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천연가스투어

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천연가스 채굴 및 정제

천연가스란 천연에서 산출되는 가연성의 가스로, 탄화 수소류를 주성분으로 하는 가스를 의미합니다. 천연가스는 탐사와 시추, 매장확인, 채굴 등의 단계를 거치게 됩니다.

지하에서 채굴된 천연가스에는 주성분인 메탄(약 90%), 에탄, 프로판, 부탄 외에 수분, 고분자 탄화수소, 질소, 헬륨, 탄산가스, 황화수소 등이 함유되어 있습니다. 이러한 물질을 분리, 제거하지 않고 이용하면 발열량 및 물리화학적 특성이 달라지게 되기 때문에 연료로서의 가치를 높이고 귀중한 자원으로 이용하기 위하여 다음과 같이 분리 및 정제과정을 거쳐서 깨끗한 연료로 만들어지게 됩니다.

수분제거

수분은 천연가스를 액화하는 과정에서 응결되어 시설에 심각한 손상을 야기할 수 있으므로 반드시 제거되어야 합니다. 일반적으로 15℃, 1기압(절대압)에서 가스 10㎥당 96~127g의 범위 내에서 제거됩니다.
황화합물 제거

채굴된 천연가스에는 상당한 양(5g/㎥이상)의 황화합물(H₃S)이 함유되어 있으며 이러한 황화합물은 공해문제를 야기하기 때문에 이를 선택적으로 흡수하는 아민류를 흡수제로 사용(Sweetening 공정)하여 제거합니다. 분리된 황화합물은 황과 황산 등의 원료로 사용됩니다.
탄산가스 제거

채굴된 천연가스에는 최고 체적비 45%까지 탄산가스(CO²)가 함유되어 있습니다. 많은 양의 탄산가스는 질소와 마찬가지로 발열량에 큰 영향을 미치게 되므로 천연가스 액화공정을 거치면서 제거됩니다.
먼지와 유분의 제거

먼지(Dust)란 천연가스를 지하로부터 채굴할 때 함께 토출되는 모래와 이것에 의해 마모된 장치들의 분진을 통틀어 말합니다. 이러한 분진은 특히 고속회전을 하는 펌프, 압축기 등의 임펠러에 큰 손상을 줄 수 있습니다. 그리고 장치에 주입된 윤활유 등은 급격히 압력변화가 생길 때 미세한 입자로 분산된 유분을 형성, 천연가스 내에 포함되어 천연가스의 질을 떨어뜨리게 됩니다. 따라서 이러한 먼지 및 유분은 일반적으로 사이클론, 정전기 침전법이나 기름에 의한 스크라빙을 이용하여 제거됩니다.

액화설비

산지에서 추출하여 정제한 천연가스를 장거리 수송을 목적으로 또는 작은 면적의 저장공간에 많은 양의 천연가스를 저장하기 위해 액화공정을 통해 액체상태로 변환하게 됩니다.

액화상태로 된 천연가스를 액화천연가스(LNG)라하며 천연가스(NG)의 600분의1로 감소되기 때문에 운송 및 저장이 용이합니다.천연가스의 주성분은 메탄이며 메탄의 액화온도가 매우 낮기 때문에 일반적인 방법으로 액화시키기 어렵습니다. 따라서 다음과 같은 특수한 방법을 통하여 천연가스를 액화하고 있습니다.

팽창법 (Turbo Expander Cycle)

천연가스를 가압한 후 터빈을 이용하여 급격하게 단열팽창 시키면 팽창된 천연가스의 온도가 급강하되어 액상으로 되는 원리를 이용한 방법입니다.
다단냉동법 (The Cascade Cycle)

여러가지 냉매를 이용하여 차례로 천연가스의 온도를 낮추어 액화시키는 방법으로 먼저 에틸렌을 냉매로 프로판을 액화시키고 이 액화된 프로판을 냉매로 이용하여 천연가스를 액화하는 방법입니다.
혼합냉매법 (Multi-Component Refrigerant Cycle)

탄화수소와 질소의 적절한 혼합물을 냉매로 사용하여 응축 및 팽창과정을 거치게 되면 천연가스를 액화시킬 수 있을 만큼의 초저온을 얻을 수 있는데 이를 이용하여 천연가스를 액화하는 방법입니다.

생산국 저장탱크설비

생산국, 수입국에서 사용되는 저장탱크의 구조는 모두 동일하지만, 생산국의 저장탱크는 액화된 천연가스를 수송선에 산적하기 전에 임시로 저장하기 위한 용도로만 사용됩니다.

저장 탱크의 구조는 거대한 보온병과 같은 개념으로 외벽과 내벽의 2중 구조로 설계되어 있습니다.
외벽은 특수 콘크리트(Post-stressed Concrete wall)로 되어 있어 탱크에 가해지는 모든 힘을 안전하게 지탱해주는 역할을 하며, 보온병의 겉병에 해당됩니다. 내벽은 액체상태의 천연가스를 저장할 수 있도록 스테인레스강으로 특수한 형태로 제작된 밀폐형 Membrane 벽으로 되어 있습니다. 외벽과 내벽 사이에는 액체상태의 천연가스를 안전하게 보관하기 위하여 단열 특성이 우수한 단열재(Polyvinyl Chloride Foam)로 채워져 있으며 밖에서 들어오는 열을 차단하여 천연가스가 기화되는 것을 방지합니다.

선적설비

생산국 액화기지의 저장탱크 내 LNG를 수입국으로 판매하기 위해서는 선적암(Loading Arm)이라고 불리는 설비를 이용하여 수송선에 안전하게 선적하게 됩니다.

우리 공사에서도 주로 인도네시아 및 말레이시아 등지에서 수송선을 이용하여 LNG를 도입하고 있으며, LNG선은 선박 내에 있는 저장탱크 형태에 따라 크게 Moss형과 Membrane형으로 나누어집니다.
이러한 LNG 선박에 액화천연가스를 선적하기 위한 설비는 LNG 펌프, 수송 배관망, 선적암(Loading Arm)과 선적과정에서 발생되는 증발가스를 회수하기 위한 장치 등으로 이루어져 있습니다.

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