KR20170129946A - 오일 함유 연료로부터의 아스팔텐 분리 장치 및 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 함유 연료(3)로부터 아스팔텐을 분리시키기 위한 장치(1, 91)에 관한 것으로서, 장치(1, 91)는 아스팔텐으로 과포화된 용액을 형성하며 오일 함유 연료(3)와 용매(5, 93)를 강력 혼합시키기 위한 혼합 요소(11, 95), 과포화 용액으로부터 아스팔텐을 침전시킴으로써 과포화를 감소시키기 위한 용기(15, 97), 아스팔텐이 과포화 용액으로부터 분리되는 것을 통해 존재하는 아스팔텐 입자들을 성장시키기 위해 용기(15, 97) 내부에 형성된 성장 구역(23, 111), 및 성장 구역(23, 111)에서 성장된 아스팔텐 입자들을 그들의 입자 크기에 따라 분리시키기 위해 용기(15, 97)에 유체 연결된 분류 장치(25)를 포함하고, 여기서 용기(15, 97)는 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림(79, 113)이 혼합 요소(11, 95)와 용기(15, 97)의 성장 구역(23, 111) 사이에서 순환하도록 형성되고 구성된다. 본 발명은 추가로 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림(79, 113)이 혼합 요소(11, 95)와 용기(15, 97)의 성장 구역(23, 111) 사이에서 순환하는 대응하는 공정에 관한 것이다.

Description

오일 함유 연료로부터의 아스팔텐 분리 장치 및 공정

본 발명은 오일 함유 연료(oil-containing fuel)로부터 아스팔텐(asphaltenes)을 분리시키는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 오일 함유 연료로부터 아스팔텐을 분리시키는 대응하는 공정에 관한 것이다.

에너지 생산 분야에서, 가스 터빈들에 의한 에너지 생산을 위해 저렴한 연료들로서 이용가능한 원유 및 중유와 같은 오일 함유 연료들에 빈번히 의존한다. 그러나, 이러한 원유 및 중유는 아스팔텐을 함유하고, 이 아스팔텐은, 차례로, 화학적으로 결합된 중금속들을 함유한다. 이 오일(oil)들의 연소 시에, 바나듐 또는 니켈과 같은 중금속들이 금속 산화물들로서 방출된다. 금속 산화물들은 터빈 블레이드(turbine blade)들의 금속들과 합금들을 형성하고 터빈 블레이드들을 부식시키거나 약화시킨다.

그에 부가하여, 그들의 금속 함량에 관계없이, 아스팔텐은 압력 또는 온도의 급격한 변화 시에 고체로서 침전되는 특성을 갖는다. 이 고체 아스팔텐 입자들은 사용된 연소기의 라인(line)들 또는 미세 노즐(fine nozzle)들을 차단할 수 있으며 따라서 터빈에서의 혼합물 형성에 지속적인 영향을 미쳐, 터빈의 효율을 떨어뜨린다.

그에 따라, 금속 산화물들과 터빈 블레이드들의 금속의 합금화(alloying)를 방지하는 억제제(inhibitor)가 바나듐 함유 오일들에 첨가된다. 억제제로서 흔히 사용되지만 고가인 마그네슘 첨가제의 경우에, 저용융 알칼리 바나데이트들보다는 고용융 마그네슘이 형성된다. 그렇지만, 이 경우에, 마그네슘 바나데이트의 층상 침전(layered precipitation)을 통해 터빈 블레이드들 상에 크러스트(crust)가 형성될 위험이 있다. 터빈의 기능을 보장하고 공기역학적 품질/효율을 유지하기 위해, 침전물들 또는 크러스트들이 터빈 블레이드들로부터 제거되어야만 하며, 이는 정기적인 시간 및 비용 집약적인 정비(servicing)를 필요로 한다. 보다 상세하게는, 이러한 정화(cleaning)은 터빈이 몇 시간 동안 정지되어야 하는 것을 필요로 한다.

보다 민감한 터빈들, 예를 들어, 가스 냉각식 블레이드(gas-cooled blade)들을 갖는 터빈들의 경우, 바람직하지 않은 아스팔텐 침전물들에 의한 연소기 노즐들의 차단(blockage) 또는 바나데이트들에 의한 냉각 채널의 차단이라는 문제는 아직 해결되지 않았다.

더욱이, 지방족 탄화수소류를 침전제들로서 사용하여 아스팔텐을 추출하는 것에 기초하는 소위 탈아스팔트(deasphalting) 공정들이 공지되어 있다. 그렇지만, 이러한 아스팔텐 감소 공정들은 정유소의 영역에서만 사용된다. 예를 들어, 소위 ROSE 공정에 의한 "고전적" 탈아스팔트가 최대 몇 시간의 체류 시간(residence time)을 필요로 하는 저분자 지방족 화합물(low-molecular aliphatic)들을 사용한 아스팔텐 추출을 수반하기 때문에, 발전소의 영역에서의 사용은 적절하지 않다. 특히 ROSE 공정에서, 이러한 탈아스팔트는 용매들의 "임계" 범위에서 높은 온도들과 압력을 수반한다.

200 t/h의 오일 유입(oil inflow) 및 낮은 운전 비용이라는 발전소의 전형적인 요구사항들과 관련하여, 고전적 공정들은 또한 정유소에서와 상이한 규모로 되어야만 한다. 한편으로는, 처리량을 증가시키기 위해 낮은 체류 시간들이 요구되며, 다른 한편으로는, 전형적으로 관측된 단일 사이클 가스 터빈 발전소들의 경우에, 외부 가열 및 그와 연관된 부가 연료 비용 없이 공정의 가동(operation)을 가능하게 하는 데 이용가능한 충분한 "무비용(cost-free)" 폐열이 있다.

본 발명의 제1 목적은 오일 함유 연료로부터의 연료 효율적이고 저렴한 아스팔텐 침전이 달성될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 그에 대응하여 간단하고 저렴한 아스팔텐 침전을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 목적은 본 발명에 따르면, 오일 함유 연료로부터 아스팔텐을 분리시키는 장치에 의해 해결되며, 이러한 장치는 아스팔텐으로 과포화된 용액을 형성하며 오일 함유 연료와 용매를 강력 혼합(intensive mixing)시키기 위한 혼합 요소(mixing element), 과포화 용액으로부터 아스팔텐을 침전시킴으로써 과포화를 감소시키기 위한 용기(vessel), 아스팔텐이 과포화 용액으로부터 분리되는 것을 통해 존재하는 아스팔텐 입자들을 성장시키기 위해 용기 내부에 형성된 성장 구역(growth zone), 및 성장 구역에서 성장된 아스팔텐 입자들을 그들의 입자 크기에 따라 분리시키기 위해 용기에 유체 연결된(fluidically connected) 분류 장치(classifying device)를 포함하고, 용기는 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림(stream)이 혼합 요소와 용기의 성장 구역 사이에서 순환하도록 설계되고 구성되된다.

본 발명은 오일 함유 연료로부터 아스팔텐을 침전시키는 데 발생하는 처리할 두 가지 기본적인 문제점들을 갖는다. 한편으로는, 침전제들 또는 용매들을 첨가할 때, 탈아스팔트에서 흔한 바와 같이, 탈아스팔트에 사용된 용매들 및 각자의 오일 함유 연료들이 완전 혼화성(fully miscible)이 아니기 때문에, 아스팔텐 입자들의 제어되지 않는 조기 침전의 위험이 있다. 혼합에도 불구하고 생기는 상 계면(phase interface)은 아스팔텐의 자발적이고 제어되지 않는 침전을 촉진시킨다. 침전에서 생성된 입자들은 보통 초미세 입자(ultra-fine particle)들이고, 그들을 각자의 모액(mother liquor), 즉, 이 경우에, 오일 함유 연료로부터 분리시키는 것은 사실상 불가능하다.

