KR20150081343A - 분리 타워들 내의 불균일 분배의 감소 - Google Patents

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Abstract

패킹된 타워들 내의 액체들 및 증기들의 불균일 분배를 감소시키기 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. 예시적인 분리 시스템은 적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워, 및 2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하고, 증기 재분배 플레이트는 상부 패킹된 베드 내로 증기를 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성된다.

Description

분리 타워들 내의 불균일 분배의 감소{DECREASING MALDISTRIBUTION IN SEPARATION TOWERS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 전문이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는, 발명의 명칭이 "분리 타워들 내의 불균형 분배의 감소(DECREASING MALDISTRIBUTION IN SEPARATION TOWERS)"인 2012년 11월 5일 출원된 미국 가특허 출원 제 61/722,684호의 이익을 청구한다.
발명의 분야
본 발명의 기술들은 액체 스트림과 가스 스트림의 접촉을 제공한다. 더 구체적으로, 본 발명의 기술들은 분리 타워들(separation towers) 내의 불균형 분배(maldistribution)의 감소를 제공한다.
이 섹션은 본 발명의 기술들의 예시적인 실시예들과 연계될 수 있는 다양한 분야의 양태들을 소개하도록 의도된다. 이 설명은 본 발명의 기술들의 특정 양태들의 더 양호한 이해를 용이하게 하기 위한 골격을 제공하는 것을 보조하는 것으로 고려된다. 이에 따라, 이 섹션은 반드시 종래 기술의 용인들로서가 아니라, 상기 관점에서 숙독되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
저장조로부터 탄화수소들의 생성은 비탄화수소 가스들 및 다른 물질들의 부수적인 생성을 종종 동반한다. 이러한 물질들은 황화수소(H2S) 및 이산화탄소(CO2)와 같은 산 오염물들, 타겟 범위 외의 분자량들을 갖는 탄화수소들, 및 다른 물질들을 포함한다. 예를 들어, H2S 또는 CO2가 메탄 또는 에탄과 같은 탄화수소 가스 스트림의 부분으로서 생성될 때, 원료 가스 스트림은 때때로 "산성 가스(sour gas)"라 칭한다. H2S 또는 CO2는 종종 함께 "산 가스들(acid gases)"이라 칭한다.
원료 탄화수소 스트림들로부터 오염물들 및 다른 물질들을 제거하기 위한 프로세스들이 안출되어 왔다. 이러한 프로세스들은 예를 들어, 물리적 용제 또는 화학 반응종들에 의한 증류 또는 흡수를 포함한다. 이들 프로세스들 모두는 생성된 탄화수소와 같은 타겟 물질로부터 오염 가스와 같은 타겟 불순물들을 제거하기 위해 분리 타워를 사용한다.
예를 들어, 분리 타워는 비등점 차이들에 의해 물질들을 분리하기 위해 증류 칼럼(column)으로서 사용될 수도 있다. 증류시에, 증기가 타워의 저부로부터 타워의 상부로 유동하고, 반면에 액체는 타워의 상부로부터 저부로 유동한다. 그 결과, 더 낮은 비등점 물질들이 타워의 상부에 집중되고, 반면에 더 높은 비등점 물질들이 타워의 저부에 집중된다. 증기는 통상적으로 타워의 저부에서 혼합 액체들을 가열하는 리보일러(reboiler)에 의해 생성된다. 타워의 상부로부터 유동하는 증기들의 일부는 응축되어 리플럭스(reflux) 유동으로서 타워로 복귀된다.
흡수 칼럼에서, 용제는 역류 유동에서 가스와 접촉되고, 액체 용제는 상승하는 가스를 통해 적하한다(dropping). 생성물들은 상당히 감소된 농도의 타겟 물질을 갖는 가스, 및 상당히 증가된 농도의 타겟 물질을 갖는 액체 스트림이다.
흡수 및 증류 양자 모두는 가스상과 액체상 사이의 친밀 접촉에 의해 성취되는 질량 전달에 의존한다. 이들 프로세스들에서, 다수의 패킹된 베드들(packed beds)을 포함하는 타워가 액적들로서 가스상을 통한 액체상의 간단한 적하를 통해 가스상과 액체상 사이의 향상된 접촉을 제공하는데 종종 사용된다. 액체 분배기들이 각각의 패킹된 베드 위에 배치되어 증기들이 더 높은 패킹된 베드 내로 상향으로 유동하는 것을 허용하면서, 액체를 베드(bed) 상에 균일하게 분배한다.
종래의 분배기들은 액체로 충전된 개방 홈통들(troughs)로부터 중력 유동(gravity flow)에 의존한다. 홈통들은 측벽들 또는 저부에 계량 오리피스들을 갖는데, 즉 이들 오리피스들 위의 액체 헤드(liquid head)가 유량을 결정한다. 각각의 오리피스로부터의 액체는 통상적으로 소형 튜브 또는 유동 가이드 내로 배출되는데, 이 튜브 또는 가이드는 액체의 스트림을 별개의 분배점으로 유도한다. 모든 분배점들로부터 균일한 유동을 유지하는 것은 분배기의 유형 및 디자인 및 레벨 배향(level orientation)을 유지하는 능력에 의존한다. 이들 분배기들은 통상적으로, 최종 계량 요소 위로 예를 들어 약 5 내지 약 8 센티미터의 비교적 낮은 액체 헤드를 갖고 설계된다.
그러나, 액체상 및 가스상의 불균형 분배가 발생할 수 있다. 예를 들어, 불균형 분배들은 패킹 또는 액체 분배기의 오염, 기계적 고장 또는 경사진 또는 이동 상태들 하에서 작동에 의해 유발될 수 있다. 예를 들어, 부유 서비스에서, 이들 분배기들은 작동 중에 경사 및 모션에 기인하여 패킹의 상부에 불균일한 분배를 제공할 수 있는데, 이는 분배기 내부의 액체의 출렁임(sloshing) 및 튀김(splashing)을 유발할 수 있다. 불균형 분배는 효율의 상당한 감소를 야기할 수 있다.
불균형 분배의 경향이 더 높은 서비스들에서 사용을 위한 대안들이 제안되어 왔다. 일 접근법은 타워의 단면에 걸쳐 다수의 스프레이 노즐 장치를 사용한다. 그러나, 스프레이 노즐들로부터 액체 분배 품질은, 스프레이 패턴들이 최대 커버리지를 성취하기 위해 중첩되어야 하고, 가스상으로 혼입될 수 있는 미세 액적들이 종종 발생되기 때문에 열악할 수도 있다. 더욱이, 스프레이 노즐들은 높은 압력 강하, 예를 들어 >100 kPa에 의존하여, 액체 압력을 부스팅하기 위한 외부 펌프들을 요구한다. 또한, 스프레이 노즐들은 제한된 턴다운(turndown)을 갖고 오염의 경향이 있다.
다른 대안은 튜브, 또는 파이프, 분배기이다. 이들 분배기들은 압축 액체 라인 또는 액체의 상승된 저장조에 의해 공급된 중앙 파이프로 구성된다. 중앙 파이프는 다수의 횡방향 파이프에 연결된다. 각각의 횡방향 파이프는 분배점으로서 유체 배출을 계량하기 위한 파이프의 저부에 위치된 복수의 오리피스들을 갖는다. 이들 분배기들은 다수의 단점들을 가질 수 있다. 이들은 오염에 민감하다. 또한, 유체 가이드들의 결여는 패킹의 상부로의 액체 분배의 위치에 관한 소정의 불확실성을 생성한다. 높은 액체 헤드는 패킹 내로 분사할 수 있는 액체 스트림을 생성할 수 있는데, 이는 과잉의 발포, 튀김 및 증가된 혼입을 유도할 수도 있다. 마지막으로, 횡방향 파이프들의 높은 액체 속도들은, 계량 오리피스의 저부 배향이 증기 출구를 제공하지 않기 때문에, 충전시에 증기를 포획할 수 있다. 이는 증기 포켓이 너무 많은 파이프 단면을 점유하면 불균일한 분배의 기간을 야기할 수 있다.
