KR20000035389A

KR20000035389A - 탈염기 진흙세척수의 에멀젼의 분리방법

Info

Publication number: KR20000035389A
Application number: KR1019990049731A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 모리슨
Original assignee: 칼 에이. 로월드; 베이커 휴지스 인코포레이티드
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2000-06-26
Also published as: CA2289306A1; JP2000185202A

Abstract

알루미늄 클로로하이드레이트와 또한 4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 제2성분으로된 조성물이 오일 및 물의 에멀젼 특히 탈염기 바닥에 주입될 진흙세척수의 분리에 유용함을 발견하였다.

Description

탈염기 진흙세척수의 에멀젼의 분리방법 {RESOLUTION OF EMULSIONS FROM DESALTER MUDWASH WATER}

본 발명은 에멀젼분리방법과 조성물, 특히 한 예로서 탈염기 진흙세척수로부터 콜로이드형 에멀젼을 분리하기 위한 방법과 조성물에 관계한다.

지하형성물에서 생성된 오일은 세척수를 가하여 불필요한 염을 제거하는 대형탱크에 담아 탈염처리한다. 염, 모래, 아스팔트성분, 불필요한 염 및 기타 고형물 등이 탱크바닥에 가라앉는다. 특정설비에서 요구하는 바에 따라, 탱크바닥에서 부스러기를 매일 진흙세척 분무기 등으로 씻어 제거한다. 예를들어, 200 gal/분(gpm)의 스트림을 이용하여 4시간 간격으로 바닥을 세척할 수 있다. 그러나, 이 방식에 따른 탈염기세척은 신속하고 완벽하게 분리 혹은 파괴하기 어려운 극히 안정한 콜로이드성 에멀젼을 생성하는 고전단력을 이용한다. 폐수는 배출에 앞서 엄격한 기준을 통과해야한다. 콜로이드성 에멀젼은 계면활성제 및 비누에 의한 고농도 유기탄소(TOC), 과량의 오일 및 그리스 (DGO로부터의 탈염기그릿손실, 오염가스오일 등으로 인한), 탁도와 고형물(TSS, 총부유물질), 또한/또는 폐수처리장비에서 처리된 물의 화학적산소요구량(COD) 등 때문에 폐수처리의 장애 혹은 원치않는 결과를 가져온다.

폐수장치에 도달하기전 상기 콜로이드성 에멀젼을 신속하고도 용이하게 분리할 수 있는 조성물 및 방법이 고안된다면 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 진흙세척수의 콜로이드성 에멀젼을 효과적으로 신속히 분리하는 방법과 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 분리처리된 폐수가 배출조건을 만족할 진흙세척수 에멀젼을 효과적으로 분리하기 위한 방법과 조성물을 제공하는 것이다.

다른 본 발명의 목적은 또한 폐수처리시 부적절한 현상을 효과적으로 축소하거나 제거하기 위해 조성물을 사용하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 기타의 목적을 실행하기 위한 한가지 형태로서, 알루미늄 클로로하이드레이트와 또한 4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 이들의 혼합물로 된 군에서 선택된 제2성분을 포함하는 것으로서 오일과 물의 에멀젼을 분리할 조성물을 제공한다.

도 1은 3-100ppm 50:50 폴리(DADMAC):ACH 로 처리한 우측비이커의 에멀젼과 처리되지않은 좌측비이커의 에멀젼을 보여주는 것으로써, 1회의 탈염기 진흙세척후 중력분리기에서 취한 에멀젼이 담긴 2개의 비이커의 사진이다.

도 2는 300ppm 50:50 폴리(DADMAC):ACH 로 처리한 우측비이커의 에멀젼과 처리되지않은 좌측비이커의 에멀젼을 보여주는 것으로써, 탈염 진흙세척수에서 취한 에멀젼이 담긴 2개의 비이커의 사진이다.

본 발명은 탈염 진흙세척 유출액을 알루미늄 클로로하이드레이트 및 폴리4차아민 혹은 기타의 제2성분으로 처리하는 방법에 관계한다. 이것은 상기 화학혼합물이 폐수처리장치에서의 TOC, 오일 및 그리스, 탁도 및 고형물침전 으로인해 이상현상을 일으킬 콜로이드성 에멀젼을 효과적으로 분리할 수 있음을 발견하였다. 즉, 이들 혼합물은 진흙세척수로부터 벤젠을 훨씬더 많이 분리할 수 있다.

