KR20120078000A - 합성연료 ｆｐｓｏ - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성연료 FPSO에 관한 것으로서, 가스전으로부터 공급되는 천연가스에 포함되는 이산화탄소를 활용하여 천연가스를 합성연료로 전환하는 합성연료 공정설비와, 합성연료 공정설비로부터 전환된 합성연료를 저장하는 합성연료 저장부를 포함하는 합성연료 FPSO가 제공된다.
본 발명에 따르면, 개발이 어려운 이산화탄소 함량이 높은 가스전을 이용할 수 있고, 저렴한 비용으로 가스전 확보가 가능하며, 온실가스인 이산화탄소를 공정상에 이용함으로써 이산화탄소의 활용도를 높이고, 공정 중 발생한 이산화탄소를 고갈된 가스전 또는 유전에 주입함으로써 온실가스의 주성분인 이산화탄소를 대기 중에 방출하지 않으며, LNG에 비하여 이송하는데 유리한 합성가스의 조건으로 인해 운송 및 보관에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

Description

합성연료 ＦＰＳＯ{SYNTHETIC FUEL FLOATING, PRODUCTION, STORAGE AND OFFLOADING}
본 발명은 합성연료 FPSO에 관한 것으로서, 개발이 어려운 이산화탄소 함량이 높은 가스전을 이용할 수 있고, 저렴한 비용으로 가스전 확보가 가능하며, 천연가스에 포함된 이산화탄소의 활용도를 높이도록 구성된 합성연료 FPSO에 관한 것이다.
최근에는 해상가스전에 대한 개발이 활발하게 이루어지면서, 천연가스를 생산하여 액화 및 저장하는 LNG-FPSO(LNG-Floating, Production, Storage and Offloading)에 대한 관심이 높다.
종래의 LNG-FPSO 및 플랜트를 응용한 FPSO에서는 이산화탄소가 공정상에 들어갈 경우 공정에 문제가 생기거나, 반응률이 저하되는 현상이 발생하며, 이산화탄소의 함량이 높아지면 이를 제거하기 위한 설비의 설치 사이즈 및 면적이 커져 공간의 제약이 있는 해양 플랜트(FPSO)에는 적합하지 않게 된다. 따라서 공정에 사용하는 가스전은 이산화탄소의 함량이 적은 가스전을 이용하고 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 LNG-FPSO(1)에서 이산화탄소가 공정에 영향을 주는 것을 방지하기 위하여, LNG 공정설비(2)의 전단에 정제설비인 이산화탄소제거설비(3)를 설치하여 이산화탄소를 제거하도록 한다. 따라서, LNG-FPSO(1)와 같은 해상플랜트의 경우, 플랜트 설치 면적이 제한적이므로 정제설비의 사이즈를 줄이기 위해서 이산화탄소 함량이 적은 가스전을 이용해야만 했다.
한편, 디메틸에테르(DME)와 메탄올(Methanol) 등의 합성연료 FPSO는 아직 연구단계에 있다. 합성연료의 경우 석탄, 바이오매스, 천연가스 등을 개질반응을 통해서 합성연료를 생산하게 되는데, 이러한 개질반응에는 수증기 개질(Steam reforming)과 자열 개질(Auto thermal reforming)이 있지만, 이들은 이산화탄소를 원료로 하지 않기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이, 합성연료 FPSO(4)의 경우에도 이산화탄소제거설비(5)가 필요하다.
이와 같은 합성연료 FPSO(4)의 경우 이산화탄소가 다량 함유된 가스전이 아닌 LNG 개발이 가능한 가스전, 예컨대 이산화탄소 함유량이 적은 가스전을 이용해야 하는데 이러한 경우 LNG-FPSO보다 효율성 및 경제성이 떨어지기 때문에 개발이 진행되지 못하였으며, 이산화탄소가 다량 함유된 가스전의 경우 가스정제에 필요한 전력 및 시설물의 크기가 커져서 개발에 따른 경제성이 낮아 개발하지 않고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 천연가스를 합성가스(CO/H2)로 만드는 개질반응에 이산화탄소를 원료로 사용하는 공정이 적용된 디메틸에테르(DME), 메탄올(Methanol) 등의 합성연료 FPSO를 개발함으로써, 미반응 이산화탄소도 공정상에 문제를 일으키지 않아 이산화탄소 제거설비가 필요하지 않도록 하여, 이산화탄소의 함량이 높아서 경제성이 낮은 가스전의 개발에 적합하도록 할 수 있다.
