KR100375269B1

KR100375269B1 - 부식성액체유합기

Info

Publication number: KR100375269B1
Application number: KR1019950004711A
Authority: KR
Inventors: 케네쓰엠.윌리암슨; 스코트에이.휘트니; 알란알.로쉬
Original assignee: 폴 코포레이션
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 2003-04-21
Also published as: CA2126472C; JP3490174B2; FR2717100A1; ITTO950171A0; AU1364795A; GB2287201A; JPH08903A; GB9504507D0; DE19508241A1; AU698244B2; FR2717100B1; US5480547A; CA2126472A1; ITTO950171A1; GB2287201B; IT1278979B1; KR950031157A

Abstract

물에 섞이지 않는 액체 유기상을 갖는 혼합물로부터 실질적으로 섞이지 않는 부식성 수용액을 제거하는 방법에 있어서, (a) 상기 부식성 수용액에 대해 실질적으로 화학적 불활성인 패킹 재료를 가지며 상기 가소성 수용액과 상기 물에 섞이지 않는 액체 유기상의 표면장력 값의 중간인 임계 습윤 표면장력을 갖는 적어도 하나의 유합 요소를 포함하는 적어도 하나의 유합 조립체에, 부식성 수용액과 물에 섞이지 않는 액체유기상의 혼합물을 유입하여, 상기 물에 섞이지 않는 액체 유기상에 있는 유합된 부식성 수용액 방울의 혼합물을 형성하는 단계 및 (b) 상기 물에 섞이지 않는 액체 유기상으로부터 상기 유합된 부식성 수용액을 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. 제2 액체로부터 제2의 연속상을 형성하는 유기 액체에 대해 전체적으로 또는 부분적으로 섞이지 않고 불연속상을 형성하는 부식성 수용액인 제1 액체를 분리할 수 있는 액체 정제 시스템에 있어서, 하우징; 상기 하우징에 있는 유체입구; 상기 하우징에 있는 제1 액체 출구; 상기 하우징에 있는 제2 액체출구; 상기 제1 액체를 유합하기 위한 적어도 하나의 유합 조립체 및 상기 하우징에 있는 액체 분리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템. 제2 액체로부터, 플루오르화탄소 폴리머 섬유, 엔드캡, 코아 및 케이지를 함유하는 다공성 섬유 구조를 포함하는 상기 제2의 연속상-형성 유기 액체에 대해 전체적으로 또는 부분적으로 섞이지 않고 불연속상을 형성하는 부식성 수용액인 제1 액체를 유합시키는 것을 특징으로 하는 유합 요소.

Description

부식성 액체 유합기

본 발명은 적어도 하나의 상(相)이 부식성 물질을 포함하는 유기상 및 수용액상을 분리하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유-기재 분액과 같은 유기상으로부터 부식성 수용액, 가장 전형적으로는 가성 수용액 (aqueous caustic solution)을 분리하는 방법, 이에 사용되는 장치 및 액체 정제 시스템에 관한 것이다.

가정용 장치 뿐만 아니라 많은 산업상의 공정 및 장치는 다른 상으로부터 액체상의 분리를 수반한다. 어떤 경우에는 특히 물이 소량으로 존재하는 경우에 화학적 수단을 이용하여 다른 성분으로부터 물을 제거할 수 있다. 그러나, 이러한 수분제거 수단은 그 방법에 사용되는 시약의 대체 및/또는 재생을 필요로 한다. 사용되는 시약 및 형성된 생성물은 보통 취급 및 처분이 복잡하다. 비용발생이 수반되고, 어떤 경우에는 이러한 공정과 관련한 화학 약품으로 인해 번거로우며 화학 약품에의 노출로 인해 상당한 악영향이 있기 때문에, 다른 상으로부터 소량의 액체상을 제거하는데 있어 화학적 수단보다 물리적방법 및 장치가 유리하다.

다른 상에 섞이지 않고 부유되어 있는 액체를 유합(癒合)하는 방법 및 종종 "유합기(coalescer)"라고 불리는 유합 장치가 에어로졸과 같은 기체상 및 다른 액체중의 한 액체의 현탁액으로부터 액체를 제기하는데 널리 이용되었다. 이러한 장치는 제거되는 액체의 부피가 잔류하는 상의 부피에 비해 작을 경우 특히 유효하다. 통상적으로, 가스로부터 액체에어로졸을 제거하는데 필요한 장치는, 제1 액체상이 제2 액체상에 섞이지 않고 부유되어 있는 두 액체상을 분리하는데 사용되는 장치보다 덜 복잡한 경향이 있다. 이는 일반적으로 가스/액체 현탁액에서는 액체/액체 현탁액에 비해 표면 에너지, 표면장력 또는 계면장력 효과는 덜 중요하고 중력 효과가 더 중요해지고 있기 때문이다.

"연속상" 또는 "현탁시키는 상(suspending phase)"으로서 알려져있는 제2 액체상으로부터 "불연속상" 또는 "현탁된 상(suspened phase)"으로서 알려져 있는, 미량의 제1 액체상을 제거하기 위하여 유합기가 사용되는 적용 분야는 상당히 넓다. 예를 들면, 유합기는 등유와 같은 디젤 및 항공 연료, 가솔린을 포함하는 석유 기재연료로부터 소량의 수분을 제거하거나 분리하고; 세척액으로부터 수분을 제거하고, 냉각제 및 부품 클리너로부터 기름을 분리하고; 자연수에 포함되어 있는 기름 오염물을 제거하고, 추출공정에서 사용되는 섞이지않는 용제 시스템을 분리하는 등의 용도에 종종 사용되었다.

연속상으로부터 불연속상 방울의 유합 및 섞이지 않는 상을 분리하는 것의 용이성 또는 어려움을 설명하기 위한 여러가지 메카니즘 및 모델들이 제안되어 있다. 유합 공정에 영향을 미치는 요소들은 밀도, 점도, 표면장력, 전단속도 및 계면장력과 같은 상의 물리적 성질을 포함한다. 또한, 방울 크기, 계면의 곡률, 온도, 농도구배 및 진동과 같은 시스템의 성질도 유합에 중대한 영향을 미친다. 이러한 요소들중의 모두가 특정 상황에서 중요할지라도, 밀도, 방울 크기 및 계면장력과 같은 성질이 가장 중요한 요소들이고, 그 외의 요소들은 섞이지 않는 두 종류의 액체를 분리하는데 어려움이 있는 경우에 최소한으로 제어할 수 있다. 따라서, 다른 모든 요소들이 같고 두 액체의 밀도만이 조금 다르다면, 분리하기가 더욱 어려워진다. 이것은 또한 액체의 계면장력에서도 마찬가지이다. 방울이 10㎛(제1 에멀견)보다 클 경우, 불연속상을 유합후 중력에 의해 침전시킴으로써 이질층을 형성하는 것이 유합 및 분리에 매우 용이하다. 방울의 직경이 10㎛, 특히 1㎛보다 작을 경우, 불연속상의 유합을 더욱 어렵게 하는 제2 에멀션 또는 제2 헤이즈(haze)가 생기는 것이다. 상기 제2 헤이즈는 격렬하게 교반하거나 표면 활성제를 첨가하여 에멀션을 형성시키는 경우에 종종 나타난다. 상기 제2 헤이즈를 형성하기 위한 유화작용이 기계적 수단에 의해서만 이루어질 경우, 유합은 종래의 유합 방법 및 장치에 의해 훨씬 쉽게 이루어질 수 있다. 제2 헤이즈가 액체의 계면장력에 영향을 미치는 표면활성 물질에 의해 생길 경우, 분리는 더욱 어려워진다.