상술한 바와 같이, 진흙세척수는 탈염기의 모래, 고형물 및 콜로이드성 입자를 분산시킨다. 이 장치는 1회사용시 매일 4시간까지 혹은 하루이상을 사용된다. 위와같이 4시간동안 진흙세척 유출액에 본 발명의 조성물을 첨가하면 전체 폐수처리조작에서 상술한 문제점을 완화시킬 수 있다. 화학조성물을 진흙세척조작시 첨가하면 300,000ppm 에 달하는 오일(30%)을 함유하는 에멀젼을 효과적으로 분리하게된다. 이 조성물은 간헐적 흐름의 유화성향에 간여하는 문제를 일으킬 전체폐수흐름과 혼합된다.

상기 조성물 및 방법은 또한 다른 에멀젼파괴나 분리, 정수처리 및 탈에멀젼화를 위한 기타의 상황에서도 유리할 것으로 예기된다.

알루미늄 클로로하이드레이트(ACH)는 또한 폴리알루미늄 클로로설페이트, 몰리알루미늄 클로라이드 및 염기성 알루미늄 클로라이드 등으로 부른다. 알루미늄 클로하이드레이트는 2개의 기본변수를 특징으로한다 ; 강도(알루미나함량) 및 염기도(중화도)이다. 염기도는 염화알루미늄 분자내 염화물에 대한 수산화물(염기)치환율이다. 0의 염기도일 때, 염화알루미늄의 분자식은 AlCl₃, 혹은 Al₂Cl₆로 쓸 수 있다. 100%의 염기도일 때, 수산화알루미늄의 분자식은 Al(OH)₃, 혹은 Al₂(OH)₆로 쓸 수 있다. 알루미늄 클로로하이드레이트에 대해서도 이와 마찬가지로 적용하며 ACH는 보통 83%의 염기도를 갖는다.

특정한 이론에 제한되지 않으나, 본 발명의 처리방식에 관한 하나의 메카니즘은 응집물의 양성(양이온성)가수분해제에 의해 현탁물상의 음성(음이온성)표면전하가 중화되어 에멀젼분리 및 응고를 일으키는 것이다.

본 발명의 조성물에서, 제2성분에 대한 알루미늄 클로로하이드레이트의 부피비는 80:20 내지 20:80 바람직하게는 60:40 내지 40:60, 더 바람직하게는 약 50:50 정도이다.

제2성분은 4차아민, 폴리4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 한가지 실시형태에서, 폴리아민의 한 바람직한 그룹은 통상 Epi-DMA 중합체 혹은 폴리쿼트(polyquat) 등으로 부른다. 이들 고분자물은 고분자량 폴리4차아민에 대해 저분자량인 고양이온성 물질을 포함한다. 응집고분자의 군은 화학적인 폴리(2-히드록시프로필-N,N-디메틸암모늄 클로라이드)이나 보통 간단히 폴리쿼트 라고 부른다. 다른 명칭으로는 4차화한 폴리아민, 폴리4차아민 및 Epi-DMA고분자 등이 있다. 후자를 1차원료라고 하며; 에피클로히드린 및 디메틸아민이다. 이반응은 다음과 같다:

에피클로히드린 디메틸아민 Epi/DMA 폴리4차아민

상기 두 화학물질의 축중합반응은 저평균분자량 즉, 10⁴-10⁵g/몰로 제한된다. 더 큰 분자량의 유사물(약 5x10⁵까지)은 소량(5% 이하)의 다관능기아민 가지형성제 즉, 암모니아나 에틸렌디아민 등을 첨가해서 제조한다. 수처리분야에서, 선형 혹은 측쇄형성된 유사물을 다량 사용한다.

또다른 비제한적인 실시형태에서 바람직한 것으로 알려진 기타의 폴리아민군으로는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 통상 폴리(DADMAC)으로 공지된 물질이 있다. 이들 고분자는 부가중합 혹은 공중합반응으로 제조한다. 분자량범위는 적게는 20,000에서 많게는 500,000 이며 평균분자량이 5 내지 20x10⁴g/몰 범위에 속하는 것이 본 응용분야에서 통상적으로 사용된다. 폴리(DADMAC)고분자는 하기와 같이 반복 피롤리딘고리와 함께 완전히 4차화된 선형구조이다.:

디메틸아민+염화알릴 DADMAC 단량체 폴리(DADMAC)

디메틸아민 및 염화알릴로부터 DADMAC 단량체의 제조시 생기는 부산물은 NaCl이며 대부분 제거되나 일부는 고분자에 잔류한다.

