KR20170100200A

KR20170100200A - 오일샌드 플랜트

Info

Publication number: KR20170100200A
Application number: KR1020160022450A
Authority: KR
Inventors: 강지호; 정진홍
Original assignee: 덕원이엔티 주식회사
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-09-04

Abstract

본 발명은 비투멘이 분리된 생산수를 막증류장치에 의해 유수분리함으로써 처리수를 생산하는 오일샌드 플랜트에 관한 것으로, 지하에 매설되며 보일러에 의해 공급되는 용융열을 오일샌드 내부로 방출하는 열공급파이프와, 열공급파이프의 일측에 설치되며 열공급파이프에서 방출되는 열에 의해 점성이 낮아진 비투멘을 채굴하는 채굴파이프와, 채굴파이프의 일단과 연통하도록 설치되며 채굴파이프를 통해 공급되는 비투멘 함유 생산수로부터 비투멘을 분리해내는 오일세퍼레이터와, 오일세퍼레이터의 일측에 연통하도록 설치되며 비투멘이 분리된 생산수를 열교환에 의해 냉각시키는 열교환기와, 열교환기의 일측에 연통하도록 설치되며 생산수로부터 막증류에 의해 수증기를 생산하는 막증류장치와, 막증류장치의 일측에 연통하도록 설치되며 막증류장치에서 생산된 수증기를 응축시켜 처리수를 생산하는 응축기와, 응축기의 일측에 연통하도록 설치되고 응축기에서 생산된 처리수를 대기와 밀폐된 내부공간에 저장하며 처리수를 외부로 배출하는 배출라인이 일측에 구비되는 임시저장 탱크와, 임시저장 탱크의 배출라인에 설치되는 펌프를 포함한다.

Description

오일샌드 플랜트{OIL-SAND PLANT}

본 발명은 오일샌드 플랜트에 관한 것으로, 비투멘이 분리된 생산수를 막증류장치에 의해 유수분리함으로써 처리수를 생산하는 오일샌드 플랜트에 관한 것이다.

생산수(produced water)는 오일 생산 과정 중 발생하는 폐기물 중에서 가장 큰 비중을 차이하는 오일폐수(oily wastewater)로서, 본질적으로 오일 생산 중에 지표면으로 방출되는 지하수에 갇힌 물이다. 1배럴의 오일을 생산하는데 발생하는 생산수는 7 ~ 10배럴 정도이다.

이러한 생산수는 매우 독성이 강하고, 보통 오일, 유지(grease) 및 다른 탄화수소를 포함하고 있을 뿐만 아니라, 다량의 염, 금속 및 미량원소도 포함되어 있다. 이를 관리하는 것은 상당한 환경적 영향을 미칠 수 있으며, 많은 비용부담을 초래하게 된다.

한편, 오일샌드(oil sand)에서 추출되는 석유 성분은 비투멘(bitumen)이라는 무겁고 끈적끈적한 검은색 점성질의 기름으로, 오일샌드의 약 10 ~ 12%를 차지한다. 통상적인 원유는 물보다 가볍지만, 비투멘은 물과 비슷한 비중을 가지므로 자연 상태에서는 시추공이나 송유관 내에서 흐르지 않기 때문에, 스팀을 가하거나 희석제(초경질 원유 혹은 경질 석유제품)와 혼합해 비중과 점성도를 낮춘 후 송유관으로 수송하여 얻어진다.

때문에, 비투멘에는 다량이 물이 함유되어 있어 오일을 회수하기 위해서는 유수분리 과정을 거쳐야 하며, 오일성분 회수 후 발생하는 생산수 속에는 여전히 다량의 유분 및 고용성분 등을 포함하고 있어, 이를 방출하거나 재활용하기 위해서는 5ppm 이하의 유분을 포함하도록 생산수 처리 공정을 거쳐야 한다. 특히, 오일샌드가 다량 매장된 캐나다의 경우, 충분한 용량의 지하수가 오일샌드 부근에 존재하지 않고, 엄격한 환경기준 때문에 이용 가능한 취수량이 제한되므로, 사용한 물의 회수 및 재활용은 필수적이다.

