KR20160093982A - 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 있어서: 상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 지닌 통체의 내부에 흡착제(25)를 수용한 제습베드(20); 및 상기 제습베드(20)의 내부에서 하류연결관(22)에 인접하여 설치되고, 하류연결관(22)에서 유입되는 재생가스를 중앙과 벽면으로 유도하는 분산수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 가스처리 공정의 제습베드에 충진된 흡착제를 재생하는 과정에서 수분응축의 방지로 불용성 염 층의 형성을 억제하여 재생공정에 소요되는 시간을 단축하면서 흡착제 사용기간을 증대하는 효과가 있다.

Description

제습베드 재생가스의 날개식 분산장치{Wing type apparatus for diffusing regeneration gas into dehydration bed}

본 발명은 가스처리 공정의 제습베드 재생가스 분산장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 재생가스를 효율적으로 베드에 유입하여 불용성 염의 생성을 억제하고, 흡착제의 사용 기간을 늘이는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치에 관한 것이다.

가스처리 공정에서 제습베드(dehydration bed)는 가스 내의 수분을 제거하는 장치다. LNG 생산 공정의 경우, 액화 사이클에서 가스 내에 포함된 수분으로 인해 수화물(hydrate)의 생성 가능성이 있으며, 수분이 응결되면서 장치의 부식과 열효율의 저하를 유발한다. 따라서 보통 0.1ppmv 이하의 수분을 포함하도록 처리하는 공정을 거치게 된다.

가스처리 공정의 제습베드는 액화 사이클이 있는 경우 처리 기준을 만족할 수 있도록 흡착제 중 고체 흡착제의 한 종류인 분자체(molecular sieve) 타입을 주로 사용한다. 제습베드에 수분이 있는 습성가스가 상부에서 하부로 흐르면서 분자체가 수분을 흡수하게 된다. 분자체는 공극을 갖는 재질로 수분을 공극 안에 포집하고 수분보다 입자가 큰 메탄 분자는 공극을 지나가는 흡착 방식으로서 수분을 제거하며, 포화상태가 되면 재생 공정을 통해 수분을 제거한다. 재생 공정은 보통 제습베드로 처리된 건성 가스의 일부를 가열 후 베드로 주입하여 베드 내의 수분을 제거하는 방식으로 구성된다. 이 가스를 재생가스(regeneration gas)라 하며 재생공정 시 베드의 하부에서 상부로 흐른다.

그런데, 재생가스가 상부로 갈수록 수분이 포화상태가 되므로 하부에 비해 온도가 점차 낮아진 상태에서 베드의 벽면과 닿으면 분자체와 이 수분이 만나 불용성 염(solid salt)이 생성된다. 이 불용성 염은 흡착제의 수명을 단축시킬 뿐 아니라 흡착 능력을 떨어트리고, 베드의 지름을 축소하여 과도한 압력강하(pressure drop)를 유발한다. 압력강하가 발생하는 경우 전체 공정의 효율저하뿐 아니라 장치 자체의 구조적 안정성에도 악영향을 미칠 수 있다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 하기의 특허문헌 1은 수분탈착기에 흡착필터를 장착하는 지지대, 수분의 탈착을 위한 감압펌프, 온도를 올리는 전기 히터, 외기로 유입되는 공기를 건조시키는 흡착캐니스터로 구성된다. 이는 흡착필터에서 공기의 흐름을 분산판으로 분산시키지만 흡착캐니스터에 대한 대책이 미흡하여 한계성을 드러낸다.

다른 선행기술문헌으로서, 하기의 특허문헌 2는 내부에 흡착제가 충전된 본체; 상기 본체의 일단에 흡입구 및 토출구를 가진 헤드; 상기 본체의 타단에 분리가능하게 결합되는 마감캡; 및 상기 본체의 중심부에 배치되고, 내부에 중공부를 가진 중심튜브;를 포함한다. 이는 배관구조의 단순화와 부피 감소를 도모하지만 대용량의 가스처리 공정에 적용하여 제습성능을 유지하기 곤란하다.

