KR20060083418A - 기액 관성 분리기 및 액적 분리 방법 - Google Patents

Abstract

기액 분리기는 하향 경사진 베인을 포함하는 피시본 형상 충돌 장치가 삽입되는 엘보우를 포함하며, 상기 베인은 엘보우 내의 중앙 척주에 부착되는 것이 바람직하다. 상기 베인은 그 길이를 따라서 개구를 가질 수 있으며, 축적된 액체를 하나 이상의 수집 지점, 바람직하게는 엘보우 내벽으로 채널 유동시키기 위한 바닥 립을 갖는다. 상기 장치는 튼튼하고, 구조가 간단하며, 비교적 낮은 압력 강하를 나타낸다.

Description

기액 관성 분리기 및 액적 분리 방법{GAS-LIQUID IMPINGEMENT SEPARATOR INCORPORATED IN A PIPING ELBOW}

본 발명은 화학 공정에서 기액(gas-liquid) 스트림으로부터의 액적(liquid droplets) 분리에 관한 것이다.

많은 화학 공정은 화학 반응기와 같은 화학 처리 설비로부터 기체상(gas phase)을 분리할 것을 요한다. 일부 경우에, 다양한 반응제, 생성물, 및 부산물의 성질은 액체가 거의 없는 기체상의 제거를 용이하게 한다. 그러나, 다른 공정에서는, 상당한 양의 액적이 기체상과 연관될 수 있으며, 액적이 상변화 또는 후속 반응으로 인해 추후 응고될 수 있는 경우에는 라인 및 밸브가 막혀서 분해 및 세척 또는 교체를 요할 수 있다. 또한, 많은 경우에, 액적은 유용한 반응제, 중간 생성물, 또는 최종 생성물의 손실을 구성할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머의 조제 중에, 중합체 및 저중합체(oligomer) 입자는 반응기로부터 증기상으로 제거되는 에틸렌 글리콜 및 물과 함께 넘겨질 수 있다.

가스 스트림으로부터 액체를 제거하기 위한, 사이클론 분리기, 냉각 판 (chill plates), 필터 등을 포함하는 여러가지 형태의 장치가 공지되어 있다. 패킹 칼럼(packed columns)은 예를 들어 액적을 효과적으로 제거한다. 그러나, 이러한 방법들의 대부분, 예를 들어 냉각 판은 에너지 집약적이며, 패킹 칼럼은 상당한 압력 강하를 나타낼 뿐 아니라 잘 막힌다. 직렬형 필터 또한 이러한 결점을 안고 있다.

관성 분리기 또는 트랩은, 큰 관성을 갖는 액적은 할 수 없는 선회(turn)를 유동하는 가스는 쉽게 할 수 있다는 사실을 이용한다. 그 관성 때문에 가스 스트림과 함께 선회할 수 없는 액적은 그것이 증착되는 타겟 또는 수집 표면을 가격하거나 충돌한다. 그러한 분리기의 일 예가 간단한 파이프 엘보우이다. 그러나, 그러한 분리기는 일반적으로 관성이 큰 재질의 액적에 대해서만 효과적이다. 액적의 관성이 그 질량에 의해 측정되므로, 액적의 크기 및 밀도는 제거 효율을 결정하는데 있어서 중요하다.

미국 특허 제5,181,943호에서, 액체 제거는 기액 스트림의 경로를 가로질러 다수의 판형 배플을 제공함으로써 이루어지며, 상기 배플은 실질적으로 평행하지만 하향 경사지고, 유동의 관성 방향에 대해 횡단 배치된 분리 장치의 대향 측부로부터 번갈아 연장된다. 이 장치는 높은 표면적 사행(serpentine) 경로를 생성하며, 압력 강하가 낮으려면 상당히 커야 한다. 많은 경우에 분리기는 특정한 작동 온도로 유지되어야 하고 따라서 상당한 외부 절연을 요하므로, 그러한 장치는 비교적 자본이 많이 든다.

