KR101961298B1 - 오일샌드 플랜트의 처리수탱크 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 오일샌드 플랜트에 적용되는 처리수탱크에 있어서, 제1하우징, 상기 제1하우징에 구비되어 처리수가 유입되는 유입구, 상기 제1하우징에 구비되어 저장된 처리수가 배출되는 배출구, 상기 제1하우징의 상부에 상기 제1하우징과 압력조절관에 의해 연통하도록 설치되는 제2하우징, 대기 개방을 위해 상기 제2하우징의 상부 일측에 구비되는 가스배출관 및 상기 제2하우징에 구비되어 상기 제1하우징에 저장된 처리수의 대기접촉 방지하는 가스커튼을 포함하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크를 제공한다.
본 개시의 처리수탱크가 적용된 오일샌드 플랜트는 생산수로부터 재활용을 위한 처리수의 생산공정을 단순화하고, 보다 정화된 처리수를 재활용할 수 있으므로 환경오염의 위험이 적으며, 오일샌드 플랜트 시스템의 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

Description

오일샌드 플랜트의 처리수탱크{TREATED WATER DISCHARGING TANK FOR OIL SANDS FACILITY}
본 개시는 오일샌드 플랜트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 처리수의 재활용이 가능한 오일샌드 플랜트의 처리수탱크에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
생산수는 오일 생산 과정에서 발생하는 폐기물 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 오일폐수로서, 본질적으로 오일 생산 중에 지표면으로 방출되는 지하수에 갇힌 물이다. 1배럴의 오일을 생산하는데 발생하는 생산수는 약 7~10배럴 정도이다.
이러한 생산수는 독성이 매우 강하고, 보통 오일, 유지 및 다른 탄화수소를 포함하고 있을 뿐만 아니라, 다량의 염, 금속 및 미량원소도 포함한다. 따라서 생산수를 관리하지 않는 경우 환경 오염과 같은 환경적 영향을 미칠 수 있으나, 생산수 관리에는 많은 비용이 투입된다.
한편, 오일샌드에서 추출되는 석유성분은 비투멘이라는 무겁고, 점성도가 높은 검은색 기름으로, 오일샌드의 약 10~12%를 차지한다. 통상적인 원유는 물보다 가볍지만, 비투멘은 물과 비슷한 비중을 가지므로 자연 상태에서는 시추공 또는 송유관 내에서 흐르지 않기 때문에, 스팀을 가하거나 유동화제를 혼합해 비중과 점성도를 낮춘 후 송유관으로 수송하여 얻어진다.
스팀을 가한 경우 비투멘에 다량의 물이 함유되어 있으므로 오일성분을 회수하기 위해서는 유수분리 과정을 거쳐야하며, 오일성분 회수 후 발생하는 생산수 속에는 여전히 다량의 유분 및 금속 성분 등을 포함하고 있어, 이를 방출하거나 재활용하기 위해서는 5ppm이하의 유분을 포함하도록 생산수 처리 공정을 거쳐야 한다. 특히, 오일샌드가 다량 매장된 캐나다의 경우, 충분한 용량의 지하수가 오일샌드 부근에 존재하지 않고, 엄격한 환경기준 때문에 이용가능한 취수량이 제한되므로, 사용한 물의 재활용은 필수적이다.
그런데 종래의 생산수 처리 공정은 생산된 처리수를 재활용하는 과정에서 저장된 처리수에 이물질이나 대기에 함유된 원소 성분이 유입됨으로써 배관의 사용 수명이 단축되고 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 개시는 생산수로부터 재활용을 위한 처리수의 생산공정을 단순화하고, 보다 정화된 처리수를 재활용할 수 있으므로 환경오염의 위험이 적으며, 오일샌드 플랜트 시스템의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크를 제공하여 상술한 문제를 해결하고자 한다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
오일샌드 플랜트에 적용되는 처리수탱크에 있어서, 제1하우징, 상기 제1하우징에 구비되어 처리수가 유입되는 유입구, 상기 제1하우징에 구비되어 저장된 처리수가 배출되는 배출구, 상기 제1하우징의 상부에 상기 제1하우징과 압력조절관에 의해 연통하도록 설치되는 제2하우징, 대기 개방을 위해 상기 제2하우징의 상부 일측에 구비되는 가스배출관 및 상기 제2하우징에 구비되어 상기 제1하우징에 저장된 처리수의 대기접촉 방지하는 가스커튼을 포함하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크를 제공함으로써 상술한 과제를 해결한다.
