KR20180034261A - 주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼 및 그 사용 방법 - Google Patents

주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼 및 그 사용 방법 Download PDF

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Abstract

교환 칼럼은 적어도 구조화된 패킹의 제1 층 및 구조화된 패킹의 제2 층을 갖고, 각각의 층은 주름형 플레이트로부터 형성되고, 제2 층의 주름형 플레이트는 20° 내지 90°로 제1 층의 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 제1 층의 수직 높이 및/또는 제2 층의 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과이다.

Description

주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼 및 그 사용 방법{EXCHANGE COLUMN WITH CORRUGATED STRUCTURED PACKING AND METHOD FOR USE THEREOF}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 2016년 9월 26일 출원된 미국 특허 출원 제15/276247호의 일부 계속 출원이고 우선권을 주장한다.
본 발명은 구조화된 패킹(structured packing)을 포함하는 교환 칼럼(exchange column) 및 교환 칼럼을 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다. 구조화된 패킹은 열 및/또는 질량 교환 칼럼에서, 특히 극저온 공기 분리 프로세스에 특정 용례를 갖지만, 예를 들어 열교환기와 같은 다른 용례에 사용될 수도 있다.
용어 "칼럼"은 본 명세서에 사용될 때, 증류(distillation) 또는 분류(fractionation) 칼럼, 즉 예로서 칼럼 내에 장착된 일련의 수직으로 이격된 트레이 또는 플레이트 상에서 또는 패킹 요소 상에서 기상과 액상의 접촉에 의해, 액상과 기상이 향류식으로 접촉되어 유체 혼합물의 분리를 실행하는 칼럼을 의미한다.
분할된 벽 칼럼은 열적으로 결합되는 칼럼 내에 분리된 체적을 형성하는 칼럼의 내부 공간 내에 위치된 적어도 하나의 분할벽을 갖는 칼럼이다. 분할벽은 통상적으로 수직으로 배향된다. 2개의 상이한 질량 전달 분리가 분할벽의 어느 일측의 분리된 체적 내에 발생할 수도 있다. 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 US 7,357,378 B2호는 분할된 벽 교환 칼럼을 개시하고 있다.
용어 "패킹"은 2개의 상의 향류 유동 중에 액체-기체 계면에서 열 및/또는 질량 전달을 허용하기 위해 액체를 위한 표면적을 제공하기 위한 칼럼 내부로서 사용되는 사전결정된 크기, 형상 및 구성의 중실 또는 중공 본체를 의미한다. 2개의 넓은 분류의 패킹은 "랜덤" 및 "구조화된"이다.
"랜덤 패킹"은 개별 부재가 서로에 대해 또는 칼럼축에 대해 어떠한 특정 배향도 갖지 않는 패킹을 의미한다. 랜덤 패킹은 패킹의 랜덤 배향을 야기하는 방식으로 칼럼 내에 로딩되는 단위 체적당 큰 표면적을 갖는 전통적으로 소형 중공 구조체이다.
"구조화된 패킹"은 개별 부재가 서로에 대해 그리고 칼럼축에 대해 특정 배향을 갖는 패킹을 의미한다. 구조화된 패킹은 일반적으로 층으로 적층된 얇은 금속 포일로 제조된다.
용어 "표면적 밀도"는 구조화된 패킹의 단위 체적당 구조화된 패킹의 표면적을 의미하고, 일반적으로 패킹에 의해 점유된 체적의 m2/m3의 단위로 표현된다.
증류와 같은 프로세스에서, 향류 유동하는 액체 및 기체 스트림 사이의 열 및/또는 질량 전달을 촉진하기 위해 구조화된 패킹을 사용하는 것이 유리하다. 구조화된 패킹은 랜덤 패킹 또는 트레이와 비교될 때, 더 낮은 압력 강하를 갖는 열 및/또는 질량 전달을 위한 더 높은 효율의 이익을 제공한다. 이는 랜덤 패킹보다 더 예측 가능한 성능을 또한 갖는다.
구조화된 패킹의 분리 성능은 이론 단수(theoretical plate)에 의해 성취되는 조성 변화에 해당하는 조성 변화가 성취되는 패킹의 높이인, 이론단 해당 높이(height equivalent to a theoretical plate: HETP)의 견지에서 종종 제공된다. 용어 "이론 단수"는 존재하는 기체 및 액체 스트림이 평형 상태에 있도록 하는 기상과 액상 사이의 접촉 프로세스를 의미한다. 특정 분리를 위한 특정 패킹의 HETP가 작을수록, 패킹이 더 효율적인데, 이는 사용되는 패킹 베드의 높이가 HETP에 따라 감소하기 때문이다.
구조화된 패킹의 분리 성능 또는 패킹 효율은 길이의 단위를 갖는, 전달 유닛 높이(height of a transfer unit: HTU) 또는 전체 전달 유닛 높이(height of an overall transfer unit), 가스 농도 기반(gas concentration basis: HOG)의 견지에서 또한 설명될 수도 있다.
HETP 및 HOG와 같은 패킹 효율 파라미터는 산업에서 사용되는 공통 파라미터이고, 참조 서적, 예를 들어, 페리(Perry)의 Chemical Engineers Handbook, 8th Edition, section 14.4.2에 설명되어 있다.
공기의 극저온 분리는 증류 칼럼을 통해 액체와 기체를 향류식으로 접촉하도록 통과시킴으로써 수행된다. 혼합물의 기상은 더 휘발성 성분(예를 들어, 질소)의 계속 증가하는 농도에 따라 상승하고, 반면에 혼합물의 액상은 덜 휘발성 성분(예를 들어, 산소)의 계속 증가하는 농도에 따라 하강한다. 다양한 패킹 또는 트레이가 혼합물의 액상 및 기상을 접촉하게 하여 상들 사이에 질량 전달을 성취하는 데 사용될 수도 있다.
그 성분(즉, 질소, 산소, 아르곤 등)으로의 극저온 증류에 의한 공기의 분리를 위한 다수의 프로세스가 존재한다. 이러한 프로세스는 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 US 6,357,728 B1호 및 EP 2 822 683 B1호에 설명되어 있다.
종래 기술에 설명되어 있는 바와 같이, 구조화된 패킹은 다양한 성분, 예를 들어 산소, 질소, 및 선택적으로 아르곤을 분리하기 위해 교환 칼럼 내에서 액상과 기상 사이에 접촉을 제공하는 데 사용될 수도 있다.
구조화된 패킹을 사용하기 위한 종래의 기술은 주름형 구조화된 패킹 및 그 용례를 설명하고 있는 미국 특허 제 4,296,050호[마이어(Meier)]에 후속하는 구조화된 패킹에 속하는 다양한 특허에 설명되어 있다.
기본적인 종래의 구조화된 패킹 요소(20)가 도 1 및 도 1a에 도시되어 있다. 각각의 패킹 요소는 주름형인 얇은 금속 포일, 얇은 플라스틱 포일, 또는 다른 적합한 재료로 제조된다.
주름형인 것에 추가하여, 요소 또는 시트는 그 의도된 용례를 위한 특정 요구에 부합하기 위해 기본 요소(20)의 성능을 향상시킬 수 있는 표면 텍스처(30)(예를 들어, 측방향 또는 수평 줄무늬), 천공부, 구멍 또는 개구(28), 세로홈(fluting), 딤플(dimple), 홈(groove) 또는 다른 특징부를 가질 수도 있다.
융기된/압하된 영역에 의해 형성된 천공부(28) 및 텍스처(30)는 포일의 표면 상에 액체/기체 확산을 보조하고, 따라서 패킹의 열 및 질량 전달 효율을 향상시킨다. 통상적으로, 천공부에 의해 점유된 포일의 표면적은 5% 내지 20%이다. 통상적으로, 세로홈은 수평 줄무늬, 또는 십자형 관계의 미세 홈의 형태의 양방향성 표면 텍스처의 형태일 수도 있다.
주름부는 도 1a의 단면도에 도시되어 있는 바와 같이, 파형 패턴으로 형성된다. 주름부의 2개의 교번적인 경사진 측면은 "끼인각(included angle)"이라 칭하는 각도(β)를 형성한다. 주름부의 파형부가 거의 삼각형 형상인 것이 매우 통상적이지만, 통상적으로 루트 반경(root radius)이라 칭하는 몇몇 유한 곡률반경이 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 절첩부 내에 표현된다. 0.1 내지 3 밀리미터의 범위의 루트 반경(r)이 바람직하지만, 0.3 내지 1 밀리미터의 범위의 루트 반경을 갖는 것이 가장 바람직하다. 각각의 주름부는 실질적으로 삼각형 단면이 되도록 근사될 때, 본 명세서에 각각 참조로서 합체되어 있는 US 6,357,728호 및 US 6,598,861호에 개시되어 있는 바와 같이 80° 내지 110°의 범위 또는 90° 내지 100°의 범위의 끼인각(β)을 가질 수도 있다.
통상의 구조화된 패킹은 도 1 및 도 1a에서와 같이 수직으로 배향된 주름형 패킹 시트 또는 요소(20)를 채용하는데, 여기서 주름부는 "주름각"이라 칭하는, 수평에 대한 각도(α)로 배열된다. 각각의 요소는 그 주름 방향이 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 그 인접한 패킹 시트의 주름 방향으로부터 역전되도록 위치된다. 대각선 실선은 하나의 패킹 요소의 주름부를 표현하고 있고, 대각선 파선은 인접한 패킹 요소의 주름부를 표현하고 있다. 증류 칼럼에 사용을 위해 수직 배향으로 배치될 때, 주름부는 수평과 각도(α)를 형성한다. 주름각(α)은 US 6,357,728호 및 US 6,598,861호에 개시되어 있는 바와 같이, 약 35° 내지 약65°의 범위이거나 또는 약 40° 내지 약 60°의 범위일 수도 있다.
이러한 기본 패킹 요소(20)를 사용하여, 구조화된 패킹의 "브릭(brick)"(24)은 인접한 요소의 주름부가 도 2에 도시되어 있는 십자형 방식으로 배열되도록 요소를 조립함으로써(통상적으로, 브릭당 약 40개 내지 50개의 요소) 제조된다. (요소를 적소에 고정하는 데 사용된 수단은 도시되어 있지 않다.) 브릭(24)이 교환 칼럼(22) 내에 배치될 때, 벽 부근의 브릭의 에지는 거칠고 깔쭉깔쭉하여, 간극을 생성한다. 액체 바이패스를 감소시키기 위해, 와이퍼(26)가 통상적으로 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 사용된다.
종래의 구조화된 패킹으로 패킹된 증류 칼럼(40)이 도 4a 및 도 4b에 개략적으로 도시되어 있다.
