KR20200026817A - 열전달 유체의 전산가를 줄이기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전달 유체의 전산가(TAN)를 감소시키기 위한 공정과 관련된다. 이 공정은 흡착제 조성물을 50℃ ~ 350℃ 범위의 온도와 1bar ~ 10bar 범위의 압력에서 열전달 유체와 접촉시켜 0.003 ~ 0.03 범위의 전산가(TAN)와 6 ~ 7.5 범위의 pH를 가지는 처리된 열전달 유체를 얻는 것이며 이때 흡착제 조성물은 고정층에 제공되고 열전달 유체는 시간당 0.5 ~ 10의 범위에 있는 LHSV(액체 공간 속도)에서 흡착제 조성물을 포함하는 고정층을 통해 전달된다.

Description

열전달 유체의 전산가를 줄이기 위한 방법
본 발명은 열전달 유체의 전산가를 감소시키는 방법에 관한 것이다.
열 전달 유체는 15℃ ~ 400℃ 범위의 온도와 1bar ~ 10.6bar 범위의 압력에서 작동하는 광범위한 간접 열전달 응용 분야에 사용된다.
그러나 공정 작업 중 공정 장비의 고장으로 인해 공정 장비에서 발생하는 오염물질이 열전달 유체에 전달되거나 유입될 수 있다. 이런 오염물질, 특히 산성 오염물질은 열전달 유체의 산도, 즉 전산가(TAN)를 증가시킨다. 열전달 유체의 산도(TAN)가 높아지면 공정 장비가 부식되게 된다. 오염물질의 부착 및 부식으로 인해 열전달 유체의 효율이 감소한다. 따라서 열전달 유체에서 산성 오염물을 제거해야 한다.
일반적으로 산성 오염물은 증류 방법으로 열전달 유체에서 제거할 수 있다. 그러나, 열전달 유체와 유사한 비등점을 갖는 산성 오염물은 증류 방법으로 제거할 수 없다. 또한 산성 오염물은 알카리 세척물로 제거할 수 있다. 그러나 이 방법에서는 열 전달 유체에 남아있는 미량의 수분을 제거하는 데 시간이 많이 소모되고 상당한 양의 열 전달 유체가 손실된다.
따라서 열전달 유체의 전산가(TAN)를 감소시키는 데서 상기 언급한 단점을 극복하는 대안이 필요하다.
본 명세서의 적어도 하나의 실시예가 만족하는 본 발명의 목적 중 일부는 다음과 같다.
본 발명의 목적은 선행 기술에서 하나 이상의 문제를 개선하거나 적어도 유용한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 열전달 유체의 전산가(TAN)를 감소시키기 위한 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 또한 열전달 유체의 전산가(TAN)를 감소시키기 위한 친환경적이고 경제적인 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 본 발명의 범위를 제한하지 않는 다음의 설명으로부터 보다 명백해진다.
본 발명은 또한 열전달 유체의 전산가(TAN)를 감소시키기 위한 공정을 제공하는 것이다.
이 공정은 흡착제 조성물을 50℃ ~ 350℃ 범위의 온도와 1bar ~ 10bar 범위의 압력에서 열전달 유체와 접촉시켜 0.003 ~ 0.03 범위의 전산가(TAN)와 6 ~ 7.5 범위의 pH를 가지는 처리된 열전달 유체를 얻는 것이며 이때 흡착제 조성물은 고정층에 제공되고 열전달 유체는 미리 결정된 LHSV(액체 공간 속도)와 미리 결정된 온도 및 압력에서 흡착제 조성물을 포함하는 고정층을 통해 전달된다
전산가(TAN)를 줄이는 데 사용하는 흡착제 조성물은 조성물 총 질량에서 15 ~ 70중량% 범위에 있는 층상 이중 수산화물, 30 ~ 85중량% 범위에 있는 알루미나, 15 ~ 50중량% 범위에 있는 선택적으로 활성화된 보크사이트로 구성된다.
위에 설명한 본 발명 내용은 다음 특징을 갖는 열전달 유체의 전산가를 줄이기 위한 공정을 포함하지만 이에 국한되지 않는 몇 가지 기술적 이점을 갖는다:
열전달 유체에 들어있는 90% 이상의 오염물질, 특히 산성 오염물질을 제거하여 침적 및 부식 문제를 방지하고 공정 장비의 수명주기를 개선한다;
경제적;
환경 친화적.
본 발명은 첨부한 도면을 통하여 설명된다, 여기서:
그림 1은 열전달 유체의 전산도를 줄이기 위한 공정을 개략적으로 표시한 것이다.
