KR102535547B1 - 통합 로딩 디바이스를 갖는 방사류 흡착 용기 - Google Patents

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윌리엄 에릭 칼슨
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Abstract

방사류 흡착 용기는, 상단 단부 및 바닥 단부를 갖는 원통형 외부 쉘- 상단 단부는 용기 내로 또는 용기로부터 흡착제 입자를 도입하거나 제거하기 위한 포트로서 사용 가능한 중심 개구를 제공하는 용기 헤드에 의해 둘러싸여 있음 -; 쉘 내부에 배치된 적어도 하나의 환형 흡착 공간- 적어도 하나의 환형 흡착 공간은 외부 및 내부 원통형 다공성 벽에 의해 형성되고, 이 벽들 양자 모두는 쉘 내부에 동축으로 배치됨 -; 및 용기의 상단 단부에서 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 위치된 흡착제 입자를 위한 로딩 디바이스- 로딩 디바이스는 외부 원통형 다공성 벽까지 반경방향으로 연장되는 적어도 하나의 원추형 요소를 포함하고, 적어도 하나의 원추형 요소 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 적어도 배열된 복수의 오리피스를 제공함 -를 포함한다.

Description

통합 로딩 디바이스를 갖는 방사류 흡착 용기{RADIAL FLOW ADSORPTION VESSEL WITH AN INTEGRATED LOADING DEVICE}
본 발명은 흡착제를 위한 통합 로딩 디바이스를 포함하는 방사류 흡착 용기 및 본 발명의 방사류 흡착 용기에 흡착제를 충전하는 프로세스에 관한 것이다. 추가 양태에서, 본 발명은 흡착 프로세스에 관한 것이다.
흡착에 의한 가스 정제는 종종 가스 스트림으로부터 여러 불순물의 제거를 필요로 한다. 때로는 단일 흡착제 층을 사용하여 수행할 수 있지만, 종종 흡착 프로세스를 최적화하기 위해 적어도 2개의 상이한 흡착제를 사용하는 것이 더 경제적이다. 기존의 축류 용기에서, 이는 미립자 물질을 순차적으로 로딩하여 유체 유로에 수직인 별개의 층을 생성함으로써 쉽게 달성할 수 있다. 그러나, 방사류 흡착 용기는 일반적으로 용기 내에 배치된 원통형 장벽에 의해 생성되는, 유체 유로에 수직이 되는 별개의 층을 위한 환형 흡착 공간들을 필요로 한다.
일반적으로, 방사류 흡착 용기는 외부 쉘과 내부 및 외부 다공성 벽과 같은 다공성 벽으로 구성되며, 이들은 일반적으로 다공성 벽 사이에 흡착제 입자를 보유하기 위해 미세한 와이어 메시 오버레이와 함께 강성과 강도를 위해 금속으로 이루어진 천공된 판으로 형성된다. 이 다공성 벽은 환형 흡착 공간(들)을 생성하고, 여기에, 흡착제 입자가 로딩될 수 있다.
이러한 방사류 흡착 용기의 로딩 프로세스에는 일반적으로 보관, 유지 및 다른 위치로 배송해야 하는 특수 장비와 로딩 작업을 위한 상당한 현장 전문 지식이 필요하다.
로딩 작업에 사용되는 대부분의 디바이스는 회전 디바이스이다. 시브를 외향으로 투사하는 이러한 회전 디바이스는 방사류 용기와 함께 사용될 때 내부 다공성 벽의 음영 효과로 인한 문제가 있는 데, 이는 흡착제 입자가 로더를 벗어날 때, 흡착제 입자가 상기 벽의 상단에 부딪히는 것을 피하기 위해 필요한, 최소 반경방향 속도를 갖기 때문이다. 흡착제 입자는 계속 외향 이동하여, 내부 다공성 벽의 외부 주변에 미충전 공간이나 음영 영역을 남긴다.
더욱이, 상기 회전 디바이스는 용기 헤드 내부에 설치하기가 어려우며, 설치할 때마다 용기 내의 그 동심도에 관련하여 정렬되어야 한다.
US 5,296,202는 단일 로터로 촉매 베드의 전체 직경에 걸쳐 촉매 입자를 동시에 분배하기 위한 장치를 개시한다. 베드는 용기 또는 베드 중심과 동심인 다수의 촉매의 환형 링을 형성함으로써 실질적으로 균일한 고밀도를 갖는다. 이러한 작용은 촉매를 공급 호퍼로부터 복수의 아치형 섹터 또는 회전 디스크형 부재 상의 상이한 반경방향 길이의 부분으로 편향시킴으로써 로터 속도를 변화시키지 않고 달성된다. 바람직하게는, 각각의 아치형 부분은 용기의 단면적 내에서 베드의 환형 영역 중 하나에 비례하는 체적을 갖는다. 원하는 체적은 아치형 섹터의 반경방향 길이, 디스크 상의 그 끼인각 및 인접한 섹터를 분리하는 베인의 높이에 의해 형성된다. 이 체적은 각 환형 링이 동시에 최소 중첩으로 베드에 걸쳐 형성되도록 디스크형 부재의 일정한 회전 속도로 이러한 체적을 전체적으로 유지하는 속도에서의 섹터로의 촉매 유동에 의해 유지된다.
US 5,324,159는 흡착 용기의 단면적에 걸쳐 흡착제 입자의 균일한 유동을 제공하도록 구성된 입자 로더를 개시한다.
US 5,836,362 및 US 5,964,259는 내부 및 외부에 반경방향으로 배치된 입자의 동심 층을 포함하는 입자 베드를 형성하기 위해 입자를 용기에 로딩하기 위한 입자 로더 조립체를 각각 개시하며, 상기 내부 층은 상기 외부 층에 포함된 입자의 유형과는 입도(granulometry) 또는 조성 또는 양자 모두가 상이한 적어도 하나의 유형의 입자를 포함한다.
US 6,866,075 B2는 오리피스에 대해 배치된 편향 표면을 포함하는 오리피스로부터 유동하는 입자를 분산시키기 위한 장치를 개시하고, 편향 표면은 오리피스에 대해 고정되고, 이에 의해 오리피스로부터 유동하는 입자는 편향 표면에 충돌하여 분산될 수 있고, 오리피스는 도관의 벽에 배치된 복수의 오리피스 중 하나이고, 도관은 입자가 중력에 의해 도관을 통해 그리고 오리피스를 통해 유동할 수 있도록 수직으로부터 약 45도 내지 약 70도 사이에서 배향된 축을 갖는다.
US 5,232,479는 환형 중첩 베드를 포함하는 흡착기를 개시하고, 흡착기는 그 상부 구역에 상부 베드를 유지하고 압축하는 디바이스, 그 중간 구역의 상부 베드로부터 하부 베드를 분리하는 가요성 불투과성 멤브레인 및 그 하부 구역에서 하부 베드를 위한 내부 환형 덕트를 형성하는 원통형 벽을 포함한다.
CN 103357243 A는 원통형 타워 본체, 타워 본체의 바닥에 배치된 가스 입구 조립체, 흡착 조립체의 상단에 배치된 가스 출구 조립체, 타워 본체에 배치된 흡착 조립체 및 타워 본체의 내부 벽과 흡착 벽의 외부 벽 사이에 형성된 원형 가스 수송 공동을 포함하는 산소 생산 흡착 타워를 개시하며, 가스 입구 조립체에는 흡착 조립체의 하부 단부 주변에 배치된 원형 가스 통기구가 제공된다.
