KR101922067B1 - 유동성 가스/고체 혼합물 내의 가스분리 방법 - Google Patents

유동성 가스/고체 혼합물 내의 가스분리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동성 가스/고체 혼합물로부터 가스를 분리하는 가스분리 방법으로서, 하나 이상의 가스 주입, 선택적으로 유동성 베드에서 하나 이상의 고체 주입 및 배출, 및 유동성 베드에서 가스의 배출을 포함하는, 가스분리 방법에 있어서, 공극률이 0.7보다 큰 유동성 베드의 부분에 설치된 내부 요소를 이용하여, 가스에 의해 포착된 고체를 분리하는 단계를 포함하며, 상기 내부 요소는 유동성 베드의 통로에 대하여 자유 단면의 10% 미만을 점유하는 것을 특징으로 하는 가스분리 방법에 관한 것이다.

Description

유동성 가스/고체 혼합물 내의 가스분리 방법{METHOD FOR SEPARATING GAS IN A FLUIDIZED GAS/SOLID MIXTURE}
본 발명은 가스/고체의 유동성 혼합물에서 가스를 분리하기 위한 방법에 대한 것이며, 이 방법을 실행하기 위한 반응기에 대한 것이고, 산업적으로 활성인 물질용 산업 전환 유닛들, 특히, 유체 촉매분해(FCC) 유닛들의 산업 최적화용의 적절한 반응기에 이 방법을 사용하기 위한 용도에 대한 것이다.
수년간 제조업자들은 가스/고체의 유동성 혼합물을 함유하는 반응기의 배출구에서 회수된 가스를 분리하는 데 집중하였다. 특히, 그러한 혼합물에서, 가스는 고체 입자들을 포획하고 가스 속도가 높을수록 더욱 그러하였다. 그러한 혼합물의 배출구에 효율적인 사이클론 분리기를 설치함이 통상적이다. 그러나, 이들 사이클론은 가스에 의해 포획된 고체입자의 양 및/또는 속도가 높을 때 신속히 마모되고, 상기 입자들은 상기 사이클론들의 내벽에 부식 효과를 가졌다.
부식 면에서 사이클론의 수명은 가스에 의해 포착된 고체 농도 및 후자의 속도 양자에 의해 감소한다. 그러므로 가스의 속도와 고체의 농도가 낮을수록, 사이클론의 수명은 더 길다. 사이클론의 수명을 증가시킴으로써, 조숙한 마모되지 않는 유닛에 공급된 가스의 흐름 속도를 증가시키거나, 또는 재발하는 마모 문제가 발생하는 유닛들의 정지 횟수를 감소시킨다. 그러한 마모는 예컨대, 반응기의 상류 또는 하류 내측이나, 또는 분리기의 내측으로, 또는 재생기의 내측으로나, FCC 유닛들과 같은 유동성 혼합물을 포함하는, 유닛들로, 또는 유닛들의 일부로, 발견된다.
많은 장치들은, 수명이 단축되는 이들 사이클론들의 부식을 제한하고, 및 환경 문제를 유발하고 하류에 배치된 시스템들을 부식시키고, 이로써 이들 유동성 혼합물을 사용하는 유닛들의 보수 비용을 더욱 증가시키며, 또는 추가적인 촉매 구입을 위한 부가적인 비용을 지출하는 고체들의 손실을 제한하는 것이 제안되었다.
모든 이들 장치들은 베드가 비교적 고밀도의 유동성 혼합물의 일부에 배치된다. 예컨대, 미국 특허 2,687,343호에는, 유동성 베드의 치밀한 상과 묽은 상 사이의 계면에서 장치가 설치된다. 이는, 하나가 다른 것의 내측에 배치되어, 배플과 또한 반응기의 벽들에 수직인 두꺼운 그리드 형성 덕트들을 지지하는, 링 형태의 두 개의 곡선인 동심 튜브들로 구성되는 장치이고, 전체 조립체는 같이 고정된다. 이 장치는 반응기의 전 길이 위로 이동될 수 있다.
미국 특허 3 851 405호에는 튜브들의 바들이 고정된 간격들로 설치되고, 이들 바들이나 튜브들의 기능은 유동성 혼합물로부터 미끄러져 벗어나는 입자들의 속도를 감소시키는 것이다. 각 내부 및 그 최근 이웃들 사이의 간격은 유동성 베드의 높이의 0.005 내지 0.3배 범위이며, 반응기의 단면 영역에 대한 세트를 이루는 내부장치들의 돌출 영역의 비율은 0.5보다 작지 않다.
