KR102271213B1 - 가요성 스크린을 포함하는 방사형 유동 흡수 용기 - Google Patents

가요성 스크린을 포함하는 방사형 유동 흡수 용기 Download PDF

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스티븐 클라이드 텐터렐리
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 원통형 외측 쉘 및 쉘 내측에 동축으로 배치된 적어도 하나의 원통형 다공성 벽을 포함하고, 쉘의 내측에 하나 이상의 유체 투과성 스크린들은 다수의 별개의 스탠드오프 부재에 의해 적어도 하나의 다공성 벽에 견고하게 연결되어 스크린이 쉘에 동축의 원통형 형상을 갖는 방사형 유동 흡수 용기 및, 방사형 유동 흡수 용기를 이용하는 흡수 프로세스에 관한 것이다.

Description

가요성 스크린을 포함하는 방사형 유동 흡수 용기{RADIAL FLOW ADSORPTION VESSEL COMRISING FLEXIBLE SCREEN}
본 발명은 원통형 외측 쉘 및 쉘 내측에 동축으로 배치된 적어도 하나의 원통형 다공성 벽 및 적어도 하나의 원통형 다공성 벽에 견고하게 연결된 하나 이상의 유체 투과성 스크린을 포함하는 방사형 유동 흡수 용기(radial flow adsorption vessel) 및 용기를 이용한 흡수 프로세스에 관한 것이다.
흡수에 의한 가스의 정제는 종종 가스 스트림으로부터 다수의 불순물을 제거해야 한다. 이것은 때로는 단일 흡착 층을 사용하여 수행될 수 있지만, 흡수 프로세스를 최적화하기 위해 적어도 2 개의 상이한 흡착제를 사용하는 것이 대개 보다 경제적이다. 종래의 축 방향 유동 용기에서, 이것은 미립자 재료를 순차적으로 로딩하여 유체 유동 경로에 수직인 별개의 층을 생성함으로써 쉽게 달성될 수 있다. 그러나, 방사형 유동 흡수 용기는 용기 내에 배치된 원통형 장벽에 의해 통상적으로 생성되는 유체 유동 경로에 수직인 별개의 층에 대한 환형 세그먼트를 필요로 한다.
전형적으로, 방사형 유동 흡수 용기는 외측 쉘 및 다공성 벽 예컨대, 내측 및 외측 다공성 벽을 포함하고, 내측 및 외측 다공성 벽은 다공성 벽 사이에 흡착성 입자(adsorbent particle)를 보유하기 위해 미세한 와이어 메쉬 오버레이(wire mesh overlay)로 강성 및 강도를 위해 금속으로 통상 제조되는 천공 플레이트로 형성된다. 이러한 다공성 벽은 입자가 로딩될 수 있는 환형 세그먼트(들)를 생성한다. 하나 초과의 환형 흡착 층을 갖는 용기를 디자인할 때, 각각의 흡착 층이 개별적으로 로딩되고 보유될 수 있게 하는 추가의 벽이 요구된다. 이러한 추가 벽은 전형적으로 미세 와이어 메쉬로 오버레이된 형상 안정성을 달성하기 위해 천공(금속) 플레이트를 이용하는 외측 및 내측 다공성 벽과 유사한 방식으로 구성되며, 용기의 상부 헤드 및/또는 바닥 지지 플레이트에 부착된다.
US6,086,659는 방사형 유동 흡수 용기, 용기의 조립 방법, 양방향 가요성을 갖는 컨테인먼트 스크린(containment screen)의 제조 방법을 개시한다. 방사형 유동 흡수 용기는 원통형 쉘과, 쉘 내측에 동심으로 배치된 복수의 원통형 다공성 벽을 포함한다. 지지 플레이트의 세공(pore)/개구(opening)는 축 방향 및 방사 방향 둘 모두에서 가요성을 제공하도록 디자인되었다.
US6,770,120은 용기 및 용기 내에 방사형 흡수 베드, 방사형 흡수 베드의 내경 내의 내측 흡수 베드 또는 저장 탱크를 개시한다. 내측 흡수 베드는 축 방향 흡수 베드 또는 내측 방사형 흡수 베드 중 하나이다. US 6,770,120은 흡수 베드를 한정하기 위해 다공성 벽을 사용한다.
US7,829,038은 복수의 스크린 및 하우징 즉, 방사형 유동 반응기의 외측 쉘에 부착된 복수의 지지체를 포함하는 반응기를 개시하고, 여기서, 각각의 스크린은 한 쌍의 이웃하는 지지체에 부착된다. 반응기 셀, 스크린 및 지지체들 사이에서, 유체 유동 채널은 반응기 하우징의 내측 둘레에 원주방향으로 배열된다.
방사형 흡수 유동 용기들 및 그것들의 통상적인 구성에 다공성 벽을 포함시킬 필요로 인해 야기되는 첫 번째 문제는 용기의 전체 비용이 증가한다는 것이다. 추가하여, 이들 벽들은 미립자 베드를 통한 압력 강하를 증가시키고 비-천공 영역의 쉐도잉 효과(shadowing effect)로 인해 흡착제 활용을 감소시킨다. 더 나아가, 금속과 같은 강성의 비-가요성 재료로 제조된 천공 플레이트는 일반적으로 천공된 플레이트의 편평한 시트를 압연(rolling) 및 용접(welding)함으로써 원통형 형태로 된다. 천공 장비의 제한으로 인해 완전한 실린더를 형성하기 위해 많은 작은 시트가 종종 요구된다. 개별 시트의 치수 허용 오차 및 제고 동안에 발생하는 용접 왜곡이 마감된 실린더에 결함을 야기한다. 실린더는 용접 이음매에서 둥글지 않고, 직선이 아닐 수 있고, 뾰족해 질 수 있다. 이러한 결함이 있는 두 개의 실린더가 서로 내측에 포개어(nest) 지면, 그것들 사이의 환형부의 폭이 크게 달라질 수 있다. 이러한 결함은 방사형 용기 내의 유체 유동 경로를 따라 불균일한 흡착 층 깊이를 생성하여 이는 오염 재료의 조기 파과(breakthrough)을 유발하고 분리 프로세스의 성능 및 효율을 저하시킨다.
마지막으로, 상이한 흡착제에 대한 다수의 환형 세그먼트를 생성하기 위해 여러 개의 다공성 벽을 갖는 방사형 유동 흡수 용기에서, 유지 보수 문제가 발생하는데 예를 들어, 최외측의 다공성 벽에 대한 수리는 중간 벽(들)은 현장에서 절단되고 재용접되어야하기 때문에 어렵다.
본 발명은 상기 언급된 문제를 해결하거나 적어도 완화시키는 방사형 유동 흡수 용기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 흡착성 입자로 충전하기 위한 환형 세그먼트들은 흡착 층들이 그 형상을 신뢰성 있게 유지하고, 가능한 한 유체 유동 방향에서 균일한 깊이를 갖도록 생성된다.
본 발명은 방사형 유동 흡수 용기의 천공된 강판을 포함하는 하나 이상의 다공성 벽의 형상 안정성이 다수의 스탠드오프 부재에 의해 하나이상의 다공성 벽에 부착되어서 흡착성 입자들이 충전되고 보유될 환형 세그먼트(들)의 경계 부분을 형성하는 하나 이상의 가요성 스크린에 필요한 강도 및 형상 안정성을 제공하는데 사용될 수 있다는 발견에 기초한다.
