KR102512692B1 - 반응성 가스 서비스를 위한 가스 분리 멤브레인 모듈 - Google Patents
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Abstract
가스 분리 멤브레인 모듈은 고압 가스와 저압 가스 사이에 밀봉부를 포함한다. 밀봉부는 밀봉 표면들 사이에서 압축 가능 밀봉 부재를 포함한다. 밀봉 표면 중 적어도 하나는, 저합금 강 또는 고합금 강 위에 제공된 내식성 크래딩을 갖는다. 크래딩은, 산성 가스 또는 내부에 용해된 산성 가스를 함유하는 응축된 수분에 노출된 저합금 강 또는 고합금 강의 부식으로 인한 밀봉 실패 가능성을 감소시키는 한편, 동시에 산성 가스에 노출되는 멤브레인 모듈의 모든 표면이 크래딩을 구비할 것을 요구하지 않는다.
Description
본 발명은, 누출에 대한 보다 큰 저항을 나타내는 밀봉 특징부를 포함하는 반응성 공급물 가스로부터 가스를 분리하는데 이용하기 위한 경제적인 가스 분리 멤브레인 모듈에 관한 것이다.
많은 가스 분리 멤브레인 모듈은 번들(bundle)로 배열된 복수의 중공형 섬유를 포함하고, 번들의 적어도 하나의 단부는 튜브시트(tubesheet) 내에 매립되고, 번들은 압력 용기 내에 설치된다. 공급물 가스는 외피 측면(즉, 중공형 섬유의 외부 표면)으로부터 또는 중공형 섬유의 관/보어 측면(즉, 중공형 섬유의 내부 표면)으로부터 멤브레인 번들과 접촉될 수 있다.
보어 측면으로부터 공급될 때, 가스 성분은 우선적으로 섬유 보어로부터 섬유 외측의 공간으로 섬유 벽을 통해서 침투한다. 이러한 우선적으로 침투된 가스는 침투물 포트를 통해서 침투물 스트림으로서 외피 측면으로부터 회수된다. 이러한 우선적으로 침투하는 성분이 고갈된 잔류물 스트림은 잔류물 포트로부터 회수된다.
전형적으로, 고압 동작의 경우에, 대조적으로, 공급물은 외피 측면으로부터 중공형 섬유 번들과 접촉된다. 공급물 유동 경로는 전형적으로 외측-내향 배향(outside-in orientation)을 가지나, 반대 배향도 가능하다. 우선적으로 침투하는 가스 성분은 중공형 섬유의 벽을 통해서 그리고 중공형 섬유의 보어 내로 전달된다. 우선적으로 침투하는 가스 성분은 침투물 스트림으로서 침투물 포트로부터 회수되고, (우선적으로 침투하는 가스 성분이 고갈된) 고갈된 공급물 가스는 잔류물 스트림으로서 잔류물 포트로부터 회수된다.
전술한 멤브레인 모듈이 일반적으로 많은 유형의 공급물 가스에 대해서 만족스럽지만, 그러한 멤브레인 모듈은, 산성 가스 서비스에서 이용될 때, 누출(즉, 침투물 가스 내로의 공급물 가스 누출, 잔류물 가스 내로의 공급물 가스 누출, 또는 모듈 외측으로의 공급물 가스 누출)에 민감할 가능성이 있다. 산성 가스 서비스는, 공급물 가스가 부식성을 가지고, 산성 천연 가스(sour natural gas)와 같이, H2S 및 CO2와 같은 산성 가스를 포함한다는 것을 의미한다. 이러한 누출 민감성은 공급물 가스 내의 비교적 높은 수준의 산성 가스, 특히 H2S에 의해서 악화된다. 예를 들어, 두 자릿수의 백분율로 존재하고 심지어 75 부피% 정도만큼 클 수 있는, 매우 산성인 또는 초-산성인 천연 가스에 대한 H2S 농도가 몇몇 보고되었다.
그에 따라, 누출에 민감하지 않은 가스 분리 멤브레인 모듈에 대한 멤브레인-기반의 가스 분리 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전술한 요구를 만족시키는 것이다.
그에 따라, 산성 가스-서비스 가스 분리 멤브레인 모듈이 개시되며, 그러한 멤브레인 모듈은: 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된 제1 및 제2 단부에서 개방된 중공형 압력 용기로서, 제1 단부에 위치되는 제1 단부 면 및 제2 단부에 위치되는 제2 단부 면을 가지는, 중공형 압력 용기; 제1 단부 면에서 압력 용기의 제1 단부를 밀봉하는 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된 제1 단부 캡으로서, 내부에 형성된 제1 포트를 포함하는, 제1 단부 캡; 제2 단부 면에서 압력 용기의 제2 단부를 밀봉하는 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된 제2 단부 캡으로서, 제2 단부 캡은 내부에 형성된 제2 포트를 포함하고, 압력 용기는 내부에 형성된 제3 포트를 가지는, 제2 단부 캡; 번들로서 배열된 압력 용기 내에 배치된 복수의 가스 분리 멤브레인으로서, 복수의 멤브레인의 일 단부 또는 양 단부는 밀봉 방식으로 중실형 중합체(solid polymer) 내에 케이스화되어(encased) 번들의 단부(들)에서 관 시트(들)을 형성하고, 멤브레인의 각각은 제1 측면 및 제2 측면을 가지며, 멤브레인의 각각은, 제2 측면 상에 낮은 압력의 침투물 가스를 제공하고 제1 측면 상에 높은 압력의 잔류물 가스를 제공하기 위해서, 멤브레인을 통한 제2 측면으로의 가스의 침투를 통해서, 제1 측면으로 공급된 산성 가스-함유 공급물 가스를 분리하도록 적응되고(adapted) 구성되며, 침투물 가스는 잔류물 가스에 비해서 하나 이상의 가스가 부화되는(enriched), 복수의 가스 분리 멤브레인; 제1 포트와, 멤브레인의 제1 측면 및 멤브레인의 제2 측면 중 하나 사이에서 유체적으로 연통되고 고합금 강으로 제조된 제1 포트 관; 제2 포트와, 멤브레인의 제1 측면 및 멤브레인의 제2 측면 중 다른 하나 사이에서 유체 연통되고 고합금 강으로 제조된 제2 포트 관; 및 제1 및 제2 압축 가능 밀봉 요소를 포함하는 적어도 2개의 압축 가능 밀봉 요소를 포함한다. 제1 압축 가능 밀봉 요소는 (i) 압력 용기의 내부 표면 및 관시트(tubesheet)(들) 중 하나의 외부 표면, (ii) 제1 포트 관의 외부 표면 및 제1 포트의 내부 표면, 그리고 (iii) 제2 포트 관의 외부 표면 및 제2 포트의 내부 표면으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1 쌍의 밀봉 표면들 사이에서 압축된다. 그러한 제1 쌍의 밀봉 표면 중 적어도 하나는 내식성 크래딩(cladding)을 구비한다. 제2 압축 가능 밀봉 요소는 (i) 압력 용기의 내부 표면 및 관시트(들) 중 하나의 외부 표면, (ii) 제1 포트 관의 외부 표면 및 제1 포트의 내부 표면, 그리고 (iii) 제2 포트 관의 외부 표면 및 제2 포트의 내부 표면으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제2 쌍의 밀봉 표면들 사이에서 압축된다. 그러한 제2 쌍의 밀봉 표면 중 적어도 하나는 내식성 크래딩을 구비한다.
