KR20110123220A - 고정된 베드 리액터를 위한 여과 입자를 포함하는 제거 가능한 바스켓 - Google Patents

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Abstract

주요 치수 (dp) 를 갖는 여과 입자를 포함하는 다수의 바스켓으로 이루어지는 다운플로우 또는 업플로우 모드에서 기능하는 리액터의 촉매 베드의 상류에 놓이는 여과 장치로서, 상기 바스켓은, 여과 플레이트라고 하는, 리액터의 벽에 고정되는 베이스 플레이트에 의해 지지되고, 바스켓의 조립체는 적어도 리액터의 단면의 중앙 부분을 커버하고 높이 (Hp) 를 갖는 여과 베드를 형성한다. 120℃ 를 초과하는, 바람직하게는 250℃ 를 초과하는 끓는점을 갖는 잔여물 또는 탄화수소 컷의 선택적인 수소 첨가 반응 또는 변환인 수소 처리를 위한 공정에 대한 적용에 관한 것이다.

Description

고정된 베드 리액터를 위한 여과 입자를 포함하는 제거 가능한 바스켓{REMOVABLE BASKETS CONTAINING FILTRATION PARTICLES FOR FIXED BED REACTORS}
본 발명은 다양한 정제 분야에 사용되는 고정된 베드 리액터의 분야에 관한 것이다. 인용될 수 있는 실시예는 120℃ 를 초과하는, 바람직하게는 250℃ 를 초과하는 끓는점을 갖는 다양한 오일 컷 (oil cut) 의 수소 첨가 반응이다.
더 특별하게는, 본 발명은 촉매 베드의 막힘의 문제를 가질 수 있는 중질 (heavy) 이송물을 처리하는 공정에 적용 가능하다. 이러한 경우, 당업자는, 촉매 베드의 상류 그 자체를, 막힘으로부터 촉매 베드를 보호하기 위해 하나 이상의 여과 베드를 사용하는 것을 알 것이다. 막힘 이후, 상기 여과 베드는 새로운 여과 베드로 정기적으로 교체되어야만 하고, 이러한 교체의 빈도는 주로 공정 및 막힘 입자의 화학적 성질에 따라 상이하다.
본 발명의 본질적인 목적은 이러한 여과 베드의 교체를 위한 작업의 빈도를 줄이고 용이하게 하는 것이다.
그의 적용 분야는 광범위하고 본 발명은 특히 가스 액체 다운플로우 모드를 이용하는 공정의 경우 2 상 플로우 (two-phase flow) 를 갖는 고정된 베드의 분야에서 개발되는 분배기 플레이트 시스템과 호환 가능하다. 병류 다운플로우 (co-current downflow) 모드로 작동하는 가스 액체 리액터의 분배기 플레이트 상에 여과 입자를 충전할 때 문제가 발생할 수 있다.
베드를 구성하는 여과 입자의 층은 비교적 얇으며, 일반적으로 수십 센티미터이고, 베드의 깊이에 대하여 균일하게 충전하는 어려움은 주로 플레이트의 침니 (chimney) 의 존재 때문이며, 이러한 침니는 일반적으로 100 ㎜ ~ 500 ㎜ 로 이격된다. 밀집된 충전이 또한 어려운데, 이는 상기 침니의 존재가 이들 인근의 입자 베드의 레벨을 교란시키기 때문이다.
본 발명에 따른 제거 가능한 바스켓을 사용함으로써, 여과 입자로 바스켓을 충전하는 것이 리액터 외측에서 실행될 수 있고, 이는 작업을 용이하게 하고 더욱 가속화하고, 따라서 여과 플레이트의 충전되는 바스켓의 위치지정을 제한한다.
각각의 바스켓의 여과 입자의 높이는, 바스켓 사이에서 매우 정확한 방식으로 조정될 수 있다.