이와 관련하여, 특히 용기 내에서 임의의 장비를 설치 및 정렬할 필요성을 감소시킴으로서 흡착제 물질의 충전 작업 동안 시간을 절약할 수 있게 하는 용기를 제공하기 위해 개선된 방사류 흡착 용기를 제공할 필요성이 여전히 존재한다는 것을 발견하였다. 또한, 용기는 균일한 고밀도 흡착제 입자 패킹을 허용해야 한다. 패킹된 흡착제 층의 유동 분포는 패킹 밀도에 크게 의존하므로 균일한 유동 분포가 흡착 시스템의 성능에 중요하다. 또한, 조밀하게 패킹된 흡착제 층은 작업 동안 훨씬 덜 침전된다. 흡착제 층이 느슨하게 패킹되면 유체력으로 인해 입자가 작업 동안 공극으로 이동할 수 있다. 이는 흡착제 입자가 균일한 크기 및 형상을 제공하더라도 흡착제 층의 상단에 원치 않는 침전을 초래할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 문제를 해결하거나 적어도 완화할 수 있게 하는 방사류 흡착 용기를 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 흡착제 층 내에서 균일한 밀도를 달성하기 위해, 각 흡착제 입자가 다른 낙하 입자에 의해 영향을 받기 전에 낙하하여 휴지 상태가 될 수 있게 되어야 한다는 기본적인 발견에 기초한다. 이는 입자 사이에 큰 공극으로 다른 입자에 의해 입자가 떠받쳐지는 것을 방지한다. 이를 달성하기 위해, 입자는 분산되어야 하며, 즉, 입자는 큰 그룹이 아니라 개별적으로 낙하하여야 하고, 이들은 흡착제 층 표면에서의 임계 입자 플럭스 속도보다 느린 제어된 속도로 떨어져야 하며, 흡착제 층의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 분산되어야 한다.
따라서, 본 발명은 방사류 흡착 용기를 제공하며, 이는 상단 단부 및 바닥 단부를 갖는 원통형 외부 쉘- 상단 단부는 용기 내로 또는 용기로부터 흡착제 입자를 도입하거나 제거하기 위한 포트로서 사용 가능한 중심 개구를 제공하는 용기 헤드에 의해 둘러싸임 -; 흡착제 입자로 충전될 수 있는 쉘 내부에 배치된 적어도 하나의 환형 흡착 공간- 적어도 하나의 환형 흡착 공간은 외부 및 내부 원통형 다공성 벽에 의해 형성되고, 이들 양자 모두는 쉘 내부에 동축으로 배치됨 -; 및 용기의 상단 단부에서 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 위치된 흡착제 입자를 위한 로딩 디바이스- 로딩 디바이스는 외부 원통형 다공성 벽까지 반경방향으로 연장되는 적어도 하나의 원추형 요소를 포함하고, 적어도 하나의 원추형 요소는, 적어도, 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 배열된 복수의 오리피스를 제공함 -를 포함한다.
로딩 디바이스를 방사류 흡착 용기에 통합하면 상기 로딩 디바이스를 설치하고 정렬할 필요성을 제거함으로써 로딩 작업 동안 시간을 절약할 수 있게 한다. 또한, 외부 원통형 다공성 벽까지 반경방향으로 연장되고, 적어도, 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 배열된 복수의 오리피스를 제공하는 로딩 디바이스의 적어도 하나의 원추형 요소는 로딩 동안 흡착제 입자의 유량을 제어할 수 있게 하고 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느린 속도로 흡착 공간의 전체 표면에 균일한 분포를 보장한다.
방사류 흡착 용기는 외부 및 내부 원통형 다공성 벽을 포함하며, 이들 둘 모두는 쉘 내부에 동축으로 배치된다. 이러한 방사류 흡착 용기는 예를 들어 US2020078722 (A1)에 설명되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. US2020078722 (A1)에 설명된 방사류 흡착 용기의 실시예 중 어느 하나에 본 명세서에 설명된 바와 같은 로딩 디바이스가 제공될 수 있다.
이러한 다공성 벽은 일반적으로 천공된 (금속) 판을 포함한다. 천공된 판의 개구는 일반적으로 흡착제 입자가 통과할 수 있을 정도로 크다. 따라서, 천공된 판은 흡착제 입자를 보유하기 위해 일반적으로 미세한 와이어 메시 오버레이를 제공한다.
상기 로딩 디바이스의 원추형 요소는 일반적으로 흡착제의 안식각보다 큰 원추 각도를 갖는다. 본 명세서에서 원추 각도는 원추의 기저부와 원추형 가지 사이의 각도로 정의된다.
원추형 요소는 함께 결합된 다수의 판금 단편에 의해 형성될 수 있다. 판금 단편에 대한 바람직한 재료는 강철일 수 있지만, 스테인리스 강 및/또는 알루미늄과 같은 다른 금속도 허용된다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 복수의 오리피스를 제공하는 것 이외에 원추형 요소는 중실 벽일 수 있거나, 가압과 감압 동안 용기 헤드와 원추형 요소 사이에 형성된 공간 내에서 더 빠르고 더 균일한 압력 변화를 허용하도록 천공될 수 있다. 따라서, 이러한 천공의 목적은 환형 흡착 공간에서 갑작스러운 압력 변화를 갖는 프로세스 단계 동안 원추형 요소에 걸쳐 압력 균등화를 허용하는 것이다. 천공이 사용되는 경우, 일반적으로 원추형 요소의 전체 표면 쉘이 구멍에 의해 형성된 천공을 제공할 수 있다. 천공에 상이한 구멍 크기를 사용할 수 있지만 천공 구멍의 중심간 간격은 직경의 3배를 유지해야 한다. 또한, 구멍 크기는 흡착제 입자보다 더 작아야 하거나, 구멍은 흡착제 입자보다 더 작은 개구를 갖는 직조된 와이어 메시와 같은 재료로 덮여야 한다.
적어도 하나의 원추형 요소는, 적어도, 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 배열된 복수의 오리피스를 제공한다. 복수의 오리피스는 흡착제의 로딩 동안 흡착제 입자의 유량을 제어하고 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느린 속도로 흡착제 층의 표면에 균일한 분포를 보장한다.
오리피스는 충전할 미립자 흡착제 물질의 특성에 의존하는 상이한 크기 기준을 충족해야 한다. 한편으로 상기 오리피스는 흡착제 물질을 충전하는 동안 가교(bridging)를 방지할 수 있을만큼 충분히 커야 한다. 다른 한편으로 오리피스는 충전될 흡착 공간 내에서 균일한 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느린 흡착제 입자의 유량을 보장해야 한다. 또한, 전체 유량은 직원이 항상 원추형 요소 위의 공간을 흡착제로 가득 찬 상태로 유지할 수 있을 만큼 충분히 느려야 한다. 마지막으로, 오리피스는 각각 대응하는 흡착 공간 또는 흡착제 층의 전체 표면에 흡착제 입자를 균일하게 분산시킬 수 있도록 충분히 가깝게 이격되어야 한다.
바람직하게는, 원추형 요소의 복수의 오리피스는 둥근 구멍에 의해 형성된다.
복수의 오리피스는 또한 원추 요소의 에지 영역 주변에 엇갈리게 배치된 세장형 슬롯에 의해 형성될 수 있다. 슬롯은 가교 없이, 둥근 구멍보다 좁아질 수 있으며 기본적으로 흡착제 물질의 더 양호한 분산을 달성할 수 있다. 긴 슬롯, 예를 들어, 폭 5 mm x 길이 75 mm의 슬롯은 가교 없이 흡착제 물질의 신뢰성있는 유동을 허용하지만, 너무 높은 전체 유량을 제공한다. 반면에, 짧은 슬롯은 흡착제 물질의 충전 작업 동안 가교 차단(bridge shut)되는 경향이 있다.
