KR101597557B1 - 단일 합성원유 생산용 ft gtl 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

FPSO 상에서 단일 합성원유 생산용 FT(Fischer-Tropsch) GTL(Gas-to-Liquid) 장치 및 방법에 관한 것으로, 생산된 천연가스에 대해 안정화를 실행하여 천연가스 콘덴세이트를 생성하는 가스 주입 안정화 유닛, 상기 가스 주입 안정화 유닛에서 처리된 천연가스를 개질하여 합성원유 제품을 생성하는 개질 유닛, 상기 천연가스 콘덴세이트와 상기 합성원유 제품을 혼합하는 제품 처리 유닛을 포함하는 구성을 마련하여, 생산 비용을 절감하며, FPSO에서 생성물의 저장 및 운송 비용을 절감할 수 있다.

Description

단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법{FT GTL apparatus for producing a single synthetic syncrude product and method thereof}
본 발명은 단일 합성원유 생산용 FT(Fischer-Tropsch) GTL(Gas-to-Liquid) 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 GTL FPSO(Floated Production, Storage, and Off-loading : 부유식 원유 생산 저장 하역 설비)에서 화학 공정의 중간결과물로 나오는 합성원유(syncrude)제품(FT 나프타, FT 중질유, FT 왁스) 중 고체 상태를 가지고 있어 수송이 어려운 FT 왁스를 유동화시키기 위해, FT 왁스의 일부를 낮은 수준의 일반적인 수소화 분해반응이나 약한 수소첨가 이성질화 반응을 사용하고, FT 나프타와 FT 중질유를 혼합하여 유체상태로 저장 및 수송하는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 석유 자원의 고갈에 따라 수송유, 연료유, 석유화학 제품을 생산할 수 있는 대체 자원의 활용이 요구되고 있다. 이러한 요구에 부합할 수 있는 대표적인 탄화수소 물질로는 그 매장량이 풍부한 석탄과 천연 가스가 있으며, 지구 온난화 방지를 위한 CO2 저감이란 측면에서 바이오매스(Biomass)나 폐기물 등 친환경적인 대체 탄화 수소원이 있다. 이러한 대체 탄화 수소원으로부터, 가솔린이나 디젤과 같은 수송유, 알콜, 왁스, 윤활기유, 올레핀 등의 화학제품을 생산할 수 있는 방법은 석탄의 간접 액화(CTL, Coal-to-Liquid), 천연가스로부터 합성 유분 생산(GTL), 바이오매스의 간접 액화(Biomass-to-Liquid) 공정이 잘 알려져 있다.
FT GTL 공정은 높은 압력의 촉매반응기를 이용하여 적은 양의 메탄과 이산화탄소를 포함하는 수소와 일산화탄소의 혼합상태인 합성가스를 큰 탄화수소 분자들로 전환하는 것을 포함한다.
즉 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch) 합성 반응기에서 FT합성 반응은 다음과 같다.
CO + 2H2 → -CH2 + H2O △H(227℃) = -165 kJ/mol
메탄 생성
CO + 3H2 → CH4 + H2O △H(227℃) = -215 kJ/mol
수성 가스 전환(water gas shift)
CO + H2O ↔ CO2 + H2 △H(227℃) = -40 kJ/mol
부다 반응(boudouard reaction)
2CO ↔ C + CO2 △H(227℃) = -134 kJ/mol
여기서 촉매는 철 산화물 계와 코발트 계 등이 사용되고, 온도는 200 내지 350℃, 압력은 10 내지 30 bar이다. 이러한 반응은 중간 정도의 발열 반응으로, 촉매 반응 속도를 향상시키기 위해서는 열교환을 통한 발열 제어가 중요하며, 이는 반응기 설계의 핵심요소이다.
촉매 반응기로부터 생성된 FT 생성물은 미반응 합성가스, 메탄, 에탄, LPG(C3~C4), 나프타(C5~C10), 중질유(C11~C22), 왁스(>C22)로 구성된다. FT는 본질적으로 탄소번호 1부터 40 이상의 범위에서 수백 가지의 구성요소를 생성한다.
