KR20060094019A - 멤브레인을 기초로 하는 처리 스트림용 탈산화기 - Google Patents
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Abstract
재료 스트림을 처리하기 위한 예시적인 시스템은 용존 산소를 제거하기 위한 탈산화기를 포함한다. 용존 산소의 제거는 시스템을 방해하거나 그렇지 않으면 오염시킬 수 있는 원치않는 불용해성 재료의 발생을 야기할 수 있는 반응 및 처리의 감축을 제공한다. 탈산화기는 유동하는 재료 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위한 산소 투과성 멤브레인을 포함한다. 유동을 방해하지 않으면서 재료 스트림으로부터 용존 산소를 본질적으로 제거할 수 있기 때문에, 전체 처리에 영향을 거의 미치지 않는다. 용존 산소의 제거는, 재료 스트림 내에 원치않는 부산물의 생성을 감소시키거나 제거함으로써 처리 효율을 현저하게 증가시킨다.
재료 스트림, 용존 산소, 탈산화기, 산소 투과성 멤브레인, 불용해성 재료
Description
도1은 재료 스트림으로부터 산소를 제거하는 시스템의 개략적인 도면.
도2는 본 발명에 따른 투과성 멤브레인의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 시스템
12: 탈산화기
14: 재료 스트림
16: 저장 탱크
18: 열교환기
20: 열원
22: 처리 스테이션
30: 투과성 멤브레인
32: 투과성 층
34: 다공성 지지체
36: 다공성 기판
40: 진공원
42: 비재료 스트림 측부
44: 재료 스트림 측부
본 출원은 전체적으로 탄화 수소 또는 산화 스트림을 포함하는 처리를 개선하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 출원은 탄화 수소 및 다른 산화 스트림으로부터 산소를 제거하여 처리 단계를 효율적으로 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
수많은 제품의 생산 공정은 기체 또는 액체의 연속 유동 스트림의 처리 단계를 포함한다. 예를 들면, 석유 제품은 원유의 스트림으로부터 원하는 특정 요소들을 분리하고 정제함으로써 생산된다. 대부분의 경우, 이러한 처리 효율은 생산되는 부산물의 양에 의해 일부 결정된다. 예를 들면, 밸브, 도관 및 다른 유동 제어 장치에 코크스 또는 불용해성 재료의 형성과 같은 원치않는 부산물의 형성은 처리 효율을 저해할 수 있다. 통상적으로, 처리는 이러한 부산물의 영향 및 생성을 줄이기 위해 변경되고 최적화된다. 원치않는 많은 부산물은 기체 또는 액체 내에 존재하는 용존 산소로 인한 반응 및 변환에 기인한다. 대부분의 경우, 산화 방지제가 이러한 원치않는 부산물의 형성을 억제하기 위해 기체 또는 액체에 첨가된다.
대부분의 처리는 특정 처리에 대해 양호한 화학적 반응을 일으키고 조력하기 위해 기체 또는 액체가 가열되는 가열 단계를 포함한다. 탄화 수소 또는 산화 스 트림을 가열하는 단계는, 처리 스트림을 수송하기 위해 사용된 도관의 내부면과 장치에 코팅되거나 수송을 방해할 수 있는 불용해성 재료 부산물의 원치않는 형성을 야기할 수 있다. 생성된 거밍(gumming), 코킹(coking) 및 오염(fouling)은 처리 효율을 감쇠시킬 수 있다. 이러한 이유 때문에, 처리는 이러한 원치않는 재료의 형성을 억제하기 위해 감온된 온도에서 작동되도록 변경된다. 처리 효율의 향상은 처리가 수행될 수 있는 지속 가능한 온도에 의해 종종 결정된다. 불행하게도, 최대의 효율을 제공하는 온도 및 조건은, 스트림 내의 용존 산소가 원치않는 부산물의 발생을 야기하는 조건과 동일하기도 하다.
따라서, 지속 가능한 처리 조건을 개선하기 위해 처리 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위한 방법 및 장치의 개선이 요구된다.
본 발명에 따른 예시적인 시스템은 탈산화기를 이용하여 용존 산소를 제거함으로써 처리 개선을 제공한다.