적어도 하나의 원추형 요소는 다수의 스탠드오프 요소에 의해 용기 헤드에 견고하게 연결될 수 있다. 이러한 스탠드오프 요소는 시브가 스탠드오프 요소 후방에 공극을 형성하지 않고 상기 스탠드오프 요소 주위를 유동할 수 있게 하도록 첨단부가 용기의 외부를 향해 하향한 상태의 날카로운 단면을 제공해야 한다. 따라서, 다리의 축에 수직인 평면에서 스탠드오프 요소의 연결 다리의 단면은 직사각형 형상을 가질 수 있다.
흡착제 입자의 충전 방향을 지향하는 스탠드오프 요소의 에지는 테이퍼형일 수 있다. 이러한 방식으로, 스탠드오프 요소 뒤의 흡착제 층에 공극이 형성되는 것을 효과적으로 피할 수 있다.
더욱이, 흡착제 입자의 충전 방향과 반대 방향을 지향하는 스탠드오프 요소의 에지 또한 테이퍼형일 수 있다.
스탠드오프 요소의 길이는 원추형 요소의 상부측과 원추형 용기 헤드의 하부측 사이에 균일한 축방향 거리가 얻어지도록 선택될 수 있다. 이 경우, 스탠드오프 요소의 길이는 모두 같아야 한다.
스탠드오프 요소는 각 단부에서 용접, 접착제, 볼트 또는 본 기술 분야의 숙련자에게 친숙하고 자명한 임의의 다른 체결구 방법에 의해 용기 헤드와 원추형 요소에 독립적으로 부착될 수 있다.
일반적으로, 쉘의 상단 단부와 바닥 단부는 모두 독립적으로 반구형, 접시구형, 원추형, 평판형 또는 기타 형상을 갖는 헤드로 둘러싸여 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 용기 헤드는 원추 각도를 가지는 원추형 형상을 제공하고, 이 원추 각도는 바람직하게는 흡착제의 안식각보다 크고, 적어도 하나의 원추형 요소와 동일한 각도이며, 그래서, 용기 헤드 및 원추형 요소 모두는 바람직하게 흡착제의 안식각보다 약간 가파른 원추 각도를 제공한다. 이는 흡착제 물질이 헤드를 완전히 충전하고 중력의 작용만으로도 그에 대해 밀집 패킹되게 한다. 이는 흡착 층을 제한하고 유동화를 방지하며 흡착 층 상단 위로의 공기 우회를 방지한다.
본 발명에 따른 방사류 흡착 용기는 흡착제 입자로 충전되도록 지정된다. 알루미나, 실리카, 제올라이트, 활성탄, 금속 산화물 흡수제와 같은 흡착제 또는 금속 유기 골격(MOF), 제올라이트 이미다졸레이트 골격(ZIF) 또는 공유 유기 골격(COF)과 같은 금속이 있거나 없는 결정질 유기 골격과 같은 다양한 유형의 물질이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방사류 흡착 용기는 U-유동, 역 U-유동 또는 Z-유동 형상을 위해 설계될 수 있다. U-유동 형상에서 유동은 용기의 동일한 단부에서 들어오고 빠져나간다. Z-유동 형상에서 유동은 용기의 대향 단부들에서 들어오고 빠져나간다. 역 U-유동 형상에서 유동은 용기의 동일한 단부에서 흡착제 베드로 들어오고 빠져나가지만, 2개의 스트림이 대향 단부들에서 용기를 빠져나가도록 유동 통로 중 하나에서 방향이 역전된다.
또한, 일반적으로 흡착제 입자를 제공하기 위한 중심 개구가 용기의 상단 단부에 제공되어 흡착제 입자가 중력 유동에 의해 용기의 지정된 환형 흡착 공간에 충전될 수 있다.
추가로, 적어도 하나의 원추형 요소는 흡착제 입자를 환형 흡착 공간으로 제공하기 위한 중심 포트를 제공한다. 상기 중심 포트는 커버 요소에 의해 폐쇄될 수 있다.
적어도 하나의 원추형 요소는 바람직하게는 원추형 선반 요소에 의해 외부 원통형 다공성 벽에 밀봉 연결될 수 있다. 이는 용이한 제조를 위한 큰 간극을 가지면서 고체 흡착제의 누설 방지에 적절한 헐거운 밀봉이다. 원추형 선반 요소는 외부 원통형 다공성 벽에 사전 조립될 수 있는 반면 원추형 요소는 용기 헤드에 사전 조립될 수 있다. 그 후, 헤드 조립체는 완벽한 끼워맞춤을 형성하거나 원추형 요소와 선반 요소 사이에 엄격한 밀봉부를 설치할 필요 없이 용기에 부착될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 방사류 흡착 용기는 외부 및 내부 원통형 다공성 벽 사이에 동축으로 배치된 적어도 하나의 유체 투과성 스크린을 포함하고, 적어도 하나의 유체 투과성 스크린은 적어도 하나의 환형 흡착 공간을 외부 환형 흡착 공간과 내부 환형 흡착 공간으로 분할한다.
방사류 흡착 용기의 유체 투과성 스크린은 원통형 형상을 가질 수 있으며, 이는 그 전체 둘레 및 축방향 연장부를 따라 폐쇄됨을 의미한다. 유체 투과성 스크린은 전체 둘레에 걸쳐 연장되지 않는 여러 개별 부품으로 이루어질 수 있다. 그 후, 개별 부품이 서로 연결되어 완전한 원통형 스크린을 형성한다. 예를 들어, 개별 부품이 중첩되어 원통형 스크린을 형성할 수 있다. 개별 부품은 서로 결합되거나 결합되지 않을 수 있다.
유체 투과성 스크린을 형성하는 재료의 개구는 일반적으로 환형 흡착 공간에 로딩된 흡착제 입자가 통과할 수 없도록 선택된다.
바람직하게는, 유체 투과성 스크린은 메시 와이어, 직조 와이어 천 또는 익스펜디드 메탈을 포함하고, 보다 바람직하게는 이들로 구성된다. 본 출원에서 모든 천공된 판에 대한 오버레이로서도 일반적으로 사용되는 이러한 재료는 경량이고 흡착제 입자를 보유하기에 충분히 작은 개구를 가지고 있기 때문에 본 발명에서 유체 투과성 스크린으로 사용하기에 특히 매우 적합하다.
더욱 바람직하게는, 유체 투과성 스크린은 개구 사이의 인대의 두께(t)가 흡착제의 입자 직경(d)에 비교하여 작은 재료를 포함하거나 이들로 구성된다. 바람직하게는, 두께(t)는 0.9d 이하이고, 보다 바람직하게는 t는 0.75d 이하이다. 입자 직경(d)은 수학식
Figure 112021070399892-pat00001
에 의해 정의되는 입자의 체적이 동일한 구체의 등가 직경으로 정의되며, 여기서 V는 입자의 체적이고 d는 주어진 입자의 등가 구체 직경이다.
유체 투과성 스크린은 일반적으로 최대 45 %의 개방 면적을 갖는 재료를 포함하고, 보다 바람직하게는 이로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 개방 면적은 30 % 이하일 수 있다.
