KR100810976B1 - 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 위한 다기능성 서브어셈블리 - Google Patents

1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 위한 다기능성 서브어셈블리

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KR100810976B1
KR100810976B1 KR1020010019481A KR20010019481A KR100810976B1 KR 100810976 B1 KR100810976 B1 KR 100810976B1 KR 1020010019481 A KR1020010019481 A KR 1020010019481A KR 20010019481 A KR20010019481 A KR 20010019481A KR 100810976 B1 KR100810976 B1 KR 100810976B1
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Abstract

본 발명은 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하는 용기에 사용하기 위한, 적어도 일부가 수소인 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질 분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 보장하는 서브 어셈블리에 관한 것으로, 상기 상은 전반적인 하향류 모드로 이동하여 상기 입자상 고체의 층을 횡단하고, 상기 서브 어셈블리는 입자상 고체의 층 위에 배치되어 있는 1개 이상의 분배기 트레이(P)를 포함하며, 다수의 강하관(1)을 포함하고, 상기 각 강하관 위에는 1개 이상의 제트 교란기 장치가 배치되어 있으며, 상기 각 강하관의 상부에는 상기 기체 상의 대부분을 상기 강하관 내로 유입시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(22)이 존재하고, 트레이(P) 위의 상기 각 강하관의 상기 상부와 하부 사이에는 상기 액체 상의 대부분을 상기 강하관 내로 유입시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(2)이 존재하며, 그리고 상기 각 강하관의 하부에는 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 상기 하부 아래에 배치되어 있는 입자상 고체의 층 위로 분배시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(23)이 존재하고, 각각의 강하관은 순환 영역에서 그 상부와 하부 사이에 강하관 횡단면의 전체에 걸쳐 연장되어 있는 1개 이상의 충전물을 함유하고, 상기 충전물은 상기 액체 상 및 상기 기체 상이 통과하는 셀에 의해 구성되며, 상기 셀은 상기 강하관 내부의 유체 순환을 실질적인 방사 방향으로 배향시킨다.

Description

1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질 분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 위한 다기능성 서브 어셈블리{POLYFUNCTIONAL SUB-ASSEMBLY FOR CONTACT, MATERIAL DISTRIBUTION AND HEAT AND/OR MATERIAL EXCHANGE OF AT LEAST ONE GAS PHASE AND AT LEAST ONE LIQUID PHASE}
본 발명은 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하는 용기에 사용하기 위한, 적어도 일부가 수소인 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상을 포함하는 유체의 분배를 최적화시킬 수 있는, 접촉, 물질 분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 보장하는 다기능성 서브 어셈블리에 관한 것으로, 상기 유체는 상기 입자상 고체(또는 고형 입자)의 층을 통과하는 전반적인 하향류 모드로 순환한다. 특히, 본 발명은 적어도 일부가 수소인 1종 이상의 기체 상을 포함하는 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분배시키는 데 있어 상기 서브 어셈블리의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제1 액체 유체 및 제2 기체 유체를 위한 주입구를 상단에 근접하게 포함하고, 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하며, 상기 층 위에는 다기능성 서브 어셈블리가 구비되어 있는 용기에 관한 것이다.
이러한 서브 어셈블리는,
* 용기, 보통 반응기의 정상에, 또는
* 입자 층(용기의 전체 단면에 걸쳐 후속 입자 층을 제공함)의 배출구에, 또는
* 보충 유체(예를 들면, 열 전달 기체, 보통 급냉 기체라고 칭하는 냉각 기체 또는 수소 첨가 반응과 같은 반응을 수행하기 위한 기체)를 주입한 후에 배치할 수 있다.
본 발명은 특히 기체 상이 수소로 일부 구성되어 있는 기체/액체 분배기의 분야에 적용된다. 본 발명은 특히 다음과 같은 모든 경우, 즉
* 기체 상이 액체 상과 비교하여 상당히 많은 경우, 즉 기체와 액체 간의 부피비가 보통 3:1 이상이고, 통상적으로 400:1(3 ＜ 기체 부피/액체 부피 ＜ 400) 미만인 경우,
* 반응이 고도의 발열 반응이고, 보충 유체(보통 기체)를 반응기 내로 도입시켜 기체/액체 혼합물을 냉각시키는 것을 반드시 필요로 하는 경우, 및
* 화합물(예를 들면, 수소 H2)이 액체 상에 용해될 수 있도록 반응에 친밀한 접촉이 요구되는 경우에 적용된다.
