KR20160128078A - 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 ｆｌｎｇ 및 ｆｌｎｇ에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법 - Google Patents

천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 ｆｌｎｇ 및 ｆｌｎｇ에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입장치, 상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리장치, 상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스에 함유된 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리장치 및 상기 중질탄화수소 분리장치를 거친 천연가스의 주성분인 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 모듈을 포함하는 FLNG로서, 본 발명의 FLNG에 의하면, 천연가스를 이용하여 메테인보다 더 고부가가치의 에테인 및 뷰테인 등의 중질탄화수소를 FLNG에서 생산이 가능하게 한다.

Description

천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 ＦＬＮＧ 및 ＦＬＮＧ에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법{FLNG MAKING HEAVY HYDROCARBON OUT OF NATURAL GASAND METHOD OF MAKING HEAVY HYDROCARBON OUT OF NATURAL GAS IN FLNG}
본 발명은 FLNG 내에서 채굴된 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG 및 FLNG에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 연소 시 대기오염물질 배출이 적은 친환경 연료로서, 그 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 일반적으로 액화가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 후 수송선(LNGC, LNG Carrier)에 의해 목적지까지 이송되는데, 가스를 극저온으로 액화시킨 액화천연가스는 기체 상태로 존재할 때에 비해 그 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송을 용이하게 하는 장점이 있다.
최근에는 이를 하나의 선박에서 LNG의 생산과 저장 및 하역을 할 수 있도록 제작된 구조물로서, LNG-FPSO(LNG Floating Production, Storage and Offloading, FLNG)가 개발되어 이용되고 있다.
즉, FLNG는 천연가스 매장 지역에 정박하여 가스인입장치에 의해서 가스전으로부터 천연가스를 인입하고, 인입된 천연가스를 전처리한 후 액화장치에 의해서 액화하여 저장하고, 이를 수요처나 LNG 운반선에 하역하는 것으로 주목적으로 한다.
천연가스는 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성 가스이다. 탄화수소 중 대부분이 메테인(CH4)이고, 에테인(C2H6), 뷰테인(C3H8), 프로테인(C4H10) 등이 가스전에 따라 일부 함유된다.
메테인은 LNG 형태로 액화하여 연료로써 주로 이용되고, 메테인 이외에 탄소수가 큰 이러한 중질탄화수소 중 에테인은 에틸렌의 원료가 될 수 있고, 뷰테인과 프로테인은 LP 가스 제조를 위해서 쓰일 수 있어, 메테인에 비해서 보다 큰 부가가치를 창출할 수 있게 한다.
그래서, FLNG에서는 채굴된 천연가스로부터 이러한 중질탄화수소를 추출, 분리하여 이를 각각의 쓰임에 맞게 상품화 처리하고 있다.
한국공개특허공보 제10-2014-0123401호 한국공개특허공보 제10-2010-0027135호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 천연가스를 이용하여 메테인보다 더 고부가가치의 에테인 및 뷰테인 등의 중질탄화수소를 생산하는 FLNG 및 중질탄화수소를 생산하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 FLNG는, 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입장치, 상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리장치, 상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스에 함유된 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리장치 및 상기 중질탄화수소 분리장치를 거친 천연가스의 주성분인 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 모듈을 포함한다.
그리고, 상기 중질탄화수소 분리장치를 거친 천연가스를 액화하는 액화장치를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리장치는, 상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거모듈, 상기 산성가스 제거모듈에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거모듈 및 상기 수분 제거모듈에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따른 FLNG는, 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입장치, 상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리장치, 상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스로부터 메테인을 추출하는 메테인 추출장치, 상기 메테인 추출장치에 의해 추출된 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 모듈을 포함한다.
그리고, 상기 메테인 추출장치에 의해 메테인이 추출된 천연가스로부터 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스를 액화하는 액화장치를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리장치는, 상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거모듈, 상기 산성가스 제거모듈에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거모듈 및 상기 수분 제거모듈에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법은, 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입단계, 상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리단계, 상기 전처리단계에 의해 전처리된 천연가스에 함유된 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리단계, 상기 중질탄화수소 분리단계를 거친 천연가스의 주성분인 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 단계를 포함한다.