본 개시의 처리수탱크가 적용된 오일샌드 플랜트는 생산수로부터 재활용을 위한 처리수의 생산공정을 단순화하고, 보다 정화된 처리수를 재활용할 수 있으므로 환경오염의 위험이 적으며, 오일샌드 플랜트 시스템의 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 개시의 처리수탱크가 구비된 오일샌드 플랜트의 구성도;
도 2은 본 개시의 처리수탱크의 가스 커튼 분사 노즐;
도 3는 본 개시의 처리수탱크의 개략도;
도 4은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 처리수탱크가 구비된 오일샌드 플랜트의 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 하지받침이 구비된 의자의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다, 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
도 1은 본 개시의 처리수탱크를 포함하는 오일샌드 플랜트의 구성도이다.
오일샌드 플랜트는 지중의 오일샌드로부터 비투맨을 생산한다. 개시에 따른 오일샌드 플랜트(100)는 이때 오일샌드로부터 비투멘을 추출하기 위해 사용한 물을 회수하여 재활용한다.
지중의 오일샌드층(10)에 열공급파이프(210)와 채굴파이프(220)가 매설된다. 열공급파이프(210)는 오일샌드층(10) 내부로 용융열을 방출하며, 열에 의해 점성이 낮아진 비투멘은 채굴파이프(220)에 의해 채굴된다.
열공급파이프(210)는 오일샌드층(10)에 스팀(steam)을 주입함으로써 점성이 높은 비투멘의 유동성을 향상시켜 생산수를 생산하는 역할을 한다. 그리고 채굴파이프(220)는 비투멘이 함유된 생산수를 회수하는 역할을 한다. 이때, 생산수에는 스팀이 냉각되어 생산된 온수와 함께, 중금속이나 모래등이 포함되어 있다.
지중으로부터 지표면으로 연장되는 채굴파이프(220)의 일단에 채굴파이프(220)와 연통하도록 오일세퍼레이터(300)가 설치된다. 이에 따라, 비투멘 함유 생산수가 채굴파이프(220)를 통해 오일세퍼레이터(300)로 유입된다. 오일세퍼레이터(300)는 예컨대 스팀과 비투멘 및 생산수의 3상으로 분리하는 3상 분리 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 오일세퍼레이터(300)에서 분리된 비투멘은 별도로 이송되어 저장될 수 있으며, 증기에는 탄화수소와 수분 및 약간의 황화수소가 함유되어 있다.
오일세퍼레이터(300)의 일측에 열교환기(400)가 설치되며, 오일세퍼레이터(300)와 열교환기(400)는 제1연결라인(350)에 의해 서로 연통되도록 연결된다. 오일세퍼레이터(300)에서 비투멘이 분리된 생산수가 제1연결라인(350)을 통해 열교환기(400)로 유입된다. 이때, 후술하는 처리수탱크(800)에 저장된 처리수가 제1,제2공급라인(860, 660)을 통해 열교환기(400)로 유입되며, 열교환기(400)로 유입된 생산수는 처리수와의 열교환에 의해 온도가 섭씨 100도 미만, 예컨대 섭씨 40 ~ 90도의 온도로 냉각된다. 열교환기(400)를 통과한 생산수에는 오일세퍼레이터(300)에서 미처 분리되지 못했던 약간의 오일 성분(예컨대, 1000 ~ 3000mg/ℓ)이 함유되어 있다.
열교환기(400)의 일측에 여과필터(500)가 구비된다. 여과필터(500)는 생산수를 여과하여 생산수에 함유된 오일 성분 등을 제거하는 역할을 한다. 여과필터(500)는 열교환기(400)와 제2연결라인(450)에 서로 연통하도록 연결된다. 열교환기(4000)를 거쳐 냉각된 생산수가 제2연결라인(450)을 통해 여과필터(500)로 유입된다. 여과필터(500)에서 여과된 수증기는 여과필터(500)의 외부로 배출하기 위한 제3연결라인(550)을 통해 배출된다. 여과필터(500)는 막부재가 사용되므로 여과필터(500)의 막부재의 외부는 음압 상태를 유지하는 것이 바람직하며, 일 예로서, 제3연결라인(550)의 일측에 진공펌프(미도시) 등의 감압장치가 구비될 수 있다.
