KR20140045363A

KR20140045363A - 역청 포말층 처리 공정의 향상된 온도 조절 시스템

Info

Publication number: KR20140045363A
Application number: KR1020137031232A
Authority: KR
Inventors: 데르 멀위 샨 반; 토마스 한
Original assignee: 포트 힐스 에너지 엘피
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2014-04-16
Also published as: CA2832269C; US20140151269A1; WO2012155263A1; CA2832269A1; KR101595291B1; US11261383B2; US20200048560A1; CA2740935A1; CA2740935C

Abstract

포말층 처리를 위한 용매와의 혼합을 위하여 역청 포말층을 예비-처리하는 방법은 포말층을 용매 플래쉬 온도보다 낮고 분리 장치로 도입시키기 전에 용매와 포말층의 완전한 혼합에 충분하게 낮은, 감소된 역청 점도를 제공하기에 적합할 정도로 높은 포말층-용매 혼합 온도로 가열하는 것을 포함한다. 포말층 처리에 있어서 에너지 사용을 개선하는 방법은 용매에 제공되는 열을 감소시키는 것, 용매를 첨가하기 전에 포말층에 제공되는 열을 증가시켜 역청 점도를 감소시키는 것과 온도-감소된 용매를 상기 가열된 포말층에 첨가하는 것을 포함한다. 포말층 처리 분리 공정은 제1 및 제2 용매 스트림을 트림 가열하여 제1 및 제2단계 분리 온도를 조절하는 것을 포함한다.

Description

역청 포말층 처리 공정의 향상된 온도 조절{ENHANCED TEMPERATURE CONTROL OF BITUMEN FROTH TREATMENT PROCESS}

본 발명은 일반적으로 오일 샌드 가공(oil sands processing) 분야에 관한 것으로, 특히 역청 포말층의 향상된 처리를 위한 온도 조절 방법에 관한 것이다.

오일 샌드 추출 공법을 사용하여 오일 샌드로부터 역청을 해방시키고 분리시켜 역청을 추가로 가공함으로써 합성 원유(crude oil)를 생산할 수 있다. "클라크 열수 공법(Clark Hot Water Process)"과 같은 물 추출 공법은 정련된 오일 샌드 수성 슬러리를 제공한 다음 슬러리를, 오버플로우(overflow) 역청 포말층 분획을 포함하는 분획으로 분리시키는 단계를 포함한다.

역청 포말층(bitumen froth)은 전형적으로 희석제로서 용매를 사용하여 포말층을 처리함으로써 포말층으로부터 미네랄 고형분과 물을 제거하고 희석된 역청을 회수한다. 나프텐계 및 파라핀계 용매가 이 목적으로 사용되었다. 파라핀계 포말층 처리(PFT, Paraffinic Froth Treatment) 공정에서는, 역청으로부터 회수를 위한 물 및 미네랄 고형분과 함께 아스팔텐(asphaltenes)이 침전된다. 따라서 PFT 공정은 역청 포말층의 미세 고형분, 아스팔텐 및 물의 함량을 감소시킨다.

포말층 처리 공정에는, 3개의 주요 유니트가 있을 수 있다: 포말층 분리 유니트(FSU, Frouth Separation Unit), 용매 회수 유니트(SRU, Solvent Recovery Unit) 및 테일링(tailings) 용매 회수 유니트(TSRU, Tailings Solvent Recovery Unit). FSU에서는, 용매를 역청 포말층에 가하고 생성된 혼합물을 캐나다 특허원 제2,454,942호(Hyndman et al.)에 개시된 바와 같이 역류식 구조로 배열될 수 있는 분리 용기가 적어도 2개 있는 다단계 분리 공정에 공급할 수 있다. FSU는 고도로 희석된 역청 스트림과 용매 희석된 테일링 스트림을 생산하는데, 이들을 각각 SRU 및 TSRU에서 처리하여 FSU에 재사용하기 위한 용매를 회수한다.

포말층 처리 공정의 분리 성능 또는 공정 효율을 개선하기 위한 시도로 조절법 및 공정 조건이 제안된 바 있다. Hyndman 등은 70 ℃ 내지 90 ℃에서 FSU를 작동시키는 것을 개시하였다. PFT와 관련한 다양한 스트림을 일반적으로 가열하거나 냉각시키기 위한 또는 특정 온도 범위내에서 전체적인 유니트를 유시키기 위한 열 교환기를 제공하는 것도 알려져 있다. Hyndaman 등은 또한 2-단계 역류식 FSU를 위한 온도 조절 기술을 개시하고 있다. 상기 2-단계 역류식 FSU에는, 희석된 포말층이 공급되는 제1단계 침강수조(settler)가 있으며 오버플로우(overflow) 성분과 언더플로우(underflow) 성분을 생산한다. 신선한 용매를 상기 제1단계 언더플로우에 가하여 생성된 스트림을 제2단계 침강수조로 공급하는데 여기에서 용매 함량이 높은 제2단계 오버플로우와 용매 희석된 테일링의 언더플로우가 생산된다. 상기 제2단계 오버플로우는 재활용하여 역청 포말층에 가함으로써 제1단계 희석된 포말층이 생산된다. Hyndman 등은 제1단계 언더플로우로 첨가되는 용매의 온도를 조절함으로써, 제1단계 침강수소의 작동 온도를 간접적으로 조절할 수 있다고 개시하고 있다.

포말층 처리 공정, 특히 FSU에서 온도를 조작하고 분리 성능을 조절하기 위한 공지의 기술은 여러 가지의 단점을 갖는다.

어떤 연구는 온도가 일반적으로 역청 포말층의 파라핀계 용매 지원형 처리법에 영향을 준다는 것을 확인하였다. "Structure of water/solids/asphaltenes aggregates and effect of mixing temperature on settling rate in solvent-diluted bitume" Long et al., Fuel Vol. 83, 2004 (이후 "Long 등"으로 언급됨) 제목의 논문은 파라핀계 용매 지원형 포말층 처리법에서, 온도가 물/고형분/침전된-아스팔텐 응집 구조 및 상기 응집물의 침강에 영향을 준다는 것을 확인하였다. Long 등에서는, 역청 포말층과 파라핀계 용매를 합하여 혼합물을 30 ℃ 내지 120 ℃ 사이의 목적하는 온도로 가열하고, 30 ℃로 냉각시킨 다음 침강시켰다.

역청 포말층 품질 범위는 크게, 예를 들면 50 중량%(wt%)에서 70 중량%까지의 역청일 수 있다. 또한, 역청, 물 및 미네랄이 있는, 포말층의 주성분은 열용량에 있어서 현저하게 상이하다. 이러한 물성의 차이로 특정 온도 조건에서 주성분이 용매와 블렌딩될 때 작동 온도를 변화시킬 수 있다. 분리 성능은 온도 감응성이기 때문에, 변화되는 조성 및 온도는 변화되는 공정 성능으로 해석된다.

요약하면, 역청 포말층의 분리 처리를 위한 공지의 관행 및 기술은 여러가지 단점 및 비능률을 경험하였으며, 그러한 단점 및 비능률 중 적어도 일부를 극복하는 기술에 대한 필요가 절실하다.

본 발명은 온도 향상된 포말층 처리를 위한 방법 및 공정을 제공함으로써 상기 언급한 필요에 대응한다.

더욱 상세하게, 본 발명은 하나의 실시형태로 역청 함유 포말층을 용매 함유 스트림과 혼합하여 희석된 역청 성분과 용매 희석된 테일링 성분으로 분리시키기 위한 분리 장치로 도입시키기 위한 희석된 포말층을 생산하기 위한 선처리(pre-treating) 방법을 제공하며, 이 방법은 역청 포말층을 가열하여 용매의 플래쉬 온도(flash temperature)보다 낮고 용매와 포말층이 완전히 혼합되어 희석된 포말층이 분리 장치로 도입되기 전에 완전히 혼합되도록 하기에 충분히 낮은 감소된 역청 점도를 제공하기에 적합하게 높은 포말층-용매 혼합 온도를 갖는, 가열된 포말층을 생산함을 특징으로 한다.

임의의 양태로, 상기 역청 포말층이 약 40 중량% 내지 약 75 중량%의 역청 함량을 갖는다.

다른 임의의 양태로, 상기 방법이 역청 함량에 따라서 역청 포말층의 가열을 조정하는 단계를 포함한다.

다른 임의의 양태로, 용매가 파라핀계 용매 및 나프텐계 용매로부터 선택된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 직접적인 증기 분사식(direct steam injection)으로 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 60 ℃ 이상으로 조절되도록 수행된다. 다른 임의의 양태로, 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 70 ℃ 이상으로 조절되도록 수행된다. 다른 임의의 양태로, 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 90 ℃ 이상으로 조절되도록 수행된다. 다른 임의의 양태로, 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 90 ℃ 내지 약 120 ℃ 사이에서 조절되도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 최대 액적 크기 d_max가 최대 약 100 ㎛인 역청 액적이 형성되도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 최대 액적 크기 d_max가 약 100 ㎛ 내지 약 25 ㎛ 사이의 크기를 갖는 역청 액적이 형성되도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 감소된 역청의 점도가 최대 약 650 cP로 조절되도록 수행된다. 다른 임의의 양태로, 가열이 감소된 역청 점도가 약 100 cP 내지 약 650 cP 사이에서 조절되도록 수행된다. 다른 임의의 양태로, 가열이 포말층 중 역청의 점도보다 약 1.5배 내지 약 100배 더 낮은, 감소된 역청 점도를 제공하도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 용매의 플래쉬 온도보다 적어도 10 ℃ 낮게 조절되도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 역청/용매 점도비가 적어도 약 10¹ 까지 감소되도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 가열이 용매의 온도 이상에서 포말층-용매 혼합 온도가 조절되도록, 예를 들면, 용매의 온도보다 적어도 약 10℃ 높게 조절되도록 수행된다.

