KR20080000586A - 촉매 및/또는 그 외의 다른 미립자를 포함하는 충진 튜브 - Google Patents

촉매 및/또는 그 외의 다른 미립자를 포함하는 충진 튜브 Download PDF

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KR20080000586A
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Abstract

미립자 충진 장치와 방법은 스위블 커넥터, 상기 스위블 커넥터에 연결된 장착 표면 및 장착 표면상에 장착된 몇몇의 장애물을 이용하는 것이 공개된다. 장애물은 나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 위치된다.

Description

촉매 및/또는 그 외의 다른 미립자를 포함하는 충진 튜브{FILLING TUBES WITH CATALYST AND/OR OTHER PARTICULATE}
본 발명은 2005년 3월 25일에 제출된 미국 특허 출원 제 60/665,413호를 우선권 주장한다.
본 발명은 촉매 및/또는 그 외의 다른 미립자를 포함하는 충진 튜브에 관한 것이다.
촉매는 리포머(reformer), 히터 또는 반응기 용기(reactor vessel) 내의 튜브로 공급된다. 로딩(loading)은 이러한 용기 내에서 반응을 하기 위한 선구체(precursor)이다. 촉매 로딩 및 세척 공정의 속도를 높이고 결과 반응의 효율성을 개선시키기 위하여 로딩 공정의 효율을 개선시키는 것이 유용하다.
몇몇의 본 발명의 목적이 제공된다. 튜브 내의 용접부에 수용되는 것을 방지할 수 있는 장치와 기술이 요구된다. 특정의 경우, 튜브 내의 용접 임핀지먼트(weld impingment)는 5 mm 만큼 클 수 있다.
튜브가 대칭으로 형성되지 않는(즉 변형되고 및/또는 만곡된 튜브 벽) 튜브 환경에서 작업할 수 있는 장치와 기술이 요구된다.
촉매 또는 그 외의 다른 입자의 파단(fracture)을 방지할 수 있는 장치와 기술이 요구된다. 이러한 문제점은 보다 부서지기 쉬운 미립자 또는 상대적으로 량(mass)을 가진 큰 반경의 촉매 또는 그 외의 다른 입자의 경우에 보다 심각하다.
튜브 내에 들러붙지 않도록 장치의 해체를 돕는 장치와 기술이 요구된다.
작은 직경의 튜브 내에서 진공 튜브가 장치의 외측(튜브의 내부)을 통과하거나 이를 통과시킬 수 있는 장치와 기술이 요구된다.
스위블 커넥터, 스위블 커넥터에 연결된 장착 표면 및 장착 표면에 장착된 몇몇의 장애물을 이용하는 미립자 충진 장치와 방법이 공개된다. 장애물은 나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 배열된다.
상기 언급된 용어 "나선형-패턴의" 또는 나선형-패턴"은 장치가 나선형의 형상을 가진 개별적인 장애물/방해 부재로 구성되지만 상기 방해 부재는 연속적인 나선형 표면과 상반된 불연속적 표면을 형성하는 것을 의미한다.
도 1은 스프링 암과 횡단면을 도시한 튜브를 가진 한 실시예의 도면.
도 2는 강성 암의 측면도.
도 3은 브러시 암의 측면도.
충진 장치(filling device, 10)는 촉매 미립자(catalyst particulate, 17) 및 그 외의 미립자 물질이 이용될 수 있다. 일반적으로 충진 장치(10)는 공급 라인(12), 스위블 커넥터(swivel connector, 14) 및 나선형 필러(helix-pattern filler, 20)를 포함한다. 상기 나선형 필러(20)는 장착 표면(30)에 장착된 복수의 장애물(obstacle, 40)(아암형 부재)과 장착 표면(30)을 가진다. 복수의 장애물(40)이 장착 표면(30)에 장착될 때, 장애물(40)은 상부에서부터 하부로 나선형 형태 또는 장착 표면(30) 주위에서 계단식 나선형 패턴(42)으로 위치된다.
