KR101767553B1 - Ｍｅｇ 재생 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MEG 재생 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, MEG 재생 시스템에 있어서 기존 3단계 공정을 대신하여 반응증류탑을 설치함으로써 필요로 하는 장치의 개수를 최소화하고, 공정을 간소화(Compact)하여 종래의 MEG 재생 시스템보다 요구되는 공간이 적어 해상(Offshore)에서의 설치 및 운영이 용이하도록 한 MEG 재생 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 MEG 재생 시스템은 해저파이프에 부동액으로 주입된 후 물(Water), 염(Salts) 성분과 함께 회수된 리치 MEG(Rich Mono Ethylene Glycol)로부터 MEG를 분리하는 MEG 재생 시스템에 있어서, 하나의 증류탑에서 반응과 분리 두 가지 조작을 동시에 수행하는 반응증류탑(Reactive Distillation Column);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＭＥＧ 재생 시스템 {MEG Regeneration System}
본 발명은 MEG 재생 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, MEG 재생 시스템에 있어서 필요로 하는 장비의 숫자를 최소화하고, 공정을 간소화(Compact)하여 요구되는 공간이 적어 연안(Offshore)에서의 설치 및 운영이 용이하도록 한 MEG 재생 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, MEG(Mono Ethylene Glycol)는 해저 시추 작업에 있어서 해상 부유구조물과 연결된 해저 웰(Well)의 파이프라인에서 발생하는 하이드레이트 (Hydrate)의 생성을 방지하는 부동액으로서 주입된다. 주입된 후 시추된 천연가스(Natural Gas) 및 물(Water) 등의 이물질과 함께 회수된 MEG(이하 리치(Rich) MEG라 함)는 해상 부유구조물의 가스 생산공정(Production Process)에서 분리되어 재생시킨다.
도 1은 종래의 MEG 재생 시스템을 간략하게 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 MEG 재생 시스템은 전처리공정(Pre-treatment Process, a), 재농축공정(Reconcentration Process, b) 및 재생공정(Reclamation Process, c) 등 3단계에 걸쳐 MEG를 분리한다.
전처리공정에서는 히터(Heater)와 펌프(Pump)를 설치하여 온도와 압력 조건을 변화시키고, 산도(PH)를 적절히 조절함으로써 리치 MEG로부터 Mg2 +, Ca2 + 등의 저용해성염(Low Soluble Salts)을 석출한다. 재농축공정에서는 증류탑(Distillation Column)을 설치하여 MEG(끓는점: 1기압, 약 200℃)와 물(Water, 끓는점: 1기압, 약 100℃)의 끓는점 차이로 리치 MEG로부터 물을 제거함으로써 약 40~50wt%의 리치 MEG를 90wt%의 린(Lean) MEG로 농축시킨다. 재생공정에서는 진공증류(Vacuum Distillation) 공정을 통해 린 MEG 전량을 증발시킴으로써 슬러리형태의 고용해성염(High Soluble Salts)을 제거하여 MEG를 분리한다.
종래의 MEG 재생 시스템은 상기 서술한 바와 같이 3개의 공정을 거쳐 진행하기 때문에 상당히 복잡하고, 많은 장비를 설치해야 하기 때문에 많은 공간을 차지하며, 시스템제어가 복잡하다는 단점이 있었다. 따라서, 최근 들어 해저 시추 작업의 증가로 활발히 진행되고 있는 해양 플랜트(Offshore Plant)의 특성상 공간적, 중량적 제한이 있으므로 해상에서의 운영이 불리하다.