미국 특허 제5,510,017호는, 관통하는 액체-함유 가스의 와류 유동을 초래하 는, 동심으로 반경방향 배치된 두 세트의 베인(vane)을 구비하는 기액 분리기를 개시하고 있다. 발생된 원심력은 액적을 분리기를 포함하는 파이프 섹션의 벽에 충돌시키며, 이로 인해 일련의 드레인에 의해 대량으로 제거된다. 이 장치는 보다 복잡한 구성이며, 액체-트랩 배플 및 드레인의 배치로 인해 수평 유동하도록 구성될 때만 사용가능할 것으로 믿어진다. 더욱이, 선형 유동에서 와류 유동으로의 변환은 필연적으로 에너지를 요하며, 이는 압력 강하로서 명백해진다.

유럽 특허 제 0 197 060 호는 슬랫(slat)에 충돌하는 액적을 실어내기 위해 헹굼액이 분사되는 경사 장착된 다수 그룹의 큰 표면적 슬랫을 채용하는, 가스 탈황에 유용한 기액 분리기를 개시하고 있다. 헹굼액의 사용은 여러 적용에 있어서 바람직하지 않다.

헹굼액 없이 사용될 수 있고, 낮은 압력 강하를 제공하며, 비교적 관성이 작은 액적을 분리하는데 효과적인, 간단한 설계 및 구조의 기액 분리기를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

발명의 요약

본 발명자는 복수의 베인형 타겟 표면을 엘보우 내에 배치함으로써 엘보우형 관성 분리기의 효율이 현저히 증가될 수 있음을 발견하였다. 수집면 및 그 바람직한 지지 구조물의 형상으로 인해, 엘보우에 대한 추가는 피시본(fishbone) 충돌 장치로서 지칭된다. 작은 관성을 갖는 액적에 대해서도 분리 효율이 높다. 이 장치는 튼튼하고, 구조가 간단하며, 가격면에서 효과적이다.

도 1은 본 발명의 관성 기액 분리기의 일 실시예의 절취 도시도이다.

도 2는 본 발명의 관성 기액 분리기의 피시본 삽입체의 일 실시예의 정면도이다.

도 3은 베인이 엘보우의 벽을 향하여 하향 경사지는 베인 및 버팀대(strut)의 일 실시예의 확대 도시도이다.

도 4는 베인이 엘보우의 벽이 아닌 중심과 중앙 수집 장소를 향해서 하향 경사지는 일 실시예의 도시도이다.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 피시본 삽입체의 변형예의 도시도이다.

도 6은 일정 밀도의 입자 크기 변화에 따른, 단순한 엘보우 분리기에 대비한 본 발명의 분리기의 분리 효율의 도시도이다.

도 7은 입자가 클수록 밀도는 낮아진다는 가정하에, 일정 밀도의 입자 크기 변화에 따른, 단순한 엘보우 분리기에 대비한 본 발명의 분리기의 분리 효율의 도시도이다.

도 8은 본 발명의 분리기에서의 액적 분리를 개략 도시하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 무척주(spineless) 피시본 분리기의 도시도이다.

도 10은 사각형 엘보우에 배치된 피시본 분리기의 도시도이다.

도 11은 피시본 분리기를 갖는 45°엘보우의 측면도이다.

도 12는 피시본 분리기용 바람직한 한 가지 장착 방법의 도시도이다.

도 13은 제거 효율을 베인 개수의 함수로서 도시한 도면이다.

본 발명의 분리기는 파이프 엘보우 내에 배치되는 후술되는 "피시본"을 구비한다. 단일 피시본이 사용될 수도 있고, 또는 다수의 피시본 장치가 사용될 수도 있다. 엘보우당 하나의 피시본이 사용되는 것이 바람직하다.

