KR20040005906A - 석유 적하 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

원유로부터 휘발성 유기성분(VOC)을 분리하는 방법으로서, 배에 적하될 때, 원유는 이 원유의 증기압에 따라 조절되는 부압이 형성되어 유지되는 처리 용기(2) 안으로 유입되며, 처리 용기(2)로부터 원유의 액상이 배의 적하물 탱크로 유입되는 한편, 기상, 즉 VOC는 처리 용기(2)로부터 추출된다.

Description

석유 적하 방법 및 장치{A METHOD AND A DEVICE FOR LOADING PETROLEUM}
예컨대, 시추선으로부터 유조선으로 원유를 적하할 때, 원유 구성성분들의 휘발성으로 인해 메탄 및 프로판의 형태로 상당한 양의 VOC의 증발이 야기된다. 증발 정도는 원유의 질에 따라 달라지는데, 원유의 증기압이 매우 중요하다. 탱크의 압력이 보통 1.05 내지 1.07 바(bar) 사이에서 유지되는 유조선으로 적하하는 동안에 증발되는 VOC의 양은 0.5% 정도이다.
원유를 배출하고 난 다음에, 유조선에 탑재된 탱크는 통상적으로 불연성 기체로 충전된다. 보통, 연소 공정으로부터 나온 폐기체(waste gas)가 사용되며, 그래서 탱크는 주로 질소와 이산화탄소로 충전되지만, 매연과 같은 다른 연소 생성물도 또한 충전된다.
1점계류(single-point buoy mooring) 적하의 경우에 시간당 8000㎥가 되는 유량으로 유조선의 적하물 탱크에 원유가 유입될 때, 즉각적인 VOC의 증발이 일어나며, 이러한 VOC는 이미 탱크 내에 존재하는 연소 기체와 혼합된다. 탱크 내의 압력 증대를 방지하기 위해서, VOC와 연소 기체는 탱크로부터 즉시 제거되어야 한다. 종래 기술에 따르면, 이들 기체는 대기 중으로 배출되거나 또는 VOC와 연소 기체를 분리하는 분리기에서 관리되며, 그에 따라 VOC는 유조선의 연료로 사용되며 그리고/또는 탱크 내의 적하물에 재주입된다.
적하 과정의 제 1 단계 동안에, 탱크 내의 액체 충전 레벨이 상대적으로 낮을 때, 탱크 내에 존재하는 연소 기체 내에 있는 VOC의 양은 비교적 작다. 그래서, 분리 설비는 탱크로부터 뽑아내어진 VOC로부터 상대적으로 많은 양의 연소 기체를 처리하고 분리해야 한다. 탱크가 충전됨에 따라 VOC의 농도가 증대되며, 탱크가 거의 만충전이 되었을 때, 분리 설비는 거의 전적으로 VOC만 처리한다. 분리 설비는 컴프레서가 원유의 적하 속도와 동일한 속도로 기체를 압축할 수 있게 하는 컴프레서 용량을 가져야 한다. 이러한 타입의 설비는 대형이며 복잡하고, 종래 기술의 설비에 있어서 만족스런 작동 및 신뢰성을 달성하는 것이 어렵다는 것이 입증되었다.
운송시에, 적하물의 움직임과 튀김(sloshing)은 다시금, 적하물로부터 더 많은 VOC가 분리되게 하고 재주입되게 한다.
종래 기술의 설비는 운송시에 분리되는 VOC를 처리하도록 설계되어 있지 않으며, 더욱이, VOC의 90%의 회수라는 관계당국의 긴박한 요건을 충족시킬 수 있게 하는 특징을 갖지 못한다. 종래 기술의 설비는 또한 설치 및 운전시에 비용이 무척 많이 든다.
본 발명은, 주로 액체의 형태로 존재하지만 소정량의 휘발성 유기화합물 - 이하에서는, VOC라 칭한다 - 을 포함하는 석유의 적하(積荷: loading) 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 실행하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 처리 설비의 주요 구성요소를 개략적으로 도시하는 도면.
본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 개선하는 것이다.