특허 EP 049 130에서, 가스에 포착된 입자들의 수를 감소시키기 위한 장치는 반응기의 자유 구간에 위치된 내부장치(internal)로서, 반응기의 단면에 대한 그 돌출 영역의 비율은 0.8 이상이며 반응기의 비점유 영역에 대한 그 개구의 비율은 0.3 내지 0.9이다. 그러한 내부장치는, 입자들의 하류 배출을 제공하기 위하여, 디스크와 링들의 조합, 회전체 및/또는 경사판들의 조립체에 의해 얻어진다.
이러한 선행기술의 장치는 유체에 의해 포착된 입자들의 속도를 느리게 하나 지나치게 큰 흐름 영역을 점유함으로써 가스 흐름의 속도를 증가시키고 따라서 입자들의 포착을 제한하는 대신 이를 증가시킨다. 또한, 이러한 장치에 의해 유발된 흐름 제한은 유동성 베드를 사용하는 유닛들의 적절한 작동과 합치하지 않는 압력 강하를 발생할 수 있다.
특허 US 2 728 632에서, 상기 유동성 베드 위에 서로 평행인 단일 디플렉터 층을 배치하는 것이 제안되었는 데, 각각의 디플렉터는 수직에 대해 1 내지 30도인 각도(α)를 갖고, 두 디플렉터들을 분리하는 거리(직경)에 대한 각 디플렉터의 폭의 비율은 적어도 4:1이며, 바람직하게는 8:1 내지 15:1이다. 이러한 디플렉터들의 배치는 반응기의 치밀한 유동성 베드에 의해 점유되지 않은 전체 부피를 점유한다. 이러한 장치는 가스/고체 혼합물과 액체/고체 혼합물 양측에 대해 적용될 수 있으며 촉매 분해 공정에 대해 적용가능할 것이다. 그러나, 두 디플렉터들을 분리시키는 거리(직경)에 대한 각 디플렉터의 폭의 비율이 높을수록, 내부장치에 의해 점유된 부피다 더 크다. 예컨대, 촉매분해공정의 경우, 이러한 구조는 탱크 내측의 사이클론과 같은 다른 설비의 존재와 적합되지 않는다. 또한, 그러한 크기의 내부장치는 특히 판들의 무게에 연결된 기계적 응력을 의미한다.
유동성 베드들에 대한 다른 전문가들은, 특허출원공개 WO 00/035575에 개시된 바와 같이, 유동성 베드의 치밀한 부분에 베드를 다른 흐름들로 분리시키기 위한 내부장치들의 도입함으로써, 아래로 흐르는 고체들과 주입 가스의 역류 사이의 접촉을 개선하는 것이 제안되었다.
따라서, 출원인은 유동성 베드로부터 배출된 가스에서 입자들을 분리하는 방법을 제안하기로 결정하였고, 이 방법은, 최대 가능한 흐름 영역을 얻기 위하여 상기 반응기의 모든 레벨들에서 상기 내부장치에 의해 점유된 영역을 제한하고 상기 반응기 내측에서 내부장치가 점유하는 부피를 제한하면서, 베드를 향하는 입자의 최대 양을 제한하기 위하여 내부장치들에 의해 반응기의 최대 가능한 단면 영역을 덮는 것으로 구성된다.
본 발명의 명세서에서, 용어 "반응기의 단면(cross section of the reactor)"은 상기 반응기의 축을 수직으로 절단하는 평면을 의미하는 것으로 이해된다. 반응기의 자유 단면은 내부장치 설비(사이클론, 튜브형 덕트 또는 다른 종래 장치)를 제외하고 상기 반응기의 단면 평면에 자유롭게 잔류된 흐름 영역이다.
따라서 본 발명의 한 특징은, 반응기에 함유된 유동성 가스/고체 혼합물에서 가스를 분리하기 위한 방법이며, 적어도 하나의 가스 주입부와 적어도 하나의 가스 배출부, 및 선택적으로 적어도 하나의 고체 주입부 및 적어도 하나의 고체 배출부를 포함하는 반응기에 함유된 유동성 가스/고체 혼합물로부터 가스들을 분리하는 방법에 있어서, 상기 반응기의 단면에 평행하게 설치된 내부장치에 의해 가스에 의해 포착된 고체를 분리하는 단계를 포함하며, 공극률이 0.7보다 큰 유동성 혼합물의 부분에서, 상기 반응기의 자유 단면의 평면에 평행인 이 내부의 단면은 반응기의 자유 단면의 10% 미만을 점유하며, 상기 내부장치는 적어도 두 개의 디플렉터층을 포함하는 적어도 하나의 단일 내부장치인 것을 특징으로 하는 가스 분리방법을 제공하는 것이다.
