KR101562821B1 - Gtl fpso에서 생산되는 합성원유의 취급방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GTL FPSO(10)에서 생산되는 합성원유를 취급하는 방법에 있어서: 상기 GTL FPSO(10)의 유동화기체혼합부(20)에서 합성원유에 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하여 저장하는 생산저장단계(S10); 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 해상에서 육상으로 수송하는 하역운송단계(S20); 및 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 육상의 정제부(30)에서 비등점 차이로 분류하는 분리사용단계(S30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 유동성 확보로 생산/저장/하역/운송/분리에 이르는 일련의 공정에 대한 경제성을 제고하여 관련된 분야의 상용화 기술을 축적하는 효과가 있다.

Description

GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법{Method for handling syncrude produced by GTL FPSO}
본 발명은 합성원유의 저장운송 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 유동성을 확보하여 저장하고 운송하는 일련의 공정을 경제적으로 처리하기 위한 취급방법에 관한 것이다.
합성원유는 석유 외에 천연가스, 석탄, 바이오원료 등의 자원을 이용하여 인공적으로 만든 연료이다. 선진국의 경우 이미 육상에서 다수의 상용 GTL 플랜트를 운영하고 있으며, 최근 북미 세일가스(Shale gas) 개발로 인하여 GTL 기술이 다시 주목받고 있다. 근래 우리나라에서는 정부 주도하에 주요 대기업과 연구소가 차세대 청정연료 합성기술을 개발하고 있다. 향후 고유가가 심화되는 상황에서 GTL 청정연료에 대한 수요가 급증할 것으로 기대되므로 점차 충분한 경제성을 확보할 것으로 평가된다.
이와 같은 맥락으로 육상의 기술을 해상에서 구현하기 위한 GTL FPSO의 개발이 추진되고 있으나 아직은 상용화에 앞서 해결해야 할 문제점이 많다. GTL FPSO에 내포된 문제점 중 하나로 "GTL 합성원유의 저장 및 운송을 위한 유동성 확보"에 대한 이슈가 포함된다. 이는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유에 다량의 왁스가 포함되어 고점성을 나타내는 물성에 기인한다. 이에 합성원유의 유동성은 GTL FPSO의 효율적인 저장 및 하역 그리고 경제성을 확보하기 위한 중요한 관건의 하나로 인식된다.
이를 위해 종래의 VLCC(Very Large Crude oil Carrier)와 유사한 개념을 적용하여 합성원유의 유동성이 확보되는 온도로 가열하는 방식이 검토될 있다. 그러나, 이 경우 생산/저장/하역/운송/분리에 이르는 동안 온도를 지속적으로 유지하기 위해 추가적인 설비와 더불어 연료 공급이 필요한 단점을 보인다.
또 다른 방식과 관련하여 참고할 수 있는 선행특허의 일예로서, 한국 등록특허공보 제0339993호는 타르/슬러지를 유효량의 계면활성제 및 유효량의 무기산 또는/및 캐리어와 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 무기산은 황산, 인산 또는 이들의 혼합물인 용기/관으로부터 타르/슬러지를 세척하거나 또는 유동화시키는 방법을 제공한다. 이에 따라, 용이하게 운송되고, 취급되고, 펌핑될 수 있는 형태로 타르/슬러지를 제거하는 효과를 기대한다.
그러나, 이는 파이프 및 저장탱크 등에 물리적 변형을 유발하지 않고 타르/슬러지를 세척함을 요지로 하므로 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 운송과 사용을 고려한 유동성 확보에 적용이 곤란하다.
1. 한국 등록특허공보 제0339993호 "타르의 유동화 방법"(공개일자 : 1999. 12. 15.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 유동성을 확보하여 생산/저장/하역/운송/분리에 이르는 일련의 공정에 대한 경제성을 제고하는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유를 취급하는 방법에 있어서: 상기 GTL FPSO의 유동화기체혼합부에서 합성원유에 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하여 저장하는 생산저장단계; 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 해상에서 육상으로 수송하는 하역운송단계; 및 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 육상의 정제부에서 비등점 차이로 분류하는 분리사용단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 생산저장단계에서 유동화기체혼합부는 GTL 공정중 생성되는 H2, CO, CO2 중에서 선택하여 메탄올을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 생산저장단계에서 유동화기체혼합부는 메탄올생성공정에서 생산된 메탄올을 원료로 가솔린생성 공정에서 가솔린을 생성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나는 합성원유의 펌핑시 관로저항 축소에 의한 유동성 확보를 위해 합성원유의 동점도를 설정 범위로 유지하도록 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 하역운송단계는 일반 오일탱커(Oil Tanker)를 이용하여 0.1~10bar의 압력과, 0~200℃의 온도 범위로 수송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 분리사용단계에서 정제부는 85~185˚F 의 온도범위로 메탄올을 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 분리사용단계에서 정제부는 185~350˚F 의 온도범위로 가솔린을 분리하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 유동성 확보로 생산/저장/하역/운송/분리에 이르는 일련의 공정에 대한 경제성을 제고하여 관련된 분야의 상용화 기술을 축적하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 합성원유의 취급방법을 나타내는 개념도
도 2는 본 발명에 따른 합성원유 취급방법의 정제(메탄올) 과정을 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 합성원유 취급방법의 정제(가솔린) 과정을 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 GTL FPSO(10)에서 생산되는 합성원유를 취급하는 방법에 관하여 제안한다. GTL FPSO(10)는 FPSO(부유식 원유생산저장하역설비)에 GTL을 합성하여 해상에서 청정에너지를 생산할 수 있는 해양플랜트이다. GTL 공정은 천연가스(NG)로부터 합성가스(H2 ,CO)를 생성하는 리포밍(reforming) 공정, 합성가스로부터 합성석유를 생성하는 F-T(Fischer-Tropsch) 공정, 합성원유를 원하는 탄소수의 연료로 전환하는 업그레이딩(upgrading) 공정으로 이루어진다. 합성원유의 취급방법은 해상의 생산, 저장, 하역과 육상의 운송, 분리에 이르는 일련의 공정에 관련된다.