이것은 제2 문제를 야기한다. 침전된 초미세 입자들이 성장 핵(growth nucleus)들 또는 그에 대응하여 이용가능한 큰 표면들을 가지는 경우, 입자들이 그 위에 침전될 것이다. 탈아스팔트에 사용된 장치들과 관련하여, 이 표면들은 개개의 장치 구성요소들의 벽들에 의해 또는 연료에 함유된 성장 핵들에 의해 제공되며, 이 표면 상에 아스팔텐 입자들이 침전되고 성장한다. 그렇지만, 바람직하지 않은 크러스트형성(crusting) 및 방해물(obstruction)들, 소위 부착물(fouling), 및 그의 하류에 연결된 가스 터빈 공정에 대한 그와 연관된 효과들과 관련하여 이것을 방지하는 것이 중요하다.

이 문제점을 고려하여, 본 발명에 따르면, 특히, 고속 혼합(rapid mixing)이 성장 핵들의 선택적 제공과 결합하여 수행될 때, 침전, 그리고, 아스팔텐 입자들을 오일 함유 연료로부터 차후에 분리시키기 위한 침전이 제어된 방식으로 구현될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

이 목적을 위해, 분리에 사용된 장치는 아스팔텐으로 과포화된 용액을 형성하며 오일 함유 연료와 용매를 강력 혼합시키기 위한 혼합 요소 및 과포화 용액으로부터 아스팔텐을 침전시킴으로써 과포화를 감소시키기 위한 용기를 포함한다. 아스팔텐이 과포화 용액으로부터 분리되는 것을 통해 존재하는 아스팔텐 입자들이 성장하는 성장 구역이 용기 내부에 구성된다. 이 경우에, 용기는 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림이 혼합 요소와 용기의 성장 구역 사이에서 순환하도록 설계되고 구성된다.

아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림이 성장 구역과 혼합 요소 사이에서 순환하는 것에 의해, 두 가지 효과들이 동시에 달성된다. 한편으로는, 정화될 오일 함유 연료와 아스팔텐의 침전에 사용된 용매의 고속 강력 혼합(rapid and intensive mixing)을 보장하는 혼합 요소의 사용의 결과, 2개의 성분들 사이의 상 계면의 형성을 억제하고 따라서 혼합 공정 동안 아스팔텐 입자들의 조기 침전을 방지하는 준안정(metastable) 과포화 용액이 얻어진다.

다른 한편으로, 아스팔텐 입자들의 순환은, 입자들이 형성되고 침전되기 시작하는 모든 장소(site)에서, 즉, 이미 혼합 공정의 완료 후에, 분리 공정에 의해 조정된 성장 핵들이 아스팔텐을 그 위에 침전 및 성장시키기 위해 이용가능하도록 보장한다. 이러한 방식으로 형성된 입자들은 초미세 입자들로서 침전되지 않지만, 이용가능하게 되는 기존의 입자 상에 성장할 가능성이 있다. 그에 따라, 분류 장치에 의한 차후의 분리가 또한 간략화된다.

전체적으로, 공정 중에 존재하는 아스팔텐 입자들은 따라서 성장 핵들로서 선택적으로 사용되며, 이는 아스팔텐의 침전을 촉진시키고 동시에 탈아스팔트를 위해 그에 대응하여 사용된 장치의 벽들, 파이프라인들 등의 침전 유발 부착물을 방지한다.

이 경우에, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림은, 아스팔텐 입자들을 함유하는 체적 요소(volume element)들이 성장 구역과 혼합 요소 둘 다를 통해 여러 번 통과하도록, 혼합 요소와 성장 구역 사이를 순환한다. 이러한 방식으로, 새로운 초미세 입자들의 형성 대신에 아스팔텐의 침전 동안 이미 존재하는 입자들의 크기가 증가한다. 입자들이 용기 내부에 축적되고, 이어서 용기에 연결된 분류 장치에 의해 그들의 입자 크기에 따라 오일 함유 연료로부터 분리될 수 있다. 높은 전단율(shear rate)을 갖는 혼합 펌프가 바람직하게 혼합 요소로서 사용된다.

혼합 공정의 완료 시에, 즉 오일 함유 연료와 용매들의 과포화 용액이 혼합 구역(mixing zone) 또는 혼합 요소를 떠날 때, 아스팔텐의 침전이 시작된다. 스트림의 순환으로 인해 혼합 구역에 또는 혼합 장소(mixing site)에 존재하는 아스팔텐 입자들로 인해, 용액으로부터 침전되는 아스팔텐은 입자들 상에 침착(deposit)되어 그 위에 성장할 수 있다. 따라서, 아스팔텐 입자들이 스트림 내에 존재하는 것으로 인해 용액의 과포화가 제어된 방식으로 감소될 수 있다. 아스팔텐 입자들의 성장이 용기 내부에서 계속된다. 여기서, 입자들은 분리를 위해 원하는 입자 크기에 도달할 때까지 성장할 수 있다. 입자들의 분리는 용기에 연결된 분류 장치에 의해 이루어진다.

아스팔텐이 제거될 연료는 보다 상세하게는 중유이고, 중유의 주요 성분들은, 아스팔텐(고도로 응축된 방향족 탄화수소류)에 부가하여, 주로 알칸, 알켄 및 시클로알칸이다. 부가의 성분들은 지방족 및 헤테로시클릭 질소 및 황 화합물들이다.

특히 적당한 용매들은 부탄(C4), 펜탄(C5), 헥산(C6), 및/또는 헵탄(C7)과 같은 단쇄 탄화수소(short-chain hydrocarbons)이다. 이 경우에, 용매는, 예를 들어, 지방족 화합물과 같은, 오일 함유 연료에 함유된 가용성 성분들을 용해시키는 데 사용된다. 오일 함유 연료에 함유된 아스팔텐이 사용된 용매에 불용성이기 때문에, 용매는 어떤 의미에서 아스팔텐과 관련하여 "반용매(anti-solvent)"라고 지칭될 수 있다.

특히 바람직하게는, 오일 함유 연료의 공급 라인(supply line) 및/또는 용매의 공급 라인이 혼합 요소에 연결된다. 양 공급 라인이 혼합 요소에 연결되면, 2개의 성분들의 혼합이 혼합 요소 내에서 직접 일어난다. 이러한 실시예는 고속의 바람직한 혼합을 보장하기 때문에 특히 바람직하다.

대안적으로, 예를 들어, 구조적 조건(structural condition)들로 인해 필요할 수 있는, 혼합 요소에 들어가기 전에 오일 함유 연료와 용매를 접촉시키는 것이 또한 가능하다. 스트림들은 이어서 함께 혼합 요소에 공급되고, 고속 혼합에 의해 그 내에 과포화 용액이 생성된다.

보다 상세하게는, 용기 자체는 아스팔텐 입자들의 성장을 위한 충분히 긴 체류 시간을 가능하게 하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 분리에 필요한 용기에서의 고체 농후화(solid enrichment)가 보장된다. 용기 내부에서, 침전된 아스팔텐 입자들은 그들이 분리되기 이전에 계속하여 성장한다. 이 경우에, 용기에 남아있는 입자의 수와 순환하는 입자들의 수 사이의 평형에 의해 성장이 영향을 받거나 제한된다. 여기서, 체류 시간이 길수록, 침전율(precipitation rate)도 높아지며, 따라서 개선된 분리로 인해 분리에 사용되는 장치의 정화 효율(cleaning efficiency)이 높아진다.

