KR20110048521A - 동적 탈염기 시뮬레이터 - Google Patents

동적 탈염기 시뮬레이터 Download PDF

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해롤드 제이 에거트
케빈 에스 솔로몬
얼 이 사이더스
프랭크 데니슨
알렌 이 골리아스즈워스키
데이비드 비 엔젤
쉐리프 엘딘
토마스 케이 브라우
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 원유 공급부를 유지하도록 구성된 가압 오일 저장소와, 세척수 공급부를 유지하도록 구성된 세척수 저장소를 포함하는 원유 정제 탈염기용 소형 동적 시뮬레이터를 제공한다. 적어도 하나의 화학물질 공급 펌프가 탈염기 시뮬레이터에 해유화제 화학물질을 선택적으로 첨가하며, 탈염기 시뮬레이터를 통해 원유 및 세척수를 펌핑하도록 저-전단 계량 펌프(low shear metering pump)가 구성된다. 에멀젼 형성 장치가 원유-세척수 에멀젼을 형성하고, 형성된 에멀젼이 탈염조에 수용된다. 탈염조는 전기 그리드와 끼워맞춤되며, 전기 그리드는 전기 탈염기에서 발견되는 사항들을 시뮬레이션한다. 에멀젼은 해유화제 화학물질의 도움으로 탈염조 내에서 분해되어, 세척수와 원유가 각각 개별적 상을 형성하며, 실질적으로 탈염된 원유가 탈염조의 상부로부터 제거되고 실질적으로 오일없는 세척수가 탈염조의 하부로부터 제거된다. 상기 탈염조의 일부분이 실질적으로 투명하여 항유화 프로세스(demulsification process)를 가시적으로 관찰하게 하며, 적어도 하나의 광원이 탈염조에 인접하여 위치하여 탈염조에 형성되는 래그층을 가시적으로 관찰하게 한다. 가열 재킷이 탈염조를 둘러싸서, 탈염조를 소망 온도로 유지시킨다.

Description

동적 탈염기 시뮬레이터{DYNAMIC DESALTER SIMULATOR}
본 발명은 일반적으로, 원유 정제 탈염기, FWKO(free water knockouts), 그리고 히터 처리기(heater treaters)의 소형 시뮬레이터에 관한 것이며, 특히, 시뮬레이션 중 유체나 에멀젼의 샘플들을 제거하는 능력과, 온도, 압력, 전도도, 염화물, 그리고 pH와 같은 파라미터들을 모니터링하는 능력과, 원유 및 물 계면에서 래그층(rag layer)을 직접 관찰할 수 있는 동적 탈염기 시뮬레이터에 관한 것이다.
원유와 같은 액체 탄화수소 상(phase)은 정제 작업과 프로세스 장비에 악영향을 미치는 다양한 오염물들을 포함하는 것이 일반적이다. 이러한 오염물들은 넓은 범위에서 염, 하부 퇴적물, 물, 고체, 금속으로 분류된다. 이러한 오염물들의 종류 및 양은 특정 탄화수소 상에 따라 바뀔 수 있다. 추가적으로, 액체 탄화수소 상에 존재하는 원수(native water)는 아스팔텐, 나프텐산염, 수지와 같은 자연스럽게 발생하는 계면 활성제로 코팅될 수 있고, 또는 산화철, 실리카, 카본, 카보네이트, 또는 포스페이트를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 고체들로 코팅될 수 있다. 원유로부터 물을 제거하는 것은 원유 가치에 영향을 미치고 원유의 경제적 수송에 또한 영향을 미치기 때문에 원유 생산 설비에서 본질적인 것이다. 염의 존재, 특히, 주기율표의 1족 및 2족 원소들의 염화물의 존재는 오일 처리 장비를 부식시킬 수 있다. 부식 효과를 완화시키기 위해, 오일 수송 및 처리 이전에 염 농도를 1 내지 5 ppm 또는 그 미만의 범위로 감소시키고 물 함량을 원유 무게 대비 약 0.10 내지 1 wt% 로 감소시키는 것이 바람직하다.
