KR20090008358A - 유체 분배 트레이 및 접촉 물질 베드에 걸쳐 고분산 유체를분배하는 방법 - Google Patents

유체 분배 트레이 및 접촉 물질 베드에 걸쳐 고분산 유체를분배하는 방법 Download PDF

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에리크 세벤휘에이센
마르잔 클라라 존네빌
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

본 발명은 용기 내에 포함되는 접촉 물질의 베드의 표면 영역 전체에 걸쳐 유체를 분배할 수 있는 분배 트레이로서, 용기 내에서 패널 트레이를 지지하는 지지 요소로 인한 손실 영역을 포함하며, 손실 영역에 인접한 나머지 가용 영역 내의 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 유체 분배 트레이의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 유체 분배 트레이 전체에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 포함하는 유체 분배 트레이에 관한 것이다. 또한, 용기 내에 균일하게 유체를 분배하는 방법을 포함한다.

Description

유체 분배 트레이 및 접촉 물질 베드에 걸쳐 고분산 유체를 분배하는 방법{A FLUID DISTRIBUTION TRAY AND METHOD FOR THE DISTRIBUTION OF A HIGHLY DISPERSED FLUID ACROSS A BED OF CONTACT MATERIAL}
본 발명은 고분산 유체 분배 트레이에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 양태는 용기 내에 수용된 접촉 물질의 베드에 유체를 분산시키는 방법에 관한 것이다.
촉매 베드(bed)를 포함하는 많은 하향 유동형 반응기에서, 반응기에 공급되는 유체는 촉매 베드를 가로지르고 통과해서 균일하게 분배되는 것이 바람직하다. 촉매 베드에 대한 유체 공급물의 분배를 개선하기 위해, 반응기는 유체 공급물의 분산을 개선시키는 유체 분배 트레이를 장비하는 경우가 많다.
반응기의 촉매 베드에 유체 공급물 스트림을 균일하게 분배하기 위한 장치의 한 예로서, 미국 특허 US 5,403,561 이 개시되어 있다. 상기 특허는 혼합 상태의 유체 스트림을 촉매 베드의 상부 전체에 균일하게 분배하는 유체 분배 장치의 반응 용기의 이용을 개시하고 있다. 상기 유체 분배 장치는 서로 떨어져있는 복수의 침니(chimney)를 가지는 수평 트레이를 포함하며, 침니는 수평 트레이를 통과해 연장된다. 각각의 침니의 하단부는 원뿔형태로 분사하기 위한 분사 수단 을 가진다. 침니와 분사 수단은, 분사 패턴이 겹치고, 발생된 분사물이 수평 트레이의 아래 그리고 촉매 베드의 위에 위치하는 비임 및 다른 반응기 내부 구조물에 부딪히지 않도록 배치된다. 수평 트레이를 지지하기 위한 지지 비임 및 다른 구조물의 이용에 대해 명확하게 개시되어 있지 않으며, 수평 트레이가 지지되는 위치에서, 수평 트레이 위로부터 촉매 베드로 유체로 통과시키는 유체 도관을 제공할 수 없는 것과 관련된 문제에 대해 인식하지 못 하고 있다.
미국 특허 US 5,882,610 에는, 반응기 내에서 촉매 베드 위에 배치되고, 반응기의 촉매 베드를 통하여 기체-액체 혼합물을 분배하기 위한 유체 분배 장치의 다른 형태가 개시되어 있다. 상기 분배 장치는 유체를 촉매 베드로 통과시키기 위한 오리피스 또는 혼합 채널 등의 도관을 가지는 분배판을 포함한다. 또한, 상기 특허는 분배판의 상부면 위에 배치되는 보강재의 이용, 또는 분배판의 하부 아래에 위치하는 지지 비임의 이용, 또는 둘 다의 이용에 의해 지지판을 지지하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허는 분배판의 표면 아래에 지지 비임을 배치함으로써 야기되는 문제에 대해서 언급하지 않으며, 심지어 인식하지도 못하고 있다. 이러한 문제는, 분배판이 지지 비임에 의해 차단되어, 유체를 촉매 베드로 통과시키기 위한 유체 도관 또는 하향 유로를 배치할 수 없을 때 발생한다. 이에 의해, 유체가 분배되지 않는 빈 영역이 발생하여, 촉매 베드 전체에 대한 유체 분배의 균일성이 저하되게 된다.
본 발명의 목적은 지지 비임에 의해 지지될 수 있고, 반응 용기 내의 촉매 베드에 걸쳐 매우 균일하게 유체를 분배하기 위한 유체 분배 트레이를 제공하는 것이다.
