천연가스랑 도시가스랑 LPG랑 LNG랑 뭐가 다른가?

[남이섬]

천연가스(Natural Gas) : 기체상태

생성과정은 석탄과 유사하며, 석유가 생산될 때 함께 섞여서 생산되기도 하나 대부분 별도로 생산된다. 천연가스의 주요성분은 80∼85%가 메탄(CH4)가스로 되어 있는 반면에 공해물질의 함량이 지극히 적다는 이점 때문에 에너지원으로서 이용가치를 높이 평가받고 있다.

그러나 천연가스는 기체상태이기 때문에 많은 양을 한곳에 저장하는 데에는 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 파이프라인을 통한 수송 이외에는 대량으로 운반하는 데에 큰 문제가 따르고 있다. 그러나 천연가스 액화기술이 개발되어, 대량저장과 원거리 대량수송이 가능하게 되었다. 천연가스의 세계적인 확인 가채매장량은 약 141조m3로서 가채년수는 약 66.4년인 것으로 추정되고 있으며, 이를 매장된 지역별 분포율로 살펴보면 OPEC가 가장 많은57.6조 m3인 40.8%를 차지하고 있으며, 비OECD유럽이 56.7조 m3인 40.2%, OECD가14.9조 m3로서 10.6%, 기타 11.8조 m3인 8.4%를 점유하고 있는 것으로 분석되고 있다

액화천연가스(LNG;Liquified Natural Gas): 기체상태의 천연가스를 액상화시킨것.

천연가스가 생성될 때 포함된 수분과 질소 같은 불순물을 제거한 후 -162℃의 아주 낮은 온도에서 액화시킨 상태로서 필요한 곳으로 수송한 후 다시 기화시켜 사용한다. 우리나라에는 1986년 처음 도입되기 시작하였으며 사용량이 점차 증가하는 추세이다.

액화천연가스는 공해요인이 거의 없는 청정에너지로 최근 들어 크게 각광받는 에너지원의 하나이다. 특히 폭발범위가 적어 위험성 측면에서 어느 정도 보장이 가능하며, 높은 발열량에 따라 그 이용분야가 다양하다.

액화천연가스의 이용분야는 도시가스로서 가정용 연료로 사용되거나, 발전용 또는 산업용 가스보일러의 연료로 사용되는 것 이외에 새로운 이용기술로서 LNG냉열(冷熱)을 이용하는 방법이 있다. LNG가 수입기지에서 재기화(再氣化)될 때 흡수하는 열을 냉열이라 부르는데, 이때 kg당 200kca1의 냉열이 발생되고 이 열을 이용하는 기술이 개발되어 활용되고 있다.

LNG냉열을 이용하여 발전을 하거나 공기를 액화시켜 액체산소, 액체질소 및 액체 드라이아이스 등을 만들기도 한다. 또 냉열은 식품의 냉동 및 냉장에 이용될 수 있으며 고무, 플라스틱 및 금속을 저온 분쇄하여 가공처리하는 데에 이용되기도 한다.

액화석유가스(LPG;Liquefied Petroleum Gas):부탄과 프로판이 있다.
LPG는 원유의 채굴, 정제과정에서 생산되는 기체상의 탄화수소를 액화시킨 혼합물로서, 프로판(Propane) 제품과 부탄(Butane) 제품으로 구분하여 사용된다.

프로판 제품은 프로판(C3H8)이 주성분이며, 소량의 메탄, 에탄, 부탄등이 혼합되어 있다. 주로 가정. 상업용 취사, 난방등에 사용되며 도시가스의 제조원료로도 공급되고 있으며 산업체 (도자기 공장의 로...)에서 사용된다.

부탄제품은 노말부탄(n-C4H10), 이소부탄(i-C4H10)등 부탄성분등이 대부분을 차지하며, 프로판 등 타성분이 일부 혼합되어 있는 제품으로서, 국내에서는 주로 자동차용 연료로 사용되며 이동용 버너 캔 ,일부 난방용 연료 및 석유화학 연료로 사용된다.

