천연가스 처리

Natural-gas processing
오스트리아 아데르클라에 있는 천연가스 처리 공장

천연가스 가공은 파이프라인 품질의 건조 천연가스를 생산하기 위해 불순물, 오염물질 및 고분자 탄화수소를 제거하여 원천연가스를 [1]정화하는 산업 공정입니다.천연가스는 최종 사용을 준비하고 오염물질을 [2]제거하기 위해 가공해야 합니다.

천연가스 처리는 지하 또는 우물에서 시작됩니다.예를 들어 가스가 원유와 함께 생산되는 경우, 유체가 유정 [3]튜브에 도달할 때까지 저장 탱크를 통해 흐르면서 분리 과정이 이미 진행됩니다.우물 헤드에서 시작하는 공정은 지하 퇴적물의 종류, 깊이, 위치 및 지역의 [2]지질에 따라 천연가스의 성분을 추출한다.석유와 천연가스는 종종 같은 저장소에서 함께 발견된다.유정에서 생성되는 천연가스는 일반적으로 관련 용해 가스로 분류되며, 이는 가스가 원유와 관련되거나 원유에 용해되었음을 의미한다.원유와 관련되지 않은 천연가스 생산은 '비관련'으로 분류된다.2009년 미국 천연가스 웰헤드 생산량의 89%가 [4]관련성이 없었다.응축수와 물의 관점에서 건조한 가스를 생성하는 비결합 가스는 분리 과정을 [5]거치면서 파이프라인이나 가스 플랜트로 직접 보내진다.

천연가스 처리 공장은 고체, 물, 이산화탄소(CO2), 황화수소(HS2), 수은, 고분자 탄화수소 등의 오염물질을 제거하여 천연가스를 정화한다.천연가스를 오염시키는 물질 중 일부는 경제적 가치가 있으며 추가로 가공되거나 판매된다.가동 중인 천연가스 플랜트는 주거용, 상업용 및 산업용 소비자가 연료로 사용할 수 있는 파이프라인 품질의 건조천연가스를 공급하거나 화학합성을 위한 공급원료로 사용할 수 있다.

천연가스 원정의 종류

원천연가스는 주로 원유정, 가스정, 응축수정 등 세 가지 유형의 우물 중 하나에서 나온다.

원유정에서 나오는 천연가스는 일반적으로 관련가스라고 불린다.이 가스는 지하 저장소의 원유 위에 가스 캡으로 존재했을 수도 있고, 생산 시 압력이 감소하면서 용액에서 녹아 나올 수도 있다.

원유가 거의 없거나 아예 없는 가스정이나 응축수정에서 나오는 천연가스를 비연관 가스라고 한다.가스정은 일반적으로 천연가스만을 생산하고, 응축수정은 다른 저분자량 탄화수소와 함께 천연가스를 생산한다.주변 조건에서 액체인 것(즉, 펜탄 및 더 무거운 것)을 천연 가스 응축물(천연 가솔린 또는 단순 응축물이라고도 함)이라고 합니다.

천연가스는 상대적으로 황화수소가 없을 때 달콤한 가스라고 불리며, 황화수소를 포함하는 가스는 신 가스라고 불립니다.상당한 양의 황화수소, 이산화탄소 또는 유사한 산성 가스를 포함하는 천연 가스 또는 다른 가스 혼합물을 산성 가스라고 합니다.

또한 천연가스는 석탄층의 기공에 있는 메탄 퇴적물로부터 나올 수 있으며, 종종 석탄 자체의 표면에 더 집중된 흡착 상태로 지하에 존재합니다.이러한 가스를 석탄층 가스 또는 석탄층 메탄(호주에서는 석탄층 가스)이라고 합니다.석탄층 가스는 최근 수십 년간 중요한 에너지원이 되었다.

원천연가스 오염물질

참고 항목: 천연 가스 응축수

원천연가스는 일반적으로 가장 짧고 가벼운 탄화수소 분자인26 메탄과 에탄으로4 구성됩니다.또한 다음과 같은 다양한 양이 포함되어 있는 경우가 많습니다.

원천연가스는 주요 송유관 업체가 정한 품질기준에 부합하도록 정제하여야 한다.이러한 품질 표준은 파이프라인마다 다르며, 일반적으로 파이프라인 시스템의 설계와 파이프라인 시스템이 서비스하는 시장의 기능입니다.일반적으로 이 표준은 천연가스를 다음과 같이 규정한다.

