KR102269431B1 - 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리 - Google Patents

산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리 Download PDF

Info

Publication number
KR102269431B1
KR102269431B1 KR1020167030209A KR20167030209A KR102269431B1 KR 102269431 B1 KR102269431 B1 KR 102269431B1 KR 1020167030209 A KR1020167030209 A KR 1020167030209A KR 20167030209 A KR20167030209 A KR 20167030209A KR 102269431 B1 KR102269431 B1 KR 102269431B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling
cooling coil
coils
coil assembly
reactor
Prior art date
Application number
KR1020167030209A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160142337A (ko
Inventor
티모시 로버트 맥도넬
제이 로버트 카우치
데이비드 루돌프 와그너
폴 트릭 와치텐도프
토마스 조지 트레이버스
Original Assignee
이네오스 유럽 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이네오스 유럽 아게 filed Critical 이네오스 유럽 아게
Publication of KR20160142337A publication Critical patent/KR20160142337A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102269431B1 publication Critical patent/KR102269431B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00—Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/24—Preparation of carboxylic acid nitriles by ammoxidation of hydrocarbons or substituted hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
    • C07C255/01—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/06—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and unsaturated carbon skeleton
    • C07C255/07—Mononitriles
    • C07C255/08—Acrylonitrile; Methacrylonitrile
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F28F9/185—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding with additional preformed parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00141—Coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
    • B01J2208/00911—Sparger-type feeding elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/10—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overheating, e.g. heat shields
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

상업적인 산화 또는 가암모니아산화 반응기들에서 사용되는 냉각 코일들은 냉각 코일을 규정하는 각각의 코스들을 선형 얼라이먼트 보다는 횡방향 배열로 제공함으로써 더 근접하게 패킹될 수 있다.

Description

산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리{A cooling coil assembly for removing heat generated by an oxidation or ammoxidation reactor}
아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴의 제조를 위한 여러 프로세스들과 시스템들이 공지되어 있다. 종래의 프로세스들은 촉매의 존재 하에 프로판, 프로필렌 또는 이소부틸렌, 암모니아 및 산소로 이루어지는 군으로부터 선택된 탄화수소의 직접 반응에 의해 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴의 회수 및 정제를 통상적으로 포함한다. 예를 들어, 아크릴로니트릴의 상업적인 제조에서, 프로필렌, 암모니아 및 산소가 이하의 반응 스킴 (scheme) 에 따라 함께 반응된다:
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/202 → CH2=CH-CN + 3H20
통상적으로 가암모니아산화로 불리는 이러한 프로세스는 적합한 유체층 가암모니아산화 촉매의 존재 하에 상승된 온도 (예컨대, 350℃ ~ 480℃) 에서 가스상으로 실시된다.
도 1 은 이러한 프로세스를 실시하는데 사용되는 통상적인 가암모니아산화 반응기를 보여준다. 도면에 도시된 대로, 반응기 (10) 는 반응기 셸 (12), 공기 그리드 (14), 공급 스파저 (16), 냉각 코일들 (18) 및 사이클론들 (20) 을 포함한다. 정상 작동 중에, 프로세스 공기는 공기 입구 (22) 를 통하여 반응기 (10) 로 충전되고, 프로필렌과 암모니아의 혼합물은 공급 스파저 (16) 를 통하여 반응기 (10) 로 충전된다. 양자의 유량은, 아크릴로니트릴로 프로필렌과 암모니아의 촉매 가암모니아산화가 일어나는 반응기 내부에서 가암모니아산화 촉매층 (24) 을 유동화시키기에 충분히 높다.
반응에 의해 생성된 생성물 가스는 반응기 유출물 출구 (26) 를 통하여 반응기 (10) 에서 나간다. 그렇게 하기 전에, 생성물 가스는 사이클론들 (20) 을 통과하고, 사이클론들은 딥레그들 (25; diplegs) 을 통해 촉매층 (24) 으로 복귀하기 위해 이러한 가스가 비말동반 (entrain) 될 수도 있는 임의의 가암모니아산화 촉매를 제거한다. 가암모니아산화는 고발열성이고, 따라서 냉각 코일 어셈블리 (18) 는 과다한 열을 인출하여 반응 온도를 알맞은 레벨로 유지하는데 사용된다.
이와 관련하여, 도 2 는 이러한 목적을 위해 사용되는 종래의 냉각 코일 어셈블리 (18) 의 디자인을 개략적으로 도시한다. 도 2 는 반응기 (10) 의 부분 축방향 단면도이고, 이는 반응기 (10) 의 냉각 코일 어셈블리에서 냉각 코일들의 일 세트를 도시하며, 냉각 코일들의 이러한 세트는 세 개의 별개의 냉각 코일들, 즉 냉각 코일 (42), 냉각 코일 (44) 및 냉각 코일 (46) 로 구성되어 있다. 냉각 코일 (42) 은 냉각수를 수용하기 위한 입구 (48) 와, 가열되어 부분적으로 스팀으로 전환된 후에 이러한 냉각수를 배출하기 위한 출구 (50) 를 포함한다. 유사하게, 냉각 코일 (44) 은 입구 (52) 와 출구 (54) 를 포함하고, 냉각 코일 (46) 은 입구 (56) 와 출구 (58) 를 포함한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 냉각 코일들 (42, 44 및 46) 각각은 일련의 수직-배향된 냉각 코일 코스들 (57; courses) 에 의해 규정되고, 각각의 코스는 한 쌍의 세장형의 상호 연결된 냉각 도관들 (60) 로 구성되며, 상기 냉각 도관들 (60) 은 하부 U-턴 끼움장착부 (62) 에 의해 상기 냉각 도관들의 저부들에서 서로 연결된다. 또한, 연속적인 냉각 코일 코스들 (57) 은 각각의 냉각 코일의 입구로부터 출구로의 연속 유동 통로를 형성하기 위하여 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 에 의해 상기 냉각 도관들의 상부들에서 서로 연결된다.
