DME/GTL FPSO의 공정스팀을 이용한 에너지 회수장치{Energy recovering apparatus using DME/GTL FPSO process steam}
본 발명은 에너지 회수장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 DME/GTL FPSO에서 폐기되는 공정스팀을 이용하여 전력을 생산하는 DME/GTL FPSO의 공정스팀을 이용한 에너지 회수장치에 관한 것이다.
근래에 기존 부유식 원유생산저장하역설비인 FPSO에 DME(디메틸에테르: dimethyl ether), GTL(Gas to Liquid) 등의 청정에너지를 생산하도록 설비한 고부가가치 선박이 선호되는 추세이다. DME는 천연가스의 물리ㆍ화학적 단점을 대부분 보완할 수 있는 장점을 지니고, GTL은 기존 수송선을 그대로 사용한 운반이 가능하므로 이송비용이 높지 않은 장점을 지닌다. 한편, 천연가스가 개질기의 개질반응을 통해 합성가스로 개질되고 반응기를 거쳐 DME 또는 GTL로 생성되는 과정에서 공정스팀이 사용되는 바, 사용후의 공정스팀은 여전히 높은 에너지를 보유함에도 전량 폐기되므로 FPSO의 전체적인 시스템 효율을 저하시키는 요인이 된다. 공정스팀의 에너지 회수와 관련되는 선행특허로서 한국 등록특허공보 제0776332호, 한국 공개특허공보 제2013-0057593호 등을 참조할 수 있다. 전자의 선행특허는 보일러부의 고온 증기를 공급받아 열교환하는 열사용부; 상기 열사용부에서 남은 폐수열이 증기 상태로 압력탱크 내에 회수되고, 다중 코일관의 급수가 증기를 통과하는 과정에서 예열이 이루어지도록 하는 급수예열수단이 포함된 폐수열 회수부; 상기 예열된 급수를 예열급수 이송관을 통해 공급받아 저장하는 예열급수 저장부;를 포함한다. 이에 따라, 보일러부의 스팀 생성에 필요한 가열온도를 낮추고, 이로 인한 에너지절감 및 비용절감의 효과를 기대한다. 그러나, 이는 보일러부의 스팀 생성을 위한 에너지 활용에 한정되므로 FPSO에 적용하여 항시 높은 실효성을 확보하기 곤란하다. 후자의 선행특허는 주기엔진과 보기엔진에서 배출되는 배기가스가 공급되는 열교환기와, 열교환기내로 공급된 배기가스와의 열교환을 통해 가열된 압축공기가 연소기내로 공급되는 가스터빈 발전부와, 엔진의 배기가스 또는 열교환기의 배기가스가 공급되는 보일러와, 상기 보일러내로 공급된 배기가스와의 열교환을 통해 발생된 스팀에 의해 구동되는 스팀터빈 발전부를 포함한다. 이에 따라, 연소기의 연료를 절감하고, 열효율을 향상시킬 수 있는 효과를 기대한다. 그러나, 이는 스팀터빈 발전보다는 엔진의 열효율 및 가속성능 향상을 요지로 하므로 FPSO에서 공정스팀의 에너지 회수에 활용하기 미흡하다.
1. 한국 등록특허공보 제0776332호 "스팀보일러의 폐수열 회수시스템"(공개일자 : 2007. 5. 29.)
2. 한국 공개특허공보 제2013-0057593호 "선박엔진의 열효율을 향상시키는 복합발전시스템"(공개일자 : 2013. 6. 3.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, DME/GTL FPSO에서 폐기되는 공정스팀을 이용하여 전력을 생산함에 따라 복합화력발전의 부담을 덜고 이에 소요되는 천연가스를 절약할 수 있는 DME/GTL FPSO의 공정스팀을 이용한 에너지 회수장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 천연가스공급유니트의 천연가스와 보일러의 스팀을 투입하여 DME/GTL 처리유니트에서 DME/GTL를 생산하는 FPSO에 있어서: 상기 DME/GTL 처리유니트에서 폐기되는 스팀을 동력원으로 전력을 생산하는 발전기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명에 따르면 상기 발전기는 HP터빈과 MP터빈을 개재하여 발생된 회전력을 사용하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 변형예로서, 상기 HP터빈과 MP터빈을 거친 스팀은 보일러 중 하나의 가열원으로 재활용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 DME/GTL 처리유니트의 스팀은 복합발전유니트와 발전기 중 적어도 하나에 공급되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, DME/GTL FPSO에서 폐기되는 공정스팀을 이용하여 전력을 생산함에 따라 복합화력발전의 전력 생산량을 감소하고 이에 소요되는 천연가스를 절약하여 증산을 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 천연가스공급유니트(11)의 천연가스와 보일러(15)의 스팀을 투입하여 DME/GTL 처리유니트(20)에서 DME/GTL를 생산하는 FPSO에 관련되는 세부 기술을 제안한다. DME/GTL 처리유니트(20)는 개질기(22), CO 2 제거유니트(24), 반응기를 구비한다. DME FPSO의 경우 DME반응기(16)를 구비하고, GTL FPSO의 경우 FT반응기(18)를 구비한다. DME/GTL 처리유니트(20)에는 천연가스공급유니트(11), 보일러(15) 외에 공기분리유니트(Air Separation Unit; ASU)(13)도 연결된다. 