KR20200000771A - gas treatment system and offshore plant having the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a gas treatment system and an offshore structure having the same. The gas treatment system, which is provided on an offshore structure and is supplied with gas from a gas well to treat the same, includes: a cooling unit cooling the gas produced in the gas well; a distillation unit implementing distillation at extremely low temperature so as to separate carbon dioxide from the cooled gas; a liquefying unit liquefying the gas from which the carbon dioxide is separated; and a vent unit venting the gas in a gaseous state discharged from the distillation unit, wherein the vent unit has a blow-down valve decompressing the discharged gas and preventing the carbon dioxide contained in the gas from freezing by increasing opening when the temperature of the discharged gas is equal to or less than a predetermined value.

Description

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

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a gas treatment system and an offshore structure comprising the same.

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.As environmental regulations have recently been tightened, the use of natural gas, which is close to an environmentally friendly fuel, is increasing among various fuels. Natural gas can be extracted in gaseous form from wells located in the inland or ocean strata. The extracted natural gas undergoes pretreatment such as mercury removal, drying, or NGL removal, followed by liquefaction for storage and transportation. Can be liquefied through.

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.Natural gas can be cooled to below the boiling point (for example, -162 ℃ under 1 atm) while being exchanged with a refrigerant, and can be converted into a liquid state. Transport efficiency can be increased.

위와 같은 액화 공정은 육상의 플랜트나 해상의 FLNG 등에서 이루어질 수 있으며, 액화된 천연가스는 LNG 저장탱크 내에 저장되었다가 소비처로 공급될 수 있다.The liquefaction process as described above may be performed in a land plant or FLNG on the sea, and liquefied natural gas may be stored in an LNG storage tank and then supplied to a consumer.

일례로 천연가스는 LNG 저장탱크에서 육상의 도시가스시설이나 발전시설 등으로 공급될 수 있고, 또는 LNG 운반선의 카고탱크로 전달되고 LNG 운반선에 의하여 원하는 지역으로 운송될 수 있다.For example, natural gas may be supplied from LNG storage tanks to onshore city gas facilities or power generation facilities, or may be delivered to cargo tanks of LNG carriers and transported to desired areas by LNG carriers.

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.At this time, the natural gas may be consumed by being vaporized after being discharged from the LNG storage tank or cargo tank, the vaporization facility may be provided in a land plant or FLNG, or in a facility that consumes natural gas.

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.As such, natural gas is extracted from gas wells and consumed through pre-treatment, liquefaction, storage, transportation, and gasification processes in turn. Various research and development is conducted to ensure stability and improve efficiency of gas production, treatment, and supply. This is constantly being done.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 해상에서 천연가스를 생산하는 과정에서 에너지 사용의 효율성을 높이고, 결빙 등으로 인한 문제 발생을 방지할 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물을 제공하기 위한 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention, to improve the efficiency of energy use in the process of producing natural gas at sea, which can prevent problems caused by freezing, etc. To provide a gas treatment system and an offshore structure comprising the same.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 해양 구조물에 마련되어 가스정으로부터 가스를 공급받아 처리하는 시스템으로서, 상기 가스정에서 생산되는 가스를 냉각하는 냉각부; 냉각된 가스에서 이산화탄소를 분리하기 위해 극저온 증류하는 증류부; 이산화탄소가 분리된 가스를 액화하는 액화부; 및 상기 증류부에서 배출되는 기체 상태의 가스를 벤트하는 벤트부를 포함하며, 상기 벤트부는, 배출되는 가스를 감압하되 배출되는 가스의 온도가 기설정값 이하이면 개도를 높여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하는 블로우다운 밸브를 갖는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gas treatment system comprising: a cooling unit configured to be provided in a marine structure to receive and process gas from a gas well, and to cool the gas produced in the gas well; A distillation unit for cryogenic distillation to separate carbon dioxide from the cooled gas; A liquefaction unit for liquefying gas from which carbon dioxide is separated; And a vent unit venting gaseous gas discharged from the distillation unit, wherein the vent unit reduces the discharged gas and increases the opening degree when the temperature of the discharged gas is lower than or equal to a preset value to freeze carbon dioxide contained in the gas. It is characterized by having a blowdown valve to prevent.

구체적으로, 상기 벤트부는, 상기 블로우다운 밸브의 하류에 마련되는 히터; 및 상기 블로우다운 밸브의 하류에서 가스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있다.Specifically, the vent unit, a heater provided downstream of the blowdown valve; And a temperature sensor for measuring the temperature of the gas downstream of the blowdown valve.

구체적으로, 상기 벤트부는, 초기 배출 시 배출되는 가스를 정상 감압하되 상기 히터를 이용하여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하고, 상기 온도센서의 측정값이 기설정값 이하이면 상기 블로우다운 밸브의 개도를 높여 감압에 의한 냉각을 줄여서 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지할 수 있다.Specifically, the vent unit may reduce the gas discharged at the time of initial discharge, but to prevent freezing of carbon dioxide contained in the gas by using the heater, and if the measured value of the temperature sensor is less than or equal to a preset value, By increasing the opening degree, cooling by pressure reduction can be prevented to prevent freezing of carbon dioxide contained in the gas.

구체적으로, 상기 벤트부는, 상기 온도센서의 측정값이 기설정값 이하이면 상기 블로우다운 밸브의 개도를 높이는 동시에 상기 히터를 이용하여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지할 수 있다.Specifically, when the measured value of the temperature sensor is less than or equal to a preset value, the vent part may increase the opening degree of the blowdown valve and prevent freezing of carbon dioxide contained in gas using the heater.

구체적으로, 상기 블로우다운 밸브는, 배출되는 가스를 감압하되 배출되는 가스의 유량이 기설정값 이하이면 개도를 높여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지할 수 있다.Specifically, the blowdown valve may reduce the discharged gas, but increase the opening degree when the flow rate of the discharged gas is less than or equal to a preset value to prevent freezing of carbon dioxide contained in the gas.

본 발명의 일 측면에 따른 해양 구조물은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.An offshore structure according to an aspect of the present invention is characterized by having the gas treatment system.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물은, 천연가스의 처리 과정에서 극저온 증류, 이산화탄소 분리, 이산화탄소 재주입 등이 효율적이고 안전하게 구현될 수 있도록 하여, 가스 생산 효율성을 극대화할 수 있다.Gas treatment system and offshore structure including the same according to the present invention, so that cryogenic distillation, carbon dioxide separation, carbon dioxide re-injection, etc. can be efficiently and safely implemented during the processing of natural gas, it is possible to maximize the gas production efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 부분 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 부분 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 부분 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 부분 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 벤트를 설명하는 그래프이다.
1 is a partial conceptual diagram of a gas treatment system according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial conceptual diagram of a gas treatment system according to an embodiment of the present invention.
3 is a partial conceptual diagram of a gas treatment system according to an embodiment of the present invention.
4 is a partial conceptual diagram of a gas treatment system according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating a vent of a gas treatment system according to an embodiment of the present invention.

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.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as possible, even if displayed on different drawings have the same number as possible. In addition, in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the gas may mean a material having a boiling point lower than room temperature as hydrocarbons such as LPG, LNG, and ethane, but for convenience, the present invention will be limited to the final production and storage of LNG (methane). In the present specification, the gas is not limited to the gas phase despite the term expression.

이하에서 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온, 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.Hereinafter, high pressure (HP), low pressure (LP), high temperature, and low temperature are relative and do not represent an absolute value.

본 발명은 이하에서 설명하는 가스 처리 시스템과, 가스 처리 시스템이 탑재된 해양 구조물을 포함할 수 있다. 먼저 본 발명의 해양 구조물에 대해 간략히 설명한다.The present invention may include a gas treatment system described below, and an offshore structure on which the gas treatment system is mounted. First, the marine structure of the present invention will be briefly described.

해양 구조물은 심해 또는 연안 등에 계류/고정되며, 가스정에서 생산되는 가스를 전달받아 가공, 정제, 액화하여 저장하고 수요처로 공급하는 시설로서, FLNG, FSRU, Fixed Platform 등과 같은 해양플랜트를 의미할 수 있다. 물론 본 발명의 해양 구조물은, 가스의 처리 구성이 탑재될 수 있다면 일반 상선도 포괄하는 개념으로 사용될 수 있다.Offshore structures are anchored / fixed in the deep sea or offshore, and are facilities that receive, process, refine, liquefy, store, and supply the gas produced from gas wells and supply them to demand destinations, which can mean offshore plants such as FLNG, FSRU, and Fixed Platform. . Of course, the marine structure of the present invention can be used as a concept encompassing general merchant ships, if the gas treatment configuration can be mounted.

해양 구조물은 선체인 헐사이드(Hull side)와 선체 위에 마련되는 탑사이드(Top side)를 포함한다. 해양 구조물의 헐사이드에는 저장 공간이 주로 마련될 수 있고, 일례로 액화가스 저장탱크(GT) 등이 마련된다. 액화가스 저장탱크(GT)는 생산 가스를 정제, 액화하여 저장해두는 구성이며, 가스를 극저온 액체 상태에서 안정적으로 저장하기 위하여 멤브레인 타입으로 마련될 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니다. The offshore structure includes a hull side, the hull side, and a top side provided on the hull. A storage space may be mainly provided at the hull side of the offshore structure. For example, a liquefied gas storage tank GT may be provided. Liquefied gas storage tank (GT) is a configuration in which the production gas is purified, liquefied and stored, and may be provided as a membrane type to stably store the gas in a cryogenic liquid state, but is not limited thereto.

액화가스 저장탱크(GT)는 선체의 길이 방향으로 복수 개가 마련될 수 있고, 또한 선체의 좌우 방향으로 둘 이상이 마련될 수 있다. 액화가스 저장탱크(GT)의 수나 배치는, 해양 구조물이 처리해야 하는 생산 가스의 규모에 따라 다양하게 결정될 수 있다.The liquefied gas storage tank GT may be provided in plural in the longitudinal direction of the hull, and two or more may be provided in the lateral direction of the hull. The number or arrangement of liquefied gas storage tanks GT may vary depending on the size of the product gas that the offshore structure has to process.

탑사이드는, 가스를 처리하는 구성을 포함한다. 탑사이드에는 후술할 가스 처리 시스템이 포함될 수 있으며, 가스 처리 시스템의 세부 구성에 대해서는 이하에서 자세히 설명하도록 한다.The top side includes the structure which processes a gas. The top side may include a gas treatment system to be described later, and the detailed configuration of the gas treatment system will be described in detail below.

