KR102262144B1 - 미립자 재료를 좁은 수직 용기 안으로 장입하기 위한 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥부에서 외부에 대해 열려 있는 개구를 갖는 적어도 하나의 좁은 수직 용기(1, 1') 안으로 미립자 재료(7)를 장입하기 위한 공정에 관한 것으로, 이 공정은, 상기 용기를 통과하는 공기의 상향 흐름을 유도하고 상기 미립자 재료가 상기 공기의 상향 흐름에 대해 대항류 방식으로 아래쪽으로 낙하하도록 상기 미립자 재료를 용기의 상부로부터 그 용기 안으로 장입하는 것을 포함한다.
본 발명에 따르면, 미립자 재료가 장입될 때 충전되는 용기(1, 1')의 내부에는 물리적 장치나 공기 공급 도관이 없으며, 상기 상향 흐름 공기는 상기 용기의 바닥 개구에서 제공되고, 진공 시스템을 사용해서 용기의 상부로부터 공기를 흡입하여 유도된다.
본 발명은 미립자 재료(7)가 용기(1, 1')의 바닥에 도달할 때 그 재료의 충돌 속도를 정확하게 제어할 수 있다.

Description

미립자 재료를 좁은 수직 용기 안으로 장입하기 위한 공정{PROCESS FOR LOADING PARTICULATE MATERIAL INTO A NARROW VERTICAL CONTAINER}

본 발명은 미립자 재료를 하나 이상의 좁은 수직 용기(들) 안으로 장입하기 위한 공정에 관한 것이다.

본 발명의 공정은 수소 제조부에서 사용되는 것과 같은 수직 배향 반응기 관 안으로 촉매 입자를 장입하는데 특히 적절하다.

여러 정제 및 석유화학 공정에서는, 촉매 재고를 큰 반응기 용기 내의 단일 층(bed)으로서가 아니라, 비교적 작은 직경을 갖는 복수의 관 내부에 담아야 한다. 이러한 경우에는 특정 서비스를 위한 특정의 반응 역학 및 열교환 요건이 주어지며, 수직으로 배향되는 많은 좁은 관들이 큰 밀폐체 내부에 들어 있는 반응기 구성이 얻어진다.

이러한 유닛들 중의 가장 일반적인 것은, 수소를 제조하기 위한 개질기 노(reformer furnace)인데, 이 개질기 정제 및 석유화학 산업에서 넓게 사용되고 있다. 그러한 개질기 유닛은 하나 이상의 셀 안에 내포되는 많은(수백 개까지 됨) 좁은 수직 관을 포함한다. 각 관은 일반적으로 75 mm ∼ 125 mm의 내경을 가지며 또느 어떤 사용에서는 더욱 큰 내경을 갖게 되며, 일반적인 크기는 대략 100 mmm 이다. 수직 관의 길이는 일반적으로 대략 10 미터이고, 대략 약 13 미터 이상의 더 긴 관도 사용될 수 있다.

상기 관 내부에 장입될 필요가 있는 촉매 입자는 보통 동일한 크기의 동일한 원통형으로 제조되는데, 반응 및 열전달이 향상되도록 노출 표면을 증가시키기 위해 다양한 표면 특징 및/또는 축방향 구멍을 갖는다. 상기 입자는 일반적으로 세라믹계 재료로 제조되며, 이어서 산화니켈 등과 같은 반응성 금속 요소로 함침된다. 촉매 공급업체, 의도하는 서비스 및 공정 조건에 따라 상기 입자의 크기 및 형상은 달라지게 된다. 입자의 치수 특성(직경 및 길이)은 보통 밀리미터 단위로 측정된다. 전형적인 촉매 입자는 대략 12 ∼ 16 mm의 직경 및 길이를 가질 수 있는데, 하지만 더 큰 크기와 더 작은 크기도 발견될 수 있다.

빈 반응기 관에 촉매 입자를 충전할 때, 장입 공정의 질 및 효능과 관련하여 중요한 고려 사항이 있는데, 이들 중 3개의 주 고려 사항은 다음과 같다:

- 장입 공정은 촉매 입자의 파손을 피해야 한다. 이러한 파손이 일어나면, 특히 작업 중에 압력 강하가 증가되는데, 이는 공정의 성능에 영향을 주게 된다.

- 장입 공정은 가능한 한 빨라야 한다. 촉매 교체와 관련한 가동 중단 시간이 길어지면, 제조 손실로 인한 금전적 손해가 아주 클 수 있다.

