KR20040021652A - 촉매 또는 흡수제 베드 - Google Patents

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Abstract

고온에서의 작용하는 입상 촉매 또는 흡수제 재료(10)를 보유하며, 일련의 열 팽창-열 수축 사이클을 통해 베드의 경계면에서 상기 촉매 또는 흡수제의 깊이를 유지하는 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 경사진 형상화된 경계 부재(16)를 가지는 고정식 베드가 설명된다. 베드 깊이를 유지함으로써, 형상화된 경계 부재(16)는 예컨대 입상 암모니아 산화 촉매의 베드를 통과하는 암모니아의 우화를 방지할 수 있다.

Description

촉매 또는 흡수제 베드{Catalyst or Sorbent beds}
고정식 베드는 전체적으로, 프로세스 유체 불침투성 경계 부재에 의해 경계지어지고, 예컨대 베드를 통해 지나가는 프로세스 유체가 통과해 지나갈 수 있는 천공판, 그리드 또는 메쉬 같은 천공 부재 상에 배치된 압출물, 펠렛 또는 과립 등의 입상 재료의 형태의 촉매 또는 흡수제의 적어도 하나의 층을 포함한다. 베드는 용기 내에 배치되며, 이는 예컨대, 돌기를 사용해서 용기 벽에 의해서, 또는 바스켓이나 용기 벽에 부착된 프레임 구조체와 같은 프로세스 유체 불침투성 베드 지지 수단에 의해서 직접 지지된다.
경계 부재는 천공 부재에 고정될 수도 있고 고정되지 않을 수도 있다. 그렇지만, 경계 부재는 통상적으로 베드를 통과하는 유체 유동의 방향과 평행하여 입자들이 베드가 그 내부에 배치된 용기의 벽과 접촉하는 것을 방지한다. 베드가 상승된 온도 상태 하에 있는 경우, 상기 경계 부재는 고온의 입상 촉매 또는 흡수제로부터 용기 벽 또는 베드 지지 수단을 보호하기 때문에 열 차폐물로서 설명될 수 있다.
촉매 베드의 경우에는 변환, 흡수제 베드의 경우에는 흡수의 관점에서 일관된 작용을 제공하기 위해 촉매 또는 흡수제의 베드를 통과하는 기체 또는 액체의 유동은 균일한 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해 전체적으로 입자의 크기 및 특히 입자 층의 두께는 프로세스 유체가 유동할 베드를 통해 균일한 침투성을 달성하기 위해 신중하게 제어된다. 이는 특히 박형 고정식 베드, 즉, 용기 직경보다 작은 깊이를 가지는 베드에서 중요하다.
촉매 또는 흡수제 입자를 보유하는 고정식 베드, 특히 고온 상태 하에 있는 박형 고정식 베드가 당면하는 문제점은 입자가 경계 부재와 접촉하는 곳에서 예컨대 개시-차단 공정(start-up-shutdown procedure)에 의한 관련 베드의 열 팽창 및 수축이 베드가 경계 부재와 접촉하는 영역에서 특히 베드 깊이의 감소를 초래할 수 있다는 것이 발견된 것이다. 따라서, 베드를 통과하는 기체 유동 경로는 경계 부재 근방에서 보다 짧고 그러므로 베드를 통과하는 기체 또는 액체의 유동, 즉, 침투성은 이 영역에서 보다 높다.
베드를 통해 유동하는 유동 내의 이러한 증가는 유체와 촉매 또는 흡수제 사이의 접촉 시간을 감소시키고 유체가 우회하는 문제를 초래할 수 있다. 실질적으로 100 %의 변환이 요구되는 촉매 프로세스의 경우에, 이는 비반응종이 제품 흐름에 진입하는 것을 초래할 수 있고, 유사하게 오염물질의 실질적으로 완전한 제거를 요구하는 흡수제 베드의 경우에, 이는 소정의 하류 프로세스 및/또는 제품 내의 바람직하지 않은 오염물질의 존재를 초래할 수 있다.