헐사이드의 상부에는 탑사이드 외에도 거주구인 선실, 엔진의 배기를 배출하는 엔진 케이싱, 그리고 플레어 타워 등이 더 마련될 수 있지만, 헐사이드 상부면의 대부분은 탑사이드의 설치를 위해 활용될 수 있다.The upper side of the hullside may be provided with a cabin, a ventilating engine casing, and a flare tower, in addition to the topside, but most of the upper side of the hullside may be utilized for installation of the topside.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 가스 처리 시스템에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the gas treatment system of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 부분 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 벤트를 설명하는 그래프이다.1 to 4 are partial conceptual views of a gas treatment system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph illustrating a vent of the gas treatment system according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 해양 구조물에 마련되어 가스정으로부터 가스를 공급받아 처리하는 시스템으로서, 냉각부(10), 증류부(20), 이산화탄소 처리부(30), 후처리부(40), 액화부(50), 벤트부(60)를 포함한다.1 to 5, a gas treatment system 1 according to an embodiment of the present invention is provided in a marine structure and is a system for receiving and treating gas from a gas well, including a cooling unit 10 and a distillation unit 20. ), The carbon dioxide processing unit 30, the after-treatment unit 40, the liquefaction unit 50, the vent unit 60.

냉각부(10)는, 가스정에서 생산되는 가스를 냉각한다. 가스정에서 생산된 가스는 천연가스의 주성분인 메탄을 포함하고 있지만, 그외에 분리되어야 하는 이산화탄소 등을 내포하고 있다.The cooling part 10 cools the gas produced by a gas well. The gas produced in the gas well contains methane, which is the main component of natural gas, but also contains carbon dioxide, which must be separated.

특히 가스정이 동남아 등의 열대지방에 위치하는 경우, 지층이 탄산염으로 이루어져 있기 때문에 이산화탄소가 대량으로 발생하게 된다. 이때 생산되는 가스의 30% 이상(크게는 70% 이상)이 이산화탄소로 이루어질 수 있다.In particular, when the gas well is located in tropical regions such as Southeast Asia, carbon dioxide is generated in a large amount because the strata are made of carbonates. At this time, more than 30% (greater than 70%) of the gas produced may be made of carbon dioxide.

이와 같이 생산가스에 포함되는 이산화탄소는, 천연가스와의 비등점 차이를 이용하여 증류를 통해 분리될 수 있다. 다만 이산화탄소의 비등점은 대기압에서 -60도씨 내외이므로, 냉각부(10)는 생산가스를 냉각하여 이산화탄소는 액상이 되도록 할 수 있다.In this way, carbon dioxide included in the production gas may be separated by distillation using a boiling point difference from natural gas. However, since the boiling point of carbon dioxide is about -60 degrees Celsius at atmospheric pressure, the cooling unit 10 may cool the production gas so that the carbon dioxide becomes a liquid phase.

이를 위해 냉각부(10)는 예냉기(11), 열교환기(12), 기액분리기(13), 감압밸브(14), 팽창기(15), 보조 열교환기(16)를 포함한다.To this end, the cooling unit 10 includes a precooler 11, a heat exchanger 12, a gas-liquid separator 13, a pressure reducing valve 14, an expander 15, and an auxiliary heat exchanger 16.

예냉기(11)는, 가스정으로부터 연결되는 생산가스 전달라인(L10) 상에 마련되어 각종 냉매(R134a, 질소, 등)를 이용하여 가스를 예냉할 수 있다. 냉각 온도는 앞서 설명한 이산화탄소의 비등점보다 낮은 온도일 수 있지만, 예냉기(11)의 하류에 열교환기(12)가 마련될 수 있으므로, 예냉된 가스의 온도는 이산화탄소의 비등점보다 높을 수 있다.The precooler 11 may be provided on the production gas delivery line L10 connected from the gas well to precool the gas using various refrigerants R134a, nitrogen, and the like. The cooling temperature may be lower than the boiling point of carbon dioxide described above, but since the heat exchanger 12 may be provided downstream of the precooler 11, the temperature of the precooled gas may be higher than the boiling point of carbon dioxide.

예냉기(11)에는 냉매를 사용하기 위해 냉매 순환부(111)가 마련될 수 있다. 냉매 순환부(111)는 다양한 종류의 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발 순으로 제어하여 냉매의 증발 시 가스가 냉각되도록 할 수 있다.The precooler 11 may be provided with a refrigerant circulation part 111 to use a refrigerant. The refrigerant circulation unit 111 may control various types of refrigerants in the order of compression, condensation, expansion, and evaporation so that the gas is cooled when the refrigerant evaporates.

냉매 순환부(111)는 냉매 압축기(111a), 냉매 팽창기(111b), 냉매 냉각기(111c)를 구비하여, 상기 구성들은 냉매 순환라인(L111)을 따라 직렬로 마련될 수 있다. The refrigerant circulation unit 111 includes a refrigerant compressor 111a, a refrigerant expander 111b, and a refrigerant cooler 111c, and the above components may be provided in series along the refrigerant circulation line L111.

냉매는 냉매 냉각기(111c)에서 응축되고 반대로 예냉기(11)에서 증발된다. 따라서 냉매 냉각기(111c)에서는 냉매에 포함된 열이 폐열로서 방출될 수 있다. 냉매 냉각기(111c)는 냉매 냉각에 외기 또는 냉각수 등을 사용할 수 있으므로, 외기 등을 통해 폐열이 외부로 배출된다. 냉매 냉각기(111c)에 유입되는 외기는 외부로부터 흡입될 수 있고, 냉각수는 별도의 냉각 시스템으로부터 전달되거나 다른 설비를 냉각하는 냉각 시스템으로부터 공유될 수 있다.The refrigerant condenses in the refrigerant cooler 111c and conversely evaporates in the precooler 11. Therefore, in the coolant cooler 111c, heat included in the coolant may be discharged as waste heat. Since the refrigerant cooler 111c may use outside air or cooling water for cooling the refrigerant, the waste heat is discharged to the outside through the outside air. Outside air flowing into the refrigerant cooler 111c may be sucked from the outside, and the coolant may be transferred from a separate cooling system or shared from a cooling system for cooling other equipment.

이때 배출된 폐열은 가스 처리 공정에서 이산화탄소의 결빙을 방지하는데 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.The waste heat discharged at this time may be used to prevent freezing of carbon dioxide in the gas treatment process, which will be described later.

예냉기(11)가 사용할 수 있는 냉매인 R134a는, 프레온 계열로 환경오염의 문제가 야기되며, 또한 kg당 4천원 내외의 가격으로 인해 비용 부담이 발생할 수 있다.R134a, which is a refrigerant that can be used by the precooler 11, causes a problem of environmental pollution due to Freon series, and a cost may be caused due to a price of about 4,000 won per kg.

이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명은, 이산화탄소를 예냉기(11)의 냉매로 활용한다. 이때 이산화탄소는 가스정에서 생산된 가스로부터 분리된 것일 수 있고, 일례로 증류부(20)에서 분리되는 이산화탄소가 냉매로 활용될 수 있다. 이에 대해서는 증류부(20)를 설명하는 부분에서 자세히 서술한다.In order to solve this problem, the present invention utilizes carbon dioxide as a refrigerant of the precooler (11). In this case, the carbon dioxide may be separated from the gas produced in the gas well, and for example, carbon dioxide separated in the distillation unit 20 may be utilized as a refrigerant. This will be described in detail in the section describing the distillation unit 20.

열교환기(12)는, 가스를 서로 열교환하여 냉각한다. 일례로 열교환기(12)는 예냉기(11)에서 예냉된 가스와, 증류부(20)에서 리턴되는 가스 등을 서로 열교환하여, 증류부(20)로 유입되는 가스를 냉각할 수 있다.The heat exchanger 12 exchanges and cools gases with each other. For example, the heat exchanger 12 may cool the gas introduced into the distillation unit 20 by heat-exchanging the gas precooled in the precooler 11 with the gas returned from the distillation unit 20.

이때 열교환기(12)는 예냉기(11)의 하류에 마련된 것으로 도면에 표시되어 있으나, 예냉기(11)의 상류에 열교환기(12)가 마련될 수도 있다.In this case, the heat exchanger 12 is provided downstream of the precooler 11, but the heat exchanger 12 may be provided upstream of the precooler 11.

열교환기(12)는 4개 이상의 스트림을 갖도록 마련될 수 있다. 일례로 열교환기(12)는 예냉기(11)를 거쳐 증류부(20)로 전달되는 생산가스 전달라인(L10)과 나란한 가스 스트림과, 생산가스 전달라인(L10)에서 열교환기(12)의 하류로부터 분기되는 생산가스 리턴라인(L11)과 나란한 가스 스트림과, 증류부(20)에서 배출되는 기체 상태의 가스가 전달되는 기상 전달라인(L21)과 나란한 가스 스트림, 그리고 증류부(20)에서 열교환기(12)로 순환하는 기상 순환라인(L22)과 나란한 가스 스트림을 포함할 수 있다.Heat exchanger 12 may be provided with four or more streams. For example, the heat exchanger 12 is a gas stream parallel to the production gas delivery line L10 which is delivered to the distillation unit 20 through the precooler 11, and the heat exchanger 12 of the heat exchanger 12 in the production gas delivery line L10. In the gas stream parallel to the production gas return line (L11) branching from the downstream, the gas stream parallel to the gas phase delivery line (L21) through which the gaseous gas discharged from the distillation unit 20 is delivered, and in the distillation unit 20 It may comprise a gas stream parallel to the gas phase circulation line (L22) circulating to the heat exchanger (12).

이때 생산가스 리턴라인(L11)은 열교환기(12)를 경유한 뒤 후술할 기상 공급라인(L13)과 합류하여 증류부(20)로 연결될 수 있으며, 기상 전달라인(L21)과 기상 순환라인(L22)은 감압에 의해 냉각된 가스가 유동하는 것이어서, 생산가스 전달라인(L10) 상의 가스를 냉각시킬 수 있다.At this time, the production gas return line (L11) may be connected to the distillation unit 20 by joining the gas supply line (L13), which will be described later, via the heat exchanger (12), and the gas delivery line (L21) and the gas phase circulation line ( L22 is a flow of the gas cooled by the reduced pressure, it is possible to cool the gas on the production gas delivery line (L10).

열교환기(12)의 스트림은 상기로 한정되지 않으며, 일례로 기상 순환라인(L22)은 하나 이상으로 마련될 수도 있다. 즉 열교환기(12)는 5개 이상의 스트림을 구비하는 것도 가능하다.The stream of the heat exchanger 12 is not limited to the above, for example, one or more gas phase circulation lines (L22) may be provided. That is, the heat exchanger 12 may also have five or more streams.

기액분리기(13)는, 예냉기(11) 및 열교환기(12)에서 차례로 냉각된 가스를 기액분리한다. 이때 분리된 액체 상태의 가스는 이산화탄소가 대부분일 수 있고, 반대로 기체 상태의 가스는 이산화탄소가 제거된 상태일 수 있다.The gas-liquid separator 13 gas-separates the gas cooled by the precooler 11 and the heat exchanger 12 in order. In this case, the separated gas may be mostly carbon dioxide, and in contrast, the gas may be in a state where carbon dioxide is removed.