- 다수의 관이 공정에서 사용될 때는, 모든 관들에 걸쳐 동일한 압력 강하가 보장되도록 다른 관들의 장입 밀도는 균일해야 한다. 이는 모든 관들에 공급물을 동일하게 분배하기 위해 필요한데, 이는 동일한 흐름 및 그래서 모든 관들의 동일한 열적 및 촉매 성능을 달성하기 위해 대칭성에 달려 있다.

이들 모든 목적을 달성함에 있어, 장입 작업의 수행시 몇 가지 실제적인 문제가 있다. 촉매를 단순히 관의 최상부 안으로 넣으면, 각각의 입자는 중력을 받아 가속되고 관의 길이를 따라 가면서 수직 낙하 속도가 증가된다. 관의 길이를 고려하면, 이 결과 관의 바닥에서는, 빈 관의 경우에는 바닥 지지 구조체 또는 부분적으로 장입된 관의 경우에는 촉매층 표면 상에서 허용불가능한 높은 충돌 속도가 나타나게 된다. 이러한 문제는 대부분의 관 길에 대해 존재하게 되며, 관이 충분히 충전되어 나머지 낙하 높이가 약 2 m 미만으로 줄어들었을 때에만 무시된다.

자유 낙하로 인한 높은 충돌 속도를 피하기 위한 초기 개념은 용기 내부에 들어 있는 개별적인 적은 양의 촉매를 케이블 등을 사용하여 관 안으로 내려 보내는 것이다. 촉매는 바닥에 도달했을 때에만 그 용기로부터 배출될 수 있다. 특허 US 3,562,998 에는 그러한 방법이 기재되어 있는데, 여기서는 접힌 바닥 개구를 갖는 가요성 소켓을 사용하고 있다. 특허 US 3,778,962 에는, 바닥 개구에서 힌지식 시일링 플랩을 갖는 강성적인 용기를 사용하는 대안적인 방법이 기재되어 있는데, 그 개구는 용기 내부의 진공에 의해 폐쇄 상태로 유지된다. 용기가 바닥에 도달하면, 그 용기 내부의 진공은 해제되어 시일링 플랩이 떨어져 열려 촉매가 배출된다.

이들 방법은 입자의 자유 낙하를 피하는 목적은 달성하지만, 장입 기간 및 장입 밀도의 균일성 모두에 대해서는 매우 비효율적이다.

미립자 재료를 수직 관 안으로 장입하는 다음 개념은, 낙하 속도를 줄이기 위해 기계적 수단을 사용하는 것이다. 이러한 개념하에서, 몇몇 장치가 실질적으로 관의 전체 길이에 걸쳐 그 관 안으로 삽입되는데, 이는 낙하하는 입자에 대한 일반적으로 같은 간격으로 이격된 일련의 물리적 장애물을 형성하게 된다. 촉매 입자는 관의 최상부 안으로 들어가는데, 하지만 촉매 입자는 너무 높은 낙하 속도에 이르기 전에 상기 물리적 장애물 중의 하나를 만나 그에 충돌하게 된다. 이러한 방식으로, 낙하 속도가 전체 길이에 걸쳐 단계적으로 감소되는 것이다.

이러한 개념을 사용하면서 장애물 장치의 설계에 있어서만 본질적으로 다른 여러 방법이 예컨대 US 3,608,751, US 4,077,530, EP 0548 999 및 CA 2　534 865 에 기재되어 있다.

이들 방법은 주로 장입질과 속도 면에서 이전에 사용된 용기화 방법에 대해 큰 개선을 보이지만, 여전히 큰 내재적인 단점을 지니고 있다. 첫째, 기계적 장치가 관 안으로 삽입되어야 하며, 그리고 장입 작업이 진행됨에 따라 후퇴되어야 한다. 둘째, 상기 기계적 장치의 후퇴 속도는 장입된 촉매 재고의 높이가 관 내부에서 상승하는 속도에 가깝게 일치해야 한다. 이들 두 속도 간에 차이가 생기면, 장치의 바닥이 걸리고 촉매층 내부에 매립되며, 또는 장치의 바닥이 충돌 표면으로부터 멀어지게 점진적으로 이동하여, 너무 높은 자유 낙하 거리가 생기게 된다.

세번째 단점은, 촉매 입자는 감속되기 위해 장치의 장애물 상에 물리적으로 충돌해야 되며, 그래서 그 장치가 손상될 수 있고 또한 촉매 입자가 점진적으로 마멸된다는 것이다.

