KR20180070559A

KR20180070559A - 상자성 및 반자성 물질용 필터

Info

Publication number: KR20180070559A
Application number: KR1020187007649A
Authority: KR
Inventors: 마우-티엔 이; 푸-밍 이; 지-야오 센; 쇼우-밍 이; 레이-렁 린; 춘-렁 우; 웨이-치 헝
Original assignee: 올뉴 케미컬 테크놀로지 컴퍼니
Priority date: 2015-09-26
Filing date: 2016-09-11
Publication date: 2018-06-26
Also published as: US9352331B1; CN107921441A; TW201711753A; CN107921441B; JP6906499B2; EP3352904A1; TWI635908B; KR102137566B1; WO2017053103A1; JP2018534121A

Abstract

고용량 자기 필터는 반자성 물질 및/또는 상자성 물질을 유체 스트림으로부터 분리한다. 반자성 고체 물질은 반자성 고체 물질과 유도 상자성 물질(IPM)의 조화된 상호 작용을 통해 외부 자기장 하에서 자화된다. 자기 필터는 비-자성 슬리브 또는 파티션에 의해 IPM으로부터 차폐된 IPM 및 자석의 존재에 의해 생성된 분리 영역으로서 작용한다. 자석들 사이의 공극 부피 내의 IPM은 반자성 및 상자성 물질이 접촉하여 끌어당길 수 있는 큰 표면적을 제공한다. 반자성 및 IPM의 고체 혼합물에 대한 자기 소스, 예를 들어 자기 막대 또는 전자석의 상대적인 위치 및 거리는, 반자성 고체가 자기장에 의해 끌어당겨지는 원인이 되는 반자성 고체에서 충분히 강한 자기를 유도하도록 조정된다. 반자성 및 상자성 물질은 액체 또는 기체로부터 제거될 수 있다.

Description

상자성 및 반자성 물질용 필터

본 발명은 견고하고 고용량인 자기 필터에 관한 것으로, 기체 및 액체 스트림으로부터 상자성 및/또는 반자성 재료를 제거하기 위한 것이다.

상자성 물질은 외부 자기장 하에서 자화될 수 있다. 상자성 재료는 예를 들어, 망간, 크롬, 세륨, 철, 코발트, 칼륨, 바나듐 및 이들의 산화물 또는 황화물을 포함한다. 외부 자기장의 영향이 없으면, 상자성 분자의 자기 쌍극자는 무작위의 방향을 가리키므로, 자성이 없다. 적절한 외부 자기장이 가해질 때, 자기장 방향으로 평행하게 배열된 자기 쌍극자의 수가 자기장 방향과 반대로 배열된 자기 쌍극자의 수보다 많기 때문에 상자성 물질이 자화된다.

종래의 자기 필터는 영구 자기 또는 전자기 소스(source)에 의해 발생된 외부 자기장의 영향을 받아, 기체 또는 액체 유체로부터 상자성 물질 또는 입자를 제거한다. 예를 들어, Yen 등의 미국 특허 제8,506,820호, Lin 등의 제8,636,907호, 및 Yen 등의 제8,900,449호 및 제9,080,112호에서 개시된 자기 필터는 정유 및 화학 설비에서 액체 스트림으로부터 상자성 입자를 제거할 수 있다. FeS, FeO, Fe(OH)₂, Fe(CN)₆ 등을 포함하는 상자성 입자는 공장 건설에서 일반적인 재료인 탄소 강이 공정 흐름에서 산성 오염물질의 존재 하에 부식될 때 황, 산소 및 물과 반응하는 철 이온을 생산한다. 이러한 상자성 오염물질은 자석에 부착하는 경향이 있다.

반자성 물질은 자성을 내부에서 상쇄시키는 경향이 있는 자기 쌍극자 쌍을 포함한다. 반자성 재료는 탄소(다이아몬드), 탄소(흑연), 실리카, 알루미나, 비스무스, 인, 수은, 아연, 납, 주석, 구리, 은, 금, 물, 에틸 알코올 등을 포함한다. 외부 자기장이 존재할 때, 반자성 물질의 자기 쌍극자는 자기장과 평행하게 배열되고 역방향으로 배열되므로, 자성을 나타내지 않는다. 종래 기술의 자기 필터는 반자성 물질을 제거할 수 없다.

메쉬 스크린 등으로 여과하는 것은 기체 또는 액체 유체로부터 반자성 입자를 분리하는 데 사용되는 표준이지만, 이러한 기술은 작은 입자에 대해서는 효율적이지 못하다. 예를 들어, 발전소, 제철소 및 자동차 및 오토바이를 포함한 이동 자원에서 배출되는 입자상 물질 PM 2.5와 같은 나노 카본 입자는 효과적으로 감소될 수 없다. 마찬가지로, 정제소 및 화학 공장에서 발견되는 촉매 미분, 철의 녹, 탄소 잔류물 또는 중합 슬러리 형태의 나노 입자는 효과적으로 여과될 수 없다. 다양한 크기의 FeS, FeO, 모래, 탄소 잔류물 등을 포함하는 고체 입자 또한 천연 가스 공정에 존재한다. 상자성 및 반자성 재료는 자연 및 산업 오염원 및 오염물질 모두의 주요 구성요소이다.

기체 및 액체 유체로부터 모든 크기의 상자성 및 반자성 입자 또는 적어도 반자성 입자를 제거하기 위한 시스템을 개발하는 것이 매우 바람직하다.

본 발명은 일반적인 반자성 고체 물질이 반자성 고체 물질과 유도성 또는 유도 상자성 재료(IPM, inducement paramagnetic material)의 조화된 상호 작용을 통해 외부 자기장 하에서 자화될 수 있다는 증명에 부분적으로 기초한다. 고체인 IPM은 외부 자기장을 생성하는 자석과 직접 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 반자성 고체 물질은 IPM과 직접 접촉하거나 또는 IPM과 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다. 반자성 및 IPM의 고체 혼합물에 대한 자기 막대(bar) 및 전자석과 같은 자기 소스(source)의 위치 및 거리는, 반자성 고체가 자기장에 의해 끌어당겨지는 원인이 되는 반자성 고체에서 충분히 강한 자기를 유도하도록 조정되고 유지된다. 이러한 방식으로, 반자성 물질 및 상자성 물질은 고체 혼합물이 비말동반되거나 유동화되는 액체 또는 기체 스트림으로부터 제거될 수 있다. 본 발명의 자기 필터에서 모든 상자성 물질이 외부 자기장 존재 하에 반자성 고체 물질에서 자성을 유도할 수 있는 것은 아니다. 따라서, “유도 상자성 재료(inducement paramagnetic material)” 또는 “IPM”은 반자성 고체 재료가 자기장에 의해 끌어당겨지고 본 발명의 자기 필터로 제거되거나 포획될 수 있는 충분한 자성을 나타낼 수 있는 고체 상자성 재료를 지칭한다.

