KR102376271B1 - 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치는 가스전으로부터 시추되는 천연가스의 압력에 따른 이산화탄소 고체화 온도 조건으로 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 열교환 시킴으로써 이산화탄소를 상변화 즉, 고체화시켜 분리할 수 있고, 그에 따라 기체 상태로 이산화탄소를 분리 배출하는 종래 기술에 비해 부피 감소 효과가 있으며, 이산화탄소를 효과적으로 정교하게 분리할 수 있어 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 고농도의 이산화탄소를 처리할 수 있으므로 종래 기술에 비해 에너지 절감, 장비 크기 최소화, 공간 활용성 증대의 효과가 있으며, 가스전의 이산화탄소 조성 변화에 대해 유연하게 적용할 수 있어 가스전에 따른 적용성이 크다.
본 발명에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치는, 천연가스를 냉각시켜 천연가스에 포함된 이산화탄소를 고체화시키고, 고체 이산화탄소와 천연가스를 분리배출하는 본체; 상기 본체의 내부공간으로 이산화탄소를 포함하는 기체 상의 천연가스를 공급하는 천연가스 공급라인; 상기 기체 상의 이산화탄소를 냉각시켜 고체 이산화탄소를 생성시키는 냉매를 공급 및 배출하는 냉매 공급라인; 및 상기 냉매에 의해 고체화된 이산화탄소를 기화시키는 열매를 공급하는 열매 공급라인;을 포함한다.

Description

천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치{The Device of Refrigeration Separation of Carbon Dioxide from Natural Gas before Liquefaction Process}

본 발명은 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치에 관한 것으로, 구체적으로는 천연가스 액화공정의 전처리 공정에서 천연가스로부터 이산화탄소를 상변화(Phase Change)시켜 분리 제거하는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 가스전으로부터 시추하여 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 무취의 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다.

또한, LNG는 연소 시 단위당 이산화탄소(CO₂) 배출량이 최소이고, 효율이 높아 석탄, 석유와 비교하여 최선의 친환경 화석 연료로 여겨지고 있으며, 비용도 저렴하여 전 세계적으로 그 수요가 급증하고 있다.

해상 또는 육상의 가스전에서 시추된 천연가스는 이산화탄소(CO₂), 황화수소(H₂S)와 같은 산성가스, 수분(H₂O) 등의 이물질을 포함하고 있다. 이산화탄소 및 황화수소와 같은 산성가스는 천연가스의 처리공정에서 장비 부식 또는 이송 파이프 부식의 원인이 되고, 수분은 천연가스의 극저온 공정에서 가스하이드레이트(Gas Hydrate)를 형성하므로 장비 파손 등의 원인이 된다. 따라서, 천연가스의 액화공정에 앞서 이러한 이물질들을 천연가스로부터 반드시 분리하여 제거해야만 한다.

종래에는 이러한 이산화탄소를 제거하는 데 분리막을 이용한 막분리 방법, 흡수탑에서 흡수용매에 이산화탄소를 흡수시키는 방법 또는 흡착제에 흡착시키는 방법 등을 단일적으로 적용하거나 또는 이들을 다단계로 조합하여 천연가스의 액화공정에 앞선 전처리 공정에서 실시하였다.

가장 널리 적용되는 방식으로는 분리막(Membrane)과 아민 공정의 복합형이 있는데, 천연가스를 분리막으로 공급하여 정교하지는 않지만, 1차적으로 많은 양의 이산화탄소를 제거한 이후, 아민 공정으로 공급하여 낮은 농도까지 천연가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 방식이다.

흡수법, 특히 아민(Amine) 용액을 흡수제로 하는 흡수법은 가장 효율이 좋고 정교하게 이산화탄소를 분리해낼 수 있어 널리 이용되고 있다.

향후 가스 시추 및 생산은 육상 플랜트보다 해상에서의 수요가 증가할 전망이며, 이미 그러한 추세에 들어서 있다. 특히, 해상의 중규모 가스전의 경우 이산화탄소의 양이 많이 함유된 경우가 많고, 해상에 부유하여 가스의 시추, 처리, 생산을 실시하는 해상 플랜트 구조물인 LNG-FPSO(LNG-Floating, Production, Storage, Offloading, 이하 'FLNG'라 함)에 적용하기 위하여는 FLNG의 특성상 에너지, 공간 등의 제약이 있으므로 기존의 단일 아민 공정보다 처리능력을 향상시킬 필요가 있다. 하지만, 이러한 고농도의 이산화탄소를 처리하기 위해서는 아민 재생 공정에 있어서 고온의 많은 열이 요구되는 열집약 공정이 되기 때문에 FLNG에 있어 높은 발화 위험성이 있다.

