KR100486679B1 - 가공액체의 회수방법 - Google Patents

Abstract

기체-처리 액체와 같은 가공 액체의 회수 방법, 여기서 가공 액체 및 이 가공 액체보다 더 휘발성인 및 덜 휘발성인 성분 또는 불순물을 포함하는 공급 혼합물을 1차 가열 대역에서 적어도 1종의 더 휘발성인 성분 및 가공 액체의 일부를 휘발화시키기에 충분한 온도로 처음에 가열하여, 온도는 가공 액체의 분해 온도 이하로 유지됨, 덜 휘발성인 성분 및 가공 액체의 증기화된 부분을 포함하는 증기 스트림, 및 가공 액체, 감소된 농도의 더 휘발성인 성분 및 덜 휘발성인 성분을 포함하는 잔류분을 생성시키고, 증기 스트림을 잔류분으로부터 1차 분리 대역에서 분리하고, 잔류분의 일부를 가공 액체의 분해 온도 이하의 온도에서 2차 가열 대역을 통해 움직여서 가열된 1차 재순환 스트림을 생성시키고, 가열된 재순환 스트림을 공급 혼합물과 혼합하여 공급 혼합물의 초기 가열을 행하고, 잔류분 중의 덜 휘발성인 성분의 농도를 감소시키고, 바람직하게는 연속적인 방식으로, 증기 스트림에 존재하는 임의의 가공 액체를 추후의 사용을 위해 회수한다.

Description

가공 액체의 회수 방법

도 1은 본 발명의 방법의 첫 번째 구현예의 도해적인 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 방법의 또다른 구현예의 도해적인 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 방법의 역시 또다른 구현예의 도해적인 흐름도이다.

바람직한 구현예의 설명

여기서 사용된 바의 용어 "가공 액체"는 하나 또는 다수의 성분들을 함유하는 임의의 수성 또는 비수성 액체를 지칭하며, 이들로 제한되지는 않지만, 알칸올아민과 같은 가스 처리 화학물질, 예를 들면 모노에탄올아민 (MEA), 디에탄올아민 (DEA), 메틸디에탄올아민 (MEDA); 또는 모노에틸렌 글리콜 (MEG), 디에틸렌 글리콜 (DEG), 트리에틸렌 글리콜 (TEG), 테트라에틸렌 글리콜 (TTEG) 및 프로필렌 글리콜 (PEG) 과 같은 글리콜류, 뿐만 아니라 할로겐화 용매류, 방향족 화합물을 포함하는 액체 탄화수소류, 올레핀계 화합물, 지방족 화합물, 물, 그리고 물과 다른 수-혼화성 물질의 혼합물을 들 수 있다. 더나가서, 여기서 사용된 바의 가공 액체는 특별한 공정에서 사용되어 가공 액체에 정상적으로는 존재하지 않는 성분들로 오염되거나 또는 적어도 사용 후에 함유하는 액체를 지칭한다. 그래서, 가공 액체는 비소망 오염물을 가스 스트림으로부터 제거하는데 사용되는 가스스크러빙 매질, 소망스런 성분을 기체상 또는 액상 스트림으로부터 회수하는 선택성 용매, 고형물을 처리하여 그 고형물의 일정 성분들을 선택적으로 제거하는데 사용되는 매질 등일 수 있다. 따라서, 여기서 주어진 실시예에서 본 발명은 가스 스트림, 특별하게는 천연 가스 스트림의 스크러빙과 관련하여 기술될 반면, 본 발명은 그렇게 한정되지 않는다는 것은 명백할 것이다.

가공 액체가 천연 가스 운영에서 사용되는 경우, 가공 액체에서 존재할 수도 있거나 제거될 필요성이 있는 오염물 또는 성분들의 비제한적인 예로는, 황화수소, 이산화탄소, 산화황과 같은 산 가스 및 물, 액체 탄화수소 등과 같은 더 휘발성인 액체를 들 수 있다. 가공 액체에 존재하며 이로부터 제거될 필요가 있는 덜 휘발성인 성분 또는 오염물로는, 알칼리금속 할라이드와 같은 무기염류; 철염류; 유기산염류; 탄산염류; 및 가공 액체보다 덜 휘발성이고 가공 액체에 용해성이거나 또는 일반적으로 비여과성 형태로, 예를 들면 콜로이드성 현탁액으로 존재하는 다수의 다른 유기 및 무기 성분을 들 수 있다. 일반적으로 말하자면 덜 휘발성인 성분은 용해 및/또는 현탁 고형물일 것이고 일반적으로 비여과성인 반면, 덜 휘발성인 성분은 가공 액체보다 더 높은 비등점을 갖는 액체를 포함한다는 것은 물론이며, 그리고 그것이 액체이기 때문에 정상적으로는 공정 라인에서 폐색 또는 고형물 축적을 야기하지 않지만, 어떤 조건 하에서는 고체 또는 에멀젼을 형성하며 따라서 가공 액체로부터 제거되어야 한다는 것도 물론이다. 더나가서, 그와 같은 고비점 액체들은 가공 액체의 운전효율에 영향을 미칠 수 있으며 따라서 당연히 제거되어야 하거나 또는 적어도 가공 액체에서는 감소된 농도를 가져 전체 가공 액체 성능 효율을 유지한다.

여기서 사용된 바로서, 용어 "공급 혼합물"은 하나 또는 다수의 더 휘발성인 성분들 및 하나 또는 다수의 덜 휘발성인 성분들과의 혼가물 형태의 가공 액체를 의미하며, 이와 같은 더 또는 덜 휘발성인 성분들의 농도는 가공 액체의 종류, 그 가공 액체가 사용되는 공정의 유형, 그리고 당업계 기술인에게 주지되어 있는 다른 그와 같은 요인들에 좌우된다. 그래서, 공급 혼합물은, 하기 명세서에서 사용된 바처럼, 본 발명의 방법에 따라서 처리되어 공급 혼합물에서 더 휘발성인 성분을 감소 또는 실질적으로 제거하고 공급 혼합물에서 덜 휘발성인 성분을 제거되지 않는다면 실질적으로 감소시킬 물질을 지칭한다.

