(57)【要約】垂直方向に相隔たる２列またはそれ以上の列（１１〜１４）の水平方向に相隔たる平行な上向きの樋を備え、前記樋（４）が上向きに伸長する樋壁を有し、樋壁の上方端にＵターン偏向器が設けられて成る気液分離器。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に相隔たる２列またはそれ以上の列の水平方向に相隔たる平行な上向きの樋を備え、前記樋は上向きに伸長する樋壁を有し、前記樋壁の上方端にＵターン偏向器が設けられて成る気液分離器。
【請求項２】
前記樋が傾斜している、請求項１に記載の分離器。
【請求項３】
前記樋がＶ字形断面設計を有する、請求項１または２のいずれか一項に記載の分離器。
【請求項４】
下方端に気液入口および液体出口を備え、上方端に気体出口を備え、かつ前記気液入口と気体出口との間に請求項１から３のいずれか一項に記載の樋分離器を備え、分離された液体を前記樋分離器から前記液体出口まで移送する手段をさらに備えた気液分離器容器。
【請求項５】
前記気液入口と前記樋分離器との間にコアレッサが存在する、請求項４に記載の気液分離器容器。
【請求項６】
塔内に軸方向に間隔をおいて配設された複数の水平接触トレイを備えた気液接触塔であって、接触トレイの上に請求項１から３のいずれか一項に記載の樋分離器が存在し、前記樋分離器が液体を塔内の下方の位置に移動させるための手段をさらに備えてなる気液接触塔。
【請求項７】
接触トレイが、液体を次に低い接触トレイに移送するために下降管を備えている、請求項６に記載の気液接触塔。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載の塔の蒸留塔または吸収塔としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直方向に相隔たる２列またはそれ以上の列の水平方向に相隔たる平行な上向きの樋を含み、前記樋が上向きに伸長する樋壁を有して成る気液分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような気液分離器は米国特許第４，３６１，４６９号から公知であり、かつ米国特許第５，６９５，５４８号およびＴｒａｎｓ  ＩＣｈｅｍＥ、第７７巻、Ａ部、１０月号６１９頁から６２６頁にも記載されている。米国特許第４，３６１，４６９号によると、開示された気液分離器は複数の垂直方向に相隔たる列またはレベルの水平方向に相隔たる平行な樋から成る。個々の樋は各々、底壁および側壁を有する長方形断面の細長い、上部が開口した樋の形態である。樋は、垂直方向および水平方向に間隔をおいて配置される。使用中、それによって運搬される伴流液滴を有し上昇流動する気液混合体は、樋の列を垂直方向に通過する。特定の樋構成による流れ方向の変化のため、気液混合体は樋に対して押し当てられ、それによって液滴が混合体から分離される。それによって液体は樋の開口上側に落下する。樋は多少傾斜しているので、液体は樋の下方端に流れ、その地点で液体を収集し、上方に移動する気体および液体によって脱伴流されることなく、より低レベルに移送することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
該気液分離器の欠点は、液体の分離が充分でないことである。本発明の目的は、上述した気液分離器の分離効率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、次の気液分離器、すなわち、垂直方向に相隔たる２列またはそれ以上の列の水平方向に相隔たる平行な上向きの樋を含み、前記樋が上向きに伸長する樋壁を有し、樋壁の上端にＵターン偏向器を備えて成る気液分離器によって達成される。
【０００５】
本発明に記載の気液分離器は、先行技術で開示された気液分離器に比較して、改善された分離効率を示すことが分かった。出願人は、以下の理論に束縛されることなく、改善された分離効率は、Ｕターン偏向器の存在のため、樋の外壁に溜まる液滴が樋壁の上端で上方に移動する気体によって再伴流されることが少ない、という事実に帰せられると信じる。加えて、一部の二次気体もＵターン偏向器によって偏向され、それによって外側樋壁から樋の内部への液体の流れに確実に影響を及ぼす。
【０００６】