이들 유형들의 시스템의 일 예는 패킹된 액체-증기 접촉 칼럼을 위한 분배기를 개시하고 있는 미국 특허 제 6,149,136호에 설명되어 있다. 액체 분배기는 헤더 탱크, 증기 라이저(riser) 통로들을 갖는 액체 분배 플레이트, 및 칼럼 내로의 액체의 유동을 허용하기 위한 개구를 각각 갖는 다수의 개별 저장조 셀들을 포함한다. 도관들이 헤더 탱크로부터 각각의 셀 내로 액체를 공급하기 위해 위치된다. 액체 분배 플레이트는 동일한 형상 및 크기의 교번적인 증기 라이저 통로들 및 저장조 셀들을 갖는 균일한 십자형 구조체를 갖는다. 도관들은 다른 섹션들의 것으로부터 이격된 높이에서 헤더 탱크의 위치로부터 저장조 셀들의 개별 그룹을 각각 공급하는 2개 이상의 섹션들을 가질 수 있다. 분배기는 예를 들어 선박 상에 장착될 때 칼럼 동요 또는 경사를 보상한다.
미국 특허 제 5,752,538호는 패킹된 칼럼들을 위한 액체 분배기를 설명하고 있다. 액체 분배기는 액체-증기 접촉 칼럼의 단면에 걸쳐 연장하고 분배기 플로어 위에 현수되어 있는 배플(baffle)을 포함한다. 개방 공간을 갖는 배플은 아래의 분배기로 액체를 분배하기 전에, 상부의 액체-증기 접촉 구역으로부터 낙하하는 액체 유동을 모아서 혼합한다. 배플의 개방 공간은 액체 혼합의 추가의 향상을 위한 혼합 디바이스를 또한 구비할 수 있다.
미국 특허 제 6,397,630호는 부유식 선박 구조체를 설명하고 있다. 부유식 구조체는 약 10도 이하의 진동각(i)을 갖고, 주름형 십자형 패킹을 갖는 공기 증류 칼럼을 구비한다. 적어도 하나의 팩의 주름형 스트립의 파형 구성은 d/i<0.6이 되도록 선택되는데, 여기서 d는 팩의 인접 스트립들의 각각의 쌍이 그 일반 평면에서 각도(i)로 경사질 때, 액체의 원추 확산의 축 편차이다.
그러나, 이들 기술들은 부유식 생산, 저장 및 하역(FPSO) 플랫폼과 같은 해양 플랫폼 상의 경사진 또는 이동 분리 타워에서 액체들의 불균형 분배로부터 효율의 손실을 완전히 보상하지 않을 수 있다. 또한, 이들 시스템들의 어느 것도 분리 타워에서 증기들의 불균형 분배를 보상하지 않는다.
본 명세서에 설명된 실시예는 적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워, 및 2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하고, 증기 재분배 플레이트는 상부 패킹된 베드 내로 증기를 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성되는 분리 시스템을 제공한다.
다른 실시예는 적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워, 및 2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하는 해양 선박을 제공한다. 증기 재분배 플레이트는 증기를 상부 패킹된 베드 내로 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성된다.
다른 실시예는 분리 타워 내에서 재료들의 불균일 분배를 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 방법은 증기를 제 2 패킹된 베드의 저부로 도입하기 전에 제 1 패킹된 베드의 상부로부터 상승하는 증기를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술들의 장점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조함으로써 더 양호하게 이해된다.
도 1은 분리 타워들을 사용하는 부유식 처리 및 저장 선박(FPSO)의 도면.
도 2는 분리 타워 내의 증기들 및 액체들의 불균일 분배를 감소시키도록 구성된 시스템들을 도시하는 분리 타워의 개략도.
도 3은 패킹된 베드에 액체들을 균일하게 공급하기 위한 액체 분배기의 도면.
도 4는 패킹된 베드에서 발생할 수 있는 가스상의 불균일 분배를 도시하는 개략도.
도 5는 제 1 패킹된 베드로부터 발생하는 가스상들을 혼합하는데 사용되는 증기 재분배 플레이트를 갖는 분리 타워의 개략도.
도 6은 증기 재분배 플레이트를 도시하는 분리 타워의 절결도.
도 7은 다른 증기 재분배 플레이트를 도시하는 분리 타워의 절결도.
도 8은 다른 증기 재분배 플레이트를 도시하는 분리 타워의 절결도.
도 9는 가스상을 위한 파이프 분배기를 갖는 증기 재분배 플레이트를 도시하는 분리 타워의 절결도.
도 10a 및 도 10b는 패킹된 베드 내의 액체들의 불균일 분배를 감소시키기 위한 분할기 플레이트들의 사용을 도시하는 도면.
도 11a 내지 도 11e는 분할기 플레이트들을 위한 다양한 배치들을 갖는 패킹된 베드(1004)의 평면도를 도시하는 도면.
도 12는 주름형 분할기 플레이트의 도면.
도 13은 탭들을 갖는 분할기 플레이트의 도면.
도 14는 분리 타워 내의 불균일 분배를 감소시키기 위한 방법의 프로세스 흐름도.
이하의 상세한 설명 섹션에서, 본 발명의 기술들의 특정 실시예들이 설명된다. 그러나, 이하의 설명이 본 발명의 기술들의 특정 실시예 또는 특정 사용에 특화되는 범위 내에서, 이는 단지 예시적인 목적들인 것으로 의도되고 단순히 예시적인 실시예들의 설명을 제공한다. 이에 따라, 기술들은 이하에 설명되는 특정 실시예들에 한정되지 않고, 오히려 첨부된 청구범위의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 모든 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함한다.
처음에, 용이한 참조를 위해, 본 출원에 사용되는 특정 용어들 및 본 명세서에 사용되는 바와 같은 이들의 의미들이 설명된다. 본 명세서에 사용된 용어가 이하에 정의되지 않는 범위 내에서, 당 기술 분야의 숙련자가 적어도 하나의 인쇄된 공보 또는 허여된 특허에서 반영된 바와 같은 그 용어가 제공되면 가장 넓은 정의가 제공되어야 한다. 또한, 동일한 또는 유사한 목적을 담당하는 모든 등가물들, 동의어들, 새로운 개발들 및 용어들 또는 기술들이 본 발명의 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 고려되기 때문에, 본 발명의 기술들은 이하에 개시된 용어들의 사용에 의해 한정되는 것은 아니다.
"산 가스(acid gas)"는 수중에서 용해되거나 물과 반응하여 산성 용액을 생성하는 임의의 가스를 칭한다. 산 가스들의 비한정적인 예들은 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2), 이황화탄소(CS2), 황화카르보닐(COS), 메르캅탄들 또는 이들의 혼합물들을 포함한다.
본 명세서에 사용될 때, "분리 타워"는 역류 유동이 상이한 특성들에 기초하여 재료들을 격리하는데 사용되는, 수직 구성으로 배치된 세장형의 원통형 용기이다. 흡수에 기초하는 분리 타워에서, 물리적 용제는 상부 내에 주입되고, 반면에 분리될 가스들의 혼합물은 저부를 통해 유동된다. 가스들이 흡수제의 낙하 스트림을 통해 상향으로 유동함에 따라, 하나의 가스종이 우선적으로 흡수되어, 칼럼의 상부를 나오는 증기 스트림 내의 그 농도를 저하한다.
