KR20070007838A - 최소한 하나의 재활용된 분리 루프를 포함하는 회전층 수착시스템, 및 그러한 시스템을 설계 및 작동시키는 방법 - Google Patents

최소한 하나의 재활용된 분리 루프를 포함하는 회전층 수착시스템, 및 그러한 시스템을 설계 및 작동시키는 방법 Download PDF

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Abstract

수착층 시스템을 사용하여 공정 액체 스트림의 수착물 농도를 감소시키는 방법은 다음 단계를 포함한다. 흡착제 물질의 집합체를 회전시켜, 작동 싸이클 중, 흡착제 집합체의 소정 부피를, 제 1 존으로 돌아가기 이전에, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 존을 통해 순차적으로 통과시킨다. 제 1 존에서 흡착제 집합체를 통해 공정 액체 스트림을 통과시키고, 제 4 존에서 흡착제 집합체를 통해 재생 액체 스트림을 통과시킨다. 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림과는 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 제 1 분리 액체 스트림을 제 2 존 및 제 6 존 내의 흡착제 집합체 사이에서 재생시킨다. 한편, 공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림 및 제 1 분리 액체 스트림과는 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 제 2 분리 액체 스트림을 제 3 존 및 제 5 존 내의 흡착제 집합체 사이에서 재생시킨다.
수착층 시스템

Description

최소한 하나의 재활용된 분리 루프를 포함하는 회전층 수착 시스템, 및 그러한 시스템을 설계 및 작동시키는 방법{ROTARY BED SORPTION SYSTEM INCLUDING AT LEAST ONE RECYCLED ISOLATION LOOP, AND METHODS OF DESIGNING AND OPERATING SUCH A SYSTEM}
[0001] 본발명은 일반적으로 회전층 수착 시스템에 관한 것이고, 특히 하나 이상의 재활용된 분리 루프를 포함하는 회전층 수착 시스템에 관한 것이다. 본발명은 그러한 시스템을 설계 및 작동시키는 방법에 관한 것이기도 하다.
[0002] 회전층 수착 시스템은 종종 공정 또는 수착 액체 스트림으로 불리우는 하나의 액체 스트림으로부터 수착물 (sorbate)을 수집하고, 더욱 농축된 형태로, 종종 탈착 또는 재생 액체 스트림으로 불리우는 제 2 액체 스트림으로 전송하는데 오랫동안 사용되어 왔다. 흔히 제거되는 수착물은 수증기, 휘발성 유기 화합물 ("VOCs"), 질소 산화물 ("NOx") 등을 포함한다.
[0003] 회전층 수착 시스템, 특히 처리 액체 내에서 낮은 수착물 농도가 요구되는 회전층 수착 시스템에서, 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림 간의 어떠한 상호 오염을 최소화하는 것이 중요하다. 오염은 액체 스트림 자체의 압력 차이, 또는 회전 흡착제 디스크의 매트릭스 내 증기압 차이로부터 발생할 수 있다.
[0004] 또다른 오염의 가능한 소스는 활성 수착 영역에 인접하지만 사이클 중 활성 액체 흐름이 보이지 않는 흡착제 디스크의 영역이다. 통상, 이들은 밀봉 시스템에 의해 커버된 흡착제 디스크의 중심 및 외부 표면에 있는 영역이다. 대표적으로, 흡착제 디스크는 이들 "데드 존 (dead zone)"을 의도적으로 가지도록 설계되는데, 이들은 열전연체로서 작용하여, 로터 하우징의 냉각을 유지시키고, 부품의 미성숙 기계적 고장을 유발할 수 있는 열팽창을 방지한다. 처리 액체 스트림 내에서 매우 낮은 수착물 농도를 이루도록 설계된 시스템 내에서, 이들 영역은 증기 제거를 위한 "싱크" 역할을 할 수 있음이 입증되었다. 싱크는 재생 존에 인접할 때 증기를 축적하고, 재생 존에서 싱크는 확산력을 통해 재생 존 내에서 고농도 증기에 노출되지만, 유리/세라믹 구조의 높은 절연 특징으로 인해, 재생 열에 노출되지는 않는다. 이후 흡착제는 고농도 증기, 및 그러나 훨씬 낮은 온도에서 평형에 가까이 도달할 수 있다. 싱크는 시스템의 프로세스 섹션 내의 매우 저농도 액체에 인접할 때 하중을 방출한다. 증기압 차이는 구조체의 확산력을 극복하고, 흔적량의 증기가 처리 액체 스트림 내로 방출되어, 제거되는 증기의 농도의 좋지 못한 증가를 유발한다.
[0005] 흡착제 매트릭스의 냉각, 재생 열의 회수, 또는 흡착제 매트릭스에의 통과 이전에 재생 액체 스트림의 예비처리의 목적으로, 회전층 수착 시스템 내에 퍼지 존 (purge zone)을 통합시키는 것이 공지되어 있다. 재순환 퍼지 루프를 포함하는 수착층 시스템의 예가 미국 특허 제 4,701,189호에 기재되어 있다. 그렇지만, 고농도 액체 스트림으로부터 흡착제 매트릭스를 통한 수분의 확산을 감소시키 거나, 또는 고압 액체 스트림으로부터의 저압 액체 스트림으로의 이월 증기를 감소시키기 위해, 하나 이상의 존을 사용하는 것은 선행 기술에서 교시되지 않았다고 생각된다.
발명의 요약
[0006] 본발명은 다양한 액체 스트림의 압력 불균형 및 큰 증기압 차이에 의해 야기된, 회전 수착층의 수착 및 탈착 존 사이의 상호 오염을 감소시키기 위해 하나 이상의 분리 루프를 사용한다.
[0007] 본발명의 하나의 구체예에서, 재생가능한 흡착제 물질의 회전 집합체를 포함하는 수착층 시스템을 사용하여 공정 액체 스트림의 수착물 농도를 감소시키는 방법은 흡착제 집합체를 회전시켜, 작동 싸이클 중, 흡착제 집합체의 소정 부피를, 제 1 존으로 돌아가기 이전에, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 존을 통해 순차적으로 통과시키는 단계; 제 1 존에서 흡착제 집합체를 통해 공정 액체 스트림을 통과시키는 단계; 제 4 존에서 흡착제 집합체를 통해 재생 액체 스트림을 통과시키는 단계; 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림과는 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 제 1 분리 액체 스트림을 제 2 존 및 제 6 존 내의 흡착제 집합체 사이에서 재생시키는 단계; 및 공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림 및 제 1 분리 액체 스트림과는 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 제 2 분리 액체 스트림을 제 3 존 및 제 5 존 내의 흡착제 집합체 사이에서 재생시키는 단계들을 포함한다.
[0008] 바람직하게는, 각각의 제 1, 제 5 및 제 6 존 내의 액체 흐름의 방향은 같고, 각각의 제 2, 제 3 및 제 4 존 내의 액체 흐름의 방향은 제 1, 제 5 및 제 6 존 내의 액체 흐름의 방향과 반대이다.
[0009] 임의로, 만약 고정 액체 스트림 내의 수착물 농도의 추가적인 감소가 요망될 경우, 부가적인 재생된 분리 루프를 비슷한 방법으로 부가시킬 수 있다.
