KR20200133780A

KR20200133780A - 교차 접촉을 갖는 증기-액체 접촉 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200133780A
Application number: KR1020207030118A
Authority: KR
Inventors: 잔핑 슈
Original assignee: 유오피 엘엘씨
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-11-30
Also published as: EP3773962A1; EP3773962A4; WO2019191360A1; TWI701074B; KR102454584B1; US20190299119A1; US11904262B2; CN112020383A; EP3773962B1; TW201941822A

Abstract

고용량 및 고효율 병류 및 교차-유동 증기-액체 접촉 장치 및 방법은 증류 컬럼 및 다른 증기-액체 접촉 공정들에 유용하다. 이 장치는 수평 스테이지들에서의 천공된 수용 팬들 및 접촉 모듈들의 배열을 특징으로 한다. 모듈들은 병류 접촉 체적을 한정하고, 예시적인 구성에서 모듈들은 액체 분배기 및 디미스터를 포함한다. 천공된 수용 팬 상에서 모듈들로부터 분배된 액체는 내부의 천공들을 통해 상향-유동하는 증기와 접촉된다.

Description

교차 접촉을 갖는 증기-액체 접촉 장치 및 방법

분야는 물질 전달(mass transfer) 및/또는 열 전달을 위한 증기-액체 접촉이다. 분야는 구체적으로 탄화수소와 같은 휘발성 화학물질을 분리하기 위해 분별 증류 컬럼(fractional distillation column)에서 유용한 고용량 분별을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

분별 트레이(tray) 및 패킹(packing)과 같은 증기-액체 접촉 장치는 석유 및 석유화학 산업에서 거의 무한하고 다양한 분리를 수행하기 위해 채용된다. 분별 트레이는, 예를 들어 파라핀, 방향족 물질 및 올레핀과 같은 많은 상이한 탄화수소의 분리에 사용된다. 트레이는 상이한 알코올, 에테르, 알킬방향족 화합물, 단량체, 용제, 무기 화합물, 대기 가스 등과 같은 특정 화합물을 분리하기 위해, 그리고 원유, 나프타 및 LPG를 포함한 석유 유래 분획물과 같은 광범위한 비점의 혼합물의 분리에 사용된다. 증기-액체 접촉 트레이가 또한 가스 처리, 정제, 및 흡수를 수행하는 데 사용된다. 상이한 이점 및 단점을 갖는 매우 다양한 트레이 및 다른 접촉 장치가 개발되었다.

분별 트레이 및 패킹이 통상적인 분별 증류 장치의 주된 형태이다. 이들은 분별 컬럼에서 수행되는 증기-액체 접촉을 촉진하기 위해 화학, 석유화학 및 석유 정제 산업들에서 널리 사용된다. 분별 컬럼의 정상 구성은 10개 내지 250개의 개별 트레이를 포함한다. 흔히 컬럼 내의 각각의 트레이의 구조는 유사하지만, 수직으로 인접한 트레이들 상에서 구조들이 교번할 수 있는 것이 또한 알려져 있다. 트레이들은, 전형적으로 컬럼의 트레이 간격으로 지칭되는 균일한 수직 거리들에서 수평으로 장착된다. 이러한 거리는 컬럼의 상이한 섹션들 내에서 변할 수 있다. 트레이들은 흔히 컬럼의 내측 표면에 용접된 링에 의해 지지된다.

통상적인 트레이를 사용하는 분별 증류 공정 동안, 컬럼 내의 하부 위치에서 발생된 증기는 트레이의 데킹(decking) 영역에 걸쳐 퍼져 있는 액체를 통해 상승한다. 액체를 통한 증기의 통과는 거품(froth)으로 지칭되는 기포들의 층을 생성한다. 거품의 높은 표면적은 트레이 상에서의 증기 상과 액체 상 사이의 조성 평형을 신속하게 확립하는 데 도움을 준다. 이어서, 거품이 증기 및 액체로 분리되게 된다. 물질 전달 동안, 증기는 덜 휘발성인 물질을 액체에게 잃어서, 증기가 각각의 트레이를 통해 상향으로 통과함에 따라 약간 더 휘발성이 된다. 동시에, 액체 내의 덜 휘발성인 화합물의 농도는 액체가 트레이로부터 트레이로 하향으로 이동함에 따라 증가한다. 액체는 거품으로부터 분리되고, 다음 하부 트레이로 하향 이동한다. 이러한 연속 거품 형성 및 증기-액체 분리가 각각의 트레이 상에서 수행된다. 따라서, 증기-액체 접촉기는 상승하는 증기를 액체와 접촉시키고 이어서 2개의 상이 분리되게 하여 상이한 방향들로 유동하게 하는 2가지 기능을 수행한다. 단계들이 상이한 트레이들 상에서 적합한 횟수로 수행되는 경우, 공정은 그들의 상대 휘발성에 기초하여 화학 화합물들의 분리로 이어진다.

석유 정제, 화학, 및 석유화학 산업들에서 이러한 유용성을 갖는 장비를 개선하려는 요구의 결과로서, 패킹 및 트레이들을 포함하는 많은 상이한 유형의 증기-액체 접촉 장치가 개발되어 왔다. 상이한 장치들이 상이한 이점들을 갖는 경향이 있다. 예를 들어, 다수의 다운커머(downcomer) 트레이는 높은 증기 및 액체 용량들, 및 상당한 작동 속도 범위에 걸쳐 효과적으로 기능하는 능력을 갖는다. 구조화된 패킹은 패킹을 저압 또는 진공 작업들에 유용하게 만드는 낮은 압력 강하를 갖는 경향이 있다. 개선이 항상 추구되는 증기-액체 접촉 장비의 2가지 매우 중요한 특징은 용량 및 효율이다.

