KR102004259B1

KR102004259B1 - 오일샌드의 비튜멘 분리장치

Info

Publication number: KR102004259B1
Application number: KR1020180113668A
Authority: KR
Inventors: 이병호; 황리호; 최문규; 박상훈; 조영화; 송영규
Original assignee: 주식회사 비츠로넥스텍
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-10-01

Abstract

본 발명은 모래, 물, 비튜멘 및 가스가 혼합된 다상의 혼합물을 침강, 침전, 월류, 가스회수 등의 분리 방법을 사용하여 종류별로 분리 회수할 수 있도록 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 오일샌드의 비튜멘 분리장치는, 모래, 물, 비튜멘 및 가스를 포함한 다상의 혼합물이 유입되는 유입부, 상기 유입부로 유입된 다상의 혼합물이 각각 분리되어 배출되는 배출부를 포함하여 형성된 분리 탱크; 상기 분리 탱크의 유입부로 유입된 혼합물에 포함된 모래를 침강시켜 분리하는 침강 처리부; 상기 침강 처리부를 통과한 혼합물에 포함된 물을 침전시켜 분리하는 침전 처리부; 상기 침전 처리부를 통과한 혼합물 중 비튜멘을 월류시켜 분리하는 비튜멘 회수부; 및 상기 분리 탱크 내부에 모인 가스를 분리하여 회수하는 가스 회수부;를 포함하여 구성된다.

Description

오일샌드의 비튜멘 분리장치{APPARATUS FOR SEPARATING BITUMEN FROM OIL SANDS}

본 발명은 오일샌드의 비튜멘 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 모래, 물, 비튜멘 및 가스가 혼합된 다상의 혼합물을 침강, 침전, 월류, 가스회수 등의 분리 방법을 사용하여 종류별로 분리 회수할 수 있도록 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치에 관한 것이다.

오일샌드(Oil Sands)는 1973년 제1차 오일쇼크 이후 석유를 대신할 화석연료의 하나로 주목되면서 원유 대체자원으로 급부상하였고, 2000년 이후 고유가가 지속되고 대규모 분리공정기술이 도입되면서 오일샌드 개발이 활발해졌다.

우리나라의 경우에도 한국석유공사는 해외 자주개발 원유 확보 차원에서 1999년경부터 오일샌드 개발사업 참여를 추진해오고 있는 등 오일샌드에 관한 국내외적으로 관심이 갈수록 고조되고 있는 상황이다.

오일샌드(oil sands)에는 비튜멘(bitumen), 모래, 물, 점토 및 미량의 미네랄로 이루어져 있으며, 이 중 비튜멘은 오일샌드가 석유 자원으로서의 의미를 갖게 하는 핵심 성분이다.

오일샌드에 포함되어 있는 초중질유인 비튜멘은 극성 및 비극성물질들이 복잡하게 결합되어 있는 상태로서, 이러한 비튜멘은 아스팔텐(asphaltene)과 말텐(maltene 혹은 petrolenes)으로 나뉘어지고, 자연에 매장되어 있는 비튜멘은 점도가 높고 무겁기 때문에 적절한 방법으로 묽히거나, 화학적인 방법을 사용하여 점도를 낮추어 수송관을 통하여 정제소(refinery)로 이동시켜야 한다.

한편, 오일샌드로부터 비튜멘을 추출하기 위한 생산비용은 배럴당 20~25달러 수준으로 통상적인 원유 생산 비용보다 높아 경제성이 없었으나, 지속적인 유가상승에 따른 대체연료로서 연구개발 및 수요가 증가하고 있는 추세이다.

일반적으로 알려진 비튜멘 추출 방식으로는 오일샌드를 채굴한 후 비튜멘을 추출하는 방법(채굴 후 추출하는 방법), 현장(In-situ)에서 비튜멘을 바로 추출하는 방법으로 대별할 수 있다.

