KR102434248B1 - 몰딩된 절연 본체 - Google Patents

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KR102434248B1
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안토니오 코샤
한스-베르너 숄츠
Original Assignee
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

몰딩된 절연 본체, 그 생산을 위한 프로세스 및 그 용도가, 반응기 가열 공간 외부로 돌출되는 합성 가스를 생성하기 위한 증기 리포밍 프로세스를 실시하기 위한 관형 반응기의 크랙킹 관의 단부의 절연을 위한, 결합제로 Al2O3 졸을 이용하여 생산되고 800 ℃ 초과의 온도에서 킬른 작업된, SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로 본질적으로 구성된다.

Description

몰딩된 절연 본체
본 발명은 자가-지지 몰딩된 절연 본체 및 SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로부터 자가-지지 몰딩된 절연 본체를 생산하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 증기 리폼 프로세스를 실시하기 위한 관형 반응기의 크랙킹 관 도관 내의 절연 재료로서의 그 용도에 관한 것이다.
SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로 제조된 자가-지지 몰딩된 절연 본체가 알려져 있다. 이들은 종종 증기 리폼 프로세스를 실시하기 위한 관형 반응기의 크랙킹 관 도관 내에서 이용된다.
그러한 증기 리폼 프로세스 및 그러한 프로세스에서 이용되는 관 반응기는 증기를 갖는 기체 탄화수소를 주로 일산화탄소 및 수소로 구성된 합성 가스로 변환하기 위해서 이용된다. 이들은 자체적으로 일려져 있고 원칙적으로, 예를 들어, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Ed., Vol. 15, chapter "Gas Production", chapt. 2.2.에서 설명되어 있다. 이러한 관형 반응기는 본질적으로 가열 공간으로 구성되며, 그러한 가열 공간을 통해서 수많은 소위 크랙킹 관이 수직으로 통과되고 가열된다. 크랙킹 관은 고정 베드(fixed bed) 형태의 리포밍 반응에 대해서 활성적인 촉매로 충진된다. 증기 리포밍 프로세스를 위한 프로세스 가스, 즉 반응물 및 생성 가스가 크랙킹 관을 통과한다. 크랙킹 관의 단부는 예를 들어 상단 및 하단에서의 관형 반응기의 가열 공간으로부터 돌출되고, 열 손실 및 작업자 화상을 방지하기 위해서, 절연부를 종종 구비한다.
이용되는 절연 재료는 종종, 테이프 또는 매트(mat)로서 존재하는 SiO2- 및 Al2O3-계 섬유 재료이고, 절연부의 피팅 및 분해는 그에 따라 복잡하고 불편하다. 설치 및 해체가 더 용이하고, 충분한 수명을 가지며 선택적으로 재사용될 수 있는 치수적으로 안정적인 몰딩된 절연 본체를 이용하는 것이 보다 편리할 것이다. 그러한 몰딩된 절연 본체는 특히 또한, 소위 금속 분진 형성 부식(dusting corrosion)을 촉진하는 온도로부터 플랜트 부품의 내부 표면을 보호하기 위해서, 크랙킹 관 내측의 절연부에서, 즉 내부 절연부로서 이용될 것이다.
결합제의 이용은 충분한 수명과 관련하여 중요한 역할을 한다. 실제로, SiO2-함유 및/또는 유기 결합제를 이용할 때, 그에 따라 제조된 절연 본체는 증기 리포밍의 프로세스 조건 하에서 부적절한 수명만을 달성한다는 것이 발견되었다. 절연부가 받는 높은 프로세스 온도 및 프로세스 가스 내의 높은 증기 함량으로 인해서, 이제까지 이용된 이러한 결합제가 세라믹 재료로부터 방출되어, 그 안정성을 잃게 하고 결함을 가지게 한다.
특허 명세서 US 8,986,598 B2는 내화 스피넬-SiC 복합 재료로부터 몰딩된 본체를 생산하는 프로세스를 설명한다. 이러한 프로세스는 Al2O3 졸(sol)을 결합제로서 이용한다. 관련된 성분은 증기 리포밍에서 이례적인 절연 매체이다.