상기 지정된 바처럼, 가공 액체가 사용 중에 있는지 그리고 사용되고 있는 조건에 좌우되어, 다소의 덜 휘발성인 성분, 즉 용해 및/또는 현탁 화합물을 함유한다. 덜 휘발성인 성분이 비교적 소량으로, 예를 들면 공급 혼합물에 대해 약 10 중량 ppm 내지 약 60,000 중량 ppm으로 존재하는 경우에, 그리고 채용된 특별한 가공 액체에 좌우되어, 덜 휘발성인 성분의 농도의 감소가 청정에 의해, 예를 들면 공정에서 배출 스트림에 의해 일반적으로 달성될 수 있다. 또 다르게는, 공급 혼합물 중의 덜 휘발성인 성분들이 더 높은 양으로, 예를 들면 3 내지 30중량%로 존재할 때는, 채용된 특별한 가공 액체에 다시 좌우되어, 가공 액체에서 덜 휘발성인 성분의 농도를 감소시켜 가공 액체의 회수를 최대화시키는 다른 단계들이 필요하다.

이제 도면에 관련하여, 도 1 은 본 발명의 방법의 도해적 흐름도를 보여주는데, 여기서 공급 혼합물은 비교적 소량의 덜 휘발성인 성분, 예를 들면 비교적 소량의 용해된 또는 현탁된 고형 성분을, 즉 공급 혼합물에 대해 약 10 중량 ppm 내지 약 60,000 중량 ppm의 정도로 함유하고 있다. 이와 같은 경우는 가스상 탄화수소 스트림, 예를 들면 천연 가스의 스크러빙에서 알칸올아민을 사용하는 산성가스를 제거할 때 빈번하게 조우된다. 다음으로 도 1에 관련하여, 천연 가스 스트림에서 산성 가스를 제거하는데 사용되어 왔고 산성가스, 물, MEA (가공 액체) 및 덜 휘발성인 성분들을 함유하고 있는, 예를 들면 MEA와 같은 알칸올아민과 같은 공급 혼합물은, 가스 가공 시설로부터 라인 10을 거쳐 흐름 또는 라인 믹서 12를 통해 도입되며, 여기서, 후에 완전히 기술될 바이지만 라인 14를 거쳐 믹서 12로 도입되는 재순환 스트림과 혼합된다. 라인 또는 흐름 믹서는 공정을 연속적으로 운전하는 것이 바람직하기 때문에 채용된다. 이와 같은 믹서의 전형은 제트믹서, 주입기, 오리피스 및 혼합 노즐, 원심분리 펌프, 및 진탕 라인 믹서이다. 라인 또는 흐름 믹서가 바람직한 반면, 어떤 경우에는, 만일 체류시간이 소망스럽다면, 진탕 용기를 채용할 수도 있다. 라인 14에서 오는 재순환 스트림 및 라인 10에서 오는 공급 혼합물의 혼합물은, 믹서 12에서 철저히 혼합된 후에, 라인 16을 거쳐, 증류기 (still) 또는 증발기 18로 고려될 수 있는 1차 분리 대역으로 도입된다. 이후 설명될 바처럼, 분리 대역 18에서 분리를 행하는데 필요한 열은, 믹서 12 내에서, 라인 14에서 나온 가열된 재순환 스트림으로부터, 라인 10에서 믹서 12로 들어가는 공급 혼합물로의 열교환에 의하여, 분리 대역으로 공급 부가된다. 볼 수 있는 바처럼, 분리 대역 18은 하부의 실질적으로 액상인 대역 20 및 상부의 실질적으로 기상인 대역 22를 포함하며, 계면 21은 대역 20 및 면 적어도 16 inch(Hg) 하에 진공 펌프(24)에 의해 유지되며, 일부는 하방류인 2차 분리 대역(점선으로 S로 표시)을 형성한다. 어떤 경우에는, 분리 대역(18)에서 가열된 공급 혼합물로부터 방출되는 증기 또는 가스는 라인(26)을 거쳐 농축기인 증류기(28)로 오버헤드로 움직이며, 여기서 경질의 오버헤드 분획은 라인(30)을 거쳐 제거되고 콘덴서(32)를 통과하고 그 다음부터는 라인(34)를 거쳐 기액 분리기(36), 예를 들면 기액 분리를 행하기에 충분한 증류 시간을 허용하는 중력 분리기 내로 움직인다. 경질의 비농축성 물질들은 라인(34)로부터 분리기(36)을 거쳐 제거되며 회수, 소각 또는 다른 폐기를 위해서 라인(38)을 거쳐 보내진다. 분리기(36)에서 분리된 액체는 라인(40)을 거쳐 제거되며, 일부는 펌프(42) 및 라인(44) 및 (46)을 거쳐 환류물로서 순환되며, 일부는 깨끗한 물 스트림으로서 라인(47)을 거쳐 제거된다. 유의된 바처럼, 알칸올아민을 가공 액체로서 사용하여 천연 가스를 스크러빙하는 주어진 실시예에서 물은 공급 혼합물 중의 더 휘발성인 성분의 하나로서 존재한다는 것이 이해될 것이다.

분리 대역(22)에서 온도 및 진공도에 의존하여, 일정 양의 가공 액체를 오버헤드로 라인(26)을 거쳐 인출하고 농축기 증류기(28) 내로 도입한다. 일단 더 휘발성인 성분으로부터 풀려나면, 농축되고 실질적으로 깨끗한 가공 액체는 다음으로 농축 증류기(28)로부터 앙금 분획으로서 라인(48)을 거쳐 제거되며, 여기서 이것은 필요하다면 가스 스크러빙 공정에서 재사용을 위해 회수될 수 있다.