다른 임의의 양태로, 분리 장치가 제1단계 분리 용기와 제2단계 분리 용기를 역류식 구조로 포함한다. 본 방법은 희석된 포말층을 제1단계 분리 용기로 공급하여 희석된 역청 성분과 제1단계 언더플로우 성분을 생산하는 단계; 구성 용매(make-up solvent) 스트림을 상기 제1단계 언더플로우 성분에 가하여 희석된 제1단계 언더플로우를 생산하는 단계; 상기 희석된 제1단계 언더플로우를 제2단계 분리 용기로 공급하여 제2단계 오버플로우 성분과 제2단계 언더플로우 성분을 용매 희석된 테일링 성분으로 생산하는 단계; 및 상기 제2단계 오버플로우 성분을 가열된 포말층에 첨가되는 용매 함유 스트림으로서 공급하는 단계를 포함한다.

다른 임의의 양태로, 상기 방법이 희석된 포말층과 제1단계 분리 용기의 온도를 조절하도록 용매 함유 스트림을 트림 가열(trim heating)하는 단계를 포함한다.

다른 임의의 양태로, 상기 방법이 제2단계 분리 용기로의 상기 희석된 제1단계 언더플로우의 온도를 조절하도록 구성 용매 스트림을 트림 가열하는 단계를 포함한다.

다른 임의의 양태로, 상기 방법이 제1단계 분리 용기의 제1 작동 온도를 제2단계 분리 용기의 제2 작동 온도보다 높게 유지하는 단계를 포함한다.

다른 임의의 양태로, 상기 방법이 상기 가열된 포말층에 첨가되는 용매 함유 스트림보다 더 차가운 구성 용매 스트림을 제공하는 단계를 포함한다.

다른 임의의 양태로, 상기 방법이 용매 희석된 테일링 성분을 용매 회수 플래슁(flashing)시키고 용매 희석된 테일링 성분이 용매 회수 플래슁에 적합한 온도를 갖도록 제2단계 분리 용기를 작동시키는 단계를 포함한다.

다른 실시형태로, 본 발명은 포말층 처리 공정에서의 에너지 사용 개선 방법을 제공하며, 상기 포말층 처리 공정은 용매 함유 스트림을 역청 포말층에 가하여 희석된 포말층을 생산하는 단계, 상기 희석된 포말층을 분리 장치로 도입시키는 단계 및 상기 분리 장치로부터 희석된 역청 성분과 용매 희석된 테일링 성분을 생산하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 용매 함유 스트림에 공급되는 열을 감소시킴으로써 온도-감소된 용매 스트림을 생산하는 단계; 용매 함유 스트림이 첨가되기 전에 역청 포말층으로 공급되는 열을 증가시켜 용매의 플래쉬 온도 보다 낮으며 감소된 역청 점도를 제공하기에 적합하게 높은 포말층-용매 혼합 온도를 갖는 가열된 포말층을 생산하는 단계; 및 상기 온도-감소된 용매를 상기 가열된 포말층에 가함으로써 분리를 위한 희석된 포말층을 생산하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기에 언급된 임의의 양태 중 하나 이상을 가질 수 있다.

다른 실시형태로, 본 발명은 역청 포말층을 희석된 역청 성분과 희석된 테일링 성분으로 분리시키는 공정을 제공하며, 이 공정은 제1 용매 함유 스트림을 역청 포말층에 가하여 희석된 역청 포말층, 제1 용매 온도를 갖는 제1 용매-함유 스트림 및 포말층 온도를 갖는 역청 포말층을 생산하는 단계; 상기 희석된 역청 포말층을 제1단계 오버플로우 성분과 언더플로우 온도를 갖는 제1단계 언더플로우 성분으로 분리하는 단계 (이때, 상기 제1단계 오버플로우 성분은 희석된 역청 성분을 포함한다); 제2 용매 함유 스트림을 상기 제1단계 언더플로우 성분에 가하여 희석된 제1단계 언더플로우 성분, 제2 용매 온도를 갖는 제2 용매 함유 스트림을 생산하는 단계; 상기 희석된 제1단계 언더플로우 성분을 제2단계 오버플로우 성분과 제2단계 언더플로우 성분으로 분리시키는 단계 (이때, 상기 제2단계 언더플로우 성분은 희석된 테일링 성분을 포함한다); 상기 제1 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 제1단계 분리 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 제1 용매 온도를 조절하는 단계; 및 상기 제2 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 제2단계 분리 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 제2 용매 온도를 조절하는 단계를 포함한다.

상기 공정은 상기 언급된 방법의 임의의 양태 중 하나 이상을 가질 수 있다. 상기 공정의 임의의 양태로, 상기 포말층 온도가 적어도 65 ℃, 약 70 ℃ 내지 약 120 ℃ 사이, 또는 90 ℃ 이상이다. 상기 공정의 다른 임의의 양태로, 상기 제1단계 분리 온도가 상기 제2단계 분리 온도보다 높게 유지된다. 상기 역청 포말층은 상기 제1 용매 함유 스트림을 역청 포말층에 가하기 전에 예열시킬 수 있다. 상기 공정의 다른 임의의 양태로, 제1 및 제2 용매 함유 스트림의 트림 가열을 열 교환기를 사용하여 수행한다. 상기 공정의 추가의 임의적 양태로, 용매가 나프텐계 또는 파라핀계 용매일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따르는 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따르는 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 4는 역청 밀도 대 온도의 그래프이다.
도 5는 점도의 자연 로그 대 역청 온도의 그래프이다.

본 발명의 실시형태 중 하나로, 역청 포말층을 용매의 플래쉬 온도 보다 낮고 역청 포말층의 점도를 분리 용기로 도입시키기전에 용매와 역청 포말층이 완전히 혼합되어 완전히 혼합된 희석된 포말층을 형성하도록 하기에 충분히 낮은 포말층 혼합 점도로 감소시키기에 적합하게 높은 포말층 혼합 온도로 가열한다. 단지 용매 첨가 스트림, 혼합된 희석된 포말층 스트림 또는 분리 용기라기 보다는, 역청 포말층 스트림의 온도를 조절함으로써 혼합 조절과 결과가 향상된다.

역청 포말층은 약 50 중량% 내지 약 70 중량% 범위의 역청과 나머지는 물과 미네랄 고형분으로 이루어진 조성을 갖는다. 포말층 중 초기 역청 점도는 흔히 약 1,000 내지 약 10,000 센티포이즈(cP) 범위이다. 대조적으로, 역청 포말층에 첨가된 용매 스트림의 점도는 약 0.1 내지 약 1 cP 사이, 흔히 대략 0.2 cP이다. 따라서, 용매 온도를 조절함에 따른 혼합 및 적절하게 블렌딩된 희석된 포말층 형성에 대한 효과는 무시할 정도이다. 이에 관해서, 용매 온도는 이후 추가로 논의될 다른 공정 단계의 성능에 대해서는 영향을 줄 수 있다는 것을 알아야 한다. 용매와 역청 포말층의 혼합 단계에 대해서는, 혼합 효과를 제한하는 스트림이 역청 포말층이다. 용매의 플래쉬 온도를 넘지 않으면서 역청 포말층의 온도를 가능한 한 높게 조절함으로써, 역청 포말층이 첨가된 용매에 의해 분해 및 반응이 확실하여 혼합 효과가 향상되도록 하기에 충분히 작은 직경을 갖는 액적으로 파괴되기 쉽게 된다.

하나의 양태로, 상기 포말층 혼합 온도가 충분히 낮아 분리 용기로의 인-라인(in-line) 공급 시스템에서 용매와의 혼합이 분리 용기로의 배출구에서 포말층이 완전히 혼합된 희석된 상태로 된다. 상기 인-라인 공급 시스템은 1개 이상의 혼합기, 파이프 길이와 부속품(fittings)을 포함한 파이핑, 블렌딩된 희석된 역청으로 혼합 에너지를 공급할 수 있는 밸브와 기타 인-라인 장치 또는 설비를 포함한다. 포말층 혼합 온도는 제공된 인-라인 공급 시스템 및 압력 및 유속과 같은 기타 공정 조건에 맞추어질 수 있다. 포말층 혼합 온도는 또한 제공된 인-라인 공급 시스템에서 블렌딩되는데 요구되는 포말층 혼합 점도를 성취할 수 있게 역청 포말층 조성에 따라 변화되도록 조절될 수 있다. 따라서 FSUs와 공정은 현존하는 인-라인 공급 시스템을 기본으로 포말층 혼합 온도가 조절되도록 조절되거나 새로 장착될 수 있음을 알아야 한다. 재장착(retrofitting)은 포말층 가열기 및 용매 첨가 포인트의 상류(upstream) 온도 조절 시스템을 추가를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태로, 역청 함유 스트림에 첨가되는 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 제1 및 제2단계 분리 용기에서 일정한 온도를 유지한다. 분리 용기에서 일정한 온도를 유지함으로써 가변적인 포말층 유동 및 공급물 조성에 걸쳐 공정 조절과 역청 회수율이 개선된다.

본 발명의 실시형태가 추가로 기재되며 도 1과 관련하여 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 FSU(10)을 설명한다. FSU(10)은 역청 포말층을 처리하고 분리시키기 위한 본 발명의 공정의 실시형태와 관련하여 바람직하게 작동된다. 역청 포말층 처리 공정은 파라핀계 또는 나프텐계일 수 있거나 다른 혼합물 또는 다른 타입의 용매를 사용할 수 있음을 알아야 한다.

