KR102047042B1 - 처리액에서 염을 제거하는 공정 - Google Patents

Abstract

산이 처리액과 혼합되고 산 및 처리액의 혼합물이 탈가스 저장소로 도입되어, 그리하여 산 및 분해성 가스의 반응에 의해 형성된 가스가 방출되고 산 분해성 오염물이 없는 처리액을 탈가스 저장소로부터 꺼내는, 분해성 오염물을 처리액으로부터 제거하기 위한 공정.

Description

처리액에서 염을 제거하는 공정{PROCESS FOR REMOVING SALTS FROM A PROCESSING LIQUID}

관련된 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 이의 개시 내용이 모든 목적을 위해 본 발명에서 참조로서 포함되는 2012년 2월 20일에 출원된 U.S. 출원 번호 61/600,854에 기반하여 우선권을 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 특정 분야에 사용된 처리액을 회수하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 재사용하기 위한 처리액의 재생에 앞선 특정 산 분해성 염의 제거에 관한 것이다.

U.S. 특허 5,152,887, 5,158,649, 5,389,208, 5,441,605, 5,993,608 및 6,508,916에, 예를 들어, 물, 물보다 높은 끓는 점을 가지는 처리액, 임의로 처리액 및 물보다 더 휘발성인 하나 이상의 추가적인 성분, 및 처리액 및 물보다 휘발성이 낮고, 처리액에 용해되거나 현탁될 수 있는 하나 이상의 성분을 포함하는 혼합물로부터 처리액을 회수하는 것과 같은, 처리액을 회수하기 위한 재생 공정이 개시된 바 있다.

앞서 언급한 특허들에 개시된 공정에서, 용해되지 않은 염 (오염물) 의 존재가 공정을 복잡하게 하며 염을 공정에서 분리할 필요가 있게 만든다. 특히 이의 개시 내용이 모든 목적을 위해 본 발명에서 참조로서 포함되는 U.S. 특허5,993,608 및 U.S. 특허 6,508,916에는, 처리액의 어떤 실질적인 분해를 방지하는 조건 하에, 용해 및/또는 현탁되는 휘발성이 낮은 성분, 예를 들어, 염이 처리액으로부터 제거될 수 있는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 만일 처리액 그 자체가 재생 공정에 주어지기에 앞서 적어도 일부 염이 제거될 수 있다면, 그 것은 여전히 바람직할 것이다. 처리액에 용해된 탄산염 및 중탄산염 염은 재생 공정 동안 축적될 수 있어 바람직하지 않은 효과로 이어진다. 사용된 처리액이 재생 시스템에 들어가기에 앞서 이런 염들 또는 다른 산 분해성 염이 제거될 수 있다면 이것은 분명히 바람직할 것이다.

앞서 언급한 특허에 기재된 공정의 한 특정 측면에서, 알코올, 글리콜, 알칸올아민 및 기타 그러한 물질들과 같은 특정 처리액은, 특히 해양 플랫폼에서의 석유 및 가스 생산에서 가스 하이드레이트 형성(gas hydrate formation)을 방지하기 위해 및/또는 산성 가스를 제거하기 위해 사용될 수 있다.

생산 튜브, 밸브 및 다른 기타 장비가 내포 화합물(clathrates)로 차단되는 것을 방지하기 위해 하이드레이트 조절이 석유 및 가스 생산에 중요하다. 하이드레이트 억제제는 알콜 (예를 들어, 메탄올) 및 글리콜 (예를 들어, 모노에틸렌 글리콜)과 같은 열역학 하이드레이트 억제제, 동역학 하이드레이트 억제제 (예를 들어, 폴리비닐카프롤락탐, 중합체, 공중합체 또는 이의 혼합) 및 항-응집체 하이드레이트 억제제 (예를 들어, N-부틸-N(3-(Boc아미노)-3-옥소프로필)부탄-1-아미늄 아세테이트)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 분배기(production manifold)에서 또는 그 근처에서 도입되고 목적 저장소로부터 생산되는 형성수(formation water), 응축수 및 탄화수소 상(hydrocarbon phase)과 함께 역류한다. 이러한 공정에서, 예를 들어, 모노에틸렌 글리콜이 응축수, 형성수, 형성수에 함유된 염, 유동 안정성 루프 부식 억제제(flow assurance loop corrosion inhibitor), 밀 스케일(mill scale)과 같은 유동 안정성 루프 부식 생성물 및 황화철로 오염될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 특정 오염물/염은 선택된 하이드레이트 억제제의 하이드레이트 조절 능력을 재도입에 이용할 수 없게 만드므로, 도입에 앞서 오염물이 제거될 필요가 있다. U.S. 특허 5,993,608 및 U.S. 특허 6,508,916에서의 교시는 이러한 사용된 처리액으로부터 이러한 오염물의 제거를 수행하기 위한 공정 및 장치를 제공한다.