여과필터(500)에서 여과되지 못하고 남은 생산수는 제1펌프(561)의 작동에 의해 순환라인(560)을 따라 다시 여과필터(500)로 유도될 수 있으며, 복수개의 여과필터(500)를 직렬로 연결하여 막증류가 다단으로 실행될 수 있다.
여과필터(500)의 일측에 응축기(600)가 설치되며, 막증류장치(500)와 응축기(600)는 제3연결라인(550)에 의해 서로 연통하도록 설치된다. 응축기(600)는 여과필터(500)를 통과한 수증기등을 응축하여 처리수를 생산한다.
응축기(600)는 제1공급라인(860)에 의해 후술하는 처리수탱크(800)와 연통한다. 처리수탱크(800)에 저장된 처리수가 제1공급라인(860)을 따라 응축기(600)의 내부로 공급되어 통과하는 것이다. 이때, 응축기(600)의 내부로 유입된 수증기는 제1공급라인(860)을 타고 온 처리수에 의해 냉각되어 처리수로 응축되며, 응축기(600)에서 응축된 처리수는 제4연결라인(650)을 따라 후술하는 임시저장 탱크(700)로 유입된다.
한편, 제1공급라인(860)을 따라 응축기(600)으로 공급된 처리수는 수증기와 열교환한 뒤, 제2펌프(661)의 작동에 의해 제2공급라인(660)을 따라 유동하여 열교환기(400)로 유입된다. 이때, 오일세퍼레이터(300)를 거치면서 비투멘이 분리된 생산수가 열교환기(400)로 유입된 처리수와 열교환에 의해 냉각됨은 전술한 바와 같다.
열교환기(400)를 거치면서 생산수와 열교환에 의해 데워진 처리수는 제3펌프(461)의 작동에 의해 제3공급라인(460)을 따라 보일러(230)로 유입되어 스팀 상태로 가열되며, 이 스팀은 열공급파이프(210)의 일측에 설치되는 제4펌프(211)의 작동에 의해, 열공급파이프(210)를 따라 유동하여 오일샌드층으로 방출된다.
이때, 처리수탱크(800)로부터 보일러(230)로 공급되는 처리수는 응축기(600)와 열교환기(400)를 거치는 과정에서 열교환에 의해 이미 상당한 온도로 데워진 상태이다. 따라서 보일러(230)에서 스팀 발생을 위해 필요로 하는 열에너지가 절감되는 효과가 있다.
응축기(600)의 일측에 임시저장 탱크(700)가 설치되며, 응축기(600)와 임시저장 탱크(700)는 제4연결라인(650)에 의해 서로 연통하도록 연결된다.
임시저장 탱크(700))의 일측에 처리수탱크(800)가 설치된다. 임시저장 탱크(700)와 처리수탱크(800)는 배출라인(760)에 의해 서로 연통하도록 연결된다. 배출라인(760)에 저장된 처리수가 배출라인(760)을 따라 처리수탱크(800)로 유입된다. 배출라인(760)에는 수처리필터(762)가 구비된다. 배출펌프(761)는 임시저장 탱크(700)에 저장된 처리수를 임시저장 탱크(700)의 배출라인(760)을 통해 처리수탱크(800)로 배출하기 위한 것이다.
배출펌프(761)의 구동에 의해 임시저장 탱크(700)로부터 처리수가 배출되면, 임시저장 탱크(700)의 내압이 감소하면서응축기(600)에 저장된 응축수가 제4연결라인(650)을 따라 임시저장 탱크(700)로 끌려온다.
처리수탱크(800)에 저장된 처리수가 대기와 접촉하는 경우 대기 중에 함유된 황이나 이산화탄소 등의 성분이 처리수에 용해됨으로써, 처리수의 순환과정에서 거치게 되는 배관들의 부식이나 석출에 따른 수명단축의 우려가 있다.
이를 방지하기 위해 처리수탱크(800)를 완전히 밀폐하거나, 이온제거기 등 대기 중의 특정 성분을 제거할 수 있는 별도의 장치를 더 구비해야 하는데, 처리수탱크(800)를 완전 밀폐시키는 경우에는 내부의 온도 변화로 인한 압력 변동시 처리수의 정상적인 유동이 이루어지지 않거나 역방향으로 역류할 우려가 있다.
이를 해결하기 위해, 개시에 따른 처리수탱크(800)는 저장된 처리수의 재활용을 위해 보일러(230)쪽으로 용이하게 공급할 수 있도록 대기 개방되어 내부에 대기압이 형성되며, 저장된 처리수의 상부에 가스커튼을 형성시켜 대기와 직접적인 접촉을 방지한다.