본 발명에 따른 예시적인 시스템은 재료 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위한 탈산화기를 포함한다. 재료 스트림은 일정하게 유동하는 스트림으로서 처리되는 액체, 기체 또는 조합된 형태인 임의의 재료를 포함할 수 있다. 용존 산소의 제거는 탄화수소 또는 산화 스트림에 특히 유용하다. 용존 산소의 제거는 시스템을 방해하거나 그렇지 않으면 오염시킬 수 있는 원치않는 불용해성 재료의 생성을 야기할 수 있는 반응 및 처리의 감축을 제공한다.
탈산화기는 유동하는 재료 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위한 산소 투과성 멤브레인을 포함한다. 용존 산소는 유동을 방해하지 않으면서 재료 스트림으로부터 본질적으로 제거될 수 있기 때문에, 전체 처리에는 영향을 거의 미치지 않는다. 탈산화기는 용존 산소를 제거하면서 시스템의 연속 작동을 제공한다.
따라서, 예시적인 시스템으로 이용되는 본 발명의 탈산화기는 재료 스트림 내의 용존 산소량을 감소시키거나 제거함으로써 처리 효율을 현저하게 향상시킨다.
본 발명의 이들 특징 및 다른 특징들은 이하의 상세한 설명과 도면으로부터 명료하게 이해될 수 있다.
도1을 참조하면, 스트림을 처리하기 위한 시스템은 전체적으로 도면부호 10으로 지시되어 있으며, 재료 스트림(14)으로부터 용존 산소를 제거하기 위한 탈산화기(12)를 포함한다. 도1에 도시된 예는 탈산화기(12)로 재료 스트림(14)을 공급하는 저장 탱크(16)를 포함한다. 재료 스트림(14)은 일정하게 유동하는 스트림으로서 처리되는 액체, 기체 또는 조합된 형태인 임의의 재료를 포함할 수 있다. 용존 산소의 제거는 탄화수소 또는 산화 스트림에 특히 유용하다. 탈산화기(12)는 유동하는 재료 스트림(14)으로부터 용존 산소를 제거하기 위해 산소 투과성 멤브레인을 포함한다. 용존 산소는 유동을 방해하지 않으면서 재료 스트림으로부터 본질적으로 제거될 수 있기 때문에, 전체 처리에는 영향을 거의 미치지 않는다.
예시적인 시스템(10)은 열원(20)으로부터 열이 재료 스트림(14)에 인가되는 열교환기(18)를 포함한다. 열은 용존 산소가 탈산화기(12) 내에서 제거된 후에 재료 스트림(14)에 인가된다. 용존 산소에 존재하는 탄화수소 또는 산화 스트림을 포함하는 재료 스트림(14)을 가열하는 단계는, 시스템 구성요소를 오염시키고 과산화물 또는 산화의 다른 생성물의 형성을 야기하는 불용해성 부산물의 형성과 같은, 원치않는 영향을 초래한다. 따라서, 임의의 실질적인 가열 단계 전에 재료 스트림(14)으로부터 산소를 제거하는 단계가 원치않는 부산물의 생성을 사실상 배제시킬 수 있다. 인지하는 바와 같이, 산소 제거의 수준은 특정 처리의 요구조건에 따라 달라질 것이다.
또한, 예시적인 시스템(10)은 복수개의 처리 스테이션(22)을 포함한다. 처리 스테이션(22)은 추가의 처리와, 재료 스트림(14)의 변경을 제공한다. 용존 산소가 재료 스트림(14)으로부터 제거되면, 추가의 처리는 과다한 용존 산소량을 종종 수반하는 유해한 부작용 없이 수행될 수 있다. 처리 스테이션(22)은 오일 정제 공정과 같은 재료 스트림(14)의 성분 분리를 포함할 수 있다. 또한, 처리 스테이션(22)은 재료 스트림(14)의 조성 및 특성을 변경하도록 재료 스트림(14)에 첨가물을 포함할 수 있다. 처리 스테이션(22)은 탈산화기(12)에 의해 제공되는 실질적인 용존 산소의 부재 덕택에, 개선된 방식으로 재료 스트림(14)에 대해 일련의 변경을 수행한다.