따라서, 일 양태에서, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 캐리어 스트림(carrier stream)으로부터 반자성 재료를 제거하는 방법에 관한 것으로서:

캐리어 유체(carrier fluid) 및 반자성 물질을 포함하는 캐리어 스트림을 영역 내에서 유도 상자성 재료에 접촉시키는 단계; 및

상기 반자성 재료가 충분히 자성을 띠어 자석에 의해 당겨짐으로써 상기 반자성 재료의 레벨이 감소된 세정된 캐리어 유체를 얻을 수 있도록 상기 영역 내에 자기장을 설정하는 단계.

또 다른 양태에서, 본 발명은 다음을 포함하는 반자성 오염물질을 캐리어 스트림으로부터 분리하기 위한 자기 필터에 관한 것으로서:

(i) 스트림 입구, (ii) 스트림 출구 및 (iii) 입구와 출구 사이의 내부 영역을 갖는 하우징(housing);

상기 내부 영역에 배치된 유도 상자성 재료(IPM), 여기서 상기 IPM은 반자성 오염물질과 물리적으로 접촉하도록 구성됨; 및

상기 내부 영역에 배치된 자석, 여기서 상기 자석은 IPM 자성을 만들기에 충분한 자기장을 생성함.

자기 필터는 비-자성 파티션에 의해 IPM으로부터 차폐된 IPM 및 자석의 존재에 의해 생성되는 견고한 분리 영역으로서 작용한다. 바람직하게는, 세장형 자석 조립체(elongated magnet assemblies)는 분리 영역에서 균일한 자기장을 발생시키기 위해 사용된다. 세장형 자석 조립체는 필터 내의 유체 흐름과 평행하게 또는 횡단하도록 배열될 수 있다. 자석 사이의 공극 부피 또는 공간 내의 IPM은 유체 증기 내의 반자성 및 상자성 재료가 접촉하여 끌어당길 수 있는 큰 표면적을 제공한다. 본 발명은 자기장을 형성하기 위해 영구 자석을 사용하여 설명될 것이지만, 전자석이 사용될 수 있다고 알려져 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 유도 상자성 재료 패킹, 및 제거가능하고 수직으로 배향된 영구 자기 막대 조립체를 갖는 자기 필터의 일 실시예에 따른 정단면도 및 상면도이며, 도 1b는 커버 플레이트가 오프(off)인 자기 필터를 나타내고 제한된 수의 슬리브 홀더 및 패킹 재료를 도시한다.
도 1c는 영구 자기 막대 조립체의 단면도이다.
도 1d는 대안적인 영구 자기 막대 조립체의 단면도이다.
도 1e는 영구 자기 막대 조립체의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 유도 상자성 재료 패킹, 및 제거가능하고 수평으로 배향된 영구 자기 막대 조립체를 갖는 자기 필터의 일 실시예에 따른 정면도 및 측단면도이며, 도 2b는 제한된 수의 슬리브 홀더 및 패킹 재료를 도시한다.
도 2c는 영구 자기 막대 조립체의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 영구 자기 막대 조립체 내의 자석 극 위치의 사진 이미지이다.
도 4a 및 도 4b는 영구 자기 막대 조립체 관련 슬리브의 외부 표면에 끌어 당겨진 상자성 분말의 사진 이미지이다.

도 1a는 제어 밸브(8)를 통해 오염된 공정 스트림에 결합될 수 있는 유입 파이프(6), 처리된 공정 스트림이 제어 밸브(12)를 통해 배출되는 유출 파이프(10)를 갖는 하우징(4)을 포함하는 수직 필터(2)의 개략적인 구성을 나타낸다. 하우징(4)은 내부 영역(14)을 정의한다. 하우징(4)의 바닥에 용접된 드레인(drain) 파이프(49)를 통한 유동은, 여과 작동 중에 정상적으로 폐쇄되지만 하우징(4)으로부터 플러시 유체를 배출하기 위해 정화 작업 중에 개방되는 제어 밸브(48)로 조절된다. 드레인 파이프(49) 내 개구의 크기는 여과 공정에서 축적되는 큰 입자를 수용하기에 충분하다.

커버 플레이트(20)는 볼트(22)에 의해 하우징(4)의 상부 개구를 따라 외부 둘레에 용접되는 환형 플랜지(flange)(24)에 고정된다. 중합체 개스킷(gasket) 또는 다른 적절한 밀봉 수단이 덮개 플레이트(20)과 플랜지(24) 사이에 삽입되어 작동 사이클 동안 단단히 밀봉되도록 할 수 있다. 볼트(30)에 의해 둘레의 와이어 케이지(28)의 상부 림(rim)에 고정되는 상부 지지 플레이트(26)는, 정화 사이클 동안 필터 하우징(4)으로부터 전체 코어 조립체의 제거를 용이하게 한다. 상부 지지 플레이트(26) 및 와이어 케이지(28)의 상부 림은 필터 하우징(4)에 영구적으로 연결된 지지 링(42) 상에 배치된다. 코어 조립체의 중량은 상부 지지 플레이트(26)와 와이어 케이지(28)의 상부 림을 지지 링(42)에 단단히 눌러 여과 과정 동안 각 홀더 슬리브(32)의 개방 단부(end) 및 그에 따른 자기 막대 조립체(34)가 처리 유체와 접촉하지 않도록 한다.

코어 조립체는 공정 스트림에서 고체 반자성 물질을 위한 자기 유도 매체로서, 다수의 수직으로 배향된 제거가능한 영구 자기 막대 조립체(34)를 포함하며, 각 세장형 반자성 슬리브 홀더(32), 상기 슬리브 홀더(32) 사이의 공간을 채우는 IPM 패킹 요소 또는 물질(36)에 끼워넣어진다. IPM 패킹(36)의 홀더로서 와이어 케이지(28)는 바람직하게는 IPM 패킹 물질(36)의 크기보다 약간 작은 메쉬 크기를 갖는 반자성 물질의 굵은 와이어(예: 스테인레스 강)로 제조되어 공정 흐름으로의 손실을 방지한다.