또한, LPG는 산업용으로 일부 사용되고 있으나, 외국의 예를 볼 때 LPG가 가진 우수한 특성 등으로 향후 비약적인 보급, 확대가 예상된다.

청정연료로써 사용량이 증가하고 있으나 취급방법 숙지 및 철저한 점검으로 사고를 미연에 방지하시기 바랍니다.

도시가스(City Gas): 공급관을 통해 수요자에게 공급하는 가스
도시가스는 배관을 통하여 수요가에게 공급하는 연료가스로 석유정제시 나오는 나프타를 분해시킨 것이나 LPG, LNG를 원료로 사용합니다.

우리나라의 경우 강원도, 호남, 경상도 일부지역에서 LPG/Air 방식의 도시가스를 공급하고 있으며,

그이외의 지역은 모두 LNG(천연가스)를 공급하고 있습니다. LNG는 인도네시아, 카타르 등지에서 수입되어 인천, 평택 LNG 인수기지에서 기화되어 전국의 천연가스배관망을 통하여 수요가에게 공급됩니다.

출처 : (주)코렉트

천연가스의 형태별 종류

LNG  = Liquefied Natural Gas  ; 액화천연가스, 주성분은 메탄
CNG  =  compressed natural gas  ; 압축 천연 가스  

LPG  = Liquefied Petroleum Gas  ; 액화석유가스, 주성분은 프로판, 부탄

1. Natural Gas
일반 기체상태의 천연가스 메탄이 주성분

2. Liquefide Natural Gas-LNG
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-CNG
천연가스를 200 배~250배로 압축하여 저장하는 가스

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

즉 LPG는 석유에서 뽑아내는 가스 이구요. LNG는 바로 나오는 지하자원 중 하나 입니다

일단은 도시가스를 LNG와 구별해야겠습니다. 우리 나라의 경우 전국 거의 모든 지역에서 도시가스를 천연가스로 공급하고 있습니다.

LNG와 LPG의 주성분이 메탄과 프로판으로 다르다는 것을 먼저 아시고, 화학에서 임계온도라는 말을 합니다.

어떤 물질이 일정 온도 이상에서는 아무리 압력을 높여도 액화되지 않고 기체 상태로 밖에 존재하지 못하는데, 이 온도를 임계온도라 합니다. 일례로 물은 374℃를 넘으면 수증기 상태로 아무리 압축해도 물로 되지 않습니다.

여기서 메탄의 임계온도가 -82℃, 프로판의 임계온도가 97℃라는 것을 알게 되면 LNG와 LPG를 어떻게 해야 액화시켜 부피를 줄여 많은 양을 운송할 수 있을까 고민하게 됩니다.

프로판이 주성분인 LPG는 상온에서 약간의 압력만 가하면 (6-7kg/Cm²)액화되어 부피가 약 1/250로 줄어들어 간편하게 압력용기에 담아 운반할 수 있습니다. 물론 자동차의 LPG통에 담아 휘발유 대신자동차 연료로도 쓰이고요. 그리고 통만 배달하면 되니까 전국 각지 산속까지 연료로 널리 쓰입니다.

그런데, 메탄이 주성분인 LNG를 운송하기 쉽도록 액화시키려면 임계온도가 -82℃이다보니 상온에서는 아무리 압축을 하여도 액화되지 않습니다.(그러나 기체상태로 압축하여 상당히 부피를 줄여 압축 천연가스 (CNG)라 하여 무공해 버스 등에 시험적으로 운용되고 있습니다.)

LNG는 천연가스를 대기압 하에서 -161℃까지 냉각시켜 액화시키는데, 부피가 1/600로 줄어 듭니다.
이때 그 성분중 대부분의 수증기나 부탄, 프로판 등이 제거되고 98% 순수 메탄 만 남게 됩니다.

