KR102629120B1 - 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법에 관한 것으로서, 석유화학 제품 스트림을 공급배관을 통해 입고 탱크로 공급하고, 입고 탱크 순환배관을 통해 순환시키며, 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 상기 입고 탱크 순환배관으로부터 분기되어 출고 탱크로 연결되는 입고 탱크 배출배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크로 이송하는 단계; 상기 출고 탱크에 구비된 출고 탱크 순환배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 순환시키며, 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 및 상기 출고 탱크 순환배관으로부터 분기된 분기배관으로 석유화학 제품 스트림을 이송하여 이온 교환 수지 필터를 이용하여 메탈 성분을 제거하는 단계를 포함하는 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법을 제공한다.

Description

석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법{METHOD FOR REMOVING METALIC MATERIAL IN PETROCHEMICAL PRODUCT}
본 발명은 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 저비용, 고효율로 제거하는 방법에 관한 것이다.
석유화학 공정에서 생산되는 석유화학 제품 스트림 내에는 후단 공정의 공정 설비를 부식시키거나, 제품 품질에 영향을 주는 이물질인 메탈 성분을 일부 포함하고 있다.
예를 들어, 반도체의 세정용 용매로 사용되는 석유화학 제품으로서 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)의 경우, 상기 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분은 반도체의 부식에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
또한, 석유화학 제품으로서 부타디엔(butadiene, BD), 스티렌 모노머(styrene monomer, SM) 및 아크릴산(acrylic acid, AA) 등과 같이 고반응성 모노머의 경우 메탈 성분이 촉매 역할을 하여 보관 내지 이송 중 의도치 않은 반응을 유도하여 제품의 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
이에 대해, 기존에는 석유화학 공정에서 생산되어 배출되는 상기 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거하기 위한 방법으로서 증류를 통해 끓여서 제거하는 증류 방법, 이온 교환 수지 필터(ion exchange filter)를 이용한 제거방법 및 마그네틱 필터(magnetic filter)를 이용한 제거방법이 주를 이루었다.
그러나, 증류 방법의 경우에는 모든 제품을 기화시킨 후 액화시켜야 하는 과정을 거치기 때문에 에너지 소비가 상당히 증가할 뿐 아니라, 추가적인 장치의 설치와 운용이 필요하여 장치 비용이 증가하는 문제가 있었다.
또한, 이온 교환 수지 필터를 이용한 방법의 경우에는 이온 교환 수지 필터의 가격이 상당히 높으며, 특히, 메탈의 함량이 많은 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거하는데 사용할 경우 매우 높은 유지비가 필요한 문제가 있었다.
또한, 마그네틱 필터를 이용한 방법의 경우에는 마그네틱 필터의 가격이 저렴한 편이나, 메탈 성분의 제거 효과가 상대적으로 낮아 충분한 메탈 성분 제거능을 확보하기가 어려운 문제가 있었다.
따라서, 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 적은 비용을 사용하여 높은 효율로 제거하기 위한 방법에 대해서 연구가 필요한 실정이다.
JP 2005-120175 A
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 석유화학 제품 내 메탈 성분 함량을 저비용, 고효율로 제거하며, 목적하는 수준으로 용이하게 제어할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 석유화학 제품 스트림을 공급배관을 통해 입고 탱크로 공급하고, 입고 탱크 순환배관을 통해 순환시키며, 상기 공급배관 및 입고 탱크 순환배관 중 어느 하나 이상에 구비된 1기 이상의 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 상기 입고 탱크 순환배관으로부터 분기되어 출고 탱크로 연결되는 입고 탱크 배출배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크로 이송하는 단계; 상기 출고 탱크에 구비된 출고 탱크 순환배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 순환시키며, 상기 출고 탱크 순환배관에 구비된 1기 이상의 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 및 상기 출고 탱크 순환배관으로부터 분기된 분기배관으로 석유화학 제품 스트림을 이송하여 상기 분기배관에 구비된 1기 이상의 이온 교환 수지 필터를 이용하여 메탈 성분을 제거하는 단계를 포함하는 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법을 제공한다.
본 발명의 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법에 따르면, 상기 석유화학 제품 스트림이 입고 탱크와 출고 탱크를 순차적으로 거치도록 설계하고, 상기 입고 탱크와 출고 탱크 각각의 순환배관에서 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 저비용으로 최대한 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 출고 탱크 순환배관으로부터 분기된 분리배관에 이온 교환 수지 필터를 구비함으로써, 이온 교환 수지 필터를 통과하는 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분의 함량 제어가 가능하고, 이를 통해, 우수한 메탈 성분 제거능을 확보함과 동시에 이온 교환 수지 필터의 유지 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 마그네틱 필터에 유체 흐름을 변환시키는 요철부를 포함시킴으로써 메탈 성분 제거능을 향상시켰다.
