KR20080021028A - 기액 충돌 분리기 - Google Patents

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KR20080021028A
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폴 키쓰 쉘러
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이스트만 케미칼 컴파니
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/08—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by impingement against baffle separators

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Abstract

도관내로 삽입되기에 적합한 기액 분리기가 개시되어 있다. 기액 분리기는 하방으로 경사진 베인 및 선택적으로 하나 이상의 복귀 채널을 포함한다. 베인은 그 길이를 따라 개구부와, 수집된 액체를 도관 벽 또는 경사진 복귀 채널로 보내는 하측 립을 구비할 수 있다. 포획된 액적이 그것이 유발된 용기로 복귀되도록 도관이 경사지지 않으면, 경사진 복귀 채널/채널들은 포획된 액적을 가스 스트림이 유발된 용기로 복귀시키는데 사용된다. 중앙 복귀 채널의 경우, 베인은 채널에 직접 부착될 수 있으며, 그에 따라 형성된 조립체는 피시본 형상을 갖는다. 중앙 복귀 채널이 사용되지 않으면, 베인은 중앙 플레이트 또는 스파인에 부착될 수 있으며, 그에 따라 형성된 스파인-베인 조립체도 피시본 형상을 갖는다. 분리 증진기는 다양한 도관 형상에 사용될 수 있다. 또한, 복수의 분리 증진기가 제거 효율을 증대시키기 위해 배기 도관내에 사용될 수 있다.
기액 분리기, 베인, 스파인, 복귀 채널

Description

기액 충돌 분리기{GAS-LIQUID IMPINGEMENT SEPARATORS}
본 발명은 화학 공정에서 기액 스트림(gas-liquid stream)으로부터의 액적(liquid droplets) 분리에 관한 것이다.
많은 화학 공정은 화학 반응기 등의 화학 처리 설비로부터 기상(gas phase)을 분리하는 것을 필요로 한다. 일부 경우에 있어서, 다양한 반응제, 생성물 및 부산물의 성질은 액체가 실질적으로 없는 기상의 제거를 용이하게 한다. 그러나, 다른 공정에서는, 상당량의 액적이 기상과 결합될 수 있으며, 액적이 엄밀히 상변화 또는 후속 반응으로 인해 추후 응고될 수 있는 경우에는 라인 및 밸브가 막혀서 분해 및 세척 또는 교체를 필요로 할 수 있다. 또한, 많은 경우에 있어서, 액적은 유용한 반응제, 중간 생성물, 또는 최종 생성물의 손실을 야기할 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머의 조제 중에, 폴리머 및 저폴리머(oligomer) 입자는 에틸렌 글리콜 및 물이 반응기로부터 증기상으로 제거될 때 이들 에틸렌 글리콜 및 물과 함께 제거될 수 있다.
가스 스트림으로부터 액체를 제거하기 위한, 사이클론 분리기, 냉각 플레이 트(chill plates), 필터 등을 포함하는 많은 형태의 장치가 공지되어 있다. 예를 들면, 패킹된 칼럼(packed columns)이 액적을 효율적으로 제거한다. 그러나, 이러한 방법들의 대부분, 예를 들어 냉각 플레이트는 에너지 집약적이며, 패킹 칼럼 등의 다른 방법은 심한 압력 강하를 나타낼 뿐만 아니라 막히기 쉽다. 또한, 인라인(in-line) 필터도 이러한 결점을 안고 있다.
관성 분리기 또는 트랩은, 큰 관성을 갖는 액적이 할 수 없는 선회(turn)를 유동 가스는 용이하게 할 수 있다는 사실을 이용한다. 이러한 관성 때문에 가스 스트림과 함께 선회할 수 없는 액적은 그것이 부착되는 타겟 또는 수집 표면을 가격하거나 충돌한다. 이러한 분리기의 일 예로서 단순한 파이프 엘보우(elbow)가 있다. 그러나, 이러한 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 제 5,181,943 호에 있어서, 액체 제거는 기액 스트림의 경로를 가로질러 복수의 플레이트형 배플을 제공함으로써 실행되며, 이 배플은 실질적으로 평행하지만 하방으로 경사지고, 유동의 관성 방향에 대해 횡단 배치된 분리 장치의 대향 양측부로부터 번갈아 연장된다. 이러한 장치는 큰 표면적 사행 경로(serpentine path)를 생성하며, 압력 강하가 낮아지게 하려면 상당히 커야 한다. 많은 경우에 분리기는 특정한 작동 온도로 유지되어야 하고 그에 따라 상당한 외부 단열을 필요로 하므로, 이러한 장치는 비교적 고가이다.
