KR101790381B1 - 질량 전달 칼럼을 위한 액체 수집 및 분배 장치와 이를 포함하는 방법 - Google Patents

Abstract

향상된 구성적 및 체적 유량 균일성으로 충전 물질의 베드를 지지하며, 상기 베드를 떠나는 액체를 수집하고 이를 아래에 놓인 충전 물질의 베드로 재분배하는 액체 수집 및 분배 장치가 제공된다. 상기 액체 수집 및 분배 장치는 액체 수집기, 액체 분배기 그리고 상기 액체 수집기와 상기 액체 분배기 사이에 위치하고 지지하는 격자형 프레임워크를 포함한다. 상기 액체 수집기와 액체 분배기의 지지에 더하여, 상기 프레임워크는 상기 액체를 증기 또는 가스 흐름으로부터 보호하면서 상기 액체 수집기로부터 상기 액체 분배기로 상기 액체를 이송하는 내부 유체 통로를 가진다.

Description

질량 전달 칼럼을 위한 액체 수집 및 분배 장치와 이를 포함하는 방법{LIQUID COLLECTION AND DISTRIBUTION DEVICE FOR MASS TRANSFER COLUMN AND PROCESS INVOLVING SAME}

본 발명은 대체로 질량 전달 및/또는 열 교환 과정들이 일어나는 칼럼들 내의 구조화된 충전과 같은 기체-액체 접촉 장치들을 지지하기 위한 장치와 방법들, 그리고 액체가 상기 기체-액체 접촉 장치들을 나온 후에 상기 액체를 수집하고 이를 다른 기체-액체 접촉 장치들에 재분배하는 장치와 방법들에 관한 것이다.

칼럼(column) 내에 흐르는 유체 흐름들 사이의 접촉을 용이하게 하도록 랜덤하고 구조화된 충전 요소들이 질량 전달 또는 열 교환 칼럼들에 이용된다. 상기 충전 요소들은 일반적으로 상승하는 및 하강하는 유체 흐름들 사이의 접촉 면적을 증가시키도록 상기 유체 흐름들이 확산될 수 있는 표면들을 제공하여 상기 질량 전달이나 열 교환을 증진시킨다. 상기 충전 요소들은 대체로 상기 칼럼의 단면을 채우는 베드(bed) 내에 정렬되며 미리 선택된 깊이 또는 높이를 가진다.

통상적으로 지지 플레이트들로 언급되는 수평하게 연장되는 지지체들이 상기 칼럼 내에 충전 요소들의 베드를 지지하는 데 사용된다. 상기 지지 플레이트들은 상승하는 기체와 하강하는 액체의 대향하는 흐름에 대한 임의의 제한을 최소화하도록 높은 비율의 개방 면적을 가져야 한다. 구조화된 충전들 및 임의의 충전들과 함께 사용되는 파형 구조들을 지지하도록 사용되는 개방 그리드(grid) 형태의 구조들과 같은 다양한 지지 플레이트 구성들이 사용된다. 상기 지지 플레이트들은 통상적으로 상기 칼럼의 쉘(shell)의 내측 표면에 고정된 지지 링에 의해 지지되며, 보다 큰 직경의 칼럼들에 있어서, 빔들(beams) 또는 트러스들(trusses) 형태의 액체 수집 및 분배 장치들이 상기 지지 플레이트들을 위한 추가적인 지지를 제공하기 위해 하나 또는 그 이상의 이격된 위치들에서 상기 칼럼 단면에 걸쳐 이어진다.

충전 요소들의 다층 베드들을 갖는 칼럼들에 있어서, 하나의 베드를 떠나는 액체가 일반적으로 수집되고 아래에 놓인 베드로 재분배된다. 이러한 액체의 수집 및 재분배는 상기 액체가 아래에 놓인 충전 베드 내로 도입되기 전에 각 충전 베드로부터 나오는 상기 액체 내에 존재하는 임의의 액체 흐름의 이상들을 교정하는 데 필수적이다. 이들 액체 흐름의 이상들은 이들이 상기 충전 베드 내에서 원하는 균일한 기채-액체 상호 작용을 방해하기 때문에 일반적으로 바람직하지 않다. 일반적으로, 액체 수집기 플레이트는 나오는 액체를 수집하고 이를 상기 수집기 플레이트 아래 및 상기 아래에 놓인 충전 베드 상부에 이격된 액체 분배기로 재분배하도록 상기 아래에 놓인 충전 베드 아래에 위치한다. 상기 액체 분배기는 이후에 상기 액체를 상기 아래에 놓인 충전 베드로 재분배한다. 선택적으로는, 결합된 수집기들 및 분배기들이 유출되는 액체를 수집하고 재분배하는 데 사용된다.

상기 충전 베드들뿐만 아니라 상기 충전 베드들과 연관된 상기 액체 수집기 및 분배기들을 지지하는 상기 액체 수집 및 분배 장치들은 그렇지 않으면 질량 전달 또는 열 교환의 목적들을 위해 사용될 수 있는 상기 칼럼의 높이의 일부를 차지한다. 새로운 칼럼들의 설계에 있어서, 이들 구성 요소들을 수용하도록 추가적으로 칼럼 높이가 제공될 수 있으므로 상기 칼럼 내에서 원하는 질량 전달 또는 열 교환이 이루어질 수 있지만, 이러한 추가적인 높이는 상기 칼럼들을 위한 물질들의 비용을 증가시킨다. 기존의 칼럼의 개조의 경우에 있어서, 이들 구성 요소들에 의해 점유되는 공간이 상기 칼럼 내에서 구현될 수 있는 질량 전달이나 열 교환을 제한하게 된다.

