KR20200019689A

KR20200019689A - 생성 수 처리 시스템 및 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20200019689A
Application number: KR1020207001170A
Authority: KR
Inventors: 레지 디디에 알렝 빌라진; 길로메 로베르 쟝 프랑수와 레이넬
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2020-02-24
Also published as: WO2018231261A1; SG11201912084XA; US20180361323A1; CN110770174A; SA519410813B1; EP3638628A1; JP2020523189A; US10525415B2

Abstract

유기 화합물을 함유하는 생성 수를 처리하기 위한 시스템 및 방법은 처리 용기(100); 여과 물질을 포함하는 여과층(150); 및 세정 사이클 동안 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템을 포함한다. 여과층(150)은, 처리 시스템의 처리 사이클 동안 처리 용기(100)로 유입되는 생성 수의 적어도 일부가 처리 용기에서 배출되기 전에 당해 여과층(150)을 통과하도록, 구성된다. 여과 물질(150)은 수용액에 실질적으로 용해되지 않는 금속 수산화물 또는 금속 옥소수산화물과 같은 금속 화합물이다. 세척 용액은 유기 화합물을 분해하지 않으면서 금속 화합물을 수용액에 용해 가능한 환원 화합물로 환원시킬 수 있는 시약을 포함한다. 원유와 같은 유기 화합물은 세정 사이클 후에 여과층 물질로부터 회수될 수 있고, 여과층(150)은 재생될 수 있다.

Description

생성 수 처리 시스템 및 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2017년 6월 15일자로 출원된 미국 정규 출원 제15/624,175호를 우선권으로 주장하며, 이는 그 전체가 참조로서 원용된다.

기술분야

본 개시 내용은 일반적으로 생성 수의 처리에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 생성 수를 처리하기 위한 시스템 및 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법에 관한 것이다.

탄화수소 에너지 자원(현재 미국 전역에서 연간 약 140억 배럴(bbl/yr)로 추정됨[1 bbl = 42 갤런])의 추출 시 상당량의 물이 생성된다. 생성 수는 오일 및 가스 탐사 및 생산 중에 표면으로 제공되는 물을 포함하며, 이는 보통 수 세기 동안 지하 형성물에 갇혀 있다. 또한, 생성 수는 발전소 내의 스크러버, 우라늄 자원의 탈수 및 추출, 탄소 격리, 및 독특한 에너지원의 개발로부터 생성될 수 있다. 임의의 적용 분야로부터의 생성 수는 대체로 그 생성 수를 다른 적용 분야에서 재사용하지 못하게 할 수 있는 원유와 같은 상당한 양의 탄화수소를 함유하고 있다. 따라서, 대량의 생성 수를 처리하기 위한, 특히 생성 수로부터 탄화수소와 같은 오염물을 제거하기 위한 장치 및 방법이 계속 요구되고 있다.

오일 및 기타 탄화수소, 모래, 소금 및 기타 화학 물질이 세라믹 멤브레인에 접촉하거나 그를 통과할 때 멤브레인은 완전히 파울링되거나 심지어 기계적 고장을 일으킬 가능성이 높기 때문에, 세라믹 멤브레인은 생성 수와 같은 물을 처리하는 능력에 있어 제한을 받는다. 따라서, 완전한 파울링에 의해 비가역적으로 비활성화되지 않으면서 생성 수를 지속적으로 여과할 수 있는 개선된 세라믹 멤브레인이 계속 요구되고 있다.

고정층 또는 유동층 여과는 또한 생성 수로부터 유기 오염물을 흡착시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 공정 동안, 생성 수 내의 오염물은 입자의 층에 갇힐 수 있거나 입자에 흡착될 수 있다. 결국, 입자는 세정되거나 교체될 필요가 있다. 입자를 세정하거나 교체하려면 추가 비용이 발생한다. 따라서, 효율적인 방식으로 입자를 세정 또는 재순환시킬 수 있는 여과 공정이 계속 요구되고 있다.

생성 수를 처리하는 데 사용되는 여과 공정에 관계없이, 생성 수에서 제거되는 원유와 같은 탄화수소는 통상적으로 폐기물로서 버려진다. 이러한 유형의 폐기물은 환경에 해로운 영향을 줄 수 있다. 더욱이, 탄화수소 자체는 탄화수소가 단순히 폐기될 때 실현되지 않는 진정한 금전적 가치를 가질 수 있다. 따라서, 생성 수 처리로부터 탄화수소 폐기물을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 탄화수소 생산 및 그 후속 작업과 양립 가능한 공정 조건에서 회수된 탄화수소로부터 가치를 실현할 수 있는 시스템이 계속 요구되고 있다.

일부 구현예에 따르면, 유기 화합물을 함유하는 생성 수 처리 시스템은 생성 수 공급원과 유체 연통하는 용기 입구 및 제1 용기 출구를 갖는 처리 용기; 용기 입구와 제1 용기 출구 사이의 처리 용기 내의 여과 물질을 포함하는 여과층; 및 처리 시스템의 세정 사이클 동안 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템을 포함한다. 여과층은 처리 용기 내에 구성되되, 처리 시스템의 처리 사이클 동안 용기 입구를 통해 처리 용기로 유입되는, 생성 수 공급원으로부터 나오는 생성 수의 적어도 일부가, 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구를 통해 처리 용기에서 배출되기 전에, 당해 여과층을 통과하도록 구성된다. 여과 물질은 수용액에 실질적으로 용해되지 않는 금속 화합물이다. 특히, 금속 화합물은 금속 수산화물, 금속 옥소수산화물, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 금속 수산화물의 예로는, 제한 없이, 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 및 크롬(III) 수산화물을 포함한다. 금속 옥소수산화물의 예로는 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 및 크롬(III) 옥소수산화물을 포함한다. 세척 용액은 환원제를 포함한다. 금속 화합물은 세정 사이클 동안 환원제에 의해 환원될 수 있어 수용액에 용해 가능한 환원 금속 화합물을 형성한다. 특히, 환원제는 유기 화합물을 분해하지 않으면서 금속 화합물을 환원시키기에 충분히 큰 환원 능력을 갖는 화합물이다. 일부 구현예에서, 환원제는 차아인산(H₃PO₂), 아인산(H₃PO₃), 옥살산, 포름산, 수성 암모니아(NH₃), 히드록실아민(NH₂OH), 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속(S₂O₃ ^2-), 아황산 금속, 수소화붕소 나트륨, 수성 또는 용해된 이산화황(SO₂), 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 아황산과 같은 수소화물 공급원, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 환원제는 아황산, 아황산의 염, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

추가 구현예에 따르면, 생성 수로부터 원유를 회수하기 위한 처리 시스템은 생성 수 공급원과 유체 연통하는 용기 입구 및 제1 용기 출구를 갖는 처리 용기; 용기 입구와 제1 용기 출구 사이의 세라믹 멤브레인; 용기 입구와 대향하는 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상의 금속 화합물의 코팅층; 및 처리 시스템의 세정 사이클 동안 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템을 포함한다. 이러한 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 세라믹 멤브레인은 처리 시스템의 처리 사이클 동안 처리 용기로 유입되는 생성 수의 적어도 일부가 세라믹 멤브레인을 투과해서 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구를 통해 처리 용기에서 배출되기 전에 코팅층을 통과하도록 구성된다. 세척 용액은 환원제를 함유하는 수용액이다. 일부 구현예에서, 환원제는 차아인산(H₃PO₂), 아인산(H₃PO₃), 옥살산, 포름산, 수성 암모니아(NH₃), 히드록실아민(NH₂OH), 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속(S₂O₃ ^2-), 아황산 금속, 수소화붕소 나트륨, 수성 또는 용해된 이산화황(SO₂), 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 아황산과 같은 수소화물 공급원, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 환원제는 아황산, 아황산의 염, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

추가 구현예에 따르면, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은 전술한 구현예에 따른 처리 시스템의 생성 수 공급원에 생성 수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 유기 화합물이 여과층 내에 수집될 때까지 생성 수가 여과층을 통과하는 동안에 처리 사이클이 개시된다. 그 후, 세정 사이클을 개시하여 세척 용액을 여과층의 여과 물질에 제공하여, 금속 화합물이 환원되어 세척 용액에 용해 가능한 환원 금속 화합물을 형성한다. 세척 용액은 처리 용기로부터 제거되고, 처리 용기로부터 제거된 세척 용액은 용해된 환원 금속 화합물 및 유기 화합물을 함유한다. 유기 화합물은 세척 용액으로부터 분리된다. 일부 구현예에서, 세척 용액으로부터 분리된 유기 화합물은 그 후에 회수된다. 이러한 방식으로 생성 수로부터 회수된 유기 화합물은 원유를 포함할 수 있다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 다양한 구현예를 설명하고 청구된 기술 요지의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 체계를 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 구현예에 대한 추가적인 이해를 제공하도록 포함되며, 본 명세서에 통합되어 그의 일부를 구성한다. 도면은 본 개시 내용에서 설명된 다양한 구현예를 도시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 기술 요지의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 구현예에 따른 유기 화합물을 함유하는 생성 수 처리 시스템의 개략도이다.
도 2a는 초기 처리 단계에서, 구현예에 따른 여과층으로 코팅된 세라믹 멤브레인을 통한 유체 흐름의 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 세라믹 멤브레인을 통한 유체 흐름의 개략도로서, 보호 여과층 내에 생성 수로부터의 유기 물질 수집이 시작되고 있는 상태를 도시하고 있다.
도 2c는 도 2b의 세라믹 멤브레인과 비교하여 생성 수의 추가 처리 후 도 2a의 세라믹 멤브레인을 통한 유체 흐름의 개략도로서, 보호 여과층 내에 유기 물질이 생성 수로부터 상당히 수집되어 있는 상태를 도시하고 있다.
도 3a는 도 2c의 막힌 멤브레인에서 세정 사이클의 개시를 나타낸 개략도이다.
도 3b는 세정 사이클 동안 도 3a의 멤브레인의 장애를 없애 재사용을 위해 세라믹 멤브레인을 재생하도록 여과층의 파괴 및 용매화를 나타낸 개략도이다.
도 4는 구현예에 따른 생성 수 처리 시스템의 데드엔드 구성을 나타낸 개략도이다.
도 5a는 구현예에 따른 여과층으로 내부 코팅된 관형 세라믹 멤브레인의 측면도이다.
도 5b는 도 5a의 관형 세라믹 멤브레인의 단면도이다.
도 6은 생성 수의 직교류 처리를 위해 관형 세라믹 멤브레인을 포함하는 구현예에 따른 처리 시스템의 처리 용기이다.
도 7은 관형 세라믹 멤브레인의 병렬 서브시스템을 포함하는 구현예에 따른 생성 수 처리 시스템의 개략도이다.
도 8은 여과 물질 입자의 고정 또는 유동층을 포함하고 하향 흐름 레이아웃으로 구성된 구현예에 따른 처리 시스템의 처리 용기이다.
도 9는 여과 물질 입자의 고정 또는 유동층을 포함하고 상향 흐름 레이아웃으로 구성된 구현예에 따른 처리 시스템의 처리 용기이다.
도 10은 여과 물질의 일정한 재생을 위해 유동층을 포함하고 상향 또는 하향 흐름 레이아웃을 위해 구성된 구현예에 따른 처리 시스템의 처리 용기이다.
도 11은 도 9의 처리 용기의 병렬 서브시스템을 포함하고 상향 흐름 레이아웃으로 구성된 구현예에 따른 생성 수 처리 시스템의 개략도이다.
도 12는 도 10의 처리 용기를 포함하고 하향 흐름 레이아웃으로 구성된 구현예에 따른 생성 수 처리 시스템의 개략도이다.
도 13은 구현예에 따른 처리 시스템의 코팅된 세라믹 멤브레인에 대한 처리된 생성 수의 부피의 함수로서 정규화된 플럭스(J/J₀)를 종래 기술의 코팅되지 않은 세라믹 멤브레인의 것과 비교한 그래프이다.
도 14는 구현예에 따른 처리 시스템으로부터 수집된 시간의 함수로서 특정 플럭스 데이터의 그래프이고, 처리 용기는 도 6에서와 같이 직교류 구성을 위해 구성된 여과층으로 내부 코팅된 관형 세라믹 멤브레인을 포함하고 있다.

