KR101521830B1

KR101521830B1 - Dme fpso의 열통합 장치

Info

Publication number: KR101521830B1
Application number: KR1020130167764A
Authority: KR
Inventors: 김안나; 김윤기; 조두현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-05-28

Abstract

본 발명은 리포밍 시스템(Reforming system)을 지닌 DME FPSO에 있어서: 리포밍 시스템의 합성가스 G/L 분리기(10)에서 합성가스 쿨러(20)로 진행하는 합성가스의 경로 중간에 DME/MeOH 회수정제 시스템(Recovery & purification system)으로 통과하는 경로를 연결하여 합성가스 쿨러(20)에 유입되는 합성가스의 온도를 저감하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, DME FPSO에서 합성가스를 생성하는 과정에서 중압 스팀 대신 온도가 높은 합성가스의 열을 활용하므로서 시스템 간의 열통합에 의한 전체적 에너지 효율 향상을 도모할 수 있다.

Description

DME FPSO의 열통합 장치{Heat Integration apparatus for DME FPSO}

본 발명은 DME FPSO의 열통합 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 DME FPSO의 리포밍 시스템과 DME/MeOH 회수정제 시스템 간의 열적 통합으로 장비의 크기를 축소하고 열효율 증가를 도모하는 DME FPSO의 열통합 장치에 관한 것이다.

DME는 천연가스로부터 합성할 수 있는 대량의 에너지원으로서 DME/GTL FPSO와 같은 화학플랜트와 결합된 FPSO와 연계되어 활용성이 증대되고 있다. DME FPSO는 리포밍(reforming) 기술과 합성기술을 기반으로 하여 천연가스를 친환경 연료로 전환하는 시스템을 구비한다. 근래 DME와 관련된 각종 국책사업이 진행되어 수년 내에 상용화를 바라보는 상황에서 DME FPSO를 구성하는 주요 시스템을 효율적으로 연계하는 기술축적이 필요하다.

예컨대, 리포밍 시스템(Reforming system)의 고온 합성가스 G/L 분리기(High temperature syngas G/L separator)에서 분리된 기체 합성가스(syngas)는 다음 시스템으로 전달하기 전에 쿨러(cooler)를 통해 온도를 165℃에서 50℃로 낮춘다. 온도를 낮추는 과정에서 보편적으로 냉각수(cooling water)가 사용된다. 합성가스의 냉각은 공정 흐름에 있어서 필수적 과정이지만 DME FPSO 전체 시스템에 대한 에너지 효율의 측면에서 개선의 여지가 있다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행특허의 일예로서, 한국 공개특허공보 제2013-0048028호에 의한 합성가스제조 공정은, 개질반응단계, 냉각단계, 수분 및 수소 분리 단계를 포함하고, 개질공정 이후에 점진적인 온도 감소를 통하여 GTL 공정에 원료가스를 공급하여 이의 재 가열에 필요한 열량 소비를 최소화한 공정을 제공한다. 이에 따라, 분리장치의 컴팩트화 경량화 공정을 도모하여 GTL의 실용화 촉진에 기여하는 효과를 기대한다.

그러나, 이는 중소형 가스전의 컴팩트화에 적합한 구성으로서 DME FPSO에 적용하기 곤란하고, 점진적인 온도 감소를 통한 열량 소비의 최소화로 전체적 시스템 효율 향상을 기대하기 미흡하다.

1. 한국 공개특허공보 제2013-0048028호 "천연가스를 이용한 FT 공정용 합성가스 제조방법 및 제조장치"(공개일자 : 2013. 5. 9.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 해당 시스템에서 분리된 기체 합성가스(syngas)를 바로 냉각하지 않고 다른 시스템에서 온도를 높여주는 역할을 하는 에너지원으로 사용한 후 보다 낮아진 온도 쿨러에 투입하여 냉각 열량을 감소하는 DME FPSO의 열통합 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 리포밍 시스템(Reforming system)을 지닌 DME FPSO에 있어서: 리포밍 시스템의 합성가스 G/L 분리기에서 합성가스 쿨러로 진행하는 합성가스의 경로 중간에 DME/MeOH 회수정제 시스템(Recovery & purification system)으로 통과하는 경로를 연결하여 합성가스 쿨러에 유입되는 합성가스의 온도를 저감하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 합성가스는 DME/MeOH 회수정제 시스템의 컬럼 리보일러를 통과하도록 배관으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 컬럼 리보일러는 CO2 컬럼, DME 컬럼 및 메타놀 컬럼 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 CO2 컬럼, DME 컬럼, 메타놀 컬럼은 각각 입구다기관과 출구다기관을 개재하여 병렬적 경로로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 출구다기관은 헤더를 통하여 합성가스를 수집하고 합성가스 쿨러로 보내도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, DME FPSO에서 합성가스를 생성하는 과정에서 중압 스팀 대신 온도가 높은 합성가스의 열을 활용하므로서 시스템 간의 열통합에 의한 전체적 에너지 효율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 합성가스의 낮아진 온도로 쿨러에 투입되므로 냉각수 유량을 감소할 수 있어 합성가스 쿨러의 크기를 축소할 수 있다.

또한, 열매체로 사용되는 중압 스팀을 컬럼 리보일러에 사용하지 않으므로서 전체 시스템 크기의 축소와 더불어 중압 스팀의 절약에 의한 전체 시스템의 발전량 증가를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치에서 리포밍 시스템을 중심으로 나타내는 블록도
도 2는 본 발명에 따른 장치에서 DME/MeOH 회수정제 시스템을 중심으로 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 리포밍 시스템(Reforming system)을 지닌 DME FPSO에 관하여 제안한다. DME FPSO는 디메틸에테르를 생성하기 위한 리포밍(reforming) 기술과 합성기술을 접목한 해양 부유식 생산저장 하역설비이다. 현재 국가별로 DME 생산과 관련한 다양한 연구와 개발이 진행되는 상황에서 본 발명은 FPSO에 접목하여 주요 시스템을 연계하는 부분을 주요 대상으로 한다.

