KR20210009159A - 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하므로 열분해물을 냉각하는 과정에서 소요되는 에너지 사용량을 줄일 수 있으며, 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하는 과정에서 액화천연가스는 기화되어 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료로 분리되며 메탄을 포함하는 연료는 수요처에 공급되고 에탄을 포함하는 원료는 에틸렌 제조에 사용되므로 액화천연가스를 수요처에 연료로 공급하기 위해 필요한 기화 시설을 필요로 하지 않고 에틸렌을 생산하기 위해 액화천연가스에서 에탄 등을 분리하기 위한 분리 시설을 필요로 하지 않으며, 열교환 과정에서 생성된 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기생산량을 증대시킬 수 있는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 대한 것이다.

Description

액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법{Method for munufacturing ethlyene using LNG}

본 발명은 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하므로 열분해물을 냉각하는 과정에서 소요되는 에너지 사용량을 줄일 수 있으며, 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하는 과정에서 액화천연가스는 기화되어 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료로 분리되며 메탄을 포함하는 연료는 수요처에 공급되고 에탄을 포함하는 원료는 에틸렌 제조에 사용되므로 액화천연가스를 수요처에 연료로 공급하기 위해 필요한 기화 시설을 필요로 하지 않고 에틸렌을 생산하기 위해 액화천연가스에서 에탄 등을 분리하기 위한 분리 시설을 필요로 하지 않으며, 열교환 과정에서 생성된 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기생산량을 증대시킬 수 있는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 대한 것이다.

에틸렌(Ethylene)은 탄소 개수가 2개인 올레핀계 탄화수소로, 상온·상압에서 공기보다 약간 가벼운 무색의 기체이며, 석유화학공업의 대표적인 기초원료로 사용되고, 각종 합성 수지(예컨대, HDPE, LDPE, LLDPE 등), 합성 섬유(예컨대, 폴리에스터 섬유), 합성 고무 등의 제조에 이용되게 된다.

상기 에틸렌은 대표적으로 하기 특허문헌에 기재된 바와 같이 납사(Naphtha)를 열분해하고 급냉, 압축, 냉각 및 정제 공정 등을 차례로 거쳐 생산되게 된다. 또한, 상기 에틸렌은 에탄(Ethane)을 원료로 하여 위와 유사한 과정을 거쳐 제조될 수도 있다.

<특허문헌>

공개특허 제10-2009-0123648호(2009. 12. 02. 공개) "납사 분해 공장의 열량 회수 방법"

하지만, 종래의 납사를 이용하여 에틸렌을 생산하는 방법은 목적하는 에틸렌 이외에도 많은 다른 물질이 생산되게 되어 원료 대비 에틸렌의 생산 비율이 낮고, 종래 에탄을 이용하여 에틸렌을 생산하는 방법은 원료 대비 에틸렌의 생산 비율이 높으나 LNG 등에서 따로 에탄을 분리하여야 하는 문제가 있다. 즉, 종래의 에틸렌을 생산하는 방법은 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하므로, 열분해물을 냉각하는 과정에서 소요되는 에너지 사용량을 줄일 수 있는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하는 과정에서 액화천연가스는 기화되어 메탄, 에탄 등으로 분리되며, 기화된 메탄 등은 수요처에 연료로 공급되고, 기화된 에탄 등은 에틸렌 제조의 원료로 사용되므로, 액화천연가스를 수요처에 연료로 공급하기 위해 필요한 기화 시설을 필요로 하지 않고, 에틸렌을 생산하기 위해 액화천연가스에서 에탄 등을 분리하기 위한 분리 시설을 필요로 하지 않는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다

