KR20000016285A - 반응기 분배장치 및 급랭존 혼합장치_ - Google Patents

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더글라스 이. 넬슨
로버트 더블유. 쿠스키
에프. 에멧 빙햄
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플루오르 코포레이션
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Abstract

낮은 연직 높이를 점유하며 촉매 표면 전역에서 개선된 혼합 효율과 유체 분배를 가진 급랭존 혼합장치는 와류 챔버(20), 조분배 네트워크(100), 및 분배장치(120)를 포함한다. 와류 챔버(20)에서, 상기 촉매층에서 반응물 유체는 와류 작용에 의해 급랭 유체와 완전하게 혼합된다. 혼합된 유체는 구멍을 통해 와류 챔버(20)으로부터 조분배 네트워크(100)으로 나오고 여기서 유체는 용기 전역에서 분배장치(120)으로 방사상으로 외부 분배된다. 분배장치(120)는 여러개의 버블 캡(130)과 버블 캡으로부터 액체 드립 기류를 배가하여 추가로 균형있게 촉매 표면 전역에서 유체를 분배하는 연결된 드립 트레이(150)을 가진 판(122)을 포함한다. 분배장치(120)는 와류 챔버(20)와 조분배 네트워크(100) 없이, 예를들어 용기의 상부에서 반응 용기에 사용될 수 있다.

Description

반응기 분배장치 및 급랭존 혼합장치
많은 촉매 공정은 일련의 분리된 촉매층(catalytic beds)을 포함한 반응기에서 수행된다. 이러한 공정에서, 유용하게도 빈번히 급랭 존 혼합장치가 위치하여 외부원에서 공급된 찬 유류와 반응기에서 처리되는 유류의 신속하고 효율적인 혼합을 제공한다. 결국, 연속 촉매층으로 들어가는 처리 유류의 온도가 조절될 수 있다. 본 기술의 숙련가는 반응물 유류의 혼합이 잘될수록, 온도와 반응이 잘조절될 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 그 결과, 전체 반응기 성능이 보다 양호할 것이다.
급랭존 혼합장치의 일예는 미국특허 제 3,353,924 호, 미국특허 제 3,541,000 호, 미국특허 제 4,669,890 호, 및 미국특허 제 5,152,967 호를 포함한다. 이들 장치 몇가지는 복잡하며 막히기 쉽다. 다른 것들은 원하는 정도의 혼합을 보장하도록 비교적 큰 연직 공간(vertical space)을 필요로 한다. 또다른 것들은 원하지 않는 높은 압력강하(pressure drop)를 생성한다. 결국, 허용될 수 있는 낮은 압력강하를 가진 낮은 연직 공간에서 유류를 효율적으로 혼합할 수 있는 적합한 급랭존 혼합장치에 대한 계속적인 필요성이 존재한다.
전형적으로, 급랭존 혼합장치는 관련 유체 분배 시스템; 예를들어, 횡방향 배치된 분배판 또는 트레이(tray) 위에 위치한다. 분배판은 유체(증기와 액체)를 수집하고, 이 판 전역에 유체를 균일하게 분배하고 촉매층상으로 이 유체를 방출한다. 이러한 분배 트레이는 이 분배 트레이내에 하나 또는 그 이상의 개구부위에 배치될 수 있는 여러 가지 "버블 캡(bubble cap)" 결합체를 포함할 수 있다. 버블 캡은 혼합된 상 유체가 촉매층 전역에 분배되기 전에 증기와 액체의 완전한 혼합을 제공한다.
분배 트레이의 일예는 미국특허 제 2,778,621 호, 미국특허 제 3,218,249 호, 미국특허 제 4,960,571 호, 미국특허 제 4,836,969 호, 미국특허 제 5,045,247 호, 및 미국특허 제 5,158,714 호를 포함한다. 이들 디자인들 중 한가지 또는 그 이상이 허용될 수 있지만, 아직 개선의 여지가 있으며, 특히 반응기 용기에서 촉매와 접촉으로 증기와 액체 상의 균일한 분배를 제공하는데 있어서 개선의 여지가 있다.
본 발명은 분배장치와 이 분배장치를 포함할 수 있는 급랭존(quench zone) 혼합장치(또는 기구)에 관한 것이며, 두가지 장치 모두는 종반응 용기의 횡단면 전역에 걸쳐 반응물을 효율적으로 혼합하고 재분배하는데 적합하다.
도 1은 본 발명의 분배장치와 급랭존 혼합장치의 일부 종단면도를 도시한 일부 절단한 다층 촉매 반응기를 도시한 도면.
도 2는 급랭존 혼합 및 분배장치의 세부사항을 더욱 잘 보여주도록 일부 부분을 제거한 급랭존 혼합 및 분배장치의 일부 사시도. 도시되지 않은 급랭존 혼합장치의 일부는 도시된 일부와 동일하다는 것이 이해된다.
도 2A는 급랭존 혼합장치의 일부의 서로 다른 일예를 도시한 급랭존 혼합 및 분배장치의 일부 사시도. 일부의 부분이 이 장치의 세부사항을 잘 볼 수 있도록 제거되었다.
도 2B는 급랭존 혼합장치의 일부에 대해 또다른 일예를 도시한 급랭존 혼합 및 분배장치의 일부사시도. 일부의 부분이 이 장치의 세부사항을 잘 볼 수 있도록 제거되었다.
도 2C는 급랭존 혼합 및 분배장치의 다른 일예를 도시한 일부사시도. 일부의 부분이 이 장치의 세부사항을 잘 볼 수 있도록 제거되었다.
도 2D는 도 2C의 일예에 대한 조분배 네트워크의 방사상 지지체 빔과 분배 체널의 단부도.
도 3은 와류 챔버의 세부사항을 볼 수 있도록 일부 부분이 제거된 급랭존 혼합장치의 와류 챔버의 일부사시도. 도시안된 와류 챔버의 일부가 도시된 일부와 동일하다는 것이 이해된다.
도 4A는 급랭 유체 시스템을 도시하는 급랭존 혼합장치의 일부 상부도. 도시되지 않은 급랭 유체 시스템의 일부가 도시된 일부와 동일하다는 사실이 이해된다.
도 4B는 급랭 유체 시스템의 일부 단면도.
도 5A는 조분배 네트워크의 더욱 상세한 사항을 보여주는 급랭존 혼합장치의 일부 상부도. 도시되지 않은 부분이 도시된 부분과 동일하다는 사실이 이해된다.
도 5B는 분배 채널과 재분배 트레이의 더욱 상세한 사항을 보여주는 급랭존 혼합장치의 일부에 대한 부분 단면도. 도시되지 않은 부분이 도시된 부분과 동일하다는 사실이 이해된다.
도 5C는 조분배 네트워크의 방사상 지지체 빔과 분배 채널의 단부도.
도 6A는 본 발명의 분배장치에서 사용된 재분배 트레이의 사시도. 명백하게 하기 위하여, 각 버블 캡의 대부분을 도시하지 않는다.
도 6B는 도 6A의 재분배 트레이의 구멍과 그의 드립 트레이에 연결된 각 버블 캡의 사시도. 버블 캡과 드립 트레이의 세부사항을 도시하기 위해 일부를 절단한다.
도 7은 복수의 드립 가이드를 예시하는 도 6B에 도시한 드립 트레이의 별도 일예에 대한 사시도.
도 8은 별도 하부 구성을 도시하는 도 6B에 도시된 드립 트레이의 별도 일예에 대한 사시도.
도 9는 본 발명의 장치에 유용할 수 있는 드립 트레이의 별도 일예의 사시도.
본 발명의 목적은 재분배 트레이(또한 "재분배 판"으로 지칭됨)를 포함하는 분배장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 와류 챔버(swirl chamber), 이 와류 챔버 밑에 배치된 조분배 네트워크(rough distribution network), 및 바직하게는 이 조분배 네트워크 밑에 배치된 분배장치를 포함하는 급랭존 혼합장치(또한 "급랭존 혼합기구"로서 지칭됨)를 제공하는 것이다. 이 분배장치는 급랭존 혼합기구와 연결될 수 있거나 이 급랭존 혼합기구와 별도로; 예를들어 반응기 용기의 상단에 별도로 사용될 수 있다는 사실이 이해될 것이다.
분배장치는 적어도 일부의 버블 캡이 적어도 일부의 구멍(aperture)에 연결된 복수 구멍과 복수 버블 캡이 있는 재분배판(또한 "판"으로서 지칭됨)을 포함한다. 바람직한 일예에서, 복수의 드립 트레이(drip tray)가 재분배판 밑에 실질적으로 횡렬 배치되어 있다. 적어도 일부의 드립 트레이는 적어도 일부의 버블 캡에 연결되어 있다. 드립 트레이는 연결된 버블 캡을 나오는 유체를 수용하며 이 드립 트레이의 하부에 제공된 적어도 한 개의 배출구를 통해 유체를 분배한다. 보다 바람직한 일예에서, 드립 트레이는 버블 캡에서 받은 드립 유류를 배가하고 촉매 표면 전역에 유체를 균형있게 분배하는 적어도 두 개의 배출구를 가지고 있다.
상기에 제시된 바와 같이, 급랭존 혼합장치는 와류 챔버를 포함한다. 이 와류 챔버는 반응기의 상류로부터 유체(이를테면 와류 챔버 위에 위치한 촉매층을 나온 유체)를 수용하는데 적합하다. 바람직하게는, 와류 챔버는 실질적으로 원통형이다. 와류 챔버는 천장과 바닥 사이에 배치된 벽을 포함한다. 벽은 복수의 개구부, 이를테면 입구를 가지고 있어서 이 와류 챔버로 유체 전달 수단을 제공한다. 바닥은 구멍을 둘러싸고 있으며, 이 구멍은 유체가 와류 챔버를 나오게 하는 수단을 제공한다. 바람직하게는, 둑(weir)이 구멍 주위에 제공된다.
조분배 네트워크가 와류 챔버 밑에 배치되어 와류 챔버로부터 유체를 맏는다. 조분배 네트워크는 스플레시(splash) 판과 방사상으로 외부 확장된 채널을 포함한다. 스플레시 판은 와류 챔버로부터 유체를 수집하고 유체를 채널을 통해 방사상으로 외부로 분배하는데 적합하다. 바람직하게는, 채널은 유체가 채널을 나오게 하는 이격된 노치(notch)가 있는 측벽을 포함한다. 채널을 나온 유체는 조분배 네트워크 밑에 배치된 분배장치상으로 낙하된다.
