KR101599333B1 - 기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템 - Google Patents

기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템 Download PDF

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Abstract

기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템이 개시된다. 일체형 수처리 시스템은 압력 용기(110); 유입된 피처리액을 경물질과 중물질로 1차 분리하고, 1차 분리된 중물질을 상기 압력 용기(110)의 일측을 관통하는 홀(hole)에 연결된 처리액 이송관(140)을 통해 상기 압력 용기(110)에 주입하는 하이드로 사이클론(120)을 포함하되, 상기 1차 분리된 중물질은 상기 압력 용기(110)의 접선 방향으로서 상기 압력 용기(110)의 내측 벽면을 따라 유체 회전 운동되도록 상기 압력 용기(110) 내에 주입될 수 있다.

Description

기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템{Integrated water treatment system for oil separation}
본 발명은 기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템에 관한 것이다.
최근 환경 오염, 특히 수질 오염에 관한 문제는 전 세계적인 주요 관심사가 되었으며, 이에 따라 각국은 자국 영토 내의 각종 오폐수 및 인근 해안에서의 해양 오염수 처리에 관하여 지속적인 연구 개발을 진행하고 있다.
오염수를 처리하거나, 물과 기름이 혼합된 혼합액에서 물과 기름을 분리하는 등의 목적으로 하이드로 사이클론(hydro-cyclone)이 사용되고 있으며, 하이드로 사이클론을 이용하여 각종 오폐수 등을 처리하기 위한 수처리 시스템에 대한 기술적 사상은 한국공개특허 제2010-0027709호 등에 다양하게 개시되어 있다.
일반적으로 종래기술에 따른 수처리 시스템의 경우, 하이드로 사이클론에 의해 분리된 처리액에 포함된 가스 성분을 제거하거나, 처리액에 여전히 잔류하는 일부의 기름 성분을 추가적으로 제거하기 위해 가스제거 드럼(degassing drum)이 독립적으로 구성되어 하이드로 사이클론의 후단에 연결되는 구성을 가진다.
그러나 종래기술과 같이, 하이드로 사이클론과 가스제거 드럼을 독립적으로 구성하고 이들을 연결하기 위한 배관을 설치하는 경우 많은 설치 공간이 요구되는 문제점이 있다.
또한 해양에서 원유생산을 목적으로 하는 FPSO(Floating Production Storage and Off-loading)의 수처리 시스템에서 배출되는 물 성분 역시 IMO(International Maritime Organization)에 의한 규제가 강화되고 있어 보다 효과적인 수처리가 요구된다.
본 발명은 하이드로 사이클론과 가스제거를 위한 압력 용기를 연결함으로써 가스 및 잔존 기름 성분에 대한 분리 효율을 증진시키고, 또한 수처리 시스템의 설치 공간을 최소화할 수 있는 기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 하이드로 사이클론으로부터 유입되는 피처리액으로부터 가스 및 잔존 기름 성분이 재분리됨으로써 최종적으로 배출될 물에 포함된 기름 성분 및 가스 농도를 감소시킬 수 있는 기름 분리를 위한 일체형 수처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 압력 용기(110); 유입된 피처리액을 경물질과 중물질로 1차 분리하고, 1차 분리된 중물질을 상기 압력 용기(110)의 일측을 관통하는 홀(hole)에 연결된 처리액 이송관(140)을 통해 상기 압력 용기(110)에 주입하는 하이드로 사이클론(120)을 포함하되, 상기 1차 분리된 중물질은 상기 압력 용기(110)의 접선 방향으로서 상기 압력 용기(110)의 내측 벽면을 따라 유체 회전 운동되도록 상기 압력 용기(110) 내에 주입되는, 일체형 수처리 시스템이 제공된다.
상기 하이드로 사이클론(120)은 복수의 라이너(130)를 포함하고, 각각의 라이너(130)는 밸브가 개재된 피처리액 이송관을 통해 피처리액을 유입받으며, 상기 밸브의 온 조작 또는 오프 조작에 의해 피처리액을 1차 분리할 라이너(130)의 수량이 조절될 수 있다.
상기 처리액 이송관(140)은 각 라이너(130)의 출력단에 연결될 수 있다.
상기 복수의 라이너(130)는 각각 수직하게 설치될 수 있다.
상기 압력 용기(110)의 중심축을 중심으로 반지름을 달리하는 복수의 동심원 구조로 복수의 하이드로 사이클론이 각각 배치될 수 있다.
상기 압력 용기(110)의 외측 벽면을 따라 복수의 하이드로 사이클론이 다층 구조로 수직 배치될 수 있다.
