KR101237266B1 - 하우징에 후퇴 가능한 필터 수단을 구비한 필터 시스템 - Google Patents

Abstract

반응기용으로 제거 가능한 필터 시스템은 필터 모듈이 후퇴된 필터 하우징을 구비한다. 하우징은 밀봉되고 필터 모듈은 반응기의 감압 없이도 제거된다. 이는 반응기로부터의 생산을 정지하지 않고 필터의 수리가 가능하다.

Description

하우징에 후퇴 가능한 필터 수단을 구비한 필터 시스템 {FILTER SYSTEM WITH FILTER MEANS RETRACTABLE INTO A HOUSING}

본 발명은 반응기에서 사용하기 위한 필터 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응과 같은 발열반응에서 사용되는 반응기에 적합한 필터 시스템뿐만 아니라, 반응기 및 필터 시스템을 사용하는 공정에서 일산화탄소의 수소화 반응에 의해 생성될 수 있는 탄화수소 및 이 탄화수소로부터 유도된 연료에 관한 것이다.

피셔-트롭쉬 공정은 탄화수소의 공급원료를 액체 및/또는 고체 탄화수소로 변환하는데 종종 사용된다. 제 1 단계에서 공급원료(예컨대, 천연가스, 동반가스, 탄층 메탄, 잔여(천연) 오일부분 및/또는 석탄)는 수소와 일산화탄소의 혼합물(이 혼합물은 종종 합성 기체라고 함)로 변환된다. 그 후에 합성 기체는, 제 2 단계에서 상승된 온도 및 압력으로 적합한 촉매에 의해, 메탄 내지 200 탄소 원자 또는 특정한 환경하에서는 그 이상을 포함하는 고분자량의 분자까지 변하는 파라핀 화합물로 변환되는 반응기로 공급된다.

반응기 시스템의 다수의 형태는 피셔-트롭쉬 반응을 실행하기 위해서 개발되었다. 예를 들면, 피셔-트롭쉬 반응기 시스템은 고정층 반응기, 특히 다층 관 형 고정층 반응기, 비말동반(entrained) 유동층 반응기 및 고정 유동층 반응기와 같은 유동층 반응기, 3 상 슬러리 기포탑 및 이뷸레이트층(ebulating bed) 반응기와 같은 슬러리층 반응기를 포함한다.

피셔-트롭쉬 반응은 매우 발열성이며 온도에 민감한 결과, 최적 작동 조건 및 소정의 탄화수소 제품을 선택도를 유지하기 위해서 주의 깊은 온도조절이 요구된다.

유체의 비교적 낮은 질량 속도, 작은 입도 및 열용량 때문에, 고정층 반응기의 열전달 특성이 일반적으로 부족하다. 하지만, 기체 속도를 증가시킴으로써 열전달을 개선하기 위한 하나의 시도를 한다면, 더 높은 CO 변환이 얻어질 수 있지만, 반응기의 과도한 압력강하가 있어서, 상업적 실행가능성이 제한된다. 상업적 대상의 기체 처리량 및 소정의 CO 변환을 얻기 위해서, 조건은 실질적 복사온도 구배를 일으킨다. 그 때문에, 과도한 복사온도 분포를 회피하도록 피셔-트롭쉬 고정층 반응기 튜브가 5 또는 7 ㎝ 미만의 직경이어야 한다. 피셔-트롭쉬 고정층 반응기에서 소정의 고활성 촉매의 사용은 상황을 더 악화시킨다. 부족한 열전달 특성은 국소적 폭주(과열점)를 만들 수 있고, 촉매의 국소적 비활성화를 가져온다. 폭주 반응을 회피하기 위해서 반응기내의 최대 온도가 제한되어야 한다. 하지만, 반응 혼합물내 온도 구배의 존재는 다량의 촉매가 차선의 레벨로 작동되는 것을 의미한다.

고정층 구성에서 전반적인 성능을 개선하는 수단으로 액체 재순환의 사용이 설명되었다. 그러한 시스템은 또한, 반응기체 및 액체가 동시에 도입되는(바람직하게는, 촉매에 대한 상방 유동 배향 또는 하방 유동 배향), "살수층" 반응기(고정층 반응기 시스템의 서브세트 (sub set) 의 일부)라고 불린다. 흐르는 반응 기체 및 액체의 존재가 CO 변환 및 제품 선택도에 대한 반응기 성능을 개선한다. 살수층 시스템(뿐만 아니라, 어떠한 고정층 장치)의 제한은 높은 질량 속도로 작동하는 것과 관련된 압력강하이다. 고정층내의 기체 충만 공극률(통상적으로 0.50 미만) 및 촉매 입자의 크기와 형상은 과도한 압력 강하 없이 높은 질량속도를 허용하지 않는다. 결과적으로, 단위 반응기 체적당 변환하는 질량 처리량이 열전달율 때문에 제한된다. 개별적 촉매 입도를 증가시키는 것은 더 높은 질량 속도(주어진 압력 강하동안)를 허용함으로써 열전달을 개선할 수 있지만, 높은 끓는점 제품에 대한 선택도의 손실 및 촉매 활성화의 증가와 임의로 결합된 메탄의 증가는 일반적으로 더 높은 열전달의 상업적 인센티브를 보상한다.