IPM 패킹 요소(36)는 가장 큰 것은 상단에, 가장 작은 것은 하단에 층으로 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구배의 패킹 매트릭스 구성은 자기 필터가 현저한 압력 강하 및 처리량 감소 없이 다양한 크기의 반자성 및 상자성 물질을 포획할 수 있도록 한다.

IPM은 높은 양수의 질량 자화율을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 적합한 IPM은 예를 들어, Ce, CeO₂, CsO₂, Co, CoO, Ni, CuO, NiO, NiS, Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, Mn, Ni/γAl₂O₃, Cr₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃, Ti, V, V₂O₃, Pd, Pt, Rh, Rh₂O₃, KO₂, 및 이들과 Co, CoO, Ni, Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, Ni/γAl₂O₃, Cr₂O₃, Dy₂O₃, 및 Gd₂O₃의 혼합물이 특히 바람직하다. IPM 패킹 요소의 바람직한 구성은 링, 새들(saddle), 칩 및 와이어와 같은 종래의 랜덤 패킹, 구조 패킹 및 고정층 반응기에서 사용되는 보호층 재료와 같은 매크로 공극(macro-pore) 촉매 지지체를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.

인접한 수직 배양된 자기 막대 조립체(34) 사이의 거리를 충분히 가깝게 유지하여, 필터에 충진된 IPM 물질이 공정 스트림으로부터 반자성 물질을 끌어당기기에 충분한 자기를 유도할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 인접한 슬리브 홀더(32)의 외부 표면으로부터 측정된 거리는 0.4 내지 5cm, 바람직하게는 0.1 내지 2cm 이어야 한다. 자기 필터(2)의 내부 영역(14) 내의 자속 강도는 2,000 내지 20,000GS, 바람직하게는 2,000 내지 10,000GS, 가장 바람직하게는 6,000 내지 10,000GS 이어야 한다.

자기장에 고도로 침투성인 각 슬리브 홀더(32)는, 밀폐된 바닥과 개방된 상단부를 가지며, 바람직하게는 그 둘레에서 상부 지지 플레이트(26)의 끼워진 구멍에 용접된다. 이는 각 홀더 슬리브(32) 및 관련된 자기 막대 조립체의 개방 단부가 여과 중에 공정 유체와 직접적으로 접촉하는 것을 방지한다. 상부 지지 플레이트(26)는 복수의 영구 자기 막대 조립체(34)의 무게를 그와 인접한 홀더 슬리브(32), IPM 패킹 물질(36) 및 와이어 케이지(28)로 지지한다.

도 1b는 슬리브 홀더(32)에 맞는 구멍이 있는 상부 지지 플레이트(26), 및 상기 슬리브 홀더(32) 사이의 공간을 채우는 IPM 패킹 물질(36)을 나타내는 상면도를 도시한다. 슬리브 홀더(32) 중 하나는 자석 블록(40)을 둘러싸는 케이싱(38)이 내부에 삽입된 영구 자석 막대 조립체를 갖는다. 케이싱(38)은 자기장을 투과할 수 있다.

도 1c는 바람직하게는 스테인레스 강과 같은 반자성 금속으로 만들어지고 하나 이상의 매립형 자석 블록(40)을 수용하는 챔버를 정의하는 세장형 케이싱(38)을 포함하는 영구 자기 막대 조립체(34)의 수직 단면도를 도시한다. 각각의 자기 막대 조립체(34)는 슬리브 홀더(32)로부터 자기 막대 조립체를 인출하기 위한 당김 링(44)을 구비한다. 복수의 짧은 자석 블록 또는 실린더(40)는 서로 겹쳐서 적층되고, 하나의 자석 블록의 2개의 극(pole) 각각이 하나의 인접한 자석 블록의 반대 극에 나란히 배치되도록 배열된다. 이러한 교차적 배열에서, 각각의 세장형 자석 블록(40)의 축은 조립체(34)의 길이를 따라 중심 축에 수직이다.

도 1d는 동일한 제1 방향을 지칭하는 동일한 극을 갖는 두 개의 인접한 쌍의 블록(102, 104)이, 제1 방향의 반대인 제2 방향을 지칭하는 동일한 극을 갖는 블록(106, 108)으로 구성된 또 다른 자석 블록 유닛 위에 적층되는 자석 블록 유닛 또는 어레이를 형성하는 영구 자기 막대 조립체(110)를 도시한다. 상기 조립체(110)는 반대 극 구성을 갖는 이러한 블록 유닛의 연속이다. 명백한 것처럼, 각 자석 블록 유닛 또는 어레이는 2개 이상의 자석 블록 또는 실린더를 포함할 수 있다.

사용 시, 각각의 영구 자기 막대 조립체(34 또는 110)는 슬리브 홀더(32) 내에서 지지된다. Tesla meter로 측정한 이러한 매립형 영구 자석의 자속 밀도는 304SSL 슬리브의 유무와 본질적으로 동일한 것으로 관찰되었다. 즉, 반자성 장벽(슬리브 홀더)의 존재는 자속 밀도의 현저한 감소를 초래하지 않았다. 대조적으로, 도 1e에 도시된 바와 같이 직렬로 배열된 복수의 자석 블록으로 구성된 영구 자기 막대 조립체는 304SSL 슬리브가 사용될 때 자속 밀도의 현저한 감소를 나타냈다.

또한, 반자성 및 상자성 입자는 도 1e에 도시된 바와 같이 자기 막대 조립체의 전체 표면에 끌리지 않고, 오히려 이러한 입자는 외부 표면 주위에 밴드를 형성한다는 것이 관찰되었다. 자기 막대 조립체 내의 자석 블록들의 배치를 나타내기 위해, Magnetic Viewer Cards는 도 1c 및 도 1e에 도시된 자기 막대 조립체들 모두의 앞에 배치되었다. 상기 Magnetic Viewer Card는 액체 자기력을 포함하는 유연한 필름이다. 도 3a 및 3b는 자석의 자기장에 의한 극 유도를 통해 생성된 이미지를 도시한다. 상기 카드를 통해 각 조립체의 자극의 이미지를 볼 수 있다. 여기서 밝은 영역은 N 및 S극이 만나는 지점을 나타내고, 위치는 정량적으로 측정된다.