용어 "증류(distillation)" 또는 "분류(fractionation)"는 지정된 온도들 및 압력들에서 성분들의 비등점 및 증기압들의 차이에 기초하여 화학 성분들을 가스상과 액체상으로 물리적으로 분리하는 프로세스를 칭한다. 증류는 일련의 수직 이격된 플레이트들을 포함하는 종종 "증류 타워"라 칭하는 분리 타워의 형태에서 통상적으로 수행된다. 공급 스트림이 중간점에서 증류 칼럼에 진입하여, 증류 칼럼을 2개의 섹션들로 분할한다. 상부 섹션은 정류 섹션이라 칭할 수 있고, 저부 섹션은 스트립핑 섹션이라 칭할 수 있다. 응축 및 증발이 패킹된 베드들 또는 다른 구조체들 내에서 발생하여, 더 저비등점 성분들이 증류 칼럼의 상부로 상승하게 되고 더 고비등점 성분들이 저부로 낙하하게 된다. 리보일러가 증류 칼럼의 기부에 위치되어 열에너지를 추가한다. "앙금들(bottoms)" 생성물은 증류 칼럼의 기부로부터 제거된다. 응축기가 증류 칼럼의 상부에 위치되어 증류 칼럼의 상부로부터 나오는, 증류물이라 칭하는 생성물을 응축한다. 리플럭스 펌프가 증류물의 일부를 증류 칼럼 내로 재차 펌핑함으로써 증류 칼럼의 정류 섹션 내에 유동을 유지하는데 사용된다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "유체"는 기체들, 액체들 및 이들의 조합들을 칭한다.
용어 "가스"는 "증기"와 상호 교환 가능하게 사용되고, 액체 또는 고체 상태로부터 구별되는 가스 상태에서의 물질 또는 물질들의 혼합물로서 정의된다. 마찬가지로, 용어 "액체"는 기체 또는 고체 상태로부터 구별되는 액체상에서의 물질 또는 물질들의 혼합물을 의미한다.
"탄화수소"는 원소 수소 및 탄소를 주로 포함하는 유기 화합물이지만, 질소, 황, 산소, 금속들, 또는 임의의 수의 다른 원소들이 소량으로 존재할 수도 있다. 본 명세서에 사용될 때, 탄화수소들은 일반적으로 천연 가스, 오일, 또는 화학적 처리 설비들에서 발견되는 성분들을 칭한다.
"액화 천연 가스" 즉, "LNG"는 일반적으로 높은 퍼센트의 메탄을 함유하는 극저온 액화 천연 가스이다. LNG는 미량의 다른 화합물들을 또한 포함할 수 있다. 다른 원소들 또는 화합물들은 에탄, 프로판, 부탄, 이산화탄소, 질소, 헬륨, 황화수소, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. LNG는 예를 들어, 분리 타워들 내에서 천연 가스를 처리함으로써 형성되어, 헬륨, 물, 산 가스들, 또는 중탄화수소들과 같은 다양한 성분들을 제거한다. 처리된 천연 가스는 이어서 냉각에 의해 거의 대기압에서 극저온 액체로 응축된다.
용어 "액체 용제"는 하나의 성분을 다른 성분에 비해 우선적으로 흡수하는 실질적으로 액체상의 유체를 칭한다. 예를 들어, 액체 용제는 산 가스를 우선적으로 흡수할 수 있어, 이에 의해 가스 스트림 또는 물 스트림으로부터 산 가스 성분의 적어도 일부를 제거하거나 또는 "스크러빙(scrubbing)"한다.
"천연 가스"는 원유 유정으로부터 또는 지하 가스-담지 형성물로부터 얻어진 다성분 가스를 칭한다. 천연 가스의 조성 및 압력은 상당히 다양할 수 있다. 통상의 천연 가스 스트림은 주성분으로서 메탄(CH4)을 함유하는데, 즉 천연 가스 스트림의 50 mol % 초과는 메탄이다. 천연 가스 스트림은 에탄(C2H6), 더 고분자량 탄화수소들(예를 들어, C3-C20 탄화수소들), 하나 이상의 산 가스들(예를 들어, 이산화탄소 또는 황화수소), 또는 이들의 임의의 조합들을 또한 함유할 수 있다. 천연 가스는 또한 물, 질소, 황화철, 왁스, 원유, 또는 이들의 임의의 조합들과 같은 소량의 오염물들을 또한 함유할 수 있다. 천연 가스 스트림은 독성물들로서 작용할 수 있는 화합물들을 제거하기 위해, 실시예들에서 사용에 앞서 실질적으로 정화될 수 있다.
"용제"는 예를 들어 용액을 제공하거나 형성하기 위해, 하나 이상의 다른 물질들을 용해하거나 분산하는 것의 적어도 일부가 가능한 물질을 칭한다. 용제는 극성, 비극성, 중성, 양성자성, 비양성자성 등일 수 있다. 용제는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 글리콜들, 에테르들, 케톤들, 다른 알코올들, 아민들, 염 용액들 등과 같은 임의의 적합한 원소, 분자, 또는 화합물을 포함할 수 있다. 용제는 물리적 용제들, 화학적 용제들 등을 포함할 수도 있다. 용제는 물리적 흡수, 화학적 흡수, 화학흡착(chemisorption), 물리흡착(physisorption), 흡착, 압력 스윙 흡착, 온도 스윙 흡착 등과 같은 임의의 적합한 메커니즘에 의해 동작할 수 있다.
"실질적인"은 재료의 양 또는 분량 또는 이들의 특정 특성과 관련하여 사용될 때, 재료 또는 특성이 제공하도록 의도되었던 효과를 제공하기에 충분한 양을 칭한다. 허용 가능한 정확한 편차도는 몇몇 경우들에 특정 문맥에 의존할 수도 있다.
용어 "스위트닝된(sweetened) 가스 스트림"은 산 가스 성분들의 적어도 일부가 제거되어 있는 실질적으로 가스상에서의 유체 스트림을 칭한다.
개요
본 발명의 기술들은 경사 또는 모션을 받게 되는 패킹된 타워들 내의 액체들 및 가스들의 불균형 분배를 감소시키기 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 이러한 타워들은 도 1과 관련하여 설명된 해양 선박과 같은 부유 플랫폼들 상에, 또는 호수들, 베이유들(bayous), 및 더 소형의 수체들(bodies of water)을 위해 설계된 바지선들 상에 위치될 수 있다. 모션에 덜 취약한 타워들은 또한 동상(frost heaving)을 받게 되는 영역들에 위치된 필드들과 같은 더 저속의 이동들을 받게 되는 위치들에서 일시적인 스키드 장착 장비를 사용하는 비용을 낮출 수 있다. 기술들은 패킹된 베드들 상에 액체들을 균일하게 분배하는 액체 분배 시스템들을 포함한다. 또한, 실시예들에서, 증기 분배 플레이트들은 패킹된 베드들 사이의 공간에 증기들을 혼합하여 분배하는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 수직 플레이트들은 다른 영역들로부터 격리된 영역들로 베드들을 분리하여, 액체 유동들의 불균형 분배를 감소시키는데 사용된다.
도 1은 분리 타워들(102)을 사용하는 부유식 처리 및 저장 선박(FPSO;100)의 도면이다. FPSO(100)는 해저 탄화수소 필드들로부터 생산된 탄화수소들을 처리하고 저장하도록 구성된다. 바다에서 탄화수소들의 처리는 예를 들어 육상 설비들에 파이프라인들을 배치하기 위한 필요성을 배제함으로써, 특정 필드들을 개발을 위해 더 경제적이게 할 수도 있다. 그러나, FPSO(100) 및 그에 따른 분리 타워들(102)은, 예를 들어 저장 탱크들 또는 밸러스트 챔버들의 불균일한 충전에 기인하여, 경사를 받게될 수도 있다. 또한, 분리 타워들(102)은 FPSO(100) 상의 파도 작용에 기인하여 동요할 수도 있다.