본 발명은 리포밍 시스템의 합성가스 G/L 분리기(10)에서 합성가스 쿨러(20)로 진행하는 합성가스의 경로 중간에 DME/MeOH 회수정제 시스템(Recovery & purification system)으로 통과하는 경로를 연결하여 합성가스 쿨러(20)에 유입되는 합성가스의 온도를 저감하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 합성가스 G/L 분리기(10)는 합성가스/복수 인터체인저(Syngas/Condensate interchanger)에서 온 합성가스를 고온에서 기체와 액체로 분리하여 CO2 제거 시스템(CO2 removal system)과 공정수처리 시스템(Proecess produced waste water system)으로 보낸다. 합성가스 쿨러(20)는 합성가스 G/L 분리기(10)의 하류측에 설치되고, 도 1의 냉각수 공급관(CWS)과 냉각수 회수관(CWR)을 통하여 냉각을 수행한다.

이때, 본 발명은 합성가스 G/L 분리기(10)에서 배출된 합성가스가 DME/MeOH 회수정제 시스템(Recovery & purification system)을 통과하면서 일차적으로 열교환(냉각)을 거친 후에 보다 낮아진 온도로 쿨러(20)에 유입되도록 새로운 경로를 부가한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 합성가스는 DME/MeOH 회수정제 시스템의 컬럼 리보일러(30)를 통과하도록 배관으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 현재 DME/MeOH 회수정제 시스템의 컬럼 리보일러(Column reboiler)를 지나는 메인 스트림(main stream)의 온도를 높여 다시 컬럼으로 보내주기 위해 DME 반응열로 생성된 중압 스팀(MP steam)을 사용한다. 많은 열량을 소모하는 합성가스 쿨러(20)의 열을 컬럼 리보일러(30)에 사용함으로 리포밍 시스템과 DME/MeOH 회수정제 시스템 간의 열통합을 구현할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 컬럼 리보일러(30)는 CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34) 및 메타놀 컬럼(36) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 합성가스 G/L 분리기(10)에서 분리된 기체인 합성가스를 165℃에서 50℃로 낮추기 위해 합성가스 쿨러(20)에 147,816kW의 열량(heat duty)이 요구된다. 컬럼 리보일러(30)의 CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34), 메타놀 컬럼(36)에는 각각 10,456kW, 7,345kW, 33,333kW의 열량이 요구된다. 종래의 중압 스팀 대신 고온의 합성가스로 컬럼 리보일러(30)에 소요되는 열량을 감당하는 동시에 합성가스의 냉각을 일정 부분 달성한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34), 메타놀 컬럼(36)은 각각 입구다기관(41)과 출구다기관(43)을 개재하여 병렬적 경로로 연결되는 것을 특징으로 한다. 입구다기관(41)과 출구다기관(43)은 CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34), 메타놀 컬럼(36)에 요구되는 유량을 고려하여 각기 다른 길이로 연결될 수 있다. 입구다기관(41)과 출구다기관(43)의 병렬적 경로 상에는 개도율을 변동하는 각각의 밸브를 구비한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 출구다기관(43)은 헤더(45)를 통하여 합성가스를 수집하고 합성가스 쿨러(20)로 보내도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 헤더(45)는 출구다기관(43)을 하나로 통합하는 위치에 설치되어 열교환을 거친 합성가스를 수집한다. CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34), 메타놀 컬럼(36)에서 보내온 합성가스의 온도가 달라도 헤더(45)를 거쳐 균일한 온도 상태로 합성가스 쿨러(20)에 유입된다.

이와 같이 본 발명은 고온의 합성가스가 지닌 에너지를 리보일러의 열원으로 사용함에 따라, 쿨러로 들어가는 합성가스의 온도를 기존의 165℃보다 낮추어 쿨러의 부담을 축소한다. 이에 쿨러와 전체 시스템의 크기 감소에 더하여 리보일러용 중압 스팀의 배제로 인한 전체 발전량 증가를 도모할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 합성가스 G/L 분리기 20: 합성가스 쿨러
30: 컬럼 리보일러 32: CO2 컬럼
34: DME 컬럼 36: 메타놀 컬럼
41: 입구다기관 43: 출구다기관
45: 헤더

Claims

리포밍 시스템(Reforming system)을 지닌 DME FPSO에 있어서:
리포밍 시스템의 합성가스 G/L 분리기(10)에서 합성가스 쿨러(20)로 진행하는 합성가스의 경로 중간에 DME/MeOH 회수정제 시스템(Recovery & purification system)으로 통과하는 경로를 연결하여 합성가스 쿨러(20)에 유입되는 합성가스의 온도를 저감하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 DME FPSO의 열통합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 합성가스는 DME/MeOH 회수정제 시스템의 컬럼 리보일러(30)를 통과하도록 배관으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DME FPSO의 열통합 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 컬럼 리보일러(30)는 CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34) 및 메타놀 컬럼(36) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME FPSO의 열통합 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 CO2 컬럼(32), DME 컬럼(34), 메타놀 컬럼(36)은 각각 입구다기관(41)과 출구다기관(43)을 개재하여 병렬적 경로로 연결되는 것을 특징으로 하는 DME FPSO의 열통합 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 출구다기관(43)은 헤더(45)를 통하여 합성가스를 수집하고 합성가스 쿨러(20)로 보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 DME FPSO의 열통합 장치.