따라서, 용기 내에 포함되는 접촉 물질의 베드의 상부면 영역에 걸쳐 유체를 분배하기 위한 유체 분배 트레이로서, 상기 용기 내에서 상기 패널 트레이를 지지하는 지지 요소로 인한 손실 영역, 및 나머지 가용 영역을 가지는 패널 트레이; 및 상기 손실 영역에 인접한 나머지 가용 영역 내의 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 상기 패널 트레이에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 포함하는 유체 분배 트레이가 주어진다.
또한, 용기 내로 2상 혼합물을 도입시키기 위한 입구 수단 및 용기로부터 생성물 스트림을 배출하기 위한 출구 수단을 가지며, 상부면 영역을 가지는 촉매 베드를 내부에 포함하는 용기; 및 상기 상부면에 걸쳐 유체를 분배하기 위한 유체 분배 트레이를 포함하는 반응기 시스템에 있어서, 상기 유체 분배 트레이는, 패널 트레이 영역을 가지는 패널 트레이로서, 상기 패널 트레이 영역 중 적어도 일부가 지지 요소의 지지 요소 표면 위에 놓임으로써, 상기 지지 요소 표면 위에 놓이는 상기 패널 트레이 영역의 적어도 일부인 패널 트레이 영역의 손실 영역, 및 상기 패널 트레이 영역과 상기 손실 영역의 차이인 페널 트레이 영역의 나머지 가용 영역이 주어지는 것을 특징으로 하는 패널 트레이와, 상기 손실 영역에 인접한 상기 나머지 가용 영역으로 한정되는 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 상기 패널 트레이 영역의 나머지 가용 영역에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 포함하는 반응기 시스템이 주어진다.
또한, 용기 내에 포함되는 접촉 물질의 베드에 걸쳐 고분산된 유체의 분배를 제공하는 방법으로서, 패널 트레이 영역을 가지며, 상기 패널 트레이 영역 중 적어도 일부가 지지 요소의 지지 요소 표면 위에 놓임으로써, 상기 지지 요소 표면 위에 놓이는 상기 패널 트레이 영역의 적어도 일부인 패널 트레이 영역의 손실 영역, 및 상기 패널 트레이 영역과 상기 손실 영역의 차이인 페널 트레이 영역의 나머지 가용 영역이 주어지는 것을 특징으로 하는 패널 트레이 위로 유체를 통과시키는 단계; 상기 손실 영역에 인접한 상기 나머지 가용 영역으로 한정되는 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 상기 패널 트레이 영역의 나머지 가용 영역에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 통해 상기 유체를 통과시키는 단계; 및 상기 복수의 유체 유동 수단으로부터 고분산된 유체를 산출하는 단계를 포함하는 방법이 주어진다.
공급 원료가 통과하는 촉매 등의 접촉 물질의 베드를 수용하는 용기를 포함하는 하향 유동형 반응기 시스템이 석유 및 화학 공정에서 많이 사용된다. 이러한 반응기 시스템은, 수소화탈황, 수소화탈질소, 수소화탈금속, 수소화분해, 탈수소반응을 포함하는 화학 처리의 분야의 당업자에게 공지된 수소화 처리 반응 등의 촉매 반응을 위해 공급 원료를 촉매와 접촉시키는 공정을 포함하는 모든 종류의 공정에서 사용된다. 또한, 하향 유동형 반응기 시스템을 이용하는 공정 중 몇몇은 액체 하향 유동 반응기 시스템, 기체 하향 유동 반응기 시스템, 및 2상 하향 유동 반응기 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은, 액체가 촉매 베드 위에 배치되고 중력에 의해 촉매 베드를 통과할 수 있는, 소위 트리클(trickle) 유동 반응기 시스템을 포함할 수 있다.
전술한 이용 중 대부분에서, 하향 유동 반응기 시스템으로의 공급 원료가 접촉 물질의 베드 전체에 걸쳐 균일하게 분배되어, 베드를 통과하는 공급 원료의 유동이 플러그 유동(plug flow)에 가까워지게 하는 것이 중요할 수 있다. 본 발명의 일 양태는, 반응 용매 내에 수용되는 촉매, 흡착제, 충전 물질, 분자체(molecular sieve) 또는 다른 유사한 종류의 물질 등, 원료와 접촉하여 화학적 결과를 낼 수 있는 접촉 물질의 베드 전체에 걸쳐 유체 유동의 분배를 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 소정의 실시형태의 특히 유리한 특징은, 반응 용기 등의 용기 내에 수용되는 접촉 용매의 베드를 통해 표면에 걸쳐 2상 유체(예를 들어, 기체 및 유체)의 고분산된 유동을 제공하는 것이다. 이러한 고분산된 유동은 접촉 물질의 베드의 표면 전체에 걸쳐 유체가 매우 균일하게 분배되도록 하여, 플러그 유동에 근접하게 한다.