도 1c의 바람직한 자기 막대 조립체의 성능을 도 1e의 자기 막대 조립체의 성능과 비교하기 위해, 동일한 질량의 Fe₂O₃ 분말을 별도의 종이 조각 (5.5 cm ⅹ 10 cm) 상에 배치하였다. 본질적으로 모든 분말이 흡인(attraction)에 의해 들어올려질 때까지 연결 슬리브를 갖는 각 조립체를 0.5 내지 10 cm의 거리에서 분말 위에 비접촉 방식으로 천천히 회전시켰다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 바람직한 자기 막대 조립체 (도 1c 및 3a)의 거의 전체 슬리브 표면은 산화철 분말로 덮여있다. 대조적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 도 1e 및 도 3b의 자기 막대 조립체는 극과 같은 슬리브 표면의 제한된 표면 영역 상에 철 분말을 끌어당길 수 있었다. 명백한 것처럼, 흡인의 효과적인 영역은 바람직한 자기 막대 조립체에서 더 크고, 여기서 각 자기 막대의 세로 축은 자기 막대 조립체의 중심 축 또는 길이에 수직이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 라인(6)을 통해 하우징(4)으로 들어가는 공정 스트림은 초기에는 와이어 케이지(28)를 통해 이동하고, 영구 자기 막대 조립체(34)에 의해 생성된 적절한 자기장의 영향을 받는 동안 IPM 패킹 물질과 접촉한다. 공정 스트림(6) 내의 고체 상자성 입자는 슬리브 홀더(32) 및 IPM 패킹 물질(36)에 끌어당겨질 것이다. IPM 패킹 물질(36)에 의해 유도된 자성을 갖는 공정 스트림(6)에서 반자성 고체는 또한 슬리브 홀더(32) 및 IPM 패킹 물질(36)에 끌어당겨진다. 처리된 공정 스트림은 와이어 케이지(28)를 통과하여, 제어 밸브(12) 및 라인(10)을 통해 하우징(4)을 빠져나간다.

정화 사이클에서, 제어 밸브(8 및 12)는 순차적으로 폐쇄된다. 커버 플레이트(20)가 개방되고, 영구 자석 막대 조립체(34), 슬리브 홀더(32)에 따른 상부 지지 플레이트(26), IPM 패킹 물질(36)을 함유하는 와이어 케이지(28)를 포함하는 전체 코어 조립체가 필터 하우징(4)으로부터 인출된다. 그 후, 내부(14)로부터 자기장을 제거함으로써 슬리브 홀더(32)의 외부 표면 및 IPM 패킹 표면으로부터 상자성 및 반자성 물질의 흡착된 고체를 방출시키는 영구 자석 막대 조립체(34)가 슬리브 홀더(32)로부터 인출된다. 자기 막대 조립체(34)가 슬리브 홀더(32)에 재삽입 되기 전에 코어 조립체는 물 또는 다른 적절한 유체로 세척된다. 세정된 코어 조립체는 그 후 필터 하우징(4) 내로 재위치되고, 상부 개구는 커버 플레이트(2-) 및 장착된 개스킷으로 폐쇄 및 밀봉된다. 작동 사이클을 시작하기 전에, 제어 밸브(46 및 48)가 개방되어 라인(47)으로부터 물, 공정 스트림 또는 공기와 같은 고압 유체를 간단히 도입하고, 따라서 필터 하우징(4) 내의 잔류 고형물을 플러싱하고, 플러시 된 고체를 제어 밸브(48) 및 드레인 라인(49)을 통해 제거한다. 최종적으로, 제어 밸브(46 및 48)는 폐쇄되고 제어 밸브(8 및 12)는 개방되어 작동 사이클을 다시 시작한다.

도 2a는 제어 밸브(56)를 통해 오염된 공정 스트림에 결합될 수 있는 유입 파이프(54), 제어 밸브(60)를 통해 처리된 공정 스트림이 배출되는 유출 파이프(58)를 갖는 하우징(52)을 포함하는 수평 필터(50)를 도시한다. 하우징(52)은 내부 영역(62)을 정의한다. 하우징(52)의 바닥에 용접된 드레인 파이프(64)를 통한 유동은 여과 작동 중에 정상적으로 폐쇄되고, 하우징(52)으로부터 플러스 유체를 배출하기 위해 정화 작업 중에 개방되는 제어 밸브(66)로 조정된다.

좌측 커버 플레이트(68)는 볼트(70)에 의해 하우징(52)의 좌측 개구를 따라 외부 둘레에 용접되는 환형 플랜지(78)에 고정되고, 반면 우측 커버 플레이트(74)는 볼트(76)에 의해 하우징(52)의 우측 개구를 따라 외부 둘레에 용접되는 환형 플랜지(78)에 고정된다. 고분자 개스킷이 커버 플레이트와 플랜지 사이에 삽입될 수 있다.

필터 조립체는 필터 하우징(52)으로부터 제거 가능한 수평의 다수의 영구 자기 막대 조립체(80)를 포함한다. 각각의 막대 조립체(80)는 스테인리스 강 304SSL과 같은 반자성 금속으로 제조된 세장형 반자성 슬리브 홀더(82)에 끼워진다. 각각의 슬리브 홀더(82)는 일 단부가 밀봉되고, 개방 단부는 커버 플레이트(68)의 장착 구멍에 용접되어 일체형 유닛을 형성하는 것이 바람직하다. 슬리브 홀더(82) 및 자기 막대 조립체(80)의 위치를 화보하고 무게를 지지하기 위해, 각각의 슬리브 홀더는 하우징(52)에 용접된 파티션 플레이트(88)의 구멍에 장착되어 2개의 동일한 챔버로 필터 내부를 분할한다. 공정 스트림에서 고체 반자성 물질에 자성을 유도하기 위해, 와이어 케이지(90)가 필터 개구의 양측으로부터 슬리브 홀더(82) 사이의 공간으로 삽입되는 IPM 패킹 물질(92)로 채워진다. IPM 패킹 물질(92)의 홀더로서 와이어 케이지(90)는, IPM 패킹 물질(92)의 크기 보다 약간 작은 메쉬 크기를 갖는 반자성 물질의 굵은 와이어로 제조되어 공정 흐름으로의 손실을 방지하는 것이 바람직하다.

