KR101672964B1 - 유체 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

유체 처리 장치(10)는 제1 및 제2 유체 챔버(14, 16)를 갖는 유체 용기(12)를 포함한다. 제1 유체 챔버(14)에 처리될 유체를 전달하기 위한 유체 입구(26)가 제공된다. 1 이상의 노즐 어셈블리(34)가 제1 챔버(14)와 제2 챔버(16) 사이에 배열되어 제1 유체 챔버(14)로부터 제2 유체 챔버(16)에의 유체 연통을 제공하는데, 여기서 상기 노즐 어셈블리(34)는 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진하도록 된다.

Description

유체 처리 장치{FLUID TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 유체 처리 장치, 특히, 지하 탄화수소 보유 지층(formation)으로부터 생성된 물을 처리하기 위한 장치에 관한 것이지만, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 또한 유체의 처리 방법에 관한 것이다.
지하 저장소(subterranean reservoir)로부터 생성된 유체는 통상적으로 보통 오일, 물, 가스와 다량의 모래의 혼합물이다. 초기 생성 단계에서, 유체는 "건조"되어 있을 수 있지만, 즉, 물을 거의 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않을 수 있지만, 생성이 계속됨에 따라 보통 다량의 물이 생성된다. 숙답(mature fields)에서, 생성된 유체 중 물의 비율은 90%, 가능하지만 약 95%에 이를 수 있다. 저장소가 항상 다량의 모래를 생성하는 것은 아니지만, 저장소의 모래 생성이 증가시 일반적으로 물의 생성도 증가한다. 저장소로부터 생성된 물을 "생성수(produced water)"라고 지칭한다.
생성수는 지층에 다시 주입될 수 있거나, 환경에 배출될 수 있다. 예컨대, 연해 생성 지역에서 물은 바다에 배출될 수 있다. 그러나, 상당히 엄격한 환경 규제를 충족시키기 위해 환경에 배출되기 전에 실질적으로 모든 미량의 오일 및 가스를 제거하기 위해서는, 생성수는 철저히 처리되어야 한다.
종래의 생성 조작에서, 저장소로부터 나온 생성 유체는 우선 판매 불가능한 물 및 모래로부터 판매 가능한 있는 오일 및 가스를 분리하기 위해 처리한다. 그러나, 분리된 물은 통상적으로 여전히 허용 불가능한 양의 오일 및 가스를 함유하고 있을 것이므로, 보통 2차 처리를 받아 환경에 배출하거나 또는 지층에 재주입하기에 허용 가능한 수준으로 탄화수소의 농도를 추가로 감소시킨다.
"부유 선광(floatation)"으로 공지된 공정이 보통 물로부터 오일 및 기타 오염물을 제거하는 것을 돕는 데에 사용된다. 부유 선광의 원리는 가스의 기포를 오염수를 함유하는 용기에 도입(예컨대 도입 가스 부유 선광)하거나 또는 용기에서 확립(예컨대 용해 가스 부유 선광)하는 것인데, 이 때 기포가 오일 액적과 같은 오염물에 다소간 부착될 것이고, 이를 물의 표면으로 끌어당기면, 오염물이 고갈된 물의 벌크 및 오염물이 풍부한 물의 상층이 남는다. 추후의 논의에서, 가스 기포가 첨가되거나 생성되어 오염물을 분리하는 각각의 부피의 물을 "셀(cell)" 또는 "부유 선광 셀"이라고 지칭한다.
부유 선광은 일반적으로 연속 공정으로 조작되며, 용기 내에서 실질적으로 일정한 수준을 유지하는 속도로, 오염수의 셀로의 계속적인 유입 및 셀의 표면층으로부터 끌어당겨진 오염물이 풍부한 물의 계속적인 유출 및 셀로부터 나온 오염물이 고갈된 물의 연속적인 유출이 존재한다.
물의 표면에 부유하는 오염물이, 물 표면에서 발견되는 오염물이 고농도로 존재할 때 자연적으로, 또는 유입되는 액체에 첨가되는 화학 물질의 도움을 받아 형성되는 거품에 유지되는 것은 일반적이다. 부유 오염물, 예컨대 오일 액적을 거품이 나게 하여 표면에 유지시킬 필요는 없을 수 있다.
물 표면의 오염물을 다양한 수단에 의해 제거할 수 있으며, 가장 흔한 두 가지 수단은, 오염물이 풍부한 표면 층을 우선적으로 그 위에 흘리도록 하는, 물 표면 아래에 약하게 셋팅된 둑(weir), 또는 보통 물 표면 위에 약하게 셋팅된 둑에 오염물이 풍부한 표면층을 씻어내리는 패들이다. 상기 언급한 고정 둑 방법이 가져올 수 있는 것보다 조작 액체 수준에서 더 넓은 편차를 견딜 수 있는 이점이 있는 부유 거름 장치(floating skimming device)의 다수의 디자인이 또한 공지되어 있다.
도입 가스 부유 선광(IGF) 방법에서, 가스 기포는 통상적으로 이덕터(eductor) 또는 기계적 믹서에 의해 오염수에 첨가된다. IGF 셀을 혼합하여 가스 기포를 오일 액적과 같은 오염물과 친밀하게 접촉시켜 가스 기포를 분리할 수 있지만, 이 혼합은 기포가 표면에 생기게 하기 더욱 어렵게 한다는 것과 셀 내 물방울의 체류 시간에 변화를 초래한다는 부작용이 있다. 셀 내 평균 체류 시간을 셀의 부피 및 물의 유속에 의해 측정할 수 있지만, 혼합은 물방울의 일부가 양호한 분리에 필요한 것보다 훨씬 더 짧은 시간에 셀을 통과하며, 역으로 물방울의 일부가 평균 체류 시간보다 훨씬 길게 셀에 체류할 수 있음을 의미할 수 있다.
셀을 가스 기포 및 오염물과 혼합 접촉시켜야 하는 필요성으로 인해 셀 내 분리 효율이 감소한다. 이러한 이유로, IGF 용기는 보통 직렬로 복수의, 통상적으로 4개의 IGF 셀을 담은 수평의 용기여서, 전체적인 분리 효율이 증가한다. 이러한 유형의 공지된 IGF 시스템의 예가 US 4,564,457, US 2006/0213840, US 3,972,815, US 3,647,069 및 US 5,348,648에 개시된다.
그럼에도 불구하고, 일부 용도에서는 수직 1단 셀 부유 선광 유닛이 공지되어 있는데, 이는 통상적으로 셀 볼륨을 갖는 단일의 IGF 셀을 가져서 체류 시간이 통상적인 수평 IGF 유닛의 4개 셀에서 보여지는 것보다 약간 더 길 수 있다. 이러한 IGF 장치의 예가 WO 2004/112936 및 US 5,011,597에 예시된다.
오일의 부유 선광 및 가스의 분리를 가능하게 하는 데에 충분한 기간 동안 용기 내에 체류하기 위해서는 IGF 유닛이 유체를 필요로 함을 이해할 것이다. 그러나, 체류 시간이 증가하면 달성 가능한 최대 유체 처리 속도가 직접 감소할 수 있다. 이 이슈는 IGF 유닛의 크기를 증가시켜 해결할 수 있지만, 종래의 생성 환경에서는 제한된 이용 가능 공간으로 인해 이는 바람직하지 않다.