배출 동안, 여과 입자와 뭉쳐진 여과된 입자 때문에, 여과 베드가 단지 공압 드릴 또는 다른 동등한 수단을 사용하여 파쇄될 수 있는 블록을 구성하는 경우가 종종 있을 수 있다.
이러한 작업은 비싸며 여과 플레이트의 침니 및 다른 구성 요소를 손상시키는 위험이 있다.
공압 드릴의 사용은, 예컨대 또한 리액터의 벽 그리고 특히 부식 방지층을 손상시키는 위험이 있다. 리액터는 그 후 약해지고 상당한 부식의 위험을 받는다.
본 발명은 뭉쳐질 수 있는 여과 베드의 파쇄를 위한 작업이 회피될 수 있는데 이는 베드가 몇몇 바스켓이 뭉쳐지더라도, 이들을 쉽게 제거하는 것이 여전히 가능하도록 여과 입자를 함유하는 다수의 바스켓에 의해 구성되기 때문이라는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명은 또한 유닛의 멈춤 (shut down) 시간을 제한하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 본질적인 목적은 이러한 여과 베드의 교체를 위한 작업의 빈도를 줄이고 용이하게 하는 것이다.
단상 (mono-phase) 가스 또는 액체 플로우 또는 2 상 가스 및 액체 플로우를 갖는 종래 기술의 분야의 고정된 베드 리액터는 크다. 여기서는 단지 여과 플레이트로서 공지된 여과 시스템을 설명하는 문헌만을 조사하였는데 이는 막힘 입자를 포함하는 중질의 이송물의 분야에서 본 발명의 적용을 발견하는 것이 더 특별하기 때문이다.
이러한 타입의 여과 플레이트의 설명이 가스상 (gas phase) 및 액체상 (liquid phase) 의 다운플로우 병류를 갖는 리액터의 내용인 문헌 FR 2 889 973 에서 발견된다. 이러한 문헌에서 설명되는 여과 플레이트는 촉매 베드의 상류에 위치되고 리액터의 벽에 고정되며 상부 단부에 가스를 입장시키고, 가로 오리피스를 통하여 액체를 입장시키고, 하부 단부를 통하여 가스 액체 혼합물을 배출하기 위한 일련의 침니를 지지하는 편평한 베이스에 의해 구성된다. 플레이트는 침니를 둘러싸는 여과 베드를 지지하고, 상기 베드는 적어도 하나의 여과 입자층에 의해 구성된다.
인용된 문헌은 본 발명이 해결책을 구성하는 여과 베드의 청소 및 취급에 의한 문제를 언급하지 않는다.
본 발명은 다운플로우 리액터의 내용보다 뛰어나고 또한 업플로우 리액터에 대한 것이다.
도 1 은 바스켓의 높이 (Hp) 와 측면 (side) 의 길이 (Lp) 가 나타나 있는 여과 바스켓의 캐벌리어 (cavalier) 돌출부를 나타내는 도면이다.
도 2 는 바스켓의 상부 단면의 가능한 형상의 몇몇 실시예를 제공하는 도면이다.
도 3 은 실시예를 나타내는데 사용되고 기본적인 바스켓 (도 3a) 과 중앙 침니에 의해 가로질러진 바스켓 (도 3b) 을 나타낸다.
본 발명은 고형 여과 입자를 에워싸는 제거 가능한 바스켓을 갖는 장치로서 규정될 수 있고, 바스켓 조립체는 일반적으로 촉매 베드의 상류에 위치되는 촉매 베드의 전체가 포장되는 것을 가능하게 한다. "상류" 라는 용어는 반응 유체 (또는 유체들) 의 흐름의 방향에 따라 이해되어야 한다.
문서의 나머지에서, "여과 베드" 라는 용어는 여과 바스켓의 조립체를 나타내는데 사용된다.