FSU(10)은 파이프라인을 통하여 상류 분리 용기 (나타나 있지 않음)로부터 역청 포말층(12)을 수용한다. 상기 역청 포말층(12)는 약 50 중량% 내지 약 70 중량% 범위, 평균 약 60 중량%의 역청 함량을 함유할 수 있으며, 예를 들어, 유속, 조성, 점도, 밀도 및 초기 포말층 온도(이들은 열용량과 같은 추가의 변수를 산정하거나 계산하는데 사용될 수 있다)를 포함한, 다수의 변수를 평가하기 위하여 측정하여 특징화할 수 있다. 하나 이상의 측정 장치(14)를 사용하여 역청 포말층(12)의 특성을 평가할 수 있다.

역청 포말층(12)의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 계획에, 가열기(16)가 제공되는 것이 바람직하다. 가열기(16)는 다수의 가열기 서브-유니트(나타나 있지 않음)를 포함할 수 있으며 증기(18)를 직접 역청 포말층(12)으로 분사하여 가열된 역청 포말층(20)을 생산하는, 직접적인 증기 분사식 (DSI) 타입의 가열기인 것이 바람직하다. 가열된 역청 포말층(20)의 온도를 조절하기 위하여 온도 측정 및 조절 시스템(22)이 제공될 수 있다.

가열기(16) 및 관련 가열 단계는 캐나다 특허 출원 제2,735,311호 (van der Merwe et al.)에 기재된 바와 같이 제공되고 작동될 수 있다. 변화되는 가열 요구조건에 따라 역청 포말층을 가열하기 위한 가열 단계는 (a) 증기의 분사와 노즐의 크기 및 배열이 음파 증기 흐름이 성취되도록 제공되는, 다수의 노즐을 통한 증기압으로 증기를 포말층으로 직접 분사하는 단계; (b) 증기의 분사가 포말층에 대한 가변적 가열 요구조건에 대해 일어나는 노즐의 수를 변화시킴으로써 증기 분사를 변화시키기 위한 다수의 노즐을 작동시키는 단계; 및 (c) 물의 비등점에 대해 서브-냉각시킬 수 있도록 하기에 충분한 배압(backpressure)을 포말층에 가하는 단계를 포함할 수 있다.

하나의 양태로, 가열된 역청 포말층(20)을 포말층 탱크(24)로 공급한다. 달리, 가열된 역청 포말층(20)이 하류(downstream) 유니트로 직접 공급될 수 있다. 가열된 포말층(20)이 포말층 탱크 펌프(26)를 통하여 용매 첨가 포인트(28) 및 혼합기(30) 쪽으로 펌핑된다. 용매 첨가 포인트(28)는 혼합기(30)의 일부일 수 있거나 별개의 혼합기(30)의 상류에 바로 있을 수 있다. 용매 첨가 포인트는 예를 들어, 티 접합부(tee junction)와 같은 파이프라인 접합부, 공통고리모양의 혼합 장치, 또는 다른 타입의 설비일 수 있다. 따라서, 용매 함유 스트림(32)은 용매 첨가 포인트(28)에서 가열된 역청 포말층(20)에 첨가된다. 이에 따라, 가열된 역청 포말층(20)을 가열한 다음 역청 포말층을 액적으로 파괴시켜 제1 용매-함유 스트림(32)과 함께 물질과 열이 전달되도록하는 제1 용매-함유 스트림(32)과 혼합한다. 포말층이 거시적으로 균질한 혼합물인 것으로 나타날 수 있지만, 밀접한 범위에서 포말층 유체는 별개의 물질의 액적, 소포(parcels) 및 입자를 포함한다. 별개의 액적을 파괴시킴으로써 탄화수소의 용해가 용이해진다. 용매를 첨가하고 혼합함으로써 희석된 역청 포말층(34)이 생산된다.

혼합기(30)및 관련된 혼합 단계는 캐나다 특허 출원 제2,733,862호 (van der Merwe et al.)에 기재된 바와 같이 제공되고 작동될 수 있다. 용매의 첨가 및 역청 포말층과의 혼합 단계는 특정의 CoV, Camp 번호, 공통고리모양의 파이프라인 반응기 (여기서 용매는 파이프벽 및/또는 점도가 더 낮은 유체의 파이프벽 접촉면을 따라 첨가된다)로 수행되는 첨가, 혼합 및 정련 단계를 포함할 수 있다.

희석된 역청 포말층(34)은 연장될 수 있으며 제1단계 분리 용기(36)내에 위치할 수 있는 배출구(38)를 통하여 제1단계 분리 용기(36)로 공급된다. 본 명세서에서 인-라인 공급 시스템(40)으로 언급되는 것 내에서 용매와 역청 포말층이 블렌딩되어 희석된 역청 포말층(34)을 형성되며, 상기 인-라인 공급 시스템은 혼합기(30) 및 모든 파이핑, 부속품, 및 용매 첨가 포인트(28)로부터 배출구(38)에 이르기까지 인-라인 장치를 포함함을 알아야 한다. 상기 인-라인 공급 시스템(40)은 혼합 에너지를 용매와 포말층 혼합물을 블렌딩시키는데 부여한다. 하나의 양태로, 상기 포말층 온도 조절기(22)는 가열된 역청 포말층(20)의 온도가 충분하게 낮은 점도가 될 수 있도록 하여 인-라인 공급 시스템(40)의 혼합 에너지가 적어도 배출구(30)에서 완전히 혼합된 희석된 역청 포말층이 제1단계 분리 용기(36)쪽으로 생산되도록 하기에 충분하도록, 역청 포말층(12)에 제공되는 가열이 맞추어지도록 미리-결정되어 관리되고, 작동되며, 디자인되고, 보정되어 조절된다. 다른 바람직한 양태로, 포말층 온도 조절기(22)가 가열된 역청 포말층(20)의 온도가 제공된 혼합기(30)에서 초기의 신속한 혼합으로 혼합기(30)의 외부로 흘러나오는 완전하게 혼합된 희석된 역청 포말층을 생산하기에 충분하도록 충분하게 낮은 점도가 될 수 있도록, 가열을 조절한다. 상기 온도 조절기(22)는 또한 커플링되어 측정 장치(14)로부터의 정보를 수용하여 가열기(16)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(14)가 포말층(12)의 역청 함량을 모니터할 수 있으며 역청 함량과 관련하여 목적하는 온도와 점도를 성취할 수 있도록 가열을 조절할 수 있다.

이에 관하여, 가열, 혼합 및 정련 단계를 조정하여 희석된 포말층을 수득한다. 용매가 역청 포말층중으로 혼합되는 동력학을 고려할 때, 포말층이 충분하게 가열되어 인-라인 공급 시스템에 충분한 시간과 정련 에너지가 공급됨으로써 용매-역청 시스템 동력학에서 완전하게 혼합된 희석된 역청 포말층이 생산된다. 포말층의 온도를 충분하게 증가시킴으로써 점도가 감소되어 파이프라인 길이와 혼합 장비를 감소시키고 조절 옵션의 효율과 성능을 개선한다.

희석된 역청 포말층(34)를 분리 용기로 공급하는 것 또한 캐나다 특허 출원 제2,733,862호 (van der Merwe et al.)에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 희석된 역청 포말층(34)은 선대칭 상(axisymmetric phase)과 속도 분포 및/또는 유동 확산(flow diffusing) 및/또는 유동 교정(flow straightening)과 같은 특정 혼합 및 정련 특징을 갖는 용기로 공급될 수 있다.

다시 도 1을 언급하면, 제1단계 분리 용기(36)에서는 희석된 역청으로 이루어진 제1단계 오버플로우 성분(42)과 물, 미네랄 고형분, 잔류 역청을 함유하는 제1단계 테일링, 및 파라핀계 처리 공정에서는, 물/고형분/침전된-아스팔텐 응집물중에 침전된 아스팔텐으로 이루어진 제1단계 언더플로우 성분이 생산된다. 제1단계 오버플로우 성분(42)은 추가적인 하류 가공을 위하여 고도로 희석된 역청(48)으로 제1단계 오버플로우 펌프(46)를 통하여 펌핑된다. 여기서, 상기 제1단계 오버플로우 성분 중 일부는 제1단계 분리 용기(36)의 재순환 상류를 위한 역청 재순환 스트림(50)으로 배출될 수 있다. 예를 들어, 상기 역청 재순환 스트림(50)이 역청 포말층(12), 포말층 탱크(24) 또는 포말층 탱크 펌프(26)의 가열된 역청 포말층(20) 상류 또는 하류, 또는 희석된 역청 포말층(34)로, 공정 변수 및 목적하는 효과에 따라서 다시 도입될 수 있다. 하나의 바람직한 양태로, 상기 역청 재순환 스트림(50)은 포말층 펌프(26)와 혼합기(30) 사이에서 가열된 역청 포말층(20)중으로 다시 도입된다.