또한, 이하의 단계를 포함하는, 산성 가스-함유 공급물 가스를 분리하기 위한 방법이 개시된다. 전술한 멤브레인 모듈이 제공된다. 산성 가스-함유 공급물 가스는 포트 중 하나를 통해서 멤브레인 모듈에 공급된다. 투과물 가스는 포트들 중 상이한 하나의 포트를 통해서 멤브레인 모듈로부터 회수된다. 잔류물 가스는 포트들 중 다른 포트를 통해서 멤브레인 모듈로부터 회수된다.
멤브레인 모듈 중 어느 하나 또는 2개 모두 그리고 방법은 이하의 양태 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 복수의 멤브레인의 각각의 일 단부 만이 밀봉 방식으로 중실형 중합체 내에서 케이스화되어 번들의 단부에서 단일 관시트를 형성하고; 제1 포트 관은 투과물 관이고 제1 포트는 투과물 포트이며; 제1 쌍의 밀봉 표면은 투과물 관의 외부 표면 및 투과물 포트의 내부 표면이고; 제1 압축 가능 밀봉 요소는 투과물 관의 외경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제1 O-링이고, 제1 O-링과 접촉되는 투과물 포트의 내부 표면의 일부는 내식성 크래딩을 구비하며; 제2 포트 관은 잔류물 관이고 제2 포트는 잔류물 포트이며; 제2 쌍의 밀봉 표면은 잔류물 관의 외부 표면 및 잔류물 포트의 내부 표면이고; 제2 압축 가능 밀봉 요소는 잔류물 관의 외경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제2 O-링이고, 제2 O-링과 접촉되는 잔류물 포트의 내부 표면의 일부는 내식성 크래딩을 구비하며; 그리고 제3 포트는 공급물 포트이다.
- 복수의 멤브레인의 각각의 일 단부 만이 밀봉 방식으로 중실형 중합체 내에서 케이스화되어 번들의 단부에서 단일 관시트를 형성하고; 제1 포트 관은 투과물 관이고 제1 포트는 투과물 포트이며; 제1 쌍의 밀봉 표면은 투과물 관의 외부 표면 및 투과물 포트의 내부 표면이고; 제1 압축 가능 밀봉 요소는 투과물 관의 외경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제1 O-링이고, 제1 O-링과 접촉되는 투과물 포트의 내부 표면의 일부는 내식성 크래딩을 구비하며; 제2 포트 관은 공급물 가스 관이고 제2 포트는 공급물 가스 포트이며; 제2 쌍의 밀봉 표면은 공급물 가스 관의 외부 표면 및 공급물 포트의 내부 표면이고; 제2 압축 가능 밀봉 요소는 공급물 가스 관의 외경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제2 O-링이고, 제2 O-링과 접촉되는 공급물 포트의 내부 표면의 일부는 내식성 크래딩을 구비하며; 그리고 제3 포트는 잔류물 포트이다.
- 복수의 멤브레인 각각의 각 단부는 밀봉 방식으로 중실형 중합체 내에 케이스화되어 제1 표트에 근접한 제1 관시트 및 제2 포트에 근접한 제2 관 시트를 형성하고; 제1 포트 관은 잔류물 관이고 제1 포트는 잔류물 포트이며; 제2 포트 관은 공급물 가스 관이고 제2 포트는 공급물 가스 포트이며; 제3 포트는 투과물 포트이고; 제1 쌍의 밀봉 표면은 제1 관시트의 외부 표면 및 제1 관시트에 인접한 압력 용기의 내부 표면이며; 제1 압축 가능 밀봉 요소는 제1 관시트의 외경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제1 O-링이고; 제1 O-링과 접촉되는 압력 용기의 내부 표면의 일부는 내식성 크래딩을 구비하며; 제2 압축 가능 밀봉 요소는 제2 관시트의 외경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제2 O-링이고; 제2 O-링과 접촉되는 압력 용기의 내부 표면의 일부는 내식성 크래딩을 구비하며;
- 적어도 2개의 압축 가능 밀봉 요소는 제1 단부 면과 제1 단부 캡의 내향 표면 사이에 설치된 제3 압축 가능 밀봉 요소 및 제2 단부 면과 제2 단부 캡의 내향 대면 표면 사이에 설치된 제4 압축 가능 밀봉 요소를 더 포함하고: - 제3 압축 가능 밀봉 요소는 제1 단부 면, 제1 단부 캡의 내향 대면 표면 중 어느 하나 내에, 또는 제1 단부 면 및 제1 단부 캡의 내향 대면 표면의 각각 내에 형성된 홈 내에 설치되고; 제1 단부 면, 제1 단부 캡의 내향 대면 표면 중 어느 하나, 또는 제1 단부 면 및 제1 단부 캡의 내향 대면 표면의 각각은 내식성 크래딩을 구비하며; 제4 압축 가능 밀봉 요소는 제2 단부 면, 제2 단부 캡의 내향 대면 표면 중 어느 하나 내에, 또는 제2 단부 면 및 제2 단부 캡의 내향 대면 표면의 각각 내에 형성된 홈 내에 설치되며; 제2 단부 면, 제2 단부 캡의 내향 대면 표면 중 어느 하나, 또는 제2 단부 면 및 제2 단부 캡의 내향 대면 표면의 각각은 내식성 크래딩을 구비한다.
- 제3 및 제4 압축 가능 밀봉 요소의 각각이 나선형 가스켓이다.
- 멤브레인은 중공형 섬유 멤브레인 또는 나선형으로 감겨진 멤브레인으로서 구성된다.
- 멤브레인은 유리질 중합체 또는 고무질 중합체로 제조된다.
- 압력 용기는 ASME SA333 Grade 6 무이음매 파이프(seamless pipe)로 제조된다.
