KR102139953B1 - 디오일링 및 생산수 처리모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물과 오일이 혼합된 유입수를 공급하는 유입수공급부(10);
상기 유입수공급부(10)와 연결되며, 유입수가 공급되는 유입구(21)가 일측에 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 타측에는 내부의 물이 배출되는 유출구(23)가 형성되는 분리부(20);
상기 분리부(20)의 물을 배출하면서, 물을 다시 상기 분리부(20)로 재순환시키는 재순환부(30);
물과 미세기포가 혼합된 혼합물이 유입되는 보조유입구(40);
상기 분리부(20) 외부에 형성되며, 상기 보조유입구(40)를 통해 분리부(20) 내부로 공급하는 미세기포를 발생하는 미세기포발생장치(50);
상기 미세기포에 오일이 흡착되어 부유되는 부유층을 회수하는 오일회수부(미도시);를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈을 제공한다.

Description

디오일링 및 생산수 처리모듈{DEOILING AND PRODUCED WATER TREATMENT MODULE}

본 발명은 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 관한 것으로, 구체적으로 유도가스부상법을 활용한 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 관한 것이다.

석유 자원의 하나인 오일샌드에서 회수되는 비투멘(bituman)(이하, 역청이라 한다)은 과거 질적으로 열악하여 예비적 대체 자원으로만 생각되어 왔으나, 현재 상기 역청으로부터 얻어지는 오일이 원유에서 얻어지는 것과 비교하여 질적이나 비용적인 측면에서 충분히 경쟁력이 있어 이에 대한 연구개발이 다양하게 이루어지고 있다.

여기서, 오일샌드란 타르샌드라고도 불리며 중질의 점도가 높은 탄화수소인 역청을 10~12% 포함하는 사암층이다. 따라서, 오일샌드는 역청뿐만 아니라 모래와 물, 진흙 등이 섞여서 존재하게 되는데, 오일샌드에서 생산되는 역청은 수소가 결핍된 오일로서, 여러가지 공정을 거쳐 역청을 추출하고 추가적인 정제과정을 거쳐 합성원유로 만들어진 후 다른 지역으로 이동된다.

오일샌드로부터 역청을 추출하는 방법으로, 저류층(reservoir)의 깊이가 150ft 이하인 경우, 오일샌드 위에 있는 각종 돌이나 흙을 제거하고 오일샌드를 캐낸 후에 추출 플랜트(extraction plant)로 이동하여 175℉의 온수와 혼합하여 역청을 추출한다. 여기서, 1배럴 정도의 역청을 생산하기 위해서는 2톤 가량의 오일샌드와 2~5배럴의 깨끗한 물, 250ft3의 천연가스가 필요하다. 오일샌드로부터 생산된 역청은 정제과정을 통해 합성원유로 바뀌고 이후 가솔린, 중유, 경유 등으로 분리된다.

전술한 바와 같이, 오일샌드로부터 역청을 추출하는 방법 중에서 가장 많이 사용되고 있는 방법이 유층 내 회수방법이다. 이는 상온에서는 유동하지 않는 오일 샌드층 내의 고점도 오일에 대해 고온 스팀을 압입하여 가열해 오일의 점도를 낮추고, 상기 압입한 스팀이 응집한 고온수와 기름을 회수하는 방법이다. 또한, 오일샌드로부터 역청을 추출하는데 있어 물을 주입하는 방법의 경우, 처리된 물에는 오일 성분과 고체 성분들을 그대로 함유하고 있기 때문에 오일과 고체를 제거할 필요가 있다. 이러한 오일과 고체를 제거하기 위하여 수처리 설비가 사용된다. 상기 수처리 설비는 침전 및 여과에 의한 수처리 과정을 거치도록 되어있으며, 각 단계를 위한 설비는 정밀한 제어를 필요로 하는 설비로서 각 단계별로 이루어지는 수처리 과정에 따라 제거되는 오일이나 고체의 비율이 상이하게 된다.

