KR101425650B1 - 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치 - Google Patents

분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등의 혼합물로부터 저비점 성분인 메탄-에탄 혼합물과 중간비점 성분인 프로판-부탄 혼합물 및 고비점 성분인 펜탄-헵탄의 혼합물의 3 가지 제품으로 분리하기 위하여 분리벽형 증류탑을 설치함으로써, 증류탑의 개수를 줄여 증류 조작시 소비되는 에너지를 절감하고 해상 액화천연가스 분별증류 공정에 적합하게 최소의 증류탑만 구비토록 한 것을 특징으로 하는 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치에 관한 것으로, 에너지 효율이 높고 해상 액화천연가스 공정에서 증류 장치의 소형화를 이룰 수 있다.

Description

분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치{Floating Liquefied Natural Gas Fractional Distillation Process Using Divided Wall Column}
본 발명은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등의 혼합물로부터 저비점 성분인 메탄-에탄 혼합물과 중간비점 성분인 프로판-부탄 혼합물 및 고비점 성분인 펜탄-헵탄의 혼합물의 3 가지 제품으로 분리하기 위하여 분리벽형 증류탑을 설치함으로써, 증류탑의 개수를 줄여 증류 조작시 소비되는 에너지를 절감하고 해상 액화천연가스 분별증류 공정에 적합하게 최소의 증류탑만 구비토록 한 것을 특징으로 하는 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치에 관한 것이다.
최근 연근해와 그리고 수심이 얕은 대륙붕에서 생산되고 있는 천연가스의 생산량은 점점 줄어들고 있어, 심해에서 생산할 수 있는 천연가스에 대하여 더 많은 관심을 가지게 되었다. 천연가스는 다양한 지역과 장소에서 생산되고 있고, 이러한 지리적 장소적 특성으로 인하여 생산하는 가스의 품질이 다양해짐에 따라 가스의 안정된 품질을 위하여 엄격한 품질관리가 요구되어지며, 이러한 품질관리의 요건은 950 내지 1150 Btu/ft3 사이의 가스 열량과 일정한 노점의 유지를 필요로 한다. 천연가스의 규격을 만족시키기 위해 이산화탄소와 질소 등으로 원료가스를 희석시키기도 하며, 원료 가스에 포함된 고탄소 성분을 증류를 사용하여 제거하기도 한다. 이러한 제거 성분 중 에탄과 프로판과 같은 성분은 에틴렌과 프로필렌의 생산 공정에서 원료로 사용된다.
일반적으로 3 가지 제품을 분리하는 에너지 절약형 증류장치로서 도 1에 도시된 바와 같이 증류탑 내에 탑의 길이 방향을 따라 분리벽이 설치된 구조의 증류탑은 3 성분의 혼합물인 원료(F)가 증류탑의 중간부 분리벽 좌측, 전실(a)로 유입되고, 증류탑 내에 유입된 원료(F)는 증류탑의 상부에서 저비점 성분(D), 증류탑의 분리벽 우측, 후실(b) 에서 중간비점 성분(S), 증류탑의 하부에서 고비점 성분(B)으로 각각 분별증류된다. 또, 분리벽형 증류탑과 동일한 원리를 갖는 열복합 증류탑은 도 2에 도시된 바와 같이 전처리탑(10)과 주탑(20)을 갖는 2기의 증류탑이 구비된 구조의 증류장치이다. 분리벽형 증류탑과 열복합 증류탑은 증류 원리가 동일하여 증류탑 설계 시에는 동일한 방법을 사용하나 실제 응용에서는 필요에 따라 분리벽형을 사용하기도 하고 열복합 형으로 사용하기도 한다. 분리벽형 증류탑은 전실(a)이 열복합 증류탑의 전처리탑(10)과 같은 기능을 하고, 후실(b)이 열복합 증류탑의 주탑(20)으로 활용된다. 3 성분 혼합물을 원료로 하여 3 성분의 제품을 생산하는 분별증류장치는 두 번째 탑인 주탑(20)에서 저비점 성분(D), 중간비점 성분(S) 및 고비점 성분(B)이 각각 분별증류되어 분리된다.