또한, 본 발명은, 상기 마그네틱 필터의 전단에 스테틱 믹서를 구비함으로써 마그네틱 필터의 메탈 성분 제거능을 향상시켰다.
도 1 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에서 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 6 내지 도 8은 비교예에서 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 9는 마그네틱 필터를 나타낸 사진이다.
도 10은 스테틱 믹서를 나타낸 사진이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 용어 "상부"는 용기 내의 장치의 전체 높이로부터 50% 이상의 높이에 해당하는 부분을 의미하며, "하부"는 용기 내지 장치의 전체 높이로부터 50% 미만의 높이에 해당하는 부분을 의미할 수 있다.
본 발명에서 용어 "스트림(stream)"은 공정 내 유체(fluid)의 흐름을 의미하는 것일 수 있고, 또한, 배관 내에서 흐르는 유체 자체를 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 스트림은 각 장치를 연결하는 배관 내에서 흐르는 유체 자체 및 유체의 흐름을 동시에 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유체는 기체(gas) 및 액체(liquid) 등을 의미할 수 있다. 상기 유체에 고체 성분(solid)이 포함되어 있는 경우에 대해서 배제하는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도 1 내지 도 5 및 도 9 내지 도 10을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법이 제공된다. 보다 구체적으로, 석유화학 제품 내 메탈 성분을 제거함에 있어서, 석유화학 제품 스트림을 공급배관(110)을 통해 입고 탱크(100)로 공급하고, 입고 탱크 순환배관(120)을 통해 순환시키며, 상기 공급배관(110) 및 입고 탱크 순환배관(120) 중 어느 하나 이상에 구비된 1기 이상의 마그네틱 필터(300)를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 상기 입고 탱크 순환배관(120)으로부터 분기되어 출고 탱크(200)로 연결되는 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송하는 단계; 상기 출고 탱크(200)에 구비된 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 석유화학 제품 스트림을 순환시키며, 상기 출고 탱크 순환배관(210)에 구비된 1기 이상의 마그네틱 필터(300)를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 및 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기된 분기배관(220)으로 석유화학 제품 스트림을 이송하여 상기 분기배관(220)에 구비된 1기 이상의 이온 교환 수지 필터(400)를 이용하여 메탈 성분을 제거하는 단계를 포함하는 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 석유화학 공정에서 생산되는 석유화학 제품 스트림 내에는 후단 공정의 공정 설비를 부식시키거나, 제품 품질에 영향을 주는 이물질인 메탈 성분을 일부 포함하고 있다. 이 때, 상기 메탈 성분은 예를 들어, 철, 니켈, 몰리브텐 및 비소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 석유화학 제품 스트림은 석유화학 공정에서 제조된 생성물을 포함하는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 상기 생성물은 이소프로필 알코올, 부타디엔, 스티렌 모노머 및 아크릴산 스트림 등일 수 있다.
상기 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)의 경우, 반도체의 세정용 용매로 사용되는 석유화학 제품으로서, 상기 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분은 반도체의 부식에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 또한, 부타디엔(butadiene, BD), 스티렌 모노머(styrene monomer, SM) 및 아크릴산(acrylic acid, AA) 등과 같이 고반응성 모노머의 경우 메탈 성분이 촉매 역할을 하여 보관 내지 이송 중 의도치 않은 반응을 유도하여 제품의 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
이와 같이, 석유화학 제품 내 포함된 메탈 성분을 제거하기 위하여, 종래에는 증류를 통해 끓여서 제거하는 증류 방법, 이온 교환 수지 필터(400)(ion exchange filter)를 이용한 제거방법 및 마그네틱 필터(300)(magnetic filter)를 이용한 제거방법이 주를 이루었다.
그러나, 증류 방법의 경우에는 모든 제품을 기화시킨 후 액화시켜야 하는 과정을 거치기 때문에 에너지 소비가 상당히 증가할 뿐 아니라, 추가적인 장치의 설치와 운용이 필요하여 장치 비용이 증가하는 문제가 있었다.
또한, 이온 교환 수지 필터(400)를 이용한 방법의 경우에는 이온 교환 수지 필터(400)의 가격이 상당히 높으며, 특히, 메탈의 함량이 많은 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거하는데 사용할 경우 매우 높은 유지비가 필요한 문제가 있었다.
또한, 마그네틱 필터(300)를 이용한 방법의 경우에는 마그네틱 필터(300)의 가격이 저렴한 편이나, 메탈 성분의 제거 효과가 상대적으로 낮아 충분한 메탈 성분 제거능을 확보하기가 어려운 문제가 있었다.