또한, 본 발명은 열교환과정에 의해 열분해물로부터 열을 회수하는 과정에서 생성된 스팀은 고온 및 고압을 가지고, 액화천연가스를 이용하여 열교환단계를 거친 열분해물을 냉각하여 열분해물을 냉각하는 과정에서 소요되는 에너지 사용량을 줄일 수 있으므로, 열교환 과정에서 생성된 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기생산량을 증대시킬 수 있는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법은 에탄을 포함하는 원료를 열분해하여 열분해물을 얻는 가열단계와; 상기 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 분리단계와; 상기 분리단계에서 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 공급하는 유체공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 있어서 상기 분리단계는 상기 유체공급단계에서 공급된 액화천연가스를 냉각 유체로 사용하여 상기 열분해물을 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키는 엘엔지이용단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법은 상기 엘엔지이용단계에서 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라, 비점이 낮은 물질을 먼저 기화되고 비점이 높은 물질은 나중에 기화된다는 점을 이용하여 기화된 액화천연가스로부터 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료를 분리하는 가스분리단계를 가지는 가스분리공급단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 있어서 상기 가스분리공급단계는 상기 가스분리단계에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료가 상기 가열단계에서 사용될 수 있도록 공급하는 원료공급단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법에 있어서 상기 가스분리공급단계는 상기 가스분리단계에서 분리된 상기 메탄을 포함하는 연료를 상기 수요처에 공급하는 연료공급단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법은 상기 가열단계와 분리단계 사이에서 수행되며, 상기 가열단계에서 배출된 열분해물로부터 열을 회수하는 열교환단계와; 상기 열교환단계의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기를 발생시키는 전기발생단계를 추가로 포함하며, 상기 가스분리공급단계는 상기 전기발생단계에서 부산물로 생성되는 유체를 이용하여 상기 연료공급단계를 통해 수요처에 공급되는 연료의 온도를 조절하여 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 하는 가스조절단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법은 에틸렌 생산시스템을 이용하여 수행되며, 상기 에틸렌 생산시스템은 에탄을 열분해하여 열분해물을 얻는 가열부와; 상기 가열부로부터 배출되는 열분해물로부터 열을 회수하는 열교환기와; 상기 열교환기를 통과한 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 분리부와; 상기 분리부가 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 상기 분리부에 공급하는 유체공급부와; 상기 유체공급부에 의해 상기 분리부에 공급된 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라, 비점이 낮은 물질을 먼저 기화되고 비점이 높은 물질은 나중에 기화된다는 점을 이용하여 기화된 액화천연가스로부터 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료를 분리하는 가스분리부를 가지는 가스분리공급부와; 상기 열교환기의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기를 발생시키는 전기발생부를 포함하고, 상기 분리부는 상기 유체공급부로부터 공급된 액화천연가스를 냉각 유체로 사용하여 상기 열분해물을 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키는 엘엔지이용부를 포함하며, 상기 가스분리공급부는 상기 가스분리부에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료를 상기 가열부에 공급하는 원료공급부와, 상기 가스분리부에서 분리된 상기 메탄을 포함하는 연료를 수요처에 공급하는 연료공급부와, 상기 전기발생부에서 부산물로 생성되는 유체를 이용하여 상기 연료공급부를 통해 수요처에 공급되는 연료의 온도를 조절하여 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 하는 가스조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하므로, 열분해물을 냉각하는 과정에서 소요되는 에너지 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 액화천연가스를 이용하여 열분해물을 냉각하는 과정에서 액화천연가스는 기화되어 메탄, 에탄 등으로 분리되며, 기화된 메탄 등은 수요처에 연료로 공급되고, 기화된 에탄 등은 에틸렌 제조의 원료로 사용되므로, 액화천연가스를 수요처에 연료로 공급하기 위해 필요한 기화 시설을 필요로 하지 않고, 에틸렌을 생산하기 위해 액화천연가스에서 에탄 등을 분리하기 위한 분리 시설을 필요로 하지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열교환과정에 의해 열분해물로부터 열을 회수하는 과정에서 생성된 스팀은 고온 및 고압을 가지고, 액화천연가스를 이용하여 열교환단계를 거친 열분해물을 냉각하여 열분해물을 냉각하는 과정에서 소요되는 에너지 사용량을 줄일 수 있으므로, 열교환 과정에서 생성된 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기생산량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌 생산 방법을 나타내는 순서도.
도 2는 도 1의 에틸렌 생산 방법에 사용되는 에틸렌 생산시스템의 블럭도.
도 3은 도 2의 에틸렌 생산시스템에 사용되는 분리부, 유체공급부 및 가스분리공급부를 설명하기 위한 구성도.

