KR100948284B1 - 고점도 시료 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고점도 시료가 저장되는 믹싱 드럼과, 믹싱 드럼으로 솔벤트를 공급하는 솔벤트 드럼과, 믹싱 드럼 내측에 설치되며, 믹싱 드럼에 저장된 고점도 시료와 공급된 솔벤트를 믹싱하는 교반기와, 교반기에 의해 솔벤트가 믹싱됨으로써 점성이 감소된 시료를 이송시키는 이송 펌프와, 이송 펌프에 의해 이송되는 시료로부터 솔벤트를 기화시켜서 분리시키는 분리 수단과, 분리 수단으로부터 기화에 사용된 열에 의해 점성을 유지하는 시료를 공급 대상으로 공급시키는 공급 펌프를 포함한다. 따라서, 본 발명은 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 저급 연료원으로 사용되는 고점도 시료에 용매를 첨가하여 시료의 점성을 낮추어 공급함으로써 고점도의 시료가 열 에너지를 사용하지 않고서 상온에서 유동이 가능하도록 하여 기존 히터 및 열매유 사용에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제적이고, 고점도 시료에 용매의 첨가 및 분리를 위하여 간단한 장치를 사용함으로써 고점도의 시료를 상온에서 반응기 등과 같은 공급 대상에 용이하게 공급할 수 있도록 하여 고점도 시료를 공급하는 모든 공정 및 장치에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 공정상의 유지 및 보수가 용이하여 건설비 및 시설 유지비를 절감시키는 효과를 가진다.

고점도 시료, 솔벤트, 믹싱 드럼, 교반기, 분리 수단, 냉각 수단

Description

고점도 시료 공급장치{HIGH VISCOSITY MATERIAL FEEDER}

본 발명은 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 저급 연료원으로 사용되는 고점도 시료가 열 에너지를 사용하지 않고서 상온에서 유동이 가능하도록 하는 고점도 시료 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오일 샌드(Oil sand)에서 추출한 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 저급 연료원인 고점도의 시료는 상온에서 유동이 거의 없는 점성이 높은 물질로서 150∼250℃ 이상의 온도를 유지해야 원활하게 공급할 수 있는 점성을 가지게 된다.

이러한 고점도 시료를 반응기로 공급하기 위해서는 고점도 시료가 원활하게 이송되기 위한 점도를 가지도록 고점도 시료의 이송을 위한 모든 장치 및 설비를 일정 온도 이상 유지해야 하는데, 이와 같은 종래의 고점도 시료의 공급장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 고점도 시료 공급장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 고점도 시료 공급장치(10)는 고점도 시료가 저장된 저장 드럼(11)을 열매유 순환 공급 수단 또는 전기 히터 등과 같은 가열 수단(12)을 통해서 가열함으로써 저장 드럼(11) 내의 고점도 시료의 온도를 150℃까지 승온시키고, 승온됨으로써 점성이 감소된 시료를 공급 펌프(13)의 펌핑력에 의해 이송 라인(14)을 따라서 반응기(20)로 공급한다.

이송 라인(14)은 시료의 이송을 개폐시키기 위해 설치되는 밸브(14a), 연결 플랜지 뿐만 아니라 전체에 걸쳐서 이송되는 시료의 점성을 유지하기 위한 열을 제공하는 온도 유지 수단(15)이 설치된다.

온도 유지 수단(15)은 이송 라인(14) 뿐만 아니라 공급 펌프(13) 등과 같이 시료가 통과하는 경로 전체에 설치되어 이송되는 시료를 150∼250℃ 이상의 온도를 항상 유지하도록 열을 제공한다.