바람직하게는, 분배장치는 조분배 네트워크와 와류 챔버 밑에 실질적으로 횡렬로 고정된 재분배 판을 포함한다. 재분배 판은 실질적으로 용기의 전체 단면 전역에 걸쳐 확장되어 용기의 상부 단면을 하부 단면으로부터 분리한다. 재분배 판은 복수의 구멍과 이 재분배 판의 구멍에 연결된 복수의 버블 캡으로 구성된다. 보다 바람직하게는, 버블 캡은 각 구멍에 연결되어 판을 통해 유체가 흐르는 유일한 수단을 제공한다.
버블 캡은 라이저(riser)와 이격 캡을 포함한다. 리이저는 상부와 하부가 있으며 이 라이저는 하부 근처에서 재분배 판에 고착된다. 통로는 상부와 하부 사이로 한정되며 재분배 판 전역에 유체 전달 수단을 제공한다. 바람직하게는, 캡은 복수의 이격 슬롯(slot)을 가지고 있어서 캡을 통해 증기 기류를 흐르게 하며 캡과 라이저에 의해 한정된 고리(annulus)로 흐르게 한다.
바람직한 일예에서, 와류 챔버의 천장은 폐쇄되어 있다. 바람직하게는, 원뿔대-원뿔형 액체 수집 트레이가 와류 챔버를 둘러싸고 있으며 입구에 인접한 한쪽 단부가 용기 벽에 인접한 다른쪽 단부 보다 낮게 되도록 경사지어 있다. 이전의 촉매층을 나온 유체가 액체 수집 트레이상으로 또는 액체 수집 트레이상으로 지향되어 있고 입구를 통하는 와류 쳄버의 천장상으로 낙하된다. 배플(baffle)은 개구부에 인접한 와류 챔버 내부에 위치하고 개구부와 연결되어 들어오는 유체를 받고 와류 챔버의 원주 주위로 향하게 한다. 이러한 바람직한 일예에서, 구멍이 중앙에 위치하고 유체가 와류 챔버를 나오게 하는 유일한 수단을 제공한다.
또다른 바람직한 일예에서, 급랭 유체 시스템이 급랭 유체를 와류 챔버로 도입하도록 구비되어 있다. 급랭 유체 시스템은 와류 챔버를 둘러싸는 동심 매니폴드(manifold)와 연결되는 공급물 파이프를 포함한다. 매니폴드와 유체 연결되는 복수의 급랭 유체 측면부는 방사상으로 내부로 확장되며 와류 챔버로 확장되는 노즐과 종료된다. 노즐은 배플에 인접하고 이 배플 밑에 위치하며 급랭 유체를 배플을 나온 유류로 향하는 개구부를 가지고 있다.
본 발명의 다른 일예에서, 반응기는 두 개의 촉매층 사이에 삽입된 본 발명의 급랭존 혼합장치를 구비하고 있다. 바람직하게는, 급랭존 혼합장치는 토션 튜브(torsion tube)로서 작용하도록 형성될 수 있는, 동심 허브(hub), 및 허브로부터 방사상으로 외부 확장되고 반응기 용기벽에 결합되는 지지체 링(ring)에서 종료되는 제일 세트의 방사상 빔(beam)을 포함하는 지지체 구조에 의해 반응기 용기내에 지지된다.
특히, 방사상 빔은 재분배 트레이를 지지하는 플렌지로 구성되며 빔의 웨브(web)는 바람직하게도 용기 전역에 유체를 통과시키는 복수 개구부를 포함한다. 추가로, 웨브는 또한 채널을 갖추고 있다. 방사상 빔은 또한 와류 챔버를 지지하며, 와류 챔버의 벽과 용기벽 사이의 영역에서, 방사상 빔은 용기벽에서 와류 챔버벽으로 하방 경사지는 연직 높이를 가지고 있다. 구체적으로, 와류 챔버벽에서 방사상 빔은 와류 챔버벽위에 있는 개구부의 하부 주위에 연직 높이를 가지며 용기벽에서 방사상 빔은 와류 챔버벽에서 보다 큰 연직 높이를 가지고 있다. 액체 수집 트레이는 와류 챔버벽과 용기벽 사이의 영역에서 방사상 빔의 상단에 구비되어 하방 경사지는 원뿔 표면을 생성한다. 다른 일예에서 처럼, 액체 수집 트레이는 바람직하게도 원뿔대-원뿔형이며 이것은 와류 챔버를 둘러싼다.
별도로, 단일 연직 높이를 가진 제일 세트의 방사상 빔은 제일 세트 위에 종방향으로 위치한 제이 세트의 방사상 빔을 구비할 수 있다. 이 경우에, 제이 세트의 방사상 빔 상부는 상기에 기술한 바와 같이 동일한 패션으로 하방 경사진다. 각 경우에, 액체 수집 트레이는 와류 챔버의 천장으로부터 그리고 촉매층 위에서 유체를 수집하고 개구부를 통해 유체를 와류 챔버로 향하게 한다.
바람직한 일예에서, 단일 연직 높이를 가진 제일 세트의 방사상 빔은 와류 챔버와 분배 채널을 지지하는데 사용된다. 추가로, 지지체 링이 입구 바로 아래의 위치에서 와류 챔버의 외부벽에 결합되어 있다. 제이 지지체 링은 와류 챔버 천장의 높이와 대략 동일한 위치에서 용기벽에 결합되어 있다. 액체 수집 트레이는 용기벽과 와류 챔버 사이의 영역에서 지지체 링의 상단에 구비되어 있어서 바람직하게는 촉매층 위에서 와류 챔버 입구로 유체를 지향하는 원뿔대-원뿔형을 나타낸다. 벽에 있는 링은 액체 수집 트레이용 지지체를 제공하며 유체가 와류 챔버로 우회하는 것을 방지하는 밀봉 표면을 제공한다.
본 발명은 또한 혼합 챔버(또는 와류 챔버)와 분배장치 사이에 조분배 네트워크가 삽입되어 있는 공지의 급랭존 혼합기구의 개선이 예상된다. 따라서 본 발명은 본 발명의 급랭존 혼합장치를 포함하는 반응기를 제공하며, 이 반응기는 혼합 챔버와 분배장치로 구성된다. 특히, 개선 방법은 혼합 챔버와 분배장치 사이에 배치된 조분배 네트워크로 구성되며, 조분배 네트워크는 외부 확장 채널과 유체 전달되는 스플레시 판으로 구성된다. 바람직하게는, 채널은 스플레시 판에서 방사상으로 외부 확장된다. 스플레시 판은 바람직하게는 구멍을 가지고 있으며 채널은 바람직하게는 유체가 채널을 나오게 하는 이격 노치를 가진 측벽을 포함한다.
본 발명은 또한 분배장치가 급랭존 혼합장치에 연결되지 않은, 즉 분배장치가 급랭존 혼합장치에 추가하여 사용되거나 급랭존 혼합장치가 없는 반응기에서 사용되는 분배장치의 이용이 예상된다. 이 일예에서, 분배장치는 촉매층 위에 구비될 수 있다. 예를들어, 분배장치가 반응기의 상부에 또는 연속 촉매층 사이에 구비될 수 있다. 분배장치는 상기에 기술한 바와 같이, 재분배 판과 복수의 버블 캡을 포함할 것이다. 추가로, 분배장치는 또한 상기에 기재한 바와 같이, 복수의 드립 트레이를 구비할 수 있다. 이 일예에서, 분배장치는 통상적으로 "분배 트레이"로 지칭한다.
본 발명은 또한 제일 유체를 제이 유체와 접촉시키는 방법에서 급랭존 혼합장치의 이용이 예상되며, 여기서 제일 및 제이 유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 바람직하게는, 이 방법은 입자형태 고체, 예를들어 촉매 입자의 두 개 연속 이격 층 사이의 반응기 일부에서 일어난다. 일예에서, 본 발명은 광범위하게 제일 유체를 반응기로 도입하고; 제일 촉매층을 통해 제일 유체를 이동시키고; 제일 촉매층으로부터 반응 생성물을 수집하고 급랭존 혼합기구를 통해 반응 생성물을 이동시키는 것을 포함하며 급랭존 혼합기구에서 추가로 혼합 및 급랭액("제이 유체")과 반응하여 제일 촉매층에서 하류에 위치한, 촉매 입자를 포함한, 제이 층 표면상에 분배되는 추가 반응 생성물을 형성한다. 이 일예의 한가지 특정 응용, 비교적 중질 석유 탄화수소 원료의 수소화 처리 및 수소화 분해에서, 제일 유체는 기체와 액체의 가열 혼합물이며 제이 유체는 냉각 기체이다.
특정 일예에서, 이 방법은 2상 수직층류(downflow) 반응기에 관한 것이다. 이 방법은 제일 유체, 이를테면 액체와 기체 반응물을 와류 챔버 위의 위치에 있는 반응기로 도입하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 제일 유체는 반응기의 상부로 도입된다. 그후 제일 유체는 와류 챔버로 도입된다. 제이 유체, 예를들어 급랭 기체는 와류 챔버로 도입되고 제일 유체를 접촉하여 와류 챔버 유체 혼합물을 형성한다. 와류 챔버 유체 혼합물은 와류 챔버에서 나오고 와류 챔버 유체 혼합물이 스플레시 판과 외부 확장 채널 위에 방사상으로 분배되는 조분배 네트워크에 의해 수집된다. 이어서, 채널을 나온 유체 혼합물은 분배장치로 통하게 된다. 분배장치는 적어도 일부의 버블 캡이 적어도 일부의 구멍에 연결되는 복수의 구멍과 복수의 버블 캡이 있는 재분배 판을 포함한다. 유체 혼합물은 재분배 판을 통해 이동되어 재분배 판 유체 혼합물을 형성한다. 재분배 판 유체 혼합물은 결국 반응기의 하류부로 이동된다.
이 방법의 바람직한 일에에서, 재분배 판 유체 혼합물이 반응기의 하류부로 이동되기 전에, 판 밑에 위치하고 적어도 일부의 버블 캡에 연결되어 있는 적어도 일부의 드립 트레이가 있는 복수의 실질적으로 횡방향 드립 트레이상에서 유체 혼합물을 수집한다. 수집된 재분배 판 유체 혼합물을 드립 트레이내 적어도 한 개의 배출구를 통해 분배시키고 액체로부터 기체의 약간의 분리가 드립 트레이상에서 일어난다.
본 발명은 또한 유체를 반응기의 제일 층에서 제일 층의 하류에 위치한, 반응기의 제이 층으로 이동시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 유체를 반응기의 제일 층으로부터 와류 챔버로 도입하는 것을 포함한다. 이어서, 유체를 와류 챔버에서 제거하고, 스플레시 판과 외부로 확장된 채널을 포함한 조분배 네트워크로 도입한다. 그후, 유체를 조분배 네트워크로부터 복수의 구멍과 복수의 버블 캡이 있는 재분배 판을 포함하는, 분배장치로 통하게 한다. 적어도 일부의 버블 캡은 적어도 일부의 구멍에 연결되어 있다. 그후 유체를 분배 판을 통해 반응기의 제이 층으로 이동시킨다. 유체는 액체 또는 액체와 기체의 혼합물을 포함할 수 있다. 급랭액, 액체 또는 기체는 또한 와류 챔버로 별도 도입될 수 있다.
