KR101816306B1

KR101816306B1 - 반경방향 층 촉매 전환 유닛을 강화하는 장치

Info

Publication number: KR101816306B1
Application number: KR1020100126106A
Authority: KR
Inventors: 파브리스 들로; 끌로드 ?또; 끌로드 ?蓆?; 엠마뉘엘 페르생; 에릭 상셰
Original assignee: 아이에프피 에너지스 누벨
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2018-01-08
Also published as: KR20110066876A; CN102091570A; CN102091570B; BRPI1005255B1; BRPI1005255A2; FR2953738B1; FR2953738A1

Abstract

본원은, 바스켓이라고 하는 외부 원통형 케이싱 (1) 과, 원통형 내부 케이싱 (2) 을 구비한 반경방향 층 촉매 전환 유닛에 관한 것으로, 상기 외부 케이싱과 내부 케이싱 사이의 환상의 영역은 반응 영역 (I) 을 구성하고, 상기 외부 케이싱은 그 외측면에서 상기 유닛 높이의 적어도 절반부에 걸쳐 연장하는 상호 교차하는 나선의 이중 네트워크에 의해 보강된다.

Description

반경방향 층 촉매 전환 유닛을 강화하는 장치 {APPARATUS FOR RIGIDIFYING RADIAL BED CATALYTIC CONVERSION UNITS}

본 발명은 반응 케이싱의 주변부로부터의 충전물 및 반응물을 중심부 쪽으로 또는 반응 케이싱의 중심부로부터의 충전물 및 반응물을 주변부 쪽으로 반경방향 순환시키는 고정층 또는 이동층 유닛에 관한 것이다. 당업자는, '반경방향' 이라는 용어를, 주변부로부터 중심부 쪽으로 또는 중심부로부터 주변부 쪽으로 배향되는 반경에 대응하는 방향 배열에서 고정 촉매층 또는 이동 촉매층을 통하여 발생하는 가스성 반응물의 유동을 나타내는데 사용한다.

이러한 유형의 유동의 대부분의 대표적인 유닛은, 80℃ ~ 250℃ 의 증류 범위를 가진 것으로 규정될 수 있는 석유 유형의 탄화수소 컷의 대표적인 개질이다. 하지만, 본 발명의 적용 영역은 더 광범위하고 또한 석유의 촉매 개질, 다양한 C4, C5 올레핀계 컷의 골격 이성질화 (skeletal isomerisation), 또는 예를 들어 프로필렌을 제조하기 위한 복분해 공정 (metathesis process) 을 언급할 수도 있다. 이러한 공정 리스트는 철저하지 않고, 본 발명은 반경방향 유동, 가스성 충전물 촉매 시스템의 어떠한 유형에 적용될 수 있다. 그리하여, 에너지에 있어서의 새로운 기술에 대하여, 예를 들어 에탄올-디젤 공정은 이러한 유형의 기술을 사용할 수 있다.

대표적인 개질을 포함하는 상기 반경방향 층 (radial bed) 유닛의 일부는, 이동층이라고 하는 촉매의 유동, 즉 반응기의 외부벽과 반응기의 배출물을 회수하는 중심 집속기에 대응하는 내부벽에 의해 한정되는 환상의 케이싱에서 한정되는 촉매 입자의 느린 중력 유동을 사용하는 것을 포함한다.

보다 자세하게는, 이러한 유형의 반경방향 층 유닛에 있어서, 바스켓이라고 하는 케이싱의 외주부로부터, 배출물을 집속시키는 중심 집속기를 한정하는 케이싱의 내주부까지 연장하는 한, 촉매 층은 환상의 형상이다.

충전물은, 일반적으로 환상의 층의 외주부에서 도입되어, 촉매층 유동의 수직 방향에 실질적으로 수직하게 촉매층을 관통한다. 중심 집속기에서는 반응 배출물이 회수된다.

