KR20190143686A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것으로서, 해양 구조물에 마련되어 가스정으로부터 물과 헤비카본이 포함된 가스를 공급받아 처리하는 시스템으로서, 상기 가스정에서 생산되는 가스를 냉각하는 열교환기; 냉각된 가스를 감압하여 헤비카본을 액화시키는 감압밸브; 및 감압된 가스에서 물과 액상의 헤비카본을 분리하는 저온분리기를 포함하며, 글리콜에 의한 제습 공정 없이 감압만으로 가스에서 물을 분리하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물{gas treatment system and offshore plant having the same}

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것이다.

최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 천연가스(Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 천연가스는 내륙 또는 해양의 지층에 위치한 가스정(well)으로부터 기체 상태로 추출될 수 있으며, 추출된 천연가스는 수은 제거나 건조, NGL 제거 등과 같은 전처리를 거친 뒤, 보관 및 운송을 위하여 액화 공정을 통해 액화될 수 있다.

천연가스는 냉매와 열교환하면서 비등점(일례로 1기압 하에서 -162℃도) 이하로 냉각되어 액체 상태로 변화할 수 있으며, 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 저장 및 운반 효율이 증대될 수 있다.

위와 같은 액화 공정은 육상의 플랜트나 해상의 FLNG 등에서 이루어질 수 있으며, 액화된 천연가스는 LNG 저장탱크 내에 저장되었다가 소비처로 공급될 수 있다.

일례로 천연가스는 LNG 저장탱크에서 육상의 도시가스시설이나 발전시설 등으로 공급될 수 있고, 또는 LNG 운반선의 카고탱크로 전달되고 LNG 운반선에 의하여 원하는 지역으로 운송될 수 있다.

이때 천연가스는 LNG 저장탱크나 카고탱크에서 배출된 후 기화되어 소비될 수 있으며, 기화 설비는 육상플랜트나 FLNG 등에 구비되거나 또는 천연가스를 소비하는 시설에 구비되어 있을 수 있다.

이와 같이 천연가스는 가스정에서 추출된 후 전처리, 액화 공정, 저장, 운반, 기화 공정 등을 차례로 거치면서 소비되는데, 가스의 생산, 처리 및 공급 등의 안정성 보장과 효율 개선 등을 위하여 다양한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 가스정에서 유입되는 다상의 생산가스에 대해, 안정적으로 단상으로 처리하여 육상으로 공급하여 가스 생산 효율을 높이는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 해양 구조물에 마련되어 가스정으로부터 물과 헤비카본이 포함된 가스를 공급받아 처리하는 시스템으로서, 상기 가스정에서 생산되는 가스를 냉각하는 열교환기; 냉각된 가스를 감압하여 헤비카본을 액화시키는 감압밸브; 및 감압된 가스에서 물과 액상의 헤비카본을 분리하는 저온분리기를 포함하며, 글리콜에 의한 제습 공정 없이 감압만으로 가스에서 물을 분리하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 감압밸브로 전달되는 가스를 상기 저온분리기에서 분리된 가스로 냉각할 수 있다.

구체적으로, 감압 시 하이드레이트 생성을 억제하기 위하여 상기 감압밸브의 상류에서 가스에 억제제를 주입하는 결빙 방지부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 억제제는, MEG(Mono Ethylene Glycol)일 수 있다.

구체적으로, 상기 결빙 방지부는, 상기 저온분리기에서 분리되는 액상의 헤비카본을 이용하여 억제제를 냉각해 가스에 주입할 수 있다.

구체적으로, 상기 결빙 방지부는, 상기 저온분리기에서 분리되는 액상의 헤비카본을 억제제와 열교환하여 억제제를 냉각할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 해양 구조물은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물은, 다상의 생산가스를 단상으로 처리해 육상으로 공급하여, 가스 전달라인 내에서의 응결이나 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물은, 수분을 제거할 때 TEG로 흡착하는 방식을 생략하여 감압만으로 수분제거 및 이슬점 조절이 가능하고 압력강하를 최소화할 수 있으며, MEG를 혼합하여 하이드레이트 생성을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 처리 시스템을 갖는 해양 구조물의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 가스는 LPG, LNG, 에탄 등의 탄화수소로서 비등점이 상온보다 낮은 물질을 의미할 수 있으며, 다만 편의상 본 발명은 LNG(메탄)를 최종적으로 생산 및 저장하는 것으로 한정하여 설명한다. 또한 본 명세서에서 가스는, 용어 표현에도 불구하고 그 상태가 기상으로 한정되지 않는다.