용기의 성장 구역은 추가의 아스팔텐의 침전에 의해 혼합물, 즉 과포화 용액으로부터 아스팔텐 입자들이 성장하는 구역을 지칭하는 것으로 이해된다. 이 경우에, 성장 구역은 용기 내부의 체적으로 제한될 수 있다. 대안적으로, 용기 체적 전체가 아스팔텐 입자들의 성장 구역으로서 이용가능할 수 있다.

입자 성장 그리고 따라서 액상(liquid phase)으로부터의 아스팔텐의 분리가 아스팔텐 입자들의 표면에서 일어난다. 비록 입자들이 높은 비표면적(specific surface area)을 갖지만, 입자들은 분리성이 좋지 않다. 체적당 높은 질량의 입자들이 제공되는 성장 구역을 갖는 용기는 보다 크고 보다 쉽게 분리가능한 입자들의 성장을 가능하게 하며 또한 높은 침전 효율을 위한 높은 절대 표면적(absolute surface area)을 제공한다.

분류 장치는 용기 내에 위치된 아스팔텐 입자들의 분리를 위해 그리고 보다 상세하게는 용기 내부에 성장에 필요한 입자들을 유지하기 위해 용기에 연결된다. 이 경우에, 입자 크기에 따라 분리가 일어나며, 여기서 작은 아스팔텐 입자들과 큰 아스팔텐 입자들이 서로 분리된다. 이를 위해, 분류 장치는 바람직하게는 다수의 분리 스테이지(separation stage)들을 포함하며, 그들 각각은 입자들의 부분 스트림을 공급받는다. 여기서, 분리된 입자들의 평균 직경은, 예를 들어, 사용된 오일, 미리 결정된 분리 입자 크기(separating grain size), 및 아스팔텐 입자들의 성장 속도(growth rate)에 의존한다.

분류 장치 내부에서의 또는 분리 스테이지들 내부에서의 분류에 의해, 용기에서의 아스팔텐 입자들의 원하는 농후화가 달성될 수 있다. 용기로부터 배출되는 2개의 부분 스트림들의 선택적 제어에 의해 달성될 수 있는, 용기에 존재하는 고체의 양의 조정은 공정 요건들에 따라 이용가능한 표면의 원하는 조정을 수행하는 것을 가능하게 한다.

용기 내부에서의 입자 성장, 그에 수반하는 입자들의 증가하는 농후화, 및 이용가능한 표면적으로 인해 용기의 요구된 체적이 감소한다. 입자들은 통과하는 액체보다 상당히 더 긴 용기 내부에서의 체류 및 성장 시간을 가지며, 이로 인해 크고 쉽게 분리가능한 입자들이 생긴다. 환언하면, 용기 내부에서의 고체 농후화는 액체 및 고체의 상이한 체류 시간들을 미리 결정할 수 있게 한다. 작은 크기의 용기의 사용을 가능하게 하는, 고체 입자들의 성장 지속시간 및 짧은 액체 체류 시간에 대한 요구사항들 둘 다가 따라서 똑같이 고려될 수 있다.

용기 내부에서의 긴 체류 시간 동안 입자 농도가, 예를 들어, 3배만큼, 증가하면, 입자 성장에 이용가능한 구역도 약 3배 더 크다. 이것은 용기의 체적 특정 침전 효율(volume-specific precipitation efficiency)(kg의 아스팔텐/h·m³)을 3배만큼 증가시키며, 따라서 입자 농후화가 없고 낮은 체류 시간을 갖는 경우들과 비교하여, 용기 체적이 동일한 침전 효율로 3배만큼 감소될 수 있다. 환언하면, 용기 내부에서의 또는 대응하는 성장 구역 내부에서의 입자 농후화는 보다 작은 구조적 치수를 갖는 용기의 사용을 가능하게 한다.

일반적으로, 작은 아스팔텐 입자들은 분류 장치에 의해 보유되기에 아직 충분히 성장하지 않은, 즉 공정에서 유지될 수 없는 것들로 주로 이해된다. 분류되지 않는 초미세 입자들의 경우, 유체역학적 체류 시간은 약 1 τ이다.

작은 아스팔텐 입자들의 평균 직경은 전형적으로 5 μm 미만이다. 큰 아스팔텐 입자들은, 그들의 급격히 더 큰 평균 직경으로 인해, 분류 장치에 의해 쉽게 분리되고 고체로서의 추가적 이용을 위해 공급될 수 있는 입자들을 지칭하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 평균 직경이 25 μm 초과인 입자들은 큰 아스팔텐 입자들로서 분리된다.

혼합 요소와 용기의 성장 구역 사이에서 순환하는 스트림은 바람직하게는 평균 크기의 아스팔텐 입자들을 함유한다. 보다 상세하게는, 순환하는 스트림은 평균 직경이 5 μm 내지 20 μm의 범위에 있는 아스팔텐 입자들을 함유한다. 부분 스트림에서 순환하는 아스팔텐 입자들의 수는 입자들의 분류에 따라 용기에서의 체류 시간에 의해 결정된다.

물론, 작은, 중간 및 큰 아스팔텐 입자들에 대해 주어진 입자 크기들이 언급된 범위들로 제한되지 않는다. 장치의 실시예, 용기 또는 성장 구역 내에서의 원하는 체류 시간, 및 정화될 오일 함유 연료에 따라, 입자 크기들이 앞서 언급된 값들 또는 범위와 상이할 수 있다.

평균 크기의 아스팔텐 입자들은 성장 구역으로부터 혼합 요소 쪽으로 흐르고, 여기서 아스팔텐 입자들은 아스팔텐이 혼합물로부터 침전되게 하기 위한 성장 핵들로서 이용가능하다. 혼합 요소에 의해, 사용된 용매 및 정화될 오일 함유 연료를 함유하는 스트림이 혼합된다. 혼합물에 함유된 아스팔텐은 이어서 고체 입자들로서 혼합물 중에 이미 존재하는 아스팔텐 입자들 상에 침전되고 그 위에 계속하여 성장한다.

아스팔텐 입자들에 대한 최상의 성장 조건들을 생성하고 이와 동시에 상이한 오일 함유 연료들에 대한 유연한 반응을 가능하게 하기 위해, 2-스테이지 분류 장치(two-stage classifying device), 즉 2개의 분리 스테이지들을 갖는 분류 장치가 사용되는 것이 바람직하다. 분리 스테이지들에 의해, 작은 아스팔텐 및 큰 아스팔텐이 바람직하게는 서로 분리되고 이와 동시에 "모액", 즉 연료와 용매의 혼합물로부터 분리된다.

아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 순환은 본 발명의 유리한 실시예에서 혼합 요소와 용기의 유체 연결(fluidic connection)을 통해 달성된다. 이를 위해, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 순환을 위한 용기는 바람직하게는 혼합 요소에 유체 연결된다.

이 유체 연결에 의해, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림이 용기로부터 혼합 요소에 공급되고 그 내에서 오일 함유 연료 및 용매와 혼합된다. 그 결과 얻어진 혼합 스트림이 용기에 공급되며, 이 목적을 위해 혼합 요소는 바람직하게는 배출 라인(discharge line)을 통해 용기의 공급 라인에 유체 연결된다.