이러한 이유로 2단 아민 공정에 대한 연구가 활발한데, 폐열인 적은 열로 공정의 운영이 가능하기 때문에, 이로 인하여 고온 처리 없이도 약 15mol%까지 이산화탄소를 처리할 수 있고 안전하다는 장점이 있으나, 2단 아민 공정은 고농도의 용액 흐름으로 인해 장치의 크기가 대형화되고, CAPEX 및 OPEX가 증가한다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2009-0006934 (2009.01.16. 공개)

따라서, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 가스전으로부터 올라오는 천연가스에 포함된 이산화탄소(CO₂)를 효과적으로 분리제거함과 동시에, 안전하면서도 에너지를 절감할 수 있고, 천연가스의 전처리 공정의 장비를 간단히 하여 공간 효율이 높은 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 천연가스를 냉각시켜 천연가스에 포함된 이산화탄소를 고체화시키고, 고체 이산화탄소와 천연가스를 분리배출하는 본체; 상기 본체의 내부공간으로 이산화탄소를 포함하는 기체 상의 천연가스를 공급하는 천연가스 공급라인; 상기 기체 상의 이산화탄소를 냉각시켜 고체 이산화탄소를 생성시키는 냉매를 공급 및 배출하는 냉매 공급라인; 및 상기 냉매에 의해 고체화된 이산화탄소를 기화시키는 열매를 공급하는 열매 공급라인;을 포함하는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 천연가스 공급라인은 상기 본체의 상부에 마련되며, 상기 본체의 상부로 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 열매 공급라인은 상기 냉매 공급라인에서 분기되어 마련되고, 개폐 및 열매의 공급량을 조절하는 조절밸브를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 본체의 내부공간으로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스는 상기 냉매에 의해 이산화탄소의 삼중점 온도 이하로 냉각되어 상기 이산화탄소가 고체화 분리될 수 있다.

바람직하게는, 상기 본체로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스는 이산화탄소의 삼중점 압력 이하로 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 본체에서 이산화탄소를 고체화시켜 분리한 천연가스를 배출시키는 천연가스 배출라인;을 더 포함하고, 상기 천연가스 배출라인으로 상기 천연가스를 먼저 배출시킨 후, 상기 열매 공급라인으로 열매를 공급하여 고체화된 이산화탄소를 기화시켜 배출시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 본체는 다열로 다수 개 마련하여 연속공정을 이루도록 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 본체는 하부로 향할수록 확장되는 형태일 수 있다.

바람직하게는, 상기 본체의 내부에 연속하는 S자형을 이루며 마련되고, 상기 냉매는 상기 본체의 하부에서부터 상기 냉매 공급라인을 통해 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 이산화탄소는 승화하여 고체화되고, 상기 본체 내부에 마련되는 냉매 공급라인의 외부에 응집될 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉매 공급라인은 상기 본체의 외부에 코일 형태로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 이산화탄소는 승화하여 고체화되고, 상기 본체의 내부 벽면에 응집될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고체화된 이산화탄소는 자중에 의해 상기 본체의 하부에 적층되고, 상기 본체 하부에는 상기 고체화된 이산화탄소를 거르는 체(Sieve);를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압력에 따른 이산화탄소 고체화 온도 조건으로 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 열교환 시킴으로써 이산화탄소를 상변화 즉, 고체화시켜 분리할 수 있고, 그에 따라 기체 상태로 이산화탄소를 분리 배출하는 종래 기술에 비해 부피 감소 효과가 있으며, 이산화탄소를 효과적으로 정교하게 분리할 수 있어 처리 능력을 향상시킬 수 있다.

따라서, 고농도의 이산화탄소를 처리할 수 있으므로 종래 기술에 비해 에너지 절감, 장비 크기 최소화, 공간 활용성 증대의 효과가 있으며, 가스전의 이산화탄소 조성 변화에 대해 유연하게 적용할 수 있어 가스전에 따른 적용성이 크다.

