KR102608695B1 - 회전 충전층 디바이스를 사용하여 해수에서 탈기하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
해수는 하우징 내 하나 이상의 회전가능한 패킹 링, 패킹 링들에 의해 획정되는 내부 영역에 해수를 주입하기 위한 액체 유입구, 패킹 링들을 방사상 안쪽으로 통과한 가스를 수용하고 내부 영역에서 가스를 제거하기 위한 가스 배출구, 및 하우징에서 탈기된 해수 흐름을 제거하기 위한 액체 배출구를 갖는 회전 충전층 디바이스를 사용하여 탈기된다. 모터에 결합되는 샤프트가 패킹 링들을 구동시켜 패킹 링들이 회전하게 한다. 공급 해수 흐름은 패킹 링들의 각각을 방사상 바깥쪽으로 통과함으로써 공급 해수 흐름보다 더 낮은 농도의 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 그 안에 갖는 탈기된 해수 흐름 및 공급 해수 흐름에서 제거된 가스 흐름을 형성한다. 그 다음 EOR 프로세스에서 탈기된 해수 흐름은 탄화수소 생성 저장소로 주입된다.
Description
본 발명은 특히 회전 충전층 디바이스들(rotating packed bed devices)을 이용하는, 해수에서 탈기하는 데 유용한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 지하 저장소들로부터 유회수를 증진하기 위한 물 주입 프로세스들에 관한 것이다.
탄화수소를 생성하는 저장소로 물이 펌핑되는 물 주입은 석유 및 가스 산업에서 육지 및 연안 저장소들 양자의 위치들에서 유층압을 유지하고 유회수를 증진(EOR, enhance oil recovery)하기 위해 실시되고 있다. 주입될 물은 미생물들의 성장을 유지하고 지중 배관의 부식을 방지하기 위해 주입 전에, 탈기될, 즉, 원치 않는 가스들 이를테면 산소를 제거할 필요가 있다. 종래 EOR 시스템들에서는 진공 충전탑 스트리핑 또는 연료 가스 충전탑 스트리핑 다음 산소 소거 화학 물질들 처리가 물 주입 이전에 탈기된 물에 실시된다. 산소를 제거하기 위해 촉매들을 이용하는 다른 기술들이 또한 채용될 수 있다(예를 들어, 시중에서 구할 수 있는 Norway, Notodden, Minox Technology AS로부터의 Minox™).
EOR에서 주입에 적합한 탈기될 물을 제공하는 개선된 대안적인 시스템들 및 방법들에 대한 요구가 존재한다. 연안 구조물들 및 용기들 상의 배치를 위한 개선된 비용, 중량 및 압축성을 제공하는 시스템들 및 방법들을 갖는 것이 바람직할 것이다.
일 측면에서, 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 함유하는 공급 해수 흐름에서 탈기하기 위한 방법. 상기 방법은 하나 이상의 회전가능한 패킹 링이 내부 영역을 획정하는 하우징 내에 배치되는 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링; 액체를 상기 내부 영역에 공급하기 위한 상기 하우징 내 액체 유입구로서, 상기 액체를 상기 내부 영역에 주입하기 위해 상기 내부 영역에 배치되는 출구 포트와 통하는, 상기 액체 유입구; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링을 방사상 안쪽으로 적어도 부분적으로 통과한 가스를 수용하고 상기 내부 영역에서 상기 가스를 제거하기 위한 상기 하우징 내 가스 배출구; 상기 하우징에서 탈기된 해수 흐름을 제거하기 위한 상기 하우징 내 액체 배출구; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링이 회전하게 하기 위해 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링에 결합되는 회전가능한 샤프트; 및 상기 회전가능한 샤프트를 구동하기 위해 상기 회전가능한 샤프트에 결합되는 모터를 포함하는 회전 충전층 디바이스를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 공급 해수 흐름은 상기 출구 포트를 거쳐 상기 내부 영역에 주입된다. 상기 공급 해수 흐름은 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링의 각각을 방사상 바깥쪽으로 통과함으로써 상기 공급 해수 흐름보다 낮은 농도의 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 그 안에 갖는 상기 탈기된 해수 흐름 및 상기 공급 해수 흐름에서 제거된 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 포함하는 가스 흐름을 형성한다. 상기 탈기된 해수 흐름은 상기 액체 배출구를 통해 상기 하우징에서 제거되고 하나 이상의 준위 제어 용기에 공급된다. 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링을 적어도 부분적으로 통과한 상기 가스 흐름은 상기 가스 배출구를 통해 상기 내부 영역에서 제거된다.
다른 측면에서, 공급 해수 흐름에서 탈기하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 위에서 설명된 바와 같은 회전 충전층 디바이스 및 압력을 유지하고 탄화수소 생성 저장소로부터 유회수를 증진하기 위해 상기 회전 충전층 디바이스에서 탈기된 해수를 상기 탄화수소 생성 저장소로 주입하기 위해 상기 회전 충전층 디바이스의 액체 배출구에 연결되는 물 주입 수단을 포함한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 이하의 설명, 첨부된 청구항 및 첨부 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 도면들은 첨부된 청구항의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않는다. 도면들에 도시된 요소들은 반드시 일정한 축척으로 그려진 것은 아니다. 참조 부호들은 반드시 동일한 것이 아니라, 유사하거나 대응하는 요소들을 나타낸다.
