메탄을 주성분으로 하는 일반적인 합성천연가스의 열량은 $9,300kcal/m^3$ 이하이며, 이러한 합성천연가스를 국내에서 도시가스로 사용하기 위해서는 $10,200kcal/m^3$로의 증열이 필요하다. 일반적으로, 합성천연가스의 열량조절에는 프로판가스를 상용하나, 가격의 변동폭이 크고 대체로 합성천연가스의 제조원가보다 비싸왔다. 그러므로 프로판을 통한 증열 대신 고열량의 합성천연가스를 직접 생산할 수 있다면, 합성천연가스의 생산가격을 상당히 감소시킬 수 있다. 본 논문에서는 미국 NETL 분석 자료를 기반으로, 메탄이 주성분인 합성천연가스의 제조 및 증열과 고열량 합성천연가스의 직접 제조 시의 원가를 비교분석하였다.
메탄을 주성분으로 하는 일반적인 합성천연가스의 열량은 $9,300kcal/m^3$ 이하이며, 이러한 합성천연가스를 국내에서 도시가스로 사용하기 위해서는 $10,200kcal/m^3$로의 증열이 필요하다. 일반적으로, 합성천연가스의 열량조절에는 프로판가스를 상용하나, 가격의 변동폭이 크고 대체로 합성천연가스의 제조원가보다 비싸왔다. 그러므로 프로판을 통한 증열 대신 고열량의 합성천연가스를 직접 생산할 수 있다면, 합성천연가스의 생산가격을 상당히 감소시킬 수 있다. 본 논문에서는 미국 NETL 분석 자료를 기반으로, 메탄이 주성분인 합성천연가스의 제조 및 증열과 고열량 합성천연가스의 직접 제조 시의 원가를 비교분석하였다.
The calorific value of general synthetic natural gas(SNG) mainly composed of methane is $9,300kcal/m^3$ or less. In order to use such synthetic natural gas as city gas in Korea, it is necessary to heat up to $10,200kcal/m^3$. Generally, propane gas is commonly used to control t...
The calorific value of general synthetic natural gas(SNG) mainly composed of methane is $9,300kcal/m^3$ or less. In order to use such synthetic natural gas as city gas in Korea, it is necessary to heat up to $10,200kcal/m^3$. Generally, propane gas is commonly used to control the calorific value of SNG. However, the price of propane gas has fluctuated widely and has been higher than the cost of producing SNG. So if the high-calorie SNG can be produced directly instead of the calorie control by propane mixing, the production price of SNG can be significantly reduced. In this paper, based on the US NETL analysis, we compare the cost of methane based SNG production and the cost of high-calorie SNG direct production.
The calorific value of general synthetic natural gas(SNG) mainly composed of methane is $9,300kcal/m^3$ or less. In order to use such synthetic natural gas as city gas in Korea, it is necessary to heat up to $10,200kcal/m^3$. Generally, propane gas is commonly used to control the calorific value of SNG. However, the price of propane gas has fluctuated widely and has been higher than the cost of producing SNG. So if the high-calorie SNG can be produced directly instead of the calorie control by propane mixing, the production price of SNG can be significantly reduced. In this paper, based on the US NETL analysis, we compare the cost of methane based SNG production and the cost of high-calorie SNG direct production.
본 논문에서는 프로판을 통한 열량조절의 경우와 고열량 합성천연가스 제조시의 경제적 효과를 고유가 당시의 기준(2011년 기준)으로 하여 분석하였다.
제안 방법
위 SNG 합성공정의 운영원가 분석을 기반으로, LPG 혼합에 따른 원가 상승 요소 중 설비비를 제외한 원료비 증가 측면에 대해서만 반영하여 분석을 진행하였다. 위 분석 공정에 따라 생산된 9,320 kcal/m3의 SNG를 10,200 kcal/m3의 SNG+LPG의 도시가스로 증열한 원가 계산 결과는 Table 7.
대상 데이터
부수적인 효과인 열량조절설비 비용 절감 등은 실제적으로 합성천연가스 원가에 미치는 영향이 적기 때문에 고려하지 않았다. 경제성평가를 위한 자본투자비와 유지보수 비용을 미국 NETL의 “Industrial Size Gasification for Syngas, Substitute Natural Gas and Power Production”[2] 보고서의 데이터를 사용하여 분석하였다.
성능/효과
1) 메탄화 공정에 의해 도시가스용 합성천연가스를 생산하기 위해서는 증열을 위해 프로판가스 15.2 wt%를 혼합해야 하는데, 이 비용은 전체 운영 원가의 26%를 차지한다.
2) 10,200 kcal/m3 도시가스롤 기준으로 할 때 메탄화 공정을 활용한 합성천연가스의 생산원가는 14 $/MMBTU이며, 고열량 합성천연가스 직접 제조 공정을 적용할 경우는 11.61 $/MMBTU로 약 17% 절감된다.
3) SNG 50만톤/년의 사업에서 기존 LPG증열방안을 고열량 SNG 합성공정으로 대체함으로서 내부수익율을 3.7% 향상시킬 수 있었다.
후속연구
원료인 석탄의 비용이 61%, 설비 감가상각비 13%, 운영비가 26%인 것으로 나타났다. 비용의 구성 비율은 순산소 제조 설비와 전력 생산 설비의 설치여부에 따라 운비와 자본투자비가 대폭 변동될 수 있어 플랜트의 설계에 따라 해당 비율은 크게 변화될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석탄가스화 합성천연가스 제조 공정을 통해 합성한 메탄의 단점은 무엇인가?
석탄가스화 합성천연가스 제조 공정의 경제성 창출의 요점은 단위 칼로리 당 가격이 낮은 석탄에 설비와 인력을 투입하여 고가의 메탄을 합성한다는 것이다. 하지만, 그렇게 생산된 합성천연가스의 증열을 위해 단위 칼로리 당 가격이 높은 LPG를 다시 혼합 한다는 것은 공정의 경제성 확보측면에 매우 불리한 상황이다.
합성천연가스의 조성은 어떠한가?
합성천연가스(Synthetic Natural Gas, SNG)의 조성은 95∼98%의 메탄으로 발열량이 8,500∼9,300 kcal/m3[1]이다. 국내에 공급되는 일반적인 도시가스의 열량과 비교하였을 때, 합성천연가스를 도시가스로 사용하기 위해서는 평균 10,200 kcal/m3 이상으로 증열해야 한다.
석탄가스화 합성천연가스 제조 공정의 요점은 무엇인가?
석탄가스화 합성천연가스 제조 공정의 경제성 창출의 요점은 단위 칼로리 당 가격이 낮은 석탄에 설비와 인력을 투입하여 고가의 메탄을 합성한다는 것이다. 하지만, 그렇게 생산된 합성천연가스의 증열을 위해 단위 칼로리 당 가격이 높은 LPG를 다시 혼합 한다는 것은 공정의 경제성 확보측면에 매우 불리한 상황이다.
National Energy Technology Laboratory, "Industrial Size Gasification for Syngas, Substitute Natural Gas and Power Production," DOE/NETL-401/040607(2007).
김형식, "SNG발열량 향상방안 도출", KOGAS (2012).
김형식, "석탄SNG 제조공정 국산화를 위한 실증 기술 개발(고열량 SNG 합성 공정 개발)", KOGAS (2015).
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