本発明に記載の気液分離器は、分離器が気液入口と、その下方端の液体出口およびその上方端の気体出口と、下方に移動する液体が上昇流動する気液混合体によって妨害されないように、分離された液体を樋から液体出口まで下方に移送する手段とを備えた容器の一部を形成する、独立型分離器用としての用途を見出だすことができる。そのような手段は、容器の壁付近に配置された下降管とすることができる。気液分離をさらに改善するために、容器は樋装置の下にコアレッサを適切に設けることができる。樋分離器には、液体を液体出口まで下方に移送する手段が装備される。気液入口は、例えばシェル・シューペントータ（Ｓｈｅｌｌ  Ｓｈｏｅｐｅｎｔｏｅｔｅｒ）など、第１気液分離を向上する装置とすることができる（Ｓｈｅｌｌ  Ｓｈｏｅｐｅｎｔｏｅｔｅｒは商標である）。英国特許第１，１１９，６９９号はそのようなシェル・シューペントータを記載している。
【０００７】
本発明に記載の気液分離器はまた、気体と液体が向流接触する気液接触塔でも適切に使用することができる。好適な気液接触塔は蒸留および吸収塔である。吸収プロセスでは、下方に移動する液体が上方に移動する気体と接触し、１つまたはそれ以上の成分が気体から液体へ、またはその逆に移送される。蒸留プロセスでは、１つまたはそれ以上の成分が、それらの沸点の違いのため、供給物から分離される。蒸留プロセスでは、供給物は一般的に、前記入口位置の上および下にトレイが存在する塔の中間位置に供給される。そのような塔は、リボイラ、凝縮および還流手段を備えている。気体および液体を向流接触させるための好適な塔は流体用の入口および出口を有し、塔内に軸方向に間隔をおいて配設された複数の水平接触トレイを備え、各接触トレイは通路を備え、該塔はさらに、本発明に記載の分離器を含む複数の水平な分離トレイと、液体を分離トレイから下方の位置へ移動させる手段とを備え、各分離トレイは接触トレイの上に配設される。分離トレイおよび接触トレイの構成は、上述した米国特許第４，３６１，４６９号および第５，６９５，５４８号から公知である。本発明に記載の改良分離装置を備えた塔は、より優れた性能を達成するである。性能の改善は、塔中の最大気体流量が高くなることである。ここで最大気体流量とは、上昇流動する気体による液体の伴流が始まる気体流量である。
【０００８】
気液分離器はまた、欧州特許第７５１，８０８号の気液接触塔における分離トレイとしても有利に使用することができる。この塔は複数の接触トレイを備え、接触トレイの上に分離トレイが設けられる。前記分離トレイは、気液分離を達成するために渦流管を備える。このトレイはまた、「渦流デッキ」とも呼ばれる。本発明の分離器は、組立がずっと簡単であり、設置する塔の高さが低くてすみ、使用中の圧力降下が低いということから、渦流デッキより優れた利点を有する。
【０００９】
本発明に記載の気液分離器は、垂直方向に相隔たる２列またはそれ以上の列の樋から構成されることが好ましい。気液分離器の適用分野では、最大列数は、本発明に記載の樋分離器から要求される所用分離効率によって決定される。樋分離器を上で詳述したように気液接触塔で使用する場合、列の数は２から８であることが好ましく、２から４であることがさらに好ましい。より多くの列が可能である。しかし、これはより高い塔の高さを必要とする。
【００１０】
１列の樋は、垂直方向に相隔たる次の列またはさらなる列の樋と平行に、または非平行に走ることができる。組立上の理由から、垂直方向に相隔たる異なる列の樋は、相互に平行に走ることが適当である。樋は、それらが上側で開口し、下側で閉じており、その上方端で終端する側壁を備えているならば、任意の断面設計を持つことができる。適切な断面設計の例として、Ｕ字形、Ｖ字形、および米国特許第４．３６１，４６９号に開示された設計がある。樋の寸法、および１列の樋間の距離、および列間の距離は、米国特許第４．３６１，４６９号に開示される通りとすることができる。
【００１１】
樋は水平方向に配置することができるが、例えば米国特許第４．３６１，４６９号に記載されているように、液体が分離器のそばまでより自由に流れることができるように、傾斜することが好ましい。樋は、分離器が高くなりすぎるので、あまり大きく傾斜しないことが好ましい。最適な角度は、これらの考慮事項に基づいて、当業者が容易に決定することができる。Ｕターン偏向器は樋壁全体に沿って走ることができ、あるいは規則正しい間隔で存在することができる。好ましくは、Ｕターン偏向器は上向きに伸長する両方の樋壁のほぼ全長に沿って存在する。
【００１２】