제1단계 언더플로우 성분(44)은 제1단계 언더플로우 펌프(52)를 통하여 제2단계쪽으로 펌핑된다. 제2단계에서, 제1단계 언더플로우 성분(44)는 제2 용매-함유 스트림(54)과 합해진다. 제2 용매-함유 스트림(54)는 필수적으로 용매(이는 SRU 및 TSRU로부터 회수된 것이다)로 이루어진 것이 바람직하며 또한 신선한 구성(make-up) 용매를 포함한다. 상기 스트림은 미가열된 용매 스트림(56)으로 제공되는데 이는 제2단계 용매 트림 가열기(58)에서 바람직하게 가열되며, 상기 트림 가열기는 증기(S)를 수용하고 응축물(C)를 방출시키는 열 교환기일 수 있다. 생성된 가열된 제2 용매 함유 스트림(54)을 제2 용매 첨가 포인트(60)에서 제1단계 언더플로우 성분(44)에 첨가된다. 제1 첨가 포인트(40)과 같이, 제2 용매 첨가 포인트(60)도 제2단계의 다른 요소에 대해 다양한 구조로 위치하고 배치될 수 있다. 제2단계 혼합기(62)는 제2 용매 첨가 포인트(60) 하류에 바로 제공되는 것이 바람직하다. 혼합기의 하류의 희석된 제1단계 언더플로우(64)를 제2단계 분리 용기(66)로 공급하며 제2단계 분리 용기에서는 제2단계 언더플로우 성분(68)이 생산되어 포말층 처리 테일링 펌프(70)를 통하여 용매 희석된 테일링으로서 TSRU로 보내진다. 상기 제2단계 분리 용기(66)는 또한 제2단계 오버플로우 성분(72)를 생산하며 제2단계 오버플로우 성분은 제2단계 오버플로우 펌프(74)를 통하여 펌핑된다.

설명된 바와 같이, 상기 제2단계 오버플로우 성분(72)는 현저한 양의 용매를 함유하며 바람직하게는 제1 용매 함유 스트림(32)으로 사용된다. 상기 제2단계 오버플로우 성분(72)는 제2단계 분리 용기(66)으로부터 분리 온도에서 배출되며 바람직하게는 제1단계 용매 트림 가열기(76)에 의해 가열된다.

하나의 임의의 양태로, 상기 용매 트림 가열기(58),(76)은 용매 함유 스트림을 목적하는 온도로 가열하고 희석된 제1단계 언더플로우와 희석된 역청 포말층 스트림의 일정한 온도를 유지하도록 조절된다. 따라서, 트림 가열 온도 조절기(78),(80)를 사용하여 희석된 스트림(64),(34)의 온도를 모니터하고 이에 따라 용매의 트림 가열을 조절할 수 있다. 제1 및 제2 분리 용기(36),(66)로 공급되는 희석된 스트림(34),(64)에 일정한 온도를 제공함으로써, 침강 온도와 조건을 유리하게 조절할 수 있으며 이에 따라 세팅 안정성과 성능이 개선된다.

도 2에 대해서, 다음과 같은 범례가 제시되며 이후 추가로 논의될 것이다:

T_Fi 초기 포말층 온도

S 증기

C 응축물

T_Fh 가열된 포말층 온도

T_OFSh 가열된 용매 함유 오버플로우 스트림 온도

T_FS 초기 포말층-용매 온도

T_DF 희석된 역청 포말층 온도

T_SEP1 제1단계 분리 용기 온도

T_OF1 제1단계 오버플로우 성분 온도

T_UF1 제1단계 언더플로우 성분 온도

T_FSh 가열된 신선한 용매 온도

T_FSi 초기 신선한 용매 온도

T_UFS 초기 언더플로우-용매 온도

T_DUF 희석된 언더플로우 온도

T_SEP2 제2단계 분리 용기 온도

T_UF2 제2단계 언더플로우 온도

T_REC dilbit 재순환 스트림 온도

T_OFi 초기 제2단계 오버플로우 온도

본 발명의 실시형태 중 하나로, 상기 FSU 온도 조절 방법이 포말층을 용매의 플래쉬 온도보다 낮고 적절한 점도 감소에 충분할 정도로 높은 포말층 혼합 온도로 가열하여 포말층 액적 표면적을 증가시키고 이에 따라 포말층 액적이 첨가된 용매와 혼합, 파괴 및 분해되는 것을 포함한다. 역청 포말층과 용매 시스템이 특정하고 저항적인(challenging) 흐름, 혼합 및 반응 특성을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 이런 온도 조절 방법은 둘의 혼합 조절 및 성능과 하류 분리 성능을 개선시킨다. 예를 들어, 파라핀계 포말층 처리 공정에서, 역청 포말층이 부적절하게 높은 온도일 때 파라핀계 용매가 첨가되면, 수많은 애로사항이 발생된다. 첫째, 포말층의 높은 점도로 인하여, 용매가 포말층 용적을 통틀어 철저하게 혼합되는데 어려움이 있어, 분리 용기에 도입시 역청의 혼합되지 않은 소포가 발생되게 되고 이에 따라 역청 회수율이 감소되고, 아스팔텐 침전이 감소하며 첨가된 용매의 비효율적인 사용으로 인하여 용매 소비량이 증가하게 된다. 둘째, 포말층의 높은 점도로 인하여, 용매가 더욱 점진적으로 포말층중으로 혼합되어, 분리 용기로 도입되기 전에 상이한 시간에서 물/고형분/침전된-아스팔텐 응집물이 더욱 점진적으로 형성되어, 비-균일한 조성 및 희석된 포말층 공급물을 통하여 분산되어 가변성 응집물 구조를 발생시켜 불안정하고 감소된 침강 성능의 원인이 된다. 셋째, FSU에 대한 온도 조절 계획이 용매 스트림 또는 용매 첨가된 포말층 스트림만을 가열하거나 단순히 분리 용기를 목적하는 온도에서 유지하는 것을 포함할 경우, 역청 포말층과 용매의 초기 신속한 혼합의 장점이 사라진다.

또한, PFT 공법은 용매 사용을 최소화하도록 디자인될 수 있으며 조건은 최적의 용매-대-역청 비(S/B)가 약 1.4 내지 약 2.0 사이, 바람직하게는 약 1.6 내지 약 1.8 사이인 것일 수 있다. 상대적으로 낮은 S/B의 경우, 점도가 더 높은 역청의 함량, 즉 포말층-용매 혼합에 있어서, 역청의 함량이 상대적으로 높은데서 기인하여 역청 점도를 감소시키고 조절하는 것의 중요성이 커진다.

하나의 임의의 양태로, 상기 포말층 혼합 온도를 최대 액적 크기 d_max가 약 100 ㎛인 역청 액적이 형성되기에 충분히 높도록 조절한다. 상기 d_max는 약 100 ㎛ 내지 약 25 ㎛ 사이인 것이 바람직하다.

파라핀계 포말층 처리 공정의 경우, 대부분의 경우에 있어서 포말층 혼합 온도가 60 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 포말층 혼합 온도 T_Fh는 70 ℃ 이상, 90 ℃, 약 100 ℃, 약 110 ℃ 및 어떤 경우 120 ℃ 이하일 수 있다.

포말층 혼합 온도는 약 650 cP 내지 약 100 cP 사이의 역청 점도를 제공하도록 조절되는 것이 바람직하다.

다른 양태로, 가열은 포말층과 제1 용매 함유 스트림이 가능한한 서로 비슷한 점도를 갖도록 수행된다. 예를 들어, 역청과 용매 첨가 스트림간의 점도차가 약 100 cP 내지 약 700 cP사이에 있도록 포말층을 가열할 수 있다. 포말층 가열을 수행하여 가열된 역청 점도가 용매 스트림 점도보다 최대 약 700 cP, 바람직하게는 최대 약 200 cP, 더욱 바람직하게는 최대 약 150 cP 더 높도록 할 수 있다.

다른 실시형태로, 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 제1 및 제2단계 분리 용기로의 공급물 온도를 조절한다. 요동치는 역청 포말층 품질로 인하여, 제1단계 분리 용기로 공급되는 희석된 역청 포말층 스트림의 온도를 일정하게 하는 것은 저항이 있다. 트림 가열된 용매 함유 스트림(32)을 생산하기 위하여 제2단계 오버플로오 스트림(72)을 트림 가열함으로써, 희석된 포말층 온도가 유지될 수 있으며, 이에 따라, 제1단계 분리 용기(36)가 일정하고 안정한 온도에서 작동될 수 있다. 제1단계 언더플로우(44)를 또한 용매와 배합하고 트림 가열된 제2 용매 함유 스트림(54)을 생산하기 위하여 신선한 용매(56)을 트림 가열함으로써, 희석된 포말층 온도가 유지될 수 있으며, 이에 따라, 제2단계 분리 용기(66)가 제2의 일정하고 안정한 온도에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 제1단계 분리 용기(36)는 약 90 ℃와 같이, 더 높은 온도에서 작동될 수 있으며 희석된 포말층(35)은 이 온도에서 유지될 수 있고; 제2단계 분리 용기(66)는 약 80 ℃와 같이, 더 낮은 온도에서 작동될 수 있어, 제2단계 희석된 공급 스트림(64)을 약 80 ℃에서 유지시키기 위한 제2 트림 가열기(58)의 열 요구량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 온도 조절 전략의 트림 가열 양태는 제1 및 제2 용매 함유 스트림을 둘다 트림 가열하는, 균형잡힌 방법을 이용하며 또한 제2 용매 함유 스트림의 온도와 비교하여 역청으로의 첨가를 위하여 더 높은 온도로 제1 용매 함유 스트림을 트림 가열한다. 이에 의해 FSU(10) 공정의 분리 성능과 안정성이 개선된다.

하나의 임의의 양태로, 용매 첨가 온도 T_OFSh 및 T_FSh는 각각의 역청 포말층 및 제1단계 언더플로우 성분 스트림의 품질에 따라서 조절된다. 이런 온도 조절로 혼합이 향상되고 희석된 역청 포말층과 분리 용기로 공급되는 희석된 제1단계 언더플로우 성분 둘 다에 대해 일정한 온도가 유지된다.