경사 및 동요는 칼럼에 대한 실질적인 효율 감소에 기여할 수도 있다. 수직 배향으로부터 단지 1°에 걸쳐 경사진 칼럼은 단지 효율의 약간의 감소만을 나타낼 수 있다. 그러나, 수직 배향으로부터 3° 내지 5° 경사진 칼럼은 20% 내지 40%만큼 효율을 손실할 수 있다. 5% 초과만큼 경사진 칼럼들은 매우 열악한 효율을 가질 것이다. 더 많은 해양 개발들이 추구됨에 따라, 이 모션을 보상하는 기술들이 점점 중요해질 것이다.
도 2는 분리 타워 내의 증기들 및 액체들의 불균형 분배를 감소시키도록 구성된 시스템들을 도시하는 분리 타워(200)의 개략도이다. 분리 타워(200)는 공급 스트림(202)을 가스 스트림(204)과 액체 스트림(206)으로 분리한다. 공급 스트림(202)은 흡수제 용제 및 가스 오염물, 또는 상이한 분자량들을 갖는 탄화수소들과 같은 상이한 비등점들 및 증기압들을 갖는 2개 이상의 상이한 성분들을 포함할 수 있다.
분리 타워(200)는 공급 스트림(202)을 위한 간접적인 유동 경로들을 생성하고 가스상(210)과 액체상(212) 사이의 계면 영역을 증가시키는 다수의 패킹된 베드들(208) 또는 다른 내장부들(internals)을 포함할 수 있다. 공급 스트림(202)은 예를 들어 액체 분배기(216)에 공급하는 액체 헤드(214) 상부의 분리 타워(200)의 하부 또는 중간부 내로 주입될 수 있다. 공급 스트림(202) 내의 가스상(210)은 패킹된 베드들(208)을 통해 상향으로 이동한다. 동시에, 분리 타워(200) 내의 액체상(212)은 분리 타워(200) 내의 패킹된 베드들(208)을 통해 하향으로 이동한다. 공급 스트림(202)에 추가하여, 액체 리플럭스 스트림(218)은 예를 들어 액체 분배기(216)에 공급하는 액체 헤드(214) 상부의 분리 타워(200)의 상부 부분 내로 주입될 수 있다.
분리 타워(200)는 공급 스트림(202) 내의 종에 따라, 다양한 분리 기술들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 칼럼은 무엇보다도, 증류 칼럼 또는 재생 칼럼일 수 있다.
증류를 위해, 공급 스트림(202)은 상이한 비등점들을 갖는 탄화수소들과 같은 물질들의 혼합물을 포함한다. 이 경우에, 분리 타워(200)는 비등점의 차이들에 의해 종을 분리하는 기능을 한다. 패킹된 베드들(208)은 이론적인 플레이트들의 수, 및 그에 따른 칼럼(200)의 분리 효율을 결정한다.
재생을 위해, 공급 스트림(202)은 용해된 또는 흡수된 가스를 함유하는 액체상(212)을 포함한다. 액체상(212)이 분리 타워(200)를 통해 낙하함에 따라, 가스는 가스상(210)으로서 배출되고, 상부를 통해 나온다.
해양 선박들과 같은 경사 또는 모션을 받게 되는 환경들에 장착된 분리 타워들(200)에서, 분리 타워(200)는 증기상(210), 액체상(212) 또는 양자 모두의 불균형 분배를 감소시키도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 액체상(212)은 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이, 일련의 폐쇄된 채널들을 액체 충만 상태로 유지하기 위해 액체 헤드(214)의 더 높은 압력을 사용하는 액체 분배기(216)를 통해 유동될 수 있다. 폐쇄된 채널들은 개방 채널들을 야기할 수 있는 출렁임의 효과를 최소화하고, 반면에 액체 헤드(214)의 압력은 채널들을 충만 상태로 유지하여, 패킹된 베드(208) 상에 액체의 균일한 분배를 제공할 수 있다. 채널들의 상부면들 상에 위치된 오리피스들은 불균일한 분배를 유발하지 않고 가스가 탈출하게 할 수 있다.
증기상(210)의 불균일 분배는 증기 분배 플레이트(220)에 의해 감소될 수 있다. 도 4 내지 도 9와 관련하여 설명된 바와 같이, 증기 분배 플레이트(220)는 더 높은 패킹된 베드에 증기상(210)을 도입하기 전에, 더 낮은 패킹된 베드(208)로부터 상승하는 증기상(210)을 혼합한다.
패킹된 베드들(208)을 통해 유동하는 액체상(212)의 임의의 불균일 분배는 패킹된 베드들(208) 내의 분할기 플레이트들(222)의 삽입에 의해 감소될 수 있다. 분할기 플레이트들(222)은 액체상(212)이 패킹된 베드 내의 영역들 사이로 유동하는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 분할기 플레이트들(222)은 패킹된 베드(208) 내의 개별의 격리된 격실들을 형성할 수 있고, 또는 베드 내의 축을 따른 배리어들을 형성하도록 배치될 수도 있다.
가스상(210)은 오버헤드 가스 스트림(224)으로서 분리 타워(200)의 상부로부터 유출될 수 있고, 반면에 액체상(212)은 앙금들 액체 스트림(226)으로서 분리 타워(200)의 저부로부터 유출될 수 있다. 게다가, 소정량의 액체가 액체상(212)으로부터 가스상(210)의 증가된 분리를 제공하기 위해 칼럼(200)으로부터 유출되기 전에 분리 타워(200)의 저부에서 풀(228)을 형성하도록 허용될 수도 있다.
앙금들 액체 스트림(226)의 일부는 향상된 농도의 액체 생성물을 함유하는 액체 스트림(206)으로서 제거될 수 있다. 앙금들 액체 스트림(226)의 다른 부분은 리보일러(230)를 통해 유동될 수도 있다. 리보일러(230)는 앙금들 액체 스트림(226)의 온도를 증가시켜, 액체 내의 성분들, 또는 액체 자체의 일부를 포함할 수 있는 앙금들 액체 스트림(226)의 부분을 증발한다. 최종 스트림(232)은 칼럼(200)의 저부 부분 내로 재차 유동되어 분리 타워(200)의 저부 내에 수집하는 풀(228)에 열을 제공할 수 있다. 그 결과, 혼입된 가스들은 풀(228) 내의 액체들로부터 강제 이동될 수 있어, 예를 들어 가스 기포들(234)을 형성한다.
오버헤드 가스 스트림(224)의 부분은 냉각되어 열교환기(236) 내에서 적어도 부분적으로 응축될 수 있다. 냉각된 가스 스트림(238)은 이어서 플래시 용기(242) 내에서 생성물 가스 스트림(204)과 액체 스트림(240)으로 분리될 수 있다. 액체 스트림(240)은 펌프(244)에 의해 리플럭스 스트림(218)으로서 분리 타워(200)의 상부 부분 내로 강제로 복귀될 수 있다. 분리 타워(200) 내에서, 리플럭스 스트림(218)은 분리 타워(200)의 상부에서 물질들의 온도를 감소시키고, 이에 의해 그 지점에서 액체상(210)과 가스상(212) 사이의 분리를 증가시킴으로써 분리 타워(200)의 성능을 향상시킬 수 있다.
액체 분배기
도 3은 패킹된 베드에 액체들을 균일하게 공급하기 위한 액체 분배기(300)의 도면이다. 액체 분배기(300)는 경사 및 동요 조건들 하에서 패킹된 베드 상에 액체를 균일하게 분배하도록 구성된다. 실시예에서, 패킹된 베드는 부유식 또는 반-부유식 생산 설비 상에서 작동하는 3 피트 초과의 직경인 분리 타워의 부분이다.