본 발명은 촉매 또는 흡수제의 고정식 베드에 관한 것이며, 특히, 베드의 유효성을 증가시키기 위하여, 일련의 열 팽창-열 수축 사이클을 통해 베드의 깊이를 유지하기 위한 수단에 관한 것이다.
도1은 제1 실시예에 따른 원형 고정식 촉매 또는 흡수제 베드의 경계 영역의 단면을 도시한 개략도이다.
도2는 제2 실시예에 따른 원형 고정식 촉매 또는 흡수제 베드의 경계 영역의 단면을 도시한 개략도이다.
도3은 제3 실시예에 따른 원형 고정식 촉매 또는 흡수제 베드의 경계 영역의단면을 도시한 개략도이다.
형상화된 경계 부재의 사용이 일련의 열 팽창-열 수축 사이클을 통해 베드의 두께를 유지할 수 있고, 따라서 우회의 문제를 감소시킬 수 있다는 것이 발견되었다.
따라서, 본 발명은 천공 부재 상에 배치되고 프로세스 유체 불침투성 경계 부재에 의해 경계지어진 입상 재료를 포함하며 프로세스 유체가 통과해 지나가는 고정식 베드를 제공하며, 상기 경계 부재의 적어도 일부는 상기 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 20도 내지 70도 사이의 전체각에서 적어도 실질적으로 베드의 깊이에 대해 상기 입상 재료를 경계짓는다.
본 발명에서, 고정식 베드는 기상 또는 액상일 수 있는 프로세스 유체의 축방향 및/또는 반경 방향 유동 상태 하에 있을 수 있다. 양호하게, 본 발명의 베드는 축방향 유동 상태 하에 있으며, 프로세스 유체가 실질적으로 베드를 수직으로 통과해 지나가는 상태로 예컨대 용기 내에 실질적으로 수평으로 배치될 수 있다.
베드는 입자의 통행을 방지하기 위한 적절한 크기의 구멍을 가지는 천공판, 메쉬 또는 그리드와 같은 천공 부재 상에 배치된 촉매 또는 흡수제 입자를 포함한다. 또한, 불활성 입상 재료가 예컨대, 베드의 깊이의 일부를 형성하며 촉매 또는 흡수제 하방의 지지층으로서 존재할 수 있다. 베드는 연속적인 프로세스 유체 불침투성 경계 부재에 의해 경계지어진다. 베드는 예컨대, 용기 벽에 부착된 돌기를 사용하여 천공 부재 또는 경계 부재에 의하여 용기 벽에 의해, 또는 선택적으로 바스켓, 크레이들 또는 용기 벽에 부착된 프레임 구조체에 의해 지지될 것이다. 양호하게, 베드는 프로세스 유체 불침투성 바스켓 또는 용기 벽에 부착된 프레임 구조체에 의해 천공 부재에 의하여 지지된다. 이러한 수단은 베드, 용기 및 프로세스 유형에 따라서 변화하며, "베드 지지 수단"이라고 할 수 있다. 베드는 필요한 임무를 제공하는데 필요한 어떤 형상도 될 수 있다. 종종 베드 형상은 그 배치된 용기의 단면의 형상과 정합한다. 예컨대, 베드는 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 육각형 또는 팔각형 형상이 될 수 있다. 베드 폭은 0.25 m 내지 6 m의 범위 내에 있을 수 있고, 양호하게는 0.5 m 내지 3.5 m이다.
본 발명은 베드가 상대적으로 얇은 경우, 즉, 용기 직경보다 작은 깊이를 가지는 경우에 특히 유용하다. 양호하게 본 발명의 베드는 5 내지 500 mm 사이, 보다 양호하게는 25 내지 300 mm 사이, 가장 양호하게는 25 내지 100 mm 사이의 깊이를 가진다.
