KR20160134349A - The System and Method for Carbon Dioxide Separation from Natural Gas before Gas Liquefaction Process - Google Patents

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Abstract

A system and a method for removing carbon dioxide of a natural gas according to the present invention can perform a phase change on (can solidify and separate) carbon dioxide by performing heat exchange on a natural gas including carbon dioxide under carbon dioxide solidification temperature conditions according to pressure of a natural gas obtained from a gas field. Accordingly, compared to a conventional scheme of separating and discharging carbon dioxide in a gas state, a volume can be reduced, and carbon dioxide can be effectively and elaborately separated, so a treating function can be improved. Thus, since high concentration carbon dioxide can be treated, energy can be reduced, and an equipment size can be minimized compared to the conventional scheme. Also, space utilization can be improved. Moreover, the system and the method can be flexibly applied with respect to a change in the composition of carbon dioxide of a gas field, so applicability according to a gas field is high. The system and the method according to the present invention remove carbon dioxide from a natural gas during a pretreating process of a natural gas liquefying process. The method comprises the steps of: supplying a natural gas obtained from a gas field (well) to the pretreating process; and cooling and separating carbon dioxide included in the natural gas by supplying the natural gas to a cooler.

Description

천연가스의 이산화탄소 분리 시스템 및 방법 {The System and Method for Carbon Dioxide Separation from Natural Gas before Gas Liquefaction Process}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a system and a method for separating carbon dioxide from natural gas,

본 발명은 천연가스로부터 이산화탄소를 분리하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 천연가스 액화공정의 전처리 공정에서 천연가스로부터 이산화탄소를 상변화시켜 분리 제거하는 천연가스의 이산화탄소 분리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and a method for separating carbon dioxide from a natural gas, and more particularly, to a system and a method for separating and removing carbon dioxide from a natural gas in a pretreatment process of a natural gas liquefaction process .

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 가스전으로부터 시추하여 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 무취의 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. Liquefied natural gas (hereinafter referred to as "LNG") is a colorless and odorless transparent liquid obtained by drilling natural gas containing methane as a main component from a gas field and cooling it to about -162 DEG C, Compared to natural gas, it has a volume of about 1/600.

또한, LNG는 연소 시 단위당 이산화탄소(CO2) 배출량이 최소이고, 효율이 높아 석탄, 석유와 비교하여 최선의 친환경 화석 연료로 여겨지고 있으며, 비용도 저렴하여 전 세계적으로 그 수요가 급증하고 있다.In addition, LNG is considered to be the best eco-friendly fossil fuel in comparison with coal and petroleum because it has the minimum carbon dioxide (CO 2 ) emission per unit of combustion and high efficiency, and the demand for it is rapidly increasing worldwide.

해상 또는 육상의 가스전에서 시추된 천연가스는 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)와 같은 산성가스, 수분(H2O) 등의 이물질을 포함하고 있다. 이산화탄소 및 황화수소와 같은 산성가스는 천연가스의 처리공정에서 장비 부식 또는 이송 파이프 부식의 원인이 되고, 수분은 천연가스의 극저온 공정에서 가스하이드레이트(Gas Hydrate)를 형성하므로 장비 파손 등의 원인이 된다. 따라서, 천연가스의 액화공정에 앞서 이러한 이물질들을 천연가스로부터 반드시 분리하여 제거해야만 한다. The natural gas drilled in the offshore or onshore gas field contains foreign substances such as carbon dioxide (CO 2 ), acid gases such as hydrogen sulfide (H 2 S), and water (H 2 O). Acidic gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide cause equipment corrosion or transport pipe corrosion in the processing of natural gas and moisture forms a gas hydrate in the cryogenic process of natural gas, which causes equipment breakage. Therefore, these foreign substances must be separated and removed from the natural gas prior to the liquefaction process of the natural gas.

종래에는 이러한 이산화탄소를 제거하는 데 분리막을 이용한 막분리 방법, 흡수탑에서 흡수용매에 이산화탄소를 흡수시키는 방법 또는 흡착제에 흡착시키는 방법 등을 단일적으로 적용하거나 또는 이들을 다단계로 조합하여 천연가스의 액화공정에 앞선 전처리 공정에서 실시하였다.Conventionally, in order to remove such carbon dioxide, a membrane separation method using a separation membrane, a method of absorbing carbon dioxide into an absorption solvent in an absorption tower, or a method of adsorbing the same to an adsorbent, or the like, In the pretreatment process.

