LNG 액화 공정 정리

면접이 코앞이다. 

 

면접을 준비 하면서, 액화공정에 대해 정리해 보았다. 

 

- 액화공정에 대한 이해 

 

LNG 액화공정은 천연가스를 초저온 상태로 냉각하여 액체로 변환하는 과정입니다. 이를 통해 천연가스를 운송과 저장이 용이한 형태로 만듭니다. 이 공정의 주요 단계를 간단히 요약하면 다음과 같습니다:

1. 정제 (Purification): 천연가스에 포함된 이물질과 불순물을 제거합니다. 예를 들어, 물, 이산화탄소, 황 성분 등이 포함되어 있을 수 있으므로 이를 제거해야 합니다.
2. 냉각 및 압축 (Cooling and Compression): 정제된 가스를 고압 상태로 압축한 후, 초저온 냉각을 통해 액화가스를 만듭니다. 이때 LNG는 보통 약 -162°C로 냉각되어 액체 상태가 됩니다.
3. 액화 (Liquefaction): 천연가스의 주요 성분인 메탄을 초저온 냉각기를 사용해 액화합니다. 일반적으로 혼합 냉매 공정을 포함한 다양한 방법이 사용됩니다.
4. 저장 및 운송 (Storage and Transportation): 액화된 천연가스를 특수한 저장탱크에 보관하고, 운반선(LNG Carrier)을 통해 목적지로 운송합니다.

그럼 이중 중요한 액화공정에 대해서 알아볼 필요가 있다. 

 

 

• 혼합 냉매 공정 (Mixed Refrigerant, MR):
  • 이 기술은 단일 또는 다중 혼합 냉매를 사용하여 천연가스를 냉각 및 액화합니다.
  • 대표적인 예로 Shell DMR (Dual Mixed Refrigerant) 기술이 있습니다. 이 기술은 두 가지 혼합 냉매를 사용하여 에너지 효율성을 높이고, 다양한 기후 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 설계되었습니다.
• 캐스케이드 공정 (Cascade Process):
  • 여러 단계의 냉각 사이클을 사용하여 천연가스를 점진적으로 냉각합니다.
  • 각 단계에서 다른 냉매(예: 프로판, 에틸렌, 메탄)를 사용하여 효율적으로 온도를 낮춥니다.
• 팽창 공정 (Expander Process):
  • 천연가스를 고압 상태에서 팽창시켜 온도를 낮추는 방식입니다.
  • 주로 소규모 액화 플랜트에서 사용되며, 에너지 소비가 상대적으로 높습니다.
• 기타 라이센스 기반 기술:
  • Air Products의 C3MR 공정: 혼합 냉매와 캐스케이드 공정을 결합한 방식으로, 대규모 LNG 플랜트에서 널리 사용됩니다.
  • ConocoPhillips의 Optimized Cascade 공정: 캐스케이드 공정을 최적화하여 에너지 효율성을 높인 기술입니다.

 

 

공정	효율 (kWh/TonLNG)	Capex (상대적)	Opex (상대적)	특징
혼합 냉매 공정 (MR)	11~12	높음	중간	높은 효율과 안정성, 대규모 플랜트에 적합. Shell DMR, Air Products C3MR 등이 대표적.
캐스케이드 공정	11~12	높음	중간	여러 냉매를 사용하여 효율적 냉각. ConocoPhillips의 Optimized Cascade 공정이 대표적.
팽창 공정 (Expander)	16~19	낮음	높음	단순한 설계로 소규모 플랜트에 적합하지만, 에너지 소비가 많아 효율이 낮음.

 

그러면, 내가 경험한 액화 공정에 대해서 설명을 해 보자면, 

 

1. SHELL Prelude FLNG Project (3.6MTPA: Million Tonnes Per Annum)

 

• Dual Mixed Refrigerant (DMR) 기술:
  • 두 단계의 혼합 냉매를 사용하여 천연가스를 점진적으로 냉각합니다.
  • 첫 번째 냉매는 주로 프로판 기반으로, 초기 냉각을 담당합니다.
  • 두 번째 냉매는 메탄과 에틸렌 혼합물로, 초저온 상태로 냉각하여 액화를 완료합니다.
  • 이중 냉매 시스템은 에너지 효율성을 높이고, 다양한 기후 조건에서도 안정적으로 작동합니다.
• 냉매 조달 방법
  
