KR100479795B1 - 입상 재료의 상향 이동을 억제하는 장치 및 방법과 흡착기 조립체 - Google Patents

입상 재료의 상향 이동을 억제하는 장치 및 방법과 흡착기 조립체 Download PDF

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Abstract

위쪽으로 흐르는 유체가 통과하는 입상 재료 베드를 수용하는 용기 내에서 입상 재료의 상향 이동을 억제하는 시스템이 제공된다. 이 시스템은 용기 내에서 입상 재료 베드의 상단과 접촉하고 입상 재료 베드 위쪽의 용기 내벽과 접촉하는 가요성의 다공성 바스켓을 포함하며, 이 다공성 바스켓의 개구는 입상 재료의 최소 입자보다 작아 입상 재료가 통과하지 못하게 한다. 상기 시스템은 가요성의 다공성 바스켓 내에 위치하는 고체층도 포함하며, 그 고체층 중의 고체는 가요성의 다공성 바스켓을 입상 재료 베드의 상단에 대해, 그리고 입상 재료 베드 위쪽의 원통 용기 내벽에 대해 압박하고, 고체층 중의 고체의 평균 직경은 입상 재료의 평균 입경보다 크며, 그 고체를 형성하는 재료의 밀도는 입상 재료의 벌크(bulk) 밀도보다 크다.

Description

입상 재료의 상향 이동을 억제하는 장치 및 방법과 흡착기 조립체 {GRANULAR BED RESTRAINT SYSTEM}
유체 흐름 중의 성분들은, 그 성분들과 물리적 또는 화학적으로 상호 작용하는 특정 물질을 수용하고 있는 고정된 입상 재료 베드와 유체의 흐름이 축류로 접촉하게 함으로써 전환 또는 제거될 수 있다. 그러한 예로는, 기체 또는 액체를 분리 또는 정화하는 흡착 공정, 접촉 화학 반응 공정, 그리고 이온 교환에 의해 액체로부터 오염물을 제거하는 공정이 있다. 이들 용례에서는, 위쪽으로 흐르는 유체에 의해 입상 재료가 상당한 수력학적 힘을 받을 수 있고, 그 결과 입상 재료가 바람직하지 않게 이동할 수 있다.
예를 들면, 압력 스윙 흡착 공정에서는, 각 공정 사이클 중의 특정 시기에서 흡착 베드가 고유량으로 흐르는 기체의 작용을 받을 수 있다. 압력 스윙 흡착 공정 사이클은 흡착, 감압, 정화(purge) 및 재가압의 기본적인 단계를 포함할 수 있고, 균압화 단계도 포함할 수 있고, 또 정화 단계를 제공할 수도 있는데, 이 정화 단계에서는 기체가 압력이 감소하는 베드로부터, 압력이 일정하거나 증가하는 다른 베드로 이송된다. 이들 단계 중 일부에서는 기체가 베드를 통해 위쪽으로 흐르며, 기체의 유량이 충분히 큰 경우에는 베드의 부양 또는 흡착제의 유동화가 일어날 수 있다.
베드의 부양은, 예를 들면 공급물의 재가압 중에 축류 베드의 상단으로부터는 기체가 거의 또는 전혀 흐르지 않으면서 축류 베드의 바닥으로 기체가 큰 유량으로 도입되는 경우에 일어날 수 있다. 압력 강하의 결과 베드의 바닥 부분에서 발생한 힘은 베드의 중량을 초과하여 베드 전체를 부양시킬 수 있다.
유동화는 베드 상부에서의 높은 기체 속도로 인해 그 베드 상부에서 일어날 수 있다. 이 상황은, 예를 들면 베드의 바닥으로는 기체가 전혀 흐르지 않으면서 베드의 상단으로부터 큰 유량의 기체가 흐르는 정화 단계 또는 균압화 단계 중에 일어날 수 있다. 베드의 상단층을 가로질러 발생하는 압력 강하가 흡착 입자들의 중량을 초과하면 유동화가 일어나게 된다.
베드 부양 및 유동화 현상은 바람직하지 않으며, 입상 재료 베드의 일체성에 악영향을 줄 수 있다. 베드 혼합, 채널 형성(channeling), 먼지 발생 및 재료 이동이 발생할 수 있고, 그러면 공정을 정지시키고 교정을 위한 보수를 해야 하는데, 어떤 경우에는 용기 내의 입상 재료를 배출시키고 재충전해야 한다. 비록 상향 유체의 압력 강하가 입상 재료에 과도한 부양력을 주지 않도록 유체 흐름 제어 시스템을 설계할 수는 있지만, 이러한 시도는 계기 고장으로 인해 베드 부양 및 유동화가 여전히 일어날 수 있는 위험을 안고 있다. 베드 부양 및 유동화가 일어나지 않도록 용기를 설계함으로써 그러한 위험을 제거하는 것이 바람직하다. 이하에서 설명하는, 그리고 첨부된 청구범위에 정의되어 있는 본 발명은, 유체 흐름을 처리하는 공정에서 베드 부양 및 유동화를 제거한 특수한 베드 설계를 제공한다.