이에 따라, 충전 베드들의 지지체들과 이러한 베드들 사이에서 액체의 수집 및 분배를 개선할 필요성이 존재한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 외부 쉘과 질량 전달 및/또는 열 교환이 일어나도록 예정된 내부 영역을 구비하는 칼럼 내에 설치되는 액체 수집 및 분배 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되는 액체 수집기, 상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되고 상기 칼럼의 쉘에 의해 지지되는 대향하는 단부들을 갖는 적어도 하나의 프레임워크, 상기 프레임워크 아래에 놓이고 지지되는 액체 분배기, 그리고 상기 프레임워크 내에 형성되는 내부 유체 통로를 포함한다. 상기 액체 수집기는 상기 칼럼의 내부 영역 내에서 하강하는 액체를 수집하기 위해 서로에 대해 평행한 관계로 길이 방향으로 연장되는 복수의 수집 채널들을 구비한다. 상기 수집 채널들은 상기 수집 채널들 내에 수집된 액체를 상기 프레임워크 내의 상기 내부 유체 통로 내로 배출하기 위한 유출구들을 가진다. 상기 액체는 상기 내부 유체 통로에 의해 상기 액체 분배기로 하방으로 이송되어, 이후에 상기 액체가 아래에 놓인 충전 물질의 베드 또는 다른 칼럼 내부로 균일하게 분포된다. 상기 아래에 놓인 액체 분배기를 지지하는 것에 더하여, 상기 프레임워크는 상기 액체 수집기 아래에 놓이고 지지한다. 충전 물질의 베드 또는 다른 칼럼 내부가 상기 액체 수집기 상에 직접 위치할 수 있음에 따라, 상기 프레임워크에 의해 지지된다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 외부 쉘과 질량 전달 및/또는 열 교환이 일어나는 내부 영역을 구비하는 칼럼 내에 설치되는 액체 수집 및 분배 장치를 이용하여 액체를 수집하고 재분배하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되는 액체 수집기의 수집 채널들 내에 상기 칼럼의 내부 영역 내에서 하강하는 액체를 수집하는 단계, 상기 수집 채널들 내에 수집된 상기 액체를 상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되는 프레임워크 내에 형성되는 내부 유체 통로로 이송하고, 상기 액체를 상기 내부 유체 통로를 통해 흐르게 하는 단계, 그리고 상기 프레임워크 내의 상기 내부 유체 통로로부터 상기 액체를 상기 프레임워크 아래에 놓이고 지지되는 액체 분배기로 전달하는 단계를 포함한다. 상기 프레임워크는 상기 칼럼의 쉘에 의해 지지되는 대향하는 단부들을 가지고 상기 액체 수집기에 대해 아래에 놓이고 지지하는 관계로 위치한다. 이러한 방식에 있어서, 상기 프레임워크는 상기 액체 수집기와 상기 액체 분배기를 지지하며, 또한 충전 물질의 상부 베드 또는 상기 액체 수집기 상에 위치하는 다른 칼럼 내부 요소들을 지지할 수 있다. 상기 방법은 상기 유체가 상기 충전 물질의 상부 베드 또는 다른 칼럼 내부 요소들로부터 수집된 후 및 상기 액체가 충전 물질의 하부 베드 또는 다른 칼럼 내부 요소들로 재분배되기 전에 그 체적 유량 균일성 이외에도 구성적 균일성을 향상시키도록 상기 액체를 부분적으로 혼합하는 단계를 포함한다.

도 1은 질량 및/또는 열 전달이 일어나도록 예정된 칼럼의 측부 정면도이며 내부 구성 요소들을 개략적으로 나타내기 위해 칼럼 쉘의 부분들이 절개되어 있다.
도 2는 도 1의 칼럼의 부분 사시도이며 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 액체 수집 및 분배 장치를 나타낸다.
도 3은 도 2의 칼럼과 액체 수집 및 분배 장치의 상면도이다.
도 4는 도 2의 액체 수집 및 분배 장치의 측부 정면도이다.
도 5는 도 2의 액체 수집 및 분배 장치의 단부 정면도이다.
도 6은 도 5의 화살표들 방향으로 6-6 라인을 따라 자른 도 1의 액체 수집 및 분배 장치의 측부 정면도이다.
도 7은 도 6의 화살표들 방향으로 확대된 크기로 나타낸 7-7 라인을 따라 자른 도 1의 액체 수집 및 분배 장치의 부분 단부 정면도이다.
도 8은 도 6의 화살표들 방향으로 8-8 라인을 따라 자른 도 2의 액체 수집 및 분배 장치의 부분 단부 정면도이다.
도 9는 구성을 상세하게 나타내기 위해 부분들이 절개된 도 2의 액체 수집 및 분배 장치의 부분 측부 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 액체 수집 및 분배 장치의 일부의 부분 측부 정면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 바와 유사한 부분 측부 정면도이지만, 본 발명의 액체 수집 및 분배 장치의 다른 실시예를 나타낸다.
도 12는 도 10 및 도 11에 도시한 바와 유사한 부분 측부 정면도이지만, 본 발명의 액체 수집 및 분배 장치의 또 다른 실시예를 나타낸다.