용어 "고체(solids)"는 유동성 혼합물에 사용된 어떤 형태의 물질을 의미하는 것으로 이해되며, 그러나 효과적이게는 이들은 유동성 혼합물에 사용된 고체들의 보통 크기에 기인하여 고체 입자들을 지칭할 것이다.
효과적이게도, 상기 적어도 하나의 단일 내부장치의 하나의 같은 층의 디플렉터들은 인접 층의 디플렉터들에 반대 방향으로 경사된다.
용어 "반대방향의 각도(angles in opposite direction)"는 반응기의 단면에 대해 각도들의 하나는 예각이고 다른 것은 둔각인 각도들을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 설명에서, 내부장치가 반응기의 자유 단면의 10% 이하를 점유할 경우, 이는 반응기의 자유 단면에 평행하거나 또는 겹쳐지는 내부장치의 단면에 의해 점유되는 영역이 상기 자유 단면 영역의 10% 이하에 대응함을 의미한다. 이와 같이, 문서 US 4 589 352에 개시된 바와 같은 종래 기술의 다른 시스템과 반대로, 내부장치 아래 고체 보유 부피는 없다.
휴체 혼합물의 공극률(viodage)은 유동성 혼합물의 부피에 대한 가스 부피의 비율로서 정의된다. 그러므로 유동성 혼합물의 치밀한 상은 공극률이 0.7 미만인 것으로, 즉, 가스 부피가 유동성 혼합물의 부피의 70% 미만인 때이다. 희박상(dilute phase)은 공극률이 0.7 보다 큰 경우로, 즉, 가스 부피가 유동성 혼합물의 부피의 70% 보다 큰 경우로 정의된다.
유동성 혼합물의 공극률을 산출하기 위하여, 상기 유동성 혼합물의 구성 성분의 밀도가 개략적으로 산출될 수 있다. 유동성 혼합물의 공극률, 또는 그 추론(corollary)인 밀도는 반응기에서 그 전체 높이 및/또는 그 폭에 걸쳐 균일하지 않으며, 특히 상기 반응기의 하부와 상부 사이에서 매우 크게 변한다. 공극률은 사용된 고체의 밀도(Ds)로부터 및 유동성 혼합물의 밀도(Dm)로부터 유동성 혼합물에 존재하는 가스 밀도(Dg)로부터 산출될 수 있다.
이 공극률은 이하의 식(I)으로부터 구해진다:
공극률 = (Ds - Dm)/(Ds - Dg) (I)
유동성 혼합물 내에 함유된 고체와 가스 혼합물의 밀도는 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 기술에 의해 측정되고 및/또는 산출될 수 있다.
유동성 혼합물의 밀도는, 예컨대, 유동성 혼합물이 액체와 같이 거동한다고 상정하면(다이조 쿠니(Daizo Kunii) 및 옥타브 레벤스필(Ocave Levenspiel)에 의한 “유동층 엔지니어링(Fluidized Engineering)"(2nd 출판, 1991)라는 제목의 논문 5면의 기술 참조), 상기 혼합물의 두 레벨들에서 설치된 압력 센서들에 의해 압력 강하를 측정함으로써 얻어진다. 유동성 혼합물의 이들 두 지점들 사이에 측정된 압력 강하는 같으므로, 식 (Ⅱ)에 따라 유동성 혼합물의 밀도(Dm), 중력 가속도(g), 및 이들 두 지점들 사이의 거리(H)의 곱으로써 산출할 수 있다:
DP = DmgH ------- (II)
본 발명의 하나의 특수 실시예에서, 유동성 혼합물이 2 바(bar)에 근접하는 압력과 약 750℃도의 온도에서 70% 보다 큰 질소를 함유하는 가스 혼합물에서 1350 kg/m3 정도의 벌크 밀도를 가지는 고체를 함유하면, 본 발명에 따른 내부장치는 바람직하게는 공극률이 0.7보다 크고 밀도가 400 kg/m3보다 작은 유동성 베드 부분에 위치될 것이다.