그림 2는 흡착제 조성물 20gm당 본 발명의 공정에 따르는 흡착 용량을 그래픽으로 표현한 것이다.
정의
본 발명에 사용된 다음 용어는 일반적으로 문맥에서 달리 지시되는 범위를 제외하고 아래에 명시된 의미를 갖는다.
전산가(TAN)는 1그램의 오일에 들어있는 산을 중화시키는데 필요한 수산화 칼륨의 양(밀리그램)에 의해 결정되는 산성 성분의 양을 나타낸다.
화학 흡착은 흡착된 물질(들)이 화학 결합에 의해 고정되는 흡착 방법을 나타낸다.
열전달 유체는 다양한 응용 분야에 사용된다. 그러나 공정 작업 중에 공정 장비가 고장나는 결과로 공정 장비의 화학 물질이 고온상태의 열전달 유체에 유입될 수 있다. 이러한 오염물질, 특히 산성 오염물질은 유체의 산도를 증가시켜 공정 장비가 부식되는 결과를 초래한다. 따라서 열전달 유체의 효율을 높이기 위해 열전달 유체에 들어있는 산성 오염물질을 제거해야 한다. 그러나 열전달 유체의 산도(전산가)를 감소시키는 전통적인 방법은 비용 문제, 유체 손실 및 유해 폐기물의 발생과 같은 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 열전달 유체의 전산가(TAN)를 감소시키는 경제적이고 환경 친화적인 공정을 제공한다.
열전달 유체의 전산가를 줄이기 위한 본 발명의 공정은 흡착제 조성물을 포함한 열전달 유체를 처리하여 처리된 열전달 유체를 얻는 단계로 구성된다. 처리한 열전달 유체는 0.003 ~ 0.03 범위의 전산가(TAN)와 6 ~ 7.5 범위의 pH로 특징지어지며 이때 흡착제 조성물은 고정층에 제공되고 열전달 유체는 미리 결정된 LHSV(액체 공간 속도)와 미리 결정된 온도 및 압력에서 흡착제 조성물을 포함하는 고정층을 통해 전달된다.
본 발명의 공정에 따르면 열전달 유체는 유체만으로 구성되거나 또는 열전달 유체의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 공정에 따르면 미리 결정된 온도는 50℃ ~ 350℃이다. 일반적으로 미리 결정된 온도는 100℃ ~ 250℃의 범위이다.
본 발명의 공정에 따르면 미리 결정된 압력은 1bar ~ 10bar의 범위에 있다. 일반적으로 미리 결정된 압력은 1bar ~ 5bar 범위이다.
본 발명의 공정에 따르면 미리 결정된 액체 공간 속도(LHSV)는 시간당 0.5 ~10 범위이다. 일반적으로 미리 결정된 액체 공간 속도(LHSV)는 시간당 1 ~5 범위이다.
일반적으로 본 발명의 흡착제 조성물은 조성물 총 질량에서 15 ~ 70중량% 범위에 있는 층상 이중 수산화물, 30 ~ 85중량% 범위에 있는 알루미나, 15 ~ 50중량% 범위에 있는 선택적으로 활성화된 보크사이트로 구성된다.
일반적으로 열전달 유체와 흡착제 조성물의 중량비는 5: 1 ~ 30: 1의 범위에 있다. 일반적으로 열전달 유체와 흡착제 조성물의 중량비는 10: 1 ~ 20: 1의 범위에 있다.
일반적으로, 본 발명의 층상 이중 수산화물은 하이드로 탈사이트이다.
특히 본 발명의 알루미나는 감마 알루미나와 슈도보헤마이트 중에서 적어도 한 개 이상 선택한 것이다.
열전달 유체에 들어있는 산성 오염물질은 산도 즉 전산가를 증가시키며 따라서 pH가 감소한다(pH 4 미만으로). 열 전달 유체의 산성 특성으로 인해 열 전달 유체를 사용하는 장비는 부식될 위험이 높습니다. 본 발명의 흡착제 조성물은 열전달 유체에 들어있는 산성 오염물질을 효율적으로 제거하여 열전달 유체에서 6 - 7.5 범위의 pH를 증가시켜 그의 전산가를 줄일 수 있다. 본 발명의 흡착제 조성물은 화학 흡착 방법으로 산성 오염물을 제거한다.
본 발명의 흡착제 조성물은 연속 공정을 차단하거나 중단함이 없이 열전달 유체에 유입된다.
