KR20060016746A - 처리 흐름을 위한 여과, 유동 분산 및 촉매적 방법 - Google Patents

처리 흐름을 위한 여과, 유동 분산 및 촉매적 방법 Download PDF

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Abstract

처리 흐름을 여과시키기 위하여 망상 물질의 사용을 포함하는, 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법. 또한 망상 물질은 처리 유닛에서 처리 흐름 유동 분산을 촉진한다. 망상 물질은 여과 및 유동 분산을 증진시키기 위하여 변화될 수 있는 상당수의 망상 물질 사이에 빈 공간으로 채워질 수 있다. 또한 여과 방법은 처리 장치에 남는 오염물을 제거하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다양한 처리 흐름 및 처리 장치에 사용될 수 있다. 망상 물질은 세라믹스, 금속 물질, 및 화학적 증기 증착 구성요소를 포함할 수 있다. 망상 물질은 다양한 모양 및 크기일 수 있으며, 또한 촉매적으로 활성일 수도 있다.

Description

처리 흐름을 위한 여과, 유동 분산 및 촉매적 방법{FILTRATION, FLOW DISTRIBUTION AND CATALYTIC METHOD FOR PROCESS STREAMS}
배경 기술
1. 발명의 분야
본원 발명은 처리 흐름(process stream)으로부터 오염물의 여과를 제공하는 방법에 관계한다. 다른 양태에서, 본원 발명은 처리 유닛에서 처리 흐름의 유동 분산(flow distribution)을 제공하는 방법에 관계한다. 또한 또다른 양태에서, 본원 발명은 처리 흐름내의 특정 화학종을 적어도 부분적으로 제거 또는 전환시키기 위하여 하나 이상의 반응을 촉매화하는 동시에 여과 또는 유동 분산 또는 이들 모두를 제공한다.
2. 관련 기술의 설명
처리 흐름내의 오염물은 처리 및 처리 유닛에 유해할 수 있다. 오염물은 처리 유닛을 손상시킬 수 있으며, 잠재적으로 부수적인 환경적 또는 안전성 문지를 야기할 수 있다. 또한 오염물은 처리의 효율성을 감소시키고, 생산을 중단시키고, 제품 사양에 영향을 미치는 등에 의하여 처리를 손상시킬 수 있다. 오염물은 공급 흐름, 배출 흐름, 또는 유출 흐름과 같이 모든 유형의 처리 흐름에서 발견될 수 있 다. 오염물은 반응기, 추출기, 증류 칼럼, 집진기, 테일 가스 처리기(tail gas treaters), 소각로, 교환기, 보일러, 응축기 등과 같은 다양한 유형의 처리 유닛에 작용할 수 있다.
처리 유닛은 유닛안의 처리 흐름이 수직적으로 하향으로 또는 상향으로 또는 양쪽으로 유동하도록 배열될 수 있다. 다른 방법으로, 유닛 안의 처리 흐름은 중심으로부터 바깥쪽으로 또는 유닛의 바깥 부분으로부터 중심으로 또는 양쪽 모두로 방사상으로 유동할 수도 있다.
반응기는 처리 유닛의 한 유형이다. 많은 반응기는 하나 이상의 고정층에 함유되어 있는 분리된 고체 촉매 입자를 포함한다. 촉매층은 전형적으로 촉매층에 공급되는 처리 흐름내의 오염물을 포집하는데 매우 효과적이다. 그러나 이러한 촉매층은 포집된 오염물에 의하여 빠르게 폐쇄(clog)될 수 있다. 촉매층이 폐쇄됨에 따라, 처리 유닛을 통과하는(across) 압력 강하는 결과적으로 처리 유닛의 때아닌 정지(shut-down)를 야기하게 된다.
이러한 문제점을 부분적으로 완화하기 위하여, 비-촉매층(non-catalyst bed) 처리 유닛 뿐만 아니라 촉매층 처리 유닛은 종종 어느 정도 폐쇄에 덜 저항성인 전통적인 보류 물질층으로 보충된다. 이러한 전통적인 보류 물질층은 전형적으로 처리 유닛에 대해 주입구에 위치되어 있다. 촉매층 처리 유닛의 경우, 전통적인 보류 물질층은 촉매층내의 반응에 대하여 전형적으로 비활성이다. 이러한 전통적인 보류 물질층은 처리 유닛에 유입하는, 처리 유닛 내부의 또는 처리 유닛을 빠져나가는 처리 흐름 내의 오물(dirt), 산화철, 황화철, 아스팔텐, 코크 가루(coke fines), 촉매 가루(catalyst fines), 침전물 또는 그밖의 동반된 외부 미립자 물질과 같은 오염물 모두 또는 일부를 포집하거나 여과하는데 어느정도 효과적일 수 있다. 오염물의 포집은 바람직하지 않은 물질이 처리 유닛을 폐쇄 또는 유해화 또는 그렇지 않으면 해(harm)하는 것을 저해하기 위한 것이다. 이러한 전통적인 보류 물질층이 비활성일 때, 보류 물질층은 전형적으로 펠렛(pellet), 고리, 안장 또는 구 형태의 전통적인 세라믹 물질로 제조되며, 전형적으로 충격, 고온 및/또는 고압에 저항성을 띠어야 한다. 이러한 전통적인 보류 물질층은 처리 유닛이 폐쇄하는 것을 저지하는데 어느 정도 효과적일 수 있지만, 전통적인 보류 물질층 그 자체는 결국 폐쇄된다.
또한 전통적인 보류 물질층은 처리 유닛을 통과하는 처리 흐름의 유동에 대하여 수직 방향으로 처리 흐름의 유동 분산을 촉진시킬 수 있다. 이러한 거동은 여기서 수직의 유동 분산으로 언급될 것이다. 한 예로서, 상향유동 또는 하향유동 처리 유닛에서, 처리 흐름 유동은 축(axial) 방향이며, 수직의 유동 분산은 방사(radial) 방향이다.
전통적인 보류 물질층의 효율성을 증가시키기 위하여, 구멍난 디스크 또는 스크린 배스킷과 함께 상이한 크기 및 모양의 변화되는 물질층은 처리 유닛이 오물, 산화철, 황화철, 아스팔텐, 코크 가루, 촉매 가루, 침전물, 또는 그밖의 다른 동반된 외부 미립자 물질과 같은 오염물로 폐쇄되는 것을 저지하는데 사용 되어왔다. 처리 유닛에 대하여 주입구에서 오염물에 노출되는 전통적인 보류 물질층은 결국 오염물로 폐쇄될 것이다. 이러한 일이 일어날 때, 처리 유닛을 통과한 압력 강 하가 증가하고, 결과적으로 유닛의 정지를 야기한다. 이러한 일이 촉매층 처리 유닛에서 일어날 때, 촉매층의 일부 그 자체는 오염물로 어느 정도 또는 완전히 폐쇄된다. 이러한 처리 유닛의 정지가 있은 후, 촉매층의 폐쇄된 부분 뿐만 아니라, 전통적인 보류 물질의 폐쇄된 부분의 스키밍(skimming) 또는 제거가 필요하다.
처리 흐름에서 오염물에 의한 폐쇄 이외에도, 또한 촉매층 처리 유닛에 공급되는 처리 흐름에서 발견되는 예컨대, 디올레핀과 같은 폴리머 전구물질의 중합은 이러한 처리 유닛을 오염시키거나(foul), 찐득찐득하게 하거나(gum) 막을(plug) 수도 있다. 특히, 중합, 자유 라디칼 중합 및 축합 중합의 두가지 메카니즘은 촉매층 오염(fouling), 찐득함(gumming) 또는 막힘(plugging)을 야기할 수도 있다. 자유 라디칼 중합을 제어하기 위한 항산화제의 첨가는 처리 흐름이 산소를 마주치는 곳에서 유용함이 밝혀졌다. 디올레핀의 축합 중합은 전형적으로 유기-기초된(organic-based) 공급이 가열된 후에 일어난다. 그러므로 중합 반응은 일반적으로 유닛에서 일어나기 때문에, 처리 흐름이 촉매층 처리 유닛에 유입하기 이전의 여과는 이러한 오염물을 제거하는데 유용하지 않을 수도 있다.
오염물과 폐쇄되지 않으며 처리 흐름으로부터 효율적으로 및 효과적으로 오염물을 여과하는 보류 물질을 가지는 것이 매우 바람직하다. 효율성(efficiency)은 이러한 보류 물질에 의하여 제거될 수 있는 오염물의 크기 범위 뿐만 아니라 처리 흐름으로부터 이러한 물질에 의하여 제거되는 오염물의 백분율과 관계한다. 효과성(effectiveness)은 이러한 보류 물질이 보류 물질을 통하여 정화된 처리 흐름의 유동을 방해하지 않는 정도에 관계한다. 이러한 물질은 처리 유닛을 통과하는 수용할 수 없는 압력 강하 증가를 야기하지 않고, 처리 흐름으로부터 넓은 크기 범위내의 모든 오염물을 실질적으로 바람직하게 제거할 것이다. 또한 수직의 유동 분산을 촉진하는 보류 물질을 가지는 것이 매우 바람직하다. 이전에 제안된 선행 기술의 방법과 비교할 때, 처리 흐름을 위한 여과 및 유동 분산을 위한 본원 방법 발명은 오염물의 매우 효율적인 그리고 매우 효과적인 여과를 제공하고; 촉매층 처리 유닛에서 촉매의 수명 및 활성을 증가시키고; 촉매 손실을 감소시키고; 처리 유닛 구조의 최적화를 가능하게 하며; 처리 유닛 안으로 및 처리 유닛내의 처리 흐름의 수직 유동 분산을 개선시키고 그리고 유닛을 통과하는 압력 강하가 수용할 수 없는 수준으로 올라가는 지점까지 전통적인 보류 물질층이 폐쇄되었을 때, 처리 유닛을 오프-라인으로 가져갈 필요를 없애는 이점을 가진다. 이러한 이점들은 자본 비용 및 작동 비용의 절약, 감소된 휴지시간, 증가된 처리 유닛 작업 및 연장된 처리 유닛 작업 시간 모두를 가져올 수 있다.
