KR20120131559A - 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 ｄｍｅ 부유식 플랜트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DME(dimethyl ether) 부유식 플랜트(FPSO, floating production storage and offloading)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소장치을 설치하여 천연가스로부터 DME를 생산, 저장 및 하역을 하면서 동시에 발전도 가능하며, 부산물인 이산화탄소, 질소 등을 이용하여 천연가스의 회수를 증진(EGR, enhanced gas recovery)하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트는, DME(dimethyl ether)를 생산, 저장 및 하역할 수 있는 DME 부유식 플랜트에 있어서, 해상 천연가스전(10)으로부터 혼합물을 채취하여 천연가스를 생산하는 천연가스 생산부(200); 공기로부터 산소와 질소를 분리하여 산소 및 질소를 생산하는 산소발생기(400); 상기 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받고, 상기 산소발생기(400)로부터 산소를 공급받아 DME를 생산하는 DME 생산장치(300); 상기 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받아 연소시켜 상기 DME 부유식 플랜트에서 사용되는 에너지를 생산하는 연소장치(500); 및 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 상기 연소장치(500)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키고, 액화된 이산화탄소를 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시키는 이산화탄소 처리부(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 ＤＭＥ 부유식 플랜트{Dimethyl Ether FPSO capable of enhancing oil recovery by using byproducts}
본 발명은 DME(dimethyl ether) 부유식 플랜트(FPSO, floating production storage and offloading)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소장치을 설치하여 천연가스로부터 DME를 생산, 저장 및 하역을 하면서 동시에 발전도 가능하며, 부산물인 이산화탄소, 질소 등을 이용하여 천연가스의 회수를 증진(EGR, enhanced gas recovery)하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트에 관한 것이다.
부유식 플랜트(FPSO, floating production storage and offloading)란 심해유전지역에서 물 위에 떠서(floating), 원유를 추출하여 끌어올리고(production), 배 밑의 거대한 탱크에 저장한 후(storage), 운반선을 통해 화물(cargo)을 건네주는(offloading) 역할을 하는 선박형태의 설비를 말한다.
종래의 가스전은 해안에서 가까운 연안에 고정식의 플랜트를 설치하여 채굴된 가스를 파이프라인으로 육상까지 수송하여 저장탱크에 보관하는 시스템이었으나, 가스 매장량이 점차 고갈됨에 따라 원해에 존재하는 가스전을 채굴할 필요성이 대두되어 부유식 플랜트를 사용하여 원해에서도 천연가스를 생산할 수 있게 되었다.
천연가스전은 생산 초기에는 가스 밑에 깔려있는 물의 압력에 의해 천연가스가 자연히 위로 분출하게 된다.
일반적으로 생산 초기에는 천연가스가 지하의 압력에 의하여 잘 채굴되지만, 시간이 지나감에 따라 천연가스전의 압력이 감소하게 되면 자연적인 천연가스의 생산이 중단되게 되며 많은 부분의 천연가스가 천연가스전에서 생산이 되지 않은 채 남아 있게 된다.
이처럼 천연가스전 내 압력에 의한 자연적 분출에 의해 천연가스를 생산하는 것을 1차 회수(recovery)라고 한다.
1차 회수 후 남아 있는 천연가스는 천연가스전에 가스를 주입하거나(gas injection), 물을 주입(水攻法)하여 강제적으로 천연가스를 회수하는데 이를 2차 회수라고 한다.
2차 회수 후에도 필요한 경우 별도의 물질을 천연가스전으로 주입해서 천연가스전에 남아 있는 천연가스의 일부를 어떻게 해서든 회수하며, 이를 3차 회수라고 한다.
해저에서 채굴되는 천연가스는 가스와 물, 오일 등이 혼합된 혼합물의 형태이므로 혼합물로부터 천연가스, 물, 오일을 분리하여 천연가스를 채굴한다.
