KR102474093B1 - 염 제거용 후처리장치 - Google Patents

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Abstract

염 제거용 후처리장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치는 진공의 감압된 상태에서 MEG 혼합유체로부터 MEG를 증발시켜 염(salts)을 제거하는 염제거부; 증발된 MEG를 냉각시키는 냉각기; 냉각기 후단에 마련된 진공리시버; 입구 쪽에서 유입된 유체를 출구 쪽으로 고속 분출시켜 진공리시버 내의 기체를 회수하여 진공리시버 및 그 전단을 구성하는 염제거부를 진공 상태로 만드는 이젝터;를 포함한다.

Description

염 제거용 후처리장치{RECLAMATION APPARATUS USED FOR SALTS REMOVAL}
본 발명은 염 제거용 후처리장치에 관한 것이다.
심해에서 천연가스의 생산 시, 저온 고압의 조건으로 인해 천연가스에 포함된 물은 하이드레이트(hydrate)로 존재한다. 파이프라인을 통하여 천연가스를 공급하는 경우, 하이드레이트가 파이프라인의 내측을 타격하여 손상을 주거나 부식시킬 수 있으며, 심한 경우 파이프라인이나 가스전이 막히는 사고가 발생할 수 있다. 따라서, 하이드레이트의 생성을 억제하기 위하여 MEG(Mono Ethylene Glycol; 모노에틸렌글리콜)를 주입한다.
MEG는 습기를 흡수하는 강력한 친수성을 갖고 있으며, 투입된 양의 90% 이상이 해양 생산 탑 상부에서 회수될 수 있어 경제적으로 사용 가능한 장점이 있다. 생산 탑 상부에서 회수된 MEG 용액은 물, 고용해도염, 저용해도염 등의 불순물을 포함하고 있으므로, MEG 재생 공정을 통해 물과 염을 제거하여 고농도의 MEG를 추출한다.
MEG 재생 공정은 MEG 용액을 한 번에 기화하여 염을 제거하는 전체 처리방식(FULL STREAM CONCEPT)과, 전처리 과정을 통해 저용해도염을 먼저 제거한 후 용액을 증발시키고 흐름 중 일부를 빼내어 고용해도염을 제거하는 일부 처리방식(SLIP STREAM CONCEPT)이 있다.
도 1은 종래 전체 처리방식 및 일부 처리방식의 처리 과정을 나타낸 것이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 전체 처리방식은 전처리장치(10)에 의해 MEG 혼합유체 중 탄화수소(Hydrocarbon)를 제거한다.
다음으로, 후처리장치(20)는 기화(Flash)를 이용하여 고용해도염과 저용해도염을 제거한다.
다음으로, 수분처리장치(30)는 끊는점 차이를 이용하여 물을 제거한다.
도 1의 (b)를 참조하면, 일부 처리방식은 전처리장치(40)에 의해 MEG 혼합유체 중 저용해도염과 탄화수소를 제거한다.
다음으로, 수분처리장치(50)는 MEG 혼합유체에서 물을 증발시키며, 해당 MEG 혼합유체의 일부 흐름은 후처리장치(60)로 제공된다.
후처리장치(60)는 수분처리장치(50)를 거친 MEG 혼합유체에서 고용해도염을 제거한다. 고용해도염이 제거된 MEG에는 소량의 물이 포함될 수 있으며, 앞서 수분처리장치(50)에 의해 물이 제거된 MEG 혼합유체 흐름에 합류된다.
상술한 전체 처리방식은 모든 염을 기화(Flash)를 이용하여 모두 제거하기 때문에 염에 의한 문제는 발생하지 않지만, 염을 제거하기 위하여 MEG 혼합유체 전체를 기화시켜야 하기 때문에 많은 양의 에너지가 소모된다.
또, 일부 처리방식은 제거해야 하는 염을 고용해도염과 저용해도염으로 분류한다. 저용해도염은 물에 잘 녹지 않는 염으로 Ca2+, Mg2+, Ba2+ 등이 있다. 이는 용해도가 낮고, 쉽게 침적되어 장치에 스케일을 발생시켜 공정 효율을 나빠지게 하므로 모두 제거해야 한다. 반면, 고용해도염은 Na2+, K2+ 등이 있는데, 이러한 염들은 용해도가 커서 모두 제거할 필요가 없다.
고용해도염 제거를 위해, 전체 처리방식 및 일부 처리방식은 MEG 혼합유체를 낮은 온도에서 증발시키기 위해 진공펌프를 이용하여 감압하게 된다. 이때, 예컨대 수봉식 진공펌프(Liquid Ring Vacuum Pump)가 이용될 수 있다.
그러나, 종래의 진공펌프를 이용하여 운전 시 도달 압력에 한계가 있고, 다량의 보급수를 필요로 하는 문제점이 있다.