이하에서 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온, 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.

본 발명은 이하에서 설명하는 가스 처리 시스템과, 가스 처리 시스템이 탑재된 해양 구조물을 포함할 수 있다. 먼저 도 1을 참고하여 본 발명의 해양 구조물에 대해 간략히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 처리 시스템을 갖는 해양 구조물의 측면도이다.

도 1을 참고하면, 해양 구조물(1)은 해양에 자켓(jacket) 등을 이용하여 고정된 플랫폼(fixed platform)일 수 있으며, 가스정(W)에서 생산되는 다상의 가스를 처리하여 단상으로 변환한 뒤, 육상 설비(G)로 전달할 수 있다. 물론 본 발명의 해양 구조물(1)은 고정식 외에 부유식일 수도 있다.

가스정(W)에서 생산되는 가스는 LNG의 주성분인 메탄 외에도, 헤비카본인 프로판, 부탄 등이 포함될 수 있고, 또한 수은이나 물, 이산화탄소도 다량 포함될 수 있다.

그런데 특히 물의 경우, 가스에서 분리되지 않고 해양구조물에서 육상으로 연결된 처리가스 전달라인(P2)을 따라 흐르게 되면, 응축되면서 부식이나 액적(droplet)의 충격에 의한 파손 등이 발생하게 되어, 내구연한이 감소될 수 있다.

처리가스 전달라인(P2)은 해저에 설치되므로 유지보수가 실질적으로 불가능하고, 가스정(W)에 인접 설치된 해양구조물로부터 육상에 위치한 육상 설비(G)까지 연결되는 것이어서 상당히 긴 길이를 갖는데, 부식 등으로 인해 교체가 필요하게 되면 막대한 비용 지출이 야기될 수 있다.

따라서 해양 구조물(1)은, 가스정(W)에서 생산되어 생산가스 전달라인(P1)을 통해 유입되는 가스에서 물을 충분히 제거하고 육상으로 전달한다. 즉 해양 구조물(1)은 처리가스 전달라인(P2)을 보호하기 위해, 다상의 가스를 단상으로 변환하며, 구체적으로는 가스정(W)에서 생산된 가스에서 액상의 물과, 비등점이 높아 액화될 수 있는 헤비카본 등을 제거할 수 있다.

해양 구조물(1)은 해저에 고정 또는 계류되기 위한 하부 구조와, 가스를 처리하기 위한 상부 구조로 나뉠 수 있으며, 상부 구조는 탑사이드(topside)로서 가스 처리 시스템(10)을 포함한다. 이하에서는 도 2 등을 참고하여 본 발명의 해양 구조물(1)이 갖는 가스 처리 시스템(10)에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(10)은, 기액분리기(11), 압축기(12), 제습칼럼(13), 열교환기(14), 석션 스크러버(15), 팽창기(16a), 저온분리기(17), 부스팅 압축기(18), 수은 제거기(19)를 포함하며, 위 구성들은 가스 처리라인(L1)을 따라 직렬로 마련될 수 있다.

이때 가스 처리라인(L1)은, 가스정(W)에서 가스 처리 시스템(10)이 마련된 해양 구조물(1)까지 연결되는 생산가스 전달라인(P1) 및 해양 구조물(1)의 가스 처리 시스템(10)에서 육상 설비(G)까지 연결되는 처리가스 전달라인(P2)과 나란하게 연결될 수 있다.

기액분리기(11)는, 생산가스 전달라인(P1)을 통해 유입되는 가스를 기액분리한다. 기액분리기(11)로 연결되는 생산가스 전달라인(P1)은, 가스정(W)에서 바로 연결되는 타입(trunk line)이거나, 가스정(W)에 마련된 별도의 플랫폼(wellhead platform)을 경유하는 타입 등일 수 있다.