구조화된 패킹 브릭(24)은 통상적으로 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 증류 칼럼(40)의 섹션 내에 층(48, 48')으로 조립된다. 도 4a는 도 4b에 4A-4A에 단면도로서 일 입면에서 약 12개의 브릭(24)의 배열을 도시하고 있는 평면도이다. 도 4b는 액체 분배기(44)와 기체 분배기(46) 사이의 섹션에 복수의 층(48, 48')을 갖는 구조화된 패킹 칼럼(40)의 전체 배열의 입면도를 도시하고 있고, 여기서 패킹의 연속적인 층(48, 48')[통상적으로 각각의 층은 약 0.2 m(8 인치)의 높이(s)를 가짐]은 직각(즉, 90°)으로 서로에 대해 회전되어 있다. 이는 가장 통상의 배열이지만, 다른 회전 패턴(예를 들어, 연속적인 층이 약 0° 내지 약 90°의 각도로 회전되어 있음)이 사용될 수 있다.
칼럼 내의 구조화된 패킹의 층 내에서, 다수의 포일이 수직으로(즉, 포일의 평면이 칼럼의 축에 실질적으로 평행하게) 배향되고, 인접한 포일은 횡방향으로 배향된(즉, 제1 포일이 좌하부로부터 우상부로 연장하는 그 주름부를 가지면, 인접한 포일은 그 주름부가 우하부로부터 좌상부로 연장하도록 배향될 것임) 이들의 주름부를 갖는다. 이러한 배열은 US 4,296,050호(마이어)의 도 3에 도시되어 있다. 유동 특성을 향상시키기 위해, 통상적으로 하위의 층에 관하여 칼럼축 둘레로 90°의 각도만큼, 구조화된 패킹의 연속적인 층을 회전시키는 것이 통상적이다. 이러한 배열은 US 4,296,050호(마이어)의 도 4에 도시되어 있다. 그러나, 각각의 회전은 패킹으로 구성된 칼럼을 통한 압력 강하를 증가시킨다.
구조화된 패킹 및 그 특징부는 예를 들어, 본 명세서에 각각 참조로서 합체되어 있는, Distillation Design, Chapter 8, 헨리 제트. 키스터(Henry Z. Kister), McGraw-Hill, Inc. 1992, Distillation Operation, 헨리 제트. 키스터, McGraw-Hill, Inc. 1990, 및 페리(perry)의 Chemical Engineers Handbook, 8th Edition, 2008, Chapter 14.4. EQUIPMENT FOR DISTILLATION AND GAS ADSORPTION: PACKED COLUMNS에 설명되어 있다.
페리의 Chemical Engineers Handbook, 8th Ed.에는, "주름부 확산 가스 및 액체는 일련의 평행 평면에서 단일의 요소를 통해 유동한다. 가스 및 액체를 모든 반경방향 평면에서 균일하게 확산하기 위해, 인접한 요소는 하나의 요소의 시트가 아래의 층에 대해 고정 각도에 있도록 회전되어 있다(도 14 내지 도 51). 양호한 확산을 위해, 요소 높이(s)는 비교적 짧고(통상적으로 200 내지 300 mm, 8 내지 12 in), 회전각은 대략 90°이다"라고 기술되어 있다. 요소 높이(s)는 구조화된 패킹층의 높이에 대응한다.
키스터의 Distillation Design, §8.1.8에는, "주름형 시트는 통상적으로 8 내지 12 in 높이로 요소 내로 조립된다"라고 기술되어 있다. 키스터의 Distillation Operation, §10.8에는, "패킹은 일반적으로 섹션 또는 "브릭"으로 공급된다. 통상적인 브릭 높이는 8 내지 12 in(즉, 200 mm 내지 300 mm)이다"라고 기술되어 있다. 키스터는 "브릭은 더 소형 칼럼에서 벽간 거리만큼 길 수 있지만, 손상의 가능성을 최소화하기 위해, 칼럼의 중앙부에 이 거리를 구성하는 다수의 브릭을 갖는 것이 더 양호하다"라고 기술을 계속하고 있다.
교환 칼럼 내의 구조화된 패킹이 수년 동안 사용되어 왔고 개량이 수년에 걸쳐 이루어져 왔지만, 산업 분야는 여전히 향상된 분리 성능을 갖는 교환 칼럼을 요구하고 있다.
본 발명은 주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼, 교환 칼럼을 사용하기 위한 방법, 및 교환 칼럼을 제조하는 방법에 관한 것이다.
아래에 개략 설명된 바와 같은 본 발명의 다양한 양태가 존재한다. 이하에는, 본 발명의 특정 양태가 개략 설명되어 있다. 괄호 내에 쓰여진 도면 부호 및 표현은 도면을 참조하여 이하에 더 설명되는 예시적인 실시예를 참조한다. 그러나, 도면 부호 및 표현은 단지 예시적인 것이고, 예시적인 실시예의 임의의 특정 구성 또는 특징에 양태를 한정하는 것은 아니다. 양태는 괄호 내에 쓰여진 도면 부호 및 표현이 적절하게 생략되거나 다른 것으로 대체되어 있는 청구범위로서 공식화될 수 있다.
양태 1. 교환 칼럼으로서,
하나 이상의 벽(105) 내에 하나 이상의 체적을 형성하는 하나 이상의 벽(105)으로서, 하나 이상의 체적 중 적어도 하나의 체적은 종축(101) 및 종축(101)에 수직인 단면을 갖고, 단면은 직경(D), 및 0.636 m2 초과의 면적을 갖는 것인, 하나 이상의 벽(105);
적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제1 층(110)으로서, 제1 층은 높이(h1)를 갖고, 구조화된 패킹의 제1 층(110)은
(i-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제1 세트의 주름형 플레이트(111)로서, 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 수직 높이(수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제1 층(110)의 높이는 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 수직 높이인 것인, 제1 세트의 주름형 플레이트(111), 또는
(i-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)으로서, 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 주름형 플레이트는 2개 이상의 세트(211, 212)의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 조합된 수직 높이(조합된 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제1 층(110)의 높이는 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 조합된 수직 높이인 것인, 제1 그룹(210)을 포함하는 것인,
구조화된 패킹의 제1 층(110); 및
적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제2 층(120)으로서, 제2 층은 높이(h2)를 갖고, 구조화된 패킹의 제2 층(120)은
(ii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제2 세트의 주름형 플레이트(121)로서, 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 수직 높이(수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제2 층(120)의 높이는 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 수직 높이인 것인, 제2 세트의 주름형 플레이트(121), 또는
(ii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)으로서, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 제2 그룹(220)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 주름형 플레이트는 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트(221, 222)의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 조합된 수직 높이를 갖고, 제2 층의 높이는 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 조합된 수직 높이인 것인, 제2 그룹(220)을 포함하는 것인,
구조화된 패킹의 제2 층(120)을 포함하고;
구조화된 패킹의 제1 층(110)은 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 위에 위치되고, 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제1 층(110)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위의 각도(즉, 회전각)로 회전되어 있는 배향을 갖고,
구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이와 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이 중 적어도 하나는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인 교환 칼럼.
양태 2. 양태 1에 있어서, 제1 층의 높이(h1)와 단면의 직경(D)은 제1 높이 대 직경비(
Figure pat00001
)를 형성하고, 제2 층의 높이(h2)와 단면의 직경(D)은 제2 높이 대 직경비(
Figure pat00002
)를 형성하고, 제1 높이 대 직경비(
Figure pat00003
)와 제2 높이 대 직경비(
Figure pat00004
) 중 적어도 하나(또는 모두)는 0.35 내지 0.6의 범위, 또는 0.4 내지 0.55의 범위, 또는 0.45 내지 0.55의 범위인 것인 교환 칼럼.
양태 3. 양태 1 또는 양태 2에 있어서, 각도(즉, 회전각)는 70° 내지 90°의 범위인 것인 교환 칼럼.
양태 4. 양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이 및 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인 교환 칼럼.
양태 5. 양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 제2 세트의 주름형 플레이트(121)를 포함하고, 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과의 수직 높이를 갖고, 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 1000 mm 미만의 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 6. 양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)을 포함하고, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과의 조합된 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 7. 양태 6에 있어서, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 조합된 수직 높이는 7.5 m 미만, 또는 3.5 m 미만, 또는 2.5 m 미만인 것인 교환 칼럼.
양태 8. 양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 체적의 단면의 면적은 177 m2 미만, 또는 40 m2 미만, 또는 24 m2 미만이고, 그리고/또는 적어도 하나의 체적의 단면의 직경은 15 m 미만, 또는 7.1 m 미만, 또는 5.5 m 미만인 것인 교환 칼럼.
양태 9. 양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층은 제1 세트의 주름형 플레이트(111)를 포함하고, 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 1000 mm 미만의 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 10. 양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)을 포함하고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 7.5 m 미만, 또는 3.5 m 미만, 또는 2.5 m 미만의 조합된 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 11. 양태 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서,
적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제3 층(130)으로서, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 높이를 갖고, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은
(iii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제3 세트의 주름형 플레이트(131)로서, 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 수직 높이를 갖고, 제3 층(130)의 높이는 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 수직 높이인 것인, 제3 세트의 주름형 플레이트(131), 또는
(iii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)으로서, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 제3 그룹(230)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 주름형 플레이트는 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 제3 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 조합된 수직 높이(조합된 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제3 층의 높이는 제3 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 조합된 수직 높이인 것인, 제3 그룹(230)을 포함하고,
구조화된 패킹의 제3 층(130)은 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 아래에 위치되고, 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제3 층(130)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위의 각도(즉, 회전각)로 회전되어 있는 배향을 갖는 것인,
구조화된 패킹의 제3 층(130), 및 선택적으로
적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제4 층(140)으로서, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 높이를 갖고, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은
(iv-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제4 세트의 주름형 플레이트(141)로서, 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 수직 높이(수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제4 층(140)의 높이는 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 수직 높이인 것인, 제4 세트의 주름형 플레이트(141), 또는
(iv-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)으로서, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 제4 그룹(240)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 주름형 플레이트는 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(241, 242)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 조합된 수직 높이(조합된 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제4 층(140)의 높이는 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 조합된 수직 높이인 것인, 제4 그룹(240)을 포함하고,
구조화된 패킹의 제4 층(140)은 존재하면, 구조화된 패킹의 제3 층(130)에 인접하여 그 아래에 위치되고, 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 제4 층(140)의 주름형 플레이트는 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위의 각도(즉, 회전각)로 회전되어 있는 배향을 갖는 것인,
구조화된 패킹의 제4 층(140)을 더 포함하는 교환 칼럼.
양태 12. 양태 11에 있어서, 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대한 제3 층(130)의 주름형 플레이트의 각도는 70° 내지 90°의 범위, 바람직하게는 약 90°이고, 존재하면, 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대한 제4 층(140)의 주름형 플레이트의 각도는 70° 내지 90°의 범위, 바람직하게는 약 90°인 것인 교환 칼럼.
