KR102532868B1 - 잔류물, 특히 정유공정에서의 잔류물의 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소, 예를 들어 등유 및 오일 및 금속 잔류물을 포함하는 베이스 물질을 함유하는 정제 공정으로부터 잔류물을 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용하는 방법에서, 잔류물은 제1휘발성 잔류물의 일부가 증발된 다음 제2반응기(10)로 수송되고 냉각에 의해 내부에서 응고되고 선택적으로 물의 증발에 의해 촉진되는 반응기(5)를 포함한다.

Description

잔류물, 특히 정유공정에서의 잔류물의 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용 방법{Method of processing and/or recovering and/or reutilizing residues, especially from refinery processes}
본 발명은 베이스 물질, 특히 탄화수소, 예를 들어 등유(kerosene) 및 오일, 및 금속 잔류물을 포함하는 잔류물, 특히 정제 공정으로부터 잔류물을 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용하는 방법에 관한 것이다.
잔류물, 예컨대 탄화수소, 오일, 금속으로 이루어진 잔류물을 발생시키는 많은 산업 공정 및 공정 단계가 있다. 이들 3가지 성분들은 간단히 처리하기에는 너무 고가이다.
탄화수소를 가진 잔류물의 가장 중요한 자원은 예를 들어 원유 정제 공정이다. 이것들은 상압 증류, 감압 증류, 가열 오일 및 연료 생산, 황산으로 알킬화, 프로 펜과 부탄의 인산과의 중합, 고온 이성화, 윤활유 생산, 정류(rectification), 증류기 증류, 증발 증류, 코킹(coking), 접촉 분해(catalytic cracking), 개질, 정유 수소화, 원유의 수소 탈황, 수화에 의한 표백, 용매로의 탈아스팔트화, 증류 잔류물의 간접탈황 등을 포함한다.
모든 원유, 모든 정제 방법 및 모든 기술적 처리는 잔류물 또는 정련소 폐기물을 남긴다. 이러한 폐기물은 "구드론(gudron)", "구드론 클레이(gudron clay)", 유성 침전물, 필터 케익, 슬러지, 중력 잔류물, 원심분리 잔류물, 세척 과정 후의 탈산 잔류물, 산성 잔류물, 산성 오일 폐기물, 정련소 슬러지, 피치, 비튜멘(bitumen), 오일성 침전물, 타르, "개취(gatch)", 오일성 물, 등과 같은 다양한 이름으로 알려져 있다.
정유 처리에서 생기는 폐기물의 양은 가공 원유에 비해 상대적으로 많으며 산업 폐기물의 상당 부분을 차지한다. 이들 새롭게 처리된 잔류물이 일반적으로 코크스로 전환되거나 소각되는 경우가 매우 흔하다.
휘발유 부분은 광물유 제품의 가장 중요한 부분을 차지하며, 각 최종 용도에 따라 다음과 같이 분류된다: 특수 연료, 모터 가솔린, 항공 가솔린, 제트 연료, 중질 가솔린, 등유, 램프 오일, 디젤 연료, 난방 오일, 오일(모터 오일, 항공 오일, 의료용 오일 등), 윤활 및 보호 그리스, 비튜멘, 무거운 부분 결정물로서의 광유 왁스, 석유 코크스(증류 잔류물의 열분해 및 2차 공정 잔류물).
생산 공정에서 사용되는 공작 기계용 냉각제 또는 윤활제는 단지 예로서 언급된다. 탄화수소, 오일 및 금속성 잔류물을 포함하여 많은 잔류물이 발생한다. 예를 들어, 일본 특허공개공보 JP 09-109144는 습식 분류방법에서 냉각 윤활제로부터 절삭 입자를 분리하기 위해 점도를 낮추기 위한 추출제로서 등유가 금속 가공 현탁액에 첨가된 금속가공 현탁물을 분별하는 방법을 개시하고 있다. 이 공보는 필요에 따라 절단공정에서 재사용하기 위해 요구되는 고품질의 형태로 냉각 윤활유의 회수가 아니라, 냉각 윤활제로부터 절삭 입자를 깨끗이 분리하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 상기한 형태의 방법, 즉 등유, 오일, 아스팔트 및 금속을 포함하는 정류 잔류물이 효과적이고 경제적으로 처리될 수 있는 상기한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 용제 및/또는 휘발성 성분들이 증발되는 제1반응기 안으로 잔류물을 도입함으로써 얻어진다.
