KR20120101714A - 공급 기체 세제곱 미터 당 액체 10 리터 초과의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치 - Google Patents

공급 기체 세제곱 미터 당 액체 10 리터 초과의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치 Download PDF

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미첼 필쯔
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Abstract

본 발명은 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치로서,
장치는 중력 작용 하에 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적의 일부를 예비 분리하기 위한 지연 용기(1)로서, 공급 기체 스트림을 지연 용기(1) 내로 도입하기 위한 유입구 라인(2) 및 액체 소적이 고갈되고 지연 용기(1)로부터 배출되는 기체 스트림을 위한 유출구 라인(3)으로서, 지연 용기(1)의 상부 영역에 배열되어 있고 지연 용기(1)에서 기체 스트림의 지연 시간이 최대로 존재할 정도로 유입구 라인(2)으로부터 이격되어 있는 것인 유출구 라인(3)이 구비되어 있으며, 그리고 지연 용기(1)의 베이스에 지연 용기(1)에서 분리된 액체를 위한 유출구 라인(5)이 구비되어 있는 것인 지연 용기(1), 및 원심 소적 분리기(4) 내로 기체 스트림을 공급하는 접선방향 공급부를 포함하고,
사용된 원심 소적 분리기(4)는 수직 종축 및 원형 횡단면, 자켓 및 이 자켓의 상단 및 하단에 있는 후드가 구비되어 있는 축상 대칭적인 장치이고, 원심 소적 분리기(4)에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브(6)는 원심 소적 분리기(4)의 하부 후드의 영역에 배열되어 있으며, 그리고 그것이 지연 용기(1)의 베이스에 정지해 있는 액체 내로 또는 지연 용기(1)의 내부에 있는 컵 내에 정지해 있는 액체 내로 잠기도록 한 치수를 갖고 있으며, 원심 소적 분리기(4)에서 추가 정제된 기체 스트림을 위한 기체 유출구 스터브(7)는 원심 소적 분리기(4)의 상단에 배열되어 있으며, 지연 용기(1)로부터 유출구 라인(3)을 통해 원심 소적 분리기(4) 내로 공급되는 액체 소적이 고갈된 기체 스트림의 공급과 유출구 라인(6)을 통해 지연 용기(1) 내로 공급되는 원심 소적 분리기(4)에서 분리된 액체의 제거는 둘 다 펌프 및 차단(shutoff) 장치를 사용하는 일 없이 수행되는 것인 장치를 제공한다.

Description

공급 기체 세제곱 미터 당 액체 10 리터 초과의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치{APPARATUS FOR SEPARATING LIQUID DROPLETS OUT OF A FEED GAS STREAM COMPRISING THEM WITH A LIQUID LOADING OF ＞ 10 l OF LIQUID/m3 OF FEED GAS}
본 발명은 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치에 관한 것이다.
원심 소적 분리기(또한 사이클론이라고도 칭함)는 공정 기술에서 공지되어 있으며, 예를 들면 액체 소적을 포함하는 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하는데 사용된다. 원심 소적 분리기(사이클론)는 일반적인 회전 수직 축을 지닌 회전 대칭성 장치, 빈번하게는 주로 실린더형 장치이다. 분리하고자 하는 2상 액체/기체 혼합물을 접선 방향으로 공급함으로써, 그 장치의 내부 벽을 따라 그 혼합물 위에 나선형 운동이 부과되는데, 혼합물의 성분들이 원심력의 작용 하에 그의 밀도 함수로서 분리된다. 보다 무거운 액체 소적이 원심 소적 분리기의 내부 벽에서 기체로부터 분리되고, 장치의 하부 영역에서 수집되며, 유출구 스터브(outlet stub)를 통해 배출된다.
점성 및/또는 점착성 액체 및/또는 피각화(encrustration) 경향이 있는 액체 및/또는 고체를 포함하는 액체의 경우, 액체 소적 또는 고체 크러스트가 장치의 내부 벽 상에 침착되어 더 이상 유출구 스터브를 통해 유출되지 않은 문제가 발생할 수 있는데, 이는 악화되는 분리와 조합되어 오염을 결과적으로 야기하고, 최종적으로 장치의 범람을 야기한다.