[0010] 본명세서에서, "작동 사이클"은 흡착제 집합체가 수착 및 탈착 공정을 모두 격는 동안의 흡착제 집합체의 이동 경로를 의미한다. "순차적"이란 용어는 상대적인 순서를 말하고, 반드시 하나 다음에 다른 하나가 뒤따를 필요는 없다. 이 구체예에서, 예를 들면, 만약 심지어 제 1 존 및 제 2존 사이에 또다른 존이 끼어있더라도, 흡착제 집합체는 제 1 존, 제 2 존 등을 통해 순차적으로 통과한다고 말하는 것이 정확하다.
[0011] 본발명의 또다른 구체예에서, 회전층 수착 시스템은 공정 액체 스트림; 재생 액체 스트림; 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 재순환하는 제 1 분리 스트림; 공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림 및 제 1 분리 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 재순환하는 제 2 분리 스트림; 공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림, 제 1 분리 스트림 및 제 2 분리 스트림 각각이 통과하는 재생 흡착제 물질의 회전 집합체를 포함한다. 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피를, 제 1 존으로 돌아가기 이전에, 공정 액체 스트림, 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림, 재생 액체 스트림, 제 2 분리 스트림 및 제 1 분리 스트림을 통해 통과시킨다. 바람직하게는, 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림을 반대 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시키고, 각각의 제 1 분리 스트림 및 제 2 분리 스트림을, 흡착제 집합체 회전 방향의 각각의 제 1 또는 제 2 분리 액체 스트림 바로 직후의 액체 스트림과 같은 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시킨다.
[0012] 임의적으로, 본 구체예의 시스템은 공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림, 제 1 분리 스트림 및 제 2 분리 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 재순환하는 제 3 분리 스트림을 포함한다. 바람직하게는, 제 3 분리 액체 스트림은 흡착제 집합체가 공정 액체 스트림으로 돌아오기 전에, 공정 액체 스트림, 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림, 제 3 분리 스트림, 재생 액체 스트림, 제 3 분리 스트림, 제 2 분리 스트림 및 제 1 분리 스트림을 순차적으로 통과하도록 배치된다. 바람직하게는, 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림을 반대 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시키고, 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림 및 제 3 분리 스트림 각각은 흡착제 집합체 회전 방향의 각각의 제 1, 제 2 또는 제 3 분리 액체 스트림 바로 직후의 액체 스트림과 같은 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시킨다.
[0013] 본발명의 또다른 구체예에서, 재생가능한 흡착제 물질의 집합체가 회전하여 흡착제 집합체의 소정 부피가 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림을 통해 교대로 통과하는, 수착층 시스템을 설계하는 방법은 다음 단계를 포함하다: (a) 다음으로부터 선택된 최소한 하나의 기준을 만족하는지를 결정하는 단계: (i) 한 액체 스트림의 온도가 인접한 액체 스트림의 이슬점 이하임, (ii) 인접한 액체 스트림들이 통과하는 흡착제 물질의 존 사이에 최소한 약 150 Pa의 증기압 차이가 존재함, (iii) 인접한 액체 스트림 간의 절대 압력 차이가 수착층 시스템의 밀봉 구 조체의 설계 압력을 초과함, 및 (iv) 흡착제 물질을 통한 액체 스트림의 인접한 액체 스트림 내로의 투과가 최소한 10% 만큼 하나 혹은 양쪽 인접 액체 스트림의 수착물 농도에 영향을 미침; (b) 최소한 하나의 조건을 만족하는 것으로 단계 (a)에서 결정이 되면, 다른 액체 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 순환하는 분리 액체 스트림을 시스템에 부가하는 단계; 및 (c) 단계 (b)에서 최소한 하나의 기준이 만족되지 않을 때까지 단계 (a) 및 (b)를 반복하는 단계. 부가된 각 분리 액체 스트림은, 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피를, 분리 액체 스트림을 통해 두 번, 공정 액체 스트림 이전 및 재생 액체 스트림 이후에 한번, 및 공정 액체 스트림 이후 및 재생 액체 스트림 이전에 한번씩 통과시키도록 배치된다. 다시, 본명세서에서, 용어 "이전" 및 "이후"는 상대적 순서이고, 특정되지 않는 한, 하나가 다른 하나의 바로 이전에 오거나 바로 이후에 올 필요는 없다. 바람직하게는, (i), (ii), (iii) 및 (iv)로부터 선택된 어떠한 복수개의 기준이 만족된다면 분리 루프가 추가된다. 더욱 바람직하게는, (i), (ii), (iii) 및 (iv)로부터 선택된 기준이 만족된다면 분리 루프가 추가된다. 수착층 시스템의 설계는 예를 들면 컴퓨터 상에서의 모델링, 또는 물리적 시험을 통해 행해질 수 있다.
[0014] 본발명의 또다른 구체예에서, 회전 수착층 시스템은, 작동 사이클에서 공정 존, 재생 존, 및 최소한 하나의 분리 존을 포함하는 다수의 존을 통과하는 흡착제 물질의 회전 디스크를 포함한다. 재생 존 및 최소한 하나의 분리 존 각각은 공정 존보다 더 큰 정도로 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장한다. 이 방법으로, 공정 존 내에서 수착물로 로딩된 흡착제 디스크의 영역이 재생 및 분리 존 내에서의 재생 또는 다른 처리로부터 벗어날 수 있다.
[0015] 바람직하게는, 최소한 하나의 분리 존이 재생 존보다 더 큰 정도로 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장한다. 더욱 바람직하게는, 재생 존은 공정 존보다 최소한 하나의 플루트 높이 만큼 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하고, 최소한 하나의 분리 존은 재생 존보다 최소한 하나의 플루트 높이 만큼 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장한다. 본명세서에서, "플루트 높이"란 용어는 액체 스트림이 흐르는 흡착제 디스크 내의 채널들의 최대 폭 수치를 말한다. 원형 단면을 갖는 채널을 갖는 디스크에 대해, 플루트 높이는 채널 직경에 해당한다.
[0016] 본 구체예는, 각 분리 존이 최소한 공정 존, 바람직하게는 또한 재생 존보다 더 큰 정도로 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 바람직하게는 확장하는, 다수의 분리 존을 포함하는 시스템에도 사용될 수 있다.
[0017] 본발명의 또다른 구체예에서, 회전층 수착 시스템의 성능을 향상시키는 방법은 재생가능한 흡착제 물질의 집합체를 회전시켜, 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피가 제 1 존으로 돌아오기 이전에 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 존을 순차적으로 통과하는 단계; 제 1 방향으로 제 1 존을 통해 공정 액체 스트림을 통과시키는 단계; 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 3 존을 통해 재생 액체 스트림을 통과시키는 단계; 및 제 2 방향으로 흡착제 집합체를 통해 분리 액체 스트림이 통과하는 제 2 존, 및 제 1 방향으로 흡착제 집합체를 통해 분리 액체 스트림이 통과하는 제 4 존 내의 흡착제 집합체 사이의 최소한 하나의 분리 액체 스트림 을 재생시킴으로써 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림 사이의 상호 오염을 감소시키는 단계를 포함한다.
[0018] 분발명의 바람직한 구체예가 도시되고 설명된 도면 및 도면의 설명을 참조하여 본발명의 이러한 양상 및 다른 양상을 보다 더 잘 이해할 수 있다.