구체적인 추출방법을 살펴보면, 19세기 처음으로 연구 시도된 가열된 물을 주입 및 혼합시켜 90% 정도의 비튜맨을 회수할 수 있는 더운물 추출공정은 오일샌드를 채굴한 후 비튜멘을 추출하는 방법이다.

고압, 고온(약 350℃)의 스팀을 오일샌드가 매장된 곳에 주입함으로써, 스팀 압력에 의하여 오일샌드 덩어리가 조각이 나고, 스팀의 고열에 의해 비튜멘을 녹인 후 가열된 비튜멘을 지상으로 퍼올리는 CSS(cyclic steam stimulation)방법, 두 개의 평행하고 수평적인 우물을 굴착한 후, 상단 우물에 스팀을 주입하여 더운 열을 발생시켜 원유의 점도를 낮추게 하고, 점도가 낮아진 원유가 하단부에 위치한 우물에 고이면 지상으로 퍼올리는 SAGD(steam assisted gravity drainage)방법은 In-situ 추출방식에 적용되고 있다.

또한, 노천채굴방식이라 하여, 지표면에 존재하는 오일샌드를 채취하고, 채취한 오일샌드를 분쇄기에 넣어 모래와 돌을 분쇄하는 단계, 오일샌드에 더운물을 첨가하는 단계, 오일샌드 혼합물을 분해 용기에 넣어 모래와 비튜멘을 분리하는 단계 및 거품을 제거한 후 원심분리기를 통해 비튜멘을 추출하는 단계를 포함하는 방식이 있다.

이외에도 SAGD 기술과 유사하지만, 물 대신 에탄, 프로판 등과 같은 기화된 용매를 주입함으로써, 지하에 증기챔버(vapor-chamber)를 형성시켜, 중력을 이용하여 비튜멘을 추출하는 VAPEX(vapor extraction process)기술도 알려져 있다.

종래기술의 일예로, 한국등록특허 제10-0326678호에 게시된 액체/고체 분리방법이 있다.

상기 액체/고체 분리방법은 각각의 분리효율이 좋은 단일 장치들을 조합한 기술로서, 전체의 분리효율은 우수하지만, 장치구성이 복잡하여 공사비가 높고, 운영유지 관리가 복잡한 단점이 있다.

따라서, 오일샌드 현장에 설치가 가능하고, 단일의 장치로 구성되어 있으면서도 분리효율이 우수한 비튜멘 분리장치의 개발이 필요하다.

한국등록특허 제10-0326678호(등록일자 2002년02월19일)

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 모래, 물, 비튜멘 및 가스가 혼합된 다상의 혼합물을 침강, 침전, 월류, 가스회수 등의 분리 방법을 사용하여 종류별로 분리 회수할 수 있도록 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 오일샌드의 비튜멘 분리장치는, 모래, 물, 비튜멘 및 가스를 포함한 다상의 혼합물이 유입되는 유입부, 상기 유입부로 유입된 다상의 혼합물이 각각 분리되어 배출되는 배출부를 포함하여 형성된 분리 탱크; 상기 분리 탱크의 유입부로 유입된 혼합물에 포함된 모래를 침강시켜 분리하는 침강 처리부; 상기 침강 처리부를 통과한 혼합물에 포함된 물을 침전시켜 분리하는 침전 처리부; 상기 침전 처리부를 통과한 혼합물 중 비튜멘을 월류시켜 분리하는 비튜멘 회수부; 및 상기 분리 탱크 내부에 모인 가스를 분리하여 회수하는 가스 회수부;를 포함하여 구성된 다상 혼합물 분리장치.

