KR101658775B1 - 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질 - Google Patents

물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질 Download PDF

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Abstract

본 발명의 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질은, (a) 천연 섬유, 셀룰로오스 섬유, 천연계 섬유, 및 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분, (b) 높은 표면적의 피브릴화 섬유, 표면적 증가 합성 물질, 유리 마이크로섬유, 및 나노세라믹 작용화 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분; 및 (c) 건식 강도 첨가제와 습식 강도 첨가제로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분으로 형성되는 에멀션 접촉 시트를 포함하고, 상기 매질의 섬유 성분은 매질의 약 70% 이상을 구성한다. 바람직한 면에서, 응집 매질은 크라프트 섬유, 피브릴화 리오셀 섬유, 유리 마이크로섬유 또는 나노세라믹 작용화 섬유, 습식 강도 첨가제, 및 건식 강도 첨가제를 포함한다. 응집 매질은 균일하게 분산된 습식 적층 퍼니시를 사용하는 습식 적층 공정으로 단일 자체 지지층으로 형성되는 바람직하다. 응집 매질은 다층 구조물로 형성될 수 있다.

Description

물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질{COALESCENCE MEDIA FOR SEPARATION OF WATER-HYDROCARBON EMULSIONS}
본 발명은, 탄화수소와 물의 에멀션을 분리하는 시트형 매질에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고농도의 계면활성제와 바이오디젤을 포함하는 탄화수소와 물의 에멀션을 분리하는 것에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 연료 탈수를 위해 고안된 응집 시스템에 사용하기 위한 직접적인 용도를 갖는다.
에멀전은 하나의 액체가 다른 액체에 작은 액적의 형태로 현탁되는 2개의 비혼화성 액체의 혼합물이다. 용어 비혼화성은 계면 발생에 대한 에너지 장벽의 존재를 나타낸다. 분리상에 대한 공동-용해(co-dissolution)가 없다. 에너지 장벽은 2개의 액체 사이의 계면 장력 γ로 표현된다. 시스템의 깁스 자유 에너지 G(Gibbs Free Energy, G)는 하기 식(1)으로 표현되는 바와 같이 계면 형성(δσ)과 함께 증가한다:
δG = -SδT + Vδp + γδσ (1)
상기 식에서, δσ는 표면적의 변화이다.
에멀션은 에너지가 시스템에 적용될 때 형성된다. 에너지 공급원은 혼합, 펌핑, 가열 및 유체 전달을 포함한다. 투입 에너지는 액적들을 터트리고 액체-액체 계면의 표면적을 이의 가장 작은 크기(2개의 벌크층 사이의 단일 표면)로부터 보다 큰 크기(다른 액체의 연속상에 현탁되는 하나의 액체의 액적들 간의 다수의 표면)로 증가시킨다. 에너지 투입이 보다 커질수록, 유화된 액적의 표면적이 보다 커지며, 액적 크기가 보다 작아진다.
에멀션은 고에너지 상태이므로, 연속 에너지 투입 없이도 단일 계면에 의해 분리되는 2개의 분리된 벌크상의 가장 낮은 표면적 배치로 완화될 것이다. 에멀션이 완화되기 위해서, 액적들은 서로 마주치고, 충돌하며 보다 큰 액적으로 응집된다. 이러한 과정은 동적이며, 이의 속도는 응집에 대한 에너지 장벽을 변화시키는 인자의 지배를 받는다.
물 및 탄화수소의 에멀션을 분리할 필요는 편재한다; 역사적으로 광범위한 산업에 영향을 끼친다. 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 선행 기술은 단일 또는 다수의 부재, 새로운 유동 패턴, 스틸링(stilling) 챔버, 평행 금속 플레이트, 연신사, 가스 관입 메커니즘, 및 정전하에 의존적인 시스템을 포함한다. 분리 시스템의 밸런스는 에멀션이 통과하여 분리되는 섬유성의 다공성 응집 매질을 포함하는 부재를 사용한다. 시스템 디자인에 무관하게, 모든 물-탄화수소 분리 시스템은 응집을 촉진하기 위해 유화된 액적들이 밀접하게 접근하도록 소집하는 것을 목적으로 한다. 응집 및 물과 탄화수소 사이의 밀도차에 의한 후속적인 분리가 모든 분리 시스템의 배후에 있는 메커니즘이다.
선행 기술의 섬유성인 다공성 응집 매질은, 에멀션의 특성과 무관하게, 동일한 일반적인 메커니즘을 통한 플로우-쓰로우(flow-through) 적용으로 에멀션 분리를 유도한다. 응집 매질은 에멀션 불연속상에 연속상으로부터의 에너지가 같지 않은 표면을 제시한다. 이에, 매질 표면은 에멀션의 불연속 또는 액적상에 대해 에멀션의 연속상과 경쟁하게 된다. 에멀전이 응집 매질과 접촉되고 이를 통해 진행함에 따라 액적들이 고체 표면과 연속상 사이에 분배된다. 고체 매질 표면에 흡착되는 액적들은 섬유 표면을 따라 이동하며, 일부의 경우, 섬유 표면을 적신다. 보다 많은 에멀션이 매질을 통해 유도함에 따라 흡착된 불연속상은 다른 매질 결합 액적이 만나고 이 둘은 응집된다. 액적 이동 응집 과정은 에멀션이 매질을 통해 이동하는 한 계속된다. 응집 매질은 불연속상이 우선적으로 흡착되거나 반발되는 경우 소정의 에멀션의 파괴에 있어 성공적이며, 매질로부터의 탈출점에서 액적상은 충분히 커다란 액적으로 응집된다. 액적들은 관여되는 액체 사이의 밀도차의 함수로서 연속상으로부터 분리된다. 응집 매질은 매질로부터의 탈출점에서 액적들이 충분히 작아서 연속상에 의해 유입되고 분리되지 않는 경우 에멀션 파괴에 있어 성공적이지 않다.
선행 기술의 매질은 불연속상과 조화되는 표면 에너지를 갖는 섬유를 사용하였다. 친수성 섬유, 예를 들어 유리 또는 나일론이 탄화수소 연속상으로부터 액적을 응집하는데 사용된다. 소수성 섬유, 예를 들어 스티렌 또는 우레탄은 물로부터 탄화수소 액적을 응집하기 위해 사용되었으며, 유리와 금속은 오일을 응집하는데 사용되고, 폴리에스테르 및 PTFE는 물을 응집하는데 사용되었다. 이러한 경우, 불연속상과 고체 사이에 다수의 계면 형성이 필요하다. 이는 액적상에 대해 에너지적으로 불리한 상태이다. 이렇기 때문에, 액적들은 가장 낮은 에너지 배치를 택하며 매질의 표면에 모인다. 보다 많은 에멀션이 매질을 통해 유동할수록, 보다 많은 액적이 모인다.
선행 기술의 예는 미국 특허 제 3,951,814호(Krueger)를 포함하며, 이는 유리, 에틸렌, 프로필렌, 또는 스티렌 섬유로 이루어진 감긴 시트 또는 적층된 디스크 형태의 매질을 갖는 중력 분리기를 기술한다. 미국 특허 제 6,569,330호(Sprenger 및 Gish)는 동심 네스트에 배치되는 이층의 주름진 매질로 이루어지고 2개의 상이한 직경을 가질 수 있는 섬유유리로 이루어진 필터 콜레서(coalescer) 카트리지를 기술한다. 미국 특허 제 6,332,987호(Whitney 등)는 폴리에스테르로 이루어진 랩을 수반하는 다공성 구조물을 삽입하는 응집 부재를 기술한다. 미국 특허 제 5,454,945호 및 제 5,750,024호(Spearman)는 유리, 중합체, 세라믹, 셀룰로오스, 금속 또는 금속 합금의 임의 배향된 섬유로 된 주름진 플랫 매질로 이루어진 원추형 응집 필터 부재를 기술한다. 미국 특허 제 4,199,447호(Chambers 및 Walker)는 표면에 부착된 미세하게 분할된 실란 코팅 실리카 입자를 갖는 섬유 구조물에 에멀션을 통과시켜 유수유 에멀션(oil in oil-water emulsion)의 응집을 기술한다. 미국 특허 제 4,199,447호(Kuepper 및 Chapler)는 친유성 직물, 면, 폴리프로필렌. 및 금속 실을 포함할 수 있는 천연 및 합성 섬유로부터 제직된 직물로 이루어진 관모양의 콜레서 부재를 갖는 폐수 오일 콜레서 장비를 기술한다. 미국 특허 제 5,997,739호(Clausen과 Duncan)는 가요성 삭(sock), 나일론 메시, 또는 직물 매질인 응집 매질로 이루어진 부재를 포함하는 연료/물 분리기를 기술한다. 미국 특허 제 5,993,675호(Hagerthy)는 다양한 유형의 중합체 섬유로 제작되는 마이크로섬유 필터 부재를 포함하는 해양 및 디젤 엔진용의 연료-물 분리기를 기술한다.