피시본의 바람직한 실시예에 대해서는, 피시본을 포함하는 엘보우의 절취도인 도 1을 참조함으로써, 가장 잘 설명될 것이다. 기액 분리기(1)는 파이프 엘보우(3) 및 피시본(2)을 포함한다. 피시본(2)은 척주(spine)(4)로 구성되며, 이 척주에는, 중력에 대해 그 종방향으로 하측으로 각도 경사져 배치되고 바람직하게는 가스 유동 방향에 대해 단면적으로 비스듬히 각도 형성된 버팀대(5)가 예를 들어 볼트결합, 용접 등에 의해 부착된다. 상기 버팀대(5)에는 베인(6)이 장착되는 바, 본 실시예에서 이 베인은 중공형의 부분적으로 평탄한 튜브로서, 기체와 액체의 유동을 향하는 그 일측에 구멍을 갖는다. 도시된 실시예에서, 베인은 척주(4)로부터의 이격 길이 조정을 제공하기 위해 버팀대 상으로 미끄럼 끼움(sliding fit)된다. 그러나, 베인은 일단 적절하게 위치되면, 일반적으로 예를 들어 스폿 용접에 의해 버팀대에 영구적으로 고정되거나, 또는 버팀대가 생략되고 베인이 직접 척주에 고정될 수도 있다. 베인은 엘보우의 내벽에 가까이 연장되며, 필요할 경우 부착될 수도 있다. 베인은 엘보우내벽의 0.1 내지 5mm 이내에 도달하는 것이 바람직하며, 1 내지 2mm 이내에 도달하는 것이 보다 바람직하다. 그러나 엘보우 벽에 대한 근접도는 엘보우 직경, 배수 방법, 및 베인의 열팽창 결과로서의 열 응력에 관한 것에 종속되며, 그렇지 않을 경우 분리 장치의 구조에 아무런 제한을 가하지 않는다. 예를 들면, 특히 예를 들어 0.75 내지 3 미터의 직경을 갖는 대형 엘보우의 경우에 베인의 단부를 엘보우 벽으로부터 더 멀리 이격시키거나, 또는 벽에 대해 터치 또는 부착시키는 것도 가능하다.

작동시에, 액적은 엘보우의 벽과, 척주, 버팀대 및 베인에 충돌한다. 베인이 중력에 대해 하측으로 각도 경사짐에 따라, 축적된 액체는, 존재할 때 베인의 길이를 연장하고 그 내부에 구멍을 형성하는 바닥 립(lip)에서 베인 아래로 유동하며, 이후 엘보우 벽에도 적층된다.

척주는 임의의 방식으로 엘보우에 배치될 수 있지만, 실질적으로 수직한 것이 바람직하다. 도 11에 도시하듯이, 척주는 엘보우의 직경보다 작은, 바람직하게는 엘보우 직경의 대략 25 내지 70%, 보다 바람직하게는 대략 30 내지 50%인 폭을 갖는 것이 바람직하며, 필수적이지는 않지만 엘보우 벽으로부터 반경방향 내측으로 배향되는 것이 바람직하고, 이러한 반경방향 내측 방향은 공칭 45°또는 90°가 관련될 때 엘보우의 굽힘부를 통한 평면과 대응한다.

그러나, 척주는 또한 중심에서 벗어나 장착되거나, 및/또는 수직에 대해 일정 각도로 장착될 수 있다. 더욱이, 척주 자체는 평면일 필요가 없지만, 헬리컬 방식으로 비틀리거나, 곡선으로 구부러질 수 있다. 가장 바람직한 설계에서, 척주의 주 기능은 베인을 유지 및 위치결정하는 것이며, 따라서 이 목표를 만족시키는 임의의 크기 또는 기하학적 척주 배치가 적합할 것이다. 척주는 베인이 버팀대와 함께 또는 버팀대 없이 부착되는 단순한 봉(rod) 또는 튜브일 수 있다. 더욱이, 베인이 벽에 대해 직접 연결되거나 중간 버팀대에 의해 연결되는 실시예에서는, 척주가 불필요해지며 없을 수도 있다.