도 3 은 도 2 에 도시된 냉각 코일 어셈블리 (18) 의 상면도이다. 도 2 및 도 3 으로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 냉각 코일들 (42, 44 및 46) 은 동일 평면상에 있는, 즉 공통 수직 평면에 각각 놓여있는 냉각 코일들의 세트를 형성한다. 도 3 에서 추가로 도시된 바와 같이, 냉각 코일 어셈블리 (18) 는 다수의 이러한 냉각 코일들의 세트들로 이루어지고, 이러한 냉각 코일들의 각각의 세트는 일반적으로 서로 평행하게 배열되고, (선택적으로는) 서로 동일하게 이격되어 배열된다. 또한, 도 3 에서 추가로 도시된 바와 같이, 이러한 냉각 코일 어셈블리에서 대부분의 냉각 코일 세트들은 세 개의 상이한 냉각 코일들을 포함하지만, 다른 냉각 코일 세트들은 두 개 또는 네 개의 냉각 코일들을 포함하고, 두 개의 냉각 코일 세트들은 단 하나의 냉각 코일만을 포함한다.
도 4 는 도 2 및 도 3 의 냉각 코일 어셈블리 (18) 의 특정 구조를 더 상세하게 도시하는, 도 2 의 라인 4-4 에서 취해진 확대 상면도이다. 특히, 도 4 는 냉각 코일들의 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 만이 도시되어 있는 개략도이다.
도 4 에서 도시된 바와 같이, 냉각 코일 (61) 은 입구 (35), 상기 입구 (35) 를 냉각 코일 (61) 의 제 1 냉각 코일 코스 (미도시) 의 상부에 연결하는 공급 라인 (64), 및 상기 냉각 코일의 연속적인 코일 코스들을 서로 연결하기 위한 일련의 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 을 포함한다. 이러한 도면에 마찬가지로 도시된 바와 같이, 이러한 요소들 모두는, 즉 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 뿐만 아니라 공급 라인 (64) 모두는 동일 평면상에 있고, 즉 이들 모두는 동일한 공통 수직 평면 (D) 에 놓여있다. 게다가, 도 2 및 도 3 으로부터, 이러한 냉각 코일 내에 남아있는 요소들, 즉 각각의 냉각 코일 코스 (57) 와 관련된 하부 U-턴 끼움장착부들 (62) 을 형성하는 수직-배향된 냉각 도관들 (60) 이 마찬가지로 이러한 공통 수직 평면에 놓여있다는 것이 추가로 인지될 것이다. 도시된 특정 실시형태에서, 각각의 상부 U-턴 끼움장착부 (63) 는 각각의 U-형상의 끼움장착부에 의해 규정된 내부 커브 내에 수용되는 지지 빔 (70) 에 의해 아래로부터 지지된다. 따라서, 냉각 코일의 전체 내용물들 (즉, 순환되는 냉각수) 뿐만 아니라 컴포넌트 부분들 (즉, 상부 U-턴 끼움장착부들 (63), 수직-배향된 도관들 (60) 및 하부 U-턴 끼움장착부들 (62)) 모두를 포함하는 각각의 냉각 코일의 전체 중량은 그 각각의 지지 빔 (70) 에 의해 지지된다.
도 4 에서 추가로 도시된 바와 같이, 적합한 보도나 좁은 통로 (74) 가 냉각 코일들의 수리 및/또는 정기 검사에 필요할 수도 있는 임의의 정비 요원을 지지하기 위해 그리고 상기 정비 요원에게 용이한 접근을 제공하기 위하여 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 에서의 또는 근방에서의 높이에서 두 개의 냉각 코일 마다 사이에 배열된다.
도 5 는 냉각 코일 어셈블리 (18) 내의 상이한 냉각 코일들이 제어되는 방법을 도시하는 또 다른 개략도이다. 이와 관련하여, 종래의 아크릴로니트릴 반응기 (10) 의 작동 동안, 냉각 코일들을 "회전" 시키는 것, 즉 주기적으로 차단시킨 다음 각각의 냉각 코일을 개별적으로 그리고 연속적으로 재개하는 것은 일반적인 관례이다. 대부분의 상업적인 가암모니아산화 촉매들은, 시간이 지남에 따라 냉각 코일들의 외부 표면들에 스케일로서 일반적으로 디포짓되는 몰리브덴을 정화한다. 이러한 몰리브덴 스케일은 냉각 코일 성능에 악영향을 주기 때문에, 냉각 코일들의 기능을 적절하게 유지시키기 위해서는 이러한 몰리브덴 스케일을 이따금 제거할 필요가 있다. 일반적으로, 이는 각각의 냉각 코일을 주기적으로 차단한 후에 재개함으로써 행해지는데, 차단한 후에 다시 재개하는 것의 결과로서 냉각 코일이 경험하는 광대한 온도 변동들로 인해 이러한 차단/재개 절차가 냉각 코일에 사소하지 않은 기계적인 충격을 유발하기 때문이다. 이러한 기계적인 충격은 대부분의 경우에 냉각 코일 표면들에 디포짓될 수도 있는 몰리브덴 스케일 중 적어도 일부를 제거하는데 충분하고, 그렇게 해서 그러한 코일의 열 전달 용량 중 적어도 일부를 회복한다. 이는 연장된 기간 동안의 적합한 작동을 초래한다.
냉각수를 각각의 냉각 코일들에 공급하기 위하여, 도 5 에 도시된 구조가 일반적으로 사용된다. 여기에서 도시된 바와 같이, 냉각 코일 (61) 의 입구 (35) 는 프로세스 워터 입구 헤더 (80) 와 유체 연통하고, 상기 입구 헤더의 높이는 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 아래에 통상적으로 위치된다. 유사하게, 냉각 코일 (61) 의 출구 (65) 는 프로세스 워터 출구 헤더 (62) 와 유체 연통하고, 상기 출구 헤더의 높이는 상부 U-턴 끼움장착부 (63) 위에 통상적으로 위치된다. 일반적으로, 프로세스 워터 입구 헤더 (80) 및 출구 헤더 (82) 는 반응기 (10) 를 완전히 둘러싸는 크고, 연속적이며, 수평으로 배향된 도관들의 형태를 취한다. 각각의 냉각 코일의 주기적인 차단 및 재개는 개별적으로 그러한 냉각 코일의 입구 (35) 와 관련된 각각의 차단 밸브 (84) 를 통해 일반적으로 달성되고, 이는 대부분의 디자인에서 유체 유량을 미세하게 제어할 수 있는 제어 밸브와는 달리 간단한 온-오프 (on-off) 밸브이다.