분별 증류는 전통적으로 전체적인 하향 액체 유동 및 상향 증기 유동을 갖는 교차-유동(cross flow) 또는 향류(counter current) 접촉 장치에서 수행되었다. 장치 내의 일부 지점에서, 증기 상과 액체 상이 접촉되어 증기 상과 액체 상이 성분들을 교환하게 하고 서로 평형 상태에 접근하게 한다. 이어서, 증기 및 액체가 분리되고, 적절한 방향으로 이동되며, 다른 양의 적절한 유체와 다시 접촉된다. 많은 증기-액체 접촉 장치에서, 증기 및 액체는 각각의 스테이지(stage)에서 교차-유동 배열로 접촉될 수 있다. 대안적인 장치는, 장치 내의 전체적인 유동이 계속 향류이지만, 액체 상과 증기 상 사이의 실제 접촉의 각각의 스테이지가 병류(co-current) 물질 전달 구역에서 수행된다는 점에서 전통적인 다중-스테이지 접촉 시스템과 상이하다. 병류 접촉 장치는 또한 증기와의 미세한 액체 액적들의 병류 접촉을 통해 높은 물질 전달 효율을 달성할 수 있다. 병류 증기-액체 접촉 장치는 증기 및 액체를 모듈 내의 분리 챔버들 내로 배출하는 접촉 채널들을 가질 수 있다. 증기는 분리 챔버들로부터 다음의 더 높은 모듈의 접촉 채널로 상향 유동하고, 액체는 액체 분배기를 통해 다음의 하부 접촉 채널로 하향 유동한다.

고용량 및 고효율 병류 및 교차-유동 증기-액체 접촉 장치 및 방법은 증류 컬럼 및 다른 증기-액체 접촉 공정들에 유용하다. 이 장치는 수평 스테이지들에서의 천공된 수용 팬(pan)들 및 접촉 모듈들의 배열을 특징으로 한다. 모듈들은 병류 접촉 체적을 한정하고, 예시적인 구성에서 모듈들은 액체 분배기 및 디미스터(demister)를 포함한다. 천공된 수용 팬 상에서 모듈들로부터 분배된 액체는 내부의 천공들을 통해 상향-유동하는 증기와 접촉된다.

도 1은 본 발명의 접촉 모듈들을 채용하는 증기-액체 접촉 컬럼의 단면 개략도.
도 2는 도 3의 세그먼트 2-2에서 취해진, 도 1의 모듈의 단면 개략도.
도 3은 수용 팬들 및 액체 분배기들을 도시하는, 3-3에서 취해진, 도 1의 컬럼의 스테이지의 평단면도.
도 4는 도 3의 세그먼트 4-4에서 덕트(28)를 통해 취해진, 모듈의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 각각 도 1의 디미스터들의 정면도 및 단면도.

도 1을 참조하면, 용기(10) 내의 증기-액체 접촉 장치의 실시예가 도시되어 있다. 용기(10)는 예를 들어 증기-액체 접촉을 수행하기 위해 사용되는 증류 컬럼, 흡수기, 직접 접촉 열교환기, 분리기 또는 다른 용기일 수 있다. 용기(10)는 접촉 스테이지(12)들 중 적어도 하나의 섹션 및 이 섹션의 위와 아래의 선택적인 수집기/분배기들을 포함한다. 섹션의 상부 부분은 상부 수집기/분배기(14)를 포함할 수 있고, 섹션의 하부 부분은 저부 수집기/분배기(16)를 포함할 수 있다. 간략함을 위해, 5개의 접촉 스테이지(12a, 12b)만이 도시되어 있다. 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 증류 컬럼은 수 개의 섹션을 포함할 수 있다. 각각의 섹션은 다수의 접촉 스테이지를 포함할 수 있고, 섹션들 사이에 그리고/또는 섹션들 내에 복수의 유체 공급부 및/또는 인출부가 있을 수 있다. 또한, 상이한 접촉 장치들이 동일한 컬럼의 동일한 그리고/또는 상이한 섹션들에서 혼용될 수 있다. 침니 트레이(chimney tray) 및 액체 분배기와 같은 장치가 유체 수집과 재분배, 인출부, 및 공급부를 위한 섹션들 사이의 공간에 사용될 수 있다. 용기(10)는 전형적으로 원통의 형태인 외부 쉘(11), 또는 대안적으로 임의의 다른 형상을 포함한다. 증기 이동이 도 1에서 상향 화살표로 표현되어 있고, 액체 이동이 하향 화살표로 표현되어 있다.

도 1에 도시된 본 실시예에서, 각각의 접촉 스테이지(12a, 12b)는 바로 상위와 하위의 스테이지들에 대해 90° 회전으로 배향된다. 따라서, 각각의 접촉 스테이지(12)는 컬럼 단면에 걸친 액체의 부적정 분포를 감소시키는, 바로 하위의 스테이지에 직교하는 방향으로 액체를 분배한다. 다른 실시예에서, 수직으로 인접한 접촉 스테이지들은 0° 내지 90°의 회전으로 배향될 수 있다. 추가의 실시예에서, 접촉 스테이지들은 9° 내지 90° 회전된다. 접촉 스테이지들 사이의 회전 각도는 모든 단계에서 동일할 수 있거나 다를 수 있다. 즉, 수직으로 인접한 접촉 스테이지(12a, 12b)들 사이의 회전 각도는 다를 수 있다. 예시된 실시예에서, 각각의 접촉 스테이지(12)는 복수의 접촉 모듈(20) 및 수용 팬(26)들을 포함한다. 도 1에서, 상위 접촉 스테이지(12a)는 하나 걸러 접촉 스테이지(12)를 구성하고, 하위 접촉 스테이지(12b)에 직교하여 배향된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 접촉 모듈(20)은 디미스터(24)에 인접하여 그리고 바람직하게는 한 쌍의 디미스터(24) 사이에 위치된 액체 분배기(22)를 포함한다. 병류 유체 접촉 체적부(56)가 각각의 액체 분배기(22)와 인접 디미스터(24) 사이에 제공된다. 접촉 모듈(20)들에 더하여, 각각의 접촉 스테이지(12)는 또한 각각의 디미스터(24) 아래에서 복수의 수용 팬(26)을 포함한다. 각각의 수용 팬(26)에는 복수의 덕트(28)가 제공될 수 있다. 수용 팬(26)은 천공(54)들을 포함하는 기부(base)(50)를 가져, 증기가 천공들을 통해 상승하게 하여 팬(26) 상의 액체와 접촉하게 한다.

도 3은 접촉 모듈(20)의 수용 팬(26)들, 덕트(28)들 및 액체 분배기(22)들의 배열을 명확하게 도시하는, 도 1의 세그먼트 3-3의 단면도를 예시한다. 상위 접촉 스테이지(12a)의 수용 팬(26)들, 덕트(28)들, 및 액체 분배기(22)들이 도 3에 가장 두드러지게 도시되어 있다. 하위 접촉 스테이지(12b)의 디미스터(24)들 및 수용 팬(26)들은 또한 상위 접촉 스테이지 아래에서 관찰될 수 있지만, 도 1의 세그먼트 3-3 내로 내려가는, 상위 접촉 스테이지의 액체 분배기(22)의 저부 부분에 의해 가려진다. 접촉 모듈(20)은, 아마도 액체 분배기의 양측에서, 일렬로 액체 분배기(22)의 길이를 따라 연장되는 디미스터(24)들을 포함한다.

