KR101481247B1 - 공정스트림으로부터 오염물을 연속적으로 제거하는 방법 - Google Patents
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Abstract
정유 및 화학공정 스트림에서 상자성(paramagnetic) 성질의 철의 녹 입자 및 기타 중합 슬러지를 제거하기 위한 신규한 설계의 필터가 제공된다. 이들 필터의 성능은 자석에 의해 유도된 자기장의 존재로 인해 크게 향상된다. 기본적으로, 상기 필터는 바 또는 플레이트 형태로 스테인레스 스틸 튜브 또는 컬럼 내에 수용된 복수 개의 자석을 지지하기 위한 수단을 구비한 고압 용기를 포함한다. 높은 효율의 오염물질 제거, 간결한 구성, 낮은 작업 및 유지비용과 낮아진 작업 위험도를 제공하면서, 각기 다른 업계의 공정스트림의 오염물질 제거를 수용하기 위한 다양한 형태의 필터가 기재되었다.
Description
본 발명은 공정스트림의 오염물질 제거용 필터장치에 관한 것이다.
정유장치에서 공정스트림(process stream)은 종종 하류공정부에 악영향 및/또는 공정 설비를 부식시키는 요소들에 의해 오염되거나, 철의 녹과 같이 공정 라인, 밸브 및 펌프에 간섭을 주는 고체물질에 의해 오염되곤 한다. 이들 오염물질은 스트림이 공정의 특정 부분 또는 공정 유닛에 유입되기 전에 제거해서 공정 또는 유닛의 작업성능을 유지해야 한다. 필터 스크린, 필터 하우징, 또는 흡착제나 필터용 매체를 포함하는 카트리지 등이 주로 공정유닛의 전단에 위치되어 이들 불필요한 물질 덩어리를 제거한다. 예를 예, 로닝-페터(ronning-petter) 멀티플렉스 필터는 상압 증류의 잔유가 온도 약 200 섭씨의 열처리부로 주입되기 전에 고체 물질들을 제거하기 위해 사용된다. 3-클러스터 물질들이 필터 앞에 설치되어 필터부위를 증가시키도록 한다. 이들 필터 장치들의 문제점으로는, 대량의 고체 물질 및 부식에서 유래된 철의 녹에 의해 짧은 시간 안에 이들이 압도될 수 있다는 점이다. 그 결과, 오염물질의 증가로 인해 압력 증가 및/또는 유량 강하와 같은 작업상 문제를 일으키게 되면 공정스트림은 이들 필터 장치를 종종 우회하게 된다. 더 나아가, 종래의 필터 장치의 재활용을 위해서는 필터 부품의 대체를 위해 해체과정이 필요한데, 이는 비용 및 시간이 많이 소요되며, 환경적으로 위해한 업무이다.
화학 공장에서 공정스트림은 고체 물질에서 보면 정유에 비해 일반적으로 깨끗한 편이지만, 화학적 스트림은 고체 슬러지를 형성하도록 중합하거나, 부식 또는 관련 문제를 일으키는 더욱 활동성을 띠는 군으로 분해하는 극성을 띤 요소들을 포함한다. 이들 활동성을 띤 군을 공정스트림에서 제거하기 위해서 활성화 탄소가 종종 흡착제로 사용된다. 미합중국특허 제4,861,900 ('Johnson')에는 설포린(sulfolene)을 설포레인(sulfolane)으로 촉매 수소화하는 과정에서 촉매 독성을 띠는 화합물의 소량 제거를 위해 활성화 탄소를 사용하는 것이 제시된다.
유사하게, 미합중국특허 제3,470,087 ("Broughton")에서는 활성화 탄소로 흡착 사이클을 통해 탄화수소 생성물로부터 극성을 띠는 용제를 제거하여 그 다음으로 탈착(desorption) 사이클을 통해 흡착용제를 회수하는 기술을 제시한다. 활성화 탄소를 이용한 흡착-탈착의 방식은, 흡착제에 강하게 들러붙는 고체 슬러지 또는 미세 녹입자에 의해 급속히 포화 되어 공정 유닛을 청결하게 유지하기 힘들게 만들기 때문에 비실용적인 것으로 나타났다. 기타 다른 흡착제들, 예를 들면, 알루미나, 실리카 젤 및 제올라이트 재질들 또한 공정스트림의 극성 물질 제거를 위해 사용되어 왔다. 예를 예, 미합중국특허 제3,953,324 ("Deal")에서는 저온에서 공정스트림의 극성 용제를 실리카 젤을 사용하여 흡착한 후 주입 혼합물을 고온에서 급속증발(flash) 함으로써 실리카 젤에서 흡착된 용제를 회수하는 방법이 게재되었다. 본 방법은 활성화 탄소를 이용한 흡착-탈착 방법에 동반되었던 것과 동일한 문제를 갖는다.
용해된 이온 및 극성 불순물은 물론, 철의 녹과 같은 부유 입자물을 공정스트림에서 제거하는 방법이 미합중국특허 제5,053,137 ("Lal")에 기재된다. 본 기술은 오염 용제인 설포레인을, 양이온 교환 수지를 포함하는 제1 컬럼 및 음이온 교환 수지를 포함하는 제2 컬럼을 포함하여 직렬로 배치된 한 쌍의 컬럼을 통해 통과시킨다. 상기 방법은 효율적이긴 하지만, 이온-교환 수지의 용량이 한정되어 있기 때문에 정화할 수 있는 용매의 양이 적어 상용화하기에 쉽지 않다. 또한, 상기 공정에서 다량의 유해 폐기물이 발생한다. 마지막으로, 필터, 흡착 및 이온 교환 방식을 복합하여 액상 스트림에서 오염물질을 제거하기 위한 방법이 미합중국특허 제3,985,648 ("Casolo")에 기재된다. 불행히도, 공정상 양이온과 음이온 교환기, 및 흡착 컬럼을 포함하는 다중의 이온 교환 컬럼이 요구되기 때문에, 공정의 설계 및 그 실현화에 있어서도 시스템이 복잡해진다.