이러한 개념을 사용하는 반자동화 버젼이 특허 US 7,309,201 및 EP 2 191 889 에 기재되어 있다. 장입 공정의 수동 제어의 정도를 줄임으로써, 이들 장치는 더욱 균일한 장입 밀도를 달성하는데, 하지만 잠재적인 파손 및 후퇴 속도를 장입 속도에 일치시켜야 한다는 요건 모두에 있어서, 촉매 입자와 감속 장치 간의 상호 작용과 관련하여 동일한 단점을 지니고 있다.

높은 낙하 속도를 피하기 위해 사용되는 가장 최근의 개념은 관 내부에서 가스, 특히 공기의 대항류 상향 흐름을 유도하는 것이다. 그래서 낙하 입자는 이 상향 흐름 가스 스트림을 만나게 되는데, 이 스트림은 공기역학적 항력이라고 불리는 저항력을 입자에 가하게 되며, 그래서 입자가 적절히 낮은 낙하 속도로 감속되어 촉매층 표면 상에의 충돌시 파손을 피할 수 있다. 이러한 개념은 실시하기 위해서는, 관의 바닥에 가스를 공급하거나 또는 가스의 상향 흐름을 일으키는 방법을찾는 것이 필요하다.

대항류 가스를 사용하는 것과 관련한 뜻밖의 부수적인 효과는, 공급자로부터 배송될 때 벌크 촉매에 존재할 수 있는 먼지 또는 더 작은 파손된 촉매 조각에 대한 영향에 대한 것이다. 이들 더 작은 파손된 조각 및 먼지는 공기의 상향 흐름 속도 보다 낮은, 훨씬 감소된 종말 속도를 갖게 될 것인데, 그래서 관 안으로 낙하할 수 없을 것이고 위쪽으로 용기 밖으로 운반되어 베드에 존재하지 않게 될 것이다. 그러한 먼지 및 파손된 촉매 조각은 촉매층의 성능에 나쁜 영향을 준다.

이러한 개념을 사용하는 최초 시도가 특허 GB 1 081 873 에 기재되어 있는데, 하지만 기존의 플랜트에서 사용되기에는 비실용적인데, 왜냐하면, 공기를 관의 바닥에 공급하는 역할을 하는 고정식 관을 반응기의 초기 건설 중에 상기 관의 중심을 따라 아래로 영구적으로 설치해야 하기 때문이다.

그러한 영구적인 공기 공급 관의 설치에 대한 필요성을 없애기 위해, 다음 공정은, 임시 공기 공급 도관의 사용에 촛점을 두고 있는데, 이 도관은 장입 공정 시작 전에 설치되고 장입 작업이 진행됨에 따라 후퇴되는데, 이는 이전의 발생 기계 장치와 많이 동일한 방식인 것이다.

특허 RU 2180265 에는, 관의 바닥에 공기를 공급하는 도관이 가요적인 호스 등으로 되어 있는 방법이 기재되어 있는데, 그 호스는 장입 과정 시작시에 관 안으로 내려 보내지고 관이 충전됨에 따라 서서히 후퇴된다. 압축 공기가 이 가요적인 호스를 통해 관의 바닥으로 안으로 취입되고, 관 벽과 호스 사이에 있는 환형 영역을 통해 관으로부터 빠져나가게 되며, 이렇게 해서, 요구되는 상향 공기 흐름이 상기 환형 영역에서 발생된다. 사용되는 장비, 특히 가요적인 호스를 후퇴시키고 보관하기 위한 회수 드럼의 특성과 크기는 이 방법이 대부분의 유닛에 사용되기에 비비실용적으로 만드는데, 왜냐하면 관의 최상부에 있는 작업 공간이 일반적으로 매우 제한되어 있기 때문이다. 또한 상기 방법은 두가지의 기술적인 단점을 갖는데, 즉 가요적인 호스의 회수 속도를 관의 충전 속도와 일치시키기 위해 매우 주의 깊은 제어를 요하는데, 어떤 신뢰적인 모니터링법도 없다. 또한, 호스가 관의 중심선을 따라 존재하기 때문에, 장입되는 관의 자유 흐름 단면 직경이 절반 이상으로 감소되어, 장입 과정 중에 환형 영역이 막힐 경향이 커지게 된다. 그러한 막힘의 위험을 줄이기 위해, 장입 속도는 그러한 직경 감소가 없는 경우의 50% 미만으로 줄어들어야 한다. 이 장치는 또한 이를 작동시키는 작업자에 대해 상당한 건강상 위험을 주는데, 왜냐하면 관의 최상부에서 빠져나가는 공기는 장입되는 촉매에서 나온 발암성 먼지를 동반하기 때문이다.