각각의 접촉 스테이지(12)에서, 수용 팬(26)들은 실질적으로 평행하고 용기(10)의 단면적에 걸쳐 이격된다. 수용 팬(26)의 기부(50)에는 증기가 팬 내의 액체를 통해 거품을 발생시키게 하는 버블 캡(bubble cap), 밸브 또는 체 구멍(sieve hole)과 같은 천공(54)들이 구비된다. 액체 분배기(22)는 수용 팬(26)들과 모듈(20)들의 교번하는 패턴을 생성하는 한 쌍의 인접한 수용 팬(26) 사이에 위치된다. 덕트(28)에 바로 인접한 수용 팬(26) 내의 선택적인 평온(calm) 영역(55)은 덕트 내로 동반되는 증기를 최소화하도록 천공이 없을 수 있다.

도 2로 다시 돌아가면, 본 실시예의 액체 분배기(22)는 상부 부분 내의 유입구(32) 및 하부 부분 내의 복수의 유출구(34)를 갖는다. 하위 액체 분배기(22)는 도 2에서 페이지와 평행하게 연장되는 것으로 도시되어, 페이지에 직교하여 연장되는 것으로 도시된 상위 액체 분배기(22)에 대해 90도로 회전되어 있음을 예시한다. 2개의 경사진 액체 분배기 벽(30)은 액체 분배기(22)가 하향 방향으로 내향으로 테이퍼 형성되게 한다. 실질적으로 V-형상의 액체 분배기의 저부는 뾰족하거나 만곡될 수 있거나, 도 2에 도시된 바와 같이 평평할 수 있다. 단차형 또는 경사 및 단차형과 같은 다양한 상이한 형상의 액체 분배기를 갖는 대안적인 실시예가 고려될 수 있다. 그러나, V-형상의 액체 분배기가 본 실시예에 사용되어, 액체 취급 능력을 증가시키기 위해 확대형 덕트(28)를 수용하기 위한 액체 분배기(22)의 상부 부분에서의 큰 액체 분배기 유입구(32) 및 각각의 스테이지(12)의 하부 부분에서의 액체 분배기 벽(30)과 디미스터(24) 사이의 큰 세장형 접촉 체적부의 조합을 제공한다. 액체 분배기 유입구(32)는 덕트(28)를 수용하도록 구성된다. 덕트(28)가 단순히 수용 팬(26)에서의 개방부일 수 있고, 증기가 액체 분배기의 상부를 빠져나가게 하도록 개방부가 형성되는 한 액체 분배기(28)가 덕트까지 상향 연장되는 것이 고려된다.

선택적인 유입구 플레이트(36)가 수직으로 인접한 액체 분배기(22)들 사이에 위치된다. 액체 분배기 유입구 플레이트(36)는 상위 액체 분배기(22)의 액체 분배기 유출구(34)들 아래에서 액체 분배기 유입구를 덮는다. 각각의 유입구 플레이트(36) 상의 2개의 립(lip)(38)은 액체가 하위 액체 분배기(22) 내로 들어가는 것을 저지하고, 하위 스테이지로부터의 증기를 상승시킴으로써 액체가 상향으로 동반되는 개방된 접촉 체적부(56)를 향해 액체를 멀리 안내한다. 바이패스 증기-접촉 기회를 제공할, 액체가 상위 액체 분배기의 유출구(34)로부터 직접 액체 분배기(22)로 들어가는 것을 방지함으로써 더 높은 효율이 보장된다.

액체 분배기 유출구(34)들은 액체 분배기(22)의 저부에 근접하여 하나 이상의 열로 배열된 복수의 슬롯 또는 다른 유형의 천공들에 의해 형성된다. 액체 분배기 유출구(34)는 또한, 접촉 체적부(56)와 디미스터(40)를 통과함이 없이 하위 액체 분배기로의 액체 흐름(weeping)을 최소화하기 위해 유출 액체를 접촉 체적부 내로 상향으로 안내하기 위한 지향성 슬롯 또는 루버(louver)를 형성하도록 펀칭된 재료를 제거함이 없이 분배기 벽(30)을 펀칭함으로써 형성될 수 있다. 유출구(34)는 벽(30) 및/또는 액체 분배기(22)의 저부에 위치될 수 있다. 작동시, 액체 분배기(22) 내에서의 액체 높이는 상승하는 증기가 유출구(34)를 통해 액체 분배기로 들어가는 것을 방지하기 위한 시일(seal)을 제공한다. 천공(34)들은 바람직하게는 액체 분배기(22)의 길이를 따라 분포되고, 이들은 직교하거나 경사진 하위 액체 분배기 바로 위에 있는 액체 분배기(22)의 부분들에서 천공들이 크기 또는 개수가 달라지거나 제거되도록 배열될 수 있다. 따라서, 액체 분배기 유출구들의 배열은 액체가 하나의 액체 분배기로부터 하위 액체 분배기 내로 직접 유동하는 것을 방지하기 위한 다른 수단으로서 사용될 수 있다.

디미스터(24)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 복수의 디미스터 유닛(40)으로부터 조립될 수 있다. 도 5a는 디미스터 유닛(40)의 천공된 표면(42)을 예시한다. 디미스터 유닛(40)은 수형(male) 단부 플레이트(46) 및 암형(female) 단부 플레이트(48)를 더 포함할 수 있으며, 이들 각각은 접합부를 통한 유체 누출을 실질적으로 방지하는 시일을 형성하도록 인접한 디미스터 유닛(40)의 상보적인 단부 플레이트와 상호작용한다. 그러한 수형 및 암형 단부 플레이트들은 모듈형 디미스터 유닛(40)들로부터 디미스터(24)를 구성하는 데 사용될 수 있는 하나의 유형의 상호 로킹 기구(interlocking mechanism)를 나타낸다. 임의의 공지된 상호 로킹 기구가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 모듈형 유닛(40)들은 볼트, 클립, 핀, 클램프, 밴드, 또는 용접, 또는 접착을 사용하는 것과 같은 다른 공지된 수단에 의해 함께 체결될 수 있다. 수형 및 암형 탭(tab) 및 슬롯 조합과 같은 기구가 신속한 조립 및 분해를 위한 이점을 제공할 수 있다. 디미스터(24)의 모듈형 구성은 제조자가 다양한 길이의 디미스터(24)로 조립될 하나 또는 적은 개수의 표준 크기들의 디미스터 유닛(40)들을 생성하게 한다. 장치의 치수 및 이용가능한 표준 크기의 디미스터 유닛(40)들의 다양성에 따라, 액체 분배기(22)의 길이에 부합하도록 또는 특히 짧은 디미스터(24)를 위해 일부 맞춤형 크기의 디미스터 유닛(40)이 요구될 수 있다. 모듈형 설계는, 디미스터 유닛(40)들이 단일 유닛으로 형성된 디미스터 열보다 더 경량이므로, 접촉 모듈(20)의 조립을 용이하게 한다는 추가의 이점을 갖는다. 그러나, 다른 실시예에서, 단일 디미스터 유닛(40)은 완전한 디미스터(24)를 한정한다.

