오일 슬러지(OIL SLUDGE)로 부터 유분을 회수하는 방법

제 1 도는 오일 슬러지 처리탱크의 개략적인 평면구성도.

제 2 도는 오일 슬러지 처리탱크의 개략적인 종단면구성도.

제 3 도 내지 5도는 이 발명의 유분회수 처리 단계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

T : 처리탱크 M : 믹서

H : 높이 OS : 오일 슬러지

O' : 초경질원유 1NW : 분리수 공급관

V : 분리수 S : 잡물

OUTO : 원유 배출관 O : 회수된 원유

WD : 워터 드레인

이 발명은 오일 슬러지(OIL SLUDGE)중의 유분을 대부분 회수함으로써 산업 폐기물을 원유 자원화하고, 오일 슬러지의 소각 또는 유실에서 비롯되었던 환경 오염 문제를 일체 해소하게 되어 있는 오일 슬러지로부터 유분을 회수하는 방법에 관한 것이다.

석유의 생산량이 확대되어 감에 따라 원유 퇴적물인 오일 슬러지의 처리 문제가 당면 문제로서 대두 되었다.

오일 슬러지는 탱크에 저장된 원유의 하층부에서 약 3개월에 걸쳐 퇴적되고 있는 것으로 추정되고 있으며(일본 : 지하비축 위원회 보고서), 표1과 같은 원유 성분의 일부인 왁스(WAX), 아스팔테인(ASPALTAIN), 원유의 유동점 및 유온, 저장기간 및 저장환경, API도, 비중, 수분 및 사진(모래, 먼지), 이질 원유의 혼유 정도등과 관련이 있고, 특히 주성분이 파라핀으로서 고온에서 유동성이 양호하나 저온에서 고형화되는 왁스, 주성분이 아스팔트이면서 고온에서 유동성이 양호하나 저온에서 점차 고형화되는 아스팔테인 및 원유 채취시에 포함되어 슬러지의 형성을 촉진시키는 수분의 함량이 오일 슬러지의 생성에 중요한 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

[표 1] 원유의 성분

오일 슬러지는 대체로 원유 채취시 함유되는 모래, 점토 성분의 흙(뻘), 기타 불순물, 원유 저장용기(TANK 또는 TANKER)의 부식물, 원유 성분의 일부인 왁스 및 아스팔테인 그리고 물이 주성분이나, 일반적으로 조성 성분에 구애 받지않고 탱크 바닥에 침강되어 원유의 이송시 펌핑되지 않는(탱크내에 잔류하는) 고형, 반고형 원유 퇴적물을 총칭하며, 특히 우리의 관심을 끄는 점은 표 2에 보인 바와같이 전체 조성량의 90% 전후가 유분으로 구성되어 있는 점이다.

[표 2] 오일 슬러지의 유분함유량(%)

오일 슬러지의 발생량은 육상탱크의 경우 5-10년마다 저장 원유의 1-2%가 오일 슬러지로 수거되고 있으며, 25만톤급 원유 운반선은 2-3년마다 행하는 점검 및 보수시에 2000-5000배럴을, 30000톤급 폐 유조선의 해체에서 500톤 정도가 수거되고 있음이 보고 되고 있다.

표3에 보인 바와같이 원유는 산지에 따라 성분과 특성을 달리하고 있으며, 이 발명에서 주목되는 유질은 휘발성 및 용해성이 극히 강한 초경질원유(API도 50도 이상의 유종)가 경제성 있게 입수 가능하다는 점이 막대한 량의 오일 슬러지에서 유분을 회수할 수 있게 해준다.

[표 3] 원유의 유종에 따른 API도

이러한 오일 슬러지 처리법의 당면한 문제점은 오일 슬러지의 유분을 유리시키기 위하여 가열하는 데에서 발생된다.

즉, 가열에 의한 유분의 용해법에서는 오일 슬러지에 많은 량의 유분을 잔류시킬 뿐아니라, 열에 의해 녹았던 오일 슬러지의 유분이 냉각되면서 전보다 더 단단히 굳는 성질 때문에 경제성이 없는 것으로 판단된다.