이와 같이, 종래의 열복합 증류탑은 전처리탑(10)과 주탑(20)으로 구성되어 있으며, 원료(F)는 전처리탑(10)으로 공급되고 중간비점 성분(S)의 제품은 주탑(20)의 중간에서 생산하는 것이 특징이다.
증류탑의 상부에서 저비점 성분(D) 제품, 하부에서 고비점 성분(B) 제품을 생산하는 것은 기존의 증류탑과 동일하다. 그러나 증류탑의 중간부에 분리벽이 없이 원료(F)를 공급하고 중간비점 제품(S)을 생산하기 위해서는 거의 무한대의 증류단과 무한대의 환류를 사용하여야 한다. 즉 동일한 증류탑에서 성분의 차이가 큰 원료(F)와 중간비점 제품(S)을 유사한 위치인 증류탑의 중간부에 배치하여, 분별증류처리하는 것이 불가능한 문제점이 있었다.
그리고 종래의 해상 액화천연가스를 증류하기 위한 분별증류장치는 각 성분들이 혼합된 원료(F)를 저비점 성분(D)인 메탄-에탄의 혼합물과, 중간비점 성분(S)인 프로판, 부탄 혼합물 및 고비점 성분(B)인 펜탄, 헥산 등의 혼합물의 3 가지 제품으로 각각 분별증류하기 위해서는 반드시 도 3에 도시된 바와 같이, 저비점 성분 증류탑(Ⅰ), 저비점 성분 재증류탑(Ⅱ) 및 중간비점 성분 및 고비점 성분 증류탑(Ⅲ)과 같이 모두 3 기의 증류탑이 구비된 구조의 분별증류장치로서, 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)에서 저비점 성분(D)인 메탄-에탄 혼합물 성분, 중간비점 성분 및 고비점 성분 증류탑(Ⅲ)에서 중간비점 성분(S)인 프로판-부탄 혼합물, 고비점 성분(B)인 펜탄-헥산 혼합물이 각각 분별증류되지만 중간비점 및 고비점 성분(S+B)에 혼합된 저비점 성분(D2)을 재분별증류하기 위한 저비점 성분 재증류탑(Ⅱ)을 구비함에 따라 재분별증류에 따른 증기 소비량이 증가되어 에너지의 사용 효율이 낮은 문제점이 있었다. 참고로 도 3에 도시된 부호인 ①, ③, ⑩ 등과 같이 ○ 내의 숫자는 증류탑 내에 증류단이 설치된 위치의 단수를 나타낸다. 따라서, 참고로 저비점 성분 증류탑(Ⅰ) 및 저비점 성분 재증류탑(Ⅱ)은 내부에 설치된 증류단의 단수가 10단이고, 중간비점 성분 및 고비점 성분 증류탑(Ⅲ)은 증류단의 단수가 20단이며, 그리고 원료 또는 비점성분들이 유입되거나 유출되는 위치의 ○ 내의 숫자는 증류단의 설치단수 위치를 나타낸다.