미국 특허 제 5,510,017 호에는, 액체-함유 가스의 와류 유동을 관통 지향시 키는, 동심으로 반경방향 배치된 두 세트의 베인(vane)을 구비하는 기액 분리기가 개시되어 있다. 발생된 원심력은 분리기를 포함하는 파이프 섹션의 벽에 액적을 충돌시키며, 이로 인해 액적이 일련의 드레인에 의해 대량으로 제거된다. 이러한 장치는 다소 복잡한 구성을 갖고, 액체-포획 배플 및 드레인의 배치로 인해 수평 유동하도록 구성된 경우에만 사용할 수 있는 것으로 믿어진다. 더욱이, 선형 유동에서 와류 유동으로의 변환은 필연적으로 에너지를 필요로 하며, 이는 압력 강하로서 나타난다.
유럽 특허 제 0 197 060 호에는, 슬랫(slat)에 충돌하는 액적을 멀리 보내기 위해 헹굼액이 분사되는 경사 장착된 복수 그룹의 큰 표면적 슬랫을 채용하는, 가스 탈황에 유용한 기액 분리기가 개시되어 있다. 헹굼액의 사용은 많은 응용에 있어서 바람직하지 않다.
미국 특허 출원 제 2005/0056150 호에는, 액적을 수집하기 위한 복수의 베인이 퍼져나오는 중앙 스파인(spine)을 포함하는 구성을 갖기 때문에 피시본(fishbone) 분리기로 불리는 기액 분리기가 개시되어 있다. 상기 미국 특허 출원에 개시된 피시본 구성은, 엘보우 입구의 중심선이 실질적으로 수직인 경우에 기액 분리기가 엘보우의 상류(입구) 영역에 배치된다는 제한이 있다. 이러한 제한은, 중합 반응기를 빠져나가는 가스를 이송하는 도관 시스템이 대형으로 되고 기액 분리기를 배치하기 위해 이용가능한 도관 위치가 제한되는 것과 같이 유연성이 없어지기 쉽다는 점에서 중요하다. 일부 도관 레이아웃에 있어서, 엘보우의 상류(입구) 영역은 접근할 수 없거나, 또는 그와 같은 엘보우가 도관 시스템에 존재할 수 없다.
따라서, 헹굼액 없이 사용될 수 있고, 낮은 압력 강하를 제공하며, 가스 스트림으로부터 비교적 관성이 작은 액적을 분리하는데 효과적이고, 중합 반응기 도관 시스템내의 추가 위치에 배치될 수 있는, 간단한 설계 및 구조를 갖는 개량된 기액 분리기가 요구된다.
본 발명은, 일 실시예에서 중합 반응기에 부착된 도관내에 배치될 수 있는 기액 분리 증진기를 제공함으로써 종래 기술의 하나 이상의 문제점을 해결한다. 본 발명의 기액 분리 증진기는 액체 및 특히 가스 스트림으로부터 액적을 분리하는데 유리하다. 일 실시예에 있어서, 분리 증진기는 중앙 복귀 채널 및 복수의 종방향 연장 베인을 포함한다. 종방향 연장 베인은 이 베인과 접촉하는 액체의 일부를 중앙 복귀 채널내로 지향시키도록 배치된다. 중앙 복귀 채널은 중력에 의해 하부 방향으로 가스 및 액적의 스트림의 방향과 반대 방향으로 액체를 지향시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 중앙 복귀 채널을 갖지 않고 주변 복귀 채널을 갖는 기액 분리 증진기가 제공된다. 이러한 실시예의 기액 분리 증진기는 (중앙 복귀 채널 대신에) 중앙 스파인과, 이 중앙 스파인을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인과, 주변 복귀 채널을 포함한다. 각 베인은 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 각 베인의 제 1 단부는 중앙 스파인에 인접하고, 각 베인은 이 베인과 접촉하는 액체의 일부를 중앙 스파인으로부터 멀리 있는 제 2 단부로 그리고 도관 벽 및 주변 복귀 채널을 향해 지향시키도록 배치된다. 주변 복귀 채널은, 주변 복귀 채널 위의 도관 벽으로부터 중력에 의해 하부 방향으로, 액적을 함유하는 가스 스트림의 방향과 반대 방향으로 액체를 지향시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 중앙 복귀 채널 및 주변 복귀 채널을 모두 갖는 기액 분리 증진기가 제공된다. 이러한 실시예의 기액 분리 증진기는 중앙 복귀 채널을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인을 포함한다. 각 베인은 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 각 베인의 제 1 단부는 중앙 복귀 채널에 인접하고, 각 베인은 이 베인과 접촉하는 액체의 일부를 제 2 단부로 그리고 중앙 복귀 채널을 향해 지향시키도록 배치된다. 최종적으로, 중앙 복귀 채널은 베인으로부터 중력에 의해 하부 방향으로 가스 및 액적의 스트림의 방향과 반대 방향으로 액체를 지향시킨다. 주변 복귀 채널은, 주변 복귀 채널 위의 도관 벽으로부터 중력에 의해 하부 방향으로, 액적을 함유하는 가스 스트림의 방향과 반대 방향으로 액체를 지향시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 처리 용기로부터 연장되는 도관의 섹션내에 배치 가능하며, (중앙 및 주변) 복귀 채널을 갖지 않는 기액 분리 증진기가 제공된다. 이러한 실시예의 기액 분리 증진기는 중앙 스파인과, 이 중앙 스파인을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인을 포함한다. 또한, 각 베인은 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 각 베인의 제 1 단부는 중앙 스파인에 인접하여 있다. 이러한 실시예는, 스파인 및 이 스파인 주위의 도관 벽상의 액체가 그것이 유발된 반응기로 중력의 영향하에서 복귀되도록 경사진 도관에 적용 가능하며, 그에 따라 복귀 채널이 요구되지 않을 수 있다는 점에서 다른 분리 증진기와 구별된다.
