KR101691680B1 - 병류 접촉 장치 내 증기-액체 접촉 개선 - Google Patents

Abstract

증기-액체 접촉을 실시하기 위한 개선된 접촉 모듈 및 이 모듈을 포함하는 장치가 기재된다. 대표적인 접촉 모듈에서, 액체(및 가능한 경우 증기)가 비균일한 방식으로(예컨대 채널의 한쪽으로부터만) 병류 유동 채널로 배출된다. 특정 접촉 모듈은 1 이상의 액체 하강유로 및 디미스터를 포함하며, 여기서 액체 하강유로 및 디미스터의 입구 표면이 병류 유동 채널을 한정하며, 액체는 하강유로의 출구로부터 배출된다. 배출된 액체를 더욱 균일하게 분배하기 위해 1 이상의 추가된 액체 분배 장치를 사용하면 병류 유동 채널 내 증기-액체 접촉 효율이 개선되고, 결과적으로 증기-액체 물질 전달 및 접촉단에 대한 평형에의 접근이 개선된다.

Description

병류 접촉 장치 내 증기-액체 접촉 개선{IMPROVED VAPOR-LIQUID CONTACTING IN CO-CURRENT CONTACTING APPARATUSES}

본 발명은 분별 증류 또는 다른 물질 및/또는 열 전달 조작과 같은 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 접촉 장치에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 상세하게는 고용량, 고효율 병류 증기-액체 접촉을 제공하는 데에 사용되는 접촉 모듈에 관한 것이다.

분별 트레이 및 패킹과 같은 증기-액체 접촉 장치를 사용하여 특히 석유 및 석유 화학 산업에서 매우 다양한 분리를 수행한다. 예컨대 분별 트레이를 이용하여 탄화수소를 유사한 상대 휘발도 또는 비점을 갖는 분획으로 분리한다. 이러한 분획은 나프타, 디젤 연료, LPG 및 중합체와 같은 석유 정련 및 석유 화학 가공의 원유 유래 생성물을 포함한다. 일부 경우, 트레이를 이용하여 동일한 화학적 또는 기능적 등급의 다른 것들로부터 특정 화합물, 예컨대 알콜, 에테르, 알킬 방향족, 단량체, 용제, 유기 화합물 등을 분리한다. 트레이는 또한 가스 가공 및 흡착 분리 조작에 사용한다. 상이한 이점 및 단점을 갖는 매우 다양한 트레이 및 다른 접촉 장치가 개발되어 있다.

분별 트레이 및 패킹은 예컨대 상기 설명한 용도에서 증류 장치에 사용되는 종래의 증기-액체 접촉 장치의 우세한 형태이다. 트레이의 경우, 통상적인 분별 컬럼은 분리의 용이성(상대적인 휘발도 차이) 및 소정 생성물 순도에 따라 10 내지 250 개의 이들 접촉 장치를 이용할 것이다. 종종 컬럼 내 각각의 트레이의 구조는 유사하지만, 수직 인접 트레이에 대해서 상이할 수도 있음(예컨대 교대)도 공지되어 있다. 트레이를 보통 컬럼의 트레이 간격으로 지칭되는 균일한 수직 거리로 수평으로 장착한다. 그러나, 이 거리는 컬럼의 상이한 부분마다 다를 수 있다. 트레이를 종종 컬럼 벽의 내면에 용접된 고리에 의해 지지한다.

분별 증류는 종래에는 전반적인 하향 액체 흐름 및 상향 증기 흐름을 갖는 직교류 또는 역류 접촉 장치에서 수행되어 왔다. 장치의 몇몇 지점에서, 기상 및 액상이 접촉하여 기상 및 액상이 성분을 교환 가능하게 하고, 서로 증기-액체 평형에 가능한 한 가까이 접근하거나 이를 달성한다. 그 다음, 증기 및 액체를 분리하고, 이들의 각각의 방향으로 이동시킨 후, 상이한 단에서 다른 양의 적당한 유체와 재차 접촉시킨다. 다수의 종래의 증기-액체 접촉 장치에서, 증기 및 액체를 각각의 단에서 직교류 정렬로 접촉시킨다. 대안적인 장치는, 장치 내 전체적인 흐름이 계속 역류 상태에 있으면서, 액상 및 기상 사이의 각각의 단의 실제 접촉이 적어도 부분적으로 병류 물질 전달 구역에서 수행된다는 점에서, 종래의 다수 단 접촉 시스템과는 상이하다.

종래의 트레이를 이용하는 분별 증류 공정 동안, 컬럼의 바닥에서 생성되는 증기는 대량의 액체를 지지하는 트레이의 데킹(decking) 영역 위에 펼쳐진 다수의 작은 천공을 통해 상승한다. 증기가 액체를 통과하여 포말로 지칭되는 기포의 층을 생성시킨다. 포말의 표면적이 크면 트레이 위의 기상과 액상 사이의 조성 평형을 확립하는 것을 돕는다. 그 다음, 포말이 증기 및 액체로 분리되게 한다. 증기-액체 접촉 동안, 증기는 액체에 휘발성이 더 적은 재료를 잃어서, 증기가 각각의 트레이를 통해 상향 통과하면서 조금 더 휘발성이 된다. 동시에, 액체가 트레이로부터 트레이로 하향 이동하면서, 액체 중 휘발성이 더 적은 화합물의 농도가 증가한다. 액체가 포말로부터 분리되어 다음 하부 트레이로 하향 이동한다. 이 계속적인 포말 형성 및 증기-액체 분리는 각각의 트레이 위에서 수행된다. 따라서, 증기-액체 접촉 장치는 상승하는 증기와 액체의 접촉, 및 그 후 2개의 상을 분리하고 상이한 방향으로 흐르게 하는 2가지 기능을 수행한다. 단계가 상이한 트레이 위에서 적절한 회수만큼 수행될 경우, 다수의 평형 단의 분리가 달성될 수 있어 화학적 화합물의 상대적인 휘발도를 기준으로 한 이의 효과적인 분리가 이루어진다.

이러한 분리를 개선하기 위한 노력으로 패킹 및 트레이를 포함하는 다수의 상이한 유형의 증기-액체 접촉 장치가 개발되어 왔다. 상이한 장치는 상이한 이점을 갖는 경향이 있다. 예컨대, 다수의 하강유로(downcomer) 트레이는 높은 증기 및 액체 용량, 및 유의적인 범위의 조작 속도에 걸쳐 효과적으로 기능하는 능력을 갖는다. 구조화된 패킹은 낮은 압력 강하를 나타내는 경향이 있으며, 이것이 이를 저압 또는 진공 조작에서 유용하게 한다. 천공 데크(deck)는 효과적인 접촉 장치이지만, 특히 분별 개구 면적이 크더라도 상대적으로 작은 데크 면적에서 사용시 컬럼 내에 높은 압력 강하를 초래할 수 있다. 임의의 증기-액체 접촉 장치의 성능을 평가하는 데에 사용되는 2가지 중요한 변수는 용량 및 효율이다. 그러나, 이들 모두 증기-액체 접촉 장치에서 액체 또는 증기의 불균일 분배(maldistribution)가 일어나는 경우 손상될 수 있다. 액체 또는 증기의 불균일 분배는 하나의 단에서 다음 단으로 전달되어 장치의 용량 및 효율을 전체적으로 감소시키는 경향이 있다.