한편 분리벽형 증류탑을 이용한 기술로서, 특허문헌 1에 도 4에 도시된 바와 같이 미정제 증류 원료(A)와 휘발물을 포함한 액체 스트림(S)을 예비증류탑(8)에 공급하여 예비증류탑(8)의 상단부에서 포스겐과 저비점 생성물이 농축된 스트림(N)과, 예비증류탑(8)의 상부에서 순수한 용제 생성물(O)을 각각 분별증류하며, 분리벽형 증류탑(1)에서 포스겐이 농축된 저비점 생성물(P1), 용제가 농축한 생성물(P2), 고비점 생성물물이 농축된 보텀(P3) 및 톨루엔 디이소시아네이트 생성물 스트림(P4)이 각각 분별증류하는 장치가 알려져 있고, 이 장치는 톨루엔, 디이소시아네이트, 유기용 및 소량의 포스겐을 포함한 미정제 증류 원료를 용제를 이용하여 정제하기 위한 장치로서, 불순물의 혼입이 적은 액화천연가스를 분별하기 위한 증류장치로는 부적합한 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 제2004-155760호(2004년 6월 3일 공개) 분리벽 증류탑을 이용한 톨루엔, 디이소시아네이트의 혼합물의 정제 방법
따라서, 본 발명은 해상 액화천연가스 분별증류장치는 내부에 분리벽이 설치된 증류탑을 구비함으로써, 종래의 해상 액화천연가스 분별증류장치와는 달리 증류탑의 개수를 줄임으로써 증기 사용량의 절감으로 경제적이며, 구조가 간단하여 해상구조물로 적합한 것을 특징으로 하는 분리벽형 기능을 갖는 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치를 제공함을 과제로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 저비점 성분, 중간비점 성분 및 고비점 성분의 혼합물 원료를 분별증류하기 위한 해상 액화천연가스 분별증류장치에 있어서,
상기 분별증류장치는 저비점 성분 증류탑과 내부에 분리벽이 설치된 분리벽형 증류탑으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분리벽형 기능을 갖는 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치를 과제 해결 수단으로 한다.
그리고 상기 저비점 성분 증류탑은 탑의 하부에서 원료가 원료 유입관을 통해 탑 내로 유입되고, 상단부에서 저비점 성분이 분류되며, 하단부에서 상기 저비점 성분 증류탑에서 분별증류되지 않고 남은 잔량의 저비점 성분과, 중간비점 성분 및 고비점 성분의 혼합물이 분리벽형 증류탑의 상부로 이송되어지고,
상기 분리벽형 증류탑은 저비점 성분 증류탑으로부터 유입된 저비점 성분과, 중간비점 성분 및 고비점 성분의 혼합물을 분별증류하여 후실에서 중간비점 성분, 하단부에서 고비점 성분이 각각 분별증류되고, 상단부에서 분별증류된 저비점 성분이 원료 유입관으로 환류되며,
상기 분리벽형 증류탑은 탑의 중간부에 탑의 길이방향으로 분리벽이 설치되고, 전실의 증류단 단수가 후실의 증유단 단수보다 적게 설치되고, 전실 및 후실에서 각각 분별증류되는 비점 성분들은 분리벽을 경계로 하고, 분리벽의 상부 및 하부를 통해 서로 환류되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분별증류장치는 해상 액화천연가스 분별증류장치를 소형화하여 증류탑의 개수를 줄여 구조가 간단하고, 증기 사용량을 최소화하여 경제적인 부가가치를 상승시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 분별증류 방법에 따른 분리벽이 설치된 증류탑의 구성을 나타낸 개략도이고,
도 2는 종래의 분별증류 방법에 따른 열복합 증류탑의 구성을 나타낸 개략도이며,
도 3은 비교 예 1로서 종래의 해상 액화천연가스를 증류하기 위한 분별증류장치의 구성을 나타낸 도면이고.
도 4는 종래의 유기용제 혼합물을 정제하기 위한 분리벽이 설치된 증류탑의 구성을 나타낸 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치의 구성을 나타낸 도면에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 분별증류장치 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다.
그리고 본 발명은 증류탑의 위치를 나타내는 용어를 명확히 하고자 본 발명의 명세서에 기재된 용어 중 '상단부' 및 '하단부'란 증류탑 내부에서 증류단에 의해 여러 단으로 나눈 것 중에서 증류탑의 위 또는 아래의 끝 부분에 해당되는 부분을 의미하고, '상부' 및 '하부'란 증류탑의 상단부의 아래쪽 부분 또는 하단부의 위쪽 부분을 의미하며, '중간부'란 증류탑의 길이 방향의 가운데를 중심으로 상부 및 하부 사이에 위치하는 부분을 의미한다.
