KR101770362B1 - 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 원심 소적 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 원심 소적 분리기로서, 수직 종축 및 원형 횡단면, 자켓(1) 및 이 자켓(1)의 상단 및 하단에 있는 후드(2), 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림을 자켓(1)에 공급하는 접선방향 공급(3) 및 하부 후드(2)의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브(4), 및 상부 후드(2)의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 세정된 기체 스트림을 위한 기체 유출구 스터브(7)가 구비되어 있고, 세정액의 접선방향 공급을 위한, 상부 후드(2)의 원주 상에 대칭적으로 배열된 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스(9)가 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림의 공급과 동일한 방향으로 구비되어 있는 것인 원심 소적 분리기를 제시하고 있다.

Description

액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 원심 소적 분리기{CENTRIFUGAL DROPLET SEPARATOR FOR SEPARATING LIQUID DROPLETS OUT OF A FEED GAS STREAM COMPRISING THEM}

본 발명은 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 원심 소적 분리기에 관한 것이다.

원심 소적 분리기(또한 사이클론이라고도 칭함)는 공정 기술에서 공지되어 있으며, 예를 들면 액체 소적을 포함하는 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하는데 사용된다. 원심 소적 분리기(사이클론)는 일반적인 회전 수직 축을 지닌 회전 대칭적인 장치, 빈번하게는 주로 실린더형 장치이다. 분리하고자 하는 2상 액체/기체 혼합물을 접선 방향으로 공급함으로써, 그 장치의 내부 벽을 따라 그 혼합물 위에 나선형 운동이 부과되는데, 혼합물의 성분들이 원심력의 작용 하에 그의 밀도 함수로서 분리된다. 보다 무거운 액체 소적이 원심 소적 분리기의 내부 벽에서 기체로부터 분리되고, 장치의 하부에서 수집되며, 유출구 스터브(outlet stub)를 통해 배출된다.

원심 소적 분리기에서, ≥ 5 ㎛의 평균 직경을 지닌 소적은 50%의 확률로, ≥ 20 ㎛의 평균 직경을 지닌 소적은 ＞ 99%의 확률로 분리되는 것이 바람직하다.

점성 및/또는 점착성 액체 및/또는 피각화(encrustration) 경향이 있는 고체를 포함하는 액체의 경우, 액체 소적 또는 고체 크러스트가 장치의 내부 벽 상에 침착되어 더 이상 유출구 스터브를 통해 유출되지 않은 문제가 발생할 수 있는데, 이는 악화되는 분리와 조합되어 오염을 결과적으로 야기하고, 최종적으로 장치의 범람을 야기한다.

관성력에 기초하여 ＞ 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 액체 소적을 분리하는 추가 장치가 또한 낮은 액체 하중에 대한 기체 스트림으로부터 액체 소적을 분리하는 것으로 공지되어 있다. 상기 크기의 액체 소적은 기체 스트림의 편향을 따를 수 없고, 장벽에 충돌하며, 일부 경우 다른 소적과 합체 후, 기체 스트림(공정 기체)으로부터 배출된다. 액체 분리가 상기 원리에 따르는 장치로는, 예를 들면 라멜라(lamella) 분리기, 사이클론 소적 분리기 또는 와이어 메쉬가 있다. 그러나, 이들 장치에서, 침착과 관련하여 부재들이 매우 짧은 시간 내에 침착물에 의해 불활성화 또는 차단될 수 있기 때문에, 지속적인 높은 정도의 침착이 장기간에 걸쳐 달성될 수 없을 정도로, 침착물이 결과로 크러스트 형성을 야기할 수 있다. 일반적으로, 상기 기술된 장치의 불연속적 또는 그외 연속적 세정은 분무 노즐에 의해 세정액을 분무함으로써 수행된다. 그러나, 성공적인 세정은 고체가 보호된 영역 내에, 예를 들면 라멜라 분리기 또는 와이어 메쉬의 수집 홈 내에 포획되어, 빈번히 배출될 수 없기 때문에 항상 보장되지 않는다. 게다가, 그 세정액은 기체 스트림 중에 분산되어야 하고 또한 다시 그 기체 스트림으로부터 분리되어야 한다.
FR 2 147 5435에는 기체를 세정하기 위한 원심 드롭 분리기로서, 원심 드롭 분리기 하부의 콘 형태로 설계된 영역에는 그 기체의 접선방향 공급부가 구비되어 있고 뿐만 아니라 세정된 기체의 유출구의 영역에는 접선방향으로 배열된 공급 개구를 통한 보조 기체 스트림의 공급부가 구비되어 있는 원심 드롭 분리기가 기술되어 있으며, 여기서 그 보조 기체 스트림은 정제하고자 하는 기체의 흐름 방향에 역류로 공급된다.
본 발명의 공정과 대조적으로, 세정액이 아닌 단독의 기체 스트림만이 원심 소적 분리기에 공급된다. 추가로, 정제하고자 하는 기체 스트림과 보조 기체 스트림은 본 발명의 공정에서와 같이 동일 회전 방향이 아닌 반대되는 회전 방향으로 수행된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 상기 단점들을 갖지 않은, 액체/기체 혼합물을 분리하기 위한 원심 소적 분리기를 제공하는 것이다.

