KR20120036891A - 쉘 앤드 튜브 반응기 - Google Patents
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Abstract
다수 스테이지, 다수 튜브의 쉘 앤드 튜브 반응기는 반응 영역 및 스테이지간 온도 제어(냉각/가열) 영역을 연속적으로 포함한다. 반응기는 시스템의 필요에 따라서 시스템에 열을 제거 또는 공급하는 2개 이상 타입의 영역을 갖는다. 반응기는 반응을 진행하여 열을 동시에 제거 또는 공급하도록 촉매로 팩킹된 튜브를 포함하는 반응 영역의 그룹을 가질 것이다. 또한, 시스템으로 열을 공급 또는 그로부터 제거하도록 설계된 다수의 스테이지간 온도 제어(냉각/가열) 영역이 있다. 이러한 영역의 배치, 개수 및 설계는 소망된 온도 제어량 및 시스템의 발열 또는 흡열 특성에 따라 다를 것이다.
Description
본 발명은 발열성 및 흡열성 화학반응과 함께 사용되는 개선된 가열 또는 냉각 성능을 갖는 쉘 앤드 튜브 반응기(shell-and-tube reactor)에 관한 것이다.
일반적으로, 쉘 앤드 튜브 촉매 반응기(shell-and-tube catalytic reactor)는 반응열을 효과적으로 제거하는데 사용되는 반응기의 타입이다. 이러한 반응기에 대한 몇 가지의 사용에 있어서, 복수의 반응 튜브 내에 촉매가 충전되고; 반응 튜브 내의 반응 유체(기체 및/또는 액체)는 소정의 생성물을 얻기 위해 화학반응을 야기하고; 제어된 열적 조건 하에서 화학반응이 일어날 수 있도록 반응기 쉘을 통해 열전달 매체가 순환된다. 쉘 앤드 튜브 반응기는 일반적으로 하나 이상의 튜브시트에 의해 쉘 내의 소정 위치에 보유되는 복수의 반응 튜브를 구비하고; 열전달 매체를 도입 및 회수하는데 쉘 노즐이 사용되고; 반응 튜브 내로 반응물을 도입하고 반응 튜브로부터 생성물을 회수하는데 튜브 노즐이 사용되고; 특정한 기능을 위해 각각의 반응기 부품을 분리하는데 적절한 분할기(divider) 및/또는 배플(baffle)이 사용된다. 일반적으로, 반응기 부품은 반응기 내에서 처리되는 물질과 반응하지 않는 재료로 이루어진다.
몇 가지의 경우에, 쉘 앤드 튜브 촉매 반응기의 사용 동안에, 반응 튜브 중 하나 이상 내의 국부 지점에서는 핫 스폿(hot spot)이 발생할 수 있다. 이러한 핫 스폿은 촉매 수명을 감소시키는 촉매의 열화 및/또는 소정 생성물의 생산 감소 등의 문제점을 일으킬 수 있다. 이에 따라, 쉘 앤드 튜브 촉매 반응기 내의 반응 튜브로 또는 그로부터 열을 효과적으로 전달하는 방법이 바람직한 목표이다.
이하의 종래기술 문헌은 참고로 본원에 인용된다.
미국특허 3,566,961호의 명칭은 "강제 순환에 의한 발열 및 흡열 반응을 수행하는 관형 반응기(tubular reactor for carrying out endothermic and exothermic reactions with forced circulation)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 반응 튜브의 외부와 축방향으로 동일 높이에 있는 열전달 매체의 강제 순환에 의한 관형 반응기를 교시하며, 상기 열전달 매체는 원형 배관, 특히 흐름방향에 대해 횡방향으로 배치되며 튜브의 네스트(nest)의 모든 튜브 쪽으로 균일한 흐름을 위해 반응 튜브 둘레에 환형 개구를 갖는 편향 가이드 플레이트 수단의 구성적 형상을 통해 균일하게 반응기 벽으로 공급되고 반응기 벽으로부터 회수된다.
미국특허 3,792,980호의 명칭은 "열 변화에 의해 수반되는 반응을 수행하는 반응기(reactor for carrying out reactions accompanied by a change in heat)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 열 변화에 의해 수반되는 반응을 위한 쉘 앤드 튜브 반응기를 교시한다. 반응 물질은 튜브를 통해 흐르고, 열전달 매체는 반응열을 제거 또는 공급하도록 쉘을 통해 흐른다. 또한, 쉘측 상의 반응기 내에 배치된 펌프는 쉘 내의 열교환 매체를 순환시킨다. 순환하는 열교환 매체를 위해 통로가 제공되도록 이격된 섹터 내에 튜브가 배치된다. 열교환 매체는 회수되어 쉘로 공급되고, 반응기 외부에서 열교환을 받는다. 전술한 통로로부터 열교환 매체를 회수하고 그로 열교환 매체를 공급함으로써, 쉘 내의 열교환 매체의 개선된 분배가 얻어진다.