본 발명은 반경방향 유동 반응기의 기계적 양태에 관한 것으로, 보다 자세하게는 외부 바스켓의 기계적 강도를 개선시키는 것이다. 사실, 외부 바스켓은 전체적으로 제어되지 않는 (비상 정지, 일시적으로 제어되지 않는 발열, 작동 과정 추종 실패...) 과도 상 (transient phases) 에서 상당한 기계적 응력을 받을 수 있고, 이는 외부 케이싱 (또는 바스켓) 의 일부를 휘게 할 수 있다. 일부 반응기는 5 미터의 직경 및 20 미터의 높이일 수 있는 그의 상당한 크기와 관련된 문제에 특히 민감하다.

외부 그리드는 전체 유형의 비틀림으로 인해 휨을 받을 수 있고, 원통형 구조물은 촉매층에 대하여 견디면서 그 자체의 원주부 주변에서 슬라이딩한다.

이와 관련하여, 전체라는 것은 굽힘 현상이 반응기의 어떠한 높이에 걸쳐 원주의 대부분에 영향을 주는 것을 의미한다.

이러한 유형의 변형을 특징짓도록, 이하 촉매 중량부의 특정한 연관을 포함하는 하방으로 향하는 수직력으로 인한 구조적 휨을 말한다. 이러한 휨은 원통형 바스켓에 대하여 전체적인 비틀림의 영향으로 인해 구조물에 국부적인 약화를 유발한다.

탄화수소 개질 반응 또는 올레핀계 컷의 골격 이성질화를 위한 반응을 실시하기 위해서 석유 산업에서 사용되는 대부분의 반응기는 반경방향 반응기이다. 촉매층은, 촉매를 유지하는 내부 그리드에 의한 내부측과, 이 내부 그리드와 동일한 유형의 다른 그리드에 의한 외부측에 한정되는 수직한 원통형 링 형태이다.

내부 그리드 및 외부 그리드는 투과성이고 또한 촉매층에 의해 형성되는 입자 물질을 유지하면서 이를 통하여 가스를 여과시킨다. 외부 그리드 측에서의 투과성은, 충전물이 환상의 촉매층안으로 가도록 하고, 내부 그리드 측에서의 투과성은, 반응 배출물이 중심 집속기안으로 가도록 한다.

가스성 충전물은 반응기의 상부에서 도입하고 또한 반응기의 외부벽 및 외부 그리드 사이에 배치되는 분배 영역에서 분배된 후, 환상의 촉매층을 통하여 실질적으로 반경방향으로 통과한다.

총매층을 통과한 후에, 반응 배출물은 촉매를 유지하는 내부 그리드를 통하여 수직한 원통형 커넥터에 집속된다.

더욱이, 촉매의 활성도를 유지하기 위해서, 제거된 촉매 부분은 가능한 한 새로운 촉매로 교체될 수 있다. 제거된 촉매를 인출하고 또한 새로운 촉매를 도입하는 이러한 작업은, 종래 기술에 따라서, 반응기의 바닥에 배치된 인출 레그 및 외부 그리드와 내부 그리드 사이의 환상의 영역에 배치되는 도입 레그에 의해서 실시된다.

개질 반응기에 사용되는 촉매는, 예를 들어 추출물, 볼 등과 같이 다양한 형태일 수 있다.

촉매 입자의 직경 또는 대응 직경은 일반적으로 0.5 ㎜ ~ 4 ㎜ 사이, 보다 특히 1.5 ~ 3 ㎜ 사이에서 변한다. 반응기의 내부 제조 관점에서의 이러한 제약은 촉매의 물리적 특성과 직접적으로 연관되어 있다.

반경방향 층, 가스상 촉매 반응기의 기술과 연관된 문제는, 본질적으로, 작동 조건 (작동, 냉각 상황, 가열 상황, 또는 비장 정지 상황) 과는 상관없이, 외부 그리드와 내부 그리드에 의해 한정되는 환상의 영역에 촉매를 한정하는 문제이며, 이는 유닛의 다른 열적 레벨과 연계된 실질적인 레벨의 편차 팽창을 유발할 수 있다.