형성수가 탄산염 및/또는 중탄산염의 염을 함유하는 경우, 또 특히, 석유 및 가스 생산 및 특별히 가스 하이드레이트의 방지와 관련하여, 탄산염 및/또는 중탄산염 염은 사용된 처리액에서 상대적으로 낮은 수준 내지 결정 (침전) 염의 형성 가능성으로 이어지는 포화 수준을 넘은 농도의 범위일 수 있다. 앞서 언급한 특허에 기재된 공정 동안 이러한 염들은 염의 결정 (침전) 형성을 초래하는 포화 수준 이상으로 확실히 농축된다. 그러나, 만약 물이 임의로 제거되는 재건(regeneration), 염이 제거되는 재생(reclamation) 또는 이들의 조합인 어떠한 사용된 처리액 용매/재생 회수 공정의 상류에서 이들 침전된 염들이 발생한다면, 이러한 침전된 고체의 존재가 장비의 증가된 오손(fouling)을 유도하고 이러한 염들로부터 유용한 처리액의 분리가 보다 복잡해질 수 있다.

산 가용성 염이 유발할 수 있는 추가적인 문제는 시간이 지남에 따라 처리액의 pH 증가가 제어되지 않는 것이다. 시험은 중탄산염이 온도에 따라 탄산염 및 이산화탄소로 분해될 수 있음을 나타냈다. 처리액의 탄산염 함량이 증가함에 따라, pH도 증가한다. 이것은 일정 기간 동안에는 이로울 수 있지만, 체크하지 않고 내버려두면, 12 근처의 극도로 높은 pH 값이 달성될 수 있으며 글리콜 기반 억제제에 대해 원치 않는 젤라틴화를 유도할 수 있다. 중탄산염/탄산염의 제거에 의해, pH 수준에 대한 제어가 회복될 수 있고 선택적 첨가를 통해 유지될 수 있다.

본 발명의 개요

따라서 본 발명의 측면에 따라, 본 발명은 산 분해성 염을 제거함으로써 재생 공정에서의 이러한 염의 결정 또는 용해되지 않는 형태의 축적을 방지하기 위해 재생될 처리액을 전처리하는 공정을 제공한다. 한 예로서, 사용된 처리 용액이 탄산염 및/또는 중탄산염을 함유한다면, 이 탄산염을 CO₂, 물 및 염화나트륨으로 분해하기 위해 염산과 같은 산으로 처리될 수 있으며, 여기서, 산은 염산으로 한정되지 않는다.

도 1은 산 분해성 염을 추가로 재생될 처리액으로부터 제거하는 한 공정의 개략 흐름도이다.
도 2는 도 1과 유사하나 본 발명의 또 다른 측면을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1 및 2와 유사하나 본 발명의 또 다른 측면을 나타내는 개략도이다.

바람직한 양태의 구체적인 설명

본 발명에서 사용되는, 용어 산 분해성 염은 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그내슘, 등과 같은 알칼리 및 알칼리 토금속의 탄산염 및/또는 중탄산염을 말한다. 그러나, 본 발명의 공정은 이의 존재가 처리액의 재생 공정의 하류(downstream)에 유해하게 영향을 미칠 수 있는 것이면 산 분해성 염이 알칼리 및/또는 알칼리 토금속의 탄산염 또는 중탄산염이든 그렇지 않은 어떠한 산 분해성 염에도 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.

본 발명이 특히 유정 및 가스정 조작에서 가스 하이드레이트 형성을 방지하는데 사용되는 공정 처리액에 대해서 기재될 것이지만, 그렇게 한정하기 위함이 아님이 이해되어야 한다. 사실, 공정은 산 분해성 염을 함유하는 사용된 처리 유체를 재생하여 이것이 재사용될 수 있도록 하기 위한 어떤 방식에서도 사용될 수 있다.

산이 산 분해성 염과 반응하여 처리액의 재생 중 공정에서 또 다시 축적되는 다른 불용성 또는 난용성인 염을 형성하지 않는 조건에서 다양한 산이 사용될 수 있음이 인식될 것이다. 산의 비제한적인 예들은 염산, 특정 유기산 등을 포함한다.