더 정확하게는, 본 발명은 다운플로우 또는 업플로우 모드에서 기능하는 단상 또는 2 상 리액터의 촉매 베드의 상류에 놓이는 여과 장치로 이루어지고, 상기 장치는 주요 치수 (dp) 를 갖는 여과 입자를 포함하는 다수의 바스켓으로 이루어지고, 상기 바스켓은, 여과 플레이트라고 하는, 리액터의 벽에 고정되는 베이스 플레이트에 의해 지지된다. 바스켓의 조립체는 컴팩트한 방식으로 적어도 리액터의 단면의 중앙 부분을 커버하고, 높이 (Hp) 를 갖는 여과 베드를 형성하고, 각각의 바스켓은 적어도 3 개의 실질적으로 수직인 가로 벽 및 하부 벽에 의해 규정되고, 바스켓의 가로 벽 및 하부 벽은 여과 입자의 크기 (dp) 보다 더 작은 크기를 갖는 오리피스에 의해 관통된다. "폐쇄 포장" 이라는 표현은 바스켓 사이에 공간이 없고 따라서 리액터의 중앙 부분의 연속적인 커버를 형성한다는 사실을 의미한다. 대부분의 적용에서, 그리고 특히 120℃ 를 초과하는, 바람직하게는 250℃ 를 초과하는 끓는점을 갖는 잔여물 또는 탄화수소 컷의 선택적인 수소 첨가 반응 또는 변환인 수소 처리를 위한 공정에서, 본 발명의 여과 장치는 가스 및 액체상을 혼합하기 위한 수직 침니를 포함하는 여과 플레이트와 통합된다. 여과 바스켓의 높이 (Hp) 는 따라서 0 ~ 100 ㎜ 의 값만큼 상기 침니의 높이보다 더 작게 된다.
일반적으로, 여과 바스켓은 상기 바스켓의 측면 (또한 각도라고 함) 의 각각의 최단부 (extremity) 에 위치되는 침니에 의해 규정된다.
차이가, 주변 바스켓이라고 하는, 리액터의 벽과 접촉하는 여과 바스켓과 중앙 바스켓이라고 하는, 리액터의 벽과 접촉을 하지 않는 여과 바스켓 사이에서 나타날 수 있다.
본 발명의 변형예에서, 중앙 여과 바스켓은 하나 이상의 중앙 침니에 의해 가로질러진다.
본 발명의 다른 변형예에서, 주변 바스켓이라고 하는, 리액터의 벽과 접촉하는 바스켓의 부분이 제거되고 리액터의 벽으로부터 중앙 바스켓을 분리시키는 공간에 직접적으로 놓이는 여과 입자에 의해 대체된다. 여과 입자는 그 후 일반적으로 대량으로 유입된다.
특정한 인접한 바스켓은, 상기 바스켓의 조립체의 강성을 개선하기 위해, 플레이트의 수평 표면에 뿐만 아니라 서로 용접, 클램프 또는 볼트 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 변형예에서, 일반적으로 200 ㎜ ~ 1,500 ㎜ 인 높이에 걸쳐, 촉매 베드의 상부 층은 여과 바스켓과 유사한 방식으로 촉매 바스켓이라고 하는 바스켓에 에워싸인다.
본 발명의 여과 장치의 적용은 더 특별하게는 120℃ 를 초과하는, 바람직하게는 250℃ 를 초과하는 끓는점을 갖는 잔여물 또는 탄화수소 컷의 선택적인 수소 첨가 반응 또는 변환인 수소 처리를 위한 공정에 관한 것이다.
도 1 에 나타낸 본 발명의 여과 바스켓이 적어도 3 개의 실질적으로 수직인 가로 벽 (1), 그리고 금속 스크린 또는 Johnson 타입 스크린으로부터 또는 오리피스에 의해 관통된 금속 플레이트로부터 제조되는 하부 벽 (2) 에 의해 구성된다.
오리피스 또는 스크린의 메쉬의 크기는 엄격하게는 바스켓에 포함되는 고형 입자의 평균 치수보다 더 작게 된다.