액체 분배기(300)는 외부 공급원 또는 내부 리플럭스로부터 직접적으로 또는 간접적으로 액체를 수집하는 혼합 챔버(302)를 포함할 수 있다. 혼합 챔버(302)는 좁은 봉입체(enclosure) 내에 높은 액체 헤드를 유지하여, 액체 모션 및 정적 기울기, 즉 경사에 대한 민감성을 감소시킨다. 혼합 챔버(302)는 선박 맨웨이(man way)를 통해 분리 타워 및 설비 내의 다른 구조물들에 적합하기 위한 원통형, 직사각형, 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 예를 들어, 액체 분배기(300)의 혼합 챔버는 도 2에 도시된 것과 같은 액체 수집 시스템에 결합될 수 있다. 혼합 챔버(302)는 분배를 위해 주 채널(304) 내로 액체를 분배한다. 혼합 챔버(302)는 액체 속도를 감소시키고 주 채널(304)로의 균일한 유동을 조장하기 위해 랜덤 또는 구조화된 패킹을 포함할 수 있다. 대안적으로, 주 채널(304)은 밀봉부를 제공하기 위해 파이프에 접속될 수 있어, 파이프 공급부를 갖는 압축 분배기를 생성한다.
주 채널(304)은 액체 속도를 감소시키고 다수의 2차 채널(306)에 액체를 균일하게 분배하는데 주로 사용된다. 주 채널(304)은 다수의 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 주 채널(304)은 상승된 분할 박스일 수 있다. 분할 박스는 2차 채널들 내의 것들과 유사한 유동 가이드들을 포함한다. 계량 오리피스들은 2차 채널들(306)의 각각 내로 액체를 분배한다.
다른 구성에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 주 채널(304)은 일체형 채널 디자인을 가질 수 있다. 이 구성에서, 주 채널(304)은 2차 채널들(306)과 동일한 레벨에 있다. 주 채널(304)은 2차 채널들(306)로의 액체 연통을 위한 중앙 위치를 제공하고, 또한 그 자신의 적하 튜브들(310)을 갖는 패킹 베드에 액체(308)를 활발하게 분배한다. 이상적으로, 주 채널(304) 상의 적하 튜브들(310)의 피치(간격)는 2차 채널들(306)의 것들과 동일하다. 분리 타워의 직경 및 액체 유량에 따라 하나 초과의 혼합 챔버(302) 및 주 채널(304)이 가능하다.
본 발명의 일 중요한 특징은 주 채널(304) 및 2차 채널들(306)이 상부 플레이트(312)로 완전히 밀봉되고 항상 액체 충만 상태에 있다는 것이다. 이는 주 채널(304) 및 2차 채널들(306) 내부의 파도 작용을 배제하고, 심각한 동요 또는 기울어진 타워 조건들 하에서도, 분리 타워를 가로지르는 균일한 액체 분배를 성취하도록 균일한 액체 헤드를 유지한다. 이는 다단 배출 유닛들을 허용하여, 디바이스가 큰 액체 부하 작동 범위를 취급하는 것을 가능하게 하고 아래의 패킹으로의 균일한 액체 중량측정 유동을 보장한다.
2차 채널들(306)은 주 채널(304)로부터 횡방향으로 연장하여, 계량 오리피스들(314)을 거쳐 액체를 분배한다. 적하 튜브들(316)이 계량 오리피스들(314)로부터 액체(308) 유동을 확산하고 패킹된 베드의 상부의 특정 위치로 액체(308)를 분배하는데 사용되지만, 도면을 간단화를 위해, 이는 모든 적하 튜브(316)에 대해 도 3에 도시되어 있지는 않다. 계량 오리피스들(314)은 2차 채널들(306)의 측벽들 내에, 적하 튜브들(316) 내에 또는 양자 모두 내에 위치될 수 있다. 계량 오리피스들(314)이 2차 채널들(306)의 측벽들 내에 위치되면, 적하 튜브들(316)은 2차 채널들(306)의 외부벽 상에 위치되어, 2차 채널들(306)의 상부로부터 2차 채널들(306)의 저부 아래에 2 내지 3 in로 연장한다. 본 실시예에서, 2차 채널들(306)의 벽들 내의 계량 오리피스들은 적하 튜브들(316)에 공급한다.
계량 오리피스들(314)이 적하 튜브들(316) 내에 위치되면, 적하 튜브들(316)은 2차 채널들(306)의 저부 플레이트들(318)과 상부 플레이트들(312)을 통해 완전히 연장한다. 적하 튜브들(316) 내의 계량 오리피스들(314)은 각각의 적하 튜브(316)로의 유동을 계량한다. 적하 튜브(316)의 저부 개구(320)는 상부 개구(322)가 예를 들어 가스들을 해제함으로써 초크 유동(choked flow)을 방지하기 위해 적절한 통기를 제공하는 동안 패킹된 베드에 액체(308)를 분배하는 역할을 한다.
다양한 실시예들에서, 액체 분배기(300)는 큰 액체 유량들 및 큰 턴다운비(turndown ratio)들을 수용하기 위해 계량 오리피스들(314)의 하나 이상의 레벨들을 갖고 설계될 수 있다. 계량 오리피스(314)의 최저 위치는 2차 채널들(306)의 플로어 위에 적어도 2인치에 있을 수 있다. 이는 심각한 오염 조건들 하에서 막힘의 위험을 감소시킬 수 있다. 일 계량 오리피스(314)는 측벽 적하 튜브(316)의 상부에 위치될 수 있다. 이는 액체 공급물의 도입시에 분배기(300)의 완전한 통기를 허용한다.
혼합 챔버(302)의 디자인은 좁은 봉입체 내의 높은 액체 헤드를 유지하여, 분배기(300)가 모션 및 정적 기울기에 불감하게 하지만, 총 액체 재고량은 감소시킬 수 있다. 분배기(300)는 파이프 저부 상에 오리피스들을 갖는 스프레이 또는 파이프 분배기들에 대조적으로, 측벽들 또는 적하 튜브들 내에 상승된 오리피스들(314)을 갖는 채널 디자인을 유지한다. 분배기(300)를 위한 이 디자인은 오염 서비스들에서의 분배기 성능을 향상시키고 패킹 내로 직접 분배하는 고속 액체와 연계된 문제들을 제거할 수 있다. 더욱이, 각각의 적하 튜브(316)는 다수의 레벨들의 계량 오리피스들(314)을 가질 수 있어, 더 큰 작동 범위들의 액체 유량들을 가능하게 한다.
실시예에서, 계량 오리피스들(324) 중 적어도 하나는 채널(304 또는 306)의 상부에 배치된다. 이 배치는 액체 공급물의 도입시에 밀봉된 분배기(300)의 완전한 통기를 허용한다. 이는 또한 적하점 레이아웃 내로 통기 메커니즘을 합체하여, 복잡한 튜빙 조립 또는 원하지 않는 위치 내로의 액체의 의사 배출을 회피한다.
증기 혼합 및 재분배
도 4는 패킹된 베드(402) 내에서 발생할 수 있는 가스상의 불균일 분배를 도시하는 분리 타워(400)의 개략도이다. 개략도에 도시된 바와 같이, 균일한 또는 혼합된 가스상(404)은 제 1 패킹된 베드(406)에 도입된다. 경사 또는 동요에 기인하여, 증기 불균일 분배가 베드의 부분들 내의 비효율적인 접촉에 기인하여, 예를 들어 불균일한 액체 유동에 의해 부과된 유압 구배에 기인하여 발생할 수 있어, 가스상들(408, 410)로서 제 1 패킹된 베드(406)를 나오는 복수의 가스상 유량들 및 조성물들을 야기한다. 가스상들(408, 410)은 혼합 없이 후속의 패킹된 베드(412)로 계속될 수 있다. 불균일 분배된 증기를 후속의 패킹된 베드(412)에 공급하는 것은 패킹의 효율을 실질적으로 감소시키고, 다른 패킹된 베드들 내로 증기 불균일 분배를 전파할 수 있다.
