KR101773378B1 - 미스트제거기를 포함하는 수평형유도가스 부상분리 유수처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템에 관한 것으로, 미세기포를 이용하여 유수 내 오일 및 고체 물질을 응집 및 부상시키는 적어도 하나 이상의 부상처리조, 상기 부상처리조에서 부상되는 오일 및 고체 물질을 제거하는 부상물 제거장치, 상기 부상처리조로부터 부상물 제거수가 유입되는 부상물 제거수 방류조, 및 상기 부상물 제거수 방류조로부터 처리수가 유입되는 처리수 방류조,를 포함하는 유도가스 부상처리장치; 상기 적어도 하나 이상의 부상처리조 하부에 설치되어 부상처리조 내에 연료가스 미세기포를 제공하는 기포 공급관,을 포함하는 기포발생수단; 및 상기 유도가스 부상처리장치 상부에 배출되는 연료가스로부터 액체상을 제거하고 상기 기포발생수단으로 연료가스를 재공급하는 미스트 제거기,를 포함하는 미세기포 재공급 장치;를 포함하되, 상기 미스트 제거기는 미스트 제거기 내부로 공급된 연료가스가 상승하면서 연료가스 내 액체 입자가 부딪혀서 맺혀 흐를 수 있도록 경사진 면 형태로 구성된 적어도 하나 이상의 미스트 분리판, 및 필터형 디미스터,를 포함하는 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

미스트제거기를 포함하는 수평형유도가스 부상분리 유수처리 장치 및 그 방법 {HORIZONTAL INDUCED GAS FLOTATION FOR CLARIFYING OILY WATER INCLUDING A DEMISTER AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 정유 시스템에 있어서, 유도가스 부상분리법을 이용하여 유정(油井)에서 추출한 원유로부터 분리된 유수(오일 및 고체 성분을 함유하고 있는 물)에 포함되어 있는 오일 및 고체 성분을 제거하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는, 종래 유도가스 부상분리 장치에서 미세기포를 발생시키는 역할을 수행하였던 이덕터(eductor)를 미세기포 발생장치로 대체함으로써, 염수 내 오일 및 고체 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

유정(油井)에서 원유를 추출·생산하는 방법은 1차, 2차 및 3차 생산으로 나누어진다. 유전은 대개 맨 아래 물로 된 층이 있고, 그 위에 원유층이 있으며, 원유층 위에 가스층이 있는 구조로 되어 있는데, 주로 생산 초기에는 상기한 바와 같은 원유층 밑에 깔려있는 물의 압력에 의해 원유가 자연히 위로 분출하게 되며 이를 1차 생산이라고 한다.

상기 1차 생산은 초기에 지하의 압력에 의하여 분출되던 원유가 시간이 흐를수록 저류층(reservoir)의 압력 감소에 의해 자연적인 원유(석유)의 생산이 중단되게 된다.

상기 1차 생산 이후에도 대부분 많은 부분의 원유가 저류층에서 생산이 되지 않은 채 남게 된다. 이와 같이 남아있는 원유를 추출하기 위하여 유정 내에 가스나 물(주로, 염수)을 주입하여 강제적으로 원유를 회수하는데 이를 2차 생산이라고 한다.

상기 2차 생산 후에도 추출되지 않은 원유는, 수증기, 계면활성제, 탄화수소가스, 탄산가스 등을 유전층으로 주입해서 가스와 원유가 혼합된 상태로 나오도록 하며 이를 3차 생산이라고 한다.

상기와 같이 2차 생산 및 3차 생산을 통하여 원유의 회수율을 높이기 위한 방법을 증진 회수법(enhanced oil recovery, EOR)이라고 한다. 상기 증진 회수법을 이용하여 유정으로부터 얻어진 유체(fluid)는 원유, 염수(brine) 및 가스로 분리된다.

한편, 석유 자원의 하나인 오일 샌드에서 회수되는 비츄멘(Bituman)은 과거 질적으로 열악하여 예비적 대체 자원으로만 생각되어 왔으나, 현재에는 상기 비츄멘에서 얻어지는 오일이 원유에서 얻어지는 것과 비교하여 질적 및 비용적으로 충분히 경쟁력이 있다는 것으로 알려져 있다.