1. 한국 공개특허공보 제2004-0009760호 "제습기와 그 운전방법" (공개일자 : 2204. 1. 31.) 2. 한국 등록특허공보 제0926766호 "흡착식 제습타워" (공개일자 : 2009. 11. 16.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 흡착제의 재생이 하부에서 상부로 점차 이루어져 온도차 유발에 의한 불용성 염의 발생을 억제하도록 재생가스를 제습베드의 하부와 측면으로 고르게 분산시켜 주입하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 있어서: 상류연결관과 하류연결관을 지닌 통체의 내부에 흡착제를 수용한 제습베드; 및 상기 제습베드의 내부에서 하류연결관에 인접하여 설치되고, 하류연결관에서 유입되는 재생가스를 중앙과 벽면으로 유도하는 분산수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 분산수단은 중앙 개구를 지닌 깔때기 형태의 원추날개를 제습베드의 내면과 일정한 틈새를 유지하도록 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 원추날개는 제습베드에 나선운동 가능하게 설치되는 조절볼트, 조절볼트의 단부와 원추날개에 개재되는 볼조인트, 조절볼트와 볼조인트를 감싸서 실링을 유지하는 주름관을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절볼트는 원추날개의 위치변동 상태를 인식하기 용이하도록 눈금을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절볼트는 원추날개의 위치변동을 전동력으로 조절하도록 구동기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 분산수단은 곡면으로 형성된 복수의 곡판날개를 제습베드의 내면 상에 일정한 간격 유지하도록 방사상으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 곡판날개는 축방향의 내단부, 반경방향의 상단부, 축방향에 대하여 경사진 외단부, 반경방향에 대하여 경사진 하단부로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 분산수단은 제습베드의 내부에서 상류연결관에 인접하여 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 가스처리 공정의 제습베드에 충진된 흡착제를 재생하는 과정에서 수분응축의 방지로 불용성 염 층의 형성을 억제하여 재생공정에 소요되는 시간을 단축하면서 흡착제 사용기간을 증대하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 가스처리 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 분산수단을 나타내는 구성도
도 3은 도 2의 변형예에 따른 분산수단을 확대하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 분산수단을 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 관하여 제안한다. 천연가스의 시추와 정제 과정에서 습성가스의 수분을 제거하는 공정을 대상으로 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 도 1은 습성가스(wet gas)가 제습베드를 거쳐 건성가스(dry gas)로 생성되는 공정을 예시한다.

본 발명에 따르면 제습베드(20)가 상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 지닌 통체의 내부에 흡착제(25)를 수용한 구조이다. 도 1에서 분자체의 흡착제(25)를 구비하는 한 쌍의 제습베드(20)가 인접하게 배치되고, 다수의 밸브(28)를 통한 유로전환으로 일측의 제습공정과 타측의 재생공정을 교번적하여 수행한다. 재생을 위한 재생가스 히터(10)는 건성가스의 일부를 가온하고 주입관(15)을 통하여 재생공정을 요하는 제습베드(20)에 공급한다.

이때, 도 2에서 제습베드(20)의 상단을 상류연결관(21)으로 하단을 하류연결관(22)으로 명명한다. 이에 재생가스 히터(10)의 주입관(15)은 각각의 제습베드(20)의 하류연결관(22)에 다수의 밸브(28)를 개재하여 연결된다.

한편, 제습베드(20)의 흡착제(25)는 상단과 하단에서 다공성의 지지체(23)에 의하여 긴밀하게 지지된다.

또, 본 발명에 따르면 하류연결관(22)에서 유입되는 재생가스를 중앙과 벽면으로 유도하는 분산수단이 상기 제습베드(20)의 내부에서 하류연결관(22)에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 한다. 불용성 염은 하류연결관(22) 부근보다 온도가 낮은 측면(내부벽면) 또는 상류연결관(21) 부근에서 빠르게 생성된다. 이와 같은 현상은 대체로 재생공정에 소요되는 시간이 여유롭지 못한 이유로 더 악화된다. 이에 분산수단은 재생가스를 제습베드(20)의 중앙과 벽면으로 분할 유동시킨다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 분산수단은 중앙 개구를 지닌 깔때기 형태의 원추날개(30)를 제습베드(20)의 내면과 일정한 틈새를 유지하도록 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2는 원추날개(30)의 중앙 개구를 하류연결관(22)에 대향시키는 동시에 제습베드(20)의 하단 지지체(23)으로 확관하여 연장한 상태를 예시한다. 원추날개(30)는 복수의 지지대(31)를 개재하여 제습베드(20)의 내면에 고정되고 하류연결관(22)으로 유입되는 재생가스를 원추날개(30)의 내부에서 중앙으로 외부에서 벽면으로 유동시킨다. 중앙 개구의 직경치수 및 내면과의 틈새치수는 해당 제습베드(20)에 대한 재생가스의 적정 분산비율에 따라서 결정한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 원추날개(30)는 제습베드(20)에 나선운동 가능하게 설치되는 조절볼트(35), 조절볼트(35)의 단부와 원추날개(30)에 개재되는 볼조인트(38), 조절볼트(35)와 볼조인트(38)를 감싸서 실링을 유지하는 주름관(36)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 이는 원추날개(30)가 내면과 이루는 틈새치수를 외부에서 변동하기 용이한 구성을 요지로 한다.