외부 및 내부 원통형 다공성 벽 사이에 동축으로 배치된 투과성 스크린은 하나의 환형 흡착 공간을 외부 환형 흡착 공간과 내부 환형 흡착 공간으로 분할한다. 외부 환형 흡착 공간은 본 발명의 방사류 흡착 용기에서 중심 개구에서 멀리 떨어져 있는 작은 타겟이기 때문에 접근하기 어려운 좁은 흡착제 층을 제공한다. 로딩 디바이스의 원추형 요소는 로딩 프로세스를 상당히 단순화한다.
바람직하게는, 원추형 요소는 적어도 외부 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에, 더욱 바람직하게는, 그 영역에만, 오리피스를 제공한다.
적어도 하나의 유체 투과성 스크린은 적어도 하나의 원추형 요소로부터 축방향으로 이격되어 유체 투과성 스크린의 근위 단부와 원추형 요소의 하부측 사이에 간극이 형성될 수 있다.
오리피스는 바람직하게는 유체 투과성 스크린으로부터 반경방향 외향 편향되어 흡착제 입자로 충전될 때 흡착제가 스크린 위로 유동하기 전에 가교 차단된다.
일반적으로, 원추형 요소 위에 배치된 외부 원통형 다공성 벽 스크린의 상단 부분은 프로세스의 필요에 따라 가스 투과성이거나 불투과성일 수 있다.
로딩 디바이스는 적어도 하나의 추가 원추형 요소를 포함할 수 있으며, 이는 제1 원추형 요소 아래에 배치되고 반경방향으로 연장하거나 유체 투과성 스크린에 연결되고, 적어도 하나의 추가 원추형 요소는 적어도 내부 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에, 바람직하게는, 그 영역에만 배열된 복수의 제2 오리피스를 제공한다.
방사류 흡착 용기는 제1 유체 투과성 스크린과 내부 원통형 다공성 벽 사이에 동축으로 배치된 적어도 하나의 추가 유체 투과성 스크린을 더 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 추가 유체 투과성 스크린은 내부 환형 흡착 공간을 제1 및 제2 내부 환형 흡착 공간으로 분할한다. 이와 관련하여 로딩 디바이스는 제2 원추형 요소 아래에 배치되고 반경방향으로 연장되거나 제2 투과성 스크린에 연결되는 적어도 하나의 추가 원추형 요소를 추가로 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 추가 원추형 요소는 적어도 제2 내부 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에, 바람직하게는, 그 영역에만 배열된 복수의 제3 오리피스를 제공한다.
추가 원추형 요소 중 하나 이상은 예를 들어, 그 원추 각도(들) 및 복수의 오리피스의 특성에 관련하여 적용 가능한 적어도 하나의 원추형 요소의 구성의 본 명세서에 설명된 실시예 중 어느 하나의 특징을 나타낼 수 있다.
특히, 본 발명의 용기 내의 특정 환형 흡착 공간을 충전하기 위해 제공된 원추형 요소는 바람직하게는 각각의 환형 공간 위에 배치된 영역에만 복수의 오리피스를 제공한다. 더욱이, 오리피스는 바람직하게는 흡착제가 이웃 흡착제 공간으로 넘치기 전에 가교 차단되도록 배열된다.
제2 양태에서, 본 발명은 방사류 흡착 용기를 충전하기 위한 프로세스를 제공하며, 이는 본 발명의 방사류 흡착 용기를 제공하는 단계; 및 흡착제 입자로 환형 흡착 공간을 충전하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 전처리 흡착제 물질이 주 흡착제 물질 이전에 내부 및 외부 환형 흡착 공간을 포함하는 용기에 로딩된다. 전처리 흡착제 물질이 내부 환형 흡착 공간으로 들어가는 것을 방지하기 위해 중심 포트 위에 커버 요소가 배치될 수 있다. 원추형 요소 위의 공간이 가득 찰 때까지 전처리 흡착제 물질이 중심 개구에 부어질 수 있다. 흡착제 물질은 유량을 제어하고 외부 흡착제 층 주변에 흡착제 물질을 분배하는 오리피스를 통해 유동한다. 흡착제 물질은 원추형 요소 위의 공간이 비워짐에 따라 지속적으로 추가될 수 있다. 주 흡착제 물질이 전처리 흡착제 물질보다 훨씬 더 비싸기 때문에, 원추형 요소 위의 공간을 전처리 흡착제 물질로 충전하면 자본 절약과 성능 이점이 얻어진다.
전처리 흡착제 물질을 로딩한 후, 커버 요소를 제거하고, 바람직하게는 회전 디바이스를 사용하여 주 흡착제 물질을 내부 환형 흡착 공간으로 충전할 수 있다. 주 흡착제 물질의 충전 단계가 완료되면 회전 디바이스를 제거하고 용기 헤드를 덤프(dump) 또는 삭(sock) 로딩으로 충전할 수 있다.
제3 양태에서, 본 발명은 흡착 프로세스를 제공하며, 이 프로세스에서는 임의의 앞서 설명된 실시예의 방사류 흡착 용기가 흡착제 입자로 충전되고 사용된다. 이 흡착 프로세스는 압력, 온도 및/또는 진공 스윙 흡착 프로세스일 수 있다.
본 발명은 이하 첨부 도면과 함께 설명될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 숫자는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기의 상부 부분의 제1 실시예의 단면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기의 상부 부분의 제2 실시예의 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기의 상부 부분의 제3 실시예의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기의 상부 부분의 제4 실시예의 단면을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 반경방향 흡착 용기의 상부 부분의 제5 실시예의 단면을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 반경방향 흡착 용기의 상부 부분의 제6 실시예의 단면을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 반경방향 흡착 용기의 상부 부분의 제7 실시예의 단면을 도시한다.
도 8은 추가적인 선택적 특징을 갖는 도 3의 제3 실시예의 단면을 도시한다.
도 9는 전처리 흡착제 물질로 충전된 도 3의 제3 실시예의 단면을 도시한다.
도 10은 전처리 및 주 흡착제 물질로 충전된 도 3의 제3 실시예의 단면을 도시한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 방사류 흡착 용기 및 그 선택된 구성요소의 상이한 실시예를 예시하며, 여기서는 본 발명을 예시하는 데 필수적인 수단 및 특징만을 설명한다.
도 1 내지 도 7은 유체가 용기의 바닥에서 들어가고, 최외측으로부터 중앙 환형 흡착 공간으로 반경방향으로 유동하고, 용기 바닥의 도관을 통해 중앙 환형부를 빠져나가는 U-유동 방사류 흡착 용기를 예시한다. 그러나, 본 발명은 본 발명에 따른 용기가 본 기술 분야의 숙련자에게 명백한 다른 방사류 형상(즉, 역 U-유동, Z-유동)에 대해서도 쉽게 설계될 수 있으므로 이러한 U-유동 방사류 용기에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다.
도 1 내지 도 7에 도시되고 다음에서 설명되는 바와 같은 방사류 흡착 용기의 모든 실시예에서, 용기(1)는 제1 또는 상단 단부(3) 및 제2 또는 바닥 단부(도시되지 않음)를 갖는 원통형 쉘(2)을 제공하며 이들 단부 양자 모두는 반구형, 접시구형, 원추형, 평판형 또는 다른 용기 헤드(4) 형상으로 둘러싸일 수 있다. 용기 헤드(4)는 용기(1)에 흡착제를 도입하거나 그로부터 제거하기 위한 포트로서 사용되는 적어도 하나의 중심 개구(5)를 갖는다. 또한, 용기(1)는 외부 및 내부 원통형 다공성 벽(6, 7)을 포함한다. 원통형 다공성 벽(6, 7) 둘 모두는 쉘(2) 내부에 동축으로 배치되고 환형 흡착 공간(8)을 형성한다. 원통형 쉘(2) 및 외부 원통형 다공성 벽(6)은 용기(도시되지 않음)의 바닥에서 들어가는 유체와 유체 연통하는 최외측 환형 유동 채널(9)을 형성한다. 내부 원통형 다공성 벽(7)은 용기(1)(도시되지 않음)의 바닥에 위치된 도관과 차례로 유체 연통하는 중앙 환형부(10)를 생성한다. 또한, 방사류 흡착 용기(1)의 모든 실시예는 용기(1)의 영구적인 부분인 일체형 로딩 디바이스(11)를 제공한다.