작은 입자들로 구성된 고체, 하부 퇴적물, 염, 물, 그리고 금속을 제거하기 위한 표준 처리법은 탈수(dewatering) 또는 탈염(desalting)이라 알려진 상 분리 작업이다. 일반적으로 4 내지 15 볼륨% 범위의 세척 담수가 주입된다. 원유 및 담수는 전단력을 받게 되어, 담수와 오일이 완전히 혼합되어 에멀젼을 형성하고 오염물을 원유로부터 담수로 전달하게 된다. 화학적 해유화제(chemical emulsion breaker)가 에멀젼에 또한 첨가되는 경우가 자주 있고, 에멀젼이 정전기장 내에 놓이는 경우가 자주 있어서 원유, 세척수, 그리고 화학적 해유화제의 혼합물의 물 액적들이 전극들 사이의 전기장에서 융합하게 된다. 융합된 물 액적은 유질 원유 상 아래로 침강되어 제거된다. 처리된 원유가 분리기의 상부로부터 제거된다.
탈수 및 탈염 과정에서 나타나는 한가지 문제점은 일부 원유들이 탈염조의 물-오일 상 경계에서 안정한 오일-물 에멀젼 및 고체들을 포함하는 불필요한 "래그층"을 형성한다는 점이다. 래그층이 탈염조 내에 머무르는 경우가 많지만, 저장 또는 다음 작업을 위해 제거될 수도 있다. 물-오일 상 경계에서의 래그층은 오일 손실을 일으키고 처리 용량을 감소시킨다. 고농도의 아스팔텐, 수지, 왁스, 나프텐산을 함유한 중질원유는 래그층을 형성하는 경향이 높다.
첨가제를 첨가하여, 탄화수소 상의 융합 및 탈수(dehydration)를 개선시키고, 고속으로 물을 분리시키며, 염이나 고체 추출을 개선시키고, 그리고 오일없는 폐수를 발생시킬 수 있다. 항유화제(demulsifier)라 불리는 이러한 첨가제들은 일반적으로 탄화수소 상에 공급되어 오일/물 계면을 수정하게 된다. 이 물질들을 세척수에, 또는, 오일 및 물 모두에 공급하는 것 역시 가능하다. 이러한 첨가제들에 의해 물 액적들이 좀더 쉽게 융합될 수 있고, 고체 표면들이 물에 젖을 수 있다. 이러한 첨가제들은 오일, 염, 그리고 물의 우수한 분리에 요구되는 유효 시간을 감소시킨다.
새로운 화학적 항유화제의 개발은 일반적으로 정적 시뮬레이션을 이용하여 이루어져왔다. 과거에는 유리병이나 유리관과 같은 간단한 장치를 이용하여 정적 테스트를 실시하였고 이를 "병 검사(bottle test)"라 부른다. 이 방법들은 유용한 것으로 입증되었으나, 탈염기의 많은 주요 파라미터들을 적절하게 시뮬레이션하는 데 실패하는 경우가 자주 있고, 특히 래그층을 발전시키는 경향을 가진 시스템이나 중질원유 등의 제한된 용도만을 가진다. 특히, 병 검사 방식은 오일을 계속적으로 리프레시시키는 동적 시스템에서 시간에 따라 래그층들이 발전하기 때문에 래그층의 발전을 시뮬레이션하는데 실패한다.
가장 간단한 실시예에서, 처리된 오일 샘플들을 검사용 병에 첨가하여 흔든다. 그후, 병 바닥에서 수거되는 자유수(free water)의 양을 관찰함으로써 시간의 함수로 항유화 (물제거) 속도가 모니터링된다. 이러한 시뮬레이션은 저온에서 가벼운 오일과 함께 작동하는 탈염조용으로 충분하다. 그러나, 실제 에멀젼 및 실제 온도에서 물 액적의 크기를 정확하게 시뮬레이션하는데는 실패한다. 아래의 수식은 Stokes의 법칙으로서, 유체 내 구형 물 액적의 침강 속도(settling velocity)를 나타낸다.
Figure pct00001
이때,
Vs는 입자의 침강 속도(cm/sec)로서, ρp> ρf일 경우 수직 하향으로, ρp<ρf일 경우 수직 상향으로 침강하고,
r은 입자의 Stokes 반경(cm)이며,
g는 중력 상수(cm/sec2)이고,
ρp는 입자 밀도(g/cm3)이며,
ρf는 유체 밀도(g/cm3)이고,
η은 유체 점도(dyne sec/cm2)다.