3 상 슬러리 기포탑 반응기는 열전달 특성의 견지에서 고정층 구성에 의해 일반적으로 이점을 제공한다. 그러한 반응기는 통상적으로 액체 연속기지에서 상류로 흐르는 기체에 의해 현탁된 작은 촉매 입자와 결합한다. 다수의 냉각 튜브가 3 상 슬러리 반응기에 포함되어 있다. 연속 액체 기지의 운동은 충분한 열전달을 가능하게 해서 높은 상업적 생산성을 달성한다. 촉매 입자는 액체 연속 상태로 움직이게 되며, 그 결과 효과적인 열전달이 촉매입자로부터 냉각 표면에서 이루어지며, 한편 반응기의 많은 액체 잔량은 높은 열관성을 제공하여, 이 열관성은 열폭주를 일으킬 수 있는 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다.

액체, 특히 3 상 슬러리 반응기에서 슬러리로부터 피셔-트롭쉬 반응으로 생 성된 액체 탄화수소 반응 제품을 분리하는 다수의 방법이 제안되어 왔다.

따라서, 유럽 특허출원 제 609 079 호는 액체로 현탁된 촉매 입자의 슬러리층을 함유하는 슬러리 기포탑을 기재한다. 여과부는 슬러리층, 특히 슬러리층의 상부 표면에 근접하게 위치된다. 여과부는 통상적으로 다수의 여과소자를 포함한다. 여과소자는 통상적으로 신장된 원통 형상이고, 여과 포집부로 채워진 원통 여과 매체를 포함한다. 여과는 찌꺼기를 형성하고, 그 찌꺼기는 백 플러싱(back flushing)에 의해서 제거된다.

유럽 특허출원 제 592 176 호는 필터 카트리지를 함유하는 튜브 시트로 구성된 여과부를 개시한다. 튜브 시트는 슬러리층의 상부 표면을 경계 짓는다.

국제출원(PCT) 제 94/16807 호는 슬러리층을 둘러싼 여과부를 개시한다. 매우 낮은 평균 압력차가 여과 소자에 사용되기 때문에 찌꺼기의 축적이 나타나지 않는다. 6 mbar 의 임계값이 상세한 설명에 언급되어 있다.

영국 특허출원 제 2 281 224 호는 슬러리층을 수용하도록 배치된 다수의 반응 튜브를 포함하는 반응기를 개시한다. 각 상부 부분은 탄화수소물 슬러리를 분리하는 여과 소자를 포함하고, 또한 종종 결합해제부라고 하는 증가된 직경의 최상부 부분을 포함한다.

미국 특허 제 5,324,335 호는 (지지되지 않은) 철 촉매를 사용하는 탄화수소의 공급을 개시한다. 반응기 용기에서 슬러리 높이의 계속적인 증가를 회피하기 위해서, 반응기 용기 외부에 위치한 크로스-플로우(cross-flow) 필터를 사용하여 슬러리로부터 왁스가 분리된다. 여과 찌꺼기는, 찌꺼기가 슬러리 흐름과 충 돌하도록 하기 위해 필터의 외피측에서 여과된 왁스를 불활성 기체로 가압함으로써 정기적으로 제거된다.

독일 특허 제 3,245,318 호는, 반응기 외부가 아닌 거의 반응기 압력으로 실행되는 크로스-플로우 여과에 의해서, 슬러리로부터 액체 제품 흐름을 분리하기 위한 공정을 개시한다. 여과 소자의 역압력에 의한 필터 매체의 정기적인 백 플러싱이 필요하다.

미국 특허 제 6,344,490 호는 슬러리에서 현탁된 하나 이상의 필터 조립체를 포함하는 3 상 슬러리 기포탑을 개시한다. 반응기 및 필터 결합의 구성은 각 결합이 반응기의 최상부에서의 개방을 통해서 제거되는 것이다. 상세한 설명으로부터 호기가 대기압이라는 것은 명백하다. 따라서, 하나 이상의 필터가 미국 특허 제 6,344,490 호에 따른 공정에서 대체될 필요가 있는 경우에는, 그 공정이 정지되어야 하고, 반응기는 감압 되어야 하고, 재시작(고압 및 고온으로)이 필요하다. 큰 상업적 슬러리 반응기에서는 반응기를 75 내지 100 ℃ 로 냉각, 감압, 필터 교환, 재가압 및 75 내지 100 ℃ 로 가열하는데 많은 시간이 걸린다.

