KR20140086195A - 생산 및 액화 분리형 ｌｎｇ 플랜트 시스템 - Google Patents

Abstract

생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템이 개시된다. 본 발명의 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템은 액화천연가스를 생산하여 저장하는 플랜트 시스템에 있어서, 해상에 설치되어 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 해상 생산 유닛; 및 육상에 설치되며 상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 공급용 관으로 공급받아 액화시키는 육상 액화 유닛을 포함한다.

Description

생산 및 액화 분리형 ＬＮＧ 플랜트 시스템{LNG Plant System Separated Risky Liquefaction Process}

본 발명은 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 해상 생산 유닛에서 천연가스를, 육상에 설치된 육상 액화 유닛으로 공급용 관을 통해 공급하여 육상에서 이를 액화시키는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템에 관한 것이다.

천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.

천연가스는, 가스 상태로 운반되기도 하고, 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반되기도 한다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃이하)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

최근에는 육지에 매립된 에너지의 고갈에 따라, 다양한 해양 자원 개발이 활발해지고 있는데, 해상에서 원유나 천연가스를 채굴하기 위한 유정 및 가스정 확보 및 개발도 각국에서 앞다퉈 이루어지고 있다.

그에 따라 해상에서 LNG를 생산하기 위한 설비로써 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물도 많이 개발되어 있다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다. 액화천연가스의 끓는점은 대기압에서 약 -162℃ 정도이므로, 액화천연가스의 화물창은 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등과 같은 초저온에 견딜 수 있는 재료로 제작되는데, 열응력 및 열수축에 강인하고, 열침입을 막을 수 있는 구조로 설계된다.

도 1에는 이와 같이 해상에서 LNG를 생산하여 운반선에 싣고 육상으로 운반하는 종래의 FPSO의 개념이 개략적으로 도시된다.

해저의 가스 광구(G)에서 천연가스를 채굴하여 웰헤드(wellhead, 10)와 매니폴드(manifold, 20)를 거쳐 해상에 부유하는 FPSO(30)에서 불순물을 제거하고 액화하여 LNG를 생산한다. 생산된 LNG는 FPSO의 저장탱크에 저장해 두고, LNG Carrier(40)로 옮겨싣고 운송하여 육상의 터미널(50)에서 하역한 후 저장시설(60)에 저장하게 된다.

이와 같은 LNG 저장탱크는 부유식 해상 구조물의 설계를 복잡하게 하는데, 특히 LNG 저장탱크가 FPSO에서와 같이 해상에 설치되는 경우 파도 같은 해상의 상황에 따라 저장탱크 내부에서 슬로싱(sloshing)이 발생할 수 있으므로 이를 막기 위한 구조 설계도 필요하다. 뿐만 아니라, 천연가스를 액화하기 위해서는 극저온 상태를 요하는바, 액화 공정은 상당한 어렵고 위험도가 높은 공정인데, 해상에서 액화공정을 실시하는 경우 발생할 수 있는 위험이나 비상상황에 적절하고 신속하게 대응하기 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 공정은 해상 생산 유닛에서 실시한 후 관을 통해 육상으로 이송하여 액화 공정은 육상 액화 유닛에서 실시함으로써, 해상에서 천연가스 액화 공정이 이루어지는 종래의 FPSO가 지닌 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스를 생산하여 저장하는 플랜트 시스템에 있어서,

해상에 설치되어 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 해상 생산 유닛; 및

육상에 설치되며 상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 공급용 관으로 공급받아 액화시키는 육상 액화 유닛을 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템이 제공된다.

상기 공급용 관으로써 해저에 마련되며 상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 상기 육상 액화 유닛으로 이송시키는 파이프라인을 더 포함할 수 있다.

상기 해상 생산 유닛은 해저의 천연가스 유정에 마련되는 천연가스 웰헤드(wellhead)와, 상기 천연가스 웰헤드로부터 채굴된 천연가스를 이송하는 매니폴드와, 상기 매니폴드로부터 상기 천연가스를 공급받아 불순물을 제거하는 부유식 생산부를 포함할 수 있다.

상기 부유식 생산부는 상기 천연가스에 포함된 수분을 제거하는 탈수 설비와, 상기 천연가스에 포함된 산성 가스(Acid gas)를 제거하는 산성 가스 제거 유닛(Acid Gas Removal Unit, AGRU)을 포함할 수 있다.