그런데, 종래의 생산수 처리 공정은 복잡한 공정과 고비용의 기계 장치들을 요구함에 따라, 유지 보수에 상당한 비용을 소모해야 하는 문제가 있다.

아울러, 상기 공정을 거쳐 생산된 처리수를 재활용하는 과정에서, 저장된 처리수에 이물질이나 대기에 함유된 원소 성분이 유입됨으로써, 배관의 사용 수명이 단축되고 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 생산수로부터 재활용을 위한 처리수를 생산할 수 있는 오일샌드 플랜트를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 여과막 방식과 비교하여 유수분리 효율이 더욱 우수한 막증류장치를 갖는 오일샌드 플랜트를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 오일샌드 플랜트를 제공함에 있다.

전술한 본 발명의 목적은, 지하에 매설되며, 보일러에 의해 공급되는 용융열을 오일샌드 내부로 방출하는 열공급파이프; 상기 열공급파이프의 일측에 설치되며, 상기 열공급파이프에서 방출되는 열에 의해 점성이 낮아진 비투멘을 채굴하는 채굴파이프; 상기 채굴파이프의 일단과 연통하도록 설치되며, 상기 채굴파이프를 통해 공급되는 비투멘 함유 생산수로부터 비투멘을 분리해내는 오일세퍼레이터; 상기 오일세퍼레이터의 일측에 상기 오일세퍼레이터와 연통하도록 설치되며, 비투멘이 분리된 생산수를 열교환에 의해 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기의 일측에 상기 열교환기와 연통하도록 설치되며, 상기 생산수로부터 막증류에 의해 수증기를 생산하는 막증류장치; 상기 막증류장치의 일측에 상기 막증류장치와 연통하도록 설치되며, 상기 막증류장치에서 생산된 수증기를 응축시켜 처리수를 생산하는 응축기; 상기 응축기의 일측에 상기 응축기와 연통하도록 설치되고, 상기 응축기에서 생산된 처리수를 대기와 밀폐된 내부공간에 저장하며, 상기 처리수를 외부로 배출하는 배출라인이 일측에 구비되는 임시저장 탱크; 및 상기 임시저장 탱크의 배출라인에 설치되는 펌프를 포함하는 오일샌드 플랜트를 제공함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 펌프 구동시 상기 응축기에서 생산된 처리수가 사이펀 원리에 의해 상기 임시저장 탱크로 유입될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 임시저장 탱크의 일측에 상기 임시저장 탱크와 연통하도록 설치되고, 상기 펌프 구동시 상기 임시저장 탱크에 저장된 처리수가 유입되는 처리수 탱크를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 처리수 탱크의 상부에 상기 처리수 탱크와 압력조절관에 의해 연통하도록 설치되는 탱크 하우징을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 탱크 하우징은 대기 개방을 위해 상부 일측에 구비되는 가스배출관을 포함하며, 상기 처리수 탱크에 저장된 처리수의 대기접촉 방지를 위한 가스 커튼이 내부에 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 탱크 하우징은 내부에 가스를 분사하여 상기 가스 커튼을 형성하는 분사노즐을 더 포함하고, 상기 탱크 하우징의 일측에는 상기 분사노즐로 가스를 공급하는 가스 저장탱크가 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 처리수 탱크에 저장된 처리수를 상기 응축기로 공급하는 제1 공급라인과, 상기 제1 공급라인을 통해 상기 응축기로 유입된 처리수를 상기 열교환장치로 공급하는 제2 공급라인과, 상기 제2 공급라인을 통해 상기 열교환장치로 유입된 처리수를 상기 열공급파이프의 일단에 설치되는 보일러로 공급하는 제3 공급라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 응축기는, 일측에 수증기유입구가 형성되고 타측에 처리수배출구가 형성되는 응축기 하우징과, 상기 응축기 내부에 지그재그 형태로 형성되며 일단이 상기 제1 공급라인과 연통하고 타단이 상기 제2 공급라인과 연통하는 냉각라인을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 막증류장치는, 내부에 생산수 유로가 형성되는 막증류 하우징과, 상기 막증류 하우징의 내부에 상기 생산수 유로를 둘러싸도록 설치되는 막증류부재와, 상기 막증류부재를 통과한 수증기가 유입되어 유동하도록 상기 막증류 하우징의 내측면과 상기 막증류 부재 사이에 형성되는 증기유로를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 막증류부재는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 재질의 다공질막으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 오일샌드 플랜트에 의하면, 막증류 방식에 의해 생산수로부터 처리수를 생산하여 재활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 오일샌드 플랜트에 의하면, 생산수 처리 공정의 단순화와 에너지 재활용에 따른 생산성 향상의 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 오일샌드 플랜트에 의하면, 대기로부터 밀폐된 탱크에 처리수가 저장되므로 배관의 사용 수명이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일샌드 플랜트의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막증류장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기의 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임시저장 탱크와 처리수 탱크의 구성도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일샌드 플랜트의 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오일샌드 플랜트(100)는 지중의 오일샌드로부터 비투멘을 생산하며, 이때 오일샌드로부터 비투멘을 추출하기 위해 사용한 물을 회수하여 재활용하게 된다.