추가 장치, 특히 라멜라(lamellar) 분리기, 사이클론 소적 분리기 또는 와이어 메쉬가 또한 낮은 액체 하중에 대한 기체 스트림으로부터 액체 소적을 분리하는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 이들 장치에서, 분리와 관련된 부재들이 매우 짧은 시간 내에 침착물에 의해 불활성화 또는 차단될 수 있기 때문에, 지속적인 높은 정도의 분리가 장기간에 걸쳐 달성될 수 없을 정도로, 침착물이 결과로 크러스트 형성을 야기할 수 있다.
일반적으로, 상기 기술된 장치의 불연속적 또는 그외 연속적 세정은 분무 노즐에 의해 세정액을 분무함으로써 수행된다. 그 세정액은 기체 스트림 내로 분산 형태로 분무되고 또한 다시 그 기체 스트림으로부터 분리되어야 한다.
이와 대조적으로, 원심 소적 분리기는 오염되는 경향이 현저히 더 줄어 들고, 부가적으로 또한 높은 액체 하중에도 사용될 수 있다.
모든 소적 분리기는 액체 하중의 상한을 갖는다. 일반적으로, 그 한계는 원심 소적 분리기의 경우에 가장 높다. ＞ 99%의 매우 높은 정도의 분리의 경우, 원심 소적 분리기에 대한 이러한 한계는 빈번히 기체 m3 당 약 액체 약 10 l의 최대 액체 하중(액체 하중 한계)이다. 보다 높은 하중에서 액체는 세정 가스 내로 비말동반된다. 매우 높은 하중에서, 그것은 서지(surge) 방식으로 발생할 수 있다.
그러므로, 원심 소적 분리기에 있어 하중 한계보다 더 높은 액체 하중을 갖는 기체 스트림은, 원심 소적 분리기로 공급되기 전에, 우선 예비 분리기 또는 거친 분리기(coarse separator)에서, 원심 소적 분리기에 충전될 수 있는 하중 한계 이하인 액체 함량으로 고갈되어야 한다. 이런 목적을 위해서, 예를 들면 지연 용기가 사용될 수 있으며, 그 용기에서 액체 소적은 중력 작용 하에 분리되고, 그 지연 용기의 치수가 필요한 예비 분리(거친 분리)를 보장하도록 충분해야 한다.
그러나, 분리, 즉 예비 분리(거친 분리) 및 미세 분리의 전반적인 공정에 있어 지금까지 공지된 장치는 대량의 공간을 요구한다. 게다가, 그 분리는 상이한 용기들에서 수행한다.
따라서, 본 발명의 목적은 액체 소적을 포함하는 기체 스트림으로부터 그 액체 스트림을 분리하기 위한 조밀한 장치로서, 원심 소적 분리기에 허용가능한 하중 한계 이상인 높은 액체 하중을 지닌 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기에 적합한 장치를 제공하는 것이다.
그 목적은 공급 기체 m3 당 액체 ＞ 10 l의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치로서,
장치는 중력 작용 하에 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적의 일부를 예비 분리하기 위한 지연 용기(delay vessel)로서, 공급 기체 스트림을 지연 용기 내로 도입하기 위한 유입구 라인 및 액체 소적이 고갈되고 지연 용기로부터 배출되는 기체 스트림을 위한 유출구 라인으로서, 지연 용기의 상부 영역에 배열되어 있고 유입구 라인으로부터 최대 정도로 이격되어 있는 것인 유출구 라인이 구비되어 있으며, 그리고 지연 용기의 베이스에 지연 용기에서 분리된 액체를 위한 유출구 라인이 구비되어 있는 것인 지연 용기, 및 미세 분리가 수행되는 원심 소적 분리기(centrifugal droplet separator) 내로 기체 스트림을 공급하는 하나 이상의 접선방향 공급부(tangential supply)를 포함하고,
사용된 원심 소적 분리기는 수직 종축 및 원형 횡단면, 자켓 및 이 자켓의 상단 및 하단에 있는 후드가 구비되어 있는 축상 대칭적인 장치이고, 원심 소적 분리기에서 분리된 액체를 위한 유출구 라인은 원심 소적 분리기의 하부 후드의 영역에 배열되어 있으며, 그리고 그것이 지연 용기의 베이스에서 정지해 있는 액체 내로 또는 지연 용기의 내부에 있는 컵 내에 정지해 있는 액체 내로 잠기도록 설계되어 있고, 원심 소적 분리기에서 추가 정제된 기체 스트림을 위한 기체 유출구 라인은 원심 소적 분리기의 상단에 배열되어 있으며, 지연 용기로부터 유출구 라인을 통해 원심 소적 분리기 내로 공급되는 액체 소적이 고갈된 기체 스트림의 공급과 유출구 라인을 통해 지연 용기 내로 공급되는 원심 소적 분리기에서 분리된 액체의 제거는 둘 다 펌프 및 차단(shutoff) 장치를 사용하는 일 없이 수행되는 것인 장치에 의해 달성된다.