또, 물의 온도에 따라 성능이 변하고, 진공펌프 내 물을 회전시켜야 하므로 큰 구동 동력이 필요하다.
상술한 내용과 관련된 기술로서 한국공개특허 제10-2016-0001283호(2016.01.06. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2016-0001283호(2016.01.06. 공개)
본 발명의 실시 예는 이젝터에 의해 후처리공정을 진공 상태로 만들어 MEG 혼합유체로부터 효과적으로 염을 제거할 수 있는 염 제거용 후처리장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 진공의 감압된 상태에서 MEG 혼합유체로부터 MEG를 증발시켜 염(salts)을 제거하는 염제거부; 상기 증발된 MEG를 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기 후단에 마련된 진공리시버; 입구 쪽에서 유입된 유체를 출구 쪽으로 고속 분출시켜 상기 진공리시버 내의 기체를 회수하여 상기 진공리시버 및 그 전단을 구성하는 상기 염제거부를 진공 상태로 만드는 이젝터;를 포함하는 염 제거용 후처리장치가 제공될 수 있다.
상기 이젝터를 통과한 유체를 가열하는 히터와, MEG, 염 및 물이 혼합된 MEG 혼합유체와 상기 가열된 유체간 열교환을 수행하여, 상기 MEG 혼합유체에서 수분을 증발시키는 열교환부와, 상기 이젝터, 히터 및 열교환부를 연결하며, 상기 이젝터를 통과한 유체를 상기 히터를 거쳐 상기 열교환부로 제공하는 제1공급라인과, 상기 열교환부, 히터 및 염제거부를 연결하며, 상기 열교환에 의해 수분이 증발된 상기 MEG 혼합유체를 상기 염제거부로 제공하는 제2공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 열교환에 의해 증발된 수분을 액화시키는 액화기와, 상기 액화기의 하류에 마련된 환류드럼과, 상기 열교환부, 액화기, 환류드럼 및 이젝터를 연결하며, 상기 액화된 수분 중 일부를 상기 환류드럼으로부터 상기 이젝터 입구 쪽으로 유입시켜 상기 진공 상태 형성을 위한 유체로 제공하는 유체제공라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치는 이젝터에 의해 후처리공정을 진공 상태로 만들어 MEG 혼합유체로부터 효과적으로 염을 제거할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전체 처리방식 및 일부 처리방식의 처리 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)는 진공의 감압된 상태에서 MEG 혼합유체로부터 MEG를 증발시켜 염(salts)을 제거하는 염제거부(110)와, 염제거부(110)를 통과한 증발된 MEG를 냉각시키는 냉각기(120)와, 냉각기(120) 후단에 마련된 진공리시버(130)와, 입구 쪽에서 유입된 유체를 출구 쪽으로 고속 분출시켜 진공리시버(130) 내의 기체를 회수하여 진공리시버(130) 및 그 전단을 구성하는 염제거부(110)를 진공 상태로 만드는 이젝터(140)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)가 전체 처리방식(FULL STREAM CONCEPT)에 적용될 경우, MEG, 물, 고용해도염, 저용해도염 및 탄화수소가 혼합된 MEG 혼합유체가 전처리장치(10, 도 1의 (a) 참조)에 의해 탄화수소가 제거된 상태에서 염제거부(110)로 유입될 수 있다. 이때, MEG 혼합유체에는 다량의 물과, MEG, 고용해도염, 저용해도염이 함유되어 있다.
이 경우, 염제거부(110)는 후술할 이젝터(140)에 의해 진공의 감압된 상태가 되어 MEG 혼합유체로부터 MEG를 증발시키고, 고용해도염 및 저용해도염을 제거할 수 있다. 예컨대, 고용해도염은 고체 상태로 결정되어 제거될 수 있다. 이때, 도시하지는 않았으나 염제거부(110)는 염 제거를 위한 분리기를 포함할 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)가 일부 처리방식(SLIP STREAM CONCEPT)에 적용될 경우, MEG, 물, 고용해도염, 저용해도염 및 탄화수소가 혼합된 MEG 혼합유체가 전처리장치(40, 도 1의 (b) 참조) 및 수분처리장치(50, 도 1의 (b) 참조)에 의해 저용해도염 및 탄화수소, 물이 제거된 상태에서 열교환부(160)로 유입될 수 있다. 이때, MEG 혼합유체에는 소량의 물과, MEG, 고용해도염이 함유되어 있다.
이 경우, 염제거부(110)는 후술할 이젝터(140)에 의해 진공의 감압된 상태가 되어 MEG 혼합유체로부터 MEG를 증발시키고, 고용해도염을 제거할 수 있다.
냉각기(120)는 염제거부(110)를 거쳐 증발된 MEG를 냉각시켜 액체 상태로 만든다. 해당 증발된 MEG에는 물이 포함될 수 있다.