특히 바람직한 폴리4차아민으로 폴리(DADMAC)이 있으나 이에 특별히 한정되지 않는다. 아연염과 함께 또는 단독의 폴리아민 에스테르를 폴리아민으로 사용할수도 있다. 제2성분으로 적합한 기타의 아민화합물은 특별한 제한없이, 고리형아민을 함유한 알킬아릴 암모늄염, 알킬아민을 함유한 알킬아릴 암모늄염, 수용성 아민염, 알킬아민염, 알킬산을 함유한 알킬아민염, 폴리에테르를 함유한 고리형아민, 비닐공중합체를 함유한 고리형아민, 폴리알카놀아민, 4차폴리아민, 폴리아민아크릴레이트, 4차 폴리아미노아크릴레이트 또한 이들의 혼합물을 포함한다.

무기작용제 일부 혹은 전체를 ACH 대신 혹은 이에 부가하여 제2성분과 함께 사용할 수도 있다.

적절한 폴리아크릴아미드로서 특별한 제한없이 아크릴아미드단량체의 동중합반응에 기초한 극고분자량 혹은 고분자량(HMW) 합성고분자를 포함한다. 본 발명의 비제한적인 실시형태에서, 폴리아크릴아미드의 분자량은 10,000,000 이상이다. 폴리아크릴아미드는 무이온성 혹은 양이온성 물질이며 바람직하게는 양이온성 물질이다. 폴리아크릴레이트와 고분자전해질은 단독으로 혹은 금속염과 함께 제2성분으로 사용하기도 한다.

본 발명의 조성물에서 일반적인 에멀젼, 또한 특히 진흙세척 에멀젼을 분리하기에 필요한 조성물 비율을 정확하게 예측하기는 어렵다. 이 비율에 영향을 미치는 변수는 특별히 제한되지 않으나, 오일특성, 오염성분들(모래, 그리스, 고형물 및 콜로이드성 입자)의 양, 조작압력, 진흙세척수 분무기의 속도, 에멀젼의 밀집성 등이 있다. 그러나, 한 실시형태에서 또한 조성비율에 대한 일반적인 측면에서, 본 발명의 조성물은 에멀젼조건에 따라서 전체 폐수에멀젼이 아닌 진흙세척수 슬립스트림에 기초하여 1 내지 1000ppm 바람직하게는 200 내지 1000ppm으로 존재한다. 비제한적인 한 실시형태에서, 조성비는 진흙세척수 슬립스트림에 기초하여 약 200 내지 400ppm 범위이다. 조작온도는 변수에 속하지 않는다. 진흙세척수 첨가시, 투입지점은 진흙세척수 펌프의 배출위치이다. 측정된 화학량 범위에서 벗어나 조작할 경우 수산화물 덩어리가 형성되기도 하나 예측된 진흙세척수 조건에서는 발생하지 않는다.

상술한 바와 같이, 단지시험법(jar test)에서 콜로이드성 진흙세척수를 담은 1000ml 비이커에 다시 50:50 4차아민/알루미늄 클로로하이드레이트 혼합물을 첨가했다. 4차아민은 폴리(DADMAC)이다. 공급된 시료는 5분이내에 콜로이드성 에멀젼을 효과적으로 분리하고, 상부에 맑은 오일이 뜨며 아주 투명한 물이 상청액에 남는다. 대조용시료는 전혀 분리되지않았다. 처리하지않은 에멀젼은 아주 단단하여 별도의 화학처리가 없다면 수일 혹은 수주가 지나도 에멀젼분리가 일어나지 않을 겻이다. 특정한 조성물에 대한 독성시험시 안전한 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 조성물은 진흙세척처리시 진흙세척수에 투입된다. 그러나, 본 발명의 조성물을 기타 다른 방식으로 공급 혹은 투여함으로써 다른 에멀젼을 분리할 수도 있다.

본 발명은 또한 특별한 제한없이 다음의 실시예에 따라 더 구체적으로 설명한다.

현장시험

석유 페수처리장치는 평균 23,000,000 갤런/일의 유속으로 운전한다. 장치의 유체는 중력분리기의 대체품인 분리기에 유입된다. 무처리된 유체의 예를 도1의 좌측에 나타내었다. 오일을 스킴처리한 후 탈염기에 보낸다. 물은 부유형 스키머가 장착된 균형탱크열에 보낸다. 그 뒤 AFU(공기부유장치)에 물을 가한다. 응집물은 220cc/분 혹은 124갤런/일의 유속으로 AFU 전에 공급한다. 물의 유속 547,619배럴에 기준할 때 이것은 5.4ppm 에 상응한다.