본 발명은 또한 반응기내에 유체를 재분배하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 분배장치상에 유체를 수집하고 유체를 반응기의 단면 전역에 걸쳐 실질적으로 고른 패션으로 반응기의 하류부로 분배하는 것을 포함한다. 분배장치는 적어도 일부의 버블 캡이 적어도 일부의 구멍에 연결되는 복수의 구멍과 복수의 버블 캡이 있는 재분배 판을 포함한다. 바람직한 일예에서, 복수의 실질적으로 횡방향 드립 트레이는 판 밑에 위치하고 적어도 일부의 버블 캡에 연결되어 있다. 이어서, 유체를 재분배 판의 표면상에 수집하고, 이 판을 통해, 바람직하게는 유체가 반응기의 하류부로 이동되는 드립 트레이상으로 이동시킨다.
본 발명의 장치와 방법은 비교적 중질 석유 탄화수소 원료의 수소화 처리 및 수소화 분해를 위한 고정층 촉매 처리 시스템용으로 특히 이용할 수 있다. 이러한 처리 시스템은 한 개 또는 그 이상의 종방향 이격 촉매 층이 있는 반응기를 사용할 수 있다. 본 발명이 탄화수소의 수소 처리용으로 특히 이용될 수 있지만, 이 방법과 장치는 이러한 용도로 한정되지 않으며 종방향으로 흐르는 액체와 종방향으로 흐르는 기체, 또는 보다 경질인 액체와 보다 중질인 액체의 혼합물을 원하는 시스템에 사용될 수 있다. 예를들어, 본 발명은 또한 방향족 포화반응, 촉매 탈납처리 및 수소화 마무리 조작에 사용될 수 있다.
급랭존 혼합장치는 반응기 용기내에서 적합한 위치에 위치할 수 있다. 예를들어, 반응기의 상부에 위치하여 반응기로 들어가는 유체가 다른 내부 반응기 장치에 접촉하기 전에 급랭존 혼합장치에 접촉하도록 할 수 있다. 별도로, 급랭존 혼합장치는 내부 반응기 장치, 이를테면 내부 촉매층에서 하류에 위치할 수 있다.
구체화와 예시 목적으로, 변수 범위는 본 발명의 장치와 방법이 사용될 수 있는 비교적 중질 석유 탄화수소 원료를 수소화 처리하고 수소화 분해하기 위한 몇가지 구체적인 처리 시스템용으로 다음에 제시된다. 이러한 처리 시스템은 전형적으로 길이가 5 내지 50 피트인 약 2 내지 5개의 종방향 이격 촉매층 공간이 있는 내부 직경 5 내지 20 피트인 반응기를 사용하며, 전형적으로 입도가 1/32 인치 내지 1/4 인치인 촉매를 사용한다.
다음에 보다 상세히 제시하는 바와 같이, 본 발명의 급랭존 혼합장치는 중요한 장점을 제공한다. 본 발명 장치의 디자인은 급랭존 혼합장치의 전체 연직 높이를 최소화한다. 그 결과, 반응 용기의 전체 연직 높이는 감소될 수 있으며, 이로서 용기의 자재비를 감소시킨다. 동시에, 이 장치 전역에 결쳐 보통의 압력 강하만 유지하면서 완전한 혼합과 열평형을 성취한다.
본 명세서와 청구범위에서 사용된 "유체"란 액체와 기체 두가지 모두를 포함하는 것을 의미한다. "증기"와 "기체"란 본 발명에서 교환가능하게 사용된다.
급랭존 혼합장치의 발명을 이 장치가 두 개의 촉매층 사이의 존에 위치하는 다층, 촉매 반응기에서 그의 사용과 관련하여 기술할 것이다. 본 기술의 숙련자는 본 발명의 장치가 또한 비촉매 용기 또는 반응기에서 사용될 수 있다는 사실을 이해한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 반응기(10)는 원통형 용기를 포함한다. 용기가 바람직하게는 실질적으로 원통형이지만, 용기는 또한 제조에 관련하여 적합한 형태일 수 있다. 용기는 전형적으로 내식성 금속 또는 스테인레스강, 용접된 도금 크롬 합금강, 등과 같은 대등한 재료로 구성된다. 용기는 통상적으로 상승 온도에서 조작에 대해 내부 또는 외부 절연되어 있다.
전형적으로, 입구(12)는 특정 응용에 의해 설명된 바와 같이, 용기를 촉매로 충진하는데 편리성을 위해, 일과적인 정비를 위해, 또는 유체의 흐름을 위해 용기 상부에 구비되어 있다. 출구(14)는 유체 생성물의 방출을 가능하게 하도록 용기 하부에 구비되어 있다. 유체 급랭은 전형적으로 급랭 공급물 파이프에 연결된 측벽 노즐(13)을 통해 용기에 허용된다. 별도로, 급랭 유체는 반응기의 상부 또는 하부를 통해 도입될 수 있다.
베어낸 부분(17)은 분배장치와 급랭존 혼합장치의 일부 종단면도를 도시한다. 한 개 또는 그 이상의 연속 촉매층 사이에 본 발명의 급랭존 혼합장치(16)가 삽입되어 있다. 이 장치는 와류 챔버(20), 조분배 네트워크(100) 및, 바람직하게는 분배장치(120)를 포함한다.
와류 챔버(20)는 전형적으로는 외부원으로부터 급랭 유체를 받아서 상기 촉매층으로부터 나온 반응물 공정 유류("공정 유체", "공정 유류" 또는 "반응물 유체")와 혼합한다. 급랭 유체는 공정 유체와 다른 온도를 가질 수 있으며 공정 유체의 온도를 조절하도록 도입될 수 있다. 급랭 유체는 또한 공정 유류의 조성을 조정하도록 첨가될 수 있다.
조분배 네트워크(또는 시스템)(100)는 와류 챔버로부터 생성물 유류("와류 챔버 생성물 유류")를 수집하고 이것을 분배장치로 방사상으로 외부 분배한다. 분배장치(120)는 재분배 판(122)(또는 판 122), 여러개의 버블 캡(130), 및 여러개의 조합된 드립 트레이(150)를 포함한다. 분배장치가 급랭존 혼합장치의 일부일 때, 분배장치는 조분배 시스템과 와류 챔버로부터 유체를 수집한다. 그후 유체는 버블 캡에서 기체와 액체의 상호 연행에 의해 혼합된다. 버블 캡에서 나온 유체 유류를 각 버블 캡에 연결된 드립 트레이에 의해 세분되어 촉매 표면 전역에서 유체의 실질적으로 균형있고 균일한 유류 분배를 제공한다.
또한 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기에 기술된 분배장치(120)는 급랭존 혼합장치에 연결될 필요가 없으나 반응기내에, 예를들어 반응기의 상부 근처에 구비되어 반응기의 하류부에 균일한 유류 분배를 제공한다. 분배장치가 이러한 방식으로 구비될 때, 분배장치는 위로부터 유체를 수집하고, 추가로 유체를 혼합한다음, 유체를 균일하게 분배할 것이다.
현재 도 2와 관련하여, 본 발명의 급랭존 혼합장치 일부가 도시되어 있다. 이 장치는 실질적으로 용기의 전체 단면을 채우고 있으며 지지체 구조(60)에 의해 지지되어 있다. 지지체 구조는 스포크(spokes)와 같은 중앙 허브와 방사상 지지체 빔이 있는 웨곤 휠의 형태이다. 전체 구조는 단일 지지체 링(62)에 의해 반응기내에 지지되어 있으며, 용접, 단조 또는 다른 수단에 의해 용기벽의 내부에 고정되어 있다. 방사상 지지체 빔 하부 플렌지(70)는 벽 단부에 새김눈이 있어서(notched) 방사상 지지체 빔(66)의 웨브(68)가 지지체 링에 고정될 것이다. 지지체 빔 하부 플렌지(70)의 상부와 벽 지지체 링(62)의 상부는 동일한 높이이며 따라서 재분배 트레이의 설치와 밀봉을 용이하게 한다. 지지체 빔은 안정성을 제공하도록 벽에 부착된 위치결정 돌기(도시 안됨)에 볼트로 고정될 수 있다. 반응기와 동심원인, 중앙 허브(64)는 용기에서 정비를 위한 사람의 경험상 크기로 만들 수 있다. 제일 세트의 방사상 빔(66)은 중앙 허브로부터 지지체 링(62)로 방사상으로 외부 확장된다. 방사상 빔(66)은 재분배 판(122)을 지지하기 위한 플렌지(70)를 갖고 있다. 바람직하게는, 각 빔(66)은 I-형이며 그의 웨브(68)는 재분배 판 근처에 여러개의 개구부(72)를 갖고 있어서 반응기 주위에 있는 유체를 횡단 통과시킨다.
중앙 허브는 적합한 재료로 구성될 수 있다. 예를들어, 중앙 허브는 도 2B에 도시된 바와 같이, 허브 링(63), 도 2A에 도시된 바와 같이, 내부 허브 링을 포함할 수 있는, 고리(105)로 구성될 수 있거나, 방사상 빔의 상부에서 하부로 실질적으로 확장되는 한 개 또는 그 이상의 토션 튜브(각각 원통형임)(도면에 도시되지 않음)로 구성될 수 잇다. 토션 튜브 디자인이 사용되면, 지지체 빔의 단부를 토션 튜브 또는 튜브들에 용접한다. 도 2에 도시된 허브의 구성이 바람직하다.
