충 기체의 교환이 이루어지는 제1 및 제2 저장 모듈을 제외한 다른 저장 모듈의 기체 유입 밸브와 기체 저장조측의 밸브(120)는 모두 닫힌 상태로 유지된다. 모든 저장 모듈의 기체 유출 밸브(241, 242, ..., 249)와 가압 압축기(210) 및 기체 공급원(B) 측의 밸브들(201, 202, 203)은 닫힌 상태로 유지된다.

화물처리장치의 마지막 저장 모듈(N)을 제외한 모든 저장 모듈에 액상의 화물이 적재될 때까지 전술한 과정이 순차적으로 반복된다. 액상의 화물이 적재되지 않은 마지막 저장 모듈(N)에 액상의 화물을 적재하는 경우, 고압의 완충 기체는 완충 기체 저장조(A)로 배출된다. 이 경우, 마지막 저장 모듈(N)의 기체 유입 밸브(119) 및 기체 저장조(A)측의 밸브(120)는 열린 상태로 유지되고, 다른 저장 모듈의 기체 유입 밸브 및 모든 저장 모듈의 기체 유출 밸브는 닫힌 상태로 유지된다. 도 6에는 제1 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하는 경우가 도시되어 있다.

이렇게 순차적으로 저장 모듈에 액상의 화물을 적재함으로써, 1개의 저장 모듈에만 고압의 완충 기체를 충진한 후 전체 저장 모듈에 대한 적재 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 저장 모듈에 고압의 완충 기체를 충진하기 위해 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

한편, 각 저장 모듈에는 고압 가스는 아니지만, 1 bar 정도의 가스, 예를 들어 대기 가스가 차 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 순차적으로 앞의 저장 모듈에 충진되어 있던 가스를 다음 저장 모듈로 옮기는 경우, 후속하는 저장 모듈 내부의 가스 압력은 조금씩 높아지게 된다. 가스 압력이 지나치게 높아지면 배관이나 부속 장치들이 손상될 위험이 있으므로, 가스 압력이 화물처리장치의 설계시 결정된 일정 수준보다 높아지는 경우에는 기체 저장조(A)측의 밸브(120)을 개방하여 가스를 배출시킴으로써 압력을 낮춘다.

액상의 화물을 화물처리장치로부터 하역하는 경우, 먼저, 액상의 화물이 적재된 제1 저장 모듈(1)에 가압 압축기(210)에 의해 가압된 고압의 완충 기체를 유입시키면서 액상의 화물을 배출시킨다. 가압된 완충 기체는 기체 공급원(B)으로부터 제공된다. 이 때, 제1 저장 모듈(1)의 액상 화물 유출입 밸브(311)와 기체 유입 밸브(111)가 개방되고, 기체 유출 밸브(241)는 폐쇄된다. 다른 저장 모듈의 밸브들은 폐쇄된 상태로 유지된다. 배출되는 액상의 화물은 펌프(410)을 통해 액상 화물 저장조(D)로 이송된다. 이를 위해 경로 상의 밸브들(401, 402, 403)이 개방된다. 밸브의 작동으로 인한 수격, 펌프에 의한 맥동 등과 같이 액상의 화물에 작용하는 압력 변동에 대처하고 펌프에 기체가 유입되는 것을 막기 위해 어큐뮬레이터(420)가 배출 경로상에 배치되며, 펌프를 우회하는 경로도 제공될 수 있다.