높은 액체 하중을 지닌 기체 스트림으로부터 액체 소적을 분리하기 위한 조밀한 유닛을 제공하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌고, 그 유닛은 분리 성능이 심지어는 내부 표면 상에 침착이 있는 경우에도 오직 매우 느리게 감소할 정도로, 큰 자유 횡단면을 갖는데, 왜냐하면 분리 메카니즘이 단지 미미할 정도로만 방해되기 때문이다. 증가된 가체 속도를 지닌 영역에서, 예를 들면 가스 유입구 영역에서, 부분 자가 세정이 부가적으로 기대된다.
지연 용기, 및 지연 용기 내로의 공급 기체 스트림을 공급하기 위한 유입구 라인 및 액체 소적이 고갈되고 지연 용기로부터 배출되는 기체 스트림을 위한, 지연 용기의 상부 영역에 있는 유출구 라인의 배열은 지연 용기에서 기체 스트림의 체류 시간이 2 분 이상이 되도록 설계되는 것이 바람직하다.
지연 용기는 수평 종축을 지닌 주로 실린더형 장치로서 구성되는 것이 바람직하고, 공급 기체 스트림을 위한 유입구 라인 및 액체 소적이 고갈된 기체 스트림을 위한 유출구 라인은 각각 그 지연 용기의 상부 영역에서 배열되어 있고, 바람직하게는 가능한 서로 멀리 떨어진 상태로 제거되도록 하는 것이 바람직하다.
지연 용기 내로 공급되는 원심 소적 분리기에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브는, 지연 용기에서 중력 작용 하에 공급 가스 스트림으로부터 액체 소적의 일부를 예비 분리하는 일 없이, 유출구 스터브를 통해 지연 용기로부터 공급 기체 스트림을 원심 소적 분리기 내로 흐르게 하는 바이패스 흐름을 방지하기 위해서 지연 용기에서 액체 중에 잠겨야 한다. 이 목적을 위해서, 유출구 스터브는 그것이 지연 용기의 베이스에서 분리된 액체의 액체 수준 아래에서 끝나도록 설계될 수 있지만, 또한 유출구 스터브는 내부에 존재하는 액체의 액체 수준 아래에 있는 컵 내에 끝나는 것도 가능하다. 그 컵은 지연 용기의 내부에 배열되어 있으며, 하지만 그의 기하구조, 치수 및 위치가 제한되어 있지 않다. 컵 내에 존재하는 액체는 지연 용기에서 분리된 액체와 동일한 것이 바람직하다. 유출구 스터브가 액체 충전된 컵 내로 잠겨 있는 실시양태는 컵 내에 정지해 있는 액체가 더 작은 양을 수 있는 지연 용기의 베이스에 정지해 있는 액체 내로 유출구 스터브가 잠겨 있는 실시양태에 비하여 이점을 갖는다.
바람직한 실시양태에서, 원심 소적 분리기는, 유출구 스터브 위에, 그의 하단에서, 하부 후드의 베이스에서 수직으로 그리고 방사상으로 배열된 금속 시이트의 형태로 존재하는 배플(baffle) 및 꼭지형 콘(apex cone)을 갖는다.
제조 이유로, 바닥이 개방되어 있는 꼭지형 콘이 바람직하다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 원심 소적 분리기는, 상부 후드의 영역에서, 기체 유출구 라인 주위에, 바닥이 개방되어 있는, 액체 소적이 기체 유출구 라인을 통해 배출되는 가스 스트림으로부터 분리되는 드립 스커트(dirp skirt)를 갖는다.
