KR20110034658A

KR20110034658A - 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소의 분리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20110034658A
Application number: KR1020117002511A
Authority: KR
Inventors: 다렐 린 갤럽; 크리스토퍼 헨리 스푸렐; 리만 아놀드 영; 폴 티쉬
Original assignee: 셰브런 유.에스.에이.인크.
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2011-04-05
Also published as: WO2010005654A3; ZA201008389B; US20100000910A1; WO2010005654A2; EP2297280A2

Abstract

본 발명은 일반적으로 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소를 제거하는 것에 관한 것이다. 미량 원소를 포함한 액체 탄화수소 공급물은 탄화수소 용해성 첨가물과 물과 혼합된다. 혼합되는 동안 일부의 경우 불용성이 바람직한 화합물이 탄화수소 용해성 첨가물이 미량 원소와 화학적으로 반응하여 형성된다. 탈염장치 또는 오일-물 분리장치와 같은 상분리 장치는 상기 화합물을 포함하는 오일-물 에멀젼을 수용하고, 혼합물을 용해하여 화합물, 유출 염수(effluent brine), 및 액체 탄화수소와 비교하여 감소된 농도의 미량 원소를 갖는 유출 액체 탄화수소를 생성한다. 일부의 실시예에서, 본 발명은 액체 탄화수소 공급물로부터 수은 원소를 제거하는 것에 관한 것이다. 일반적으로 유기 폴리황화물인 탄화수소 용해성 황 함유 첨가물은 액체 탄화수소 공급물 및 물과 혼합된다. 상기 탄화수소 용해성 황 함유 첨가제는 수은과 반응하여 황화수은(II)의 응집물을 재빨리 형성하며, 이는 이후 유출 염수 또는 유출 액체 탄화수소와 함께 배출된다.

Description

액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소의 분리 시스템 및 방법{System and Method for Separating a Trace Element from a Liquid Hydrocarbon Feed}

본 발명은 탈염 장치 또는 오일-물 분리장치와 같은 상(phase) 분리 장치 내부에서 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소의 분리에 관한 것이다.

액체 탄화수소 공급물은 일반적으로 공급물 원료에 따라 몇 ppb(parts per billion) 내지 수천 ppb의 양으로 존재하는 한 벌의 미량 원소들을 포함한다. 이와 같은 원소들은 장비의 종종 부식을 유발하고, 일련의 처리 공정에 사용되는 촉매에게 악영향을 미치거나 해가 될 수 있다. 예를 들면, 수은은 파이프, 밸브 및 심지어 분획증류 컬럼과 같은 규모가 큰 구조물에서 시간이 지남에 따라 축적되어, 동 또는 알루미늄과 같은 표면 금속을 아말감화할(amalgamate) 수 있다. 장비를 교체하거나, 이와 같은 해로운 금속을 장비로부터 추출하는 일은 매우 비용이 많이 들고 잠재적으로 위험한 일이다. 그러므로, 공급물의 증류공정 이전 또는 심지어 탄화수소 회수 장소에 머물러 있을때 제거하는 것과 같이 공정중에 가능한 빨리 미량 원소들을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 증류 공정 이전에는 공급물이 화학적으로 더욱 복잡한 액상 탄화수소 상태로 존재하기 때문에 탄화수소 증류공정 이전에 미량 원소들을 제거하는 기술들이 현재 개발이 잘 안되고 있는 경향이 있다.

그럼에도 불구하고, 분획 증류 공정 이전에 액상 탄화수소 공급물내의 미랭의 금속 오염물을 제거하는 성공적인 방법들이 다양하게 개발되었다. 예를 들면, 미국특허번호 제6,350,372 B1은 흡착제 운반체(carrier)와 결합된 용융 황화합물의 사용을 개시하고 있다. 상세하게는, 액상 탄화수소 공급물을 혼합가능한 황화합물과 혼합하고, 이후 고정층 흡착제와 접촉되도록 위치시킨 후, 원소 기준으로 적어도 85%의 수은을 제거한다. 미국특허번호 제4,474,896호는 기체상 및 액체상 탄화수소 스트림으로부터 수은 원소를 제거하기 위한, 주로 폴리황화물(polysulfide) 기반의 흡착제 조성물의 용도를 청구하고 있다. 상세하게는, 흡착제 조성물은 폴리황화물, 지지체 물질 및 불용성 금속 폴리황화물을 형성할 수 있는 금속 양이온을 포함한다. 탄화수소 공급물로부터 수은을 포함한 미량 원소들을 추출하기 위한 고정층 흡착제의 사용에 관한 접근들이 성공적이었던 반면에, 이들은 또한 많은 수의 바람직하지 않은 특성들을 포함하고 있다. 흡착제 층은 미정제물(crude) 내 고형 입자들에 의해 막혀서, 이로 인해 공급물 흐름을 방해하는 경향이 있다. 또한 특히 제거되어야할 미량 원소 또는 원소들이 고농도로 존재하는 경우 흡착제들이 다량으로 요구되기 때문에 매우 비용이 많이 소요될 수 있다. 또한, 흡착제를 스트리핑(stripping)하는 것은 일반적으로 흡착제의 폐기 또는 재생 이전에 요구된다.