분리기(18) 에서 액상(20)을 포함하는 잔류분은, 다량의 가공 액체 및 대단히 감소된 농도의 임의의 더 휘발성인 성분 (예. 가수 또는 물) 및 실질적으로 모분리기 18 에서 액상 20을 포함하는 잔류분은, 다량의 가공 액체 및 대단히 감소된 농도의 임의의 더 휘발성인 성분 (예. 가스 또는 물) 및 실질적으로 모든 덜 휘발성인 성분 (예. 고비점 액체 및/또는 용해 및/또는 현탁 고형물)을 함유한다. 잔류분 일부는 라인 50을 거쳐 제거되고 펌프 52 및 라인 54를 거쳐 2차 가열 대역 56을 통해 순환된다. 2차 가열 대역 56은 당업계 기술인에게 주지된 장치를 포함할 수 있는데, 예를 들면, 모두 미국특허 USP 5,389,208에서 가르쳐진 바처럼, 천연 가스 또는 다른 연소성 가스에서 나오는 연소 가스와의 열교환에 의해 가열되는 도관 다발을 포함하는 미국특허 USP 5,389,208에서 개시된 히터를 포함할수 있다. 가열 대역 56이 많은 형태를 취할 수 있는 반면, 가열 대역이 관형이고 이에 의해 체류시간을 최소한으로 유지하여 잔류분의 과열 및 가공 액체의 수반된 분해를 피하는 것이 바람직하다. 상기 마지막에는, 가열 대역 56을 통한 잔류분의 재순환은 10 피트/초 또는 그 이상, 바람직하게는 약 11 내지 약 16 피트/초의 흐름 속도에서 수행된다. 가열 대역 56을 통과하는 이들 높은 흐름 속도는 배관 벽에 인접한 필름 대역 내의 유체의 과도한 가열이 있을 만한 가능성을 최소화하는데, 이것은 가공 액체의 증기화 및/또는 분해를 야기할 수 있었다. 더나가서, 높은 흐름 속도는 내부 도관벽의 코우킹 및 스케일링을 최소화한다. 마지막으로, 높은 흐름 속도는 배압 조절과 관련되며, 이것은 이후에 더욱 충분히 논의될 것인데, 도관벽에서 증기화를 방지하는데 도움을 준다.

분리 대역 18에서 거품화를 통제하기 위해, 잔류분 스트림의 일부를 라인 58을 거쳐 재순환시키고 분리 대역 18 내로 증기 공간 부분 22에서 스프레이 헤드 60을 통해 도입할 수 있고, 이것은 증기 공간 22 및 액체 공간 20의 계면 21로 경계짓는 전체 계면 지역 쪽으로 잔류분의 스프레이를 지도한다. 소망스럽다면, 첨가제로서 다른 거품 억제제를 분리 대역 18 내로 도입할 수 있다.

도 1에 기재된 구현예에서, 공급 혼합물 중의 덜 휘발성인 성분의 양이 비교적 낮은 수준일 때, 그리고 특별하게는 그와 같은 덜 휘발성인 성분이 용해 및/또는 현탁 고형물일 때, 임의의 용해 고형물의 침강은 분리 대역 18에서 나오는 잔류분의 적절한 블로우다운 또는 퍼징에 의해 회피될 수 있다. 이에 관하여, 잔류분의 블로우다운 또는 퍼징 스트림은 분리 대역으로부터 라인 62를 거쳐 제거되고 폐기물로서 폐기된다. 라인 62를 거치는 블로우다운 또는 퍼징의 양은 분리 대역 18로부터 제거되는 잔류분, 즉 액상 앙금 중의 임의의 용해 및/또는 현탁 고형물의 농도에 좌우될 것이며, 이것은 다시 공급 혼합물 중의 그와 같은 덜 휘발성인 성분의 농도 및 잔류분의 용해도 특성에 좌우될 것이다. 어떠한 경우에는, 라인 62를 거치는 블로우다운의 양을 적절히 통제함으로써, 가열 대역 56에서 가열되는 재순환 스트림은 어떠한 고형물의 침강 없이 근접 포화 수준으로 유지될 수 있다. 예로서, 수화물 형성을 방지하는데 사용되는 글리콜 스크러버에서 나오는 전형적인 공급 혼합물은 49.5 중량% 모노에틸렌 글리콜, 49.5 중량% 물, 및 1 중량% 염화나트륨을 함유할 것이다. 글리콜 잔류분의 포화 및 8 중량%로 평가되는 염의 침강을 방지하기 위하여, 분리 대역으로의 공급과 비교하여 15% 블로우다운 스트림을, 잔류분이 6중량% 가까운 농도 또는 6배 농도를 초과하지 않을 정도로 연속적으로 제거한다. 결과된 평형 잔류분은 약 93 중량% 글리콜, 1중량% 물, 및 6중량% 염의 조성을 가질 것이다. 이러한 잔류분의 퍼지는 가열 대역 56을 통과하는 높은 흐름 속도와 결합하여, 재순환 스트림 14에서 재순환 유체로의 충분한 열에너지의 적용을 허락하여 분리 대역 18에서의 증기화를 용해 고형물의 침전없이 행하는데 필요한 열 모두를 공급하는데, 이것이 효율을 상당히 감소시키며 라인 50, 54, 14 및 16을 거쳐 재순환되는 잔류분 부분을 사실상 펌프 불가능하게 만들 수 있다. 그래서, 본 발명의 방법을 도 1에서 설명된 바처럼 사용함으로써, 그리고 공급 혼합물이 비교적 소량의 용해 고형물을 함유할 때, 95% 또는 그 이상의 가공 액체를 연속적인 방식으로 회수하는 것이 가능하다.

USP 5,389,208호에서는, 재순환 액체 또는 잔류분을 가열 대역 56의 히터도관을 통과하는 재순환 액체 또는 나머지 (이 경우에 잔류분임)를 통한 흐름 속도가 적어도 6 피트/초, 더욱 바람직하게는 7 내지 10 피트/초이어야 한다는 것이 관찰된다. 사실, 가열 대역 56을 형성하는 히터 도관이 탄소강의 것일 경우에는, 약 10 피트/초의 과도한 흐름 속도는 전통적으로는 높은 부식성이며, 따라서, 경화된 강합금 등과 같은 다른 건설 재료를 사용한다. 그럼에도 불구하고, 예기치 않았고 놀랍게도, 비록 히터 도관이 탄소강으로 만들어지더라도 히터 도관을 통과하는 10 피트/초를 초과하는, 바람직하게는 11 내지 16 피트/초의 흐름 속도가 달성될 수 있으며, 도관에 부식효과가 전혀 또는 거의 없다는 것을 발견하였다. 상기 예기치 못한 결과는, 라인 62를 통한 블로우다운에 의해 그리고 가열 대역 56에서의 흐름 속도, 압력 및 온도를 통제함으로써, 재순환 잔류분 중의 고형물을 통제하는 기능인 것으로 믿어진다.