이를 위해, 지중의 오일샌드층(10)에 열공급파이프(210)와 채굴파이프(220)가 매설된다. 열공급파이프(210)는 오일샌드층(10) 내부로 용융열을 방출하며, 열에 의해 점성이 낮아진 비투멘은 채굴파이프(220)에 의해 채굴된다.

여기서, 열공급파이프(210)는 오일샌드층(10)에 스팀(steam)을 주입함으로써 점성이 높은 비투멘의 유동성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 채굴파이프(220)는 열공급파이프(210)의 하부에 설치되며, 비투멘이 함유된 생산수를 회수하는 역할을 한다. 이때, 생산수에는 스팀의 냉각에 따른 온수와 함께, 중금속이나 모래 등이 포함되어 있다.

지중으로부터 지표면으로 연장되는 채굴파이프(220)의 일단에 채굴파이프(220)와 연통하도록 오일세퍼레이터(300)가 설치된다. 이에 따라, 비투멘 함유 생산수가 채굴파이프(220)를 통해 오일세퍼레이터(300)로 유입된다. 오일세퍼레이터(300)는 예컨대 증기와 비투멘 및 생산수의 3상으로 분리하는 3상 분리 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 오일세퍼레이터(300)에서 분리된 비투멘은 별도로 이송되어 저장될 수 있으며, 증기에는 탄화수소와 수분 및 약간의 황화수소가 함유되어 있다.

오일세퍼레이터(300)의 일측에 열교환기(400)가 설치되며, 오일세퍼레이터(300)와 열교환기(400)는 제1 연결라인(350)에 의해 서로 연통하도록 연결된다. 제1 연결라인(350)은 유체 이송이 가능하도록 내부에 중공이 형성된 파이프 형태이며, 오일세퍼레이터(300)에서 비투멘이 분리된 생산수가 제1 연결라인(350)을 통해 열교환기(400)로 유입된다. 이때, 후술하는 처리수 탱크(800)에 저장된 처리수가 제1,제2 공급라인(860,660)을 통해 열교환기(400)로 유입되며, 열교환기(400)로 유입된 생산수는 처리수와의 열교환에 의해 온도가 100℃ 미만, 예컨대 40℃ ~ 90℃의 온도로 냉각된다. 열교환기(400)를 통과한 생산수에는 오일세퍼레이터(300)에서 미처 분리되지 못한 약간의 오일 성분(예컨대, 1000 ~ 3000mg/ℓ)이 함유되어 있다.