또한, 차단 밸브 (84) 가 프로세스 워터 입구 헤더 (80) 와 프로세스 워터 출구 헤더 (82) 사이의 냉각 코일 (61) 의 적어도 하나의 밸브인 것을 주목한다. 즉, 냉각 코일 (61) 은 어떠한 추가의 밸브 또는 다른 유동 제어 디바이스 없이, 특히 냉각 코일 출구 (65) 와 관련된 유동 제어 밸브 없이 구성된다. 이는 이러한 추가의 밸브가 전술한 방식으로 냉각 코일들의 제어 및 원하는 작동을 달성시키는데 불필요하기 때문이다. 또한, 출구 유동 제어 밸브를 제거하는 것은 안전 릴리프 밸브에 대한 필요성을 마찬가지로 제거하고, 다르게는 이러한 출구 유동 제어 밸브가 사용될 경우 (즉, 각각의 별개의 코일 상의 PSV 가 요구된다면) 상기 안전 릴리프 밸브가 필요할 것이다.
아크릴로니트릴 반응기를 그의 최적의 반응 온도에서 또는 부근에서 전체로서 반응기를 통틀어 뿐만 아니라 반응기 내측의 구역마다 유지시키는 것은 우수한 반응기 성능에 중요하다. 게다가, 열이 반응기로부터 인출될 수 있는 속도는 아크릴로니트릴 반응기가 작동할 수 있는 최대 용량을 결정하는 속도-제한 단계이므로, 우수한 냉각 코일 디자인은 마찬가지로 중요하다. 또한, 열악한 냉각 코일 디자인 및/또는 작동은 지나친 냉각 코일 부식으로 이어질 수 있고, 이는 매우 값비싼 시기 상조의 수리를 요구할 수 있다.
따라서, 여기에는 반응기 성능을 개선하기 위해서뿐만 아니라, 도관 침식을 저하시키기 위해서, 그럼으로써 고장 시간과 수리 비용을 감소시키기 위해서, 상업적인 아크릴로니트릴 반응기의 냉각 코일들의 디자인 및 작동의 개선이 지속적으로 필요하다.
본 발명에 따라, 일련의 개선이 상업적인 아크릴로니트릴 반응기와 같은 통상적인 산화 또는 가암모니아산화 반응기에서 사용되는 냉각 코일 어셈블리의 디자인 및 작동에 대해 형성된다. 결과적으로, 반응기 성능이 개선될 뿐만 아니라, 추가로 냉각 코일 어셈블리의 수명이 연장된다.
따라서, 일 실시형태에서, 본 발명은 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생된 과다한 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리를 제공하고, 냉각 코일 어셈블리는 다수의 냉각 코일들을 포함하고, 각각의 냉각 코일은 냉각수 입구와 냉각수 출구를 구비하는 냉각수 통로를 규정하기 위하여 연속적으로 서로 유체 연결되는 다수의 냉각 코일 코스들을 포함하고, 각각의 냉각 코일 코스는 수직-배향된 냉각 코일 코스 평면을 규정하고, 각각의 냉각 코일은 각각의 수직-배향된 주요 냉각 코일 평면을 따라서 반응기 내측에서 반응기의 주변을 향해 연장하며, 또한 적어도 하나의 냉각 코일에서 냉각 코일 코스들 중 적어도 일부는 그들의 냉각 코일 코스 평면들이 그러한 냉각 코일의 주요 냉각 코일을 횡단하도록 배열된다.
또한, 제 2 실시형태에서, 본 발명은 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생된 과다한 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리를 제공하고, 냉각 코일 어셈블리는 단일 또는 다수의 냉각 코일들을 포함하고, 각각의 냉각 코일은 이 냉각 코일을 통해 냉각수를 이송하기 위한 냉각수 유동 통로, 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 규정하고, 각각의 냉각 코일은 그의 냉각수 입구와 관련된 냉각수 차단 밸브를 추가로 포함하고, 각각의 냉각 코일은 그의 냉각수 출구를 통과하는 냉각수의 유동을 제어하기 위한 밸브가 생략되며, 냉각수 유동 통로들 중 적어도 일부의 길이들은 서로 상이하다. 이러한 양태에서, 냉각 코일들의 개수는 약 15% 이하의 스팀으로 전환된 냉각수의 평균 백분율을 제공하기 위해 선택된다.
게다가, 제 3 실시형태에서, 본 발명은 벽들을 가지는 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 생성된 과다한 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리를 제공하고, 냉각 코일 어셈블리는 단일 또는 다수의 냉각 코일들을 포함하고, 각각의 냉각 코일은 반응기의 벽을 통과하는 냉각수 입구와 냉각수 출구를 구비하는 냉각수 통로를 규정하기 위하여 연속적으로 서로 유체 연결되는 다수의 냉각 코일 코스들을 포함하고, 냉각수 입구는 반응기의 벽에 단단하게 부착되는 냉각 코일 입구 끼움장착부와 상기 냉각수 끼움장착부 내의 열 슬리브 (thermal sleeve) 를 포함하고, 상기 열 슬리브의 외부 직경은 냉각 코일 입구 끼움장착부와의 사이에 열적 공간을 규정하기 위하여 상기 냉각 코일 입구 끼움장착부의 내부 직경보다 작다.