미처리된 생산물 안의 이와 같은 물질의 상대적인 양은 반응기 반응온도와 사용된 촉매에 주로 의존한다. 일반적으로, 3가지의 기본 FT 운영 체제가 있다.
즉, 철계 촉매를 사용하는 높은 온도 FT 반응(HTFT - Fe), 철계 촉매를 사용하는 낮은 온도 FT 반응(LTFT - Fe), 코발트계 촉매를 사용하는 낮은 온도 FT 반응 (LTFT-Co)이다.
한편, FPSO는 부유식 원유 생산 저장 하역 설비로서, 해상에서 떠있는 상태로 원유를 생산하고 저장하며 유조선과 같은 원유 수송 수단에 하역하는 역할을 수행한다.
상기 FPSO는 원유를 시추하기 위한 시추 장비를 포함하며 글래시오일(glassy oil) 상태에서 원유(crude oil)와 수반 가스(associated gas)를 분리하기 위한 오일/가스 분리 장치를 포함한다. 또한 상기 FPSO는 원유를 저장할 수 있는 저장 설비와 원유 수송 수단으로 원유를 전송할 수 있는 하역 수단을 포함한다.
또 FPSO 공정에서 부수적으로 발생하는 수반 가스는 배출 연소시켜 대기중에 방출시키거나, 해저의 폐유정에 압축하여 재주입 시키고 있는 실정이다. 따라서, 상기 유전의 수반가스는 선상에서 합성가스를 제조한 다음, GTL 공정의 원료로 활용하는 FPSO-GTL과 FPSO-DME가 적용되고 있다. 또한 한계 가스전에서 직접 취출된 천연가스는 합성연료를 제조하는 FPSO-GTL 공정에 활용하거나, 직접액화시키는 FPSO-LNG 공정에 활용될 수 있다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 글레시 오일의 분리장치와 오일/가스 분리 유닛을 포함하는 FPSO 설비와 개질 반응기, 디메틸에테르 반응기, CO2 해저 저장장치 및 내부 발전용 발전시스템을 포함하는 직접법에 의한 해상 DME 제조용 FPSO-DME 장치로서, 상기 개질 반응기와 상기 디메틸에테르반응기 사이에는 수소 분리기와 이산화탄소 분리 유닛이 구성되고, 상기 디메틸에테르 반응기에는 이산화탄소 분리기가 결합되어, 분리된 이산화탄소 및 상기 내부 발전용 발전시스템에서 생성되는 물과 이산화탄소를 다시 개질 반응기로 재순환시키고 잉여의 이산화탄소는 해저에 저장하도록 구성된 해상유전용 FPSO-DME 장치에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 유전에서 채취한 글래시 오일을 수반 가스와 원유로 분리하는 글레시 오일의 분리장치, 분리된 원유를 오일과 가스로 분리하는 오일/가스 분리 유닛을 포함하는 FPSO 설비; 상기 FPSO 설비에서 공급된 가스 중에서 분리한 탄소수 1-4의 탄소화합물을 탈황기를 통해 황화합물인 H2S 성분이 제거된 가스를 공급받는 개질 반응기; 개질 반응기를 거친 합성가스를 이용하여 액상 탄소화합물을 제조하는 액상 탄소화합물 제조장치; 개질 반응기를 거친 합성가스를 수성가스 전환 반응시켜서 분리된 수소가 공급되는 업그레이딩 반응기; 합성가스로부터 분리된 수소를 제외한 이산화탄소 중에 잉여분이 공급되는 CO2 해저 저장장치; FPSO-GTL 장치의 내부 발전을 위한 내부 발전용 발전시스템을 포함하는 FPSO-GTL 장치로서, 상기 개질 반응기와 상기 액상 탄소화합물 제조장치 사이에는 수소 분리기와 이산화탄소 분리 유닛이 구성되고, 상기 액상 탄소화합물 제조장치와 상기 업그레이딩 반응기 사이에는 물 분리기가 구성되어, 분리된 물과 이산화탄소 및 상기 내부 발전용 발전시스템에서 생성되는 물과 이산화탄소를 다시 개질 반응기로 재순환시키고 잉여의 이산화탄소는 해저에 저장하도록 구성된 해상유전용 FPSO-GTL 장치에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1157205호(2012.06.11 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1152666호(2012.05.29 등록)
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 왁스의 수소화 분해반응을 통해, LPG, 가솔린, 케로신 또는 디젤 등을 가벼운 물질로 완전히 전환하기 위한 정제 장치가 고가의 대형 고압 수소 첨가 분해 장치뿐만 아니라, 제품 분류장치가 포함되어 생산 비용이 증가한다는 문제가 있었다.