- 제1 및 제2 단부 캡의 저합금 강은 SA350 LF2 Class 2, 또는 ASTM 105N이다.
- 크래딩의 각각은 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconel), 및 세라믹으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
- 산성 가스는 적어도 10 부피% H2S를 포함하는 산성 천연 가스이다.
- 압축 가능 밀봉 요소는 O-링, 가스켓, 또는 컵 밀봉부이다.
- 공급물 가스는 제3 포트를 통해서 멤브레인 모듈에 공급되고, 투과물 가스는 제1 포트를 통해서 멤브레인 모듈로부터 회수되고, 잔류물 가스는 제2 포트를 통해서 멤브레인 모듈로부터 회수된다.
- 공급물 가스는 제2 포트를 통해서 멤브레인 모듈에 공급되고, 투과물 가스는 제1 포트를 통해서 멤브레인 모듈로부터 회수되고, 잔류물 가스는 제3 포트를 통해서 멤브레인 모듈로부터 회수된다.
도 1은 일부가 제거된 본 발명의 멤브레인 모듈의 제1 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 1a는 제1 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 상세 부분이다.
도 1b는 제2 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 다른 상세 부분이다.
도 1c는 제3 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 또 다른 상세 부분이다.
도 1d는 제4 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 또 다른 상세 부분이다.
도 2는 일부가 제거된 본 발명의 멤브레인 모듈의 제2 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 2a는 제1 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 2의 멤브레인 모듈의 상세 부분이다.
도 1a는 제1 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 상세 부분이다.
도 1b는 제2 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 다른 상세 부분이다.
도 1c는 제3 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 또 다른 상세 부분이다.
도 1d는 제4 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 1의 멤브레인 모듈의 또 다른 상세 부분이다.
도 2는 일부가 제거된 본 발명의 멤브레인 모듈의 제2 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 2a는 제1 밀봉부를 명확하게 보여주기 위해서 일부가 제거된 도 2의 멤브레인 모듈의 상세 부분이다.
가스 분리 멤브레인 모듈은 부식성 가스 서비스에 적합하다. 멤브레인은 높은 내부 압력을 견딜 수 있는 압력 용기 내에 설치된다. 압력 용기의 주요 구성 재료는, 부식성 가스를 가지는 가압 서비스에서의 이용을 위한 큰 부식 허용 오차(allowance)를 필요로 하는, 저합금 강과 같은, 비교적 저렴한 금속이다. 그러나, 많은 비교적 저렴한 금속이 나타내는 부식에 대한 민감성은 산성 가스 서비스를 위한 멤브레인 모듈의 이용을 허용하지 않는 효과를 가질 수 있다.
특히, 비교적 저렴하고 내식성이 작은 금속을 포함하는 밀봉부는 실패하게 되는데, 이는 밀봉부에서 서로 접경되는 금속 표면들이 부식되어, 밀봉부에서 낮은-강도의 부식 생성물을 그 위치에 남기기 때문인 것으로 판단되었다. 이러한 부식된 밀봉부에 걸친 (모듈 내의 고압 구역과 저압 구역 사이의) 압력차가 증가됨에 따라, 이전에 부식되지 않은 밀봉부가 실패하게 되는데, 이는 낮은-강도의 부식 생성물이 밀봉부 내에 형성된 경로를 통해서 고압 구역으로부터 저압 구역으로 누출되는 것을 방지하는데 필요한 강도를 가지지 못하기 때문이다. 그러한 누출은 멤브레인 모듈로부터의 가연성 가스의 누출의 경우에 위험할 수 있다. 가스 분리가 누출로 인해서 방해 받음에 따라, 그러한 누출은 멤브레인 모듈의 성능의 상당한 상실을 대신 초래할 수 있다.
어떠한 특별한 이론에 구속되지 않으면서, 부식이 2가지 방법 중 어느 방법으로 발생될 수 있는 것으로 생각된다. 첫 번째로, 부식은 정상 동작 또는 중단 시간 중에 기체 H2S 및 CO2에 대한 표면의 노출을 통해서 발생될 수 있다. 두 번째로, 그리고 더 큰 부식의 원인일 수 있는 것으로서, 중단 시간, 운송, 또는 멤브레인 번들 교체 중에 표면 상에 축적될 수 있는 적은 양의 H2S 및 CO2-함유 응축 수분에 대한 표면의 노출을 통해서 부식이 발생될 수 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해서 멤브레인 모듈의 금속 성분이 내식성 재료로 제조될 수 있으나, 그 대신에 멤브레인-기반의 가스 분리 해결책에 대한 경제적 타당성이라는 다른 문제가 발생한다. 많은 경우에, 주어진 가스 분리를 달성하기 위한 공학적 해결책의 전체적인 가격은, 멤브레인-기반의 가스 분리 해결책 대 비-멤브레인-기반의 가스 분리 해결책에 대해서 선택하는 결정을 좌우한다.
그에 따라, 가스 분리 멤브레인 모듈의 금속 성분을 위해서 비교적 저비용의 금속을 이용하고, 특히 누출 및/또는 실패에 민감한 임의의 밀봉부에 인접한 금속 구성요소의 표면을 크래딩하는 것을 제안한다. 표면을 크래딩하는 것은, 밀봉부에 인접한 금속 구성요소의 적어도 하나의 표면이 크래딩되는 것을 의미한다. 그러나, 밀봉부에 인접한 2개의 금속 구성요소의 각각의 표면이 크래딩될 수 있다. 크래딩은, 하스텔로이, 인코넬, 또는 세라믹과 같은, 내식성을 나타내는 임의의 금속 재료일 수 있다. 가장 큰 압력차는 침투물 가스로부터 공급물 가스를 밀봉하는 밀봉부에서 발생되고, 그에 따라 그러한 표면을 크래딩하는 것이 가장 중요하다. 또한, 공급물 가스/투과물 가스 밀봉부보다 덜 중요할 수 있지만, 공급물 가스를 잔류물 가스로부터, 공급물 가스를 멤브레인 모듈 외측의 주변 대기로부터, 그리고 잔류물 가스를 멤브레인 모듈 외측의 주변 대기로부터 밀봉하는 밀폐부도 중요하다.
전형적으로, 압축 가능한 밀봉 요소가, 밀봉부를 구성하는 2개의 금속 구성요소들(그 중 어느 하나 또는 모두가 크래딩된다) 사이에서 이용된다. 압축 가능 밀봉 요소가 홈의 표면과 홈형 금속 구성요소에 대면되는 금속 구성요소의 평면형 표면 사이에서 압축되도록 압축 가능 밀봉 요소를 수용하기 위해서 밀봉부의 금속 구성요소 중 하나 내에 홈이 형성될 수 있다. 해당 밀봉부의 비-홈형 표면 상에서 크래딩이 최소한으로 제공되어야 하지만, 홈형 표면 및 비-홈형 표면 모두를 크래딩하는 것에 의해서 더 큰 내식성의 밀봉부가 생성된다.