상기 육상 액화 유닛은 상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 공급받아 액화시키는 액화 설비와, 액화된 상기 천연가스를 저장하는 저장 설비를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스를 생산하여 저장하는 방법에 있어서,

1) 해저의 가스정에서 천연가스를 채굴하여 해상에 마련된 설비에서 상기 천연가스에 포함된 수분, 산성 가스 및 이물질을 제거하는 단계;

2) 상기 천연가스를 해저에 마련된 파이프라인을 통해 육상으로 이송하는 단계; 및

3) 이송된 상기 천연가스를 육상에 마련된 설비에서 액화시키고 저장하는 단계를 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 생산 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화천연가스를 생산 및 저장하는 방법에 있어서,

천연가스를 채굴하여 해상에서 이물질을 제거하고, 해저의 파이프로 상기 천연가스를 이송하여 육상에서 액화시켜 액화천연가스를 생산하여 저장함으로써,

위험도가 낮은 상기 천연가스의 이물질 제거 과정은 해상에서 이루어지고 위험도가 높은 상기 천연가스의 액화 과정은 육상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 생산 및 액화 분리형 LNG 생산 방법이 제공된다.

본 발명의 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템은, 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 공정은 해상 생산 유닛에서 실시한 후 관을 통해 육상으로 이송하여 액화 공정은 육상 액화 유닛에서 실시함으로써, 해상에 설치되는 유닛의 설계를 단순화하고, 해상에서 액화 공정까지 실시함으로써 발생할 수 있는 위험성을 제거할 수 있다.

도 1은 종래의 FPSO의 개념을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템의 개념을 개략적으로 도시한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템의 개념을 개략적으로 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템은, 액화천연가스를 생산하여 저장하는 플랜트 시스템에 있어서,해상에 설치되어 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 해상 생산 유닛(100)과, 육상에 설치되며 해상 생산 유닛(100)에서 불순물이 제거된 천연가스를 공급용 관으로 공급받아 액화시키는 육상 액화 유닛(300)을 포함한다.

천연가스에 포함된 불순물은 공급용 관을 통한 천연가스 이송 효율을 낮추며, 제거 공정이 대규모 설비를 요하거나 위험도가 높지 않으므로 해상 생산 유닛(100)에서 이루어지게 설계한다.

본 실시예는 공급용 관으로써 해저에 마련되며 해상 생산 유닛(100)에서 불순물이 제거된 천연가스를 육상 액화 유닛(300)으로 이송시키는 파이프라인(200)을 더 포함할 수 있다.

해저의 파이프라인(200)을 통해 이송시키는 것은 천연가스이므로, 극저온인 LNG를 이송할 때와 같은 높은 단열성능을 파이프라인(200)에 갖출 필요가 없으며, 해저에서 이송 중 누출되더라도 해양 생태계에 대한 환경적 영향이 비교적 낮다.

해상 생산 유닛(100)은 해저의 천연가스 유정(G)에 마련되는 천연가스 웰헤드(wellhead, 110)와, 천연가스 웰헤드(110)로부터 채굴된 천연가스를 이송하는 매니폴드(manifold, 120)와, 매니폴드(120)로부터 천연가스를 공급받아 불순물을 제거하는 부유식 생산부(130)를 포함할 수 있다.

부유식 생산부(130)는 천연가스에 포함된 수분을 제거하는 탈수(Dehydration) 설비(131)와, 천연가스에 포함된 산성 가스(Acid gas)를 제거하는 산성 가스 제거 유닛(Acid Gas Removal Unit, AGRU, 132)을 포함할 수 있다.

천연가스는 80 내지 90%의 메탄(methane)을 주성분으로 포함하며, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등의 탄화수소 외에도, 비탄화수소 성분도 포함한다. 분진을 비롯하여, 수증기, 이산화탄소, 질소나 황 성분이 그 예이다. 천연가스의 액화에 앞서 이루어지는 이러한 불순물들의 제거 공정을 부유식 생산부(130)의 탈수 설비(131) 및 산성 가스 제거 유닛(132)에서 이루어지게 한 후, 파이프라인(200)을 통해 육상 액화 유닛(300)으로 이송시킨다.

육상 액화 유닛(300)은 해상 생산 유닛(100)에서 불순물이 제거된 천연가스를 공급받아 액화시키는 액화 설비(310)와, 액화된 천연가스를 저장하는 저장 설비(320)를 포함할 수 있다.

액화 설비(310)에서는 팽창 사이클이나 캐스케이드 사이클을 비롯한 공지된 액화 공정을 통해 천연가스를 약 -163℃ 이하로 냉각하여 액화시켜 LNG를 생산한다. 액화된 천연가스는 극저온을 유지할 수 있는 단열 시설을 갖춘 저장 설비(320)에 저장해 두게 된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스를 생산하여 저장하는 방법에 있어서,

1) 해저의 가스정에서 천연가스를 채굴하여 해상에 마련된 설비에서 천연가스에 포함된 수분, 산성 가스 및 이물질을 제거하는 단계;

2) 천연가스를 해저에 마련된 파이프라인(200)을 통해 육상으로 이송하는 단계; 및

3) 이송된 천연가스를 육상에 마련된 설비에서 액화시키고 저장하는 단계를 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 생산 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화천연가스를 생산 및 저장하는 방법에 있어서,