또한, 정제공정에서 생산한 세 가지 제품에 대해 개별적으로 저장 및 수송하므로, 운송 비용이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 가능한 적은 장비를 사용해서, 단일 합성원유를 생산할 수 있는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 FPSO 생산물의 저장 및 생산물을 육상의 정제플랜트로 수송하는 운반의 복잡성과 비용을 감소시키는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치는 FPSO(Floated Production, Storage, and Off-loading)에서 단일 합성원유 생산을 위한 FT(Fischer-Tropsch) GTL(Gas-to-Liquid) 장치로서, 생산된 천연가스에 대해 안정화를 실행하여 천연가스 콘덴세이트를 생성하는 가스 주입 안정화 유닛, 상기 가스 주입 안정화 유닛에서 처리된 천연가스를 개질하여 합성원유 제품을 생성하는 개질 유닛, 상기 천연가스 콘덴세이트와 상기 합성원유 제품을 혼합하는 제품 처리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 가스 주입 안정화 유닛은 CH1 ~40과 H2O을 주입하여 CH1 ~4, 상기 천연가스 콘덴세이트(CH5 ~40)와 물(H2O)로 분리하는 제1의 3상 분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 합성원유 제품은 FT 나프타, FT 중질유, FT 왁스이고, 상기 개질 유닛은 상기 FT 왁스를 생성하는 FT 반응기 및 상기 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물을 생성하는 제2의 3상 분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 제2의 3상 분리기는 상기 FT 반응기에서 처리된 합성가스를 제1의 열교환기에서 열교환 하여 잔류 가스, H2O, 상기 제1 혼합물을 분리하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 제품 처리 유닛은 상기 제1 혼합물, FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 제2 혼합물, 천연가스 콘덴세이트를 혼합하는 생성물 혼합탱크, 상기 생성물 혼합탱크에서 혼합된 GTL 액을 저장하는 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 제품 처리 유닛은 상기 FT 반응기에서 생성된 FT 왁스에 대해 열교환 하는 제2의 열교환기, 상기 제2의 열교환기에서 열교환된 FT 왁스에 대해 수소화 분해반응 또는 순한 수소첨가 이성질화 반응을 통해 상기 제2 혼합물을 생성하는 반응기, 상기 제2 혼합물에서 미반응 잔류가스를 분리하는 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 제품 처리 유닛은 잔류 가스를 압축하는 제1의 압축기와 수소를 첨가하는 제2의 압축기를 더 포함하고, 상기 분리기에서 분리된 미반응 잔류 가스는 상기 제1의 압축기와 제2의 압축기를 경유하여 상기 제2의 열교환기에 공급되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 있어서, 상기 합성가스에서 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물과 잔류가스를 분리하는 잔류가스 분리유닛을 더 포함하고, 상기 잔류가스 분리유닛에서 분리된 상기 제1 혼합물은 상기 제품 처리 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법은 FPSO(Floated Production, Storage, and Off-loading)에서 단일 합성원유 생산을 위한 FT(Fischer-Tropsch) GTL(Gas-to-Liquid) 방법으로서, (a) 천연가스에서 천연가스 콘덴세이트를 생성하는 단계, (b) 합성가스에서 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물과 