양태 13. 양태 11 또는 양태 12에 있어서, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 제3 세트의 주름형 플레이트를 포함하고, 제3 세트의 주름형 플레이트는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과의 수직 높이를 갖고, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 존재하면, 제4 세트의 주름형 플레이트를 포함하고, 제4 세트의 주름형 플레이트는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과의 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 14. 양태 13에 있어서, 제3 세트의 주름형 플레이트는 1000 mm 미만의 수직 높이를 갖고, 제4 세트의 주름형 플레이트는, 존재하면, 1000 mm 미만의 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 15. 양태 11 또는 양태 12에 있어서, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 제3 그룹을 포함하고, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과의 조합된 수직 높이를 갖고, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은, 존재하면, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)을 포함하고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과의 조합된 수직 높이를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 16. 양태 15에 있어서, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 조합된 수직 높이는 7.5 m 미만, 또는 3.5 m 미만, 또는 2.5 m 미만이고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 조합된 수직 높이는, 존재하면, 7.5 m 미만, 또는 3.5 m 미만, 또는 2.5 m 미만인 것인 교환 칼럼.
양태 17. 양태 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 주름형 플레이트의 제1 세트(111) 또는 제1 그룹(210)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 갖고, 주름형 플레이트의 제2 세트(121) 또는 제2 그룹(220)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 갖고, 주름형 플레이트의 제3 세트(131) 또는 제3 그룹(230)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는, 존재하면, 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 갖고, 주름형 플레이트의 제4 세트(141) 또는 제4 그룹(240)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는, 존재하면, 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 18. 양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 주름형 플레이트의 제1 세트(111) 또는 제1 그룹(210)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 개방 영역을 주름형 플레이트의 제1 세트(111) 또는 제1 그룹(210)의 각각의 주름형 플레이트 내에 생성하고, 주름형 플레이트의 제2 세트(121) 또는 제2 그룹(220)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 개방 영역을 주름형 플레이트의 제2 세트(121) 또는 제2 그룹(220)의 각각의 주름형 플레이트 내에 생성하고, 주름형 플레이트의 제3 세트(131) 또는 제3 그룹(230)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는, 존재하면, 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 개방 영역을 주름형 플레이트의 제3 세트(131) 또는 제3 그룹(230)의 각각의 주름형 플레이트 내에 생성하고, 주름형 플레이트의 제4 세트(141) 또는 제4 그룹(240)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는, 존재하면, 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 개방 영역을 주름형 플레이트의 제4 세트(141) 또는 제4 그룹(240)의 각각의 주름형 플레이트 내에 생성하는 것인 교환 칼럼.
양태 19. 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위, 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 갖고, 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위, 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 20. 양태 11 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은, 존재하면, 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위, 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 갖고, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은, 존재하면, 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위, 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 21. 양태 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층(110) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 22. 양태 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제2 층(120) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 23. 양태 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층(110) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플의 형태인 것인 교환 칼럼.
양태 24. 양태 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제2 층(120) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플의 형태인 것인 교환 칼럼.
양태 25. 양태 11 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 패킹의 제3 층(130) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는, 존재하면, 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 갖고, 구조화된 패킹의 제4 층(140) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는, 존재하면, 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 26. 양태 25에 있어서, 구조화된 패킹의 제3 층(130) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는, 존재하면, 수평 줄무늬 및/또는 딤플의 형태이고, 구조화된 패킹의 제4 층(140) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는, 존재하면, 수평 줄무늬 및/또는 딤플의 형태인 것인 교환 칼럼.
양태 27. 양태 1 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 주름부는 약 35° 내지 약 70°의 범위, 또는 약 40° 내지 약 60°의 범위의 수평에 대한 주름각(α)을 갖고, 각각의 주름부는 실질적으로 삼각형 단면인 것으로 근사될 때, 80° 내지 110°의 범위 또는 80° 내지 95°의 범위의 끼인각(각도 β)을 갖는 것인 교환 칼럼.
양태 28. 혼합물의 분리 방법으로서,
혼합물을 양태 1 내지 27 중 어느 하나에 따른 교환 칼럼 내로 도입하는 단계;
혼합물을 구조화된 패킹의 제1 층(110) 및 구조화된 패킹의 제2 층(120)과 접촉시키는 단계;
교환 칼럼으로부터 제1 생성물을 회수하는 단계; 및
교환 칼럼으로부터 제2 생성물을 회수하는 단계를 포함하는 혼합물의 분리 방법.
양태 29. 양태 28에 있어서, 혼합물은 산소와 질소를 포함하고, 제1 생성물은 산소 농후 생성물이고, 제2 생성물은 질소 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
양태 30. 양태 28에 있어서, 혼합물은 산소와 아르곤을 포함하고, 제1 생성물은 산소 농후 생성물이고, 제2 생성물은 아르곤 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
양태 31. 양태 28에 있어서, 혼합물은 수소와 일산화탄소를 포함하고, 제1 생성물은 수소 농후 생성물이고, 제2 생성물은 일산화탄소 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
양태 32. 양태 28에 있어서, 혼합물은 수소와 일산화탄소를 포함하고, 제1 생성물은 0.5:1 내지 2.5:1, 또는 0.9:1 내지 1.5:1, 또는 0.9:1 내지 1.1:1의 H2:CO 몰비를 가질 수도 있고, 제2 생성물은 수소 농후 생성물 또는 일산화탄소 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
양태 33. 교환 칼럼의 제조 방법으로서,
교환 칼럼의 하나 이상의 벽을 마련하는 단계로서, 하나 이상의 벽(105)은 하나 이상의 벽(105) 내에 하나 이상의 체적을 형성하고, 하나 이상의 체적의 적어도 하나의 체적은 종축(101) 및 종축(101)에 수직인 단면을 갖고, 단면은 직경(D), 및 0.636 m2 초과의 면적을 갖는 것인, 하나 이상의 벽을 마련하는 단계;
구조화된 패킹의 제1 층(110)을 마련하는 단계로서, 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 높이(h1)를 갖고, 구조화된 패킹의 제1 층(110)은
(i-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제1 세트의 주름형 플레이트(111)로서, 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 수직 높이(수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제1 층(110)의 높이는 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 수직 높이인 것인, 제1 세트의 주름형 플레이트(111), 또는
(i-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)으로서, 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 주름형 플레이트는 2개 이상의 세트(211, 212)의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1 ° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 조합된 수직 높이(조합된 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있음)를 갖고, 제1 층(110)의 높이는 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 조합된 수직 높이인 것인, 제1 그룹(210)을 포함하는 것인,
구조화된 패킹의 제1 층(110)을 마련하는 단계;
구조화된 패킹의 제2 층(120)을 마련하는 단계로서, 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 높이(h2)를 갖고, 구조화된 패킹의 제2 층(120)은
(ii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제2 세트의 주름형 플레이트(121)로서, 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 수직 높이를 갖고, 제2 층의 높이는 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 수직 높이인 것인, 제2 세트의 주름형 플레이트(121), 또는
(ii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)으로서, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 제2 그룹(220)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 주름형 플레이트는 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트(221, 222)의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 조합된 수직 높이를 갖고, 제2 층의 높이는 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 조합된 수직 높이인 것인, 제2 그룹(220)을 포함하고,
구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이와 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이 중 적어도 하나는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인,
구조화된 패킹의 제2 층(120)을 마련하는 단계;
구조화된 패킹의 제1 층(110)이 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 위에 위치되도록, 그리고 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제1 층(110)의 주름형 플레이트가 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 구조화된 패킹의 제1 및 제2 층(110, 120)을 설치하는 단계를 포함하는 교환 칼럼의 제조 방법.
34. 양태 33에 있어서, 상기 제1층의 높이(h1)와 교환 칼럼의 직경(D)은 제1 높이 대 직경비(
Figure pat00005
)를 형성하고, 제2 층의 높이(h2)와 교환 칼럼의 직경(D)은 제2 높이 대 직경비(
Figure pat00006
)를 형성하고, 제1 높이 대 직경비(
Figure pat00007
)와 제2 높이 대 직경비(
Figure pat00008
) 중 적어도 하나는 0.35 내지 0.6의 범위, 0.4 내지 0.55의 범위, 또는 0.45 내지 0.55의 범위인 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
양태 35. 양태 33 또는 양태 34에 있어서, 구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이 및 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
양태 36. 양태 33 내지 35 중 어느 하나에 있어서,
구조화된 패킹의 제3 층(130)을 마련하는 단계를 더 포함하고, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은
(iii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제3 세트의 주름형 플레이트(131)로서, 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는 것인, 제3 세트의 주름형 플레이트(131), 또는
(iii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)으로서, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 제3 그룹(230)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 주름형 플레이트는 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있는 것인, 제3 그룹(230)을 포함하고,
구조화된 패킹의 제3 층(130)은 구조화된 패킹의 제3 층(130)이 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 아래에 위치되도록, 그리고 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제3 층(130)의 주름형 플레이트가 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 설치되는 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
양태 37. 양태 36에 있어서,
구조화된 패킹의 제4 층(140)을 마련하는 단계를 더 포함하고, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은
(iv-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제4 세트의 주름형 플레이트(141)로서, 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는 것인, 제4 세트의 주름형 플레이트(141), 또는
(iv-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)으로서, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 제4 그룹(240)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 주름형 플레이트는 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(241, 242)에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있는 것인, 제4 그룹(240)을 포함하고,
구조화된 패킹의 제4 층(140)은 구조화된 패킹의 제4 층(140)이 구조화된 패킹의 제3 층(130)에 인접하여 그 아래에 위치되도록, 그리고 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 제4 층(140)의 주름형 플레이트가 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 설치되는 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 종래의 구조화된 패킹 요소의 사시도.
도 1a는 라인 1A-1A를 따라 취한 도 1의 요소의 단면도.
도 2는 종래의 구조화된 패킹 내의 인접한 요소의 십자형 배열을 도시하고 있는 개략도.
도 3은 패킹된 칼럼 내의 벽 와이퍼의 통상의 사용을 도시하고 있는 개략도.
도 4a는 도 4b의 라인 4A-4A를 따라 취한 단면도로 일 입면에서 구조화 패킹의 브릭의 배열의 개략 평면도.
도 4b는 증류 칼럼의 섹션에서 액체 분배기와 기체 분배기 사이의 구조화된 패킹의 복수의 층의 배열의 개략 입면도.
도 5는 증류 칼럼의 섹션에서 증가된 높이의 구조화된 패킹 요소의 복수의 층의 본 발명에 따른 배열의 개략 입면도.
도 6은 90° 회전되어 있는 층에 인접하여 정렬되어 있는 층의 쌍을 갖는 구조화된 패킹 요소의 복수의 층의 본 발명에 따른 배열의 개략 입면도.
도 7은 200 mm 직경 칼럼 내에서의 아르곤/산소 혼합물의 분리를 위한 정규화된 HTU 대 유효 층 높이의 플롯.
도 8은 900 mm 직경 칼럼 내에서의 아르곤/산소 혼합물의 분리를 위한 정규화된 HTU 대 유효 층 높이의 플롯.