천연가스를 채굴하여 해상에서 이물질을 제거하고, 해저의 파이프로 천연가스를 이송하여 육상에서 액화시켜 액화천연가스를 생산하여 저장함으로써,

위험도가 낮은 천연가스의 이물질 제거 과정은 해상에서 이루어지고, 위험도가 높은 천연가스의 액화 과정은 육상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 생산 및 액화 분리형 LNG 생산 방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템 및 LNG 생산 방법은 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 공정은 해상 생산 유닛(100)에서 실시한 후 관을 통해 육상으로 이송하여 액화 공정은 육상 액화 유닛(300)에서 실시하는 LNG 플랜트 시스템 및 LNG 생산 방법을 제공함으로써, 해상에 설치되는 유닛에 저장탱크를 없애거나 최소화하고 액화 공정부분을 육상으로 분리시킴으로써 해상에 설치되는 유닛의 설계를 단순화할 수 있다. 설계의 단순화는 해상에 대규모의 복잡한 플랜트 시스템을 설치하는 작업의 난이도를 대폭 낮춤으로써, 경제적이고 신속한 LNG 플랜트 시스템 설치에 기여할 것이라 기대된다.

파이프라인(200)을 통해 가스 상태로 바로 육상으로 이송시킴으로써, 종래에 해상에서 액화된 LNG를 육상으로 이송하기 위해 극저온인 LNG를 이송할 수 있는 LNG Carrier나, 이를 하역하기 위한 항만의 LNG Terminal등의 설비들을 필요로 하지 않아 더욱 경제적이다.

또한 액화 공정을 육상에서 이루어지게 함으로써, 해상에서 위험도 높은 액화 공정까지 실시함으로써 발생할 수 있는 위험성을 제거하고, 공정 중 발생할 수 있는 안전 사고나 화재, 폭발 등의 비상 상황에 신속하게 대처할 수 있다.

본 실시예는 해저에 파이프라인(200) 매설이 수월한, 육지에서 비교적 근거리에 위치한 천연가스전 개발시에 특히 유용할 것으로 기대된다.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

G: 천연가스 유정
100: 해상 생산 유닛
110: 천연가스 웰헤드
120: 매니폴드
130: 부유식 생산부
131: 탈수 설비
132: 산성 가스 제거 유닛
200: 파이프라인
300: 육상 액화 유닛
310: 액화 설비
320: 저장 설비

Claims (7)

1. 액화천연가스를 생산하여 저장하는 플랜트 시스템에 있어서,
   해상에 설치되어 천연가스를 채굴하여 불순물을 제거하는 해상 생산 유닛; 및
   육상에 설치되며 상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 공급용 관으로 공급받아 액화시키는 육상 액화 유닛을 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 공급용 관으로써 해저에 마련되며 상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 상기 육상 액화 유닛으로 이송시키는 파이프라인을 더 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 해상 생산 유닛은
   해저의 천연가스 유정에 마련되는 천연가스 웰헤드(wellhead);
   상기 천연가스 웰헤드로부터 채굴된 천연가스를 이송하는 매니폴드; 및
   상기 매니폴드로부터 상기 천연가스를 공급받아 불순물을 제거하는 부유식 생산부를 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 부유식 생산부는
   상기 천연가스에 포함된 수분을 제거하는 탈수 설비; 및
   상기 천연가스에 포함된 산성 가스(Acid gas)를 제거하는 산성 가스 제거 유닛(Acid Gas Removal Unit, AGRU)을 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 육상 액화 유닛은
   상기 해상 생산 유닛에서 불순물이 제거된 상기 천연가스를 공급받아 액화시키는 액화 설비; 및
   액화된 상기 천연가스를 저장하는 저장 설비를 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 플랜트 시스템.
6. 액화천연가스를 생산하여 저장하는 방법에 있어서,
   1) 해저의 가스정에서 천연가스를 채굴하여 해상에 마련된 설비에서 상기 천연가스에 포함된 수분, 산성 가스 및 이물질을 제거하는 단계;
   2) 상기 천연가스를 해저에 마련된 파이프라인을 통해 육상으로 이송하는 단계; 및
   3) 이송된 상기 천연가스를 육상에 마련된 설비에서 액화시키고 저장하는 단계를 포함하는 생산 및 액화 분리형 LNG 생산 방법.
7. 액화천연가스를 생산 및 저장하는 방법에 있어서,
   천연가스를 채굴하여 해상에서 이물질을 제거하고, 해저의 파이프로 상기 천연가스를 이송하여 육상에서 액화시켜 액화천연가스를 생산하여 저장함으로써,
   위험도가 낮은 상기 천연가스의 이물질 제거 과정은 해상에서 이루어지고, 위험도가 높은 상기 천연가스의 액화 과정은 육상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 생산 및 액화 분리형 LNG 생산 방법.

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