특허 RU 2180265 에 기재되어 있는 방법은, 장입 높이가 상승함에 따라 공기 공급 도관의 바닥 선단부가 촉매층에 잡히는 것을 피하기 위해 그 바닥 선단부는 촉매층의 상방으로 어느 거리, 일반적으로 500 ∼ 1000 mm 에 유지되어야 한다는 점에서 추가적인 제약이 있다. 공기 흐름은 도관의 바닥 단부에서 그 도관을 빠져 나가고 그런 다음 즉시 환형 영역에서 위쪽으로 이동하므로, 도관의 바닥 선단부와 촉매층 표면 사이에는 정체 공간이 존재하게 되는데, 이 정체 공간에서는 상향 공기 흐름이 없고 그래서 낙하하는 촉매 입자에 대한 영향이 더 이상 없다.

본 발명의 목적은, 미립자 재료를 좁은 수직 용기 안으로 장입할 수 있고 또한 종래 기술 공정의 단점을 극복하는 개선된 공정을 제공하는 것이다.

그러므로 본 발명은, 바닥부에서 외부에 대해 열려 있는 개구를 갖는 적어도 하나의 좁은 수직 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정에 관한 것으로, 이 공정은, 상기 용기를 통과하는 공기의 상향 흐름을 유도하고 상기 미립자 재료가 상기 공기의 상향 흐름에 대해 대항류 방식으로 아래쪽으로 낙하하도록 상기 미립자 재료를 용기의 상부로부터 그 용기 안으로 장입하는 것을 포함하며, 미립자 재료가 장입될 때 충전되는 용기의 내부에는 물리적 장치나 공기 공급 도관이 없으며, 상기 상향 흐름 공기는 상기 용기의 바닥 개구에서 제공되고, 진공 시스템을 사용해서 용기의 상부로부터 공기를 흡입하여 유도된다.

본 발명에 따르면, 미립자 재료로 충전될 필요가 있는 용기의 내부의 바닥부로부터 최상부로 상승 공기 흐름이 발생되며, 이러한 공기 흐름은 낙하하는 입자를, 용기의 바닥 또는 부분 장입 용기의 촉매 표면에 충돌할 때 그 입자의 파손을 피하는데 충분히 낮은 속도로 감속시켜 준다.

본 발명에 따르면, 상향 흐름 공기는 용기의 바닥 개구로부터 제공된다. 이러한 개구는 일반적으로 촉매층이 형성되는 지지 그리드이다. 용기가 점진적인 장입을 받으면, 상향 흐름 공기는 그러한 바닥 개구를 통해 용기에 들어가서 촉매층의 이미 장입된 부분을 통과해 위쪽으로 흐르게 된다.

상향 공기 흐름의 속도를 조절함으로써, 충돌 지점 상방에 어떠한 정체 공간도 없이, 낙하하는 입자에 대한 항력을 용기의 바닥에 있는 지지 그리드 또는 부분 장입 용기의 촉매 표면 상에의 충돌 지점까지 제어할 수 있다. 이러한 조건에서, 용기에 대한 입자의 정미 하향 속도 및 충돌 속도를 관의 전체 길이에 걸쳐 제어할 수 있다. 이 결과, 매우 정확하게 제어할 수 있어 개별적인 관의 길이에 걸쳐 또한 서로 다른 관들 사이에서 균일한 장입 밀도를 얻을 수 있고 또한 모든 관에서 바람직한 균일한 압력 강하를 얻을 수 있다.

종래 기술에서 사용되는 기술과는 달리, 본 발명에서는, 낙하하는 입자를 물리적으로 감속시키기 위해 또한 공기를 용기 안으로 공급하기 위해 또한 장입 높이를 제어하는 것과 같은 다른 목적을 위해, 어떠한 기계적인 장치도 장입 작업 중에 용기 안으로 넣지 않는다. 그래서 본 발명은 종래 기술에서 개시된 공정의 다른 단점을 극복할 수 있다.

특히, 용기의 내부에 어떠한 물리적 장치도 없으므로, 장입 중에 막힘의 위험이 없는데, 종래 기술에는 감소된 단면 직경으로 인해 이러한 막힘이 나타나게 된다. 따라서, 본 발명은 상당히 증가된 장입 속도를 가능케 하며 이에 따라 전체적인 장입 시간이 줄어들게 된다.