상기 압력 용기(110) 내부에는 상기 압력 용기(110) 내에서의 유체 회전 운동에 의해 유입된 중물질로부터 2차 분리된 경물질을 배출하기 위한 배출관이 설치될 수 있다.
상기 압력 용기(110)의 하부에는 상기 유체 회전 운동에 의해 2차 분리된 중물질을 배출하기 위한 배출관이 설치될 수 있다.
상기 압력 용기(110) 내의 압력을 조절하는 압력 조절기가 더 포함될 수 있고, 상기 압력 조절기는 상기 압력 용기(110) 내에서의 유체 회전 운동에 의해 분리된 가스를 상기 압력 용기(110)의 외부로 배출하여 상기 압력 용기(110) 내의 압력을 미리 지정된 압력 이하로 유지할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하이드로 사이클론과 가스제거를 위한 압력 용기를 연결함으로써 가스 및 잔존 기름 성분에 대한 분리 효율을 증진시키고, 또한 수처리 시스템의 설치 공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 하이드로 사이클론으로부터 유입되는 피처리액으로부터 가스 및 잔존 기름 성분이 재분리됨으로써 최종적으로 배출될 물에 포함된 기름 성분 및 가스 농도를 감소시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피처리액의 유입을 위한 하이드로 사이클론의 연결 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피처리액의 유입을 위한 하이드로 사이클론의 연결 구조를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피처리액의 유입을 위한 하이드로 사이클론의 연결 구조를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피처리액의 유입을 위한 하이드로 사이클론의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일체형 수처리 시스템은 압력 용기(110), 압력 용기(110)를 중심으로 예를 들어 동심원 구조로 복수의 열을 가지도록 배치되는 하이드로 사이클론(120)을 포함할 수 있다. 또한, 하이드로 사이클론(120)은 도시된 바와 같이 압력 용기(110)의 측면에서 복수의 층 구조로 배치될 수도 있다.
하이드로 사이클론(120)에는 피처리액을 원심 분리 처리하기 위한 적어도 하나의 라이너(Liner)(130)가 장착되며, 라이너(130)는 피처리액(예를 들어, 물과 기름이 혼합된 혼합물)을 유입받기 위한 입구단(inlet), 원심 분리된 가벼운 성분(light fraction)의 물질(예를 들어, 기름일 수 있고, 이하 "경물질"이라 칭함)을 배출하기 위한 보텍스 파인더(Votex finder)와, 원심 분리된 무거운 성분(heavy fraction)의 물질(예를 들어, 물일 수 있고, 이하 "중물질"이라 칭함)을 배출하기 위한 출구단(Spigot)을 포함할 수 있다.
라이너(130)는 일체형 수처리 시스템의 설치 공간을 최소화하기 위해 수직 형태로 배열될 수 있다.
또한 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 라이너(130)들은 압력 용기(110)를 중심으로 하는 동심원의 원주 상에 각각 위치될 수 있고, 설치된 각 라이너(130)의 입구단을 통해 피처리액을 주입하기 위한 피처리액 이송관(210a, 210b)이 설치되며, 피처리액 이송관(210a, 210b)에는 각각 대응되도록 밸브(220a, 220b)가 개재(介在)되어 처리될 피처리액의 유량에 따라 피처리액에 대한 원심 분리 처리를 수행할 라이너(130)의 수량이 조절될 수 있다. 이외에도, 피처리액의 이송 궤도를 조절할 수 있는 밸브가 이용되는 경우 라이너(130)의 수량 조절없이 피처리액 처리 용량이 조절이 가능할 수도 있다.
이때 각 밸브(220a, 220b)에 대한 개방/폐쇄 조절은 제어부(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 물론, 밸브(220a, 220b) 이외에 피처리액이 유입량 조절을 목적으로 하는 별도의 장치가 고려될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
즉, 도 2에 예시된 바와 같이, 압력 용기(110)를 중심으로 복수의 열을 형성하는 각 동심원상에 각각 설치된 라이너 그룹에 피처리액을 공급하는 개별적인 피처리액 이송관(210a, 210b)에 개재된 밸브를 조절함으로써 예를 들어 제1 열 또는/및 제2열에 포함되는 라이너 그룹만이 피처리액에 대한 처리를 수행하도록 제어될 수 있을 것이다.
또한 구동될 라이너(130)의 수량이 보다 효과적으로 조절될 수 있도록 하기 위해, 도 3에 예시된 바와 같이, 각 열에 속하는 복수의 라이너(130)들을 복수의 그룹들로 분리한 후 각 그룹에 대한 피처리액 이송관(310a, 310b, 310c, 310d)이 개별적으로 설치되도록 할 수도 있으며, 각 피처리액 이송관(310a, 310b, 310c, 310d)에는 상응하도록 밸브(320a, 320b, 320c, 320d)가 개재될 수 있다.