본 발명은 따라서 원통형 외측 쉘 및 상기 쉘 내측에 동축으로 배치된 적어도 하나의 원통형 다공성 벽을 포함하고, 상기 쉘의 내측에 하나 이상의 유체 투과성 스크린들은 다수의 별개의 스탠드오프 부재에 의해 상기 적어도 하나의 원통형 다공성 벽에 견고하게 연결되어 상기 스크린이 쉘에 동축의 원통형 형상을 갖는 방사형 유동 흡수 용기를 제공한다.
용기의 다공성 벽에 부착된 스탠드오프 부재는 스윙 흡수 프로세스의 조건 하에서 스크린이 그 형상을 유지하는데 필요한 구조적 지지를 제공하여 환형 세그먼트를 한정하고 그 내측에 흡착성 입자를 보유하는 스크린으로서 경량의 가요성 재료만이 사용될 수 있게 한다. 스탠드오프 부재는 서로 분리되어 있어 서로 연결되어 있지 않다는 것을 의미한다. 그것들은 당업자에게 익숙하고 자명한 용접, 접착제, 볼트 또는 임의의 다른 파스너 방법에 의해 독립적으로 스크린 및 다공성 벽에 각각의 단부에 부착될 수 있다.
추가로, 다수의 별개의 스탠드오프 부재에 의해 다공성 벽에 연결된 스크린은 개별적인 스탠드오프 부재의 길이를 조정함으로써 이상적인 원통형 형상으로부터 쉘 내에 배치된 다공성 벽의 치수 편차의 보상 및/또는 다공성 벽의 동축으로부터의 편차 보상을 허용하여 균일한 폭, 즉 유체 유동의 방향으로 미립자 흡착 층의 균일한 두께를 갖는 환형 세그먼트가 획득될 수 있다. 따라서, 이러한 환형 세그먼트가 흡착성 입자로 충전되면, 이 층을 통한 오염물의 초기 파과가 방지되고 흡수 프로세스의 성능이 유지된다.
마지막으로, 본 발명의 스크린의 디자인 및 고정은 용기의 최 외측 다공성 벽에 대한 액세스를 용이하게 함으로써 흡수 용기의 유지 보수가 용이해지도록 현장에서의 용이한 제거 및 교체를 가능하게 한다.
본 발명의 방사형 유동 흡수 용기의 스크린은 전체 둘레 및 축 방향 연장부를 따라 폐쇄된다는 것을 의미하는 원통형 형상을 갖는다. 스크린은 전체 둘레에 걸쳐 연장되지 않는 몇몇의 개별 부품으로 만들 수 있다. 개별 부품은 그런 다음 완전한 원통형 스크린을 형성하기 위해 서로 연결된다. 예를 들어, 개별 부품이 중첩되어 원통형 스크린을 형성할 수 있다. 개별 부품들은 서로 접합될 수도 있고 접합되지 않을 수도 있다.
스크린을 형성하는 재료의 개구는 일반적으로 적어도 부분적으로 스크린에 의해 한정되는 환형 세그먼트로 로딩된 흡착성 입자가 통과할 수 없도록 선택된다.
바람직하게는, 상기 스크린은 메쉬 와이어, 우븐 와이어 천 또는 강망(expanded metal)을 포함하고 보다 바람직하게는 그것들로 구성된다. 다공성 벽을 형성하기 위해 천공된 플레이트에 대한 오버레이로서 통상 사용되는 이들 재료들은 경량이고 흡착성 입자를 보유하기에 충분히 작은 개구를 갖기 때문에 본 발명에서 스크린으로 사용하기에 특히 적합하다.
스크린은 일반적으로 최대 45%의 개방 면적을 갖는 재료를 포함하고 보다 바람직하게는 그런 재료로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 개방 면적은 30% 이하일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 스크린은 흡착제의 입자의 직경(d)에 비해 개구 사이의 리거먼트(ligament)(t)의 두께가 작은 재료를 포함하거나 그런 재료로 구성된다. 바람직하게는, 두께(t)는 0.9d이하, 보다 바람직하게는 t는 0.75 d이하이다. 입자 직경(d)은 방정식
Figure 112019090145362-pat00001
에 의해 정의된 입자의 동일한 체적을 갖는 구의 동등한 직경으로 정의되고, 여기서, V는 입자의 체적이고 d는 주어진 입자의 동등한 구형 직경이다.
일반적으로, 스크린 구성은 35 Nm 미만, 보다 바람직하게는 10Nm 미만의 강성을 갖는 재료를 포함하거나 또는 그런 재료로 구성된다.
전술한 바와 같이, 방사형 유동 흡수 용기는 쉘 내측에 동축으로 배치된 적어도 하나의 원통형 다공성 벽을 포함하고, 유체 투과성 스크린은 다수의 개별 스탠드오프 부재에 의해 다공성 벽에 견고하게 연결된다.
이러한 다공성 벽은 통상 추가적인 지지체에 대한 요구없이 스윙 흡수 프로세스의 조건 하에서 형상 안정성을 유지할 수 있을 정도로 높은 강성을 갖는 천공된(금속) 플레이트를 포함한다. 이러한 이유로, 이들 플레이트는 또한 "구조적(structural)" 플레이트를 의미한다. 일반적으로, 천공된 플레이트는 500 내지 5,000 Nm의 강성을 갖는다. 이 범위 내의 강성은 예를 들어 두께가 6mm인 천공 강판을 사용하여 획득될 수 있다.
천공된 플레이트의 개구는 일반적으로 너무 커서 흡착성 입자가 그것들을 통과할 수 있다. 따라서, 천공된 플레이트 뿐만 아니라 일반적인 다공성 벽은 예를 들어 천공된 플레이트의 오버레이로서 본 발명의 스크린에 사용되는 재료를 사용한다.
따라서, 본 발명의 용기에 배치된 다공성 벽은 바람직하게는 천공된 플레이트 및 전술한 임의의 실시예에서 스크린으로 사용되는 재료의 오버레이를 포함하고, 보다 바람직하게는 그것들로 구성된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 상기 방사형 유동 흡수 용기는 상기 쉘 내측에 동축으로 배치된 적어도 내측 원통형 다공성 벽, 상기 쉘 내측에 동축으로 배치된 외측 원통형 다공성 벽 및 다수의 별개의 스탠드오프에 의해 상기 다공성 벽들 중 하나에 견고하게 연결된 상기 유체 투과성 스크린을 포함한다.
"내측"의 원통형 다공성 벽에 의해, 다공성 벽이 "외측"다공성 벽 보다 작은 직경을 갖는 것을 의미한다.