제1 저장 모듈(1)로부터 액상의 화물이 모두 배출되면, 제1 저장 모듈(1)에 충진된 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈(2)로 유입시키면서 제2 저장 모듈(2)에 적재된 액상의 화물을 배출시킨다. 즉, 제1 저장 모듈(1)의 완충 기체를 제2 저장 모듈(2)의 하역에 이용하며, 더 이상 기체 공급원(B)으로부터 완충 기체를 공급받을 필요가 없다. 다만, 기체의 유량이 부족하다고 판단되는 경우, 간헐적으로 기체 공급원으로부터 기체를 공급받을 수 있다. 이 때, 제1 저장 모듈(1)의 액상 화물 유출입 밸브(311)는 폐쇄되고 제2 저장 모듈(2)의 액상 화물 유출입 밸브(312)가 개방된다. 또한, 액상의 화물이 원활하게 배출되도록 제1 저장 모듈(1)의 충진된 고압의 완충 기체가 제2 저장 모듈(2)로 유입되는데, 이를 위해 제1 저장 모듈(1)의 기체 유입 밸브(111)가 폐쇄되고, 제1 저장 모듈(1)의 기체 유출 밸브(241)와 제2 저장 모듈의 기체 유입 밸브(112)가 개방된다. 제1 저장 모듈(1)에 충진된 고압의 완충 기체는 기체 유출 밸브(241)를 통과한 후 기체 유출용 배관(200)을 통해 가압 압축기(210)에 의해 가압되고 제2 저장 모듈(2)로 충진된다. 기체 유출용 배관 경로(200)에는 마찬가지로 어큐뮬레이터(220)가 마련될 수 있다. 도 7에는 이러한 과정에서의 배관의 각 구성요소의 상태가 도시되어 있다.

화물처리장치의 모든 저장 모듈로부터 액상의 화물이 배출될 때까지 전술한 과정이 저장 모듈에 대해 순차적으로 반복된다.

위에서 설명한 화물처리장치를 구비하는 선박은, 예를 들어, 액상의 이산화탄소를 해저에 지중 저장할 위치로 이송하는데 이용될 수 있다. 이산화탄소의 지중 저장에 적합한 것으로 알려지고 실제로 가장 많이 이루어지고 있는 지층은 대염수층, 석유?가스층 및 석탄층이 있는데, 이 중에서 대염수층과 석유?가스층은 해저에 위치하는 경우도 많다. 또한, 석유?가스층에 액상의 이산화탄소를 지중 저장하는 경우, 석유 및 천연가스 회수 증진과 같은 부가가치 효과도 가지고 있다.

액상의 이산화탄소를 해저의 석유?가스층에 지중 저장하기 위한 장소까지 운반한 선박은 액상의 이산화탄소를 하역한 후에 천연가스를 적재할 수 있다. 즉, 전술한 화물처리장치의 액상의 화물을 하역하는 방법에서, 완충 기체로서 천연가스를 이용하면 액상의 이산화탄소를 하역하는 동시에 천연가스를 적재할 수 있다. 다만, 위에서 액상의 화물을 하역할 때, 고압의 완충 기체를 제1 저장 모듈에만 공급한 후, 이후에는 기체 공급원으로부터 기체를 공급받지 않는 것으로 설명되었으나, 천연가스를 적재하기 위해서는 계속 기체 공급원으로부터 기체를 공급받게 된다. 액상의 이산화탄소를 하역하면서 천연가스를 적재하는 경우, 선박이 빈 상태로 돌아오지 않기 때문에 보다 경제적으로 운영될 수 있다. 또한, 액상의 이산화탄소의 하역과 천연가스의 적재가 동시에 이루어지기 때문에, 화물처리에 소요되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 상온 고압에서만 액화되는 액화석유가스류(예: LPG)를 마찬가지 방법으로 적재 및 하역할 수 있다. 현재, 액화석유가스는 상압 저온 상태에서 운반하므로, 꼭 저온을 유지해야 한다는 단점이 있다. 주위로부터 열전달이 계속되므로, 일부분의 저장 액체가 기화하므로 이를 처리해야 한다. 또한, 저온의 화물을 이송하기 위해 저온 재질의 배관 및 장치를 사용해야 한다. 본 발명은 상온으로 운반하는 방법을 제공하여, 이러한 단점을 모두 제거한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 화물처리장치를 나타내는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 화물처리장치가 구비하는 저장 용기로서, 액상 화물 를 배출하는 경우를 도시한 도면.

도 3은 도 2에 도시된 저장 용기에 액상의 화물을 충진하는 경우를 나타내는 도면.

도 4는 도 2에 도시된 저장 용기의 분해도.