따라서, 정유 및 화학 장치에서는, 특히 (i) 고체 물질, (ii) 공정스트림 내에서 활성화물질에 의해 발생된 중합화 슬러지 및/또는 (iii) 정유 및 화학 공정 설비에서 사용되는 다양한 재질을 공격하는 부식 군에 의해 발생하는 철의 녹을 포함하는 오염물질 제거에 특히 적합한 효율적이고 안전하면서도 재활용이 쉬운 필터가 필요하다.
본 발명은 정유 및 화학 공정스트림에서 철의 녹 입자 및 중합 슬러지 제거를 위한, 상자성(paramagnetic)의 자석을 채용하는 신규한 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 정유 및 화학 공정스트림에서 철의 녹 입자 및 중합 슬러지 제거를 위한, 상자성(paramagnetic)의 자석을 채용하는 신규한 필터에 관한 것이다. 상기 필터들의 효율은 상기 자석에 의해 유도되는 자계장의 존재에 기인한다. 본 발명은 부분적으로는, 공장 구성에 일반적인 재질인 탄소강이 공정스트림 내에 풍부한 산성 요소들에 쉽게 부식된다는 사실의 인식에 기인한다. 상기 부식으로 인해 철이온이 발생하며, 이는 다시 황, 산소 및 물과 반응하여, 미세입자 도는 가시적 박편(visible flakes)으로 나타나는 상자성 FeS, FeO, Fe(OH)2, Fe(CN)6 등을 형성한다. 이들 상자성 물질들이 기타 저해 슬러지를 불러일으킴에 따라 전체적인 오염물질군이 상자성을 띄게 된다. 결과적으로, 오염물질 전체 군이 본 발명의 자석 필터 장치로 공정스트림에서 쉽게 제거될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 본 발명은: (i) 수용부를 구비하는 압력 용기, (ii) 상기 수용부 내부에 위치된 적어도 하나의 자석; 및 오염물질을 포함하는 공정스트림의 흐름을 상기 적어도 하나의 자석을 통과하도록 채널링(channeling)하기 위한 수단을 포함하는, 공정스트림으로부터 오염물질을 연속적으로 온라인(online)으로 제거하기 위한 필터장치에 관한 것이다. 각 자석은, 바람직하게는, 스테인레스 스틸 또는 기타 부식에 강한 적절한 재질로 만예진 하우징 내부에 수용된다. 상기 하우징은 상기 용기와 일체로 형성될 수 있다. 상기 공정스트림과 접촉하는 하우징의 외관은 오염물질이 부착되는 흡착표면 역할을 한다. 본 발명의 필터장치는 정지시간 및 유해한 작업을 최소화하기 위해 각기 다른 작업환경을 수용할 수 있도록 크기와 형태배열이 쉽게 변경될 수 있다.
첫 번째 측면에 따르면, 본 발명은 수용부를 구비하는 용기;
상기 수용부 내부의 하우징에 탈착 가능하게 수용된, 상기 수용부 내부에 위치한 적어도 하나의 자석; 및
오염물을 포함하는 공정 스트림을 상기 적어도 하나의 자석을 포함하는 하우징을 통과하도록 채널링하는 수단을 포함하는 공정 스트림으로부터 오염물질을 연속적으로 제거하는 여과 장치를 제공한다.
상기 여과 장치는 상기 수용부 내부의 하우징에 각각이 탈착가능하게 수용된 복수의 자석을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 스테인레스 스틸로 제조될 수 있다. 상기 하우징은 용기에 통합 설치될 수 있다.
상기 여과 장치는 상기 수용부 내부에 위치한 지지 트레이를 포함할 수 있다. 상기 지지 트레이는 하우징을 단딘히 잠글 수 있다.
상기 여과 장치는 공정스트림 주입구와 처리된 공정스트림 배출구를 포함할 수 있다.
상기 여과 장치는 상기 수용부 내부에 위치한 복수의 연장된 스테인레스 스틸 튜브를 갖는 고압 스테인레스 스틸 용기를 포함할 수 있고, 각각의 튜브는 이에 포함된 자석 항목(예컨데 바(bar) 또는 플레이트(plate))를 포함한다. 상기 복수의 연장된 스테인레스 스틸 튜브들은 원형의 형태로 정렬될 수 있다. 상기 복수의 연장된 스테인레스 스틸 튜브들은 고압 스테인레스 스틸 용기에 내장될 수 있다. 상기 앞서 언급한 지지 트레이는 만일 제공된다면 상기 복수의 연장된 스테인레스 스틸 튜브들을 고정할 수 있다.
상기 복수의 연장된 스테인레스 스틸 튜브들은 사각형 또는 직사각형 매트릭스 내에 정렬될 수 있다. 분할 플레이트들이 연장된 스테인레스 스틸 튜브들의 인접 열(row)들 사이에 위치될 수 있다.
상기 복수의 연장된 스테인레스 스틸 컬럼은 평행으로 배열되고, 상기 수용부를 통과하는 공정 스트림의 흐름에 맞춰 정렬될 수 있다.