도 1a는 반응기로부터 연장되는 도관 시스템의 일부인 엘보우의 출구 영역내에 배치된 분리 증진기의 측면도,
도 1b는 반응기로부터 외측으로 연장되고 측면 노즐인 도관내에 배치된 분리 증진기의 측면도,
도 2a는 도 1a의 분리 증진기 및 엘보우의 확대도,
도 2b는 2개 피스 90° 벤드의 제 2 피스에 있어서의 분리 증진기의 확대도,
도 2c는 4개 피스 90° 벤드를 따라가는 분리 증진기의 확대도,
도 2d는 도 1b의 분리 증진기 및 도관 측면 노즐의 확대도,
도 3은 본 발명의 분리 증진기의 일 실시예를 도시하는 사시도,
도 4a는 직사각형 형상을 갖는 베인의 사시도,
도 4b는 개방된 "반원형" 형상을 갖는 베인의 사시도,
도 4c는 삼각형 형상을 갖는 베인의 사시도,
도 4d는 에어포일 베인의 사시도,
도 4e는 하측 립만을 갖는 베인의 사시도,
도 5a는 베인이 중앙 복귀 채널내의 노치와 정렬하여 배치된 것을 도시하는 사시도,
도 5b는 베인이 중앙 복귀 채널위에 걸쳐 있는 것을 도시하는 사시도,
도 6a는 베인의 전방에 배치된 주변 복귀 채널의 결합 상태를 도시하는 사시도,
도 6b는 베인의 후방에 배치된 주변 복귀 채널의 결합 상태를 도시하는 사시도,
도 7은 중앙 스파인과 베인 후방의 주변 복귀 채널을 갖는 본 실시예의 분리 증진기의 사시도,
도 8은 반응기로부터 연장되는 도관 시스템의 직선형의 실질적인 수직 섹션내에 배치된 분리 증진기의 측면도,
도 9는 도 8의 분리 증진기의 사시도,
도 10은 반응기로부터 연장되는 도관 시스템내의 복수의 분리 증진기의 가능한 사용을 도시하는 측면도.
이하, 본 발명자에 의해 현재 밝혀진 본 발명을 실시하는 최상의 모드를 구성하는 본 발명의 현재 바람직한 구성 또는 실시예 및 방법을 상세하게 설명할 것이다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 기액 분리 증진기(gas-liquid separation enhancer)(즉, 기액 분리기)의 제 1 실시예가 제공되어 있다. 도 1a는 반응기 도관의 엘보우의 출구 영역내에 배치된 분리 증진기의 측면도를 제공한다. 도 2a는 도 1a의 측면도의 확대도이다. 처리 용기(14)로부터 나오는 가스 및 액적을 구비 하는 스트림으로부터 액체를 분리하기 위한 기액 분리 증진기(10)가 도관(12)내에 배치 가능하다. 전형적으로, 도관(12)은 원형 단면을 갖지만, 다른 형상도 가능하다. 스트림은 처리 용기(14)로부터 멀어지는 유동 방향(16)으로 도관(12)을 통해 흐른다. 본 실시예의 일부 변형예에 있어서, 처리 용기(14)는 축중합 반응기 등의 중합 반응기이다. 따라서, 액적은 전형적으로 적어도 하나의 액체 단량체 또는 저폴리머를 포함한다.
