KR830001384B1 - 체류시간이 짧은 고체-기체 분리장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

체류시간이 짧은 고체-기체 분리장치

제1도는 전형적인 관형 반응장치에 부착된 본 발명의 분리 장치의 개략 공정도.

제2도는 본 분리장치의 바람직한 실시예의 정단면도.

제3도는 제2도의 선(3-3)에 따른 단면도.

제4도는 제3도와 모양이 다른 본 분리장치의 제2도의 선(3-3)에 따른 단면도.

제5도는 차단막이 없는 본 분리장치 속에서 기체 및 고체상이 흐르는 모양을 보여주는 개략도.

제6도는 차단막이 있는 동시에 분리실이 연장되어 있는 본 분리장치의 다른예의 개략도.

제7도는 고체 출구가 층이 져있는 동시에 분리실의 흐름방향과 일직선을 이루는 부분 및 중력 흐름방향 부분의 두부분으로 되어있는 본 분리장치의 개략도.

제8도는 고체 출구가 제7도와 같으나 층이 져있지 않은 제7도의 변형예.

제9도는 분리실의 흐름방향과 일직선을 이루는 고체 출구부분이 벤추리식으로 제한되어 있는 제7도의 분리장치의 변형예.

제10도는 상승형 반응장치에 사용되게끔 배치된 제9도의 변형예.

고체를 기류나 중기류와 접촉시켜서 하는 화학반응 장치가 오랫동안 이용되었다. 그 고체는 방응시에 촉매로서 작용하거나, 흡열반응시에는 필요한 열을 공급하였으며, 또는 이와달리 발열반응시에는 열을 빼앗는 작용을 하였다. 유동상 반응장치(fluidized bedreactor)는 사실상 여러가지 장점이 있었는데, 특히 동온대를 유지한다는 점에서 그러하였다. 그러나 체류시간이 줄어들면 유동상의 깊이가 얕아지기 때문에 불안정도가 증가하였다. 이러한 이유로 인해서, 공기류 속에서 고체-기체 접촉을 이용하는 관형 반응장치가 대단히 성공적으로 이용되었는데, 특히 반응 체류시간이 2-5초 걸리는 가솔린을 생성시키기 위한 탄화수소의 촉매 분해시에 이용되었다.

체류시간이 더욱 줄어들어 일반적으로 2초 미만 및 특히 1초미만으로 되면 기체 생성물을 고체로 부터 분리시키는 능력이 떨어지는데, 그 이유는 그렇게 효과적으로 하기에는 시간이 충분치 못하기 때문이다.

이는 사이클론과 같은 분리장치의 체류시간이 허용가능한 반응장치 체류시간의 비대칭율을 대표하기 때문이다. 이 문제는 탄화수소를 열분해하여 올레핀을 형성시키고 개량된 촉매를 사용하여 촉매 분해하여 가솔린을 생성시킴과 같이 반응 체류시간이 0.2-1.0초 사이에 있는 반응계에서 더욱 심각해진다. 이 반응계에서는 재래식 분리장치가 두 상간의 허용 가능한 접촉시간의 35% 이상을 소비함으로써 생성물의 질이 낮아지고, 코크가 형성되고, 생성물의 양이 줄어들며, 또한 불균일해 진다.

비촉매 온도 의존 흡열 반응시에는 상을 분리시키는 것보다 오히려 필요한 반응시간 후에 전생성물 흐름을 급냉시킬 수가 있다.

그러나, 이 고체들은 통상 재순환되어 높은 온도로 가열됨으로써 재생성된다. 반응장치의 흐름을 분리시키기 전에 급냉시킨다는 것은 열적으로 비 효율적이다. 그러나 기류를 급냉하기 전에 입상 고체를 초기 분리시키는 것은 경제적으로 유리하다. 그러면 냉각된 흐름속의 체류 고체는 고체 기체 접촉이 더이상 문제되지 않는 한 재래식 분리장치 속에서 분리될 수 있다.

몇몇 반응계, 특히 저온 또는 보통 온도에서의 촉매 반응에서는 생성기체의 급냉이란 공정이란 관점에서 좋지 못하다. 다른 경우에 있어서는 급냉이란 반응을 종식시키는데 비 효과적이다. 따라서 이들 반응계는 기체상으로 부터 촉매를 제거하기 위하여 바로 상분리를 필요로 하게 된다. 촉매가 한번 제거되면 반응 현상이 더이상 존재하지 않는다.

공지의 기술에서는 원심력이나 편향장치를 사용하여 상을 신속하게 분리하려고 하였다.