[0019] 도 1은 본발명에 따른 회전층 수착 시스템의 바람직한 구체예를 설명한 모식적 흐름도이다.
[0020] 도 2은 본발명에 따른 회전층 수착 시스템의 또다른 바람직한 구체예를 설명한 모식적 흐름도이다.
[0021] 도 3은 종래의 투-존 회전층 수착 시스템의 모식도이다.
[0022] 도 4은 포-존 회전층 수착 시스템의 모식도이다.
[0023] 도 5은 식스-존 회전층 수착 시스템의 모식도이다.
[0024] 도 6은 종래의 투-존 회전층 수착 시스템의 모식도이다.
[0025] 도 7은 도 6에 도시된 시스템 내의 인접한 존들의 경계에 따른 증기압을 플로팅한 그래프이다.
[0026] 도 8은 포-존 회전층 수착 시스템의 모식도이다.
[0027] 도 9은 도 8에 도시된 시스템 내의 인접한 존들의 경계에 따른 증기압을 플로팅한 그래프이다.
[0028] 도 10은 식스-존 회전층 수착 시스템의 모식도이다.
[0029] 도 11은 도 8 및 도 10에 도시된 시스템 내의 증기압을 비교하는 그 래프이다.
[0030] 도 12은 로터 깊이의 함수로서의 압력 감소를 플로팅한 그래프이다.
[0031] 도 13은 대표적인 매트릭스 누출치의 그래프이다.
[0032] 도 14은 쓰리-존 회전층 수착 시스템의 모식적 흐름도이다.
[0033] 도 15은 포-존 회전층 수착 시스템의 모식적 흐름도이다.
[0034] 도 16은 도 15에 도시된 시스템에 대한 로터 깊이의 함수로서의 압력 감소를 플로팅한 그래프이다.
[0035] 도 17은 본발명에 따른 포-존 회전층 수착 시스템의 바람직한 구성의 모식도이다.
[0036] 도 18은 호퍼 드라이어 수착 유닛의 모식적 흐름도이다.
바람직한 구체예에 대한 설명
[0037] 도 1은 본발명에 따른 회전층 수착 시스템의 첫 번째 바람직한 구체예를 설명한다. 이 시스템은, 작동 사이클에서 제 1 존 (1), 제 2 존 (2), 제 3 존 (3) 및 제 4 존 (4)을 순차적으로 통과하는 재생가능한 흡착제 물질을 함유하거나 이에 의해 코팅된 종래의 구성의 회전 디스크-형태 다공성 집합체 (11)를 포함한다. 흡착제 집합체 (11)은 공지의 로터 매카니즘에 의해 화살표 A에 의해 나타낸 방향으로 축에 대해 회전한다 (도시되지 않음).
[0038] 수착물 (예를 들면, 수증기)를 운반하는 공정 액체 스트림 (12)은, 흡착제 집합체 (11) 상으로 수착물이 수착하는 (즉, 로딩되는), 제 1 존 (1) 내의 흡착제 집합체 (11)를 통해 통과시킨다. 흡착제 집합체로부터 나온 공정 액체 스트림은 흡착제 집합체로 들어가는 공정 액체 스트림과 비교하여 감소된 수착제 농도를 갖는다. 임의적으로, 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (13)를 사용하여 덕트 워크 (duct work)를 통해 공정 액체 흐름을 유발할 수 있다 (도시되지 않음).
[0039] 재생 액체 스트림 (14)는 공정 액체 스트림 (12)의 흐름과 반대 방향으로, 제 3 존 (3) 내의 흡착제 집합체 (11)를 통해 통과시킨다. 흡착제 집합체 (11) 내에 수집된 공정 액체 스트림으로부터의 흡착제는 재생 액체 스트림 내로 방출된다. 히터 (15)는 흡착제 집합체 (11)를 통한 통과 이전에 재생 액체 스트림 (14)를 가열하기 위해 제공될 수 있다. 공정 액체 스트림에서와 같이, 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (13)를 사용하여 재생 액체 흐름을 유발할 수 있다.
[0040] 공정 액체 스트림 (12)도 재생 액체 스트림 (14)도 도 1에서는 폐쇄된 루프 회로로서 기술되지 않았지만, 당업자는 이들 액체 스트림의 하나 또는 모두가 폐쇄 루프 내에서 재순환될 수 있음을 이해한다. 도 14는 예를 들면, 흡착제 집합체로부터 나온 후, 재생 액체 스트림을 냉각하여 액체 스트림으로부터의 증기를 농축하고, 이후 흡착제 집합체를 통한 재수송 이전에 재가열되는 구성을 묘사한다.
[0041] 분리 액체 스트림 (17)은 제 2 존 (2) 및 제 4 존 (4) 내의 흡착제 집합체 (11) 사이에서, 공정 액체 스트림 (12) 및 재생 액체 스트림 (14)과 독립적 으로, 폐쇄 루프 내에서 재생된다. 바람직하게는, 분리 액체 스트림 (17)이 흡착제 집합체 (11)을 통해 흐르는 방향은 흡착제 집합체 (11)의 회전 방향으로 분리 존을 바로 뒤따르는 존을 통해 흐르는 액체와 같은 방향이다. 도 1에서, 예를 들면, 분리 액체 스트림 (17)은 재생 액체 스트림 (14)이 제 3 존 (3)을 통해 흐르는 것과 같은 방향으로 제 2 존 (2)을 통해 통과하고, 공정 액체 스트림 (12)이 제 1 존 (1)을 통해 흐르는 것과 같은 방향으로 제 4 존 (4)을 통해 통과한다. 택일적으로, 흡착제 집합체를 통해 분리 액체 스트림이 흐르는 방향은 흡착제 집합체의 회전 방향으로 분리 존을 바로 뒤따르는 존을 통해 액체가 흐르는 방향과 반대일 수 있다. 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (18)가 임의적으로 제공되어 분리 액체 흐름을 유발할 수 있다. 특정 실시예와 관련하여 아래에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 재생 분리 루프의 제공은 공정 액체 스트림 (12) 및 재생 액체 스트림 (14) 사이의 상호 오염을 감소시키는 것을 돕는다.
[0042] 특정 응용에서, 부가적인 재생 분리 루프를 제공함으로써 추가적인 장점이 얻어질 수 있다. 도 2는 두 개의 분리 액체 스트림 (117, 119)이 회전 흡착제 집합체 (111)를 통해 독립적으로 재생되는 회전층 수착 시스템 (110)의 또다른 바람직한 구체예를 설명한다. 흡착제 집합체 (111)는 작동 사이클에서, 제 1 존 (101), 제 2 존 (102), 제 3 존 (103), 제 4 존 (104), 제 5 존 (105), 및 제 6 존 (106)을 순차적으로 통과한다. 제 1 구체예에서와 같이, 공지의 로터 매카니즘에 의해 화살표 B에 의해 나타낸 방향으로 축에 대해 회전한다 (도시되지 않음).
[0043] 공정 액체 스트림 (112)은 제 1 존 (101) 내에서 흡착제 집합체 (111)을 통해 통과시킨다. 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (113)가 임의적으로 제공되어 공정 액체 흐름을 유발할 수 있다.