본 발명의 이점들 중에서, 하나는, 모든 레벨들에서의 반응기의 단면에 비교하면 가스 흐름 영역을 단지 매우 작게 감소시키고 단지 매우 작은 압력 강하를 유발하는 내부장치와 관련된다. 따라서, 가스 속도의 증가가 없거나 또는 작으며 이러한 내부장치의 존재에 의해 유발된 추가적인 입자 혼입이 관찰된다. 또한, 하나의 층으로부터 다른 층으로의 반응기의 단면에 대해 반대 방향들로 디플렉터의 적어도 두 층들을 사용하는 사실은 반응기 내측의 내부장치에 의해 점유된 부피를 감소시킬 수 있다. 제안된 내부장치는 가스에 의해 포착되는 고체 입자들의 운동 에너지를 감소시키는 소형의 탄도적(ballistic) 분리기로서 작용한다.
본 발명의 다른 이점은 또한 내부장치를 통과하는 경우 가스의 흐름 속도를 증가시키는 것에 의해 고체 입자들이 포착될 위험을 감수하지 않고 의석 상의 소정 레벨에서 내부장치를 배치시킬 수 있는 성능이다.
내부장치를 넘는 고체 입자 포착의 감소와 연관된 다른 이점은, 상기 내부장치 아래 위치되는 희박(dilute) 상의 약간의 치밀화이며, 이로써 포함된 반응이 발열인 경우, 반응에 의해 방출된 열이 더욱 잘 사용되며 따라서 발생가능한 측면 반응들을 더욱 잘 제어할 수 있다. 예컨대, FCC촉매 재생 공정과 같은 연소 반응에 대해, 치밀화된 고체 입자 상의 존재에 기인하여 일산화탄소의 연소에 의해 생성된 열이 더욱 양호하게 소비되며, 따라서 포스트(post)에 의해 유발된 온도 편차들이 감소한다.
또한 부식을 받는 유닛들의 사이클론들의 수명을 증가시키고 유닛들을 보수하기 위한 차단 기간과 따라서 생산 손실과 연관된 비용 및 교체 비용을 감소시킬 수 있다.
최종적으로, 유닛의 출력은 사이클론의 부식에 기인하여 유닛을 조기에 정지시키지 않고 증가될 수 있다.
본 발명은 특히 반응기의 자유 단면에 대한 돌출 영역의 비율이 0.75보다 큰 내부장치의 공정의 용도에 대한 것이다. 반응기의 자유 단면 영역은, 산업용 반응기에서, 사이클론, 튜브형 덕트들 또는 다른 종래 장치와 같은 다른 설비에 의해 점유되지 않은 영역, 즉, 상기 반응기의 단면의 평면에서 자유로이 남겨진 흐름 영역이다.
청구된 공정들에서, 내부장치는 고체의 혼입(entrainment)을 제한하며 그를 통과하는 가스 속도를 10% 보다 더 크게 증가시키지 않는다.
또한, 효과적이게, 내부장치는 반응기의 자유 단면의 5% 미만을 점유하도록 구성되므로 반응기의 자유 단면에 대한 내부장치의 돌출 영역의 비율이 0.8 내지 1이다. 이와 같이, 반응기의 자유 단면 영역의 100% 상에서 내부장치의 돌출은, 가장 특히, 내부장치가 반응기의 자유 단면 영역의 5% 미만을 점유할 때, 본 발명에 대해 달성되는 최적인 것으로 고려된다.
본 발명의 다른 주제는 유동성 혼합물을 함유하도록 구성되고 가스 및 고체 유입 덕트들과, 적어도 하나의 가스 배출 덕트와 적어도 하나의 고체 배출 덕트를 포함하는 반응기에 있어서, 반응기의 자유 단면 영역의 최대 10%를 점유하는 내부장치를 포함하며, 상기 반응기의 자유 단면 영역 위에 돌출된 영역이, 반응기의 상기 자유 단면 영역의 75% 이상에 대응하며, 상기 내부장치는 유동성 혼합물의 공극률이 0.7보다 작은 상기 반응기의 부분에 설치되는 것을 특징으로 한다.