열교환기(400)의 일측에 막증류장치(500)가 설치되며, 열교환기(400)와 막증류장치(500)는 제2 연결라인(450)에 의해 서로 연통하도록 연결된다. 제2 연결라인(450)은 유체 이송이 가능하도록 내부에 중공이 형성된 파이프 형태이며, 열교환기(400)를 거쳐 냉각된 생산수가 제2 연결라인(450)을 통해 막증류장치(500)로 유입된다. 막증류장치(500)는 생산수를 막증류함으로써 생산수에 함유된 오일 성분을 제거하는 역할을 하며, 여기서 막증류라 함은 다공질막을 통해 유체를 증발시킴으로써 성분을 분리시키는 것을 말한다. 예컨대, 다공질막의 투과측을 감압 상태로 유지함으로써 다공질막을 통해 유체를 증발시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막증류장치의 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 막증류장치(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이 막증류 하우징(510)과, 막증류 하우징(510)의 내부에 설치되는 막증류부재(520)를 포함한다. 이때, 막증류 하우징(510)의 내부에는 생산수가 흐르도록 생산수 유로(530)가 형성되며, 막증류부재(520)는 생산수 유로(530)를 둘러싸도록 설치된다. 아울러, 막증류부재(520)는 막증류 하우징(510)의 내측면으로부터 소정 간격 이격하며, 막증류 하우징(510)과 막증류부재(520) 사이에 형성되는 공간부가 증기 유로(540)를 형성하게 된다.

본 실시예의 경우, 막증류 하우징(510)이 원통형으로 형성되는 예를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 막증류 하우징(510)의 전체적인 외관 형태는 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

막증류부재(520)는 합성수지, 예컨대 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 재질의 다공질막으로 이루어질 수 있으며, 이때 막증류부재(520)에 형성되는 구멍은, 물방울의 투과는 차단하는 한편 수증기는 통과시키는 정도의 직경(예컨대, 0.01㎛ ~ 10㎛)으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 물방울 투과 차단율 향상을 위해 막증류부재(520)의 표면을 발수처리할 수도 있다. 막증류부재(520)의 두께는 필요에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 복수 개의 막증류부재(520)를 겹쳐서 사용하는 것도 가능하다.

열교환기(400)를 거친 생산수는 막증류 하우징(510)의 유입구(511)를 통해 막증류장치(500)의 내부로 유입된다. 이후, 생산수 유로(530)를 따라 유동하는 과정에서 수증기가 막증류부재(520)를 통과하여 증기 유로(540)로 유입되며, 증기 유로(540)의 일측에는 이렇게 생산된 수증기를 막증류장치(500)의 외부로 배출하기 위한 제3 연결라인(550)이 구비된다. 이때, 막증류 효율 향상을 위해, 증기 유로(540)는 음압 상태를 유지하는 것이 바람직하며, 일 예로서, 제3 연결라인(550)의 일측에 진공펌프(미도시) 등의 감압장치가 구비될 수 있다.

막증류장치(500)의 내부로 유입되는 생산수의 온도가 높을수록 수증기 발생량이 많으므로 막증류 효율이 향상된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 전술한 열교환기(400)의 삭제도 가능하다. 다만, 생산수의 온도가 너무 높으면 막증류부재(520)가 열변형될 우려가 있고, 너무 낮으면 막증류 효율이 떨어지므로, 생산수 유로를 따라 흐르는 생산수의 온도는 40℃ ~ 90℃인 것이 바람직하다.

막증류부재(520)를 통과하지 못하고 남은 생산수는 막증류 하우징(510)의 배출구(512)를 통해 배출된다. 이렇게 배출된 생산수는 제1 펌프(561)의 작동에 의해 순환라인(560)을 따라 다시 막증류장치(500)의 유입구(511)로 유도될 수 있으며, 다른 예로서 복수 개의 막증류장치(500)를 직렬로 연결하여 막증류가 다단으로 실행되게끔 할 수도 있다.

다시 도 1을 참조하면, 막증류장치(500)의 일측에 응축기(600)가 설치되며, 막증류장치(500)와 응축기(600)는 제3 연결라인(550)에 의해 서로 연통하도록 연결된다. 제3 연결라인(550)은 유체 이송이 가능하도록 내부에 중공이 형성된 파이프 형태이며, 막증류장치(500)에서 막증류에 의해 생산된 수증기가 제3 연결라인(550)을 통해 응축기(600)로 유입된다. 응축기(600)는 막증류에 의해 생산된 수증기를 응축시켜 처리수를 생산한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기의 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기(600)는 전체적인 외관의 형태를 형성하는 응축기 하우징(610)과, 응축기 하우징(610)의 내부에 지그재그 형태로 연장 형성되는 냉각라인(620)을 포함한다.