AFU에서 나온 물은 직렬배치된 2개의 폭기조에 들어간다. 폭기조에서 나온 물은 역시 2개의 병렬배치된 정수기에 들어간다. 정수기에서 나온 슬러지는 회전식 감압필터를 통해 탈수된다. 독성시험을 실시하여 생성물이 하행류의 생물학적장치에 적합한지 확인하였다.

탈염기로부터 나온 진흙세척수에 대해 단지시험을 실시했다. 소정농도의 50:50 폴리(DADMAC):ACH 조성물을 100ml의 소정에멀젼에 첨가했다. 표I에서 시험결과를 보여준다. 본 발명의 조성물은 약 35%가 오일로서 매우 우수한 분리효과를 나타냈다.

표I

50:50 4차아민/알루미늄 클로로하이드레이트 혼합물을 이용한 탈에멀젼효과의 단지시험.

실험	위치	농도/ppm	결과	검토	도
1	분리기	3-100	수질 탁월	에멀젼 분리	1
2	탈염기 진흙처리기	200-300	탁월한 수질 달성	바닥에 고형물 침전	2

상기 결과는 확실한 것이다. 분리기의 유출물은 처리전 콜로이드성 에멀젼이 풀어진 상태로 나타났으며, 리프트펌프에 의해 EQ(균형)탱크까지 전단처리할 경우 에멀젼이 단단하게 뭉쳐 분리되기 더욱 어려워진다. 본 발명의 조성물은 이 물에(중력분리기 직전의) 소량 첨가시에도 매우 우수한 효과를 발휘하며 처리수의 정수력을 크게 향상시켰다. 조성물의 유효전하는 콜로이드성 에멀젼을 중화시키고 따라서 우수한 정수율을 달성할 수 있었다.

진흙세척수 시험의 결과 역시 매우 현저했다. 진흙세척수에는 오일피복된 고형물, 아스팔트물질, 모래 등에 의해 완전에멀젼화된 오일이 약 30% 함유되었다. 상기 에멀젼 내용물은 조작자 및 기술자가 1리터 병에 에멀젼을 채워 수일간 "가라앉힌" 것이다. 이 에멀젼은 완전히 자체분리되지 않으며 일반적으로 수일이 지나도 전혀 분리되지 않는다.

이 에멀젼을 200ppm의 본 발명조성물로 화학적처리하자, 2분내에 상기 에멀젼이 효과적으로 분리되었다. 그 결과로 나온 물은 투명하게 정수되었으며 시험용기 바닥에 에멀젼고형물이 가라앉아 매우 양호한 질적수준의 오일을 얻을 수 있었다. 상기 오일은 스킴처리후 탈염기에 되돌려 보내므로 이점은 매우 중요한 특징이된다.

그러나, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않는 한도에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변형할 수 있다. 따라서, 상기의 내용은 본 발명을 한정하지 않는 한가지 일례로서 이해된다. 예를들어, 에멀젼 분리를 위한 알루미늄 클로로하이드레이트를 함유한 특정조성물에서 구체적으로 언급하지는 않았으나, 4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 그 혼합물 역시 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다.

상술한 내용에서, 본 발명을 특정한 실시형태에 대해 기술하였으며 이는 오일 및 물의 에멀젼을 분리하기위한 조성물을 제공하는데 매우 효과적인 것임을 증명하였다.

Claims

알루미늄 클로로하이드레이트와; 또한

4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 제2성분을 포함하는 것으로된 오일 및 물의 에멀젼 분리용조성물.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄 클로로하이드레이트 대 제2성분의 부피비가 80:20 내지 20:80의 범위에 속하는 것을 특징으로하는 조성물.
제1항에 있어서,

제2성분은 에피클로로히드린/디메틸아민 공중합체, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 단독 혹은 아연염을 함유한 폴리아민 에스테르, 고리형아민을 함유한 알킬아릴 암모늄염, 알킬아민을 함유한 알킬아민 암모늄염, 수용성 아민염, 알킬아민염, 알킬산을 함유한 알킬아민염, 폴리에테르를 함유한 고리형아민, 비닐공중합체를 함유한 고리형아민, 폴리알카놀아민, 단독 혹은 메탈염을 함유한 폴리아민아크릴레이트, 4차폴리아미노아크릴레이트, 폴리알루미늄 히드록시드, 황산알루미늄, 알루미늄 암모늄 설페이트, 알루미늄 칼륨 설페이트, 황산철, 염화철, 알루민산나트륨, 분자량이 10,000,000 이상인 양이온성 폴리아크릴아미드, 또한 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로하는 조성물.
오일, 물, 또한 알루미늄 클로로하이드레이트 및 4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드와 그 혼합물로 구성된 군에서 선택된 제2성분을 포함한 에멀젼 분리용조성물을 함유하는 것으로된 분리에멀젼.
제4항에 있어서,