도 1은 하나의 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4a 내지 도 4d는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 액 분배기의 도면들이다.
도 5는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 회전 충전층 디바이스의 간략화된 도면이다.
도 6은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 회전 충전층 디바이스의 간략화된 도면이다.
도 7은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1은 하나의 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4a 내지 도 4d는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 액 분배기의 도면들이다.
도 5는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 회전 충전층 디바이스의 간략화된 도면이다.
도 6은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 회전 충전층 디바이스의 간략화된 도면이다.
도 7은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 출원에서는 공급 해수 흐름에서 탈기, 즉, 공급 해수 흐름에서 원치 않는 가스들을 제거하기 위한 시스템들 및 방법들의 실시예들이 설명된다. 공급 해수 흐름은 해양에서 펌핑될 수 있고 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 함유할 수 있다. 본 출원에 개시된 방법들은 해수에서 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 제거하거나 양을 줄임으로써, 산유 및 가스 생산 저장소들로 주입하는 데 유용한 탈기된 해수 흐름을 형성하여 유회수 및 가스 회수를 증진하기 위해 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 출원에 개시된 방법들은 RPB로도 지칭되는 회전 충전층 디바이스(rotating packed bed device)(4) 및 해양 환경에서 해수(1)를 끌어내기 위해 회전 충전층 디바이스(4)의 액체 유입구에 연결되는 양수 펌프 시스템(2) 및 해수(1)를 거르기 위해 양수 펌프 시스템(2)과 유체 연통하는 여과 시스템(3)을 포함하는 시스템(100)을 이용할 수 있다. 시스템(100)은 또한 탈기된 해수 흐름(8)을 탄화수소 생성 저장소(16)로 주입하기 위한 물 주입 수단(7)을 포함한다. 시스템(100)은 또한 준위 제어 용기(5) 및 탈기된 해수 흐름에서 황산염을 제거하기 위한 막 유닛(6)을 포함할 수 있다. 임의로, 막 유닛(6)은 RPB(4)의 업스트림에 배치될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 회전하는 충전층 디바이스(4)는 하우징(4B) 내에 배치되는 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)을 포함한다. 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)은 본 출원에서 내부 영역(4C)로도 지칭되는 중공 중심축 부분 또는 공간을 갖는 대체로 두꺼운 원통형 원판 형상을 가질 수 있으며, 그에 따라 내부 영역을 둘러싸는 회전가능한 패킹 링들(4A)이 내부 영역(4C)을 획정하게 된다. 회전 패킹 링들(4A)의 원심력에 의해 생성되는 높은 중력은 매우 높은 표면적 및 세공 직경별로 고유한 패킹재들의 사용을 가능하게 한다. 회전가능한 패킹 링들(4A)은 발포 금속, 플라스틱, 합성물, 스테인리스 강, 타이타늄, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 강 합금, 금속 또는 비-금속 와이어 메쉬, 및 유리를 포함하는 다공성 물질들로부터 선택되는 적합한 물질로 만들어질 수 있다. 가스는 패킹 링들(4A)의 외측으로부터 패킹 링들의 중심을 향해 RPB(4)에서의 액체와 반대 방향으로 흐르고(방사상 안쪽으로) 중심축 배출구(4D)에서 RPB를 나간다. RPB 패킹 링들(4A)에 의해 생성되는 높은 원심력은 패킹 내 얇은 액막들, 작은 액적들 및 높은 액체-가스 계면적의 형성을 가능하게 하여 물질 전달의 상당한 증진으로 이어진다. RPB 패킹 링들(4A) 밖으로의 액체 회전은 RPB 하우징(4B)에 닿고, RPB 액체 배출구(4E)에서 나간다.
회전가능한 샤프트(9)가 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)이 회전하게 하기 위해 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)에 결합될 수 있다. 모터(10)는 회전가능한 샤프트를 구동하기 위해 회전가능한 샤프트(9)에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 패킹 링들(4A)은 4 m/s 내지 80 m/s의 선단 속도로 회전할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 패킹 링들(4A)은 500 내지 2500 rpm의 속력으로 회전할 수 있다.
액체 유입구(4F)가 액체, 즉 해수(1)를 내부 영역(4C)으로 공급하기 위해 하우징(4B)에 제공된다. 용어들 액체 및 해수는 본 출원에 통용될 수 있다. 액체 유입구(4F)는 액체(1)를 내부 영역(4C)에 주입하기 위해 내부 영역(4C)에 배치되는 출구 포트(11A)와 도관(11)을 통해 통한다. 패킹 링들(4A)이 회전하는 동작 동안, 액체는 액체가 탈기되는 패킹 링들(4A)을 방사상 바깥쪽으로 통과함으로써 공급 해수 흐름(1)보다 더 낮은 농도의 산소, 공기 및/또는 이산화탄소를 갖는 탈기된 해수 흐름(8)을 형성한다. 액체 배출구(4E)가 하우징에서 탈기된 해수 흐름을 제거하기 위해 하우징(4B)에 제공된다.