[0044] 재생 액체 스트림 (114)은 공정 액체 스트림 (112)의 흐름과 반대 방향으로, 제 4 구역 (104) 내의 흡착제 집합체 (111)을 통해 통과시킨다. 히터 (115)는 흡착제 집합체 (111)를 통한 통과 이전에 재생 액체 스트림 (114)를 가열하기 위해 제공될 수 있다. 공정 액체 스트림에서와 같이, 필요하면 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (116)를 사용하여 재생 액체 흐름을 유발할 수 있다.
[0045] 제 1 분리 액체 스트림 (117)은 제 3 존 (103) 및 제 5 존 (105) 내의 흡착제 집합체 (111) 사이에서, 공정 액체 스트림 (112), 재생 액체 스트림 (114) 및 제 2 분리 액체 스트림 (117)과 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 재생된다. 바람직하게는, 제 1 분리 액체 스트림 (117)이 흡착제 집합체 (111)을 통해 흐르는 방향은 흡착제 집합체 (111)의 회전 방향으로 분리 존을 바로 뒤따르는 존을 통해 흐르는 액체와 같은 방향이다. 도 2에서, 예를 들면, 제 1 분리 액체 스트림 (117)은 재생 액체 스트림 (114)이 제 4 존 (104)을 통해 흐르는 것과 같은 방향으로 제 3 존 (103)을 통해 통과하고, 제 2 분리 액체 스트림 (119)이 제 6 존 (106)을 통해 흐르는 것과 같은 방향으로 제 5 존 (105)을 통해 통과한다. 택일적으로, 제 3 및 제 5 존을 통해 분리 액체 스트림이 흐르는 방향은 도 2에 도시된 것과 반대일 수 있다. 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (118)가 임의적으로 제공되어 분리 액체 흐름을 유발할 수 있다.
[0045] 한편, 제 2 분리 액체 스트림 (119)은 제 2 존 (102) 및 제 6 존 (106) 내의 흡착제 집합체 (111) 사이에서, 공정 액체 스트림 (112), 재생 액체 스트림 (114) 및 제 1 분리 액체 스트림 (119)과 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 재생된다. 제 1 분리 액체 스트림에서와 같이, 제 2 분리 액체 스트림 (119)이 흡착제 집합체 (111)을 통해 흐르는 방향은 흡착제 집합체 (111)의 회전 방향으로 분리 존을 바로 뒤따르는 존을 통해 흐르는 액체와 같은 방향이다. 도 2에서, 예를 들면, 제 2 분리 액체 스트림 (119)은 제 1 분리 액체 스트림 (117)이 제 3 존 (103)을 통해 흐르는 것과 같은 방향으로 제 2 존 (102)을 통해 통과하고, 공정 액체 스트림 (112)이 제 1 존 (101)을 통해 흐르는 것과 같은 방향으로 제 6 존 (106)을 통해 통과한다. 택일적으로, 제 2 및 제 6 존을 통해 분리 액체 스트림이 흐르는 방향은 도 2에 도시된 것과 반대일 수 있다. 팬, 블로우어 (blower) 또는 기타 액체-이동 장치 (120)가 임의적으로 제공되어 분리 액체 흐름을 유발할 수 있다.
[0047] 상기한 바람직한 구체예에서, 특이적 흐름 속도, 압력, 온도, 상대 습도 등의 선택은 수착 시스템의 특정 응용에 달려있고, 주어진 응용에 대해 적절히 선택할 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다.
[0048] 본발명은 두 개의 분리 루프에 한정되지 않고, 다양한 액체 스트림 및 바람직한 처리 수준의 특성에 따라서 세 개 이상의 분리 루프를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 각 추가적 분리 루프는, 흡착제 집합체의 회전 방향의, 분리 액체 스트림을 뒤따르는 공정 또는 재생 액체 스트림과 같은 방향으로 흡착제 집합체를 통해 분리 액체 스트림이 통과하도록 배치된다. 작동 사이클 내에서, 흡착제 집합체가 상승하면서 분리 액체 스트림들을 순차적으로 통과하고 이후 하강하는 순서로 순차적으로 통과하도록 각 부가적 분리 루프가 배치되는 것이 또한 바람직하다. 다시 말하면, 세 개의 분리 루프를 갖는 8-존 시스템에 대하여, 흡착제 집합체는, 예를 들면, 재생 액체 스트림, 제 1 분리 액체 스트림, 제 2 분리 액체 스트림, 제 3 분리 액체 스트림, 공정 액체 스트림, 제 3 분리 액체 스트림, 제 2 분리 액체 스트림, 제 1 부리 액체 스트림 등을 순차적으로 통과한다.
[0049] 하기 하는 바와 같이, 분리 루프의 개수는 온도, 증기압, 절대압, 및/또는 누출에 대한 특정 선택된 기준이 만족되는지를 결정하고, 이를 기초로 선택될 수 있다. 기준이 만족되는지는 자극 또는 물리적 시험에 의해 결정될 수 있다. 하나 이상의 선택된 기준이 만족되는 것으로 결정된 경우, 이후 이는 시스템에 분리 루프를 추가하는 것이 잠재적 장점을 갖는다는 것을 나타낸다. 분리 루프를 부가한 후, 결정을 다시 행하고, 선택된 기준이 만족되지 않을 때까지 행한다.
절대압 설계 기준
[0050] 가장 단순한 구체예에서, 예를 들면, 폐쇄 루프 내에서 작동하는 호퍼 드라이어 수착 유닛에서, 설계자는 폐쇄 루프 공정 팬을 어디에 위치시킬 지에 대한 선택권이 있다. 도 18에 나타낸 실시예에서, 호퍼 (50), 공정 공기 스트림 (51), 공정 공기 팬 (52), 회전 흡착제 디스크 (53), 재생 공기 스트림 (54), 재생 공기 히터 (55) 및 재생 공기 팬 (56)이 있다. 호퍼 (50)는 30" WC (물기둥 인치)를 초과할 수 있는 매우 큰 공기측 압력 감소를 갖는다. 호퍼 (50)는 폐쇄 루프 내에서 가장 "개방된" 위치이고, 그래서 대기압과 평형을 이룰 것이다. 루프의 다 른 부분은 루프 내의 각 위치 및 루프 내의 공기 드라이버 내 압력을 받을 것이다.
[0051] 이 응용에서, -40°F 및 이하의 이슬점이 요구된다. 제어 루프 내의 모든 포인트는 대표적으로 14°F 이하의 이슬점을 갖는다. 이는 제어 환경 루프 내로 (로부터의) 공기 침투 제한에 대해 엄격한 요구조건을 갖게 한다. 분리 또는 냉각 공기 스트림 (도 18에 나타내지 않음)은 이들 이슬점을 이루는 것이 필요하다.
[0052] 이 장치의 흡착제 층 버전에서, 건조제로 충진된 이중 타워가 건조 매체로서 이용된다. 이들 타워는 금속으로 만들어지기 때문에, 상기한 크기에 대한 압력은 설계상 문제가 아니다. 그렇지만, 건조제 디스크의 다공성으로 인해, 극히 고압 (공기 이동 장치 뒤에 건조제 디스크가 위치하는 경우가 대표적임)이 주변에 제 2 공기 통로를 만들 뿐만 아니라 디스크에 손상을 유발할 수 있어, 루프 내로 유입되는 신선한 공기양, 및 그리하여 건조 부하를 상당히 증가시킨다.