본 발명은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헵탄 등의 성분이 혼합된 해상 액화천연가스의 원료(F)를 저비점 성분(D)인 메탄-에탄 혼합물과 중간비점 성분(S)인 프로판-부탄 혼합물 및 고비점 성분(B)인 펜탄-헵탄 혼합물의 3 가지 제품으로 분리하기 위한 분리벽형 증류탑이 구비된 해상 액화천연가스 분별증류장치에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 해상 액화천연가스 분별증류장치는 해상 액화천연가스의 원료(F)로부터 저비점 성분(D), 중간비점 성분(S) 및 고비점 성분(B)을 분별증류하기 위한 장치로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분별증류장치는 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)과 내부에 분리벽(40)이 설치된 분리벽형 증류탑(Ⅳ)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)은 탑의 하부에서 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헵탄 등의 성분이 혼합된 원료(F)가 원료 유입관(50)을 통해 탑 내로 유입되면, 상단부에서 메탄-에탄 혼합물의 저비점 성분(D)이 분별증류되며, 하단부에서 상기 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)에서 분별증류되지 않고 남은 잔량의 저비점 성분(D2)과 프로판-부탄 혼합물의 중간비점 성분(S) 및 펜탄-헵탄 혼합물의 고비점 성분(B)의 혼합물이 분리벽형 증류탑(Ⅳ)의 전실(a)로 이송된다.
또한 상기 분리벽형 증류탑(Ⅳ)은 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)으로부터 유입된 저비점 성분(D2)과, 중간비점 성분(S) 및 고비점 성분(B)의 혼합물을 분별증류하여 후실에서 중간비점 성분(S), 하단부에서 고비점 성분(B)이 각각 분별증류되고, 동시에 상단부에서 분별증류되는 저비점 성분(D2)이 원료 유입관(50)으로 환류시켜 중간비점 성분(S) 및 고비점 성분(B)에 함유된 저비점 성분(D2)을 분별증류에 의해 분리해 냄으로써 분리벽형 증류탑(Ⅳ)에서 분별증류되는 각 성분들의 순도를 높일 수 있다.
또한 상기 분리벽형 증류탑(Ⅳ)은 탑의 중간부에 탑의 길이방향으로 분리벽(40)이 설치되고, 전실(a)의 증류단 단수가 후실(b)의 증유단 단수보다 적게 설치되고, 전실(a) 및 후실(b)에서 각각 분별증류되는 비점 성분들은 분리벽(40)을 경계로 하고, 이 분리벽(40)의 상부 및 하부의 관통 부분을 통해 서로 환류된다.
따라서, 본 발명에 따른 분리벽형 증류탑(Ⅳ)은 전실(a)의 증류단 단수가 후실(b)의 증유단 단수보다 적게 설치함으로써 원료에 함유된 다량의 저비점 성분과 고비점 성분을 쉽게 1차 분리하고, 또한 분리벽(40)의 상부 및 하부의 연결 부분을 통해 전실(a)의 상부에서는 저비점 성분이 증류탑(Ⅳ)의 상단부로 쉽게 이동하도록 한다. 동시에 전실(a)의 하부에서는 고비점 성분이 증류탑(Ⅳ)의 하단부로 쉽게 이동하도록 한다, 후실(b)은 증류단의 수를 많이 설치하여 고농도의 중간비점 성분을 생산하도록 한다.
참고로, 본 발명에서 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)은 원료(F)가 유입되는 관로에 예비냉각기(11)가 설치되고, 또한 상기 저비점 성분 증류탑(Ⅰ) 및 분리벽형 증류탑(Ⅳ)은 각 탑의 상단부의 유출관에 응축기(12, 13), 각 탑의 하단부의 유출관에 재비기(21, 22)가 각각 설치된다.