재료 스트림(14)이 탈산화기(12)로부터 배출되면, 사실상 용존 산소의 일부가 제거된다. 바람직하게는, 탈산화기(12)로부터 배출되는 재료 스트림(14) 내에 잔존하는 용존 산소량은 10 백만 분율 (ppm)이하, 보다 바람직하게는 2ppm이다. 알 수 있는 바와 같이, 재료 스트림(14)으로부터 특정 산소 제거량은 특정 요구조건에 따라 달라질 것이다. 처리 효율은 용존 산소량을 소량 감소시킴으로써 현저 하게 개선될 수 있고, 다른 처리는 원하는 효율을 달성하기 위해 용존 산소의 실질적인 제거를 요구한다.
시스템(10)은 사실상 무산소 재료 스트림(14)의 가열 단계를 포함한다. 재료 스트림(14)으로부터의 용존 산소 제거는 원치않는 부산물의 발생 및 생성에 대한 우세한 촉매의 사용을 배제시킨다. 따라서, 열교환기(18)는 상온으로 재료 스트림(14)을 가열할 수 있다. 이에 따라, 재료 스트림(14)은 불용해성 재료를 위한 설비를 갖추지 않고 연속적으로 처리될 수 있다. 따라서, 재료 스트림(14)은 고온으로 가열될 수 있고, 이런 불용해성 재료의 생성에 기인한 유해한 영향의 제거 덕택에 보다 빠른 속도로 유동될 수 있다.
도2를 참조하면, 탈산화기(12)는 개략적으로 단면으로 도시된 복합 투과성 멤브레인(30)을 사용하여 용존 산소의 제거를 제공한다. 투과성 멤브레인(30)은 다공성 지지체(34) 위쪽에 배치된 투과성 층(32)을 포함한다. 다공성 지지체(34)는 투과성 층(32)에 대해 필요한 지지 구조체를 제공하면서, 재료 스트림(14)으로부터 최대 산소 확산을 지속적으로 가능하게 한다. 투과성 층(32)은 다공성 지지체(34) 상에 코팅되고, 투과성 층과 다공성 지지체 사이에는 기계적 결합이 형성된다. 투과성 층(32)은 0.25㎛ 세공 사이즈를 가진 폴리비닐화 불소(polyvinylidene fluoride)인 0.005㎛ 두께의 다공성 지지체(34) 위쪽에 0.5-20㎛ 두께의 테플론 에이에프 2400(Teflon AF 2400)의 코팅이 바람직하다. 필수적인 강도 및 개방 상태를 제공하는, 재료, 두께 및 세공 크기가 상이한 다른 지지체가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 투과성 층(32)은이듀폰 테플론 에이에프 비결정질 플루오로폴 리머(Dupont Telflon AF fluoropolymer)이지만, 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 재료, 가령 솔베이 하이플론 에이디 플루오르화 유리질 폴리머(Solvay Hyflon AD perfluorinated glassy)와, 아사히 사이탑 폴리플루오르부탄 비닐 에테르(Asahi CYTOP polyperflorobutenyl vinyl ether)와 같은 재료가 본 발명의 사상 내에 있다. 각각의 복합 투과성 멤브레인(30)은 다공성 기판(36)에 지지된다. 다공성 기판(36)은 복합 투과성 멤브레인(30)을 가로질러 산소의 분압차를 생성하기 위하여 진공원(40)과 연통한다.
작동중에, 분압차는 투과성 멤브레인(30)의 비재료 스트림 측부(42)와 재료 스트림 측부(44) 사이의 진공원(40)에 의해 생성된다. 화살표(38)로 지시된 산소는 재료 스트림(14)으로부터 복합 투과성 멤브레인(30)을 가로질러 다공성 기판(36)으로 확산한다. 다공성 기판(36)으로부터의 산소(38)는 시스템(10)으로부터 배기되고 재료 스트림(14)과 멀어진다.
탈산화기(12)는 용존 산소를 제거하면서 시스템(10)의 연속 작동을 제공한다. 또한, 용존 산소를 제거함으로써 원치않는 부산물의 영향 및 생성을 억제하고 방지하기 위한 추가의 구성요소를 필요로 하지 않는다. 예시적인 시스템(10)은 대량 생산 설비에 있어 식용 제품 처리를 위해 원유를 가용한 석유 제품으로 정제하는 임의의 처리 범위 형태를 나타낼 수 있다. 인지하는 바와 같이, 식용 제품은 이에 함유된 용존 산소에 의해 조장되고 악화된 원치않는 요소의 형성으로 인하여 유효 기간이 제한될 수 있다. 때문에, 용존 산소의 제거는 유효 기간을 향상시킨다.