충진 장치(10)는 튜브(16)를 촉매 또는 그 외의 미립자(17)로 충진시키기 위하여 튜브(16)로 하강된다. 튜브(16)는 예를 들어 튜브 용접 및 용접 임핀지먼트(weld impingement, 18)의 영역, 튜브(도시되지 않음) 내의 밴드(bend), 등등과 같은 불균일한 다수의 영역을 가질 수 있다.
공급 라인(12)은 나선형 필러(20)를 튜브(16)로 하강시키고(예를 들어 저속 제어식 하강), 튜브(16)가 충진됨에 따라 나선형 필러(20)를 튜브(16)로부터 상승시키기 위해 이용된다. 나선형 필러(20)는 공지된 수단과 기술에 따라 튜브(16)로부터 상승되거나 하강될 수 있다.
바람직하게 충진 장치(10)는 스위블 커넥터(14)(또는 나선형 필러를 선회 운동시키기 위한 임의의 그 외의 공지된 수단)를 포함한다. 스위블 커넥터(14)는 공급 라인(12)을 따라 목표 위치에 연결될 수 있으며, 도시된 바와 같이 하단부에 연 결된다. 스위블 커넥터(14)는 심해 낚싯줄(deep sea fishing line)에 이용되는 타입과 같은 예를 들어 스테인리스 스틸일 수 있다. 스테인리스 체인 링크(15a, 15b)는 스위블 커넥터(14)를 공급 라인(12) 또는 공급 라인(12)과 나선형 필러(20)로 결합시키기 위해 이용될 수 있다. 스위블 커넥터(14)로 인해 나선형 필러(20)는 촉매 충진 공정 동안 공급 라인(12)이 트위스트되지 않고 회전할 수 있다.
바람직하게 장착 표면(30)은 스테인리스 스틸 로드(32)이며, 나선형 필러(20)를 위한 수직 축으로서 기능을 한다. 한 실시예에서, 로드(32)는 16 mm의 직경과 450 mm의 길이를 가질 수 있다. 로드(32)의 중량뿐만 아니라 길이와 직경은 특정 촉매 미립자 또는 그 외의 미립자 로딩 태스크(particulate loading task)에 따라 가변될 수 있다.
각각의 복수의 장애물(40)은 로드(32)의 축방향(수직)에 대해 수직하게(또는 거의 수직하게) 장착된다. 이러한 장애물들은 예를 들어 로드(32)를 관통하는 홀을 드릴링하고 그 뒤 양 단부(41a, 41b)가 로드(32)로부터 등간격으로 반경방향으로 돌출될 때까지 로드(32)를 통해 장애물(40)을 삽입하며, 그 뒤 세트 나사(도시되지 않음)를 이용하여 장애물(40)을 로드(32)로 고정시킴으로써 장착될 수 있다. 또한 장애물(40)은 각각의 장애물(40)이 로드(32)를 통해 이동하지 않도록 오직 한 단부에서 로드(32)로 부착될 수 있다. 일반적으로 장착 표면(30) 내의 개구부 또는 장착 홀은 장착 표면(30) 주위에서 나선형 형태로 보여진다.
복수의 장애물(40)은 로드(32) 주위에 나선형 패턴(42)(예를 들어 탄성의 계단식 나선형 패턴)으로 전체적으로 위치된다. 예를 들어 장애물(40a)과 장애 물(40b)과 같은 각각의 연속적인 장애물(40)은 미립자의 크기/반경(때때로 중량 및/또는 밀도)에 의해 결정된 거리로 서로 어긋나게 배치된다(stagger). 즉 엇갈림 거리(또는 간격)는 미립자에 의해 가변 가능하게 정해지며, 상기 거리는 촉매 또는 그 외의 미립자가 인접한 장애물(40)들 사이를 통해 떨어지고 이에 끼는 것을 방지하기에 충분히 작다.
바람직하게 각각의 장애물(40)은 스테인리스 스틸로 제조된 코일 스프링이며, 미립자가 장애물(40)을 통해 떨어지는 것을 방지하기에 충분한 강성을 가진 직선 형태이다. 게다가 이러한 강성은 미립자의 양 및/또는 밀도에 의존되며, 각각의 적용 분야에 대해 가변될 수 있다. 예를 들어 강성 암(solid arm, 40a)(윤곽이 형성되거나 또는 형성되지 않음) 또는 브러시 암(brush arm, 40b)과 같은 장애물(40)의 그 외의 다른 형태가 제공될 수 있다(도 2 및 도 3에 도시). 미립자 로드(32)에 장착된 장애물(40)의 길이는 일반적으로 모두 동일하다. 이러한 길이는 튜브(16)의 내부 직경에 의존된다. 예를 들어 촉매에 의존하여 튜브(16)의 내부 직경과 각각의 장애물(40)의 단부 사이의 3 내지 4 mm 간격을 가지는 것이 선호된다. 한 실시예에서, 장애물(40)은 3 mm의 길이와 0.8 mm의 직경을 가진 스테인리스 스틸로 각각 제조된다.