이 경우, 그 제품은 일반적으로 융융물로서 상기 반응기에서 배출된다. 그러나, 보다 바람직하게는, 제품은 제2반응기로 전달되고, 고화 및/또는 그 내부에서 냉각 및 선택적으로 증발 냉각에 의해 과립화된다.
사용되는 반응기들은 바람직하게는 혼합 반죽기들이다. 여기서, 단일 축 및 트윈 축 혼합 반죽기 사이에 근본적인 차이가 있다. 단일 축 혼합 반죽기는, 예를 들면, AT 334 328, CH 658 798 A5 또는 CH 686 406 A5에 알려져 있다. 이 경우, 회전축 주위로 회전방향으로 디스크가 구비된 축이 하우징 내에 배치된다. 이는 수송방향으로 제품의 수송을 생성한다. 상대 부재들이 상기 디스크 부재들 사이에서 하우징에 고정된다. 디스크 부재들은 반죽기의 축에 직각인 평면상에 배치되고, 그들 사이에 클리어 섹터들을 형성하고, 이 클리어 섹터(sectors)들은 인접한 디스크 부재들과 함께 혼합 공간을 형성한다.
다축 혼합 반죽기는 CH-A 506 322에 기술되어 있다. 그 경우, 래디얼 디스크 부재들이 축상에 존재하고, 축방향으로 정렬된 반죽 바들이 상기 디스크들 사이에 배치된다. 이들 디스크들은 혼합 반죽 부재와 함께 하나의 축에서 하나의 프레임의 형태로 결합한다. 이들 혼합 반죽 부재들은 제1축의 디스크와 반죽 바아들을 청소한다. 2개의 축상의 반죽 바아들은 차례로 하우징의 내측 벽을 청소한다.
이들 알려진 트윈 축 혼합반죽기들은 2축 하우징의 연결 영역에서 숫자 '8' 형태의 하우징 단면부 때문에 약점을 가지는 단점이 있다. 점성 제품의 처리 과정 및/또는 가압하에서 이루어지는 고정에서 높은 응력이 이 영역에서 발생하고, 이들은 단지 복잡한 구조 측정에 의해 제어될 수 있다.
상기 유형의 혼합 반죽기는 예를 들어 EP 0 517 068 B1에 공지되어 있다. 이 경우 축 방향으로 평행한 두 개의 축이 반대 방향으로 회전하거나 혼합기 하우징 내에서 같은 방향으로 회전한다. 그렇게 하면 디스크 부재에 연결된 혼합 막대가 상호 작용한다. 혼합 기능뿐만 아니라 혼합 바아는 혼합기 하우징, 축 및 디스크 부재의 표면을 청소하는 작업을 하여 수행한다. 특히 높은 밀도, 경화 및 성형(encrusting) 제품의 경우, 혼합 바아의 폐쇄 간극은 혼합 바아 및 축에 높은 국부적인 기계적 응력을 초래한다. 이러한 피크 힘은 특히 혼합 바아가 제품이 쉽게 벗어날 수 없는 영역으로 침입할 때 발생한다. 이러한 영역은 예를 들어 디스크 부재가 축에 부착된 경우에 존재한다.