본 개시 내용의 특정 구현예를 이제 설명할 것이다. 본 개시 내용은 설명된 특정 구현예와 명백한 차이점만을 갖는 형태로 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 따라서, 특정 구현예의 내용이 본 개시 내용의 전체 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이러한 구현예는 본 개시 내용이 철저하고 완전하도록 제공되며, 기술 요지의 범위를 당업자에게 완전히 전달할 것이다.

달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원의 설명에서 사용된 용어는 특정 구현예만을 설명하기 위한 것으로 제한하도록 의도되지 않는다. 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태인 "일(a)", "하나(an)", 및 "그(the)"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 형태도 포함하도록 의도된다.

본 개시 내용의 구현예는 대체로 생성 수를 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 생성 수와 관련해서 "처리"는 생성 수로부터 불순물이 여과되거나 제거되는 임의의 절차를 포함할 수 있다. 본 개시 내용의 일부 특정 구현예에서, 생성 수의 처리는 세라믹 멤브레인을 통해 또는 입자의 고정 또는 유동층을 통해 물을 통과시키는 것을 포함한다. 구현예에 따른 생성 수를 처리하기 위한 시스템 및 방법은 불수용성 산화 상태 및 수용성 산화 상태를 갖는 금속 화합물을 포함하는 여과층 또는 보호 물질을 이용한다. 통상적으로, 수용성 산화 상태는 여과층 물질을 환원제와 반응시킴으로써 형성된 여과층 물질의 환원된 형태이다. 여과층 또는 보호 물질의 두 산화 상태는 보호층이 용이하게 용해 및 개질될 수 있게 하여, 세정 및 처리 작업의 효율을 용이하게 한다. 일반적으로, 금속 화합물은, 예를 들어 일부 구현예에서 처리 시스템 내에 포함될 수 있는 세라믹 멤브레인을 비가역적으로 오염시키는 것처럼 생성 수 내의 이물질이 처리 시스템을 완전히 막는 것을 방지하는 보호 코팅을 생성한다.

본원에서 사용된 된 바와 같이, "생성 수"라는 용어는, 예를 들어 원유와 같은 유기 화합물로 물을 오염시키는 공정 또는 절차를 거친 물을 지칭한다. 생성 수는 일반적으로 가스 및 오일 생산 공장 및 혐기성 조건에서 지면에서 추출되어 오일로 오염된 물에서 비롯된다. 생성 수는 모래와 같은 입자상 물질로 오염될 수도 있다.

도 1의 개략도는 유기 화합물을 함유하는 생성 수를 위한 처리 시스템(100)을 개념적으로 나타내고 있다. 후술될 다양한 처리 시스템의 구현예는 구성 및 기계적 특징과 관련하여 상이할 수 있지만, 일반적으로 처리 시스템의 각 구현예는 도 1의 처리 시스템(100)의 것과 유사한 방식으로 수행되는 구성요소를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 처리 시스템(100)에 적용 가능한 것으로 설명된 특징, 구성요소, 또는 물질은, 제한 없이 멤브레인 또는 입자층을 포함하는 데드엔드 여과 시스템(200)(도 4), 관형 멤브레인을 포함하는 병렬 직교류 여과 시스템(400)(도 7), 입자층을 포함하는 병렬 상향 레이아웃 여과 시스템(800)(도 11), 또는 입자층을 포함하는 하향 레이아웃 시스템(900)(도 12)을 포함하는, 본 개시 내용에 구체적으로 설명된 처리 시스템(100)의 구현의 유사한 특징, 구성요소, 또는 물질에 동일하게 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다.

처리 시스템(100)은 생성 수 공급원(160)과 유체 연통하는 용기 입구(120) 및 수집 용기(170)에 연결되거나 이와 유체 연통하는 제1 용기 출구(130)를 갖는 처리 용기(110)를 포함한다. 처리 용기(110)는 물이 처리될 수 있는 임의 종류의 밀폐형 장치 또는 장비일 수 있다. 생성 수 공급원(160)은, 예를 들어 파이프나 호스, 저수조, 생성 수가 배출되는 정유 시스템으로의 연결, 또는 유정 보어를 위한 시추 시스템으로의 연결과 같은 임의의 생성 수 공급원일 수 있다. 용기 입구(120)는 처리 용기(110) 내로의 유체 경로이고, 생성 수 공급원(160)으로부터 생성 수의 유입을 제어하기 위해 통상적인 피팅 또는 밸브(미도시)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제1 용기 출구(130)는 처리 용기(110) 외부로의 유체 경로이고, 처리 시스템(100)의 구현에 의해 요구되는 바와 같이 통상적인 피팅 또는 밸브(미도시)를 포함할 수 있다.

처리 시스템(100)은 용기 입구(120)와 제1 용기 출구(130) 사이의 처리 용기(110)에 여과층(150)을 더 포함한다. 여과층(150)은 적어도 하나의 여과 물질을 포함한다. 여과층은 여과층(150)이 처리 용기(110) 내에서 하류로 이동하는 것을 방지하는 다공성 지지체(140)에 의해, 그에 대하여, 또는 그 상에 지지될 수 있다. 여과층(150)은 처리 시스템의 처리 사이클 동안 용기 입구(120)를 통해 처리 용기(110)로 유입되는 생성 수 공급원(160)으로부터의 생성 수의 적어도 일부가 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130)를 통해 처리 용기(110)에서 배출되기 전에 여과층(150)을 통과하도록 처리 용기(110) 내에 구성된다. 일부 구현예에서, 처리 시스템의 처리 사이클 동안 용기 입구(120)를 통해 처리 용기(110)로 유입되는 생성 수 공급원(160)으로부터의 모든 생성 수는 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130)를 통한 처리 용기(110)에서 배출되기 전에 여과층(150) 및 다공성 지지체(140) 양자를 통과한다. 일부 구현예에서, 여과층(150)을 통과하는 생성 수 공급원(160)으로부터의 생성 수의 부분은 그 후 다공성 지지체(140)를 통과한다. 더 상세히 후술될 일부 구현예에서, 처리 용기(110)는 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130)를 통해 처리 용기(110)에서 유출되지 않는 생성 수의 임의의 일부가 미여과된 잔류물 스트림으로서 처리 용기(110)에서 유출되는 제2 용기 출구(도 1에서 미도시)를 포함한다.

일부 구현예에서, 다공성 지지체(140)는 세라믹 멤브레인일 수 있다. 이러한 구현예에서, 상세히 후술될, 여과층(150)은 세라믹 멤브레인의 표면 상에 여과 물질의 코팅을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 다공성 지지체(140)는, 예를 들어 메쉬, 체, 또는 스크린일 수 있다. 이러한 구현예에서, 상세히 후술될, 여과층(150)은 여과 물질의 입자의 입자층을 포함할 수 있다. 처리 시스템(100)에서 다공성 지지체(140)의 유형에 관계없이, 여과층(150)은 처리 시스템(100)의 막힘 또는 파울링을 방지하도록 선택된 여과 물질을 제공한다.

여과층(150)의 여과 물질은 수용액에 실질적으로 용해되지 않는 금속 화합물이다. 금속 화합물은 처리 시스템(100)에 의해 처리되는 생성 수에 실질적으로 용해되지 않거나 전혀 용해되지 않는다. 이에 의해, 여과층(150)은 처리 시스템(100)의 처리 사이클 동안 그대로 유지될 수 있다. 금속 화합물은 금속 화합물의 금속 원자가 적어도 2개의 가능한 산화 상태를 갖고 금속 화합물에서 금속 원자가 2개의 가능한 산화 상태 중 더 큰 상태에 있는 전이 금속 화합물일 수 있어서, 금속 화합물은 환원제와의 반응에 의해 금속 원자가 2개의 가능한 산화 상태 중 더 작은 상태에 있는 환원 금속 화합물로 환원된다. 예를 들어, 2.8 초과의 pH에서와 같은 소정 pH에서 수용액에 용해되지 않는 철(III) 금속 화합물은 수용액에 용해 가능한 철(II) 환원 금속 화합물로 환원될 수 있다.

이와 관련하여 적합한 여과 물질은, 제한 없이, 금속 수산화물, 금속 옥소수산화물, 및 금속 수산화물과 금속 옥소수산화물의 조합을 포함한다. 금속 수산화물의 예로는, 제한 없이, 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합을 포함한다. 금속 옥소수산화물의 예로는, 제한 없이, 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 금속 화합물은 페리하이드라이트를 포함하거나, 본질적으로 이로 구성되거나, 또는 이로 구성된다.

여과층(150)의 금속 화합물은 입자, 비드, 혈소판의 형태로 될 수 있거나, 또는 입자, 비드, 또는 혈소판 상에 코팅 물질로서 있을 수 있다. 대안적으로, 여과층의 금속 화합물은 다공성 지지체(140) 상의 코팅층에 포함될 수 있다. 세라믹 멤브레인과 같은 다공성 지지체(140) 상에 코팅층을 형성하기 위해, 금속 질산염과 같은 전구체 화합물은 25℃ 내지 200℃와 같은 약한 가열 조건 하에서 공기 또는 산소 분위기에서 산화되어 금속 수산화물 또는 금속 옥소수산화물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 페리하이드라이트는 염화 철(II), 황산 철(II), 아황산 철(II), 또는 질산 철(II)과 같은 하나 이상의 철(II) 염의 공기 또는 산소에서 산화에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로 수용성 철(II) 염이 산화됨에 따라, 이들은 수용액에서 세라믹 멤브레인의 공극 크기보다 실질적으로 큰 입자 크기를 갖는 침전물로서 존재하는 불수용성 철(III) 수산화물 또는 철(III) 옥소수산화물을 형성한다. 그 후, 철(III) 수산화물 또는 철(III) 옥소수산화물 침전물을 함유하는 수용액이 세라믹 멤브레인에 부어져서, 수용액의 물이 세라믹 멤브레인의 공극 및 철(III) 수산화물 또는 철(III) 옥소수산화물의 코팅층을 투과하여 수용액이 부어진 세라믹 멤브레인의 표면에 남게 된다. 그 후, 세라믹 멤브레인은 가열 또는 건조 단계를 거쳐 세라믹 멤브레인의 표면 상에 입자를 고정시킬 수 있다.