상기와 같은 이유로 인하여 오일 샌드로부터 배츄멘을 생산하는 기술에 관한 연구개발이 진행되고 있으며, 이중 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법이 유층 내 회수법이다.

상기 유층 내 회수법은 상온에서는 유동하지 않는 오일 샌드층 내의 고점도 오일에 대해 고온 스팀을 압입하여 가열해 오일의 점도를 낮추고, 상기 압입한 스팀이 응집한 고온수와 기름을 회수하는 방법이다.

상기 EOR을 이용하여 원유를 생산하거나 오일 샌드로부터 비츄멘을 생산하는데 있어서 물을 주입하는 방법을 사용하는 경우, 주입되는 물은 유정으로부터 얻어진 유체로부터 분리된 염수를 처리하여 사용하거나, 별도의 수원지로부터 공급된 물을 처리 후 유정 주변의 주입정에 주입하게 된다.

이때, 상기 유체로부터 분리된 염수는 일부 오일 성분과 고체 성분들을 함유하고 있기 때문에, 상기 염수를 그대로 주입정으로 재주입하여 EOR 및 비츄멘 생산에 사용할 경우에는 염수에 함유되어 있는 오일과 고체 성분이 주입정을 통해 저류층에 주입되어 저류층의 공극(reservoir pore)을 막아 원유의 생산 효율을 저하시키게 되므로 염수에 남아있는 오일 성분과 고체 성분을 제거할 필요가 있다.

이때, 상기 염수에 남아있는 오일 성분과 고체 성분은 유정에서 분리된 염수를 처리하기 위한 수처리 설비를 통하여 제거된다. 상기 수처리 설비는 다단계의 침전 및 여과에 의한 수처리 과정을 거치도록 설비되어 있으며, 각각의 단계를 위한 설비는 정밀한 제어를 필요로 하는 대규모의 설비이므로, 상기 제어 과정을 개선하여 일부 설비를 간소화하거나 제거하는 경우, 설비 투자를 위한 비용의 절감을 가져올 수 있다.

따라서, 보다 저비용으로 상기 유정으로부터 얻어진 유체로부터 분리된 염수로부터 오일 성분과 고체 성분들을 제거할 수 있는 새로운 수처리 설비, 및 이를 이용하여 수처리하는 방법의 개발을 필요로 한다.

한편, 정수처리의 단위공정으로 연구되어 온 부상분리법은 기존의 정수처리 방법보다 설치 면접이 작고, 처리 시간이 짧은 장점을 가지고 있으며, 분산매(dispersed medium)에 분산된 부유물질에 미세기포를 부착시킴으로써 부유상의 비중을 낮추어 분산매와 다른 상이 접하고 있는 한계면까지 부유물질을 부상시키는 현상을 이용하는 분리방법이다. 부상된 부유물질들은 부상물 제거기(skimmer)에 의해 제거된 후, 추가적인 수처리 공정을 통해서 재활용 혹은 방출이 가능한 용수로 변화하게 된다.

일반적으로 부상분리법은 적용되는 대상에 따라 분류되기도 하며 거품의 존재 유무와 기포를 생성하는 기술에 따라 분류되기도 한다. 부상분리법은 생산기술에 따라 크게 용존부상법(dissolved air/gas floatation), 분산부상법(dispersed air/gas flotation), 진공부상법(vacuum flotation), 전해부상법(electroflotation), 미생물학적부상법(microbiological autoflotation) 등으로 나누어 질 수 있다.

수처리 산업에서 가장 흔하게 사용되는 용존공기부상법(dissolved air flotation)은 헨리의 법칙에 따라 물속에 녹아 있는 공기의 용해도의 압력을 증가시켜 과포화 시킨 후에 대기압 상태의 부상조로 유입시켜서 미세기포를 발생시키는 원리를 이용한다. 이때, 가압조로부터 대기압 상태의 부상조로 가압수를 유입시키면 갑작스러운 압력 감소로 인하여 평균 입경이 40 ~70 ㎛ 혹은 그 이하의 미세한 기포가 발생한다.