촉매 또는 흡수제 입자 또는 불활성 입상 지지 재료(만일 있다면)는 전체적으로 2 이하의 종횡비, 즉, 최대 치수를 최소 치수로 나눈 비를 가지는 구형, 미세 판형, 입방체형, 압출물, 원통형 펠렛, 과립 또는 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 형상이다. 입자의 크기는 기체 또는 액체와 촉매 또는 흡수제 사이의 바람직한 접촉 시간을 생성하기 위해 요구되는 대로 균일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 경계 부재의 크기 및 형상은 베드의 크기 및 용기 벽 또는 베드 지지 수단의 특성에 따라서 변화할 것이다. 본 발명의 경계 부재는 베드를 지지하는 천공 부재에 고정될 수도 있고 아닐 수도 있다. 양호한 실시예에서, 베드의 열 팽창 및 수축으로 인한 응력의 효과를 감소시키기 위해서, 경계 부재는 천공 부재에 고정되지 않는다. 이러한 실시예에서, 입상 재료가 경계 부재와 천공 부재 사이의 어떤 잔류 간격도 통해 지나가서, 적어도 베드의 실질적인 깊이까지 도달되어, 베드의 표면의 상방이나 하방에 있을 수 있는 적절한 위치에서 개별적으로 천공 부재를 지지하는 예컨대 바스켓 또는 용기 벽과 같은 베드 지지 수단에 부착될 수 없도록, 경계 부재는 촉매 또는 흡수제의 입자를 경계지을 것이다. 선택적으로, 상기 기술된 바와 같이, 경계 부재는 천공 부재에 부착될 수 있다. 아무리 경계 부재가 부착되더라도, 실질적으로 모든 프로세스 유체가 천공 부재 상에 배치된 입상 재료를 통과해 지나가기 위해 지향되도록 상기 및 소정의 베드 지지 수단은 베드의 주연부 둘레로 프로세스 유체 불침투성 장벽을 제공해야 한다.
경계 부재는 천공 부재로부터 적어도 베드의 깊이를 향해 연장하고 베드의 깊이에 대하여 베드를 통과하는 유체 유동의 흐름에 대해 20도 내지 70도 사이의 전체각 시타(θ)로 경사진다. 만일 전체각이 20도 이하라면 베드 깊이는 일련의 열 팽창-열 수축 사이클을 통해 유용하게 유지되지 않을 것이고, 만일 70도 이상이라면 베드의 잠재 표면 면적의 지나치게 많은 부분을 경계 부재가 차지하게 된다. 양호하게는 전체각은 베드를 통과하는 유체 유동의 흐름에 대해 20도 내지 60도 사이이다. "전체각"이라는 용어는 베드 본체를 통과하는 유체 유동의 실질적인 방향과 경계 부재의 하단부와 경계 부재가 실질적으로 베드의 상부면과 만나는 지점 사이를 잇는 직선 사이의 각도를 의미한다. 경계 부재는 실질적으로 천공 부재로부터 용기 벽 또는 베드 지지 수단까지 연장하는 적어도 하나의 면을 포함한다. 양호하게 경계 부재는 1 내지 50 개 사이의 면을 포함한다. 각 면은 다양한 형상일수 있으며, 예컨대, 직선 또는 곡선 및 바람직한 범위 내의 전체각을 제공하는 면의 소정 조합이 사용될 수 있다. 그렇지만, 소정 조합의 면은 입상 재료를 둘러싸지 않거나 프로세스 유체가 경계 부재와 접촉하는 입상 재료의 상당한 부분을 통해 유동하는 것을 방지하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 면이 곡선형인 경우, 면의 하단부는 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 90도 이상이 되지 않는 것이 바람직하다.
베드의 표면 하방에 적어도 하나의 단차부를 제공하는 면의 조합은 일련의 열 팽창 및 수축 사이클을 통해서 베드의 주연부의 깊이를 유지하는데 있어서 경계 부재의 성능을 개선할 수 있다. "단차부"라는 용어는 소정 거리, 예컨대, 베드의 깊이의 대략 10 내지 50 % 사이와 등가인 거리만큼 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대하여 그 바로 위의 면의 각보다 큰 각으로 베드 내로 연장하는 적어도 하나의 직선 또는 곡면을 의미한다. 양호하게는, 1 내지 10 개 사이의 단차부가 제공될 수 있다. 단차부는 동일하거나 상이한 크기일 수 있고 상이한 단차부를 포함하는 면은 베드의 본체를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 동일하거나 상이한 각도를 이룰 수 있다. 양호한 실시예에서, 하나의 단차부가 제공되며, 이는 베드의 깊이의 25 % 내지 75 % 사이의 깊이에 위치되는 것이 양호하다. 양호하게 상기 단차부 각도는 베드의 본체를 통과하는 유체 유동의 방향에 대하여 대략 90도이다.