본 발명은 반응기에 사용하기 위한 필터 시스템을 제공하고, 상기 필터 시스템은 입상물질 및 유체의 혼합물로부터 유체를 분리하기 위한 필터 수단, 및 반응기에 접속하기에 알맞고 필터 수단을 수용하기에 알맞은 필터 하우징을 구비하고, 상기 필터 수단이 하우징내에 후퇴가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이점은, 공정을 중단하고, 인벤토리를 냉각하고 가압 및 반응온도가 될 때까지 반응기를 가열할 필요가 없다는 것이다. 바람직하게는, 즉 반응이 정지하기에 충분하도록 반응 온도가 25 내지 75 ℃ 로 감소한다. 반응기에 도입된 합성 기체의 양이 75% 가 될 때까지 감소한다. 촉매 입자가 현탁물로 유지하기 위해서, 최소한 10%, 바람직하게는 20% 가 통상적으로 반응기로 도입된다. 잔존하는 합성 기체 흐름은 다른 기체, 예컨대 질소와 같은 불활성 기체 또는 재순환 흐름에 의해 대체된다. 바람직하게는, 반응 온도는 25 ℃ 미만으로 감소되고, 바람직하게는 10 ℃ 미만으로, 그리고 반응은 연속적인 생산성과 동일한 생산성으로 계속된다.

필터 수단은 통상적으로 반응기의 구멍에, 통상적으로는 반응기의 상부 표면에, 특히 도 1 에 도시된 바와 같이 큰 관형 반응기의 최상부에 후퇴될 수 있다. 하우징은 통상적으로 분리 가능하도록 구멍에 접속되어 있다.

통상적으로 필터 수단은, 여과액을 필터 수단으로부터 반응기 외부의 처리장치로 송출하기 위해서, 필터 수단으로부터 나온 배출 도관(export conduit)을 구비한다. 필터 수단은, 하우징에 필터 수단의 후퇴를 용이하게 하기 위해서, 선택적으로 호이스트 라인용 접속기를 구비하거나, 단순히 배출 도관을 경유해서 후퇴되어 있을 수도 있다. 호이스트 라인 또는 배출 도관이 구동되어서 필터 수단을 반응기로부터 하우징으로 끌어당긴다.

통상적으로 하우징은 그로부터 필터 수단을 제거하기 위한 출구를 가진다. 일 실시형태에서는 하우징이 최상부에 또는 측면에 출구 포트를 가질 수 있어서, 필터가 하우징으로부터 제거될 수 있거나, 더 단순한 실시형태에서는 하우징이 반응기로부터 분리가능해서 필터가 필터를 하우징내에 후퇴하는데 사용되는 구멍을 통해서 제거될 수 있다. 바람직한 하우징은 신장된 튜브 또는 파이프이고, 바람직하게는 분리 가능하게 폐쇄되는 장치 및/또는 밀봉 장치를 제공한다.

하우징은, 반응기와 하우징 사이의 구멍을 밀봉하기 위한 밸브와 같은 밀봉 장치를 하나 이상 구비하고 있어서, 필터 수단이 구멍을 지나서 하우징내에 후퇴될 때, 밀봉 장치는 구멍을 밀봉하기 위해서, 그리고 반응기로부터 하우징을 분리하기 위해서 구동될 수 있다. 이는 하우징으로부터 필터 수단의 차후 제거, 및 반응기의 감압 없이 하우징의 감압을 허용한다.

통상적으로 필터 수단은 반응기의 상부 표면의 구멍을 지나는 중력하에서 낮아진다. 사용중에는, 필터는 확장된 슬러리층의 표면 레벨보다 아래에 위치하는 것이 바람직하다.

어떤 실시형태에서, 필터 수단에는 필터 수단에 미립자의 축적을 방지하는데 알맞은 캡이 제공될 수 있고, 이는, 필터 수단에 의해 생긴 수평 표면적을 줄이도록, 통상적으로 경사진 상부 표면의 캠을 제공함으로써 달성된다. 특히, 캡의 최상부에 쌓이는 촉매의 미립자가 통상적으로 미끄러지고, 슬러리로 분산되고, 캡에 쌓이지 않도록, 가파른 경사를 가진 원추형 또는 절두 원추형 캡이 바람직하다. 이는 필터 수단의 최상부에 쌓이는 촉매의 고체 미립자의 경향을 줄이고, 필터 캡의 최상부에서의 촉매의 농도 증가와 슬러리 사이의 제어되지 않은 발열반응의 위험이 감소되는 이점을 가진다.

다른 양태에 따라, 본 발명은 반응기로부터 필터를 제거하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 구멍을 통해서 반응기와 연통하는 필터 하우징을 제공하는 단계, 구멍을 통해서 반응기로부터 필터 하우징으로 필터를 후퇴하는 단계, 및 반응기와 하우징 사이의 구멍을 밀봉시키는 단계를 포함한다.

반응기내 압력의 완전한 상태를 유지하기 위해서, 통상적으로 필터는 구멍이 밀봉된 후에 하우징으로부터 제거된다. 후퇴된 필터를 새로운 것으로 대체하기 위해서, 반응기에 대한 구멍이 개방되기 전에 하우징이 선택적으로 내부 압력과 일치하도록 가압될 수 있다.