액체 탄화수소 농축물로부터 수은을 제거하는 또 다른 방법이 미국특허번호 제4,915,818호에 개시되어 있다. 이와 같은 방법에서, 액체 탄화수소를 알칼리 금속 황화물 염의 희석 수용액으로 처리함으로서 흡착제 운반체의 사용을 배제하고 있다. 수용액 상에서 황 화합물의 높은 분배 계수(partition coefficient)로 인하여 액체 탄화수소의 황 오염 위험성이 제한된다. 그러나, 이와 같은 방법이 황 오염의 위험성을 최소화시키지만, 수은의 화학적인 의존성(chemical dependency)이 존재하는 상(phase)에 좌우될 수 있기 때문에 유기 상(phase)에 존재하는 수은이 알칼리 금속 황화물 염과 덜 반응을 할 수 있다. 특히, 유기 수은 화합물은 액체 탄화수소 공급물에 용해되고, 일반적으로 수은 원소 또는 무기 수은 화합물보다 훨씬 반응성이 낮다.

앞서 살펴본대로, 미량의 원소를 제거하는 기존의 방법들은 바람직하지 않으며, 탄화수소 공급물로부터 미량의 원소 추출과 관련된 문제들을 극복하는 새로운 방법들이 매우 유용할 것으로 사료된다.

발명의 요약

본 발명은 원유, 천연가스, 및 기타 석유 제품들과 같은 액체 탄화수소로부터 미량의 원소를 제거하는 것을 포함한다. 액체 탄화수소는 물과 탄화수소 용해성 첨가물과 혼합 또는 유화된다. 혼합중에 첨가물은 미량 원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 생성한다. 이와 같은 화합물은 일반적으로 수불용성 화합물이며, 이 화합물은 이후의 처리 공정들에서 용이하게 분리 및 제거될 수 있다. 탈염장치 또는 오일-물 분리장치와 같은 상분리 장치는 상기 화합물을 함유하는 오일-물 에멀젼을 용해, 즉 분리한다. 용해된 혼합물은 첨가물을 미량 원소, 유출 염수(effluent brine), 및 액체 탄화수소 공급물과 비교하여 감소된 미량원소 농도를 갖는 유출(effluent) 액체 탄화수소와 혼합하여 형성된 화합물을 생성한다. 상기 화합물은 유출 염수 또는 유출 액체 탄화수소를 이용하여 상 분리 장치로부터 제거될 수 있고, 추후 여과되어 제거될 수도 있다.

일부 구현예에서, 본 발명은 액체 탄화수소로부터 수은 원소를 제거하는 것을 지향한다. 황 함유 탄화수소 용해성 첨가물은 액체 탄화수소 공급물 및 물과 혼합되어 유화 용액을 생성한다. 일부의 경우, 액체 탄화수소는 첨가물의 주입 이전에 물로 유화되고, 다른 시나리오에서 첨가물은 액체 탄화수소 또는 물로 직접 첨가된 후 서로 모두 혼합될 수 있다. 예를 들면, 유기 폴리황화물은 물로 유화되기 이전에 액체 탄화수소 스트림으로 직접 주입되거나 유화 오일-물 혼합물로 주입될 수 있다. 혼합 전략과는 상관없이 황 함유 첨가물은 액체 탄화수소 내부에서 농축된 수은과 반응하여, 순식간에 황화수은 집합체를 형성하고, 이후의 여과 공정을 위해 유출물 염수 또는 유출물 액체 탄화수소에서 제거된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체 탄화수소로부터 미량의 원소를 제거하기 위해 시스템이 사용된다. 상기 시스템은 상분리 장치와 유체 연통되는 일차 및 이차 액체 라인들을 포함한다. 정제소 세팅에 있어서, 상 분리 장치가 탈염 장치를 포함할 수 있을 경우 상기 일차 액체 라인은 액체 탄화수소 공급물을 포함하고, 상기 이차 액체 라인은 세탁수(wash water)를 포함한다. 탄화수소 용해 첨가물은 액체 탄화수소 공급물 또는 세탁수와 혼합되어, 액체가 유화됨에 따라 미량의 원소와 화학적으로 반응할 수 있다. 액체 혼합물은 이후 상분리 장치 내부에서 용해되어 일차 산출 라인으로 배출될 수 있는 감소된 농도의 미량 원소를 갖는 유출물 액체 탄화수소를 생성하고, 이차 배출라인으로 배출될 수 있는 유출물 염수를 생성하며, 상기 첨가물을 미량 원소와 혼합하여 형성된 화합물을 생성하며, 화합물은 유출물 염수 또는 유출물 액체 탄화수소와 함께 상분리 장치로부터 제거될 수 있다. 만일 미량 원소를 플랫폼 근처(offshore platform)와 같은 탄화수소 회수 위치에서 제거한다면 상 분리 장치는 오일-물 분리장치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 일차 액체 라인은 오염된 수중오일 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 이차 액체 라인은 혼합물을 처리하기 위해 상기 일차 액체 라인으로 직접 주입될 수 있는 탄화수소 용해 첨가물을 포함할 수 있다. 상기 첨가물이 오염된 수중 오일 혼합물과 혼합되므로, 첨가물이 오염물질 또는 미량 원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 형성한다. 혼합물이 분리됨에 따라, 상기 액체 탄화수소가 회수되어 미량 원소의 농도가 감소된다.