연해 플랫폼상에 설치된 장비의 무게 및 이것이 차지한 공간을 감소시킬 필요가 있고, 이러한 이유로 최소 플랜트 접지면(footprint)으로 생성수를 처리하기 위한 컴팩트 부유 선광 유닛이 당업계에 제안되어 있다. 예컨대, 종래 기술 참고 문헌 WO 02/41965는 정접 배치된 유체 입구를 통해 처리될 유체를 수용하는 수직 배열 용기를 개시한다. 이러한 방식으로의 유체 입구 배열은 용기 내 유체의 회전을 확립하는데, 이것이 표면에의 부유 선광 및 오일 및 가스 기포의 유착을 돕는다고 한다. 용기는 나선형 안내 날개를 삽입하여 유체 회전을 강화시킬 수 있다.
WO 02/41965에서, 용기는 용해된 가스가 수상으로부터 방출되어 유체 입구에 인접한 구역에서 가스 기포가 생성되는 것을 가능하게 하는 저압에서 작동하여 IGF 유닛의 효과를 모방한다. 그러나, 불충분량의 가스가 유체에 존재할 경우, 추가의 가스를 유체에 첨가할 수도 있다.
EP 1 400 492는 또한 유체 회전을 촉진하기 위해 1 이상의 정접 유체 입구를 갖는 수직 배열 용기를 포함하는 컴팩트 부유 선광 유닛을 개시한다. EP 1 400 492에서 용기는 또한 정접 배열 유체/살포 가스 입구를 포함한다. 이 입구는 용기에 가스화된 물을 연통한다.
가스 기포를 이용하여 유체를 처리하기 위한 다른 기술은 캐스케이드 부유 선광 기술을 포함하는데, 이는 캐스케이딩 방식으로 처리될 유체를 이덕터에 통과시켜 용기로 보낸다. 이러한 기술의 예는 US 1,311,919, US 1,380,665 및 US 4,406,782에 개시된다.
US 4,986,903은 물로부터 오일을 분리하기 위한 부유 선광 장치를 개시한다. 개시된 장치는 개별 가스화 및 탈가스화 챔버를 포함한다. 가스화된 물이 가스 이덕터를 통해 가스화 챔버에 도입된다. 재순환 라인(70) 및 가스 이덕터(40)를 통해 탈가스화 챔버 및 가스화 챔버 사이에서 가스화될 유체의 재순환이 가능하다.
본 발명의 목적은 1 이상의 종래 기술의 문제를 제거 또는 완화하는 것이다.
발명의 개요
본 발명의 제1 측면에 따르면, 유체 용기; 유체 용기 내에 한정된 제1 및 제2 유체 챔버; 처리될 유체를 제1 유체 챔버에 전달하기 위한 유체 입구; 및 제1 유체 챔버로부터 제2 유체 챔버에 유체 연통(fluid communication)을 제공하기 위한 1 이상의 노즐 어셈블리를 포함하는 유체 처리 장치로서, 상기 노즐 어셈블리는 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진하도록 된 유체 처리 장치가 제공된다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 가스의 상기 유체로의 혼입(entrainment)을 촉진할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 1 이상의 노즐 어셈블리는 상기 유체에의 가스의 주입, 혼합 또는 전달을 촉진할 수 있다. 그러나, 본 발명의 본 개요를 간결하게 하기 위해, 가스와 처리될 유체와의 혼합 또는 가스의 상기 유체에의 전달의 일반적인 개념은 일반적으로 혼입으로 지칭할 것이다.
장치는 다수의 성분을 함유하는 유체를 처리하도록 될 수 있으며, 상기 성분은 액체, 가스 및 고체 중 어느 하나 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 유체는 물/오일 혼합물, 물/오일/가스 혼합물 등을 포함할 수 있다.
제1 유체 챔버는 처리될 유체를 수용하고 이 유체를 제2 유체 챔버에서 처리될 혼입 가스와 함께 제2 유체 챔버에 분배하도록 될 수 있다. 따라서, 제1 유체 챔버는 분배 챔버를 한정할 수 있고, 제2 챔버는 처리 챔버를 한정할 수 있다.
제2 유체 챔버는 거기에 든 유체의 분리 처리를 제공하도록 될 수 있다. 분리 처리는 상이한 밀도, 화학, 상 등의 성분과 같은 유체의 성분의 분리를 실시하도록 될 수 있다. 유리하게는, 제2 챔버에 진입하는 유체에 혼입된 가스는 유체 분리를 강화시킬 수 있다. 분리 처리는 부유 선광 분리 처리를 포함할 수 있다.
일구체예에서, 제2 유체 챔버는 지하 탄화수소 저장소로부터 생성된 물과 같은 물로부터 광유 및 임의로 가스의 분리를 실시하기 위한 분리 처리를 제공하도록 될 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 유체 챔버로부터 연통된 유체에의 가스의 혼입은 오일의 부유 선광을 도울 수 있다. 오일은 제2 유체 챔버 내에서 거르거나 물의 표면으로부터 수집할 수 있다. 추가로, 물로부터 방출된 가스를 수집할 수 있다.
유리하게는, 처리될 유체에의 가스의 혼입을 촉진하기 위해 1 이상의 노즐 어셈블리를 제공하면 종래 기술의 장치와 관련된 가스화기, 믹서, 펌프, 압축기 등과 같은 외부 플랜트 장비를 제공해야 할 필요가 없어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 일구체예에서, 이러한 외부 또는 추가의 장비를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 1 이상의 노즐 어셈블리는 제2 유체 챔버로 가는 가스와 이미 혼합된 유체를 연통하도록 될 수 있다. 따라서, 제2 챔버 내 유체의 체류 시간을 유체의 성분의 분리와 같은 유체의 처리에 실질적으로 전적으로 이용할 수 있다. 따라서, 이는 체류 시간이 또한 충분한 가스/유체 혼합을 조절해야 하는 종래 기술의 장치와 상이하다.
유체 용기는 수직으로 배열될 수 있다. 이 구성은 유체 처리 장치의 접지면을 최소화하는 것을 도울 수 있으며, 이는 특히 연해 용도에서 유리하다. 대안적으로, 유체 용기는 수평으로 배열될 수 있다. 또한 대안적으로, 유체 용기는 경사지게 배열될 수 있다.
제1 및 제2 유체 챔버는 용기 내에서 서로 인접하게 배열될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 챔버는 용기 내에 따로 배열될 수 있다. 제1 및 제2 유체 챔버는 용기 내에 수직으로 배열될 수 있다. 즉, 하나의 챔버가 다른 챔버 위에 적어도 부분적으로 배열될 수 있다. 일구체예에서, 제1 챔버는 제2 챔버의 일부 위에 적어도 부분적으로 배열될 수 있다. 이는 챔버 사이의 유체의 중력 공급을 촉진할 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 제1 및 제2 챔버는 용기 내에서 수직으로 배열될 수 있다. 즉, 하나의 챔버가 다른 챔버 아래에 적어도 부분적으로 배열될 수 있다.
장치는 제1 및 제2 유체 챔버를 적어도 부분적으로 분리하도록 된 파티션(partition)을 포함할 수 있다. 파티션은 적어도 제1 및 제2 유체 챔버에 용기를 분배할 수 있다. 파티션은 플레이트 등을 포함할 수 있으며, 일반적으로 원형, 고리형, 정사각형, 직사각형 등과 같은 임의의 적절한 형상의 것일 수 있다. 파티션은 예컨대 용접, 플랜지 연결, 볼팅, 계면 맞춤 등 또는 이의 임의의 적절한 조합에 의해 용기의 내면에 고정될 수 있다. 파티션은 단일 부재로 형성되거나, 또는 다수의 부재로 형성될 수 있다.
파티션은 제1 및 제2 챔버 중 하나 또는 양쪽의 벽 일부 또는 경계를 한정할 수 있다. 파티션은 한쪽 또는 양쪽 챔버의 기저를 한정할 수 있다.