경계 부재의 두께는 용기 및/또는 베드의 치수를 포함하는 많은 인자에 의존하지만, 양호하게는 1 내지 25 mm, 보다 양호하게는 1 내지 10 mm의 범위 내에 있다.
경계 부재는 촉매 또는 흡수제 프로세스의 조건하에서 사용하기에 적합한 소정의 재료로 제조될 수 있다. 통상적으로 경계 부재는 예컨대 310 스테인레스강과 같은 내식성 합금으로 제조된다.
단차부를 구비하거나 구비하지 않은 본 발명의 고정식 베드의 형상화된 경계 부재는 일련의 열 팽창-열 수축 사이클을 통해 베드를 포함한 입상 재료의 두께를 유지하여 반응물질 또는 오염물질의 우회의 가능성을 감소시키는 작용을 한다.
대체 실시예에서, 고정식 베드는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 실질적으로 천공 부재로부터 베드의 표면 상방의 지점까지 연장하는 제1 외부 경계 부재에 의해 경계 지어지는 입상 재료와, 상기 제1 경계 부재와 베드 표면의 아래의 천공 부재로부터 이격된 지점으로부터 베드 표면의 상방 지점까지 연장하는 제2 내부 경계 부재 사이에 배치된 입상 재료, 예컨대 촉매, 흡수제 또는 불활성 재료의 저장조를 포함한다.
제2 경계 부재는 입상 재료의 저장조를 적절하게 한정하는 어떤 형상도 될 수 있으며, 예컨대, 베드의 표면 상부의 면은 베드를 통과하는 유체의 유동과 정렬될 수 있고, 또는 제1 경계 부재로부터 이격되어 평행하거나 각을 이룰 수 있다. 양호하게는, 베드 내부의 제2 경계 부재의 형상은 제2 경계 부재가 베드의 두께에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 상기 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대하여 20도 내지 70도 사이의 전체각을 가지도록 한다. 형상, 즉, 제1 및 제2 경계 부재가 베드의 표면 상방으로 연장하는 거리 및 이들 사이의 간격은 저장조의 체적을 한정하기 위해 사용될 수 있다. 양호하게는, 베드의 표면 상방으로 제1 및 제2 경계 부재가 연장하는 거리는 5 내지 300 mm 사이이고, 제1 및 제2 경계 부재 사이의 최단 거리는 10 내지 100 mm 사이인 것이 양호하다. 양호하게는, 제2 경계 부재가 베드의 두께에 영향을 줄 가능성을 감소시키기 위해 제2 경계 부재가 베드의 표면 아래로 베드 깊이의 60 % 이하의 깊이까지 연장한다. 양호하게 제2 경계 부재는 예컨대, 볼트, 지주, 이격 핀 또는 상기 저장조를 통과하는 프로세스 유체의 유동과 정렬되는 판과 같은, 저장조를 통과해서 베드 내로 프로세스 유체의 유동을 허용하는 고정 수단에 의해 제1 경계 부재에 고정된다. 양호하게 저장조는 입자가 중력 하에서 베드로 지나갈 수 있도록 배치된다.
제2 경계 부재의 두께는 양호하게는 1 내지 25 mm, 보다 양호하게는 1 내지 10 mm의 범위 내에 있을 것이고, 제1 경계 부재와 동일한 재료로 제조될 수 있다.
