KR101600188B1 - 액상 천연가스 회수 시스템 및 이를 이용한 액상 천연가스 회수방법 - Google Patents

액상 천연가스 회수 시스템 및 이를 이용한 액상 천연가스 회수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 원료가 주입되어 사전 냉각되는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에 연결되어 상기 원료를 예냉하는 제 2 열교환기; 상기 제 2 열교환기에 연결되어 상기 원료를 분리하는 기·액 분리기; 상기 기·액 분리기의 일측에 연결된 터보 팽창기; 상기 기·액 분리기의 타측에 연결된 증류탑; 및 상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 구비된 제 1 스플리터를 더 포함하고, 상기 제 1 스플리터에서 분기된 상기 원료의 일부를 상기 제 1 열교환기로 다시 전달하여 열교환하여 상기 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

액상 천연가스 회수 시스템 및 이를 이용한 액상 천연가스 회수방법{NGL recovery process system and method of NGL recovery using the same}
본 발명은 액상 천연가스 회수 시스템 및 이를 이용한 액상 천연가스 회수방법에 관한 것으로, 특히 유정(well)에서 추출된 천연가스로부터 액상 천연가스를 회수 과정에서 에너지 소모를 절감하는 액상 천연가스 회수 시스템 및 이를 이용한 액상 천연가스 회수방법에 관한 것이다.
유정에서 추출된 천연가스는 일반적으로 주요 비율의 메탄과 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등과 같은 비교적 적은 양의 탄화수소, 및 수소, 질소, 이산화탄소 등의 다른 가스를 함유한다. 이러한 탄화수소의 분리 및 회수는 직접 또는 다른 프로세스를 위한 공급 원료로서 사용될 수 있는 가치 있는 생성물을 제공할 수 있고, 이들 탄화수소를 일반적으로 액상 천연가스(Natural Gas Liquids: NGL)로서 회수된다.
이를 위해, 유정에서 추출된 천연가스는 산성가스 제거와 수분 제거 등의 전처리 과정을 거친 후, NGL 회수 공정에 유입되며, NGL 회수 공정을 통해 천연가스 원료에 포함된 에탄 또는 프로판 등의 탄화수소를 제품으로 생산한다.
생산된 천연가스에 포함된 에탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소류는 석유화학 산업에서 중요하게 사용되는 고가의 원료이기 때문에, 이러한 탄화수소류를 천연가스에서 분리 및 정제하여 제품으로 생산하는 것은 천연가스 경제성 확보에 매우 중요하다. 따라서 대부분의 천연가스 생산 플랜트에서는 NGL 회수 공정이 적용된다.
NGL 회수 공정은 통상적으로 터보 팽창기를 이용한 공정, 흡수탑을 이용한 공정, 외부 냉각을 이용한 공정 등이 있으며, 일반적으로 터보팽창기를 사용한 공정이 에너지 효율이 가장 우수하여 현재 산업계에서 사용되는 대부분의 상용 공정은 터보팽창기 기반의 공정이다.