이때, 응축기 하우징(610)의 일측에는 제3 연결라인(550)과 연통하도록 수증기유입구(611)가 형성되며, 이에 따라 막증류장치(500)에서 생산된 수증기가 제3 연결라인(550)을 따라 유동하여 수증기유입구(611)를 통해 응축기 하우징(610)의 내부로 유입된다.

응축기 하우징(610)의 내부에는 지그재그 형태의 냉각라인(620)이 형성되어 있으며, 이 냉각라인(620)의 일단은 제1 공급라인(860)에 의해 후술하는 처리수 탱크(800)와 연통한다. 즉, 처리수 탱크(800)에 저장된 처리수가 제1 공급라인(860)을 따라 냉각라인(620)으로 공급되어 응축기 하우징(610)의 내부를 통과하게 되는 것이다. 이때, 수증기유입구(611)를 통해 응축기 하우징(610)의 내부로 유입된 수증기는 냉각라인(620)과의 열교환에 의해 냉각되어 처리수로 응축되며, 응축기(600)에서 응축된 처리수는 응축기 하우징(610)의 타측에 형성되는 처리수배출구(612)를 통해 제4 연결라인(650)을 따라 후술하는 임시저장 탱크(700)로 유입된다. 여기서, 도면에 도시되지는 않았으나, 필요에 따라 제1~제4 연결라인(350~650)에 각각 유체 이송을 위한 펌프가 구비될 수 있음은 물론이다.

한편, 제1 공급라인(860)을 따라 냉각라인(620)으로 공급된 처리수는 응축기 하우징(610)의 내부로 유입된 수증기와 열교환하여 데워지며, 제2 펌프(661)의 작동에 의해 냉각라인(620)의 타단과 연통하는 제2 공급라인(660)을 따라 유동하여 열교환기(400)로 유입된다. 이때, 오일세퍼레이터(300)를 거치면서 비투멘이 분리된 생산수가 열교환기(400)로 유입된 처리수와 열교환에 의해 냉각됨은 전술한 바와 같다.

열교환기(400)를 거치면서 생산수와의 열교환에 의해 데워진 처리수는 제3 펌프(461)의 작동에 의해 제3 공급라인(460)을 따라 보일러(230)로 유입되어 스팀 상태로 가열되며, 이 스팀은 열공급파이프(210)의 일측에 설치되는 제4 펌프(211)의 작동에 의해, 열공급파이프(210)를 따라 유동하여 오일샌드층으로 방출된다.

이때, 처리수 탱크(800)로부터 보일러(230)로 공급되는 처리수는 응축기(600)와 열교환기(400)를 거치는 과정에서 열교환에 의해 이미 상당한 온도로 데워진 상태이며, 따라서 보일러(230)에서 스팀 발생을 위해 필요로 하는 열에너지가 절감되는 효과가 있다.

다시 도 1을 참조하면, 응축기(600)의 일측에 임시저장 탱크(700)가 설치되며, 응축기(600)와 임시저장 탱크(700)는 제4 연결라인(650)에 의해 서로 연통하도록 연결된다. 제4 연결라인(650)은 유체 이송이 가능하도록 내부에 중공이 형성된 파이프 형태이며, 응축기(600)에서 응축된 처리수가 제4 연결라인(650)을 통해 임시저장 탱크(700)로 유입된다.

또한, 임시저장 탱크(700)의 일측에 처리수 탱크(800)가 설치되며, 임시저장 탱크(700)와 처리수 탱크(800)는 배출라인(750)에 의해 서로 연통하도록 연결된다. 배출라인(750)은 유체 이송이 가능하도록 내부에 중공이 형성된 파이프 형태이며, 배출라인(750)의 일측에 구비되는 배출펌프(751)의 작동에 의해, 임시저장 탱크(700)에 저장된 처리수가 배출라인(750)을 따라 처리수 탱크(800)로 유입된다. 이때, 필요에 따라 배출라인(750)에 수처리필터(752, 도 4 참조)가 구비될 수 있다.