전통적인 보류 물질층의 약점은 이들이 필터와 같이 특히 효율적이거나 특히 효과적이지 않다는 것이다. 전형적으로 전통적인 보류 물질층은 제한된 시간의 기간 동안 처리 흐름으로부터 약간의 오염물을 제거하는데 효율적이다. 이렇게 포집된 오염물은 전형적으로 약 50 마이크론 및 그보다 더 큰 오염물이다. 전통적인 보류 물질층의 효과성은 결국 폐쇄로 인하여 손해를 입으며, 이는 전통적인 보류 물질층을 통해 정화된 처리 흐름의 유동을 저해하며, 처리 유닛 압력 강하의 수용할 수 없는 증가를 초래한다. 더욱이, 전통적인 보류 물질층은 깊이의 정상부분의 약 6 내지 12 인치 이내에서 오염물을 포집하는 것으로 나타났다. 전통적인 보류 물질 의 보다 깊은 층은 이러한 물질의 포집 용량을 증가시키지 않는다. 그러므로 당해 기술은 50 마이크론 보다 작은 미립자 오염물을 제거하고, 처리 유닛 압력 강하를 현저히 증가시키지 않고 정화된 처리 흐름의 자유 유동을 가능하게 하는 반면 미립자 오염물을 여과하며, 층 깊이에 따라, 층 깊이에 관계없이 증가하는 여과 용량을 가지는 여과 방법을 찾고 있었다.
현 수직의 유동 분산 고안 및 처리 유닛의 방법과 관계된 결점은 처리 유닛내에서 불량한 분산을 가져올 수도 있다는 것이다. 바람직하지 않은 중합 반응의 생성물이나 미립자 오염물에 의하여 생긴 폐쇄 또는 그밖의 오염은 또한 분산이상(maldistribution)을 야기할 수도 있다. 분산이상은 처리 유닛 일부분의 채널링(channeling) 및 해당 바이패싱(bypassing), 오염물 제거 효율성의 감소 및 유닛 효율성의 감소를 가져올 수도 있다. 통상적으로, 분산이상 문제는 또한 소위 온도 핫-스팟(temperature hot-spots)에 의하여 증명된다. 이러한 핫-스팟은 예를 들어, 촉매층 처리 유닛에서 증가된 점결성(coking) 및 감소된 활성을 초래할 수 있다. 그러므로 당해 기술은 처리 유닛안에서 보다 균일하게 처리 흐름을 분산시킬 수 있고, 오염물의 효율적인 여과를 제공할 수 있으며, 핫-스팟(hot-spot)의 발생을 감소시킬 수 있고, 바람직하지 않은 중합 반응에 의하여 야기되는 오염을 감소시킬 수 있는 수직의 유동 분산을 찾고자 하였다.
여기에 온전하게 참고문헌으로 첨부되어 있는 미국 특허 제 6,258,900 및 6,291,603호는 화학적 반응기에서 유기적 공급 흐름을 여과 및 분산시키는데 사용되는 망상의 세라믹 물질(reticulated ceramic material)을 기술한다. 필요는 유기 -기초된 흐름을 제외한 다른 유형의 처리 흐름을 위한 여과 및 유동 분산 능력 및 화학적 반응기를 제외한 다른 유형의 처리 유닛을 위한 여과 및 유동 분산 능력을 위하여 존재한다.
처리 흐름으로부터 오염물을 제거하기 위하여 이용되는 물질의 여과 효율성 및 효과성을 증가시키기 위하여, 처리 유닛 내의 수직의 유동 분산을 개선하기 우하여, 압력 강하 증가 이외의 인자들에 의하여 결정되는 유닛 가동 길이(unit run length)를 가지기 위하여, 처리 장치를 통과하는 압력 강하를 최소화하기 위하여, 촉매층 채널링 및 유동 분산이상, 온도 핫-스팟 및 처리 유닛 정지 및 준비(start-up)로부터 야기되는 처리 안전성 및 환경적 문제를 최소화하기 위하여, 모든 처리 흐름 및 모든 처리 유닛을 위한 여과 및 유동 분산 방법이 바람직하다.
발명의 요약
본원 발명에 의하면, 망상 구성요소를 사용하여 바람직한 반응을 촉매화하는 동시에, 처리 유닛내부의 처리 흐름을 분산시켜 이점을 하나 또는 모두 달성하기 때문에, 전술한 이점들은 본원의 처리 흐름 여과 방법을 통하여 달성되었다. 본원 발명은 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법을 유리하게 제공한다. 바람직하게는 이 방법은 처리 유닛에서 복수의 망상 구성요소를 거쳐 처리 흐름을 통과시킴에 의하여 수행된다. 정화된 처리 흐름은 복수의 망상 구성요소를 통하여 저해되지 않고 통과하도록 하게 하는 반면, 망상 구성요소는 망상 구성요소 표면에 오염물의 여과를 증진시키기 위하여 각각의 망상 구성요소 사이에 상당한 빈 공간이 존재하도록 처리 유닛안에 임의적으로 충전된다. 표면은 내부 표면 및 외부 표면을 포함할 수 있다. 본원 발명에 의하여 제조된 망상 구성요소는 외부 표면적보다 여과에 보다 유용한 내부 표면적을 가질 것이다. 망상 구성요소는 폼 물질 및 단일체(monolith) 물질을 포함할 수 있다. 폼 물질은 일반적으로 임의의 패턴을 가지며, 단일체 물질은 보다 균일한 패턴을 가진다. 망상 구성요소는 예를 들어, 통상적으로 ZTA로 언급되는 지르코니아 인성강화 알루미나와 같은 상업적으로 구입할 수 있는 물질로부터 제조될 수 있다. ZTA는 위스콘신, 쿠다히에 본부를 두고 있는 Fiber Ceramics 사로부터 세라믹 폼으로 구입할 수 있다. 또다른 적합한 유형의 세라믹은 단일체이며, 이것은 뉴욕, 코밍에 본부를 두고 있는 Coming 사에 의하여 제조된다. 처리 흐름은 액체 흐름, 증기 상, 또는 이들 두가지 상의 조합일 수 있으며, 오염물은 오물, 산화철, 황화철, 아스팔텐, 코크 가루, 그을음, 촉매 가루, 침전물 또는 그밖의 다른 동반된 외부 미립자 물질, 증류 칼럼의 염, 기체 흐름내의 미립자, 또는 테일 가스 유닛으로부터의 황 또는 황화물을 포함할 수 있다. 또한 처리 흐름은 유기-기초된 처리 흐름일 수 있다. 망상 구성요소는 처리 흐름으로부터 오염물을 일부 또는 모두 제거하기에 충분한 양으로 제공되어야 한다. 본원 발명의 또다른 특징은 추가적인 처리를 위하여 정화된 처리 흐름을 제공하는 단계를 포함할 수도 있다는 것이다.
보다 특히, 본원 발명은 처리 유닛에 유입하는 처리 흐름의 흐름 품질(quality)을 개선시키기 위한 처리에 관련된다. 대표적인 예는 촉매층 처리 유닛으로 가는 유기-기초된 처리 흐름의 흐름 재질을 개선하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 촉매층 처리 유닛은 분리된, 고체 구성요소, 고정된 촉매층을 사용한다. 촉매층 처리 유닛은 전자양수 처리장치(hydrotreater), 하이드로리파이너(hydrorefiner), 하이드로크랙커(hydrocracker), 리포머(reformer), 알킬화, 디알킬화, 이성질화, 산화, 에스테르화, 및 중합 반응기를 포함할 수 있다. 분리된 고체 촉매 입자들은 하나 이상의 고정층 및 상향유동, 하향유동 또는 방사 유동 고안 중 하나에 함유될 수 있다.
촉매층 처리 유닛 이외에도, 본원 발명의 망상 구성요소는 다른 유형의 처리 장치로부터 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 이러한 처리 장치는 소각로, 집진기, 테일 가스 처리기, 및 증류 칼럼 및 연속적인 방식으로 작동하는 제조 유닛을 포함할 수 있다. 증류 칼럼에서 사용될 때, 망상 구성요소는 증류 처리로부터 염을 제거하기 위하여 필터와 같이 기능하는 증류 칼럼의 바닥에 배치될 수 있다. 염의 제거는 탑을 통과하는 압력 강하를 감소시키고, 칼럼에서의 보다 우수한 분리 효율성을 가능하게 하고, 칼럼으로부터 염을 제거하기 위하여 전형적으로 요구되는 휴지기간 사이의 시간을 증가시킬 것이다.
본원 발명은 또한 처리 유닛에서 수직의 유동 분산 방법을 유리하게 제공한다. 이러한 수직의 유동 분산 방법은 처리 유닛에서 하나 이상의 망상 원소를 제공하는 단계를 포함한다. 오직 하나의 망상 구성요소가 사용될 때, 망상 구성요소는 처리 유닛을 효과적으로 연결하기에 충분히 크다. 다수의 망상 구성요소가 사용될 때, 다수의 망상 구성요소는 임의적으로 충전된 층에 전형적으로 배열된다. 망상 구성요소의 구조와 관계없이, 각각의 망상 구성요소는 망상 구성요소를 통과하는 복수의 유동 통로를 결정하는 복수의 웹 멤버(web member)를 가진다. 그러므로 복수의 망상 구성요소와 접촉된 처리 흐름은 각각의 망상 구성요소의 웹 멤버에 의하여 결정되는 복수의 유동 통로를 통해 처리 흐름을 통과시킴으로써 보다 작은 복수의 유체 흐름으로 세분된다. 다수의 망상 구성요소가 사용될 때, 망상 구성요소 안의 유동 통로 및 망상 구성요소 사이의 빈 공간을 통과하는 처리 흐름의 유동은, 처리 유닛을 통하는 처리 흐름의 유동에 수직인 효과적인 유동 분산을 제공한다. 이 방법은 처리 유닛에 유입하는, 처리 유닛 안에 위치하는, 처리 유닛으로부터 빠져나가는, 또는 이들 위치의 조합의 처리 흐름에 적용될 수 있다. 이 방법은 처리 흐름으로부터 오염물의 여과를 제공하는 동안과 동시에 처리 흐름에 적용될 수 있다. 이 방법은 처리 흐름에서 바람직한 화학종을 부분적으로 또는 완전히 제거 또는 전환하기 위하여 촉매 반응을 수행하는 동안과 동시에 처리 흐름에 적용될 수 있다.