특히, 예컨대 2 내지 16 개의 필터 시스템, 특히 4 내지 12 개의 필터 시스템이 하나의 반응기에 존재하고, 전체 필터 시스템의 총 여과 용량이 생산성을 감안하여 요구되는 여과 용량보다 더 큰 경우에는, 반응을 정지할 필요없이 필터를 교환할 수 있다. 설치된 여과 과잉설비를 감안하여, 하나 이상의 필터가 제거되고 새로운 필터 및/또는 수리된 필터로 교체될 수 있다. 특히 상업적 피셔-트롭쉬 반응기의 높은 생산성(그러한 반응기는 10.000 내지 20.000 bll/day 의 생산 용량을 가짐)을 감안하면, 합성 기체로부터 탄화수소의 생산을 반응기를 정지, 반응기의 감압, 화학적 처리(CO 수소화)의 재시작을 하는 경우보다 계속 할 수 있는 이점이 있다는 것이 명백하다.

바람직한 실시형태에서, 필터는, 압력이 반응기 압력과 같아질 때까지 필터 하우징의 가압하기, 그리고 반응기를 100 ℃ 까지, 바람직하게는 25 내지 75 ℃ 까지 냉각하기, 그 후에 하우징과 반응기 사이의 구멍의 개방하기, 구멍을 통해서 반응기로부터 필터를 필터 하우징으로 후퇴하기, 그리고 반응기와 하우징 사이의 구멍을 밀봉하기, 그 후에 반응기를 100 ℃ 까지, 바람직하게는 25 내지 75 ℃ 까지 가열하기, 및 공정을 계속하기에 의해 교체된다. 바람직하게는 반응기로 도입된 기체의 양이 50% 로, 바람직하게는 75% 로 감소한다. 합성 기체는 부분적으로 또는 전부가 질소로 교체된다.

더욱 바람직한 실시형태에서, 필터는, 압력이 반응기 압력과 같아질 때까지 필터 하우징을 가압하기, 그 후에 하우징과 반응기 사이의 구멍을 개방하기, 구멍을 통해서 반응기로부터 필터를 필터 하우징으로 후퇴하기, 그리고 반응기와 하우징 사이의 구멍을 밀봉하기에 의해 교체된다. 이 실시형태에서, 탄화수소 합성 공정은 필터 교체하기 전과 동일한 온도 및 압력으로 진행된다. 바람직하게는 반응이 평상시 생산률의 최소한 25% 의 생산률, 더욱 바람직하게는 평상시 생산률의 최소한 50% 의 생산률로 진행된다.

하우징과 반응기 사이의 구멍을 닫은 후에 필터는, 하우징의 감압, 하우징의 개방, 바람직하게는 하우징의 최상부에서, 그리고 하우징으로부터 필터의 제거에 의해서 하우징으로부터 제거될 수 있다.

상기 설명한 바와 동일한 방식이지만, 반대의 순서로, 새로운 필터 또는 수리된 필터가 반응기에 후퇴될 수 있다. 상기 설명한 바와 동일하게 바람직한 실시형태는 또한 새로운 필터 또는 수리된 필터의 후퇴에도 적용한다. 하우징을 가압 전에, 하우징이 질소와 같은 불활성 기체로 채워진다. 가압은 질소 및/또는 탄화수소 합성 오프 기체와 같은 불활성 기체에 의해서 이루어진다.

특별한 실시형태로 제한됨이 없이, 본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.

도 1 은 필터 시스템을 구비한 반응기의 통상적인 배치의 측면도이다.

도 2 는 도 1 반응기의 배관 둘레의 필터의 배치를 나타내는 도 1 의 반응기의 평면도이다.

도 3 은 도 1 반응기의 여과 시스템의 측면도이다.

도 4 는 필터 모듈을 자세하게 나타내는 측면도이다.

도 5 는 필터 모듈의 단면도이다.

이하 도 1 로 돌아와서, 반응기 (20) 는 반응물이 송출되는 챔버를 규정하는 외피 (21) 를 가진다. 이 실시형태의 반응기는 통상적으로 피셔-트롭쉬형 반응과 같은 3 상 슬러리 반응을 실행하기 위해서 사용된다.

피셔-트롭쉬 반응은 발열반응이기 때문에, 반응기 (20) 는, 반응기 외피 (21) 내에서 냉각제 파이프의 순환 시스템을 통해서 냉각제를 송출하고 순환하기 위한 다수의 냉각 모듈 (1) 을 수용한다. 열은 냉각 모듈 (1) 둘레의 슬러리로부터 모듈의 순환 시스템을 통과하는 냉각제로 전달된다. 적합한 냉각제가 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 물/증기 또는 유성(oil-based) 냉각제를 포함한다.

액체 상태의 반응물 및 고체 미립자 촉매가 공급 파이프(나타나 있지 않음)로부터 반응기 챔버로 공급되고, 기체 상태의 반응물은 반응기의 바닥으로 송출된 다. 기체의 기포는 액체 상태에서 증가하고, 액체 상태에서 고체 미립자 촉매와 상호작용해서 반응 제품을 형성하는데, 이 반응 물질은 반응기로부터 제거된다. 기체 상태의 제품은 통상적으로 사이클론(나타나 있지 않음)에 의해서 제거되고, 기체 상태로 반응기를 떠나는 가벼운 왁스 부분은 냉각/압축에 의해서 회수될 수 있다. 주로 고가치(high-value)의 긴 사슬모양(long chain) 탄화 수소를 포함하는 액체 왁스로 구성된 무거운 부분은 차후 처리 공정에서 회수되기 이전에 여과에 의해서 슬러리로부터 분리된다.