바람직한 IPM 패킹 물질 및 구성은 도 1a에 도시된 수직 배향된 자기 필터(2)에 사용된 것들과 동일하다. 수평으로 배향된 자기 막대 조립체(80)를 유지하는 인접한 슬리브(82)의 외부 표면 사이의 거리는 0.1 내지 5cm, 바람직하게는 0.1 내지 2cm 이어야 한다. 필터 내의 자속 강도는 2,000 내지 20,000GS, 바람직하게는 2,000 내지 10,000GS, 보다 바람직하게는 6,000 내지 10,000GS 이어야 한다.

도 2b 및 도 2c에 도시 된 바와 같이, 각각의 영구 자기 막대 조립체(80)의 케이싱(100)은 스테인레스 강 304SSL과 같은 반자성 금속이고, 영구 자기 막대 조립체(80)를 형성하기 위해 하나 이상의 자석 블록을 수용하는 챔버를 정의한다. 각각의 영구 자기 막대 조립체(80)는 정화 사이클 중에 슬리브 홀더(82)로부터 인출하기 위해 상부에 당김 링(96)을 구비한다. 복수의 짧은 자석 블록(94)이 적층되고, 하나의 자석 블록의 2개의 자극 각각은 인접한 자석 블록의 반대 극에 나란히 놓이도록 배열된다.

도 2b는 슬리브 홀더(82)에 맞는 구멍 및 슬리브 홀더 사이의 공간을 채우는 IPM 패킹 물질(92)을 나타내는 단면측면도를 도시한다.

자기 필터(50)의 구성은 라인(54)을 통해 하우징(52)으로 들어가는 공정 스트림이 파티션 플레이트(88)와 필터 하우징(52) 사이의 바닥 개구를 향해 좌측 챔버에서 하향으로 흐르게 한다. 그 다음 공정 스트림은 출구를 향해 우측 챔버에서 위쪽으로 유동하고, 처리된 공정 스트림은 제어 밸브(60) 및 라인(58)을 통해 필터 하우징(52)을 빠져나간다. 필터의 양 챔버에서, 공정 스트림은 슬리브 홀더(82)의 외부 표면, 및 영구 자기 막대 조립체(80)에 의해 생성된 강한 자기장의 영향 하에서 IPM 패킹 물질(92)과 접촉하는 와이어 케이지(90)를 통해 이동한다. 공정 스트림(54) 내의 고체 상자성 물질은 슬리브 홀더(82)의 외부 표면 및 IPM 패킹 물질(92)의 표면에 끌어당겨질 것이다. IPM 패킹 물질에 의해 유도된 자성을 갖는 공정 스트림(54) 내의 반자성 고체는 슬리브 홀더(82)의 외부 표면 및 IPM 패킹 물질(92)의 표면에 끌어당겨질 것이다. 정화 사이클에서, 슬리브 홀더(82)의 외부 표면 및 IPM 패킹 물질(92)의 표면으로부터 상자성 및 반자성 물질의 흡착된 고체가 방출되면서, 영구 자기 막대 조립체(80)는 필터의 내부 영역(62)에서 자기장을 제거하기 위해 필터의 슬리브 홀더(82)로부터 인출된다. 제어 밸브(56 및 60)가 폐쇄된 후에, 제어 밸브(66) 및 드레인 라인(64)을 통해 방출된 고체를 플러싱하기 위해 제어 밸브(60 및 120)가 개방되어 라인(122)을 통해 물, 공정 스트림 또는 공기와 같은 고압 유체를 도입한다. 작동 사이클을 시작하기 위해, 자기 막대 조립체(80)는 슬리브 홀더(82)로 교체되고, 제어 밸브(66 및 120)는 폐쇄되며 제어 밸브(60 및 56)는 순차적으로 개방된다.

본 발명의 자기 필터는 공기 중 오염물질, 특히 입자상 물질 PM 2.5와 같은, 0.1 nm 내지 1.0 mm 크기의 입자를 제거하는 저감 프로그램에 특히 적합하다. 반자성 입자와 상자성 입자 모두 스트림으로부터 제거할 수 있다. 예를 들어, 필터는 순환 공기를 정화하기 위해 클린룸 작동이나 비행기에서 설치될 수 있고, 발전소나 제철소에서 연도 가스(flue gas)를 정화하거나 자동차와 같은 이동수단의 배출원에서 공기 오염을 줄이기 위해 설치될 수 있다. 자기 필터는 또한 공정 스트림 내의 입자가 축적되어 장비를 손상시킬 수 있는 연속 운전에서, 정제 공장, 화학 공장 및 기타 시설 내의 액체 스트림에 있는 반자성 입자를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 촉매층으로부터 자유롭게 유동하거나 그렇지않으면 분리되는 무기 촉매는, 본 발명의 자기 필터를 통해 스트림으로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 이에 더하여, 이러한 필터는 초순수(ultra-pure water) 생산 시설에 설치되어 생산품 스트림에서 초미세(ultra-fine) 반자성 및 상자성 입자를 제거할 수 있다. 유사하게, 필터는 공정 설비를 보호하고 공정 효율성을 향상시키기 위해 가스 필드의 천연 가스 시스템으로부터 모래, 탄소 잔류물 및 반자성 금속 산화물과 같은 초미세 상자성 입자 및 황화철(iron sulfide), 산화철(iron oxide) 등과 같은 초미세 상자성 입자를 제거하기 위해 천연 가스 처리 설비의 상부에 설치될 수 있다.

실시예

하기 실시예는 본 발명의 다양한 양태 및 실시예를 추가로 설명하기 위해 제공되며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다. 영구 자석에 의해 생성된 외부 자기장의 영향 하에 상자성 및 반자성 물질 간의 상호작용을 입증하기 위해, 다양한 실험에 상자성 및 반자성 분말이 선택되었다. 물질은 질량 자화율(MS, mass susceptibilities)에 근거하여 상자성 및 반자성으로 분류된다.

질량 자화율은 그램 당 물질의 자화율이며, 질량 자화율은 단위 적용 장(field) 당 재료의 자화(magnetization)이다. 이것은 적용된 자기장에 대한 물질의 자기 응답(magnetic response)을 나타낸다. 모든 물질은 질량 자화율(MS) 값을 특성으로 한다. 상자성 물질은 MS 값이 더 높고 양성이지만, 반자성 물질은 MS 값이 더 낮거나 음수이다. 표 1은 선택된 물질의 MS 값을 나타낸다.