이어지는 상세한 설명은 바람직한 예시적인 실시예만을 제공하고, 본 발명의 범주, 적용성 또는 구성을 한정하도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 바람직한 예시적인 실시예의 이어지는 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예를 구현하기 위한 가능한 설명을 당 기술 분야의 숙련자들에게 제공할 것이고, 다양한 변경이 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 요소의 기능 및 배열에 이루어질 수도 있다는 것이 이해된다.
본 명세서에 사용될 때 단수 용어는 상세한 설명 및 청구범위에 설명된 본 발명의 실시예의 임의의 특징에 적용될 때 하나 이상을 의미한다. 단수 용어의 사용은 이러한 한정이 구체적으로 언급되지 않으면, 단일의 특징부로 의미를 한정하는 것은 아니다. 단수형 또는 복수형 명사 또는 명사구에 선행하는 표현 "이"는 특정 지정된 특징부 또는 특정 지정된 특징부들을 나타내고, 이것이 사용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수 함축적 의미를 가질 수도 있다.
형용사 "임의의"는 어떠한 양이건 가리지 않고 하나, 몇몇, 또는 모두를 의미한다.
제1 객체와 제2 객체 사이에 배치된 용어 "및/또는"은 (1) 단지 제1 객체, (2) 단지 제2 객체, 및 (3) 제1 객체 및 제2 객체의 임의의 의미를 포함한다. 3개 이상의 객체 중 마지막 2개의 객체 사이에 배치된 용어 "및/또는"은 이 리스트 내의 객체의 임의의 특정 조합을 포함하는 리스트 내의 객체 중 적어도 하나를 의미한다. 예를 들어, "A, B 및/또는 C"는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 동일한 의미를 갖고, A, B 및 C의 이하의 조합: (1) A만, (2) B만, (3) C만, (4) A 및 B, C 제외, (5) A 및 C, B 제외, (6) B 및 C, A 제외, 및 (7) A와 B와 C를 포함한다.
특징부 또는 객체의 리스트에 선행하는 구문 "~ 중 적어도 하나"는 객체의 리스트 내의 특징부 또는 객체 중 하나 이상을 의미하지만, 객체의 리스트 내에 구체적으로 열거된 각각의 모든 객체 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것은 아니고 객체의 리스트 내의 객체의 임의의 조합을 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, "A, B 또는 C 중 적어도 하나"(또는 등가적으로 "A, B 및 C 중 적어도 하나" 또는 등가적으로 "A, B, 및/또는 C 중 적어도 하나")는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 동일한 의미를 갖고, A, B 및 C의 이하의 조합: (1) A만, (2) B만, (3) C만, (4) A 및 B, C 제외, (5) A 및 C, B 제외, (6) B 및 C, A 제외, 및 (7) A와 B와 C를 포함한다.
용어 "복수의"는 "2개 또는 2개 초과"를 의미한다.
구문 "적어도 일부"는 "일부 또는 모두"를 의미한다. 스트림의 적어도 일부는 이것이 유도되는 스트림과 동일한 각각의 종의 농도를 갖는 동일한 조성을 가질 수도 있다. 스트림의 적어도 일부는 이것이 유도되는 스트림의 것과는 상이한 종의 농도를 가질 수도 있다. 스트림의 적어도 일부는 이것이 유도되는 스트림의 단지 특정 종을 포함할 수도 있다.
본 명세서에 사용될 때, "제1", "제2", "제3" 등은 복수의 단계 및/또는 특징부를 구별하는 데 사용되고, 이와 같이 명시적으로 언급되지 않으면, 총 수, 또는 시간 및/또는 공간의 상대 위치를 지시하는 것은 아니다.
본 명세서에 사용될 때, "수직" 및 "수직으로"는 이들의 통례의 의미를 갖는다. 수직 방향은 중력과 정렬된다.
용어 "농후" 또는 "농후한"은 이것이 형성되었던 원래 스트림보다 더 높은 지시된 성분의 몰 % 농도를 갖는 것을 의미한다.
본 발명은 주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼 및 교환 칼럼을 제조하고 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.
주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된다. 교환 칼럼은 증류 칼럼, 분류 칼럼 등일 수도 있다.
교환 칼럼은 하나 이상의 벽(105) 내에 하나 이상의 체적을 형성하는 하나 이상의 벽(105)을 포함한다. 하나 이상의 체적의 적어도 하나의 체적은 종축(101) 및 종축(101)에 수직인 단면을 갖고, 여기서 단면은 직경(D), 및 0.636 m2 초과의 면적을 갖는다. 본 발명은 0.636 m2 초과의 단면적 및/또는 0.9 m 초과의 직경을 갖는 임의의 교환 칼럼에 적합하다. 큰 단면적 및 큰 직경을 갖는 교환 칼럼은 하나 이상의 생성물로 더 큰 양의 공급물을 처리하는 것이 가능한 기술적 효과를 갖는다. 교환 칼럼의 단면의 면적에 대한 상한은 단지 구성의 실용적인 제한에 의해서만 제한될 수도 있고, 예를 들어 177 m2, 또는 40 m2, 또는 24 m2일 수도 있다. 교환 칼럼의 직경의 상한은 예를 들어, 15 m, 7.1 m, 또는 5.5 m일 수도 있다.
교환 칼럼의 하나 이상의 벽에 의해 형성된 하나 이상의 체적은 간단히 각각의 칼럼 섹션의 높이에 내부 단면적을 곱한 값이다. 하나 이상의 체적 중 적어도 하나의 체적은 구조화된 패킹층을 포함하는 높이에 내부 단면적으로 곱한 값이다.
교환 칼럼의 단면은 원형일 수도 있다. 직경은 교환 칼럼의 내부 직경(내경)을 나타낸다. 교환 칼럼이 예를 들어 타원과 같이, 원형 단면을 갖지 않는 경우에, 직경은 등가 직경(Dequivalent)이고,
Figure pat00009
으로서 정의되고, 여기서 A는 교환 칼럼의 단면적이다.
교환 칼럼은 수직인(즉, 중력의 방향에서 정렬됨) 종축과 동일한 방향으로 연장하는 높이 치수를 갖는다.
교환 칼럼은 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 US 6,357,728 B1호에 설명되어 있는 것과 같은 원통형 칼럼일 수도 있다. 교환 칼럼은 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 US 7,357,378 B2호에 설명되어 있는 것과 같은 분할벽 칼럼일 수도 있다. 하나 이상의 벽(105)은 분할벽 칼럼 내에서 발견되는 바와 같은 패킹을 포함하는 2개 이상의 체적을 형성할 수도 있다. 교환 칼럼은 예를 들어, 본 명세서에 각각 참조로서 합체되어 있는 US 4,994,098 A호, US 4,983,194 A호, 및 US 5,970,743 A호와 같이, 종래 기술에 공지되어 있는 바와 같은 측면 아암 칼럼일 수도 있다.
교환 칼럼은 적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제1 층(110)을 포함한다. 제1 층은 높이(h1)를 갖는다. 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 (i-a) 제1 세트의 주름형 플레이트(111) 또는 (i-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)을 포함하고, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)은 단일 세트 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공하도록 배향된다.
제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 수직으로 평행 관계로 배치된 주름형 플레이트의 세트이다.
수직으로 평행한 관계로 배치된 세트 내의 주름형 플레이트는 나란히 배열되어 있는 주름형 플레이트이고, 세트 내의 각각의 주름형 플레이트는 하단부 및 상단부 및 하단부로부터 상단부로 연장하는 길이를 갖고, 여기서 세트 내의 각각의 주름형 플레이트는 수직 높이를 갖고, 여기서 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에서의 높이이고, 각각의 주름형 플레이트의 길이는 세트의 각각의 주름형 플레이트의 수직 높이와 동일하다. 세트 내의 각각의 주름형 플레이트의 평면은 교환 칼럼의 종축에 실질적으로 평행하다고 또한 일컬을 수 있다.
제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다.
본 명세서에 사용될 때, "개구"는 주름형 플레이트 자체 내의 천공부, 또는 구멍이다. 종래 기술로부터 공지되어 있는 바와 같이, 개구는 포일의 표면 상의 액체/기체 확산을 보조하고, 따라서 패킹의 열 및 질량 전달 효율을 향상시킨다.
제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 수직 높이를 갖고, 여기서 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있다. 제1 층(110)이 제1 세트의 주름형 플레이트(111)를 포함할 때, 제1 층(110)의 높이는 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 수직 높이이다. 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 주름형 플레이트의 높이 치수는 교환 칼럼의 높이 치수에 대응(정렬)한다. 수직 높이의 상한은 실용적인 고려 사항에 의해 제한될 수도 있고, 1000 mm 만큼 높을 수도 있다.
제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 복수의 50 내지 5,000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 제1 세트의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 "브릭"의 부분일 수도 있다. 제1 세트의 주름형 플레이트는 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
제1 세트의 주름형 플레이트의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 개구의 등가 직경은 개구와 동일한 개방 영역을 갖는 원의 직경이다. 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 그룹이고, 여기서 2개 이상의 세트의 각각의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 수직으로 평행한 관계로 배치되어 있다. 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 여기서 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(212, 212)의 주름형 플레이트는 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(211, 212)에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있다. 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 조합된 수직 높이를 갖고, 여기서 조합된 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있다. 제1 층(110)이 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)를 포함할 때, 제1 층(110)의 높이는 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 조합된 수직 높이이다. 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 조합된 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 조합된 수직 높이의 상한은 실용적인 고려 사항에 의해 제한될 수도 있고, 2.5 m, 또는 3.5 m, 또는 7.5 m 만큼 높을 수도 있다.
2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 제1 그룹의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 50 내지 5000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 주름형 플레이트의 제1 그룹 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 브릭의 부분일 수도 있다. 제1 그룹(210)은 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
제1 그룹의 인접한 세트의 주름형 플레이트 위의 주름형 플레이트의 세트는 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트가 등가의 높이의 단일 세트의 주름형 플레이트로서 등가의 기능을 제공하도록 정렬되거나 회전되어 있을 수도 있다. 제1 그룹의 인접한 세트의 주름형 플레이트 위의 주름형 플레이트의 세트는 아래의 주름형 플레이트의 세트의 5° 이내, 또는 2° 이내, 또는 1° 이내 시계방향 또는 반시계방향으로 정렬되거나 회전되어 있을 수도 있다. 이 배향에서, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 등가의 높이의 단일 세트의 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공한다.
구조화된 패킹의 제1 층은 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 가질 수도 있다.
교환 칼럼은 적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제2 층(120)을 포함한다. 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 구조화된 패킹의 제1 층(110)에 인접하여 그 아래에 위치된다. 제2 층은 높이(h2)를 갖는다. 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 (ii-a) 제2 세트의 주름형 플레이트(121) 또는 (ii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)을 포함하고, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)은 단일 세트 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공하도록 배향된다.
제2 층(120)은 제1 층(110)이 설치되기 전에 교환 칼럼 내에 설치될 수도 있다. 제1 층이 설치될 때, 제1 층(110)은 제2 층에 대해 회전되어 있다. 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제1 층(110)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 각도는 20° 내지 90°의 범위, 또는 70° 내지 90°의 범위, 또는 약 90°이다. 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제1 층(110)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°, 또는 70° 내지 90°, 또는 약 90° 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되어 있을 수도 있다.