Ｕターン偏向器の設計は、樋の外壁で上方に流動する液体の再伴流を防止するように、かつこの液体および二次気体が樋内に誘導されるようにすべきである。この理由から、Ｕターン偏向器は樋壁の上方端から離して配置され、それによってＵターン偏向器と樋の上方端との間に開口ができ、液体および二次気体の通過が可能になる。Ｕターン偏向器は湾曲形または鉤状設計を持つことができる。偏向器は例えば溶接によって樋に固定することができる。
【００１３】
図１から６を利用することにより、本発明についてさらに解説する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、垂直方向に相隔たる３列（１、２、３）の樋（４）の断面図を示す。樋（４）は、樋が２つの上方に伸長する細長い樋壁を有する箱形の設計を有し、各壁にＵターン偏向器（５）が備えられている。
【００１５】
図２は、Ｕターン偏向器（５）を備えた個々の箱形設計の樋（４）を示す。図３は、Ｕターン偏向器（５）を備えたＶ字形樋（４）を示す。
【００１６】
図４は、気体および液滴の流れ（６）が樋（４）に沿ってどのように流れるかを示す。図示する通り、液滴は樋壁に液膜（８）として溜まり、それは樋壁に沿って上方に流動する。Ｕターン偏向器（５）はこの液膜が樋から再伴流するのを防止する。代わりに、膜からの液は（９）を介して樋内に流入する。一部の二次気体（７）はこの流動を増強する。
【００１７】
図５は、本発明に記載の樋分離器を備えた気液分離器を示す。分離器容器（１０）は、垂直方向に相隔たる列（１１、１２、１３、１４）の平行かつ水平方向に相隔たる傾斜樋（４）を備えている。容器はまた、気液混合体を供給するために英国特許第１，１１９，６９９号の図４による入口装置（１５）と、下降管（１７）を介して樋（４）の下方端に流体接続された液体出口（１６）と、気体出口（１８）とを備えている。樋の下に、上昇流量する気液混合体中の液滴サイズを増大するために、コアレッサ（２１）が装備されている。
【００１８】
図６は、塔（２２）内に軸方向に相隔てて配設された水平接触トレイ（２３）、（２４）および（２５）を備えた向流気液接触塔の一部を示す。水平接触トレイ（２３）、（２４）および（２５）はいわゆるシーブトレイである。シーブトレイは、そこに穴の形の通路を備えた平板である。分かりやすくするために、板の穴は参照番号で示されていない。本発明では、接触トレイの設計は重要ではない。例えばシーブトレイの代わりに、上述した米国特許第５，６９５，５４８号に記載されている樋を備えた接触トレイを使用することもできる。水平接触トレイ（２３）、（２４）および（２５）はそれぞれ下降管（２６）、（２７）および（２８）を備えている。上述の米国特許第４．３６１，４６９号に開示されていない、そのような下降管は、そのような塔の簡単な始動を達成するのに有利であることが分かった。下降管（２８）は接触トレイ（２５）の下で、次に低い接触トレイ（図示せず）に向かって開口しており、以下同様である。
【００１９】
塔（２２）は、その下方端に配設された気体入口および液体出口、ならびにその上方端に配設された液体入口および気体出口を備えている。気体入口、液体出口、液体入口、および気体出口は図６には図示されていない。
【００２０】
塔（２２）はさらに水平分離トレイ（２９）、（３０）および（３１）を備えており、各分離トレイ（２９）、（３０）および（３１）は接触トレイ（２３）、（２４）および（２５）の下に配設される。分離トレイ（２９）、（３０）および（３１）は、垂直方向に相隔たる３列の樋（４）から成る。Ｕターン偏向器が存在するが、分かりやすくするためにこの図には示されていない。各分離トレイ（２９）、（３０）および（３１）はさらに、下降管（３２）、（３３）および（３４）の形で分離トレイから液体を除去するための手段を備えている。分離トレイ（２９）の下降管（３２）は、第２接触トレイ（２５）の下降管（２７）を介して分離トレイ（２４）の下に開口し、以下同様である。
【００２１】
本発明を以下の非限定実施例により解説する。
【実施例１】
【００２２】
図７に示す試験装置（３５）を用いて、本発明に記載の分離器を試験した。この試験装置で、噴霧器（３８）を備えたトレイ（３７）に（３６）を介して水を４．２５ｍ３／時の速度で供給した。トレイの下から噴霧器（３８）に空気を供給し、結果的に上方に移動する水滴／空気混合体（３９）を得た。Ｕ字形樋分離デッキ（４０）でこの混合体（３９）から水を分離した。分離デッキ（４０）は、垂直方向に相隔たる４列の樋から構成された。平行に向き付けられた樋の数は、下から数えてそれぞれ３、４、３、および４であった。Ｖ字形樋には、上向きの樋壁の両方の上方端の全長に沿ってＵターン偏向器が備えられた。分離された水は容器（４１）に集め、水中のわずかな空気（４２）は、分離デッキ（４０）から上方に移動させた。容器（４１）に集められた水の量に対する塔内に導入された水の比を、分離効率（％）と定義した。