이제 도 2에 관해서는, 본 발명의 또다른 구현예가 기재되어 있는데, 여기서 배압 조절을 높은 흐름속도 및 공정 퍼징 및 블로우다운과 연계하여 사용한다. 추가로, 비록 그것을 혼입할 수 없다면, 도 2에 기재된 구현예는 도 1의 구현예에서 기재된 바처럼 거품 억제제를 사용하지 않는다. 하나의 경우에, 도 2에 기재된 구현예에 있어서, 라인 10으로 들어가는 공급 혼합물의 조성은 기본적으로는 도 1의 구현예에 관하여 기술된 바와 동일한데, 즉 비교적 낮은 함량의 용해 및/또는 현탁 고형물을 갖는다. 도 1의 구현예에서처럼, 분리 대역 18에서 나와 라인 26을 거쳐 지나가는 증기는 도 1에 관하여 상기 기술된 바처럼 2차 분리 대역내로 들어가며 따라서 도 2에 기재된 구현예와 관련해서는 더욱 기술하지 않을 것이다. 도 2에 기재된 구현예에서, 배압조절을 사용하여 가공 액체의 분해, 비효율적인 공정 운전, 잔류분이 흘러 거쳐가는 재순환 루프 내의 히터 도관 및 연결 배관 내의 2상 유체, 및 여러 가지 다른 문제점들을 유도하는 여러 가지 문제점들을 회피한다. 배압 조절은 재순환 루프 내의 여러 지점에서 사용될 수 있으며, 그 바람직한 지점은 덜 휘발성인 성분의 함량, 특별하게는 공급 혼합물 내의 용해 및/또는 현탁 고형물의 함량 및 잔류분의 용해도 특성에 좌우된다. 바람직하게는, 공급 혼합물 및 따라서 잔류분의 용해 및/또는 현탁 고형물 함량이 비교적 낮은, 즉 약 10,000 중량 ppm 정도인 경우에는, 배압 조절은 히터 56 및 라인 믹서 12 사이에서 가장 우수하게 행해진다. 히터 56 상에 배압을 부가함으로써, 히터 56 내의 도관을 통하는 2상 유체는 실질적으로 회피된다. 이것은, 일단 2상 유체가 개시되면 주순환 펌프 52 상의 배압이 불규칙해질 수 있고 이것은 히터 도관 내의 압력의 추가 감소에 의해 증거되는 순환 잔류분 상의 해로운 효과로 결과되기 때문에, 소망스럽다. 가열된 도관 내의 이러한 압력의 감소 및 온도의 증가는, 도관벽에서 증기화를 가속시키고 2상 흐름을 생성시키는 것 이외에도, 공정 혼란 및 불안정성을 야기하는 유체 속도, 도관벽 상의 표면 스케일링 및 조속한 금속 파손으로 결과된다. 추가적으로, 내부 도관벽의 계면에서 잔류분의 증기화를 통한 2상 흐름은 히터 56에서 열전도 효율을 감소시킨다. 따라서, 히터 56 내의 도관에서 배압 조절을 유지시킴으로써, 히터 도관을 통한 잔류분의 더욱 균일한 흐름 및 통제된 온도 사용이 달섯된다. 그래서, 증기의 환류환 (분해되는 것 같음)이 토관벽에 인전하여 피어나고 잔류분 액체의 핵심이 도관의 중앙부를 통해 피어나는 환상 유체 흐름을 차라리 갖기 보다는, 필수적으로 가스 또는 증기의 환상대 ( annulus ) 이 제거되는데, 즉 도관 벽은 축축하게 남아 있는다. 이런 경우에, 히터 56을 통해 움직이는 순환 잔류분은 용해 및/또는 포획 고형물을 함유하기 때문에, 내부 도관벽에서의 이러한 번쩍임은, 가공액체의 가능한 분해를 야기하는 반면에, 뿐만 아니라 순환 잔류분으로부터 침전되는 용해 및/또는 현탁 고형물에 의한 내부 도관벽의 폐색 또는 코우킹에 기인한다.

바람직하게는, 배압 조절은 흐름 제한기를 사용하여 행해지며, 이것은 가능한 정도까지 스트림 라인 또는 점성 흐름을 제공하며 와류를 최소화시킨다. 예를 들면, 배압 조절을 행하는 적절한 흐름 제한기는 벤튜리 (Venturi) 흐름 제한기를 포함한다. 하방류에서 와류를 방지하거나 최소화시키는 다른 유형의 배압 조절기 또는 흐름 제한기를, 당업계 기술인에 의해 주지된 바처럼, 사용할 수 있다.

분리 대역 18 및 믹서 12를 연결하는 라인들 중에서 잔류분의 어떠한 증기화도 최소화되고 이상적으로는 제거되어야 하는 것이 중요하다. 따라서, 임의의 배압 조절은 믹서 2의 입구에 가능한한 적당하게 가깝게 행해져서 어떠한 증기화도 히터 56의 배관에서나 히터 56 및 믹서 12 사이의 연결 배관에서도 발생하지 않게 보장할 것이 바람직하다. 따라서, 히터 56 및 믹서 12 사이의 연결 배관의 길이는 최소화되며, 이것은 증기화 및 수반하는 2상 유체의 가능성을 더욱 감소시킨다.