트림 가열은 열원의 직접적인 인-라인 첨가에 의해 또는 열교환기를 통한 열원과의 간접적인 접촉에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 트림 가열이 증기를 사용하는 열교환기에서 수행되어 용매를 트림 가열하고 응축물을 생산한다.

하나의 양태로, 트림 가열이 제2 용매 온도 T_FSh가 50 ℃ 이상, 바람직하게는 약 60 ℃ 내지 약 100 ℃ 사이에서 조절되도록 수행된다. 제2 용매 온도 T_FSh는 또한 희석된 제1단계 언더플로우 성분(64)이 약 50 cP 내지 약 650 cP 사이의 점도를 갖는 방식으로 조절될 수 있다.

다른 양태로, 트림 가열의 정도는 제2단계 분리 용기 온도, 제1단계 언더플로우 성분의 품질 및 용매의 공급원에 따른다. 역청 포말층 품질은 흔히 역청이 50 중량% 내지 70 중량% 범위이며 역청, 물 및 미네랄인 중요 성분은 열용량에 있어서 현격히 상이하다. 제1 용매 온도 T_OFSh 및 제2 용매 온도 T_FSh의 조절은 특히 포말층 또는 제1단계 언더플로우의 조성에 따라 수행되어 희석된 스트림의 안정한 온도, 점도 및 밀도 특성을 성취할 수 있으며 이에 의해 아스팔텐 침전물과 응집물의 침강이 향상된다. 제1단계 분리 및 제2단계 분리 둘 전의 온도의 동시 조절은 또한 포말층 처리의 안정성과 분리 성능의 향상을 확실하게 하며, 이는 또한 하류 유니트 공정, 예로서 용매 회수 공정 및 테일링 용매 회수 공정에 유리하다.

도 1과 2를 언급하면, 각각의 공정 스트림 (20)과 (44)에 첨가하기 위한, 온도 T_OFSh와 T_FSh를 갖는 1개의 대응하는 용매 함유 스트림이 있다. 따라서 가열된 역청 포말층(20)의 온도는 용매 함유 스트림(32)의 단일 첨가 포인트에 대해 적절한 혼합이 성취되도록 조절될 수 있다.

도 3을 언급하면, FSU가 2개의 용매 함유 스트림(32a)와 (32b)의 역청 포말층으로의 다수의 첨가 포인트를 포함할 수 있으며 또한 제1단계 분리 용기(36) 전에 역청 포말층과 혼합되는 추가의 스트림을 가질 수 있다. 더욱 상세하게, 제1 용매 스트림(32a)은 가열된 역청 포말층(20a)로 첨가될 수 있으며 생성된 부분적으로 희석된 역청 포말층(34a)는 혼합기(30a)에서 혼합시킬 수 있다. 다음, 제2 용매 스트림(32b)은 상기 부분적으로 희석된 역청 포말층(34a)로 첨가될 수 있으며 생성된 포말층-용매 스트림(34b)은 제2의 혼합기(30b)에서 혼합되어 궁극적으로 제1단계 분리 용기(36)으로 도입하기 위한 희석된 포말층(34)를 생산할 수 있다. 바람직하게는, 제1 용매 스트림(32a)이 부분적으로 희석된 역청 포말층(34a)에서의 S/B가 아스팔텐 침전 역치보다 낮게 제공되도록 하는 양으로 첨가됨으로써 철저하게 혼합된 용매를 도처에 갖고 있는, 부분적으로 희석된 역청 포말층(34a)에 물/고형분/침전된-아스팔텐 응집물이 형성되는 것을 피한다. 따라서, 제1 용매 스트림(32a)의 흐름은 가열된 포말층(20a)의 역청 함량에 따라 조절되어 S/B가 조절되도록 한다. 이어서 제2 용매 스트림(32b)이 아스팔텐 침전 역치를 초과하는 양으로 첨가되며 따라서 제2 포말층-용매 스트림(34b)과 완전하게 혼합된 희석된 포말층 공급 스트림(34)에서 아스팔텐 침전과 물/고형분/침전된-아스팔텐 응집물의 형성이 유발된다. 용매의 다단계식 첨가 외에, FSU는 또한 역청 포말층에 첨가되는 다른 역청 함유 스트림을 포함할 수 있어 용매 첨가 전에 역청 포말층을 가열하고/하거나 역청 포말층의 점도를 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 하나의 양태로, 추가의 역청 함유 스트림이 diltbit 재순환 스트림(50)일 수 있다. 상기 diltbit 재순환 스트림(50)은 가열기(16)에서의 가열전 또는 후에 역청 포말층에 첨가될 수 있다. 상기 diltbit-포말층 혼합물을 추가의 혼합기(82)에서 혼합시켜 가열된 역청 포말층 스트림(20a)을 생산할 수 있다. 그러나, 역청 포말층의 초기 가열 및 온도 조절은 점도 감소 스트림, 예를 들면, 스트림(50), 및 용매 함유 스트림, 예를 들면, 스트림(32a) 및 (32b)을 포함한, 후속 스트림과의 혼합을 유리하게 할 수 있으며, 안정하고 잘-수행되는 분리가 용이하도록 할 수 있음을 알아야 한다.

하나의 바람직한 양태로, 상기 제1 용매-함유 스트림(32)이 적어도 일부의 제2단계 오버플로우 성분(72)을 포함한다. 도 1에서 설명되는 바와 같이, 상기 제2단계 오버플로우 성분(72)은 완전히 재사용될 수 있으며 가열되어 제1 용매-함유 스트림(32)을 형성할 수 있다. 이 구조에서, 제1단계 분리 및 제2단계 분리의 작동 온도는 상호작용한다. 분리 용기(36,66)에서의 용적 유지로 인하여, 상기 상호작용이 지연되고 시간에 따른 점진적인 온도 조절이 허용된다. 제1 용매 온도 T_OFSh 및 제2 용매 온도 T_FSh는 바람직하게는 ±2 ℃의 변이로 각각 조절된다. 제2 용매-함유 스트림(54)은 필수적으로 상류 또는 하류 공정으로부터, 바람직하게는 SRU 및 TSRU로부터 유래하는 재사용되는 용매와 같은 용매일 수 있다. 하나의 양태로, 용매 트림 가열기(58,76)의 의도는 전체 공정의 공정 안정성과 분리 성능을 촉진시키기 위하여 용기(36,66)에서의 온도 변화를 최소화시키는 것이다. 사실, 용기(36,66)중에서 성분의 중력 분리는 온도에 의해 영향을 받는 밀도 및 점도 둘다의 차에 따른다.

다른 임의의 양태로, 제1단계 분리 용기(36) 및 제2단계 분리 용기(66)에서 바람직하지못한 온도 변화를 피하는 것은 역청 포말층 온도 T_Fh를 제1 용매 온도 T_OFSh보다 더 높가 조절하는 것을 포함할 수 있다. 사실, 하나의 양태로, 동일한 희석된 포말층 온도 T_DF를 성취하기 위해서는, 역청 포말층(12)에 가열 에너지를 쏟아넣어 제1 용매 함유 스트림(32)보다 더 뜨거운 가열된 역청 포말층(20)을 수득하는 것이 바람직하다. 이런 가열 방법은 역청의 점도를 감소시킴으로써 가열 에너지의 이용이 개선되어 동일한 공급 온도 결과로 더 양호한 혼합을 제공하며, 이는 개선된 침강 안정성 및 용매의 성능과 효율적인 이용으로 해석된다.

다른 양태로, 가열된 포말층 온도 T_Fh가 적어도 70 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 약 75 ℃ 내지 95 ℃ 사이의 범위이다. 또한, 조절된 온도하에서 용매를 첨가하는 것은 또한 역청 포말층과의 혼합이 최대가 되도록 하는데 도움이 된다. 다른 양태로, 가열된 포말층 온도 T_Fh와 제1 용매 함유 온도 T_OFSh간의 차는 약 2 ℃ 내지 20 ℃ 사이에서 T_Fh > T_OFSh로 조절될 수 있다.

추가의 임의의 양태로, 제2단계 분리 용기(66)가 제1단계 분리 용기(36)의 작동 온도보다 더 낮은 작동 온도, 즉, T_SEP1 > T_SEP2를 갖는다. 이 양태에서, 높은 S/B로 인하여 분리 변수를 제1단계에서보다 제2단계에서 더 용이하게 성취할 수 있기 때문에 제2단계 분리 용기에서 더 높은 온도는 부분적으로 덜 중요한 것으로 전망된다.

다른 양태로, 제2단계 언더플로우는 용매 희석된 테일링(68)이 하류 TSRU 작동이 용이하도록 하기에 충분한 온도 T_UF2에 있도록 조절된다. 상기 T_UF2는 적어도 60 ℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상류 및 하류 온도 및 기타 유니트 공정 조건, 특히 압력에 따라서 약 70 ℃ 내지 약 100 ℃ 사이의 범위일 수 있다.

다른 양태로, T_UF1과 T_FSh 간의 차는 약 2 ℃ 내지 약 15 ℃ 사이에서 조절될 수 있다.

다른 임의의 양태로, 온도를 아스팔텐 침전의 개시를 지연시키고 S/B를 낮게하기에 충분할 정도로 높게 유지할 수 있다. 약 120 ℃에서 약 130 ℃까지의 희석된 포말층 온도는 직접적인 증기 분사에 의해 성취될 수 있으며 용기 분립(sizing), 혼합 및 분리 성능을 유리하게 할 수 있다.