공지된 증기-액체 접촉 장치의 특정 예는 예컨대 수평 층으로 배치된 다수의 구조 유닛 내 증기 및 액체의 병류 접촉을 위한 US 6,682,633에 기재된 것을 포함한다. US 5,837,105 및 관련된 US 6,059,934는 트레이를 가로질러 펼쳐진 다수의 병류 접촉 단면을 갖는 분별 트레이를 개시한다.

상기 논의된 이슈 및 다른 고려를 해결한 다른 장치 및 이들 장치를 삽입한 기구가 본 명세서에서 참고로 인용하는 US 7,424,999에 기재되어 있다. 이들 장치는 수평 단 내의 접촉 모듈로서, 종래의 트레이 유사 구성과는 상이하다. 하나의 단의 모듈이 하단(inferior stage), 상단(superior stage) 또는 양쪽의 모듈에 대해 비평행으로 회전한다. 접촉 모듈은 적어도 액체 분배기(액체 하강유로), 및 접촉 부피부(contacting volume)를 함께 한정하는 디미스터(demister)(증기-액체 분리기), 즉 병류 유동 채널(flow channel)을 포함한다. 상승하는 증기가 접촉 부피부에 진입하고, 액체 분배기로부터 배출되는 액체를 혼입(entrainmnent)한다. 상승하는 증기 및 혼입된 액체는 접촉 부피부 내에서, 증기 및 액체를 분배 또는 분리하여 접촉 후 이들 스트림을 각각 상향 또는 하향으로 개별적으로 유동시킬 수 있는 디미스터로 병류로 운반된다. 디미스터에서 나오는 액체는 수용 팬(receiving pan)으로 유동한 후, 덕트(duct)를 통해 하향 이동한다. 단일 수용 팬과 관련된 덕트 각각은 액체를 하위 접촉단의 개별 액체 하강유로로 보낸다. 디미스터에서 나가는 증기는 수용 팬 위의 유체 전달 부피부로 유동한 후, 상위 접촉단의 접촉 부피부로 유동한다.

특히 장치의 용량 및 효율을 개선하는 것 뿐 아니라 차선적인 분배와 관련된 다양한 단점을 극복하는 것과 관련된 이러한 장치 및 다른 장치와 같은 장치에서의 개선이 계속적으로 추구되고 있다.

발명의 개요

본 발명은 특히 액체 및/또는 증기가 비균일한 방식으로(예컨대 채널의 한쪽으로부터만) 병류 유동 채널로 배출되는 병류 접촉 모듈에서 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 개선된 접촉 모듈의 발견과 관련된 것이다. 본 발명은 예컨대 액체 취급능을 감소시키지 않고 하나의 단으로부터 다음 하단으로 액체를 전달하기 위한 비평행 단 및 구조를 갖는 병류 증기-액체 접촉 장치에 적용한다. 이러한 장치는 고용량, 고효율 및 낮은 압력 강하를 달성하기 위해, 유체 유동 및 접촉을 위한 컬럼 공간에 대한 효율적인 사용을 제공한다. 특히 액체가 먼저 비균일한 방식으로 도입되는 병류 유동 채널 또는 접촉 부피부 내 액체 분배 및 증기-액체 접촉을 최적화하기 위한 1 이상의 추가의 액체 분배 장치의 사용은 효율을 추가로 개선한다.

본 발명의 측면은 특히 액체를 병류 유동 채널 사이에 연장되는 액체 분배기 또는 하강유로의 출구로부터 병류 유동 채널에 도입 또는 분배하는 접촉 장치에 관한 것이다. 역류 유동 채널 내에 또는 이것 가까이에(예컨대 액체 하강유로의 출구 가까이에) 수평으로 연장되는 액체 분배 장치를 사용하면 병류 유동 채널을 가로지르는 유체 유동 분배가 효과적으로 개선되어 접촉 및 물질 전달 효율이 효과적으로 개선된다.

따라서, 본 발명의 구체예는 분별 컬럼 및 다른 증기-액체 접촉 공정에서 사용하기 위한 고용량 및 고효율 병류 증기-액체 접촉 장치에 관한 것이다. 일구체예에 따르면, 상기 장치는 (i) 1 이상의 병류 유동 채널에 가까운 출구를 갖는 1 이상의 액체 하강유로, (ii) 병류 유동 채널에 가까운 입구 표면 및 수용 팬 위쪽의 출구 표면을 갖는 디미스터, 및 (iii) 수용 팬과 유체 연통되어 있는 상부 단부 및 하부 단부를 갖는 1 이상의 덕트를 포함하는 1 이상의 접촉 모듈을 구비하는 복수의 단을 포함한다. 각각의 덕트의 하부 단부는 하단의 개별 액체 하강유로와 유체 연통되어 있다. 유리하게는, 접촉 모듈은 또한 병류 유동 채널 내 액체 및 가능한 경우 또한 증기의 분배를 개선하여 분리 효율의 측면에서 접촉 모듈 및 증기-액체 접촉 장치에서 추가로 이익을 얻을 수 있기 위해, 액체 하강유로의 출구 가까이에 액체 분배 장치를 포함한다. 장치에서, 접촉 모듈은 바로 위 및/또는 아래의 접촉 모듈, 즉 복수의 단의 각각 상단 또는 하단의 모듈에 대하여 회전한다.

다른 구체예에서, 병류 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 장치는 1 이상의 접촉 모듈 및 복수(즉, 2 이상의) 수용 팬을 구비하는 복수의 단을 포함한다. 접촉 모듈은 (i) 1 이상의 이격된 한 쌍의 실질적으로 평행한 디미스터, (ii) 디미스터 사이에 위치하고 디미스터의 입구 표면과 함께 한 쌍의 병류 유동 채널을 한정하는 액체 하강유로를 포함하는데, 상기 액체 하강유로는 (a) 디미스터의 입구 표면은 병류 유동 채널과 유체 연통되어 있고, (b) 액체 하강유로는 병류 유동 채널과 유체 연통되어 있는 출구를 가지며, (c) 디미스터는 복수의 수용 팬의 개별 수용 팬 위쪽(상부)에 출구 표면을 갖는 것을 특징으로 한다. 접촉 모듈은 한 쌍의 병류 유동 채널의 증기 입구를 가로질러 연장되는 액체 분배 장치를 추가로 포함한다. 이 구체예에 따르면, 각각의 수용 팬은 1 이상의 덕트를 가지며, 임의의 하나의 수용 팬의 각각의 덕트는 하단의 개별 액체 하강유로에 대한 유체 연통을 제공한다. 또한, 접촉 모듈은 복수의 단의 하단의 접촉 모듈에 대해 비평행 정렬되어 있다.

이들 구체에에 따른 대표적인 접촉단은 적어도 모듈(예컨대 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 개의 모듈)을 포함하며, 각각은 2개의 디미스터와 관련된 액체 하강유로를 구비한다. 대표적인 접촉단은 수용 팬과 평행하게 교대로 배열된 모듈을 구비하며, 여기서 단 내 수용 팬의 수는 일반적으로 각각의 단의 양쪽 단부에 말단 수용 팬이 배치되어 있기 때문에 하강유로의 수를 1만큼 초과하지 않을 것이다.