하지만, 용존공기부상법(dissolved air flotation)은 미세한 기포를 얻을 수 있으나, 높은 압력 및 순환율 등으로 인하여 장치가 크고 운전비가 높아 이를 대체할 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.

또한, 공기를 포함하고 있는 부상처리공정은 석유 개발에 사용된 유수(oily water)를 처리하는 데는 적합하지 않다. 그 이유는 공기를 포함하고 있는 미세기포가 유수 내에 포함된 오일 성분과 반응하여 폭발할 위험성이 있기 때문이다. 그래서 대부분의 석유 시추 사업에서 유수(oily water)를 처리함에 있어서 불활성 기체 또는 연료가스로 이루어진 미세기포를 발생시키는 장치를 이용한다.

한편, 유도가스 부상장치(Induced gas flotation)는 이덕터(eductor), 모터(motor) 혹은 스파져(sparger) 등의 장치를 이용하여 미세기포를 주입 확산시킴으로써 이 미세기포를 부유물질(suspended solid)에 접착시켜 상부로 부상분리 시키는 설비이다.

그러나 종래의 유도가스 부상장치에서는 이덕터(eductor) 혹은 모터(motor)를 이용하여 부상처리조 내에서 미세기포를 발생시킴으로써, 공정 중 미세기포 발생 장치로서 사용된 이덕터나 모터가 유수 및 유수에 포함된 처리제에 의해서 오염 변형될 위험이 있었다. 이와 같은 미세기포 발생장치의 오염 및 변형은 추가적인 부상처리장치 유지보수비가 증가하며, 또한 미세기포를 발생시키기 위하여 높은 압력으로 유수를 재 토출하므로 운전코스트가 증가하는 문제가 있었다.

또한, 부상처리조에서 부상물을 부상제거하는데 있어서, 부유물 모두가 부상되지 않거나 부상되더라도 다시 침전됨으로써, 부유물 중 비부상된 침전물이 처리수와 함께 유출됨에 따라 정화효율을 떨어뜨리며, 처리수유출관을 막히게 하고, 나아가 부상처리조의 하부에 침전물이 쌓이는 문제점이 있었다.

상기와 같은 실정에 따라 본 발명은 유도가스 부상처리장치 외부에 설치된 기포발생수단을 통해 부상처리조에 연료가스 미세기포를 공급하고 부상처리조 상단으로 이동한 연료가스를 재처리하여 기포발생수단으로 재공급함으로써, 기포발생수단에서 사용하는 연료가스의 사용효율을 높이는 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템 및 그 방법에 대한 기술을 제시하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비하여 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 한국공개특허 제10-2016-0050070호(2016.04.25.)는 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 부상처리조에서 원수로부터 부유물이 제거된 처리수를 배출하면서 하부의 침전물을 제거함에 따라, 처리수의 정화효율을 높이면서 처리수유출관 막히는 사고를 방지하는 기능을 제공하면서, 크리닝부재가 구비되어있어 용해수공급관을 깨끗하게 청소할 수 있는 장점을 가지며, 수위조절에서 수위를 조절하는 회동부가 격벽의 폭과 동일함으로써 부상처리조의 수위를 신속하면서도 원활하게 조절할 수 있는 기능을 제공하는 수처리장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

또한, 한국공개특허 제10-2014-0099863호(2014.08.04.)는 수처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 원수에 응집제를 첨가하여 형성된 불순물의 응집체인 플록에 미세기포를 부착하여 수면 위로 부상시킨 후 제거하는 제1처리부; 상기 제1처리부에서 플록이 제거된 처리수를 분리막에 의하여 여과하는 제2처리부; 및 상기 분리막을 세헉한 세척수를 상기 제1처리부로 보내어 처리 되도록 하는 세척수 처리부;를 포함하며, 상기 제2처리부는 상기 제1처리부로부터 추리수가 유입되어 저장되며 상기 불리막이 구비되는 여과조를 포함하고, 상기 여과조에는 복수개의 분리막이 구비되며, 상기 여과조에는 상기 복수개의 분리막을 각각 구획하도록 격벽이 구비되고, 상기 복수개의 분리막 중 일부의 분리막에서는 세척수에 의한 세척이 이루어지고 나머지 분리막에서는 처리수의 여과가 이루어지는 수처리장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