본 발명의 앞서 언급된 특징 및 추가의 특징들은 하기의 상세한 설명 및 도면을 통하여 보다 명백하고, 이해가 용이해질 것이다.

탄화수소 공급물, 일반적으로 C₅H₁₂ 내지 C₄₂H₈₆ 사이의 대략적인 길이를 갖는 탄화수소 사슬의 응집물은 보통 다양한 미량 원소들을 포함한다. 미량 원소들은 알칼라인 토금속, 전이 금속, 전이후 금속(post-transition metal), 및 비금속들이며, 일반적으로 칼슘(Ca), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 비소(As), 셀레늄(Se), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 텔루르(Te), 바륨(Ba), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 및/또는 비스무트(Bi)로 구성된다. 부식 방지 및 환경적 저항성 보장등을 포함한 다양한 이유를 위해 공급물의 초기 처리과정에서 하나 이상의 이와 같은 미량 원소들을 추출하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 방법에 따른 액체 탄화수소로부터 미량 원소를 제거하는 단계를 도시하고 있다. 첫번째, 단계 10으로 도시된 바와 같이, 탄화소수 용해성 첨가물이 미량 원소 농도를 갖는 액체 탄화수소와 혼합된 후 물과 혼합된다. 이와 같은 액체가 혼합되면서 탄화수소 용해성 첨가물은 미량 원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 형성한다. 일반적으로, 이와 같은 화합물은 탄화수소와 수용액 상에서 모두 불용성이어서, 앞으로의 처리과정중에 용이하게 제거될 수 있다. 일단 상기 화합물을 함유하는 오일-물 에멀젼이 형성되면, 단계 20에서 나타난 바와 같이 상분리 장치에서 상(phases)으로 용해된다. 단계 30에서와 같이 유출물 상들은 이후 상분리 장치로부터 개별적으로 제거된다. 탄화수소 용해성 첨가물이 미량 원소와 화학적으로 반응하여 형성된 화합물들도 유출물 상들과 함께 제거된다. 이후 화합물은 단계 40에서와 같이 유출물로부터 용이하게 추출될 수 있다. 그러므로 일단 이와 같은 공정이 완료되면 상 분리장치로부터 제거된 유출물 액체 탄화수소는 감소된 농도의 미량 원소를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 "미량 원소의 농도"는 원소 상태로 존재할때 액체 탄화수소 내부의 미량 원소의 농도를 기술하는 의미라는 점을 주지하여야 한다. 즉, 일단 첨가물과 화학적으로 반응하거나 화합물 상태로 존재하는 경우 미량 원소의 함량은 무시된다.

특정 구현예에 있어서, 수은은 추출되어야하는 목표 미량 원소이고, 수은과 함께 화합물을 형성시키기 위해 디-터셔리-노닐 폴리설파이드(di-tertiary-nonyl polysulfide; TNPS)와 같은 유기 폴리황화물과 같은 탄화수소 용해성 첨가물이 사용된다. 탄화수소 용해성 황 기반 첨가물은 수은과 반응하여 하기 반응을 통하여 순간적으로 수은 황화물 응집체를 형성한다:

R-S-S_x-S-R + XHg → R-S-S-R + XHgS

여기서, R은 탄화수소 또는 수소이고, S는 황이고, X 및 x는 일반적으로 3 내지 8의 동일 정수이다. 무기염으로서 황화수은은 본질적으로 증기압을 갖지 않으며, 이온염으로 전환되어 본 기술분야에 이미 알려진 다양한 기술들에 의해 보다 용이하게 수은을 제거할 수 있게 한다. 일부의 경우 황화수은은 황 기반 첨가물과 수은이 액체 탄화수소 공급물 중에서 반응하여 형성될 수 있다.

