KR20150103145A - 비-인 기반 첨가제를 사용한 부식 및 파울링 저감 - Google Patents

비-인 기반 첨가제를 사용한 부식 및 파울링 저감 Download PDF

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KR20150103145A
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Abstract

수성 시스템과 접촉되는 표면의 부식 또는 파울링을 저감시키는데 효과적인 수 처리 조성물이 본원에 제공된다. 수 처리 조성물은 다양한 다른 첨가제에 더하여 하나 이상의 아졸 화합물, 하나 이상의 전이 금속, 및 하나 이상의 분산제를 포함할 수 있다. 수 처리 조성물은 인을 배제하고도 여전히 효과적일 수 있다. 수성 표면에서 표면의 부식 또는 파울링을 저감시키는 방법이 또한 본원에 제공된다.

Description

비-인 기반 첨가제를 사용한 부식 및 파울링 저감{CORROSION AND FOULING MITIGATION USING NON-PHOSPHORUS BASED ADDITIVES}
본 발명은 부식을 제어하는데 유용한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 어떠한 인을 포함하지 않는 부식 제어 조성물 및 부식성의 수성 시스템에서 금속의 부식을 저감시키는 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
오일 및 가스 산업, 식품/음료 산업, 세척/살균 산업, 펄프 및 제지, 발전, 제조, 및 공익사업(utility)과 같은 산업의 경우 수성 매질에서 금속 표면의 부식은 오랫동안 문제가 되었다. 예를 들어, 오일 및 가스의 생산 동안 염수, 유기 산, 이산화탄소, 황화수소, 및 미생물과 같은 여러 가지 기타 부식성 성분이 존재하는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 침식성 구성성분은 표면 피팅(surface pitting), 취화(embrittlement), 및 일반적인 금속 손실에 의해 입증되는 바와 같이 심각한 부식을 초래할 수 있다. 금속성 표면은 크롬 강, 페라이트계 합금 강, 오스테나이트계 스테인리스 강, 석출-경화된 스테인리스 강, 및 고함량 니켈 강, 구리, 및 탄소 강을 포함한 고합금 강으로 구성될 수 있다.
식품/음료 및 세척/살균 산업에서, 소듐 하이포클로라이트 용액과 같은 용액이 흔히 사용되는데, 이는 다양한 표면을 세정하기 위한 표백제 및 살균제로서 매우 효과적이다. 그러나, 소듐 하이포클로라이트 용액은 다수 처리된 표면에 대해 부식성이고, 특히, 금속 표면이 많이 부식된다.
금속의 부식에 원인이 되는 여러 메카니즘이 있다. 부식성 수계에서, 전체 부식률은 캐소드 반응을 억제하는 산소를 감소시킴으로써 제어된다. 그러나, 대부분의 강력하고 비용 효과적인 수 처리 프로그램은 애노드와 캐소드 둘 모두에서의 반응을 차단하는 애노드와 캐소드 억제제 둘 모두를 포함한다.
부식 및 파울링의 저감은 모든 수 기반 또는 수성 시스템에서 필수적이다. 종래 기술에서, 부식 및 파울링 저감에 흔히 사용되는 대부분의 첨가제는 포스페이트로서 흔히 사용되는 오르토포스페이트, 폴리포스페이트, 또는 유기 포스페이트와 같은 인을 포함한다. 인 함유 부식 및 파울링 억제제 조성물 덕분에 일부 성공이 있었지만, 최근에 인이 환경 친화적이 아닌 것으로 밝혀져서 환경 기관은 이의 사용을 줄이거나 이의 사용을 완전히 금지하도록 지시하였다.
이와 같이, 인을 포함하지 않는 부식 및 파울링 저감 조성물, 및 그러한 비-인 함유 조성물을 사용하여 부식 또는 파울링 저감을 제공하기 위한 방법에 대한 필요성이 존재한다.
파울링 및 부식을 저감시키는데 유용한 수 처리 조성물이 본원에 개시된다. 수 처리 조성물은 하나 이상의 아졸 화합물, 하나 이상의 전이 금속, 및 하나 이상의 분산제를 포함할 수 있다. 수 처리 조성물에는 인이 배제되거나 포함되지 않을 수 있다.
수성 시스템에서 표면의 부식 및 파울링을 저감시키는 방법이 또한 본원에 개시된다. 이러한 방법은 하나 이상의 금속 표면을 지니는 하우징(housing)을 제공하는 단계, 수성 매질을 하우징으로 도입하는 단계, 및 유효량의 하나 이상의 아졸 화합물, 유효량의 하나 이상의 전이 금속, 및 유효량의 하나 이상의 분산제를 포함한 수 처리 조성물을 수성 매질에 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 수 처리 조성물에는 인이 배제되거나 포함되지 않을 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 물의 하나 이상의 특성을 모니터링하고 제어하는 자동화 온-라인 방법을 제공한다. 이러한 방법은
(a) 저장 장치를 제공하는 단계;
(b) 물을 저장 장치로 도입하는 단계;
(c) 제어기 및 제어기와 소통되는 복수의 센서를 포함하는 모니터링 및 제어 유닛을 제공하는 단계;
(d) 제어기와 소통되는 하나 이상의 펌프를 제공하는 단계;
(e) 측정될 물의 각각의 하나 이상의 특성들에 대한 허용가능한 범위를 제어기에 입력하는 단계;
(f) 저장 장치에서 물과 소통되는 제 1 단부 및 모니터링 및 제어 유닛의 입구에 연결된 제 2 단부를 지니는 전달 도관을 제공하는 단계;
(g) 저장 장치로부터 모니터링 및 제어 유닛에 물의 샘플을 펌핑하는 단계;
(h) 복수의 센서로 물의 샘플의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계;
(i) 화학물질 주입 펌프를 통해 저장 장치에서 물에 실질적으로 인을 함유하지 않은 수 처리 조성물을 첨가하는 단계;
(j) 생산수의 샘플의 측정된 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 제어기에 입력된 허용가능한 범위 내에 있는지를 결정하는 단계; 여기서
(k) 측정된 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 입력된 특성과 관련된 허용가능한 범위 외에 있는 경우, 하나 이상의 화학물질 주입 펌프로부터 물에 화학물질의 유입을 변화시키는 단계; 및
(l) 임의로, 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 입력된 허용가능한 범위 내로 야기되었는지를 결정하기 위해 단계 (a) 내지 (k)를 반복하는 단계를 포함하고,
단계 (c)에서, 복수의 센서들 각각은 물의 특성을 측정하도록 작동되고,
단계 (d)에서, 하나 이상의 펌프는 하나 이상의 화학물질 주입 펌프를 포함할 수 있고,
단계 (k)에서, 화학물질은 측정된 특성을 허용가능한 범위 내로 들어가게 하는 방식으로 물과 관련된 측정된 특징을 조절할 수 있다.
본원에 언급된 어떠한 방법들은 또한 본원에 개시된 바와 같이, 인을 배제한 수 처리 조성물로 적어도 하나의 금속 표면을 전처리 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 내용은 이어지는 본 발명의 상세한 설명을 다음 내용이 보다 잘 이해될 수 있게 하기 위하여 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 광범위하게 개략한 것이다. 본 발명의 특허청구범위의 주제를 이루고 있는 본 발명의 추가의 특징 및 이점은 이하에 기술될 것이다. 개시된 개념 및 특정 구체예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하도록 다른 구체예를 변형시키거나 구성하는 것을 기초로 하여 용이하게 이용될 수 있음이 당업자에게 이해되어야 한다. 또한, 그러한 등가의 구체예는 첨부된 특허청구범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않음이 당업자에게 인식되어야 한다.
본 발명의 상세한 설명은 도면을 특정 참조로 하여 이하에서 기술된다.
도 1은 폴리말레산 분산제 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머 분산제의 혼합물을 포함하는 시스템과 이러한 분산제를 포함하지 않는 제어 시스템을 비교한 시간에 따른 수정 진동자 마이크로밸런스(quartz crystal microbalance)에서의 중량 증가의 비교를 도시한 그래프를 나타낸 것이다.
본 발명은 수성 매질에서 부식 및 파울링을 저감시키는데 유용한 조성물 및 방법을 포함한 처리를 제공한다. 이러한 처리는 인 함유 조성물을 사용할 필요를 없앤다.
본원에 사용되는 "부식 억제제"는 개시된 부식 억제제, 부식 억제제 중간체, 및 부식 억제제 제품 포뮬레이션 중 적어도 하나, 또는 이들의 어떠한 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 이러한 화합물은 또한 수 처리 조성물로 지칭될 수 있다.
한 가지 양태에서, 본 발명은 수-기반 또는 수성 시스템을 접촉하거나, 함유하거나, 수용하는 표면의 부식 및 파울링을 억제하거나 저감시키는데 유용한 수 처리 조성물을 제공한다.
특정 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 실질적으로 함유하지 않는다. 본 출원에서, 용어 "인"은 인 뿐만 아니라, 인을 지니는 첨가제, 인 유도체 등을 포함하는 것으로 의도된다. 다른 양태에서, 조성물은 어떠한 인을 포함하지 않는다.
본원에 개시된 수 처리 조성물은 하나 이상의 아졸 화합물을 포함할 수 있다. 아졸은 당해 기술 분야에 흔하게 공지되어 있고, 어떠한 아졸 또는 아졸의 조합물은 본 발명과 관련되어 선택될 수 있다. 아졸은 적어도 하나의 다른 비-탄소 원자, 예컨대, 질소, 황, 또는 산소를 함유하는 5-원 질소 헤테로사이클릭 고리 화합물의 부류이다. 본원에 개시된 수 처리 조성물에 포함될 수 있는 아졸의 비-제한의 예시적인 예에는 알킬-치환된 아졸, 피라졸, 이미다졸, 티아졸, 옥사졸, 이속사졸, 부틸벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 및 이들의 임의의 조합물이 있다. 예를 들어, 특정 양태에서, 수 처리 조성물은 톨릴트리아졸을 포함하고, 인을 배제한다. 다른 양태에서, 수 처리 조성물은 둘 이상의 아졸의 혼합물, 예컨대, 톨릴트리아졸과 부틸벤조트리아졸의 혼합물을 포함하고, 인을 배제한다.