FT 왁스를 생성하는 단계, (c) FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 제2 혼합물을 생성하는 단계, (d) 상기 천연가스 콘덴세이트, 상기 제1 혼합물과 제2 혼합물을 혼합하여 단일 합성원유를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법에 있어서, 상기 단계 (c)는 왁스 수소화 분해반응 또는 순한 수소첨가 이성질화 반응에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법에 있어서, 상기 단계 (d)에서 생성된 단일 합성원유는 열처리 없이 저장 및 운송되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법에 있어서, (e) 상기 단일 합성원유를 육상 정제 플랜트에서 정제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법에 의하면, 간단한 제품 업그레이딩 장비 설치를 통해서, FPSO에서의 데크 공간을 절약할 수 있고, 생산 비용을 절감하며, FPSO에서 생성물의 저장을 위해 오직 한 가지 탱크만 필요하고, 저장 및 펌프로 이동시키기 위해 추가적인 열 공급의 필요가 없으므로 운송 비용을 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법에 의하면, FT 나프타와 FT 중질유를 혼합한 뒤, 합성원유가 가열이 필요 없는 상태에서 운송이 가능해지도록, FT 왁스의 일부를 낮은 수준의 일반적인 수소화 분해반응이나 약한 수소첨가 이성질화 반응을 사용하므로, 고압수소화 분해반응의 보유한 전체 정제 설비와 비교 시, 복잡성, 공간 및 비용을 절감할 수 있고, 전체 정제 설비와 비교 시 수소의 사용량을 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치의 전체 구성도,
도 2는 도 1의 주요 유닛의 결합관계를 설명하기 위한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법을 설명하기 위한 공정도,
도 4는 본 발명에 따른 단일 합성원유의 생산/저장/하역/운송/분리를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저 본 발명에 대한 개념을 설명한다.
본 발명은 FT GTL FPSO에서 단일 운송할 수 있는 합성원유 제품을 생산하기 위한 것이다. 즉, FT 나프타, FT 중질유 및 처리된 FT 왁스의 혼합으로 열처리 없이 저장 및 운송 가능한 단일 혼합 FT 합성원유를 생산하는 것은 새로운 개념이다.
단일 혼합 FT 합성원유 개념은 왁스 수소화 분해반응 또는 순한 수소첨가 이성질화 반응을 위한 적절한 촉매, 반응기 설계, 운영 체계의 사용을 요구한다. 이와 같은 단일 혼합 FT 합성원유 개념은 FT 생성물 처리를 위한 비용 및 공간을 줄일 수 있고, FT GTL FPSO 생산물을 위한 저장 및 운송 조건을 단순화할 수 있다.
또한 다수의 FT GTL FPSO으로부터 생산된 합성원유는 운송하여 단일 해안 정제플랜트에서 처리한다. 또한, 일반적인 원유제품과 혼합 및/또는 추가적인 정제를 통해서, 판매가 가능한 운송수단 연료로 만들어 낼 수 있다. 이 개념은 해안의 정제플랜트에서 규모의 경제성으로부터 이득을 취할 수 있는 전체적인 시스템을 허용하면서, 운반선 함대를 보다 효율적으로 운용하고, FPSO를 위한 공간과 자본의 요구를 최소화할 수 있기 때문에 유용하다.
본 발명에 따르면 FT 나프타와 FT 중질유를 혼합한 뒤, 합성원유가 가열이 필요 없는 상태에서 운송이 가능해지도록, FT 왁스의 일부를 낮은 수준의 일반적인 수소화 분해반응이나 약한 수소첨가 이성질화 반응을 사용한다.
이 개념은 최종 FT 제품을 생산하지는 않는 촉매와 운영 체계를 사용하는 것을 포함하지만, 혼합된 합성원유를 열처리 없이 충분히 저장 및 운송 가능하도록 변형하는 것이다. 또한 나프타와 중질유를 처리된 왁스와 희석(또는 혼합)하는 것을 포함하지 않고, 다수 제품의 제조를 목표로, 서로 다른 촉매의 사용을 포함한다.