본 발명의 추가 실시예에서, 방사형 유동 흡수 용기에서, 제 2 유체 투과 스크린은 제 2 다수의 별개의 스탠드오프 부재에 의해 제 1 유체 투과 스크린에 견고하게 연결되어, 제 2 스크린은 제 1 스크린을 다공성 벽에 견고하게 연결되는 제 1 다수의 스탠드오프 부재의 스탠드오프 부재에 제 2 스탠드오프 부재의 각각의 제 1 단부를 부착시킴으로써 쉘에 동축의 원통형 형상을 가진다. 상기 스탠드오프 부재는 당업자에게 익숙하고 자명한 용접, 접착제, 볼트 또는 임의의 다른 파스너 방법에 의해 독립적으로 각 단부에서 스크린, 다공성 벽 및/또는 다른 스탠드오프 부재에 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 방사형 유동 흡수 용기에 사용되는 스탠드오프 부재는 일반적으로 제 1 단부, 제 2 단부 및 제 1 단부와 제 2 단부를 연결하는 레그를 포함한다. 스탠드오프 부재의 길이는 제 1 단부의 외측 겉면으로부터 제 2 단부의 외측 겉면까지의 연장부로서 정의되며, 이는 일반적으로 장착시 방사상 방향으로 부재의 전체 연장부에 해당한다. 부재의 높이와 폭은 길이에 수직이고 서로 수직인 방향으로 연장된다.
일반적으로, 방사형 유동 흡수 용기의 지정된 환형 세그먼트는 중력을 사용하여 용기의 상부로부터 흡착성 입자로 충전된다. 충전 프로세스를 가능한 한 적게 손상시키기 위해, 바람직하게는, 스탠드오프 부재는 흡착성 입자의 충전 방향에 수직인 평면에서 그들의 최소 연장부(일반적으로 "폭"으로 표시됨)을 갖도록 장착된다. 이 방향은 일반적으로 스크린의 축과와 평행인 용기의 상부에서 바닥까지의 방향이다.
레그의 축에 수직인 평면에서 연결 레그의 단면은 직사각형 형상을 가질 수 있다.
흡착성 입자의 충전 방향을 가리키는 스탠드오프 부재의 에지는 테이퍼질 수 있다. 이러한 방식으로, 스탠드오프 부재 아래의 흡착 층에 공극의 형성이 회피될 수 있다. 바람직하게는 수평으로부터 측정된 흡착 재료의 안식각보다 큰 각도, 즉 쉘의 축에 수직인 평면이 테이퍼링을 위해 사용된다. 상기 각도는 바람직하게는 수평, 즉 쉘의 축에 수직인 평면으로부터 측정될 때 최대 30°일 수 있고, 보다 바람직하게는 45°보다 클 수 있다.
더욱이, 또한 흡착성 입자의 충전 방향에 대향하는 방향을 가리키는 스탠드오프 부재의 에지도 테이퍼질 수 있다.
별개의 스탠드오프 부재는 바람직하게는 스크린의 축에 평행한 방향으로의 종방향에, 상기 스크린에 의해 형성된 원통의 원주 방향에 양쪽에 배치된다. 이것은 원주 방향뿐만 아니라 종방향 둘 모두에서 별개의 스탠드오프 애자 부재가 있음을 의미한다.
스크린 및 인접 스크린 또는 다공성 벽 사이에 일정한 방사상 거리가 획득되도록 스탠드오프 부재의 길이가 선택될 수 있다. 이 경우에, 스탠드오프 부재는 모두 동일한 길이를 가져야 한다.
스크린과 인접한 스크린 또는 제 1 스크린이 스탠드오프 부재에 의해 부착되지 않은 다공성 벽 사이의 균일한 방사상 거리가 달성되어야 하는 경우, 개별 스탠드오프 부재의 길이는, 인접한 스크린 또는 다공성 벽의 원통형 또는 축 방향의 불완전성을 보상하기 위해 조정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 스탠드오프 부재는 종방향을 따라 서로 등 간격으로 배치된다.
일반적으로, 종방향에서의 스탠드오프 부재들간의 거리는 10cm 내지 150cm, 보다 바람직하게는 15cm 내지 100cm이고, 더욱 바람직하게는 20cm 내지 75cm이다.
일반적으로, 종방향에서 스탠드오프 부재는 스크린에 의해 형성된 실린더의 축에 평행한 라인 상에 배치된다.
바람직하게는, 스탠드오프 부재가 원주의 방향에서 서로 등간격으로 배치된다.
일반적으로, 원주 방향에서 스탠드오프 부재들 사이의 거리는 10cm 내지 150cm, 보다 바람직하게는 15cm 내지 100cm, 더욱 바람직하게는 20cm 내지 75cm 이다.
일반적으로, 원주 방향에서 스탠드오프 부재는 스크린에 의해 형성된 실린더의 축에 수직인 평면상에 배치된다.
스크린의 상부 단부는 용기의 다른 부재에 연결되거나 또는 연결되지 않을 수 있다. 그러나, 스크린에 더 많은 구조적 지지체를 제공하기 위해 스크린의 상부 단부를 용기의 다른 부재에 연결할 필요가 없다.
본 발명에 따른 방사형 유동 흡수 용기의 일 실시예에서, 용기 내의 최외측 환형 세그먼트 및 최내측 환형 세그먼트는 흡착 베드로 그리고 흡착 베드로부터의 유체 유동을 위한 채널을 형성한다.
다른 실시예에서, 일반적으로 최외측 및 최내측(중심) 환형 세그먼트를 제외한 모든 환형 세그먼트가 있는 흡착제로 충전되도록 된 적어도 하나의, 본 발명에 따른 방사형 유동 흡수 용기의 통상의 모든 환형 세그먼트는 흡착성 입자들로 충전된다. 상이한 유형의 재료가 금속 유기 프레임워크(MOF : metal organic framework)들, 제올라이트성 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF : zeoliticim idazolate framework), 또는 공유 결합 유기 프레임워크(COF :covalent organic framework)와 같은 금속이 있는 또는 금속이 없는 알루미나, 실리카, 제올라이트, 활성탄, 금속 산화물 흡수제 또는 결정질 유기 프레임워크와 같은 흡착제로 사용될 수 있다. 방사형 유동 흡수 용기내의 환형 세그먼트에 의해 한정된 흡착성 입자의 각각의 층은 상이한 재료를 포함하거나 또는 상이한 재료로 이루어질 수 있거나, 동일한 재료를 포함할 수 있거나 또는 동일한 재료로 구성될 수 있지만 상이한 입자 크기를 가질 수 있다.
더 나아가, 지지 플레이트가 다공성 벽(들)의 바닥 단부(들) 및 스크린이 견고하게 연결되는 쉘의 바닥에 제공될 수 있다. 쉘의 바닥에 지지 플레이트는 최내측 환형 세그먼트와 유체 연결되는 개구 또는 도관을 쉘의 중심에 가질 수 있다.
일반적으로, 쉘의 상부 단부와 바닥 단부는 반구형, 접시구형(torispherical), 원뿔형, 평면형 또는 다른 기하학적 구조를 갖는 헤드에 의해 독립적으로 봉인된다.
더구나, 일반적으로 흡착성 입자를 제공하기 위한 입구는 상기 용기의 상부 단부에 제공되어서 흡착성 입자는 중력 유동에 의해 용기의 지정된 환형 세그먼트들로 충전될 수 있다.
본 발명에 따른 방사형 유동 흡수 용기는 U-유동, 역 U-유동 또는 Z-유동 기하학적 구조를 위해 디자인될 수 있다. U-유동 기하학적 구조에서, 유동은 용기의 동일 단부로부터 유입, 유출된다. Z-유동 기하학적 구조에서, 유동은 용기의 대향 단부로부터 유입, 유출된다. 역 U-유동 기하학적 구조에서, 유동은 용기의 동일 단부로부터 흡착 베드를 유입, 유출되지만, 두 개의 스트림이 대향 단부에서 용기를 유출하도록 유동 통로 중 하나에서 방향을 바꾼다.