가장 널리 적용되는 방식으로는 분리막(Membrane)과 아민 공정의 복합형이 있는데, 천연가스를 분리막으로 공급하여 정교하지는 않지만, 1차적으로 많은 양의 이산화탄소를 제거한 이후, 아민 공정으로 공급하여 낮은 농도까지 천연가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 방식이다. The most widely applied method is a combination of a membrane and an amine process. It is not sophisticated by supplying natural gas as a separation membrane, but after removing a large amount of carbon dioxide firstly, it is supplied to an amine process to a low concentration It removes the carbon dioxide contained in natural gas.

흡수법, 특히 아민(Amine) 용액을 흡수제로 하는 흡수법은 가장 효율이 좋고 정교하게 이산화탄소를 분리해낼 수 있어 널리 이용되고 있다. The absorption method, particularly the absorption method using an amine solution as an absorbent, is the most efficient and most widely used because it can finely separate carbon dioxide.

향후 가스 시추 및 생산은 육상 플랜트보다 해상에서의 수요가 증가할 전망이며, 이미 그러한 추세에 들어서 있다. 특히, 해상의 중규모 가스전의 경우 이산화탄소의 양이 많이 함유된 경우가 많고, 해상에 부유하여 가스의 시추, 처리, 생산을 실시하는 해상 플랜트 구조물인 LNG-FPSO(LNG-Floating, Production, Storage, Offloading, 이하 'FLNG'라 함)에 적용하기 위하여는 FLNG의 특성상 에너지, 공간 등의 제약이 있으므로 기존의 단일 아민 공정보다 처리능력을 향상시킬 필요가 있다. 하지만, 이러한 고농도의 이산화탄소를 처리하기 위해서는 아민 재생 공정에 있어서 고온의 많은 열이 요구되는 열집약 공정이 되기 때문에 FLNG에 있어 높은 발화 위험성이 있다.Future gas drilling and production is expected to be more demanding at sea than onshore plants, and it is already in the trend. In particular, marine medium-sized gas fields often contain a large amount of carbon dioxide. LNG-FPSO (LNG-Floating, Production, Storage, Offloading), a marine plant structure that floats on the ocean and drills, , Hereinafter referred to as 'FLNG'), there is a restriction on energy and space due to the characteristic of FLNG. Therefore, it is necessary to improve the processing ability of the FLNG than the conventional single amine process. However, in order to treat such a high concentration of carbon dioxide, the FLNG has a high ignition risk because it is a heat-collecting process requiring a lot of heat at a high temperature in the amine regeneration process.

이러한 이유로 2단 아민 공정에 대한 연구가 활발한데, 폐열인 적은 열로 공정의 운영이 가능하기 때문에, 이로 인하여 고온 처리 없이도 약 15mol%까지 이산화탄소를 처리할 수 있고 안전하다는 장점이 있으나, 2단 아민 공정은 고농도의 용액 흐름으로 인해 장치의 크기가 대형화되고, CAPEX 및 OPEX가 증가한다는 문제점이 있다. For this reason, studies on the two-stage amine process are active. Since the waste heat can be operated in a low-temperature process, the process can safely treat carbon dioxide up to about 15 mol% without high temperature treatment. However, There is a problem that the size of the apparatus becomes large due to the solution flow at a high concentration, and CAPEX and OPEX increase.

대한민국 공개특허공보 10-2009-0006934 (2009.01.16. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2009-0006934 (Published Jan. 16, 2009)

따라서, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 가스전으로부터 올라오는 천연가스에 포함된 이산화탄소(CO2)를 효과적으로 분리제거함과 동시에, 안전하면서도 에너지를 절감할 수 있고, 천연가스의 전처리 공정의 장비를 간단히 하여 공간 효율이 높은 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for effectively separating and removing carbon dioxide (CO 2 ) contained in natural gas coming from a gas field, And to provide a system and method for removing carbon dioxide from a natural gas having a high space efficiency.

본 발명의 일 측면에 의하면, 천연가스 액화공정의 전처리 공정에서 천연가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법에 있어서, 가스전(Well)으로부터 시추된 천연가스를 전처리 공정으로 공급하는 단계; 및 상기 천연가스를 냉각기로 공급하여 천연가스에 포함된 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 단계;를 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for removing carbon dioxide from natural gas in a pretreatment process of a natural gas liquefaction process, comprising: supplying a natural gas drilled from a gas well to a pretreatment process; And supplying the natural gas to a cooler to cool and separate the carbon dioxide contained in the natural gas to thereby remove carbon dioxide from the natural gas.