그리고 본 발명에 첨부된 도면인 도 5에서 도시된 부호인 ①, ③, ⑩ 등과 같이 ○ 내의 숫자는 증류탑 내에 위치한 증류단의 단수를 나타낸다. 따라서, 참고로 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)은 내부에 설치된 증류단이 10단으로 구성되고, 분리벽형 증류탑(Ⅳ)은 후실(b)을 기준으로 증류단의 단수가 25단이다. 또한 분리벽(40)을 기준으로 전실(a)의 경우에는 증류단이 P① 내지 P⑤의 5개단만 형성되고, 후실(b)의 경우에는 증류단이 9 내지 21이므로 13개의 증류단이 형성되어진다. 그리고 원료 또는 비점성분들이 유입되거나 유출되는 위치의 ○ 내의 숫자는 증류단의 단수를 나타내며, 트레이(30)는 원료의 공급단을 표시한다.
이하 본 발명에 따른 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치를 하기의 실시 예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 하기의 실시 예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 실시 예에서 사용한 원료에 대한 조건은 아래 [표 1]에 나타내었다.
원료 조건
온도(℃) 35
압력 (MPa) 7.1
유량 (kmol/h) 15,120
조성 (% mol fraction)
Nitrogen 1.54
Methane 86.39
Ethane 6.47
Propane 2.87
i-Butane 0.72
n-Butane 0.82
i-Pentane 0.41
n-Pentane 0.31
n-Hexane 0.31
n-Heptane 0.15
천연가스 생산구에서 얻어진 원료가 분별증류되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 첫번째 증류탑인 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)에 공급되기 전에 냉각되어 진다. 원료(F)에서의 메탄(C1) 함량이 높기 때문에 메탄의 분리는 비교적 간단한 절차를 거쳐 분리되고 제품으로 생산된다. 이때 대부분의 에탄(C2)은 해상 공정의 어려움 때문에 메탄(C1)과 함께 분리 생산된다. 탈메탄 증류탑인 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)은 단수의 제한 때문에 고농도의 제품을 분리하지 못하고 메탄과 에탄의 일부분은 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)의 하부 제품으로 생산되어 탈프로판 증류탑인 저비점 성분 재증류탑(Ⅱ)의 상단으로부터 일부 메탄과 에탄이 포함된 제품을 탈메탄 공정을 실시하는 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)으로 재순환시킨다. 그리고 세번째 탑인 중간비점 성분 및 고비점 성분 증류탑(Ⅲ)에서 프로판(C3) 및 부탄(C4)의 혼합물은 상부제품으로 펜탄(C5)과 고비점 성분(C5+)의 혼합물 제품은 하부제품으로 각각 생산된다. 이들 증류탑에서 얻어진 각각의 제품 규격은 저비점 제품의 메탄 몰분율이 0.89, 중간비점 제품의 프로판과 부탄의 몰분율이 0.98 그리고 고비점 성분의 펜탄 이상의 몰분율이 0.99이다.
본 발명에 따른 실시 예 1인 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치(도 5 참조)와 비교 예 1인 기존의 해상 액화천연가스 분별증류장치(도 3 참조)의 증류탑 구조와 운전조건을 아래 [표 2]에 나타내었다. 첫 번째 탑은 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)으로 두 시스템에 동일하게 사용되었다.
그리고 실시 예 1의 분리벽형 증류탑은 통상의 증류탑 설계 프로그램을 이용한 계산에 의해 산출되었다. 탑의 압력은 재비기의 증기 온도를 고려한 후에 분리벽형 증류탑(Ⅳ)의 압력으로 설정하였다.
아래 [표 2]에서와 같이 양 분별증류장치의 원료와 제품의 규격은 서로 유사하며, 증류탑의 전체 단수를 동일하게 설정하였다.