보다 상세하게 도시한 도면들에서 처음으로 도 1을 참조하면, 대향하여 흐르는 유체 흐름들 사이에서 질량 전달 및/또는 열 교환이 일어나도록 예정되는 과정들에 적절하게 사용되기 위한 칼럼(column)이 대체로 참조 부호 10으로 도시된다. 칼럼(10)은, 비록 본 발명의 범주 내에서 다각형을 포함하는 다른 구성도 가능하지만, 대체로 실린더형의 구성인 수직한 외부 쉘(shell)(12)을 포함한다. 쉘(12)은 임의의 적절한 직경과 높이를 가지며, 바람직하게는 상기 유체들 및 상기 칼럼(10)의 동작 동안에 존재하는 조건들에 대해 불활성이거나 이들과 양립할 수 있는 하나 또는 그 이상의 경질 물질들로부터 구성된다.

칼럼(10)은 분류 생성물들을 수득하도록 및/또는 그렇지 않으면 상기 유체 흐름들 사이의 질량 전달 및/또는 열 교환을 야기하도록 통상적으로 액체 및 증기 흐름들인 유체 흐름들을 처리하기 위해 사용되는 형태이다. 예를 들면, 칼럼(10)은 대략 대기압, 윤활 진공, 대략 진공, 유체 또는 열적 분해(cracking) 분별(fractionating), 코커(coker) 또는 비스브레이커(visbreaker) 분별, 코크 스크러빙(coke scrubbing), 반응기 배기가스 스크러빙, 가스 담금질, 식용유 탈취, 오염 제어 스크러빙 및 다른 과정들이 일어나는 하나가 될 수 있다.

상기 칼럼(10)의 쉘(12)은 상기 유체 흐름들 사이에 원하는 질량 전달 및/또는 열 교환이 일어나는 개방 내부 영역(14)을 한정한다. 통상적으로는, 상기 유체 흐름들은 하나 또는 그 이상의 상승하는 증기 흐름들 및 하나 또는 그 이상의 하강하는 액체 흐름들을 포함한다. 선택적으로는, 상기 유체 흐름들은 상승하고 하강하는 액체 흐름들 모두 또는 상승하는 기체 흐름과 하강하는 액체 흐름을 포함할 수 있다.

상기 유체 흐름들은 상기 칼럼(10)의 높이를 따라 적절한 위치들에 위치하는 임의의 숫자의 공급 라인들(16)을 통해 상기 칼럼(10)으로 안내된다. 하나 또는 그 이상의 증기 흐름들이 또한 상기 공급 라인들(16)을 통해 상기 칼럼(10) 내로 도입되기 보다는 상기 칼럼(10) 내에서 발생될 수 있다. 또한, 상기 칼럼(10)은 통상적으로 증기 생성물이나 부산물을 제거하기 위한 오버헤드 라인(overhead line)(18)과 상기 칼럼(10)으로부터 액체 생성물이나 부산물을 제거하기 위한 바닥 흐름 배출 라인(takeoff line)(20)을 포함하게 될 것이다. 환류 흐름 라인들, 리보일러들(reboilers), 응축기들, 증기 혼들(vapor horns) 및 이와 유사한 것들과 같은 통상적으로 존재하는 다른 칼럼 구성 요소들은 이들이 본래 통상적이며 이러한 구성 요소들의 예시가 본 발명의 이해를 위해서 필수적이지 않는 것으로 여겨지므로 도면들에는 도시하지 않았다.

하나 또는 그 이상의 충전 물질(packing material)의 영역들 또는 베드들(beds)(22)은 상기 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14) 내에 위치한다. 상기 충전 물질은 상기 출전 물질의 추출 형태는 본 발명의 목적들을 위해서는 중요하지 않기 때문에 도 1에 개략적으로 도시한 임의의 충전들 및 구조화된 충전들의 다양한 형태들 중에서 임의의 것이 될 수 있다. 각각의 충전 물질의 베드들(22)은 바람직하게는 상기 칼럼(10) 내의 상기 개방 내부 영역(14)의 전체적인 수평 단면을 점유한다. 상기 베드들(22)은 상기 칼럼(10) 내의 일부 내에서 일어나는 특정한 공정 응용예에 근거하여 미리 선택되는 높이를 가질 수 있다. 각 베드(22) 내의 상기 충전 물질의 유형은 다른 베드들(22) 내의 충전 물질과 동일하거나 상이할 수 있다. 이와 유사하게, 각 베드(22)의 높이가 다른 베드들(22)의 높이와 동일하거나 다를 수 있다.

본 발명에 따르면, 각 충전 물질의 베드(22)는 도 1에 개략적으로 도시한 액체 수집 및 분배 장치(24)에 의해 지지된다. 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)는 위에 놓인 충전 물질의 베드(22)의 하부 표면에 접촉되며, 아래에 놓인 충전 물질의 베드(22)의 상부 표면 상으로 미리 선택된 거리로 이격된다. 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)와 상기 아래에 놓인 충전 물질의 베드(22)의 상부 표면 사이의 분리 거리는 특정한 공정 응용예들에 기초하여 선택된다.