도 1은 이산화탄소의 P-T 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치의 내부 개념도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 이산화탄소의 P-T 상태도이다. 도 1의 이산화탄소 상태도에서 보는 바와 같이, 이산화탄소의 삼중점은 약 5.18bar 조건에서 약 -56.6℃이다. 즉, 이산화탄소는 약 -56.6℃, 5.18bar 조건에서 액체상, 고체상, 기체상 등 3상(Phase)이 모두 평형을 이루며 존재하고, 그 이하의 저압 상태에서는 기체의 온도를 낮추어도 액화되지 않으며 곧바로 고체로 승화하게 된다.

또는, 가스 상태의 이산화탄소를 냉각시키면 이산화탄소가 액화(Liquefaction)되고, 더 냉각시키거나 감압 및 냉각시키면 이산화탄소가 고체화(Solidification)된다.

반면, 가스전으로부터 시추되어 산성가스(이산화탄소, 황화수소 등), 수분 등의 이물질을 포함하여 전처리 공정으로 공급되는 천연가스는 전형적으로 20 ~ 80bar, 보다 전형적으로는 40 ~ 65bar, 더 전형적으로는 약 60bar이다.

따라서, 가스전으로부터 시추되어 천연가스 전처리 공정으로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스의 압력은 이산화탄소의 액화 및 고체화 가능 범위이며, 천연가스의 공급 압력에서 이산화탄소의 고체화 조건에 맞도록 온도를 낮춰주면 이산화탄소는 고체화되어 천연가스로부터 분리 제거될 수 있다. 천연가스의 액화조건은 1기압에서 약 -162℃이고 상기 이산화탄소의 액화조건 범위 내에서 액화될 수 없으므로, 탄화수소의 손실이 거의 없이 이산화탄소만을 분리해 낼 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치를 도시한다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치를 도시한다.

도 4는 도 3에 따른 냉각분리장치에서 이산화탄소가 고체화된 내부를 도시한다.

이하 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 해상에 부유하여 해저 가스전으로부터 가스를 시추하고, 정제, 액화 생산, 저장 및 하역 등을 모두 수행하는 LNG-FPSO(LNG-Floating Production Storage Offloading, 이하 'FLNG'라 함)와 같은 해상 부유 구조물 또는 해양 플랜트(Offshore Plant)는 물론 육상의 가스전으로부터 가스를 시추하여 생산하는 육상 가스 플랜트(Onshore Gas Plant)에서도 실시할 수 있다.

본 발명에 따른 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치(1)는 가스전으로부터 시추된 천연가스를 냉각시켜, 천연가스에 포함된 이산화탄소를 고체화시킨 후, 상기 이산화탄소가 고체화되어 분리된 천연가스와 고체 이산화탄소를 분리배출하는 본체(10)를 포함한다.

본 발명에 따른 냉각분리장치(1)는 본체(10)의 내부공간으로 이산화탄소를 포함하는 기체 상의 천연가스를 공급하는 천연가스 공급라인(21), 기체 상의 천연가스에 포함된 기체 상의 이산화탄소를 냉각시켜 고체 이산화탄소로 상변화 시키는 냉매(Refrigernat)를 공급하고, 이산화탄소 및 천연가스와 열교환한 후 냉매를 배출시키는 냉매 공급라인(31) 및 냉매에 의해 고체화된 이산화탄소를 기화시키는 열매(Heating Medium)를 공급하는 열매 공급라인(32)을 포함한다.

도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 천연가스 공급라인(21)은 본체(10)의 상부에 마련되고, 천연가스 공급라인(21)을 통해, 가스전에서 시추한 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 본체(10) 내부공간으로 공급할 수 있다.

천연가스 공급라인(21)에는 천연가스 공급 조절밸브(41)가 마련되어 천연가스 공급라인(21)의 개폐 및 천연가스 공급량을 조절할 수 있다.

본체(10)로 공급되는 천연가스는 가스전에서 시추한 천연가스의 스펙(Specification)에 따라, 천연가스에 포함된 머드 등의 고형물을 제거하는 안정화 공정(Stabilization Process) 등을 거친 후 공급할 수 있다.