상기 복수의 연장된 스테인레스 스틸 튜브들은 수직으로 연장된 스테인레스 스틸 컬럼의 형태일 수 있다.
두번째 측면으로, 본 발명은 또한 공정 스트림으로부터 오염물의 온라인 제거 방법을 제공한다. 상기 방법은 여과장치를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 제공된 여과 장치는 본 발명의 첫번째 측면에 따를 수 있다. 상기 여과 장치는 수용부, 공정스트림용 주입구 및 처리된 공정스트림용 배출구를 갖는 용기를 포함할 수 있다. 상기 여과 장치는 상기 수용부 내부에 위치한, 수용부 내부의 하우징에 탈착가능하게 수용된 적어도 하나의 자석을 포함할 수 있다. 상기 방법은 공정스트림을 주입구를 통해 상기 여과 장치에 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 여과 장치와 평행하게 운영되는, 바람직하게는 상기 여과 장치를 가로지르는 압력이 1 내지 5 kg/cm2까지 증가할때 (또는 대안으로 상기 여과장치를 가로지르는 압력 차가 한계 압력차까지 증가할때이며, 상기 한계 압력차는 예를 들면 100 내지 500 kPa일다) 바이패스 라인을 통해 상기 공정 스트림을 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 적어도 하나의 자석을 상기 하우징으로부터 제거하여 오염물을 방출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 수용부를 세척(flushing)하여 오염물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 하우징 내부로 상기 적어도 하나의 자석을 교체하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 공정스트림을 상기 바이패스 라인으로부터 상기 여과 장치로 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 용기와 일체로 형성될 수 있다.
세번째 측면에 따라, 본 발명은 공정 스트림으로부터 오염물의 온라인 제거 방법을 제공한다. 상기 제거방법은 여과 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 여과 장치는 본 발명의 첫번째 측면에 따를 수 있다. 상기 여과 장치는 수용부, 공정스트림용 주입구 및 처리된 공정스트림용 배출구를 갖는 용기; 및 지지 트레이에 고정된 하우징에 탈착가능하게 수용된, 상기 수용부 내부에 위치한 적어도 하나의 자석을 포함할 수 있다.
상기 방법은 공정스트림을 주입구를 통해 상기 여과 장치에 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 여과 장치를 가로지르는 압력이 1 내지 5 kg/cm2까지 증가할때 (또는 대안으로 상기 여과장치를 가로지르는 압력 차가 한계 압력차까지 증가할때이며, 상기 한계 압력차는 예를 들면 100 내지 500 kPa일다) 여과 장치와 평행하게 운영되는 바이패스 라인을 통해 상기 공정 스트림을 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 수용부로부터 하우징을 고정하는 지지 트레이를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 적어도 하나의 자석을 상기 하우징으로부터 제거하여 오염물을 방출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 하우징 내부로 상기 적어도 하나의 자석을 교체하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 수용부 내부로 상기 하우징을 고정하는 지지 트레이를 교체하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 공정스트림을 상기 바이패스 라인으로부터 상기 여과 장치로 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
공정 스트림으로부터 오염물의 온라인 제거 방법이 또한 제공되며, 제거방법은
(a) 공정스트림 주입구 및 처리된 공정스트림 배출구를 갖는 용기 및 (b) 상기 공정스트림으로부터 오염물을 제거하기 위하여 용기 내부에 위치한, 상기 용기에 탈착가능하게 장착된 적어도 하나의 자석을 포함하는 여과 장치를 제공하는 단계;
주입구를 통해 공정 스트림을 상기 여과장치로 주입하는 단계;
바람직하게는 상기 여과 장치를 가로지르는 압력이 증가하는 것에 대응하여 상기 공정 스트림을 상기 여과 장치와 평행하게 운영되는 바이패스 라인을 통해 스위칭시키는 단계;
상기 적어도 하나의 자석을 상기 용기로부터 제거하여 오염물을 방출시키는 단계;
상기 적어도 하나의 자석을 하우징 내부로 교체하는 단계; 및
상기 공정 스트림을 바이패스 라인을 통해 상기 여과 장치로 스위칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 관하여 기술된 특징등은 본 발명의 다른 측면으로 포함될 수 있다는 것은 물론 이해될 것이다. 예를 들면, 본 발명의 방법 또는 공정은 본 발명의 장치에 관해 기술된 어떠한 특징들을 포함할 수 있고 이와 반대의 경우도 가능하다. 추가로, 선택적이거나 필수적이지 않은 특징들, 또는 이와 같은 특징들의 조합들(상기 조합들이 자체가 선택적이거나 필수적이지 않은 경우)이 본 발명의 하나 이상의 측면으로부터 존재하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면들에 관한 것만을 예로서 기술될 것이다.
도 1A 및 1B 는 저(low) 고형물질 제거를 위한 탈착가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 2A 및 2B 는 저 고형물질 제거를 위한 탈착불가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 3A 및 3B 는 고(high) 고형물질 제거를 위한 탈착가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 4A 및 4B 는 고 고형물질 제거를 위한 탈착불가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 5A, 5B 및 5C 는 고 고형물질 제거를 위한 탈착가능한 흡착 슬레이트 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 각각 측면, 상부 및 정면 단면도.
도 6A, 6B 및 6C 는 고 고형물질 제거를 위한 탈착불가능한 흡착 슬레이트 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 각각 측면, 상부 및 정면 단면도.
도 1A 및 1B 는 저(low) 고형물질 제거를 위한 탈착가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 2A 및 2B 는 저 고형물질 제거를 위한 탈착불가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 3A 및 3B 는 고(high) 고형물질 제거를 위한 탈착가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 4A 및 4B 는 고 고형물질 제거를 위한 탈착불가능한 흡착 튜브 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 측면 및 상부 단면도.