본 발명의 일 실시형태는 용기 내에 수용되는 접촉 물질의 베드의 상부면 영역 위의 위치에서, 용기 내에 배치될 수 있는 유체 분배 트레이를 포함한다. 유체 분배 트레이는 용기의 단면 영역을 가로지르는 유체의 분배 및 분포를 위한 것이며, 접촉 물질의 베드의 상부면 영역 위의 유체의 유동을 위한 것이며, 또한 접촉 물질의 베드의 상부면을 가로지르는 유체를 거의 균일한 패턴으로 배치하여 베드를 통과하는 유체 유동을 플러그 유동에 근접할 수 있게 하기 위한 것이다.
유체 분배 트레이는, 유체 분배 트레이의 위에서부터 유체 분배 트레이의 아래로, 그리고 접촉 물질의 베드의 상부면 영역으로 유체를 통과시키거나 전달하는 하나 또는 복수의 유체 유동 수단을 포함할 수 있다. 유체 유동 수단으로는, 예를 들어 유체를 전달할 수 있는 노즐을 포함하는 도관, 관형 도관, 오리피스, 구멍 또는 다른 형태의 개구부 등 어떠한 종류이든, 한 지점으로부터 목적 지점으로 유체를 통과시키기에 적합한 어떠한 수단도 가능하다. 유체 유동 수단에 적합한 다양한 종류 중에서, 바람직한 한 유체 유동 수단은 하향유로 노즐이며, 이하에서 더 상세하게 설명한다.
본 발명의 유동 분배 트레이의 일반적인 이용 시에, 유체 분배 트레이를 지지하여 반응 공급물 입구 아래 그리고 촉매 베드의 상부면 위에 배치하기 위한 지지 수단에 의해서, 유동 분배 트레이가 반응 용기 내에서 지지된다. 지지 수단은 유체 분배 트레이의 하나 또는 복수의 패널 트레이가 놓일 수 있는 하나 또는 복수의 적절한 구조물을 포함할 수 있다.
지지 수단의 한 예로는, 반응 용기의 단면을 가로지를 수 있는 하나 이상의 지지 비임을 들 수 있다. 지지 비임은 패널 트레이를 지지할 수 있는 어떠한 종류의 구조적 형상이어도 되며, 바람직한 지지 비임은 패널 트레이가 놓여서 지지될 수 있는 지지면을 제공하는 플랜지를 포함하는 종류의 것이다. 또한, 패널 트레이는 지지 요소 또는 지지 수단에 의해 반응 용기의 내부벽에서 또는 내부벽에 근접하여 더 지지될 수 있다. 상기 지지 요소는 반응 용기의 내부벽에 부착되며, 패널 트레이가 놓여서 지지될 수 있는 표면을 제공하는 지지 림을 포함할 수 있다.
유체 분배 트레이가 반응 용기 내에서 유체를 거의 균일하게 분배하는 것이 바람직한 경우, 전술한 지지 수단 또는 지지 요소를 이용함으로써 문제가 야기된다. 패널 트레이 아래가 지지 요소에 의해 차단되므로, 지지 수단의 표면 위에 놓이는 패널 트레이 상의 위치에는, 유체 유동 수단이 배치될 수 없고, 배치된다고 해도 기능적이지 못하기 때문이다. 이에 의해, 지지 요소의 표면 상에 놓이는 위치에서 패널 트레이가 이용되지 않는 손실 영역이 발생하는 효과가 나타남으로써, 유체 유동 수단이 불균일하게 배치되어, 이용 시에 촉매 베드의 상부면에 걸쳐 유체 유동이 불균일하게 분배되고, 특히 유체 분배 트레이의 지지 요소 바로 아래의 위치에서는 유체 유동이 부족하게 된다.
전술한 것처럼, 손실 영역이 아닌 패널 트레이의 일부는 여기서 가용 영역이라 하는데, 나머지 가용 영역은 유체 유동 수단이 효과적으로 이용될 수 있는 패널 트레이의 영역이다. 따라서, 유체 유동 수단은 패널 트레이 영역의 나머지 가용 영역 전체에 걸쳐 다양한 분포 패턴과 밀도로 분포된다. 구멍, 오리피스, 및 노즐 등의 유체 유동 수단은 보통 삼각형 피치 또는 사각형 피치의 지향으로 서로 떨어져서 배치된다.