종래 기술에서, 외부 바스켓은, 수직 와이어와 접촉하는 어떠한 지점에서, 수직 와이어에 용접되는 수평 링이라고 하는 금속 링의 배열에 의해 함께 단단히 유지되는 ('Johnson' 유형의 그리드 바스켓에 대하여) V 형 프로파일의 수직 와이어의 조립체에 의해 형성된다.

그리드에 필적할 수 있는, 수평 링 및 수직 와이어에 의해 형성되는 조립체의 강성은 이러한 그리드 메시의 변형성과 연관있다.

종래의 그리드를 제조하는 경우에, 이러한 강성은 용접에 의해 형성되는 수직 와이어 및 수평 링간의 연결부에 의해 제한된다.

본 발명은, 외부 바스켓의 기계적 강도를 개선시켜서, 촉매의 중량부가 바스켓의 외부 구조물에 의해 지지될 동안 과도 상황과 관련된 상기 그리드의 일부에 대한 휨 현상을 가능한 한 한정하는 구성을 포함한다.

그리하여, 본 발명은, 외부 케이싱을 구성하는 환상의 링에 용접되는 교차된 2 개의 나선 조립체를 구성하는 와이어 부재로 된 새로운 시스템에 의해, 외부 바스켓의 구조적 보강을 가능하게 하는 장치로 구성된다.

개발되지 않은 변형예에 따른 나선체 와이어 부재는 바스켓의 내향면에 배치될 수 있고, 이러한 경우에 와이어 부재는 수직 와이어에 용접된다. 이하, 명세서에서는 나선체 와이어 부재가 바스켓의 외부면에 배치되는 경우로 한정한다.

본 발명은 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛을 보강하는 장치로서 한정될 수 있고, 상기 반경방향 층은 바스켓 (1) 이라고 하는 원통형 외부 케이싱과 내부 원통형 케이싱 (2) 사이의 환상의 영역에서 포위되고, 상기 바스켓 (1) 의 외측면은 0.1 ~ 5 ㎜ 의 수평 거리에 의해 분리된 수직 와이어들로 된 시스템으로 구성되고, 상기 수직 와이어들은 5 ~ 200 ㎜, 바람직하게는 10 ~ 100 ㎜ 의 수직 거리 (Ea) 에 의해 분리된 수평 금속 링의 조립체에 의해 함께 단단히 유지되며, 상기 바스켓은 그 외측면이 바스켓의 기부로부터 산출된 높이 (Hr) 에 걸쳐 연장하는 환상의 링에 용접되는 나선체 와이어 부재의 시스템에 의해 보강되고, 상기 나선체 와이어 부재의 시스템은, 수평방향에 대하여 경사각 (α) 이 10°~ 80°이고 또한 Pmin 과 Pmax 사이의 피치 P1 가 각각 이하와 같이 한정되는 평행한 제 1 나선 조립체와;

P1 min = Ea/(2 cosα) (I)

P1 max = Hr cosα (II)

경사각이 ±10°이내의 -α 이고 또한 피치 P2 가 ±10% 이내로 피치 P1 과 동일하며 상기 제 1 조립체와 교차 관계에 있는 제 2 나선 조립체를 포함한다. 일반적으로, 상기 교차된 2 개의 나선 조립체가 연장하는 높이 (Hr) 는, 그 기부로부터 산출되는 외부 케이싱의 높이 (H) 의 절반, 바람직하게는 외부 케이싱의 전체 높이의 2/3 ~ 전체 높이 (H) 와 적어도 동일하다.

본 발명의 특히 바람직한 경우에 있어서, 교차된 2 개의 나선 조립체가 연장하는 높이 (Hr) 는 외부 케이싱의 높이 (H) 와 동일하다.

일반적으로, 이러한 나선 시스템의 경사각 (α) 은 수평방향에 대하여 10°~ 80°, 바람직하게는 40°~ 80°, 보다 더 바람직하게는 50°~ 70°이다.

본원에 따른 보강물을 구성하는 나선체 와이어 부재는 외부 케이싱 또는 바스켓을 구성하는 수평 링에 용접된다.

