KR20180125585A - 유체 분리를 위한 분리 장치 - Google Patents

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KR20180125585A
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조나단 찰리스 모슬리
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Abstract

본 발명은 복수의 성분들을 포함하는 유체를 적어도 2이상의 성분들로 분리하기 위한 분리 장치로서, 지지 구조체; 축을 중심으로 회전하기 위한 상기 지지 구조체 상 또는 내부에 장착된 적어도 1이상의 도관; 상기 유체의 흐름을 상기 적어도 1이상의 도관으로 도입하기 위한 적어도 1이상의 투입구; 그로부터 상기 성분들 중 적어도 1이상을 배출하기 위한 적어도 1이상의 배출구;이며, 상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성되는 분리 장치를 제공한다.

Description

유체 분리를 위한 분리 장치
본 발명은 복수의 성분을 포함하는 유체를 적어도2 이상의 성분으로 분리하는 데 적합한 분리 장치 및 상기 유체를 적어도2 이상의 성분으로 분리하는 방법에 관한 것이다.
유체 혼합물을 성분별로 분리하는 것은 예를 들어 정제 및 추출 공정과 같은 많은 분야에서 중요한 산업 공정이다. 예를 들어, 업스트림 오일(upstream oil) 및 가스 시장에서, 원유에서 생산된 여러 유체는 (주로 압력 강화를 통해) 안정화되어야 하며, 분리된 가스와 액체 스트림은 각각 수출 사양을 충족하도록 처리되어야 한다. 액체 스트림의 경우 소금, 모래 및 물과 같은 불순물뿐만 아니라 용액 내의 모든 가스가 원유로부터 제거되어야 한다. 이러한 불순물은 원유의 가치를 감소시킬 수 있으며, 다운스트림 장비(downstream equipment)에 해로운 영향 (예를 들어 부식 및 침식)을 미칠 수 있다. 이와 유사하게 관련 물 스트림(water stream)의 경우, 선택된 처리 방법에 요구되는 특정 한도를 충족시키기 위해 물속의 오일과 가스가 제거되어야 하며 때로는 모래와 같은 입자도 제거되어야 한다. 그러므로 추출된 유체 혼합물로부터 오염물질들을 제거하는 것은 매우 중요하다.
정적(static) 유체 혼합물의 분리는 중력을 통해 자연적으로 발생한다. 주 액체(main liquid) 또는 가스 상(gas phase)을 통해 상승 또는 하강하는 액체 방울 (liquid droplets), 고체 입자(solid particles) 또는 가스 버블(gas bubbles)의 자연적인 추진력은 스토크의 법칙(Stokes' Law)(식 1)에 의해 정의된다.
Figure pct00001
상기 식에서
Figure pct00002
는 입자, 방울 또는 버블의 침강속도(m s-1);
Figure pct00003
는 입자, 방울, 또는 버블의 질량밀도(kg m-3);
Figure pct00004
는 유체의 질량밀도(kg m-3);
Figure pct00005
는 중력가속도(m s-2);
Figure pct00006
은 입자, 방울 또는 버블의 반지름(m); 및
Figure pct00007
은 유체의 동적점도(kg m-1 s-1)이다. 식1은 침강속도가 중력가속도에 정비례함을 나타낸다. 따라서 중력가속도가 증가하면 침강속도가 빨라지고 분리시간이 비례적으로 단축된다. 하이드로싸이클론(hydrocyclones) 및 원심분리기(centrifuges)와 같은 분리 기법은 유체 혼합물을 개별 성분으로 분리하기 위해 유체에 높은 중력가속도를 전달하는 것에 기초한다.
하이드로싸이클론(이하 '싸이클론')은 유체 혼합물을 적어도2이상의 성분으로 분리하기 위해 원심력을 이용하는 정적 분리 장치이다. 도 1에 도시된 일반적인 싸이클론은 원통형 모양의 제1챔버 (또는 스월(swirl)챔버)(100), 분리 챔버(110), 유입구 노즐(120), 언더플로우 배출구 노즐(130) 및 오버플로우 배출구 노즐(140)을 포함한다. 유입구 노즐(120)은 일반적으로 원통형 제1챔버 (또는 스월(swirl)챔버)(100)와 접해있다. 최적의 성능을 위해 분리 챔버(110)는 일반적으로 테이퍼형(tapered) 또는 원뿔형(conical)이다. 일반적으로 싸이클론 유입구 근처의 상기 오버플로우 배출구 노즐은 볼텍스 파인더(150)를 더 포함할 수 있다. 유체 혼합물은 접선식 유입구 노즐을 통해 가압하에 원통형 제1챔버 (또는 스월(swirl)챔버)로 들어간다. 스월(swirl) 챔버는 유체 혼합물이 분리 챔버로 들어가기 전에 유체 혼합물에 대한 회전 스핀을 유도하는 것을 돕는다. 유입구에서의 회전 스핀은 유체 흐름 프로파일(fluid flow profile)이 상기 분리 챔버에서 자유 와류(vortex)를 형성하게 하며, 원심력은 유체를 다른 밀도의 성분으로 분리시키는 역할을 한다. 원심력은 밀도가 높은 입자 또는 상을 상기 원뿔형 분리 챔버의 벽을 향해 누적시키고(accumulate) 밀도가 낮은 입자 또는 상은 와류(vortex)의 회전축을 향해 누적시킨다. 일반적으로 밀도가 높은 성분은 원뿔형 분리 챔버의 바닥으로 흐르고, 언더플로우 배출구 노즐(130)을 통해 제거될 수 있다. 밀도가 낮은 상은 원뿔형 분리 챔버의 상부로 흐르고, 볼텍스 파인더/오버플로우 배출구 노즐을 통해 추출될 수 있다.