도 1에 개략적으로 도시한 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)의 일 실시예는 도 2 내지 도 10에 보다 상세하게 도시된다. 액체 수집 및 분배 장치(24)는 공통 평면 내에 놓이고 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)의 상단에서 서로에 대해 평행한 관계로 연장되는 복수의 상부 수집 채널들(26)을 구비하는 액체 수집기(25)를 포함한다. 상기 액체 수집기(25)는 또한 유사하게 서로에 대해 평행한 관계로 연장되고 상기 상부 수집 채널들(26)의 평면 아래에 짧은 거리로 이격되는 평면 내에 위치하는 복수의 하부 수집 채널들(28)을 구비한다. 상기 상부 및 하부 수집 채널들(26, 28)은 상기 개방 내부 영역(14)의 전체적인 또는 거의 전체적인 단면을 차지하며, 상기 하부 수집 채널(28)들이 상기 상부 수집 채널들(26)로부터 오프셋(offset)되도록 배열된다. 상기 상부 및 하부 채널들(26, 28)의 수직 이격은 상기 액체 수집기(25)를 통한 상방으로의 증기 또는 가스 흐름의 원하는 체적 유량을 허용하는 충분한 개방 체적 흐름을 제공하도록 선택된다.

일 실시예에 있어서, 각 상부 수집 채널(26)은 각각의 인접하는 상부 수집 채널(26)로부터 수평하게 이격되며, 각 하부 수집 채널(28)도 이와 유사하게 각각의 인접하는 하부 수집 채널(28)로부터 수평하게 이격된다. 이러한 방식으로 배열될 때, 상부 수집 채널(26)은 각 인접하는 하부 수집 채널들(28)의 쌍의 사이 및 그 상부에 위치하여, 상기 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14) 내에서 하강하는 모든 액체가 상부 수집 채널들(26) 또는 하부 수집 채널들(28)에 의해 포집된다. 상기 상부 수집 채널들(26)의 폭은 상기 하부 수집 채널들(28)의 폭과 동일하거나 다를 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 상부 수집 채널들(26)의 전체적인 수평 표면 면적은 대략적으로 상기 하부 수집 채널들(28)의 전체적인 수평 표면 면적과 동일하다.

상기 상부 및 하부 수집 채널들(26, 28)의 다른 배열들이 가능하며, 이는 본 발명의 범주 내에 속한다. 예를 들면, 일부 또는 모든 영역들 내에서, 상기 상부 및 하부 수집 채널들(26, 28)이 상기 상부 수집 채널들(26)의 전체적인 수평 표면 면적이 상기 하부 수집 채널들(28)의 전체적인 수평 표면 면적 보다 작거나 또는 크도록 크기 조절 및/또는 배열될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 상부 및/또는 하부 수집 채널들(26, 28)이 그룹화될 수 있으므로, 둘 또는 그 이상의 트로프들(troughs)(26 또는 28)이 측면-측면-측면 관계로 위치하고, 트로프들(26 또는 28)의 유사한 그룹들로부터 이격된다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 상부 수집 채널들(26) 또는 상기 하부 수집 채널들(28)이 생략될 수 있으므로 나머지 상부 또는 하부 수집 채널들(26, 28)이 상기 액체 수집기(25)를 통해 하강하는 상기 액체의 일부만을 포집할 수 있다.

상기 액체 수집 및 분배 장치(24)는 적어도 하나의 상기 액체 수집기(25) 아래에 위치하고 이를 지지하는 프레임워크(framework)(30)와 상기 프레임워크(30)의 아래에 위치하고 지지되는 액체 분배기(32)를 더 포함한다. 특히, 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)는 상기 프레임워크(30)가 상기 액체 수집기(25) 및 액체 분배기(32)를 지지할 뿐만 아니라 상기 액체 수집기(25)로부터 액체를 수용하고 이를 상기 액체 분배기(32)로 이송하는 하나 또는 그 이상의 내부 유체 통로들(34)을 가지는 방식으로 구성된다.

단일 프레임워크(30) 대신에, 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)는 복수의 수평하게 이격되고 나란한 프레임워크들(30)을 포함할 수 있으며, 각 프레임워크(30)는 상기 액체 수집기(25)로부터 상기 액체의 일부를 상기 액체 분배기(32)로 이송한다. 일부 응용예들에 있어서, 각 프레임워크(30)는 다른 프레임워크들(30)과 같이 대략 동일한 체적 유량의 액체를 이송한다. 다른 응용예들에 있어서, 상기 프레임워크들(30)은 다른 체적 유량의 액체를 이송할 수 있다.

각 프레임 워크(30)는 선형으로 연장되며, 그 대향하는 단부들에서 상기 칼럼 쉘(12)에 의해 지지된다. 상기 칼럼 쉘(12)에 용접되거나 그렇지 않으면 고정되는 브라켓들(brackets)(36)이 상기 쉘(12) 상에 상기 프레임워크(30)를 지지하도록 상기 프레임워크(30)의 각 단부에 연결될 수 있다. 선택적으로는, 상기 칼럼(12)에 고정된 지지 링(도시되지 않음)이 상기 프레임워크(30)의 대향하는 단부들을 지지하는 데 사용될 수 있다. 지지하는 다른 수단이 또한 상기 브라켓들(36) 및 지지 링을 대체하거나 추가적으로 사용될 수 있다.