선행 기술의 다른 예는 스펀본드법으로 제조된(spunbonded) 폴리에스테르 및 부직 아라미드 펠트뿐만 아니라, 확장된 PTFE 층으로 제조된 깨끗이 할 수 있는 필터 매질을 기술하는 미국 특허 제 5,928,414호(Wnenchak 등)를 포함한다. 미국 특허 제 4,588,500호(Sprenger 및 Knight)는 다공성 튜브 둘레에 감긴 셀룰로오스 및 섬유유리 시트의 층을 갖는 연료-마개를 위해 고안되는 연료 탈수기를 기술한다. 미국 특허 제 4,372,847호(Lewis)는 주름진 소수성 처리된 셀룰로오스 매질 또는 섬유유리를 갖는 디멀시파이어(demulsifier) 카트리지를 포함하는 유체로부터의 오염물 제거를 위한 어셈블리를 기술한다. 미국 특허 제 5,225,084호(Assmann)는 유리 섬유 또는 유리와 금속 섬유의 혼합물로 이루어진 섬유 베드를 사용하는 2개의 비혼화성 유기 성분을 분리하기 위한 과정을 기술한다. 미국 특허 제 5,417,848호(Erdmannsdorfer 등)는 마이크로파인 섬유 물질을 포함하는 가변성 응집 부재를 갖는 응집 분리기를 기술한다. 미국 특허 제 6,422,396호(Li 등)는 폴리프로필렌 및 폴리에스테르를 포함하는 적어도 3층의 중합체성의 소수성 매질로 구성되는 계면활성제를 함유하는 탄화수소를 위한 콜레서 디자인을 기술한다. 미국 특허 제 6,042,722호(Lenz)는 디젤 및 제트 연료를 포함하는 다양한 연료로부터 물을 제거하기 위한 단일 분리기를 기술한다. 미국 특허 제 6,203,698호 및 제 5,916,442호(Goodrich)는 필터의 상류측으로 물을 제거하기 위한 소수성 필터 매질의 이용을 기술한다. 미국 특허 제 5,993,675호(Hagerthy)는 물은 통과시키지 않으나 연료는 유동시키는 얽힌 마이크로섬유의 사용을 기술한다. 미국 특허 제 7,285,209호(Yu 등)는 나일론, 폴리에스테르, 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 또는 폴리프로필렌으로 제조된 탄화수소로부터 계면활성제를 제거하기 위한 제 1 필터, 및 폴리테트라플루오로에틸린 막으로 제조된 나선형으로 감긴 카트리지, 관모양 카트리지, 또는 유공 섬유 카트리지 중의 제 2 교차-유동 필터를 사용하는 계면활성제 함유 탄화수소로부터 유화된 물을 제거하기 위한 장치를 기술한다.
상기한 바로부터, 응집 및 분리 분야에서의 기술 혁신은 완전한 분리 시스템을 필요로 한다는 것이 명백하다. 이 시스템은 다수의 매질 유형, 다수의 매질 부재, 및 다층의 매질을 필요로 한다. 기술 혁신은 종종 매질을 패키징하고 새로운 방식으로 에멀션을 유동시키는 것에 관한 것이다. 이러한 접근의 결점은 복잡하다는 것이며, 이는 제작 및 원료 물질 비용에 직접적으로 전가된다. 복잡하게 하고 비용을 증가시키는 동일 인자는 또한 해법의 보편적 적용성을 제한한다. 새로운 해법은 항상 단일 또는 매우 제한된 세트의 응집 필터 디자인에 관한 것이다. 기존의 분리 시스템 및 상품 전환 기술과 보편적으로 양립하는, 탄화수소로부터 물을 분리할 수 있는 단일-롤 매질이 선행 기술에서는 없다.
또한, 탄화수소, 특히 디젤 연료는 계면활성제와의 혼합이 증가된다. 계면활성제는 바이오디젤뿐만 아니라 연료 첨가제, 예를 들어 윤활 증지제와 녹 억제제의 형태이다. 바이오디젤은 식물 및 동물 트리글리세라이드의 메탄올 에스테르화로부터 유도되는 지방산 메틸 에스테르의 혼합물이다. 국내의 연료 공급 개발 및 화석화된 탄소의 배기를 최소화하는 것에 대한 압력뿐만 아니라 기름값의 상승으로 다양한 수송, 전력 생산, 및 산업 적용에서 탄화수소를 위해 바이오디젤 대체를 촉구하게 된다. 바이오디젤은 또한 디젤 연료의 윤활을 개선하는 것으로 밝혀졌으며, 그 결과 낮은 윤활의 초저유황 디젤(Ultra Low Sulfur Diesel) 연료를 위한 혼합 성분으로서 사용하고자 하는 추가의 기세를 만들었다. 이러한 탄화수소와 계면활성제의 혼합물은, 탄화수소로부터 물을 제거하기 위해 과거에 고안된 시스템을 고장나게 하고 유입된 물의 50 내지 100%가 분리 시스템을 통해 최종 사용으로 억제 없이 통과되게 하는 상태를 만든다.
계면활성제는 에멀션 내에서 보다 작은 액적의 형성을 촉진하며 에멀션이 분리되는 것으로부터 안정화시킨다. 계면활성제는 용어 "표면 활성제"에 대한 약어이다. 계면활성제는 하나는 친액성 또는 용매 친화로 공지된 부분이고 다른 하나는 소액성 또는 용매 비친화로 공지된 부분인 2개 부분을 포함하는 분자이다. 예를 들어, 용매상이 물인 경우, 이 용어는 친수성 및 소수성이 된다. 에멀션의 경우, 용매는 연속상이 될 것이다. 한 분자에서 이와 같은 이중적 친화성의 보유는 계면활성제에 표면 활성 특성을 부여한다. 에너지를 최소화하기 위해서, 계면활성제는 계면에서 분자의 양 부분이 유리한 환경에 있도록 정렬시킨다. 2개의 비혼화성 액체의 계면에서 계면활성제의 존재는 계면 장력을 낮추고, 그 결과 에멀션을 형성하기 위해 액적을 파괴하는데 필요한 에너지를 낮춘다(식(1)). 고체-액체 계면의 존재 하에서, 분자의 소액성 그룹은 고체에 정렬되고 친액성 그룹은 표면으로부터 멀어지게 연장된다. 에멀션 내의 계면활성제는 또한 액체-액체 계면을 차지한다. 그러나, 이러한 경우, 액적상에 의해 생성되는 넓은 계면 표면적이 존재한다. 에멀션에서, 계면활성제는 소액성 잔기는 액적을 향하도록 정렬하고, 친액성 그룹은 바깥 연속상으로 뻗치게 한다. 이는 액적이 소액성 그룹에 의해 연속상으로부터 고립되고 또한 친액성 그룹의 상호작용을 통해 다른 액적으로부터 고립되는 상태를 만든다. 이들 인자들 모두는 에멀션이 2개의 분리된 벌크상의 최저 에너지 상태로 느슨해지도록 에너지 장벽을 배치시킨다. 도 1의 도식이 에멀션의 안정화를 이끄는 계면활성제의 상호작용을 설명한다.
상술된 계면활성제 특성은 물-탄화수소 에멀션의 분리를 위해 고안된 선행 기술의 매질 및 선행 기술의 물 분리 시스템을 고장나게 한다. 분리기 디자인에 무관하게, 모든 물-탄화수소 분리기는 에멀션 불연속상이 탈안정화되고 불연속상이 응집되며 연속상을 벗어나 중력적으로 안정하게 되는 고체 표면을 제공함으로써 기능한다. 탈안정화되기 위해서, 불연속상의 액적들은 고체 표면과 접촉해야 한다. 계면활성제 존재하에서의 에멀션 액적 크기는 액적 파괴의 에너지를 낮춤으로써 상당히 작다. 이는 불연속상 액적 크기가 매질을 통화하기에 충분히 작아 매질 표면과 최소로 접촉됨으로써 응집 및 분리의 성공에 중요한 표면 발생 탈안정화를 피하는 상태가 되게 한다. 또한, 계면활성제는 연속상 내의 액적을 안정화시킴으로써 매질 표면 상의 불연속상의 천연 흡착을 방해한다. 매질 표면은 에멀션의 성분들과 성공적으로 경쟁해야 한다. 계면활성제는 연속상의 액적들을 안정화시킴으로써 에멀션의 에너지를 낮추고, 액적상이 우선적으로 매질 표면에 흡착할 개연성을 낮춘다. 마지막으로, 계면활성제는 액적 표면에 대한 흡착을 통해 불연속상의 표면 특성을 변화시킨다. 고체 표면에 의한 에멀션의 탈안정화는 이의 표면 에너지를 통해 수행된다. 계면활성제는 고체 표면에 대한 흡착을 통해 매질 표면을 변화시킴으로써 표면과 불연속상 사이의 상호작용 특성을 극적으로 변화시킨다. 그 결과, 선행 기술의 에멀션 분리 매질 및 선행 기술의 에멀션 분리 시스템의 성능을 완전히 무력하게 하는 시스템 에너지의 전체적인 통일(massive homogenization)이 이루어진다.