예를 들어 액체/액체 싸이클론은 오일 방울을 물과 분리하는데 사용될 수 있지만, 직경이 약 20 μm 보다 작은 오일 방울의 방울 제거 효율은 급격히 떨어진다. 액체/액체 싸이클론에서 더 가벼운 액체 상은 자유 가스와 함께 볼텍스 파인더(vortex finder)를 통해 상기 오버플로우 배출구로 통과한다. 더 무거운 액체 상은 언더플로우 배출구를 통해 제거된다. 액체/고체 및 가스/고체 싸이클론에서 각각의 액체 및 가스 상은 볼텍스 파인더를 통해 상기 오버플로우 배출구로 통과한다. 밀도가 더 높은 고체 성분은 상기 언더플로우 배출구를 통해 제거된다. 액체/액체 및 액체/고체 싸이클론 모두에서, 싸이클론의 테이퍼형 벽은 싸이클론의 길이를 따라 가속력을 유지하도록 돕는다. 그러나, 이는 상기 유입구 및 배출구 노즐 사이에서 더 큰 압력 강하를 초래한다. 이러한 압력 강하는 시스템 디자인(design) 문제들을 유발할 수 있다. 예를 들어 시스템 압력이 충분하지 않을 경우 필요한 장비의 크기와 비용을 증가시키기 위해 업스트림 펌프 세트(upstream pump set)가 필요할 수 있다.
업스트림 오일 및 가스 시장에서, 일반적으로 고압에 도달할 때 유전에서 생산된 유체는 오일, 가스, 물 및 고체 입자의 조합이다. 가장 일반적인 오일 방울은 액체/액체 싸이클론을 사용하여 유전에서 생산된 물에서 제거되고, 고체 입자는 액체/고체 싸이클론을 사용하여 제거된다. 액체/액체 싸이클론(디오일링 패키지) 및 액체/고체 싸이클론(디샌딩 패키지)은 별도의 분리된 장비로 제공된다. 일부 경우, 특히 해상, 증량 및 공간의 제한은 두 개의 분리형 디오일링 및 디샌딩 패키지(de-oiling and de-sanding packages)의 사용을 방해할 수 있다. 더욱이, 부적절한 업스트림 시스템 압력은 최적의 분리 효율로 작동하는 싸이클론을 제한할 수 있다.
원심분리기는 세퍼레이터 벽의 회전을 통해 유체 혼합물을 성분별로 분리하는 선택적인 원심분리 방법을 제공한다. 원심력이 생성되면 밀도가 더 높은 성분은 분리 챔버의 벽을 향해 누적되며, 밀도가 더 낮은 성분은 회전 축을 향해 집중된다. 챔버의 회전력은 모터에 의해 구동되는 샤프트를 통해 제공된다. 적합한 원심력을 얻기 위해 요구되는 외부 전원 공급장치 및 모터는 원심분리기의 제조 및 작동의 크기와 비용을 크게 증가시킬 수 있다. 원심분리기는 상대적으로 기계적 설계 복잡성과 관련된 씰(seals), 베어링 (bearings), 윤활(lubrication) 및 냉각 회로(cooling circuits)와 관련된 모터 구동의 필요성 때문에 동일한 용량을 위해 설계된 싸이클론보다 훨씬 더 비싸고 무거우며 더 많은 공간을 차지한다. 원심분리기는 일반적으로 싸이클론에서 설정된 자유 와류(vortex) 없이 유체 혼합물의 대량 회전 흐름을 확립한다. 이에 따라 동일한 처리량에 대해 싸이클론과 비교하면 축 근처에서 원심력이 낮아지고 분리 효율성이 저하될 수 있다.
원심분리기는 싸이클론보다 높은 중력가속력을 제공하도록 설계될 수 있으므로 이론적으로 더 높은 분리 효율을 달성할 수 있다. 예를 들어, 원심분리기는 원유(crude oil)에서 직경 2 μm 이상 범위의 물 방울(water droplets)을 제거할 수 있다. 원심분리기는 오일의 밀도가 물의 밀도와 유사하고 하이드로싸이클론의 분리 능력을 넘어서는 중질 오일 분야와 같은 어려운 분리 작업의 오일 생산 분야에 사용되어 왔다. 그러나 이러한 원심분리 설계는 상대적으로 낮은 처리량과 비교적 낮은 작동 압력(일반적으로 대기압 또는 그 근처)으로 제한된다. 또한 원심분리기는 일반적으로 전용 투입구 공급 펌프가 요구되므로 기계의 크기, 제조 비용, 작동 비용 및 전력 소비량이 더욱 증가된다.
따라서 유체 혼합물을 성분별로 분리하기 위한 공지된 장치 및 방법들은 관련된 많은 제한사항을 가지고 있으며, 본 발명은 적어도 몇몇의 실시예에서 전술한 문제점들 중 적어도 일부를 해결하고자 한다.
본 발명의 제1측면에 따르면 복수의 성분들(multiple components)을 포함하는 유체(fluid)를 적어도 2이상의 성분들로 분리하기 위한 분리 장치(separation device)로서, 지지 구조체(support structure); 축(axis)을 중심으로 회전하기 위한 상기 지지 구조체 상 또는 내부에 장착된(mounted) 적어도 1이상의 도관(conduit); 상기 유체의 흐름(flow)을 상기 적어도 1이상의 도관으로 도입(introducing)하기 위한 적어도 1이상의 투입구(inlet); 그로부터(therefrom) 상기 성분들 중 적어도 1이상을 배출(outputting)하기 위한 적어도 1이상의 배출구(outlet);이며, 상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해(thereby) 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성되는 분리 장치가 제공된다.
상기 적어도 1이상의 도관은 분리 튜브(separation tube)일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 축에 평행한 방향으로 비-제로(non-zero) 속도 성분을 갖는 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성될 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 축에 실질적(substantially)으로 평행한 방향으로 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성될 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 투입구로부터 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성될 수 있다.