혼합 스트림에 함유된 아스팔텐 입자들은 용기 내부에서 성장한다. 큰 아스팔텐 입자들은 분리된다. 작은 입자들은 오일 스트림과 함께 배출된다. 중간 크기의 아스팔텐 입자들을 본질적으로 함유하는 스트림은 또다시 혼합 요소에 공급된다. 중간 크기의 아스팔텐 입자들을 본질적으로 함유하는 스트림을 용기로부터 배출시키기 위해, 용기는 바람직하게는 배출 라인을 통해 혼합 요소의 공급 라인에 유체 연결된다.

용기로부터 혼합 요소에 공급되는 스트림은 새로 공급된 오일 함유 연료 및 용매와 함께 혼합 요소 내부를 다시 채운다(refresh). 이 경우에, 스트림에 함유된 아스팔텐 입자들은 성장 핵들로서 역할한다. 그들은 아스팔텐 입자들의 성장에 필요한 표면을 제공한다. 이 공정에서, 혼합물, 즉 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 대부분은 여러 번 순환된다.

각자의 순환되는 스트림들의 양은 질량 유량비(mass flow ratio)로서 기술될 수 있다. 질량 유량은 단위 시간당 단면을 통과하는 매질의 질량으로 이해된다. 이 경우에, 바람직하게 고려되는 질량비(mass ratio)는 혼합 스트림(오일 함유 연료 및 용매의 급송 스트림(feed stream)들의 총합)에 대한 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 비이다. 급송 스트림들의 총합에 대한 용기로부터 혼합 요소에 공급되는 스트림의 비는, 그 안에 함유된 고체 농도(solid concentration)에 따라, 바람직하게는 0.1:1 내지 100:1의 범위에 있다.

이와 관련하여, 높은 고체 농도에 의해, 낮은 질량 유량비가 설정될 수 있다. 비용 때문에 낮은 질량 유량비가 보다 특히 바람직한데, 그 이유는 높은 순환 비율은 보다 큰 펌프 및 보다 큰 파이프 직경을 필요로 하여, 압력 손실을 초래하기 때문이다.

여기서, 10:1 내지 10:5의 범위에 있는 질량 유량비가 바람직하다. 10:1의 질량 유량비가 보다 특히 바람직하다. 10:1의 비는 혼합 요소의 방향으로 흐르는 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 질량이 혼합 요소에의 오일 함유 연료 및 용매의 급송 스트림들의 총합보다 약 10배 더 크다는 것을 의미한다.

본 발명의 대안의 실시예에서, 혼합 요소가 용기 내부에 배치되는 것이 제공된다. 혼합 요소를 용기 내부에 배치함에 있어서, 오일 함유 연료 및 용매는 용기 내로의 대응하는 공급 라인들을 통해 계량되고, 용기에서 그들은 즉각 강력 혼합된다. 혼합을 위해, 로터-스테이터(rotor-stator) 원리에 따라 동작하고 높은 전단율을 나타내는 혼합 요소가 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 그의 고정 부분(static portion)이, 예를 들어, 용기의 벽에 배치되는, 혼합 펌프를 사용하는 것도 가능하다.

혼합은 바람직하게는 소위 혼합 구역에서 또는 용기 내부의 혼합 장소에서 일어난다. 혼합 구역은 바람직하게는, 급송 스트림들, 즉 오일 함유 연료 및 용매의 스트림들의 유입(influx) 직후에 혼합이 일어나고, 그 결과 과포화 용액이 형성되도록, 용기 벽에 가깝게 위치된다.

혼합물은 용기 내부에서의 적당한 흐름 제어를 통해 용기의 성장 구역으로 흐르고, 여기서 아스팔텐이 침전된다. 용기에 이미 존재하는 아스팔텐 입자들은 또한 이 경우 성장 핵들로서 그들에게 이용가능하다. 혼합 요소와 용기의 구조적으로 분리된 배치에서도 마찬가지로, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림은 용기의 성장 구역과 혼합 요소 사이를 순환한다.

전반적으로, 용기의 성장 구역과 혼합 요소 사이에서의 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 순환은 - 혼합 요소가 별도의 구성요소로서 또는 용기 내부에 배치되는지에 관계없이 - 아스팔텐의 선택적 침전을 위한 오일 함유 연료의 탈아스팔트 및 부착물로 인한 크러스트 형성의 동시 방지를 위해 필요한 큰 표면적을 제공하는 것을 가능하게 한다.

용기의 성장 구역 내부에 성장된 아스팔텐 입자들은 그들의 입자 크기에 따라 분리된다. 용기에 연결된 분류 장치는 고체 입자들의 선택적 농후화를 가능하게 하고, 이는 침전율 그리고 따라서 분리의 정제 효율(purification efficiency)을 증가시킨다.

최상의 분리 효율(separation efficiency)을 달성하기 위해 복수의 분리 스테이지들을 포함하는 분류 장치의 사용이 특히 유리하다. 분리 스테이지라는 용어는 여기서 아스팔텐 입자들을 그들의 입자 크기에 따라 선택적으로 분리하는 것을 가능하게 하는 구조적 구성요소들을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

사용된 각자의 분리 스테이지들은 하이드로사이클론(hydrocyclone)들로서 구성되는 것이 바람직하다. 하이드로사이클론은 액체 혼합물들을 위한 원심 분리기이다. 하이드로사이클론에 의해, 현탁액들에 함유된 고체 입자들이 분리 또는 분류될 수 있다. 용기로부터 배출되고 큰 아스팔텐 입자들로 농후화된 제1 부분 스트림은 하이드로사이클론으로 보내지고, 따라서 큰 아스팔텐 입자들을 모액으로부터 분리시킨다.

이 경우에 하이드로사이클론의 사용이 유리한데, 그 이유는 하이드로사이클론이 가동 부분(moving part)들을 갖지 않는 용기로 구성되고 제1 부분 스트림의 짧은 체류 시간에 기초하여 작은 체적을 갖기 때문이다. 본 발명의 대안의 실시예는, 하이드로사이클론들에 대한 대안으로서 또는 그에 부가하여, 디캔터(decanter)들 및/또는 자체 정화 에지 갭 필터(self-cleaning edge gap filter)들을 분리 스테이지들로서 사용하는 것을 제공한다.

분리에 사용된 분류 장치는 바람직하게는 큰 아스팔텐 입자들을 제1 부분 스트림으로부터 분리시키기 위한 제1 분리 스테이지를 포함한다. 제1 부분 스트림을 제1 분리 스테이지에 공급하기 위해, 용기는 바람직하게는 제1 배출 라인을 통해 제1 분리 스테이지의 공급 라인에 유체 연결된다. 용기의 제1 배출 라인은 바람직하게는, 제1 부분 스트림이 용기의 하부에서 배출되어 제1 분리 스테이지에 공급될 수 있도록, 용기의 하부에 배치된다.

제1 분리 스테이지 내부에서의 분리는 미리 결정된 분리 입자 크기를 고려하여 수행된다. 평균 직경이 미리 결정된 분리 입자 크기보다 큰 아스팔텐 입자들이 배출되어 공정으로부터 제거된다. 따라서, 분리 입자 크기가 25 μm인 경우, 25 μm 초과의 평균 직경을 갖는 입자들이 배출된다.

큰 아스팔텐 입자들이 없는 제1 복귀 흐름(return flow)의 재순환(recycling)을 위해, 제1 분리 스테이지는 바람직하게는 복귀 라인을 통해 용기의 공급 라인에 유체 연결된다. 환언하면, 큰 아스팔텐 입자들의 분리에 의해, 미리 결정된 분리 입자 크기 미만의 크기를 갖는 아스팔텐 입자들을 포함하는 복귀 흐름이 형성된다. 이 복귀 흐름은 용기로 복귀되며, 여기서 복귀 흐름에 여전히 함유된 아스팔텐 입자들은 용기 내부에서 또는 용기의 성장 구역 내부에서 성장 핵들으로서 기능한다.