도 2는 측면에서 바라본, 피시본(2)의 바람직한 실시예를 도시한다. 버팀대(5)와 베인(6)의 하향 방향을 볼 수 있으며, 유동에 대한 그 경사 배향도 볼 수 있다. 베인의 단부가 엘보우의 벽에 대한 근접 접근이 달성될 수 있도록 각도 경사지거나 윤곽 형성되어 있음에 유의해야 한다. 실제 각도/윤곽은 종래의 CAD 기법에 의해 쉽게 결정될 수 있다.

도 3은 버팀대 및 베인의 확대도로서, 그 장착의 바람직한 일 실시예를 도시한다.

도 4는 베인 및 버팀대가 엘보우의 벽을 향해서 하측으로 각도 경사지기보다는 척주를 향해서 하측으로 각도 경사지는 변형예를 도시한다. 버팀대와 척주의 교차점에서, 척주에 있는 구멍(5a)은 축적된 유체가 중공 척주 내로 유동하여 그곳으로부터 바닥으로 배출될 수 있게 해준다. 이 구멍은 또한 버팀대 또는 베인의 다른 부분으로부터 액체를 포착하기 위해 버팀대 및/또는 베인의 상당 부분 아래로 연장되도록 길어질 수도 있다. 상기 구멍은 또한 액체의 캡처를 향상시키기 위해 압출 바닥 립과 함께 구성될 수 있다. 또한 유체가 처리 용기로 되돌아가지 않고 방향성을 가질 수 있도록 바닥 드레인이 엘보우의 벽을 관통하도록 구성될 수 있다. 엘보우가 반응기에 직접 연결되어 있으면, 척주는 또한 유체가 반응기 내의 가스 속도가 느려지는 곳으로 복귀될 수 있도록 엘보우로부터 하측으로, 즉 반응기 내로 연장될 수 있으며, 따라서 고용적의 가스 유동에 의해 엘보우 내로 다시 소제되는 경향이 낮아진다. 이러한 실시예들(중심 드레인)은 오늘날 바람직하지 않다.

버팀대는 사용될 때, 일반적으로 베인의 장착을 수용하도록 예를 들면 미끄럼 끼움에 의해 또는 "스프링" 끼움에 의해 형상이 적합해지지만, 볼트, 용접 등이 사용될 수도 있다. 엘보우 벽에 대한 베인 단부의 근접도가 일반적으로 베인이 버팀대로부터 분리될 수 있도록 외측으로 연장되는 것을 방지하지만 베인의 밀려남(dislodging)으로 인한 진동을 방지하기 위해 예를 들어 스폿 용접이 사용될 수 있다. 버팀대, 척주, 베인, 및 임의의 다른 부품은 임의의 바람직한 금속, 일반적으로 스테인레스 스틸로 구조될 수 있지만, 이들 부품이 노출되는 화학물의 성질에 의해 보증되는 경우 티타늄, 탄소강 등으로 구조될 수도 있다. 적절한 환경에서는, 플라스틱 구조도 사용될 수 있다.

베인은 중공형으로, 예를 들어 "C"형 또는 "J"형 단면의 종방향 슬릿을 갖고 구조되며, 피시본 내에 위치할 때는, 액체가 베인을 따라서 안내하는 것을 보조하고 수집된 액체를 가스 유동으로부터 차단하며 그로 인해 액체가 가스 스트림에 재진입하지 못하도록 바닥 채널이 존재하는 단면을 갖는 것이 바람직하다. 원형, 타원형, 날개(air-foil), 정방형, 장방형, 또는 기타 형상이 사용될 수 있다. 가스 유동에 대한 경사 각도 및 형상은 압력 강하를 최소화하고 및/또는 유체 수집 효율을 최대화하기 위한 공기역학적 시뮬레이션에 의해 계산될 수 있다. 도 5a 내지 도 5e는 일부 가능한 베인 형상을 도시한다. 도 5a에는 불연속 개구를 갖는 장방형 베인(8)이 도시되어 있다. 도 5b에는 볼트에 의한 버팀대로의 장착을 위해 두 개의 구멍(10)을 갖는 개방된 "반원형" 베인(9)이 도시되어 있다. 도 5c는 그 길이를 따라서 완전 개방 부분(12)을 가지며, 액체 수집 립(13)이 구비된 삼각형 베인을 도시한다. 도 5d는 불연속 개구를 갖는 날개 베인(14)을 도시하며, 도 5e는 용접 라인(16)을 따라서 척주에 직접 용접되도록 구성된, 상부 립을 갖지 않는 베인(15)을 도시한다.