유동성 베드에 고체 입자들을 복귀시키는 기능을 달성하기 위하여, 내부장치는 효과적으로 고체를 상기 반응기의 바닥을 향하여 편향시키는 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 이러한 내부장치는 적어도 하나의 단일 내부장치를 포함하며 바람직하게는 각각의 단일 내부장치가 적어도 두 디플렉터 층들을 포함하는 적어도 두 단일 내부장치들을 포함하며, 제2층의 상기 디플렉터들은 상기 반응기의 단면에 대해 제1층의 디플렉터들에 대해 반대 방향으로 경사된다. 실제로, 넓은 영역에 대해, 내부장치는 반응기 내측의 여러 단일 내부장치들을 포함할 것이다. 특히, 산업적 규모로서 내부장치를 제조하기 위하여, 내부장치는 본 발명에 따른 내부장치의 특징들을 달성하기 위하여 단일 내부장치들의 중첩에 의해 반응기의 자유 단면 영역의 전부 또는 부분을 덮도록 형성된다.
바람직하게는, 각 단일 내부장치는 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 하나의 동일한 층을 따라 서로 평행하게 설치되고 같이 고정된 적어도 두 디플렉터 층들을 포함한다. 하나 및 같은 층의 두 디플렉터들을 분리시키는 거리(Ei)는 동일하거나 또는 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나의 층의 디플렉터들의 하부 에지들과 그 바로 아래 설치된 층의 디플렉터들의 상부 에지들은 0 내지 90도인 각도를 형성한다. 바람직하게는 각도가 0도이거나 90도가 되도록 선택된다.
각도가 0이면, 하나의 층으로부터 다른 층으로, 하나의 층의 디플렉터들의 하부 에지들이 바로 아래 즉시 설치된 층의 디플렉터들의 상부 에지들로부터 거리(d)에서 설치되며, d는 0에서 Ei이다. 바람직한 실시예에서, 모든 간격(Ei)들은 동일하며 d는 Ei/2와 같다.
하나 및 다른 층에서, 각 디플렉터는 sinθ가 상기 판의 폭(L)에 대해 층의 두께(h)의 비율과 같도록 상기 반응기의 단면과 각도(θ)를 형성하는 적어도 하나의 판으로 구성된다.
바람직하게, 단일 내부장치를 통과하는 모든 가스-고체 흐름이 디플렉터들과 접하도록 Ei는 L과 각도(θ)의 cosine의 곱보다 작거나 같도록 선택된다. 같은 단일 내부장치의 층들에서, 디플렉터들의 판들의 폭(L)들은 하나의 층에서 다른 층으로 변할 수 있다.
바람직하게는, 각도(θ)가 상기 반응기의 단면에 대해, 10도 내지 90도로, 나아가 10도 내지 60도로 선택된다.
특히, 각도는 디플렉터들의 각 층에 대해 상기 반응기의 단면에 대해 30도 내지 60도인 것으로 선택된다.
두 연속적인 층(C1, C2)들의 디플렉터들의 각도(θ1, θ2)들은 반응기의 단면에 대해, 하나는 예각이고 다른 하나는 둔각으로 반대 방향으로의 경사를 얻기 위하여 다르다. 바람직하게는 θ2는 θ1+90 또는 180-θ1도와 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 단일 내부장치는 상기 반응기의 단면에 대해 각도(θi)를 형성하는 디플렉터들의 적어도 세 층들과, 상기 반응기의 단면에 수직인 디플렉터들을 포함하고 제1의 세 층들 위에 설치되며 정류층으로 불리는 제4의 층을 포함한다. 상기 제4층은 제1의 세층들을 통과한 후에 가스 흐름들이 균일하게 흐르도록 하며, 상기 제4층의 디플렉터들의 폭(L)이 일반적으로 그 상류에 위치된 층들의 디플렉터들의 폭들보다 더 작도록 선택된다. 이러한 구조에서, 제1층 및 제3층들의 디플렉터들이 같은 방향으로 기울어지고 제2층의 디플렉터들이 상기 설명한 바와 같이 반대 방향으로 기울어지도록 각도가 선택된다.