니콜슨의 미국특허 제2,737,479호에서는 원심력으로 기체상에서 고체를 분리시키기 위하여 내면에 기체생성물 배출로가 많이 형성되어 있는 완전히 나선상으로 많이 감겨진 도관속에서 반응 및 분리단계가 동시에 이루어지도록 하였다. 이 방법에서 고체는 그 도관의 외주로 몰리는 한편, 기체는 내측벽으로 몰려서 배출로를 통하여 제거된다. 그러나 니콜슨 반응장치-분리장치는 상을 신속하게 분리시켰음에도 불구하고 다른공급변환(feedconversion) 단에서 일련의 기체 생성류를 발생시켰다. 그 이유는 그 도관을 따라서 간격을 두고 있는 여러개의 생성물 배출로에서 제거된 각 생성물 흐름이 고체와 기체 접촉이 본래 좋지못한 반응장치속에서 서로 틀리는 시간동안 반응조건에 노출되기 때문이다.

이러한 결점을 극복하기 위하여 로스등의 미국특허 제2,878,891호에서는 니콜슨 분리장치에 표준상승 반응장치(riser reactor)을 부설하였다. 로스의 분리장치는 180°-240°돌면서 분리가 이루어지게끔 하는 곡선형 도관으로 구성되어 있다. 이 방법에서는 도관의 외측벽으로 무거운 고체가 향하도록함과 동시에 내측벽에 쌓이는 기체는 단일의 배출로 통해서 빠져나가게끔 함으로써 생성물 변화라는 문제는 어느정도 줄어들었으나, 니콜슨 장치의 그밖의 결점은 해결치 못하였다.

그들 두 장치는 모두 배출점에서 기체의 방향을 90°바꿈으로써 고체로 부터 기체를 분리시킴과 동시에, 고체는 분리기의 출구쪽으로 일직선상으로 흘러가게끔 하였다. 따라서 고체는 분리점에서 방향 변화가 되지 않기 때문에 상당량의 기체가 배출점을 지나서 고체 출구로 흘러가 버린다. 이러한 이유 때문에 이들 두장치는 고체 출구의 고체 입자로 부터 여분의 기체를 제거하기 위해서는 재래식 분리장치를 필요로 하였다. 불행하게도, 재래식 분리장치에서 제거된 생성 기체는 고체와 긴밀한 접촉을 하고 있었기 때문에 급냉되지 못하고 심히 질이 떨어지게 되었다.

이들 장치의 또 다른 결점은 상업적인 규모의 크기로 만드는데 한도가 있었다. 도관 직경이 증가함에 따라 혼합상 흐름이 지나는 통로가 길어지기 때문에 직경이 큰 장치의 분리장치 체류시간은 재래식 사이클론과 비슷해진다. 속도를 증가시키면 체류시간은 짧아지나 속도가 60-75ft/sec를 초과하면 곡선 통로 전장을 따라 입자가 부딪침으로서 일어나는 마모현상이 점차로 심화되었다.

도관의 곡률 반경을 줄임으로써 유체 통로의 길이를 줄이면 체류시간이 줄어드나 그 도관 벽을 향한 고체의 충돌각이 커지기 때문에 또한 마모현상이 심화되었다.

파파스의 미국특허 제3,074,878호의 짧은 체류시간 분리장치에서는 편향장치가 사용되었는데, 이것에 의할것 같으면 관형 도관내를 흐르는 고체 기체류가 편향판에 부딪침으로써 관성이 큰 고체로 하여금 그 편향판 밑에 측방으로 배치된 기체 배출관으로 부터 멀리 튀어나가도록 하였다. 또한, 여기서도 고체는 방향을 바꾸지않으나 기체상의 방향은 유입류에 대해서 단지 90°만 바뀜으로써 기류에 고체가 많이 실린다는 본질적인 문제가 초래된다. 배출관을 가로질러 차단판을 덮으면 기류에 고체가 실리는 현상을 줄일 수 있으나, 이 차단판은 편향판과 마찬가지로 고온 및 고속의 심한 조업조건하에서는 굉장히 빨리 마모된다. 따라서 공지 기술에 의한 분리장치의 수많은 잇점들은 그 장치가 효율성, 조업범위, 및 성능면에 있어서 제한을 받았기 때문에 실현이 불가능했었다.

본 발명의 분리장치의 목적은 기체-고체상 혼합류로 부터 일차적으로 입자상 고체를 분리시키기 위한 것이다.

신속하게 분리시키고 마모를 최소한으로 줄이는 것 또한 본 장치의 목적이다.