특히, 본 발명은 액체 유분의 수소 첨가 열분해 반응(hydrocracking), 수소 첨가 처리 반응(hydrotreatment), 수소 첨가 탈황 반응(hydrodesulphurisation), 수소 첨가 탈질소화 반응(hydrodenitrogenation), 전체적이고 선택적인 수소 첨가 반응(hydrogenation), 및/또는 수소 첨가 탈금속화 반응(hydrodemetallisation) 뿐만 아니라 부분 또는 완전 산화 반응, 아미노화 반응, 아세틸 산화 반응, 암모니아 첨가 산화 반응(ammoxidation) 및 할로겐화 반응(예, 염소화 반응)에 모두 적용할 수 있다.
수소 첨가 탈황 반응, 수소 첨가 탈질소화 반응 및 수소 첨가 열분해 반응의 특정한 분야에서, 높은 전환 효율을 달성하기 위해서는(예를 들어, 30 ppm 이하의 황을 함유하는 생성물을 얻기 위해서는), 급냉의 경우 부피비가 일반적으로 약 3:1 내지 약 400:1, 보통 약 10:1 내지 약 200:1이기 때문에 기체 및 액체, 주로 액체의 우수한 분배가 반드시 필요하고, 냉각을 수행하기 위해 도입된 기체와 보통 공정 유체라고 칭하는 수행 중인 공정으로부터 얻은 유체 사이에 매우 우수한 접촉이 반드시 필요하다.
기체와 비교하여 액체의 비율이 소량이기 때문에, 종래 기술에서 사용된 실행 가능한 수단은, 예를 들어 액체의 통과를 위한 다수의 구멍(aperture) 및 기체의 통과를 위한 다수의 강하관(downcomer)을 포함하는 분배기 트레이를 사용하는 방법으로 이루어져 있다. 이러한 장치의 설명은, 예를 들면 미국 특허 US-A-3 353 924호, US-A-4 385 033호 및 US-A-3 855 068호로부터 얻을 수 있다.
그러나, 그러한 용액은 트레이를 사용하는 융통성에 관하여 문제점을 일으키고, 또한 트레이가 완벽하게 수평되어 있지 않을 경우 및/또는 트레이 상에서 액체 및 기체 스트림 중의 보다 큰 액적에 의해 야기되는 역흐름 때문에 상이한 오리피스로부터 불규칙한 공급을 야기시킬 수 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해서, 당업자들은, 예를 들면 US-A-5 232 283호에 설명되어 있는 바와 같이 개별 방식으로, 또는 예를 들면 미국 US-A-4 126 539호, 미국 US-A-4 126 540호, US-A-4 836 989호 및 US-A-5 462 719호에 설명되어 있는 바와 같이 혼합물의 형태로 기체 상 및 액체 상을 수집하고 분배하기 위한 수단에 의해 제공되는 최종 트레이를 비롯한 다수의 트레이를 특정 배치하는 것을 이용하게 되었다.
그러한 유형의 트레이 및 배치의 또다른 단점은 트레이 및 배치의 유형이 강하관 또는 구멍의 배출구에서 액체 확산이 부재한다는 점이다. 따라서, 당업자는 특히 FR-A-2 745 202호 및 US-A-5 688 445호에 설명되어 있는 바와 같이 주입 지점의 갯수를 상당히 증가시키지만, 예를 들면 FR-A-2-654 952호 및 국제 특허 출원 WO-A-95/35159호 및 WO-A-97/46303호에 설명되어 있는 바와 같이 트레이의 강도에 의해 또는 오리피스 또는 강하관 주입구에서 제트 교란기 유형 시스템을 사용하는 것에 의해 제한받는다.
