KR20160046592A - 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연가스 전처리 장치를 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 열교환된 천연가스(Feed Gas)가 하부로 유입시 상부로 주입되는 린 아민(lean amine)에 의해 스위트 가스(sweet gas)를 배출하고, 산성가스(Acid Gas)를 흡수한 리치 아민(rich amine)을 배출하는 흡수탑과, 상기 흡수탑의 상부로 린 아민을 배출하고, 상기 흡수탑에서 배출하는 산성가스가 흡수된 리치 아민이 유입되면, 상기 리치 아민으로부터 산성가스를 분리 배출하는 탈거탑; 및, 상기 탈거탑에 연결되고, 상기 탈거탑내에서 리치 아민을 린 아민으로 재생하기 위한 열원을 제공하는 가열부;를 포함하고, 상기 탈거탑의 하단으로부터 상기 흡수탑의 상단으로는 제2 열교환기와 쿨러 및 유입되는 천연가스를 린 아민과 열교환시켜 상기 흡수탑으로 유입시키는 제1 열교환기가 각각 순차로 연결되며, 상기 제1 열교환기에 의해 천연가스와 열교환된 린 아민을 공급하게 되는 제 1 공급라인을 연결 구성하고, 상기 흡수탑의 하단으로부터 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 탈거탑의 상단으로는 상기 탈거탑으로 산성가스를 흡수한 리치 아민을 공급하게 되는 제 2 공급라인을 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치를 제공할 수 있다.

Description

에너지 저감형 천연가스 전처리 장치{Energy savings type- LNG Feed gas pre-processing apparatus}

본 발명은 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부유식 해양 LNG 액화 플랜트(Liquefied Natural Gas-Floating Production, Storage and Offloading; LNGFPSO)와 같은 부유식 해양플랜트에 적용되는 GSU(Gas Sweetening Unit)의 흡수탑에 유입되는 천연가스(Feed Gas)와 탈거탑으로부터 흡수탑에 주입되는 린 아민(lean amine)의 열교환을 통해 GSU의 흡수제 재생공정에 사용되는 에너지의 사용효율을 향상시키는 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 부유식 해양 LNG 액화 플랜트(Liquefied Natural Gas-Floating Production, Storage and Offloading; LNGFPSO)는 원거리 해양에 있는 가스전으로 이동하여 해양에 부유(Floating)하며 LNG를 생산(Production), 저장(Storage), 출하(Offloading)할 수 있는 해상 이동식 복합 기능 플랜트를 말한다.

이러한 해양플랜트는 해저 가스전으로부터 유입된 천연가스를 전처리, 액화, 저장하는 설비(GSU)를 갖춘 부유식 해상 구조물로 구성되며, 종전 천연가스 생산방식에 비해 생산 절차를 축약하여 생산비용이 저렴하며, 가스전 생산 완료시 이동이 가능한 방식이다.

통상 해상 가스전에서 나오는 천연가스는 주성분이 메탄으로 이루어져 있으며, 그 밖의 에탄, 프로판 및 부탄 등과 같은 탄화수소로 구성되어 있으며, 불순물로 이산화탄소(CO₂)와 황화수소(H₂S) 성분과 같은 산성가스 성분과 수분(H₂O) 및 수은(Hg) 등을 포함하고 있다.

천연가스 중의 수분은 천연가스와 함께 저온이 되면 하이드레이트(Hydrate)나 얼음을 생성하여 플랜트 장치를 폐쇄하는 문제를 일으킬 수 있고, 수은은 알루미늄 재질의 플레이트 핀 열교환기(Plate fin heat exchanger)의 취화를 유발한다.

또한, CO₂ 및 중질 가스성분은 극저온 설비에서 CO₂ 프리징(freezing) 문제를 발생시켜 이로인한 막힘 현상을 초래할 수 있다.