바람직하게, 상기 침강 처리부는, 상기 유입부로 유입된 혼합물의 흐름을 저지하여 상기 혼합물에 포함된 모래가 머물면서 밀도차에 의해 낙하됨에 따라 분리축적되도록 하기 위해 상기 분리 탱크 내부의 유입부 측 저면에서 소정 높이로 구비된 적어도 하나의 침강벽;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 침강벽은 복수로 형성되되, 각각의 침강벽은 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직한 방향으로 연장형성되고, 서로 이격되어 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 각각의 침강벽은, 복수의 시트 파일이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 시트 파일은, 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직한 방향으로 배치되도록 상기 분리 탱크 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 침강판; 및 상기 유입부로 유입된 혼합물에 포함된 모래를 포집하기 위해 상기 침강판의 일측 단부 또는 양측 단부에서 전방측을 향하여 개방되도록 일체로 연장되어 상기 분리 탱크 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 C자 형상의 샌드 포켓;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 침전 처리부는, 상기 침강 처리부를 통과한 혼합물의 흐름을 저지하여 상기 혼합물에 포함된 물이 비중차에 의해 층분리되도록 하기 위해 상기 침강 처리부의 후방 위치의 상기 분리 탱크 내부의 저면에서 소정 높이로 구비된 적어도 하나의 침전판;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 침전판은 복수로 형성되되, 각각의 침전판은 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직한 방향으로 연장형성되고, 서로 이격되어 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 비튜멘 회수부는, 상기 침전 처리부를 통과한 혼합물의 흐름을 저지하여 상기 혼합물에 포함된 미세한 수분 입자가 뭉쳐서 입도가 증가되도록 하여 침전되도록 하기 위해 상기 침전 처리부의 후방 위치의 상기 분리 탱크 내부의 저면에서 소정 높이로 구비된 월류판;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 월류판은, 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직한 방향으로 배치되도록 상기 분리 탱크 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 평판부재; 및 상기 평판부재의 상단부를 따라 일체로 형성되고, 전방측을 향하여 개방된 C자 형상의 워터 포켓;을 포함하여 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 월류판의 형성높이는, 상기 침강 처리부 및 침전 처리부의 형성 높이보다 높게 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 배출부는, 상기 침강 처리부에서 침강되어 분리된 침강물을 배출하는 침강물 배출부; 상기 침전 처리부에서 침전되어 분리된 침전물을 배출하는 침전물 배출부; 및 상기 비튜멘 회수부에서 분리되어 회수된 비튜멘을 배출하는 비튜멘 배출부;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 침강물 배출부는, 상기 침강 처리부에 연결된 침강물 배출배관; 상기 침강물 배출배관 상에 구비된 침강물 배출밸브; 상기 침강물 배출밸브의 후단에 연결되어 침강물 배출배관을 통해 배출된 침강물에 포함된 모래와 유동물질을 분리하고, 분리된 유동물질을 상기 침강 처리부로 재공급하는 싸이클론; 및 상기 침강 처리부 내의 침강물을 상기 싸이클론으로 펌핑하는 침강물 배출펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 침전물 배출부는, 상기 침전 처리부에 연결된 침전물 배출배관; 상기 침전물 배출배관 상에 구비된 침전물 배출밸브; 및 상기 침전 처리부 내의 침전물을 펌핑하는 침전물 배출펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 비튜멘 배출부는, 상기 비튜멘 회수부에 연결된 비튜멘 배출배관; 상기 비튜멘 배출배관 상에 구비된 비튜멘 배출밸브; 및 상기 비튜멘 회수부 내의 비튜멘을 펌핑하는 비튜멘 배출펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 가스 회수부는, 상기 분리 탱크의 상부에 연통되도록 구비된 가스 배출배관; 상기 가스 배출배관 상에 구비된 가스 배출밸브; 상기 분리 탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 감지센서; 및 상기 압력 감지센서에서 감지된 압력이 소정 압력 이상 시 상기 가스 배출밸브를 개방하도록 제어하는 압력제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 다상의 혼합물이 상기 분리 탱크의 내부로 유입되는 위치는 상기 침강 처리부의 형성높이보다 낮은 높이에 위치하도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 모래, 물, 비튜멘 및 가스가 혼합된 다상의 혼합물인 오일샌드가 채굴되는 현장에서 침강, 침전, 월류, 가스회수 등의 분리 방법을 사용하여 오일샌드에 포함된 모래, 물, 비튜멘 및 가스를 종류별로 분리 회수하여 비튜멘의 생산효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