도 2는 오일 정제소 세팅에서와 같은 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소들을 제거하는 본 발명의 일실시예에 따른 흐름 공정을 도시하고 있다. 처리 시스템(100)은 흔히 석유 또는 원유로 불리는 액체 탄화수소 공급물을 포함하며, 저장용기(102)로부터 파이프(104)를 통해 공급된다. 이후 공급물은 가열로(106)에서 일반적으로 약 500 내지 600℃ 범위의 비등점 이상의 온도로 가열된다. 가열된 액체 탄화수소 공급물은 파이프(104) 내부에 계속 잔류하고, 탄화수소 용해성 첨가물이 라인(108)을 통해 액체 탄화수소 공급물로 주입된다. 이후, 액체 탄화수소 공급물과 탄화수소 용해성 첨가물은 탈염장치(desalting unit) 또는 탈염기(desalter)와 같은 상 분리 장치(110)으로 도입되고, 라인(112)을 통해 도입되는 세척수와 혼합되어 상 분리 장치(110) 내부에서 에멀젼을 형성한다. 적당한 에멀젼을 얻기 위해 혼합물은 압력 감소 밸브(미도시)를 통과하거나, 혼합장치(미도시)로 교반될 수 있다. 대안으로, 세척수를 포함한 라인(112)은 상분리 장치(110)의 상류에 위치한 파이프(104)로 직접 주입될 수 있다. 유사하게, 탄화수소 용해성 첨가물은 동일한 라인을 통해 세척수로서 주입될 수 있으며, 라인들(108, 112)중 오직 하나의 라인만이 존재할 것이다. 혼합물이 유화되는 동안 탄화수소 용해성 첨가물은 하나 이상의 미량원소들과 반응하여 화합물, 일반적으로 불용성 무기 화합물을 형성한다. 유화 용액의 용해는 탄화수소 용해성 첨가물과 미량 원소간의 반응에 의해 형성된 화합물, 유출물 염수, 및 액체 탄화수소 공급물과 비교하여 감소된 농도의 미량 원소를 포함하는 유출물 액체 탄화수소를 생성한다. 이후 좀더 상세히 논의되겠지만, 상 분리 장치(110)는 복수의 방해판(118), 전계를 생성하는 복수의 전극(미도시) 및/또는 혼합물을 상들로 분리하는 것을 도와주는 탈유화제(demulsifying agent)를 이용할 수 있다. 또한, 유사하게 탄화수소 및/또는 수용액 상 내부에서 화합물의 침전을 촉진하기 위해 침전제를 이용할 수 있다.

일단 분리되면, 유출물 염수는 제1 출구(114)를 통해 탈염기 밖으로 유동되고, 일반적으로 여과 및 라인(112)를 통해 세척수로 재순환된다. 유출물 액체 탄화수소는 상분리 장치(110)로부터 파이프(116)로 배출되고, 분획 증류 컬럼(120)으로 이송된다. 분획 증류 컬럼(120)은 많은 수의 구멍들(124)이 형성된 복수의 공간적으로 떨어진 플레이트들(122)로 구성된다. 가열된 유출물 탄화수소가 분획 증류 컬럼(120)으로 진입하면 분리되어 플레이트들(122) 내부의 구멍(124)을 통해 탄화수소 증기가 계속 상승한다. 탄화수소 증기가 분획 증류 컬럼(120)에서 상승함에 따라 냉각되고 응축되기 시작하여 복수의 플레이트(122)에서 포획될 수 있는 액체 분획을 생성한다. 분획 증류 컬럼(120)의 상부에 도달한 증기들은 출구(126)로 배출된다. 이와 같은 증기들은 일반적으로 매우 경질 탄화수소이고, 흔히 나프타로 불린다. 가솔린, 케로센, 디젤, 윤활유 및 중질가스오일과 같은 중질 탄화수소 분획들은 분획 증류 컬럼(120) 내부의 공간 플레이트(122)에 각각 대응되는 출구(128)로 배출된다. 가장 중질의 탄화수소 사슬들은 분획 증류 컬럼(120)의 하부에 모이고, 출구(130)를 통해 배출된다. 이와 같은 탄화수소들은 흔히 잔류물(residual)로 불린다. 각각의 출구(126, 128, 130)에 따라서, 분획들은 냉각을 수행하는 이후의 응축기로 보내진 후 저장 탱크로 전송되거나, 추가의 화학적 처리를 위해 다른 영역으로 전달될 수 있다. 예를 들면, 분획 증류탑 상부에서 배출된 나프타는 액화 천연가스와 같은 경질 최종물, 및 중질 또는 더 밀도가 높은 최종물로 추가로 분리될 수 있다. 탄화수소 용해성 첨가물과 미량 원소간의 반응에 의해 형성된 화합물은 유출 염수 또는 유출 액체 탄화수소와 함께 배출된다. 미량 원소를 화합물로 전환하는 것은 여과(filtration), 응집(coagulation), 부유(flotation), 공침전(co-precipitation), 이온 교환(ion exchange), 역삼투(reverse osmosis), 한외여과(ultra filtration) 및 본 기술분야에서 알려진 기타의 일반적인 처리 방법들과 같은 기술을 통해 추후 제거되기 용이하게 한다.