디미스터 유닛(40)은 증기-액체 분리 구조체(41)를 포함한다. 증기 스트림으로부터 액체 소적을 탈동반시키기 위해(de-entrain) 다양한 설계가 사용된다. 일례는, 예를 들어 디미스터를 통과하는 유체 스트림이, 동반된 액체 소적들이 분리 구조체(41)의 부분들에 충돌하게 하여 디미스터의 저부로 하향 유동하게 하는 방향으로 몇몇 변화를 겪도록, 다양한 채널 및 루버를 갖는 베인(vane) 유형 디미스터와 같은 미스트 제거기(mist eliminator)이다. 공지된 증기-액체 분리 장치의 다른 예는 메시 패드(mesh pad) 또는 직조된 실(woven thread)이다. 이들 미스트 제거기 기술의 조합이 또한 사용될 수 있다. 적합한 디미스터 유닛(40)의 예가 미국 특허 제7,424,999호에 제공되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 선택적인 요소들이 디미스터와 상호작용하고/하거나 디미스터에 통합되어 장치의 성능 및/또는 구조적 완전성을 추가로 개선할 수 있다. 예를 들어, 유입구 표면으로서의 천공된 유입구 플레이트(42), 유출구 표면으로서의 천공된 유출구 플레이트(44), 및 천공되지 않은 상부 플레이트(45)가 도시되어 있다. 천공된 플레이트들은 디미스터와 상호작용할 수 있는 하나의 유형의 유동 조작기이다. 유동 조작기의 다른 비제한적인 예는 확장된 금속, 다공성 고체, 메시 패드, 스크린, 그리드, 메시, 프로파일 와이어 스크린, 및 허니콤을 포함한다. 유동 조작기의 부분 개방 면적이 디미스터의 분리 효율 및 압력 강하 둘 모두에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 유동 조작기의 부분 개방 면적은 디미스터의 분리 효율 및 압력 강하를 최적화하기 위해 디미스터의 동일한 측에서 그리고 상이한 측들에서 달라질 수 있다. 다양한 유형의 유동 조작기가 단일 디미스터에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 유동 조작기는 디미스터의 유입구 및 유출구 표면들 중 일부 또는 임의의 것에 사용되지 않는다.

천공된 유입구 플레이트(42)는 액체 분배기(22)에 근접한다. 천공된 유출구 플레이트(44)는 천공된 유입구 플레이트(42)의 반대편의 디미스터 측의 대부분에 걸쳐 그리고 디미스터 유닛(40)의 저부를 따라 연장된다. 천공되지 않은 상부 플레이트(45)는 액체가 유닛의 상부로부터 직접 디미스터 유닛(40)을 떠나는 것을 방지하고, 증기-액체 분리 효율을 증가시킨다. 천공되지 않은 상부 플레이트(45)는 구부러진 스트립들을 양측에서 가지며, 하나는 액체 분배기 벽과 부착되도록 액체 분배기 벽(30)을 따르고, 다른 하나는 천공된 유출구 플레이트(44)와 연결되도록 디미스터(40)의 천공된 유출구 플레이트(44)를 따른다. 천공된 유출구 플레이트(44)의 상부로부터 일정 거리 아래로 연장되는 천공되지 않은 스트립이 또한 증기-액체 분리 효율을 개선한다는 것이 밝혀졌다. 일 실시예에서, 스트립은 디미스터 유출구의 높이의 10%를 덮도록 연장된다. 다른 실시예에서, 스트립은 디미스터 유출구의 높이의 30%까지 연장된다. 추가 실시예에서, 스트립은 디미스터 유출구의 높이의 50%까지 연장된다.

수용 팬(26)들 각각은 평평한 천공된 기부(50) 둘레에서 수직으로 연장되는 립(27)들을 포함한다. 립(27)은 기부(50)와 동일한 플레이트로 형성될 수 있고, 립을 통한 증기 유동을 허용하도록 천공될 수 있다. 수용 팬(26)의 경선(longitude)을 따라 2개의 립들 각각에 성형된 금속 플레이트를 부착시킴으로써 디미스터 지지 레일(52)들이 형성된다. 말단 수용 팬(26)들은 하나의 디미스터 지지 레일(52)만을 포함할 수 있다. 수용 팬(26) 내에 수집된 액체는 복수의 덕트(28) 및 액체 분배기(22)로 안내된다. 지지 레일(52)은 특정 디미스터(24) 내의 디미스터 유닛(40)들의 기부와 맞물린다. 각각의 디미스터 유닛(40)의 저부에 부착된 지지 플랜지가 지지 레일(52) 내로 삽입되고, 디미스터의 상부는 액체 분배기 유입구(32)에 근접하게 액체 분배기 벽(30)에 체결된다. 지지 레일(52)은 디미스터 유닛(40)이 액체 분배기(22)에 체결되기 전에도 디미스터 유닛(40)에 대한 구조적 지지를 제공한다. 이 실시예에서, 각각의 중앙 수신 팬은 2개의 인접한 접촉 모듈(20)들 각각으로부터 하나씩 2개의 디미스터 열(24)을 지지하는 반면, 용기 쉘(11)에 근접한 말단 수용 팬들은 스테이지의 말단 모듈들의 하나의 디미스터 열을 지지한다. 따라서, 단일 수용 팬(26)이 2개의 접촉 모듈(20)에 의해 공유될 수 있다. 따라서, 본 발명의 본 실시예에 대해 기술된 바와 같이, 각각의 스테이지의 구성은 컬럼의 적어도 일부에서 동일할 수 있으며, 이는 장치의 제작 및 설치를 단순화한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 덕트(28)는 수용 팬(26)을 통해 액체 분배기 유입구(32) 내로 연장된다. 특정 수용 팬(26)을 통해 연장되는 덕트(28)들 각각은 액체를 상이한 하위 액체 분배기(22) 내로 안내한다. 일 실시예에서, 덕트(28)의 상부는 수용 팬(26)의 천공된 기부(50)와 동일 평면 상에 있어, 액체가 어떠한 장애도 없이 수용 팬(26)으로부터 덕트(28) 내로 자유롭게 유동할 수 있다.

