지속적인 유가 상승과 환경규약 및 안전성, NIMBY현상 등의 문제로 해상 가스전에 대한 관심이 높아지고 있다. LNG-FPSO는 해양 가스전에서 채취된 천연가스의 불순물을 제거하고, condensate와 LPG를 회수하며, 정제된 가스를 이송 가능한 형태로 액화시키는 최첨단 해양플랜트이다. 반면 작업 시 해상 환경에 많은 영향을 받으므로 선체 운동을 고려한 전처리 공정 효율을 파악하고 설계에 반영해야 한다. 본 연구는 LNG-FPSO의 선체 운동 영향 및 제한된 선상 공간의 최적화를 고려한 해상 전처리 기술을 개발하기 위한 기초 연구이다. 이에 아민 흡수공정과 멤브레인 공정을 혼합한 hybrid 공정을 검토하였으며, 일반 아민흡수공정에 비하여 낮은 용매 순환량, 낮은 열용량, 작은 컬럼 크기가 요구되어 해상용 전처리 공정에 적합함을 확인하였다. 이것은 또한 6자유도 운동 실험 및 CFD 해석을 병행하여 시뮬레이션을 가시화함으로써 다양한 해상상태에 따른 LNG-FPSO의 공정 효율을 검토할 수 있다.
지속적인 유가 상승과 환경규약 및 안전성, NIMBY현상 등의 문제로 해상 가스전에 대한 관심이 높아지고 있다. LNG-FPSO는 해양 가스전에서 채취된 천연가스의 불순물을 제거하고, condensate와 LPG를 회수하며, 정제된 가스를 이송 가능한 형태로 액화시키는 최첨단 해양플랜트이다. 반면 작업 시 해상 환경에 많은 영향을 받으므로 선체 운동을 고려한 전처리 공정 효율을 파악하고 설계에 반영해야 한다. 본 연구는 LNG-FPSO의 선체 운동 영향 및 제한된 선상 공간의 최적화를 고려한 해상 전처리 기술을 개발하기 위한 기초 연구이다. 이에 아민 흡수공정과 멤브레인 공정을 혼합한 hybrid 공정을 검토하였으며, 일반 아민흡수공정에 비하여 낮은 용매 순환량, 낮은 열용량, 작은 컬럼 크기가 요구되어 해상용 전처리 공정에 적합함을 확인하였다. 이것은 또한 6자유도 운동 실험 및 CFD 해석을 병행하여 시뮬레이션을 가시화함으로써 다양한 해상상태에 따른 LNG-FPSO의 공정 효율을 검토할 수 있다.
Submarine gas fields have focused because of the increasing fuel cost, the environmental regulations, and the safety & NIMBY problems. LNG-FPSO which is available for acid gas removal, recovery of the condensate & LPG and Liquefaction in topside process is one of high technology offshore structures....
Submarine gas fields have focused because of the increasing fuel cost, the environmental regulations, and the safety & NIMBY problems. LNG-FPSO which is available for acid gas removal, recovery of the condensate & LPG and Liquefaction in topside process is one of high technology offshore structures. On the other hands, it is necessary to verify the pre-treatment efficiency by the ship motion and to apply to the design for LNG-FPSO. This study is to develop the pre-treatment technology for LNG-FPSO as taking account to the process efficiency by ship motion effects and the area optimization. Based on the simulation results, it founds that hybrid process shows the low circulate rate, the low heat duty and the small size of column dimensions compared to typical amine process. It will be verified the process efficiency in the various conditions by sea states as performing the 6-DOF motion test and CFD simulation.