처리 시스템(100)은 처리 시스템(100)의 세정 사이클 동안 여과층(150)의 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템(190)을 더 포함한다. 세척 용액은 환원제를 포함한다. 환원제는 금속 화합물이 세정 사이클 동안 그 환원제에 의해 환원되어 수용액에 용해 가능한 환원 금속 화합물을 형성할 수 있도록 선택된다. 세정 사이클 동안 여과층(150)에 제공되는 세척 용액은 산업적으로 실제적인 시간으로 여과 물질, 특히 금속 화합물을 환원시키기에 충분한 농도의 환원제의 수용액일 수 있다.

일부 구현예에서, 생성 수에 존재하는 유기 화합물의 분해 또는 이와 달리 불활성화를 방지하도록 충분히 제한되면서도 금속 화합물을 환원시키기에 충분히 큰 환원 용량을 갖는 환원제가 선택된다. 예를 들어, 유기 화합물은 원유 또는 회수되거나 안정화되려는 다른 탄화수소를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 환원제는 원유 또는 다른 탄화수소의 전위 값을 분해하거나 달리 손상시키지 않으면서 여과층(150)의 금속 화합물을 환원시킬 수 있도록 선택된다.

금속 화합물을 환원시키는 능력과 관련하여, 금속 화합물의 금속 이온 및 환원제의 성분의 전기 화학적 전위가 고려될 수 있다. 금속 화합물에 적합한 환원제는, 제한 없이, 차아인산(H₃PO₂) 또는 이의 염, 아인산(H₃PO₃) 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아(NH₃), 암모늄염, 히드록실아민(NH₂OH), 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속(S₂O₃ ^2-), 아황산 금속 또는 아황산 알칼리 금속, 수소화붕소 나트륨, 수성 또는 용해된 이산화황(SO₂), 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 아황산 또는 이의 염과 같은 수소화물 공급원, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 아황산의 염, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

예시적인 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 또는 이들의 조합과 같은 철(III) 화합물일 수 있고, 환원제는 아황산 알칼리 금속, 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨과 같은 아황산 또는 아황산의 염일 수 있다. 예를 들어, 금속 화합물이 불수용성 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트)이고 환원제가 아황산인 경우, 환원 금속 화합물은, 예를 들어 중아황산 철(II)로도 알려진 황산수소 철(II)과 같은 수용성 철(II) 화합물일 수 있다. 일부 구현예에서, 환원 금속 화합물은 세정 사이클 후 다공성 지지체(140) 또는 세라믹 멤브레인 상의 여과층(150)을 개질하기 위한 전구체로서 재사용될 수 있다.

일부 구현예에 따르면, 처리 시스템(100)은 여과층(150)과 제1 용기 출구(130) 사이의 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 여과층(150)은 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상의 금속 화합물의 코팅층일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다.

금속 화합물의 코팅인 여과층(150)을 위한 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인의 기능은 도 2a 내지 2c 및 도 3a 내지 3b에 도시되어 있다. 도 2a를 참조하면, 세라믹 멤브레인(10)은, 예를 들어 철(III) 수산화물 또는 페리하이드라이트의 불수용성 층과 같은 여과층(50)으로 코팅된다. 세라믹 멤브레인(10)의 공극(15)을 통한 수직 화살표는 세라믹 멤브레인(10)을 통해, 구체적으로 세라믹 멤브레인의 공극(15)을 통한 생성 수의 흐름을 나타낸다. 생성 수는 오일 유적(20) 또는 입자상 물질(40)과 같은 오염물을 함유할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 더 많은 생성 수가 세라믹 멤브레인(10)을 통해 계속 처리됨에 따라, 오일 유적은 여과층(50) 상에 오일 증착물(25)을 형성할 수 있고 입자상 물질(40)은 또한 여과층(50)에 점착할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 여과층(50)은 오일 유적 및 입자상 물질이 공극(15)의 벽에 점착해서 잠재적으로 이를 막히게 만들 수 있는 상황에서 공극(15)으로 유입되는 것을 방지한다. 세라믹 멤브레인(10)에서 막힌 공극의 확산은 일반적으로 파울링으로 알려져 있으며, 파울링이 광범위하면, 비가역적일 수 있어서 세라믹 멤브레인(10)은 세정 또는 재사용될 수 없다.

도 2c를 참조하면, 생성 수의 처리 동안 어느 시점에서, 여과층 상의 오일 증착물(25) 및 입자상 물질(40)의 크기 및 정도는 너무 커져서 추가 생성 수가 공극(15)을 약간 통과할 수 있거나 통과할 수 없다. 임의의 종류의 여과층이 없는 세라믹 멤브레인에 대해 이러한 광범위한 파울링은 세라믹 멤브레인의 필요한 폐기를 초래할 수 있지만, 구현예에 따른 처리 시스템에서 여과층(50)은 세정 사이클을 통해 재생될 수 있다. 세정 사이클의 기능은 도 3a 및 3b에 도시되어 있다.

도 3a의 세라믹 멤브레인(10)은 세정 사이클의 초반에 도 2c의 세라믹 멤브레인(10) 상에서와 같이, 여과층(50) 상에 오일 증착물(25) 및 입자상 물질을 포함한다. 세정 사이클 동안, 세라믹 멤브레인(10)의 공극(15)을 통해 수직 화살표가 상향으로 향한 도 3a에 도시된 환원제를 함유하는 세척 용액은 세라믹 멤브레인(10)을 통해 역 세척된다. 역 세척의 효과는 도 3b에 시뮬레이션되어 있다. 즉, 세척 용액이 공극(15)을 투과함에 따라, 여과층(50)을 형성하는 금속 화합물은 수용성인 환원 금속 화합물로 환원된다. 따라서, 세척 용액은 최종적으로 완전히 용해될 수 있는 용해 입자(55)에 여과층을 효과적으로 용해 및 파괴시킨다. 여과층(도 3a) 상에 증착된 오일은 이제 입자상 물질(40)과 함께 오일 유적(20)으로서 세척 용액에 존재한다. 그 후, 용매화된 환원 금속 화합물, 오일 유적(20), 및 입자상 물질을 보유하는 세척 용액은 여과층(50) 상에 갇힌 오일을 회수하기 위해 상 분리될 수 있다. 오일이 회수되면, 세척 용액의 수성 상에 용해된 금속 화합물이 세라믹 멤브레인(10) 상에 다시 증착된 후 산화되어 추가 처리 사이클 동안 여과층(50)을 개질할 수 있다.

도 4를 참조하면, 일 구현에서 처리 시스템(100)은 데드엔드 여과 시스템(200)으로 구성될 수 있다. 데드엔드 여과 시스템(200)에서, 생성 수 공급원(160)으로부터의 생성 수는 유입 펌프(167)에 의해 처리 용기(110)로 보내질 수 있다. 예를 들어, 생성 수에서 유기 화합물 또는 원유에 대해 반응하지 않는 질소와 같은 불활성 가스는 생성 수 공급원(160)에서 생성 수에 부가되어 수집 용기(170)에서 수집된 여과된 생성 수에 비반응성 가스층을 제공할 수 있다. 유입 펌프(167)로부터의 생성 수는 용기 입구(120)를 통해 처리 용기(110) 내로 진행하는데, 여과층(150) 및 다공성 지지체(140)를 통과하여 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130)를 통해 배출된다. 일부 구현예에서, 데드엔드 여과 시스템(200)의 다공성 지지체(140)는 세라믹 멤브레인일 수 있고, 여과층(150)은 용기 입구(120)와 대향하는 세라믹 멤브레인의 면 또는 표면 상의 금속 화합물의 코팅일 수 있다. 여과된 생성 수는 수집 용기(170)에서 수집될 수 있다.

데드엔드 여과 시스템(200)은 삼방 밸브(230, 235) 또는 압력 모니터 (240)와 같은 흐름 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 데드엔드 여과 시스템(200)은 세정 시스템(190)을 더 포함한다. 세정 시스템(190)은 삼방 밸브(230, 235)에 대해 구성되어, 삼방 밸브(230, 235)는 데드엔드 여과 시스템(200)의 흐름을 처리 사이클에서 세정 사이클로 전환시키도록 작동될 수 있다. 처리 사이클에서, 세정 시스템(190)이 휴면 상태에 있는 동안 생성 수는 생성 수 공급원(160)으로부터 수집 용기(170)로 흐른다. 세정 사이클에서, 환원제를 함유하는 세척 용액은 세척액 용기(191)로부터, 세척액 펌프(192)의 도움으로 처리 사이클 동안 유동 방향으로부터 역전된 역류 방향으로, 처리 용기(110)로 흐른다. 세척 용액은 분리 용기(196)와 같은 용액 수집 용기에서 수집된다. 용액 수집 용기 또는 분리 용기(196)에서, 세척 용액은 환원제, 용매화된 환원 금속 화합물, 및 원유와 같은 유기 화합물을 함유할 수 있다. 그 후, 세척 용액은 상 분리되거나 추가로 처리되어 환원제, 환원 금속 화합물, 또는 이들 양자를 재순환시켜서 존재할 수 있는 임의의 원유를 포함하는 유기 화합물을 회수할 수 있다.

데드엔드 여과 시스템(200)(도 4)을 포함하는 처리 시스템(100)(도 1)의 구현예 및 후술될 다른 구현예에서, 다공성 지지체(140)가 세라믹 멤브레인인 경우, 세라믹 멤브레인은 물 또는 생성 수의 여과에 일반적으로 사용되는 임의의 유형의 세라믹 멤브레인일 수 있다. 적합한 세라믹 멤브레인은, 예를 들어 티타늄-지르코늄 옥사이드 멤브레인, 실리카 멤브레인, 또는 알루미나 멤브레인을 포함한다. 세라믹 멤브레인은 디스크, 정사각형, 또는 직사각형과 같은 편평 멤브레인; 긴 길이 방향 공극이나 채널을 갖는 세장형 고체 멤브레인, 또는 관형 멤브레인일 수 있다.

일부 구현예에서, 처리 시스템(100)은 여과층(150)과 제1 용기 출구(130) 사이의 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인을 포함할 수 있고, 여과층(150)은 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상의 금속 화합물의 코팅층이다. 이러한 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 또한, 이러한 구현예에서, 세척 용액은 환원제의 수용액이고, 환원제는, 예를 들어 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 또는 아황산을 포함하여 전술한 바와 같이 선택될 수 있다.

