KR101516250B1 - 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박 - Google Patents

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Abstract

에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박은 선체의 상부갑판에 설치되고, 에틸렌을 생산하기 위한 탑사이드 모듈; 및 선체 내부에 설치되고, 탑사이드 모듈에서 생산된 에틸렌을 저장하기 위한 에틸렌 저장 탱크를 포함할 수 있다.

Description

에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박{ethylene floating production storage shuttle}
본 발명은 부유식 생산 저장 선박에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 원유 또는 가스의 생산 과정에서 발생하는 에탄(ethane)을 활용하여 에틸렌을 생산하고 저장하여 수요처로 운송가능한 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 부유식 해상생산 설비는 FPSO(floating production, storage and offloading)로 잘 알려진 바와 같이, 해상에서 부유하면서 원유 또는 가스의 생산과 저장, 하역을 할 수 있는 구조물이다. 여기서, FPSO는 해저에서 생산한 원유 또는 가스를 정제하고 이를 저장해서 운반선이나 기타 이송 장소에 하역을 할 수 있는 특수선박을 의미하며, 천연가스시스템인 부유식 액화천연가스 설비와, 원유시스템인 원유 및 가스 처리설비 등을 포함한다.
FPSO에서 생산 및 저장된 석유 유체들은 석유 생산 지역들로부터 생산물을 회수하기 위해, 예를 들어 매주, 정기적으로 부르는 하역 선박들에 의해 석유 소비 지역으로 운반된다.
한편, 최근에는 천연가스로부터 뽑아낸 에탄,부탄,프로판 중에 에탄을 이용한 ECC(ethane cracking center) 공정이 주목받고 있다, ECC 공정은 채굴된 천연가스를 NGL 상태로 변환한 후 다양한 공정을 거쳐서 에탄과 프로판 등으로 분리한 뒤, 이 중 에탄가스를 이용해서 에틸렌을 생산하는 공정을 말한다.
그러나, 현재에는 해상에서 생산된 천연가스를 하역 선반들을 이용해 육지까지 운반한 후, 육지의 ECC 설비에서 에틸렌을 생산하고 있다, 따라서, 천연가스 운송비 및 관리 비용 등에서 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예들은 원유 또는 가스 생산 과정에서 발생하는 에탄을 활용하여 에틸렌을 생산 및 저장 그리고 운송할 수 있는 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들은 에틸렌 생산 과정에서 발생되는 부산물을 이용하여 선박의 에너지원으로 사용가능한 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 상부갑판에 설치되고, 에틸렌을 생산하기 위한 탑사이드 모듈; 및 상기 선체 내부에 설치되고, 상기 탑사이드 모듈에서 생산된 에틸렌을 저장하기 위한 에틸렌 저장 탱크를 포함하는 부유식 생산 저장 선박이 제공될 수 있다.
또한, 상기 탑사이드 모듈은 천연가스를 생산하는 과정에서 발생한 에탄을 원료로 이용하여 에틸렌을 생산할 수 있다.
또한, 상기 탑사이드 모듈은 에탄에 열을 가해 탄소수가 적은 탄화수소로 열분해하는 열분해로; 상기 열분해로에서 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 온도를 낮추는 급냉기; 상기 급냉기를 통과한 가스의 부피를 감소시키는 압축기; 압축된 가스로부터 수분을 제거하는 건조기; 수분이 제거된 가스의 온도를 낮추는 열교환기; 및 열교환된 가스로부터 에틸렌을 분리정제하는 증류탑을 포함할 수 있다.
또한, 상기 에틸렌을 생산하는 과정에서 발생되는 수소가스를 제공받아 열에너지를 생산하는 버너를 더 포함하고, 상기 버너의 열에너지는 상기 열분해로 또는 선박 조수기의 에너지원으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 부유식 생산 저장 선박은 상기 에틸렌을 생산하는 과정에서 발생되는 수소가스를 제공받아 전기에너지를 생산하는 연료전지를 더 포함하고, 상기 연료전지는 상기 열분해로 또는 선박 조수기의 에너지원으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 원유 또는 가스 생산지역에서 소비지역까지 운송하는 동안 에탄을 활용하여 에틸렌을 생산 및 저장함으로써 에틸렌 생산에 필요한 시간을 절감할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예들은 에틸렌 생산 과정에서 발생되는 부산물을 이용하여 선박의 에너지원으로 사용함으로써 선박 운송 비용 및 에틸렌 생산 비용을 절감할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예들은 운송의 편의성을 향상시킬 수있고 에틸렌 생산 부지 확보에 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박의 활용예를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 부유식 생산 저장 선박의 에틸렌 생산을 위한 구성을 보여주는 구성도이다.
도 3은 도 2에서 에틸렌 생산 과정에서 발생되는 수소 가스의 활용예를 보여주는 구성도이다.
도 4는 도 2에서 에틸렌 생산 과정에서 발생되는 수소 가스의 또 다른 활용예를 보여주는 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박을 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박의 활용예를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 부유식 생산 저장 선박의 에틸렌 생산을 위한 구성을 보여주는 구성도이다.