본 발명에 따르면 상기 DME/GTL 처리유니트(20)에서 폐기되는 스팀을 동력원으로 전력을 생산하는 발전기(40)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 보일러(15)의 스팀은 DME/GTL 처리유니트(20)의 주요 공정에 사용되고 배출관을 통하여 외부로 폐기된다. 본 발명은 폐기되는 스팀을 열원으로 하여 동력을 발생하고 전력을 생산한다. DME/GTL 처리유니트(20)에서 200MW의 전력을 소모하는 경우 폐기되는 스팀은 100MW 정도로 확인된다. 발전기(40)에서 생산된 전력은 FPSO의 상용ㆍ비상용 전원으로 활용된다. 이때, 도시에는 생략하나, 발전기(40)의 전력선은 주차단기를 개재하여 FPSO의 전력배분 장치 (Switch Gear)로 연결한다. 주차단기의 차단 전류용량은 600~3000A급을 사용하고, 공기 중에서 직접 접점이 떨어지는 ACB(air break circuit breaker)형을 택한다. 본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 발전기(40)는 HP터빈(41)과 MP터빈(42)을 개재하여 발생된 회전력을 사용하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다. HP터빈(41)은 부하와 속도를 조절하고 MP터빈(42)은 속도조절을 하여 발전기(40)에 변동이 적은 안정적 회전력을 제공할 수 있다. 물론 경우에 따라서는 저압터빈(도시 생략)을 부가하는 구성도 가능하다. 본 발명의 변형예로서, 상기 HP터빈(41)과 MP터빈(42)을 거친 스팀은 보일러(15) 중 하나의 가열원으로 재활용하는 것을 특징으로 한다. HP터빈(41)과 MP터빈(42)을 거친 스팀은 여전히 열원으로서 작용 가능하다. 이러한 열원은 전술한 보일러(15)에 인가될 수도 있지만, 온수를 생성하는 별도의 보일러(도시 생략)에 인가되도록 하는 것이 좋다. 본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 DME/GTL 처리유니트(20)의 스팀은 복합발전유니트(30)와 발전기(40) 중 적어도 하나에 공급되는 것을 특징으로 한다. 이는 복합발전유니트(30)와 발전기(40)가 별도로 설치되는 경우에 해당한다. 복합발전유니트(30)는 CCPP(Combined Cycle Power Plant)의 기능을 수행하는 부분으로서 가스터빈, 보일러, 배열회수보일러(HRSG: Heat Recovery Steam Generator) 등을 구비한다. 가스터빈은 기화부에 의해 기화되는 천연가스를 연료로 사용하고, 배열회수보일러는 가스터빈 등의 배기가스 폐열을 이용한다. 이에 복합발전유니트(30)는 가스터빈 및 스팀터빈의 동력을 받아 발전한다. 따라서, 본 발명의 변형예에 의하면 DME/GTL 처리유니트(20)에서 폐기되는 스팀은 전술한 복합발전유니트(30)로 공급할 수도 있지만 복합발전유니트(30)의 스팀터빈으로 공급할 수도 있다. 물론, 이 경우 DME/GTL 처리유니트(20)에서 폐기되는 스팀의 관로 상에 3방향 밸브를 설치하여 복합발전유니트(30) 또는 발전기(40) 중에서 자동 또는 수동으로 선택하여 연결하도록 구성한다. 본 발명의 작용에 의하면, 천연가스공급유니트(11)에서 200ton/hr의 천연가스가 공급되는 경우 복합발전유니트(30)로 30ton/hr가 소요되고 DME/GTL 처리유니트(20)에 170ton/hr가 소요된다. 이 경우 DME/GTL 처리유니트(20)의 필요 전력 200MW 중에서 복합발전유니트(30)가 약 100MW의 전력공급을 담당한다. 그리고 DME/GTL 처리유니트(20)의 스팀 회수를 통한 폐기 에너지로 100MW의 전력공급을 부담할 수 있다. 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
11: 천연가스공급유니트 13: 공기분리유니트
15: 보일러 20: DME/GTL 처리유니트
22: 개질기 24: CO 2 제거유니트
26: DME반응기 28: FT반응기
30: 복합발전유니트 40: 발전기
41: HP터빈 42: MP터빈 |