처리 시스템(100)이 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인을 포함하는 일부 구현예에서, 처리 시스템(100)의 처리 사이클 동안 용기 입구(120)를 통해 처리 용기(110)로 유입되는 생성 수 공급원(160)으로부터의 생성 수는 여과층(150)을 통과한 후 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130)를 통해 처리 용기(110)에서 배출되기 전에 세라믹 멤브레인(다공성 지지체(140))을 통과한다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 처리 시스템(100)이 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인을 포함하는 추가 구현예에서, 세라믹 멤브레인은 내면(185) 및 외면(187)을 갖는 관형 멤브레인(180)일 수 있다. 관형 멤브레인(180)은, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 갖는 원통형 멤브레인일 수 있거나, 또는 예를 들어 타원형, 정사각형, 삼각형, 또는 육각형과 같은 임의의 기하학적 단면을 가질 수 있다. 관형 멤브레인(180)은 그 자체가 처리 시스템의 처리 용기(110)(도 1)일 수 있거나, 또는 예를 들어 관형 멤브레인 용기(300)(도 6)의 일부로 처리 용기(110) 내에서 밀폐될 수 있다. 관형 멤브레인은 관형 멤브레인(180)을 통해 (용기 입구(120)로서 기능할 수 있는) 제1 단부(182)로부터 제1 단부(182) 반대편의 제2 단부(183)까지 길이 방향으로 형성된 내부 채널을 갖는다.

관형 멤브레인(180)의 내면(185)은 처리 시스템(100)에 대해 일반적으로 전술한 바와 같이 금속 화합물의 여과층(150)에 의해 코팅되거나 커버될 수 있다. 여과층(150)은 관형 멤브레인의 내면을 코팅하기 위한 공지된 기술과 조합하여 금속 화합물을 적용하기 위해 전술한 화학적 성질을 사용하여 관형 멤브레인(180)의 내면(185)에 적용될 수 있다. 유기 화합물을 함유한 생성 수를 처리하기 위한 처리 시스템에 포함될 때, 생성 수는 제1 단부(182)를 통해 관형 멤브레인(180)으로 유입될 수 있다. 생성 수의 일부는 여과층 및 관형 멤브레인(180)의 벽을 투과하여 수집될 수 있는 여과된 생성 수로서 외면(187) 밖으로 배출된다. 관형 멤브레인(180)을 투과하지 않은 나머지 생성 수는 미여과된 잔류물 스트림으로서 관형 멤브레인(180)을 통해 제2 단부(183)로 길이 방향으로 통과할 수 있다.

도 6을 참조하면, 구현예에 따른 처리 시스템에 포함될 수 있는 관형 멤브레인 용기(300)가 단면으로 도시되어 있다. 관형 멤브레인 용기(300)는 여과층(150)으로 코팅된 관형 멤브레인(180)을 포함한다. 관형 멤브레인(180)은 관형 멤브레인(180)의 길이 방향 단부 주위에 밀봉을 제공하는 입구 지지체(310) 및 출구 지지체(315)에 삽입된다. 관형 멤브레인(180), 입구 지지체(310), 및 출구 지지체(315)는 처리 용기(110) 내에서 밀폐된다. 입구 지지체(310)를 통해 관형 멤브레인(180)과 용기 입구(120) 사이에서 유체 연결이 확립된다. 처리 사이클 동안, 용기 입구(120)를 통해 관형 멤브레인(180)으로 유입되는 생성 수의 일부는, 도 6에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 관형 멤브레인(180)의 벽을 투과해서 관형 멤브레인(180)의 외면(187)과 처리 용기(110)의 내벽(112) 사이의 처리 용기(110)의 중간 공간(320)으로 유입된다. 여과된 생성 수인 투과된 생성 수는 제1 용기 출구(130)를 통해 처리 용기(110)로부터 제거될 수 있다. 관형 멤브레인 용기(300)의 처리 용기(110)는 미여과된 생성 수의 잔류물 스트림이 처리 용기(110)에서 유출되는 제2 용기 출구(135)를 더 포함한다. 출구 지지체(315)를 통해 관형 멤브레인(180)과 제2 용기 출구(135) 사이에서 유체 연결이 확립된다. 관형 멤브레인 용기(300)의 처리 용기(110)는 역세 입구(194)를 더 포함하며, 이를 통해 세정 사이클 동안 관형 멤브레인 용기(300)에 세척 용액이 부가될 수 있다.

따라서, 도 1 및 6을 참조하면, 구현예에 따른 처리 시스템(100)은 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인, 특히 관형 멤브레인(180)을 포함할 수 있고, 제2 용기 출구(135)를 더 포함한다. 이러한 구현예에서, 관형 멤브레인(180)은 외면(187) 및 관형 멤브레인(180)의 제1 단부(182)(예를 들어, 입구 단부)로부터 관형 멤브레인(180)의 제2 단부(183)(예를 들어, 출구 단부)까지 관형 멤브레인(180) 내에 형성된 내부 채널을 갖는다. 관형 멤브레인(180)의 외면(187)은 제1 용기 출구(130)와 유체 연통한다. 관형 멤브레인(180)의 제2 단부(183)(출구 단부)는 제2 용기 출구(135)와 유체 연통한다. 용기 입구(120)로부터의 생성 수의 적어도 일부는 잔류물 스트림으로서 관형 멤브레인(180)의 내부를 통해 제2 용기 출구(135)로 통과한다. 용기 입구(120)로부터의 생성 수의 적어도 일부는 관형 멤브레인(180)을 통해 관형 멤브레인(180)의 외면(187)으로 투과하여 여과된 생성 수로서 외면(187)으로부터 유출된다.

처리 시스템(100)(도 1)의 특정 구현에서, 처리 시스템(100)은 하나의 관형 멤브레인 용기(300) 또는 하나 초과의 관형 멤브레인 용기(300)를 포함할 수 있다. 이러한 구현의 예로는 도 7의 병렬 직교류 여과 시스템(400)을 포함한다. 병렬 직교류 여과 시스템(400)에서, 두 처리 시스템이 결합되는데, 양자는 소문자 "a" 또는 소문자 "b"로 끝나는 부품 참조 부호로 나타낸 유사한 구성요소를 갖는다. 구체적으로, 병렬 직교류 여과 시스템(400)은 2개의 관형 멤브레인 용기(300a, 300b)를 포함하고, 제1 관형 멤브레인 용기(300a)가 처리 사이클에서 작동될 수 있으며 제2 관형 멤브레인 용기(300b)가 세정 사이클에서 작동되는 제1 상태로 구성된다. 처리 사이클에서 제1 관형 멤브레인 용기(300a)에 대해, 밸브(410a, 136a, 및 420a)가 개방되고 제1 세정 시스템(190a)에 대한 밸브(193a 및 195a)가 폐쇄된다. 세정 사이클에서의 제2 관형 멤브레인 용기(300b)에 대해, 밸브(410b, 136b, 및 420b)가 폐쇄되고 제2 세정 시스템(190b)에 대한 밸브(193b 및 195b)가 개방된다.

밸브(410a, 410b, 136a, 136b, 420a, 420b, 193a, 193b, 195a, 195b)를 조작함으로써, 병렬 직교류 여과 시스템(400)은, 제1 상태의 기능과 반대인 제1 관형 멤브레인 용기(300a)가 세정 사이클에서 작동되고, 제2 관형 멤브레인 용기(300b)가 처리 사이클에서 작동되는, 제2 상태로 전환될 수 있다. 특히, 병렬 직교류 여과 시스템(400)은 밸브(193a, 195a, 410b, 136b, 및 420b)(도 7에서 폐쇄된 것으로 도시됨)를 개방하고 밸브(410a, 136a, 420a, 193b, 및 195b)(도 7에서 개방된 것으로 도시됨)를 폐쇄함으로써 제2 상태로 전환될 수 있다. 제2 상태에서의 병렬 직교류 여과 시스템(400)은 밸브(193a, 195a, 410b, 136b, 및 420b)를 다시 폐쇄하고 밸브(410a, 136a, 420a, 193b, 및 195b)를 개방함으로써 (도 7에서와 같이) 제1 상태로 복귀될 수 있음이 명백하다.

도 7에 도시된 바와 같이 처리 사이클에서 제1 관형 멤브레인 용기(300a)와 관련하여, 생성 수 공급원(160)으로부터의 생성 수는 유입 펌프(167a)를 통해 처리 용기(110a)의 용기 입구(120a) 내로 펌핑되어 관형 멤브레인(180a)의 내부 채널로 유입된다. 생성 수의 일부는 여과층(150a) 및 관형 멤브레인(180a)을 통해 처리 용기(110a)의 중간 공간(320a) 내로 투과하여 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130a)를 통해 처리 용기(110a)에서 유출된다. 여과된 생성 수는 그 후 투과물 수집 용기(137a)에 수집될 수 있다. 관형 멤브레인(180a)을 투과하지 않은 생성 수의 나머지 부분은 미여과된 생성 수 또는 잔류물 스트림으로서 제2 용기 출구(135a)를 통해 처리 용기(110a)에서 유출된다. (도시된 바와 같이) 재순환 밸브(430)가 개방되면, 미여과된 생성 수는 추가적인 여과 및 처리를 위해 제1 관형 멤브레인 용기(300a)를 통해 다시 공급될 수 있다. 잔류물 밸브(440)가 개방되면(미도시), 미여과된 생성 수 또는 잔류물 스트림은 병렬 직교류 여과 시스템(400)에서 잔류물 수집 용기(175)로 유출될 수 있다. 제1 관형 멤브레인 용기(300a)를 포함하는 처리 사이클 동안, 제1 세정 시스템(190a)의 구성요소는 생성 수의 처리에 관련된 시스템 구성요소로부터 고립 및 차단된다. 고립된 구성요소는 세척액 용기(191a), 세척액 펌프(192a), 밸브(193a), 역세 입구(194a), 밸브(195a), 분리 용기(196a), 유기물 수집 용기(197a), 및 분리기 가스 공급원(198a)을 포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이 세정 사이클에서 제2 관형 멤브레인 용기(300b)와 관련하여, 세척액 용기(191b)에서 환원제를 함유하는 세척 용액은 세척액 펌프(192b)의 도움에 의해 밸브(193b)를 통해 역세 입구(194b)로 이송된다. 세척 용액은 처리 용기(110b)의 중간 공간(320b)으로 유입되어 관형 멤브레인(180b)의 외면을 통해 관형 멤브레인(180b)의 내부 채널 내로 투과한다. 관형 멤브레인(180b)의 내부 채널에 도달하면, 세척 용액은 여과층의 금속 화합물을 환원시키고(도 7에서 의도적으로 누락됨), 여과층을 용해시키고, 이전의 처리 사이클 동안 여과층에 부착되어 세정 사이클을 필요로 하는 용해된 환원 금속 화합물 및 원유와 같은 임의의 유기 화합물을 운반시킨다. 세척 용액 및 이의 용매화 및 미용매화된 성분은 용기 입구(120b)를 통해 처리 용기(110b)에서 유출되어 밸브(195b)를 통해 세정 시스템(190b)으로 환류된다.

