KR101586841B1

KR101586841B1 - 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치

Info

Publication number: KR101586841B1
Application number: KR1020150016320A
Authority: KR
Inventors: 조아라; 이재범; 박광필; 이현진; 조유경
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-01-19

Abstract

본 발명은 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 있어서: 상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 지닌 통체의 내부에 흡착제(25)를 수용한 제습베드(20); 및 상기 제습베드(20)의 외부에서 나선형으로 감싸도록 설치되고, 복수의 노즐(35)을 통하여 재생가스를 벽면에서 중앙으로 분사하는 나선관(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 가스처리 공정의 제습베드에 충진된 흡착제를 재생하는 과정에서 수분응축의 방지로 불용성 염 층의 형성을 억제하여 재생공정에 소요되는 시간을 단축하면서 흡착제 사용기간을 증대하는 효과가 있다.

Description

제습베드 재생가스의 나선식 분산장치{Spiral tube type apparatus for diffusing regeneration gas into dehydration bed}

본 발명은 가스처리 공정의 제습베드 재생가스 분산장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 재생가스를 효율적으로 베드에 유입하여 불용성 염의 생성을 억제하고, 흡착제의 사용 기간을 늘이는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치에 관한 것이다.

가스처리 공정에서 제습베드(dehydration bed)는 가스 내의 수분을 제거하는 장치다. LNG 생산 공정의 경우, 액화 사이클에서 가스 내에 포함된 수분으로 인해 수화물(hydrate)의 생성 가능성이 있으며, 수분이 응결되면서 장치의 부식과 열효율의 저하를 유발한다. 따라서 보통 0.1ppmv 이하의 수분을 포함하도록 처리하는 공정을 거치게 된다.

가스처리 공정의 제습베드는 액화 사이클이 있는 경우 처리 기준을 만족할 수 있도록 흡착제 중 고체 흡착제의 한 종류인 분자체(molecular sieve) 타입을 주로 사용한다. 제습베드에 수분이 있는 습성가스가 상부에서 하부로 흐르면서 분자체가 수분을 흡수하게 된다. 분자체는 공극을 갖는 재질로 수분을 공극 안에 포집하고 수분보다 입자가 큰 메탄 분자는 공극을 지나가는 흡착 방식으로서 수분을 제거하며, 포화상태가 되면 재생 공정을 통해 수분을 제거한다. 재생 공정은 보통 제습베드로 처리된 건성 가스의 일부를 가열 후 베드로 주입하여 베드 내의 수분을 제거하는 방식으로 구성된다. 이 가스를 재생가스(regeneration gas)라 하며 재생공정 시 베드의 하부에서 상부로 흐른다.

그런데, 재생가스가 상부로 갈수록 수분이 포화상태가 되므로 하부에 비해 온도가 점차 낮아진 상태에서 베드의 벽면과 닿으면 분자체와 이 수분이 만나 불용성 염(solid salt)이 생성된다. 이 불용성 염은 흡착제의 수명을 단축시킬 뿐 아니라 흡착 능력을 떨어트리고, 베드의 지름을 축소하여 과도한 압력강하(pressure drop)를 유발한다. 압력강하가 발생하는 경우 전체 공정의 효율저하뿐 아니라 장치 자체의 구조적 안정성에도 악영향을 미칠 수 있다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 하기의 특허문헌 1은 수분탈착기에 흡착필터를 장착하는 지지대, 수분의 탈착을 위한 감압펌프, 온도를 올리는 전기 히터, 외기로 유입되는 공기를 건조시키는 흡착캐니스터로 구성된다. 이는 흡착필터에서 공기의 흐름을 분산판으로 분산시키지만 흡착캐니스터에 대한 대책이 미흡하여 한계성을 드러낸다.

다른 선행기술문헌으로서, 하기의 특허문헌 2는 내부에 흡착제가 충전된 본체; 상기 본체의 일단에 흡입구 및 토출구를 가진 헤드; 상기 본체의 타단에 분리가능하게 결합되는 마감캡; 및 상기 본체의 중심부에 배치되고, 내부에 중공부를 가진 중심튜브;를 포함한다. 이는 배관구조의 단순화와 부피 감소를 도모하지만 대용량의 가스처리 공정에 적용하여 제습성능을 유지하기 곤란하다.