Submarine gas fields have focused because of the increasing fuel cost, the environmental regulations, and the safety & NIMBY problems. LNG-FPSO which is available for acid gas removal, recovery of the condensate & LPG and Liquefaction in topside process is one of high technology offshore structures. On the other hands, it is necessary to verify the pre-treatment efficiency by the ship motion and to apply to the design for LNG-FPSO. This study is to develop the pre-treatment technology for LNG-FPSO as taking account to the process efficiency by ship motion effects and the area optimization. Based on the simulation results, it founds that hybrid process shows the low circulate rate, the low heat duty and the small size of column dimensions compared to typical amine process. It will be verified the process efficiency in the various conditions by sea states as performing the 6-DOF motion test and CFD simulation.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 LNG-FPSO 전처리 기술을 개발하기 위하여, 공정 효율 및 공간 최적화에 적합한 hybrid 공정을 검토하였으며 선체 운동에 대한 실험 및 CFD 해석의 필요성에 대하여 설명한다.
본 연구는 LNG-FPSO용 천연가스 해상 전처리 공정 기술 개발로서 고농도의 산성가스를 효율적이고 경제적으로 제거하며, 선체 운동에 따른 성능 저하를 최소화함과 동시에 제한된 선상 공간을 최소화할 수 있도록 초점을 맞추고 있다.
가설 설정
에 의하면, liquid distribution에 영향을 미치는 요인은 i) motion or tilt 각도, ii) 파 주기(wave period), iii) 컬럼 직경, iv) packing bed의 수직위치 및 길이, v) 흡수제의 표면장력 등이 있다.
제안 방법
본 연구에서 hybrid 공정으로 정제된 sweet gas는 CO2 50 ppm 이하, H2S는 3 ppm 이하를 목표로 하고 있다. 이것을 통하여 에너지 소비량 및 컬럼 크기를 최소화함으로써 LNG-FPSO용으로 적합한 전처리 공정을 개발한다.
대상 데이터
Hybrid 공정은 막분리법과 아민흡수법의 단점을 상호 보완하면서 다양한 해양가스전의 천연가스 조성에 쉽게 적용이 가능하고, LNG-FPSO의 선상부(topside)의 제한된 공간을 최대한 효율적으로 이용할 수 있는 복합 공정이다. 본 연구에서 hybrid 공정으로 정제된 sweet gas는 CO2 50 ppm 이하, H2S는 3 ppm 이하를 목표로 하고 있다. 이것을 통하여 에너지 소비량 및 컬럼 크기를 최소화함으로써 LNG-FPSO용으로 적합한 전처리 공정을 개발한다.
이론/모형
본 연구는 경제적∙효율적으로 우수한 LNG- FPSO용 전처리 공정을 개발하기 위하여, 일반적인 아민흡수공정과 막분리법을 적용한 hybrid 공정에 대하여 전산모사(PRO/II v.9.1 사용)를 수행하였으며 열역학식은 아민공정에 amine package를 사용하고, 막분리법에 SRK(Soave Redlich Kwong)를 사용하였다.
성능/효과
LNG-FPSO용 천연가스 전처리 기술을 개발하기 위하여 hybrid 공정을 적용함으로써, 기존의 아민흡수공정보다 용매 순환량, 열용량 등이 좋아짐을 공정모사를 통하여 확인하였으며, 이를 통하여 컬럼 크기도 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 한편, LNG-FPSO가 해상상태에 영향을 많이 받는 특성을 고려하여 motion 및 tilt 상태에서 흡수 공정 효율을 검토하기 위한 실험이 필요하다.
따라서 hybrid 공정은 메탄 회수율을 향상시키고, CO2 제거 및 용매 순환량 감소에도 효과적이며, 흡수 컬럼 크기를 줄여 공간의 최적화를 가능하게 함을 확인할 수 있다.
한편, LNG-FPSO가 해상상태에 영향을 많이 받는 특성을 고려하여 motion 및 tilt 상태에서 흡수 공정 효율을 검토하기 위한 실험이 필요하다. 또한 실험에서 얻은 유동의 특성값을 이용하여 CFD 해석을 수행하면, 높은 경제성으로 다양한 해상조건을 고려할 수 있고, 위험도를 낮출 수 있으며, scale effect 최소화할 수 있다.
흡수탑이 경사진 상태에서 sweet gas가 CO2의 기준(50 ppm 이하)을 충족하려면 amine 용액 양이 30% 증가하게 됨을 공정모사를 통하여 확인할 수 있으며, 따라서 선체 운동영향에 대한 검토가 필요함을 알 수 있다.