기액분리기(11)는, 가스에 포함된 물질들 중 가스정(W)에서 배출되는 가스의 온도(일례로 50도씨) 상에서 액상을 유지하는 물질들을 분리해낼 수 있으며, 기액분리기(11)에서는 물, 오일 등이 분리될 수 있다.

다만 기액분리기(11)에서 물을 분리한다 하더라도 증기 형태의 물이 여전히 가스에 다량 포함되어 있을 수 있는바, 본 발명은 후술할 제습칼럼(13)을 통해 물을 분리하게 된다.

압축기(12)는, 가스정(W)에서 생산가스 전달라인(P1)을 통해 전달되는 가스를 압축한다. 압축기(12)는 압력 상승에 의하여 헤비카본 등의 비등점을 높여 헤비카본의 분리 효율을 높이는데 사용될 수 있다.

물론 가스정(W)에서 전달되는 가스의 압력이 충분히 높은 상태라면, 압축기(12)는 얼마든 생략 가능할 수 있다. 또한 압축기(12)가 압축하는 압력 범위는 특별히 한정되지 않는다.

제습칼럼(13)은, 가스에서 수분을 제거한다. 제습칼럼(13)은 TEG(Tri Ethylene Glycol)를 이용하여 가스에 포함되어 있는 수분을 흡착해 가스의 제습을 구현할 수 있고, 이를 위해 제습칼럼(13)에는 TEG를 순환 및 재생하기 위한 TEG 공급부(131)와 TEG 순환라인(L2)이 마련될 수 있다.

제습칼럼(13)은 타워 형태로 마련되며, 가스가 하측으로 유입될 수 있고 TEG는 상측에서 하방으로 분사될 수 있으며, 가스와 TEG가 서로 접촉하면서 TEG는 가스에 포함된 수분을 흡착해낼 수 있다.

이때 제습칼럼(13)은 가스와 TEG의 접촉 면적을 확대하기 위해, 내부에 높이가 서로 다른 트레이(tray)가 마련되어 있다. 트레이는 2단 이상으로 마련될 수 있지만 특별히 한정되지 않는다.

제습칼럼(13)에서 물을 흡착한 TEG는 외부로 배출되어 재생될 수 있다. 수분이 흡착된 TEG는 제한되지 않는 다양한 물리적/화학적 방법을 통해 수분이 분리된 후 제습칼럼(13)으로 리턴될 수 있다. 이를 위해 TEG 공급부(131)는 TEG를 저장하는 탱크, TEG를 재생하는 칼럼, TEG를 이송하는 펌프 등을 구비할 수 있음은 물론이다.

열교환기(14)는, 가스정(W)에서 생산되는 가스를 냉각한다. 열교환기(14)는 제습칼럼(13)에 의해 제습된 가스를 후술할 저온분리기(17)에서 배출되는 저온의 가스와 열교환시킬 수 있다.

이때 제습칼럼(13)에서 배출되어 후술할 팽창기(16a)로 유입되는 가스는, 저온분리기(17)로부터 배출된 가스에 의하여 냉각될 수 있다. 따라서 팽창기(16a)는 압축/제습 후 냉각된 가스의 압력을 떨어뜨리게 되므로, 헤비카본의 액화 효율을 높일 수 있다.

반면 저온분리기(17)에서 배출되는 가스는 열교환기(14)에서 가열될 수 있고, 가열된 가스는 액상이 존재하지 않는 상태로 처리가스 전달라인(P2)을 통해 육상 설비(G)로 공급될 수 있다.

석션 스크러버(15)는, 열교환기(14)에서 냉각된 가스를 임시 저장한다. 석션 스크러버(15)는 팽창기(16a)로 유입될 가스를 임시로 저장하며 기액분리기(11)와 마찬가지로 액상을 분리해낼 수 있다.

석션 스크러버(15)는 액상을 분리하기 위한 목적보다는 팽창기(16a)를 보호하는 목적을 위해 마련될 수 있으며, 석션 스크러버(15)를 두더라도 가스에 포함된 헤비카본은 기체 상태이기 때문에 분리되지 않을 수 있다.