바람직하게는, 처리 장치(treatment device)는 유체에 관하여 제1 분리 스테이지의 하류에 설치된다. 처리 장치로서, 예를 들어, 원심 분리기(centrifuge)가 사용될 수 있으며, 그에 의해 제1 분리 스테이지에서 분리된 큰 아스팔텐 입자들이, 모액에 부착하는 일 없이, 최종적으로 분리되어 분리 공정으로부터 제거될 수 있다. 큰 아스팔텐 입자들은, 예를 들어, 도로 건설에서의 가공(processing)과 같은, 추가의 사용을 위해 공급될 수 있다.

작은 아스팔텐 입자들을 제2 부분 스트림으로부터 분리시키기 위해, 분류 장치는 바람직하게는 제2 분리 스테이지를 포함한다. 용기는 바람직하게는, 제2 부분 스트림을 제2 분리 스테이지에 공급하기 위해, 제2 배출 라인을 통해 제2 분리 스테이지의 공급 라인에 유체 연결된다. 용기의 제2 배출 라인은 바람직하게는, 용기의 상부로부터 시작하는 제2 부분 스트림이 제2 분리 스테이지에 공급되도록, 용기의 상부에 배치된다.

용기의 제2 배출 라인을 통해 배출된 아스팔텐 입자들은 제2 분리 스테이지 내부에서 용액으로부터 분리된다. 최종 분리를 위해 충분한 정도로 아직 성장하지 않은 작은 입자들이 이 공정에서 유지된다. 이 목적을 위해, 제2 분리 스테이지가 복귀 라인(return line)을 통해 작은 아스팔텐 입자들로 농후화된 제2 복귀 흐름을 재순환시키기 위해 용기의 공급 라인에 연결되는 것이 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 작은 아스팔텐 입자들은 용기로 복귀되고 거기서 계속하여 성장할 수 있다.

바람직하게는, 제2 분리 스테이지는 유체 역학의 관점에서 처리 장치의 하류에 연결된다. 작은 아스팔텐 입자들을 제2 부분 스트림으로부터 분리시키는 것은 아스팔텐 입자들이 본질적으로 없는 깨끗한 스트림(clear stream)을 생성시킨다. 제2 분리 스테이지부터 시작하여, 이 깨끗한 스트림은 배출구 스트림(outlet stream)으로서 처리 장치에 공급된다. 처리 장치는, 예를 들어, 용매 또는, 아스팔텐과 관련하여, 소위 "역용매", 즉 사용된 단쇄 알칸이 증발에 의해 회수(recover)될 수 있는 용매 제제(solvent preparation)로서 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 재생(regenerate)된 용매는 또다시 공정에 공급될 수 있고 탈아스팔트에 또다시 사용될 수 있다.

추가의 바람직한 실시예에서, 아스팔텐 입자들의 분류를 위한 용기는 그들의 입자 크기에 따라 구성된다. 이를 위해, 용기는 바람직하게는 분류 구역(classifying zone)을 포함하고, 분류 구역 내부에서 아스팔텐 입자들이 그들의 입자 크기에 따라 분리된다. 분류 구역은 따라서 용기에 통합되고 바람직하게는 용기의 가장자리 구역에 제공된다. 보다 상세하게는, 통합된 분류 구역을 갖는 용기의 사용에서, 제1 분리 스테이지가 필요없게 될 수 있는데, 그 이유는 보다 큰 입자들의 분류 배출(classifying discharge)이 용기의 설계 및 용기 내부에서의 흐름 제어에 의해 이미 달성되었기 때문이다.

물론, 앞서 기술된 바와 같은 내부 분류 기능(internal classifying function)을 갖는 용기에 부가하여, 아스팔텐 입자들을 추가로 분리시키는 것을 가능하게 하는 외부 분리 스테이지를 사용하는 것도 가능하다.

전체적으로, 발전소 분야에서 산업 규모의 이러한 장치를 사용하는 것이 가능한데, 그 이유는 플랜트(plant) 크기 및 투자 및 운영 비용이 종래의 탈아스팔트 장치들과 비교하여 급격히 감소되기 때문이다. 이것은 오일 전처리(oil pretreatment)로서 탈아스팔트를 수행하는 것을 가능하게 하고, 이는 E급 가스 터빈(class E gas turbine)들에 의한 에너지 발생을 위해 100 ppm 초과의 바나듐을 함유하는 중유(heavy fuel oil)를 사용하는 것을 가능하게 한다. 마그네슘 억제제들의 높은 바나듐 함량 및 그와 연관된 엄청난 정비 비용으로 인해 이전에 강한 경제적 압박을 받았던 10ppm보다 훨씬 높은 바나듐 농도들을 갖는 원유가 또한 E급 가스 터빈들에 사용될 수 있다.

게다가, 예를 들어, 1 ppm의 바나듐을 함유하는 아랍 초경질 원유(Arabian extra light crude) 또는 10 ppm 초과의 바나듐을 함유하는 아랍 경질 원유(Arabian light crude)가 또한 고효율이지만 민감한 F급 및 H급 가스 터빈들에 사용될 수 있다. 이러한 사용은 이전에는 상당한 아스팔텐 농도들에 의해 급격히 제한되었으며, 바나듐 농도들이 0.5 ppm 초과인 경우에는 심지어 완전히 불가능했다.

본 발명의 제2 목적은 본 발명에 따르면 오일 함유 연료로부터 아스팔텐을 분리시키는 공정들에 의해 달성되며, 여기서 오일 함유 연료는 혼합 요소에 의해 용매와 강력 혼합되고, 여기서 아스팔텐으로 과포화된 용액이 혼합 공정 동안 형성되며, 여기서 과포화는 용기에서 과포화 용액으로부터 아스팔텐을 침전시키는 것에 의해 감소되고, 여기서 용기의 성장 구역에 존재하는 아스팔텐 입자들은 과포화 용액으로부터 침전된 아스팔텐을 통해 성장하며, 여기서 성장 구역에서 성장된 아스팔텐 입자들은 그들의 입자 크기에 따라 분류 장치에 의해 분리되고, 여기서 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림은 용기의 성장 구역과 혼합 요소 사이를 순환한다.

아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 순환으로 인해, 성장 핵들로서 역할하는 아스팔텐 입자들은 정화될 오일 함유 연료와 용매를 혼합시킬 때 이미 이용가능하다. 이 경우에, 이미 존재하는 아스팔텐 입자들은 새로운 초미세 입자들을 형성시킬 필요없이 성장할 수 있다. 이러한 초미세 입자들의 형성은 공정의 초기에, 즉 플랜트가 시동될 때 한 번만 일어난다. 추가의 공정에서, 이 초미세 입자들은 이어서 공정에서 성장 핵들로서 기능하고, 과포화 용액으로부터의 아스팔텐 입자들의 침전으로 인한 과포화를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

따라서, 혼합물, 즉 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림의 대부분이 순환된다. 더욱이, 고체 입자들, 즉 분리될 아스팔텐 입자들의 선택적 농후화는 침전율을 증가시키고 따라서 정화 효율을 개선시키는 데 사용된다.

특히 유리한 실시예에서, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림은 용기로부터 혼합 요소 내로 흐른다. 이 경우에, 아스팔텐의 침전에 필요한 입자들이 제공된다. 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림은 바람직하게는 혼합 요소에서 오일 함유 연료 및 용매와 혼합된다.