[0053] 이 응용에서, 단일 폐쇄 루프는 고압 폐쇄 루프 및 재생 공기 존 사이의 분리 존에 제공되도록 설치되는데, 대표적으로, 주변압 근처에서이다. 이 폐쇄 루프는 이후 고압 공정 존, 및 주변압 재생 존 사이의 중간점으로 압력면에서 평형을 이룬다. 전체적인 효과는 공정 루프로부터의 누출이 최소한 반만큼 절단되고, 분리 스트림의 성능 장점이 유지되는 것이다.
[0054] 폐쇄 호퍼 루프를 통해 공기를 이동시키는데 필요한 압력에 따라서, 하나 초과의 분리 존이 필요할 수 있다. 어떤 경우, 압력은 50" WC를 초과할 수 있고, 이 경우 두 개의 분리 존이 필요할 수 있다. 얼마나 많은 존이 필요한 지에 대한 결정은 디스크의 다공성, 루프에 대한 주요 누출 존에서의 최대 허용 오염율, 및 공정 및 재생 공기스트림 사이의 상대적 압력 차이의 함수이다. 바람직하게는, 분리 루프가 시스템에 부가되어 인접한 액체 스트림 사이의 절대압 차이가 흡착제 디스크 밀봉 시스템의 설계압을 초과하지 않는데, 대표적으로 7-10" WC의 크기이다.
[0055] 반대로, 만약 흡착제 디스크가 팬 이전에 위치하면, 주변공기보다 낮은 압력에서 작동할 것이고, 흡착제 디스크를 통한 공기 침투는 이 응용에서 요구되는 낮은 공기 이슬점에 대해 상당한 효과를 가질 것이다. 이 경우, 폐쇄 루프 분리 존은 수분 재생 존으로부터 건조 고정 루프 내로의 누출을 최소화한다. 다시 한번, 루프의 개수는 공정 루프 내로의 허용가능한 침투에 의해 결정되고, 이는 압력, 습도, 및 디스크 다공성의 함수이다.
농축 또는 결빙 설계 기준
[0056] 이 결정에 있어서, 어떠한 두 개의 인접한 존의 경계에서 농축 또는 결빙 가능성이 있는지에 대한 질문이 행해진다. 경계에서의 결빙 형성의 효과는 치명적일 수 있다. 씰 (seal)이 디스크 면에 대해 결빙될 수 있고, 얼음 형성이 디스크면에 손상을 줄 수 있다. 농축 효과는 덜 나빠지고; 그렇지만, 많은 건조제 타입, 특히 실리카 겔로의 장기적 물 침투는 상당한 노화 효과를 가질 수 있어, 결국 성능의 약화 또는 손상을 유발한다. 이 결정은 농축 또는 결빙 형성 방지를 위한 절연과 함께, 또는 절연 대신에 사용될 수 있다.
[0057] 냉공기가 추가로 탈흡습될 필요가 있는 아래에 주어진 냉동기 용도에 서, 단지 습한 주변 공기만이 재생에 이용가능이다. 도 3에서, 공정 액체 스트림을 800 SFPM (분당 표준 피트)의 속도로 존 (1)을 통과하고, 재생 액체 스트림은 250 SFPM의 속도로 존 (2)을 통과한다. 도 3에서 명백한 바와 같이, 존 (1) 내의 온도 및 존 (2) 내의 습도 조건으로부터, 존 (1,2) 사이의 경계는 농축 및 얼음 형성에 대한 후보이다. 특히, 재생 출구 공기는 76.2°F (파운드 당 137 그레인)의 이슬점을 갖고, 0°F의 온도를 갖는 공정 입구 공기 다음에 위치한다. 누출 및 전도로부터의 국소적 냉각은 이들 조건 하에서 결빙을 쉽게 발생시킬 수 있다.
[0058] 도 4는 분리 루프가 도 3에 나타낸 시스템에 부가된 포-존 시스템을 설명한다. 도 4에서, 존 (1)은 다시 공정 액체 스트림을 나타내고, 존 (3)은 재생 액체 스트림을 나타내고, 존 (2 및 4)는 분리 루프의 분리 액체 스트림을 나타낸다. 여기서, 또한, 존 (1 및 4)의 온도 및 습도 조건은, 도 4에서 점선 화살표로 나타내 바와 같이, 존 (1 및 4)의 경계를 따라 결빙 가능성이 여전히 존재하는 정도이다.
[0059] 그러므로, 부가적인 분리 루프가 도 5에 도시된 바와 같이 시스템에 부가된다. 도 5에서, 존 (1)은 공정 액체 스트림을 나타내고, 존 (4)는 재생 액체 스트림을 나타내고, 존 (2 및 5)은 하나의 분리 루프의 분리 액체 스트림을 나타내고, 존 (3 및 6)은 다른 분리 루프의 분리 액체 스트림을 나타낸다. 이제, 존 (6)으로부터 나오는 분리 액체 스트림의 이슬점은 존 (1)으로부터 나오는 공정 액체 스트림의 온도보다 작기 때문에, 결빙 또는 농축의 가능성은 제거되었다.
증기압 설계 기준
[0060] 두 개의 공기 흐름 존 사이의 경계에서 로터 재료의 증기압이 급격히 변한다. 이 경계에서의 증기압 차이는 두 개의 공기 회로의 정지압 (static pressure), 또는 절대 압력 차이보다 대표적으로는 훨씬 크다. 결과적으로, 증기 흐름은 디스크 내의 주름 잡힌 채널의 투과성 벽을 관통하여 일어난다. 이는 미국 특허 5,653,115에 나타낸 바와 같이 어떠한 공기 누출 없이 발생할 수 있다. 가장 건조하고 가장 습한 공기 스트림을 서로로부터 분리하기 위해 하나 이상의 분리 루프를 부가하는 것은 이 수분 이동의 효과를 완화시킬 수 있다. 바람직하게는, 공기압의 차이가 인접한 액체 스트림이 통과하는 흡착제 물질의 존 사이에서 증기압 차이가 약 150 Pa 미만이 될 때까지 분리 루프는 부가된다.
[0061] 예시로서, 도 6에 도시된, 공정 및 재생 공기 스트림 사이의 3:1 면 영역 분리를 갖는 종래의 투-존 구성을 갖는 로터를 고려한다. 도 6에서, 공정 존은 숫자 1로 나타내고, 재생 존은 숫자 2로 나타낸다. 공정의 초기 (존 1)로부터 재생의 종결 (존 2)를 분리하는 경계에 따른 증기압 차이가 도 6에 도시된다. 매트릭스의 벽을 통한 증기압 차이는 매우 크고, 공기 흐름 방향에서의 위치의 함수이다. 심지어, 로터의 공정 출구측에서도, 매트릭스 증기압의 정상상태 차이는 995 Pa (3872 Pa - 2877 Pa)이다. 이 경우, 로터를 막 떠난 공기는 건조 공기 파운드 당 3173 Pa의 증기압 또는 140 그레인의 수분 (gpp 또는 gr/LB)과 평형을 이룬다. 비록 이것이 전체 공정 공기 흐름의 작은 부분이지만, 도 6에 도시된 2.21 gpp의 전체 평균 출구 조건의 상당한 부분이다.
