LPG 란 ?
LPG란 Liquefied Petroleum Gas의 약자로, 우리말로는 액화석유가스라고 불리며 석유 정제과정에서 얻어지는 천연 가솔린에서 분리된 부탄(butane, C4H10)과 프로판(propane, C3H8)이 주성분인 연료용 가스를 말합니다. 상업적으로는 커머셜 부탄 (85% 부탄과 그 밖에 프로판, 펜탄 등)과 커머셜 프로판(92% 프로판과 그 밖에 에탄 및 부탄)의 2종류가 있습니다. 프로판은 부탄보다 낮은 온도에서 기화되기 때문에 부탄에 비해 가볍고 점화성이 좋습니다. 이 프로판과 부탄은 주로 사용되는 쓰임새의 차이가 있습니다. 프로판은 가정이나 음식점 등의 취사 및 난방용 연료로, 부탄은 차량용 연료로 사용됩니다.
우리나라의 LPG는 ① 석유를 정제할 때 나오는 가스 ② 석유화학 공장에서 나프타를 분해할 때 나오는 가스 등에 있는 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌 등을 냉각 또는 고압(7~10기압)에 의해 액화한 것입니다. 액화는 가압 또는 냉동에 의해 이루어지고 열량은 1㎥당 약 10만 kJ 입니다.
LPG는 땅속에서 원유나 천연가스를 추출할 때 부수적으로 나오는 수반가스(Associated Gases)를 정제/분리공정을 통해 회수하여 가압하거나 냉각시켜 수송이 편리하도록 액체상태로 만들어 이용하기 시작한 연료입니다.
이러한 수반가스를 제대로 회수하여 사용할 줄 몰랐던 때에는 석유 채굴 시에 유정(油井)에서 분출되어 나오는 가스를 그대로 공중에서 태워 없애거나 유전지대의 지하압력을 유지시키기 위해서 유정을 통하여 다시 땅속으로 밀어 넣었습니다
참고적으로 LPG의 유통단계를 알면 LPG수송에 대해 이해가 쉬울 거 같습니다.
LPG 특징
| 특성 | LPG | LNG |
| 인화점 (℃) | -105 | -188 |
| 자연발화온도 (℃) | 459 | 595 |
| 점화에너지 (mJ) | 0.25 | 0.28 |
| 대기압에서의 비등점 (℃) | -42 | -162 |
| 임계온도 (℃) | 96 | -83 |
| 임계압력 (MPa) | 4.26 | 4.6 |
1. 액화가 용이
액화 압력 : 프로판은 상온(20℃)에서 약 7 kg/㎠, 부탄은 약 2kg/㎠ 이상으로 압력을 가하면 액화 됩니다.
액화 온도 : 프로판은 상압 (1기압)에서 약 -42℃, 부탄은 약 -0.5℃ 이하로 온도를 낮추면 액화 됩니다.
2. 연소 시, 다량의 공기(산소)가 필요
프로판 연소 시, 약 25배 용량의 공기를 필요로 합니다.
부탄 연소 시, 약 32배 용량의 공기를 필요로 합니다.
3 발열량이 크다
프로판은 12,050kcal/kg, 부탄은 11,850kcal/kg (석탄 5,500~6,000kcal/kg, LNG 9,800~10,600kcal/kg, 경유 9,000kcal/kg)
4. 액화하면 부피가 작아진다
기체상태에서 액체상태가 되면 프로판은 1/250, 부탄은 1/230로 부피가 각각 작아집니다. (암모니아 1/850, 수소 1/800, LNG 1/600)
5. 액체상태의 비중은 물보다 가볍다
물(1) > 프로판(0.51), 부탄(0.58)
6. 기체상태의 비중은 공기보다 무겁다
공기(1) < 프로판(1.5), 부탄(2)
7. 무색, 무취, 무독
판매 시 누출을 쉽게 감지하기 위하여 일정량의 냄새 나는 물질을 혼합합니다.
LPG 생산방법
1. 유전의 수반가스(Associated Gas) 로부터 생산
유전에 매장되어있는 원유에는 천연가스 성분이 용해되어 있는데 원유를 지상으로 퍼 올리면 유정의 압력이 내려가게 되어 가벼운 성분이 가스 상태로 끓어 오르게 되고, 이 가스로부터 프로판과 부탄을 분리/추출하여 액화처리 합니다. 생산의 가장 많은 물량을 차지하며, 산유국에서의 수출용 LPG와 국제교역에서 거래되는 LPG의 주종을 이루고 있습니다.
