WO2016137261A1 - 원유 폐수의 에멀젼 파괴 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유수 분리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에멀젼 상태의 유분을 포함하는 물에서 유분을 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유수 분리 방법은 유화된 석유 유분을 포함하는 물의 샘플들을 채취하는 단계; 상기 샘플에 양이온성 폴리머를 투입하여 항유화 여부를 확인하는 단계; 항유화되지 않은 샘플에 산화제, 산, 및 염기를 각각 투입하여 항유화 여부를 확인하는 단계; 및 상기 항유화되는 샘플에 투입한 물질을 상기 유화된 석유 유분을 포함하는 물에 투입하여 항유화시키 단계를 포함한다.

Description

원유 폐수의 에멀젼 파괴 방법

본 발명은 원유 폐수의 에멀젼 파괴에 의한 유수 분리에 관한 것이다. 보다 상세하게는 에멀젼 상태의 유분을 포함하는 물에서 유분을 분리하는 방법에 관한 것이다.

석유의 채굴과정에서 발생되는 석유 유분은 물에 섞이지 않으며, 밀도차에 의해서 물 위로 뜨게 된다. 물 위로 뜬 유분은 층 분리에 의해서 쉽게 분리될 수 있다. 그러나 유분의 일부 성분들은 물 위에 뜨지 않으며, 에멀젼 형태로 물에 안정하게 분산된다.

이러한 에멀젼 형태의 유분(에멀젼 유분)을 분리하기 위해서, 에멀젼의 안정성을 파괴할 수 있는 물질이 사용된다. 대표적으로는 양이온 고분자 항유화제(디멀시파이어: demulsifier)들이 사용된다. 이들은 물에 녹아 양이온을 배출하고, 배출된 양이온이 에멀젼의 음이온과 결합함으로써 유화제의 안정성을 파괴한다. 결과적으로 유분이 분리된다. 그러나 일부 에멀젼 유분들은 양이온성 고분자 물질에 의해서 분리되지 않는다.

또한, 양이온성 고분자 물질에 의해서 분리되지 않는 에멀젼 유분들을 포함하는 석유는 양이온성 고분자 물질에 의해서 분리되는 에멀젼 유분을 포함하는 석유와 유사한 지역에서 채굴될 수 있다. 양이온성 고분자 물질에 의해서 분리되지 않은 에멀젼 유분들을 분리하기 위해 다른 분리 공정이 필요하다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 양이온 폴리머에 의해서 분리되지 않는 에멀젼 유분의 안정성을 파괴하여 분리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 에멀젼 유분이 양이온 폴리머에 의해서 분리되는지를 먼저 확인하고, 양이온 폴리머에 의해서 분리된지 않은 에멀젼 유분을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 유수 분리 방법은

유화된 석유 유분을 포함하는 물의 샘플들을 채취하는 단계;

상기 샘플에 양이온성 폴리머를 투입하여 항유화 여부를 확인하는 단계;

항유화되지 않은 샘플에 산화제, 산, 및 염기를 각각 투입하여 항유화 여부를 확인하는 단계; 및

상기 항유화되는 샘플에 투입한 물질을 상기 유화된 석유 유분을 포함하는 물에 투입하여 항유화시키 단계

를 포함하는 유수 분리 방법을 제공한다.

이론적으로 한정된 것은 아니지만, 유화된 석유 유분이 물속에서 표면이 음이온에 의해서 안정화될 확률이 높기 때문에, 일차적으로 양이온성 폴리머로 항유화를 시험하여 항유화 여부를 먼저 확인하게 된다. 항유화되지 않는 유화된 석유 유분은 비극성 유기 화합물, 극성 유기화합물, 방향족 물질, 중금속, 장치의 부식을 방지하기 위해 사용되는 계면활성제와 같은 복합적 원인으로 안정화될 수 있으므로, 황산과 같은 간접 산화제, 과산화수소와 같은 직접 산화제, 또는 약염기나 강염기와 같은 염기를 투입하여 항유화되는 샘플을 확인하고, 이를 이용해서 항유화시킴으로서 유수 분리된다.

본 발명은 일 측면에 있어서, 양이온성 폴리머나 황산에 의해서 항유화되지 않는 유화된 석유 유분을 포함하는 물에 염기를 투입하여 항유화시켜 유수 분리하는 것을 특징으로 한다.

이론적으로 한정된 것은 아니지만, 상기 양이온성 폴리머나 황산에 의해서 항유화되지 않는 유화된 석유 유분들은 아민기와 같이 물에서 양이온으로 변할 수 있는 관능기에 의해서 안정화된 유분을 포함할 수 있으며, 이러한 유분은 염기의 투입에 의해서 항유화 되어 유분이 물에서 분리되게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 양이온성 폴리머나 황산에 의해서 항유화되지 않는 유화된 석유 유분은 아민기를 포함하는 석유 유분이며, 아민기는 물속에서 -NH3+ 형태로 변환되어 안정화된 유분을 형성할 수 있다. 상기 석유 유분은 예를 들어 이라크의 웨스트 쿠르나 지역의 유정에서 발생되는 석유 유분일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 염기는 유분이 포함된 물의 pH를 10 이상으로 유지할 수 있는 염기들을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 강염기는 항유화 과정을 가속하여 빠른 분리가 가능하도록 쏘듐하이드록사이드를 사용한다.