도 5는 제 1 패킹된 베드(406)로부터 상승하는 가스상(408, 410)을 혼합하는데 사용되는 증기 재분배 플레이트(502)를 갖는 분리 타워(500)의 개략도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 4와 관련하여 설명된 바와 같다. 가스상들(408, 410)을 강제 혼합함으로써 그리고 혼합된 가스상(404)을 개질함으로써, 제 2 패킹된 베드(412)는 균일한 공급물을 수용할 것이고, 패킹의 성능이 향상될 수 있다. 증기 재분배 플레이트(502)는 도 6 내지 도 9와 관련하여 설명된 바와 같이, 배플들, 혼합 튜브들 등을 포함하는 임의의 수의 구성들을 가질 수 있다.
도 6은 증기 재분배 플레이트(602)를 도시하는 분리 타워(600)의 절결도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 2와 관련하여 설명된 바와 같다. 도 6에 도시된 바와 같이, 증기 재분배 플레이트(602)를 위한 가장 간단한 구성은 금속 또는 다른 적합한 재료로 구성될 수 있는 배플이다. 증기 재분배 플레이트(602)는 분리 타워(600)의 측면들에 그리고 액체 강수관(downcomer)(604)에 대해 밀봉되어 분리 타워(600)의 외부 환형체를 차단한다.
증기 재분배 플레이트(602)의 중간부의 오리피스 또는 개구(606)는 하부 패킹된 베드로부터 오는 가스상(210)을 강제로 재혼합한다. 증기 재분배 플레이트(602) 위에서, 균일하게 분포된 증기 채널들(610)을 갖는 굴뚝 트레이(608) 또는 오리피스 플레이트가 압력 강하를 제공하여 분리 타워(600)의 단면을 가로질러 균일한 유동 분배를 보장한다. 액체상(212)은 가스상(210)이 강수관들(604)을 따라 위로 유동하는 것을 차단하는 액체 헤드를 갖는 액체 풀(214)로 강수관들(604)을 따라 아래로 유동한다. 강수관들(604)이 도시되어 있지만, 다운파이프들(downpipes)을 포함하는 액체 분배를 위한 임의의 수의 다른 시스템들이 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 액체 풀(214)은 도 3과 관련하여 설명된 액체 분배 시스템(300)의 혼합 챔버(302) 내에 일체화된다.
도 7은 다른 증기 재분배 플레이트(702)를 도시하는 분리 타워(700)의 절결도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들 및 재료 유동들은 도 6과 관련하여 설명된 바와 같다. 도 7에 도시된 바와 같이, 증기 재분배 플레이트(702)는 더 낮은 압력 강하를 제공하기 위해 칼럼 중심선을 향해 상향으로 경사지거나 만곡될 수 있다. 실시예에서, 개방 증기 재분배 플레이트(602 또는 702)는 증기 혼합을 향상시키도록 정적 혼합기를 유지할 수 있다.
도 8은 다른 증기 재분배 플레이트(802)를 도시하는 분리 타워(800)의 절결도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 2 및 도 6과 관련하여 설명된 바와 같다. 본 실시예에서, 증기 재분배 플레이트(802)는 가스상(210)을 분할하여 재조합하도록 설계된 다수의 배플 플레이트들을 이용한다. 배플들 플레이트들은 도 8에 도시된 바와 같이 대향하여 경사질 수도 있는데, 이는 유동하는 가스상(210)에 나선형 모션을 부여할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 구성들이 배플 플레이트들, 예를 들어 프로펠러형 구성을 형성하기 위해 다수의 섹션들로 분할되는 경사진 배플 플레이트들을 위해 사용될 수 있다.
증기 재분배 플레이트들은 개구들을 갖는 배플 플레이트들을 사용하는 것에 한정되는 것은 아니다. 다른 구성들이 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 증기 스트림들을 혼합하여 재분배하는데 사용될 수 있다.
도 9는 가스상(210)을 위한 파이프 분배기(904)를 갖는 증기 재분배 플레이트(902)를 도시하는 분리 타워(900)의 절결도이다. 파이프 분배기(904)는 다수의 오리피스들(906)을 포함하고, 가스상(210) 유동을 다음의 더 높은 패킹 베드에 균일하게 공급하도록 구성된다. 본 실시예에서, 도 6과 관련하여 설명된 것과 같은 개별 굴뚝 트레이(608)가 사용되지 않을 수 있어, 분리 타워(900)의 높이를 감소시킬 것이다.
분할기 플레이트들
패킹된 베드들 사이의 공간 내의 액체 및 증기들의 불균일 분배에 추가하여, 패킹된 베드들 내에 불균일 분배들이 또한 존재할 수 있다. 예를 들어, 패킹된 베드 내의 액체는 경사진 타워 내에서 일 측으로부터 다른 측으로 유동하여, 액체들과 증기들 사이의 접촉량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예들은 패킹된 베드의 일 영역으로부터 패킹된 베드의 다른 영역으로의 액체 유동을 감소시키도록 구성된 분할기 플레이트들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에, 이들 분할기 플레이트들은 또한 마찬가지로 증기들의 불균일 분배를 감소시킬 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 패킹된 베드(1004) 내의 액체들의 불균일 분배를 감소시키기 위한 분할기 플레이트들(1002)의 사용을 도시하는 도면들이다. 도 10a에서, 분리 타워(1008)의 축(1006)은 각도(1012)만큼 수직축(1010)으로부터 경사진다. 분배 그래프(1014)에 의해 도시된 바와 같이, 패킹된 베드(1004)의 하부측에서 액체(1016)의 양은 증가된다. 실시예에서, 분할기 플레이트들(1002)은 이들이 분리 타워(1008)의 단면적을 격실들(1018)로 분할하는 이러한 방식으로 분리 타워(1008)의 축(1006)에 평행하게 패킹된 베드(1004) 내에 배치된다. 분할기 플레이트들(1002)은 금속 또는 다른 재료들의 얇은 시트들일 수 있다. 분리 타워(1008)가 경사질 때, 분할기 플레이트들(1002)은 분리 타워(1008)의 단면을 가로질러 유동하는 액체에 대한 저항을 제공하고, 분리 타워(1008)의 축(1006)에 평행하게 유동하도록 강제한다. 이들 분할기 플레이트들(1002)의 사용을 통해, 분리 타워(1008)의 전체 단면 전체에 걸쳐 발생할 수 있는 불균일 분배가 도 10b에 분배 그래프(1020)에 의해 지시된 바와 같이, 개별 격실들(1018)에 구속된다. 분할기 플레이트들(1002)은 액체가 분할기 플레이트들(1002)과 접촉하여 아래로 우선적으로 유동하는 벽-유동을 촉진하여, 분리 타워(1008)의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 다수의 디자인 특징들이 이 효과를 감소시키고, 분리 타워(1008)의 성능을 최적화하도록, 타워 서비스의 특정한 성질에 따라 선택되거나 조정될 수 있다.
도 11a 내지 도 11e는 분할기 플레이트들(1002)을 위한 다양한 배치들을 갖는 패킹된 베드(1004)의 평면도를 도시하는 도면들이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 10과 관련하여 설명된 바와 같다. 분할기 플레이트들(1002)의 배치는 도 11a에 도시된 바와 같이 대칭 격실들(1018)을 형성하도록 선택될 수 있다. 다른 실시예들에서, 플레이트들은 도 11b에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 비대칭 격실들(1102, 1104)을 형성하도록 선택될 수도 있다. 이들 장치들의 선택들은 격실들의 크기, 패킹 재료에 대한 격실들의 크기의 비, 격실들의 체적에 대한 벽 표면적의 비, 경사 저항에 대해 희생될 수 있는 효율의 양 등과 같은 임의의 수의 팩터들을 사용하여 행해질 수 있다.