도 5A, 5B 및 5C 는 고 고형물질 제거를 위한 탈착가능한 흡착 슬레이트 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 각각 측면, 상부 및 정면 단면도.
도 6A, 6B 및 6C 는 고 고형물질 제거를 위한 탈착불가능한 흡착 슬레이트 형태의 하우징을 구비한 필터 장치의 각각 측면, 상부 및 정면 단면도.
본 발명에 따른 필터 장치는 특히 공정스트림의 오염물질 제거에 효과적이다. 한가지 오염원으로는 공정 설비의 부식이 있으며, 또 다른 오염원으로, 궁극적으로 극성을 띠는 중합 슬러지의 형성을 일으키게 되는 공정스트림 내의 활성 군의 존재가 있다. 이들 오염물질은 상자성 성질을 가지며, 따라서 자석에 부착된다고 알려져 왔다. 오염물질은 주로 산성, 저 pH 가, 검은 색 및 점성을 가지면서, 필터, 열교환기, 촉매 베드를 포함하는 공정 라인 전반에 걸쳐 퇴적됨으로써 공정 용량 및 효율을 감소시키는 각기 다른 물질들의 혼합물을 포함한다. 정유 및 화학 장치에서 대부분 공정 설비는 공정스트림 내의 산성 물질에 의해 쉽게 부식되는 탄소강으로 제조되기 때문에, 특히 고온 및 고압의 작업 조건에서 염소처리 첨가물은 물론, 시스템 내의 공기 누설로 인한 산화에 의해 이들 오염물질이 발생한다. 탄소강이 산성 물질에 의해 부식되면, 발생 된 철이온이 황, 산소 및 물과 반응하여 미세 입자 또는 가시성 박편의 형태를 띠는 상자성 FeS, FeO, Fe(OH)2, Fe(CN)6 등을 발생시킨다고 알려져 있다. 이들 상자성 물질들은 다른 저해성 슬러지를 끌어들이기 때문에, 전체 오염물질 군이 상자성을 띄도록 한다. 결과적으로, 자석이 설치된 필터 장치에 의해 공정스트림에서 지속적인 전체 오염물질군의 제거가 가능하다.
자성의 세기는 온도에 의존한다. 고온은 자계장의 감소를 일으킬 수 있으며, 따라서 필터 장치 효율의 감소를 초래할 수 있는 극도의 작업조건은 피하는 것이 바람직하다. 이와는 반대로, 특히 청소 단계에서는 저온 작업은 피해야 할 것이다. 만일 그렇지 않을 경우, 상자성 물질들인 스테인레스 스틸 흡착 하우징 표면에 지나치게 강하게 부착됨에 따라 자계장이 사라진 후에 오염물질들인 쉽게 떨어지지 않게 된다.
필터 장치의 작업 온도는 주로 10 내지 200℃, 바람직하게는 20 내지 150℃ 범주이다. 필터 장치를 통과하는 공정스트림의 공탑속도는 주로 10 내지 10,000 v/v/Hr 이며, 바람직하게는 50 내지 5,000 v/v/Hr 범위에 속한다. 필터 장치 전반에 걸친 압력 저하가 잔여용량에 대한 표시가 된다. 압력 저하가 1 내지 10 Kg/Cm2
및 바람직하게는 1 내지 5 Kg/Cm2 에 도달하면, 필터 장치를 사용 상태에서 제거하여 청소해야 한다.
한 실시예에 따르면, 본 발명은 고체 물질, 및 중합 슬러지 또는 부식 부산물들을 발생시키는 원인인 활성 물질을 비교적으로 소량 포함하는 화학적 공정스트림에 특히 맞춰 설계된 지속적 필터 장치를 제공한다. 바람직한 한 실시예에 따르면, 신규한 필터 장치는 방향족 추출 공정의 순환 루프에서 추출용매의 재생에 적용된다. 상기 지속적 필터 장치는 간섭없이 지속적으로 용매 스트림에서 저하 및 부식 물질을 제거함으로써 오염된 추출용매를 재생할 수 있으며, 이에 따라 높은 용량 및 작업 효율의 방향족 추출 공정을 달성할 수 있다. 더 나아가, 상기 필터 장치에 의해, 기존의 고비용 용매 재생기의 작업부하를 절감하고, 지저분하면서 위해한 고체 슬러지의 수준 또한 상당량 절감하게 된다. 추출용매의 바람직한 예로는 설포레인이 있다.
도 1A 및 1B 에 도시된 필터장치(100)의 한 예에 따르면, 필터장치(100)는 탈착가능한 상부커버(104)를 구비하고 주변환경과 밀폐된 수용부(116)를 구비하는 고압 용기(102)를 포함한다. 지지트레이(108)가 수용부(116) 내부에 위치되어 복수 개의 자석하우징(114)을 수용한다. 지지트레이(108)는 바람직하게는 수용부(116)의 형태에 일치하도록 원형 원주부를 가지는 래크(rack)로 형성된다. 각각의 자석하우징(114)은 그 내부에 탈착가능하게 삽입된 자석바(110)를 수용하고 있다. 자석바(110)가 오염된 공정스트림과 직접적으로 접촉하지 못하도록 격리시키는 역할을 하는 자석하우징 각각은 사각형 단면을 가지는 수직방향으로 길게 연장 스테인레스 스테인레스 스틸 튜브 형태로 형성되며, 복수 개의 튜브는 지지트레이(108)에 의해 유지되는 원형배치를 형성한다. 필터장치(100)에 채용되는 하우징(114) 및 이에 대응하는 자석바(110)의 수는 보편적으로 1 내지 30 또는 그 이상의 범위에 해당한다. 스프링(106)이, 복수 개의 하우징(114) 상에 구비된 상부커버(104) 및 내부커버(118) 사이에 위치되어 수용부(116) 내에서 복수 개의 하우징(114)의 위치를 유지시킨다. 금속의 그물망 재질로 만예진 바스켓(basket) 형태를 가지는 미세그물 스크린 실린더(112)가 수용부(116) 저부에 설치되어 복수 개의 자석하우징(114)을 수용한다. 복수 개의 자석하우징(114)은 스크린 실린더(112)의 내부 둘레에 맞춤결합된다.