이때 헤비카본은 가스가 해저에 마련된 처리가스 전달라인(P2)을 따라 흘러가는 과정에서 응축될 우려가 있으므로, 후술할 팽창기(16a) 및 저온분리기(17)에 의하여 분리될 수 있다.

팽창기(16a)는, 가스를 감압한다. 팽창기(16a)는 압축/제습/냉각된 가스를 팽창하여 압력을 떨어뜨리면서, 줄-톰슨 효과에 따라 감압에 의해 냉각이 이루어지도록 할 수 있다.

이 경우 가스에 포함되어 있던 기체 상태의 헤비카본은 액화될 수 있으므로, 팽창기(16a)를 거친 가스는 액상의 헤비카본과 기상의 메탄 등이 혼합된 형태일 수 있다.

저온분리기(17)는, 감압된 가스에서 응축물을 분리한다. 이때 응축물은 제습칼럼(13)에서 다 제거되지 못하고 팽창기(16a)를 거치면서 응축된 물이거나, 팽창기(16a)에서 감압되면서 액화된 헤비카본 등일 수 있다.

저온분리기(17)에서 분리되는 물과 헤비카본 등은, 응축물 분리라인(L3)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 이때 물과 헤비카본은 별도로 마련되는 사이클론(cyclone) 등을 통하여 서로 분리되어 처리될 수 있다.

응축물 분리라인(L3)은 저온분리기(17)에서 연장될 수 있고, 또한 제습칼럼(13)에도 연결될 수 있다. 따라서 제습칼럼(13)에서 분리된 물과 저온분리기(17)에서 분리된 물 및 헤비카본은, 통합하여 응축물 분리라인(L3)을 따라 배출될 수 있다.

부스팅 압축기(18)는, 팽창기(16a) 등을 거치면서 압력이 낮아진 가스에 대해 육상으로의 공급을 위하여 압력을 높여줄 수 있다. 부스팅 압축기(18)는 육상 설비(G)에서의 조건과 처리가스 전달라인(P2)의 상태 등을 고려하여, 적절한 압력으로 가스를 압축하여 육상 설비(G) 측으로 전달해줄 수 있다.

부스팅 압축기(18)는 압축기(12)와 동일/유사하게 원심형이나 왕복동형 등으로 마련될 수 있고, 1단 또는 다단으로 구비될 수 있다. 다만 헤비카본의 효과적인 분리를 위해 팽창기(16a)가 충분한 감압을 수행함에 따라, 압축기(12)의 유입압력 대비 부스팅 압축기(18)의 유입압력이 더 낮을 수도 있는데, 이로 한정되는 것은 아니다.

수은 제거기(19)는, 가스에 포함되어 있는 수은을 제거한다. 수은은 불순물로서 저온분리기(17) 등에서 분리될 수 있지만, 비등점 차이를 통한 분리로는 제거되지 않는 수은이 잔류할 수 있으므로, 수은 제거기(19)가 처리가스 전달라인(P2)의 상류측에 마련될 수 있다.

물론 가스정(W)에서 배출되는 가스의 상태에 따라, 수은 제거기(19)는 얼마든지 생략될 수 있다. 일례로 생산가스 전달라인(P1)을 통해 가스 처리 시스템(10)에 유입되는 가스에 수은의 함유량이 많지 않다면, 수은 제거기(19)는 마련되지 않고 수은 제거 기능은 저온분리기(17) 등에 의해 수행되더라도 문제되지 않는다.

또는 수은 제거기(19)가 해양 구조물(1)의 가스 처리 시스템(10)이 아닌 육상 설비(G)에 마련되거나, 가스 처리 시스템(10)과 육상 설비(G) 모두에 마련되는 것도 가능하다.

이와 같이 본 실시예는, 가스정(W)에서 생산되는 다상의 가스에 대해 물과 헤비카본 등을 분리해내고, 메탄이나 질소 등을 포함하는 기체상태의 가스를 육상 설비(G)로 전달해 줌으로써, 해양 구조물(1)과 육상 설비(G) 사이에서 해저에 장거리로 설치되는 처리가스 전달라인(P2)에 대해 부식 등을 방지할 수 있다.