응집은 액체-고체 또는 흡착에 기초한 분리이다. 분리가 일어나기 위해, 분리될 상은 고체 표면과 상호작용해야 한다. 고체 매질 표면과 탄화수소 사이에서 에멀션 성분의 분할은 자유 에너지 최소화(식(1))에 의해 일어난다. 에멀션 성분은 상호작용이 시스템의 전체 에너지를 낮추는 경우 고체 매질과 연합할 것이다. 일정한 온도 및 압력에서, 에너지 최소화는 □□□ 조건에 의해 유도될 것이다. 낮은 고체-액체 계면장력(고체에 대해 높은 친화성)을 갖는 성분들은 높은 고체-액체 계면장력(고체에 대해 낮은 친화성)을 갖는 성분들과 비교하여 상호작용에 대한 더욱 높은 표면을 보일 것이다. 상호작용의 표면 또는 표면적은 부동 상을 통한 성분 이동에 이용가능한 경로 길이로 변화된다. 경로 길이는 매질로부터의 용출 시간을 유도한다. 용출 시간은 분리의 효율을 결정한다. 분리될 상 사이에 단지 최소의 차이만 존재하여 혼합물의 분해가 어려운 경우, 이용가능한 경로 길이를 증가시킴으로써 용출 시간 차이를 크게 한다. 에멀션 분리에 비해 계면활성제는 고체와 상호작용하며, 고체에 대한 우선적 흡착을 통해 액적으로부터 제거될 수 있다. 또한, 액적들은 계면활성제의 부재 하에서 탈안정화되고 응집하는 경향이 있기 때문에 이러한 과정은 응집을 촉진한다. 흡착에 이용가능한 표면이 커질수록, 상호작용과 성공적 에멀션 탈안정화의 개연성이 높아진다. 그 결과, 흡착에 기초한 분리에서, 고정상의 표면적은 성공적인 분리를 위한 유일한 가장 중요한 변수이다.
선행 기술의 응집 매질은 분산된 상의 탈안정화의 기초가 되는 고체-액체 상호작용이 방해되는 경우 에멀션을 분리할 수 없다. 이에, 선행 기술 매질의 실패는 매질 표면과의 충분한 상호작용이 달성되지 않는 것으로부터 생긴다. 이러한 실패는 2가지의 경로, 부적합한 세공 크기 및 불충분한 표면적을 통해 발생한다. 세공 크기에 대해, 낮은 계면장력을 갖는 계면활성제 포함 디젤 연료에 유화된 수적은 3.5 마이크론 범위이며, 계면활성제가 없는 디젤 연료 및 등유의 10.0 마이크론 범위로부터 극적인 변화이다. 선행 기술의 매질은 이러한 작은 크기의 액적을 포획하도록 고안되지 않는다. 그 결과, 액적상이 매질 표면과의 최소 상호작용으로 매질을 통해 빠져나가기에 충분히 작은 액적으로 이루어지는 경우, 액적이 응집되지 않아 선행 기술의 응집 매질은 실패하게 된다.
또한, 계면활성제는 시스템 에너지를 균질하게 함으로써 선행 기술 응집 매질의 표면적을 불충분하게 만든다. 계면활성제 안정화된 에멀션에서, 액적상과 매질 표면 사이에는 액체-액체 및 고체-액체 계면에서의 계면활성제 흡착에 기인해 장애가 존재한다. 상술된 바와 같이, 계면에서의 계면활성제 흡착은 상호작용의 에너지를 같게하고, 에멀션 성분들의 효과적인 분해를 위해 보다 긴 경로 길이를 필요로 한다. 선행 기술 매질의 표면적은 분리에 필요한 경로 길이를 제공하기에 충분히 크지 않다. 이렇게 때문에, 계면활성제 안정화된 물-탄화수소 에멀션이 제시되는 경우, 선행 기술 매질은 흡착된 계면활성제에 의해 쉽게 압도되고 변형되며, 불연속상이 비응집된 매질을 통과한다. 통상의 응집 매질을 사용한 실패가 계면활성제와 바이오디젤-함유 연료에서 일반적으로 발생한다.
직경이 5.0 마이크론 이하인 액적 크기와 불연속상 사이의 성공적인 상호작용 및 표면적의 극적 증가에 대한 필요성은 매질 특징이 투과성 및 두께와 같은 최종 사용에 필요한 것과 충돌되게 한다. 유속 요건은 투과성과 두께 타깃의 기본 동력이다. 분리는 매질을 통과 속도가 느려져서 표면과의 최대 접촉 시간을 제공하는 경우 변함없이 증진된다. 이러한 것은 당연히 매질을 통한 최소한으로 가동하는 유동을 규정하는 최종 사용에 의해 수용될 수 없는 것이다. 결국, 최소 유동 조건은 매질 상에서 실질적 압력 저하가 유지되기 때문에 투과성을 목표로 삼게 한다. 유동에 대한 요구는 매질을 통한 속도에 영향을 끼친다. 속도는 소정의 분리를 위해 사용되는 매질의 면적에 대한 도함수이다. 부재가 주름지거나 감긴 매질을 사용하는 한, 매질의 두께는 소정의 적용에서 사용될 수 있는 매질의 면적을 결정하며, 결국 매질을 통한 에멀션의 속도를 결정한다. 분리는 가장 얇은 두께, 즉 캘리퍼(caliper)의 두께에서 분리를 수행할 수 있는 매질에 의해 촉진된다.
세공 크기와 관련해, 선행 기술 매질의 세공은 종종 너무 커서 액적과 매질 표면 사이의 상호작용을 할 수 없게 하고 액적들이 응집되지 않고 샌다. 이는 에멀션 중의 계면활성제가 계면장력을 낮추고 보다 작은 입자 크기 분포로 액적의 파괴를 촉진하는 경우 발생한다. 선행 기술 매질은 보다 작은 입자 크기 분배 상태를 다룰 수 있는 세공 크기가 없으며, 항상 비응집된 불연속상을 매질의 수납측으로 통과시킨다. 가설적으로, 작은 입자와 효과적으로 상호작용하기 위해서는, 선행 기술 매질의 투과성을 최종 사용에 필요한 면속도(face velocity)를 실행 불가능한 수준으로 낮출 필요가 있을 것이다.
표면적이 불충분한 경우, 선행 기술 매질의 두께 때문에 에멀션 분리가 속도 요구와 충돌된다. 제한 인자는 필요한 표면적을 실시가능한 두께 및 또한 요구되는 투과성을 갖는 시트 또는 층상 매질 시트로 패킹하는 것이다. 이는 선행 기술 매질로는 가능하지 않다. 선행 기술의 매질은 종종 5 mm 범위의 캘리퍼를 갖는 유리 물질(mat)와 같이 두꺼우며, 치수로 잴 수 있는 지지체, 예를 들어 와이어 메시 또는 페놀-수지 포화된 셀룰로오스 시트를 필요로 한다. 가설적으로, 선행 기술 매질이 계면활성제 안정화된 물-탄화수소 에멀션과 같은 복잡한 에멀션을 분해시키기에 충분한 표면적을 갖도록 제조되는 경우, 두께가 너무 두꺼워서 단지 소량만이 분리 시스템 하우징에 패킹될 수 있을 것이다. 이러한 제한량의 매질은 이를 통과하는 속도를 극적으로 증가시켜 효과적인 분리를 억제할 것이다.
선행 기술의 한계 때문에, 응집계에서의 기술혁신은 매질이 아닌 "시스템"을 필요로 한다. 이 시스템은 다수의 매질 유형, 다수의 매질 부재, 및 다층 매질을 필요로 한다. 이 시스템은 전형적으로 세공 크기-투과성 및 표면적-두께, 투과성 균형(trade-off)에 대한 제한 내에서 작동하는 다양한 방식으로 매질을 패키징하고 에멀션을 유동시키는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따라 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 우수한 응집 매질의 확인에 매질 중의 수 개의 상이한 물리적 특성에 대한 매우 정밀한 균형이 필요하다는 것이 밝혀졌다. 물과의 우수한 계면 접촉을 위해, 수성 흡착에 대한 낮은 에너지, 높은 표면적, 및 섬유가 어셈블될 때 세공 구조를 전개시키는 천연 로프트(loft)를 갖는 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 천연 및 셀룰로오스계 섬유, 예를 들어 셀룰로오스, 리오셀, 레이온, 울 및 실크가 이러한 특성을 가지므로, 특정 양의 천연 및 셀룰로오스계 섬유를 갖는 것이 바람직하다. 표면적을 증대시키기 위해, 특정 양의 높은 표면적의 피브릴화 섬유 또는 표면적 증가 합성 물질을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 매우 높은 고유 표면적을 갖는 특정 유형의 나노세라믹 작용화 섬유가 에멀션 분리 매질에서 매우 뛰어난 성과를 달성하는 것으로 밝혀졌다.