혼합은 과포화 용액을 발생시키고, 이 과포화 용액으로부터 아스팔텐이 침전되고, 성장 핵들로서 기능하는 아스팔텐 입자들의 표면 상에 침착된다. 바람직하게는, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림, 오일 함유 연료, 및 용매의 혼합물이 용기에 공급된다. 아스팔텐 입자들은 용기 내부에서 계속하여 성장한다.

대안의 바람직한 실시예에서, 오일 함유 연료 및 용매가 용기 내부에서 혼합된다. 이 경우에, 혼합 요소는 바람직하게는 용기의 내부에 배치된다. 오일 함유 연료 및 용매는 용기 내로 직접 계량되고 주입 장소(inlet site)에서 혼합된다. 따라서, 주입 장소는 바람직하게는 혼합 장소 또는 혼합 구역으로서 구성된다. 혼합은 바람직하게는 로터-스테이터 원리에 따라 동작하는 높은 전단율을 갖는 혼합 요소에 의해 이루어진다.

바람직하게는, 큰 아스팔텐 입자들의 분리를 위한 제1 부분 스트림이 분류 장치의 제1 분리 스테이지에 공급된다. 제1 부분 스트림은 바람직하게는 용기의 하부에서 용기로부터 배출되고 거기로부터 제1 분리 스테이지 내로 흐른다. 제1 분리 스테이지에서, 미리 결정된 분리 입자 크기를 초과하는 큰 아스팔텐 입자들이 분리되고 따라서 공정으로부터 제거된다.

큰 아스팔텐 입자들이 없는 제1 복귀 흐름이 용기에 공급되면 특히 유리하다. 복귀 흐름은 제1 분리 스테이지의 분리 입자 크기보다 더 작은 아스팔텐 입자들을 함유한다. 입자들은 또다시 용기 내부에서 성장 핵들로서 역할하고 용기 내부에서의 고체 농후화를 개선시킨다.

제1 부분 스트림으로부터 분리된 큰 아스팔텐 입자들은 바람직하게는 처리 장치에 공급된다. 예를 들어, 처리 장치는 원심 분리기로서 구성될 수 있고, 그에 의해 큰 입자들이 분리된다. 분리된 아스팔텐 입자들의 가능한 사용은 도로 건설에서이다.

더욱이, 작은 아스팔텐 입자들의 분리를 위한 제2 부분 스트림이 분류 장치의 제2 분리 스테이지에 공급되면 유리하다. 제2 부분 스트림은 바람직하게는 용기의 상부로부터 배출되어 제2 분리 스테이지에 공급된다.

사실상 작은 아스팔텐 입자들은 제2 분리 스테이지 내에서 분리되지 않고, 여기서 작은 아스팔텐 입자들로 농후화된 복귀 흐름이 발생한다. 작은 아스팔텐 입자들로 농후화된 제2 복귀 흐름은 바람직하게는 용기에 공급된다. 따라서 작은 입자들은 용기 내부에서 계속 성장할 수 있다.

작은 아스팔텐 입자들이 없는 배출구 스트림, 즉 깨끗한 스트림은 바람직하게는 처리 장치에 공급된다. 이 경우에, 배출구 스트림은 바람직하게는 용매가 증발되고 재생되는 용매 회수 유닛(solvent recovery unit)에 공급되어야 한다. 최종적으로, 이러한 방식으로 재생된 용매, 예를 들어, 펜탄 부분(pentane fraction)은 오일 함유 연료와 혼합하기 위해 또다시 사용될 수 있다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 아스팔텐 입자들은 용기의 분류 구역 내부에서 입자 크기에 따라 분리된다. 환언하면, 용기는 입자들이 그들의 입자 크기에 따라 미리 분리되는 분류기로서 기능한다. 따라서, 이것은, 바람직하게는 휴지 구역(rest zone)의 형태로 용기의 가장자리 구역에 제공되는, 용기 내부의 내부 분류 구역(internal classifying zone)이다.

이 경우에, 장치의 바람직한 실시예들과 관련하여 언급된 장점들이 유추에 의해 공정의 대응하는 실시예에게 넘어갈 수 있다.

이하에서, 본 발명의 예들이 도면을 참조하여 추가로 상세히 설명될 것이다.
도 1은 혼합 요소에 유체 연결된 용기를 갖는, 오일 함유 연료로부터 아스팔텐을 분리시키기 위한 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 용기 내부에 배치된 혼합 요소를 갖는, 오일 함유 연료로부터 아스팔텐을 분리시키기 위한 추가의 장치를 도시한 도면이다.

도 1은 오일 함유 연료(3)로부터 아스팔텐을 분리시키기 위한 장치(1)를 도시하고 있다. 중유가 연료(3)로서 사용된다. 용매(5)로서의 펜탄과 함께, 중유(3)가 대응하는 공급 라인들(7, 9)을 통해 혼합 펌프로서 구성된 혼합 요소(11)에 공급된다. 혼합 요소(11) 내에서, 중유(3)와 용매(5)가 초고속 혼합(ultra-rapid mixing)된다.

고속 혼합은 준안정 과포화 용액을 생성시키고, 따라서 중유(3)와 펜탄(5) 사이의 상 계면의 형성을 회피하고 혼합 공정 동안 아스팔텐 입자들의 조기 침전을 방지한다.

그 결과 얻어진 혼합물(13)은 혼합 요소(11)에 유체 연결된 용기(15)에 공급되고, 이를 위해 혼합 요소(11)는 배출 라인(17)을 통해 용기(15)의 공급 라인(19)에 유체 연결된다. 아스팔텐의 침전 공정은 용기(15)에의 공급 시에, 즉 혼합 공정의 완료 후에 이미 시작된다. 용액으로부터 침전되는 아스팔텐은 공정 동안 이미 존재하는 아스팔텐 입자들 상에 침착된다.

용기(15) 내부에는 아스팔텐 입자들이 성장하는 성장 구역(23)이 있다. 이 성장 이후의 분리에 필요한 용기(15) 내부에서의 고체 농후화는 용기(15)에서의 아스팔텐 입자들의 충분히 긴 체류 시간에 의해 보장된다. 아스팔텐 입자들의 체류 시간이 길수록, 침전율이 높고, 따라서 입자들의 개선된 분리로 인해, 사용된 분리 장치(1)의 정화 효율도 높다.

용기(15)는 성장 구역(23)에서 성장한 아스팔텐 입자들을 그들의 입자 크기에 따라 분리시키기 위해 분류 장치(25)에 유체 연결된다.

이를 위해, 분류 장치(25)는 2개의 분리 스테이지들(27, 29)을 포함한다. 제1 분리 스테이지(27)를 용기에 결합시키는 것은 용기(15)의 제1 배출 라인(31)을 제1 분리 스테이지(27)의 공급 라인(33)에 연결시키는 것을 통해 수행된다. 라인들(31, 33)을 통해, 제1 부분 스트림(35)이 제1 분리 스테이지(27)에 공급된다. 용기(15)의 배출 라인(31)은 용기(15)의 하부(37)에 부착된다.

하이드로사이클론으로서 구성된 제1 분리 스테이지(27)에서, 25 μm의 미리 결정된 분리 입자 크기를 초과하는 큰 아스팔텐 입자들(39)이 공정으로부터 제거된다. 그들은 배출 라인(41)을 통해 처리 장치(43)에 공급되고, 이어서, 예를 들어, 도로 건설에서의 추가의 사용을 위해 공급될 수 있다.