본원 발명의 또다른 특징은 다양한 모양의 망상 구성요소의 사용을 포함할 수 있다는 것이다. 모양은 실질적으로 구 모양의 볼, 단일체, 스퀘어, 래쉬히 고리, 안장, 속이 빈 원기둥, 구멍난 디스크, 디스크, 단일 쉬트, 및 고체 원기둥, 그밖의 다른 것들을 포함할 수 있다. 각각의 모양은 개별적인 사양에 따른 크기로 만들어 질 수 있다. 사용되는 모양을 위한 크기는 실질적으로 약 1/8 내지 2-인치 직경의 구형 볼; 약 l/8 내지 2-인치의 폭 및 약 1/8 내지 2-인치의 길이를 가진 단일체; 약 l/8 내지 2-인치의 폭 및 약 1/8 내지 2-인치의 길이의 스퀘어; 약 1/8 내지 1 인치의 내부 직경 및 약 1/4 내지 1과 l/2 인치의 외부 직경, 약 1/4 내지 2 인치의 높이를 가진 래쉬히 고리(rachig ring); 약 1/4 내지 2 인치의 반경을 가진 안장 모양; 약 1/8 내지 1과 1/4 인치의 내부 직경, 약 1/4 내지 2 인치의 외부 직경, 및 약 1/4 내지 3 인치의 높이를 가진 속이 빈 원기둥; 및 약 1/8 내지 1 인치의 직경 및 약 1/4 내지 2 인치의 높이를 가진 고체 원기둥를 포함할 수 있다. 맞춤형 원-피스 디스크 또는 단일 쉬트 구조는 반응기의 물리적 구조에 대하여 맞추어(custom-fit) 질 수 있다. 본원 발명의 본 양태의 또다른 특징은 망상 구성요소가 각각이 선택적으로 구멍을 가지는 디스크 또는 단일 쉬트 중 어느 하나로 형성될 수 있다는 것이다. 본원 발명의 또다른 특징은 제조시 망상 구성요소는 반응기의 물리적 구조에 맞춤되는 집합된 쉬트 또는 디스크를 형성하기 위하여 복수의 조각들로 형성될 수 있다는 것이다.
본원 발명의 또다른 특징은 다양한 다공도(porosity) 및 공극 크기의 망상 구성요소의 사용을 포함할 수 있다는 것이다. 망상 구성요소는 인치 당 수많은 공극의 다공도("ppi")를 가지도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 이는 당해 기술 분야의 당업자에 의하여 시험될 때, 30 ppi의 망상 구성요소는 인치 당 평균 30개의 공극을 가지게 되는 것을 의미한다. 인치 당 약 25 mm가 존재한다고 가정하면, 이러한 물질의 공극 크기는 기껏해야 1 mm 이하일 뿐이다. 본 내용에서 공극 크기는 공극이 완전한 구형이 아님을 인정한 공극의 공동(cavity)의 일반적인 크기이다. 공극 크기의 또다른 중요한 구성요소는 공극으로의 윈도우 개구(window opening) 크기이다. 공극 내부에서 포집되거나 여과되는 가장 큰 입자의 크기를 결정하는 것이 이 치수이다. 본원 발명의 망상 구성요소의 다공도 범위는 4 내지 800 ppi이다. 이러한 다공도 범위는 미립자 부하 및 압력 강하 제한을 포함하는 적용 제한을 위하여 망상 구성요소의 크기 및 모양의 맞춤을 가능하게 한다. 망상 구성요소의 공극은 약 6 mm 내지 약 100 마이크론의 범위일 수 있으며, 각각의 공극은 망상 구성요소를 통과하는 복수의 유동 통로를 형성하는 복수의 웹 멤버에 의하여 결정된다.
본원 발명의 또다른 특징은 넓은 크기 범위의 오염물 물질을 제거하기 위하여 동일한 처리 유닛에서 상이한 공극 크기를 가진 망상 구성요소의 사용을 포함할 수 있다는 것이다. 본원 발명의 물질은 약 1 마이크론 크기 까지 오염물을 여과할 수 있다. 상업적으로 구입할 수 있는 보류 물질은 최하 약 50 마이크론 크기의 입자를 포집할 수 있다.
본원 발명의 또다른 특징은 처리 유닛의 전체 길이에 걸쳐 복수의 망상 구성요소를 제공하는 단계를 유리하게 제공하는 것이다. 복수의 망상 구성요소는 촉매, 복수의 촉매 또는 체계적 충전 물질 등과 같은 다른 물질과 함께 처리 유닛을 통해 혼합될 수 있다.
본원 발명의 또다른 양태에 의하면, 오염된 처리 흐름을 망상 구성요소와 접촉시키는 단계는 오염된 처리 흐름을 접촉시키기에 앞서 망상 구성요소위에 촉매를 증착시키는 단계를 포함할 수 있다. 본원 발명의 이러한 양태의 또다른 특징은 Ⅵ-B 족 금속 또는 Ⅷ족 금속 또는 이들 모두를 가지는 다공의 알루미나 코팅을 포함하는 선택된 촉매의 실질적으로 균일한 코팅을 가지는 기질로서 망상 구성요소의 사용을 포함할 수 있다는 것이다. 바람직하게는, Ⅵ-B족 금속은 몰리브덴이며, 바람직하게는, Ⅷ족 금속은 니켈 또는 코발트이다. 보다 바람직하게는, Ⅵ-B족 금속 및 Ⅷ족 금속은 망상 구성요소 안에 함유된다. 본원 방법 발명은 촉매층의 가동 수명(run life)을 연장하는데 유용하다. 촉매적으로 활성인 망상 구성요소는 디올레핀 도는 다른 폴리머 전구물질을 반응시키기 위하여, 또한 필터 및 유동 분산기로서 작용하도록 이용될 수 있다. 고체를 여과시키고, 예컨대, 디올레핀과 같은 폴리머 전구물질을 반응시킴으로써, 촉매의 오염이 감소되고, 반응기의 가동 시간은 효과적으로 연장된다.
본원 발명의 또다른 양태에 의하면, 여과 방법은 하향흐름 장치의 오염 또는 막힘을 감소시키기 위하여 처리 유닛 안에서 형성하는 고체 미립자 물질 또는 침전물을 여과하는 단계를 포함할 수 있다. 본원 발명의 이러한 양태는 하나 이상의 망상 구성요소를 제공하는 단계; 미립자 물질 또는 침전물을 함유하는 처리 흐름을 망상 구성요소와 접촉시키는 단계; 처리 흐름으로부터 미립자 물질 또는 침전물을 제거하는 단계; 및 추가적인 처리를 위하여 상대적으로 미립자 물질 또는 침전물-없는 처리 흐름을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 망상 구성요소는 처리 유닛 안에 또는 처리 유닛의 배출구에 또는 이들의 조합에 하나 이상의 위치에서 위치될 수 있다. 이러한 침전물 제거 방법은 또한 추가적인 처리를 위한 상대적으로 침전물 없는 처리 흐름을 제공하기 위하여 증류 칼럼에서 사용될 수도 있다. 선행 기술의 방법과 비교할 때, 촉매층 처리 유닛에서 처리 흐름을 여과하기 위한 본원 방법 발명은 보류 물질의 필요 부피를 감소시키고; 자본 비용을 저하시키며; 공급 흐름으로부터 고체상의 특정 물질의 여과를 개선시키고; 시스템을 통과하는 압력 강하를 감소시키고; 반응기의 작업 시간을 증가시키며; 보다 높은 활성을 가지는 촉매의 사용, 작동 비용의 저하를 가능하게 하고; 처리 안전성을 증가시키며; 환경적 문제를 감소시키는 이점들을 가진다.
도면에서:
도 1은 본원 발명의 특정한 실시예를 도시하는 단일의(single) 고정된 촉매층 처리 유닛의 부분적인 횡단면의 측면도이다;
도 2는 본원 발명의 또다른 실시예를 도시하는 다수의(multiple) 고정된 층 화학 반응기의 부분적인 횡단면의 측면도이다;
도 3은 본원 발명의 실시예를 도시하는 연소기-스타일의 재생기(combustor-style regenerator) 유동층 반응기의 부분적인 횡단면의 측면도이다;
도 4는 본원 발명의 실시예를 도시하는 두 단계 재생기 유동층 반응기의 부분적인 횡단면의 측면도이다;
도 5는 본원 발명의 또다른 실시예를 도시하는 방사상 유동 반응기의 부분적인 횡단면의 측면도이다;
도 6은 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 구멍난 디스크(perforated disk)의 투시도이다;
도 7은 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 안장(saddle)의 투시도이다;
도 8은 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 속이 빈 원기둥의 투시도이다;
도 9는 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 원-피스 쉬트(one-piece sheet)의 예에 관한 투시도이다;
도 10은 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 집합된 디스크(assembled disk)의 투시도이다;
도 11은 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 볼(ball)의 투시도이다;
도 12는 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 고체 원기둥의 투시도이다;
도 13은 본원 발명에 따른 망상 물질로 제조된 속이 빈 원기둥의 투시도이다;
도 14는 본원 발명에 따라 망상 물질로 제조된 단일체(monolith)의 투시도이다;
도 15는 본원 발명의 실시예를 도시하는 증류 칼럼의 부분적인 횡단면도이다;
도 16은 본원 발명에 따라 변화되는 각각의 망상 구성요소 사이에 빈 공간을 가지는 망상 구성요소층의 투시도이다;
도 17은 보류 물질이 설치된 선행 기술을 가진 증류 전자양수 처리장치(distillate hydrotreater)에서의 압력 강하와 본원 발명의 망상 구성요소를 가진 증류 전자양수 처리장치에서의 압력 강하를 비교하는 그래프이다;
도 18은 나프타 전자양수 처리장치 유닛(naphtha hydrotreater unit)에서 압력 강하에 대한 본원 발명의 효과를 도시하는 그래프이다;
도 19는 본원 발명의 실시예에 따라 처리 유닛의 주입구, 처리 유닛 내부의 두개의 다른 위치 및 처리 유닛의 배출구에서 본원 방법 발명을 제공하기 위하여 다수의 망상 구성요소층을 가진 하향-유동 처리 유닛의 부분적인 횡단면 측면도이 다;
도 20은 본원 발명의 실시예에 따라 넓은 범위의 입자 크기를 가지는 오염물의 여과를 가능하게 하기 위하여 상이한 다공도의 망상 구성요소 층을 가진 처리 유닛의 부분적인 횡단면도이다;
도 21은 본원 발명에 따라 망상 구성요소의 수직의 유동 분산을 나타내는 식용 색소로 염색된 물이 망상 구성요소 위에 떨어뜨려진 망상 구성요소 피스의 정상 및 바닥의 투시도이다; 및
도 22는 본원 발명의 실시예에 따라 촉매층의 전체 길이에 두루 임의적으로 충전된 본원 발명의 망상 구성요소를 가진 처리 유닛의 투시도이다.