나선체 와이어 부재의 용접 (9') 개수는, 일반적으로 관련된 수평 링의 전체 개수 중 일부에 대응하고, 이는 1 ~ 1/50, 바람직하게는 1 ~ 1/20 이다. 본 발명의 특히 바람직한 경우에 있어서, 소정의 나선체 와이어 부재의 용접 지점의 개수는 나선체 와이어 부재에 의해 합류하는 수평 링의 개수에 대응한다.

나선체 와이어 부재의 두께 (ep) 는 일반적으로 2 ㎜ ~ 50 ㎜ 이고, 바람직하게는 2 ㎜ ~ 30 ㎜ 이며, 상기 와이어 부재의 폭 (La) 은 일반적으로 2 ㎜ ~ 100 ㎜, 바람직하게는 2 ㎜ ~ 50 ㎜ 이다.

도 1 은 주요 기계적 요소, 외부 케이싱 (1), 내부 케이싱 (2), 환상의 촉매 영역 (3) 및 반응물 유동을 위한 입구와 출구를 볼 수 있도록 한 반경방향 층 유형의 유닛의 개략도,
도 2a 는 본원에 따라서, 본원에 따른 나선체 와이어 부재 (7, 8) 가 적용되는 수직 와이어 및 수평 링 (6) 을 볼 수 있도록 한 외부 케이싱 (1) 의 그리드 구조물의 상세도로서, 상기 와이어 부재의 수평방향에 대한 경사각 (α 및 β) 및 상기 와이어 부재를 환상의 링 (6) 에 연결하는 용접 지점 (9) 의 개수를 도시한 도면, 및
도 2b 는 수직 와이어 (5) 및 상기 와이어 부재의 파라미터 (두께 ep 및 높이 La) 로 본원에 따른 나선체 와이어 부재를 도시한 도면.

본 발명은 반경방향 층 모드에서 작동하는 촉매 전환 유닛의 외부 케이싱 또는 바스켓을 구성하는 원통형 그리드 구조물을 보강하는 장치로 한정될 수 있다.

상기 촉매 전환 유닛은, 실제로 촉매층 (4) 이 한정되는 환상의 공간 (3) 을 한정하는 외부 케이싱 (1) 과 내부 케이싱 (2) 으로 형성된다.

일반적으로 대략 구형 및 일반적으로 0.5 ~ 5 ㎜ 의 직경으로 된 입자 형태의 촉매는 상부 레그 (10) 에 의해 환상의 케이싱 (3) 안으로 도입된다. 이 촉매는 하부 인출 레그 (11) 에 의해 환상의 영역 (3) 의 하부에서 인출된다.

일반적으로 가스성인 피처리 충전물은 반응기의 상부에 배치된 유입 도관 (12) 에 의해 반응기안으로 도입된다. 이러한 충전물은 반응기의 외부 포위부 (15) 와 외부 케이싱 (1) 의 외측면 사이의 부분에서 발견된다.

그 후, 이 충전물은, 외부 케이싱 (1) 의 높이 (H) 전체에 걸쳐 측방으로 통과하도록 외부 케이싱 (1) 에 의해 환상의 포위부 (3) 안으로 통과한다.

외부 케이싱 (1) 벽의 그리드 구조물 덕분에, 이 충전물은 상기 벽을 효과적으로 통과할 수 있고 그 후 환상의 영역 (3) 에 포함되는 촉매 (4) 와 다시 접촉하게 된다.

가스성 반응물의 관통류는 수직방향에 실질적으로 수직한 방향이고, 반응 배출물은 내부 케이싱 (2) 을 관류하며, 이 내부 케이싱의 구조물은 외부 케이싱 (1) 의 그리드 구조물과 유사하다. 그 후, 반응 배출물은 중심 집속기 (14) 에 회수되고, 이 집속기로부터 반응 배출물이 하부 도관 (13) 에 의해 배출된다.

본원은 바스켓이라고 하는 외부 케이싱 (1) 의 그리드 구조물의 보강물에 관한 것이다.