본체(10)로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스는 이산화탄소의 삼중점 압력 이하, 즉 약 5.18bar 이하로 공급될 수 있으며, 천연가스 공급라인(21)의 노즐 등에 의해 분사되어 공급될 수 있다. 또는, 천연가스 공급라인(21)에 감압장치(미도시)를 더 마련하여 공급 압력을 맞춰줄 수도 있다.

냉매 공급라인(31)을 통해 이산화탄소를 고체 분리하기 위하여 공급되는 냉매에 의해 이산화탄소를 포함하는 천연가스는 이산화탄소의 삼중점 이하 온도, 약 -56.6℃ 이하로 냉각될 수 있고, 따라서 이산화탄소는 상기 압력 및 온도 조건에서 기체 상태에서 액체 상태를 거치지 않고 고체 상태로 승화시켜 천연가스로부터 분리해낼 수 있다.

냉매 공급라인(31)을 통해 공급되는 냉매는 천연가스를 액화시켜 LNG(액화천연가스)를 생산하는 천연가스 액화공정(Liquefaction Process)의 액화용 냉매사이클로부터 공급받을 수 있다. 예를 들어, 천연가스 액화공정으로부터 공급받는 냉매는 혼합냉매(C3MR) 사이클 및, 혼합 냉매 사이클의 프로판 예냉 사이클(Propane Refrigeration Cycle), 캐스케이드(Cascade) 공정의 프로판, 에탄 또는 에틸렌 및 메탄 냉각 사이클, 질소 팽창 사이클(Nitrogen Expander Cycle), AP-X 냉각 사이클 등에서 분기되는 라인으로부터 얻을 수 있고, 프로판, 혼합냉매, 에틸렌, 메탄 및 질소 등일 수 있으며, 상기 냉동 사이클은 APCI 사(社), Linde 사, ConocoPhillips 사, Shell 사 등의 라이센스(License) 공정일 수 있다.

냉매 공급라인(31)은 본체(10) 내부 또는 외부에 마련될 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 냉매 공급라인(31)이 본체(10)의 내부에 마련되는 경우, 본체(10) 내부에 연속적인 S자 형태로 마련되어 천연가스와 냉매의 접촉면적 및 접촉시간을 최대화할 수 있다.

또한, 냉매는 냉매 공급라인(31)을 통해 본체(10)의 하부로부터 공급되어 천연가스와 간접 접촉하여 열교환한 후, 본체(10)의 상부로 배출될 수 있고 따라서, 천연가스에 포함된 기체 상의 이산화탄소는 승화되어 고체 이산화탄소가 생성되고, 본체(10) 내부에 마련되는 냉매 공급라인(31)의 외부면을 따라 응집되어 결착 형성될 수 있다.

본체(10) 내부에서 승화된 고체 이산화탄소는 스노우(Snow) 형태일 수 있으며, 일부는 본체(10) 내부에서 고체화되어 자중에 의해 본체(10) 하부로 하강할 수 있고, 이 때 본체(10) 하부이며 냉매 공급라인(31)보다 하부에 마련된 체(Sieve, 51)에 고체 이산화탄소가 걸러질 수 있다.

냉매가 본체(10)의 하부로부터 공급되므로, 고체 이산화탄소는 본체(10)의 하부에서부터 생성될 수 있으며, 따라서 천연가스의 공급 또는 냉매 공급과 냉각은 고체 이산화탄소가 본체(10) 하부의 냉매 공급라인(31) 또는 체(51)에 더 이상 응집될 수 없을 때까지 이루어질 수 있다. 이 때 열매 공급라인(32)을 통해 열매를 공급하여 냉매 공급라인(31)에 응집된 고체 이산화탄소를 가열하여 이산화탄소를 기화시켜 배출시킬 수 있다.

따라서, 본체(10) 내부공간에서 천연가스의 원활한 흐름을 위해 본체(10)는 하부로 확장되는 형태로 마련할 수 있고, 본체(10)의 형태는 상부면의 넓이보다 하부면의 넓이가 더 넓은 원기둥, 사각기둥일 수 있고 그 형태에 있어서는 한정하지 않는다.

