한국의 천연가스 액화기술, 세계로 나간다
-LNG 액화플랜트기술 개발
"높은 부가 가치의 LNG 액화플랜트 기술 개발로 에너지 미래 연다"
건물의 난방, 집안 온수, 요리(가스렌지) 등에 두루 사용되는 천연가스는 이미 우리 생활의 일부가 되었다.
이러한 천연가스는 외국의 가스전으로부터 가스 상태로 채취가 되는데, 천연가스의 부피가 크기 때문에 이 상태로 국내까지 수송을 하기에는 적합하지 않다.
그렇기 때문에 천연가스를 저장 또는 수송하기 위한 방법으로 크게 3가지를 들 수 있다.
배관을 사용하여 기체 상태 그대로 수송하는 PNG(Pipe-line Natural Gas)와 천연가스를 압축 한 다음에 압력 용기에 넣어서 수송하는 CNG(Compressed Natural Gas), 마지막으로 천연가스를 가스 상태에서 액체 상태로 바꾸고 이를 수송하는 LNG(Liquefied Natural Gas)가 그것이다.
가스전의 대부분은 중동 지역 등에 분포되어 있기 때문에 선박 등을 사용하여 수송을 하는 것이 일반적이고 PNG는 육상용 수송에 적합한 방법이므로 적용하기 어려운 방법이다.
CNG의 경우에는 압력이 높은 천연가스를 원거리·장기간 선박에 저장하게 되면 누설 위험이 있기 때문에 마찬가지로 적합한 방법은 아니다. 그러므로 천연가스를 원거리·장시간에 걸쳐 수송 할 수 있는 현실적인 방법은 천연가스를 액체로 만든 다음, 액체 상태의 천연가스를 선박을 사용해 수송하는 방법이다.
LNG 액화플랜트(LNG Plant)와 부유식 해양 LNG 액화플랜트(LNG-FPSO)의 개념도
LNG 공정과 시장구조
일반적으로 기체 상태의 천연가스를 액체로 만들기 위해 천연가스의 온도를 약 -160℃의 초저온 상태까지 온도를 낮추게 되는데, 이와 같이 온도를 낮추어서 가스 상태를 액체 상태로 바꾸는 것을 과학적 용어로 ‘액화(Liquefaction)’라 한다.
따라서 땅 속에서 뽑아낸 천연가스를 액체 상태로 바꾼 것을 액화천연가스(LNG)라 한다.
천연가스를 ‘액화’시켜 액체 상태로 바꾸면 부피는 기체 상태의 600분의 1로 줄어든다.
이렇게 천연가스를 압축시켜 액체 상태로 만드는 이유는 기체일 때 보다 수송이나 관리가 용이하기 때문이다.
일례로 전 세계 바다를 누비는 LNG운반선은 많은 양의 천연가스를 운반하기 위해 LNG 액화 플랜트(설비)에서 천연 가스를 액체 상태로 만든 것을 배에 실어 수송한다.
최근에는 직접 선박에 액화 설비를 갖춰 천연가스를 배에서 액체 상태로 변환시키는 기술이 개발 중이다.
천연 가스를 액체 상태로 변환시키는 기술은 미국, 프랑스, 영국(네덜란드 공동 개발), 독일 등 몇몇 선진국들이 현재 독점하고 있다.
대표적인 회사로는 ConocoPhilips, APCI, IFP Axens(이상 미국 회사), Technip(프랑스 회사), Shell(영국-네덜란드 합작사), Statoil-Linde(독일 회사) 등이 있다.
이런 선진국의 기술 의존도에서 벗어나 우리나라만의 천연가스 액화 기술을 개발하기 위해 한국가스공사 등 국내 연구진은 지난 2008년부터 한국형 ‘LNG 플랜트 개발 사업’을 수행하여 기본 단계의 개발을 마치고, 실제 개발한 기술을 실현시키기 위해 2011년 5월 인천 LNG 생산기지에서 ‘LNG 액화시험설비(또는 테스트베드)’를 착공하였다.
신액화공정의 개념도와 2013년 인천 LNG 생산기지에 건설 완료할 LNG 플랜트 테스트베드 조감도
한국형 LNG 액화플랜트
2013년 완공될 ‘LNG 액화 시험설비’는 각 기능별 단위설비가 융합된 첨단 설비이다.
우선 △액화 시험설비에 들어가는 기체 상태의 천연가스를 안정화시키는 ‘원료가스 조절설비’ △냉매를 압축하여 액화설비의 열부하를 줄여주는 ‘냉각 설비’ △압축된 냉매를 사용하여 냉열을 만들어내고, 이를 이용해 천연가스를 액화시키는 ‘액화설비’ △액화가 되지않은 가스를 분리해 내는 설비 △천연가스에서 열을 빼앗아 온도를 낮추는 매개체 역할을 하는 냉매를 별도로 저장하는 ‘냉매저장탱크’ 등으로 구성되어 있다. 이 설비는 하루 100톤의 천연가스를 액체 상태로 변환시키는 능력을 갖추도록 설계됐다. 또한 LNG 액화 시험설비에 적용된 공정은 92% 이상의 액화효율을 가지며, 선진국 기술보다 액화시키는 공정을 단순화했다.
이는 최근에 LNG 액화 공정을 단순화하여 설비 규모 자체를 줄여 중소형으로 가려는 세계적 추세와도 부합되는 것이다.
천연가스를 액화시키는 데 있어 선진국 기술 대비 35%의 에너지 소비를 절감하여 에너지 효율적인 설비가 되도록 했다.
연구진은 이같은 다양한 기술들과 관련해 총 8건의 관련 특허를 등록했거나 출원한 상태다.
연구진은 시설 완공 후 1년 여간 천연가스를 액화하는 테스트를 거쳐 기술의 완성도를 높인 후, 2014년까지 연산 500만톤 규모의 상용 LNG 액화플랜트 공정 설계를 완료할 계획이다.
사업이 끝나면 선진국 대비 90% 기술수준을 달성해 LNG 액화 기술 세계 5위의 기술경쟁력을 확보하게 된다.
이렇게 되면, 우리나라는 선진국과의 특허분쟁에서 벗어나 독자적인 LNG 플랜트 EPC(설계, 조달, 시공) 기술을 보유하게 되고 특허료 절감에 따른 6,000억 여원의 수입대체 효과를 얻을 것으로 예상된다.
더불어 우리나라가 해외 LNG 플랜트 건설 사업에 참여 가능한 자격도 갖추게 된다.
보통 해외 LNG 플랜트 건설 사업은 건당 10조 원 이상의 규모인 만큼, LNG 액화설비 기술 확보 시 막대한 경제적 파급 효과를 기대할 수 있다.
이외에도 한국형 LNG 플랜트 구축에 따른 국산 기자재 사용 비율 증가로 관련 국내 부품소재 산업으로 긍정적 파급은 물론 국내 석유화학업계와 연계하여 천연가스 속에 혼합되어 있는 ‘산업용 소재로 쓰이는 가스’를 별도로 모아 산업용 소재로 만들고 천연가스도 액화시키는 ‘LNG 복합 플랜트’ 구축에도 기여할 전망이다.
미래 LNG 플랜트 수출에 앞서 인천에 건설될 LNG 액화 시험설비는 해외발주처들에게 신뢰를 주며, 기술 수출의 선봉장 역할을 할 것이다.
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