구분 Ⅰ 탑 비교 예 1 실시 예 1
Ⅱ 탑 Ⅲ 탑 Ⅳ(a) 탑 Ⅳ(b) 탑
구조
단수 10 10 20 5 25
원료/측면 생산단 3 4 8 2 22
연결단 - - - - 12/24
조작 - - - -
압력 (MPa)-top 7.0 1.1 0.8 0.8 0.8
온도 (℃)
상부 -34.5 -55.1 30.0 -11.8 -59.1
하부 -17.6 62.8 118.4 43.7 118.2
원료유량 (kmol/h) 15,120/349 718 369 718
상부제품 (kmol/h) 14,750 349 215.5 - 349
하부제품 (kmol/h) 718 369 153.5 - 153.5
중간제품 (kmol/h) - - - - 215.5
환류유량 (kmol/h) 101.5 178 178 24.9 304
증기 유량(kmol/h) 1.14 526.5 526.5 249.5 600.5
냉각용량 (MW) 4.7 1.04 2.02 - 1.8
응축용량 (MW) 0.01 2.85 2.24 - 3.82
재비기/압축기 (MW) 14.6 0.52 - - 0.52
조성 (mol frac.)
원료 0.93/0.04/0.01 046/0.32/0.18 0/0.58/0.42 046/0.32/0.18
C1 ,2 0.95 0.95 - - 0.94
C3 ,4 0.32 0.58 0.99 - 0.98
C5 + - - 0.99 - 0.99
실시 예 1의 분별증류장치는 비교 예 1의 종래의 분별증류장치에서의 3 탑 중 마지막 2 탑(Ⅱ 탑, Ⅲ 탑)이 분리벽형 증류탑(Ⅳ 탑)으로 대체 되었고, 그리고 도 3과 도 5에의 첫 번째 탑은 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)으로 두 시스템에 동일하게 사용되었다. 실시 예 1의 분리벽형 증류탑에서 총 단수는 비교 예 1의 기존의 2 탑의 합으로 설계하였다. 원료 공급단의 위치와 최적의 환류량은 증류탑 설계 프로그램으로 계산되었다.
본 실시 예 1에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 원료(F)는 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)의 증류단의 3단으로 유입되고, 상단부인 10단에서 저비점 성분(D)이 유출되고, 나머지 성분들은 하단부인 1단에서 분리벽형 증류탑(Ⅳ 탑)의 전실(a)로 유입되고, 전실(a) 내에 유입된 성분들은 5단으로 구성된 전실의 하단부(P1단)와 상단부(P5단)을 통해 분리벽형 증류탑(Ⅳ 탑)의 9~21단에 위치하도록 13개의 증류단이 구성된 후실(b)로 유입되고, 후실(b)에서 분별증류되면서 액의 일부는 다시 전실(a)로 환류되는 과정을 거쳐 중간 비점 성분(S) 및 고비점 성분(B)이 분별증류되고, 이때 분리벽형 증류탑(Ⅳ 탑)까지 이송되어온 저비점 성분(D2)은 탑의 상단부인 25단에서 외부로 배출되어 다시 원료 유입관(50)으로 환류된다.
실시 예 1의 분리벽형 증류탑은 해상 액화천연가스 분별증류 공정의 소형화뿐만 아니라, 사용 에너지 절약의 효과를 가져온다. 상기 [표 2]에서와 같이 분리벽형 증류탑은 재비기에서 비교 예 1의 종래의 증류탑보다 약 25% 적은 증기를 소비한다. 이는 본 발명에 따른 실시 예 1의 분리벽형 증류탑의 열역학적 효율이 비교 예 1의 기존의 증류탑보다 크기 때문이다.
실시 예 1의 분리벽형 증류탑의 투자와 운전비용에 대한 경제성 평가를 다음과 같이 계산하였다. 증류시스템의 비용은 증류탑과 관련설비의 제작비와 운전경비로 구성되며, 공정 운전은 하루 24시간, 일년에 330일 운전하는 것을 기준으로 하였다. 증류탑의 운전에 필요한 원재료의 가격은 아래 [표 3]의 값으로 계산하였다.