  • 가열 값의 특정 범위(열량 값) 내에 있어야 합니다.예를 들어 미국에서는 약 1035 ± 5% B이어야 합니다.1기압 및 60°F에서 가스 입방피트당 TU(1기압 및 15.6°C에서 가스 입방미터당 41 MJ ± 5%).영국에서 국가전송시스템(NTS)[7]에 진입하려면 총 열량이 37.0 - 44.5 MJ/m3 범위에 있어야 합니다.
  • 지정된 탄화수소 이슬점 온도 이상(기체 내 탄화수소 중 일부가 파이프라인에 손상을 줄 수 있는 액체 슬러그 형성 시 응축될 수 있음)에서 공급되어야 합니다.탄화수소 이슬점 조정은 중탄화수소의 농도를 감소시켜 파이프라인을 운송하는 동안 응결이 발생하지 않도록 합니다.영국에서 탄화수소 이슬점은 [7]NTS에 진입하기 위해 <-2°C로 정의됩니다.탄화수소 이슬점은 일반적인 주변 온도에 따라 변화하며, 계절적 변화는 다음과 같습니다.[8]
탄화수소 이슬점의 계절적 변화
탄화수소 이슬점 30°F(-1.1°C) 35 °F (1.7 °C) 40 °F (4.4 °C) 45 °F (7.2 °C) 50°F(10°C)
몇달. 12월

1월

2월

3월

 4월

11월

 그럴지도 모른다

10월

 6월.

9월.

 7월.

8월

천연 가스는 다음과 같이 해야 한다.

  • 파이프라인의 침식, 부식 또는 기타 손상을 방지하기 위해 미립자 고형물 및 액체수가 없어야 한다.
  • 수증기를 충분히 탈수하여 가스처리장 내 또는 판매용 가스전달관 내에 메탄하이드레이트가 형성되지 않도록 한다.미국의 대표적인 수분 함량 사양은 가스가 [9][10]표준 입방피트당 7파운드 이하의 물을 포함해야 한다는 것입니다.영국에서는 [7]NTS에 입력하기 위해 85barg당 10°C 미만으로 정의됩니다.
  • 황화수소, 이산화탄소, 메르캅탄, 질소 등의 성분을 미량 이하로 함유한다.황화수소 함량의 가장 일반적인 사양은 가스 100입방피트당 0.25gran HS2, 즉 약 4ppm입니다.CO의2 사양에서는 일반적으로 함량을 2~3% 이하로 제한하고 있습니다.영국에서는 황화수소 5mg/m3 이하, 총황 50mg/m3 이하, 이산화탄소 2.0% 이하(몰라), 질소 5.0% 이하(몰라)를 [7]NTS에 입력한다.
  • 수은을 검출 가능한 한계(용적 기준 약 0.001ppb) 이하로 유지하여 수은의 합병 및 알루미늄 및 [6][11][12]기타 금속의 메짐화로 인해 가스 처리 공장 또는 파이프라인 전송 시스템의 장비가 손상되지 않도록 하십시오.

천연가스 처리 공장 설명

원천연가스 처리에 사용되는 다양한 단위 공정을 구성하는 방법은 다양합니다.아래 블록 흐름도는 비관련 가스정에서 발생하는 원천연가스 처리를 위한 일반적인 구성입니다.천연가스가 최종 사용자 [13][14][15][16][17]시장에 파이프로 연결된 판매 가스로 어떻게 처리되는지를 보여줍니다.또한 원천연가스의 가공이 어떻게 다음과 같은 부산물을 발생시키는지도 보여줍니다.

원천연가스는 일반적으로 인접한 우물군으로부터 채취되며 우선 그 채취점의 분리용기에서 처리되어 유리액수 및 천연가스 응축수를 제거한다.응축수는 보통 정유공장으로 운반되고 물은 폐수로 처리되어 폐기됩니다.

그런 다음, 원가스는 가스 처리 공장으로 배관되며, 여기서 초기 정화는 보통 산성 가스(황화 수소 및 이산화탄소)를 제거하는 것입니다.플로우 다이어그램에 나타나 있듯이 이 목적을 위해 사용할 수 있는 몇 가지 공정이 있지만, 아민 처리는 과거에 사용되었던 공정입니다.그러나 아민 공정의 성능 및 환경적 제약으로 인해 천연가스 흐름에서 이산화탄소와 황화수소를 분리하는 고분자 막을 이용한 새로운 기술이 점점 더 많이 받아들여지고 있습니다.시약이 [21]소비되지 않기 때문에 막이 매력적입니다.

산가스가 존재하는 경우 막 또는 아민 처리를 통해 제거되며, 산가스 중의 황화수소를 원소 황 또는 황산으로 변환하는 황 회수 장치로 라우팅될 수 있습니다.이러한 변환에 사용할 수 있는 공정 중 Claus 공정은 지금까지 원소 황을 회수하는 것으로 가장 잘 알려진 반면, 기존의 Contact 공정과 WSA(Wet 황산 공정)는 황산을 회수하는 데 가장 많이 사용되는 기술입니다.소량의 산성가스는 플레어링으로 처리해도 된다.