제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 수직으로 평행 관계로 배치된 주름형 플레이트의 세트이다. 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 수직 높이를 갖고, 여기서 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있다. 제2 층(120)이 제2 세트의 주름형 플레이트(121)를 포함할 때, 제2 층의 높이는 제2 세트의 주름형 플레이트(212)의 높이이다. 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 수직 높이의 상한은 단지 실용적인 고려 사항에 의해서만 제한될 수도 있고, 1000 mm 만큼 높을 수도 있다. 제2 세트의 주름형 플레이트의 높이 치수는 교환 칼럼의 높이 치수에 대응한다.
제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 복수의 50 내지 5000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 제2 세트의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 "브릭"의 부분일 수도 있다. 제2 세트의 주름형 플레이트는 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 그룹이고, 여기서 2개 이상의 세트의 각각의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 수직으로 평행한 관계로 배치되어 있다. 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 여기서 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 주름형 플레이트는 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(221, 222)에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있다. 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 조합된 수직 높이를 갖는다. 제2 층(120)이 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)를 포함할 때, 제2 층(120)의 높이는 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 조합된 수직 높이이다. 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 조합된 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 조합된 수직 높이의 상한은 단지 실용적인 고려 사항에 의해서만 제한될 수도 있고, 2.5 m, 또는 3.5 m, 또는 7.5 m 만큼 높을 수도 있다.
2개 이상의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 50 내지 5000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 주름형 플레이트의 제2 그룹 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 브릭의 부분일 수도 있다. 제2 그룹(220)은 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
제2 그룹의 인접한 세트의 주름형 플레이트 위의 주름형 플레이트의 세트는 아래의 주름형 플레이트의 세트의 1° 이내 시계방향 또는 반시계방향으로 정렬되거나 회전되어 있을 수도 있다. 이 배향에서, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 등가의 높이의 단일 세트의 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공한다.
구조화된 패킹의 제2 층은 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 가질 수도 있다.
교환 칼럼은 구조화된 패킹의 제2 층(120) 위에 그리고 인접하여 구조화된 패킹의 제1 층(110)에 의해 특징화되고, 여기서 제1 층(110)의 주름형 플레이트는 제2 층의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 각도는 20° 내지 90°의 범위이고, 여기서 제1 층(110)의 높이 및/또는 제2 층(120)의 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과이다.
게다가, 구조화된 패킹 배열은 제1 높이 대 직경비(
Figure pat00010
), 및 제2 높이 대 직경비(
Figure pat00011
)에 의해 특징화될 수도 있고, 제1 높이 대 직경비(
Figure pat00012
), 및 제2 높이 대 직경비(
Figure pat00013
) 중 적어도 하나는 0.35 내지 0.6의 범위, 또는 0.4 내지 0.55의 범위, 또는 0.45 내지 0.55의 범위이다.
대조적으로, 배경기술 섹션에서 설명된 바와 같이, 종래 기술(페리의 Chemical Engineers Handbook, 및 키스터에 의한 서적)은 약 300 mm(12 인치)로 구조화된 패킹의 층의 수직 높이를 제한하였다. 그러나, 본 발명자들은 큰 단면적을 갖는, 예를 들어, 0.636 m2 초과의 단면적, 또는 0.9 m 초과의 직경, 약 350 mm(13.8 in) 초과의 수직 높이를 갖는 교환 칼럼이 향상된 성능을 제공한다는 것을 발견하였다.
이는 높이 대 직경비가 최적의 프로세스 성능을 성취하기 위해 구조화 패킹을 설계하고, 제조하고, 칼럼 내에 설치할 때 고려할 중요한 파라미터라는 것을 의미한다. 종래 기술에는 최적의 프로세스 성능을 성취하기 위한 높이 대 직경비의 임의의 범위가 설명되거나 교시되어 있지 않다. 구조화된 패킹의 층의 수직 높이는 종래 300 mm로 제한되어 왔기 때문에, 높이 대 직경비는 0.9 m 초과의 직경을 갖는 칼럼에 대해 0.33 미만으로 제한되어 왔다.
교환 칼럼은 적어도 하나의 체적 내에 배치된 높이(h3)를 갖는 구조화된 패킹의 제3 층(130)을 선택적으로 포함할 수도 있고, 적어도 하나의 체적 내에 배치된 높이(h4)를 갖는 구조화된 패킹의 제4 층(140)을 또한 선택적으로 포함할 수도 있다. 구조화된 패킹의 제3 층(130) 및 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 선택적이다. 교환 칼럼은 구조화된 패킹의 임의의 원하는 수의 부가의 층을 포함할 수도 있다.
구조화된 패킹의 제3 층(130)은 존재하면, 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 아래에 위치된다. 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 (iii-a) 제3 세트의 주름형 플레이트(131) 또는 (iii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)을 포함하고, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)은 단일 세트 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공하도록 배향된다. 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제3 층(130)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 각도는 20° 내지 90°의 범위, 또는 70° 내지 90°의 범위, 또는 약 90°이다. 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제3 층(130)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°, 또는 70° 내지 90°, 또는 약 90° 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되어 있는 배향을 가질 수도 있다.
제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 수직으로 평행한 관계로 배치된 주름형 플레이트의 세트이고, 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부와 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 수직 높이를 갖는다. 제3 층(130)이 제3 세트의 주름형 플레이트(131)를 포함할 때, 제3 층의 높이는 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 높이이다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 수직 높이의 상한은 단지 실용적인 고려 사항에 의해서만 제한될 수도 있고, 1000 mm 만큼 높을 수도 있다. 제3 세트의 주름형 플레이트의 높이 치수는 교환 칼럼의 높이 치수에 대응한다.
제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 복수의 50 내지 5000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 "브릭"의 부분일 수도 있다. 제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 그룹이고, 여기서 2개 이상의 세트의 각각의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 수직으로 평행한 관계로 배치되어 있다. 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 여기서 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 주름형 플레이트는 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(231, 232)에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있다. 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 조합된 수직 높이를 갖고, 여기서 조합된 수직 높이는 중력과 정렬된 방향에 있다. 제3 층(130)이 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)를 포함할 때, 제2 층(130)의 높이는 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 조합된 수직 높이이다. 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 조합된 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 조합된 수직 높이의 상한은 단지 실용적인 고려 사항에 의해서만 제한될 수도 있고, 2.5 m, 또는 3.5 m, 또는 7.5 m 만큼 높을 수도 있다.
2개 이상의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 50 내지 5,000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 주름형 플레이트의 제3 그룹의 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 브릭의 부분일 수도 있다. 제3 그룹(230)은 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
제3 그룹의 인접한 세트의 주름형 플레이트 위의 주름형 플레이트의 세트는 아래의 주름형 플레이트의 세트의 1° 이내 시계방향 또는 반시계방향으로 정렬되거나 회전되어 있을 수도 있다. 이 배향에서, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 등가의 높이의 단일 세트의 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공한다.
구조화된 패킹의 제3 층은 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 가질 수도 있다.
제3 층은 높이(h3)를 가질 수도 있고, 여기서 높이 대 직경비(
Figure pat00014
)는 0.35 내지 0.6의 범위, 또는 0.4 내지 0.55의 범위, 또는 0.45 내지 0.55의 범위이다.
구조화된 패킹의 제4 층(140)은 존재하면, 존재하면 구조화된 패킹의 제3 층(130)에 인접하여 그 아래에 위치된다. 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 (iv-a) 제4 세트의 주름형 플레이트(141) 또는 (iv-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)을 포함하고, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)은 단일 세트 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공하도록 배향된다. 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 제4 층(140)의 주름형 플레이트는 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 각도는 20° 내지 90°의 범위, 또는 70° 내지 90°의 범위, 또는 약 90°이다. 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 제4 층(140)의 주름형 플레이트는 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°, 또는 70° 내지 90°, 또는 약 90° 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되어 있는 배향을 가질 수도 있다.
제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 수직으로 평행한 관계로 배치된 주름형 플레이트의 세트이고, 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부와 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 수직 높이를 갖는다. 제4 층(140)이 제4 세트의 주름형 플레이트(141)를 포함할 때, 제4 층(140)의 높이는 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 높이이다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 수직 높이의 상한은 단지 실용적인 고려 사항에 의해서만 제한될 수도 있고, 1000 mm 만큼 높을 수도 있다. 제4 세트의 주름형 플레이트의 높이 치수는 교환 칼럼의 높이 치수에 상관한다.
제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 복수의 50 내지 5000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141) 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 "브릭"의 부분일 수도 있다. 제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)은 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 그룹이고, 여기서 2개 이상의 세트의 각각의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 수직으로 평행한 관계로 배치되어 있다. 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는다. 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 서로에 대해 수직으로(즉, 하나가 다른 하나의 위에) 위치되고, 여기서 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 주름형 플레이트는 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(241, 242)에 대해 5° 미만, 또는 2° 미만, 또는 1° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있다. 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 조합된 수직 높이를 갖는다. 제4 층(140)이 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)를 포함할 때, 제4 층의 높이는 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 조합된 수직 높이이다. 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 조합된 수직 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과일 수도 있다. 조합된 수직 높이의 상한은 단지 실용적인 고려 사항에 의해서만 제한될 수도 있고, 2.5 m, 또는 3.5 m, 또는 7.5 m 만큼 높을 수도 있다.
2개 이상의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)의 각각의 주름형 플레이트 내의 적어도 하나의 개구는 1 내지 5 mm의 범위의 등가 직경을 가질 수도 있다. 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)의 각각의 주름형 플레이트 내의 개구는 각각의 주름형 플레이트의 총 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 12%의 범위의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)의 각각의 주름형 플레이트 내에 개방 영역을 생성할 수도 있다.
제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 주름형 플레이트를 포함한다. 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 복수의 50 내지 5000개의 주름형 플레이트 또는 75 내지 4000개의 주름형 플레이트를 포함할 수도 있다. 주름형 플레이트의 제4 그룹의 내의 적어도 하나의 주름형 플레이트는 그 표면의 적어도 일부 상에 표면 텍스처를 갖는 표면을 가질 수도 있다. 적어도 하나의 주름형 플레이트의 표면 상의 표면 텍스처는 수평 줄무늬 및/또는 딤플, 및/또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 표면 텍스처의 형태일 수도 있다. 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 각각의 세트는 브릭의 부분일 수도 있다. 제4 그룹(240)은 다수의 브릭을 포함할 수도 있다.
제4 그룹의 인접한 세트의 주름형 플레이트 위의 주름형 플레이트의 세트는 아래의 주름형 플레이트의 세트의 1° 이내 시계방향 또는 반시계방향으로 정렬되거나 회전되어 있을 수도 있다. 이 배향에서, 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 등가의 높이의 단일 세트의 주름형 플레이트와 등가의 기능을 제공한다.