특허 공개 DE 602 22 841 T2는 성형된 세라믹 매트릭스 복합체 부품의 생산을 설명하고, 여기에서 그러한 매트릭스는, 알루미늄 산화물 입자가 혼합되는, 금속 산화물, 예를 들어 알루미늄 산화물의 콜로이드 현탁체(colloidal suspension)로 이루어진다. 이어서, 휘발성 성분은 진공 인가 및 815℃ 내지 1260℃ 온도의 킬른 작업(kilning)에 의해서 제거된다.
어떠한 공개물도 SiO2 및 Al2O3를 기초로 하는 입증된 섬유 재료의 이용 및 증기 리포밍 플랜트에서의 이용을 위한 자가-지지 장기-안정 몰딩된 절연 본체의 생산을 위한 그 이용을 설명하고 있지 않다.
그에 따라, 본 발명이 해결하려는 과제는, 더 긴 수명을 달성하고 일반적으로 이용되는 성분을 포함하는, 증기 리포밍 프로세스를 위한 절연 재료/몰딩된 절연 본체를 제공하는 것이다.
그러한 목적은 제1항에 따른 SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로부터 자가-지지 몰딩된 절연 본체를 생산하기 위한 프로세스에 의해서, 제2항에 따라 얻어진 몰딩된 절연 본체에 의해서, 그리고 제4항에 따른 합성 가스의 생성을 위한 증기 리포밍 프로세스를 실시하기 위한 관형 반응기의 크랙킹 관 내의 절연 재료로서의 그 이용에 의해서, 그리고 적어도 하나의 몰딩된 절연 본체를 갖는 크랙킹 관의 피팅을 위한 제7항에 다른 프로세스에 의해서 달성된다.
SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로부터 자가-지지 몰딩된 절연 본체를 생산하기 위한 결합제로서 Al2O3 졸을 이용하는 것에 대한 동기가 전술된 특허 명세서 US 8,986,598 B2 및 DE 602 22 841 T2로부터 취해졌다. 크랙킹 관의 내부 절연을 위해서 이용된 몰딩의 수명은 이러한 결합제의 이용을 통해서 개선된다.
몰딩된 절연 본체의 생산은, 진공 조건 하에서 프로세스를 실시함으로써, 더 효과적이 될 수 있다.
발명의 바람직한 실시예
본 발명의 바람직한 실시예는, SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로부터 자가-지지 몰딩된 절연 본체를 생산하기 위한 방법으로서:
(a) SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 유동 가능 혼합물 그리고 또한 결합제로서의 Al2O3 졸을 제공하는 단계,
(b) (a)에서 획득된 상기 혼합물을 중공형 몰드 내로 충진, 특히 주입 또는 프레싱하는 것에 의해서 프리폼(preform)을 생산하는 단계,
(c) 단계(b)에서 획득된 상기 프리폼을 적어도 800℃의 온도에서 킬른 작업하는 단계를 포함하는, 방법인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 몰딩된 절연 본체가, 바람직하게 절반체 쉘 또는 사분체 쉘(quarter shell)의 형상의 원형 원호 프로파일을 가지는 것, 또는 원통형인 것을 특징으로 한다. 이는, 절연을 위한 크랙킹 관 내의 위치에서의 본체의 도입 및 배치를 가능하게 하고/촉진한다.
몰딩된 절연 본체의 이용에 관한 추가적인 바람직한 실시예는, 반응물을 위한 유입구 및 생성물을 위한 배출구가, 관형 반응기의 가열 공간의 외부로 돌출되는 크랙킹 관의 대향 단부들에 배열되는 것을 특징으로 하고, 크랙킹 관의 유입구 영역 및/또는 배출구 영역에는, 원형 원호 프로파일을 갖는 내부 몰딩된 절연 본체가 피팅된다. 이러한 실시예는, 가열 공간으로부터의 돌출의 결과로서, 크랙킹 관의 단부들에 용이하게 접근할 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 유지보수 작업자를 화상으로부터 보호하기 위해서 그리고 불필요한 열 손실을 방지하기 위해서, 이러한 관 단부의 특히 양호한 절연이 또한 요구되고 몰딩된 절연 본체의 이용에 의해서 보장된다.