기액분리기(13)에서 분리되는 액체 상태의 가스 및 기체 상태의 가스 모두 증류부(20)로 연결되며, 액체 상태의 가스는 액상 공급라인(L12)을 통해 전달되고 기체 상태의 가스는 기상 공급라인(L13)을 통해 전달될 수 있다.Both liquid gas and gaseous gas separated from the gas-liquid separator 13 are connected to the distillation unit 20, and the liquid gas is delivered through the liquid supply line L12 and the gaseous gas is a gaseous supply line. May be delivered via L13.

이때 액상 공급라인(L12)에는 감압밸브(14)가 마련되고, 기상 공급라인(L13)에는 팽창기(15)가 마련된다. 물론 기액분리기(13)와 증류부(20) 사이에 놓이는 감압밸브(14)와 팽창기(15)는 압력을 낮춘다는 점에서 동일한 기능을 갖는 구성이므로, 서로 교체/혼용될 수 있다.At this time, the pressure reducing valve 14 is provided in the liquid supply line L12, and the expander 15 is provided in the gas phase supply line L13. Of course, since the pressure reducing valve 14 and the expander 15 placed between the gas-liquid separator 13 and the distillation unit 20 have the same function in terms of lowering the pressure, they may be replaced / mixed with each other.

보조 열교환기(16)는, 증류부(20)에서 기상 전달라인(L21)을 통해 배출되는 기체 상태의 가스와, 생산가스 리턴라인(L11)에서 열교환기(12)를 거친 가스를 열교환시킬 수 있다. The auxiliary heat exchanger 16 may heat-exchange the gas in the gas state discharged from the distillation unit 20 through the gas phase transmission line L21 and the gas passed through the heat exchanger 12 in the production gas return line L11. have.

생산가스 리턴라인(L11)을 따라 열교환기(12)를 거쳐 보조 열교환기(16)에서 열교환된 가스는, 생산가스 리턴라인(L11) 상에 마련된 감압밸브(161)를 통해 감압 냉각되어, 기상 공급라인(L13)에 합류될 수 있다. 이때 생산가스 리턴라인(L11)은, 기상 공급라인(L13)에서 팽창기(15)의 하류에 연결될 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니다.Gas heat exchanged in the auxiliary heat exchanger 16 via the heat exchanger 12 along the production gas return line L11 is cooled under reduced pressure through a pressure reducing valve 161 provided on the production gas return line L11, It can be joined to the supply line (L13). In this case, the production gas return line L11 may be connected to the downstream of the expander 15 in the gas phase supply line L13, but is not limited thereto.

증류부(20)는, 냉각된 가스에서 이산화탄소를 분리하기 위해 극저온 증류한다. 일반적인 증류라 함은 원유에서 LPG, 가솔린, 등유, 경유, 중유, 윤활유 등을 분별 증류하는 것처럼 상온/고온에서 진행하지만, 본 발명에서의 증류는 천연가스에서 이산화탄소를 분리해내야 하는 것으로서, 이산화탄소의 비등점이 극저온임을 고려할 때, 가열이 아닌 냉각 후 증류하게 된다.The distillation unit 20 performs cryogenic distillation to separate carbon dioxide from the cooled gas. In general, distillation is performed at room temperature / high temperature, such as fractional distillation of LPG, gasoline, kerosene, diesel, heavy oil, and lubricating oil from crude oil, but the distillation in the present invention is required to separate carbon dioxide from natural gas. Given that the boiling point is cryogenic, it is distilled after cooling rather than heating.

따라서 본 발명의 증류부(20)가 수행하는 증류는 극저온 증류로 지칭될 수 있고, 이때 극저온이라 함은 이산화탄소의 비등점보다 낮은 온도를 의미한다. 물론 극저온의 정확한 수치는 한정되지 않으며, 특히 이산화탄소의 비등점이 압력에 따라 달라짐을 고려할 때, 증류부(20)가 전달받는 가스의 온도 역시 고정되지 않는다.Therefore, the distillation performed by the distillation unit 20 of the present invention may be referred to as cryogenic distillation, wherein cryogenic temperature means a temperature lower than the boiling point of carbon dioxide. Of course, the exact value of the cryogenic temperature is not limited, and especially considering that the boiling point of carbon dioxide depends on the pressure, the temperature of the gas delivered by the distillation unit 20 is also not fixed.

일례로 증류부(20)에 유입되는 가스의 압력은 30bar 내외이며, 냉각부(10)에 의하여 -40도 내외로 냉각된 온도를 가질 수 있다.For example, the pressure of the gas flowing into the distillation unit 20 is about 30 bar, and may have a temperature cooled to about -40 degrees by the cooling unit 10.

증류부(20)는 증류칼럼(21), 터빈(22), 쿨러(23)를 포함할 수 있다. 증류칼럼(21)은 액상 공급라인(L12)과 기상 공급라인(L13)을 통해 유입된 가스를 극저온 증류하여, 가스에서 이산화탄소를 분리해낼 수 있다.The distillation unit 20 may include a distillation column 21, a turbine 22, and a cooler 23. The distillation column 21 may cryogenically distill the gas introduced through the liquid supply line L12 and the gas phase supply line L13 to separate carbon dioxide from the gas.

이때 증류칼럼(21)에 의하여 분리된 후 액화부(50)로 전달되는 가스는, 이산화탄소의 비율이 20% 이내, 메탄이 80% 내외로 이루어질 수 있다. 가스에 여전히 포함되어 있는 이산화탄소는 후처리부(40)에 의하여 추가로 분리된다.In this case, the gas that is separated by the distillation column 21 and then delivered to the liquefaction unit 50 may have a ratio of carbon dioxide within 20% and methane of about 80%. Carbon dioxide still contained in the gas is further separated by the aftertreatment unit 40.

증류칼럼(21)에는 가스 순환라인(L20)이 마련되어, 증류칼럼(21)에서의 가스 일부가 냉각부(10)의 열교환기(12)로 전달되었다가 다시 리턴되도록 할 수 있다. 또한 증류칼럼(21)에는 기상 전달라인(L21)이 마련되어, 기체 상태의 가스가 보조 열교환기(16) 및 열교환기(12)를 거쳐 후처리부(40)나 별도의 수요처로 공급되도록 할 수 있다.A gas circulation line L20 may be provided in the distillation column 21 so that a part of the gas in the distillation column 21 may be delivered to the heat exchanger 12 of the cooling unit 10 and then returned. In addition, the gaseous delivery line (L21) is provided in the distillation column 21, the gas in the gas state can be supplied to the after-treatment unit 40 or a separate demand through the auxiliary heat exchanger 16 and the heat exchanger (12). .

또한 증류칼럼(21)에는 기상 순환라인(L22)이 마련되며, 기상 순환라인(L22)은 기체 상태의 가스가 냉각/액화된 후 증류칼럼(21)으로 리턴되도록 하여 이산화탄소의 분리 효율을 높인다. In addition, the gas phase circulation line (L22) is provided in the distillation column (21), and the gas phase circulation line (L22) increases the separation efficiency of carbon dioxide by returning to the distillation column (21) after gaseous gas is cooled / liquefied.

이때 기상 순환라인(L22)에는 가스의 흐름을 따라 순차적으로 터빈(22), 쿨러(23)가 마련되고, 증류칼럼(21)에서 분리된 저온의 이산화탄소와 열교환하는 열교환기(33)가 마련될 수 있다.At this time, the gas phase circulation line L22 is provided with a turbine 22 and a cooler 23 sequentially along the flow of gas, and a heat exchanger 33 for exchanging heat with carbon dioxide of low temperature separated from the distillation column 21. Can be.

터빈(22)과 쿨러(23)는 모두 기체 상태의 가스를 냉각하기 위한 구성이며, 터빈(22)은 압력 강하를 통한 냉각, 쿨러(23)는 냉매를 이용한 냉각을 구현할 수 있다. 물론 열교환기(33)를 이용하여 충분히 이산화탄소가 액화될 수 있다면, 터빈(22)이나 쿨러(23) 중 적어도 어느 하나는 생략 가능하다.Both the turbine 22 and the cooler 23 are configured to cool the gas in a gaseous state, the turbine 22 may be cooled by pressure drop, and the cooler 23 may implement cooling using a refrigerant. Of course, if carbon dioxide can be sufficiently liquefied using the heat exchanger 33, at least one of the turbine 22 and the cooler 23 can be omitted.

증류칼럼(21)에는 가스 공급라인(L23)이 마련될 수 있으며, 가스 공급라인(L23)은 증류칼럼(21)으로부터 후처리부(40)로 연결된다. 이때 가스 공급라인(L23)으로 유동하는 가스는 메탄 80%, 이산화탄소 20% 등으로 구성되어 이산화탄소의 추가 분리가 필요함은 앞서 설명한 바와 같다.The distillation column 21 may be provided with a gas supply line L23, and the gas supply line L23 is connected to the aftertreatment unit 40 from the distillation column 21. At this time, the gas flowing into the gas supply line (L23) is composed of 80% of methane, 20% of carbon dioxide, etc., as described above, which requires additional separation of carbon dioxide.

이산화탄소 처리부(30)는, 증류부(20)에서 분리된 이산화탄소를 처리한다. 특히 이산화탄소 처리부(30)는, 분리된 이산화탄소를 지하의 재주입정으로 재주입할 수 있다.The carbon dioxide processing unit 30 processes the carbon dioxide separated from the distillation unit 20. In particular, the carbon dioxide processing unit 30 may re-inject the separated carbon dioxide into the underground injection well.

천연가스의 생산 시 수반되는 이산화탄소의 경우, 양이 많으면 환경규제로 인해 대기로 배출할 수 없는 바, 지하의 재주입정으로 재주입하여 처리할 필요가 있다.In the case of carbon dioxide, which is involved in the production of natural gas, if it is large, it cannot be discharged to the atmosphere due to environmental regulations.

앞서 설명한 바와 같이 동남아 등의 경우 지층이 탄산염으로 이루어져 생산된 가스에 이산화탄소의 비율이 높게 나타나므로, 이산화탄소의 재주입 공정이 필요하다.As described above, in the case of Southeast Asia and the like, since the ratio of carbon dioxide is high in the gas produced by the formation of carbonate, a carbon dioxide reinjection process is required.

이때 재주입정이라 함은, 천연가스가 생산되는 가스정과는 다른 것으로서, 가스가 생산되지 않고 이산화탄소의 주입만 이루어지는 부분이다. 이산화탄소의 주입은 지층 내부의 바텀 홀(BH)을 통해 이루어지고, 바텀 홀(BH)의 상측에는 초크밸브(38)가 설치된 웰 헤드(WH)가 마련될 수 있다.In this case, the reinjection well is different from the gas well in which natural gas is produced, and is a portion in which only carbon dioxide is injected without producing gas. The injection of carbon dioxide is made through the bottom hole BH in the ground layer, and the well head WH provided with the choke valve 38 may be provided above the bottom hole BH.