다른 장치들이 도 11c에 도시된 바와 같이 특정 방향들에서의 유동에 대한 우선적인 저항을 포함할 수 있다. 도 11c의 분할기 플레이트들(1002)은 예를 들어, 플레이트들이 FPSO와 같은 해양 선박의 용골(keel)과 평행하게 배치된 상태로, 모션 벡터(1106)에 수직으로 정렬될 수 있다. 모든 방향들에서 상당한 모션이 예측되는 용례들에서, 분할기 플레이트들(1012)은 도 11d에 도시된 바와 같이 더 소형 격실들(1108)을 생성하도록 배치될 수 있다.
더 작은 경사 및 모션들은 증기가 칼럼 전체에 걸쳐 유동하게 하면서 액체 유동을 저지하는 디자인들을 허용할 수 있다. 예를 들어, 도 11e에 도시된 개방 격실(1110)은 분리 타워 전체에 걸친 증기 유동을 허용하면서, 모션 벡터(1112)를 따른 액체 유동을 감소시킬 수 있다.
도 12는 주름형 분할기 플레이트(1200)의 도면이다. 이 분할기 플레이트(1200)는 액체 유동(1202)이 주름부들(1204)을 따라 하강하도록 패킹된 베드 내에 장착된다. 그 결과, 액체는 분할기 플레이트(1200)와 접촉하고 있는 패킹 상에 분할기 플레이트(1200)로부터 유동할 수 있고 또는 분할기 플레이트(1202) 자체로부터 적하할 수도 있다. 분할기 플레이트(1200)는 벽-유동을 저지하기 위한 다른 표면 형상들, 파형부들 또는 패턴들을 가질 수도 있다.
도 13은 탭들(1302)을 갖는 분할기 플레이트(1300)의 도면이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 2와 관련하여 설명된 바와 같다. 탭들(1302)은 액체상(212)의 유동을 분리 타워 내로 유도하여, 벽 유동을 저지하도록 분할기 플레이트(1300)의 표면으로부터 돌출하는 짧은 금속 스트립들일 수 있다. 예를 들어, 탭들(1302)은 3개의 측면들 상에서 분할기 플레이트(1300) 내로 절단된 구멍들에 의해 형성되고, 이어서 분할기 플레이트(1300)로부터 절첩될 수 있다. 이 장치는 격실들 사이의 증기 유동 및 혼합을 촉진하도록 격실들을 더 개방시키는 구멍들(1304)을 방치할 수 있다. 탭들(1302)은 또한 분할기 플레이트(1300)에 굴곡된 금속 플레이트들을 용접함으로써 또는 분할기 플레이트(1300)의 표면에 임의의 수의 다른 아이템들을 부착함으로써 형성될 수 있다.
도 14는 분리 타워 내의 불균일 분배를 감소시키기 위한 방법(1400)의 프로세스 흐름도이다. 방법(1400)은 타워 내로 공급물 스트림의 도입으로 블록 1402에서 시작한다. 블록 1404에서, 하부 패킹된 베드로부터의 증기 스트림은 예를 들어 도 5 내지 도 9와 관련하여 설명된 시스템들을 사용하여, 상부 패킹된 베드 내로 공급되기 전에 혼합된다. 블록 1406에서, 액체들은 도 3과 관련하여 설명된 바와 같은, 액체 분배기를 사용하여 패킹된 베드 상에 균일하게 분배된다. 블록 1408에서, 패킹된 베드의 영역들 사이의 액체 유동은 예를 들어, 도 10 내지 도 13과 관련하여 설명된 바와 같은 분할기 플레이트들의 사용에 의해 감소된다.
모든 이들 블록들이 모든 용례에 사용되거나 요구되지 않을 수도 있다는 것이 이해될 수 있다. 예측된 모션의 양, 분리 타워의 높이, 분리될 재료들 등과 같은 서비스에 따라, 상이한 블록들이 추가되거나 제거될 수 있다. 예를 들어, 분할기 플레이트들은, 예측된 경사 모션이 패킹을 통한 액체의 이동보다 빠른 시간 상수를 가질 때 사용되지 않을 수 있다.
실시예들
본 발명의 실시예들은 이하의 번호 부기된 항들에 나타낸 방법들 및 시스템들의 임의의 조합들을 포함할 수도 있다. 이는 임의의 수의 변형들이 상기 설명으로부터 고려될 수 있기 때문에, 모든 가능한 실시예들의 완전한 리스팅으로 고려되지는 않아야 한다.
1. 분리 시스템으로서,
적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워; 및
2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하고,
증기 재분배 플레이트는 상부 패킹된 베드 내로 증기를 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성되는 분리 시스템.
2. 항 1의 분리 시스템으로서, 증기 재분배 플레이트는 분리 타워의 외부 환형체를 차단하는 배플을 포함하는 분리 시스템.
3. 항 1 또는 2의 분리 시스템으로서, 증기 재분배 플레이트는 중앙 개구로의 상향 기울기를 갖는 배플을 포함하는 분리 시스템.
4. 상기 항들 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 증기 재분배 플레이트는 증기 스트림을 혼합하도록 구성된 정적 혼합기를 포함하는 분리 시스템.
5. 상기 항들 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 증기 재분배 플레이트는 상부 패킹된 베드에 증기를 균일하게 공급하도록 구성된 다수의 오리피스들을 포함하는 파이프 분배기를 포함하는 분리 시스템.
6. 상기 항들 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 증기 재분배 플레이트는 강수관에 밀봉되고, 강수관은 하부 패킹된 베드로부터 증기 유동을 차단하면서 하부 패킹된 베드 내로 액체 유동을 유도하도록 구성되는 분리 시스템.
7. 상기 항들 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 패킹된 베드 내의 분할기 플레이트를 포함하고, 분할기 플레이트는 패킹된 베드의 축을 따라 배치되고, 분할기 플레이트는 패킹된 베드의 일 영역으로부터 패킹된 베드의 다른 영역으로 액체 유동을 방지하도록 구성되는 분리 시스템.
8. 항 7의 분리 시스템으로서, 분할기 플레이트는 패킹된 베드 내에 배치된 패널들을 포함하고, 패널들은 수직축을 따라 경사시킴으로써 발생된 불균일 분배들을 방지하기 위해 길이방향 축을 따라 배치되는 분리 시스템.
9. 항 8의 분리 시스템으로서, 길이방향 축은 선박 상의 전후축을 따라 정렬되는 분리 시스템.
10. 항 7 또는 8의 분리 시스템으로서, 분할기 플레이트는 패킹된 베드를 일련의 실질적으로 대칭 격실들로 분할하도록 구성된 복수의 패널들을 포함하는 분리 시스템.
11. 항 10의 분리 시스템으로서, 실질적으로 대칭 격실들은 육각형 형상인 분리 시스템.
12. 항 7 내지 11 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 분할기 플레이트는 패킹된 베드를 비대칭 격실들로 분할하도록 구성된 복수의 패널들을 포함하는 분리 시스템.
13. 항 7 내지 12 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 분할기 플레이트는 패킹된 베드의 일 영역으로부터 패킹된 베드의 다른 영역으로 액체 유동을 저지하도록 구성된 복수의 패널들을 포함하고, 복수의 패널들은 서로 접촉하지 않는 분리 시스템.
14. 항 7 내지 13 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 분할기 플레이트는 모션 벡터를 따라 경사시킴으로써 발생된 불균일 분배들을 방지하기 위해 모션 벡터에 수직으로 배치된 복수의 패널들을 포함하는 분리 시스템.