아졸은 약 1 ppm 내지 약 100 ppm 범위의 양으로 개시된 수 처리 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 약 2 ppm 내지 약 10 ppm의 하나 이상의 아졸, 또는 약 3 ppm 내지 약 25 ppm의 하나 이상의 아졸, 또는 약 10 ppm 내지 약 50 ppm의 하나 이상의 아졸, 또는 약 2 ppm 내지 약 100 ppm 범위 내의 임의의 하위 조합의 하나 이상의 아졸을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 약 4 ppm의 톨릴트리아졸을 포함하고, 인을 배제한다. 다른 양태에서, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 약 3 ppm의 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물을 포함하고, 인을 배제한다.
더욱이, 특정 양태에서, 수 처리 조성물은 또한 하나 이상의 분산제를 포함할 수 있다. 분산제는 예를 들어, 아크릴산, 말레산, 또는 설폰화된 모노머를 지니는 폴리말레산, 및 이들의 임의의 조합물을 포함하는 어떠한 폴리머, 코폴리머, 터폴리머 등일 수 있다. 그러한 분산제의 예는 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid: AMPS)의 코폴리머이다. 그러한 분산제의 또 다른 예는 말레산과 AMPS의 코폴리머이다. 그러한 분산제의 추가의 예는 아크릴산, 설폰화 아크릴아미드, 및 AMPS의 터폴리머이다. 따라서, 한 가지 양태에서, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 아크릴 산을 포함하고 인을 배제한 분산제를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머를 포함하지만 인을 배제한 분산제를 포함할 수 있다.
분산제는 약 2 ppm 내지 약 50 ppm 범위의 양으로 수 처리 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 약 3 ppm 내지 약 10 ppm, 또는 약 10 ppm 내지 약 20 ppm, 또는 약 20 ppm 내지 약 30 ppm의 범위, 또는 이들의 임의의 범위 또는 하위-범위의 양으로 존재할 수 있다. 따라서, 한 가지 양태에서, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 약 3 ppm으로 포함하는 분산제를 포함할 수 있다.
게다가, 특정 양태에서, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 또한 하나 이상의 전이 금속을 포함할 수 있다. 전이 금속은 당해 기술 분야에 흔하게 공지되어 있고, 원소들의 주기율표에서와 같이 표시된다. 전이 금속의 예에는 아연이 있다. 따라서, 본 발명의 한 가지 양태에서, 수 처리 조성물은 아연을 포함하고, 인을 배제한다.
하나 이상의 전이 금속은 약 1 ppm 내지 약 5 ppm 범위의 양으로 수 처리 조성물에 존재할 수 있다. 따라서, 특정 양태에서, 수 처리 조성물은 약 1 ppm 내지 약 3 ppm의 하나 이상의 전이 금속, 또는 약 2 ppm 내지 약 4 ppm의 하나 이상의 전이 금속, 또는 이들의 임의의 범위 또는 하위-범위의 하나 이상의 전이 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 가지 양태에서, 수 처리 조성물은 약 2 ppm의 아연을 포함하고, 인을 배제한다. 또 다른 양태에서, 수 처리 조성물은 약 4 ppm의 아연을 포함하고, 인을 배제한다.
특정 양태에서, 다른 성분은, 인을 배제하는, 하나 이상의 사차 암모늄 염 및 소듐 메타 실리케이트와 같이 수 처리 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수 처리 조성물의 특정 구체예는 인을 배제하면서 아연; 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물; 및 톨릴트리아졸을 포함한다. 한 가지 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 약 4 ppm의 아연, 약 4 ppm의 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 포함하는 분산제, 및 약 4 ppm의 톨릴트리아졸을 포함한다.
대안적인 구체예에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 아연, 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물, 및 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물을 포함한다. 한 가지 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 약 4 ppm의 아연, 약 4 ppm의 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 포함하는 분산제, 및 약 3 ppm의 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물을 포함한다.
특정 수 처리 조성물은 강(steel)과 같은 금속 표면의 부식을 저감시키기 위해 종래 기술에서 사용되지만, 본 발명자들은, 예기치 않게도, 본원에 개시된 수 처리 조성물이 구리 및 구리 합금 표면에 더하여 강, 아연도금 강 또는 탄소강 표면의 부식 및 파울링을 억제하거나 저감시키는데 효과적이라는 것을 발견하였다.
본 발명자들은 또한 아연과 특정 아졸 화합물, 및 아연과 아졸 화합물의 특정 조합물의 예기치 않은 상승효과를 발견하였다. 이러한 상승효과는 본 출원의 실시예에 나타나 있다.
본원에 개시된 수 처리 조성물은 표면의 부식을 억제하거나 저감시키는데 유용할 뿐 아니라, 또한 표면의 파울링을 저감시키거나 억제시키는데 효과적이다. 본원에 개시된 수 처리 조성물로 처리될 표면은 수성 매질과 접촉될 수 있는 어떠한 다른 표면에 더하여, 본 출원의 배경 섹션에 언급되는 어떠한 수성 또는 수계로 지칭되거나 이에 존재하는 어떠한 표면일 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 본 출원에서 실시예에 나타난 바와 같이, 오일 샌드(oil sand) 작업에 사용되는 연못수를 재순환시키는 어려운 환경에서 성공적으로 사용될 수 있다.
표면의 파울링을 억제하거나 저감시키는 방법에 더하여, 표면의 오염을 저감시키거나 억제하는 방법은 또한 본 발명에 포함된다. 모든 경우에, 수성 시스템이 제공되고, 수성 매질이 하우징 내에 수용되거나 이의 다양한 표면과 접촉된다. 하우징은 예를 들어, 요망되는 위치로 수성 매질을 운반하는 파이프 또는 도관일 수 있다. 하우징은 또한 예를 들어 오일 샌드 작업 또는 다른 공정에서 재순환 연못수를 저장하는 용기(container) 또는 열 교환기일 수 있다. 본 발명에 따르면, 처리될 표면은 파울링 또는 부식이 발생될 수 있는 수성 매질과 접촉되는 어떠한 표면일 수 있다.
한 가지 양태에서, 용기, 도관, 및 열 교환기 등일 수 있는 금속 하우징의 하나 이상의 표면의 부식을 저감시키는 방법이 개시된다. 이러한 방법은 하나 이상의 금속 표면을 지니는 하우징을 제공하는 단계, 하우징에 수성 매질을 도입하는 단계, 및 수성 매질에 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 금속 표면은 예를 들어, 구리 또는 구리 합금일 수 있다. 하나 이상의 금속 표면은 또한 강, 탄소 강, 아연도금 강 등일 수 있다. 본 방법은 또한 하우징에 수성 매질을 도입하는 단계 전에 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물로 하나 이상의 금속 표면을 전처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 전처리 단계는 예를 들어, 표면 상에 수 처리 조성물을 분무하거나, 수 처리 조성물을 포함하는 용액 중에 표면을 침지시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 단계가 방법에 포함되는 경우, 방법은 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물로 하나 이상의 금속 표면을 전처리하는 단계 후에 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물을 수성 매질에 주입하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 이러한 방법에 따라, 금속 하우징의 하나 이상의 표면의 부식이 저감될 것이다.
또 다른 양태에서, 용기, 도관, 및 열 교환기 등일 수 있는 금속 하우징의 하나 이상의 표면의 파울링을 저감시키는 방법이 개시된다. 이러한 방법은 하나 이상의 금속 표면을 지니는 하우징을 제공하는 단계, 하우징에 수성 매질을 도입하는 단계, 및 수성 매질에 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 금속 표면은 예를 들어, 구리 또는 구리 합금일 수 있다. 하나 이상의 금속 표면은 또한 강, 탄소 강, 아연도금 강 등일 수 있다. 방법은 또한 하우징에 수성 매질을 도입하는 단계 전에 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물로 하나 이상의 금속 표면을 전처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계가 방법에 포함되는 경우, 방법은 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물로 하나 이상의 금속 표면을 전처리하는 단계 후에 유효량의 하나 이상의 본원에 개시된 수 처리 조성물을 수성 매질에 주입하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 이러한 방법에 따라, 금속 하우징의 하나 이상의 표면의 부식이 저감될 것이다.
본원에 개시된 방법의 어떠한 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 아연, 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 포함하는 분산제, 및 톨릴트리아졸을 포함할 수 있다. 어떠한 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 약 4 ppm의 아연, 약 3 ppm의 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 포함하는 분산제, 및 약 4 ppm의 톨릴트리아졸을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 방법의 어떠한 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 아연, 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 포함하는 분산제, 및 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물을 포함할 수 있다. 어떠한 양태에서, 수 처리 조성물은 인을 배제하면서 약 2 ppm의 아연, 약 3 ppm의 폴리말레산 및 아크릴산과 AMPS의 코폴리머의 혼합물을 포함하는 분산제, 및 약 4 ppm의 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 어떠한 방법에 따르면, 수성 매질은 어떠한 유형의 물을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 수성 매질은 재순환 연못수를 포함한다.