수처리 설비로 사용되는 대표적인 방법이 유도가스부상법을 이용하는 것이다. 이는 기존의 수처리 방법보다 설치 면적이 작고 처리 시간이 짧은 장점이 있으며 부유물질이 미세기포에 부착되어 부상하도록 하며, 미세기포에 흡착된 부유물들이 스키머(skimmer)에 의해 제거되고, 추가적인 수처리 공정을 통해서 재활용 또는 배출되도록 이루어진다.

상기 유도가스부상법은 유도가스부상장치(Induced Gas Flotation)를 이용하여 미세기포를 주입시켜 부유물질과 흡착된 상태로 상부로 부유하여 제거하는 부상분리 방법이다. 이와 같은 IGF시스템을 사용하는 경우 이덕터 등을 이용하여 미세기포를 발생시켜 진행되는데, 부유물 모두가 부상되지 않거나 부상되더라도 다시 침전될 수 있어 부상되지 않은 침전물들이 처리수와 함께 유출되면서 정화효율이 떨어지고, 이는 결국 처리수를 통과하는 배관을 막고 침전물이 쌓이게 되는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개선된 본 발명의 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈을 개발하기에 이르렀다.

[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-1817123호 ‘셰일가스 수압파쇄 생산수 처리 모듈 및 처리 공정’, 2018년01월04일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-1490147호 ‘생산수 처리방법’, 2015년01월30일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 유도가스부상장치의 내부구성을 개선하여 생산수에 잔존하는 미량의 오일을 효과적으로 제거하고, 이후 수처리과정에서 생산수의 종류에 따라 선택적으로 처리되도록 하는 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈을 제공하고자 한다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 물과 오일이 혼합된 유입수를 공급하는 유입수공급부(10);

상기 유입수공급부(10)와 연결되며, 유입수가 공급되는 유입구(21)가 일측에 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 타측에는 내부의 물이 배출되는 유출구(23)가 형성되는 분리부(20);

상기 분리부(20)의 물을 배출하면서, 물을 다시 유입구(21)로 재순환시키는 재순환부(30);

물과 미세기포가 혼합된 혼합물이 유입되는 보조유입구(40);

상기 분리부(20) 외부에 형성되며, 상기 보조유입구(40)를 통해 분리부(20) 내부로 공급하는 미세기포를 발생하는 미세기포발생장치(50);

상기 미세기포에 오일이 흡착되어 부유되는 부유층을 회수하는 오일회수부(미도시);를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈을 제공한다.

본 개시내용의 실시예에 의하면, 다수의 격벽에 형성된 타공판의 형상에 따라, 생산수 내 잔존 오일 제거 효율이 증대된다는 장점이 있다.

또한, 본 개시내용의 실시예에 의하면, 처리된 생산수 내부의 성분이나 종류에 따라 통과되는 필터를 달리 적용하여 선택적으로 처리되도록 하는 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈을 제공함으로써 수처리 효율이 증대된다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈의 사시도.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈의 내부단면도.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, 격벽의 상세도.
도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, 격벽의 또 다른 실시예에 대한 상세도.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, IGF시스템의 플로우차트.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, 후처리공정의 플로우차트.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 생산수 처리모듈의 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.

그리고 본 발명에서 ‘내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템’과 ‘디오일링 및 생산수 처리모듈’은 동일한 구성임을 미리 명확히 밝히는 바이다.

도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈의 사시도이고,

도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈의 내부단면도이다.

우선, 오일샌드로부터 역청을 추출하는데 있어 물을 주입하는 방법의 경우, 처리된 물에는 오일 성분과 고체 성분들을 그대로 함유하고 있기 때문에 오일과 고체를 제거할 필요가 있다. 이러한 오일과 고체를 제거하기 위하여 수처리 설비가 사용되는데, 상기 수처리 설비는 침전 및 여과에 의한 수처리 과정을 거치도록 되어있으며, 각 단계를 위한 설비는 정밀한 제어를 필요로 하는 설비로서 각 단계별로 이루어지는 수처리 과정에 따라 제거되는 오일이나 고체의 비율이 상이하게 된다. 부유물질이 미세기포에 부착하여 부상시키도록 하는 방법으로, 이러한 수처리 설비로 사용되는 대표적인 방법 중에 하나인 유도가스부상장치를 본 개시내용에서 소개한다.