그러나, 여전히 종래에 개발된 공정보다 효율성을 향상시키기 위하여 유체 도입부 변경, 유체 흐름 구성 조절, 열 교환 구조 변경 등 공정 개선과 운전 조건을 최적화하여 에너지 소모량은 적고, 탄화수소류 회수율은 높은 NGL 회수 공정을 연구 개발할 필요가 있다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제10-2011-0010776호
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 에너지 소모량을 줄이고 탄화수소류 회수율을 향상시킨 액상 천연가스 회수 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 소모량을 줄이고 탄화수소류 회수율을 향상시키기 위한 액상 천연가스 회수 시스템을 이용한 액상 천연가스 회수방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 원료가 주입되어 사전 냉각되는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에 연결되어 상기 원료를 예냉하는 제 2 열교환기; 상기 제 2 열교환기에 연결되어 상기 원료를 분리하는 기·액 분리기; 상기 기·액 분리기의 일측에 연결된 터보 팽창기; 상기 기·액 분리기의 타측에 연결된 증류탑; 및 상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 구비된 제 1 스플리터를 더 포함하고, 상기 제 1 스플리터에서 분기된 상기 원료의 일부를 상기 제 1 열교환기로 다시 전달하여 열교환하여 상기 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 상기 기·액 분리기와 터보 팽창기 사이에 구비된 제 2 스플리터를 더 포함하고, 상기 제 2 스플리터에서 분리된 유체의 일부를 상기 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 GSP(Gas Subcooled Process) 모드(Ⅱ)의 경로를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 상기 증류탑의 하단과 상기 제 1 열교환기 사이에 재비기(reboiler)를 포함한 적어도 하나의 리보일링 스트림을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 상기 제 2 스플리터에서 분리된 유체의 다른 일부를 상기 터보 팽창기로 전달하여 저온, 저압 상태로 처리하고 상기 증류탑에 주입하는 것을 특징으로 한다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법은 (A) 원료를 제 1 열교환기에 주입하는 단계; (B) 상기 제 1 열교환기를 거친 상기 원료의 일부를 제 2 열교환기를 통해 사전 냉각하고, 기·액 분리기로 전달하는 단계; (C) 상기 기·액 분리기에 주입된 원료를 다수의 모드 경로를 따라 처리하여 증류탑에 주입하는 단계; 및 (D) 상기 증류탑의 하단을 통해 NGL(Natural Gas Liquids)을 회수하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법에서 상기 (A) 단계는 상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 구비된 제 1 스플리터를 통해 분기된 상기 원료의 일부를 상기 제 1 열교환기로 다시 전달하여 열교환한 후에 상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 경로를 통해 열교환 반복모드(Ⅰ)를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법은 상기 (C) 단계에서 상기 다수의 모드 경로로서 상기 기·액 분리기를 통해 분리된 유체의 일부를 상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기에서 냉각하여 상기 증류탑의 상단으로 주입하는 GSP 모드(Ⅱ)의 경로; 상기 기·액 분리기를 통해 분리된 유체의 다른 일부를 터보 팽창기로 전달하여 저압, 저온 상태로 처리하고, 상기 증류탑에 주입하는 저압, 저온 변환 모드의 경로; 및 상기 기·액 분리기를 통해 분리된 유체의 나머지를 상기 증류탑의 하단에 주입하는 모드의 경로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법에서 상기 (D) 단계는 증류탑의 하단과 상기 제 1 열교환기 사이에 재비기(reboiler)를 포함한 적어도 하나의 리보일링 스트림을 이용하여 상기 증류탑 하단의 온도를 상승시켜 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 원료변동, 제품 성분 및 회수율 제한 등에 따른 다양한 모드로서, 열교환 반복모드(Ⅰ)가 없이 GSP 모드(Ⅱ)의 경로를 선택하거나 또는 열교환 반복모드(Ⅰ)와 GSP 모드(Ⅱ)의 경로를 모두 선택하여 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법은 NGL 회수의 효율성을 높임과 동시에 에너지 효율성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5a는 본 발명의 비교예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템에서 검출된 열류량 그래프.
도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템에서 검출된 열류량 그래프.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 열교환기(110), 제 2 열교환기(120), 기·액 분리기(130), 터보 팽창기(140), 제 3 열교환기(150), 증류탑(160), 리보일링 스트림(170) 및 제어부(도시하지 않음)를 포함한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 원료를 제 1 열교환기(110)와 제 2 열교환기(120)를 통해 사전 냉각하고, 기·액 분리기(130)를 통해 분리된 유체들을 공정에 따라 다양한 모드의 경로를 거쳐 증류탑(160)에 주입한다.
예를 들어, 기·액 분리기(130)를 통해 분리된 유체들을 저압, 저온 상태로 변환하기 위한 모드로서, 제어부는 제 2 스플리터(135)를 이용하여 기·액 분리기(130)에서 분리된 유체들을 터보 팽창기(140)로 전달하고 저압, 저온 상태로 처리하여 증류탑(160)에 주입한다.
이때, 터보 팽창기(140)를 이용하여 압력을 낮추는 이유는 메탄 및 에탄 등의 탄화수소들의 끓는점이 낮으므로, 이를 증류탑(160)에서 분리할 수 있도록 저온을 생성하기 위함이다.
