KR20100051801A - 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치 - Google Patents

반응기 용기를 위한 코일 배관 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20100051801A
KR20100051801A KR1020107002332A KR20107002332A KR20100051801A KR 20100051801 A KR20100051801 A KR 20100051801A KR 1020107002332 A KR1020107002332 A KR 1020107002332A KR 20107002332 A KR20107002332 A KR 20107002332A KR 20100051801 A KR20100051801 A KR 20100051801A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor vessel
coil
port
vessel
fluid communication
Prior art date
Application number
KR1020107002332A
Other languages
English (en)
Inventor
프랭클린 디 로맥스
다이크 크리스토퍼 에이치 밴
에드워드 티 맥컬로우
Original Assignee
에어 리퀴드 프로세스 앤드 컨스트럭션 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어 리퀴드 프로세스 앤드 컨스트럭션 인크 filed Critical 에어 리퀴드 프로세스 앤드 컨스트럭션 인크
Publication of KR20100051801A publication Critical patent/KR20100051801A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/06—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/025—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical shaped bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00176—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles outside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00203—Coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/0009—Coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18—Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • B01J2219/185—Details relating to the spatial orientation of the reactor vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
    • B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1943—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped cylindrical

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 반응기 용기 장치는 반응기 용기의 내부와 유체 연통되는 제1 포트 및 반응기 용기의 내부와 유체 연통식으로 연결되는 출구 포트를 포함하는 반응기 용기를 포함한다. 기부가 반응기 용기를 지지한다. 배관의 제1 코일은 제1 포트와 유체 연통식으로 연결되며 반응기 용기의 둘레 주위에 배치된다. 본 발명에 따른 반응기 용기 장치의 작동 방법은, 반응기 용기의 내부와 유체 연통되는 제1 포트 및 반응기 용기의 내부와 유체 연통식으로 연결되는 출구 포트를 포함하는 반응기 용기를 마련하는 것과, 제1 포트와 유체 연통식으로 연결되며 반응기 용기의 둘레 주위에 배치되는 배관의 제1 코일을 마련하는 것과, 제1 코일을 통해 반응기 용기 내부로 증기가 흐르도록 하는 것을 포함한다.

Description

반응기 용기를 위한 코일 배관 장치{COIL PIPING SYSTEM FOR REACTOR VESSEL}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2007년 7월 20자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/951,095호에 대한 우선권을 주장하며, 참고에 의해 상기 가특허 출원의 내용이 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치에 관한 것이다.
고온에서 작동하는 반응기 용기는, 저온 비작동 상태로부터 고온 작동 상태로 반응기 용기가 가열될 때 팽창될 수 있다(예컨대, 용기의 축방향 길이를 따라 길이가 늘어남). 이러한 반응기 용기는 보통 고정된 위치에 반응기 용기의 기부를 설치함으로써 장착되고, 하나 이상의 다른 구성요소에 대해 연결부를 배관함으로써 상호 연결될 수 있다. 그러나, 다른 구성요소는 상이한 열적 조건 하에서 작동할 수 있고/있거나 반응기 용기와는 상이한 팽창/수축 구조를 가질 수 있다. 이들 발명은 이러한 시스템에서 구성요소들 사이의 전술한 상대적인 위치 이동이 배관 연결부에서 응력을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 배관 연결부에서 파괴를 유발하거나 피로 파괴를 촉진할 수 있음을 확인한 바 있다.
본 발명의 목적은, 반응기 용기와 이에 연결되는 구성요소들 사이의 상대적인 위치 이동에 의해 연결부에서 발생하는 응력을 줄임으로써 배관 연결부에서의 파괴를 방지하거나 또는 피로 파괴를 지연시킬 수 있는 것인 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자는, 전술한 문제를 해소하고자 노력하는 과정에서, 후술하는 바와 같은 코일 배관 장치를 제작하였다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 본 발명에 수반되는 다수의 장점은 후술하는 상세한 설명을 참고할 때, 특히 첨부 도면과 함께 고려할 때 쉽게 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 반응기 용기와 이에 연결되는 구성요소들 사이의 상대적인 위치 이동에 의해 연결부에서 발생하는 응력을 줄여주고, 이에 따라 배관 연결부에서의 파괴를 방지하거나 또는 피로 파괴를 지연시킬 수 있는 것인 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 수성 가스 전환 반응기(water gas shift reactor)용 코일 배관 장치의 전방 사시도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 수성 가스 전환 반응기용 코일 배관 장치의 후방 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 수성 가스 전환 반응기용 코일 배관 장치의 전방 입면도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 수성 가스 전환 반응기용 코일 배관 장치의 측면 입면도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 수성 가스 전환 반응기용 코일 배관 장치의 평면도이다.