상기 유체는 적어도 1이상의 액체 상(liquid phase)이 포함될 수 있다. 상기 유체는 적어도 2이상의 액체 상들이 포함될 수 있다. 상기 유체는 수성 상(aqueous phase) 및 오일 상(oil phase)이 포함될 수 있다. 상기 유체는 적어도 1이상의 기체 상(gaseous phase)이 포함될 수 있다. 상기 유체는 수성 상, 오일 상 및 기체 상이 포함될 수 있다. 상기 유체는 적어도 1이상의 고체 상(solid phase)이 포함될 수 있다. 상기 유체는 수성 상, 오일 상, 기체 상 및 고체 상 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 튜브(tube)를 포함할 수 있다. 상기 튜브는 그 길이(length)를 따라 일정(constant)하거나 변화(varying)하는 직경(diameter)을 가질 수 있다. 상기 튜브는 그 길이를 따라 일정하거나 변화하는 내경(internal diameter)을 가질 수 있다. 상기 튜브는 그 길이에 따라 일정하거나 변화하는 외경(external diameter)을 가질 수 있다. 상기 튜브는 원통형(cylindrical) 튜브일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 상기 도관에 부착(attached)되거나 일체형(integrally)으로 형성된 1이상의 베인들(vanes)을 포함할 수 있다. 상기 베인들은 터빈 블레이드(turbine blades), 임벨러(impellers), 프로펠러(propellers), 고정자(stators), 나선형 내부(spiral internals), 리브(ribs), 핀(fins), 또는 이들의 조합일 수 있다. (이하 본 발명에서는 베인들로 지칭함)
상기 베인들은 상기 도관의 내측 표면(inner surface)과 부착되거나 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 베인들은 중심 축(central axle)을 포함할 수 있다. 상기 베인들은 상기 중심 축 주위를 자유롭게 회전할 수 있다. 상기 중심 축은 적어도 1이상의 투입구(inlet) 또는 배출구(outlet)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 베어링(bearings)에 장착될 수 있다. 상기 베어링은 상기 도관의 외측 또는 내측 표면과 접할 수 있다. 상기 베어링은 적절한 타입의 씰 구조(seal arrangement)와 함께 설치될 수 있다.
상기 지지 구조체는 적어도 1이상의 도관의 내부에 배치되는 내측 지지 구조체(inner support structure)일 수 있다. 상기 지지 구조체는 상기 적어도 1이상의 도관의 외부에 배치되는 외측 지지 구조체(outer support structure)일 수 있다. 상기 지지 구조체는 하우징(housing)을 포함할 수 있다. 상기 적어도 1이상의 도관은 상기 지지 구조체 또는 하우징의 내부 또는 외부의 베어링에 장착될 수 있다.
상기 적어도 1이상의 배출구는 오버플로우 배출구(overflow outlet)를 포함할 수 있다. 상기 오버플로우 배출구는 볼텍스 파인더(vortex finder)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 1이상의 배출구는 언더플로우 배출구(underflow outlet)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 1이상의 투입구는 상기 적어도 1이상의 도관과 접할(tangential) 수 있다.
상기 분리 장치는 투입구 챔버(inlet chamber)를 더 포함할 수 있다. 상기 투입구 챔버는 스월 챔버(swirl chamber)를 포함할 수 있다. 상기 스월 챔버는 상기 유체가 상기 도관에 들어가기 전 상기 유체의 회전 스핀을 유도하는 것을 돕는다. 상기 스월 챔버에 의해 유도된 상기 유체의 상기 회전 스핀은 접선 투입구(tangential inlet)를 통해 향상될 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관의 직경(diameter)은 3mm 내지 3m일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관의 직경은 바람직하게는(preferably) 30mm 내지 60mm일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관의 길이(length)는 40mm 내지 3m일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관의 길이는 바람직하게는 0.5m 내지 1.1m일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 도관은 복수의 도관들(plurality of conduits)일 수 있다.
상기 적어도 1이상의 투입구는 상기 유체의 흐름(flow)을 상기 복수의 도관들에 도입(introduces)할 수 있다.
상기 분리 장치는 제너레이터(generator)를 더 포함할 수 있다. 상기 제너레이터는 외부 제너레이터(external generator)일 수 있다. 상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해(thereby) 상기 제너레이터가 전력을 발생하도록 구성될 수 있다.
상기 분리 장치는 상기 유체가 상기 분리 장치의 분리 효율성을 높이는 정전기력(electrostatic force)을 받기(experiences) 위해 정전기장(electrostatic field)을 발생시키는 정전기장 발생 장치(electrostatic field generation device) 를 더 포함할 수 있다. 상기 정전기장은 상기 유체의 적어도 1이상의 성분이 합체(coalesces)되도록 공급될 수 있다. 상기 합체된 상기 적어도 1이상의 성분은 방울(droplets), 입자(particles) 또는 버블(bubbles)을 포함할 수 있다. 상기 합체된 상기 적어도 1이상의 성분은 액체 상일 수 있으며, 바람직하게는 수성 상일 수 있다. 상기 분리 장치는 상기 유체 중 적어도 1이상의 성분을 정전기적으로 합체시키는데 적합한 정전기 유착기(electrostatic coalescer)를 더 포함할 수 있다.
상기 정전기장을 발생시키는 전력은 상기 제너레이터에 의해 적어도 부분적으로 생성될 수 있다.
본 발명의 제2측면에 따르면 복수의 성분들을 포함하는 유체를 적어도 2이상의 성분들로 분리하기 위한 방법으로서, 상기 유체의 흐름을 상기 투입구를 통해 상기 도관으로 도입(introducing)하는 단계; 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해(thereby) 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되는 단계가 제공된다.
상기 흐름은 상기 회전 축에 평행한 방향으로 비-제로 속도 성분을 가질 수 있다.
상기 흐름은 상기 회전 축에 실질적으로 평행한 방향일 수 있다.
상기 유체는 적어도 1이상의 액체 상이 포함될 수 있다. 상기 유체는 적어도 2이상의 액체 상들이 포함될 수 있다. 상기 유체는 수성 상 및 오일 상이 포함될 수 있다. 상기 유체는 적어도 1이상의 기체 상이 포함될 수 있다. 상기 유체는 수성 상, 오일 상, 및 기체 상이 포함될 수 있다. 상기 유체는 적어도 1이상의 고체 상이 포함될 수 있다. 상기 유체는 수성 상, 오일 상, 기체 상, 및 고체 상 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.
상기 적어도 1이상의 상(phase)은 직경이 주로 2 μm 보다 큰 방울(droplets), 입자 (particles) 또는 버블(bubbles)을 포함할 수 있다. 즉, 적어도 절반 이상의 방울, 입자, 또는 버블은 직경이 2 μm 보다 클 수 있다.