진공리시버(130)는 후술할 이젝터(140)에 의해 진공 상태가 되며, 이를 통해 공정의 안정성 및 버퍼(buffer)를 확보할 수 있다. 냉각기(120)로부터 유입된 액체 상태의 MEG는 진공리시버(130)를 거쳐 배출펌프(125)를 통해 다음 공정으로 배출된다. 이때, 액체 상태의 MEG는 진공리시버(130)를 거치면서 일부 증발이 이루어져 기체 상태가 되고, 기체 상태의 MEG는 이젝터(140)에 의해 회수되어 이젝터(140)의 출구를 통해 분출되는 유체에 혼합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)가 전체 처리방식에 적용될 경우, 상술한 배출펌프(125)를 통해 배출된 액체 상태의 MEG는 수분 제거를 위해 수분처리장치(30, 도 1의 (a) 참조)로 보내질 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)가 일부 처리방식에 적용될 경우, 상술한 배출펌프(125)를 통해 배출된 액체 상태의 MEG는 수분처리장치(50, 도 1의 (b) 참조)를 거친 MEG 혼합유체의 흐름에 합류될 수 있다.
이젝터(140)는 입구 쪽에서 유입된 중압 또는 고압의 유체를 고속 분출시켜 진공리시버(130) 내의 기체를 회수하여 진공리시버(130) 및 그 전단을 구성하는 염제거부(110)를 진공 상태로 만든다. 이때 회수된 기체에는 상술한 바와 같이 진공리시버(130)를 거치면서 일부 증발이 이루어진 MEG를 포함할 수 있다.
이젝터(140)를 통과한 중압 또는 고압의 유체는 저압의 고온 유체로 변화된다. 이러한 이젝터(140)에 사용되는 유체는 스팀, 물, 오일 등을 포함할 수 있다. 이젝터(140)는 예컨대 1단으로 이루어질 수 있고, 흡인 압력은 100 ~ 760 torr, 도달 압력은 50 torr로 공정 운전 조건에 부합할 수 있다.
상술한 바와 같이, 진공리시버(130) 및 그 전단을 구성하는 염제거부(110)를 진공 상태로 만드는 이젝터(140)를 염 제거용 후처리장치(100)에 구성함으로써, 별도의 가동부 및 윤활이 필요 없고, 간편한 조작 및 유지보수가 이루어질 수 있다. 또한, 설계, 제작에 대한 용량 제한이 없고, 설치 및 부식성 유체에 대한 재료 선택이 용이하고, 설치 후 교체 주기가 길어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)는 이젝터(140)를 통과한 유체를 가열하는 히터(150)와, MEG 혼합유체와 가열된 유체간 열교환을 수행하여, MEG 혼합유체에서 수분을 증발시키는 열교환부(160)와, 이젝터(140), 히터(150) 및 열교환부(160)를 연결하여, 이젝터(140)를 통과한 유체를 히터(150)를 거쳐 열교환부(160)로 제공하는 제1공급라인(L1)과, 열교환부(160), 히터(150) 및 염제거부(110)를 연결하여, 열교환된 MEG 혼합유체를 염제거부(110)로 제공하는 제2공급라인(L2)과, 열교환에 의해 증발된 수분을 액화시키는 액화기(170)와, 액화기(170)의 하류에 마련된 환류드럼(180)과, 열교환부(160), 액화기(170), 환류드럼(180) 및 이젝터(140)를 연결하며, 액화기(170)에 의해 액화된 수분 중 일부를 환류드럼(180)을 거쳐 이젝터(140) 입구 쪽으로 유입시켜 진공 상태 형성을 위한 유체로 제공하는 유체제공라인(L4)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)가 전체 처리방식에 적용될 경우, MEG, 물, 고용해도염, 저용해도염 및 탄화수소가 혼합된 MEG 혼합유체가 전처리장치(10, 도 1의 (a) 참조)에 의해 탄화수소가 제거된 상태에서 열교환부(160)로 유입될 수 있다. 이때, MEG 혼합유체에는 다량의 물과, MEG, 고용해도염, 저용해도염이 함유되어 있다.
또, 본 발명의 다른 실시예에 따른 염 제거용 후처리장치(100)가 일부 처리방식(SLIP STREAM CONCEPT)에 적용될 경우, MEG, 물, 고용해도염, 저용해도염 및 탄화수소가 혼합된 MEG 혼합유체가 전처리장치(40, 도 1의 (b) 참조) 및 수분처리장치(50, 도 1의 (b) 참조)에 의해 저용해도염 및 탄화수소, 물이 제거된 상태에서 열교환부(160)로 유입될 수 있다. 이때, MEG 혼합유체에는 소량의 물과, MEG, 고용해도염이 함유되어 있다.