본 발명의 부수적인 목적은 고체상과 함께 기체가 본 장치의 동작과 일정하게 조절되어 흐르게끔 하면서도 기본적으로는 고체상으로 부터 기체가 완전히 분리되게끔 하는 분리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기본적으로 혼합상류(mixed phase stream)로 부터 고체를 완전히 분리시킬 수 있는 분리장치를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 고온 및 고속 조건에서도 기체 생성물의 질 저하를 최소한으로 유지시키면서 분리작업이 이루어지게 끔하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 혼합상의 기체-고체류로 부터 일차적인 고체 분리작업을 신속하게 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 분리장치는 마모현상을 최소한으로 하면서도 기체-고체 혼합상류로부터 입자상 고체를 신속하게 분리시킨다. 분리 장치를 구성하고 있는 분리실 한끝에는 입구가, 다른끝에는 고체출구가, 또한 그들사이에는 기체 출구가 있다. 각 입구 및 출구는 분리장치내의 기본적인 흐름에 대해 직각을 이룬다. 기체 출구는 공급물증의 기체부분이 180°방향 전환하게끔 배향되어 있는 한편, 고체 출구는 하향 흐름식으로 배치되는 것이 바람직하다. 원심력에 의해서 밀린 고체는 기체가 180°방향 전환을 할때 입구의 반대쪽에 있는 분리장치의 벽에 직각으로 향하여 그곳에다 약 90°의 원호상 면을 지니는 고체 베드를 형성시킴으로써, 그 위로 그 다음 고체가 부딪친다. 베드의 곡선은 고체 출구까지 연장되어 고체의 흐름 통로를 형성한다. 그 베드의 형성으로 인해서 분리장치 입구 반대쪽 벽의 마모현상이 줄어들거나 사라지며, 기류의 흐름 모양이 U-자형 180°로 이루어진다.

분리장치는 제1분리장치, 제2분리장치, 및 스트리핑 베셀(stripping vessel)로 구성된다. 제1차 분리장치의 기체 출구는 도관을 통해서 제2차 분리장치로 연결되는 반면, 스트리핑 베셀은 비슷한 식으로 고체출구에 연결된다. 압력 조절 장치를 사용하여 스트리핑 베셀로 흐르는 기체의 흐름을 조절한다.

바람직한 예의 분리장치에서는 베드의 안정도를 높이기 위하여 차단막이 사용되나, 차단막이 없는 분리장치로 사용 할 수 있다. 이와는 달리 고체 출구 유동로가 고체의 탈공기(deaeration)를 도와주는 기타장치로 제한될 수도 있다. 그러나, 본 발명분리장치의 모든예에 있어서는 기체 및 고체상 모두가 방향 전환을 하기 때문에 기체가 고체상에 실려 손실되는 양은 작다.

바람직한 예를 들자면 본 분리장치는 그 분리 효율을 극대화 시키기 위하여 모양에 있어서 여러가지로 제한을 받는다. 효율을 높이기 위해서는 유동로의 단면을 장방형으로 해야 하며, 또한 입구 내경이 Di인 분리장치의 경우에는 유동로의 높이가 최소한 Di나 4인치 둘중에 더 큰쪽으로 되어야 한다. 비슷하게, 유동로의 너비는 0.75-1.25Di 사이의 값이 되어야 함과 동시에, 입구와 기체 출구 중심선 사이의 거리는 4Di보다 커서는 안된다.

본 발명을 첨부한 도면을 예로 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 상이 희박한 고체-기체 혼합물을 처리하는 전형적인 관형 반응장치에 본 발명의 분리장치를 설치한 것을 보여주는 개략적인 공정도이다. 고체와 기체는 각각 관(11 및 12)을 통해서 관형 반응장치(13)로 들어간다. 반응장치 속에서 유체는 바로 분리장치(14)로 흘러가서 기체상과 고체상의 흐름으로 분리된다. 기체상은 관(15)을 통해서 이동되는 한편, 고체상은 관(16)을 통해서 스트리핑 베셀(22)로 보내어진다. 이 공정의 성질과 분리 정도에 따라서 분리장치에서 관(15)을 통해 떠난 기체의 관속에서의 냉각은 관(17)으로 부터 주사되는 냉각재료에 의하여 이루어질 수 있다. 통상, 생성기체는 잔류 고체를 함유하며, 바람직하게는 재래식 사이클론으로 된 제2차 분리장치(18)로 보내어진다. 냉각재로가 관(15)에 도입될때는 분리장치 쪽으로 흘러가지 못하게끔 되어야 한다. 잔류 고체는 분리장치(18)로 부터 관(21)을 통해서 제거되는 반면, 기본적으로는 고체로 부터 떠난 생성시체는 관(19)을 통해서 위로 제거된다. 관(16 및 21)에서 나온 고체는 유동상 스트리핑 베셀(22)속에서 관(23)을 통하여 주입된 증기나 기타 불활성 유체화 기체에 의해 기체 불순물이 제거된다. 증기는 관(24)을 통하여 주입된 증기나 기타 불활성 유체화 기체에 의해 기체 불순물이 제거된다. 증기는 관(24)을 통하여 스트리핑베셀로 부터 나온다음, 경제적이라면 또는 필요하다면 하류 정화장치로 보내어진다. 관(25)을 통하여 베셀(22)로 부터 이동된 불순 물이 제거된 고체(stripped solids)는 관(26)을 통해 보내어진 수송 공기에 의해 재생성 베셀(regeneration vessel)(27)로 보내어진다. 그 기체는 관(28)을 통하여 재생성 장치로 부터 분리된다. 다음에 재생성된 고체는 관을 통하여 반응장치(13)로 재순환된다.