그리고, 상기 중질탄화수소 분리단계를 거친 천연가스를 액화하는 천연가스 액화단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리단계는, 상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거단계, 상기 산성가스 제거단계에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거단계 및 상기 수분 제거단계에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법은, 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입단계, 상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리단계, 상기 전처리단계에 의해 전처리된 천연가스로부터 메테인을 추출하는 메테인 추출단계, 상기 메테인 추출단계에 의해 추출된 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화단계를 포함한다.
그리고, 상기 메테인 추출단계에 의해 메테인이 추출된 천연가스로부터 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전처리단계에 의해 전처리된 천연가스를 액화하는 천연가스 액화단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리단계는, 상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거단계, 상기 산성가스 제거단계에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거단계 및 상기 수분 제거단계에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG 및 FLNG에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법에 의하면,
가스전으로부터 채굴된 천연가스의 주성분인 메테인을 에테인과 뷰테인 등의 중질탄화수소로 변환하여 생산함으로써, 메테인 생산에 비해서 보다 고부가가치를 창출할 수 있게 한다.
기존 FLNG에서 채굴된 천연가스에 포함된 소량의 에테인과 뷰테인을 분리, 회수하던 것에 비해서 다량의 에테인과 뷰테인을 생산하여 공급할 수 있게 된다.
또한, FLNG에서 천연가스로부터 즉시 중질탄화수소를 생산하기 때문에 생산에 유리하고, 운반 또한 용이하여 공급 측면 등에서도 유리하다.
채굴된 천연가스를 액화하여 LNG로 저장한 후, 이를 제공하여 제공처에서 필요에 따라 중질탄화수소화하던 것에 비해, 채굴된 천연가스를 이용하여 직접 에테인과 뷰테인을 생산함으로써, 생산된 에테인과 뷰테인 등은 기존에 비해서 보다 경제성을 가질 수 있어 시장 경쟁에서 보다 우위를 점할 수 있다.
시장 상황이나 여러 상황에 따라서 천연가스를 액화하거나, 중질탄화수소화하는 것을 선택적으로 운용할 수 있는 등으로 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG의 다른 예의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
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.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해 필요한 공지의 기술은 필요에 따라 그 설명을 생략하거나 줄이도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG의 다른 예의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG는, 가스인입장치(110), 전처리장치, 중질탄화수소 분리장치(130), 중질탄화수소화 모듈(140), 액화장치(150)를 포함한다.
FLNG는 해상에 정박하여 가스전으로부터 천연가스를 개발하여 이를 선상에서 액화시켜 저장시키고, 저장한 액화천연가스를 수요처 또는 액화천연가스 운반선에 하역하는 구조물이다.
이를 위해 FLNG는 가스전으로부터 가스를 인입하는 가스인입장치(110)가 구비되고, 가스인입장치(110)에 의해 인입된 천연가스의 불순물을 제거하기 위한 전처리장치가 구비되고, 전처리된 천연가스를 액화장치에 의해서 액화시킨 후 이를 액화천연가스 저장탱크에 의해 저장한다.
가스인입장치(110)는 해저로부터 가스를 인입하기 위한 수단을 포함함으로써, 해저 가스전으로부터 천연가스를 인입하여 선박으로 끌어올리기 위한 장치이다.
그리고, 전처리장치는 가스인입장치(110)에 의해서 인입한 천연가스를 액화공정을 거치기 전 정제하여 전처리하는 과정을 수행하는 장치이고, 액화장치(150)는 천연가스를 액화천연가스로서 저장하기 위해서 압축, 응축, 팽창, 열교환 등의 액화사이클을 위한 장치이다.
전처리장치는 산성가스 제거모듈(121), 수분 제거모듈(122) 및 수은 제거모듈(123)을 포함하여 천연가스의 불순물을 제거한다.