또한, 보통 기체이지만 액체일 수 있는 보충 유체를 사용하는 냉각 단계를 필요로 하는 발열 반응의 경우에 있어서, 제시된 시스템은 일반적으로 다음과 같은 내부 수단의 연속물, 즉 급냉 유체를 도입시키기 위한 수단, 공정 유체를 냉각시키고 균질화시키기 위한 혼합 체임버 및 이중 분배 트레이의 시스템, 예를 들면 US-A-4 836 989호, US-A-5 232 283호, US-A-5 462 719호, US-A-5-567 396호 및 유럽 특허 EP-A-0 716 881호에 설명되어 있는 것들을 포함하고, 이들 특허에서 제시된 상이한 해결 방안들 간의 차이는 사용된 혼합 체임버의 복잡성(이중 체임버, 블레이드, 배플)에 의해 실질적으로 제공된다.
이들 시스템이 갖는 주요 결점은, 최적이지 못한 분배 특성 이외에도, 벌크(반응기 내에 차지하는 공간)이다. 종래 기술의 시스템에서, 강하관에서 기체의 속력은 일반적으로 0.5 cm/s 내지 5 cm/s이고, 액체의 속력은 일반적으로 0.05 cm/s 내지 1 cm/s이다. 이러한 속력은 너무 낮아 혼합 및 분산을 모두 허용할 수 없는데, 이것은 주요 단점을 구성한다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서 제시된 해결 방안의 단점을 적어도 부분적으로 해소하는 데 있고, 또한
* 주입 지점의 갯수를 감소시킴으로써 분무 또는 미세 액체 필름의 형태로 전체 표면에 걸쳐 기체 및 액체의 최적 분배를 보장하며,
* 정확한 열 교환(급냉 기능) 또는 물질 교환(예, 액체 상에 수소를 용해시키는 기능)을 보장하기 위해서 기체와 액체 사이의 효율적인 접촉을 생성시키고,
* 반응기의 벌크를 최소화(상기 설명한 모든 기능을 수행할 수 있는 단일 트레이를 사용함)시키는 데 있다.
본 발명은 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하는 용기에 사용하기 위한, 적어도 일부가 수소인 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질 분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 보장하는 다기능성 서브 어셈블리에 관한 것으로, 상기 상은 전반적인 하향류 모드로 이동하여 상기 입자상 고체의 층을 횡단하고, 상기 서브 어셈블리는 입자상 고체의 층 위에 배치되어 있는 1개 이상의 분배기 트레이(P)를 포함하며, 다수의 강하관 또는 튜브(1)를 포함하고, 상기 각 강하관 또는 튜브 위에는 1개 이상의 교란기 장치가 배치되어 있으며, 상기 각 강하관 또는 튜브의 상부에는 상기 기체 상의 대부분을 상기 강하관 내로 유입시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(22)이 존재하고, 트레이(P) 위의 상기 각 강하관의 상기 상부와 하부 사이에는 상기 액체 상의 대부분을 상기 강하관 내로 유입시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(2)이 존재하며, 상기 각 강하관의 하부에는 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 상기 하부 아래에 배치되어 있는 입자상 고체의 층 위로 분배하기 위한 1개 이상의 흐름 단면(23)이 존재하는 다기능성 서브 어셈블리에 있어서, 각각의 강하관은 그 상부와 하부 사이에 1개 이상의 부재로 구성된 1개 이상의 충전물을 함유하고, 상기 충전물의 흐름 단면은 강하관 축에 실질적으로 교차하며, 상기 부재는 순환 영역에서 강하관 횡단면의 전체에 걸쳐 연장되고 상기 액체 상과 상기 기체 상이 통과하는 셀에 의해 구성되며, 상기 셀은 상기 강하관 내부의 유체 순환을 실질적인 방사 방향으로 배향시키는 것을 특징으로 한다.
바꾸어 말하면, 상기 서브 어셈블리는 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상을 포함하는 혼합물을 분배시키기 위한 장치의 일부를 형성하고, 상기 혼합물은 입자상 고체의 층을 통과하는 하향류로서 흐르며 반응 주입구 라인으로부터 또는 입자상 고체의 상층으로부터 유래한다.