도관에 연결되는 가스 배출구(4D)가 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)을 방사상 안쪽으로 적어도 부분적으로 통과한 가스, 즉 액체(1)에서 제거된 가스를 수용하고, 내부 영역(4C)에서 가스를 제거하기 위해 하우징(4B)에 제공된다. 이러한 가스는 산소, 공기, 질소 및/또는 이산화탄소를 함유할 수 있다. 다른 가스들이 임의로 또한 존재할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 가스 배출구(4D)로부터의 가스 흐름은 진공 펌프(12)로 보내진다. 몇몇 실시예에서, 가스 배출구(4D)로부터의 가스 흐름은 벤트(vent), 플레어(flare) 또는 이들의 조합으로 보내진다.
몇몇 실시예에서, 다시 도 2를 참조하면, 공급 해수 흐름(1)은 탈기된 해수 흐름(8)에서 산소 농도를 더 줄이기 위해 공급 해수 흐름(1)을 출구 포트(11A)를 거쳐 내부 영역(4C)에 주입하기 이전 또는 주입하는 것과 동시에 적어도 하나의 첨가제(14)와 혼합된다. 적어도 하나의 첨가제(14)는 탈산소제를 포함할 수 있다. 적합한 탈산소제는 예를 들어, 중아황산염, 아황산 나트륨, 에리소르빈산 나트륨, 하이드라진 및 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 다른 첨가제는 스케일 방지제 및 살생물제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 첨가제(14)는 혼합기(13)에서 해수(1)와 혼합된다. 일 실시예에서, 첨가제(14)는 물과 혼합되고 첨가제 및 물의 혼합물을 수용하기 위해 제2 액체 유입구(미도시)를 통해 회전하는 충전층 디바이스(4)에 공급된다.
몇몇 실시예에서, 가스 유입구(4G)가 가스 흐름(15)이 하우징에 주입되게 하기 위해 하우징(4B)에 제공된다. 이러한 가스 흐름(15)은 그것이 해수 흐름(1)에서 탈기하는 것을 돕기 위해 스트리핑 가스로서의 역할을 하도록 기본적으로 산소가 함유되지 않을 수 있다. 이러한 가스 흐름(15)은 본 출원에서 스트리핑 가스 및 기본적으로 산소가 함유되지 않은 가스 흐름으로 교환해서 지칭될 수 있다. 스트리핑 가스(15)로서 사용하기에 적합한 가스들은 연료 가스를 포함할 수 있으며, 이는 주로 메탄, 질소, 이산화탄소 및 이들의 조합물들일 수 있다. 질소는 예를 들어 그것이 탄소 분자체들의 압력 변동 흡착에 의해 생성될 때 이용가능할 수 있다. 순도가 높은 질소가 스트리핑 가스로 사용된다면, 온실 가스 메탄 방출이 제거되고 또한 동작시 연료 가스(이를테면 천연 가스)가 제거되기 때문에 RPB 물 탈기 안전성이 보장될 것이다. 일 실시예에서, 스트리핑 가스(15) 대 공급 해수 흐름(1)의 비는 액체의 표준 입방 피트당 상기 가스의 1 대 10 표준 입방 피트이고, 공급 해수 흐름(1) 및 스트리핑 가스(15)는 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)의 각각을 통과한다. 일 실시예에서, 스트리핑 가스(15) 대 공급 해수 흐름(1)의 비는 진공이 또한 해수(1)에서 탈기하기 위한 구동력으로 사용될 경우, 해수의 배럴당 가스의 0.1 내지 2 표준 입방 피트이다. 해당 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 바와 같이, 스트리핑 가스(15)가 RPB(4)에 공급될 때, 가스 배출구(4D)에서 제거되는 가스 중 많은 가스는 회전 패킹 링들(4A)을 통과할 것이다. 스트리핑 가스(15)가 RPB(4)에 공급되지 않는 실시예들에서는, 가스 배출구(4D)에서 제거되는 가스의 일부가 회전 패킹 링들(4A)의 적어도 일부를 통과했을 것이다.
몇몇 실시예에서, 회전 충전층 디바이스의 가스 배출구(4D)를 진공원(12)에 연결함으로써 회전 충전층 디바이스의 가스 배출구에 진공이 인가된다. 진공원(12)은 회전 충전층 디바이스 내 압력을 10 mm Hg 내지 250 mm Hg 절대치, 그리고 더 정확히 말하면 15 mm Hg 내지 30 mm Hg 절대치로 유지하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 진공원들(12)은 하나 이상의 액체 링 진공 펌프, 하나 이상의 이젝터 또는 액체 링 진공 펌프들 및 이젝터들의 조합을 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. 진공 포트(4H)가 하우징(4B)에 또한 제공될 수 있고 진공이 가스 배출구(4D) 뿐만 아니라 진공 포트(4H)에도 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 진공 포트는 또한 준위 제어 용기(5)에 부착될 수도 있다.