이용되는 유합기의 유형은 상술한 요소들에 의해 영향받기 때문에, 분리 또는 유합의 어려움에 따라 달라진다. 즉, 상황에 따라 유합 장치는 유합용 재료로서 배플(baffle)를 사용하는 것과 같이 매우 간단한 기구에서부터 다른 유형의 패킹(packing)을 포함하는 더욱 복잡한 장치까지 다양하다. 보통 분리될 유체의 종류에 의해 사용되는 패킹이 결정된다. 즉, 패킹 재료의 형태 및 그 조성은 유합 및 분리의 효율에 영향을 미친다. 예를 들면, 기름과 물을 분리하기 위하여 종래에 사용되는 유합 장치는 관(tube), 플레이트(plate), 디스크(disk), 스피어(spear), 막대(rod), 섬유 또는 기름을 걸러내기 위해 디자인된 그 밖의 내부 구조를 포함한다. 종래에는, 유리가 가장 널리 사용되는 패킹 재료였고, 어떤 경우에는 상기 기술된 패킹의 유형 뿐만 아니라 유합기에서 멤브레인이 사용되었는데, 바람직한 형태의 패킹은 섬유였다. 현재에는 유리섬유가 유합기에 가장 널리 적용되고 있는 것으로 보인다.

비록 다른 유형의 장치, 방법 및 재료의 개발에 의해 액체-액체 분리, 특히 수용성-유기 액체의 분리 기술을 발전되기는 했지만, 몇가지 문제는 해결하기가 더욱 어렵다는 것이 밝혀졌고 이와 관련된 기술 개발이 부족했다. 이러한 문제는 석유-기재 물질과 물 또는 수용액과 관련된 분리 문제에 대해 특히 그러하다. 석유 산업에서 문제의 주요 원천은 공정 영역 또는 그 후속 영역에서 디젤 연료, 등유 및 가솔린과 같은 석유 기재 연료로부터 물 또는 수용액을 분리하는데 있다. 연료, 예를 들어 가솔린 (연속상)에 부유되어 있는 물 또는 수용액(불연속상으로서 미량 존재함)을 분리하기 어려운 한가지 이유는, 원하지 않는 성분을 제거하기 위하여공정중에 부가되는 시약 또는 사용되는 연료 연소 장치의 청결을 유지하기 위하여 공정의 말단에 부가되는 청정제나 표면활성제가 수용액과 유기상의 계면장력을 감소시키기 때문이다. 이는 불연속 수용액상을 유기상에 더욱 분산시키므로 액체상을 분리하기 위해 사용되는 대부분의 방법에 의해서는 분리하기 더욱 어렵다. 이러한 어려움에는 물에 용해되는 성분이 계면장력을 감소시킨다는 점에 공통점이 있다. 또한 다소 차이는 있지만, 각각의 경우에 분리를 위해 널리 사용되는 기술이 부분적으로만 성공하고 있다.

지금까지 공정중에 첨가된 부식성 물질을 제거해야 하는 상기 문제는 종래의 기술 및 그에 부수적인 단점과 관련이 있다. 더욱 상세하게는, 상기 문제는 석유 분액으로부터 산성 또는 가성 수용액을 포함하는 물질과 같은 부식성 물질의 분리 및 제거에 관한 것이다. 즉, 석유의 처리공정에서 연료에 바람직하지 않은 황-함유 화합물과 같은 특정 화합물의 제거시에 강산 및/또는 알칼리-함유 수용액으로 처리될 수 있다. 이런 경우에, 석유 분액을 강산 수용액으로 일차 세정한 다음, 과량의 알칼리로 중화시킬 수 있다. 다른 경우에는, 산 수용액 단독으로 석유-기재 물질을 처리할 수 있다. 효율과 장비적인 관점에서 산성 및 가성 수용액상을 모두 제거하는 것은 다소 어려우며, 특히 사용되는 장비에 대한 부식 효과에 관한 측면에서 가성 수용액상을 제거하는 것이 가장 어렵다. 수용액상 및 유기상의 그 밖의 분리에 일반적으로 이용되는 유합 및 분리 장치는 관련된 물질의 성질 때문에 사용되지 않았다. 즉 액체상의 계면장력은 매우 비슷하다. 최근까지, 종래 유형의 유합기를 사용하면 약 3dyne/cm 미만의 계면장력에서는 분리할 수 없었다. 또한 몇몇 산 및 대부분의 가성 용액의 부식성질은 많은 금속을 포함하여 공정 장치를 제조하는데 사용될 수 있는 많은 재료를 사용할 수 없게 했다.

부식성 물질, 특히 가성 물질에 내성이 있는 효과적인 유합기가 아직은 없기 때문에, 탄화수소 연료로부터 가성 성분을 제거하기 위하여 석유산업에서 이용될 수 있는 가장 효과적인 기술은 지금까지 수십년동안 또한 앞으로도 샌드 베드 필터(sand bed filter)이다. 필터로서 불리고 적어도 부분적으로 필터로서 작동하지만, 이러한 장치는 대충 유합기로서 기능하다고 분류될 수도 있다. 그러나, 상기 필터는 현재 대부분의 다른 적용분야에 사용되는 유합기와는 대부분의 관점에서 다르다. 이러한 것들은 약 5000 내지 7000ft³의 부피를 갖는 대형 필터이다. 이러한 필터는 너무 클 뿐만 아니라, 제작 및 유지 비용이 많이 든다. 샌드를 청결히 하는 것은 일반적으로 비실용적이기 때문에 통상은 샌드 및 필터의 몇몇 다른 성분을 제거하여 폐기한다. 상기 성분들중에는 가성 환경에의 장기간 노출에 견딜 수 없는 성분이 많기 때문에, 샌드 베드 필터 시스템이 막대한 비용으로 때때로 완전히 교체되어야 한다.

상기 문제를 고려하여, 각 상의 계면 장력차가 매우 작은 수용액과 유기상을 분리할 수 있는 방법 및 장치에 대해 연구가 이루어져 왔다. 또한 실질적으로 수불용성상으로부터 부식성 수용액상, 특히 가성-함유 수용액상을 분리하기 위하여, 석유산업에서 현재 사용되는 기술과 비교하여 작아진 부피, 같거나 더 큰 효율, 같거나 더 낮은 초기자본투자와 노력, 및 교체와 관련된 유지비용을 필요로 하는 장치를 사용할 수 있는 방법 및 장치에 대해 연구가 이루어져 왔다.

석유산업의 공정단계에서 사용되는 수용액의 분리는 종종 고온에서 수행되거나 고온의 석유 분액을 수반하기 때문에, 상기 방법 및 장치는 고온에서 효과적으로 수행될 수 있어야 한다.

본 발명은 물과 섞이지 않는 유기상으로부터 수용액상을 분리하는 종래 방법의 많은 단점을 극복한 유합 장치에 관한 것이다. 여기에서 사용되는 "물과 섞이지 않는 유기상(water-immiscible organic phase, WIOP)"은, 대부분의 화학자들에 의해, 순수에 배합될 때 물과 섞이지 않거나 또는 실질적으로 물에 녹지 않는 것으로 간주되는 유기상을 일컫는다. 청정제와 같은 표면활성제가 존재하면 두 상의 계면장력이 낮아지고 WIOP에의 분산 또는 용해도가 증가한다. 여기에서 사용되는 "가성"이라는 말은 강알칼리 물질, 특히 석유산업에서 전형적으로 사용되는 물질을 일컫는다. 본 명세서에서 WIOP가 일반적으로 순수에 섞이지 않는 것으로 간주되는 유기상을 의미한다 할지라도, 그것은 석유-기재 액체의 분리와 관련한 바람직한 실시예에 관한 것이다.