본 발명은 크게 생산저장단계(S10), 하역운송단계(S20), 분리사용단계(S30)로 구분된다.
본 발명에 따른 생산저장단계(S10)는 상기 GTL FPSO(10)의 유동화기체혼합부(20)에서 합성원유에 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하여 저장하는 과정을 거친다. GTL FPSO(10)의 F-T공정에서 생성되는 합성원유는 다량의 왁스(Wax)를 포함하고 있어서 유동성을 확보하는 방안이 상용화를 위한 주요 이슈이다. 즉, 적절한 점도 범위로 유동성이 확보되지 않으면 해상에서 육상으로 운송이 불가능하거나 비경제적이다. 메탄올은 무색의 가연성 액체로서 합성원유 저장 조건인 상온/상압에서 유동성이 매우 높으면서 원유와 쉽게 섞인다. 이에 합성원유의 점도를 강하시키며 추후 증류에 의한 분리도 용이하다.
메탄올은 전세계적으로 시장규모가 매우 크고, 다양한 화학물질의 원료로 사용이 가능한 유용한 화합물이다. 또한, 메탄올의 연소 시 청정성과 상온/상압 상태에서 저장/운송이 용이하다는 장점 등으로 최근에는 자동차 및 선박 등의 운송수단의 연료로 수요가 급증하고 있다.
물론, 메탄올 대신에 합성석유와 잘 혼합되어 높은 유동성을 나타내는 것으로서, 에탄올, 프로판올, 뷰탄올 등의 알코올 계열 물질 및 동등 이상의 물성을 지닌 물질을 배제하지 않는다.
특히, 가솔린은 가연성 액체로서 합성원유 저장 조건인 상온/상압에서 유동성이 매우 높으면서 원유의 성분 중에 하나이다. 메탄올과 비교 시 가격이 높고 시장이 크므로 경제성 제고에 유리하다. 가솔린은 합성원유의 점도를 강하시키는 외에 추후 증류에 의한 분리도 용이한 장점을 지닌다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 생산저장단계(S10)에서 유동화기체혼합부(20)는 GTL 공정중 생성되는 H2, CO, CO2 중에서 선택하여 메탄올을 생성하는 것을 특징으로 한다. 유동화기체혼합부(20)는 공정중의 CO와 H2를 이용하여 합성할 수도 있고, CO2 와 H2 를 이용하여 합성할 수도 있다. H2, CO, CO2 중에서 선택하는 방식에 의하면 GTL FPSO(10)에 일부 장비만 추가로 설치하여 구현되므로 메탄올을 비교적 저렴하게 생성하여 경제성을 높인다. 어느 경우에나 메탄올의 순도를 90.0% 이상의 조건으로 유지하는 것이 좋다.
가솔린 생성의 경우도 메탄올이 저렴하게 가솔린 공정에 공급된다면, 전체 합성원유의 경제성을 높일 수 있다. 또한, 가솔린합성 공정은 다른 합성 공정에 비해 순도가 높고, 부산물로 분리하기 쉬운 물이 생성된다.
이때, 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나는 합성원유의 펌핑시 관로저항 축소에 의한 유동성 확보를 위해 합성원유의 동점도를 설정 범위로 유지하도록 혼합하는 것을 특징으로 한다. FT 반응기 후단에서 생성된 합성원유의 유동성을 분석하여, 저장/하역 조건에서 충분한 유동성을 확보하는 데 필요한 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나의 양을 계산/산정하여, 그 양에 비례하는 만큼의 설정 비율로 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 생산하여 혼합한다. 유동성은 펌프로 이동/하역할 수 있는 있을 정도의 동점도를 기준으로 설정된다.