앞서 언급한 바와 같이, 상분리 장치(110)는 혼합물을 상(phase)들로 분리하는 것을 돕기 위해 본 기술분야에 이미 알려진 다양한 분리 아이템들을 이용할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 복수의 방해판(118)들이 유화 용액을 상(phase)으로 분리하는 것을 돕기 위해서 상 분리 장치(110) 내부에 포함된다. 도 2에 설명된 것과 같이, 일련의 수평으로 떨어져있는 방해판들이 이용되지만, 방해판들의 어떠한 방향적 및 공간적 정렬도 이용될 수 있다. 유사하게, 상 분리장치(110)는 비교적 높은 전압에서 작동하여 전계를 생성하고, 처리수 및 액체 탄화수소의 탈유화(demulsifying)를 도와주는 일련의 충전 플레이트 또는 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 충전된 플레이트 또는 전극들은 유화 혼합물을 수상 및 오일상으로 파쇄하기에 충분한 전계를 생성하기 위해 배치된 어떠한 아노드(anode) 및 캐소드(cathode)의 정렬도 포함한다. 상 분리를 돕기 위해 화학적 탈유화제가 추가적으로 상분리 장치(110)에 첨가될 수 있다. 분리된 수상은 일반적으로 제1 출구(114)를 통해 탈염기로부터 흘러나오고, 여과되고, 세척수로서 라인(112)를 통해 재순환되는 유출 염수로 구성된다. 오일상은 일반적으로 파이프(116)으로 배출되고, 분획 증류 컬럼(120)으로 이송되는 유출 액체 탄화수소로 구성된다. 또한, 탄화수소 용해성 첨가물과 미량 원소의 반응으로부터 형성된 화합물이 생성되고, 유출 염수 또는 유출 액체 탄화수소와 함께 배출된다. 미량 원소의 화합물 형태로의 전환은 상기 화합물이 미량 원소에 비해 크기가 크고, 증가된 중량을 갖고 있으며 일반적으로 좀더 안정적이기 때문에 이후에 제거될 기회를 증가시킨다. 화학적 침전제는 탄화수소 및/또는 수상과 혼합된 화합물의 침전을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 침전제의 형태에 따라, 침전제는 세척수와 함께 탄화수소 용해성 첨가물과 함께 직접 액체 탄화수소로 첨가되거나, 상분리 장치의 상부에 위치한 분리 주입 포트를 통하거나, 상분리 장치로 직접 첨가될 수 있다. 또한, 상분리장치의 하류에 위치한 유출 염수 또는 탄화수소로 직접 첨가될 수 있다. 사용될 수 있는 침전제의 형태는 본 기술분야에 알려져 있으며, 미국특허번호 제7,204,927호, 제7,048,847호, 제5,681,451호, 제5,593,572호, 제5,481,059호 및 제5,476,988호의 침전제와 유사하다.