본 발명의 다양한 실시형태는, 반응 용기 내에서 패널 트레이를 지지하기 위해 지지 수단을 사용하는 것에 의해 야기되는, 유체 분배 트레이의 패널 트레이 상에서 사용되지 않는 손실 영역에 의한 문제를 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 한 특징은, 패널 트레이의 나머지 가용 영역에 유체 유동 수단을 배치하는 새로운 분포 패턴에 있다. 이러한 분포 패턴에서, 패널 트레이의 나머지 가용 영역 전체에 걸쳐 유체 유동 수단의 고밀도 분포 영역과 저밀도 분포 영역이 있다. 유체 유동 수단의 고밀도 분포 영역은 보통 패널 트레이의 나머지 가용 영역 내에 있는 보충 영역 내에 있고, 손실 영역에 인접한 위치에 있다. 유체 유동 수단의 저밀도 분포 영역은 보통 보충 영역의 바깥쪽인 패널 트레이의 나머지 가용 영역 내에 있다.
그 표면의 아래쪽으로부터 지지되지 않으며 그 유체 유동 수단의 배치에 대한 장애가 없는 패널 트레이의 유체 유동 수단의 전형적인 배치는, 유체 유동 수단을 삼각형 피치 또는 사각형 피치의 배향으로 패널 트레이에 걸쳐 실질적으로 균일하게 배치하는 것이다. 따라서, 이 경우에, 패널 트레이에 걸친 유체 유동 수단의 분포 밀도는 실질적으로 균일하다. 여기서 패널 트레이 내의 유체 유동 수단의 분포 밀도라 함은 단위 면적 내에 배치되는 유체 유동 수단의 수, 예를 패널 트레이 영역의 평방 미터 당 유체 유동 수단의 소정의 비율을 의미한다.
분포 밀도를 결정할 때, 각각의 유체 유동 수단은 그 중심점 또는 질량 중심에 위치한 단일의 점으로 표시되며, 단위 면적 당 단일의 점의 수를 판정함으로써 분포 밀도가 계산된다. 상업적으로 사용되는 장치의 균일하게 배치된 유체 유동 수단의 일반적인 분포 밀도는 평방 미터 당 20 내지 120 개의 유체 유동 수단이다.
본 발명의 유체 분배 트레이에는, 패널 트레이의 손실 영역으로 인한 효율적인 유체 분배 영역의 감소를 상쇄시키기 위해, 고밀도 분포 보충 영역이 제공된다. 보충 영역을 제공하는 한 방법은, 용기의 단면을 가로지르는 패널 트레이에 걸쳐 유체 유동 수단이 균일하게 분포되는 상황에서, 패널 트레이의 손실 영역에 일반적으로 배치되는 유체 유동 수단의 수를 먼저 결정하는 것이다. 이러한 유체 유동 수단의 수는 요구되는 유체 유동 수단 분포 밀도에 패널 트레이의 손실 영역의 면적을 곱하여 결정되고, 유체 분배 트레이의 지지로 인한 구조적 장애가 없는 경우에 손실 영역에 일반적으로 배치되는 많은 유체 유동 수단이 주어진다. 손실 영역에 배치되는 다수의 유체 유동 수단은, 그 대신에 패널 트레이의 손실 영역 근처, 바람직하게는 인접한 패널 영역의 보충 영역에 이미 배치된 유체 유동 수단에 더하여 배치됨으로써, 유체 유동 수단의 고밀도 분포를 가져온다.
유체 유동 수단의 고밀도 분포 영역인 보충 영역은 손실 영역과 비슷할수 있지만, 손실 영역의 약 0.25 내지 5 배의 면적일 수 있고, 바람직하게는 손실 영역의 0.75 내지 4 배, 가장 바람직하게는 손실 영역의 1 내지 3 배의 면적일 수 있다.
패널 트레이의 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역은 유체 유동 수단의 저밀도 분포 영역을 포함한다. 저밀도 분포 영역이라 함은, 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도가 고밀도 분포 보충 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도보다 더 작다는 것을 의미한다. 본 발명의 상업적 실시형태에서, 패널 트레이의 저밀도 분포 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도는 평방 미터 당 20 내지 120 개의 유체 유동 수단일 수 있으며, 바람직하게는 평방 미터 당 30 내지 100 개의 유체 유동 수단, 가장 바람직하게는 평방 미터 당 40 내지 90 개의 유체 유동 수단일 수 있다.