파티션은 한쪽 또는 양쪽 챔버의 상부 구역 또는 천장을 한정할 수 있다. 본 발명의 일구체예에서, 파티션은 제1 챔버의 기저 및 제2 챔버의 천장을 한정할 수 있다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 파티션을 통해 연장되도록 될 수 있다. 1 이상의 노즐 어셈블리는 파티션이 1 이상의 노즐 어셈블리에 대한 지지를 제공하도록 파티션에 고정될 수 있다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 제1 유체 챔버로부터 제1 유체 도관에 처리될 유체의 연통을 가능하게 하도록 된 유체 포트를 한정하는 제1 유체 도관을 포함할 수 있다. 유체 포트는 제1 유체 챔버의 기저 영역에 제공될 수 있다. 대안적으로, 유체 포트는 제1 유체 챔버의 기저 영역에 대해 더 높은 위치에 제공될 수 있다. 이 구성에서, 유체 포트의 더 높은 위치는 처리될 유체의 미리 정해진 헤드가 제1 유체 챔버에 존재할 때 노즐 어셈블리가 작동 가능하게 할 수 있다. 이 구성은 달성되어야 하는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 우선적인 유속 및 유동 범위를 가능하게 하는 것을 도울 수 있다. 제1 유체 도관은 용기에 완전히 포함될 수 있다. 대안적으로, 제1 유체 도관의 적어도 일부가 용기 외부에 연장될 수 있다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 가스 공급원으로부터 노즐 어셈블리의 일부에 가스의 유체 연통을 가능하게 하도록 된 제2 유체 도관을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 가스 공급원으로부터 나온 가스를 처리될 유체에 혼입시킬 수 있다.
가스 공급원은 용기에 담긴 가스를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 유체 챔버 중 한쪽 또는 양쪽에 담긴 가스를 포함할 수 있다. 이 구성에서, 제2 유체 도관은 제1 및 제2 유체 챔버 중 한쪽 또는 양쪽의 가스 충전 영역에 대한 유체 포트 개구부를 한정할 수 있다. 가스는 처리될 유체로부터 방출되는 가스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가스는 외부 공급원으로부터 제공된 가스를 포함할 수 있다.
제2 유체 도관은 외부 가스 공급원에 직접 연결될 수 있다.
제2 유체 도관은 용기에 완전히 포함될 수 있다. 대안적으로, 제2 유체 도관의 적어도 일부가 용기의 외부에 연장될 수 있다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 제1 및 제2 유체 도관 중 한쪽 또는 양쪽과 유체 연통된 배출관을 포함할 수 있다. 배출관의 적어도 일부가 제1 유체 도관을 거쳐 전달된 유체와 제2 유체 도관을 거쳐 전달된 가스의 혼합을 촉진할 수 있다. 이 구성에서, 배출관 내 혼합 및 난류로 가스가 작은 기포를 형성되어 이들 기포를 제1 챔버로부터 나온 유체와 친밀히 혼합시킬 수 있다. 따라서, 노즐 어셈블리는 제2 챔버에 유체를 전달할 수 있으며, 이는 제2 챔버 내 후속 유체 처리를 위한 가스 기포의 바람직한 분배를 포함한다.
배출관은 유체 혼합물 및 가스가 상기 제2 챔버에 배출 가능하게 하기 위한, 제2 유체 챔버에 대한 유체 출구 개구부를 한정할 수 있다. 배출관의 유체 출구는 제2 유체 챔버 내에서 처리될 유체에 적어도 부분적으로 잠기도록 될 수 있다.
배출관은 제2 챔버의 임의의 영역에 유체를 배출하도록 배열될 수 있다. 일구체예에서, 배출관은 제2 챔버의 외부 영역으로 유체를 배출하도록 배열될 수 있다.
배출관은 미리 정해진 방향으로 가스 혼합물 및 유체를 제2 챔버로 배출 가능하도록 배향될 수 있다. 이 구성은 제2 유체 챔버 내의 바람직한 유체 운동의 확립을 도울 수 있다. 일구체예에서, 배출관은 제2 챔버 내 회전 흐름을 확립하도록 배열될 수 있다. 회전 흐름은 제2 챔버의 중심 축에 대해 확립될 수 있다. 제2 유체 챔버 내 회전 흐름은 거기에서의 유체 처리를 도울 수 있다. 예컨대, 회전 흐름은 처리될 유체 중 가스 기포의 우선적인 이동, 제2 챔버의 배출 영역으로의 유체 성분의 우선적인 운동 등을 도울 수 있다. 회전 흐름은 출구를 향한 처리된 유체의 이른 혼합(forward mixing)(즉, 처리될 유체의 미성숙 배출)을 억제할 수 있으며, 체류 시간 분배를 조정할 수 있다.
배출관은 제2 챔버의 중심 축에 대해 기울어지게(즉, 비평행하게) 배열될 수 있다. 배출관은 제2 챔버의 외부 영역에 유체를 배출하도록, 유리하게는 상기 제2 챔버 내 회전 흐름름을 개시하도록 기울어지게 배열될 수 있다. 배출관은 제2 유체 챔버의 중심 축에 평행한 제1 속도 성분, 및 중심 축에 수직인(즉, 용기 중심 축과 원래 동일한 공간을 차지하는 원에 대해 정접인) 제2 속도 성분과 함께 유체를 배출하도록 될 수 있다.
장치는 복수의 노즐 어셈블리를 포함할 수 있다. 복수의 노즐 어셈블리 중 1 이상은 상기 기재한 1 이상의 노즐 어셈블리와 유사할 수 있다.
노즐 어셈블리는 제1 유체 챔버에 대해 환상(annular) 구성으로 배열될 수 있다. 그러나, 다른 구성을 이용할 수도 있다. 예컨대, 노즐 어셈블리는 원형이 아닐 수 있는 용기의 외부 주변 형상에 일반적으로 일치하도록 배열될 수 있다.
각각의 노즐 어셈블리는 제1 유체 챔버 내에서 실질적으로 동일한 유체 헤드 범위에서 작동 가능하도록 될 수 있다. 예컨대, 각각의 노즐 어셈블리는 제1 유체 챔버에 담긴 유체와의 연통을 가능하게 하도록 된 유체 포트를 포함할 수 있으며, 여기서 유체 포트는 제1 유체 챔버의 기저 영역에 대해 실질적으로 동일한 높이로 배열될 수 있다. 따라서, 제1 유체 챔버 내 헤드, 즉 유체 레벨이 유체 포트의 수준 이하로 떨어질 경우, 모든 노즐 어셈블리는 충분한 헤드가 재확립될 때까지 기능하지 않는다.
대안적으로, 복수의 노즐 어셈블리 중 1 이상은 복수의 노즐 어셈블리 중 1 이상의 다른 것보다 제1 유체 챔버 내 유체의 상이한 헤드에서 작동 가능하도록 될 수 있다. 예컨대, 노즐 어셈블리 중 2 이상은 제1 유체 챔버에 담긴 유체와 연통 가능하도록 된 각각의 유체 포트를 포함할 수 있으며, 여기서 유체 포트는 제1 유체 챔버의 기저 영역에 대하여 각각 상이한 높이로 배열될 수 있다. 따라서, 이 구성에서, 제1 유체 챔버 내 유체 헤드가 예컨대 입구를 통한 유속 감소의 결과 떨어지기 시작할 경우, 노즐 어셈블리는 각각의 유체 포트의 높이에 따라 순차로 기능하지 않게 될 것이다. 따라서, 이 구성은 노즐 어셈블리를 통해 제2 유체 챔버에 진입하는 유체의 바람직한 속도 범위를 유지시키는 데에 이용될 수 있다. 바람직한 속도 범위는 제2 유체 챔버 내 필요한 흐름에 따라 선택될 수 있다. 이 구성에서, 속도 범위에 대한 제어도를 제공하여 제2 챔버 내 우선적인 흐름 패턴(예컨대 회전)의 유지를 도와, 입구를 통한 제1 챔버로의 흐름의 변화 효과를 감소시킬 수 있다.