도 3과 관련하여, 낮고 폭이 넓은 와류 챔버(20)이 지지체 구조에 의해 지지되어 있다. 바람직하게는, 와류 챔버는 원통형이다. 와류 챔버는 바닥(22)과 구멍(24)을 가지고 있다. 바람직하게는 바닥은 중앙 구멍(24)을 둘러싸는 고형 판으로 구성된다. 둥근 둑(26)은 구멍(24) 위로 상승되어 와류 챔버 내부의 바닥상에 얕은 분지(basin)를 한정한다. 와류 챔버는 바람직하게는 고형 판으로 구성되는 천장(28)을 가지고 있다(도 4B에서 가장 잘 보임). 와류 챔버 천장과 바닥의 단면은 정비 목적을 위한 사람의 경험상 역할로서 제거될 수 있도독 구성될 수 있다. 와류 챔버 실린더의 측벽(30)은 원주 주위에 일정한 간격이 있고 천장 바로 밑에 위치한 여러개의 개구부(32)를 제외하고 고형이다. 바람직하게는, 개구부는 챔버의 원주 주위에 고르게 일정 간격이 있고 평행사변형이며, 보다 바람직하게는 직사각형이다. 가장 바람직하게는, 개구부는 정방형이다. 가장 바람직한 일예에서, 개구부는 반응기의 상류부로부터 유체가 완류 챔버로 들어가는 유일한 수단을 제공한다. 반응기의 상류부는 촉매층을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제이 세트의 방사상 빔(74)은 와류 챔버벽으로부터 반응기 벽(11) 쪽으로 방사상으로 외부 확장되어 있다. 바람직하게는, 이들은 제일 세트의 방사상 빔(66)의 상부에 위치하에 이 방사상 빔에 고정되어 강화 구조를 제공한다. 별도로, 두 개의 빔과 동일 프로파일(profile)을 가진 단일 빔(또는 단일 세트의 빔)이 사용될 수 있다(참조예 도 2C). 명세서 전반을 통해, 제이 세트의 방사상 빔을 구체적으로 참고하고 있지만, 본 기술의 숙련자들은 단일 빔이 대등하게 사용될 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 제이 세트의 방사상 빔은 와류 챔버에서 보다 반응기 벽에서 보다 크다. 와류 챔버 벽에서, 빔은 실질적으로 와류 챔버의 벽 위에 있는 개구부의 하부와 동일한 높이를 가진다. 그 결과, 제이 세트의 빔 상부는 하방으로 기울어진다.
도 2A에 도시된 바람직한 일예에서, 제이 세트의 방사상 빔은 개구부(32)의 하부(34)에 인접한 와류 챔버 외부벽에 부착된 제일 링(79)과 제일 링 보다 높은 높이에서 반응기 벽에 부착된 제이 링(77)에 의해 대체될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제이 링(77)은 와류 챔버의 천장과 대략 동일한 높이에서 결합된다. 이 일예에서, 중앙 허브(64)는 허브의 상부에서 하부로 확장되는, 고리(105)를 포함한다. 고리는 유체를 분배 채널 밖으로 유출한다음 스플레시 판 밑의 재분배 판 상으로 유출하게 하는 개구부(107)를 포함한다. 고리는 내부 허브 링을 포함할 수 있다(도 2A에 도시 안됨). 개구부(101)가 구비되어 있어서 중앙 허브로 또는 밖으로 유체를 유출시키고, 재분배 트레이의 중앙 및 주위 영역 사이에서 유체 전달을 허용한다. 도 2A의 일예에서, 다른 예시 일예에서 요소와 대응하는 장치의 요소는 동일 부호로 지정되어 있다. 도 2A의 일예의 다양한 요소의 구성과 기능은 나머지 일예의 논의로부터 본 기술의 숙련가에게 명백할 것이다.
다음에 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 두 개 세트의 빔이 구비되어 있는 경우, 개구부(76)이 제이 세트의 방사상 빔에 구비되어 급랭 유체 매니폴드의 통과를 가능하게 한다. 단일 빔만이 구비되어 있는 경우, 개구부는 빔의 상부에 구비되어 있어서 급랭 유체 매니폴드의 통과를 가능하게 한다(도 2C 참조). 제일 및 제이 링을 가진 바람직한 일예에서, 급랭 유체 매니폴드에 대한 차단은 없다.
바람직하게는 원뿔대-원뿔형인, 액체 수집 트레이(78)는 고형 판 트레이 부를 제이 세트의 방사상 빔 상부에 결합하여 형성된다. 물론, 가능하다면, 제이 세트의 빔 상부에 단일 판을 고정시킬 수 있다. 물론, 단일 빔만이 구비되어 있는 경우, 트레이(78)는 빔 상부에 고정될 것이다. 유사하게도, 제일 및 제이 링이 바람직한 일예처럼 구비되어 있는 경우, 트레이 외부를 제이 링에 고정시키며 반면에 내부를 제일 링에 고정시킨다.
트레이가 기울어져 있을 것이므로, 트레이는 와류 챔버의 벽에 대해 트럽(trough)이 있는 원뿔체를 형성할 것이다. 위에서 액체 수집 트레이(78) 위에 낙하된 반응물은 와류 챔버의 벽에 있는 개구부(32) 쪽으로 흐른다. 반응기의 중앙 영역에서, 반응물은 와류 챔버의 천장(28) 위로 낙하되며 에지 위에 그리고 트럽으로 방사상 외부로 흐른다. 반응물은 트럽에서 개구부를 통해 와류 챔버로 흐른다.
기울어진 액체 수집 트레이는 트레이 위 액체에 대해 체류 시간을 감소시킨다. 감소된 체류 시간은 이어서 액체의 열분해, 코크스화 및 다핵 방향족 화합물 전구체의 형성을 감소시킨다.
도 2B는 변형된 일예를 보여주는 급랭존 혼합장치의 일부 사사도를 도시한다. 예를들어, 도 2B의 일예에서, 개구부(72)의 크기와 형태는 다른 일예에서 보다 약간 상이하다. 도 2B의 일예에서, 다른 예시 일예에서 요소에 대응하는 장치의 요소가 동일 부호로 지정된다는 사실은 본 기술의 숙련가에게 명백할 것이다. 도 2B의 일예에 대한 다양한 요소의 구성과 기능은 본 발명의 나머지 일예에 대한 논의로부터 본 기술의 숙련가에게 명백할 것이다.
도 2C와 2D는 또다른 변형 일예를 보여주는 급랭존 혼합장치의 일부 사시도를 도시한다. 이 일예에서, 단일 세트의 방사상 빔(66A)이 도 2의 일예의 제일 세트의 방사상 빔(66)과 제이 세트의 방사상 빔(74) 대신에 사용된다. 이 일예에서, 방사상 빔(66A)은 웨브(68A)를 포함한다. 도 2C 및 2D의 일예에서, 다른 예시된 일예에서 요소에 대응하는 장치의 요소는 동일 부호로 지정된다는 사실이 본 기술의 숙련가에게 명백할 것이다. 도 2C 및 2D의 일예에 대한 여러 가지 요소의 구성과 기능은 본 발명의 나머지 일예의 논의로부터 본 기술의 숙련가에게 명백할 것이다.
도 3에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 와류 챔버 내부에, 배플(40)이 각 개구부에 구비되어 있어서 유입 유류를 90 도 또는 와류 챔버벽에 접선으로 회전시켜 유체가 원주 하방으로 흐로게 한다. 배블은 한 배블을 나온 유체가 인접 배블을 치지 않도록 일정 거리를 두고 떨어져 있다. 각 배플은 개구부의 하부(34)에 인접한 와류 챔버의 벽에 결합된 에지(44)를 가진 하방으로 기울어진 접선 램프(42)를 포함한다. 접선 램프는 와류 챔버의 바닥으로 확장되지 않으며 다라서 이전 램프로부터 유체 유류를 방해하지 않는다. 바람직하게는, 램프는 와류 챔버벽(30)에 결합된 램프 측면 하나의 에지(44)와 실질적으로 직사각 또는 정사각이다. 대향 또는 원심(distal) 측면(46)은 상방으로 확장되는 충돌벽(48)을 가지고 있으며 충돌벽에 실질적으로 직각으로 확장되고 램프로부터 상방으로 확장되는 단부벽(50)에 연결된다. 단부벽의 에지(52) 하나는 와류 챔버벽에 결합될 수 있다. 충돌벽(48)은 평편하거나 와류 챔버벽(30)에 평행으로 만곡될 수 있다. 충돌벽(48)과 접선 램프(42) 사이의 에지는 각 경우에 밀봉되어 누출을 방지한다. 충돌벽(48)과 단부벽(50)의 상부 에지는 배플을 지나간 누출액을 최소화하도록 와류 챔버 천장에 꼭 접하여 맞춰져야 한다.
따라서 배플은 원주 개구부(54)를 한정한다. 각 배플의 원주 개구부는 동일 방향, 예를들어 도 2와 3에서 시계 반대방향으로 존재하여 유체가 원주방향으로 흐르게 하거나, 와류 챔버 주위를 소용돌이 치게 한다. 원주 개구부는 물론 원한다면 시계 방향으로 위치할 수 있다. 와류 효과는 다른 접선 램프로부터 다른 유체 유류와 양호한 혼합을 보장한다. 와류 유체는 접선 램프 아래로 흐르는 추가 유체에 의해 대체됨에 따라 와류 챔버의 중앙 쪽으로 나선형 방식으로 흐른다. 중앙에서, 유체는 둑을 넘쳐서 와류 챔버를 나온다. 충분한 압력 강하가 개구부와 접선 램프 전역에 걸려서 와류 챔버의 바닥 위에 반응물의 유체 유층(pool)에 소용돌이 효과를 얻도록 유체에 충분한 유속 수두(velocity head)를 제공한다.
급랭 유체가 반응물을 냉각시키거나 소모되는 반응물을 채우는데 사용되는 반응기에서, 급랭 유체 시스템(80)(도 4A와 4B에서 가장 잘 보임)은 급랭 유체를 와류 챔버로 주입하도록 구비될 수 있다. 급랭 유체는 외부원 또는 내부원으로부터 유래할 수 있으며 일반적으로 용기벽(11)을 통과하는 급랭 공급물 파이프(82)를 통해 도입된다. 급랭 공급물 파이프(82)는 제이 세트의 방사상 지지체 빔(두개 세트가 구비됨)에서 개구부(76)를 통과하고 와류 챔버(20)를 둘러싸는 원심 매니폴드(84)에 연결되어 있다.
급랭 측면부(86)은 매니폴드와 이어져서 급랭 유체를 와류 챔버로 이동시킨다. 급랭 측면부(86)은 접선 램프 밑에 있는 와류 챔버벽을 통해 내부로 확장되는 노즐(88)로 종료된다. 바람직하게는, 노즐은 배플의 가장 깊숙한 부분 주위에서 종료된다. 노즐은 접선 램프 밑에 흐르는 대응하는 유입 유체 유류로 급랭 유체를 방출하도록 개구부(90)를 가지고 있다. 개구부(90)는 바람직하게도 급랭 유체가 용기로 원주상으로 향하도록 배향되어 있다. 노즐에는 원주 배플 개구부와 동일면상에 횡방향 슬롯 또는 여러개의 일정 간격이 있는 선상 구멍이 있어서 램프 아래로 흐르는 반응물에 평행한 유류를 생성한다. 따라서, 급랭 유체는 램프의 단부를 흘러 내린 반응물 유체의 막(curtain)으로 되어 반응물 유체의 완전한 혼합과 냉각을 성취한다.