도 3a는 도 1a와 도 1b, 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 천연 가스 예열기의 분해 사시도이다.
도 3b는 도 1a와 도 1b, 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 천연 가스 예열기의 조립 상태에서의 단면도이다.
도 3c는 도 1a와 도 1b, 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 천연 가스 예열기의 조립 상태에서의 간략한 사시도이다.
도 3d는 도 1a와 도 1b, 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 천연 가스 예열기의 조립 상태에서의 간략한 하부 입면도이다.
도 4a 및 도 4b는 압축 상태 및 비압축 상태에서의 코일을 각각 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는, 천연 가스 예열기, 수소 탈황장치 용기, 및 공기 예열기를 갖춘 증기 개질기 반응기 용기를 구비한 수성 가스 전환 반응기 용기에 연결된 본 발명의 코일 배관 장치를 도시한 반응 장치의 사시도이다.
본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참고하여 이하에서 설명된다. 이하의 설명에서, 실질적으로 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소는 동일한 도면 부호로 표시되며, 단지 필요할 때에만 반복적으로 설명된다.
고온에서 작동하는 반응기 용기는, 저온 비작동 상태로부터 고온 작동 상태로 반응기 용기가 가열될 때 팽창될 수 있다(예컨대, 용기의 축방향 길이를 따라 길이가 늘어남). 이러한 반응기 용기는 보통 고정된 위치에 반응기 용기의 기부를 설치함으로써 장착되고, 연결부(예컨대, 입구 배관, 출구 배관 등)를 하나 이상의 다른 구성요소(예컨대, 또 다른 반응기 용기, 예열기 조립체 등)에 배관함으로써 상호 연결될 수 있다. 그러나, 상이한 구성요소(들)는 상이한 열적 조건 하에서 작동할 수 있고/있거나 반응기 용기와는 상이한 팽창/수축 구조를 가질 수 있다. 따라서, 작동 조건 하에서 용기가 팽창하면 기부에 대해 용기의 하나 이상의 포트(예컨대, 입구 포트, 출구 포트 등)의 위치를 이동시킬 수 있고, 반응기 용기의 포트(들)의 위치 이동은 배관 연결부(들)가 장착되어 있는 다른 구성요소(들)의 포트에 있어서의 위치 이동에 상응하지 않을 수 있다. 따라서, 반응기 용기의 포트(들) 및 배관 연결부(들)에 의해 반응기 용기와 상호 연결되어 있는 다른 구성요소(들)의 포트(들)의 상대적인 위치 이동에 따라, 배관 연결부(들)에서 응력이 발생될 수 있고, 이는 배관 연결부 또는 포트(들)에서의 파괴를 유발할 수 있거나 혹은 피로 파괴를 촉진할 수 있다. 또한, 위치 이동하지 않고(즉, 팽창되거나 수축되지 않고) 이에 따라 고정된 위치에 유지되는 하나 이상의 다른 구성요소의 포트(들)에 대해 반응기 용기의 하나 이상의 포트가 연결부 배관을 매개로 연결되어 있으면, 이때 반응기 용기의 포트(들)의 위치 이동은 배관 연결부(들)에서 응력을 발생시키게 되고, 이는 배관 연결부 또는 포트(들) 혹은 지지 구조(들)에서의 파괴를 유발할 수 있거나 또는 피로 파괴를 촉진할 수 있다.
본 발명은 이러한 응력으로 인해 초래되는 부정적인 결과를 완화시킬 수 있는 것인 반응기 용기용 배관 연결부를 제공하는 방법 및 장치를 제공한다. 이 배관 장치는 바람직하게는 용기의 작동 중에 배관 연결부에서 응력을 최소화하거나 응력을 없애도록 해주는 하나 이상의 배관 연결부를 용기에 제공한다.