본원 발명은 바람직한 실시예와 연관하여 기술될 것이지만, 이는 본원 발명을 실시예에 제한하고자 함이 아님을 이해하여야 할 것이다. 한편, 청구항에 의하여 정의되는 본원 발명의 착상 및 범위안에 포함될 수 있는 모든 대안, 변형, 및 균등물을 포함하고자 한다.
비록 앞에서 논의된 바와 같이, 다른 모양의 망상 구성요소(15)가 사용될 수 있지만, 도 1을 참조하여 처리 흐름의 처리를 위해 실질적으로 구형의 볼 모양(122)(도 11)의 망상 구성요소(15)를 가진 단일의 고정된 촉매층 처리 유닛(22) 및 다른 처리 유닛이 기술될 것이다. 처리 유닛(22)가 하향유동 구조인 경우에, 오염된 처리 흐름(20)은 주입구(24)에서 처리 유닛(22)에 유입할 것이다. 본원 발명은 고정된 또는 유동화된 촉매층 처리 유닛에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 본원 발명은 하나 이상의 고정층, 상향유동 또는 하향유동 또는 방사상 유동 구조 중 하나에서 사용된다. 바람직하게는, 촉매층 처리 유닛은 전자양수 처리장치, 하이드로리파이너(hydrorefiner), 하이드로크랙커(hydrocracker), 리포머(reformer), 알킬화, 디알킬화, 이성질화, 에스테르화, 및 중합 반응기를 포함한다. 공급 흐름에서 전형적으로 발견되는 오염물은 오물, 산화철, 황화철, 아스팔텐, 코크 가루, 그을음, 촉매 가루, 침전물 또는 그밖의 다른 동반된 외부 미립자 물질, 증류 칼럼의 염, 기체 흐름내의 미립자, 테일 가스 유닛으로부터의 황 또는 황화물, 또는 디올레핀과 같은 폴리머 전구물질을 포함한다. 망상 구성요소(15)의 층(26), 바람직하게는 층(26, 28)은 반응기 내부의 촉매가 반응기의 작동을 정상화(jusfify)하기에 충분히 활성인 동안을 포함하여(그러나 이에 제한되지는 않음) 원하는 동안 처리 흐름(20)으로부터 오염물을 여과시키기에 충분한 양으로 용기에 제공된다. 바람직하게는, 다수의 층(26, 28)이 제공되는데, 여기서 볼(122)와 같은 망상 구성요소(15)의 크기는 망상 구성요소(15)의 층을 통하여 처리 흐름 유동이 유입함에 따라, 층(26)의 하나의 크기로부터 층(28)의 다른 크기까지 변화된다. 망상 구성요소는 폼 물질 및 단일체 물질을 포함할 수 있다. 폼 물질은 일반적으로 임의의 패턴을 가지며, 단일체는 보다 균일한 패턴을 가진다. 만약 망상의 세라믹 구성요소가 사용된다면, 망상의 세라믹 구성요소는 예를 들어, 통상적으로 ZTA로 언급되는 지르코니아 인성강화 알루미나와 같은 상업적으로 구입할 수 있는 물질로 제조될 수 있다. ZTA는 위스콘신, 쿠다히에 본부를 두고 있는 Fiber Ceramics 사로부터 구입할 수 있다. 본원 발명에 사용하기 위한 대표적인 단일체는 뉴욕, 코밍에 본부를 두고 있는 Coming 사로부터 구입할 수 있다. 망상 구성요소(15)의 변화되는 크기는 넓은 범위의 오염물 크기의 여과를 가능하게 한다.
본원 발명은 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법을 유리하게 제공한다. 이 방법은 정화된 처리 흐름이 망상 물질을 통해 저해되지 않고 통과할 수 있는 방법으로 오염물의 여과를 증진시키기 위하여, 바람직하게는 각각의 망상 구성요소 사이에 빈 공간으로 임의적으로 충전된 망상 구성요소를 제공함에 의하여 수행된다. 본원 발명은 망상 구성요소의 전부가 처리 흐름으로부터 오염물을 여과시키는데 이용될 수 있는 방법을 제공한다. 촉매층 처리 유닛에서, 망상 구성요소는 망상 구성요소가 오염물 입자들을 여과시키는 능력을 소진하기 전에, 촉매층이 촉매층의 촉매 활성을 소진하도록 하는 크기로 만들어질 수 있다. 이러한 방법은 전통적으로 이용가능한 보류 물질 윗부분의 6 내지 12 인치가 결국 폐쇄하는 현재의 방법에 반해, 망상 구성요소의 전체층의 사용을 가능하게 한다. 이러한 물질을 가지는 약 1 피트보다 깊은 층은 처리 흐름으로부터 미립자 오염물을 제거하는데 본질적으로 소용이 없다. 또한, 이러한 물질로 일단 층의 정상이 막히면, 장치내의 압력 강하는 상승하기 시작하고, 처리 유닛으로부터 폐쇄된 물질을 제거 또는 대체하기 위한 정지(shut down)가 필요하게 된다.
본원 발명의 망상 구성요소를 가지고 실험한 상이한 처리 유닛으로부터 데이타가 수집되었다. 현 발명의 망상 구성요소는 상업적으로 구입할 수 있는 전통적인 보류 물질보다 현저히 우수하게 작업을 수행하였다.
실시예 1-증류 전자양수 처리장치에서의 사용
실질적으로 동일한 처리 조건에서 네 개의 증류 전자양수 처리장치를 위한 정련 장치로부터 데이타를 얻었다. 두 개의 전자양수 처리장치, A 및 B는 "링 그레이딩 시스템(ring grading system)"으로 공지된 전통적인 망상 물질을 함유하였다. 나머지 두 개의 전자양수 처리장치, C와 D는 본원 발명의 망상 구성요소를 사용하였다. 도 17은 본원 발명의 망상 구성요소 및 전통적인 링 그레이딩 시스템을 사용하는 네 개의 전자양수 처리장치의 압력 강하를 비교하여 도시한다. 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 전통적인 링 그레이딩 시스템을 사용하는 전자양수 처리장치 A와 B는 작동 후 기껏해야 200일 이후에 현저한 압력 증가를 보였던 반면에, 망상 구성요소를 함유하는 전자양수 처리장치 C와 D에서의 압력 강하는 450일이 넘는 기간에 걸쳐 작동 시작시의 압력 강하에 비하여 낮게 유지되었다. 압력 강화 비교 결과는 표 1에서 볼 수 있다. 증류 전자양수 처리장치에서 오염된 처리 흐름은 주로 액체 상이었다. 전자양수 처리장치 C에서, 450일에서의 차압은 오직 8 psi 뿐이었다. 전자양수 처리장치 D에서, 450일에서의 차압은 오직 0.5 psi 뿐이었다. 전자양수 처리장치 A와 B의 차압은 각각 82.5 psi 및 54 psi였다. 비교하면, 본원 발명의 망상 구성요소를 가진 전자양수 처리장치 C와 D는 전통적인 링 그레이딩 시스템보다 현저하게 우수하게 작업을 수행하였다. 본원 발명의 망상 구성요소와 관련된 보다 낮은 압력 차이는 반환(turnaround) 사이의 시간을 현저하게 연장할 수 있게 한다.
실시예 1에서의 압력 강하("ΔP")-증류 전자양수 처리장치
전자양수 처리장치 0일의 최초 ΔP 200일의 ΔP 450일의 ΔP 0일-450일의 변화(%)
A 17.5 38 100 470% 증가
B 21 38 75 257% 증가
C 30 30 38 27% 증가
D 39 40.5 39.5 1.3% 증가
전형적인 압력 강하 개요(scenario)는 첫달의 작업동안 낮은 압력 강하를 가지지만, 이후, 예측할 수 없는 때에 유닛이 막힘을 제거하고, 제거된 물질을 대체하고, 유닛을 재시작하기 위하여 정지시켜야 하는 지점까지 압력은 상대적으로 짧은 기간에 걸쳐 현저하게 증가한다. 이는 사건의 비예측성, 매우 짧은 소요시간(lead-time)을 가진 대체 물질을 필요로하거나, 대체 물질의 충분한 여분의 재고를 유지하거나 대체 물질의 전달을 기다리기 위한 휴지 시간(down-time)을 연장시킬 필요를 제공하므로 문제가 될 수 있다. 여기 기술된 방법에 따른 망상 구성요소의 사용으로, 압력 강하는 처리 흐름에서 오염물의 수준 및 처리 유닛에 부하된 망상 구성요소의 용량에 기초한 예상가능한 기간동안 낮게 유지된다. 망상 구성요소가 포화되기 전에 유닛안의 촉매가 소진될 수 있도록 충분한 망상 구성요소가 부하될 수 있다.