베인이 유체 유동과 이루는 경사 각도는 일정할 수 있거나, 또는 척주의 아래에서 위로 변화할 수 있다. 상기 각도는 1보다 상당히 큰, 예를 들면 2 내지 10의, 바람직하게는 3 내지 6의 종횡비(높이/두께)를 갖는 베인에 있어서 넓은 쪽이 유동 방향에 횡단하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 베인은 베인 위치에서의 유동 방향에 대해 직교하는 평면에 위치된다. 유동 방향에 대한 베인(도 8에서는 2)의 각도는 20°내지 90°인 것이 바람직하고, 45°내지 90°가 보다 바람직하며, 60°내지 90°가 가장 바람직하다. 하향 경사는 5°내지 40°가 바람직하며, 5°내지 30°가 보다 바람직하다. 이 경사는 캡처되는 액적의 속도, 액적이 캡처되는 속도, 채널의 치수에 종속되며, 그에 따라서 조정될 수 있다.

가스 유동의 방향을 따라서 엘보우를 통해서 "관찰"해보면, 그 사이에 공간이 거의 또는 전혀 없거나, 실제로 다소 중첩되는 베인의 완전한 벽을 볼 수 있다. 물론, 베인이 실제로 터치되지 않지만 공간에서 엇갈리기 때문에, 압력 강하가 낮으며 액적은 그 관성으로 인해 베인에 충돌하는 경향을 갖고 그에 따라 베인 주위로의 유동에 대향하여 수집될 것이다.

"유동을 가로질러(across the flow)"라는 용어는 베인이 유동 방향이 아닌 방향으로 길이방향으로 배향됨을 의미한다. 베인은 미국 특허 제5,510,017호의 스트레이트 분리기에 개시되어 있는 엘보우의 제한된 부분을 가로질러 단일 축 주위에 반경방향으로 배열되지 않지만, 도면에 도시하듯이 엘보우의 상당한 길이를 따라서 순차로 배치된다. 따라서, 베인은 미국 특허 제5,510,017호에 개시된 바와 같이 강한 와류 유동을 부여하기 위한 목적으로 배치되지 않는다.

척주는 버팀대 또는 베인이 적절한 방법으로 부착되는 간단한 판일 수 있거나, 또는 튜브 또는 다른 기하학적 형상일 수 있다. 도면에 도시된 편평 척주는 엘보우에의 장착을 용이하게 하고 상당한 액적-수집 표면적을 나타내기 때문에 오늘날 선호되고 있다. 편평 지주 또한 설계 및 구조의 용이함으로 인해 선호되지만, 비틀린(헬리컬) 척주도 가능하다. 척주는 편평하고 수직하게 배향될 때 전술했듯이 배치된다. 척주는 수집 효율을 다소 보조하지만, 주로 베인 및/또는 버팀대에 대한 편리한 부착점으로서 작용하며, 구조의 용이함을 촉진한다.

