전통 석유 자원의 매장량이 감소함에 따라, 생산 난이도가 높은 비전통 석유자원의 개발이 확대되고 있다. 그중에서도 오일샌드는 비전통 석유자원 중 큰 비중을 차지하며, 오일샌드플랜트 공정개선에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 에너지 효율을 올리기 위해 열교환망 개선하는 연구방법을 산업현장에 적용하고 있다. 공정모델링 및 시뮬레이션을 통해 얻은 열물질수지를 바탕으로 열교환망을 작성하고 분석하여 최대 개선 가능한 목표값을 설정한다. 그리고 실제 구현 가능한 공정을 제안하여 목표값에 가까운 공정을 선택함으로써 에너지 절감이 가능하다. 비전통 석유자원인 오일샌드 개발에서 ES-SAGD(Expanded Solvent-Steam Assisted Gravity Drainage) 공법은 에너지 효율 향상과 환경 부하 저감이 필수적이다. 본 연구에서는 ES-SAGD CPF(Central Processing Facility) 공정을 대상으로 HYSYS를 이용한 공정 시뮬레이션을 수행하고, 핀치 분석 기법을 적용하여 열교환망(Heat Exchanger Network)의 에너지 최적화 잠재력을 정량적으로 평가하였다. 분석 결과, 최소 온도차 15℃ 기준 시 가열 유틸리티는 6.7%, 냉각 유틸리티는 42.6%의 절감가능한 것으로 확인되었으며, 이를 통해 전체적으로 약 11.5%의 에너지 효율 개선이 가능함을 입증하였다. 또한, 이러한 에너지 최적화는 시간당 약 2,830 kg의 이산화탄소 배출 저감 효과를 기대할 수 있다. 본 연구의 결과는 향후 ES-SAGD 플랜트의 열교환망 설계 및 경제성 향상을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

As conventional petroleum reserves continue to decline, the development of unconventional oil resources requiring advanced extraction technologies has been steadily increasing. Among these, oil sands represent a major portion of unconventional resources, driving extensive research on process optimization and energy efficiency improvements in oil sands plants. This study applies the Expanding Solvent Steam Assisted Gravity Drainage (ES-SAGD) process, which co-injects hydrocarbon solvents with steam, to analyze and optimize the heat exchanger network (HEN) of an oil sands production facility. Using process modeling and simulation, the heat and material balances were established, and pinch analysis was conducted to determine the optimal energy-saving targets. In the development of oil sands, the Expanded Solvent-Steam Assisted Gravity Drainage (ES-SAGD) process requires significant improvements in energy efficiency and environmental impact reduction. This study performed process simulations of the ES-SAGD Central Processing Facility (CPF) using Aspen HYSYS and quantitatively evaluated the energy optimization potential of the Heat Exchanger Network (HEN) using Pinch Analysis. The results indicated that at an Exchanger Minimum Approach Temperature (EMAT) of 15℃, the heating and cooling utility requirements could be reduced by 6.7% and 42.6%, respectively, leading to an overall energy efficiency improvement of 11.5%. Furthermore, this optimization is estimated to reduce CO₂ emissions by approximately 2,830 kg/h. These findings provide critical technical insights for the design of energy-efficient heat exchanger networks and the enhancement of economic viability in commercial-scale ES-SAGD plants.

Oilsands ES-SAGD Process modeling Pinch analysis Energy targeting