실시예 2-나프타 전자양수 처리장치에서의 사용
네 개의 나프타 전자양수 처리장치를 가진 정련 장치로부터 데이타를 얻었다. 세 개의 전자양수 처리장치(A, B, 및 C)는 전통적인 링 그레이딩 시스템을 사용하였으며, 나머지 전자양수 처리장치(D)는 본원 발명의 망상 구성요소를 사요하였다. 도 18은 네 개의 전자양수 처리장치간의 압력강하 비교를 도시한다. 200일의 마지막에, 링 그레이딩 시스템을 함유하는 세 개의 유닛에 의하여 경험된 압력 강하, 즉, 전자양수 처리장치 B는 10 psi 및 전자양수 처리장치 C는 22 psi의 압력 강하에 비하여, 망상 구성요소 D를 가진 유닛은 최소의 압력 강하, 즉, 전자양수 처리장치 D는 -4 psi의 압력강하를 경험하였다. 나프타 전자양수 처리장치에서 오염된 처리 흐름은 주로 증기 상이었다. 전통적인 링 그레이딩 시스템은 폐쇄되는 반면에, 본원 발명의 망상 구성요소는 효율적으로 그리고 효과적으로 여과하였다.
도 1을 다시 참조하면, 다른 언급이 없는 한, 오염된 처리 흐름(20)을 여과하는 것 이외에도, 망상 물질(15)는 촉매층(32)에 대하여 유입하는 처리 흐름(20)의 균일한 분산 및 유동을 또한 가능하게 할 수 있다.
유입하는 처리 흐름이 촉매층(32)의 라인 34-34를 따라 취해지는 유체 유입 횡단면(34)를 가로질러 균일하게 퍼지도록 하기 위하여, 층(26, 28)에서 망상 물질(15)의 웹 멤버(123)(도 9)에 의하여 결정되는 복수의 유동 통로(120)(도 9)를 통하여 처리 흐름을 통과시킴으로써, 유입하는 처리 흐름을 복수의 보다 작은 유체 흐름으로 세분하고, 이후 여러번 보다 작은 흐름으로 다시 세분하여 유입하는 처리 흐름(20)을 또한 분산시킬 수 있다. 처리 흐름(20)은 촉매층(32)에서 반응된다. 바람직하게는 촉매층(32)는 분리된 고체 촉매 입자(36)을 함유한다.
촉매층 처리 유닛을 위하여, 본원 방법 발명은 미립자 오염물이 촉매층에 도달하기 전에 이들을 여과한다. 이는 실시예 1 및 2에서 사용된 링 그레이딩 시스템과 같은 전통적인 보류 물질을 가진 시스템과 비교할 때, 촉매의 보다 많은 표면적이 촉매로서 사용하는데 이용가능하기 때문에, 촉매층의 효율성을 증가시킬 수 있게 한다. 결과적으로, 약 10%- 15%의 촉매 활성 증가를 가져오는 유닛의 보다 낮은 평균 압력 강하로 인하여, 보다 작은 크기의 보다 촉매적으로 활성인 촉매 구성요소가 사용될 수 있다.
망상 물질(15)는 빠져나가는 처리 흐름(38)로부터 미립자(36)들을 여과하고 보류하는데 사용될 수 있다. 배출구 처리 흐름에 동반될 수 있는 작은 미립자 물질(36)은 처리 흐름(38)로부터 여과, 또는 포획될 수 있으며, 망상 물질층(40, 42)에 의하여 보유될 수 있다. 바람직하게는, 층(40, 42)에서 망상 물질의 크기는 반응기(22)의 배출구(44)에 있는 층(40)의 크기로부터 층(42)의 다른 크기로 변화된다. 또한, 물질의 침전물은 예컨대, 하향흐름 장치를 막거나 오염시킬 수 있는 잔류 오일의 과잉 하이드로크랙킹에 의하여 형성된 침전물과 같이 처리 유닛에서 형성할 수 있다. 이러한 침전물은 빠져나가는 처리 흐름(38)로부터 망상 물질(15)에 의하여 여과될 수 있다. 바람직하게는, 층(40, 42)에서 망상 물질의 크기는 반응기(22)의 배출구(44)에 있는 층(40)의 크기로부터 층(42)의 또다른 크기로 변화된다. 다른 방법으로, 본원 발명은 또한 상향유동 구조에서 사용될 수 있는데, 여기서 오염된 처리 흐름(46)은 보다 낮은 말단(39)에 있는 (44)에서 유닛에 유입할 것이며, 배출구 처리 흐름(25)는 반응기(22)의 보다 높은 말단(47)에 있는 (24)에서 처리 유닛을 빠져나갈 것이다.
앞에서 논의했던 바와 같이, 본원 발명의 또다른 이점은 활성화된 또는 부분적으로 활성화된 망상 물질(15)를 오염된 처리 흐름(20)내의 폴리머 전구물질과 반응시키는 것이다. 디올레핀의 축합 중합은 오염된 처리 흐름(20)이 가열된 후, 일반적으로 처리 유닛(22)로 도입되기 이전에 처리 유닛(32)에서 발생하며, 그에 의해 처리 유닛(32) 그 자체에서 처리 유닛(32)를 찐득찐득하게 또는 막히게 할 수 있는 오염물을 형성할 수 있다. 오염물이 처리 유닛에서 형성될 때, 오염물은 유체 유입 횡단면(34)를 통과하여 유동하기 전에 오염된 처리 흐름(20)으로부터 여과될 수 없다. 그러므로 망상 물질(15)의 층 또는 층들(26, 28, 40, 42)은 부분적으로 활성화된 망상 물질을 형성하기 위하여 촉매 물질을 위한 기질로서 기능할 수도 있는 알루미나 분말로 코팅될 수도 있다. 여기서 사용되는, "활성화된 지지층(activated support)"이란 (1) 촉매물질과 함께 함유되어 있는 망상 물질 또는 (2) 금속의 산화물, 질화물, 또는 탄화물일 수 있는 망상 물질 또는 (3) 제올라이트 또는 예컨대, 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 실리카-마그네시아 또는 티타니아와 같은 무기 산화물을 함유하는 망상 물질을 의미한다. 여기서 사용되는 "부분적으로 활성화된 지지층"이란 반응 속도를 보다 낮추거나 접촉된 물질을 부분적으로 반응시키기 위하여 덜 활성적인 또는 부분적으로 비활성화되게 의도적으로 제조되어 있는 활성화된 지지층 물질을 의미한다.
코팅된 망상 물질(15) 또한 사용될 수 있는데, 여기서 코팅은 여러개의 전통적인 촉매 중 하나를 포함할 수 있다. 알루미나는 활성 코팅으로서 사용될 수 있으며, 선택적으로 그러나 바람직하게는 알루미나는 촉매를 강화시키기 위한 지지층으로서 사용될 수 있다. 바람직하게는 본원 발명에 따른 촉매는 알루미나 기초된 지지층안에 함유된 Ⅵ-B족 금속 또는 Ⅷ족 구성원소의 금속, 또는 모두를 포함한다. 따라서, 촉매는 철, 니켈, 코발트, 백금, 팔라듐 및 이리듐 중 하나 이상과 조합된 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 팔라듐의 사용은 특히 에틸렌으로부터 아세틸렌 및 디올레핀의 제거, 산소의 제거, 및 수소의 제거에 유용하다. Ⅵ-B족 금속 중에서, 몰리브덴이 가장 바람직하다. 바람직하게는 촉매는 약 2 중량% 내지 약 14 중량%의 Ⅵ-B족 금속을 함유할 것이다. Ⅷ족 금속 중에서, 니켈 및 코발트가 가장 바람직하다. 촉매 내의 Ⅷ족 금속의 양은 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%이다.
도 2를 참고하여, 안장 모양(126)(도 7)의 망상 물질(15)를 가진 두 개의 고정된 촉매층(48, 50)을 가지는 다수의 고정된 촉매층 처리 유닛(46)을 기술할 것이다. 반응기(46)은 하향유동 구조로 도시되는데, 여기서 오염된 처리 흐름(51)은 주입구(52)에서 유닛(46)에 유입할 것이며, 배출구 처리 흐름(54)는 배출구(56, 60)에서 유닛(46)에 유입할 것이다. 부분적으로 반응된 처리 흐름(58)은 제 1의 고정층(48)의 배출구(61)에서 축적될 수 있으며, 수집기 트레이(60)에서 방출될 수 있다. 부분적으로 반응된 처리 흐름(58)은 혼합 챔버(64)에서 부분적으로 반응된 처리 흐름(62)로서 반응기(46)으로 재도입되기 전에 가열 또는 냉각되거나 다른 방법으로 처리될 수 있다. 연속적인 촉매층(50)과의 반응을 위하여 부분적으로 반응된 처리 흐름(62)이 반응기(46)으로 재도입되기 전에, 부분적으로 반응된 처리 흐름(58)은 필요한 재분산, 가열, 또는 다른 처리 단계를 위하여 제거될 수 있다. 망상 물질(15)의 추가적인 층(70)은 추가적인 처리 단계에서 사용되는 처리 장치로부터 동반되거나 처리 장치에 의하여 형성된, 오물, 산화철, 황화철, 아스팔텐, 코크 가루, 그을음, 촉매 가루, 침전물 또는 그밖의 다른 동반된 외부 미립자 물질, 증류 칼럼의 염, 기체 흐름의 미립자, 테일 가스 유닛으로부터의 황 또는 황화물, 또는 디올레핀과 같은 폴리머 전구물질과 같은 오염물을 제거하기 위하여 여과 및 분산을 제공할 수도 있다.
망상 물질(15)의 층(66, 68, 70)은 처리 흐름(51) 및 부분적으로 반응된 처리 흐름(62)를 여과시키기에 충분한 양으로 주입구(52) 및 혼합 챔버(64) 아래의 반응기(46)에 제공된다. 바람직하게는, 다중층(66, 68, 70)은 오염된 처리 흐름 유동이 망상 물질(15)를 통해 유입함에 따라 망상 물질(15)의 다공도가 층(66)의 다공도로부터 층(68)의 또다른 다공도로, 층(70)의 또다른 다공도로 변화하도록 제공된다. 선택적으로, 본원 발명은 전통적인 배스킷 스크린(basket screen)(72)를 가지고 또는 가지지 않고 실시될 수 있다. 바람직하게는, 고정된 촉매층(48, 50)은 분리된 고체 촉매 입자(74)를 함유한다.