이하에서는 본 발명에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법을 도 1 내지 3을 참조하여 설명하면, 상기 에틸렌을 생산하는 방법은 액화천연가스로부터 유래된 원료를 열분해하여 열분해물을 얻는 가열단계(S1)와; 상기 가열단계(S1)에서 얻은 열분해물로부터 열을 회수하는 열교환단계(S2)와; 상기 열교환단계(S2)를 거친 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 분리단계(S3)와; 상기 분리단계(S3)에서 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 공급하는 유체공급단계(S4)와; 상기 분리단계(S3)에서 액화천연가스는 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 다르다는 것을 이용하여, 메탄, 에탄 및 그 이외의 물질로 분리하고, 분리된 에탄을 포함하는 원료를 가열단계(S1)에서 사용될 수 있도록 공급하며, 분리된 메탄을 포함하는 연료를 수요처에 공급하는 가스분리공급단계(S5)와; 상기 분리단계(S3)에서 배출되는 각 응축물을 증류하여 각 응축물 속에 포함된 각 성분을 분리하는 정제단계(S6)와, 상기 열교환단계(S2)의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 전기발생단계(S7) 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에틸렌 생산방법을 구체적으로 설명하기에 앞서, 상기 에틸렌 생산방법에 사용되는 에틸렌 생산시스템을 도 2 및 3을 참조하여 먼저 설명하면, 상기 에틸렌 생산시스템은 액화천연가스에서 유래된 에틸렌 생산 원료를 열분해하는 가열부(1)와; 상기 가열부(1)로부터 배출되는 열분해물로부터 열을 회수하는 열교환기(2)와; 상기 열교환기(2)를 통과한 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 분리부(3)와; 상기 분리부(3)가 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 상기 분리부(3)에 공급하는 유체공급부(4)와; 상기 유체공급부(4)에 의해 상기 분리부(3)에 공급된 액화천연가스는 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 다르다는 것을 이용하여 액화천연가스의 구성 물질을 분리하고, 상기 에탄을 포함하는 원료를 상기 가열부(1)에 공급하고, 상기 메탄을 포함하는 연료는 수요처에 공급하는 가스분리공급부(5)와; 상기 분리부(3)에서 배출되는 각 응축물을 증류하여 각 응축물 속에 포함된 각 성분을 분리하는 정제부(6)와; 상기 열교환기(2)의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 전기발생부(7) 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가열부(1)는 액화천연가스에서 유래된 에틸렌 생산 원료를 가열하는 구성으로, 희석 증기와 혼합되어 상기 가열부(1) 내로 유입된 에틸렌 생산 원료는 고온(예컨대, 850 내지 1200℃)에서 열분해되어 여러 성분의 탄화수소 화합물로 분해되게 된다. 상기 가열부(1)에 유입되는 에틸렌 생산 원료가, 열분해물을 냉각하는 과정에서 액화천연가스로부터 분리된 원료가 사용된다는 점에서만 차이가 있음을 뿐, 상기 가열부(1)는 종래의 에탄 크래킹 센터(ECC)의 크래킹 히터(Cracking heater)가 사용될 수 있다.

상기 열교환기(2)는 상기 가열부(1)로부터 배출되는 열분해물로부터 열을 회수하는 구성으로, 저온의 유체를 공급하는 공급로(21)와 열을 흡수하여 가열된 유체를 배출하는 배출로(22)를 포함하며, 열을 회수하여 스팀을 생산하는 종래의 열교환기가 사용될 수 있다. 상기 열교환기(2)의 열교환 과정에서 회수된 열(예컨대, 스팀)은 고온 및 고압(즉, 양질)의 스팀 형태로 출력되므로, 상기 전기발생부(7)에서 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 스팀 터빈 발전기를 작동시키는데 이용되거나, 도시하지 않았지만 상기 분리부(3)에서 열분해물을 냉각하기 위해 사용되는 터빈을 작동시키는데 이용되거나, 상기 가스분리공급부(5)에서 분리된 연료를 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 상기 연료의 온도를 높이는데 이용될 수 있다.

상기 분리부(3)는 상기 열교환기(2)를 통과한 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 구성으로, 엘엔지이용부(31), 냉각기이용부(32) 등을 포함한다. 도시하지는 않았지만, 상기 분리부(3)는 엘엔지이용부(31) 또는 냉각기이용부(32)를 이용하여 열분해물을 냉각하기 전에, 열분해물을 Quench oil로 1차 냉각하고 Quench water로 2차 냉각하는 급냉부와, 상기 급냉부를 통과한 열분해물을 압축하여 부피를 감소시키는 압축부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 급냉부와 압축부는 종래의 ECC에 사용되는 급냉 시설 및 압축 시설이 이용될 수 있다.