상기 선행기술문헌들은 수처리장치에 있어서, 부상분리법을 사용하여 원수 내에 포함된 부상물 및 응집물을 제거한다는 점은 일부 유사점이 있지만, 본 발명과 같이 석유산업 공정에 사용된 유수를 처리함에 있어서 연료가스를 미세기포 공급수단에 제공하고 유도가스 부상처리장치 상부로 이동한 연료가스를 재활용하기 위한 재공급시 연료가스에 포함된 미스트를 제거하기 위한 수단이 기재되어 있지 않다는 점에서 상기 선행기술문헌들은 본 발명과는 차이점이 있다.

본 발명은 상기된 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 유정 등에서 이용된 유수를 처리하는 데 있어서, 기포발생수단을 통해 부상처리조에 연료가스 미세기포를 공급하고 부상처리조 상단으로 이동한 연료가스를 재처리하여 기포발생수단으로 재공급하기 전에 연료가스에 포함된 미스트 등을 효율적으로 제거하여 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템의 효율을 높이고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템은, 수평으로 긴 형태의 용기; 상기 용기의 내부를 구분하는 하나이상의 구획벽; 상기 구획벽으로 구분되고, 미세기포를 이용하여 유수 내 오일 및 고체 물질을 응집 및 부상시켜, 1차로 부유물을 제거하는 적어도 하나 이상의 부상처리구역; 상기 부상처리구역에서 부상되는 오일 및 고체 물질을 제거하는 부유물 제거장치; 상기 부상처리구역과 구획벽으로 구분되며, 상기 부상처리구역으로부터 부유물 제거수가 유입되는 부유물 제거수 방류구역; 및 상기 부유물 제거수 방류구역과 구획벽으로 구분되며, 상기 1차 부유물 제거수 방류구역으로부터 처리수가 유입되는 최종 처리수 방류구역;을 포함하는 유도가스부상처리조; 상기 적어도 하나 이상의 부상처리구역의 하부에 설치되어 부상처리구역 내에 연료가스 미세기포를 제공하는 기포 공급관을 포함하는 기포발생수단; 상기 유도가스 부상처리조의 상부에 위치하여 배출되는 연료가스로부터 액체상을 제거하고 상기 기포발생수단으로 연료가스를 재공급하는 미스트 제거기를 포함하는 미세기포 재공급 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 미스트제거기는 미스트 분리판 및 미스트 분리판 후방에 위치하는 필터형 디미스터로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 미스트 분리판은 평판 혹은 원통형 실린더를 원주의 반지름 방향이 아닌 긴 축방향으로 자른 잘린 실린더관의 형태일 수 있다.

또한, 일 실시예로서, 상기 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 시스템은, 상기 유도가스 부상처리장치 전단에 배치하며, 유수와 응집제가 반응하여 응집물이 포함된 유수가 생성되는 응집장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 미스트 분리판은 미스트를 포함하는 연료가스가 재순환되는 통로상에 위치하는 것으로서, 상기 통로상의 일 측 벽면에 부착되어 연료가스가 상승하는 방향을 따라 소정의 각도로 상승하다가 하향 방향으로 꺾인 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 미스트 분리판은 평판 혹은 원통형 실린더를 원주의 반지름 방향이 아닌 긴 축방향으로 자른 잘린 실린더관의 형태일 수 있다.