본원 발명의 또다른 특징은 처리 유닛의 전체 길이에 걸쳐 복수의 망상 구성요소(15)를 제공하는 단계를 유리하게 제공하는 것이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 복수의 망상 구성요소(15)는 촉매(19)와 함께 처리 유닛 도처에서(throughout) 혼합될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 본원 발명의 이점은 본원 발명이 처리 흐름을 분산시키는데 사용될 수도 있다는 것이다. 또한 처리 흐름(51)은 유입하는 처리 흐름이 망상 물질(15)의 웹 멤버(123)(도 9)에 의하여 결정되는 복수의 유동 통로(120)(도 9)를 통해 처리 흐름을 통과시킴으로써 보다 작은 복수의 유체 흐름으로 세분되고; 이후 유입하는 처리 흐름이 촉매층(76)의 유동 유입 횡단면을 통과하여 균일하게 퍼지도록 하기 위하여 여러번 보다 작은 흐름으로 다시 세분됨에 의하여 여과되는 동안 분산될 수 있다. 이후 공급(51)은 수집기 판(60)에서 부분적으로 반응된 처리 흐름(58)로서 제거되기 전에, 촉매층(48)에서 반응된다. 이후 부분적으로 반응된 처리 흐름(62)가 혼합 챔버(64)로 유동하고, 망상 물질층(70)을 통해 통과함에 따라 여과 및 분산이 반복된다.
본원 발명의 또다른 특징은 바깥으로 유동하는 부분적으로 반응된 처리 흐름(58) 및 반응된 처리 흐름(54)로부터 촉매 입자(74)를 포획 및 보유하기 위하여 망상 물질(15)가 사용될 수 있다는 것이다. 제 1 고정층(48)의 배출구(61)에 있는 층(78, 80)의 망상 물질(126) 및 제 2 고정층(50)의 배출구(56)에 있는 층(82, 84)의 망상 물질(126)은 부분적으로 반응된 처리 흐름(58) 또는 반응된 처리 흐름(54)안에 동반될 수 있는 촉매 입자(74)를 여과하고 보유하는데 사용된다. 도 1을 참고하여 논의한 바와 같이, 단일 또는 다수의 고정층 화학 반응기에서 부분적으로 반응된 또는 반응된 바깥쪽으로 유동하는 처리 흐름으로부터 촉매(74)를 포획 및 보유하기 위하여, 망상 물질(15)는 바람직하게는 도 2에서 도시되는 바와 같이 각각의 층(78, 80) 및 층(82, 84), 층(48, 50)에 관한 하나의 다공도에서 또다른 다공도로 변화된다. 선택적으로, 망상 물질의 다공도는 또한 작은 공극으로부터 큰 공극으로 변화될 수 있다. 다른 방법으로, 망상 물질의 다공도는 촉매층에서 형성될 수 있는 침전물을 여과하기 위하여 큰 공극에서 작은 공극으로 역으로 변화될 수도 있다.
본원 발명의 또다른 이점은 처리 흐름(51. 62) 내의 폴리머 전구물질과 반응하기 위하여, 망상 물질(15)가 촉매적으로 활성인 물질로 활성화되거나 활성 물질과 함께 함유될 수 있다는 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 망상 물질(15)의 층(66, 68, 70)은 바람직하게는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 실리카-마그네시아 또는 티타니아 또는 바람직하게는 제올라이트 L, 제올라이트 X, 및 제올라이트 Y로 구성된 그룹에서 선택되는 제올라이트로 구성된 그룹에서 선택된 무기 산화물을 포함하는 활성화된 지지층을 함유할 수도 있는데, 이는 촉매 물질을 위한 기질로서 망상 물질에 첨가될 수 있다. 선택적으로, 망상 물질은 촉매 물질과 함께 함유될 수 있으며, 또는 망상 물질은 미국 특허 제 5,399,535호에 개시된 바와 같은 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 붕소화물일 수도 있는데, 미국 특허 제 5,399,535호는 본원 발명과 일치하지 않는 범위로 여기 참고문헌으로 첨부되어 있다.
상기 기술된 바와 같은 활성화된 또는 부분적으로 활성화된 망상 물질은 오염 또는 찐득거림의 형성을 저해하기 위하여 디올레핀 또는 다른 폴리머 전구물질의 수소첨가 속도를 제어하는데 사용될 수 있다. 흡열 반응이 부분적으로 반응된 처리 흐름(58)에 열을 첨가하기 위해 필요할 때, 바람직하게는 층(70)의 망상 물질(15)는 활성화되거나 부분적으로 활성화된다. 본원 발명은 또한 코팅된 망상 물질을 가지고 실시될 수도 있는데, 여기서 코팅은 여러가지 전통적인 촉매 중 하나를 포함할 수도 있다. 알루미나는 활성 코팅 또는 활성 지지층에 사용될 수 있다. 본원 발명에 따른 촉매는 바람직하게는 망상 물질, 무기 산화물 또는 제올라이트 안에 함유된 Ⅵ-B족 또는 Ⅷ족 구성원소의 금속, 또는 이들 모두를 포함한다. 따라서 촉매는 철, 니켈, 코발트, 백금, 팔라듐 및 이리듐 중 하나 이상과 조합된 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐 중 하나 이상을 포함할 수 있다. Ⅵ-B족 금속 중에서, 몰리브덴이 가장 바람직하다. 촉매는 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 14 중량%의 Ⅵ-B족 금속을 함유할 것이다. Ⅷ족 금속 중에서, 니켈 및 코발트가 가장 바람직하다. 촉매내의 Ⅷ족 금속의 양은 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%이다.
도 3은 전통적인 연소기-스타일의 유동층 반응기(88, 90)을 도시한다. 증기 또는 공기 유동의 분산이상 및 유입 손실을 감소시키기 위하여, 망상 물질(15)의 층(86, 92)가 유동층 화학 반응기(90) 및 연소기, 또는 재생기(88)에서 사용될 수 있다. 연소기 또는 재생기(88)에 대한 주입구 공기(94)는 상기 흐름을 보다 작은 복수의 유동 흐름으로 세분하기 위하여 망상 물질층(86)을 통하여 유동된다. 망상 물질(15)는 도시된 구멍(125)가 없는 단일의 원형 디스크(124)(도 6)일 수도 있지만; 그것은 타원형 또는 사각형 쉬트(121)(도 9), 또는 집합된 디스크(134)(도 10)을 포함하는 필요한 임의의 기하학적 구조일 수도 있다. 선택적으로, 다수의 디스크(86, 92)(도 3)가 사용될 수도 있다. 또한 디스크(124)(도 6) 또는 쉬트(121)(도 9)는 선택적으로 구멍을 함유할 수도 있다. 증기 또는 공기 유동의 세분(subdivision)은 유입하는 증기 또는 공기 흐름의 난류(turbulence)를 감소시킬 수 있어, 특정한 연소기-스타일의 유동층 반응기(도 3)의 처리 제한(constraint)에 따라 압축기 마력 사용을 줄이거나 유동 속도의 증가를 가능하게 한다. 본원 발명의 또다른 이점은 세분된 증기 또는 공기 유동은 연소기 또는 재생기(88)을 통해 증기 또는 공기(94)를 보다 균일하게 분산시킬 수 있다는 것이다. 또한 망상 물질(15)의 또다른 층(92)는 유동층 반응기(90)에 사용되는 플러핑 증기(96)을 균일하게 분산시키는데 사용될 수 있다.
다른 방법으로, 전통적인 두-단계의 재생기 유동층 반응기(104)를 도시하는 도 4에서, 망상 물질(15)의 층(98, 112)는 한-단계 연소기 또는 재생기에 관한 도 3에서 논의된 바와 유사하게 사용될 수 있다. 연소기 또는 재생기 1 단계(108)에 대하여 교란된 주입구 공기(102)는 흐름을, 바람직하게는 보다 작은 복수의 유동 흐름으로 세분하기 위하여 망상 물질(15)의 층(98)을 통해 유동된다. 바람직하게는, 망상 물질(15)는 구멍(125)가 없는 단일의 원형 디스크(124)(도 6)이지만; 타원형 또는 사각형 쉬트(121)(도 9), 또는 집합된 디스크(134)(도 10)를 포함하는 필요한 기하학적 구조일 수도 있다. 선택적으로, 다수의 디스크(98, 112)(도 4)가 사용될 수도 있다. 또한 디스크(124)(도 7) 또는 쉬트(121)(도 9)는 선택적으로 구멍을 함유할 수도 있다. 유사하게, 제 2-단계(110)에서, 교란된 주입구 공기(106)은 상기 흐름을 보다 작은 복수의 유동 흐름으로 세분하기 위하여 망상 물질(15)의 층(100)을 통해 유동될 수 있다. 증기 또는 공기 유동의 세분은 유입하는 증기 또는 공기 흐름의 난류를 감소시킬 수 있어, 2-단계의 재생기 유동층 반응기(104, 116)의 처리 제한에 따라, 압축기 마력 사용을 감소시키거나 또는 유동 속도를 증가하게 할 수 있다. 본원 발명의 또다른 이점은 세분된 증기 또는 공기 유동은 연소기 또는 재생기 챔버(108, 110)을 통해 증기 또는 공기를 보다 균일하게 분산시킬 수 있다는 것이다. 또한 망상 구성요소의 또다른 층(112)은 유동층 반응기(116)에서 사용되는 플러핑 증기(114)를 균일하게 분산시키는데 사용될 수도 있다.
비록 이미 논의된 바와 같이, 다른 모양이 사용될 수도 있지만, 도 5를 참조하여, 증기 형태의 오염된 처리 흐름을 처리하기 위한, 실질적으로 구형 볼(122)(도 11) 모양의 망상 물질(15)를 가진 방사상 유동 고정층 화학 반응기(94)를 설명한다. 증기 형태의 오염된 처리 흐름(92)는 주입구(96)에서 방사상 유동 반응기(94)에 유입할 것이다. 망상 물질(15)의 층(98), 보다 바람직하게는 망상 물질(15)의 층(98, 100)은 편향 배플(deflection baffle)(102) 및 스캘롭(scallop)(104) 사이의 용기에 제공된다. 망상 물질(15)의 층(98, 100)은 고정된 촉매층(108)에서 반응 및 반응된 처리 흐름(112)로서 중심 파이프(110)를 통해 배출되기 전에 오물, 산화철, 황화철, 아스팔텐, 코크 가루, 그을음, 촉매 가루, 침전물과 같은 오염물 또는 그밖의 다른 동반된 외부 미립자 물질, 또는 오염된 증기 공급(92)에 동반되는 디올레핀과 같은 폴리머 전구물질을 여과하는데 도움을 준다. 또한 앞에서 논의한 바와 같이, 본원 발명의 이점은 망상 물질(15)는 여기 도시된 부하되지 않은 관(106)의 배출구 흐름으로부터 촉매를 포획 및 보유하는데 사용될 수 있다는 점이다.