이렇게 증류탑(160) 상부에서 생성된 메탄은 제 3 열교환기(150)와 제 1 열교환기(110)를 통해 다른 모드의 흐름들을 냉각시키며, 열 교환이 끝난 후 터보 팽창기(140)에서 저압 상태로 변환된 후 판매 가스(Sale gas)로써 배출된다.
또는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 증류탑(160) 하단에서 NGL을 분리하는 모드를 수행하며, 이 모드의 흐름은 원하는 제품의 조건에 따라 후처리가 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 원료가 주입되는 제 1 열교환기(110)의 효율성을 향상시키기 위한 열교환 반복모드(Ⅰ)로서, 제 1 열교환기(110)를 거친 원료 흐름의 일부를 제 1 스플리터(115)를 통해 분기하여 제 1 열교환기(110)로 다시 전달하여 열교환하고, 이어서 제 3 스플리터(145)와 제 3 열교환기(150)를 거쳐 증류탑(160) 상부에 주입한다.
이러한 열교환 반복모드(Ⅰ)는 증류탑(160) 상부에서 생성된 메탄을 주성분으로 하는 흐름이 저온의 흐름이기 때문에, 원료를 제 1 열교환기(110)에서 1차 냉각시킬 경우 열 교환 온도차가 크게 되어 저온 에너지의 활용성이 낮아지므로, 이를 개선하기 위해서 메탄을 주성분으로 하는 증류탑(160) 상부 흐름으로 원료를 냉각시키기 이전에 원료를 제 1 열교환기(110)에서 반복 냉각시켜 열효율을 향상시키는 것이다.
이때, 원료가 변동되거나 또는 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로가 고장이 난 경우에, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 GSP(Gas Subcooled Process) 모드(Ⅱ)의 경로를 통해 기·액 분리기(130)를 거쳐 분리된 액체 흐름의 일부를 제 3 스플리터(145)와 제 3 열교환기(150)를 거쳐 증류탑(160) 상부에 주입하는 GSP 모드를 수행할 수 있다.
이러한 GSP 모드(Ⅱ)의 경로는 기·액 분리기(130)를 거쳐 분리된 액체 흐름의 일부를 제 3 열교환기(150)에서 증류탑 상부에서 나오는 저온의 유체와의 열 교환을 통해 냉각된 후, 밸브에 의해 냉각하여 증류탑(160)의 상단으로 주입한다.
물론, GSP 모드(Ⅱ)의 경로는 선택적인 경로로서 GSP 모드(Ⅱ)의 경로를 선택하지 않으면, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템에서처럼 열교환 반복모드(Ⅲ)의 경로를 통해 증류탑(260) 상부 흐름으로 원료를 냉각시키기 이전에 원료를 제 1 열교환기(210)에서 반복 냉각시켜 열효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 증류탑(160) 하단에서의 온도가 너무 낮으므로, 증류탑(160) 하단에 재비기(reboiler: 도시하지 않음)를 포함한 리보일링 스트림(170)을 구비하여, 증류탑(160) 하단의 온도를 높여 NGL 회수의 효율성을 높임과 동시에 에너지 효율성을 증가시킬 수 있다.
이때, 리보일링 스트림(170)이 도 1에서는 하나의 경로로 도시하지만, 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템에서처럼 증류탑(360) 하단에 구비된 제 1 리보일링 스트림(371)과 제 2 리보일링 스트림(372)처럼 다수 구비될 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 원료가 도입부분의 제 1 열교환기(110)를 거쳐 일차적으로 예냉된 후 제 1 스플리터(115)에서 두 흐름으로 분할되고, 분할된 흐름 중 일부를 제 1 열교환기(110)에서 다시 거쳐 더 낮은 온도로 이차 예냉하는 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로를 수행한다.