또한, 일 실시예로서, 상기 잘린 실린더관은 볼록한 부분이 위로 향하도록 형성된 것임을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 미스트 분리판은 꺽인 부분에서 연장되는 분리판의 가스 흐름방향의 말단에 다시 하향으로 한번 더 꺽인 부분이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 방법은, 수평형 유도가스 부상처리조 내 부상처리구역으로 유수를 공급하는 단계; 기포발생수단을 이용하여 상기 부상처리구역의 하단부로 연료가스 미세기포를 공급하는 단계; 상기 부상처리구역의 하단부로 공급된 미세기포에 의해 부상된 유수 내 오일 및 고체 성분을 포함하는 부상물을 제거하는 단계; 및 부상처리조 상단에서 배출되는 연료가스 내 액체상을 미스트제거기를 이용하여 제거한 후 기포발생수단을 이용하여 상기 부상처리조의 하단부로 연료가스 미세기포를 재공급하는 단계;를 포함하되,상기 미스트 제거기는, 내부로 공급된 연료가스가 상승하면서 경사진 면 형태로 구성된 적어도 하나 이상의 미스트 분리판에 부딪히면서 연료가스 내 액체 입자가 상기 미스트 분리판에 맺혀 흐르도록 하여 연료가스 내 액체상을 1차로 제거하고, 필터형 디미스터를 이용하여 연료가스 내 액체상을 2차로 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 유도가스부상처리조 외부에 설치된 기포발생수단을 통해 부상처리조 하단부로 연료가스 미세기포를 공급함으로써, 이덕터 등을 사용하는 기존의 장치에 비하여 운전이 간단하고, 운전비용을 상대적으로 감축할 수 있다.

또한, 상기 부상처리조 상단으로 이동한 연료가스를 재순환함에 있어서, 필터형 디미스터(demister) 및 미스트 분리판을 이용해 순환되는 연료가스 내에 포함될 수 있는 미세 오일액적 등을 제거하고 기포발생수단으로 재공급함으로써 기포발생수단에서 사용하는 연료가스의 사용효율을 높이고, 필터형 디미스터의 세정 또는 교환 등의 유지보수 기간을 늘림으로써, 유도가스 부상처리장치의 오일 액적 등의 부유물 제거 효율 및 운전 편이성을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치의 구성 및 구조 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미스트 제거기에 대해 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치 및 그 방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치의 구성 및 구조 대해 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리 장치는 유도가스 부상처리조(100), 기포발생수단(200) 및 사이클론(400)를 포함하여 구성된다. 여기에 미세기포 공급가스 재공급 장치(300)를 더 포함할 수도 있다.

상기 유도가스 부상처리조(100)는 오일 등의 부유오염물을 포함한 유수로부터 부유물을 제거하는 다수의 부상처리구역(111,112,113), 상기 부상처리구역 상단에 부상된 부상부유물을 제거하는 부상 부유물 제거장치(120), 상기 다수의 부상처리구역으로부터 오일액적 등 부유물이 제거된 1차 처리수가 유입되는 1차 부유물 제거수 방류구역(130) 및 최종 처리수 방류구역(140)을 포함하여 구성된다.

상기 다수의 부상처리구역(110)은 직렬구조의 형태로 배열되어 있으며, 각각의 부상처리구역(111, 112, 113) 후단에는 구획벽(111-1 ~ 113-2)이 구비되어져 있다. 상기 구획벽 중 일부는 바닥면으로부터 소정 간격 이격되어 부상처리수가 후단의 부상처리구역이나 1차 부유물 제거수 방류구역(130)에 유입되게 할 수도 있다.

상기 구획벽 중 1차 부유물 제거수 방류구역(130) 전단에 설치되어 있는 구획벽(113-2)은 구획벽의 높이가 타 구획벽 보다 높도록 구성함으로써, 부상처리조(113)의 상부로 올라오는 부상 부유물이 1차 부유물 제거수 방류구역(130)로 넘어오지 못하도록 할 수도 있다.

또한, 상기 유도가스 부상처리조(100) 내에는 수위 센서(102)를 구비하여 유수의 수위가 일정 수위 이상일 경우, 유도가스 부상처리조(100) 내로 공급되는 유수의 양을 제어하도록 할 수도 있다.

상기와 같은 구조로 인하여, 유수 공급관(101)에 의해 유도가스 부상처리조(100)에 공급된 유수는 부상처리구역(111,112,113)을 거칠수록 오일 및 고체 성분이 제거되게 된다.

참고로, 도 1 내지 도 2에서는 3개의 부상처리구역(111, 112, 113)을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명은 이에 한정하지 않으며 실제로는 이보다 적거나 많은 수의 부상처리구역으로 구획될 수도 있다.