본원에 개시된 수 처리 조성물은 당해 기술 분야에 공지된 어떠한 수단에 의해 수성 매질로 주입될 수 있다. 예를 들어, 조성물은 수성 매질로 화학물질 계량 펌프를 통해 주입될 수 있다. 시스템의 어떠한 위치가 예컨대, 연못수로부터의 입구 또는 시스템 전체에 걸쳐 물을 운반하는 도관이 첨가 위치으로서 사용될 수 있다. 이는 열 교환기의 입구에 또한 첨가될 수 있다. 다른 허용가능한 주입 방법은 수성 매질에 대한 노출, 연속 또는 간헐적 주입, 또는 회분식 처리 전에 금속 표면을 전처리함을 포함한다. 연속 주입은 적절한 화학물질 주입 장비가 화학물질 저장 탱크와 함께 현장에서 이용가능한 곳에서 수행될 수 있거나, 달리 조성물이 장시간의 간격으로, 일반적으로 1 내지 2주마다, 특정 경우에, 매달 대량 화학물질 주입을 적용하는 특수 처리 비히클을 사용하여 주입될 수 있다. 회분식 적용은 본원에 개시된 수 처리 조성물 (및 임의로 다른 화학물질)을 함유하는 저장 탱크 및 큰 물 탱크를 포함하는 처리 트럭의 사용을 통해 수행될 수 있다. 처리 트럭은 현장의 위치로 이동하고 개별적인 부위를 처리한다(예를 들어, U.S. 특허 제4,964,468호 참조).
더욱이, 본 발명의 어떠한 방법은 자동화 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 시스템은 다양한 물 특성을 측정하고/거나, 제어하고/거나, 최적화시키기 위한 온-라인 유닛을 포함할 수 있다. 최적화는 수성 시스템의 물과 관련된 하나 이상의 특성을 측정하여 하나 이상의 특성이 허용가능한 범위 내에 있음을 확인하고, 하나 이상의 특성이 측정되는 각각의 개별 특성에 대한 허용가능한 범위 내에 있지 않은 경우, 수성 시스템으로 하나 이상의 본원에 개시된 조성물을 증가시키거나 감소시키는 것과 같이 유동을 변화시킴을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 시스템은 제어기 장치 및 복수의 센서를 포함하는 모니터링 및 제어 유닛을 포함할 수 있다. 각각의 복수의 센서는 제어기와 소통될 수 있다. 예를 들어, 유닛이 5개의 센서를 포함하는 경우, 각각의 5개의 센서들은 제어기와 소통될 수 있다. 특정 양태에서, 제어기는 스키드(skid), 또는 다른 유형의 지지 부재에 결합될 수 있다. 추가로, 스키드는 트레일러(trailer)와 같은 이동식 하우징의 내부에 장착될 수 있다. 따라서, 모니터링 및 제어 유닛은 현장 간에 매우 용이하게 이곳저곳으로 이동되고 움직일 수 있다.
본원에 이용되는 용어 "제어기"는 프로세서, 메모리 장치, 디지털 저장 매체, 임의 갯수의 통신 프로토콜 및/또는 네트워크에 걸쳐 통신을 지원하도록 작동가능한 통신 회로를 포함한 통신 인터페이스, 사용자 인터페이스(예, 음극선관(cathode ray tube), 액정 디스플레이(liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이, 터치 스크린, 또는 다른 모니터)과 같은 부품, 및/또는 다른 부품을 지니는 전자 장치 또는 수동 오퍼레이터(operator)를 지칭한다. 제어기는 바람직하게는 하나 이상의 응용-주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit), 프로그램, 컴퓨터-실행가능한 명령어 또는 알고리즘, 하나 이상의 하드-유선 장치, 무선 장치, 및/또는 하나 이상의 기계식 장치와 통합되어 작동가능하다. 더욱이, 제어기는 본 발명의 피드백, 피드-포워드, 또는 예측 루프(들)를 통합하도록 작동가능하다. 제어 시스템의 기능들 중 일부 또는 이들 모두는 근거리 통신망, 원거리 통신망, 무선 통신망, 인터넷 연결, 마이크로파 링크, 적외선 링크, 및 유선 네트워크(예, 이더넷(Ethernet)) 등을 통한 통신을 위한 통신망 서버와 같은 중심부에 있을 수 있다. 또한, 다른 부품, 예컨대, 신호 조정기 또는 시스템 모니터가 신호 전송 및 신호-처리 알고리즘을 용이하게 하도록 포함될 수 있다.
특정 양태에서, 제어기는 시스템 파라미터와 관련된 어떠한 측정되거나 예측된 특성들의 우선순위를 매기는 계층 로직(hierarchy logic)을 포함한다. 예를 들어, 제어기는 ORP보다 시스템 pH를 우선시하도록 또는 그 반대도 그리하도록 프로그래밍될 수 있다. 그러한 계층 로직의 목적은 시스템 파라미터에 대하여 개선된 제어를 가능하게 하고, 순환 제어 루프를 방지하는 것임을 인지해야 한다.
한 가지 양태에서, 모니터링 시스템 및 이와 관련된 방법은 자동화 제어기를 포함한다. 또 다른 양태에서, 제어기는 수동 또는 반수동이다. 예를 들어, 시스템이 시스템에서 다양한 센서로부터 수신되는 하나 이상의 데이터세트를 포함하는 경우, 제어기는 추가 처리되는 데이터 포인트/데이터세트를 자동으로 결정할 수 있거나, 오퍼레이터가 부분적으로 또는 완전히 그러한 결정을 할 수 있다. 예를 들어, 생산수를 위한 데이터세트는 ORP, DO, pH, 형광, 탁도, 분산제, 아졸과 같은 특정 화학물질의 농도, 온도, 압력, 유량, 총용존 고형물 또는 총현탁 고형물 등과 같은 변수 또는 시스템 파라미터를 포함할 수 있다. 그러한 시스템 파라미터는 전형적으로 이러한 파라미터를 위해 특별하게 설계된 센서와 같은 어떠한 유형의 적합한 데이터 수집 장치, 예를 들어, pH 센서, 이온 분석기, 온도 센서, 열전대, 압력 센서, 부식 모니터, 및/또는 어떠한 다른 적합한 장치 또는 센서로 측정된다. 데이터 수집 장치는 제어기와 소통되고, 대안적인 구체예에 따라, 제어기에 의해 전해지는 고급 기능(본원에 기재된 제어 알고리즘의 임의 부분을 포함)을 지닐 수 있다.
수성 시스템에 사용될 물은 저장 장치에 저장될 수 있다. 본 발명에 따르면, 저장 장치는 예를 들어, 연못, 파이프라인, 또는 물을 저장하는데 사용될 수 있는 유사한 장치일 수 있다. 본 발명의 특정 양태에서, 수성 시스템으로부터의 물의 샘플은 예를 들어 측류를 통해 시스템으로부터 얻어지고, 물의 특성의 다양한 측정치를 얻기 위해 제어기를 통해 보내질 수 있다. 예를 들어, 연못으로부터의 물은 탄화수소 회수 공정에 사용하기 위한 열 교환기로 파이프라인을 통해 보내질 수 있다. 도관은 물이 열 교환기로 들어가기 전에 파이프라인과 유체 소통되는 제 1 단부, 및 제어기에 대한 입력 위치 및 모니터링 및 제어 유닛에 대한 입력 위치에서 제 2 단부를 지닐 수 있다. 물은 연못 또는 파이프라인으로부터 도관을 통해 그리고 제어기 장치 또는 모니터링 및 제어 유닛으로 펌핑될 수 있다.
모니터링 및 제어 유닛은 물 샘플을 분석하고 제어기로의 샘플에 대한 데이터를 전송할 수 있는 복수의 센서를 포함한다. 복수의 센서는 예를 들어, 전도도, 부식 모니터, 형광, pH, 산화/환원 전위(oxidation / reduction potential: ORP), 살생물제 농도, 탁도, 온도, 유량, 및 물 중 용존산소(dissolved oxygen: DO)를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 제어기는 이러한 센서, 이러한 센서 모두, 또는 이러한 센서들의 둘 이상의 조합 중 어떠한 센서를 포함할 수 있고, 본 발명의 모든 양태에서, 센서는 제어기와 소통될 수 있다. 본 발명에 의해 고려되는 다른 유형의 센서는 수중유 센서, 총용존 고형물 센서, 및 총현탁 고형물 센서를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
부식을 측정하는데 사용되는 센서(들)/모니터와 관련하여, 모니터링 및 제어 유닛의 제어기와 소통되는 제어기 모듈, 제어기 모듈과 작동가능하게 소통되는 센서 모듈, 및 제어기 모듈과 작동가능하게 소통되는 레지스터 모듈을 포함하는 부식 모니터가 사용될 수 있으며, 상기 레지스터 모듈에 의해 제어기 모듈에 대한 프로브 모듈이 확인될 수 있다. 부식 모니터는 제어기 모듈과 작동가능하게 소통되는 적어도 하나의 금속가공 센서 또는 프로브 전극을 지니는 프로브 또는 센서 모듈, 및 제어기 모듈과 작동가능하게 소통되는 저항값을 지니는 레지스터 모듈을 포함할 수 있고, 상기 저항 값에 의해 제어기 모듈에 대해 센서의 금속가공/프로브 전극이 확인된다. 추가로, 부식 모니터는 제어기 모듈, 제어기 모듈과 작동가능하게 소통되는 프로브 모듈, 및 제어기 모듈과 작동가능하게 소통되는 레지스터 모듈을 포함하는 부식 모니터링 장치를 제공하는 단계; 프로브 모듈을 시스템의 물과 접촉시키는 단계; 프로브 모듈 및 레지스터 모듈에 제어기 모듈을 통해 전류를 충전시키는 단계; 충전된 레지스터 모듈의 저항 값을 기초로 하여 제어기 모듈에 의해 프로브 모듈의 유형을 확인하는 단계; 및 프로브 모듈이 확인된 후에 제어기 모듈에 의해 부식률을 결정하는 단계; 및 이러한 정보를 모니터링 및 제어기 유닛의 제어기로 보내는 단계에 따라 부식률을 결정할 수 있다. 부식 모니터 및 부식을 모니터링하는 방법에 대한 추가 세부 사항은 본원에 참조로 분명히 포함되는 US 특허 제6,556,027호에서 찾아볼 수 있다.