따라서, 도 1을 참조하면, 처리액이 라인 (9)를 통해 처리액의 성질에 따라 원하는 온도까지 가열되는 열교환기 (10)으로 도입되고, 그 후에 감압에서 작동되는 탈가스 저장소 (12)로 통과되고, 그러한 감압은 사실상 라인 (14)를 통해 액체로부터 방출될 예정인 휘발성 탄화수소 및 다른 휘발성 가스뿐만 아니라 CO₂ 및 H₂S와 같은 동반된 산 가스를 야기한다. 필요에 따라, 저장소 (12)로부터 휘발성 탄화수소뿐만 아니라 동반된 가스를 플러시(flush)하는 것을 돕기 위해, 처리액 내의 어떤 성분과 유해하게 반응하지 않는, 스위프(sweep) 가스, 예를 들어, 질소, 연료 가스 또는 임의의 가스가 탈가스 저장소 (12)로 라인 (11)을 통해 도입될 수 있다. 일반적으로, 스위프 가스가 사용될 때, 이는 약 8 내지 12 kg/h의 유량으로 도입될 것이다.

단, 라인 (14)의 내용물이 무산소 상태로 유지되어야 한다. 저장소 (12)의 가스를 원하는 정도로 적절히 제거할 만큼 열교환기 (10) 및 라인 (14) 끝점 사이에 충분한 압력 강하가 존재한다면, 스위프 가스의 첨가가 요구되지 않는다. 탈가스 저장소 (12)를 떠나는 탈가스된 액체는 그 후에 라인 (16)을 통해 산과 혼합되며, 혼합물은 인라인 믹서 (18) 또는 다른 혼합 기기를 통과하고, 분해된 염 유래 분해 가스, 예를 들어 CO₂가 라인 (22)를 통해 제거되는 탈가스 저장소 (20)로 도입된다. 저장소 (20)으로부터의 CO₂ 제거는 이전에 언급된 스위프 가스 중 하나를 라인 (21)을 통해 최대 10 kg/h까지로 탈가스 저장소 (20)의 하부로 첨가함으로써 촉진될 수 있다. 믹서 (18) 및 라인 (22) 끝점 사이에 모든 CO₂를 라인 (22)를 떠나는 처리액으로부터 제거하기에 충분한 압력 강하가 존재한다면, 스위프 가스의 첨가가 요구되지 않는다. 탄산염 및/또는 중탄산염이 없는 탈가스 저장소 (20) 에서 나온 처리액은 그 후에 처리액 재생 공정을 위해 공정에 라인 (24)를 통해 하류로 전달된다. 탈가스 저장소 (12)의 경우에서와 같이, 액체로부터 CO₂ 가스의 제거가 촉진되게 하기 위하여 탈가스 저장소 (20)는 감압하에서 작동하는 것이 바람직할 것이다. 탈가스 저장소 (12) 또는 탈가스 저장소 (20) 중 하나로부터 배기되는 CO₂와 같은 가스는 통상의 기술자에게 자명한 다양한 방법을 통해 수집될 수 있다. 예를 들어, CO₂는 대기로의 배기, 보조적 압축, 격리 등을 위해 CO₂ 도입 시설인 저압 플레어 헤더(flare header)로 보내질 수 있다

다음으로 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1의 공정의 변형을 나타낸다. 도 2에 나타낸 공정에서, 처리액은 가열되기 위하여 열교환기 (10)을 통과하고, 산이 라인 (16)을 통해 첨가되며, 혼합물은 인라인 믹서 (18)를 통과하여 CO₂가 라인 (22)를 통해 방출되는 탈가스 저장소 (20)로 전달되며, 탈가스 저장소는 감압하인 것이 바람직하고, 추가로 처리되기 위해 탄산염/중탄산염이 없는 처리액이 라인 (24)를 통해 꺼내진다. 볼 수 있듯이, 도 2에서의 공정은 임의의 탈가스 저장소에 진입하는 스트림에 앞서 가열 단계 및 산 첨가 단계가 합쳐질 수 있는 점이 도 1에서의 공정과 다르다. 도 1과 같이 이전에 언급된 두 스위프 가스 중 하나를 라인 (21)을 통해 최대 약 10 kg/h까지로 첨가함으로써 저장소 (20)으로부터 CO₂의 제거를 돕기 위한 준비를 가능하게 할 수 있다. 믹서 (18) 및 라인 (22) 끝점 사이에 라인 (24)를 통해 떠나는 처리액으로부터 모든 CO₂를 적절히 제거하기에 충분한 압력 강하가 존재한다면, 스위프 가스의 첨가가 요구되지 않는다.