도 1a와 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 코일 배관 장치의 실시예를 도시하고 있다. 도시된 코일 배관 장치(10)는 입구 코일(30) 및 출구 코일(60)을 포함하지만, 상기 코일 배관 장치는 대안으로 입구 코일(30) 또는 출구 코일(60) 중 하나의 코일만을 포함할 수 있거나(즉, 상기 코일 배관 장치는 양자 모두를 포함할 필요가 없음), 또는 대안으로 용기에서 다른 포트(도시하지 않음)에 대한 연결을 위해 예컨대 입구 코일 및 출구 코일 이외의 코일을 포함할 수 있음에 주의하라. 도 1a와 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 코일 배관 장치(10)는 수성 가스 전환 반응기(WGS) 용기(20)에 연결되지만, 본 발명은 그 수명 동안 팽창 및 수축을 겪는 임의의 다른 유형의 용기 혹은 하우징에 적용될 수 있다. 도 5a 및 도 5b는, 천연 가스 예열기(40), 수소 탈황장치(HDS) 용기(100), 증기 개질기 반응기 용기(110), 및 증기 개질기 반응기(110)용 공기 예열기(120)와 함께 WGS 용기(20)에 연결된 본 발명의 코일 배관 장치를 포함하는 예시적인 반응기 장치의 사시도이다.
WGS 용기(20)는 기부(12)에 견고하게 장착된 하위 부분(22)을 포함하며, 상기 기부는 예컨대 바닥 또는 패키지 유닛 혹은 하우징에 견고하게 고정된다. WGS 용기(20)는 그 상위 부분(26)의 측부에 있는 입구 포트(28) 및 하위 부분(22)의 측부에 있는 출구 포트(24)를 구비한다. WGS 용기(20) 내에는 저온 수성 가스 전환 촉매와 같은 촉매 재료의 패킹 베드가 존재한다. 따라서, 유체(이 경우에는, 증기 개질기 반응기 용기로부터의 개질유)가 입구 포트(28)를 통해 WGS 용기(20)의 상위 부분(26)으로 유입되며, 이후 촉매 재료의 패킹 베드를 통해 하방으로 이동하고, 다음으로 출구 포트(24)를 통해 WGS 용기(20)의 하위 부분(22)을 빠져나간다.
도 1a와 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 WGS 용기(20)는 천연 가스 예열기 조립체(또는 NG 예열기)(40)에 연결되어 있으나, 본 발명은 임의의 용기 또는 하우징에 적용될 수 있으며, 반드시 이러한 예열기에 연결될 필요는 없거나, 또는 임의의 다른 유형의 구성요소에 연결될 수 있다. 도관(25)은 WGS 용기의 하위 부분(22)의 측부에서 출구 포트(24)에 부착된다. 도관(25)은 NG 예열기(40)의 입구(42)와 출구 포트(24) 사이에서 유체 상호연결을 제공한다. 도관(25)은 또한 NG 예열기(40)의 외팔보식 지지를 제공함으로써 WGS 용기(20)와 NG 예열기(40) 사이의 구조적인 상호연결을 제공한다.
이러한 실시예에 있어서, NG 예열기(40)는, WGS 용기(20)를 빠져나가는 개질유를 사용하여, 천연 가스 공급물이 수소 탈황장치(HDS) 용기(100)(도 5a 및 도 5b 참고)로 송출되고 이 용기에서 사용되기 이전에 천연 가스 공급물을 예열한다. NG 예열기(40)는, 예컨대 HDS 용기(100)에서 탈황 반응이 발생하는 것을 보장하도록 천연 가스 공급물의 온도를 적절한 수준까지 높이기 위해 사용된다. 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2c에서의 NG 예열기의 도시 내용에 추가하여, 도 3a 내지 도 3d는 NG 예열기의 내부 구조 및 외부 구조의 세부 사항을 도시한다.
NG 예열기(40)는 2개의 쉘 앤드 튜브(shell-and-tube) 열 교환기를 포함하는데, 제1 쉘 앤드 튜브 열 교환기는 섹션(44)에 마련되고, 제2 쉘 앤드 튜브 열교환기는 섹션(48)에 마련된다. WGS 용기(20)를 빠져나오는 개질유는 NG 예열기(40)를 통해 이동할 때 쉘측에 제공되는 반면, 천연 가스 공급물은 NG 예열기(40)를 통해 이동할 때 튜브측에 제공된다.
출구 포트(24)를 통해 WGS 용기(20)를 빠져나오는 개질유는 도관(25)을 통해 이동하며, NG 예열기(40)의 입구(42)로 유입된다. 개질유는 다음으로 섹션(44) 내에 마련된 제1 쉘 앤드 튜브 열 교환기를 통해 쉘측 상방으로 이동한 후, 곡선형 섹션(46)(후술하는 바와 같이 천연 가스를 위한 튜브 어레이를 포함하지 않음)을 통해 이동하고, 이후 섹션(48) 내에 마련된 제2 쉘 앤드 튜브 열 교환기를 통해 쉘측 하방으로 이동하며, 그 다음에 출구 포트(50)를 통해 NG 예열기(40)를 빠져나간다.