수처리 설비로 사용되는 대표적인 방법이 유도가스부상법을 이용하는 것이다. 이는 기존의 수처리 방법보다 설치 면적이 작고 처리 시간이 짧은 장점이 있으며 부유물질이 미세기포에 부착되도록 하고,

미세기포발생장치를 이용한 부상분리방식의 유도가스부상장치(Induced Gas Flotation, 이하 IGF라 한다)는 오일샌드에 포함된 석유 성분인 역청을 분리하기 위한 목적의 장치로서, 흡착성 기포 분리법으로 수중의 계면활성 물질, 부유물질(Suspended Solids), 콜로이드, 기타 입자와 같은 다양한 물질들을 분리하는데 사용된다.

본 개시내용의 일 실시예에 따른 ‘내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템’과 ‘디오일링 및 생산수 처리모듈’은,

물과 오일이 혼합된 유입수를 공급하는 유입수공급부(10)와,

상기 유입수공급부(10)와 연결되며, 유입수가 공급되는 유입구(21)가 일측에 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 타측에는 내부의 물이 배출되는 유출구(23)가 형성되는 분리부(20)와,

상기 분리부(20)의 물을 배출하면서, 물을 다시 분리부(20)로 재순환시키는 재순환부(30)와,

물과 미세기포가 혼합된 혼합물이 유입되는 보조유입구(40)와,

상기 분리부(20) 외부에 형성되며, 상기 보조유입구(40)를 통해 분리부(20) 내부로 공급되는 미세기포를 발생하는 미세기포발생장치(50)와,

상기 미세기포에 오일이 흡착되어 부유되는 부유층을 회수하는 오일회수부(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분리부(20)는,

내부에 공간이 형성되는 본체(200)와,

상기 본체(200)의 내부 공간을 구획하는 복수개의 격벽(210)과, 상기 격벽(210)에 의해 본체의 공간이 구획되어 형성되는 챔버(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분리부를 형성하는 본체(200)는 길이방향으로 연장되며 직육면체 또는 원통형으로 이루어져 있으며, 본체(200)의 일측에는 물과 오일이 혼합된 유입수가 공급되는 유입수공급부(10)와 연통된다. 상기 유입수공급부(10)와 연결되는 본체(200) 구간인 유입구(21)를 지나 본체(200) 타측에 형성되며 통과한 물이 배출되는 구간인 유출구(23)를 통해 재순환부(30)로 전달된다. 상기 유출구(23)는 본체(200)를 통과한 처리수가 다시 순환되도록 재순환부(30)로 전달되는 영역과, 처리수를 후처리공정 처리하기 위하여 처리수탱크로 전달하는 배출부(70)로 구성된다. 상기 재순환부(30)로 전달되는 물은 유출구(23)를 통해 배출된 처리수가 순환펌프를 통해 미세기포발생장치(50)를 통과하면서 다시 분리부(20)로 공급된다.

상기 미세기포발생장치(50)는 이덕터(51, eductor) 및 공기와 유수혼합물을 혼합하는 별도의 장비로 미세기포를 형성시키며, 유입조건에 따른 운전인자 제어 위한 Air 유량계 설치하여 제어하는 원리로 이루어진다.

즉, 도 5에서 미세기포발생장치(50)는 이덕터(51)와 포화기(53)와 연결되며, 순환펌프(가압펌프)를 통하여 유입된 순환수가 이덕터(51)를 통과하며 순환수가 공기와 용해한다.

유도가스를 부상조에 유입시키는 방법은 고속 임펠러에 의한 압력으로 공기를 유입수에 공급하는 방법과, 확산기(diffuser)를 사용하여 공기를 유입하는 방법이 있다. 최근에는 확산기에 의한 방법으로 노즐 및 오리피스에 의한 벤트리 효과에 의하여 공기를 유입시켜 확산시키는 방법이 많이 사용되고 있다.

도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, IGF시스템의 플로우차트이다.