  • Prelude FLNG는 여러가지 Operation mode 가 있는데, 초기 생산시 냉매를 먼저 생산하여 Storage 할수 있게 준비 되어있다.
  • 이를 위해 De-Butanizer , De-Ethanizer, De-Propanizer 등을 통해서 Well 에서 올라오는 Gas를 정류하여 냉매를 직접 조달하여 사용한다

2. Eni Coral FLNG Project (3.4MTPA)

 

• AP-DMR (Dual Mixed Refrigerant)
  •  Coral South FLNG는Air Products의 AP-DMR (Dual Mixed Refrigerant) 기술을 사용합니다. 이 기술은 Shell의 DMR 기술과 유사하며, 두 가지 혼합 냉매를 사용하여 천연가스를 액화합니다.
  • 주요특징은 SHELL FLNG 에 썻던 기술과 동일하다. 
  • 이유는 SHELL DMR 액화 공정 기술이 APCI (Air products & chemicals inc) 의 Cross License 로 알고 있다.. 
  • 다만 차이로는, NG(Natural Gas)의 Pre-cooling 시 Prelude 에서는 CWHE(Coil Wounded Heat Exchanger) 를 사용 하였으며, Coral 에서는 Cold Box 를 사용 했다. 
• 냉매조달 방법
  • 이거 기억하는 이유가 tk 가 물었다. coral 은 어떻게 냉매를 조달하냐고...
    알아봤더니, Pre-loading (별도의 냉매를 탑재한 배가 온다..Or 가스통 컨테이너를 조달)해서 액화 한다... 덕분에 액화 전 준비 공정이 별도로 없고, De-Propansizer/ Butanizer 등등 Prelude 대비 Vertical Column 수량이 줄었다.. => Less Capex.

3. Petronas ZLNG FLNG (2MTPA) _ FEED 수행

• B&V Prico SMR (Single Mixed refrigerant) 
  • Black & Veatch의 PRICO® SMR (Single Mixed Refrigerant) 기술은 단일 혼합 냉매를 사용하여 천연가스를 액화하는 간단하고 효율적인 공정입니다. 이 기술은 소규모 및 중규모 LNG 플랜트에 적합하며, 비용 효율성과 설계의 단순성으로 널리 사용됩니다. 
  • 냉각기(열교환기)용은 CWHE 또는 Plate-Fin HE 가 사용된다고 하는데.. PWHE 가 사용 되었던 것으로 기억한다. 
  • 특징이, 말레이시아가 덥고, 습하여 컴프레서 효율이 떨어진다. (다른 말로 Heat rate 가 높다..)
    따라서 Refrigerant Compressor Selection 하는데 어려움이 컷으며, Intake Air Cooling 장치를 고려하기도 하였다. 
• 냉매 조달 방법 
  • 여기도 마찬가지로, 냉매는 외부 조달이다. 
  • ZLNG 재미있는데 육상(부두)계류형 FLNG로 안벽을 통한 물자 공급이 가능하여 탱크로리 등으로 냉매공급이 가능하게 디자인 되었다. 그리고 컨테이너 규격의 가스탱크 등을 로딩시켜 온보드에서 연결하여 냉매를 공급하고, 반대로 생산된 가스를 보낼수 있는 장치도 준비 되어있다. 
  • 이는 말레이시아 특성상 소규모로 가스 공급을 위한 시장을 고려하여 설계 반영 되었다...이점이 좀 특이 했던 프로젝트다.. 

4. 기타 FEED 프로젝트 

• 삼성중공업과 B&V 는 전략적 동반자 관계로, 많은 프로젝트의 FEED 를 수행했는데 Cedar(캐나다),Delfin(미국),Golar(미국),Western(미국)등 프로젝트의 FEED를 같이 수행했으며, 이런저런 이유로 많은 프로젝트의 열교환기가 ACHE(Air cooled Heat Exchanger) 를 메인으로 채택하여 액화를 진행하는 구조로 되어있다.. (언급한 프로젝트 전부는 아님..) 
• 이때 ACHE 가 FLNG전체를 덮게 되는데, 이와 관련된 간섭 해석 및 ACHE 최적화를 통한 효율적인 모듈 빌드업이 아주 중요하다..

 

내일이 면접인데.. 이제 액화공정을 준비하다니.. 휴....

 

화이팅