특히, 침강 처리부의 침강판에 형성된 샌드 포켓에 의해 모래의 회수가 효과적으로 이루어짐과 더불러 비튜멘 회수부의 월류판에 형성된 워터 포켓에 의해 비튜멘 중에 포함된 미세한 물 성분을 효과적으로 회수하여 비튜멘의 회수 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 모든 분리 설비가 단일 분리 탱크에 설치되어 운반이 용이하고 현장설치가 쉬워서 경제적이고 안정된 설비를 사용하는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오일샌드의 비튜멘 분리장치를 도시한 평단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오일샌드의 비튜멘 분리장치를 도시한 측단면도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘연결되어’있다거나 ‘접속되어’있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘직접 연결되어’있다거나 ‘직접 접속되어’있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ‘포함하다’또는 ‘구비하다’, ‘가지다’등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오일샌드의 비튜멘 분리장치를 도시한 평단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오일샌드의 비튜멘 분리장치를 도시한 측단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 오일샌드의 비튜멘 분리장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 분리 탱크(100)와, 상기 분리 탱크(100)의 내부에 구비된 침강 처리부(200), 침전 처리부(300), 비튜멘 회수부(400), 가스 회수부(500)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 분리 탱크(100)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 분리 탱크(100)는 내부에 상기 침강 처리부(200), 침전 처리부(300), 비튜멘 회수부(400), 가스 회수부(500)가 설치되는 탱크로서, 모래, 물, 비튜멘 및 가스를 포함한 다상의 혼합물이 유입되는 유입부(110)와, 상기 유입부(110)로 유입된 다상의 혼합물이 각각 분리되어 배출되는 복수의 배출부(120)를 포함하여 구성된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(110)는 상기 분리 탱크(100)의 길이방향 일측에 위치하며, 구체적으로, 상기 분리 탱크(100)의 전면부의 중앙에 위치할 수 있다.

상기 유입부(110)는 그 단부가 하방을 향하도록 절곡되도록 형성되고, 다상의 혼합물이 배출되는 상기 유입부(110)의 단부 위치는 상기 침강 처리부(200)의 침강벽(210)의 형성높이보다 낮은 높이에 위치하는 것이 바람직하다.

이는, 상기 다상의 혼합물에 포함된 모래가 상기 침강 처리부(200)에서 분리되어 배출되어야 하는데, 상기 유입부(110)의 단부 위치가 상기 침강 처리부(200)의 침강벽(210)의 형성높이보다 높게 되면, 상기 다상의 혼합물에 포함된 모래가 상기 침강 처리부(200)에서 분리되지 않고 그대로 통과하여 침전 처리부(300)로 넘어갈 가능성이 크기 때문이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 배출부(120)는 침강물 배출부(121), 침전물 배출부(122) 및 비튜멘 배출부(123)를 포함하여 구성된다.

상기 침강물 배출부(121)는 상기 침강 처리부(200)에서 침강되어 분리된 침강물인 모래를 배출하는 부분이다.

상기 침강물 배출부(121)는, 상기 침강 처리부(200)에 연결된 침강물 배출배관(121a), 상기 침강물 배출배관(121a) 상에 구비된 침강물 배출밸브(121b), 상기 침강물 배출밸브(121b)의 후단에 연결되어 침강물 배출배관(121a)을 통해 배출된 모래와 유동물질을 분리하고, 분리된 유동물질을 상기 침강 처리부(200)로 재공급하는 싸이클론(121c) 및 상기 침강 처리부(200) 내의 모래를 상기 싸이클론(121c)으로 펌핑하는 침강물 배출펌프(121d)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 침강물 배출부(121)의 구성에 따르면, 상기 침강 처리부(200)에 모래가 일정량 모이기 전까지 상기 침강물 배출밸브(121b)와 침강물 배출펌프(121d)의 작동을 정지하고, 상기 침강 처리부(200)에 모래가 일정량 모이면 상기 침강물 배출밸브(121b)와 침강물 배출펌프(121d)를 작동시켜 상기 침강 처리부(200)에 모여진 모래를 배출한다.