그 목적은 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 수직 종축 및 원형 횡단면을 갖는 형상의 원심 소적 분리기(centrifugal droplet separator)로서, 자켓 및 이 자켓의 상단 및 하단에 있는 후드, 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림을 자켓에 공급하는 접선방향 공급부(tangential supply) 및 하부 후드의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브(stub), 및 상부 후드의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 세정된 기체 스트림을 위한 기체 유출구 스터브가 구비되어 있고, 세정액의 접선방향 공급을 위한, 상부 후드의 외연에 대칭적으로 배열된 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스가 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림의 공급과 동일한 방향으로 구비되어 있는 것인 원심 소적 분리기에 의해 달성된다.

액체는 세정액에 의한 벽의 완전 습윤이 달성되도록 하기 위해서 에지 위로 흐르는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 심지어는 고 점성/또는 점착성이고/이거나 하나 이상의 고체를 포함하는 액체에도 실질적으로 방해받지 않은 유출이 가능하다는 점, 그리고 원심 소적 분리기의 내부 벽 상에, 액체의 침착, 특히 고 점성 및/또는 점착성 액체의 침착이, 작동 동안 분리기의 상단에 세정액을, 액체 소적을 포함하고 분리되어야 하는 공급 기체 스트림의 공급과 동일한 방향으로, 도입함으로써, 실질적으로 또는 완전히 방지될 수 있다는 점을 밝혀 내었다. 본 발명에 따라 세정액을 접선 방향으로 도입하여 장치의 내부 벽 상에 이르게 함으로써, 그것은 액체가 분리하고자 하는 혼합물로부터 분리되고 그 혼합물로부터 제일 먼저 제거될 필요가 없는 영역 내로 직접 이송된다. 이는 전반적으로 효율을 증가시키고 보다 낮은 에너지 소비를 유도하는데, 왜냐하면 벽의 완전 습윤이 달성되고 벽 상의 건조 부위가 회피되어 크러스트 형성이 방지되기 때문이다.

사용된 세정액은 특히 공급 기체 스트림으로부터 제거되어야 하는 액체로부터 용이하게 다시 제거될 수 있고, 보다 구체적으로 상기 액체와 화학적으로 반응하지 않은 액체이다.

세정액은 또한 공급 기체 스트림으로부터 제거되어야 하는 액체를 위한 용매 또는 공급 기체 스트림으로부터 제거되어야 하는 것과 동일한 액체일 수도 있다.

세정액은 첨가제 유무 하에 사용될 수 있다.

세정액은 또한 반응, 화학수착 또는 그외 물리수착 내로 진입할 수도 있다.

사용된 세정액은 물일 수 있는 것이 바람직하다.

세정액을 위한 유입구 오리피스는 원형 횡단면을 가질 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 세정액을 위한 유입구 오리피스는 직사각형 단면을 지니도록 구성되어 있다.