대안적으로, 압축 가능 요소가 2개의 홈형 표면들 사이에서 압축되도록, 상응하는 홈들이 밀봉부를 형성하는 금속 구성요소의 각각의 내부에 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 크래딩은 바람직하게 홈형 표면의 각각 상에 제공된다.
어떠한 표면이 크래딩되는지와 관계없이, 압축 가능 밀봉 요소는, (가압된 공급물 가스를 포함하는 곳과 같은) 비교적 고압인 구역과 (침투물 가스를 함유하는 곳과 같은) 비교적 저압인 구역 사이의 우회 누출을 방지하는 밀봉부를 형성한다. 압축 가능 밀봉 요소의 구조는 제한되지 않으며, 가스 분리 멤브레인 모듈 밀봉의 분야에서 공지된 구성을 가질 수 있다. 전형적으로, 압축 가능 밀봉 요소는 O-링, 평면형 가스켓, 나선형 가스켓, 또는 컵 밀봉부로서 구성된다. 밀봉 요소의 재료는, VitonTM(플루오로엘라스토머), EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 터폴리머), TeflonTM-코팅된 재료(폴리테트라플루오로에틸렌), 및 KalrezTM(퍼플루오로엘라스토머)와 같이, 공급물 가스 성분에 내성을 갖도록 선택된다.
외피 측면-공급형 모듈을 위한 하나의 전형적인 구성에서, 공급물 가스는 공급물 가스 포트를 통해서 용기에 진입되고, 압력 용기의 내경과 멤브레인 번들의 외경 사이의 환형 공간 내로 유동된다. 이어서, 공급물은 섬유 번들의 외피 측면을 통해서 번들의 원주방향 표면으로부터 잔류물/중심 관을 향해서 반경방향으로 유동된다. 멤브레인 섬유에 용이하게 침투하지 못하는 가스 성분을 포함하는 잔류물 가스는, 잔류물 가스의 내부로의 통과를 허용하기 위해서 천공된 중앙 관 내에서 수집된다. 멤브레인 섬유에 용이하게 침투하지 못하는 공급물 성분을 포함하는 투과물 가스는 섬유의 벽을 통해서 보어 측면까지 유동되고 번들의 하나의 측면 또는 양 측면에서 수집되며 침투물 관 내로 유동된다. 중심 관은 전형적으로 번들을 통해서 길이방향으로 연장되고 침투물 관 내에 수용되거나, 침투물 관이 중심 관 내에, 바람직하게 동심적으로, 이러한 관 내에 수용된다.
관 시트(들)은 에폭시로 중공형 섬유를 결합 또는 밀봉하는 것에 의해서 형성된다. 섬유 내강(fiber lumen)은, 침투물이 경우에 따라 보어의 내로 또는 외부로 유동될 수 있게 허용하기 위해서 섬유의 보어를 노출시키기 위해 관시트 후방부를 절단하는 것에 의해서, 적어도 하나의 관시트 상에서 개방된다. 타 단부 상의 섬유는 전형적으로 에폭시 내에 밀봉되어 유지되어, 폐쇄된 관시트에서 압력 밀폐 밀봉부를 생성한다. 잔류물 관은 개방된 관 시트로부터 번들의 반대쪽 측면 상의 미개방 관 시트까지 연장된다. 다공성 지지 블록이 개방된 관시트에 인접하여 위치된다. 이러한 블록은 섬유의 보어를 빠져 나가는 침투물을 위한 유동 채널을 제공하고, 그리고 또한 공급물 가스 압력에 저항하기 위한 관 시트를 위한 기계적 지지부를 제공한다. 단부 판이 다공성 지지 블록 옆에 위치된다. 단부 판은 나사 및 보유 링에 의해서 제 위치에서 유지된다. 단부 판은 유동 채널 어댑터(adaptor)를 수용하도록 가공된다. 이러한 유동 채널 어댑터는, 다공성 지지 블록을 통해서, 보어를 침투물 관에 그리고 침투물 포트 외부로 연결하기 위해서 이용된다. 마지막으로, (번들을 압력 용기 내에서 센터링시키는) 센터링 링을 부가하여 번들을 용기 내에 삽입하는 것을 도울 수 있다.
잔류물 관의 일 단부는 폐쇄되는 한편, 다른 단부는 잔류물 포트에 연결된다. 이러한 지점에서 밀봉부가 제공되어, 잔류물 가스를 공급물 가스로부터 그리고 잔류물 가스를 멤브레인 모듈 외측의 주변 대기로부터 밀봉한다. 밀봉부는 잔류물 관의 외경과, 연관된 단부 캡의 잔류물 포트의 내경 사이에서 압축 가능 밀봉 요소를 포함한다. 전형적으로, 잔류물 관의 외경 또는 연관된 단부 캡의 잔류물 포트의 내경(또는 그 모두)은 압축 가능 밀봉 요소를 수용하도록 홈을 갖는다. 전형적으로, 이러한 압축 가능 밀봉 요소는 O-링이다.
유사하게, 침투물 관의 일 단부는 폐쇄되는 한편, 다른 단부는 침투물 포트에 연결된다. 마찬가지로, 이러한 지점에서 밀봉부가 제공되어, 침투물 가스를 공급물 가스로부터 그리고 침투물 가스를 멤브레인 모듈 외측의 주변 대기로부터 밀봉한다. 밀봉부는 침투물 관의 외경과, 연관된 단부 캡의 침투물 포트의 내경 사이에서 압축 가능 밀봉 요소를 포함한다. 전형적으로, 침투물 관의 외경 또는 연관된 단부 캡의 침투물 포트의 내경(또는 그 모두)은 압축 가능 밀봉 요소를 수용하도록 홈을 갖는다. 전형적으로, 이러한 압축 가능 밀봉 요소는 또한 O-링이다.
중량 및 비용을 이유로, 단부 캡은 전형적으로 오목해진다(dished). 단부 캡은, 내향 대면 단부 캡 표면/압력 용기 단부 면의 각각의 쌍 사이에서, 압축 가능 밀봉 요소를 적절한 양의 볼트 압축으로 압축하는 것에 의해서, 압력 용기에 대해서 밀봉된다. 전형적으로, 이러한 압축 가능 밀봉 요소는 나선형 가스켓이다. 이러한 밀봉부는 비교적 높은 압력 및 종종 가연성 공급물 및 잔류물 가스가 대기 중으로 빠져 나가는 것을 방지한다.