각각의 강하관 또는 튜브는 분배기 트레이(P) 위 그리고 상기 분배기 트레이(P)에 가장 근접해 있는 흐름 단면(22) 아래에서 상이한 수준에 배치되어 있는 2개 이상의 액체 상 흐름 단면(2)을 포함한다. 이들 단면은, 예를 들면 외면에서 그리고 다수의 수준, 바람직하게는 2개 또는 3개 수준에서 천공된 구멍이고, 이 구멍의 갯수 및 직경은 바람직한 융통성을 얻도록 산정된다. 구멍은 임의의 형상 중 하나로서, 예를 들면 실질적으로 원형이다. 또한, 이러한 경로(2)는 그 높이 또는 폭 및 갯수를 통하여 강하관 또는 튜브(1)에서 슬롯(slot) 천공될 수 있고, 소정의 융통성을 얻기 위해서는 슬롯이 2개 내지 3개인 것이 바람직하다. 분배기 트레이(P)에 가장 근접해 있는 액체 상 흐름 단면(2)은 액체의 수준이 상기 트레이(P) 위로 설정되도록 상기 트레이(P)로부터 충분한 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 이러한 강하관 또는 튜브(1) 위에는 주입구 라인으로부터 또는 입자상 고체의 상층으로부터 유래하는 임의의 제트를 파괴시키고, 기체와 액체를 분리시키기 위한 캡(제트 교란기 장치)이 배치되어 있다. 액체는 구멍 또는 슬롯을 통해 튜브에 유입되고, 기체는 캡과 강하관 또는 튜브(1)의 정상 사이의 흐름 단면(22)을 통해 상부에 유입된다.
강하관 또는 튜브(1) 내부 충전물의 용도는 기체/액체 혼합물에 에너지를 제공하고, 강하관 또는 튜브(1)에서 높은 속도를 생성시킬 수 있다. 사용된 충전물의 예로는, 슐저(Sulzer) 유형 충전물, 특히 참고 번호 SMV 또는 SMX로 공지된 것, 또는 참고 번호 RMT을 지닌 것들과 같은 코쉬-글리취(Coch-Glitsch) 제품, 또는 정지 혼합기 또는 컬럼 충전물과 관련한 회사들의 특허에 설명된 것들 중의 하나, 또는 EP-A-0 719 850호에 정의되어 있는 바와 같은 충전물을 들 수 있다. 이러한 충전물은, 이 충전물이 1개 이상의 부재에 의해 구성되고, 여기서 흐름 단면이 용기 축과 실질적으로 교차하며, 이러한 부재가 순환 영역에서 용기의 전체 횡단면에 걸쳐 연장되고 공정 액체, 공정 기체 및 임의의 급냉 유체가 통과하는 셀에 의해 구성되며, 이러한 셀이 강하관 내부의 유체 순환을 실질적인 방사 방향으로 배향시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 충전물은 기체와 액체 사이의 매우 우수한 접촉을 생성시키고, 열 교환(급냉 기능) 및/또는 물질 교환(용해 기능)을 보장한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 각 강하관 하부의 흐름 단면(23) 근방에서는 서브 어셈블리가 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키기 위한 1개 이상의 수단을 포함한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 각각의 강하관은 2개 이상의 비인접 충전물을 함유하고, 이들 중 최종 충전물은 각 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 상기 기능을 보장한다. 본 발명의 특정 실시양태에서, 각 강하관 하부의 흐름 단면(23)에 근접하게 배치되어 있고 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키기 위한 상기 기능을 수행하는 최종 충전물은 상기 강하관의 내부에 존재하는 부분과 상기 강하관의 외부에 존재하는 부분을 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 것을 보장하는 수단은 상기 강하관 하부의 흐름 단면(23) 아래에 근접하게 배치되어 있는 제어된 다공성을 지닌 제트 교란기 장치이다. 본 발명에서, 각각의 강하관은 이 강하관의 배열에 사용된 개별 제트 교란기 장치 또는 단일의 제트 교란기 장치를 포함할 수 있고, 또한 1개의 제트 교란기 장치는 용기의 전체 단면에 걸쳐 연장되어 있다.