바람직한 속도 범위는 또한 유체 내의 혼입된 가스의 비, 및 미리 정해진 값으로 배출관에서 발생하는 이들 사이의 혼합을 유지하도록 선택될 수 있다.
장치는 제2 챔버 내에 위치한 변류기 장치(deflector arrangement)를 임의로 포함할 수 있다. 변류기 장치는 제2 챔버 내 유체의 이른 혼합을 최소화하도록 구성될 수 있다. 변류기 장치는 제2 챔버의 벽 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 변류기 장치는 1 이상의 노즐 어셈블리의 영역에 위치될 수 있다. 변류기 장치는 노즐 어셈블리로부터 벽 표면에 입사된 유체를 편향시키도록 구성될 수 있다.
변류기 장치는 해당 영역에서의 유체에 대한 연속적인 장벽을 한정할 수 있다. 대안적으로, 변류기 장치는 비연속적인 장벽을 한정할 수 있다. 이는 변류기 장치상에 수집될 수 있는 고상 입자 등의 방출을 가능하게 할 수 있다. 변류기 장치는 구멍 등을 포함할 수 있다. 1 이상의 구멍이 변류기 장치의 표면에 한정될 수 있다. 1 이상의 구멍이 변류기 장치의 가장자리 표면과 제2 챔버의 벽 표면 사이를 한정할 수 있다.
변류기 장치는 제2 챔버의 벽 표면에 실질적으로 수직으로 정렬될 수 있다. 변류기 장치는 제2 챔버의 벽 표면에 기울어지게 정렬될 수 있다.
유체 통로가 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 제공되어 바람직하게는 양쪽 방향으로 이들 사이의 유체 연통을 가능하게 할 수 있다. 유체 통로는 용기에 포함될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 유체 통로의 일부는 용기 외부에 연장될 수 있다. 유체 통로는 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 가스의 유체 연통을 가능하게 하도록 될 수 있다. 일구체예에서, 유체 통로는 제2 유체 챔버로부터 제1 유체 챔버에의 가스의 유체 연통을 가능하게 하도록 될 수 있다. 가스는 제2 챔버 내에서 처리될 유체로부터 방출된 가스를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 가스는 외부 공급원으로부터 제공된 가스를 포함할 수 있다. 유체 통로는 대안적으로 또는 추가로, 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 액체 또는 고체 등을 연통하도록 될 수 있다.
유체 통로는 용기의 중심에 또는 편심에 제공될 수 있다. 단일 유체 통로가 제공될 수 있거나, 또는 복수의 유체 통로가 제공될 수 있다. 유체 통로는 제1 및 제2 챔버를 분리하는 파티션을 통해 연장될 수 있다. 유체 통로는 파티션의 표면으로부터 연장되는 벽에 의해 한정될 수 있다. 이 구성에서, 벽은 제1 유체 챔버의 내부 벽 표면을 포함하는 환상 영역을 한정할 수 있으며, 여기서 상기 환상 영역은 용기 유체 입구로부터 처리될 유체를 수용하도록 될 수 있다. 1 이상의 노즐 어셈블리는 환상 영역 내에 배치될 수 있다.
제1 유체 챔버는 유체 입구를 거쳐 제1 챔버에 진입하는 유체를 수용하도록 된 분배기 어셈블리를 포함할 수 있다. 분배기 어셈블리는 유입 유체의 운동량을 소산하도록 될 수 있다. 분배기 어셈블리는 난류를 최소화하면서 1 이상의 노즐 어셈블리를 향해 유체를 분배하도록 될 수 있다. 분배기 어셈블리는 유체 입구로부터 유체를 수용하도록 된 상자형 구조체를 포함할 수 있다. 상자형 구조체는 상기 구조체로부터 유체의 연통을 가능하게 하는 천공 영역을 포함할 수 있다.
장치는 용기로부터 처리된 유체 또는 이의 성분을 배출 가능하게 하는 1 이상의 유체 출구를 포함할 수 있다. 유체 출구는 제1 및 제2 유체 챔버 중 한쪽 또는 양쪽에 제공될 수 있다. 일구체예에서, 장치는 액체, 예컨대 물과 같은 제1 유체 성분을 주로 배출 가능하게 하도록 된 제1 유체 출구를 포함할 수 있다. 제1 유체 출구는 제2 챔버 내에 배치될 수 있으며, 제2 챔버의 하부 영역에 배치될 수 있다.
장치는 액체, 예컨대 오일과 같은 제2 유체 성분을 주로 배출 가능하도록 된 제2 유체 출구를 더 포함할 수 있다. 제2 유체 출구는 제2 유체 챔버 내에 배치될 수 있으며, 제2 유체 출구는 제2 챔버의 상부 영역에, 또는 대안적으로 또는 추가로 유체 챔버의 하부 영역에, 및/또는 그들 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
장치는 가스, 예컨대 탄화수소 가스와 같은 제3 유체 성분을 주로 배출 가능하게 하도록 된 제3 유체 출구를 더 포함할 수 있다. 제3 유체 출구는 제1 챔버 내에 배치될 수 있으며, 제1 챔버의 상부 영역에 배치될 수 있다.
1 이상의 유체 출구는 이를 통한 와류를 실질적으로 제거하거나 또는 적어도 최소화하도록 된 장치를 포함할 수 있다.
장치는 이의 표면으로부터 처리될 유체의 성분을 거르도록 된 거르개 장치를 더 포함할 수 있다. 걸러진 성분은 오일을 포함할 수 있다. 종래의 거르개 장치를 이용할 수 있다.
제2 유체 챔버는 제1 유체 챔버로부터 유체만을 수용하도록 될 수 있다. 따라서, 이 구성에서, 전체 부피의 처리될 유체가 제1 유체 챔버를 통해 흐른다. 대안적으로, 제2 유체 챔버는 다른 공급원으로부터 유체를 수용하도록 될 수 있다.
제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이의 처리될 유체의 연통은 1 이상의 노즐 어셈블리를 통해서만 달성될 수 있다. 대안적으로, 유체 연통은 추가로 다른 수단에 의해 달성될 수 있다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 처리될 유체에 유체 처리제를 첨가하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 유체 처리제는 pH 중화제, 응집제 등을 포함할 수 있다.
1 이상의 노즐 어셈블리는 이덕터를 포함할 수 있다.
이 용기는 제1 및 제2 유체 챔버 모두를 담은 단일 용기를 포함할 수 있다. 용기는 밀폐 용기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 용기는 용기의 적어도 일부가 주위 대기에 노출될 수 있도록 예컨대 개방 정상부를 갖는 개방 용기를 포함할 수 있다.
장치는 추가 처리를 위해 제2 유체 챔버로부터 나온 유체를 수용하도록 된 제3 유체 챔버를 포함할 수 있다. 제2 유체 챔버로부터 제3 유체 챔버에 연통된 유체는 1 이상의 노즐 어셈블리를 거쳐 제공될 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 유체의 처리 방법으로서, 제1 및 제2 유체 챔버를 한정하는 단계; 처리될 유체를 제1 유체 챔버에 전달하는 단계; 가스와 상기 유체를 혼합하게 되는 1 이상의 노즐 어셈블리를 통해 제1 유체 챔버로부터 나온 유체를 유동시키는 단계; 및 1 이상의 노즐 어셈블리로부터 유체가 추가로 처리될 제2 유체 챔버로 유체를 배출하는 단계를 포함하는 유체의 처리 방법이 제공된다.