탈기된 해수 흐름(8)은 탄화수소 생성 저장소(16)로부터 산유 및 기체 생산을 증진하기 위해 저장소에 주입될 수 있다. 탈기된 물(8)은 회전하는 충전층 디바이스(4)의 액체 배출구(4E)와 유체 연통하는 물 주입 수단(7)을 사용하여 주입될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 주입 펌프가 저장소에 물을 주입하기 위해 물 주입 수단(7)으로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 용기(5)가 회전 충전층 디바이스의 액체 배출구(4E)로부터 탈기된 해수를 수용하고 탈기된 해수를 주입 펌프들(7)에 제공하기 위해 제공될 수 있다. 그러한 용기들(5)은 조장소로 주입될 탈기된 물(8)을 축적하는 역할을 함으로써 주입 펌프들(7)이 고갈될 수 있는 위험을 감소시킨다.
몇몇 실시예에서, 공급 해수 흐름(1)은 회전 충전층 디바이스의 내부 영역(4C)에 공급되기 전에 여과된다. 임의의 적합한 여과 수단(3)이 액체 유입구(4F)의 업스트림에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 공급 해수 흐름(1)은 임의로 액체 유입구(4F)의 업스트림 또는 준위 제어 용기(5)의 다운스트림 중 어느 하나에 위치되는 막 유닛(6)을 통해 공급 해수 흐름을 통과시킴으로써 황산염에 대해 여과될 수 있다.
도 3을 참조하면, 몇몇 실시예에서, 적어도 유입구(17A) 및 가스 배출구(17B)를 갖는 분리기(17)가 탄화수소 생성 저장소(16)와 유체 연통하게 제공된다. 분리기(17)는 저장소로부터 생성된 유체(18)를 유상, 가스상 및 수상으로 분리하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 분리기(17)로부터의 가스상은 스트리핑 가스(15)로서 회전하는 충전층 디바이스(4)의, 가스 유입구를 갖는 실시예들에서, 가스 유입구(4G)에 공급될 수 있다. 라인(19)은 분리기(17)의 가스 배출구(17B)를 회전하는 충전층 디바이스(4)의 가스 유입구(4G)에 연결한다. 일 실시예에서, 염은 수상을 물 주입 수단(7)에 전달하기 이전에 여과기(20)를 사용하여 분리기(17)로부터의 수상에서 제거될 수 있다. 라인(21)은 분리기(17) 상의 수상 배출구(17C)를 여과기(20)에 연결할 수 있고, 라인(22)은 여과기를 물 주입 수단(7)에 연결할 수 있다.
일 실시예에서, 회전 충전층 디바이스(4)는 12 피트 내지 20 피트의 높이를 갖는다. 이러한 크기는 공간이 제한되는 위치, 이를테면 연안 구조물 또는 부유 용기(미도시)에 회전 충전층 디바이스(4)를 위치시키는 데 바람직하다.
회전 충전층 디바이스들(4)의 알려진 특정 구성들은 본 출원에 개시된 방법들 및 시스템들에서 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 그러한 회전 충전층 디바이스들은 미국 특허 번호 8,448,926; 8,702,071 및 9,216,377(Dutra e Mello 외, 모두 공동 양수됨)에 개시되며, 이의 내용은 참조로 본 출원에 통합된다.
액체 유입구(4F)는 액체(1)를 내부 영역(4C)에 주입하기 위해 내부 영역(4C)에 배치되는 출구 포트(11A)와 도관(11)을 통해 통한다. 일 실시예에서, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 회전 충전층 디바이스(4)의 액체 유입구(4F)는 액 분배기를 더 포함한다. 도관(11)은 중심 도관(11B) 및 도관 주위 환형(11C)을 갖는다. 액체 해수(1)는 RPB 환형 도관(11C)에 공급되고 액 분배기를 통해 패킹(4A)으로 분배된다. 가스 유입구 환형(11C)은 내부 영역(4C)으로 연장되는 복수의 돌출 탭(11D)과 유체 연통한다. 돌출 탭들은 액체(1)를 내부 영역(4C)에 주입하기 위해 그 안에 복수의 출구 포트를 갖는다. 내부 영역과 유체 연통하는 중심 도관(11B)은 가스 배출구(4D)의 역할을 한다.