본 발명의 다른 구체예는 1 이상의 액체 하강유로 및 디미스터를 포함하는 접촉 모듈에 관한 것이며, 여기서 액체 하강유로 및 디미스터의 입구 표면이 병류 유동 채널을 한정하며, 하강유로의 출구로부터 배출된 액체는 병류 유동 채널에 비균일하게(예컨대 병류 유동 채널의 한쪽으로부터) 진입한다. 즉, 따라서 하강유로의 출구는 병류 유동 채널과 비균일하게 연통한다. 유리하게는, 접촉 모듈은 특히 상향류 방향으로 병류 유동 채널에 진입하는 증기를 혼입하여 가로지르는, 수평 단면을 가로질러 병류 유동 채널에 진입하는 액체를 더욱 균일하게 분배하기 위해 액체 하강유로의 출구 가까이에 액체 분배 장치를 더 포함한다. 특정 접촉 모듈은 병류 유동 채널의 한쪽 가까이에 출구를 갖는 1 이상의 액체 하강유로 및 병류 유동 채널의 반대 쪽 가까이에 입구 표면을 갖는 디미스터를 포함한다. 모듈은 수용 팬 위쪽에 출구 표면을 추가로 포함할 수 있다. 접촉 모듈은 또한 수용 팬과 유체 연통되어 있는 상부 단부 및 하부 단부를 갖는 1 이상의 덕트를 포함할 수 있다. 접촉 모듈은 모듈이 병류 증기-액체 접촉의 수행에 사용되는 장치의 하단의 제2 접촉 모듈에 대해 회전하도록 되어, 각각의 덕트의 하부 단부를 하단의 개별 액체 하강유로와 유체 연통하도록 배치할 수 있다.

본 발명의 추가의 구체예는 접촉 모듈 또는 상기 기재한 바의 접촉 모듈을 포함하는 장치의 병류 유동 채널에 스트림을 통과시키는 것을 포함하는, 증기 및 액체 스트림의 접촉 방법에 관한 것이다.

상기 논의된 바와 같이, 접촉 모듈 및 이러한 모듈을 포함하는 장치의 중요한 측면은 접촉 모듈의 1 이상의 액체 하강유로의 출구에 또는 그 가까이에 액체 분배 장치를 사용하는 것이다. 이 장치는 하강유로의 액체 출구에 있는 병류 유동 채널의 한쪽으로부터 디미스터의 입구 표면에 있는 반대 쪽으로의 증기:액체 비의 유동 비균일성, 특히 편차를 효율적으로 감소시킨다. 따라서, 액체 분배 장치는 일반적으로 액체 하강유로의 출구 가까이에(즉, 하강유로가 연장되는 한 쌍의 병류 유동 채널 각각에 대한 증기 입구 가까이에) 수평으로 위치 및 배치된다. 따라서, 일구체예에 따르면, 액체 분배 장치는 한 쌍의 역류 유동 채널 중 하나 또는 바람직하게는 양쪽에 증기 입구를 가로질러 연장된다. 따라서, 분배 장치는 액체 하강유로 및 병류 유동 채널과 동일한 단의 접촉 모듈에 배치할 수 있다. 대안적으로, 장치는 상이하지만 수직으로 정렬된 바로 하단의 하강유로의 액체 입구에 배치할 수 있고, 예컨대, 장치는 바로 상단의 접촉 모듈로부터의 덕트의 하부 단부와 맞물리지 않거나 또는 이것이 가로지르지 않는 이 액체 입구의 영역 또는 부분을 가로질러 연장된다.

액체 분배 장치의 배치 또는 위치와 관계 없이, 바람직하게는 하강유로에서 나가는 액체와 접촉하고 이를 혼입하기 위해 상향 방향으로 증기가 흐르는 병류 유동 채널의 입구의 단면 표면적을 유의적으로 감소시키지 않는 다양한 구성이 가능하다. 예컨대 하강유로 출구가 액체 분배 장치의 부분적으로 또는 실질적으로 밀봉된 부피부에 직접 공급하고, 액체가 나가고 개구부를 통해 상향 유동하는 증기에 의해 병류 유동 채널에 혼입되는 도관의 형태(예컨대 원통 형상을 가짐)의 복수의 개구부를 향하는 경우, 액체 분배 장치는 액체 하강유로의 출구와 직접 액체 연통되어 있을 수 있다. 일부 경우 하강유로 출구로부터 액체를 수용하는 액체 분배 장치는 대안적으로 예컨대 상부 주변으로 개구된 트로프(trough)의 형태로 최상부(top)로 개구될 수 있다. 이 상부 주변은 트로프로부터 넘칠 수 있는 액체를 더 잘 분배하기 위해 하나 또는 복수의 노치(notch)[즉, 톱니 모양(notched) 가장자리]를 가질 수 있다. 이러한 구체예에서, 상향류 증기와 접촉하고 이를 혼입하기 위한 정상적으로 나가는 액체의 주요한 또는 모든 공급원을 제공하기 위해, 복수의 개구부를 트로프의 하부 기저에 위치시킬 수 있다.

다른 구체예에 따르면, 액체 분배 장치는, 하강유로 출구로부터 이 하강유로 출구에 가까운 영역에 비해 비교적 높은 증기:액체 비를 가질 수 있는(즉, 분배 장치가 없음) 병류 유동 채널의 영역으로의 배출된 액체의 혼입을 촉진하기 위해, 복수의 개구부[예컨대 슬롯형(slotted) 개구부]를 갖는 플레이트의 형태일 수 있으며, 바람직하게는 개구부의 일부는 디미스터, 특히 이의 입구 표면을 향한다. 병류 채널의 한쪽 또는 반대 쪽으로 상향류 증기를 이동시키는 슬롯형 개구부는 슬롯형 플레이트 구성으로 체 구멍, 밸브, 버블 캡 등과 같은 다른 유형의 개구부와 조합할 수 있다.

상기 특정 유형 및 다른 유형의 액체 분배 장치 중 임의의 것에서, 개구부 또는 도관은 선형(슬롯형 개구부의 경우), 원형, 타원형, 직사각형(예컨대 정사각형) 또는 다각형을 비롯한 다수의 가능한 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 일부 경우, 증기:액체 비 처리량의 균일성을 개선하기 위해 적절한 패킹 재료로 1 이상의 병류 유동 채널의 내부를 패킹하는 것이 바람직할 수 있다. 패킹은 따라서 그 자체로 병류 유동 채널 내 증기 및 액체 유동 균일성을 개선하기 위해 사용되는 액체 분배 장치일 수 있다. 적절한 패킹은 향상된 표면적을 제공하여 접촉을 개선하는 것으로 당업계에 공지된 다공성 재료 및/또는 구조화된 재료[예컨대 라시히 링(raschig ring)]을 포함할 수 있다. 상기 논의된 장치 중 임의의 것을 병용할 수 있다. 예컨대, 관련된 병류 유동 채널의 증기 입구를 밀봉하는 액체 하강유로의 출구 가까이의 슬롯형 플레이트를 채널 그 자체 내 패킹과 조합할 수 있다. 그렇지 않으면, 슬롯형 플레이트 구성을 예컨대 상기 기재되고 다른 곳에 예시된 장치, 예컨대 도관을 갖는 것들과 조합할 수 있다.