도 1a 및 도 2a를 더 참조하면, 분리 증진기(10)는 도관 엘보우(20)의 출구 영역에서 도관(12)내에 배치될 수 있다. 본 실시예의 변형예에 있어서, 분리 증진기(10)의 하단부(22)는 도관 엘보우(20)의 정점 위치(26)에 또는 그에 인접하여 있는 도관(12)의 위치(24)에 부착되는 한편, 분리 증진기(10)의 상단부(28)는 도관(12)의 위치(30)에 부착된다. 엘보우(20)의 입구 단부는 액적을 함유하는 가스의 스트림을 엘보우(20)내로 내보내는 처리 용기(14)와 유체 연통하며, 분리 증진기(10)로부터 수집된 액체는 처리 용기(14)로 다시 복귀된다. 이러한 변형예에서는, 대부분의 분리 증진기(10)가 처리 용기(14)내의 대부분의 위치에 대해 사이트 라인의 외측에 있고, 그에 따라 분리 증진기(10)의 적어도 일부는 도관(12)이 처리 용기(14)의 일부인 경우에 엘보우(20)의 정점 위치(26)를 지나서 엘보우(20)의 하류 방향으로 연장된다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 연귀 이음된 벤드(mitered bend)가 사용되는 본 발명의 분리 증진기의 이용이 제공된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "연귀 이음된 벤드"는 벤드가 도관의 직선 섹션의 단부를 서로 결합함으로써 형성되는 것을 의미한다. 도 2b는 분리 증진기와 함께 간단한 2개 피스 90° 벤드를 도시하고 있다. 도 2b에서는, 연귀 이음된 벤드(42)는 경사 시임(48)을 따라 연결된 벤드 섹션(44, 46)을 포함한다. 도 2c에서는, 도 2a의 엘보우에 대한 대안적인 연귀 이음된 벤드가 도시되어 있다. 연귀 이음된 벤드(50)는 벤드 섹션(52, 54, 56, 58, 60)으로 형성된다.
도 1b 및 도 2d를 참조하면, 반응기로부터 연장되는 측면 노즐인, 도관내에 사용되는 분리 증진기의 변형예가 제공된다. 도 1b는 처리 용기(14)로부터 연장되는 측면 노즐(62)내에 배치된 분리 증진기(10)의 측면도를 제공한다. 도 2d는 도 1b의 분리 증진기 및 측면 노즐의 확대도이다. 일부 변형예에 있어서, 도관(62)의 섹션(63)이 처리 용기(14)내로 연장되어, 처리 용기(14)의 상부에 접촉한 액적이 도관(62)에 들어가는 것을 방지한다. 이러한 변형예에 있어서, 가스 및 액체를 함유하는 스트림은 처리 용기(14)로부터 도관(62)을 통해 나온다. 도관(측면 노즐((62)의 입구 단부는 액적을 함유하는 가스의 스트림을 도관(측면 노즐)(62)내로 내보내는 처리 용기(14)와 유체 연통하며, 분리 증진기(10)로부터 수집된 액체는 처리 용기(14)내로 다시 복귀된다. 분리 증진기(10)의 하단부(22)는 도관(측면 노즐)(62)의 위치(64)에 부착되는 한편, 분리 증진기(10)의 상단부(28)는 도관(측면 노즐)(62)의 위치(66)에 부착된다. 일반적으로, 분리 증진기(10)는 높이(68) 아래 위치에 대해 사이트 라인 외측에 있다.
도 3을 참조하면, 분리 증진기(10)의 일 실시예가 제공된다. 분리 증진기(10)는 중앙 복귀 채널(70)과, 이 중앙 복귀 채널(70)을 따라 피시본 패턴으로 분포된 복수의 종방향 연장 베인(72)을 포함한다. 베인 및 중앙 복귀 채널(70)은 분리 증진기(10)가 노출되는 온도 및 화학적 상태와 양립할 수 있는 임의의 재료로 구성된다. 특히, 금속으로 구성하는 것이 유용하다. 중앙 복귀 채널은 도관의 내경의 대략 절반 이하의 폭을 갖는다. 일반적으로, 베인(70)은 다소 중공 구조를 갖는다. 구체적으로, 베인은 그 길이를 따라 개구부를 구비하며, 이 개구부는 가스 유동 방향으로 향하여 있다. 전술한 바와 같이, 개구부는 중공 베인이 그 바닥에 위치된 유체 수집 립(fluid collecting lip)를 구비하도록 배치된다. 분리 증진기(10)가 처리 용기(14)내에 배치되는 경우에 베인은 가스 및 액적을 갖는 스트림과 접촉하는 표면을 제공하도록 배치된다. 구체적으로, 각각의 베인(72)은 작동시에 가스 및 액적을 갖는 스트림과의 실질적인 최대 접촉을 제공하도록 배치된다. 따라서, 베인(72)은 단면의 높이를 관통하는 축이 가스 유동 방향으로부터 약 20° 내지 90°로 경사지도록 장착된다. 베인을 부착하기 위한 추가적인 베인 설계 및 방법은 미국 특허 출원 제 2005/0056150 호에 제공되어 있고, 이 미국 특허 출원은 본원에 참고로 인용된다. 본 발명의 변형예에 있어서, 중앙 복귀 채널(70)은 복수의 입구 개구부(74)를 포함한다. 복수의 종방향 연장 베인(72)의 각 베인은 제 1 단부(80) 및 제 2 단부(82)를 포함한다. 더욱이, 도시된 실시예에 있어서, 베인(72)은 상측 립(84) 및 하측 립(86)을 포함한다. 하측 립(86)은 액체를 중앙 복귀 채널(70)로 이송하기 위한 채널을 제공한다. 베인(72)은 처리 용기의 작동 동안에 존재할 수 있는 온도 및 화학적 환경을 견딜 수 있는 구조를 구성하는 임의의 기술에 의해 중앙 복귀 채널(70)에 부착된다. 