그러나 피시본 분리기는 또한 도 9에 도시하듯이 척주 없이 구조될 수도 있다. 이 경우, 베인은 예를 들면 용접에 의해 엘보우의 적어도 하나의 벽에 부착되거나, 상기 벽에 부착된 버팀대에 부착될 것이다. 베인은 도 9에 도시하듯이 각도 경사진 형상을 취할 수 있거나, 또는 직선형일 수 있다. 직선형 베인은 엘보우의 벽을 향해서 하측을 향할 것이며, 각도 경사진 베인은 어느 경우에나 수집된 액체가 베인을 따라서 또는 베인 내에서 유동하여 엘보우 벽에 적층되는 것을 촉진하도록 양 단부에서 하측을 향할 수 있다.

도 12는 작동 도중 또는 작동과 작동 정지 사이에서의 압력 및 온도 변화로 인해 엘보우 및/또는 피시본에서의 치수 변화가 예상될 수 있는 대형 엘보우에서 바람직한 변형 장착 방법을 도시한다. 도 12에서, 피시본(2)은 전술했듯이 버팀대(5), 베인(6), 및 척주(7)로 구성된다.

이 실시예에서, 척주는 원래 어느 한 단부에서 엘보우에 부착되지 않는다. 오히려, 두 개의 리테이너(retainer), 즉 상부 리테이너(20)와 하부 리테이너(21)가 엘보우 벽에 고정된다. 이들 리테이너는 척주를 수용하는 슬롯을 포함한다. 하부 리테이너(21)에서는, 척주가 슬롯에 간단히 삽입되거나, 분할핀(cotter pin), 볼트 등에 의해 느슨하게 고정될 수 있다. 마찬가지로, 척주의 상부는 상부 리테이너(20)의 슬롯에 끼워진다. 상부 리테이너는 엘보우 내로 하향 연장되는 돌출부(22)를 구비하며, 이 돌출부에는 척주 장착 링크(23)가 다시 분할핀, 볼트 등(24)에 의해 회전가능하게 부착되고, 링크의 하단부는 마찬가지로 분할핀, 볼트 등(25)에 의해 척주에 부착된다. "링크"라는 용어는, 척주와 엘보우의 벽 사이의 상대 운동을 허용하면서 척주의 상단부의 일반적인 위치를 유지하는 한, 단일 링크 또는 복수의 요소로 구성된 링크를 포함한다.

척주는 낮은 온도와 압력에서 엘보우의 최소 치수와 같거나 그보다 다소 짧은 길이를 갖도록 구성된다. 엘보우가 팽창함에 따라, 링크는 엘보우 내의 위치를 유지하지만, 척주는 엘보우 벽 운동을 구속하지 않는다. 따라서, 모든 구성요소에는 스트레스가 덜 걸린다. 전술한 장착 형태는 본원에서 "부동(float) 포지셔닝" 장착으로 지칭되며, 차등 팽창 등으로 인해 분리기와 엘보우 사이에서의 상대 운동을 허용하면서 분리기가 엘보우에서의 그 일반적인 위치를 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

엘보우 자체는 원형 단면일 필요가 없지만, 임의의 소정 형상, 예를 들면 타원형, 다각형 등일 수 있다. 예를 들면 "정방형" 또는 "장방형" 엘보우가 쉽게 제조될 수 있다. 도 10에는 장방형 엘보우 내의 피시본 분리기가 도시되어 있다. 엘보우는 90°엘보우일 수 있거나 또는 그보다 크거나 작은 각도, 즉 30°내지 180°, 바람직하게는 45°내지 90°일 수 있다. 필요에 따라서는 다수의 엘보우가 함께 연귀이음(mitering)될 수 있다.

수집 효율은 종래의 전산 유체 역학을 사용하여 시험되었다. 도 6에서는, 다양한 크기의 입자 전체가 동일한 밀도를 갖는다는 가정 하에, 도 1의 피시본 분리기의 분리 효율이 단순 엘보우의 그것과 비교 도시되어 있다. 전술했듯이, 분리 효율은 일반적으로 액적의 관성에 관련되어 있다. 물론 작은 액적은 대응하여 낮은 관성을 갖는다. 도 6에 도시하듯이, 단순 엘보우는 대략 35Φm (그 이하에서는 효율이 급격히 떨어짐) 이상의 입자에 대해 효과적이며, 따라서 15Φm의 액적 크기에서는 액적의 대략 25%만이 분리된다. 그러나, 본 발명의 분리기는 추정된 액적 밀도에 대해 15Φm 입자에서도 거의 100% 효율을 나타낸다.