또 다른 바람직한 특성은, 보다 넓은 표면적이 물 접촉에 이용가능하게 하면서 물의 수집 및 응집을 촉진하는 세공 및 채널을 전개하기 위해 표면적 당 보다 큰 부피(두께)를 갖는 상대적으로 낮은 밀도의 시트를 갖는 것이다. 보다 높은 시트 두께는 세공 구조가 유지된다는 것를 나타낼 수 있으며, 반대로 시트를 누르는 것은 세공 구조를 감소시키고 성능을 떨어뜨릴 것이다. 천연 및 셀룰로오스계 섬유를 다른 물질, 예를 들어 합성 또는 유리 섬유와 조합하는 것이 우수한 세공 구조를 유지시키고 더욱 낮은 밀도의 시트를 형성할 수 있다. 보다 넓은 표면적의 천연 및 셀룰로오스계 섬유 단독은 우수한 에멀션 분리기가 되는 것을 보증하지 않는다. 시트 밀도를 낮게 유지시키면서 세공 개방을 증진시키기 위해, 보다 작은 유리 섬유 직경이 보다 큰 직경보다 유리한 것으로 밝혀졌다.
우수한 에멀션 분리를 위한 또 다른 바람직한 특성은 세공 크기가 예상되는 물 입자 크기를 따르는 것이다. 물 입자 크기는 탄화수소에 계면활성제를 첨가함에 따라 크기가 보다 작아진다. 따라서, 우수한 응집 매질은, 낮은 계면장력의 디젤 연료에 대한 물 에멀션에서 관측되는 바와 같이, 크기가 예를 들어 3.5 마이크론 미만인 수적과 효과적으로 상호작용하도록 보다 작은 세공 크기를 가져야 한다. 적합한 세공 크기는 천연 또는 셀룰로오스계 섬유와 지지하는 합성 또는 유리 섬유의 올바른 조합을 선택함으로써 구해질 수 있다.
시트 중의 이들 구성성분들이 우수한 세공 구조 및 분포를 갖도록 조합하기 위해, 우수한 세공 구조를 위한 투과성 또는 두께를 희생시키지 않으면서 높은 표면 접촉면적을 제공하도록 선택된 구성성분들의 균일하게 분포된 습식 적층 퍼니시(wet-laid furnish)를 이용하는 습식 적층 공정으로부터 단일 건조층으로서 에멀션 접촉 시트를 형성하는 것이 바람직하다. 우수한 시트 세기를 위해, 또한 건식 강도 첨가제와/또는 습식 강도 첨가제를 가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질은,
(a) (1) 천연 섬유, (2) 셀룰로오스 섬유, (3) 천연계 섬유, 및 (4) 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분,
(b) (1) 높은 표면적의 피브릴화 섬유, (2) 표면적 증가 합성 물질, (3) 유리 마이크로섬유, 및 (4) 나노세라믹 작용화 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분과,
(c) (1) 건식 강도 첨가제와 (2) 습식 강도 첨가제로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분으로 형성되는 에멀션 접촉 시트를 포함하며, 섬유 성분이 매질의 약 70% 이상을 구성한다.
하나의 양태에서, 응집 매질은 약 70%의 크라프트 섬유 및 약 28%의 피브릴화 리오셀 섬유, 습식 강도 첨가제, 및 건식 강도 첨가제를 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 응집 매질은 크라프트 섬유, 피브릴화 리오셀 섬유, 유리 마이크로섬유, 습식 강도 첨가제, 및 건식 강도 첨가제를 포함한다. 0.65 마이크론 유리 마이크로 섬유를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또 다른 바람직한 양태에서, 응집 매질은 크라프트 섬유, 피브릴화 리오셀 섬유, 나노세라믹 작용화 섬유, 습식 강도 첨가제, 및 건식 강도 첨가제를 포함한다. 특히 바람직한 유형의 나노세라믹 작용화 섬유는 Disruptor™ 베이마이트(boehmite) 나노섬유 작용화 유리 섬유(제조사:Argonide Corporation, of Sanford, Florida)이다.
바람직하게는, 응집 매질은 균일하게 분포된 습식 적층 퍼니시를 사용하는 습식 적층 공정으로부터 단일 자체 지지층으로 형성된다. 또한, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 바람직한 양태에서, 이층 구조는 약 67%의 표면적 증대 나노세라믹 작용화 유리 섬유, 약 23%의 크라프트 섬유, 및 약 10%의 피브릴화 리오셀 섬유를 포함하는 상류층 및 약 80%의 셀룰로오스 섬유 및 약 20%의 수지를 포함하는 하류층을 갖는다.
구성성분의 유형과 양(%)은 투과성 또는 두께를 희생시키지 않으면서 계면활성제 안정화된 에멀션의 성분들을 완전히 분배시키기에 충분한 표면적을 제공하도록 선택된다. 바람직한 매질은 선행 기술 매질과 일치하는 플로우-쓰로우 적용으로 압력을 저하시키기에 충분한 투과성을 갖도록 고안된다. 매질 기본 중량 및 캘리퍼는 특수한 최종 사용 기준에 부합하도록 변화가능하다; 그러나, 매질은 0.6 mm와 같은 얇은 두께 및 227 g/m2의 기본 중량으로 에멀션 분리를 수행하는 것으로 밝혀졌다. 바람직한 매질의 예들이 1.219 cm/min와 같이 높은 면속도에서 및 40%와 같이 높은 바이오디젤 혼합물에서 분리를 수행하는 것으로 밝혀졌다. 응집 매질로서 사용되는 완성된 습식 적층 시트는 또한 주름지며 감을 수 있다.
본 발명의 기타 목적, 특징, 및 이점이 첨부된 도면을 참조하면서 하기의 상세한 설명에서 설명될 것이다.
본 발명은, 탄화수소와 물의 에멀션을 분리하는 시트형 매질과, 고농도의 계면활성제와 바이오디젤을 포함하는 탄화수소와 물의 에멀션을 분리하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, 에멀션을 안정화하는 계면활성제 상호작용을 도시한 도면.
도 2는, 물-B7 에멀션에 노출되었을 때 선행 기술의 매질과 본 발명의 매질의 에멀션 분리 성능을 비교한 그래프.
도 3a(좌측)는, 탁한 선행 기술 매질의 유체 하류의 겉모습(불완전하게 분리되는 에멀션을 가짐)을 도시하는 도면으로, 이는 본 발명의 매질의 유체 하류에 대한 겉모습을 보이는 도 3b(우측)와 비교된다.
도 4는, 물-B20 에멀션에 노출시 본 발명의 매질의 에멀션 분리 성능을 보이는 그래프.
도 5a는, 물-B20 에멀션의 분리 후 선행 기술 매질의 유체 하류의 겉모습을 도시하는 도면으로, 이는 본 발명의 매질에 노출된 후의 하류 유체에 대한 겉모습을 도시한다.
도 6은, 물-B5 에멀션에 노출시 본 발명의 매질의 이층 예에 대한 물 제거 효율을 도시하는 그래프로서, 통상의 멜트블로운된 폴리에스테르와 비교된다.
광범위한 의미에서, 본 발명의 바람직한 양태는, 투과성 또는 두께를 희생시키지 않으면서 계면활성제 안정화된 에멀션의 성분들을 완전히 분배시키기에 충분한 에멀션 접촉 표면을 제공하는 유형 및 양(%)으로 선택되는 2개 이상의 주요 구성성분들로 이루어지는 균일하게 분포된 습식 적층 퍼니시를 사용하는 습식 적층 공정으로부터 단일 건조층으로 형성되는 에멀션 접촉 시트를 포함하는, 물-탄화수소 에멀션 분리를 위한 응집 매질에 관한 것이다. 산업에서는 널리 공지된 바와 같이(본원에서는 상세히 기술되지 않음), 습식 적층 부직 시트는 퍼니시층을 압출시키기 위한 습식 적층 퍼니시의 슬러리를 습식 적층 페이퍼 기계의 포밍 와이어에 공급한 후, 포밍 와이어 상에 배출된 층을 건식 시트로 건조시킴으로써 제조될 수 있다. 본 발명에서, 습식 적층 퍼니시의 2개 이상의 구성성분은 이에 균일하게 분포되도록 혼합되므로 퍼니시층은 실질적으로 고르다. 많은 상이한 유형 및 양(%)의 물질이 의도되는 결과를 갖도록 사용될 수 있으며, 따라서 임의의 특정한 응집 매질을 형성하기 위한 구성성분들의 바람직한 조합은 최종 생성물에서 원하는 의도된 성능 특성에 따를 것이다.
일반적으로, 균일하게 분포된 습식 적층 퍼니시로부터 습식 적층 공정에 의해 제조되는 가공 시트의 성분들은 바람직하게는 (1) 약 80% 이하의 천연, 셀룰로오스, 천연계 또는 셀룰로오스계 섬유; (2) 약 50% 이하의 합성 섬유; (3) 약 60% 이하의 높은 표면적의 피브릴화 섬유; (4) 약 70% 이하의 유리 마이크로섬유; (5) 약 80% 이하의 표면적 증가 합성 물질; (6) 약 5% 이하의 습식 적층 페이퍼, 건식 강도 첨가제; (7) 약 5% 이하의 습식 적층 페이퍼, 습식 강도 첨가제;(8) 약 30% 이하의 세기 증강 성분; 및 (9) 가공 시트를 위한 약 30% 이하의 결합제 수지로 이루어지도록 선택된다 (%는 가공 시트의 건조 중량에 대한 구성성분의 %를 나타낸다). 양(%)은 가공 시트 중의 구성성분의 중량%를 나타낸다. 이들 구성성분은, 이로 제한됨이 없이, 하기 유형의 권장 물질을 포함할 수 있다.
