LNG플랜트의 규모는 Cascade 정을 적용한 1963년에 Camel의 연산 약 60만톤(00.65 Mtpa)을 시작으로 계속 그 규모가 증대 되고 있다. 현재 운전중인 단일 트레인(Train)으로 가장 큰 규모는 이집트의 Diamante에 있는 SEGAS사의 500만톤(5.0 Mtpa) 설비다.
풍부한 천연가스 매장량을 가지고 있는 카타르 가스사가 건설중인 QGASII는 단일 트레인으로는 가장 규모가 큰 7.8 Mtpa으로 생산설비의 규모가 급격히 커졌다. 이렇게 생산 규모가 커지게 된 배경에는 규모의 경제성(Economy of scale)이 자리잡고 있다.
그러면 계속해서 그 생산 규모가 커질 수 있을까? 아니면 어디까지가 그 한계일까? 하는 의문이 든다. 여기서 먼저 단일 트레인 개념이 무엇인지 간단히 정의할 필요가 있다. 단일 트레인이란 독립적으로 LNG를 생산하는 일련의 유니트를 말한다.
LNG생산시설 60만톤 시작으로 계속 증대
단일 트레인 최대 규모는 이집트 Diamante
LNG생산설비의 크기를 한정하는 요인은 크게 몇 가지가 있는데 그중에서 가장 중요한 것이 APCI 공정인 경우 초저온 주 열교환기(Main Cryogenic Heat Exchanger ? MCHE)다. 이는 생산설비의 핵심 역할을 하는 열교환기로써 스파이럴타입(Spiral Wound Heat Exchanger)으로 5Mtpa급 프랜트인 경우 그 크기는 약 직경이 4.5m에 높이가 60m정도 되는 대규모인데 이의 수송에 많은 제약이 따른다.
이 초저온 주 열교환기의 수송과 제작의 한계가 LNG생산설비를 제약하는 한 요인이다. 이러한 제약 요인을 극복하기 위해 최근에 개발된 것이 APCI X Process인데 이는 질소 사이클을 이용하는 것으로 별도의 열교환기에 냉동부하를 분담하기 때문에 기존의 5Mtpa급의 초저온 주 열교환기와 X Process용 별도의 열교환기로 7.8Mtpa의 LNG의 생산이 가능토록 기여했다. 이 방식은 쉽게 단일 트레인으로 10Mtpa를 가능케 할 수 있다.
다른 중요한 제약요소는 압축공정에 사용되는 압축기의 크기가 문제가 된다. 압축기의 크기를 줄이기 위해 일반적으로 냉매의 압축 압력을 올리지만 케이싱의 크기에 한계가 있기 때문에 LNG생산량의 증가에 따라 냉매 압축기 입구측의 유속이 빨라져야하는데 음속이상을 넘을 수 없는 한계가 있다. 이를 위해 케이싱을 분리해서 다단 케이싱을 이용하는데 가격이 비싸지며 구동용 축이 길어지는 문제점이 있다.
LNG제조공정에는 많은 에너지가 필요한데 그중에서 가장 큰 에너지를 사용하는 것은 압축기 구동용 동력의 공급이다. 일반적으로 5Mpt의 LNG를 생산하는데는 압축기 직접구동용 동력은 약 200MW정도며 이의 공급을 위해 80MW급 가스터빈 2기가 소요된다. 가스터빈 연도에서 폐열을 회수해 발전용 또는 유틸리티용 열원의 스팀을 공급하거나 아니면 유틸리티 열전달유체를 가열, 에너지의 효율을 높이고 있다.
원료 가스중에 포함된 이산화탄소와 황화수소의 제거 공정으로 Amine을 이용하는데 이 공정도 많은 에너지를 필요로 하며 이 공정에서 발생되는 이산화탄소의 처리도 한 과제이다.
대부분의 프로젝트가 이산화탄소의 방출을 제한하기 때문에 원료가스로부터 제거된 이산화탄소를 다시 주입해야 한다. 이 경우 약 200기압 정도로 가압 한후 다시 가스전에 주입하게 되는데 이산화탄소가 가스보다도 분자량이 높기 때문에 가스전의 압력을 유지하는데 기여함은 물론 가스의 생산을 촉진하는 잇점이 있다.
이밖에도 LNG 생산공정에서 중요한 것은 냉매의 냉각장치인데 바닷물을 주로 이용해 왔으나 바닷물의 온도가 높은(동남아와 중동 등) 지역의 경우는 공 냉식이 더 경제적인 경우가 많아 최근 설비는 거의 공냉식 냉각기 (Air Cooler)를 사용하고 있다.