구체적으로, 상기 침강 처리부(200)에서 침강된 침강물에 포함된 모래와 유동물질이 침강물 배출배관(121a)을 통해 배출되어 싸이클론(121c)으로 공급되고, 상기 싸이클론(121c)에서는 모래를 분리하여 모아서 배출함과 함께 유동물질을 다시 상기 분리 탱크(100) 내 침강 처리부(200)로 재공급되도록 하며, 재공급을 위한 펌프가 구비될 수 있다.

상기 침전물 배출부(122)는 상기 침전 처리부(300)에서 침전되어 분리된 침전물인 물을 배출하는 부분이다.

상기 침전물 배출부(122)는, 상기 침전 처리부(300)에 연결된 침전물 배출배관(122a), 상기 침전물 배출배관(122a) 상에 구비된 침전물 배출밸브(122b) 및 상기 침전 처리부(300) 내의 물을 펌핑하는 침전물 배출펌프(122c)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 침전물 배출부(122)의 구성에 따르면, 상기 침전물 배출배관(122a)을 통해 배출된 물을 별도로 보관하여, 고압, 고온(약 350℃)의 스팀의 제조에 필요한 물로서 활용한다.

상기 비튜멘 배출부(123)는 상기 비튜멘 회수부(400)에서 분리되어 회수된 비튜멘을 배출하는 부분이다.

상기 비튜멘 배출부(123)는, 상기 비튜멘 회수부(400)에 연결된 비튜멘 배출배관(123a), 상기 비튜멘 배출배관(123a) 상에 구비된 비튜멘 배출밸브(123b) 및 상기 비튜멘 회수부(400) 내의 비튜멘을 펌핑하는 비튜멘 배출펌프(123c)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 비튜멘 배출부(123)의 구성에 따르면, 상기 비튜멘 배출배관(123a)을 통해 배출된 비튜멘을 별도로 모아서 정유처리시설로 보낼 수 있다.

다음으로, 상기 침강 처리부(200)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 침강 처리부(200)는 상기 분리 탱크(100)의 유입부(110)로 유입되는 모래, 물, 비튜멘 및 가스가 혼합된 다상의 혼합물 중 모래 등 이물질을 침강시켜 분리하는 부분이다.

상기 침강 처리부(200)는 상기 유입부(110)로 유입된 혼합물의 흐름을 저지하여 상기 혼합물에 포함된 모래가 머물면서 밀도차에 의해 낙하됨에 따라 축적되어 분리될 수 있도록 한다.

상기 침강 처리부(200)는 혼합물의 흐름을 저지하기 위하여 상기 분리 탱크(100) 내부의 유입부(110) 측 저면에서 소정 높이로 구비된 적어도 하나의 침강벽(210)을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 복수의 침강벽(210)이 혼합물의 흐름 방향을 따라 다단으로 구비된다.

상기 복수의 다단 침강벽(210)은 서로 이격되어 배치되고, 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직한 방향으로 연장형성되어 혼합물의 흐름을 저지하도록 구성된다.

한편, 각각의 침강벽(210)은 복수의 시트 파일(211)이 직렬로 연결되는 형태로 구성될 수 있으며, 상기 시트 파일(211)은 침강판(211a) 및 상기 침강판(211a)의 일단 또는 양단에 연장된 샌드 포켓(211b)을 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 시트 파일(211)은, 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치되도록 상기 분리 탱크(100) 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 판상의 침강판(211a)과, 상기 유입부(110)로 유입된 혼합물에 포함된 모래를 포집하기 위해 상기 침강판(211a)의 양측 단부에서 전방측을 향하여 개방되도록 일체로 연장되어 상기 분리 탱크(100) 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 C자 형상의 샌드 포켓(211b)을 포함하여 구성된다.