1. 다음을 포함하는 0 내지 80%의 천연, 셀룰로오스, 천연계 또는 셀룰로오스계 섬유
a. 연목, 유칼립투스 또는 경목 크라프트 섬유
b. 재활용 크라프트 섬유
c. 재활용 사무실 폐기물
d. 설파이트 연목, 유칼립투스 또는 경목 섬유
e. 면 섬유
f. 면 린터
g. 머서가공된 섬유
h. 화학기계적 연목 또는 경목 섬유
i. 열기계적 연목 또는 경목 섬유
j. 울
k. 실크
l. 재생 셀룰로오스 섬유: 레이온, 비스코스, 리오셀
m. 폴리락트산
2. 다음을 포함하는 0 내지 50%의 합성 섬유
a. 데니어가 0.5 마이크론 내지 13 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 폴리에스테르 섬유
b. 데니어가 0.5 마이크론 내지 6 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 나일론 6 섬유
c. 데니어가 0.5 마이크론 내지 22 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 나이론 66 섬유
3. 다음을 포함하는 0 내지 60%의 높은 표면적 피브릴화 섬유
a. 피브릴화된 중합체 섬유
b. 피브릴화된 개질 셀룰로오스 섬유
c. 피브릴화된 셀룰로오스 섬유
d. 피브릴화 리오셀 섬유
e. 피브릴화된 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌
f. 피브릴화된 폴리올레핀 섬유
g. 피브릴화된 아크릴 및 폴리아크릴로니트릴 섬유
h. 피브릴화된 폴리 p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸(PBO) 섬유
i. 피브릴화된 폴리비닐알콜(PVA)
j. 피브릴화된 콘크리트
k. 피브릴화된 케블라(Kevlar) 아라미드 펄프
4. 다음을 포함하는 0 내지 70%의 유리 마이크로섬유
a. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 A-유리
b. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 B-유리
c. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 C-유리
d. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 E-유리
5. 다음을 포함하는 0 내지 80%의 표면적 증대 첨가제
a. 나노세라믹 또는 나노유리 함유 섬유
b. 비처리, 훈증, 및/또는 선형 알킬, 트리메틸, 알킬카바메이트, 사이클로헥실, 페닐, 디페닐, 디메틸아미노, 아미노, 니트로, 니트릴, 옥시프로피오니트릴, vic-하이드록실, 플루오로알킬, 폴리카프롤락탐, 폴리에톡실레이트, 통상의 소수성 물질 및 친수성 물질, 이온 교환, 및 역상 종류(family)로부터의 작용기를 갖도록 화학적으로 변형된, 다공성 또는 비다공성의 마이크로미립자 또는 마이크로구형 실리카
c. 비처리, 훈증, 및/또는 선형 알킬, 트리메틸, 알킬카바메이트, 사이클로헥실, 페닐, 디페닐, 디메틸아미노, 아미노, 니트로, 니트릴, 옥시프로피오니트릴, vic- 하이드록실, 플루오로알킬, 폴리카프롤락탐, 폴리에톡실레이트, 통상의 소수성 물질 및 친수성 물질, 이온 교환, 및 역상 종류로부터의 작용기를 갖도록 화학적으로 변형된, 다공성 또는 비다공성의 마이크로미립자 또는 마이크로구형 알루미나
d. 다공성 또는 비다공성의 마이크로미립자 또는 마이크로구형 유리
e. 활성 탄소
f. 다공성 흑연 탄소
g. 규산마그네슘
h. 이산화티탄
i. 이산화지르코늄
j. 규조토
k. 흡착 점토, 예를 들어 풀러토, 몬트모릴로나이트, 및 스멕타이트
l. 제올라이트 그룹에 속하는 텍토실리케이트, 예를 들어 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 ZSM-5, 제올라이트 LTL
m. 탄산칼슘
n. 알킬 벤젠 설포네이트, 트리알킬 암모늄 알킬 벤젠, 플루오로알킬, 통상의 소수성 물질, 통상의 친수성 물질, 이온 교환, 및 다음을 포함하는 역상 작용기를 갖거나 갖지 않는, 다공성 또는 비다공성의 중합체 입자, 마이크로구, 및 겔
i. 페놀-포름알데하이드, 예를 들어 두올라이트 XAD 시리즈
ii. 폴리스티렌-디비닐 벤젠, 예를 들어 암버라이트 XAD 시리즈 iii. 덱스트란, 예를 들어 세파덱스 G
iv. 아가로즈, 예를 들어 세파로즈
v. 가교된 알릴 덱스트로즈, 예를 들어 세파크릴
vi. 디비닐 벤젠
vii. 폴리아미드
viii. 하이드록시알킬메타크릴레이트
6. 다음을 포함하는 0 내지 5%의 통상의 습식 적층 페이퍼 건식 강도 첨가제
a. 감자, 옥수수 및 타피오카로부터 유도되는 양이온성 전분
b. 유도체화된 구아 검
c. 카복시메틸 셀룰로오스
d. 음이온성 및 양쪽성 아크릴아미드 중합체
7. 다음을 포함하는 0 내지 5%의 통상의 습식 적층 페이퍼 습식 강도 첨가제
a. 폴리아미드 수지
b. 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지
c. 로진 에멀션
d. 로진 소웁(soup)
e. 알킬석신산 무수물
f. 알킬케톤 딤머(dimmer)
8. 다음을 포함하는 0 내지 30%의 강도 증강 성분
a. 코폴리에스테르 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유
b. 폴리에틸렌 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유
c. 폴리에틸렌 피복을 갖는 폴리프로필렌 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유
d. 폴리프로필렌 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유
e. 폴리페닐렌 설파이드 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유
f. 폴리아미드 피복을 갖는 폴리아미드 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유
g. 아크릴 공중합체 라텍스 결합제
9. 가공된 시트에 적용되어 이를 포화시키는 0 내지 30%의 수지
a. 포화 수지는 하기의 중합체 종류로부터의 것일 수 있다:
i. 포름알데하이드 수지
1. 아닐린-포름알데하이드
2. 멜라민-포름알데하이드
3. 페놀-포름알데하이드
4. p-톨루엔설폰아미드-포름알데하이드
5. 우레아-포름알데하이드
6. 페닐글리시딜에테르-포름알데하이드
ii. 폴리(비닐에스테르)
1. 폴리비닐아세테이트
2. 폴리비닐아세틸아세테이트
3. 폴리비닐피발레이트
4. 폴리비닐벤조에이트
iii. 폴리(비닐알콜)
1. 폴리비닐알콜
2. 폴리비닐알콜아세틸
3. 폴리비닐알콜-코-말레산 무수물
iv. 스티렌-아크릴
v. 우레탄-아크릴
b. 포화 수지는 하기 종류로부터의 소수성 첨가제를 포함할 수 있다:
i. 실리콘
ii. 퍼플루오로폴리에테르
iii. 플루오로알킬
포밍 와이어에 적층되는 습식 적층 퍼니시를 구성하는 구성성분들의 바람직한 조합으로서, 응집 매질에 대한 단일 건조층은 하기 유형 중 적어도 3가지 성분을 포함한다: 0 내지 80%의 연목 크라프트 섬유, 0 내지 80%의 경목 크라프트 섬유, 0 내지 80%의 재활용 크라프트 섬유, 0 내지 80%의 설파이트 경목 섬유, 0 내지 50%의 피브릴화 리오셀, 0 내지 30%의 B-유리 마이크로섬유, 0 내지 80%의 Disruptor™ 나노세라믹 섬유, 0 내지 40%의 미립자 흡착 매질(예를 들어, 훈증 실리카, 활성 탄소, 규산마그네슘, 및 페놀-포름알데하이드, 예를 들어 두올라이트 XAD 761, 또는 스티렌-디비닐 벤젠, 예를 들어 암버라이트 XAD 16HP의 수지 종류로부터의 다공성의 중합체 마이크로구, 및 0 내지 5%의 습식 및 건식 강도 수지. 또한, 시트는 가공된 시트에 적용되어 이를 포화시키는 0 내지 25 중량%의 수지를 포함할 수 있다. 포화 수지는 하기 중합체 종류로부터의 것일 수 있다: 페놀, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 및 우레탄 변형된 아크릴.