베인(72)가 부착되는 메커니즘과 관 계없이, 복수의 종방향 연장 베인(72)은 중앙 복귀 채널(70)을 따라 분포되며, 베인과 접촉하는 액체의 일부를 제 1 단부(80)로 그리고 입구 개구부(74)중 하나를 통해 중앙 복귀 채널(70)내로 지향시키도록 배치된다. 또한, 분리 증진기(10)가 도관내에 배치된 경우, 베인(72)은 수평면에 대해 경사져서 베인내에 수집된 액체가 중력에 의해 중앙 복귀 채널(70)내로 흐르도록 한다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 분리 증진기(10)는, 중앙 복귀 채널(70)이 또한 수평면에 대해 소정 각도로 경사져 있도록 전술한 바와 같이 도관내에 위치가능하다. 분리 증진기(10)가 도관내에 위치된 경우에 중앙 복귀 채널(70)이 처리 용기(14)를 향해 경사져 있기만 하면 어떠한 각도도 가능하지만, 이러한 각도의 전형적인 값은 약 20° 내지 80°이다. 분리 증진기(10)가 기능성 처리 용기(14)의 도관(12)[또는 측면 노즐(32)]내에 배치되는 경우, 가스 스트림과 함께 처리 용기(14)로부터 나오는 액적은 중앙 복귀 채널(70) 및 베인(72)상에 충돌한다. 스트림내에 함유된 액체의 적어도 일부는 중앙 복귀 채널(70) 및 베인(72)에 의해 포획된다. 베인(72)에 의해 포획된 액체의 부분은 중앙 복귀 채널(70)을 향해 그리고 중앙 복귀 채널(70)내로 흐른다. 중앙 복귀 채널(70)에 의해 수집된 액체는 중력에 의해 처리 용기(14)를 향해 하측 방향(90)으로 흐른다. 명확하게는, 방향(90)은 가스 및 액적을 갖는 스트림의 유동 방향에 반대 방향이다. 따라서, 수집된 액체의 적어도 일부는 처리 용기(14)내로 복귀된다. 선택적으로, 분리 증진기(10)는 하측 보호부(bottom guard)(88)를 더 포함하며, 이 하측 보호부는 액체를 분리 증진기(10)로부터 더 멀리 지향시키고, 액체를 처리 용기(14)로부터 멀리 흘림으로써 액체가 분리 증진기를 우회하는 것을 억제한다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 발명의 분리 증진기에 사용되는 베인에 대한 대안적인 구성이 제공되어 있다. 베인은 예를 들어 "C"자 또는 "J"자 단면을 갖는 종방향 슬릿(slit)을 갖고서 "중공형"으로 구성되는 것이 바람직하며, 피시본에서의 적절한 위치에 있을 때에 베인을 따라 액체를 안내하는 것을 돕고 수집된 액체를 가스 유동으로부터 차폐하여서 액체가 가스 스트림에 다시 혼입되지 않도록 하측 채널이 존재하는 단면을 갖는 것이 바람직하다. 원형, 타원형, 에어포일(airfoil), 정방형, 장방형, 또는 다른 형상이 사용될 수도 있다. 가스 유동에 대한 경사 각도 및 형상은 압력 강하를 최소화하고 및/또는 유체 수집 효율을 최대화하기 위한 공기역학적 시뮬레이션에 의해 산출될 수 있다. 도 4a에는 불연속 개구부를 갖는 장방형 베인(92)이 도시되어 있다. 도 4b에는 베인을 장착 받침대(mounting strut)에 볼트에 의해 부착하기 위한 2개의 구멍(96)을 갖는 개방된 "반원형" 베인(94)이 도시되어 있다. 도 4c는 그 길이를 따라서 완전 개방된 부분(100)과, 액체 수집 립(102)을 갖는 삼각형 베인(98)을 도시한다. 도 4d는 불연속 개구부를 갖는 에어포일 베인(104)을 도시하는 한편, 도 4e는 상측 립을 갖지 않는 베인(106)을 도시한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 중앙 복귀 채널에 대해 베인(72)을 배치하기 위한 대안적인 기구의 예가 제공되어 있다. 도 5a는 베인이 중앙 복귀 채널내의 노치에 정렬되어 있는 사시도를 제공한다. 구체적으로, 중앙 복귀 채널(70)은 개구부 대신에 복수의 노치(110)를 포함한다. 베인(72)은 노치(110)와 정렬된다. 더 욱이, 대향 베인(72a, 72b)은 선택적으로 추가적인 구조적 강도를 제공하도록 위치(112)에서 서로 부착된다. 도 5b는 베인을 부착하는 방법에 있어서의 다른 변형예의 사시도를 제공한다. 이러한 변형예에 있어서, 베인(72)은 중앙 복귀 채널(70)상에 걸쳐 있고, 브래킷(114)상에 장착된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전술한 분리 증진기는 주변 복귀 채널을 포함한다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 주변 복귀 채널의 이용예가 도시되어 있다. 도 6a는 베인의 전방에 위치된 주변 복귀 채널의 결합 상태의 사시도이다. 주변 복귀 채널(130)은 베인(72)의 단부(132)의 전방에 위치된다. 도관내에 배치된 경우의 주변 복귀 채널(130)은 액체가 분리 증진기(10)의 외주를 지나 누출되지 않도록 상기 도관의 내면에 인접하여 있다. 주변 복귀 채널(130)에 의해 수집된 액체는 가스 및 액적의 스트림의 방향과 반대 방향으로 중력에 의해 하방으로 흐른다. 하측 보호부(88)가 존재한다면, 액체는 이 하측 보호부(88)상으로 흐른다. 도 6b는 베인 후방에 위치된 주변 복귀 채널의 결합 상태의 사시도이다. 