구분 가격 ($/GJ)
증기 6.08
냉각수 0.35
냉매 7.89
전기 16.8
계산된 설비비와 운전경비를 아래 [표 4]에 나타내었다. 탈메탄탑인 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)은 종래의 증류시스템과 본 발명의 시스템 모두에 이용되므로, 이 비용은 전체합산에 포함시키지 않았다. 실시 예 1인 분리벽형 증류 시스템의 투자비용은 비교 예 1의 종래의 증류 시스템보다 저비점 성분 증류탑(Ⅰ)을 제외한 설비비용이 약 14 % 절감되었으며, 전체 운전경비도 약 6% 절감되었다.
(단위: 1,000,000 U.S.달러)
구분 Ⅰ 탑 비교 예 1 실시 예 1
Ⅱ 탑 Ⅲ 탑 Ⅳ(a) 탑 Ⅳ(b) 탑
설비비
탑 2.707 0.218 0.294 - 0.471
단 0.165 0.013 0.020 0.005 0.033
열 교환기 2.125 0.399 0.393 - 0.473
압축기 - 1.566 - - 1.528
소계 2.196 2.903 0.005 2.510
운전경비
증기 0.494 0.389 - 0.662
냉각수 0.020 -
냉매 1.057 0.234 - - 0.405
전기 0.197 - - 0.192
소계 0.925 1.334 - 1.259
본 발명에 따른 분별증류장치는 상기 실시 예에 나타난 바와 같이 해상 액화천연가스 분별증류장치를 소형화하여 증류탑의 개수를 줄여 구조가 간단하므로 설비투자 비용이 적고 증기 사용량을 최소화하여 경제적인 부가가치를 상승시키는 효과가 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분리벽형 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치를 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10 : 전처리탑 20 : 주탑
11 : 예비냉각기 12, 13, 14 : 응축기
21, 22, 23 : 재비기
30 : 트레이 40 : 분리벽
50 : 원료 유입관 F : 원료
D, D2 : 저비점 성분 B : 고비점 성분
S : 중간 비점 성분
Ⅰ : 저비점 성분 증류탑 Ⅱ : 저비점 성분 재증류탑
Ⅲ : 중간비점 성분 및 고비점 성분 증류탑 Ⅳ : 분리벽형 증류탑

Claims (5)

  1. 저비점 성분, 중간비점 성분 및 고비점 성분의 혼합물 원료를 분별증류하기 위한 해상 액화천연가스 분별증류장치에 있어서,
    상기 분별증류장치는 저비점 성분 증류탑과 내부에 분리벽이 설치된 분리벽형 증류탑으로 구성되되,
    상기 저비점 성분 증류탑은 탑의 하부에서 원료가 원료 유입관을 통해 탑 내로 유입되고, 상단부에서 저비점 성분이 분류되며, 하단부에서 상기 저비점 성분 증류탑에서 분별증류되지 않고 남은 잔량의 저비점 성분과, 중간비점 성분 및 고비점 성분의 혼합물이 분리벽형 증류탑의 상부로 이송되고,
    상기 분리벽형 증류탑은 저비점 성분 증류탑으로부터 유입된 저비점 성분과, 중간비점 성분 및 고비점 성분의 혼합물을 분류하여 상부에서 중간비점 성분, 하단부에서 고비점 성분이 각각 분류되고, 상단부에서 분류된 저비점 성분이 원료 유입관으로 환류되며,
    상기 분리벽형 증류탑은 탑의 중간부에 탑의 길이방향으로 분리벽이 설치되고, 전실의 증류단 단수가 후실의 증류단 단수보다 적게 설치되는 것을 특징으로 하는 분리벽형 기능을 갖는 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 분리벽형 증류탑은 전실 및 후실에서 각각 분별증류되는 비점 성분들은 분리벽을 경계로 하고, 분리벽의 상부 및 하부를 통해 서로 환류되는 것을 특징으로 하는 분리벽형 기능을 갖는 증류탑을 이용한 해상 액화천연가스 분별증류장치.
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