이러한 목적은 아래의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에 제시된 특징들에 의해서 본 발명에 따라 달성된다.
예컨대, 1점계류 적하 시스템을 통해서 유조선으로 펌핑되는 원유는, 부압(負壓: negative pressure)하에서 원유로부터 VOC가 분리되는 처리 용기(process vessel)로 유입된다. 이러한 부압은 원유의 기체 함유량 및 증기압에 따라 조절되며, 전형적으로 0.7 바(절대압력) 정도이다. 원유에 존재하는 VOC는 원유로부터 즉시 증발되며, 예컨대, 자체적으로 알려져 있는 타입의 기체 컴프레서에 의해서 분리 용기(separation vessel)로부터 추출된다. 바람직하게는, 탈기체(degassed) 원유는 액밀부(液密部: liquid seal)를 통해서 유조선의 적하물 탱크로 유입된다. 액밀부는 처리 용기내의 적절한 액체 레벨을 유지하도록 설계되며, 액밀부의 작동 원리는 상세한 설명의 특정 부분에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명될 것이다.
처리 용기로부터 추출되는 VOC는 몇 개의 압축 단계를 거쳐서 압축되는데, 전형적으로 각 단계에는 액화된 VOC를 분리하는 소위 스크러버(scrubber)가 포함되며, 남아있는 기상(gas phase)은 바람직하게는 컴프레서에 의해서 냉각기(cooler)를 통해서 추출된다.
충분한 압축 및 냉각 후에, VOC의 대부분은 액체로 변환되었으며, 그에 따라 액화된 VOC는 유조선에 배치된 가압 적하물 탱크 안으로 펌핑된다. 가압 적하물 탱크는 원유 적하물로부터의 VOC의 필요량을 보유할 수 있도록 크기가 정해진다.
유조선의 가압 적하물 탱크 내에 포함되어 있는 분리된 VOC는 별도로 판매되거나, 유조선의 연료로 사용되거나, 또는 하역(unloading)시에 원유 적하물에 재주입될 수 있는 고급 생성물이다.
실험에 따르면, 본 발명에 따라 처리된 원유는 운송시에 미소한 양의 VOC만이 방출됨을 보여준다. 이러한 처리에 소요되는 에너지는 종래 기술에 따른 처리에 요구되는 에너지의 20%에 불과하며, 또한 원유 내에 90% 이상의 VOC를 유지시키는 것도 예상될 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면에 예시된 바람직한 실시예의 비제한적인 실례가 설명된다.
도 1에서, 참조 번호 1은 예컨대, 고정 시설 또는 부유 시설로부터 원유를 처리하기 위해서 배에 설치된 처리 설비를 지칭한다.
처리 설비(1)는, 예컨대 1점계류 적하 시스템을 통해서 원유가 유입되는 처리 용기(2)를 포함한다. 원유의 기상의 증발 후에, 액상은 연결 파이프(4)를 통해서 유조선의 적하물 탱크(6)로 유입된다. 연결 파이프(4)에는 이 연결 파이프(4)와 함께, 처리 용기(2) 내의 원하는 부압을 유지시키도록 설계된 액밀부(8)가 구비되어 있다. 연결 파이프(4)와 액밀부(8)의 작동 원리는 아래에 매우 상세하게 설명될 것이다.
처리 용기(2)로부터 기체 파이프(12)를 통해서 자체적으로 알려져 있는 타입의 수 개의 응축 단계(10) 중 첫 번째 단계로 원유의 기상이 추출된다. 전형적으로 응축 단계(10)에는 응축된 기체가 분리되는 스크러버(14)와, 응축액 펌프(16)와, 기체 냉각기(18), 및 컴프레서(20)를 포함한다. 직렬로 연속된 응축 단계(10)를 거치면서 기체 압력이 증대됨에 따라, 점점 더 많은 기체가 응축되며 그리고 나서 근본적으로 액체 상태로 유조선의 가압 적하물 탱크(22)로 유입된다. 가압 적하물 탱크(22)는 이 탱크(22)의 출구가 탱크(22)의 가장 낮은 지점이 되도록 배치되며, 그래서 탱크(22) 내의 기체 압력은 탱크(22)의 내용물이 배출될 때 탱크(22)의 출구를 통해서 액상이 배출되게 한다.