급랭 유체를 와류 챔버의 측면에 도입하는 것은(오히려 위에서 보다) 장치의 전체 연직 높이를 감소시킨다. 또한, 촉매 지지체 빔과 액체 수집 트레이의 상부 사이에 급랭 파이핑(quench piping)이 허용되지 않는다. 추가로, 와류 챔버로 급랭 유체의 도입은 유체를 효율적으로 혼합한다. 따라서 와류 챔버 디자인은 반응기의 모든 부분에서 열 평형에 도달되도록 유체의 우수한 혼합을 성취한다. 이것은 일 층에서 다음 층으로 열존(hot zone) 전달을 제거한다.
상기에 제시한 바와 같이, 와류 챔버는 중앙 구멍(24)을 둘러싸는 고형 판으로 구성된 바닥(22)을 가지고 있다. 구멍 주변 주위의 범람 둑(26)은 구멍 위로 확장되어 와류 챔버 내부 바닥 위에 분지를 한정한다. 와류 챔버의 중앙에, 유체는 둑을 넘어서 와류 챔버를 나온다.
와류 챔버를 나온 유체는 와류 챔버 출루 유체를 수집하고 이것을 방사상으로 외부로 그리고 분배장치(120) 상으로 향하게 하는 조분배 네트워크(100)(도 4A, 5A, 5B, 및 5C에서 가장 잘 보임)로 하방으로 향한다. 조분배 네트워크는 스플레시 판(102)과 이 스플레시 판과 유체 연결되는 채널(108)을 포함한다. 스플레시 판은 와류 챔버 출구둑 알래 위치하며 지지체 궂의 중앙 허브(64)에 결합된 지지체(65)에 의해 제거가능하게 고정될 수 있다. 스플레시 판에는 일부의 구멍(104)이 있어서 약간의 유체를 재분배 판(122)을 통과하고 그 위에 있게 한다. 스플레시 판은 또한 이것이 체널(108)과 교차하는 곳을 제외하고 얕은 측면(106)을 가지고 있다. 이들 교차점에서, 얕은 측면은 바람직하게도 유체 통과를 용이하게 하도록 스플레시 판을 채널과 연결하는 개구부를 가지고 있다. 스플레시 판상에 축적된 액체는 채널로 흐르고 반응기로 방사상으로 흘러 나올 것이다.
채널(108)은 스플레시 판과 연결되며 용기벽 쪽으로 방사상으로 외부 확장된다. 바람직하게는, 채널이 제일 세트의 방사상 지지체 빔(두개 세트가 구비됨)의 웨브(68)에 결합되어 있다. 채널은 유체가 반응기벽 족으로 흐르게 하는 도관을 구비한 얕은 측면(110)을 가지고 있다. 그러나, 채널은 유체를 수집하고 재분배 트레이의 표면 전역에 이 유체를 분배하는데 적합한 형태일 수 있다. 예를들어, 채널은 평편한 수평 하부 또는 둥근 하부를 가진, 실질적으로 U-형일 수 있거나, V-형일 수 있다. 채널을 따른 간격에서, 노치(112)가 그 측면에 구비되어 재분배 판상으로 액체의 원하는 분배를 생성한다. 바람직하게는, 노치의 형태와 위치는 재분배 판의 표면 전역에 유체의 균형있는 분산을 제공한다.
스플레시 판 밑에 분배장치(120)가 있다. 분배장치는 예를들어 제일 세트의 방사상 빔의 하부 플렌지 위에 이 장치를 지지시키고 필요하다면 적합한 수단에 의해 방사상 빔의 하부 플렌지에 고정시킴으로써 제일 세트의 방사상 빔(두개 세트가 구비됨)에 고정될 수 있다. 도 6A와 6B에 도시한 바와 같이, 분배장치는 복수의 구멍(124), 복수의 버블 캡(130), 및 복수의 조합된 드립 트레이(150)이 있는 재분배 판(122)을 포함한다. 바람직하게는, 재분배 판은 실질적으로 용기의 전체 단면을 채우며 실질적으로 수평으로 배향되어 조분배 네트워크로부터 유체를 수집하는 실질적으로 수평인 영역을 제공한다. 이 판에 있는 구멍(124)은 바람직하게도 균형있게 분배하여 촉매면 전역에서 유체의 균형있는 분배를 성취한다.
도 6A와 6B는 재분배 판의 구멍에 연결된 버블 캡을 도시하고 잇다. 바람직하게는, 예를들어 구멍 위에 위치한, 각 버블 캡은 각 구멍과 연결되어 유체가 재분배 판을 통과하는 실질적으로 유일한 수단을 제공한다. 이러한 바람직한 일에에서, 재분배 판은 밀봉되어 유체가 버블 캡을 우회하지 못하게 한다. 판 구멍이 균형있게 분포되어 있으므로, 버블 캡은 유사하게 균형있게 분포되어 있다. 그러나, 많은 다른 배치가 적합할 수 있다는 사실이 이해된다.
일반적으로, 트레이에 대한 디자인 항목 중 한가지는 판의 전체 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 액체 분배를 확보하도록 충분한 수의 버블 캡이 존재한다는 사실이다. 제시된 목적을 위해 버블 캡의 최적정 수는 많은 요인에 의존할 것이며, 가장 명백한 것은 반응기의 크기이다. 다른 기여 요인은 반응기로 액체와 기체의 유속과 액체 상에 남아 있는 공급물의 비유일 수 있다. 일반적으로, 재분배 판의 디자인은 적정수의 버블 캡을 구비하여 허용가능한 액체 분배를 보장하고 트레이의 상부면에서 최적 액체 수준을 성취하고 제공된 공급물 속도와 반응기 크기에 대해 각 버블 캡을 통해 기류의 오염물 최적화를 성취한다.
버블 캡(130)은 라이저(132)와 일정 간격으로 떨어진 캡(140)을 포함하며 기체와 액체를 위해 반전된 U-형 유류 경로를 형성한다. 일반적으로 형태가 실린더형인, 라이저는 판(122)의 구멍내에 수령되는 하부 립(lip)(134) 또는 확장부, 및 상부(138)를 가지고 있다. 라이저는 일정 길이의 튜브형 재료로부터 절단될 수 있거나 원한다면 일정 길이의 시트 자재로부터 감을 수 있다. 라이저는 예를들어 금속 압연 또는 용접에 의하여, 또는 몇가지 다른 유사하고 적합한 수단에 의해 재분배 판에 고정된다. 리이저는 하부 립과 상부 사이에 재분배 판 전역에 유체 전달 수단을 제공하는 내부 통로(136)를 가진다. 각 버블 캡이 각 구멍에 연결되는 바람직한 일예에서, 라이저의 내부 통로는 재분배 판 전역에 실질적으로 유체 전달의 유일한 수단을 제공한다.
캡(140)은 라이저 상부를 둘러싸고 있으나 라이저로부터 일정 간격으로 떨어져 있어서 버블 캡 고리(또는 고리 공간)를 한정한다. 캡은 하방으로 확장되는 스커트(skirt)(144)에서 재분배 판의 상부 표면 위에서 종료되고 스커트와 재분배 판의 상부 표면 사이에 갭을 형성하는 캡의 주변 둘레에서 종료되는 상부벽(142)을 포함한다. 바람직하게도, 캡은 본 발명에서 참고문헌에 속하는, 미국특허 제 3,218,249 호에서 제시된 것과 같이 캡의 가장 낮은 외부 주변에 복수의 슬롯(146)을 가지고 있다. 슬롯은 기체 또는 증기가 고리로 흐르게 한다. 슬롯은 또한 캡과 라이저에 의해 한정된 고리 공간내 액체 수준이 재분배 판 상의 액체 수준 보다 높도록 압력 강하를 제공한다. 고리 공간에서 보다 높은 액체 수준은 재분배 판상의 액체 수준의 불규칙성을 상쇄하고 각 버블 캡을 통해 실질적으로 균일한 기체-액체 유류, 및 기체와 액체의 실질적으로 균일한 혼합을 보장할 것이다.
적어도 한 개의 스페이서(spacer)(148)가 라이저와 캡 두가지를 서로 일정 간격의 관계로 유지되도록 중간에 위치한다. 스페이서 또는 스페이서들은 또한 라이저와 캡이 서로 원심 관계로 유지되도록 배치될 수 있다. 스페이서는 캡의 상부벽이 스페이서상에 놓여 있도록 라이저, 캡, 또는 두가지 모두에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 스페이서가 방사상으로 외부 확장되어 라이저에 대해 캡이 실질적으로 중앙에 위치하도록 유지된다.
버블 캡 디자인은 트레이가 완전히 평탄하지 않거나 트레이 전역에서 액체 깊이의 차이가 잇을 때조차 균일한 액체 분배를 가능하게 한다. 추가로, 액체와 기체상은 굴뚝형 분배기와 비교하여 보다 완전히 접촉된다. 이러한 사실은 반응물의 열평형 수준을 증가시킨다.
조작에 있어서, 액체상이 조분배 네트워크로부터 낙하됨에 따라 중력에 의해 증기(또는 기체)상으로부터 실질적으로 유리된 액체상은 버블 캡의 슬롯 깊이 아래 수준으로 재분배 판상에 충진되며, 이 수준은 캡당 기체 유속에 의해 우선적으로 결정된다. 물론, 일부의 슬롯 개구부가 액체 표면 위에 노출되어 기체가 통과하도록할 필요가 있다.
통상적으로 아주 적은, 반응기에서 재분배 트레이를 통한 압력 강하는 캡 아래에 있는 기체를 슬롯을 통과하게 또는 캡 밑에 있게 한다. 기체는 기체가 슬롯을 통과하거나 캡 밑에 있을 때 트레이의 표면상에 존재하는 액체를 연행한다. 그후 유체(기체와 액체)는 캡과 라이저 사이의 고리를 통해 상방으로 흐르며, 방향을 바꾸어 라이저에 의해 한정된 통로를 통해 흐른다. 라이저의 하부는 판에 있는 구멍을 통해 확장되어 액체 유리를 위한 드립 에지를 구비하고 있다.
버블 캡이 촉매 표면 전역에서 유체를 만족스럽게 분배할 수 있지만, 본 발명은 재분배 판을 나온 유체 드립 유류의 수를 증가시켜 추가로 촉매 표면 전역에서 유체의 균형 있는 분배를 증가시킨다고 에상된다. 따라서, 바람직한 일예에서, 본 발명은 적어도 일부의 버블 캡에 연결되고 연결된 버블 캡 밑에 위치한 적어도 일부의 횡방향 드립 트레이(150)를 구비하는 것이 예상된다. 바람직하게는, 각 드립 트레이는 각 버블 캡에 연결되고 이 버블 캡 바로 밑에 위치하여 그 캡으로부터 액체를 수집하고 드립 트레이 없이 성취될 수 있는 것 보다 더 미세 분할되고 보다 균형있는 패턴으로 액체를 분배한다.