바스켓의 주요 치수는 높이 (Hp), 그리고 상기 바스켓의 수평 단면을 규정하는 하나의 측면의 길이 (Lp) 이다.
바스켓의 수평 단면은 삼각형 (3 개의 가로 벽의 경우), 사각형 (4 개의 가로 벽의 경우) 또는 리액터 벽의 형상을 따르기 위해 휘어진 형상을 가질 수 있다.
바스켓의 조립체는 리액터의 전체 단면을 포장하는데 적합하고, 개별적으로, 즉 바스켓 마다 바스켓이 유입되거나 제거되는 것을 가능하게 하기 위해 인접한 바스켓의 가로 벽 사이에 자유 공간 또는 기능적 간극만을 남겨둔다. 이는 바스켓이 컴팩트한 방식으로 리액터의 단면의 적어도 중앙 부분을 커버한다는 사실에 의한 것이다.
2 개의 인접한 바스켓의 벽과 접촉하는 입자는 상기 벽의 두께에 의해 분리되고, 이는 바스켓 사이의 막힘을 방지한다.
리액터의 벽과 접촉하는 하나의 벽을 갖는 바스켓은 대응하는 가로 벽에, 리액터 벽의 만곡 (curvature) 에 매치되는 만곡을 갖는다. 하지만, 몇몇 경우에, 이러한 주변 바스켓 (Pp) 또는 적어도 이들의 일부는 억제될 수 있다. 여과 입자는 그 후 리액터의 벽과 중앙 바스켓 (Pc) 의 벽 사이에 포함되는 공간 안으로 직접적으로 유입된다.
가스 및 액체 다운플로우를 갖는 리액터의 경우, 바스켓의 상부 단면의 형상은 침니의 존재를 수용해야만 하고, 이러한 침니는 케이스에 따라, 상기 침니 내의 가스의 통로 또는 액체의 통로, 그리고 보통 가스와 액체의 혼합된 통로를 가능하게 한다.
2 개의 케이스가 가능하다 :
a) 침니 (3) 에 의해 규정되는 각도를 갖는 바스켓, 그리고 이 바스켓이 중앙 침니의 통로를 위해 어떠한 장치 (emplacement) 도 갖지 않는다. 실제로, 기본적인 바스켓이라고 하는, 이러한 바스켓은 따라서 이웃하는 침니 사이에 놓이고 상기 침니의 피치와 매치된다. 이는 리액터의 전체 단면을 포장하기 위해 가장 작은 바스켓에 그리고 따라서 가장 많은 개수의 바스켓에 대응하는 해결책이다. 이러한 타입의 바스켓의 실시예가 도 2 의 (a), (b), (c) 및 도 3 의 (a) 에 나타나 있다.
b) 침니 (3) 에 의해 규정되는 각도를 갖고 적어도 하나의 중앙 침니에 의해 가로질러지는 바스켓이다. 이러한 경우, 바스켓은 기본적인 바스켓의 다수의 단면에 대응하는 더 큰 표면 영역을 커버한다. 실시예로서, 도 3 의 (b) 는, 각각 육각형의 각각의 각에 6 개의 침니와 중앙의 침니를 갖는 육각형 형상을 갖는 바스켓을 나타내는 도면이다. 도 2 의 (d) 는 중앙 침니에 의해 가로질러지는 삼각형 형상을 갖는 바스켓을 나타내는 도면이며, 삼각형의 각각의 측면에 2 개의 침니 그리고 각각의 각에 하나의 침니를 갖는다.
바스켓의 높이 (HP) 는 일반적으로 침니의 높이 이하이다.
바스켓에는 보통 잭 링 (jack ring) 타입 시스템에 의해 바스켓을 다루기 위한 그립핑 수단이 제공된다.
본 발명의 여과 장치는 주요 치수 (dp) 를 갖는 여과 입자를 포함하는 다수의 바스켓으로 이루어지고, 상기 바스켓은, 여과 플레이트라고 하는, 리액터의 벽에 고정되는 베이스 플레이트에 의해 지지된다.