공정 시에, 예를 예 설포레인 용매를 포함하는 오염된 공정스트림이 유입구(130)를 통해 필터장치(100)로 유입되고, 용매흐름은 우선 수용부(116) 하단방향의 채널로 형성(channeled)하여, 처리된 용매가 배출구(132)를 통해 배출되기 전에, 스크린 실린더(112)를 통과하는 오염 용매흐름이 복수 개의 자석하우징(114)을 통과하도록 한다. 강력한 자석바(110)의 덕택으로, 저해 및 부식 생성물들이 하우징(114)의 스테인레스 스틸 튜브로 끌려가 들러붙게 된다. 자석바를 이용한 저해 및 부식 생성물 제거 과정은 복수 개의 자석하우징(114)에 걸쳐 용매 흐름을 좀 더 균일하게 분배해주는 내부 스크린 실린더(112)에 의해 향상된다. 이러한 향상은 저해 및 부식 생성물 잔여 수준이 최소로 유지되어야 하는 경우에 매우 중요한 요소가 된다. 재생된 깨끗한 추출용매는 추출 컬럼으로 다시 리사이클 될 수 있다.
소정 시간 동안의 스트림 작업(on-stream) 후, 필터장치에 저해 및 부식 생성물이 많아지게 되고, 장치 전반에 걸쳐 압력강하가 증가한다. 그런 경우 작업중인 장치와 평행한 위치에 설치된 보조 필터장치로 스트림이 전환된다. 수용부(116), 그리고 자석바(110)를 포함하는 복수 개의 하우징(114)에서 지지트레이(108)가 상승된다. 지지트레이(108)는 우선 컨테이너에 위치되며, 하우징(114)에서 자석바(110)가 제거되면, 인력이 사라짐으로 인해 들러붙었던 오염물질들이 하우징(114) 표면에서 직접 떨어지게 된다. 이러한 형태의 필터장치는 높은 효율의 오염물질 제거, 단순한 구성 및 저렴한 유지비 등의 특징을 갖는다.
도 2A 및 2B 는 장치유닛과 일체 형성되어 탈착이 불가능한 자석하우징을 포함하는 필터장치의 변형예를 도시한다. 즉, 필터장치(200)는 공정스트림 유입구(230) 및 공정스트림 배출구(232)를 포함하는 고압 용기(202)를 포함한다. 유입구 및 배출구를 제외하고, 필터장치(200)의 수용부(216)는 주변환경에서 밀폐되어 있다. 수직방향 연장 스테인레스 스틸 튜브 형태로 구성된 복수 개의 고정 자석하우징(214)이 수용부(216) 내부에 원형형태로 배치된다. 각각의 자석하우징(214)은 필터장치(200)의 밀폐표면(204) 상에 형성된 개구부를 구비함으로써, 하우징(214)이 상기 고압 용기와 일체로 형성된다. 자석바(210)는 외부에서 자석하우징(214) 내부로 위치된다.
공정 시에, 오염된 추출용매가 배출구(230)를 통해 필터장치(200)로 유입된 후, 저해 및 부식 생성물이 강력한 자석바(210)의 도움으로 하우징(214)에 형성된 수직의 스테인레스 스틸 튜브의 표면에 끌려 부착됨으로써 용매에서 제거된다. 재생된 깨끗한 추출용매는 배출구(232)를 통해 장치를 떠나며, 추출 컬럼으로 다시 리사이클된다.
청소작업이 필요할 경우, 오염된 스트림은 필터(200)와 평행하게 설치된 우회라인으로 전환된다. 자석바(210)를 하우징(214)에서 제거하며, 자석바의 제거와 함께, 인력이 사라짐으로 인해 부착되었던 오염물질들이 수직튜브의 외부에서 떨어진다. 회수된 오염 슬러지는, 예를 들면 물 또는 기타 저가 스트림 등과 같은 희석액으로 필터장치에서 씻어낸다. 자석바가 하우징에 재삽입되고 난 후, 청소가 끝난 필터장치를 재사용하게 된다. 이와 같이 단순한 설계는, 오염물질 또는 공정스트림이 위해 하기 때문에, 흡착된 오염물질을 필터장치 또는 기타 공정 설비에서 제거하기 위해 장치를 열거나 분해할 필요가 없는 경우에 특히 매력적이다.