전술하였듯이, 패널 트레이의 보충 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도는 패널 트레이의 저밀도 영역에서의 분포 밀도보다 크며, 저밀도 분포 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도의 1.25 배보다 클 수 있다. 그러나, 고밀도 보충 영역에서의 분포 밀도는 저밀도 분포 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도의 1.5 배보다 더 큰 것이 더 바람직하다. 고밀도 보충 영역에서의 바람직한 분포 밀도는 저밀도 분포 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도의 1.75 배보다 크며, 가장 바람직하게는 저밀도 분포 영역에서의 유체 유동 수단의 분포 밀도의 2 배보다 크다.
본 발명의 유체 분배 트레이의 패널 트레이의 유체 유동 수단은 당업자에게 알려진 적절한 어떤 수단일 수도 있고, 여기서 설명되는 것일 수도 있다. 유체 유동 수단의 적절한 종류에 대한 추가적인 예로는, 본 명세서에 참고 문헌을 수반되는 미국 특허 US 5,403,561; 미국 특허 US 5,882,610; 미국 특허 US 6,093,373; 및 미국 특허 출원 2004/0028579 에 개시된 것을 들 수 있다. 본 발명의 유체 분배 트레이의 패널 트레이와 함께, 2상(액체 및 기체) 유체의 분배에 이용되는 적절한 유체 유동 수단으로는, 관 모양의 형상과 길이를 가지는 하향유로 노즐을 들 수 있다.
또한, 유체 유동 수단의 유체 유동 도관 개개부는, 원형 구멍, 다양한 형상의 구멍, 오리피스, 또는 원형을 포함하는 다양한 형상의 관형 도관일 수 있으며, 유체의 통과 및 유동을 가능하게 하는 넓은 범위의 단면적을 가질 수 있다. 원형 유체 유동 도관 개구부의 경우, 일반적인 상업적 규모의 장치에 대해 그 직경은 1/16 내지 5 인치일 수 있다. 따라서, 본 발명의 유체 유동 수단의 유체 유동 도관 개구부의 단면적은, 일반적인 상업적 규모의 이용시에, 0.003 내지 30 평방 인치일 수 있다.
바람직한 하향유로 노즐은 상단부 및 하단부를 가지며, 패널 트레이에 작동 가능하게 연결되어 패널 트레이 위로부터 패널 트레이 아래로 유체의 유동을 위한 도관을 제공할 때, 하향유로 노즐의 상단부는 패널 트레이의 위에 위치하며, 하향유로 노즐의 하단부는 패널 트레이의 아래에 위치한다. 하향유로 노즐의 상단부는 개방됨으로써, 튜브의 내부로 기체가 통과할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 튜브의 길이를 따라, 튜브의 외부로부터 튜브의 내부로 액체를 유동시키기 위한 도관을 제공하는 구멍들이 거리를 두고 떨어져 있다. 하향유로 노즐의 하단부는 액체 및 기체가 통과할 수 있도록 개방된다.
본 발명의 유체 분배 트레이는 용기 내에 수용되는 접촉 물질의 베드의 상부면 전체에 걸쳐 유체의 고분산 분배를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 분산되는 유체는, 유체의 화학적 처리를 포함하는 다양한 이유 때문에 촉매 베드 등의 접촉 물질의 베드를 통과해야 하는 어떤 종류의 유체일 수도 있다. 유체는 액체, 또는 기체, 또는 기체 및 액체를 둘 다 포함하는 유체 등의 다상 유체일 수 있다.
본 발명의 유체 분재 트레이의 특정 실시형태는 접촉 물질의 베드의 상부면에 걸쳐 기체-액체 유체를 분산시켜, 상부면 전체에 걸쳐 거의 균일하게 분배되는 액체 및 기체의 동일 방향의 트리클(trickle) 유동을 제공하는데 적합하며 유리하게 사용된다.
본 발명의 유체 분배 트레이에 의해 제공되는 균일한 유체 분배에 의해 많은 이점이 생긴다. 예를 들어, 한 이점은 촉매 베드 전체에 걸쳐 유체 유동의 분배의 균일성을 향상시키기 위해 반응 용기 내의 촉매 베드의 상부면 상에 배치되곤 하는 분배 패킹(packing)의 필요량을 줄일 수 있다는 것이다. 일정한 체적의 반응 용기에서 사용되는 분배 패킹의 필요량을 감소시킴으로써, 분배 패킹의 감소된 양을 활성 촉매 또는 분배 패킹을 이용하는 것보다 나은 다른 물질로 대체할 수 있다.
