KR102269437B1 - 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 스파저 및 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

상업용 가암모니아산화 반응기에서 사용된 공급 스파저의 다른 섹션들의 교체는, 스파저의 다양한 섹션들을 서로에 대해서 뿐만 아니라 반응기의 벽에 부착하기 위해서 기밀 신속 분리 피팅들을 사용함으로써 용이하게 된다. 게다가, 이 스파저 섹션들에서 측방향 도관들의 직경들 뿐만 아니라 이 측방향부들에 부착된 공급 노즐들의 직경들은 이 구성요소들을 통한 공급 가스의 균일한 유동을 가능하게 하도록 가변된다. 스파저는 더 양호한 반응기 제어를 위해 배치된 다수의 공급 스파저 섹션으로 세분화될 수 있다. 끝으로, 스파저 측방향 도관들의 원위 단부들을 종료하는 엔드 캡들은, 잘못하여 스파저 내부에 도달할 수도 있는 임의의 가암모니아산화 촉매를 제거하기 위한 노즐들을 구비할 수 있다.

Description

암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 스파저 및 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법 {A sparger and a process for supplying an ammonia containing feed mixture to an ammoxidation reactor}
아크릴로니트릴의 상업적 제조에서, 프로필렌, 암모니아 및 산소가 다음 반응 스킴 (scheme) 에 따라 함께 반응된다:
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2 02→ CH2=CH-CN + 3 H20
통상적으로 가암모니아산화로서 지칭되는 이 프로세스는 적합한 유체층 가암모니아산화 촉매의 존재 하에 상승된 온도에서 가스상으로 실시된다.
도 1 은 이 프로세스를 실시하는데 사용되는 전형적인 가암모니아산화 반응기를 보여준다. 도면에 도시된 대로, 반응기 (10) 는 반응기 벽 (12), 공기 그리드 (14), 공급 스파저 (16), 냉각 코일들 (18) 및 사이클론들 (20) 을 포함한다. 정상 작동 중, 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 발생된 생성물 가스는 반응기 유출물 출구 (26) 를 통하여 반응기 (10) 에서 나간다. 그렇게 하기 전, 생성물 가스는 사이클론들 (20) 을 통과하고, 사이클론들은 딥레그들 (25; diplegs) 에 의해 촉매층 (24) 으로 복귀하기 위해 이 가스가 동반 (entrain) 할 수 있는 임의의 가암모니아산화 촉매를 제거한다. 가암모니아산화는 고 발열성이어서, 냉각 코일들 (18) 은 과다한 열을 인출하여 반응 온도를 알맞은 레벨로 유지하는데 사용된다.
프로필렌과 암모니아는 산소와 폭발성 혼합물들을 형성할 수 있다. 하지만, 정상 작동 온도에서, 폭발이 발생할 수 있기 전 가암모니아산화 반응을 우선적으로 촉진시키는 유동 암모니아화 촉매에 의해 반응기 (10) 내부에서 폭발은 방지된다. 그러므로, 반응기 (10) 는, 정상 작동 중 프로세스 공기가 프로필렌과 암모니아와 접촉할 수 있도록 허용되는 유일한 장소가 가암모니아산화 촉매 유동층 (24) 내에 있도록 설계되고, 그 후 촉매의 온도가 가암모니아산화 반응을 촉진시키기에 충분히 높을 때만 작동된다.
이 목적으로, 프로필렌과 암모니아가 반응기 (10) 에 공급되는 전통적인 방법은, 개시 내용이 본원에 참조로 원용되는 U.S. 5,256,810 에서 보여주는 바와 같은 공급 스파저 시스템 (16) 을 사용하는 것이다. 본 문헌의 도 2 및 도 3 에 재현되는 '810 특허의 도 1 및 도 2 에 도시된 대로, 공급 스파저 (16) 는, 메인 헤더 (30) 및 헤더 (30) 에 부착되어 분기하는 측방향부들 (32) 을 포함하는 일련의 공급 파이프들 또는 도관들의 형태를 취한다. 하향 공급 노즐들 (34) 의 시스템은, 프로필렌과 암모니아의 혼합물이 정상 반응기 작동 중 충전되는 헤더 (30) 및 측방향부들 (34) 에 규정된다. 측방향부들 (32) 및 공급 노즐들 (34) 의 개수와 간격은, 전체적으로, 제곱 미터당 약 10 ~ 30 개의 공급 노즐들이 반응기 (10) 의 전체 단면적에 대략 균일하게 위치하도록 되어있다.
보통, 각각의 공급 노즐 (34) 은 노즐 (34) 의 직경보다 몇 배 더 큰 내부 직경을 가지는 짧은 도관 섹션 형태를 취하는 공급 슈라우드 (36; feed shroud) 에 의해 둘러싸여 있다. 공급 슈라우드들 (34) 은 노즐들 (10) 밖으로 통과하는 가스의 속도가 촉매층 (24) 으로 나가기 전 상당히 감소될 수 있도록 하는데, 이것은 그렇지 않으면 발생할 수도 있는 촉매의 분상화 (disintegration) 를 방지한다.
프로세스 공기는 전형적으로 공급 스파저 (16) 아래에 위치한 공기 그리드 (14) 를 통과한 후 촉매층 (24; 도 1) 으로 들어간다. 잘 알려진 대로, 공기 그리드 (14) 는, 전형적으로, 내부에 일련의 공기 홀들 또는 노즐들을 규정하는 연속 금속 시트의 형태를 취한다. 촉매층 (24) 에서 가암모니아산화 촉매가 정상 작동 중 가스들에 의해 완전히 유동화되도록 공기 노즐들의 직경, 공기 그리드 (14) 를 통과하는 프로세스 공기의 질량 유량 및 공급 스파저 (16) 를 통과하는 프로필렌/암모니아 혼합물의 질량 유량이 선택된다.
전형적으로, 공기 노즐들은 보통 공기 그리드 (14) 아래에 위치한 자체 보호 공기 슈라우드들 (미도시) 을 구비한다. 게다가, 많은 경우에, 공급 노즐들 (34) 은 공기 그리드 (14) 에서 공기 노즐들과 일대일 관계로 제공되고, 각각의 공급 슈라우드 (36) 는 이런 2 개의 다른 노즐들 밖으로 통과하는 가스의 신속하고 철저한 혼합을 촉진하도록 대응하는 공기 노즐을 직접 향한다. U.S. 4,801,731 이 참조된다.