상기 방식으로 저장조를 형성함으로써 고정식 베드의 깊이 및 이에 따른 그 주연부의 침투성이 예컨대, 일련의 열 팽창-열 수축 사이클을 통해 제어될 수 있다. 제1 및 제2 경계 부재 사이의 증가된 베드 두께는 이 영역 내에서의 침투성을 감소시키고, 만일 입자 수축이 발생한다면, 베드의 체적은 저장조로부터의 촉매 또는 흡수제의 입자에 의해 유지될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 고정식 베드는 고정식 촉매 베드일 수 있다. 양호하게 촉매는 박형 베드 내에 배치되어 사용되는 어떤 것도 될 수 있다. 박형 베드 내의 촉매를 사용하는 프로세스의 예로서는 예컨대, 입상 코발트계 촉매를 사용하는 암모니아 산화, 몰리브덴산-코발트 또는 -니켈 수산화 탈황 촉매를 사용하는 수산화 탈황, 예컨대 은 촉매를 사용하는 포름알데히드 제조, 시안화 수소 제조및 예컨대 소위 '기체 대 액체'(GTL) 프로세스의 일부로서 탄화수소의 부분적인 산화를 위한 부분적인 산화 반응이 포함될 수 있다. 또한, 알루미나 펠렛과 같은 불활성 입상 재료는 예컨대 촉매의 아래에 지지층으로서 존재할 수 있다. 불활성 재료의 입자 크기는 입상 촉매와 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 본 발명의 고정식 베드는 고정식 흡수제 베드일 수 있다. "흡수제"라는 용어는 반드시 흡착제 및 흡수제 재료를 모두 포함한다. 황, 수은, 비소 또는 그 화합물, 프로세스 유체로부터의 물 및/또는 염화 수소, 예컨대 탄화수소의 제거에 적합한 어떤 흡수제 재료도 사용될 수 있다. 흡수제 재료의 예로서, 황 제거를 위한 염기성 탄화 아연, 산화 망간 및 산화 구리/아연과, 수은 및 비소 제거를 위한 황화 구리와, 염화 수소 제거를 위한 염화 알루미늄 또는 탄화 납이 포함된다.
특히, 본 발명은 상승된 온도 상태하에 있게 되는 베드에서 유용하다. 베드 온도는 양호하게는 100 ℃ 이상, 보다 양호하게는 200 ℃ 이상 및 가장 양호하게는 500 ℃ 이상이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도1, 도2 및 도3에서, 화살표(A)로 지시된 베드의 본체를 통과하는 프로세스 유체의 유동 방향은 도시된 바와 같이 화살표의 방향으로 실질적으로 수직이다. 명확성을 위해, 베드(A)의 본체를 통과하는 유체 유동의 방향과 경계 부재(C)의 하단부와 베드(B)의 표면 사이를 이은 직선 사이의 전체각을 나타내는 선 개략도를 도1, 도2 및 도3에 도시한다.
도면을 참조하면, 도1은 예컨대 암모니아의 산화를 위한 촉매의 베드를 도시한다. 상기 베드에는 베드를 통과하는 기체의 흐름을 허용하기 위한 오리피스(13)를 가지는 천공 부재(12) 상에 배치된 예컨대 보다 큰 크기의 불활성 암모니아 입자(11)의 층의 상단부 상에 코발트 함유 촉매 입자(10)의 층이 제공된다. 베드는 용기 벽(15)에 부착된 돌기(14) 상에 놓여진 천공 부재(12)에 의해 지지된다.
직선형 면(16, 17 및 18)을 포함하는 경계 부재는 베드(10)가 용기 벽(15)에 접촉하는 것을 방지한다. 면(16)은 베드 상부의 접촉 지점에서 용기 벽(15)에 부착되고 접촉 지점(19)과 베드(10) 표면 사이의 대략 절반 지점까지 대략 30도의 각으로 베드를 향해 하방으로 연장하며, 면(17)은 면(16)의 하단부로부터 0도의 각으로, 즉, 실질적으로 프로세스 기체의 유동에 대해 평행하게, 베드의 두께의 대략 50 %와 등가인 깊이까지 베드 표면 아래로 연장하며, 면(18)은 면(17)의 하단부로부터 베드를 통과하는 유체의 유동에 대해 대략 35도의 각으로 베드 두께의 대략 97 %에 상응하는 깊이까지 연장한다. 경계 부재의 전체각 시타(θ)(즉, 베드를 통과하는 프로세스 유체의 유동의 방향(A)과 지점 B와 C를 잇는 직선 사이의 각)는 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 대략 20도이다.
