LNG, LPG, PNG, NGV, 메탄하이드레이트

1. LNG(Liquefied Natural Gas,액화천연가스)

인도네시아·말레지아· 카타르·오만 등지에서 영하162℃로 냉각시키고 부피를 1/600로 압축시킨 상태로 운반선에 의해 도입하며, 액체를 인천과 평택 인수기지에서 기화시켜 배관을 통하여 도시가스로 공급하고 있다.

주성분은 메탄(CH4)이고, 공기보다 가볍기 때문에 누출시 대기중에 쉽게 비산되므로
LPG보다 안전하며, 서울지역 소비량은 연간 4,128백만㎥에 이른다.

 

가. 메탄을 주성분으로 한 천연가스를 -162도까지 냉각시켜 액화시킨 것
나. 청정연료로서 가격이 저렴하고, 환경문제가 없는 합리적인 연료
다. 수입기지로서 저온저장설비 등 일련의 수입설비로 기화시킨다.(기화장치가 필요)
라. 초저온 액체로서 설비재료의 선택 및 취급, 조업에 주의 요망
마. 냉열을 이용할 수가 있다.
바. 발열량 10500 Kcal/m3, 기체비중 0.625

천연가스의 형태별 종류

1. Natural Gas 
일반 기체상태의 천연가스 메탄이 주성분

2. Liquefide Natural Gas
천연가스를 -162°C 상태에서 약 600배로 압축,액화시켜 이동하기 편리하게 만든 상태 이과정에서 정제 과정을거치면서 순수메탄의 성분이 매우 높고 수분함량과 오염물질 햠량이 없는 청청 연료상태

3. Compressed Natural Gas
천연가스를 200 배~250배로 압축하여 저장하는 가스

4. Pipe Natural Gas
Natural Gas 를 산지에서 파이프로 이동하여 사용하는 가스

2. LPG(Liquefied Petroleum Gas,액화석유가스) 

 원유정제과정에서 생산되는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)이 주성분이며, 용기에 충전된 상태로 일반가정이나 음식점에서 사용하는 것이 프로판이고, 충전소에서 주입시켜 자동차용 연료로 사용되는 가스가 부탄이다.

공기보다 무겁고 누출시 폭발의 위험성이 LNG보다 크며
서울지역 연간소비량은 66만 톤에 이르고 있다.

 

가. 상온 상압 에서는 기체이지만 가압또는 냉각에 따라 용이하게 액화가 가능하여 액체로 수송, 저장되어 취급이 간단.(10-15도에서 약 6-7kg/cm2 의 압력으로 액화용이)
나. 유전에서 원유, 천연가스에 수반하여 산출되는 천연lpg 와 석유정제 석유화학공업에서 산출된 부생lpg가 있다.
다. 중발량이 높으며 불순물이 거의 포함되지 않고 재가스화가 용이한 장점이 있다.
라. 도시가스로 이용할 경우 저장설비가 기화설비를 설치하면 비교적 간단히 가스화가 가능하다.
마. 공급방식.
직접공급방식
공기희석 공급
도시가스에 직접 혼입하여 공급
개질하여 공급 
바. 대기, 수질오염 등의 환경문제가 적다.
사. 원료저장에는 가압식탱크 또는 저온식 탱크가 사용된다.
아. 발열량 24000 Kcal/m3, 기체비중 1.52

3. PNG(Pipe-Line Natural Gas) 

 천연가스를 액화 및 재 기화시키지 않고 가스 상태에서 직접 배관을 통하여 공급할 수 있는 시스템으로 최근 시베리아 지역의 가스전 개발시 가스배관을 부설하여 직접 국내에 도입시키는 방안이 연구·검토되고 있다.

 

4. NGV : Natural Gas Vehicle(천연가스자동차)
천연가스를 연료로 사용하는 천연가스 자동차는 1930년대부터 이탈리아와 러시아에서 처음 제작되었다. 초기에는 주로 과잉 생산된 천연가스의 소비를 목적으로 했으나 1970년대 이후에는 두 차례의 석유파동을 거치면서 에너지 절약수단으로 천연가스 자동차를 보급했다. 1990년대에 들어서는 자동차로 인한 대기오염문제로 특히 대형 경유차의 배출가스를 근원적으로 해결하는 수단으로 보급되고 있다. 