간단한 병흔들기 시뮬레이션은 드롭 직경과 온도 그리고, 온도의 함수인 점도(η)를 정확하게 시뮬레이션하는데 실패하는 경우가 자주 있다. 그 결과, 데이터가 연구 중인 시스템을 정확하게 표현하지 못한다. 중질원유처럼 무거운 오일의 경우, 병흔들기 시뮬레이션은 더욱 안좋다. 실제 탈염 온도가 120 내지 150℃ 사이이고, 이러한 간단한 시뮬레이션은 SAGD 유체 또는 베네주엘라 엑스트라 헤비 원유(Venezuelan Extra Heavy crude)같은 물질에서 점도, 드롭 크기의 실제 상태에 가깝지 않은데, 이는 물과 오일 간의 밀도 차이가 고온에서 상당하기 때문이다. 따라서, 분리를 위한 구동력이 부정확하게 시뮬레이션된다. 역사적으로, 사람들은 점도와 밀도 차이를 더 양호하게 시뮬레이션하기 위한 노력으로 희석제인 경-지방족 탄화수소를 첨가하지만, 이는 오일의 극성을 바꾸고 아스팔텐을 석출하여 오일의 속성을 완전히 변화시킬 수 있다. 점도 감소를 위해 희석제를 첨가하지 않으면, 저온에서의 분리 시간이 많은 시간에 달할 수 있다.
탈염기의 실제 작동 조건을 실험에 사용할 수 있는 동적 테스트 시뮬레이터들이 구축되어 있다. 이러한 장치들은 하루에 수백 배럴의 오일을 사용하는 "파일롯" 유닛부터, 하루에 50 내지 1000 갤런의 오일을 이용하는 실험실 시스템까지를 포함한다. 이러한 장치들은 상당한 양의 원유를 여전히 이용하며, 시스템 파라미터의 수정 기능과, 래그 발전이 가능하지 않음을 관찰하는 기능을 포함하는 제한된 기능을 가진다.
에멀젼 해유화제 화학물질, 오일 혼합물, 온도, 에멀젼 크기, 그리고 그외 다른 파라미터들을 최적화하기 위해 가장 효과적인 화학물질 및 작동 조건을 선택할 수 있도록 시뮬레이션 방법을 개선하는 것이 바람직하다.
일 형태에서, 본 발명은 원유 공급부를 유지하도록 구성된 가압 오일 저장소(deviblis)와, 세척수 공급부를 유지하도록 구성된 세척수 저장소를 포함하는 원유 정제 탈염기용 소형 동적 시뮬레이터에 관한 것이다. 적어도 하나의 화학물질 공급 펌프가 탈염기 시뮬레이터에 해유화제 화학물질을 선택적으로 첨가하며, 탈염기 시뮬레이터를 통해 원유 및 세척수를 펌핑하도록 저-전단 계량 펌프(low shear metering pump)가 구성된다. 에멀젼 형성 장치가 원유-세척수 에멀젼을 형성하고, 형성된 에멀젼이 탈염조에 수용된다. 에멀젼은 해유화제 화학물질의 도움으로 탈염조 내에서 분해되어, 세척수와 원유가 각각 개별적 상을 형성하며, 실질적으로 탈염된 원유가 탈염조의 상부로부터 제거되고 실질적으로 오일없는 세척수가 탈염조의 하부로부터 제거된다. 상기 탈염조의 일부분이 실질적으로 투명하여 항유화 프로세스(demulsification process)를 가시적으로 관찰하게 하고, 적어도 하나의 광원이 탈염조에 인접하여 위치하여 탈염조에 형성되는 래그층을 가시적으로 관찰하게 한다. 가열 재킷이 탈염조를 둘러싼다.