분리장치(14)는 생성물의 오염을 방지하고, 최적의 생산량과 요구된 생성물의 선택도를 보장하기 위하여 반응장치의 흐름에서 고체를 신속하게 분리시켜야 한다. 더우기, 분리장치(14)는 스트리핑 베셀(22)로 들어가는 기체의 양을 없애거나 또는 최소한도로 줄여야 하는데, 그 이유는 그곳에 들어간 기체 생성물은 고체상과 긴밀하게 접촉되어 심하게 오염되기 때문이다. 이는 분리장치(14)와 스트리핑 베셀(22)사이에 보호막을 설치함으로써 해결된다. 최종으로 분리장치(14)는 수많은 이런 공정에 본질적으로 수반되어 왔던 고온 및 고속 조건하에서의 마모현상이 최소한으로 줄어드는 방식으로 동작해야 한다. 본 발명의 분리장치는 이러한 모든 조건을 만족시키기 위하여 다음과 같이 만들어졌다.

제2도는 본 발명의 고체-기체 분리장치(14)의 바람직한 예를 보여주는 정단면도이다. 분리장치(14)는 껍데기(37)로 된 고체-기체 분리실(31)에 혼합상류의 입구(32), 기체상 출구(33), 및 고체상 출구(34)가 달려있는 것으로 되어있다. 입구(32) 및 고체 출구(34)는 분리실(31)의 양끝단에 각각 위치되는 반면, 기체 출구(33)는 그들 사이에 놓이는 것이 바람직하다. 청소 및 보수통로(35 및 36)가 분리실(31)의 양단에 마련되어 있다. 분리장치 껍데기(37) 및 보수통로(35 및 36)에는 각각 내식 라이닝(38, 39 및 41)을 덮는 것이 바람직한데, 이는 고체가 고속으로 흐를때 필요하다. 내식 라이닝으로 구입해서 이용할 수 있는 대표적인 재료는 카보런덤 프리카스트 카보프랙스(Carborundum Precast Carbofrax D)나, 카보런덤 프리카스트 알프랙스 201 (Carborundum Precast Alfrax 201) 같은 것들이다. 분리장치가 고온용으로 사용될 경우에는 껍데기(37) 및 라이닝(38) 사이와 보수통로 및 그 내식 라이닝 사이에 단열 라이닝(40)을 설치할 수도 있다. 따라서 1,500℉ (870℃) 이상의 공정온도에서는 이 장치를 일률적으로 이용할 수 없다.

제3도는 제2도의 선(3-3)에 따른 단면도이다. 강도를 높이고 제작을 쉽게 하기 위하여 분리장치(14)의 껍데기는 파이프(50) 같은 원통부재로 만드는 것이 바람직하나, 물론 다른 재료도 사용할 수 있다. 종방향 측벽(51 및 52)은 기본적으로 직선형이 되어야 하나 점선(51a 및 52a)으로 표시한 바와 같이 약간 둥글게 할수도 있다. 따라서 분리장치를 통한 유동로(31A)의 단면은 기본적으로 제3도에 도시한 바와같이 높이 H, 너비 W인 장방형이다. 제3도의 예는 벽(51 및 52)에 대하여 라이닝 너비가 조절된 유동로의 모양을 도시하고 있다. 이와달리 차단판, 삽입체, 차단막이나 기타 수단이 이용될 수 있다. 유동로의 횡방향 벽(53 및 54)의 모양은 비슷하게 만들수 있으나, 필수적인 것은 아니다. 제4도는 분리장치의 껍데기(37)가 장방형 도관으로 만들어져 있는 제2도의 선(3-3)에 따른 단면도이다. 껍데기(37)가 직선형 벽(51 및 52)을 지니고 있기 때문에 유동로의 너비를 라이닝으로 조점할 필요는 없다. 내식과 내열을 위해서는 각각 라이닝(38 및 40)을 부착시켜야 한다.

다시 제2도를 보면 입구(32) 및 출구(33)가 유동로(31A) (제3도에 도시되었음)에 직각으로 나있기 때문에 입구(32)를 통해서 분리실로 들어오는 혼합상의 흐름의 방향은 90°바뀌어진다. 또한, 기체 출구(33)는 기체상이 분리장치를 떠날때 180°의 방향 전환이 이루어지도록 배향되어야 한다.