위에서 잘 설명된 바와 같이, 도 1 및 2의 필터장치는 고체물질 및 중합 슬러지 또는 부식 생성물 재생원인인 활성 오염물질을 비교적으로 소량으로 포함하는 설포레인 용매 스트림과 유사한 화학적 공정스트림 용도로 특히 설계될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 고체물질, 중합 슬러지 또는 부식 생성물 재생원인인 활성 오염물질 및/또는 하류 공정부에 바람직하지 않은 오염물질을 비교적 다량 포함하는 정유공정스트림 용도로 특히 설계될 수 있는 지속적 필터장치를 제공한다. 예를 들면, 정유장치의 전단(front-end) 공정스트림 내부의 고체물질은 주로 공정 라인, 밸브 및 펌프에 축적되는 성질의 철의 녹 입자 및 기타 저해 및 부식 생성물을 상당량 포함한다. 이러한 경우, 좀 더 높은 필터용량, 즉 좀 더 많은 수량 및/또는 크기의 자석바를 구비한 필터장치가 요구된다.
즉, 높은 유량 및 오염도를 갖는 더욱 오염된 정유스트림의 필터를 위해서는, 높은 용량을 감당할 수 있도록 다른 형태로 형성된 자석필터장치가 요구된다. 바람직한 실시예에 따르면, 도 3A 및 3B 에 도시된 필터장치는, 예를 들면, 정유장치에서 수첨탈황공정(HDS)으로 유입되기 전에 직류 가스오일에서 오염물질을 제거하기 위해 적용된다. 이러한 필터장치는 기존의 비효율적인 필터를 효과적으로 대체할 수 있으며 예를 들면, PACKINOX 열교환기와 같은 예민한 패널 열교환기 및 HDS 공정부의 촉매베드를 더욱 잘 보호할 수 있다. PACKINOX 열교환기 및 촉매 베드는 둘 다 철의 녹 및 기타 상자성 입자에 의한 막힘(plugging)에 취약하다. 필터장치(300)는 스트림에서 지속적으로 철의 녹입자 및 기타 부식 생성물들을 제거함에 의해 가스오일을 정화시킨다. 따라서, PACKINOX 열교환기 및 HDS 공정부의 고용량 및 고 작업 효율이 유지된다. 도시된 바와 같이, 필터장치(300)는, 손잡이부(306)가 설치된 탈착가능한 커버(304)를 구비한 고압 용기(302), 및 수직방향 연장 스테인레스 스틸 사각형 튜브의 형태로 고압 용기(302)의 수용부(316)에 맞춤결합된 자석하우징(314)을 구비한 사각형 또는 직사각형 래크-형태의 지지트레이(308)를 포함한다. 스테인레스 스틸 사각형 튜브는 바람직하게는 사각형 또는 직사각형 메트릭스의 열로 배치되어 튜브의 총접촉 면적을 증가시킴으로써 최대 고체물 적재량을 갖도록 한다. 자석바(310)는 각각의 스테인레스 스틸 튜브에 위치된다. 튜브에 대한 공정스트림의 흐름 패턴을 개선하기 위해서, 수직방향의 구획 플레이트(320)가 튜브 열 각각 사이에 위치되어 튜브를 통과하는 흐름 패턴이 복잡해지도록 한다. 필터장치(300)에 채용되는 하우징(314) 및 이에 대응하는 자석바(310)의 수는 대개 1 내지 100 또는 그 이상의 범위에 해당한다.
필터장치(300)의 일측의 저변부에 위치한 유입구(330)를 통해 오염된 가스오일이 유입되면, 철의 녹입자 및 부식 생성물들이 강력한 자석바의 도움에 의해 수직방향 사각의 스테인레스 스틸 튜브의 외부 표면으로 끌려가 부착된다. 처리된 깨끗한 가스오일 스트림은 유입구(330)와 대향 측의 상부에 위치된 배출구(332)를 통해 배출된다. 매트릭스 내에 최대 수의 사각형 튜브를 갖추고 사각형 구획 플레이트를 위치시킴으로써, 자석바를 이용한 철의 녹입자 및 부식 생성물 제거가 최대한 활용될 수 있다. 이와 같은 배치를 통해 철의 녹입자 및 부식 생성물의 잔여물을 최소치로 유지할 수 있다. 필터장치에서 나온 실질적으로 깨ㄲMt해진 가스 오일은 PACKINOX 열교환기 및 HDS 공정부로 유입된다.
공정스트림에 위에 설명한 바와 같이 보조필터장치로 우회할 경우, 스테인레스 스틸 튜브 및 자석바와 함께 사각형 또는 직사각형 트레이를 제거한다. 복수 개의 하우징 및 자석바를 지지하는 트레이를 제거한다; 부착되었던 오염물질이 자석의 제거와 함께 수직방향 튜브에서 떨어져 내린다.
도 4A 및 4B는 장치유닛과 일체 형성되어 탈착이 불가능한 자석하우징을 포함하는 필터장치의 변형예를 도시한다. 즉, 필터장치(400)는, 사각형 또는 직사각형 메트릭스의 열로 배치된, 수직방향 연장의 사각형 고정 스테인레스 스틸 튜브의 형태로 형성되는 복수 개의 자석하우징(414)을 구비한 고압 용기(402)를 구비한다. 튜브는 고압 용기와 일체로 형성된 부분이다. 자석바(410)가 고압 용기(402)의 밀폐 상부 표면상의 구멍을 통해 각각의 사각형 스테인레스 스틸 튜브 내부에 위치된다. 각각의 튜브 열 사이에 수직방향 구획 플레이트(420)가 위치되어 수용부(416)를 통과하는 흐름 패턴을 최적화한다.
이러한 필터장치의 작동은 도 3A 및 3B에 도시된 필터장치의 그것과 동일하다. 다만, 필터장치(400)의 경우, 오프라인이 되면, 자석바가 해당 스테인레스 스틸 튜브 하우징에서 바로 상승되고, 이에 따라 오염물질들이 수용부(416)로 떨어져 내린다. 흡착된 오염 슬러지는 씻겨낸다.