다른 양태로, 본 발명은 구성 용매의 가열을 감소시킨다. 제1단계 언더플로우는 역청 포말층과 비교하여 구성 용매와의 혼합이 훨씬 더 용이할 정도로 대부분의 양이 용매이며 역청은 거의 함유하지 않는다. 제1단계 언더플로우의 점도는 역청 포말층보다 훨씬 더 낮으며 따라서, 구성 용매와의 효과적인 혼합을 성취하는데 요구되는 온도가 높지 않다. 따라서, 제2 용매 함유 스트림과 제2단계 분리 용기는 더 낮은 온도에 있을 수 있다. 제2단계 분리 용기에 대한 제약은 하류 TSRU에서 플래쉬되기에 충분할 정도로 뜨거운 용매 희석된 테일링이 생산되도록 충분히 높은 온도를 가져야 한다는 것이다. 제2단계 오버플로우를 가열시키기 위한 트림 가열기는 제1 용매 함유 온도 T_OFSh를 포말층 품질에 맞추고 반드시 포말층을 가열하는 것은 아닌, 일정한 온도를 유지하면서 분리를 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.

다른 임의의 양태로, 상기 공법이 역청 포말층의 점도를 화학적으로 개질시키는 단계를 포함한다. 점도 개질제는 2개의 가열 단계 전 또는 후 또는 가열 단계 사이에 역청 포말층에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 언급하면, 제1단계 분리 용기(36)로부터 재순환되는 희석된 역청 스트림(50)으로서 상기 설명된 경우에, 점도 개질제가 가열기(16)의 하류 및 추가의 혼합기(82)의 상류의 역청 포말층(12)중으로 주입될 수 있다. 그러나, 재순환되는 희석된 역청 스트림(50)은 혼합기(82, 30a 또는 30b) 중 어느 하나의 상류 또는 하류 또는 용매 스트림(32a 또는 32b)에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 재순환되는 희석된 역청 스트림(50)이 가열기(16)의 하류의 가열된 역청 포말층(20)으로 주입되는데, 이는 이의 점도를 개질시키기 위해서는 점도 개질제가 여전히 역청 포말층 스트림중으로 혼합될 수 있어야 할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 미가열된 역청 포말층(12)중으로의 첨가는 점도 개질제가 포말층 스트림(12)중으로 효과적으로 혼합될 수 없기 때문에 덜 유리하다. 또한, 분리 용기(36)중으로 희석된 역청 포말층(34)을 도입시키기 전에 점도 개질제의 다수의 첨가 포인트가 있을 수 있다. 재순환된 희석된 역청 스트림(50)과 같은 재순환 스트림일 경우, 점도 개질제는 포말층 처리 공정 자체로부터 유래될 수 있으며; 업그레이드 또는 동일계 회수와 같은 다른 오일 샌드 공정으로부터 수득될 수 있거나; 점도 개질제 및 이용가능한 공정 스트림의 타입에 따라서, 새로운 화학적 첨가 스트림으로 제공될 수 있다. 점도 개질제는 나프텐계 희석제, 파라핀계 희석제, 경질 탄화수소, 기타 화학 첨가제 등을 포함한, 화학물질 족 1종 이상을 포함할 수 있다. 점도 개질제는 또한 온도 상승에 대한 반응으로 포말층의 점도를 추가로 감소시키도록 선택될 수 있다. 파라핀계 포말층 처리 공정의 경우, 점도 개질제는 재순환된 희석된 역청 스트림(50)과 같은 파라핀계 용매를 함유하는 재순환 스트림일 수 있는 미리-블렌딩한 양의 파라핀계 용매일 수 있다. 그러한 미리-블렌딩한 파라핀계 점도 개질제는 바람직하게는 침전 농도 이하의 양으로 포말층에 가하여 아스팔텐이 침전되는 것을 피하고 이에 따라 점도 개질 기능을 강화한다.

다른 임의의 양태로, 용매 함유 스트림을 가하여 상이한 S/B에서 2개의 단계로 블렌딩한다. 따라서, 역청 포말층 및 제1단계 언더플로우 스트림이 목적하는 양으로 용매를 첨가하기 위한 각 스트림의 특징에 따라서 정련된다.

상기에서 언급한 바와 같이, 역청 포말층은 첨가될 용매의 플래쉬 온도보다 낮은 온도로 가열된다. 따라서, 이 온도는 시스템의 압력 뿐만 아니라 사용되는 용매의 타입 및 제공된 온도에서의 이의 증기압에 따른다. 부탄과 같은 가벼운 용매는 헥산 및 헵탄과 같은 더 무거운 용매와 비교하여 더 낮은 온도에서 플래쉬된다. 새로운 디자인 및 기능적으로 새로 장착되는 현존 시스템의 경우, 상한 온도를 증가시키기 위해서는 플래쉬 온도가 더 높은 용매를 사용할 수 있거나 시스템의 압력을 증가시킬 수 있다. 분리 용기를 포함하여, 시스템의 압력을 증가시키는 것은 특히 증기압 증가가 온도 상승에 대해 지수식이기 때문에 상대적으로 비쌀 수 있다. 일례로, 약 1000 kPaa의 디자인 압력의 경우, 용매로서 펜탄의 증기압에 의해 제한되는 온도 상한치는 약 112 ℃이며 약 750 kPaa의 디자인 압력의 경우, 용매로서 펜탄의 증기압에 의해 제한되는 온도 상한치는 약 99 ℃이다. 바람직한 양태로, 온도 상한치는 용매의 플래슁 온도보다 적어도 5 ℃, 바람직하게는 적어도 약 10 ℃ 만큼 더 낮다. 다른 양태로, 분리 용기중의 유압 액체 부하량이 또한 고려되며 따라서 더 낮은 압력이 제공된다. 약 750 kPaa의 압력을 갖는 디자인에서, 온도는 바람직하게는 약 100 ℃ 이하일 수 있으며 예를 들어, 적합한 압력 제한 조건의 경우 120 ℃ 이하의 더 높은 온도가 사용될 수 있다.

실시예, 산정 & 계산

I. 온도 비교 계산 실시예

계산 및 평가 시험을 수행하여 포말층을 용매와 블렌딩함에 따른 증가된 포말층 온도의 상대적 효과를 평가하였는데, 여기서 역청 포말층과 용매의 초기 블렌딩으로 먼저 역청 포말층이 드롭(drop)으로 파괴되고 이 드롭은 역청중으로 용매가 용해되는 것을 돕는다. 여기에는 혼합시 증가된 포말층 온도의 상대적 효과의 산정을 포함시켰다. 역청 포말층과 용매의 초기 혼합 및 블렌딩에서, 용매가 매트릭스를 용해시키도록 하려면 역청(조절중으로 추정)을 드롭으로 파괴시킬 필요가 있는 것으로 판단되었다.

드롭 파괴에 대한 점성 내성에 관한 항을 포함하는 드롭 크기 식이 하기 문헌의 식 7-27에서 확인되었다: "Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice", E. Paul et al., John Wiley & Sons, 2004:

상기 식에서:

d_max = 최대 액적 크기

K₁ = 특정 혼합기에 대한 상수 (1.0의 크기로: 식 7-24에서 언급)

σ = 표면장력

ρ_c = 연속상의 밀도 (이 경우 용적으로 인하여 탄화수소로 추정)

ρ_d = 점성 분산된 상의 밀도: 조절되는 것으로 추정되는 포말층중의 역청

ε= 에너지 강도 = (ΔPV)/(ρL)

ΔP = 압력 강하

V = 속도

L = 길이

Vi = 점도수 = u_dV/σ( ρ_c/ρ_d )^0.5

u_d = 분산된 상의 점도/ 또는 신장 점도 = 뉴톤 전단 점도*3

스트림	포말층	2 단계 O/F	1 단계 공급물	1단계 O/F
온도 C	82.5	80	80.1	80
밀도 kg/m³	1032	589	759	673
점도 cP	1815.82	0.16	1.55	0.74
역청 중량%	52.48	3.26	28.92	35.50
용매 중량%	0.00	96.64	46.25	64.36

케이스 1에서, 2가지 상황이 고려되었다: 70 ℃ 및 90 ℃인 역청 포말층, 각각 24 NPC 혼합기 파이프에서 두번째 단계 O/F와 블렌딩되어 80 ℃인 포말층 침강수조 용기로.

D= 파이프 ID m	0.575
V= 속도 m/s	3.42	벌크 유동 용적을 기준으로 함
빈 파이프 전단 속도 G' (S^-1 )	47.5	여기서 G' = 8V/D 식 7-21
레이놀드수(Reynolds Number)	1785	라미나 연속 탄화수소 상
마찰계수 f	0.0090	라미나 = 16/Nre
ΔP = 압력 강하/미터	30.8	빈 파이프 kPa/m = 4 * f* ΔP^2/(D * 2)/1000

역청 상	상황 1	상황 2
온도 ℃	70	90
밀도 kg/m³	987.4	975.4	온도에서의 역청 밀도
점도 (cP)	626	176	온도에서의 역청 점도
u_d	1878	529	분산된 상의 점도
σ(mN/m)	13	11	s = 표면장력: AOSTRA 1989 도 5: 1 g/L NaCl

점도수의 계산

	상황 1	상황 2
ρ_c(kg/m3)	673	673	ρ_c = 연속상의 밀도
V (m/s)	3.42	3.42	벌크 유동을 기준으로 한 속도
Vi	407	136	Vi = 점도수

에너지 강도의 계산: 빈 파이프 기준

	상황 1	상황 2
ΔP/L	30.8	30.8	빈 파이프/벌크 스트림 특성
ε	0.139	0.139	동일한 최종 혼합물
K₁	1.0	1.0	1.0의 크기인 상후

상기 정의된 식 당 d_max의 계산

	상황 1	상황 2
d_max	78.1	23.8
표면적 / 드롭	19153	1783
용적/ 드롭	249253	7082
단위 용적 당 드롭	1	35
순수 표면적	19153	62767

결론적으로, 포말층 온도를 20 ℃ 증가시킴으로써 점도가 감소되어 액적이 더 작거나 표면적이 증가됨으로써 역청 포말층과 용매의 블렌딩이 향상된다.