구조화된 패킹의 제4 층(140)은 250 m2/m3 내지 800 m2/m3의 범위 또는 500 m2/m3 내지 675 m2/m3의 범위의 표면적 밀도를 가질 수도 있다.
제4 층은 높이(h4)를 가질 수도 있고, 여기서 높이 대 직경비(
Figure pat00015
)는 0.35 내지 0.6의 범위, 또는 0.4 내지 0.55의 범위, 또는 0.45 내지 0.55의 범위이다.
혼합물의 분리 방법은 전술된 바와 같은 임의의 교환 칼럼 내로 혼합물을 도입하는 단계를 포함한다. 교환 칼럼은 전술된 바와 같은 요구된 특징을 갖고, 임의의 선택적 특징을 가질 수도 있다.
혼합물의 분리 방법은 구조화된 패킹의 제1 층(110) 및 구조화된 패킹의 제2 층(120)과 혼합물을 접촉시키는 단계, 교환 칼럼으로부터 제1 생성물을 회수하는 단계, 및 교환 칼럼으로부터 제2 생성물을 회수하는 단계를 더 포함한다.
혼합물은 산소 및 질소, 예를 들어 공기로부터 형성된 혼합물을 포함할 수도 있다. 제1 생성물은 산소 농후 생성물일 수도 있고, 제2 생성물은 질소 농후 생성물일 수도 있다.
혼합물은 산소 및 아르곤, 예를 들어 공기로부터 형성된 혼합물을 포함할 수도 있다. 제1 생성물은 산소 농후 생성물일 수도 있고, 제2 생성물은 아르곤 농후 생성물일 수도 있다.
혼합물은 수소 및 일산화탄소, 예를 들어 증기 탄화수소 개질제 또는 부분 산화 반응제로부터의 가스 혼합물을 포함할 수도 있다. 제1 생성물은 수소 농후 생성물일 수도 있고, 제2 생성물은 일산화탄소 농후 생성물일 수도 있다. 교환 칼럼은 옥소 가스(oxo-gas), 즉 원하는 비의 수소 대 일산화탄소를 함유하는 혼합물을 형성하는 데 사용될 수도 있다. 제1 생성물은 0.5:1 내지 2.5:1, 또는 0.9:1 내지 1.5:1, 또는 0.9:1 내지 1.1:1의 H2:CO 몰비를 가질 수도 있고, 제2 생성물은 수소 농후 생성물 또는 일산화탄소 농후 생성물일 수도 있다.
본 발명은 또한 교환 칼럼의 제조 방법에 관한 것으로서, 여기서 교환 칼럼은 전술된 바와 같은 요구된 특징을 갖고 임의의 선택적 특징을 가질 수도 있다.
교환 칼럼의 제조 방법은 교환 칼럼의 하나 이상의 벽을 마련하는 단계; 구조화된 패킹의 제1 층(110)을 마련하는 단계로서, 여기서 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 전술된 바와 같은 임의의 특징을 갖는 것인, 구조화된 패킹의 제1 층(110)을 마련하는 단계, 및 구조화된 패킹의 제2 층(120)을 마련하는 단계로서, 여기서 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 전술된 바와 같은 임의의 특징을 갖는 것인, 구조화된 패킹의 제2 층(120)을 마련하는 단계를 포함한다.
교환 칼럼의 제조 방법은 구조화된 패킹의 제1 층(110)이 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 위에 위치되도록, 그리고 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제1 층(110)의 주름형 플레이트가 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 구조화된 패킹의 제1 및 제2 층(110, 120)을 설치하는 것을 또한 포함하고, 각도는 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위이다.
교환 칼럼의 제조 방법은 구조화된 패킹의 제3 층(130)을 마련하는 단계로서, 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 전술된 바와 같은 임의의 특징을 갖는 것인, 구조화된 패킹의 제3 층(130)을 마련하는 단계, 및 구조화된 패킹의 제3 층(130)이 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 아래에 위치되도록 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 구조화된 패킹의 제3 층을 설치하는 단계를 또한 포함할 수도 있고, 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 제3 층(130)의 주름형 플레이트는 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 각도는 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위이다.
교환 칼럼의 제조 방법은 구조화된 패킹의 제4 층(140)을 마련하는 단계로서, 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 전술된 바와 같은 임의의 특징을 갖는 것인, 구조화된 패킹의 제4 층(140)을 마련하는 단계, 및 구조화된 패킹의 제4 층(140)이 구조화된 패킹의 제3 층(130)에 인접하여 그 아래에 위치되도록 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 구조화된 패킹의 제4 층(140)을 설치하는 단계를 또한 포함할 수도 있고, 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 제4 층(140)의 주름형 플레이트는 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 소정 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고, 각도는 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위이다.
예 1 - 비교예
극저온 실험이 0.0324 m2의 대응 단면적을 갖는, 약 203 mm의 내경을 갖는 실험실 증류 칼럼 내에서 수행되었다. 500 m2/m3의 표면적 밀도를 갖는 다수의 패킹층이 서로의 위에 배치되어 1648 mm 내지 1890 mm의 범위의 다양한 패킹 베드 높이를 생성하였다. 개별 패킹층은 52.5 mm, 103 mm, 또는 207 mm의 층 높이를 가졌다. 몇몇 실험에서, 패킹의 모든 층은 그 위아래의 층에 대해 90도의 각도로 회전되었다. 이들 경우에, 유효 층 높이는 패킹층 높이와 동일하다.
몇몇 실험에서, 층은 한번에 2개 이상 그룹으로서 회전되어, 그룹 내의 층이 그 각각의 주름 요소의 배향의 견지에서 서로 정렬되게 되었다. 이들 경우에, 유효 층 높이는 이에 따라 정렬되어 있는 층의 수에 따라 각각의 플레이트 높이의 2배 이상이다.
칼럼은 약 141 kPa(0.4 barg)의 압력에서 그리고 총 내부 리플럭스 하에서 2원 아르곤/산소 혼합물의 분리를 수행하도록 동작되었다. 이는 1인 통상적으로 L/V비라 칭하는 칼럼 내의 액체 대 기체 유동비를 구성하였다. 다양한 유동 조건에서 정상 상태에 도달한 후에, 데이터는 감소된 기체 속도에 대한 HTU의 견지에서 감소되었다. 다음에, 특성 HTU가 산업적 증류 칼럼 내의 동작 조건을 대표할 것인 통상의 기체 속도에서 각각의 런(run)에 대해 발견되었다. 모든 이러한 값은 이어서 207 mm 층 높이 패킹에 대해 얻어진 HTU를 각각의 값으로 나눔으로써 정규화되었는 데, 이 높이가 산업 분야에서 매우 통상적으로 사용되는 층 높이이기 때문이다.
203 mm 직경 칼럼에 대한 결과가 도 7에 도시되어 있다. 결과는 상대 HTU가 다른 유효 층 높이에서의 값에 비교된 최소값으로 진행하는 약 100 mm의 유효 층 높이에 대한 최적값을 나타내고 있다.
다수의 관찰이 이루어질 수 있다.
약 100 mm의 최적 층 높이는 산업 규모 증류 칼럼 내에서 약 200 mm 내지 250 mm의 통상적으로 사용된 층 높이보다 훨씬 더 작다. 이는 약 200 mm의 직경을 갖는 이 소형 실험실 칼럼 내의 결과이다. 이러한 최적값은 패킹된 섹션에 걸친 기체 및 액체 유동의 다수의 물리적 파라미터 및 동작 특성의 복잡한 상호작용에 기인하여 발생하는 것으로 고려된다. 균일한 유동 분배 조건 하에서, 구조화된 패킹은 대향 주름부에 의해 형성된 그 개별 셀 내의 연계된 압력 강하와 함께 고유의 질량 전달 효율을 갖는다. 그러나, 액체와 기체가 패킹된 베드의 상부 및 하부 각각에서 매우 균일하게 도입될 때에도, 오분배가 자연적으로 발생하고 이에 의해 성능을 열화한다. 이러한 오분배의 효과는 기체와 액체의 모두의 임의의 측방향 확산에 의해 완화되고, 이는 예를 들어 900 mm 이상과 같은 산업적으로 중요한 더 큰 직경의 칼럼에 반대로 203 mm 이하와 같은 더 작은 직경의 칼럼 내에서 더 쉽게 발생한다.
상기 일반적인 효과에 추가하여, 서로 절충될 수 있는 몇몇 특정 효과가 존재한다. 더 빈번한 층 회전을 야기하는 더 작은 유효 층 높이는 액체와 기체의 모두의 더 양호한 측방향 확산을 유도하는데, 이는 유리할 것이다. 기체가 각각의 층에 진입하는 유입 구역에서 기상 질량 전달 계수의 증가가 또한 존재할 것이고, 이 효과는 유리하다. 이 효과는 층 전이에 추가하여 90도와 같은 상당한 층 회전이 또한 존재하는 임의의 시간에 더 현저할 것이다. 대조적으로, 층 전이가 존재하는 임의의 시간에, 상부층으로부터 하부층으로의 액체의 적하(dripping)는 유입 구역 부근의 액체 분배를 방해하는 경향이 있어 이 유입 구역에서 액상 질량 전달의 열화를 야기할 것이다. 이 효과는 칼럼의 전체 질량 전달 효율에 해로울 것이다.
예 1에서, 유효 층 높이가 618 내지 630 mm일 때, 90도로 서로에 대해 회전되어 있는 단지 3개의 이러한 유효 층만이 베드 내에 존재한다. 이는 기상 및 액상의 모두의 적은 측방향 확산을 유도하여 이에 의해 약 1.02 내지 1.08의 비교적 높은 상대 HTU를 야기한다. 유효 층 높이가 감소함에 따라, 상대 HTU는 다른 효과에 비해 지배적인 더 많은 확산 및 더 국부적인 기상 유입 향상에 기인하여 향상한다. 상대 HTU의 최적값은 유효 층 높이 103 mm에서 발생하는 약 0.91이다. 그러나, 유효 층 높이가 52.5 mm로 더 감소될 때, 상대 HTU는 상승으로 전환하고 0.93의 값으로 증가한다. 이러한 것은 이제 더 빈번한 층 회전의 다른 공지의 양호한 효과에 비해 지배적인 질량 전달 효율의 전체적인 감소를 유도하는 액체 유입이 방해되는 너무 많은 층 전이의 존재에 기인하여 발생한다.
예 1로부터 다른 흥미있는 관찰은, 207 mm 층 높이 패킹에 대한 상대 HTU가 그 층이 배수로 회전되어 있는 52.5 mm 및 103 mm 층 높이 패킹에 대해 등가의 유효 층 높이를 갖는 대응값에 비교하여 대부분 약간 더 높다는 것이다. 예를 들어, 206 내지 210 mm의 유효 층 높이에서, 207 mm 층 높이 패킹의 상대 HTU는 103 및 52.5 mm 층 높이 패킹 각각에 대해 0.95 및 0.94의 값에 비교하여 1.0이다. 이들 런 사이의 유일한 차이는 52.5 mm 및 103 mm 층 높이 패킹을 갖는 각각의 유효 층 높이 내의 회전이 없는 가외의 층 전이이다. 이는 회전이 없는 이들 전이에서 기상 질량 전달 향상이 이들 전이에서 또한 발생하는 액상 열화보다 더 유리하다는 것을 암시한다. 이는 단지 200 mm 직경인 칼럼 내의 액상 오분배 효과가 다른 수단에 의해 보상되기에는 너무 심각하지 않을 것이기 때문에 타당하다.