한편, 상기 기포발생수단(200)은 상기 부상처리구역(111, 112, 113)의 하단에 연결된 기포공급관(210, 220, 230)으로 연료가스로 이루어진 미세기포를 공급할 수 있다. 이때, 상기 기포공급관(210, 220, 230)에 구비되어진 기포 공급 밸브(211, 221, 231)를 조절할 수 있다.

상기 기포발생수단(200)은 특별히 한정되지 않고, 상기 부상처리구역(111, 112, 113) 내에 존재하는 오일 액적 등의 부유물을 접착 부상시킬 수 있는 크기의 미세기포를 공급할 수 있는 구성이 구비되면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.

상기 부상처리구역(111, 112, 113) 내에 공급된 미세기포는 유수 내 존재하는 오일 등의 부유물에 만나 부착되며, 부유물에 일정 이상의 미세기포가 부착될 경우 부력에 의해 부상처리구역의 상단에 형성된 수면 위로 미세기포를 포함한 부유물이 부상된다.

상기 부상물 제거장치(120)는 부상처리구역 상단에 형성된 부상부유물을 제거하는 수단으로서, 벨트 오일 제거장치(belt oil skimmer), 파이프 오일 제거장치(pipe oil skimmer) 및 디스크 오일 제거장치(disc oil skimmer) 등이 이용될 수 있으며 부상처리구역의 수면에 형성된 부상 부유물을 제거할 수 있는 기능을 제공하는 장치라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.

상기 부상물 제거장치(120)는 부상처리구역 상단의 수면 위로 부상된 부상부유물을 제거하는 기능을 제공하며, 추가적으로 부상된 부유물 처리조가 구비될 수 있다.

상기 1차 부유물 제거수 방류구역(130)은 다수의 부상처리구역을 거쳐 부상부유물이 제거된 1차 부유물 제거수가 보관 및 방류되는 장치로서 1차 부유물 제거수 반송관(131), 1차 부유물 제거수 반송밸브(132) 및 1차 부유물 제거수 흡입펌프(133)를 구비하고 있다.

한편, 연료가스는 연료가스 공급관(103)에 의해 상기 유도가스부상처리조(100)로 공급되며, 상기 연료가스 공급관(103)에서 공급되는 연료가스의 양은 연료가스 공급밸브(104)에 의해 조절된다.

또한, 상기 연료가스 공급관(103)을 통해 유도가스부상처리조(100)로 공급되는 연료가스는 탄소수가 1 에서 4 이내인 것이 바람직하며, 탄화수소를 포함한 연료가스 이외에 불활성 기체로 대체될 수도 있다.

또한 상기 연료가스 공급관(103)에는 유도가스부상처리조 용기 내부의 압력을 조절할 수 있는 압력조절수단(105)을 더 구비할 수 있다. 이때의 상기 압력은 2 ~ 5 기압의 범위에서 조절될 수 있다. 이렇게 압력조절수단을 통하여 압력을 조절함으로써, 공급되는 가스 기포의 크기를 조절할 수 있다. 2 기압에 미치지 못할 경우, 기포의 크기는 과대해 질 수 있으며, 5기압을 초과할 경우에는 효과 대비 내압용기 등의 비용이 과대해진다.

상기 미세기포 공급가스 재공급 장치(300)는 상기 유도가스부상 처리조(100) 상단에 배출된 미세기포 연료가스를 상기 기포발생수단(200)으로 재공급하는 기능을 제공한다. 상기 미세기포 공급가스 재공급 장치(300)는 연료가스 반송라인(310), 연료가스 반송밸브(311) 및 미스트 제거기(320)를 포함하며, 상기 미스트 제거기(320)는 부상처리 공정 중에 연료가스 내 포함된 이물질을 제거하는 역할을 제공한다.

상기 미세기포 공급가스 재공급 장치(300)는 미세기포수단에 제공되는 연료가스를 재활용하여 사용함으로써 연료가스의 낭비를 막으며 추가적인 연료가스의 주입을 최소화시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미스트 제거기에 대해 설명하기 위한 도면이다.