본 발명은 WIOP로부터 수용액상, 바람직하게는 부식성 물질을 함유하는 수용액상을 분리하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다. 바람직한 실시예는 정제가 적어도 하나의 석유 분액을 포함하는 WIOP에 관한 것이고 수용액상이 적어도 하나의 가소성 물질을 포함하는 방법과 장치에 관한 것이다. WIOP 또는 수용액상중의 어느 하나가 불연속상일 수 있다. 그러나 보통 바람직한 것은 수용액상이 소량 존재하는 불연속상인 경우이다.

부피 측면에서 본 발명의 장치는 석유 분액, 통상 디젤 분액으로부터 가성-함유 수용액상을 분리하기 위하여 널리 사용되는 종래의 샌드 베드 여과 시스템보다 더욱 컴팩트하다. 예를 들면, 액체를 1300gal/분(4920ℓ/분)의 속도로 처리하기 위하여 석유산업에서 이용되는 통상의 샌드 베드 필터 시스템은 5,000 내지 7,000ft³(약 142 내지 198m³)의 부피를 차지한다. 반면, 같은 목적을 위해 사용되고 같은 시간에 같은 부피의 액체를 처리할 수 있는, 유합 장치의 하우징(housing)이 차지하는 부피는 부품 80 내지 140ft³이다. 이 장치의 크기는 같은 부피의 액체를 처리하기 위하여 사용되는 샌드 베드 필터 용기(vessel)의 부피보다 작다.

본 발명의 방법 및 장치는 종래의 방법, 특히 샌드 베드 필터보다 많은 양의 수용액을 제거할 수 있으므로 수용액상 농도가 보다 낮은 석유 분액을 생산할 수 있다. 주위 온도 또는 그 근처에서 더욱 효과적으로 수행될 수 있으면서도, 본 발명의 방법 및 장치는 석유 분액이 생산되는 석유-분류 시스템의 여러 출구 위치에서 접하게 되는 고온에서도 상기 장치의 성분에 대한 실질적인 성능저하 없이 작동될 수 있다.

전술한 결과를 얻을 수 있는 본 발명의 액체 정제 시스템은 액체 입구 및 제1과 제2 액체 출구를 갖는 하우징을 포함한다. 상기 하우징에는 또한 유합된 액체의 분리 영역도 구비되어 있다. 적어도 하나의 유합 요소(coalescing element)("유합 카트리지(coalescing cartridge)", "유합 유닛(coalescing unit)", "유합기(coalescer)" 등으로도 불림)가 하우징 내부에서 액체 입구와 액체 출구중의 하나 사이의 중간에 위치한다. 바람직하기로는, 상기 유합 요소는 액체의 분리를 위해 하우징에 구비되어 있는 영역의 외부에 위치하며, 상기 영역은 중력에 의해 분리할 수 있는 부분에 구비되는 것이 바람직하다. 사용되는 유합 요소중에서 적어도 하나는 불연속상을 유함하기 위한 패킹 재료를 포함한다. 바람직한 패킹 재료는 다공성, 바람직하기로는 섬유상 웨브(web)이다. 또한 할로폴리머(halopolymer), 더욱 바람직하게는 플루오로폴리머로부터 형성되는 것이다.

본 발명의 다른 태양은 석유 분액과 같은 WIOP로부터 물 또는 수용액, 특히 부식성 수용액과 같은 불연속상 액체를 분리하는 방법에 관한 것이다. 비록 이것이 가장 널리 적용되는 것으로 기대되는 액체 정제의 유형을 대표한다 할지라도, 본 발명을 이에 한정시키려는 것은 아니며 석유 분액과 같은 불연속 유기상 및 연속 수용액상이 있는, 실질적으로 섞이지 않는 그 밖의 액체를 분리하는 데에도 본 발명의 장치 및 방법이 이용될 수 있다. 본 발명의 방법은 할로폴리머를 포함하는 적어도 하나의 유합 요소에 불연속상과 연속상의 혼합물을 유입시킨 다음, 가장 통상적인 방법인 중력 분리에 의해 액체상을 분리하는 것이다. 어떤 조건하에서는 분리판을 사용할 수 있다. 다소 큰 밀도를 갖는 액체는 하우징 액체 출구의 하나로부터 빠져나오는 반면, 다소 작은 밀도를 갖는 액체는 하우징의 다른 액체 출구로부터 빠져나온다.

본 발명을 기술함에 있어서, "유합기(coalescer)", "유합 요소(coalescing element)", "유합 유닛(coalescing unit)" 등과 같은 용어는 섞이지 않는 액체 혼합물의 불연속상 또는 다분할된 상을 유합하여 방울을 형성하는 장치(device) 또는 물건(article)을 의미하는 것으로 사용되었다. 사용되는 용어와 관계없이, 이러한 장치를 사용하는 유합단계는 항상 같은 방법으로 이루어진다. 유합기(coalescer)라는 용어가 일반적으로 이러한 장치를 의미하고 유합 요소(coalescing element)라는 용어가 복수개의 유합 유닛(coalescing unit)을 포함하는 시스템의 일부분으로서의 유닛(unit) 또는 카트리지를 의미한다고 해도, 본 발명에서는 유합기 시스템에서 하나의 유합기 유닛에서부터 이러한 유닛 복수개를 포함하는 것을 의미한다. 또한, 이러한 유합 유닛은 고정되어 시스템의 중대한 손상이 없이는 제거될 수 없게 할 수 있거나 또는 바람직하기로는 쉽게 제거되어 교체될 수 있는 요소를 포함한다.

본 발명에서는 낮은 계면장력을 갖는 혼합물에 대해서 또는 큰 부피의 액체를 처리하기 위하여 다수의 유합 요소가 이용될 수 있는 반면에, 가장 간단한 형태로서는 단일의 유합 요소 또는 유합기를 포함할 수 있다. 또한, 가장 간단한 형태에 있어서, 패킹의 기능 부분 또는 유합기의 액체 유합 부분으로서 작용하는 매질은 다공성 시트(sheet) 또는 웨브(web) 형태로 제공될 수 있다. 다공성 시트는 편평하거나 평면 형태 또는 다른 구조의 단일 시트 또는 다수의 다공성 시트로서 배열될 수 있다. 즉, 편평한 유합 요소는 하우징 입구와 하우징 출구의 중간에 배열될 수 있다. 편평한 웨브 또는 시트가 하나 이상 사용될 때, 상기 웨브 또는 시트는 상호 일정한 간격으로 배열되거나 또는 상호 접촉하여 하우징 입구와 하우징 출구의 중간에 배열될 수 있다.