추가의 다른 실시형태에서, 본 발명은 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 생성된 과다한 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리를 제공하고, 냉각 코일 어셈블리는 다수의 냉각 코일들을 포함하고, 각각의 냉각 코일은 일련의 냉각 코일 코스들을 포함하고, 상기 냉각 코일 코스들은 상기 일련의 냉각 코일 코스들의 처음에 있는 제 1 코스와 상기 일련의 냉각 코일 코스들의 끝에 있는 마지막 코스를 포함하고, 다수의 냉각 코일 코스들은 냉각수 입구와 냉각수 출구를 갖는 냉각수 통로를 규정하기 위하여 서로 유체 연결되고, 냉각 코일 어셈블리는 각각의 냉각 코일의 마지막 코스와 유체 연통하는 냉각수 출구 헤더와 각각의 냉각 코일의 제 1 코스와 유체 연통하는 냉각 코일 입구 헤더를 추가로 포함하고, 각각의 냉각 코일은 냉각수 출구 헤더와 그러한 냉각 코일의 마지막 코스를 연결하는 냉각수 출구 도관을 추가로 포함하고, 냉각 코일 출구 헤더의 높이는 각각의 냉각 코일의 냉각 코일 출구 도관의 높이보다 아래에 있다.
본 발명은 이하의 도면들을 참조하면 더 순조롭게 이해될 수도 있다.
도 1 은 아크릴로니트릴로 프로필렌 및 암모니아의 가암모니아산화를 실시하기 위한 종래의 상업적인 아크릴로니트릴 반응기를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 종래의 상업적인 아크릴로니트릴 반응기에서 사용되는 종래의 냉각 코일 디자인의 구조 및 작동을 도시하는 개략도이다.
도 3 은 도 2 의 종래의 냉각 코일 디자인의 상면도이다.
도 4 는 도 3 과 유사한 상면도로서, 도 2 의 종래의 냉각 코일 디자인을 더 상세하게 나타낸다.
도 5 는 도 2 와 유사한 개략도이지만, 단일 냉각 코일 (61) 뿐만 아니라 그의 작동 방법을 나타낸다.
도 6 및 도 8 은, 종래의 상업적인 아크릴로니트릴 반응기의 냉각 코일들이 종래의 디자인에서 보다 더 근접하게 패킹되는 본 발명의 제 1 특징의 개략 도들이다.
도 7 은 도 2 및 도 4 와 유사한 상면도로서, 이러한 상부 U-턴 끼움장착부들의 서로에 대한 얼라이먼트를 포함하는 이러한 도면들의 종래의 디자인의 일 냉각 코일의 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 만을 도시하고, 또한 도 7 은 도 5 의 라인 7-7 에서 취해진다.
도 9 는 도 6 및 도 8 의 냉각 코일들을 그들의 지지 구조로부터 현수하기 위해 사용될 수 있는 냉각 코일 행거의 개략도이다.
도 10 은, 열 슬리브가 냉각 코일 입구가 통과하는 반응기 벽과 냉각 코일의 입구 사이의 접합을 보호하는데 사용되는 본 발명의 다른 특징의 개략도이다.
도 11 은, 냉각 코일들로부터 스팀과 냉각수를 수용하기 위한 출구 헤더가 이러한 냉각 코일들의 상부들 아래에 있는 위치로 이전되는 본 발명의 여전히 다른 특징들의 개략도이다.
본 발명의 제 1 특징에 따라, 반응기 내측에서 냉각 코일들의 패킹을 증가시킬 수 있는 냉각 코일들의 신규 배열이 채택된다. 결과적으로, 냉각 코일 어셈블리에 의해 전체로서 제공되는 총 표면적은 효과적으로 증가될 수 있고, 결국 냉각 코일 작동의 더 나은 그로스 (gross) 제어와, 적어도 일부 예들에서는, 전반적인 반응기 용량의 증가를 초래한다.
이러한 특징은 도 6 에서 도시되고, 상기 도 6 은 냉각 코일 어셈블리의 냉각 코일 지지 빔들 (70) 과 좁은 통로들 (74) 에 대하여 각각의 냉각 코일 (61) 의 상부 U-턴 끼움장착부 (63) 의 배열과 그들의 배열을 도시한다는 점에서 도 4 와 유사하다. 마찬가지로, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5 의 종래 디자인에서 코일 코스들의 배열을 개략적으로 도시하는 도 7 을 참조한다. 도 7 과 유사한 개략도이지만 도 6 의 본 발명의 디자인의 냉각 코일 코스들의 배열을 도시하는 도 8 과 비교한다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 냉각 코일 (61) 의 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 은 도 4 에서 도시된 바와 같이 오히려 동일 평면 상의 관계보다 서로에 대하여 오프셋 관계로 배열된다. 도 4 에 도시된 바와 같은 종래의 디자인에서, 냉각 코일 (61) 은 수직-배향된 평면 (D) 을 따라 반응기 (10) 의 내측으로부터 반응기 (10) 의 주변으로 (즉, 위치 R 로부터 위치 S 로) 연장한다. 편의를 위해, 수직-배향된 평면 (D) 은 본원에서 냉각 코일 (61) 의 주요 냉각 코일 평면으로 언급된다. 도 4 에서 추가로 도시된 바와 같이, 냉각 코일 (61) 의 메이저 요소들 모두 (즉, 수직-배향된 냉각 도관들 (60) 모두뿐만 아니라 하부 U-턴 끼움장착부들 (62) 및 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 모두) 는 동일 평면상에 있고, 즉 이들 모두는 이들의 중심들 또는 축선들이 이러한 평면 내에 놓여있다는 점에서 수직-배향된 주요 냉각 코일 평면 (D) 과 조정된다. 냉각수 도관들 (60) 뿐만 아니라 냉각 코일 코스들 (57) 의 하부 U-턴 끼움장착부들 (62) 은 이들의 중심들 또는 축선들 모두가 공동 수직-배향된 주요 냉각 코일 평면 (D) 내에 놓여있다는 점에서 이들이 서로 조정된다는 것을 보여주는 도 7 에서 추가로 개략적으로 도시된다. 또한, 도 4 에서 추가로 도시된 바와 같이, 좁은 통로들 (74) 은 이러한 메이저 요소들 사이에 그리고 평행하게 마찬가지로 배열된다.