각 프레임워크(30)는, 상기 프레임워크(30)에 충분한 강도 및 강성을 제공하며, 상기 칼럼(10)의 동작 동안에 상기 액체 수집기(25), 액체 분배기(32) 및 유체 흐름들에 의해 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)에 가해지는 부하들을 지지하는 방식으로 상호 연결된 프레임 부재들(38)을 포함한다. 상기 프레임 부재들(38)은 또한 하나 또는 그 이상의 내부 유체 통로들(34)을 형성하도록 부분적으로 또는 완전히 내측으로 개방된다.

도 2 내지 도 10에 예시한 실시예에 있어서, 상기 프레임 부재들(38)은 수평하게 연장되는 상부 트러스 코드(truss chord)(40), 상기 상부 트러스 코드(40) 아래로 이격되고 수평하게 연장되는 하부 트러스 코드(42), 그리고 상기 상부 및 하부 트러스 코드들(40, 42) 사이에서 연장되는 복수의 경사진 스트럿들(struts)(44)을 구비하는 삼각형 트러스 구조(truss structure) 내로 형성된다. 상기 스트럿들(44)은 각 스트럿(44)의 상부 단부가 하나의 인접하는 스트럿(44)의 상부 단부에 인접하고, 각 스트럿(44)의 하부 단부가 다른 인접하는 스트럿(44)의 하부 단부에 인접하도록 배열되며, 이에 따라 상기 상부 및 하부 트러스 코드들(40, 42)을 갖는 삼각형의 기하학적 패턴을 형성한다. 상기 스트럿들(44)의 다른 기하학적 배열도 가능하며, 이는 본 발명의 범주 내에 속한다. 그러나 하나의 예로서, 상기 스트럿들(44)이 도 12에 도시한 바와 같이 정사각형 또는 직사각형의 기하학적 패턴을 형성하도록 상기 상부 및 하부 트러스 코드들(40, 42)에 대해 직교하여 연장될 수 있다.

도 7 및 도 8을 보다 상세하게 참조하면, 상기 상부 트러스트 코드(40)는 단면이 대체로 박스 형상이며, 플로어(floor)(48)에 의해 결합되는 측벽들(46)을 구비한다. 상기 상부 트러스 코드(40)는 그 상단에서 상기 상부 수집 채널들(26)이 위치하는 지지 표면을 제공하는 내측으로 또는 외측으로 연장되는 플랜지들(flanges)(50)을 가지고 대체로 개방될 수 있다. 상기 상부 수집 채널들(26)은 너트와 볼트 어셈블리들(52)에 의하거나 다른 적절한 수단에 의해 상기 플랜지들(50)에 고정될 수 있다. 예시한 실시예에 있어서, 각 상부 수집 채널(26)은 선형으로 배열되는 트로프 세그먼트들(trough segments)(54)에 의해 형성되며, 그 단부들은 액체가 상기 상부 수집 채널(26)로부터 상기 상부 트러스 코드(40) 내로 이를 통해 흐르는 유출구들(56)을 형성하도록 상기 상부 트러스 코드(40)의 상단 상에 놓인 면적 내에서 약간 이격된다. 물론, 상기 유출구(56)가 다른 방식들로 형성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일예로서, 상기 상부 수집 채널(26)은 트로프 세그먼트들(50)을 분리하여 형성되기 보다는 단일화된 부재로서 형성될 수 있으며, 상기 유출구(56)는 하나 또는 그 이상의 측벽들과 상기 상부 수집 채널(26)의 플로어 내에 개구(도시되지 않음)로서 형성된다.

상기 하부 수집 채널들(28)은 상기 상부 트러스 코드(40)의 측벽들(46) 내에 형성된 개구들(58)을 통해 연장된다. 상기 상부 수집 채널들(26)과 같이, 상기 하부 수집 채널들(28)은 트로프 세그먼트들(60)의 단부들 사이의 공간에 유출구들(62)을 형성하는 선형으로 배열되고 이격되는 트로프 세그먼트들(60)로부터 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 하부 수집 채널들(28) 내의 상기 트로프 세그먼트들(60)의 단부들 사이의 공간이 상기 상부 수집 채널들(26) 내의 상기 트로프 세그먼트들(54)의 단부들 사이의 공간 보다 크므로, 상부 유출구들(56)을 통해 나오는 액체가 하부 유출구들(62)로부터 나오는 액체에 의해 방해받지 않으며 방해하지 않는다. 광톤 세그먼트들(60)로부터 형성될 때에 비록 상기 하부 수집 채널들(28)이 일반적으로 설치되기 용이하지만, 이들은 하나 또는 그 이상의 상기 하부 수집 채널(28)의 측벽들과 플로어 내에 형성되는 상기 유출구들(62)과 함께 단일화된 부재로 형성될 수 있다. 상기 개구들(58)에서 내측으로 또는 외측으로 연장되는 플랜지들(64)과 너트 및 볼트 어셈블리들(64)은 상기 하부 수집 채널들(28)을 평면 내에 지지하고 체결하는 데 사용될 수 있다.

각 상부 트러스 코드(40)의 플로어(48)는 상기 상부 트러스 코드(40)와 상기 스트럿들(44)의 각 교차점에 위치하는 개구(68)를 포함한다. 이러한 방식에 있어서, 상기 하부 수집 채널들(26)의 유출구들(56, 62)로부터 상기 상부 트러스 코드(40)로 들어가는 액체는 상기 스트럿들(44)을 통해 하방으로 하강할 수 있다. 상기 스트럿들(44)은 도 2 내지 도 10 및 도 12에 예시한 실시예들에서 나타낸 바와 같이 단면이 정사각형이나 직사각형이 될 수 있거나 도 11에 도시한 바와 같이 단면이 원형이나 타원형이 될 수 있다.