예 2
극저온 실험이 0.636 m2의 단면적에 대응하는, 약 900 mm의 내경을 갖는 실험실 증류 칼럼 내에서 수행되었다. 500 m2/m3의 표면적 밀도를 갖는 다수의 패킹층이 서로의 위에 배치되어 약 4550 mm의 패킹 베드 높이를 생성하였다. 개별 패킹층은 103 mm 또는 207 mm의 층 높이를 가졌다. 2개의 유형의 실험이 각각의 패킹에 의해 수행되었다. 제1 유형의 실험에서, 모든 층은 이들 층의 위아래의 층에 대해 90도의 각도로 회전되었다. 이들 경우에, 유효 층 높이는 대응 층 높이와 동일하다. 제2 유형의 실험에서, 층은 쌍으로 그리고/또는 3배수로 회전되어, 쌍 또는 배수 내의 층이 이들의 각각의 주름 요소의 배향의 견지에서 서로 정렬되게 되었다. 이들 경우에, 유효 층 높이는 개별층의 공칭 패킹 층 높이의 2배, 따라서 한 쌍의 103 mm 층에 대해 206 mm 및 한 쌍의 207 mm 층에 대해 414 mm 및 3배수의 207 mm 층에 대해 621 mm이다. 칼럼은 예 1의 것에 유사한 방식으로 약 141 kPa(0.4 barg)의 압력에서 그리고 총 내부 플럭스 하에서 2원 아르곤/산소 혼합물의 분리를 수행하도록 동작되었고, 데이터는 또한 도 7에 대해 행해졌던 바와 같이 207 mm 층 높이 패킹에 대해 얻어진 HTU로 각각의 값을 나눔으로써 정규화되었다.
결과는 도 8에 도시되어 있다. 결과는 예 1에 보여진 것들에 비교할 때 몇몇 경향이 유사하고 다른 경향이 상이한 다수의 경향을 나타내고 있다.
최저 상대 HTU는 약 400 mm의 유효 층 높이에 대해 발생한다. 이 유효 층 높이는 더 작은 칼럼에 대해 최적 유효 층 높이의 약 4배이고, 반면에 직경은 4.5의 팩터만큼 더 크다는 것을 주목하라. 400 mm의 층 높이는 종래의 문헌에 제안된 것보다 훨씬 더 크고, 전술된 키스터에 의한 서적에서 교시된 8 내지 12 인치의 범위 외에 있다.
103 mm 층 높이 패킹에 대한 상대 HTU 값은 약 1.43이다. 이에 비교하여, 103 mm 층이 쌍으로 회전될 때, 상대 HTU는 약 1.61로 증가한다. 이 경향은 예 1에서 보여지는 것에 유사하지만, 이 변화의 크기는 훨씬 더 크다. 기본 동작 메커니즘은 예 1의 더 작은 200 mm 직경의 칼럼에 대조하여, 본 예에서 더 큰 900 mm 직경의 칼럼에서 액체와 기체의 측방향 확산의 추가된 과제를 제외하고는 유사할 것이다.
1.0에서 207 mm 층 높이 패킹에 대한 상대 HTU 값은 2×103 층 높이 패킹에 대해 1.61의 상대 HTU 값에 비교하여 매우 낮다. 이는 매우 놀랍고 예 1에서 보여진 것과는 다르다. 이들 테스트 조건 사이의 유일한 물리적 차이는 206 내지 207 mm 층 높이의 중간에서 부가의 층 전이이다. 일 타당한 설명은, 이 부가의 층 전이에서 액체에 대한 방해의 효과가 이 위치에서 유입 효과로서 또한 발생하는 기상 질량 전달 향상에 비교하여 지배적이라는 것이다. 전체 효과는 상이하고 예 1에서 보여지는 것에 대조적이고, 작은 직경의 칼럼에 비교하여 큰 직경의 칼럼 내의 액상 및 기상의 측방향 확산의 과제에 기초하여 설명될 수 있다.
패킹의 207 mm 높이 층이 쌍으로 회전되어 414 mm의 유효 층 높이를 야기할 때, 상대 HTU 값은 1.0의 단일의 207 mm 층 높이 패킹 HTU 값에 비교하여 0.93으로 감소한다. 이는 103 mm 층 높이 패킹에서 발생하는 것에 대조된다. 이러한 것은, 액체 상의 이 유입 효과가 전체 높이의 점진적으로 더 작은 비율을 점유할 것이기 때문에, 기본 층 높이 자체가 증가함에 따라 계면에서의 액상에 대한 방해가 덜 중요하다는 것을 암시한다.
상기 설명에 기초하여, 414 mm의 최대 연속적인 패킹층이 제작되면, 성능은 0.93의 상대 HTU 값을 나타내는 정렬된 쌍의 층(2×207 mm)에서 보여지는 것에 유사할 것으로 예측된다.
패킹의 207 mm 높이 층이 3배수로 회전되어 621 mm의 유효 층 높이를 야기할 때, 상대 HTU 값은 0.93의 414 mm 유효 층 높이 패킹 HTU 값에 비교할 때 1.0 이상의 단일의 207 mm 층 높이 패킹 HTU 값에 비교하여 1.02로 증가한다. 층 높이가 621 mm일 때, 서로에 대해 90도로 회전되어 있는 베드 내에는 유효 층 높이가 207 및 414 mm일 때보다 적은 유효 층이 존재한다. 이는 기상 및 액상의 모두의 적은 측방향 확산을 유도하여 더 높은 상대 HTU를 야기하는데, 이는 기본 층 높이가 증가함에 따라 액상에 대한 감소된 방해로부터의 이익보다 우월하다.
예 1 및 예 2에 제시되어 있고 도 7 및 도 8에 도시되어 있는 데이터 및 설명은, 상대 HTU가 교환 칼럼의 직경에 대한 유효 층 높이의 비에 의해 상당히 영향을 받는다. 203 mm 직경 칼럼에 대한 결과가 도 7에 도시되어 있다. 결과는 교환 칼럼의 직경에 대한 유효 층 높이의 비가 0.51의 값을 가질 때 최소값으로 진행하는 것을 나타내고 있다. 이 비가 0.26 및 0.77인 경우에 상대 HTU의 측정 가능한 증가가 발생하였다. 900 mm 직경 칼럼에 대한 결과가 도 8에 도시되어 있다. 결과는 교환 칼럼의 직경에 대한 유효 층 높이의 비가 0.46의 값을 가질 때 최소값으로 진행하는 것을 나타내고 있다. 이 비가 0.23 및 0.69인 경우에 상대 HTU의 측정 가능한 증가가 발생하였다. 아울러, 이들 데이터는 약 0.5일 대 최소 상대 HTU를 얻기 위한 교환 칼럼의 직경에 대한 유효 층 높이의 비에 스위트 스팟(sweet-spot)이 존재한다는 것을 지시하고 있다. 이 비에서 이 스위트 스팟은 예측되는 상대 HTU의 상당한 증가 없이 0.5의 어느 일 측으로 소정 정도로 확장할 가능성이 있지만, 0.26 내지 0.69를 넘어 확장할 수 없는데, 이는 약 0.5에서 측정된 최소값으로부터 상대 HTU의 측정 가능한 증가를 나타내는 것으로 증명되어 있다. 이 비에서 이러한 스위트 스팟은 0.35 내지 0.6 또는 0.4 내지 0.6으로서 경계형성될 것이다.
적어도 900 mm의 직경을 갖는 것으로서 정의될 수도 있는 대규모 산업용 칼럼에서, 최적 층 높이는 적어도 350 mm 또는 적어도 400 mm일 것이다. 직경이 증가함에 따라, 최적 층 높이는 선형으로는 아니지만 계속 증가할 것이고 또한 다른 팩터에 의해 구속될 것이다. 소정의 패킹된 섹션에서, 액상 및 기상의 모두의 측방향 확산을 용이하게 하기 위해 서로에 대해 회전되어 있는 적어도 4개의 층을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 900 mm의 직경을 갖는 최소의 산업용 칼럼에서, 베드 높이는 350 mm의 최소 층 높이의 적어도 4배 또는 즉 400 mm의 층 높이에 대해 적어도 1400 mm 또는 적어도 1600 mm일 것이다. 층 회전을 위한 최적값은 20 내지 90도이고, 70 내지 90도의 바람직한 값을 갖는다. 가장 최적의 층 회전은 기체와 액체의 최대 측방향 확산을 용이하게 할 것인 90도일 것이다.
소정의 용례에서, 이러한 파라미터의 최적의 조합이 칼럼을 제작하는 비용을 또한 최소화하면서 패킹된 칼럼의 효율을 최대화하도록 도달되어야 한다. 종래 기술에 공지되어 있는 것보다 더 큰 층 높이의 사용은 조립되어 패킹된 칼럼 내에 설치될 필요가 있는 패킹의 브릭의 수를 감소시키는 경향이 있을 것이다. 이는 전체 비용을 감소시킬 것이지만, 브릭이 수동 취급만을 위해 너무 클 때 기계적인 보조가 필요할 수도 있다.
마지막으로, 타당한 설명이 모든 관찰된 데이터 및 경향에 대해 제공되었지만, 본 발명은 제공되어 있는 임의의 이들 이론화된 메커니즘에 의해 한정되는 것은 아니다. 모든 관찰을 설명하기 위해 대안적인 이론화된 메커니즘을 제공하는 것이 가능하다. 본 발명은 예 1 및 2에 나타낸 2개의 세트의 테스트에서 관찰된 실험 경향 및 그로부터 더 큰 직경의 칼럼으로의 예상된 외삽에 대부분 기초한다.