이 개념은 의도적으로 다른 특성을 수정하는 것 없이, 오직 가수 소이 성체 않거나 의도적으로 다른 속성을 수정하려고 시도하지 않고 유동점 동결 점을 올리기 위하여 FT 왁스를 수소 첨가 분해를 포함한다. 따라서, 크기, 공간 및 제품 저장 및 수송을 단순화하면서 FPSO 온보드 FT 생성물을 처리에 필요한 비용을 감소시킬 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치의 전체 구성도이다.
본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, FPSO에서 단일 합성원유 생산을 위한 FT GTL 장치로서, 생산된 가스를 주입받는 가스 주입 안정화 유닛(10), 탈황 유닛(20), 천연가스 포화 및 예비 개질(Pre-Reforming) 유닛(30), 소형의 개질(Reforming) 유닛(40), 합성가스 조정(Conditioning) 유닛(50), FT합성 유닛(60), 잔류가스(Tail gas) 분리 유닛(70), 제품처리(Production treatment) 유닛(80)을 포함한다.
상기 가스 주입 안정화 유닛(10)은 생산된 조 천연가스(RAW NG)에 대해 안정화를 실행하여 천연가스, 천연가스 콘덴세이트(NG condensate)와 물(H2O)을 생성하고, 상기 천연가스 콘덴세이트는 제품처리 유닛(80)으로 공급된다.
상기 탈황 유닛(20)은 천연가스에 포함된 황을 제거하고, 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)으로 조 천연가스를 공급한다. 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)에서 예비 처리된 조 천연가스의 일부는 연료용 가스로 사용되고, 나머지의 천연가스는 스팀에 의해 가열되어 개질 유닛(40)으로 공급되며, 포화기로 배출된다.
상기 개질 유닛(40)은 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)에서 스팀을 통과하여 공급된 천연 가스를 조 합성가스(RAW SYNGAS)로 개질하여 합성원유 제품을 생성한다. 또한 상기 개질 유닛(40)에서 처리되지 않은 가스는 연료가스로서 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)으로 공급된다.
상기 개질 유닛(40)에서 처리된 조 합성가스는 합성가스 조정 유닛(50)에서 합성가스(SYNGAS)로 생성되고, 이 과정에서 발생한 수소(H2)는 연료가스로서 개질 유닛(40)과 제품처리 유닛(80)에 공급된다. 또한 합성가스 조정 유닛(50)에서 생성된 합성가스 콘덴세이트는 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)로 공급되거나 배출된다.
상기 합성가스 조정 유닛(50)에서 공급된 합성가스는 FT합성 유닛(60)을 거쳐 FT 나프타와 FT 중질유의 제1 혼합물과 FT 왁스로 분리되어 제품처리 유닛(80)에 공급된다.
상기 잔류가스 분리 유닛(70)은 FT합성 유닛(60)에서 공급된 합성가스에서 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물과 잔류가스를 분리하고, 상기 제1 혼합물은 제품처리 유닛(80)으로 공급되고, 잔류 가스는 일부 배출되거나, 상기 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)으로 공급되어 리사이클 된다.
상기 제품처리 유닛(80)은 상기 가스 주입 안정화 유닛(10)에서 공급된 천연가스 콘덴세이트, 상기 FT합성 유닛(60)에서 공급된 제1 혼합물과 FT 왁스, 상기 잔류가스 분리 유닛(70)에서 공급된 제1 혼합물을 혼합하여 본 발명에 따른 단일 합성원유를 생산한다.
한편 상기 개질 유닛(40)과 합성가스 조정 유닛(50)에는 스팀을 형성하기 위한 보일러 급수(BFW)가 공급된다.