따라서, 천연가스 중 이들 불순물은 액화공정으로 보내지기 전에 전처리 공정이 도입되며, 이들 불순물은 반드시 일정 수준 이하로 제거되어야 하고, 채굴되는 해상 가스전의 천연가스 조성변화와 선체운동에 따른 전처리 공정의 성능저하에 대비한 설계 최적화가 필요하다.

그리고, LNG 전처리 공정에는 등록특허공보 제 10-1351440 호(공고일 2014.01.15)에서와 같이, 천연가스(Feed Gas) 중에 포함되어 있는 산성가스(Acid Gas) 성분인 이산화탄소와 황화수소 등을 제거하는 산성가스 제거 장치가 포함된다.

이와 같은 산성가스 제거를 위한 천연가스 전처리 장치는 주로 아민흡수공정(Amine Absorption Process)을 사용하게 되는데, 아민흡수공정에서 사용된 아민계 흡수제로는 MEA(Monoethanol amine), DEA(Diethanol amine) 등을 들 수 있으며, 현재는 MDEA(Methyldiethanol amine)에 첨가제로서 피페라진(Piperazine) 등을 추가한 흡수제(BASF Licensor 공정)가 주로 사용되고, 이산화탄소 함량이 많은 경우에는 벤필드(Benfield Process)를 개선한 K₂CO₃수용액에 첨가제로써 피페라진(Piperazine)가 사용되어지고 있다.

즉, 종래 천연가스 전처리 장치는 통상적으로 첨부된 도 1에서와 같이, 흡수탑(Absorber)(100)과 탈거탑(Regeneration)(200)이 분리된 구조로, 천연가스(Feed Gas)가 흡수탑(100)의 하부로 유입되면, 상기 흡수탑(100)의 하부에 유입된 천연가스는 흡수탑(100)의 상부로 주입되는 린 아민(lean amine)에 의해 흡수탑(100)을 거쳐 1차적으로 스위트 가스(sweet gas)로 배출이 이루어진다.

그리고, 상기 흡수탑(100)을 통과하면서 산성가스(Acid Gas)를 흡수하여 산성가스 농도가 높은 리치 아민(rich amine)은 열교환기(Heat exchanger)(300)를 거쳐 탈거탑(200)으로 유입된다.

이때, 리치 아민의 유입에 의해 상기 탈거탑(200)의 상부에서는 산성가스(Acid Gas) 성분인 다량의 CO₂와 H₂S가 배출되고, 재생 과정을 거쳐 상기 탈거탑(200)의 하부에서는 린 아민이 배출되는데, 상기 탈거탑(200)의 하부에서 배출되는 린 아민은 열 교환기(300)에서 상기 흡수탑(100)으로부터 배출되는 리치 아민과 열교환이 이루어진다.

그리고, 열교환된 린 아민은 쿨러(Cooler)(400)에 의해 일정온도로 냉각처리된 후 다시 상기 흡수탑(100)으로 보내지고, 이러한 순환공정이 계속적으로 반복되면서 천연 가스 중 산성가스 제거가 이루어질 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 탈거탑(200)에는 제 1 가열부(500)가 연결 구성되는데, 이는 상기 탈거탑(200)내에서 산성가스가 분리된 리치 아민이 배출시 그 일부가 상기 제 1 가열부(500)를 통과할 때 이를 린 아민으로 재생하기 위한 것이다.