또한 본 실시예는 가스정(W)에서 생산된 가스의 성분에 따라서, 수은 외에도 이산화탄소 등(acid gas)을 분리해내는 구성을 더 포함할 수도 있으며, 이외에도 가스 처리 과정에서 필요하다면 제한되지 않는 다양한 구성들의 부가가 가능함을 알려둔다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템(10)은, 앞 실시예와 달리 제습칼럼(13)이 생략될 수 있다. 이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.

본 실시예는, 기액분리기(11), 압축기(12), 열교환기(14), 감압밸브(16b), 저온분리기(17), 부스팅 압축기(18), 수은 제거기(19)를 포함하며, 위 구성들은 가스 처리라인(L1)을 따라 직렬로 마련될 수 있다.

참고로 본 실시예의 경우 앞서 설명한 석션 스크러버(15)가 생략될 수 있지만, 석션 스크러버(15)를 부가하는 것도 물론 가능하다. 또한 본 실시예는, 앞선 실시예 대비 결빙 방지부(20)를 더 포함할 수 있다.

감압밸브(16b)는, 열교환기(14)에서 냉각된 가스를 감압하여 헤비카본을 액화시킨다. 감압밸브(16b)는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thompson valve)일 수 있으며, 감압에 의한 냉각을 구현한다.

감압밸브(16b)는 감압에 의하여 가스에서 물과 헤비카본이 상분리되도록 할 수 있다. 특히 본 실시예는, TEG 등의 글리콜에 의한 제습 공정이 없이 감압만으로 가스에서 물과 헤비카본을 분리하면서 이슬점 조절을 수행할 수 있다.

이 경우 감압밸브(16b)가 감압하는 정도는, 앞선 팽창기(16a)에서와 동일/유사할 수 있다. 다만 감압밸브(16b)는 제습이 이루어지지 않은 가스를 감압하는 것이어서, 감압에 의한 냉각 시 특정 가스성분이 물분자와 결합하여 결빙상태의 고체 화합물이 생성될 수 있다. 이러한 결빙상태의 고체 화합물을 하이드레이트(Hydrate)라고 한다.

그런데 하이드레이트는 라인의 폐색을 야기할 수 있는바, 하이드레이트 생성을 방지하면서 안정적인 수분의 응결 및 분리를 위해서는 결빙 방지부(20)가 필요하다. 이에 대해서는 후술한다.

감압밸브(16b)로 유입되는 가스는 후술할 억제제에 의하여 앞선 실시예 대비 더 냉각된 상태일 수 있다. 감압밸브(16b)의 핵심은 가스의 압력강하는 최소로 하면서 온도를 원하는 만큼 낮추는 것인데, 압력강하에 따른 온도강하의 크기는 줄-톰슨 계수로 나타낼 수 있고, 계수값은 가스 조성비, 압력, 온도 조건에 따라 달라지는 열역학적 특성 값이다.

메탄 성분이 많은 가스에 대한 줄-톰슨 계수는, 감압밸브(16b) 전단의 유입 온도가 낮을수록 동일한 압력강하 값에 대하여 온도강하 폭이 더 큰 특성이 있다. 그러므로 감압밸브(16b) 전단의 가스 온도가 낮으면 감압밸브(16b) 후단의 온도가 낮아질 뿐만 아니라, 동일한 압력강하에 대해 온도강하 폭이 더욱 커져 감압밸브(16b)의 효율이 향상되는 효과가 있다.

따라서 본 발명은, 하이드레이트 생성의 억제를 위해 억제제를 감압밸브(16b)의 상류에 혼합하되, 억제제가 가스에서 분리된 저온의 응축물에 의하여 냉각된 후 가스에 혼합되도록 하여, 감압밸브(16b) 전단의 가스 온도를 낮춰 줄-톰슨 효율을 높일 수 있다.