처리수탱크(800)는 처리수가 유입되는 유입구, 및 저장된 처리수가 배출되는 배출구를 포함하는 제1하우징(810)을 구비한다. 그리고 제1하우징(810)의 상부에 제2하우징(820)이 설치된다. 제2하우징(820)은 가스공급에 의해 내부에 가스커튼이 형성되는 공간부를 갖는다.
제1하우징(810)과 제2하우징(820)은 압력조절관(830)에 의해 연통된다. 제1하우징(810)의 내부는 압력조절관(830)에 의해 대기압이 유지된다.
제2하우징(820)의 상부에는 가스배출관(870)이 구비되는데, 제2하우징(820)의 상부 일측에 대기와 연통하도록 형성되는 것이 바람직하다.
제2하우징(820)에는 내부에 가스를 분사하여 가스커튼을 형성하는 제1분사노즐(910)을 포함한다. 제1분사노즐(920)은 제2하우징(820)의 상부에 하나 이상 배열된다. 그리고 제2하우징(820)의 일측에는 제1분사노즐(910)로 가스를 공급하는 가스탱크(911, 912)가 구비된다.
제1분사노즐(920)을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 제1분사노즐(910)은 제1가스(913)를 분사하는 제1분사블록(915) 및 제1분사블록(915)의 주변을 감싸 형성되어, 제1가스(913)의 분사면 외측으로 분사되는 제2가스(914)를 분사하는 제2분사블록(916)으로 구성된다.
제1가스(913)는 제1가스탱크(911)에 저장되어 제1가스탱크(911)와 연통되어 연결된 제1분사블록(915)을 통해 분사되고, 제2가스(914)는 제2가스탱크(912)에 저장되어 제2가스탱크(912)와 연통되어 연결된 제2분사블록(916)을 통해 분사된다.
제1분사블록(915)이 이루는 노즐은 제2분사블록(916)이 이루는 노즐보다 분사 면적이 넓고, 이에 따라 제1분사블록(915)은 많은 양의 제1가스(913)를 분사하지만, 제2분사블록(916)은 적은 양의 제2가스(914)를 빠르게 분사하여 제1가스(913)의 상부를 덮는 커튼을 형성한다.
제1가스(913)와 제2가스(914)는 서로 다른 종류의 가스로 선택되어야 하는 것은 아니며, 양자 모두 배관의 부식이나 석출 발생의 염려가 없는 것이라면 반드시 비활성기체가 선택되어야 하는 것도 아니지만, 제1가스(913)과 제2가스(914) 양자 모두 아르곤(Ar)가스로 선택되는 것이 바람직하다.
처리수탱크(800)를 구체적으로 설명하기 위해서 도 3을 참조하면, 제1하우징(810)은 내부가 플레이트(840)에 의해 플레이트(840) 상부의 제1공간(811) 및 플레이트(840) 하부의 제2공간(812)으로 상하 구획된다. 처리수가 유입되는 유입구(813)는 제1공간(811)에 형성되고, 저장된 처리수가 배출되는 배출구(814)는 제2공간(812)에 형성된다.
플레이트(840)에는 다수개의 관통홀(842)이 형성된다. 관통홀(842)의 주변으로는 배리어(843)가 소정 높이 돌출 형성된다.
배리어(843)는 유입구(813)를 통해 플레이트(840)의 상부에 처리수가 소정 높이 유입될 때까지 처리수를 플레이트(840)의 상부인 제1공간(811)에 고아 가두는 고임공간(841)을 형성하는 구성이다.
제1공간(811)으로 유입된 처리수가 일정량 이상 유입되어 배리어(843)를 넘는 처리수는 관통홀(842)을 통과하여 제2공간(812)으로 유입된다. 처리수를 상술한 바와 같이 고임공간(841)에 고았다가 넘치도록 함으로써 처리수를 한번 더 정화한다.
플레이트(840)에는 플라즈마 방전 장치(845)가 구비된다. 플라즈마 방전 장치(845)는 플레이트(840)의 바닥면에 구비되는 것이 바람직하다. 플라즈마 방전 장치(845)는 난분해성 물질을 전기적으로 분해하고, 비환원되어 처리수에 함유된 금속성분을 환원하여 침전시킨다. 이하 플레이트의 관통홀(842)을 통과하지 못하고 가라 앉은 침전물을 포함하는 처리수를 폐처리수라고 칭한다.