도 2에 도시된 다른 실시예에서, 천공된 수용 팬(26)의 기부(50) 위로 연장되는 덕트(28)의 상부 둘레의 둑(weir)(60)은 팬 상에 원하는 액체 높이를 유지한다. 덕트(28) 둘레에 둑(60)이 구비된 수용 팬(26)은 팬 상의 액체 억류를 증가시키고 증기-액체 접촉을 개선하여 물질 전달 효율을 증가시킨다.

도 2는 도 3의 세그먼트 2-2에서 수용 팬(26)을 통해 취해진 단면도이지만, 도 4는 도 3의 세그먼트 4-4에서 덕트(28)를 통해 취해진 단면도이다. 덕트(28)의 상부 입구는 도 2에 도시된 바와 같이 확대되어 액체 분배기 유입구(32)보다 더 넓어 액체 취급 능력을 증가시키고 덕트 유입구에서의 막힘(choking) 경향을 감소시킨다. 덕트(28)의 측벽은 경사져서, 덕트(28)가 액체 분배기(22) 내에 끼워지고, 용이한 설치 및 증기 배출을 위한 간극을 남기도록 한다. 유출구가 액체 분배기(22) 내의 액체에 의해 완전히 밀봉되지 않을 때, 증기는 상위 스테이지로부터의 또는 액체 분배기 유출구(34)를 통한 액체 유동과 함께 액체 분배기(22) 내로 들어갈 수 있다. 액체 분배기(22) 내의 증기가 액체 분배기 유입구(32)로부터 적절하게 배출되지 않으면, 증기는 덕트(28) 내로 밀릴 것이며, 이는 덕트를 통한 액체 유동을 막아 장치의 심각한 동반 및 조기 범람을 야기할 수 있다. 따라서, 액체 분배기(22) 내의 증기가 덕트(28)들 사이의 액체 분배기(22)의 상부에서의 개방부 또는 액체 분배기(22)와 덕트(28)들 사이의 간극들 내의 액체 분배기 유입구(32)들을 통해 배출된다는 것이 본 실시예의 이점이다. 덕트(28)의 저부는 액체가 액체 분배기(22) 내로 유동하게 하기 위해 복수의 주둥이(spout) 또는 하나의 연속적인 슬롯 또는 단일의 더 큰 개방부에 의해 개방된다. 정상적인 작동 조건 하에서, 덕트(28)는 덕트(28) 내의 액체에 의해 동적으로 또는 액체 분배기(22) 내의 액체에 의해 정적으로 증기 유동에 대항하여 밀봉된다.

디미스터(24)의 유입구 표면(42)과 액체 분배기(22)의 인접한 벽(30) 사이의 체적은 유체 접촉 체적부(56)를 제공한다. 유체 접촉은 증기 및 액체가 분리되기 전에 디미스터 유닛(40)에서 계속된다. 디미스터 유입구에서의 천공된 플레이트(42) 또는 다른 유동 조작기는 디미스터에 대한 유체 유동 분포를 개선하고, 증기-액체 분리를 개선한다. 유입구 유동 조작기는 또한 유체 접촉 및 물질 전달을 개선할 수 있다. 수용 팬(26) 위의 그리고 수용 팬이 지지하는 디미스터 열(24)들 사이의 체적은 유체 전달 체적부(58)를 한정한다. 디미스터(24)는 도 2에 예시된 바와 같이 수직으로부터 일정 각도로 배향되어, 본 실시예에서 감소되는 유체 유동과 부합하도록 저부로부터 상부까지 감소하는 체적을 갖는 접촉 체적부(56), 및 본 실시예에서 증가하는 증기 유동과 부합하도록 저부로부터 상부까지 증가하는 체적을 갖는 유체 전달 체적부(58)를 제공할 수 있다. 수용 팬(26) 내의 천공으로 인해, 증기-액체 교차-접촉이 유체 전달 체적부(58)에서 일어난다.

액체 분배기(22) 및 수용 팬(26)은, 예를 들어 용접 또는 다른 종래의 수단에 의해, 컬럼 쉘(11)의 내측 표면에 부착된 지지 링(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 팬(26)과 디미스터(24)를 지지하기 위해 추가의 빔(beam)이 요구될 수 있다. 액체 분배기(22) 및 수용 팬(26)은 액체 분배기(22) 및 수용 팬(26)이 작동 동안에 제위치에 유지되도록 지지 링에 볼트체결되거나 클램핑되거나 달리 고정될 수 있다. 특정 실시예에서, 액체 분배기(22)의 단부는 액체 분배기(22)의 단부에 용접되고 이에 의해 액체 분배기(22)의 단부를 밀봉하는 단부 시일을 포함한다. 또한, 리브(rib), 브레이스(brace), 증가된 재료 두께, 및 추가의 지지체와 같은 강화 특징부가 액체 분배기(22) 및 수용 팬(26)과 함께 사용될 수 있다. 액체 분배기(22)의 단부는 용기 쉘의 윤곽을 따르도록 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 수집기/분배기가 채용될 수 있다. 그러한 장치들은 요구되지 않지만, 이들은 증기 및/또는 액체 유동들을 적절하게 안내하여 장치의 각각의 스테이지에서 증기-액체 접촉 및 분리를 최대화함으로써 이점을 제공한다. 예를 들어, 상부 수집기/분배기(14)가 도 1에 도시되어 있으며, 파이프 분배기(70) 및 홈통(trough) 분배기(72)를 포함한다. 파이프 분배기(70) 및 홈통 분배기(72)는 액체를 상부 접촉 스테이지(12)의 액체 분배기(22) 내로 안내한다. 상부 수집기/분배기(14)는 또한 상부 스테이지(12)의 디미스터 열(24)로부터 빠져나오는 증기를 회수한다. 회수된 증기는 후속 공정 또는 응축기로 통과되어 부분적으로 환류 액체로서 컬럼으로 재도입될 수 있다. 상부 수집기/분배기 또는 다른 등가의 수단이 없으면, 하향 유동 액체는 유체 전달 체적부(58) 내로 유동할 수 있고, 따라서 유체 전달 체적부(58) 내의 증기 속도에 따라 상부 스테이지 증기-액체 접촉 체적부를 바이패스하거나 상부 스테이지 위로 다시 동반될 수 있다. 그러한 액체 유동은 또한 상향 증기 유동을 방해할 수 있고, 하나 이상의 하위 접촉 스테이지에서 비효율성을 야기할 수 있다.

