KR20050085497A - 원심 분리기에서 오일 내의 현탁 입자들로부터 오염된오일을 정화하는 방법 - Google Patents

Abstract

원심 분리기에 의해 오일 내에 현탁되는 입자들로부터 오염된 오일을 정화하기 위해 오일의 밀도보다 높은 밀도를 가지는 액체 분리 보조제가 사용된다. 액체 분리 보조제는 오염 입자들을 유인/결속한다. 오염된 오일은 회전 원심 로터의 분리 챔버에 공급된다. 정화된 오일은 분리 챔버의 중심 경량 페이즈 출구를 통해 배출되고, 분리된 입자들은 상기 중심 경량 페이즈 출구의 방사상 외측에 위치한 분리 챔버의 중량 페이즈 출구를 통해 배출된다. 본 발명에 따르면, 정화는, 오일보다 중량이고 그 내부에서 불용성인 시동 액체의 층이 회전 원심 로터내의 액체 밀폐부를 형성하여 상기 중량 페이즈 출구를 차폐할 정도의 양으로, 시동 액체가 분리 챔버에 공급되는 방식으로 수행된다. 이와 같이 한 후에만, 오염된 오일과 액체 분리 보조제가 분리 챔버에 공급된다. 정화된 오일이 상기 경량 페이즈 출구를 통해 분리 챔버를 떠나는 한편, 오일로부터 분리된, 입자들과 함께 액체 분리 보조제와 시동 액체의 적어도 일부분은 중량 페이즈 출구를 통해 배출된다.

Description

원심 분리기에서 오일 내의 현탁 입자들로부터 오염된 오일을 정화하는 방법{A METHOD OF PURIFYING CONTAMINATED OIL FROM PARTICLES SUSPENDED IN THE OIL IN A CENTRIFUGAL SEPARATOR}

본 발명은 오일보다 큰 밀도를 가지는 액체 분리 보조제에 의해 오일 내에 현탁된 입자들로부터 오염된 오일을 정화하는 방법에 관한 것이다. 분리 보조제는 오일로부터 입자들을 보다 용이하게 분리할 수 있도록 오염된 오일에 분산된다. 오염된 오일과 액체 분리 보조제는 회전 원심 로터의 분리 챔버로 공급된다. 액체 분리 보조제와 입자들은 원심력에 의해 오일로부터 분리된다. 정화된 오일은 중심 경량 페이즈(light phase) 출구를 통해 분리 챔버로부터 분리된다. 분리된 입자들과 액체 분리 보조제는 경량 페이즈 출구의 외측에 방사상으로 위치한 중량 페이즈(heavy phase) 출구를 통해 분리 챔버로부터 배출된다.

첨가제들이 함유되거나 그렇지 않은 동물성 및 식물성 오일들뿐만 아니라 미네럴 오일들(또한 반 합성물 및 완전 합성물)은 윤활, 냉각 및 절연과 같은 다양한 목적들을 위해 산업에서 널리 사용된다. 이러한 사용 중에, 오일들은 공통으로 상이한 종류의 입자들에 의해 오염된다. 조성 및 특정 사용에 따라 오염된 오일들을 재생하기 위해 여러 가지 방법들이 사용된다.

장기간 오염된 오일들은 점토, 표백토 또는 규조토를 함유하는 필터 층들에서 여과되었다.

현탁된 입자들로부터 미네럴 오일들의 정화는 예를 들어 미국특허 제4,094,770호에 기재되어 있다. 본 특허에 따르면, 여과되지 않은 입자들은 아세톤 및 2-부타논의 혼합물의 형태로 응집 보조제의 첨가에 의해 제거된다. 응집된 입자들은 침전되어 오일로부터 제거될 수 있다. 최종 증류 단계는 응집 보조제로부터 오일을 정화하기 위해 필요하다.

미국 특허 제4 491 515호는 차량에서 사용되는 윤활유의 정화를 기재하고 있다. 다양한 종류의 오염물들을 함유할 수 있는 오일은, 예를 들어 무기 또는 유기 산의 수분 함유 전해액과 혼합된 카로보닐계(케톤)을 함유한 화합물의 첨가에 의해 정화된다. 이 산이 오일에 첨가될 때, 침전 또는 원심 분리에 의해 제거될 수 있는 미립자의 오염물들의 응집이 비교적 신속하게 얻어진다. 케톤은 증류 단계에서 회수된다.