도 1 내지 도 7에 도시되고 다음에서 설명되는 바와 같이 방사류 흡착 용기(1)의 모든 실시예에서, 일반적으로, 지정된 환형 흡착 공간(8, 19, 20, 29, 30)에 미립자 형태로 충전되는, 알루미나, 실리카, 제올라이트, 활성탄, 금속 산화물 흡수제와 같은 흡착제 또는 금속 유기 골격(MOF), 제올라이트 이미다졸레이트 골격(ZIF) 또는 공유 유기 골격(COF)과 같은 금속이 있거나 없는 결정질 유기 골격과 같은 다양한 유형의 물질이 사용될 수 있다. 이러한 여러개의 공간(8)이 용기(1)에 생성된 경우, 이들은 상이한 흡착제로 충전될 수 있거나, 흡착제가 미립자 형태이므로, 또한 상이한 입자 크기 및/또는 형상을 가진 동일한 흡착제가 상이한 환형 흡착 공간(8, 19, 20, 29, 30)에 충전될 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 7에 도시되어 있고, 다음에 설명되는 방사류 흡착 용기의 모든 실시예에서, 외부 원통형 다공성 벽(6) 및 내부 원통형 다공성 벽(7)과 같은 원통형 다공성 벽(6, 7)은 종래 기술에서 발견된 격납 스크린과 설계가 유사하다. 예를 들어, 원통형 다공성 벽(6, 7)은 환형 흡착 공간(8, 19, 20, 29, 30) 내의 흡착제 입자보다 개구 크기가 더 작은 메시 스크린 또는 익스펜디드 메탈이 겹쳐진 유체 유동을 위한 큰 개구를 갖는 천공된 판으로 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 방사류 흡착 용기(1)의 상부 부분의 제1 실시예가 설명된다. 방사류 흡착 용기(1)는 흡착제로 충전되도록 지정된 쉘(2) 내부에 배치된 단일 환형 흡착 공간(8)을 갖는 원통형 외부 쉘(2)을 포함한다. 상기 환형 흡착 공간(8)은 외부 원통형 다공성 벽(6) 및 내부 원통형 다공성 벽(7)에 의해 형성되며, 이들 둘 모두는 쉘(2) 내부에 동축으로 배치(동일한 대칭축(12)을 가짐)된다.
로딩 디바이스(11)는 용기(1)의 상단 단부(3)에서 단일 환형 흡착 공간(8) 위에 위치한다. 디바이스(11)는 한편으로는 흡착제를 용기(1)에 균일하고 조밀하게 로딩하고, 다른 한편으로는 용기 헤드(4)의 흡착제를 여러 층으로 분리하는 기능을 제공한다. 로딩 디바이스(11)는 이러한 변형에서 외부 원통형 벽(6)에 대해 반경방향으로 연장되고 로딩될 환형 흡착 공간(8) 위에 분포된 복수의 오리피스(14)를 제공하는 하나의 단일 원추형 요소(13)를 포함한다. 오리피스(14)는 로딩 동안 시브의 유량을 제어하고 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느린 속도로 환형 흡착 공간(8)의 전체 표면에 걸쳐 균일한 분포를 보장한다. 로딩 디바이스(11)는 오리피스(14)가 가교되고 용기 헤드(4)의 하부측(15)과 원추형 요소(14)의 상부측(16) 사이의 공간이 흡착제로 충전될 때까지 충전되도록 의도된다. 이러한 변형에서 둥근 구멍에 의해 형성된 원추형 요소(13)의 복수의 오리피스(14)는 환형 흡착 공간(8) 위에 배치된 환형 영역(17)에만 배열된다. 구멍 직경은 충전 작업 동안 가교를 방지할 수 있을만큼 충분히 크다. 또한, 원추형 요소(13)는 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 커버 요소(35)에 의해 폐쇄될 수 있는 중심 포트(18)를 제공한다.
실제로, 원추형 요소(13)는 예를 들어 용접 또는 나사 결합 결합부에 의해 함께 결합되는 다수의 단일 판금 단편에 의해 형성된다. 단일 금속 단편은 강철로 만들어질 수 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 용기(1)의 이러한 변형에서 용기 헤드(4)는 원추형 요소(13)와 동일한 원추 각도를 갖는 원추형 형상을 제공하고, 원추 각도는 흡착제의 안식각보다 크게 선택된다. 이는 흡착제가 중력의 작용만으로 용기 헤드(4)와 원추형 요소(13) 사이의 공간을 완전히 충전할 수 있게 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기(1)의 상부 부분의 제2 실시예의 단면이 예시되어 있다. 용기(1)는 기본적으로 동일한 일반적인 레이아웃을 제공하지만 전체 환형 흡착 공간(8) 위로 그리고 내부 원통형 다공성 벽(7) 위로 연장되는 원추형 요소(13)를 갖는다. 원추형 요소(13) 설계의 이러한 변형은 용기(1)의 중심에 과잉 시브를 초래할 것이며, 내부 스크린 위의 충전 높이는 매우 작다. 원추형 요소(13)는 도 1에 도시되어 있는 실시예와 같이 중심 포트(18)를 포함하지 않기 때문에, 중심 개구(5)로부터 용기(1)로의 흡착제의 진입을 방지한다.
도 3은 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기(1)의 상부 부분의 제3 실시예의 단면을 도시한다. 방사류 흡착 용기(1)는 외부 환형 흡착 공간(19) 및 내부 환형 흡착 공간(20)을 갖는 원통형 외부 쉘(2)을 포함한다. 외부 환형 흡착 공간(19)은 외부 원통형 다공성 벽(6)과 유체 투과성 스크린(21) 사이에 배치되며, 유체 투과성 스크린은 차례로 외부 원통형 다공성 벽(6)과 내부 원통형 다공성 벽(7) 사이에 동축으로 배치된다. 내부 환형 흡착 공간(20)은 내부 원통형 다공성 벽(7)과 유체 투과성 스크린(21) 사이에 배치된다.
도 3 내지 도 7에 도시되어 있는 바와 같은 방사류 흡착 용기(1)의 모든 실시예에서 유체 투과성 스크린(들)은 와이어 메시, 직조 와이어 천 또는 익스펜디드 메탈과 같은 가요성 재료로 제조된다. 유체 투과성 스크린 재료의 유연성으로 인해 스크린(들)이 압연 프로세스 동안 형성되는 가능한 비균일 윤곽과 일치하도록 성형되고, 따라서, 유체 유동 방향에서 균일한 깊이를 갖는 대응하는 환형 흡착 공간을 생성할 수 있게 한다.