상기 분리 탱크(100)의 유입부(110)로 유입되는 혼합물이 상기 침강판(211a)에 충돌하면서 모래와 같은 입자상 불순물이 충돌하여 침강하도록 다단의 침강벽(210)이 일정 높이와 일정간격으로 설치되어 있는데, 실제 분리 탱크(100)에 혼합물이 유입되면 혼합물의 흐름은 베르누이 법칙에 의해 분리 탱크(100) 내부가 유속이 빠르고 외측 벽면을 향할수록 유속이 늦어지는 원추형의 흐름을 보이게 되며, 혼합물이 침강판(211a)에 충돌하게 되면 관성의 법칙에 의해 무거운 불순물은 침강판(211a)의 중앙부분에서 외측의 샌드 포켓(211b)을 향하여 점차 밀리면서 침강하게 되며, 이때, C자 형상의 샌드 포켓(211b)에 모래가 모여서 침강됨에 따라 침강효율을 높일 수 있게 된다.

다음으로, 상기 침전 처리부(300)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 침전 처리부(300)는 상기 침강 처리부(200)를 통과한 혼합물에 포함된 침전물인 물을 침전시켜 분리하는 부분이다.

상기 침전 처리부(300)는 상기 침강 처리부(200)를 통과한 혼합물의 흐름을 저지하여 상기 혼합물에 포함된 물이 비튜멘과의 비중차에 의해 층분리되도록 하여 분리될 수 있도록 한다.

상기 침전 처리부(300)는 혼합물의 흐름을 저지하기 위하여 상기 분리 탱크(100) 내부의 상기 침강 처리부(200)의 후방 위치의 상기 분리 탱크(100) 내부의 저면에서 소정 높이로 구비된 적어도 하나의 침전판(310)을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 복수의 침전판(310)이 혼합물의 흐름 방향을 따라 다단으로 구비된다.

상기 복수의 침전판(310)은 서로 이격되어 배치되고, 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직한 방향으로 연장형성되어 혼합물의 흐름을 저지하도록 구성된다.

다음으로, 상기 비튜멘 회수부(400)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 비튜멘 회수부(400)는 상기 침전 처리부(300)를 통과한 혼합물 중 비튜멘을 월류시켜 분리하는 부분이다.

상기 비튜멘 회수부(400)는 상기 침전 처리부(300)를 통과한 혼합물의 흐름을 저지하여 상기 혼합물에 포함된 미세한 수분 입자가 뭉쳐서 입도가 증가되도록 하여 침전되도록 하고, 이에 따라 오일성분인 비튜멘만 월류되어 회수될 수 있도록 한다.

상기 비튜멘 회수부(400)는 혼합물의 흐름을 저지하기 위하여 상기 침전 처리부(300)의 후방 위치의 상기 분리 탱크(100) 내부의 저면에서 소정 높이로 구비된 월류판(410)을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 월류판(410)은 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치되도록 상기 분리 탱크(100) 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 평판부재(411); 및 상기 평판부재(411)의 상단부를 따라 일체로 형성되고, 전방측을 향하여 개방된 C자 형상의 워터 포켓(412)을 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 월류판(410)의 형성높이는, 상기 침강 처리부(200)의 침강벽(210)의 형성높이 및 침전 처리부(300)의 침전판(310)의 형성 높이보다 높게 형성될 수 있다.