미국 공개특허공보 US2012/0018293 (2012.01.26.) 미국 등록특허공보 5817889 (1998.10.06.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 종래의 MEG 재생 시스템의 3단계 공정을 위해 여러 개의 복잡한 장치들을 설치하기 보다는, 반응증류탑을 설치하여 MEG를 분리·회수하여, 종래의 MEG 재생 시스템보다 장치가 간편해지므로 공간 효율을 높이고, 시스템제어를 간단하게 할 수 있어 해상(Offshore)에서의 운영이 용이한 MEG 재생 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 해저파이프에 부동액으로 주입된 후 물(Water), 염(Salts) 성분과 함께 회수된 리치 MEG(Rich Mono Ethylene Glycol)로부터 MEG를 분리하는 MEG 재생 시스템에 있어서, 하나의 증류탑에서 반응과 분리 두 가지 조작을 동시에 수행하는 반응증류탑(Reactive Distillation Column);을 포함하는 MEG 재생 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑은 리치 MEG를 MEG, 물(Water) 및 염(Salts)으로 3상 분리하여 배출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑 내부에 설치되며 상기 반응증류탑 내의 압력 조건을 조절하는 압력조절장치; 및 상기 반응증류탑 외부에 설치되며 상기 반응증류탑 내의 온도 조건을 조절하는 리보일러(Reboiler)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압력조절장치는 상기 반응증류탑의 각 단(Tray)에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑의 상부(Top)로는 기체상의 물이 분리되어 배출되고, 상기 기체상의 물의 적어도 일부를 응축시키는 환류응축기; 상기 환류응축기에서 응축된 상기 물을 기액분리하여 응축된 액체상의 물을 상기 반응증류탑의 상부로 재공급하는 환류드럼; 및 상기 환류드럼에서 분리된 기체상의 물을 배출시키는 환류펌프를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑의 중간부로는 상기 리치 MEG로부터 분리된 액체상의 MEG가 배출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑에는 상기 리치 MEG와 응고제(Chemicals)를 함께 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑은 6단으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응증류탑의 후단에 설치되며 상기 반응증류탑에서 배출된 염과 MEG의 혼합물을 고체상의 염 성분과 액체상의 MEG로 분리하는 원심분리기(Centrifuge); 상기 반응증류탑의 하부(Bottom)로 분리되어 배출된 적어도 일부의 액체상의 MEG를 포함하는 고체상의 염을 상기 원심분리기로 공급하는 재순환펌프; 및 상기 고체상의 염에 적어도 일부 포함된 액체상의 MEG를 상기 반응증류탑으로 기화시켜 재공급하는 재순환히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, MEG 재생 시스템에 있어서, 기존 3단계 공정을 대신하여 반응증류탑을 설치하여 장치의 개수를 최소화시켜 MEG를 분리하여 회수함으로써, 종래의 MEG 재생 시스템보다 공간 효율이 높고, 공정이 간소화되며 시스템 제어가 간단해지므로 해상에서의 운영을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 MEG 재생 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEG 재생 시스템의 개략도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
본 발명에 따른 MEG 재생 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전처리 공정 단계(Pre-Treatment Process, a), 재농축 공정 단계(Reconcentration Process, b) 및 재생 공정 단계(Reclamation Process, c) 등 3단계에 걸쳐 리치 MEG로 부터 MEG를 분리회수하는 복잡한 단계와 제어, 장치들을 대신하여 장치 및 제어가 간단(Compact)하고 적은 공간을 요구하는 MEG 재생 시스템을 제공함으로써 공간적인 제약이 많은 해양플랜트(Offshore Plant)에서의 설치 및 운영을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 해양에서 운용되며 MEG(Mono Ethylene Glycol)를 해저 파이프에 주입한 후 천연가스 등과 함께 회수된 리치(Rich) MEG로부터 MEG를 재생하고자 하는 필요성을 갖는 모든 선박 및 해양구조물 등에 적용될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 상기 서술한 바와 같은 MEG 재생 공정을 필요로 하는 육상플랜트(Onshore Plant)에서도 적용될 수 있다.
일반적으로, MEG는 부동액으로 많이 사용되는데, 해저 시추작업 시 해양플랜트의 탑사이트(Topside)에서 MEG를 해저의 웰헤드(Wellhead)로 주입하여 해저에 설치된 파이프에서의 하이드레이트(Hydrate)생성을 억제하기 위해 주입한다. MEG는 웰헤드로부터 생성되는 물, 가스 등과 함께 회수되는데 1차적으로 물과 가스 등이 분리된 후 다량의 물, 염 등을 포함한 리치 MEG가 MEG 재생 시스템으로 공급되고, MEG 재생 시스템에서 물(Water)과 염(Salts) 성분 등이 제거되어 최종 분리회수되는 린(Lean) MEG (이하 MEG라 함)를 웰헤드로 재공급하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 재생 시스템이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 MEG 재생 시스템은 리치 MEG를 공급받아 리치 MEG로부터 MEG를 분리하는 반응증류탑(Reactive Distillation Column, 10)을 포함한다. 반응증류탑(10)에서 리치 MEG는 MEG와 물의 끓는점의 차이를 이용하여 액체상의 MEG, 기체상의 물, 고체상의 염 성분으로 분리하여 회수할 수 있다.