[0062] 흡착 존 영역 및 흐름율을 동일하게 유지하면서 두 개의 공기 스트림 을 분리하기 위해 분리 루프가 부가된다면, 도 8에 나타낸 결과가 얻어진다. 도 8에서, 공정 존은 숫자 1로 나타내고, 재생 존은 숫자 3으로 나타내고, 분리 루프에 상응하는 두 개의 분리존은 숫자 2 및 4에 의해 나타내어진다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 분리 루프 부가의 전체적인 결과는 처리 공정 공기의 습도가 2.11 gpp (-16.8 F DP)로부터 0.49 gpp (-42 F DP)로 감소하는 것이다.
[0063] 이는 도 9에 나타낸 바와 같이, 존 (4 및 1) 사이의 경계에서의 매트릭스 증기압 차이를 검사하여 설명될 수 있다. 분리 루프의 부가는 도 6 및 7의 투-존 경우보다 낮은 크기인 최소한 10 단위 크기로 경계에서의 매트릭스 증기압 차이를 낮춘다. 공기의 습도비는 존 (1)의 초기에서의 경계의 모든 깊이 위치에서 상응하여 더 낮아서, 존 (1)로부터의 전체적인 잔존 습도 비가 2.21 gpp에서 0.49 gpp (또는 -16.8 FDP 대 -42 F DP)로 감소하는데 기여한다. 분리 루프의 부가는 증기압 변화량을 122 Pa로 감소시키는데, 이는 상기한 바와 같은 바람직한 150 Pa 한계치 이내이다.
[0064] 비록 상기 논의가 존 (4 및 1)의 경계에서의 증기압 차이를 검사하지만, 유사한 유리한 결과가 존 (1 및 2)의 경계에서 일어난다.
[0065] 부가적 분리 루프를 부가함으로써 성능을 더욱 향상시켜 더 작은 증기압 차이가 각 존 경계에서 일어난다. 예를 들면, 만약 이전에 기술한 단일 루프가, 원래 루프의 반 크기인 각각 두 개의 독립적 루프로 나뉘어진다면, 얻어진 성능은 도 10에 나타내어진다. 도 10에서, 공정 존은 숫자 1에 의해 나타내고, 재생 존은 숫자 4에 의해 나타내고, 제 1 분리 루프에 상응하는 두 개의 분리 스트림은 숫자 3 및 5에 의해 나타내고, 제 2 분리 루프에 상응하는 두 개의 분리 스트림은 숫자 2 및 6에 의해 나타내어진다.
[0066] 도 10으로부터, 존 (1) 및 주변 존 (2 및 6) 사이의 경계를 통한 증기압의 더욱 점진적인 전이에 크게 기인하여, 부가적인 분리 루프는 처리된 공기 조건을 0.46 gpp로부터 0.37 gpp (또는 -42 F DP 내지 -46.3 F DP)로 감소시켰음을 알 수 있다.
[0067] 도 11은 도 8의 포-존 시스템 대 도 10의 식스-존 시스템에 대한 존 (1)의 초기부에서 공기 증기압 차이를 보여준다. 식스-존 시스템 내의 부가적인 분리 루프는 포-존 시스템과 비교하여 공급 공기 경계에서 약 20% 낮은 증기압을 단지 공급하지만, 최소 20% 만큼 공급 공기 내 수분 농도를 낮추는데 중요한 인자이다.
[0068] 분리 루프가 동일한 크기이거나 정확히 대칭일 필요는 없다. 각 루프의 흐름 속도는 루프의 두 번째 패스 (즉, 공정 액체 스트림에 인접한 분리 액체 스트림)를 떠나는 온도 및 수분 조건이 존 (1)으로 들어가는 공기 조건과 거의 같을 때 최적이다.
누출 설계 기준
[0069] 단일 폐쇄 분리 루프를 시스템에 부가하는 것은 대략 절반 만큼 공기 누출을 감소시킨다. 이는 분리 루프의 폐쇄 루프 특성에 기인한 것이고, 이 분리 루프는 공정 존 및 재생 존 사이의 절대 압력 중간 지점과 평형을 이루도록 한다.
[0070] 특정한 응용에서, 회로 사이의 누출은 가능한 한 가장 크게 최소화되 어야 한다. 농도 사이클에서, 낮은 이슬점 환경 (기준 OPG 반응기)에서 폐쇄 루프 재생을 통한 VOC 농도이든지, 또는 수분 농도이든지, 공정 스트림으로부터의 방출은 침투만큼이나 치명적인데, 재생 공기 스트림에 대한 증기의 농도 비는 사이클 효율에 대해 최대화되어야 하기 때문이다. VOC 농축기의 경우, 농도비를 최대화하기 위해, 공정 및 재생 회로 사이의 균일한 농도 평형을 보장하도록 특히 특별한 주의가 행해져야 한다.
[0071] 그렇지만, 로터 사이클의 역류 특성으로 인해, 도 12에 도시된 바와 같이, 압력 감소가 각 공기 스트림에 대한 로터를 통해 서로 다른 방향으로 압력이 감소함에 따라서 두 스트림 사이의 상호 오염이 있을 수 있다. 이는 재생 출구쪽으로 흐르는 공정 입구 공기, 및 공정 출구쪽으로 흐르는 재생 입구 공기를 유발한다. 이 흐름은 디스크 내의 얇은 플루트 벽의 투과성에 기인한다.
[0072] 예를 들면, 도 12는 공정 및 재생 사이의 압력에 대해 잘 균형잡힌 회전 흡착제 디스크를 통해 다양한 공기 스트림 - 공정, 재생 및 퍼지 - 의 절대 압력을 나타낸다. 상기한 바와 같이, 디스크를 통한 공기 흐름은 역류라는 사실로 인해, 최대 한 점을 제외하고, 두 개의 스트림 사이에는 항상 압력 차이가 존재한다. 도 13은 흐름에 직각 방향인 제곱 피트 당 분 당 표준 큐빅 피트 (scfm/ft2)의 기준으로 누출 및 투과성을 나타낸다.
[0073] 흡수성 매체의 서로 다른 타입에 대해 대표적으로 세 개의 일반적 매트릭스 누출율이 개괄된다. 대표적으로, 분자체-기초 매트릭스는 매트릭스 (3) 값 에 가장 유사한 누출율을 갖는다. 가장 낮은 출구 농도가 요망되는 MS 재료가, VOC 제거뿐만 아니라 수증기 제거 모두에 사용되어, 내부 누출 효과가 시스템 성능에 대한 상당한 실제 억제를 하도록 한다.
[0074] 도 14에 나타낸 종래의 쓰리-존 시스템에서, 흡착제 매트릭스 (30)로 들어가는 공정 공기는 숫자 1에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)를 나오는 공정 공기는 숫자 3에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)를 나오는 퍼지 공기는 숫자 2에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)로 들어가는 재생 공기는 숫자 4에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)를 나오는 재생 공기는 숫자 5에 의해 나타낸다. 도 14의 흐름 배치 및 도 12 및 13의 압력치 및 누출치 하에서, 공기는 공정 입구로부터 재생 출구로, 또한 재생입구로부터 공정 출구로 누출한다. 주어진 커브 및 주어진 응용에서, 매트릭스 (3) 매체에 대해, 대략 1.4 scfm의 재생 입구 공기가 공정 출구로 누출하고, 3.5 scfm이 공정 회로로부터 재생 회로로 누출한다. 이 누출은 공정 출구 습도비를 1.45에서 1.65 gr/lb.로 증가시키고, 재생 출구 습도비를 186 gr/lb부터 184 gr/lb로 감소시킨다.