또한, DE 199 40 521 A1에는 반죽 바아가 최대 축방향 연장 거리(reach)를 가지도록 반죽 바아의 영역 내의 베어링 부재가 리세스(recess)를 형성하는 상기한 유형의 혼합 반죽기가 개시되어 있다. 이러한 반죽기는 하우징의 전 표면과 제품과 접촉하게 되는 축의 우수한 자력 청소 능력을 가지고 있지만, 반죽 바아의 베어링 부재가 반죽 바아의 경로 때문에 복잡한 베어링 부재의 형상을 초래하는 리세스들을 필요로 하는 특성을 가진다. 이는 첫째로 복잡한 생산 방법을 요구하고, 둘째로 기계적인 응력을 받는 축상에 국부적인 피크 응력을 발생시킨다. 주로 예리한 에지(edge)를 가진 리세스에 발생하고, 특히 베어링 부재들이 축 코어상에 용접된 영역에서 두께의 변화를 초래하는, 상기 피크 응력은, 재료의 피로로 인하여 축과 베어링 부재에서 크랙(crack) 발생의 계기가 된다.
혼합 반죽기는 기본적으로 압출기와 다르다. 반면, 압출기에서, 스크류는 대응하는 튜브형 하우징 쉘(shell) 내에서 회전하고, 따라서 처리되는 제품은 스크류 비행으로 입구로부터 출구로 운반되고, 제품 공간 및 가스 공간이 혼합기에 형성된다. 그 이름에서 알 수 있듯이, 제품 공간은 제품으로 채워지고, 일반적으로 제품 공간 위에 있는 가스 공간은 제품 처리 과정에서 가스로 채워지고 그 다음 가스는 적절한 증기에 의해 추출된다. 단지 제품 공간에서 제품의 실질적인 처리, 즉 혼합 및 반죽과 운반이 발생하고, 가스 공간에는 제품이 없다.
카운터 후크를 가진 혼합 반죽기의 대안으로서, 제1단계(용제의 증발)에서는 카운터 후크가 없는 혼합 반죽기, 박막 증발기 또는 패들 건조기를 사용할 수도 있다. 제2단계(냉각/과립화)에는 혼합 반죽기, 냉각 롤, 냉각 벨트 또는 물 탱크를 갖는 용액 또는 수중에서의 이송 장치가 고려 될 수 있다. 2개의 단계에 대한 다양한 옵션의 다양한 조합도 본 발명의 개념에 포함된다.
본 발명의 방법은 예를 들면, 2개의 혼합 반죽기로서 위에서 설명한 2 단계 방법을 사용하고, 처리되는 잔류물들은 이들 혼합 반죽기들은 연속적으로 통과한다. 정류 공장에 따르면, 다른 공정 단계들, 예를 들면, 잔류물의 세척 또는 용제로 예비 혼합 공정들이 여기에 제공된 방법을 선행한다. 상류 방법에 따르면, 고형 잔류물, 잔류 오일 및 용제 및/또는 휘발성 성분의 다른 혼합물이 마련된다. 실험에서, 용제 및/또는 쉽게 휘발되는 성분의 증발하는, 상기 제1단계에서, 더 많은 잔류 오일이 많을수록 열전달 계수가 유의미하게 더 높아지는 것이 밝혀졌다. 이로써 상기 방법에서 가속화 및 전체적인 개선이 이루어졌다.
균일화된 잔류물의 상기 제1혼합 반죽기으로의 도입은 펌프에 의해, 구체적으로는 '모이노 펌프'(Moyno Pump)의 상업적 명칭으로 알려진 편심 스크류 펌프에 의해 달성된다. 실험에서, 예를 들면 다른 펌프, 즉 기어 펌프가, 피이드(잔류물 피이드)가 매우 불규칙적일 때 차단되는 경향을 가지고 있기 때문에, 매우 적합하지 않음이 밝혀졌다.
또, 제1혼합 반죽기의 입구는 냉각되어야 한다. 그렇지 않으면 피이드가 중단될 때 차단되는 경향이 있기 때문이다. 이는 잔류물이 안에 나타나지 않을 때, 즉 혼합 반죽기 안으로 가압하에 도입되지 않을 때, 특히 사실이다.