지층의 압력을 안정적으로 유지하기 위해, 이산화탄소의 재주입 압력을 안정적으로 유지하는 것이 필요하다. 특히 가스 유량이 많아지는 Ramp-up이나 가스 유량이 적어지는 Turndown 상황과 같은 외란에서도 이산화탄소의 재주입 압력을 일정하게 유지해야 한다.In order to keep the pressure of the strata stable, it is necessary to keep the reinjection pressure of carbon dioxide stable. In particular, the re-injection pressure of carbon dioxide should be kept constant even in disturbances such as ramp-up where gas flow rate increases or turndown situation where gas flow rate decreases.

이 경우 웰 헤드(WH)에 마련되는 초크밸브(38)를 이용하면 바텀 홀(BH)로 유입되는 이산화탄소의 압력을 조절할 수 있지만, 초크밸브(38)는 해저에 위치하고 있어 조작이 어렵고 제어 반응속도가 느리다는 문제가 있다.In this case, if the choke valve 38 provided in the well head WH is used, the pressure of the carbon dioxide flowing into the bottom hole BH can be adjusted, but the choke valve 38 is located at the bottom of the sea, making it difficult to operate and control reaction speed. There is a problem that is slow.

특히 재주입되는 이산화탄소는 순수 이산화탄소가 아니라 95% 내지 98%의 이산화탄소일 수 있고, 3% 내지 5%만 변화하더라도 phase envelope이 달라져 상이 바뀌면서, 밀도가 변화하여 압력이 변하게 될 수 있다.In particular, the re-injected carbon dioxide may be 95% to 98% of carbon dioxide, not pure carbon dioxide, and even if only 3% to 5% changes, the phase envelope may be changed and the phase may be changed, thereby changing the density and changing the pressure.

따라서 본 발명은 초크밸브(38)에 더하여 제어밸브(35)를 이용하여, 재주입되는 이산화탄소의 압력을 안정화시킬 수 있으며, 이산화탄소 처리부(30)는, 재비기(31), 감압밸브(32), 열교환기(33), 이산화탄소 펌프(34), 제어밸브(35), 쿨러(36), 초크밸브(38), 제어기(39) 등을 포함한다.Therefore, the present invention can stabilize the pressure of the re-injected carbon dioxide by using the control valve 35 in addition to the choke valve 38, the carbon dioxide processing unit 30, the reboiler 31, the pressure reducing valve 32 , Heat exchanger 33, carbon dioxide pump 34, control valve 35, cooler 36, choke valve 38, controller 39, and the like.

재비기(31)(reboiler)는, 증류칼럼(21)에서 이산화탄소 배출라인(L30)을 통해 분리되는 액상의 이산화탄소를 다시 가열하여 증류칼럼(21)에 유입시킨다. 이산화탄소 배출라인(L30)을 따라 증류칼럼(21)에서 배출된 가스에는 메탄 등이 포함될 수 있으므로, 분리된 이산화탄소를 순수한 이산화탄소에 가깝게 하기 위하여, 재비기(31)를 사용할 수 있다.Reboiler 31 (reboiler), the liquid carbon dioxide separated from the distillation column 21 through the carbon dioxide discharge line (L30) is heated again to flow into the distillation column (21). Since the gas discharged from the distillation column 21 along the carbon dioxide discharge line L30 may include methane, the reboiler 31 may be used to bring the separated carbon dioxide closer to pure carbon dioxide.

감압밸브(32)는, 증류칼럼(21)에서 분리된 이산화탄소를 감압하여 냉각한다. 감압밸브(32)는 본 명세서에서 동일한 표현으로 사용하는 밸브들과 동일/유사하게, 줄-톰슨 밸브로서 줄-톰슨 효과를 이용해 냉각을 구현할 수 있다. 감압밸브(32)에 의해 냉각된 이산화탄소는 열교환기(33)에서 냉매로 사용될 수 있다.The pressure reducing valve 32 depressurizes and cools the carbon dioxide separated from the distillation column 21. The pressure reducing valve 32 may implement cooling using the Joule-Thomson effect as a Joule-Thomson valve, similarly / similarly to the valves used in the same representation herein. The carbon dioxide cooled by the pressure reducing valve 32 may be used as a refrigerant in the heat exchanger 33.

열교환기(33)는, 감압된 이산화탄소를 이용하여, 기상 순환라인(L22)을 따라 흐르는 기체 상태의 가스를 냉각한다. 기체 상태의 가스에는 기체 상태의 이산화탄소가 포함될 수 있으므로, 기상 순환라인(L22)으로 유동하는 이산화탄소는 열교환기(33)에서 저온 액상의 이산화탄소와 열교환해 액화된 후 증류칼럼(21)으로 리턴되어, 메탄으로부터 분리될 수 있다.The heat exchanger 33 cools the gas in a gaseous state flowing along the gas phase circulation line L22 by using the reduced pressure carbon dioxide. Since gaseous gas may include gaseous carbon dioxide, carbon dioxide flowing into the gas phase circulation line L22 is liquefied by heat exchange with carbon dioxide in a low temperature liquid state in the heat exchanger 33, and then returned to the distillation column 21. Can be separated from methane.

이산화탄소 펌프(34)는, 재주입을 위해 이산화탄소를 가압한다. 이산화탄소는 비등점보다는 낮은 온도를 갖고 임계점(critical point)보다는 낮은 압력을 가져서 액상으로 이산화탄소 펌프(34)로 유입될 수 있다.The carbon dioxide pump 34 pressurizes carbon dioxide for reinjection. The carbon dioxide may enter the carbon dioxide pump 34 in the liquid phase at a temperature lower than the boiling point and at a pressure lower than the critical point.

이때 이산화탄소 펌프(34)는 이산화탄소를 임계점보다 높은 압력(일례로 160bar 내외)으로 가압하여, 가압에 의한 가열이 수반됨에 따라 이산화탄소를 초임계 상태로 변화시킬 수 있다.At this time, the carbon dioxide pump 34 pressurizes the carbon dioxide to a pressure higher than the critical point (for example, about 160 bar), thereby changing the carbon dioxide into a supercritical state as the heating by the pressurization is accompanied.

이산화탄소 펌프(34)에서 토출되는 이산화탄소는 일례로 161bar에 70 내지 80도씨의 온도를 갖는 초임계 상태일 수 있지만, 초임계 상태에 해당하는 다양한 온도와 압력을 가질 수 있다.The carbon dioxide discharged from the carbon dioxide pump 34 may be, for example, a supercritical state having a temperature of 70 to 80 degrees Celsius at 161 bar, but may have various temperatures and pressures corresponding to the supercritical state.

초임계 상태가 되면, 압력이 매우 높고 물성의 급격한 변화가 이루어지는 불안정한 상태가 되기 때문에, 압력 등의 측정이 정확하게 이루어지지 못할 수 있다. In the supercritical state, since the pressure is very unstable and a sudden change in physical properties occurs, measurement of pressure or the like may not be accurately performed.

따라서 본 발명은 이산화탄소 펌프(34)를 기점으로 하여 상변화하는 이산화탄소에 대해, 이산화탄소 펌프(34)의 상류에서 이산화탄소의 압력을 측정해 압력 측정의 정확도를 확보할 수 있다. Therefore, the present invention can secure the accuracy of the pressure measurement by measuring the pressure of the carbon dioxide upstream of the carbon dioxide pump 34 with respect to the carbon dioxide phase change from the carbon dioxide pump 34 as a starting point.

이를 위해 이산화탄소 배출라인(L30)에서 이산화탄소 펌프(34)의 상류에 트랜스미터(37a)가 마련되어, 트랜스미터(37a)는 액체 상태의 이산화탄소의 압력을 측정할 수 있다.To this end, a transmitter 37a is provided upstream of the carbon dioxide pump 34 in the carbon dioxide discharge line L30, and the transmitter 37a may measure the pressure of carbon dioxide in a liquid state.

제어밸브(35)는, 이산화탄소 펌프(34)의 하류에 마련되며, 액체 상태의 이산화탄소에 대한 압력 측정값을 바탕으로 개도가 조절된다. 이산화탄소 펌프(34)에 의하여 재주입정으로 재주입되는 이산화탄소의 압력은 변동될 수밖에 없는데, 제어밸브(35)는 트랜스미터(37a)에 의하여 측정된 압력값의 변화를 토대로 하여, 개도를 조절해 제어밸브(35) 하류에서 이산화탄소의 압력이 안정화되도록 할 수 있다.The control valve 35 is provided downstream of the carbon dioxide pump 34, and the opening degree is adjusted based on the pressure measurement value for the carbon dioxide in the liquid state. The pressure of the carbon dioxide re-injected into the re-injection well by the carbon dioxide pump 34 is inevitably fluctuate. The control valve 35 adjusts the opening degree based on the change in the pressure value measured by the transmitter 37a. 35) It may be possible to stabilize the pressure of carbon dioxide downstream.

따라서 제어밸브(35)를 통해 본 발명은 재주입정에서의 이산화탄소의 압력 변동이 줄어들 수 있으므로, 생산 가스에서 발생하는 이산화탄소의 양이 달라져 재주입 이산화탄소의 압력이 흔들리더라도, 재주입정은 안정한 상태가 될 수 있다.Therefore, the present invention through the control valve 35 can reduce the pressure fluctuation of the carbon dioxide in the re-injection well, even if the pressure of the re-injection carbon dioxide is shaken because the amount of carbon dioxide generated in the production gas is changed, the re-injection is stable Can be.

특히 제어밸브(35)는 이산화탄소 펌프(34) 하류의 초임계 상태 이산화탄소가 아닌, 이산화탄소 펌프(34) 상류의 액체 상태 이산화탄소에 대해 측정된 압력값 변화를 활용하게 되므로, 압력 변화에 보다 정확하고 신속하게 대처할 수 있다.In particular, the control valve 35 utilizes the measured pressure value change for the liquid state carbon dioxide upstream of the carbon dioxide pump 34, not the supercritical state carbon dioxide downstream of the carbon dioxide pump 34, thereby providing more accurate and faster response to the pressure change. Can cope.

쿨러(36)는, 초임계 상태의 이산화탄소를 냉각한다. 쿨러(36)는 제한되지 않는 냉매를 활용하여, 70 내지 80도씨의 초임계 상태 이산화탄소를 40도씨 내외로 냉각하여 재주입정으로 전달할 수 있다.The cooler 36 cools carbon dioxide in a supercritical state. The cooler 36 may utilize a non-limiting refrigerant to cool 70-80 degrees C. of supercritical carbon dioxide to about 40 degrees C. and deliver the same to the reinjection well.

쿨러(36)는 제어밸브(35)의 하류에 마련되므로, 쿨러(36)로 유입되는 이산화탄소의 압력 변동은 감쇄되어 있을 수 있다. 따라서 본 발명은, 쿨러(36)로의 주입 압력을 일정하게 함으로써 쿨러(36)의 피로파괴를 방지해 장비 수명을 연장할 수 있다.Since the cooler 36 is provided downstream of the control valve 35, the pressure variation of the carbon dioxide flowing into the cooler 36 may be attenuated. Therefore, according to the present invention, the fatigue pressure of the cooler 36 can be prevented by extending the injection pressure to the cooler 36 and the life of the equipment can be extended.