보통, 강하관은 분배기 트레이(P) 위에 존재하는 부분과 분배기 트레이(P) 아래에 존재하는 부분을 포함한다. 바꾸어 말하면, 튜브는 트레이 바닥을 통과하여 연장된다.
상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 것을 보장하는 수단이 충전물인 경우, 이 충전물은 소정의 확산(분무의 형태로 표면을 분사시킴)을 생성시키는 특정 각도를 갖는 충전물 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 확산 각도는 통상적으로 10°내지 60°이고, 바람직한 기능은 30° 크기의 확산 각도를 취할 때 얻어진다. 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 것을 보장하는 수단이 제트 교란기 장치인 경우, 기체 및 액체 흐름 속도에 따라 좌우되는 제어된 다공성을 지닌 특정의 제트 교란기 장치(입자상 고체로 구성된 층의 표면을 액체 필름의 형태로 분무시킴)가 바람직하다. 표면적 비율(제트 교란기 장치의 공극 표면적/전체 표면적)로 표시되는 다공성은 제트 교란기 장치의 표면적의 5% 내지 50% 범위, 바람직하게는 제트 교란기 장치의 표면적의 10% 내지 20% 범위이다.
본 발명의 장치는 다음과 같은 이점들을 갖는다.
* 본 발명의 장치는 주입 지점의 갯수를 감소시킨다. 단위 제곱 미터 당 강하관 밀도는 통상적으로 1개 내지 150개 범위, 바람직하게는 10개 내지 50개 범위이다.
* 본 발명의 장치는 기체/액체 비율의 큰 경우(약간의 액체만을 분배시키기 어려운 경우) 전체 표면에 걸쳐 미세하게 액체를 분배시킨다. 확산 각도는 강하관 배출구에서 확산 시스템(제트 교란기 장치 또는 특정의 충전물)을 이용함으로써 크게 증가된다. 종래 기술의 시스템에서는 확산 각도가 거의 제로 상태이다.
* 급냉 기능은 통합된다. 이것은 열 전달 효율을 증가시킨다.
* 공간 절약은 실질적으로 이루어진다(급냉 어셈블리가 없다).
* 용해 기능은 반응기의 상이한 수준으로 통합된다.
* 시스템은 융통성 및 견고성을 갖는다.
또한, 본 발명은 제1 액체 유체 및 제2 기체 유체를 위한 주입구를 상단에 근접하게 포함하고, 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하는 용기에 관한 것으로, 상기 층 위에는 상기 정의한 바와 같은 서브 어셈블리가 배치되어 있고, 상기 용기는 상기 제1 유체 또는 제2 유체와 동일하거나 또는 상이할 수 있는 제3 유체, 바람직하게는 기체를 위한 1개 이상의 측부 주입구를 상기 서브 어셈블리 위에 포함한다. 통상적으로, 상기 제3 유체는 제1 유체 또는 제2 유체 중 어느 하나 이상과 교환하기 위한 열 교환 유체 및/또는 물질 교환 유체이다. 이러한 용기는 통상적으로 입자상 고체의 층(들)이 촉매 층(들)인 접촉 반응, 특히 반응물 중 하나가 수소인 접촉 반응을 수행하는 데 사용되고 있다.
본 발명의 또다른 이점 및 특징은 수반하는 도면의 참조와 더불어 후술하는 실시예의 상세한 설명으로부터 명백히 이해할 수 있다. 상기 도면에 대한 설명을 구체적으로 하면 다음과 같다.