외부 케이싱 (1) 의 외측면은, 촉매 개질 공정을 위해, 일반적으로 0.1 ~ 5 ㎜ 의 수평 거리로 분리되는 수직 와이어 (5) 들로 된 시스템으로 구성된다. 일반적으로, 수직 와이어간의 거리는 촉매의 대응 직경을 2 로 나눈 것보다 작다.

수직 와이어들은 5 ㎜ ~ 200 ㎜, 바람직하게는 10 ㎜ ~ 100 ㎜ 의 수직 거리 (Ea) 로 분리되는 수평 링 (6) 의 조립체에 의해 함께 유지된다.

본원을 구성하는 나선체 와이어 부재 (7) 는 피치 P1 으로 일정하게 이격된 평행한 제 1 나선 조립체를 형성하고 또한 수평방향에 대하여 각 (α) 으로 경사진다.

상기 제 1 조립체에는 이 제 1 조립체와 교차하도록 나선체 와이어 부재의 제 2 조립체가 추가되고, 이 제 2 조립체는 수평방향에 대하여 각 (-α) 으로 경사진다.

상기 2 개의 조립체의 와이어 부재는 외부 케이싱 (1) 의 외측면 위에 배치되고 또한 수평 링 (6) 과의 어떠한 개수의 합류 지점 (9') 에서 용접된다.

와이어 부재의 2 개의 조립체는 사실 수평 링에 속하는 동일한 평면에 배치된다. 즉, 실제로 와이어 부재의 제 1 조립체가 배치되고, 제 2 조립체가 제 1 조립체에 대하여 단순히 '포개지는' 것이 아니다. 제 2 조립체의 와이어 부재 각각은 제 1 조립체의 와이어 부재와 교차하는 각각의 지점에서 절단되고, 이 지점은, 상기 제 2 조립체의 와이어 부재를, 제 1 조립체 속하면서 합류하는 와이어 부재에 연결시킬 수 있는 용접 (9) 대상을 형성한다.

본 발명의 변형예에 있어서, 나선체 와이어 부재 (7) 와 수평 링 (6) 사이의 용접은 합류 지점 (9') 각각에 있다.

본원의 다른 변형예에 있어서, 나선체 와이어 부재 (7) 와 환상의 링 (6) 사이의 용접은 2 개, 3 개 또는 4 개가 아닌 하나의 합류 지점에서만 존재하고, 합류 지점의 개수의 정적값은 나선체 와이어 부재, 경사각 (α) 및 피치 P1 을 한정하는 파라미터와 관련있다. 용접이 형성되는 환상의 링을 분리하는 거리를 Ha 라고 한다 (도 2a 참조).

각 (α) 으로 경사진 시스템 (제 1 시스템) 의 와이어 부재는, 각 (-α) 으로 경사진 시스템 (제 2 시스템) 의 와이어와 교차한다. 또한, 도 2 에 도시한 바와 같이, 2 개의 시스템 각각의 와이어 부재간의 교차 지점 각각에는 용접 (9) 이 있다.

나선체 와이어 부재 (7) 는 수평방향에 대하여 10°~ 80°, 바람직하게는 40°~ 80°, 보다 더 바람직하게는 50°~ 70°의 각 (α)으로 경사지는 제 1 나선 조립체를 형성한다.

제 1 조립체의 2 개의 평행한 연속 나선 (또는 나선체 와이어 부재) 사이의 거리 또는 피치 P1 은 이하의 관계로 한정되는 최소값 (P1 min) 및 최대값 (P2 max) 사이에 있다.