상기 엘엔지이용부(31)는 상기 유체공급부(4)로부터 공급된 액화천연가스를 냉각 유체로 사용하여 상기 열분해물을 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키는 구성으로, 열분해물이 유출입되는 탱크(311)와, 일단은 상기 탱크(311)의 일측과 연통되고 타단은 상기 탱크(312)의 타측에 연통되어 상기 탱크(311) 내부에 위치하며 상기 유체공급부(4)로부터 공급된 액화천연가스가 이동하는 이동관(312) 등을 포함한다. 상기 액화천연가스를 기화되어 형성된 기화물은 상온의 온도를 가지는 바람직하다. 상기 액화천연가스는 천연가스를 -162℃ 이하로 냉각시켜 액화한 것으로 저온 상태를 유지하고 있으므로, 상기 유체공급부(4)가 상기 액화천연가스를 상기 이동관(312)에 공급하는 경우, 상기 액화천연가스가 상기 이동관(312)을 통과하는 과정에서 상기 이동관(312) 주위의 열분해물은 상기 액화천연가스의 냉열에 의해 냉각되게 되며 상기 액화천연가스는 열분해물의 열을 흡수하여 기화되게 된다. 상기 천연가스는 메탄이 주성분이며 일부 에탄을 포함하고 있고(예컨대, 천연가스는 메탄 88%, 에탄 9% 및 기타 물질을 소량 포함함), 상기 메탄, 에탄 및 이외의 물질은 기화되는 온도가 다르므로, 상기 액화천연가스가 상기 이동관(312)을 통과하면서 메탄이 먼저 기화되고 에탄이 나중에 기화되므로(즉, 메탄이 먼저 상기 이동관(312)에서 배출됨), 즉 에탄과 에탄 이외의 물질의 분리가 가능한데, 이에 대해서는 하기의 가스분리공급부(5)에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 냉각기이용부(32)는 상기 엘엔지이용부(31)를 통과한 열분해물을 냉각기를 이용하여 단계적으로 냉각하여(대략, -167℃까지 단계별로 냉각), 각 냉각단계별로 응축물을 얻는 구성이다. 상기 열분해물은 여러 종류의 탄화수소 화합물이 존재하는데, 각 탄화수소 화합물은 비점이 다르므로, 상기 열분해물을 순차적으로 냉각하는 경우(예컨대, -100, -130, -167℃ 단계별로 냉각), 비점이 높은 물질은 초기 냉각단계(예컨대, -100℃ 냉각단계)에서 응축하여 응축물이 되며, 비점이 낮은 물질은 마지막 냉각단계(예컨대, -167℃ 냉각단계)에서 응축물이 되므로, 상기 열분해물을 분리할 수 있게 된다. 상기 냉각기(미도시)는 터빈(미도시)에 의해 작동하여 열분해물을 냉각하는데, 상기 터빈의 구동시키기 위해 상기 열교환기(2)에서 생성된 스팀이 이용될 수 있으며, 상기 냉각기를 이용하여 단계적으로 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 상기 열분해물을 분리하는 상기 냉각기이용부(32)는 상기 엘엔지이용부(31)에서 냉각된 열분해물이 사용된다는 점에서만 차이가 있음을 뿐, 종래의 에탄 크래킹 센터(ECC)의 냉각분리시설이 이용될 수 있다. 종래에는 압축부를 통과한 열분해물이 상기 냉각기이용부에서 냉각되므로, 냉각에 많은 에너지가 사용되었는데, 본 발명은 상기 엘엔지이용부(31)에서 어느 정도 냉각된 열분해물이 상기 냉각기이용부(32)에 유입되므로, 상기 열분해물을 냉각하기 위한 에너지의 사용량을 줄일 수 있다. 즉, 터빈을 구동시키기 위해 사용되는 열교환기에서 배출되는 스팀을 다른 용도(예컨대, 상기 전기발생부(7)에서 전기 생산에 이용 등)로 이용할 수 있다.

상기 유체공급부(4)는 상기 분리부(3)가 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록 상기 액화천연가스를 상기 분리부(3)에 공급하는 구성으로, 엘엔지저장시설(미도시, 예컨대, 엘엔지기지 등)에 저장된 액화전연가스를 인출하여 상기 엘엔지이용부(31)의 이동관(312)에 공급한다. 상기 유체공급부(4)는 상기 엘엔지저장시설과 이동관(312)을 연결하는 유체공급관(41)과, 상기 유체공급관(41)의 일측에 연결되어 상기 이동관(312)에 유입되는 액화천연가스의 양을 조절하는 유량제어펌프(42) 등을 포함한다.

상기 가스분리공급부(5)는 상기 유체공급부(4)에 의해 상기 분리부(3)에 공급된 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 다르다는 것을 이용하여 에탄을 포함하는 원료와, 메탄을 포함하는 연료로 분리하고, 상기 에탄을 포함하는 원료를 상기 가열부(1)에 공급하고 상기 메탄을 포하하는 연료를 수요처에 공급하는 구성으로, 가스분리부(51), 가스공급부(52), 가스조절부(53) 등을 포함한다.