이에 대해, 본 발명에서는 저비용인 마그네틱 필터를 이용한 메탈 성분 제거능을 향상시키고, 고비용인 이온 교환 수지 필터(400)의 사용을 최소화하도록 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거 공정을 설계하여 저비용, 고효율로 석유화학 제품 내 메탈 성분을 제거하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 석유화학 공정에서 배출되는 석유화학 제품 스트림을 입고 탱크(100) 및 출고 탱크(200)를 순차적으로 거치도록 이송하면서 상기 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거할 수 있다.
상기 입고 탱크(100) 및 출고 탱크(200)는 개별적인 탱크로 설치하거나, 하나의 탱크 내 격벽을 두고 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 입고 탱크(100) 및 출고 탱크(200)를 개별적인 탱크로서 설치하는 경우, 각 탱크의 크기를 줄일 수 있고, 탱크의 수선이 필요한 경우에도 한 개의 탱크로 공정을 운영하면서 운전 및 제품 입출고를 지속할 수 있다. 또한, 상기 입고 탱크(100) 및 출고 탱크(200)를 하나의 탱크 내 격벽을 두고 형성하는 경우, 탱크의 설치비용을 절약할 수 있으며, 토목 및 배관작업이 단순해지므로, 공장 면적이 작더라도 본 발명에 따른 방법으로 석유화학 제품 내 메탈 성분을 제거할 수 있다.
상기 석유화학 제품 스트림은 공급배관(110)을 통해 입고 탱크(100)의 상부로 공급될 수 있다. 또한, 상기 입고 탱크(100)에서 입고 탱크 순환배관(120)을 통해 석유화학 제품 스트림을 입고 탱크(100) 하부로 배출하고 순환시켜 다시 입고 탱크(100)로 순환시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 입고탱크 순환배관은 입고 탱크(100) 하부로부터 연장되어 공급배관(110)과 합류하거나 별도의 배관으로 입고 탱크(100) 상부로 연결되는 배관일 수 있다.
상기 공급배관(110) 및 입고 탱크 순환배관(120) 중 어느 하나 이상에는 1기 이상 또는 1기 내지 3기의 마그네틱 필터(300)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 석유화학 제품 스트림을 입고 탱크(100)로 공급시키는 공급배관(110)과 상기 석유화학 제품 스트림을 입고 탱크(100)에서 배출하고 다시 입고 탱크(100)로 순환시키는 입고 탱크 순환배관(120) 중 어느 하나 이상의 배관에 1기 이상의 마그네틱 필터(300)를 구비하여 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 마그네틱 필터(300)는 입고 탱크 순환배관(120)에 1기 이상 구비하거나, 공급배관(110) 및 입고 탱크 순환배관(120) 각각의 배관에는 1기 이상의 마그네틱 필터(300)를 구비할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 마그네틱 필터(300)는 공급배관(110)에 1기 및 입고 탱크 순환배관(120)에 1기 구비할 수 있다. 이 경우, 공급배관(110)에서 1차적으로 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거하고, 입고 탱크 순환배관(120)에서 연속적으로 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거함으로써, 입고 탱크(100) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분 함량을 효과적으로 낮출 수 있다. 이 때, 상기 입고탱크 순환배관은 석유화학 제품 스트림의 흐름 방향을 기준으로 공급배관(110)에 구비된 마그네틱 필터(300)의 전단에서 합류하여 입고 탱크(100) 상부로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입고 탱크(100) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분 함량을 일정 수준으로 감소시킨 경우, 상기 입고 탱크 순환배관(120)으로부터 분기되어 출고 탱크(200)로 연결되는 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송할 수 있다.
상기 석유화학 제품 스트림을 입고 탱크(100)에서 출고 탱크(200)로 이송할 때의 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분 함량은, 석유화학 제품의 종류와, 사용처에서 요구되는 메탈 성분 함량 수준에 따라서 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 입고 탱크(100) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 100 ppb 이하, 5 ppb 내지 100 ppb 또는 7500 ppt 내지 8 ppb인 경우, 상기 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 이소프로필 알코올 스트림 내 메탈 성분 제거 시, 상기 입고 탱크(100) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 8 ppb 이하, 7 ppb 내지 8 ppb 또는 6500 ppt 내지 7500 ppt인 경우, 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 출고 탱크(200)로 이송할 수 있다. 또한, 부타디엔 스트림, 스티렌 모노머 스트림 또는 아크릴산 스트림 내 메탈 성분 제거 시, 상기 입고 탱크(100) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 100 ppb 이하, 50 ppb 내지 80 ppb 또는 10 ppb 내지 50 ppb인 경우, 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 부타디엔 스트림, 스티렌 모노머 스트림 또는 아크릴산 스트림을 출고 탱크(200)로 이송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입고 탱크(100)로부터 출고 탱크(200)로 공급되는 석유화학 제품 스트림은, 상기 출고 탱크(200) 하부로부터 연장되어 출고 탱크(200) 상부로 연결되는 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 출고 탱크(200)로부터 배출되어 다시 출고 탱크(200)로 순환될 수 있다.