이런 일반적 유형의 프로필렌/암모니아 공급 시스템들이 잘 작동할지라도, 그것은 특정 단점들을 갖는다. 예를 들어, 고온에서 암모니아로 일정한 노출 때문에, 금속 형성 공급 스파저 (16) 는 시간이 경과함에 따라 질화된다. 결과적으로, 공급 스파저 (16) 의 개별 섹션들, 간혹 전체 공급 스파저는 가끔 교체될 필요가 있다. 특히 이것을 수행하는 동안 반응기는 완전히 정지되어야 하므로, 이것은 매우 많은 비용이 들 수 있다.
이런 유형의 프로필렌/암모니아 공급 시스템과 연관된 두 번째 문제점은 작동의 불균일성이다. 이것은 시스템의 생산성에 악역향을 미칠 뿐만 아니라, 질화 문제를 더욱 가중시키는, 불균일한 질화의 원인이 된다.
본 발명에 따르면, 실질적으로 상기 문제점들을 감소시키고, 일부 경우에는 그 문제점들을 실질적으로 완전히 없애는 새로운 공급 스파저 설계가 제공된다.
이런 새로운 스파저 설계의 한 가지 특징에 따르면, 스파저의 메인 헤더 도관을, 메인 헤더 도관이 통과하는 반응기의 벽에 부착하거나, 공급 스파저를 형성하는 다양한 도관들을 서로 연결하거나, 이 모두를 위해서 기밀 신속 분리 피팅이 사용된다. 이 특징의 결과로서, 과도한 질화로 인해 교체가 필요하게 될 때, 공급 스파저의 일부 또는 전부를 교체하는데 필요한 시간과 노동력이 실질적으로 감소된다.
이런 새로운 스파저 설계의 다른 특징에 따르면, 공급 스파저의 입구로부터 각각의 공급 노즐로 주행 경로가 증가함에 따라 공급 노즐들 (34) 의 상대 직경들이 약간 증가된다. 이 특징의 결과로서, 각각의 공급 노즐을 통과하는 암모니아 함유 공급 혼합물의 질량 유량은 공급 노즐별로 거의 더욱 균일하게 된다. 이것은, 결국, 반응기 내부 구역별로 거의 더욱 균일한 작동을 이끌고, 이것은 생산성이 최대화될 수 있도록 한다. 이 특징은 또한 스파저 공급 노즐들을 통과하는 적절한 가스 유량을 항상 보장함으로써, 촉매 백 업, 즉, 시동, 정지 및 심지어 정상 작동 중 촉매에 의한 공급 스파저의 오염을 최소화한다.
이런 새로운 스파저 설계의 추가 특징에 따르면, 측방향부들 (32) 의 직경들은 그것의 근위 단부들에서 그것의 원위 단부들로, 즉 메인 헤더 도관에 연결된 단부들에서 메인 헤더 도관으로부터 멀리 떨어진 단부들로 감소된다. 이 특징의 결과로서, 이 측방향부들을 통하여 유동하는 암모니아 함유 공급 혼합물의 속도는 그것의 전체 길이를 따라, 특히 그것의 원위 단부들에서 충분히 높게 유지되어서, 측방향부 내부로부터 이 공급 노즐을 통하여 배출하기 위해 다음 공급 노즐 (34) 에 제공될 수도 있는 임의의 가암모니아산화 촉매를 스위프 (sweep) 한다.
이런 새로운 설계의 또다른 특징에 따르면, 공급 스파저 (16) 는 다수의 공급 스파저 섹션들로 세분화되고, 각각의 섹션은 반응기 외부로부터 암모니아 함유 공급물을 수용하기 위한 자체 입구 포트를 갖는다. 이 특징의 결과로서, 별도의 제어 시스템이 각각의 공급 스파저 섹션에서 개별적으로 작동을 모니터링하고 제어하는데 사용될 수 있으므로, 구역별로 반응기의 더 양호한 제어가 달성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 일 실시형태에서 가암모니아산화 반응기 외부로부터 반응기의 반응기 벽을 통하여 상기 반응기 내부 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 암모니아 함유 공급 혼합물을 공급하는데 사용하기 위한 개선된 스파저를 제공하고, 상기 개선된 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구로서, 상기 스파저 입구는 반응기 벽에 강성 부착되는, 상기 스파저 입구, 및 상기 메인 헤더 스파저 도관과 유체 연통하는 다수의 측방향 스파저 도관들로서, 상기 측방향 스파저 도관들은 프로필렌/암모니아 공급 혼합물을 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 배출하기 위한 공급 노즐들을 규정하는, 상기 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 상기 스파저 입구는 기밀 신속 분리 피팅에 의해 반응기 벽에 강성 부착된다.
다른 실시형태에서, 본 발명은 가암모니아산화 반응기 외부로부터 반응기의 반응기 벽을 통하여 상기 반응기 내부 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 암모니아 함유 공급 혼합물을 공급하는데 사용하기 위한 개선된 스파저를 제공하고, 상기 개선된 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구, 및 상기 메인 헤더 스파저 도관과 유체 연통하는 다수의 측방향 스파저 도관들로서, 상기 측방향 스파저 도관들은 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 배출하기 위한 공급 노즐들을 규정하는, 상기 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 상기 측방향 스파저 도관들의 적어도 일부는 각각의 기밀 신속 분리 피팅들에 의해 메인 헤더 도관에 부착된다.
또다른 실시형태에서, 본 발명은 가암모니아산화 반응기 외부로부터 반응기의 반응기 벽을 통하여 상기 반응기 내부 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 암모니아 함유 공급 혼합물을 공급하는데 사용하기 위한 개선된 스파저를 제공하고, 상기 개선된 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구, 및 상기 메인 헤더 스파저 도관과 유체 연통하는 다수의 측방향 스파저 도관들로서, 각각의 측방향 스파저 도관은 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 배출하기 위한 공급 노즐들을 규정하는, 상기 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 공급 노즐들은 적어도 2 개의 다른 크기들을 가지고, 스파저를 통하여 스파저 입구로부터 각각의 노즐로 프로필렌/암모니아 공급 혼합물이 주행하는 거리에 의해 결정된 대로 더 작은 공급 노즐들은 스파저 입구에 더 가깝게 위치하고 더 큰 노즐들은 스파저 입구로부터 더 멀리 이격되어 위치한다.
추가 실시형태에서, 본 발명은 가암모니아산화 반응기 외부로부터 반응기의 반응기 벽을 통하여 상기 반응기 내부 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 암모니아 공급 혼합물을 공급하는데 사용하기 위한 개선된 스파저를 제공하고, 상기 개선된 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구, 및 다수의 측방향 스파저 도관들로서, 각각의 측방향 스파저 도관은 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 근위 단부 및 메인 헤더 도관으로부터 멀리 떨어진 원위 단부를 가지고, 각각의 측방향 스파저 도관은 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 암모니아 함유 공급 혼합물을 배출하기 위한 공급 노즐들을 추가로 규정하는, 상기 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 측방향 스파저 도관들의 적어도 일부의 직경들은 도관들의 근위 단부들에서 도관들의 원위 단부들로 감소한다.