바람직하게는, 상기 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 단계는 상기 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 이산화탄소의 삼중점 온도 이하로 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시키는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, the step of cooling and separating the carbon dioxide may include cooling the natural gas containing the carbon dioxide to below the triple point of the carbon dioxide to solidify the carbon dioxide.

바람직하게는, 상기 고체화된 이산화탄소를 천연가스와 분리 배출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the solidified carbon dioxide is separated and discharged from the natural gas.

바람직하게는, 상기 고체화된 이산화탄소를 분리한 천연가스를 아민흡수탑으로 공급하여 2차로 산성가스를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the natural gas separated from the solidified carbon dioxide is supplied to the amine absorption tower to remove the acid gas secondarily.

바람직하게는, 상기 아민흡수탑에서 2차로 산성가스가 제거된 천연가스를 수분 제거 및 수은 제거 공정으로 공급하는 단계; 및 상기 수분 및 수은이 제거된 천연가스를 천연가스 액화공정으로 공급하여 LNG를 생산하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the step of supplying natural gas, from which the acidic gas has been removed secondarily to the amine absorption tower, to the water removal and mercury removal process; And supplying the natural gas from which the moisture and mercury are removed to a natural gas liquefaction process to produce LNG.

본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 천연가스 액화공정의 전처리 공정에서 천연가스로부터 이산화탄소를 제거하는 시스템에 있어서, 가스전으로부터 시추한 천연가스를 냉각시켜 천연가스에 포함된 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 냉각기;를 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a system for removing carbon dioxide from natural gas in a pretreatment process of a natural gas liquefaction process, comprising: a cooler for cooling natural gas drilled from a gas field to cool and separate carbon dioxide contained in natural gas; A carbon dioxide removal system for natural gas, comprising:

바람직하게는, 상기 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 냉각기에서는 상기 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 이산화탄소의 삼중점 온도 이하로 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시킬 수 있다.Preferably, in the cooler for cooling and separating the carbon dioxide, the carbon dioxide may be solidified by cooling the natural gas containing the carbon dioxide to a temperature below the triple point of the carbon dioxide.

바람직하게는, 상기 냉각기에서 고체화된 이산화탄소와 분리된 천연가스로부터 2차적으로 산성가스를 제거하는 아민흡수탑;을 더 포함할 수 있다. Preferably, the apparatus further comprises an absorption tower for removing acid gas from the natural gas separated from the carbon dioxide solidified in the cooler.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 천연가스 액화공정의 전처리 공정 시스템에 있어서, 가스전으로부터 시추한 천연가스에 포함된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거 유닛; 상기 산성가스가 제거된 천연가스의 수분을 제거하는 수분 제거 유닛; 및 상기 수분이 제거된 천연가스의 수은을 제거하는 수은 제거 유닛을 포함하고, 상기 산성가스 제거 유닛은 상기 천연가스를 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시켜 분리 제거하는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pretreatment process system for a natural gas liquefaction process, comprising: an acidic gas removal unit for removing acidic gas contained in natural gas drilled from a gas field; A moisture removing unit for removing moisture of the natural gas from which the acid gas has been removed; And a mercury removing unit for removing mercury from the moisture-removed natural gas, wherein the acidic gas removing unit includes cooling means for cooling the natural gas to solidify the carbon dioxide to separate and remove the natural gas. A carbon dioxide removal system of the present invention is provided.

본 발명에 따르면, 가스전으로부터 시추되는 천연가스의 압력에 따른 이산화탄소 고체화 온도 조건으로 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 열교환 시킴으로써 이산화탄소를 상변화 즉, 고체화시켜 분리할 수 있고, 그에 따라 기체 상태로 이산화탄소를 분리 배출하는 종래 기술에 비해 부피 감소 효과가 있으며, 이산화탄소를 효과적으로 정교하게 분리할 수 있어 처리 능력을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the natural gas including carbon dioxide can be heat-exchanged with the carbon dioxide solidification temperature condition depending on the pressure of the natural gas drilled from the gas field, so that the carbon dioxide can be separated by phase change or solidification, The carbon dioxide can be effectively and precisely separated and the processing ability can be improved.

따라서, 고농도의 이산화탄소를 처리할 수 있으므로 종래 기술에 비해 에너지 절감, 장비 크기 최소화, 공간 활용성 증대의 효과가 있으며, 가스전의 이산화탄소 조성 변화에 대해 유연하게 적용할 수 있어 가스전에 따른 적용성이 크다. Therefore, it is possible to treat carbon dioxide at a high concentration, so that it has the effect of saving energy, minimizing the equipment size and increasing the space utilization compared with the conventional technology, and applying it flexibly to changes in the carbon dioxide composition of the gas field, .