망상 구성요소는 그밖의 다른 유형의 처리 장치에서 침전물과 같은 오염물을 여과하는데 사용될 수 있다. 도 15는 본원 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 망상 구성요소(95)는 증류 칼럼(90)에서 염과 같은 침전물을 제거하기 위해 사용된다. 처리 장치에서 형성된 침전물을 여과하는 방법은 바람직하게는 각각의 망상 구성요소 사이에 빈 공간으로 충전된 망상 구성요소층을 제공하는 단계를 포함한다. 빈 공간은 망상 구성요소층의 막힘을 저해하기 위하여 보다 큰 오염물을 통과하고, 망상 구성요소의 표면에 보다 작은 오염물의 여과를 증진시키기 위하여 변화된다. 본 방법은 또한 침전물을 함유하는 처리 흐름을 망상 구성요소와 접촉시키는 단계를 제공하며, 이에 의해 망상 구성요소의 표면에서 보다 작은 오염물을 제거하고, 각각의 망상 구성요소 간의 빈 공간을 통해 보다 큰 오염물을 통과하게 함으로써, 처리 흐름으로부터 침전물을 제거한다. 본 방법은 추가적인 처리를 위하여 상대적으로 침전물-없는 처리 흐름을 생성한다.
도 6은 망상 구성요소 디스크(124)와 같은 본원 발명의 특정한 실시예를 도시한다. 선택적으로, 디스크는 구멍(125)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 다수의 구멍은 선택적으로 망상 구성요소로 채워질 수 있는 스크린 배스킷을 수용하는데 사용된다. 그밖의 다른 모양은 망상 물질(15)의 안장(126)(도 7), 속이 빈 원기둥(128)(도 8), 단일 쉬트(121)(도 9), 복수의 조각(134a-134f)로부터 형성된 디스크(134)(도 10), 실질적으로 구형의 볼(122)(도 11), 고체 원기둥(132)(도 12), 래쉬히 고리(130)(도 13), 스퀘어(도 14), 및 단일체(도 14)를 포함할 수 있다. 각각의 모양은 개별적인 사양에 따른 크기로 제조될 수 있다. 사용되는 모양의 크기는 실질적으로 약 1/8 내지 2 인치 직경의 구형 볼; 약 1/8 내지 1 인치의 내부 직경 및 약 1/4 내지 1과 1/2 인치의 외부 직경 및 약 1/4 내지 2 인치의 높이를 가지는 래쉬히 고리; 약 1/4 내지 2 인치의 반경을 가진 안장 모양; 약 1/8 내지 l과 l/4 인치의 내부 직경, 약 1/4 내지 2 인치의 외부 직경, 및 약 1/4 내지 3 인치의 높이를 가지는 속이 빈 원기둥; 및 약 l/8 내지 1 인치의 직경 및 약 1/4 내지 2 인치의 높이를 가지는 고체 원기둥을 포함할 수 있다. 맞춤 원-피스 디스크(124) 또는 단일 쉬트(121) 구조는 반응기의 물리적 구조에 맞추어 질 수 있다. 본원 발명의 이러한 양태의 또다른 특징은 망상 물질(15)는 구멍(125)를 가지는 디스크(124) 또는 단일 쉬트(121)로 형성될 수 있다는 점이다. 본원 발명의 또다른 특징은 제조시 반응기의 물리적 구조에 맞추어지는 집합된 쉬트 도는 디스크를 형성하기 위하여 망상 구성요소를 복수의 조각으로 형성할 수 있다는 것이다. 망상 구성요소의 다공도는 4 내지 800 ppi의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 다공도는 약 4 내지 80 ppi의 범위 일 수 있다. 보다 바람직하게는, 다공도는 약 10 내지 60 ppi의 범위일 수 있다. 이는 적용, 크기, 미립자 부하 및 압력 강하 제한을 위한 망상 물질(15)의 크기 및 모양의 맞춤을 가능하게 한다. 망상 구성요소의 공극 또는 개구를 둘러싸는 망상 구성요소 물질은 웹 멤버(123)(도 9)를 형성하는데, 이는 차례로 유동 통로(120)(도 9)를 결정한다.
또한 본원 발명은 처리 유닛에서 수직의 유동 분산 방법을 유리하게 제공한다. 이러한 수직의 유동 분산 방법은 처리 유닛에 하나 이상의 망상 구성요소를 제공하는 단계를 포함한다. 오직 하나의 망상 구성요소가 사용될 때, 망상 구성요소는 전형적으로 처리 유닛을 효과적으로 연결하기에 충분히 크다. 다수의 망상 구성요소가 사용될 때, 다수의 망상 구성요소들은 임의적으로 충전층안에 전형적으로 배열된다. 망상 구성요소의 구조와 관계없이, 각각의 망상 구성요소는 망상 구셩요소를 통하여 복수의 유동 통로를 결정하는 복수의 웹 멤버를 가진다. 그리하여 복수의 망상 구성요소와 접촉된 처리 흐름은 각각의 망상 구성요소의 웹 멤버에 의하여 결정된 복수의 유동 통로를 통해 처리 흐름을 통과함에 의하여 보다 작은 복수의 유동 흐름으로 세분된다. 망상 구성요소가 사용될 때, 망상 구성요소 내부의 유동 통로 및 망상 구성요소 간의 빈 공간을 통과하는 처리 흐름의 유동은 처리 유닛을 통하여 처리 흐름의 유동에 수직인 효과적인 유동 분산을 제공한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 본 방법은 처리 유닛에 유입하는, 처리 유닛 안에 위치하고 있는, 처리 유닛으로부터 빠져나가는 또는 이들 위치의 조합인 처리 흐름에 적용될 수 있다. 본 방법은 처리 흐름으로부터 오염물 여과를 제공하는 동안과 동시에 처리 흐름에 적용될 수 있다. 본 방법은 처리 흐름내의 원하는 화학종을 부분적으로 또는 완전히 제거 또는 전환하기 위하여 촉매 반응을 수행하는 동안과 동시에 처리 흐름에 적용될 수 있다.
도 21은 본원 발명의 망상 구성요소가 생성할 수 있는 수직의 유동량을 도시한다. 약 1/16"의 점적기(dropper) 직경을 가지는 점적기를 사용하여 실험을 수행하였다. 망상 구성요소는 점적기 직경의 약 7배 직경까지 수직으로 액체를 분산시켰다. 유동은 망상 구성요소를 그만큼 분산시키지 않았다. 수직면이 아닌, 수평면에서 현저한 분산이 이루어졌다. 망상 구성요소가 처리 유닛에서 사용될 때, 망상 구성요소는 채널링 및 여기서 논의된 그밖의 다른 문제들을 막기 위하여 유체를 현저히 수직으로 분산시킨다.
본원 발명의 또다른 특징은, 도 20에 도시된 바와 같이, 다양한 다공도 및 공극 크기의 망상 구성요소의 사용을 포함할 수 있다는 것이다. 망상 구성요소는 인치 당 많은 공극의 다공도("ppi")를 가지도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 이것은 당해 기술 분야의 당업자에 의하여 실험될 때, 30 ppi의 망상 구성요소는 인치 당 평균 30개의 공극을 가지는 것을 의미한다. 이러한 물질의 공극 크기는 기껏해야 1 mm 미만일 것이다. 본 내용에서 공극 크기는 공극이 완전히 구형이 아님을 인식한 공극의 공동(cavity)의 일반적인 크기이다. 공극 크기의 또다른 중요한 구성요소는 공극 내의 윈도우 개구(window opening)의 크기이다. 이것은 공극안에 포집되거나 여과되는 가장 큰 입자의 크기를 결정하는 치수이다. 본원 발명의 망상 구성요소의 다공도 범위는 약 4 내지 800 ppi이다. 이는 미립자 부하 및 압력 강하 제한을 포함한 적용 제한을 위한 망상 구성요소의 크기 및 모양의 맞춤을 가능하게 한다. 망상 구성요소의 공극은 약 6 mm 내지 약 100 마이크론의 범위일 수 있으며, 각각은 망상 구성요소를 통하여 복수의 유동 통로를 형성하는 복수의 웹 멤버에 의하여 결정된다.
본원 발명의 이점으로 인해, 여과 방법은 처리 유닛안에서 보다 효율적인 여과를 제공한다. 전통적인 보류 물질에서와 같이 오염물이 망상 구성요소의 처음 부분의 인치(inch)에서 뭉치지 않기 때문에, 모든 여과층이 효과적으로 사용될 수 있다. 처리 유닛이 압력 강하 증가 이외의 가동종료 조건(end-of-run condition)에 도달하도록 충분한 망상 구성요소가 사용되는 한, 망상 구성요소를 통한 압력 강하는 낮게 유지될 수 있다. 하향흐름 장치가 유동을 빼앗기지 않으며, 상향흐름 장치가 압력 상승하지 않기 때문에, 보다 낮은 압력 강하는 유닛 작동 안전성을 증가시킨다. 처리 장치는 처리 장치 가동종료 조건 이전에 예전의 여과 방법보다 훨씬 오랫동안 작동할 수 있기 때문에, 촉매 변화 사이의 작업 시간은 현저하게 증가된다.