상기 가스분리부(51)는 상기 유체공급부(4)에 의해 상기 분리부(3)에 공급된 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라, 비점이 낮은 물질을 먼저 기화되고 비점이 높은 물질은 나중에 기화된다는 점을 이용하여 메탄, 에탄 등을 분리하는 구성으로, 액화천연가스를 가열하고 액화천연가스를 구성하는 물질의 비점 차이를 이용하여 에탄 등을 분리하는 종래의 장치가 이용될 수 있다(단, 본 발명에서는 액화천연가스는 상기 분리부(3)를 통과하여 열분해물을 냉각시키는 과정에서 열을 흡수하여 기화됨으로 종래의 장치와 달리 액화천연가스를 기화시키기 위한 구성을 필요로 하지 않음). 상기 가스분리부(51)는 예컨대, 이동관을 통과한 에탄을 포함하는 원료가 이동하는 원료분리관(511)과, 이동관을 통과한 메탄을 포함하는 연료가 이동하는 원료분리관(512)과, 상기 원료분리관(511) 및 연료분리관(512)을 개폐하는 개폐밸브(513) 등을 포함한다. 도시하지 않았지만, 상기 에틸렌 생산시스템은 상기 가열부(1), 열교환기(2), 분리부(3), 유체공급부(4), 가스분리공급부(5) 및 정제부(6)의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 액화천연가스가 상기 이동관(312)을 통과하여 기화될 때 메탄이 먼저 기화되고 에탄이 나중에 기화되므로(즉, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라 먼저 기화되고 나중에 기회되는 물질이 존재), 상기 컨트롤러는 상기 에탄이 기화되어 상기 이동관(312)에서 배출될 때 상기 개폐밸브(513)를 제어하여 연료분리관(511)만 개방되도록 하고, 상기 메탄이 기화되어 상기 이동관에서 배출될 때 상기 개폐밸브(513)를 제어하여 연료분리관만 개방되도록 하여, 액화천연가스의 기화물에서 메탄, 에탄, 그 이외의 물질을 분리할 수 있다. 상기 컨트롤러는 이동관(312)에서 배출되는 기체의 온도 또는 성분센싱 정보를 이용하여 상기 이동관(312)에서 배출되는 기체가 메탄, 에탄, 그 이외의 물질인지 확인할 수 있다. 상기 가스분리부(51)에서는 액화천연가수를 구성하는 물질을 분리가 가능하므로, 메탄 등은 연료로 이용하고, 에탄을 포함하여 탄소수가 2이상인 알케인은 원료로 이용되게 된다.

상기 가스공급부(52)는 상기 가스분리부(51)에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료를 상기 가열부(1)에 공급하고 상기 메탄을 포함하는 연료를 수요처에 공급하는 구성으로, 원료공급부(521), 연료공급부(522) 등을 포함한다.

상기 원료공급부(521)는 상기 가스분리부(51)에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료를 상기 가열부(1)에 공급하는 구성으로, 상기 에탄 등이 분리되어 이동하는 원료분리관(511)과 가열부(1)를 연결하는 원료공급관(521a)과, 상기 원료공급관(521a)의 일측에 위치하여 상기 컨트롤러의 제어 하에 상기 원료공급관(521a)을 통해 상기 가열부(1)에 공급되는 원료의 양을 조절하는 공기가압부(521b, 예컨대, 송풍기 등이 사용될 수 있음)를 포함한다.

상기 연료공급부(522)는 상기 가스분리부(51)에서 분리된 상기 메탄을 포함하는 연료를 상기 수요처에 공급하는 구성으로, 상기 메탄 등의 연료가 이동하는 연료분리관(512)과 수요처를 연결하는 연료공급관(522a)과, 상기 연료공급관(522a)의 일측에 위치하여 상기 컨트롤러의 제어 하에 상기 연료공급관(522a)을 통해 상기 수요처에 공급되는 연료의 양을 조절하는 공기가압부(522b, 예컨대, 송풍기 등이 사용될 수 있음)를 포함한다. 상기 수요처(100)는 액화천연가스를 연료로 이용하는 발전소, 가정 등의 종래의 수요처를 의미한다.

상기 가스조절부(53)는 상기 열교환기(2)에서 얻어진 열을 이용하거나, 상기 전기발생부(7)에서 배출되는 스팀 또는 온수 등을 이용하여 상기 가스공급부(52)에서 분리되어 수요처에 공급되는 연료의 온도를 조절하여 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 하는 구성으로, 연료공급관(522a)의 일부를 에워싸는 케이싱(531)과, 상기 열교환기(2) 또는 상기 전기발생부(7)에서 배출되는 유체를 상기 케이싱(513)에 공급하는 연통관(532)와, 상기 연통관(532)의 일측에 위치하여 상기 컨트롤러의 제어 하에 상기 연통관(532)을 통해 상기 케이싱(513)에 공급되는 유체의 양을 조절하는 유체공급장치(533, 예컨대, 송풍기, 펌프 등이 사용될 수 있음)를 포함한다. 상기 액화천연가스는 상기 분리부(3)를 통과하는 과정에서 기화되고, 상기 가스분리부(51)에서 원료와 연료가 분리되어, 상기 연료는 연료공급부(522)를 통해 수요처에 공급되는데, 위 과정에서 연료가 요구되는 적정 온도를 가지지 못하는 경우가 있을 수 있으므로, 상기 가스조절부는 열분해물의 열교환을 통해 얻은 스팀 또는 전기발생부(7)에서 배출되는 스팀 또는 온수 등을 이용하여 연료의 온도를 높여(즉, 연료의 온도를 미세 조정함) 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 할 수 있다.