원심력에 의해서 고체 입자는 분리실(31)의 입구(32) 반대측벽(54)으로 추진되는 반면, 운동량이 덜한 기체 부분은 분리실(31)의 증기공간을 통하여 흐른다. 초기에는 고체가 벽(54)위에 부딪치지만 나중에는 그곳에 쌓여서 약 90°의 곡선호(43)형 표면을 지닌 고체의 정지베드(42)를 형성한다. 그 베드위에 부딪치는 고체는 곡선호(43)를 따라서 움직여서 고체 출구(34)로 가는데, 이 고체 출구는 고체가 중력에 의해서 하락될 수 있도록 배향되어 있다. 호(43)의 정확한 모양을 특정한 분리장치의 모양, 및 속도, 질량유동을, 체적밀도와 입자크기 같은 유입류 매개변수에 의해서 결정된다. 들어오는 고체에 가해진 힘은 분리장치(14)에 직접 닿지않고 정지베드(42)에 미치기 때문에 마모현상이 극소화된다. 그러므로 출구(33)를 통해 나가는 기체상으로 부터 고체가 분리되는 것으로 정의 되는 분리장치 효율은 150ft/sec에 이르는 높은 유입속도에 의해서 악영향을 받지 않으며, 분리장치(14)는 바람직하게는 0.1-10.0 lbs. /ft³에 이르는 넓은 범위의 열은 상 밀도에 대해서도 작용한다.

본 발명의 분리장치(14)는 약 80%의 효율을 가지나, 후술하는 바와 같은 바람직한 예의 경우에서는 90%이상으로 고체 분리를 성취할 수도 있다.

유동로가 기본적으로 장방형인 한 분리장치의 효율은 분리장치와 모양, 및 높이(H)와 U자형 기체 유동로의 예리한 정도 사이의 관계에 의존한다.

제2도 및 3도에서 분리실(31)의 높이(H)가 정해졌을 때는 입구(32)와 출구(33)사이의 180°의 U자형으로 구부러진 부위가 날카로워 짐에 따라 즉, 출구(33)가 입구(32)로 접근할 수록 효율이 증대된다. 따라서, H값이 정해진 경우에는 분리장치의 효율은 유동로 즉, 체류시간이 줄어듬에 따라서 증대된다. 입구(32)의 내경이 Di라고 가정하면, 입구(32)와 출구(33)의 중심선 사이의 바람직한 거리(CL)는 4.0Di미만이 됨과 동시에 가장 바람직하기로는 1.5 및 2.5Di 사이의 값이다. 1.5Di 미만에서는 분리작용이 더욱 개선되지만 만들기가 곤란해지기 때문에 덜 바람직하다. 만일 이러한 모양의 것이 필요하다면 분리장치(14)는 단일체로 주조성형되어야 하는데, 그 이유는 입구(32) 및 출구(33)가 서로 너무 가까워지기 때문에 용접하여 만들기가 곤란해지기 때문이다.

유동로의 높이(H)는 최소한 Di가 되거나, 또는 그와 4인치의 둘중 큰쪽의 값을 취해야 한다는 것을 알았다. 경험에 의하면 H가 Di 또는 4인치 보다 작으면 들어오는 흐름에 의해서 베드 고체(42)가 쉽사리 교란되어 출구(33)를 통해 나가는 기체 생성물중에 고체가 실리기 쉽다. 분리 효율을 더욱 높이기 위해서는 H의 값을 Di의 두배 정도로 하는 것이 바람직하다. 다른식으로 제한받지 않는 한 H가 너무 크면 사실상 효율을 증대시키지 않고 체류시간만 증시대킨다. 유동로의 너비(W)는 0.75-1.25Di 사이에 있는 것이 바람직하며, 가장 바람직하기는 0.9-1.10Di 사이에 있는 것이다.

출구(33)내경은 어떠한 크기라도 좋다. 그러나, 속도가 75ft/sec를 넘게되면 기체에 잔류 고체가 실리기 때문에 마모가 일어난다. 출구(34)내경의 크기는 제1도의 스프리핑 베셀(22)과 분리장치(14)의 압력차가 고체 출구관(16)속에 고체를 일정한 높이로 형성시킬 수 있도록 하는 정도이어야 한다. 관(16)속에 일정한 높이로 있는 고체는 기체가 스트리핑 바셀(22)로 들어가지 못하게 하는 보호막을 형성한다. 스트리핑 베셀(22)과 분리장치(14)사이의 압력차의 양은 관(16)속의 고체의 높이와 마찬가지로 고체의 체적류를 고체출구(34)로 흘러가게끔 하는데 드는 힘에 의해 결정된다. 압력차가 증가함에 따라 스트리핑 베셀(22)로 흐르는 기체의 양이 줄어든다. 중력의 운동량을 지닌 고체는 그 압력차를 극복하는 한편, 기체는 바람직하게 기체 출구(33)를 통해 나간다.