또다른 실시형태에서, 본 발명은 가암모니아산화 반응기 외부로부터 반응기의 반응기 벽을 통하여 상기 반응기 내부 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 암모니아 함유 공급 혼합물을 공급하는데 사용하기 위한 개선된 스파저를 제공하고, 상기 개선된 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구, 및 상기 메인 헤더 스파저 도관과 유체 연통하는 다수의 측방향 스파저 도관들로서, 측방향 스파저 도관들은 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 촉매의 유동층으로 배출하기 위한 공급 노즐들을 규정하는, 상기 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 개선된 스파저는 반응기 내부에 배치된 다수의 공급 스파저 섹션들로 이루어지고, 각각의 공급 스파저 섹션은 반응기 외부로부터 암모니아 함유 공급물을 수용하기 위한 자체 스파저 입구, 자체 메인 헤더 도관 및 측방향 스파저 도관들의 자체 시스템을 갖는다.
본 발명은 다음 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1 은 아크릴로니트릴을 제조하는데 사용되는 종래의 가암모니아산화 반응기의 반응기 섹션을 도시한 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 가암모니아산화 반응기의 종래의 스파저 시스템의 밑면을 도시한 평면도이다.
도 3 은 도 2 의 3-3 선을 따라서 취한 단면도로, 도 3 은 도 2 의 종래의 스파저 시스템의 공급 노즐들 및 연관된 공급 슈라우드들을 도시한다.
도 4 는 상업용 가암모니아산화 반응기의 공급 스파저의 메인 헤더 도관이 관통하여 반응기의 측벽에 연결되는 방식을 보여주는 절단도이다.
도 5 는 공급 스파저의 메인 헤더 도관이 관통하여 기밀 신속 분리 커플링에 의하여 반응기의 측벽에 연결되는 본 발명의 일 특징을 보여주는, 도 4 와 유사한 절단도이다.
도 6 은 도 5 의 기밀, 신속 분리 커플링의 측면도이다.
도 7 은 스파저 측방향 도관들이 기밀 신속 분리 커플링들에 의하여 스파저의 메인 헤더 도관에 연결되는 본 발명의 다른 특징을 보여주는, 도 2 와 유사한 단면도이다.
도 8 은 도 7 의 기밀 신속 분리 커플링들을 더 상세히 보여주는 평면도이다.
도 9a 및 도 9b 는 본 발명의 또다른 특징에 따라 사용되는 스파저 측방향 도관의 측방향 단면도들로, 스파저 헤더 도관으로부터 거리가 증가함에 따라 상기 측방향부의 직경이 어떻게 감소하는지 보여준다.
도 10a, 도 10b 및 도 1Oc 는 스파저 헤더 도관으로부터 거리가 증가함에 따라 상기 측방향부의 직경이 어떻게 감소하는지 추가로 보여주는, 도 9 의 스파저 측방향 도관의 횡단면도들이다.
도 11a, 도 11b, 도 llc 및 도 11d 는 본 발명의 스파저 시스템의 또다른 특징에 따라 사용되는 스파저 측방향 엔드 캡의 종단면도이다.
도 12 는 아크릴로니트릴 반응기의 공급 스파저가 다수의 공급 스파저 섹션들로 세분화되는 본 발명의 또다른 특징을 보여주는 평면도이다.
정의
본원에서 사용된 대로, "유체 연통" 은 동일한 액체 또는 증기가 하나의 영역에서 다른 영역으로 통과할 수 있도록 허용하는데 효과적인 연결부 또는 도관을 지칭한다.
본원에서 사용된 대로, "해제가능하게 고정된" 은 물품들이 비파괴 수단에 의해 분리될 수 있도록 허용하는 비용접 연결부를 지칭한다. 예를 들어, "해제가능하게 고정된" 은 볼트들, 팽 (fanged) 볼트들, 볼트 고정 플랜지들 및 그것의 조합물들을 지칭할 수도 있다.
본원에서 사용된 대로, "암모니아 함유 공급 혼합물" 은 암모니아와 포화 및/또는 불포화 C3 ~ C4 탄화수소의 혼화물 (blend) 을 지칭한다. 포화 및/또는 불포화 C3 ~ C4 탄화수소는 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌, 및 그것의 혼합물들을 포함할 수도 있다.
신속 분리 커플링들
위에서 나타낸 대로, 상업용 아크릴로니트릴 반응기의 작동시 직면하게 되는 중요한 문제점은, 공급 스파저를 형성하는 금속의 질화로 인해 시간이 경과함에 따라 공급 스파저가 고장나는 것이다. 이 문제점을 해결하기 위해서, 예로 U.S. 3,704,690, U.S. 4,401,153, U.S. 5,110,584 및 EP 0 113 524 에서 나타낸 내질화성 합금들로 스파저를 제조하는 것이 이미 제안되었다. 불행하게도, 이 해결책은 비용상 이유 뿐만 아니라 유동층 촉매 가암모니아산화 반응에 독특한 임의의 문제점들로 인해 상업용 아크릴로니트릴 반응기들에서 사용하기에 성공적이지 못한 것으로 판명되었다.
한편, U.S. 5,256,810 은, 특수 설계된 단열 블랭킷의 사용을 통하여 스파저 내부 암모니아의 온도를 질화가 발생하는 것을 막기에 충분히 낮게 유지함으로써 상업용 아크릴로니트릴 반응기에서 스파저의 질화물을 실질적으로 제거하기 위한 프로세스를 기재한다. 하지만, 이 해결책 또한 비용 및 복잡한 설계 때문에 만족스럽지 못한 것으로 판명되었다.
본 발명의 이 특징에 따르면, 금속 질화로 인해 시간이 경과함에 따라 스파저가 고장나는 이런 문제점은, 전체 스파저 뿐만 아니라 스파저의 개별 섹션들을 전체적으로 신속하고 용이하게 교체시킬 수 있는 스파저 설계를 채택함으로써 처리된다. 이런 교체가 수행될 때 여전히 아크릴로니트릴 반응기를 정지시킬 필요가 있지만, 이 교체를 달성하는데 걸리는 시간은 종래 실시 방법에 비해 상당히 단축된다. 결과적으로, 손실되는 생산비 뿐만 아니라 인건비 면에서 모두 지속적으로 이런 질화 문제점을 처리하기 위한 전체 비용이 크게 감소된다.