열교환부(160)는 MEG 혼합유체에서 수분을 증발시키기 위해 증류탑으로 마련되어 분류 증류방식으로 수분을 증발시킬 수 있다. 이젝터(140)를 통과한 유체는 히터(150)에 의해 가열되고, 열교환부(160)는 해당 유체(예컨대 저압 고온의 스트림)를 이용하여 MEG 혼합유체를 가열하여 끊는점이 가장 낮은 수분을 증발시킬 수 있다. 이젝터(140)를 통과하여 열교환부(160)로 유입되는 유체에는 진공리시버(130)로부터 회수된 MEG 기체 성분이 포함될 수 있다. 이러한 MEG 기체 성분은 이후 열교환부(160)를 거쳐 다시 염제거부(110)로 제공될 수 있으므로 MEG 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.
구체적으로, MEG 혼합유체에 포함된 수분의 끊는점은 대기압에서 100℃이고, MEG의 끊는점은 198℃ 정도이다. 고용해도염의 끊는점은 MEG보다 훨씬 높다. 열교환부(160)는 100℃로 MEG 혼합유체를 가열하여 끊는점이 가장 낮은 수분을 증발시킬 수 있다. 이때, 열교환부(160)는 다단 증류를 통해 반복적으로 수분을 증발시킬 수 있다.
이때, 열교환부(160)에 의해 추출된 고농도의 MEG 혼합유체 중 일부는 제2공급라인(L2)을 통해 염제거부(110)로 제공되어 MEG 혼합유체에 포함된 염 제거 작업이 이루어진다.
전체 처리방식에 적용될 경우, 상술한 열교환부(160)를 거친 MEG 혼합유체의 나머지 부분은 배출라인(L3)을 통해 수분 제거를 위해 수분처리장치(30, 도 1의 (a) 참조)로 보내질 수 있다.
또, 일부 처리방식에 적용될 경우, 상술한 열교환부(160)를 거친 MEG 혼합유체의 나머지 부분은 배출라인(L3)을 통해 수분처리장치(50, 도 1의 (b) 참조)를 거친 MEG 혼합유체의 흐름에 합류될 수 있다.
한편, 열교환부(160)에 의해 증발된 수분은 액화기(170)와 환류드럼(180)을 거쳐 환류로서 열교환부(160)로 다시 보내지고 나머지는 배출될 수 있다.
이때, 유체제공라인(L4)을 통해 액화기(170)에 의해 액화된 수분 중 일부를 환류드럼(180)을 거쳐 이젝터(140) 입구 쪽으로 유입시켜 진공 상태 형성을 위한 유체로 제공할 수도 있다.
이를 통해 유체제공라인(L4)을 통해 제공되는 유체를 이젝터(140)의 작동유체로 활용함으로써 염 제거용 후처리장치(100)의 운용 효율성을 높일 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 염제거부 120: 냉각기
130: 진공리시버 140: 이젝터
150: 배출펌프 160: 열교환부
170: 액화기 180: 환류드럼
L1: 제1공급라인 L2: 제2공급라인
L3: 배출라인 L4: 유체제공라인

Claims (3)

  1. 진공의 감압된 상태에서 MEG 혼합유체로부터 MEG를 증발시켜 염(salts)을 제거하는 염제거부;
    상기 증발된 MEG를 냉각시키는 냉각기;
    상기 냉각기 후단에 마련된 진공리시버;
    입구 쪽에서 유입된 유체를 출구 쪽으로 고속 분출시켜 상기 진공리시버 내의 기체를 회수하여 상기 진공리시버 및 그 전단을 구성하는 상기 염제거부를 진공 상태로 만드는 이젝터;
    상기 이젝터를 통과한 유체를 가열하는 히터;
    MEG, 염 및 물이 혼합된 MEG 혼합유체와 상기 가열된 유체간 열교환을 수행하여, 상기 MEG 혼합유체에서 수분을 증발시키는 열교환부;
    상기 이젝터, 히터 및 열교환부를 연결하며, 상기 이젝터를 통과한 유체를 상기 히터를 거쳐 상기 열교환부로 제공하는 제1공급라인; 및
    상기 열교환부, 히터 및 염제거부를 연결하며, 상기 열교환에 의해 수분이 증발된 상기 MEG 혼합유체를 상기 염제거부로 제공하는 제2공급라인;을 포함하는 염 제거용 후처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환에 의해 증발된 수분을 액화시키는 액화기와,
    상기 액화기의 하류에 마련된 환류드럼과,
    상기 열교환부, 액화기, 환류드럼 및 이젝터를 연결하며, 상기 액화된 수분 중 일부를 상기 환류드럼으로부터 상기 이젝터 입구 쪽으로 유입시켜 상기 진공 상태 형성을 위한 유체로 제공하는 유체제공라인을 더 포함하는 염 제거용 후처리장치.
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