따라서, 예시적인 시스템에 이용된 본 발명의 탈산화기(12)는 재료 스트림 내의 용존 산소를 감소시키거나 제거함으로써 처리 효율을 현저하게 증가시킨다. 또한, 시스템(10)의 탈산화기는 소비성 요소를 포함하는 재료 스트림에 대해 향상된 가용 수명을 제공할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 설명되었지만, 본 기술분야의 당업자는 임의의 변형이 본 발명의 범주 내에서 가능함을 알 것이다. 그 이유는, 이하의 청구범위가 본 발명의 범주 및 사상을 결정하기 위해 사용된다.
본 발명은 전체 처리에 영향을 거의 미치지 않으면서, 일정하게 유동하는 재료 스트림으로부터 탈산화기를 이용하여 용존 산소를 제거함으로써, 시스템을 방해하거나 오염시킬 수 있는 불용해성 재료의 생성을 야기하는 반응 및 처리의 감축을 제공하여 처리 효율을 현저하게 개선한다.
Claims (19)
- 재료 스트림으로부터 산소를 제거하는 방법이며,a) 산소 투과성 멤브레인 근처에 재료 스트림을 유동시키는 단계와;b) 투과성 멤브레인을 가로질러 산소 분압차에 의해 상기 재료 스트림으로부터 산소 투과성 멤브레인을 통해 산소를 끌어당기는 단계와,c) 용존 산소의 제거 후에 재료 스트림을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 c)단계는 재료 스트림을 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 c)단계는 탈산화기를 통과하여 유동하기 전의 재료 스트림의 일부보다 높은 온도로 상기 재료 스트림을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 c)단계는 재료 스트림에 추가의 구성요소를 첨가하는 단계를 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 c)단계는 재료 스트림의 구성요소들을 분리하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 재료 스트림은 탄화수소를 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 재료 스트림은 액상 석유를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 재료 스트림은 식용 제품을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 산소 분압차를 발생시키기 위해 산소 투과성 멤브레인 근처에 진공을 인가하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 산소 분압차를 발생시키기 위해 산소 투과성 멤브레인 근처에 스트립 가스를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 재료 스트림의 유동률의 변화에 반응하여 산소 투과성 멤브레인을 가로질러 산소 분압차를 변동시키는 단계를 포함하는 방법.
- 재료 스트림을 처리하는 시스템이며,처리하는 동안 사실상 연속 방식으로 재료 스트림이 유동하는 도관과,사실상 연속 방식으로 재료 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위한 탈산화기와,상기 재료 스트림을 추가로 처리하기 위해 상기 탈산화기의 하류에 배치된 처리 스테이션을 포함하는 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 처리 스테이션은 재료 스트림의 특성을 변형시켜서, 상기 처리 스테이션으로부터 배출되는 상기 재료 스트림과 상기 탈산화기로부터 배출되는 상기 재료 스트림이 상이하도록 하는 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 처리 스테이션은, 탈산화기를 통과하여 유동하기 전의 재료 스트림의 일부보다 높은 온도로 상기 재료 스트림을 가열하기 위한 열교환기인 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 처리 스테이션은 상기 재료 스트림에 추가의 구성요소를 제공하는 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 처리 스테이션은 상기 재료 스트림의 구성요소들을 분리하는 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 탈산화기는 다공성 기판상에 배치된 폴리테트라플루오르틸렌(polytetrafluorothylene) 코팅을 갖춘 산소 투과성 멤브레인을 포함하는 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 재료 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위해 상기 투과성 멤브레인을 가로질러 산소 분압차를 발생시키도록 상기 다공성 기판과 연통하는 진공원을 포함하는 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 재료 스트림으로부터 용존 산소를 제거하기 위해 상기 투과성 멤브레인을 가로질러 분압차를 발생시키도록 상기 다공성 기판과 연통하는 스트립 가스 통로를 포함하는 시스템.
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