미국 특허 제4 519 899호는 압연(rolling) 작업에서 처리되는 재료의 입자들과 오염되는 압연유의 정화를 기재하고 있다. 예를 들어, 수분 함유 소다 용해제로서 응고제가 신중하게 조절된 양으로 오일과 혼합된다. 입자들은 응고하고 액상으로 존재하며, 이는 침전에 의해 또는 원심 분리기 내에서 제거될 수 있다.

스웨덴 특허 제512 750호에는, 입자 및/또는 물과 오염된 오일의 중량에 의한 분리를 위한 방법이 기재되어 있다. 이러한 방법에 따르면, 오일에 용해되지 않는 컬렉션(collection) 중합체 또는 중합체 혼합물이 오염된 오일에 첨가 및 혼합된 이후에, 오일과 컬렉션 중합체의 분리가 발생한다. 컬렉션 중합체와 오염물의 대부분이 저부 페이즈(phase)를 형성하는 반면에, 오일은 상단부 페이즈를 형성한다. 컬렉션 중합체와 오염물들이 있는 저부 페이즈는 제거된다. 본 공보에 따르면, 분리는 원심 분리에 의해 발생할 수 있다.

오일로부터 제거될 입자들의 형태로서 오염물은 대부분의 경우 매우 작으며 오일로부터 제거하기가 어렵다. 입자들의 양도 작을 수 있다. 따라서, 첨가되어야 하는 분리 보조제의 양도 비교적 작을수 있다. 서로 다른 밀도를 가지는 2개의 액상들 중의 하나가 소량으로만 존재하는 경우에 이 액상들을 원심 분리기 내에서 분리하는 것은 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점에 대한 해결책을 제공한다.

도1은 본 발명에 따른 원심 분리기의 도면이다.

본 발명에 따르면, 초기에 설정된 방법의 사용에 있어서, 원심 로터의 분리 챔버는 시동 액체의 층이 원심 로터 내에서 액체 밀폐부를 형성하여 상기 중량 페이즈 출구를 차폐할 정도의 양으로 오일보다 중량이고 그 내부에서 불용성인 시동 액체로 사전 충전된다. 이러한 분리 챔버의 사전 충전 단계 이후에만, 오염된 오일과 액체 분리 보조제가 분리 챔버에 공급되고, 오일로부터 분리된, 액체 분리 보조제와 입자들과 함께 시동 액체의 적어도 일부분은 상기 중량 페이즈 출구를 통해 분리 챔버로부터 배출된다.

본 발명은 상당량의 액체 분리 보조제가 상기 시동 액체로서 사용되는 방식으로 실행될 수 있는 이점을 가진다. 이러한 방식에서는 한 종류의 보조 액체만이 사용되어야 한다. 한편, 필요한 액체 분리 보조제의 양을 제한하기 위해 액체 밀폐부를 형성하도록 다른 종류의 시동 액체를 사용하는 것이 적합할 수 있다. 이러한 다른 종류의 시동 액체는 예를 들어 물일 수 있다.

제안된 방식에 의해 정화될 수 있는 오일들 가운데에는 변압기 및 탭 절환기(tap changer)에서 절연 목적을 위해 사용되는 오일, 압연유(rolling oil), 유압 오일 및 윤활유가 언급될 수 있다.

액체 분리 보조제의 선택은 정화될 오일에 따른다. 상술한 오일들은 그 오일들에게 바람직한 특성들을 부여하는 첨가제를 가지거나 그렇지 않은 순수 미네럴 오일, 반 또는 완성 합성 오일 또는 동물성 또는 식물성 오일일 수 있다. 분리 보조제의 선택은 또한 오일로부터 제거될 오염 입자들의 종류에 따른다. 종래 기술로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 상술한 분리 보조제들의 상이한 화합물들이 입수 가능하다. 액체 분리 보조제는 수분을 함유하거나 수용성일 수 있으며 또는 그렇지 않을 수 있다. 그러나, 사용된 분리 보조제는 오일에 불용성이어야 한다. 오염된 입자들의 양에 따라, 대량 또는 소량의 분리 보조제가 추가된다.

