The BOG spray re-condenser system is a new boil-off gas (BOG) re-liquefaction technology. The main feature of this system is that the location of the BOG phase transition occurs in the pressure vessel called the BOG spray re-condenser instead of a heat exchanger. This new system is suggested for making the BOG re-liquefaction system more efficient. It considers both transient inflow of BOG and storage of condensed BOG. In order to estimate the performance of the BOG spray re-condenser system, static simulation was conducted for both the new and a conventional system showing that the new system costs up to 16% less to operate. Dynamic simulation was also conducted to verify the behavior of the BOG spray re-condenser with the proposed control philosophy. Through simulation, the pressure of the BOG spray re-condenser was found to be the main process variable for the operability of this system. The BOG spray re-condenser operation encountered a problem: overpressure of the BOG spray re-condenser. Venting the vapor and LNG renewal was suggested as the solution for the problem.
본 연구는 STX 조선과 연구 중에 있는 LNG 벙커링 터미널에 적합한 BOG 재액화 장치를 위해 제안했다. LNG선에서 LNG탱크로부터 BOG가 지속적으로 발생하는 것과는 달리, 다량의 BOG가 짧은 시간 동안 유입된다. 재액화 장치의 반복적인 start-up과 shutdown은 전체 시스템의 불안정성과 비효율성에 직결된다. 그래서 제안하는 것이 본 논문의 BOG spray recondenser이다.
BOG spray recondenser는 BOG를 LNG가 저장된 압력 탱크에 유입되어 그 내부의 LNG가 지속적으로 상단에 스프레이 됨으로써 액화된다. 하지만 지속적인 BOG의 유입은 LNG의 온도와 압력을 상승시켜 결국 BOG를 액화시킬 능력을 상실하게 만들 것이다. 그래서 이 LNG를 과냉각시켜, 온도 차로 인해 BOG의 액화 속도가 가속화되고 LNG 저장 탱크에 저장 시 기화되지 않게 하는 효과를 얻는다. 여기서 과냉각시켜 스프레이 하는 LNG의 양은 실제 BOG를 액화시키는 데 필요한 양보다 적게 함으로써 압력 탱크 내부 온도와 압력이 BOG가 유입됨에 따라 지속적으로 증가하게끔 한다. 이는 BOG를 압력 탱크의 LNG로 머금고 질소 냉각 장치에 요구되는 엔탈피를 줄이는 효과를 준다. 보다 긴 시간 동안 BOG 액화에 필요한 엔탈피를 배분하는 것이다. 이는 냉동 사이클의 규모를 축소시켜 초기 투자 비용을 줄일 수 있을 것이다.
또한, BOG spray recondenser는 BOG의 액화를 열교환기 내부가 아닌 압력 탱크 내부에서 LNG와 맞닿음으로써 일어난다. 주로 냉동 사이클의 효율은 열교환기의 최적화에 크게 좌우되는데, 상변화가 없는 열교환은 이를 크게 개선시킬 수 있다. 그래서 OPEX 측면에서도 기존의 시스템 대비 적게는 10 %, 많게는 16 %까지도 향상될 수 있음을 ASPEN HYSYS 시뮬레이션을 통해 도출했다.