또한, 디메틸에테르(DME)와 메탄올(Methanol) 생산 중에 생기는 이산화탄소를 대기 중에 방출하지 않고 포집 및 압축하여 고갈된 가스전에 주입하거나, 이산화탄소 캐리어(Carrier)를 이용하여 오일 생산량 증가를 위해 이산화탄소가 필요한 유전에 운송 및 주입함으로써 온실가스의 주성분인 이산화탄소를 대기 중에 방출하지 않도록 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스전으로부터 공급되는 천연가스에 포함되는 이산화탄소를 활용하여 상기 천연가스를 합성연료로 전환하는 합성연료 공정설비와, 상기 합성연료 공정설비로부터 전환된 합성연료를 저장하는 합성연료 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO가 제공된다.
상기 합성연료 공정설비는 상기 가스전으로부터 천연가스가 주입되도록 하는 인렛 시스템과, 상기 인렛 시스템에 의해 주입되는 천연가스로부터 응축액을 분리하는 응축액 분리기와, 상기 응축액 분리기에 의해 분리된 응축액을 저장하는 응축액 저장부와, 상기 응축액 분리기를 통과한 천연가스를 이산화탄소를 활용하여 합성가스로 전환시키는 리포머와, 상기 리포머에 의해 전환된 합성가스로부터 합성연료를 제조하는 합성연료 반응기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스전은 이산화탄소가 10% 이상에서 30% 미만 함유되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성연료는 디메틸에테르(DME) 또는 메탄올(Methanol)인 것을 특징으로 한다.
상기 합성연료 공정설비로부터 공정 중에 발생한 이산화탄소를 고갈된 가스전이나 저장을 위하여 지중에 주입하는 이산화탄소 주입설비를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 합성연료 공정설비로부터 공정 중에 발생한 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 액화설비와, 상기 이산화탄소 액화설비에 의하여 액화된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 가스전으로부터 공급되는 천연가스를 합성연료로 전환하는 합성연료 공정설비를 포함하고, 상기 합성연료 공정설비가 상기 천연가스에 포함된 이산화탄소를 상기 합성연료의 전환에 활용하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO가 제공된다.
본 발명에 따르면, 개발이 어려운 이산화탄소 함량이 높은 가스전을 이용할 수 있고, 저렴한 비용으로 가스전 확보가 가능하며, 온실가스인 이산화탄소를 공정상에 이용함으로써 이산화탄소의 활용도를 높이고, 공정 중 발생한 이산화탄소를 고갈된 가스전 또는 유전에 주입함으로써 온실가스의 주성분인 이산화탄소를 대기 중에 방출하지 않으며, LNG에 비하여 이송하는데 유리한 합성가스의 조건으로 인해 운송 및 보관에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 LNG-FPSO를 도시한 구성도,
도 2는 종래의 기술에 따른 디메틸에테르/메탄올 FPSO를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성연료 FPSO를 도시한 구성도,
도 4는 도 3의 요부를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합성연료 FPSO를 도시한 구성도, 그리고,
도 6은 도 5의 요부를 도시한 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성연료 FPSO를 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3의 요부를 도시한 구성도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성연료 FPSO(100)는 가스전(11)으로부터 공급되는 천연가스를 합성연료로 전환하는 합성연료 공정설비(110)를 포함하고, 합성연료 공정설비(110)가 천연가스에 포함된 이산화탄소를 합성연료의 전환에 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성연료 FPSO(100)는 이후의 실시예와 마찬가지로, 가스전(11)이 천연가스에 함유된 이산화탄소가 10% 이상에서 30% 미만일 수 있으며, 합성연료로서 디메틸에테르(DME) 또는 메탄올(Methanol)을 제조할 수 있다.