선택적으로, 고합금 강이, 침투물 관, 잔류물 관, 및 유동 채널 어댑터와 같은, 멤브레인 모듈의 특정 금속 구성요소를 위해서 이용될 수 있다. 그 내식성은, 부식성 조건에 노출될 때에도 압축 가능 밀봉 요소가 안정적으로 유지될 수 있게 더 보장할 수 있다.
전술한 바와 같이, 재료비 및 강도 특성을 고려하여, 압력 용기 및 단부 캡을 위한 기본 재료로서, 탄소 강 또는 저합금 강을 이용하는 것이 바람직하다. "탄소 강"은 철 및 탄소로 제조된 강을 의미한다. "저합금 강"은 4 중량%를 초과하지 않는 다른 금속의 양으로 합금화된 탄소 강을 의미한다. 매우 다양한 저합금 강이 잘 알려져 있고 매우 다양한 공급원으로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 특히 산성 가스(CO2 및/또는 H2S를 위한 파이프 사양(specification)을 충족시키지 못하는 천연 가스) 서비스의 경우에, 압력 용기의 기본 재료는, NACE TM0284(NACE International로부터 입수 가능)에서 설명된 테스팅 과정 그리고 최종 사용자에 의해서 선택적으로 규정되는 임의의 다른 기준 또는 NACE MR0175-ISO 15156(첨부 B)(NACE International로부터 입수 가능)에서 설명된 지침에 따라, 수소 유도형 균열에 대한 내성을 제공하는 탄소 강들 중에서 선택되어야 한다. 압력 용기를 위한 다른 일반적인 재료는 ASME SA333 Grade 6 무이음매 파이프(탄소 강 구조물의 특별한 유형)이다. 전형적으로, 단부 캡은 SA350 LF2 강 또는 A105N 강으로 제조될 수 있다. 전술된 강의 각각은 잘 알려져 있고 매우 다양한 공급원으로부터 상업적으로 입수될 수 있다.
멤브레인 번들이 복수의 나선형으로 권취된 시트로서 구성될 수 있지만, 전형적으로 이는 복수의 중공형 섬유이다. 번들의 적어도 하나의 단부가 관시트 내에 매립된다. 번들은 압력 용기 내에 설치된다. 공급물 가스는 외피 측면으로부터 또는 중공형 섬유의 관/보어 측면으로부터 멤브레인 번들에 접촉될 수 있다.
보어 측면으로부터 공급될 때, 가스 성분은 우선적으로 섬유 벽을 통해서 침투하고 그리고 결과적인 침투물이 침투물 포트를 통해서 외피 측면으로부터 회수된다. 이러한 우선적으로 침투하는 성분이 고갈된 잔류물 스트림은 잔류물 포트로부터 회수된다. 관 시트 및 용기 벽 사이의 O-링은 더 높은 압력 공급물 및 잔류물 스트림을 침투물로부터 밀봉한다.
전형적으로, 고압 동작의 경우에, 공급물은 외피 측면으로부터 중공형 섬유 번들과 접촉된다. 공급물 유동 경로는 전형적으로 외측-내향이지만, 반대 배향도 또한 가능하다. 우선적으로 침투하는 가스 성분은 섬유 벽을 통해서 보어 내로 전달되고 그리고 침투물 포트로부터 침투물 가스로서 회수된다. 이러한 우선적으로 침투하는 성분이 고갈된 잔류물 스트림은 잔류물 포트로부터 회수된다. O-링은 더 높은 압력 공급물 및 잔류물 스트림림을 침투물로부터 밀봉하기 위해서 이용된다.
다른 주목할 만한 밀봉부는 압력 용기의 단부 면 및 단부 캡의 내향 대면 표면에 위치된다. 이러한 밀봉부는 높은 압력 그리고 종종 가연성 공급물 및 잔류물 스트림이 대기 중으로 빠져 나가는 것을 방지한다. 전형적으로, 이러한 밀봉부에 위치되는 압축 가능 밀봉 요소는, 나선형으로-권취된 가스켓과 같은, 가스켓 또는 O-링이다. 이러한 밀봉부의 각각에 대해서, 홈은, 압축 가능 밀봉 요소를 수용하기 위해서, 압력 용기의 단부 면에 또는 연관된 단부 캡의 내향 표면에 또는 둘 다에 형성될 수 있다. 만약 홈이 이러한 밀봉 표면 중 하나 내에만 형성된다면, 밀봉 표면의 어느 하나 또는 2개 모두(즉, 홈형 표면 및 대향되는 평면형 밀봉 표면)는 내식성 크래딩을 구비한다. 만약 홈이 이러한 밀봉 표면의 각각 내에 형성된다면, 각각의 밀봉 표면의 어느 하나 또는 2개 모두는 내식성 크래딩 재료를 유사하게 구비한다.
크래딩은 상이한 금속들을 결합시키기 위한 또는 세라믹 재료를 금속에 결합시키기 위한 잘 알려진 프로세스이다. 기재(예를 들어, 탄소 강, 저합금 강, 또는 고합금 탄소 강)와 크래딩(예를 들어, 하스텔로이, 인코넬, 또는 세라믹)의 중첩 내식성 금속 사이의 야금학적 결합을 형성하기 위해서, 전기 및/또는 기계적 에너지를 인가하는 장치를 통해서, 고압 및 고온이 인가된다. 레이저, 적외선 가열, 폭발적 결합 등을 이용하여 융합을 유도하는 다양한 크래딩 기술이 알려져 있다. 전형적으로, 크래딩은 SA 02-SAMSS-012 표준(ASME, 항목 IX(부식 보호-용접 금속 중첩 참조))에 설명된 설명서에 따라 실시된다. 고온 와이어 아크 용접, 특히 가스-텅스텐 아크 용접(GTAW)은, 기재의 표면 상의 크래딩으로서 내식성 합금을 침착시키기 위한 특히 적합한 기술이다. 다른 방법이, 금속 기재의 상단부 상에 세라믹 층을 생성하기 위한 코팅 및 금속 작업 분야에서 잘 알려져 있다.
멤브레인의 번들은, 압력 용기 내로의 단순한 내부-낙하(drop-in) 설치를 위해서 구성된 단일 유닛으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 복수의 번들이 US 5,137,631 및 US 5,470,469에 의해서 개시된 바와 같은 압력 용기 내로 용이하게 삽입될 수 있고 직렬 또는 병렬로 동작되도록 배열될 수 있다. 단일 유닛 내의 번들의 수는 2 내지 10개, 바람직하게 2 내지 4개 사이에서 변경될 수 있다.