Claus 프로세스에서 나오는 잔류 가스는 일반적으로 테일 가스라고 불리며, 이 가스는 잔류 유황을 함유한 화합물을 회수하여 Claus 유닛으로 재활용하기 위해 테일 가스 처리 유닛(TGTU)에서 처리된다.다시 흐름도에 나타나듯이 Claus 유닛 테일가스를 처리하는 데 사용할 수 있는 여러 공정이 있으며, 이를 위해서는 테일가스에 대해 자동온도 작용을 할 수 있기 때문에 WSA 공정도 매우 적합하다.

가스 처리 공장의 다음 단계는 일반적으로 글리콜 탈수라고 불리는 액체 트리에틸렌 글리콜(TEG)[10]의 재생 가능한 흡수제,[22] 조해성 염화물 건조제 또는 고체 흡착제를 사용하여 재생 가능한 압력 스윙 흡착 장치(PSA)를 사용하여 기체에서 수증기를 제거하는 것입니다.막과 같은 다른 새로운 과정도 고려될 수 있습니다.

그런 다음 활성탄이나 재생성 분자 [6]체와 같은 흡착 과정을 사용하여 수은을 제거합니다.

흔하지는 않지만 흐름도에 표시된 세 가지 프로세스 중 하나를 사용하여 질소를 제거하거나 제거하기도 합니다.

  • 저온 증류를 이용한 극저온 공정(질소 제거 장치).[23]이 프로세스는 필요에 따라 헬륨을 회수하도록 수정할 수 있습니다(산업용 가스 참조).
  • 흡착제로 희박한 오일 또는 특수[25] 용매를 사용하는 흡수 과정.[24]
  • 활성탄 또는 분자 체를 흡착제로 사용하는 흡착 과정.이 공정은 부탄과 무거운 탄화수소의 손실을 초래한다고 알려져 있기 때문에 적용 범위가 제한적일 수 있다.

NGL 분류

NGL 분류 프로세스는 오일 터미널의 분리기에서 나오는 오프 가스 또는 정제소의 조증류 컬럼에서 나오는 오버헤드 분율을 처리합니다.분류는 산업 및 국내 소비자에게 배관에 적합한 천연가스, 판매용 액화석유가스(프로판 및 부탄), 액체연료 [26]혼합용 가솔린 공급원료 등 유용한 제품을 생산하는 것을 목표로 한다.회수된 NGL 스트림은 최대 5개의 증류탑(탈에탄화기, 탈에탄화기, 데모에탄화기 및 부탄 스플리터)으로 구성된 분류열을 통해 처리됩니다.터보 팽창기를 통해 가스를 팽창시킨 후 탈산 분화 [27][28]컬럼에서 증류하는 또 다른 저온 증류 공정을 사용합니다.일부 가스 처리 공장에서는 극저온 터보 팽창기 프로세스 대신 린 오일 흡수[24] 프로세스를 사용합니다.

NGL 분류 플랜트에 대한 가스 공급은 일반적으로 약 60 barg와 37 °[29]C로 압축된다.공급은 -22°C까지 냉각되고, 탈탄화기 오버헤드 제품 및 냉동 시스템과 교환되며, 다음과 같은 세 가지 스트림으로 분할됩니다.

  • 응축된 액체가 Joule-Thomson 밸브를 통과하여 압력을 20bar로 낮추고 -44.7°C에서 하부 공급으로 데메탄라이저로 들어갑니다.
  • 일부 증기는 터보 익스팬더를 통해 전달되며 -64°C에서 상부 공급으로 디메탄나이저로 들어갑니다.
  • 나머지 증기는 (밸브를 통해) 데메탄나이저 오버헤드 제품과 줄-톰슨 냉각에 의해 냉각되고 -96°[29]C에서 환류되어 칼럼으로 들어갑니다.

오버헤드 생성물은 주로 20bar와 -98°C에서 메탄입니다.이를 가열하고 압축하여 20bar 및 40°C에서 판매 가스를 생성합니다.하단 제품은 디에탄나이저에 공급되는 20 barg의 NGL입니다.

디에탄제의 오버헤드 생성물은 에탄이며 바닥은 디프로파나이저에 공급됩니다.디프로파나이저의 오버헤드 제품은 프로판이며 바닥은 디프로파나이저에 공급됩니다.데모네라이저의 오버헤드 제품은 노멀과 이소부탄 혼합물이고, 하단 제품은 C+ 가솔린5 혼합물입니다.