각 하부 트러스 코드(42)의 상단(70)은 마찬가지로 상기 하부 트러스 코드(42)와 상기 스트럿들(44)의 교차점에서 개구(71)를 포함하여 액체가 상기 스트럿들(44)로부터 상기 하부 트러스 코드(42) 내로 흐를 수 있다. 상기 하부 트러스 코드들(42)은 이들의 바닥에서 개방될 수 있거나, 액체가 상기 하부 트러스 코드들(42)을 떠나게 하는 적절한 개구들(도시되지 않음)을 갖는 플로어가 제공될 수 있다. 예시한 실시예들에 있어서, 각 하부 트러스 코드(42)는 그 바닥에서 개방되며, 디퓨저(diffuser) 플레이트(72)가 상기 스트럿들(44)을 떠나는 액체의 하향 운동량(momentum)을 수용하고 방해하도록 상기 하부 트러스 코드(42)의 상단 내의 상기 개구(71) 아래로 이격된 위치에서 상기 하부 트러스 코드(42)의 측벽들 사이에 연장된다. 상기 디퓨저 플레이트(72)는, 상기 디퓨저 플레이트(72)에 의해 방향이 바뀌고 상기 디퓨저 플레이트(72)의 단부들로부터 하방으로 지나는 상기 액체의 균형 유지와 함께 상기 디퓨저 플레이트(72)를 통한 상기 액체의 일부의 통로를 제공하는 복수의 홀들(74)을 포함한다. 상기 디퓨저 플레이트(72)는 선택적으로 상기 하부 트러스 코드(42)의 전체 길이로 연장되는 단일화된 부재로 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 액체 분배기(32)는 각기 하부 트러스 코드(42)에 관련되어 정렬되고 아래에 놓이는 복수의 예비-분배 채널들(76)을 포함한다. 상기 액체 분배기(32)는 각 예비-분배 채널(76)과 연관된 구획 박스(parting box)(78)를 추가적으로 포함한다. 상기 예비-분배 채널(76)은 상기 구획 박스(78) 내에 위치하고 그 길이를 따라 연장된다. 상기 예비-분배 채널(76)은 상기 구획 박스(78)의 측벽들에 용접되는 브라켓들(brackets)(도시되지 않음)에 의하는 것과 같은 임의의 적절한 방식으로 지지될 수 있다. 상기 예비-분배 채널(76)은 상기 연관된 하부 트러스 코드(42)로부터 나오는 액체를 수용하도록 상단에서 개방되거나, 그 상단 내에 개구들(도시되지 않음)을 가진다. 상기 예비-분배 채널(76)은 상기 액체가 상기 예비-분배 채널(76)의 개방 상단으로 넘쳐흐르고 상기 구획 박스(78) 내로 하방으로 흐르기 전에 상기 액체의 운동 에너지를 소멸시키는 데 기여한다. 상기 구획 박스들(78)은 이후에 상기 액체를 균일한 분배로 상기 아래에 놓인 충전 물질의 베드(22)로 전달하는 아래에 놓인 분배 트로프들(도시되지 않음)에 대해 상기 액체를 계측하는 데 기여한다. 본 발명의 범주 내에서 예시한 트로프형 액체 분배기들(32) 대신에 액체 분배기들(32)의 다른 유형들이 사용될 수 있다. 그렇지만 두 가지 예들로서, 데크(deck) 분배기들과 파이프 암(pipe arm) 액체 분배기들이 사용될 수 있다.

상기 구획 박스들(78)은 너트 및 볼트 어셈블리들(88)에 의하거나 다른 수단에 의해 상기 하부 트러스 코드(42) 상의 외측으로 연장되는 플랜지들(86)에 고정되는 지지 행거들(84)에 의해 지지된다. 이러한 방식에 있어서, 상기 액체 분배기(32)는 상기 액체 수집기(25)와 상기 충전 물질의 베드(23)도 지지하는 상기 프레임워크(30)에 의해 지지된다.

상기 액체 수집 및 분배 장치(24)를 이용하여 액체를 수집하고 재분배하는 방법에 있어서, 상기 액체 수집기(25)는 상기 개방 내부 영역(14) 내의 상기 충전 물질의 베드(22)로부터 하강하는 액체를 수집하고, 이를 상기 프레임워크들(30) 내의 상기 내부 유체 통로들(34)로 이송한다. 상기 액체는 상기 액체가 상기 내부 통로들(34)을 통해 흐르고 상기 액체 분배기(32)로 전달될 때에 상승하는 증기 또는 기체 흐름으로부터 보호된다. 상기 액체는 이후에 상기 액체 분배기(32)에 의해 보다 균일한 흐름으로 상기 아래에 놓인 충전 물질의 베드(22) 또는 상기 칼럼(10)의 다른 내부 구성 요소로 재분배된다.