투입구와 배출구 사이의 압력차는 상기 도관의 직경 및 길이, 상기 유체의 유속(fluid flow rate), 및 상기 도관의 회전 속도를 포함한 여러 매개변수들(several parameters)에 따라 달라진다. 상기 분리 장치는 성능을 최적화하기 위해 가용 시스템 압력을 최대한 활용하도록 설계될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 적어도 1이상의 배출구에서의 유체의 압력은 적어도 1이상의 투입구에서의 유체의 압력보다 0.8 bar 이하일 수 있다.
상기 도관을 상기 축을 중심으로 회전하게 하는 단계는 제너레이터가 전력을 발생시키게 할 수 있다.
정전기장은 상기 유체가 상기 분리 장치의 분리 효율성을 높이는 정전기력을 받기 위해 발생될 수 있다. 상기 정전기장은 상기 유체의 적어도 1이상의 성분이 합체되도록 공급될 수 있다. 상기 합체된 상기 적어도 1이상의 성분은 방울, 입자 또는 버블을 포함할 수 있다. 상기 합체된 상기 적어도 1이상의 성분은 액체 상일 수 있으며, 바람직하게는 수성 상일 수 있다. 상기 방법은 상기 유체 중 적어도 1이상의 성분을 정전기적으로 합체시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정전기장을 공급하기 위한 전력은 상기 제너레이터에 의해 적어도 부분적으로 생성될 수 있다.
전술한 본 발명은 앞서 설명된 특징 또는 이하에서의 설명, 도면 또는 청구범위는 임의의 발명 조합으로 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 제1측면과 관련하여 설명된 임의의 특징은 본 발명의 임의의 다른 측면과 관련하여 개시되는 것으로 간주된다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 싸이클론의 개략적인 단면도이다. (종래 기술)
도 2는 복수의 성분들을 포함하는 유체를 적어도 2이상의 성분들로 분리하는데 적합한 분리 장치의 제1실시예의 개략적인 단면도이다.
도 3은 하우징을 포함하지 않는 분리 장치의 제2실시예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 분리 튜브 외부의 베인들을 갖는 분리 장치의 제3실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5는 복수의 분리 튜브들을 포함하는 분리 장치의 제 3 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 6은 수평 배향에서의 복수의 분리 튜브들을 포함하는 분리 장치의 제4실시예의 개략적인 단면도이다.
도 7은 제너레이터에 부착된 분리 장치의 실시예의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 제1실시예는 도 2에 도시되어 있다. 상기 분리 장치(10)는 외측 지지 구조체(12), 분리 튜브와 같은 도관(14), 투입구 노즐(16), 언더플로우 외측 노즐(18) 및 오버플로우 외측 노즐(20)을 포함한다. 제1실시예에서 상기 분리 튜브(14)는 원통형 튜브이지만, 본 발명에서의 상기 분리 튜브의 구조는 제한되지 않는다. 상기 분리 튜브(14)는 상기 외측 지지 구조체(12)에 대해 그 길이 방향 축(13)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 분리 튜브(14)를 사용할 때는 유체 혼합물을 포함한다. 분리 튜브(14)의 회전과 함께 분리 튜브의 투입구에서 유체로 유도되는 임의의 회전 흐름은 원심력을 발생시켜 밀도가 더 높은 유체의 성분들은 분리 튜브(14)의 벽을 향해 누적되며, 밀도가 더 낮은 성분들은 회전 축(13)의 주위에 누적된다. 분리 튜브(14)는 분리 튜브의 자유 회전을 가능하게 하고, 마찰을 최소화하며, 회전하는 분리 튜브(14) 및 외측 지지 구조체(12) 사이의 기계적 마모율을 감소시키는 일련의 베어링(22)에 의해 외측 지지 구조체(12) 상 또는 내부에 장착된다. 외측 지지 구조체(12) 및 분리 튜브(14)는 전체 업스트림 시스템 압력(full upstream system pressure)을 견딜 수 있게 설계될 수 있다. 일부 실시예에서 외측 지지 구조체(12)는 전체 업스트림 시스템 압력을 견딜 수 있게 설계된 하우징(15)을 포함할 수 있으며, 이 경우 분리 튜브(14)의 설계 압력(design pressure)이 감소될 수 있다. 도 3에서는 외측 지지 구조체(12)가 하우징(housing)을 포함하지 않는 분리 장치의 제2실시예가 도시된다. 동일한 부호가 다른 실시예에서 사용된 경우, 상기 부호는 동일한 특징부에 대응된다. 다른 실시예에서는 분리 튜브(14)는 중심 샤프트(central shaft) 상의 각 단부에 있는 외측 구조 지지체(12)에 장착될 수 있다.
유체는 투입구 노즐(16)을 통해 투입구 챔버(24)로 들어간다. 투입구 챔버(24)는 바람직하게는 원통형이다. 투입구 노즐(16)은 바람직하게는 상기 원통형 투입구 챔버(24)의 접선방향으로서(시계방향 또는 반시계 방향), 유체의 회전 스핀이 분리 튜브(14)로 들어가기 전에 부분적으로 또는 완전히 확립된다. 다른 실시예에서는 투입구 챔버(24) 내의 스월 챔버와 같은 투입구 장치 및 배출구 챔버(25) 내의 배출구 장치를 포함할 수 있다. 투입구 장치 또는 스월 챔버는 유체가 분리 튜브로 들어오기 전에 상기 투입(inlet) 유체에 회전 스핀을 유도하는 것을 돕는다. 상기 투입구 장치 또는 스월 챔버는 볼텍스 파인더(vortex finder)를 포함할 수 있다. 상기 배출구 장치는 상기 투입구 유체에서 분리된 성분들을 분리하는 것을 돕는다.