스트리핑 베셀(22)속의 압력을 조절함으로써 스트리퍼(stripper)로 가는 기체의 양을 조절할 수 있다. 압력 조절 장치는 관(16)의 출구에 체크 또는 "플래퍼(flapper)" 밸브(29)나, 또는 베셀(22)상에 압력 조절장치(29a)을 포함할 수도 있다. 이와달리 상기한 바와 같이, 출구(34)와 관(16)의 크기를 선택하여 기체가 스트리퍼(32)로 갈수 있도록 그 장치에 작용하는 유압을 얻음으로써 그 압력을 조절할 수도 있다. 이 경우 그 기체는 질이 떨어지는 반면, 스트리퍼로 기체를 10%미만, 바람직하기는 2-7%로 공급시킴으로써 분리 효율이 증대된다는 것을 알았다. 경제적인 면이나 공정면을 고려해서 이러한 동작형태를 이용할 수도 있다. 스트리핑 베셀로 부터 뒤로 기체가 흐르게끔 장치를 만들수도 있다.

이러한 흐름은 공급되는 총 기체의 양의 10%미만이 되어야 한다.

앞서 제안한 바와 같이 유동로를 극소화시킴으로써 분리장치의 입구 직경이 3피이트 이상일 경우에도 체류시간이 0.1초 이하로 짧게 되게끔 할수 있다. 체류시간이 0.5초 까지 허용되는 여러장치에 있어서는 직경이 6피이트 규모까지 가능하다.

제2도의 바람직한 예에서는 기체 출구나 또는 바로 그 부분에 유동로를 가로질러 차단막(44)이 놓여 있어서 고체 출구(34)의 앞에서 고체가 어느정도 높게 쌓인다. 이 차단막에 의해서 더욱 베드가 안정됨으로써 교란과 마모현상이 줄어든다. 더우기, 차단막(44)에 의해서 베드의 모양은 90°보다 약간 큰 초생달 모양의 곡선호(43)의 형상으로 이루어진다. 이러한 모양의 호로 인해서 기체는 기체 출구를 향하여 전환되고 제2도에 선(45)으로 표시한 바와 같이 U-자형의 기체 유동로가 형성된다. 차단막(44)이 없으면 호는 90°와 같거나 또는 그 보다 어느정도 작게 이루어지며, 제5도의 분리장치 개략도에서 점선(60)으로 표시한 바와같이 출구(34)쪽으로 점근선 식으로 연장된다. 효율이 떨어지거나 스트리핑 베셀로 기체가 손실되거나 하지 않는 한편, 선(61)의 유동 양식은 체류시간을 증가시키고, 특히 중요한 점으로는 부위(62, 63및 64)에서 마모에 대한 포텐셜을 더욱 증가시킨 다는 것이다.

제6도의 분리장치는 분리실이 종방향으로 연장된 본 분리장치(14)의 개략도이다. 여기서, 기체출구(34)와 차단막(44)사이의 수평거리(L)는 연장되어 더 긴 고체 베드를 형성시키고 있다. L은 5Di와 같거나, 또는 그 보다 작은 것이 바람직하다. 기체 유동양식(61)은 바람직한 U-자형을 이루지 못하지만, 부위(64)에 대한 마모 포텐셜을 제한하는 초생달 모양의 호가 이루어진다. 제5 및 6도에 도시한 예는 들어오는 흐름속에 고체가 적게 실렸을 때 유용하다. 또한 제5도의 예는 압력 손실이 최소이며, 들어오는 흐름의 속도가 작을때 이용될 수 있다.

제7도에 도시한 바와 같이 분리실에서의 유동로와 일직선을 이루는 부분(66)과 중력 유동 부분(67)으로 되어있는 층이진 고체 출구(65)를 이용할 수 있다. 벽(68)이 차단막(44)을 대신하며, 호(43) 및 유동양식(45)은 제2도의 바람직한 예와 비슷하다. 고체는 제한된 일직선상 부분(66)에 쌓이기 때문에, 압력 손실이 더욱 커진다. 따라서 이 예는 들어오는 흐름의 속도가 낮고 고체를 출구(65)로 몰아낼만큼 충분한 힘을 공급할 수 없는 경우에는 바람직하지 못하다. 그러나, 제한된 고체 유동로로 인하여 탈기가 더욱 잘이루어지며 기체 손실이 극소화된다.

제8도는 고체 출구가 층이지지 않은 제7도의 분리장치(14)의 다른 예이다. 차단막이 사용되지 않았으나, 출구가 고체 유동을 제한하여 베드(42)의 형성을 도와준다. 제6도에서와 같이 기체 출구와 고체 출구사이에 연장된 거리(L)가 이용될 수 있다.