바람직한 실시양태에서, 하부 후드는 유출구 스터브를 향하여 절두형 콘frustoconical) 방식으로 좁아진다.

절두형 콘(frustocone)의 경사면(steepness)은 액체가 자유롭게 유출되도록 선택되어야 하고, 즉 액체의 비교적 고 점성의 경우에는 비교적 높은 경사면이 선택되어야 한다. 실제 예를 들면, 고 점성 액체, 예컨대 벌꿀의 점성을 지닌 액체의 경우, 그 절두형 콘은 매우 경사진다. 용이하게 유출되는 물 유사 점성을 지닌 물질의 경우, 절두형 콘이 필요하지 않다. 그러한 액체의 제거를 위해서, 하부 후드는 또한 평평할 수 있거나, 또는 접시형 단부로서 구성될 수 있다.

추가의 바람직한 실시양태에서, 바람직하게는 - 보다 단순한 제조의 이유로 - 바닥이 비어 있을 수 있는 꼭지형 콘(apex cone)이 하부 후드의 베이스에서 배열되어 있고, 금속 시이트가 하부 후드의 베이스에서 그 베이스에 수직으로 그리고 방사상으로 배열되어 있고, 그것은 액체의 균일한 유출을 지지하고 가능한 한 장치에서 분리하고자 하는 혼합물의 흐름을 방해하지 않는다. 이러한 방식으로, 유출되지 않은 와류가 회피된다.

꼭지형 콘의 직경은 원심 소적 분리기의 내부 직경과 조화되는 것이 유리하다. 그 꼭지형 콘은 원심 소적 분리기의 내부 직경의 0.6 내지 0.8배에 상응하는 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그 꼭지형 콘의 선단에서의 각도는 100 내지 130°인 것이 바람직하다. 그러나, - 꼭지형 콘 - 없는 플레이트 형상 실시양태가 또한 가능하다.

하부 후드의 베이스에서 그 배이스에 수직으로 그리고 방사상으로 배열된 금속 시이트는 배플로서 보다 구체적으로 작용한다.

추가의 바람직한 실시양태에서, 상부 후드의 영역에 있는 기체 유출구 스터브 주위에 배열된, 바닥이 비어 있는 드립 스커트(drip skirt)에서, 액체 소적이 유출구 스터브 및 드립 스커트를 통해 다시 장치 내로 이송되는 기체 스트림으로부터 분리된다.

그 드립 스커트는 장치 내로 돌출되어 있는 기체 유출구 스터브의 길이의 1.2배에 상응하는 길이를 갖는 것이 바람직하다.

상부 후드의 외연에는 세정액의 접선방향 공급을 위한 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스가 구비되어 있는 상부 후드는 자켓과 상부 후드 사이의 전이부에서 세정액이 흐르는 에지를 형성하는, 자켓의 원주에 관하여 절두형 콘의 방식으로 유리하게 넓어진다.

본 발명은 또한, 수직 종축 및 원형 횡단면을 갖는 형상의 원심 소적 분리기(centrifugal droplet separator)에서 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 방법으로서, 자켓 및 이 자켓의 상단 및 하단에 있는 후드, 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림을 자켓에 공급하는 하나 이상의 접선방향 공급부 및 하부 후드의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브, 및 상부 후드의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 세정된 기체 스트림을 위한 중앙 기체 유출구 스터브가 구비되어 있고, 세정액이, 상부 후드의 영역에서, 상부 후드의 외연에 대칭적으로 배열된 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스를 통해, 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림의 공급과 동일한 방향으로 그리고 접선 방향으로 도입되는 것인 원심 소적 분리기에서 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 제거하기 위한 공정을 제공한다.

세정액은 분리하고자 하는 공급 기체 스트림을 공급하는 전체 시간 동안에 걸쳐 연속적으로 공급할 수 있다.

공정의 추가 실시양태에서, 세정액은 시간 간격으로 불연속적으로 공급한다.