전술한 균일한 유체 분배로 인한 다른 잠재적인 중요한 이점은, 특히 발열 반응 및 흡열 반을을 포함하는 처리에서 반응 용기 내의 촉매 베드의 단면 전체 걸쳐 그리고 촉매 베드의 깊이를 따라 개선된 온도 프로파일을 제공할 수 있다는 것이다.
따라서, 전술한 많은 이점의 관점에서, 본 발명은 용기에 포함되는 접촉 물질의 베드에 걸쳐 고분산된 유체의 분배를 제공하는 방법을 포함한다. 이 방법은 본 발명의 유체 분배 트레이의 패널 트레이를 넘어 유체를 통과시키는 단계를 포함한다. 유체는 패널 트레이의 나머지 가용 영역 전체에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 통과하며, 복수의 유체 유동 수단으로부터 산출된 유체는 상부면 상에서 그리고 접촉 물질의 베드를 통해 흐르는 고분산된 유체이다. 복수의 유체 유동 수단의 유체 유동 수단이 하향유로 노즐을 포함하는 경우, 액체 층이 패널 트레이 위에 놓이며, 액체의 높이가 하향유로 노즐의 구멍 위로 상승하면, 액체가 구멍을 통과하여 튜브의 내부로 흐르고 하향유로 노즐의 하단부로부터 접촉 물질의 베드의 상부면으로 흐른다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 고분산 유체 분배 트레이를 가지는 반응 용기의 개략적인 수직 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 단면 2-2 를 따라 취해진 반응 용기의 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 단면 3-3 을 따라 취해진 반응 용기의 평면도이다.
도 4 는 도 1 의 단면 4-4 를 따라 취해진 반응 용기의 평면도이다.
이하, 도 1 을 참조하여, 유체 분배 트레이 (12) 가 내부에 결합되어 있는 반응 용기 (10) 의 수직 단면을 설명한다. 반응 용기 (10) 는 도관 (16) 을 지나는 유체를 받고, 반응 용기 (10) 로 이 유체를 도입시키기 위한 입구 수단 (14) 을 가진다. 또한, 반응 용기 (10) 는 생성 스트림을 반응 용기 (10) 로부터 빼내고, 도관 (20) 을 통해 전달하기 위한 출구 수단 (18) 을 가진다.
반응 용기 (10) 내에는, 반응 용기 (10) 의 부피의 대부분을 차지하는 촉매 베드 (22) 가 포함된다. 촉매 베드 (22) 는 반응 용기 (10) 의 횡단면을 채움으로써 상부면 영역 (25) 을 나타내는 상부면 (24) 을 가진다.
도 2 는 평면 2-2 를 따라 취해진 반응 용기 (10) 의 단면의 평면도이며, 촉 매 베드 (22) 의 상부면 (25) 의 단면 영역을 도시한다.
유체 분배 트레이 (12) 는 반응 용기 (10) 내에서 촉매 베드 (22) 의 상부면 영역 (25) 의 위, 그리고 입구 수단 (14) 의 아래 위치에 위치하여, 유체 공급물이 반응 용기 (10) 내로 도입될 때, 유체 분배 트레이 (12) 위로 흐르고, 유체 분배 트레이 (12) 는 유체 공급물이 촉매 베드 (22) 의 상부면 영역 (25) 에 걸쳐 고분산되어 흐를 수 있게 한다.
유체 분배 트레이 (12) 는 반응 용기 (10) 의 단면을 가로지르는 지지 비임 (26) 에 위해 적당한 위치에 유지된다. 두 개의 지지 비임 (26) 이 도시되어 있지만, 상황에 따라 적절한 수의 지지 비임 (26) 이 이용될 수 있다. 따라서, 유체 분배 트레이 (12) 를 반응 용기 (10) 내에서 지지하기 위해 하나 또는 둘 이상의 지지 비임 (26) 이 이용될 수 있다. 또한, 장치의 특정 설계에 따라, 지지 비임 (26) 에 수직하거나 비스듬한 교차 비임도 가능하다. 당업자라면, 특정 상황에 따라 필요한 지지 부재의 크기, 종류, 수 및 방향을 적절하게 결정할 수 있을 것이다.