일 실시예에서, 도 5 및 도 6을 참조하면, 회전 충전층 디바이스(4)는 액체(1)와 가스(15) 사이 물질 전달을 더 증진하기 위해 두 세트의 회전가능한 패킹 링들(4A1 및 4A2)을 포함한다. 두 세트의 회전가능한 패킹 링들의 각각의 회전은 별도의 모터(미도시)에 결합되는 별도의 샤프트에 의해 구동된다. 일 실시예에서, 회전가능한 패킹 링들의 세트들(4A1 및 4A2)에 연결되는 두 개의 로터가 동류 방향으로 회전할 수 있다. 다른 실시예에서, 두 세트의 회전가능한 패킹 링들(4A1 및 4A2)은 역류 방향으로 회전한다. 우측 링들의 세트(4A2)는 두 개의 링을 갖고, 좌측 링들의 세트(4A1)는 세 개의 링을 갖는다. 그러나, 세트에서의 링들의 수는 특정 프로세스를 위해 요구되는 수에 따라 달라질 수 있다. 대체로 중공 원통형의 액 분배기(24)가 로터들의 중간에 위치되며, 이를 통해 액체(1)가 들어가고 패킹 링들로 주입되며, 가스가 액체와 역류 또는 동류 방식으로 패킹 링들을 통과한 후 수집되고 회수된다. 액체(1)는 패킹 링들에 들어가, 대체로 중공 원통형의 액 분배기(24)를 통과하여, 8로서 나간다. 스트리핑 가스 또는 스트리핑 가스 및 진공의 조합과 동작할 때, 해수에 용해된 가스 및 스트리핑 가스(15)는 패킹 링들에 들어가 가스 배출구(4D)에서 27로서 RPB를 나간다. 갭들(23)이 패킹 링들의 세트들(4A1 및 4A2) 사이에 존재한다. 이러한 실시예에서, 단지 진공이 또한 해수에서 가스(27)를 제거하기 위한 유일한 구동력으로 채용될 수 있다.
일 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 충전층 디바이스(4)는 도시된 바와 같이 가스 흐름을 갖는 대체로 중공 원통형의 액 분배기(24)를 포함한다. 패킹을 통과한 가스는 가스 배출구 오리피스들(25)에 수용된다. 하나의 대표적인, 비제한적인 실시예에서, 액 분배기를 통해 방사상으로 연장되는 여덟개의 1 인치 오리피스가 가스 배출구 오리피스들로서 있다. 그 다음 가스는 충전층 및 내부 영역에서 가스(27)를 배기할 중심 도관(26)으로 모인다. 대체로 중공 원통형의 액 분배기(24)에서 분산되는 액체(8)는 대체로 중공 원통형의 액 분배기(24)를 통해 방사상으로 연장되는 다수의 작은 액체 오리피스(29)에서 나간다.
일 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 시스템은 모터(10)에 결합되는 샤프트(9)가 다수의 회전 충전층 디바이스(4)의 각각의 하나 이상의 회전가능한 패킹 링(4A)에 결합되도록 병렬로 배열되는 다수의 회전 충전층 디바이스(4)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 시스템은 제1 회전 충전층 디바이스(4)의 액체 배출구(4E)가 제2 회전 충전층 디바이스(4)의 액체 유입구(4F)에 연결되도록 직렬로 배열되는 다수의 회전 충전층 디바이스(4)를 포함할 수 있다. 그러한 배열은 최종 산소 농도를 낮춤으로써 탈기 성능을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 다수의 RPB가 존재할 때 각 RPB(4)마다 하나의 준위 제어 용기(5)가 사용될 수 있다. 대안적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 RPB(4)는 임의로 공간 및 비용 고려 사항에 따라, 단지 하나 이상의 준위 제어 용기(5)에 연결될 수 있다.
본 출원에 개시된 방법들 및 시스템들의 사용은 낮은 비용, 낮은 중량, 작은 풋프린트 및 컴팩트한 전체 크기의 이점들을 갖고 EOR에서의 물 주입에 적합한 탈기된 해수의 제공을 야기하여, 방법들 및 시스템들이 연안 구조물들 상의 용기들에서 사용하기에 아주 적합하게 만들 수 있다. 또한, 본 출원에 개시된 방법들 및 장비는 신뢰성이 증가된 탈기된 해수 결과물에 더 낮은 산소 함유량을 전달할 것으로 기대된다. 단지 본 발명과 관련된 구성요소들만이 도면들에 도시되고, 회전 충전층 디바이스 및/또는 EOR 시스템의 정상적인 부분인 다른 구성요소들은 간단함을 위해 도시되지 않는다는 것이 주의되어야 한다.