드립 스커트는 원심 소적 분리기의 내부 내로 돌출되어 있고 또한 잠긴 튜브라고도 칭하는 기체 유출구 라인의 부분보다 20% 더 긴 것이 바람직하다.
지연 용기로부터 유출구 라인을 통해 원심 소적 분리기 내로 흐르는 기체 스트림의 접선방향 공급부는 기하구조 측면에서 상이하게 구비될 수 있는 흡입구를 통해 수행한다: 그것은 예를 들면 원형일 수 있고, 특히 가압 장치의 경우 정사각형 또는 그외 직사각형인 것이 유리하다. 바람직한 실시양태에서, 지연 용기로부터 유출구 라인을 통해 원심 소적 분리기 내로 배출되는 기체 스트림의 접선방향 공급은 폭보다 더 큰 높이를 지닌 직사각형 흡입구를 통해 이루어진다. 원심 소적 분리기에서 직사각형 흡입구의 높이 대 폭의 비율은 2.5:11 내지 5:1, 바람직하게는 3:1의 범위에 있는 것이 바람직하다.
추가 바람직한 실시양태에서, 원심 소적 분리기의 상부 후드의 영역에서, 상부 후드의 원주 상에 대칭적으로 배열된 2개, 3개 또는 그 이상의 유입구 오리피스는 세정액의 접선방향 공급을 위해서 지연 용기로부터 유출구 라인을 통해 원심 소적 분리기 내로 공급되는 액체 고갈된 기체 스트림의 공급의 방향과 동일한 방향으로 제공된다.
그 세정액은 구체적인 물질 시스템과 조화되고; 보다 구체적으로 그것은 증발되지 않아야 하거나, 또는 공정 조건 하에 낮은 증기압만을 가져야 하며, 공급 기체 스트림으로부터 분리된 액체와 혼화성을 가져야 하는 것이 바람직하다.
이후, 본 발명은 도면에 의해 상세히 예시한다.
단독 도면, 도1은 기체 스트림으로부터 액체 소적을 분리하기 위한 본 발명의 장치의 실시양태를 통한 종축 단면을 도시한 것이다.
도 1에서 도시된 조밀한 분리기는 지연 용기(1)로서, 공급 기체 스트림을 위한 유입구(2) 및 액체 소적이 고갈되고 지연 용기(1)로부터 배출되는 기체 스트림을 위한 유출구 라인(3)이 구비되어 있는 지연 용기(1), 및 도면에서 도시된 바람직한 실시양태에서 정사각형인 흡입구를 통해 원심 소적 분리기(4) 내로 가스 스트림을 공급하는 접선방향 공급부를 포함한다. 유출구 라인(3)은 상부 영역에 배열되어 있고 흡입구(2)에 배열되어 있다. 지연 용기(1)는, 유입구 라인(2)과 반대되는 하단에, 지연 용기에서 분리된 액체를 위한 배출구 라인(5)을 갖는다. 원심 소적 분리기(4)는, 도면에 도시된 바람직한 실시양태에서, 유출구 라인(3)을 통한 지연 용기(1)로부터 유래된 일부 액체 고갈된 기체 스트림의 공급 및 중심 기체 유출구 스터브(7)를 통한 세정된 기체 스트림의 제거가 구비되어 있는 높이가 큰 실린더형 장치이다. 도면에 도시된 바람직한 실시양태에서, 바람직하게는 절두형 콘 형태로 존재하는 하부 후드의 영역에서, 이미 분리되어 있는 액체의 보호를 위한 그리고 중앙 와류의 안정화를 위한, 바닥이 개방되어 있는 꼭지형 콘(8), 및 하부 후드의 베이스에서 수직으로 그리고 방사상으로 배열된 금속 시이트의 형태로 존재하는 배플(9)이 배열되어 있다. 원심 소적 분리기의 하단에서 유출구 라인(6)은 지연 용기(1)에서 액체 수준 아래에 이르게 된다.