Δd_max 30.5%

Δ표면적 3.28

II. 포말층 특성 실시예

온도와 관련한 원료 역청의 밀도와 점도가 도 4 및 도 5에 제시되어 있다.

밀도

탄화수소에 대한 밀도(SG)는 온도가 상승함에 따라 대략 연속해서 감소하는데, 임계 온도에 근접할 때는 예외이다. 당해 예시적 범위로, 130 ℃ 이하를 고려할 경우, 역청은 임계 온도보다 훨씬 아래에 있다. 원료 역청의 밀도는 다음과 같은 연관성이 있다: 밀도(g/㎤)＠temp = -0.0006* (K 또는 C인 온도 + 273) + 1.1932. 도 4 참조.

점도

원료 역청의 점도는 일반적으로 Andrade 식(Perry's Handbook, 6th Edition으로부터)에 따른다. ln(h_L) = A + B/T, 여기서 h_L은 액체 점도로 센티포이즈(cP)로, cP = mPa.s, T는 K, C로 온도 + 273; ln(h_L) = A + B/T = 16.56-7888.8/T(K).

온도에 대한 역청 점도 의존성:

h_L = e^{(-16.56+7888.8/T)}

도 5 참조.

III . 비교 개념 실시예

본 발명의 특정 양태와 실시형태를 설명하기 위하여, 비교 개념 실시예를 하기에 제시한다. 다양한 스트림 온도에 대해 사용되는 용어는 도 2에 설명되어 있다.

비교 실시예 A

A1: 고온 역청 포말층 가열

T_Fi = 65 ℃

T_Fh = 90 ℃

포말층 역청 d_max = 23.8 ㎛

포말층 역청 점도 = 176 cP

포말층 역청 밀도 = 975.5 kg/㎥

T_OFi = 75 ℃

T_OFSh = 80 ℃

T_DF = 87.5 ℃

T_SEP1 = 87.5 ℃

T_UF1 = 85 ℃

T_FSi = 60 ℃

T_FSh = 75 ℃

T_DUF = 80 ℃

T_SEP2 = 80 ℃

A2: 온도 조절을 위한 용매 가열

T_Fi = T_Fh = 65 ℃

포말층 역청 d_max > 78.1 ㎛

포말층 역청 점도 > 626 cP

포말층 역청 밀도 > 987.4 kg/㎥

T_OFi = 75 ℃

T_OFSh = 110 ℃

T_DF = 87.5 ℃

T_SEP1 = 87.5 ℃

T_UF1 = 85 ℃

T_FSi = 60 ℃

T_FSh = 75 ℃

T_DUF = 80 ℃

T_SEP2 = 80 ℃

실시예 A1과 A2를 비교할 때, 제1 및 제2단계 분리 용기 둘 다 뿐만 아니라 몇 개의 가공 스트림이 동일한 온도에서 작동된다. 그러나, 실시예 A2와 비교하여 실시예 A1에서는 가열 에너지를 역청 포말층 스트림에 부과하여 점도를 낮추고 탁월한 포말층-용매 혼합 특성을 생성시킨다.

비교 실시예 B

B1: 낮은 용매 가열로 고온 역청 포말층 가열

T_Fi = 65 ℃

T_Fh = 95 ℃

포말층 역청 d_max < 23.8 ㎛

포말층 역청 점도 < 176 cP

포말층 역청 밀도 < 975.5 kg/㎥

T_OFi = 75 ℃

T_OFSh = 임의의 트림 가열 1 내지 2 ℃로 대략 75 ℃

T_DF = 85 ℃

T_SEP1 = 85 ℃

T_UF1 = 82.5 ℃

T_FSi = 60 ℃

T_FSh = 임의의 트림 가열 1 내지 2 ℃로 대략 60 ℃

T_DUF = 75 ℃

T_SEP2 = 75 ℃

B2: 온도 조절을 위한 용매 가열

T_Fi = 65 ℃

T_Fh = 70 ℃

포말층 역청 d_max = 78.1 ㎛

포말층 역청 점도 = 626 cP

포말층 역청 밀도 = 987.4 kg/㎥

T_OFi = 75 ℃

T_OFSh = 100 ℃

T_DF = 85 ℃

T_SEP1 = 85 ℃

T_UF1 = 82.5 ℃

T_FSi = T_FSh = 60 ℃

T_DUF = 75 ℃

T_SEP2 = 75 ℃

B3: 온도 조절을 위한 신선한 용매 가열

T_Fi = T_Fh = 65 ℃

포말층 역청 d_max < 78.1 ㎛

포말층 역청 점도 < 626 cP

포말층 역청 밀도 < 987.4 kg/㎥

T_OFi = 80 ℃

T_DF = 70 ℃

T_SEP1 = 70 ℃

T_UF1 = 67.5 ℃

T_FSi = 60 ℃

T_FSh = 90 ℃

T_DUF = 80 ℃

T_SEP2 = 80 ℃

실시예 B1과 B2를 비교할 때, 제1 및 제2단계 분리 용기 둘 다 뿐만 아니라 몇 개의 가공 스트림이 동일한 온도에서 작동한다. 그러나, 실시예 B2와 비교하여 실시예 B1에서는 가열 에너지를 역청 포말층 스트림에 부과하여 점도를 낮추고 탁월한 포말층-용매 혼합 특성을 생성시킨다.

실시예 B1과 B3을 비교할 때, 온도 조절 전략이 매우 상이하며, 특히 B1에서 제1단계 분리 용기가 제2단계보다 더 뜨겁고 B2에서는 제2단계 분리 용기가 제1단계보다 더 뜨거운 한, 상이하다. 실시예 B1은 실시예 3과 비교하여 탁월한 포말층-용매 혼합 특성에 대해서 역청 포말층 스트림의 점도를 저하시키는데 있어 탁월한 장점을 갖는다.

정말로, 동일한 양의 열 에너지가 상이한 방법으로 상이한 스트림에 부여되어 분리 용기에서, 예를 들어, 비교 실시예 A1 대 A2 및 B1 대 B2에서 동일한 작동 온도를 성취할 수 있다. 본 발명의 실시형태에서, 열 에너지를 유리하게 사용하여 역청 포말층 가열을 강조함으로써 용매-포말층 혼합과 분리 성능, 특히 제1단계 분리 용기에서의 분리 성능을 개선시킨다.

선행 설명을 통하여 관사 "a"가 요소(element)를 도입시키기 위하여 사용될 때 "단지 하나"의 의미를 갖는 것이 아니라 "하나 이상"을 의미함을 언급한 필요가 있다. 예를 들어, 본 발명에 따르는 장치에는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고도 2개 이상의 분리 용기 등이 제공될 수 있다.

본 발명이 실시예의 실시형태와 관련해서 설명되었지만, 본 발명의 범주를 그러한 실시형태로 제한하고자 함이 아님을 알아야 한다. 반대로, 모든 대안체, 개량 및 등가물은 본 설명에 의해 정의되는 바와 같이 포함될 수 있는 것으로 포함시키고자 한다. 본 발명의 목적, 장점 및 기타 특징은 첨부되는 도면을 참고로 하여, 본 발명의 상세한 설명을 숙독함으로써 더욱 자명해지고 더욱 잘 이해될 것이다.