이러한 변형예의 주변 복귀 채널(130)은 도 6a의 주변 복귀 채널(130)과 유사하게 기능한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 기액 분리 증진기에는 중앙 복귀 채널 대신에 중앙 스파인 및 주변 복귀 채널이 제공된다. 도 7은 이러한 실시예의 분리 증진기의 사시도를 제공한다. 분리 증진기(138)는 중앙 스파인(140)을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인(72)을 포함한다. 각 베인(72)은 제 1 단부(80) 및 제 2 단부(82)를 구비하며, 각 베인은 제 1 단부(80)에서 중앙 스파인(140)에 부착되 고, 베인과 접촉하는 액체의 일부를 제 2 단부(82)로 지향시키도록 배치된다. 주변 복귀 채널(142)은 베인(72)의 외주 후방에 위치된다. 베인(72) 구성에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다. 또한, 포획된 액적이 중앙 스파인(140)을 향해 흐르도록 베인이 경사진 경우에, 분리 증진기(138)는 선택적으로 베인(72)으로부터 흐르는 액적을 수용하도록 중앙 스파인(140) 후방(즉 중앙 스파인의 하류)에 위치된 중앙 복귀 채널(도시하지 않음)을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, (중앙 및 주변) 복귀 채널이 없고 처리 용기로부터 연장되는 도관의 섹션내에 배치 가능한 기액 분리 증진기가 제공된다. 이러한 경우라면 분리 장치를 포함하는 도관의 섹션의 위치 및 경사가 정해진다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 도관의 직선형이고 실질적으로 수직인 섹션내에 배치 가능한 분리 증진기가 도시되어 있다. 도 9는 도 8의 분리 증진기의 사시도이다. 이러한 실시예에 있어서, 분리 증진기(150)는 처리 용기(14)와 유체 연통하는 도관 섹션(152)내에 배치된다. 분리 증진기(150)는 중앙 스파인(154)과, 이 중앙 스파인(154)을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인(72)을 포함한다. 다시, 각각의 베인(72)은 제 1 단부(80) 및 제 2 단부(82)를 구비하며, 각 베인의 제 1 단부(80)는 중앙 스파인(140)에 인접하여 있고, 각 베인은 베인과 접촉하는 액체의 일부를 중앙 스파인(154)으로부터 멀리 있는 제 2 단부(82)로 지향시키도록 배치된다. 베인(72) 구성에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다. 또한, 포획된 액적이 중앙 스파인(154)을 향해 흐르도록 베인이 경사진 경우에, 분리 증진기(150)는 선택적으로 베인(72)으로부터 흐르는 액적을 수용하도록 위치된 중앙 복귀 채널(도시하지 않음)을 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 배기 가스 도관내에 복수의 분리 증진기를 포함한다. 도 10을 참조하면, 복수의 분리 증진기를 포함하고 있는 것이 도시되어 있다. 복수의 분리 증진기를 이용함으로써, 단일의 분리 증진기에 비하여 가스 스트림으로부터의 액적 제거 효율을 향상시킨다. 도관(156)은 위에서 상세하게 각각 설명된 분리 증진기(150) 및 분리 증진기(10)를 포함한다. 또한, 도관(156)내에는, 본원에 이미 참고로 인용된 미국 특허 출원 제 2005/0056150 호에 개시된 설계를 갖는 분리 증진기(160)가 포함된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 전술한 분리 증진기는 유동하는 가스 스트림으로부터 액적을 분리하는 공정에서 사용된다. 이러한 공정의 예로서는 도 1a 내지 도 2d를 참조하면 가장 잘 알 수 있다. 가스 및 비말 동반된 액적을 포함하는 스트림은 방향(16)을 따라 처리 용기(14)로부터 빠져나온다. 도관(12)은 중앙 복귀 채널 또는 스파인으로부터 연장되는 베인을 갖는 구성인 전술한 피시본 구성을 갖는 분리 증진기(10)내로 스트림을 지향시킨다. 이어서, 분리 증진기(10) 및 엘보우(20) 또는 연귀 이음된 벤드(50, 42)의 벽과 액적의 접촉에 의해 액체가 수집된다. 액적이 격감된 출구 가스 스트림이 엘보우(20)로부터 빠져나간다. 분리 장치를 포함하는 도관이 측면 노즐인 경우, 분리 증진기(10) 및 측면 노즐(62)의 벽과 액적의 접촉에 의해 액체가 수집된다. 분리 증진기(10)에 대한 상세 내용은 전술한 바와 같다. 마찬가지로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 가스 및 비말 동반된 액적을 포함하는 스트림이 처리 용기(14)로부터 빠져나가 도관(152)내로 흐른 다. 도관(152)은 중앙 스파인 또는 복귀 채널을 갖는 중앙 스파인으로부터 연장되는 베인을 갖는 구성인 전술한 피시본 구성을 갖는 분리 증진기(150)내로 스트림을 지향시킨다. 이어서, 분리 증진기(10)와 액적의 접촉에 의해 액체가 수집된다.