그리고 오일 슬러지 또는 주로 폐선박에서 펌핑후 남아있던 퇴적 오일 슬러지를 처리하는 업체들은 먼저 슬롭 오일(슬러지 상부의 국곡면에 고여 있는 오일)만을 펌프로 회수하여 재생유로 활용하거나, 오일 슬러지에 특정 약품을 첨가하여 성상이 비슷한 벙커 C유등의 연료유로 사용하는 것이었으나, 이러한 처리법은 다량의 오일 슬러지를 처리하여 유분을 원유로서 회수할 수 없는 것이며, 현실적으로도 이러한 처리를 행하는 오일 슬러치는 극히 일부에 불과하고 대부분의 오일 슬러지는 노천 폰드(POND)에 방치한채 일정량씩 소각 처리를 행하고 있는 실정이다.

또한, 대부분의 오일 슬러지 페기 업소는 노천 폰드가 만재되어 수용 능력의 한계에 달해 있으며, 폰드내에 방치된 오일 슬러지는 우수에 씻겨 인근의 하천이나 지하수를 오염시키고 있으며, 환경 보존과 관련하여 1개 처리 업체에서 1일 10톤 정도의 오일 슬러지 이상을 소각하지 못하므로 이와 같은 폐기법에 오일 슬러지 처리의 근본적인 대책이 될 수 없으며, 심지어는 오일 슬러지의 적체량이 누적적으로 증가하여 지중에 다량이 유실되는 등 오일 슬러지 처리 문제는 시급한 해결책이 요구되는 시점에 이르게 된 것이다.

이 발명의 목적은 폐기되던 오일 슬러지의 유분을 거의 완벽하게 원유로서 회수하여 오히려 오일 슬러지를 원유 자원화하며, 이로 인하여 생활 환경을 깨끗이 보존할 수 있게 함에 있는 것이다.

이 발명의 또다른 목적은 석유 생산 비용의 일부가 되는 오일 슬러지 처리를 적은 비용으로 확실히 처리할 수 있는 근본적인 대책을 마련함에 있는 것이다.

이 발명의 또다른 목적은 회수된 유분이 응고하지 않게 함으로써 원유로서 폭 넓게 사용할 수 있게 하는데에 있는 것이다.

이 발명에서 인용되는 용어의 정의

·API : 미국 석유협회(AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE)에서 제정한 비중 표시법으로서 다음식과 같이 표시된다.

·초경질원유 : API도가 크면 점도 및 인화점이 낮은 경질원유이고, 낮으면 인화점 및 점도가 큰 중질유이며, 특히 50도 이상이면 초경질원유라 한다.

예로써 시중 판매유의 API도는 표 4와 같다.

[표 4] 시중판매유의 API도

·비중(SPECFIC GRAVITY) : 원유의 중량, 용적산출등 원유의 특성치를 알거 위하여 표시된다.

·믹서(MIXER) : 오일 슬러지 처리 탱크에 부착되어 있으며 스크류의 방향을 60도 각내에서 바꿀수 있어 오일 슬러지처리 탱크내의 오일 슬러지가 초경질원유와 교반되어 용해 되도록 하며 불순물 세척시에도 사용한다.

이 발명에서 제안되는 오일 슬러지로부터 유분을 회수하는 방법은 다음과 같은 단계로서 구성되었다.

기온 15-50℃의 환경하에서 처리 탱크(T)의 믹서(M) 높이(H)까지 오일 슬러지(OS)를 투입한다. 환경온도는 히팅 설비에 의하여 임의로 조작할 수도 있으나 50℃ 이상이면, 휘발성 물질의 휘산을 촉진시켜 냉각시 회수된 유분의 경화 현상이 나타나므로 위에서 언급된 적정 온도의 유지는 철저히 관리된다. 15-50℃의 온도 영역내에서 주어진 환경 온도는 초경질원유의 투입량과 반비례적인 관계가 주어진다.

다시 제 3 도와 같이 탱크(T)내에 API도 50도 이상의 초경질원유(O')를 오일 슬러지(OS)의 20-50%(체적비) 투입한다. 최적치는 27-35℃의 기온하에서 30-35%의 초경질원유를 투입하는 것이며, 이보다 온도가 높으면 초경질원유의 투입량을 줄일 수 있고, 반대로 온도가 낮으면 초정질원유의 투입량을 증대시켜야 된다.