상기 정제부(6)는 상기 분리부(3)에서 배출되는 각 응축물을 증류하여 각 응축물 속에 포함된 각 성분을 분리하는 구성이다. 상기 분리부(3)에서 배출되는 각 응축물은 서로 비점에 있어 현저한 차이가 있으나, 하나의 응축물에는 비점이 유사한 성분(탄화수소 화합물)이 존재할 수 있으므로, 각 응축물을 증류하여 각 성분으로 분리하여 최종적으로 에틸렌을 생산하게 된다. 상기 정제부(5)는 종래의 에탄 크래킹 센터(ECC)의 정제시설이 이용될 수 있다.

상기 전기발생부(7)는 상기 열교환기(2)의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 구성으로, 스팀 터빈 발전기를 포함하여 열교환기(2)에서 배출되는 고온 및 고압(즉, 양질)의 스팀을 이용하여 전기를 발생시킨다. 상기 전기발생부(7)에서 전기를 발생시키는 과정에서 배출된 상대적 저온인 스팀, 온수 등은 상기 가스조절부(53)에서 사용될 수 있다.

상기 가열단계(S1)는 액화천연가스로부터 유래된 원료를 열분해하여 열분해물을 얻는 단계로, 상기 가열단계(S1)에서는 원료과 희석 증기와 혼합되어 상기 가열부(1) 내로 유입되어 가열됨으로써 열분해되어 여러 성분의 탄화수소 화합물(열분해물)로 분해되게 된다.

상기 열교환단계(S2)는 상기 가열단계(S1)에서 얻은 열분해물로부터 열을 회수하는 단계로, 열을 회수하여 스팀을 생산하는 종래의 열교환기가 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 열교환단계(S2)의 열교환 과정에서 회수된 열(예컨대, 스팀)은 고온 및 고압(즉, 양질)의 스팀 형태로 출력되므로, 상기 전기발생단계(S7)에서 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 스팀 터빈 발전기를 작동시키는데 이용되거나, 상기 분리단계(S3)에서 열분해물을 냉각하기 위해 사용되는 터빈을 작동시키는데 이용되거나, 상기 가스분리공급단계(S5)에서 분리된 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 상기 원료의 온도를 높이는데 이용될 수 있다.

상기 분리단계(S3)는 상기 열교환단계(S2)를 거친 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 단계로, 엘엔지이용단계, 냉각기이용단계 등을 포함한다. 도시하지는 않았지만, 상기 분리단계(S3)는 엘엔지이용단계 또는 냉각기이용단계를 통해 열분해물을 냉각하기 전에, 열분해물을 Quench oil로 1차 냉각하고 Quench water로 2차 냉각하는 급냉단계와, 상기 급냉단계를 거친 열분해물을 압축하여 부피를 감소시키는 압축단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 엘엔지이용단계는 상기 유체공급단계에서 공급된 액화천연가스를 냉각 유체로 사용하여 상기 열분해물을 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키는 단계로, 상기 엘엔지이용단계에서는 상기 유체공급단계에서 공급된 액화천연가스가 탱그(311) 내에 위치한 이동관(312)을 따라 이동하고 열분해물은 탱크(311)에 유출입되므로, 상기 액화천연가스가 상기 이동관(312)을 통과하는 과정에서 상기 이동관(312) 주위의 열분해물은 상기 액화천연가스의 냉열에 의해 냉각되게 되며 상기 액화천연가스는 열분해물의 열을 흡수하여 기화되게 된다.

상기 냉각기이용단계는 상기 엘엔지이용단계를 거친 열분해물을 냉각기를 이용하여 단계적으로 냉각하여(대략, -167℃까지 단계별로 냉각), 각 냉각단계별로 응축물을 얻는 구성이다. 상기 냉각기를 이용하여 단계적으로 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 상기 열분해물을 분리하는 상기 냉각기이용단계는 상기 엘엔지이용단계에서 냉각된 열분해물이 사용된다는 점에서만 차이가 있음을 뿐, 종래의 에탄 크래킹 센터(ECC)의 냉각분리시설이 이용하여 각 냉각단계별로 응축물을 얻는 방법이 이용될 수 있다.