로딩 디바이스(11)는 또한 용기(1)의 상단 단부(3)에 위치한다. 이러한 변형에서, 로딩 디바이스(11)는 외부 원통형 벽(6)에 대해 반경방향으로 연장되고 복수의 오리피스(14)를 제공하는 하나의 단일 원추형 요소(13)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 변형과 비교하여, 복수의 오리피스(14)는 외부 환형 흡착 공간(19) 위에 배치된 환형 영역(23)에 배열되고 좁은 형성된 외부 환형 흡착 공간(19)의 로딩 프로세스를 단순화한다. 원추형 요소(13)의 복수의 오리피스(14)는 또한 둥근 구멍에 의해 형성된다. 구멍 직경은 충전 작업 동안 가교를 방지할 수 있을만큼 충분히 크다. 오리피스(14) 사이의 거리는 외부 환형 흡착 공간(19)의 전체 표면에 걸쳐 흡착제 입자를 균일하게 분산시키기에 충분히 가깝다. 원추형 요소(13)의 둘레 환형 영역(23) 주변의 복수의 오리피스(14)의 수, 크기 및 분포는 또한 전체 유량이 공간(19) 내에서 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느리고 직원이 원추형 요소(13) 위의 공간을 항상 흡착제로 가득 찬 상태로 유지할 수 있게 하기에 충분히 느린 방식으로 선택된다. 또한, 원추형 요소(13)는 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 커버 요소(19)에 의해 폐쇄될 수 있는 중심 포트(18)를 또한 제공한다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 유체 투과성 스크린(21)의 상부 단부는 원추형 요소(13)에 연결되지 않으며, 그래서, 원추형 요소(13)의 하부측과 근위 단부 사이에 간극(22)이 형성된다. 간극(22)의 크기는 대응하는 흡착 공간(19, 20)으로의 상이한 흡착제의 충전 작업에 중요하다. 따라서, 유체 투과성 스크린(21)의 근위 단부는 제1 흡착제가 내부 환형 흡착 공간(20)으로 과류하는 것을 방지하기에 충분히 높아야 한다. 다른 한편, 간극(22)은 아래에 추가로 설명될 바와 같이 제2 흡착제가 내부 환형 흡착 공간(20)으로부터 외부 환형 흡착 공간(19)으로 과류할 수 있게 하도록 충분히 커야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기(1)의 상부 부분의 제4 실시예의 단면을 도시한다. 도 3에 도시되어 있는 선행 실시예와 비교하여, 용기(1)는 반구형 형상을 제공하는 용기 헤드(4)를 포함한다. 용기 헤드(4)의 이러한 접시형 형상은 보다 표준적인 압력 용기 형상이므로 비용이 저렴하다. 그러나, 상기 형상은 유동화가 문제가 되지 않고 유체 우회가 제한되는 것으로 나타날 수 있는 경우에 더 적합하다.
도 5에 도시되어 있는 실시예에서, 로딩 디바이스(11)는 추가 원추형 요소(24)를 포함한다. 따라서, 로딩 디바이스(11)는 이러한 변형에서 외부 원통형 벽(6)까지 반경방향으로 연장하고 복수의 오리피스(14)를 제공하는 제1 원추형 요소(13)를 포함하고, 복수의 오리피스는 외부 환형 흡착 공간(19) 위에 배치된 환형 영역(23)에 배열되고 일반적으로 접근하기 어려운 좁은 외부 환형 흡착 공간(19)의 로딩 프로세스를 단순화한다. 제2 원추형 요소(24)는 제1 원추형 요소(13) 아래에 배치되고 유체 투과성 스크린(21)까지 반경방향으로 연장된다. 이는 복수의 오리피스(25)를 제공한다. 제2 원추형 요소(24)의 복수의 오리피스(25)는 둥근 구멍에 의해 형성되고 내부 환형 흡착 공간(20) 위에 배치된 환형 영역(26)에만 배치된다. 오리피스(14, 25)는 로딩 동안 시브의 유량을 제어하고 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느린 속도로 대응하는 환형 흡착 공간(19, 20)의 전체 표면에 걸쳐 균일한 분포를 보장한다. 또한, 원추형 요소(24)는 또한 커버 요소(도시되지 않음)에 의해 폐쇄될 수 있는 중심 포트(27)를 제공한다.
도 6은 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기(1)의 상부 부분의 제6 실시예의 단면을 도시한다. 도 5에 도시되어 있는 선행 실시예와 비교하여, 용기(1)는 내부 원통형 다공성 벽(7)에 동축으로 상기 벽(7)과 제1 유체 투과성 스크린(21) 사이에 배치되는 제2 유체 투과성 스크린(28)을 포함한다. 제2 유체 투과성 스크린(28)은 내부 환형 흡착 공간(20)을 제1 내부 환형 흡착 공간(29) 및 제2 내부 환형 흡착 공간(30)으로 분할한다.
도 7은 본 발명에 따른 방사류 흡착 용기(1)의 상부 부분의 제7 실시예의 단면을 도시하고, 여기서, 로딩 디바이스(11)는 추가 원추형 요소, 즉, 제3 원추형 요소(31)를 포함한다. 로딩 디바이스(11)는 이러한 변형에서 복수의 오리피스(14)를 갖는 외부 원통형 벽(6)까지 반경방향으로 연장되고 외부 환형 흡착 공간(19) 위에 배치된 환형 영역(23)에 배치되는 제1 원추형 요소(13)를 포함한다. 제2 원추형 요소(24)는 제1 원추형 요소(13) 아래에 배치되고 제1 내부 환형 흡착 공간(29) 위에 분포된 복수의 오리피스(25)를 갖는 제1 유체 투과성 스크린(21)까지 반경방향으로 연장된다. 제3 원추형 요소(31)는 제2 원추형 요소(24) 아래에 배치되고 제2 내부 환형 흡착 공간(30) 위에 분포된 복수의 오리피스(32)를 갖는 제2 유체 투과성 스크린(28)까지 반경방향으로 연장된다. 제3 원추형 요소(31)의 복수의 오리피스(30)는 둥근 구멍에 의해 형성되고 제2 내부 환형 흡착 공간(30) 위에 배치된 환형 영역(33)에만 배열된다. 오리피스(14, 25, 32)는 로딩 동안 시브의 유량을 제어하고 조밀한 로딩을 달성하기에 충분히 느린 속도로 대응하는 환형 흡착 공간(19, 29, 30)의 전체 표면에 걸쳐 균일한 분포를 보장한다. 또한, 제3 원추형 요소(31)는 또한 커버 요소(도시되지 않음)에 의해 폐쇄될 수 있는 중심 포트(34)를 제공한다.
도 8은 추가적인 선택적 특징을 갖는 도 3의 제3 실시예의 단면을 도시한다. 상기 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 원추형 요소(13) 또는 원추형 요소(24, 31) 서로는 원추형 선반 요소(36)에 의해 외부 원통형 다공성 벽(6) 또는 대응하는 유체 투과성 스크린(21, 28)에 밀봉식으로 연결될 수 있다. 이 선반 요소(36)는 제조를 용이하게 하기 위해 큰 간극을 가지면서 고체 흡착제의 누설을 방지하는 데 적절한 헐거운 밀봉부이다. 원추형 선반 요소(36)는 외부 다공성 벽(6) 또는 대응하는 유체 투과성 스크린(21, 28)에 사전 조립될 수 있다.
원추형 요소(13)는 사전 조립되고 다수의 스탠드오프 요소(37)에 의해 용기 헤드(4)에 견고하게 연결될 수 있으며, 그래서, 대응하는 헤드 조립체는 이 때 완벽한 끼워맞춤을 형성하거나 원추형 요소(13)와 선반 요소(36) 사이에 엄격한 밀봉부를 설치할 필요 없이 용기(1)에 부착될 수 있다. 고체 흡착제는 선반 요소(36) 위로 유동하지 않으며, 그래서, 여러 입자 직경의 간극이 허용되며 충전 동안 누설을 허용하지 않는다.