처리수 탱크(800)로 유입되어 저장된 처리수는 처리수 탱크(800)의 일측에 구비되는 드레인라인(미도시)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 바람직하게는, 제5 펌프(861)의 작동에 의해 제1 공급라인(860)을 따라 이송됨으로써, 다시 보일러(230)에서 가열된 후 열공급파이프(210)를 통해 방출되는 스팀으로 재활용된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임시저장 탱크와 처리수 탱크의 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 응축기(600)와 임시저장 탱크(700)를 연결하는 제4 연결라인(650)에 별도의 펌프를 구비하지 않고도, 응축기(600)에서 생산된 처리수가 사이펀 원리에 의해 임시저장 탱크(700)로 유입되도록 할 수 있다.

이를 위해, 임시저장 탱크(700)는 밀폐용기로 이루어져 대기와의 접촉이 차단되며, 임시저장 탱크(700)의 배출라인(750)에는 배출펌프(751)가 구비된다.

임시저장 탱크(700)가 대기와 밀폐된 내부공간을 가짐에 따라, 임시저장 탱크(700)의 내부공간에는 내압이 형성되고, 평소에는 제4 연결라인(650)을 통한 처리수의 유입이 내압으로 인해 저지된다.

응축기(600)의 처리수가 임시저장 탱크(700)로 유입되는 것은 배출펌프(751)의 구동에 의해 이루어지며, 이 배출펌프(751)는 임시저장 탱크(700)에 저장된 처리수를 임시저장 탱크(700)의 배출라인(750)을 통해 처리수 탱크(800)로 배출하기 위한 것이다.

즉, 배출펌프(751)의 구동에 의해 임시저장 탱크(700)로부터 처리수가 배출되면, 임시저장 탱크(700)의 내압이 감소하면서 응축기(600)에 저장된 응축수가 사이펀 원리에 의해 제4 연결라인(650)을 따라 임시저장 탱크(700)로 끌려오게 되는 것이다.

따라서, 종래에는 응축기(600)의 응축수가 중력에 의해 처리수 탱크(800)로 유동하도록 응축기를 처리수 탱크(800)보다 높은 위치에 설치해야 하는 설계제한이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 의하면 배출펌프(751)의 구동에 의해 임시저장 탱크(700)의 내압을 감소시켜 사이펀 원리에 의해 응축수를 임시저장 탱크(700)로 유도하게 되므로, 이러한 설계 제한을 극복할 수 있다.

또한, 배출펌프(751) 구동에 따른 임시저장 탱크(700)의 감압은 막증류장치(500)의 증기 유로(540)에도 영향을 미치게 되므로, 제3 연결라인(550)에 별도의 진공펌프를 설치하지 않고도 증기 유로(540)를 음압 상태로 유지할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 처리수 생산 효율 향상을 위해 복수 개의 응축기(600)를 병렬로 연결하는 경우, 각각의 응축기(600)와 임시저장 탱크(700)를 연결하는 연결라인마다 전동밸브와 펌프 및 제어장치를 각각 별도로 구성해야 함에 따른 비용 부담과 유지 보수 문제를 해결할 수 있다.

한편, 처리수 탱크(800)에 저장된 처리수가 대기와 접촉하는 경우, 대기 중에 함유된 황이나 이산화탄소 등의 성분이 처리수에 용해됨으로써, 처리수의 순환과정에서 거치게 되는 배관들의 부식이나 석출에 따른 수명단축의 우려가 있다.