본 발명은 또한 동적 탈염기 시뮬레이터에서 해유화제 화학물질을 테스트하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 원유의 공급부를 유지하도록 구성된 가열 및 가압 오일 저장소로부터 원유를 인출하는 단계와, 세척수의 공급부를 유지하도록 구성된 세척수 저장소로부터 세척수를 인출하는 단계를 포함한다. 탈염기 시뮬레이터에 적어도 하나의 해유화제 화학물질이 첨가된다. 저-전단 계량 펌프를 이용하여 탈염기 시뮬레이터를 통해 원유 및 세척수가 펌핑되고, 에멀젼 형성 장치를 이용하여 원유-세척수 에멀젼이 형성된다. 이 방법은 탈염조 내에서 원유-세척수 에멀젼을 분해하여 세척수 및 원유가 각각 개별적인 상을 형성하게 하며, 실질적으로 탈염된 원유는 탈염조의 상부로부터 제거되고, 실질적으로 오일없는 세척수는 탈염조의 하부로부터 제거되는 단계와, 광원으로부터 탈염조의 실질적으로 투명한 부분을 통해 광을 투과시켜서, 광원을 이용하여 원유 상과 세척수 상 사이의 계면에 형성되는 래그층의 존재를 모니터링하는 단계를 포함한다. 동적 탈염기 시뮬레이터의 파라미터들이 그후 조정되고, 상기 조정으로 인해 상기 래그층 상에 나타나는 효과가 모니터링되어 가장 효과적인 화학물질 및 작동 조건들을 찾아내게 된다. 조정되는 파라미터들은, 해유화제 화학물질의 첨가 속도, 첨가되는 해유화제 화학물질의 종류, 탈염조의 온도, 탈염조 내 원유의 보유 시간, 및 탈염조 내 세척수의 보유 시간, 그리고 에멀젼 크기 중에서 선택된다.
종래 기술에 대한 본 발명 및 본 발명의 장점들이 첨부 도면을 참고하여 다음의 상세한 설명 및 청구범위를 읽고 난 후 명백해질 것이다.
본 발명의 앞서 언급한 특징 및 그외 다른 특징들이, 그리고 본 발명 자체가, 첨부 도면과 연계하여 제시되는 실시예들에 대한 다음의 설명을 참고함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도면에서 대응하는 도면 부호들은 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 동적 탈염기 시뮬레이터의 개략도.
본 발명은 첨부 도면을 참고하여 다음의 상세한 설명에서 이제부터 설명될 것이며, 본 발명의 실현을 위해 선호 실시예들이 세부적으로 설명된다. 발명이 특정 선호 실시예들을 참고하여 설명되지만, 본 발명이 이러한 선호 실시예만으로 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 다음의 상세한 설명을 살펴볼 때 명확하게 드러나는 수많은 변경, 수정, 등가물/등가기법들을 포함한다.
이하, 도 1을 참조하면, 탈염기의 직동 조건을 생성하는 기능과, 오일-물 계면에 발전/형성되는 래그층을 직접 관찰할 수 있는 기능을 제공하는 탈염기 시뮬레이터(10)가 도시된다. 추가적으로, 탈염기 시뮬레이터(10)는 시간에 따라 증가하는, 그리고 화학적 처리제의 첨가에 따라 분해되는, 래그층의 발전을 조작자가 관찰할 수 있게 한다. 해유화제 화학물질, 오일 혼합물, 온도, 에멀젼 크기, 그리고 그외 다른 파라미터들을 최적화하는 데 가장 효과적인 화학물질 및 작동 조건들에 대한 테스트가, 8시간 주기로 약 4 내지 20 리터의 원유를 처리하는 탈염기 시뮬레이터(10)를 이용하여 실행될 수 있다. 이러한 소량의 오일을 이용하여 실험을 수행함으로써, 오일 수송 및 폐기 비용을 절감할 수 있다.
탈염기 시뮬레이터(10)는 정제되지 않은 원유의 소스로 작용하는 가압 오일 저장소(pressurized oil deviblis) 또는 압력 용기(pressure pot)(12)을 가진다. 오일 저장소(12)는 스틸 또는 스테인레스강으로 만든 용기인 것이 바람직하며, 약 6 내지 10 갤런 사이의 부피를 가진다. 일 실시예에서, 약 5 갤런의 부피를 가진 오일 저장소(12) 내에 배치되는 내측 캔 내에 원유가 배치되어, 오일이 내측 캔과만 접촉할 수 있어서 요구되는 세정의 정도 또는 교차 오염을 최소화시킬 수 있다.
오일 저장소(12) 내의 원유는 저-전단 교반기(low-shear stirrer)로 휘저어지고 약 100℃의 온도로 가열되며, 원유의 원수가 이 온도에서 기화되지 않도록 가압된다. 가열 및 휘저어진 오일 소스는 실험 중 침강될 수 있는 고체와 원수 함량 측면에서 공급을 일정하게 유지한다. 가압, 가열, 그리고 휘저어진 오일 저장소(12)를 이용함으로써, 중질유와, 오일샌드에서 추출한 역청(bitumen)을 포함하는 추가의 중질유를 테스트할 수 있다.