하지만, 본 발명의 이러한 양태의 수정된 디자인에서, 적어도 하나의 냉각 코일의 적어도 일부의 냉각 코일 코스들 (57) 은 냉각 코일이 전체로서 놓이는 수직-배향된 주요 냉각 코일 평면을 횡단하여 배열된다. 일반적으로, 적어도 하나의 냉각 코일의 냉각 코일 코스들 (57) 모두는 이러한 방식으로 배열되는 반면, 일부 실시형태들에서, 냉각 코일들의 대부분 또는 심지어 모두의 냉각 코일 코스들의 모두가 이러한 방식으로 배열된다.
이러한 배열체는 도 8 에서 더 완전하게 설명되고, 상기 도 8 은 이러한 디자인의 각각의 냉각 코일 코스들 (57) 의 하부 U-형 끼움장착부들 (62) 과 냉각수 도관들 (60) 이 그들 소유의 각각의 냉각 코일 평면들 (Q) 에 각각 놓이고, 상기 평면들은 냉각 코일 (61) 이 전체로서 놓이는 수직-배향된 주요 냉각 코일 평면 (D) 에 대하여 예각 (α) 으로 배열되는 것을 보여준다. 예각 (α) 은 임의의 원하는 각도일 수 있다. 일 양태에서, 상기 각도는 약 30 ~ 약 60°이고, 다른 양태에서는 약 40 ~ 약 50°이다.
도 6 에서 추가로 도시된 바와 같이, 냉각 코일들 (61) 과 그들의 내용물들의 전체 중량을 지탱하는 지지 빔들 (70) 은 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5 의 종래의 디자인에서와 같이 이러한 U-턴 끼움장착부들 아래에서 보다 오히려 U-턴 끼움장착부들 (63) 위에 위치된다. 게다가, 도 9 에 도시된 바와 같이, 적합한 지지 행거들은 각각의 U-턴 끼움장착부 (63) 를 그의 관련된 지지 빔 (70) 으로부터 현수시키기 위해 제공된다.
본 발명의 이러한 특징의 수정된 디자인의 제 1 이점은, 냉각 코일 코스들 (57) 이 종래의 디자인에서보다 더 근접하게 패킹될 수 있다는 것이다. 이는 이러한 디자인으로 이루어진 냉각 코일 어셈블리의 효과적인 표면적을 종래의 디자인에 대하여 증가시킬 수 있고, 이는 결국 종래 디자인과 비교하여 더 큰 냉각 용량을 달성하고 또한 더 큰 반응기 온도 제어를 위한 가능성을 가진다. 본원에 개시된 냉각 코일 디자인은 반응기 직경의 미터 당 더 많은 냉각 코일 코스들이 제공된다. 이러한 양태에서, 본원에 개시된 코일 디자인은 반응기 직경의 미터 당 약 40 개 내지 약 60 개의 냉각 코일 코스들을 제공하는데 효과적이고, 다른 양태에서는, 반응기 직경의 미터 당 약 45 개 내지 약 55 개의 냉각 코일 코스들을 제공하는데 효과적이다.
이러한 수정된 디자인의 제 2 이점은, 주기적인 차단과 재개의 결과로서 이러한 디자인에서 각각의 냉각 코일을 형성하는 금속 요소들에 전달되는 기계적인 응력이 종래 디자인에 비해 이러한 디자인으로 더 알맞게 수용될 수 있다. 이는, 본 발명의 디자인에서 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 이 지지 빔 (70) 으로부터 행거들에 의해 현수되고, 또한 지지 빔 (70) 을 횡단하여 배열된다는 사실로 인한 것이다. 따라서, 본 발명의 디자인의 냉각 코일들이 온도 변화들에 응하여 팽창 및 수축할 때에, 그렇지 않은 경우보다 더 적은 스트레스가 이러한 냉각 코일들에 전달된다. 이는 이러한 팽창 및 수축의 상당한 부분이 이러한 지지 빔들을 횡단하여 발생하기 때문이고, 또한 행거들이 이러한 냉각 코일들과 지지 빔들 사이에서 발생하는 버퍼 흡수 크기 변화들과 관련 운동들의 역할을 하기 때문이다.
따라서, 이러한 디자인 수정의 결과로서, 이러한 어셈블리를 수용하는데 필요한 보조 장비 (특히, 좁은 통로들과 지지 빔들의 개수) 의 증가 없이 냉각 코일 어셈블리에 의해 제공된 냉각 용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 추가로 주기적인 차단 및 재개의 결과로서 냉각 코일들에 전달된 기계적인 응력으로 인해 일반적으로 발생하는 냉각 코일 고장과 관련된 유지보수 비용을 제거하거나 적어도 실질적으로 감소시킬 수 있다. 제시된 바와 같이, 본원에서 개시된 디자인은 더 많은 코일들을 제공한다. 더 많은 코일은 덜 빈번하게 순환될 수도 있다.
본 발명의 제 2 특징에 따라, 본 발명의 냉각 코일 어셈블리의 상이한 냉각 코일들의 내측에 있는 유동 통로들의 단면적들은, 각각의 냉각 코일 어셈블리에서 스팀으로 전환되는 냉각수의 양이 약 15% 이하의 평균, 다른 양태에서는 약 10 ~ 약 15% 을 가지도록 조절된다. 바람직하게는, 이러한 단면적들은, 이러한 냉각 코일 어셈블리의 모든 냉각 코일들에서 스팀으로 전환되는 냉각수의 양이 냉각 코일들을 통과하는 냉각수의 전체 양에 기초하여 단지 5% 만큼, 바람직하게는 단지 4%, 단지 3%, 단지 2% 또는 심지어 단지 1% 만큼 서로 벗어난다.
제시된 바와 같이, 냉각 코일 어셈블리는 각각의 냉각 코일이 상이한 개수들의 냉각 코일 코스들을 포함하는 냉각 코일들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 냉각 코일 어셈블리는 대부분의 냉각 코일들이 다수의 냉각 코일 코스들 (예를 들어, 6 개의 냉각 코일 코스들) 을 가지고 일부 냉각 코일들은 단 하나의 냉각 코일 코스를 가지는 냉각 코일들을 포함할 수도 있다. 냉각 코일들의 제거는 제조 속도에 효과가 있고 또한 순환하는 냉각 코일에서 제거될 수 있는 상이한 개수의 냉각 코일 코스들은 원하는 제조 속도를 유지하기 위해 작동상 유연성을 제공한다.