도 4, 도 5 및 도 6 은, 스파저 시스템의 입구를 가암모니아산화 반응기의 외벽에 연결하는 기밀, 신속 분리 커플링을 사용함으로써 상기 스파저 질화 문제점을 처리하는 본 발명의 일 특징을 보여준다. 이 도면들에 도시된 특정 실시형태에서, 메인 헤더 (30) 의 단부가 반응기 (10) 의 벽 (40) 에 직접 부착된다. 이 설계에서, 따라서, 이 헤더 단부는 스파저 섹션 (16) 의 입구 (31) 를 구성한다. 다른 설계들에서, 스파저 입구 (31) 를 헤더 (30) 에 연결하는데 중간 파이핑이 사용될 수 있다. 편의상, 본 발명의 이 특징은 도 4, 도 5 및 도 6 에 도시된 반응기 설계와 관련하여 설명될 것이다. 하지만, 이 특징과 그것의 장점들은, 예를 들어, 스파저 입구 (31) 가 중간 파이핑에 의해 메인 헤더 (30) 로부터 분리되는 설계와 같은 다른 반응기 설계들에 동일하게 적용가능하다는 것을 이해할 것이다.
도 4 에 도시된 대로, 공급 스파저 (16) 의 스파저 입구 (31) 를 반응기 (10) 의 벽 (40) 에 부착하는 종래의 방법은 용접에 의한 것이다. 그러므로, 메인 헤더 도관 (30) 이 교체될 필요가 있을 때, 메인 헤더 도관 (30) 을 바로 감싸는 반응기 벽 (40) 부분이 용접에 의해 절단되고, 이렇게 형성된 반응기 쉘 (12) 의 개구가 적합한 패치로 용접함으로써 보수되고, 새로운 메인 헤더 도관 (30) 은 또한 용접에 의해 보수된 반응기 벽 (40) 에 설치되는 용접 보수 접근법이 채택되어야 한다. 이것은 부가적 재료들 뿐만 아니라 많은 현장 노동력을 요구하는데, 이는 많은 비용이 들 수 있다.
본 발명의 이 특징에 따르면, 이 문제점은 메인 헤더 도관 (30) 을 반응기 벽 (40) 에 부착하기 위한 기밀, 신속 분리 커플링 설계를 채택함으로써 회피된다. 이러한 커플링의 예는, 반응기 벽 (40) 에 형성된 영구 개구 (48) 의 주연 (46) 에 기밀하게 제 1 측이 영구적으로 용접된, 실린더형 슬리브 (44) 의 형태로 "맨홀" (42) 을 도시한 도 5 및 도 6 에 나타나 있다. 실린더형 슬리브 (44) 의 타측 또는 제 2 측은, 내부에 볼트들 (52) 을 수용하기 위한 일련의 관통홀들을 규정하는 플랜지 (50) 를 지지한다. 한편, 평평한 원형판 형태의 칼라 (54) 는 메인 헤더 도관 (30) 의 외측에 기밀하게 영구적으로 용접된다. 게다가, 칼라 (54) 는 또한 맨홀 (42) 의 플랜지 (50) 에서 관통홀들에 대응하는 일련의 관통홀들 (56) 을 규정한다.
이런 구조로, 단순히 메인 헤더 도관 (30) 의 칼라 (54) 를 맨홀 (42) 의 플랜지 (50) 에 볼트 고정함으로써 메인 헤더 도관 (30) 은 기밀하게 반응기 (10) 의 반응기 벽 (40) 에 해제가능하게 고정될 수 있다. 동일한 식으로, 단순히 칼라 (54) 를 플랜지 (50) 로부터 볼트를 풀어줌으로써 메인 헤더 도관 (30) 은 반응기 벽 (40) 으로부터 분리될 수 있다. 그러므로, 과도한 질화로 인해 사용할 수 없게 된 기존의 메인 헤더 (30) 의 교체는 간단한 볼트 해제 및 재볼트 고정 프로세스를 통하여 단순히 용이하게 달성될 수 있다. 현장 용접이 요구되지 않기 때문에, 이 교체 절차는 종래에 수행된 용접 보수 접근법보다 수행하기에 훨씬 더 용이하고 더 적은 비용이 든다.
도 2, 도 7 및 도 8 은, 기밀, 신속 분리 커플링들이 스파저 측방향부 질화의 문제점을 처리하는데 사용되는 본 발명의 다른 특징을 보여준다. 도 2 에 도시된 대로, 측방향 도관들 (또는 "측방향부들"; 32) 이 메인 헤더 도관 (또는 "헤더"; 30) 에 부착되는 종래의 방법은 용접에 의한 것이다. 그러므로, 개별 측방향부들 (32) 이 과도한 질화로 인해 교체될 필요가 있을 때, 이전의 측방향부가 용접 또는 다른 적합한 절단 기술에 의해 메인 헤더 도관 (30) 으로부터 분리되고 새로운 측방향부가 용접에 의해 메인 헤더 도관 (30) 에 부착되는 용접 보수 접근법이 채택된다. 이것은 또한 많은 현장 노동력을 요구하고, 이는 많은 비용이 든다.
본 발명의 이 특징에 따르면, 이 문제점은 각각의 측방향부 (32) 를 메인 헤더 도관 (30) 에 부착하기 위한 기밀, 신속 분리 커플링 설계를 채택함으로써 회피된다. 이것은, 각각의 측방향부 (32) 를 스파저 시스템 (16) 의 메인 헤더 도관 (30) 에 연결하는데 사용되는 기밀, 신속 분리 커플링들 (60) 을 도시한 도 7 및 도 8 에 나타나 있다. 이 도면들은 각각의 측방향부가 메인 헤더 도관 (30) 에 직접 연결되는 것을 보여주지만, 이 측방향부들 중 하나 이상은 예로 중간 파이핑 (미도시) 에 의해 메인 헤더 도관 (30) 에 간접적으로 연결될 수 있음을 이해할 것이다.
기밀, 신속 분리 커플링들 (60) 은, 메이팅 부품들, 즉, 연결될 때 합쳐지고 연결이 파괴될 때 떨어지는 부품들이 단지 기계적 수단에 의해서만, 즉, 용접 또는 접착제 없이 서로 접합되도록 특수 설계된 커플링들이다. 기밀, 신속 분리 커플링들은, 또한, 이러한 반응기가 시동되고 정지될 때 발생하는 온도 사이클링 동안 뿐만 아니라 전형적인 상업용 가암모니아산화 반응기의 정상 작동 중 직면하게되는 것과 같은 고온 조건에서 단단히 밀봉 유지되도록 설계된다. 이 목적에 적합한 상업적으로 이용가능한 커플링의 예로는, 텍사스주 휴스턴의 Grayloc Products 로부터 이용가능한 Grayloc 금속-금속간 보어 시일 클램프 커넥터들이 있다. 이 목적에 적합한 상업적으로 이용가능한 커플링의 다른 예로는, 텍사스주 휴스턴의 Freudenberg Oil & Gas Technologies 의 Vector 그룹으로부터 이용가능한 Techlok 클램프 커넥터가 있다. 이 목적에 적합한 상업적으로 이용가능한 커플링의 또다른 예로는, 호주, WA, Osborne Park 의 Australasian Fittings & Flanges 로부터 이용가능한 G-Lok® 클램프 커넥터가 있다. 종래의 플랜지 연결은, 반응기 작동 중 온도 사이클링으로 인해 누설되기 쉬우므로 이 용도에 덜 바람직하다.