천연 가스 공급물은 입구(52)를 통해 NG 예열기(40)로 유입되며, 이후 섹션(48)을 통한 1차 통과를 위해 제2 쉘 앤드 튜브 열 교환기의 튜브 어레이를 통해 튜브측 상방으로 섹션(48)의 상단부까지 이동하고, 다음으로 섹션(48)을 통한 2차 통과를 위해 제2 쉘 앤드 튜브 열 교환기의 튜브 어레이를 통해 튜브측 하방으로 전환하여 이동하며, 그 후 튜브(55)(J자형 튜브)를 통해 섹션(48)의 하단부로부터 섹션(44)의 하단부까지 이동한 다음, 입구(56)를 통해 섹션(44)의 하단부로 유입되고, 이후 섹션(44)을 통한 1차 통과를 위해 제1 쉘 앤드 튜브 열 교환기의 튜브 어레이를 통해 튜브측 상방으로 섹션(44)의 상단부까지 이동하며, 다음으로 섹션(44)을 통한 2차 통과를 위해 제1 쉘 앤드 튜브 열 교환기의 튜브 어레이를 통해 튜브측 하방으로 전환하여 이동하고, 그 후 출구(58)를 통해 NG 예열기(40)를 빠져나간다. 출구(58)를 빠져나온 예열기의 천연 가스 공급물이 HDS 용기(100)에서의 사용을 위해 도관을 통해 HDS 용기(100)로 이동한다.
본 발명의 입구 코일(30)은 강성 배관을 통해 증기 가스 개질기 용기(110)의 출구 포트(130)에 연결되는 입구 단부(32)를 구비한다. 입구 코일(30)은, 입구 코일(30)의 코일 부분(36)의 단부에 입구 단부(32)[및 증기 가스 개질기 용기(110)의 출구 포트]를 연결하기 위해 요구되는 배관의 직선형 섹션 및 곡선형 섹션의 임의의 조합을 일반적으로 포함할 수 있는 강성 연결 배관 부분(34)을 포함한다. 코일 부분(36)의 반대측 단부는 WGS 용기(20)의 입구 포트(28)에 연결된 출구 단부(38)를 구비한다.
본 발명의 출구 코일(60)은, NG 예열기(40)를 빠져나오는 개질유를 수용하기 위해 NG 예열기(40)의 출구 포트(50)에 연결되는 입구 단부(62)를 갖는다. 출구 코일(60)의 입구 단부(62)는 코일 부분(64)의 단부에 연결된다. 코일 부분(64)의 반대측 단부는 출구(68)를 갖는 강성 배관 연결 부분(66)에 연결된다. 일반적으로 강성 배관 연결 부분(66)은 출구(68)를 또 다른 구성요소에 연결하기 위해 요구되는 강성 배관의 직선형 섹션 및 곡선형 섹션의 임의의 조합을 포함할 수 있으며, 이 경우에 상기 또 다른 구성요소는 증기 가스 개질기 용기(110)에서 공기가 사용되기 이전에 공기를 예열하기 위해 사용되는 예열기(120)이다.
입구 코일(30)의 코일 부분(36)은 나선형 코일을 형성하기 위해 굴곡되는 배관으로 제작된다. 도시된 실시예에 있어서, 입구 코일(30)의 코일 부분(36)은 약 4회 정도 WGS 용기(20) 둘레를 둘러싸지만, 입구 코일(30)의 코일 부분(36)은 대안으로 도시된 실시예에서보다 많거나 적은 횟수로 WGS 용기(20) 둘레를 둘러쌀 수 있다. 코일 부분(36)은 코일 스프링을 형성한다.
출구 코일(60)의 코일 부분(64)은 나선형 코일을 형성하기 위해 굴곡되는 배관으로 제작된다. 도시된 실시예에 있어서, 출구 코일(60)의 코일 부분(64)은 5회 정도 WGS 용기(20) 둘레를 둘러싸지만, 출구 코일(60)의 코일 부분(64)은 대안으로 도시된 실시예에서보다 많거나 적은 횟수로 WGS 용기(20) 둘레를 둘러쌀 수 있다. 코일 부분(64)은 코일 스프링을 형성한다.