상기 바스켓은 일반적으로는 바스켓이 리액터의 벽 (4) 의 형상에 매치하기 위해 대응하는 벽의 휘어진 부분을 갖는 리액터의 벽과 접촉하는 것을 제외하고는 형상이 동일하다.
바스켓의 조립체는 리액터의 단면의 적어도 중앙 부분을 포장하고, 높이 (Hf) 를 갖는 여과 베드를 형성하고, 각각의 바스켓은 삼각형 또는 사각형 단면 또는 바스켓이 침니 사이에 삽입될 수 있게 하는 어떠한 다른 형태를 규정하는 적어도 3 개의 실질적으로 수직인 가로 벽에 의해, 그리고 하부 벽에 의해 규정된다. 가로 및 하부 벽은 여과 입자의 크기 (dp) 보다 더 작은 크기를 갖는 오리피스에 의해 관통된다.
리액터의 벽과 접촉하는 벽을 갖지 않는 바스켓은 중앙 바스켓이라고 하고 리액터의 벽과 접촉하는 벽의 부분을 갖고 주변 바스켓이라고 하는 바스켓과 구분될 수 있다.
본 발명의 변형예에서, 주변 바스켓이라고 하는, 리액터의 벽과 접촉하는 바스켓의 부분은 억제될 수 있고 리액터의 벽으로부터 중앙 바스켓을 분리시키는 공간에 직접적으로 놓이는 여과 입자에 의해 대체될 수 있다.
바스켓이 그의 가로 벽의 개수, 상기 가로 벽의 높이 (Hp), 그리고 그의 측면 중 하나의 길이 (Lp) 에 의해 기하학적으로 규정된다.
도 3 은 바스켓의 단면에 대한 몇몇의 가능한 형태를 나타내는 도면이다.
바스켓을 지지하는 여과 플레이트가 침니를 갖는 경우, 일반적으로는 2 상 플로우 리액터에 대한 경우, 바스켓은 삼각형 또는 사각형일 수 있는 단면을 갖고, 도 3 에 나타낸 것과 같이, 삼각형 또는 사각형의 각도는 침니의 위치지정에 대응한다.
중앙 바스켓이라고 하는 바스켓은 몇몇 경우 침니에 의해 가로질러질 수 있고, 이에 의해 기하학적 형상의 가능성을 증가시킨다. 이들 바스켓은 이들 바스켓을 지지하는 플레이트의 수평 표면에 그리고 서로 용접, 클램프 또는 볼트 연결될 수 있다.
바스켓의 개념은 촉매 바스켓의 높이를 200 ㎜ ~ 1,500 ㎜ 로 제한하는, 촉매 베드 자체의 일부로 또한 적용될 수 있다.
명백하게는, 본 발명의 범위는 여과 바스켓과 촉매 바스켓 모두를 사용하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 실시예
이 실시예는 150℃ ~ 200℃ 사이의 끓는점을 갖는 컷의 선택적인 수소 첨가 반응를 위한 리액터를 위한 여과 바스켓의 치수지정의 2 가지 경우를 나타낸다. 이 리액터에는 리액터의 벽과 접촉하는 분배기 플레이트 그리고 가스와 액체를 혼합하기 위한 침니가 제공된다. 분배기 플레이트, 침니 및 여과 바스켓의 주요 특징은 이하와 같다 :
- 촉매 베드의 직경 : 1 m;
- 침니의 특징 :
ㆍ 직경 : 25 ㎜;
ㆍ 침니 사이의 피치 : 150 ㎜;
ㆍ 높이 : 350 ㎜;
ㆍ 침니의 전체 개수 : 31;
ㆍ 침니는 ;
ㆍ 서로 120°의 간격이며 플레이트의 레벨로부터 50 ㎜ 에 위치되는 9 ㎜ 의 3 개의 구멍 ;
ㆍ 서로 120°의 간격이며 촉매의 상부 레벨 위로 250 ㎜ 에 위치되는 9 ㎜ 의 3 개의 구멍에 의해 구멍이 뚫려있음.