투입구 노즐(16)은 축 방향으로 배향될 수 있다. 그러나 본 발명은 투입구 노즐(16)의 배향 또는 스월 챔버와 같은 투입구 장치의 결합에 의해 제한되지 않는다. 유체는 가압하에 투입구 챔버(24)로부터 분리 튜브(14)내로 힘을 받는다. 분리 튜브(14)의 내부 보어(internal bore)는 분리 튜브(14)의 내부 표면에 부착되거나 일체로 된 베인들(26)을 포함한다. 베인들(26)을 지지하기 위해 중심 축(28)이 포함될 수 있다. 일부의 실시예들에서 베인들(26)은 중심 축(28) 및 다른 내부 성분들을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있다. 중심 축(28)은 중심 코어(core)에서 수집된 유체의 제거를 가능하게 하거나 외부 유체의 주입을 허용하기 위한 튜브로서 구성될 수 있다. 유체가 분리 튜브(14) 및 베인들(26)을 통해 흐름에 따라, 회전력이 발생되며 분리 튜브(14)가 그 종축(longitudinal axis)을 중심으로 회전하게 한다. 베인들(26)은 분리 튜브(14)의 분리 섹션(separation section)에서의 난류(turbulence) 및 전단력(shear forces)을 최소화 하기 위해, 분리 튜브(14)의 다운스트림(downstream)의 단부에 반드시 위치될 필요는 없으나 바람직하게는 위치될 수 있다. 도 4에 도시된 일실시예에서는 베인들(27)은 분리 튜브(14)의 다운스트림 단면의 단부에 부착되거나 또는 일체로 형성된다. 상기 실시예에서 베인들(27)은 분리 튜브(14)의 내부 보어보다는 배출구 챔버(25)에 위치된다. 다른 실시예들에서는 베인들은 투입구 챔버(24)에 위치될 수 있고 분리 튜브(14)의 업스트림(upstream) 단면의 단부에 부착될 수 있다. 베인들(26또는 27)은 회전 축에 수평인 비-제로(non-zero) 속도 성분을 갖는 유체 흐름에 적용될 때 분리 튜브(14)가 회전되도록 구성될 수 있다. 즉, 축 속도 성분(axial velocity component)을 말한다. 다른 실시예에서는 베인들(26 또는 27)은 회전 축에 수직인 비-제로(non-zero) 속도 성분을 갖는 유체 흐름에 적용될 때 분리 튜브(14)가 회전되도록 구성될 수 있다. 즉, 방사 속도 성분(radial velocity component)을 말한다. 충분한 투입구 압력이 이용 가능한 경우, 추가의 베인들(26)이 설치되어 튜브의 회전 속도를 증가시키고 결과적으로 원심력이 얻어질 수 있다. 보다 더 긴 체류 시간이 유익할 수 있거나, 공정에 유익한 것으로 간주되는 경우, 분리 튜브(14)의 길이 또는 직경은 증가될 수 있다.
분리 튜브(14)의 회전과 유체 투입구에서 유도된 임의의 회전 스핀은 유체의 나선형 또는 회전 흐름 프로파일(profile)을 유지하거나 증가시킨다. 분리 튜브(14) 내의 유체 혼합물의 회전은 유체 혼합물에서 와류(vortex)를 형성한다. 원심력은 유체 혼합물의 밀도가 높은 성분들을 분리 튜브(14)의 벽을 향해 누적되도록 하며, 밀도가 낮은 성분들은 회전 축 근처에 누적되도록 한다. 유체 혼합물의 밀도가 높은 성분들은 언더플로우 배출구 노즐(18) 또는 배출구 노즐(31)을 사용하여 추출될 수 있다. 다른 실시예에서는 복수의 배출구 노즐들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서는 분리된 고체들(35)은 분리 튜브(37)의 벽 내의 슬롯(slots)을 통해 누적 구역(accumulation zone)(36) 또는 회전 분리 튜브 넘어의 누적 구역(38) 중 어느 하나의 대기 구역(quiescent zone)에 누적될 수 있으며, 예를 들어 노즐들(32또는33)과 같은 분출(jetting) 또는 유동층(fluidisation) 장치 또는 대체적으로 확립된 방법을 사용하여 각각 제거될 수 있다. 밀도가 낮은 성분들은 오버플로우 배출구 노즐(20) 또는 추가 언더플로우 노즐(31)을 통해 추출될 수 있다. 다른 실시예에서는 상기 오버플로우 배출구 노즐(20)은 볼텍스 파인더(30)를 포함할 수 있다. 상기 분리 장치는 생성된 원심력이 외부의 중력의 영향이 최소화되도록 수평 또는 수직을 포함한 모드 방향으로 설치될 수 있다.
본 발명의 제3실시예는 도5에 도시되어 있다. 분리 장치(50)는 전체 업스트림 시스텝 압력을 견디도록 설계될 수 있는 외측 지지 구조체(52) 및 복수의 분리 튜브들(54)을 포함한다. 제3실시예에서 복수의 분리 튜브들(54) 내의 각각의 분리 튜브는 원통형으로 고려된다. 복수의 분리 튜브들(54)의 각 분리 튜브는 종축(longitudinal axis)을 따라 다른 분리 튜브들과 독립적으로 회전할 수 있다. 사용 시, 복수의 분리 튜브들(54)의 각 분리 튜브는 유체 혼합물을 포함한다. 각각의 개별적인 분리 튜브의 회전과 함께 분리 튜브의 투입구에서 유체로 유도된 임의의 회전 흐름은 원심력을 발생시켜, 원심력은 유체의 밀도가 높은 성분들을 회전하는 분리 튜브의 벽을 향해 누적되도록 하며 밀도가 낮은 성분들은 회전 축 근처에 누적되도록 한다. 복수의 분리 튜브들(54)은 분리 튜브들의 자유 회전을 가능하게 하고, 마찰을 최소화 하며, 회전 분리 튜브들과 외측 지지 구조체(52) 사이의 기계적 마모율을 감소시키는 일련의 베어링(55)에 의해 외측 지지 구조체(52)에 장착된다.