산성가스 제거모듈(121)은 액화과정에서 고체화될 수 있는 천연가스에 포함된 산성가스(CO2, H2S)를 제거한다.
수분 제거모듈(122)은 천연가스에 포함된 수분(H2O)을 제거하고, 수은 제거모듈(123)은 천연가스에 포함된 수은(Hg)을 제거하게 된다.
이와 같이 전처리된 천연가스는 그 주성분이 메테인(Methane, CH4)이며, 그 외에 중질의 탄화수소인 에테인(Ethane, C2H6), 뷰테인(Buthane, C3H8) 등을 포함한다.
메테인은 LNG 형태로 액화하여 연료로써 주로 이용이 되고, 에테인은 에틸렌의 원료가 될 수 있고, 뷰테인과 프로테인은 LP 가스 제조를 위해서 쓰일 수 있어, 메테인에 비해서 고부가가치를 가지는 원료이다.
그래서, 전처리된 천연가스는 액화시키기 전에 천연가스에 포함된 중질탄화수소를 중질탄화수소 분리장치(130)에 의해서 분리시키고, 분리시킨 성분에 따라 필요한 공정을 통해서 LNG, 나프타 등으로 각각 저장하게 된다.
중질탄화수소 분리장치(130)는 천연가스에 포함되어 있는 중질분의 탄화수소를 분별(fraction) 처리함에 의해서 분리시켜 이용하기 위한 것이며, 중질탄화수소화 모듈(140)은 중질탄화수소 분리장치(130)에 의해서 중질분이 분리됨으로써 천연가스에 대다수 남아있는 메테인을 직접 중질탄화수소화하기 위한 모듈이다.
메테인을 탈수소 반응과 oligomerization에 의해 에테인 등으로 전환시키는 반응은 비교적 높은 값의 양(positive) 자유에너지를 수반하므로 열역학적으로 불리한 반응이다.
그러나, 산소를 산화제로 사용하여 메테인을 축합(condensation)하게 되면, 자유에너지가 음의 값이 되어 열역학적으로 유리하게 된다. 이론적으로 메테인을 산화축합하면 C2 이상의 탄화수소의 제조도 가능하나, 실제 반응 생성물은 C2에 국한된다. 이러한 선택성을 높일 수 있도록 촉매를 첨가하며, Li/MgO, Sm2O3, La2O3, PbO/MgO 등의 촉매가 사용될 수 있다.(산화 이량화 반응, Oxidative coupling of methane)
이외에도, 열분해법(Pyrolysis)을 통해서 고온에서 직접 메테인에서 C2 탄화수소로 전환시켜 아세틸렌, 에틸렌 등을 얻을 수 있다.
그리고, 플라즈마 상태에서 산화 이량화 또는 열분해 반응을 진행하는 것이 가능하고, 이 때 전환율은 90% 이상이 가능하다.
이와 같이 생산된 에테인 또는 뷰테인과 같은 중질탄화수소는 별도의 저장탱크(141)를 통해서 저장하고, 이를 수요처에 공급할 수 있도록 한다.
또한, 중질탄화수소 분리장치(130)를 거친 천연가스는 중질탄화수소화 모듈(140)에 의해 중질의 탄화수소를 생산하는 대신에 액화장치(150)에 의해 LNG 형태로 액화할 수도 있다.
즉, 선박의 운영 계획이나 변화되는 운영 상황 및 시장 상황 등에 따라서 채굴된 천연가스를 액화시키거나 중질탄화수소화하는 것을 선택적으로 운용하거나, 프로세스의 전환 또는 동시에 가동시키며 그 양을 구분 및 조절하는 것에 의해서 다양하게 운용하여 생산품을 결정할 수 있다.
액화장치(150)에 의해 생산된 액화천연가스는 액화천연가스 저장탱크에서 저장하고, 이를 연료로써 사용하거나 하역 처리할 수 있다.