미세기포발생장치(50)에서 미세기포를 발생시키는 방법으로는, 유출구(23)에서 가압펌프를 이용하여 순환수를 이동시키는 과정에서 공기압축기를 이용하여 강제적으로 공기를 주입하여 고압하에서 공기를 과포화시켜 미세기포를 발생시키는 방법과, 상기 유출구(23)에서 가압펌프를 이용하여 순환수를 이송하는 과정에서 관내의 유체흐름에 의해 대기중의 공기가 흡입되도록 이덕터를 설치하여 공기를 주입시켜 고압하에서 공기를 과포화시키는 방법으로 원하는 공기량만큼을 주입시켜 미세기포를 발생시키는 방법이 있다.

본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 재순환부(30)에서 배출되는 순환수가 공기주입부(80)로부터 공급되는 공기와 함께 유입되는 이덕터(51)와, 상기 이덕터(51)에서 토출되는 기포 및 순환수가 고압하에서 과포화되는 포화기(53)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 재순환부(30)를 통해 배출되는 처리수는 공기주입부(80)로부터 공급되는 공기와 이덕터(51)로 유입되어 포화기(53)에서 기포 및 처리수를 포화시켜 분리부(20)로 재공급되도록 한다.

또한, 상기 미세기포에 오일이 흡착되어 부유되는 부유층을 회수하는 오일회수부(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 오일회수부(미도시)는 상기 미세기포발생장치(50)로부터 공급되는 미세기포와 흡착되어 수면 위로 떠오른 부유물들을 처리하기 위하여 설치된 구성으로, 미세기포에 흡착된 부유물들이 수면 위에서 스키머(skimmer)에 의해 제거되고, 추가적인 수처리 공정을 통해서 재활용 또는 배출되도록 이루어진다.

오일이 흡착되어 부유되는 부유층은 아래 그림에서 V자형(또는 ㅡ자형) 위어를 타고 넘어간다.

또한 상기 스키머(skimmer)는 제거하는 오일의 함유량 등 다양한 원수의 성분 및 유량에 따라 수위를 조절하여 일정한 체류시간을 가질 수 있도록 위어의 높낮이를 조정할 수 있는 구조로 되어있다.

도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, 격벽의 상세도이다.

상기 분리부(20)는, 내부에 공간이 형성되는 본체(200)와, 상기 본체(200)의 내부 공간을 구획하는 복수개의 격벽(210)과, 상기 격벽(210)에 의해 본체의 공간이 구획되어 형성되는 챔버(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게는, 상기 본체(200)는 길이 방향으로 연장되는 원통형으로 구성될 수 있으며, 그 내부에 생산수가 공급, 배출되는 과정에서 길이방향으로 소정거리 이격되어 복수개의 격벽(210)이 설치된다. 상기 격벽(210)은 본체(200)의 단면에 상응하는 형상을 가지며, 상부는 상기 보조유입구(40)가 관통될 수 있도록 설치된다. 따라서, 상기 보조유입구(40)는 물과 미세기포가 혼합된 혼합물을 유입시키는 구성으로, 상기 복수개의 격벽(210)에 의하여 분할된 공간인 챔버(220)에 보조유입구(40), 보다 상세하게는 보조유입구(40)를 따라 연결되는 복수의 노즐(41)이 개별적으로 설치되어 미세기포와 물이 혼합된 혼합물이 다시 분리부(20) 내부로 공급되어 유도가스부상법에 의해 부유물을 제거하도록 한다.

본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 격벽(210)의 하부에 타공판(211)이 형성되어, 유체가 상기 타공판을 통해 이동하는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게는, 종래 IGF 시스템 내부에서 생산수가 격벽을 통과하는 과정을 살펴보면 격벽이 일정한 높이로 형성되어 그 이상으로 생산수가 차오르게 되면 격벽상부로 이동하거나, 격벽 하부에 형성된 개구를 통해 생산수가 이동하는 방식으로 구성된다.

그러나 실제 격벽을 통해 이동하는 처리수는 미세기포와 반응하지 않고 다음 챔버(220)로 이동하는 문제점이 발생할 수 있고, 특히 유입구(21)를 통해 공급되는 생산수의 양 대비 미세기포가 상대적으로 적어 미반응 오일이 그냥 월류할 가능성이 많다.