상기 액체 수집 및 분배 장치(24)의 구성 요소들을 통한 액체의 흐름은 액체 흐름을 위하거나 구성적인 잘못된 분배들을 수정하거나, 그렇지 않으면 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)의 다른 부품들로부터의 액체의 혼합을 이루는 방식으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 수집 채널 내의 보다 많거나 전체 액체가 두 개의 프레임워크들(30) 내의 상기 내부 유체 통로들(34) 내로 균등하게 분산되기 보다는 하나의 프레임워크(30) 내의 상기 내부 유체 통로(34)로 흐르게 하도록 격벽들(80)이 상기 상부 및/또는 하부 수집 채널들(26, 28)을 따라 일측 단부에 또는 중간 위치들에 배치될 수 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 격벽들(80)은 상기 상부 수집 채널들(26)의 트로프 세그먼트들(54)의 일측 단부에 및 상기 하부 수집 채널들(28)의 트로프 세그먼트들(60)의 대향하는 단부에 위치한다. 하나의 선택적인 예로서, 상기 격벽들(80)은 상기 상부 수집 채널들(26)의 인접하는 트로프 세그먼트들(54)의 대향하는 단부들에 및 상기 하부 수집 채널들(28)의 인접하는 트로프 세그먼트들(60)의 대향하는 단부들에 위치할 수 있다. 상기 격벽들(80)의 다른 배열들이 가능하며, 이는 본 발명의 범주 내에 속한다.

상기 상부 트러스 코드(40) 내의 전부 또는 일부의 액체를 인접하는 개구들(68) 사이에 균등하게 분산시키기 보다는 하나의 개구(68)로 안내하도록 격벽들(82)이 마찬가지로 상기 상부 트러스 코드들(40) 내에 위치할 수 있다. 다른 응용예들에 있어서, 도 9에 예시한 바와 같이, 상기 격벽들(82)은 정확하게 레벨에 있지 않은 상부 트러스 코드들(40)을 위해 보충하도록 인접하는 개구들(68) 사이에 중심적으로 위치할 수 있다. 이러한 응용예들에 있어서, 상기 액체가 인접하는 개구들(68) 중에서 보다 낮은 하나로 우선적으로 흐르려는 경향을 가질 수 있지만, 상기 격벽(82)이 상기 액체를 균등한 양으로 상기 인접하는 개구들(68) 내로 흐르게 한다.

이에 따라 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)가 상기 프레임워크들(30)에 의해 지지되는 상기 액체 수집기(25), 상기 충전 물질의 베드(22) 및 상기 액체 분배기(32)를 구비함에 따라, 이러한 구성 요소들 각각을 위한 별도의 지지 구조물들에 대한 필요가 없어짐을 알 수 있을 것이다. 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)는 이에 따라 종래의 지지 구조물들에 비해 상기 칼럼(10)의 높이를 보다 적게 차지하며, 일부 예들에 있어서는 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)가 설치되는 각 위치에서 1미터 또는 그 이상의 칼럼 높이가 감소된다. 이러한 높이의 감소는 초기 칼럼 설계 또는 기존의 칼럼의 개조에 보다 큰 유연성을 부여하며, 재료 절감 및/또는 개선된 성능을 가져온다. 상기 상부 및 하부 액체 수집 채널들(26, 28)의 바로 아래의 상기 상부 트러스 코드(42)의 배치는 이들 구성 요소들이 상기 칼럼(10)의 동작 동안에 이동을 위해 제한된 기회를 갖는 위치에 안정적으로 고정되게 한다. 마찬가지로, 상기 하부 트러스 코드(42)에 대한 상기 액체 분배기(32)의 직접적인 체결은 설치 동안에 상기 예비-분배 채널(76)과 구획 박스(78)의 평탄화를 용이하게 하며 상기 칼럼(10)의 동작 동안에 액체와 함께 적재될 때에 이들 구성 요소들의 쳐짐이나 다른 편향을 제한한다. 더욱이, 상기 액체 수집 및 분배 장치(24)는 액체가 재분배되기 전에 수집된 액체의 보다 바람직한 혼합을 구현함으로써, 액체의 보다 균일한 흐름뿐만 아니라 이러한 흐름 내의 보다 균일한 조성을 제공한다.

상술한 바로부터, 본 발명이 상기 구조에 고유한 다른 이점들과 함께 앞에서 설정된 모든 결과들과 목적들을 구현하도록 잘 적용된 하나가 됨을 알 수 있을 것이다.

특정한 특징들과 하위 조합들도 유용하며 다른 특징들과 하위 조합들을 참조하지 않고 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 점은 본 발명의 범주 내에서 고려되며 속하는 것이다.