상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 고점도 시료 공급장치는 역청(Bitumen), 중질잔사유 등과 같은 고점도의 시료를 반응기로 공급하기 위하여 저장 드럼을 가열함과 아울러 이송 라인, 공급 펌프 등의 온도를 고온으로 유지하기 위해 사용되는 열 에너지 소비가 증가되고, 이송 라인, 밸브, 연결 플랜지, 공급 펌프 등의 장비에 온도를 유지시키도록 열을 가히는 온도 유지 수단을 추가적으로 제작하여 설치하여야 함으로써 제작 및 설비 비용을 과도하게 요구하여 경제적인 손실이 증가하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 종래의 기술에 따른 고점도 시료 공급장치는 저장 드럼의 가열 및 이송 라인 등의 온도 유지 등과 같은 복잡한 공정 및 장치로 인해서 전체 시스템의 운전 시 업무량이 가중되고, 이러한 시스템을 유지 및 보수하는 어려움과 위험성이 높으며, 고점도 시료의 이송 라인 중 국부적으로 온도가 낮은 영역이 발생 시 시료의 이송이 불가능하게 되며, 고점도 시료의 이송 후 열원을 차단하면 이송 라인 상에 남아 있는 고점도 시료가 다시 고형화됨으로써 추후 다시 시료 공급을 위해서는 사전에 장시간 가열하여 이송 라인상에 고형화된 고점도 시료의 점도를 낮추는 과정이 필요하게 되는 문제점을 가지고 있었다.

그리고, 종래의 기술에 따른 고점도 시료 공급장치의 경우 고점도의 시료의 온도를 승온하는데 사용되는 전기식 히터는 사용 시 가열 및 온도를 유지하는 동안 스파크 발생 및 고온에 따른 폭발의 위험성이 있어 관리 감독을 철저히 해야 하며, 이송 라인 및 기타 설비에서 리크(Leak) 발생 시 화재의 위험과 설비의 파손이 발생할 확률이 높은 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 저급 연료원으로 사용되는 고점도 시료에 용매인 솔벤트를 첨가하여 시료의 점성을 낮추어 공급함으로써 고점도의 시료가 열 에너지를 사용하지 않고서 상온에서 유동이 가능하도록 하여 기존 히터 및 열매유 사용에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제적이다.

또한, 본 발명은 고점도 시료에 솔벤트의 첨가 및 분리를 위하여 간단한 장치를 사용함으로써 고점도의 시료를 상온에서 반응기 등과 같은 공급 대상에 용이하게 공급할 수 있도록 하여 고점도 시료를 공급하는 모든 공정 및 장치에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 공정상의 유지 및 보수가 용이하여 건설비 및 시설 유지비 측면에 있어서 유리하다.

그리고, 본 발명은 고점도 시료의 정량적인 공급이 가능하여 고점도의 저급 연료원을 가스화 및 연소하는 공정에서 쉽고 안정적인 운전이 가능하게 되어 상용급 플랜트의 건설을 앞당길 수 있다.

본 발명에 따른 고점도 시료 공급장치는 고점도 시료를 공급하는 장치에 있어서, 고점도 시료가 저장되는 믹싱 드럼과, 믹싱 드럼으로 솔벤트를 공급하는 솔벤트 드럼과, 믹싱 드럼 내측에 설치되며, 믹싱 드럼에 저장된 고점도 시료와 공급 된 솔벤트를 믹싱하는 교반기와, 교반기에 의해 솔벤트가 믹싱됨으로써 점성이 감소된 시료를 이송시키는 이송 펌프와, 이송 펌프에 의해 이송되는 시료로부터 솔벤트를 기화시켜서 분리시키는 분리 수단과, 분리 수단으로부터 기화에 사용된 열에 의해 점성을 유지하는 시료를 공급 대상으로 공급시키는 공급 펌프를 포함한다.

본 발명은 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 저급 연료원으로 사용되는 고점도 시료에 용매를 첨가하여 시료의 점성을 낮추어 공급함으로써 고점도의 시료가 열 에너지를 사용하지 않고서 상온에서 유동이 가능하도록 하여 기존 히터 및 열매유 사용에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제적이고, 고점도 시료에 용매의 첨가 및 분리를 위하여 간단한 장치를 사용함으로써 고점도의 시료를 상온에서 반응기 등과 같은 공급 대상에 용이하게 공급할 수 있도록 하여 고점도 시료를 공급하는 모든 공정 및 장치에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 공정상의 유지 및 보수가 용이하여 건설비 및 시설 유지비 측면에 있어서 유리하고, 고점도 시료의 정량적인 공급이 가능하여 고점도의 저급 연료원을 가스화 및 연소하는 공정에서 쉽고 안정적인 운전이 가능하게 되어 상용급 플랜트의 건설을 앞당길 수 있도록 하는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하 기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 고점도 시료 공급장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고점도 시료 공급장치(100)는 고점도 시료가 저장되는 믹싱 드럼(110)과, 믹싱 드럼(110)으로 솔벤트(Solvent)를 공급하는 솔벤트 드럼(120)과, 믹싱 드럼(110) 내측에 설치되는 교반기(130)와, 믹싱 드럼(110)으로부터 솔벤트가 믹싱된 시료를 이송시키는 이송 펌프(140)와, 이송 펌프(140)에 의해 이송되는 시료로부터 솔벤트를 분리시키는 분리 수단(150)과, 분리 수단(150)으로부터 기화에 사용된 열에 의해 점성을 유지하는 시료를 공급 대상으로 공급시키는 공급 펌프(160)를 포함한다.