도 1은 이산화탄소의 P-T 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템의 개념도이다.1 is a PT state diagram of carbon dioxide.
2 is a conceptual diagram of a system for removing carbon dioxide in natural gas according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 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.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects attained by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention, and to the contents of the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. The same reference numerals in the drawings denote like elements throughout the drawings. In addition, the following examples can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

도 1은 이산화탄소의 P-T 상태도이다. 도 1의 이산화탄소 상태도에서 보는 바와 같이, 이산화탄소의 삼중점은 약 5.18bar 조건에서 약 -56.6℃이다. 즉, 이산화탄소는 약 -56.6℃, 5.18bar 조건에서 액체상, 고체상, 기체상 등 3상(Phase)이 모두 평형을 이루며 존재하고, 그 이하의 저압 상태에서는 기체의 온도를 낮추어도 액화되지 않으며 곧바로 고체로 승화하게 된다.1 is a P-T state diagram of carbon dioxide. As shown in the carbon dioxide state diagram of FIG. 1, the triple point of carbon dioxide is about -56.6 DEG C at about 5.18 bar. That is, the three phases (liquid phase, solid phase, and gas phase) exist at equilibrium at about -56.6 ° C. and 5.18 bar under the condition of low pressure, and they are not liquefied even when the gas temperature is lowered. .

또는, 가스 상태의 이산화탄소를 냉각시키면 이산화탄소가 액화(Liquefaction)되고, 더 냉각시키거나 감압 및 냉각시키면 이산화탄소가 고체화(Solidification)된다. Alternatively, the carbon dioxide is liquefied when the gaseous carbon dioxide is cooled, and when the gaseous carbon dioxide is further cooled or decompressed and cooled, the carbon dioxide is solidified.

반면, 가스전으로부터 시추되어 산성가스(이산화탄소, 황화수소 등), 수분 등의 이물질을 포함하여 전처리 공정으로 공급되는 천연가스는 전형적으로 20 ~ 80bar, 보다 전형적으로는 40 ~ 65bar, 더 전형적으로는 약 60bar이다.On the other hand, the natural gas drilled from the gas field and supplied to the pretreatment process, including foreign substances such as acid gas (carbon dioxide, hydrogen sulfide, etc.) and water, is typically 20 to 80 bar, more typically 40 to 65 bar, to be.

따라서, 가스전으로부터 시추되어 천연가스 전처리 공정으로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스의 압력은 이산화탄소의 액화 및 고체화 가능 범위이며, 천연가스의 공급 압력에서 이산화탄소의 고체화 조건에 맞도록 온도를 낮춰주면 이산화탄소는 고체화되어 천연가스로부터 분리 제거될 수 있다. 천연가스의 액화조건은 1기압에서 약 -162℃이고 상기 이산화탄소의 액화조건 범위 내에서 액화될 수 없으므로, 탄화수소의 손실이 거의 없이 이산화탄소만을 분리해 낼 수 있는 것이다. Therefore, the pressure of the natural gas including carbon dioxide drilled from the gas field and supplied to the natural gas pretreatment process is in the range of liquefaction and solidification of the carbon dioxide. If the temperature is lowered to meet the solidification condition of the carbon dioxide at the supply pressure of the natural gas, Solidified and separated from natural gas. The liquefaction condition of natural gas is about -162 ° C at 1 atmospheric pressure and can not be liquefied within the liquefaction conditions of the carbon dioxide, so that only carbon dioxide can be separated without loss of hydrocarbon.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템을 도시한다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 2 illustrates a system for removing carbon dioxide from natural gas according to an embodiment of the present invention. The following description will be made with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

본 발명은 해상에 부유하여 해저 가스전으로부터 가스를 시추하고, 정제, 액화 생산, 저장 및 하역 등을 모두 수행하는 LNG-FPSO(LNG-Floating Production Storage Offloading, 이하 'FLNG'라 함)와 같은 해상 부유 구조물 또는 해양 플랜트(Offshore Plant)는 물론 육상의 가스전으로부터 가스를 시추하여 생산하는 육상 가스 플랜트(Onshore Gas Plant)에서도 실시할 수 있다.The present invention relates to an LNG-Floating Production Storage Offloading (LNG-FPSO) which floats on the sea to drill a gas from an undersea gas field and to perform purification, liquefaction production, storage and unloading, It can also be carried out on offshore plants as well as onshore gas plants that produce gas from offshore gas fields.