특히, 도 2 에서 도시된 바와 같이, 통상적인 상업적인 아크릴로니트릴 반응기에서 상이한 냉각 코일들은 일반적으로 반드시 동일한 개수의 냉각 코일 코스들 (57) 을 구비하지 않는다. 그 결과, 이러한 냉각 코일들 중 일부는 더 긴 유동 통로들을 가지는 반면, 다른 냉각 코일들은 더 짧은 유동 통로들을 가진다. 이러한 특징은 냉각 코일들의 불균일한 작동을 초래할 수 있는데, 이는 더 긴 유동 통로 내에서의 냉각수의 잔류 시간이 더 짧은 유동 통로에서의 냉각수의 잔류 시간보다 본질적으로 더 많기 대문이다. 그 결과, 더 긴 유동 통로에서 냉각수가 더 짧은 통로에서보다 스팀으로 더 많이 전환된다. 이는 본질적으로 더 긴 유동 통로들 내에서, 특히 그들의 출구 단부들 근처에서 더 높은 유동 속도들로 이어질 수 있다. 결과적으로, 이는 지나친 부식뿐만 아니라, 이러한 위치들에서 냉각수 내의 미네랄들과 다른 성분들의 석출 (plating out; 즉, 침전 및 디포지션) 을 야기할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 이러한 특징에 따라, 각각의 냉각 코일 어셈블리에서 발생된 스팀의 양이 약 15% 이하의 평균을 가지고, 다른 양태에서는, 약 10 ~ 약 15% 를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 냉각 코일 어셈블리에서 스팀으로 전환되는 냉각수의 양은 그러한 냉각 코일 어셈블리에 공급되는 물 중 불과 약 15% 이고, 다른 양태에서는, 약 10 ~ 약 15% 인 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명의 이러한 특징에 따라, 각각의 냉각 코일의 유동 통로들의 단면적은, 모든 차단 밸브들 (84) 이 개방 위치에 있을 때에, 각각의 통로에서 스팀으로 전환되는 냉각수가 약 15% 이하, 다른 양태에서는, 약 10 ~ 약 15% 의 값으로 서로에 대해 가능한 한 근접해 지도록 선택된다. 이러한 양태에서, 발생된 스팀의 양은 계산된 값이다.
상업적인 아크릴로니트릴 반응기를 디자인하는데 가장 비용 효과적인 방식은 동일한 직경의 파이프들로부터 각각의 냉각 코일을 제조하는 것이고, 또한 동일한 차단 밸브 (84) 를 갖는 각각의 냉각 코일을 제어하기 위한 것이며, 즉 각각의 제어 밸브는 다른 것들과 동일하다. 그러므로, 각각의 냉각 코일의 유동 통로들의 단면적이 스팀으로의 물의 동일한 전환을 달성하기 위해 선택되는 것을 보장하는 가장 간단한 방식은, 각각의 냉각 코일 내측에, 또는 적어도 더 짧은 유동 통로를 갖는 각각의 냉각 코일 내측에, 바람직하게는 그의 입구 단부 또는 출구 단부 또는 입구 단부 및 출구 단부 모두에서 또는 근방에서 적합한 유동 제한부를 배치하는 것이다. 각각의 유동 제한부의 실제 크기 (유동 제한부들이 사용되지 않을 경우 유동 통로들의 각각의 단면적들) 를 결정하는 것은 상이한 유동 통로의 상대 길이들이 주어지면 종래의 열 전달 계산들을 통해 용이하게 행해질 수 있고, 따라서 냉각수의 상이한 길이들은 이러한 상이한 통로들에 존재할 것이다.
본 발명의 제 3 특징은 도 10 에서 설명된다. 도 5 에서 설명된 것과 같은 종래의 디자인에서, 냉각 코일 (61) 의 입구 라인 (64) 은 반응기 (10) 의 반응기 벽 (36) 에 직접 용접된다. 전술한 바와 같이, 별개로 그리고 연속적으로 각각의 냉각 코일을 주기적으로 차단한 후에 재개시킴으로써 상업적인 아크릴로니트릴 반응기의 냉각 코일들을 "회전" 시키는 것이 일반적인 관행이다. 냉각 코일이 차단될 때에, 그의 온도는 반응기의 정상 작동 온도, 즉 약 350 ℃ 내지 약 480 ℃ 를 향해 급속하게 증가한다. 그런 다음, 냉각 코일이 냉각수의 추가의 양으로 수축시킴으로써 재개될 때에, 그의 온도는 거의 동시에 이러한 냉각수의 끓는점으로 또는 그 근방으로 다시 감소한다. 이러한 온도 감소는 특히 그의 입구 라인 (64) 이 반응기 벽 (36) 에 용접되는 냉각 코일 (61) 에 상당한 열 응력을 전달할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 이러한 반복된 열 응력은 이러한 위치에서 기계적인 고장으로 이어질 수 있다.
본 발명의 이러한 특징들에 따라, 이러한 문제는 냉각 코일 (61) 의 입구 라인 (64) 이 반응기 (10) 의 반응기 벽 (36) 을 횡단하는 위치에서 열 슬리브를 설치함으로써 회피된다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 냉각 코일 입구 라인 (64) 과 연통하는 열 슬리브 (59) 가 반응기 (10) 의 반응기 벽 (36) 을 통과하고 또한 이에 용접되는 냉각 코일 입구 끼움장착부 (33) 에서 수용된다. 열 슬리브 (59) 의 외부 직경은 스페이서 링들 (77) 에 의해 유지되는 열 슬리브 (59) 와 냉각 코일 입구 끼움장착부 (33) 사이에 열 공간 (75) 을 규정하기 위하여 냉각 코일 입구 끼움장착부 (33) 의 내부 직경보다 약간 더 작다. 열 슬리브 (59) 의 출구 림 (73) 은 냉각 코일 끼움장착부 (33) 에 용접되지 않거나 달리 영구적으로 고정되지 않고, 따라서 이러한 냉각 코일 끼움장착부에 대하여 축선방향으로 자유롭게 이동한다.