세척 용액은 분리 용기(196b)로 진행된다. 분리 용기(196b)에서, 세척 용액은, 예를 들어 수성 상 및 수성 상에서 부유하는 유기 상으로 상 분리될 수 있다. 예를 들어, 질소와 같은 불활성 가스의 블랭킷은 분리기 가스 공급원(198b)으로부터 분리 용기(196b) 내로 주입되어 분리 용기(196b) 내에서 유기 상의 유기 화합물을 분해 또는 반응으로부터 보호할 수 있다. 유기 상은, 예를 들어 원유와 같은 생성 수 공급원(160)으로부터 유출되는 생성 수에 원래 존재하는 유기 화합물을 함유할 수 있다. 유기 화합물은 추가적인 사용, 정제, 또는 안정화를 위해 분리 용기(196b)로부터 유기물 회수 용기(197b)로 추출될 수 있다. 수성 상은 용매화된 환원 금속 화합물 및 미반응된 환원제를 함유할 수 있다. 유기 상이 분리 용기(196b)로부터 추출되면, 수성 상은 추가 처리되어 후속 재산화 및 적용을 위해 환원 금속 화합물을 여과층으로서 새로운 관형 멤브레인으로 회수할 수 있다. 대안적으로, 또는 임의의 원하는 회수 후, 수성 상은 세척액 용기(191b)로 다시 재순환될 수 있다. 재순환된 수성 상에서 환원제의 농도가 너무 낮아 세척 용액이 관형 멤브레인(180b) 상에 여과층을 계속 용해시킬 수 없으면, 세척액 용기(191b)에서 추가 환원제가 세척 용액에 부가될 수 있다. 제2 관형 멤브레인 용기(300b)를 포함하는 세정 사이클 동안, 제1 용기 출구(130b), 밸브(136b), 밸브(410b), 밸브(420b), 유입 펌프(167b), 투과물 수집 용기(137b), 및 제2 용기 출구(135b)를 포함하는 구성요소가 세정 사이클에 관련된 시스템 구성요소에서 고립되고 차단된다.

도 4 및 7을 참조하면, 일반적으로 처리 시스템의 예시적인 구현예에서, 생성 수로부터 원유를 회수하기 위한 처리 시스템은 생성 수 공급원(160)과 유체 연통하는 용기 입구(120a) 및 제1 용기 출구(130a)를 갖는 처리 용기(110a, 300a)를 포함할 수 있다. 처리 시스템은 용기 입구(120a)와 제1 용기 출구(130a) 사이에 편평 세라믹 멤브레인 또는 관형 멤브레인(180a)을 포함할 수 있다. 처리 시스템은 용기 입구(120a)와 대향하는 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면(185)(예를 들어, 도 5b) 상에 금속 화합물의 코팅층(예를 들어, 여과층(150))을 포함할 수 있다. 처리 시스템은 처리 시스템의 세정 사이클 동안 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템(190a)을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 구현예에서, 처리 시스템의 처리 사이클 동안 처리 용기(110a)로 유입되는 생성 수의 적어도 일부가 세라믹 멤브레인을 투과해서 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130a)를 통해 처리 용기(110a)에서 배출되기 전에 코팅층을 통과하도록 세라믹 멤브레인이 구성될 수 있다. 또한, 이러한 구현예에서, 세척 용액은 아황산, 아황산의 염, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 환원제를 함유하는 수용액일 수 있다. 대안적인 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 다른 대안적인 구현예에서, 금속 화합물은 페리하이드라이트를 포함하거나, 본질적으로 이로 구성되거나, 또는 이로 구성될 수 있다.

다공성 지지체(140)가 세라믹 멤브레인을 포함하고 여과층(150)이 세라믹 멤브레인 상의 금속 화합물의 코팅인, 도 1의 처리 시스템(100)의 구현이 이전에 설명되었다. 이제 도 8 내지 도 12를 참조하여 설명될 처리 시스템(100)의 다른 구현은 여과층(150)이 금속 화합물 입자들의 입자층(155)이고 다공성 지지체(140)는 예를 들어 입자층을 중력에 의해 제 위치에서 유지시킴으로써 입자층이 처리 용기(110) 밖으로 나가는 것을 방지하는 스크린(157) 또는 메쉬인 구현예를 포함한다.

도 8을 참조하면, 일부 구현예에서, 처리 시스템(100)은 하향 레이아웃 용기(500)로서 구성된 처리 용기(110)를 포함할 수 있다. 하향 레이아웃 용기(500)에서, 처리 용기(110)는 용기 입구(120)가 제1 용기 출구(130) 위에 있도록 수직으로 구성된다. 하향 레이아웃 용기(500)의 여과층은 금속 화합물의 입자의 입자층(155)을 포함한다. 입자층(155)은 스크린(157)과 같은 다공성 지지체 또는 입자층(155)에서 금속 화합물의 입자의 크기보다 실질적으로 작은 공극 또는 메쉬 크기를 갖는 다른 적합한 메쉬에 의해 지지된다. 다공성 지지체 또는 스크린(157)은 용기 입구(120)와 제1 용기 출구(130) 사이에, 특히 입자층(155)과 제1 용기 출구(130) 사이에 배치된다. 스크린(157)은 용기 입구(120)로부터 제1 용기 출구(130)로의 생성 수의 흐름을 허용하고 입자층(155)의 입자들의 제1 용기 출구(130) 쪽으로의 스크린(157)을 통과하는 하향 통과를 차단하는 메쉬 크기 및 구성을 갖는다.

도 9를 참조하면, 일부 구현예에서, 처리 시스템(100)은 상향 레이아웃 용기(600)로서 구성된 처리 용기(110)를 포함할 수 있다. 상향 레이아웃 용기(600)에서, 처리 용기(110)는 용기 입구(120)가 제1 용기 출구(130) 아래에 있도록 수직으로 구성된다. 하향 레이아웃 용기(500)(도 8)에서와 같이, 상향 레이아웃 용기(600)의 여과층은 금속 화합물의 입자의 입자층(155)을 포함한다. 입자층(155)은 스크린(157)과 같은 다공성 지지체 또는 입자층(155)에서 금속 화합물의 입자의 크기보다 실질적으로 작은 공극 또는 메쉬 크기를 갖는 다른 적합한 메쉬에 의해 지지된다. 다공성 지지체 또는 스크린(157)은 용기 입구(120)와 제1 용기 출구(130) 사이에, 특히 입자층(155)과 용기 입구(120) 사이에 배치된다. 스크린(157)은 용기 입구(120)로부터 제1 용기 출구(130)로의 생성 수의 흐름을 허용하고 입자층(155)의 입자들의 용기 입구(120) 쪽으로의 스크린(157)을 통과하는 하향 통과를 차단하는 메쉬 크기 및 구성을 갖는다.

하향 레이아웃 용기(500)(도 8) 또는 상향 레이아웃 용기(600)(도 9)로 구성된 처리 시스템의 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합과 같은 금속 수산화물; 또는 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합과 같은 금속 옥소수산화물; 또는 금속 수산화물과 금속 옥소수산화물의 조합으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 추가 예로서, 금속 화합물은 페리하이드라이트를 포함하거나, 본질적으로 이로 구성되거나, 또는 이로 구성될 수 있다.

또한, 하향 레이아웃 용기(500)(도 8) 또는 상향 레이아웃 용기(600)(도 9)로 구성된 처리 시스템의 구현예에서, 환원제는, 제한 없이, 차아인산(H₃PO₂) 또는 이의 염, 아인산(H₃PO₃) 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아(NH₃), 히드록실아민(NH₂OH), 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속(S₂O₃ ^2-), 아황산 금속, 수소화붕소 나트륨, 수성 또는 용해된 이산화황(SO₂), 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 또는 아황산과 같은 수소화물 공급원을 포함하는 전술한 환원제로부터 선택될 수 있다. 세척 용액은 환원제의 수용액일 수 있다.

또한, 하향 레이아웃 용기(500)(도 8) 또는 상향 레이아웃 용기(600)(도 9)로 구성된 처리 시스템의 구현예에서, 입자층(155)은 고정 입자층 또는 유동 입자층으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 고정 입자층은 생성 수가 처리 용기(110)를 관류하는 동안 고정된 상태로 유지되는 금속 화합물의 큰 입자로 구성된다. 고정 입자층의 입자는 0.01 mm 내지 3.0 mm 범위의 크기를 가질 수 있다. 이러한 입자 크기는 입자의 투영 면적의 제곱근으로 정의된다. 이에 반해, 유동 입자층은 고정층보다 더 큰 입자로 구성된다. 유동 입자층의 입자는 생성 수가 처리 용기(110)를 관류하므로 생성 수에서 난류와 함께 휩쓸려나갈 수 있을 정도로 충분히 작다. 유동 입자층의 입자는 또한 제1 용기 출구(130)에서, 특히 입자층(155)과 제1 용기 출구(130) 사이에 스크린이 없을 수 있는 상향 레이아웃 용기(600) 밖으로 휩쓸려나가지 않을 정도로 충분히 크고 무겁다. 유동 입자층의 입자는 1 mm 내지 10 mm 범위의 크기 및 3보다 작은 연신율을 가질 수 있다. 이러한 입자 크기는 입자의 투영 면적의 제곱근으로 정의된다. 연신율은 입자의 가장 큰 투영 면적 대 가장 작은 투영 면적의 비율의 제곱근으로 정의된다.

도 10을 참조하면, 금속 화합물의 입자의 입자층을 포함하는 생성 수 처리 시스템의 일부 구현예에서, 처리 용기(110)는 연속 입자 재순환 용기(700)로 구성될 수 있다. 연속 입자 재순환 용기(700)는, 도시된 바와 같이, 제1 용기 출구(130) 위에 용기 입구(120)가 구비된 하향 레이아웃에서, 또는 제1 용기 출구(130) 아래에 용기 입구(120)가 구비된 상향 레이아웃 용기(600)(도 9)와 유사한 상향 레이아웃에서 작동될 수 있다. 또한, 연속 입자 재순환 용기(700)는 스크린(157) 위의 입자 입구(715) 및 스크린(157) 위에도 입자 출구(725)를 포함한다. 입자 입구(715)는 처리 사이클 동안 금속 화합물의 새로운 입자를 입자 공급원(710)으로부터 입자층(155)에 제공한다.

연속 입자 재순환 용기(700)의 처리 사이클 동안 생성 수가 처리 용기(110)를 관류함에 따라, 입자층(155)으로부터의 소모 입자는 입자 출구(725)를 향해 흐른다. 입자 출구(725)를 통해 처리 용기(110)에서 배출되는 소모 입자는 입자 출구(725)로부터 소모 입자를 수용하는 입자 회수 용기(720) 내로 흐를 수 있다. 입자 회수 용기(720)에서, 소모 입자는 전술한 바와 같이 환원제를 함유할 수 있는 세척 용액으로 세정 또는 환원되고 용해될 수 있다. 또한, 소모 입자를 세정 또는 용해시키는 데 사용된 세척 용액은 유기 상 및 수성 상으로 상 분리될 수 있다. 예를 들어, 원유와 같은 유기 화합물은 유기 상으로부터 추출 및 회수될 수 있다. 금속 화합물의 세척된 입자 또는 용매화된 환원 금속 화합물은 수성 상으로부터 회수될 수 있으며 연속 입자 재순환 용기(700)의 처리 용기(110) 내로 재유입을 위해 입자 공급원(710)으로 재생 또는 다시 재순환될 수 있다.