본 발명에 따른 천연가스의 이산화탄소 제거 방법은 가스전(1)에서 천연가스를 시추하여 천연가스 액화공정의 전처리 공정으로 공급하는 단계와 시추한 천연가스를 냉각기(10)로 공급하여 천연가스에 포함된 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 단계를 포함한다. The method for removing carbon dioxide from a natural gas according to the present invention comprises the steps of drilling a natural gas in a gas field (1) and supplying it to a pretreatment process of a natural gas liquefaction process, and supplying the drilled natural gas to a cooler (10) And cooling and separating the carbon dioxide.

특히, 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 냉각시키면 기체 상의 이산화탄소가 상변화를 일으켜 천연가스와 분리되는데, 이산화탄소의 삼중점 온도 이하, 즉 -56.6℃ 이하까지 냉각시켜 이산화탄소를 고체화(Solidification)시켜 천연가스로부터 분리하는 단계를 포함한다. Particularly, when the natural gas containing carbon dioxide is cooled, the carbon dioxide on the gas phase is separated from the natural gas due to the phase change. The carbon dioxide is cooled to below the triple point temperature of the carbon dioxide, that is, to -56.6 ° C or less to solidify the carbon dioxide .

상기 전처리 공정의 냉각기(10)로 천연가스를 공급하기 전에, 천연가스와 함께 올라온 머드 등의 고형물을 제거하는 단계(Stabilization)를 더 포함할 수 있다. The method may further include a step of removing a solid such as a mud that has been introduced with the natural gas before supplying the natural gas to the cooler 10 of the pretreatment process.

상기 전처리 공정은 이산화탄소, 황화수소와 같은 산성가스를 제거하는 공정, 수분(H2O) 제거 공정 및 수은(Mercury) 제거 공정 등을 포함하는데, 본 발명은 산성가스를 제거하는 공정에서 특히, 이산화탄소를 분리 제거하는 방법을 제공한다. The pretreatment step includes a step of removing an acidic gas such as carbon dioxide and hydrogen sulfide, a step of removing water (H 2 O), a step of removing mercury (mercury), and the like. In the step of removing acidic gas, Thereby separating and removing the liquid.

본 발명에 의하면 이산화탄소 분리 제거 공정에서 이산화탄소를 분리하는 데 냉각수단, 예를 들어, 냉각기(10)로 상기 가스전(1)에서 시추된 후 고형물이 제거된 천연가스를 공급하여, 냉각기(10)에서 상기 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시켜 분리한다.According to the present invention, in order to separate carbon dioxide in the carbon dioxide separation and removal step, natural gas from which solids have been removed after being drilled in the gas field (1) with a cooling means, for example, a cooler (10) The natural gas containing the carbon dioxide is cooled to solidify the carbon dioxide and separate the carbon dioxide.

상기 냉각기(10)로 공급하는 이산화탄소를 포함하는 천연가스는 1bar 이상 이산화탄소의 삼중점 압력 이하 즉, 약 5.18bar를 넘지는 않아야 한다. 상기 압력 범위 내에서 냉각기(10)로 공급되는 천연가스를 삼중점 온도 이하 즉, 약 -56.6℃ 이하로 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시킨다.The natural gas containing carbon dioxide supplied to the cooler 10 should not exceed a triple point pressure of carbon dioxide equal to or greater than 1 bar, i.e., about 5.18 bar. The natural gas supplied to the cooler 10 within the pressure range is cooled to a triple point temperature or lower, that is, about -56.6 ° C or lower to solidify the carbon dioxide.

예를 들어, 냉각기(10)로 공급되는 천연가스의 이산화탄소 압력이 약 1bar(약 1atm)이면 약 -78℃까지 냉각시켜 천연가스 내의 이산화탄소를 고체화시킬 수 있다.For example, if the carbon dioxide pressure of the natural gas supplied to the cooler 10 is about 1 bar (about 1 atm), it can be cooled to about -78 캜 to solidify the carbon dioxide in the natural gas.