본 발명과 관련된 이들 및 다른 구체예는 하기 상세한 설명으로부터 명백해진다.

도 1은 접촉 모듈을 갖는 접촉단을 포함하는 대표적인 장치의 단면 개략도이다.
도 2는 대표적인 개별 접촉 모듈의 단면 개략도이다.
도 3은 개별 접촉단의 평면도이다.
도 4는 접촉 모듈의 3개 단을 도시하는 장치의 다른 단면 개략도이다.
도 5는 병류 유동 채널을 통한 액체 및 증기 흐름 모두를 도시한다.
도 6은 액체 분배 장치로서 슬롯형 플레이트를 갖는 접촉 모듈을 도시한다.
도 6(a)는 도 6의 슬롯형 플레이트의 평면도이다.
도 7은 액체 하강유로 출구와 맞물린 액체 분배 장치를 구비하는 접촉 모듈을 도시한다.
도 7(a) 및 7(b)는 각각 도 7의 장치의 평면도 및 끝면도이다.
도 8은 액체 분배 장치로서 트로프를 갖는 접촉 모듈을 도시한다.
도 8a는 도 8의 액체 분배 장치의 끝면도이다.
도면 전체에서 동일 또는 유사한 특징부를 도시하는 데에 동일한 참조 부호를 사용하였다. 도면은 본 발명의 예시 및/또는 수반되는 원리를 이해하기 위한 것이다. 본 개시의 지식을 가진 당업자에게는 용이하게 명백한 바와 같이, 본 발명의 다양한 다른 구체예에 따른 장치, 접촉 모듈 또는 액체 분배 장치는 부분적으로 이의 특정 용도에 따라 결정되는 구성 및 부품을 가질 것이다.

상세한 설명

도 1은 용기(10) 내에 단을 포함하는 본 발명에 따른 병류 증기-액체 접촉 장치를 도시한다. 용기(10)는 예컨대 증류 컬럼, 흡수기, 직접 접촉 열 교환기, 또는 증기-액체 접촉을 수행하는 데에 사용되는 다른 용기일 수 있다. 용기(10)는 접촉단(12) 및 임의의 수집기/분배기를 포함한다. 분별 또는 증류 컬럼은 통상적으로 10 내지 250 개 이상의 접촉단(12)을 포함한다. 이들 단의 접촉 모듈(20)의 설계는 실질적으로 컬럼 전체에서 균일할 수 있지만, 이는 또한 예컨대 컬럼의 상이한 부분에서의 유체 유속의 변화에 적응하기 위해 달라질 수 있다. 간단히, 단 3개의 접촉단을 도 1에 도시한다.

증류 컬럼과 같은 장치는 몇 개의 섹션을 포함할 수 있으며, 각각의 섹션은 다수의 접촉단을 가짐을 이해할 것이다. 또한, 섹션 사이에 및/또는 섹션 내에 복수의 유체 공급물 도입 및/또는 유체 생성물 토출(withdrawal)이 있을 수 있다. 증류에 사용되는 종래의 접촉 장치(예컨대 트레이 및/또는 패킹)를 본 명세서에 기재된 접촉단을 갖는 섹션과 같은 장치의 상이한 및/또는 동일한 섹션(예컨대 상부 및/또는 하부)에서 양립시킬 수 있다. 용기(10)는 통상적으로 원통 단면을 갖는 외부 쉘(11)을 포함한다.

도 1에 따르면, 각각의 접촉단(12)은 직접 상단 및 하단에 대하여 90° 회전하여, 바로 상단에 직교하는 방향으로 액체를 분배하여 액체 불균일 분배를 감소시킨다. 다른 구체예에서, 수직으로 인접한 접촉단은 단마다 동일할 수 있거나 다를 수 있는 상이한 정도의 회전으로 배향될 수 있다. 각각의 접촉단(12)은 복수의 접촉 모듈(20) 및 수용 팬(26)을 포함한다.

도 2 및 5에 도시된 바와 같이, 접촉 모듈(20)은 한 쌍의 증기-액체 분리기 또는 디미스터(24) 사이에 위치한 액체 분배기 또는 액체 하강유로(22)를 포함할 수 있다. 액체 하강유로(22) 및 디미스터(24)는 함께 병류 유체 접촉 부피부 또는 병류 유동 채널(56)을 한정한다. 접촉 모듈(20) 외에, 각각의 단은 또한 복수의 수용 팬(26)을 포함하며, 각각의 수용 팬(26)은 복수의 덕트(28)를 갖는다. 액체 하강유로(22)에 대한 입구(32)는 바로 상부 접촉단의 수용 팬의 덕트(28)와 맞물리도록 구성된다.

도 3은 수용 팬(26), 덕트(28) 및 액체 하강유로(22)의 배열을 더 명확히 도시하기 위해 디미스터가 도시되지 않은 2개의 인접한(아래쪽 및 위쪽) 단의 평면도를 도시한다. 각각의 단에서, 수용 팬(26)은 실질적으로 평행하고, 장치 또는 용기의 단면적을 가로질러 이격되어 있다. 접촉 모듈(20)의 액체 하강유로(22)가 동일한 접촉단의 인접 수용 팬(26)의 각각의 쌍 사이에 위치하여, 수용 팬(26) 및 모듈(20)의 교호 패턴을 형성한다. 각각의 단에서의 액체 하강유로(22) 및 수용 팬(26)은 용접 또는 다른 종래의 수단에 의해 용기 벽 또는 외부 쉘(11)의 내면에 부착된 지지 고리(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 액체 하강유로(22) 및 이의 관련된 수용 팬(26)을 지지 고리에 죄거나(bolting), 클램핑(clamping)하거나 또는 고정시켜 소정 접촉 영역 외부에서 단을 가로지르는 유체 누수를 방지하고 작동 동안 소정 위치 또는 컬럼 높이로 이를 유지시킬 수 있다.

2개의 접촉 모듈 사이에 위치한 수용 팬, 및 모듈과 용기 쉘 또는 외부 벽 사이에 위치한 것들을 각각 중앙 및 말단 수용 팬으로 지칭한다. 따라서, 중앙 수용 팬은 2개의 인접 접촉 모듈이 공유한다. 다른 구체예(도시되지 않음)에서, 한 쌍의 수용 팬을 각각의 접촉 모듈에 삽입한다. 이러한 모듈이 단을 가로질러 실질적으로 평행한 정렬로 배치될 경우, 인접한 액체 하강유로의 각각의 쌍 사이에 2개의 수용 팬이 존재하도록 모듈은 인접해 있다. 디미스터(24)로부터 나오는 증기를 차단하고, 일반적으로 흘러 나오는 유체가 수용 팬(26) 위의 유체 전달 부피부(58) 내에서 서로를 방해하는 경향을 감소시키기 위해, 2개의 인접 접촉 모듈(20) 사이에 수직 배플(21)을 임의로 포함시킨다. 수직 배플(21)을 인접 접촉 모듈(20)의 디미스터 사이에 그리고 이에 실질적으로 평행하게 위치시킬 수 있다.