분리 보조제는 입자들의 응집을 발생하는 물질들을 함유할 수 있으며, 이는 원심 분리에 의해 보다 용이하게 제거 가능한 중량의 입자들을 제공한다. 분리 보조제는 또한 화학적 또는 표면 화학적 접합에 의해 입자들을 유인 또는 결속한다.

오일 정화가 시작하기 전에 상술한 로터 내의 방사상의 외측 공간을 예를 들어 액체 분리 보조제인 상기 시동 액체로 충전함으로써, 효율적인 정화가 즉시 얻어질 수 있다. 대신에 액체 분리 보조제와 혼합된 오염된 오일이 시동할 때부터 회전 로터에 공급되면, 분리 챔버 출구를 차폐하는 액체 밀폐부가 오염된 오일로부터 분리된 액체 분리 보조제에 의해 로터에 형성되기 전에 상당한 양의 오일이 중량 페이즈를 위한 분리 챔버 출구를 통해 배출될 것이다.

원심 로터가 분리를 개선하는 분리 디스크들을 포함할 때, 오일과 분리 보조제의 사이의 경계 수준은 분리 디스크들의 외측 엣지 부근에서 안정된 상태의 프로세스에서 유지된다.

본 발명에 따르면, 액체 분리 보조제의 지속적인 첨가는 오일과 함께 발생한다. 액체 분리 보조제와 오일은, 적절하다고 고려되는 경우에는, 원심 분리기의 입구에 연결되는 일종의 혼합기에서 또는 정화 이전의 분리 혼합 동작에서 혼합된다. 마지막으로 언급된 경우에 있어서는, 오일과 액체 분리 보조제의 혼합물을 위한 바람직한 보유 시간이 정화 이전에 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 유리하게는 의도된 적용을 위해 오일에게 바람직한 특성을 제공하도록 첨가제를 함유하는 미네럴 또는 합성 오일들의 정화를 위해 사용될 수 있으며, 이때 오일들의 밀도는 40 ℃에서 0.85 내지 1.05 g/㎤의 사이에 있다.

본 발명의 방법은 유리하게는 매우 작은 입자들, 예를 들어 오일 내에 부유하여 침전하지 않는 매우 작은 그을음(soot) 입자들이나 금속 입자들에 오염되는 미네럴 오일들을 위해 사용될 수 있다. 미네럴 오일은 보통 40 ℃에서 0.85 내지 0.90 g/㎤의 밀도를 가진다. 이전에는 이러한 종류의 오염물들을 함유하는 오일을 정화하기 위한 유일한 가능성은 규조토 또는 표백성 점토 필터들을 사용하는 것이었는데, 이 필터 재료들은 고가이고 사용된 필터 층의 폐기 처리와 관련하여 문제점이 발생한다.

미네럴 오일이 변압기 또는 탭 절환기의 단열제로서 사용되고 첨가제의 영향을 받지 않고 필수의 산화 방지제로부터 분리되면, 분리 보조제는 유리하게는 오일 내에 존재하는 작은 그을음 입자들을 결속하는 액체 중합체일 수 있다. 또한, 매우 작은 금속 입자에 오염되는 염소-파라핀 오일뿐만 아니라 압연유는 이러한 방식으로 정화될 수 있다.

정화될 오일은 또한 작은 분산 입자들에 오염되는 디젤 엔진용 윤활유일 수 있으며, 분리 보조제는 액체 중합체이다.

이러한 종류의 오일들의 정화를 위한 적합한 액체 중합체의 일예는 40 ℃에서 1.0 내지 1.1 g/㎤의 밀도를 가지는 폴리하이드록시 알콕실레이트이다.