드립 트레이(150)하부(152)와 하부로부터 상방으로 확장되는 복수의 측벽(154)으로 구성된다. 하부는 적어도 한 개의 배출구(156)를 가지고 있으며, 바람직하게는 드립 기류의 수를 효과적으로 배가하도록 적어도 두 개의 배출구를 가지고 있다. 도 6B에 도시한 바와 같이, 드립 트레이의 하부는 코너에 비교적 가가이 배치된 복수의 배출구를 가지고 있어서 드립 트레이로부터 액체를 고르게 배출한다. 그러나, 다양한 방법 또는 기구가 드립 기류의 수를 배가하는 목적을 성취하는데 적합할 수 잇다는 사실이 인정될 것이다.
드립 트레이는 예를들어 용접에 의해 재분배 판에 고정된다. 도 6B는 재분배 판의 하부측에 고정되어 있는 드립 트레이로부터 상방으로 확장되는 고엊 태브(tab)(158)를 도시한다. 물론, 다른 적합한 결합 방법이 사용될 수 있다. 드립 트레이는 라이저의 하부 개구부로부터 떨어져 있으며 횡방향 방식으로 배향되어 있다. 드립 트레이(또는 트레이들)의 횡방향 위치는 하방으로 이동되는 액체가 드립 트레이내에 축적되도록 하며 그후 배출구를 통해 적어도 한 개, 및 바람직하게는 한 개 이상의 기류로 트레이로부터 배출되게 한다. 바람직하게는, 드립 트레이는 재분배 판으로부터 약 1 내지 2 인치 거리로 떨어져 있다.
도 7과 관련하여, 드립 가이드를 가진 드립 트레이(200)의 별도 일예가 도시되어 있다. 드립 트레이(200)는 드립 트레이의 하부(207)에 형성된 배출구(206)으로부터 낙하된 배출 액체를 보호하고 안내하도록 각 코너(204)에 위치한 드립 가이드(202)와 함께 도시되어 있다.
드립 트레이의 다른 일예가 도 8에 도시되어 있다. 이 일예에서, 드립 트레이(210)는 하부 표면(22)를 둘러사는 측벽(211)으로 구성된다. 복수의 배출구(216)가 드립 트레이의 코너(218)에 비교적 가까이 위치하고 있다. 드립 트레이의 하부는 또한 여러개의 결각부(indentation)(220)가 있어서 배출구로 외부 선도되는 유류 채널의 패턴을 형성하고 추가로 배출구를 통해 액체의 대등한 분배를 증가시킨다. V-형 노치(222)가 측벽의 상부 코너에 구비되어 있어서 액체 유속이 큰 경우에 드립 트레이로부터 오버플로우(overflow)를 조정할 수 있다.
드립 트레이의 또다른 별도의 일예에서, 도 9에서는 x-형을 가진 드립 트레이(230)를 도시하고 있다. 이 일에에서, 드립 트레이(230)는 각각 제어된 플로우 면적을 한정하는 측벽부(232)를 가진 네 개의 암(arm)(231)으로 구성된다. 배출구(234)가 수집된 액체의 배출을 위해 드립 트레이의 각 코너 단부에 구비되어 있다.
드립 트레이의 다양한 별도 형태가 예시된 바 있지만, 본 기술의 숙련가는 배출 지점의 다중도를 통해 액체를 수집하고 분배하는데 적합한 형태가 사용될 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 본 기술의 숙련가는 또한 특정 반응 용기를 위해 원하는 성능 변수에 일치하도록 필요하다면 대칭성과 플로우 균형을 성취하기 위해 드립 트레이를 변형시킬 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 따라서 드립 트레이는 촉매층 아래로 들어가는 액체 유류를 보다 미세하게 분할할 것이다.
상기에 기재된 버블 캡 디자인은 재분배 판이 완전한 수평이 아니거나 판의 표면 전역에서 액체 깊이의 차이가 있을 때조차 실질적으로 균일한 액체 분배를 제공한다는 사실이 확인될 것이다. 추가로, 액체와 기체상은 특히 선행 기술의 굴뚝형 분배기와 비교하여 보다 완전한 접촉을 이룰 것이다. 따라서, 반응물, 즉 기체와 액체의 열평형 수준이 증가된다.
본 발명이 와류 챔버, 조분배 네트워크, 및 분배장치를 포함하는 유일한 급랭존 혼합장치를 제공하는 것과 관련하여 기재되었지만, 본 발명은 또한 공지의 급랭존 혼합장치의 개선이 예상된다. 구체적으로, 개락 분배 네트워크가 혼합 챔버와 분배장치 사이에 삽입된다. 조분배 네트워크는 외부 확장되는 채널과 유체 연결되는 스플레시 판을 포함한다. 바람직하게는, 채널은 스플레시 판으로부터 방사상으로 외부 확장된다.
스플레시 판은 혼합 챔버의 출구 개구부 또는 개구부들 밑에 위치하며 혼합 챔버로부터 유체(예를들어, 액체)를 수집한다. 스플레시 판은 스플레시 판이 채널과 교차하는 곳을 제외하고 얕은 면을 가질 수 있다. 바말 판에 축적되는 유체는 채널로 그리고 방사상으로 외부로 흐를 것이다. 스플레시 판은 바람직하게는 일부의 구멍을 가지며 채널은 바람직하게는 일정 간격으로 떨어져 있는 노치를 가진 측벽을 포함하여 유체가 채널을 나오게 한다. 바라직하게는, 노치의 형태와 위치는 분배장치의 표면 전역에서 유체의 균형있는 분산을 제공한다.
추가로, 본 발명은 급랭존 혼합장치와 연결되지 않은 상기에 기재된 분배장치에 관한 것이다. 예를들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 분배장치(120)는 반응기 상부 근체에 구비될 수 있다. 이 일예에서, 분배장치는 위에서 유체를 수집하고, 이 유체를 재분배 판의 상부 표면 전역에 고르게 분배한다음, 추가로 유체를 반응기의 하류부로 하방 분배할 것이다. 분배장치가 반응기의 상부 근처에 위치하도록 도시되어 있지만, 본 기술의 숙련가는 이 장치가 반응기에서 필요한 곳에 적절히 위치할 수 있다는 사실을 이해할 것이다.
본 발명은 또한 유체를 기체와 접촉하는 방법에 상기에 기재된 급랭존 혼합장치의 일예를 이용하는 것이 예상된다. 바람직하게는, 이 방법은 입자 형태 고형물, 예를들어 촉매 입자의 이격된 두 개의 연속 층 사이에 반응기 일부에서 일어난다. 이 방법은 본 발명의 급랭존 혼합장치를 통해 기체와 함께 유체를 통과시키는 것을 포함하며, 이 장치는 두 개 연속 층 사이에 위치하고 있다.
다른 일예에서, 이 방법은 와류 챔버상에 구비된 복수의 입구 개구부로 유체를 도입하는 것을 포함한다. 와류 챔버는 와류 챔버 외부로 유체 전단 수단을 제공하는 구멍을 포함하는 천장과 바닥 사이에 배치된 벽을 포함한다. 벽은 와류 챔버의 내부를 한정한다. 유체를 또한 와류 챔버로 도입되는 급랭 유체와 혼합하여 와류 챔버 유체 혼합물을 생성한다. 와류 챔버 유체 혼합물을 와류 챔버 외부로 이동시키고 와류 챔버 밑에 배치된 조분배 네트워크상에 수집한다. 개랙 분배 네트워크는 스플레시 판과 외부로 확장되는 채널을 포함하며, 여기서 스플레시 판은 와류 챔버 유체 혼합물을 수집하고 이것을 채널을 통해 그리고 조분배 네트워크 밑에 배치된 분배장치 위로 방사상으로 분배하는데 적합하다. 분배장치는 적어도 일부의 버블 캡이 적어도 일부의 구멍과 연결된 복수의 구멍과 복수의 버블 캡을 가진 재분배 판을 포함하며 와류 챔버 유체 혼합물을 수집한다. 수집된 와류 챔버 유체 혼합물을 구멍과 버블 캡을 경유하여 재분배 판을 통해 이동시킨다.
바람직하게는, 실질적으로 횡방향의 복수 드립 트레이는 재분배 판 밑에 위치하고 적어도 일부의 버블 캡과 연결된 적어도 일부의 드립 트레이로서 구비되며, 여기서 드립 트레이는 버블 캡을 나온 유체를 받아서 이것을 드립 트레이에 있는 적어도 한 개의 배출구를 통해 분배한다. 기체가 유체에 존재하면, 버블 캡에서 그리고 드립 트레이 위에서 유체로부터 기체의 분리가 적어도 어느 정도 일어난다.
전반적으로 제시된 바와 같이, 상기에 기재된 일예는 중요한 여러 가지 장점을 제공한다. 중요하게는, 징치 전역에서 전체 압력 강하는 기체와 액체의 우수한 혼합과 분배를 성취하면서 정상적일 것이다.
경사지는 유체(예를들어, 액체) 수집 트레이를 구비함으로써, 트레이상에 액체의 체류 시간이 최소화되며 이것은 액체의 열분해를 감소시키고 일정 공정에서 코크스화 및 다핵 방향족 화합물의 전구체 형성을 감소시킨다.
와류 챔버의 측벽상에 이격된 입구 개구부의 존재는 급랭존 혼합장치의 전체 연직 높이를 감소시킨다. 추가로, 측면 입구 개구부를 구비함으로서, 급랭 유체가 또한 와류 챔버의 측면으로 도입되며 이것은 또한 장치의 전체 연직 높이를 최소화하는데 도움이 된다. 그 결과, 반응 용기의 높이가 감소될 수 있으며, 이로서 반응기 용기의 자재비를 감소시킨다.
배플을 구비한 경우, 유체가 하방으로 그리고 원주방향으로 향하며 와류 챔버의 측면으로 도입되는 급랭 유체에 의해 원전한 접촉이 일루어질 수 있어서 두가지 유체의 효율적인 혼합과 평형을 제공한다. 더구나, 다수의 입구 개구부로부터 유체와 급랭 유체, 두가지 모두의 와류 플로우를 생성함으로써, 용기의 모둔 부분에서 유체의 완전한 혼합이 성취될 수 있어서 한 개의 촉매 층에서 다음 촉매층으로 핫존 전달을 최소화할 것이다.