시트는 또한 각 시트의 봉우리(peak)와 골(trough)이 서로에 대해 평행한 평면으로 놓여있는 주름진(pleated) 형태 또는 물격모양의(corrugated) 형태로 배열될 수 있다. 유합기 요소의 바람직한 구조는 패킹이 제1도와 2도에 도시된 바와 같은 실린더모양의 구조로 배열되어 있는 카트리지를 포함한다. 이러한 구조를 갖는 시트는 주름지거나 주름지지 않을 수 있다. 패킹 재료에 보다 큰 표면적을 제공할 수 있는 물결모양의 형태가 바람직하다. 복수개의 시트가 실린더모양의 요소에 사용되는 경우에, 시트는 겹쳐지거나 또는 직렬 배향으로 배열되어 유체흐름 통로의 상류부문(upstream)으로부터 하류부문(dowmstream)까지 상호 접촉하여 방사상으로 뻗어 있는 것이 바람직하다. 하나 또는 다수의 편평한 시트나 매트(mat), 하나 또는 다수의 실린더모양의 시트 또는 매트, 하나 또는 다수의 실린더모양의 주름진 시트 또는 매트(바람직한 구현체) 뿐만 아니라, 단일의 나선상으로(helically) 감긴 시트나 매트 또는 단일의 나선형으로(spirally) 감긴 시트나 매트로서 요소의 패킹 또는 유합 부분이 배열될 수 있다. 따라서, 단일의 시트만을 사용할지라도, 다층의 단면이 생성될 수 있다. 비록 멤브레인이 유합 요소의 패킹으로서 사용되는 경우가 있다 할지라도, 멤브레인을 사용하면 패킹을 관통하면서 큰 압력 저하(ΔP)가 일어난다는 점과 비용이 크다는 점 때문에, 섬유상 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하기로는, 섬유상 재료중에서 부직포(non-woven web)를 사용한다. 통상적으로 섬유는 열가소성 재료로부터 형성되며, 상기 웨브는 용융 블로우된 부직포(non-woven melt blown web)이다.

유합 요소의 패킹 재료 또는 유합 기능 부분에 적절한 재료는 유합시키려는 액체 또는 액체상의 표면장력 중간의 "인계습윤 표면장력"(CWST)(이후 상세히 설명)을 갖는 것이다.

각각 전단계에 비해 약 3dynes/cm 높은 표면장력을 갖는 일련의 액체가 준비될 수 있다. 그런 다음, 각각의 방울을 다공성 표면에 놓고 관찰하여 빠르게 흡수되는지 또는 표면상에 남아 있는지를 측정하였다. 예를 들면, 0.2㎛의 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터 시트에 이 기술을 적용하면, 26dynes/cm의 표면장력을 갖는 액체에 대해 즉시 젖었다. 그러나, 29dynes/cm의 표면장력을 갖는 액체를 가할 때에는 상기 구조는 젖지 않는다.

다른 합성 수지를 사용하여 만들어진 다공성 매질에서도 비슷한 성질, 즉 웨팅(wetting)-비웨팅(non-wetting) 값이 주로 다공성 매질의 재료의 표면특성에 의존하며 부차적으로 다공성 매질의 기공크기 특성에 의존하는 것이 관찰되었다. 예를 들면, 약 20㎛ 미만의 기공 지름을 갖는 섬유상 폴리에스테르, 특히 폴리부틸렌 테레프탈레이트(이하 PBT라함) 시트는 50dynes/cm의 표면장력을 갖는 액체에 젖지만, 54dynes/cm의 표면장력을 갖는 액체에는 젖지 않는다.

다공성 매질의 이러한 성질을 나타내는 "임계습윤 표면장력"이라는 용어는 후술하는 바와 같이 정의된다. 다공성 매질의 CWST는 2 내지 4dynes/cm씩 차이가 나는 표면장력을 갖는 일련의 액체를, 바람직하게는 한방울씩 상기 매질의 표면에 가하고 각 액체의 흡수 또는 비흡수를 관찰함으로써 결정될 수 있다. 다공성 매질의 CWST(단위 dynes/cm)는 흡수된 액체의 표면장력과 흡수되지 않은 인접 액체의 표면장력의 평균값으로서 정해진다. 따라서, 전술한 문단의 실시예에서의 CWST값은 각각 27.5와 52dynes/cm이다.

CWST를 측정할 때, 순차적으로 약 2 내지 약 4dynes/cm씩 다른 표면장력을 갖는 일련의 측정용 표준 액체가 준비된다. 적어도 두개의 순차적인 표면장력 표준 액체의 각각 10방울씩을 다공성 매질의 표본부분에 독립적으로 놓고 10분 동안 유지한 다음 관찰한다. 웨팅은 10분 내에 10방울중 9방울 이상이 다공성 매질로 흡수되거나 또는 다공성 매질을 확실하게 적시는 것으로서 정의된다. 비웨팅은 10분 동안 10방울중 9방울 이상이 흡수되지 않거나 적시지 않는 것으로 정의된다. 시험은 연속적으로 더 높거나 더 낮은 표면장력의 액체를 사용하면서 표면장력과 가장 밀접하게 관련된 한 쌍의 웨팅 및 비웨팅 점이 정해질 때까지 계속된다. 그런 다음, CWST는 상기 범위 내로 정해지며, 편의상 두 표면장력의 평균값을 사용하여 단일 수자로서 CWST를 정한다.

다양한 표면장력을 갖는 적절한 용액들이 여러가지 방법으로 준비될 수 있는데, 여기에서 기재된 생성물의 개발에 사용된 용액은 다음과 같다:

본 발명의 패킹 재료로서 적당한 것은 할로카본(halocarbon)으로부터 형성된 폴리머, 즉 폴리올레핀 (또는 탄화수소 폴리머)의 적어도 몇몇 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 폴리머이다. 일반적으로는, 이러한 할로폴리머는 할로겐-함유 알킬렌을 중합함으로써 형성되거나 또는 할로겐-함유 알킬렌을 다른 에틸렌기를 갖는 불포화탄화수소 또는 할로겐-함유 알킬렌과 공중합시킴으로써 형성된다. 플루오로카본 폴리머 또는 하나 이상의 할로겐을 포함하며, 상기 할로겐중 적어도 하나는 불소인 플루오로폴리머 수지가 바람직하다. 바람직하기로는, 혼합된 플루오로폴리머 수지, 즉 불소 및 적어도 하나의 다른 할로겐, 특히 염소를 포함하는 플루오로카본 수지 폴리머이다. 이러한 플루오로폴리머는 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 코폴리머(ECTFE), 플루오르화 에틸렌 프로필렌 (FEP), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 플루오르화에틸렌 퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 코폴리머 수지나 퍼플루오로알콕시폴리머 [CF₂-CF-(0(CF₂)₂CF₃)-CF₂-CF₂-]를 포함하는 테프론 폴리머를 포함한다. 폴 코포레이션 (Pall Corporation, Glen Cove, New York, U.S.A.)에서 시판하는 엠플론(EMFLON)이라는 상품명의 멤브레인과 같은 PTFE 재료가 바람직하다. 또 다른 바람직한 PFTE 재료는 FEP 수지 및 PTFE 섬유, 특히 FEP와 같은 플루오로카본 결합제상의 PTFE 섬유로부터 형성된다 (미국 특허 제4,716,074호 (Hurley)에 개시되어 있음). 더욱 바람직하기로는 ECTFE이다. 이 재료는 오시몬트 유에스에이사(Ausimont USA, Inc. Morristown, New Jersey)로부터 할라(Halar)라는 상품명으로 구입할 수 있다.

상기 제안된 바와 같이 유합기의 패킹이 많은 형태를 취할 수 있다 할지라도, 멤브레인(대체로 PTFE 사용시) 및 섬유상 웨브가 바람직하며, 특히 재료에 관계없이 섬유상 웨브가 더욱 바람직하다. 패킹 재료의 웨브 또는 시트는 직물이나 부직물 모두 가능한데, 부직물이 바람직하다. 섬유는 기계적으로 상호 뒤얽히거나 결합시킬 수 있다. 기계적으로 뒤얽히게 하는 것이 바람직하며, 특히 ECTFE의 부직포가 패킹으로서 이용될 때 바람직하다.