초크밸브(38)는 초임계 상태의 이산화탄소를 지하로 주입한다. 초크밸브(38)는 앞서 설명한 웰 헤드(WH)에 마련되는 것으로서, 심해에 마련될 수 있다. 따라서 초크밸브(38)로는 압력 조절이 민감하고 신속하게 이루어지지 못할 수 있다.The choke valve 38 injects carbon dioxide in a supercritical state underground. The choke valve 38 is provided in the well head WH described above, and may be provided in the deep sea. Therefore, the choke valve 38 may not be sensitive and rapid pressure adjustment.

그러나 본 발명은 트랜스미터(37a)의 측정값 변화를 이용해 제어밸브(35)를 통하여 이산화탄소 압력을 안정화시킬 수 있으므로, 이산화탄소 압력 변화에 빠르게 대응할 수 있다.However, the present invention can stabilize the carbon dioxide pressure through the control valve 35 by using the change in the measured value of the transmitter 37a, it is possible to respond quickly to the change in carbon dioxide pressure.

또한 본 발명은, 트랜스미터(37a)의 측정값 변화를 통해 제어밸브(35)에 더하여 초크밸브(38)를 이용해 이산화탄소의 압력 변동을 줄일 수 있다. 구체적으로 본 발명은, 트랜스미터(37a)의 측정값 변화가 기준범위 이내일 경우, 제어밸브(35)만으로 이산화탄소의 압력 변동을 줄일 수 있다.In addition, the present invention can reduce the pressure fluctuation of the carbon dioxide by using the choke valve 38 in addition to the control valve 35 through the change in the measured value of the transmitter 37a. Specifically, in the present invention, when the measured value change of the transmitter 37a is within the reference range, only the control valve 35 may reduce the pressure fluctuation of carbon dioxide.

반면 트랜스미터(37a)의 측정값 변화가 기준범위 이상일 경우, 제어밸브(35)만으로는 압력 제어가 어려울 정도로 큰 것으로 보고 제어밸브(35)와 초크밸브(38) 중 적어도 초크밸브(38)를 이용하여 이산화탄소의 압력 변동을 줄일 수 있다.On the other hand, when the measured value change of the transmitter 37a is greater than or equal to the reference range, the control valve 35 alone is considered to be large enough to control the pressure, and by using at least the choke valve 38 of the control valve 35 and the choke valve 38. Pressure fluctuations of carbon dioxide can be reduced.

초크밸브(38)는 트랜스미터(37a)의 측정값 변화에 따라 작동할 수 있고, 및/또는 이산화탄소 펌프(34)의 하류에 마련되어 초임계 상태의 이산화탄소의 압력을 측정하는 보조 트랜스미터(37b)의 측정값 변화에 따라 작동할 수 있다.The choke valve 38 may operate in accordance with the measured value change of the transmitter 37a and / or is provided downstream of the carbon dioxide pump 34 to measure the secondary transmitter 37b for measuring the pressure of carbon dioxide in a supercritical state. It can work according to the value change.

즉 제어밸브(35)는 트랜스미터(37a)의 측정값 변화가 기준범위 이내이면 이산화탄소의 압력 변동을 줄이며, 트랜스미터(37a)의 측정값 변화가 기준범위 이상이면, 제어밸브(35)와 초크밸브(38) 중 적어도 초크밸브(38)는, 보조 트랜스미터(37b)의 측정값을 바탕으로 개도가 조절되어 이산화탄소의 압력 변동을 줄일 수 있다.That is, the control valve 35 reduces the pressure fluctuation of carbon dioxide when the measured value change of the transmitter 37a is within the reference range, and when the measured value change of the transmitter 37a is above the reference range, the control valve 35 and the choke valve ( At least the choke valve 38 of 38 may adjust the opening degree based on the measured value of the auxiliary transmitter 37b to reduce the pressure fluctuation of carbon dioxide.

이를 통해 본 발명은, 1차적으로 액체 상태의 이산화탄소에 대한 압력 변화를 바탕으로 쿨러(36) 전단의 제어밸브(35)로 이산화탄소의 압력 변동을 줄이고, 2차적으로 액체 상태/초임계 상태의 이산화탄소에 대한 압력 변화를 바탕으로 초크밸브(38)로 이산화탄소의 압력 변동을 줄여서, 이산화탄소의 압력 변화가 재주입정에 도달하기 전에 탑사이드에서 미리 조절되어 사전에 압력 교란을 차단할 수 있다.Through this, the present invention, primarily based on the pressure change to the carbon dioxide in the liquid state to reduce the pressure fluctuations of the carbon dioxide to the control valve 35 in front of the cooler 36, and secondly carbon dioxide in the liquid / supercritical state By reducing the pressure fluctuations of the carbon dioxide with the choke valve 38 based on the pressure change on, the pressure change of the carbon dioxide can be pre-adjusted at the top side before reaching the refilling well to block the pressure disturbance in advance.

또한 본 발명은 재주입정에 대해 일정한 압력을 유지할 수 있고, 초크밸브(38)의 압력 강하 부담을 감소시켜 초크밸브(38)의 수명을 늘릴 수 있다. 이러한 제어밸브(35) 및 초크밸브(38)의 제어는, 트랜스미터(37a) 등의 측정값을 받는 제어기(39)에 의하여 이루어질 수 있다.In addition, the present invention can maintain a constant pressure against the re-injection well, it is possible to reduce the pressure drop of the choke valve 38 to increase the life of the choke valve 38. The control of the control valve 35 and the choke valve 38 can be made by the controller 39 receiving measurement values such as the transmitter 37a.

또한 이산화탄소 처리부(30)는, 이산화탄소 배출라인(L30)에서 분기되는 이산화탄소 전달라인(L31)을 구비할 수 있다. 이때 이산화탄소 전달라인(L31)의 분기 지점은 특별히 한정되지 않으며, 이에 대해서는 후술한다.In addition, the carbon dioxide processing unit 30 may include a carbon dioxide delivery line L31 branched from the carbon dioxide discharge line L30. At this time, the branch point of the carbon dioxide delivery line (L31) is not particularly limited, which will be described later.

이산화탄소 전달라인(L31)은, 증류부(20)에서 분리된 이산화탄소를 냉각부(10)로 전달한다. 이산화탄소는 이산화탄소 전달라인(L31)을 통해 예냉기(11)로 전달될 수 있다. 예냉기(11)는 앞서 설명한 바와 같이 R134a를 냉매로 사용할 수 있지만, R134a(kg당 4천원)의 경우 이산화탄소(kg당 2백원) 대비 상당히 고가이므로, 본 발명은 냉매로 R134a를 대신해 이산화탄소를 사용할 수 있다.The carbon dioxide delivery line L31 delivers the carbon dioxide separated from the distillation unit 20 to the cooling unit 10. Carbon dioxide may be delivered to the precooler 11 through a carbon dioxide delivery line (L31). The precooler 11 may use R134a as a refrigerant as described above, but since R134a (4,000 won per kg) is considerably more expensive than carbon dioxide (200 won per kg), the present invention uses carbon dioxide instead of R134a as a refrigerant. Can be.

이때 냉매 순환부(111)에는 이산화탄소 전달라인(L31)을 통해 이산화탄소가 보충될 수 있다. R134a를 사용할 경우 외부로부터 냉매를 보충하는 시설이 필요하지만, 본 실시예는 생산되는 가스로부터 분리되는 대량의 이산화탄소를 냉매로 사용할 수 있으므로, 별도의 냉매 보충 시설을 사용할 필요가 없다.In this case, carbon dioxide may be replenished in the refrigerant circulation part 111 through the carbon dioxide delivery line L31. In the case of using R134a, a facility for replenishing the refrigerant from the outside is required, but since the present embodiment can use a large amount of carbon dioxide separated from the produced gas as the refrigerant, there is no need to use a separate refrigerant replenishment facility.

증류부(20)에서 분리된 이산화탄소는 냉매 순환부(111)에서 냉매 압축기(111a)의 상류에 보충될 수 있다. 이는 냉매 압축기(111a) 하류의 경우 냉매 압력이 높아 보충이 어려울 수도 있기 때문이다.The carbon dioxide separated in the distillation unit 20 may be replenished upstream of the refrigerant compressor 111a in the refrigerant circulation unit 111. This is because downstream of the refrigerant compressor 111a may be difficult to replenish due to the high refrigerant pressure.

다만 냉매 순환부(111)가 이산화탄소를 냉매로 사용하고, 증류부(20)에서 분리된 이산화탄소가 냉매 순환부(111)로 보충되는 경우, 이산화탄소 전달라인(L31)이 분기되는 지점은 이산화탄소 펌프(34)의 하류일 수 있다.However, when the refrigerant circulation unit 111 uses carbon dioxide as the refrigerant, and the carbon dioxide separated from the distillation unit 20 is replenished with the refrigerant circulation unit 111, the point where the carbon dioxide delivery line L31 branches is a carbon dioxide pump ( 34).

이는 이산화탄소 펌프(34)의 하류에서 이산화탄소의 압력이 높아(일례로 130bar 내외), 냉매 순환부(111)로 충분히 냉매를 전달할 수 있기 때문이다. 따라서 이산화탄소는, 이산화탄소 펌프(34)의 하류에서 별도의 가압 없이 냉매 순환부(111)로 공급될 수 있다.This is because the pressure of the carbon dioxide is high (for example, about 130 bar) downstream of the carbon dioxide pump 34, so that the refrigerant can be sufficiently delivered to the refrigerant circulation part 111. Therefore, carbon dioxide may be supplied to the refrigerant circulation unit 111 without further pressurization downstream of the carbon dioxide pump 34.

냉매 순환부(111)에서 사용된 이산화탄소는 다시 이산화탄소 처리부(30)로 리턴될 수 있는데, 다만 냉매로 사용되는 과정에서 냉매 팽창기(111b) 등에 의해 감압될 수 있는바, 리턴되는 이산화탄소에 대해서는 별도의 압축기(도시하지 않음)를 두어 압력을 다시 높여줄 수 있다.The carbon dioxide used in the refrigerant circulation unit 111 may be returned to the carbon dioxide processing unit 30 again, but may be decompressed by the refrigerant expander 111b in the process of being used as the refrigerant. Compressors (not shown) may be placed to increase the pressure again.

위의 경우와 달리, 증류부(20)에서 분리되어 재주입정으로 공급되는 이산화탄소를 별도의 처리 없이 냉매로 활용할 수도 있다. 즉 예냉기(11)는, 증류부(20)에서 분리되어 이산화탄소 처리부(30)로 전달되는 저온의 이산화탄소가 경유하는 스트림을 가질 수 있다.Unlike the above case, the carbon dioxide separated from the distillation unit 20 and supplied to the re-injection well may be used as a refrigerant without additional treatment. That is, the precooler 11 may have a stream passing through the low temperature carbon dioxide separated from the distillation unit 20 and delivered to the carbon dioxide treatment unit 30.