본 발명은 위쪽으로 흐르는 유체가 통과하는 입상 재료 베드를 수용하고 있는 용기 내에서 입상 재료의 상향 이동을 억제하는 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은,
(a) 가요성의 다공성 바스켓이 상기 용기 내에서 입상 재료 베드의 상단 및 입상 재료 베드 위쪽의 용기 내벽과 접촉하고, 상기 다공성 바스켓의 개구는 입상 재료의 최소 입자보다 작아 입상 재료가 통과하지 못하며,
(b) 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에는 고체층이 위치하고, 그 고체는 가요성의 상기 다공성 바스켓을 입상 재료 베드의 상단에 대해, 그리고 입상 재료 베드 위쪽의 원통 용기의 내벽에 대해 압박하며, 상기 고체층 중의 고체는 평균 직경이 입상 재료의 평균 입경보다 크고, 그 고체를 형성하는 재료의 밀도는 입상 재료의 벌크(bulk) 밀도보다 크다.
상기 입상 재료는 흡착 재료일 수 있고, 상기 유체는 기체일 수 있다. 상기 고체층 중의 고체는 광물, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성될 수 있다. 상기 고체층 중의 고체를 형성하는 재료의 밀도는 상기 입상 재료의 벌크 밀도의 대략 1.5배 내지 8배일 수 있는 것이 전형적이다. 상기 고체층 중의 고체는 세라믹 볼을 포함할 수 있다.
상기 고체층 중의 고체의 평균 직경은 상기 입상 재료의 평균 입경의 대략 1.5배 내지 3배일 수 있다. 상기 고체층의 깊이는 대략 3 인치 내지 6 인치일 수 있는 것이 전형적이다.
상기 고체층 위에 복수 개의 추가적인 고체가 위치할 수 있다. 이들 추가적인 고체의 평균 직경은 대략 10 mm 내지 50 mm일 수 있다. 이들 추가적인 고체의 적어도 일부가 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에 위치할 수 있다. 이들 추가적인 고체는 광물, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성될 수 있다.
상기 고체층 중의 고체는 광물, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성될 수 있다. 이들 고체층 중의 고체와 상기 추가적인 고체는 세라믹 볼을 포함할 수 있다.
상기 원통 용기는 상부 헤드와 하부 헤드를 구비한다. 상기 추가적인 고체의 적어도 일부가 상기 원통 용기의 상부 헤드와 접촉하여 상향 이동이 억제될 수 있다. 상기 추가적인 고체의 적어도 일부가, 상기 원통 용기의 상부 헤드와 접촉하고 있는 천공된 여과기 조립체와 접촉하여 상향 이동이 억제될 수 있다.
선택적으로, 상기 추가적인 고체의 적어도 일부가, 제2의 층 중의 고체에 작용하는 하향력의 기계적 작용에 의해 상향 이동이 억제될 수 있다.
또한, 본 발명은
(a) 상부 헤드 및 하부 헤드를 구비한 원통 용기와,
(b) 상기 원통 용기로부터 유체를 취출하기 위하여 상기 원통 용기의 상부 헤드에 연결된 유체 유출입 배관 수단 및 하부 헤드에 연결된 유체 유출입 배관 수단과,
(c) 상기 원통 용기를 부분적으로 채우는 입상 흡착 재료 베드와,
(d) 상기 원통 용기 내에서 입상 흡착 재료 베드의 상단과 입상 흡착 재료 베드 위쪽의 용기 내벽과 접촉하는 가요성의 다공성 바스켓으로서, 그 다공성 바스켓의 개구는 입상 흡착 재료의 최소 입자보다 작아 입상 흡착 재료가 통과하지 못하는 것인 가요성의 다공성 바스켓과,
(e) 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에 위치하여, 그 다공성 바스켓을 입상 흡착 재료 베드의 상단에 대해, 그리고 입상 흡착 재료 베드 위쪽의 용기 내벽에 대해 압박하는 고체층으로서, 그 고체층 중의 고체는 평균 직경이 입상 흡착 재료의 평균 입경보다 크고, 그 고체를 형성하는 재료의 밀도는 입상 흡착 재료의 벌크 밀도보다 큰 것인 가요성의 다공성 바스켓
을 포함하는 흡착기 조립체에 관한 것이다.