각 디플렉터가 상기 판에 대한 대체물들로서 적어도 두 개의 핀들로 구성되면, 상기 핀들은 바람직하게는 같은 폭을 가지며 0도 내지 90도인 쌍을 이루는 각도를 형성한다. 서로 인접 배치되어 서로에 대해 0도 내지 90도인 각도를 형성하는 복수의 핀들을 사용하는 것은 상기 반응기에서 내부장치에 의해 점유되는 부피를 더욱 감소시킬 수 있으며, 두 층들이 서로 교차할 수 있다. 이는 WO 00/35575에 기재된 내부장치들의 경우이다. 본 발명의 최종 주제는 상기 설명한 바와 같은 내부장치를 구비한 반응기에서, 유동성 고체 베드에서의 가스/고체 분리를 위해, 보다 구체적으로 가스/고체 혼합물의 밀도가 최소인 부분(the least dense portion)에서, 촉매 분해 유닛의 재생기 및/또는 반응기의 배출구의 분리기/스트리퍼의 유동성 베드의 가스/고체 분리를 위해 상기 공정을 사용하는 것이다.
본 발명의 이러한 특수 실시예에서, 내부장치는 효과적으로 밀도가 400kg/m3보다 작은 유동성 베드에서 일정한 레벨에서 재생기에 설치될 것이다.
본 발명은 아래에서 설명하는 실시예 및 도면을 통해 설명할 것이다.
도 1은 내부장치의 두 층을 도시하며, 그 디플렉터들(Di, Dj)들이 각각 수평에 대해 각도(θ)=45°를 형성하며 디플렉터(Di)들의 하부 에지들과 디플렉터(Dj)들의 상부 에지들이 90° 각도(α)를 형성한다. 한 층의 두 인접한 디플렉터들은 거리(Ei)만큼 떨어져 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 내부장치는 4개의 층들, 즉, 세 개의 디플렉터 층들과 하나의 정류층을 가지는 완전(유닛) 내부장치가다. 각도(θ)는 45°이며 각도(α)는 0°이다. 도 2a는 단일 내부장치로 구성되는 내부장치의 평면도이다. 도 2b는 위의 도 2a의 평면에 수직인 반응기 높이에 따른 평면에서의 내부장치의 수직 단면에 대응한다. 본 명세서에서 설명된 각도 및 거리는 여기 표시된다. 도 2c는 도 2b 도시의 단면에 수직인 반응기의 높이에 따른 수직 단면을 도시하며, 여기에서 층들의 수와 각각의 높이를 볼 수 있다.
도 3은 공간적으로 나타낸 도면으로서, 네 개의 층들, 즉, 세 개의 디플렉터 층들과 하나의 정류층을 갖는 내부장치를 포함하는 탱크를 나타내는 원통형 요소를 도시한다.
도 4는 상기 반응기의 희박 상 내에 내부장치가 설치된 본 발명에 따른 반응기를 도시한다.
본 상세한 설명의 나머지 부분에서, 본 발명에 대한 예시로서 실시예들을 설명하며 이러한 실시예들로 제한되는 것은 아니다.
실시예 I
이 예는 반응기의 단면에 대한 내부장치의 돌출 영역의 비율(Ps)이 0.5에서 1인 경우의 0.8 m/s의 가스 표면 속도에 대해 혼입된 입자들의 질량 변화를 설명한다. 이 예에서, 단일(unitary) 내부장치는 실험실 반응기에 사용하도록 비율을 조정하여 구성되었다.
내부장치가 설치된 반응기의 직경은 0.34 m이다. 반응기의 사용 조건에서, 희박 상은 높이가 3.5 m이다.
내부장치는 세 층들로 구성되고, 두 개의 연속하는 층들 사이의 각도(α)는 0이다.
제1층 및 제3층은 각각 4개의 디플렉터들을 포함하며, 제2층은 구조적 제한으로 인해 그리고 가스와 고체의 순환을 막는 배플(baffle)을 피하기 위하여 단지 3개만을 포함한다.
하부 층에서, 판들의 경사 각도(θ)는 45°이다. 바로 위의 층에서, 이 각도(θ)는 135°이며, 제3층에서, 각도(θ)는 다시 45°이다.
디플렉터들 사이의 거리(Ei)는 0.07미터이다.
디플렉터를 구성하는 판들의 폭(L)은 0.1미터이다.
제1층의 디플렉터들의 상부 에지와 제2층의 디플렉터들의 하부 에지 사이의 거리("d")는 E/2, 즉, 0.035m로 고정된다.
각 층의 두께, 즉, 디플렉터들의 폭("L")과 각도(θ)의 사인값을 곱한 적(product)의 결과는 0.07m이다.