도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 멤브레인 모듈의 제1 실시예는, 복수의 가스 분리 멤브레인의 번들(M)을 포함하고, 복수의 가스 분리 멤브레인의 번들(M)은 단일 압력 용기(PV) 내에서 이용된다. 번들들(M) 사이의 상호 연결부는, 중심 관 또는 유동 채널 어댑터의 내식성 표면에 대해서 밀봉하는 O-링을 이용한다. 제1 포트(1)가 제1 단부 캡(EC1) 내에 형성되는 한편, 제2 포트(2)는 제2 단부 캡(EC2) 내에 형성된다. 제3 포트(3)는 압력 용기 내에 형성된다.
도 1의 멤브레인 모듈을 위한 동작의 제1 모드에서, 멤브레인 모듈은 외피-공급되고, 제3 포트(3)는 공급물 가스 포트이고, 제1 포트(1)는 투과물 포트이며, 제2 포트(2)는 잔류물 포트이고, 그리고 멤브레인은 중공형 섬유 멤브레인이다. 이러한 구성에서, 공급물 가스는 공급물 가스 포트(3)를 통해서 압력 용기(PV)에 진입되고, 압력 용기(PV)의 내경과 멤브레인 번들(M)의 외경 사이의 환형 공간 내로 유동된다. 이어서, 공급물 가스는 번들을 통해서 번들의 원주방향 표면으로부터 잔류물 중심 관(미도시)을 향해서 반경방향 내향으로 유동된다. 섬유 벽을 통해서 용이하게 침투하지 못하는 가스 성분을 포함하는 잔류물 가스는, 잔류물 가스의 내부로의 통과를 허용하기 위해서 천공된 잔류물 중앙 관 내에서 수집된다. 섬유 벽을 용이하게 침투하는 공급물 성분을 포함하는 침투물 가스는 섬유의 벽을 통해서 섬유의 보어 측면까지 유동되고, 멤브레인 번들(M)의 한 측면 또는 양 측면에서 관시트(들)에서 수집되며, 침투물 가스의 유동을 섬유의 보어로부터 침투물 중심 관까지 전달하는 유동 채널 어댑터를 통해서 침투물 중심 관(미도시) 내로 유동된다. 잔류물 중심 관은 전형적으로 번들을 통해서 길이방향으로 연장되고 침투물 중심 관 내에 수용되거나, 침투물 중심 관이 잔류물 중심 관 내에, 바람직하게 동심적으로, 이러한 관 내에 수용된다. 하나가 다른 하나 내에 배치되는지의 여부와 관계없이, 침투기 중심 관 및 유동 채널 어댑터는 고합금 강으로 제조된다. 침투물 중심 관이 제1 포트 관(PT1)(침투물 관)에 연결되어, 침투물이 제1 포트(1)(침투물 포트)를 통해서 멤브레인 모듈의 외부로 유동될 수 있게 한다. 대안적으로, 침투물 중심 관 및 제1 포트 관(PT1)은 하나의 일체형 관을 포함한다. 잔류물 중심 관은 제2 포트 관(PT2)(잔류물 관)에 연결되어, 잔류물이 제2 포트(2)(잔류물 포트)를 통해서 멤브레인 모듈의 외부로 유동될 수 있게 한다.
도 1의 멤브레인 모듈을 위한 동작의 제2 모드에서, 멤브레인 모듈은 보어-공급되고, 제2 포트(2)는 공급물 가스 포트이고, 제1 포트(1)는 투과물 포트이며, 제3 포트(3)는 잔류물 포트이고, 그리고 멤브레인은 중공형 섬유이다. 이러한 구성에서, 공급물 가스는, 공급물 가스 포트를 통해서 제2 포트 관(2)(공급물 가스 관)내로 그리고 이어서 천공된 공급물 가스 중심 관 내로, 압력 용기(PV)에 진입한다. 공급물 가스는 천공부를 통해서 공급물 가스 중심 관을 빠져 나오고 번들을 통해서 외측으로 축방향으로 이동된다. 섬유 벽을 통해서 용이하게 침투하지 못하는 가스 성분을 포함하는 잔류물 가스는 멤브레인 번들(M)의 외부 표면과의 사이의 환형 공간 내에서 수집되고, 제1 포트(1)에 대향되는 압력 용기(PV)의 단부까지 유동되고 제3 포트(3)를 통해서 압력 용기(PV)를 빠져 나간다. 섬유 벽을 용이하게 침투하는 공급물 성분을 포함하는 침투물 가스는 섬유의 벽을 통해서 섬유의 보어 측면까지 유동되고, 멤브레인 번들(M)의 한 측면 또는 양 측면에서 관시트(들)에서 수집되며, 침투물 가스의 유동을 섬유의 보어로부터 침투물 중심 관까지 전달하는 유동 채널 어댑터를 통해서 침투물 중심 관(미도시) 내로 유동된다. 잔류물 중심 관은 전형적으로 번들을 통해서 길이방향으로 연장되고 침투물 중심 관 내에 수용되거나, 침투물 중심 관이 잔류물 중심 관 내에, 바람직하게 동심적으로, 이러한 관 내에 수용된다. 하나가 다른 하나 내에 배치되는지의 여부와 관계없이, 침투기 중심 관 및 유동 채널 어댑터는 고합금 강으로 제조된다. 침투물 중심 관이 제1 포트 관(PT1)(침투물 관)에 연결되어, 침투물이 제1 포트(1)(침투물 포트)를 통해서 멤브레인 모듈의 외부로 유동될 수 있게 한다. 대안적으로, 침투물 중심 관 및 제1 포트 관(PT1)은 하나의 일체형 관을 포함한다.
도 1a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 1의 멤브레인 모듈의 밀봉부(1A)는, 홈(G) 내에 수용되고 2개의 밀봉 표면들 사이에서 압축되는 압축 가능 밀봉 요소(CSE)로 구성되고, 2개의 밀봉 표면은: 제1 포트 관(PT1)의 외부 표면(PT1OS) 및 제1 포트(1)의 내부 표면(P1IS)이다. 전형적으로, 제1 포트 관(PT1)은 고합금 강으로 제조되고, 제1 단부 캡(EC1)은 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된다. 제1 포트 관(PT1)의 외부 표면(PT1OS) 또는 제1 포트(1)의 내부 표면(P1IS)이 크래딩을 구비할 수 있지만, 전형적으로, 비-홈형 표면(내부 표면(P1IS)) 만이 크래딩된다. 크래딩은 전술한 바와 같은 내식성 재료로 제조된다.