【００２３】
空気の量は変化し、異なる負荷率における分離効率を測定した。負荷率（λＢＡ）をここでは次のように定義する。
【００２４】
【数１】
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ここでＱｇは１秒当たりの気体の量（ｍ３／ｓ）、Ａｂａは、分離デッキ（４０）によって覆われる試験装置の面積、ρＧは気体の密度（ｋｇ／ｍ３）、ρＬは液体の密度である。図８は、０．０５から０．１９ｍ／ｓの間の様々な負荷率の値に対し、８０％を超え、９０％さえ超える優れた分離効率が達成されることを示す（図８における丸印は、実施例１の結果を表す）。
【００２５】
（比較実験Ａ）
Ｕターン偏向器を取り外し、結果的に第４．３６１，４６９号に開示された分離装置になったことを除き、実施例１を繰り返した。その結果も図８に三角形で示す。該結果から、本発明に記載の気液分離器は、この技術分野の現状の分離器に比較したとき、改善された分離効率を示すと結論付けることができる。
【実施例２】
【００２６】
水を７．２ｍ３／時の速度で供給したことを除き、実施例１を繰り返した。その結果を図９に丸印で表す。
（比較実験Ｂ）
Ｕターン偏向器を取り外し、結果的に第４．３６１，４６９号に開示された分離装置になったことを除き、実施例２を繰り返した。その結果も図９に三角形で示す。該結果から、本発明に記載の気液分離器は、この技術分野の現状の分離器に比較したとき、実施例２および比較実験Ｂのように液体の負荷が高くても、改善された分離効率を示すと結論付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｕターン偏向器を備えた本発明に記載の３列の樋の断面図。
【図２】Ｕターン偏向器を備えた図１の個々の樋の斜視図。
【図３】Ｕターン偏向器を備えた本発明に記載のＶ字形樋の斜視図。
【図４】本発明の樋における気体および液滴の流れを示す断面図。
【図５】本発明に記載の樋分離器を備えた気液分離器の断面図。
【図６】水平接触トレイを備えた向流気液接触塔の一部を示す断面図。
【図７】本発明に記載の分離器を試験するための装置を示す略図。
【図８】実施例１の試験で得られた分離効率を示すグラフ。
【図９】実施例２の試験で得られた分離効率を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月2日(2003.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に相隔たる２列またはそれ以上の列の水平方向に相隔たる平行な上向きの樋を備え、前記樋は上向きに伸長する樋壁を有し、前記樋壁の上方端にＵターン偏向器が設けられて成る気液分離器。
【請求項２】
各々の桶が上向きに伸長する桶壁を有し、各々の桶壁はＵターン偏向器が設けられている、請求項１に記載の分離器。
【請求項３】
前記樋が傾斜している、請求項１または２に記載の分離器。
【請求項４】
前記樋がＶ字形断面設計を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の分離器。
【請求項５】
下方端に気液入口および液体出口を備え、上方端に気体出口を備え、かつ前記気液入口と気体出口との間に請求項１から４のいずれか一項に記載の樋分離器を備え、分離された液体を前記樋分離器から前記液体出口まで移送する手段をさらに備えた気液分離器容器。
【請求項６】
前記気液入口と前記樋分離器との間にコアレッサが存在する、請求項５に記載の気液分離器容器。
【請求項７】
塔内に軸方向に間隔をおいて配設された複数の水平接触トレイを備えた気液接触塔であって、接触トレイの上に請求項１から４のいずれか一項に記載の樋分離器が存在し、前記樋分離器が液体を塔内の下方の位置に移動させるための手段をさらに備えてなる気液接触塔。
【請求項８】
接触トレイが、液体を次に低い接触トレイに移送するために下降管を備えている、請求項７に記載の気液接触塔。
【請求項９】
請求項７から８のいずれか一項に記載の塔の蒸留塔または吸収塔としての使用。
【国際調査報告】
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