따라서, 격벽(210)을 설치하되, 상부로는 생산수가 유동하지 못하도록 하고, 그 하부에 타공판(211)이 형성되어 타공판(211)을 통해 생산수가 유동하도록 하며, 상기 보조유입구(40)의 노즐(41)로부터 공급되는 미세기포가 챔버(220) 하부에서 공급되도록 하여 생산수가 격벽 상부로 이동하는 IGF시스템에 비하여 미반응 오일의 월류 가능성을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 격벽(210)에 형성되는 타공판(211)은, 상기 본체(200)의 일측에서 타측을 향해 나선형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 본체(200) 내부를 통과하는 생산수가 빠르게 격벽(210)을 통과하면 그만큼 미세기포와 반응하지 않은 오일의 양이 많게 되므로, 생산수가 본체(200) 내부에 체류하는 시간을 연장시키면서 효율적으로 오일을 처리할 필요가 있다. 따라서, 상기 격벽(210)의 하부에 형성되는 타공판(211)이 길이 방향을 따라 이격되어 설치되는 방향을 달리 적용함으로써, 생산수가 격벽(210) 하부를 통해서만 이동하는 것이 아니라 일종의 나선형으로 회동하면서 이동될 수 있다. 그에 따라, 이동하는 생산수의 유속이 감소하게 되고, 상기 보조유입구(40)의 노즐(41)을 통해 공급되는 미세기포와 반응하는 오일의 양을 증대시킬 수 있게 된다.

도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, 격벽의 또 다른 실시예에 대한 상세도이다.

본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 격벽(210)의 하부에는 유체가 이동할 수 있는 개구(213)가 형성되고, 상기 개구(213)에는 두 개의 다공판(215)이 십자 형태로 교차되어 회전하면서 유체를 이동시키는 것을 특징으로 한다.

전술한 미세기포와 반응하는 오일의 양을 증대시키기 위한 다른 실시예로서, 상기 격벽(210)의 하부에는 타공판(211)이 형성되되, 그 형상을 달리함으로써 달성할 수 있다.

예를 들어, 상기 격벽(210)의 하부에는 생산수가 이동할 수 있도록 개구(213)가 형성되고, 상기 개구(213)에 타공판(211)이 설치되되, 상기 타공판(211)의 형상을 하나 이상의 다공판(215)이 생산수의 유속에 따라 회동할 수 있는 구성으로 이루어질 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 다공판(215)는 두 개의 판 형상에 다수의 미세한 개구가 형성된 타공판 형상을 가질 수 있으며, 상기 두 개의 타공판이 십자 배치되어 격벽(210)의 개구(213)에 설치될 수 있다. 그에 따라, 유동하는 생산수가 그 유속에 따라 회전하는 회전식 모듈로 이루어진 다공판(215)으로 인하여, 회전에 의한 관성력으로 유체이동의 효율성을 증대시킴과 동시에 상기 다공판(215)의 회전과 상기 다공판(215)에 형성된 개구로 인하여 상기 미세기포와 반응하는 오일의 양을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내부 형상과 구조가 개선된 IGF 시스템 그리고 디오일링 및 생산수 처리모듈에 있어서, 후처리공정의 플로우차트이다.

본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 유출구(23)를 통해 배출되는 처리수는 처리수탱크(70)로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 처리수탱크(70)에 설치되며, 공급되는 처리수를 감지하는 감지센서(71)와, 상기 감지센서(71)로부터 감지된 처리수가 통과되는 필터를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 유출구(23)와 상기 처리수탱크(70) 사이에는 열교환기(75)가 설치되며, 상기 열교환기(75)는 상기 처리수의 온도를 소정의 온도로 일정하게 제어하는 것을 특징으로 한다.

부연하면 상기 소정의 온도는 멤브레인 필터의 성능특성에 최적화된 온도를 말한다.

상기 분리부(20)를 통과한 처리수중에서 재순환부(30)가 아닌 처리수탱크(70)로 공급되는 처리수는 오일과 같은 부유물이 스키머와 미세기포등을 통해 상당부분 제거된 상태의 처리수이고, 이와 같은 처리수는 이후 후처리공정을 통해 다수의 필터를 통과하면서 추가적인 수처리가 이루어진다.