도 5A, 5B 및 5C는 HDS 공정부로 유입되기 전 직렬 가스오일과 같은 정유 스트림에서 오염물질을 제거하여 하류에 위치한 PACKINOX 열교환기 및 HDS 공정부의 높은 용량 및 작업 효율 유지를 위해 특히 적합한 또 다른 필터장치를 도시한다.
도시된 바와 같이, 필터장치(500)는, 손잡이부(506)가 설치된 탈착 가능한 커버(504)에 의해 밀폐된 고압 용기(502), 및 수직방향 연장 스테인레스 스틸 컬럼 또는 슬레이트 형태를 가진 복수 개의 자석하우징(514)이 부착되어 고압 용기(502)의 수용부(516)에 맞춤결합된 사각형 또는 직사각형 래크 지지트레이(508)를 포함한다. 스테인레스 스틸 슬레이트는 장치의 총 접촉 표면적의 증가를 통한 고체물 적재량의 최대화를 위해 평행 열로 배치된다. 인접한 슬레이트 평행 열 간의 공간에는 오염 가스오일이 흐르는 채널이 정의된다. 자석플레이트(510)가 각각의 스테인레스 스틸 슬레이트 내부에 위치된다. 필터장치(500)에 채용되는 하우징(514) 및 이에 대응되는 자석바(510)의 수는 대개 1 내지 100 또는 그 이상의 범위에 해당한다.
도 5C 에 도시된 바와 같이, 오염 가스오일이 장치 전면의 하단부에 위치된 유입구(530)를 통해 유입된다. 강력한 자석플레이트의 도움으로 철의 녹 입자 및 부식 생성물들이 끌려서 수직방향 스테인레스 스틸 슬레이트의 외부 표면에 부착된다. 깨끗해진 가스오일은 장치 뒷면의 상부에 위치된 배출구(532)를 통해 배출된다. 이와 같은 형식으로, 유입구(530) 및 배출구(532)는 인접슬레이트 간의 채널에 평행한 흐름 패턴을 형성한다. 더 나아가, 다수 개의 유입구를 채용함으로써 공정스트림의 흐름 분배가 더 나아지고, 이에 따라 공정스트림과 슬레이트의 접촉시간이 최대화된다.
필터장치(500)가 오프라인이 되면, 지지트레이(508)가 수용부(516)에서 상승되고, 자석플레이트가 대응되는 스테인레스 스틸 슬레이트에서 제거되면, 오염물질이 떨어져 내린다.
마지막으로, 도 6A, 6B 및 6C 는 장치유닛과 일체 형성되어 탈착이 불가능한 자석하우징을 포함하는 필터장치의 변형예를 도시한다. 상세하게는, 필터장치(600)는, 수용부(616)가 형성된 고압 용기(602)를 구비하며, 고정된 수직방향 연장 스테인레스 스틸 컬럼 또는 슬레이트 형태로 형성된 복수 개의 자석하우징(614)이 수용부(616)를 가로질러 평행하게 배열된다. 슬레이트는 고압 용기와 일체적으로 형성된 부분이다. 공정스트림 유입부(630) 및 배출구(632)를 제외하면, 수용부(616)는 주변환경에서 밀폐된다. 수직방향 자석플레이트(610)가 고압용기(602)의 밀폐된 상부(622) 상에 형성된 개구부를 통해 각각의 자석하우징(614) 내부로 위치한다.
필터장치(600)의 작동은 도 5A, 5B 및 5C 에 도시된 바와 유사하다. 다만, 필터장치(600)가 오프라인이 되면, 자석플레이트가 대응하는 스테인레스 스틸 슬레이트에서 상승되고, 이에 따라 오염물질들이 수용부(616) 안으로 떨어져 내린다. 흡착된 오염 슬러지는 씻어낸다.
도 3, 4, 5 및 6에 도시된 필터장치들은, 필터 된 가스오일에서 입자들이 충분히 제거됨으로 인해, 고가의 PACKINOX 열교환기를 종래의 저가의 튜브 및 쉘 열교환기로 대체해도 좋을 정도의 높은 효율을 보일 것으로 기대된다.
본 발명에 따른 필터장치들은, 특히 하류 공정부에서 바람직하지 않은 철의 녹입자, 부식 생성물, 및/또는 오염물질 등을 비교적 다량 포함하는 직렬 가스오일 스트림과 유사한 어떠한 정유 공정스트림에도 실행되도록 적용이 가능하다. 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 필터장치는 다음의 정유 스트림에 유익하게 적용될 수 있다: (1) C5 및 C6 이성질화 유닛에 대한 피드, (2) 나프타 HDS 유닛에 대한 피드, (3) 개질 HDS 유닛에 대한 피드, (4) 케로신 HDS 유닛에 대한 피드, (5) 코크 나프타 HDS 유닛에 대한 피드, (6) 잔유 HDS 유닛에 대한 피드, 및 (7) 석탄 타르 나프타 HDS 유닛에 대한 피드.
이상에서는 본 발명의 원칙, 바람직한 실시예 및 작업 모드에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 기재된 특정 실시 예에 대해 한정되지 않는다. 따라서, 상기 설명된 실시예들은 한정적이라기보다는 예시적이며, 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 명시되지 않았으나 변형이 가능함을 이해할 것이다.