다수의 스탠드오프 요소(37)는 압출된 알루미늄 채널, 압연된 강철 채널, 성형된 강철 판 또는 다른 재료로 제조될 수 있다. 재료 및 제품 형태의 선택은 프로세스에 대한 야금 요구 사항을 기초로 하거나 압출 또는 압연된 제품이 수동으로 형성되거나 용접된 제품보다 더 정확할 경우 스탠드오프 요소(37)의 제1 단부에서 제2 단부까지의 거리에 대한 엄격한 공차를 유지하도록 이루어진다.
도 8을 참조하면, 스탠드오프 요소(37)는 원추형 요소(13)의 상부측(16)에 연결된 제1 단부(38), 원추형 용기 헤드(4)의 하부측(15)에 연결된 제2 단부(39) 및 연결 다리(40)를 포함한다. 연결 다리(40)의 길이는 원추형 요소(13)와 원추형 용기 헤드(4) 사이의 균일한 축방향 거리가 얻어지도록 선택된다. 흡착제 입자의 충전 방향을 지향하는 스탠드오프 요소(37)의 에지는 테이퍼형이다(도시되지 않음). 이러한 형상은 흡착제 입자가 로딩되는 동안에 시브가 스탠드오프 요소(37) 주변으로 유동하게 하여 스탠드오프 요소(37) 뒤의 공극 형성을 가능한 많이 피할 수 있다.
스탠드오프 요소(37)는 흡착제 물질의 로딩 동안 용기 헤드(4)로부터 원추형 요소(13)를 지지하기에 충분한 강도 및 강직도를 가져야 한다. 스탠드오프 요소(37)는 정사각형 또는 삼각형과 같은 임의의 피치 레이아웃을 사용할 수 있다.
도 8을 더 참조하면, 각각의 환형 반응 공간(19, 20, 29, 30)은 흡착제 입자를 편향시키고 대응하는 환형 흡착 공간(19, 20, 29, 30)의 표면 위에 더 균일하게 분산시키는 것을 돕기 위해 오리피스(14, 25, 32) 근방에 하나 이상의 거친 스크린(들)(41)을 포함할 수 있다.
예
직경이 4 m인 외부 원통형 다공성 벽(6) 및 직경이 3.6 m인 유체 투과성 스크린(21)을 포함하는 도 3에 도시되어 있는 것과 유사하게 구성된 방사류 흡착 용기(1)가 제공되었다. 용기는 또한 외부 다공성 벽 또는 유체 투과성 스크린에 연결되지 않은 직경 1 m의 내부 원통형 다공성 벽(7)을 포함한다. 다공성 벽(6, 7) 및 스크린(21)의 전체 높이, 즉, 길이방향 연장은 4.5 m이었다. 두 다공성 벽(6, 7)은 와이어 메시가 겹쳐진 개방 면적이 45 %인 6 mm 두께의 천공된 강철 판으로 만들어졌다.
유체 투과성 스크린(21)은 가장 작은 시브 입자를 수용하기에 충분히 작은 개구를 갖는 직조된 와이어 메시 재료로 구성된다.
용기(1)는 원추형 요소(13)를 제공하는 원추형 용기 헤드(4)에 의해 둘러싸여 있다. 원추형 요소(13)는 다수의 강철 판으로 형성되었으며 30°의 원추 각도를 제공한다. 둘레 영역은 복수의 오리피스(14)를 포함한다. 오리피스(14)는 직경 11.1 mm의 둥근 구멍이었다. 128개의 오리피스가 외부 환형 흡착 공간(19) 위에 배치된 둘레 영역에 분포되어 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 전처리 흡착제 물질(직경 1.7 - 2.4 mm의 8 x 12 메시 구형 입자; 2 mm의 평균 입자 크기)이 주 흡착제 물질 전에 로딩되었다. 임시 커버 요소(35)는 원추형 요소(13)의 중심 포트(18) 위에 배치되어 전처리 흡착제 물질이 내부 환형 흡착 공간(20)으로 들어가는 것을 방지한다. 원추형 요소(13) 위의 공간이 가득 찰 때까지 전처리 흡착제 물질을 중심 개구(5)에 부었다. 흡착제 물질은 유량을 제어하고 공간 둘레 주변에 흡착제를 분배하는 오리피스(14)를 통해 유동한다. 원추형 요소(13) 위의 공간이 비워짐에 따라 흡착제 물질이 지속적으로 추가되었다. 외부 환형 흡착 공간(19)이 가득 차면, 오리피스(14)는 가교 차단되고 공간(19)으로의 유동이 중단된다. 오리피스(14)의 외부 에지로부터 유체 투과성 스크린(21)으로 그 안식각으로 경사진 오리피스(19) 아래에 흡착제 물질의 마운드가 형성되었다. 전처리 흡착제 물질을 로딩한 후, 커버 요소(35)를 제거하고 흡착제 로딩 계약자에 의해 공급되고 작동되는 통상적인 회전 디바이스(도시되지 않음)를 사용하여 내부 환형 흡착 공간(20)을 주 흡착제 물질로 충전하였다. 내부 환형 흡착 공간(20)이 충전되면, 주 흡착제 물질은 간극(22)을 위로 외부 환형 흡착 공간(19) 내로 유동한다. 주 흡착제 물질은 전처리 흡착제 물질의 기능을 충족할 수 있으므로 프로세스에 영향을 주지 않고 이 공간을 차지할 수 있다. 주 흡착제 물질은 전처리 흡착제 물질보다 상당히 비싸므로 2개의 별개의 층을 보유하는 것이 여전히 바람직하다. 유체 투과성 스크린(21)과 원추형 요소(13) 사이의 간극(22)이 중요하다. 이 간극(22)이 너무 크면, 전처리 흡착제 물질이 유체 투과성 스크린(21)을 통해 내부 환형 흡착 공간(20)으로 유동할 수 있다. 유체 투과성 스크린(21)은 흡착제가 상단 위로 그리고 내부 환형 흡착 공간(20)으로 유동하지 않고 안식각으로 오리피스(14)로부터 유체 투과성 스크린(21)까지 충전할 수 있도록 충분히 높아야 한다. 간극(22)은 또한 주 흡착제 물질이 이를 통해 자유롭게 유동할 수 있을만큼 충분히 커서, 주 흡착제 물질이 전처리 흡착제 물질 층의 상단에서 모든 공극을 충전할 수 있게 하여야 한다. 이 간극은 산소 VSA 응용의 경우 43 mm +/-15 mm이다.
흡착제 물질이 헤드 공간에 충전되면 회전 디바이스가 제거되고 헤드는 덤프 또는 삭 로딩으로 충전되었다. 헤드 공간의 밀도는 내부 공간(20)의 메인 베드만큼 중요하지 않았으며 이 영역에서의 저밀도가 유익한 것으로 나타났다. 주 흡착제 물질은 통로 상단까지 충전되었다. 추가 성능 이점을 위해 상단 직전에 주 흡착제 물질의 충전을 중지하고 전처리 흡착제 물질 또는 불활성 물질로 다시 전환할 수 있다.