본원에 기술된 본 발명의 매질은, 200 m2/g 초과의 극높은 표면적을 극적인 투과성 상실 없이 액체-고체 상호작용을 강제하는 독특한 다공 구조 및 극히 작은 두께(caliper)와 조합하기 때문에, 고농도의 계면활성제와/또는 바이오디젤을 포함하는 탄화수소와 물의 에멀션을 분리시킨다. 본 발명의 매질은 표면에 그래프트되는 나노알루미나 섬유를 갖는 특정 유형의 유리 섬유, 이른바 질소 흡착으로 측정시 300 내지 500 m2/g의 표면적을 갖는 Disruptor™ 나노세라믹 작용화 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 매질은 훈증 실리카, 활성 탄소, 규산마그네슘, 페놀-포름알데하이드 수지 종류부터의 다공성인 중합체 마이크로구, 예를 들어 두올라이트 XAD 761, 스티렌-디비닐 벤젠 수지 종류로부터의 다공성인 중합체 마이크로구, 예를 들어 암버라이트 XAD 16HP를 포함할 수 있다. 이들 미립자 성분들은 또한 본 발명의 매질에 300 내지 500 m2/g 표면적을 가한다. 이러한 특징에 의해, 단일층의 본 발명의 매질은 단일층의 선행 기술 매질을 사용해서는 분리되지 않는 고농도의 계면활성제와/또는 바이오디젤을 포함하는 탄화수소와 물의 에멀션을 성공적으로 분리한다. 이는 다수의 매질층, 다수의 부재, 또는 복잡한 유동 고안 없이 아주 간단한 시스템으로 에멀션 분리가 달성되게 한다.
본 발명의 특히 바람직한 양태는 습식 적층 퍼니시에서의 주요 구성성분 중의 하나로서 Disruptor™ 나노세라믹 작용화 섬유를 갖는다. Disruptor™ 나노세라믹 섬유는 베이마이트 나노섬유 작용화 유리 섬유(제조사: Argonide Corporation, of Sanford, Florida)이다. Disruptor™ 나노세라믹 섬유를 제조하는 조성물, 특징 및 방법이 미국 특허 제 6838005호(F. Tepper 및 L. Kaledin)에 기술되어 있다. Disruptor™ 섬유는 0 내지 60%의 하기의 높은 표면적 종에 미리 노출될 수 있다:
a. 비처리, 훈증, 및/또는 선형 알킬, 트리메틸, 알킬카바메이트, 사이클로헥실, 페닐, 디페닐, 디메틸아미노, 아미노, 니트로, 니트릴, 옥시프로피오니트릴, vic-하이드록실, 플루오로알킬, 폴리카프롤락탐, 폴리에톡실레이트, 통상의 소수성 물질 및 친수성 물질, 이온 교환, 및 역상 종류로부터의 작용기를 갖도록 화학적으로 변형된, 다공성 또는 비다공성의 마이크로미립자 또는 마이크로구형 실리카
b. 비처리, 훈증, 및/또는 선형 알킬, 트리메틸, 알킬카바메이트, 사이클로헥실, 페닐, 디페닐, 디메틸아미노, 아미노, 니트로, 니트릴, 옥시프로피오니트릴, vic-하이드록실, 플루오로알킬, 폴리카프롤락탐, 폴리에톡실레이트, 통상의 소수성 물질 및 친수성 물질, 이온 교환, 및 역상 종류로부터의 작용기를 갖도록 화학적으로 변형된, 다공성 또는 비다공성의 마이크로미립자 또는 마이크로구형 알루미나
c. 다공성 또는 비다공성 마이크로미립자 또는 마이크로구형 유리
d. 활성 탄소
e. 다공성 흑연 탄소
f. 규산마그네슘
g. 이산화티탄
h. 이산화지르코늄
i. 규조토
j. 흡착 점토, 예를 들어 풀러토, 몬트모릴로나이트, 및 스멕타이트
k. 제올라이트 그룹에 속하는 텍토실리케이트, 예를 들어 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 ZSM-5, 제올라이트 LTL
l. 탄산칼슘
m. 알킬 벤젠 설포네이트, 트리알킬 암모늄 알킬 벤젠, 플루오로알킬, 통상의 소수성 물질, 통상의 친수성 물질, 이온 교환, 및 다음을 포함하는 역상 작용기를 갖거나 갖지 않는, 다공성 또는 비다공성의 중합체 입자, 마이크로구, 및 겔
i. 페놀-포름알데하이드, 예를 들어 두올라이트 XAD 시리즈
ii. 폴리스티렌-디비닐 벤젠, 예를 들어 암버라이트 XAD 시리즈
iii. 덱스트란, 예를 들어 세파덱스 G
iv. 아가로즈, 예를 들어 세파로즈
v. 가교된 알릴 덱스트로즈, 예를 들어 세파크릴
vi. 디비닐 벤젠
vii. 폴리아미드
viii. 하이드록시알킬메타크릴레이트
하기는 응집 매질을 제조하기 위해 사용되는 습식 적층 퍼니시에 사용되었던 구성성분들의 특정 조합에 대한 예이다(가공된 시트의 중량% 기준):
예 1 ( 단일층 )
70.8%의 순수 연목 크라프트 섬유
28.5%의 피브릴화 리오셀
0.5%의 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지 습식 강도 첨가제
0.2%의 폴라아크릴아미드 건식 강도 첨가제
예 2 (단일층)
30.0%의 B-유리 0.65 마이크론 직경
49.0%의 순수 연목 크라프트 섬유
20.3%의 피브릴화 리오셀
0.5%의 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지 습식 강도 첨가제
0.2%의 폴라아크릴아미드 건식 강도 첨가제
예 3 (단일층)
67.00%의 Disruptor™ 섬유
23.00%의 순수 연목 크라프트 섬유
9.70%의 피브릴화 리오셀
0.15%의 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지 습식 강도 첨가제
0.15%의 폴라아크릴아미드 건식 강도 첨가제
예 4 (단일층)
39.70%의 DisruptorTM 섬유
40.00%의 Cab-o-sil M-5 실리카
12.00%의 순수 연목 크라프트 섬유
8.00%의 피브릴화 리오셀
0.15%의 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지 습식 강도 첨가제
0.15%의 폴라아크릴아미드 건식 강도 첨가제
시험
본 발명의 매질에 대한 실시예 1 및 2를 연료-물 분리기 플랫 시트 벤치 시험 및 샘플 홀더에서 시험하였다. 플랫 시트 시험은 SAE(the Society of Automotive Engineering) J1488 유화된 물/연료 분리 시험을 따른다. 플랫 시트 벤치 시험에서, 0.25%의 증류된 탈이온수를 2 GPM의 유속으로 감속되는 고울드(Gould) 1MC1E4CO에 기계적으로 커플링된 1 HP 원심성 펌프(1 1/4(i) × 1(o) × 5 3/16(imp.)를 사용하는 SAE J1488 절차에 의해 상술됨)를 사용하여 26 내지 30 ℃에서 연료에 유화시켰다. 195 cc/min의 생성된 연료-물 에멀션을 플랫 시트 샘플 홀더를 통해 유동시켰다. 샘플 홀더는 물을 상류 및 하류측 모두에서 유동물로부터 물이 떨어지게 하므로, 응집 유형 매질이 비교될 수 있다. 상류 및 하류 에멀션의 샘플을 홀더의 투입구 및 배출구에 있는 포트로부터 취하였다. 에멀션 샘플을 콜 파머(Cole Parmer) 초음파 조 모델 #08895-04에서 적어도 1분 동안 균질화시켰다. 메틀러 돌레도(Mettler Toledo) 모델 D39 칼 피셔(Karl Fischer) 적정기를 사용하여 각각의 샘플에 대해 물 함량을 측정하고 ppm(part per million)으로 나타내었다. 샘플 홀더로부터의 배출구를 펌프로부터의 유동물과 재조합하고 4개의 카터필라(Caterpillar) 1R-0781 연료-물 분리기 클린-업 필터 시리즈를 통과시켜 100 내지 500 ppm 연료를 집유조(sump)로 되돌렸다. 집유조는 6 GAL 분량(charge)의 연료를 가졌다. 시험은 상류/하류으로 150분 동안 수행하고, 집유조 샘플은 번갈아서 10분 간격으로 취하였다.
물 제거 효율(Water Removal Efficiency: WRE)는 하기 식을 이용하여 각각의 샘플 시간(tn)에서 계산하였다:
WREtn = (1-하류tn / 상류tn) × 100
상기 식에서, 하류tn은 하류 물 함량(ppm)이고, 상류tn은 상류 물 함량(ppm)이다. 상류 물 함량의 목표는 시험 동안 2500 ppm이다.
어떠한 경우에도 집유조 물 수준이 측정된 하류 물 함량으로부터 공제되지 않았다. 이러한 표준화는 SAE J1488에 이용되나 높은 바이오디젤 함량 조건에서 성능 결과를 부풀리는 경향이 있다.
매질 성능은 시험 시간에 대해 WRE를 플로팅함으로써 판단되었다. 평가에 사용된 연료는 초저유황 디젤(Ultra Low Sulfur Diesel: ULSD) 중의 바이오디젤 블렌드였다. ULSD는 브리티시 페트롤륨(British Petroleum, Naperville, IL)으로부터 구입하였다. 바이오디젤은 리뉴워블 에너지 그룹(Renewable Energy Group, Ralston, IA)으로부터 구입하였다. 사용된 블렌드는 B5(ULSD 중 5%(부피) 바이오디젤), B7(ULSD 중 7%(부피) 바이오디젤), 및 B20(ULSD 중 20%(부피) 바이오디젤)였다.