상기 비튜멘 회수부(400)는 오일 성분인 비튜멘을 최종적으로 분리하여 회수하는 구간으로서, 상기 침전 처리부(300)를 거쳐서 대부분의 물이 제거된 후 상기 월류판(410)에 도달한 오일 속에 함유된 미세한 물 입자가 워터 포켓(412)에서 모여서 뭉쳐짐에 따라 입도가 커지면서 비중이 커져 침전될 수 있도록 하여 미세한 물 입자를 분리하기 위해 상기 월류판(410) 상부에 C자 형상의 워터 포켓(412)을 형성하는 것이다.

다음으로, 상기 가스 회수부(500)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 분리 탱크(100)에 유입되는 혼합물에 포함된 오일 성분인 비츄멘은 고온, 고압의 중질원유이므로, 상기 비츄멘이 분리 탱크(100)에서 물질별 상분리가 진행되는 동안에도 고온으로 인하여 증발한 오일 유증기인 가스가 분리 탱크(100) 상부에 꽉 차게 되고, 분리 탱크(100) 하부를 흐르면서 상분리가 일어나고 있는 비츄멘 표면에서 강한 압력을 주게 된다.

상술한 바와 같이, 가스에 의해 강한 압력이 비츄멘의 상 분리 효율을 증가 시키므로 비츄멘 분리 탱크(100) 내부는 어느 정도의 양압력이 유지될 수 있도록 함과 함께 압력이 너무 높이 않도록 가스를 배출할 필요가 있다.

상기 가스 회수부(500)는 상기 분리 탱크(100) 내부에 모인 가스를 분리하여 회수하는 부분으로서, 상기 분리 탱크(100)의 상부에 연통되도록 구비된 가스 배출배관(510), 상기 가스 배출배관(510) 상에 구비된 가스 배출밸브(520), 상기 분리 탱크(100) 내부의 압력을 감지하는 압력 감지센서(530) 및 상기 압력 감지센서(530)에서 감지된 압력이 소정 압력 이상 시 상기 가스 배출밸브(520)를 개방하도록 제어하는 압력제어부(540)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 압력 감지센서(530)에서 비츄멘의 상 분리 효율 향상을 위한 적절한 압력이 유지되는 상태에서는 상기 가스 배출밸브(520)를 폐쇄키고, 상기 압력 감지센서(530)에서 감지된 압력이 적절한 압력 이상을 증가하면 상기 가스 배출밸브(520)를 개방시켜 가스를 배출하여 별도의 탱크에 보관하며, 이렇게 회수된 가스는 스팀을 생산하는 보일러의 연료로 사용할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100:분리 탱크 110:유입부
120:배출부 121:침강물 배출부
121a:침강물 배출배관 121b:침강물 배출밸브
121c:싸이클론 121d:침강물 배출펌프
122:침전물 배출부 122a:침전물 배출배관
122b:침전물 배출밸브 122c:침전물 배출펌프
123:비튜멘 배출부 123a:비튜멘 배출배관
123b:비튜멘 배출밸브 123c:비튜멘 배출펌프
200:침강 처리부 210:침강벽
211:시트 파일 211a:침강판
211b:샌드 포켓 300:침전 처리부
310:침전판 400:비튜멘 회수부
410:월류판 411:평판부재
412:워터 포켓 500:가스 회수부
510:가스 배출배관 520:가스 배출밸브
530:압력 감지센서 540:압력제어부