도 2a 및 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, WGS 용기(20)의 입구 포트(28)는 기부(12)의 상부 표면으로부터 거리 d1만큼 떨어져 있는 높이에 마련되며, 그 높이 안쪽으로 WGS 용기(20)가 장착된다. 추가적으로, WGS 용기(20)의 출구 포트(24)는 기부(12)의 상부 표면으로부터 거리 d2만큼 떨어져 있는 높이에 마련된다. WGS 용기(20)의 작동 중에, WGS 용기(20)는 가열되며, 이는 WGS 용기(20)의 열 팽창 및 WGS 용기의 축방향 길이를 따른 WGS 용기(20)의 신장을 유발한다. 따라서, 거리 d1 및 거리 d2는 저온 비작동 상태로부터 고온 작동 상태까지 변하며, 이에 따라 d1 (작동 상태) > d1( 비작동 상태)이고 d2 (작동 상태) > d2 ( 비작동 상태)가 된다.
WGS 용기(20)의 입구 포트(28) 및 출구 포트(24)의 위치 변동 이외에도, 입구 포트(28) 및 출구 포트(24)가 연결되어 있는 구성요소들의 포트도 또한 이들 구성요소의 열 팽창/수축으로 인해 위치가 변할 수 있다. WGS 용기(20)의 포트(24 및 28)와, WGS 용기(20)가 배관 연결부에 의해 상호 연결되어 있는 다른 구성요소의 포트들의 상대적인 위치 이동은, 배관 연결부에서 응력을 발생시킬 수 있으며, 이는 배관 연결부 또는 포트에서의 파괴를 유발하거나 피로 파괴를 촉진할 수 있다. 또한, 위치 이동하지 않고(즉, 팽창하거나 수축하지 않고) 이에 따라 고정된 위치에 유지되는 하나 이상의 다른 구성요소의 포트(들)에 대해 WGS 용기(20)의 하나 이상의 포트가 연결 배관을 매개로 연결되어 있으면, 이때 WGS 용기(20)의 포트(들)의 위치 이동은 배관 연결부(들)에서 응력을 발생시키며, 이는 배관 연결부 또는 포트(들)에서 파괴를 유발하거나 또는 피로 파괴를 촉진시킬 수 있다.
실험 또는 계산에 기초하여, WGS 용기(20) 및 해당 구성요소의 비작동 상태와 작동 상태 사이에서, WGS 용기(20)의 입구 포트(28)와 이 입구 포트가 연결되어 있는 구성요소의 출구 포트의 상대적인 위치 이동이 결정될 수 있다. 일단 이러한 상대 위치 이동이 결정되면, 입구 코일(30)의 코일 부분(36)은 WGS 용기(20)의 입구 포트와 이 입구 포트가 연결되어 있는 구성요소의 출구 포트 사이의 상대적인 위치 이동을 완화시키도록 구성될 수 있다.
마찬가지로, WGS 용기 및 상기 구성요소의 비작동 상태와 작동 상태 사이에서, WGS 용기(20)의 출구 포트(24)와 이 출구 포트가 연결되어 있는 구성요소의 입구 포트의 상대적인 위치 이동이 결정될 수 있다. 그리고, 일단 이러한 상대적인 위치 이동이 결정되면, 출구 코일(60)의 코일 부분(64)은 WGS 용기(20)의 출구 포트(24)와 이 출구 포트가 연결되어 있는 구성요소의 입구 포트 사이의 상대적인 위치 이동을 완화시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 코일 부분(36 및 64)은 WGS 용기(20) 및 이에 연결되어 있는 구성요소의 작동 상태 동안 입구 코일(30) 및 출구 코일(60)에 응력이 적게 발생하거나 응력이 전혀 발생하지 않도록 구성된다. 따라서, 코일 부분(36 및 64)에 의해 형성되는 나선형 스프링은 WGS 용기(20) 및 이에 연결되는 구성요소의 작동 상태 동안 응력이 걸리지 않는 비압축 상태이다. 그러나, WGS 용기(20) 및 이에 연결되는 구성요소가 저온 비작동 상태에 있으면, WGS 용기(20) 및 이에 연결되는 구성요소의 열 수축은 각각의 입구 포트와 출구 포트 사이의 상대적인 위치 이동을 초래하며, 이는 코일 부분(36 및 64)에 의해 형성되는 나선형 스프링을 축방향으로 압축시킨다. 따라서, 저온 비작동 상태에서, 코일 부분(36 및 64)에 의해 형성되는 나선형 스프링은 압축 상태가 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 코일 부분(36 및 64)을 구성하는 방법을 설명하기 위해 각각 압축 상태 및 비압축 상태에서의 코일을 도시한 도면이다. 이들 코일 부분은, 도 4b에 도시된 바와 같은 비압축 상태일 때 코일의 축방향 길이가 d3가 되고, 도 4a에 도시된 바와 같은 압축 상태일 때 코일의 축방향 길이가 d4가 되도록 구성될 수 있다. 일단 입구 포트(28) 및 출구 포트(24), 그리고 이들 포트가 연결되어 있는 구성요소에 대한 상대적인 위치 이동이 결정되면, 이때 입구 포트에 대한 위치 이동값 및 출구 포트(24)에 대한 위치 이동값은 각각 거리 d5로 이용될 수 있으며, 이는 비작동 상태에서 장착 중에 코일 부분(36 및 64)이 압축되어야 하는 각각의 거리이다. 이에 따라, 작동 상태 동안, 상대적인 위치 이동은 나선형 스프링의 압축을 해제하므로, 배관 연결부는 비압축 상태가 된다.