도 2는 B7 시험에서 선행 기술의 유리 물질 응집 매질과 비교되는 본 발명의 매질의 샘플에 대한 벤치 시험 연료-물 분리 결과를 포함한다. 도 2로부터, 본 발명의 매질이 연료 및 물을 효과적으로 분리하였다는 것이 명백하다. 본 발명의 매질 1은 시험 과정 동안 90+% WRE를 유지하였으며, 본 발명의 매질 2는 150분의 시험을 95+% WRE로 마쳤다. 선행 기술의 매질은 에멀션을 효과적으로 분리하지 못했다. 선행 기술 매질은 90.4 % WRE로 시험을 시작했으나 70분에 74.8% WRE로 떨어지고, 150분에 추가로 14%가 떨어져 60.8% WRE를 보였다.
선행 기술의 매질의 경우, 도 3A에 나타난 바와 같이, 탁한 불완전하게 분리된 에멀션을 매질의 다우스트림측으로 배출하였다. 본 발명의 매질의 경우, 도 3B에 나타난 바와 같이, 큰 수적이 매질을 빠져나갔으며, 수용 라인으로의 상향 유동에 저항하고 하류 측에 수집되기에 충분히 컸다. 연료는 깨끗하고 맑았다. 이것이 정확히 응집 매질을 통한 성공적인 에멀션 분리에 필요한 타입 작용이다.
본 발명의 매질을 보다 극한 환경에서의 성능을 평가하기 위해 20% 바이오디젤 블렌드에서 시험하였다. 이러한 시험 동안, 클린-업 필터는 실패하였다. 집유조 함량을 1100 내지 2000 ppm 범위로 올리고, 상류 물 함량을 3300 ppm으로 올렸다. 상류 물 챌린지를 2500 ppm으로 유지시키기 위한 시도를 하였다. 에멀션의 수적 크기가 적용된 혼합 에너지에 대해 반대로 관련된다는 것이 강조되어야 한다. 집유조에서 물 함량이 높은 경우, 유화 펌프를 통한 다수의 통과를 가졌으므로 집유조의 물은 보다 작은 입자 크기 분포로 존재할 것이다. 이에, B20에서의 챌린지는 상승된 계면활성제 농도와 유화 펌프를 통한 다수 사이클로부터의 보다 작은 물 입자 크기 때문에 보다 까다로울 것으로 예상되었다.
B20 시험 결과가 도 4에 나타나 있으며, 연료 및 물을 분리시키는데 있어 본 발명의 매질의 성능을 강조한다. 기술된 조건에서, 본 발명의 매질 1은 150분의 과정 동안 85+% WRE를 유지하였으며, 본 발명의 매질 2는 일정하게 90% WRE 이상으로 분리하였다. 이와는 대조적으로, 선행 기술의 유리 물질 응집 매질의 샘플은 처음 70분 동안은 75 내지 77% WRE로 수행되었으나 150분에 61.1 %로 감소되었다. 선행 기술의 매질을 빠져나가는 유체는 B7에서 관측되었던 결과와 같이 혼탁하였으며, 도 5A에 나타나 있다. 본 발명의 매질을 빠져나가는 유체는 B7에서의 성능과 매우 유사한 것으로 보였으며, 도 5B에 가시적으로 나타나 있다. 또한, 본 발명의 필터를 빠져나가는 연료는 깨끗하고 맑았으며, 물은 큰 수적으로 하류 표면으로 굴러 떨어졌다. 이러한 결과는 지금까지의 플랫 시트 시험에서는 전례가 없는 것이다.
비록 바람직한 양태의 응집 매질은 자체 지지되는 단일층 구조물인 것으로 배치될 수 있으나, 본 발명의 응집 매질은 또한 오로지 응집을 위한 기능만 수행하거나 응집 기능과 입자 제거를 조합하는 다층 구조물의 층으로도 사용될 수 있다. 응집 매질의 층은 다층 구조물의 임의의 층을 차지할 수 있다. 다층 구조물에서, 달리 필요하지 않다면, 물리적 특성에 대한 경사를 만들기 위해 층들을 특수하게 조직할 필요가 없다. 다층 구조물의 다른 층들은 하기로 구성될 수 있다:
1. 퍼니시 성분으로서 다음을 포함하는 할 수 있는 수지 포화된 습식 적층 매질
a. 다음을 포함하는 0 내지 80%의 셀룰로오스 또는 셀룰로오스계 섬유
i. 연목, 유칼립투스 또는 경목의 크라프트 섬유
ii. 재활용 크라프트 섬유
iii. 재활용 사무실 폐기물
iv. 설파이트 연목, 유칼립투스 또는 경목 섬유
v. 면 섬유
vi. 면 린터
vii. 머서가공된 섬유
viii. 화학기계적 연목 또는 경목 섬유
ix. 열기계적 연목 또는 경목 섬유
b. 다음을 포함하는 0 내지 50%의 합성 섬유
i. 데니어가 0.5 dpf 내지 13 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 폴리에스테르 섬유
ii. 데니어가 3 dpf 내지 6 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 나일론 6 섬유
iii. 데니어가 1 dpf 내지 22 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 나일론 66 섬유
c. 다음을 포함하는 0 내지 70%의 유리 마이크로섬유
i. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 A-유리
ii. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 B-유리
iii. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 C-유리
iv. 섬유 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 E-유리
d. 가공된 시트에 적용되어 이를 포화시키는 0 내지 30%의 수지
i. 포화 수지는 하기 중합체 종류로부터의 것일 수 있다:
1. 포름알데하이드 수지
a. 아닐린-포름알데하이드
b. 멜라민-포름알데하이드
c. 페놀-포름알데하이드
d. p-톨루엔설폰아미드-포름알데하이드
e. 우레아-포름알데하이드
f. 페닐 글리시딜 에테르-포름알데하이드
2. 폴리(비닐에스테르)
a. 폴리비닐아세테이트
b. 폴리비닐아세틸아세테이트
c. 폴리비닐피발레이트
d. 폴리비닐벤조에이트
3. 폴리(비닐알콜)
a. 폴리비닐알콜
b. 폴리비닐알콜아세틸
c. 폴리비닐알콜-코-말레산 무수물
4. 스티렌-아크릴
5. 우레탄-아크릴
ii. 포화 수지는 하기 종류로부터의 소수성 첨가제를 포함할 수 있다:
1. 실리콘
2. 퍼플루오로폴리에테르
3. 플루오로알킬
2. 멜트블로운된 친수성 또는 소수성 합성 섬유의 웹
3. 스펀본드법으로 제조된 친수성 또는 소수성 합성 섬유의 웹
4. 습식 적층 또는 공기 적층 유리 섬유의 웹
5. 천연 섬유 성분을 갖거나 갖지 않는 니들 펀칭된 친수성 또는 소수성 합성 섬유의 웹
하기는 응집 매질을 제조하기 위해 습식 적층 퍼니시로부터 형성된 상류층 및 하류층을 갖는 다층 구조물에 대한 예이다(가공된 시트의 중량% 기준):
예 5 (이층)
상류층은 다음을 포함하는 시트이다:
67.00%의 DisruptorTM 섬유
23.00%의 순수 연목 크라프트 섬유
9.70%의 피브릴화 리오셀
0.15%의 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지 습식 강도 첨가제
0.15%의 폴리아크릴아미드 건식 강도 첨가제
하류층은 다음을 포함하는 시트이다:
79.60%의 순수 셀룰로오스 섬유
20.00%의 퍼플루오로폴리에테르로 작용화된 페놀-포름알데하이드 수지
0.40%의 폴리아미드 습식 강도 수지
도 6에서, 이층 응집 매질에 대한 실시예 5의 플랫 시트 벤치 시험에서의 물 분리 효율은 B5에서의 통상의 멜트블로운된 폴리에스테르 장벽과 비교된다. 실시예 5의 매질은 150분의 시험 시간 동안 약 95%의 WRE의 일정한 성능을 가졌으며, 이는 시험 기간 동안 90% WRE로부터 55% WRE로 떨어지는 통상의 멜트블로운된 폴리에스테르 응집 매질과 비교된다.
따라서, 본 발명의 응집 매질은 시간 경과에 따라 탄화수소로부터 유화된 물을 일정하게 제거시키는데 매우 효과적인 것으로 보인다. 이러한 독특한 분리 성능은 다수의 매질층 또는 추가의 부재를 제거시킴으로써 보다 복잡한 응집 시스템을 단순화시킬 수 있다. 또한, 응집 매질은 물에서 유화된 오일, 수송 적용의 연료에서 유화된 물, 전력 생산 또는 연료 저장과 같은 고정 적용의 연료 또는 오일에서 유화된 물의 제거를 위해 사용될 수 있다. 이에, 오일의 최소 성분들이 연속상의 물로부터 제거되어야 하는 오일 분야 물 또는 산업 폐수 처리 적용에 적용가능할 것이다. 분리 매질로서, 본 발명의 매질은 거대 스케일, 예비 스케일, 실험 스케일의 분할 요구에 또한 적용 가능하다. 이는 고압 펌프, 컬럼, 또는 컬럼 제조에 대한 필요성을 제거하는 흡착 크로마토그래피의 임의 용도에 적합할 수 있는 연속적이고 균질한 표면을 제공한다.