그러나, 종래 천연가스 전처리 장치는 흡수탑과 탈거탑을 통한 흡수제의 재생시, 사용되는 에너지의 소비가 많아 에너지 사용이 비효율적인 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 부유식 해양 LNG 액화 플랜트에 적용되는 GSU(Gas Sweetening Unit)의 흡수탑에 유입되는 천연가스(Feed Gas)와 탈거탑으로부터 흡수탑에 주입되는 린 아민(lean amine)의 열교환을 통해 GSU의 흡수제 재생공정에 사용되는 에너지의 사용효율을 향상시키는 데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명의 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치는 열교환된 천연가스(Feed Gas)가 하부로 유입시 상부로 주입되는 린 아민(lean amine)에 의해 스위트 가스(sweet gas)를 배출하고, 산성가스(Acid Gas)를 흡수한 리치 아민(rich amine)을 배출하는 흡수탑과, 상기 흡수탑의 상부로 린 아민을 배출하고, 상기 흡수탑에서 배출하는 산성가스가 흡수된 리치 아민이 유입되면, 상기 리치 아민으로부터 산성가스를 분리 배출하는 탈거탑; 및, 상기 탈거탑에 연결되고, 상기 탈거탑내에서 리치 아민을 린 아민으로 재생하기 위한 열원을 제공하는 가열부;를 포함하고, 상기 탈거탑의 하단으로부터 상기 흡수탑의 상단으로는 제2 열교환기와 쿨러 및 유입되는 천연가스를 린 아민과 열교환시켜 상기 흡수탑으로 유입시키는 제1 열교환기가 각각 순차로 연결되며, 상기 제1 열교환기에 의해 천연가스와 열교환된 린 아민을 공급하게 되는 제 1 공급라인을 연결 구성하고, 상기 흡수탑의 하단으로부터 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 탈거탑의 상단으로는 상기 탈거탑으로 산성가스를 흡수한 리치 아민을 공급하게 되는 제 2 공급라인을 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 탈거탑에는 상기 탈거탑에 유입된 리치 아민으로부터 분리 배출되는 산성가스를 일정온도로 냉각시키는 쿨러와, 일정온도로 냉각된 산성가스를 분리하여 물만 배출하는 분리기가 순차로 연결되면서 상기 분리기를 통해 배출되는 물을 상기 탈거탑으로 공급하게 되는 제3 공급라인을 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 전처리 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제2 공급라인에는 상기 흡수탑으로부터 배출되는 산성가스를 흡수한 리치 아민에서 탄화수소를 분리배출하는 분리기를 연결구성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 전처리 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제3 공급라인에는 상기 분리기로부터 분리된 물을 상기 탈거탑으로 주입하기 위한 펌프를 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 전처리 장치를 제공할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 부유식 해양플랜트에 적용되는 GSU(Gas Sweetening Unit)의 흡수탑에 유입되는 천연가스(Feed Gas)와 탈거탑으로부터 흡수탑에 주입되는 린 아민(lean amine)의 열교환을 통해 GSU의 흡수제 재생공정에 사용되는 에너지의 사용효율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래 천연가스 전처리 장치의 구조를 보인 개략적인 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예로 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치의 구조를 보인 개략적인 블럭 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예로 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치의 구조를 보인 개략적인 블럭 구성도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치는 첨부된 도 2에서와 같이, 열교환된 천연가스(Feed Gas)가 하부로 유입시 상부로 주입되는 린 아민(lean amine)에 의해 스위트 가스(sweet gas)를 배출하고, 산성가스(Acid Gas)를 흡수한 리치 아민(rich amine)을 배출하는 흡수탑(10)과, 상기 흡수탑(10)의 상부로 린 아민을 배출하고, 상기 흡수탑(10)에서 배출하는 산성가스가 흡수된 리치 아민이 유입되면, 상기 리치 아민으로부터 산성가스를 분리 배출하는 탈거탑(20) 및 상기 탈거탑(20)에 연결되고, 상기 탈거탑(20)내에서 산성가스가 분리된 리치 아민을 린 아민으로 재생하기 위한 열원을 제공하는 가열부(50)를 구성하여둔 것이다.