도 1 에 도시된 것과 같이, 지지 비임 (26) 은 상부 플랜지 (28) 와 하부 플랜지 (30) 를 포함하는 두 플랜지를 가진다. 상부 플랜지 (28) 는 지지면 (32) 을 가진다.
또한, 지지 림 (34) 이 유체 분체 트레이 (12) 를 지지한다. 지지 림 (34) 로는, 유체 분배 트레이 (12) 를 적당한 위치에 지지하기에 적합한 어떠한 구조물도 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서, 지지 림 (34) 은 반응 용기 (10) 의 내부벽 (36) 에 용접 등에 의해 부착되며, 내부벽 (36) 으로부터 연장되는 지지면 (38) 을 가진다.
유체 분배 트레이 (12) 는 복수의 하향유로 노즐 (44) 을 가지는 패널 트레이 (40) 를 포함한다. 도 1 에서 볼 수 있듯이, 하향유로 노즐 (44) 은 지지면 (32, 38) 사이의 패널 트레이 (40) 내의 영역에만 위치함으로써 빈 영역을 만들어 내고, 이 영역에는 하향유로 노즐 (44) 이 없기 때문에 감소된 양의 유체가 분배된다. 상기 빈 영역은, 지지면 (32, 38) 위에 위치하며, 하향유로 노즐이 없는 패널 트레이 (40) 의 손실 영역 (46, 48) 에 대응하는 패널 트레이 (40) 의 부분을 포함한다.
도 3 은, 패널 트레이 (40) 의 평면의 하부를 따라 위치하는 단면 3-3 을 따라 취해진 반응 용기 (10) 의 단면의 평면도이다. 도 3 에는, 지지 비임 (26) 의 상부 플랜지 (28) 에 대응하는 지지면 (32) 이 도시된다. 또한, 지지 림 (34) 의 표면에 대응하는 지지면 (38) 이 도시된다. 지지면 (32, 38) 위에 위치하는 패널 트레이 (40) 의 영역은 내부에 유체 유동 수단을 위치시킬 수 없기 때문에, 사용되지 않는 패널 트레이 (40) 의 영역이다. 지지면 (32) 및 지지면 (38) 과 각각 일치하는 영역인 손실 영역 (46) 및 손실 영역 (48) 을 제외한 후 남는 패널 트레이 (40) 의 전체 영역은, 잔류 영역 (50) 에 대응하는 패널 트레이의 잔류 가용 영역이다.
도 4 는, 유체 분배 트레이 (12) 바로 위에 위치하는 단면 4-4 를 따라 취해진 반응 용기 (10) 의 단면의 평면도이다. 명확하게 하기 위해, 유체 분배 트 레이의 평면도는 하향유로 노즐 (44) 의 구체적인 위치를 도시하지는 않지만, 파선에 의해 손실 영역 (46, 48) 의 위치를 도시하며, 실선에 의해 잔류 영역 (50) 내에서 손실 영역 (32, 38) 에 바로 인접한 보충 영역 (52) 을 도시한다. 고밀도 분포 영역이라 할 수 있는 보충 영역 (52) 내에서는, 하향유로 노즐 (44) 의 분포 밀도가 높고, 보충 영역 (52) 바깥쪽에 있는 잔류 가용 영역 (50) 내에서는, 하향유로 노즐 (44) 의 분포 밀도가 낮다. 여기서, 하향유로 노즐 (44) 의 분포 밀도는 예를 들어 평방 미터 당 노즐의 수 같은 면적 당 노즐의 수를 의미한다. 넓은 의미로, 하향유로 노즐 (44) 의 고밀도 분포라 함은, 보충 영역 (52) 보다 노즐 밀도가 작은 저밀도 분포 영역 (54) 내의 노즐 밀도보다 보충 영역 (52) 내의 노즐 밀도가 더 크다는 의미이다.

Claims (9)

  1. 용기 내에 포함되는 접촉 물질의 베드의 상부면 영역에 걸쳐 유체를 분배하기 위한 유체 분배 트레이로서,
    상기 용기 내에서 상기 패널 트레이를 지지하는 지지 요소로 인한 손실 영역, 및 나머지 가용 영역을 가지는 패널 트레이; 및
    상기 손실 영역에 인접한 나머지 가용 영역 내의 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 상기 패널 트레이에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 포함하는 유체 분배 트레이.