이를 방지하기 위해서는 처리수 탱크(800)를 완전히 밀폐하거나, 이온제거기 등 대기 중의 특정 성분을 제거할 수 있는 별도의 장치를 더 구비해야 하는데, 처리수 탱크(800)를 완전 밀폐시키는 경우에는 내부의 온도변화로 인한 압력변동시 처리수의 정상적인 유동이 이루어지지 않거나 역방향으로 역류하게 될 우려가 있다. 또한, 별도의 장치를 더 구비하는 것은 설치 공간의 제약과 함께 비용 상승을 초래하게 되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 처리수 탱크(800)는, 저장된 처리수의 재활용을 위해 보일러(230) 쪽으로 용이하게 공급할 수 있도록 대기 개방되어 내부에 대기압이 형성되며, 저장된 처리수의 상부에 가스 커튼(922)을 형성시켜 대기와의 직접적인 접촉을 방지하게 되는데, 이하 이에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 처리수 탱크(800)의 상부에 탱크 하우징(900)이 설치된다. 이때, 탱크 하우징(900)은 가스공급에 의해 내부에 가스 커튼(922)이 형성되는 공간부를 갖는다.

처리수 탱크(800)와 탱크 하우징(900)은 압력조절관(850)에 의해 연통되며, 이 압력조절관(850)에 의해 처리수 탱크(800)의 내부는 대기압을 유지할 수 있게 된다.

탱크 하우징(900)에는 가스배출관(910)이 구비되는데, 탱크 하우징(900)의 상측에 대기와 연통하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 처리수 탱크(800)는 압력조절관(850)을 통해 탱크 하우징(900)과 연통하고, 탱크 하우징(900)은 가스배출관(910)에 의해 대기와 연통하며, 따라서 처리수 탱크(800)의 내부 압력은 온도와 관계없이 대기압으로 일정하게 유지되는 것이다.

한편, 탱크 하우징(900)의 일측에는 가스가 저장된 가스 저장탱크(921)가 구비되고, 탱크 하우징(900)의 내부에는 가스 저장탱크(921)로부터 공급되는 가스를 분사함으로써 탱크 하우징(900) 내부에 가스 커튼(922)을 형성하는 분사노즐(920)이 구비된다. 이 가스 커튼(922)은 외부의 대기가 처리수 탱크(800) 내부로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다.

즉, 가스 커튼(922)이 탱크 하우징(900) 내부에 형성되어, 외부 대기가 처리수 탱크(800)로 유입되어 저장된 처리수와 직접 접촉하는 것을 차단하는 것이다.

이때, 처리수 탱크(800)의 내부온도가 상승하여 내부압력이 대기압보다 높아지면, 처리수 탱크(800) 내부의 공기가 압력조절관(850)을 통해 탱크 하우징(900)으로 유입된 후, 가스배출관(910)을 통해 외부로 배출된다.

반대로, 처리수 탱크(800)의 내부온도가 하강하여 내부압력이 대기압보다 낮아지면, 탱크 하우징(900)의 가스 커튼(922)이 압력조절관(850)을 통해 처리수 탱크(800) 내부로 유입된 후, 저장된 처리수의 상부에 다시 가스 커튼(922)을 형성함으로써, 처리수 탱크(800)에 저장된 처리수와 대기와의 접촉을 방지한다.

가스 커튼(922)을 형성하는 가스로는 비활성가스를 사용할 수 있으며, 처리수에 용해되더라도 배관의 부식이나 석출 발생의 염려가 없는 것이라면 그 외 다른 성분의 가스도 적용 가능하다. 아울러, 오일세퍼레이터(300)에서 분리된 가스를 가스 저장탱크(921)에 저장하여 사용할 수도 있으며, 이때 별도의 분리 과정을 한번 더 거쳐서 특정 성분의 가스를 추출하여 가스 저장탱크(921)에 저장하여 사용하는 것도 가능함은 물론이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

10 : 오일샌드층
100 : 오일샌드 플랜트 210 : 열공급파이프
220 : 채굴파이프 230 : 보일러
300 : 오일세퍼레이터 400 : 열교환기
500 : 막증류장치 510 : 막증류 하우징
520 : 막증류부재 530 : 생산수유로
540 : 증기 유로 560 : 순환라인
600 : 응축기 700 : 임시저장 탱크
751 : 배출펌프 800 : 처리수 탱크
850 : 압력조절관 900 : 탱크 하우징
910 : 가스배출관 920 : 분사노즐
921 : 가스 저장탱크 922 : 가스 커튼

