LNG 재기화 공정

LNG 공급 체인의 마지막 단계

액화천연가스(LNG)는 특수 설계된 운반선을 통해 수천 마일에 걸쳐 바다를 건너 이동하며, 극저온 탱크에서 -162°C로 유지된다. 그러나 천연가스 소비자의 대부분은 액체가 아닌 가스를 연소한다. LNG 운반선과 연소기 사이 어딘가에서 이 액체는 다시 기체로 전환되어야 한다. 이를 재기화 과정이라 하며, LNG 공급 체인에서 가장 중요한 마지막 단계이다.

규모가 대단하다. 단일 대형 재기화 터미널은 하루에 10억 입방피트 이상의 천연가스를 처리할 수 있으며, 이는 수백만 가구에 공급할 수 있는 양이다. 관련 장비는 거대하고, 열역학적 요구 조건은 엄격하며, 경제적 영향도 매우 크다. 재기화 터미널에서 발생하는 가동 중단은 매시간 운영자에게 수십만 달러의 용량 손실 비용을 초래한다.

핵심 공정: 액체에서 기체로

재기화 과정 자체는 개념적으로 단순하지만, 운영 측면에서는 복잡하다. LNG는 약 -162°C 및 대기압 근처의 상태로 터미널에 도착한다. 이를 파이프라인용 가스로 전환하기 위해 운영자는 두 가지 작업을 수행해야 한다: 압력을 높이고 열을 공급하는 것이다. .

먼저 압력을 높인다. LNG는 저장 탱크에서 일련의 펌프를 통해 이송되는데, 먼저 주 저온 펌프에 공급하는 저압 펌프를 거치고, 그 다음 파이프라인 수준(일반적으로 약 80~100바)까지 압력을 상승시키는 고압 펌프를 통하게 된다. 이 압력 수준에서는 LNG가 충분히 냉각된 상태를 유지하는 한 액체 상태로 남아 있다. 극저온에서 LNG를 펌프로 이송하려면 특수 설비가 필요하다: 펌프는 냉각을 유지하기 위해 액체 내에 완전히 잠겨 있으며, 실링은 극저온과 고압을 동시에 견뎌야 한다.

그 다음 열을 공급한다. 고압 LNG는 기화기(보일라이저)를 통과하면서 약 5~10°C로 가열되어 다시 기체로 전환된다. 그러면 가스는 계량장치, 냄새 첨가(필요한 경우)를 거쳐 송·배기 파이프라인으로 유입된다.

기화기 기술: 터미널의 핵심

기화기는 재기화 터미널에서 가장 중요한 장비이다. 시장에는 세 가지 주요 기술이 우세하며, 각각 고유한 운전 특성을 갖는다.

오픈 랙 기화기(ORV) 해수를 열원으로 사용한다. 해수는 고압 액화천연가스(LNG)를 담은 핀튜브 열교환기 위로 펌프로 공급되며, 이 해수가 LNG를 가열하여 기체 상태로 기화시킨 후 가스 형태로 튜브를 빠져나간다. ORV는 구조가 단순하고 신뢰성이 높으며, 해수가 무료이기 때문에 운영 비용이 낮다. 다만, 대규모 해수 흡입 및 배출이 필요하므로 환경 허가 측면에서 제약이 있다. 또한, 해수 온도가 충분히 높아야 작동할 수 있으므로 일반적으로 5°C 이상의 해수 온도가 요구된다.

잠수 연소 기화기(SCV) 천연가스의 일부를 연소시켜 열을 발생시키고, 이 열을 물 욕조를 통해 LNG로 전달합니다. SCV는 소형이며 모든 기후 조건에서 작동할 수 있습니다. 즉, 해수 온도에 의존하지 않습니다. 다만, 연료 소비량이 증가하는 단점이 있습니다. SCV는 기화시키는 천연가스의 약 1.5~2%를 연소합니다. 이는 판매되지 못하는 제품입니다.

중간 유체 기화기(IFV) 프로판 또는 글리콜-물 혼합액과 같은 중간 열전달 유체를 사용하여 열원(해수 또는 연소)으로부터 LNG로 열을 전달합니다. 이를 통해 운전 유연성이 향상되고, LNG가 열원과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있지만, 시스템 복잡성과 비용이 증가합니다.

부유식 저장 및 재기화 장치(FSRU)의 부상

모든 재기화가 육상에서 이루어지는 것은 아니다. 부유식 저장 및 재기화 장치(FSRU)는 지난 10년간 액화천연가스(LNG) 수입 시장을 혁신적으로 변화시켰다 fSRU는 본질적으로 선박 위에 건설된 재기화 터미널로, LNG 저장 탱크, 기화기, 가스 수출 시스템 등이 모두 부유식 선체 위에 설치되어 있다 .

수치가 그 이야기를 말해준다. 2023년 말 기준 전 세계에서 운영 중인 FSRU는 51척으로, 2020년의 30척에서 3년 만에 70% 증가했다 글로벌 FSRU 시장 규모는 2024년 기준 9억 3백만 달러이며, 2033년까지 17억 8천만 달러에 이를 것으로 전망된다 .