도 5는 저장 용기의 다른 형태를 도시하는 도면.

도 6은 도 1에 도시된 화물처리장치에 액상의 화물을 적재하는 경우의 배관도.

도 7은 도 1에 도시된 화물처리장치로부터 액상의 화물을 하역하는 경우의 배관도.

Claims

액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치로서,

고압의 액체 또는 기체 상태의 물질을 저장할 수 있으며, 액상 화물의 유출입을 위한 1개의 액상 화물 유출입구가 하부에 마련되고 기체의 유출입을 위한 1개의 기체 유출입구가 상기 액상 화물 유출입구를 통해 위쪽으로 연장되는 배관의 단부에 마련되는 적어도 1개의 저장 용기를 각각 구비하는, 복수개의 저장 모듈;

상기 각 저장 모듈과 액상 화물 공급원 또는 액상 화물 저장조를 연결하기 위한 액상 화물용 배관;

상기 각 저장 모듈이 상기 액상 화물용 배관과 연결되는 경로상에 마련되어 상기 각 저장 모듈로의 액상 화물의 유출입을 조절하는 액상 화물 유출입 밸브;

유입구는 기체 공급원과 연결되고, 유출구는 상기 각 저장 모듈과 연결되어 상기 각 저장 모듈에 가압된 완충 기체를 제공하기 위한 가압 압축기;

상기 각 저장 모듈과 상기 가압 압축기의 유출구 또는 기체 저장조를 연결하기 위한 기체 유입용 배관;

상기 각 저장 모듈이 상기 기체 유입용 배관과 연결되는 경로상에 마련되어 상기 각 저장 모듈로의 기체의 유입을 조절하는 기체 유입 밸브;

상기 각 저장 모듈과 상기 가압 압축기의 유입구를 연결하기 위한 기체 유출용 배관; 및,

상기 각 저장 모듈이 상기 기체 유출용 배관과 연결되는 경로상에 마련되어 상기 각 저장 모듈로부터의 기체의 유출을 조절하는 기체 유출 밸브

를 포함하는 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치.
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청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 1에 있어서,

어느 한 저장 모듈이 구비하는 각 저장 용기의 액상 화물 유출구는 모두 해당 저장 모듈의 액상 화물 유출입 밸브와 연결되고, 각 저장 용기의 기체 유출입구는 모두 해당 저장 모듈의 기체 유출 밸브 및 기체 유입 밸브와 연결되는

것을 특징으로 하는 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 1에 있어서,

상기 액상 화물은 액상 이산화탄소인

것을 특징으로 하는 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 1에 있어서,

상기 액상 화물은 액화탄화수소인

것을 특징으로 하는 액상의 화물을 운반할 수 있는 선박의 화물처리장치.
액상의 화물을 청구항 1에 기재된 선박의 화물처리장치에 적재하는 방법으로서,

(a) 제1 저장 모듈의 적어도 1개의 저장 용기에 상기 액상 화물 유출입구를 통해 위쪽으로 연장되는 배관의 단부에 마련되는 상기 기체 유출입구를 통하여 고압의 완충 기체를 충진하는 단계;

(b) 상기 단계 (a)에서 고압의 완충 기체가 충진된 제1 저장 모듈의 적어도 1개의 저장 용기에 상기 액상 화물 유출입구를 통하여 액상의 화물을 적재하면서 상기 액상 화물 유출입구를 통해 위쪽으로 연장되는 배관의 단부에 마련되는 상기 기체 유출입구를 통하여 고압의 완충 기체를 배출시키는 단계;

(c) 상기 단계 (b)에서 액상의 화물이 적재됨에 따라 상기 제1 저장 모듈로부터 배출되는 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈에 충진하는 단계;

(d) 화물처리장치의 마지막 저장 모듈을 제외한 모든 저장 모듈에 액상의 화물이 적재될 때까지 상기 단계 (b) 및 상기 단계 (c)를 반복하는 단계; 및

(e) 액상의 화물이 적재되지 않은 마지막 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하면서 고압의 완충 기체를 기체 저장조로 배출시키는 단계