도 2에 따르면, 액체 하강유로(22)는 상부에 입구(32)를, 그리고 하부에 1 이상의 출구 개구부를 갖는 출구(34)를 갖는다. 2개의 경사진 액체 하강유로 벽(30)이 하향 방향으로 액체 하강유로(22)를 점점 가늘어지게 한다. 출구(34) 가까이의 실질적으로 V자형인 액체 하강유로(22)의 바닥은 도 2에 도시된 바와 같이 각지거나, 만곡되거나 또는 편평할 수 있다. 단계형 또는 경사형 및 단계형과 같은 다양한 상이한 형상의 액체 하강유로를 갖는 대안적인 구체예가 가능하다. 추가의 구체예에서, 액체 하강유로의 단면 형상은 직사각형(예컨대 정사각형)일 수 있거나, 또는 이는 만곡형, 비규칙형일 수 있거나, 또는 그렇지 않으면 액체를 거기에 전달하기 위한 기하학 및 소정의 병류 유동 채널을 한정하기 위해 구성될 수 있다. 도시된 바의 V자형 액체 하강유로는 각각의 단(12)의 하부의 디미스터(24)와 액체 하강유로 벽(30) 사이의 큰 접촉 부피부와, 확대된 덕트(28)를 수용하고 액체 취급능을 증가시키기 위한 상부의 큰 액체 하강유로 입구(32)의 조합을 제공한다.

액체 하강유로 출구(34)는 일반적으로 액체 하강유로(22)의 바닥 가까이에 1 이상의 열로 배열된 복수의 홈, 천공 또는 다른 유형의 개구부를 갖는다. 액체 하강유로 개구부는 액체 하강유로의 벽(30) 및/또는 바닥에 위치할 수 있다. 작동시, 도 5 내지 8에 도시된 바와 같이, 액체 하강유로(22) 내 액체 높이(25)는 상승하는 증기가 출구(34)를 통해 액체 하강유로에 진입하는 것을 방지하기 위한 씰(seal)을 제공한다. 액체 하강유로 출구(34)의 개구부는 바람직하게는 액체 하강유로(22)의 길이 방향을 따라 분포되며, 이는 액체가 하나의 액체 하강유로로부터 아래쪽 액체 하강유로로 직접 흐르는 것을 방지하도록 돕기 위해, 아래쪽 액체 하강유로 위에 있는 액체 하강유로(22)의 일부에서 개구부의 크기 또는 수가 변화하거나 개구부가 제거되도록 배열될 수 있다.

디미스터(24)는 일반적으로 어느 한쪽에서 열을 지어 실질적으로 액체 하강유로(22)의 길이 방향을 따라 구동한다. 디미스터(24)의 열은 유닛 사이에서 씰을 형성하고 실질적으로 접합점을 통한 유체 누수를 방지하기 위해, 수(male) 및 암(female) 끝판(end plate)을 포함하는 복수의 개별 디미스터 유닛(40)으로부터 조립할 수 있다. 디미스터 열의 유닛을 접합하는 다른 방식은 볼트, 클립, 핀, 클램프 또는 밴드와 같은 적절한 패스너(fastener)의 사용을 포함한다. 수 및 암 탭 및 홈 조합과 같은 기전은 빠른 조립 및 해체의 장점을 제공할 수 있다. 용접 또는 아교칠(gluing)도 가능하다. 디미스터(24)의 모듈 구성은 제작자로 하여금 다양한 길이의 디미스터 열(24)로 조립하려는 하나의 또는 적은 수의 표준 크기로의 디미스터 유닛을 제조 가능하게 한다. 특히 짧은 디미스터 열(24)에, 또는 장치의 치수 및 다양한 이용 가능한 표준 크기 디미스터 유닛에 따라 액체 하강유로(22)의 길이를 맞추기 위해, 몇몇 맞춤 크기의 디미스터 유닛이 요구될 수 있다. 디미스터 유닛은 단일 유닛으로 형성된 디미스터의 전체 열보다 가볍기 때문에, 모듈 설계는 접촉 모듈(20)의 조립을 용이하게 하는 추가의 이점을 갖는다. 그러나, 일부 구체예에 따르면, 단일 디미스터 유닛은 또한 완전한 디미스터(24)일 수 있다.

디미스터(24)는 증기 스트림으로부터 액적을 탈혼입(de-entrainment)하는 데에 사용된다. 일례는, 디미스터를 통과하는 유체 스트림이 수 회의 방향 변화를 거쳐, 혼입된 액적이 분리 구조의 일부 및 디미스터의 바닥으로 하향하는 흐름에 영향을 미치도록 하는, 다양한 채널 및 루버(louver)을 갖는 바람개비형 디미스터와 같은 연무(mist) 제거기이다. 디미스터(또는 증기-액체 분리 장치)를 위한 분리 구조의 예는 메쉬 패드(mesh pad) 또는 직물사(woven thread)이다. 이들 구조의 조합도 사용할 수 있다. 디미스터 유닛(40) 내 분리 구조의 설계에 있어서 다수의 변경이 가능하며, 유동하는 증기 스트림으로부터 혼입된 액체를 분리하는 데 있어서 이들 구조의 유효성이 중요한 고려 사항이다. 이 유효성은 액적이 고체 표면에 영향을 미치게 하는 유체 흐름의 차단의 수와 상호 관련되어 있는 것으로 생각된다. 다수의 막힌 단부를 갖는 구조가 액체 분리의 촉진을 초래하면서 비교적 정지된 구역을 형성할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전체적인 장치의 성능 및/또는 구조 건전성을 추가로 개선하기 위해, 다양한 임의의 부재가 디미스터(24)와 협동하거나 및/또는 이에 삽입될 수 있다. 예컨대, 입구 표면으로서의 천공된 입구 플레이트(42), 출구 표면으로서의 천공된 출구 플레이트(44), 및 구멍 없는 최상부 플레이트(45)가 도시되어 있다. 천공된 플레이트는 디미스터(24)와 협동할 수 있는 유량 조작기(flow manipulator)의 하나의 유형이다. 디미스터(24)에 대한 유량 조작기의 다른 비제한적인 예는 팽창 금속, 다공성 고체, 메쉬 패드, 스크린, 격자, 메쉬, 프로필 와이어 스크린 및 하니컴(honeycomb)을 포함한다. 유량 조작기의 분별 개구 영역이 디미스터(24)의 분리 효율 및 압력 강하 모두에 영향을 미침이 밝혀졌다. 유량 조작기의 분별 개구 영역은 디미스터(24)의 분리 효율 및 압력 강하를 최대화하기 위해 디미스터의 상이한 측 및 동일한 측에서 달라질 수 있다. 다양한 유형의 유량 조작기를 단일 디미스터에 사용할 수 있다. 다른 구체예에서, 유량 조작기를 디미스터의 입구 및 출구 표면 중 일부 또는 어느 하나에 사용하지 않는다.