예 1

탭 절환기 내에서 단열제로서 사용되고 그을음 입자들에 오염되는 미네럴 오일이 동일한 방법으로 정화될 것이다. 탭 절환기의 오일의 양은 200 내지 1500 리터일 수 있다. 정화를 위해 알파 라발 AB사(Alfa Laval AB)의 이동식 원심 분리기 MIB303S-13이 사용된다. 연속 정화 동작의 사이의 시간에 오일의 1 내지 10 %의 그을음을 함유한다. 원심 분리기의 로터가 시동되고 전속도로 회전된다. 액체 중합체 형태의 분리 보조제는 0.7 리터의 양으로 로터에 첨가된다. 중합체는 원심력에 의해 로터의 분리 챔버의 외측부로 유동하도록 가압되고, 여기에서 로터와 회전하는 액체 층을 형성하고 분리 챔버의 중량 페이즈 출구를 차폐한다. 액체 층을 형성하기 위해 필요한 중합체의 양은 원심 분리기의 크기 및 구조에 따른다. 층이 형성될 때, 정화될 오일이 공급되는데, 이때 오일은 중합체와 이미 혼합되어 있다. 공급된 혼합물 내의 중합체의 양은 약 4 %이다. 정화를 위해 사용되는 중합체는 폴리하이드록시 알콕실레이트로 이루어진다.

예 2

염소-파라핀 오일로 이루어진 압연유가 본 발명에 따른 방법으로 정화될 것이다. 1 내지 17 %의 슬러지를 함유할 수 있는 오일은 액체 중합체인 폴리하이드록시 알콕실레이트와 혼합된다. 예 1에 사용된 동일 종류의 이동식 원심 분리기가 정화를 위해 사용된다. 중합체는 분리기가 회전 액체 층을 형성하기 위해 시동할 때 첨가된다. 정화될 오일의 양은 3 내지 15 ㎥의 사이에 있다. 이전에, 오염된 오일은 매우 높은 비용으로 폐기 처리되어야 했다. 따라서, 여기에서 제안된 본 기술에 따른 정화는 중요한 이점들을 가진다.

예 3

디젤 엔진의 윤활을 위해 사용되는 윤활유가 본 발명에 따라 정화될 것이다. 오일은 오일에게 바람직한 특성을 제공하기 위해 다수의 첨가제들을 함유한다.

오일은 그을음, 연소 잔존물 및 오일의 첨가제의 일부로부터의 반응물로 주로 이루어진 0.1 내지 5 %의 입자들에 오염된다. 오염물의 대부분은 콜로이드 또는 1 미크론 미만의 입자들로서 존재하며, 이들은 원심 분리기 또는 필터에서 제거하기가 불가능하다.

50리터의 오염된 윤활유는 약 4 %의 액체 중합체인 폴리하이드록시 알콕실레이트와 교반되어 혼합된다. 혼합물은 95 ℃의 온도로 가열된다. 오염물을 동반한 중합체를 분리하기 위해, 오일/중합체 혼합물이 공급되기 이전에 중합체 층으로 사전 충전된, 예 1에서와 동일한 종류의 원심 로터가 사용된다.

추출의 결과는 n-펜탄의 불용성 성분에 대해 정화 이전 및 이후에서의 오일의 분석에 의해 측정되었다(ASTMD 893-892).

오일내의 오염물의 양은 0.96 %에서 0.18 %로의 불용성 성분으로서 82 %가 감소되었다.

본 발명의 방법을 실행하기에 적합한 원심 분리기를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법을 이하에 더 설명하기로 한다.

도면에 도시된 원심 분리기는 수직인 중심 축(R)에 대해 회전 가능한 원심 로터(2)가 배열되는 고정 하우징(1)을 구비한다. 로터(2)는 구동 장치(미도시함)에 연결된 수직 구동 샤프트(3)의 상단부에 장착된다. 하우징(1)에 구비된 연결 장치(4)는 특히 상부로부터 로터(2)로 연장하고 로터에서 중심 입구 공간으로 개방되는 수직 입구 채널을 형성하는 수직 입구 파이프(5)를 포함한다. 상기 입구 채널은 그 상단부에서 연결 장치(4)의 입구(5)와 연통한다.