우선, 상기 처리수는 처리수탱크(70)로 공급되어 일정부분 저장된 후에 이후 추가적인 후처리공정이 이루어진다. 상기 처리수탱크(70)는 공급되는 처리수를 감지하는 감지센서(71)를 포함한다. 상기 감지센서(71)는 분리부(20)를 통과하여 1차적으로 필터링된 처리수의 종류를 감지하고 그 종류에 따라 후처리공정에서 이루어지는 다수의 필터를 선택적으로 통과되도록 제어하기 위한 장치이다.

오일샌드로부터 역청을 추출하는 방법은 다양하고, 이렇게 다양한 방법을 통해 오일샌드로부터 역청을 추출하는데 사용되는 생산수 또한 다양하게 존재하게 된다. 예를 들어, 저류층의 깊이가 150ft 이하인 경우 이용하는 방법으로 오일샌드를 추출하여 추출 플랜트로 이송시킨 후에 175℉의 온수와 혼합하여 역청을 추출하는 방법이 사용될 수 있고, 저류층의 깊이가 깊어 직접적인 채굴이 불가능한 경우에 SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage) 방법을 이용하여 역청을 추출하는 방법이 존재한다. 상기 SAGD는 먼저 저류층에 스팀 주입정(steam injection well)과 오일 생산정(oil production well)을 뚫고, 파이프라인을 통해 고압의 스팀을 주입하여 저류층에 스팀 공간(steam chamber)을 형성하고 고온의 스팀에 의해 역청의 점성이 떨어지면, 이 역청은 중력에 의해 아래에 있는 생산정으로 흘러 내려가게 되고 펌프에 의해 지표면으로 올라오게 되는고, 역청은 물과 섞여 있으므로 분리하게 되고 그 물은 다시 스팀으로 사용하는 방법이다.

특히 저류층의 두께나 투수성, 역청의 점성, 저류층의 깊이, 가스층과 지하수층의 위치 등과 같은 변수에 따라 상기 SAGD가 영향을 받게 된다.

예를 들어, 캐나다 알버타 지역에서 아타바스카 지역은 15m, 콜드 레이크 지역은 20m, 피스 리버 지역은 30m 이상의 두께를 가져야 성공적인 SAGD를 수행할 수 있다. 투수성은 스팀으로 역청의 점성도가 낮아져 생산정 부근으로 흐르는 위치에서는 투수성이 높아야 생산에 유리하고, 저류층의 위쪽 부근에서는 투수성이 낮아야 스팀이 빠져나가지 않고 수평방향으로 펴지면서 효율을 높여준다. 지하수층의 존재는 SAGD의 수행에 나쁜 영향을 준다. 특히, 저류층의 아래쪽에 존재하는 것 보다 위쪽에 존재하는 것이 더 큰 영향을 준다. 또한 가스층은 열이 지표면으로 빠져나가는 것을 막아 SAGD의 수행에 도움을 준다.

이와 같이, 다양한 종류의 역청 추출방법에 따라 다양한 생산수가 존재할 수 있는데, 이러한 생산수가 IGF를 통과한 이후 후처리공정에서 함유하고 있는 부유물이나 성분에 따라 통과되는 필터를 선택적으로 적용함으로써 처리 효율이 상승될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 처리수탱크(70)에 설치되며, 공급되는 처리수를 감지하는 감지센서(71)와, 상기 감지센서(71)로부터 감지된 처리수가 통과되는 필터를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 처리수탱크(70)에 설치되는 감지센서(71)는 처리수탱크(70)로 공급되는 처리수의 성분을 감지하고 그에 따라 처리수가 이후의 후처리공정에서 어떤 필터에서 집중적으로 필터링되어야 하고, 어떤 필터는 간단히 지나가도 되는지 등에 대한 상세한 정보를 감지하게 된다. 다음으로, 상기 감지센서(71)에서 감지된 신호를 제어부(미도시)로 전송하게 되고, 상기 제어부(미도시)에서는 이후 진행되는 후처리공정의 필터를 선택적으로 적용하여 통과될 수 있도록 제어한다.