실시예들
실시예 1
이하의 예는 하나의 회전가능한 층을 갖는 회전 충전층 디바이스를 사용하여 주위 압력에서 주로 메탄으로 이루어지는 연료 가스를 사용하여 해수 스트림에서 산소 및 다른 가스들의 지속적인 제거를 실증한다. 대략 75-80℉ (24-27℃)의 해수를 산소 및 다른 가스들을 스트리핑하기 위해 연료 가스와 지속적으로 접촉시켰다. 발포 금속으로 만든 충전층을 사용하고 1000 RPM의 회전 속도 하에서 그리고 상이한 해수 유량들에서, 표 1에서의 결과들은 해수 결과물에서 41 ppb만큼 낮은 산소를 함유하는 물이 획득되었음을 나타낸다. 해수 결과물에서의 산소의 농도는 회전 충전층으로 도입된 스트리핑 가스의 양과 함께 변했다. 가스 대 액체 비(G/L)가 증가되었을 때, 산소 제거 성능은 표 1에서의 데이터에 제시된 바와 같이, 개선된 물질 전달로 인해 증가했다. 해수 공급물에서의 산소의 농도는 범위가 6 ppm 내지 7 ppm이었다. 공급물 및 결과물에서의 산소의 농도들은 Emerson Electric Company(St. Louis, Missouri)가 제조한 프로브로 측정했다. 디바이스는 또한 유사한 가스 대 액체 비에서 감소된 해수 유량 조건들 하에서(부피로 50% 및 33%) 작동했다. 결과들은 성능이 유사했음을 실증했고 상당한 처리량의 감소가 디바이스의 성능을 바꾸지 않았음을 나타냈다.
실시예 2
이하의 예는 회전 충전층 디바이스의 가스 배출구에 연결되는 단일 진공 펌프를 사용하여 진공을 인가하는 동안 해수에서 산소의 지속적인 제거를 실증한다. 이러한 실험 런 동안 어떠한 스트리핑 가스도 사용하지 않았다. 대략 75-80℉ (24-27℃)의 해수를 회전 충전층 디바이스로 지속적으로 도입했다. 발포 금속으로 만든 충전층을 사용하고 1000 RPM의 회전 속도 하에서, 표 2에서의 결과들은 해수 결과물에서 40 ppb만큼 낮은 산소를 함유하는 물이 획득되었음을 나타낸다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위의 목적들을 위해, 다르게 표시되지 않는 한, 양들, 백분율들 또는 비율들을 나타내는 모든 수, 그리고 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 다른 수치 값들은 용어 "약"에 의해 모든 사례에서 조정되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 반대로 표시되지 않는 한, 이하의 명세서 및 첨부된 청구범위에 제시된 수치 파라미터들은 본 발명에 의해 획득되도록 추구된 목적하는 속성들에 따라 달라질 수 있는 근사치들이다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때, 단수 형태들 "하나의", "한", 그리고 "그"는 명시적으로 그리고 명백하게 하나의 지시 대상으로 제한되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 다르게 명시되지 않는 한, 개별적인 구성요소들 또는 구성요소들의 혼합이 선택될 수 있는, 요소들, 물질들 또는 다른 구성요소들의 류의 열거는 나열된 구성요소들의 모든 가능한 아류의 조합들 및 그것들의 혼합들 포함하도록 의도된다. 또한 "포함한다", "포함하는" 및 그것의 변이형들은 비-제한적인 것으로 의도되며, 그에 따라 리스트 내 항목들의 열거는 본 발명의 물질들, 조성들, 방법들 및 시스템들에서 또한 유용할 수 있는 다른 유사한 항목들의 배제가 아니게 된다.
이렇게 기재된 설명은 최적의 모드를 포함하여, 본 발명을 개시하기 위한, 그리고 해당 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명을 활용할 수 있게 하기 위한 예들을 사용한다. 특허 대상 범위는 청구범위에 의해 정의되고, 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 떠오를 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은 그것들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와 상이한 구조적 요소들을 가질 경우, 또는 그것들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와 실질적이지 않은 차이들을 갖는 균등한 구조적 요소들을 포함할 경우 청구범위의 범위 내인 것으로 의도된다. 본 출원에서 언급된 모든 인용문은 명시적으로 참조로 본 출원에 통합된다.
상기한 설명으로부터, 해당 기술분야의 통상의 기술자들은 첨부된 청구범위에 의해 커버되도록 의도되는 개선들, 변경들 및 변형들을 인지할 것이다.