섬유 직경 및 포착 효율(capture efficiency)과 같은 매개변수는 수행되는 분리의 유형에 따라 선택된다. 30dynes/cm이하의 계면장력을 갖는 액체를 분리하기 위하여, 사용되는 패킹 매질은 약 20㎛ 이하의 고체 포착 효율을 가져야 한다. 따라서, 대부분의 경우에 고체 포착효율은 약 20㎛를 초과해서는 안된다. 고체 포착 효율은 매질의 기공 크기에 의해 주로 결정되는데, 매질의 기공 크기는 주로 섬유 직경에 의해 결정된다. 따라서, 섬유상 매질의 평균 기공 크기는 사용되는 섬유의 직경보다 작지 않다. 본 발명이 가장 널리 적용될 것으로 기대되는 분리의 유형에 대해서, 섬유의 직경은 약 10㎛ 미만이며, 바람직하게는 약 7㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 5㎛ 미만이다.

본 발명의 바람직한 구체적 실시예는 ECTFE 부직물, 섬유, 플루오로폴리머 웨브와 같은 바람직한 패킹 재료가 물결모양이고, 실린더모양의 구조로 된 유합 요소에 공축을 갖도록 배열되어 있는 적어도 하나의 유합 요소를 이용한다. 플루오로폴리머 패킹, 특히 ECTFE의 단일 시트가 이용될 수 있지만, 웨브 시트 또는 층의 수는 층의 두께, 평균 ΔP, 평균 기공 직경, 재료의 기재 중량, 재료의버블포인트(bubble point), 섬유 직경, 불연속상 농도(제거될 불연속상의 양) 및 유합기를 통과하는 액체의 부피와 속도를 포함하는 여러가지 요소에 따라 다르다. 사용되는 웨브의 시트나 층의 수 또는 단일 시트나 웨브의 두께보다 대체로 더욱 중요한 것은 "총 매질 복합체 두께(total medium composite thickness)"로서 알려진 베드의 총 깊이이다. 부식성 수용액을 제거하고 계면장력이 낮은 분야에의 적용시, 특히 석유 기재물질과 같은 WIOP로부터 가성-함유 수용액을 분리할 때, 총 매질 복합체 두께는 약 0.05 내지 약 0.2인치(약 0.127cm 내지 약 0.508cm)가 적절하며, 바람직하기로는 약 0.1인치(약 0.254cm)이다. 약 1 내지 약 20층의 플루오로폴리머 패킹은 방사상으로 및 공축을 갖도록 유합 요소에 배열될 수 있다. 바람직하기로는, 각 요소는 1 내지 약 14층의 패킹 재료를 포함한다. 가장 바람직하기로는, 물결모양 및 실린더모양의 구조를 갖는 유합 요소는 각각이 약 0.014인치의 두께를 갖고 약 20㎛의 포착 효율을 갖는 ECTFE를 약 7층(총 0.1인치 정도) 포함한다.

바람직하기로는, 기계적으로 서로 뒤얽힌 ECTFE 플루오로폴리머웨브인 부직물은 약 3oz/yd²(약 112g/m²)의 단일 층 매질 무게를 갖는다. 이 재료 7층의 총 매질 무게는 약 2loz/yd²(약 781g/m²)이다. ECTFE 섬유의 직경은 약 1 내지 약 10㎛가 적절하며, 바람직하게는 약 1 내지 약 7㎛, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 5㎛이다.

엔드 캡(end cap), 코아(core), 케이지(cage) 및 실(seal)과 같은 유합 카트리지 부분을 형성하는데 적절한 재료는 에폭시 접착제, 카본 스틸 또는 스테인레스스틸, 테프론 및 다른 플루오로폴리머를 포함하는데, 가장 바람직하게는 스테인레스 스틸이다. 유합 요소가 들어있는 하우징은 카본 스틸, 스테인레스 스틸과 같은 재료로 형성될 수 있는데, 가장 바람직하게는 카본 스틸이다.

본 발명의 액체 정제 시스템은 주위온도 또는 그 근처에서 가장 효율적이지만, 고온에서도 상당히 효율적이다. 따라서, 본 발명의 액체정제 시스템은 분류 플랜트에서 또는 플랜트로부터 멀리 떨어진 곳에서 행하는 분류의 처리공정의 결과로서 많은 석유 분액에 있는 부식성 수용액을 효과적으로 제거할 수 있다. 보통 이 분액중 많은 양은 약 80 내지 90 ℉(약 26.5 내지 약 32℃ ) 온도의 분류 플랜트에서 수욕액상을 제거하기 위한 장치로 보내진다. 이 액체의 온도가 100 ℉(38℃ )를 넘는 경우도 많다. 액체 정제 시스템은 WIOP로부터 부식성 수용액상을 효과적으로 분리할 뿐만 아니라, 정제 시스템의 여러가지 요소를 만드는 재료는 사용되는 액체의 부식성질에 대해 매우 내성이 있어 부식성질로부터의 좋지 않은 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 산성 및 가성 재료 모두의 부식성질이 나타나는 주위온도 또는 고온에서도, 정제 시스템은 이러한 좋지 않은 조건에서도 견딜 수 있다.

본 발명의 액체 정제 시스템, 특히 종래의 유합 요소의 패킹 재료로서 사용되는 재료에 비해 본 발명의 유합 요소에 사용되는 패킹 재료는 WIOP 뿐만 아니라 수용액상 모두에 존재하는 부식성 물질을 분리하는데 사용될 수 있다. 상기 시스템은 무기 및 유기의 약알칼리 및 강알칼리 물질 뿐만 아니라 약긴 및 강산 모두를 포함한다. 본 발명의 시스템 및 방법에서 제거될 수 있는 예는 황산, 질산, 인산, 염산, 불화수소와 같은 무기산의 수용액, 페놀, 크레졸, 페놀 유도체, 벤젠설폰산또는 p-톨루엔 설폰산 등과 같은 유기산 및 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 2차인산나트륨, 3차인산나트륨, 수산화암모늄, 4차 암모늄 화합물 등과 같은 알칼리 물질이 있으며, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니다.

특정한 WIOP 및 수용액상에 표면장력 및 계면장력을 변화시키는 특정 물질이 용해되어 있으면, 두상의 계면장력은 용해되어 있는 물질의 농도에 따라 역으로 변한다. 따라서, 고농도의 표면활성제 또는 부식성 물질을 포함하는 수용액상은 작은 농도의 용해된 물질을 포함하는 유사한 두 상 시스템보다 유합방법에 의한 분리가 일반적으로 더 어렵다. 유일한 고려의 대상은 아니지만, 본 발명은 혼합물의 계면장력이 적어도 약 0.6dynes/cm인 WIOP로부터 부식성 수용액상을 분리하는데 효과적이다. 즉, 본 발명에서는 다른 유합 시스템 또는 정제 시스템에서 널리 이용되는 것보다 매우 낮은 IFT값을 갖는 액체상을 분리할 수 있다. 특정 상황에 대해 그 의미를 알아본다면 그것은 경질나프타 분액과 같은 석유 분액으로부터 약 10중량%의 농도로 용해되어 있는 수산화나트륨을 포함하는 수용액상의 분리에 상당한 것이다. 이것은 또한 보메(Baume) 스케일상에서 약 14.2° 보메의 값에 해당한다.