주 흡착제 물질이 전처리 흡착제 물질보다 훨씬 더 비싸기 때문에, 원추형 요소(13) 위의 공간을 전처리 흡착제 물질로 충전하면 자본 절약과 성능 이점 양자 모두가 얻어진다. 또한, 질소 용량이 낮아지며, 이는 성능을 개선시킨다. 상단 헤드의 흡착제는 프로세스에 이용되지 않았지만 용기(1)와 함께 가압 및 감압된다. 주 흡착제 물질을 가압하려면 많은 양의 질소가 필요하며, 이는 추가 공급 공기를 필요로 하고 전력 및 가압 시간의 비용이 소요된다. 헤드가 감압되면, 탈착된 질소가 내부 환형 흡착 공간(20)을 통과하여 분포 불량 및 성능 저하를 일으킨다. 상단 헤드와 원추형 요소(13) 사이의 거리는 전체 흡착제를 제한하고 성능을 최적화하기 위해 최대화되었다.
1 용기
2 원통형 외부 쉘
3 상단 단부
4 용기 헤드
5 중심 개구
6 외부 원통형 다공성 벽
7 내부 원통형 다공성 벽
8 환형 흡착 공간
9 최외측 환형 유동 채널
10 중앙 환형부
11 로딩 디바이스
12 대칭축
13 제1 원추형 요소
14 오리피스
15 용기 헤드의 하부측
16 원추형 요소의 상부측
17 환형 영역
18 중심 포트
19 외부 환형 흡착 공간
20 내부 환형 흡착 공간
21 제1 유체 투과성 스크린
22 간극
23 환형 영역
24 제2 원추형 요소
25 오리피스
26 환형 영역
27 중심 포트
28 제2 유체 투과성 스크린
29 제1 내부 환형 흡착 공간
30 제2 내부 환형 흡착 공간
31 제3 원추형 요소
32 오리피스
33 환형 영역
34 중심 포트
35 커버 요소
36 원추형 선반 요소
37 스탠드오프 요소
38 제1 단부
39 제2 단부
40 연결 다리
41 거친 스크린

Claims (19)

  1. 방사류 흡착 용기이며,
    - 상단 단부와 바닥 단부를 가진 원통형 외부 쉘- 상기 상단 단부는 상기 용기 내로 또는 상기 용기로부터 흡착제 입자를 도입하거나 제거하기 위한 포트로서 사용 가능한 중심 개구를 제공하는 용기 헤드에 의해 둘러싸임 -;
    - 상기 흡착제 입자로 충전될 수 있는 상기 쉘 내부에 배치된 적어도 하나의 환형 흡착 공간- 상기 적어도 하나의 환형 흡착 공간은 외부 및 내부 원통형 다공성 벽에 의해 형성되고, 상기 외부 및 내부 원통형 다공성 벽 양자 모두는 쉘 내부에 동축으로 배치됨 -; 및
    - 상기 용기의 상기 상단 단부에서 상기 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 위치된 상기 흡착제 입자를 위한 로딩 디바이스- 상기 로딩 디바이스는 상기 외부 원통형 다공성 벽까지 반경방향으로 연장되는 적어도 하나의 원추형 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 원추형 요소는, 적어도, 상기 적어도 하나의 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 배열된 복수의 오리피스를 제공함 -를 포함하고,
    상기 용기 헤드 및 상기 적어도 하나의 원추형 요소 모두는 상기 흡착제의 안식각보다 가파른 원추 각도를 제공하는 것인, 방사류 흡착 용기.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 원추형 요소는 다수의 스탠드오프 요소에 의해 상기 용기 헤드에 견고하게 연결되는, 방사류 흡착 용기.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 흡착제 입자의 충전 방향을 지향하는 상기 스탠드오프 요소의 에지는 테이퍼형인, 방사류 흡착 용기.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 용기 헤드는 반구형, 접시구형, 원추형, 평판형 또는 다른 기하형상을 제공하는, 방사류 흡착 용기.
  6. 삭제
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 스탠드오프 요소의 길이는 상기 원추형 요소의 상부측과 상기 원추형 용기 헤드의 하부측 사이에 균일한 축방향 거리가 얻어지도록 선택되는, 방사류 흡착 용기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 원추형 요소는 커버 요소에 의해 폐쇄될 수 있는 중심 포트를 제공하는, 방사류 흡착 용기.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 원추형 요소는 상기 외부 원통형 다공성 벽에 밀봉 연결되는, 방사류 흡착 용기.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 및 상기 내부 원통형 다공성 벽 사이에 동축으로 배치된 적어도 하나의 유체 투과성 스크린을 포함하고, 상기 적어도 하나의 유체 투과성 스크린은 상기 적어도 하나의 환형 흡착 공간을 외부 환형 흡착 공간과 내부 환형 흡착 공간으로 분할하며, 상기 원추형 요소는 상기 외부 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에만 오리피스를 제공하는, 방사류 흡착 용기.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 적어도 하나의 유체 투과성 스크린은 상기 적어도 하나의 원추형 요소로부터 축방향으로 이격되어 상기 유체 투과성 스크린의 근위 단부와 상기 원추형 요소의 하부측 사이에 간극이 형성되는, 방사류 흡착 용기.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 오리피스는 상기 유체 투과성 스크린으로부터 반경방향 외향 편향되어 상기 흡착제 입자로 충전될 때 상기 흡착제가 상기 스크린 위로 유동하기 전에 가교 차단되는, 방사류 흡착 용기.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 외부 환형 흡착 공간은 그 상부 영역에 배치된 하나 이상의 거친 스크린을 포함하는, 방사류 흡착 용기.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 적어도 하나의 원추형 요소는 제1 원추형 요소를 포함하고, 상기 로딩 디바이스는 상기 제1 원추형 요소 아래에 배치되고 반경방향으로 연장되거나 상기 유체 투과성 스크린에 연결되는 적어도 하나의 추가 원추형 요소를 포함하며, 상기 적어도 하나의 추가 원추형 요소는 적어도 상기 내부 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 배열된 복수의 오리피스를 제공하는, 방사류 흡착 용기.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 적어도 하나의 유체 투과성 스크린은 제1 유체 투과성 스크린을 포함하고, 상기 방사류 흡착 용기는 상기 제1 유체 투과성 스크린과 상기 내부 원통형 다공성 벽 사이에 동축으로 배치된 적어도 하나의 추가 유체 투과성 스크린을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 추가 유체 투과성 스크린은 상기 내부 환형 흡착 공간을 제1 및 제2 내부 환형 흡착 공간으로 분할하는, 방사류 흡착 용기.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 원추형 요소는 제2 원추형 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가 유체 투과성 스크린은 제2 투과성 스크린을 포함하며, 상기 로딩 디바이스는 상기 제2 원추형 요소 아래에 배치되고 반경방향으로 연장되거나 상기 제2 투과성 스크린에 연결되는 적어도 하나의 제3 원추형 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제3 원추형 요소는 적어도 상기 제2 내부 환형 흡착 공간 위에 배치된 영역에 배열된 복수의 오리피스를 제공하는, 방사류 흡착 용기.
  17. 방사류 흡착 용기를 충전하는 프로세스이며,
    - 청구항 1에 따른 방사류 흡착 용기를 제공하는 단계, 및
    - 상기 환형 흡착 공간을 흡착제 입자로 충전하는 단계를 포함하는, 방사류 흡착 용기를 충전하는 프로세스.
  18. 흡착 프로세스이며, 청구항 1에 따른 방사류 흡착 용기가 흡착제 입자로 충전되어 사용되는, 흡착 프로세스.
  19. 청구항 18에 있어서, 프로세스는 온도, 압력 및/또는 진공 스윙 흡착 프로세스인, 흡착 프로세스.
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