다음에 본 발명의 주요 특징인 가스 주입 안정화 유닛(10), 개질 유닛(40), 제품처리 유닛(80)의 구성에 대해 도 2에 따라 설명한다.
도 2는 도 1의 주요 유닛의 결합관계를 설명하기 위한 구성도이다.
상기 가스 주입 안정화 유닛(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, CH1 ~40과 H2O을 주입하여 CH1 ~4, 상기 천연가스 콘덴세이트(CH5~40)와 물(H2O)로 분리하는 제1의 3상 분리기(41)를 포함한다. 상기 천연가스 콘덴세이트(CH5~40)는 제품처리 유닛(80)으로 공급되고, 상기 물(H2O)은 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30)로 공급된다.
상기 개질 유닛(40)은 천연가스에서 FT 왁스를 생성하는 FT 반응기(41) 및 상기 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물을 생성하는 제2의 3상 분리기(42)를 포함한다. 상기 제2의 3상 분리기(42)는 상기 FT 반응기(41)에서 처리된 합성가스를 제1의 열교환기(43)에서 열교환 하여 잔류 가스, H2O, 상기 제1 혼합물을 분리한다, 상기 제1 혼합물은 제품처리 유닛(80)으로 공급된다.
상기 제품 처리 유닛(80)은 상기 제2의 3상 분리기(42)에서 공급된 제1 혼합물, FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 제2 혼합물, 상기 가스 주입 안정화 유닛(10)에서 공급된 천연가스 콘덴세이트를 혼합하는 생성물 혼합탱크(81), 상기 생성물 혼합탱크(81)에서 혼합된 GTL 액을 저장하는 저장탱크(82), 상기 FT 반응기(41)에서 생성된 FT 왁스에 대해 열교환 하는 제2의 열교환기(83), 상기 제2의 열교환기(83)에서 열교환된 FT 왁스에 대해 수소화 분해반응 또는 순한 수소첨가 이성질화 반응을 통해 상기 제2 혼합물을 생성하는 반응기(84), 상기 제2 혼합물에서 미반응 잔류가스를 분리하는 분리기(85)를 포함한다.
본 발명에 따른 단일 합성원유 제품은 FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 것이다. 이와 같은 혼합은 상술한 바와 같이, FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물, FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 제2 혼합물 및 천연가스 콘덴세이트를 생성물 혼합탱크(81)에서 혼합하여 저장탱크(82)에 저장된 제품이다.
상술한 바와 같이 제조된 단일 합성원유 제품은 FPSO에서 생성물의 저장을 위해 오직 한 가지 탱크인 저장탱크(82)만 필요하고, 저장 및 펌프로 이동시키기 위해 추가적인 열 공급의 필요가 없으므로 운송 비용을 절감할 수 있다.
또 상기 제품 처리 유닛(80)은 분리기(85)에서 분리된 잔류 가스를 압축하는 제1의 압축기(86)와 수소를 첨가하는 제2의 압축기(87)를 더 포함하고, 상기 분리기(85)에서 분리된 미반응 잔류 가스는 상기 제1의 압축기(86)와 제2의 압축기(87)를 경유하여 상기 제2의 열교환기(83)에 공급된다.
다음에, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치에 의해 단일 합성원유의 생산 및 저장과 하역/운송/분리하는 과정에 대해 도 3 및 도 4에 따라 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 단일 합성원유의 생산/저장/하역/운송/분리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 방법은 FPSO에서 단일 합성원유 생산을 위한 FT GTL 방법으로서, 먼저 가스 주입 안정화 유닛(10)에서 천연가스를 안정화 처리하여 천연가스 콘덴세이트를 생성한다(S10).
다음에 탈황 유닛(20)에서 천연가스에 포함된 황이 제거되고, 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛(30) 및 소형의 개질 유닛(40)을 통해 합성가스가 생성된다.
상기 개질 유닛(40)에서는 합성가스를 통해 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물과 FT 왁스를 생성한다(S20).