이 경우 이산화탄소는, 증류부(20)에서 분리되어 감압밸브(32)에 의해 감압된 후 예냉기(11)를 경유할 수 있으며, 별도의 냉매 순환부(111)는 생략될 수 있다. 이때 이산화탄소 배출라인(L30) 상에서 예냉기(11)가 경유되는 부분은, 감압밸브(32)의 하류일 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다.In this case, the carbon dioxide may be separated from the distillation unit 20, decompressed by the pressure reducing valve 32, and then passed through the precooler 11, and a separate refrigerant circulation unit 111 may be omitted. At this time, the portion through which the precooler 11 passes on the carbon dioxide discharge line L30 may be downstream of the pressure reducing valve 32, but is not limited thereto.

이와 같이 본 발명은, 이산화탄소 처리부(30)에 의해 재주입정으로 전달되는 이산화탄소를 예냉기(11)의 냉매로 활용하여, 비싼 냉매를 사용할 필요가 없고 외부로부터 냉매를 보충할 필요가 없어 운영 비용을 대폭 줄일 수 있다.As described above, the present invention utilizes the carbon dioxide delivered to the reinjection well by the carbon dioxide treatment unit 30 as a refrigerant of the precooler 11, thereby eliminating the need for using an expensive refrigerant and replenishing the refrigerant from the outside, thereby reducing operating costs. It can greatly reduce.

후처리부(40)는, 증류된 가스에서 이산화탄소를 추가로 분리한다. 증류칼럼(21)에서 이산화탄소가 1차로 분리되지만 여전히 20% 내외의 이산화탄소가 가스에 혼합되어 있을 수 있다.The aftertreatment unit 40 further separates carbon dioxide from the distilled gas. Although carbon dioxide is primarily separated from the distillation column 21, about 20% of carbon dioxide may still be mixed in the gas.

따라서 후처리부(40)는 화학적 작용 등을 활용하여 가스로부터 이산화탄소를 분리해낼 수 있으며, 도 2 또는 도 3에 나타난 구성을 구비할 수 있다.Therefore, the after-treatment unit 40 may separate the carbon dioxide from the gas by using a chemical action, etc., it may have a configuration shown in FIG.

먼저 도 2를 참고하면 후처리부(40)는 아민 흡수칼럼(41)과 아민 재생칼럼(42), 아민 열교환기(43), 아민 펌프(44) 등을 포함한다. 증류칼럼(21)에서 배출되어 가스 공급라인(L23)을 따라 액화부(50)로 흐르는 가스는 아민 흡수칼럼(41)을 경유할 수 있다.First, referring to FIG. 2, the aftertreatment unit 40 includes an amine absorption column 41, an amine regeneration column 42, an amine heat exchanger 43, an amine pump 44, and the like. The gas discharged from the distillation column 21 and flowing to the liquefaction unit 50 along the gas supply line L23 may pass through the amine absorption column 41.

아민 흡수칼럼(41)은, 아민을 이용하는 화학적 작용을 통해 가스에서 이산화탄소를 분리해낼 수 있다. 또한 아민 흡수칼럼(41)은 아민 순환부(411)를 두어 아민이 순환되면서 이산화탄소 분리를 수행하도록 할 수 있다.The amine absorption column 41 can separate carbon dioxide from a gas through a chemical action using an amine. In addition, the amine absorption column 41 may have an amine circulation part 411 to perform carbon dioxide separation while the amine is circulated.

아민 재생칼럼(42)은, 아민 흡수칼럼(41)에서 이산화탄소의 분리에 사용된 아민을 재활용하기 위하여 처리한다. 아민 재생칼럼(42)에서 분리된 액체 상태의 아민 중 일부는 재비기(422)를 통해 가열 및 순환되어 이산화탄소가 기화되도록 하며, 또 다른 일부는 아민 순환라인(L40)을 따라 아민 펌프(44)에 의해 아민 흡수칼럼(41)으로 전달된 후 다시 리턴될 수 있다.The amine regeneration column 42 is treated to recycle the amine used for separation of carbon dioxide in the amine absorption column 41. Some of the liquid amine separated from the amine regeneration column 42 is heated and circulated through the reboiler 422 to allow carbon dioxide to vaporize, and another portion of the amine pump 44 along the amine circulation line L40. May be returned to the amine absorption column 41 and then returned again.

이때 아민 재생칼럼(42)에서 아민 흡수칼럼(41)으로 전달되는 아민과, 아민 흡수칼럼(41)에서 아민 재생칼럼(42)으로 리턴되는 아민은 아민 열교환기(43)에 의하여 서로 열교환될 수 있다.In this case, the amine transferred from the amine regeneration column 42 to the amine absorption column 41 and the amine returned from the amine absorption column 41 to the amine regeneration column 42 may be heat-exchanged with each other by the amine heat exchanger 43. have.

반면 아민 재생칼럼(42)에서 분리된 기체 상태의 아민은 이산화탄소 분리부(421)를 통하여 이산화탄소가 분리될 수 있다. 이산화탄소 분리부(421)는 아민을 청수 등으로 열교환(가열)하여 이산화탄소가 기화되도록 하고, 녹아웃 드럼(421a)을 이용해 액상의 아민은 아민 재생칼럼(42)으로 리턴시키고 기상의 이산화탄소는 이산화탄소 분리라인(L41)을 통해 이산화탄소 처리부(30)로 전달할 수 있다.On the other hand, the gaseous amine separated from the amine regeneration column 42 may be carbon dioxide separated through the carbon dioxide separation unit 421. The carbon dioxide separation unit 421 heat exchanges (heats) the amine with fresh water or the like to vaporize the carbon dioxide. The liquid amine is returned to the amine regeneration column 42 using the knockout drum 421a, and the carbon dioxide in the gas phase is separated from the carbon dioxide. It can be delivered to the carbon dioxide processing unit 30 through (L41).

이러한 일련의 과정을 통해 후처리부(40)는, 아민을 활용하여 가스에 남아있는 이산화탄소를 2차로 제거함으로써, 액화부(50)로 전달되는 가스에 이산화탄소가 충분히 제거되도록 할 수 있다.Through this series of processes, the after-treatment unit 40 may remove carbon dioxide remaining in the gas by using an amine as a secondary, so that the carbon dioxide may be sufficiently removed from the gas delivered to the liquefaction unit 50.

반면 위와 달리 도 3을 참고하면, 후처리부(40)는 감압밸브(45), 결빙기(46)를 포함할 수 있다. 앞선 구성의 경우 아민을 이용해 화학적 방법으로 이산화탄소를 분리해내는 반면, 도 3에서의 후처리부(40)는 이산화탄소의 결빙을 이용해 물리적 방법으로 이산화탄소를 분리해낼 수 있다. 물론 본 발명의 후처리부(40)는 도 2 및 도 3의 구성을 조합하여 구비할 수도 있다.On the other hand, referring to FIG. 3 unlike the above, the aftertreatment unit 40 may include a pressure reducing valve 45 and an ice maker 46. In the case of the above configuration, while the carbon dioxide is separated by a chemical method using an amine, the after-treatment unit 40 in FIG. 3 may separate the carbon dioxide by a physical method using the freezing of carbon dioxide. Of course, the after-treatment unit 40 of the present invention may be provided in combination with the configuration of FIG.

감압밸브(45)는, 증류된 가스를 감압한다. 감압에 의하여 냉각되는 가스 중에서, 이산화탄소는 적어도 일부 액화될 수 있다. 다만 액화부(50)에도 감압밸브(52)가 마련되어 있으므로, 후처리부(40)의 감압밸브(45)가 감압하는 정도는 액화가스 저장탱크(GT)의 내압보다는 높을 수 있다.The pressure reduction valve 45 reduces the distilled gas. Among the gases cooled by reduced pressure, carbon dioxide may be at least partially liquefied. However, since the pressure reducing valve 52 is also provided in the liquefaction unit 50, the degree of pressure reduction of the pressure reducing valve 45 of the after-treatment unit 40 may be higher than the internal pressure of the liquefied gas storage tank GT.

감압에 의해 가스가 과도하게 냉각되면 이산화탄소의 결빙이 결빙기(46) 전에 발생할 수도 있어 라인을 막을 수 있다. 따라서 감압밸브(45)는 결빙기(46)와 인접 설치되거나, 감압밸브(45)의 후단이 결빙기(46)의 입구/내부에 바로 연결되도록 마련될 수 있다.Excessive cooling of the gas by depressurization may result in freezing of carbon dioxide before the freezer 46 and clogging the line. Therefore, the pressure reducing valve 45 may be installed adjacent to the ice maker 46, or the rear end of the pressure reducing valve 45 may be directly connected to the inlet / inside of the ice maker 46.

결빙기(46)는, 감압된 가스에 포함된 이산화탄소를 결빙시킨다. 결빙기(46)는 액화질소 등의 냉매를 이용하여 이산화탄소를 결빙시킬 수 있다. 결빙된 이산화탄소는 필터(461)를 거쳐 이물질이 제거된 후, 이산화탄소 결정으로서 이산화탄소 저장탱크(462)에 저장된다.The ice maker 46 freezes the carbon dioxide contained in the decompressed gas. The ice maker 46 may freeze carbon dioxide using a refrigerant such as liquefied nitrogen. After the frozen carbon dioxide is removed from the foreign matter through the filter 461, the frozen carbon dioxide is stored in the carbon dioxide storage tank 462 as carbon dioxide crystals.

이산화탄소 저장탱크(462)에 저장된 이산화탄소는, 재주입정으로 재주입하는데 사용되거나 또는 별도의 수요처로 공급될 수 있다. 다만 이산화탄소는 이산화탄소 저장탱크(462)에 결정으로 저장되어 있으므로, 자연 승화한 이산화탄소가 이산화탄소 저장탱크(462)에서 배출되어 이산화탄소 처리부(30)를 통해 재주입정으로 전달되도록 할 수 있다.The carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage tank 462 may be used for reinjection into a reinjection well or may be supplied to a separate demand destination. However, since the carbon dioxide is stored as a crystal in the carbon dioxide storage tank 462, the natural sublimed carbon dioxide may be discharged from the carbon dioxide storage tank 462 to be delivered to the re-injection through the carbon dioxide processing unit 30.

도 3의 후처리부(40)를 사용할 경우, 후처리부(40)는 아민을 이용한 이산화탄소의 분리를 생략할 수 있으므로, 아민 흡수칼럼(41)이나 아민 재생칼럼(42)을 구비할 필요가 없다. 따라서 이 경우 공정 전체의 에너지 소모 감소, 유지보수 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.In the case of using the aftertreatment unit 40 of FIG. 3, the aftertreatment unit 40 may omit the separation of carbon dioxide using an amine, and thus, it is not necessary to have an amine absorption column 41 or an amine regeneration column 42. In this case, the energy consumption of the whole process and the maintenance cost can be reduced.