상기의 2차 회수 및 3차 회수 같이 생산되지 않고 저장되어 있는 천연가스를 회수하는 방법을 가스증진회수법(EGR, enhanced gas recovery)이라고 하는데, 현재의 EGR은 일반적으로 많은 비용이 소요되어 원유(석유)의 생산비를 높이는 결과를 초래하여 원유(석유)의 생산비를 낮추기 위한 많은 연구가 필요하다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, DME 부유식 플랜트의 부산물의 활용방안을 강구하여, 에너지 효율 증진 및 환경오염 방지를 위한 DME 부유식 플랜트를 제공하고자 함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, DME(dimethyl ether)를 생산, 저장 및 하역할 수 있는 DME 부유식 플랜트에 있어서, 해상 천연가스전(10)으로부터 혼합물을 채취하여 천연가스를 생산하는 천연가스 생산부(200); 공기로부터 산소와 질소를 분리하여 산소 및 질소를 생산하는 산소발생기(400); 상기 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받고, 상기 산소발생기(400)로부터 산소를 공급받아 DME를 생산하는 DME 생산장치(300); 상기 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받아 연소시켜 상기 DME 부유식 플랜트에서 사용되는 에너지를 생산하는 연소장치(500); 및 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 상기 연소장치(500)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키고, 액화된 이산화탄소를 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시키는 이산화탄소 처리부(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트를 제공한다.
상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시키는 것;을 특징으로 한다.
상기 DME 생산장치(300)의 후단에 설치하되, 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 상기 DME 생산장치(300)에서 생산된 DME를 액화시키는 DME 액화장치(310); 및 상기 액화된 DME를 저장하는 DME 저장탱크(320);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 저장하는 질소저장탱크(450);를 더 포함하되, 상기 질소저장탱크(450)에 저장된 질소가 상기 배기가스 내의 이산화탄소를 액화시키고, 상기 DME 생산장치에서 생산된 DME를 액화시키며, 상기 천연가스의 생산을 증진시키기 위해 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급되는 것;을 특징으로 한다.
상기 천연가스 생산부(200)는, 상기 혼합물로부터 천연가스, 오일 및 물을 분리하여 천연가스를 생산하는 3상 분리기(210);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 천연가스 생산부(200)는, 상기 3상 분리기(210)로부터 천연가스를 받아 불순물을 제거하여 상기 DME 생산장치(300)로 공급하는 전처리 장치(220);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연소장치(500)으로부터 배출되는 고온의 배기가스가 가지는 열을 회수하여 상온·상압의 배기가스로 변환시켜 상기 이산화탄소 처리부(600)로 공급하는 폐열회수장치(550);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 처리부(600)는, 상기 폐열회수장치(550)를 통과한 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키기 위해 삼중점 압력 이상으로 가압하는 가압기(620); 상기 가압기(620) 후단에 설치되어, 상기 가압기(620)를 통과한 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키기 위해 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 냉매로 사용하는 이산화탄소 액화장치(630);상기 이산화탄소 액화장치(630) 후단에 설치되어, 상기 가압기(620) 또는 상기 이산화탄소 액화장치(630)에서 생산된 액화 이산화탄소를 분리하는 액화 이산화탄소 분리장치(640); 및 상기 분리된 액화 이산화탄소를 상기 천연가스전(10)으로 주입하는 액화 이산화탄소 분사장치(660);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액화 이산화탄소 분리장치(660)에서 분리된 액화 이산화탄소를 공급받아 저장하고, 상기 액화 이산화탄소 분사장치(660)로 액화 이산화탄소를 공급하는 액화 이산화탄소 저장탱크(650);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 처리부(600)는, 상기 폐열회수장치(550)를 통과한 배기가스에서 불순물을 제거하여 상기 가압기(620)로 공급하는 후처리장치(610);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, DME(dimethyl ether)를 생산, 저장 및 하역할 수 있는 DME 부유식 플랜트에 있어서, 공기로부터 산소와 질소를 분리하여 산소 및 질소를 생산하는 산소발생기(400); 및 상기 산소발생기(400)에서 생산되는 산소와 해상 천연가스전(10)에서 생산되는 천연가스를 공급받아 DME를 생산하는 DME 생산장치(300);를 포함하되, 상기 천연가스를 연소시켜 발생되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소로 액화시켜 해상 천연가스전(10)으로 공급함으로써 천연가스의 생산을 증진시키는 것;을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트를 제공한다.
상기 산소발생기에서 생산된 질소의 일부는 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급되어 상기 천연가스의 생산을 증진시키는 것;을 특징으로 한다.