나선들간의 최소 간격 (P1 min) 은 이하의 관계 (I) 에 의해 외부 그리드의 수평 링의 간격 (Ea) 에 따라서 한정된다:

P1 > P1 min = Ea/(2cosα) (I)

2 개의 연속 나선체 와이어 부재간의 최대 간격 (P1 max) 은, 보강 높이 (Hr), 즉 나선체 와이어 부재가 연장하는 높이와, 이하의 관계 (II) 에 따라서 고려되는 나선 시스템의 경사각 (α) 에 따른다:

P1 < P1 max = Hr cosα (II)

시스템을 형성하는 나선체 와이어 부재의 개수 (N) 는 이하의 관계 (III) 에 의해 경사각 (α) 및 피치 P1 과 관련되며, D 는 반응기의 직경을 나타낸다:

수평 링의 시스템은 Ea 에 대응하는 피치로 일정하다. 즉, 수평 링과의 규칙적인 용접 지점을 가진 조립체를 형성하도록, 피치 P1 값은 주로 Ea 의 배가 되어야 한다. 상기 조건은 항상 충족되는 것은 아니며 또한 실제로 가능한 한 보존하기를 원할 때 합류되는 모든 링에 용접을 형성할 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 제약이 완화되면, 합류되는 모든 'x' 수평 링에 용접을 하게 된다.

일반적으로, x 의 값이 1 ~ 25, 바람직하게는 1 ~ 10 이다. Ha 를 Ea ~ 50 Ea, 바람직하게는 Ea ~ 20 Ea 로 함으로써 동일한 조건을 나타낼 수 있다.

대체로, 각 (α) 및 피치 P1 을 가진 제 1 시스템과는 상이한 각 (β) 및 피치 (P2) 에 대하여 특징을 가진 제 2 시스템을 한정할 수 있다. 본원의 관점을 벗어나지 않고, -α 와 상이한 제 2 시스템의 경사각 및 피치 P1 과 상이한 피치 P2 를 선택하게 된다.

바람직하게는, 2 개의 시스템은 수평방향에 대하여 동일한 경사각을 가지는데, 즉 ±10°이내에서 β=α 이다.

바람직하게는, 제 1 시스템의 피치 P1 은 ±10% 이내에서 제 2 시스템의 피치 P2 와 동일하고, 즉 동일하다는 것은 피치 P2 가 0.9 P1~ 1.1 P1 인 모든 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

나선체 와이어 부재의 절단면은 다양한 형상일 수 있다. 바람직하게는, 도 2b 에 도시한 바에 따르면 높이 (ep) 및 폭 (La) 으로 된 사각형일 수 있다.

나선체 와이어 부재의 두께 (ep) 는 2 ㎜ ~ 50 ㎜, 바람직하게는 2 ㎜ ~ 30 ㎜ 이다.

나선체 와이어 부재의 폭 (La) 은 1 ㎜ ~ 100 ㎜, 바람직하게는 2 ㎜ ~ 50 ㎜ 이다.

외부 케이싱 (1) 의 기부로터 산출되는, 나선체 와이어 부재의 2 개의 시스템 (7, 8) 의 장치가 연장하는 높이 (Hr) 는 구조물의 보강에 중요한 파라미터이다.

최소한의 보강 높이를 결정하기 위해서, 초기 외부 그리드 (그리하여 보강물 없이) 는 어떠한 휨을 방지하는 최대 허용가능한 압축 응력을 결정할 수 있는 이방성 구조물인 것으로 여겨진다.

보강 높이 (Hr) 는 이하의 식 IV 에 따라서 지지 백분율과 관련된 가설과 연계된 구조물에 대한 작동 하중 (Mact) 과 선택된 안전 인자 (S) 에 따라서 결정되고:

K 는 이하로부터 결정되는 실험 계수를 나타낸다:

- 이방성 실린더를 산출하는 가설에 따른 최대 허용가능한 한계, 및

- 부하를 지지하는 대응부.

상기 식 (IV) 은 보강 높이 (Hr) 의 이론적인 산출을 가능하게 한다.

실제로, 나선체 보강물은 외부 케이싱 또는 바스켓으로부터 시작하고 바스켓의 상부 절반부에서 종결되며, 즉:

Hr 은 H/2 ~ H (H 는 바스켓의 전체 높이임), 바람직하게는 2/3H ~ H 이며, 보다 바람직하게는 Hr 은 H 와 동일하다.