합성연료 공정설비(110)는 가스전(11)으로부터 공급되는 천연가스에 포함되는 이산화탄소를 활용하여 천연가스를 합성연료로 전환하는 설비로서, 가스전(11)으로부터 천연가스가 주입되도록 하는 인렛 시스템(Inlet system; 111)과, 인렛 시스템(111)에 의해 주입되는 천연가스로부터 응축액을 분리하는 응축액 분리기(Condensate separator; 112)와, 응축액 분리기(112)에 의해 분리된 응축액을 저장하는 응축액 저장부(Condensate storage; 113)와, 응축액 분리기(112)를 통과한 천연가스를 천연가스에 포함된 이산화탄소를 활용하여 합성가스로 전환시키는 리포머(Reformer; 114)와, 리포머(114)에 의해 전환된 합성가스로부터 합성연료를 제조하는 합성연료 반응기(115)를 포함할 수 있다. 여기서, 인렛 시스템(111)은 가스전으로부터 합성연료 FPSO(100)로 천연가스를 생산하도록 설비를 포함할 수 있다. 또한, 인렛 시스템(111), 응축액 분리기(112), 리포머(114), 합성연료 반응기(115)는 탑사이드(Top side)에 설치될 수 있으며, 응축액 저장부(113)와 후술하게 될 합성연료 저장부(120)는 선체 내에 설치될 수 있다.
리포머(114)는 이산화탄소를 활용하여 천연가스가 CO와 H2가 주로 이루어진 합성가스로 전환되도록 하는데, 합성연료의 생성을 위한 개질반응식은 아래의 반응식 1에 의한 이산화탄소 개질반응을 이용하거나, 아래의 반응식 2의 두 반응이 동시에 진행되는 수증기 이산화탄소 개질반응을 이용할 수 있다.
[반응식 1]
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO
[반응식 2]
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO
CH4 + H2O → 3H2 + CO　
합성연료 반응기(115)는 합성가스로부터 합성연료, 예컨대 디메틸에테르(DME) 또는 메탄올(Methanol)을 제조하여, 합성연료 저장부(120)에 저장되도록 한다.
합성연료 저장부(120)는 합성연료 공정설비(110)로부터 전환된 합성연료를 저장하기 위한 것으로서, 저장하고자 하는 합성연료의 온도나 압력 조건 등의 특성을 만족시키기 위한 구조와 재질로 이루어질 수 있으며, 저장된 합성연료를 합성연료 캐리어(20)에 의해 소비처로 운반되도록 할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성연료 FPSO(100)는 합성연료 공정설비(110)로부터 공정 중에 발생한 이산화탄소를 고갈된 가스전(12)이나 저장을 위하여 지중에 주입하는 이산화탄소 주입설비(130)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 이산화탄소 주입설비(130)는 고갈된 가스전(12)에 이산화탄소를 주입함으로써 남아 있는 천연가스의 생산을 가능하도록 하는 EGR(Enhanced gas recovery) 공정이 이루어지도록 하거나, 이산화탄소의 지중 저장(Sequestration)이 이루어지도록 한다. 여기서, 이산환탄소 주입설비(130)는 이산화탄소를 주입하기 위하여 압축 과정을 실시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합성연료 FPSO를 도시한 구성도이고, 도 6은 도 5의 요부를 도시한 구성도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 합성연료 FPSO(200)는 합성연료 공정설비(210)와 합성연료 저장부(220)를 포함하며, 이러한 합성연료 공정설비(210)와 합성연료 저장부(220)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성연료 FPSO(100)에서 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 합성연료 FPSO(200)는 합성연료 공정설비(210)로부터 공정 중에 발생한 이산화탄소를 공급받아 냉매와의 열교환에 의해 액화시키는 이산화탄소 액화설비(240)와, 이산화탄소 액화설비(240)에 의하여 액화된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장부(250)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 이산화탄소 저장부(250)에 저장된 이산화탄소는 이산화탄소 캐리어(30)에 의해 운송되어 고갈된 오일 광구에 주입됨으로써 오일의 생산량을 높이는 EOR(Enhanced Oil recovery) 공정에 이용되거나, 지중 저장될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 합성연료 FPSO의 작용을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 합성연료 FPSO(100,200)에 의하면, 합성연료인 디메틸에테르(DME)와 메탄올(Methanol) 등을 천연가스로부터 합성할 때, 천연가스에 포함된 이산화탄소가 원료로 사용될 뿐만 아니라 어떠한 영향도 미치지 않기 때문에 이산화탄소 정제가 필요하지 않다. 