- 여과 베드의 높이 : 270 ㎜;
- 여과 바스켓의 높이 : 310 ㎜.
바스켓은 리액터의 벽과 접촉하지 않는다. 리액터의 벽과 중앙 바스켓 사이에 포함되는 공간에서, 대량의 채움이 바스켓에서와 같이 동일한 입자를 사용하여 실행되었다. 바스켓의 2 개의 디자인이 규정될 수 있고, 이들 모두는 리액터를 포장하기 위한 요구 사항을 만족시킨다.
각각의 바스켓에는 크래인 또는 어떠한 다른 리프팅 수단에 의해 쉽게 다루기 위한 수단이 제공된다.
- 디자인 1 : 여과 베드는 기본적인 바스켓에 의해 구성되고, 즉 침니 사이에, 즉 3 + 9 + 9 + 9 + 9 + 3 = 42 개의 바스켓 (도 3 참조) 이 끼워진다.
- 디자인 2 : 여과 베드는 내부 침니에 의해 가로질러지는 바스켓, 즉 7 개의 바스켓에 의해 구성되고, 이들은 육각형 형상이다 (도 3 참조).

Claims (8)

  1. 다운플로우 또는 업플로우에서 기능하는 리액터의 촉매 베드의 상류에 놓이는 분배 및 여과를 위한 장치로서, 주요 치수 (dp) 를 갖는 여과 입자를 포함하는 다수의 바스켓으로 이루어지고, 상기 바스켓은, 여과 플레이트라고 하는, 리액터의 벽에 고정되는 플레이트에 의해 지지되고, 바스켓의 조립체는 컴팩트한 방식으로 리액터의 단면의 적어도 중앙 부분을 커버하고 높이 (Hp) 를 갖는 여과 베드를 형성하며, 각각의 바스켓은 적어도 3 개의 실질적으로 수직인 가로 벽과 하부 벽에 의해 규정되고, 바스켓의 하부 벽과 가로 벽은 여과 입자의 크기 (dp) 보다 더 작은 크기를 갖는 오리피스에 의해 관통되는 분배 및 여과를 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 여과 플레이트가 수직 침니를 포함할 때, 여과 바스켓의 높이 (Hp) 는 0 ~ 100 ㎜ 의 값만큼 상기 침니의 높이보다 더 작게 되는 분배 및 여과를 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 여과 바스켓은 상기 바스켓의 측면의 각각의 최단부에 위치되는 침니에 의해 규정되는 분배 및 여과를 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 중앙 여과 바스켓은 하나 이상의 중앙 침니에 의해 가로질러지는 분배 및 여과를 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 주변 바스켓이라고 하는, 리액터의 벽과 접촉하는 바스켓의 부분이 생략되고 리액터의 벽으로부터 중앙 바스켓을 분리시키는 공간에 직접적으로 놓이는 여과 입자에 의해 대체되는 분배 및 여과를 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 인접한 바스켓의 전부 또는 부분이, 상기 바스켓의 조립체의 강성을 개선하기 위해, 플레이트의 수평 표면과 및/또는 서로 용접, 클램프 또는 볼트 연결되는 분배 및 여과를 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 여과 바스켓은 상기 여과 바스켓과 유사한 형상을 갖는 바스켓으로 보충되고 200 ~ 1,500 ㎜ 의 높이에 걸친 촉매 베드의 상부층을 에워싸는 분배 및 여과를 위한 장치.
  8. 120℃ 를 초과하는, 바람직하게는 250℃ 를 초과하는 끓는점을 갖는 잔여물 또는 탄화수소 컷의 선택적인 수소 첨가 반응 또는 변환인 수소 처리를 위한 공정에 대한 제 1 항에 따른 분배 및 여과 장치의 적용.
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