Claims

모래, 물, 비튜멘 및 가스를 포함한 다상의 혼합물이 유입되는 유입부, 상기 유입부로 유입된 다상의 혼합물이 각각 분리되어 배출되는 배출부를 포함하여 형성된 분리 탱크;
상기 유입부로 유입된 혼합물에 포함된 모래가 머물면서 비중차에 의해 낙하되어 침전되도록 하기 위해 상기 분리 탱크 내부의 유입부 측 저면에서 소정 높이로 구비된 복수의 침강벽을 포함하는 침강 처리부;
상기 침강 처리부를 통과한 비튜멘과 물이 머물면서 비중차에 의해 층분리되도록 하기 위해 상기 침강 처리부의 후방 위치의 상기 분리 탱크 내부의 저면에서 소정 높이로 구비된 복수의 침전판을 포함하는 침전 처리부;
상기 침전 처리부를 통과한 미세한 물 입자가 함유된 비튜멘이 머물면서 비중차에 의해 상기 미세한 물 입자가 가라앉도록 상기 침전 처리부의 후방 위치의 상기 분리 탱크 내부의 저면에서 소정 높이로 구비된 월류판을 포함하는 비튜멘 회수부;
상기 분리 탱크 내부에 모인 가스를 분리하여 회수하는 가스 회수부;를 포함하여 구성되되,
상기 복수의 침강벽은 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 연장형성되어 서로 이격되어 배치되고, 각각의 침강벽은 복수의 시트 파일이 직렬로 연결되어 구성되며, 상기 시트 파일은 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치되도록 상기 분리 탱크 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 침강판 및 상기 유입부로 유입된 혼합물에 포함된 모래를 포집하기 위해 상기 침강판의 일측 단부 또는 양측 단부에서 전방측을 향하여 개방되도록 일체로 연장되어 상기 분리 탱크 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 C자 형상의 샌드 포켓을 포함하여 구성되고,
상기 월류판은,
상기 혼합물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치되도록 상기 분리 탱크 내부 저면에서 상방으로 연장형성된 평판부재; 및 상기 평판부재의 상단부를 따라 일체로 형성되고, 전방측을 향하여 개방된 C자 형상의 워터 포켓;을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
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제1항에 있어서,
상기 복수의 침전판은 상기 혼합물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 연장형성되고, 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
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제1항에 있어서,
상기 월류판의 형성높이는,
상기 침강 처리부 및 침전 처리부의 형성 높이보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
제1항에 있어서,
상기 배출부는,
상기 침강 처리부에서 침강되어 분리된 침강물을 배출하는 침강물 배출부; 상기 침전 처리부에서 침전되어 분리된 침전물을 배출하는 침전물 배출부; 및 상기 비튜멘 회수부에서 분리되어 회수된 비튜멘을 배출하는 비튜멘 배출부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
제11항에 있어서,
상기 침강물 배출부는,
상기 침강 처리부에 연결된 침강물 배출배관; 상기 침강물 배출배관 상에 구비된 침강물 배출밸브; 상기 침강물 배출밸브의 후단에 연결되어 침강물 배출배관을 통해 배출된 침강물에 포함된 모래와 유동물질을 분리하고, 분리된 유동물질을 상기 침강 처리부로 재공급하는 싸이클론; 및 상기 침강 처리부 내의 침강물을 상기 싸이클론으로 펌핑하는 침강물 배출펌프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
제11항에 있어서,
상기 침전물 배출부는,
상기 침전 처리부에 연결된 침전물 배출배관; 상기 침전물 배출배관 상에 구비된 침전물 배출밸브; 및 상기 침전 처리부 내의 침전물을 펌핑하는 침전물 배출펌프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
제11항에 있어서,
상기 비튜멘 배출부는,
상기 비튜멘 회수부에 연결된 비튜멘 배출배관; 상기 비튜멘 배출배관 상에 구비된 비튜멘 배출밸브; 및 상기 비튜멘 회수부 내의 비튜멘을 펌핑하는 비튜멘 배출펌프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 회수부는,
상기 분리 탱크의 상부에 연통되도록 구비된 가스 배출배관; 상기 가스 배출배관 상에 구비된 가스 배출밸브; 상기 분리 탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 감지센서; 및 상기 압력 감지센서에서 감지된 압력이 소정 압력 이상 시 상기 가스 배출밸브를 개방하도록 제어하는 압력제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.
제1항에 있어서,
다상의 혼합물이 상기 분리 탱크의 내부로 유입되는 위치는 상기 침강 처리부의 침강벽의 형성높이보다 낮은 높이에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오일샌드의 비튜멘 분리장치.