본 발명은 또한 상술한 실시예 중 임의의 실시예에 방사형 유동 흡수 용기가 사용되는 흡수 프로세스를 제공한다. 이것을 흡수 프로세스는 압력 및/또는 진공 스윙 흡수 프로세스 일 수 있다.
본 출원에서 일반적으로 사용되는 용어 "종방향(longitudinal)” 및 "원주 방향(circumferential)"은 쉘, 다공성 벽 또는 스크린에 의해 한정된 실린더의 개별 방향에 관한 것이다.
본 출원에 사용되는 "강성(stiffness)"은 단위 폭당 굴곡에서의 재료의 강성은, E*I/b, 여기서 E가 재료의 탄성 계수(단위 N/m2), b는 검체의 폭이고(m 단위)이며, I는 검체의 폭 (b)(단위 m4)의 단면의 관성 모멘트이다. 폭 (b)와 두께 (t)를 갖는 직사각형 단면을 갖는 고형 시트(solid sheet)의 경우, 관성 모멘트는 b*t3/12이고, 따라서 강성은 E*t3/12이다. 와이어 메쉬 및 천공 플레이트와 같은 합성 기하학적 구조의 경우 강성은 계산되기 보다는 측정될 수 있다. 이는 서로로부터 거리 (L)만큼 이격된 2 개의 단순 지지체(모멘트-베어링 용량을 갖지 않는 지지체) 사이에 폭 b의 샘플을 위치시키고, 공지의 힘 F로 샘플의 중심을 밀어냄으로써 중심에서 거리 y 하향으로 편향시키는 것으로 측정될 수 있다. 강성은 중앙 하중의 단순 지지 빔에 대한 편향 방정식, E*I/b = F*L3/(48*y*b)를 이용하여 계산될 수 있다.
본 발명의 방사형 유동 흡수 용기 또는 임의의 그것의 일부는 첨가제 제조 방법에 의해 제조될 수도 있다.
본 발명은 이하 첨부된 도면과 함께 설명될 것이며, 동일한 도면 번호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 1 실시예의 단면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 사용하기 위한 스탠드오프 부재(standoff element)의 실시예의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 스탠드오프 부재의 일 단부상의 평면도이다.
도 4는 천공된 금속 플레이트 및 벽/스크린에 의해 형성된 실린더의 축에 수직인 평면에서 다수의 스탠드오프 부재에 의해 벽에 부착된 스크린을 포함하는 다공성 벽의 부분 단면을 도시한다.
도 5는 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 2 실시예의 단면을 도시한다.
도 6은 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 3 실시예의 단면을 도시한다.
도 7은 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 1 실시예의 제 1 변형예의 단면을 도시한다.
도 8은 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 1 실시예의 제 2 변형예의 단면을 도시한다.
도 9는 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 4 실시예의 단면을 도시한다.
도 10은 원통형 쉘의 축을 함유하는 평면에서의 본 발명에 따른 방사형 흡수 용기의 제 5 실시예의 단면을 도시한다.
도면들 1 내지 10는 본 발명의 방사형 유동 흡수 용기 및 그것의 선택된 컴포넌트들의 실시예를 예시한다. 도 1 및 도 5 내지 도 10의 단면도는 방사형 유동 흡수 용기에 가요성 스크린이 어떻게 통합되는지를 나타내지만, 당업자에게 쉽게 이해되고 자명한 본 발명의 양태들의 부착, 도관, 배관 또는 다른 모든 수단을 포함하지는 않는다. 도 1 및 도 5 내지 도 10은 유체가 용기의 바닥에 유입되고, 최외측으로부터 중심 환형 세그먼트로 방사형으로 유동하고, 용기의 바닥에 있는 도관을 통해 중심 환형부를 빠져 나가는 U-유동 방사형 흡수 용기를 도시한다. 본 발명은 당업자에게 자명한 쉽게 다른 방사형 유동 기하학적 구조(즉, 역 U-유동, Z-유동) 에도 디자인될 수 있는 본 발명에 따른 용기 등의 U-유동 방사형 용기들에 한정되지는 않는다.
도 1 및 도 5 내지 도 10에 도시되고 이하에 설명되는 방사형 유동 흡수 용기의 모든 실시예에서, 용기(1)는 제 1 또는 상부 단부(3) 및 제 2 또는 바닥 단부(5)를 가지며, 이들 둘 모두는 반구형, 원뿔형, 평면형 또는 기타 헤드 기하학적 구조에 의해 봉입될 수 있다. 제 1 단부(3)는 용기로부터 흡착제를 도입 또는 제거하기 위한 포트로서 사용되는 적어도 하나의 도관(7)을 갖는다. 제 2 단부(5)는 방사형 유동 용기로의 유체의 입구 및 출구 유동에 사용되는 2 개의 도관(9 및 11)을 갖는다. 쉘(13) 및 외측 다공성 벽(19)은 제 2 단부(5)를 통해 도관(11)과 유체 연통하는 최외측 환형 유동 채널(15)을 형성한다. 내측 다공성 벽(23)은 도관(9)과 유체 연통하는 중심 환형부(17)를 생성한다.
또한, 도 1 및 도 5 내지 도 10에 도시되고 이하에서 설명되는 바와 같은 방사형 유동 흡수 용기의 모든 실시예들에서, 일반적으로 상이한 유형의 재료가 지정된 환형 세그먼트들에 미립자 형태로 충전되는 금속 유기 프레임워크(MOF : metal organic framework)들, 제올라이트성 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF : zeoliticim idazolate framework), 또는 공유 결합 유기 프레임워크(COF :covalent organic framework)와 같은 금속이 있는 또는 금속이 없는 알루미나, 실리카, 제올라이트, 활성탄, 금속 산화물 흡수제 또는 결정질 유기 프레임워크와 같은 흡착제로서 사용될 수 있다. 만약 이러한 다수의 세그먼트가 용기 내에 생성되면, 그것들은 상이한 흡착제로 충전될 수 있거나, 흡착제가 미립자 형태이기 때문에, 상이한 입자 크기 및/또는 형상을 갖는 동일한 흡착제가 상이한 환형 세그먼트로 충전될 수 있다.
도 1 및 도 5 내지 도 10에 도시되고 이하에 설명된, 방사형 유동 흡수 용기의 모든 실시예에서, 도 1에 도시된 외측 다공성 벽(19)도 내측 다공성 벽(23)과 같은 다공성 벽은 종래 기술에서 발견된 컨테인먼트(containment) 스크린에 대한 디자인에 유사하다. 예를 들어, 다공성 벽의 메쉬 스크린 또는 강망(expanded metal)에 오버레이된 유체 유동을 위한 큰 개구로 천공된 플레이트로 구성될 수 있고, 이의 개구는 환형 세그먼트 내에 흡착성 입자의 크기보다 작다.