본 실시예에서의 부유식 해상 구조물은 해저를 시추하여 천연가스를 생산하고, 이 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG 및 LNG 생산과정에서 발생된 에탄을 부유식 생산 저장 선박으로 옮겨 싣기 위해 사용되는 부유식 액화천연가스 생산저장하역설비(LNG FPSO, Floating, Production, Storage and Offloading) 또는 원유시스템인 원유 및 가스 처리설비가 있을 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 부유식 생산 저장 선박(floating production storage shuttle;FPSS)(10)은 생산지역의 부유식 액화천연가스 생산저장하역설비(LNG FPSO;20)로부터 생산된 LNG 및 에탄을 소비 지역(30)으로 운송하고, 소지 지역(30)으로 운송하는 과정에서 에탄을 가공처리하여 에틸렌을 생산 저장할 수 있는 특수 선박이다.
에틸렌 생산을 위한 부유식 생산 저장 선박(FPSS;10)은 액화된 LNG를 저장하기 위한 저장탱크(110), 에탄이 저장되는 저장 탱크(120) 그리고 에틸렌이 저장되는 저장 탱크(130)를 갖는 선체(Hull)(100)와, 에틸렌을 생산하고 처리하는데 필요한 각종 설비들이 설치된 탑사이드 모듈(200)을 포함할 수 있다. LNG 와 에탄은 부유식 액화천연가스 생산저장하역설비(LNG FPSO;20)로부터 제공받아 해당 저장탱크에 저장된다.
저장탱크(110,120,130)들은 선체(100) 내부에 마련하고 있을 수 있다, 일 예로, 선체에 구비되는 저장탱크(110,120,130)들은 멤브레인 방식(예: Mark III type , No.96 type)의 저장탱크, 독립탱크 방식 등 액화천연가스 및 에탄 그리고 에틸렌을 저장 이송하는 부유식 설비의 기술규격을 만족하도록 건조되어 있을 수 있다. 이러한 저장탱크는 선체(10)의 폭방향으로 단열 또는 다수의 열로 배열될 수 있다.
또한, 선체(100)는 터릿(turret)과 거주구(accommodation) 및 플레어 타워(flare tower), 헬리데크(helideck)와 같은 선체 탑재용 구조물(190)을 구비하고 있을 수 있다. 여기서, 선체 탑재용 구조물(190)은 갑판 위에 설치되는 어떠한 구조물이 될 수 있으므로, 터릿, 거주구, 플레어타워, 헬리데크 등으로 한정되지 않을 수 있다.
탑사이드 모듈(200)은 에탄 분해 설비들(에탄가스로 플라스틱의 원재료인 에틸렌을 뽑아내는 설비) 이외에도 가스 하역 설비(미도시됨) 등을 포함할 수 있다. 이러한 탑사이드 모듈(200)은 선체(100)의 상갑판에 설치될 수 있다.
탑사이드 모듈(200)의 에탄 분해 설비들은 열분해로(210)(cracking furnace), 급냉기(220)(Quench), 압축기(230)(Compression), 가성 스크러버(280)(caustic scrubber), 건조기(240)(Dryer), 열교환기(250)(Heat Exchanger) 및 증류탑(260)을 포함할 수 있다.
열분해로(210)에서는 에탄에 열을 가해 탄소수가 적은 탄화수소로 열분해하는 열분해공정이 이루어진다. 에탄은 열분해로(210) 내에서 약800~850℃의 고온에서 분해된다. 급냉기(220)에서는 열분해로(210)에서 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 온도를 낮추는 급냉 공정이 이루어진다. 급냉공정에서는 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 온도를 낮춘다. 압축기(230)에서는 분해가스의 경제적인 분리를 위해 압축하여 부피를 감소시키는 압축 공정이 이루어진다. 압축된 가스는 건조기(240)에서 수분을 제거한다. 압축기 토출 가스는 건조기(240)에서 수분이 제거된 후 열교환기(250)에서 저온 회수 공정이 이루어진다. 저온 회수 공정에서 수분이 제거된 가스는 프로필렌 냉매 및 에틸렌 냉매에 의해 단계적으로 냉각되어 응축물(일 예로, 수소와 메탄 분리)이 분리된다. 마지막으로, 응축물이 분리된 열교환된 가스는 증류탑(260)에서 에틸렌을 분리 정제하는 분리정제 공정이 이루어진다. 분리 정제 공정에서는 에틸렌 이외에도 프로필렌 등이 추출/정제될 수 있다. 일 예로, 증류탑은 디메타나이저(De-Methanizer), 디에타나이저(De-Ethanizer), 디프로파나이저(De-Propanizer) 및 디부타나이저(De-Butanizer)를 포함할 수 있다.
마지막으로 분리 정제 공정을 거쳐 생산되는 에틸렌은 선체의 저장탱크에 저장된다.
도 3은 도 2에서 에틸렌 생산 과정에서 발생되는 수소 가스의 활용예를 보여주는 구성도이다.
도 3에서와 같이, 부유식 생산 저장 선박(10)은 에탄가스로부터 에틸렌을 추출/정제하는 과정에서 발생되는 수소가스를 제공받아 열에너지를 생산하는 버너(310)를 더 포함한다. 버너(310)의 열에너지는 열분해로(210) 또는 선박 조수기(400)의 에너지원으로 사용될 수 있다. 선박 조수기(400)에서 생성된 담수는 급냉기(220)의 냉각수로 사용될 수 있다.
도 4는 도 2에서 에틸렌 생산 과정에서 발생되는 수소 가스의 또 다른 활용예를 보여주는 구성도이다.
도 4에서와 같이, 부유식 생산 저장 선박(10)은 에탄가스로부터 에틸렌을 추출/정제하는 과정에서 발생되는 수소가스를 제공받아 전기 에너지를 생산하는 연료전지(320)를 포함한다. 연료전지(320)는 열분해로(210) 또는 선박 조수기(400)의 에너지원으로 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 선체 200 : 탑사이드 모듈
210 : 열분해로 220 : 급냉기
230 : 압축기 240 : 건조기
250 : 열교환기 260 : 증류탑