1. 한국 공개특허공보 제2004-0009760호 "제습기와 그 운전방법" (공개일자 : 2204. 1. 31.) 2. 한국 등록특허공보 제0926766호 "흡착식 제습타워" (공개일자 : 2009. 11. 16.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 흡착제의 재생이 하부에서 상부로 점차 이루어져 온도차 유발에 의한 불용성 염의 발생을 억제하도록 재생가스를 제습베드의 측면과 중앙으로 고르게 분산시켜 주입하는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 있어서: 상류연결관과 하류연결관을 지닌 통체의 내부에 흡착제를 수용한 제습베드; 및 상기 제습베드의 외부에서 나선형으로 감싸도록 설치되고, 복수의 노즐을 통하여 재생가스를 벽면에서 중앙으로 분사하는 나선관;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 나선관에 재생가스를 공급하는 분사관은 주입관에서 분기되거나 주입관에 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 나선관의 노즐은 지지판을 개재하여 개별적으로 분리 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 나선관은 복수의 노즐에 대한 분사압을 설정범위로 유지하도록 유량제어밸브와 압력검출기로 구성되는 분사조절수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 분사조절수단은 유량제어밸브의 작동을 위한 전동력을 부가하도록 구동기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 가스처리 공정의 제습베드에 충진된 흡착제를 재생하는 과정에서 수분응축의 방지로 불용성 염 층의 형성을 억제하여 재생공정에 소요되는 시간을 단축하면서 흡착제 사용기간을 증대하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 가스처리 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 나선식 분산장치를 전체적으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 분산장치의 주요부를 평면으로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 분산장치의 변형예를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 관하여 제안한다. 천연가스의 시추와 정제 과정에서 습성가스의 수분을 제거하는 공정을 대상으로 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 도 1은 습성가스(wet gas)가 제습베드를 거쳐 건성가스(dry gas)로 생성되는 공정을 예시한다.

본 발명에 따르면 제습베드(20)가 상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 지닌 통체의 내부에 흡착제(25)를 수용한 구조이다. 도 1에서 분자체의 흡착제(25)를 구비하는 한 쌍의 제습베드(20)가 인접하게 배치되고, 다수의 밸브(28)를 통한 유로전환으로 일측의 제습공정과 타측의 재생공정을 교번적하여 수행한다. 재생을 위한 재생가스 히터(10)는 건성가스의 일부를 가온하고 주입관(15)을 통하여 재생공정을 요하는 제습베드(20)에 공급한다.

이때, 도 2에서 제습베드(20)의 상단을 상류연결관(21)으로 하단을 하류연결관(22)으로 명명한다. 이에 재생가스 히터(10)의 주입관(15)은 각각의 제습베드(20)의 하류연결관(22)에 다수의 밸브(28)를 개재하여 연결된다.

한편, 제습베드(20)의 흡착제(25)는 상단과 하단에서 다공성의 지지체(23)에 의하여 긴밀하게 지지된다.

또, 본 발명에 따르면 나선관(30)이 상기 제습베드(20)의 외부에서 나선형으로 감싸도록 설치되고, 복수의 노즐(35)을 통하여 재생가스를 벽면에서 중앙으로 분사하는 구조를 특징으로 한다. 불용성 염은 하류연결관(22) 부근보다 온도가 낮은 측면(내부벽면) 또는 상류연결관(21) 부근에서 빠르게 생성된다. 이와 같은 현상은 대체로 재생공정에 소요되는 시간이 여유롭지 못한 이유로 더 악화된다. 이에 나선관(30)은 분사관(31)에 연결되고, 재생가스를 제습베드(20)의 벽면에서 중앙으로 유동시킨다. 도 2는 나선관(30)이 제습베드(20)의 외면을 하측에서 상측으로 감싸면서 다수의 노즐(35)을 균일한 간격으로 구비한 상태를 예시한다.

이때, 나선관(30)과 분사관(31)은 고온의 재생가스를 이송하는 과정의 열손실을 방지하도록 절연재(도시 생략)로 감싸는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 나선관(30)에 재생가스를 공급하는 분사관(31)은 주입관(15)에서 분기되거나 주입관(15)에 직접 연결되는 것을 특징으로 한다. 도 2는 주입관(15)이 하류연결관(22)으로 연결되는 동시에 주입관(15)에서 분사관(31)과 나선관(30)을 분기한 상태를 예시한다. 이외에 분사관(31)은 주입관(15)에서 분기하는 방식이 아닌 단독으로 연결되는 방식도 가능하다. 물론 주입관(15)과 하류연결관(22) 사이에 개폐밸브(32)를 설치하면 재생가스를 하류연결관(22)에 보내지 않고 분사관(31)으로만 전량 공급할 수 있다.