도 3은 탄화수소 회수 위치에서와 같은, 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소를 제거하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흐름 공정을 도시하고 있다. 처리 시스템(200)은 저장소(202)로부터 회수되고 파이프(204)를 통해 전달된 오염 탄화수소를 포함한다. 상기 저장소(202)로부터 회수된 탄화수소는 일반적으로 에멀젼 형태로 추출되고, 탄화수소와 물의 혼합물을 포함한다. 회수된 탄화수소는 파이프(204)를 통과하고, 탄화수소 용해성 첨가물은 라인(206)을 통해 파이프(204)로 주입된다. 첨가물과의 적당한 혼합을 얻기 위해 압력 감소 밸브(미도시) 또는 혼합 장치(미도시)가 사용될 수 있다. 첨가물이 에멀젼과 충분히 혼합됨에 따라, 첨가물은 회수된 탄화수소를 오염시키는 미량 원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 생성한다. 다시 말하면, 이와 같은 화합물들은 불용성이어서 이후의 공정을 통해 용이하게 분리될 수 있다. 이후 혼합물은 오일-물 분리장치로 알려진 상 분리 장치(210)를 통과하여 에멀젼을 용해시킨다. 상분리 장치(110)와 유사하게, 상분리장치(210)도 상 및/또는 화합물의 분리를 돕기 위하여 방해판(216), 충전 플레이트(미도시), 전극(미도시), 탈유화제 및/또는 침전제를 이용할 수 있다. 상분리장치(110)나 상분리장치(210) 모두 이와 같은 아이템들을 요구하지 않으며, 이들은 오직 유화 혼합물 및 화합물의 침전 시간을 촉진시키기 위해 사용된다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 일단 혼합물이 용해되면, 감소된 오염의 미량 원소를 포함한 처리된 액체 탄화수소는 라인(214)을 통과해 저장탱크(220)으로 전달되고, 여기서 도 2에 도시된 시스템과 같은 또 다른 운영 장치로 전달될 수 있다. 분리된 수상은 출구 라인(212)을 통해 배출된다. 이와 간은 생성된 물은 여전히 오일성 잔류물 및/또는 오염물들을 포함할 수 있어서, 재순환되거나 또는 폐기하기 전에 또 다른 상분리 장치(미도시)를 통과할 수도 있다. 이와 같은 경우, 유사한 공정을 반복하여 추가적인 오염물들이 제거되도록 분리장치를 통과하기 이전에 생성된 물이 첨가물과 함께 주입된다.

본 발명에 따르면, 원유, 천연가스, 및 기타 석유 제품들과 같은 액체 탄화수소로부터 미량의 원가가 용이하게 제거된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소들을 제거하는 단계를 도시하고 있는 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소들을 제거하는 시스템을 도시하고 있는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 액체 탄화수소 공급물로부터 미량 원소들을 제거하는 시스템을 도시하고 있는 도면이다.
상기 도면들은 크기를 표시할 필요가 없으며, 본 발명을 보다 잘 기술하고 설명하기 위하여 특정 특징들이 과장될 수 있다. 유사하게, 상기 도면들은 당업자에 의해 본 발명을 이해하는데 있어서 필수적이지 않는 혼합 장치들과 같은 어떠한 형태의 장비를 배제하기 위하여 처리 관점으로부터 단순하게 표시되었다.

실시예

하기 실시예는 본 발명에 따라 어떠한 방식으로 액체 탄화수소 공급물로부터 수은 함량이 최소 수준까지 감소될 수 있는지를 나타낸다. 시험 결과는 복수의 위치에서 수득되었으며, 각각은 액체 탄화수소 처리장치 내부의 상이한 스테이지에 대응되고, 4시간 간격으로 오염된 액체 탄화수소 공급물 내 수은 농도의 변동을 측정하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, A 지점은 상분리 장치(110)의 상류에 위치하고, 이와 같은 예에서 탄화수소 용해성 첨가물이 라인(108)을 통해 주입되는 지점의 상류에 위치한다. B 지점은 상분리 장치의 하류에 제1 출구(114) 상에 위치하고, C 지점은 상분리 장치의 하류에 제2 출구(116) 상에 위치하고, D 지점은 분획 증류 컬럼(120)의 출구(130) 상에 위치하고, E 지점은 분획 증류 컬럼(120)의 출구(126)에 위치한다.

시간(시간)	A 지점 (ppb)	B 지점 (ppb)	C 지점 (ppb)	D 지점 (ppb)	E 지점 (ppb)
0	109.4	13.2	376.2	0	452.4
4	60.7	8.6	201.9	1	748.2
8	82.5	13.2	140.4	2.2	127.3
12	103	14.2	281.8	1.8	2.6
16	17.7	6.8	102	2	7.6
20	170.6	11.5	259.9	2.8	13.2
24	187.3	8.8	246.6	0.2	7.1

상기 결과들은 탄화수소 용해성 첨가물이 액체 탄화수소 공급물로 주입된 후, 수은 농도가 현저하게 줄어들기 시작하였으며, 시험이 12시간이 경과하여, 상분리 장치(110)의 하류에 분획 증류 컬럼(120)의 출구상에 위치한 E 지점에서 15 ppb 이하의 수준까지 안정화되었다. 첨가물의 주입 시작전에 장치의 적절한 세척(flushing)을 통하여 E 지점에서 더욱 급격한 감소를 실현할 수 있다. 이와 같은 예에서 B 지점에서 현격한 변화가 관찰되지는 않지만 예컨데 지점들(108 또는 112)에서 침전제를 주입함으로써 유출 염수에서 수은 농도의 증가를 촉진하기 위해 침전제가 사용될 수 있다. 수은 농도가 C 지점에서 계속 검출된다는 점을 고려할때 유출 액체 탄화수소에 의해 화합물이 증류 챔버로 이송되는 것 같다. 이와 같은 예에서, 검출은 특정화하지 않으며, 그러므로, 해석은 원소 상태 및 화합물 상태로 존재하는 총 수은 농도를 포함한다는 것을 주지하여야 한다. 화합물의 증가된 농도가 D 지점에서 측정되지 않는 반면에 E 지점에서 현저한 감소가 일어나지 않기 때문에 화합물은 증류 챔버의 바닥에 축적될 수 있다고 사료된다.