필터 시스템은 다수의 필터 모듈 (30) 을 포함하고, 통상적으로 조밀하게 묶인 냉각 모듈 (1 ; 도 2 에서 외곽선으로 도시) 의 둘레에 배치되고, 바람직하게는 냉각 모듈 (1) 의 배열의 외주 둘레에 배치된다. 도 1 의 실시형태에서 8 개의 필터 모듈 (30) 이 도시되어 있지만, 사용되는 필터의 개수는 상황에 따라 바뀔 수 있다. 통상적으로 2 내지 20 개, 바람직하게는 4 내지 10 개의 필터 모듈 (30) 이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 필터는 수직 결합으로 배치된 필터의 쌍으로, 즉 하나의 필터 바로 위에 다른 하나의 필터로 사용된다. 이 경우, 비교적 작은 하우징이 사용된다.

선택된 필터의 형태는 본 발명에서 중요하지 않지만, 이 실시형태에서, 각 필터 모듈 (30) 은 짜여진 스테인리스 강 거즈 재료(woven stainless steel gauze material)로 형성된 한 쌍의 필터 번들 (31) 을 포함한다. 유용한 형태는 층이 함께 소결되어서 이루어진 "샌드위치" 구성이고, 그 결과로서 생긴 재료는 OD 40mm 및 길이 4 m 의 필터 튜브 (32) 내에 형성되며, 중앙 배출 도관 (33) 둘레에서 약 50 내지 60 개의 필터 튜브 (32) 가 각 필터 번들 (31) 에 배치된다. 각 필터 모듈 (30) 은 공통의 배출 도관 (33) 에 직렬로 또는 병렬로 접속된 하나 이상의 필터 번들 (31) 을 포함할 수 있다. 하나의 필터 모듈 (30) 이 도면에 도시되어 있다.

배출 도관 (33) 은 차후의 처리공정을 위해서 반응기의 출구를 통해서 여과된 왁스 물질을 운반하고, 반응기내에 매달려 있으면서 필터 모듈의 중량을 선택적으로 지지한다.

배출 도관 (33) 은 반응기 (20) 의 상부 표면의 플랜지 구멍 (35) 및 플랜지 구멍 (35) 에 부착된 필터 하우징 (38) 을 통해 손상되지 않고 통과한다. 배출 도관 (33) 은 필터 하우징 (38) 의 최상부에서 아이리스 글랜드(iris gland)를 통해서 손상되지 않고 통과한다. 필터 하우징 (38) 은 플랜지 구멍 바로 위에 배치되어 있고, 밸브 (39) 를 통해서 플랜지에 연결되어 있고, 이 밸브는 구멍을 밀봉시키기 위해서 폐쇄될 수 있어서 필터 하우징 (38) 로부터 반응기 (20) 가 고립된다. 배출 도관 (33) 을 통과하는 여과된 제품은 차후의 처리공정 장비 (P) 로 통과된다.

필터 하우징 (38) 은 필터 모듈 (30) 보다 약간 더 길고 더 넓은 긴 원통형이어서, 단일 필터 모듈 (30) 이 밸브 (39) 의 차후 밀봉을 차단하지 않고 하우징 (38) 내에 수용될 수 있다.

작동중에는, 필터 모듈 (30) 은 구멍 (35) 의 아래에 매달려 있고, 반응기의 상부 부분의 배출 도관 (33) 으로부터 매달려 있지만, 도 1 의 오른쪽에 도시된 바 와 같이 슬러리에 침지되어 있다. 정상 작동에서, 촉매층이 필터 모듈의 표면에서 생성되어, 클린 왁스가 촉매층의 세공을 통해서 분리되는 여과처리를 돕는다. 배출 도관 (33) 을 통한 왁스의 유량은 필터 모듈 (30) 을 가로지르는 압력차를 발생시키고 조절함으로써 제어된다. 알맞은 압력차를 사용하는 다양한 유량으로 연속적인 여과가 이루어질 수 있지만, 당업자는 그 유량을 알 수 있고, 필터 형태, 표면적, 유체의 점성, 및 시스템의 다른 다양한 특성에 따라 변할 수 있다.