도 1은 외면에서 그리고 다수의 수준에서 구멍(2)이 나 있는 튜브(1)를 포함하는 종래 기술의 장치의 일부를 도시한 것이고, 상기 구멍의 갯수 및 직경은 소정의 융통성 기능으로서 산정된다. 액체의 수준이 달성된다. 이 액체의 깊이는 일반적으로 50 mm 내지 200 mm 범위이다. 강하관의 깊이는 보통 100 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 250 mm 내지 450 mm 범위이다. 이러한 튜브의 상부 위에는 주입구 라인 또는 입자상 고체의 상층으로부터 유래하는 제트를 파괴시키고 기체와 액체를 분리시키기 위한 한 캡(3)(제트 교란기 장치)이 배치되어 있다. 튜브는 통상적으로 20 mm 내지 100 mm 범위인 깊이에 의해 트레이(P)의 베이스를 통과하여 연장된다(4). 액체는 구멍을 통해 튜브 내로 침투하고, 기체는 상부(22)를 통해 유입된다. 강하관 배출구(23)에서는 강하관 직경의 폭에 지나지 않은 이중 상의 혼합물의 제트가 생성된다.
도 2는 외면에서 그리고 2 개의 수준에서 구멍(2)이 나 있는 튜브(1)를 포함하는 본 발명에 따른 서브 어셈블리의 일부를 도시한 것이고, 상기 구멍의 갯수 및 직경은 소정의 융통성 기능으로서 산정된다. 액체의 수준이 달성된다. 이 액체의 깊이는 일반적으로 50 mm 내지 200 mm 범위이다. 강하관의 깊이는 통상적으로 100 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 250 mm 내지 450 mm 범위이다. 이러한 튜브의 상부에는 주입구 라인으로부터 또는 입자상 고체의 상층으로부터 유래하는 제트를 파괴시키고 기체와 액체를 분리시키기 위한 캡(3)(제트 교란기 장치)이 배치되어 있다. 튜브는 통상적으로 20 mm 내지 100 mm 범위인 깊이에 의해 트레이(P)의 베이스를 지나 연장된다(4). 액체는 구멍을 통해 튜브 내로 침투되고, 기체는 상부(22)를 통해 유입된다. 강하관의 내부는 트레이(P)에 가장 근접해 있는 구멍(2)과 그러한 트레이(P)로부터 가장 멀리 떨어져 있는 구멍(2) 사이의 거리보다 더 큰 깊이에 걸쳐 참고 번호 SMV로 시판되고 있는 슐저 유형 충전물로 충전된다. 이러한 충전물은, 이 충전물이 1개 이상의 부재에 의해 구성되고, 여기서 흐름 단면이 용기의 축과 실질적으로 교차하며, 이러한 부재가 순환 영역에서 용기의 전체 횡단면에 걸쳐 연장되고 공정 액체, 공정 기체 및 급냉 유체가 통과하는 셀에 의해 구성되며, 이러한 셀이 유체 순환을 실질적인 방사 방향으로 배향시키는 것을 특징으로 한다. 튜브(1)에서 형성된 이중 상의 혼합물은 이 튜브의 하단(23)을 통해 방출된다.
충전물은 이중적 기능, 즉
* 액체 액적의 분무를 생성시킴으로써 접촉 표면의 보다 우수한 분사를 생성시키는 기능과,
* 보충 기체가 도입되는 경우, 2가지 보충 기능, 즉 1종 상과 또다른 상의 물질 교환(기체/기체, 액체/액체) 및 1종 공정 상과 2종 공정 상(기체/공정 기체, 액체/공정 액체) 사이의 열 교환을 수행하는 기능
의 이원적 기능을 갖는다.
도 3 및 도 4는 강하관 배출구에서 기체/액체 혼합물의 분산을 증가시켜 보다 큰 접촉 표면적을 분무시킬 수 있는, 튜브(1)의 하단에 근접하게 배치되어 있는 보충 수단을 포함하는 본 발명의 서브 어셈블리의 일부를 도시한 것이다.
도 3의 디아그램에서, 그러한 보충 수단은 소정의 분산(분무의 형태로 표면에 분사시킴)을 생성시키는 특정의 각도를 지닌 충전물(6)이다. 분산 각도는 10°내지 60°, 바람직하게는 30°크기이다. 이러한 충전물은 50 mm 크기의 깊이에 걸쳐 배치되어 있고, 튜브(1)의 하단 아래에 약 20 mm로 연장된다. 다른 부재는 도 2에서 설명한 것들과 동일하다.