도 1b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 1의 멤브레인 모듈의 밀봉부(1B)는, 홈(G) 내에 수용되고 2개의 밀봉 표면들 사이에서 압축되는 압축 가능 밀봉 요소(CSE)로 구성되고, 2개의 밀봉 표면은: 제2 포트 관(PT2)의 외부 표면(PT2OS) 및 제2 포트(2)의 내부 표면(P2IS)이다. 전형적으로, 제2 포트 관(PT2)은 고합금 강으로 제조되고, 제2 단부 캡(EC2)은 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된다. 제2 포트 관(PT2)의 외부 표면(PT2OS) 또는 제2 포트(2)의 내부 표면(P2IS)이 크래딩을 구비할 수 있지만, 전형적으로, 비-홈형 표면(내부 표면(P2IS)) 만이 크래딩된다. 크래딩은 전술한 바와 같은 내식성 재료로 제조된다.
도 1c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 1의 멤브레인 모듈의 밀봉부(1C)는 2개의 밀봉 표면들 사이에서 압축되는 압축 가능 밀봉 요소(미도시)로 구성되고, 2개의 밀봉 표면은: 압력 용기(PV)의 제1 단부 면(EF1) 및 제1 단부 캡(EC1)의 내향 대면 표면(EC1IFS)이다. 전형적으로, 압력 용기(PV) 및 제1 단부 캡(EC1)의 각각이 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된다. 압력 용기(PV)의 제1 단부 면(EF1) 및 제1 단부 캡(EC1)의 내향 대면 표면(EC1IFS) 중 하나 또는 2개 모두가 크래딩을 구비한다. 크래딩은 전술한 내식성 재료로 제조된다. 전형적으로, 압축 가능 밀봉 요소는 나선형 가스켓이다.
도 1d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 1의 멤브레인 모듈의 밀봉부(1D)는 2개의 밀봉 표면들 사이에서 압축되는 압축 가능 밀봉 요소(미도시)로 구성되고, 2개의 밀봉 표면은: 압력 용기(PV)의 제2 단부 면(EF2) 및 제2 단부 캡(EC2)의 내향 대면 표면(EC2IFS)이다. 전형적으로, 압력 용기(PV) 및 제1 단부 캡(EC2)의 각각이 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된다. 압력 용기(PV)의 제1 단부 면(EF2) 및 제2 단부 캡(EC2)의 내향 대면 표면(EC2IFS) 중 하나 또는 2개 모두가 크래딩을 구비한다. 크래딩은 전술한 바와 같은 내식성 재료로 제조된다. 전형적으로, 압축 가능 밀봉 요소는 나선형 가스켓이다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 멤브레인 모듈의 제2 실시예는, 보어 측면-공급되는 압력 용기(PV) 내에 설치된 단일 멤브레인 번들(M)을 포함한다. 공급물 가스는 제1 단부 캡(EC1) 내에 형성된 공급물 가스 포트(FP)를 통해서 압력 용기(PV)로 진입되고 번들(M)의 제1 관시트(TS1)와 접촉되도록 분배된다. 이러한 구성에서, 번들(M)의 양 단부 상의 관시트(TS1, TS2)가 개방 절단되어 중공형 섬유 개방 단부를 노출시키고 공급물 가스가 섬유 보어를 통해서 제2 관시트(TS2)에 인접한 번들(M)의 잔류물 단부까지 이동될 수 있게 하고 제2 단부 캡(EC2) 내에 형성된 잔류물 포트(RP)를 통해서 압력 용기를 빠져나가게 할 수 있다. 침투물 가스는 섬유 벽을 통해서 그리고 그곳에서부터 반경방향 외향으로 번들(M)의 외부 표면과 압력 용기(PV)의 내부 표면 사이의 환형 공간(AS) 내로 이동된다. 이어서, 침투물 가스는 압력 용기(PV) 내에 형성된 침투물 포트(미도시)를 통해서 빠져 나간다.
이러한 제2 실시예에서, 공급물 가스 및 잔류물 가스는 번들(M)의 외부 표면과 압력 용기(PV)의 내부 표면 사이의 환형의 침투물 외피 측면 공간에 대해서 밀봉될 필요가 있다. 도 2a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압축 가능 밀봉 요소(CSE)는 홈(G) 내에 수용되고 압력 용기(PV)의 내부 표면(PVIS)과 제1 관시트(TS1)의 외부 표면(TS1OS) 사이에서 압축된다. 압력 용기(PV)는 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된다. 압력 용기(PV)의 내부 표면(PVIS)은 전술한 바와 같은 내식성 재료로 제조된 크래딩을 구비한다. 전형적으로, 압축 가능 밀봉 요소는 O-링이고 이는 용기 내경과 관 시트 직경 사이를 밀봉한다. O-링을 구속하도록 홈이 관시트 내에서 절삭될 수 있다.
도 1 내지 도 2a에 도시된 실시예는 중공형 섬유 멤브레인 번들을 이용할 때 신뢰 가능한 밀봉 요소를 형성하기 위해서 크래딩을 이용하는 것을 설명하지만, 본 발명은, 밀봉부가 압력 용기의 내측에 대해서 형성될 필요가 있을 때, (나선형으로-권취된 또는 판-및-프레임의) 다른 멤브레인 구성에 대해서도 일반화될 수 있다. 이러한 경우에 또한, 비교적 작은 밀봉 표면을 고비용의 내식성 재료로 크래딩하는 것이 확실한 밀봉을 가능하게 하는 한편, 용기의 벌크는 저비용의 강으로 제조된다.
멤브레인 모듈의 구성, 실시예 또는 모드와 관계없이, 본 발명은, 멤브레인 모듈이, 적어도 5 부피%의, 10 부피% 만큼 높은, 심지어 60 부피% 만큼 높은, 그리고 심지어 75 부피% 만큼 높은 H2S 농도를 가지는 매우 산성인 또는 초-산성인 천연 가스 혼합물의 가스 분리에 적합해질 수 있게 한다.
본 발명의 몇몇 구체적인 실시예와 함께 본 발명을 설명하였지만, 전술한 설명을 고려할 때 많은 대안예, 수정예 및 변경예가 당업자에게 명확해질 것이 분명하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 청구항의 사상 및 넓은 범위 내에 포함되는 그러한 대안예, 수정예, 및 변경예 모두를 포함할 것이다. 본 발명은 개시된 요소를 적절하게 포함하거나, 그러한 요소로 이루어지거나 그러한 요소로 본질적으로 이루어질 수 있고, 개시되지 않은 요소가 없이도 실시될 수 있다. 또한, 제1 및 제2와 같이 순서를 지칭하는 언어가 있는 경우에, 이는 예시적인 의미로서 이해되어야 하고 제한적인 의미로 이해되지 않아야 한다. 예를 들어, 당업자는, 특정 단계들이 단일 단계로 조합될 수 있다는 것을 인지할 수 있다.