또한, 본 발명에서는, 촉매층의 바로 위쪽에 어떠한 정체 공간도 없이, 공기의 상향 흐름이 촉매층 상에의 충돌 지점까지 존재하게 된다. 이는 종래 기술에서 사용되는 장치에 대해 큰 이점인데, 왜냐하면, 본 발명에서는 촉매층을 관류하는 공기가 충돌 중에 발생되는 먼지 또는 작은 조각(일반적으로, 칩이라고 함)을 제거하기 때문이다. 장입된 촉매층으로부터 먼지와 칩이 이렇게 제거됨으로써, 그 촉매층에서의 압력 강하가 감소하게 되는데, 이는 공정의 성능을 위해 유리한 것이다. 종래 기술에서 사용되는 장치에서 정체 공간이 존재한다는 것은, 그 장치는 전달되는 촉매에 존재할 수 있는 먼지 및 파손된 조각만 제거할 수 있고 충돌 중에 발생된 먼지와 칩은 제거하지 못함을 의미한다.

본 발명에 따르면, 입자의 충돌 속도는 유리하게는 그 입자의 파손을 피할 수 있는 값으로 제어된다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 입자의 충돌 속도는 1 m/s 내지 10 m/s, 바람직하게는 3 m/s 내지 8 m/s, 더 바람직하게는 4 m/s 내지 6 m/s 범위의 평균값으로 유지된다.

바람직하게는, 균일한 장입 밀도를 얻기 위해 상기 평균 충돌 속도는 전체 장입 작업 중에, 즉 관의 전체 길이에 걸쳐 일정한 값으로 유지되게 제어된다.

낙하하는 입자의 충돌 속도의 값은, 그 낙하하는 입자가 용기의 바닥 또는 이미 장입된 입자의 층에 도달할 때 그 입자가 갖는 낙하 속도이다. 상기 속도는 용기에 대한 속도로 표현된다(상향 흐름 공기에 대한 속도가 아님).

입자의 충돌 속도는 공기의 상향 흐름 속도를 제어하여 제어된다. 이 상향 흐름 속도 제어는 밸브와 같은 적절한 장치를 통해 용기에서 나가는 공기의 흐름을 제어하여 이루어진다.

바람직하게는, 공기는 용기의 최상부로부터 흡입되는데, 이는 진공 시스템이 그 용기의 최상측 출구에 연결되어 있음을 의미하는 것이다.

용기 안에서 공기의 상향 흐름을 일으키기 위해, 그 용기의 바닥부는 공정 연결 지점과 같은 공기 입구를 가질 필요가 있는데, 이는 일반적으로 모든 상용 관형 반응기에 존재하는 것이다. 그러한 개구는 일반적으로 지지 그리드로 덮히며, 이 그리드 상에 미립자 재료가 장입된다.

요구되는 충돌 속도를 얻기 위해, 공기의 요구되는 상향 흐름 속도를 계산해야 한다. 이 상향 흐름 속도는 특히 용기의 치수, 구체적으로 내경; 입자의 공기 역학적 특성; 상향 흐름 공기의 조건, 구체적으로 압력과 온도; 및 이미 장입된 입자의 양 후의 나머지 낙하 높이에 달려 있다.

용기에 대한 장입이 진행됨에 따라, 특히 2개의 파라미터가 변하게 된다. 첫째, 촉매층 높이가 증가함에 따라, 나머지 낙하 높이는 감소하게 된다. 둘째, 촉매층 높이가 증가함에 따라, 바닥 개구로부터 유입하는 공기에 대해 그 촉매층에서의 압력 강하가 또한 증가하게 된다. 결과적으로, 용기 내부의 압력은 감소하게 될 것이고, 이로 인해 공기 밀도가 감소된다. 이 때문에, 입자의 충돌 속도를 목표 값으로 유지하기 위해, 용기의 충전이 진행됨에 따라, 공기의 상향 흐름 속도를 시간에 따라 또한 연속적으로 제어하고 적합하게 해야 한다.

공기의 상향 흐름은 진공 시스템으로 흐르는 공기의 양을 제어하여 제어된다.

장입 중에 입자의 충돌 속도를 정확하게 제어함으로써 여러 가지 이점이 얻어진다. 전술한 바와 같이, 입자의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 용기의 전체 길이를 따라 미립자 재료 층의 밀도의 개선된 균일성을 얻을 수 있다.

반응기가 장입되는 경우, 촉매 입자층의 전체적인 장입 밀도 및 그래서 그러한 층에서의 압력 강하를 정확하게 제어할 수 있다.