몰딩된 절연 본체의 이용에 관한 추가적인 바람직한 실시예는, 반응물을 위한 유입구 및 생성물을 위한 배출구가, 관형 반응기의 가열 공간 외측으로 돌출되는 크랙킹 관의 동일 단부에 배열되는 것, 그리고 크랙킹 관의 대향 단부에, 촉매 베드를 떠나는 가스 유동을 촉매 베드 내측에 배열된 열 교환기 관 내로 편향시키는 역할을 하는 자유 내측부 공간이 존재하는 것을 특징으로 하고, 크랙킹 관의 유입구 영역 및/또는 배출구 영역에는 원형 원호 프로파일을 갖는 내부 몰딩된 절연 본체가 피팅되고, 그리고 자유 내측부 공간에는 원통형인 내부 몰딩된 절연 본체가 피팅된다. 이러한 실시예는 또한, 가열 공간으로부터의 돌출의 결과로서, 크랙킹 관의 단부들에 용이하게 접근할 수 있다는 장점을 갖는다. 전술한 단부들은 마찬가지로 유지보수 작업자를 화상으로부터 보호하기 위해서 그리고 불필요한 열 손실을 방지하기 위해서 양호하게 절연되어야 하고, 이는 몰딩된 절연 본체의 이용에 의해서 보장될 수 있다.
크랙킹 관에 적어도 하나의 몰딩된 절연 본체를 피팅하기 위한 방법에 관한 추가적인 바람직한 실시예는, 상기 몰딩된 절연 본체가, 절연시키고자 하는 크랙킹관의 영역 내로 도입되는 것을 특징으로 한다.
작업 예
본 발명의 추가적인 특징, 장점 및 가능한 적용예가 작업 및 수많은 예에 관한 이하의 설명으로부터 그리고 도면으로부터 자명하다. 설명된 및/또는 도시된 특징 모두는, 청구항 내에서 그들이 조합되는 방식 및 청구항 내에서 서로 인용되는 방식과 관계없이, 그 자체적으로 또는 임의의 희망하는 조합으로, 본 발명의 청구 대상을 형성한다.
본 발명은 도면을 참조할 때 보다 특히 잘 이해될 것이다.
도 1은 관형 반응기의 가열 공간의 천장을 통과하는 크랙킹 관의 상부 단부의 횡단면도를 도시한다.
도 2는 관형 반응기의 가열 공간의 바닥을 통과하는 크랙킹 관의 하부 단부의 횡단면도를 도시한다.
도 3은 내부 열 교환기를 갖는 크랙킹 관의 횡단면도를 도시한다.
도 1에서, 크랙킹 관(2)의 상부 단부(1)가 가열 공간(4)의 천장(3)을 통해서 돌출한다. 크랙킹 관(2)의 열 팽창이 천장(3)의 확대에 의해서 보상될 수 있도록, 크랙킹 관(2)은 천장(3)에 고정적으로 연결되지 않는다. 얇은-벽의, 가요성 관(5)이 크랙킹 관(2)의 상부 단부(1)를 분배기 관(미도시)과 연결하고, 분배기 관으로부터 반응물 가스가 크랙킹 관(2) 내로 도입된다. 반응물 가스는 크랙킹 관(2)을 통해서 크랙킹 관의 하부 단부(미도시)까지 촉매 고정 베드(6)를 통해 전도된다(conducted). 크랙킹 관(2)의 상부 단부(1)는, 본 발명에 따른 세라믹 재료로 구성된 내부 몰딩된 절연 본체(7)를 구비한다.
도 2는 크랙킹 관(2)의 하부 단부(8)가 가열 공간(4)의 바닥(9)을 어떻게 통과하는지를 예로서 도시한다. 생성물 가스가 촉매 베드(6)로부터 방출되고 수집 도관(10) 내로 도입된다. 수집 도관(10)은 내부 절연부(11)를 구비한다. 크랙킹 관(2)의 하부 단부(8)는, 본 발명에 따른 세라믹 재료로 구성된 내부 몰딩된 절연 본체(7)를 구비한다.
도 3은, 내부 열 교환기(12)를 갖는 크랙킹 관(2)이 그 상부 단부(1)로 가열 공간(4)의 천장(3)으로부터 그리고 그 하부 단부(8)로 가열 공간(4)의 바닥(9)으로부터 어떻게 돌출하는지를 보여준다. 반응물 가스가 통과하여 크랙킹 관(2) 내로 도입되게 하는, 반응물 가스(13)를 위한 공급부가 또한 도시되어 있다. 이어서, 가스는 크랙킹 관(2) 내의 촉매 고정 베드(6)를 통해서 선회 공간(14) 내로 상승되고, 그로부터 열 교환기 관(12)을 통해서 생성물 가스를 위한 수집 도관(10) 내로 유동된다. 크랙킹 관(2)의 상부 단부(1) 및 하부 단부(8)는, 본 발명에 따른 세라믹 재료로 구성된 내부 몰딩된 절연 본체(7)를 구비한다.