문맥에서 달리 명백하게 기재되어 있지 않는 한, 단수 형태("a", "an", 및 "the")가 복수의 대상을 포함한다.
청구항 내의 "포함한다"는 개방형 전이적 용어(open transitional term)이며, 이는, 후속하여 식별되는 청구항의 요소가 비배타적인 나열이라는 것, 즉 임의의 다른 것이 부가적으로 포함될 수 있고 "포함한다"의 범위 내에서 유지될 수 있다는 것을 의미한다. "포함한다"는 본원에서 더 제한된 전이적 용어인 "본질적으로 ~으로 이루어진" 및 "~으로 이루어진"을 필수적으로 포함하는 것으로 정의되고; "포함한다"는 그에 따라 "본질적으로 ~으로 이루어진" 또는 "~으로 이루어진"에 의해서 대체될 수 있고, 명백하게 정의된 "포함한다"의 범위 내에서 유지된다.
청구항 내의 "제공한다"는 무언가를 구비한다, 공급한다, 이용 가능하게 한다, 또는 준비한다는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 단계는 청구항에서 달리 명백하게 반대되는 기재가 없는 경우에 임의의 행위에 의해서 실시될 수 있다.
선택적인 또는 선택적으로는, 후속 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생되거나 발생되지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 상세한 설명은, 이벤트 또는 상황이 발생되는 경우 및 그러한 것이 발생되지 않는 경우를 포함한다.
범위는 본원에 대략적으로 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 대략적으로 다른 특정 값까지인 것으로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현되었을 때, 다른 실시예가, 그러한 범위 내의 모든 조합과 함께, 하나의 특별한 값으로부터 및/또는 다른 특별한 값까지라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그에 의해서, 본원에 기재된 모든 언급 각각은 그 전체가, 그리고 그 각각이 인용된 구체적인 정보를 위해서, 본원에 참조로 포함된다.
Claims (11)
- 산성 가스-서비스 가스 분리 멤브레인 모듈로서:
탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된 제1 및 제2 단부에서 개방된 중공형 압력 용기로서, 제1 단부에 위치되는 제1 단부 면 및 제2 단부에 위치되는 제2 단부 면을 가지는, 중공형 압력 용기;
제1 단부 면에서 압력 용기의 제1 단부를 밀봉하는 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된 제1 단부 캡으로서, 내부에 형성된 공급물 가스 포트를 포함하는, 제1 단부 캡;
제2 단부 면에서 압력 용기의 제2 단부를 밀봉하는 탄소 강 또는 저합금 강으로 제조된 제2 단부 캡으로서, 제2 단부 캡은 내부에 형성된 잔류물 포트를 포함하고, 압력 용기는 내부에 형성된 투과물 포트를 가지는, 제2 단부 캡;
번들로서 배열된 압력 용기 내에 배치된 복수의 가스 분리 멤브레인으로서, 복수의 멤브레인은 제1 및 제2 관시트를 제공하기 위해서 밀봉 방식으로 번들의 단부에서 중실형 중합체 내에 케이스화되고, 멤브레인의 각각은 제1 측면 및 제2 측면을 가지며, 멤브레인의 각각은, 저압 침투물 가스를 제2 측면 상에 제공하고 고압 잔류물 가스를 제1 측면 상에 제공하기 위해서, 멤브레인을 통한 그 제2 측면으로의 가스의 침투를 통해서 그 제1 측면에 공급된 산성 가스-함유 공급물 가스를 분리하도록 적응되고 구성되며, 침투물 가스는 잔류물 가스에 비해서 하나 이상의 가스가 부화되는, 복수의 가스 분리 멤브레인;
공급물 가스 포트와, 멤브레인의 제1 측면 및 멤브레인의 제2 측면 중 하나 사이에서 유체적으로 연통되고 고합금 강으로 제조된 공급물 가스 포트 관;
잔류물 포트와, 멤브레인의 제1 측면 및 멤브레인의 제2 측면 중 다른 하나 사이에서 유체 연통되고 고합금 강으로 제조된 잔류물 포트 관; 및
제1 및 제2 압축 가능 밀봉 요소를 포함하는 적어도 2개의 압축 가능 밀봉 요소를 포함하고:
제1 압축 가능 밀봉 요소는 제1 관시트에 인접한 압력 용기의 내부 표면의 일부분과 제1 관시트의 외부 표면 사이에서 압축되고, 상기 압력 용기 내부 표면의 일부분은 내식성 크래딩을 구비하며;
제2 압축 가능 밀봉 요소는 제2 관시트에 인접한 압력 용기의 내부 표면의 일부분과 제2 관시트의 외부 표면 사이에서 압축되고, 상기 압력 용기 내부 표면의 일부분은 내식성 크래딩을 구비하는, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
제1 압축 가능 밀봉 요소는 압력 용기의 내부 표면 내에 형성된 홈 내에 설치된 제1 O-링이고; 그리고
제2 압축 가능 밀봉 요소는 압력 용기의 내경 내에 형성된 홈 내에 설치된 제2 O-링인, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
제3 및 제4 압축 가능 밀봉 요소의 각각이 나선형 가스켓인, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
멤브레인은 중공형 섬유 멤브레인 또는 나선형으로-감겨진 멤브레인으로서 구성되는, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
멤브레인은 유리질 중합체 또는 고무질 중합체로 제조되는, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
압력 용기는 ASME SA333 Grade 6 무이음매 파이프로 제조되는, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
제1 및 제2 단부 캡의 저합금 강은 SA350 LF2 Class 2, 또는 ASTM 105N인, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
크래딩의 각각은 하스텔로이, 인코넬, 및 세라믹으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 멤브레인 모듈. - 제1항에 있어서,
압축 가능 밀봉부는 O-링, 가스켓, 또는 컵 밀봉부인, 멤브레인 모듈. - 산성 가스-함유 공급물 가스를 분리하기 위한 방법으로서:
제1항의 멤브레인 모듈을 제공하는 단계;
산성 가스-함유 공급물 가스를 공급물 가스 포트를 통해서 멤브레인 모듈에 공급하는 단계;
투과물 포트를 통해서 투과물 가스를 멤브레인 모듈로부터 회수하는 단계; 및
잔류물 포트를 통해서 잔류물 가스를 멤브레인 모듈로부터 회수하는 단계를 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서,
산성 가스는 적어도 5 부피% H2S를 포함하는 산성 천연 가스인, 방법.
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