물 샘플이 저장 장치로부터 펌핑되고 모니터링 및 제어 유닛을 거쳐 보내진 후, 물을 예를 들어 물이 유입된 곳으로부터의 특정 저장 장치, 상이한 저장 장치, 또는 폐기처리부(waste)로 다시 보내는 도관이 존재한다. 이와 관련하여, 저장 장치가 연못인 경우, 도관은 모니터링 및 제어 유닛으로부터 물을 연못으로 다시 운반할 것이다. 따라서, 특정 양태에서, 제어기 또는 모니터링 및 제어 유닛은 분석을 위해 물을 모니터링 및 제어 유닛으로 가져오기 위한 전달 도관을 지닐 수 있고, 또한 분석된 물을 저장 장치 또는 폐기처리부로 회송시키는 역할을 하는 회송 도관을 지닐 수 있다.
본원에 개시된 모니터링 및 제어 시스템은 또한, 특정 양태에서, 하나 이상의 화학물질 주입 펌프를 포함할 수 있다. 이러한 화학물질 주입 펌프는 저장 장치, 또는 하나 이상의 저장 장치가 존재하는 경우에 각각의 저장 장치와 유체 소통될 수 있다. 예를 들어, 저장 장치가 연못인 경우, 하나 이상의 화학물질 주입 펌프는 연못과 유체 소통될 수 있다. 한 가지 양태에서, 화학물질 주입 펌프로부터 연못으로 연결된 도관이 존재할 수 있다. 필요 시, 화학물질 주입 펌프는 이후 도관을 통해 그리고 시스템 물을 포함하는 저장 장치로 화학물질을 공급할 수 있다. 또한, 다중 화학물질 주입 펌프가 존재할 수 있고, 각각의 펌프는 이로부터 저장 장치, 또는, 생산수를 포함하는 하나 이상의 저장 장치가 존재하는 경우, 각각의 저장 장치로 연결된 도관을 지닐 수 있다. 각각의 상이한 화학물질 주입 펌프는, 물 샘플의 측정치를 기초로 하여, 하나 이상의 상이한 화학물질이 저장 장치에서 시스템 물에 첨가되어 이의 특성을 변형시킬 수 있도록 펌프 안에 수용되는 상이한 화학물질을 지닐 수 있다. 다른 양태에서, 화학물질 주입 펌프는 저장 장치로 화학물질을 보내기 위한 도관을 포함할 필요가 없지만, 대신에 이들이 싱크 위의 꼭지와 유사한 방식으로 화학물질을 저장 장치로 단순히 방출시킬 수 있도록 저장 장치에 충분히 가깝게 위치될 수 있다. 더욱이, 화학물질 주입 펌프는 수성 시스템에서 물을 운반하는 파이프라인으로 직접 이어진 도관을 포함할 수 있다. 모든 양태에서, 본원에 개시된 화학물질 주입 펌프는 이하에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 도관과 유체 소통될 수 있다.
상기 개시된 모니터링 및 제어 시스템은 시스템에서 물로부터 실시간, 온-라인, 신뢰가능한 데이터를 발생시키는 방법을 제공한다. 앞서 언급된 바와 같이, 물은 저장 장치, 예컨대, 연못에 저장될 수 있고, 물의 샘플은 저장 장치로부터 얻어지고, 제어기를 거쳐 보내지고, 제어기 또는 모니터링 및 제어 유닛으로 주입될 수 있고, 여기서 복수의 센서에 의해 분석된다. 복수의 센서로부터 제어기에 의해 수신된 데이터를 기초로 하여, 생산수에 대해 화학물질 조절이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 모니터링 및 제어 시스템이 하나 이상의 화학물질 주입 펌프를 포함하는 경우, 이러한 화학물질 주입 펌프는 예로서, 유선 연결, 무선 연결의 임의의 조합을 통해, 전자적으로, 셀룰러 방식으로, 적외선, 위성을 통해, 또는 어떠한 다른 유형의 통신망, 토폴로지, 프로토콜, 및 스탠다드 등에 따라 어느 방식으로 제어기와 소통될 수 있다. 이에 따라서, 제어기는 화학물질 공급률을 제어하기 위해서 펌프로 신호를 보낼 수 있다.
한 가지 양태에서, 모니터링 및 제어 시스템은 연속적 또는 간헐적 피드백, 피드-포워드, 또는 예측 정보를 제어기로 제공하는 복수의 센서를 지니는 것으로 구현되고, 상기 제어기는 이러한 정보를 중계 장치, 예컨대, Nalco Global Gateway로 중개할 수 있고, 상기 중계 장치는 셀룰러 통신을 통해 정보를 원격 장치, 예컨대, 휴대 전화, 컴퓨터, 또는 셀룰러 통신을 수신할 수 있는 어떠한 다른 장치로 전송할 수 있다. 이러한 원격 장치는 정보를 해석하고, 제어기에 의해 펌프의 출력에 특정 조절이 이루어지도록 신호(예, 전자식 명령어)를 중계 장치를 통해 제어기로 다시 자동으로 보낼 수 있다. 정보는 또한 제어기에 의해 내부적으로 처리될 수 있고, 제어기는 펌프로 신호를 자동으로 보내 화학물질 주입의 양을 조절할 수 있다. 복수의 센서 또는 원격 장치로부터 제어기에 의해 수신된 정보를 기초로 하여, 제어기는 다양한 펌프로 신호를 전송하여 펌프가 수성 시스템으로 주입하는 화학물질의 양을 자동으로 실시간 조절할 수 있다.
대안적으로, 제어기로부터 셀룰러 통신을 수신하는 원격 장치의 오퍼레이터는 원격 장치를 통해 펌프를 수동으로 조작할 수 있다. 오퍼레이터는 원격 장치를 통해, 셀룰러 방식으로, 또는 다른 방식으로 명령어를 제어기로 소통하고, 제어기는 화학물질 주입 펌프의 화학물질 첨가량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터는 제어기로부터 셀룰러 통신을 통해 원격 장치로부터 신호 또는 알람을 수신하고, 명령어 또는 신호를 원격 장치를 사용하여 제어기로 다시 보내서 화학물질 주입 펌프 중 하나 이상을 켜거나, 화학물질 주입 펌프 중 하나 이상을 끄거나, 주입 펌프 중 하나 이상에 의해 물에 첨가될 화학물질의 양을 증가시키거나 감소시키거나, 상기 기재된 것들 중 임의의 조합을 수행할 수 있다. 제어기 및/또는 원격 장치는 또한 오퍼레이터가 실제로 어떠한 명령어를 보내거나 입력하지 않으면서 어떠한 상기 조절 또는 변형을 자동으로 수행할 수 있다. 이는 미리설정된 파라미터 또는 프로그램이, 제어기 또는 원격 장치가 측정된 특성이 허용가능한 범위 외에 있는지를 결정하도록 제어기 또는 원격 장치로 입력될 수 있고, 복수의 센서에 의해 수신된 정보를 기초로 하여, 제어기 또는 원격 장치가 그와 같이 프로그래밍되므로 펌프를 적절하게 조절하고 적절한 경보를 보낼 수 있기 때문에 가능하다.
특정 양태에서, 원격 장치 또는 제어기는 복수의 센서로부터 데이터를 수신하기 위한 적절한 소프트웨어를 포함하고, 데이터가 물의 하나 이상의 측정된 특성이 허용가능한 범위 내에 또는 외에 있음을 나타내는지를 결정할 수 있다. 소프트웨어는 또한 제어기 또는 원격 장치가 허용가능한 범위 외에 있는 특성을 수정하도록 취해져야 하는 적절한 행동을 결정하게 할 수 있다. 예를 들어, 측정된 탁도가 허용가능한 범위를 초과한 경우, 소프트웨어는 제어기 또는 원격 장치가 이러한 결정을 수행하게 하고, 물에 대한 본원에 개시된 하나 이상의 분산제의 유동을 증가시키도록 펌프에 경보를 울리는 것과 같은 수정 행동을 취하게 한다.
본원에 개시된 모니터링 및 제어 시스템 및/또는 제어기는, 복수의 센서로부터 분석기 신호를 펌프 조절 로직으로 전환시키고, 특정 구체예에서, 복수의 화학물질 주입 펌프 중 하나 이상을 독특한 기준으로 제어하는 프로그래밍 로직을 도입할 수 있다. 조작될 수 있는 화학물질 주입 펌프의 유형에 대한 비-제한의 예시적인 예는 분산제, 아졸, 전이 금속, 소듐 메타 실리케이트, 형광 추적자(fluorescent tracer), 사차 암모늄 염, o-포스페이트, 포스핀 석시네이트 올리고머, 살생물제, 스케일 억제제, 마찰 저하제, 산, 염기, 설파이트, 산소 스캐빈저(oxygen scavenger), 및 유용한 것으로 입증될 수 있는 임의의 다른 유형의 화학물질을 주입하는 역할을 하는 화학물질 주입 펌프를 포함한다. 상기 화학물질의 특정 예는 본 발명에 전반적으로 제공되어 있고, 본원에서 특별히 언급되지 않은 다른 예는 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.
본원에 개시된 제어기는 살생물제 농도, 형광, 용존 산소(DO) 함량, 전도도, 총용존 고형물(TDS), pH, 산화/환원 전위(ORP), 탁도, 부식, 온도, 유량, 수중유, 및 총현탁 고형물과 같은 센서로부터의 물에 대한 판독값을 관리하고 해석할 수 있다. 이러한 특성들 모두를 위한 센서가 모니터링 및 제어 유닛으로 도입될 수 있거나, 이러한 특성들의 임의 조합을 위한 센서가 모니터링 및 제어 유닛으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 특정 양태에서, 모니터링 및 제어 유닛은 부식, 탁도, ORP, pH, 및 형광 센서를 포함할 수 있다.