이 실시형태의 슬러리 존의 최상부에서 필터 모듈 (30) 의 위치는 다양한 이점을 준다. 특히, 슬러리내의 중력하에서 침전하는 촉매 입자의 경향 때문에, 슬러리 존의 최상부에서 촉매의 국부적인 농도가 반응기의 바닥부에서보다 더 적다. 필터 모듈 (30) 의 구역에서 입상물질의 이러한 감소는 필터 모듈이 막히는 경향을 줄이고, 그 유효 수명을 증가시킬 수 있다. 게다가, 필터 모듈 (30) 이 필터 모듈 (30) 에 인접하여 발생하는 제어되지 않은 반응의 위험이 존재하는 반응기 공간으로부터 냉각 모듈을 변위 시킨다. 따라서, 자연적으로 감소된 촉매 입자의 농도에 의해서 반응이 제한될 수 있는 슬러리 존의 영역에 필터 모듈 (30) 을 위치시키는 것이 유용하다. 또한, 슬러리 존의 최상부에 필터 모듈 (30) 을 위치시키는 것은 필터 모듈, 및 배출 도관 (33) 또는 호이스트 장치의 요구되는 길이를 최소화하고, 그로 인해서 변환중에 필터 모듈 (33) 의 취급이 용이하게 된다.

필터 모듈 (30) 이 막히거나 손상된 경우 또는 여과율이 저하된 경우에, 모듈 (30) 을 가로지르는 압력차가 역전되어 왁스 또는 세정액을 필터로 다시 내뿜어 서, 막인 것을 제거할 수 있다. 이는 정상 작동 절차의 일환으로 정기적으로 수행될 수 있고, 당해 모듈의 여과 특성을 개선할 수 있지만, 언젠가는 필터 모듈 (30) 은 정비 또는 교체를 위해서 반응기 (20) 로부터 제거될 필요가 있다.

필터 모듈이 제거될 때, 반응기로의 기체 분사가 임의로 중단되고, 모듈 (30) 을 가로지르는 압력차가 제거되거나 감소하고, 도 1 의 왼쪽에 도시된 바와 같이, 배출 도관 (33) 은, 필터 하우징 (38) 의 최상부에서 아이리스 글랜드를 통해서 잡아 당겨지고, 반응기 (20) 의 최상부에서 구멍을 통해서 필터 모듈 (30) 을 필터 하우징 (38) 으로 후퇴시킨다. 그때, 필터 하우징 (38) 내의 압력은 반응기내의 압력과 같아진다. 필터 모듈 (30) 이 전부 하우징 (38) 내에 있을 때, 밸브 (39) 가 폐쇄되어 구멍을 밀봉시키고 반응기 (20) 로부터 필터 하우징 (38) 을 고립시킨다. 그때, 필터 하우징 (38) 이 반응기의 최상부에서 플랜지 구멍으로부터 완전히 제거될 수 있고, 필터 모듈 (30) 이 그로부터 제거된다. 대안으로, 하우징 (38) 이 반응기에 부착되어서 유지되고, 필터 모듈이 하우징 (38) 의 측면 벽 또는 단부를 통한 포트(도시되어 있지않음)에서 제거될 수 있다. 이후, 손상된 필터 모듈 (30) 이 수리될 수 있고, 교체 또는 수리된 필터 모듈 (30) 은 하우징 (38) 내에 위치될 수 있고, 또한 밸브 (39) 는 하우징 (38) 으로부터 반응기 (20) 를 고립하기 위해서 폐쇄되어 유지된다. 교체된 필터 모듈 (30) 이 하우징 (38) 내에 위치하고, 하우징이 플랜지에 고정될 때, 하우징 (38) 은 반응기 압력으로 가압될 수 있고, 밸브 (39) 가 다시 개방될 수 있어, 교체된 필터 모듈이 도 1 의 오른쪽에 도시된 바와 같이 슬러리 존으로 하강 될 수 있다.

이는 반응기 (20) 의 냉각 또는 감압 없이도 손상되거나 막힌 필터를 교체하거나 수리하기 위해서 필터 모듈의 변환을 가능하게 한다. 기체 분사의 일시중단이 바람직하고(필수적이지는 않음), 어떤 상황에서는 잔류 필터를 통해서 왁스의 회수가 계속된다. 따라서 필터 교체를 진행하는 프로그램은 생산체제의 중단 없이 진행될 수 있다.

어떤 실시형태에서는, 구멍당 하나 이상의 필터 모듈 (30) 을 제공하기 위해서, 다수의 배출 도관이 단일 구멍 (35) 을 통과할 수 있다.

어떤 상황에서는, 고정된 필터가 또한 통상적으로 제거 가능한 필터 모듈 (30) 아래의 슬러리 존의 위치에서 반응기에 내장될 수 있다.

필터 번들 (31) 의 최상부에 촉매 입자가 침전되는 경향을 줄이기 위해서, 각 모듈 (30) 의 필터 번들 (31) 은 통상적으로 가파른 경사가 있는 원뿔형 캡 (31c) 을 가진다.

어떤 상황에서는, 배출 도관 (33) 을 통해서 흐르는 물질을 외부 여과 루프로 전환 시키고, 처리공정 장비 (P) 로 다시 보냄으로써, 대체 외부 여과 시스템이 사용될 수 있다.

수정 및 개량이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구체화될 수 있다. 예를 들면, 촉매 입자의 평균 입도가 특히 슬러리 존 체제의 형태에 따른 넓은 범위 사이에서 변한다. 통상적으로, 평균 입도는 1 ㎛ 내지 2 mm 이고, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 1 mm 이다.