금속 화합물의 하나 이상의 입자층을 포함하는 생성 수 처리 시스템의 특정 구현은 도 11의 병렬 상향 레이아웃 시스템(800) 및 도 12의 하향 레이아웃 시스템(900)을 포함한다.

도 11을 참조하면, 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)에서, 두 처리 시스템은 결합되는데, 양자는 소문자 "a" 또는 소문자 "b"로 끝나는 부품 참조 부호로 나타낸 유사한 구성요소를 갖는다. 구체적으로, 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)은 2개의 상향 레이아웃 용기(600a, 600b)를 포함하고, 제1 상향 레이아웃 용기(600a)가 처리 사이클에서 작동될 수 있으며 제2 상향 레이아웃 용기(600b)가 세정 사이클에서 작동되도록 제1 상태로 구성된다. 처리 사이클에서 제1 상향 레이아웃 용기(600a)에 대해, 밸브(610a 및 620a)가 개방되고 제1 세정 시스템(190a)에 대한 밸브(193a 및 195a)가 폐쇄된다. 세정 사이클에서 제2 상향 레이아웃 용기(600b)에 대해, 밸브(610b 및 620b)가 폐쇄되고 제2 세정 시스템(190b)에 대한 밸브(193b 및 195b)가 개방된다.

밸브(610a, 610b, 620a, 620b, 193a, 193b, 195a, 195b)를 조작함으로써, 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)은, 제1 상태의 기능과 반대인 제1 상향 레이아웃 용기(600a)가 세정 사이클에서 작동되고 제2 상향 레이아웃 용기(600b)가 처리 사이클에서 작동되는, 제2 상태로 전환될 수 있다. 특히, 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)은 밸브(193a, 195a, 610b, 및 620b)(도 11에서 폐쇄된 것으로 도시됨)를 개방하고 밸브(193b, 195b, 610a, 및 620a)(도 11에서 개방된 것으로 도시됨)를 폐쇄함으로써 제2 상태로 전환될 수 있다. 제2 상태에서의 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)은 밸브(193a, 195a, 610b, 및 620b)를 다시 폐쇄하고 밸브(193b, 195b, 610a, 및 620a)를 개방함으로써 (도 11에서와 같이) 제1 상태로 복귀될 수 있음이 명백하다.

도 11에 도시된 바와 같이 처리 사이클에서 제1 상향 레이아웃 용기(600a)와 관련하여, 생성 수 공급원(160)으로부터의 생성 수는 유입 펌프(167a)를 통해 용기 입구(120a) 내로 펌핑되어 처리 용기(110a)로 유입된다. 생성 수는 스크린(157a) 및 입자층(155)을 상향으로 관류한 후, 여과된 생성 수로서 제1 용기 출구(130a)를 통해 처리 용기(110a)에서 유출된다. (도시된 바와 같이) 밸브(640)가 개방되면, 여과된 생성 수는 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)에서 물 수집 용기(176)로 유출될 수 있다. 재순환 밸브(630)가 개방되면(미도시), 생성 수는 추가적인 여과 및 처리를 위해 제1 상향 레이아웃 용기(600a)를 통해 다시 공급될 수 있다. 제1 상향 레이아웃 용기(600a)를 포함하는 처리 사이클 동안, 제1 세정 시스템(190a)의 구성요소는 생성 수의 처리에 관련된 시스템 구성요소로부터 고립 및 차단된다. 고립된 구성요소는 세척액 용기(191a), 세척액 펌프(192a), 밸브(193a), 밸브(195a), 분리 용기(196a), 유기물 수집 용기(197a), 및 분리기 가스 공급원(198a)을 포함한다.

도 11에 도시된 바와 같이 세정 사이클에서 제2 상향 레이아웃 용기(600b)와 관련하여, 세척액 용기(191b)에서 환원제를 함유하는 세척 용액은 세척액 펌프(192b)의 도움에 의해 밸브(193b)를 통해 용기 입구(120b)로 이송된다. 도 7을 참조하여 설명된 병렬 직교류 여과 시스템(400)과 대조적으로, 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)의 세척 용액은, 상향 레이아웃 용기(600b)의 처리 용기(110b)에서 스크린(157)에 대해 중력에 의한 입자층(155)의 지지로 인해, 생성 수가 처리 사이클 동안 흐름에 따라 세정 사이클 동안 흐른다. 세척 용액은 처리 용기(110b)로 유입되어 스크린(157)을 통해 상승한다. 스크린(157)을 통과한 후, 세척 용액은 처리 사이클 동안 여과층(도 11에서 의도적으로 누락됨)으로 작용하는 입자층의 금속 화합물을 환원시키고, 여과층을 용해시키고, 이전의 처리 사이클 동안 여과층에 부착되어 세정 사이클을 필요로 하는 용해된 환원 금속 화합물 및 원유와 같은 임의의 유기 화합물을 운반시킨다. 세척 용액 및 이의 용매화 및 미용매화된 성분은 제1 용기 출구(130b)를 통해 처리 용기(110b)에서 유출되어 밸브(195b)를 통해 세정 시스템(190b)으로 환류된다.

세척 용액은 분리 용기(196b)로 진행된다. 분리 용기(196b)에서, 세척 용액은, 예를 들어 수성 상 및 수성 상에서 부유하는 유기 상으로 상 분리될 수 있다. 예를 들어, 질소와 같은 불활성 가스의 블랭킷은 분리기 가스 공급원(198b)으로부터 분리 용기(196b) 내로 주입되어 분리 용기(196b) 내에서 유기 상의 유기 화합물을 분해 또는 반응으로부터 보호할 수 있다. 유기 상은, 예를 들어 원유와 같은 생성 수 공급원(160)으로부터 유출되는 생성 수에 원래 존재하는 유기 화합물을 함유할 수 있다. 유기 화합물은 추가적인 사용, 정제, 또는 안정화를 위해 분리 용기(196b)로부터 유기물 회수 용기(197b)로 추출될 수 있다. 수성 상은 용매화된 환원 금속 화합물 및 미반응된 환원제를 함유할 수 있다. 유기 상이 분리 용기(196b)로부터 추출되면, 수성 상은 추가 처리되어 후속 재산화 및 교체를 위해 환원 금속 화합물을 여과층으로서 상향 레이아웃 용기(600b)로 회수할 수 있다. 대안적으로, 또는 임의의 원하는 회수 후, 수성 상은 세척액 용기(191b)로 다시 재순환될 수 있다. 재순환된 수성 상에서 환원제의 농도가 너무 낮아 세척 용액이 입자층(155)의 입자와 같은 여과층을 계속 용해시킬 수 없으면, 세척액 용기(191b)에서 추가 환원제가 세척 용액에 부가될 수 있다. 제2 상향 레이아웃 용기(600b)를 포함하는 세정 사이클 동안, 밸브(610b), 밸브(620b), 및 유입 펌프(167b)를 포함하는 구성요소는 세정 사이클에 관련된 시스템 구성요소로부터 고립 및 차단된다.

도 12를 참조하면, 도 11의 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)과 유사한 하향 레이아웃 시스템(900)이 하나의 하향 레이아웃 용기(500)만을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 하향 레이아웃 용기를 포함하는 시스템은 또한 다수의 하향 레이아웃 용기로 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 도 12의 하향 레이아웃 시스템(900)은 밸브(410, 420 및 640)가 개방 위치에 있고 밸브(193 및 195)가 폐쇄 위치에 있는 것으로 도시되어 있으며, 이에 따라 처리 사이클로 설정된다. 밸브(410, 420 및 640)를 폐쇄 위치로 역전시키고 밸브(193 및 195)를 개방 위치로 역전시키면 도 12의 하향 레이아웃 시스템(900)이 세정 사이클로 전환된다. 도 12의 하향 레이아웃 시스템(900)의 모든 구성요소는 도 11의 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)의 어느 한 측면에서 대응하는 것과 동일한 방식으로 작동함이 쉽게 이해되어야 한다. 도 11의 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)에 비해 도 12의 하향 레이아웃 시스템(900)의 주요 동작 차이는 하향 레이아웃 시스템(900)의 처리 사이클 동안 생성 수가 용기 입구(120)를 통해 처리 용기(110)의 상부로부터 제1 용기 출구(130)를 통해 처리 용기(110)의 하부로 흐르지만, 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)에서의 생성 수는 처리 용기(110a, 110b)의 하부로부터 처리 용기(110a, 110b)의 상부로 흐르는 점이다. 따라서, 하향 레이아웃 시스템(900)에서, 처리 사이클 동안 생성 수가 흐르는 방향과 동일한 방향으로 세정 사이클 동안 세척 용액이 흐르는 병렬 상향 레이아웃 시스템(800)과 달리, 세정 사이클 동안 세척 용액은 처리 사이클 동안 생성 수의 흐름 방향과 반대 방향으로 흐른다.

도 1의 일반적인 개략도와 부합하는 처리 시스템의 다양한 구현예가 여과층(150)으로서 금속 화합물의 코팅을 위한 다공성 지지체(140)로서 세라믹 멤브레인을 갖는 처리 시스템 및 여과층(150)으로서 금속 화합물의 입자의 입자층을 위한 다공성 지지체(140)로서 스크린을 갖는 처리 시스템을 포함하는 것으로 설명되었다. 생성 수를 처리하기 위한 방법, 특히 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하는 방법의 구현예를, 전술한 바와 같이, 이제 도 1, 4, 7, 11, 및 12의 예시적인 시스템(100, 200, 400, 800 및 900)을 각각 참조하여 설명할 것이다.

일부 구현예에서, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은 본 개시 내용의 구현예에 따라 전술한 임의의 처리 시스템의 생성 수 공급원(160)에 생성 수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 생성 수가 처리 시스템에 제공된 상태에서, 처리 시스템의 세정 시스템(190)으로부터 세척 용액의 흐름을 차단하면서 처리 용기(110)로 생성 수의 흐름을 허용하는 모든 밸브를 개방함으로써 처리 사이클이 개시될 수 있다. 그 후, 생성 수로부터의 유기 화합물이 여과층(150) 내에 수집될 때까지 처리 생성 수는 처리 사이클 동안 여과층(150)을 통과한다.

생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은 여과층(150)의 여과 물질에 세척 용액을 제공하기 위해 처리 시스템의 세정 사이클을 개시하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 금속 화합물은 환원되어 세척 용액에 용해 가능한 환원 금속 화합물을 형성한다. 그러면, 세척 용액은 처리 용기(110)로부터 제거될 수 있다. 처리 용기로부터 제거된 세척 용액은 용해된 환원 금속 화합물 및 회수될 유기 화합물을 함유할 수 있다. 유기 화합물은, 예를 들어 분리기 용기에서와 같이 세척 용액으로부터 분리될 수 있다. 그 후, 분리된 유기 화합물은 유기 화합물이 추가로 사용되거나 안정화될 수 있는 상태에서 회수되기 전에 선택적으로 더 세정 또는 정제될 수 있다. 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법의 일부 구현예에서, 유기 화합물은 원유를 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은, 예를 들어 분리 용기에서 세척 용액으로부터 수성 상을 고립시킴으로써 처리 용기로부터 제거된 세척 용액으로부터 환원 금속 화합물을 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 세척 용액으로부터 회수된 환원 금속 화합물을 산화시켜 금속 화합물을 개질한 후, 그 자체가 다공성 지지체(140)로서 기능하는 세라믹 멤브레인 상의 여과층(150)으로서 기능하는 코팅으로서 또는 여과층(150)으로서 기능하는 입자층(155)에서 금속 화합물의 입자로서 사용하기 위해 개질된 금속 화합물을 처리 용기(110)로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은 여과층(150)과 제1 용기 출구(130) 사이에 세라믹 멤브레인을 구비한 처리 시스템을 포함할 수 있다. 여과층(150)은 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상에 금속 화합물의 코팅층을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에 따른 방법 동안, 금속 화합물의 코팅층은 세정 사이클 동안 금속 화합물이 환원될 때 세라믹 멤브레인으로부터 용해된다.