이러한 센서들로부터의 판독은 화학물질 주입 펌프를 가능하게는 중단시키거나 이의 속도를 변형시키는 예를 들어, 프로그래밍 로직 제어기(Programming Logic Controller: PLC)일 수 있는 제어기로 보내지고 이를 통해 프로그래밍될 수 있다.
한 가지 양태에서, 본 발명은 수성 시스템에서 물의 하나 이상의 특성을 모니터링하고/거나, 제어하고/거나, 최적화시키기 위한 방법을 제공한다. 물 샘플의 ORP, pH, 탁도 등과 같은 특성은 측정되고/거나 예측되고, 이어서 센서로부터 제어기로 전송될 수 있는 입력 신호, 예컨대, 전기적 입력 신호로 전환된다. 이어서, 제어기는, 전송된 입력 신호를 수신하고, 수신된 신호를 입력 수치로 전환시키고, 입력 수치를 분석하고, 출력 수치를 발생시키고, 출력 수치를 출력 신호, 예컨대, 출력 전기 신호로 전환시키고, 출력 신호를 예를 들어, 원격 통신 장치 또는 화학물질 주입 펌프 중 하나 이상으로 전송하도록 작동된다.
예를 들어, 입력 수치에 대한 최적의 또는 허용가능한 ORP 범위, pH 범위, 탁도 범위 등이 결정되고/거나 미리선택될 수 있고, 특정 특성에 대한 측정된 입력 수치가 최적의 또는 허용가능한 범위 외에 있는 경우, 화학물질 주입 펌프로 전송된 출력 신호는 수성 시스템으로 화학물질의 유입을 변화시킬 수 있다. 화학물질은 최적의 또는 허용가능한 범위 내로 입력 수치를 들어가게 하는 방식으로 시스템 파라미터와 관련된 특성을 조절할 수 있다. 상기 공정은 초기에 저장 장치로부터 물의 샘플에 대하여 작동될 수 있고, 초기 입력 수치를 기초로 하여 물이 조절될 필요가 있는 경우, 다양한 펌프가 조절될 수 있고, 그 후에, 공정은 물의 특성이 최적의 또는 허용가능한 범위 내로 야기되었는지를 다시 결정하도록 실행될 수 있다.
방법은 임의로 복수의 상이한 시스템 파라미터에 대하여 반복되는데, 여기서 각각의 상이한 시스템 파라미터는 독특한 관련된 특성을 지니거나, 대안적으로, 모든 시스템 파라미터는 복수의 센서에 의해 동시에 분석될 수 있다.
특정 양태에서, 상기 언급된 바와 같이, 제어기 또는 원격 장치와 관련된 소프트웨어는 다양한 물 특성에 대한 허용가능한 파라미터를 포함할 수 있거나, 이러한 허용가능한 파라미터는, 제어기 또는 원격 장치가 특정의 측정된 특성이 허용가능한 범위 내에 또는 외에 있는 것을 알도록 제어기 또는 원격 장치로 프로그래밍될 수 있다. 본 발명의 다양한 파라미터에 대한 허용가능한 범위는 예를 들어, 약 4 내지 약 9의 pH, 약 50 내지 약 2000 PPM 범위의 전체 현탁된 고형물로서 측정된 탁도일 수 있고, ORP 범위는 약 600 mV 또는 그 미만일 수 있다. 이러한 파라미터는 부식 및 이의 억제에 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 미친다. 표적의 부식률을 달성하기 위해서, 부식 억제제의 투입이 센서 입력을 기초로 하여 제어기에 의해 조절된다. 투입은 PLC에 형성된 소정의 로직을 기초로 하여 결정된다.
어떠한 상황에서든, 제어기 및/또는 원격 장치는 어떠한 측정된 특성이 허용가능한 범위 외에 있는지를 결정할 수 있고, 제어기 또는 원격 장치는 물의 특성을 허용가능한 범위 내로 야기하도록 자동으로 수정 조절할 수 있다. 예를 들어, 측정된 탁도가 전체 현탁된 고형물로서 > 약 100 PPM인 경우, 제어기 또는 원격 장치는 신호를 화학물질 주입 펌프로 보내서 본원에 개시된 분산제들 중 하나 이상의 화학물질 공급 속도를 증가시킬 수 있다. 추가의 예시적인 예로서, 물의 측정된 ORP가 약 200 mV 초과인 경우, 제어기 또는 원격 장치는 신호를 화학물질 주입 펌프(또는 다중 화학물질 주입 펌프)로 보내서 본원에 개시된 아졸, 전이 금속, 또는 소듐 메타 실리케이트 중 하나 이상의 유량을 증가시켜 부식률을 요망되는 범위 내로 제어할 수 있다. 추가의 예시적인 예에서, 약 3 내지 약 5 MPY의 허용가능한 범위 초과의 부식 모니터의 신호는 제어기 또는 원격 장치가 신호를 화학물질 주입 펌프로 보내게 하여 본원에 개시된 부식 억제제, 예컨대, 하나 이상의 아졸, 임의로 하나 이상의 전이 금속, 및 임의로 소듐 메타 실리케이트 중 하나 이상의 화학물질 공급 속도를 증가시킬 것이다.
더욱이, 보다 높은 정확도로 생성물 공급을 제어하거나 PLC를 기초로 하여 설정된 성능으로 특정 생성물의 잔류물을 유지하도록 폴리머의 특정 잔류물을 유지하기 위해 이러한 시스템에 형광이 이용될 수 있다.
본원에 언급된 바와 같이, 모니터링 및 제어 유닛은 물과 관련된 특성 또는 시스템 파라미터를 감지하고/거나 예측하고, 특성을 제어기로 전송될 수 있는 입력 신호, 예를 들어, 전기 신호로 전환시키도록 작동되는 복수의 센서를 포함한다. 각각의 센서와 관련된 전송기는 입력 신호를 제어기에 전송한다. 제어기는, 전송된 입력 신호를 수신하고, 수신된 입력 신호를 입력 수치로 전환시키고, 입력 수치가 최적의 또는 허용가능한 범위 내에 있는지를 결정하기 위해 입력 신호를 분석하고, 출력 수치를 발생시키고, 출력 수치를 출력 신호로 전환시키고, 출력 신호를 수신기, 예컨대, 그러한 수신기의 기능을 도입하는 펌프 또는 수신기의 기능을 도입하는 원격 장치, 예컨대, 컴퓨터 또는 휴대 전화로 전송하도록 작동된다. 수신기는 출력 신호를 수신하고 펌프의 유량을 조절하도록 오퍼레이터에게 경보를 울리거나, 수신기는 출력 수치가 그러한 특성에 대한 허용가능한 범위 내에 있지 않는 경우 펌프의 유량을 자동으로 변화시키도록 작동될 수 있다.
생산수 제어 프로그램은 중화시키는 화학물질, 살생물제, 부식 억제제, 산, 염기, 스케일 억제제, 산소 스캐빈저, 마찰 저하제, 분산제, 아졸, 전이 금속 등과 같은 성분을 포함할 수 있다. 그러한 화학물질은 통상적으로 실험실에서 분석된 생산 수의 채취된 샘플로부터 얻어진 측정치를 기초로 하여 생산 수로 주입되었다. 그러나, 이러한 유형의 측정은 물에 대한 특정 화학물질의 과투입 또는 저투입을 초래할 수 있는데, 그 이유는 초기 샘플을 채취하고, 분석을 위해 샘플을 실험실로 가져오고, 물을 처리하기 위해 현장으로 되돌아가는 사이에 상당한 시간이 경과하기 때문이다. 이러한 기간 동안, 저장 장치에서 물의 화학은 의도적으로 또는 자연적으로 변화될 수 있고, 그에 따라서, 실험실에서 시험되는 물은 현장에서의 물을 나타내지 않을 것이다. 이러한 문제를 극복하기 위해서, 본 발명은 실험식에서 물의 품질을 측정하거나 채취되는 샘플링 기술을 포함하는 다른 시험 시설 없이 물을 모니터링하고 이의 특징을 화학물질 주입에 의해 제어하는 이동식의 온-라인 실시간 자동화 방법을 제공한다.
측정된 파라미터 또는 신호의 화학물질 펌프, 경보, 원격 모니터링 장치, 예컨대, 컴퓨터 또는 휴대 전화 또는 다른 시스템 부품으로의 데이터 전송은 어떠한 적합한 장치를 사용하여, 그리고 예를 들어, WiFi, WiMAX, 이더넷, 케이블, 디지털 가입자 회선(digital subscriber line), 블루투스, 셀룰러 기술(예, 2G, 3G, 범용 이동 통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications System: UMTS), GSM, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE) 등) 등을 포함한 임의의 유선 및/또는 무선 통신망을 통해 수행된다. Nalco Global Gateway는 적합한 장치의 예이다. 적합한 인터페이스 스탠다드(들), 예컨대, 이더넷 인터페이스, 무선 인터페이스(예, IEEE 802.11a/b/g/x, 802.16, 블루투스, 광학, 적외선, 무선주파수 등), 유에스비(universal serial bus), 전화 통신망 등, 및 상기 인터페이스/연결의 조합이 사용될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "통신망"은 이러한 데이터 전송 방법 모두를 포함한다. 어떠한 본원에 기재된 장치(예, 저장 시스템(archiving system), 데이터 분석 스테이션, 데이터 수집 장치, 프로세스 장치, 원격 모니터링 장치, 화학물질 주입 펌프 등)는 상기 기재되거나 다른 적합한 인터페이스 또는 연결을 사용하여 서로 연결될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 시스템 파라미터 정보는 시스템으로부터 수신되고 저장된다. 또 다른 구체예에서, 시스템 파라미터 정보는 시간표 또는 스케쥴에 따라 프로세싱된다. 추가의 구체예에서, 시스템 파라미터 정보는 실시간 또는 실질적으로 실시간으로 즉시 프로세싱된다. 그러한 실시간 수신은 예를 들어, 컴퓨터 통신망에 걸쳐서 "스트리밍 데이터(streaming data)"를 포함할 수 있다.