이러한 이차 예냉하는 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로를 통해 원료를 과냉시켜 충분히 낮은 온도로 변환하여 밸브를 통해 압력이 낮아진 후 증류탑의 상단으로 주입하므로, 증류탑 상부에서 매우 낮은 온도에서 메탄을 생성하는 메탄 생성효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 예를 들어 열교환 반복모드(Ⅰ)가 없이 GSP 모드(Ⅱ)의 경로를 선택하거나 또는 열교환 반복모드(Ⅰ)와 GSP 모드(Ⅱ)의 경로를 모두 선택 수행하여, 원료변동, 제품 성분 및 회수율 제한 등에 따라 다양한 모드를 선택하여 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템은 증류탑(160) 하단에서 재비기를 포함한 리보일링 스트림(170)을 구비하여, 증류탑(160) 하단의 온도를 상승시키는 동시에 제 1 열교환기(110)에서의 냉매 역할을 수행하여 NGL 회수의 효율성을 높임과 동시에 에너지 효율성을 증가시킬 수 있는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법을 설명하기 위한 순서도이다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법에 관한 설명은 예컨대, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템을 이용하여 천연가스를 회수하는 방법에 대해 기술한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법은 먼저 원료를 제 1 열교환기(110)에 주입한다(S410).
구체적으로, 제어부는 열교환 반복모드(Ⅰ)로서, 제 1 열교환기(110)를 거친 원료 흐름의 일부를 제 1 스플리터(115)를 통해 분기하여 제 1 열교환기(110)로 다시 전달하여 열교환하고, 이어서 제 3 스플리터(145)와 제 3 열교환기(150)를 거쳐 증류탑(160) 상부에 주입한다.
이와 동시에 제어부는 제 1 열교환기(110)를 거친 다른 원료 흐름을 제 2 열교환기(120)를 통해 사전 냉각하고, 기·액 분리기(130)로 전달한다(S420).
이후, 제어부는 기·액 분리기(130)에 주입된 원료를 다수의 모드 경로를 따라 처리하여 증류탑(160)에 주입한다(S430).
즉, 제어부는 기·액 분리기(130)를 통해 분리된 액체 흐름의 일부를 제 3 열교환기(150)에서 증류탑 상부에서 나오는 저온의 유체와 열 교환을 통해 냉각한 후, 밸브에 의해 냉각하여 증류탑(160)의 상단으로 주입하는 GSP 모드(Ⅱ)의 경로, 기·액 분리기(130)를 통해 분리된 액체 흐름의 다른 일부를 터보 팽창기(140)로 전달하고 저압, 저온 상태로 처리하여 증류탑(160)에 주입하는 저압, 저온 변환 모드의 경로, 및 기·액 분리기(130)를 통해 분리된 액체 흐름의 나머지를 증류탑(160)의 하단에 주입하는 모드의 경로를 선택하여 수행할 수 있다.
이때 제어부는 예를 들어 원료변동, 제품 성분 및 회수율 제한 등과 같은 조건에 따라 상술한 다수의 모드 경로를 선택하여 기·액 분리기(130)에 주입된 원료를 처리하여 증류탑(160)에 주입할 수 있다.
증류탑(160)에 주입한 후, 제어부는 증류탑(160)의 하단을 통해 NGL을 회수한다(S440).
여기서, 증류탑(160)의 하단을 통해 NGL을 효율적으로 회수하기 위해서는 증류탑(160) 하단의 온도를 상승시켜야 하고, 이를 위해 제어부는 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이 증류탑(160)의 하단에 구비된 적어도 하나의 재비기(reboiler)를 포함한 리보일링 스트림을 이용하여 증류탑(160) 하단의 온도를 상승시킬 수 있다.
이때, 적어도 하나의 리보일링 스트림은 제 1 열교환기(110)에서 냉매 역할을 수행하여 NGL 회수의 효율성을 높임과 동시에 에너지 효율성을 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 천연가스 회수방법은 NGL 회수의 효율성을 높임과 동시에 에너지 효율성을 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템의 효율에 대해 비교예와 실시예를 통해 설명한다.
비교예
비교예는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템에서 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로가 없이 GSP 모드(Ⅱ)의 경로를 갖고 NGL을 회수하는 예로서, 예컨대 60 Bar의 압력, 38 ℃의 온도, 1000 kmol·h- 1 의 흐름속도, 30단의 증류탑(160) 조건에서 아래 [표 1]에 기재된 실험원료들을 각각 처리하여 NGL을 회수한다.