도 7에서는, 입자 크기가 증가할수록 입자 밀도가 감소하는 것으로 가정하였으며, 이는 아마도 큰 입자가 사실상 기포이고, 구형 이외의 형상을 갖거나 또는 기체상 보이드를 함유하기 때문에 실세계 처리에서 실제로 발생하는 현상이다. 이 경우, 작은 엘보우의 효율은 75Φm 입자에서도 40%에 달하지 못하며, 연구한 가정 하에서 15Φm에서 여전히 90% 효율을 나타낸다.

도 13은 사용된 베인의 개수에 따른 제거 효율을, 전술한 직경 함수의 입자 밀도에 대해 도시한다. 베인의 개수는 10(2개의 다섯 쌍) 내지 14 사이에서 변화하며, 베인 폭은 도 6 및 도 7을 발생하는데 사용된 16개 베인(2개의 8쌍)과 동일하다. 알 수 있듯이, 제거 효율은 10개의 베인에서도 높지만, 14개 베인에서는 100% 효율에 접근할 수 있다. 베인의 최적 개수는 전산 유체 역학에 기초하여 쉽게 계산될 수 있으며, 당해 분야에서 입증될 수 있다. 일반적으로 말하면, 그러나 5 내지 10 베인 쌍으로 충분할 것이며, 6 내지 10 베인 쌍이 바람직하다.

도 8은 액적 분리를 개략 도시한다. 음영 부분(36)은 가스 함유 액적을 도시한다. 매우 작은 "연기(plume)"(36)만이 베인(6)을 통과할 때 액적이 거의 제거되지 않는다. 그러나, 이 연기의 대다수가 베인 위에서 단부 벽과 접촉하여, 이 연기로부터 상당량의 액적이 역시 제거된다.

알 수 있듯이, 본 발명의 분리기는 고효율적이고, 구조가 간단하며, 무엇보다도 비교적 작은 압력 강하를 나타낸다. 따라서, 전체 공정 효율은 높게 유지된다. 피시본 충돌 장치로 인한 추가 압력 강하는 엘보우에서의 가스 밀도 및 가스 속도에 종속된다.

본 발명의 분리기는 적어도 하나의 엘보우와 그 내부에 장착되는 적어도 하나의 피시본을 요구하고, 상기 피시본은 중력에 대해 종방향으로 하향 각도 경사진 복수의 베인을 가지며, 따라서 수집된 액체가 그 베인 상에서 및/또는 그 베인 내에서 하나 이상의 수집 지점으로 유동할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 수집 지점은 피시본의 베인의 단부에 근접한 엘보우 내벽 부분이다. 90도 엘보우에 대해 도시했지만, 피시본은 45도와 같은 다른 각도의 엘보우에 쉽게 합체될 수 있다.

본 발명의 실시예에 대해 설명하였지만, 이들 실시예가 본 발명의 가능한 모든 형태를 설명하는 것으로 간주되지는 않아야 한다. 오히려, 본 명세서에 사용된 단어들은 제한을 위한 것이 아닌 설명을 위한 단어이며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화가 가능함을 알아야 한다.