상기 출고 탱크 순환배관(210)에는 1기 이상의 마그네틱 필터(300)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 마그네틱 필터(300)는 출고 탱크 순환배관(210)에 1기 이상, 1기 내지 3기 또는 1기 내지 2기 구비될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 마그네틱 필터(300)는 출고 탱크 순환배관(210)에 1기 구비할 수 있다. 이 경우, 출고 탱크 순환배관(210)에서 연속적으로 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분을 제거함으로써, 출고 탱크(200) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분 함량을 추가적으로 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 출고 탱크(200) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분 함량을 일정 수준으로 감소시킨 경우, 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기된 분기배관(220)으로 석유화학 제품 스트림을 이송할 수 있다. 이 때, 상기 분기배관(220)에는 1기 이상 또는 1기 내지 2기의 이온 교환 수지 필터(400)가 구비될 수 있다. 이와 같이, 상기 출고 탱크(200)에서 일정 수준 이하로 메탈 성분이 제거된 석유화학 제품 스트림을 분기배관(220)으로 이송하여 이온 교환 수지 필터(400)를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 대부분의 잔류 메탈 성분을 제거할 수 있다.
상기 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크 순환배관(210)에서 분기배관(220)으로 이송하는 시점은, 석유화학 제품의 종류와, 사용처에서 요구되는 메탈 성분 함량 수준에 따라서 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 출고 탱크(200) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 50 ppb 이하, 5 ppb 내지 50 ppb 또는 2 ppb 내지 5 ppb 인 경우, 상기 분기배관(220)으로 석유화학 제품 스트림을 이송할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 이소프로필 알코올 스트림 내 메탈 성분 제거 시, 상기 출고 탱크(200) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 3 ppb 이하, 2 ppb 내지 3 ppb 또는 2.3 ppb 내지 2.8 ppb인 경우, 분기배관(220)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 이송할 수 있다. 또한, 부타디엔 스트림, 스티렌 모노머 스트림 또는 아크릴산 스트림 내 메탈 성분 제거 시, 상기 출고 탱크(200) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 50 ppb 이하, 40 ppb 내지 45 ppb 또는 43 ppb 내지 50 ppb인 경우, 분기배관(220)을 통해 부타디엔 스트림, 스티렌 모노머 스트림 또는 아크릴산 스트림을 출고 탱크(200)로 이송할 수 있다.
구체적으로, 상기 이소프로필 알코올의 경우, 반도체의 부식 없이 상기 반도체 세정용 용매로 사용하기 위해서는 메탈 성분의 함량이 3 ppb 이하인 것이 바람직하고, 부타디엔, 스티렌 모노머 및 아크릴산의 경우, 보관 내지 이송 중 추가적인 반응을 방지하기 위해서는 100 ppb 이하인 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 본 발명에서는 석유화학 제품 스트림의 입고 탱크(100) 및 출고 탱크(200) 각각으로의 공급량, 입고 탱크(100) 및 출고 탱크(200) 각각에서의 순환량 및 분기배관(220)으로의 이송량 제어가 용이하여, 석유화학 제품의 종류, 목적하는 메탈 성분 함량에 따라서 저비용, 고효율로 석유화학 제품 내 메탈 성분 함량 제어가 가능할 수 있다. 구체적으로, 석유화학 제품 스트림에 대해서 공급배관(110), 입고 탱크 순환배관(120) 및 출고 탱크 순환배관(210)에 구비된 마그네틱 필터(300)를 이용하여 순차적으로 메탈 성분 함량을 제어하고, 상기 석유화학 제품 스트림의 종류에 따라서 메탈 성분의 함량이 목적하는 범위로 낮아진 경우에 한해서 분기배관(220)으로 이송하여 이온 교환 수지 필터(400)를 이용하여 잔류 메탈 성분을 제거하여, 결과적으로 석유화학 제품 내 메탈 성분의 제거능을 향상시킴과 동시에, 고비용의 이온 교환 수지 필터(400)의 수명을 크게 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분기배관(220)에서 이온 교환 수지 필터(400)를 통과한 석유화학 제품 스트림은 출고 탱크 순환배관(210)과 합류시킨 후, 출고 탱크(200)로 순환시키거나, 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되는 출하배관(230)을 통해 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 분기배관(220)에서 이온 교환 수지 필터(400)를 통과한 석유화학 제품 스트림에 포함된 메탈 성분의 함량이 목적하는 수준에 도달하지 않은 경우, 출고 탱크 순환배관(210)과 합류시킨 후, 출고 탱크(200)로 순환시킬 수 있다. 