마지막으로, 관들과 같은 다수의 촉매 용기를 병렬로 사용하는 공정의 경우에, 모든 관에서 동일한 층 장입 밀도를 얻을 수 있고 또한 그래서 모든 관에서 유사한 압력 강하를 얻을 수 있으며, 이는 특히 중요한데, 왜냐하면 공급물 스트림이 모든 관에 균등하게 분할되어, 모든 관에서 균등한 흐름이 일어나고 그래서 모든 관의 동일한 열적 및 촉매 성능이 얻어지기 때문이다.

용기의 최상부에서 미립자 재료를 장입하는데 사용되는 시스템은, 용기에 공급되는 입자의 흐름 속도를 제어 및 모니터링할 수 있으면 어떤 통상적인 것이라도 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 시간에 따라 용기에 공급되는 입자의 양은 촉매 흐름 측정 장치를 사용하여 매우 정확하게 제어 및 측정된다. 이러한 장치는 예컨대 차단되는 빛, 레이다, 유도 또는 어떤 다른 적절한 기술에 기초한 것일 수 있다.

입자의 갯수를 세는 이러한 시스템을 사용하면, 상기 입자의 충돌 속도를 훨씬 더 정확하게 제어할 수 있는데, 왜냐하면, 장입 작업 중에 용기 안에 이미 장입된 입자의 층의 높이 및 최상측 입구로부터의 나머지 낙하 높이를 시간에 따라 정확하게 계산할 수 있기 때문이다.

비교적 긴 크기를 갖는 적어도 하나의 좁은 수직 용기가 중력에 의한 자유 낙하의 조건에서 딱딱한 표면에 충돌하면 파손되기 쉬운 재료로 충전되어야 하는 모든 경우에, 본 발명의 공정은 모든 기술 분야에서 사용가능하다.

"좁은"이라는 말은, 최대 300 mm, 바람직하게는 200 mm 미만, 더 바람직하게는 50 mm 내지 150 mm 의 내경을 갖는 반응기 관과 같은 용기를 의미한다.

바람직하게는, 용기는 관과 같은 원통형을 갖는다.

상기 용기는 일반적으로 5 m 내지 15 mm 의 높이를 갖는다.

본 공정은 특히 (석유) 화학 및 석유 정제 분야에서 하나 또는 여러 개의 좁은 반응기 관(들) 안에 촉매 입자를 장입하는데 특히 적합하다.

그러므로, 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 미립자 재료는 촉매 입자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 용기는 화학 공정, 석유화학 공정 또는 석유 정제 공정에서 사용되는 하나 이상의 좁은 수직 반응기 관(들)으로 이루어진다.

특히 바람직한 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 상기 용기는 점화되는 노 캐빈 안에 내장되는 복수의 수직 반응기 관으로 이루어지며, 이는 수소의 제조에 사용되는 일반적인 증기/가스 개질기 노와 일치한다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 비제한적인 실시 형태를 가지고 더 설명하도록 한다.

도 1 은, 개질기 관과 같은 좁은 용기 안으로 촉매 입자를 장입하는 경우에 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타낸다.
도 2 는 상기 관의 주 부분이 그의 최상측 입구부 보다 큰 직경을 갖는 경우에 다른 실시 형태를 나타낸다.

도 1 은 수직의 좁은 반응기 관(1)을 나타내며, 이 관은 도관(2)을 통해 적절한 동력의 진공 시스템(미도시)에 연결되어 있다.

진공 시스템은 반응기 관(1)의 최상부로부터 공기를 흡입하여, 반응기 관(1)의 바닥으로부터 최상부로 가는 상승 공기 흐름(굵은 점선 화살표로 나타나 있음)을 발생시킨다.

그 자체 공지되어 있는 방식으로, 반응기 관(1)의 바닥부는 매니폴드(촉매 지지 그리드(미도시)를 가짐)를 통해 대기에 열려 있으며, 이 매니폴드에 의해 공기가 반응기 관의 바닥에 들어갈 수 있고 또한 그 바닥으로부터 반응기 관의 최상부로 흐를 수 있다.

공기 유량은 공기 흐름 제어 밸브(3)를 사용하여 조정되며, 이 밸브는 공정 제어 컴퓨터 시스템(4)으로 제어된다.