[0075] 공정측에 대해 나오는 이슬점 성능은 실질적으로 감소되지 않았지만 교차 회로 누출은 이 경우 5%까지 농축을 통해 제거에 이용가능한 수분량을 실질적으로 감소시켰다. 도 14에 도시된 개방-퍼지 배치보다는 폐쇄 분리 루프의 이용이, 교차 회로 압력차를 감소시킬 뿐만 아니라, 이 수분을 재수집할 것이다.
[0076] 분리 루프를 포함하는 포-존 시스템이 도 15에 나타내어지는데, 여기서 흡착제 매트릭스 (30)로 들어가는 공정 공기는 숫자 1에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)로부터 나오는 공정 공기는 숫자 3에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)의 공정-공기가 나오는 측의 분리 공기는 숫자 2에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)의 공정-공기가 들어가는 측의 분리 공기는 숫자 2a 및 2b에 의해 나타내고, 흡착제 매트릭스 (30)로 들어가는 재생 공기는 숫자 4에 의해 나타내고, 및 흡착제 매트릭스로부터 나오는 재생 공기는 숫자 5에 의해 나타내어진다. 그림에 의해, 분리 루프가 교차 회로 누출 감소 성능에 갖는 효과를 이해하기가 상당히 쉽다. 더 작은 "누출 화살표"는 더 낮은 누출율을 반영한다. 부가적으로, 누출 효과는 분리 존이 동일한 극단의 습도를 갖지 않고, 그리하여 재생의 희석 및 공정 출구의 오염에 대한 영향이 크게 감소함에 따라서 감소한다. 바람직하게는, 분리 루프가 부가되어, 인접한 액체 스트림 내로의 흡착 재료를 통한 하나의 액체 스트림의 투과가 대략 15% 미만, 더욱 바람직하게는 대략 10% 미만만큼 인접합 액체 스트림의 하나 또는 모두에 영향을 준다.
[0077] 이 예시는 VOC 농축기의 예에 대응함을 유의하여야 한다. 제거 효율에 있어서의 작은 변화가 VOC 농도비의 큰 감소를 유발한다. 분리 루프는 동일한 방식으로 작용하여, 그러한 시스템의 농도비를 상당히 향상시킨다.
증기 "싱크"의 감소
[0078] 흡착제 디스크의 다양한 존에 대해 서로다른 직경을 통합시킴으로써 이들 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 경계 (edge) 효과는 수착성 디스크의 제거 효율에 중요한 영향을 미친다. 대표적으로, 이 효과는 디스크의 중심 및/또는 경계에서의 수착성 매체의 불완전한 재생, 또는 이들 영역 의 불완전한 퍼징 (purging) 또는 냉각의 결과이다. 면 (face) 실링제가 사용될 때, 재생 존에 인접하면서 충진할 수 있고, 공정 스트림의 처리 공기 내로 옮기는 증기 싱크가 또한 존재한다. 주변 실링제가 디스크의 면 (face)보다는 가장자리 (rim)를 밀봉하는데 사용될 때, 하우징의 집합체가 열 싱크로서 작용할 수 있어, 최외곽 건조제 물질의 완전 재생을 방지한다.
[0079] 이들 효과에 대항하여, 재생 존 및 어떠한 분리 존은 공정 존보다 더 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장해야 한다. 바람직하게는, 분리 존은 재생 존보다 더 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장해야 한다.
[0080] 도 16에 나타낸 바람직한 구체에에서, 재생 존의 직경은 공정 존의 직경보다 최소한 하나의 디스크 포어 직경, 즉 플루트 높이 (flute height) 만큼 더 커서, 흡착제 디스크의 주변 경계의 재생이 확실히 완전해지도록 한다. 분리 존의 직경은 재생 존보다 하나의 포어 크기만큼 더 크다. 가장자리 실링제가 가장자리에 사용되는 경우, 면 (face) 실링제는 공정 섹터 내의 디스크의 최외곽 가장자리를 통한 공기 흐름을 방지하도록 제공되어야 한다.
[0081] 상기에서 논의된 구체예는 본발명의 바람직한 구체예의 대표적인 것이고, 예시적 목적으로만 제공된다. 본발명의 범위를 제한하고자 하는 의도가 아니다. 비록 특정 구성, 구조, 조건 등이 보여지고 기술되었지만, 그것은 제한적인 것이 아니다. 개량 및 변조는 본발명의 범위 내에서 예기되고, 이는 첨부된 청구범위의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (28)

  1. 재생가능한 흡착제 물질의 회전 집합체를 포함하는 수착층 시스템을 사용하여 공정 액체 스트림의 수착물 농도를 감소시키는 방법에 있어서 다음 단계를 포함하는 방법:
    흡착제 집합체를 회전시켜, 작동 싸이클 중, 흡착제 집합체의 소정 부피를, 제 1 존으로 돌아가기 이전에, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 존을 통해 순차적으로 통과시키는 단계;
    제 1 존에서 흡착제 집합체를 통해 공정 액체 스트림을 통과시키는 단계;
    제 4 존에서 흡착제 집합체를 통해 재생 액체 스트림을 통과시키는 단계;
    공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림과는 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 제 1 분리 액체 스트림을 제 2 존 및 제 6 존 내의 흡착제 집합체 사이에서 재생시키는 단계; 및
    공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림 및 제 1 분리 액체 스트림과는 독립적으로, 폐쇄 루프 내에서 제 2 분리 액체 스트림을 제 3 존 및 제 5 존 내의 흡착제 집합체 사이에서 재생시키는 단계.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1, 제 5 및 제 6 존 각각에서의 액체 흐름 방향이 같은 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 제 2, 제 3 및 제 4 존 각각에서의 액체 흐름 방향이 같은 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 제 1, 제 5 및 제 6 존 각각에서의 액체 흐름 방향이, 제 2, 제 3 및 제 4 존 각각에서의 액체 흐름 방향과 반대인 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 수증기, 휘발성 유기 화합물 및 질소산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 농도가 제 1 존 내의 흡착제 집합체를 통해 공정 액체 스트림을 통과시킨 결과 감소되는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    폐쇄 루프 내에서 재생 액체 스트림을 재순환시키는 단계;
    재생 액체 스트림을 냉각하여 재생 액체 스트림으로부터 증기를 농축하는 단계; 및
    제 4 존을 통해 재생 액체 스트림을 통과시키기 이전에 재생 액체 스트림을 재가열하는 단계.