큰 아스팔텐 입자들(39)의 분리는 제1 복귀 흐름(45)으로서 용기(15)에게로 재순환되는 용액을 발생시킨다. 제1 복귀 흐름(45)은 이제 평균 직경이 25 μm 미만인 아스팔텐 입자들만을 함유한다. 복귀 흐름(45), 즉 큰 아스팔텐 입자들이 없는 부분 스트림의 재순환을 위해, 제1 분리 스테이지(27)는 복귀 라인(47)에 연결되고, 복귀 라인(47)은 차례로 용기(15)의 공급 라인(49)에 유체 연결된다. 복귀 흐름(45)에 여전히 함유된 아스팔텐 입자들은 용기(15) 내부에서 또는 용기(15)의 성장 구역(23) 내부에서 성장 핵들로서 역할한다.

분류 장치(25)의 제2 분리 스테이지(29)는 작은 아스팔텐 입자들(51)을 제2 부분 스트림(53)으로부터 분리시키는 데 사용된다. 제2 부분 스트림(53)을 제2 분리 스테이지(29)에 공급하기 위해, 용기(15)는 제2 배출 라인(55)을 통해 제2 분리 스테이지(29)의 공급 라인(57)에 유체 연결된다. 용기의 제2 배출 라인(55)은 용기의 상부(59)에 배치된다.

제2 부분 스트림(53)은, 작은 아스팔텐 입자들(51)이 공정 동안 계속하여 성장할 수 있도록, 공정 동안 유지되어야 하는 작은 아스팔텐 입자들(51)을 본질적으로 포함한다. 그에 따라, 또한 하이드로사이클론으로서 구성된 제2 분리 스테이지(29)에서, 평균 직경이 5 μm 초과인 아스팔텐 입자들(51)이 액체로부터 분리되어 용기(15)로 복귀된다. 작은 아스팔텐 입자들(51)로 농후화된 제2 복귀 흐름(61)의 재순환은 제2 분리 스테이지(29)의 복귀 라인(63)과 용기(15)의 공급 라인(65)의 연결을 통해 이루어진다.

게다가, 처리 장치(67)가 또한 제2 분리 스테이지(29)에 유체 연결된다. 아스팔텐 입자들(51)의 분리 시에 생성된 배출구 스트림(71), 즉 깨끗한 스트림은 제2 분리 스테이지(29)에 연결된 배출 라인(69)을 통해 처리 장치(67)에 공급된다. 처리 장치(67) 내부에서, 용매(5)가 회수되어 혼합 요소(11)에 또다시 공급될 수 있다.

회로(circuit)(75) 내에서 이동될 수 있는 평균 직경이 5 μm부터 25 μm까지의 범위에 있는 아스팔텐 입자들(73)이 공정 동안 용기(15) 내부에 존재한다. 이 아스팔텐 입자들(73)을 갖는 부분 스트림(79)은 용기(15)에 연결된 복귀 라인(77)을 통해 혼합 요소(11)에 공급된다.

이를 위해, 용기(15)의 복귀 라인(77)은 혼합 요소(11)의 공급 라인(81)에 연결된다. 따라서, 중유(3)의 공급 라인(7) 및 펜탄(5)의 공급 라인(9)에 부가하여, 공급 라인(81)이 또한 혼합 요소(11)에 연결되고, 이 라인은 아스팔텐 침전을 위한 성장 핵들의 공급 또는 순환을 보장한다.

순환하는 부분 스트림(79)에 함유된 아스팔텐 입자들(73)로 인해, 오일 함유 연료(3)와 용매(5)의 혼합 시에 아스팔텐에 대한 성장 핵들이 이미 이용가능하다. 과포화 용액, 즉 혼합물(13)에 함유된 아스팔텐은 이미 존재하는 아스팔텐 입자들(73) 상에만 침전하고 그 위에 성장한다. 환언하면, 오일 함유 연료(3)와 용매(5)의 혼합 이후에 본질적으로 일어나는 침전은 혼합 요소(11)와 용기(15)의 성장 구역(23) 사이에서의 아스팔텐 입자들의 순환에 의해 선택적으로 제어된다.

더욱이, 용기(15) 내부에, 제1 분리 스테이지(27)에 대한 대안으로서 또는 그에 부가하여, 큰 아스팔텐 입자들을 분리시키는 분류 구역(83)이 구성될 수 있다. 용기(15) 내부에서의 분류 구역(83)의 위치는 이 경우에 화살표로 표시된다.

도 2는 용매(93), 이 경우에 헥산을 사용하여 오일 함유 연료(3)로부터 아스팔텐을 분리시키는 역할을 또한 하는 추가의 장치(91)를 도시하고 있다.

장치(91)와 도 1에 따른 장치(1) 사이의 구조적 차이는 사용된 혼합 요소(95)가 장치(1)의 경우에서와 같이 용기(97)의 상류에 설치되지 않고 그 대신에 용기(97) 내부에 배치되어 있다는 사실이다.

혼합 요소(95)를 용기(97) 내부에 배치함에 있어서, 중유(3) 및 용매(93), 또는 연료 함유 연료(3)에 함유된 아스팔텐과 관련하여 "반용매"는 공급 라인들(99, 101)을 통해 직접 용기(97) 내로 계량된다. 혼합은, 중유(3) 및 용매(93)의 진입 시에 즉각, 용기(97) 내부에서 내부 혼합 펌프로 구성된 혼합 요소(95)에 의해 용기의 벽(103) 상에 구성된 혼합 구역(105)에서 일어난다. 혼합 요소(95)는 2개의 성분들(3, 93)의 필요한 초고속 혼합을 보장한다.

혼합의 결과 얻어지는 혼합물(109)은 용기(95) 내부에서의 적절한 흐름 제어를 통해 용기(95)의 성장 구역(111) 내로 흐르고, 여기서 아스팔텐이 침전되거나 이미 침전된 아스팔텐 입자들이 계속하여 성장한다. 이 경우에도, 용기(95)에 이미 존재하는 평균 크기의 아스팔텐 입자들(113)이 그들에게 성장 핵들로서 이용가능하다.

흐름 제어로 인해, 아스팔텐 입자들(113)을 함유하는 부분 스트림(115)이 또한 요소(95)와 성장 구역(111) 사이에서 순환한다. 성장 핵들로서, 아스팔텐 입자들(113)은 아스팔텐의 침전을 촉진시키는 표면을 제공하고 이와 동시에 탈아스팔트를 위해 그에 대응하여 사용된 장치(1)의 벽들, 파이프라인들 등의 침착 관련 부착물을 방지한다.

또한 도 1에서와 같이, 용기(97)는 분류 구역(117)을 갖게 구성될 수 있고, 분류 구역(117)의 위치는 화살표로 표시되고, 대안적으로 또는 그에 부가하여, 큰 아스팔텐 입자들의 분류를 위한 분리 스테이지(27)로서 역할한다.

장치(91)에 포함되는 추가의 장치 구성요소들의 기능과 관련하여, 도 1에 따른 장치(1)의 상세한 설명이 도 2에 따른 장치(91)에 적용될 수 있다.

