KR820000449B1 - 가스의 흡착 정제장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스의 흡착 정제장치

제1도는 본 발명에 의한 장치의 한 예의 개략적인 측단면도.

제2도는 본 발명에 의한 장치의 두 번째 예로서 개략적인 측단면도.

제3도는 본 발명에 의한 장치의 세 번째 예로서 개략적인 측단면도.

본 발명은 가스의 흡착 정제를 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 외부 용기와 그 안에 들어 있는 내부 용기 및 이들 용기사이의 공간으로 구성되어 있으며 내부용기속에는 흡착제가 지지판위에 충전되어 있다. 외부용기의 상단에는 정제된 가스 또는 재생가스의 제1출입 연결관이 설치되어 내부 용기까지 연장되어 있으며 그와 기밀하게 연결되어 있고 다른 위치에는 정제될 가스나 재생가스의 제2출입 연결관이 설치되어 있다.

미국특허 제2,083,732호에는 내압외부용기 및 흡착제가 들어 있는 얇은 벽으로 된 내부용기로 구성된 가스의 흡착정제장치가 소개되어 있다. 이러한 공지의 흡착기들에는 가스의 공급 및 배출관이 설치되어 있고 또한 흡착제의 재생을 위하여 이를 가열시킬 수 있는 가열장치가 설치되어 있다. 또한 얇은 벽을 갖는 내부용기와 내압외부 용기 사이에는 단열층의 설치되어 있다.

이들 공지의 장치들은 열 공학적인 관점에서 보면 비교적 유리하기는 하다. 근본적으로 흡착제와 얇은 벽의 내부용기가 흡착제의 재생공정동안 고온으로 가열되어야하며 비교적 큰 열용량을 갖는 전체 흡착기는 가열되지 않는다. 그러나 흡착기들이 수직으로 배열되는 경우에는 내부용기가 그의 상단과 하단에서 외부용기와 강하게 연결되기 때문에 이들 공지의 장치들에서는 재생열에 의해서 내부용기가 팽창함으로써 내부용기 및 외부용기를 연결해주는 용접된 부분에 응력이 가해지게되고 이와 같은 과정이 몇번 되풀이되면 균열이 일어나게 된다.

더우기 가스의 흡착 정제를 위한 공지의 장치에 있어서 그 내부용기는 압력변화에 대한 보호대책이 전혀되지 않았지 않거나 불완전하게 되어 있을 뿐이다.

한 공지의 장치에서는 공급 및 배출관이 기밀하게 외부용기를 통해 내부용기에 연결되어 있으며 흡착조업중에 내부용기가 완전히 폐쇄되어 있는데 이때의 내부용기에 가해지는 공정의 전압력은 내부용기를 싸고 있는 단열층이 지지하여 주어야 한다. 만일 단열층이 느슨하게 감겨져 있거나 성글게 분포되어 있는 경우에는 얇은 벽을 가진 내부용기의 변형은 피할 수 없게 된다.

미국특허 제2,083,732호에 나타나 있는 다른 장치에서는 이러한 문제점을 인식하고 그 개선책으로 내부용기와의 부용기간의 가스 출입 연렬부에 조그마한 개구를 설치하여 용기내부의 압력과 단열층내의 압력이 균형을 이루도록 함으로써 어떠한 과잉 압력이 야기되어도 그것이 소멸되도록 하였다. 그러나 이것은 압력이 급속히 상승했다가 소멸되는 새로운 압력변동 공정에서는 전혀 부적합하므로 공지의 이 장치를 더 이상 이용하기가 곤란하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 장시간에 걸친 높은 열 변형력에도 견디고 흡착공정이 가압하에서 행해지는 경우에도 압력에 의한 변형을 받지 않는 가스의 흡착 정제장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 가스의 흡착 정제장치는 외부용기와 내부용기 및 내부용기 내의 지지판위에 충전되어 있는 흡착제로 이루어진다. 외부용기의 상단에 정제된 가스의 배출과 재생 가스의 유입을 위한 제1연결관이 설치되어 있어서 내부용기와 기밀하게 연결되어 있으며, 상술한 외부용기에는 제2연결관이 상이한 지점에 설치되어 있어 정제할 가스의 유입과 재생된 가스의 배출이 이루어지도록 하였다. 이때 내부용기는 개방된 밑면을 가지며 상술한 제1연결관, 또는 내부용기의 상단부분이 수직방향으로 유연하게 움직일 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 의한 정제장치의 내부용기는 가열로 인한 수직방향의 움직임을 용이하게 처리할 수 있도록 설계되었다. 높고 폭이 좁은 내부용기의 경우에는 이러한 목적을 위해 외부용기를 통해 내부용기로 연결되는 출입 연결부에 예를들면 서로 미끌어지는 두 개의 관상부분과 같은 보완장치나 주름통(bellows)이 설치되어 있으며 비교적 폭이 넓고 과히 높지 않은 내부용기(즉, 소위 수평형 흡착탑이라 불리는)의 경우에는 첫번째 출입 연결관 뿐만아니라 내부용기의 상부를 유연하게 설계하는 것이 편리하다.