많은 가능한 실시예들이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있기 때문에, 여기서 설정되거나 첨부된 도면들에 도시된 모든 상황이 예시적인 것으로서 한정하려는 의미는 아닌 것으로 해석되는 점을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 외부 쉘(shell)과 질량 전달 및/또는 열 교환이 일어나도록 예정된 내부 영역을 구비하는 칼럼(column) 내에 설치되는 액체 수집 및 분배 장치에 있어서,
   상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되며, 상기 칼럼의 내부 영역 내에서 하강하는 액체를 수집하기 위해 서로에 대해 평행한 관계로 길이 방향으로 연장되는 복수의 수집 채널들을 구비하는 액체 수집기를 포함하고, 상기 수집 채널들은 상기 수집 채널들 내에 수집될 때에 액체를 배출하기 위한 유출구들을 가지며;
   상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되고, 상기 칼럼의 쉘에 의해 지지되는 대향하는 단부들을 가지는 적어도 하나의 프레임워크(framework)를 포함하며, 상기 프레임워크는 상기 액체 수집기 아래에 위치하고 지지하는 관계로 배치되고;
   상기 프레임워크 아래에 놓이고 지지되는 액체 분배기; 그리고
   상기 프레임워크 내에 형성되며, 상기 수집 채널들의 유출구들로부터 배출된 액체를 수용하고 이를 상기 액체 분배기로 이송하도록 구성되는 내부 유체 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 수집 채널들은 서로에 대해 평행한 관계로 길이 방향으로 연장되는 상부 수집 채널들 및 서로에 대해 평행한 관계로 길이 방향으로 연장되는 하부 수집 채널들을 포함하며, 상기 하부 수집 채널들은 상기 상부 수집 채널들에 대해 오프셋(offset) 관계로 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 수집 채널들은 제1 공통 수평 평면 내에 놓이고, 상기 하부 수집 채널들은 상기 제1 공통 수평 평면 아래에 미리 선택된 거리로 이격되는 제2 공통 수평 평면 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 프레임워크는 트러스 구조(truss structure)를 형성하는 상호 연결된 프레임 부재들을 포함하며, 상기 내부 유체 통로는 상기 상호 연결된 프레임 부재들 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 트러스 구조는 수평하게 연장되는 상부 트러스 코드(truss chord), 상기 상부 트러스 코드 아래에 수평하게 연장되는 하부 트러스 코드, 그리고 상기 상부 및 하부 트러스 코드들 사이의 복수의 스트럿들(struts)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스트럿들은 경사지며, 상기 상부 및 하부 트러스 코드들과 함께 삼각형의 기하학적 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 스트럿들은 상기 상부 및 하부 트러스 코드들에 대해 직교하여 연장되며, 상기 상부 및 하부 트러스 코드들과 함께 정사각형 또는 직사각형의 기하학적 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 5 항에 있어서, 수평하게 이격되고 평행한 관계로 배치되는 복수의 상기 프레임워크들을 포함하며, 각각의 상기 프레임워크들은 적어도 하나의 상기 내부 유체 통로들을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 적어도 일부의 상기 수집 채널들은 상기 프레임워크들의 상부 트러스 코드들 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 액체 수집기 상에 지지되는 충전 물질의 베드(bed)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 외부 쉘과 질량 전달 및/또는 열 교환이 일어나는 내부 영역을 구비하는 칼럼 내에 설치되는 액체 수집 및 분배 장치를 이용하여 액체를 수집하고 재분배하는 방법에 있어서,
    상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되는 액체 수집기의 수집 채널들 내에 상기 칼럼의 내부 영역 내에서 하강하는 액체를 수집하는 단계를 포함하며, 상기 수집 채널들은 서로에 대해 평행하고 이격되는 관계로 연장되며;
    상기 수집 채널들 내에 수집된 상기 액체를 상기 칼럼의 내부 영역을 가로질러 연장되는 프레임워크 내에 형성되는 내부 유체 통로로 이송하고, 상기 액체를 상기 내부 유체 통로를 통해 하향으로 흐르게 하는 단계를 포함하며, 상기 프레임워크는 상기 칼럼의 쉘에 의해 지지되는 대향하는 단부들을 가지고 상기 액체 수집기에 대해 아래에 놓이고 지지하는 관계로 위치하며;
    상기 프레임워크 내의 상기 내부 유체 통로로부터 상기 액체를 상기 프레임워크 아래에 놓이고 지지되는 액체 분배기로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 프레임워크는 트러스 구조를 형성하는 상호 연결된 프레임 부재들을 포함하며, 상기 내부 유체 통로는 상기 상호 연결된 프레임 부재들 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 액체를 수집하는 단계는, 서로에 대해 평행한 관계로 길이 방향으로 연장되는 상부 수집 채널들 및 서로에 대해 평행한 관계로 길이 방향으로 연장되는 하부 수집 채널들 내의 액체를 수집하는 단계를 포함하며, 상기 하부 수집 채널들은 상기 상부 수집 채널들에 대해 오프셋 관계로 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 상부 수집 채널들은 제1 공통 수평 평면 내에 놓이며, 상기 하부 수집 채널들은 상기 제1 공통 수평 평면 아래에 미리 선택된 거리로 이격되는 제2 공통 수평 평면 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 트러스 구조는 수평하게 연장되는 상부 트러스 코드, 상기 상부 트러스 코드 아래에 이격되는 수평하게 연장되는 하부 트러스 코드, 그리고 상기 상부 및 하부 트러스 코드들 사이에서 연장되는 복수의 스트럿들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 스트럿들은 경사지며, 상기 상부 및 하부 트러스 코드들과 함께 삼각형의 기하학적 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 스트럿들은 상기 상부 및 하부 트러스 코드들에 대해 직교하여 연장되며, 상기 상부 및 하부 트러스 코드들과 함께 정사각형 또는 직사각형의 기하학적 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 수집 채널들 내의 상기 액체를 수평하게 이격되는 평행한 관계로 위치하는 복수의 상기 프레임워크들로 이송하는 단계를 포함하며, 각각의 상기 프레임워크들은 적어도 하나의 상기 내부 유체 통로들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 적어도 일부의 상기 수집 채널들은 상기 프레임워크들의 상부 트러스 코드들 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 18 항에 있어서, 상기 액체 분배기로부터 아래에 놓인 충전 물질의 베드로 상기 액체를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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