바람직하게 나선형 패턴(42)의 플라이트(flight)는 수평으로부터 대략 75°의 각도(그러나 65°보다 큰 경사 각도일 수 있음)로 형성되고, 3회 트위스트되며 로드(32)의 하부를 향하는 주위에서 대략 450°로 미립자를 안내한다(direct). 적절한 엇갈림 거리, 스프링 상성 및 플라이트를 이용함에 따라 미립자는 계 단(stair)을 통해 떨어지지 않지만 나선형 스텝(장애물 40)의 하부로 이동된다. 게다가 미립자가 장애물(40)과 충돌함에 따라, 상기 미립자는 장애물(40)을 튀게하여 나선형 필러(20)가 회전한다. 이러한 회전은 보다 균일한 방법으로 미립자가 튜브(16)에 충진되는 것을 돕는다.
일반적으로 장착 표면(30) 주위의 계단식 나선형 패턴(42)은 일정한 경사 각도로 실린더 주위에서 이동하는 패턴으로 기술된다. 그러나 튜브 내에 수용되는 것을 방지하길 원한다면 원뿔 주위에서 이동하는 패턴이 이용될 수 있거나 또는 장애물(40)의 패턴은 경사각도가 나선형 필러(20)에 대해 일정하지 않도록 가변될 수 있다.
2개 이상의 나선형 필러(20)는 그 외의 다른 나선형 필러(20) 아래에 적층되고 연결될 수 있으며, 각각의 연속적인 하부 적층은 필수적으로 동일한 크기로 형성될 필요는 없다.
장애물(40)은 스프링이 코일 스프링인 것이 선호되지만 그 외의 다른 탄성/유연하고/가요성 범퍼 장치가 이용될 수 있으며 및/또는 장애물(40)은 그 외의 다른 하부를 향하는 나선형 계단(stair)(즉 다양한 회전을 야기하는 스위치백 나선형 패턴(도시되지 않음))을 형성하기 위해 위치될 수 있다.
미립자(17)는 촉매(catalyst) 이외의 미립자일 수 있다.
나선형 필러(20) 형상의 실시예는 하기에 따른다.
첨부된 도면에 도시된 바와 같이 동일하거나 또는 유사한 필러 장치(10)의 몇몇 상이한 버전이 테스트된다. 먼저, 45°의 플라이트 상에 핀치(pinch)가 제공 된다. 각도는 촉매가 플라이트 내에 고정시키기에 충분히 가파르지 않도록 형성된다. 핀치는 큰 직경의 촉매가 장애물(40)들 사이에 또는 장애물을 통해 흐르지 않을 때까지 증가된다. 이는 65°의 각도이다.
그러나 정상 크기의 촉매는 지속적으로 플라이트 내에 채워진다. 75°의 각도에서 모든 촉매는 플라이트를 통해 평활히 유동한다. 또한 이러한 각도에서 촉매가 필러(10)의 하부로 이동됨에 따라(대략 초당 1선회) 플라이트의 가장 큰 “스핀”이 결정된다. 편향 가능한 또는 탄성 장애물(40)(즉 강성의 스프링, 유연한 고체 또는 브러시)로부터 플라이트를 형성함에 따라, 장애물(40)은 후퇴하고(give way) 로드(32)가 튜브 벽(16)에 인접하게 가압될 수 있기 때문에 진공 호수는 필러(10)를 통해 이동될 수 있다. 매우 작은 장애물(40)은 필러 장치(10)(종래의 시스템과 상이하며, 인접한 수직 배향을 가지고 이에 따라 보다 많은 촉매 에너지를 흡수함)를 통한 다수의 접촉과 플라이트의 각도로 인해 로딩(loading) 동안 소실되며, 필러 장치(10)는 이를 스핀 회전시키는 플라이트를 따라 다수의 접촉이 형성됨으로써 촉매의 속도를 늦춘다.
플라이트가 유연한 장애물(40)로부터 형성되기 때문에, 스위블 커넥터(14)는 라인/로프로 일체 구성되며, 촉매에 대한 고상 수직 부재는 충돌되지 않는다.