도 4의 디아그램에서, 그러한 보충 수단은 액체 및 기체 흐름 속도에 따라 좌우되는 제어된 다공성을 지닌 특정의 제트 교란기 장치(7)(액체 필름의 형태로 표면에 분사시킴)이다. 다공성은 5% 내지 50%, 바람직하게는 10% 내지 20%이다. 강하관의 바닥과 제트 교란기 장치 사이의 거리는 10 mm 내지 200 mm 범위, 바람직하게는 50 mm 내지 100 mm의 크기이다. 다른 부재는 도 2에 대하여 설명한 것들과 동일하다.
도 5a는 오버헤드 확산기(51)를 포함하는 다수의 촉매 층(56), 정확한 기체와 액체 분배를 보장하는 2단 트레이(52), 접촉 층(56), 보충 상(기체 또는 액체)을 도입시키기 위한 튜브(53), 급냉 기능 및 물질 전달 기능을 보장하는 혼합 체임버(54) 및 기체/액체 혼합물을 적절히 재분배하는 추가의 이중 통과 트레이를 함유하는 접촉 반응기를 도시한 것이다. 이러한 어셈블리는 반응기 부피의 최소 20%를 차지한다.
도 5b는 분배를 개선시키는 것(분무 효과를 증가시키는 것) 이외에도, 반응기에서 내부 수단이 차지하는 공간을 최소화(이중 통과 트레이 또는 혼합 체임버가 전혀 없음)시킬 수 있는 본 발명의 서브 어셈블리를 함유하는 다수의 촉매 층을 함유하는 용기를 도시한 것이다. 도 2 및 도 5a에서 도시한 것들과 동일한 참고 번호에 의해 지시되어 있는 부재들은 이들 도면에 대해 설명하고 있는 것들과 동일하다. 이러한 제트 교란기 장치(3)의 기하학적 구조는 튜브(1)의 정상과 바닥에 대하여 경사져 있는 주입구를 형성하는 튜브(1)에 고정된 전향 장치이다.
본 발명은 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질 분배, 그리고 열 및/또는 물질 교환을 향상시키는 다기능성 서브 어셈블리를 제공한다.
도 1은 출원인의 프랑스 특허 FR-A-2 745 202호에 도시된 바와 같은 종래 기술의 실시양태의 본원을 도시한 것이다.
도 2는 강하관 내부에 충전물을 포함하는 본 발명의 서브 어셈블리를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키기 위한 수단을 포함하는 서브 어셈블리의 2가지 실시양태를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 도 5a의 경우 급냉 기능을 수행하는 혼합 체임버를 포함하는 종래 기술의 분배 수단(예를 들면, US-A-5 232 283호 참조)을 함유하는 용기의 디아그램과 도 5b의 경우 본 발명에 따른 서브 어셈블리를 함유하는 용기의 디아그램을 도시한 것이다.
도 6은, 종래 기술의 분배 장치 아래에서, 그러한 장치를 사용하는 경우 얻어지는 불량한 분산을 나타내는 플렉스유리(Plexiglass)의 투명한 부분을 도시하는 실험 모델에서 수행된 시험 동안 촬영한 사진이다.
도 7은, 본 발명의 서브 어셈블리 아래에서, 강하관이 도 2와 관련하여 설명하고 있는 바와 같은 단일 충전물을 포함하는 경우 얻어지는 분산 각도의 실질적인 개선을 나타내는 실험 모델에서 수행된 시험 동안 촬영한 사진이다.