15. 항 7 내지 14 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 분할기 플레이트는 액체가 패널을 따라 유동하는 것을 저지하도록 구성된 표면 특징부를 갖는 패널을 포함하는 분리 시스템.
16. 항 15의 분리 시스템으로서, 표면 특징부는 파형부를 포함하는 분리 시스템.
17. 항 15의 분리 시스템으로서, 표면 특징부는 패널로부터 돌출하는 탭을 포함하는 분리 시스템.
18. 상기 항들 중 어느 하나의 분리 시스템으로서, 패킹된 베드 상에 액체를 균일하게 분배하도록 구성된 액체 분배기를 포함하는 분리 시스템.
19. 항 18의 분리 시스템으로서, 액체 분배기는 복수의 계량 오리피스들을 갖는 폐쇄된 채널들을 포함하는 분리 시스템.
20. 항 19의 분리 시스템으로서, 복수의 계량 오리피스들은 폐쇄된 채널들의 저부 및 상부에 위치되는 분리 시스템.
21. 항 18의 분리 시스템으로서, 액체 분배기는 높은 액체 헤드를 유지하도록 구성된 혼합 챔버를 포함하는 분리 시스템.
22. 해양 선박으로서,
적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워; 및
2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하고,
증기 재분배 플레이트는 증기를 상부 패킹된 베드 내로 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성되는 해양 선박.
23. 항 22의 해양 선박으로서, 패킹된 베드 내의 분할기 플레이트를 포함하고, 분할기 플레이트는 패킹된 베드의 축을 따라 배치되고, 분할기 플레이트는 패킹된 베드의 일 영역으로부터 패킹된 베드의 다른 영역으로 액체 유동을 방지하도록 구성되는 해양 선박.
24. 항 22 또는 23의 해양 선박으로서, 패킹된 베드 상에 액체를 균일하게 분배하도록 구성된 액체 분배기를 포함하는 해양 선박.
25. 항 22 내지 24 중 어느 하나의 해양 선박으로서, 탄화수소들을 위한 처리 시설들을 포함하는 해양 선박.
26. 항 22 내지 25 중 어느 하나의 해양 선박으로서, 탄화수소들을 위한 저장 시설들을 포함하는 해양 선박.
27. 분리 타워 내에서 재료들의 불균일 분배를 감소시키기 위한 방법으로서,
증기를 제 2 패킹된 베드의 저부로 도입하기 전에 제 1 패킹된 베드의 상부로부터 상승하는 증기를 혼합하는 단계를 포함하는 방법.
28. 항 27의 방법으로서, 패킹된 베드 내의 인접한 영역들 사이의 액체 유동을 방지하는 단계를 포함하는 방법.
29. 항 27 또는 28의 방법으로서, 밀봉된 채널들 및 높은 액체 헤드를 갖는 혼합 챔버를 포함하는 액체 분배 시스템으로부터 패킹된 베드 내로 액체를 균일하게 분배하는 단계를 포함하는 방법.
본 발명의 기술들은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들에 민감할 수도 있지만, 전술된 실시예들은 단지 예로서만 개시되어 있다. 그러나, 기술들은 본 명세서에 개시된 특정 실시예들에 한정되도록 의도된 것은 아니라는 것이 재차 이해되어야 한다. 실제로, 본 발명의 기술들은 첨부된 청구범위의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 모든 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함한다.
100: FPSO 102: 분리 타워
200: 분리 타워 202: 공급 스트림
204: 가스 스트림 206: 액체 스트림
208: 패킹된 베드 210: 가스상
212: 액체상 214: 액체 헤드

Claims (25)

  1. 분리 시스템으로서,
    적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워; 및
    2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하고,
    상기 증기 재분배 플레이트는 상부 패킹된 베드 내로 증기를 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성되는 분리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 재분배 플레이트는 상기 분리 타워의 외부 환형체를 차단하는 배플을 포함하는 분리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 재분배 플레이트는 중앙 개구로의 상향 기울기를 갖는 배플을 포함하는 분리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 재분배 플레이트는 증기 스트림을 혼합하도록 구성된 정적 혼합기를 포함하는 분리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 재분배 플레이트는 상기 상부 패킹된 베드에 증기를 균일하게 공급하도록 구성된 다수의 오리피스들을 포함하는 파이프 분배기를 포함하는 분리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 재분배 플레이트는 강수관에 밀봉되고, 상기 강수관은 상기 하부 패킹된 베드로부터 증기 유동을 차단하면서 상기 하부 패킹된 베드 내로 액체 유동을 유도하도록 구성되는 분리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 패킹된 베드 내의 분할기 플레이트를 포함하고, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드의 축을 따라 배치되고, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드의 일 영역으로부터 상기 패킹된 베드의 다른 영역으로 액체 유동을 방지하도록 구성되는 분리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드 내에 배치된 패널들을 포함하고, 상기 패널들은 수직축을 따라 경사시킴으로써 발생된 불균일 분배들을 방지하기 위해 길이방향 축을 따라 배치되는 분리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 길이방향 축은 선박 상의 전후축을 따라 정렬되는 분리 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드를 일련의 실질적으로 대칭 격실들로 분할하도록 구성된 복수의 패널들을 포함하는 분리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 실질적으로 대칭 격실들은 육각형 형상인 분리 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드를 비대칭 격실들로 분할하도록 구성된 복수의 패널들을 포함하는 분리 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드의 일 영역으로부터 상기 패킹된 베드의 다른 영역으로 액체 유동을 저지하도록 구성된 복수의 패널들을 포함하고, 상기 복수의 패널들은 서로 접촉하지 않는 분리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 분할기 플레이트는 모션 벡터를 따라 경사시킴으로써 발생된 불균일 분배들을 방지하기 위해 모션 벡터에 수직으로 배치된 복수의 패널들을 포함하는 분리 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 분할기 플레이트는 액체가 패널을 따라 유동하는 것을 저지하도록 구성된 표면 특징부를 갖는 패널을 포함하는 분리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 표면 특징부는 파형부를 포함하는 분리 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 표면 특징부는 패널로부터 돌출하는 탭을 포함하는 분리 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 패킹된 베드 상에 액체를 균일하게 분배하도록 구성된 액체 분배기를 포함하는 분리 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 액체 분배기는 복수의 계량 오리피스들을 갖는 폐쇄된 채널들을 포함하는 분리 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 복수의 계량 오리피스들은 상기 폐쇄된 채널들의 저부 및 상부에 위치되는 분리 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 액체 분배기는 높은 액체 헤드를 유지하도록 구성된 혼합 챔버를 포함하는 분리 시스템.
  22. 해양 선박으로서,
    적어도 2개의 패킹된 베드들을 포함하는 분리 타워; 및
    2개의 순차적으로 배치된 패킹된 베드들 사이에 배치된 증기 재분배 플레이트를 포함하고,
    상기 증기 재분배 플레이트는 증기를 상부 패킹된 베드 내로 도입하기 전에 하부 패킹된 베드로부터 증기를 혼합하도록 구성되는 해양 선박.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 패킹된 베드 내의 분할기 플레이트를 포함하고, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드의 축을 따라 배치되고, 상기 분할기 플레이트는 상기 패킹된 베드의 일 영역으로부터 상기 패킹된 베드의 다른 영역으로 액체 유동을 방지하도록 구성되는 해양 선박.
  24. 제 22 항에 있어서, 탄화수소들을 위한 저장 시설들을 포함하는 해양 선박.
  25. 분리 타워 내에서 재료들의 불균일 분배를 감소시키기 위한 방법으로서,
    증기를 제 2 패킹된 베드의 저부로 도입하기 전에 제 1 패킹된 베드의 상부로부터 상승하는 증기를 혼합하는 단계를 포함하는 방법.
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