여기서, 도 2 및 도 3에 예시된 피처리액 이송관(210a, 210b, 310a, 310b, 310c, 310d)과 라이너(130)는 라이너(130)의 입구단 부근에서만 연결 관계를 가지도록 함으로써 피처리액이 라이너(130) 내부로 용이하게 주입되도록 형성된다. 또한, 라이너(130)의 입구단은 피처리액 이송관(210a, 210b, 310a, 310b, 310c, 310d)의 내부 공간에 대해 단차를 가지고 있으면 벌루트 타입(volute type)으로 형성될 수도 있으나, 그렇지 않은 경우에는 라이너(130)의 일측에 형성된 홀(hole)이 입구단으로 기능하도록 형성될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 피처리액 이송관(210a, 210b, 310a, 310b, 310c, 310d)을 통해 유입된 피처리액에 대해 각각의 라이너(130)는 원심 분리 처리를 수행하고, 원심 분리 처리에 의해 분리된 경물질(예를 들어, 기름)은 라이너(130) 상부의 보텍스 파인더를 통해 외부로 배출된다. 이때, 보텍스 파인더에 설치된 경물질 배출용 배관이 이용될 수도 있으며, 경물질 배출용 배관은 독립된 배관으로 형성되거나 후술될 경물질 배출관(150)에 합류되도록 형성될 수도 있다.
또한 각 라이너(130)에 의해 개별적으로 분리된 중물질(예를 들어, 물)은 출구단에 연결된 처리액 이송관(140)을 통해 압력 용기(110) 내부로 주입된다. 이때, 처리액 이송관(140)은 복수의 라이너(130)의 출구단에 각각 연결될 수 있다.
라이너(130)에서 배출되는 중물질은 하이드로 사이클론(120)에 포함된 라이너(130)의 배출 압력에 따른 배출 속도로 처리액 이송관(140)의 설치 각도에 상응하도록 압력 용기(110)의 접선 방향으로서 내측 벽면을 따르는 방향으로 압력 용기(110) 내부에 유입된다. 압력 용기(110) 내부로 유입된 중물질은 압력 용기(110)의 내측 벽면을 따라 회전하면서 수직 하방으로 이동한다.
이 과정에서 중물질 내에 포함된 경물질(즉, 하이드로 사이클론(110)의 원심 분리에 의해 분리되지 않은 경물질)은 하이드로 사이클론(110) 내부에서 수행되는 원심 분리 기법과 유사하게, 압력 용기(110)의 내부 공간에서 중물질이 회전하는 회전축 방향(즉, 중심 영역)으로 이송된다.
중물질이 회전하는 회전축 방향으로 이송된 경물질은 상부로 떠오르게 되고, 상부로 부상된 경물질(예를 들어 기름)은 경물질 배출관(150)을 통해 외부로 배출된다. 전술한 바와 같이, 경물질 배출관(150)이 라이너(130)의 보텍스 파인더에서 경물질(예를 들어, 기름)을 배출하기 위한 경물질 배출용 배관과 합류되도록 구성될 수도 있고, 각각 별도의 독립된 배관으로 구성될 수도 있다.
압력 용기(110) 내에 수직으로 설치되는 경물질 배출관(150)의 일 단부는 층으로 분리된 경물질과 중물질 중 중물질의 수위보다 높고 경물질의 수위보다는 낮은 높이에 형성되어, 상층부에 위치하는 경물질만이 경물질 배출관(150)을 통해 외부로 배출되도록 형성된다. 여기서, 경물질 배출관(150)을 통해 경물질만이 배출될 수 있도록 하기 위해, 압력 용기(110) 내에서 중물질의 수위가 레벨 컨트롤러(level controller) 등에 의해 소정의 높이로 조절되도록 제어될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
그리고, 압력 용기(110)의 내측 벽면을 따른 유체 회전 운동을 하며 바닥 영역까지 이동된 중물질은 중물질 배출관(160)을 통해 배출된다.
또한, 하이드로 사이클론(120)에 장착된 라이너(130)들로부터 중물질이 유입되어 압력 용기(110) 내에서 회전 운동함으로써 유입된 중물질 내에 잔유하는 경물질이 추가적으로 분리되는 전술한 과정에서 라이너(130)들로부터 유입된 중물질 내에 포함된 가스 성분이 배출될 수 있다.
배출된 가스 성분은 압력 용기(110)의 상부 공간에 밀집되어 압력 용기(110) 내부의 압력을 상승시키게 된다.
따라서 압력 용기(110)의 일측에는 압력 용기(110) 내부의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(도시되지 않음)와 압력 용기(110) 내의 압력을 소정의 압력 이하로 유지하기 위한 압력 조절기(도시되지 않음)가 더 설치될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 압력 용기 120 : 하이드로 사이클론
130 : 라이너 140 : 처리액 이송관
150 : 경물질 배출관 160 : 중물질 배출관
210a, 210b, 310a, 310b, 310c, 310d : 피처리액 이송관
220a, 220b, 320a, 320b, 320c, 320d : 밸브