실시예
실시예는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 천연가스 회수 시스템을 동작시켜 NGL을 회수하는 예로서, 예컨대 60 Bar의 압력, 38 ℃의 온도, 1000 kmol·h- 1 의 흐름속도, 30단의 증류탑(160) 조건에서 아래 [표 1]에 기재된 실험원료들을 각각 처리하여 NGL을 회수한다.
성분(Component) 제1실험원료(Rich feed) 제2실험원료(Lean feed)
메탄(Methane) 0.6900 0.9300
에탄(Ethane) 0.1500 0.0300
프로판(Propane) 0.0750 0.0150
이소부탄(i-Butane) 0.0450 0.0090
이소펜탄(i-Pentane) 0.0150 0.0030
엔헥산(n-hexane) 0.0150 0.0030
질소(Nitrogen) 0.0100 0.0100
비교예와 실시예의 검출결과, 아래의 [표 2]와 [표 3]에 기재된 바와 같은 에탄 회수율과 에너지 소모량이 검출된다.
제1실험원료(Rich feed)
회수율 (%) 총 소비전력(kW)
에탄(C2) 프로판(C3)
비교예 92.04 99.8 1300
실시예 92.09 99.11 1072
(-17.5%)
제2실험원료(Lean feed)
회수율 (%) 총 소비전력(kW)
에탄(C2) 프로판(C3)
비교예 90.95 98.81 828
실시예 90.97 98.64 798
(-3.6%)
비교예와 실시예의 검출결과, 에탄 회수율 측면에서 실시예가 비교예와 같거나 높고, 에너지 소모량 측면에서 실시예가 비교예보다 제 1 실험원료(Rich feed)와 제 2 실험원료(Lean feed) 각각 17.5%와 3.6%로 절감한 것을 확인할 수 있다. 프로판 회수율의 경우, 비교예에 비해 실시예가 약간 저하되는 경향이 있지만, 비교예에 비해 조금 낮아지더라도 98% 이상으로 충분히 높은 회수율을 유지하기 때문에 이는 단점으로 볼 수 없다.
특히, 원료의 조성에 따른 검출결과에서, 에탄의 비율이 낮은 제 2 실험원료(Lean feed) 보다는 에탄의 비율이 상대적으로 높은 제 1 실험원료(Rich feed)의 경우에 실시예가 보다 효율적임을 알 수 있다. 이는 비교예에 비해 실시예에서 구비한 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로를 통한 에너지 효율 증대 효과가 원료의 조성 변화에 대한 수율을 향상시키는 것을 나타낸다.
또한, 비교예와 실시예 각각에 대해 제 1 열교환기(110)에서 열류량을 검출하면, 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이 비교예에서 검출된 열류량 그래프는 초기의 열류량 편차가 크게 발생하는 반면에, 실시예에서 검출된 열류량 그래프는 "A" 부분처럼 초기의 열류량 편차를 상당부분 줄여 열효율을 향상시키는 것을 알 수 있다.
한편, NGL 회수 과정은 경우에 따라 에탄을 회수하지 않고 프로판만 회수하는 경우가 있어, 실시예의 구성을 이용하여 (ㄱ) 에탄과 프로판 모두 회수하는 경우 및 (ㄴ) 에탄을 회수하지 않고 프로판만 회수하는 경우로 구분하고, 에탄 회수의 경우 에탄 회수 90% 이상, 프로판 회수의 경우 95% 이상 회수로 제한하여 회수율을 검출하면, 아래의 [표 4]에 기재된 바와 같이 실시예에서 프로판 회수에 대한 공정 운전 가능 여부를 확인할 수 있다.