이 흡착기 조립체에서, 상기 고체층의 깊이는 대략 3 인치 내지 6 인치일 수 있는 것이 전형적이다. 상기 고체층 위에 복수 개의 추가적인 고체가 위치할 수 있다. 이들 추가적인 고체의 평균 직경은 대략 10 mm 내지 50 mm일 수 있다.
상기 흡착기 조립체는 상기 추가적인 고체와 상기 원통 용기의 상부 헤드 사이에 위치하는 천공된 여과기 조립체를 더 포함할 수 있고, 상기 고체의 적어도 일부가 상기 상부 헤드 및 상기 천공된 여과기 조립체와 접촉할 수 있다.
본 발명은 또한, 상부 헤드 및 하부 헤드를 구비하고, 위쪽으로 흐르는 유체가 통과하는 입상 재료 베드를 수용하고 있는 용기 내에서 입상 재료의 상향 이동을 억제하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은
(a) 입상 재료가 통과하지 못하도록 개구의 크기가 입상 재료의 최소 입자보다 작은 가요성의 다공성 바스켓을 마련하는 단계와,
(b) 상기 입상 재료 베드의 상단과 접촉하고 입상 재료 베드 위쪽의 용기 내벽에 대해 접촉하도록 가요성의 상기 다공성 바스켓을 상기 원통 용기 내에 설치하는 단계와,
(c) 가요성의 상기 다공성 바스켓을 입상 재료 베드의 상단에 대해, 그리고 입상 재료 베드 위쪽의 용기 벽에 대해 압박하는 고체층을 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에 배치하는 단계로서, 상기 고체층 중의 고체는 평균 직경이 상기 입상 재료의 평균 입경보다 큰 것인 단계를 포함한다.
이 방법은,
(e) 상기 고체층 위에 복수 개의 추가적인 고체를 배치하는 단계로서, 상기 추가적인 고체의 평균 직경은 대략 10 mm 내지 50 mm인 것인 단계와,
(f) 상기 추가적인 고체와 상기 원통 용기의 상부 헤드 사이에 천공된 여과기 조립체를 배치하는 단계로서, 상기 고체의 적어도 일부가 상기 상부 헤드 및 상기 천공된 여과기 조립체와 접촉하는 것인 단계
의 추가적인 특징을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 위쪽으로 흐르는 유체로 인한 베드 부양 및 유동화를 제거하기 위해 축방향 베드 중의 입상 재료를 억제하는 시스템의 설계에 관한 것이다. 입상 재료 베드 위에 위치하여 그 입상 재료 베드를 수용하고 있는 용기의 내벽과 접촉하는 가요성의 다공성 바스켓에 의해 입상 재료 베드가 억제될 수 있다. 고체 또는 고밀도의 느슨한 재료의 층이 상기 다공성 바스켓 내에 위치해서, 그 바스켓을 입상 재료 베드의 상단에 대해, 그리고 입상 재료 베드 위쪽의 용기 내벽에 대해 확실하게 압박할 수 있다. 복수 개의 추가적인 더 큰 고체 또는 고밀도의 느슨한 재료의 층이 제1의 층 위에 위치해서, 그 제1의 복수 개의 고체에 하향력을 가할 수 있다.
가요성의 상기 다공성 바스켓은 입상 재료의 최소 개별 입자보다 개구의 크기가 작아 입상 재료의 입자가 바스켓 재료를 통과하지 못하게 하는, 예를 들면 직조 와이어 메쉬로 제조될 수 있다. 예를 들면, 금속, 폴리머 또는 금속/폴리머 복합 재료로 제조된, 직포 또는 부직포 또는 매트와 같은 다른 재료도 가요성의 다공성 바스켓으로 사용할 수 있다. 제조 재료와 무관한 이 가요성의 다공성 바스켓의 예시적인 특성은 흡착 용기에 삽입할 수 있을 정도의 충분한 가요성이 있는 것이 전형적이고, 입상 베드에서 처리되는 유체와 반응하지 않는 것이 전형적이며, 입상 재료의 입자가 바스켓 재료를 통과하지 못하도록 개구 또는 공극이 입상 재료의 최소 입자보다 작아야 하고, 개구 또는 공극을 통해 흐르는 유체에 부적절한 압력 강하를 일으키지 않는 것이 전형적이라는 점이다. 상기 바스켓의 측벽은, 고체 또는 고밀도의 느슨한 재료의 층 또는 단체의 대부분 또는 전부를 둘러싸거나 수용하기에 충분한 축방향 길이로 되어야 한다. 바스켓은 연속 재료로 형성되어야 하며, 특성이 다른 재료의 부재들을 접합하여 제조할 수 있다.