Claims (29)
- 산소, 공기, 질소 및/또는 이산화탄소를 함유하는 공급 해수 흐름에서 탈기하기 위한 방법으로서,
a. 회전 충전층 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 회전 충전층 디바이스는 하나 이상의 회전가능한 패킹 링이 내부 영역을 획정하는 하우징 내에 배치되는 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링과 유체 연통하는 상기 하우징 내 가스 유입구; 액체를 상기 내부 영역에 공급하기 위한 상기 하우징 내 액체 유입구로서, 상기 액체를 상기 내부 영역에 주입하기 위해 상기 내부 영역에 배치되는 출구 포트와 통하는, 상기 액체 유입구; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링을 방사상 안쪽으로 적어도 부분적으로 통과한 가스를 수용하고 상기 내부 영역에서 상기 가스를 제거하기 위한 상기 하우징 내 가스 배출구; 상기 하우징에서 탈기된 해수 흐름을 제거하기 위한 상기 하우징 내 액체 배출구; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링이 회전하게 하기 위해 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링에 결합되는 회전가능한 샤프트; 및 상기 회전가능한 샤프트를 구동하기 위해 상기 회전가능한 샤프트에 결합되는 모터를 포함하는, 상기 회전 충전층 디바이스를 제공하는 단계;
b. 상기 공급 해수 흐름을 상기 출구 포트를 거쳐 상기 내부 영역에 주입하는 단계로서, 상기 공급 해수 흐름은 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링의 각각을 방사상 바깥쪽으로 통과함으로써 상기 공급 해수 흐름보다 더 낮은 농도의 상기 산소, 상기 공기, 상기 질소 및/또는 상기 이산화탄소를 그 안에 갖는 상기 탈기된 해수 흐름 및 상기 공급 해수 흐름에서 제거된 상기 산소, 상기 공기, 상기 질소 및/또는 상기 이산화탄소를 포함하는 가스 흐름을 형성하는, 상기 공급 해수 흐름을 주입하는 단계;
c. 상기 액체 배출구를 통해 상기 하우징에서 상기 탈기된 해수 흐름을 제거하는 단계; 및
d. 상기 가스 배출구를 통해 상기 내부 영역에서 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링을 적어도 부분적으로 통과한 상기 가스 흐름을 제거하는 단계를 포함고,
상기 가스 유입구를 통해 기본적으로 산소가 함유되지 않은 가스 흐름을 주입하는 단계를 더 포함하며,
상기 탈기된 해수 흐름이 주입되는 탄화수소 생성 저장소와 유체 연통하는 분리기로서, 적어도 유입구 및 분리기 가스 배출구를 포함하는, 상기 분리기를 제공하는 단계; 상기 분리기에서 상기 탄화수소 생성 저장소로부터 생성된 유체를 유상, 가스상 및 수상으로 분리하는 단계; 및 상기 가스상이 기본적으로 산소가 함유되지 않은 상기 가스 흐름으로서 수용되도록 상기 가스상을 상기 분리기의 상기 분리기 가스 배출구로부터 상기 회전 충전층 디바이스의 상기 가스 유입구로 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
단계 (b)에서 상기 공급 해수 흐름을 상기 출구 포트를 거쳐 상기 내부 영역에 주입하기 이전에 또는 주입하는 것과 동시에 상기 공급 해수 흐름을 탈산소제(oxygen-scavenger), 살생물제(biocide agent), 스케일 방지제(antiscalant agent) 및 이들의 조합물들로 이루어진 군 중 적어도 하나와 혼합시키는 단계를 추가적으로 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 가스 흐름 대 상기 공급 해수 흐름의 비는 상기 공급 해수 흐름의 표준 입방 피트당 상기 가스 흐름의 1 내지 10 표준 입방 피트이고, 상기 공급 해수 흐름 및 상기 가스 흐름은 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링의 각각을 통과하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 가스 흐름 대 상기 공급 해수 흐름의 비는 상기 공급 해수 흐름의 배럴당 상기 가스 흐름의 0.1 내지 2 표준 입방 피트이고, 상기 공급 해수 흐름 및 상기 가스 흐름은 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링의 각각을 통과하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 가스 배출구를 진공원에 연결함으로써 상기 회전 충전층 디바이스의 상기 가스 배출구에 진공이 인가되는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스는 상기 하우징 내 그리고/또는 상기 액체 배출구에 연결되는 하나 이상의 준위 제어 용기 내 진공 포트를 더 포함하고 상기 방법은 상기 진공 포트에 상기 진공을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 진공원은 상기 회전 충전층 디바이스 내 압력을 10 mm Hg 내지 250 mm Hg 절대압력 또는 15 mm Hg 내지 20 mm Hg 절대압력으로 유지하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 배출구에 연결되는 물 주입 수단을 사용하여 상기 탈기된 해수 흐름을 탄화수소 생성 저장소에 주입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 배출구는, 상기 탈기된 해수 흐름을 수용하고 상기 탈기된 해수 흐름을 하나 이상의 주입 펌프에 제공하기 위해 하나 이상의 용기에 연결되는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
단계 (b)에서 상기 공급 해수 흐름을 상기 내부 영역에 주입하기 이전에 또는 상기 공급 해수 흐름이 상기 액체 배출구에 연결되는 하나 이상의 준위 제어 용기를 통과한 이후에, 상기 공급 해수 흐름에서 황산염을 제거하기 위해 상기 공급 해수 흐름을 막 유닛을 통과시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
기본적으로 산소가 함유되지 않은 상기 가스 흐름은 연료 가스, 메탄, 질소, 이산화탄소 및 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링은 4 m/s 내지 80 m/s의 선단 속도로 또는 500 내지 2500 rpm의 속력으로 회전하는, 방법.