믹싱 드럼(110)은 오일 샌드(Oil sand)에서 추출한 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 저급 연료원으로 사용되는 고점도 시료가 저장되며, 내측에 설치되는 교반기(130)에 의해 저장된 고점도 시료와 솔벤트 드럼(120)으로부터 공급되는 솔벤트가 믹싱된다.

솔벤트 드럼(120)은 내측에 저장되는 솔벤트를 믹싱 드럼(110)으로 공급하는데, 저장되는 솔벤트의 비점이 60∼70℃임이 바람직하고, 믹싱 드럼(110)의 고점도 시료에 대하여 9∼12중량%의 솔벤트를 믹싱 드럼(110)으로 공급함이 바람직하다.

교반기(130)는 일 예로 모터의 회전력을 이용하여 회전하는 임펠러가 사용될 수 있으며, 믹싱 드럼(110) 하부에 고점도 시료와 솔벤트를 믹싱하여 믹싱 드럼(110) 하단으로부터 배출되는 시료가 솔벤트와의 믹싱에 의해 점성이 감소되도록 한다.

이송 펌프(140)는 믹싱 드럼(110)의 출구 측에 연결되는 이송 라인(141) 상에 설치되고, 교반기(130)에 의해서 솔벤트와 믹싱됨으로써 유동이 가능하도록 점성이 감소된 시료를 이송 라인(141)을 따라 이송되도록 펌핑력을 제공한다.

분리 수단(150)은 이송 펌프(140)에 의해 이송 라인(141)을 따라 이송되는 시료로부터 솔벤트를 기화시켜서 분리시키는데, 이를 위해 외측면에 일 예로서 전기 히터 또는 열매유 순환 공급 수단으로 이루어지는 가열 수단(151)이 설치된다.

한편, 분리 수단(150)으로부터 기화에 의해 분리된 솔벤트를 냉각시켜서 솔벤트 드럼(120)으로 재공급하기 위한 냉각 수단(170)을 더 포함할 수 있다.

냉각 수단(170)은 솔벤트의 냉각을 위하여 냉각핀 등과 같은 냉각 구조를 가지거나, 냉각수가 순환되는 냉각 자켓이 설치되거나, 냉각팬이 설치될 수 있으며, 솔벤트를 냉각시켜서 솔벤트 드럼(120)으로 재공급함으로써 솔벤트의 소모량을 줄이도록 한다.

공급 펌프(160)는 분리 수단(150)의 출구 측으로부터 공급 대상, 예컨대 반응기(200)로 연결되는 공급 라인(161) 상에 설치되며, 분리 수단(150)으로부터 기화에 사용된 열에 의해 점성을 유지하는 시료를 공급 대상인 반응기(200)로 공급시키기 위한 펌핑력을 제공한다.

한편, 공급 라인(161) 상에 정량의 시료를 반응기(200)로 공급시키기 위하여 유량계(180)가 설치된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 고점도 시료 공급장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

용매인 솔벤트가 저장되어 있는 솔벤트 드럼(120)으로부터 고점도 시료량의 9∼12중량%의 솔벤트를 믹싱 드럼(110) 내의 고점도 시료에 첨가하여 믹싱 드럼(110) 내측에서 교반기(130)에 의해 고점도 시료와 솔벤트가 믹싱되어 상온에서 충분히 유동 가능하도록 시료의 점성을 낮춘다.

그런 다음 이송 펌프(140)에 의해 유동 가능하도록 점성이 감소된 시료를 분리 수단(150)으로 공급하고, 분리 수단(150)의 가열 수단(151)에 의해 100℃ 이하의 온도를 유지하도록 함으로써 시료에 첨가된 솔벤트를 기화시킨다. 이 때, 기화된 솔벤트는 냉각 수단(170)을 통해서 응축되고, 응축된 솔벤트는 다시 솔벤트 드럼(120)으로 재순환된다.