탈염기 시뮬레이터(10)는 물 저장소(water deviblis)(14)를 또한 포함한다. 물 저장소(14)는 스틸 또는 스테인레스강으로 만든 용기인 것이 바람직하며 약 1 내지 6 갤런 사이의 부피를 가진다. 이러한 물 저장소는 세척수의 내측 캔과 접촉하여 오일 저장소(12)와 유사한 설계를 가진다. 세척수는 황화수소 또는 저분자량 아민을 함유할 수 있다. 물 저장소(14)는 컨테이너 내의 물이 이러한 물질들을 잃지 않도록, 그리고 현탁액 내 임의의 고체들을 유지시키도록 기능한다.
세척수 첨가 라인(18)에 위치한 계량 펌프(16)가 물 저장소(14)로부터 물을 펌핑한다. 계량 펌프(16)는 모노 펌프(progressive cavity pump)인 것이 바람직하다.
적어도 하나의 화학물질 공급 펌프(20)가, 세척수 첨가 라인(18)에 리버스 해유화제 화학물질을 선택적으로 첨가할 수 있다. 바람직하게는 공급 펌프(20)가 nl/분 및 ㎕/분 범위로 화학물질을 첨가하도록 낮은 유량률(low dose rate)로 펌핑된다. 복수의 화학물질 공급 펌프(20)를 이용함으로써 생성물의 조성이 바뀔 수 있고 연구될 수 있다.
계량 펌프(22)가 오일 저장소(12)로부터 오일을 펌핑하고 물 저장소(14)로부터 물을 펌핑한다. 펌프(22)는 에멀젼을 형성하지 않으면서 원유 및 오일을 펌핑할 수 있는 저-전단 펌프인 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 계량 펌프(22)는 점성 유체 및 슬러리들을 펌핑할 수 있는 모노 펌프(progressive cavity pump)이다. 바람직한 오일 유량은 약 2 내지 4 리터/시간 사이이다.
적어도 하나의 화학물질 공급 펌프(24)가, 계면 활성제의 특성을 나타내는 메인 해유화제 화학물질을 탈염조(32) 입력 라인에 선택적으로 첨가한다. 바람직하게는 공급 펌프(24)가 nl/분 및 ㎕/분 범위로 화학물질을 첨가하도록 낮은 유량률(low dose rate)로 펌핑된다. 복수의 화학물질 공급 펌프(24)들을 이용함으로써 생성물의 조성이 바뀔 수 있고 연구될 수 있다.
그 후, 원유, 세척수, 그리고 해유화제가 정적 믹서(static mixer)(26)를 통과한다. 정적 믹서(26)에 의해 야기되는 격류(torbulent flow)로 인해 오일과 세척수가 서로 접촉할 때 예비 혼합물이 형성된다. 정적 믹서(26)는 당 업계에 잘 알려진 임의의 꼬불꼬불한 유로 장치(tortuous flow path device) 일 수 있다. 그 다음, 에멀젼 형성 장치(30)가 원유와 세척수를 혼합하여 에멀젼을 형성한다. 일 실시예에서, 에멀젼 형성 장치(30)는 요구되는 작은 유량에서 막히고 고장나는 종래의 믹스 밸브보다는 전기적 가변 교반 장치이다. 조작자는 에멀젼 형성 장치(30)의 속도 또는 교반 속도를 선택하여 에멀젼의 기밀성(tightness)을 변화시킬 수 있다.
에멀젼 형성 장치(30)로부터의 원유-물 에멀젼은 입력 라인(34)을 통해 탈염조(32)에 연속적으로 유입되며, 상기 입력 라인(34)은 유입되는 에멀젼을 탈염조(32)의 단면에 대해 대략 균등하게 분포시키는 기능을 한다. 탈염조(32) 내 입력 라인(34)의 입력 포인트 높이는 시뮬레이션할 여러 가지의 탈염기들의 구조를 시뮬레이션하기 위해 바뀔 수 있다(예를 들어, 바이일렉트릭 방식, 저속 방식, 등). 탈염조(32)에서는 조작자가 탈염조 온도, 탈염조 내 보유 시간, 전기장, 수직 속도를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 유용한 파라미터들을 시뮬레이션할 수 있다. 에멀젼은 에멀젼 해유화 화학물질의 도움으로 탈염조(32) 내에서 분해되고, 물 액적의 분극을 위해 전기장을 제공하는 종래의 방법으로부터 도움을 받을 수 있다. 에멀젼이 해유화되면, 물 및 석유 매질이 개별적인 상을 형성하게 된다. 물 상(36)이 석유 상(37)으로부터 분리되고, 이어서, 탈염조(32)로부터 제거된다. 바람직하게는 탈염조(32)가 탈염조(32)의 높이를 따라 다수의 샘플 포인트(S)들을 가져서, 탈염조 내 다양한 포인트들로부터 샘플들을 취할 수 있게 된다.