2. 정의

특정 용어들은 처음으로 사용되기 때문에 본 명세서 전반에 걸쳐 정의되며, 반면에 본 명세서에 사용된 기타의 특정 용어들은 아래와 같이 정의된다:

본 명세서에 사용된 "황-기반"은 하나 이상의 황 원자를 포함하는 어떠한 화합물을 의미한다.

본 명세서에 사용된 "수은염"은 산의 수소이온의 일부 또는 모두를 하나 이상의 수은 이온으로 치환하여 형성된 어떠한 화학적 화합물을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 "황화수은"은 황화수은(II)(mercuric sulfide), 황화수은(I)(mercurous sulfide), 또는 이들의 혼합물을 의미한다. 일반적으로, 황화수은은 황화수은(II)으로 존재하며, 결국 화학양론적 당량은 수은 이온 1몰당 황화물 1몰이 된다.

본 명세서에서 사용된 "유기 폴리황화물"은 어떠한 탄화수소 또는 수소 원자에 결합돤 2 이상의 황 원자를 함유하는 어떠한 화학적 화합물을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 "ppb"는 10억분의 1을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 "오일-물"은 물을 갖는 액체 탄화수소를 포함하는 어떠한 혼합물을 의미한다. 그러므로, "오일-물"은 수중유 에멀젼 및 유중수 에멀젼 모두를 포함한다는 것으로 이해되어야 한다.

비록 본 발명은 예시적인 설계를 갖도록 기술되었지만, 본 발명은 본 기술내용의 사상 및 범위 안에서 추가로 변형될 수 있다. 그러므로, 이와 같은 출원은 일반적인 원칙을 사용하여 발명의 다양한 변형, 용도 또는 적응(adaptations)들을 커버하려는 의도가 있다. 당업자들은 위에서 기술된 실시예들이 단순히 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 앞서 기술된 실시예들에 대한 다양한 변형들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 선에서 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 탄화수소 용해성 첨가물이 단일 주입 라인과 비교하여 다중 주입 지점을 통해 액체 탄화수소 또는 오일-물 혼합물로 주입될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 개시 내용을 벗어나는 것들도 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 일상적인 실시 사항에 해당한다면 첨부된 청구항 및 이들의 등가물의 범위 내부에 포함되어져야 한다.