또한, 혼합 반죽기(들)의 충전 레벨이 조절 가능한 둑(weir)에 의해 조절되는 것이 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 그 결과 전체적인 방법을 보다 적절하게 제어할 수 있다.
잔류물은 대기압 또는 감압 하에서 제1혼합 반죽기에서 처리 될 수 있다. 혼합 반죽기에서 제품의 처리는 열의 첨가 및 마찰 하에 이루어진다. 예를 들어, 등유와 같은 쉽게 발화하는 용매 및/또는 용이하게 휘발성인 성분이 처리되는 경우, 혼합 반죽기로의 산소 침투가 방지되어야 한다.
제1혼합 반죽기로부터 제2혼합 반죽기로의 제품의 이동은 바람직하게는 가열 가능한 플렉시블 도관에 의해 수행되지만, 선택적으로 또한 냉각될 수 있다.
제1혼합 반죽기와 대조적으로, 제2혼합 반죽기의 입구를 가열할 수 있어야 한다. 이 목적을 위해 적합한 칼라(collar)가 구상된다.
제2혼합 반죽기에서, 냉각은 출구에서 고체가 얻어지도록 제1혼합 반죽기로부터 나오는 반죽 잔류물을 고상 위치로 전환시키는 결과를 낳는다. 그러나, 이들은 또한 비교적 많은 양의 분진을 포함하여, 적어도 하나의 수문 용기(sluice vessel)가 제2혼합 반죽기의 하류에 연결되어야 한다. 냉각을 향상시키기 위해, 선택적으로 물을 제2혼합 반죽기에 도입할 수 있으며, 이는 증발하여 냉각(증발 냉각)을 촉진한다.
위에서 설명한 잔류물의 처리를 위해 상응하는 플랜트에 대한 보호가 유사하게 요구되며, 여기서 제1혼합 반죽기는 가열 가능한 도관에 의해 서로 연결되는 제2혼합 반죽기에 의해 하류로 이어진다. 추가 장치-기반 특징은 위에 설명되어 있다.
본 발명의 추가적인 특징, 장점 및 상세한 사항은 도면과 도면의 설명에 의해 분명해진다:
도 1은 잔류물, 특히 정유공정의 잔류물, 특히 등유, 오일 및 금속 성분으로 구성된 잔류물의 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용을 위한 플랜트의 개략적인 다이아그램을 보여준다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
이러한 잔류물(R)은 바람직하게는 하나 이상의 예비 처리(1), 예를 들면, 세척 또는 균질화 방법에 적용된다. 추가의 대응하는 전처리(2)에서, 관련이 없는 성분은 매우 실질적으로 제거될 수 있다.
예비 처리된 잔류물은 펌프(4)에 의해 제1혼합 반죽기(5)로 이송되기 전에 수용 깔때기(3)로 이송된다. 펌프(4)는 바람직하게는 점진적 캐비티 스크류 펌프(progressive cavity screw pump)를 의미하는 '모이노'(Moyno) 펌프이다. 기어 펌프로써 실험은 실패했다.
제1혼합 반죽기로의 이송은 바람직하게 냉각되는 입구(6)를 통해 이루어진다. 이것은 잔류물이 가압하에 제1혼합 반죽기로 도입되는 추가적인 플래시 노즐이 이용되지 않을 때 특히 수행되어야 한다. 입구가 냉각되지 않으면 막힌 곳, 특히 피딩(feeding)이 중단될 위험이 있다.
제1혼합 반죽기에서, 증기 돔(7)을 통해 상응하는 증기를 제거하면서 잔류물을 농축시킨다.이 제1혼합 반죽기에서, 농축은 액체 상으로부터 잔류물의 페이스트 상 또는 점성 상으로의 전이를 가져온다.