실시예 1

자기장 내에서 높은 MS 갖는 선택된 고체 물질에 의해 나타나는 자성의 정도 또는 강도가 측정되었다. 6,000 GS의 자기 강도를 갖는 영구 자석 막대 조립체가 사용되었다. 선택된 고체 분말은 다음과 같다 : 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 산화니켈(NiO), 산화철(FeO 및 Fe₂O₃), 황화철(FeSO₄), 염화철(FeCl₃), γ-알루미나 촉매에 담지된 Ni(Ni/γAl₂O₃), 산화 디스프로슘(Dy₂O₃), 산화 가돌리늄(Gd₂O₃), 및 산화 크롬(Cr₂O₃).

각각의 테스트에서, 약 0.5 그램의 분말을 정밀 저울(10^-4 그램까지)에 의해 계량하고, (정밀 계량된) 유리 용기에 넣었다. 그런 다음, 영구 자기 막대 조립체를 분말 근처에 위치시켰다. 동력을 끌어당긴 후, 자기 막대를 제거하고 잔류 분말이 있는(있는 경우) 용기의 무게를 쟀다. 자기 막대에 의해 끌리는 분말의 중량 퍼센트(%)를 계산하였다.

표 2에 기재된 데이터에서 나타난 바와 같이, 약 600 내지 7,000 x 10^-6 c.g.s. 단위의 MS 값을 갖는 금속 및 그 산화물은 NiO(흡인 없음) 및 Cr₂O₃ (단지 82 %)를 제외하고는, 영구 자석 막대 조립체에 의해 쉽게 끌어당겨진다. 예상대로, 매우 높은 자화율을 갖는 Dy₂O₃ 및 Gd₂O₃는 완전한 흡인을 보였다. 그러나 놀랍게도, 매우 높은 MS 값(+10,000 x 10^-6 이상)을 갖는 황화철(FeSO₄) 및 염화철(FeCl₃)은 자성을 보이지 않았고 MB에 의해 끌리지 않았다. 이러한 실험은 질량 자화율은 적절한 유도 상자성 재료를 선택하기 위한 지침 정도의 역할만을 할 뿐이라는 것을 나타낸다. FeSO₄ 또는 FeCl₃와 같은 금속 염이 높은 MS값을 가짐에도 불구하고 고려 대상에서 제외되지만, 금속 또는 금속 산화물은 적절한 유도 상자성 물질로서 가능한 후보 물질이다.

실시예 2

이 실험은 반자성 물질 자체가 자기 막대에 의해 끌리는 것이 아니라는 것을 확실하게 했다. 테스트된 반자성 물질은 실리콘, 탄화 규소(SiC), γ-알루미나(γAl₂O₃), 비-자성 부타디엔, 산화 티타늄(TiO₂), 세라믹, 활성 탄소, 폴리에틸렌, 및 원소 황이었다. 자성 부타디엔 또한 테스트되었다. 6,000 GS의 자기 강도를 지닌 영구 자석 막대 조립체를 분말 시료 옆에 위치시켰다; 자성 부타디엔(상자성 물질을 함유함)을 제외하고는 어떠한 분말도 자기 막대에 끌리지 않았다. 자기장의 존재는 반자성 재료서 자성을 유도하지 않았다.

실시예 3

영구 자석 막대 조립체를 상자성 물질로 코팅하기만 하는 것은 조립체를 반자성 재료에 끌리도록 만드는 것이 아니다. 이 실시예에서, 산화철(FeO) 분말로 코팅된 영구 자석 막대 조립체는 Si, SiC, SiO₂, Al₂O₃, 비-자성 부타디엔, 자성 부타디엔, TiO₂, 세라믹, 활성탄, 및 폴리에틸렌을 포함하는 다양한 반자성 분말 각각에 위치되었다. 반자성 물질을 함유한 자성 부타디엔을 제외하고는, 반자성 분말 중 어느 것도 영구 자석 막대 조립체에 의해 끌리지 않았다.

실시예 4

반자성 물질을 적합한 IPM 물질과 혼합함에 있어서, 상자성 물질은 자기 유도제로서 작용한다. 혼합물 내의 반자성 물질은 혼합물이 영구 자석 막대 또는 전자기에 의해 생성된 자기장에 노출될 때 자성을 나타낸다. 혼합물 내의 상자성 및 반자성 물질은 모두 자석에 끌린다.

실험은 대기 조건(ambient conditions)의 공기 중(기체 상)에서 수행되었다. 각 테스트에 대해, 약 1.0 그램의 반자성 분말 및 0.1 그램의 상자성 분말을 정밀 저울(10^-4 그램까지)로 칭량하고 혼합물을 정밀 계량 유리 용기에 넣었다. 6,000GS의 자기력을 지닌 영구 자석 막대 조립체가 혼합물 근처에서 용기로부터 분말을 끌어당겼다. 자석을 제거하고 잔류 혼합 분말을 담은 용기를 칭량하였다. 자석에 의해 흡인된 혼합 분말의 중량 퍼센트(%); 데이터는 표 3 및 4에 요약되어있다.

표 3에서 알 수 있는 것처럼, Ni/γAl₂O₃를 유도제로 사용하여, 자기 막대는 γAl₂O₃, SiC, 잔류 유체 분해 촉매(RFCC-Al₂O₃/SiO₂: 70/30), 원소 황 (S), 및 활성탄에 대해 매우 약한 흡인을 나타냈지만, 실리콘에 대해 상당히 높은 흡인을 나타냈다.

표 4에서 알 수 있는 것처럼, 자기 막대가 상자성 및 반자성 혼합물의 훨씬 높은 비율을 끌어당기므로 FeO는 Ni/γAl₂O₃보다 더 우수한 유도제이다.

*실시예 5

이 실험은 철 분말 대신에 얇은 탄소 강 와이어(CSW) 형태의 IPM을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 4의 실험과 유사하다. 표 5에 나타난 바와 같이, 원소 황을 제외하고는 반자성 물질의 거의 100%에 달하는 70개가 자석에 의해 끌어당겨졌다.

실시예 6

액상 테스트는 대기 조건에서 수행되었다. 구체적으로, 각 테스트에 대해, 약 50 그램의 물을 정밀 계량 용기에서 1.0 그램의 반자성 분말과 혼합하였다. 그 후, 상자성 분말을 혼합물에 첨가하였다. 6,000GS의 자기력을 갖는 영구 자석 막대 조립체가 액체 혼합물에 삽입되어 부유된 고체 분말이 자석에 의해 끌어당겨지도록 한다. 자석을 제거하고 고체 분말을 떼어내어, 세척된 자석을 용매에 재삽입하여 추가 분말을 흡인시켰다. 두번째로 자석을 제거한 후, 잔류 분말을 함유한 용액을 담은 용기의 무게를 잰다. 자석에 의해 흡인된 혼합 분말의 중량 퍼센트(%)를 계산하였다.