도2에서, 예컨대, 암모니아의 산화를 위한 촉매의 베드에는 베드를 통과하는 기체의 유동을 허용하기 위한 오리피스(22)를 가지는 천공 부재(21) 상에 배치된 코발트 함유 촉매 입자(20)의 층이 제공된다. 상기 베드는 용기 벽(24)에 부착된 돌기(23) 상에 놓여진 천공 부재에 의하여 지지된다.
직선형 면(25 및 26)과 곡면(27)을 포함하는 경계 부재는 베드가 용기 벽(24)에 접촉하는 것을 방지한다. 단차부(28)가 제2 직선형 면(26)과 곡면(27) 사이에 제공된다. 직선형 상부 면(25)은 베드 상부의 접촉 지점(27)으로부터 접촉 지점(27)과 베드(10) 표면 사이의 대략 절반 지점까지 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 대략 50도의 각으로 연장하며, 면(26)은 직선형 상부 면(25)의 하단부로부터 5도의 각으로 베드의 두께의 대략 33 %의 깊이에 상응하는 지점까지 연장하며, 단차부(28)는 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 대략 90도의 각으로 상부 직선형 면(26)의 하단부로부터 베드의 두께의 대략 15 %와 등가인 거리만큼 연장하는 제1 직선형 단차면을 포함하며, 제2 직선형 단차면은 제1 직선형 단차면의 단부로부터 베드로부터 이격되는 방향으로 대략 35도의 각으로 제1 단차면의 길이와 대략 동일한 거리만큼 연장한다. 곡면(27)은 제2 단차면(30)의 단부에 부착되고, 대략 45도의 현 모양의 각으로 베드 두께의 대략 97 %에 상응하는 위치까지 연장한다. 경계 부재의 전체각 시타(θ)(즉, 베드를 통과하는 프로세스 유체의 유동 방향(A)과 지점 B와 C 사이를 잇는 직선 사이의 각도)는 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 대략 30도이다.
도3에서, 예컨대 암모니아의 산화를 위한 촉매의 베드에는 베드를 통과하는 기체의 유동을 허용하기 위해 오리피스(42)를 가지는 천공 부재 상에 배치된 코발트 함유 촉매 입자(40)의 베드가 제공된다. 상기 베드는 용기 벽(44)에 부착된 돌기(43) 상에 놓여진 천공 부재(41)에 의하여 지지된다.
직선형 면(45, 46) 및 곡면을 포함하는 제1 경계 부재는 베드(40)가 용기 벽(44)에 접촉하는 것을 방지한다. 면(45)은 베드 상부의 부착 지점(48)에서 용기 벽(44)에 부착되며 부착 지점(48)과 베드의 표면 사이의 대략 중간 지점까지 대략 30도의 각으로 베드를 향해 하방으로 연장하며, 면(46)은 면(45)의 하단부로부터 대략 0도, 즉, 프로세스 기체의 유동에 실질적으로 평행하게 베드의 두께의 50 %와 대략 등가인 깊이까지 베드의 표면의 아래로 연장하며, 곡면(47)은 면(46)의 하단부로부터 베드를 향해 대략 45도의 현모양의 각으로 베드 두께의 대략 97 %에 상응하는 위치까지 연장한다. 경계 부재의 전체각인 시타(θ)(즉, 베드를 통과하는 프로세스 유체의 유동 방향(A)과 지점 B와 C 사이를 있는 직선 사이의 각이며, 여기서 B는 베드의 본체의 표면과 동일 수준임)는 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 대략 20도이다.