유체는 제2 챔버 내에서 처리된 후 이어서 배출될 수 있는데, 여기서 1 이상의 노즐 내에서의 가스와 유체의 혼합이 제2 유체 챔버 내에서의 후속 처리를 촉진하거나 또는 돕는다. 부유 선광 처리가 제2 유체 챔버에 제공될 수 있다.
상기 방법을 수행하기 위해 이용되는 장치가 제1 측면의 장치에 따라 제공될 수 있으며, 본 발명의 본 측면에 따른 방법에 적용하기 위해 상기 장치의 작동 방법을 이해해야 한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 제1 유체 챔버; 제2 유체 챔버; 처리될 유체를 제1 유체 챔버에 전달하기 위한 유체 입구; 및 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 유체 연통을 제공하기 위한, 이들 사이에 연장된 1 이상의 노즐 어셈블리를 포함하는 유체 처리 장치로서, 상기 노즐 어셈블리는 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진하도록 된 유체 처리 장치가 제공된다.
제1 및 제2 유체 챔버는 단일 용기에 제공될 수 있다. 용기는 폐쇄될 수 있거나, 또는 대안적으로 대기에 개방될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 유체 챔버는 개별 용기에 한정될 수 있다. 용기 중 1 이상은 폐쇄될 수 있다. 용기 중 1 이상은 대기에 개방될 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 유체 공급원으로부터 처리될 유체를 수용하도록 된 유체 처리 용기; 및 유체 처리 용기와 유체 공급원 사이에 제공된 1 이상의 노즐 어셈블리를 포함하는 유체 처리 장치로서, 유체 공급원으로부터 나온 유체는 유체 처리 용기에 진입하기 전에 1 이상의 노즐 어셈블리를 통해 흐르도록 되고, 1 이상의 노즐 어셈블리는 가스를 유체와 혼합하도록 된 유체 처리 장치가 제공된다.
따라서, 전체 부피의 유체가 유체 처리 용기에 진입하기 전에 가스와 혼합된다. 따라서, 유체 처리 용기 내 유체의 체류 시간은 유체의 처리에 전적으로 이용될 수 있다. 이는 가스 혼합이 유체 처리 용기 내에서 수행되는 종래 기술의 구성과는 상이하다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 처리될 유체를 분배하기 위한 노즐 장치(nozzle arrangement)로서, 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 연장되며 제1 유체 챔버와의 연통을 제공하는 제1 유체 포트를 포함하는 제1 유체 도관을 포함하는 제1 노즐 어셈블리; 및 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 연장되며 제1 유체 챔버와의 연통을 제공하는 제2 유체 포트를 포함하는 제2 유체 도관을 포함하는 제2 노즐 어셈블리를 포함하며, 상기 제1 및 제2 유체 포트는 상기 제1 유체 챔버 내 유체의 상이한 헤드 범위를 갖는 제1 및 제2 노즐 어셈블리의 작동을 촉진하기 위해 제1 유체 챔버의 기저에 대해 상이한 높이로 제공되는 노즐 장치가 제공된다.
따라서, 이 구성은 제1 유체 챔버로 가는 액체의 유속과 관계없이, 제2 유체 챔버에 분배되는 유체의 바람직한 속도 범위를 가능하게 한다.
제1 및 제2 노즐 어셈블리는 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진하도록 될 수 있다. 제1 및 제2 노즐 어셈블리는 상기 유체에의 가스의 연통을 촉진할 수 있다.
제1 및 제2 노즐 어셈블리 각각은 가스 공급원으로부터 각각의 노즐 어셈블리의 일부에 가스의 유체 연통을 가능하게 하도록 된 추가의 유체 도관을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 노즐 어셈블리 각각은 제2 유체 챔버에 대한 유체 출구 개구부를 한정하는 배출관을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 노즐 어셈블리의 배출관은 제2 챔버 내 회전 흐름을 확립하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 상이한 측면을 제시하였지만, 일측면과 관련하여 제시된 특징이 1 이상의 다른 측면에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 이들 측면 및 다른 측면을 단지 예로서 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 설명할 것인데, 여기서
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 유체 처리 장치의 세로 단면도이고;
도 2는 상부 챔버의 영역 내 장치의 측단면도이며;
도 3은 도 1에 먼저 도시된 장치의 입구 영역의 확대도이며;
도 4는 도 1의 장치 내 예상되는 흐름 패턴의 개략도이며;
도 5는 도 1의 장치에 사용하기에 적절한, 본 발명의 일구체예에 따른 노즐 어셈블리의 단면도이며;
도 6은 도 1의 장치에 사용하기에 적절한, 본 발명의 대안적인 구체예에 따른 노즐 어셈블리의 단면도이고;
도 7은 본 발명의 대안적인 구체예에 따른 유체 처리 장치의 개략도이다.
도면의 상세한 설명
본 발명의 구체예에 따르며 참조 부호 10으로 일반화하여 나타낸 유체 처리 장치의 단면도를 나타낸 도 1 및 2를 우선 참고한다. 장치(10)는 도 1에서는 세로 단면으로 도시되고, 도 2에서는 측단면으로 도시된다. 유체 처리 장치(10)는 다수의 용도에 이용될 수 있다. 그러나, 본 구체예에서는, 대량의 오일 및 가스를 포함하는 지하 저장소로부터 생성된 물의 처리에 장치(10)가 이용된다. 하기 추가의 상세에서 설명하는 바와 같이, 장치(10)는 부유 선광 분리에 의해 생성된 물로부터 오일 및 가스를 분리하도록 된다. 따라서, 장치(10)는 컴팩트 부유 선광 유닛(CFU)으로 기재될 수 있다.
장치(10)는 제1 또는 상부 유체 챔버(14) 및 제2 또는 하부 유체 챔버(16)를 한정하는 수직으로 배열된 일반적으로 원통형인 용기(12)를 포함한다. 상부 및 하부 유체 챔버는 용기(12)의 내부 벽 표면에 고정된 파티션(18)에 의해 분리된다. 파티션은 상부 챔버(14)의 기저 및 하부 챔버(16)의 천장을 한정한다.
유체 통로(20)가 상부 챔버(14)와 하부 챔버(16) 사이에 연장되며, 이는 파티션(18)으로부터 일어선 벽 일부(22)에 의해 한정된다. 벽 일부(22)는 용기(12)의 내부 벽 표면과 함께 일반적으로 상부 챔버(14) 내 채널(24) 또는 환상 영역을 한정한다. 하기 추가의 상세에서 설명하는 바와 같이, 유체 통로(20)는 상부 챔버(14)와 하부 챔버(16) 사이의 가스의 연통을 가능하게 한다.
유체 입구(26)가 용기(12)의 측벽에 형성되며, 이는 사용시 상부 유체 챔버(14)로, 구체적으로는 환상 영역(24)으로 처리될 생성수를 연통한다. 분배기 어셈블리(28)가 상부 챔버(14)에 제공되며, 이는 입구(26)를 거쳐 진입하는 생성수를 우선 수용하도록 배열된다. 도 2 및 도 3의 확대도에서 가장 명확히 보이는 분배기 어셈블리(28)는 파티션(18), 벽 일부(22), 용기(12)의 내부 벽 일부, 천공 사이드 플레이트(30) 및 고체 두껑(32)(도 3에서만 도시)에 의해 한정된 상자 형태의 것이다. 따라서, 입구(26)를 거쳐 상부 챔버(14)에 진입하는 생성수는 우선 분배기 어셈블리(28)에 의해 수용된 후, 천공 사이드 플레이트(30)를 통해 환상 영역(24)에 분배된다. 분배기 어셈블리(28)는 진입하는 생성수의 운동량을 소산하고 최소의 난류로 환상 영역(24)에 이를 분배하는 기능을 하여, 통로(20)를 통해 하부 챔버(16)로 의도하지 않게 물이 튀기거나 누수되는 것을 방지 또는 최소화한다.