로터(2)는 분리 챔버(6)와 로터의 상기 중심 입구 공간으로부터 분리 챔버(6)의 각 입구들(8)로 안내하는 수개의 입구 경로들(7)을 형성한다. 로터(2)는 또한 중심 축(R)으로부터 비교적 짧은 거리에서 분리 챔버(6)의 중심 경량 페이즈(light phase) 출구(9)를 형성하고 중심 축(R)으로부터 더 긴 거리에서 다수의 중량 페이즈(heavy phase) 출구들(10)을 형성한다.

경량 페이즈 출구(9)는 로터(6)의 상부에서 출구 챔버(11)로 안내하는 오버플로우 출구의 형태로 있다. 이 출구 챔버(11)에서, 연결 장치(4)에 의해 지지되고 연결 장치의 출구(14)와 연통하는 적어도 하나의 페어링(paring) 채널(13)을 가지는 페어링 디스크(12)가 배열되어 있다.

분리 챔버의 중량 페이즈 출구들(10)은 채널들(15)을 통해 로터의 오버플로우 출구(16)와 연통하고, 로터(2) 아래의 하우징(1)의 공간(17)에 개방되어 있다.

분리 챔버(6) 내에는 일군의 원뿔형의 분리판들(18)이 있으며, 이들은 중심 축(R)과 동축으로 배열되고 이들 사이에 로터 내에서 처리 중인 액체의 관통 유동을 위한 협소한 경로들의 경계를 정한다.

도면의 원심 분리기는, 액체 형태의 분리 보조제, 예를 들어 액체 중합체를 이용하여 내부에서 현탁된 소형 입자들로부터 오일을 정화하기 위해 사용될 때, 다음의 방식으로 작동한다. 분리 보조제는 정화될 오일 내에서 불용성이고 오일의 밀도보다 큰 밀도를 가진다.

로터가 중심 축(R)에 대해 회전이 이루어지기 이전 또는 이후, 일정량의 분리 보조제, 또는 정화될 오일에 비해 중량인 또다른 시동 액체(starting liquid)가 로터 입구를 통해 분리 챔버(6)로 공급된다. 이러한 시동 액체는 로터가 회전하고 있을 때 분리 챔버의 방사상 최외측부에서 액체 층을 형성하고 그 중량 페이즈 출구들(10)을 차폐한다.

분리 챔버(6)가 상기 양의 시동 액체로 사전 충전된 이후에, 정화될 오일과 상기 액체 분리 보조제의 혼합물이 소정의 속도로 바람직하게는 지속적으로 분리 챔버로 공급된다. 혼합물은 입구들(8)을 통해 분리 챔버로 들어가고 분리 디스크들(18)에 정렬된 분배 구멍들을 통해 디스크들의 사이의 다양한 개재 공간들로 축방향으로 유동한다. 이들 개재 공간, 또는 유동 통로들에서, 혼합물의 오일 부분은 중심 축(R)을 향해 내향 유동하는 한편, 오일을 오염시키는 입자들과 함께 분산된 분리 보조제는 중심 축(R)으로부터 멀리 외향 이동한다.

입자들과 분리 보조제가 제거된 오일은 중심 경량 페이즈 출구(9)를 통해 분리 챔버(6)를 떠나고 출구 챔버(11)를 거쳐 더욱 유동하며 페어링 디스크(12)를 통한 다음에 연결 장치(4)의 출구를 통해 유출된다. 분산된 분리 보조제와 입자들은 액체 분리 보조제일 수도 있는 시동 액체의 상술한 층 안으로 이동한다. 분리 챔버(6)의 외부로부터 분리 보조제와 입자들과 함께 오일로부터 분리된 시동 액체의 적어도 일부는 그 중량 페이즈 출구들(10)을 통해 분리 챔버를 떠나고 출구 채널들(15)을 거쳐 더욱 유동하며 로터(2)의 오버플로우 출구(16)를 통해 로터의 아래에 있는 공간(17)으로 유출된다.

상기 시동 액체가 분리 챔버(6)로 공급될 때, 그러나, 정화될 임의의 오일이 공급되기 이전에, 시동 액체의 층은 분리 챔버 내에서 제1 반경 수준에서 내측 원통형 액체 표면을 형성한다. 다음에, 정화될 오일이 공급될 때, 시동 액체의 원통형 표면은 제2 수준으로 방사상 외향으로 이동된다. 이러한 제2 수준은 중량 페이즈 출구들(10)의 방사상 내측으로 위치되어야 한다. 따라서, 공급될 시동 액체의 양은 정확하게 결정되어야 하며, 이로써, 이 액체는 분리 프로세스의 초기 부분 동안 로터 내에서 액체 밀폐부를 형성하여 오일이 출구들(10)을 통해 이탈하는 것을 방지한다.