그리고, 상기 탈거탑(20)의 하단으로부터 상기 흡수탑(10)의 상단으로는 제2 열교환기(Heat exchanger;32)와 쿨러(40) 및 유입되는 천연가스를 린 아민과 열교환하여 열교환된 천연가스를 상기 흡수탑(10)으로 유입시키는 제1 열교환기(31)가 각각 순차로 연결되며, 이때, 상기 흡수탑(10)으로 공급되기 위해 상기 제1 열교환기(31)로 배출공급되는 린 아민이 상기 제1 열교환기(31)를 통과하는 천연가스와 열교환되면서 열교환된 린 아민을 공급하게 되는 제 1 공급라인(L1)을 연결 구성하는 한편, 상기 흡수탑(10)의 하단으로부터 상기 제2 열교환기(32)를 거쳐 상기 탈거탑(20)의 상단으로는 상기 탈거탑(20)으로 산성가스를 흡수한 리치 아민을 공급하게 되는 제 2 공급라인(L2)을 연결 구성하여둔 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치는 첨부된 도 2에서와 같이, 상기 제1 열교환기(31)에 의해 린 아민과 열교환된 천연가스(Feed Gas)가 상기 흡수탑(10)으로 유입되면, 상기 흡수탑(10)에서는 제1 공급라인(L1)을 통해 상기 제1 열교환기(31)를 통과하는 천연가스와 열교환되어 상기 흡수탑(10)의 상부로 주입되는 린 아민(lean amine)이 천연가스로부터 산성가스(Acid Gas)를 흡수하게 되고, 이에 따라 상기 흡수탑(10)의 상부에서는 스위트 가스(sweet gas)를 배출하게 된다.

여기서, 상기 흡수탑(10)을 통과하는 린 아민은 산성가스를 흡수하면서 리치 아민(rich amine)으로 변환되고, 이렇게 변환된 리치 아민은 제 2 공급라인(L2)과 제2 열교환기(Heat exchanger;32)를 거쳐, 상기 흡수탑(10)의 하단에 구성되는 탈거탑(20)의 상단으로 유입된다.

그러면, 상기 탈거탑(20)의 상부에서는 유입된 리치 아민으로부터 산성가스를 분리 배출하게 되고, 상기 탈거탑(20)의 하부에서는 산성가스가 분리된 리치 아민의 일부가 상기 가열부(50)을 통과한 후 상기 탈거탑(20)으로 리턴되면서 린 아민으로 재생되고, 이렇게 재생된 린 아민은 최종적으로 제 1 공급라인(L1)을 통해 제2 열교환기(32)로 배출 공급된다.

그러면, 상기 제2 열교환기(32)로 공급되는 재생된 린 아민은 상기 흡수탑(10)으로부터 배출되는 리치 아민과 열교환이 이루어지고, 이렇게 열교환된 린 아민은 쿨러(Cooler)(40)에 의해 일정온도로 냉각처리된 후, 상기 제1 열교환기(31)로 배출 공급된다.

이 과정에서 상기 제1 열교환기(31)로 공급되는 일정온도로 냉각처리된 재생된 린 아민은 상기 제1 열교환기(31)를 통과하는 천연가스와 열교환이 이루어지고, 이렇게 열교환된 린 아민은 다시 상기 흡수탑(10)의 상부로 유입되는 순환공정이 이루어지며, 이러한 순환공정이 계속적으로 반복되면서 천연 가스 중 산성가스 제거가 이루어지며, 상기 제1 열교환기(31)에 의해 상기 흡수탑(10)으로 유입되는 천연가스와 일정온도로 냉각된 린 아민이 상호 열교환되면서, 상기 흡수탑(10)으로 유입되는 것이다.

즉, 본 발명의 실시예는 상기 흡수탑(10)에 유입되는 천연가스(Feed Gas)와 상기 탈거탑(20)으로부터 상기 흡수탑(10)에 주입되는 린 아민(lean amine)이 상기 제1 공급라인(L1)의 제1 열교환기(31)를 통한 상호 열교환에 의해 천연가스의 산성가스 제거를 위해 GSU의 흡수제 재생공정에 사용되는 에너지의 사용효율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탈거탑(20)에는 상기 탈거탑(20)에 유입된 리치 아민으로부터 분리 배출되는 산성가스를 일정온도로 냉각시키는 쿨러(40)와, 일정온도로 냉각처리된 산성가스를 분리하여 물만 배출하는 분리기가 순차로 연결되면서 상기 분리기를 통해 배출되는 물을 상기 탈거탑(20)으로 공급하게 되는 제3 공급라인(L3)을 연결 구성할 수 있다.