일 실시예에서, 탈염조(32)에 인접하여 전기 그리드(38)가 위치한다. 전기 그리드는 약 6,000 볼트 내지 약 10,000 볼트 범위의 전위에서 전기장을 발생시켜서 인접한 액적들 사이에 다이폴 인력을 유도하여, 인접한 액적들을 서로를 향해 이동시켜서 융합하게 한다. 전기장에 의해 각각의 액적이 한쪽에선 양전하를 다른 한쪽에선 음전하를 가지게 된다. 액적들은 인접한 이웃 액적들 사이의 서로 반대의 전하들로 인해 발생되는 인력에 의해 융합하게 된다. 이 인력은 액적들 사이의 거리에 강하게 영향을 받으며, 액적들이 지근 거리에 있을 때 훨씬 강하다.
탈염조(32) 내 원유 보유 시간은 약 15 내지 30분 사이인 것이 바람직하다. 이는 15부터 28까지의 API도를 가진 원유를 처리하는 탈염기의 전형적인 보유 시간에 해당한다. 원유 유량을 계량 펌프(22)로 조정함으로써 여러가지 조건들을 테스트하도록 탈염조(32) 내 보유 시간이 조정될 수 있다. 원유 상승 속도는 약 0.15 cm/sec(0.05 인치/sec)인 것이 바람직하다. 이러한 상승 속도에서 소망 보유 시간을 제공하기 위해, 탈염조(32)의 높이는 약 150 내지 190 cm 사이이고, 일 실시예에서는 170 cm (70 인치)다. 탈염된 오일(37)은 탈염조(32)로부터 탈염 원유 배출 라인(39)을 따라 컬렉터 매니폴드(40)를 통해 연속적으로 유동한다. 배출 라인(39)은 원유를 수거하기 위해 적절한 드레인(42)으로 이어진다. 드레인(42)은 탈염된 원유를 테스트하기 위한 샘플 포인트로 또한 사용될 수 있다.
더 많은 융합 액적들이 탈염조(32)의 하부에서 중력에 의해 물 상(36)으로 침적되며, 이러한 소금물 또는 폐수가 탈염조(32)의 하부로부터 물 방출 라인(44)을 통해 연속적으로 제거될 수 있다. 바람직하게는, 물 보유 시간이 약 60분 내지 약 120분 사이다. 계량 펌프(14)로 세척수 유량을 조정함으로써 여러가지 조건들을 테스트하기 위해 탈염조(32) 내 세척수 보유 시간이 조정될 수 있다. 물 방출 라인(44)은 물 제거 속도를 제어하기 위한 물 계량 펌프(46)와 드레인(47)을 포함한다. 드레인(47)은 탈염조(32)로부터 제거되는 세척수를 테스트하기 위한 샘플 포인트로 사용될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 탈염조(32)는 항유화 프로세스 및 원유-세척수 계면에서 래그층(52)의 형성을 시각화하기 위해 실질적으로 투명한 도관(50)을 채택한다. 바람직하게는 탈염조(32)가 유리관으로 만들어지지만, 다른 실질적으로 투명한 다른 물질도 사용될 수 있다. 탈염조(32)에 형성되는 래그층(52)의 관찰을 돕기 위해 탈염조(32) 인근에 하나 이상의 광원(60)이 사용된다. 광원(60)은 가시광, 근적외광, 및/또는 자외광 스펙트럼의 광을 생성하며, 당 업자에게 잘 알려진 임의의 설계의 광원일 수 있다. 따라서, 투명 탈염조(32)에 의해, 가시광 스펙트럼만이 아니라 적외광 및 근적외광 스펙트럼까지 이용하여 항유화 프로세스를 관찰할 수 있다. 투명 탈염조(32)에 의해, 변화하는 해유화제 화학물질, 작동 조건, 오일 혼합물, 온도, 에멀젼 크기, 그리고 그외 다른 파라미터들이 래그층 상에서 나타내는 효과를 관찰할 수 있다. 추가적으로, 탈염조(32)를 통해 현미경을 이용하여 가시광, 근적외광, 자외광으로 에멀젼 및 고체들을 시각화하고, 위상차 현미경을 이용하여 에멀젼 유동을 시각화하며, 위상차 근적외선 현미경을 이용하여 에멀젼 유동을 시각화함으로써, 가장 효과적인 화학물질 및 작동 조건들을 분석할 수 있다.