냉각기(10)에서 냉각되는 이산화탄소를 포함하는 천연가스의 온도는 냉각기(10)로 공급되는 천연가스의 압력에 따라, 이산화탄소가 고체화되는 온도까지 냉각시켜야 하며, 가압 또는 감압장치를 냉각기(10) 전단에 마련하여 냉각기(10)로 공급되는 천연가스의 압력을 일정하게 유지시킬 수도 있다.The temperature of the natural gas containing carbon dioxide cooled in the cooler 10 must be cooled to a temperature at which the carbon dioxide solidifies in accordance with the pressure of the natural gas supplied to the cooler 10, So that the pressure of the natural gas supplied to the cooler 10 can be kept constant.

고체화 이산화탄소와 천연가스의 분리는 예를 들어, 상기 냉각기(10)에서 기체 상의 가스는 냉각기(10)를 통과하여 배출시키고, 냉각기(10)의 배출부에 필터수단을 마련하여 고체 상의 이산화탄소를 거르게 한 후, 냉각기(10)로 천연가스를 공급하는 것을 중단하고, 유체를 공급하여 필터수단에 걸러진 고체화 이산화탄소를 기화시키거나 용해시켜 외부로 배출시킬 수도 있다. 이 때, 냉각기(10)는 다수 개 마련하여 적어도 하나의 냉각기(10)가 필터수단의 재생이 실시될 때, 다른 냉각기(10)로 천연가스를 공급하여 고체화 이산화탄소의 배출을 실시함으로써 연속 공정이 가능하도록 할 수도 있다. For separating the solidified carbon dioxide from the natural gas, for example, the gas phase gas in the cooler 10 is discharged through the cooler 10, and filter means is provided in the discharge portion of the cooler 10 to filter the solid phase carbon dioxide The supply of the natural gas to the cooler 10 may be stopped and the solidified carbon dioxide filtered by the filter means may be vaporized or dissolved to be discharged to the outside. At this time, a plurality of coolers 10 may be provided so that when at least one cooler 10 regenerates the filter means, the natural gas is supplied to the other cooler 10 to discharge the solidified carbon dioxide, .

또는, 냉각기(10)는 냉각기(10)의 내부에 냉매 공급라인을 마련하여 냉각기(10) 내부로 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 공급하고, 냉매 공급라인으로 냉매를 공급하여, 천연가스를 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시키고, 고체 이산화탄소를 냉매 공급라인에 응집시켜 결착 형성시키거나, 냉매 공급라인을 냉각기(10)의 외부에 코일형태로 마련하여 냉매를 공급하여 고체 이산화탄소를 냉각기(10) 내부 벽면에 응집시켜 결착 형성시킬 수 있다. 그 후, 냉각된 천연가스는 배출시키고, 상기 냉매 공급라인으로 열매를 공급하여 고체 이산화탄소를 가열하여 기화시켜 배출시킬 수 있다. Alternatively, the cooler 10 is provided with a coolant supply line inside the cooler 10 to supply natural gas containing carbon dioxide into the cooler 10, supply coolant to the coolant supply line, cool the natural gas Solid carbon dioxide is solidified in the coolant supply line to form a bond, or a coolant supply line is provided in the form of a coil outside the cooler 10 to supply the coolant so that the solid carbon dioxide is agglomerated on the inner wall of the cooler 10 To form a bond. Thereafter, the cooled natural gas is discharged, and the solid carbon dioxide is heated by supplying the coolant to the coolant supply line to be vaporized and discharged.

냉매 공급라인을 통해 공급되는 냉매는 천연가스를 액화시켜 LNG(액화천연가스)를 생산하는 천연가스 액화공정(Liquefaction Process)의 액화용 냉매사이클로부터 공급받을 수 있다. 예를 들어, 천연가스 액화공정으로부터 공급받는 냉매는 혼합냉매(C3MR) 사이클 및, 혼합 냉매 사이클의 프로판 예냉 사이클(Propane Refrigeration Cycle), 캐스케이드(Cascade) 공정의 프로판, 에탄 또는 에틸렌 및 메탄 냉각 사이클, 질소 팽창 사이클(Nitrogen Expander Cycle), AP-X 냉각 사이클 등에서 분기되는 라인으로부터 얻을 수 있고, 프로판, 혼합냉매, 에틸렌, 메탄 및 질소 등일 수 있으며, 상기 냉동 사이클은 APCI 사(社), Linde 사, ConocoPhillips 사, Shell 사 등의 라이센스(License) 공정일 수 있다. The refrigerant supplied through the refrigerant supply line can be supplied from a refrigerant cycle for liquefaction of a natural gas liquefaction process that liquefies natural gas to produce LNG (liquefied natural gas). For example, the refrigerant supplied from the natural gas liquefaction process can be separated into a mixed refrigerant (C3MR) cycle and a propane refrigeration cycle of a mixed refrigerant cycle, a propane, ethane or ethylene and methane refrigeration cycle of a Cascade process, Such as propane, mixed refrigerant, ethylene, methane, nitrogen, etc., and the refrigeration cycle may be obtained from a line branched from APCI Corporation, Linde Corp., ConocoPhillips, Shell, and others.