장치(10)는 상부 챔버(14)의 환상 영역(24)으로부터 하부 챔버(16)로 생성수의 유체 연통을 제공하는 복수의 노즐 어셈블리 또는 이덕터(34)를 더 포함한다. 따라서, 상부 챔버(14)는 유체 입구(26)를 거쳐 생성수를 수용하고, 이어서 노즐 어셈블리(34)를 통해 하부 챔버(16)에 이를 분배한다. 그 다음 생성수를 하부 챔버(16) 내에서 부유 선광 처리를 받는다. 따라서, 상부 유체 챔버(14)는 분배 챔버를 한정할 수 있고, 하부 유체 챔버(16)는 처리 챔버를 한정할 수 있다.
각각의 노즐 어셈블리(34)는 이를 통해 흐르는 생성수에 가스가 혼입되는 것을 촉진한다. 가스는 상부 챔버(14)의 헤더 영역(36)으로부터 혼입되며, 각각의 노즐 어셈블리(34) 내 와류 및 혼합으로 혼입된 가스가 작은 기포를 형성시켜, 하부 챔버(16)에 배출되기 전에 이들을 생성수와 친밀하게 혼합시킨다. 이에 따라, 노즐 어셈블리(34)가 거기에서의 후속 유체 처리를 위해 가스 기포를 적절하게 분배하면서 생성수를 하부 챔버(16)에 통다. 이는 하부 챔버(16) 내 물의 후속 체류 시간이 물로부터 나온 오일 및 가스의 부유 선광 처리 및 분리에만 이용될 수 있다는 점에서 특히 유리하다. 이는 가스의 혼합이 부유 선광 챔버에서 일어나서 체류 시간이 가스 혼합 및 부유 선광 분리 모두를 조절해야 하는 종래 기술의 구성과는 상이하다.
노즐 어셈블리(34)의 형태를 하기 추가의 상세에서 설명할 것이다.
생성수가 일단 하부 챔버(16)에 진입하면, 물 및 오일이 자연히 물의 표면에 부유하려는 경향이 있는 오일과 분리되기 시작할 것이다. 생성수 내에 잘 분배된 가스 기포가 존재하면, 기포가 수중 오일 액적에 부착하여 오일의 응집 및 부유 선광을 돕는 이 분리 효과가 증대한다. 물의 표면에 도달하면, 가스 기포가 하부 챔버(16)의 상부 영역(90)으로 방출될 것이고, 이어서 통로(20)를 통해 상부 챔버(14)의 헤더 영역(36)으로 흐를 것이다. 이에 따라, 생성수로부터 방출된 가스가 헤더 영역(36)을 보충하여 노즐 어셈블리(34)에 의해 진입하는 생성수로 충분한 부피의 가스가 혼입되는 것을 유지할 수 있다.
장치(10)는 하부 챔버(16)의 하부 영역에 형성되며 처리된 물의 배출을 촉진하도록 된 제1 출구(38)를 더 포함한다. 배플(40) 및 와류 차단기(42)도 하부 챔버(16)의 하부 영역에 존재하며, 이는 가스 기포가 처리된 물과 함께 제1 출구(38)를 통해 배출되는 것을 방지하도록 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배플(40)은 용기(12)의 동심에 배치되며, 용기(12)의 내부 직경의 약 80 내지 95%일 수 있는 직경을 갖는다.
거르개 장치(44)가 하부 챔버(16)의 상부 영역에 제공되며, 물의 표면으로부터 오일을 거르도록 된다. 걸러진 오일은 관(46)을 통해 배출되고, 최종적으로 파티션(18) 위치 상부의 용기(12)의 측면에 형성된 제2 출구(48)를 통해 배출된다. 용기(12)는 대기압보다 약간 높게 유지되어 관(46)을 통해 제2 출구(48)를 향해 위쪽으로 걸러진 오일을 유도하는 것이 유리하다. 그 다음 오일이 수집되고 필요할 경우 처리될 수 있다. 대안적인 구성에서, 관(46)이 거르개 장치(44)로부터 아래쪽에 연장되어 예컨대 배플(40) 아래쪽의 바닥 영역으로부터 용기(12)의 하부 영역에서 출구를 통해 배출될 수 있다.
거르개 장치(44)는 상부 거르개 영역(50)이 하부 챔버(16) 내 물/오일의 표면에 대해 미리 정해진 위치에 유지되어 오일의 효과적인 거르기를 보존하도록 자기 평탄화(self levelling)될 수 있다.
제3 출구가 상부 챔버(14)의 상부 영역에 제공되며, 헤더 영역(36) 내 가스가 용기(12)로부터 배출 가능하게 한다. 가스는 수집되거나, 타오르거나, 재순환되거나 등 할 수 있다. 출구(52)는 또한 가스가 용기(12)에 공급되도록 하는 입구로서 기능할 수 있다.
본 구체예에서, 노즐 어셈블리(34)는 하부 챔버(16) 내에서 생성수에 부분적으로 침지된 배출관(54)을 포함하며, 생성수를 아래쪽으로 그리고 용기(12)에 대해 원주 방향으로 배출하도록 통상적인 방향으로 배열된다. 이 구성은 유리하게는 하부 챔버(16) 내의 유체 처리를 돕고 거르개 어셈블리(44)를 향한 유체 및 부유 오일 중 가스 기포의 우선적인 이동을 제공하는 하부 챔버(16) 내 물의 회전을 초래한다. 또한, 생성수의 회전은 가스 기포 및 오일 액적이 물로부터 분리되기에 충분한 시간을 허용하지 않으면서 물이 하부 챔버(16)를 통과하는 것을 억제하는 것을 돕는다.
환상 배플(55) 형태의 변류기 장치가 임의로 노즐 어셈블리(34)의 배출관(54) 아래의 영역에서 하부 챔버(16)의 벽과 일체형으로 형성되거나 이로 고정될 수 있다. 사용시, 배플(55)은 유체의 하향 속도 성분을 최소화하여 유체의 이른 혼합을 최소화한다.
도시하지는 않았지만, 배플(55)은 이의 상부 표면상에 수집될 수 있는 임의의 고상 물질의 방출을 가능하게 하도록 배열된 다수의 구멍을 포함한다.
용기(12) 내 예상되는 흐름 패턴의 개략도가 도시된 도 4를 이제 참조한다. 도 2에 도시된 용기(12)의 왼쪽은 예상되는 물의 2차 흐름 패턴을 도시하며, 오른쪽은 하부 챔버(16) 내 예상되는 기포 궤도를 도시한다. 용기(12)의 중심 세로축 주위의 유체의 1차 회전 운동을 도 4에 명확히 나타내지 않았음을 이해해야 한다. 또한, 도 1에 도시된 임의의 환상 배플(55)을 도 4에는 도시하지 않았다.
측면 순환 루프(60)(루프 1)는 표면으로 빠르게 상승하는 노즐 어셈블리(34)로부터 배출되는 큰 기포(62)의 가스 리프트에 의해 구동된다. 분리된 오일(64)이 이 방향으로 운반될 수 있도록, 순환 루프(60)는 액체 표면상의 흐름이 거르개 어셈블리(44)로 향하는 것을 보장한다. 세로 순환 루프(66)(루프 2)는 배플(40) 상의 액체 경지층(68) 내 내향 반경류에 의해 구동된다. 순환 루프(66)는 주요 물 유동으로부터 하향 궤도를 갖는 작은 가스 기포(70)을 포획하여, 이를 중심을 향해 운반한 후, 표면을 향해 상향 운반하여, 이는 순환 루프(60)에 의해 포획된다. 이에 따라, 작은 가스 기포(70)는 순환 루프(60)를 향해 횡단하여 최종적으로 표면에 도달하고 및/또는 더 큰 기포로 유착해야 한다.