대안으로, 작동 상태에서는 나선형 코일이 압축된 형태가 되고 비작동 상태에서는 나선형 코일이 비압축 형태가 되도록 코일 부분을 구성할 수 있다. 또한 대안으로, 응력을 받는 상태일 때 나선형 코일이 압축되기보다는 장력을 받도록 코일 부분을 구성할 수 있다. 대안으로, 나선형 코일이 작동 상태에서는 압축되고 비작동 상태에서는 장력을 받으며, 장치가 저온 비작동 상태로부터 가열된 작동 상태로 가열되는 시간 동안 그리고 가열된 작동 상태로부터 저온 비작동 상태로 냉각되는 시간 동안 나선형 코일이 응력을 받지 않게 되도록 코일 부분을 구성할 수 있다. 또한 대안으로, 나선형 코일이 작동 상태에서는 장력을 받고 비작동 상태에서는 압축 상태가 되며, 장치가 저온 비작동 상태로부터 가열된 작동 상태로 가열되는 시간 동안 그리고 가열된 작동 상태로부터 저온 비작동 상태로 냉각되는 시간 동안 응력을 받지 않는 상태가 되도록 코일 부분을 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 코일 장치는 유리하게는 파괴되지 않으면서 응력을 신뢰성 있게 완화시키도록 구성될 수 있고, 전체 장치에서 열 팽창/수축 변화에 의해 유발되는 응력의 크기를 줄이도록 구성될 수 있으며, 및/또는 필요에 따라 응력을 받지 않는 작동 상태 또는 응력을 받지 않는 비작동 상태를 제공하도록 구성될 수 있다. 열 팽창/수축으로 인한 장치의 다양한 구성요소의 입구 및 출구의 상대 위치 변화를 고려함으로써, 본 발명의 코일 장치는 강건한 배관 장치를 제공할 수 있다. 필요하다면, 코일(들)은 압축 응력이 가해진 상태(prestressed state)로 제작될 수 있으며 선적 중에 압축 응력이 가해진 상태로 유지될 수 있으므로, 배관 장치는 보통의 작동 조건 하에서 응력을 받지 않게 된다. 예를 들면, 저온 상태로부터 고온 작동 상태까지의 상대 위치 변화가 0.75 인치로 결정되는 경우, 0.75 인치만큼 축방향으로 압축되도록 코일에 압축 응력을 가할 수 있다.
바람직한 실시예에서는, 코일이 WGS 용기의 외벽에 부착되지 않지만, 작동 조건 및 비작동 조건 모두에서 WGS 용기의 외측면과 코일의 내경 사이에서 최소 간격이 유지된다. 제공되는 간격은 충분히 커서 WGS 용기의 외측면 주위에 단열층이 마련될 수 있는 것이 바람직하다. 추가적으로, 코일은 단열되는 것이 바람직하며 단열되도록 의도된다.
WGS 용기는 그 상부 표면에 리프팅 러그를 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 상위 열벽(thermowall) 및 하위 열벽은 WGS 용기 내부의 온도를 측정하기 위해 사용되는 열전쌍을 위해 그 측면으로부터 연장되는 것으로 도시되어 있다.
본 명세서에서 도시되고 설명된 예시적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하고 있으며 어떠한 방식으로도 본 명세서에서 청구범위의 범위를 제한하려는 의도가 아님에 주의해야만 한다. 전술한 교시내용의 관점에서 본 발명의 다양한 변경 및 변화가 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범위 내에서, 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 설명된 바와 다른 방식으로 실시될 수 있음을 이해해야 한다.