Claims

지하에 매설되며, 보일러에 의해 공급되는 용융열을 오일샌드 내부로 방출하는 열공급파이프;
상기 열공급파이프의 일측에 설치되며, 상기 열공급파이프에서 방출되는 열에 의해 점성이 낮아진 비투멘을 채굴하는 채굴파이프;
상기 채굴파이프의 일단과 연통하도록 설치되며, 상기 채굴파이프를 통해 공급되는 비투멘 함유 생산수로부터 비투멘을 분리해내는 오일세퍼레이터;
상기 오일세퍼레이터의 일측에 상기 오일세퍼레이터와 연통하도록 설치되며, 비투멘이 분리된 생산수를 열교환에 의해 냉각시키는 열교환기;
상기 열교환기의 일측에 상기 열교환기와 연통하도록 설치되며, 상기 생산수로부터 막증류에 의해 수증기를 생산하는 막증류장치;
상기 막증류장치의 일측에 상기 막증류장치와 연통하도록 설치되며, 상기 막증류장치에서 생산된 수증기를 응축시켜 처리수를 생산하는 응축기;
상기 응축기의 일측에 상기 응축기와 연통하도록 설치되고, 상기 응축기에서 생산된 처리수를 대기와 밀폐된 내부공간에 저장하며, 상기 처리수를 외부로 배출하는 배출라인이 일측에 구비되는 임시저장 탱크; 및
상기 임시저장 탱크의 배출라인에 설치되는 펌프를 포함하는 오일샌드 플랜트.
청구항 1에 있어서,
상기 펌프 구동시 상기 응축기에서 생산된 처리수가 사이펀 원리에 의해 상기 임시저장 탱크로 유입되는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 1에 있어서,
상기 임시저장 탱크의 일측에 상기 임시저장 탱크와 연통하도록 설치되고, 상기 펌프 구동시 상기 임시저장 탱크에 저장된 처리수가 유입되는 처리수 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 3에 있어서,
상기 처리수 탱크의 상부에 상기 처리수 탱크와 압력조절관에 의해 연통하도록 설치되는 탱크 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 4에 있어서,
상기 탱크 하우징은 대기 개방을 위해 상부 일측에 구비되는 가스배출관을 포함하며, 상기 처리수 탱크에 저장된 처리수의 대기접촉 방지를 위한 가스 커튼이 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 5에 있어서,
상기 탱크 하우징은 내부에 가스를 분사하여 상기 가스 커튼을 형성하는 분사노즐을 더 포함하고, 상기 탱크 하우징의 일측에는 상기 분사노즐로 가스를 공급하는 가스 저장탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 1에 있어서,
상기 처리수 탱크에 저장된 처리수를 상기 응축기로 공급하는 제1 공급라인과, 상기 제1 공급라인을 통해 상기 응축기로 유입된 처리수를 상기 열교환장치로 공급하는 제2 공급라인과, 상기 제2 공급라인을 통해 상기 열교환장치로 유입된 처리수를 상기 열공급파이프의 일단에 설치되는 보일러로 공급하는 제3 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 7에 있어서,
상기 응축기는, 일측에 수증기유입구가 형성되고 타측에 처리수배출구가 형성되는 응축기 하우징과, 상기 응축기 내부에 지그재그 형태로 형성되며 일단이 상기 제1 공급라인과 연통하고 타단이 상기 제2 공급라인과 연통하는 냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 1에 있어서,
상기 막증류장치는, 내부에 생산수 유로가 형성되는 막증류 하우징과, 상기 막증류 하우징의 내부에 상기 생산수 유로를 둘러싸도록 설치되는 막증류부재와, 상기 막증류부재를 통과한 수증기가 유입되어 유동하도록 상기 막증류 하우징의 내측면과 상기 막증류 부재 사이에 형성되는 증기유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.
청구항 9에 있어서,
상기 막증류부재는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 재질의 다공질막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일샌드 플랜트.