도 3을 참조하면, 너트(32)는 홀더(33)를 개재하여 제습베드(20)의 내면에 고정되고, 조절볼트(35)는 제습베드(20)를 관통하면서 너트(32)에 맞물리고, 조절볼트(35)와 원추날개(30)는 볼조인트(38)로 연결된다. 홀더(33)는 고탄성 소재를 사용하거나 힌지를 부가하여 너트(32)의 회동을 허용한다. 제습베드(20)와 조절볼트(35)가 유연한 고무패킹(도시 생략)을 개재하여 설치되기는 하지만 밀봉력을 높이도록 주름관(36)으로 감싸는 것이 좋다. 이에 조절볼트(35)를 돌리는 방향에 따라 돌출된 길이가 변동되면서 원추날개(30)가 상승하거나 하강하여 제습베드(20)에 접근하거나 멀어지므로 그 틈새로 유동하는 재생가스의 양을 용이하게 변동할 수 있다. 물론 제습베드(20)와 원추날개(30)의 틈새 변동량은 크지 않으므로 상기 주요부의 간섭이나 내구성 저하의 우려가 없다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절볼트(35)는 원추날개(30)의 위치변동 상태를 인식하기 용이하도록 눈금(37)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 조절볼트(35)에서 헤드에 인접하여 나선이 없는 부분에 숫자 또는 색상으로 구분된 눈금(37)을 형성한다. 이에, 작업자는 제습베드(20)에 설치된 다수의 조절볼트(35)에 대한 틈새 조절량을 정확하게 일치시킬 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절볼트(35)는 원추날개(30)의 위치변동을 전동력으로 조절하도록 구동기(도시 생략)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 제습베드(20)의 외면에서 조절볼트(35)의 헤드에 구동기를 설치하고 제어기(도시 생략)에 연결하면 원격에서 틈새를 조절할 수 있다. 구동기는 전기 엑츄에이터가 선호되지만 유공압 모터나 실린더를 사용할 수도 있다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 분산수단은 곡면으로 형성된 복수의 곡판날개(40)를 제습베드(20)의 내면 상에 일정한 간격 유지하도록 방사상으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 4는 제습베드(20)의 상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 연결하는 수직축을 기준으로 다수의 곡판날개(40)가 하류연결관(22)에 인접하여 방사상으로 고정된 상태를 예시한다. 곡판날개(40)도 원추날개(30)와 마찬가지로 하류연결관(22)으로 유입되는 재생가스를 중앙과 벽면으로 분산 유동시킨다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 곡판날개(40)는 축방향의 내단부(42), 반경방향의 상단부(44), 축방향에 대하여 경사진 외단부(46), 반경방향에 대하여 경사진 하단부(48)로 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 4의 확대도에서 하나의 곡판날개(40)는 내단부(42), 상단부(44), 외단부(46), 하단부(48)를 4변으로 하는 사각형 구조를 예시한다. 내단부(42)는 수직축인 축방향과 평행하게 유지하고, 상단부(44)는 수직축과 직교하는 반경방향의 방사상으로 유지한다. 반면 외단부(46)는 내단부(42)에 대하여 경사지게 형성하고 하단부(48)는 상단부(44)에 대하여 경사지게 형성한다. 물론 하단부(48)는 제습베드(20)에 긴밀하게 부착되도록 또 다른 곡선을 이룬다. 이에 곡판날개(40)는 뒤틀어진 곡면 형태로 고정되어 재생가스의 나선형 이동을 유발하므로 제습베드(20)의 벽면에 대한 유동량을 증대한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 분산수단은 제습베드(20)의 내부에서 상류연결관(21)에 인접하여 더 설치되는 것을 특징으로 한다. 이는 전술한 원추날개(30) 또는 곡판날개(40)와 동일한 형태를 상측으로 설치하는 것으로서, 제습베드(20)의 내부에서 재생가스의 유동 및 배출 저항을 축소하는데 유리하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 재생가스 히터 20: 제습베드
21, 22: 연결관 25: 흡착제
30: 원추날개 31: 지지대
32: 너트 33: 홀더
35: 조절볼트 36: 주름관
37: 눈금 38: 볼조인트
40: 곡판날개 42: 내단부
44: 상단부 46: 외단부
48: 하단부

Claims (8)

1. 가스처리공정의 제습베드에서 재생가스를 분산시키는 장치에 있어서:
   상류연결관(21)과 하류연결관(22)을 지닌 통체의 내부에 흡착제(25)를 수용한 제습베드(20); 및
   상기 제습베드(20)의 내부에서 하류연결관(22)에 인접하여 설치되고, 하류연결관(22)에서 유입되는 재생가스를 중앙과 벽면으로 유도하는 분산수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 분산수단은 중앙 개구를 지닌 깔때기 형태의 원추날개(30)를 제습베드(20)의 내면과 일정한 틈새를 유지하도록 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 원추날개(30)는 제습베드(20)에 나선운동 가능하게 설치되는 조절볼트(35), 조절볼트(35)의 단부와 원추날개(30)에 개재되는 볼조인트(38), 조절볼트(35)와 볼조인트(38)를 감싸서 실링을 유지하는 주름관(36)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 조절볼트(35)는 원추날개(30)의 위치변동 상태를 인식하기 용이하도록 눈금(37)을 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 조절볼트(35)는 원추날개(30)의 위치변동을 전동력으로 조절하도록 구동기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 분산수단은 곡면으로 형성된 복수의 곡판날개(40)를 제습베드(20)의 내면 상에 일정한 간격 유지하도록 방사상으로 구비하는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 곡판날개(40)는 축방향의 내단부(42), 반경방향의 상단부(44), 축방향에 대하여 경사진 외단부(46), 반경방향에 대하여 경사진 하단부(48)로 형성되는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 분산수단은 제습베드(20)의 내부에서 상류연결관(21)에 인접하여 더 설치되는 것을 특징으로 하는 제습베드 재생가스의 날개식 분산장치.

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