Claims (17)

  1. 교환 칼럼으로서,
    하나 이상의 벽(105) 내에 하나 이상의 체적을 형성하는 하나 이상의 벽(105)으로서, 상기 하나 이상의 체적 중 적어도 하나의 체적은 종축(101) 및 상기 종축(101)에 수직인 단면을 갖고, 상기 단면은 직경(D), 및 0.636 m2 초과의 면적을 갖는 것인, 하나 이상의 벽(105);
    상기 적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제1 층(110)으로서, 상기 제1 층은 높이(h1)를 갖고, 상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)은
    (i-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제1 세트의 주름형 플레이트(111)로서, 상기 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 수직 높이를 갖고, 상기 제1 층(110)의 높이는 상기 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 수직 높이인 것인, 제1 세트의 주름형 플레이트(111), 또는
    (i-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)으로서, 상기 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 주름형 플레이트는 상기 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(211, 212)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 조합된 수직 높이를 갖고, 상기 제1 층(110)의 높이는 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 조합된 수직 높이인 것인, 제1 그룹(210)을 포함하는 것인,
    구조화된 패킹의 제1 층(110); 및
    상기 적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제2 층(120)으로서, 상기 제2 층은 높이(h2)를 갖고, 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)은
    (ii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제2 세트의 주름형 플레이트(121)로서, 상기 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 수직 높이를 갖고, 상기 제2 층(120)의 높이는 상기 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 수직 높이인 것인, 제2 세트의 주름형 플레이트(121), 또는
    (ii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)으로서, 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 상기 제2 그룹(220)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 주름형 플레이트는 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(221, 222)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 상기 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 조합된 수직 높이를 갖고, 상기 제2 층의 높이는 상기 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 조합된 수직 높이인 것인, 제2 그룹(220)을 포함하는 것인,
    구조화된 패킹의 제2 층(120)을 포함하고,
    상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 위에 위치되고, 상기 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 상기 제1 층(110)의 주름형 플레이트는 상기 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고,
    상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이와 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이 중 적어도 하나는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인 교환 칼럼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 층의 높이(h1)와 상기 단면의 직경(D)은 제1 높이 대 직경비(
    Figure pat00016
    )를 형성하고, 상기 제2 층의 높이(h2)와 상기 단면의 직경(D)은 제2 높이 대 직경비(
    Figure pat00017
    )를 형성하고, 상기 제1 높이 대 직경비(
    Figure pat00018
    )와 상기 제2 높이 대 직경비(
    Figure pat00019
    ) 중 적어도 하나는 0.35 내지 0.6의 범위인 것인 교환 칼럼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각도는 70° 내지 90°의 범위인 것인 교환 칼럼.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이 및 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이는 350 mm 초과인 것인 교환 칼럼.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제3 층(130)으로서, 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 높이를 갖고, 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)은
    (iii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제3 세트의 주름형 플레이트(131)로서, 상기 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제3 세트의 주름형 플레이트(131)는 수직 높이를 갖고, 상기 제3 층(130)의 높이는 상기 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 수직 높이인 것인, 제3 세트의 주름형 플레이트(131), 또는
    (iii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)으로서, 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 상기 제3 그룹(230)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 주름형 플레이트는 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 상기 제3 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 조합된 수직 높이를 갖고, 상기 제3 층의 높이는 상기 제3 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트의 조합된 수직 높이인 것인, 제3 그룹(230)을 포함하고,
    상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)은 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 아래에 위치되고, 상기 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 상기 제3 층(130)의 주름형 플레이트는 상기 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖는 것인,
    구조화된 패킹의 제3 층(130)
    을 더 포함하는 교환 칼럼.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대한 상기 제3 층(130)의 주름형 플레이트의 각도는 70° 내지 90°의 범위인 것인 교환 칼럼.
  7. 제5항에 있어서, 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)의 높이는 350 mm 초과인 것인 교환 칼럼.
  8. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 체적 내에 배치된 구조화된 패킹의 제4 층(140)으로서, 상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 높이를 갖고, 상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)은
    (iv-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제4 세트의 주름형 플레이트(141)로서, 상기 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제4 세트의 주름형 플레이트(141)는 수직 높이를 갖고, 상기 제4 층(140)의 높이는 상기 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 수직 높이인 것인, 제4 세트의 주름형 플레이트(141), 또는
    (iv-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)으로서, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 상기 제4 그룹(240)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 주름형 플레이트는 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(241, 242)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 조합된 수직 높이를 갖고, 상기 제4 층(140)의 높이는 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 조합된 수직 높이인 것인, 제4 그룹(240)을 포함하고,
    상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)은 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)에 인접하여 그 아래에 위치되고, 상기 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 상기 제4 층(140)의 주름형 플레이트는 상기 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖고,
    상기 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대한 상기 제4 층(140)의 주름형 플레이트의 각도는 70° 내지 90°범위이고,
    상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)의 높이는 350 mm 초과인 것인,
    구조화된 패킹의 제4 층(140)을 더 포함하는 교환 칼럼.
  9. 혼합물의 분리 방법으로서,
    상기 혼합물을 제1항 또는 제2항에 따른 교환 칼럼 내로 도입하는 단계;
    상기 혼합물을 구조화된 패킹의 제1 층(110) 및 구조화된 패킹의 제2 층(120)과 접촉시키는 단계;
    상기 교환 칼럼으로부터 제1 생성물을 회수하는 단계; 및
    상기 교환 칼럼으로부터 제2 생성물을 회수하는 단계를 포함하는 혼합물의 분리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 혼합물은 산소와 질소를 포함하고, 상기 제1 생성물은 산소 농후 생성물이고, 상기 제2 생성물은 질소 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 혼합물은 산소와 아르곤을 포함하고, 상기 제1 생성물은 산소 농후 생성물이고, 상기 제2 생성물은 아르곤 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 혼합물은 수소와 일산화탄소를 포함하고, 상기 제1 생성물은 수소 농후 생성물이고, 상기 제2 생성물은 일산화탄소 농후 생성물인 것인 혼합물의 분리 방법.
  13. 교환 칼럼의 제조 방법으로서,
    상기 교환 칼럼의 하나 이상의 벽을 마련하는 단계로서, 상기 하나 이상의 벽(105)은 상기 하나 이상의 벽(105) 내에 하나 이상의 체적을 형성하고, 상기 하나 이상의 체적 중 적어도 하나의 체적은 종축(101) 및 상기 종축(101)에 수직인 단면을 갖고, 상기 단면은 직경(D), 및 0.636 m2 초과의 면적을 갖는 것인, 하나 이상의 벽을 마련하는 단계;
    구조화된 패킹의 제1 층(110)을 마련하는 단계로서, 상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)은 높이(h1)를 갖고, 상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)은
    (i-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제1 세트의 주름형 플레이트(111)로서, 상기 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제1 세트의 주름형 플레이트(111)는 수직 높이를 갖고, 상기 제1 층(110)의 높이는 상기 제1 세트의 주름형 플레이트(111)의 수직 높이인 것인, 제1 세트의 주름형 플레이트(111), 또는
    (i-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 제1 그룹(210)으로서, 상기 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 주름형 플레이트는 상기 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(211, 212)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)는 조합된 수직 높이를 갖고, 상기 제1 층의 높이는 상기 제1 그룹(210)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(211, 212)의 조합된 수직 높이인 것인, 제1 그룹(210)을 포함하는 것인,
    구조화된 패킹의 제1 층(110)을 마련하는 단계;
    구조화된 패킹의 제2 층(120)을 마련하는 단계로서, 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)은 높이(h2)를 갖고, 상기 구조화된 패킹의 제2 층은
    (ii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제2 세트의 주름형 플레이트(121)로서, 상기 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제2 세트의 주름형 플레이트(121)는 수직 높이를 갖고, 상기 제2 층의 높이는 상기 제2 세트의 주름형 플레이트(121)의 수직 높이인 것인, 제2 세트의 주름형 플레이트(121), 또는
    (ii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 제2 그룹(220)으로서, 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 상기 제2 그룹(220)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 주름형 플레이트는 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(221, 222)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있고, 상기 제2 그룹의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트는 조합된 수직 높이를 갖고, 상기 제2 층의 높이는 상기 제2 그룹(220)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(221, 222)의 조합된 수직 높이인 것인, 제2 그룹(220)을 포함하고,
    상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이와 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이 중 적어도 하나는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인,
    구조화된 패킹의 제2 층(120)을 마련하는 단계;
    상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)이 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 위에 위치되도록, 그리고 상기 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 상기 제1 층(110)의 주름형 플레이트가 상기 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 상기 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 구조화된 패킹의 제1 및 제2 층(110, 120)을 설치하는 단계를 포함하는 교환 칼럼의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1층의 높이(h1)와 상기 교환 칼럼의 직경(D)은 제1 높이 대 직경비(
    Figure pat00020
    )를 형성하고, 상기 제2 층의 높이(h2)와 상기 교환 칼럼의 직경(D)은 제2 높이 대 직경비(
    Figure pat00021
    )를 형성하고, 상기 제1 높이 대 직경비(
    Figure pat00022
    )와 상기 제2 높이 대 직경비(
    Figure pat00023
    ) 중 적어도 하나는 0.35 내지 0.6의 범위인 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 구조화된 패킹의 제1 층(110)의 높이 및 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)의 높이는 350 mm 초과 또는 400 mm 초과인 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    구조화된 패킹의 제3 층(130)을 마련하는 단계를 더 포함하고, 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)은
    (iii-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제3 세트의 주름형 플레이트(131)로서, 상기 제3 세트의 주름형 플레이트(131)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는 것인, 제3 세트의 주름형 플레이트(131), 또는
    (iii-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 제3 그룹(230)으로서, 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 상기 제3 그룹(230)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(231, 232)의 주름형 플레이트는 상기 제3 그룹(230)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있는 것인, 제3 그룹(230)을 포함하고,
    상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)은, 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)이 상기 구조화된 패킹의 제2 층(120)에 인접하여 그 아래에 위치되도록, 그리고 상기 제2 층(120)의 주름형 플레이트에 인접한 상기 제3 층(130)의 주름형 플레이트가 상기 제2 층(120)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 상기 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 설치되는 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    구조화된 패킹의 제4 층(140)을 마련하는 단계를 더 포함하고, 상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)은
    (iv-a) 수직으로 평행한 관계로 배치된 제4 세트의 주름형 플레이트(141)로서, 상기 제4 세트의 주름형 플레이트(141)의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖는 것인, 제4 세트의 주름형 플레이트(141), 또는
    (iv-b) 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 제4 그룹(240)으로서, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트 중 각각의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 수직으로 평행한 관계로 배치되고, 상기 제4 그룹(240)의 각각의 세트의 각각의 주름형 플레이트는 적어도 하나의 개구 및 인접한 주름형 플레이트의 주름부에 대해 십자형 관계로 배치되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 주름부를 갖고, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)는 서로에 대해 수직으로 위치되고, 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 주름형 플레이트(241, 242)의 주름형 플레이트는 상기 제4 그룹(240)의 2개 이상의 세트의 인접한 세트의 주름형 플레이트(241, 242)에 대해 5° 미만으로 정렬되거나 회전되어 있는 것인, 제4 그룹(240)을 포함하고,
    상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)은, 상기 구조화된 패킹의 제4 층(140)이 상기 구조화된 패킹의 제3 층(130)에 인접하여 그 아래에 위치되도록, 그리고 상기 제3 층(130)의 주름형 플레이트에 인접한 상기 제4 층(140)의 주름형 플레이트가 상기 제3 층(130)의 인접한 주름형 플레이트에 대해 20° 내지 90°의 범위 또는 70° 내지 90°의 범위의 각도로 회전되어 있는 배향을 갖도록 상기 교환 칼럼의 하나 이상의 벽 내에 설치되는 것인 교환 칼럼의 제조 방법.
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