반면, 상기 분기배관(220)에서 이온 교환 수지 필터(400)를 통과한 석유화학 제품 스트림에 포함된 메탈 성분의 함량이 목적하는 수준에 도달한 경우에는 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되는 출하배관(230)을 통해 배출하여 제품화할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 출고 탱크 순환배관(210)에서 마그네틱 필터(300)를 이용하여 목적하는 수준으로 최대한 메탈 성분을 제거한 후 분기배관(220)으로 이송하여 이온 교환 수지 필터(400)를 통해 목적하는 메탈 성분 함량에 도달시킨 후 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되는 출하배관(230)을 통해 배출할 수 있다. 이 경우, 출고 탱크(200)에서 추가적을 순환시킴으로써 이온 교환 수지 필터(400)의 사용을 줄이고, 이를 통해, 이온 교환 수지 필터(400)의 사용을 최소화하여 메탈 성분의 제거 용량이 낮고, 교체 비용이 약 회당 0.5억원 내지 1억원에 달하는 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기를 연장하여 유지 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 순환되는 석유화학 제품 스트림의 일부 스트림은, 출고 탱크(200) 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분 함량을 낮추기 위하여 입고 탱크 순환배관(120)으로 이송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마그네틱 필터(300)는, 자성부(310); 및 상기 자성부(310)를 수용하는 메쉬망 형태의 수용부(320)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 마그네틱 필터(300)는 배관 내 설치되며, 상기 배관 내에서 석유화학 제품 스트림의 흐름 방향으로 자성부(310)가 위치하며, 상기 수용부(320)는 석유화학 제품 스트림의 흐름 방향을 기준으로 자성부(310)의 전단을 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 석유화학 제품 스트림에 포함된 메탈 성분을 상기 자성부(310)에 부착시켜 제거하기 전에 메쉬망 형태의 수용부(320)에 선행적으로 걸러지게 하고, 유체의 흐름을 정체시켜 마그네틱 필터(300)의 메탈 성분 제거능을 향상시키고, 마그네틱 필터(300)의 자성부(310)에 부착되는 메탈 성분의 양이 증가하는 경우, 상기 마그네틱 필터(300)를 해체한 후 세척하여 메탈 성분을 제거해야 하는 세척 주기를 연장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자성부(310)는 배관 단면을 기준으로 일정 간격을 두고 배치된 복수개의 자석 바(bar)를 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 자석 바는 배관의 길이 방향으로 장축을 가지고, 배관의 직경 방향으로 단축을 가지는 스테인리스 스틸 재질의 원형의 봉 형태를 가질 수 있다.
상기 자성부(310)는 예를 들어, 자석 바를 1개 내지 10개, 2개 내지 6개 또는 2개 내지 4개를 포함할 수 있다. 이 경우, 배관 내로 이송되는 석유화학 제품 스트림과 자석 바와의 접촉 면적을 증가시켜 상기 마그네틱 필터(300)를 이용한 메탈 성분 제거능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자성부(310)는 유체 흐름을 변환시키는 요철부를 포함하는 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 요철부의 형태는 유체의 흐름에 영향을 주는 형태라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 자성부(310)는 요철부를 포함함으로써, 자성부(310)의 표면적이 증가하기 때문에 석유화학 제품 스트림과의 접촉 면적이 증가되고, 유체 흐름이 변환에 의한 와류가 형성되어 유체와 자성부의 접촉빈도가 증가함으로써 마그네틱 필터(300)의 메탈 성분 제거능을 향상시킬 수 있다.
상기 자성부(310)는 요철부를 가지는 복수개의 자석 바를 포함하거나, 자성 물질로 제작된 스테틱 믹서(500)(static mixer)를 사용할 수 있다.
상기 스테틱 믹서(500)는 하기 도 10의 (a) 및 (b)와 같이, 본체에 요철부(510)로서, 유체의 흐름을 변환시키는 구조의 엘레멘트(element)가 구비된 혼합 교반 장치로, 구체적으로 배관으로 이송되는 석유화학 제품 스트림이 상기 스테틱 믹서(500)의 엘레멘트를 연속적으로 통과하면서 와류가 형성될 수 있다.