일부 구현예에서, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은 세정 사이클 후 회수된 환원 금속 화합물로 새로운 세라믹 멤브레인의 표면을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 새로운 세라믹 멤브레인 상의 환원 금속 화합물을 산화시켜 새로운 세라믹 멤브레인의 표면 상에 금속 화합물의 재생 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 새로운 세라믹 멤브레인은 환원 금속 화합물이 산화되기 전 또는 후에 처리 용기(110) 내로 다시 삽입될 수 있다.

일부 구현예에서, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법은 금속 화합물이 금속 수산화물, 금속 옥소수산화물, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 처리 시스템을 포함할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 금속 수산화물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 금속 옥소수산화물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 추가의 예시적인 구현예에서, 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 추가의 예시적인 구현예에서, 금속 화합물은 페리하이드라이트를 포함하거나, 본질적으로 이로 구성되거나, 또는 이로 구성될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 세척 용액의 환원제는 생성 수, 특히 생성 수에 존재할 수 있는 원유에서 유기 화합물을 분해 또는 환원시키지 않으면서 금속 화합물을 환원시키는 화합물을 포함할 수 있다. 비제한적이고 예시적인 구현예에서, 환원제는 차아인산(H₃PO₂) 또는 이의 염, 아인산(H₃PO₃) 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아(NH₃), 히드록실아민(NH₂OH), 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속(S₂O₃ ^2-), 아황산 금속, 수소화붕소 나트륨, 수성 또는 용해된 이산화황(SO₂), 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 또는 아황산과 같은 수소화물 공급원을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 환원제는 수성 이산화황, 예를 들어 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨과 같은 아황산 또는 아황산의 염, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 세척 용액은 환원제의 수용액일 수 있다.

따라서, 처리 시스템을 사용하여 생성 수로부터 원유와 같은 유기 화합물을 회수하기 위한 방법의 구현예와 더불어, 생성 수 처리 시스템의 구현예가 설명되었다. 본 개시 내용의 구현예에 따른 처리 시스템 및 그의 관련 방법은 세라믹 멤브레인의 막힘 또는 파울링 및 입자층 적용에서 대량의 생성 수를 처리할 수 없는 것과 같은 유전 생성 수의 여과와 관련된 문제에 대해 유용한 해결책을 제공할 수 있다. 구현예에 따른 처리 시스템에 의해 제공되는 파울링 완화 해결책은 세라믹 여과 기술의 작동 효율을 개선할 수 있고 이러한 기술을 월넛쉘 여과 또는 유도된 가스 부유와 같은 다른 실제적인 유수 분리 기술과 경쟁시킬 수 있다. 멤브레인 기반 및 층 기반 수처리 공정에 비용 효율적인 세정 공정을 제공함으로써, 구현예에 따른 처리 시스템은 산업 공정, 특히 오일 및 가스 산업으로부터 매일 발생하는 것과 같은 혐기성 조건 하에서 대량의 생성 수를 처리하는 데 유용할 수 있다. 또한, 구현예에 따른 처리 시스템에서 세라믹 멤브레인과 같은 여과층을 세정하는 데 사용된 세척 용액의 재순환 및 생성 수의 탈유를 통해 폐기물을 방지하는 능력은 본 개시 내용에 설명된 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법의 비용 이점 및 환경 이점을 증가시킨다.

실시예

본 개시 내용에 기술된 구현예는 하기 실시예에 의해 더 명백해질 것이며, 이는 본 개시 내용의 범위 또는 첨부된 청구 범위에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.

실험실 규모 데드엔드 여과 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 구성되었다. 0.5 부피% 내지 2.0 부피%의 원유를 함유하는 생성 수의 샘플을 페리하이드라이트의 보호 코팅으로 세라믹 멤브레인을 통해, 비교 기준으로 비보호된 세라믹 멤브레인을 통해, 200 mL씩 증가시켜 여과하였다. 200 mL씩 증가시킨 후, 포화된 중아황산 나트륨 용액을 사용하여 역세 사이클을 수행하였다. 양자의 경우에서, 세라믹 멤브레인은 140 nm의 공극 크기를 갖는 편평 지르코늄-티타늄 옥사이드 세라믹 디스크이었다. 세라믹 멤브레인을 통과한 생성 수의 총 부피(mL)의 함수로서 특정 플럭스(J)를 측정하였다(단위 L/(m²ㆍhㆍbar)). 이처럼 처리된 소정 부피의 생성 수에서 각 특정 플럭스 측정에서의 정규화된 플럭스(J/J ₀ )는 소정 부피에서의 특정 플럭스 J를 시스템이 시작된 후 첫 플럭스 측정에서 결정된 초기 플럭스 J ₀ 으로 나눔으로써 계산되었다. 따라서, 정규화된 플럭스 값은 시스템에 의해 처리된 생성 수의 부피의 함수로서 원래 플럭스의 분획을 나타낸다. 이러한 실험의 결과는 도 13에 요약되어 있다.

비보호된 세라믹 멤브레인에 대해, 도 13에 도시된 바와 같이, 약 325 mL의 생성 수가 처리된 후, 정규화된 플럭스(J/J ₀ )는 대략 0으로 감소하였으며, 이는 전체 파울링이 발생하였고 생성 수가 더 이상 비보호된 세라믹 멤브레인을 투과할 수 없음을 나타낸다. 반면에, 코팅된 멤브레인은 적어도 두 번의 세정 사이클 후에 정상 정규화된 플럭스를 유지하는 능력을 보유하였다. 실험의 시간 및 용량 내에서 코팅된 멤브레인에 대해 비가역적인 총 파울링의 증거는 관찰되지 않았으며, 각 세정 사이클 직전의 정규화된 플럭스는 일관되게 약 0.05이었다. 이 값은 세정 사이클 직전에, 코팅된 세라믹 멤브레인의 특정 플럭스가 새로운 코팅된 세라믹 멤브레인의 특정 플럭스의 약 5%임을 나타낸다.

페리하이드라이트-코팅된 세라믹 멤브레인을 통해 여과된 생성 수로부터 원유를 회수하는 능력을 평가하기 위해 추가 실험을 수행하였다. 0.5 부피%, 1.0 부피%, 및 2.0 부피%의 원유를 함유하는 3개의 400 mL 생성 수 샘플을 그 사이에서 200 mL씩 증가시켜 도 4의 데드엔드 여과 시스템을 통해 처리하였다. 세정 사이클은 200 mL 및 400 mL의 각 생성 수 샘플이 처리된 후에 수행되었다. 세정 사이클 동안, 포화된 중아황산 나트륨의 환원 용액은 코팅된 세라믹 멤브레인을 통과해 원유를 표면으로부터 분리하고 페리하이드라이트 코팅을 용해시켰다. 사용된 환원 용액을 수집하였다. 그 후, 개질된 멤브레인을 약 1시간 동안 포화된 중아황산 나트륨 용액에 침지시켰다. 환원 용액이 금속 코팅을 용해시킨 후, 그 환원 용액을 역세 과정에서 사용된 환원 용액에 부가하였다. 환원 용액을 중량 측정 분리 탱크로 이송하고, 여기서 원유를 원심 분리기에 의해 환원 용액으로부터 분리하였다. 데이터는 표 1에 요약되어 있다.

생성 수를 처리하는 통상적인 산업 시설은 하루에 5,000배럴의 생성 수(bbl/day) 내지 40,000 bbl/day의 처리 속도로 작동될 수 있으며, 배럴은 42갤런(약 160 리터)이다. 표 1의 데이터에 근거하여, 이처럼 처리된 생성 수에서 약 0.45 부피% 내지 1.7 부피%의 통상적인 회수 가능한 원유 함량에 대해, 구현예에 따른 처리 시스템은 추가 사용 또는 정제 공정을 위해 확실한 가치를 갖는 약 20 bbl/day 내지 적어도 680 bbl/day의 원유를 회수할 수 있다.

추가 실험에서, 페리하이드라이트 및 데드엔드 여과 시스템에 대한 실험에 사용된 동일한 생성 수로 내부 코팅된, 140 nm 미만의 공극 크기를 갖는 150 kDa 티타늄-지르코늄 옥사이드 멤브레인을 사용하여, 도 7에 도시된 바와 같이 직교류 여과 파일럿 플랜트를 구성하였다. 트랜스 멤브레인 압력은 0.435 bar이었고, 안정적인 투과물 플럭스는 60℃에서 325 L/(m²ㆍhㆍbar)로 설정되었다. 실험 초기에, 24시간 및 96시간에 측정된 잔류물 스트림에 대한 총 유기 조성(TOC) 데이터는 세정 사이클 없이 4일 후에도 원유의 30 %만이 관형 세라믹 멤브레인 상에 증착되었음을 보여주었다. 이러한 실험의 데이터는 표 2에 요약되어 있다.