또한 후술하겠으나, 본 실시예의 감압밸브(45), 결빙기(46) 등은 블로우다운을 위한 벤트부(60)의 구성으로 사용될 수도 있다.In addition, as will be described later, the pressure reducing valve 45, the ice maker 46, and the like of the present embodiment may be used as the configuration of the vent part 60 for blowdown.

액화부(50)는, 이산화탄소가 분리된 가스를 액화한다. 액화부(50)는 가스 액화라인(L50)을 따라 흘러서 후처리부(40)를 거친 뒤 가스 액화라인(L50)을 통해 유입되는 가스를 전달받으며, 이산화탄소의 2단계 분리에 의하여 메탄의 비율이 대부분을 차지하게 된 가스를 액화시킬 수 있다.The liquefaction unit 50 liquefies the gas from which carbon dioxide was isolate | separated. The liquefaction unit 50 flows along the gas liquefaction line (L50), passes through the after-treatment unit 40, and receives the gas flowing through the gas liquefaction line (L50). It can liquefy the gas which occupies.

액화부(50)는 액화기(51), 감압밸브(52), 플래시드럼(53)을 포함한다. 액화기(51)는 냉매를 이용하여 가스를 액화하며, 예냉기(11)에서와 동일/유사하게 냉매 공급부(511)를 구비할 수 있다.The liquefaction unit 50 includes a liquefier 51, a pressure reducing valve 52, and a flash drum 53. The liquefier 51 liquefies gas by using a refrigerant, and may include a refrigerant supply unit 511 similarly or similarly to that of the precooler 11.

냉매 공급부(511)는, 냉매 압축기(511a), 냉매 팽창기(511b), 냉매 탱크(511c) 등으로 이루어질 수 있으며, 냉매 냉각기(도시하지 않음)가 추가될 수 있음은 물론이다.The refrigerant supply unit 511 may include a refrigerant compressor 511a, a refrigerant expander 511b, a refrigerant tank 511c, and the like, and a refrigerant cooler (not shown) may be added.

액화부(50)로 유입되는 가스는 30bar 내외일 수 있는데(후처리부(40)가 아민을 사용하는 경우), 이때 가스의 비등점은 대기압에서의 비등점보다 높을 수 있으므로, 액화부(50)는 가스를 대기압에서의 비등점보다 높은 온도로 냉각하더라도 적어도 일부의 가스가 액화될 수 있다.The gas flowing into the liquefaction unit 50 may be about 30 bar (when the after-treatment unit 40 uses an amine), in which case the boiling point of the gas may be higher than the boiling point at atmospheric pressure, the liquefaction unit 50 is a gas At least a portion of the gas may be liquefied even if it is cooled to a temperature higher than the boiling point at atmospheric pressure.

감압밸브(52)는, 액화부(50)에 의해 냉각된 가스를 감압하여, 줄-톰슨 효과를 통해 추가로 냉각할 수 있다. 이때 감압밸브(52)는 액화가스 저장탱크(GT)의 내압에 대응되는 수준(일례로 대기압 내외)까지 가스의 압력을 떨어뜨려서, 가스가 적어도 대부분 액화되도록 할 수 있다.The pressure reducing valve 52 may further reduce the pressure of the gas cooled by the liquefaction unit 50 and further cool through the Joule-Thomson effect. In this case, the pressure reducing valve 52 may drop the pressure of the gas to a level corresponding to the internal pressure of the liquefied gas storage tank GT (for example, atmospheric pressure), so that the gas is at least mostly liquefied.

플래시드럼(53)은, 감압밸브(52)에서 감압되더라도 액화되지 않은 일부 성분(질소 등)을 플래시가스로서 플래시가스 배출라인(L51)을 따라 외부로 배출할 수 있다. 이때 플래시가스 배출라인(L51)은 대기로 연결되거나 별도의 수요처로 연결될 수 있다.The flash drum 53 may discharge some components (nitrogen or the like) that are not liquefied to the outside along the flash gas discharge line L51 even though the pressure is reduced by the pressure reducing valve 52. At this time, the flash gas discharge line (L51) may be connected to the atmosphere or to a separate demand destination.

일례로 플래시가스는 질소 등을 포함하고 있으므로, 플래시가스를 예냉기(11)의 냉매로 활용할 수도 있다. 즉 예냉기(11)에 연결된 냉매 순환부(111)에는, 플래시가스가 보충되도록 라인이 연결될 수 있다.For example, since the flash gas contains nitrogen or the like, the flash gas may be used as a refrigerant of the precooler 11. That is, a line may be connected to the refrigerant circulation part 111 connected to the precooler 11 to replenish the flash gas.

플래시드럼(53)에서 분리된 액상의 가스는 액화가스 저장탱크(GT)로 전달되어 저장되며, 저장된 가스는 최종 생산물로서 취급될 수 있다. 이후 가스는 가스 운반선에 의하여 운송될 수 있다.The liquid gas separated from the flash drum 53 is delivered to and stored in the liquefied gas storage tank GT, and the stored gas may be treated as a final product. The gas can then be transported by gas carrier.

벤트부(60)는, 증류부(20)에서 배출되는 기체 상태의 가스를 벤트한다. 벤트부(60)는 공정이 멈추는 셧다운(shut-down) 상황 등에서 가스를 외부로 방출하는 블로우다운(blowdown)을 구현할 수 있다.The vent unit 60 vents a gas in a gaseous state discharged from the distillation unit 20. The vent part 60 may implement a blowdown for discharging the gas to the outside in a shut-down situation in which the process is stopped.

다만 증류부(20)로 유입된 가스의 압력은 30bar 내외로 대기압보다 높으므로, blowdown 시 벤트부(60)는 배출되는 가스를 감압하여 벤트라인(L60)을 따라 외부(일례로 대기)로 내보낼 수 있다. However, since the pressure of the gas introduced into the distillation unit 20 is higher than about 30 bar and the atmospheric pressure, when the blowdown, the vent unit 60 decompresses the discharged gas to be discharged to the outside (for example, the atmosphere) along the vent line L60. Can be.

벤트부(60)는 블로우다운 밸브(61), 히터(62), 온도센서(63)를 포함한다. 블로우다운 밸브(61)는 blowdown되는 가스의 압력을 낮춘다. 이 경우 감압이 발생하게 되어, 배출되는 가스는 냉각됨에 따라 이산화탄소의 결빙 우려가 있다.The vent part 60 includes a blowdown valve 61, a heater 62, and a temperature sensor 63. The blowdown valve 61 lowers the pressure of the gas being blowdown. In this case, decompression occurs, and as the exhaust gas is cooled, there is a fear of freezing of carbon dioxide.

이를 해소하기 위해 벤트부(60)는 히터(62)를 마련할 수 있다. 히터(62)는 블로우다운 밸브(61)의 상류 및/또는 하류에 마련되어, 다양한 열원을 활용하여 가스를 가열함으로써, 블로우다운 밸브(61)로 인해 가스의 압력이 떨어지면서 냉각될 경우 이산화탄소의 결빙을 방지할 수 있다.In order to solve this problem, the vent part 60 may provide a heater 62. The heater 62 is provided upstream and / or downstream of the blowdown valve 61 to heat the gas utilizing various heat sources, thereby freezing carbon dioxide when cooled due to the pressure drop of the gas due to the blowdown valve 61. Can be prevented.

이때 히터(62)는, 냉각부(10)에서 가스의 냉각에 사용된 냉매의 폐열을 이용할 수 있다. 냉각부(10)의 예냉기(11)에는 냉매 순환부(111)가 마련되고, 냉매 순환부(111)에는 냉매를 냉각하기 위한 냉매 냉각기(111c)가 마련되는데, 냉매 냉각기(111c)에서 냉매는 냉각되면서 외기 또는 냉각수에 폐열을 전달할 수 있다.In this case, the heater 62 may use waste heat of the refrigerant used for cooling the gas in the cooling unit 10. The cooler 11 of the cooling unit 10 is provided with a refrigerant circulation unit 111, the refrigerant circulation unit 111 is provided with a refrigerant cooler (111c) for cooling the refrigerant, the refrigerant in the cooler (111c) As it cools, it can transfer waste heat to outside air or cooling water.

이 경우 히터(62)에는 외기 또는 냉각수가 전달되는 폐열 전달라인(L112)이 연결되며, 히터(62)는 폐열을 전달받은 외기 또는 냉각수를 배출되는 가스와 열교환하여, 가스를 가열해 이산화탄소의 결빙을 억제할 수 있다. 이때 가스를 가열하면서 냉각되는 외기 또는 냉각수는 외부로 버려지거나 또는 냉매 냉각기(111c)로 순환되어 재사용될 수 있지만, 유동을 위와 같이 한정하는 것은 아니다.In this case, the waste heat transfer line L112 through which the outside air or the coolant is transferred is connected to the heater 62, and the heater 62 heat-exchanges the outside air or the coolant with the waste heat, and heats the gas to freeze carbon dioxide. Can be suppressed. At this time, the outside air or the cooling water cooled while heating the gas may be discarded to the outside or circulated to the refrigerant cooler 111c to be reused, but the flow is not limited thereto.

또는 히터(62)는, 가스의 가열을 위하여 벤트되는 가스의 흐름을 둘러싸는 라인 형태로 마련될 수 있고, 벤트라인(L60)을 감싸서 이중관 구조를 이룰 수도 있다.Alternatively, the heater 62 may be provided in the form of a line surrounding the flow of the gas vented to heat the gas, and may form a double pipe structure by surrounding the vent line L60.

물론 냉매의 폐열은 이산화탄소의 결빙을 방지하기 위해 히터(62) 외에도 다양한 부분에서 사용될 수 있음을 알려둔다. Of course, the waste heat of the refrigerant can be used in various parts in addition to the heater 62 to prevent freezing of carbon dioxide.

또한 본 발명은, 블로우다운 밸브(61)의 개도를 제어하여 이산화탄소의 결빙을 억제할 수 있다. 이를 위해 벤트라인(L60)에는 블로우다운 밸브(61)의 상류 또는 하류에 가스의 온도를 측정하는 온도센서(63)가 마련되며, 블로우다운 밸브(61)는 배출되는 가스의 온도가 기설정값 이하이면, 개도를 높여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지할 수 있다. In addition, the present invention can suppress the freezing of carbon dioxide by controlling the opening degree of the blowdown valve 61. To this end, the vent line (L60) is provided with a temperature sensor 63 for measuring the temperature of the gas upstream or downstream of the blowdown valve 61, the blowdown valve 61 is the temperature of the discharged gas is a preset value If it is below, the opening degree can be raised and the freezing of the carbon dioxide contained in gas can be prevented.

블로우다운 밸브(61)가 가스를 감압하는 만큼 가스에는 냉각이 이루어지므로, 블로우다운 밸브(61)가 가스를 감압하는 정도를 낮추면, 가스의 온도 하강이 억제될 수 있다.Since the gas is cooled as much as the blowdown valve 61 depressurizes the gas, when the blowdown valve 61 reduces the degree of depressurizing the gas, the temperature drop of the gas can be suppressed.