공급 혼합물이 비교적 높은 용해 및/또는 현탁 고형물 함량, 즉 공급 혼합물의 약 10,000 중량 ppm 이상을 함유하는 경우에는, 배압 조절이 믹서 12의 하방류에서, 즉 믹서 12 및 분리 대역 18 사이에서 행해지는 것이 더욱 소망스럽다. 이와 같은 배압 조절 대역은 일반적으로는 66으로서 가상적으로 기재된다. 또다시, 공급 혼합물 및 라인 16을 통해 분리 대역 18로 흐르는 재순환 스트림의 조합에 와류를 부여하지 않는, 임의 유형의 흐름 제한기(restrictor) 또는 배압 조절기를 사용할 수 있다. 임의의 경우에, 배압 조절이 믹서 12 및 히터 56 사이에서 행해지든지 또는 믹서 12 및 분리 대역 18 사이에서 행해지든 지간에, 총체적인 효과는 동일한데, 즉 라인 50, 펌프 52, 히터 56, 라인 14, 믹서 12 및 라인 16을 포함하는 순환 루프 내의, 특별하게는 히터 56의 배관 내의 액체의 증기화를 최소화 또는 방지하는 것이다.

도 1의 구현예와 관련하여 상술한 바처럼, 잔류분에서 덜 휘발성인 성분의 함량은 라인 62를 통한 블로우다운에 의해 컨트롤된다.

본 발명의 방법은 진공 펌프 38에 의해 공급되는 바와 같이 진공 증류를 포함하는 것이 명백하다. 그래서, 분리 대역 18은 진공 조건 하에 운전되며, 믹서 12 는 또한, 배압이 히터 56 및 믹서 12 사이에, 즉 도 2에 기재된 바처럼 지역 64에서 행해질 때, 진공 조건하에 있다. 그렇지만, 배압 조절이 믹서 12 및 분리 대역 18 사이에서, 즉 지역 66에서 행해질 때, 믹서 12는 양의 압력 하에 있다.

이제 도 3에 관하여, 본 발명의 또다른 구현해가 보여지는데, 여기서 침강된 또는 필터 가능한 고형물들은 시스템에서 연속적으로 제거된다. 도 2에 기재된 구현예의 경우에서처럼, 도 1에서 묘사된 2차 분리 대역을 도 3의 구현예에서 사용하며 따라서 도 3의 구현예에 관해서는 논의되지 않을 것이다. 추가로, 보여지는 바처럼, 도 1에 기재된 것의 변경된 형태이기는 하나, 도 2의 구현예는 거품 억제제를 혼입시킨다. 도 2에 기재된 구현예의 경우에, 공급 혼합물은 높은 농도의 덜 휘발성인 성분을, 즉 3 내지 30중량%를 전형적으로 함유할 것이다. 예를 들면, 천연 가스 가공 운전에서 가스 수화물 형성을 방지하는데 사용되는 글리콜 혼합물은 전형적으로는 알칼리금속 할라이드, 탄산염류 등과 같은 고용해된 고형물을 대략 6 내지 15 중량%로 함유할 것이다.

다음으로 도 3에 관해서는, 라인 54 내의 잔류분의 슬립(slip) 스트림은 라인 68을 거쳐 고액 분리 장치 70으로 우회되며, 여기서 고형물은 슬러리 또는 실질적으로 건조한 케이크로서 라인 72를 거쳐 분리 및 제거되며, 실질적으로 고형물-제거된 액체 잔류 분획을 남기며, 이것은 고액 분리기 70으로부터 라인 74를 거쳐 제거된다. 라인 74 내의 고형물-제거된 스트림은, 도 1의 구현예에 관해 상술한 바처럼, 분리 대역 18 내로 거품 억제제로서 스프레이 헤드 60을 거쳐 도입된다. 고액 분리기 70으로 우회되는 라인 54 내의 잔류분의 양은 잘류물의 고형물 함량 및 분리기의 성능 특정에 좌우된다. 그렇지만, 일반적으로, 라인 68 내의 슬립 스트림을 거쳐 고액 분리기로 보내지는 잔류분의 량은 라인 50을 거쳐 분리 대역 18에서 나오는 잔류분 총 부피의 약 1 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 40중량%, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 15중량%의 범위가 될 것이다. 사용할 수 있는 적절한 고액 분리 장치는 사이클론, 체질, 원심분리기 등을 포함한다.

도 3의 구현예에 의해 달성되는 재순환 잔류분으로부터 고형물의 연속적인 제거는 순환 잔류분을 유동성이고 펌프가능하게 유지시키며, 히터 56을 통해 높은 원형 속도가 유지될 수 있음을 보장한다.

도 3의 구현예는 고액 분리기 70에서 분리된 액체를 거품 억제제로서 재도입시킬 필요 없이 수행될 수 있다는 것, 예를 들면 그것은 믹서 12로 또는 시스템 내의 다른 지역으로 단순히 재순환될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 비록 기재되지는 않았지만, 배압 조절을 유리하게는 도 3의 구현예에서 사용하여 라인내 증기화가 없음을 더욱 확실하게 하고, 히터 도관 56 및 순환 루프 내의 배관을 통해 2상 유체를 결과시킬 수 있다는 것이 인지된다.

만일 라인 26을 거친 증기 스트림에서 수행되는 가공 액체의 양이 본질적으로 무시 가능하다면, 라인 74 내의 고체-없는 스트림의 적어도 일부는 시스템으로부터 라인 76을 거쳐 제거되며 공급 혼합물이 유래되는 가스 가공 유닛으로 되돌아간다. 이에 관하여, 라인 10 내로 들어오는 공급 혼합물 및 시스템으로 나가는 모든 스트림 사이의 매스 밸런스가 기재된 모든 구현예에 대하여 유지될 것이다.

상술한 바처럼 본 발명의 방법이 광범위한 가공 액체에 적용 가능하지만, 천연 가스의 생산, 수송 및 사용을 포함하는 가공에 사용되는 가공 액체에 대해 특히 유용하다. 그래서, 이 방법은 가공 액체가 액상의 탄소원자수 1 내지 8의 수용성 알칸올아민, 액상의 탄소원자수 1 내지 6의 수용성 아민; 탄소원자수 1 내지 6의 수혼화성 알콜; 및/또는 탄소원자수 2 내지 8의 글리콜과 같은 화합물(들)을 포함할 때 특별한 유용성이 있다.

비록 어떤 도면에도 기재되지는 않았지만, 밸브, 레벨 콘트롤러, 리보일링 루프, 및 다른 전통적인 가공 장치를 당업계 기술인에게 주지된 방식으로 도입하여 본 발명의 방법을, 이 방법이 최대 효율로 연속적으로 수행될 수 있도록, 최적화시킬 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들면, 리보일러를 농축기 증류기 28에 도입하여 추가의 열을 가할 수 있다.