본 발명에 따르면, 높이 조절 가능한 위어(9)가 제1혼합 반죽기의 출구(8)의 상류에 제공된다. 이 위어(9)는 또한 가열되어야 하고 제1혼합 반죽기의 충전 레벨을 제어하는 역할을 한다.
제1혼합 반죽기로부터 제2혼합 반죽기(10)로의 페이스트 잔류물의 이송은 바람직하게는 플렉시블하고 가열 가능한 점선으로 표시된 도관(11)을 통해 이루어진다. 그러나, 이 도관(11)은 또한 전용 냉각 유닛(12)을 가질 수 있다.
제2혼합 반죽기(10) 로의 입구(13)도 가열 가능해야하며, 이는 제2혼합 반죽기(10) 내로의 페이스트 잔류물의 이동을 용이하게한다.
제2혼합 반죽기(10)에서는 잔류물이 냉각되어 고화된다. 임의의 증기(예를 들어, 증발 냉각을 위해 물을 선택적으로 첨가하는 경우)는 추가적인 증기 돔(14)을 통해 제거된다. 증기 돔(7)의 경우와 같이,이 증기 돔(14)은 필터를 설치할 가능성을 가져야 한다.
언급 한 바와 같이, 또한 물은 제2혼합 반죽기로 도입될 수 있다. 이 물은 잔류물의 응고를 촉진하고 증발 냉각에서 열을 제거한다. 또한, 경우에 따라 오일을 제거하는 것도 도움이 된다.
제2혼합 반죽기(10)의 출구(15)에서, 자유 유동성 고체가 얻어진다. 그러나, 다량의 분말도 응고된 잔류물에 존재하므로, 적어도 수문 용기(16)를 출구(15)에 연결하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 방법 단계의 일예는 다음과 같다:
제1혼합 반죽기에서, 등유의 탈기 및/또는 고체로부터의 분리는 감압하에 수행된다. 잔류물의 온도는 50-195 ℃이다. 여기서 처리량의 증가는 방법의 현저한 개선을 가져온다는 것이 발견되었다. 초기 속도는 20kg/h였다. 처리량을 40kg/h로 증가 시키면, 처리될 잔류물의 농도가 균일하게 유지되고, 탈기가 상당히 개선된다. 제1혼합 반죽기의 말단에 있는 물질의 상태는 페이스트 상으로 설명될 수 있다.
잔류물의 제1혼합 반죽기로부터 제2 혼합 반죽기로의 전달은 가열된 플렉시블 도관(11)을 통해 이루어진다. 그 도관은 약 210 ℃로 가열된다.
공급 속도에 따라, 제2 혼합 반죽기는 페이스트 물질로 충전 레벨의 최대 약 60 %까지 채워진다. 잔류물은 증발 냉각을 통해 열을 제거하는 물의 첨가로 임의로 여기에서 처리된다. 출구(15)의 상류에 있는 제2 혼합 반죽기의 말단에서, 잔류물은 자유-유동 고체 형태이다.
추가적인 방법 단계는 다음과 같다:
언급된 용매와 고형물의 혼합물(경우에 따라 약간의 잔류물도 여전히 존재한다)은 용매가 증발되는 첫 번째 공정 단계에서 혼합 반죽기(카운터 훅크와 함께)에 들어간다. 연속 공정의 두 번째 단계에서 증발 냉각을 위해 물을 첨가하여 고형분을 최대로 냉각시킨 후 카운터 후크(counterhook)가 있는 혼합 반죽기에서 과립 화한다. 소량으로, 용매, 잔류 오일 또는 물(첨가되는 경우)은 제2 공정 단계에서 유사하게 증발 및/또는 제거된다.
용매의 증발 및/또는 고형물의 과립화에 필요한 공정 파라미터(특히 온도)가 하나의 공정 단계로 충분하기 때문에 두 단계로 공정을 분리하는 것이 필요하다. 따라서 기존의 1 단계 건조 공정은 선택 사항이 아니다.