상기 스테틱 믹서(500)를 자성부(310)로 사용하기 위해서는 상기 스테틱 믹서(500)를 자성 물질로 제작할 수 있다. 예를 들어, 상기 스테틱 믹서(500)를 네어디뮴, 페라이트 및 알리코로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 자성 물질을 이용하여 제작할 수 있다.
이와 같이, 스테틱 믹서(500)는 형태적 특성으로 인한 석유화학 제품 스트림과의 접촉 면적 증가 및 이에 따른 메탈 성분 제거능 향상 효과와 더불어, 자성 물질로 제작된 스테틱 믹서의 표면에 메탈 성분을 부착시켜 제거하는 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 석유화학 제품 스트림의 흐름 방향을 기준으로 마그네틱 필터(300)의 전단에 스테틱 믹서(500)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 스테틱 믹서(500)는 석유화학 제품 스트림의 흐름 방향을 기준으로 마그네틱 필터(300) 전단의 배관 내에 설치 및 고정될 수 있으며, 이를 통해, 석유화학 제품 스트림이 마그네틱 필터(300)를 거치기 전에 와류를 일으킴으로써 마그네틱 필터(300)의 메탈 성분 제거능을 향상시킬 수 있다.
상기 마그네틱 필터(300)의 전단에 구비되는 스테틱 믹서(500)는 유체 흐름을 변환시키는 요철부(510)를 포함하며, 상기 요철부(510)는 자성부(310) 방향으로 이송되는 석유화학 제품 스트림의 와류를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 스테틱 믹서(500)는 본체에 요철부(510)로서, 유체의 흐름을 변환시키는 구조의 엘레멘트가 구비된 혼합 교반 장치로서, 상기 엘레멘트에 의해 변환된 석유화학 제품 스트림의 흐름이 자성부(310) 방향으로 안내되도록 엘레멘트의 형태를 선택할 수 있다. 예를 들어, 자성부(310)가 배관 단면을 기준으로 일정 간격을 두고 배치된 복수개의 자석 바를 포함하는 경우, 엘레멘트에 의해 변환된 석유화학 제품 스트림의 흐름이 상기 복수개의 자석 바를 향하여 흐르도록 엘레멘트의 형태를 선택할 수 있다. 이 경우, 상기 자성부(310)와 석유화학 제품 스트림의 접촉을 보다 증가시켜 마그네틱 필터(300)의 메탈 성분 제거능을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온 교환 수지 필터(400)의 종류는 메탈 성분을 제거가 가능한 경우 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, SO4 2-, Cl-·HCO3- 및 SiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 이온 교환 수지 필터(400)를 사용할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법을 기재 및 도면에 도시하였으나, 상기의 기재 및 도면의 도시는 본 발명을 이해하기 위한 핵심적인 구성만을 기재 및 도시한 것으로, 상기 기재 및 도면에 도시한 공정 및 장치 이외에, 별도로 기재 및 도시하지 않은 공정 및 장치는 본 발명에 따른 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법을 실시하기 위해 적절히 응용되어 이용될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
도 1에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 이소프로필 알코올 스트림을 공급배관(110)을 통해 마그네틱 필터(300)를 거쳐 메탈 성분을 일부 제거한 후 입고 탱크(100)로 공급하였다. 상기 입고 탱크(100)에서는 마그네틱 필터(300)가 구비된 입고 탱크 순환배관(120)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 메탈 성분을 추가적으로 제거하였다.
상기 입고 탱크(100) 내 이소프로필 알코올에 포함된 메탈 성분의 함량이 8 ppb 이하로 감소한 경우, 상기 입고 탱크 순환배관(120)으로부터 분기되어 출고 탱크(200)로 연결되는 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송하였다.
상기 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 메탈 성분을 추가적으로 제거하였다.
상기 출고 탱크(200) 내 이소프로필 알코올에 포함된 메탈 성분의 함량이 5 ppb 이하로 감소한 경우, 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기된 분기배관(220)으로 이소프로필 알코올 스트림을 이송하였으며, 상기 분기배관(220)에 구비된 이온 교환 수지 필터(400)를 이용하여 잔류 메탈 성분을 제거한 후 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮춰 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되는 출하배관(230)을 통해 배출하여 제품화하였다.
이 때, 상기 마그네틱 필터(300)는 하기 도 9와 같이 3개의 자석 바를 포함하는 자성부(310) 및 수용부(320)를 포함하는 구조의 마그네틱 필터(300)를 사용하였다.