  2. 용기 내로 2상 혼합물을 도입시키기 위한 입구 수단 및 용기로부터 생성물 스트림을 배출하기 위한 출구 수단을 가지며, 상부면 영역을 가지는 촉매 베드를 내부에 포함하는 용기; 및
    상기 상부면에 걸쳐 유체를 분배하기 위한 유체 분배 트레이를 포함하는 반응기 시스템에 있어서,
    상기 유체 분배 트레이는, 패널 트레이 영역을 가지는 패널 트레이로서, 상기 패널 트레이 영역 중 적어도 일부가 지지 요소의 지지 요소 표면 위에 놓임으로써, 상기 지지 요소 표면 위에 놓이는 상기 패널 트레이 영역의 적어도 일부인 패널 트레이 영역의 손실 영역, 및 상기 패널 트레이 영역과 상기 손실 영역의 차이 인 페널 트레이 영역의 나머지 가용 영역이 주어지는 것을 특징으로 하는 패널 트레이와,
    상기 손실 영역에 인접한 상기 나머지 가용 영역으로 한정되는 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 상기 패널 트레이 영역의 나머지 가용 영역에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 포함하는 반응기 시스템.
  3. 용기 내에 포함되는 접촉 물질의 베드에 걸쳐 고분산된 유체의 분배를 제공하는 방법으로서,
    패널 트레이 영역을 가지며, 상기 패널 트레이 영역 중 적어도 일부가 지지 요소의 지지 요소 표면 위에 놓임으로써, 상기 지지 요소 표면 위에 놓이는 상기 패널 트레이 영역의 적어도 일부인 패널 트레이 영역의 손실 영역, 및 상기 패널 트레이 영역과 상기 손실 영역의 차이인 페널 트레이 영역의 나머지 가용 영역이 주어지는 것을 특징으로 하는 패널 트레이 위로 유체를 통과시키는 단계;
    상기 손실 영역에 인접한 상기 나머지 가용 영역으로 한정되는 보충 영역 내에서는 유체 유동 수단을 고밀도로 분포시키며, 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내에서는 유체 유동 수단을 저밀도로 분포시키는 분포 패턴으로, 상기 패널 트레이 영역의 나머지 가용 영역에 걸쳐 분포되는 복수의 유체 유동 수단을 통해 상기 유체를 통과시키는 단계; 및
    상기 복수의 유체 유동 수단으로부터 고분산된 유체를 산출하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 상기 보충 영역은 상기 손실 영역의 0.25 내지 5 배의 면적을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항에 기재된 유체 분배 트레이, 또는 제 2 항에 기재된 반응기 시스템, 또는 제 3 항에 기재된 방법.
  5. 고밀도 분포 영역의 분포 밀도는 저밀도 분포 영역의 분포 밀도보다 큰 것을 특징으로 하는, 제 4 항에 기재된 유체 분배 트레이, 또는 반응기 시스템, 또는 방법.
  6. 상기 보충 영역 이외의 나머지 가용 영역 내의 상기 유체 유동 수단의 저밀도 분포는 패널 트레이 영역의 평방 미터 당 20 내지 120 개의 유체 유동 수단의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 제 5 항에 기재된 유체 분배 트레이, 또는 반응기 시스템, 또는 방법.
  7. 상기 고밀도 분포 영역의 분포 밀도는 상기 저밀도 분포 영역의 분포 밀도의 1.5 배보다 큰 것을 특징으로 하는, 제 6 항에 기재된 유체 분배 트레이, 또는 반응기 시스템, 또는 방법.
  8. 상기 복수의 유체 유동 수단의 유체 유동 수단은 내부를 한정하는 튜브를 포함하며 상단부와 하단부를 가지는 길이를 가지는 하향유로 노즐을 포함하며, 상기 하향유로 노즐은 상기 패널 트레이에 작동가능하게 연결됨으로써, 상기 패널 트레이 위로부터 상기 패널 트레이 아래로의 유체 유동을 위한 도관을 제공하는 것을 특징으로 하는, 제 7 항에 기재된 유체 분배 트레이, 또는 반응기 시스템, 또는 방법.
  9. 상기 하향유로 노즐의 상단부는 상기 패널 트레이 위에 위치하며, 상기 튜브의 내부로 기체가 통과할 수 있도록 개방되며, 상기 튜브의 길이를 따라 상기 튜브의 외부로부터 상기 튜브의 내부로의 액체 유동을 위한 도관을 제공하는 구멍들이 거리를 두고 떨어져 있으며, 상기 하향유로 노즐의 하단부는 상기 패널 트레이의 아래에 끝나며, 유체를 통과시킬 수 있도록 개방되어 있는 것을 특징으로 하는, 제 8 항에 기재된 유체 분배 트레이, 또는 반응기 시스템, 또는 방법.
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