이후, 본 발명은 도면을 참조하여 상세히 예시한다.

구체적인 도면은 다음과 같다:

도 1은 종단면으로 도시된 본 발명의 원심 소적 분리기의 개략도를 도시한 것이다.

도 2는 세정액을 위한 유입구 오리피스의 영역에서 본 발명의 원심 소적 분리기의 한 실시양태를 통한 횡단면을 도시한 것이다.

도 1에서 종단면 디아그램은 자켓(1) 및 이 자켓(1)의 상단 및 하단에 있는 후드(2) 및 공급 기체 스트림을 위한 접선방향 공급부(3)를 지닌 본 발명의 원심 소적 분리기의 하나의 실시양태를 나타낸다.

원심 소적 분리기에서 분리된 액체는 하부 후드(2)의 영역에 있는 유출구 스터브(4)를 통해 제거되고, 세정된 기체 스트림은 상부 호드(2)의 영역에 있는 기체 유출구 스터브(7)를 통해 제거된다.

그 도면에 도시된 바람직한 실시양태에서, 꼭지형 콘(5), 예를 들면 바닥이 비어 있는 것은 하부 후드(2)의 영역에 배열되어 있고, 그 하부 후드(2)의 베이스에서, 그 하부 후드에 수직으로 그리고 방사상으로 금속 시이트(6)가 정렬되어 있다. 상부 후드(2)의 영역에서, 가스 유출구 스터브(7)의 주위에, 바닥이 비어 있는 드립 스커트(drip skirt)(8)가 구비되어 있다. 도 1에서 종단면 디아그램에서, 세정액을 위한 접선 방향으로 정렬된 유입구 오리피스(9)가 상부 후드(2)의 영역에서 확인가능하다.

도 2에서 횡단면 디아그램은 세정액을 위한 유입구 오리피스(9)를 나타내며, 예를 들면 3개의 오리피스가 상부 후드(2)의 영역에서 접선 방향으로 배열되어 있다. 이 도면에서, 접선방향 공급부(3) 및 중앙 기체 유출구 스터브(7)가 마찬가지로 확인가능하다.

Claims (6)

1. 원심 소적 분리기(centrifugal droplet separator)에서 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 방법으로서, 상기 원심 소적 분리기는 수직 종축 및 원형 횡단면을 갖는 형상이고, 자켓(1) 및 이 자켓(1)의 상단 및 하단에 있는 후드(2), 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림을 자켓(1)에 공급하는 접선방향 공급부(tangential supply)(3) 및 하부 후드(2)의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브(stub)(4), 및 상부 후드(2)의 영역에 있는 원심 소적 분리기에서 세정된 기체 스트림을 위한 기체 유출구 스터브(7)가 구비되어 있고, 세정액(cleaning liquid)이, 상부 후드(2)의 외연에 접선방향으로 그리고 대칭적으로 배열된 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스(9)를 통해, 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림과 동일한 방향으로 도입되는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 세정액은 연속적으로 공급되는 것인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원심 소적 분리기가 사용되고, 꼭지형 콘(apex cone)(5), 및 하부 후드의 베이스에서, 그 베이스에 수직으로 그리고 방사상으로 배열된 금속 시이트가 유출구 스터브(4) 위에 구비되어 있는 것인 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원심 소적 분리기가 사용되고, 상부 후드(2)의 영역에서 기체 유출구 스터브(7) 주위에 배열된, 바닥이 개방되어 있고, 액체 소적이 기체 유출구 스터브(7)를 통해 배출되는 기체 스트림으로부터 분리되는 드립 스커트(drip skirt)가 구비되어 있는 것인 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원심 소적 분리기가 사용되고, 상부 후드의 외연에, 세정액의 접선방향 공급을 위한 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스가 구비되어 있는 상부 후드는, 자켓(1)과 상부 후드(2) 사이의 전이부에, 세정액이 흐르는 에지를 형성하는, 자켓(1)의 원주에 대하여 절두형 콘(frustocone)의 방식으로 넓어지는 것인 방법.
6. 삭제

Images