Claims (30)

1. 오일 함유 연료(3)로부터 아스팔텐(asphaltenes)을 분리시키기 위한 장치(1, 91)로서, 아스팔텐으로 과포화된 용액을 형성하며 상기 오일 함유 연료(3)와 용매(5, 93)를 강력 혼합(intensive mixing)시키기 위한 혼합 요소(mixing element)(11, 95), 상기 과포화 용액으로부터 상기 아스팔텐을 침전시킴으로써 상기 과포화를 감소시키기 위한 용기(vessel)(15, 97), 상기 아스팔텐이 상기 과포화 용액으로부터 분리되는 것을 통해 존재하는 아스팔텐 입자들을 성장시키기 위해 상기 용기(15, 97) 내부에 형성된 성장 구역(growth zone)(23, 111), 및 상기 성장 구역(23, 111)에서 성장된 상기 아스팔텐 입자들을 그들의 입자 크기에 따라 분리시키기 위해 상기 용기(15, 97)에 유체 연결된(fluidically connected) 분류 장치(classifying device)(25)를 포함하고, 상기 용기(15, 97)는 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림(stream)(79, 113)이 상기 혼합 요소(11, 95)와 상기 용기(15, 97)의 상기 성장 구역(23, 111) 사이에서 순환하도록 설계되고 구성되는, 장치(1, 91).
2. 제1항에 있어서, 아스팔텐 입자들을 함유하는 상기 스트림(79, 113)의 순환을 위한 상기 용기(15, 97)는 상기 혼합 요소(11, 95)에 유체 연결되는, 장치(1, 91).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 요소(11, 95)는 배출 라인(discharge line)(17)을 통해 상기 용기(15, 97)의 공급 라인(supply line)(19)에 유체 연결되는, 장치(1, 91).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기(15, 97)는 복귀 라인(return line)(77)을 통해 상기 혼합 요소(11, 95)의 공급 라인(81)에 유체 연결되는, 장치(1, 91).
5. 제1항에 있어서, 상기 혼합 요소(11, 95)는 상기 용기(15, 97)의 내부에 배치되는, 장치(1, 91).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분류 장치(25)는 큰 아스팔텐 입자들을 제1 부분 스트림(35)으로부터 분리시키기 위한 제1 분리 스테이지(27)를 포함하는, 장치(1, 91).
7. 제6항에 있어서, 상기 용기(15, 97)는, 상기 제1 부분 스트림(35)을 상기 제1 분리 스테이지(27)에 공급하기 위해, 제1 배출 라인(31)을 통해 상기 제1 분리 스테이지(27)의 공급 라인(33)에 유체 연결되는, 장치(1, 91).
8. 제7항에 있어서, 상기 용기(15, 97)의 상기 제1 배출 라인(31)은 상기 용기(15, 97)의 하부(37)에 배치되는, 장치(1, 91).
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분리 스테이지(27)는 큰 아스팔텐 입자들로 농후화된 제1 복귀 흐름(45)을 재순환시키기 위해 복귀 라인(47)을 통해 상기 용기(15, 97)의 공급 라인(49)에 유체 연결되는, 장치(1, 91).
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분리 스테이지(27)의 하류에는 처리 장치(treatment device)(43)가 유체 연결되는, 장치(1, 91).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분류 장치(25)는 작은 아스팔텐 입자들을 제2 부분 스트림(53)으로부터 분리시키기 위한 제2 분리 스테이지(29)를 포함하는, 장치(1, 91).
12. 제11항에 있어서, 상기 용기(15, 97)는, 상기 제2 부분 스트림(53)을 상기 제2 분리 스테이지(29)에 공급하기 위해, 제2 배출 라인(55)을 통해 상기 제2 분리 스테이지(29)의 공급 라인(57)에 유체 연결되는, 장치(1, 91).
13. 제12항에 있어서, 상기 용기(15, 97)의 상기 제2 배출 라인(55)은 상기 용기(15, 97)의 상부(59)에 배치되는, 장치(1, 91).
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 분리 스테이지(29)는 작은 아스팔텐 입자들로 농후화된 제2 복귀 흐름(61)을 재순환시키기 위해 복귀 라인(63)을 통해 상기 용기(15, 97)의 공급 라인(65)에 연결되는, 장치(1, 91).
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 분리 스테이지(29)의 하류에는 처리 장치(67)가 유체 연결되는, 장치(1, 91).
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기(15, 97)는 상기 아스팔텐 입자들을 그들의 입자 크기에 따라 분리시키기 위한 분류 구역(83, 117)을 포함하는, 장치(1, 91).
17. 오일 함유 연료(3)로부터 아스팔텐을 분리시키기 위한 공정으로서, 상기 오일 함유 연료(3)는 혼합 요소(11, 95)에 의해 용매(5, 93)와 강력 혼합되고(intensively mixed), 아스팔텐으로 과포화된 용액이 상기 혼합 공정 동안 형성되며, 상기 과포화는 용기(15, 97)에서 상기 과포화 용액으로부터 상기 아스팔텐을 침전시키는 것에 의해 감소되고, 상기 용기(15, 97)의 성장 구역(23, 111)에 존재하는 아스팔텐 입자들은 상기 과포화 용액으로부터 침전된 아스팔텐을 통해 성장하며, 상기 성장 구역(23, 111)에서 성장된 상기 아스팔텐 입자들은 그들의 입자 크기에 따라 분류 장치(25)에 의해 분리되고, 아스팔텐 입자들을 함유하는 스트림(79, 113)은 상기 용기(15, 97)의 상기 성장 구역(23, 111)과 상기 혼합 요소 사이(11, 95)를 순환하는, 공정.
18. 제17항에 있어서, 아스팔텐 입자들을 함유하는 상기 스트림(79, 113)은 상기 용기(15, 97)로부터 상기 혼합 요소(11, 95) 내로 흐르는, 공정.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 아스팔텐 입자들을 함유하는 상기 스트림(79, 113)은 상기 혼합 요소(11, 95)에서 상기 오일 함유 연료(3) 및 상기 용매(5, 93)와 혼합되는, 공정.
20. 제19항에 있어서, 상기 아스팔텐 입자들을 함유하는 상기 스트림(79, 113), 상기 오일 함유 연료(3), 및 상기 용매(5, 93)의 상기 혼합물이 상기 용기(15, 97)에 공급되는, 공정.
21. 제17항에 있어서, 상기 오일 함유 연료(3) 및 상기 용매(5, 93)가 상기 용기(15, 97) 내부에서 혼합되는, 장치(1, 91).
22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부분 스트림(35)은 큰 아스팔텐 입자들을 분리시키기 위해 상기 분류 장치(25)의 제1 분리 스테이지(27)에 공급되는, 공정.
23. 제22항에 있어서, 상기 제1 부분 스트림(35)은 상기 용기(15, 97)의 하부(37)에서 상기 용기(15, 97)로부터 배출되는, 공정.
24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 큰 아스팔텐 입자들로 농후화된 제1 복귀 흐름(45)이 상기 용기(15, 97)에 공급되는, 공정.
25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분 스트림(35)으로부터 분리된 상기 큰 아스팔텐 입자들은 처리 장치(43)에 공급되는, 공정.
26. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 부분 스트림(53)은 작은 아스팔텐 입자들의 분리를 위해 상기 분류 장치(25)의 제2 분리 스테이지(29)에 공급되는, 공정.
27. 제26항에 있어서, 상기 제2 부분 스트림(53)은 상기 용기(15, 97)의 상부(59)에서 상기 용기(15, 97)로부터 배출되는, 공정.
28. 제17항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 작은 아스팔텐 입자들로 농후화된 제2 복귀 흐름(61)이 상기 용기(15, 97)에 공급되는, 공정.
29. 제17항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 작은 아스팔텐 입자들이 없는 배출구 스트림(71)이 처리 장치(67)에 공급되는, 공정.
30. 제17항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아스팔텐 입자들은 상기 용기(15, 97)의 분류 구역(classifying zone)(83, 117) 내부에서 그들의 입자 크기에 따라 분리되는, 공정.
    

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