Claims

희석된 역청 성분과 용매 희석된 테일링(tailings) 성분으로의 분리용 분리 장치로 도입시키기 위한 희석된 포말층(froth)을 생산하기 위하여 역청 함유 포말층을 용매 함유 스트림과 혼합하기 위한 선-처리(pre-treatment) 방법으로서, 이 방법이 역청 포말층을 가열하여 용매의 플래쉬 온도보다 낮고 용매와 포말층이 완전히 혼합되어 희석된 포말층이 분리 장치로 도입되기 전에 완전히 혼합되도록 하기에 충분하게 낮은 감소된 역청 점도를 제공하기에 충분히 높은 포말층-용매 혼합 온도를 갖는 가열된 포말층을 제공함을 특징으로하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 역청 포말층의 역청 함량이 약 40 중량% 내지 약 75 중량%인 방법.
제2항에 있어서, 역청 포말층의 가열을 이의 역청 함량에 따라서 조정함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 파라핀계 용매 및 나프텐계 용매로부터 선택되는 것인 방법.
제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 직접적인 증기 분사(direct steam injection)에 의해 수행되는 방법.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 60 ℃ 이상으로 조절되도록 수행되는 방법.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 70 ℃ 이상으로 조절되도록 수행되는 방법.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 90 ℃ 이상으로 조절되도록 수행되는 방법.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 90 ℃ 내지 약 120 ℃ 사이에서 조절되도록 수행되는 방법.
제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 최대 액적 크기 d_max가 최대 약 100 ㎛인 역청 액적(droplets)을 형성시키는 방법.
제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 최대 액적 크기 d_max가 약 100 ㎛ 내지 약 25 ㎛인 역청 액적을 형성시키는 방법.
제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 감소된 역청 점도가 최대 약 650 cP로 조절되는 방법.
제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 감소된 역청 점도가 약 100 cP 내지 약 650 cP 사이에서 조절되는 방법.
제1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 포말층 중 역청의 점도보다 약 1.5배 내지 약 100배 더 낮은 감소된 역청 점도가 제공되는 방법.
제1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 용매의 플래쉬 온도보다 적어도 약 10 ℃ 낮은 포말층-용매 혼합 온도로 조절되는 방법.
제1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 역청/용매 점도비가 적어도 약 10¹까지 감소되는 방법.
제1항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 포말층-용매 혼합 온도가 용매의 온도보다 높게 조절되는 방법.
제17항에 있어서, 상기 포말층-용매 혼합 온도가 용매의 온도보다 적어도 약 10 ℃ 높은 방법.
제1항에 있어서, 상기 분리 장치가 역류식 구조로 제1단계 분리 용기와 제2단계 분리 용기를 포함하는 것인 방법.
제19항에 있어서,
희석된 포말층을 제1단계 분리 용기로 공급하고 희석된 역청 성분과 제1단계 언더플로우(underflow) 성분을 생산하는 단계;
구성 용매(make-up solvent)를 상기 제1단계 언더플로우 성분에 가하여 희석된 제1단계 언더플로우를 생산하는 단계;
상기 희석된 제1단계 언더플로우를 제2단계 분리 용기로 공급하여 제2단계 오버플로우(overflow) 성분과 제2단계 언더플로우 성분을 용매 희석된 테일링 성분으로서 생산하는 단계; 및
상기 제2단계 오버플로우 성분을 가열된 포말층에 첨가되는 용매 함유 스트림으로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 용매 함유 스트림을 트림 가열(trim heating)하여 희석된 포말층과 제1단계 분리 용기의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
제20항 또는 21항에 있어서, 구성 용매 스트림을 트림 가열하여 제2단계 분리 용기로의 희석된 제1단계 언더플로우의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
제20항 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 제1단계 분리 용기의 제1 작동 온도를 제2단계 분리 용기의 제2 작동 온도 이상으로 유지함을 특징으로 하는 방법.
제20항 내지 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열된 포말층에 첨가되는 용매 함유 스트림 보다 더 차가운 구성 용매 스트림을 제공함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매 희석된 테일링 성분을 용매 회수 플래슁시키고 제2단계 분리 용기를 용매 희석된 테일링 성분이 용매 회수 플래슁에 적합한 온도를 갖도록 작동시킴을 특징으로 하는 방법.
포말층 처리 공정에서의 에너지 사용을 개선하는 방법으로서, 상기 포말층 처리 공정은 용매 함유 스트림을 역청 포말층에 가하여 희석된 포말층을 생산하는 단계, 상기 희석된 포말층을 분리 장치로 도입시키는 단계, 및 상기 분리 장치로부터 희석된 역청 성분과 용매 희석된 테일링 성분을 생산하는 단계를 포함하며, 상기 개선 방법은:
용매 함유 스트림으로 제공되는 열을 감소시킴으로써 온도-감소된 용매 스트림을 생산하는 단계;
용매 함유 스트림을 첨가하기 전에 역청 포말층에 제공되는 열을 증가시킴으로써 용매의 플래쉬 온도보다 낮고 감소된 역청 점도를 제공하기에 적합할 정도로 높은, 포말층-용매 혼합 온도를 갖는 가열된 포말층을 생산하는 단계;
상기 온도-감소된 용매를 상기 가열된 포말층에 첨가함으로써 분리를 위한 희석된 포말층을 생산하는 단계를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 역청 포말층의 역청 함량이 약 40 중량% 내지 약 75 중량% 사이인 방법.
제27항에 있어서, 역청 포말층의 가열을 이의 역청 함량에 따라서 조정함을 특징으로 하는 방법.
제26항 내지 28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 파라핀계 용매 및 나프텐계 용매로부터 선택되는 것인 방법.
제26항 내지 29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 직접적인 증기 분사에 의해 수행되는 방법.
제26항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 60 ℃ 이상으로 조절되도록 수행되는 방법.
제26항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 70 ℃ 이상으로 조절되도록 수행되는 방법.
제26항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 90 ℃ 이상으로 조절되도록 수행되는 방법.
제26항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열이 포말층-용매 혼합 온도가 약 90 ℃ 내지 약 120 ℃ 사이에서 조절되도록 수행되는 방법.
제26항 내지 34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 최대 액적 크기 d_max가 최대 약 100 ㎛인 역청 액적을 형성시키는 방법.
제26항 내지 34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 최대 액적 크기 d_max가 약 100 ㎛ 내지 약 25 ㎛인 역청 액적을 형성시키는 방법.
제26항 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 감소된 역청 점도가 최대 약 650 cP로 조절되는 방법.
제26항 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 감소된 역청 점도가 약 100 cP 내지 약 650 cP 사이에서 조절되는 방법.
제26항 내지 38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 포말층중 역청의 점도보다 약 1.5배 내지 약 100배 더 낮은 감소된 역청 점도가 제공되는 방법.
제26항 내지 39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 포말층-용매 혼합 온도가 용매의 플래쉬 온도보다 적어도 약 10 ℃ 낮게 조절되는 방법.
제26항 내지 40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 역청/용매 점도비가 적어도 약 10¹까지 감소되는 방법.
제26항 내지 41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열을 수행함으로써 포말층-용매 혼합 온도가 용매의 온도 이상으로 조절되는 방법.
제42항에 있어서, 상기 포말층-용매 혼합 온도가 용매의 온도보다 적어도 10 ℃ 높은 방법.
제26항에 있어서, 상기 분리 장치가 역류식 구조로 제1단계 분리 용기와 제2단계 분리 용기를 포함하는 것인 방법.
제44항에 있어서,
희석된 포말층을 제1단계 분리 용기로 공급하여 희석된 역청 성분과 제1단계 언더플로우 성분을 생산하는 단계;
구성 용매 스트림을 상기 제1단계 언더플로우 성분에 가하여 희석된 제1단계 언더플로우를 생산하는 단계;
상기 희석된 제1단계 언더플로우를 제2단계 분리 용기로 공급하여 제2단계 오버플로우 성분과 제2단계 언더플로우 성분을 용매 희석된 테일링 성분으로서 생산하는 단계; 및
상기 제2단계 오버플로우 성분을 가열된 포말층에 첨가되는 용매 함유 스트림으로서 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제45항에 있어서, 상기 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 희석된 포말층과 제1단계 분리 용기의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
제45항 또는 46항에 있어서, 상기 구성 용매를 트림 가열하여 제2단계 분리 용기로의 희석된 제1단계 언더플로우의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
제45항 내지 47항 중 어느 한 항에 있어서, 제1단계 분리 용기의 제1 작동 온도를 제2단계 분리 용기의 제2 작동 온도보다 높게 유지함을 특징으로 하는 방법.
제45항 내지 48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열된 포말층에 첨가되는 용매 함유 스트림보다 더 차가운 구성 용매 스트림을 제공함을 특징으로 하는 방법.
제26항 내지 49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매 희석된 테일링 성분을 용매 회수 플래슁시키고 상기 제2단계 분리 용기를 용매 희석된 테일링 성분이 상기 용매 회수 플래슁에 적합한 온도를 갖도록 작동시킴을 특징으로 하는 방법.
역청 포말층을 희석된 역청 성분과 희석된 테일링 성분으로 분리시키는 공정으로서, 이 공정은:
제1 용매 함유 스트림을 역청 포말층에 가하여 희석된 역청 포말층, 제1 용매 온도를 갖는 제1 용매-함유 스트림 및 포말층 온도를 갖는 역청 포말층을 생산하는 단계;
상기 희석된 역청 포말층을 제1단계 오버플로우 성분과 언드플로우 온도를 갖는 제1단계 언더플로우 성분으로 분리하는 단계 (이때 상기 제1단계 오버플로우 성분은 상기 희석된 역청 성분을 포함한다);
제2 용매 온도를 갖는 제2 용매 함유 스트림을 상기 제1단계 언더플로우 성분에 가하여 희석된 제1단계 언더플로우 성분을 생산하는 단계;
상기 희석된 제1단계 언더플로우 성분을 제2단계 오버플로우 성분과 제2단계 언더플로우 성분으로 분리하는 단계 (이때, 상기 제2단계 언더플로우 성분은 희석된 테일링 성분을 포함한다);
상기 제1 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 상기 제1 용매 온도를 조절함으로써 일정한 제1단계 분리 온도를 유지시키는 단계; 및
상기 제2 용매 함유 스트림을 트림 가열하여 제2 용매 온도를 조절함으로써 일정한 제2단계 분리 온도를 유지시키는 단계를 포함하는 공정.
제51항에 있어서, 상기 포말층 온도가 적어도 65 ℃인 공정.
제51항 또는 52항에 있어서, 상기 포말층 온도가 약 70 ℃ 내지 약 120 ℃ 사이에서 조절되는 공정.
제51항 내지 53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포말층 온도가 90 ℃ 이상으로 조절되는 공정.
제51항 내지 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1단계 분리 온도가 상기 제2단계 분리 온도보다 높게 유지되는 공정.
제51항 내지 55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역청 포말층에 상기 제1 용매 함유 스트림이 첨가되기 전에 역청 포말층을 예열시키는 공정.
제51항 내지 56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 용매 함유 스트림의 트림 가열이 열 교환기에 의해 수행되는 공정.
제51항 내지 57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 나프텐계 용매인 공정.
제51항 내지 57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 파라핀계 용매인 공정.