즉, 제3 공급라인(L3)은 상기 탈거탑(20)으로부터 배출되는 산성가스를 공급받아 상기 쿨러(40)로 이송하여 이 쿨러(40)를 통해 산성가스를 냉각처리한 후, 냉각처리된 산성가스를 분리기를 통해 분리처리하여 산성가스는 외부로 배출하고, 물만 상기 탈거탑(20)으로 공급하도록 연결 구성됨에 따라, 산성가스 제거효율을 향상시킬 수가 있는 것이다.

이때, 상기 제3 공급라인(L3)에는 상기 분리기로부터 분리된 물을 상기 탈거탑(20)으로 주입하기 위한 펌프를 연결 구성함에 따라, 상기 탈거탑(20)으로 물을 용이하게 공급할 수 있다.

또한, 상기 제2 공급라인(L2)에는 상기 흡수탑(10)으로부터 상기 탈거탑(20)으로 유입되는 산성가스를 흡수한 리치 아민에서 탄화수소를 분리배출하는 분리기가 연결구성된다.

즉, 상기 제2 공급라인(L2)에 통상 분리기를 더 구성하여 상기 탈거탑(20)에 유입되는 리치 아민의 산성가스 분리 배출시, 산성가스의 분리 효율이 향상되도록 한 것이다.

이상에서 본 발명의 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

10; 흡수탑 20; 탈거탑
31; 제1 열교환기 32; 제2 열교환기
40; 쿨러 50; 가열부

Claims (4)

1. 열교환된 천연가스(Feed Gas)가 하부로 유입시 상부로 주입되는 린 아민(lean amine)에 의해 스위트 가스(sweet gas)를 배출하고, 산성가스(Acid Gas)를 흡수한 리치 아민(rich amine)을 배출하는 흡수탑과, 상기 흡수탑의 상부로 린 아민을 배출하고, 상기 흡수탑에서 배출하는 산성가스가 흡수된 리치 아민이 유입되면, 상기 리치 아민으로부터 산성가스를 분리 배출하는 탈거탑; 및, 상기 탈거탑에 연결되고, 상기 탈거탑내에서 리치 아민을 린 아민으로 재생하기 위한 열원을 제공하는 가열부;를 포함하고,
   상기 탈거탑의 하단으로부터 상기 흡수탑의 상단으로는 제2 열교환기와 쿨러 및 유입되는 천연가스를 린 아민과 열교환시켜 상기 흡수탑으로 유입시키는 제1 열교환기가 각각 순차로 연결되며, 상기 제1 열교환기에 의해 천연가스와 열교환된 린 아민을 공급하게 되는 제 1 공급라인을 연결 구성하고,
   상기 흡수탑의 하단으로부터 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 탈거탑의 상단으로는 상기 탈거탑으로 산성가스를 흡수한 리치 아민을 공급하게 되는 제 2 공급라인을 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 천연가스 전처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탈거탑에는 상기 탈거탑에 유입된 리치 아민으로부터 분리 배출되는 산성가스를 일정온도로 냉각시키는 쿨러와, 일정온도로 냉각된 산성가스를 분리하여 물만 배출하는 분리기가 순차로 연결되면서 상기 분리기를 통해 배출되는 물을 상기 탈거탑으로 공급하게 되는 제3 공급라인을 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 전처리 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 공급라인에는 상기 흡수탑으로부터 배출되는 산성가스를 흡수한 리치 아민에서 탄화수소를 분리배출하는 분리기를 연결구성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 전처리 장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제3 공급라인에는 상기 분리기로부터 분리된 물을 상기 탈거탑으로 주입하기 위한 펌프를 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 천연가스 전처리 장치.

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