이러한 구조로, 냉각 코일을 차단하여 재개할 때에, 냉각 코일 (61) 내에서 발생하는 상당한 온도 변화들로 인해 달리 발생하는 반응기 벽 (36) 과 냉각 코일 입구 라인 (64) 사이의 기계적인 조인트에 대한 임의의 열 응력들은 열 슬리브 (59) 의 팽창 및 수축을 통해 완화된다. 그 결과, 냉각 코일이 반응기 (10) 의 반응기 벽 (36) 을 가로지르는 위치에서 냉각 코일 (61) 의 기계적인 고장은 크게 회피된다.
본 발명의 추가의 다른 특징에 따라, 각각의 냉각 코일의 밖으로 통과하는 냉각수와 스팀을 수용하도록 제공되는 냉각수 출구 헤더는 출구 헤더와 각각의 냉각 코일의 출구 라인 아래의 위치로 이전된다. 일 양태에서, 냉각수 출구는 각각의 냉각 코일의 냉각 코일 코스들의 상부들 아래의 위치로 이전된다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 종래의 디자인에서, 냉각수 출구 헤더 (82) 는 냉각 코일 코스들 (67, 69 및 71) 의 상부들을 규정하는 U-턴 끼움장착부들 (63) 뿐만 아니라 냉각수 출구 라인 (79) 위에 위치된다. 전술한 바와 같이, 종래의 상업적인 아크릴로니트릴 반응기의 냉각 코일들은 그들의 외부 표면들에 디포짓될 수도 있는 임의의 몰리브텐 스케일을 제거하기 위하여 주기적으로 차단된 후에 재개된다. 냉각 코일이 차단될 때에, 아크릴로니트릴 반응기 내측의 온도가 매우 높기 때문에, 내측에 남아있는 임의의 냉각수는 급속하게 증발하기 쉽다. 이것이 발생할 때에, 여기에는 출구 라인 (79) 과 관련된 출구 밸브가 없기 때문에, 중력은 출구 헤더 (82) 내의 냉각수를 냉각 코일 출구 라인 (79) 을 통해 이러한 차단된 냉각 코일 내로 역류하게 한다. 이는 증발하기 쉬운, 따라서 냉각 코일 내측의 스팀으로 전환되는 냉각수의 여전히 추가의 양을 초래된다.
냉각수는 일반적으로 용해된 미네랄들뿐만 아니라 추가의 처리용 화학 제품들을 포함한다. 냉각 코일이 차단되면, 이러한 미네랄들과 처리용 화학 제품들은 침전되어 냉각 코일들의 내부 표면들 상에, 특히 하부 U-턴 끼움장착부들 (62) 내에 디포짓되는 경향이 있다. 이러한 디포짓들의 양은, 특히 냉각 코일이 너무 오랫동안 차단된 경우, 상당할 수 있는데, 이는 냉각수 출구 헤더 (82) 로부터 상당한 추가의 양의 냉각수를 역류시킬 수 있고, 따라서 이러한 차단된 냉각 코일로부터 증발할 수 있기 때문이다. 시간이 지남에 따라, 냉각 코일 내측의, 특히 이러한 위치들에서의 유동 통로의 단면적이 상당히 감소될 수 있고, 이는 이러한 위치들을 통과하는 냉각수의 유량을 상당히 증가시킬 수 있다. 이는 결국 이러한 위치들에서 냉각 코일들의 상당한 부식으로 이어질 수 있고, 따라서 영구적인 냉각 코일 고장으로 이어질 수 있다.
본 발명의 이러한 특징에 따라, 이러한 문제는 냉각 출구 헤더 (84) 를 출구 라인 (79) 아래의 높이로 이전시킴으로써 회피된다. 일 양태에서, 출구 헤더는 적어도 하나의 냉각 코일에서 마지막 냉각 코일 코스의 상부 아래에 위치되고, 더 바람직하게는 대부분의 또는 심지어 모든 냉각 코일들의 마지막 코스 아래에 위치된다. 다른 양태에서, 출구 헤더는 적어도 하나의 코일에서 모든 냉각 코일 코스들의 상부들 아래에 위치되고, 더 바람직하게는 모든 냉각 코일들에서 모든 냉각 코일 코스들의 상부들 아래에 위치된다. 이러한 특징들을 개략적으로 도시하는 도 11 을 참조한다.
이러한 배열로, 중력을 통해 냉각수 출구 헤더 (32) 로부터 차단된 냉각 코일로의 냉각수의 추가의 양의 역류는 본질적으로 완전히 방지되는데, 냉각수 출구 라인 (79), 및 일 양태에서는, 상부 U-턴 끼움장착부들 (63) 이 출구 헤더 (82) 위로 훨씬 멀리 위치되어, 중력이 임의의 상당한 양의 냉각수를 차단된 냉각 코일로 다시 이동시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 몇몇 실시형태들만이 위에서 설명되었지만, 많은 수정들이 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것은 자명하다. 모든 이러한 수정들은, 단지 이하의 청구 범위에 의해 제한되는 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도되어 있다.

Claims (4)

  1. 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리로서,
    상기 냉각 코일 어셈블리는 다중 냉각 코일들을 포함하고, 각 냉각 코일은 상기 냉각 코일을 통해 냉각수를 이송하기 위한 냉각수 유동 통로, 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 규정하고, 각 냉각 코일은 그의 냉각수 입구와 관련된 냉각수 차단 밸브를 추가로 포함하며, 또한 각 냉각 코일에는 그의 냉각수 출구를 통과하는 냉각수의 유동을 제어하기 위한 밸브가 없고,
    냉각수 유동 통로들 중 적어도 일부의 길이들은 서로 상이하고,
    각 냉각 코일 어셈블리의 상기 유동 통로의 단면적은, 상기 냉각 코일 어셈블리에서 스팀으로 전환되는 냉각수의 평균 백분율이 15% 이하이도록 선택되는, 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 냉각 코일 어셈블리에서 상기 유동 통로의 상기 단면적은, 상기 냉각 코일 어셈블리에서 스팀으로 전환되는 냉각수의 평균 백분율이 10% 내지 15% 이도록 선택되는, 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 코일 어셈블리에서 상기 냉각 코일들은 적어도 세 개의 상이한 길이들을 포함하는, 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 코일들은 동일한 직경을 가지는 도관들로 이루어지고, 상기 냉각 코일들 중 일부는 상기 냉각 코일들 중 다른 것들보다 더 짧고, 또한 더 짧은 길이들을 가지는 상기 냉각 코일들은 스팀으로 전환되는 냉각수의 백분율을 제어하기 위해 상기 냉각 코일들의 유동 통로들에서 제한부들을 포함하는, 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리.