본 발명은 한 가지 실시예에 따르면, 압력 스윙 흡착 시스템에서 흡착 베드 부양 및 유동화를 제거한 흡착 베드 설계에 관한 것이다. 단면도인 도 1에 예시되어 있는 본 발명은 기체 또는 액체의 분리를 위한 압력 스윙 흡착 공정에 사용되는 입상 베드 유체 접촉 시스템의 한 가지 예이다. 흡착기 조립체(1)는 원통 용기(3)와 상부 헤드(5) 및 하부 헤드(7)를 포함한다. 하부 헤드(7)는 유체 유출입 파이프(9)를 포함한다. 입상 재료 베드(11)가 지지용 스크린 조립체(13)에 의해 지지되어 있으며, 이 지지용 스크린 조립체는 입상 흡착제 또는 촉매 재료를 지지하기 위한 임의 형태의 당업계에 공지된 스크린일 수 있다. 상부 헤드(5)는 유체 유출입 파이프(15)와 통로(17)를 포함하며, 그 통로(17)를 통해 흡착 재료와 베드 고정 장치의 구성품들이 용기 내에 설치된다.
베드(11) 중의 입상 재료는 기체 또는 액체 흡착 공정에 사용되는 임의의 흡착 재료일 수 있다. 그 대안으로서, 흡착 재료는 전술한 바와 같이 화학 반응 시스템에 사용되는 촉매이거나, 유체 처리에 사용되는 이온 교환 수지일 수 있다.
흡착 용기(1)의 위쪽 부분의 확대도가 도 2에 도시되어 있다. 축척에 구애받지 않고 개략적으로 도시한 가요성의 다공성 바스켓(13)이 베드(11)의 상단과 접촉하고 있다. 상기 바스켓(13)의 수직부(15)는 베드(11) 상단 위쪽의 원통 용기(3) 벽의 내측면과 접촉하고 있다. 바스켓의 재료는 스크린의 개구가 베드(11)의 입상 재료의 최소 입자보다 작도록 선택된다.
가요성의 다공성 바스켓(13)은 스크린 바스켓을 베드(11)의 상단면에 대해 축방향으로 가압 또는 압박하고 용기(3)의 내벽에 대해 반경 방향 바깥쪽으로 가압 또는 압박하는 복수 개의 고체(19)를 포함하는 고밀도의 느슨한 재료의 층으로 채워져 있다. 상기 복수 개의 고체(19)는 스크린 바스켓(13)을 베드의 상단면에 대해 압박하고, 또한 용기(3)의 내벽에 대해 반경 방향 바깥쪽으로 압박하는 역할을 하는 임의의 고밀도의 느슨한 재료일 수 있다. 고체(19)는 돌 또는 자갈, 압출물 또는 원통형 물체와 같은 충전재, 또는 고체 볼로부터 선택할 수 있다. 이 용도를 위한 고체(19)는, 예를 들면 노턴 케미컬 프로덕트 디비젼(Norton Chemical Product Division)에서 덴스토운 57이라는 명칭으로 판매하는 것과 같은 원통형 펠렛 또는 세라믹 볼일 수 있다. 대안으로서, 강 또는 기타 금속으로 이루어진 볼을 사용할 수 있다.
고밀도의 느슨한 재료 또는 고체(19)의 평균 직경은 입상 재료의 평균 입경보다 커야 하고, 그 고체를 형성하는 재료의 밀도는 입상 재료의 벌크 밀도보다 커야 한다. 고밀도의 느슨한 재료 또는 고체(19)의 벌크 밀도는 베드(11) 중의 입상 재료의 벌크 밀도의 대략 1.5배 내지 8배의 범위에 있을 수 있다. 고밀도의 느슨한 재료 또는 고체를 구성하는 재료의 고체 밀도는 베드(11) 중의 입상 재료의 벌크 밀도의 대략 2.5배 내지 13.5배가 되어야 한다. 개별적인 고체(19)의 평균 직경은 베드(11) 중의 입상 재료의 평균 입경의 대략 1.5배 내지 3배일 수 있다. 고체(19)의 층의 축방향 깊이는 대략 3 인치 내지 6 인치일 수 있다.
선택적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정량의 고밀도의 느슨한 재료 또는 복수 개의 고체(21)를 고밀도의 느슨한 재료 또는 고체(19)의 층의 상단에 설치할 수 있다. 고체의 적어도 일부가 상부 헤드(5)의 내측면과 직접 접촉하도록 충분한 양의 고체(21)를 설치할 수 있다. 가요성이 거의 없는 돔형의 천공된 여과기 조립체(23)를 상부 헤드(5)의 내측면에 부착할 수 있고, 전형적으로는 유체 유출입 파이프(25)와 동축이 되게 할 수 있다. 고체의 적어도 일부가 천공된 여과기 조립체(23)와 직접 접촉하도록 고체(21)를 설치할 수 있다. 고체(21)가 상부 헤드(5) 및 천공된 여과기 조립체(23)와 접촉함으로써 고체(21), 고체(19), 다공성 바스켓(13), 그리고 베드(11) 중의 입상 재료의 상향 이동이 억제 및 방지된다.
고체(21)는 돌 또는 자갈, 압출물 또는 원통형 물체와 같은 충전재, 또는 고체 볼로부터 선택할 수 있다. 이 용도를 위한 고체(21)는, 예를 들면 노턴 케미컬 프로덕트 디비젼에서 덴스토운 57이라는 명칭으로 판매되는 것과 같은 원통형 펠렛 또는 세라믹 볼일 수 있다. 대안으로서, 강 또는 기타 금속으로 이루어진 볼을 사용할 수 있다.
선택적으로, 적절한 수단을 사용하여 제2의 층 중의 고체에 인가되는 하향력의 기계적 작용에 의해 고체(21)의 적어도 일부의 상향 이동을 억제할 수 있다. 그러한 힘을 인가하는 수단으로는, 스프링 또는 기체 압력에 의해 작동되는 상부 헤드(5) 내의 노즐(도시하지 않았음) 내에 위치하는 피스톤이 있을 수 있다.
고체(21)의 평균 직경은 대략 10 mm 내지 대략 50 mm일 수 있는 것이 전형적이다. 천공된 여과기 조립체(23) 내의 구멍은 고체(21)의 평균 직경보다 작은 것이 바람직하다.
베드(11) 중의 입상 재료 및 다공성 바스켓(13)과, 고체(19 및 21)를 구성하는 고밀도의 느슨한 재료는 통로(17)를 통해 용기 내부로 쉽게 도입할 수 있다. 흐름 배플(27)을 브라켓(도시하지 않았음)으로 상부 헤드(5) 또는 유체 유출입 파이프(25)에 부착해서, 유체를 분배하여 천공된 여과기 조립체(23) 내로 유입시키는 역할을 하게 할 수 있다. 또한, 고체(19 및 21)는 유체의 하향 흐름 중에 유체를 베드(11) 내로 균일하게 분배하고, 유체의 상향 흐름 중에 유체를 베드(11)로부터 균일하게 취출하는 역할도 한다.
흡착기 조립체(1)의 또 다른 단면도가 도 3에 개략적으로 (축척에 무관하게) 도시되어 있다. 가요성의 다공성 바스켓(13)이 고체(19)의 층과 베드(11)의 상단 사이에, 그리고 베드(11) 상단 위쪽의 고체(19)의 층과 용기(3)의 내벽 사이에 있는 것이 도시되어 있다. 고체(19)의 크기와 밀도는, 가요성의 다공성 바스켓(13)이 베드(11) 중의 입상 재료의 상단면에 대해, 그리고 용기(3)의 내벽에 대해 긴밀하게 가압 또는 압박되도록 전술한 범위 내에서 선택할 수 있다. 그러한 용기(3) 내벽에 대한 접촉으로 인해, 기체가 고유량으로 흐르는 상태에서 베드(22) 중의 입상 재료의 작은 입자가 스크린과 벽 사이를 통과하는 것을 방지할 수 있다. 고체(19)보다 큰 복수 개의 고체(21)는 고체(19)에 하향력을 인가한다. 고체(21)의 적어도 일부가 가요성의 다공성 바스켓(13) 내에 수용될 수 있으며, 그렇게 된다면 용기(3)의 벽과 가요성의 다공성 바스켓(13)에 대해 바깥쪽으로 추가적인 힘이 제공될 것이다. 도 4는 베드(11), 가요성의 다공성 바스켓(13), 고체(19) 및 고체(21)의 구성품들을 더 명확하게 보여주는 도 3의 확대 단면도이다.
가요성의 다공성 바스켓(13)의 등각도(축척에 무관함)가 도 5에 도시되어 있다. 이 바스켓의 직경은, 그것이 설치되는 용기의 내경보다 대략 0.25 인치 내지 1.0 인치 더 큰 것이 바람직하다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 바스켓의 높이는 고체(19)의 층의 깊이보다 클 수 있으며, 복수 개의 고체(21)와 인접하여 연장될 수 있다. 바스켓의 높이 대 직경의 비는 대략 0.03 내지 대략 0.10인 것이 전형적이지만, 필요에 따라 다른 비율을 이용할 수도 있다.
가요성의 상기 다공성 바스켓은, 입상 재료의 최소 개별 입자보다 개구의 크기가 작은, 예를 들면 직조 와이어 메쉬로 제조될 수 있다. 예를 들면, 금속, 폴리머 또는 금속/폴리머 복합 재료로 제조된, 직포 또는 부직포 또는 매트와 같은 다른 재료도 가요성의 다공성 바스켓으로 사용할 수 있다. 제조 재료와 무관한 이 가요성의 다공성 바스켓의 바람직한 특성은, 충분한 가요성이 있어야 하고, 입상 베드에서 처리되는 유체와 반응하지 않아야 하며, 개구 또는 공극이 입상 재료의 최소 입자보다 작아야 하고, 개구 또는 공극을 통해 흐르는 유체에 부적절한 압력 강하를 일으키지 않아야 한다는 점이다. 상기 바스켓의 측벽은, 고체 또는 고밀도의 느슨한 재료의 제1의 층 또는 단체의 대부분 또는 전부를 둘러싸거나 수용하기에 충분한 축방향 길이로 되어야 한다. 바스켓은 연속 재료로 형성되어야 하며, 특성이 다른 재료의 부재들을 접합하여 제조할 수 있다.
가요성의 다공성 바스켓(13)의 제조 방법의 일례가 도 6(축척에 무관함)에 도시되어 있다. 먼저, 선택된 스크린 재료로 원통을 형성하는데, 원통의 직경은 그것이 설치되는 용기의 내경보다 대략 0.25 인치 내지 대략 1.0 인치 더 크고, 완성된 바스켓의 원하는 수직 높이보다 대략 2 인치 내지 4 인치 더 크다. 이를 달성하기 위해, 적절한 치수의 스크린 재료 부재를 원통형으로 형성하고, 스폿 웰딩 또는 납땜과 같은 적절한 방법으로 엣지들을 접합한다. 전술한 원통의 직경과 대략 동일한 직경을 갖는 적절한 스크린 재료의 편평한 원형 부재를 준비한다. 스크린 원통의 바닥 부분을 벽부(29)에 도시된 바와 같이 접고, 스크린의 원형 부재의 엣지들을 요소(31)에 도시된 바와 같이 접어 록 시임(lock seam)(33)을 형성한다. 그 후, 록 시임(33)에서 스크린의 인접 부분들을 스폿 용접 또는 납땜과 같은 적절한 방법으로 접합하여 가요성의 다공성 바스켓을 완성한다. 필요하다면, 다른 제조 방법을 이용할 수도 있다.
완성된 가요성의 다공성 바스켓은, 그 바스켓을 작은 다발로 말아서, 그 다발을 통로(17)를 통해 이동시킨 후, 조심스럽게 그 다발을 펼쳐서 베드(11)의 상단면에 배치함으로써 흡착 용기(1) 내에 삽입할 수 있다. 그 후, 고체(19) 및 고체(21)를 흡착 용기(1)의 헤드 구역에 차례대로 설치할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 설치된 가요성의 다공성 바스켓은 이들 결합된 요소들의 하향으로 작용하는 무게로 인하여, 베드(11)의 상단에서 고체 흡착 재료의 유동화를 방지한다. 또한, 설치된 스크린 바스켓과 고체는, 이들의 하향으로 작용하는 무게로 인해, 그리고 고체(21)가 상부 헤드(5) 및 천공된 여과기 조립체(23)와 접촉함으로써, 기체가 위쪽으로 고유량으로 흐르는 상태에서의 기체 압력 강하에 의해 생기는 큰 힘을 받을 때 전체 베드(11)의 상향 이동을 방지한다.
실시예
이하의 실시예는 본 발명을 예시하지만, 제한하지는 않는다. 깊이가 1000 mm인 베드(11)를 갖는 내경이 4600 mm인 흡착 용기를 도 1에 따라 제작한다. 베드는 평균 입자 크기가 1.4 mm인 입상의 분자체 흡착 재료를 수용하고 있다. 그 흡착 재료는 13X 타입 제올라이트의 바닥층과 리튬 교환식 LSX 타입 제올라이트의 상단층으로 이루어진 2층 구조이다. 도 6과 관련하여 전술한 방법에 따라, 도 5에 도시된 것과 같은 가요성의 다공성 바스켓을 스테인레스강 스크린으로 제조한다. 직경이 0.0065 인치인 와이어로 제조된 30 메쉬 스크린으로 벽부(29)를 제작한다. 요소(31)로 형성된 바스켓의 바닥을, 직경이 0.0075 인치인 와이어로 제조된 38 ×40 메쉬 비대칭 스크린으로 제작한다. 13 mm(즉, 1/2 인치) 중심 상에 스폿 웰딩함으로써 록 시임(33)을 완성한다. 완성된 스크린 바스켓의 직경은 4625 mm이고 측벽의 높이는 250 mm이다.
베드(11)의 표면에 다공성 바스켓을 설치하고, 그 바스켓에 직경이 3 mm(즉 1/8 인치)인 덴스토운 57 세라믹 볼을 100 mm(즉, 4 인치) 깊이로 채운다. 직경이 25 mm(즉, 1 인치)인 덴스토운 57 세라믹 볼의 단체를 3 mm 볼 위에 설치하여, 25 mm 볼이 흡착기 조립체(1)의 천공된 여과기 조립체(23)와 상부 헤드(5)의 적어도 일부와 접촉하게 한다.
본 발명의 베드 억제 시스템은, 유체가 위쪽으로 흐르는 입상 재료 베드에서 베드 부양 및 유동화를 제거하는 간단하고 효율적인 방법이다. 가요성의 다공성 바스켓을 정밀한 치수 공차로 제작할 필요가 없으며, 베드를 수용하고 있는 용기 내에서 베드 위에 쉽게 설치할 수 있다. 상기 바스켓은, 그 가요성 때문에, 그 바스켓을 채우고 있는 고밀도의 느슨한 재료 또는 고체층에 의해 용기의 내벽에 대해, 그리고 베드의 상단면에 대해 확실하게 압박될 수 있다. 그렇기 때문에, 베드의 상단에서 유동화를 방지할 수 있고, 매우 효과적인 밀봉을 형성할 수 있어 입상 재료의 작은 입자가 용기로부터 빠져나오는 것이 방지된다. 더 작은 고체층의 상단과 접촉하고, 또한 용기 상부에서 헤드 및 천공된 여과기 조립체와 접촉하는 더 큰 고체를 선택적으로 사용함으로써, 유체가 큰 유량으로 위쪽으로 흐름으로 인하여 베드 전체가 부양하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 입상 베드 억제 시스템을 포함하는 예시적인 용기 시스템의 단면도.
도 2는 도 1의 입상 베드 억제 시스템의 확대도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 가요성의 다공성 바스켓과, 인접한 입상 베드 및 인접한 층의 개략도.
도 4는 도 3의 가요성의 다공성 바스켓과, 인접한 입상 베드 및 인접한 층의 일부 확대도.
도 5는 가요성의 다공성 바스켓의 등각도.
도 6은 가요성의 다공성 바스켓의 제조 방법을 도시한 단면도.

Claims (23)

  1. 위쪽으로 흐르는 유체가 통과하는 입상 재료 베드를 수용하고 있는 용기 내에서 입상 재료의 상향 이동을 억제하는 장치로서,
    (a) 가요성의 다공성 바스켓이 상기 용기 내에서 상기 입상 재료 베드의 상단 및 상기 입상 재료 베드 위쪽의 용기 내벽과 접촉하고, 상기 다공성 바스켓의 개구는 상기 입상 재료의 최소 입자보다 작아 상기 입상 재료가 통과하지 못하며;
    (b) 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에는 고체층이 위치하고, 이 고체층 중의 고체는 가요성의 상기 다공성 바스켓을 상기 입상 재료 베드의 상단 및 상기 입상 재료 베드 위쪽의 원통 용기의 내벽에 대해 압박하며, 상기 고체층 중의 고체는 평균 직경이 상기 입상 재료의 평균 입경보다 크고, 이 고체를 형성하는 재료의 밀도는 상기 입상 재료의 벌크(bulk) 밀도보다 큰 것인 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입상 재료는 흡착 재료이고 상기 유체는 기체인 것인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고체층 중의 고체는 광물, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것인 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고체층 중의 고체를 형성하는 재료의 밀도는 상기 입상 재료의 벌크 밀도의 1.5배 내지 8배인 것인 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고체층 중의 고체는 세라믹 볼을 포함하는 것인 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 고체층 중의 고체의 평균 직경은 상기 입상 재료의 평균 입경의 1.5배 내지 3배인 것인 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 고체층의 깊이는 3 인치 내지 6 인치인 것인 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고체층 위에 위치하는 복수 개의 추가적인 고체를 더 포함하는 것인 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 추가적인 고체의 평균 직경은 10 mm 내지 50 mm인 것인 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 추가적인 고체의 적어도 일부는 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에 위치하는 것인 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 고체층 중의 고체는 광물, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것인 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 추가적인 고체는 광물, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것인 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 고체층 중의 고체와 상기 추가적인 고체는 세라믹 볼을 포함하는 것인 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 원통 용기는 상부 헤드와 하부 헤드를 구비하고, 상기 추가적인 고체의 적어도 일부는 상기 원통 용기의 상부 헤드와 접촉하여 상향 이동이 억제되는 것인 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 추가적인 고체의 적어도 일부는 상기 원통 용기의 상부 헤드와 접촉하고 있는 천공된 여과기 조립체와 접촉하여 상향 이동이 억제되는 것인 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 추가적인 고체의 적어도 일부는 제2의 층 중의 고체에 작용하는 하향력의 기계적 작용에 의해 상향 이동이 억제되는 것인 장치.