- 공급 해수 흐름에서 탈기하기 위한 시스템으로서,
a. 하나 이상의 회전가능한 패킹 링이 내부 영역을 획정하는 하우징 내에 배치되는 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링; 기본적으로 산소가 함유되지 않은 가스를 수용하기 위해 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링과 유체 연통하는 가스 유입구; 액체를 상기 내부 영역에 공급하기 위한 상기 하우징 내 액체 유입구로서, 상기 액체를 상기 내부 영역에 주입하기 위해 상기 내부 영역에 배치되는 출구 포트와 통하는, 상기 액체 유입구; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링을 방사상 안쪽으로 적어도 부분적으로 통과한 가스를 수용하고 상기 내부 영역에서 상기 가스를 제거하기 위한 상기 하우징 내 가스 배출구; 상기 하우징에서 탈기된 해수 흐름을 제거하기 위한 상기 하우징 내 액체 배출구; 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링이 회전하게 하기 위해 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링에 결합되는 회전가능한 샤프트; 및 상기 회전가능한 샤프트를 구동하기 위해 상기 회전가능한 샤프트에 결합되는 모터를 포함하는 회전 충전층 디바이스;
b. 상기 액체 배출구에 연결되는 하나 이상의 준위 제어 용기;
c. 탄화수소 생성 저장소로부터 유회수를 증진하기 위해 상기 탈기된 해수 흐름을 상기 탄화수소 생성 저장소에 주입하기 위해 상기 하나 이상의 준위 제어 용기에 연결되는 물 주입 수단;
d. 상기 탄화수소 생성 저장소로부터 생성된 유체를 유상, 가스상 및 수상으로 분리하기 위해 상기 탄화수소 생성 저장소와 유체 연통하는 분리기; 및
e. 상기 가스상이 기본적으로 산소가 함유되지 않은 가스 흐름으로서 수용될 수 있도록 상기 회전 충전층 디바이스의 가스 유입구에 상기 분리기 상의 분리기 가스 배출구를 연결하는 라인을 포함하는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스의 상기 가스 배출구에 연결되는 진공원을 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
해양 환경에서 해수를 끌어내기 위해 상기 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 유입구에 연결되는 양수 펌프 시스템 및 상기 해수를 여과하기 위해 상기 양수 펌프 시스템과 유체 연통하는 여과기를 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 공급 해수 흐름에서 황산염을 제거하기 위해 상기 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 유입구 또는 상기 하나 이상의 준위 제어 용기의 배출구에 연결되는 막 유닛을 더 포함하는, 시스템.
- 삭제
- 청구항 14에 있어서,
상기 수상에서 염을 제거하기 위해 상기 분리기 상의 생성된 물 배출구와 유체 연통하는 여과기 및 상기 여과기를 상기 물 주입 수단에 연결하는 라인을 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스가 탈산소제, 살생물제, 스케일 방지제 및 이들의 조합물들로 이루어진 군 중 하나를 수용하기 위한 제2 액체 유입구를 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스가 12 피트 내지 20 피트의 높이를 갖는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 유입구는 중심 도관을 갖는 파이프 및 상기 중심 도관 주위 환형(annulus)을 포함하는 액 분배기를 더 포함하되, 상기 환형은 상기 내부 영역으로 연장되는 복수의 돌출 탭과 유체 연통하고, 상기 돌출 탭들은 상기 액체를 상기 내부 영역에 주입하기 위해 복수의 출구 포트를 가지며, 상기 내부 영역과 유체 연통하는 상기 중심 도관은 상기 가스 배출구로서의 역할을 하는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
기본적으로 산소가 함유되지 않은 가스 공급원을 더 포함하며; 상기 기본적으로 산소가 함유되지 않은 가스는 연료 가스, 메탄, 질소, 이산화탄소 및 이들의 조합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 회전 충전층 디바이스는 두 세트의 회전가능한 패킹 링들을 포함하는, 시스템.
- 청구항 24에 있어서,
상기 액체를 상기 내부 영역에 주입하기 위해 배치된 상기 출구 포트 및 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링을 통해 방사상 안쪽으로 적어도 부분적으로 통과한 상기 가스를 수용하고 상기 내부 영역에서 상기 가스를 제거하기 위한 상기 하우징 내 상기 가스 배출구는 상기 내부 영역에 위치되는 중공 원통형의 액 분배기 내 오리피스들(orifices)이되, 상기 중공 원통형의 액 분배기는 중심 도관, 그것을 통해 방사상으로 연장되는 가스 배출구 오리피스들 및 그것을 통해 방사상으로 연장되는 액체 오리피스들을 포함하는, 시스템.
- 청구항 24에 있어서,
상기 두 세트의 회전가능한 패킹 링들은 동류 방향 또는 역류 방향으로 회전하는, 시스템.
- 청구항 24에 있어서,
상기 두 세트의 회전가능한 패킹 링들의 각각의 회전은 상기 모터에 결합되는 샤프트에 의해 구동되는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링은 발포 금속, 플라스틱, 스테인리스 강, 티타늄, 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 강 합금, 금속 와이어 메쉬, 비-금속 와이어 메쉬, 및 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 다공성 물질로 구성되는, 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 모터에 결합되는 샤프트가 다수의 회전 충전층 디바이스의 각각의 상기 하나 이상의 회전가능한 패킹 링에 결합되도록 병렬로 배열되거나, 또는 제1 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 배출구가 제2 회전 충전층 디바이스의 상기 액체 유입구에 연결되도록 직렬로 연결되는 상기 다수의 회전 충전층 디바이스를 포함하는, 시스템.
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