또한 바람직하거나 유리하거나 또는 편리하게 기술되어 있는 본 발명의 정수 또는 특징들은 선택적이며 독립항들의 범위를 제한하려는 의도가 없다는 것을 독자들은 이해할 수 있을 것이다. 또한, 이와 같은 선택적인 정수 또는 특징들은 본 발명의 일부 구현예에서는 유리할 수 있지만, 바람직하지 않을 수도 있고, 그러므로 다른 구현예들에서는 존재하지 않을 수 있다.
Claims (15)
- 공정스트림 (process stream) 으로부터 극성 중합 오염물 (polar polymeric contaminants) 을 포함하는 오염물을 연속적으로 제거하는 방법으로서, 하기 단계들을 포함하는 방법:
(a) 수용부, 공정스트림을 위한 유입구 및 처리된 공정스트림 (treated process stream) 을 위한 배출구를 포함하는 용기, 및
상기 수용부 내부에 위치하며, 상기 수용부 내의 하우징에 탈착 가능하게 수용된 적어도 하나의 자석부를 포함하는 필터장치를 제공하는 단계;
(b) 공정스트림을 상기 유입구를 통해 상기 용기로 유입시켜, 하우징의 외부 표면에 오염물이 부착되게 함으로써, 상기 배출구를 통해 빠져나가는 처리된 공정스트림을 생성하는 단계로서,
상기 공정스트림은 (1) C5 및 C6 이성질화 유닛에 대한 공급물, (2) 나프타 수첨탈황공정(HDS) 유닛에 대한 공급물, (3) 개질 HDS 유닛에 대한 공급물, (4) 케로신(kerosene) HDS 유닛에 대한 공급물, (5) 코크 나프타 HDS 유닛에 대한 공급물, (6) 잔유 HDS 유닛에 대한 공급물, 및 (7) 석탄 타르 나프타 HDS 유닛에 대한 공급물로 이루어진 군에서 선택되는 정제 스트림이고,
상기 공정스트림은 적어도 5,000 v/v/Hr 의 공탑속도 (superficial velocity) 로 상기 용기를 통과하는 것을 특징으로 하는 단계;
(c) 상기 용기 전반에 걸친 압력이 한계 압력차 (threshold pressure difference) 에 도달한 경우, 상기 필터장치와 병렬적으로 작동하는 우회라인 (bypass line) 을 통해 상기 공정스트림의 방향을 전환 (switching) 시키는 단계;
(d) 상기 수용부로부터 극성 중합 오염물을 제거하는 단계; 및
(e) 상기 우회라인으로부터 상기 필터장치로 상기 공정스트림의 방향을 전환시키는 단계. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (d)는 상기 하우징으로부터 적어도 하나의 자석부를 제거하여 오염물을 상기 수용부로 방출시키는 단계 및 상기 수용부로부터 오염물을 씻어내는 단계를 포함하고, 상기 방법은 단계 (e) 이전에 상기 하우징으로 적어도 하나의 자석부를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 자석부는 지지 트레이에 의해 고정된 하우징에 탈착가능하게 수용되고, 단계 (d)는 수용부로부터 지지체를 제거하고, 이후 이에 포함된 적어도 하나의 자석부를 수용하는 하우징을 고정하는 지지 트레이를 상기 수용부에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 단계 (c)는 용기 전반에 대한 압력차가 1 내지 5 kg/cm2에 도달할 경우 공정스트림의 방향을 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 필터장치는 상기 수용부 내부에서 복수의 연장된 하우징에 탈착 가능하게 수용된 복수의 자석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 오염물은 상자성(paramagnetic)의 중합체 슬러지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 공정스트림은 기체-오일 스트림인 것을 특징으로 하는 방법. - 공정스트림으로부터 미세 입자 또는 박편의 형태인 상자성 철 화합물을 연속적으로 제거하는 방법으로서, 하기 단계들을 포함하는 방법:
(a) 수용부, 공정스트림을 위한 유입구 및 처리된 공정스트림을 위한 배출구를 포함하는 용기,
상기 수용부 내부에 위치되며, 각각의 하우징에 탈착 가능하게 수용된 하나 이상의 자석부를 포함하는 복수의 하우징; 및
상기 수용부 내부에 위치하여 복수의 하우징이 복수의 하우징의 적어도 하부 말단을 포함하는 스크린 실린더의 내부 둘레에 꼭 맞도록 하는 내부 스크린 실린더를 포함하는 필터장치를 제공하는 단계;
(b) 설폴란을 함유하는 공정스트림을 유입구를 통해 상기 용기로 유입시켜, 오염물들이 상기 복수의 하우징의 외부 표면에 부착되어 배출구로 배출되는 처리된 공정스트림을 생성하도록, 상기 복수의 하우징과 접촉하기 이전에 상기 공정스트림을 상기 스크린 실린더를 통해 유동하도록 하는 단계로서,
상기 공정스트림은 (1) C5 및 C6 이성질화 유닛에 대한 공급물, (2) 나프타 수첨탈황공정(HDS) 유닛에 대한 공급물, (3) 개질 HDS 유닛에 대한 공급물, (4) 케로신(kerosene) HDS 유닛에 대한 공급물, (5) 코크 나프타 HDS 유닛에 대한 공급물, (6) 잔유 HDS 유닛에 대한 공급물, 및 (7) 석탄 타르 나프타 HDS 유닛에 대한 공급물로 이루어진 군에서 선택되는 정제 스트림이고,
상기 공정스트림은 적어도 5,000 v/v/Hr 의 공탑속도로 상기 용기를 통과하는 것을 특징으로 하는 단계. - 제8항에 있어서,
상기 스크린 실린더는 상기 복수의 하우징 상으로 상기 공정스트림을 분배하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 방법은 복수의 연장된 형태의 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 삭제
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