부피가 많이 줄어들므로 바다를 건너 운반할 때 특별히 설계된 LNG선에서 냉각액화시켜야 운송비를 줄일 수 있을 겁니다.

그렇지만 육지에서는 이러한 냉각설비를 각 가정마다 설치할 수는 없으니까 파이프로 배관하여 가스 상태로 도시가스라 하여 보내게 됩니다. 그러다 보니 대도시 등 일부지역만이 도시가스 배관이 계속 이어져 나가고 농촌등에는 아직 배관이 안되고 있는 겁니다.

LPG를 파이프로 하려면 배관비용이 더 들겠지요. 무엇보다 가스통에 액체상태로 배달하는 것이 더 싸기 때문에 파이프배관을 안하는 겁니다.

참고로, 도시가스는 비중이 공기의 0.5~0.6배, LPG는 1.5~ 2.0배이므로, 도시가스는 누출시 날라가기 쉬우나, LPG는 바닥에 고이게 되므로 폭발 시 위험이 커서 원래 무색무취지만 역겨운 냄새를 섞어서 누출 시 우리가 알 수 있도록 한답니다.

도기가스의 발열량은 10,500 kcal/h이며, LPG/AIR 믹싱가스의 발열량은 약 15,000 kcal/h 인 경우 (LPG 62%), 두 종류의 가스는 Wobbe Index 가 13,400 정도로 거의 일치하게 되며, 이 때는 13A 가스로 분류되어 호환성을 갖게 됩니다.

호환성이 있는 두 가스는 버너를 그대로 같이 사용하여도 문제가 없습니다. 연소에 필요한 공기량도 두 가스 모두 거의 차이가 없으며, 대부분의 경우 그대로 사용하여도 됩니다.

그러나, 과잉공기량은 1.2~1.5 정도로 버너의 성능에 따라 차이가 있습니다. 버너 제조업체의 사양에 따라서 필요한 과잉공기를 공급하는 것이 좋을 것 같습니다. 경우에 따라서는 버너가 너무 예민하게 설계되어 두 가스를 호환하여 사용할 경우 연소성에 차이가 생기는 경우도 간혹 있으니, 이 문제도 버너의 제조업체와 상의하는 것이 가장 좋을 것으로 보입니다.

LPG는 완전 연소하는데 사용되는 이론공기량은 LPG 1N㎥당 12.12N㎥의 공기가 필요하고,실제 연소에서는 과잉공기가 필요하며 과잉공기율이 1.1 이므로 실제 필요한 공기량은 LPG 1N㎥의 당 13.33N㎥의 공기가 필요 합니다.

LNG는 완전 연소하는데 사용되는 이론공기량은 LNG 1N㎥당 10.5N㎥의 공기가 필요하고, 실제 연소에서는 과잉공기가 필요하며 과잉공기율이 1.1 이므로 실제 필요한 공기량은 LNG 1N㎥의 당 11.55N㎥의 공기가 필요 합니다.

LPG의 경우 발열량이 높으므로 사용시 주의해야 합니다.
LPG 발열량은 22,000kcal/N㎥ 이고 LNG 발열량은 9,500kcal/N㎥입니다.

N㎥(노멀루베)- 섭씨20도 1기압 수분50% 기준시 m3 

[참고]
표준열량은 1986년 2월 1만800kcal/N㎥로 최초로 공급되기 시작했으나

1989월 1월부터 1만500kcal/N㎥으로 개정되어 현재까지 유지되어 오다가

2007년12월 1일부터 천연가스용 표준열량이 기존 1만500kcal/N㎥ 에서 1만400kcal/N㎥(43.54 MJ/N㎥)로 개정되었고

아울러 국내에서 사용되는 천연가스의 열량단위를 현행(kcal)에서 국제단위(SI)인 MJ (Mega Joule)로 적용할 예정이다.

출 처 :  인터넷화학공학