Claims (5)

  1. 부유식 생산 저장 선박에 있어서:
    선체의 상부갑판에 설치되고, 에탄을 원료로 이용하여 에틸렌을 생산하기 위한 탑사이드 모듈; 및
    상기 선체 내부에 설치되고, 상기 탑사이드 모듈에서 생산된 에틸렌을 저장하기 위한 에틸렌 저장 탱크를 포함하되;
    상기 탑사이드 모듈은
    에탄에 열을 가해 탄소수가 적은 탄화수소로 열분해하는 열분해로;
    상기 열분해로에서 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 온도를 낮추는 급냉기;
    상기 급냉기를 통과한 가스의 부피를 감소시키는 압축기;
    압축된 가스로부터 수분을 제거하는 건조기;
    수분이 제거된 가스의 온도를 낮추는 열교환기; 및
    열교환된 가스로부터 에틸렌을 분리정제하는 증류탑을 포함하는 부유식 생산 저장 선박.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부유식 생산 저장 선박은
    상기 에틸렌을 생산하는 과정에서 발생되는 수소가스를 제공받아 열에너지를 생산하는 버너를 더 포함하고,
    상기 버너의 열에너지는 상기 열분해로 또는 선박 조수기의 에너지원으로 사용되는 부유식 생산 저장 선박.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부유식 생산 저장 선박은
    상기 에틸렌을 생산하는 과정에서 발생되는 수소가스를 제공받아 전기에너지를 생산하는 연료전지를 더 포함하고,
    상기 연료전지는 상기 열분해로 또는 선박 조수기의 에너지원으로 사용되는 부유식 생산 저장 선박.
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