본 발명은 크랙킹 관의 더 긴 수명 그리고 그에 따라 증기 리포밍 프로세스의 개선된 경제성을 달성할 수 있게 한다. 그에 따라, 본 발명은 유리하게 경제적으로 이용될 수 있다.
1 크랙킹 관의 상부 단부
2 크랙킹 관
3 관형 반응기의 가열 공간의 천장
4 관형 반응기의 가열 공간
5 가요성 관
6 촉매 고정 베드
7 몰딩된 절연 본체
8 크랙킹 관의 하부 단부
9 관형 반응기의 가열 공간의 바닥
10 생성물 가스를 위한 수집 도관
11 수집 도관 절연부
12 열 교환기 관
13 반응물 가스를 위한 공급부
14 크랙킹 관 내측의 가스 유동을 위한 선회 공간

Claims (8)

  1. SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유를 포함하는 세라믹 재료로부터 자가-지지 몰딩된 절연 본체를 생산하기 위한 방법으로서:
    (a) SiO2 섬유 및 Al2O3 섬유 그리고 또한 결합제로서의 Al2O3 졸을 포함하는 유동 가능 혼합물을 제공하는 단계,
    (b) (a)에서 획득된 상기 혼합물을 중공형 몰드 내로 프레싱하는 것에 의해서 프리폼(preform)을 생산하는 단계,
    (c) 단계(b)에서 획득된 상기 프리폼을 적어도 800℃의 온도에서 킬른 작업하는 단계를 포함하고,
    여기서, 몰딩된 절연 본체는, 합성 가스의 생성을 위한 증기 리포밍 프로세스를 실시하기 위한 관형 반응기의 크랙킹 관 내에서, 절연 재료로서 사용되는 것인,
    방법.
  2. 제1항에 따른 방법에 의해서 얻어진 몰딩된 절연 본체.
  3. 제2항에 있어서, 몰딩된 절연 본체는 절반체 쉘 형상의 원호 프로파일 또는 사분체 쉘 형상의 원호 프로파일을 갖거나, 원통형인, 몰딩된 절연 본체.
  4. 합성 가스의 생성을 위한 증기 리포밍 프로세스를 실시하기 위한 방법으로서:
    제2항 또는 제3항에 따른 몰딩된 절연 본체를 갖는 관형 반응기를 제공하는 단계,
    합성 가스를 생성하기 위해 크랙킹 관의 유입구 내로 탄화 수소 및 증기를 포함하는 반응 가스를 유동시키는 단계; 및
    크랙킹 관의 배출구로부터 합성 가스를 수집하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    반응물을 위한 유입구 및 생성물을 위한 배출구가, 상기 관형 반응기의 가열 공간의 외부로 돌출되는 상기 크랙킹 관의 대향하는 단부에 각각 배열되고, 상기 크랙킹 관의 상기 유입구 영역 및/또는 상기 배출구 영역에는, 원호 프로파일을 갖는 내부 몰딩된 절연 본체가 피팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    반응물을 위한 유입구 및 생성물을 위한 배출구가, 상기 관형 반응기의 가열 공간 외측으로 돌출되는 상기 크랙킹 관의 동일 단부에 배열되고, 상기 크랙킹 관의 상기 동일 단부에 대향하는 단부에, 촉매 베드를 떠나는 가스 유동을 상기 촉매 베드 내측에 배열된 열 교환기 관 내로 편향시키는 역할을 하는 자유 내측부 공간이 존재하고, 상기 크랙킹 관의 상기 유입구 영역 및/또는 상기 배출구 영역에는 원호 프로파일을 갖는 내부 몰딩된 절연 본체가 피팅되고, 그리고 상기 자유 내측부 공간에는 원통형인 내부 몰딩된 절연 본체가 피팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 크랙킹 관에 제2항 또는 제3항에 따른 적어도 하나의 몰딩된 절연 본체를 피팅하기 위한 방법에 있어서, 상기 몰딩된 절연 본체가, 절연시키고자 하는 크랙킹 관의 영역 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제2항 또는 제3항에 따른 몰딩된 절연 본체를 갖는 관형 반응기에서 사용하기 위한 크랙킹관.
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