분리 수단(150)에서 솔벤트가 기화에 의해 분리된 시료는 기화에 사용된 열에 의해 점성을 유지하게 되고, 공급 펌프(160) 및 유량계(180)에 의해 반응기(200)로 정량 공급된다.

이와 같이, 오일 샌드(Oil sand)에서 추출한 역청(Bitumen), 중유 및 잔사유 등과 같은 고점도 시료를 반응기(200)에 공급하기 위해 종래에는 모든 용기나 이송 라인을 시료의 점도를 낮출 수 있는 온도까지 가열했으나, 본 발명에서는 시료를 적절한 솔벤트를 사용하여 녹여서 상온에서 추가적인 에너지 공급없이 이송할 수 있다.

또한, 이러한 고점도 시료, 예컨대 역청은 검은색의 무겁고 끈적끈적한 형태의 점성질 초중질원유로서 가스화 시스템의 이송 및 공급 공정에서 고점도 시료의 고형화로 인한 공급 효율성 저하 및 막힘 현상이 발생하여 정상적인 가스화 운전을 방해하는 요소 중 하나인데, 이러한 고점도 시료의 공급을 위해 시료의 온도를 상승시켜 공급하는 기존 방식은 전체 공정의 이송 라인을 전기 히터 및 열매유 등으로 가열하여 150∼250℃의 온도를 항상 유지해야만 하는 공정이므로 많은 양의 전력 및 에너지 소비가 있어 이러한 역청(Bitumen) 가스화 상용화 설비 건설의 문제가 있었으나, 본 발명은 고점도 시료에 비점이 60∼70℃의 솔벤트를 첨가하여 고점도 시료의 점도를 상온에서 원활히 공급할 수 있는 점도까지 낮추어 공급함으로써 이송에 필요한 에너지를 절감하도록 하고, 시료를 상온에서 반응기(200)까지 원활하게 공급한다.

또한, 고점도 시료와 솔벤트의 혼합물을 반응기(200)로 공급되기 전에 분리 수단(150)에 의해 이들 혼합물을 100℃ 이하로 가열하여 비점이 60∼70℃인 솔벤트를 기화시키고, 기화된 솔벤트는 냉각 후 재사용하게 되며, 솔벤트로부터 분리된 시료는 솔벤트의 기화에 의한 열로 인해 점성을 유지하여 펌프에 의해 반응기로 공급된다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포 함된다할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 고점도 시료 공급장치를 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 고점도 시료 공급장치를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 믹싱 드럼 120 : 솔벤트 드럼

130 : 교반기 140 : 이송 펌프

141 : 이송 라인 150 : 분리 수단

151 : 가열 수단 160 : 공급 펌프

161 : 공급 라인 170 : 냉각 수단

180 : 유량계 200 : 반응기

Claims (4)

1. 고점도 시료를 공급하는 장치에 있어서,

   고점도 시료가 저장되는 믹싱 드럼과,

   상기 믹싱 드럼으로 솔벤트를 공급하는 솔벤트 드럼과,

   상기 믹싱 드럼 내측에 설치되며, 상기 믹싱 드럼에 저장된 고점도 시료와 공급된 솔벤트를 믹싱하는 교반기와,

   상기 교반기에 의해 솔벤트가 믹싱됨으로써 점성이 감소된 시료를 이송시키는 이송 펌프와,

   상기 이송 펌프에 의해 이송되는 시료로부터 솔벤트를 기화시켜서 분리시키는 분리 수단과,

   상기 분리 수단으로부터 기화에 사용된 열에 의해 점성을 유지하는 시료를 공급 대상으로 공급시키는 공급 펌프

   를 포함하는 고점도 시료 공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 솔벤트 드럼은,

   비점이 60∼70℃인 솔벤트를 상기 믹싱 드럼으로 공급하는 것

   을 특징으로 하는 고점도 시료 공급장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 솔벤트 드럼은,

   고점도 시료에 대하여 9∼12중량%의 솔벤트를 상기 믹싱 드럼으로 공급하는 것

   을 특징으로 하는 고점도 시료 공급장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분리 수단으로부터 기화에 의해 분리된 솔벤트를 냉각시켜서 상기 솔벤트 드럼으로 재공급하는 냉각 수단

   을 더 포함하는 고점도 시료 공급장치.

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