Claims (20)

  1. 미립자 충진 장치에 있어서, 상기 미립자 충진 장치는
    -미립자 충진 장치를 선회 운동시키기 위한 수단,
    -상기 선회 운동 수단에 연결된 장착 표면 및
    -나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여(consecutively) 위치된 장착 표면상에 장착된 복수의 장애물을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 장착 표면은 상기 선회 운동 수단 아래에 연결되는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 장애물은 복수의 스테인리스 스틸 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 장애물은 복수의 강성 암(solid arm)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 장애물은 복수의 스테인리스 스틸 브러시 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 복수의 장애물은 스테인리스 스틸 코일 스프링, 탄소강 코일 스프링, 스테인리스 스틸 강성 암, 탄소강 강성 암, 플라스틱 강성 암, 스테인리스 스틸 브러시 암, 탄소강 브러시 암 및 플라스틱 브러시 암으로 구성된 장애물의 그룹으로부터 선택된 2가지 이상의 타입의 장애물을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 장착 표면은 스테인리스 스틸 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 스테인리스 스틸 로드는 중공형태(hollow)인 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 각각의 복수의 장애물은 장착 표면을 통과하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 각각의 복수의 장애물은 한 단부가 장착 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 위치된 장착 표면상에 장착된 각각의 복수의 장애물은 미립자 충진 장치에 이용되는 미립자의 직 경보다 작은 간격 폭을 형성하기 위하여 각각의 연속되게 위치 설정하는 장애물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 배치된 장착 표면상에 장착된 각각의 복수의 장애물은 대략 75°와 동일하거나 또는 이보다 큰 경사 각도인 장애물의 플라이트를 가진 나선형 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 장애물의 플라이트는 장착 표면 주위에서 대략 450°로 미립자를 안내하는(direct) 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 장애물의 플라이트는 대략 75°이거나 또는 이보다 큰 제 2 경사 각도를 포함하며, 제 2 경사 각도는 제 1 경사각과 상이한 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 미립자 충진 장치의 하부에 연결된 제 2 미립자 충진 장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  16. 미립자 충진 장치에 있어서, 상기 미립자 충진 장치는
    -미립자 충진 장치를 선회 운동시키기 위한 수단,
    -상기 선회 운동 수간의 하부에 연결된 스테인리스 스틸 로드 및
    -나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 위치된 스테인리스 스틸 로드로부터 수평 방향으로 장착된 복수의 스테인리스 스틸 장애물을 포함하고,
    나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 위치된 장착 표면상에 장착된 각각의 복수의 장애물은 미립자 충진 장치에 이용되는 미립자의 직경보다 작은 간격 폭을 형성하기 위하여 각각의 연속되게 위치 설정하는 장애물을 추가적으로 포함하며, 나선형 패턴을 형성하기 위하여 연속하여 위치된 스테인리스 스틸 로드상에 장착된 각각의 복수의 장애물은 대략 75°와 동일하거나 또는 이보다 큰 경사 각도로 장애물의 플라이트를 가진 나선형 패턴을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 충진 장치.
  17. 미립자를 용기로 충진하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    -충진 장치 위로 미립자를 떨어트리는 단계(dropping),
    -충진 장치를 선회 운동시키는 단계,
    -미립자가 나선형 패턴으로 이동하는 충진 장치로 미립자를 하강시키는 단계(stepping down) 및
    -충진 장치의 하단부로부터 미립자를 떨어트리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 선회 운동 단계는 충진 장치 위로 미립자를 떨어트 리는 상기 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 미립자가 나선형 패턴으로 이동하는 충진 장치로 미립자를 하강시키는 단계는 대략 75°와 동일하거나 또는 이보다 큰 경사 각도로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 충진 장치로 미립자를 하강시키는 단계는 미립자가 장애물을 편향시킬 때 흐름을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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