차종을 보면 종래에는 가솔린 승용차를 개조해서 가솔린과 천연가스를 병행 사용할 수 있는 'Bi-Fuel' 자동차가 많았지만 현재는 주로 천연가스 전용엔진을 탑재한 자동차를 운행하고 있다. 특히 최근 들어서는 정부와 지방자치제 등 공익사업체를 중심으로 버스·트럭 등의 중량차에 보급이 늘어나고 있다. 미국과 일본 등의 선진국에서는 90년대 초부터 천연가스 자동차 보급에 주력하고 있다. 특히 이번에 우리와 함께 월드컵을 치르는 일본의 경우 지나친 석유의존도를 낮추기 위해 2010년까지 천연가스 자동차 100만대 보급 계획을 설정해 추진하고 있다. 이렇게 천연가스 자동차는 세계 각국에서 점차 증가하고 있는 추세이다. 
이에 우리도 지난해부터 본격적으로 천연가스 버스 보급을 시작으로 최근 영등포구청에서는 천연가스 청소차가 운행 중이다. 현재 천연가스 버스는 1천424대(2002년 5월 1일 기준)가 운행 중이며 992대가 운행계약을 체결할 상태이다. 월드컵 개최 전까지 2천500대, 올해 말까지 3천대의 천연가스 버스를 보급할 계획이다. 앞으로 시내버스 2만대를 2007년까지 연차적으로 천연가스 버스로 교체 보급할 예정이다.
또한 지난 4월 25일부터 영등포구청에서 시험적으로 운행 중인 천연가스 청소차는 오는 10월 25일까지 6개월간 청소차로서의 기능·성능 및 경제성 등을 평가해 그 토대로 2003년부터 본격적으로 보급할 계획이다.

 

5. 원유하역방법

LNG선이나 탱커의 경우 부두에 직접 접안하지 않고 항구나 석유기지 앞바다 멀리 떨어진 곳에 연결된 파이프를 통해서 가스나 석유를 선적하거나 하역 한다.

유조선(탱커)의 경우 돌핀(Dolphin)이라는 것을 이용해서 석유를 운송 한다. 돌핀이란 일종의 부표같은 것으로  유조선은 직접 항구까지 가지 않고  항구 앞바다에서 돌핀에 호스를 연결해서 석유를 이동시킨다  돌핀에도 육지의 석유시설과 연결된 파이프가 설치되어 있다.
대부분의 유조선이나 LNG선은 대형이기 때문에  수심이 얕은 항구에 정박하기 힘들 뿐더러 굳이 항구에 정박하지 않고도 먼 바다에서 돌핀 등을 이용해서 하역을 할 수 있기 때문이며 시간도 된다

 

6. 하이드레이트

해양수산부는 '해양자원개발 중.장기 실천계획'에서 육상자원 고갈에 따른 대체자원 개발의 필요성을 강조하며, 동해의 배타적경제수역은 대륙붕과 심해성 지질구조의 특징을 동시에 갖는 지역으로 지하 심부의 석유.천연가스와 더불어 해저면의 인광상, 메탄수화물 부존이 확인되었으며 해저열수유화광물의 부존가능성도 확인필요라고 언급하고 있다. 20세기 들어 세계각국은 육상자원의 고갈로 필연적으로 바다에 눈을 돌리게 되었으며, 이 때문에 배타적경제수역으로 상징되는 더 많은 바다의 영토확보와 배타적경제수역내 대체자원의 개발 및 이용에 관심을 쏟고 있다. 

21세기 신 에너지 자원으로 각광받는 메탄수화물

수심 500m 이하 해저퇴적층에 존재하는 메탄수화물은 이미 미국, 일본 등 해양개발 선진국으로부터 21세기 신 에너지 자원으로 각광받고 있으며, 미국은 2015년 상업생산을 목표로 생산기술 연구등을 추진하고 있는 실정이며, 일본의 경우 일본의 연간 천연가스 소비량의 100년분에 해당하는 양이 일본 주변해역에 부존된 것으로 추정하고 있으며 지난 2000년 1월에는 도쿄 남서쪽 시즈오카현 앞바다 해저에서 메탄하이드레이트 함유층이 일본에서 처음으로 발견되었다. 또한, 미국, 일본, 독일, 캐나다 등은 오는 2001년에 캐나다연안 1200m 지점에서 공동채굴실험을 하기로 하는 등 자원개발에 박차를 가하고 있는 상황이다. 

독도부근 해저에 다량의 메탄하이드레이트가 부존하고 있다.