표 2에는 경질나프타 및 여러가지 농도(중량%)로 용해되어 있는 수산화나트륨을 포함하는 수용액상의 연속상에 대한 실온에서의 계면장력이 나타나 있다.

본 발명의 구체적인 실시예는 제1도에서 4도까지와 관련하여 후술되어 있는데, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.

제1도에서 참조번호 (10)으로 나타낸 정제 장치는 액체 입구 (22), 제1 액체 출구 (24) 및 제2 액체 출구 (26)가 구비된 하우징 (20)을 포함한다. 상기 하우징에는 또한 하나 이상의 유합 요소 (30)가 장착된 수직 튜브시트(tubesheet) (28)가 구비되어 있다. 복수개의 유합 요소가 이용될 때, 각각은 평행하게 배열되며, 튜브시트(28)에 구비되어 있는 구멍에 지지된다. 유합 요소의 각각은 튜브시트에 구비되어 있는 구멍내에 밀봉하여 고착된다. 제1도에 도시되어 있지 않지만, 하우징의 유합요소를 지지 및 고착하기 위하여 스파이더 지지체(spider support)와 같은 여러가지 지지체 또는 고착 수단이 입구 단부 및 튜브시트로부터 떨어진 유합 카트리지의 단부에 구비될 수 있다. 튜브시트 (28)는 자신에 구비되어 있는 각 유합 요소 (30)의 한 단부를 고착하는 작용을 할 뿐만 아니라, 하우징 (20)의 상류부문 또는입구 쪽 (32)과 하우징의 하류부문 또는 출구 쪽 (34) 사이의 장벽이나 벽으로서 작용한다. 하우징 (20)의 입구 쪽 (32)은 또한 벽 (36u)과 튜브시트 (28)에 의해 한정되는 입구 챔버(chamber)이다. 상기 챔버에는 또한 정제과정이 완료된 후에 입구 챔버 (32)에 남아있는 잔여 오염 액체용 배수 출구 (38)이 구비될 수 있다. 정제과정이 진행되는 동안에는 보통 배수 출구 (38)이 폐쇄되어, 입구 (22)를 통하여 하우징 내로 들어간 모든 오염된 액체는 튜브시트(28)에 구비되어 있는 하나 이상의 유합 요소 (30)를 경유하여 하우징의 상류 쪽 (32)에서 하우징의 하류 쪽 (34)으로 통과한다(제1도에서 내부가 사선인 화살표로 나타냄). 오염된 액체는 튜브시트 (28)에 고착된 엔드캡 (62)(제3도 및 4도)에 구비되어 있는 구멍을 통해 실질적으로 하우징의 하류 쪽에 위치해 있는 유합 요소 (30) 내로 들어가고, 유합요소 (30)의 실린더모양 벽을 한정하는 패킹 재료 (44)를 경유하여 유합요소의 외부로 나간다. 바람직한 실시예에서, 상품명 HALAR 1400인 EXTFE의 섬유상 부직포가 패킹으로서 이용된다. 따라서, 액체는 유합요소 내부에서 외부 방향으로 관통하여 하우징의 상류 쪽 (32)에서 하우징의 하류 쪽 (34)으로 흐른다. 하우징의 하류 쪽 (34)은 또한 튜브시트 (28), 유합 요소 (30) 및 벽 (36d)에 의해 한정되는 큰 챔버로서 간주될 수 있다.

제2도 내지 4도에는 본 발명에서 사용하기에 적합한 유합 요소 또는 카트리지의 일실시예가 도시되어 있다. 제2도에는 카트리지의 구성요소를 설명하기 위하여 부분적으로 절단된 카트리지가 도시되어 있다. 제3도에 도시되어 있는 엔드 캡의 부분확대도인 제4도에는 카트리지의 구성요소의 일부가 도시되어 있다. 즉, 패킹 (44)은 구멍난 코아(core) (50) 둘레에 배열되어 있다. 상기 패킹은 봉우리 (52a) 및 골 (52b)을 갖는 물결모양 또는 주름진 배열 (52)의 구조이다. 주름진 패킹 둘레에 동심으로 배열되어 있는 것이 나선형의 망사 덮개(wrap) (54)인데, 바람직하게는 금속으로 형성된다. 유사한 지지체 층(도시되지 않음)이 코아 (50)와 패킹 (44)의 중간에 구비될 수 있다. 상류부문 지지층과 하류부문 지지층은 사용중에 패킹 매질의 형태를 유지시키는 역할을 한다. 개선된 방울 배출작용을 제공하는 하류부문 배수층 (56)이 바깥쪽 나선형의 금속망사 덮개 (54)를 둘러싸며, 동심의 슬리브처럼 배열되어 있다. 제3도와 4도에는 유합 카트리지 (30)의 한쪽 단부에 밀봉되어 있는 엔드 캡(60)이 도시되어 있다. 상기 엔드 캡에는 캡의 중앙에 위치한 구멍(62)이 구비되어 있다. 상기 구멍의 통상적인 용도는 유체의 입구로서 작용하는 것이며 유체는 패킹 (44)을 통하여 요소의 외부로 나가도록 처리된다. 상기 엔드 캡 (60)과 유사하지만 비관통성의 엔드 캡 (64)은 실린더모양 카트리지의 반대쪽 단부에 구비되어 있다. 어떤 경우에는 유합 카트리지가 각각 구멍을 갖는 엔드 캡을 갖도록 만들어질 수 있고, 어떤 경우에는 동일할 수 있다. 이것은 제조비용을 감소시킨다. 또한 이것은 구멍 카트리지를 관통하고, 너트(nut)와 플랜지(flange) 등을 갖는 입구 단부로부터 떨어진 단부에 고착된 지지봉(tie rod)을 사용할 수 있도록 한다. 이것은 하우징 내에 장착시키는 데 있어 부가적인 안정성을 제공한다(제1도에 도시되어 있음). 또 다르게는, 플러그(plug)가 입구 단부로부터 떨어진 카트리지의 단부에 삽입될 수 있다. 또한 이러한 카트리지는 적절한 커넥터(connector)와 어댑터(adapter)에 의해 직렬로 또는 하나의 긴 카트리지로서배열될 수 있다.

유합 요소로부터 빠져나오는 액체는 하우징의 하류 쪽에 구비되어 있는 하우징의 분리 영역 (40) 유합 요소의 하류부문으로 들어간다. 본 발명에 관한 연구에 있어서, 어떤 경우에는 분리 요소(도시되지 않음)가 분리 영역에 있는 유합 요소의 하류부문에 구비될 수 있음이 밝혀졌다.

분리판이 이용되면, 분리판은 상술한 바와 같은 유합 요소용과 같거나 유사한 구조이다. 상기 분리판은 종래의 분리 요소에서 사용되는 재료를 이용할 수 있다. 적절한 분리 요소의 한 실시예는 함께 계류중인 미국 특허 출원 제08/038,231호에 개시되어 있으며 이것은 본 발명에서 참조되어 있다. 실린더모양의 구조가 이용되면, 유체 흐름은 바깥쪽에서 내부 방향이다. 사용시 분리 요소의 수와 배열은 적용에 따라 다양할 수 있다. 즉, 복수개의 유합 요소를 사용하면, 복수개의 분리 요소가 유합요소의 하류부문에서 사용될 수 있다. 이런 경우에, 제2의 튜브시트가 하우징의 분리 영역에 장벽으로서 구비되고 상기 튜브시트 내부의 분리 요소를 지지하여 액체 흐름이 외부에서 내부 방향으로 진행하도록 한다.