입구 표면(42)의 천공된 입구 플레이트 또는 다른 유량 조작기는 액체 하강유로(22) 가까이에 있다. 천공된 출구 플레이트(44)는 또한 천공된 입구 표면(42) 반대편의 디미스터 측 대부분에 그리고 디미스터 유닛(40)의 바닥을 따라 연장된다. 구멍 없는 최상부 플레이트(45)는 액체가 최상부로부터 직접 디미스터 유닛(40)에서 나오는 것을 방지하고, 증기-액체 분리 효율을 증가시킨다. 구멍 없는 최상부 플레이트(45)는 양측에 구부러진 스트립을 갖는데, 하나는 벽에 부착하기 위한 것으로 액체 하강유로 벽(30) 다음에 오고, 나머지는 천공된 출구 플레이트(44)와 연결하기 위한 것으로 디미스터(40)의 천공된 출구 플레이트(44) 다음에 온다. 천공된 출구 플레이트(44)의 최상부로부터 소정 거리 아래로 연장되는 구멍 없는 스트립은 또한 증기-액체 분리 효율을 개선하는 것으로 밝혀졌다. 스트립은 통상적으로 디미스터 출구의 높이의 5 내지 30%, 일반적으로 10 내지 20%를 커버하도록 연장된다.

복수의 덕트(28)가 수용 팬(26)을 통해 액체 하강유로 입구(32)로 연장된다. 특정 수용 팬(26)을 통해 연장되는 덕트(28) 각각은 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 액체를 상이한 아래쪽 액체 하강유로(22)로 이동시킨다. 대표적인 구체예에 도시된 바와 같이, 덕트(28)의 최상부는 수용 팬(26)의 수평 표면(50)과 동일 평면에 있어, 임의의 차단 없이 액체가 수용 팬(28)으로부터 덕트(28)로 자유롭게 유동할 수 있다. 다른 구체예에서, 덕트가 개구부를 통해 맞춰질 경우, 덕트는 수용 팬의 편평한 기저(50)에 받쳐지는 립(lip)을 가짐으로써 수용 팬으로부터 걸릴 수 있다. 덕트는 또한 수용 팬의 아래쪽 표면에 장착될 수 있다. 걸기, 죄기, 용접 및 압력 맞춤을 포함하나 이에 한정되지 않는 덕트 및 수용 팬을 연결하는 임의의 종래의 수단을 이용할 수 있다. 개스킷 및/또는 실란트를 사용하여 수용 팬과 덕트 사이의 누출을 방지할 수 있다. 다른 구체예에서, 덕트는 개구부가 형성될 때 절단되고 접히거나 또는 밀릴 수 있는 수용 팬의 편평한 기저의 일부에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 또한, 액체 취급능을 증가시키고 덕트 입구에서의 막힘 경향을 감소시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 덕트(28)의 최상부 마우스를 확대하여 액체 하강유로 입구(32)보다 넓힐 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 덕트(28)가 액체 하강유로(22)에 맞아서 용이한 설치 및 증기 배기(venting)를 위한 공극을 남기도록, 덕트(28)의 측벽을 경사지게 한다.

액체 하강유로(22)의 개구부 중 1 이상이 액체 하강유로(22) 내 액체 높이(25)에 의해 완전히 밀봉되지 않을 때, 증기는 상단으로부터의 또는 액체 하강유로 출구(34)를 통한 액체 흐름을 갖는 액체 하강유로(22)에 진입할 수 있다. 액체 하강유로(22) 내 증기가 이의 입구(32)로부터 적절히 배기되지 않을 경우, 이는 덕트(28) 쪽으로 떠밀릴 것이고, 이것이 덕트를 통한 액체 흐름을 막아서 장치의 이른 범람 및 심한 혼입을 초래할 수 있다. 따라서, 덕트(28)와 액체 하강유로(22) 사이의 공극 또는 덕트(28) 사이의 액체 하강유로(22)의 최상부의 개구부를 통해 액체 하강유로(22) 내 증기를 배기하는 것이 일반적으로 유리하다. 덕트(28)의 바닥은 액체가 액체 하강유로(22)로 유동하도록 1 이상의 개구부, 예컨대 복수의 토수구(spout) 또는 하나의 연속 홈 또는 단일의 더 큰 개구부로 개구된다. 정상적인 작동 조건 하에서, 덕트(28)는 덕트(28) 내 액체에 의해 동적으로 또는 액체 하강유로(22) 내 액체에 의해 정적으로 증기 흐름에 대해 밀봉된다.

디미스터(24)의 입구 표면(42)과 액체 하강유로(22)의 인접 벽(30) 사이의 부피부는 도 2에 도시된 바와 같이 유체 접촉 부피부 또는 병류 유동 채널(56)을 형성한다. 증기 및 액체의 병류 흐름이 병류 유동 채널(56)에서 접촉한 후, 증기 및 액체가 분리되기 전에 디미스터 유닛(40) 내 유체 접촉이 계속된다. 디미스터(24)의 입구 표면(42)에 있는 천공된 플레이트 또는 다른 유량 조작기는 디미스터(24)를 통한 유체 흐름 분배를 개선하고, 증기-액체 분리를 개선한다. 입구 표면(42)에 있는 유량 조작기는 또한 유체 접촉 및 물질 전달을 개선할 수 있다. 수용 팬(26) 위 및 이것이 지지하는 디미스터 열(24) 사이의 부피부는 유체 전달 부피부(58)를 한정한다. 디미스터(24)의 열은 도 2에 도시된 바와 같이 수직선으로부터 각을 갖고 배향되어, (이 부피부 내 감소하는 증기 흐름에 맞추기 위해) 바닥에서 최상부로 갈수록 부피가 감소하는 병류 유동 채널(56), 및 (이 부피부 내 증가하는 증기 흐름에 맞추기 위해) 바닥에서 최상부로 갈수록 부피가 증가하는 유체 전달 부피부(58)의 개선된 기하학을 제공할 수 있다.

중간 단(12)의 접촉 모듈(20)을 통한 유체 흐름은 상단의 덕트(28)와 협동하여 이 상단의 몇 개의 수용 팬(26)에 의해 액체 하강유로(22)로 이동되는 상단으로부터의 액체 흐름을 포함한다. 액체 높이(25)를 형성하는 액체는 출구(34)를 통해 액체 하강유로(22)에서 나가서, 병류 유동 채널(56)에 진입한다. 병류 유동 채널(56) 내 상향 증기 속도는 진입하는 액체를 혼입하기에 충분하다. 디미스터 유닛(40)의 입구 표면(42)으로 증기를 상승시켜 혼입된 액체를 위로 운반한다. 증기 및 액체는 디미스터 유닛(40) 내에서 상기 논의된 바와 같이 구조를 분리함으로써 분리되어, 분리된 증기가 디미스터 유닛(40)에서 나가서 대개 출구 표면(44)을 통해 유체 전달 부피부(58)로 간다. 분리된 증기는 그 다음 상위 접촉단(12)의 병류 유동 채널(56)로 상향 이동을 계속한다. 분리된 액체는 출구 표면(44)의 바닥 부분을 통해 디미스터 유닛(40)에서 나가서, 수용 팬(26) 위로 흐른다. 그 다음, 수용 팬(26)은 분리된 액체를 복수의 덕트(28)로 이동시키며, 소정 수용 팬의 덕트(28) 각각은 액체를 상이한 아래쪽 액체 하강유로(22)로 이동시킨다.