그 결과, 운전 시작 후 4 시간 만에 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮출 수 있었다. 또한, 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기가 3 개월 이상으로 연장된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
도 2에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 마그네틱 필터(300)로서, 하기 도 10의 (a)와 같은 스테틱 믹서(500)를 네오디뮴 재질로 제작하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
그 결과, 운전 시작 후 4 시간 만에 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮출 수 있었다. 또한, 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기가 12 개월 이상으로 연장된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3
도 3에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 마그네틱 필터(300)의 전단에 하기 도 10의 (a)와 같은 스테틱 믹서(500)를 더 구비한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
그 결과, 운전 시작 후 4 시간 만에 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮출 수 있었다. 또한, 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기가 8 개월 이상으로 연장된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4
도 4에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 입고 탱크(100)와 출고 탱크(200)로서 격벽을 두고 분리한 하나의 탱크를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
그 결과, 운전 시작 후 4 시간 만에 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮출 수 있었다. 또한, 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기가 3 개월 이상으로 연장된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 5
도 5에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 실시예 4에서 마그네틱 필터(300)의 전단에 하기 도 10의 (a)와 같은 스테틱 믹서(500)를 더 구비한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
그 결과, 운전 시작 후 4 시간 만에 이소프로필 알코올 내 포함된 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮출 수 있었다. 또한, 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기가 8 개월 이상으로 연장된 것을 확인할 수 있었다.
비교예
비교예 1
도 6에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 이소프로필 알코올 스트림을 공급배관(110)을 통해 마그네틱 필터(300)를 거쳐 메탈 성분을 일부 제거한 후 입고 탱크(100)로 공급하였다. 상기 입고 탱크(100)에서는 마그네틱 필터(300)가 구비된 입고 탱크 순환배관(120)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 메탈 성분을 추가적으로 제거하였다.
상기 입고 탱크(100) 내 이소프로필 알코올에 포함된 메탈 성분의 함량이 8 ppb 이하로 감소한 경우, 상기 입고 탱크 순환배관(120)으로부터 분기되어 출고 탱크(200)로 연결되는 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송하였다.
상기 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 마그네틱 필터(300)를 이용하여 메탈 성분을 추가적으로 제거하여 메탈 성분의 함량을 5 ppb 이하로 낮춰 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되어 구비된 출하배관(230)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 배출하여 제품화하였다.
이 때, 상기 마그네틱 필터(300)는 하기 도 9와 같이 3개의 자석 바를 포함하는 자성부(310) 및 수용부(320)를 구조의 마그네틱 필터(300)를 사용하였다.
그 결과, 실시예 1보다 긴 24 시간 동안 운전하여도 마그네틱 필터(300)만으로는 석유화학 제품 스트림 내 메탈 성분의 함량을 4 ppb 내지 5 ppb 수준으로 밖에 감소시키지 못하는 것을 확인하였다.
비교예 2
도 7에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 이소프로필 알코올 스트림을 공급배관(110)을 통해 이온 교환 수지 필터(400)를 거쳐 메탈 성분을 일부 제거한 후 입고 탱크(100)로 공급하였다. 상기 입고 탱크(100)에서는 이온 교환 수지 필터(400)가 구비된 입고 탱크 순환배관(120)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 메탈 성분을 추가적으로 제거하였다.
상기 입고 탱크(100) 내 이소프로필 알코올에 포함된 메탈 성분의 함량이 8 ppb 이하로 감소한 경우, 상기 입고 탱크 순환배관(120)으로부터 분기되어 출고 탱크(200)로 연결되는 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송하였다.
상기 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 이온 교환 수지 필터(400)를 이용하여 메탈 성분을 추가적으로 제거하여 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮춰 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되어 구비된 출하배관(230)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 배출하여 제품화하였다.
이 때, 상기 마그네틱 필터(300)는 하기 도 9와 같이 3개의 자석 바를 포함하는 자성부(310) 및 수용부(320)를 구조의 마그네틱 필터(300)를 사용하였다.
그 결과, 메탈 성분 제거능은 실시예와 비교하여 동등한 수준이나, 이온 교환 수지 필터(400)의 낮은 메탈 성분 제거 용량으로 인하여 약 15 일 주기로 교체해 주어야 하기 때문에 시간적인 측면과 비용적인 측면에서 바람직하지 못하고, 이소프로필 알코올의 단가를 상승시키는 문제가 있다.
비교예 3
도 8에 도시된 바와 같이, 석유화학 공정에서 생산되는 이소프로필 알코올 스트림 내 포함되어 있는 메탈 성분을 제거하였다.
구체적으로, 상기 이소프로필 알코올 스트림을 공급배관(110)을 통해 마그네틱 필터(300)를 거쳐 메탈 성분을 일부 제거한 후 입고 탱크(100)로 공급하였다. 상기 입고 탱크(100)에서는 마그네틱 필터(300)가 구비된 입고 탱크 순환배관(120)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 메탈 성분을 추가적으로 제거하였다.