한편, 도 2와 같이 천연가스로부터 중질탄화수소를 분리하기 전에 메테인 추출장치(230)에 의해 메테인을 우선적으로 추출하고, 이를 중질탄화수소화 모듈(231)에서 중질탄화수소화할 수 있으며, 그 외의 구성은 앞서 설명된 바와 유사하게 적용이 될 수 있다.
그리고, 중질탄화수소화 또는 액화천연가스화의 선택 또한 동일하게 채용될 수 있다.
이상에서 살핀 바와 같이, 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG 및 FLNG에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법에 의하면, FLNG에서 채굴된 천연가스의 주성분인 메테인으로부터 직접 에테인, 뷰테인 등의 중질탄화수소를 생산할 수 있게 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 FLNG 및 FLNG에서 천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
110, 210 : 가스인입장치
121, 221 : 산성가스 제거모듈
122, 222 : 수분 제거모듈
123, 223 : 수은 제거모듈
130, 240 : 중질탄화수소 분리장치
140, 231 : 중질탄화수소화 모듈
230 : 메테인 추출장치
150 : 250 : 액화장치

Claims (14)

  1. 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입장치;
    상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리장치;
    상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스에 함유된 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리장치; 및
    상기 중질탄화수소 분리장치를 거친 천연가스의 주성분인 메테인(CH4)을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 모듈을 포함하는 FLNG.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중질탄화수소 분리장치를 거친 천연가스를 액화하는 액화장치를 더 포함하는 FLNG.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전처리장치는,
    상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거모듈;
    상기 산성가스 제거모듈에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거모듈; 및
    상기 수분 제거모듈에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거모듈을 포함하는 FLNG.
  4. 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입장치;
    상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리장치;
    상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스로부터 메테인(CH4)을 추출하는 메테인 추출장치;
    상기 메테인 추출장치에 의해 추출된 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 모듈을 포함하는 FLNG.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 메테인 추출장치에 의해 메테인이 추출된 천연가스로부터 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리장치를 더 포함하는 FLNG.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전처리장치에 의해 전처리된 천연가스를 액화하는 액화장치를 더 포함하는 FLNG.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전처리장치는,
    상기 가스인입장치에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거모듈;
    상기 산성가스 제거모듈에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거모듈; 및
    상기 수분 제거모듈에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거모듈을 포함하는 FLNG.
  8. 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입단계;
    상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리단계;
    상기 전처리단계에 의해 전처리된 천연가스에 함유된 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리단계;
    상기 중질탄화수소 분리단계를 거친 천연가스의 주성분인 메테인(CH4)을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화 단계를 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 중질탄화수소 분리단계를 거친 천연가스를 액화하는 천연가스 액화단계를 더 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전처리단계는,
    상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거단계;
    상기 산성가스 제거단계에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거단계; 및
    상기 수분 제거단계에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거단계를 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
  11. 가스전으로부터 천연가스를 인입하는 가스인입단계;
    상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스를 전처리하는 전처리단계;
    상기 전처리단계에 의해 전처리된 천연가스로부터 메테인(CH4)을 추출하는 메테인 추출단계;
    상기 메테인 추출단계에 의해 추출된 메테인을 중질탄화수소화하는 중질탄화수소화단계를 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 메테인 추출단계에 의해 메테인이 추출된 천연가스로부터 중질탄화수소를 분리하는 중질탄화수소 분리단계를 더 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전처리단계에 의해 전처리된 천연가스를 액화하는 천연가스 액화단계를 더 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전처리단계는,
    상기 가스인입단계에 의해 인입된 천연가스에 함유된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거단계;
    상기 산성가스 제거단계에 의해 산성가스가 제거된 천연가스에 함유된 수분을 제거하는 수분 제거단계; 및
    상기 수분 제거단계에 의해 수분이 제거된 천연가스에 함유된 수은을 제거하는 수은 제거단계를 포함하는,
    천연가스를 이용하여 중질탄화수소를 생산하는 방법.
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