제7 또는 8도의 분리장치에는 제9도에 도시한 바와 같이 벤추리 또는 주둥이 같은 유동 제한장치를 접속시켜 사용할 수 있다. 입구직경이 Dv, 목구멍 직경이 Dvt, 수렴하는 두벽으로 형성되는 원추각이 θ인 벤추리(69)를 출구(65)의 일직선 부분(66)에 위치시키면 고체의 탈기가 대단히 개량된다. 제10도는 제9도의 분리장치의 변형예이다. 여기서 입구(32) 및 출구(33)는 상승형 반응장치에 사용되게끔 배향되어 있다. 고체가 벽(71)쪽으로 추진됨으로써 형성된 베드는 들어오는 흐름의 힘에 의해서 제자리에 유지된다. 전과같이 공급물의 기체 부분은 U-자형 선(45)을 따라 흐른다. 그러나 점근선형 베드는 고체 출구에 장애물이 없을때 형성된다. 차단막은 베드를 형성시키는데 비효과적이며, 고체를 기체 출구로 편향시킨다. 이이유로 인해서 제9도의 고체 출구가 바람직하다. 가장 바람직하기로는 고체의 탈기를 개량시키기 위해서는 제10도에 도시한 바와 같이 일직선 부분(66)에 벤추리(69)를 두는 것이다. 물론 이들 각 예는 제2, 3 및 4도에 관하여 논의된 기본적인 분리장치의 선택적인 설계 특징을 하나 또는 그이상 지닐수도 있다.

본 발명의 분리장치를 실시예를 통해 명확히 설명하면 다음과 같다. 이들예는 다음의 표1과 같은 기본 칫수로 설계된 분리장치로 시험하여 얻은 자료이다. 이들 칫수는 다음과 같은 기초로 여러 도면에 표시되어 있다.

CL 입구 및 기체 출구의 중심선들 간의 거리

Di 입구 내경

Dog 기체 출구 내경

Dos 고체 출구 내경

Dv 벤추리 입구 직경

Dvt 벤추리 목부분 직경

H 유동로 높이

Hw 차단막 또는 층의 높이

L 기체출구에서 제6도에 표시한 차단막 또는 층까지의 길이

W 유동로 너비

θ 벤추리의 수렴하는 돌출벽에 의해 형성된 원추각(도)

[표 1]

실시예 1에서 10까지의 분리장치의 칫수(단위 : 인치)

[실시예 1]

본 예에서는 제2도 예의 바람직한 분리장치에 공지와 실리카알루미나의 혼합물을 공급하여 시험하였다. 본 장치의 칫수는 표 1에 표시하였다. 기체 출구에서 차단막 까지의 거리(L)가 0이라는 점을 주의해야 한다.

입구 흐름은 공기 속도85ft³/min, 실리카 알루미나 속도 52lbs. /min, 체적밀도 70lbs./ft³, 평균 입자크기 100미크론으로 되어있다. 흐름 밀도는 0.612lbs./ft³이며, 상온과 대기압에서 동작시켰다. 2인치 입구를 통해 들어오는 흐름의 속도는 65.5ft/sec인 반면, 1.75인치 직경의 출구를 통해 나가는 기체 속도는 85.6ft/sec였다. 고체 출구의 고체 보호막에 의해서 분리장치로 떠나는 고체에 기체가 실리는 것이 방지되었다. 유동로를 가로질러 0.75인치의 차단막을 둠으로써 베드 고체를 안정시켰다.

분리 효율을 관찰한 바 약 0.008초의 기체상 체류시간에 89.1%로 완료되었다. 효율은 입구 흐름으로부터 고체가 제거되는 백분율로 정의된다.

[실시예 2]

실시예 1의 기체-고체 혼합물을 제6도의 분리장치로서 처리하였다. 이 예에서는 L의 칫수가 2인치 였으며, 그 밖에 다른 칫수는 실시예 1과 동일하다. 분리실을 종방향으로 연장시킴으로써 기체의 유동양식을 상기한 U-자형으로 부터 편향시켰다. 결과로서 체류시간이 더욱 길어졌으며, 교란이 증가되었다. 분리 효율은 70.8%였다.

[실시예 3]

실시예 2의 분리장치로서 공기 속도가 85ft³/min, 실리카알루미나 속도가 102lbs. /min, 흐름 밀도가 1.18lbs./ft³또는 실시예 2의 약 2배정도 되는 입구 흐름에 대해 시험하였다. 분리 효율은 83.8%까지 개량되었다.

[실시예 4]

실시예 1의 바람직한 분리장치를 가지고 실시예 3의 입구 유동속도에 대해 시험하였다. 효율은 거의 91.3%까지 증대되었다.

[실시예 5]

제2도의 분리장치로 실시예 1의 조건에서 시험하였다. 분리장치의 칫수는 입구와 기체 출구 중심선 사이의 거리(CL)이 5.875인치 또는 입구 직경의 약세배 가량된다는 것 말고는 표1과 같다. 이 칫수에서는 CL이 가장 바람직한 범위인 1.50-2.50Di를 벗어나 있다. 체류시간은 0.01초 까지 증가되었으나, 효율은 73.0%였다.