본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 감지센서(71)로부터 감지된 처리수는, A/C필터(300), 오일필터(400), 이온화필터(500), MICRO필터(600) 및 R/O MEMBRANE필터(700)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 필터를 통과하는 것을 특징으로 한다.

상기 A/C필터(300)는 활성탄 여과장치로서, 물리적인 여과효과 및 활성탄 특유의 흡착력을 이용하여 원수중의 유기물제거, 탈색 탈취, 탈기의 효과와 페놀, ABS, 벤젠등을 흡착 제거하고 COD(화학적 산소요구량)성분 제거에도 효과가 있다. 활성탄은 탄소를 함유하는 물질을 KINASE로서 활성화함으로서 얻어진 비결정성 탄소를 주로하는 흡착제로서 대단히 큰 비표면적과 흡착능력을 갖고 있다. 상기 A/C필터는 기존에 공지된 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 오일필터(400)는 Vertical형 마이크로 필터 카트리지식을 사용할 수 있다. 이는 원수중의 오일성 물질을 여과하여 역삼투 막설비로의 유입부하를 최소화하여 안정적인 운전 및 담수 생산을 위한 수처리 설비이다.

상기 이온화필터(500)는 경수연화장치를 의미하며, 공급되는 처리수에 들어있는 칼슘이나 마그네슘 같은 성분을 제거하여 경수를 연수로 만들어주는 장치이다.

상기 MICRO필터(600)는 처리수가 미세한 크기의 마이크로구멍들을 가진 필터를 통과시키기 위한 장치로서, 서로 다른 크기의 물질들을 분리, 여과하기 위한 장치이다.

상기 R/O MEMBRANE필터(700)는 역삼투방식을 통해 전처리설비를 거쳐 여과한 원수를 역삼투압 원리로 담수화하는 담수 설비이다.

따라서, 상기 감지센서(71)로부터 감지된 처리수는, 내포하고 있는 성분이나 생산수의 종류에 따라, 통과되는 필터를 선택적으로 적용하기 위하여 전술한 제어부(미도시)로 신호를 송신하고, 상기 제어부(미도시)에서는 상기 A/C필터(300), 오일필터(400), 이온화필터(500), MICRO필터(600) 및 R/O MEMBRANE필터(700)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 필터를 통과할 수 있도록 제어한다. 그에 따라, 후처리공정에서 이루어지는 수처리공정의 효율성이 증대될 수 있다.

본 개시내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 감지센서(71)는 처리수에 포함된 계면활성 물질, 용존 물질, 유기 또는 무기이온, 콜로이드의 함유량을 감지하고, 그에 따라 처리수가 통과하는 필터의 처리수 통과 여부를 제어하도록 제어부(미도시)로 신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 유입수공급부
20 : 분리부
21 : 유입구
23 : 유출구
30 : 재순환부
40 : 보조유입구
41 : 노즐
50 : 미세기포발생장치
51 : 이덕터(eductor)
53 : 포화기
70 : 처리수탱크
71 : 감지센서
80 : 공기주입부
200 : 본체
210 : 격벽
211 : 타공판
213 : 개구
215 : 다공판
220 : 챔버
300 : A/C필터
400 : 오일필터
500 : 이온화필터
600 : MICRO필터
700 : R/O MEMBRANE 필터

Claims (5)