KR1020167030209A 2014-03-31 2015-03-26 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리 KR102269431B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410125138.4A CN104941532B (zh) 2014-03-31 2014-03-31 用于氧化反应器或氨氧化反应器的冷却盘管设计
CN201410125138.4 2014-03-31
PCT/US2015/022703 WO2015153275A2 (en) 2014-03-31 2015-03-26 Cooling coil design for oxidation or ammoxidation reactors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160142337A KR20160142337A (ko) 2016-12-12
KR102269431B1 true KR102269431B1 (ko) 2021-06-25

Family

ID=52875783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167030209A KR102269431B1 (ko) 2014-03-31 2015-03-26 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP3126326B1 (ko)
JP (2) JP2017520510A (ko)
KR (1) KR102269431B1 (ko)
CN (1) CN104941532B (ko)
EA (1) EA031084B1 (ko)
SA (1) SA516371945B1 (ko)
TR (1) TR201807208T4 (ko)
TW (1) TWI666057B (ko)
WO (1) WO2015153275A2 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104941531B (zh) * 2014-03-31 2018-06-12 英尼奥斯欧洲股份公司 用于氧化反应器或氨氧化反应器的冷却盘管设计
CN112823871A (zh) 2019-11-20 2021-05-21 中国石油化工股份有限公司 一种流化床反应器、撤热水管及其在丙烯腈制造中的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008080219A (ja) 2006-09-27 2008-04-10 Asahi Kasei Chemicals Corp 流動層反応器の温度制御方法
US20090163756A1 (en) 2007-12-19 2009-06-25 Uop Llc, A Corporation Of The State Of Delaware Reactor cooler
JP2010095451A (ja) 2008-10-14 2010-04-30 Asahi Kasei Chemicals Corp 気相発熱反応方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4637454A (en) * 1985-04-01 1987-01-20 Mydax, Inc. Wide range temperature control system for fluids
US5520891A (en) * 1994-02-01 1996-05-28 Lee; Jing M. Cross-flow, fixed-bed catalytic reactor
CN1150057C (zh) * 1994-02-08 2004-05-19 三菱化学株式会社 流化床反应器及其温度控制方法
EP0776692B1 (en) * 1995-12-01 1999-08-11 Dow Corning Corporation Fluidized-bed reactor
WO2004101136A2 (en) * 2003-05-09 2004-11-25 The Standard Oil Company Fluidized bed reactor with gas cooler
JP5366289B2 (ja) * 2006-08-18 2013-12-11 旭化成ケミカルズ株式会社 流動層反応器の温度制御方法
JP5805360B2 (ja) * 2009-04-14 2015-11-04 旭化成ケミカルズ株式会社 気相反応方法及び気相反応装置
JP5972517B2 (ja) * 2010-04-19 2016-08-17 旭化成株式会社 気相発熱反応方法
US20120125595A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Siemens S.A. de C.V. Exhaust duct having modular, multi zone, spirally arrayed cooling coils and method for cooling
CN203862226U (zh) * 2014-03-31 2014-10-08 英尼奥斯欧洲股份公司 冷却盘管组件
CN203862227U (zh) * 2014-03-31 2014-10-08 英尼奥斯欧洲股份公司 冷却盘管组件
CN104941531B (zh) * 2014-03-31 2018-06-12 英尼奥斯欧洲股份公司 用于氧化反应器或氨氧化反应器的冷却盘管设计

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008080219A (ja) 2006-09-27 2008-04-10 Asahi Kasei Chemicals Corp 流動層反応器の温度制御方法
US20090163756A1 (en) 2007-12-19 2009-06-25 Uop Llc, A Corporation Of The State Of Delaware Reactor cooler
JP2010095451A (ja) 2008-10-14 2010-04-30 Asahi Kasei Chemicals Corp 気相発熱反応方法

Also Published As

Publication number Publication date
SA516371945B1 (ar) 2019-11-06
EP3126326B1 (en) 2018-05-09
TW201544179A (zh) 2015-12-01
KR20160142337A (ko) 2016-12-12
EA031084B1 (ru) 2018-11-30
TWI666057B (zh) 2019-07-21
CN104941532B (zh) 2018-09-18
EP3126326A2 (en) 2017-02-08
TR201807208T4 (tr) 2018-06-21
JP2017520510A (ja) 2017-07-27
JP2020073851A (ja) 2020-05-14
WO2015153275A3 (en) 2016-03-10
CN104941532A (zh) 2015-09-30
EA201691909A1 (ru) 2017-02-28
JP7216677B2 (ja) 2023-02-01
WO2015153275A2 (en) 2015-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102256420B1 (ko) 산화 또는 가암모니아산화 반응기에 의해 발생되는 열을 제거하기 위한 냉각 코일 어셈블리 및 프로세스
JP6616318B2 (ja) 酸化又はアンモ酸化反応器のための冷却コイル設計
JP7216677B2 (ja) 酸化又はアンモ酸化反応器のための冷却コイル設計
KR102269434B1 (ko) 산화 또는 가암모니아산화 반응기들을 위한 냉각 코일 디자인
CN203955197U (zh) 冷却盘管组件
CN109225075B (zh) 一种可变温等温甲醇合成反应器
WO2015153269A1 (en) Improved air grid design for an oxidation or ammoxidation reactor
WO2015153188A1 (en) Improved air grid design for an oxidation or ammoxidation reactor
WO2015153270A1 (en) Improved air grid design for an oxidation or ammoxidation reactor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant