탈염이란 유체성분 속에 포함되어 있는 염분 물질을 제거하는 것을 말합니다. 플랜트 산업에서는 담수화 공정과 원유 탈염 공정이 대표적이라 할 수 있습니다. 원유에는 약 50,000~25,000 mg/liter의 염분이 포함되어 있습니다. 염분은 우리가 상식적으로 알고 있듯이 강과 같은 재질의 부식에 가장 큰 영형을 미치는 대표적 부식요소입니다. 따라서 공정에 투입되기 전 단계에서 선행되어야 하는 과제입니다.
염분이 제대로 처리되지 않는다면 후 공정에서 부식등의 문제를 수반하게 됩니다. 이는 결국 경제적인 부분과 연관성이 있다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 예를 들어 탈염이 제대로 되지 않은 상태로 후 공정으로 원유가 유입된다면 부식에 의해 배관 및 원유에 접촉되는 기기에 영향을 미치고 유지 보수 비용이 상승한다는 것을 의미합니다. 현대적인 탈염공정은 세척수와 화학물질을 주입하여 염분을 제거하는 방법을 사용합니다.
이 때 중요한 것은 세척수로 사용되는 유체의 품질과 화학물질 혼합률을 일정하게 균일하게 유지해야 합니다. 여러 가지 변수를 고려해야 하는 어려운 과정이지만 탈염공정의 최적화는 정유 공장의 운영에 있어서 공정 효율을 올리는데 중요한 요소입니다.
Products for the oil and gas industry - 출처 Bing
탈염기의 구성
Process Vessel
Transformer
High-Voltage connection
Baffle
Electrostatic Grids
Distributor
Oil outlet
Water collector
탈염공정의 기능
탈염공정은 유체에 포함된 염분과 물을 제거하는 목적 외 부유물질을 제거하는 역할을 동시에 수행합니다. 앞서 이야기한 것처럼 전체 공정의 Upstream에 위치하고 있습니다. 여기서 원유를 구성하는 기본 물질 외 질소, 산소, 황 외에 소금, 염화물이 포함되어 있습니다. 이 때 소금이나 염화물은 원유에 포화되어 있는 것이 아닌 원유에 포함되어 있는 물에 녹아 있는 상태가 됩니다.
탈염공정 원리
Desalter Diagram - 출처 Bing
탈염공정 Diagram 을 보면 공정 원리는 간단하게 설명할 수 있습니다. 원유를 주입하는 과정에서 세척유와 유화제 (Demulsifier) 를 혼합시켜 Desalter 로 Feed(주입) 합니다.
이 때 물과 오일이 접촉하면서 오염물질(퇴적물)을 제거하게 됩니다. 위의 Diagram 에서는 미 표기되어 있지만, 전단에 열교환기(Pre heater)를 사용해서 원유를 120°C~150°C로 예열합니다.
이는 원유의 점도를 상승시키는데 그 목적이 있습니다. 세척수, 유화제와 혼합된 원유는 탈염기 내부로 유입되고 내부에서 염분과 퇴적물은 수집 후 Process Vessel 의 바닥에 수집(침전)되고 탈염된 원유는 상부에 모이게 됩니다. 이렇게걸러진 퇴적물은 폐수처리 공정으로 보내지고 탈염된 원유는 후 공정으로 보내지게 됩니다.
탈염기가 1 대로 구성되어 있는 경우 Single Stage Desalter 라고 하며 2번에 걸쳐 탈염을 할 때는 Two Stage Desalter 로 구성하여 원유 내부의 염분을 90% 이상 제거할 수가 있습니다.
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