다른 한편, 이미 언급한 바와 같이, 보호는 마찬가지로 1 단계 방법에 대해 요구된다. 응고는 여기서 생략되고, 용융물은 증발 단계 후에 배출된다.
1: 전처리 2: 전처리
3: 수용 깔때기 4: 펌프
5: 혼합 반죽기 6: 입구
7: 증기 돔(dome) 8: 출구
9: 위어(weir) 10: 혼합 반죽기
11: 도관 12: 냉각 유닛
13: 입구 14: 증기 돔(dome)
15: 출구 16: 수문 용기
R: 잔류물

Claims (20)

  1. 베이스 물질, 특히 탄화수소, 예를 들어 등유 및 오일, 및 금속 잔류물을 포함하는, 특히 정제 공정으로부터의 잔류물의 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용 방법에 있어서,
    잔류물은 제1 반응기(5)로 도입되고,
    상기 제1 반응기(5)의 하류에는 상기 제1 반응기(5)의 제품이 제2반응기(10)로 수송되고 냉각에 의해 내부에서 고형화되며,
    상기 제2 반응기(10)는 제2 혼합 반죽기인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제품은 증발 냉각에 의해 추가적으로 고형화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 잔류물은 제1반응기(5)로 도입되기 전에, 예를 들어 세척 또는 균질화와 같은 전처리를 거친 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1반응기(5)로의 도입은 점진적 캐비티 스크류 펌프에 의한 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1반응기(5)로의 입구(6)는 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1반응기(5) 내의 충전 레벨은 조절 가능한 위어(9)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1반응기(5)에서의 잔류물의 처리는 환원되거나 그렇지 않으면 대기압 하에서 수행 될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제1반응기(5)에서 처리된 잔류물은 제2반응기(10)로 또는 제2반응기 내로 수송될 때 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1반응기(5)로부터의 잔류물은 상기 제2반응기(10)로의 유입시에 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2반응기(10)에서의 잔류물의 처리는 환원되거나 그렇지 않으면 대기압 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 수조(16)가 자유 유동성 과립 재료를 수용하기 위해 제2반응기(10)의 하류에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 잔류물은 상이한 수준의 용매 및 잔류물을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 베이스 물질, 특히 탄화수소, 예를 들어 등유 및 오일 및 금속 잔류물을 포함하는 잔류물, 특히 정제 공정으로부터의 잔류물의 처리 및/또는 회수 및/또는 재사용을 위한 설비로서, 제2반응기가 제1반응기(5)의 하류에 연결되며, 2개의 반응기는 가열 가능한 도관(11)에 의해 서로 연결된 설비.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1반응기(5)는 상기 잔류물을 도입하기 위한 전용 편심 스크류 펌프(4)를 구비하는 것을 특징으로 하는 설비.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1반응기의 입구(6) 및/또는 상기 제2반응기의 입구(13)는 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 설비.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1반응기(5)로부터의 배출구(8)가 위어(9)에 의해 상류에 선행되는 것을 특징으로 하는 설비.
  17. 제13항에 있어서, 상기 도관 (11)은 전용 냉각 유닛(12)을 갖는 것을 특징으로 하는 설비.
  18. 제13항에 있어서, 상기 반응기(5, 10)는 혼합 반죽기인 것을 특징으로 하는 설비.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반응기(5, 10)는 카운터 후크(counterhook)를 갖는 혼합 반죽기인 것을 특징으로 하는 설비.
  20. 잔류물을 처리, 회수 및/또는 재사용하는 방법으로서, 상기 잔류물은 휘발성 성분의 일부가 증발되는 제1 반응기(5)에 도입되고, 상기 제1 반응기(5)는 혼합 반죽기이고, 상기 잔류물은 정제 공정에서 발생하며 탄화수소, 오일 및 금속 잔류물을 함유하는 기본 물질을 포함하는, 잔류물을 처리, 회수 및/또는 재사용하는 방법.
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