Claims

(a) 제1 농도의 미량 원소를 갖는 액체 탄화수소를 물 및 탄화수소 용해성 첨가물과 혼합하여 화합물을 포함한 오일-물 에멀젼을 생성하는 단계로서, 상기 화합물은 탄화수소 용해성 첨가물이 미량 원소와 화학적으로 반응하여 생성되는 단계; 및
(b) 상기 오일-물 에멀젼을 상분리 장치에서 용해하여 유출 염수(effluent brine) 및 제2 농도의 미량 원소를 갖는 유출 액체 탄화수소를 생성하는 단계로서, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도보다 낮은 단계를 포함하는 액체 탄화수소로부터 미량 원소를 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 화합물은 유출 염수 및 유출 액체 탄화수소 중 적어도 하나와 함께 상분리 장치로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 미량 원소 제거 방법.
제1항에 있어서,
상기 미량 원소는 수은, 바나듐, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 비소, 셀레늄, 몰리브덴, 카드뮴, 인듐, 주석, 안티몬, 탈륨 및 납으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미량 원소 제거 방법.
제1항에 있어서,
상기 상분리 장치는 탈염 장치(desalting unit) 또는 오일-물 분리장치로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미량 원소 제거 방법.
제1항에 있어서,
혼합 단계는 탄화수소 용해성 첨가물을 액체 탄화수소 및 물이 혼합되어 오일-물 에멀젼을 생성하기 전에 액체 탄화수소와 물중 적어도 하나와 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 원소 제거 방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합 단계는 액체 탄화수소 및 물이 혼합된 후 오일-물 에멀젼에 탄화수소 용해성 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 원소 제거 방법.
(a) 제1 농도의 미량 원소를 갖는 액체 탄화수소 공급물을 제공하는 단계;
(b) 미량 원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 생성하도록 구성된 탄화수소 용해성 첨가물을 제공하는 단계;
(c) 세척수를 제공하는 단계;
(d) 액체 탄화수소 공급물, 탄화수소 용해성 첨가물, 및 세척수를 혼합하여 미량 원소와 탄화수소 용해성 첨가물의 혼합 및 반응에 의해 형성된 화합물을 함유하는 에멀젼을 형성하는 단계; 및
(e) 상분리 장치에서 에멀젼을 용해하여 유출 염수 및 제2 농도의 미량 원소를 갖는 유출 액체 탄화수소를 수득하는 단계로서, 제2 농도는 제1농도보다 작은 단계를 포함하는 액체 탄화수소의 처리방법.
제7항에 있어서,
유출 염수 및 유출 액체 탄화수소 중 적어도 하나와 함께 혼합물에서 상분리 장치로부터 상기 화합물을 배출하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소의 처리방법.
제7항에 있어서,
상기 상분리 장치는 탈염 장치 및 오일-물 분리장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소의 처리방법.
제7항에 있어서,
상기 미량 원소는 수은, 바나듐, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 비소, 셀레늄, 몰리브덴, 카드뮴, 인듐, 주석, 안티몬, 탈륨 및 납으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소의 처리방법.
(a) 제1 농도의 수은을 갖는 액체 탄화수소를 물 및 탄화수소 용해성 첨가물과 혼합하여 수은염을 포함한 오일-물 에멀젼을 생성하는 단계로서, 상기 수은염은 상기 첨가물이 수은과 화학적으로 반응하여 생성되는 단계; 및
(b) 상기 오일-물 에멀젼을 상분리 장치에서 용해하여 유출 염수 및 제2 농도의 수은을 갖는 유출 액체 탄화수소를 생성하는 단계로서, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도보다 낮은 단계를 포함하는 액체 탄화수소로부터 수은을 제거하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 탄화수소 용해성 첨가물이 황 기반이고, 수은염은 황화수은인 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소로부터 수은 제거 방법.
제11항에 있어서,
상기 탄화수소 용해성 첨가물이 유기 폴리황화물인 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소로부터 수은 제거 방법.
제11항에 있어서,
상기 상분리 장치는 탈염 장치 및 오일-물 분리장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탄화수소로부터 수은 제거 방법.
제1 농도의 미량 원소를 갖는 제1 액체를 포함한 제1 공급물 라인;
제1 액체를 포함하는 제1 공급물 라인;
상기 제1 공급물 라인과 상기 제2 공급물 라인과 유체 연통되고, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체로 구성된 혼합물의 적어도 일부를 분리하도록 구성된 상분리 장치; 및
제2 농도의 미량 원소와 함께 제2 액체를 상기 상분리 장치로부터 배출하도록 구성된, 상기 상분리 장치와 연결된 제1 출구 라인을 포함하되, 제2 농도가 제1 농도보다 작은 것을 특징으로 하는 액체 처리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 상분리 장치는 탈염 장치이고;
상기 제1 액체는 액체 탄화수소 공급물이고;
상기 제2 액체는 세척수이고,
상기 제3 액체는 유출 액체 탄화수소 공급물이고;
유출 염수를 배출하도록 구성된 탈염 장치에 직접 연결된 제2 출구 라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 처리 시스템.
제16항에 있어서,
상기 탄화수소 용해성 첨가물이 미량 원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 생성하게 구성되도록 상기 제1 및 제2 공급물 라인중 적어도 하나의 라인이 액체 탄화수소 공급물과 세척수중 적어도 하나와 함께 탄화수소 용해성 첨가물을 수용하도록 구성되고;
상기 탈염 장치가 유출 염수 및 유출 액체 탄화수소 중 적어도 하나와 함께 상기 화합물을 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 처리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 상분리 장치는 오일-물 분리장치를 포함하고;
상기 제1 액체는 오일-물 혼합물이고;
상기 제2 액체는 상기 미량원소와 화학적으로 반응하여 화합물을 생성하도록 구성된 탄화수소 용해성 첨가물이고;
상기 제3 액체는 유출 액체 탄화수소인 것을 특징으로 하는 액체 처리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 상분리 장치는 복수의 방해판, 전계를 생성하도록 구성된 복수의 전극, 탈유화제 및 침전제로 이루어진 군에서 선택되는 분리 항목들 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 처리 시스템.
제15항에 있어서,
상기 미량 원소가 수은, 바나듐, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 비소, 셀레늄, 몰리브덴, 카드뮴, 인듐, 주석, 안티몬, 탈륨 및 납으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액체 처리 시스템.