"석유, 천연가스층 위에는 일종의 뚜껑 역할을 하는 하이드레이트(Hydrates)란 물질이 있습니다. 러시아과학원이 공개한 이 물질의 분포도를 보면 인도에서 대만, 동해를 지나 미국, 남미 서해안에 이르기까지 거대한 벨트를 형성하고 있죠. 이 연결고리 중에 끊긴 곳이 독도 부근입니다. 이미 울산 남동쪽, 독도 아래쪽의 일본 서해안 지역에서는 천연가스와 석유가 나오고 있고 일본도 통산성 주도로 민.관 합작기구를 만든 점으로 미뤄 우리도 빨리 조사에 착수해야 합니다" 러시아과학원 소속 무기화학연구소로부터 동해의 하이드브레이트 분포추정 지도를 건네받은 경상대 화학과 백우현 교수님은 이렇게 독도부근 해저의 중요성을 강조하고 있다.
하이드레이트는 바닷속 600∼1,600m 깊이에서 메탄 성분에 수분이 붙은 물질. 액화된 가스가 다시 고체화된 상태로 이 물질이 분포하는 해저에는 천연가스, 석유가 순서대로 매장돼 있다는 것이 학계의 정설이며, 하이드레이트는 그 자체적으로 훌륭한 광물자원이지만, 석유가 매장되어 있음을 알려주는 지시자원으로도 가치가 매우높다. 

 

7. 동해가스전에 대해

◆ 동해 대륙붕 개발사 = 국내 대륙붕 개발이 처음 시작된 것은 1964년이다.

국립지질조사소가 민간인과 함께 경북 포항지역 제3기층을 대상으로 12개 공에대해 탐사를 시도, 75년말 두번째 시추공에서 석유가 발견됐다는 정부 발표가 있었지만 진위가 확인되지는 않았다.

이후 66년 UN 산하기구인 아시아극동경제위원회(ECAFE)가 영일만 해역에서 탄성파 및 자력 탐사를 실시했고 68년에는 미 해군 해양연구소가 서해와 남해의 대륙붕전역에 대해 탐사를 개시하면서 외국자본에 의한 탐사가 본격화됐다

조사결과 석유부존 가능성이 높다는 보고가 발표되자 외국의 대형 석유사들이잇따라 광권 취득을 시도했으며 70년 해저광물자원개발법이 제정되면서 본격적인 대륙붕 탐사가 이뤄지기 시작했다.

미국의 텍사코, 걸프, 네덜란드의 셸 등 메이저 회사들의 탐사로 한때 제7광구에서 검은 황금이 쏟아진다는 기대에 부풀기도 했으나 원유만을 목표로 했던 외국자본은 결국 가스 부존에는 관심을 갖지 않은 채 실패로 끝나고 말았다.

이후 78년 동력자원부가 발족하고 79년 석유공사가 설립된 뒤 국내 대륙붕 탐사는 외국자본에서 석유공사가 주도하는 자주적 개발 시기로 전환된다.

석유공사는 동해 대륙붕에서 석유발견에는 실패했지만 양질의 가스 검출에 성공했고 경제성있는 매장량을 갖추고 있다는 사실을 확인하면서 가스전 개발은 급진전됐다.

동해 제6-1 광구에 대한 정밀분석이 실시되고 83년 물리탐사가 시도됐으나 경제적 생산이 이뤄지지 못하면서 장기간 난관에 빠지기도 했다.

그러나 90년대들어 석유공사는 탐사작업에 '탄성파 층서학'이라는 신기술을 적용했으며 고래5 공구에서 98년 생산시험을 통해 생산 가능한 규모의 매장량이 확인됐고 결국 2002년 시설 착공에 이른다.

◆ 천연가스 상업생산의 의미 = 동해-1 가스전은 무엇보다 국내 기술진에 의해개발돼 최초로 우리나라를 명실상부한 산유국 리스트에 올려놓았다는데 의미가 크다.

지금까지 세계 산유국은 94개국이었고 우리나라는 이날로 95번째 산유국이 된다.

그러나 더 큰 의미가 있다면 국내 대륙붕 개발의 물꼬를 트고 해외석유개발에서도 경쟁력과 자신감을 확보했다는 것이다.

탐사, 개발, 생산에서 공급에 이르기까지 순수한 우리 기술로 이뤄낸만큼 국제적으로도 석유개발 부문의 경쟁력을 인정받게 됐으며 국내 대륙붕에도 석유자원이발견, 생산됐다는 유망성도 실증한 셈이다.

향후 해외 대규모 석유개발에 참여할 때도 이번 가스전 개발은 협상능력을 강화하는데 크게 기여할 수 있으며 이는 해외 유전매입의 성공 가능성을 한층 높여줬다고 평가된다.

국민 경제적 측면에서는 수요량이 증가하고 있는 천연가스의 수입 대체 효과(총수입 규모 12억달러)와 함께 플랜트, 조선 등 관련산업의 동반 성장도 기대되며 울산지역의 경제 활성화에도 큰 몫을 할 것으로 기대된다.

◆ 석유.가스개발 시작은 이제부터 = 국내 대륙붕은 아직 초기 개발단계로 정확한 매장량 예측은 불가능하지만 대략 분지 규모로 볼 때 가스의 경우 최소 수천억에서 최대 수십조입방피트의 매장량도 기대할 수 있다는게 전문가들의 얘기다.