코발트 함유 촉매 입자(49)의 저장조가 제1 경계 부재와 상기 제1 경계 부재의 부착 지점(48)과 대략 동일 수준인 지점으로부터 베드 내로 베드의 두께의 대략 50 %에 상응하는 지점까지 연장하는 제2 경계 부재(50) 사이에 배치된다. 제2 경계 부재는 제1 경계 부재에 끼워진 간격 지주(도시 안됨)에 의해 적소에 유지된다.제2 경계 부재는 베드의 표면 상부로부터 베드의 표면까지 연장하는 실질적으로 수직인 직선형 면과 상기 수직면의 하단부로부터 베드를 향해 대략 45도의 현 모양의 각으로 베드 내로 연장하는 곡면을 포함한다. 상기 저장조는 베드의 두께의 대략 50 %와 동일한 깊이를 가지며 제2 경계 부재는 베드 두께의 대략 4분의 1의 최단 거리로 상기 제1 부재로부터 이격된다. 제2 경계 부재의 전체각(즉, 베드를 통과하는 프로세스 유체의 유동 방향(A)과 지점 B'과 C' 사이를 잇는 직선 사이의 각)은 또한 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 대략 20도이다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 0.5 내지 6 m 원형 단면의 반응기 내에 배치된, WO98/28073호에서 설명된 바와 같은 대략 800 내지 900 ℃ 사이에서 암모니아의 산화를 위한 코발트-희토류 페로브스카이트의 50 mm 깊이의 촉매 베드는 베드 지지 수단으로부터 베드를 향해 연장하는 연속적인 원주형 경계 부재를 가지며, 직선형 상부면과 하부 곡면을 포함하고, 상기 면 사이에 5 내지 15 mm 만큼 베드 내로 연장하는 단차부를 가진다. 곡면의 하단부와 경계 부재가 베드의 표면과 만나는 지점 사이의 전체각은 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 20 내지 70도 사이이다. 촉매 입자는 통상적으로 길이 3 mm, 직경 3 mm의 원통형 펠렛이다. 이들은 통상적으로 3 내지 10 mm 직경, 예컨대 깊이 25 mm의 α-암모니아 펠렛의 층 상에 지지될 수 있다. 경계 부재는 일련의 열 팽창- 열 수축 사이클을 통해 베드 두께를 유지한다.
상기 실시예는 암모니아 산화 프로세스에 대하여 관점에서 설명되었지만, 본 발명의 고정식 베드의 응용은 많은 프로세스, 특히 본 명세서에서 전술된 바와 같은 촉매 또는 흡수제의 박형 베드를 사용하는 프로세스에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (9)

  1. 천공 부재 상에 배치되고 프로세스 유체 불침투성 경계 부재에 의해 경계 지어지는 입상 재료를 포함하며 프로세스 유체가 통과하여 유동할 수 있는 고정식 베드이며,
    상기 경계 부재의 적어도 일부는 상기 베드를 통과하는 유체 유동의 방향에 대해 20 내지 70도 사이의 전체각으로 실질적으로 적어도 베드의 깊이에 대해 상기 입상 재료를 경계짓는 고정식 베드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경계 부재는 1 내지 50 개 사이의 곡면 및/또는 직선형 면을 포함하는 고정식 베드.
  3. 제2항에 있어서, 베드의 표면 아래에 적어도 하나의 단차부를 제공하는 면의 조합이 제공되는 고정식 베드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 천공 부재로부터 베드의 표면의 상방 지점까지 연장하는 제1 외부 경계 부재와, 상기 제1 외부 경계 부재와 제2 내부 경계 부재 사이에 배치된 입상 재료의 저장조를 가지며, 상기 제2 내부 경계 부재는 베드 표면의 아래의 천공 부재로부터 이격된 지점으로부터 베드 표면의 상방 지점까지 연장되는 고정식 베드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베드는 5 내지 500 mm사이의 깊이를 가지는 박형 베드인 고정식 베드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 입상 재료는 촉매 또는 흡수제 및 선택적으로 불활성 재료를 포함하는 고정식 베드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베드는 100 ℃ 이상의 온도 상태 하에 있는 고정식 베드.
  8. 프로세스 유체로부터 황, 수은, 비소, 물 및/또는 염화수소를 함유하는 재료의 제거를 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 고정식 흡수제 베드의 사용.
  9. 암모니아 산화, 수산화 탈황, 시안화 수소 제조, 포름알데히드 제조 또는 탄화수소의 부분 산화를 위한 프로세스에의 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 고정식 촉매 베드의 사용.
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