NGL 분류열에서 선박의 운전 조건은 일반적으로 다음과 같습니다.[26][30][31]

NGL 컬럼 동작 조건
디메타나이저 디에탄나이저 디프로파나이저 디모어나이저 부탄 스플리터
공급 압력 60 바겐 30 바겐
공급 온도 37 °C 25 °C 37 °C 125 °C 59 °C
칼럼 작동 압력 이십 바겐 26-30 바겐세일 10-16.2 바겐 3.8-17 할인 4.9-7 바겐
오버헤드 제품 온도 -98°C 50 °C 59 °C 49 °C
제품 하단 온도 12 °C 37 °C 125 °C 118 °C 67 °C
오버헤드 제품 메탄(천연가스) 에탄 프로판 부탄 이소부타네
하단 제품 천연가스 액체 (탈모제 공급) (탈부탄제 공급) 휘발유. 노멀 부탄

사료와 제품의 일반적인 구성은 다음과 같습니다.[29]

스트림 구성, 볼륨 %
요소 먹이다 NGL 에탄 프로판 이소부타네 부탄 휘발유.
메탄 89.4 0.5 1.36
에탄 4.9 37.0 95.14 7.32
프로판 2.2 26.0 3.5 90.18 2.0
이소부타네 1.3 7.2 2.5 96.0 4.5
부탄 2.2 14.8 2.0 95.0 3.0
이소펜탄 5.0 33.13
n펜탄 3.5 0.5 23.52
n헥산 4.0 26.9
n-헵탄 2.0 13.45
총 100 100 100 100 100 100 100

회수된 프로판, 부탄 및5 C+의 스트림을 메록스 프로세스 유닛에서 "감미료"하여 바람직하지 않은 메르캅탄을 이황화물로 변환할 수 있으며, 회수된 에탄과 함께 가스 처리 공장의 최종 NGL 부산물입니다.현재 대부분의 극저온 발전소는 경제적 이유로 분류를 포함하지 않으며, 대신 NGL 흐름은 혼합 제품으로 공급 원료로 구성 요소를 사용하는 정유소 또는 화학 공장 근처에 위치한 독립형 분류 복합체로 운송된다.지리적 이유로 파이프라인 부설이 불가능하거나 공급원과 소비자 간 거리가 3000km를 초과하는 경우 천연가스를 LNG(액화천연가스)로 선박으로 운반한 후 다시 소비자 근처에서 가스 상태로 전환한다.

상품들

NGL 회수 부분의 잔류 가스는 최종 정제 판매 가스이며 최종 사용자 시장에 공급됩니다.가스의 품질에 관한 규칙과 협정은 구매자와 판매자 간에 이루어진다.일반적으로 CO, HS2 및2 HO의 최대2 허용 농도를 지정하고, 가스에 불쾌한 냄새와 물질, 먼지 또는 기타 고체 또는 액체 물질, 왁스, 잇몸 및 껌 형성 성분이 없어야 하며, 이는 구매자 장비의 작동에 손상되거나 악영향을 미칠 수 있습니다.처리 공장 구매자에게 문제가 발생하면 일반적으로 가스 수용을 거부하거나 유량을 낮추거나 가격을 재협상할 수 있습니다.

NatGasProcessing.svg

헬륨 회수

가스의 헬륨 함량이 상당할 경우, 헬륨은 분별 증류에 의해 회수될 수 있다.천연 가스는 헬륨을 7%나 함유할 수 있으며, 귀한 [32]가스의 상업적 공급원이다.예를 들어 미국 캔자스와 오클라호마의 후고톤 가스전은 헬륨 농도가 0.3%에서 1.9%로 귀중한 [33]부산물로 분류됩니다.

소비.

각국의 천연가스 소비 패턴은 접근에 따라 달라집니다.매장량이 많은 나라는 원자재 천연가스를 보다 관대하게 취급하는 경향이 있는 반면, 자원이 부족하거나 부족한 나라는 보다 경제적이다.상당한 발견에도 불구하고, 천연가스 매장량의 예상 [citation needed]가용성은 거의 변하지 않았다.

천연가스의 용도

  • 산업용 난방 및 건조 공정용 연료
  • 공공발전소 및 산업발전소 운영용 연료
  • 조리, 가열 및 온수 공급을 위한 가정용 연료
  • 친환경 압축 또는 액체 천연가스 차량용 연료
  • 화학합성[34][35][36][37] 원료
  • GTL(Gas-to-Liquid) 공정을 이용한 대규모 연료 생산용 원료(예: 저배출 연소로 무황 및 무방향족 디젤 생산)

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

추가 정보

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