탈염기 시뮬레이터(10)는 탈염조(32)를 둘러싸는 가열 재킷(62)을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 가열 재킷(62)이 고온 기체나 액체를 이용하여 탈염조(32)를 가열하는 환형 재킷이다. 일 실시예에서는 고온 에어가 사용된다. 고온 에어 재킷(62)을 조정가능한 온도 및 유량과 함께 이용함으로써, 탈염조(32)의 온도를 유지할 수 있다. 바람직하게는 고온 에어 재킷(62)이 약 150 내지 200℃ 사이에서 탈염조(32)의 온도를 유지한다.
일 실시예에서, 탈염기 시뮬레이터(10)는 평행한 채널로 배열되는 복수의 탈염조(32)를 포함한다. 각각의 채널은 여러가지 처리법들을 비교하기 위해 독자적인 화학물질 공급 펌프(20, 24)들을 포함할 수 있다. 따라서, 특정 원유 조성에 대한 테스트가 여러가지 해유화제 화학물질, 농도, 조건들을 이용하여 어느 조합이 가장 효과적인 처리를 제공하는 지를 확인할 수 있다. 복수의 화학물질 공급 펌프(20, 24)를 이용함으로써, "정상" 및 "분리 공급(split feed)" 도싱(dosing)을 행할 수 있고 화학물질 공급을 최적화시킬 수 있다.
탈염기 시뮬레이터(10)는 물 방출 라인에서 염의 농도를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 장치(70)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 장치들은 염화물 전극일 수도 있고, 전도도 계측기일 수도 있으며, 또는, 당 업자에게 잘 알려진 그외 다른 장치일 수도 있다. 물 방출 라인 내 오일 레벨을 모니터링하기 위한 탁도계가 또한 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 탈염기 시뮬레이터는 시뮬레이션 중 유체나 에멀젼의 샘플들을 제거하는 기능과, 온도 및 압력에 추가하여 전도도, 염화물, pH와 같은 파라미터들을 모니터링하는 기능을 제공한다.
본 공개 내용이 전형적인 실시예를 통해 설명되고 기술되었으나, 본 공개 내용의 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 치환이 이루어질 수 있기 때문에 본 발명이 이러한 세부사항만으로 제한되서는 안된다. 이와 같이, 여기서 개시되는 공개 내용의 추가적인 수정 및 등가물/등가기법은 단지 정규적인 실험을 이용하여 당 업자에게 나타날 수 있으며, 이러한 모든 수정 및 등가물/등가기법들은 아래의 청구범위에서 규정되는 바와 같이 본 공개 내용의 범위 내에 있는 것으로 판단된다.