제1실험원료(Rich feed)
회수율 (%) 총 소비전력(kW)
에탄(C2) 프로판(C3)
(ㄱ) 90.97 98.64 798
(ㄴ) 54.81 95.12 613
[표 4]에 기재된 실험 결과에서처럼, 에탄을 회수하지 않고 프로판만 회수하는 경우는 공정의 운전성에서 문제가 없었고, 에탄과 프로판 모두 회수하는 경우에 비해 완화된 분리 조건으로 인하여 에너지 요구량이 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예가 주로 제 1 실험원료(Rich feed) 쪽에서 더 높은 효율성을 보이기 때문에, 제 1 실험원료(Rich feed)의 조건에서는 본 발명의 실시예의 구성 그대로 운영을 하고, 이후 원료 조성이 변화하여 효율성이 감소할 경우에는 다양한 모드의 경로를 형성하는 등의 운전 환경을 변화시켜 효율성을 유지시킬 수도 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110: 제 1 열교환기 115: 제 1 스플리터
120: 제 2 열교환기 130: 기·액 분리기
135: 제 2 스플리터 140: 터보 팽창기
145: 제 3 스플리터 150: 제 3 열교환기
160: 증류탑 170: 리보일링 스트림
Ⅰ: 열교환 반복모드 Ⅱ: GSP 모드

Claims (9)

  1. 원료가 주입되어 사전 냉각되는 제 1 열교환기;
    상기 제 1 열교환기에 연결되어 상기 원료를 예냉하는 제 2 열교환기;
    상기 제 2 열교환기에 연결되어 상기 원료를 분리하는 기·액 분리기;
    상기 기·액 분리기의 일측에 연결된 터보 팽창기;
    상기 기·액 분리기의 타측에 연결된 증류탑; 및
    상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기;
    를 포함하고,
    상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 구비된 제 1 스플리터를 더 포함하고,
    상기 제 1 스플리터에서 분기된 상기 원료의 일부를 상기 제 1 열교환기로 다시 전달하여 열교환하여 상기 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 열교환 반복모드(Ⅰ)의 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기·액 분리기와 터보 팽창기 사이에 구비된 제 2 스플리터를 더 포함하고,
    상기 제 2 스플리터에서 분리된 유체의 일부를 상기 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 GSP(Gas Subcooled Process) 모드(Ⅱ)의 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증류탑의 하단과 상기 제 1 열교환기 사이에 재비기(reboiler)를 포함한 적어도 하나의 리보일링 스트림을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 스플리터에서 분리된 유체의 다른 일부를 상기 터보 팽창기로 전달하여 저온, 저압 상태로 처리하고 상기 증류탑에 주입하는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수 시스템.
  6. (A) 원료를 제 1 열교환기에 주입하는 단계;
    (B) 상기 제 1 열교환기를 거친 상기 원료의 일부를 제 2 열교환기를 통해 사전 냉각하고, 기·액 분리기로 전달하는 단계;
    (C) 상기 기·액 분리기에 주입된 원료를 다수의 모드 경로를 따라 처리하여 증류탑에 주입하는 단계; 및
    (D) 상기 증류탑의 하단을 통해 NGL(Natural Gas Liquids)을 회수하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (A) 단계는
    상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 구비된 제 1 스플리터를 통해 분기된 상기 원료의 일부를 상기 제 1 열교환기로 다시 전달하여 열교환한 후에 상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기를 거쳐 상기 증류탑으로 전달하는 경로를 통해 열교환 반복모드(Ⅰ)를 수행하는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서 상기 다수의 모드 경로는
    상기 기·액 분리기를 통해 분리된 유체의 일부를 상기 증류탑의 상부 일측에 연결된 제 3 열교환기에서 냉각하여 상기 증류탑의 상단으로 주입하는 GSP 모드(Ⅱ)의 경로;
    상기 기·액 분리기를 통해 분리된 유체의 다른 일부를 터보 팽창기로 전달하여 저압, 저온 상태로 처리하고, 상기 증류탑에 주입하는 저압, 저온 변환 모드의 경로; 및
    상기 기·액 분리기를 통해 분리된 유체의 나머지를 상기 증류탑의 하단에 주입하는 모드의 경로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (D) 단계는 증류탑의 하단과 상기 제 1 열교환기 사이에 재비기(reboiler)를 포함한 적어도 하나의 리보일링 스트림을 이용하여 상기 증류탑 하단의 온도를 상승시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 액상 천연가스 회수방법.
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