미스트 제거기는 유도가스 부상처리장치에서 연료가스를 배출할 때 가스가 이동하는 힘에 딸려서 유수 등의 액체상이 함께 배출되는 것을 방지하기 위하여 필터형의 디미스터를 포함하고 있는데, 본 발명의 미스트 제거기(320)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 필터형의 디미스터(322)와 더불어 액체 입자가 부딪혀서 맺혀 흐를 수 있도록 경사진 면 형태의 미스트 분리판(321)를 포함하고 있다.

상기 미스트 분리판(321)은 소정의 경사로 상승하다가 1차로 꺽여 하향각을 이루며 하향하다가, 다시 한번 더 2차로 하향으로 꺽인 형태를 이룬다. 상기 미스트 분리판의 일측은 미스트 제거기(320) 벽면에 부착되어 있고, 타측은 미스트 제거기(320) 벽면에 떨어져 있는 형태로 구성된다. 이와 같이 소정의 경사로 상승하다가 1차 및 2차로 꺽인 형태를 이룸으로 인해 꺽인 부분에서의 흐름은 볼텍스 및 난류를 형성하게 되며, 이러한 볼텍스 및 난류로 인하여 기체상 중의 미스트가 서로 부딪혀 더 큰 액적을 형성함으로써, 손쉽게 제거될 수 있다. 이와 같이 상기 미스트 분리판은 후단에 형성된 필터형 디미스터(322)에 도달하는 오일상의 미스트를 최소화함으로써, 상기 필터형 디미스터의 교체주기 혹은 세정주기를 늘릴 수 있어 유지/보수에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

상기 미스트 분리판의 1차 꺽인 각(θ1)보다 2차 꺽인 각(θ2)은 더 커야 한다. 이와 같이 1차 각도보다 2차 꺽인 각을 더 크게 함으로 인해 미스트 제거기에 흡입된 기체 흐름의 방향이 전환되면서 볼텍스를 형성할 수 있게 되며, 이로 인하여 기체 중의 미스트 들이 서로 뭉칠 수 있는 기회를 제공하면서도 미스트 분리판에 의한 압력손실의 증가를 방지할 수 있다.

상기 1차 꺽인 각(θ1)의 범위는 10~35°이며, 2차 꺽인 각(θ2)은 40~70°의 범위일 수 있다. 1차 꺽인 각이 10°미만이면 기체 흐름의 방향전환 효과가 낮아지며, 35°보다 커지면 압력손실이 커진다. 2차 꺽인각이 40°보다 낮으면 기체 흐름의 방향전환 효과가 낮으며, 70°보다 크면 압력손실이 커지게 된다.

상기 미스트 분리판(321)의 길이는 미스트 제거기의 직경의 반을 넘는 길이로 형성되며, 이와 같은 구조의 미스트 분리판(321)이 적어도 하나 이상 겹쳐있는 형태를 가짐으로써, 연료가스가 이동할 수 있는 가스 이동로 형성되어 있는 구조로 되어 있다.

상기 미스트 분리판(321)은 평판을 사용하여 형성할 수도 있으며, 원통 실린더를 원주의 반지름 방향이 아닌 긴 축 방향으로 자른 형태를 판으로 사용하여 형성될 수도 있다.

또한, 상기 미스트 분리판(321)에서 벽면에 부착되어 있는 면은 위쪽에서 흘러내린 액체상을 하부로 흘려보낼 수 있도록 홀이 형성되어 있을 수 있다. 상기 홀은 미스트 분리판(321)이 평판으로 제조된 경우에 필요하며, 원통 실린더를 긴 축방향으로 자른 형태의 미스트 분리판(321)이 사용된 경우에는 별도로 상기 홀을 형성할 필요가 없을 것이다.

상기 미스트 분리판이 원통 실린더를 긴 축방향으로 자른 형태를 사용할 경우에는, 볼록한 부분이 위로 향하도록 하여 분리판에 부딪혀 맺혀진 액체상이 쉽게 흘러내릴 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