믹서(M)를 가동하여 오일 슬러지(0S)를 용해시킨다. 유분의 용해 시간은 위에서 언급된 환경 온도에 관계되며, 슬러지의 용매 여부는 슬러지 계측추를 이용하여 확인하게 된다.

제 4 도와 같이 오일 슬러지가 완전히 용해된 후에는 제 5 도와 같이 분리수 공급관(INW)을 통하여 탱크내에 물(W)을 투입하고 믹서(M)를 가동하여 용해된 유분과 모래, 사진등의 찌꺼지(S)를 격리시키며, 또한 이들 찌꺼기(S)를 수세시킨다.

이러한 분리수(W)의 수위는 원유배출관(OUTO)의 중심에 이르게 한다. 격리된 모래등의 찌꺼기(S)가 수세된 후 믹서(M)의 가동을 정지하고 방치하여 분리수 중의 부유물을 침강시킨다.

사진, 모래, 기타의 분리된 찌꺼기(S)의 침강이 확인되면 원유 배출관(OUTO)을 열어 회수된 연유(O)를 송출하며, 원유에 포함된 분리수는 원유의 송출라인 중의 유수 분리기에서 제거된다.

회수된 원유가 송출된 후 워터 드레인(WD)을 통하여 분리수를 제거하고 탱크(T) 바닥에 쌓인 모래등의 찌꺼기(S)를 수거하여 폐기(매립)한다.

위에서와 같이 처리하여 원유로 회수된 유분은 초경질원유와 혼합된 원유의 성상을 유지하고 있어 냉각후에도 고형화되지 않고 있으며, 분리 제거된 찌꺼기는 유분이 거의 제거되어 다른 처리없이 매설할 수 있는 양호한 상태가 되었다.

이 발명을 실시함에 있어서, 환경 온도의 변화 및 초경질원유 투입량의 변동이 유분회수 효과에 주는 영향 및 경제성 있는 초경질원유의 혼합비를 측정하기 위하여 아래와 같은 실험을 행하였다.

[실험예 1]

30℃의 기온하에 오일 슬러지 시료와 그 분량의 20%인 API도 55도의 초경질원유를 용기에 투입하고 휘젖기를 행하여 슬러지를 용해한 다음 온도를 낮춰 20℃가 되게 하였더니 펌핑이 불가능한 상태로 슬러지화하있고, 온도를 30℃로 유지하였을때 펌핑 가능한 액상으로 되었다. 용해 상태를 알아보기 위하여 분리수를 투입했을때 모래등 찌꺼기는 대부분 분리되었으나 완전치 못했으며, 슬러지는 용기의 벽면에 부분적으로 묻어 있었다.

[실험예 2]

실험예 1과 같은 조건을 유지하면서 다만, 초경질원유를 슬러지의 30%투입하였다. 용해 상태를 알아보기 위하여 분리수를 주입했을때 비중이 무거운 모래등의 찌꺼기는 전량이 바닥에 가라앉고 유분은 물위에 떠있어 유분과 찌꺼기의 분리는 확실히 이루어졌으며, 용기의 벽면은 슬러지가 묻지 아니하여 깨끗하였고, 분리수도 투입전과 비슷한 맑은 상태임이 확인되었다.

[실험예 3]

초경질원유 30%를 오일 슬러지와 함께 용기내에 투입하고 주변 기온을 20-30℃, 용기의 바닥의 온도 15℃ 유지한채 10일간 방치하였다가 분리수를 주입하였더니, 오일 슬러지의 상층 일부만 초경질원유와 함께 부상하고 저층의 슬러지는 용기의 바닥에 잔류하였다. 다시 이 상태에서 70일을 방지하였으나 육안으로 판별될 수 있는 변화를 보이지 않았다.