안정된 상태의 분리 프로세스에는, 오일과 오일로부터 분리된 분리 보조제의 사이에 형성된 경계 층이 항상 존재하며, 상기 경계 층은 중량 페이즈 출구들(10)의 방사상 내측의 수준에서 유지된다.

도면의 원심 로터(2)는 분리 챔버(6)를 둘러싼 고형 벽체를 가진다. 그러나, 대신에, 오일로부터 분리되었으나 중량 페이즈 출구들(10)을 통해 떠난 액체 분리 보조제에 의해 동반되지 않은 입자들이 로터의 작동 중에 간헐적으로 배출될 수 있도록 로터의 작동 중에 간헐적으로 개방될 수 있게 구성된 주변 슬러지 출구들을 구비한 로터를 사용하는 것이 종종 바람직할 수 있다.

이상 설명한 본 발명에 따르면, 오염된 오일들을 원심 분리기에서 원심 분리함으로써 오염된 오일을 정화하는 데에 효과가 있는 원심 분리 방법을 제공한다.

Claims (7)

1. 오일로부터 입자들을 보다 용이하게 분리할 수 있게 하기 위해 오일의 밀도보다 큰 밀도를 가지고 오염된 오일 내에서 분산되는 액체 분리 보조제에 의해 그 내부의 현탁된 입자들로부터 오염된 오일을 정화하는 방법이며,

   회전 원심 로터의 분리 챔버 내로 상기 오염된 오일과 상기 액체 분리 보조제를 공급하는 단계와, 상기 분리 챔버 내에서 원심력에 의해 오일로부터 입자들과 액체 분리 보조제를 분리하는 단계와, 그 중심 경량 페이즈 출구를 통해 분리 챔버로부터 정화된 오일을 배출하는 단계와, 상기 중심 경량 페이즈 출구로부터 방사상으로 위치한 분리 챔버의 중량 페이즈 출구를 통해 분리 챔버로부터 분리된 액체 분리 보조제와 함께 분리된 입자들을 배출하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,

   오염된 오일의 상당한 양을 공급하기 이전에, 오일보다 중량이고 그 내부에서 불용성인 시동 액체를, 시동 액체의 층이 원심 로터에서 액체 밀폐부를 형성하여 상기 중량 페이즈 출구를 차폐할 정도의 양으로, 분리 챔버를 사전 충전하는 단계와,

   그 이후에 상기 오염된 오일과 상기 액체 분리 보조제를 분리 챔버로 공급하는 단계와,

   상기 분리 챔버로부터 상기 중량 페이즈 출구를 통해, 오일로부터 분리된, 액체 분리 보조제와 함께 입자들과 상기 시동 액체의 적어도 일부를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 시동 액체로서 상당량의 상기 액체 분리 보조제를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 오일은 소정의 사용을 위해 오일에게 바람직한 특성을 부여하는 첨가제들을 함유하는 미네럴 또는 합성 오일이고, 오일의 농도는 40 ℃에서 0.85 내지 1.05 g/㎤ 의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 오일은 40 ℃에서 0.85 내지 0.90 g/㎤ 의 밀도를 가지는 순수 미네럴 오일인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 미네럴 오일은 변압기 또는 탭 절환기의 절연제로서 사용되는 것으로서, 첨가제의 영향을 받지 않고, 필수의 산화 방지제로부터 분리되고, 매우 작은 그을음에 오염되며, 분리 보조제는 액체 중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 오일은 디젤 엔진의 윤활유로서 사용되는 것으로서 작은 분산 입자들에 오염되며, 분리 보조제는 액체 중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 중합체는 40 ℃에서 1.0 내지 1.1 g/㎤의 밀도를 가지는 폴리하이드록시 알콕실레이트인 것을 특징으로 하는 방법.