배블이 와류 챔버의 내부에 결합되는 바람직한 일예에서, 정비 중에 배블을 제거할 필요가 없을 것이다. 따라서, 와류 챔버가 쉽게 유지될 수 있다.
상기에 제시한 바와 같이, 바람직한 일예에서 조분배 네트워크는 방사상 빔에 결합되는 채널을 포함한다. 채널은 위로부터 재분배 트레이로 접근을 방해하지 않을 것이며, 따라서 재분배 트레이의 세정이 필요할 때 정비를 용이하게 할 것이다. 추가로, 필요한 각 피스(pieces)의 수가 감소되며 차례로 자재비, 조립 시간 및 정비 경비를 감소시킬 것이다.
상기에 기재된 지지체 구조를 포함함으로써, 다수 지지체 링 또는 내부 스커트가 필요없을 것이므로 반응기 디자인과 조립이 단순해질 것이다. 더구나, 내부 스커트를 필요로 하지 않음으로서, 반응기의 전체 내부 표면이 검사에 이용될 것이다.
바람직한 일예에서, 드립 트레이가 재분배 트레이상의 각 버블 캡과 함께 사용된다. 버블 캡은 재분배 트레이 밑의 단면 위에서 기체와 액체의 양호한 분배를 제공한다. 드립 트레이는 액체 분배 지점을 배가함으로써 액체 분배를 증가시킨다. 드립 트레이는 또한 빔 또는 벽 지지체 링과 같은 고정 내부재 밑에서 통상의 버블 캡에 의해 또는 굴뚝형 분배장치에 의해 도달될 수 없는 습윤한 영역으로 확장될 수 있다.
상기에 기재된 일예에 광범위한 변경과 수정이 이루어질 수 있다는 사실이 이해된다. 따라서 이전의 기술은 본 발명을 한정하기 보다는 예시하는 것으로 의도되며, 본 발명을 한정하는 것은 모든 대등한 발명을 포함하여, 다음 청구범위이다.

Claims (68)

  1. a. 와류 챔버 외부로 유체를 전달하는 수단을 제공하는 구멍을 포함하는, 천장과 바닥 사이에 배치된 벽을 포함하고, 이 벽은 와류 챔버의 내부를 한정하며, 와류 챔버는 추가로 와류 챔버로 유체를 전달하는 수단을 제공하는 복수의 개구부를 포함하는 와류 챔버;
    b. 스플레시 판과 외부로 확장되는 채널을 포함하며, 여기서 스플레시 판은 구멍을 나온 유체를 수집하고 이 유체를 채널을 통해 방사상으로 분배하는데 적합한, 와류 챔버 밑에 배치된 조분배 네트워크; 및
    c. 버블 캡의 적어도 일부가 구멍의 적어도 일부에 연결된 복수의 구멍과 복수의 버블 캡을 가진 판을 포함하는 조분배 네트워크 밑에 배치된 분배장치를 포함하는 급랭존 혼합장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 와류 챔버 내부에 위치하고 유입 유체를 수용하여 와류 챔버 주위에 원주로 향하게 하는 개구부와 통하는 복수의 배플을 추가로 포함하는 급랭존 혼합장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 각 배플이 추가로
    a. 개구부의 하부에 인접하여 위치하고 와류 챔버벽의 내부에 결합된 하부 접선 램프;
    b. 이 접선 램프의 원심 단부로부터 상방으로 확장되는 충돌벽; 및
    c. 접선 램프로부터 상방으로 확장되고 충돌벽과 와류 챔버벽에 직각인 단부벽을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 배플이 유입 유체가 와류 챔버벽에 접선으로 향하도록 입구 개구부에 수직인 원주 개구부를 포함하는 급랭존 혼합장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 충돌벽이 접선 램트의 원심 단부로부터 천장으로 확장되는 급랭존 혼합장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 원주 개구부가 각 배플에 대해 동일한 방향인 급랭존 혼합장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 와류 챔버의 바닥 위에 분지를 한정하는 구멍의 주변 둘레에 형성된 둑을 추가로 포함하는 급랭존 혼합장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 드립 트레이의 적어도 일부가 판 밑에 위치하고 버블 캡 적어도 일부에 연결된 복수의 드립 트레이를 추가로 포함하며, 드립 트레이가 버블 캡을 나온 유체를 수용하고 이 유체를 드립 트레이내 적어도 한 개의 배출구를 통해 분배하는 급랭존 혼합장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 드립 트레이가 추가로 적어도 두 개의 배출 지점을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 추가로 와류 챔버를 둘러싸는 원뿔대-원뿔형 액체 수집 트레이를 포함하며, 이 액체 수집 트레이가 와류 챔버 위에 위치한 촉매층으로부터 유체를 수집하고 이 유체를 개구부로 향하게 하는 급랭존 혼합장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 액체 수집 트레이가 와류 챔버벽에 인접하고 개구부의 하부에 인접하여 위치한 한 단부와 하방으로 경사지는 원뿔 표면을 한정하는 이 한 단부 위 연직 높이에 다른 단부를 가진 급랭존 혼합장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 추가로 다음 요소를 포함하는 급랭 유체 시스템을 포함하는 급랭존 혼합장치:
    a. 급랭 유체 공급 파이프;
    b. 와류 챔버를 둘러싸는 원심 급랭 유체 매니폴드; 및
    c. 방사상으로 내부 확장되고 와류 챔버벽을 통해 확장되는 노즐에서 종료되며, 각 노즐 단부가 급랭 유체를 배플로부터 낙하된 유류로 향하게 하는 배출 개구부를 가진, 복수의 급랭 유체 측면부.
  13. 제 12 항에 있어서, 각 노즐이 노즐로부터 배출된 급랭 유체를 연결된 배플로부터 낙하된 유류로 향하게 하도록 각 배플과 연결되는 급랭존 혼합장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 스플레시 판이 추가로 복수의 구멍을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 채널이 이격된 복수의 노치를 가진 측벽을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 각 버블 캡이 판을 통해 유체를 전달하는 유일한 수단을 제공하는 판의 각 구멍에 연결되고 각 드립 트레이가 각 버블 캡과 연결되어 횡방향으로 고정되어 있는 급랭존 혼합장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 버블 캡이
    a. 판의 구멍내에 위치한 하단부와 단부들 사이에 통로를 한정하는 상단부를 가진 라이저;
    b. 라이저의 상단부 위에 위치하고, 상부와 하방으로 확장되는 스커트부를 가진 캡; 및
    c. 라이저의 상단부와 캡 사이에 갭을 유지하는 라이저와 캡 사이에 위치한 스페이서를 포함하는 급랭존 혼합장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 캡이 이격된 복수의 슬롯을 가진 급랭존 혼합장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 장치가 반응기 용기내에 위치하고 추가로 다음 요소를 포함하는 지지체 구조를 포함하는 급랭존 혼합장치:
    a. 원심 허브; 및
    b. 원심 허브로부터 반응기 용기에 결합된 단일 지지체 링으로 방사상으로 외부 확장되고, 와류 챔버를 지지하는 제일 세트의 방사상 빔.
  20. 제 19 항에 있어서, 빔이 분배장치를 지지하는 플렌지를 가진 급랭존 혼합장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 채널이 빔 위에 구비되어 있는 급랭존 혼합장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 추가로 제일 세트의 방사상 빔의 상부에 위치한 제이 세트의 방사상 빔을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  23. 제 1 항에 있어서, 장치가 반응기 용기내에 위치하고 추가로 다음 요소를 포함하는 지지체 구조를 포함하는 급랭존 혼합장치:
    a. 원심 허브; 및
    b. 원심 허브로부터 반응기 용기에 결합된 단일 지지체 링으로 방사상으로 외부 확장되고, 와류 챔버를 지지하는 단일 세트의 방사상 빔.
  24. 두 개의 촉매층, 상류 및 하류 촉매층 사이에 삽입된 급랭존 혼합장치를 포함하는 반응기로서, 급랭존 혼합장치가
    a. 와류 챔버 외부로 유체를 전달하는 수단을 제공하는 구멍을 포함하는, 천장과 바닥 사이에 배치된 벽을 포함하고, 이 벽은 와류 챔버의 내부를 한정하며, 와류 챔버는 추가로 와류 챔버로 유체를 전달하는 수단을 제공하는 복수의 개구부를 포함하는 와류 챔버;
    b. 스플레시 판과 외부로 확장되는 채널을 포함하며, 여기서 스플레시 판은 구멍을 나온 유체를 수집하고 이 유체를 채널을 통해 방사상으로 분배하는데 적합한, 와류 챔버 밑에 배치된 조분배 네트워크; 및
    c. 버블 캡의 적어도 일부가 구멍의 적어도 일부에 연결된 복수의 구멍과 복수의 버블 캡을 가진 판을 포함하는 조분배 네트워크 밑에 배치된 분배장치를 포함하는 반응기.
  25. 제 24 항에 있어서, 급랭존 혼합장치가 와류 챔버 내부에 위치하고 유입 유체를 수용하여 와류 챔버 주위에 원주로 향하게 하는 개구부와 통하는 복수의 배플을 추가로 포함하는 반응기.
  26. 제 25 항에 있어서, 각 배플이 추가로
    a. 입구 개구부의 하부에 인접하여 위치하고 와류 챔버벽의 내부에 결합된 하부 접선 램프;
    b. 이 접선 램프의 원심 단부로부터 상방으로 확장되는 충돌벽; 및
    c. 접선 램프로부터 상방으로 확장되고 충돌벽과 와류 챔버벽에 직각인 단부벽을 포함하는 반응기.
  27. 제 26 항에 있어서, 배플이 유입 유체가 와류 챔버벽에 접선으로 향하도록 입구 개구부에 수직인 원주 개구부를 포함하는 급랭존 혼합장치.
  28. 제 26 항에 있어서, 충돌벽이 접선 램트의 원심 단부로부터 천장으로 확장되는 급랭존 혼합장치.
  29. 제 27 항에 있어서, 원주 개구부가 각 배플에 대해 동일한 방향인 반응기.
  30. 제 24 항에 있어서, 급랭존 혼합장치가 와류 챔버의 바닥 위에 분지를 한정하는 구멍의 주변 둘레에 형성된 둑을 추가로 포함하는 반응기.
  31. 제 24 항에 있어서, 급랭존 혼합장치가 추가로 와류 챔버를 둘러싸는 원뿔대-원뿔형 액체 수집 트레이를 포함하며, 이 액체 수집 트레이가 촉매층 위에서 나온 유체를 수집하고 이 유체를 개구부로 향하게 하는 반응기.
  32. 제 31 항에 있어서, 액체 수집 트레이가 와류 챔버벽에 인접하고 개구부의 하부에 인접하여 위치한 한 단부와 하방으로 경사지는 원뿔 표면을 한정하는 이 한 단부 위 연직 높이에 다른 단부를 가진 반응기.