를 포함하는 액상의 화물을 선박의 화물처리장치에 적재하는 방법.
액상의 화물을 청구항 1에 기재된 선박의 화물처리장치로부터 하역하는 방법으로서,

(a) 액상의 화물이 적재된 제1 저장 모듈의 적어도 1개의 저장 용기에 상기 액상 화물 유출입구를 통해 위쪽으로 연장되는 배관의 단부에 마련되는 상기 기체 유출입구를 통하여 고압의 완충 기체를 유입시키면서 상기 액상 화물 유출입구를 통하여 액상의 화물을 배출시키는 단계;

(b) 제1 저장 모듈로부터 액상의 화물이 모두 배출된 후, 제1 저장 모듈에 충진된 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈로 유입시키면서 제2 저장 모듈에 적재된 액상의 화물을 배출시키는 단계; 및,

(c) 화물처리장치의 모든 저장 모듈로부터 액상의 화물이 배출될 때까지 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b)를 반복하는 단계

를 포함하는 액상의 화물을 선박의 화물처리장치로부터 하역하는 방법.
액상의 화물을 청구항 1에 기재된 화물처리장치를 구비하는 선박으로 이송하는 방법으로서,

(a) 화물처리장치의 제1 저장 모듈의 적어도 1개의 저장 용기에 상기 액상 화물 유출입구를 통해 위쪽으로 연장되는 배관의 단부에 마련되는 상기 기체 유출입구를 통하여 고압의 완충 기체를 충진하는 단계;

(b) 상기 단계 (a)에서 고압의 완충 기체가 충진된 제1 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하면서 고압의 완충 기체를 배출시키는 단계;

(c) 상기 단계 (b)에서 액상의 화물이 적재됨에 따라 상기 제1 저장 모듈로부터 배출되는 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈에 충진하는 단계;

(d) 화물처리장치의 마지막 저장 모듈을 제외한 모든 저장 모듈에 액상의 이산화탄소가 적재될 때까지 상기 단계 (b) 및 상기 단계 (c)를 반복하는 단계;

(e) 액상의 화물이 적재되지 않은 마지막 저장 모듈에 액상의 화물을 적재하면서 고압의 완충 기체를 기체 저장조로 배출시키는 단계;

(f) 화물처리장치에 액상의 화물이 적재된 선박을 하역할 위치로 이동시키는 단계;

(g) 선박이 화물을 하역할 위치에 도착한 후에, 액상의 화물이 적재된 제1 저장 모듈에 고압의 완충 기체를 유입시키면서 액상의 이산화탄소를 배출시키는 단계;

(h) 제1 저장 모듈로부터 액상의 화물이 모두 배출된 후, 제1 저장 모듈에 충진된 고압의 완충 기체를 제2 저장 모듈로 유입시키면서 제2 저장 모듈에 적재된 액상의 화물을 배출시키는 단계; 및

(i) 화물처리장치의 모든 저장 모듈로부터 액상의 화물이 배출될 때까지 상기 단계 (g) 및 상기 단계 (h)를 반복하는 단계

를 포함하는 액상의 화물을 선박으로 이송하는 방법.
청구항 12에 있어서,

상기 액상의 화물은 액상의 이산화탄소이며,

상기 단계 (g) 내지 단계 (h)에서, 액상의 이산화탄소를 배출시키기 위해 각 저장 모듈로 유입되는 고압의 완충 기체는 기체 상태의 천연가스인

것을 특징으로 하는 액상의 화물을 선박으로 이송하는 방법.
청구항 13에 있어서,

상기 단계 (i) 이후에,

(j) 화물처리장치에 기체 상태의 천연가스를 적재한 선박을 천연가스를 하역할 장소로 이동시키는 단계; 및

(k) 상기 단계 (j)에서 기체 상태의 천연가스가 적재된 각 저장 모듈에 순차적으로 액상의 이산화탄소를 적재하면서 기체 상태의 천연가스를 천연가스 저장조로 배출시키는 단계

것을 특징으로 하는 액상의 화물을 선박으로 이송하는 방법.