본 발명의 실시예들이 도시 및 설명되었지만, 이들 실시예가 본 발명의 모든 가능한 형태를 도시 및 설명하고 있는 것은 아니다. 도리어, 상세한 설명에 사용된 용어는 한정보다는 설명을 위한 것이며, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (32)

  1. 도관내에 배치 가능하고, 가스 및 액적을 갖는 스트림으로부터 액체를 분리하는 기액 분리 증진기에 있어서,
    중앙 복귀 채널과,
    상기 중앙 복귀 채널을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인을 포함하며,
    각 베인은 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 각 베인은 베인과 접촉하는 액체의 일부를 상기 제 1 단부로 그리고 상기 중앙 복귀 채널내로 지향시키도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 증진기는 상기 중앙 복귀 채널이 수평면에 대해 경사져 있도록 도관내에 배치 가능한
    기액 분리 증진기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리 증진기는 엘보우 또는 연귀 이음된 벤드로 구성된 도관 섹션내에 배치 가능하며, 상기 분리 증진기의 적어도 일부는 도관이 중합 반응기의 일부일 경우에 상기 엘보우 또는 연귀 이음된 벤드의 정점을 지나 상기 엘보우 또는 연귀 이음된 벤드의 하류 방향으로 연장되는
    기액 분리 증진기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙 복귀 채널로 들어가는 액체는 중력에 의해 하부 방향으로 지향되며, 상기 방향은 가스 및 액적을 갖는 스트림의 유동 방향과 반대 방향인
    기액 분리 증진기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    액체를 상기 분리 증진기로부터 더 멀리 지향시켜서 상기 액체가 상기 분리 증진기를 우회하는 것을 억제하기 위한 하측 보호부를 더 포함하는
    기액 분리 증진기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    각 베인은 가스 및 액적을 갖는 스트림과 접촉하는 표면을 제공하도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각 베인은 가스 및 액적을 갖는 스트림과의 실질적인 최대 접촉을 제공하도 록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    가스 및 액적의 스트림의 방향과 반대 방향인 하부 방향으로 액체를 지향시키는 주변 복귀 채널을 더 포함하는
    기액 분리 증진기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주변 복귀 채널은 각 베인의 제 2 단부의 전방에 상기 도관의 내벽에 인접하여 배치되는
    기액 분리 증진기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 주변 복귀 채널은 각 베인의 제 2 단부의 후방에 상기 도관의 내벽에 인접하여 배치되는
    기액 분리 증진기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베인은 중공 구조를 가지며 그 길이를 따라 적어도 하나의 개구부를 구 비하는
    기액 분리 증진기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 베인의 전체 길이를 따라 있고, 상기 베인은 상기 개구부가 상기 도관을 통해 흐르는 가스의 방향에 면하도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 베인은 단면의 높이를 관통하는 축이 가스 유동 방향으로부터 약 20° 내지 90°로 경사지도록 장착되는
    기액 분리 증진기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 베인은 중공형이며, 그 길이를 따라 개구부를 구비하며, 상기 개구부는 가스 유동 방향에 면하며, 중공 베인이 그 바닥에 위치된 유체 수집 립을 구비하도록 위치되는
    기액 분리 증진기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 복귀 채널은 상기 도관의 내경의 대략 절반 이하의 폭을 갖는 금속 복귀 채널인
    기액 분리 증진기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관은 원형 단면 또는 다각형 단면을 갖는
    기액 분리 증진기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관은 상기 반응기에서의 측면 노즐인
    기액 분리 증진기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 종방향 연장 베인은 삼각형의 베인, 장방형의 베인, 개방된 "반원형" 형상의 베인, 에어포일 베인, 하측 립을 갖는 베인 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 베인을 포함하는
    기액 분리 증진기.