평균 입도가 100 ㎛ 보다 크고 입자가 기계적인 장치에 의해 현탁물로 유지 되지 않는 경우에, 슬러리 존 체제는 통상적으로 이뷸레이트층 체제라고 한다. 바람직하게는, 이뷸레이트층 체제의 평균 입도는 600 ㎛ 보다 작고, 더욱 바람직하게는 100 내지 400 ㎛ 이다. 일반적으로 입자의 입도가 커지면, 입자가 슬러리 존으로부터 프리보드 존(freeboard zone)으로 이탈할 가능성이 작아지는 것으로 여겨진다. 따라서, 이뷸레이트층 체제가 쓰이면, 주로 미세한 촉매 입자가 프리보드 존으로 이탈한다.

평균 입도가 최대 100 ㎛ 이고, 입자가 기계적 장치에 의해 현탁물로 유지되지 않는 경우에, 슬러리 존 체제는 통상적으로 슬러리 상 체제라고 한다. 바람직하게는, 슬러리 상 체제의 평균 입도는 5 ㎛ 보다 크고, 더욱 바람직하게는 10 내지 75 ㎛ 이다.

입자가 기계적 장치에 의해 현탁물로 유지되는 경우에, 슬러리 존 체제를 통상적으로 교반 탱크 체제라고 한다. 대체로 상기 범위내의 소정의 평균 입도가 적용될 수 있다. 바람직하게는, 평균 입도는 1 내지 200 ㎛ 로 유지된다.

슬러리에 존재하는 촉매 입자의 농도는 5 내지 45 vol% 이고, 더욱 바람직하게는 10 내지 35 vol% 이다. 유럽 특허출원 공개공보 제 0 450 859 호에서 설명된 바와 같이, 슬러리에 다른 입자를 추가로 첨가하는 것이 바람직하다. 슬러리에 있는 고체 입자의 총 집중은 통상적으로 50 vol% 보다 크지 않고, 바람직하게는 45 vol% 를 보다 크지 않다. 하나 이상의 통풍관(drift tube)이 촉매 분산을 개선하기 위해서 사용될 수 있다.

적합한 슬러리 용액이 당업자에게 공지되어 있다. 통상적으로, 슬러리 용액중의 적어도 일부는 발열반응의 반응물이다. 바람직하게는, 슬러리 용액이 실질적으로 완벽한 반응물이다.

발열반응은 고체 촉매에서 실행되는 반응이고, 3 상 슬러리 반응기에서 실행될 수 있는 반응이다. 통상적으로, 발열반응의 하나 이상의 반응물은 기체이다. 발열반응의 예는, 수소화 반응, 수소 포르밀 첨가 반응, 알카놀(alkanol) 합성, 일산화 탄소를 사용하는 방향성 우레탄의 준비, 쾰벨-엥겔하트 합성, 폴리올레핀 합성, 및 피셔-트롭쉬 합성을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 발열반응은 피셔-트롭쉬 합성 반응이다.

피셔-트롭쉬 합성은 당업자에게 공지되어 있고, 반응 조건으로 혼합물과 피셔-트롭쉬 촉매를 접촉시킴으로써, 수소와 일산화 탄소의 기체상태의 혼합물로부터 탄화수소의 합성을 포함한다.

피셔-트롭쉬 합성의 생성물은 메탄 내지 중합 파라핀 왁스의 범위이다. 바람직하게는, 메탄의 생성이 최소화되고, 생성된 탄화수소의 대부분은 5 개 이상의 탄소 원자의 탄소 사슬 길이를 가진다. 바람직하게는, C₅ ⁺ 탄화수소의 양은 총 생성물의 60 wt% 이상이고, 더 바람직하게는 70 wt% 이상이고, 조금 더 바람직하게는 80 wt% 이상이고, 가장 바람직하게는 85 wt% 이상이다.

피셔-트롭쉬 촉매는 당 분야에서 공지되어 있으며, 통상적으로 Ⅷ족 금속 원소를 포함하고, 바람직하게는 코발트, 철 및/또는 루테늄, 더욱 바람직하게는 코발트를 포함한다. 통상적으로, 촉매는 촉매 담체를 포함한다. 촉매 담체는 다공성의 무기 내화 산화물이 바람직하고, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 또는 그들의 혼합물과 같은 다공성이 더욱 바람직하다.

담체에 존재하는 촉매 활성화 금속의 최적의 양은 특히 특정의 촉매 활성화 금속에 따른다. 통상적으로, 촉매에 존재하는 코발트의 양은 담체 재료의 100 중량부 당 1 내지 100 중량부이고, 바람직하게는 담체 재료의 100 중량부 당 10 내지 50 중량부이다.