노즐 어셈블리(34)의 형태에 관한 상세한 설명을 이제 노즐 어셈블리(34)를 단면으로 도시한 도 5를 참조하여 기재할 것이다. 어셈블리(34)는 유체 입구 포트(74)를 한정하고 위쪽에 연장되는 제1 유체 도관(72)을 포함한다. 제1 도관의 하부 말단은 각진 배출관(54)에 고정된다. 제1 유체 포트(74)는 환상 영역(24)(도 1 참조) 내 생성수가 제1 도관(72)으로 흘러서 배출관(54)으로 흐르는 것을 가능하게 한다. 플랜지(78)가 제1 유체 도관(72)에 고정되며, 이는 노즐 어셈블리(34)가 상부 및 하부 챔버(14, 16)를 분리하는 파티션(18)(도 1 참조)에 고정 가능하게 한다.
어셈블리(34)는 또한 제1 유체 도관(752)을 통해 연장되는 제2 유체 도관(80)을 포함한다. 제2 도관(80)은 헤더 영역(36)(도 1 참조)으로 개방된 상부 유체 포트(82)를 한정하며, 제2 도관(80)의 하부 말단은 배출관(54)의 영역에서 개방된다.
따라서, 사용시, 제1 유체 도관(72)을 통해 흐르는 물이 가스를 헤더 영역(36)으로부터 나온 제2 유체 도관(80)으로부터 혼입되게 하고, 이어서 배출관(54) 내에서 혼합되게 하여, 출구(84)를 통해 하부 챔버(16)에 배출되기 전에 수중 가스 기포의 양호한 분배를 확립한다.
제1 유체 도관의 유체 포트(74)의 높이는 노즐 어셈블리(34)가 작동하는 데에 필요한 환상 영역(24) 내 유체의 수면 높이를 지시할 것이다. 이 작동 헤드는 변화할 수 있으며, 제1 유체 도관(72)과 일체형으로 형성되거나 이로 고정된 필요한 길이의 신축관(86)을 제공함으로써 미리 선택할 수 있다. 노즐 어셈블리(34)의 작동 헤드는 예컨대 400 내지 500 ㎜의 영역에 존재할 수 있다.
본 발명의 측면의 일구체예에서, 작동 헤드는 장치에 제공된 모든 노즐 어셈블리(34)에 대해 동등할 수 있다. 그러나, 대안적인 구체예에서, 상이한 높이로 각각의 유체 포트(74)를 배열하여 2 이상의 노즐 어셈블리(34)에 상이한 작동 헤드를 제공할 수 있다. 따라서, 이 구성에서, 상부 챔버(14)의 환상 영역(24) 내 유체의 수면 높이가 떨어지기 시작하면, 예컨대 입구(26)를 통한 유속의 감소 결과, 감소된 수의 작동하는 노즐 어셈블리(34)를 통해 제2 챔버(16)로 통과하는 흐름이 입구(26)로 부터 환상 영역(24)에 진입하는 흐름과 매치될 때까지, 노즐 어셈블리(34)가 이어서 각각의 유체 포트(74)의 높이에 따라 기능하지 않게 될 것이다. 따라서, 이 구성은 배출관(54)의 출구(84)를 통해 제2 유체 챔버(16)로 배출되는 유체의 바람직한 속도 범위를 유지시키는 데에 이용될 수 있다. 바람직한 속도 범위는 제2 유체 챔버(16) 내 요구되는 흐름에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 유체 배출 속도의 범위는 하부 챔버 내 회전 흐름을 확립 및 유지시키는 데에 필요할 수 있다. 바람직한 속도 범위는 또한 유체 내의 혼입된 가스의 비, 및 바람직한 값으로 배출관에서 발생하는 이들 사이의 혼합을 유지하도록 선택될 수 있다.
우선 도 1에 도시된 장치(10)에 이용될 수 있는 노즐 어셈블리(34)의 대안적인 구체예를 도 6에 도시하였고, 이를 이제 참고하려 한다. 도 6의 어셈블리(34a)는 도 5의 어셈블리(34)와 유사하며, 마찬가지로 동일한 부재는 문자 "a"가 붙은 동일한 참조 부호를 공유한다. 기재한 바와 같이, 노즐 어셈블리(34a)는 어셈블리(34)와 유사하며, 마찬가지로 유체 포트(74a)를 한정하는 제1 유체 도관(72a) 및 유체 포트(82a)를 한정하는 제2 유체 도관(80a)을 포함한다. 그러나, 이 구체예에서, 제2 유체 도관(80a)의 유체 포트(82a)는 하부 챔버(16)의 헤더 영역(90)(도 1 참조)으로 개방된다. 따라서, 헤드 영역(90)으로부터 나온 가스가 출구(84a)를 거쳐 하부 챔버(16)로 배출되기 전에 배출관(54) 내에서 혼입되어 생성수와 혼합될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 노즐 어셈블리(34a)는 도 5에 도시된 예의 관(86)과 유사한 신축관을 포함할 수 있다.
본 발명의 대안적인 구체예에 따른 유체 처리 장치를 이제 도 7을 참고로 하여 설명할 것이다. 일반적으로 참조 부호 110으로 나타낸 유체 처리 장치는 우선 도 1에 도시된 장치(10)와 유사하며, 마찬가지로 동일한 특징부는 100을 붙인 동일한 참조 부호를 공유한다.
따라서, 장치(110)는 이 경우에는 수평 배열된 용기(112)를 포함한다. 파티션(118)에 의해 분리된 제1 및 제2 유체 챔버(114, 116)가 용기(12) 내에 한정된다. 유체 통로(120)가 제1 챔버(114)와 제2 챔버(116) 사이에 제공되어 그들 사이의 가스의 통과를 가능하게 한다. 유체 입구(126)는 제1 챔버(114)로 생성수를 연통하며, 복수의 노즐 어셈블리(134)가 제공되어 제1 챔버(114)로부터 제2 챔버(116)로 생성수의 연통을 가능하게 한다. 노즐 어셈블리(134)는 생성된수로의 제1 챔버(114)의 헤더 영역(136) 또는 제2 챔버(116)의 헤더 영역(190) 내 가스의 혼입을 촉진한다. 따라서, 이 구성은 제2 챔버(116)에 배출되기 전에 생성 유체 중 가스 기포의 양호한 혼합 및 분배를 제공한다.
그 다음 수중 가스 및 오일이 제2 챔버(116)의 표면에 부유할 수 있도록, 생성 유체가 제2 챔버(116) 내에 소정 기간 동안 잔류할 수 있는 반면, 물은 일반적으로 좌우 방향으로 이동한다. 바람직하게는 2 이상의 천공 배플(92)이 제2 챔버(116)에 제공되어 물의 역혼합을 억제한다.
상당히 감소된 가스 및 오일 함량을 갖는 처리된 물이 제1 출구(138)를 거쳐 배출될 수 있다. 부유 오일이 거르개 어셈블리(144)에 의해 물의 표면으로부터 걸러질 수 있으며, 이어서 제2 출구(148)를 거쳐 배출될 수 있다. 물로부터 방출된 가스가 제3 출구(152)를 거쳐 배출될 수 있다.