1. 물과 오일이 혼합된 유입수를 공급하는 유입수공급부(10); 상기 유입수공급부(10)와 연결되며, 유입수가 공급되는 유입구(21)가 일측에 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 타측에는 내부의 물이 배출되는 유출구(23)가 형성되는 분리부(20); 상기 분리부(20)의 물을 배출하면서, 물을 다시 상기 분리부(20)로 재순환시키는 재순환부(30); 물과 미세기포가 혼합된 혼합물이 유입되는 보조유입구(40); 상기 분리부(20) 외부에 형성되며, 상기 보조유입구(40)를 통해 분리부(20) 내부로 공급하는 미세기포를 발생하는 미세기포발생장치(50); 및 상기 미세기포에 오일이 흡착되어 부유되는 부유층을 회수하는 오일회수부(미도시);를 포함하고,
   상기 분리부(20)는, 내부에 공간이 형성되는 본체(200); 상기 본체(200)의 내부 공간을 구획하는 복수개의 격벽(210); 상기 격벽(210)에 의해 본체의 공간이 구획되어 형성되는 챔버(220);를 포함하며,
   재순환부(30)에서 배출되는 순환수가 공기주입부(80)로부터 공급되는 공기와 함께 유입되는 이덕터(51); 상기 이덕터(51)에서 토출되는 기포 및 순환수가 고압하에서 과포화되는 포화기(53);를 더 포함하고,
   상기 유출구(23)를 통해 배출되는 처리수는 처리수탱크(70);로 공급되는 것을 특징으로 하며,
   상기 처리수탱크(70)에 설치되며 공급되는 처리수를 감지하는 감지센서(71); 및 상기 감지센서(71)로부터 감지된 처리수가 통과되는 필터를 제어하는 제어부(미도시);를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 감지센서(71)로부터 감지된 처리수는 A/C필터(300), 오일필터(400), 이온화필터(500), MICRO필터(600) 및 R/O MEMBRANE필터(700)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 필터를 통과하는 것을 특징으로 하되,
   상기 본체(200)는 길이방향으로 연장되어 직육면체 또는 원통형으로 이루어지며, 상기 본체(200) 일측에 상기 유입수공급부(10)가 연통되고,
   상기 유출구(23)는 상기 본체(200)를 통과한 처리수가 다시 순환되도록 상기 재순환부(30)로 전달되는 영역과, 처리수를 후처리공정으로 처리하기 위하여 처리수탱크로 전달하는 배출부(70)로 구성되며,
   상기 유출구(23)를 통해 배출된 처리수가 순환펌프를 통해 미세기포발생장치(50)를 통과하면서 다시 분리부(20)로 공급되고,
   상기 미세기포발생장치(50)는 상기 이덕터(51)와 상기 포화기(53)와 연결되며, 가압펌프를 통하여 유입된 순환수가 상기 이덕터(51)를 통과하며 순환수가 공기와 용해되며,
   상기 미세기포발생장치(50)는 가압펌프를 이용하여 순환수를 이송하는 과정에서 관내의 유체흐름에 의해 대기중의 공기가 흡입되도록 상기 이덕터(51)를 설치하여 공기를 주입시켜 고압하에서 공기를 과포화시키는 방법으로 원하는 공기량만큼을 주입시켜 미세기포를 발생시키는 방법을 이용하고,
   상기 재순환부(30)를 통해 배출되는 처리수는 상기 공기주입부(80)로부터 공급되는 공기와 상기 이덕터(51)로 유입되어 상기 포화기(53)에서 기포 및 처리수를 포화시켜 분리부(20)로 재공급되는 것을 특징으로 하고,
   상기 감지센서(71)는 처리수에 포함된 계면활성 물질, 용존 물질, 유기 또는 무기이온, 콜로이드의 함유량을 감지하고, 그에 따라 처리수가 통과하는 필터의 처리수 통과 여부를 제어하도록 제어부(미도시)로 신호를 전달하는 것을 특징으로 하며,
   상기 유출구(23)와 상기 처리수탱크(70) 사이에는 열교환기(75)가 설치되며,
   상기 열교환기(75)는 상기 처리수의 온도를 소정의 온도로 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하고,
   상기 격벽(210)의 하부에는 유체가 이동할 수 있는 개구(213)가 형성되고,
   상기 개구(213)에는 두 개의 다공판(215)이 십자 형태로 교차하여 회전하면서 유체를 이동시키는 것을 특징으로 하되,
   상기 다공판(215)은 유체의 유속에 따라 회전하는 회전식 모듈로써 회전에 의한 관성력에 의하여 유체이동을 증대시키며, 상기 다공판(215)의 회전과 상기 다공판(215)에 형성된 개구로 인하여 상기 미세기포와 반응하는 오일의 양을 증대시키는 것을 특징으로 하는 디오일링 및 생산수 처리모듈.
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