그래서 본 발명의 방법은 가공 액체를, 그러한 액체들이 비교적 소량의 용해 및/또는 포획 고형물을 함유하든지 또는 비교적 다량의 용해 및/또는 포획 고형물을 함유하든 지간에 연속적으로 회수한다는 것을 보여준다. 사실, 히터 56를 통해 고유동속도를 갖는 퍼지 또는 블로우다운 및 배압 조절을 도입함으로써, 공급 혼합물이 비교적 소량의 덜 휘발성인 용해 및/또는 포획 성분을 함유하는 경우에, 95% 또는 그 이상의 가공 액체의 회수가 달성될 수 있다. 마찬가지로, 배압조절을 갖는 도 3에 기재된 고체/액체 분리 및 히터 56 내의 높은 유동속도를 도입함으로써, 95% 또는 그 이상의 가공 액체 회수가 실질적인 양의 용해 및/또는 현탁 성분을 함유하는 공급 혼합물로부터 달성될 수 있다.

전술한 명세서 및 실시예들은 본 발명의 선택된 구현예들을 묘사한다. 이러한 견지에서, 변법들 및 변형예들이 동업계 기술인에 제안될 수 있으며, 이들 모두는 본 발명의 정신 및 범주 내에 있다.

발명의 배경

발명 분야

본 발명은 가공 액체의 회수 방법, 더욱 특별하게는 가공 액체, 이 가공 액체보다 더 휘발성인 적어도 하나의 성분 및 이 가공 액체보다 덜 휘발성이고 여기에 용해 또는 현탁될 수 있는 적어도 하나의 성분을 포함하는 혼합물로부터 가공 액체를 회수하는 방법에 관한 것이다.

선행기술의 설명

하나 또는 다수의 성분들을 포함할 수 있는 액체 (이후 가공 액체로 칭함)는, 다양한 성분들로 오염되거나 또는 함유하는 방식으로 사용하는 수많은 공업공정이 있으며, 이들 중의 일부는 가공 액체보다 더 휘발성이며 이들 중의 일부는 가공 액체에 용해성이다. 대개로는, 가공 액체 중의 성분들은, 비록 이들이 소망되는 것이고 가공 액체를 사용하는 공정에 따라 회수되는 성분일지라도, 오염물이다. 이와 같은 경우에, 가공 액체가 공정에서 재사용될 수 있거나 실질적으로 순수한 상태로 재사용 또는 다른 용도를 위해 단순히 회수될 수 있도록 덜 휘발성인 그리고 더 휘발성인 성분들로부터 가공 액체를 분리하는 것이 거의 대개는 소망스럽다.

가공 액체를 사용하는 상기 기술된 일반적인 도식의 수많은 예들은 풍부하다. 예를 들면, 오일 및 가스정으로부터 생산된 천연 가스는 메탄, 에탄 등과 같은 기체상 탄화수소를 함유하는 것 이외에도 물 및 산성 가스, 예를 들면 CO₂ 및 H₂S를 받듯이 함유한다는 것은 주지되어 있다. 천연 가스가 물을 함유하는 경우에는, 소위 기체 수화물 또는 포접 수화물(clathrate hydrate) 이 형성되는 것은 매우 공통적이다. 상기 포접 수화물은 물이 게스트 분자, 특히 기체상 분자 둘레로 케이지형 구조를 형성할 때 발생하는 결정질 화합물이다.

이 현상은 물 및 기체상 화합물, 예를 들면 탄화수소가 있는 시스템에서 발생할 수 있는 반면, 동시에 석유산업에서 천연 가스와 같은 기체상 탄화수소의 제조에 관해서일 뿐만 아니라 천연 가스의 수송 및 가공에서 문제점이 특별히 심각하다. 언급된 바처럼, 전형적인 페트롤륨 (탄화수소) 환경에서 형성된 가스 수화물은 물 및 하나 또는 다수의 게스트 분자, 예를 들면 메탄, 에탄, 프로판, 이소부탄, 질소, 이산화탄소 및 황화수소로 구성된다. 그렇지만, 산화질소, 아세틸렌, 비닐 클로라이드, 에틸 브로마이드, 산소 등과 같은 다른 게스트 분자가 포접 수화물을 형성할 수 있다는 것이 또한 공지되어 있다.

천연 가스 시스템을 단지 예로서만 특별히 참고하면, 가스 수화물 결정체가 형성될 때, 이들은 적어도 성가신 것이며 최악으로는 심각한 문제를 노출시킨다. 가스 수화물은 트랜스미션 라인 및 플러그 블로우아웃 프리벤터를 봉쇄할 수 있으며, 심해 플랫폼 및 파이프라인의 기초를 위태롭게 하며, 배관 및 캐스팅을 와해시키며, 그리고 열교환기, 콤프레서, 분액기, 및 익스팬더와 같은 공정 설비를 방해한다. 이런 문제들을 극복하기 위하여, 여러 개의 열역학적인 방법들이 원칙적으로 가능하다 : 자유로운 물의 제거, 높은 온도 및/또는 감압의 유지, 또는 빙점 강하제의 첨가. 실제적으로는, 마지막으로 언급된 방법, 즉 빙점 강하제의 첨가가 가장 빈번하게 채용된다. 그래서, 메탄올, 에탄올 등과 같은 저급 알콜 및 글리콜 류가 부동액으로서 작용하도록 첨가된다.

천연 가스 생산, 수송 및 가공처리에 사용되는 알콜 및 글리콜과 같은 가공 액체가 가스 수화물 형성을 감소시키는데 효과적인 반면, 그들의 사용은 문제가 없는 것이 아니다. 주지된 바로서, 천연 가스의 생산은 염화나트륨 및 다른 수용성 염을 함유하는 염수 생산을 빈번히 동반한다. 알칼리금속 할라이드와 같은 이들 할라이드들은 물에 손쉽게 용해되는 반면, 이들은 가스 수화물 형성에 사용되는 알콜 및 글리콜에서도 실질적인 용해성을 나타낸다. 따라서, 가공 액체 - 이 경우에 알콜 또는 글리콜 등임 - 는 생성된 물에 존재하는 용해된 염들로써, 또는 특별한 기체에 좌우되지만 가공 액체에 용해성인 어떠한 가스들로써 오염된다. 즉, 이것은 가공 액체를 사용하여, 이 경우에 수화물 형성을 예방하며 그리고 더욱 휘발성인 성분 및 덜 휘발성인, 이 경우에는 용해된 성분으로써 오염되어진 경우인 특정 예를 나타낸다.