10 : 코일 배관 장치
12 : 기부
20 : 용기
22 : 하위 부분
24 : 출구 포트
25 : 도관
26 : 상위 부분
28 : 입구 포트
30 : 입구 코일
36 : 코일 부분
40 : 천연 가스 예열기
42 : 입구
52 : 입구
55 : 튜브
58 : 출구
60 : 출구 코일
64 : 코일 부분
100 : 수소 탈황장치 용기
110 : 증기 개질기 반응기 용기
120 : 공기 예열기

Claims (14)

  1. 반응기 용기 장치로서,
    반응기 용기의 내부와 유체 연통되는 제1 포트 및 반응기 용기의 내부와 유체 연통식으로 연결되는 출구 포트를 포함하는 반응기 용기와,
    반응기 용기를 지지하는 기부와,
    제1 포트와 유체 연통식으로 연결되며 반응기 용기의 둘레 주위에 배치되는 배관의 제1 코일
    을 포함하는 반응기 용기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응기 용기의 둘레 주위에 연장되며 제2 포트와 유체 연통식으로 연결되는 배관의 제2 코일을 더 포함하는 반응기 용기 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반응기 용기는 기부로부터 제1 방향으로 연장되고, 제1 방향을 따라 측정되는 제1 포트와 기부 사이의 거리는 제1 방향을 따라 측정되는 제2 포트와 기부 사이의 거리보다 긴 것인 반응기 용기 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 포트 및 제2 포트는 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향으로 반응기 용기로부터 연장되는 것인 반응기 용기 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응기 용기는 반응기 용기의 벽에 배치되는 단열 재료를 포함하는 것인 반응기 용기 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일은 단열되는 것인 반응기 용기 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일과 반응기 용기 사이에 배치되는 간격을 더 포함하며, 상기 간격은 제1 포트를 제외한 반응기 용기의 전체 둘레 주위에서 연장되는 것인 반응기 용기 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일은 상기 반응기 용기가 가열되지 않은 상태일 때 압축 상태인 제1 상태가 되도록 구성되며, 상기 제1 코일은 상기 반응기 용기가 가열되지 않은 상태일 때에 비해 가열된 상태에 있을 때 덜 압축된 상태인 제2 상태가 되도록 구성되는 것인 반응기 용기 장치.
  9. 반응기 용기 장치의 작동 방법으로서,
    반응기 용기의 내부와 유체 연통하는 제1 포트와 반응기 용기의 내부와 유체 연통식으로 연결되는 출구 포트를 포함하는 반응기 용기를 마련하는 것과,
    제1 포트와 유체 연통식으로 연결되며 반응기 용기의 둘레 주위에 배치되는 배관의 제1 코일을 마련하는 것과,
    상기 제1 코일을 통해 반응기 용기 내부로 증기가 흐르도록 하는 것
    을 포함하는 반응기 용기 장치의 작동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    반응기 용기의 제2 포트와 유체 연통되는 제2 코일을 마련하는 것과,
    천연 가스 예열기로부터 제2 코일 내부로 개질유가 흐르도록 하는 것
    을 더 포함하는 반응기 용기 장치의 작동 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반응기 용기를 제1 온도로부터 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 것을 더 포함하는 반응기 용기 장치의 작동 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 코일은 반응기 용기가 제1 온도일 때 제1 압축 상태에 있으며, 상기 제1 코일은 반응기 용기가 제2 온도일 때 제1 압축 상태와는 상이한 제2 압축 상태에 있는 것인 반응기 용기 장치의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 압축 상태는 상기 제2 압축 상태보다 더 압축된 상태인 것인 반응기 용기 장치의 작동 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 압축 상태는 상기 제2 압축 상태보다 덜 압축된 상태인 것인 반응기 용기 장치의 작동 방법.