도 3에서 노즐(35)은 제습베드(20)의 벽면에 대하여 경사지게 설치되어 흡착제(25)에 접하며 유동하는 시간을 증대한다. 재생가스는 흡착제(25)의 외면을 통과하여 중앙에서 상류연결관(21)으로 이동한다.

한편, 도 2에 나타내는 것처럼 주입관(15)의 압력변동과 무관하게 나선관(30)의 압력을 일정하게 유지하도록 분사관(31) 상에 리듀싱밸브(33)를 설치하는 것이 좋다. 이에 더하여 나선관(30)의 압력이 허용치를 초과하지 않도록 릴리프밸브(도시 생략)를 설치한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 나선관(30)의 노즐(35)은 지지판(36)을 개재하여 개별적으로 분리 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다. 도 3은 외면에 나선을 지니는 지지판(36) 상에 노즐(35)이 설치된 상태를 예시한다. 통상 원통체인 제습베드(20)의 곡면 상에 평판 구조의 지지판(36)을 설치한다. 이에, 노즐(35)의 점검이나 교체를 위하여 지지판(36)을 분리하기 용이하다. 물론 나선관(30)과 노즐(35)의 연결시 퀵커플러(38)를 사용하여 배관하는 것이 좋다.

이때, 지지판(36)은 도시된 나선 방식이 아닌 해치 방식으로 적용할 수도 있다. 어느 경우에나 강도, 내열성, 내마모성을 지닌 실링재를 부가한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 나선관(30)은 복수의 노즐(35)에 대한 분사압을 설정범위로 유지하도록 유량제어밸브(42)와 압력검출기(44)로 구성되는 분사조절수단(40)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 4는 나선관(30)과 노즐(35) 사이에 퀵커플러(38)를 개재하여 유량제어밸브(42)와 압력검출기(44)를 설치한 상태를 예시한다. 유량제어밸브(42)는 일반적인 교축방식을 사용할 수도 있고 정압방식을 부가할 수도 있다. 압력검출기(44)는 수동조절을 위한 압력게이지와 자동조절을 위한 압력센서를 포함한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 분사조절수단(40)은 유량제어밸브(42)의 작동을 위한 전동력을 부가하도록 구동기(46)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 구동기(46)로 전기식 엑츄에이터가 선호되지만 유공압 모터나 실린더를 사용할 수도 있다. 압력검출기(44)와 구동기(46)는 원격의 제어기(도시 생략)에 연결되어 자동조절을 수행한다. 제어기는 나선관(30) 상에 배치된 복수의 노즐(35)에 대한 분사압을 차등적으로 유지한다. 즉, 상류측 노즐(35)은 재생가스의 이동경로가 길어지므로 분사압(분사량)을 높게 유지하고 하류측 노즐(35)은 재생가스의 이동경로가 짧으므로 분사압(분사량)을 낮게 유지한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 재생가스 히터 20: 제습베드
21, 22: 연결관 25: 흡착제
30: 나선관 31: 분사관
32: 개폐밸브 33: 리듀싱밸브
35: 노즐 36: 지지판
38: 퀵커플러 40: 분사조절수단
42: 유량제어밸브 44: 압력검출기
46: 구동기 48: 반구형팁

Claims

가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 있어서:
상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 지닌 통체의 내부에 흡착제(25)를 수용한 제습베드(20); 및
상기 제습베드(20)의 외부에서 나선형으로 감싸도록 설치되고, 복수의 노즐(35)을 통하여 재생가스를 벽면에서 중앙으로 분사하는 나선관(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치.
청구항 1에 있어서,
상기 나선관(30)에 재생가스를 공급하는 분사관(31)은 주입관(15)에서 분기되거나 주입관(15)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치.
청구항 1에 있어서,
상기 나선관(30)의 노즐(35)은 지지판(36)을 개재하여 개별적으로 분리 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치.
청구항 1에 있어서,
상기 나선관(30)은 복수의 노즐(35)에 대한 분사압을 설정범위로 유지하도록 유량제어밸브(42)와 압력검출기(44)로 구성되는 분사조절수단(40)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치.
청구항 4에 있어서,
상기 분사조절수단(40)은 유량제어밸브(42)의 작동을 위한 전동력을 부가하도록 구동기(46)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치
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