Claims (9)

  1. 압력 용기;
    유입된 피처리액을 경물질과 중물질로 1차 분리하고, 1차 분리된 중물질을 상기 압력 용기의 일측을 관통하는 홀(hole)에 연결된 처리액 이송관을 통해 상기 압력 용기에 주입하는 하이드로 사이클론을 포함하되,
    상기 1차 분리된 중물질은 상기 압력 용기의 접선 방향으로서 상기 압력 용기의 내측 벽면을 따라 유체 회전 운동되도록 상기 압력 용기 내에 주입되고,
    상기 하이드로 사이클론은 복수의 라이너를 포함하고, 각각의 라이너는 밸브가 개재된 피처리액 이송관을 통해 피처리액을 유입받으며,
    상기 밸브의 온 조작 또는 오프 조작에 의해 피처리액을 1차 분리할 라이너의 수량이 조절되는, 일체형 수처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리액 이송관은 각 라이너의 출력단에 연결되는, 일체형 수처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 라이너는 각각 수직하게 설치되는, 일체형 수처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력 용기의 중심축을 중심으로 반지름을 달리하는 복수의 동심원 구조로 복수의 하이드로 사이클론이 각각 배치되는, 일체형 수처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압력 용기의 외측 벽면을 따라 복수의 하이드로 사이클론이 다층 구조로 수직 배치되는, 일체형 수처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압력 용기 내부에는 상기 압력 용기 내에서의 유체 회전 운동에 의해 유입된 중물질로부터 2차 분리된 경물질을 배출하기 위한 배출관이 설치되는, 일체형 수처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력 용기의 하부에는 상기 유체 회전 운동에 의해 2차 분리된 중물질을 배출하기 위한 배출관이 설치되는, 일체형 수처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압력 용기 내의 압력을 조절하는 압력 조절기를 더 포함하되,
    상기 압력 조절기는 상기 압력 용기 내에서의 유체 회전 운동에 의해 분리된 가스를 상기 압력 용기의 외부로 배출하여 상기 압력 용기 내의 압력을 미리 지정된 압력 이하로 유지하는, 일체형 수처리 시스템.
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