[실험예 4]

30℃의 기온하에서 불순물이 많은 원유 운반선의 바닥층에서 채취된 오일 슬러지와 체적비 30%의 초경질원유를 용기내에 투입하고 휘젖기를 행하여 슬러지가 완전히 용해되었을 때 분리수를 투입하고 다시 휘젖기를 행한 다음 24시간 방치한 후 관찰한바, 오일 슬러지의 유분은 완전히 부상해 있고 용기의 바닥에 찌꺼기가 침강되어 있었다.

[실험예 5]

같은 량의 오일 슬러지와 초경질원유를 용기내에 투입하고 15℃의 기온하에서 10일간 방치한 후 분리수를 주입하고 관찰한 바, 오일 슬러지는 표면의 극히 작은 양만 용해되어 부상하였다.

[실험예 6]

포장도로에서 채취한 아스팔트 콘 덩어리를 용기내에 넣고 콘덩어리가 거의 잠길 정도로 초경질원유를 주입한 후 27℃ 기온을 유지시키면서 5일간 방치한 다음 분리수를 넣고 휘젖기를 행한 후 관찰하니 자갈 모래등의 찌꺼기는 용기 바닥에 가라앉고 유분은 전량 부상하였다. 이때 분리수가 혼탁해졌으나 모래, 자갈등이 씻겨 불순물 함량이 높아진 것으로 생각되었다. 이 실험에 의하여 포장도로의 아스팔트 콘에서 유분을 전량회수할 수 있음이 밝혀졌다.

[실험예 7]

30℃의 기온하에서 오일 슬러지와 오일 슬러지 30%에 해당하며 API도 40도인 등유를 혼합하고 휘젖기를 행한후 분리수를 투입했던바 초경질원유 사용시 보다 저조한 효과가 관찰되었다.

[실험예 8]

15℃의 기온하에서 오일 슬러지와 초경질원유를 2 : 1로 투입한 후 휘젖기를 행하고 분리수를 투입했던 바 찌꺼기와 유분의 명백한 분리가 이루어졌다.

[실험예 9]

30℃의 온도하에서 오일 슬러지를 투입한 용기내에 직접 분리수단을 주입했던바 오일 슬러지만 부상하였을뿐 찌꺼기등은 분리되지 않았다.

[실험예 10]

실험예 9에서 실내 기온을 25℃보다 약간 낮게 유지시켰더니, 오일 슬러지는 부상하지 않고 분리수층과의 접촉부에 거품이 발생한 상태를 유지하였으며, 25℃를 유지시켰을때 실험예 3과 같은 상태가 되었다.

[실험예 11]

오일 슬러지에 함유된 유분을 회수한 다음 탱크내에 세정수를 투입한 후 배수하면서 수질을 조사한바 유분의 함량이 극히 적은 것이 관찰되었다.

이상의 실험예에서 API도가 높은 등유 보다는 API도 50도 이상의 초경질원유가 슬러지의 용해 또는 유분의 회수에 적합한 용매임이 확인되었으며, 적정한 용해 온도의 유지와 초경질원유의 투입량은 상관 관계가 있음도 밝혀졌다.

위와 같이 이 발명은 API도가 높은 초경질원유를 오일 슬러지와 함께 분리 탱크내에 투입하고 휘젖기를 행한 다음 분리수를 주입하고 휘젖기를 행함으로써, 오일 슬러지에서 유분의 거의 전량을 원유로 회수하여 오일 슬러지 처리의 근본적인 대책을 마련함은 물론, 오일 슬러지를 원유 자원화 할 수 있게 되었으며, 분리수거된 모래, 흙등의 찌꺼기는 다른 처리 없이 매설하는 등 그대로 폐기할 수 있게 되어 공해 또는 수질오염등 오일 슬러지 폐기에 따른 환경 오염을 근본적으로 해소하게 되었으며, 오일 슬러지의 용매로서 초경질원유를 사용함에 의하여 회수된 유분이 상온에서 응고되지 아니하여 관련시설의 고장발생을 방지하게 되었으며, 용제로 사용된 초경질원유는 오일 슬러지보다 적은량을 사용하게 됨은 물론 회수된 유분과 함께 원유로서 � ��용할 수 있게 됨으로써 석유 생산비의 일부를 구성하는 오일 슬러지 처리 비용을 절감할 수 있는 오일 슬러지 처리법을 제안하게 된 것이다.