도 8 은, 측방향부 (32) 를 메인 헤더 도관 (30) 에 상호연결하는 방식을 포함한 전형적인 기밀, 신속 분리 커플링 (60) 의 구조를 보여준다. 도면에 도시된 대로, 커플링 (60) 은, 측방향부 (32) 와 헤더 니플 (72) 의 대면한 단부들 (68, 70) 에서 지지되는, 허브들 (64, 66) 을 함께 수용하여 홀딩하는 클램프 조립체 (62) 로부터 형성된다. 볼트들 (73) 에 의해 제자리에 고정될 때, 클램프 조립체 (62) 는 금속 밀봉 링 (미도시) 이 허브들 (64, 66) 사이에 고정되어 밀봉 맞물리게 하여서, 측방향부 (32) 와 헤더 (30) 사이에 기밀 시일을 형성한다.
기밀, 신속 분리 커플링들 (60) 을 사용함으로써, 각각의 측방향부 (32) 는 단순히 클램프 조립체 (62) 를 볼트 고정하거나 볼트 해제함으로써 메인 헤더 도관 (30) 에 고정되고 제거될 수 있다. 그러므로, 과도한 질화로 인해 사용할 수 없게 된 기존의 측방향부 (32) 의 교체는 간단한 볼트 해제 및 재볼트 고정 프로세스를 통하여 단순히 용이하게 달성될 수 있다. 현장 용접이 요구되지 않기 때문에, 이 교체 절차는 종래에 수행된 용접 보수 접근법보다 수행하기에 훨씬 더 용이하고 더 적은 비용이 든다.
본원에서 설명한 다양한 양태들은 다양한 크기의 직경들을 가지는 반응기들로 이용될 수도 있다. 바람직한 양태에서, 반응기들은 약 2 ~ 약 12, 다른 양태에서, 약 5 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 8 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 9 ~ 약 11 미터의 외부 직경들을 가질 수도 있다.
가변 공급 노즐 크기들
이런 새로운 스파저 설계의 다른 특징에 따르면, 공급 스파저의 입구로부터 각각의 공급 노즐까지 주행 경로가 증가함에 따라 공급 노즐들 (34) 의 직경들은 약간 증가된다.
암모니아 함유 공급 혼합물이 스파저 (16) 를 통하여 주행할 때, 스파저 외부의 고온 가스로부터 열 전달은 스파저 내부의 공급 혼합물의 온도를 증가시킨다. 결과적으로, 각각의 공급 노즐에서 나간 공급 혼합물의 온도는, 나가기 전 공급 혼합물이 스파저 내부에 체류한 시간에 따라 다르다. 구체적으로, 스파저 입구로부터 더 멀리 떨어져 위치한 공급 노즐들에서 나가는 공급 혼합물의 온도는 스파저 입구에 더 가까이 위치한 공급 노즐들에서 나가는 공급 혼합물의 온도보다 더 뜨겁다. 이 문맥에서, "더 먼" 그리고 "더 가까운" 은, 스파저 입구에서 시작하고 공급 혼합물이 스파저에서 나가는 특정 공급 노즐에서 끝나는 주행 경로의 길이 면에서 스파저 입구로부터 더 멀리 있고 더 가까이 있는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
종래의 가암모니아산화 반응기에서, 공급 노즐들 (34; 도 3) 의 직경들은 모두 동일하다. 결과적으로, 스파저 입구로부터 더 멀리 이격되어 위치한 공급 노즐들 (34) 을 통하여 존재하는 공급 혼합물의 밀도는 스파저 입구에 더 가까이 위치한 공급 노즐들 (34) 을 통하여 존재하는 공급 혼합물의 밀도 미만인데, 왜냐하면 밀도가 온도에 반비례하기 때문이다. 이것은, 결국, 다른 조건들이 동일하다면, 스파저 입구로부터 더 멀리 이격되어 위치한 공급 노즐들 (34) 을 통하여 존재하는 암모니아 함유 공급 혼합물의 질량 유량이 스파저 입구에 더 가까이 위치한 공급 노즐들 (34) 을 통하여 존재하는 공급 혼합물의 질량 유량 미만이 되도록 하는데, 왜냐하면 질량 유량이 밀도에 정비례하기 때문이다. 불행하게도, 각각의 공급 노즐을 통과하는 질량 유량의 이런 균일성 부족은 전체적으로 최적 반응기 성능 미만이 되도록 하는데, 왜냐하면 공급 노즐들이 스파저 입구로부터 더 멀리 이격되어 있는 반응기의 구역들에서 가암모니아산화 촉매의 층 (24) 으로 들어오는 암모니아 함유 공급 혼합물의 양 (즉, 단위 시간당 총 질량) 은, 공급 노즐들이 입구에 더 가까이 있는 구역들에서보다 더 적기 때문이다.
본 발명의 이 특징에 따르면, 이런 문제점은 스파저 공급 노즐들 (34) 의 크기를 바꾸어줌으로써 극복되는데, 스파저 입구로부터 더 멀리 이격되어 위치하는 공급 노즐들이 스파저 입구에 더 가까이 위치한 공급 노즐들보다 더 크다. 이 문맥에서, "크기", "더 큰" 그리고 "더 작은" 은 노즐 개구들의 횡단면적을 나타낸다. 이 양태에서, 반응기 외부 직경 대 다른 크기의 공급 노즐들 개수의 비는 약 0.5 ~ 약 2.5, 다른 양태에서, 약 1 ~ 약 2, 다른 양태에서, 약 1.5 ~ 약 2 이다.