주름통이 이용될 경우 그 통을 만드는데 쓰이는 물질들은 열에 민감하기 때문에 재생공정에 사용되는 고온의 가스가 흐르는 보호관이 주름통의 내부에 설치되는 것이 일반적이다.

본 발명의 장치에서 내부용기는 밑면이 없고 기본적으로 종(鐘)의 형태를 취하고 있다. 이와 같은 장치는 종래에 알려진 장치들에 비하여 몇가지 근본적인 장점과 구조상의 단순함을 지니고 있다. 종래의 장치에서처럼 효과적인 작동을 위하여 가스의 공급 및 배출관으로부터 떨어져서 내부용기가 완전히 폐쇄될 필요도 없으며 이는 다음의 설명에 의하여 보다 명확해질 것이다.

내부용기의 기능은 다음의 2가지이다.

첫째는 내부와 외부용기 사이의 단열에 관한 것으로, 단열재는 흡착재의 재생과정중에 뜨거운 재생가스에 의하여 발생하는 열이 흡착제에서 외부용기로 전달되는 것을 방지하여야 한다. 이러한 기능은 내부용기의 밑 가장자리가 흡착제의 바닥의 약간 밑으로 연장되는 본 발명의 바닥이 없는 내부용기에 의하여 쉽게 성취될 수 있다. 그러나 정제될 가스와 보통 반대방향으로 흐르는 가열된 재생가스가 흡착기의 상부로 유입되어 흡착기의 하부로 배출되도록 하는 것이 필수적이다.

그렇지 않으면 미소하더라도 뜨거운 재생가스가 내부 및 외부용기 사이로 흐르게 되어 열손실을 야기시킬 우려가 있다.

한편 내부용기는 과도한 압력에 노출되지 않도록 제작되어야 한다.

본 발명의 장치는 통상 저압에서 조작되는 재생공정후 흡착기에 압력이 가해지게되면, 내부용기내에 압력이 축적되지 않도록 설계되어 있다.

본 발명의 장치중에서 내부용기는 정제할 가스의 도입시 발생하는 압력이 내부용기의 내부면적과 내부 및 외부용기사이의 공간에 균일하게 분포되어 내부용기가 과도한 압력에 의한 여하한 응력도 받지 않도록 되어 있다.

흡착제는 보통 다공판위의 내부용기내부에 위치하며 다공판의 구멍은 흡착제 입자의 크기보다 작아서 다공판을 통하여 흡착제 입자가 밑으로 떨어지는 것을 방지하여 준다. 그러나 동시에 이 다공판은 흡착제 층을 수직상방향으로 통과하는 정제할 가스를 흡착제층 내에 균일하게 분포되도록 하여준다.

종형의 내부용기는 흡착제를 지지하여 주고 있는 다공판위에 느슨하게 놓여지도록 되어 있다. 이렇게 하면 열에 의해 팽창하는 경우에도 그 이동성이 높은데 그 이유는 내부용기도 가로방향으로 팽창할 수 있기 때문이며 이는 재생온도가 흡착온도보다 훨씬 높은 경우에 특히 중요하다. 내부용기는 열팽창계수가 작은 특수재질(예 : 인바아(Invar)또는 이와 유사한 합금)로 만드는 것이 좋다.

이렇게 함으로써 흡착조작과 재생조작시의 온도차에 의해 일어나는 팽창을 최소한은로 감소 시킬 수 있다. 따라서 보정장치가 달려 있는 제1연결관의 유연성에 대한 제한을 약화시킴으로써 생산비를 절감시킬 수 있다.

열수지(熱收支)상 내부용기는 열용량을 최소로 해주기 위하여 가능한한 얇게 만드는 것이 좋다. 그러나 이때 내부용기가 수평방향으로 연장되어 있는 경우에는 내부용기에 주름을 만들어 주거나 보강링을 삽입하는 것이 필요하다. 어떠한 경우에도 그 열용량이 보강링을 필요로 하지 않는 두꺼운 벽의 내부용기에 비하여 훨씬 작도록 구조물을 만들어야 한다.

본 발명에 따라 상부에서 기밀하고도 유연하게 외부용기와 연결되어 있는 바닥이 없는 내부용기를 사용하는 것은 어떠한 형태의 흡착기에도 모두 적용될 수 있다.

따라서 이것은 상술한 높고 얇은 흡착기와 소위 수평흡착기 뿐만 아니라 여러 개의 별도 내부용기가 하나의 공통된 내압의 부용기내에 설치되어 있는 흡착기에도 적합하다. 제작상 후자가 다소 큰 외부 용기를 요하긴 하지마는 하나의 큰 내부용기에 비해서는 더 유리하며 비용면에서도 훨씬 유리하다.

본 발명에 따른 장치에서는 내부용기의 바깥쪽에 단열을 시킬수도 있다. 이 경우 예를 들면 내부 용기위에 대개 25mm의 두께로 석면이나 암면으로 감아서 단열시키는 것이 적절하다. 본 발명의 장치가 재생단계와 흡착조업시의 온도차가 매우 크지 않을 경우에 조작될 때에는 내부용기를 더 단열시켜주는 것도 가능한데 그 이유는 내부용기와 외부 용기사이의 가스가 적절한 열차단제로서 작용할 수 있기 때문이다.

특히 이 경우는 재생시간이 비교적 짧을때에 권장되는데 이때 흡착제는 부분적으로만 재생시킬 필요가 있을 때로서 다시말하면 정제된 가스가 유출되는 쪽에서 적용된다.

다공판이나 금속망의 형태로 되어 있는 분배망은 흡착층의 전체 단면에 걸쳐 가스가 균일하게 분배될 수 있도록 하기 위하여 가스유동 방향으로 흡착층의 밑쪽과 윗쪽에 설치하는 것이 좋다. 필요에 따라서는 흡착층과 가스의 유입구 사이의 가스기류가 통과하는 속에 가스 편향판을 설치할 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 크기, 벽면의 두께, 사용되는 흡착제의 양과 충전높이 및 장치구조상의 세부사항들은 많은 변수들에 따라 좌우되는데 예를 들면 흡착 및 탈착 단계동안의 온도, 가스의 압력, 가스의 배출, 흡착되는 불순물의 양, 요구되는 가스, 정제율, 흡착 및 탈착조작의 시간등이다.

따라서 어느 경우에나 적용될 수 있는 설계 값을 제공한다는 것은 불가능하다. 그러나 여기에서 지적할 수 있는 바는 수직형장치의 경우 흡착탑의 외경이 1-4m, 외부용기의 벽면의 두께가 6-12mm, 내부용기의 벽면두께가 2-3mm 정도면 된다.

사용되는 가스편향판의 직경과 둘레는 가스 유입구의 1.2-2.0배 특히 1.4-1.6배일때가 좋다. 가스유입구로부터 가스편향판까지의 거리는 가스유입구 직경의 0.8-1.8배 특히 1.3-1.5배 일때가 좋은데 이 거리는 굴곡된판의 경우 가스유입구로부터 가장 먼 부분까지의 거리다.

수평형 흡착기의 경우에는 예를 들면 길이 2-12m, 외경 3-5m, 외부 용기의 벽면의 두께가 12mm, 내부용기의 벽면의 두께가 2mm 정도이다.

첨부된 도면과 함께 본 발명에 따른 장치를 설명하면 다음과 같다.

제1도는 내압외부용기(1)과 얇은벽을 갖는 내부용기(2)로 구성되어 있는 수직형 흡착기를 나타낸다. 내부용기(2)는 받침판(3)위에 느슨하게 놓여있는데 이 받침판은 지지대(4)에 의하여 외부용기(1)에 연결되어 있다. 받침판(3)위에는 내부용기(2)의 내부에 흡착제(5)가 충전되어 있다. 예시된 장치에서는 내부용기(2)의 바깥쪽에 단열재(6)이 설치되어 있으며 또한 흡착기의 상부에는 1차 유입관(7)이 설치되어 있는데 여기에는 수직방향으로 움직일 수 있는 주름틀이 포함되어 있다. 출입연결관(7)은 보다 큰 가스공급 및 배출시스템(8)의 일부를 형성하고 있는데 시스템(8)은 관(7)의 중심을 통과하는 보호관(9)를 포함하고 있으며 이를 통하여 뜨거운 재생가스가 흐르게 된다. 연결관(10)은 정제된 가스의 배출구이다.

흡착기의 하단에는 외부용기(1)에 강제로 만든 제2가스 출입 연결관(11)이 설치되어 있으며 이 관의 위쪽끝에는 열 보호판(12)가 설치되어 있다. 흡착기내에서 가스가 균일하게 분포되어 흐르게 하기 위하여 가스편향판(13),(14) 및 가스분해필터(15)와 (16)이 흡착제(5)의 상부와 하부에 각각 설치되어 있다. 흡착기에는 또한 맨홀(17)이 설치되어 이를 통해서 흡착제를 추가하거나 새로 교환할 수 있도록 하였고 필요한 경우 수리작업에 이용할 수 있게 하였다.

