LNG 액화 플랜트의 원리는 무엇입니까?

LNG 액화 플랜트 공급업체로서 저는 이러한 놀라운 시설의 원리에 대해 자주 질문을 받습니다. 이번 블로그 게시물에서는LNG 액화 플랜트운영하며 관련 핵심 프로세스와 기술을 설명합니다.

LNG Liquefaction Plant

LNG의 기본

LNG 액화 플랜트의 원리를 알아보기 전에 먼저 LNG가 무엇인지부터 알아보겠습니다. 액화천연가스(LNG)는 약 -162°C(-260°F)까지 냉각되어 액체가 되는 천연가스입니다. 이 냉각 과정을 통해 가스의 양이 약 600배 감소하므로 보관 및 운송이 훨씬 쉽고 비용 효율적이게 됩니다.

공급 가스 전처리

LNG 액화 플랜트의 첫 번째 단계는 공급 가스의 전처리입니다. 유정에서 나오는 천연 가스에는 일반적으로 물, 이산화탄소, 황화수소, 중탄화수소 등 다양한 불순물이 포함되어 있습니다. 이러한 불순물은 액화 과정에서 결빙, 부식 등의 문제를 일으킬 수 있으므로 제거가 필요합니다.

물 제거: 분자체나 글리콜 탈수 장치를 이용하여 수분을 제거합니다. 분자체는 크기에 따라 물 분자를 선택적으로 흡착할 수 있는 다공성 물질입니다. 글리콜 탈수는 가스를 글리콜 용액과 접촉시켜 물을 흡수하는 과정을 포함합니다.
산성가스 제거: 산성가스 제거라는 과정을 통해 이산화탄소와 황화수소가 제거됩니다. 이는 일반적으로 아민 용액과 같은 화학 용매를 사용하여 달성됩니다. 가스는 산성 가스가 아민과 반응하는 흡수기 컬럼을 통과한 후 재사용을 위해 스트리퍼 컬럼에서 풍부한 아민이 재생됩니다.
중탄화수소 제거: 중질 탄화수소는 극저온 증류나 흡착 등의 공정을 통해 제거됩니다. 극저온 증류는 탄화수소의 다양한 끓는점을 활용하여 저온에서 분리합니다.

액화공정

공급 가스가 전처리되면 액화 공정을 위한 준비가 완료됩니다. 액화 공정에는 여러 가지가 있지만 가장 일반적인 공정으로는 캐스케이드 공정, 혼합 냉매 공정, 팽창기 기반 공정이 있습니다.

캐스케이드 프로세스

캐스케이드 공정은 최초의 액화 기술 중 하나였습니다. 일련의 냉각 단계에서 끓는점이 서로 다른 여러 냉매를 사용합니다. 예를 들어, 첫 번째 단계에서 프로판을 사용하여 가스를 특정 온도까지 냉각한 다음 두 번째 단계에서 에틸렌을 사용하여 추가 냉각하고 마지막 단계에서 메탄을 사용하여 원하는 액화 온도를 달성합니다. 캐스케이드 프로세스의 가장 큰 장점은 단순성과 높은 효율성입니다. 그러나 많은 수의 열교환기와 압축기가 필요하므로 자본 비용이 증가합니다.

혼합 - 냉매 공정

혼합냉매 공정은 오늘날 가장 널리 사용되는 액화 기술입니다. 질소, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄과 같은 냉매를 혼합하여 사용합니다. 혼합냉매를 압축, 냉각, 팽창시켜 냉각효과를 제공합니다. 이 공정의 장점은 다단계 공정에 비해 유연성과 상대적으로 낮은 자본 비용입니다. 또한 광범위한 공급 가스 구성을 처리할 수 있습니다.

확장기 기반 프로세스

팽창기 기반 공정은 소규모 LNG 플랜트에 자주 사용됩니다. 팽창기를 통해 고압 가스를 팽창시켜 가스를 냉각시키는 방식으로 작동합니다. 그런 다음 차가운 가스는 공급 가스를 냉각하는 데 사용됩니다. 이 프로세스는 상대적으로 간단하고 자본 비용이 낮지만 대규모 응용 분야의 경우 다른 두 프로세스보다 효율성이 떨어집니다.

보관 및 배송

천연가스는 액화되어 대형 극저온 저장탱크에 저장됩니다. 이 탱크는 LNG를 낮은 온도로 유지하고 열 유입을 방지하도록 설계되었습니다. 그런 다음 LNG는 운송을 위해 특수 LNG 운반선에 적재됩니다. 이들 운반선에는 운송 중에 LNG를 액체 상태로 유지하기 위한 절연 탱크가 장착되어 있습니다.

열전달 및 냉동 시스템

열전달은 LNG 액화 플랜트에서 중요한 역할을 합니다. 열 교환기는 공급 가스, 냉매 및 환경 간에 열을 전달하는 데 사용됩니다. LNG 플랜트에 사용되는 열교환기에는 판형 열교환기, 나선형 열교환기 등 다양한 유형이 있습니다.

냉동 시스템도 액화 공정의 필수적인 부분입니다. 압축기는 냉매를 압축하여 압력과 온도를 높이는 데 사용됩니다. 압축된 냉매는 냉각 효과를 제공하기 위해 팽창하기 전에 응축기에서 냉각됩니다.

안전 및 환경 고려 사항

LNG 액화 플랜트에서는 안전이 가장 중요합니다. LNG의 저온 특성과 인화성 가스의 존재는 심각한 위험을 초래합니다. 따라서 내화재료 사용, 누수탐지 시스템, 비상정지 절차 등 엄격한 안전조치를 취하고 있습니다.

환경적 관점에서 볼 때, LNG는 다른 화석 연료에 비해 청정 연소 연료로 간주됩니다. 그러나 액화 공정은 주로 압축기와 펌프에 사용되는 전기 형태로 상당한 양의 에너지를 소비합니다. LNG 플랜트의 에너지 효율을 개선하고 탄소 배출량을 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있습니다.

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참고자료

Mokhtar A. Khoury의 "천연가스 전송 및 처리 핸드북"
John M. Campbell & Company의 "LNG 기술 및 장비"
LNG 액화 공정에 관한 다양한 업계 보고서 및 연구 논문