  33. 제 24 항에 있어서, 급랭존 혼합장치가 추가로 다음 요소를 포함하는 급랭 유체 시스템을 포함하는 반응기:
    a. 급랭 유체 공급 파이프;
    b. 와류 챔버를 둘러싸는 원심 급랭 유체 매니폴드; 및
    c. 방사상으로 내부 확장되고 와류 챔버벽을 통해 확장되는 노즐에서 종료되며, 각 노즐 단부가 급랭 유체를 배플로부터 낙하된 유류로 향하게 하는 배출 개구부를 가진, 복수의 급랭 유체 측면부.
  34. 제 33 항에 있어서, 각 노즐이 노즐로부터 배출된 급랭 유체를 연결된 배플로부터 낙하된 유류로 향하게 하도록 각 배플과 연결되는 반응기.
  35. 제 24 항에 있어서, 스플레시 판이 추가로 복수의 구멍을 포함하는 반응기.
  36. 제 24 항에 있어서, 채널이 이격된 복수의 노치를 가진 측벽을 포함하는 반응기.
  37. 제 24 항에 있어서, 판이 와류 챔버 밑에 용기내에 실질적으로 횡방향으로 고정되며, 판이 하단부로부터 용기의 상단부를 분리하는 용기 단면을 가로질러 확장되는 반응기.
  38. 제 24 항에 있어서, 드립 트레이의 적어도 일부가 판 밑에 위치하고 버블 캡 적어도 일부에 연결된 복수의 드립 트레이를 추가로 포함하며, 드립 트레이가 버블 캡을 나온 유체를 수용하고 이 유체를 드립 트레이내 적어도 한 개의 배출구를 통해 분배하는 반응기.
  39. 제 38 항에 있어서, 드립 트레이가 추가로 적어도 두 개의 배출구를 포함하는 반응기.
  40. 제 24 항에 있어서, 각 버블 캡이 판을 통해 유체를 전달하는 유일한 수단을 제공하는 판의 각 구멍에 연결되고 각 드립 트레이가 각 버블 캡과 연결되어 횡방향으로 고정되어 있는 반응기.
  41. 제 40 항에 있어서, 버블 캡이
    a. 판의 구멍내에 위치한 하단부와 단부들 사이에 통로를 한정하는 상단부를 가진 라이저;
    b. 라이저의 상단부 위에 위치하고, 상부와 하방으로 확장되는 스커트부를 가진 캡; 및
    c. 라이저의 상단부와 캡 사이에 갭을 유지하는 라이저와 캡 사이에 위치한 스페이서를 포함하는 반응기.
  42. 제 41 항에 있어서, 캡이 이격된 복수의 슬롯을 가진 급랭존 혼합장치.
  43. 제 24 항에 있어서, 추가로 다음 요소를 포함하는 지지체 구조를 포함하는 반응기:
    a. 원심 허브; 및
    b. 원심 허브로부터 반응기 용기에 결합된 단일 지지체 링으로 방사상으로 외부 확장되고, 와류 챔버를 지지하는 제일 세트의 방사상 빔.
  44. 분배장치 위에 배치된 급랭존 혼합 챔버를 포함한 급랭존 혼합장치를 포함한 반응기에 있어서, 급랭존 혼합 챔버와 분배장치 사이에 조분배 네트워크를 삽입하고, 조분배 네트워크가 외부로 확장되는 채널과 유체 전달되는 스플레시 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  45. 제 44 항에 있어서, 채널이 추가로 이격된 복수의 노치를 가진 측벽을 포함하는 반응기.
  46. 제 44 항에 있어서, 스플레시 판이 추가로 복수의 구멍을 포함하는 반응기.
  47. 분배장치 위에 배치된 급랭존 혼합 챔버를 포함한 급랭존 혼합장치에 있어서, 급랭존 혼합 챔버와 분배장치 사이에 조분배 네트워크를 삽입하고, 조분배 네트워크가 외부로 확장되는 채널과 유체 전달되는 스플레시 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  48. 제 47 항에 있어서, 채널이 추가로 이격된 복수의 노치를 가진 측벽을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  49. 제 47 항에 있어서, 스플레시 판이 추가로 복수의 구멍을 포함하는 급랭존 혼합장치.
  50. a. 복수의 구멍을 가진 판;
    b. 버블 캡 적어도 일부가 구멍 적어도 일부에 연결된 복수의 버블 캡을 포함하는 분배장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 각 버블 캡이 각 구멍에 연결되는 분배장치.
  52. 제 50 항에 있어서, 드립 트레이의 적어도 일부가 판 밑에 위치하고 버블 캡 적어도 일부에 연결된 복수의 드립 트레이를 추가로 포함하며, 드립 트레이가 버블 캡을 나온 유체를 수용하고 이 유체를 드립 트레이내 적어도 한 개의 배출구를 통해 분배하는 분배장치.
  53. 제 52 항에 있어서, 드립 트레이가 추가로 적어도 두 개의 배출 지점을 포함하는 분배장치.
  54. 제 50 항에 있어서, 각 버블 캡이 판을 통해 유체를 전달하는 유일한 수단을 제공하는 판의 각 구멍에 연결되고 각 드립 트레이가 각 버블 캡과 연결되어 횡방향으로 고정되어 있는 분배장치.
  55. 제 54 항에 있어서, 버블 캡이
    a. 판의 구멍내에 위치한 하단부와 단부들 사이에 통로를 한정하는 상단부를 가진 라이저;
    b. 라이저의 상단부 위에 위치하고, 상부와 하방으로 확장되는 스커트부를 가진 캡; 및
    c. 라이저의 상단부와 캡 사이에 갭을 유지하는 라이저와 캡 사이에 위치한 스페이서를 포함하는 분배장치.
  56. 제 55 항에 있어서, 캡이 이격된 복수의 슬롯을 가진 분배장치.
  57. 적어도 한 개의 촉매층과 이 촉매층 위에 위치한 분배장치를 가진 반응기로서, 분배장치가
    a. 복수의 구멍을 가진 판;
    b. 버블 캡 적어도 일부가 구멍 적어도 일부에 연결된 복수의 버블 캡을 포함하는 반응기.
  58. 제 57 항에 있어서, 각 버블 캡이 각 구멍에 연결되는 반응기.
  59. 제 57 항에 있어서, 드립 트레이의 적어도 일부가 판 밑에 위치하고 버블 캡 적어도 일부에 연결된 복수의 드립 트레이를 추가로 포함하며, 드립 트레이가 버블 캡을 나온 유체를 수용하고 이 유체를 드립 트레이내 적어도 한 개의 배출구를 통해 분배하는 반응기.
  60. 제 59 항에 있어서, 드립 트레이의 적어도 일부가 추가로 적어도 두 개의 배출 지점을 포함하는 분배장치.
  61. 제 57 항에 있어서, 각 버블 캡이 판을 통해 유체를 전달하는 유일한 수단을 제공하는 판의 각 구멍에 연결되고 각 드립 트레이가 각 버블 캡과 연결되어 횡방향으로 고정되어 있는 분배장치.
  62. 제 61 항에 있어서, 버블 캡이
    a. 판의 구멍내에 위치한 하단부와 단부들 사이에 통로를 한정하는 상단부를 가진 라이저;
    b. 라이저의 상단부 위에 위치하고, 상부와 하방으로 확장되는 스커트부를 가진 캡; 및
    c. 라이저의 상단부와 캡 사이에 갭을 유지하는 라이저와 캡 사이에 위치한 스페이서를 포함하는 분배장치.
  63. 제 62 항에 있어서, 캡이 이격된 복수의 슬롯을 가진 분배장치.
  64. 다음 단계를 포함하는 반응기에서 유체 반응물을 접촉시키는 방법:
    a. 와류 챔버 위의 위치에서 제일 유체를 반응기로 도입하고;
    b. 제일 유체를 와류 챔버로 도입하고;
    c. 제이 유체를 와류 챔버로 도입한다음 제일 유체를 제이 유체와 접촉시켜 와류 챔버 유체 혼합물을 형성하고;
    d. 와류 챔버의 출구로부터 나온 와류 챔버 유체 혼합물을 수집하고;
    e. 스플레시 판과 외부로 확장되는 채널을 포함하는 조분배 네트워크를 통해 와류 챔버 유체 혼합물을 분배하고;
    f. 버블 캡의 적어도 일부가 구멍의 적어도 일부에 연결된 복수의 구멍과 복수의 버블 캡을 가진 재분배 판을 포함하는 분배장치상에 외부로 확장되는 채널을 나온 유체 혼합물을 통과시킨다음;
    g. 재분배 판을 통해 유체 혼합물을 이동시켜 재분배 트레이 유체 혼합물을 형성한다.
  65. 제 64 항에 있어서, 추가로 다음 단계를 포함하는 방법:
    a. 드립 트레이의 적어도 일부가 재분배 판 밑에 위치하고 버블 캡의 적어도 일부에 연결된 실질적으로 횡방향의 복수 드립 트레이 위에 재분배 트레이 유체 혼합물을 수집한다음;
    b. 수집된 재분배 트레이 유체 혼합물을 드립 트레이에서 적어도 한 개의 배출구를 통해 분해한다.
  66. 다음 단계를 포함하는 반응기의 제일 층으로부터 반응기의 제이 층으로 유체를 이동시키는 방법:
    a. 반응기의 제일 층으로부터 유체를 와류 챔버로 도입하고;
    b. 와류 챔버로부터 유체를 제거하고 이 유체를 스플레시 판과 외부로 확장되는 채널을 포함한 조분배 네트워크로 도입한다음;
    c. 버블 캡의 적어도 일부가 구멍의 적어도 일부에 연결된 복수의 구멍과 복수의 버블 캡을 가진 재분배 판을 포함하는 분재장치 위에 유체를 방사상으로 분배한다음;
    d. 유체를 재분배 판을 통해 반응기의 제이 층으로 이동시킨다.
  67. 제 66 항에 있어서, 추가로 다음 단계를 포함하는 방법:
    a. 제이 유체를 와류 챔버로 도입한다음;
    b. 제일 유체를 제이 유체와 접촉시켜 와류 챔버 유체 혼합물을 형성한다.
  68. 제 68 항에 있어서, 추가로 다음 단계를 포함하는 방법:
    a. 재분배 판을 통해 이동된 유체를 드립 트레이의 적어도 일부가 재분배 판 밑에 위치하고 버블 캡의 적어도 일부에 연결된 실질적으로 횡방향의 복수 드립 트레이상에 수집한다음;
    b. 드립 트레이에서 적어도 한 개의 배출구를 통해 유체를 분배한다.
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