석유 분액과 같은 WIOP로부터 몇몇 부식성 수용액을 분리하기 위하여, 유합 요소의 하류부문에 분리 요소를 이용하면 효과적임이 알려졌다. 그러나, 많은 혼합물, 특히 수용액상에 녹을 수 있는 가성물질을 포함하는 혼합물에 대해서는 분리 요소를 사용하면 좋지 않은 효과가 발생한다. 즉, 분리 요소가 유합된 방울의 수용액상을 유기상에 재분산시킨다. 따라서, 데노이스 링 풀법(Denoyes Ring Pull Method)으로 측정시 혼합물의 계면장력이 3dynes/cm(즉, 약 0.6부터 3.0dynes/cm이하까지) 아래로 떨어질 때, 분리 요소를 사용하면 효과가 없다. 그런 경우에는 중력 분리법이 이용된다. 이런 경우에는 분리 요소를 사용하는 것보다 중력분리가 더 효과적인 것으로 알려졌다. 가성 수용액과 같은 부식성 액체 및 석유 분액과 같은 WIOP를 분리하는데 있어 중력분리에 효과적인 각 상의 비중 차는 적어도 약 0.1은 되어야 한다.

중력 분리 방법을 사용하는 경우에 필요로 하는 하우징의 분리 영역(40)의 부피는 분리 요소가 이용되는 경우보다 조금 더 크지만, 같은 시간 동안에 동일한 부피의 액체를 처리하기 위하여 사용되는 보통의 샌드 베드 필터의 부피에 비해서는 아주 작다.

제1도에 도시되어 있는 본 발명의 실시예에 있어서, 불연속상 수집 영역 (42)은 하우징 내에 분리 영역 (40)과의 유체 통로를 구비하고 있다. 하우징의 주요 부분이 실린더모양의 구조이고, 실린더모양의 구조를 관통하는 길이방향의 축이 수평방향으로 배열되어 있는 제1도에 도시되어 있는 바와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 불연속상이 분리될 두 상중에서 큰 밀도를 가질 때 불연속상 수집 영역 (42)은 하우징의 하부에 구비된다. 이것은 석유 분액과 같이 물보다 밀도가 작은 유기상으로부터 불연속 수용액상을 분리하는데 바람직한 위치이다. 이러한 경우에, 유기상은 분리 영역 (40)의 상부로 올라가고 출구 (24)를 통하여 제거된다.

상술한 바와 같은 정제 시스템의 요소 뿐만 아니라 시스템으로 들어가는 공기 및/또는 다른 가스를 제거하기 위하여, 하우징의 상류 쪽(32) 및/또는 하류 쪽 (34), 바람직하게는 하류 쪽 (34)에 공기 배출구(46)가 하우징에 구비될 수 있다.유합 요소와 같은 구성요소의 청소 및/또는 제거를 위해 하우징 내부로의 접근이 가능하도록 해치(hatch) 및 적절한 실(seal)과 같은 여러가지 밀폐 수단이 시스템에 구비될 수 있다.

고체 오염물질의 제거용 예비필터가 유합 요소의 상류부문에 장착되어 있다. 상기 예비필터는 하우징의 상류 쪽 (32), 하우징 입구(22)에 장착될 수 있거나, 더욱 바람직하게는 하우징 그 자체의 상류부문에 장착될 수 있다. 적절한 예비필터는 스테인레스 스틸, 플루오로카본 또는 폴리페닐렌 설파이드로부터 형성될 수 있다(리톤(Ryton), 필립스 케미컬사로부터 구입 가능함). 석유 분액으로부터 가성-함유 수용액상을 제거할 경우, 필터 재료는 약 15 내지 약 30㎛, 바람직하게는 약 18㎛의 평균 기공 크기를 가져야 한다.

정제 시스템의 작동에 대해서는 제1도를 참고로 하여 실시예에 의해 이하 기술될 것이다. 수용액상과 WIOP, 예를 들어 가성-함유상 및 석유 분액의 혼합물과 같은 오염된 액체 생성물이 하우징 (20)의 입구 (22)로 주입된다. 상기 오염된 액체는 하우징의 상류 쪽 (32)(또는 입구 챔버)으로 들어간 다음 유합 요소 (30)의 상류 쪽에 구비된 구멍 내로 들어간다. 그런 다음, 유합 요소에 있는 액체는 유합 요소의 벽을 형성하는 패킹 (44)을 관통하여 실질적으로 오염되지 않은 석유 분액(제1도에서 내부가 빈 화살표로 표시됨) 및 충분한 크기의 수용액상의 방울(내부가 점으로 된 화살표로 표시됨)로서 빠져나와 석유 분액에서 불안정한 현탁액 또는 분산액을 형성한다. 유합 요소(30)로부터 빠져나온 후, 수용액상의 방울은 중력분리에 기인한 추가 유합에 의해 계속해서 커진다. 가성-함유 물망울의 크기는 방울이아래쪽으로 확산하여 유합 요소로부터 떨어지면서 계속 성장한다. 동시에, 낮은 밀도 유기상은 하우징의 위쪽으로 확산하여 출구 (24)의 외부로 나간다. 수용액상은 불연속상 수집 영역 (42)에서 모여 제2 출구(26)을 경유하여 배출된다.

액체 정제 시스템의 효율을 알아보기 위하여, 본 발명에 따른 파이롯트(pilot) 스케일 시스템이 만들어져 종래의 샌드 베드 정제 시스템과 비교되었다. 샌드 베드 시스템의 부피는 6,810ft³(193m³)인 반면, 유합 유닛을 포함하여 사용되는 파이롯트 스케일의 하우징에 상당하는 전체 크기의 부피는 약 100ft³(283m³)이다. 실제의 하우징은 내부 직경 4인치(0.1m), 길이 32인치(0.81m) 및 부피 402in³(0.0066m³)였다. 상기 하우징은 단일 요소의 크기가 내부 직경 2.75인치 × 6인치인 유합 요소를 포함하였는데, 이에 상당하는 전체 크기는 평행하게 배열된 33개의 유합 요소를 포함할 것이다. 각 유합요소는 플루오로폴리머 수지 (할라(Halar), 오시몬트유에스에이사)로부터 형성된 패킹을 포함한다. 상기 패킹으로 사용되는 부직물 플루오로폴리머 매트는 약 3oz/yd의 단일 층 매질 중량 및 약 9㎛의 이상적인 섬유 직경을 가졌다. 유합 카트리지는 각 층이 0.014인치의 두께를 갖는 패킹을 7층 이용하였다. 단일의 매질 층에 대한 평균 공기 ΔP는 28ft/분(8.5m/분)의 속도에서 0.28인치(0.71cm)의 물이었다. 평균 제1 버블 포인트(buggle point)(가장 큰 기공 크기)(단일 층)는 8인치(20cm)의 물이었고, 1,500cc 버블 포인트(평균 기공 버블 포인트)(단일 층)는 평균 8.7인치(22cm)의 물이었다. 유합 요소를 관통하는 액체로 인한 패킹 매질의 형태 손상을 방지하기 위하여, 각 유합 요소에서의 매질을 패킹의 상류 쪽 및 하류 쪽 모두에서 단일 층의 스테인레스 스틸 금속 망사로 지지하였다. 각 유합 요소는 또한 외부 금속 망사의 하류부문에서 이것을 원형으로 둘러싸며 배열된 덮개를 포함한다. 이 최종적인 하류부문 요소는 외부 배출층으로서 작용하며 적어도 40㎛의 평균 기공 크기를 갖는 열린 기공 PTFE 수지로부터 형성된다. 스테인레스 스틸 또는 ECTFE로부터 형성되고 18㎛의 기공 크기를 갖는 예비필터는 본 발명의 정제 시스템에서 하우징의 상류부문에 위치한다.