많은 다른 크기들의 노즐들이 특정 아크릴로니트릴 반응기에서 사용될 수 있지만, 반응기 직경에 따라, 약 2 ~ 약 10 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 2 ~ 약 8 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 2 ~ 약 6 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 2 ~ 약 4 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 3 ~ 약 6 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 3 ~ 약 4 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 4 ~ 약 8 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 4 ~ 약 6 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 5 ~ 약 6 개의 다른 크기들 , 다른 양태에서, 약 5 ~ 약 7 개의 다른 크기들, 다른 양태에서, 약 5 ~ 약 8 개의 다른 크기들을 가지는 노즐들을 사용하면 대부분의 아크릴로니트릴 반응기들에서 상기 불균일한 공급 문제점을 극복하기에 충분한 것으로 발견되었다. 다른 양태에서, 반응기가 약 2 ~ 약 5 미터의 외부 직경을 갖는다면 공급 노즐들은 약 3 ~ 약 4 개의 다른 크기들을 갖는다. 다른 양태에서, 반응기가 약 5 ~ 약 12 미터보다 큰 외부 직경을 갖는다면 공급 노즐들은 약 5 ~ 약 8 개의 다른 크기들을 갖는다. 그래서, 예를 들어, 3 개의 다른 크기들을 가지는 노즐들을 사용하면 대략 8 ~ 12 피트 (약 2.4 ~ 약 3.7 미터) 의 직경들을 가지는 "소형" 아크릴로니트릴 반응기들에 일반적으로 충분할 것이다. 한편, 5 개 또는 6 개의 다른 크기들을 가지는 노즐들을 사용하는 것은 대략 26 ~ 32 피트 (약 7.9 ~ 약 9.7 미터) 이상의 직경들을 가지는 "대형" 아크릴로니트릴 반응기들에 더욱 적합하다.
일반적으로 말하면, 상업용 아크릴로니트릴 반응기에서 공급 노즐들 (34) 의 크기 (단면적) 는, 반응기의 크기와 공급 노즐들의 밀도, 즉, 반응기 횡단면의 제곱 미터당 공급 노즐들 (34) 의 개수에 따라 15 ~ 80 ㎟ , 보다 통상적으로 20 ~ 60 ㎟ 의 범위에 있다. 이런 동일한 노즐 크기 선정 (sizing) 은 또한 본 발명의 상기 특징과 관련하여 사용될 수 있다. 환언하면, 주어진 아크릴로니트릴 반응기에서 모든 공급 노즐들의 평균 노즐 크기는 이 값들에 대응할 것이다.
노즐 크기 차이에 관하여, 특정 가암모니아산화 반응기에 사용된 일련의 노즐들의 단면적 면에서 가장 큰 노즐 대 가장 작은 노즐의 비는 1.02 만큼 작고 1.35 만큼 클 수 있다. 중간 크기들을 갖는 공급 노즐들의 크기는 계산 및/또는 루틴한 실험에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
이 점에 있어서, 다른 크기들의 공급 노즐들 (34) 을 사용하는 목적은 공급 노즐별로 가능한 한 거의 균일한 공급 혼합물의 질량 유량을 달성하는 것이다. 주어진 스파저 시스템 내에서, 임의의 특정 공급 노즐을 통과한 공급 혼합물의 질량 유량은 주로 밀도를 기반으로 하고, 밀도는 결국 주로 온도를 기반으로 한다. 그러므로, 중간 크기들의 특정 노즐들에 사용하는 특정 크기들은 공급 노즐을 통과하는 공급 혼합물의 예상 온도를 참조하여 쉽게 결정될 수 있고, 이것은 결국 실제 측정 또는 알맞은 열 전달 계산에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
이런 특징 때문에, 각각의 공급 노즐을 통과한 암모니아 함유 공급 혼합물의 질량 유량은 공급 노즐별로 거의 더욱 균일해진다. 이것은, 결국, 반응기 내부에서 구역별로 거의 더욱 균일한 작동을 이끌고, 이것은 생산성을 최대화시킬 수 있다. 이 양태에서, 임의의 하나의 공급 노즐을 통과하는 질량 유량은 그밖의 다른 노즐의 질량 유량의 약 5% 이내, 다른 양태에서는, 약 4% 이내, 다른 양태에서는, 약 3% 이내, 다른 양태에서는, 약 2% 이내, 다른 양태에서는, 약 1% 이내, 다른 양태에서는, 약 0.5% 이내, 다른 양태에서는, 약 0.25% 이내, 다른 양태에서, 약 0.1% 이내이다.
이 특징은, 또한, 스파저 공급 노즐들을 통과하는 적절한 가스 유량을 항상 보장함으로써, 시동, 정지 및 심지어 정상 작동 ("촉매 백 업") 중 촉매에 의한 공급 스파저의 오염을 최소화한다.
감소하는 직경을 갖는 측방향부들
이런 새로운 스파저 설계의 또다른 특징에 따르면, 측방향 스파저 도관들 또는 "측방향부들" (32) 의 직경들은 그것의 근위 단부들에서 그것의 원위 단부들로, 즉, 헤더 (30) 에 연결된 단부들에서 헤더 (30) 로부터 멀리 떨이진 대향한 단부들로 감소한다.
종래의 아크릴로니트릴 반응기에서, 측방향 스파저 도관들 (32) 의 직경들은 도관의 전체 길이를 따라 동일하다. 이 설계로, 도관을 통과하는 공급 혼합물의 유량은 실질적으로 근위 단부에서 원위 단부로 감소하는데, 왜냐하면 근위 단부로 들어오는 공급 혼합물 다량이 도관 길이를 따라 위치한 공급 노즐들 (34) 을 통하여 도관에서 나가기 때문이다. 결과적으로, 원위 단부들에서 또는 그 가까이에서 이 도관들 내부 공급 혼합물의 속도는 너무 느려서 거기에 존재할 수도 있는 임의의 가암모니아산화 촉매에 큰 영향을 미치지 못한다.
본 발명의 이 특징에 따르면, 이 문제점은 도관들의 근위 단부들에서 원위 단부들로 측방향 스파저 도관들 또는 "측방향부들" (32) 의 직경을 감소시킴으로써 회피된다. 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b 및 도 10c 는 본 발명의 이 특징을 보여준다. 이 도면들에 도시된 대로, 측방향부 (32) 의 직경은 그것의 근위 단부 (37) 에서 그것의 원위 단부 (39) 로 단계적으로 감소한다.
이 특징으로, 암모니아 함유 공급 혼합물의 속도는 전체 길이를 따라 충분히 높게 유지될 수 있어서 잘못하여 스파저 시스템 (16) 의 내부를 오염시킬 수도 있는 임의의 가암모니아산화 촉매가 다음 공급 노즐 (34) 로 스위핑되도록 하고, 이 노즐에서 촉매는 그 공급 노즐을 통하여 유동하는 공급 가스와 함께 배출될 것이다. 이런 촉매 제거를 위한 메커니즘이 또한 이전 설계에서도 사용되지만, 측방향부들의 원위 단부들에서 또는 그 가까이에서 공급 가스의 속도는 이 설계에서 너무 느려서 거기에 존재하는 임의의 촉매를 다음 공급 노즐로 스위핑시키지 않는다. 본 발명의 이 특징에 따르면, 이 문제점은 측방향부의 근위 단부에서 원위 단부로 측방향부의 직경을 감소시킴으로써 회피된다. 그 결과, 이 측방향 도관들 내부 공급 가스의 속도는 도관들에 존재할 수도 있는 임의의 촉매를 심지어 도관의 원위 단부에서도 다음 이용가능한 공급 노즐로 스위핑하기에 충분히 높게 유지된다. 감소하는 직경을 사용하면 심지어 도관의 원위 단부에서도 적절히 높은 속도를 가능하게 하면서 또한 도관들의 근위 단부에서 받아들일 수 없게 높은 속도 및/또는 압력 강하를 회피한다.