석유는 징후만 발견됐지 정식으로 테스트된 적이 없어 신뢰도가 낮지만 발견된다면 수억 배럴 규모가 매장돼 있을 가능성도 배제하지 않고 있다.

대륙붕중 동해는 가스전이 이미 발견된 지역으로 가스전의 추가 확보가 가능한것으로 알려져 있으며 서해와 남해의 경우 징후가 소량 발견되었을 뿐이며 향후 많은 탐사가 필요하다.

그러나 비슷한 지질을 보이는 동중국해에서 핑후, 롱징 유가스전이 발견되는 등낭보가 잇따르고 있어 이 지역에도 탐사노력을 집중한다면 신규 가스전을 확보할 수있을 것이라는 분석이다.

우리나라가 자체 공급가능한 석유나 가스량이 전체 소비량의 10%만 넘어선다면에너지 공급이 안정화될 것이라고 보는 전문가들이 많다.

즉 국내에서 가스전이 계속 발견돼 가스를 자체공급하고 석유도 서해와 남해 탐사와 해외자주원유개발이 이어진다면 공급량이 전체 소비량의 10%만 되더라도 우리경제는 오일쇼크에 대한 내성이 생길 수 있다는 것이다.

석유공사 관계자는 "이번 동해 가스전 개발에서 축적된 경험과 기술력을 바탕으로 또 다른 대륙붕 개발과 해외 석유개발에 나서 안정적인 에너지원을 확보하는데범정부 차원의 노력이 집중돼야 할 것"이라고 말했다.

 

8. 추가발견된 가스전

울산 동남쪽 앞바다에서 80만t 규모의 경제성 있는 가스층이 추가로 발견됐다.

한국석유공사는 3일 대륙붕 6-1광구의 동해가스전에서 남서쪽으로 5㎞ 떨어진 ‘고래-8 광구’의 시추작업 결과, 가채매장량 400억입방피트(80만t)에 이르는 양질의 가스층을 발견했다고 밝혔다.

이번에 발견된 천연가스 80만t은 지금 국제 시세로 2억8천만달러어치의 가치를 가진 것으로 평가되며, 울산·경남지역 34만 가구가 2년간 사용할 수 있는 양이다. 우리나라 연간 가스소비량의 4.4%에 해당한다.

석유공사는 이 광구의 지하 2757m까지 파들어가 37m 두께의 가스층을 발견했으며, 시험 결과 산출량 및 분출압력이 높은 양질의 가스층임을 확인했다. 특히 이 가스층은 지난해 7월부터 가스를 생산 중인 동해-1 가스전에 파이프라인으로 연결해 개발하기 때문에 초기 개발비가 적게 드는 장점도 있다고 석유공사 쪽은 강조했다. 석유공사는 2007년 하반기부터 생산을 시작할 수 있을 것으로 보고 있다.

 

10. 

원유정제

1. 크래킹(cracking)

     : 끓는점이 높고 분자량이 큰 탄화수소를 분자량이 작은 탄화수소로 열분해하는 방법을 크래킹(cracking)이라고 한다. 크래킹에 의해 양질의 가솔린을 많이 얻으며, 요즘은 석유 화학 공업의 원료인 에틸렌, 프로필렌 등을 만드는 과정에 이용된다.

2. 리포밍(reforming)

    : 촉매의 존재 하에 나프타에 높은 온도와 압력을 가해 주면 일부 탄화수소가 변화되면서 탄화수소의 질을 개선함으로써 양질의 휘발유를 얻을 수 있는데, 이 과정을 리포밍이라고 한다

3. 석유가스

   원유를 분별 증류하면 끓는점이 낮은 프로판과 부탄 등의 혼합 기체가 먼저 분리되어 나온다. 이 기체를 상온에서 압축시켜 액화한 것을 액화 석유 가스, LPG 라 한다

 

4. 천연 가스(LNG)

   주성분은 메탄이며 에탄, 프로판, 부탄 등의 혼합 가스도 소량으로 포함되어 있다. 이것을 -162℃로 냉각· 압축하여 액화한 것을 액화 천연 가스, LNG 라 한다

장점: LNG는 LPG보다 불꽃 조절이 쉽고, 폭발 위험이 적으며, 열효율이 더 높고, 공해가 적다.

용도: 천연 가스는 도시 가스 및 발전용 연료로 사용된다. 또한 초저온 액체인 LNG를 천연 가스 상태로 기화하는 과정에서 유실되는 냉열은 액체 산소, 액체 질소, 액체 아르곤을 생산하는 공기 액화 분리 공업, 농수산물 저온 저장, 냉동식품공업 등에 이용된다.

[출처] LNG, LPG, PNG, NGV, 메탄하이드레이트|작성자 향기샘