상기 반응증류탑(10)의 전단에는 상기 반응증류탑(10)으로 공급되는 리치 MEG 유체를 공정에 필요한 압력으로 가압하기 위한 리치 MEG 펌프(21) 및 상기 반응증류탑(10)으로 공급되는 리치 MEG 유체를 공정에 필요한 온도로 가열하기 위한 리치 MEG 히터(Heater, 22)가 설치될 수 있다. 상기 리치 MEG 펌프(21)와 리치 MEG히터(22)는 상기 반응증류탑(10)의 전단에 리치 MEG 펌프(21), 리치 MEG 히터(22)의 순서로 다수 개 설치될 수 있다.
반응증류탑이란, 하나의 증류탑에서 반응과 분리의 두 가지 조작을 동시에 수행하는 것으로, 장치비와 운전비용을 현저히 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 반응영역으로부터 반응물 또는 생성물을 연속적이고 빠른 제거에 의해 높은 제품 순도와 선택도를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다.
상기 반응증류탑(10)의 전단에서 공정에 필요한 압력 및 온도로 가압 또는 가열된 리치 MEG는 응고제(Chemicals)와 함께 상기 반응증류탑(10)으로 공급될 수 있는데, 이 응고제와 함께 공급된 상기 리치 MEG에 포함된 염(Salts) 성분들이 상기 응고제와 반응하여 고체상으로 분리되어 배출될 수 있다. 상기 염 성분은 Ca2 +, Mg2 +등을 포함할 수 있다.
상기 반응증류탑(10)은 공정 조건에 따라 다단으로 구성될 수 있는데, 예를 들어 6단으로 구성될 수 있다.
상기 반응증류탑(10)의 외부에는 리보일러(Reboiler, 미도시)가 더 설치되어 상기 리치 MEG를 가열하고, 리치 MEG에 포함된 성분들은 끓는점에 따라 탑 상부로는 물이 기체상으로, 탑 중간부로는 MEG가 액체상으로 분리되어 배출될 수 있다. MEG의 끓는점은 1기압에서 약 200℃이며 물의 끓는점 1기압에서 약 100℃이다.
또한, 상기 반응증류탑(10)의 내부에는 압력조절장치(미도시)가 설치될 수 있는데 특히 각 상기 반응증류탑(10)의 각 단(Tray)에 설치될 수 있다. 상기 압력조절장치는 각 단에 설치되어 압력을 흡수하여 상기 반응증류탑(10)에서 증발되어 상기 반응증류탑(10)의 상부(Top)로 올라가는 유체의 압력을 강하시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 가열되어 상기 반응증류탑(10) 내부에서 증류에 의해 분리될 때 MEG 및 물은 각 단(Tray)에 설치된 압력조절장치에 의해 압력이 조절되고 이에 따라 분리하고자 하는 리치 MEG 내의 성분들이 증발과 응축을 반복하며 순수한 물 또는 순수한 MEG로 정제될 수 있다.
예를 들어, 반응증류탑(10)의 최하부일 수 있는 1단에서의 리치 MEG 유체의 온도는 150℃, 압력은 6bar로 조절될 수 있으며, 2단에서는 128℃, 5bar, 3단에서는 90℃, 4bar, 4단에서는 80℃, 2.5bar, 5단에서는 55℃, 1bar, 탑의 최상부일 수 있는 6단에서는 50℃, 0.1bar일 수 있다.
상기 반응증류탑(10)에서 리치 MEG로부터 분리된 기체상의 물은 상기 반응증류탑(10)의 상부로 배출되고, 액체상의 MEG는 탑의 중간부로, 고체상의 염은 탑의 하부로 배출될 수 있다.
상기 반응증류탑(10)의 상부로 배출된 기체상의 물은 환류응축기(30)로 공급하여 적어도 일부는 응축시킬 수 있다. 상기 기체상의 물과 응축액은 환류드럼(31)으로 공급되어 기액분리 된 후 기체성분은 환류펌프(32)를 통해 외부로 배출되고, 상기 응축액은 상기 반응증류탑(10)으로 재공급될 수 있다. 상기 응축액을 상기 반응증류탑(10)으로 재공급하는 것은 상기 반응증류탑(10)의 상부에서의 분리조작이 용이하게 일어날 수 있도록 하는 목적일 수 있다.
상기 반응증류탑(10)의 하부로 배출된 고체상의 염은 적어도 일부의 액체상의 MEG를 포함할 수 있다. 상기 고체상의 염과 함께 포함된 적어도 일부의 액체상의 MEG는 재순환펌프(40)를 통해 재순환히터(41), 원심분리기(42) 또는 MEG 재생 시스템의 외부 즉, 린 MEG 저장탱크 등으로 배출될 수 있다.