본 발명의 원리에 대한 상기 기술이 제공되는 한, 많은 변형 및 변화가 고안될 수 있다. 모든 이러한 변형 및 변화가, 하기 특허청구범위에서 정의되는 바와 같이, 본 발명의 취지 및 범위 내에 포함된다.

Claims (26)

  1. 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한, 즉, 바이오디젤 혼합물(biodiesel blend) 또는 계면활성제 안정화된 물-탄화수소 에멀션에서 3.5㎛ 미만의 방울(droplet) 크기를 갖는 물방울을 응집하기 위한 응집 매질(coalescence media)로서,
    a) 연목 또는 경목 크라프트 섬유, 재활용 크라프트 섬유, 설파이트 연목 또는 경목 섬유, 면 섬유, 면 린터, 머서가공된 섬유, 화학기계적 연목 또는 경목 섬유, 열기계적 연목 또는 경목 섬유, 울, 실크, 재생 셀룰로오스 섬유, 및 폴리락트산으로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 섬유 성분과,
    b) 피브릴화 개질 셀룰로오스 섬유, 피브릴화 셀룰로오스 섬유, 및 피브릴화 중합체 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 섬유 성분과,
    c) 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 유리 마이크로섬유와 표면에 그래프트된 나노알루미나 섬유를 갖는 유리 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 섬유 성분과,
    d) 감자, 옥수수, 또는 타피오카(tapioca)로부터 유도된 양이온성 전분, 유도체화된 구아 검, 카복시메틸 셀룰로오스, 음이온성 및 양쪽성 아크릴아미드 중합체, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지, 로진 에멀션, 로진 소웁(rosin soup), 알킬-석신산 무수물(alkyl-succinic anhydride), 및 알킬케텐 다이머(alkylketene dimmer)로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분으로
    형성된 에멀션 접촉 시트(emulsion-contacting sheet)를
    포함하고,
    상기 매질의 상기 섬유 성분은 상기 매질의 적어도 70 중량% 를 차지하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 70 중량% 이하의 유리 마이크로섬유를 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 피브릴화 중합체 섬유는, 피브릴화 리오셀 섬유, 피브릴화 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 섬유, 피브릴화 폴리올레핀 섬유, 피브릴화 아크릴 및 폴리아크릴로니트릴 섬유, 피브릴화 폴리 p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸(PBO) 섬유, 피브릴화 폴리비닐 알콜(PVA), 및 피브릴화 케블라(Kevlar) 아라미드 펄프 중 적어도 하나를 포함하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 시트는 60 중량% 이하의 피브릴화 섬유를 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 피브릴화 섬유는 피브릴화 리오셀인, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 70 중량%의 연목 크라프트 섬유와 28 중량%의 피브릴화 리오셀 섬유를 함유하고, 감자, 옥수수, 또는 타피오카로부터 유도된 양이온성 전분, 유도체화된 구아 검, 카복시메틸 셀룰로오스, 음이온성 및 양쪽성 아크릴아미드 중합체, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지, 로진 에멀션, 로진 소웁, 알킬-석신산 무수물, 및 알킬케텐 다이머로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분을 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 크라프트 섬유, 피브릴화 섬유, 유리 마이크로섬유, 및 감자, 옥수수, 또는 타피오카로부터 유도된 양이온성 전분, 유도체화된 구아 검, 카복시메틸 셀룰로오스, 음이온성 및 양쪽성 아크릴아미드 중합체, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지, 로진 에멀션, 로진 소웁, 알킬-석신산 무수물, 및 알킬케텐 다이머로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분을 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  8. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 30 중량%의 B-유리 섬유, 49 중량%의 연목 크라프트 섬유, 및 20 중량%의 피브릴화 리오셀 섬유를 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  9. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 마이크로섬유의 직경은 0.65 마이크론인, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 크라프트 섬유, 피브릴화 섬유, 나노세라믹 작용화 섬유, 감자, 옥수수, 또는 타피오카로부터 유도된 양이온성 전분, 유도체화된 구아 검, 카복시메틸 셀룰로오스, 음이온성 및 양쪽성 아크릴아미드 중합체, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지, 로진 에멀션, 로진 소웁, 알킬-석신산 무수물, 및 알킬케텐 다이머로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분을 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 5 중량% 내지 80 중량%의 나노세라믹 작용화 유리 섬유를 함유하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 나노세라믹 작용화 섬유는 상표명 Disruptor™ 섬유로 판매되는 베이마이트(boehmite) 나노섬유 작용화 유리 섬유인, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 나노세라믹 작용화 섬유는, 시트에 혼합하기 전에, 마이크로미립자 실리카, 마이크로미립자 알루미나, 마이크로미립자 유리, 활성 탄소, 흑연 탄소, 규산마그네슘, 이산화티탄, 이산화지르코늄, 규조토(diatomaceous earth), 흡착 점토, 제올라이트 그룹에 속하는 텍토실리케이트(tectosilicate), 탄산칼슘, 및 중합체 입자, 및 페놀-포름알데하이드의 수지 종류의 젤로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 합성 미립자 물질에 미리 노출되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  14. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 균일하게 분산된 습식 적층 퍼니시(wet-laid furnish)를 사용하는 습식 적층 공정으로부터 단일 건조층으로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  15. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 단일 자체 지지층으로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  16. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 다층 구조물로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 시트는, 67 중량%의 표면적 증가 나노세라믹 작용화 섬유, 23 중량%의 크라프트 섬유, 및 10 중량%의 피브릴화 리오셀 섬유를 함유하는 상류층(upstream layer)과, 80 중량%의 셀룰로오스 섬유와 20 중량%의 수지를 함유하는 하류층(downstream layer)을 구비하는 이층 구조물로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  18. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는, 0.1 내지 3.0mm 범위 내에 속하는 시트 두께를 갖도록 선택된 구성성분으로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  19. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 20 내지 1000g/m2 범위 내에 속하는 기초 중량(basis weight)을 갖도록 선택된 구성성분으로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  20. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 주름을 잡고(pleatable) 감을 수 있는(windable) 완성된 습식 적층 시트로 형성되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 50 중량% 이하의 합성 섬유를 포함하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 합성 섬유는, 데니어 범위가 0.5 dpf 내지 13 dpf이고 길이 범위가 3 mm 내지 24 mm인 폴리에스테르 섬유, 데니어 범위가 3 dpf 내지 6 dpf이고 길이가 3 mm 내지 24 mm인 나일론 6 섬유, 및 데니어 범위가 1 dpf 내지 22 dpf이고 길이 범위가 3 mm 내지 24 mm인 나이론 66 섬유 중 적어도 하나로부터 선택되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 시트는, 강도 증강 성분(strength enhancing component)으로 30 중량% 이하의 합성 중합체 섬유를 포함하는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 중합체 섬유는, 코폴리에스테르 피복(sheath)을 갖는 폴리에스테르 코어(core)로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유, 폴리에틸렌 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유, 폴리에틸렌 피복을 갖는 폴리프로필렌 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유, 폴리프로필렌 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 피복을 갖는 폴리에스테르 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유, 및 폴리아미드 피복을 갖는 폴리아미드 코어로 이루어진 이성분 피복-코어 중합체 섬유 중 적어도 하나로부터 선택되는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 시트는 200 m2/g을 초과하는 표면적을 갖는, 물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한 응집 매질.
  26. 시트를 사용하는 방법으로서,
    a) 연목 또는 경목 크라프트 섬유, 재활용 크라프트 섬유, 재활용 사무실 폐기물, 설파이트 연목 또는 경목 섬유, 면 섬유, 면 린터, 머서가공된 섬유, 화학기계적 연목 또는 경목 섬유, 열기계적 연목 또는 경목 섬유, 울, 실크, 재생 셀룰로오스 섬유, 및 폴리락트산으로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 섬유 성분과,
    b) 피브릴화 개질 셀룰로오스 섬유, 피브릴화 셀룰로오스 섬유, 피브릴화 중합체 섬유, 및 피브릴화 리오셀 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 섬유 성분과,
    c) 직경이 0.2 내지 5.5 마이크론인 유리 마이크로섬유와 표면에 그래프트된 나노알루미나 섬유를 갖는 유리 섬유로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 섬유 성분과,
    d) 감자, 옥수수, 또는 타피오카로부터 유도된 양이온성 전분, 유도체화된 구아 검, 카복시메틸 셀룰로오스, 음이온성 및 양쪽성 아크릴아미드 중합체, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-에피클로로하이드린(PAE) 수지, 로진 에멀션, 로진 소웁, 알킬-석신산 무수물, 및 알킬케텐 다이머로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 성분으로
    형성된 시트를,
    물-탄화수소 에멀션을 분리하기 위한, 즉, 바이오디젤 혼합물 또는 계면활성제 안정화된 물-탄화수소 에멀션에서 3.5㎛ 미만의 방울 크기를 갖는 물방울을 응집하기 위한 에멀션 접촉 응집 매질(coalescence media)로 사용하는 방법.
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