상기 산소발생기에서 생산된 질소의 일부는 상기 DME 생산장치(300)에서 생산된 DME를 액화시켜 저장하는 것;을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, DME 부유식 플랜트에 연소장치을 장착하여 천연가스를 사용하여 전기를 생산함과 동시에 천연가스로부터 DME를 생산, 저장 및 하역을 할 수 있고, 연소장치의 배기가스 내에 포함된 이산화탄소를 분리하여 천연가스전에 공급함으로써 가스회수증진을 할 수 있다.
또한, DME 생산을 위해 별도의 산소발생기를 장착한 후 공기로부터 분리되는 질소를 냉매로 이용하여 상온의 DME를 저온 냉각시켜 액화시킬 수 있다.
또한, 연소장치의 배기가스 내에 포함된 이산화탄소를 산소발생기에서 생산되는 질소를 냉매로 이용하여 액화시킬 수 있고, 액화 이산화탄소를 천연가스전에 공급하여 가스회수증진을 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트를 구체적으로 도시한 도면.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트를 구체적으로 도시한 도면이다.
본 발명에서 사용하는 상온·상압은 일반적인 대기의 온도·압력을 뜻하므로, 대체적으로 15~25℃, 1atm 정도의 상태를 말한다.
DME는 Dimethyl Ether의 약자로서 하나의 산소분자와 두 개의 메탄기가 결합된 에테르화합물(CH3OCH3)이며, DME는 무색ㆍ무취의 연료이므로 인체에 유해한 독성이 없고, 연소시 오염배출물이 매우 적은 청정 연료로서 가정용, 수송용 및 발전용 연료로 향후 화석연료를 대체할 신에너지이자 신연료로 분류되고 있다.
DME는 석탄은 물론, 바이오매스, 폐플라스틱 등에 의해서도 제조가 가능하며, 그 사용처도 발전용, 민생용, 자동차용 등 광범위하게 걸쳐 있어서, DME의 수요가 점차 증가할 것으로 예상되고 있다.
따라서, 본 발명의 부유식 플랜트는 DME의 생산 증대를 위해 해상 천연가스전으로부터 채굴된 천연가스를 이용하여 DME를 생산, 저장 및 하역을 할 수 있는 DME 부유식 플랜트로서, DME 부유식 플랜트에서 발생되는 부산물를 이용하여 가스회수를 증진할 수 있도록 발명되었다.
도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트(100)는, 천연가스 생산부(200), 산소발생기(400), DME 생산장치(300), 연소장치(500), 이산화탄소처리부(600)로 구성된다.
천연가스 생산부(200)는 해상 천연가스전(10)으로부터 천연가스를 생산하는데, 해상 천연가스전(10)에서 채굴되는 천연가스는 가스와 물, 오일 등이 혼합된 혼합물의 형태이다.
따라서, 천연가스 생산부(200)는 이러한 혼합물로부터 천연가스를 분리할 수 있는 장치로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 3상 분리기(210)를 포함할 수 있다.
3상 분리기(210)는 해상 천연가스전(10)으로부터 채굴되는 혼합물로부터 천연가스, 오일 및 물을 분리한다.
천연가스 생산부(200)는 3상 분리기(210) 후단에 전처리장치(220)를 더 포함할 수 있는데, 전처리장치(220)는 3상 분리기(210)에서 분리된 천연가스 내에 포함된 불순물(예를 들어, 수은이나 이산화황)을 제거하여 불순물에 의해 DME 생산장치(300)에 부식 등의 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
산소발생기(400)는 공기로부터 산소와 질소를 분리하여 산소 및 질소를 생산하며, 공기에 대해 압축 및 냉각, 응축 등의 과정을 거치도록 하여 상압 및 초저온의 질소(예를 들어, -188℃)와 산소(-183℃)를 생산한다. 초저온의 온도는 예를 든 것이며, 반드시 상기의 온도를 지칭하는 것은 아니며, 후술할 DME 또는 이산화탄소를 액화할 수 있는 최고의 온도보다는 낮아야 할 것이다.
산소발생기(400)에서 생산된 질소는 후술할 이산화탄소 처리부(600)에서 냉매로 사용될 수도 있고, 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시킬 수도 있다.
DME 생산장치(300)는 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받고, 산소발생기(400)로부터 산소를 공급받아 DME를 생산하며, 천연가스로부터 DME를 생산하는 공정은 일반적으로 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트(100)는 DME 액화장치(310), DME 저장탱크(320)를 더 포함할 수 있다.