흡착기의 조작은 다음과 같이 한다. 먼저 정제할 가스를 제2출입연결관(11)으로 공급하여 가스편향판(14)의 가스분배필터(16)을 거쳐 받침판(3)의 표면에 균일하게 분포되도록 한다. 가스는 흡착제로 충전된층(5)를 지나면서 흡착가능한 불순물들이 제거되어 정제된 다음 충전층(5)의 상부로 유출되고 제1출입연결관(7)과 연결관(10)을 통해 빠져나간다.

흡착제가 불순물로 완전히 포화되면 정제할 가스의 공급할 중단하고 연결관(10)을 통하여 흡착기의 압력을 재생압력으로 감소시킨 다음이 낮은 압력에서 뜨거운 재생가스를 보호관(9)를 통해 공급하여 준다.

뜨거운 재생가스는 가스편향판(13)과 가스분배필터(15)에 의하여 흡착제(5)의 표면에 균일하게 분포된다. 가스가 흡착제(5)속으로 침투하면 흡착제의 온도가 상승하고 그 결과 흡착된 성분의 배압이 증가하여 흡착되었던 성분들이 재생가스와 함께 흡착제에서 분리된다. 탈착된 분순물과 함께 재생가스는 제2출입연결관(11)을 통하여 흡착기로부터 유출된다. 재생 조작이 끝날 무렵에 재생가스의 공급을 중단하고 흡착기를 냉각시켜 다음의 흡착조작에 이용될 수 있게 한다.

제2도는 본 발명의 다른 장치예로서 수평형 흡착탑으로 되어 있다. 예시한 바와 같이 이 장치에서는 제1출입 연결관이 유연하게 설치되어 있지 않고 강체관으로 되어 있다. 뜨거운 재생가스가 통과할때 일어나는 내부용기(2)의 열팽창으로 인한 움직임은 이 경우 얇은 벽의 유연한 내부 용기(8)의 상부에 의하여 흡수된다.

만일 필요하다면 연결관(8)에는 이러한 움직임을 없애기 위한 보조장치를 추가로 선택할 수도 있다.

이와 같은 형태의 수평형 흡착기의 조작은 제1도에 예시한 수직형 흡착기의 경우와 동일하다. 그러나 수직형 흡착기와는 대조적으로 수평형 흡착기에는 2개의 맨홀(17)이 양쪽끝에 달려있다. 또한 가스분배필터(15)와 (16)이 이중으로 설치되어 있고 가스편향판(13)과 (14)는 굴곡된 형태로 되어 있다. 끝으로 가스의 분배를 균일하게 해 주기 위하여 비스듬하게 편향판(18),(19)가 윗쪽과 아래쪽의 빈공간내에 각각 설치되어 있다.

제3도는 본 발명의 또 다른 장치예로서 얇은 벽을 갖는 여러개의 내부용기(2)가 통상의 내압 외부용기(1)의 내부에 설치되어 있다.

각각의 얇은 벽면을 갖는 내부용기(2)에는 제1, 제2 출입 연결관(7)과 (11)이 별도로 설치되어 있으며 도면이 복잡해지지 않도록 하기 위하여 내부용기(2)의 단열설비는 나타내지 않았다. 이 경우에는 여러개의 맨홀이 필요가 없다.

제3도에 나타낸 장치의 조작은 제1도에 나타낸 장치의 조작 방법과 근본적으로 동일하다.

Claims (1)

1. 외부 용기 및 그 안의 내부용기로 이루어지는 가스의 흡착 정제장치에 있어서, 그 하단부가 열려 있는 상기 내부용기의 내부에는 흡착제가 받침판 위에 지지되어 있고, 상기 외부용기의 상단부에는 정제된 가스의 배출과 재생가스의 유입을 위한 제1출입 연결관이 설치되어 있으며 내부용기와 기밀하게 연결되어 있고, 상기 외부용기의 상이한 위치에 정제될 가스의 유입과 재생가스의 배출을 위한 제2출입 연결관이 설치되어 있으며, 내부 및 외부용기 사이에는 단열재가 부착되어 있고 또한 가스의 유동방향에 대해 수직으로 가스 편향판이 위치하고 있으며, 상기의 제1출입연결관과 상기 내부용기의 상부는 수직방향으로 서로 유연하게 움직일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가스의 흡착 정제장치.

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