요구되는 공기 흐름은 특히 다음과 같은 사항에 근거하여 공정 컴퓨터 시스템(4)으로 계산된다:

a) 반응기 관(1)의 형상 및 크기, 특히 직경;

b) 장입되는 촉매의 공기역학적 특성;

c) 공기의 상향 흐름 조건 - 위쪽으로 흐르는 공기의 압력 및 온도는 그 공기의 밀도에 영향을 주게 될 것이며, 따라서 공기가 낙하하는 입자에 주게 되는 항력에도 영향을 주게 된다;

d) 나머지 낙하 높이 - 관이 충전됨에 따라, 낙하 높이는 감소하게 되며, 입자가 일정한 속도로 충돌하기 위해서는 작은 항력이 필요하다.

e) 필요한 충돌 속도.

유량계와 같은 공기 흐름 측정 시스템(5)은 반응기에서 나가는 유효 공기 유량을 모니터링할 수 있고 이 정보를 제어 컴퓨터 시스템(4)에 전달하게 된다.

일부 관형 반응기 설계는 공급물 입구와 같은 측면 입구 라인(6)을 갖는데, 모든 공기 유동이 개질기 반응기 관(1) 자체를 통해 위로 가도록 하기 위해서는 그 측면 입구 라인을 막아야 한다.

반응기 관(1) 안으로 장입될 촉매 입자(7)는 촉매 공급 호퍼(8)에서 공급되며, 촉매 흐름 제어 장치(9)를 통과하고 이어서 도관(16)을 지나게 된다.

촉매 흐름 제어 장치(9)는 적절한 공급량의 촉매를 주기 위해 수동으로 설정될 수 있거나 컴퓨터 시스템(4)으로 제어될 수 있다.

촉매 흐름 측정 장치(10)는 예컨대 차단되는 빛, 레이다, 유도 또는 적절한 기술에 근거하며, 촉매가 반응기 관(1) 안으로 도입되는 지점 바로 위쪽에 배치된다.

이 흐름 장치(10)는 공정 제어 컴퓨터(4)에 신호를 보내어, 장입되는 촉매의양을 시간에 대해 적분하고, 상기 컴퓨터(4)가 장입된 층의 높이를 계산하고 그래서 나머지 낙하 높이를 계산하게 된다. 이 계산은 수직 장입 높이에 촉매 입자의 갯수를 연관시키는 보정 계수에 의존하며, 이는 장입 시작 전에 컴퓨터에 수동으로 입력되어야 한다. 보정 계수는 완전히 정확하거나 그렇지 않을 수 있다. 보정 계수가 완전히 정확하지 않으면, 공급 정지시 마다 보정 계수는 전자 공급 정지 측정부(11)와 같은 보다 정확한 수단 또는 후술할 침지 테이프를 사용한 물리적 측정에 의해 특히 적당하게 조정될 수 있다.

레이저, 레이다 또는 초음파에 근거하는 전자 공급 정지 측정 장치(11)가 촉매 장입 시스템의 최상부에 설치될 수 있고, 공급 정지를 검사하는데 주기적으로 사용된다. 우선적으로는, 측정을 위해 촉매 흐름을 짧게 중단시킨다. 공기가 연속적으로 배출되기 때문에, 반응기 관의 바닥에 있는 장입된 촉매 입자(7)의 층 상방에 있는 빈 공간의 대부분에는 먼지가 없을 것인데, 그래서 거리 측정 장치의 사용이 용이하게 된다.

또한, 전통적인 침지 테이프가 공급 정지의 물리적 검사를 위해 안으로 떨어질 수 있도록, 시일링되는 핸드홀(12)이 제공될 수 있다. 이러한 유형의 측정을 위해서는 공기 흐름을 중단시켜야 한다.

더 많은 촉매를 촉매 공급 호퍼(8)에 공급할 필요가 있을 때는, 그 촉매를 촉매 형성 호퍼(13) 및 전달 슬라이드 밸브(14)를 통해 유리하게 추가할 수 있다.

장입 작업 중에, 촉매 공급 호퍼(8)는 도 1 에 개시되어 있는 구성에서 처럼 적절히 시일링되어야 하며, 모든 장입 시스템은 진공 하에서 작동한다. 그러면, 전달 슬라이드 밸브(14)는 닫혀야 한다.

전체 장입 시스템은 수단(15)을 사용하여 반응기 관(1) 상에 적절히 시일링된다.

도 1 에 개시되어 있는 장치를 사용하여, 촉매 입자(7)는, 진공에 의해 유도되며 컴퓨터 시스템(4)에 의해 모니터링되는 공기의 제어된 상향 흐름에 대해 대항류 방식으로 반응기 관(1) 안으로 장입된다.