상기 유체공급단계(S4)는 상기 분리단계(S3)에서 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 공급하는 단계로, 상기 엘엔지저장시설과 이동관(312)을 연결하는 유체공급관(41)의 일측에 연결된 유량조절펌프(42)를 제어하여 상기 이동관(312)에 유입되는 액화천연가스의 양을 조절하게 된다.

상기 가스분리공급단계(S5)는 상기 분리단계(S3)에서 액화천연가스는 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 다르다는 것을 이용하여, 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료로 분리하고, 분리된 에탄을 포함하는 원료를 가열단계(S1)에서 사용될 수 있도록 공급하며, 분리된 메탄을 포함하는 연료를 수요처에 공급하는 단계로, 가스분리단계, 가스공급단계, 가스조절단계 등을 포함한다.

상기 가스분리단계는 상기 분리단계에서 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라, 비점이 낮은 물질을 먼저 기화되고 비점이 높은 물질은 나중에 기화된다는 점을 이용하여 메탄, 에탄, 그 이외의 물질로 분리하는 단계로, 액화천연가스를 가열하고 액화천연가스를 구성하는 물질의 비점 차이를 이용하여 에탄 등을 분리하는 종래의 방법이 이용될 수 있다(단, 본 발명에서는 액화천연가스는 상기 분리단계(S3)를 통해 열분해물을 냉각시키는 과정에서 열을 흡수하여 기화됨으로 종래의 방법과 달리 액화천연가스를 기화시키기 위한 단계를 필요로 하지 않음). 상기 가스분리단계는 예컨대, 상기 컨트롤러가 상기 에탄 등의 원료 구성 물질이 기화되어 상기 이동관(312)에서 배출될 때 상기 연료분리관(511) 및 원료분리관(512)을 개폐하는 개폐밸브(513)를 제어하여 이동관을 통과한 원료가 이동하는 원료분리관(511)만 개방되도록 하고, 상기 메탄 등의 연료 구성 물질이 기화되어 상기 이동관에서 배출될 때 상기 개폐밸브(513)를 제어하여 이동관을 통과한 연료가 이동하는 연료분리관(512)만 개방되도록 하여, 액화천연가스의 기화물에서 메탄, 에탄 등을 분리할 수 있다.

상기 가스공급단계는 상기 가스분리단계에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료가 상기 가열단계(S1)에서 사용될 수 있도록 공급하고 상기 메탄을 포함하는 원료를 수요처에 공급하는 단계로, 원료공급단계, 연료공급단계 등을 포함한다.

상기 원료공급단계는 상기 가스분리단계에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료가 상기 가열단계에서 사용될 수 있도록 공급하는 단계로, 예컨대 원료가 분리되어 이동하는 연료분리관(511)과 가열부(1)를 연결하는 원료공급관(521a)의 일측에 위치하는 공기가압부(521b)를 제어하여 상기 원료공급관(521a)을 통해 상기 가열부(1)에 공급되는 원료의 양을 조절하여 수행될 수 있다.

상기 연료공급단계는 상기 가스분리단계에서 분리된 상기 메탄을 포함하는 연료를 상기 수요처에 공급하는 단계로, 예컨대 상기 메탄을 포함하는 연료가 분리되어 이동하는 연료분리관(512)과 수요처를 연결하는 연료공급관(522a)의 일측에 위치하는 공기가압부(522b)를 제어하여 상기 연료공급관(522a)을 통해 상기 수요처에 공급되는 연료의 양을 조절하여 수행될 수 있다.

상기 가스조절단계는 상기 열교환단계에서 얻어진 열을 이용하거나 상기 전기발생단계에서 생성되는 스팀 또는 온수 등을 이용하여 상기 가스공급단계에서 분리되어 수요처에 공급되는 연료의 온도를 조절하여 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 하는 단계로, 예컨대 상기 열교환기(2) 또는 상기 전기발생부(7)에서 배출되는 유체를 상기 케이싱(513)에 공급하는 유체공급장치(533)을 제어하여 상기 연통관(532)을 통해, 연료공급관(522a)의 일부를 에워싸는 케이싱(531)에 공급되는 스팀의 양을 조절하여 수행될 수 있다.

상기 정제단계(S6)는 상기 분리단계(S3)에서 배출되는 각 응축물을 증류하여 각 응축물 속에 포함된 각 성분을 분리하는 단계로, 종래의 에탄 크래킹 센터(ECC)의 정제시설을 이용하여 각 응출물 속에 포함된 각 성분을 분리하는 방법이 이용될 수 있다.