또한, 본 발명에 따른 천연가스의 이산화탄소 제거 방법은 상기 고체화 이산화탄소와 분리되어 배출되는 천연가스는 아민흡수탑(20)으로 공급하여 2차로 산성가스를 제거하는 단계를 더 포함한다. In addition, the method for removing carbon dioxide from natural gas according to the present invention may further include a step of supplying the natural gas separated from the solidified carbon dioxide to the amine absorption tower 20 to remove the acid gas secondarily.

아민흡수탑(20)은 아민 용액과 산성가스를 포함하는 천연가스를 접촉시켜 아민 용액에 천연가스 스트림에 포함된 이산화탄소, 황화수소와 같은 산성가스를 용해시켜 분리해낸 후, 약 160 ~170℃ 조건 하에서 아민 용액으로부터 산성가스를 분리 배출시키는 재생공정을 실시할 수 있다. The amine absorption tower 20 is prepared by contacting an amine solution and a natural gas containing an acidic gas with an amine solution to dissociate the acidic gas such as carbon dioxide and hydrogen sulfide contained in the natural gas stream, A regeneration step of separating and discharging the acid gas from the amine solution can be carried out.

따라서, 아민흡수탑(20)은 고온의 조건에서 재생공정이 실시되므로 많은 열이 요구되는 열집약 공정이므로, 본 발명과 같이 아민흡수탑(20)의 전단에서 이산화탄소를 고체화시켜 벌크 공정으로 1차 분리함으로써, 아민흡수탑(20)의 크기를 줄이고, 에너지를 절감할 수 있으며, 따라서 공간 효율성 증대 및 CAPEX, OPEX 절감의 효과가 있다. Therefore, since the amine absorption tower 20 is subjected to a regeneration process at a high temperature, it is a heat aggregation process requiring a lot of heat. Therefore, as in the present invention, carbon dioxide is solidified at the front end of the amine absorption tower 20, By separating, the size of the amine absorption tower 20 can be reduced and the energy can be saved, thereby increasing the space efficiency and reducing CAPEX and OPEX.

또한, 이산화탄소를 냉각기(10)에서 상변화 즉, 고체화시킨 후 상분리함으로써, 가스전(1)의 특성에 따른 천연가스의 이산화탄소 농도에 관계없이 항상 일정한 수준으로 이산화탄소를 1차 제거할 수 있으며, 따라서 이산화탄소 분리 능력을 향상시킬 수 있고, 가스전의 이산화탄소 조성 변화에 대해 유연하게 적용할 수 있다. In addition, since carbon dioxide is phase-changed, that is, solidified and then phase-separated in the cooler 10, carbon dioxide can be firstly removed to a certain level irrespective of the carbon dioxide concentration of the natural gas according to the characteristics of the gas field 1, The separating ability can be improved, and it is possible to flexibly apply the change in the carbon dioxide composition of the gas field.

상기 아민흡수탑(20)에서 배출되는 천연가스의 이산화탄소 농도는 50ppm이하이다. The concentration of carbon dioxide in the natural gas discharged from the amine absorption tower 20 is 50 ppm or less.

상기 아민흡수탑(20)에서 산성가스가 제거된 천연가스는 수분 제거 공정 및 수은 제거 공정으로 공급할 수 있으며, 수분 및 수은이 제거된 천연가스는 천연가스 액화공정으로 공급하여 LNG를 생산할 수 있다. The natural gas from which the acid gas has been removed from the amine absorption tower 20 can be supplied to the water removal process and the mercury removal process, and the natural gas from which moisture and mercury are removed can be supplied to the natural gas liquefaction process to produce LNG.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. . Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

1 : 가스전(Gas Well)
10 : 냉각기(Cooling Unit)
20 : 아민흡수/재생탑(Amines Stream/Regeneration Column)1: Gas Well
10: Cooling Unit
20: Amine Stream / Regeneration Column

Claims (9)