Claims (13)

  1. 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하는 용기에 사용하기 위한, 적어도 일부가 수소인 1종 이상의 기체 상 및 1종 이상의 액체 상의 접촉, 물질 분배, 그리고 열 교환 또는 물질 교환 또는 이들 모두를 보장하는 다기능성 서브 어셈블리로서,
    상기 상은 전반적인 하향류 모드로 이동하여 상기 입자상 고체의 층을 횡단하고, 상기 서브 어셈블리는 입자상 고체의 층 위에 배치되어 있는 1개 이상의 분배기 트레이(P)를 포함하며, 다수의 강하관(1)을 포함하고, 상기 각 강하관 위에는 1개 이상의 제트 교란기 장치가 배치되어 있으며, 상기 각 강하관의 상부에는 상기 기체 상의 대부분을 상기 강하관 내로 유입시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(22)이 존재하고, 트레이(P) 위의 상기 각 강하관의 상기 상부와 하부 사이에는 상기 액체 상의 대부분을 상기 강하관 내로 유입시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(2)이 존재하며, 상기 각 강하관의 하부에는 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 상기 하부 아래에 배치되어 있는 입자상 고체의 층 위로 분배시키기 위한 1개 이상의 흐름 단면(23)이 존재하는 다기능성 서브 어셈블리에 있어서,
    각각의 강하관은 그 상부와 하부 사이에 1개 이상의 부재로 구성된 1개 이상의 충전물을 함유하고, 상기 충전물의 흐름 단면은 강하관 축에 실질적으로 교차하며, 상기 부재는 순환 영역에서 강하관 횡단면의 전체에 걸쳐 연장되고 상기 액체 상 및 상기 기체 상이 통과하는 셀에 의해 구성되며, 상기 셀은 상기 강하관 내부의 유체 순환을 실질적인 방사 방향으로 배향시키는 것을 특징으로 하는 다기능성 서브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 각 강하관 하부의 흐름 단면(23)에 근접하게 배치되어 있는, 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키기 위한 1개 이상의 수단을 포함하는 다기능성 서브 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 강하관은 2 이상의 비인접 충전물을 함유하고, 이들 중 각 강하관 하부의 흐름 단면(23)에 근접하게 배치되어 있는 최종 충전물은 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 상기 기능을 수행하는 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 각 강하관 하부의 흐름 단면(23)에 근접하게 배치되어 있고 상기 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 상기 기능을 수행하는 최종 충전물은 상기 강하관의 내부에 존재하는 부분과 상기 강하관의 외부에 존재하는 부분을 포함하는 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  5. 제2항에 있어서, 강하관에서 형성된 이중 상 또는 다중 상의 혼합물을 분산시키는 수단은 상기 강하관 하부의 흐름 단면(23) 아래에 근접하게 배치되어 있는 제어된 다공성을 지닌 제트 교란기 장치인 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 강하관은 분배기 트레이(P) 위 그리고 상기 분배기 트레이(P)에 가장 근접해 있는 흐름 단면(22) 아래에서 상이한 수준에 배치되어 있는 2개 이상의 액체 상 흐름 단면(2)을 포함하는 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 액체 상 흐름 단면은 임의 형상의 구멍 또는 슬롯 또는 이들 모두인 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분배기 트레이(P)에 가장 근접해 있는 액체 상 흐름 단면(2)은 액체의 수준이 상기 트레이(P) 위로 설정되도록 상기 트레이(P)로부터 충분한 거리만큼 이격되어 배치되어 있는 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  9. 제1항 내지 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 강하관은 분배기 트레이(P) 위에 존재하는 부분과 분배기 트레이(P)의 아래에 존재하는 부분을 포함하는 것인 다기능성 서브 어셈블리.
  10. 제1 액체 유체 및 제2 기체 유체를 위한 주입구를 상단에 근접하게 포함하고, 입자상 고체로 구성된 1개 이상의 층을 함유하며, 상기 층 위에는 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 기재된 서브 어셈블리가 배치되어 있는 용기에 있어서,
    상기 제1 유체 또는 제2 유체와 동일하거나 또는 상이할 수 있는 제3 유체를 위한 1개 이상의 측부 주입구를 상기 서브 어셈블리 위에 포함하는 것을 특징으로 하는 용기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제3 유체는 상기 제1 유체 또는 제2 유체 중 하나 이상과의 열 교환 또는 물질 교환 또는 이들 모두를 위한 유체인 것인 용기.
  12. 제10항에 있어서, 입자상 고체의 층(들)이 촉매 층인 접촉 반응을 수행하기 위한 용기.
  13. 제10항에 있어서, 반응물 중 하나가 수소인 접촉 반응을 수행하기 위한 용기.
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