실시예

본원에 따른 나선체 보강물의 치수결정 예

초기 외부 케이싱 (1) 의 그리드 구조물은 3 ㎜ 의 기부 및 4.5 ㎜ 의 높이로 된 이등변 삼각형 형태의 절단면으로 된 수직 와이어 (5) 로 구성된다.

수직 와이어 (5) 는 직경 (De) (도 2a 참조) 에 위치되고 또한 0.7 ㎜ 의 간격으로 서로 이격된다. 이러한 와이어는 거리 Ea = 38 ㎜ 로 이격된 사각형부의 수평 링에 의해 유지된다.

수직 와이어 및 수평 링 사이의 교차점 각각에서 용접 연결이 형성된다. 그리하여 한정되는 수직 와이어 및 수평 와이어의 조립체는 'Johnson' 그리드 유형의 그리드 구조물을 형성한다.

표 1 에서는 대표적인 석유 개질 유닛을 구성하는 4 개의 반응기의 기하학적 치수를 나타낸다.

높이 H 는 반응기의 높이이다.

직경 De 는 외부 케이싱 또는 바스켓의 직경이다.

내경 Di 은 내부 케이싱의 직경이다.

상기 가설은 기계적인 힘의 관점에서 본 '활성' 촉매의 어떠한 질량과, 외부 그리드에 의해 '활성' 촉매의 중량에 대한 소정의 지지 백분율 (본 경우에서는 50%) 에 관한 것이다.

상기 부하 가설로 인해 어떠한 붕괴를 방지하는 최대 허용가능한 수직 압축 부하와 실제로 가해진 부하간의 비로서 규정되는 안정 인자 (S1) 를 예측할 수 있다.

수직 와이어 및 수평 링의 조립체에 의해 형성되는 바스켓의 초기 구조물을 구조물 A (종래 기술) 라고 한다. 이러한 구조물은, 수직 와이어 및 수평 링간의 용접에 의해 형성되는 연결부에 의해서만 형성되는 강성을 가진 이방성 네트워크로서 간주될 수 있고, 이러한 강성은 표 2 에서 소정의 반응기 각각에 대한 안전 인자 (S1) 의 평가값이다.

더욱이, 반응기의 크기가 증가할 때, 안전 인자와 동일한 모든 다른 인자는 떨어지는데, 이는, 대형 반응기에 대해서 반응기의 기계적 구조물을 보강하는 문제가 보다 더 중대해지기 때문이다.

본원에 따른 보강물의 치수결정 No 1:

교차된 나선체 와이어 부재의 2 개의 네트워크에 의한 보강물의 제 1 치수결정은 본원에 따라서 실시된다 (구조물 B).

이러한 치수결정은 반응기 (3, 4) 의 안전 인자를, 반응기의 크기로 인해 휨 문제에 적어도 민감한 제 1 반응기의 안전 인자 (S1 = 2.23) 보다 높은 레벨로 상승시킨다.

표 3 에서는 반응기의 안전 인자를 제 1 반응기의 레벨까지 증가시키도록 반응기 (3, 4) 에 대한 나선의 네트워크의 치수결정을 나타낸다.

수평 와이어 또는 링을 분리하는 거리 (Ea) (38 ㎜) 는 외부 그리드의 초기 구조물에 의해 부과된다.

수평 링과 나선체 와이어 부재간의 용접은, 반응기 (3) 에 대해서 13 중에서 1 용접 링 및 반응기 (4) 에 대해서 10 중에서 1 용접 링의 비로 일정하게 실시된다.

표 4 에 도시된 최소 높이 (Hr min) 에 적어도 보강물이 적용된다.

당업자는 최소 높이와 상이한 보강 높이 (Hr), 즉 Hr > Hr min 을 선택할 수 있다. 예를 들어, 보강 높이 (Hr) 로서 반응기 (3, 4) 에 대하여 각각 6.5 m (1/2 H) 및 12 m (3/4 H) 를 선택한다.

4 개의 반응기의 조립체에 대하여 이하 표 5 에 주어진 안전 인자가 얻어진다.