도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b 및 도 10c 는 다른 직경들을 갖는 3 개의 분리된 섹션들을 가지는 측방향부 (32) 를 도시하지만, 임의의 적합한 수의 다른 직경들이 본 발명에 따라 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 일반적으로 말하면, 다른 직경들의 크기와 개수는 모든 스파저 도관들, 즉, 헤더 (30) 뿐만 아니라 모든 측방향부들 (32) 에서 초당 약 10 ~ 30 미터, 바람직하게 15 ~ 25 미터의 가스 속도를 유지하도록 선택된다.
본원에 설명한 다양한 양태들은 다양한 크기의 직경들을 가지는 반응기들로 이용될 수도 있다. 바람직한 양태에서, 반응기들은 약 2 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 5 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 8 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 9 ~ 약 11 미터의 외부 직경들을 가질 수도 있다.
측방향 엔드 캡들
본 발명의 상기 특징을 구현하는 선택적이지만 바람직한 방식에서, 감소하는 직경들을 가지고 구성된 측방향 도관들 (32) 의 원위 단부들 (39) 은 하나 이상의 공급 노즐들 (34) 에 의해 관통되는 엔드 캡들로 종료된다 (도 11 참조). 전술한 대로, 이런 감소하는 직경 특징은, 원위 단부들에서 또는 그 가까이에서 측방향부들 (32) 을 통하여 유동하는 공급 가스의 속도가 상대적으로 높게 유지되도록 보장한다. 하나 이상의 공급 노즐들을 포함하는 엔드 캡 (90) 으로 보다 작은 원위 단부 (39) 를 가지는 측방향부 (32) 를 종료함으로써, 이 속도는 충분히 높게 유지되어서 이 원위 단부에서 또는 그 가까이에 존재할 수도 있는 임의의 가암모니아산화 촉매가 계속 움직여서 그것이 결국 공급 노즐들 (34) 을 통하여 측방향부에서 분출되도록 보장할 수 있다. 도 11a 및 도 11b 는 라운드형 구성을 도시하고, 하나는 중심에 위치한 공급 노즐 (34) 을 가지고, 다른 하나는 아래쪽에 있는 공급 노즐 (34) 을 갖는다. 도 11c 및 도 11d 는 평평한 구성을 도시하고, 하나는 중심에 위치한 공급 노즐 (34) 을 가지고, 다른 하나는 아래쪽에 있는 공급 노즐 (34) 을 갖는다. 아래쪽에 있는 공급 노즐 구성들은, 촉매가 모이게 될 수 있는 데드 스페이스 (dead space) 를 최소화하지만, 잠재적으로 제조하는데 더 많은 비용이 든다.
다수의 공급 스파저 섹션들
이런 새로운 스파저 설계의 또다른 특징에 따르면, 공급 스파저 (16) 는 다수의 공급 스파저 섹션들로 세분화되고, 각각의 섹션은 반응기 외부로부터 암모니아 함유 공급물을 수용하기 위한 자체 입구 포트를 갖는다.
도 2 에 도시된 바와 같은 전형적인 상업용 가암모니아산화 반응기에서, 단일 수평 배향된 헤더 (30) 가 시스템의 모든 측방향부들 (32) 에 공급하는 단일 공급 스파저 시스템 (16) 이 사용된다. 이 시스템들 대부분에서, 도 2 및 도 4 에 추가로 도시된 대로, 스파저 (16) 의 입구 (31) 는 헤더 (30) 와 본질적으로 동일한 수평 평면에서 반응기 (10) 의 측벽에 위치한다.
이런 유형의 스파저 설계가 더 큰 아크릴로니트릴 반응기들, 즉, 약 6 미터 (약 20 피트) 보다 큰 직경들을 가지는 반응기들에서 사용될 때, 스파저에서 암모니아 함유 공급 가스에 의해 겪게 되는 최소 주행 경로와 최대 주행 경로 사이 차이는 꽤 크게 될 수 있는데 왜냐하면 공급 가스는 헤더 (30) 의 단지 일 단부로 들어가서 거기에 부착된 측방향부들에 도달하기 위해 타 단부까지 완전히 주행해야 하기 때문이다. 결과적으로, 각각의 공급 노즐 (34) 에서 나가는 공급 혼합물의 온도, 밀도와 따라서 질량 유량은, 스파저 시스템에서 어디에 위치하는지에 따라, 공급 노즐별로 상당히 달라질 수 있다. 전술한 대로, 온도, 밀도 및 질량 유량의 이런 변화는, 반응기 성능 및 질화의 균일성 모두에서, 상당한 문제점들을 유발할 수 있다.
이 문제점을 처리하기 위해서, 스파저 입구 (31) 를 헤더 (30) 훨씬 위의 위치로 이동시키고 스파저 입구 (31) 를 적합한 파이핑으로 헤더 (30) 의 중심에 접합하는 것은 이미 제안되었다. 사상은, 공급 가스가 헤더의 단부들 중 단지 하나보다는 헤더 (30) 의 중심으로 이송되기 때문에, 헤더 (30) 를 통하여 모든 측방향부들 (32) 로 이 공급 가스의 유동이 다른 경우보다 거의 더욱 균일할 것이라는 점이다. 하지만, 이런 접근법이 가지는 문제점은, 스파저 입구 (31) 를 헤더 (30) 의 중심에 연결하는데 필요한 부가적 파이핑이 시간이 경과함에 따라 질화된다는 점이고, 이것은 전술한 이유들 때문에 매우 불리하다.
본 발명의 이 특징에 따르면, 공급 스파저 (16) 는, 각각의 스파저 서브섹션이 반응기 외부로부터 암모니아 함유 공급물을 수용하기 위해 자체 스파저 입구 (31) 를 구비하는 다수의 공급 스파저 섹션들로 나누어진다. 각각의 스파저 섹션에서 암모니아 함유 공급 혼합물의 유동이 별도로 제어될 수 있도록 각각의 스파저 섹션은 또한 자체 제어 시스템을 구비한다. 게다가, 각각의 스파저 섹션의 스파저 입구 (31) 는 헤더 (30) 에 의해 규정된 수평 평면에 또는 그 가까이에 위치한다. 바람직하게, 각각의 스파저 섹션의 스파저 입구 (31) 는 10 피트 이하, 보다 바람직하게 5 피트 이하만큼 상기 수평 평면으로부터 수직으로 이격되어 있다.