후속연구
이에 공간을 최적화할 수 있는 분리∙정제 기술을 선정하고, 목표하는 사양에 맞춰 기술을 개발함이 필요하다. 또한 선체 운동에 주요한 영향을 미치는 i) 해양환경(파도, 조류, 파랑 등), ii) cargo tank loading 상태, iii) topside 탑재 구조물의 위치 검토가 필요하며, 특히 유의파고(significant wave height) 및 파 주기(wave period)에 따른 선체 경사(tilt) 및 운동(motion)이 builder의 guarantee 범위 내에서 공정 효율 저하에 얼마나 영향을 미치는지 반드시 검토되어야 한다.
본 연구의 다음 단계에서는 선체 운동에 따른 흡수탑 공정 효율을 알아보기 위하여, 먼저 물과 공기를 이용한 maldistribution test를 수행함으로써 컬럼 내부에서의 유체 흐름 및 불균일도를 검토할 예정이다. 또한 실제 amine absorption column을 6자유도 운동을 구현할 수 있는 sloshing facility에 얹어, 화학 반응까지 고려한 실험을 통하여 실제 현상을 구현할 계획에 있다.
LNG-FPSO용 천연가스 전처리 기술을 개발하기 위하여 hybrid 공정을 적용함으로써, 기존의 아민흡수공정보다 용매 순환량, 열용량 등이 좋아짐을 공정모사를 통하여 확인하였으며, 이를 통하여 컬럼 크기도 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 한편, LNG-FPSO가 해상상태에 영향을 많이 받는 특성을 고려하여 motion 및 tilt 상태에서 흡수 공정 효율을 검토하기 위한 실험이 필요하다. 또한 실험에서 얻은 유동의 특성값을 이용하여 CFD 해석을 수행하면, 높은 경제성으로 다양한 해상조건을 고려할 수 있고, 위험도를 낮출 수 있으며, scale effect 최소화할 수 있다.
한편, LNG-FPSO의 흡수탑과 같이 구조물 자체의 무게중심과 선체의 무게중심과의 거리가 멀리 떨어져 관성 반경이 커짐으로써 과도한 가속도가 걸리는 구조물은 선체 운동에 따라 내부 유동 및 공정에도 영향을 미치므로 반드시 공정 효율에 대한 검토가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LNG-FPSO는 무엇인가?
LNG-FPSO는 해상 가스전에서 채취한 천연가스의 불순물을 정제하고, 액화시켜 부피를 약 1/600로 줄임으로써 저장 및 수송효율을 높이며, 자체적으로 LNG carrier에 하역(off-loading)할 수 있는 최첨단 해양플랜트이다[4].
Hybrid 공정이란 무엇인가?
Hybrid 공정은 막분리법과 아민흡수법의 단점을 상호 보완하면서 다양한 해양가스전의 천연가스 조성에 쉽게 적용이 가능하고, LNG-FPSO의 선상부(topside)의 제한된 공간을 최대한 효율적으로 이용할 수 있는 복합 공정이다. 본 연구에서 hybrid 공정으로 정제된 sweet gas는 CO2 50 ppm 이하, H2S는 3 ppm 이하를 목표로 하고 있다.
LNG-FPSO 설계 시, 선체운동에 주요한 영향을 미치는 요소는 무엇인가?
이에 공간을 최적화할 수 있는 분리∙정제 기술을 선정하고, 목표하는 사양에 맞춰 기술을 개발함이 필요하다. 또한 선체 운동에 주요한 영향을 미치는 i) 해양환경(파도, 조류, 파랑 등), ii) cargo tank loading 상태, iii) topside 탑재 구조물의 위치 검토가 필요하며, 특히 유의파고(significant wave height) 및 파 주기(wave period)에 따른 선체 경사(tilt) 및 운동(motion)이 builder의 guarantee 범위 내에서 공정 효율 저하에 얼마나 영향을 미치는지 반드시 검토되어야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.