치수결정 No 2:

제 2 실시예에서, 본원에 따라서 다수의 보강 해법을 연구함으로써 제 1 반응기의 안전 인자 2.23 를 25% 증가시키고자 한다.

이하, 표 7 에서는 나선 각 (α) (β = -α) 이 60°인 보강 네트워크에 대한 가능한 치수결정을 나타내고, 상기 네트워크는 바스켓의 기부로부터 4.5 m 높이 또는 H/2 까지 연장된다.

다수의 해법 (1 ~ 6) 으로 선택된 Hr 값에 대하여 소망하는 안전 인자를 얻을 수 었다.

상기 해법은 나선체 와이어 부재 각각의 치수 (ep, La), 보강 시스템을 구성하는 와이어 부재의 개수 (N) 및 수평 링에 대한 용접 개수를 선택함으로써 상이해진다.

상이한 해법 중에서 결정적인 선택은, 예를 들어 나선체 와이어 부재의 형상 이용가능성 및 그 비용 등의 당업자 부분에서 실제로 고려하는 것에 따른다.

표 7 에서, 나선체 와이어 부재의 치수가 더 작아지면 (예를 들어 해법 1), 나선의 개수가 더 많아지고 (조립체에 대하여 해법 1 에서 16 개, 즉 2 개의 교차된 조립체에 대하여 32 개), 상기 나선체 와이어 부재 들간의 간격 (P) 이 좁아진다 (해법 1 에 대해서는 389 ㎜).

Claims

반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛으로서,
상기 반경방향 층은 바스켓 (1) 이라고 하는 원통형 외부 케이싱과 내부 원통형 케이싱 (2) 사이의 환상의 영역에서 포위되고,
상기 바스켓 (1) 의 외측면은 0.1 ~ 5 ㎜ 의 수평 거리에 의해 분리된 수직 와이어들로 된 시스템으로 구성되고, 상기 수직 와이어들은 5 ~ 200 ㎜ 의 수직 거리 (Ea) 에 의해 분리된 수평 금속 링의 조립체에 의해 함께 단단히 유지되며,
상기 바스켓은 그 외측면이 바스켓의 기부로부터 산출된 높이 (Hr) 에 걸쳐 연장하는 환상의 링에 용접되는 나선체 와이어 부재의 시스템에 의해 보강되고,
상기 나선체 와이어 부재의 시스템은, 수평방향에 대하여 경사각 (α) 이 10°~ 80°이고 또한 P1 min 과 P1 max 사이의 피치 P1 가 각각 이하와 같이 한정되는 평행한 제 1 나선 조립체와;
P1 min = Ea/(2 cosα) (I)
P1 max = Hr cosα (II)
경사각이 -α±10°이고 또한 피치 P2 가 피치 P1±10% 이내이며 상기 제 1 조립체와 교차 관계에 있는 제 2 나선 조립체를 포함하는, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.
제 1 항에 있어서,
보강물을 구성하는 상기 나선체 와이어 부재는 수평방향에 대하여 40°~ 80°의 각으로 경사지는, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.
제 1 항에 있어서,
교차된 2 개의 나선 조립체가 연장하는 높이 (Hr) 는, 그 기부로부터 산출되는 외부 케이싱의 높이 (H) 의 절반과 적어도 동일한, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차된 2 개의 나선 조립체가 연장하는 높이 (Hr) 는 외부 케이싱의 높이 (H) 와 동일한, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
나선체 와이어 부재의 용접 개수는 합류하는 수평 링의 전체 개수 중 일부에 대응하고, 상기 일부는 1 ~ 1/25 인, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
주어진 나선체 와이어 부재의 용접 개수는 상기 나선체 와이어 부재에 의해 합류되는 수평 링의 개수와 동일한, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
나선체 와이어 부재의 두께 (ep) 는 2 ~ 50 ㎜ 이고, 상기 와이어 부재의 폭 (La) 은 1 ~ 100 ㎜ 인, 반경방향 층 모드에서 작동하는 탄화수소 컷의 촉매 전환을 위한 유닛.