도 2 는 촉매를 담고 있는 주 관이 최상측 입구부 보다 큰 직경을 갖는 설계로 이루어진 수직 반응기 관(1')과 관련한 본 발명의 실시예를 나타낸다. 앞에서 설명한 바와 같은 장치는 그러한 반응기에의 장입에 사용될 수 없는데, 왜냐하면, 관의 주 부분에 적절한 상향 공기 속도를 갖기 위해서는, 좁은 최상측 부분을 통과하는 속도는 촉매 입자가 이 부분을 따라 아래로 흐르도록 하기에는 너무 높을 것이기 때문이다.

본 발명의 시스템은, 공기의 유입 지점을 상기 좁은 최상측 부분 아래로 이동시킴으로써 이러한 유형의 관도 수용할 수 있다. 이는 도 2 에 나타나 있는 바와 같은 이중 파이프 구성으로 달성될 수 있는데, 촉매는 도관(16')으로 만들어진 내측 파이프의 내부에서 아래로 흐르고 공기는 도관(16')과 반응기(1')의 좁은 최상측 부분 사이의 환형 공간에서 위로 흐르게 된다.

이러한 구성에서, 도관(16')에서는 공기 흐름이 없다. 촉매는 중력의 영향하에서만 도관(16')을 통해 떨어지게 되며, 반응기(1')의 넓은 부분에 들어갈 때에만 상향 흐름 공기의 윗방향 항력을 받게 된다.

대응하는 구성이 도 2 에 도시되어 있는데, 여기서는 도 1 에 대해 변화된 부분만 나타나 있으며, 공기 흐름 제어부 및 촉매 공급부(도 1 의 것들과 유사함)는 생략되어 있다.

물론, 본 발명의 공정은 모든 유형과 구성의 좁은 수직 용기에서 실시될 수 있고, 당업자라면 모든 유형의 특별한 구성을 수용하는데 필요한 특별한 장치 구성을 쉽게 수용할 수 있다.

Claims (10)

1. 바닥부에서 외부에 대해 열려 있는 개구를 갖는 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기(1, 1') 안으로 미립자 재료(7)를 장입하기 위한 공정으로서, 이 공정은, 상기 용기를 통과하는 공기의 상향 흐름을 유도하고 상기 미립자 재료가 상기 공기의 상향 흐름에 대해 대항류 방식으로 아래쪽으로 낙하하도록 상기 미립자 재료를 용기의 상부로부터 그 용기 안으로 장입하는 것을 포함하며,
   미립자 재료가 장입될 때 충전되는 용기(1, 1')의 내부에는 물리적 장치나 공기 공급 도관이 없으며, 상기 상향 흐름 공기는 상기 용기의 바닥 개구에서 제공되고, 진공 시스템을 사용해서 용기의 상부로부터 공기를 흡입하여 유도되고,
   공기 흐름 측정 시스템(5)을 이용하여 용기에서 나가는 공기 유량을 모니터링하고 그리고 입자 흐름 측정 장치(10)를 이용하여 장입되는 입자의 양을 모니터링함으로써, 미립자 재료의 장입 중에 용기(1, 1')를 통해 유도되는 공기의 상향 흐름이 입자의 충돌 속도를 일정하게 유지시키기 위해 전체 장입 작업 중에 제어되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기는 용기의 최상측 출구에 연결되어 있는 진공 시스템을 사용하여 용기의 최상부로부터 흡입되는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
3. 제 1 항에 있어서,
   미립자 재료의 장입 중에 용기(1, 1')를 통해 유도되는 공기의 상향 흐름은, 입자의 충돌 속도를 1 m/s 내지 10 m/s, 또는 3 m/s 내지 8 m/s, 또는 4 m/s 내지 6 m/s 범위의 평균값으로 유지시키기 위해 전체 장입 작업 중에 제어되는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   시간에 따라 용기에 공급되는 입자의 양이 촉매 흐름 측정 장치를 사용하여 정확하게 제어 및 측정되는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용기는 관의 형태를 갖는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용기는 최대 300 mm의 내경, 또는 200 mm 미만의 내경, 또는 50 mm 내지 150 mm 의 내경을 갖는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용기는 5 m 내지 15 mm 의 높이를 갖는, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미립자 재료는 촉매 입자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 용기는 화학 공정, 석유화학 공정 또는 석유 정제 공정에서 사용되는 하나 이상의 좁은 원통형의 수직 반응기 관(들)으로 이루어진, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 용기는 수소의 제조를 위해 스트림/가스 개질기 노에 있는 다수의 수직 반응기 관으로 이루어진, 적어도 하나의 좁은 수직 원통형 용기 안으로 미립자 재료를 장입하기 위한 공정.
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