상기 전기발생단계(S7)는 상기 열교환단계(S2)의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 단계로, 열교환기(2)에서 배출되는 고온 및 고압(즉, 양질)의 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기를 발생시킨다. 상기 전기발생단계(S7)에서 전기를 발생시키는 과정에서 부산물로 배출된 상대적 저온인 스팀, 온수 등은 상기 가스조절단계에서 사용될 수 있다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 가열부 2: 열교환기 3: 분리부
4: 유체공급부 5: 가스분리공급부 6: 정제부
21: 공급로 22: 배출로 31: 엘엔지이용부
32: 냉각기이용부 41: 유체공급관 42: 유량제어펌프
51: 가스분리부 52: 가스공급부 53: 가스조절부
311: 탱크 312: 이동관 511: 원료분리관
512: 원료분리관 513: 개폐밸브 521: 원료공급부
522: 연료공급부 531: 케이싱 532: 연통관
533: 공기가압부 521a: 원료공급관 521b: 공기가압부
522a: 연료공급관 522b: 공기가압부

Claims (7)

1. 에탄을 포함하는 원료를 열분해하여 열분해물을 얻는 가열단계와; 상기 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 분리단계와; 상기 분리단계에서 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 공급하는 유체공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분리단계는
   상기 유체공급단계에서 공급된 액화천연가스를 냉각 유체로 사용하여 상기 열분해물을 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키는 엘엔지이용단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법은
   상기 엘엔지이용단계에서 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라, 비점이 낮은 물질을 먼저 기화되고 비점이 높은 물질은 나중에 기화된다는 점을 이용하여 기화된 액화천연가스로부터 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료를 분리하는 가스분리단계를 가지는 가스분리공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 가스분리공급단계는
   상기 가스분리단계에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료가 상기 가열단계에서 사용될 수 있도록 공급하는 원료공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 가스분리공급단계는
   상기 가스분리단계에서 분리된 상기 메탄을 포함하는 연료를 상기 수요처에 공급하는 연료공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산 방법은 상기 가열단계와 분리단계 사이에서 수행되며, 상기 가열단계에서 배출된 열분해물로부터 열을 회수하는 열교환단계와; 상기 열교환단계의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기를 발생시키는 전기발생단계를 추가로 포함하며,
   상기 가스분리공급단계는 상기 전기발생단계에서 부산물로 생성되는 유체를 이용하여 상기 연료공급단계를 통해 수요처에 공급되는 연료의 온도를 조절하여 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 하는 가스조절단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법은 에틸렌 생산시스템을 이용하여 수행되며,
   상기 에틸렌 생산시스템은 에탄을 열분해하여 열분해물을 얻는 가열부와; 상기 가열부로부터 배출되는 열분해물로부터 열을 회수하는 열교환기와; 상기 열교환기를 통과한 열분해물을 냉각하여 응축물을 얻어 열분해물을 분리하는 분리부와; 상기 분리부가 액화천연가스를 냉각 유체로 이용하여 상기 열분해물을 냉각시킬 수 있도록, 상기 액화천연가스를 상기 분리부에 공급하는 유체공급부와; 상기 유체공급부에 의해 상기 분리부에 공급된 액화천연가스가 열분해물을 냉각함과 동시에 열을 흡수하여 기화되고, 액화천연가스를 구성하는 물질은 비점이 달라, 비점이 낮은 물질을 먼저 기화되고 비점이 높은 물질은 나중에 기화된다는 점을 이용하여 기화된 액화천연가스로부터 에탄을 포함하는 원료와 메탄을 포함하는 연료를 분리하는 가스분리부를 가지는 가스분리공급부와; 상기 열교환기의 열을 회수 과정에서 생성되는 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전기를 작동시켜 전기를 발생시키는 전기발생부를 포함하고,
   상기 분리부는 상기 유체공급부로부터 공급된 액화천연가스를 냉각 유체로 사용하여 상기 열분해물을 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키는 엘엔지이용부를 포함하며,
   상기 가스분리공급부는 상기 가스분리부에서 분리된 상기 에탄을 포함하는 원료를 상기 가열부에 공급하는 원료공급부와, 상기 가스분리부에서 분리된 상기 메탄을 포함하는 연료를 수요처에 공급하는 연료공급부와, 상기 전기발생부에서 부산물로 생성되는 유체를 이용하여 상기 연료공급부를 통해 수요처에 공급되는 연료의 온도를 조절하여 상기 연료가 수요처에 적정 온도로 공급될 수 있도록 하는 가스조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스를 이용한 에틸렌 생산방법.

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