본 명세서에 기재된 구체예는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 이에 대해 다양한 변경을 할 수 있다. 예컨대, 상기 기재된 본 발명의 특징은 제1 및 제2 챔버가 개별 용기에 제공된 환경에 이용될 수 있다. 이 구성에서, 본 발명의 이점은, 처리를 위해 제2 유체 챔버에 배출되기 전에 수중 기포의 양호한 혼합 및 분배가 달성되도록, 처리될 생성수를 노즐 어셈블리에 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 다른 구체예에서, 제1 챔버를 생략할 수 있으며, 공급원으로부터 나온 유체는 1 이상의 노즐 어셈블리로 직접 제공되어 유체 처리 챔버에 배출될 수 있다.
또한, 기재된 구체예에서, 다양한 도관 및 통로가 용기 내부에 제공 및 배치된다. 그러나, 이러한 도관 및 통로는 용기 외부로 완전히 또는 적어도 부분적으로 연장될 수 있다.
추가로, 장치는 추가의 처리를 위해 제2 유체 챔버로부터 나온 유체를 수용하도록 된 제3 유체 챔버를 포함할 수 있다. 제2 유체 챔버로부터 제3 유체 챔버로 연통된 유체는 1 이상의 노즐 어셈블리를 거쳐 제공될 수 있다.
또한, 처리될 유체에 혼입될 가스는 외부 공급원으로부터 제공될 수 있다.
용기는 대기에 개방될 수 있다.
노즐 어셈블리가 처리될 유체에 가스를 혼입하도록 배열되지만, 대안적인 구체예에서 1 이상의 노즐 어셈블리는 가스가 처리될 유체에 주입 또는 전달 가능하게 하도록 될 수 있다.

Claims (32)

  1. 유체 용기;
    유체 용기 내에 한정된 제1 및 제2 유체 챔버로서, 상기 제2 유체 챔버는 거기에서의 유체의 부유 선광(floatation) 분리 처리를 제공하도록 된 제 1 및 제 2 유체챔버;
    처리될 유체를 제1 유체 챔버에 전달하기 위한 유체 입구; 및
    제1 유체 챔버로부터 제2 유체 챔버에 유체 연통(fluid communication)을 제공하기 위한 하나 이상의 이덕터(eductor) 노즐 어셈블리
    를 포함하는 유체 처리 장치로서,
    상기 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리는 처리될 유체가 제1 유체 챔버로부터 제1 유체 도관에 연통 가능하도록 된 유체 포트를 한정하는 제1 유체 도관을 포함하고,
    상기 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리는 가스 공급원으로부터 이덕터 노즐 어셈블리의 일부에 유체 연통을 가능하게 하도록 된 제2 유체 도관을 포함하고,
    상기 이덕터 노즐 어셈블리는 상기 유체와 상기 가스의 혼합물을 제2 유체 챔버에 연통하기 위해 상기 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진하도록 된 유체 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 유체 챔버를 적어도 부분적으로 분리하도록 된 파티션(partition)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리는 파티션을 통해 연장되도록 된 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제1 유체 도관의 유체 포트는 제1 유체 챔버의 기저 영역에 대해 더 높은 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 가스 공급원은 용기에 담긴 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 가스 공급원은 처리될 유체로부터 방출된 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 가스 공급원은 용기의 외부에 제공된 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리는 제2 유체 챔버에 대한 유체 출구 개구부를 한정하는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 배출관의 적어도 일부는 제1 유체 도관을 거쳐 전달된 유체와 제2 유체 도관을 거쳐 전달된 가스의 혼합을 촉진하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 배출관은 제2 챔버 내 회전 흐름을 확립하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 복수의 이덕터 노즐 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 이덕터 노즐 어셈블리 중 하나 이상은 복수의 이덕터 노즐 어셈블리 중 하나 이상의 다른 것보다 제1 유체 챔버 내 유체의 상이한 유면 높이에서 작동 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 이들 사이의 유체 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 유체 통로는 제2 유체 챔버로부터 제1 유체 챔버에 가스의 유체 연통을 가능하게 하도록 된 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 유체 통로는 제1 및 제2 챔버를 분리하는 파티션을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서, 유체 통로는 파티션의 표면으로부터 연장되는 벽에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 벽은 제1 챔버의 벽 일부를 한정하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유체 입구를 거쳐 제1 챔버에 진입하는 유체를 수용하도록 된 분배기 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용기로부터 처리된 유체 또는 이의 성분의 배출을 가능하게 하는 하나 이상의 유체 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 유체 챔버는 제1 유체 챔버로부터 유체만을 수용하도록 된 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이의 처리될 유체의 연통은 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리를 통해서만 달성되는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서, 처리될 유체의 이른 혼합(forward mixing)을 최소화하는 것을 돕기 위해, 제2 챔버 내에 배치된 변류기 장치(deflector arrangement)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 처리 장치.
  23. 유체의 처리 방법으로서,
    제1 및 제2 유체 챔버를 한정하는 단계;
    처리될 유체를 제1 유체 챔버에 전달하는 단계;
    하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리를 통해 제1 유체 챔버로부터 나온 유체를 유동시키는 단계 - 상기 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리는 처리될 유체가 제1 유체 챔버로부터 제1 유체 도관에 연통 가능하도록 된 유체 포트를 한정하는 제1 유체 도관을 포함하고, 상기 하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리는 가스 공급원으로부터 이덕터 노즐 어셈블리의 일부에 유체 연통을 가능하게 하도록 된 제2 유체 도관을 포함하고, 상기 이덕터 노즐 어셈블리는 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진함 -;
    하나 이상의 이덕터 노즐 어셈블리로부터 제2 유체 챔버로 상기 유체와 상기 가스의 혼합물을 배출하는 단계; 및
    부유 선광 분리에 의해 제2 챔버 내 유체를 처리하는 단계
    를 포함하는 유체의 처리 방법.
  24. 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 처리될 유체를 분배하기 위한 이덕터 노즐 장치로서,
    상기 이덕터 노즐 장치는
    제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 연장되며 제1 유체 챔버와의 연통을 제공하는 제1 유체 포트를 포함하는 제1 유체 도관을 포함하는 제1 이덕터 노즐 어셈블리; 및
    제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 연장되며 제1 유체 챔버와의 연통을 제공하는 제2 유체 포트를 포함하는 제2 유체 도관을 포함하는 제2 이덕터 노즐 어셈블리
    를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 유체 포트는 상기 제1 유체 챔버 내 유체의 상이한 유면 높이를 갖는 제1 및 제2 이덕터 노즐 어셈블리의 작동을 촉진하기 위해 제1 유체 챔버의 기저에 대해 상이한 높이로 제공되며, 상기 제1 및 제2 이덕터 노즐 어셈블리는 가스와 상기 유체의 혼합을 촉진하도록 된 이덕터 노즐 장치.
  25. 제24항에 있어서, 제1 및 제2 이덕터 노즐 어셈블리 각각은 가스 공급원으로부터 각각의 노즐 어셈블리의 일부에 가스의 유체 연통을 가능하게 하도록 된 추가의 유체 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 이덕터 노즐 장치.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 제1 및 제2 이덕터 노즐 어셈블리 각각은 제2 유체 챔버에 대한 유체 출구 개구부를 한정하는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 이덕터 노즐 장치.
  27. 제26항에 있어서, 제1 및 제2 이덕터 노즐 어셈블리의 배출관은 제2 챔버 내 회전 흐름을 확립하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이덕터 노즐 장치.
  28. 제26항에 있어서, 제1 및 제2 이덕터 노즐 어셈블리의 배출관의 적어도 일부는 제1 유체 도관을 거쳐 전달된 유체와 제2 유체 도관을 거쳐 전달된 가스의 혼합을 촉진하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이덕터 노즐 장치.
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