유체는 투입구 노즐(56)을 통해 분리 장치(50)로 들어간다. 일예로 복수의 투입구 노즐들을 포함할 수 있다. 유체는 가압하에 상기 투입구 챔버(58)로부터 복수의 분리 튜브들(54)내로 힘을 받는다. 다른 실시예에서는 상기 투입구에 스월 챔버와 같은 투입구 장치(57) 및 복수의 분리 튜브들(54) 각각의 주 배출구(the main outlet) 상의 배출구 장치(59)를 포함할 수 있다. 투입구 장치 또는 스월 챔버(57)는 투입 유체(inlet fluid)에 회전 스핀을 유도하는 것을 돕고, 볼텍스 파인더를 포함할 수 있다. 배출구 장치(59)는 투입 유체(inlet fluid)의 분리된 성분들을 분리하는 것을 돕는다. 투입구 장치(57) 및 배출구 장치(59)는 도 2 및 도3에 도시된 실시예들을 포함하여 본 발명의 모든 실시예와 결합하여 독립적으로 사용될 수 있다. 분리 튜브들(54)은 각 단부에서 튜브-플레이트(60) 상에 장착될 수 있다. 튜브-플레이트(60)는 복수의 분리 튜브(54) 및 투입구 및 배출구 장치들(57및59)의 각각의 단부에 기계적 지지를 제공하고 씰(seal)을 형성한다.
복수의 분리 튜브들(54)의 각 분리 튜브의 내부 보어(internal bore)는 분리 튜브의 내부 표면에 부착되거나 일체로 형성된 베인들(62)을 포함한다. 베인들(62) 및 다른 내부 성분들(other internal components)을 제공하기 위해 중심 축(64)이 포함될 수 있다. 일실시예에서 베인들(62)은 중심 축(64) 및 다른 내부 성분들을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있다. 중심 축(64)은 중심 코어(central core)에서 수집된 유체의 제거를 가능하게 하는 튜브로서 구성될 수 있거나 외부 유체의 주입을 허용할 수 있다. 유체가 상기 복수의 분리 튜브들(54)의 각 분리 튜브 및 베인들(62)을 통해 흐름으로서, 분리 튜브가 그 종축(longitudinal axis)을 중심으로 회전하도록 하는 회전력이 발생된다. 베인들(26)은 장치의 분리 섹션(separation section)에서의 난류(turbulence) 및 전단력(shear forces)을 최소화 하기 위해, 복수의 분리 튜브들(54)의 각 분리 튜브의 다운스트림(downstream)의 단부에 반드시 위치될 필요는 없으나 바람직하게는 위치될 수 있다. 충분한 투입구 압력이 이용 가능한 경우, 추가의 베인들(26)이 설치되어 복수의 분리 튜브들(54)내의 각 분리 튜브의 회전 속도를 증가시키고 결과적으로 원심력이 얻어질 수 있다. 보다 더 긴 체류 시간이 유익할 수 있거나, 공정에 유익한 것으로 간주되는 경우, 복수의 분리 튜브들(54)의 길이 또는 직경은 증가될 수 있다.
복수의 분리 튜브들(54)내의 각 분리 튜브의 회전은 분리 튜브 내부의 상기 유체 혼합물이 나선형 또는 회전 흐름 프로파일(profile)을 갖도록 유도한다. 또한, 복수의 분리 튜브들(54)내의 각 분리 튜브의 회전은 유체 투입구에서 유체로 유도된 임의의 회전 흐름과 함께 유체의 나선형 또는 회전 흐름 프로파일을 유지 또는 증가시키고, 복수의 분리 튜브들(54)내의 각 분리 튜브 내부에서 원심력을 발생시킨다. 복수의 분리 튜브들(54)의 각 분리 튜브 내부에서의 유체의 회전은 분리 튜브의 회전에 의해 유지 및 보강된 분리 튜브 내부의 유체 혼합물 내에 와류(vortex)를 형성한다. 원심력은 유체 혼합물의 밀도가 높은 성분들을 각각의 회전하는 분리 튜브의 벽을 향해 누적되도록 하며, 밀도가 낮은 성분들은 회전 축 근처에 누적되도록 한다. 유체 혼합물의 밀도가 높은 성분들은 언더플로우 배출구 노즐(66)을 사용하여 추출될 수 있다. 다른 실시예에서는 복수의 언더플로우 배출구 노즐들을 포함할 수 있다. 밀도가 낮은 성분들은 오버플로우 배출구 노즐(68) 또는 추가 언더플로우 노즐(76)을 통해 추출될 수 있다.
또 다른 실시예에서는 분리된 고체들(70)은 분리 튜브(72)의 벽 내의 슬롯(slots)을 통해 누적 구역(accumulation zone)(71) 또는 회전 분리 튜브 넘어의 누적 구역(73) 중 어느 하나의 대기 구역(quiescent zone)에 누적될 수 있으며, 예를 들어 노즐들(74또는75)을 통해 분출(jetting) 또는 유동층(fluidisation) 장치 또는 대체적으로 확립된 방법을 사용하여 각각 제거될 수 있다.
다른 실시예에서는 복수의 오버플로우 배출구 노즐들을 포함할 수 있다.
분리 튜브들을 자체 투입구 및/또는 배출구 노즐이 있는 여러 칸으로 분할하거나 기계식(mechanically), 유압식(hydraulically) 또는 전기적으로 분리(electrically isolating)에 의해, 또는 개별 분리 튜브들 또는 복수의 분리 튜브들을 제한함으로써, 향상된 턴타운(turndown)을 달성할 수 있다.
제3실시예의 분리 장치(50)의 변형예는 제4실시예로서 도6에 도시되어 있다. 동일한 부호가 다른 실시예에서 사용된 경우, 상기 부호는 동일한 특징부에 대응된다. 분리 장치(80)는 외측 지지 구조체(52) 및 수평 배향에서의 복수의 분리 튜브들(54)을 포함한다. 본 발명은 복수의 분리 튜브들(54)의 배향에 의해 제한되지 않는다. 분리 튜브(54)는 밀도가 높은 고체 입자들이 튜브-플레이트(60c) 업스트림(upstream)의 분리 튜브 벽의 슬롯(slots)을 통과하도록 한다. 분리된 고체 입자들(70)은 누적 구역(73)에서 수집될 수 있으며, 여기서 이들은 배출구 노즐(81또는82)을 통해 제거될 수 있다. 튜브-플레이트(60c) 업스트림 고체 입자들의 제거로 인해, 제4실시예에서는 배출구 장치(59) 또는 임의의 추가 다운스트림(downstream) 튜브-플레이트를 병합할 필요는 없지만, 다른 실시예에서는 이들 중 하나 또는 모두가 포함될 수 있다.