상기 알루미늄 클로로하이드레이트 대 제2성분의 부피비가 80:20 내지 20:80의 범위에 속하는 것을 특징으로하는 분리에멀젼.
제5항에 있어서,

제2성분은 에피클로로히드린/디메틸아민 공중합체, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 단독 혹은 아연염을 함유한 폴리아민 에스테르, 고리형아민을 함유한 알킬아릴 암모늄염, 알킬아민을 함유한 알킬아민 암모늄염, 수용성 아민염, 알킬아민염, 알킬산을 함유한 알킬아민염, 폴리에테르를 함유한 고리형아민, 비닐공중합체를 함유한 고리형아민, 폴리알카놀아민, 단독 혹은 메탈염을 함유한 폴리아민아크릴레이트, 4차폴리아미노아크릴레이트, 폴리알루미늄 히드록시드, 황산알루미늄, 알루미늄 암모늄 설페이트, 알루미늄 칼륨 설페이트, 황산철, 염화철, 알루민산나트륨, 분자량이 10,000,000 이상인 양이온성 폴리아크릴아미드, 또한 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로하는 분리에멀젼.
알루미늄 클로로하이드레이트와 또한 4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 제2성분을 포함하는 적정량의 조성물을 첨가하고, 또한 에멀젼을 분리시키는 것을 특징으로하는 오오일 및 물의 에멀젼의 분리방법.
제7항에 있어서,

상기 첨가단계에서 알루미늄 클로로하이드레이트 대 제2성분의 부피비가 80:20 내지 20:80의 범위에 속하는 것을 특징으로하는 분리방법.
제7항에 있어서,

제2성분은 에피클로로히드린/디메틸아민 공중합체, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 단독 혹은 아연염을 함유한 폴리아민 에스테르, 고리형아민을 함유한 알킬아릴 암모늄염, 알킬아민을 함유한 알킬아민 암모늄염, 수용성 아민염, 알킬아민염, 알킬산을 함유한 알킬아민염, 폴리에테르를 함유한 고리형아민, 비닐공중합체를 함유한 고리형아민, 폴리알카놀아민, 단독 혹은 메탈염을 함유한 폴리아민아크릴레이트, 4차폴리아미노아크릴레이트, 폴리알루미늄 히드록시드, 황산알루미늄, 알루미늄 암모늄 설페이트, 알루미늄 칼륨 설페이트, 황산철, 염화철, 알루민산나트륨, 분자량이 10,000,000 이상인 양이온성 폴리아크릴아미드, 또한 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로하는 분리방법.
알루미늄 클로로하이드레이트와 또한 4차아민, 무기작용제, 폴리아민, 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 제2성분을 포함하는 적정량의 조성물을 진흙세척수에 첨가하고, 상기 진흙세척수를 탈염기 바닥으로 주입하고, 또한 그 결과로나온 에멀젼을 분리시키는 것을 특징으로하는 오일 및 물의 진흙세척수에멀젼의 분리방법.
제10항에 있어서,

상기 첨가단계에서 알루미늄 클로로하이드레이트 대 제2성분의 부피비가 80:20 내지 20:80의 범위에 속하는 것을 특징으로하는 분리방법.
제10항에 있어서,

상기 첨가단계에서 진흙세척수를 기초한 에멀젼분리용 조성물의 비율이 200 내지 1,000ppm의 범위에 속하는 것을 특징으로하는 분리방법.
제10항에 있어서,

제2성분은 에피클로로히드린/디메틸아민 공중합체, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 단독 혹은 아연염을 함유한 폴리아민 에스테르, 고리형아민을 함유한 알킬아릴 암모늄염, 알킬아민을 함유한 알킬아민 암모늄염, 수용성 아민염, 알킬아민염, 알킬산을 함유한 알킬아민염, 폴리에테르를 함유한 고리형아민, 비닐공중합체를 함유한 고리형아민, 폴리알카놀아민, 단독 혹은 메탈염을 함유한 폴리아민아크릴레이트, 4차폴리아미노아크릴레이트, 폴리알루미늄 히드록시드, 황산알루미늄, 알루미늄 암모늄 설페이트, 알루미늄 칼륨 설페이트, 황산철, 염화철, 알루민산나트륨, 분자량이 10,000,000 이상인 양이온성 폴리아크릴아미드, 또한 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로하는 분리방법.