도 3에서 나타낸, 또 다른 공정의 변형에서, 가열 단계가 생략될 수 있다. 이 경우에, 사용된 처리액에 산이 라인 (16)을 통해 첨가되고, 혼합물은 믹서 (18)을 통과하여 바람직하게는 저압에서, 예를 들어, 진공하에 작동되는 탈가스 저장소 (20)로 전달되며, 탈가스 저장소로부터 CO₂가 라인 (22)를 통해 제거되고, 추가로 처리되기 위해 탄산염/중탄산염이 없는 처리액이 라인 (24)를 통해 꺼내진다. 앞서 기재된 바와 같이, 스위프 가스는 공정 조건의 필요에 따라 라인 (21)을 통해 이 구성에 적용될 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 처리액으로부터 탄산염 및/또는 중탄산염을 제거가 효과적이도록 어떤 종류의 산도 사용될 수 있음이 이해될 수 있을 것이다. 다시 한 번 말하건데 사용되는 산은 탄산염/중탄산염과 반응하여 하류에서 또 다른 고체 제거 문제를 야기할 뿐인, 불수용성 또는 난용성 염 또는 다른 고체를 형성하지 않아야 한다. 또한, 제시된 산 분해가 하류 공정에서 고체 축적 문제를 다시 제기할 수 있는 불수용성 내지 난용성 염의 형성을 초래하지 않는, 탄산염 및/또는 중탄산염 이외의 산 분해성 염이 고려될 수 있음이 이해될 것이다.

사용된 처리액 재생을 위해 본 발명의 염 제거 공정은 앞서 언급한 특허들에 기재된 공정과 조합하여 특별한 용도를 발견했다. 따라서, 처리액은 특정 공정에 사용되어 비정상적으로 처리액에 존재하는 성분으로 오염되는 또는 적어도 사용 후에 이를 함유하는 임의의 액체일 수 있다. 따라서, 처리액은 가스류에서 원치 않는 오염물을 제거하는데 사용하는 가스 스크러빙 매질(gas scrubbing medium), 원하는 성분을 가스류 또는 액체류로부터 회수하기 위한 선택 용매, 고체의 선택적인 성분 제거를 위해 고체를 처리하는데 사용되는 매질 등 중에 하나일 수 있다. 또한 상기에서 언급한 바와 같이, 처리액은 또한 천연 가스 회수에 사용되는 것일 수 있으며, 상기에서 처리액은 가스 하이드레이트의 형성을 방지하게 위해 사용된다.

Claims (9)

1. 산 및 처리액의 혼합물을 생성하기 위해 산을 산 분해성 오염물을 함유하는 상기 처리액의 흐름으로 도입하는 단계로서, 상기 처리액이 알코올, 글리콜 및 알칸올아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계;
   상기 혼합물을 상기 산과 상기 산 분해성 오염물의 반응에 의해 형성된 분해 가스가 방출되는 탈가스 저장소로 도입하는 단계; 및
   상기 분해 가스를 상기 탈가스 저장소로부터 제거하는 단계; 및
   상기 산 분해성 오염물이 없는 상기 탈가스 저장소로부터 처리액을 제거하는 단계를 포함하는, 처리액으로부터 산 분해성 오염물을 제거하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물이 상기 탈가스 저장소로 도입되기에 앞서 인라인 믹서를 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탈가스 저장소로부터 분해성 가스를 스위프하기 위해 스위프 가스(sweep gas)가 상기 탈가스 저장소로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 탈가스 저장소가 진공하에 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 처리액이 상기 산과 혼합되기에 앞서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 처리액이 상기 산과 혼합되기에 앞서 상기 처리액으로부터 CO₂ 및 H₂S로부터 선택된 동반된 가스를 제거하기 위해 상기 처리액을 탈가스 구역에 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 탈가스 구역이 진공하에 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 탈가스 구역으로부터 동반된 가스의 제거를 돕기 위해 스위프 가스를 상기 탈가스 구역으로 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. CO₂ 및 H₂S로부터 선택된 동반된 가스를 처리액으로부터 제거하기 위해 산 분해성 오염물을 함유하는 상기 처리액을 진공 상태하에 작동되는 탈가스 구역으로 도입하는 단계로서, 상기 처리액이 알코올, 글리콜 및 알칸올아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계;
   상기 처리액을 상기 탈가스 구역으로부터 제거하는 단계;
   상기 처리액을 산과 혼합하는 단계; 및
   상기 산과 상기 산 분해성 오염물의 반응에 기인한 분해 가스를 제거하기 위해 산 및 상기 처리액의 상기 혼합물을 탈가스 저장소로 도입하는 단계를 포함하는, 산 분해성 오염물을 함유하는 처리액을 전처리하는 방법.

Images