또한편, 천연 가스 생산, 수송 및 가공처리의 예를 사용하여, 천연 가스는 CO₂, H₂S, 산화황 등과 같은 산성 성분이 없는 것이 필요한데, 이들중 일부는 매우 유독하며, 이들 모두는 심각한 부식 문제를 일으킬 수 있고 어떤 경우에는 비소망 부산물의 형성을 야기한다. 액체 아민, 특별하게는 모노에탄올아민(MEA); 디에탄올아민 (DEA); 메틸디에탄올아민 (MDEA)와 같은 알칸올아민, 뿐만 아니라 모노-, 디-, 또는 트리-에틸렌 글리콜과 같은 가공 액체로써 천연 가스 스트림을 스크러빙 ( scrubbing ) 하는 것은 보편적이다. 천연 가스를 스크러빙하여 산성 가스를 제거하는 것은 물이 실질적으로 제거된 천연 가스 스트림에 대해 보통 수행되기 때문에, 가스 스트림으로부터 천연 가스 스트림의 용해 염함량은 일반적으로 매우 적다. 그렇지만, 비록 용해 염의 진입은 천연 가스 스트림으로부터 낮다 할지라도, 산성 가스 제거를 위한 아민 가공 액체의 연속 사용은 아민이 오염물질과 화학변화를 일으키고 열안정성이고 비재생성인 염들을 생성시키는 경향이 있다. 만일 열안정성 염 ( HSS ) 의 잔류 축적 ( residual buildup ) 이 0.1 중량%의 전형적인 수준으로 설정되면, 아민 성능은 쇠퇴하며, 부식은 pH의 쇠퇴와 함께 급속히 증가하고, 아민 용액은 거품화를 시작하고 과도한 가공 액체 손실을 야기한다. 따라서, 가공 액체, 예를 들면 알칸올아민은 일반적으로 용해되어 있고 덜 휘발성인 성분을 가스 수화물 형성을 방지하는데 사용되는 알콜 또는 글리콜의 경우에서보다 훨씬 더 작은 농도로 함유한다. 그럼에도 불구하고, 이런 때에도, 가공 액체는, 그 사용 후에 더 휘발성인 성분, 예를 들면 CO₂, H₂S 등 및 아마도 작은 함량의 덜 휘발성이고 용해된 성분을 함유하는 경우를 이제 나타낸다.

가스 수화물 형성을 방지하고 및/또는 산성 가스를 제거하기 위한 천연 가스의 처리를 근해 플랫폼에 대해 수행하는 경우에, 여러 가지 문제점들이 조우된다. 그 하나는, 알콜, 글리콜 및 알칸올아민은 해양 생물에 유독성일 수 있으며 따라서 일단 소모되면, 예를 들어 제거하고자 하는 오염물질로 포화되면, 배 밖으로 폐기될 수 없다. 생태학적 관심 이외에도, 이와 같은 방법은 경제적으로도 가능성이 없는데, 이는 가공 액체의 일정한 보급을 요구하기 때문이다. 사실, 이와 같은 공정은 육지-기반의 정제소 또는 화학 플랜트 등에서 경제적으로 가능성이 없다.

US 특허 제 5,152,887호; 제 5,158,649호; 제 5,389,208호; 및 제 5,441,605호는 모두 화학물질을 처리하는 폐기 가스 수용액을 재생 및/또는 농축하기 위한 방법 및 장치를 다루고 있다. 따라서, US특허 제 4,315,815호; 및 제 4,770,747호는 마찬가지로 가스-처리 액체를 재생 또는 회수하기 위한 방법을 다루고 있다. US 특허 제 5,389,208호는, 모든 목적을 위해 여기에 참고로 혼입되어 있는데, 가스-처리 화학물질의 불순물-함유 폐기 수용액을 재생이용하는 방법을 개시 및 청구하고 있는데, 이것은, 가스-처리 화학물질의 분해를 방지하는 온도조건하에 그리고 장치의 실질적인 부식을 야기함이 없이 더욱 이색적인 건설 재료와는 반대로, 탄소강으로 제조된 장치에서 공정을 운전할 수 있는 방식으로 소모물질의 진공 증류를 기본적으로 포함한다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은 가공 액체에 함유된 더욱 휘발성인 성분 및 덜 휘발성인 성분들로부터 가공 액체를 분리하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가공 액체의 분해가 방지되고 더욱 휘발성인 성분 및 덜 휘발성인 성분들이 본질적으로 없이 95% 이상의 가공 액체가 회수되는 가공 액체 연속 회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가공 액체로부터 더욱 휘발성인 성분 및 덜 휘발성인 성분을, 적어도 부분적으로는 탄소강으로 제조된 가공 장치를 사용하여 제거할 수 있도록 가공 액체를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가공 액체의 실질적인 분해를 방지하는 조건하에서 가공 액체로부터 용해 및/또는 현탁 고형물을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 또다른 목적들은 여기에 주어진 도면, 명세서 및 첨부된 도면으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 방법에 따르면, 가공 액체, 이 가공 액체보다 더욱 휘발성인 성분 1종 이상 및 이 가공 액체보다 덜 휘발성인 성분 1종 이상을 포함하는 공급 혼합물을 1차 가열 대역에 도입하고 처음에는 적어도 얼마간의 더욱 휘발성인 성분 및 적어도 일부의 가공 액체를 휘발화시키기에 충분한 온도로 가열한다. 1차 가열 대역에서의 온도는 가공 액체의 분해온도 이하로 유지되며 이에 의해 더욱 휘발성인 성분 및 휘발된 가공 액체 분량을 포함하는 증기 스트림을 생성하고, 잔류분은 가공 액체, 감소된 (아마도 없는) 농도의 더욱 휘발성인 성분 및 덜 휘발성인 성분을 함유한다. 증기 스트림은 1차 분리대역에서 잔류분으로부터 분리되며, 그리고 잔류분의 일부분을 가공 액체의 분해 온도 이하의 온도에서 2차 가열 대열에 또한 통과시켜 가열된 1차 재순환 스트림을 생성한다. 잔류분에서 덜 휘발성인 성분의 농도는 잔류분의 배출 스트림을 통해 일부를 퍼징함으로써, 또는 잔류분이 덜 휘발성인 성분의 고형물을 함유할 때, 잔류분의 일부를 고체-액체 분리 대역을 통해 통과시킴으로써 감소되어 실질적으로 고형물이 없는 2차 재순한 스트림 및 실질적으로 고형물인 폐기 스트림을 생성하며 , 2차 재순환 스트림은 1차 분리 대역으로 재순환된다.