본 발명에 의해서, 이라크 웨스트 크루나와 같은 특정 유정에서 채취되어 기존의 양이온성 폴리머나 황산과 같은 통상의 항유화제에 의해서 항유화되지 않는 석유 유분을 포함하는 물을 항유화시켜 유수를 분리할 수 있는 방법이 제공되었다.

도 1은 다양한 에멀젼 샘플의 상태를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 에멀젼 샘플의 특성을 기록한 표를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1의 에멀젼 샘플들의 액적을 현미경으로 촬영한 사진이다.

도 4는 양이온 폴리머인 STOPOL 시리즈를 투입한 에멀젼의 상태를 나타내는 도면이다.

도 5는 양이온 폴리머인 NALCO시리즈를 투입한 에멀젼의 상태를 나태내는 도면이다.

도 6은 에멀젼 샘플들에 황산, 하이드로젠 퍼옥사이드, 칼슘 하이드록사이드, 및 쏘듐 하이드록사이드를 각각 투입한 후 상태를 나타내는 도면이다.

도 7은 에멀젼의 pH를 조절한 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 내용을 예시하기 위한 것이다.

1. 유화된 석유 유분을 포함하는 물의 분석

이라크의 웨스크 크루나 지역의 바스라에서 유정에서 채취된 유화된 석유 유분을 포함하는 물(이하, 에멀젼이라 함)에 대해서 외관과 색상, 액적 크기, 점도를 측정하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 에멀젼의 밝기가 에멀젼을 특정하기 위해서 사용되었다. 일반적으로 에멀젼은 오일/워터 계면에서 빛의 산란에 의해서 흐리고 불투명하였다. 에멀젼이 작은 직경을 가질 경우 밝은 색상을 나타내었으며, 큰 직경을 가질 경우 어두운 색상을 나타내었다. 도 1의 4 개의 에멀젼 시료는 각각 다른 일자에 유정에서 채취되었으며, 에멀젼은 채취 일자에 따라서 각각의 색상을 나타내었다.

1번 시료와 3번 시료는 상이한 밝기와 칼라를 나타내었으며, 1번 시료는 47.6 mg/L, 2번 시료는 847.8 mg/L의 농도를 나타내었다. 칼라와 불투명도는 오일 액적의 농도에 따라서 변하였다. 각각의 특성은 도 2에 도시하였다.

2. 에멀젼의 현미경 분석

오일 액적의 크기는 분리 공정과 장비의 선택에 있어서 중요한 요소이므로 액적을 현미경으로 촬영하여 분석하였다. 촬영 사진은 도 3에 각각 도시하였다.

3. 양이온 폴리머를 이용한 항유화 시험

통상의 디멀시파이어로 사용되는 양이온 폴리머를 이용하여 에멀젼의 항유화를 진행하였다. 300 ml의 에멀젼에 디멀시파이어를 투입하고, 3분간 실온에서 300 rpm으로 교반하였다. 교반 후 사진을 도 4 및 도 5에 도시하였다.

도 4에서 1번은 비처리수이며, 2번은 STOPOL CL-130(100 ppm)이며, 3번은 STOPOL CL-130(300 ppm)이며, 4번은 STOPOL CL-130(400 ppm)이며, 5번은 NALCO 6960(6 ppm)으로 처리한 상태를 나타내었다.

도 5에서 1번은 비처리수이며, 2번은 NALCO 6960(20 ppm)이며, 3번은 NALCO 6960(50 ppm)이며, 4번은 NALCO 6960(100 ppm)으로 처리한 상태를 나타내었다.

4. 화합물을 이용한 항유화 시험

양이온 폴리머에 의해서 항유화가 되지 않는 것을 확인하였으므로, 별도의 에멀젼 샘플들에 황산, 하이드로젠 퍼옥사이드, 칼슘 하이드록사이드, 및 쏘듐 하이드록사이드를 각각 투입하여 항유화 여부를 확인하였다. 시험 결과를 도 6에 도시하였다.

5. pH조정을 이용한 항유화시험

도 6에서 도시된 바와 같이, 쏘듐 하이드록사이드를 사용할 경우 빠른 항유화가 가능하였으므로, 쏘듐하이드록사이드를 이용하여 pH를 조절하여 시험하였다. pH에 따른 결과를 도 7에 도시하였다. 비처리수에서부터 pH 7에서 pH 10까지 변화에 따른 처리 결과를 도시하였다.

Claims (9)

1. 유화된 석유 유분을 포함하는 물의 샘플들을 채취하는 단계;

   상기 샘플에 양이온성 폴리머를 투입하여 항유화 여부를 확인하는 단계;

   항유화되지 않은 샘플에 산화제, 산, 및 염기를 각각 투입하여 항유화 여부를 확인하는 단계; 및

   상기 항유화되는 샘플에 투입한 물질을 상기 유화된 석유 유분을 포함하는 물에 투입하여 항유화시키 단계

   를 포함하는 유수 분리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 염기는 강염기인 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 염기는 쏘듐하이드록사이드인 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 산은 황산인 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
6. 양이온성 폴리머나 황산에 의해서 항유화되지 않는 유화된 석유 유분을 포함하는 물에 염기를 투입하여 항유화시키는 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 석유 유분은 아민기를 포함하는 석유 유분인 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 염기는 쏘듐하이드록사이드인 것을 특징으로 하는 유수 분리 방법.
9. 제6항 또는 제8항에 있어서, 물의 pH를 10 이상으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 유수분리 방법.

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