천연가스 액화공정의 전처리 공정에서 천연가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법에 있어서,
가스전(Well)으로부터 시추된 천연가스를 전처리 공정으로 공급하는 단계; 및
상기 천연가스를 냉각기로 공급하여 천연가스에 포함된 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 단계;
를 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법.A method for removing carbon dioxide from a natural gas in a pretreatment process of a natural gas liquefaction process,
Supplying natural gas drilled from a gas well to a pretreatment process; And
Supplying the natural gas to a cooler to cool and separate the carbon dioxide contained in the natural gas;
And removing the carbon dioxide from the natural gas. 청구항 1에 있어서,
상기 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 단계는
상기 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 이산화탄소의 삼중점 온도 이하로 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시키는 단계를 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법. The method according to claim 1,
The step of cooling and separating the carbon dioxide
And cooling the natural gas containing carbon dioxide to below the triple point temperature of the carbon dioxide to solidify the carbon dioxide. 청구항 2에 있어서,
상기 고체화된 이산화탄소와 천연가스를 분리 배출하는 단계;
를 더 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법.The method of claim 2,
Separating and discharging the solidified carbon dioxide and the natural gas;
Further comprising the step of removing carbon dioxide from the natural gas. 청구항 3에 있어서,
상기 고체화된 이산화탄소를 분리한 천연가스를 아민흡수탑으로 공급하여 2차로 산성가스를 제거하는 단계;
를 더 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법.The method of claim 3,
Supplying the natural gas separated from the solidified carbon dioxide to the amine absorption tower to remove the acid gas secondarily;
Further comprising the step of removing carbon dioxide from the natural gas. 청구항 4에 있어서,
상기 아민흡수탑에서 2차로 산성가스가 제거된 천연가스를 수분 제거 및 수은 제거 공정으로 공급하는 단계; 및
상기 수분 및 수은이 제거된 천연가스를 천연가스 액화공정으로 공급하여 LNG를 생산하는 단계;
를 더 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법.The method of claim 4,
Supplying the natural gas from which the acid gas has been removed in the amine absorption tower to the water removal and mercury removal process; And
Supplying the natural gas from which the moisture and mercury are removed to a natural gas liquefaction process to produce LNG;
Further comprising the step of removing carbon dioxide from the natural gas. 천연가스 액화공정의 전처리 공정에서 천연가스로부터 이산화탄소를 제거하는 시스템에 있어서,
가스전으로부터 시추한 천연가스를 냉각시켜 천연가스에 포함된 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 냉각기;
를 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템.A system for removing carbon dioxide from natural gas in a pretreatment process of a natural gas liquefaction process,
A cooler for cooling the natural gas drilled from the gas field to cool and separate the carbon dioxide contained in the natural gas;
Wherein the carbon dioxide removal system comprises: 청구항 6에 있어서,
상기 이산화탄소를 냉각시켜 분리하는 냉각기에서는 상기 이산화탄소를 포함하는 천연가스를 이산화탄소의 삼중점 온도 이하로 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시키는 천연가스의 이산화탄소 제거 방법. The method of claim 6,
Wherein the cooler for cooling and separating the carbon dioxide cools the natural gas containing carbon dioxide to below the triple point temperature of the carbon dioxide to solidify the carbon dioxide. 청구항 7에 있어서,
상기 냉각기에서 고체화된 이산화탄소와 분리된 천연가스로부터 2차적으로 산성가스를 제거하는 아민흡수탑;
을 더 포함하는 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템.The method of claim 7,
An amine absorption tower for secondarily removing acid gas from the natural gas separated from the carbon dioxide solidified in the cooler;
Wherein the carbon dioxide removal system further comprises: 천연가스 액화공정의 전처리 공정 시스템에 있어서,
가스전으로부터 시추한 천연가스에 포함된 산성가스를 제거하는 산성가스 제거 유닛;
상기 산성가스가 제거된 천연가스의 수분을 제거하는 수분 제거 유닛; 및
상기 수분이 제거된 천연가스의 수은을 제거하는 수은 제거 유닛을 포함하고,
상기 산성가스 제거 유닛은
상기 천연가스를 냉각시켜 이산화탄소를 고체화시켜 분리 제거하는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스의 이산화탄소 제거 시스템.In a pretreatment process system for a natural gas liquefaction process,
An acidic gas removal unit for removing acidic gas contained in the natural gas drilled from the gas field;
A moisture removing unit for removing moisture of the natural gas from which the acid gas has been removed; And
And a mercury removal unit for removing mercury from the moisture-removed natural gas,
The acid gas removing unit
And cooling means for cooling the natural gas to solidify and separate and remove the carbon dioxide.
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