열교환기(14)는, 감압밸브(16b)로 전달되는 가스를 저온분리기(17)에서 분리된 가스로 냉각한다. 앞선 실시예는 열교환기(14)가 물이 제거된 가스를 냉각하는 반면 본 실시예는 열교환기(14)가 물이 제거되지 않은 가스를 냉각하게 되므로, 물의 양이 냉각에 영향을 미칠 수 있지만, 그렇다 하더라도 본 실시예는 저온의 억제제를 열교환기(14) 상류 및/또는 하류에 혼합하게 되므로 감압밸브(16b)로 유입되는 가스의 온도를 충분히 낮춰줄 수 있다.

또한 본 실시예는 감압밸브(16b)가 동일한 압력강하 값에서 더 큰 온도강하를 이루어낼 수 있기 때문에, 저온분리기(17)를 거쳐 열교환기(14)로 유입되는 가스의 온도를 더욱 낮추게 되므로, 앞선 실시예 대비 열교환기(14)에서의 냉각 성능이 향상될 수 있다.

저온분리기(17)는, 감압된 가스에서 물과 액상의 헤비카본을 분리한다. 본 실시예는 제습칼럼(13)을 구비하지 않기 때문에, 저온분리기(17)에서 분리되는 물의 양은 앞선 실시예 대비 상대적으로 많을 수 있다.

그러나 앞선 실시예의 경우에도 제습칼럼(13) 및 저온분리기(17)에서 분리된 응축물이 합쳐져 처리되므로, 물과 헤비카본을 분리하기 위한 구성(일례로 사이클론 등)이 확대/추가될 필요는 없다.

즉 본 실시예는 앞선 실시예 대비, 응축물을 처리하는 구성은 그대로 유지하면서 가스에서 응축물을 분리하기 위한 구성을 대폭 간소화할 수 있다.

특히 제습칼럼(13)은 다수의 트레이가 구비되는 내부 구조로 인해 유지보수가 어렵고, 크기가 커서 가스 처리 시스템(10) 전체 부피 중 상당한 부분을 차지하는데, 본 실시예는 이러한 제습칼럼(13)을 삭제함으로써 설치나 운영 비용을 혁신적으로 개선할 수 있으면서, 응축물의 분리 효율은 보장할 수 있다.

결빙 방지부(20)는, 감압 시 수분의 응결에 의한 하이드레이트 생성을 억제하기 위하여, 감압밸브(16b)의 상류에서 가스에 억제제를 주입한다. 이때 억제제는 MEG(Mono Ethylene Glycol) 등일 수 있지만, 하이드레이트 생성을 억제할 수 있다면 어떠한 물질이든 사용 가능하다.

본 실시예는 감압밸브(16b)만으로 수분 제거 및 이슬점 조절을 동시에 수행할 수 있는데, 다만 다량의 수분을 포함하는 가스가 감압밸브(16b)를 통과하게 되면 가스의 온도가 낮아지면서 감압밸브(16b)의 후단에서 하이드레이트가 생성될 우려가 있다.

이를 해소하기 위해 본 실시예는 억제제를 사용하는데, 억제제는 가스에서 하이드레이트가 생성되는 임계 온도를 떨어뜨리게 된다. 따라서 감압밸브(16b)를 거쳐 가스가 냉각되더라도, 하이드레이트의 생성이 방지될 수 있다.

더 나아가 결빙 방지부(20)는, 하이드레이트 생성의 억제를 위하여 억제제 주입을 수행하면서도, 억제제가 저온 상태로 가스에 혼합되도록 하여 가스의 온도를 낮춰서, 감압밸브(16b)의 유입 온도를 저하시킬 수 있다. 이를 통해 앞서 설명한 바와 같이 감압밸브(16b)의 온도강하를 향상시키게 된다.

구체적으로 결빙 방지부(20)는, 저온분리기(17)에서 분리되는 액상의 헤비카본을 이용해 억제제를 냉각하고, 냉각된 억제제를 억제제 공급라인(L4)을 통해 가스 처리라인(L1)의 가스에 주입할 수 있다.