Claims (14)

1. 가공 액체, 이 가공 액체보다 더 휘발성인 성분 1종 이상, 및 이 가공 액체보다 덜 휘발성인 성분 1종 이상을 포함하는 공급 혼합물로부터 가공 액체를 회수하는 방법에 있어서,

   전술한 공급 혼합물을 1차 가열 대역에 도입하고 전술한 공급 혼합물을 전술한 1종 이상의 더 휘발성인 성분의 적어도 일부 및 전술한 가공 액체의 적어도 일부를 휘발화시키기에 충분한 온도로 처음에 가열하여, 전술한 1차 가열 대역에서의 전술한 온도는 전술한 가공 액체의 분해 온도 이하임, 전술한 덜 휘발성인 성분 및 전술한 가공 액체의 증기화된 부분을 포함하는 증기 스트림, 및 전술한 가공 액체, 감소된 농도의 전술한 1종 이상의 더 휘발성인 성분 및 전술한 1종 이상의 덜 휘발성인 성분을 포함하는 잔류분을 생성시키고;

   전술한 증기 스트림을 전술한 잔류분으로부터 1차 분리 대역에서 분리하고;

   전술한 잔류분의 적어도 일부를 전술한 가공 액체의 분해온도 이하의 온도에서 2차 가열 대역을 통해 움직여서 가열된 1차 재순환 스트림을 생성시키고;

   전술한 잔류분 중의 전술한 덜 휘발성인 성분의 농도를 감소시키고;

   전술한 가열된 재순환 스트림을 전술한 공급 혼합물과 혼합하여 전술한 공급 혼합물의 전술한 초기 가열을 행하고; 그리고

   가공 액체를 전술한 증기 스트림으로부터 회수하는 것으로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 전술한 덜 휘발성인 성분은 전술한 잔류분의 일부를 전술한 공정으로부터 퍼징함으로써 전술한 잔류분으로부터 제거함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 전술한 잔류분은 전술한 덜 휘발성인 성분의 고형물을 함유하고 전술한 잔류분의 두 번째 부분을 고액 분리 대역을 통해 움직이게 하여 고형물-없는 2차 재순환 스트림 및 실질적으로 고체인 폐기 스트림을 생성시키는 것, 그리고 전술한 2차 재순환 스트림은 전술한 1차 분리 대역으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 전술한 1차 분리 대역은 상부의 증기상인 대역 및 하부의 액상인 대역으로 구성되는 것, 및 전술한 잔류분의 일부는 전술한 1차 분리 대역으로부터 분리되고 전술한 증기상 대역 내로 도입되고 아래쪽으로 전술한 증기상 대역 및 전술한 액상 대역의 계면을 향해 스프레이 되어 전술한 분리 대역에서의 거품화를 통제하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 전술한 1차 분리 대역은 상부의 증기상인 대역 및 하부의 액상인 대역을 포함하는 것, 및 전술한 2차 재순환 스트림은 전술한 증기상 대역 내로 도입되고 아래쪽으로 전술한 증기상 대역 및 전술한 액상 대역의 계면 쪽으로 스프레이 되어 전술한 분리 대역에서의 거품화를 통제하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 전술한 2차 가열 대역은 관형 가열 대역으로 되어 있고 전술한 잔류분은 전술한 2차 가열 대역을 통해 10 피트/초 이상의 흐름 속도로 움직이며, 2차 가열 대역 내부의 압력은 배압 조절에 의해 조절되어 전술한 2차 가열 대역에서의 증기화를 최소화시키며, 전술한 배압 조절은 난폭한 흐름을 최소화시키는 유형의 것임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 전술한 잔류분은 전술한 2차 가열 대역을 통해 11내지 16 피트/초의 흐름 속도로 움직임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 전술한 배압 조절은 전술한 2차 가열 대역 및 전술한 1차 갸열 대역 사이에서 행해지며, 전술한 공급 혼합물의 전술한 초기 가열 및 전술한 1차 분리 대역에서의 전술한 분리는 진공 조건하에 수행됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제 6 항에 있어서, 전술한 배압 조절은 전술한 1차 가열 대역 및 전술한 1차 분리 대역 사이에서 행해지며, 전술한 1차 가열 대역은 양의 압력 하에 있고, 전술한 1차 분리 대역은 진공 조건 하에 수행됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 전술한 공급 혼합물은 연속 방식으로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제 3 항에 있어서, 전술한 공급 혼합물은 3 내지 30 중량%의 전술한 덜 휘발성인 성분을 포함함을 특징으로 하는 방법.
12. 제 2 항에 있어서, 전술한 공급 혼합물은 약 10 중량 ppm 내지 60,000 중량ppm의 전술한 덜 휘발성인 성분을 포함함을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 전술한 증기 스트림은 다수의 전술한 더 휘발성인 성분을 포함하고 전술한 증기 스트림은 2차 분리 대역으로 도입되어 전술한 1차 분리 대역에서 증기화된 가공 액체를 회수함을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 전술한 공급 혼합물은 물을 포함하며 깨끗한물 스트림은 전술한 분리 대역으로부터 회수됨을 특징으로 하는 방법.