KR1020107002332A 2007-07-20 2008-07-21 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치 KR20100051801A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US95109507P 2007-07-20 2007-07-20
US60/951,095 2007-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100051801A true KR20100051801A (ko) 2010-05-18

Family

ID=40281748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107002332A KR20100051801A (ko) 2007-07-20 2008-07-21 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치

Country Status (11)

Country Link
US (1) US8080207B2 (ko)
EP (1) EP2174088B1 (ko)
JP (1) JP5589219B2 (ko)
KR (1) KR20100051801A (ko)
CN (1) CN101796366B (ko)
AU (1) AU2008279280B2 (ko)
BR (1) BRPI0814266A2 (ko)
CA (1) CA2693308A1 (ko)
DK (1) DK2174088T3 (ko)
ES (1) ES2530063T3 (ko)
WO (1) WO2009015083A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8858078B2 (en) 2011-01-05 2014-10-14 Rene Eric Vonwiller Vacuum baggie
CN112050666A (zh) * 2020-08-26 2020-12-08 胡志鹏 一种铁水罐余热利用系统
US11976887B1 (en) * 2021-06-24 2024-05-07 Philip W. McConnell Heat exchange arrangement for use with a vessel

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1968940A (en) * 1933-03-25 1934-08-07 Gross Oswald Maximillian Electric generative boiler
US2248993A (en) * 1936-05-08 1941-07-15 Houdry Process Corp Apparatus for controlling chemical reactions
US3490878A (en) * 1965-04-28 1970-01-20 United Aircraft Corp Catalytic burner
US3607130A (en) * 1969-09-24 1971-09-21 Exxon Research Engineering Co Reformer furnace
NL187622C (nl) * 1975-04-14 1991-12-02 Stone & Webster Eng Corp Reformeeroven met convectieverhitting van de procesbuizen.
US4488865A (en) 1980-12-22 1984-12-18 Arkansas Patents, Inc. Pulsing combustion
US4887586A (en) * 1981-12-21 1989-12-19 Walters Lonnie D Heat recovery apparatus
DE3929413A1 (de) * 1989-09-05 1991-03-07 Metallgesellschaft Ag Reaktor zum adiabatischen durchfuehren katalytischer prozesse
GB9119885D0 (en) * 1991-09-18 1991-10-30 Nnc Ltd Catalytic reactor
US6089859A (en) * 1998-06-19 2000-07-18 Hydrogen Burner Technology, Inc. Reduced carbon from under oxidized burner
US6746650B1 (en) * 1999-06-14 2004-06-08 Utc Fuel Cells, Llc Compact, light weight methanol fuel gas autothermal reformer assembly
US6564755B1 (en) 2002-03-05 2003-05-20 Whelan Thomas I Preheating assembly for hot water system
WO2004017007A2 (en) * 2002-08-09 2004-02-26 Ashe Morris Limited Reduced volume heat exchangers
CN2693337Y (zh) * 2003-11-11 2005-04-20 上海工程化学设计院有限公司 反应器

Also Published As

Publication number Publication date
CN101796366B (zh) 2013-06-19
AU2008279280B2 (en) 2012-11-01
CA2693308A1 (en) 2009-01-29
EP2174088A4 (en) 2013-06-26
JP5589219B2 (ja) 2014-09-17
BRPI0814266A2 (pt) 2015-02-03
JP2010534134A (ja) 2010-11-04
US8080207B2 (en) 2011-12-20
ES2530063T3 (es) 2015-02-26
US20090223863A1 (en) 2009-09-10
EP2174088B1 (en) 2014-11-12
DK2174088T3 (en) 2015-02-09
EP2174088A1 (en) 2010-04-14
CN101796366A (zh) 2010-08-04
AU2008279280A1 (en) 2009-01-29
WO2009015083A1 (en) 2009-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4477432B2 (ja) 改質器
CN101155630A (zh) 蒸汽重整
KR20030011282A (ko) 열 교환기
KR20100051801A (ko) 반응기 용기를 위한 코일 배관 장치
BR112015010642A2 (pt) estrutura de transferência de calor de reator de leito fixo
KR20140001590U (ko) 열 교환 반응기
JP2001009264A (ja) 熱交換器様式反応器
KR100873092B1 (ko) 선박용 연료 가열장치
AU2009242319B2 (en) Start-up heater for ammonia reactors
JP6284102B2 (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
JPH04265147A (ja) 燃料改質器
JP2008147087A (ja) 燃料電池発電システムの液体燃料処理装置
JPH05186201A (ja) 燃料改質器
KR101213045B1 (ko) 반응기 및 연료 개질기의 촉매 가열 방법
JP2005263618A (ja) 燃料改質器
CN204799236U (zh) 用于蒸汽重整器的排气系统、用于其的支撑装置以及蒸汽重整器
JP5535972B2 (ja) 脱硫器
KR100904793B1 (ko) 열교환기 및 화학 리액터
RU2481888C2 (ru) Пусковой нагреватель для реакторов синтеза аммиака
JP6307289B2 (ja) 熱交換器及び水素貯蔵装置
JP2000169105A (ja) 改質器
KR20200083769A (ko) 촉매 지지 구조물이 설치된 개질 반응관
JP2738988B2 (ja) 燃料改質器
EP1718911B1 (en) Apparatus provided with heat-exchanging means
KR101492966B1 (ko) 하이브리드 탄화수소 개질 장치

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application