Claims (20)

1. 기액(gas-liquid) 관성 분리기에 있어서,

   (a) 내벽을 갖는 엘보우, 및

   (b) 피시본 분리 증진기를 포함하며,

   상기 피시본 분리 증진기는,

   (i) 가스 유동 방향을 가로질러 배치되고 가스 유동 방향을 따라서 이격되는 복수의 종방향 연장 베인을 포함하고,

   (ⅱ) 임의적으로, 상기 베인이 부착되는 중앙 척주를 포함하며,

   상기 베인은, 상기 엘보우를 통해 유동하는 액체-함유 가스로부터 수집된 액체가 적어도 하나의 수집 장소로 하향 유동하도록, 중력에 대해 그 종방향으로 하향 배향되는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베인은 중공 구조이며, 그 길이를 따라서 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 개구는 베인의 전체 길이를 따라서 존재하며, 상기 베인은 개구가 상기 엘보우를 통해서 유동하는 가스의 유동 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 베인은 상기 척주로부터 또는 상기 엘보우로부터 연장되는 버팀대 상에 장착되는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 베인은 두께보다 큰 높이를 갖는 단면을 가지며, 상기 베인은 단면의 높이를 통한 축이 가스 유동 방향으로부터 20°내지 대략 90°각도를 이루도록 장착되는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 베인은 중공형이고 그 길이를 따라서 개구를 가지며, 상기 개구는 가스 유동 방향을 향하고, 상기 개구는 중공 베인이 그 바닥에 위치하는 유체 수집 립을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
7. 제 1 항에 있어서,

   척주가 존재하고, 상기 베인은 상기 척주로부터 하향 경사지며 상기 엘보우의 내벽 근처에서 종료되는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
8. 제 1 항에 있어서,

   척주가 존재하고, 상기 베인은 상기 척주를 향하여 하향 경사지며, 상기 척주는 하향 유체 유동 경로를 제공하도록 중공형이고, 상기 척주 내의 구멍은 상기 베인에 의해 수집된 유체가 상기 척주에 진입하기 위한 경로를 제공하도록 상기 베인과 유통하는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 베인은 중공형이고, 그 길이를 따라서 개구를 가지며, 상기 버팀대 위에 활주가능하게 부착될 수 있는 것을 특징으로 하는

   기액 관성 분리기.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 척주는 상기 엘보우의 내경의 대략 절반 이하의 폭을 갖는 금속 척주인 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
11. 제 11 항에 있어서,

    엘보우로의 입구가 수평면에 존재할 때 상기 척주는 상기 엘보우에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 엘보우는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 엘보우는 다각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
14. 제 1 항에 있어서,

    척주가 전혀 존재하지 않으며, 상기 베인들은 각각 상기 엘보우의 적어도 하나의 내벽에 고정되는 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 분리기는 척주를 가지며, 상기 척주는 상기 엘보우 내에 부동적으로 배치되는 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 척주의 하단부는 상기 엘보우의 벽에 고정된 제 1 리테이너에 의해 상기 엘보우 내에 배치되며, 상기 척주의 상부는, 상기 엘보우의 벽에 고정된 상부 리테이너에 가동적으로 연결되고 상기 척주의 상기 상부에 가동적으로 연결되는 링크에 의해 상기 엘보우 내에 배치되는 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 링크는 상기 상부 리테이너에 회전가능하게 연결되고 상기 척주의 상기 상부에 회전가능하게 연결되는 일체형 링크인 것을 특징으로 하는

    기액 관성 분리기.
18. 유동 가스 스트림으로부터 액적을 분리하기 위한 방법에 있어서,

    상기 가스 스트림을 제 1 항의 분리기 내로 향하게 하는 단계와,

    상기 액적을 상기 피시본 분리 증진기 및 상기 엘보우의 벽과 접촉시켜 액체를 수집하는 단계, 및 액적이 고갈된 출구 가스 스트림을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

    액적 분리 방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 엘보우의 입구 단부는 액적 함유 가스의 스트림을 상기 엘보우 내로 발산시키는 처리 용기와 유체 연통하며, 수집된 액체는 다시 상기 분리기로부터 상기 용기 내로 향하는 것을 특징으로 하는

    액적 분리 방법.
20. 제 16 항에 있어서,

    상기 용기는 중합화 반응기이며, 상기 액적은 액상단량체(liquidmonomers) 또는 저중합체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는

    액적 분리 방법.

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