성장을 이끄는 요인은 무엇인가? 바로 속도와 비용이다. 전통적인 육상 재기화 터미널은 허가 및 건설에 5~7년이 소요되지만, FSRU는 18~24개월 내에 운영이 가능하다 독일의 2022년 사례가 이를 잘 보여준다. 러시아 파이프라인 가스 공급이 중단된 후, 독일은 18개월 이내에 5대의 FSRU를 도입하여 육상 기지 건설에 수 년이 걸리는 시간을 피했다. .

FSRU는 단점도 있다. 육상 터미널보다 운영 비용이 더 높으며, 추진을 위한 연료 소비와 선박 유지보수 비용이 상당히 누적된다. 또한 대규모 육상 저장 탱크에 비해 저장 용량이 제한적이다. 그러나 LNG를 신속히 확보해야 하거나, 부지 확보가 어려운 지역, 혹은 정치적으로 토지 확보가 복잡한 시장에서는 FSRU가 종종 유일한 실용적인 해결책이다.

냉열 에너지 회수: 아직 미활용된 기회

이 주제는 충분히 논의되지 않고 있다. 액화천연가스(LNG)에는 액화 공장에서 주입된 막대한 양의 '냉열 에너지'—즉 냉각 에너지—가 포함되어 있다. LNG를 기화할 때 이 냉열은 일반적으로 해수나 대기로 방출되어 낭비된다. 그러나 반드시 그렇게 될 필요는 없다.

전 세계 여러 LNG 수입 터미널에서 이 냉각 에너지를 다른 용도로 회수하기 시작했다. 일본은 대규모 LNG 수입국으로, 냉각 에너지를 공기 분리(액체 산소 및 질소 생산), 저온 이산화탄소 포집, 심지어 데이터센터 냉각 등에 활용하고 있다. 경제성 측면에서도 매력적이다. LNG에 함유된 냉각 에너지의 가치는 지역 전력 가격과 적용 분야에 따라 백만 영국열량단위(MMBtu)당 약 2~5달러 수준이다.

핵심 과제는 시스템 통합이다. 냉각 에너지 회수를 위해서는 냉각을 직접 활용할 수 있는 인근 산업용 수요처가 필요하거나, 온도 차이를 전기로 전환할 수 있는 발전 시스템이 필요하다. 그러나 모든 터미널이 이러한 조건을 갖추고 있는 것은 아니다. 다만, 해당 조건을 충족하는 터미널의 경우 냉각 에너지 회수가 터미널 운영 비용의 상당 부분을 상쇄할 수 있다.

운영 리스크 및 신뢰성 고려 사항

재기화 터미널은 고신뢰성 시설이어야 하며, 반드시 그렇게 설계되어야 한다. 전력망이 가스 공급을 필요로 할 때 이를 제공하지 못하는 터미널은 단순한 재정적 벌금뿐 아니라 규제 당국의 감독 및 평판 손상까지 초래할 수 있다.

가장 큰 운영 위험은 기화기 동결이다. 액화천연가스(LNG) 유량이 열 공급량에 비해 과도하게 높으면 기화기가 얼어붙어 열전달 효율이 저하되고, 심지어 관로가 막힐 수도 있다. 운영자는 LNG 유량을 제어하고, 기화기 출구 온도를 모니터링하며, 경우에 따라 방빙 첨가제를 사용함으로써 이를 관리한다.

또 다른 위험 요소는 열 충격이다. -162°C에서 5°C까지의 급격한 온도 변화는 배관 및 장비에 상당한 열 응력을 유발한다. 따라서 적절한 예열 및 냉각 절차가 매우 중요하다. 스페인의 한 터미널은 이 교훈을 직접 경험했는데, 시운전 중 차가운 LNG 배관을 너무 급격히 개방함으로써 열 팽창률 차이로 인해 파이프 지지대가 파손된 것이다. 이 사고로 2주간의 정비가 필요했으며, 수리 비용은 100만 달러가 넘었다.

단말기 신뢰성에서 제작 품질의 역할

액화천연가스 재기화 단말기 내 장비는 극한 조건에서 작동합니다—한쪽은 극저온, 다른 쪽은 고압이며, 가동 및 정지 시에는 급격한 온도 변화가 발생합니다. 이는 어떤 장비라도 견뎌내기 어려운 엄격한 환경이며, 제작 품질이 매우 중요합니다.

극저온 배관의 불량 용접은 취성 파손을 유발할 수 있습니다. 냉각 배관에 부적절한 단열재를 적용하면 결빙과 부식이 발생할 수 있습니다. 계측기기를 부정확하게 설치하면 오류가 있는 측정값이 출력되어 운영자가 잘못된 결정을 내리게 될 수 있습니다. 이러한 문제들은 이론적인 우려사항이 아니라 현장에서 실제로 발생하며, 막대한 비용 손실을 초래합니다.

프로젝트 소유자 및 운영자에게는 극저온 및 고압 응용 분야에서 풍부한 경험을 갖춘 제작업체와 협력함으로써 이러한 위험을 줄일 수 있습니다. 가스 처리 가치 사슬 전반에 걸쳐 고품질 제작 및 엄격한 시험으로 명성을 쌓아온 그린파이어(GreenFir)와 같은 기업은 재기화 설비에도 동일한 수준의 기준을 적용합니다. 증기화기(Vaporizer)가 현장에 도착해 바로 가동 준비가 되어 있고, 배관이 누출 없이 압력을 견뎌내면 터미널은 예정된 일정에 따라 가동을 시작하며, 가장 중요한 순간에도 정상 가동 상태를 유지합니다.