관형 멤브레인을 통한 생성 수의 특정 플럭스는 도 14에 제공된 바와 같이 시간의 함수로서 플롯팅되었다. 90시간 초과 동안, 시스템의 특정 플럭스는 세정 사이클 없이도 비교적 일정했다. 도 14의 플롯은 실험 시간 동안 0.92 이상의 일관된 정규화된 플럭스(J/J ₀ )를 나타낸다. 직교류 여과 시스템은 관형 멤브레인에서의 여과가 멤브레인의 벽을 통해 발생하지만 미여과된 잔류물 물질은 멤브레인 자체를 투과할 필요 없이 멤브레인의 대향 단부를 여전히 통과할 수 있기 때문에 훨씬 더 큰 정규화된 플럭스를 유지할 수 있는 것으로 간주된다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구 범위에서 임의의 범위의 내용은 범위 자체 및 그 안에 포함된 임의의 것뿐만 아니라 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

청구된 기술 요지의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본원에 설명된 구현예에 대한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 따라서, 이러한 수정 및 변형이 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 한, 본원에서 설명된 다양한 구현예의 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

유기 화합물을 함유하는 생성 수 처리 시스템으로서,
생성 수 공급원과 유체 연통하는 용기 입구 및 제1 용기 출구를 갖는 처리 용기;
상기 용기 입구와 상기 제1 용기 출구 사이의 상기 처리 용기 내의, 여과 물질을 포함하는 여과층; 및
상기 처리 시스템의 세정 사이클 동안 상기 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템을 포함하고,
상기 여과층은 상기 처리 용기 내에 구성되되, 상기 처리 시스템의 처리 사이클 동안 상기 용기 입구를 통해 상기 처리 용기로 유입되는, 상기 생성 수 공급원으로부터 나오는 생성 수의 적어도 일부가, 여과된 생성 수로서 상기 제1 용기 출구를 통해 상기 처리 용기에서 배출되기 전에, 당해 여과층을 통과하도록 구성되고;
상기 여과 물질은 수용액에 실질적으로 용해되지 않는 금속 화합물이며, 상기 금속 화합물은 금속 수산화물, 금속 옥소수산화물, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고;
상기 세척 용액은 환원제를 포함하고;
상기 금속 화합물은 상기 세정 사이클 동안 상기 환원제에 의해 환원될 수 있고 이로써 수용액에 용해 가능한 환원 금속 화합물을 형성할 수 있는 것인, 유기 화합물을 함유하는 생성 수 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 금속 수산화물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 금속 옥소수산화물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 수산화물을 포함하는, 처리 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 옥소수산화물을 포함하는, 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제는 차아인산 또는 이의 염, 아인산 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아, 암모늄염, 히드록실아민, 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속, 아황산 금속 또는 아황산 알칼리 금속, 수소화물, 수소화붕소 나트륨, 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 수성 이산화황, 아황산 또는 이의 염, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제6항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 또는 아황산의 염을 포함하는, 처리 시스템.
제7항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 페리하이드라이트인, 처리 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 용액은 상기 환원제의 수용액인, 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 여과층과 상기 제1 용기 출구 사이에 세라믹 멤브레인을 더 포함하고, 상기 여과층은 상기 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상에 상기 금속 화합물의 코팅층을 포함하는, 처리 시스템.
제11항에 있어서, 상기 세라믹 멤브레인은 티타늄-지르코늄 옥사이드 멤브레인, 실리카 멤브레인, 또는 알루미나 멤브레인으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 금속 수산화물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 금속 옥소수산화물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 수산화물을 포함하는, 처리 시스템.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 옥소수산화물을 포함하는, 처리 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제는 차아인산 또는 이의 염, 아인산 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아, 암모늄염, 히드록실아민, 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속, 아황산 금속 또는 아황산 알칼리 금속, 수소화물, 수소화붕소 나트륨, 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 수성 이산화황, 아황산 또는 이의 염, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제17항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 또는 아황산의 염을 포함하는, 처리 시스템.
제18항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 페리하이드라이트인, 처리 시스템.
제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 용액은 상기 환원제의 수용액인, 처리 시스템.
제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기 입구, 상기 여과층, 상기 세라믹 멤브레인, 및 상기 용기 출구는 상기 처리 시스템의 처리 사이클 동안 상기 용기 입구를 통해 상기 처리 용기로 유입되는 상기 생성 수 공급원으로부터의 생성 수가 상기 여과층을 통과한 후 여과된 생성 수로서 상기 제1 용기 출구를 통해 상기 처리 용기에서 배출되기 전에 상기 세라믹 멤브레인을 통과하도록 구성되는, 처리 시스템.
제11항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 용기 출구를 더 포함하고,
상기 세라믹 멤브레인은 관형 멤브레인으로서, 상기 관형 멤브레인은 외면 및 상기 관형 멤브레인의 입구 단부로부터 상기 관형 멤브레인의 출구 단부까지 상기 관형 멤브레인 내에 형성된 길이 방향 통로를 갖고;
상기 관형 멤브레인의 외면은 상기 제1 용기 출구와 유체 연통하고;
상기 관형 멤브레인의 출구 단부는 상기 제2 용기 출구와 유체 연통하고;
상기 용기 입구로부터의 생성 수의 적어도 일부는 잔류물 스트림으로서 상기 관형 멤브레인의 상기 길이 방향 통로를 통해 상기 제2 용기 출구로 통과하고;
상기 용기 입구로부터의 생성 수의 적어도 일부는 상기 여과층 및 상기 관형 멤브레인을 통해 상기 관형 멤브레인의 외면으로 투과하여 상기 여과된 생성 수로서 상기 외면으로부터 유출되는, 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 처리 용기는 상기 용기 입구가 상기 제1 용기 출구 아래에 있는 상향 레이아웃 또는 상기 용기 입구가 상기 제1 용기 출구 위에 있는 하향 레이아웃에서 수직으로 구성되고;
상기 여과층은 상기 용기 입구와 상기 제1 용기 출구 사이의 처리 용기 내에서 스크린에 의해 지지되는 입자층을 포함하고, 상기 입자층은 상기 금속 화합물의 입자를 포함하고;
상기 스크린은, 상기 용기 입구로부터 상기 제1 용기 출구로의 생성 수의 흐름을 허용하고 상기 입자층의 입자들의 상기 스크린을 통과하는 하향 통과를 차단하는 메쉬 크기 및 구성을 갖는, 처리 시스템.
제24항에 있어서,
상기 금속 수산화물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 금속 옥소수산화물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 수산화물을 포함하는, 처리 시스템.
제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 옥소수산화물을 포함하는, 처리 시스템.
제24항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제는 차아인산 또는 이의 염, 아인산 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아, 암모늄염, 히드록실아민, 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속, 아황산 금속 또는 아황산 알칼리 금속, 수소화물, 수소화붕소 나트륨, 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 수성 이산화황, 아황산 또는 이의 염, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제29항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 또는 아황산의 염을 포함하는, 처리 시스템.
제30항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 페리하이드라이트인, 처리 시스템.
제24항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 용액은 상기 환원제의 수용액인, 처리 시스템.
제24항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자층은 고정 입자층 또는 유동 입자층으로 구성되는, 처리 시스템.
제34항에 있어서,
상기 처리 용기는 상기 스크린 위의 입자 입구 및 상기 스크린 위의 입자 출구를 더 포함하고;
상기 입자 입구는 상기 처리 사이클 동안 상기 금속 화합물의 새로운 입자를 상기 입자층에 제공하고;
상기 입자층으로부터의 소모 입자는 상기 처리 사이클 동안 상기 입자 출구를 향하여 흐르는, 처리 시스템.
제35항에 있어서, 상기 입자 출구로부터 상기 소모 입자를 수용하는 회수 용기를 더 포함하는, 처리 시스템.
생성 수로부터 원유를 회수하기 위한 처리 시스템으로서,
생성 수 공급원과 유체 연통하는 용기 입구 및 제1 용기 출구를 갖는 처리 용기;
상기 용기 입구와 상기 제1 용기 출구 사이의 세라믹 멤브레인;
상기 용기 입구와 대향하는 상기 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상의 금속 화합물의 코팅층; 및
상기 처리 시스템의 세정 사이클 동안 상기 여과 물질에 세척 용액을 제공하는 세정 시스템을 포함하고,
상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 세라믹 멤브레인은 상기 처리 시스템의 처리 사이클 동안 상기 처리 용기로 유입되는 생성 수의 적어도 일부가 상기 세라믹 멤브레인을 투과해서 여과된 생성 수로서 상기 제1 용기 출구를 통해 상기 처리 용기에서 배출되기 전에 상기 코팅층을 통과하도록 구성되고;
상기 세척 용액은 차아인산 또는 이의 염, 아인산 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아, 암모늄염, 히드록실아민, 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속, 아황산 금속 또는 아황산 알칼리 금속, 수소화물, 수소화붕소 나트륨, 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 수성 이산화황, 아황산 또는 이의 염, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 환원제의 수용액인, 생성 수로부터 원유를 회수하기 위한 처리 시스템.
제37항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제38항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 또는 아황산의 염을 포함하는, 처리 시스템.
제39항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨으로부터 선택되는, 처리 시스템.
제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 페리하이드라이트인, 처리 시스템.
생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법으로서,
제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 따른 처리 시스템의 생성 수 공급원에 생성 수를 제공하는 단계;
처리 사이클을 개시하는 단계;
유기 화합물이 여과층 내에 수집될 때까지 상기 처리 사이클 동안 상기 여과층을 통해 상기 생성 수를 통과시키는 단계;
세척 용액을 상기 여과층의 여과 물질에 제공하는 세정 사이클을 개시하여, 금속 화합물이 상기 세척 용액에 용해 가능한 환원 금속 화합물로 환원되도록 하는 단계;
상기 세척 용액을 처리 용기로부터 제거하는 단계 - 상기 처리 용기로부터 제거되는 세척 용액은 용해된 환원 금속 화합물 및 상기 유기 화합물을 함유함 -; 및
상기 세척 용액으로부터 상기 유기 화합물을 분리하는 단계를 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항에 있어서, 상기 유기 화합물은 원유를 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 처리 용기로부터 제거된 상기 세척 용액으로부터 상기 환원 금속 화합물을 회수하는 단계를 더 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제44항에 있어서,
상기 세척 용액으로부터 회수된 상기 환원 금속 화합물을 산화시켜 상기 금속 화합물을 개질시키는 단계; 및
상기 개질된 금속 화합물을 상기 처리 용기로 이송하는 단계를 더 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 시스템은 상기 여과층과 상기 제1 용기 출구 사이에 세라믹 멤브레인을 더 포함하고;
상기 여과층은 상기 세라믹 멤브레인의 코팅된 표면 상에 상기 금속 화합물의 코팅층을 포함하고;
상기 금속 화합물의 코팅층은 상기 세정 사이클 동안 상기 금속 화합물이 환원될 때 상기 세라믹 멤브레인으로부터 용해되는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제46항에 있어서,
상기 환원 금속 화합물로 새로운 세라믹 멤브레인의 표면을 코팅하는 단계;
상기 새로운 세라믹 멤브레인 상에 상기 환원 금속 화합물을 산화시켜 상기 새로운 세라믹 멤브레인의 표면 상에 상기 금속 화합물의 재생 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 환원 금속 화합물이 산화되기 전 또는 후에 상기 새로운 세라믹 멤브레인을 상기 처리 용기 내에 삽입하는 단계를 더 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 수산화물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 금속 옥소수산화물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 구리(II) 수산화물, 망간(III) 수산화물, 크롬(III) 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 수산화물을 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 옥소수산화물(페리하이드라이트), 망간(III) 옥소수산화물, 크롬(III) 옥소수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 옥소수산화물을 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 철(III) 수산화물, 페리하이드라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제는 차아인산 또는 이의 염, 아인산 또는 이의 염, 옥살산 또는 이의 염, 포름산 또는 이의 염, 수성 암모니아, 암모늄염, 히드록실아민, 염기성 조건에서의 수소, 티오황산 금속, 아황산 금속 또는 아황산 알칼리 금속, 수소화물, 수소화붕소 나트륨, 중아황산 나트륨, 아황산 이나트륨, 수성 이산화황, 아황산 또는 이의 염, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제52항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 또는 아황산의 염을 포함하는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제53항에 있어서, 상기 환원제는 수성 이산화황, 아황산, 중아황산 나트륨, 또는 아황산 이나트륨으로부터 선택되는, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 화합물은 페리하이드라이트인, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.
제42항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 용액은 상기 환원제의 수용액인, 생성 수로부터 유기 화합물을 회수하기 위한 방법.