특정 구체예에서, 다중 물 또는 시스템 파라미터, 또는 물에 존재하는 다른 구성요소가 측정되고/거나 분석될 수 있다. 대표적인 측정된 파라미터 또는 구성요소는 클로라이드 이온, 강산 또는 약산, 예컨대, 황산, 아황산, 티오아황산, 이산화탄소, 하이드로젠 설파이드, 및 유기산, 암모니아, 다양한 아민, 및 액체 또는 고체 침착물을 포함한다. 그러한 파라미터를 측정하는 다양한 방법이 고려되고, 본 개시내용은 어떠한 특정 방법으로 제한되지 않는다. 대표적인 방법은 각각 전체 내용이 본원에 참조로 포함되는 "On-Line Acid Monitor and Neutralizer Feed Control of the Overhead Water in Oil Refineries"로 표제된 U.S. 특허 제5,326,482호; "On-Line Method for Monitoring Chloride Levels in a Fluid Stream"로 표제된 제5,324,665호; 및 "On-Line Acid Monitor and Neutralizer Feed Control of the Overhead Water in Oil Refineries"로 표제된 제5302,253호에 개시된 방법을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
시스템 및/또는 물에 첨가될 화학물질, 예컨대, 산, 염기, 살생물질, 스케일 억제제, 아졸, 전이 금속, 분산제 등은 어떠한 적합한 유형의 화학물질 주입 펌프를 사용하여 시스템 또는 물에 도입될 수 있다. 가장 흔하게는, 용적식 주입 펌프가 사용되고, 전기적으로 또는 공압식으로 작동된다. 특정 화학물질이 빠르게 이동하는 공정 스트림에 적절하고 정확하게 주입되는 것을 보장하기 위해 연속 흐름식 주입 펌프가 사용될 수 있다. 어떠한 적합한 펌프 또는 전달 시스템이 사용될 수 있지만, 예시적인 펌프 및 펌핑 방법은 각각 전체 내용이 본원에 참조로 포함되는 "Method for Injecting Treatment Chemicals Using a Constant Flow Positive Displacement Pumping Apparatus"로 표제된 U.S. 특허 제5,066,199호 및 "Improved Method for Injecting Treatment Chemicals Using a Constant Flow Positive Displacement Pumping Apparatus,"로 표제된 제5,195,879호에 개시된 것들을 포함한다.
물에 첨가될 화학물질은 수성 시스템 내의 어떠한 위치에서 물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 화학물질은 시스템을 통해 물 저장 장치에 또는 물을 운반하는 파이프라인에 첨가될 수 있다.
특정 파라미터 또는 특성에 대한 허용가능한 또는 최적의 범위는 각각의 개별 시스템에 대하여 결정될 수 있음이 인지되어야 한다. 하나의 시스템에 대한 최적의 범위는 또 다른 시스템의 것과 상당히 다를 수 있다. 이는 고려되는 시스템 파라미터 또는 특성에 대한 어떠한 가능한 허용가능한 또는 최적의 범위를 포함하는 본 개시내용의 개념 내에 있다.
일부 구체예에서, 화학물질 주입의 변화는 잦지 않게 제한된다. 일부 양태에서, 조절 제한치는 최대 15min 당 1회로 설정되고, 동일한 방향의 순차적인 조절은 예를 들어, 8회를 초과할 수 없다. 일부 구체예에서, 8회의 총 조절 또는 50% 또는 100%의 변화 후에, 펌프는 소정 시간 동안(예, 2 또는 4시간) 현탁될 수 있고, 알람이 작동될 수 있다. 그러한 상황에 직면하는 경우, 작업자에게 알리기 위해 알람을 작동하는 것이 유리하다. 다른 제한, 예컨대, 최대 펌프 출력이 또한 구현될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 제한 없이 어떠한 방향의 임의 횟수의 조절이 이루어지는 것는 것이 인지되어야 한다. 그러한 제한은 작업자에 의해 결정되거나 제어기 내에 미리설정되는 것으로 적용된다.
본 발명의 양태에 따르면, 물의 하나 이상의 특성을 모니터링하고 제어하는 온-라인 자동화 방법이 제공된다. 하나 이상의 특성은 방법이 물의 1개의 특성, 물의 2개의 특성, 생산 수의 3개, 4개, 5개, 6개의 특성 등을 제어하거나 모니터링할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 특성은 pH, ORP, 형광, 탁도 등일 수 있다.
방법은 (a) 물에 대한 저장 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 하나 이상의 저장 장치, 예컨대, 2개의 저장 장치 또는 3개의 저장 장치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 저장 장치는 연못 또는 파이프라인일 수 있다.
방법은 또한 (b) 저장 장치(또는 저장 장치들)로 물을 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 더욱이, 방법은 (c) 제어기 및 제어기와 소통되는 복수의 센서를 포함하는 모니터링 및 제어 유닛을 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 각각의 복수의 센서는 물의 특성을 측정하도록 작동된다. 예를 들어, 한 가지 양태에서, 유닛은 5개의 센서, 예를 들어, 부식 모니터/센서, 탁도 센서, ORP 센서, pH 센서, 및 형광 센서를 포함할 수 있다.
방법은 (d) 제어기와 유체 소통되는 하나 이상의 펌프를 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 하나 이상의 펌프는 하나 이상의 화학물질 주입 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 분산제를 물에 주입하도록 작동되는 화학물질 주입 펌프가 제공될 수 있고/거나, 하나 이상의 아졸을 물에 주입하도록 작동되는 화학물질 주입 펌프가 제공될 수 있고/거나, 하나 이상의 전이 금속을 물에 주입하도록 작동되는 화학물질 주입 펌프가 제공될 수 있고/거나, 형물 추적자를 물에 주입하도록 작동되는 화학물질 주입 펌프가 제공될 수 있고/거나 소듐 메타 실리케이트를 물에 주입하도록 작동되는 화학물질 주입 펌프가 제공될 수 있다. 더욱이, 화학물질 주입 펌프는 상기 화학물질의 임의의 조합물을 포함할 수 있다. 따라서, 한 가지 양태에서, 화학물질 주입 펌프는 하나 이상의 분산제, 하나 이상의 아졸, 및 하나 이상의 전이 금속, 예컨대, 아연의 혼합물을 포함할 수 있고, 그에 따라서, 이를 물에 주입할 수 있다.
방법은 또한 (e) 측정될 물의 각각의 하나 이상의 특성의 허용가능한 범위를 제어기에 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 또한 (f) 물 저장 장치와 유체 소통되는 제 1 단부(예컨대, 연못에 침수되거나 파이프라인의 벽에 연결됨) 및 모니터링 및 제어 유닛의 입구에 연결된 제 2 단부를 지니는 전달 도관을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 또한 (g) 저장 장치(들)로부터 모니터링 및 제어 유닛에 물의 샘플을 펌핑하는 단계 및 (h) 복수의 센서로 물의 샘플의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
추가로, 방법은 (i) 물의 샘플의 측정된 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 제어기에 입력된 허용가능한 범위 내에 있는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 결정하는 단계는 제어기에 의해 자동으로 수행될 수 있고, 이러한 단계에서 각각의 측정된 특성에 대한 측정된 값은 특정 특성에 대하여 입력된 허용가능한 범위와 비교된다.
방법은 또한 (j) 인을 실질적으로 함유하지 않는 조성물을 화학물질 주입 펌프에 의해 물에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 한 가지 양태에서, 인을 실질적으로 함유하지 않는 조성물은 하나 이상의 분산제를 포함한다. 또 다른 양태에서, 인을 실질적으로 함유하지 않는 조성물은 하나 이상의 아졸을 포함한다. 추가의 또 다른 양태에서, 인을 실질적으로 함유하지 않는 조성물은 하나 이상의 아졸 및 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 추가의 또 다른 양태에서, 인을 실질적으로 함유하지 않는 조성물은 하나 이상의 아졸, 하나 이상의 전이 금속, 및 하나 이상의 분산제를 포함한다. 어떠한 이러한 양태에서, 조성물은 인을 실질적으로 함유하지 않거나 인을 완전히 배제한다.
방법은 또한 (k) 측정된 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 입력된 특성과 관련된 허용가능한 범위 외에 있는 경우, 하나 이상의 화학물질 주입 펌프로부터 물에 화학물질의 유입을 변화시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 화학물질은 측정된 특성을 허용가능한 범위 내로 들어가게 하는 방식으로 생산수와 관련된 측정된 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, pH의 측정된 특성이 약 9 초과인 경우, 화학물질 주입 펌프는 신호를 받고 생산수에 산을 주입하여 pH를 약 6 내지 9의 허용가능한 범위 내로 야기할 수 있다. 추가의 예로서, 측정된 탁도의 특성이 허용가능한 범위의 상한치보다 높은 경우, 화학물질 주입 펌프는 신호를 받고 분산제를 물에 주입하여 탁도를 낮출 수 있다.
방법은 또한 (l) 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 입력된 허용가능한 범위 내로 야기되었는지를 결정하기 위해 단계 (a) 내지 (k)를 임의로 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 각각의 측정된 특성이 어떠한 단계 (i), (j), (k), 또는 (l) 후에 측정된 특성에 대한 허용가능한 범위 내로 야기된 경우, 물은 이의 의도된 용도에 적합하고, 예컨대, 이를 열 교환기로 주입함으로써 시스템에 사용될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 측정된 특성이 실질적으로 그러한 특성에 대하여 입력된 허용가능한 범위 외에 있고 하나 이상의 특성을 그러한 특성에 대한 허용가능한 범위 내로 야기하는데 많은 시간 또는 자원이 필요한 경우, 물줄기가 간단하게 폐기처리부로 우회될 수 있다.