상기 입고 탱크(100) 내 이소프로필 알코올에 포함된 메탈 성분의 함량이 8 ppb 이하로 감소한 경우, 상기 입고 탱크 순환배관(120)으로부터 분기되어 출고 탱크(200)로 연결되는 입고 탱크 배출배관(130)을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크(200)로 이송하였다.
상기 출고 탱크 순환배관(210)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 순환시키면서 마그네틱 필터(300) 및 이온 교환 수지 필터(400)를 이용하여 메탈 성분을 추가적으로 제거하여 메탈 성분의 함량을 3 ppb 이하로 낮춰 상기 출고 탱크 순환배관(210)으로부터 분기되어 구비된 출하배관(230)을 통해 이소프로필 알코올 스트림을 배출하여 제품화하였다.
이 때, 상기 마그네틱 필터(300)는 하기 도 9와 같이 3개의 자석 바를 포함하는 자성부(310) 및 수용부(320)를 구조의 마그네틱 필터(300)를 사용하였다.
그 결과, 메탈 성분 제거능은 실시예와 비교하여 동등한 수준이나, 출고 탱크(200)를 순환하는 이소프로필 알코올 스트림 전량이 이온 교환 수지 필터(400)를 순환하기 때문에 이온 교환 수지 필터(400)의 교체 주기는 약 1 개월로 실시예와 같은 이온 교환 수지 필터(400) 연장 효과를 보기 어려웠으며, 이로 인해, 시간적인 측면과 비용적인 측면에서 바람직하지 못하고, 이소프로필 알코올의 단가를 상승시키는 문제가 있다.
100: 입고 탱크
110: 공급배관
120: 입고 탱크 순환배관
130: 입고 탱크 배출배관
200: 출고 탱크
210: 출고 탱크 순환배관
220: 분기배관
230: 출하배관
300: 마그네틱 필터
310: 자성부
320: 수용부
400: 이온 교환 수지 필터
500: 스테틱 믹서
510: 요철부

Claims (11)

  1. 석유화학 제품 스트림을 공급배관을 통해 입고 탱크로 공급하고, 입고 탱크 순환배관을 통해 순환시키며, 상기 공급배관 및 입고 탱크 순환배관 중 어느 하나 이상에 구비된 1기 이상의 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계;
    상기 입고 탱크 순환배관으로부터 분기되어 출고 탱크로 연결되는 입고 탱크 배출배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크로 이송하는 단계;
    상기 출고 탱크에 구비된 출고 탱크 순환배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 순환시키며, 상기 출고 탱크 순환배관에 구비된 1기 이상의 마그네틱 필터를 이용하여 석유화학 제품 스트림 내 포함된 메탈 성분을 제거하는 단계; 및
    상기 출고 탱크 순환배관으로부터 분기된 분기배관으로 석유화학 제품 스트림을 이송하여 상기 분기배관에 구비된 1기 이상의 이온 교환 수지 필터를 이용하여 메탈 성분을 제거하는 단계를 포함하는 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분기배관에서 이온 교환 수지 필터를 통과한 석유화학 제품 스트림은 출고 탱크 순환배관과 합류시킨 후, 출고 탱크로 순환시키거나, 상기 출고 탱크 순환배관으로부터 분기되는 출하배관을 통해 배출하는 단계를 더 포함하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마그네틱 필터는,
    자성부; 및
    상기 자성부를 수용하는 메쉬망 형태의 수용부를 포함하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자성부는 배관 단면을 기준으로 일정 간격을 두고 배치된 복수개의 자석 바를 포함하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 자성부는 유체 흐름을 변환시키는 요철부를 포함하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자성부는 자성 물질로 제작된 스테틱 믹서를 포함하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 석유화학 제품 스트림의 흐름 방향을 기준으로 마그네틱 필터의 전단에 스테틱 믹서를 더 포함하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스테틱 믹서는 유체 흐름을 변환시키는 요철부를 포함하며, 상기 요철부는 자성부 방향으로 이송되는 석유화학 제품 스트림의 와류를 증가시키는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 입고 탱크 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 100 ppb 이하인 경우, 상기 입고 탱크 배출배관을 통해 석유화학 제품 스트림을 출고 탱크로 이송하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 출고 탱크 내 석유화학 제품에 포함된 메탈 성분의 함량이 50 ppb 이하인 경우, 상기 분기배관으로 석유화학 제품 스트림을 이송하는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입고 탱크 및 출고 탱크는 하나의 탱크 내 격벽을 두고 형성되는 것인 석유화학 제품 내 메탈 성분 제거방법.
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