이하에서는 전술한 분리 장치의 실시예에 대한 다른 실시예가 제공된다.
본 발명의 일예로서 성능을 더욱 향상시키기 위해 분리 튜브의 길이를 따라 배플(baffles)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 분리 튜브보다 직경이 크거나 메커니즘(mechanism)이 있는 베인들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 피치(pitch)가 수동 또는 자동으로 조절될 수 있는 베인들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 각각의 분리 튜브의 회전 속도의 자동화된 모니터링(automated monitoring) 및/또는 조정(adjustment)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 분리 튜브의 내부 벽으로부터 수집된 고체들을 누적 구역 또는 배출 노즐을 향해 이동시키는 스크류 컨베이어(screw conveyor) 또는 스크레퍼(scraper)와 같은 매커니즘(mechanism)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 여과(filtration) 또는 맴브레인 내벽(membrane inner wall)을 병합할 수 있는 다공성(porous) 또는 슬롯형 세퍼레이터 튜브 벽(slotted separator tube wall)을 포함할 수 있으며, 이는 분리 튜브의 내부 벽 또는 인접하는 내부 벽에 적절한 크기(size) 또는 특성(characteristic) 성분들을 유지 및/또는 다른 적절한 크기(size) 또는 특성(characteristic) 성분들이 누적 구간으로 통과할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 외부 벽에서 액체에 잠긴(immersed) 상태로 인한 마찰 손실을 더욱 최소화하기 위해 분리 튜브 또는 도관 주위에 가스 블랭킷(gas blanket)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 유도된 기체 부유 효과(gas flotation effect)를 높이고 분리 효율을 향상시키기 위해 유입된 유체 혼합물에 가스(gas)를 주입하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 분리 효율을 더욱 향상시키기 위해 응고제 업스트림(coagulant upstream)을 주입하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 분리 효율을 더욱 향상시키기 위해 희석액 업스트림(dilution liquid upstream)을 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 제너레이터(generator)와의 연결이 포함될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 제너레이터는 외부 제너레이터(84)일 수 있다. 분리 튜브(14)의 회전은 제네레이터가 전력을 발생하게 한다. 동일한 부호가 다른 실시예에서 사용된 경우, 상기 부호는 동일한 특징부에 대응된다. 외부 제너레이터(84)는 축(86)을 통해 분리 튜브(14)에 부착된다. 분리 튜브(14)의 회전은 외부 제너레이터(84)에 동력을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는 상기 분리 튜브 내의 정전기장의 사용을 포함할 수 있다. 분리 장치의 분리 효율을 높이기 위해 정전기장을 사용하는 방법은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 정전기 유착기들은 정유소로 공급되기 전의 원유를 탈수 및 탈염하기 위한 업스트림 오일 및 가스 시장을 포함한 액체/액체 분리 공정에 일반적으로 사용된다. 이들 공지된 방법들은 본 발명의 모든 실시예들과 함께 사용되기에 적합할 수 있다. 상기 정전기장의 전력은 제네레이터를 사용하여 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 제너레이터와의 연결 및 상기 분리 튜브 내의 정전기장의 사용이 포함될 수 있고, 상기 분리 튜브의 회전은 제너레이터가 전력을 발생을 시키고, 상기 정전기장에 대한 전력은 상기 제너레이터에 의해 적어도 부분적으로 발생된다.
본 발명의 실시예에서는 분리 효율을 더욱 향상시키거나 에너지 회수를 증가시키기 위해 기체 배출구에 기체 터보 팽창기 블레이드(gas turbo-expander blades)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 여분의 시스템 압력 또는 유체가 이용가능한 경우 분리 효율을 더욱 향상시키거나 에너지 회수를 증가시키기 위해 상기 분리 튜브 내부 또는 외부 벽 상에 Pelton 또는 Francis 또는 Kaplan type 베인들 또는 터빈 블레이드를 포함할 수 있다.
일부 실시예들은 분리 효율을 향상시키거나 처리 능력을 향상시키거나 더 낮은 압력 강하 또는 이들의 조합으로 작동하기 위해 종래의 액체-액체 또는 고체-액체 싸이클론 용기 내를 개조하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 분리 장치로 들어오고 나가는 유체 혼합물들 사이의 상당한 압력 저하 없이 지속적인 처리량을 달성할 수 있는 원심력 하에서 상기 유체 혼합물을 적어도 2이상의 성분들로 분리하기 위한 상기 분리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 분리 장치는 다양한 측면에서 기체/고체, 액체/고체, 액체/액체, 및 액체/기체 상 분리 또는 2 상 이상의 조합에 적합할 수 있다. 유체 혼합물은 기체들 또는 다양한 밀도인 복수의 비혼합성 액체들 또는 고체 입자들의 조합을 포함할 수 있다. 분리 장치는 싸이클론과 유사하거나 또는 더 높은 효율 및/또는 더 낮은 압력 강하에서 작동하면서, 유전 또는 유사한 공정 스트림으로부터의 유체 혼합물을 동시에 탈수(de-water), 디오일(de-oil), 탈기체(de-gas) 및 탈샌드(de-sand) 또는 이들의 임의의 조합들을 제거할 수 있다.
실시예들에 따른 분리 장치의 분리 효율은 원심분리기로 달성할 수 있는 장치에 접근하지만, 외부 모터 구동을 필요로 하지 않고 싸이클론과의 공간, 중량 및 비용 이익이 비슷하다. 분리를 위한 원심력은 상기 유체 혼합물이 내부 또는 외부의 베인들을 통해 통과하는 적어도 1이상의 도관의 회전에 의해 발생되며, 상기 베인들을 통해 통과하는 유체들은 도관에 회전력을 부여한다. 분리 튜브의 회전 속도는 유체 혼합물의 분리가 달성되도록 유체 혼합물에 원심력을 부여하고 유지한다. 따라서 외부 전원 공급 또는 외부 모터가 분리 장치의 분리 효율성 또는 작동성을 더 향상시키기 위해 포함될 수 있으나, 본 발명에서는 반드시 필요하지 않다. 또한 본 발명의 분리 장치는 일반적으로 원심분리기의 작동에 필요한 외부 씰(external seals), 베어링(bearings), 및 관련 외부 냉각(associated external cooling) 및 윤활 회로(lubrication circuits)의 종류가 반드시 필요하지 않다.