가압 탱크(22)로부터의 VOC 액체는 파이프(24)와 밸브(26)를 통해서 별도로 하역되거나, 파이프(28)와 밸브(30)를 통해서 원유 적하물에 재주입될 수 있는데, 이러한 원유 적하물은 펌프(32)와 하역 파이프(34)를 통해서 하역된다.
본 방법의 바람직한 변형예에서, 처리 용기(2)의 액체 레벨은 액밀부(8)의 출구 레벨로부터 3 내지 4미터 상부에 위치해 있다. 이러한 거리가 도 1에서 "X"로 표시되어 있다. 대형의 출구 파이프(4)와 액밀부(8)의 액주(liquid column)는 처리 용기(2)에 부압이 발생될 때까지 처리 용기(2)로부터 액체를 빨아들이며, 이러한 부압은 상기 액주의 무게를 보상한다(즉, 상쇄시킨다). 원유는 출구 파이프(4)에서의 최대 배출 유량보다 낮은 유량으로 처리 용기(2)로 공급되며, 이로써 처리 용기(2) 내의 부압은 출구 유량을 제어하며, 액밀부(8)의 출구와 처리 용기(2) 사이의 레벨 차이 X는 처리 용기의 부압을 제어한다. 그래서, 이 시스템은 자체적으로 조절되며, 출구 파이프(4)에 유동 제어 밸브가 필요없게 한다. 원유에 있는 VOC는 처리 용기(2) 내에서 원유로부터 즉각적으로 비등되며, 처리 용기(2)로부터의 VOC의 추출은 원유의 VOC 함유량에 따라 조절되어야 함이 자명하다.
유출 공기 파이프(36)는 유조선의 적하물 탱크(6)를 액밀부(8)의 출구에 연결하며, 적하물 탱크(6)의 액체 레벨이 압력 헤드(X)에 영향을 미치지 못하도록 설계된다.
본 발명의 방법은 근해에서의 적하시에 VOC의 90%의 회수라는 관계당국의 요건을 충족시켜야 할 때 비용 및 에너지를 상당히 절감할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 주로 액체의 형태로 존재하지만 소정량의 휘발성 유기화합물(VOC)을 포함하는 석유를 적하하는 방법 및 이러한 방법을 실행하는 장치에 이용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 원유로부터 휘발성 유기성분(즉, VOC)을 분리하는 방법으로서,
    상기 원유는, 배에 적하될 때, 원유의 증기압에 따라 조절되는 부압이 형성되어 유지되는 처리 용기(2) 안으로 유입되며, 상기 처리 용기(2)로부터 상기 원유의 액상이 상기 배의 적하물 탱크로 유입되는 한편, 기상, 즉 VOC는 상기 처리 용기(2)로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 원유로부터 휘발성 유기성분을 분리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기상, 즉 VOC는 상기 배에 배치된 가압 적하물 탱크(22) 내에 근본적으로 액체 상태로 압축 및 적하되는 것을 특징으로 하는 원유로부터 휘발성 유기성분을 처리하는 방법.
  3. 배에 적하시에 원유로부터 휘발성 유기성분(VOC)을 분리하는 장치로서,
    상기 배에는 이 배의 원유 적하물 탱크 안으로 상기 원유가 유입되기 전에 부압에 의해서 상기 원유를 처리하도록 설계된 처리 용기(2)가 구비되며, 이로써 원유의 휘발성 유기성분(VOC)과 상기 배의 원유 적하물 탱크 내에 존재하는 연소 기체의 혼합이 회피되는 것을 특징으로 하는 원유로부터 휘발성 유기성분을 분리하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 처리 용기(2) 내의 부압은 주로 상기 처리 용기 아래에 위치된 배출 파이프(4) 및 그 후속 액밀부(8)에 배치된 액주에 의해서 유지되고 제어되는 것을 특징으로 하는 원유로부터 휘발성 유기성분을 분리하는 장치.
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