따라서 이산화탄소 함량이 높아 LNG-FPSO 개발이 진행되지 않는 경제성이 낮은 가스전이 경제성을 가지도록 한다. 즉, 천연가스로부터 H2/CO인 합성가스를 생산하여 디메틸에테르(DME)와 메탄올(Methanol)의 합성과정을 통해 합성연료를 생성하며, 이때, 이산화탄소를 원료로 사용하는 개질반응을 적용할 수 있는 공정을 사용함으로써 다른 개질반응들과는 다르게 이산화탄소의 제거 기능이 불필요하다. 따라서 이산화탄소가 다량 함유된 가스전, 예컨대, 이산화탄소가 10% 이상에서 30% 미만으로 함유된 가스전에 대한 경제성을 제공하며, 거대한 이산화탄소 제거설비가 불필요하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 합성연료 FPSO(100,200)는 이산화탄소의 함량이 높은 가스전에 적용할 수 있는 청정연료인 디메틸에테르(DME)와 메탄올(Methanol)을 경제적으로 합성하도록 함과 아울러, 온실가스인 이산화탄소를 배출하지 않고 원료로 활용하는 장점을 가진다. 또한 합성반응 과정에서 나오는 이산화탄소를 배출하는 기존 공정들과는 달리, 주변의 고갈된 가스전(12)에 재주입하거나, 이산화탄소 캐리어(30)를 통해서 EOR(Enhanced Oil Recovery) 공정에 활용함으로써 이산화탄소의 대기 방출을 없앨 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
11 : 가스전 12 : 고갈된 가스전
20 : 합성연료 캐리어 30 : 이산화탄소 캐리어
110,210 : 합성연료 공정설비 111 : 인렛 시스템
112 : 응축액 분리기 113 : 응축액 저장부
114 : 리포머 115 : 합성연료 반응기
120,220 : 합성연료 저장부 130 : 이산화탄소 주입설비
240 : 이산화탄소 액화설비 250 : 이산화탄소 저장부

Claims (7)

  1. 가스전으로부터 공급되는 천연가스에 포함되는 이산화탄소를 활용하여 상기 천연가스를 합성연료로 전환하는 합성연료 공정설비; 및
    상기 합성연료 공정설비로부터 전환된 합성연료를 저장하는 합성연료 저장부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 합성연료 공정설비는
    상기 가스전으로부터 천연가스가 주입되도록 하는 인렛 시스템;
    상기 인렛 시스템에 의해 주입되는 천연가스로부터 응축액을 분리하는 응축액 분리기;
    상기 응축액 분리기에 의해 분리된 응축액을 저장하는 응축액 저장부;
    상기 응축액 분리기를 통과한 천연가스를 이산화탄소를 활용하여 합성가스로 전환시키는 리포머; 및
    상기 리포머에 의해 전환된 합성가스로부터 합성연료를 제조하는 합성연료 반응기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가스전은
    이산화탄소가 10% 이상에서 30% 미만 함유되는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 합성연료는
    디메틸에테르(DME) 또는 메탄올(Methanol)인 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 합성연료 공정설비로부터 공정 중에 발생한 이산화탄소를 고갈된 가스전이나 저장을 위하여 지중에 주입하는 이산화탄소 주입설비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 합성연료 공정설비로부터 공정 중에 발생한 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 액화설비; 및
    상기 이산화탄소 액화설비에 의하여 액화된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
  7. 가스전으로부터 공급되는 천연가스를 합성연료로 전환하는 합성연료 공정설비를 포함하고,
    상기 합성연료 공정설비가 상기 천연가스에 포함된 이산화탄소를 상기 합성연료의 전환에 활용하는 것을 특징으로 하는 합성연료 FPSO.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160084249A (ko) 2015-01-05 2016-07-13 대우조선해양 주식회사 멤브레인을 이용한 합성연료 제조장치

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