본원 발명의 또다른 이점은 촉매층이 주기-평균 압력 강하를 훨씬 더 낮게 하기 때문에, 보다 작은 크기의 촉매가 촉매층 처리 유닛에서 사용될 수 있다는 것이다. 보다 작은, 보다 촉매적으로 반응성인 촉매를 사용한 결과는 약 10% 내지 약 15%의 활동성의 증가이다. 처리 유닛에 대한 주기 당 훨씬 낮은 평균 압력 강하로 인해 촉매의 전체 표면적은 반응 속도를 변형 및 증가시키는 의도한 목적을 위하여 사용될 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 또다른 이점은 수직의 유동 재분산을 촉진하기 위하여 처리 유닛 내부의 다양한 위치에 있는 하나 이상의 망상 구성요소의 층을 사용하여 채널링 및 그밖의 다른 유동 분산이상의 증후를 완화시키는 것이다. 또한 처리 유닛 내부의 이러한 하나 이상의 망상 구성요소의 층은 처리 유닛 내부의 미립자 오염물의 여과를 촉진한다.
명백한 변형 및 균등물들이 당해 기술 분야의 당업자에게 명확할 것이기 때문에, 본원 발명은 구조의 정확한 사양, 작동, 정확한 물질, 또는 도시되고 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 특수한 액체 분산기 또는 전통적인 액체 분산기는 망상 구성요소가 처리 장치를 통해 액체의 분산을 촉진하기 위하여 사용될 수 있다. 역으로, 망상 구성요소는 오직 미립자 제거를 위하여만 사용될 수 있다. 따라서 본원 발명은 청구 범위에 의하여만 제한된다.

Claims (34)

  1. 다음의 단계를 포함하는, 오염된 처리 흐름(process stream)으로부터 오염물을 제거하는 방법:
    (a) 처리 유닛에 복수의 망상 구성요소(reticulated element)를 제공하는 단계;
    (b) 실질적으로 정화된 처리 흐름을 생성하기 위하여, 복수의 망상 구성요소 표면에서 오염물의 여과를 증진시키기 위해, 처리 유닛안에 복수의 망상 구성요소를 임의적으로 충전함으로써 상당수의 망상 구성요소 사이에 빈 공간을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 실질적으로 정화된 처리 흐름은 상기 복수의 망상 구성요소를 통하여 저해되지 않고 통과하게 하며, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하기 위하여, 상기 처리 흐름을 상기 복수의 망상 구성요소와 접촉시키는 단계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 망상 구성요소가 상이한 크기의 오염물을 여과시킬 수 있도록 복수의 망상 구성요소는 상이한 공극 크기를 가지는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오염된 처리 흐름은 오염된 유기-기초된(organic-based) 처리 흐름인 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 오염된 처리 흐름을 접촉하기 이전에 복수의 망상 구성요소에 촉매를 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 세라믹 물질, 금속 물질, 및 화학적 증기 증착 물질로 구성된 그룹에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상당수의 복수의 망상 구성요소는 복수의 망상 구성요소를 통하여 복수의 유동 통로를 형성하는 복수의 웹 멤버(web member)에 의하여 결정되는 복수의 공극을 가지며, 상기 공극의 평균 공극 크기는 6 밀리미터 내지 100 마이크론인 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 망상 구성요소는 선형 인치(linear inch) 당 4 내지 800개 공극의 공극도를 가지는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 망상의 폼(foam) 물질로부터 형성되 는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 실질적으로 구 모양의 볼(ball), 래쉬히 고리(raschig ring), 안장 모양의 피스(piece), 단일체(monoliths), 스퀘어(squares), 단일 쉬트(sheet), 속이 빈 원기둥, 고체 원기둥, 및 단일 디스크(disk)로 구성된 그룹에서 선택된 모양을 가지는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 구멍(perforation)을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 내부 횡단면 구조를 가지며, 상기 복수의 망상 구성요소는 제조시 처리 유닛의 내부 횡단면 구조에 맞춤되는(custom-fit) 집합된 쉬트로 형성되는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 내부 횡단면 구조를 가지며, 상기 복수의 망상 구성요소는 제조시 처리 유닛의 내부 횡단면 구조에 맞춤되는 집합된 디스크를 형성하는 복수의 조각(segments)들로 형성되는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 증류 칼럼, 테일 가스 처리기(tail gas treater), 소각로(incinerator), 및 집진기(scrubber)로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 하나의 Ⅵ-B 족 금속을 가지는 다공성 알루미나 코팅을 포함하여 선택되는 촉매의 실질적으로 균일한 코팅을 가지는 망상 구성요소 기질(substrate)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 VI-B 족 금속은 몰리브덴인 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 하나의 Ⅷ족 금속을 가지는 다공성 알루미나 코팅을 포함하여 선택되는 촉매의 실질적으로 균일한 코팅을 가지는 망상 구성요소 기질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, Ⅷ족 금속은 니켈 또는 코발트인 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, VI-B 족 금속이 망상 구성요소 안으로 함유되는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, Ⅷ족 금속이 망상 구성요소 안으로 함유되는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 실리카-마그네시아 및 티타니아로 구성되는 그룹에서 선택된 다공 무기 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 티타늄, 주석, 납, 지르코늄, 루테늄, 텅스텐, 이트륨, 니켈, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 실리콘 또는 붕소로 구성되는 그룹에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 티타늄, 지르코늄, 텅스텐, 실리콘 또는 붕소로 구성되는 그룹에서 선택된 금속 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 티타늄, 지르코늄, 텅스텐, 실리콘 또는 붕소로 구성되는 그룹에서 선택된 금속 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 티타늄, 지르코늄 또는 텅스텐으로 구성되는 그룹에서 선택된 금속 붕소화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 망상 구성요소는 제올라이트 L, 제올라이트 X 및 제올라이트 Y로 구성되는 그룹에서 선택된 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법.
  26. 다음의 단계들을 포함하는, 처리 유닛에서의 수직의 유동 분산 방법:
    (a) 수직의 유동 분산을 촉진시키는 유동 통로를 결정하는 복수의 웹 멤버를 가지는 처리 유닛에 복수의 망상 구성요소를 제공하는 단계; 및
    (b) 처리 흐름을 망상 구성요소 구역과 접촉시키는 단계; 및
    (c) 상기 처리 흐름이 수직 방향으로 현저하게 분산되도록 상기 복수의 망상 구성요소의 웹 멤버에 의하여 결정되는 복수의 유동 통로를 통하여 상기 처리 흐름을 통과시킴으로써 상기 처리 흐름을 보다 작은 복수의 유동 흐름으로 세분하는 단 계.
  27. 제 26항에 있어서, 다음의 단계들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리 유닛에서의 수직의 유동 분산 방법:
    (a) 상기 복수의 망상 구성요소 표면에서 오염물의 여과를 증진시키기 위하여, 상기 복수의 망상 구성요소를 상기 처리 유닛안에 임의적으로 배치시킴으로써 각각의 망상 구성요소 사이에 빈 공간을 제공하여 상기 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 단계; 및
    (b) 하향흐름(downstream) 처리 유닛에서의 추가적인 처리를 위하여 정화되고 균일하게 분포된 처리 흐름을 제공하는 단계.
  28. 제 26항에 있어서, 복수의 망상 구성요소를 제공하는 단계는 처리 유닛 주입구, 처리 유닛의 내부, 처리 유닛 배출구, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 위치에서 상기 복수의 망상 구성요소를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리 유닛에서의 수직의 유동 분산 방법.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 처리 유닛은 내부 횡단면 구조를 가지며, 상기 복수의 망상 구성요소는 제조시 상기 처리 유닛의 내부 횡단면 구조에 맞춤되는 집합된 쉬트로 형성되는 것을 특징으로 하는, 처리 유닛에서의 수직의 유동 분산 방법.
  30. 다음의 단계들을 포함하는, 처리 유닛안에서 형성된 침전물을 여과하는 방법:
    (a) 상기 처리 유닛에 복수의 망상 구성요소를 제공하는 단계;
    (b) 실질적으로 침전물-없는 처리 흐름을 생성하기 위하여, 상기 상당수의 망상 구성요소 표면에 오염물의 여과를 증진시키기 위해 상기 처리 유닛안에 상기 복수의 망상 구성요소를 임의적으로 충전함으로써 상당수의 망상 구성요소 사이에 빈 공간을 제공하는 단계;
    (c) 상기 침전물을 함유하는 처리 흐름을 상기 상당수의 망상 구성요소와 접촉시키는 단계;
    (d) 상기 처리 흐름으로부터 상기 침전물을 제거하는 단계; 및
    (e) 추가적인 처리를 위하여 실질적으로 침전물-없는 처리 흐름을 제공하는 단계.
  31. 다음을 포함하는 반응기를 포함하는 반응기 집합체(reactor assembly):
    (a) 실질적으로 정화된 처리 흐름을 생성하기 위하여 상기 상당수의 망상 구성요소 표면에 오염물의 여과를 증진시키기 위해 상기 반응기 안에 임의적으로 충전됨으로써 상기 상당수의 망상 구성요소 사이에 빈 공간을 제공하는 복수의 망상 구성요소; 및
    (b) 15% 내지 20% 범위의 촉매 활성 증가를 제공하는데 효과적인 크기의 촉매를 포함하며, 상기 복수의 망상 구성요소의 하향흐름에 위치된 촉매층.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 복수의 망상 구성요소는 처리 유닛의 전체 길이에 두루(throughout) 임의적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 반응기 집합체.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 복수의 망상 구성요소는 처리 유닛의 전체 길이에 걸쳐 촉매와 혼합되는 것을 특징으로 하는 반응기 집합체.
  34. 다음의 단계들을 포함하는, 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하는 방법:
    (a) 복수의 세라믹 단일체(ceramic monoliths)를 화학 반응기에 제공하는 단계;
    (b) 실질적으로 정화된 처리 흐름을 제공하기 위하여 상기 상당수의 세라믹 단일체 표면에 오염물의 여과를 증진시키기 위해 상기 복수의 세라믹 단일체를 상기 화학 반응기 안에 임의적으로 충전함으로써, 상기 상당수의 세라믹 단일체 사이에 빈 공간을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 실질적으로 정화된 처리 흐름은 상기 복수의 세라믹 단일체를 통해 저해되지 않고 통과하도록 하며, 상기 오염된 처리 흐름으로부터 오염물을 제거하기 위하여 오염된 처리 흐름을 상기 상당수의 세라믹 단일체와 접촉시키는 단계.
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