다른 구체예에 따르면, 천공된 입구 플레이트(42) 대신에, 메쉬 패드와 같은 다공성 블랭킷 층을 이용하여 디미스터 유닛(40)에 대한 입구를 커버할 수 있다. 이 다공성 블랭킹의 사용은 특히 더 높은 증기 속도로의 작동 동안 증기-액체 분리를 개선하는 것으로 밝혀졌다. 다공성 블랭킷은 액적 탈혼입에 사용되는 종래의 메쉬 재료의 것, 또는 소위 "연무 제거기"일 수 있다. 이는 통상적으로 표면적이 크고 압력 강하가 낮은 블랭킷을 형성하는, 매우 느슨한 직물 가닥을 포함할 것이다. 메쉬 블랭킷은 미세 방울 응집, 및 분리기에의 액체 분배를 위한 것이다. 대안적인 구성은 디미스터 유닛(40) 내부의 분리 구조에 오목 자국의 메쉬를 장착하는 것을 수반한다.

본 발명의 측면은 상기 기재한 것과 같은 접촉단을 포함하는 장치 내 증기 및 액체 흐름 분배 모두의 추가의 개선에 관한 것이다. 해당 특정 접촉단은 증기 및 액체 접촉 및 물질 전달을 위한 한 쌍의 병류 유동 채널이 디미스터 사이에 연장된 액체 하강유로에 의해 형성된 것들이다. 이러한 접촉단에서, 하강유로로부터 각각의 병류 유동 채널로의 액체 도입 또는 배출은 반드시 채널의 한쪽으로부터만 이루어진다. 따라서, 증기:액체 비가 액체 도입 반대 쪽에 비해 액체 도입 쪽에서 더 높은 경향이 있다. 이 흐름의 비균일성은 일부 경우 물질 전달 효율을 감소시키는데, 이 비균일성은 병류 유동 채널 폭 또는 부피부가 증가하고 증기:액체 흐름 비가 증가하면서(즉, 증기 유속이 상대적으로 높음) 더욱 현저해진다. 도 5는 이 비균일성을 도시하는데, 여기서 상승하는 증기 흐름(5)이 출구(34)에서 나가는 액체와 상호 작용하여, 병류 유동 채널(56) 내 혼입된 액체 흐름(6)이 주로 하강유로(22)를 향해 이동한다. 증기 흐름(5)은 디미스터(24) 가까이의 병류 유동 채널(56)의 반대 쪽에서 대개 상승한다.

따라서, 도 5는 특히 접촉 모듈의 병류 유동 채널(56)을 통한 액체 및 증기 흐름 모두의 불균일 분배에 대한 가능성을 도시하는데, 이 채널(56)은 디미스터(24)의 입구 표면(42) 및 액체 하강유로에 의해 한정된다. 그러나, 비균일한 액체 흐름은 일반적으로 비균일한 증기 흐름보다 전체적인 흐름 불균일 분배에 대한 더 큰 원인이 됨을 이해할 수 있는데, 왜냐하면 불균일한 방식으로 병류 유동 채널로 우선 배출되는 것은 액체이기 때문이다. 따라서, 상기 논의된 증기:액체 흐름 비의 국소적인 편차를 유의적으로 개선하는 데에는 액체 불균일 분배만을 효과적으로 해결하는 것으로 일반적으로 충분하다.

유리하게는, 병류 유동 채널(56)의 수평 단면에 걸친, 특히 액체 하강유로(22)의 출구 가까이의 수평(예컨대 직사각형 또는 원형) 단면에 걸친 항정 상태의 국소 증기:액체 비(예컨대 부피부 비)의 편차를 감소시키는 데에, 하강유로(22)의 출구 가까이에 액체 분배 장치 또는 장치의 조합을 이용하는 것이 효과적임이 결정되었는데, 여기서는 증기 및 액체를 우선 병류 방식으로 특정 단에서 접촉시킨다. 일부 구체예에 따르면, 액체 분배 장치는 증기 입구를 가로질러 병류 유동 채널(56)로 (예컨대 수평으로 또는 실질적으로 수평으로) 연장되며, 이 증기 입구는 일반적으로 액체 하강유로(22)의 출구 가까이에 있다. 액체 분배 장치는 따라서 액체 하강유로(22)의 출구(34)와 같은 공간을 차지하는 병류 유동 채널을 가로질러 수평 위치로 연장될 수 있다.

다른 구체예에서, 액체 분배 장치는 장치 내의 아래쪽 수평 위치에서, 즉 병류 유동 채널(56)에 대하여 바로 하단의 액체 하강유로의 (예컨대 최상부의) 입구(위쪽)를 가로질러 연장될 수 있다. 이 경우, 액체 분배 장치는 바로 상위 접촉단으로부터의 덕트가 맞물리거나 차지하지 않은 액체 하강유로 입구의 일부를 가로질러 연장될 것이다. 따라서, 액체 분배 장치는 덕트(28)가 가로지르지 않는 영역에서 액체 하강유로(22)의 출구(34)와 수직 정렬로 위치할 수 있다. 이는 증기 접촉 없이 위쪽 액체 하강유로로부터 아래쪽 액체 하강유로로 액체 흐름이 바로 가는 것(shortcut)의 방지를 돕늦다. 이것이 병류 유동 채널과 동일한 접촉 모듈에 위치하던지 또는 아래쪽 접촉부와 수직으로 정렬되던지에 관계 없이, 액체 분배는 액체 혼입을 촉진하고 액체, 일부 경우에는 증기 및 액체 모두의 흐름 분배를 개선하면서, 바람직하게는 증기 흐름을 위한 단면적을 유의적으로 감소시키지 않을 것이다.

도 6, 6(a), 7, 7(a), 7(b), 8 및 8a는 본 명세서에 기재된 접촉 모듈에 사용하기 위한 가능한 액체 분배 장치의 대표적이지만 비한정적인 유형을 도시한다. 도 6은 병류 유동 채널(56)을 한정하고 액체 하강유로(22)의 출구(34) 가까이의 슬롯형 플레이트인 액체 분배 장치(30)를 구비하는 접촉 모듈(20)을 도시한다. 유리하게는, 슬롯형 플레이트는 복수의 슬롯형 개구부(35)를 갖는데, 이들 중 적어도 일부는 디미스터 입구(42)를 향해 개구하며 이것으로 상향 유동하는 증기를 이동시킨다. 이것이 도 6(a)의 특정 구체예에 도시되어 있는데, 이는 반대 방향으로 향하거나[반은 하강유로(22)를 향하고 반은 디미스터 입구(42)를 향함] 또는 병류 유동 채널(56)의 반대 쪽으로 향하는 슬롯형 개구부(35)의 인접 열을 갖는, 도 6의 슬롯형 플레이트의 평면도이다. 따라서, 도 6 및 도 6(a)에 도시된 액체 분배 장치(30), 즉 슬롯형 플레이트는 액체 하강유로(22)의 출구로부터 배출되는 액체의 분배 뿐 아니라, 병류 유동 채널(56)에 진입하는 증기의 분배에도 영향을 미친다. 상기 논의된 바와 같이 예컨대 병류 유동 채널(56)의 한쪽으로부터 채널로 액체가 비균일하게 배출되는 것을 해결하기 위한 필요성으로 인해, 증기 분배보다는 액체 분배에 상대적으로 크게 영향을 미치도록 다른 분배 장치를 설계한다. 대표적인 슬롯형 플레이트에서, 슬롯형 개구부(35)는 병류 유동 채널 측에 상향류 증기를 이동시키거나 이동시키지 않을 수 있는(즉, 일반적으로 수직으로 유동하는 증기로 가는 수평 유동 성분에 영향을 미침) 다른 유형의 개구부 체 구멍, 밸브, 버블 캡과 조합시킬 수 있다.