만약, 합성원유의 유동성이 확보되지 않는 양의 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된다면, 탱크와 관로를 유동하는 저항이 증가하여 하역/운송의 비용이 증가하는 것은 물론 막힘에 의한 안전사고의 위험성도 증대된다.
또, 본 발명에 따른 하역운송단계(S20)는 상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 해상에서 육상으로 수송하는 과정을 거친다. 이는 GTL FPSO(10)에서 운반선에 하역(Offloading)하는 공정과, 운반선으로 운송(Transportation)하는 공정으로 이루어진다. 어느 공정에서나 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 부가한 합성원유의 유동성이 확보되므로 가온을 위한 히팅 코일(Heating Coil)과 같은 복잡한 부가설비를 배제할 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 하역운송단계(S20)는 일반 오일탱커(Oil Tanker)를 이용하여 0.1~10bar의 압력과, 0~200℃의 온도 범위로 수송하는 것을 특징으로 한다. 운영 압력과 온도가 높을수록 합성원유의 유동성에 유동성 향상에 유리하지만 비용 증가가 수반되는 점을 고려한다.
또, 본 발명에 따른 분리사용단계(S30)는 상기 메탄올 혼합 합성원유를 육상의 정제부(30)에서 비등점 차이로 분류하는 과정을 거친다. 통상적으로 정제부(30)에서 합성원유를 증류하면 비등점에 따라 85˚F 이하에서 부탄, 85~185˚F에서 가솔린, 185~350˚F에서 나프타, 350~450˚F에서 등유, 450~650˚F에서 경유, 650~1,050에서 중유, 1,050˚F 이상에서 잔여유로 분류된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 메탄올을 합성원유에 혼합한 경우, 상기 분리사용단계(S30)에서 정제부(30)는 85~185˚F 의 온도범위로 메탄올을 분리하는 것을 특징으로 한다. 메탄올의 순도와 수율을 높이려면 정제부(30)는 120~160˚F의 온도범위를 유지한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 가솔린을 합성원유에 혼합한 경우, 상기 분리사용단계(S30)에서 정제부(30)는 185~350˚F 의 온도범위로 가솔린을 분리하는 것을 특징으로 한다.
한편, 정제부(30)에서 분리된 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나는 추가적인 리파이닝(Refining) 등의 후속 공정을 통해 소비자들이 요구하는 최종 순도에 부합하도록 처리된다.
이와 같이 본 발명은 GTL FPSO(10)에서 생산되는 합성원유에 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하여 유동성을 확보하면 저장, 하역, 운송, 분리, 사용에 이르는 전구간에서 용이한 취급이 가능하다.
한편, 본 발명은 GTL 합성원유에 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하는 전체 공급 체인(Full Supply Chain) 개념을 요지로 하여 도시하고 설명하고 있으나, 점성이 높은 오일 셰일, 오일 샌드, 초중질유 등도 위와 같이 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하는 방법을 적용하여 유동성을 개선할 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: GTL FPSO 20: 유동화기체혼합부
30: 정제부 S10: 생산저장단계
S20: 하역운송단계 S30: 분리사용단계

Claims (7)

  1. GTL FPSO(10)에서 생산되는 합성원유를 취급하는 방법에 있어서:
    상기 GTL FPSO(10)의 유동화기체혼합부(20)에서 합성원유에 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나를 혼합하여 저장하는 생산저장단계(S10);
    상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 해상에서 육상으로 수송하는 하역운송단계(S20); 및
    상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나가 혼합된 합성원유를 육상의 정제부(30)에서 비등점 차이로 분류하는 분리사용단계(S30);를 포함하여 이루어지고,
    상기 생산저장단계(S10)에서 유동화기체혼합부(20)는 GTL 공정중 생성되는 H2, CO, CO2 중에서 선택하여 메탄올을 생성하며,
    상기 생산저장단계(S10)에서 유동화기체혼합부(20)는 메탄올생성공정에서 생산된 메탄올을 원료로 가솔린생성 공정에서 가솔린을 생성하는 것을 특징으로 하는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄올 및 가솔린 중 적어도 하나는 합성원유의 펌핑시 관로저항 축소에 의한 유동성 확보를 위해 합성원유의 동점도를 설정 범위로 유지하도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하역운송단계(S20)는 일반 오일탱커(Oil Tanker)를 이용하여 0.1~10bar의 압력과, 0~200℃의 온도 범위로 수송하는 것을 특징으로 하는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리사용단계(S30)에서 정제부(30)는 85~150˚F 의 온도범위로 메탄올을 분리하는 것을 특징으로 하는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리사용단계(S30)에서 정제부(30)는 185~350˚F 의 온도범위로 가솔린을 분리하는 것을 특징으로 하는 GTL FPSO에서 생산되는 합성원유의 취급방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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