도 1 및 도 5 내지 도 10에 도시되고 이하에 설명된 방사형 유동 흡수 용기의 모든 실시예에서(중간) 스크린(들)은 와이어 메쉬, 우븐 와이어 천(woven wire cloth) 또는 강망과 같은 가요성 재료로 만들어진다. 스크린 재료의 가요성은 압연 프로세스 동안에 형성된 다공성 벽(들)의 가능한 불균일한 윤곽에 일치되도록 형상화된 중간 스크린(들)을 허용하여 유체 유동 방향에서 균일한 깊이를 갖는 환형 세그먼트를 생성하게 한다.
마지막으로, 도 1 및 도 5 내지 도 10에 도시되고 이하에서 설명되는 방사형 유동 흡수 용기의 모든 실시예에서, 스탠드오프 부재는 당업자에게 익숙하고 자명한 용접, 접착제, 볼트 또는 임의의 다른 파스너 방법에 의해 스크린/벽에 각 단부에 부착될 수 있다.
본 발명의 방사형 유동 흡수 용기의 제 1 실시예가 설명된 도 1을 참조하면, 원통형 용기(1)는 흡착제로 충전되도록 되어 있는 환형 세그먼트(25 및 27)을 생성하는 쉘 내측에 3 개의 유체 투과성 원통형 장벽들(19, 21 및 23)를 갖는 원통형 쉘(13)을 포함한다. 유체 투과성 장벽은 외측 다공성 벽(19), 내측 다공성 벽(23) 및 중간 스크린(21)으로 디자인된다. 쉘, 다공성 벽 및 스크린은 동일한 대칭축(31)과 동축으로 배열된다.
복수의 스탠드오프 부재(29)는 제 1 단부에서 외측 다공성 벽(19)에 그리고 제 2 단부에서 중간 스크린(21)에 부착된다. 복수의 스탠드오프 부재(29)는 중간 스크린(21)에 필요한 강도 및 강성을 제공하여 원통형 형상을 유지하고 흡수 프로세스 동안에 그리고 흡착제 충전 동안에 환형 세그먼트(25 및/또는 27) 내에 흡착제의 로딩을 보유한다.
추가하여, 스탠드오프 부재는 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때, 동일한 길이를 가져서 외측 다공성 벽(19)과 중간 스크린(21) 사이에서 균일한 거리를 생성한다. 따라서, 환형 세그먼트(25)는 유체 유동 방향으로 균일한 깊이를 갖도록 제어되어 환형 세그먼트(25)가 흡착성 입자로 충전될 때, 불균일한 베드 깊이에 기인한 이 층을 통한 오염 재료의 조기 파과가 방지되고 흡수 프로세스의 성능이 유지된다.
중간 스크린은 복수의 스탠드오프 부재에 의해 용기에 부착되므로, 상부 및/또는 하부 단부에서 용기에 부착될 필요가 없다. 중간 스크린(21)의 상부 단부는 도면에 도시된 바와 같이 프리-스탠딩(free-standing)일 수 있거나 또는 용기의 상부에 부착될 수 있다. 지지 플레이트(33) 부근의 중간 스크린의 하부 단부는 용접, 접착제 또는 다른 방법에 의해 지지 플레이트(33)에 자유롭게 또는 부착될 수 있다.
실제로, 쉘(13) 및 외측(19) 및 내측(23)과 같은 다공성 벽은 그 원형도(원통도(cylindricity)), 직선도 및/또는 용기의 다른 부재와의 동일 축성과 같은 형상 결함을 가질 수 있다. 이들은 원통형 구조 플레이트를 완성하기 위해 다수의 천공된 플레이트의 시트를 압연하고 연결하는 것을 수반할 수 있는 쉘 및/또는 다공성 벽/천공된 플레이트의 제조 프로세스 및 용기의 조립 프로세스로부터 기인한다.
이러한 결함을 갖는 도 1의 이상적인 형태로 도시되고 상기에서 설명된 제 1 실시예의 용기가 도 7 및 도 8에 도시된다. 도 7에 도시된 용기에서, 외측 다공성 벽(19)의 형상은 벽의 반경이 전체 종방향 연장부에 걸쳐 일정하지 않기 때문에 이상적인 원통형으로부터 벗어난다. 반대로, 반경은 용기의 상부로부터 대략 중간으로 증가하고 중간으로부터 바닥으로 감소한다.
제 1 실시예의 용기의 이 변형예에서, 스탠드오프 부재의 길이는 중간 스크린(21)과 내측 다공성 벽(23) 사이의 균일한 거리가 획득되도록 도 7에 도시된 바와 같이 조정될 수 있다. 따라서, 환형 세그먼트(27)는 유체 유동 방향으로 균일한 깊이를 갖도록 제어된다.
더욱이, 도 8에 도시된 용기에서, 이미 도 7에 도시된 변형 예에 대해 설명된 원통형으로부터의 편향(deviation) 외에도, 내측 다공성 벽(19) 및 외측 다공성 벽(23)의 축은 쉘(13)의 축에 대하여 틸트된다. 또한 제 1 실시예의 용기의 변형예에서, 스탠드오프 부재의 길이는 중간 스크린(21)과 내측 다공성 벽(23) 사이의 균일한 거리가 다시 획득되도록 도 8에 도시된 바와 같이 조정될 수 있다.
당업자에게 즉각적으로 자명한 바와 같이, 전술한 제 1 실시예의 용기에서 수행된 것과 같은 조정이 필요에 따라 본 발명의 용기의 다른 실시예에 대해 행해질 수 있다.
도 1 및 도 5 내지 도 10에 도시되고 본 출원에 설명된 방사형 유동 흡수 용기의 모든 실시예에 적용 가능한 스탠드오프 부재 디자인의 일 실시예가 도 2 및 도 3에 도시된다. 스탠드오프 부재는 압출된 알루미늄 채널, 압연된 강철 채널, 성형된 강판 또는 기타 재료로 만들어 질 수 있다. 압출 또는 압연 제품이 수동으로 형성되거나 용접된 제품들보다 더 정확할 수 있는 스탠드오프 부재의 제 1 단부에서 제 2 단부까지의 거리에 대한 엄격한 허용 오차를 유지하거나 프로세스에 대한 야금 요건들을 기초로 하여 재료 및 제품 형태의 선택이 수행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 스탠드오프 부재(29)는 제 1 단부(35), 제 2 단부(37) 및 연결 레그(39)를 포함한다. 연결 레그(39)의 길이는 방사형 유동 용기에서 환형 세그먼트의 원하는 간격과 일치하도록 선택된다. 연결 레그는 길이에 수직인 방향으로 높이 보다 훨씬 작은 두께(폭)를 가진다. 또한, 스탠드오프 부재의 단부의 두께(폭)는 다른 치수보다(훨씬) 작아서, 상부 겉면(face)(41) 및 바닥 겉면(43)(도면에서 예리한 에지로 도시됨)이 연결 레그 및 부재의 단부 양쪽을 따라서 작은 폭을 갖도록 된다. 스탠드오프 부재의 상부 겉면은 용기의 상부를 마주하고 바닥 겉면은 바닥을 마주한다.