또는, 천연가스 공급라인(21)을 본체(10)의 하부에 마련하여, 하부로부터 천연가스를 공급하고, 냉매는 냉매 공급라인(31)을 통해 본체(10)의 상부로 공급하여 상호 열교환 시킬 수도 있으며, 이 외에도 천연가스 공급라인(21)과 냉매 공급라인(31)을 통해 냉매를 공급하는 방향은 상호 맞흐름이 되도록 하고, 본체(10)는 냉매를 공급하는 측의 넓이가 더 넓도록 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 열매를 공급하기 전에, 이산화탄소가 고체화되어 분리된 천연가스는 천연가스 배출라인(22)으로 먼저 배출시킨다. 그 후, 열매 공급라인(31)으로 열매를 공급하여 고체 이산화탄소를 기화시켜 배출시킬 수 있다.

이때, 천연가스 배출라인(22)과 이산화탄소 배출라인은 하나로 마련하여 배출 조절밸브(42)로 개폐 및 배출량을 조절할 수도 있고, 천연가스 배출라인 및 이산화탄소 배출라인은 각각 따로 마련할 수도 있으며, 본체(10)의 상부에 마련될 수 있다.

열매 공급라인(31)은 도 2에 도시한 바와 같이, 냉매 공급라인(31)으로부터 분기되어 마련될 수 있으며, 냉매 공급라인(31)으로의 냉매 공급을 중단한 후, 열매를 공급하여 본체(10) 내부의 응집된 고체 이산화탄소를 기화시킬 수 있다.

또한, 체(51)에 걸러진 고체 이산화탄소를 기화시키기 위해 체(51)의 하부 또는 상부에서 체(51)를 향해 열매를 공급하는 라인을 따로 마련하여 재생 공정을 실시할 수 있다.

냉매 공급라인(31)으로부터 열매 공급라인(31)이 분기되는 지점에는 조절밸브(43)가 마련될 수 있고, 냉매 공급 조절밸브(43)는 삼방밸브(3-Way Valve)로 마련되어 개폐 방향 및 열매 또는 냉매 공급량을 조절할 수 있다.

상기 본체(10)에서 고체화 이산화탄소를 기화시키는 열매는 해수(Seawater) 또는 청수(Fresh Water)일 수 있고, 또는 공기와 접촉시키는 공랭식으로 실시할 수도 있다.

상기 본체(10)에서 기화된 이산화탄소는 기체 상태로 저온의 이산화탄소를 필요로 하는 수요처, 예를 들면 불활성 가스를 필요로 하는 공정이나 CCS(Carbon Capture&Storage) 기술에 의한 저장소로 공급하거나 또는 플레어 타워에서 연소시켜 처리할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 냉매 공급라인(31)은 본체(10)의 외부면을 둘러싸는 코일 형태로 마련될 수 있으며, 본체(10) 외부에 빈틈이 없이 마련될 수 있다.

이 때, 본체(10) 내부로 공급되는 천연가스는 냉각되어, 도 4에 도시한 바와 같이, 본체(10)의 내부 벽면에 고체 이산화탄소가 응집되어 결착될 수 있다.

이 외의 모든 작용에 대해서는 상기 냉매 공급라인(31)이 본체(10) 내부에 마련되는 일 실시 예와 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.

본체(10)를 포함하는 냉각분리장치(1)는 다열로 다수 개 마련될 수 있으며, 따라서 적어도 하나의 냉각분리장치(1)의 본체(10)가 고체 이산화탄소를 기화시켜 배출시키는 공정을 실시할 때, 나머지 적어도 하나의 냉각분리장치(1)의 본체(10)로는 천연가스를 공급하여 이산화탄소를 고체화 분리시키는 공정을 실시하여 연속공정으로 실시할 수도 있다.

또한, 상기 고체화 이산화탄소와 분리되어 배출되는 천연가스는 아민흡수탑(미도시)으로 공급하여 2차로 산성가스를 추가로 제거할 수 있다..

아민흡수탑은 아민 용액과 산성가스를 포함하는 천연가스를 접촉시켜 아민 용액에 천연가스 스트림에 포함된 이산화탄소, 황화수소와 같은 산성가스를 용해시켜 분리해낸 후, 약 160 ~ 170℃ 조건 하에서 아민 용액으로부터 산성가스를 분리 배출시키는 재생공정을 실시할 수 있다.