다만 블로우다운 초기 배출 시 블로우다운 밸브(61)가 개도를 높여 감압 정도를 낮추게 되면, 배출되는 가스의 유량과 유속이 강해 문제될 수 있다.However, if the blowdown valve 61 increases the opening degree and lowers the decompression degree during the initial blowdown, the flow rate and the flow rate of the discharged gas may become strong.

따라서 도 5에 나타난 바와 같이, 초기 배출 시 블로우다운 밸브(61)는 배출되는 가스를 정상 범위로 감압하되 히터(62)를 이용하여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하고, 온도센서(63)의 측정값이 기설정값(일례로 -60도씨) 이하이면 블로우다운 밸브(61)의 개도를 높여 감압에 의한 냉각을 줄여서 이산화탄소 결빙을 방지할 수 있다.Therefore, as shown in Figure 5, during the initial discharge blowdown valve 61 to reduce the discharged gas to the normal range to prevent the freezing of carbon dioxide contained in the gas using the heater 62, the temperature sensor 63 If the measured value of is less than or equal to a preset value (for example, -60 degrees Celsius), the opening degree of the blowdown valve 61 is increased to reduce cooling due to reduced pressure, thereby preventing carbon dioxide freezing.

또한 온도센서(63)의 측정값이 기설정값 이하이면 블로우다운 밸브(61)의 개도를 높이는 동시에 히터(62)를 이용함으로써, 벤트라인(L60)에서의 이산화탄소 결빙을 효과적으로 억제할 수 있다. If the measured value of the temperature sensor 63 is equal to or less than the preset value, the carbon dioxide freezing in the vent line L60 can be effectively suppressed by increasing the opening degree of the blowdown valve 61 and using the heater 62.

다만 블로우다운 밸브(61)의 개도를 높이는 시점은 가스의 측정 온도에 의해 결정될 수 있지만, 가스의 압력이나 유량 등에 의해서도 결정될 수 있으므로, 온도센서(63)는 기타 다른 센서로 대체되거나 병행될 수 있다.However, the timing of increasing the opening degree of the blowdown valve 61 may be determined by the measurement temperature of the gas, but may also be determined by the pressure or flow rate of the gas, and thus the temperature sensor 63 may be replaced or replaced with other sensors. .

이 경우 블로우다운 밸브(61)는, 센서에 의해 가스의 온도/압력/유량 등이 기설정값 이하로 측정되면, 개도가 확장되어 줄-톰슨 효과를 줄여 가스의 냉각을 억제함으로써, 결빙 방지를 구현할 수 있다. 이러한 센서의 측정값에 따른 블로우다운 밸브(61) 및 히터(62)의 제어는 제어기(64)에 의해 이루어질 수 있다.In this case, the blowdown valve 61 prevents freezing by reducing the Joule-Thomson effect by reducing the Joule-Thomson effect when the gas temperature / pressure / flow rate or the like is measured by the sensor below the preset value. Can be implemented. Control of the blowdown valve 61 and the heater 62 according to the measured value of this sensor can be made by the controller 64.

이와 같이 본 발명은, 가스를 생산하는 과정에서 이산화탄소의 결빙을 방지하면서, 안정적인 운용이 가능하도록 하여 에너지 절감, 비용 절감 등의 효과를 거둘 수 있다.Thus, the present invention, while preventing the freezing of carbon dioxide in the process of producing gas, it is possible to achieve a stable operation and to reduce the energy, cost, and the like.

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.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, a combination of the above embodiments or a combination of at least one of the above embodiments and known technologies may be included as another embodiment.

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.The present invention has been described above with reference to the embodiments of the present invention. However, the present invention is only an example, and is not intended to limit the present invention. Those skilled in the art will not depart from the essential technical details of the present embodiment. It will be appreciated that various combinations or modifications and applications which are not exemplified in the embodiments are possible in the scope. Therefore, technical matters related to modifications and applications easily derivable from the embodiments of the present invention should be interpreted as being included in the present invention.

1: 가스 처리 시스템 GT: 액화가스 저장탱크
WH: 웰 헤드 BH: 바텀 홀
10: 냉각부 L10: 생산가스 전달라인
L11: 생산가스 리턴라인 L12: 액상 공급라인
L13: 기상 공급라인 11: 예냉기
111: 냉매 순환부 111a: 냉매 압축기
111b: 냉매 팽창기 111c: 냉매 냉각기
L111: 냉매 순환라인 L112: 폐열 전달라인
12: 열교환기 13: 기액분리기
14: 감압밸브 15: 팽창기
16: 보조 열교환기 161: 감압밸브
20: 증류부 L20: 가스 순환라인
L21: 기상 전달라인 L22: 기상 순환라인
L23: 가스 공급라인 21: 증류칼럼
22: 터빈 23: 쿨러
30: 이산화탄소 처리부 L30: 이산화탄소 배출라인
L31: 이산화탄소 전달라인 31: 재비기
32: 감압밸브 33: 열교환기
34: 이산화탄소 펌프 35: 제어밸브
36: 쿨러 37a: 트랜스미터
37b: 보조 트랜스미터 38: 초크밸브
39: 제어기 40: 후처리부
L40: 아민 순환라인 L41: 이산화탄소 분리라인
41: 아민 흡수칼럼 411: 아민 순환부
42: 아민 재생칼럼 421: 이산화탄소 분리부
421a: 녹아웃 드럼 422: 재비기
43: 아민 열교환기 44: 아민 펌프
45: 감압밸브 46: 결빙기
461: 필터 462: 이산화탄소 저장탱크
50: 액화부 L50: 가스 액화라인
L51: 플래시가스 배출라인 51: 액화기
511: 냉매 공급부 511a: 냉매 압축기
511b: 냉매 팽창기 511c: 냉매 탱크
52: 감압밸브 53: 플래시드럼
60: 벤트부 L60: 벤트라인
61: 블로우다운 밸브 62: 히터
63: 온도센서 64: 제어기
1: gas treatment system GT: liquefied gas storage tank
WH: Well Head BH: Bottom Hole
10: cooling unit L10: production gas delivery line
L11: Production Gas Return Line L12: Liquid Supply Line
L13: Weather Supply Line 11: Precooler
111: refrigerant circulation section 111a: refrigerant compressor
111b: refrigerant expander 111c: refrigerant cooler
L111: Refrigerant circulation line L112: Waste heat transfer line
12: heat exchanger 13: gas-liquid separator
14: pressure reducing valve 15: expander
16: auxiliary heat exchanger 161: pressure reducing valve
20: distillation unit L20: gas circulation line
L21: weather delivery line L22: weather circulation line
L23: gas supply line 21: distillation column
22: turbine 23: cooler
30: carbon dioxide treatment unit L30: carbon dioxide discharge line
L31: CO2 Delivery Line 31: Reboiler
32: pressure reducing valve 33: heat exchanger
34: carbon dioxide pump 35: control valve
36: cooler 37a: transmitter
37b: Auxiliary transmitter 38: Choke valve
39: controller 40: post-processing unit
L40: amine circulation line L41: carbon dioxide separation line
41: amine absorption column 411: amine circulation
42: amine regeneration column 421: carbon dioxide separation unit
421a: knockout drum 422: scourer
43: amine heat exchanger 44: amine pump
45: pressure reducing valve 46: ice machine
461: filter 462: carbon dioxide storage tank
50: liquefaction unit L50: gas liquefaction line
L51: flash gas discharge line 51: liquefier
511: refrigerant supply unit 511a: refrigerant compressor
511b: refrigerant expander 511c: refrigerant tank
52: pressure reducing valve 53: flash drum
60: vent part L60: vent line
61: blowdown valve 62: heater
63: temperature sensor 64: controller

Claims (6)

해양 구조물에 마련되어 가스정으로부터 가스를 공급받아 처리하는 시스템으로서,
상기 가스정에서 생산되는 가스를 냉각하는 냉각부;
냉각된 가스에서 이산화탄소를 분리하기 위해 극저온 증류하는 증류부;
이산화탄소가 분리된 가스를 액화하는 액화부; 및
상기 증류부에서 배출되는 기체 상태의 가스를 벤트하는 벤트부를 포함하며,
상기 벤트부는,
배출되는 가스를 감압하되 배출되는 가스의 온도가 기설정값 이하이면 개도를 높여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하는 블로우다운 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
The system is provided in the offshore structure to receive gas from the gas well and process it,
Cooling unit for cooling the gas produced in the gas well;
A distillation unit for cryogenic distillation to separate carbon dioxide from the cooled gas;
A liquefaction unit for liquefying gas from which carbon dioxide is separated; And
It includes a vent for venting the gas of the gas state discharged from the distillation unit,
The vent part,
And a blowdown valve to reduce the pressure of the discharged gas and increase the opening degree to prevent freezing of carbon dioxide contained in the gas when the temperature of the discharged gas is lower than or equal to a preset value.
제 1 항에 있어서, 상기 벤트부는,
상기 블로우다운 밸브의 하류에 마련되는 히터; 및
상기 블로우다운 밸브의 하류에서 가스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
The method of claim 1, wherein the vent portion,
A heater provided downstream of the blowdown valve; And
And a temperature sensor for measuring the temperature of the gas downstream of said blowdown valve.
제 2 항에 있어서, 상기 벤트부는,
초기 배출 시 배출되는 가스를 정상 감압하되 상기 히터를 이용하여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하고, 상기 온도센서의 측정값이 기설정값 이하이면 상기 블로우다운 밸브의 개도를 높여 감압에 의한 냉각을 줄여서 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
The method of claim 2, wherein the vent portion,
Normally depressurize the gas discharged during initial discharge, but prevent freezing of carbon dioxide contained in the gas by using the heater, and if the measured value of the temperature sensor is less than or equal to a preset value, increase the opening degree of the blowdown valve to cool by reduced pressure Gas treatment system, characterized in that to prevent the freezing of carbon dioxide contained in the gas.
제 2 항에 있어서, 상기 벤트부는,
상기 온도센서의 측정값이 기설정값 이하이면 상기 블로우다운 밸브의 개도를 높이는 동시에 상기 히터를 이용하여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
The method of claim 2, wherein the vent portion,
When the measured value of the temperature sensor is less than a predetermined value increases the opening degree of the blowdown valve and at the same time using the heater to prevent freezing of carbon dioxide contained in the gas.
제 1 항에 있어서, 상기 블로우다운 밸브는,
배출되는 가스를 감압하되 배출되는 가스의 유량이 기설정값 이하이면 개도를 높여 가스에 포함된 이산화탄소의 결빙을 방지하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
The method of claim 1, wherein the blowdown valve,
Depressurizing the discharged gas, but if the flow rate of the discharged gas is less than the predetermined value to increase the opening degree to prevent the freezing of carbon dioxide contained in the gas.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 해양 구조물.

An offshore structure comprising the gas treatment system according to any one of claims 1 to 5.

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