스탠드오프 부재는 상부 겉면(41)이 일반적으로 용기(31)의 축과 일치하는 흡착성 입자로 충전 방향에 수직으로 설치되어, 흡착성 입자를 로딩하는 동안 스탠드오프 부재 아래의 흡착 층에 공극(void)의 형성이 가급적 회피된다. 제 1 단부(35), 제 2 단부(37) 및 연결 레그(39)는 일정한 두께를 가질 수 있거나 바닥 겉면 및/또는 상부 겉면에 테이퍼진 에지(43)가 제공될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 바닥 겉면에는 테이퍼진 에지(43)가 제공되어, 이는 스탠드오프 부재 아래에 공극의 형성을 추가로 방지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 테이퍼 각도는 수평, 즉 쉘의 축에 수직인 평면으로부터 측정된다. 각도는 방사형 용기에 로딩된 흡착제 재료의 안식각(angle of repose)보다 더 크다. 안식각을 초과함으로써, 흡착제는 스탠드오프 부재(29)에 붙여서 밀착되어 충전되어 바닥 겉면(43)에서 스탠드오프 부재 아래의 임의의 개방 공극의 형성을 제거할 것이다. 공극은 유동 바이패스 및 국소 유동화를 가능하게 하여 흡착성 입자를 저하시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 테이퍼진 에지가 스탠드오프 부재의 바닥 겉면(43) 및 상부 겉면(41) 둘 모두에 제공된다.
테이퍼진 에지(43)가 존재하지 않는 경우, 제 1 단부(35), 제 2 단부(37) 및 연결 레그(39)의 폭은 스탠드오프 부재 아래에 공극이 형성되는 것을 방지하기 위해 최소화되어야 한다. 이 경우, 스탠드오프 부재의 강도와 강성과 공극를 형성하는 경향 사이에 트레이드오프(trade-off)가 있다.
스탠드오프 부재는 파손 또는 현저한 변형없이 흡착제 재료를 로딩하는 동안 흡착 베드의 중량을 지지하기에 충분한 강도 및 강성을 가져야 한다. 단부(35 및 37)의 크기는 유동이 단부에 의해 국부적으로 차단되는 쉐도잉 효과를 감소시키기 위해 최소화된다. 스탠드오프 부재의 형상은 도 2 및 도 3에 제공된 예와 상이할 수 있다. 핵심 피처는 스탠드오프 부재의 2개의 단부 사이에 고정된 레그를 갖는 것이다. 단부와 레그는 원칙적으로 임의의 기하학적 형상을 취할 수 있다.
도 4를 참조하면, 복수의 스탠드오프 부재(29)가 제 1 단부에서 다공성 벽(19)에 부착된다. 각각의 스탠드오프 부재는 용접, 접착제, 볼트 또는 다른 부착 방법에 의해 다공성 벽(19)에 부착될 수 있다. 스탠드오프 부재는 다공성 벽(19) 및 연결 레그(39)에 수직인 상부 겉면(41)이 용기를 통과하는 유체 유동과 평행한 방사상 방향으로 위치된다. 중간 스크린(21)은 용접, 볼트, 접착제 또는 다른 부착 방법을 사용하여 각 스탠드오프 부재의 제 2 단부에 부착된다. 중간 스크린(21)은 단일 가요성 와이어 메쉬, 우븐 와이어 천 또는 강망일 수 있다. 임의의 이들 재료들의 다수의 중첩 시트들이 또한 사용될 수 있다. 다수의 메쉬 시트가 사용될 때, 개별 시트는 스크린의 설치를 단순화하는데 도움이 되는 종방향, 원주 방향 또는 다른 방향으로 이어질 수 있다. 중간 스크린(21)상의 개별 시트로부터의 와이어 메쉬 이음매 및/또는 중첩은 완전한 원통형 스크린을 형성하도록 개별 시트를 연결하는 접착제 또는 다른 부착 수단을 사용하여 밀봉될 수 있다.
스탠드오프 부재의 수 및 간격은 스크린에 강도 및 강성을 제공하도록 선택된다. 더 가요적인 중간 스크린은 더 많은 스탠드오프 부재를 필요로 하지만, 더 많은 수의 스탠드오프 부재는 가스 유동 경로상의 전체 쉐도잉 효과를 증가시킨다.
스탠드오프 부재는 사각형 또는 삼각형과 같은 임의의 피치 레이아웃을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방사형 유동 흡수 용기의 제 2 실시예가 도 5에 도시된다. 원통형 용기(1)는 흡착제로 충전되도록 된 환형 세그먼트(525, 549 및 527)를 생성하는 쉘 내측에 4 개의 유체 투과성 원통형 장벽(19, 21, 547 및 23)를 갖는 원통형 쉘(13)을 포함한다. 유체 투과성 장벽은 외측 다공성 벽(19), 내측 다공성 벽(23) 및 중간 스크린(21 및 547)으로 디자인된다. 쉘, 다공성 벽 과 스크린은 모두 동일한 대칭축(31)을 중심으로 동축으로 배열된다.
제 1 복수의 스탠드오프 부재(529)는 제 1 단부에서 외측 다공성 벽(19)에 부착되고, 제 2 단부에서 제 1 중간 스크린(21)에 부착된다. 제 1 복수의 스탠드오프 부재(529)는 제 1 중간 스크린(21)에 강도 및 강성을 제공한다. 또한, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때 스탠드오프 부재는 모두 동일한 길이를 가져서 외측 다공성 벽(19)과 제 1 중간 스크린(21) 사이의 균일한 거리가 생성되어 유체 유동 방향에서 환형 세그먼트(525)의 균일한 깊이로 귀결된다.
제 2 복수의 스탠드오프 부재(551)는 제 1 단부에서 제 1 복수의 스탠드오프 부재(529)에 부착되고 즉, 제 2 복수의 각각의 부재는 제 1 중간 스크린이 그들 사이에 유지된 채로 제 1 복수 부재에 부착되고, 제 2 단부에서 제 2 중간 스크린(547)에 부착된다. 제 2 복수의 스탠드오프 부재(551)는 제 2 중간 스크린(547)에 강도 및 강성을 제공한다. 추가하여, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때, 스탠드오프 부재 전부는 동일한 길이를 가져서 제 1 중간 스크린(21)과 제 2 중간 스크린(547) 사이의 균일한 거리를 생성하여 이는 유체 유동 방향에서 환형 세그먼트(549)의 균일한 깊이로 귀결된다. 제 2 복수의 스탠드오프 부재의 크기, 형상 및 수는 제 1 복수의 스탠드오프 부재와 상이할 수 있다.
중간 스크린(21 및 547)는 흡착성 입자로 충전될 세 개의 환형 세그먼트(525, 549, 및 527)을 생성한다.
제 1 중간 스크린(21)의 상부 단부는 용기에 연결되어 있지 않다. 지지 플레이트(33) 근처의 제 1 중간 스크린의 하부 단부는 자유롭거나 또는 용접, 접착제 또는 다른 방법에 의해 플레이트(33)를 지지하도록 부착될 수 있다. 유사하게, 제 2 중간 스크린(547)의 상부 단부는 용기에 연결되지 않는다. 지지 플레이트(33) 부근의 제 2 중간 스크린의 하부 단부는 자유롭게 또는 용접, 접착제 또는 다른 방법에 의해 지지 플레이트(33)에 부착될 수 있다.
본 발명의 방사형 유동 흡수 용기의 제 3 실시예가 도 6에 예시된다. 원통형 용기(1)는 흡착제로 충전될 수 있는 환형 세그먼트(625, 627 및 649)를 생성하는 쉘 내측에 4 개의 원통형 유체 투과성 장벽(19, 21, 647 및 23)을 갖는 원통형 쉘(13)을 포함한다. 유체 투과성 장벽은 외측 다공성 벽(19), 내측 다공성 벽(23) 및 중간 스크린(21 및 647)으로서 디자인된다. 쉘, 다공성 벽과 스크린은 모두 동일한 대칭축(31)을 중심으로 동축으로 배열된다.