그림-1은 열전달 유체에서 오염 물질을 제거하기 위한 공정 장치를 보여준다. 일반적으로 전산가(TAN)를 줄이기 위한 공정에 사용되는 어셈블리는 흡착제 조성물로 로드된 고정층 컬럼(3)과 전열 용해로(2)로 구성된다. 오염된 열전달 유체(1)를 고정층 컬럼을 통과시켜 처리된 열전달 유체를 얻는다.
그림 2는 본 발명 공정의 효율성을 보여준다. 그림 2에서 20gm 정도로 적은 양의 흡착제 조성물로도 200gm ~ 2000gm 범위의 열전달 유체의 TAN을 효과적으로 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 공정은 오염된 열전달 유체에 들어있는 산성 오염물의 90%이상을 제거할 수 있는 경제적인 흡착제 조성물을 제공한다. 본 발명의 공정은 화학 흡착 방법으로 산성 오염물을 제거함으로써 유해 폐기물의 형성을 방지한다. 본 발명의 흡착제 조성물은 재활용될 수 있으며 따라서 이 공정을 오랜 기간동안 경제적으로 되게 할 수 있다.
본 발명은 다음의 실험실 실험을 통해 아래에 자세히 설명된다. 이 문서에서 사용되는 실험은 단지 본 문서의 실시예가 실시될 수 있는 방법에 대한 이해를 촉진하고 이 기술에 숙련된 사람들이 실시예를 실시할 수 있게 하기 위한 것이다. 따라서, 실험은 본 문서의 실시예의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이런 실험은 상용화로 확장할 수 있다.
실험 세부사항
일반 절차
오염된 열전달 유체는 상온, 1.5h-1의 액체 공간 속도(LHSV) 및 일반 대기압 상태에서 흡착제 조성물의 고정층을 통과한다. 이 처리 후 pH가 증가하고, 전산가(TAN)는 감소하며 무시할 만한 양의 수분을 갖는 열 전달 유체를 취득하였다.
실험 1-5: 유체 대 흡착제 조성물의 비율 효과
상기 공개한 절차에 따라 1-5번 실험을 수행하였다. 이때 유체 대 흡착제 조성물의 비율은 서로 달랐다. 그 결과를 표 1에 보여주었다.
표 1: 열전달 유체(액체) 대 처리된 열전달유체의 pH에 대한 흡착제 조성물(고체)의 비율 효과
Figure pct00001
실험 1 과 2에서 열전달 유체 대 흡착제 양의 비율은 각각 100과 50이었고 처리된 열전달 유체의 pH는 4.5와 5.0이었다. 따라서 처리된 열전달 유체의 pH는 공정에 사용되는 흡착제 조성물의 농도가 매우 낮을 경우 산성으로 남아 있는 것으로 관찰되었다.
실험 3 과 4에서 열전달 유체 대 흡착제 조성물의 비율은 각각 20과 10이었고 처리된 열전달 유체의 pH는 7.0이었다. 따라서 흡착제 조성물은 최적 농도 상태에서 열전달 유체를 중화시키는 것으로 관찰되었으며, 이는 열전달 유체의 효율을 높이는 데 유용하다.
실험 5에서 열전달 유체 대 흡착제 양의 비율은 5였고 처리된 열전달 유체의 pH는 7.8이었다. 따라서 처리된 열전달 유체의 pH는 공정에 사용되는 흡착제 조성물의 농도가 높은 경우 증가되는 것으로 관찰되었다.
유사한 실험 6 및 7을 각각 150℃ 및 125℃의 온도에서 각각 10kg 및 150000kg의 더 큰 수량에 대하여 수행하였다.
실험 6:
pH 값이 3.9, 전산가가 0.07이고 수분 함량이 0.3중량%인 오염된 열 전달 유체(10 kg)를 150℃의 온도와 1.5h-1의 액체 공간 속도(LHSV), 2bar의 압력 조건에서 1kg의 흡착제 조성물(유체에 대한 흡수비율 10) 고정층을 통하여 통과시켰다. 이 처리 후 pH가 7, 전산가(TAN) 0.01 및 무시할 만한 양의 수분을 갖는 열 전달 유체를 취득하였다.
실험 7:
pH 값이 4.3, 전산가가 0.06이고 수분 함량이 0.26중량%인 오염된 열 전달 유체(150000 kg)를 125 ℃의 온도와 1h-1의 액체 공간 속도(LHSV), 2bar의 압력 조건에서 2500kg의 흡착제 조성물(유체에 대한 흡수비율 60) 고정층을 통하여 통과시켰다. 이 처리 후 pH값이 6.5, 전산가(TAN) 0.01 및 무시할 만한 양의 수분을 갖는 열 전달 유체를 취득하였다.