촉매 활성화 금속은 하나 이상의 촉진제 또는 조촉매와 함께 촉매내에 존재한다. 촉진제는 특별히 고려된 촉진제에 따라서 금속 또는 금속 산화물로 존재한다. 적합한 촉진제는, 주기율표의 ⅡA족, ⅢB족, ⅣB족, ⅤB족, ⅥB족 및/또는 ⅦB족 금속의 산화물, 란탄족 및/또는 악티늄족의 산화물을 포함한다. 바람직하게는, 촉매는 주기율표의 ⅣB족, ⅤB족 및/또는 ⅦB족 원소, 특히 티타늄, 지르코늄, 망간 및/또는 바나듐 중 하나 이상의 원소를 포함한다. 대안으로 또는 추가되는 산화 금속 촉진제로, 촉매는 주기율표의 ⅦB족 및/또는 Ⅷ족 중에서 선택된 금속 촉진제를 포함한다. 바람직한 금속 촉진제는 레늄, 백금, 팔라듐을 포함한다.

가장 적합한 촉매는 촉매 활성화 금속으로서 코발트 및 촉진제로서 지르코늄을 포함한다. 다른 가장 적합한 촉매는 촉매 활성화 금속으로서 코발트 및 촉진제로서 망간 및/또는 바나듐을 포함한다.

촉매내에 존재한다면, 촉진제는 통상적으로 담체 재료의 100 중량부 당 0.1 내지 60 중량부의 양으로 존재한다. 하지만, 촉진제의 최적의 양은 촉진제로 쓰이는 각 원소에 따라 변한다. 촉매가 촉매 활성화 금속으로서 코발트 및 촉진제로서 망간 및/또는 바나듐을 포함하는 경우에, 코발트 : (망간 + 바나듐) 원자비는 최소한 12 : 1 이 바람직하다.

피셔-트롭쉬 합성은 125 내지 350 ℃ 의 온도로 실행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 175 내지 275 ℃, 가장 바람직하게는 260 ℃ 이다. 압력은 5 내지 150 bar abs. 가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 80 bar abs. 이다.

수소 및 일산화탄소(합성 기체) 는 통상적으로 0.4 내지 2.5 의 몰비로 3 상 슬러리 반응기에 공급된다. 바람직하게는, 일산화탄소에 대한 수소의 몰비는 1.0 내지 2.5 이다.

기체상태의 시간당 공간 속도는 넓은 범위 내에서 변할 수 있고, 통상적으로 1500 내지 10000 Nl/l/h 이고, 바람직하게는 2500 내지 7500 Nl/l/h 이다.

피셔-트롭쉬 합성은, 촉매 입자가 상승하는 공탑 기체 및/또는 액체 속도에 의해 현탁물로 유지되는, 슬러리 상 체제 또는 이뷸레이트층 체제 내에서 실행되는 것이 바람직하다.

당업자는 특정의 반응기 형태 및 반응 체제를 위한 가장 알맞은 조건을 선택할 수 있다.

바람직하게는, 합성 기체의 공탑 기체 속도는 0.5 내지 50 cm/sec 이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 35 cm/sec 이다.

통상적으로, 공탑 액체 속도는 0.001 내지 4.00 cm/sec 로 유지되고, 액체 생성을 포함한다. 바람직한 범위는 바람직한 작동 모드에 따른다.

바람직한 일 실시형태에 따르면, 공탑 액체 속도가 0.005 내지 1.0 cm/sec 로 유지된다.

Claims (16)

1. 반응기에 사용하기 위한 필터 시스템에 있어서,

   상기 필터 시스템은 입상물질 및 유체의 혼합물로부터 유체를 분리하기 위한 필터 수단, 및

   반응기에 접속되며 필터 수단을 수용하는 필터 하우징을 구비하고,

   상기 필터 수단은 하우징내로 후퇴 가능하고,

   상기 하우징은 상기 반응기로부터 상기 하우징을 고립시키기 위한 하나 이상의 밀봉 장치를 구비하고,

   상기 필터 수단은 상기 필터 수단에 미립자가 침전하는 것을 방지하는 캡을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 수단은 반응기의 구멍을 통해 후퇴 가능한 것을 특징으로 하는 필터 시스템
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징은 통상적으로 상기 구멍에 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 수단은 상기 필터 수단으로부터 여과물을 송출하기 위한 배출 도관을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 수단은 배출 도관에 의해서 상기 하우징내로 후퇴가능한 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징은 하우징으로부터 상기 필터 수단을 제거하기 위한 출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
7. 삭제
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 수단은 경사진 상부 표면을 구비하는 캡을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 필터 시스템이 제공된 반응기.
13. 촉매의 존재하에 또한 액체 탄화수소의 존재하에 수소와 일산화탄소를 반응시키고, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 필터 시스템에 의해 반응기로부터 액체 탄화수소를 제거함으로써 반응기에서 액체 탄화수소를 제조하는 공정.
14. 제 13 항에 있어서, 수소와 일산화탄소는 코발트 담지 촉매의 존재하에 반응하는 것을 특징으로 하는 반응기에서 액체 탄화수소를 제조하는 공정.
15. 제 13 항에 있어서, 공정에 의해 얻어진 액체 탄화수소의 수소화 처리가 후속되는 것을 특징으로 하는 반응기에서 액체 탄화수소를 제조하는 공정.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 수단은 반응기의 상부 표면에서 반응기의 구멍을 통해 후퇴가능한 것을 특징으로 하는 필터 시스템.

Images