표 6은 용매로서 물, 반자성 재료(DM)로서 RFCC 분말(평형 중질유 유동상 촉매 분해(SiO₂/Al₂O₃: 7/3)), IPM으로서 Fe₂O₃을 사용하여 테스트한 결과이다. 약 0.1, 0.3, 0.5 및 0.7 그램의 Fe₂O₃가 각각의 경우에 첨가되었고, 그 결가는 첨가된 Fe₂O₃의 양 및 자석의 위치(자력과 관련됨)에 따라 60 내지 거의 100%의 혼합 분말이 자석에 의해 끌어당겨지는 것을 보여준다. 흡인된 분말의 양은 혼합물에 첨가된 Fe₂O₃의 양에 비례한다.

실시예 7

이 실험은, 디젤이 용매인 것을 제외하고는 실시예 6의 실험과 유사하다. 표 7에 제시된 결과는 혼합된 고체 분말의 약 39 내지 92%가 자석에 의해 끌어당겨지는 것을 보여주는데, 디젤에서 자석에 의해 끌어당겨지는 분말의 양은 한가지 예외를 제외하고 혼합물에 첨가된 Fe₂O₃의 양에 비례한다는 것을 입증한다.

실시예 8

이 실험은 상기의 실시예에서 사용된 6000GS 영구 자석의 자력이 자석으로부터의 거리에 따라 기하급수적으로 (10⁴ power로) 감소하는 것을 보여준다. 영구 자석의 자기장 세기는 0 내지 5.00cm 거리에서 증가되며 측정되었다. 표 8에 나타난 결과는 자기 강도의 실질적인 감소를 나타낸다. 전자기 막대가 비슷한 감소를 보일 것으로 예상된다. 본 발명에 따르면, 자석에 의해 발생된 자기장의 강도는 반자성 물질 및 유도 상자성 물질이 상호작용함에 따라 반자성 물을 자화시키기 위해 유도 상자성 물질을 활성화시키도록 충분히 강해야 한다. 자기장 강도가 거리에 따라 급격히 감소한다는 것을 감안할 때, 상기에 설명한 것처럼 슬리브 홀더 사이의 거리를 비교적 작은 간격으로 유지해야 한다.

실시예 9

본 발명에 따르면, 반자성 재료를 제거하기 위한 효과적인 자기 필터로서 기능하기 위해, 필터는 자기장에 의해 끌어당겨지도록 반자성 재료에 필요한 자성을 부여 또는 유도하기에 충분한 자기장을 생성할 수 있는, 영구 자석 또는 전자석일 수 있는 자석을 사용해야 한다. 반자성 재료에서 유도된 자기의 세기는 자기장에 의한 흡인을 유발할 만큼 충분히 강해야한다. 자기장 강도의 중요성을 입증하기 위해, 자석이 실온에서 수용액 내의 RFCC 분말을 제거한 실시예 6과 유사한 테스트에서 2,000GS 및 6,000 GS 영구 자석 막대를 비교하였다.

결과는 표 9에 요약된 바와 같이, 2,000GS 자석의 경우, 혼합 분말의 약 40% 만이 끌어당겨졌다는 것을 보여준다. 용액에 존재하는 상자성 분말의 양은 인력 수준에 영향을 미치지 않았다. 대조적으로, 6,000GS 자석의 경우, 혼합 분말의 90% 및 92%가 각각 0.1 및 0.3의 PM/DM 비 하에서 제거되었다. 따라서, 상자성 물질에 의해 유도된 자성으로 반자성 물질을 끌어당기기 위해 더 높은 자력을 갖는 자석을 사용하는 것이 바람직하다. 용액에 존재하는 상자성 분말의 양의 영향은 끌어당겨지는 반자성 재료에 비해 상대적으로 덜 중요하다.

2 : 수직 필터
4 : 하우징
6 : 유입 파이프
8 : 제어 밸브
10 : 유출 파이프
12 : 제어 밸브
14 : 내부 영역
20 : 커버 플레이트
22 : 볼트
24 : 플랜지
26 : 상부 지지 플레이트
28 : 와이어 케이지
30 : 볼트
32 : 슬리브 홀더
34 : 자기 막대 조립체
36 : IPM 패킹 (요소 또는 물질)
38 : 케이싱
40 : 자석 블록
42 : 지지 링
44 : 당김 링
46 : 제어 밸브
48 : 제어 밸브
49 : 드레인 파이프
50 : 수평 필터
52 : 하우징
54 : 유입 파이프
56 : 제어 밸브
58 : 유출 파이프
60 : 제어 밸브
62 : 내부 영역
64 : 드레인 파이프
66 : 제어 밸브
68 : 좌측 커버 플레이트
70 : 볼트
74 : 우측 커버 플레이트
76 : 볼트
78 : 환형 플랜지
80 : 자기 막대 조립체
82 : 슬리브 홀더
88 : 파티션 플레이트
90 : 와이어 케이지
92 : IPM 패킹 물질
94 : 블록
96 : 당김 링
100 : 케이싱
102, 104 : 블록
106, 108 : 블록
110 : 자기 막대 조립체
120 : 제어 밸브