본원에 개시되고 특허청구된 조성물, 시스템, 및 방법 모두는 본 발명을 고려하여 과도한 실험 없이 제조되고 수행될 수 있다. 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 이는 본원에서 본 발명의 특정 바람직한 구체예에 상세하게 기재된다. 본 개시내용은 본 발명의 원리를 예시하는 것이고, 예시된 특정 구체예로 본 발명을 제한하는 것으로 의도된 것이 아니다. 또한, 반대로 분명하게 명시되지 않는 한, 용어 단수의 사용은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하는 것으로 의미된다. 예를 들어, "하나의 장치"는 "적어도 하나의 장치" 또는 하나 이상의 장치"를 포함하는 것으로 의미된다.
절대적 용어 또는 근사적 용어로 주어진 어떠한 범위는 이 둘 모두를 포함하는 것으로 의도되며, 본원에 이용된 어떠한 정의는 명확하게 하기 위한 것이고 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 광범위한 범위를 기재하고 있는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정의 실시예에서 기재된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고되어 있다. 그러나, 어떠한 수치 값은 본질적으로 특정의 오차를 함유하고 있으며, 이러한 오차는 이들의 각각의 시험 측정치에서 발견되는 표준편차로부터 필연적으로 발생한다. 게다가, 본원에 기재된 모든 범위는 그 안에 포함된 어떠한 그리고 모든 하위범위(모든 부분 및 전체 값들을 포함함)를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명은 본원에 기재된 다양한 구체예의 일부 또는 모두의 어떠한 그리고 모든 가능한 조합을 포함한다. 또한, 본원에 기재된 본원의 바람직한 구체예에 대한 다양한 변화 및 변형이 당업자에게 명확할 것임이 이해되어야 한다. 그러한 변화 및 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 그리고 이의 의도된 이점을 감소시키지 않으면서 이루어질 수 있다. 따라서, 그러한 변형 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포함되는 것으로 의도된다.
본원에 기재된 시스템, 장치, 및 로직, 예컨대, 제어기는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어 둘 모두의 다수 상이한 조합의 다수 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 시스템 모두 또는 이의 일부는 제어기, 마이크로프로세서, 또는 응용 주문형 집적 회로(ASIC)에서의 회로를 포함할 수 있거나, 단일 집적 회로로 조합되거나 다중 집적 회로 사이에 분산된 개별적인 로직 또는 부품, 또는 다른 유형의 아날로그 또는 디지털 회로의 조합으로 구현될 수 있다. 상기 기재된 로직 모두 또는 이의 일부는 프로세서, 제어기, 또는 다른 프로세싱 장치에 의해 실행을 위한 명령어로 구현될 수 있고, 탠지블(tangible) 또는 비-일시적 기계-판독가능한 또는 컴퓨터-판독가능한 매체, 예컨대, 플래시 메모리, 임의 접근 메모리(random access memory: RAM) 또는 읽기 전용 메모리(read only memory: ROM), 지울 수 있는 프로그래밍가능한 읽기 전용 메모리(erasable programmable read only memory: EPROM) 또는 그 밖의 기계-판독가능한 매체, 예컨대, 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(compact disc read only memory: CDROM), 또는 자기 또는 광 디스크에 저장될 수 있다. 따라서, 컴퓨터 프로그램 제품과 같은 제품은 저장 매체 및 상기 매체에 저장된 컴퓨터 판독가능 명령어를 포함할 수 있고, 이는 종점, 컴퓨터 시스템, 또는 다른 장치에서 수행되는 경우, 장치가 상기 어떠한 설명에 따라 작업을 수행하게 한다.
제어기의 프로세싱 기능은 임의로, 다중 분산된 프로세싱 시스템을 포함하여 다중 시스템 부품들 중에, 예컨대, 다중 프로세서 및 메모리 중에 분산될 수 있다. 파라미터, 데이터베이스, 및 다른 데이터 구조는 개별적으로 저장되고 관리될 수 있고, 단일 메모리 또는 데이터베이스에 도입될 수 있고, 다수 상이한 방식으로 논리적으로 그리고 물리적으로 조직화될 수 있으며, 데이터 구조, 예컨대, 링크된 목록, 해시표, 또는 묵시적 저장 메카니즘을 포함하여 다수 방식으로 구현될 수 있다. 프로그램은 단일 프로그램, 개별 프로그램의 일부(예, 서브루틴(subroutine))이거나, 여러 메모리 및 프로세서에 걸쳐 분산되거나, 다수 상이한 방식으로, 예컨대, 라이브러리, 예컨대, 공유 라이브러리(예, 동적 링크 라이브러리(dynamic link library: DLL))에서 구현될 수 있다. 예를 들어, DLL은 상기 기재된 어떠한 시스템 프로세싱을 수행하는 코드를 저장할 수 있다.
실시예
부식률을 측정하는 일반적인 방법은 물질의 주의하여 칭량된 조각, 또는 시험 쿠폰을 부식 환경에 공지된 기간 동안 노출시키고, 환경으로부터 쿠폰을 꺼내고, 이를 세정하고, 이를 재칭량하는 것이다. 이에 따라서, 금속의 질량 손실이 측정될 수 있다.
본 실시예에서, 본 발명자는 10리터의 물을 수용하는 유리 용기를 포함한 시스템을 개발하였다. 이러한 용기를 자동온도조절로 가열되는 가열기 및 재순환 펌프에 장착하였다. 인공호로부터 9리터의 물을 유리 용기에 첨가하였다. 2개의 탄소 강의 미리칭량된 부식 쿠폰을 유리 용기에 현탁시키고, 물에 침지시켰다. 열전대를 약 25℃ 내지 약 80℃인 요망되는 온도로 설정하였다. 14일 동안 시험을 수행하였고, 이러한 시간 동안 특히 더 높은 온도에서 어떠한 증발에 대한 보상으로 증류수를 첨가함으로써 용기 중의 물의 부피를 유지하였다.
상기 기재된 절차에는 다중 유리 용기가 포함되었다. 용기 중 하나에는 부식 억제제가 함유되지 않지만, 다른 용기에는 상이한 투입량으로 본 발명에 기재된 상이한 억제제 또는 수 처리 조성물이 투입되었다.
각각의 용기에 포함된 수 처리 조성물뿐만 아니라 이의 양은 특히 표 1에 열거되어 있고, 표 1에서,
분산제 1 = 폴리말레산 분산제 18%와 아크릴산과 AMPS의 코폴리머 분산제 12%의 혼합물인 조성이고;
아졸 1 = 나트륨 염으로서 42.8%의 아졸을 지니는 톨릴트리아졸이고;
분산제 2 = 아크릴산과 하이드록시폴리에톡시 (10) 알릴 에테르의 코폴리머 분산제이고;
아졸 2 = 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물이다.
마지막 14일에, 시험 쿠폰을 꺼내고, 세척하고, 일정한 중량으로 건조시켰다. 쿠폰의 중량을 기록하여 부식률 및 부식 억제제/수 처리 조성물의 효과를 알아보았다. 이러한 실험으로부터의 데이터는 하기 표 1에 나타나 있다:
Figure pct00001
표 1에 기재된 각각의 셀 번호는 상이한 유리 용기를 나타낸다. 전부 16개의 유리 용기가 있었는데, 이들 각각은 그 안에 현탁된 시험 쿠폰을 지니고, 첨가된 처리 화학물질 또는 억제제를 지니지 않는 1번 셀을 제외하고, 각각 그 안에 상이한 조합의 처리 화학물질을 가졌다. 알 수 있는 바와 같이, 본원에 개시된 수 처리 조성물은 탁월한 부식 방지(corrosion protection)를 제공하였다.
6번 셀과 관련하여, 이 셀에는 수 처리 조성물로서 20 ppm의 아졸 1이 포함되었다. 이러한 수 처리 조성물에는 8.17 MPY의 부식률이 제공되고, 70%의 부식 방지가 제공되었다. 6번 셀의 결과를 10번 셀의 결과와 비교하였다. 10번 셀에는 4 ppm의 아연, 4 ppm의 분산제 1의 혼합물 및 4 ppm의 아졸 1을 포함하는 수 처리 조성물이 포함되었다. 이러한 수 처리 조성물에는 10.2 MPY의 부식률이 제공되고, 63%의 부식 방지가 제공되었다. 이러한 결과는 6번 셀에서 얻어진 결과보다 약간 약하지만, 상당히 더 적은 양의 아졸 1이 사용되었다(즉, 6번 셀에서 20 ppm 및 10번 셀에서 4 ppm). 남은 셀로부터 수집된 데이터 뿐만 아니라 이러한 데이터로부터, 예기치 않게도, 아졸과 아연 사이의 상승 효과가 있음이 발견되었다. 따라서, 아연 또는 어떠한 다른 전이 금속이 포함되는 경우, 다량(예, 20 ppm)의 아졸로 달성될 결과와 유사한 결과를 만들기 위해서 수 처리 조성물에는 훨씬 더 적은 아졸이 필요하다.