본 발명의 스파저 설계의 이런 특징은, 서로에 대해 본질적으로 나란히 반응기 내부에 배치된, 4 개의 분리된 독립 공급 스파저 섹션들 (100, 102, 104, 106) 을 도시하는 도 12 에 나타나 있다. 이 문맥에서, "나란히" 는, 개별 스파저 섹션들이 상하로 배치되는 것과는 달리 반응기 내부에서 본질적으로 동일한 고도에 배치됨을 의미한다는 점이 이해될 것이다. 도 12 에서 추가로 도시된 대로, 스파저 섹션들 (100, 102, 104, 106) 각각은 스파저 입구 (110, 112, 114, 116) 를 각각 포함하고, 그것은 전부 반응기 (10) 외부에 위치한 공통 공급 헤더 도관 (미도시) 에 연결된다. 게다가, 제어 시스템 (미도시) 에 연결된 분리된 제어 밸브들 (120, 122, 124, 126) 이 제공된다.
이 특징으로, 각각의 분리된 스파저 섹션은 그 스파저 섹션에 의해 공급되는 암모니아 함유 공급 혼합물의 양 (질량 유량) 을 조절하기 위해 별도로 제어될 수 있다. 이것은 전체적으로 반응기의 훨씬 더 양호한 제어를 허용하는데, 왜냐하면 반응기의 각각의 구역이 별도로 제어될 수 있기 때문이다. 이것은, 결국, 각각의 구역이 다른 구역들에 부합하도록 "조정될" 수 있도록 하여서, 반응기 전체의 최적 성능을 전체적으로 달성한다.
본원에서 설명한 다양한 양태들은 다양한 크기의 직경들을 가지는 반응기들로 이용될 수도 있다. 바람직한 양태에서, 반응기들은 약 2 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 5 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 8 ~ 약 12 미터, 다른 양태에서, 약 9 ~ 약 11 미터의 외부 직경들을 가질 수도 있다.
본 발명의 단지 몇 가지 특정 실시예들을 전술하였지만, 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 변형예들이 만들어질 수 있음은 분명하다. 이런 변형예들 전부는, 단지 하기 청구항들에 의해서만 제한되는, 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (12)

  1. 가암모니아산화 반응기 (ammoxidation reactor) 외부로부터 상기 반응기의 반응기 벽을 통하여 그리고 상기 반응기 내부의 가암모니아산화 촉매의 유동층 내로 암모니아 함유 공급 혼합물을 공급하기에 효과적인 스파저로서,
    상기 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구, 및 상기 메인 헤더 스파저 도관과 유체 연통하는 다수의 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 상기 측방향 스파저 도관들은 암모니아 함유 공급 혼합물을 상기 가암모니아산화 촉매의 유동층 내로 배출하기 위한 공급 노즐들을 규정하고,
    상기 스파저는 서로에 대해 나란히 상기 반응기 내부에 배치된 다수의 공급 스파저 섹션들로 이루어지고, 각각의 공급 스파저 섹션은 상기 반응기 외부로부터 암모니아 함유 공급물을 수용하기 위한 자체 스파저 입구, 자체 메인 헤더 도관 및 측방향 스파저 도관들의 자체 시스템을 가지는, 스파저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스파저는 상기 반응기 외부에 위치한 공통 공급 헤더 도관을 더 포함하고, 각각의 공급 스파저 섹션의 입구 포트는 공통 공급 헤더와 유체 연통하고, 각각의 스파저 섹션은 상기 공급 스파저 섹션 내로의 프로필렌/암모니아 공급 혼합물의 유동을 제어하기 위한 제어 밸브를 더 포함하는, 스파저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 스파저 섹션의 메인 헤더 도관은 수평 평면을 규정하고, 추가로 각각의 스파저 섹션의 스파저 입구는 10 피트 이하만큼 각각의 메인 헤더 도관에 의해 규정된 상기 수평 평면으로부터 수직으로 이격되는, 스파저.
  4. 제 1 항에 있어서,
    반응기 외부 직경은 2 ~ 12 미터인, 스파저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    반응기 외부 직경은 8 ~ 12 미터인, 스파저.
  6. 제 1 항에 있어서,
    반응기 외부 직경은 9 ~ 11 미터인, 스파저.
  7. 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은:
    가암모니아산화 반응기 외부로부터 상기 반응기의 반응기 벽을 통하여 그리고 스파저를 통하여 상기 반응기 내부의 가암모니아산화 촉매의 유동층 내로 암모니아 함유 공급 혼합물을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 스파저는 메인 헤더 도관, 상기 메인 헤더 도관과 유체 연통하는 스파저 입구, 및 상기 메인 헤더 스파저 도관과 유체 연통하는 다수의 측방향 스파저 도관들을 포함하고, 상기 측방향 스파저 도관들은 상기 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 촉매의 유동층 내로 배출하기 위한 공급 노즐들을 규정하고,
    상기 스파저는 서로에 대해 나란히 상기 반응기 내부에 배치된 다수의 공급 스파저 섹션들로 이루어지고, 각각의 공급 스파저 섹션은 상기 반응기 외부로부터 암모니아 함유 공급물을 수용하기 위한 자체 스파저 입구, 자체 메인 헤더 도관 및 측방향 스파저 도관들의 자체 시스템을 가지는, 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응기 외부에 위치한 공통 공급 헤더 도관을 더 포함하고, 각각의 공급 스파저 섹션의 입구 포트는 공통 공급 헤더와 유체 연통하고, 각각의 스파저 섹션은 상기 공급 스파저 섹션 내로의 프로필렌/암모니아 공급 혼합물의 유동을 제어하기 위한 제어 밸브를 더 포함하는, 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    각각의 스파저 섹션의 메인 헤더 도관은 수평 평면을 규정하고, 추가로 각각의 스파저 섹션의 스파저 입구는 10 피트 이하만큼 각각의 메인 헤더 도관에 의해 규정된 상기 수평 평면으로부터 수직으로 이격되는, 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    반응기 외부 직경은 2 ~ 12 미터인, 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    반응기 외부 직경은 8 ~ 12 미터인, 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    반응기 외부 직경은 9 ~ 11 미터인, 암모니아 함유 공급 혼합물을 가암모니아산화 반응기에 공급하기 위한 방법.
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