DME 액화장치(310)는 DME 생산장치(300)의 후단에 설치하되, 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 DME 생산장치(300)에서 생산된 DME를 액화시킨다.
이 때, DME는 상압에서 -25℃ 이하에서 액화하므로 DME 액화장치(310)의 냉매인 산소발생기에서 생산된 질소는 DME를 -25℃이하로 냉각시킬 수 있어야 한다.
DME 생산장치(300)에서는 상온·상압의 DME를 생산하고, DME는 상온·상압에서 기상(氣相)이 되므로, DME 저장탱크(320)에 저장되는 양을 늘리기 위해 DME를 액화하는 장치인 DME 액화장치(310)를 DME 생산장치(300)의 후단에 설치할 수 있다.
DME 저장탱크(320)는 DME 액화장치에 의해 액화된 DME를 저장하며, DME 부유식 플랜트(100)의 상부구조의 공간확보를 위해 선체에 마련될 수 있다.
DME 저장탱크(320)에 저장된 DME는 운반선에 의해 DME가 필요한 지역으로 운반될 수 있다.
본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트(100)는 질소저장탱크(450)를 더 포함할 수 있다.
질소저장탱크(450)는 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 저장하며, DME 부유식 플랜트 내에서 초저온의 불활성 기체인 질소가 필요한 곳으로 공급할 수 있다.
질소저장탱크(450)에 저장되어 있는 질소는 불활성 기체로서, DME 부유식 플랜트 내에서 많은 사용처가 존재할 수 있으므로 산소발생기(400) 후단에 질소저장탱크(450)를 설치하여, 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 저장한 후 각 사용처로 초저온의 질소를 제공할 수 있다.
DME 부유식 플랜트 내의 질소 사용처를 예시하면, 화재진압을 위한 소방가스, 후술할 이산화탄소 처리부(600)에서의 냉매가스, 해상 천연가스전(10)으로 공급되어 천연가스의 생산을 증진시키는 EGR용 가스, DME 생산장치에서 생산된 DME를 액화시키는 냉매용 가스 등을 들 수 있을 것이다.
연소장치(500)는 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받아 연소시켜 DME 부유식 플랜트에서 사용되는 에너지를 생산하며, 예를 들어 천연가스를 연소시켜 전기를 생산할 수 있는 가스터빈이나, 증기를 생산하는 보일러 등을 들 수 있을 것이다.
연소장치(500)로 가스터빈을 사용하여 전기를 생산한다면, 생산된 전기는 DME 부유식 플랜트의 전기장비들에 사용할 수 있을 것이고, 보일러를 사용하여 증기를 생산한다면, 생산된 증기로 플랜트 내의 난방용 등으로 사용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트는 폐열회수장치(550)를 더 포함할 수 있다.
폐열회수장치(550)는 연소장치(500)으로부터 배출되는 고온의 배기가스가 가지는 열을 회수하여 상온·상압의 배기가스로 변환시켜 이산화탄소 처리부(600)로 공급한다.
연소장치(500)에서 천연가스가 연소된 후 배출되는 배기가스에는 이산화탄소가 포함되어 있고, 이산화탄소는 외부로 배출시 환경파괴의 주범이 되므로 후술할 이산화탄소 처리부(600)를 두어 배기가스 내에 포함된 이산화탄소를 처리할 수 있는데, 배기가스가 고열이므로, 연소장치(500) 후단에 설치되는 기계장비들의 손상을 방지하거나, 후술할 이산화탄소의 액화를 위해 연소장치(500)의 후단에 배기가스의 열을 회수하는 폐열회수장치(550)를 설치할 수 있다.
이산화탄소 처리부(600)는 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 연소장치(500)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키고, 액화된 이산화탄소를 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시킨다.
배기가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법으로는 연료연소 후 이산화탄소 포집방법을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 포집된 이산화탄소를 해상 천연가스전(10)으로 주입하여 천연가스의 회수를 증진시켜야 하므로, 기상(氣相)의 이산화탄소 가스보다 많은 양의 이산화탄소를 획득할 수 있도록 이산화탄소를 액화시킨다.
액화된 이산화탄소는 부피가 감소하므로 많은 양을 저장하여 안정적으로 해상 천연가스전(10)으로 주입할 수 있어 천연가스의 생산을 증진시킬 수 있다.
이산화탄소 처리부(600)는 가압기(620), 이산화탄소 액화장치(630), 액화 이산화탄소 분리장치(640), 액화 이산화탄소 분사장치(660)를 포함할 수 있다.
이산화탄소 처리부(600)에서 이산화탄소를 액화시키기 위해서는 이산화탄소가 임계온도(약 31.1℃) 이하가 되어야 하므로, 배기가스의 온도를 임계
온도이하로 만드는 장치를 이산화탄소 처리부(600) 전단에 설치할 필요가 있으며, 바람직하게는 상술한 폐열회수장치(550)를 이산화탄소 처리부(600) 전단에 설치할 수 있다.
즉, 폐열회수장치(550)는 배기가스의 열을 회수하여 배기가스 온도를 약 31.1℃ 이하로 만들도록 해야 하며, 바람직하게는 상온(약 15~25℃)이 되도록 하여 상온·상압의 배기가스가 이산화탄소 처리부(600)로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
가압기(620)는 폐열회수장치(550)를 통과한 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키기 위해 이산화탄소가 액화될 수 있는 최소의 압력인 삼중점 압력(약 5.11기압) 이상으로 배기가스를 가압한다.
가압기(620)에서의 가압 범위는 에너지 소모를 최소화하기 위해 삼중점 근처의 압력(약 5.11기압 ~ 7.5기압)으로 가압하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 이산화탄소는 상온에서 약 65기압에 이르러야 액화되므로 산소발생기에서 생산된 질소를 냉매로 사용하여 액화가능 최저의 온도로 냉각시킨다면 최소의 압력으로 액화가 가능하기 때문이다. 따라서, 후술할 이산화탄소 액화장치(630)는 액화가능 최저의 온도까지 이산화탄소를 냉각시켜야 할 것이다.
이산화탄소 액화장치(630)는 가압기(620) 후단에 설치되어, 가압기(620)를 통과한 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키기 위해 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 냉매로 사용한다.
상술 했듯이 가압기(620)에서 에너지 소모율을 최소로 하기 위해 액화가능 최소의 압력(삼중점 근처의 압력)까지 가압하는 것이 바람직하므로, 이산화탄소 액화장치(630)에서는 삼중점 근처의 압력(약 5.11기압 ~ 7.5기압)에서 액화가능한 이산화탄소 온도인 -56.4℃ ~ -45℃까지 배기가스의 온도를 냉각시키도록 한다.
가압기(620)와 이산화탄소 액화장치(630)의 배치는 도 2에 도시된 바와 달리 뒤바꿀 수 있으나, 에너지 절감을 위해 가압기(620) 후단에 이산화탄소 액화장치(630)를 위치시키는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 이산화탄소 액화장치(630)가 가압기(620) 전단에 위치하게 된다면 이산화탄소 액화장치(630)에서 최소의 액화가능 온도까지 냉각시킨 이산화탄소를 가압기(620)가 액화시키기 위해 가압하면 가압 과정에서 온도가 올라가게 되므로, 결국 가압기(620)는 액화를 위해 온도가 올라간 만큼 가압을 더 해야하고, 이것은 가압기(620)에서의 에너지 소모를 늘어나게하는 원인 되기 때문이다.
액화 이산화탄소 분리장치(640)는 이산화탄소 액화장치(630) 후단에 설치되어, 이산화탄소 액화장치(630)에서 생산된 액화 이산화탄소를 분리할 수도 있고, 가압기(620)에서 생산된 액화 이산화탄소도 분리할 수 있다.
이는 이산화탄소 액화장치(630)를 거치지 않고도 상온의 배기가스가 65기압 정도로 가압되면 이산화탄소가 액화될 수 있으므로 가압기(620)에서도 액화 이산화탄소가 생성될 수 있기 때문이다.
액화 이산화탄소 분사장치(660)는 액화 이산화탄소 분리장치(640)에서 분리된 액화 이산화탄소를 해상 천연가스전으로 주입하여 천연가스의 회수 증진을 가능하도록 한다.
본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트는 액화 이산화탄소 저장탱크(650)를 더 포함할 수 있다.
액화 이산화탄소 저장탱크(650)는 액화 이산화탄소 분리장치(660)에서 분리된 액화 이산화탄소를 공급받아 저장하고, 액화 이산화탄소 분사장치(660)로 액화 이산화탄소를 공급하여 해상 천연가스전으로 액화 이산화탄소가 안정적으로 주입될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트는 후처리장치(610)를 더 포함할 수 있다.
후처리장치(610)는 폐열회수장치(550)를 통과한 배기가스에서 불순물을 제거하여 가압기(620)로 공급하며, 배기가스에 포함된 불순물(황산화물, 황화수소 등)을 제거하는데, 불순물(독성을 가지는 물질, 입자상 물질, 아황산가스 등)의 일부가 해상 천연가스전(10)으로 주입되면 해상 천연가스전(10)이 오염되고, 기타 이산화탄소 처리부(600)의 기계장비들을 부식시킬 수 있기 때문이다.
만약 이산화탄소 액화장치(630)가 가압기(620)의 전단에 배치된다면, 후처리장치(610)에서 불순물이 제거된 배기가스는 이산화탄소 액화장치(630)로 공급될 것이다.
후처리장치(610)는 폐열회수장치(550)의 후단에 설치되는 것이 바람직한데, 고열의 배기가스로부터 후처리장치(610)를 보호할 수 있기 때문이다.
이하, 본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트의 작용에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 DME 부유식 플랜트는 DME(dimethyl ether)를 생산, 저장 및 하역할 수 있는 DME 부유식 플랜트에 있어서, 해상 천연가스전(10)으로부터의 혼합물을 채굴한 후 혼합물로부터 분리되는 오일, 물은 각각 오일탱크(230), 물탱크(240)에 저장하고, 천연가스는 DME 생산장치로 공급하여 산소와의 반응을 통해 청정연료인 DME를 생산한다.
생산된 DME는 상온에서 기체이므로, 약 -25℃로 냉각시켜 액상으로 만들어 부피를 감소시킨 후 DME 저장탱크에 저장하고, 운반선을 통해서 수요처로 공급한다.
따라서, 냉매를 생산하면서 DME 생산에 필요한 산소도 생산할 수 있는 산소발생기(400)를 설치하여 산소발생기(400)로부터 생산되는 초저온의 질소로 액화된 DME를 생산할 수도 있고, 해상 천연가스전으로 공급하여 천연가스의 회수를 증진시킬 수도 있다.
해상 천연가스전(10)으로부터 얻어지는 천연가스는 연소장치(500)를 통해 DME 부유식 플랜트 내에 사용되는 에너지를 생산하도록 하며, 연소장치(500)로부터 배출되는 배기가스는 폐열회수장치(550)를 통해 폐열을 회수한 후 환경오염의 주범인 이산화탄소를 분리 저장하도록 한다.
이산화탄소의 저장률을 높이기 위해 이산화탄소를 액화시키며, 액화를 위해 가압기(620)에서 액화가능 최저압력인 삼중점 압력 근처로 가압하고, 이산화탄소 액화장치(630)에서는 산소발생기(400)에서 생산된 초저온의 질소를 냉매로 사용하여 액화가능 최저온도인 삼중점 근처의 온도(-56.4℃ ~ -45℃)로 냉각한다.
액화된 이산화탄소는 액화 이산화탄소 분리장치(640)에서 분리되고, 액화 이산화탄소 저장탱크(650)에 저장한 후, 액화 이산화탄소 분사장치(660)로 해상 천연가스전(10)에 주입하여 천연가스의 회수를 증진한다.
산소발생기(400)에서 생산된 질소도 질소저장탱크(450)에 저장시킨 후 각종 수요처에서 사용하고, 여분의 질소는 해상 천연가스전(10)에 주입하여 천연가스의 회수를 증진시키는 데 사용할 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.
10: 해상 천연가스전 100: DME 부유식 플랜트
200: 천연가스 생산부 210: 3상 분리기
220: 전처리장치 230: 오일탱크
240: 물탱크 300: DME 생산장치
310: DME 액화장치 320: DME 저장탱크
400: 산소발생기 450: 질소저장탱크
460: 질소분사장치 500: 연소장치
550: 폐열회수장치 600: 이산화탄소 처리부
610: 후처리장치 620: 가압기
630: 이산화탄소 액화장치 640: 액화 이산화탄소 분리장치
650: 액화 이산화탄소 저장탱크 660: 액화 이산화탄소 분사장치

Claims (13)

  1. DME(dimethyl ether)를 생산, 저장 및 하역할 수 있는 DME 부유식 플랜트에 있어서,
    해상 천연가스전(10)으로부터 혼합물을 채취하여 천연가스를 생산하는 천연가스 생산부(200);
    공기로부터 산소와 질소를 분리하여 산소 및 질소를 생산하는 산소발생기(400);
    상기 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받고, 상기 산소발생기(400)로부터 산소를 공급받아 DME를 생산하는 DME 생산장치(300);
    상기 천연가스 생산부(200)로부터 일부 천연가스를 공급받아 연소시켜 상기 DME 부유식 플랜트에서 사용되는 에너지를 생산하는 연소장치(500); 및
    상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 상기 연소장치(500)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키고, 액화된 이산화탄소를 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시키는 이산화탄소 처리부(600);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급하여 천연가스의 생산을 증진시키는 것;
    을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 DME 생산장치(300)의 후단에 설치하되, 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소의 일부를 냉매로 사용하여 상기 DME 생산장치(300)에서 생산된 DME를 액화시키는 DME 액화장치(310); 및
    상기 액화된 DME를 저장하는 DME 저장탱크(320);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 저장하는 질소저장탱크(450);를 더 포함하되,
    상기 질소저장탱크(450)에 저장된 질소가 상기 배기가스 내의 이산화탄소를 액화시키고, 상기 DME 생산장치에서 생산된 DME를 액화시키며, 상기 천연가스의 생산을 증진시키기 위해 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급되는 것;
    을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 천연가스 생산부(200)는,
    상기 혼합물로부터 천연가스, 오일 및 물을 분리하여 천연가스를 생산하는 3상 분리기(210);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 천연가스 생산부(200)는,
    상기 3상 분리기(210)로부터 천연가스를 받아 불순물을 제거하여 상기 DME 생산장치(300)로 공급하는 전처리 장치(220);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연소장치(500)으로부터 배출되는 고온의 배기가스가 가지는 열을 회수하여 상온·상압의 배기가스로 변환시켜 상기 이산화탄소 처리부(600)로 공급하는 폐열회수장치(550);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이산화탄소 처리부(600)는,
    상기 폐열회수장치(550)를 통과한 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키기 위해 삼중점 압력 이상으로 가압하는 가압기(620);
    상기 가압기(620) 후단에 설치되어, 상기 가압기(620)를 통과한 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키기 위해 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소를 냉매로 사용하는 이산화탄소 액화장치(630);
    상기 이산화탄소 액화장치(630) 후단에 설치되어, 상기 가압기(620) 또는 상기 이산화탄소 액화장치(630)에서 생산된 액화 이산화탄소를 분리하는 액화 이산화탄소 분리장치(640); 및
    상기 분리된 액화 이산화탄소를 상기 천연가스전(10)으로 주입하는 액화 이산화탄소 분사장치(660);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 액화 이산화탄소 분리장치(660)에서 분리된 액화 이산화탄소를 공급받아 저장하고, 상기 액화 이산화탄소 분사장치(660)로 액화 이산화탄소를 공급하는 액화 이산화탄소 저장탱크(650);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 이산화탄소 처리부(600)는,
    상기 폐열회수장치(550)를 통과한 배기가스에서 불순물을 제거하여 상기 가압기(620)로 공급하는 후처리장치(610);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  11. DME(dimethyl ether)를 생산, 저장 및 하역할 수 있는 DME 부유식 플랜트에 있어서,
    공기로부터 산소와 질소를 분리하여 산소 및 질소를 생산하는 산소발생기(400); 및
    상기 산소발생기(400)에서 생산되는 산소와 해상 천연가스전(10)에서 생산되는 천연가스를 공급받아 DME를 생산하는 DME 생산장치(300);를 포함하되,
    상기 천연가스를 연소시켜 발생되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 상기 산소발생기(400)에서 생산된 질소로 액화시켜 해상 천연가스전(10)으로 공급함으로써 천연가스의 생산을 증진시키는 것;
    을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 산소발생기에서 생산된 질소의 일부는 상기 해상 천연가스전(10)으로 공급되어 상기 천연가스의 생산을 증진시키는 것;
    을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 산소발생기에서 생산된 질소의 일부는 상기 DME 생산장치(300)에서 생산된 DME를 액화시켜 저장하는 것;
    을 특징으로 하는 부산물 가스를 이용하여 천연가스 생산 증진이 가능한 DME 부유식 플랜트.
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