본 발명의 실시예들은 세퍼레이터(separators), 싸이클론(cyclones), 플로테이션 유닛(flotation units), 맴브레인(membranes), 유착기(coalescers), 필터(filters), 원심분리기(centrifuges), 펌프(pumps) 또는 밸브(valves) 등, 및 이 분리 장치의 추가적인 유닛들(additional units) 같은 다른(other) 업스트림 또는 다운스트림 장비와 관련된 유닛 작업(unit operation)으로 사용될 수 있다.
본 발명의 업스트림 오일 및 가스(육상, 해상 및 해저), 폐수 처리, 광물 처리, 채광, 펄프 및 제지 처리, 핵, 의약, 의료, 식품, 음료 또는 자동차 응용 분야에서 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 압력 또는 진공 상태에서 작동하는 가스 스트림에서 입자들 또는 먼지를 제거할 때 사용할 수 있으며, 이 경우 싸이클론 세퍼레이터에 비해 더 낮은 압력 강하는 보다 에너지 효율적이다.
상술한 본 발명의 설명에서는 당업자의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경의 실시예가 가능하다.

Claims (37)

  1. 복수의 성분들(multiple components)을 포함하는 유체(fluid)를 적어도 2이상의 성분들로 분리하기 위한 분리 장치(separation device)로서,
    지지 구조체(support structure);
    축(axis)을 중심으로 회전하기 위한 상기 지지 구조체 상 또는 내부에 장착(mounted)된 적어도 1이상의 도관(conduit); 상기 적어도 1이상의 도관은 선택적으로 상기 도관에 부착(attached)되거나 일체형(integrally)으로 형성된 1 이상의 베인들(vanes)을 포함하는 튜브(tube)이며,
    상기 유체의 흐름(flow)을 상기 적어도 1이상의 도관으로 도입(introducing)하기 위한 적어도 1이상의 투입구(inlet); 및
    그로부터(therefrom) 상기 성분들 중 적어도 1이상을 배출(outputting)하기 위한 적어도 1이상의 배출구(outlet); 상기 적어도 1이상의 배출구는 오버플로우 배출구(overflow outlet)를 포함하고, 상기 오버플로우 배출구는 볼텍스 파인더(vortex finder)를 포함하며,
    상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해(thereby) 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성되는 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 축에 평행한 방향으로 비-제로(non-zero) 속도 성분을 갖는 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성되는 분리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 축에 실질적(substantially)으로 평행한 방향으로 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성되는 분리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관은 사용 중, 상기 투입구로부터 상기 유체의 상기 흐름이 적용될 때, 상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되도록 구성되는 분리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 1이상의 액체 상(liquid phase)이 포함된 분리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 2이상의 액체 상들이 포함된 분리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 1이상의 기체 상(gaseous phase)이 포함된 분리 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 1이상의 고체 상(solid phase)이 포함된 분리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베인들은 상기 도관의 내부 또는 외부 표면과 부착되거나 일체형으로 형성되는 분리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베인들은 중심 축을 포함하는 분리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중심 축은 적어도 1이상의 투입구(inlet) 또는 배출구(outlet)를 포함하는 분리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관은 베어링(bearings)에 장착된 분리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 내측 지지 구조체(inner support structure)를 포함하는 분리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 외측 지지 구조체(outer support structure)를 포함하는 분리 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 하우징(housing)을 포함하는 분리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관은 상기 하우징 내부의 베어링에 장착된 분리 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 배출구는 언더플로우 배출구(underflow outlet)인 분리 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 투입구는 적어도 1이상의 도관과 접하는(tangential) 분리 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 장치는 투입구 챔버(inlet chamber)를 더 포함하는 분리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 투입구 챔버는 스월 챔버(swirl chamber)를 포함하는 분리 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관의 직경(diameter)은 3mm 내지 3m인 분리 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관의 직경은 바람직하게는(preferably) 30mm 내지 60mm인 분리 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관의 길이(length)는 40mm 내지 3m인 분리 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관의 길이는 바람직하게는 0.5m 내지 1.1m인 분리 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 도관은 복수의 도관들(plurality of conduits)인 분리 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 투입구는 상기 유체의 흐름(flow)을 상기 복수의 도관들에 도입하는(introduces) 분리 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체가 상기 분리 장치의 분리 효율성을 높이는 정전기력(electrostatic force)을 받기(experiences) 위해 정전기장(electrostatic field)을 발생시키는 정전기장 발생 장치(electrostatic field generation device) 를 더 포함하는 분리 장치.
  28. 제1항에 따른 분리 장치를 사용하여 복수의 성분들을 포함하는 유체를 적어도 2이상의 성분들로 분리하기 위한 방법으로서,
    상기 유체의 흐름을 상기 투입구를 통해 상기 도관으로 도입(introducing)하는 단계;
    상기 도관은 상기 지지 구조체 상 또는 상기 지지 구조체 내에서 상기 축을 중심으로 회전하게 되며, 그것에 의해(thereby) 상기 유체는 적어도 2이상의 성분들로 분리되는 단계를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 흐름은 상기 회전 축에 평행한 방향으로 비-제로 속도 성분을 갖는 방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 흐름은 상기 회전 축에 실질적으로 평행한 방향인 방법.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 1이상의 액체 상이 포함된 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 2이상의 액체 상들이 포함된 방법.
  33. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 1이상의 기체 상이 포함된 방법.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 적어도 1이상의 고체 상이 포함된 방법.
  35. 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1이상의 상(phase)은 직경이 주로 2 μm 보다 큰 방울(droplets), 입자(particles) 또는 버블(bubbles)을 포함하는 방법.
  36. 제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 1이상의 배출구에서의 유체의 압력은 적어도 1이상의 투입구에서의 유체의 압력보다 0.8 bar 이하인 방법.
  37. 제28항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체가 상기 분리 장치의 분리 효율성을 높이는 정전기력을 받기 위한 정전기장을 발생시키는 방법.



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