물론 결빙 방지부(20)는, 별도의 구성에 의해 응축물에서 분리된 액상의 헤비카본을 이용하여 억제제를 냉각할 수 있고, 또는 저온분리기(17)에서 분리된 응축물(수분 포함)을 이용하여 억제제를 냉각할 수 있다.

결빙 방지부(20)는 저온분리기(17)에서 분리되는 액상의 헤비카본을 억제제와 열교환하여 억제제를 냉각할 수 있으며, 이를 위하여 결빙 방지부(20)는 억제제를 저장하는 탱크와 억제제를 응축물과 열교환하는 열교환기(도시하지 않음) 등을 포함할 수 있다.

또는 결빙 방지부(20)는, 저온의 응축물을 억제제에 혼합하여 억제제의 온도를 낮추는 것도 가능하다. 이러한 방법에 의해 냉각된 억제제가 가스에 주입됨에 따라, 감압밸브(16b)의 유입단에서 가스의 온도가 냉각되므로, 감압밸브(16b)의 줄-톰슨 효과가 개선될 수 있다.

결빙 방지부(20)가 억제제의 주입이나 응축물과의 열교환/혼합을 제어하는 것은, 감압밸브(16b) 전/후에서의 가스 온도를 토대로 이루어질 수 있으며, 이를 위해 가스 처리라인(L1)에서 감압밸브(16b)의 상류 및/또는 하류에는 온도센서(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.

또한 결빙 방지부(20)는 도면에서 억제제를 열교환기(14)의 상류에 주입하는 것으로 나타나 있지만, 열교환기(14)의 상류 및/또는 하류에 억제제를 주입하는 것도 가능하다.

결빙 방지부(20)가 열교환기(14)의 상류와 하류에 억제제를 주입하도록 마련되는 경우, 열교환기(14)의 상류 및 하류에서의 억제제 주입량은, 생산가스 전달라인(P1)을 통해 유입되는 가스의 온도와 감압밸브(16b)로 유입되는 가스의 온도, 처리가스 전달라인(P2)을 통해 배출되는 가스의 온도 등을 종합적으로 고려하여 제어될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 제습칼럼(13)을 생략하고 감압밸브(16b)만으로 수분제거와 이슬점 조절을 구현하되, 하이드레이트 생성을 방지하기 위하여 MEG를 사용하면서 MEG를 저온 상태로 가스에 주입하여, 감압밸브(16b)의 온도강하 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 해양 구조물 G: 육상 설비
P1: 생산가스 전달라인 P2: 처리가스 전달라인
W: 가스정 10: 가스 처리 시스템
L1: 가스 처리라인 L2: TEG 순환라인
L3: 응축물 분리라인 L4: 억제제 공급라인
11: 기액분리기 12: 압축기
13: 제습칼럼 131: TEG 공급부
14: 열교환기 15: 석션 스크러버
16a: 팽창기 16b: 감압밸브
17: 저온분리기 18: 부스팅 압축기
19: 수은 제거기 20: 결빙 방지부

Claims (7)

1. 해양 구조물에 마련되어 가스정으로부터 물과 헤비카본이 포함된 가스를 공급받아 처리하는 시스템으로서,
   상기 가스정에서 생산되는 가스를 냉각하는 열교환기;
   냉각된 가스를 감압하여 헤비카본을 액화시키는 감압밸브; 및
   감압된 가스에서 물과 액상의 헤비카본을 분리하는 저온분리기를 포함하며,
   글리콜에 의한 제습 공정 없이 감압만으로 가스에서 물을 분리하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
   상기 감압밸브로 전달되는 가스를 상기 저온분리기에서 분리된 가스로 냉각하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   감압 시 수분의 응결에 의한 하이드레이트 생성을 억제하기 위하여 상기 감압밸브의 상류에서 가스에 억제제를 주입하는 결빙 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 억제제는,
   MEG(Mono Ethylene Glycol)인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 결빙 방지부는,
   상기 저온분리기에서 분리되는 액상의 헤비카본을 이용하여 억제제를 냉각해 가스에 주입하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 결빙 방지부는,
   상기 저온분리기에서 분리되는 액상의 헤비카본을 억제제와 열교환하여 억제제를 냉각하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 해양 구조물.

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