  17. (a) 상부 헤드 및 하부 헤드를 구비한 원통 용기와;
    (b) 상기 원통 용기로부터 유체를 취출하기 위하여 상기 원통 용기의 상부 헤드에 연결된 유체 유출입 배관 수단 및 하부 헤드에 연결된 유체 유출입 배관 수단과;
    (c) 상기 원통 용기를 부분적으로 채우는 입상 흡착 재료 베드와;
    (d) 상기 원통 용기 내에서 상기 입상 흡착 재료 베드의 상단과 상기 입상 흡착 재료 베드 위쪽의 용기 내벽과 접촉하는 가요성의 다공성 바스켓으로서, 이 다공성 바스켓의 개구는 상기 입상 흡착 재료의 최소 입자보다 작아 상기 입상 흡착 재료가 통과하지 못하는 것인 가요성의 다공성 바스켓과;
    (e) 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에 위치하여, 이 다공성 바스켓을 상기 입상 흡착 재료 베드의 상단 및 상기 입상 흡착 재료 베드 위쪽의 용기 내벽에 대해 압박하는 고체층으로서, 이 고체층 중의 고체는 평균 직경이 상기 입상 흡착 재료의 평균 입경보다 크고, 이 고체를 형성하는 재료의 밀도는 상기 입상 흡착 재료의 벌크 밀도보다 큰 것인 가요성의 다공성 바스켓
    을 포함하는 흡착기 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 고체층의 깊이는 3 인치 내지 6 인치인 것인 흡착기 조립체.
  19. 제17항에 있어서, 상기 고체층 위에 위치하는 복수 개의 추가적인 고체를 더 포함하는 것인 흡착기 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 추가적인 고체의 평균 직경은 10 mm 내지 50 mm인 것인 흡착기 조립체.
  21. 제19항에 있어서, 상기 추가적인 고체와 상기 원통 용기의 상부 헤드 사이에 위치하는 천공된 여과기 조립체를 더 포함하고, 상기 추가적인 고체의 적어도 일부는 상기 상부 헤드 및 상기 천공된 여과기 조립체와 접촉하는 것인 흡착기 조립체.
  22. 상부 헤드 및 하부 헤드를 구비하고, 위쪽으로 흐르는 유체가 통과하는 입상 재료 베드를 수용하고 있는 용기 내에서 입상 재료의 상향 이동을 억제하는 방법으로서,
    (a) 상기 입상 재료가 통과하지 못하도록 개구의 크기가 입상 재료의 최소 입자보다 작은 가요성의 다공성의 바스켓을 마련하는 단계와;
    (b) 상기 입상 재료 베드의 상단과 접촉하고 상기 입상 재료 베드 위쪽의 용기 내벽에 대해 접촉하도록 가요성의 상기 다공성 바스켓을 원통 용기 내에 설치하는 단계와;
    (c) 가요성의 상기 다공성 바스켓을 상기 입상 재료 베드의 상단 및 상기 입상 재료 베드 위쪽의 용기 벽에 대해 압박하는 고체층을 가요성의 상기 다공성 바스켓 내에 배치하는 단계로서, 상기 고체층 중의 고체는 평균 직경이 상기 입상 재료의 평균 입경보다 큰 것인 단계
    를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    (d) 상기 고체층 위에 복수 개의 추가적인 고체를 배치하는 단계로서, 상기 추가적인 고체의 평균 직경은 10 mm 내지 50 mm인 것인 단계와,
    (e) 상기 추가적인 고체와 상기 원통 용기의 상부 헤드 사이에 천공된 여과기 조립체를 배치하는 단계로서, 상기 고체의 적어도 일부는 상기 상부 헤드 및 상기 천공된 여과기 조립체와 접촉하는 것인 단계
    를 더 포함하는 방법.
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