저부 스테이지의 덕트(74)는 액체를 컬럼 섬프(sump)로 방출한다. 증기는 증기-액체 접촉 및 동반을 감소시키기 위해 덕트(74)들 아래보다는 덕트(74)들 사이에서 분배될 수 있다. 컬럼 섬프 내의 회수된 액체는 부분적으로 증기로서 컬럼으로 재도입되도록 리보일러(reboiler)로 또는 후속 공정으로 전달될 수 있다. 저부 스테이지 상의 덕트(74)는 스테이지들 중 나머지와는 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 하나의 연속적인 덕트(74)가 수용 팬(26) 아래에서 복수의 덕트(74) 대신에 사용될 수 있다. 대안적으로, 덕트가 수용 팬(26)의 단부 부근에 설치되어, 저부 스테이지(12) 아래의 중간 공간의 대부분을 증기 유동을 위해 빈 상태로 남겨둔다. 수용 팬(26) 상의 개방부는 이에 따라 수정된다. 저부 스테이지의 덕트(74)는 또한, 액체 분배기로부터 컬럼 섬프로 직접 액체를 안내하기 위해 수용 팬(26) 대신에 액체 분배기(22)에 연결될 수 있다. 이 경우에, 증기-액체 접촉이 저부 스테이지에서 발생하지 않으며, 저부 스테이지는 상향 유동 증기로부터의 동반이 높은 경우에 주로 탈동반을 위해 사용된다. 위에서 논의된 상부 및 저부 수집기/분배기에 더하여, 하나 이상의 공급 스트림 및/또는 사이드 컷(side cut)과 같은 임의의 다른 생성물 스트림과 같은 유체 스트림이 도입 또는 인출되는 컬럼 내의 임의의 지점에서 추가의 수집기/분배기가 이득을 제공할 수 있다. 액체 분배기 및 증기 라이저(vapor riser)를 갖는 침니 트레이가 유체 도입/분배/인출을 위해 컬럼 내에 사용될 수 있거나, 예를 들어 2개의 컬럼 섹션 사이에서 증기-액체 접촉 장치의 설계의 상당한 변화가 있는 경우에 사용될 수 있다.

하나의 섹션으로부터 다른 섹션으로의 전이부에서의 스테이지(12)는 평행하지 않은 섹션들 사이의 적절한 유체 유동을 가능하게 하는 특징부를 포함한다. 접촉 모듈(20)의 단부들, 즉 봉입 용기(10)의 쉘(11)의 내측 표면에 대면하는 모듈(20)의 말단 부분들은 접촉 장치의 의도하지 않은 증기 또는 액체 바이패스를 방지하도록 밀봉될 수 있다. 이 실시예에서, 모듈(20)의 단부들은 봉입 구조체의 곡률에 일치하도록 테이퍼 형성되거나 만곡된다. 대안적으로, 모듈(20)의 단부는 평평하며, 수평의 천공되지 않은 연장 플레이트가 모듈(20)로부터 봉입 용기 벽까지의 간극에 걸쳐 있다.

도 1을 참조하면, 접촉 스테이지(12)의 접촉 모듈(20)의 유체 유동이 이하에서 기술될 것이다. 덕트(28) 또는 수집기/분배기(14)를 통한 몇몇 상위 수용 팬(26)들에 의한 상위 스테이지(12)로부터의 액체가 액체 분배기(22) 내로 안내된다. 액체는 액체 분배기 유출구(34)를 통해 액체 분배기(22)로부터 빠져나가고, 유체 접촉 체적부(56)로 들어간다. 유체 접촉 체적부(56)의 유입구에서의 상향 증기 속도는 접촉 체적부(56)에 들어가는 액체가 증기에 의해 상향으로 동반될 정도로 높다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하위 액체 분배기(22) 상의 유입구 플레이트(36)는 증기 접촉 없는, 상위 액체 분배기로부터 하위 액체 분배기로의 액체 유동의 단락(short circuit)을 방지한다. 동반된 액체는 디미스터(24)의 유입구 표면(42) 내로 증기에 의해 상향으로 운반된다. 증기 및 액체는 디미스터 유닛(40) 내에서 도 5b에 도시된 바와 같이 분리 구조체(41)들에 의해 분리되고, 증기는 유출구 표면(44)을 통해 유체 전달 체적부(58) 내로 디미스터 유닛(40)을 빠져나간다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 디미스터(24)로부터의 증기는 전달 체적부(58) 내의 증기와 혼합되고, 이어서 상위 접촉 스테이지(12)의 수용 팬(26) 또는 상위 접촉 모듈(20) 내의 접촉 체적부(56)로 상향으로 계속된다. 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 액체는 유출구 표면(44)의 저부 부분을 통해 디미스터 유닛(40)을 빠져나가고 수용 팬(26) 상으로 유동한다. 수용 팬(26)은 액체를 복수의 덕트(28) 내로 안내하며, 이들 덕트(28) 각각은 액체를 상이한 하위 액체 분배기(22) 내로 안내한다. 또한, 수용 팬(26) 상의 액체는 또한 수용 팬 내의 천공(54)을 통해 상승하는 증기와 교차 접촉된다.

분별 컬럼을 위한 작동 조건들은 컬럼 내에서 분리되는 화합물들의 물리적 특성들에 의해 제한된다. 컬럼의 작동 온도 및 압력은 컬럼의 작동 비용을 최소화하고 다른 상업적 목적을 수용하기 위해 이들 제한 내에서 달라질 수 있다. 작동 온도는 극저온 분리에서 사용되는 매우 낮은 온도로부터, 화합물의 열 안정성에 도전하는 온도까지의 범위일 수 있다. 따라서, 본 공정에 적합한 조건은 -50℃ 내지 400℃ 의 넓은 범위의 온도를 포함한다. 컬럼은 액체로 존재하는 공급 화합물들 중 적어도 일부분을 유지하기에 충분한 압력에서 작동된다. 수용 팬의 기부(50) 내의 천공(54)은 교차-유동 증기 액체 접촉을 촉진하며, 이는 증기-액체 접촉을 여전히 달성하면서 모듈(20)들 사이에서의 간격을 가능하게 한다. 결과적으로, 더 적은 모듈(20)들이 접촉 스테이지(12) 상에 설치되어 상당한 비용 절감을 초래할 수 있다. 감소된 개수의 모듈(20)들, 및 수용 팬(26)들 상에서의 추가적인 증기-액체 접촉에 의해, 각각의 스테이지의 물질 전달 효율이 증가된다.