  7. 제 1항에 있어서, 실질적인 폐쇄 루프 내에서 공정 액체 스트림을 재순환시켜 생성물을 탈수시키거나 건조상태를 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 공정 액체 스트림;
    재생 액체 스트림;
    공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 재순환하는 제 1 분리 스트림;
    공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림 및 제 1 분리 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 재순환하는 제 2 분리 스트림;
    공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림, 제 1 분리 스트림 및 제 2 분리 스트림 각각이 통과하는 재생 흡착제 물질의 회전 집합체
    를 포함하고,
    작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피가, 공정 액체 스트림으로 돌아가기 이전에, 공정 액체 스트림, 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림, 재생 액체 스트림, 제 2 분리 스트림 및 제 1 분리 스트림을 통해 순차적으로 통과하는 회전 수착층 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림을 반대 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시키고, 각각의 제 1 분리 스트림 및 제 2 분리 스트림을, 흡착제 집합체 회전 방향의 각각의 제 1 또는 제 2 분리 액체 스트림 바로 직후의 액체 스트림과 같은 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시키는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 공정 액체 스트림, 재생 액체 스트림, 제 1 분리 스트림 및 제 2 분리 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 재순환하는 제 3 분리 스트림을 포함하고, 이 제 3 분리 액체 스트림은, 공정 액체 스트림으로 돌아오기 전에, 흡착제 집합체의 소정 부피가 공정 액체 스트림, 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림, 제 3 분리 스트림, 재생 액체 스트림, 제 2 분리 스트림 및 제 1 분리 스트림을 순차적으로 통과하도록 배치되는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림을 반대 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시키고, 제 1 분리 스트림, 제 2 분리 스트림 및 제 3 분리 스트림 각각은 흡착제 집합체 회전 방향의 각각의 제 1, 제 2 또는 제 3 분리 액체 스트림 바로 직후의 액체 스트림과 같은 방향으로 흡착제 집합체를 통해 통과시키는 방법.
  12. 제 8항에 있어서, 공정 액체 스트림은 재생 액체 스트림보다 고압 상태인 방법.
  13. 제 8항에 있어서, 공정 액체 스트림은 재생 액체 스트림보다 저압 상태인 방법.
  14. 제 8항에 있어서, 흡착제 집합체는 0.5 scfm/ft2"WC보다 큰 투과성을 갖는 방법.
  15. 제 8항에 있어서, 액체 스트림 중 하나는 동결점 이하의 온도 상태이고, 인접한 액체 스트림은 동결점 이하 액체 스트림보다 더 높은 이슬점을 갖는 시스템.
  16. 제 8항에 있어서, 재생 액체 스트림은 대략 80 gpp 이상의 수증기 수준을 갖고, 흡착제 집합체를 통해 통과한 후의 공정 액체 스트림은 대략 -30°F 미만의 이슬점을 갖는 시스템.
  17. 재생가능한 흡착제 물질의 집합체가 회전하여 흡착제 집합체의 소정 부피가 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림을 통해 교대로 통과하는, 수착층 시스템을 설계하는 방법으로서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    (a) 다음으로부터 선택된 최소한 하나의 기준을 만족하는지를 결정하는 단계:
    (i) 한 액체 스트림의 온도가 인접한 액체 스트림의 이슬점 이하임,
    (ii) 인접한 액체 스트림들이 통과하는 흡착제 물질의 존 사이에 최소한 약 150 Pa의 증기압 차이가 존재함,
    (iii) 인접한 액체 스트림 간의 절대 압력 차이가 수착층 시스템의 밀봉 구체의 설계 압력을 초과함, 및
    (iv) 흡착제 물질을 통한 한 액체 스트림의 인접한 액체 스트림 내로 의 투과가 최소한 10% 만큼 하나 혹은 양쪽 인접 액체 스트림의 수착물 농도에 영향을 미침;
    (b) 최소한 하나의 조건을 만족하는 것으로 단계 (a)에서 결정이 되면, 다른 액체 스트림과는 독립적으로 폐쇄 루프 내에서 순환하는 분리 액체 스트림을 시스템에 부가하는 단계로서, 여기서 분리 액체 스트림은, 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피를, 분리 액체 스트림을 통해 두 번, 공정 액체 스트림 이전 및 재생 액체 스트림 이후에 한번, 및 공정 액체 스트림 이후 및 재생 액체 스트림 이전에 한번씩 통과시키도록 배치되는 단계; 및
    (c) 단계 (b)에서 최소한 하나의 기준이 만족되지 않을 때까지 단계 (a) 및 (b)를 반복하는 단계.
  18. 제 17항에 있어서, 단계 (a)에서, 기준 (i), (ii), (iii) 및 (iv)의 각각이 만족되는지를 결정하고, 단계 (b)에서, 만약 기준 (i), (ii), (iii) 및 (iv) 중 어느 하나가 만족된다면, 분리 액체 스트림이 추가되는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 단계 (b)에서, (i), (ii), (iii) 및 (iv)로부터 선택된 복수개의 기준이 만족되는지를 결정하고, 단계 (b)에서, 만약 어떠한 복수개의 선택 기준이 만족된다면 분리 루프가 추가되는 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 단계 (b)에서, 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피가, 분리 액체 스트림을 통해 두 번, 공정 액체 스트림 직전에 한 번 및 공정 액체 스트림 직후에 한번 통과하도록 분리 액체 스트림을 배치시키는 방법.
  21. 제 17항에 있어서, 단계 (b)에서, 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피가, 분리 액체 스트림을 통해 두 번, 재생 액체 스트림 직전에 한 번 및 재생 액체 스트림 직후에 한번 통과하도록 분리 액체 스트림을 배치시키는 방법.
  22. 작동 사이클에서 공정 존, 재생 존, 및 최소한 하나의 분리 존을 포함하는 다수의 존을 통과하는 흡착제 물질의 회전 디스크를 포함하고, 여기서 재생 존 및 최소한 하나의 분리 존 각각은 공정 존보다 더 큰 정도로 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하는 회전 수착층 시스템.
  23. 제 22항에 있어서, 최소한 하나의 분리 존이 재생 존보다 더 큰 정도로 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하는 시스템.
  24. 제 23항에 있어서, 재생 존이 공정 존보다 최소한 하나의 플루트 높이 만큼 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하고, 최소한 하나의 분리 존은 재생 존보다 최소한 하나의 플루트 높이 만큼 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하는 시스템.
  25. 제 23항에 있어서, 흡착제 물질은 작동 사이클에서 다수의 분리 존을 통과하고, 각 분리 존은 공정 존 및 재생 존 모두보다 더 큰 정도로 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하는 시스템.
  26. 제 25항에 있어서, 재생 존이 공정 존보다 최소한 하나의 플루트 높이 만큼 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하고, 각각의 분리 존은 재생 존보다 최소한 하나의 플루트 높이 만큼 크게 흡착제 디스크의 표면을 향해 바깥쪽으로 방사형으로 확장하는 시스템.
  27. 제 25항에 있어서, 다수의 분리 존이 하나 이상의 폐쇄 루프에 상응하는 방법.
  28. 회전층 수착 시스템의 성능을 향상시키는 방법으로서 다음 단계를 포함하는 방법:
    재생가능한 흡착제 물질의 집합체를 회전시켜, 작동 사이클에서, 흡착제 집합체의 소정 부피가 제 1 존으로 돌아오기 이전에 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 존을 순차적으로 통과하는 단계;
    제 1 방향으로 제 1 존을 통해 공정 액체 스트림을 통과시키는 단계;
    제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 3 존을 통해 재생 액체 스트림을 통과시키는 단계; 및 제 2 방향으로 흡착제 집합체를 통해 분리 액체 스트림이 통과하 는 제 2 존, 및 제 1 방향으로 흡착제 집합체를 통해 분리 액체 스트림이 통과하는 제 4 존 내의 흡착제 집합체 사이의 최소한 하나의 분리 액체 스트림을 재생시킴으로써 공정 액체 스트림 및 재생 액체 스트림 사이의 상호 오염을 감소시키는 단계.
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