상기 반응증류탑(10)의 하부로 배출된 고체상의 염과 액체상의 MEG 혼합물은 슬러리 형태일 수 있으며, 재순환히터(41)에서 액체상의 MEG 중 일부가 기화되어 상기 반응증류탑(10)으로 재공급될 수 있고, 나머지 일부는 원심분리기(42)로 공급되어 고체상의 염과 액체상의 MEG로 분리된다. 상기 원심분리기(42)에서 분리된 고체상의 염은 외부로 배출되고 액체상의 MEG는 상기 재순환펌프(40)로 재공급되어 순환하며 정제되어 린 MEG 저장탱크 등으로 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 MEG 재생 시스템은 공정 조건에 따라 반응증류탑(10) 및 리치 MEG 펌프(21), 리치 MEG 히터(22) 등의 장치, 파이프라인 등이 다수개 마련될 수 있다.
기존 공정에서는 리치 MEG로부터 물, 염 성분들을 제거하고 MEG를 회수하기 위하여 여러 종류의 장치를 다수 개 필요로 하였으나, 본 발명에 따르면 반응증류탑(10)으로 리치 MEG로부터 물, 염, MEG를 분리하여 회수함으로써 MEG 재생 시스템이 차지하는 공간을 축소하고, 장치의 숫자가 적으므로 제어 또한 용이하게 할 수 있게 되므로 해양플랜트와 같이 공간적인 제약이 큰 상황에서도 저비용 고효율의 MEG 재생 공정을 수행할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
a : 전처리 공정 단계
b : 재농축 공정 단계
c : 재생 공정 단계
10 : 반응증류탑(Reactive Distillation Column)
21 : 리치 MEG 펌프(Pump)
22 : 리치 MEG 히터(Heater)
30 : 환류응축기
31 : 환류드럼
32 : 환류펌프
40 : 재순환펌프
41 : 재순환히터
42 : 원심분리기

Claims (9)

  1. 해저파이프에 부동액으로 주입된 후 MEG가 물(Water), 염(Salts) 성분과 함께 회수된 리치 MEG(Rich Mono Ethylene Glycol)로부터 MEG를 분리하는 MEG 재생 시스템에 있어서,
    하나의 증류탑에서 반응과 분리 두 가지 조작을 동시에 수행하는 반응증류탑(Reactive Distillation Column);을 포함하고,
    상기 반응증류탑에서는 상기 회수된 리치 MEG가 3상 분리되어 상부로는 물, 중간부로는 린 MEG, 하부로는 염 성분이 분리 배출되고,
    상기 반응증류탑에는 상기 리치 MEG 및 상기 리치 MEG와 함께 회수된 염 성분을 응고시키기 위한 응고제(Chemicals)를 함께 공급하는, MEG 재생 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응증류탑 내부에 설치되며 상기 반응증류탑 내의 압력 조건을 조절하는 압력조절장치; 및
    상기 반응증류탑 외부에 설치되며 상기 반응증류탑 내의 온도 조건을 조절하는 리보일러(Reboiler)를 더 포함하는 MEG 재생 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력조절장치는 상기 반응증류탑의 각 단(Tray)에 설치되는 것을 특징으로 하는 MEG 재생 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 반응증류탑의 상부(Top)로는 기체상의 물이 분리되어 배출되고,
    상기 기체상의 물의 적어도 일부를 응축시키는 환류응축기;
    상기 환류응축기에서 응축된 상기 물을 기액분리하여 응축된 액체상의 물을 상기 반응증류탑의 상부로 재공급하는 환류드럼; 및
    상기 환류드럼에서 분리된 기체상의 물을 배출시키는 환류펌프를 더 포함하는 MEG 재생 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 반응증류탑은 6단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 MEG 재생 시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 반응증류탑의 후단에 설치되며 상기 반응증류탑에서 배출된 염과 MEG의 혼합물을 고체상의 염 성분과 액체상의 MEG로 분리하는 원심분리기(Centrifuge);
    상기 반응증류탑의 하부(Bottom)로 분리되어 배출된 적어도 일부의 액체상의 MEG를 포함하는 고체상의 염을 상기 원심분리기로 공급하는 재순환펌프; 및
    상기 고체상의 염에 적어도 일부 포함된 액체상의 MEG를 상기 반응증류탑으로 기화시켜 재공급하는 재순환히터를 더 포함하는 MEG 재생 시스템.
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