다음에 제품처리 유닛(80)에서는 FT 왁스에 대해 왁스 수소화 분해반응 또는 순한 수소첨가 이성질화 반응을 실행하여 FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 제2 혼합물을 생성한다(S30).
또, 상기 제품처리 유닛(80)은 상기 단계 S10에서 생성된 천연가스 콘덴세이트, 상기 단계 S20에서 생성된 상기 제1 혼합물, 상기 단계 S30에서 생성된 제2 혼합물을 혼합하여 단일 합성원유를 생성한다(S40).
상기 단계 S40에서 생성된 단일 합성원유는 도 4에 도시된 바와 같이, 열처리 없이 저장 및 운송된다(S50).
상기 단계 S50에서 운송된 단일 합성원유를 육상 정제 플랜트에서 정제된다(S60).
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치 및 방법을 사용하는 것에 의해 합성원유의 운송 비용을 절감할 수 있다.
10 : 가스 주입 안정화 유닛
20 : 탈황 유닛
30 : 천연가스 포화 및 예비 개질 유닛
40 : 개질 유닛
50 : 합성가스 조정 유닛
60 : FT합성 유닛
70 : 잔류가스 분리 유닛
80 : 제품처리 유닛

Claims (12)

  1. FPSO(Floated Production, Storage, and Off-loading)에서 단일 합성원유 생산을 위한 FT(Fischer-Tropsch) GTL(Gas-to-Liquid) 장치로서,
    생산된 천연가스에 대해 안정화를 실행하여 천연가스 콘덴세이트를 생성하는 가스 주입 안정화 유닛,
    상기 가스 주입 안정화 유닛에서 처리된 천연가스를 개질하여 합성원유 제품을 생성하는 개질 유닛,
    상기 천연가스 콘덴세이트와 상기 합성원유 제품을 혼합하는 제품 처리 유닛을 포함하고,
    상기 합성원유 제품은 FT 나프타, FT 중질유, FT 왁스이고, 상기 개질 유닛은 상기 FT 왁스를 생성하는 FT 반응기 및 상기 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물을 생성하는 제2의 3상 분리기를 포함하며,
    상기 제품 처리 유닛은 상기 제1 혼합물, FT 나프타, FT 중질유와 FT 왁스가 혼합된 제2 혼합물, 천연가스 콘덴세이트를 혼합하는 생성물 혼합탱크, 상기 생성물 혼합탱크에서 혼합된 GTL 액을 저장하는 저장탱크, 상기 FT 반응기에서 생성된 FT 왁스에 대해 열교환 하는 제2의 열교환기, 상기 제2의 열교환기에서 열교환된 FT 왁스에 대해 수소화 분해반응 또는 순한 수소첨가 이성질화 반응을 통해 상기 제2 혼합물을 생성하는 반응기, 상기 제2 혼합물에서 미반응 잔류가스를 분리하는 분리기, 잔류 가스를 압축하는 제1의 압축기와 수소를 첨가하는 제2의 압축기를 포함하고,
    상기 분리기에서 분리된 미반응 잔류 가스는 상기 제1의 압축기와 제2의 압축기를 경유하여 상기 제2의 열교환기에 공급되는 것을 특징으로 하는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입 안정화 유닛은 CH1 ~40과 H2O을 주입하여 CH1 ~4, 상기 천연가스 콘덴세이트(CH5~40)와 물(H2O)로 분리하는 제1의 3상 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 3상 분리기는 상기 FT 반응기에서 처리된 합성가스를 제1의 열교환기에서 열교환 하여 잔류 가스, H2O, 상기 제1 혼합물을 분리하는 것을 특징으로 하는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서,
    상기 합성가스에서 FT 나프타와 FT 중질유가 혼합된 제1 혼합물과 잔류가스를 분리하는 잔류가스 분리유닛을 더 포함하고,
    상기 잔류가스 분리유닛에서 분리된 상기 제1 혼합물은 상기 제품 처리 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 하는 단일 합성원유 생산용 FT GTL 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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