본원에 개시된 수 처리 조성물의 파울링 저감 효과를 시험하기 위해서, 하기 절차를 따랐다. 수정 진동자를 사용한 마이크로밸런스 기술을 이용하여 파울링 저감에 대한 수 처리 조성물의 효능을 알아보았다. 이러한 기술을 온라인 파울링을 측정하는 인라인과 회분식 공정 둘 모두에 이용하였다. 1리터의 인공호를 용기에 첨가하고, 이를 요망되는 온도로 자동온도조절로 제어되는 핫 플레이트에 의해 가열하였다. 물을 또한 자기 교반기를 사용하여 교반하였다. 하나의 실험에서, 3 ppm의 분산제 1를 물에 첨가하였다. 대조 실험에서, 분산제를 물에 첨가하지 않았다. 마이크로밸런스 프로브를 윗부분부터 물에 침지하였다. 마이크로밸런스로 진동 주파수를 기록하고, 이러한 주파수를 수정 진동자의 진동 주파수를 수정 진동자 상의 중량 증가로 전환시키도록 보정하였다. 중량 증가가 클수록 파울링이 커진다. 결과는 도 1에 나타나 있다.
알 수 있는 바와 같이, 약 2시간의 기간 후에, 3 ppm의 분산제 1로 수행된 시험의 경우 중량 증가는 거의 일정하게 유지되었고, 3 ppm의 분산제 1 없이 수행된 시험에서 시간에 따라 증가된 중량보다 유의하게 낮았다.
본원에 개시되고 특허청구된 조성물 및 방법 모두는 본 발명을 고려하여 과도한 실험 없이 제조되고 수행될 수 있다. 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 이는 본원에서 본 발명의 특정 바람직한 구체예에 상세하게 기재된다. 본 개시내용은 본 발명의 원리를 예시하는 것이고, 예시된 특정 구체예로 본 발명을 제한하는 것으로 의도된 것이 아니다. 또한, 반대로 분명하게 명시되지 않는 한, 용어 단수의 사용은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하는 것으로 의미된다. 예를 들어, "하나의 장치"는 "적어도 하나의 장치" 또는 하나 이상의 장치"를 포함하는 것으로 의미된다.
절대적 용어 또는 근사적 용어로 주어진 어떠한 범위는 이 둘 모두를 포함하는 것으로 의도되며, 본원에 이용된 어떠한 정의는 명확하게 하기 위한 것이고 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 광범위한 범위를 기재하고 있는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정의 실시예에서 기재된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고되어 있다. 그러나, 어떠한 수치 값은 본질적으로 특정의 오차를 함유하고 있으며, 이러한 오차는 이들의 각각의 시험 측정치에서 발견되는 표준편차로부터 필연적으로 발생한다. 게다가, 본원에 기재된 모든 범위는 그 안에 포함된 어떠한 그리고 모든 하위범위(모든 부분 및 전체 값들을 포함함)를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명은 본원에 기재된 다양한 구체예의 일부 또는 모두의 어떠한 그리고 모든 가능한 조합을 포함한다. 또한, 본원에 기재된 본원의 바람직한 구체예에 대한 다양한 변화 및 변형이 당업자에게 명확할 것임이 이해되어야 한다. 그러한 변화 및 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 그리고 이의 의도된 이점을 감소시키지 않으면서 이루어질 수 있다. 따라서, 그러한 변형 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 아졸 화합물, 하나 이상의 전이 금속, 및 하나 이상의 분산제를 포함하는 수 처리 조성물로서, 인을 포함하지 않는, 수 처리 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 약 2 ppm 내지 약 50 ppm 범위의 양으로 존재하고, 임의로 상기 하나 이상의 분산제가 약 3 ppm의 양으로 존재하는, 수 처리 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 아졸 화합물이 약 1 ppm 내지 약 50 ppm 범위의 양으로 존재하는, 수 처리 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 아졸 화합물이 약 3 ppm 내지 약 20 ppm 범위의 양으로 존재하는, 수 처리 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전이 금속이 약 2 ppm 내지 약 4 ppm 범위의 양으로 존재하는, 수 처리 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전이 금속이 아연을 포함하는, 수 처리 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 아졸 화합물이 톨릴트리아졸, 및 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 수 처리 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 폴리머, 코폴리머, 또는 터폴리머를 포함하고, 상기 폴리머, 코폴리머, 또는 터폴리머가 아크릴산, 말레산, 폴리말레산, 및 설폰화된 모노머로 이루어진 군으로부터 선택된 구성원을 포함하는, 수 처리 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 아크릴산을 포함하는 코폴리머, 및 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산을 포함하는 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는, 수 처리 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산을 포함하는 코폴리머를 약 3 ppm의 양으로 포함하고, 아연인 상기 하나 이상의 전이 금속을 약 약 2 ppm 내지 약 4 ppm 범위의 양으로 포함하고, 톨릴트리아졸인 상기 하나 이상의 아졸 화합물을 약 4 ppm의 양으로 포함하는, 수 처리 조성물.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 폴리말레산 및 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산을 포함하는 코폴리머의 혼합물을 약 3 ppm의 양으로 포함하고, 아연인 상기 하나 이상의 전이 금속을 약 4 ppm의 양으로 포함하고, 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물인 상기 하나 이상의 아졸 화합물을 약 3 ppm의 양으로 포함하는, 수 처리 조성물.
  12. 수성 시스템에서 표면의 부식 또는 파울링을 저감시키기 위한 방법으로서,
    상기 방법이
    (a) 하나 이상의 금속 표면을 지니는 하우징을 제공하는 단계;
    (b) 하우징에 수성 매질을 도입하는 단계; 및
    (c) 유효량의 하나 이상의 아졸 화합물, 유효량의 하나 이상의 전이 금속, 및 유효량의 하나 이상의 분산제를 포함하는 수 처리 조성물을 상기 수성 매질에 주입하는 단계를 포함하고,
    (d) 임의로, 방법이 모니터링 및 제어 유닛 및 하나 이상의 화학물질 주입 펌프를 포함하는 온-라인의 자동화 방법이고,
    상기 단계 (c)에서, 상기 수 처리 조성물이 인을 포함하지 않는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 방법이 단계 (b) 전에, 유효량의 하나 이상의 아졸 화합물, 유효량의 하나 이상의 전이 금속, 및 유효량의 하나 이상의 분산제를 포함하는 수 처리 조성물로 하나 이상의 금속 표면을 전처리 하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 수 처리 조성물이 인을 포함하지 않는 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 하나 이상의 금속 표면이 구리 또는 구리 합금을 포함하는 방법.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 유효량의 하나 이상의 아졸 화합물이 약 2 ppm 내지 약 20 ppm이고, 상기 유효량의 하나 이상의 전이 금속이 약 2 ppm 내지 약 4 ppm이고, 상기 유효량의 하나 이상의 분산제가 약 2 ppm 내지 약 20 ppm인 방법.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 아크릴산을 포함하는 코폴리머 및 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산을 포함하는 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 하나 이상의 전이 금속이 아연을 포함하고, 상기 하나 이상의 아졸 화합물이 톨릴트리아졸, 및 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 유효량의 하나 이상의 아졸 화합물이 약 2 ppm 내지 약 20 ppm이고, 상기 유효량의 하나 이상의 전이 금속이 약 2 ppm 내지 약 4 ppm이고, 상기 유효량의 하나 이상의 분산제가 약 2 ppm 내지 약 20 ppm인 방법.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 아크릴산을 포함하는 코폴리머 및 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산을 포함하는 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 하나 이상의 전이 금속이 아연을 포함하고, 상기 하나 이상의 아졸 화합물이 톨릴트리아졸, 및 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  19. 제 12항에 있어서, 상기 하나 이상의 분산제가 폴리말레산 및 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산을 포함하는 코폴리머의 혼합물을 약 3 ppm의 양으로 포함하고, 상기 하나 이상의 전이 금속이 아연을 약 4 ppm의 양으로 포함하고, 상기 하나 이상의 아졸 화합물이 부틸벤조트리아졸과 톨릴트리아졸의 혼합물을 약 3 ppm의 양으로 포함하는 방법.
  20. 물의 하나 이상의 특성을 모니터링하고 제어하는 방법으로서,
    (a) 저장 장치를 제공하는 단계;
    (b) 물을 저장 장치로 도입하는 단계;
    (c) 제어기 및 제어기와 소통되는 복수의 센서를 포함하는 모니터링 및 제어 유닛을 제공하는 단계;
    (d) 제어기와 유체 소통되는 하나 이상의 펌프를 제공하는 단계;
    (e) 측정될 물의 각각의 하나 이상의 특성들에 대한 허용가능한 범위를 제어기에 입력하는 단계;
    (f) 물과 소통되는 제 1 단부 및 모니터링 및 제어 유닛의 입구에 연결된 제 2 단부를 지니는 전달 도관을 제공하는 단계;
    (g) 저장 장치로부터 모니터링 및 제어 유닛에 물의 샘플을 펌핑하는 단계;
    (h) 복수의 센서로 물의 샘플의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계;
    (i) 화학물질 주입 펌프를 통해 물에 실질적으로 인을 함유하지 않은 수 처리 조성물을 첨가하는 단계;
    (j) 생산수의 샘플의 측정된 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 제어기에 입력된 허용가능한 범위 내에 있는지를 결정하는 단계; 여기서
    (k) 측정된 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 입력된 특성과 관련된 허용가능한 범위 외에 있는 경우, 하나 이상의 화학물질 주입 펌프로부터 물에 화학물질의 유입을 변화시키는 단계; 및
    (l) 임의로, 하나 이상의 특성이 단계 (e)에서 입력된 허용가능한 범위 내로 야기되었는지를 결정하기 위해 단계 (a) 내지 (j)를 반복하는 단계를 포함하고,
    단계 (c)에서, 상기 복수의 센서들 각각이 물의 특성을 측정하도록 작동되고,
    단계 (d)에서, 상기 하나 이상의 펌프가 하나 이상의 화학물질 주입 펌프를 포함할 수 있고,
    단계 (k)에서, 화학물질이 측정된 특성을 허용가능한 범위 내로 들어가게 하는 방식으로 물과 관련된 측정된 특징을 조절할 수 있는 방법.
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