따라서, 아민흡수탑은 고온의 조건에서 재생공정이 실시되므로 많은 열이 요구되는 열집약 공정이므로, 본 발명과 같이 아민흡수탑의 전단에서 이산화탄소를 고체화시켜 벌크 공정으로 1차 분리함으로써, 아민흡수탑의 크기를 줄이고, 에너지를 절감할 수 있으며, 따라서 공간 효율성 증대 및 CAPEX, OPEX 절감의 효과가 있다.

또한, 이산화탄소를 냉각분리장치(1)에서 상변화 즉, 고체화시킨 후 상분리함으로써, 가스전의 특성에 따른 천연가스의 이산화탄소 농도에 관계없이 항상 일정한 수준으로 이산화탄소를 1차 제거할 수 있으며, 따라서 이산화탄소 분리 능력을 향상시킬 수 있고, 가스전의 이산화탄소 조성 변화에 대해 유연하게 적용할 수 있다.

아민흡수탑에서 배출되는 천연가스의 이산화탄소 농도는 50ppm이하이다.

상기 아민흡수탑에서 산성가스가 제거된 천연가스는 수분 제거 공정 및 수은 제거 공정으로 공급할 수 있으며, 수분 및 수은이 제거된 천연가스는 천연가스 액화공정으로 공급하여 LNG를 생산할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

1 : 냉각분리장치
10 : 본체
21 : 천연가스 공급라인
22 : 천연가스 배출라인
31 : 냉매 공급라인
32 : 열매 공급라인
41 : 천연가스 공급 조절 밸브
42 : 천연가스 배출 조절 밸브
43 : 냉매 공급 조절 밸브
51 : 체(Sieve)

Claims (13)

1. 천연가스를 냉각시켜 천연가스에 포함된 이산화탄소를 고체화시키고, 고체 이산화탄소와 천연가스를 분리배출하는 본체;
   상기 본체의 내부공간으로 이산화탄소를 포함하는 기체 상의 천연가스를 공급하는 천연가스 공급라인; 및
   상기 본체 내부에 마련되거나 상기 본체 외부 벽면에 마련되며, 상기 기체 상의 이산화탄소를 냉각시켜 고체 이산화탄소를 생성시키는 냉매를 공급 및 배출하는 냉매 공급라인;을 포함하고,
   상기 이산화탄소는 승화하여 고체화되며 상기 본체의 내부 벽면 또는 냉매 공급라인의 외부에 응집되고,
   상기 냉매 공급라인으로부터 분기되어 상기 냉매에 의해 고체화된 이산화탄소를 기화시키는 열매를 공급하는 열매 공급라인;을 포함하여, 상기 본체의 내부 벽면 또는 냉매 공급라인의 외부에 응집된 고체 상의 이산화탄소가 상기 열매에 의해 기화되는, 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 천연가스 공급라인은
   상기 본체의 상부에 마련되며,
   상기 본체의 상부로 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 공급하는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 본체의 내부공간으로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스는
   상기 냉매에 의해 이산화탄소의 삼중점 온도 이하로 냉각되어 상기 이산화탄소가 고체화 분리되는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 본체로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스는
   이산화탄소의 삼중점 압력 이하로 공급되는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 본체에서 이산화탄소를 고체화시켜 분리한 천연가스를 배출시키는 천연가스 배출라인;을 더 포함하고,
   상기 천연가스 배출라인으로 상기 천연가스를 먼저 배출시킨 후,
   상기 열매 공급라인으로 열매를 공급하여 고체화된 이산화탄소를 기화시켜 배출시키는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 본체는 다열로 다수 개 마련하여 연속공정을 이루도록 하는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 본체는 하부로 향할수록 확장되는 형태인 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 냉매 공급라인은
   상기 본체의 내부에 연속하는 S자형을 이루며 마련되고,
   상기 냉매는 상기 본체의 하부에서부터 상기 냉매 공급라인을 통해 공급되는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
10. 삭제
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉매 공급라인은
    상기 본체의 외부에 코일 형태로 마련되는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.
12. 삭제
13. 청구항 7에 있어서,
    상기 고체화된 이산화탄소는 자중에 의해 상기 본체의 하부에 적층되고,
    상기 본체 하부에는 상기 고체화된 이산화탄소를 거르는 체(Sieve);를 더 포함하는 천연가스의 이산화탄소 냉각분리장치.

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