2. 원유 정제과정에서 생산
정유공장에서 원유 정제 시 원유에 남아있는 LPG를 상압공정 또는 중질유 분해공정을 거치는 동안 생성되는 가스를 분리/회수하여 액화처리 합니다. * 정유공장에서의 LPG수율 : 1~3%
3. 납사 분해과정에서 생산
석유화학 공장에서 석유화학 제품을 생산하기 위해 납사를 열분해 하는 과정에서도 소량의 LPG가 생산됩니다.
4. 천연가스 제조과정에서 부산물로 생산
지하에 매장되어 있는 천연가스 중에 포함되어 있는 LPG를 천연가스 가공공장에서 분리 생산하기도 합니다.
LPG 선의 특징
LPG 국제교역의 발달은 LPG 선박의 발전과 흐름을 같이 합니다. 세계 최초 LPG 수송선은 Shell 의 가압식 수송선인 AGNITA 였습니다. 그러나 가압식 LPG 선박은 건조비용이나 기술적인 문제로 소량(약 3,000톤) 밖에 수송할 수 없었고 국지적인 교역밖에 할 수 없습니다. 이런 문제 때문에 냉동 LPG 선이 일본 미쯔비시에 의해 개발 됩니다. BRIDGESTONE MARU 라는 최초의 냉동 LPG 선이 건조 됩니다.
E1 홈페이지
LPG 선박은 액화프로판이나 액화 부탄을 전문적으로 수송하는 배로 석유 채굴 시 부산물로 채취된 가연가스를 압축, 액화한 것을 전문으로 운송하는 탱커로서 액화가스 용기로 압력탱크를 설치한 압력식과 저온액화가스 용기를 설치한 냉동식이 있습니다.
LPG 선박의 특성을 이해하기 위해 액화가스를 보관하는 탱크의 종류에 대해서 알아보겠습니다
1. 독립형 탱크( Independent tanks) - MARVS(증기압) <0.7 bar
독립형 탱크는 완전히 자립형이며 선박 선체의 일부를 형성하지 않으며 선체 강도에 영향을 주지 않습니다. 주로 설계 압력에 따라 가스 운반선을 위한 세가지 유형의 독립 탱크가 있습니다 (A,B,C 형)
TYPE A
TYPE A 형 탱크는 프리즘형이며 (Prismatic) 단열재가 있는 블록에 지지되어 있으며 롤 방지 초크 및 부동방지 초크로 설치됩니다. 일반적으로 액체가 새지 않는 격벽에 의해 중앙선을 따라 나뉘며 이 기능에 의해 자유 액체 표면이 감소하고 안정성이 증가합니다.
TYPE A가 LPG(-50℃) 를 운반하도록 설계된 경우 탱크는 세립 저탄소 망간강(fine-grained low-carbon manganese steel) 으로 구성됩니다. Conch 디자인은 LNG 운송을 위해 개발되었습니다 (-163℃) LNG 탱크의 재질은 9% 니켈강 또는 알루미늄이어야 합니다. TYPE A 독립탱크는 주로 고전적인 선박 구조 기준을 사용하여 설계된 탱크 입니다.
TYPE B
TYPE B 독립탱크는 일반적으로 구형(Dome)이며 선박의 선체에 유일한 연결인 수직 원통형 스커트에 용접됩니다. 이 설계에서 화물 보관 공간은 일반적으로 건조한 불활성 가스로 채워지지만 화물 누출을 감지하는 증기 감지 시스템이 작동할 경우 화물 탱크가 불활성 화가 되는 조건하에 공기로 환기 될 수 있습니다.
보호용 강철돔(dome)은 상갑판의 1차 장벽을 덮고 1차 장벽 표면의 외부에 단열재를 적용합니다. 이 보관 시스템은 LNG 운송에 사용되었습니다. 구성재료는 9%니켈 강철 또는 알루미늄 입니다
TYPE C
TYPE C 독립탱크는 두 개 이상의 크래들 모양 기초에 수평으로 장착 된 원통형 압력 탱크 입니다. 탱크는 갑판 위, 아래 또는 일부 아래에 설치 될 수 있으며 종 방향 및 횡 방향으로 위치 할 수 있습니다.