이와 같이 구성된 내부장치의 전체 높이는 0.21m, 즉, 반응기의 희박 상의 전체 높이의 대략 6%이다. 이러한 내부장치에 대해, 반응기의 단면에 대한 내부장치의 돌출 영역의 비율(Ps)은 1이다. 이하의 표 1에 설명된 바와 같은 0.75 및 0.5의 Ps 값을 얻기 위하여, 층마다 각각 1개의 디플렉터 그리고 2개의 디플렉터를 빼내었다.
Ps 혼입 입자의 질량(%)
내부장치 없음 100
0.5 71
0.75 54
1.00 32
반응기의 단면에 대한 내부장치의 돌출 영역의 비율(Ps)이 높을수록, 가스-혼입 입자의 질량은 더 낮아지는 것을 알 수 있다.
실시예 II
이 예는 내부장치들이 두 개 또는 세 개의 디플렉터 층(Nc)들을 가지는 내부장치들의 경우, 0.8m/s 표면 가스 속도에 대해 혼입된 입자들의 질량의 변화를 설명한다. 이 경우, 반응기(1)의 단면에 대한 내부장치의 돌출 영역의 비율(Ps)은 1이다. 검출기들의 층들은 본 발명의 바람직한 구조에서 Nc = 2일 때 θ1 = 45°, θ2 = θ1 + 90°이고 α = 0°이며, Nc = 3일 때, θ1 = 45°, θ2 = θ1 + 90°, θ3 = θ1이며 α = 0°이다.
L 은 0.28m로 선택되므로, 따라서 두 판들 사이의 거리(Ei)는 0.198m이거나 그 이하이며 각 층의 높이(h)는 0.198m이다.
Nc 혼입 입자의 질량(%)
내부장치 없음 100
1 75
2 58
3 32
디플렉터를 가진 층들의 수가 높을수록 가스-혼입 입자의 질량이 낮아짐을 알 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 유동성 가스와 고체 혼합물로부터 가스를 분리하는 가스분리 방법을 실행하기 위한 반응기로서,
    상기 가스분리 방법은, 하나 이상의 가스를 반응기에 주입하는 단계 및 하나 이상의 가스를 반응기로부터 배출하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 고체를 반응기에 주입하는 단계 및 하나 이상의 고체를 반응기로부터 배출하는 단계를 포함하며, 공극률이 0.7보다 큰 유동성 가스와 고체 혼합물 부분에서 상기 반응기의 자유 단면 영역에 평행하게 설치된 내부장치를 따라서 상기 유동성 가스와 고체 혼합물이 통과하는 것에 의해 포착된 고체를 분리하는 단계를 더 포함하며,
    상기 반응기는 유동성 혼합물을 함유하도록 구성되고, 가스 및 고체의 유입 덕트, 하나 이상의 가스 배출 덕트 및 하나 이상의 고체 배출 덕트, 상기 반응기의 상기 자유 단면 영역의 최대 10%를 점유하는 내부장치를 포함하고, 상기 반응기의 자유 단면 영역에서 돌출하는 내부장치의 표면 영역은 상기 자유 단면 영역의 75% 보다 큰 영역을 차지하고, 상기 내부장치는 공극률이 0.7보다 큰 상기 반응기 부분에 설치되며, 상기 내부장치는 적어도 제1층과 제2층을 포함하여 두 개 이상의 디플렉터의 층을 포함하는 하나 이상의 단일 내부장치를 포함하며,
    각각의 디플렉터는 하나 이상의 판을 포함하고,
    디플렉터의 제1층 및 제2층 각각은, 제1층의 디플렉터가 제2층의 디플렉터에 반대 방향으로 기울어져 있는, 복수의 디플렉터를 포함하고,
    상기 제1층의 복수의 디플렉터 각각의 하부 에지는 상기 제2층의 복수의 디플렉터 각각의 상부 에지 바로 위에 있고,
    상기 제1층 및 제2층은 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부장치는 상기 반응기 내측에 두 개 이상의 단일 내부장치를 포함하며, 상기 각각의 단일 내부장치는 하나의 동일한 층을 따라 서로 평행하게 배치되고 함께 고정되어 있는 두 개 이상의 디플렉터의 층을 포함하며, 디플렉터들이 이격된 거리(Ei)는 동일하거나 또는 서로 다른 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    제1층의 디플렉터 각각의 하부 에지와 바로 아래에 배치된 제2층의 디플렉터 각각의 상부 에지는 0도 내지 90도인 각도(α)를 형성하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각도(α)가 0이면, 상기 제1층의 디플렉터의 하부 에지는 상기 제2층의 디플렉터의 상부 에지와 거리(d)를 형성하도록 설치되며, 상기 거리(d)는 0 내지 Ei(디플렉터들이 이격된 거리)인 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 판은, 상기 판의 폭(L)에 대한 디플렉터의 한 층의 두께(h)의 비율이 sinθ가 되도록, 상기 반응기의 자유 단면 영역과 각도(θ)를 