공정 장비로서 총괄적으로 이해되는, 상기 라인, 도관, 유닛, 장치, 용기, 주위 환경, 구역 또는 유사한 장비 중 임의의 것에는 센서, 측정 장치, 데이터 캡처 장치 또는 데이터 전송 장치를 포함한 하나 이상의 모니터링 구성요소가 구비될 수 있다. 용기(10)와 통신하는 센서(140)가 도 1에 도시되어 있다. 센서(140)는 용기(10) 내의 조건과 같은 파라미터를 감지하고, 신호와 같은 데이터를 수신기(도시되지 않음)로 전송한다. 모니터링 구성요소로부터의 신호, 프로세스 또는 상태 측정치, 및 데이터는 공정 장비 내의, 그 주위의, 그리고 그 상의 상태를 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 모니터링 구성요소에 의해 생성되거나 기록된 신호, 측정치 및/또는 데이터는, 비공개 또는 공개, 일반 또는 특정, 직접 또는 간접, 유선 또는 무선, 암호화 또는 비암호화 및/또는 이들의 조합(들)일 수 있는 하나 이상의 네트워크 또는 연결을 통해 수집, 처리 및/또는 수신기로 전송될 수 있으며; 본 명세서는 이 점에 있어서 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

모니터링 구성요소에 의해 생성되거나 기록된 신호, 측정치 및/또는 데이터는 하나 이상의 컴퓨팅 장치 또는 시스템을 포함할 수 있는 수신기로 전송될 수 있다. 컴퓨팅 장치 또는 시스템은 적어도 하나의 프로세서, 및 판독가능 명령어를 포함한 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장하는 메모리를 포함할 수 있는데, 컴퓨터-실행가능 명령어는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 컴퓨팅 장치가 하나 이상의 단계를 포함할 수 있는 프로세스를 수행하게 한다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 장치는 하나 이상의 모니터링 구성요소로부터, 프로세스와 연관된 적어도 하나의 공정 장비와 관련된 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨팅 장치 또는 시스템은 데이터를 분석하도록 구성될 수 있다. 데이터를 분석하는 데 기초하여, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 또는 시스템은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 공정의 하나 이상의 파라미터에 대한 하나 이상의 권장 조정치를 결정하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨팅 장치 또는 시스템은 본 명세서에 기재된 하나 이상의 공정의 하나 이상의 파라미터에 대한 하나 이상의 권장 조정치를 포함하는 암호화되거나 암호화되지 않은 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.

구체적인 실시예

하기는 구체적인 실시예와 관련하여 설명되지만, 이러한 설명은 예시하고자 하는 것이지 전술한 설명 및 첨부된 청구범위의 범위를 제한하고자 하는 것은 아님이 이해될 것이다.

본 발명의 제1 실시예는 병류 및 교차-유동 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 장치로서, 적어도 하나의 접촉 모듈 및 적어도 하나의 수용 팬을 각각 갖는 복수의 스테이지들을 포함하고; 접촉 모듈은 접촉 체적부에 근접한 유출구를 갖는 액체 분배기, 및 접촉 체적부에 근접한 유입구 표면 및 수용 팬에 대해 상위에 있는 유출구 표면을 갖는 디미스터를 포함하며; 수용 팬은 천공된 기부를 갖고, 수용 팬은 디미스터의 유출구 표면에 대해 하위에 있는, 장치이다. 본 발명의 일 실시예는, 수용 팬과 그리고 하위 액체 분배기와 유체 연통하는 적어도 하나의 덕트를 더 포함하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 덕트는 액체 분배기와 별개이고, 덕트는 수용 팬과 유체 연통하는 상단부, 및 하단부를 가지며, 각각의 덕트의 하단부는 별개의 하위 액체 분배기와 유체 연통하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 디미스터와 액체 분배기 사이에서 접촉 체적부를 더 포함하고, 액체 분배기는 접촉 체적부와 유체 연통하는 유출구를 가지며, 디미스터의 유입구 표면은 접촉 체적부와 유체 연통하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 증기가 기부 내의 천공들을 통해 수용 팬에 들어가고, 액체가 덕트를 통해 수용 팬을 빠져나가는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 수용 팬 상에서 액체를 보유하기 위해 수용 팬의 기부 위로 연장되는, 덕트에 인접한 둑을 더 포함하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 천공되지 않은 평온 영역을 수용 팬 내의 덕트들 둘레에서 더 포함하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 이격된 한 쌍의 디미스터들을 더 포함하고, 액체 분배기는 한 쌍의 디미스터들 사이에 위치되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 수용 팬은 스테이지 상에서의 액체 유동을 위해 접촉 모듈의 하류에 위치되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 스테이지들 중 적어도 하나의 스테이지의 접촉 모듈은 스테이지들 중 다른 하나의 스테이지의 접촉 모듈에 대해 회전되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다.

본 발명의 제2 실시예는 병류 및 교차-유동 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 장치로서, 적어도 하나의 접촉 모듈 및 수용 팬을 갖는 복수의 스테이지들을 포함하고, 접촉 모듈은 디미스터; 디미스터에 인접하게 위치되고 디미스터와의 사이에 접촉 체적부를 제공하는 액체 분배기를 포함하며, 액체 분배기는 접촉 체적부와 유체 연통하는 유출구를 갖고; 디미스터는 접촉 체적부와 유체 연통하는 유입구 표면 및 스테이지의 수용 팬에 대해 상위에 있는 유출구 표면을 가지며; 수용 팬은 접촉 모듈에 인접하게 위치되고, 수용 팬은 천공된 기부를 포함하고, 하위 액체 분배기와 유체 연통하는 적어도 하나의 덕트를 갖는, 장치이다. 본 발명의 일 실시예는, 수용 팬은 스테이지 상에서의 액체 유동을 위해 접촉 모듈의 하류에 위치되는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 액체 분배기, 디미스터 및 수용 팬 각각은 실질적으로 모듈의 길이를 따라 연장되는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 디미스터와 액체 분배기 사이에서 접촉 체적부를 더 포함하고, 액체 분배기는 접촉 체적부와 유체 연통하는 유출구를 가지며, 디미스터의 유입구 표면은 접촉 체적부와 유체 연통하는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 증기가 기부 내의 천공들을 통해 수용 팬에 들어가고, 액체가 덕트를 통해 수용 팬을 빠져나가는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 수용 팬 상에서 액체를 보유하기 위해 덕트에 인접한 둑을 더 포함하는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 천공되지 않은 평온 영역을 수용 팬 내의 덕트들 둘레에서 더 포함하는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 프로세서; 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장하는 메모리; 적어도 하나의 파라미터를 감지하도록 일정 위치에 위치되는 센서; 및 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성된 수신기 중 적어도 하나를 더 포함하는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다.

