Lean Gas를 위한 NGL회수공정과 액화공정의 구성 방법에 대한 비교

Abstract

해상에서 천연가스를 생산하기 위한 FLNG의 Gas Processing 과정은 양질의 에너지원을 얻는 데에 아주 중요하다. 저류층에서 올라온 Raw Fluid는 Pretreatment 공정을 거친 후 액화공정을 거치게 되는데 이 과정에서 온도가 섭씨 영하 160도 정도까지 떨어지게 된다. 이 때 발생할 수 있는 Icing 등의 문제를 방지하고, 결과물로 나오는 LNG의 상품성 확보를 위해 액화과정 전에 Natural Gas Liquid(NGL)라 불리는 Heavy Hydrocarbon Component들을 제거하기 위해 NGL회수공정을 반드시 거쳐야 한다. 세계 주요 가스전에서 Lean Gas가 나오는 비율이 점점 증가하고, 미국을 중심으로 Heavy Hydrocarbon의 함유량이 매우 낮은 Shale Gas 개발이 활발해짐에 따라 Lean Gas를 처리하기 위한 설비들의 수요는 증가할 것으로 예상되지만, 최근 들어 LNG와 NGL의 판매가격이 모두 과거보다 많이 낮아져 기업들의 상품판매에 의한 총수익은 감소할 수 밖에 없는 상태이다. 이와 같은 시기에는 기술개발을 통해 비용을 줄여 순이익을 증가시켜야 하는데, NGL회수공정과 액화공정을 통합하는 방법으로 에너지의 효율을 높이는 방법이 많이 제시되어 왔다. 기존에 진행된 연구에서는 Rich Gas를 대상으로 한 연구와 NGL회수공정과 액화공정의 구성에 대해 LNG 생산효율을 기준으로 비교를 하는 연구가 많았다. 공정의 Input과 Output이 동일한 경우 LNG 생산효율을 비교 기준으로 해도 큰 문제가 되지 않지만, 동일하지 않은 경우에는 적절한 비교기준이 될 수 없다. 따라서 본 연구에서는 Lean Gas를 대상으로, 경제성을 계산하여 NGL회수공정과 액화공정의 구성을 비교하였다. NGL회수공정으로 GSP를 선택하고, 액화공정으로 PRICO SMR을 선택하여, 두 공정을 순차적으로 연결하여 독립구성을 마련하고, 기존 연구에서 제시된 통합구성을 이용하여 Lean Gas를 Feed Gas로 적용하고 LNG와 NGL의 가격에 따라 각각 경제성을 계산하였다. 경제성 계산에는 유전 알고리즘을 이용한 최적화 과정을 수행하였다. 최적화는 LNG와 NGL의 가격에 따라 서로 다르게 진행되어 더욱 비싸게 팔릴 수 있는 상품을 많이 생산하는 방향으로 결과가 나오게 된다. 그 결과, LNG와 NGL의 가격에 따라 독립구성과 통합구성의 경제성이 달라질 수 있음이 확인되었다. 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 LNG와 NGL의 생산량 및 압축기에 필요한 에너지 비용임을 알 수 있었다. 최종적으로 NGL의 가격이 LNG보다 비싼 경우에 통합구성이 독립구성보다 더 좋은 경제성을 보이는 구성이 될 수 있다. 이러한 결과는 LNG와 NGL의 가격을 고려한 NGL회수공정과 액화공정 구성의 가이드가 될 수 있다.