[실시예 6]

고체가 실리는 속도가 102lbs. /min으로서 흐름 밀도가 1.18lbs./ft³라는 것을 제외하고는 실시예 5와 똑같은 조건으로 하였다. 실시예 3 및 4에서 이미 관측한 바와 같이 분리장치 효율은 고체가 더욱 많이 실린 상태에서 90.6%까지 증대되었다.

[실시예 7]

제2도의 바람직한 실시장치를 가지고 시험하였다. 그러나 이 예의 장치는 전술한 예보다 유동 면적이 9배 증대되었다. 입구가 6인치, 출구가 4인치로서 180℉에서 공기속도 472ft³/min 및 실리카 알루미나 속도 661lbs. /min 및 12psig에 대해서 처리하였다. 각각의 속도는 40 및 90ft/sec였다. 고체의 체적밀도는 70lbs./ft³였으며, 흐름 밀도는 1.37lbs./ft³였다. 입구 및 출구 중심선사이의 거리(CL)는 11인치 또는 입구 직경의 1.83배였으며, 거리(L)는 0이였다. 2.25인치 차단막으로 베드를 안정시켰으며, 기체 손실은 고체 보호막에 의해서 방지되었다. 그러나 고체는 폐쇄된 베셀에 수집되었으며 수집베셀에서 분리장치로 기체가 이동되어 흐르는 것이 보일만큼 압력차가 있었다. 이 부피는 약 9.4ft³/min이었다. 분리장치의 효율을 관측한 바 90.0%였으며 기체상 체류시간은 약 0.02초였다.

[실시예 8]

실시예 7의 분리장치로서 기체와 고체의 공급이 동일하게 이루어지도록 하여 시험하였다. 그러나 고체 수집 베셀을 대기로 통하게끔 하고 압력차를 공급 기체의 9% 또는 42.5ft³/min만큼이 고체 출구를 통해서 3.6ft/sec의 속도로 배출되도록 조절하였다. 고체 출구를 통한 이러한 사실상의 공급에 대해서 분리장치 효율은 98.1%까지 증가되었다.

[실시예 9]

제8도의 분리장치를 가지고 입구가 2인치, 기체 출구가 1인치 되도록 하여 시험하였다. 고체 출구는 직경이 2인치였으며 기체 출구롤 부터 10인치 되는 곳에 위치하였다(칫수 L). 차단막은 사용되지 않았다. 공기 속도를 85ft³/min, 및 45lbs./ft³의 체적밀도와 평균입자크기 50가미크론인 사용된 유체 촉매분해용 촉매를 105lbs. /min로 공급하였다. 이때 흐름 밀도는 1.20lbs./ft³였다. 기체 입구 속도는 65ft/sec인 반면, 기체 출구 속도는 262ft/sec였다. 실시예 7에서와 같이 수집 베셀에서 분리장치로 기체가 역류되어 흐르는 것이 분명히 보였다. 이 흐름은 1.3ft/sec의 속도로 약 1.7ft³/min정도 되었다. 상온과 대기압에서 작업하였다. 분리 효율은 95.0%였다.

[실시예 10]

제9도의 분리장치에 공기 85ft³/min, 사용된 유체 촉매분해용 촉매 78lbs. /min를 공급하여 시험하였다. 입구의 직경은 2인치로서 65ft/sec의 속도였으며, 기체 출구의 직경은 1인치로서 배출속도가 262ft/sec였다. 이 분리장치의 고체 출구는 층이 지도록 만들었으며, 그 일직선상 부분에 벤추리를 두었다. 그 벤추리의 주둥이는 직경 2인치인 동시에 목은 1인치였다. 벤추리의 서로 수렴하는 돌출벽으로 형성된 원추각은 28.1°였다. 효율을 관찰한 바 92.6%였으며, 분리장치를 떠나는 고체는 자신의 틈에 남아있는 기체를 제외하고는 완전히 탈기되었다.

Claims (1)

1. 본문에 상술하고 도면에 도시한 바와 같이, 종방향의 측벽이 직선형이나 또는 약간 둥글게 되어 기본적으로 단면이 장방형인 유동로를 형성함과 동시에, 한끝에는 유동로에 직각으로 혼합류 입구가, 다른쪽 끝에는 배출되는 고체가 중력에 의해서 아래로 떨어질 수 있게끔 되어있는 고체 출구가 또한, 그 둘사이에는 입구로 들어오는 기체가 180°방향 전환되어 빠져나갈수 있도록 되어있는 기체 출구가 달려있는 분리실로 구성되어서 그곳으로 흘러 들어오는 고체 및 기체상으로 희박하게 혼합된 고체 기체 혼합류로 부터 입상 고체를 신속하게 분리 제거시키도록 되어있는 고체-기체 분리장치.

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