선박 부피의 활용도를 개선하기 위해 일반적으로 선박의 전방 끝에 로브형(Lobe-type) 탱크가 사용됩니다. TYPE C 탱크 보관 시스템은 LPG 운송에 주로 사용됩니다. 에틸렌을 운반하도록 설계된 탱크의 구성에 사용되는 경우 재료는 5%니켈강 입니다.
2. 맴브레인 탱크 (Membrane tanks) - MARVS <0.25 bar
맴브레인 탱크는 자립형 탱크가 아닙니다. 일반적으로 두께가 1mm 를 초과 하지 않는 얇은 층으로 구성되며 인접한 선체 구조에 의해 단열재를 통해 지지됩니다. 멤브레인은 열 및 기타 팽창 또는 수축이 보상되는 방식으로 설계되었으며 과도한 스트레스가 없습니다. LNG 운송을 위해 멤브레인 디자인이 개발되었습니다. 구조 재료는 인바강(36% 니켈강) 또는 9% 니켈강입니다
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3. 세미-맴브레인 탱크(Semi-Membrane tanks) - MARVS NORMALLY < 0.25 BAR
세미 맴브레인 탱크는 자립형이 아닙니다. 인접한 선체 구조에 의해 단열재를 통해 지지되는 층으로 구성 됩니다. 층의 둥근 부분은 열 팽창 및 수축 및 기타 유형을 수용하도록 설계 되었습니다. 세미 맴브레인 디자인은 LNG 운송을 위해 개발되었으며 구성재료는 9% 니켈강 또는 알루미늄 입니다
4. 일체형 탱크 (Integral tanks) - MARVS NORMALLY< 0.25 BAR
일체형 탱크는 선박 선체의 구조적 부분을 형성하며 인접한 선체 구조에 스트레스를 주는 동일한 하중의 영향을 받습니다. 이러한 형태의 화물 보관은 화물 온도가 -10℃ 미만인 경우 일반적으로 허용되지 않습니다. 이런 일체형 탱크는 오늘날 부탄 전용 LPG 선박에 부분적으로 사용됩니다.
LPG 선 현황과 시장
이제 가장 중요한 LPG 선의 시장 현황에 대해 알아보겠습니다. 전세계에 LPG 선박은 약 1500척 정도가 운영되고 있습니다.
먼저 선박의 나이, 선령 분포를 살펴 보겠습니다. LNG 선박은 사용 연수가 보통 30~40년으로 일반 벌크선의 20-25년에 비해 훨씬 긴 편인데요. LPG 선은 아직까지는 30년 이상되는 선박들이 많지는 않고 5년 이하의 신조선들이 많이 있습니다.
다음은 선박의 사이즈 입니다. 이를 통해 LPG 선들은 어떤 크기가 주로 만들어지고 화물이 운송되는 양은 어떤지 알 수 있습니다. 아래 선박 사이즈 분포 척수 그래프를 보면 10,000 cbm 미만의 작은 LPG 선들이 50% 이상의 비중을 차지합니다. 그리고 중간 사이즈인 10,000~70,000cbm 사이즈 선박들은 많지 않고 대형 LPG선으로 분류되는 80,000cbm 이상의 LPG 선박들이 주력 선박 사이즈입니다. 선박의 사이즈로 봤을 때, 10,000cbm 이하의 소형 LPG 선들은 연안 위주의 루트로 운항을 할 것이고 대형 LPG선들은 대륙간 화물을 나르는 대양항해에 투입되고 있는 것으로 보입니다.
마지막으로 LPG선의 선주들은 어떤 선주들이 있는지 알아보겠습니다. 1500척의 LPG선들은 약 350여 선주들이 LPG 선을 소유하고 있습니다. 그리고 40여 선주들이 10척이상 LPG선을 소유하며 전체 선대의 약 40% 이상을 이 선주들이 차지하고 있습니다. 특히 1위 선주인 BW GROUP 은 LPG 와 LNG 등 가스선 시장에서 돋보적인 위치를 차지하는 선주입니다. 한국의 KSS 해운도 20여척의 LPG선을 소유하며 글로벌 LPG선 시장에서 자리를 잡고 있고 대림코포레이션도 10척의 LPG선을 보유하고 있습니다.
끝.
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