본 발명의 제3 실시예는 증기-액체 접촉을 위한 방법으로서, 증기를 접촉 체적부 내로 상향으로 통과시키는 단계; 액체를 제1 액체 분배기의 유출구를 통해 접촉 체적부 내로 안내하는 단계; 증기 내에 액체를 동반시켜 디미스터 내로 병류로 유동시키는 단계; 디미스터 내에서 증기로부터 액체를 분리하는 단계; 디미스터를 빠져나온 분리된 액체 스트림을 천공된 수용 팬으로 전달하는 단계; 및 제2 증기 스트림을 수용 팬 내의 천공들을 통해 상향으로 통과시켜 분리된 액체 스트림과 교차 접촉시키고, 디미스터로부터의 그리고 수용 팬으로부터의 분리된 증기 스트림을 상위 접촉 체적부 및 상위 수용 팬의 천공된 기부로 통과시키는 단계를 포함하는, 방법이다. 본 발명의 일 실시예는, 천공들을 통해 상향으로 통과하는 증기와 수용 팬 상의 액체를 접촉시키는 단계, 및 증기가 상위 접촉 체적부 및 상위 수용 팬의 천공된 기부로 들어가기 전에 수용 팬 위에서 증기로부터 액체를 분리하는 단계를 더 포함하는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 수용 팬으로부터의 액체를, 액체를 하위 액체 분배기 내로 안내하는 적어도 하나의 덕트를 통해 통과시키는 단계를 더 포함하는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다.

추가의 상술 없이도, 선행하는 설명을 사용하여, 당업자는, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이, 본 발명을 최대한으로 이용하고 본 발명의 본질적인 특징을 용이하게 확인하여 본 발명의 다양한 변경 및 수정을 이루고 이를 다양한 용도 및 조건에 적응시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 선행하는 바람직한 구체적인 실시예는 본 발명의 나머지를 어떠한 방식으로든 제한하지 않고 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 배열을 포괄하고자 하는 것이다.

상기에서, 달리 지시되지 않는다면, 모든 온도는 섭씨 온도로 기술되며, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.

Claims

병류(co-current) 및 교차-유동(cross-flow) 증기-액체 접촉을 수행하기 위한 장치로서,
적어도 하나의 접촉 모듈 및 적어도 하나의 수용 팬(pan)을 각각 갖는 복수의 스테이지(stage)들을 포함하고;
상기 접촉 모듈은 접촉 체적부에 근접한 유출구를 갖는 액체 분배기, 및 상기 접촉 체적부에 근접한 유입구 표면 및 상기 수용 팬에 대해 상위에 있는 유출구 표면을 갖는 디미스터(demister)를 포함하며;
상기 수용 팬은 천공된 기부(base)를 갖고, 상기 수용 팬은 상기 디미스터의 상기 유출구 표면에 대해 하위에 있는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 수용 팬과 그리고 하위 액체 분배기와 유체 연통하는 적어도 하나의 덕트를 더 포함하는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 덕트는 상기 액체 분배기와 별개이고, 상기 덕트는 상기 수용 팬과 유체 연통하는 상단부, 및 하단부를 가지며, 각각의 덕트의 하단부는 별개의 하위 액체 분배기와 유체 연통하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 디미스터와 상기 액체 분배기 사이에서 접촉 체적부를 더 포함하고, 상기 액체 분배기는 상기 접촉 체적부와 유체 연통하는 유출구를 가지며, 상기 디미스터의 상기 유입구 표면은 상기 접촉 체적부와 유체 연통하는, 장치.
제1항에 있어서, 증기가 상기 기부 내의 천공들을 통해 상기 수용 팬에 들어가고, 액체가 상기 덕트를 통해 상기 수용 팬을 빠져나가는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 수용 팬은 스테이지 상에서의 액체 유동을 위해 상기 접촉 모듈의 하류에 위치되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 스테이지들 중 적어도 하나의 스테이지의 상기 접촉 모듈은 상기 스테이지들 중 다른 하나의 스테이지의 상기 접촉 모듈에 대해 회전되는, 장치.
증기-액체 접촉을 위한 방법으로서,
증기를 접촉 체적부 내로 상향으로 통과시키는 단계;
액체를 제1 액체 분배기의 유출구를 통해 상기 접촉 체적부 내로 안내하는 단계;
상기 증기 내에 상기 액체를 동반시켜 디미스터 내로 병류로 유동시키는 단계;
상기 디미스터 내에서 상기 증기로부터 상기 액체를 분리하는 단계;
상기 디미스터를 빠져나온 분리된 액체 스트림을 천공된 수용 팬으로 전달하는 단계;
제2 증기 스트림을 상기 수용 팬 내의 천공들을 통해 상향으로 통과시켜 상기 분리된 액체 스트림과 교차 접촉시키는 단계; 및
상기 디미스터로부터의 그리고 상기 수용 팬으로부터의 분리된 증기 스트림을 상위 접촉 체적부 및 상위 수용 팬의 천공된 기부로 통과시키는 단계
를 포함하는, 방법.
제8항에 있어서, 상기 천공들을 통해 상향으로 통과하는 상기 증기와 상기 수용 팬 상의 액체를 접촉시키는 단계, 및 상기 증기가 상기 상위 접촉 체적부 및 상기 상위 수용 팬의 상기 천공된 기부로 들어가기 전에 상기 수용 팬 위에서 상기 증기로부터 상기 액체를 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제8항에 있어서, 상기 수용 팬으로부터의 상기 액체를, 상기 액체를 하위 액체 분배기 내로 안내하는 적어도 하나의 덕트를 통해 통과시키는 단계를 더 포함하는, 방법.