Claims (7)

  1. 공급 기체 m3 당 액체 10 l 초과의 공급 기체 스트림의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치로서,
    장치는 중력 작용 하에 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적의 일부를 예비 분리하기 위한 지연 용기(delay vessel)(1)로서, 공급 기체 스트림을 지연 용기(1) 내로 도입하기 위한 유입구 라인(2) 및 액체 소적이 고갈되고 지연 용기(1)로부터 배출되는 기체 스트림을 위한 유출구 라인(3)으로서, 지연 용기(1)의 상부 영역에서 분리된 액체의 액체 수준 위에 배열되어 있고 지연 용기(1)에서 기체 스트림의 지연 시간이 최대로 존재할 정도로 유입구 라인(2)으로부터 이격되어 있는 것인 유출구 라인(3)이 구비되어 있으며, 그리고 지연 용기(1)의 베이스에 지연 용기(1)에서 분리된 액체를 위한 유출구 라인(5)이 구비되어 있는 것인 지연 용기(1), 및 원심 소적 분리기(4) 내로 기체 스트림을 공급하는 접선방향 공급부(tangential supply)를 포함하고,
    사용된 원심 소적 분리기(4)는 수직 종축 및 원형 횡단면, 자켓 및 이 자켓의 상단 및 하단에 있는 후드가 구비되어 있는 축상 대칭적인 장치이고, 원심 소적 분리기(4)에서 분리된 액체를 위한 유출구 스터브(6)는 원심 소적 분리기(4)의 하부 후드의 영역에 배열되어 있으며, 그리고 그것이 지연 용기(1)의 베이스에 정지해 있는 액체 내로 또는 지연 용기(1)의 내부에 있는 컵 내에 정지해 있는 액체 내로 잠기도록 한 치수를 갖고 있으며, 원심 소적 분리기(4)에서 추가 정제된 기체 스트림을 위한 중앙 기체 유출구 스터브(7)는 원심 소적 분리기(4)의 상단에 배열되어 있으며, 지연 용기(1)로부터 유출구 라인(3)을 통해 원심 소적 분리기(4) 내로 공급되는 액체 소적이 고갈된 기체 스트림의 공급과 유출구 라인(6)을 통해 지연 용기(1) 내로 공급되는 원심 소적 분리기(4)에서 분리된 액체의 제거는 둘 다 펌프 및 차단(shutoff) 장치를 사용하는 일 없이 수행되는 것인 장치.
  2. 제1항에 있어서, 지연 용기(1)에서 기체 스트림의 체류 시간은 2 분 이상인 것인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지연 용기(1)는 수평 종축을 지닌 주로 실린더형 장치로서 구성되고, 공급 기체 스트림을 위한 유입구 라인(2) 및 액체 소적이 고갈된 기체 스트림을 위한 유출구 라인(3)은 각각 지연 용기(1)의 상부 영역에 배열되어 있고, 바람직하게는 지연 용기(1)의 2개 단부에서 가능한 서로 멀리 떨어진 상태로 제거되도록 배열되어 있는 것인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 원심 소적 분리기(4)는, 유출구 스터브(6) 위에, 그의 하단에서, 꼭지형 콘(8), 및 하부 후드의 베이스에 수직으로 그리고 방사상으로 배열된 금속 시이트의 형태로 존재하는 배플(9)을 갖는 것인 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 원심 소적 분리기(4)는, 상부 후드의 영역에서, 기체 유출구 라인(7) 주위에, 바닥이 개방되어 있고, 액체 소적이 기체 유출구 라인(7)을 통해 배출되는 기체 스트림으로부터 분리되는 드립 스커트(drip skirt)(10)를 갖는 것인 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 지연 용기(1)로부터 유출구 라인(3)을 통해 원심 소적 분리기(4) 내로 배출되는 기체 스트림의 접선방향 공급은 폭보다 더 큰 높이를 지닌 직사각형 흡입구를 통해 이루어지는 것인 장치.
  7. 제6항에 있어서, 원심 소적 분리기(4)에서 직사각형 흡입구의 높이 대 폭의 비율은 2.5:1 내지 5:1, 바람직하게는 3:1의 범위에 있는 것인 장치.
KR1020127018640A 2009-12-15 2010-12-13 공급 기체 세제곱 미터 당 액체 10 리터 초과의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치 KR101770356B1 (ko)

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EP09179221 2009-12-15
EP09179221.8 2009-12-15
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