참고로, 도 3에서 상기 미스트 분리판이 4개로 구성되는 것은 상기 미스트 분리판(321)의 원리를 설명하기 위한 일 실시예에 불과하고, 실질적으로는 미스트 분리판(321) 하나로만으로도 구성할 수 있고, 또는 복수개의 미스트 분리판(321)이 상기한 방식과 같이 겹치지는 구조로 구성할 수도 있다. 즉, 본 발명의 미스트 분리판(321)은 적어도 하나 이상의 경사진 면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 유도가스부상처리조
101 : 유수 공급관
102 : 수위 센서 103: 연료가스 공급관 104: 연료가스 공급밸브
105 : 압력조절수단
111 : 제1차 부상처리구역
112 : 제2차 부상처리구역
113 : 제 3차 부상처리구역
111-1 ~ 113-2 : 구획벽
120 : 부상물 제거장치
130 : 1차 부유물 제거수 방류구역
131 : 1차 부유물 제거수 반송관
132 : 1차 부유물 제거수 반송밸브
133 : 1차 부유물 제거수 순환펌프
140 : 최종 처리수 방류구역
141 : 처리수 이송관
142 : 처리수 이송밸브
143 : 처리수 이송펌프
200 : 기포발생수단
210 : 제1차 기포 공급관
220 : 제2차 기포 공급관
230 : 제3차 기포 공급관
211 : 제1차 기포 공급밸브
221 : 제2차 기포 공급밸브
231 : 제3차 기포 공급밸브
300 : 미세기포 공급가스 재공급 장치
310 : 연료가스 반송관
311 : 연료가스 반송밸브
320 : 미스트 제거기
321 : 미스트 분리판
322 : 필터형 디미스터(demister)
400 : 사이클론
410 : 침전물 배출관
411 : 침전물 배출밸브
420 : 처리수 반송관
421 : 처리수 반송밸브

Claims (7)

1. 수평으로 긴 형태의 용기; 상기 용기의 내부를 구분하는 구획벽; 상기 구획벽으로 구분되고, 미세기포를 이용하여 유수 내 오일 및 고체 물질을 응집 및 부상시켜, 1차로 부유물을 제거하는 적어도 하나 이상의 부상처리구역; 상기 부상처리구역을 이루는 용기의 측벽에 형성된 유수 유입관; 상기 부상처리구역에서 부상되는 오일 및 고체 물질을 제거하는 부유물 제거장치; 상기 부상처리구역과 구획벽으로 구분되며, 상기 부상처리구역으로부터 부유물 제거수가 유입되는 1차 부유물 제거수 방류구역; 및 상기 부유물 제거수 방류구역과 구획벽으로 구분되며, 상기 1차 부유물 제거수 방류구역으로부터 처리수가 유입되는 최종 처리수 방류구역;을 포함하는 유도가스부상처리조;
   상기 적어도 하나 이상의 부상처리구역의 하부에 설치되어 부상처리구역 내에 유수가 포함되지 않은 연료가스 미세기포를 제공하는 기포 공급관을 포함하는 기포발생수단;
   상기 유도가스 부상처리조의 상부에 위치하여 배출되는 연료가스로부터 액체상을 제거하고 상기 기포발생수단으로 연료가스를 재공급하는 미스트 제거기를 포함하는 미세기포 재공급 장치;를 포함하되,
   상기 미스트 제거기는 미스트 분리판 및 미스트 분리판 후방에 위치하는 필터형 디미스터로 구성되고,
   상기 미스트 분리판은 미스트를 포함하는 연료가스가 재순환되는 통로상에 위치하는 것으로서, 상기 통로상의 일 측 벽면에 부착되어 연료가스가 상승하는 방향을 따라 소정의 경사로 상승하다가 1차로 꺽여 하향 각을 이루며 하향하다가, 다시 한번 더 2차로 하향으로 꺽인 형태로서, 상기 1차 꺽인 각(θ1)은 10~35°이고, 2차 꺽인 각(θ2)은 40~70°로 형성되며, 상기 미스트 분리판은 두 개 이상이 서로 번갈아 가며 통로상에 설치된 것을 특징으로 하는 수평형 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 미스트 분리판은 평판 혹은 원통형 실린더를 원주의 반지름 방향이 아닌 긴 축방향으로 자른 잘린 실린더관을 사용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 수평형 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 잘린 실린더관은 볼록한 부분이 위로 향하도록 형성된 것임을 특징으로 하는 수평형 유도가스 부상분리를 이용한 유수처리장치.
6. 삭제
7. 삭제

Images