복수의 스탠드오프 부재(629)는 제 1 단부에서 외측 다공성 벽(19)에 부착되고, 제 2 단부에서 제 1 중간 스크린(21)에 부착된다. 복수의 스탠드오프 부재(629)는 제 1 중간 스크린(21)에 강도 및 강성을 제공한다. 추가하여, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때, 스탠드오프 부재는 모두 동일한 길이를 가져서 외측 다공성 벽(19)과 제 1 중간 스크린(21) 사이의 균일한 거리를 생성하여 환형 세그먼트(625)가 유체 유동 방향으로 균일한 깊이를 갖도록 제어 한다.
복수의 스탠드오프 부재(651)은 제 1 단부에서 내측 다공성 벽(23)에 부착되고 제 2 단부에서 제 2 중간 스크린(647)에 부착된다. 복수의 스탠드오프 부재(651)는 제 2 중간 스크린(647)에 강도 및 강성을 제공한다. 추가하여, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때 스탠드오프 부재는 모두 동일한 길이를 가져서 내측 다공성 벽(23)과 제 2 중간 스크린(647) 사이의 균일한 거리를 생성하여 환형 세그먼트(649)가 유체 유동 방향으로 균일한 깊이를 갖도록 귀결된다. 중간 스크린(21 및 647)은 흡착성 입자로 충전되도록 된 3개의 환형 세그먼트(25, 27, 및 649)을 생성한다.
제 1 중간 스크린(21)의 상부 단부는 용기에 연결되어 있지 않다. 지지 플레이트(33) 부근에 제 1 중간 스크린의 하부 단부는 자유롭거나 또는 용접, 접착제 또는 다른 방법에 의해 지지 플레이트(33)에 부착될 수 있다. 유사하게, 제 2 중간 스크린(647)의 상부 단부가 용기에 연결되지 않는다. 지지 플레이트(33) 부근의 제 2 중간 스크린의 하부 단부는 자유롭거나 또는 용접, 접착제 또는 다른 방법에 의해 지지 플레이트(33)에 부착될 수 있다.
본 발명의 방사형 유동 흡수 용기의 제 4 실시예가 도 9에 예시된다. 원통형 용기(1)는 흡착제로 충전될 수 있는 환형 세그먼트(925)를 생성하는 쉘 내측에 2 개의 원통형 유체 투과성 장벽(919 및 923)을 갖는 원통형 쉘(13)을 포함한다. 유체 투과성 장벽은 외측 다공성 벽(919) 및 스크린(923)으로서 디자인된다. 쉘, 다공성 벽 및 스크린은 모두 동일한 대칭축(31)을 중심으로 동축으로 배열된다.
복수의 스탠드오프 부재(929)는 제 1 단부에서 외측 다공성 벽(919)에 부착되고 제 2 단부에서 스크린(923)에 부착된다. 복수의 스탠드오프 부재(929)는 스크린(923)에 필요한 강도 및 강성을 제공하여 원통 형상을 유지하고 흡착제로 충전하는 동안 및 흡수 프로세스 동안 환형 세그먼트(925) 내 흡착제의 로딩을 보유한다. 더욱이, 스크린(923)은 중심 환형부(17)를 생성하는데 사용된다. 본 실시예에서, 스크린(923)의 상부 단부는 중심 환형부(17)의 상부 단부를 한정하기 위해 폐쇄된다. 대안적으로, 스크린(923)의 상부 단부는 용기의 상부 단부에 고정될 수 있다.
추가하여, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때, 스탠드오프 부재는 모두 동일한 길이를 가져서 외측 다공성 벽(919)과 스크린(923) 사이의 균일한 거리를 생성한다. 따라서, 환형 세그먼트(925)는 유체 유동 방향으로 균일한 깊이를 갖도록 제어된다.
스크린(923)은 복수의 스탠드오프 부재에 의해 용기에 부착되어서, 용기의 상부 및/또는 하부 단부에서 용기에 부착될 필요가 없다. 스크린(923)의 상부 단부는 용기에 연결되지 않는다. 지지 플레이트(33) 부근의 스크린의 하부 단부는 자유롭거나 또는 용접, 접착제 또는 다른 방법에 의해 지지 플레이트(33)에 부착될 수 있다.
본 발명의 방사형 유동 흡수 용기의 제 5 실시예가 도 10에 예시된다. 원통형 용기(1)는 흡착제로 충전될 수 있는 환형 세그먼트(1029 및 1049)를 생성하는 쉘 내측에 3개의 원통형 유동 투과성 장벽(1019, 1021 및 1023)을 갖는 원통형 쉘(13)을 포함한다. 유체 투과성 장벽은 중간 다공성 벽(1021) 및 스크린(1019 및 1023)으로서 디자인된다. 쉘, 다공성 벽 및 스크린은 모두 동일한 대칭축(31)을 중심으로 동축으로 배열된다.
제 1 복수의 스탠드오프 부재(1029)는 제 1 단부에서 중간 다공성 벽(1021)에 부착되고, 제 2 단부에서 스크린(1019)에 부착된다. 복수의 스탠드오프 부재(1029)는 스크린(1019)에 필요한 강도 및 강성을 제공하여 원통 형상을 유지하고 흡착제로 충전하는 동안 및 흡수 프로세스 동안 환형 세그먼트(1025) 내에 흡착제의 로딩을 보유한다. 더욱이, 스크린(1019)은 외측 환형부(15)를 생성하는데 사용된다.
제 2 복수의 스탠드오프 부재(1051)는 제 1 단부에서 중간 다공성 벽(1021)에 부착되고, 제 2 단부에서 스크린(1023)에 부착된다. 복수의 스탠드오프 부재(1051)는 스크린(1023)에 필요한 강도 및 강성을 제공하여 원통 형상을 유지하고 흡착제로 충전하는 동안 및 흡수 프로세스 동안 환형 세그먼트(1049) 내에 흡착제의 로딩을 보유한다. 더욱이, 스크린(1023)은 중심 환형부(17)를 생성하는데 사용된다.
추가하여, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 측정될 때, 스탠드오프 부재는 모두 동일한 길이를 가져서 중간 다공성 벽(1021)과 스크린(1019 및 1023) 사이의 균일한 거리를 생성한다. 따라서, 환형 세그먼트(1029 및 1051)는 유체 유동 방향으로 균일한 깊이를 갖도록 제어된다.
스크린(1019)은 상부 단부에서 쉘(13)에 부착되고 하부 단부에서 바닥 지지 플레이트(33)에 부착된다. 스크린(1023)의 상부 단부는 중심 환형부(17)의 상부 단부를 한정하도록 폐쇄된다.