Claims (15)

  1. 테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터에 있어서,
    원유의 공급부를 유지하도록 구성된 가압 오일 저장소와,
    세척수의 공급부를 유지하도록 구성된 세척수 저장소와,
    상기 탈염기 시뮬레이터에 해유화제 화학물질을 선택적으로 첨가하기 위한 적어도 하나의 화학물질 공급 펌프와,
    상기 탈염기 시뮬레이터를 통해 원유 및 세척수를 펌핑하도록 구성된 저-전단 계량 펌프와,
    원유 및 세척수로부터 원유-세척수 에멀젼을 형성하도록 구성되는 에멀젼 형성 장치와,
    상기 에멀젼 형성 장치로부터 원유-세척수 에멀젼을 수용하도록 구성된 탈염조로서, 상기 원유-세척수 에멀젼은 해유화제 화학물질의 도움으로 상기 탈염조 내에서 분해되어 세척수와 원유가 각각 개별적 상을 형성하며, 실질적으로 탈염 및 탈수된 원유가 상기 탈염조의 상부로부터 제거되고 실질적으로 오일없는 세척수가 상기 탈염조의 하부로부터 제거되며, 상기 탈염조의 일부분이 실질적으로 투명하여 세척수 상과 원유 상, 및 세척수 상과 원유 상 사이에 형성되는 래그층이 탈염조의 외부로부터 시각적으로 관찰가능한, 상기 탈염조와,
    상기 탈염조를 둘러싸는 가열 재킷과,
    상기 탈염조에 인접하여 위치하는 적어도 하나의 광원으로서, 상기 광원은 실질적으로 투명한 부분을 통해, 그리고, 세척수 상, 원유 상 및 래그층을 통해 지향되어 항유화 프로세스를 시각적으로 관찰하고 테스트할 수 있도록 하는, 상기 광원을 포함하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 가시광 스펙트럼의 광을 생성하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 근적외광 스펙트럼의 광을 생성하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 자외광 스펙트럼의 광을 생성하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이터는 8시간 주기당 약 4 리터 내지 약 20 리터의 원유를 처리하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 저장소는 상기 오일 저장소 내에 있는 원유를 적어도 100℃의 온도로 가열하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 계량 펌프는 모노 펌프(progressive cavity pump)인
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에멀젼 형성 장치는 전기적 가변 교반 장치인
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    탈염조 내로의 에멀젼 입력 라인의 입력 포인트의 높이가 가변적인
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈염조 내에 정전기장을 발생시키도록 전기 그리드가 상기 탈염조에 인접하여 위치하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈염기 시뮬레이터는 평행한 채널에 배열된 복수의 탈염조를 포함하며, 각각의 채널은 서로 다른 처리법의 비교를 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 공급 펌프를 구비하는
    테스트용 동적 탈염기 시뮬레이터.
  12. 동적 탈염기 시뮬레이터에서 해유화제 화학물질을 테스트하는 방법에 있어서,
    원유의 공급부를 유지하도록 구성된 가열 및 가압 오일 저장소로부터 원유를 인출하는 단계와,
    세척수의 공급부를 유지하도록 구성된 세척수 저장소로부터 세척수를 인출하는 단계와,
    상기 탈염기 시뮬레이터에 적어도 하나의 해유화제 화학물질을 첨가하는 단계와,
    저-전단 계량 펌프를 이용하여 상기 탈염기 시뮬레이터를 통해 원유 및 세척수를 펌핑하는 단계와,
    에멀젼 형성 장치를 이용하여 원유-세척수 에멀젼을 형성하는 단계와,
    가열된 탈염조 내에서 원유-세척수 에멀젼을 분해하여 세척수 및 원유가 상기 탈염조 내에서 각각 개별적인 상을 형성하게 하며, 실질적으로 탈염된 원유가 상기 탈염조의 상부로부터 제거되고, 실질적으로 오일없는 세척수가 상기 탈염조의 하부로부터 제거되는 단계와,
    광원으로부터 상기 탈염조의 실질적으로 투명한 부분을 통해 광을 투과시켜서, 상기 광원을 이용하여 원유 상과 세척수 상 사이의 계면에 형성되는 래그층의 존재를 시각적으로 모니터링하는 단계와,
    상기 탈염기 시뮬레이터의 파라미터들을 조정하고 상기 조정으로 인해 상기 래그층 상에 나타나는 효과를 모니터링하는 단계를 포함하며, 조정되는 파라미터들은 해유화제 화학물질의 첨가 속도, 첨가되는 해유화제 화학물질의 종류, 에멀젼 크기, 상기 탈염조의 온도, 상기 탈염조 내에서의 원유의 보유 시간, 및 상기 탈염조 내에서의 세척수의 보유 시간 중에서 선택되는
    동적 탈염기 시뮬레이터에서의 해유화제 화학물질 테스트 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원은 가시광 스펙트럼의 광을 생성하는
    동적 탈염기 시뮬레이터에서의 해유화제 화학물질 테스트 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원은 근적외광 스펙트럼의 광을 생성하는
    동적 탈염기 시뮬레이터에서의 해유화제 화학물질 테스트 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원은 자외광 스펙트럼의 광을 생성하는
    동적 탈염기 시뮬레이터에서의 해유화제 화학물질 테스트 방법.
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