형성하는 판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각도(θ)는 10도 내지 90도인 것을 특징으로 하는 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    제1층(C1)에 있는 각각의 판은 상기 반응기의 자유 단면 영역과 각도(θ1)를 형성하고, 제2층(C2)에 있는 각각의 판은 상기 반응기 자유 단면 영역과 각도(θ2)를 형성하고, 상기 제1층 및 제2층은 연속적인 층이고, 서로 동일하거나 다르며, θ2는 θ1+90도 또는 180-θ1도인 것을 특징으로 하는 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 단일 내부장치는 상기 반응기의 자유 단면 영역에 대해 각도(θi)를 형성하는 세 개 이상의 디플렉터 층, 및 상기 반응기의 단면에 대하여 수직하는 디플렉터를 포함하면서, 세 개 이상의 상기 디플렉터 층 위에 설치된 정류층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 판은 두 개 이상의 핀(fin)들을 포함하고, 상기 핀들은 동일한 폭을 가지며, 0도 내지 90도의 각도를 이루는 쌍을 형성하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  10. 반응기에서 유동성 베드의 가스와 고체 혼합물로부터 가스를 분리하는 가스분리 방법에 있어서,
    하나 이상의 가스를 반응기에 주입하는 단계 및 하나 이상의 가스를 반응기로부터 배출하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 고체를 반응기에 주입하는 단계 및 하나 이상의 고체를 반응기로부터 배출하는 단계를 포함하며, 공극률이 0.7보다 큰 유동성 가스와 고체 혼합물 부분에서 상기 반응기의 자유 단면 영역에 평행하게 설치된 내부장치를 따라서 상기 유동성 가스와 고체 혼합물이 통과하는 것에 의해 포착된 고체를 분리하는 단계를 더 포함하며,
    상기 반응기는 상기 유동성 혼합물을 함유하도록 구성되고, 가스 및 고체의 유입 덕트, 하나 이상의 가스 배출 덕트 및 하나 이상의 고체 배출 덕트, 상기 반응기의 자유 단면 영역에 평행하고 상기 반응기의 자유 단면 영역의 최대 10%를 점유하는 내부장치를 포함하고, 상기 반응기의 자유 단면 영역에서 돌출하는 내부장치의 영역은 상기 자유 단면 영역의 75%보다 큰 영역을 차지하고, 상기 내부장치는 공극률이 0.7보다 큰 상기 반응기 부분에 설치되며, 상기 내부장치는 적어도 제1층과 제2층을 포함하여 두 개 이상의 디플렉터의 층을 포함하는 하나 이상의 단일 내부장치를 포함하며,
    각각의 디플렉터는 하나 이상의 판을 포함하고,
    디플렉터의 제1층 및 제2층 각각은, 제1층의 디플렉터가 제2층의 디플렉터에 반대 방향으로 기울어져 있는, 복수의 디플렉터를 포함하고,
    상기 제1층의 복수의 디플렉터 각각의 하부 에지는 상기 제2층의 복수의 디플렉터 각각의 상부 에지 바로 위에 있고,
    상기 제1층 및 제2층은 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 하는, 가스분리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부장치는 고체가 동반되는 것을 제한하면서 통과하는 가스 속도를 10% 이상 증가시키지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스분리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 내부장치는 반응기의 자유 단면의 5% 미만을 점유하며 상기 반응기의 자유 단면 영역에 대한 상기 내부장치의 돌출된 표면 영역의 비율은 0.8 내지 1인 것을 특징으로 하는 가스분리 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    가스와 고체의 분리는, 상기 반응기의 유동성 베드 내에서 가스와 고체 혼합물의 밀도가 최소인 부분에서 일어나는, 가스분리 방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 각도(θ)는 10도 내지 60도인 것을 특징으로 하는 반응기.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 각도(θ)는 30도 내지 60도인 것을 특징으로 하는 반응기.
  16. 삭제
  17. 삭제
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