본 발명의 추가 실시예는 당업자에게 쉽게 자명한 이전 실시예의 변형예를 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 제 1 실시예에서, 복수의 스탠드오프 부재(29)에 의해 외측 다공성 벽(19)에 연결되기 보다는 중간 스크린(21)이 복수의 스탠드오프 부재에 의해 내측 다공성 벽(23)에 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 제 2 실시예에서, 제 1 복수의 스탠드오프 부재(29)에 의해 외측 다공성 벽(19)에 중간 스크린(21)을 연결하기 보다는 중간 스크린(547)이 복수의 스탠드오프 부재에 의해 내측 다공성 벽(23)에 연결될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서, 외측 다공성 벽 유체 투과성 배리어(923)는 내측의 다공성 벽으로 디자인될 수 있고, 장벽(919)는 가요성 스크린으로서 디자인될 수 있으며, 이는 또한 외측 환형부(15)를 한정한다.
상기 실시예들 중 임의의 실시예에서, 스크린을 스크린 또는 다공성 벽에 연결하기 위해 2 개 이상의 복수의 스탠드오프 부재가 방사형 용기에 통합될 수 있다. 예를 들어, 추가 스크린을 지지하는 추가의 복수의 스탠드오프 부재는 흡착제에 의해 충전되지 않은 환형 세그먼트를 생성하는데 사용된다. 이러한 개방된 환형 세그먼트는 다공성 벽들 사이의 불균일한 거리를 보상 하는데 사용될 수 있다.
예제
도 1에 도시된 것과 같이 구성된 방사형 유동 흡수 용기가 제공되었고, 0.3 m × 0.3 m 정사각형 격자 패턴 상에 0.20 m의 길이를 갖는 스탠드오프 부재가 부착된 직경 4 m의 외부 다공성 벽을 포함하고, 직경 3.6m의 스크린을 지지한다. 또한, 용기는 외측 다공성 벽 또는 중간 스크린에 연결되지 않은 직경 1m의 내측 다공성 벽을 포함한다. 다공성 벽 및 스크린의 총 높이, 즉 종방향 연장부는 4.5m이다. 양쪽 다공성 벽은 와이어 메쉬로 오버레이된 45%의 개방 면적을 갖는 6mm 두께의 천공 강판으로 만들어졌다. 양쪽 다공성 벽은 모두 강성이 1000 Nm이고 중간 스크린은 1 Nm의 강성을 가졌다.
중간 스크린이 최저 체 입자(sieve particle)를 함유하기에 충분히 작은 개구를 갖는 우븐 와이어 메쉬로 구성된다.
스탠드오프 부재는 강철 채널로 만들어졌고, 외측 다공성 벽에 용접되고 나사를 사용하여 중간 스크린에 부착되었다.
스탠드오프 부재를 갖는 소형 스크린 리그(rig)가 스탠드오프의 개념의 강도와 강성을 테스트하도록 제작되었다. 테스트 리그는 높이가 4'(10.16cm) 이고 폭이 5'(12.7cm) 이며 스크린은 실제 제품 디자인과 같은 반경으로 압연되었다. 바닥과 에지는 알루미늄과 합판 조각으로 차단되었다. 저울(scale)이 스크린의 바닥의 스탠드에 내장되었다. 충전 동안에 저울에 가해지는 하향 압력이 측정되었다. 중간 스크린의 곡률은 충전하기 전과 후에 윤곽 게이지로 측정되었다. 베드에 6-12"(15.24cm 내지 30.48cm) 높이로 충전된 후 저울에 가해지는 하중은 일정한 값에 도달했다. 이것은 매우 유리한 결과 이었고 그 결과는 스탠드오프의 존재와 와이어 메쉬의 거친 질감에 의해 아마도 개선되었다. 스크린의 측정 가능한 변형은 없었다(약 1/32"(1/12.6cm)이었던 게이지의 정확도 내에서).

Claims (15)

  1. 방사형 유동 흡수 용기(radial flow adsorption vessel)에 있어서, 원통형 외측 쉘 및 상기 쉘 내측에 동축으로(co-axially) 배치된 적어도 하나의 원통형 다공성 벽을 포함하고, 상기 쉘의 내측에서 하나 이상의 유체 투과성 스크린이 다수의 별개의 스탠드오프 부재에 의해 상기 적어도 하나의 다공성 벽에 견고하게 연결되어 상기 스크린이 상기 쉘과 동축인 원통형 형상을 갖는, 방사형 유동 흡수 용기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스크린은 메쉬 와이어(mesh wire), 우븐 와이어 천 (woven wire cloth) 또는 강망(expanded metal)을 포함하는, 방사형 유동 흡수 용기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 스크린은 35 Nm 미만의 강성(stiffness)을 갖는 재료를 포함하는, 방사형 유동 흡수 용기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 방사형 유동 흡수 용기는 상기 쉘 내측에 동축으로 배치된 적어도 하나의 내측 및 외측 원통형 다공성 벽을 포함하고, 상기 유체 투과성 스크린은 다수의 별개의 스탠드오프에 의해 상기 다공성 벽 중 하나에 견고하게 연결되어 상기 스크린이 상기 쉘과 동축인 원통형 형상을 갖는, 방사형 유동 흡수 용기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용기 내에 한정된 적어도 하나의 환형 세그먼트가 흡착성 입자로 충전되고, 상기 스탠드오프 부재는 상기 흡착성 입자의 충전 방향에 수직인 평면에서 가장 작은 연장부(extension)를 갖도록 장착되는, 방사형 유동 흡수 용기.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용기 내에 한정된 적어도 하나의 환형 세그먼트가 흡착성 입자로 충전되고, 상기 흡착성 입자의 충전 방향을 가리키는 상기 스탠드오프 부재의 에지는 테이퍼진, 방사형 유동 흡수 용기.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 별개의 스탠드오프 부재는 상기 스크린에 의해 형성된 실린더의 종방향 및 원주 방향을 따라 그리드(grid)에 배치되는, 방사형 유동 흡수 용기.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 개별 스탠드오프 부재의 길이는 상기 스크린과 적어도 하나의 인접한 스크린 또는 다공성 벽 사이에 균일한 방사상 거리가 획득되도록 선택된, 방사형 유동 흡수 용기.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 스탠드오프 부재는 종방향, 원주 방향으로, 또는 종방향 및 원주 방향으로 서로 등간격으로(equidistantly) 배치되는, 방사형 유동 흡수 용기.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용기 내에 한정되는 최외측 및 최내측 환형 세그먼트가 상기 용기로의 유체 유동 및 상기 용기로부터의 유체 유동을 위한 채널을 형성하는, 방사형 유동 흡수 용기.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용기 내에 한정된 적어도 하나의 환형 세그먼트가 흡착성 입자로 충전되는, 방사형 유동 흡수 용기.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다공성 벽의 바닥 단부와 상기 스크린이 견고하게 연결된 상기 쉘의 바닥에 지지 플레이트가 제공되는, 방사형 유동 흡수 용기.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 유체 투과성 스크린 중 하나 이상의 스크린은 상부에서 자유롭게 있거나 또는 상기 유체 투과성 스크린 중 하나 이상의 스크린이 상기 용기의 상부에 고정되는, 방사형 유동 흡수 용기.
  14. 흡수 프로세스에 있어서, 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 방사형 유동 흡수 용기가 사용되는, 흡수 프로세스.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 프로세스는 압력 스윙 흡수 프로세스(swing adsorption process), 진공 스윙 흡수 프로세스, 또는 압력 스윙 흡수 프로세스 및 진공 스윙 흡수 프로세스인, 흡수 프로세스.
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