실험 8:
pH 값이 3.9, 전산가가 0.12이고 수분 함량이 500ppm인 오염된 열 전달 유체(10.2kg)를 250℃의 온도와 5h-1의 액체 공간 속도(LHSV), 1bar의 압력 조건에서 0.017kg의 흡착제 조성물 고정층을 통하여 통과시켰다. 이 처리 후 pH가 7, 전산가(TAN) 0.01 및 200ppm 수분을 갖는 열 전달 유체를 취득하였다.
처리된 열전달 유체의 서로 다른 물리 화학적 특성을 아래 표-2에 제시하였다.
실험 9:
pH 값이 3.9, 전산가가 0.12이고 수분 함량이 500ppm인 오염된 열 전달 유체(5 kg)를 150℃의 온도와 5h-1의 액체 공간 속도(LHSV), 1bar의 압력 조건에서 0.042kg의 흡착제 조성물 고정층을 통하여 통과시켰다. 이 처리 후 pH가 7, 전산가(TAN) 0.01 및 300ppm 수분을 갖는 열 전달 유체를 취득하였다.
처리된 열전달 유체의 서로 다른 물리 화학적 특성을 아래 표-2에 제시하였다.
표-2
Figure pct00002
표 2에서 비순수 열전달 유체와 비교할 때 처리된 열전달 유체의 물리 화학적 특성이 개선되는 것으로 관찰되었다.
이 상세사항 전반에 걸쳐 "포함" 또는 "포함하다", "포함하는"과 같은 변형은 명시된 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수 또는 단계의 그룹을 포함한다는 것을 의미하는 것으로 이해할 수 있지만 다른 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수 또는 단계 그룹을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 구성, 구성되는 또는 구성된다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
"적어도" 또는 "적어도 하나"라는 표현은 하나 이상의 원하는 목적 또는 결과를 달성하기 위해 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있으므로 하나 이상의 요소 또는 성분 또는 양에 사용할 수 있다. 본 발명에서 특정 실시예를 설명했지만 이런 실시예는 단지 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 공식에 대한 변형 또는 변형은 본 문서의 공개 내용을 검토할 때 해당 기술에 정통한 사람들에 의해 수행할 수 있다. 이러한 변형 또는 수정은 본 발명의 아이디어에 부합해야 한다.
다양한 물리적 매개변수, 치수 및 수량에 대해 주어진 수치값은 대략적인 값일 뿐이며, 이 값보다 높은 값은 본 사양에 그와 반대되는 문구가 없는 한 발명의 범위에 속한다고 가정한다.
본 명세서에서 바람직한 실시예의 특정 기능에 대해 상당한 강조가 이루어졌지만 본 발명의 원리에서 벗어나지 않으면서 많은 부가 기능이 추가될 수 있고 선호되는 실시예에서 많은 변경을 수행할 수 있을 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서의 이런 변경 및 다른 변경은 본 발명에 대하여 기술적으로 숙력된 사람들에게는 명백할 것이며, 이로써 전술한 설명 사항은 제한이 아니라 본 공개의 예시로서 해석되어야 한다는 점을 명확히 이해해야 한다.

Claims (11)

  1. 열전달 유체의 전산가를 줄이기 위한 방법이며, 상기 열전달 유체를 흡착제 조성물에 접촉시켜 전산가(TAN)가 0.003 ~ 0.03 범위이고 pH가 6 ~ 7.5 범위로 처리된 열전달 유체를 얻는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제 조성물은 고정층에 적용되며, 열전달 유체는 미리 결정된 액체 공간 속도(LHSV), 미리 결정된 온도와 미리 결정된 압력 상태에서 이 고정층을 통과하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제 조성물은 다음을 함유하는 방법.
    - 조성물 총 질량에서 15 ~ 70중량% 범위에 있는 층상 이중 수산화물,
    - 조성물 총 질량에서 30 ~ 85중량% 범위에 있는 알루미나, 및
    - 선택적으로 조성물 총 질량에서 15 ~ 50중량% 범위에 있는 활성화된 보크사이트
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 액체 공간 속도(LHSV)는 시간당 0.5 ~10 범위인 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 액체 공간 속도(LHSV)는 시간당 1 ~5 범위인 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 온도는 50 ℃ ~ 350 ℃범위인 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 온도는 100 ℃ ~ 350 ℃범위인 방법.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 압력은 1bar ~ 10bar 범위인 방법.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 압력은 1bar ~ 5bar 범위인 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달 유체와 흡착제 조성물의 중량비는 5: 1 ~ 30: 1의 범위인 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달 유체와 흡착제 조성물의 중량비는 10: 1 ~ 20: 1의 범위인 방법.
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