Claims

다음의 단계들을 포함하는 캐리어 스트림(carrier stream)으로부터 반자성 재료를 제거하는 방법:
(a) 캐리어 유체(carrier fluid) 및 반자성 재료를 포함하는 캐리어 스트림을 영역 내에서 유도 상자성 재료에 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 반자성 재료가 충분히 자성을 띠어 자석에 의해 당겨짐으로써 상기 반자성 재료의 레벨이 감소된 세정된 캐리어 유체를 얻을 수 있도록 상기 영역 내에 자기장을 설정하는 단계.
제1항에 있어서,
상기 유도 상자성 재료는 상자성 재료로 만들어진 물질이고, 단계 (b)에서 상기 반자성 재료는 또한 유도 상자성 재료에 끌어당겨지는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 유도 상자성 재료는 Ce, CeO₂, CsO₂, Co, CoO, Ni, CuO, NiO, NiS, Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, Mn, Ni/γAl₂O₃, Cr₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃, Ti, V, V₂O₃, Pd, Pt, Rh, Rh₂O₃, KO₂, 및 이들의 혼합물로 구성된 상자성 재료 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 유도 상자성 재료는 Co, CoO, Ni, Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, Ni/γAl₂O₃, Cr₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃, 및 이들의 혼합물로 구성된 상자성 재료 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 반자성 재료는 0.1 nm 내지 1.0 mm 범위의 크기를 갖는 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 반자성 재료는 실리콘, 탄화 규소(SiC), γ-알루미나(γAl₂O₃), 실리카(SiO₂), 실리카/알루미나(SiO₂ Al₂O₃), 비-자성 부타디엔, 자성 부타디엔, 산화 티타늄(TiO₂), 세라믹, 활성 탄소(C), 폴리에틸렌 및 원소 황, 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 캐리어 스트림은 상자성 재료를 포함하고,
단계 (b)에서 상기 상자성 재료가 자석 및 유도 상자성 물질에 끌어당겨지는 것을 특징으로 하는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 캐리어 유체는 천연 가스이고,
상기 반자성 재료는 모래, 탄소 잔류물, 및 반자성 금속 산화물을 포함하며,
상기 상자성 재료는 황화철(iron sulfide) 및 산화철(iron oxides)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 반자성 재료가 단계 (c)인 상기 자석으로부터 방출되는 영역으로부터 상기 자기장을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 캐리어 유체는 공기이고,
상기 반자성 재료는 오염물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 캐리어 유체가 발전소 또는 제철소로부터의 연도 가스를 포함하고,
상기 반자성 재료가 탄소, 금속 산화물 및/또는 금속 황화물을 포함하는 공기 중 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 캐리어 유체는 자동차 배기 가스를 포함하고,
상기 반자성 재료는 공기 중 탄소 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 캐리어 스트림은 정제소 또는 화학 공장 내의 액체 스트림을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 캐리어 유체는 물이고,
상기 반자성 재료는 오염물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 영역은 2,000 내지 20,000 GS의 자속 세기를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)는 자석을 이용하여 자기장을 생성하고,
상기 상자성 유도 물질은 자석과 물리적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)는 각각의 슬리브가 그 내부에 배치된 하나 이상의 자석을 수용하도록 서로 이격되어 있는 복수의 세장형(elongated) 비-자성 슬리브를 이용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 각각의 슬리브는 외부 표면을 가지며, 인접 슬리브의 인접한 외부 표면 사이의 거리는 0.1 내지 5 cm인 것을 특징으로 하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 각각의 슬리브는 중심 축을 가지며 복수의 자석을 수용하고,
상기 자석은 각각 N극 및 S극, 및 상기 중심 축에 수직인 세로 축을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 복수의 자석은 교차로 배열되며, 인접한 자석의 반대 극이 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 각각의 슬리브는 중심 축을 가지며, 복수의 자석 어레이를 수용하고,
상기 어레이는 각각 2개 이상의 자석을 포함하며,
상기 자석은 각각 N극 및 S극, 및 중심 축에 수직인 세로축을 가지며, 및
상기 각 어레이의 자석은 같은 극이 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는, 방법.
반자성 오염물질을 캐리어 스트림으로부터 분리하기 위한 자기 필터로서,
(i) 스트림 입구, (ii) 스트림 출구, 및 (iii) 입구와 출구 사이의 내부 영역을 갖는 하우징;
유도 상자성 재료(IPM)가 반자성 오염물질과 물리적으로 접촉하도록 구성되는, 상기 내부 영역에 배치된 상기 유도 상자성 재료(IPM); 및
IPM 자성을 만들기에 충분한 자기장을 생성하는, 상기 내부 영역에 배치된 상기 자석;을 포함하는, 자기 필터.
제22항에 있어서,
상기 유도 상자성 패킹 재료는 Ce, CeO₂, CsO₂, Co, CoO, Ni, CuO, NiO, NiS, Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, Mn, Ni/γAl₂O₃, Cr₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃, Ti, V, V₂O₃, Pd, Pt, Rh, Rh₂O₃, KO₂, 및 이들의 혼합물로 구성된 상자성 재료 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제22항에 있어서,
상기 유도 상자성 패킹 재료는 Co, CoO, Ni, Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, Ni/γAl₂O₃, Cr₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃, 및 이들의 혼합물로 구성된 상자성 재료 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제22항에 있어서,
상기 영역은 2,000 내지 20,000 GS의 자속 세기를 갖는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제22항에 있어서,
상기 유도 상자성 패킹 재료는 상기 자석과 물리적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제22항에 있어서,
복수의 세장형 비-자성 슬리브를 포함하며,
상기 각각의 슬리브는 그 내부에 배치된 하나 이상의 자석을 수용하도록 서로 이격되어 구성된 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제27항에 있어서,
상기 각각의 슬리브는 외부 표면을 가지며, 인접 슬리브의 인접한 외부 표면 사이의 거리는 0.1 내지 5 cm인 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제27항에 있어서,
상기 각각의 슬리브는 중심 축을 가지며 복수의 자석을 수용하고,
상기 자석은 각각 N극 및 S극, 및 상기 중심 축에 수직인 세로 축을 갖는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제29항에 있어서,
상기 복수의 자석은 교차로 배열되며, 인접한 자석의 반대 극이 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제27항에 있어서,
상기 각각의 슬리브는 중심 축을 가지며, 복수의 자석 어레이를 수용하고,
상기 어레이는 각각 2개 이상의 자석을 포함하며,
상기 자석은 각각 N극 및 S극, 및 중심 축에 수직인 세로축을 가지며, 및
상기 어레이 각각의 자석은 같은 극이 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제27항에 있어서,
각각의 세장형 비-자성 슬리브 내의 하나 이상의 자석은 한쪽 단부가 밀봉된 비-자성 관형 인클로저(enclosure)에 수용되며,
상기 관형 인클로저는 세장형 슬리브 내에 미끄러지기 쉽게 수용되는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제27항에 있어서,
상기 캐리어 스트림은 실질적으로 축 방향에 평행한 상기 복수의 세장형 비-자성 슬리브에서 상기 내부 영역을 통해 유동하는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.
제27항에 있어서,
상기 캐리어 스트림은 실질적으로 축 방향에 수직인 상기 복수의 세장형 비-자성 슬리브에서 상기 내부 영역을 통해 유동하는 것을 특징으로 하는, 자기 필터.