도 7는 접촉 모듈(20)을 도시하며, 도 7(a) 및 도 7(b)는 복수의 도관(40)을 포함하는 이의 액체 분배 장치(30)의 교호도(alternate view)를 도시한다. 액체 분배 장치(30)는 액체 하강유로(22)의 출구(34) 가까이에 위치하며, 이것과 액체 연통한다. 도관 개구부 또는 도관(40)으로부터의 토수구(50)는 상향류 증기가 채널에 진입하는 영역에서 병류 유동 채널(56)을 가로질러 균일하게 하강유로(22)로부터 액체를 분배한다. 도관은 직사각형(예컨대 정사각형), 원형 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 상향류 증기(5)는 도관(40) 사이의 영역 또는 공간을 통해 병류 유동 채널(56)에 진입하여 액체 하강유로(22)의 출구(34)로부터 유래하는 액체를 운반한 후, 도관(40)의 토수구(50)를 통해 배출되고, 병류 또는 상향류 방향으로 혼입된 액체 흐름을 제공한다. 따라서, 도 7, 7(a) 및 7(b)에 도시된 액체 분배 장치(30)는 우선적으로 병류 유동 채널의 수평 단면을 가로질러 액체를 균일하게 분배하는 역할을 하며, 이는 이러한 장치의 부재 하에는 달성할 수 없을 것이다.

도 8은 병류 유동 채널(56)을 한정하는 다른 대표적인 접촉 모듈을 도시한다. 이 구체예에서, 개구 트로프는 액체 분배 장치(30)로서 역할을 하며, 트로프의 끝면도가 도 8a에 제공된다. 트로프는 트로프의 하부 기저에 위치한 이의 개구된 상부 주변 및 복수의 개구부(50)에 톱니 모양 가장자리(55)를 포함한다. 재차, 이 액체 분배 장치는 병류 유동 채널(56)을 가로질러 액체를 균일하게 효과적으로 분배하는 역할을 한다.

전반적으로, 본 발명의 측면은 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 접촉 모듈에서의, 특히 액체 및/또는 증기가 비균일한 방식으로(예컨대 채널의 한쪽으로부터만) 병류 유동 채널로 배출되는 병류 접촉 모듈에서의 액체 분배 장치의 용도에 관한 것이다. 당업자는 본 명세서에 기재된 장비 및 관련 방법의 이점, 및 다른 용도에서의 이의 적합성을 인지할 것이다. 본 개시의 관점에서, 다른 유리한 결과를 얻을 수 있음을 이해할 것이다. 본 개시로부터 얻은 지식을 가진 당업자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 상기 장비 및 방법에 다양한 변화를 이룰 수 있음을 인지할 것이다. 이론적인 또는 관찰된 현상 또는 결과를 설명하기 위해 이용되는 기전은 예시적인 것으로만 해석되어야 하며, 어떠한 방식으로든 청구 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (10)

1 개 이상의 접촉 모듈을 구비하는 복수의 단을 포함하는, 병류 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 장치로서, 상기 접촉 모듈은 다음을 포함하는 것인 장치:
a) 1 개 이상의 병류 유동 채널에 가까운 출구를 갖는 1 개 이상의 액체 하강유로(downcomer);
b) 상기 병류 유동 채널에 가까운 입구 표면 및 수용 팬 위쪽의 출구 표면을 갖는 디미스터;
c) 상기 수용 팬과 유체 연통되어 있는 상부 단부 및 하부 단부를 가지는 1 개 이상의 덕트로서, 각각의 덕트의 상기 하부 단부는 하단의 개별 액체 하강유로와 유체 연통되어 있는 것인 1 개 이상의 덕트;
d) 하단으로부터의 증기 흐름을 수용하기 위한 1 개 이상의 병류 유동 채널의 증기 입구; 및
e) 상기 액체 하강유로의 상기 출구 가까이에 있고, 그 아래 하단의 액체 하강유로의 입구를 너머 증기 입구의 상당 부분을 가로질러 연장되며, 병류 유동 채널 내에서 액체 및 증기의 균일한 유체 흐름을 향상시키도록 구성된 액체 분배 장치로서, 상기 액체 분배 장치는 상기 액체 하강유로의 상기 출구와 액체 연통하고, 복수의 개구부를 포함하며, 상기 개구부의 적어도 일부분은 원형 또는 직사각형인 단면 형상을 가지는 도관으로부터 유래한 것인 액체 분배 장치.

제1항에 있어서, 상기 액체 분배 장치는 복수의 개구부를 갖는 플레이트를 포함하는 것인 장치.

제2항에 있어서, 상기 개구부의 적어도 일부는 상기 디미스터를 향하는 슬롯형(slotted) 개구부인 것인 장치.

삭제

삭제

제1항에 있어서, 상기 액체 분배 장치는 복수의 개구부를 갖는 트로프(trough)를 포함하는 것인 장치.

제6항에 있어서, 상기 트로프는 톱니 모양(notched) 가장자리를 갖는 상부 주변에서 개구되어 있고, 상기 복수의 개구부는 상기 트로프의 하부 기저에 위치하는 것인 장치.

제1항에 있어서, 상기 병류 유동 채널의 내부는 패킹 재료로 패킹되며, 상기 패킹 재료는 다공성 재료를 포함하는 것인 장치.

제1항의 장치의 병류 유동 채널에 스트림을 통과시키는 것을 포함하는, 증기 및 액체 스트림의 접촉 방법.

1 개 이상의 접촉 모듈을 구비하는 복수의 단을 포함하는, 병류 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 장치로서, 상기 접촉 모듈은 다음을 포함하는 것인 장치:
a) 1 개 이상의 병류 유동 채널에 가까운 출구를 갖는 1 개 이상의 액체 하강유로;
b) 상기 병류 유동 채널에 가까운 입구 표면 및 수용 팬 위쪽의 출구 표면을 갖는 디미스터;
c) 상기 수용 팬과 유체 연통되어 있는 상부 단부 및 하부 단부를 가지는 1 개 이상의 덕트로서, 각각의 덕트의 상기 하부 단부는 하단의 개별 액체 하강유로와 유체 연통되어 있는 것인 1 개 이상의 덕트;
d) 하단으로부터의 증기 흐름을 수용하기 위한 1 개 이상의 병류 유동 채널의 증기 입구; 및
e) 상기 액체 하강유로의 상기 출구 가까이에 있고, 그 아래 하단의 액체 하강유로의 입구를 너머 증기 입구의 상당 부분을 가로질러 연장되며, 병류 유동 채널 내에서 액체 및 증기의 균일한 유체 흐름을 향상시키도록 구성된 액체 분배 장치로서, 상기 액체 분배 장치는 복수의 개구부를 갖는 트로프를 포함하는 것인 액체 분배 장치.

Images