  19. 유동하는 가스 스트림으로부터 액적을 분리하는 방법에 있어서,
    제 1 항의 분리 증진기내로 상기 가스 스트림을 지향시키는 단계를 포함하는
    유동 가스 스트림으로부터의 액적 분리 방법.
  20. 도관내에 배치 가능하고, 가스 및 액적을 갖는 스트림으로부터 액체를 분리하는 기액 분리 증진기에 있어서,
    중앙 스파인과,
    상기 중앙 스파인을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인으로서, 각 베인은 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 각 베인의 제 1 단부는 상기 중앙 스파인에 인접하고, 각 베인은 상기 베인과 접촉하는 액체의 일부를 상기 중앙 스파인으로부터 멀리 있는 제 2 단부로 지향시키도록 배치되는, 상기 복수의 종방향 연장 베인과,
    가스 및 액적의 스트림의 방향과 반대 방향인 하부 방향으로 액체를 지향시키는 주변 복귀 채널을 포함하는
    기액 분리 증진기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 베인은 중공 구조를 가지며 그 길이를 따라 적어도 하나의 개구부를 구비하는
    기액 분리 증진기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 베인의 전체 길이를 따라 있고, 상기 베인은 상기 개구부가 상기 도관을 통해 흐르는 가스의 방향에 면하도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 베인은 그 바닥에 위치된 유체 수집 립을 구비하는
    기액 분리 증진기.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 도관은 엘보우, 연귀 이음된 벤드 또는 측면 노즐인
    기액 분리 증진기.
  25. 유동하는 가스 스트림으로부터 액적을 분리하는 방법에 있어서,
    제 20 항의 분리 증진기내로 상기 가스 스트림을 지향시키는 단계를 포함하는
    유동 가스 스트림으로부터의 액적 분리 방법.
  26. 도관의 섹션내에 배치 가능하고, 가스 및 액적을 갖는 스트림으로부터 액체를 분리하며, (중앙 및 주변) 복귀 채널을 갖지 않는 기액 분리 증진기에 있어서,
    중앙 스파인과,
    상기 중앙 스파인을 따라 분포된 복수의 종방향 연장 베인을 포함하며,
    각 베인은 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 각 베인의 제 1 단부는 상기 중앙 스파인에 인접하고, 각 베인은 상기 베인과 접촉하는 액체의 일부를 상기 중앙 스파인으로부터 멀리 있는 제 2 단부로 지향시키도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    각 베인은 가스 및 액적을 갖는 스트림과 접촉하는 표면을 제공하도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  28. 제 27 항에 있어서,
    각 베인은 가스 및 액적을 갖는 스트림과의 실질적인 최대 접촉을 제공하도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 베인은 중공 구조를 가지며 그 길이를 따라 적어도 하나의 개구부를 구비하는
    기액 분리 증진기.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 베인의 전체 길이를 따라 있고, 상기 베인은 상기 개구부가 상기 도관을 통해 흐르는 가스의 방향에 면하도록 배치되는
    기액 분리 증진기.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 베인은 그 바닥에 위치된 유체 수집 립을 구비하는
    기액 분리 증진기.
  32. 유동하는 가스 스트림으로부터 액적을 분리하는 방법에 있어서,
    제 26 항의 분리 증진기내로 상기 가스 스트림을 지향시키는 단계를 포함하는
    유동 가스 스트림으로부터의 액적 분리 방법.
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