폐처리수는 플레이트의 배리어(843)의 높이보다 낮은 위치에 구비되는 폐처리수배출구(815)를 통해 제1하우징(810) 외부로 배출된다. 폐처리수배출구(815)는 폐처리수라인(850)을 타고 수처리필터(762)로 재공급된다. 다른 실시 예(100')로 도 4에 도시된 바와 같이 여과필터(500)로 재공급될 수 있다.
한편 제2공간(812)에 저장된 처리수의 대기 접촉 방지하기 위해, 제1하우징(810)의 제2공간(812)에 가스커튼을 형성하는 제2분사노즐(920)을 구비할 수 있으며, 제2분사노즐(920)은 제3가스탱크(921)과 연통하여 연결된다.
10: 오일샌드층;
100, 100' : 오일샌드 플랜트, 210: 열공급파이프;
220: 채굴파이프, 230: 보일러;
300: 오일세퍼레이터, 400: 열교환기;
500: 여과필터, 560: 순환라인;
600: 응축기, 700: 임시저장탱크;
800: 처리수탱크;
810: 제1하우징;
811: 제1공간, 812: 제2공간;
813: 유입구, 814: 배출구;
815: 폐처리수배출구;
820: 제2하우징;
830: 압력조절관, 840: 플레이트;
842: 관통홀, 845: 플라즈마 방전 장치;
850: 폐처리수라인, 870: 가스배출관
910: 제1분사노즐;
911: 제1가스탱크, 912: 제2가스탱크;
920: 제2분사노즐, 921: 제3가스탱크;

Claims (9)

  1. 오일샌드 플랜트에 적용되는 처리수탱크에 있어서,
    제1하우징;
    상기 제1하우징에 구비되어 처리수가 유입되는 유입구;
    상기 제1하우징에 구비되어 저장된 처리수가 배출되는 배출구;
    상기 제1하우징의 상부에 상기 제1하우징과 압력조절관에 의해 연통하도록 설치되는 제2하우징;
    대기 개방을 위해 상기 제2하우징의 상부 일측에 구비되는 가스배출관; 및
    상기 제2하우징에 구비되어 상기 제1하우징에 저장된 처리수의 대기접촉 방지하는 가스커튼;을 포함하고,
    상기 제1하우징의 내부를 상하로 구획하는 제1공간 및 제2공간;
    상기 제1공간 및 제2공간의 사이에 구비된 다수개의 관통홀이 형성된 플레이트; 및
    상기 제1하우징 내부로 유입된 처리수가 상기 플레이트 상부인 제1공간에 고이도록 상기 플레이트의 관통홀의 주변으로 상부로 소정 높이 돌출 형성된 배리어;
    를 포함하고,
    상기 제1하우징의 유입구는 제1공간에 형성되고, 상기 제1하우징의 배출구는 제2공간에 형성되며,
    상기 제1공간으로 유입된 처리수가 일정량 이상 유입되어 상기 배리어를 넘어 제2공간으로 유입되는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2하우징은 내부에 가스를 분사하여 상기 가스커튼을 형성하는 제1분사노즐을 더 포함하고, 상기 제2하우징의 일측에는 상기 제1분사노즐로 가스를 공급하는 가스탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 플라즈마 방전 장치를 구비하여 유입된 처리수를 정화하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1하우징의 제1공간에 구비되고, 상기 플레이트의 배리어의 높이보다 낮은 위치에 구비되는 폐처리수배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폐처리수배출구로 배출된 폐처리수를 오일샌드 플랜트의 수처리필터로 유입시키는 폐처리수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1분사노즐은 상기 제2하우징의 상부에 하나 이상 배열되고,
    상기 제1분사노즐은,
    제1가스를 분사하는 제1분사블록; 및
    상기 제1분사블록의 주변을 감싸 형성되어, 상기 제1가스의 분사면 외측으로 분사되는 제2가스를 분사하는 제2분사블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스탱크는 제1가스가 저장된 제1가스탱크 및 제2가스가 저장된 제2가스탱크로 구성되고,
    상기 제1분사블록은 상기 제1가스탱크에 연통되고, 제2분사블록은 상기 제2가스탱크에 연통되는 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1하우징의 제2공간에 구비되어 상기 제2공간에 저장된 처리수의 대기접촉 방지하는 가스커튼을 형성하는 제2분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트의 처리수탱크.

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