1.25gal/분의 유속에서 흐름 스플리터(flow splitter)를 이용하여 오염된 경질 나프타로 이루어진 석유 분액을 샌드 베드 필터와 본 발명의 액체 정제 시스템에 가하였다. 나프타 분액에 존재하는 오염물질은 수산화나트륨 수용액으로 이루어진 가성 수용액이었다. 본 발명이 유합시스템 및 샌드 베드 시스템 장치 모두로부터 배출시키면서 유입물의 온도 및 농도를 시간에 따라 변화시켰다. 비교 시험을 11주간 행하여 각주에 대한 결과 및 11주 전 기간에 대한 결과를 각각 평균하였다. 상기 결과는 표 3에 나타나 있다. 표의 마지막 열에서, 본 발명의 유합 장치를 이용하여 얻어진 유출물에 대한 샌드 베드 장치로부터의 유출물의 비를 이용하여 두 방법에 대한 결과가 비교되어 있다. 그 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 개선 정도는 5주째에 약 30% 개선에서 10주째에 30배까지 되었다. 11주 동안의 평균 개선계수는 8.33이었다.

제1도는 본 발명에 따른 일실시예의 단면도이다.

제2도는 본 발명에 따른 유합 요소의 일실시예를 부분적으로 절단한 평면도이다.

제3도는 제2도에 도시되어 있는 유함 요소의 실시예의 엔드 캡을 나타낸다.

제4도는 제3도에 도시되어 있는 엔드 캡의 부분 확대 단면도이다.

Claims

액체 유기 연료로부터 실질적으로 서로 섞이지 않는 가성 수용액 (aqueous caustic solution)을 제거하는 방법에 있어서,

(a) 상기 가성 수용액에 대해 실질적으로 화학적 불활성이고 그의 임계 습윤 표면 장력이 상기 가성 수용액과 상기 액체 유기 연료의 표면장력 값의 중간인 패킹 재료를 갖는 하나 이상의 유하 요소를 포함하는 하나 이상의 유합 조립체에, 상기 가성 수용액과 상기 액체유기 연료의 혼합물을 유입시켜 유합된 가성 수용액 방을 및 상기 액체 유기 연료의 혼합물을 형성하는 단계; 및

(b) 상기 액체 유기 연료로부터 상기 유합된 가성 수용액을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
물에 섞이지 않는 액체 유기상을 갖는 혼합물로부터 실질적으로 섞이지 않는 부식성 수용액을 제거하는 방법에 있어서,

(a) 상기 부식성 수용액에 대해 실질적으로 화학적 불활성이고 그의 임계 습윤 표면 장력이 상기 부식성 수용액과 상기 물에 섞이지 않는 액체 유기상의 표면장력 값의 중간인 패킹 재료를 갖는 하나 이상의 유합요소를 포함하는 하나 이상의 유합 조립체에, 부식성 수용액자 물에 섞이지 않는 액체 유기상의 혼합물을 유입시켜, 상기 물에 섞이지 않는 액체 유기상에 있는 유합된 부식성 수용액 방울의 혼합물을 형성하는 단계; 및

(b) 상기 물에 섞이지 않는 액체 유기상으로부터 상기 유합된 부식성 수용액을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 액체 유기 연료는 석유(petroleum) 기재 연료인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킹 재료가 할로카본 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킹 재료가 플루오로카본 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킹 재료가 에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킹 재료가 하나 이상의 다공성 섬유상 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물이 약 0.6dynes/cm 이상의 계면장력을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유합 요소가 약 20㎛ 이하의 고체 포착 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
0.6dynes/cm 이상의 계면장력을 갖는 혼합물을 형성하는 제1 액체 및 제2 액체에서 제2의 연속상을 형성하는 유기 액체에 대해 전체적으로 또는 부분적으로 섞이지 않고 불연속상을 형성하는 부식성 수용액인 제1 액체를 상기 제2 액체로부터 분리할 수 있는 액체 정제 시스템에 있어서, 상기 시스템은

(a) 하우징;

(b) 상기 하우징에 있는 유체 입구;

(c) 상기 하우징에 있는 제1 액체 출구;

(d) 상기 하우징에 있는 제2 액체 출구;

(e) 상기 하우징에 있으며 상기 제1 액체를 유합하는 하나 이상의 유합 조립체; 및

(f) 상기 하우징에 있는 액체 분리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 유합 조립체가, 상기 혼합물의 표면장력 중간 값인 입계 습윤 표면장력을 가지며 부식성 액체에 대해 실질적으로 화학적 불활성인 패킹 재료를 포함하는 하나 이상의 유합 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제11항에 있어서, 상기 패킹 재료가 할로카본 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제11항에 있어서, 상기 패킹 재료가 플루오로카본폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제11항에 있어서, 상기 패킹 재료가 에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제11항에 있어서, 상기 패킹 재로가 하나 이상의 다공성 섬유상 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 유합 조립체가 복수개의 유합 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제16항에 있어서, 상기 복수개의 유합 요소 각각이 상기 하나 이상의 유합 조립체 내에 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제10항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유합 조립체가 20㎛ 이하의 고체 포착 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
제10항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체분리 영역이 중력 분리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제시스템.
제10항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 분리 영역이 하나 이상의 분리 요소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.
할로카본 폴리머 섬유를 포함하는 패킹 재료 및 엔드캡을 포함하는, 상기 제2의 연속상-형성 유기 액체와 전체적으로나 부분적으로 섞이지 않고 불연속상을 형성하는 부식성 수용액인 제1 액체를 상기 제2 액체로부터 유합시키는 유합 요소.
제21항에 있어서, 폴리머 또는 금속 망사 지지체 슬리브와 메탈 지지체 코아를 포함하는 지지체 코아를 더 포함하며, 상기 패킹 재료, 지지체 슬리브 및 지지체 코아가 각각 실린더 모양의 구조 및 동심 관계를 갖고, 상기 엔드 캡이 상기 패킹 재료, 지지체 슬리브 및 지지체 코아에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 패킹 재료가 플루오로카본 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 패킹 재료가 에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 유합 요소가 약20㎛ 이하의 고체 포착 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 유합 요소가 약 0.6dynes/cm 이상의 계면장력을 갖는 혼합물을 분리할 수 있는 것임을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 패킹 재료가 다공성 섬유상 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 패킹 재료가 다공성 섬유상 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 패킹 재료가 상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 표면장력 값의 중간인 임계 습윤 표면장력을 갖는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 패킹 재료가 케이지(cage) 또는 덮개(wrap)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 22항에 있어서, 주름을 포함하는 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 22항에 있어서, 상기 엔드 캡중 하나가 비관통인 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제21항 또는 22항에 있어서, 상기 패킹 재료와 엔드 캡이 각각 부식성 액체에 대하여 내성인 것을 특징으로 하는 유합 요소.
제10항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, 상기 패킹 재료가 약 0.6dynes/cm 이상의 제면장력을 갖는 혼합물을 분리할 수 있는 것임을 특징으로 하는 액체 정제 시스템.