미국특허 4,101,287호의 명칭은 "조합형 열교환기 반응기(combined heat exchanger reactor)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 단일의 벌집형 구조체를 포함하는, 원피스의 일체형 고강도의 조합형 열교환기 반응기를 교시하며, 그 채널은 2개 이상의 그룹, 즉 그룹 중 첫 번째는 하나의 유체를 이송하고, 그룹 중 두 번째는 첫 번째와는 조성 및/또는 온도 및/또는 압력 및/또는 흐름방향 면에서 상이한 또 다른 유체를 이송하며, 조합형 열교환기 반응기[combined heat exchanger-reactor (CHER)]의 주요 설계 특징은 첫 번째 그룹의 채널이 채널 축에 외측방향으로 평행하고 벌집형의 단면에 수직하게 연장되고, 이러한 첫 번째 그룹의 채널 각각은 공통 벽을 통해 두 번째 그룹의 채널과 열 접촉하는 한편, 첫 번째 그룹의 채널 각각은 두 번째 그룹의 채널의 존재로 인해 형성된 개재형 공동(intervening voids)에 의해 첫 번째 그룹의 채널과 분리된다. 벌집형의 하나 또는 양자의 단부로부터 연장되는 첫 번째 그룹의 채널의 연장된 단부는 하나 또는 양단부에서 분기됨으로써, 두 번째 그룹의 오목형 채널로부터 첫 번째 연장된 채널의 입구 및/또는 출구에 대한 분리를 형성하여 첫 번째 그룹의 채널 내로 유체의 도입 및/또는 배출을 허용하는 한편, 두 번째 채널 내로 동일한 유체의 도입을 방지하여 상이한 채널 원 및 채널 투 시스템을 통해 상이한 유체의 독립적인 통과를 허용하며, 상이한 그룹들의 채널들 사이에 존재하는 공통 벽은 첫 번째의 채널 내의 유체로부터 다른 그룹의 채널 내의 유체로의 열전도를 허용한다. 이로써, 상이한 채널 그룹들 내에 존재하는 유체 및/또는 촉매에 대한 매우 정밀한 농도 및/또는 온도 제어가 유지될 수 있으므로, 크게 강화된 수율을 갖는 반응기 내에서, 본 발명에 의해 가능해지는 정교한 온도 및/또는 농도 제어로 인해 선택적으로 자체 유도 또는 촉매의 복잡한 반응을 수행가능하다.
미국특허 4,929,798호의 명칭은 "발열성 촉매 전환을 위한 위단열 반응기(pseudoadiabatic reactor for exothermal catalytic conversions)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 발열성 촉매 반응을 위한 다중 관형의 촉매 반응기가 모두 동일한 길이의 평행한 튜브 번들과, 튜브 내의 촉매를 포함하는 것을 교시한다. 튜브 번들은 입구측과, 출구측을 갖는다. 반응기의 튜브 내로의 반응물과, 번들의 인접한 튜브들 사이에 형성된 채널로의 냉매를 개별적으로 도입하기 위한 장치가 제공된다. 냉매는 반응물의 흐름방향과 병류로 채널 내로 도입된다. 생성물은 냉매와는 무관하게 튜브로부터 회수된다. 반응기는 결정성 알루미노실리케이트 촉매를 이용하여 메탄올을 가솔린 비등점 범위로의 단일 스테이지 전환에 적합하다.
미국특허 5,027,891호의 명칭은 "처리 리커 스트림들 사이의 열을 전달하는 방법(method for transferring heat between process liquor streams)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 열교환용 열배관 배열체를 이용하여 보크사이트로부터 알루미나를 생성하는 베이어 공정(Bayer process)에서 부식성 리커의 스트림 등의 처리 리커 스트림들 사이의 연을 전달하는 방법을 교시한다. 처리 스트림 각각은 제 1 열교환 벽의 제 1 표면 및 제 2 열교환 벽의 제 1 표면과 접촉하여 통과하는 한편, 2개의 벽의 제 2 표면들로부터 격리되며; 이러한 제 2 벽들은 보다 고온의 처리 스트림의 온도 아래로 증발하며 보다 저온의 처리 스트림의 온도 이상으로 응축하는 열전달 유체를 수용하는 폐쇄 용적부(양자의 처리 스트림으로부터 격리됨)에 노출된다. 열전달 유체는 보다 고온의 스트림에 의해 접촉되는 벽의 노출면에서 증발하고, 보다 저온의 스트림에 의해 접촉된 벽의 노출면에서 응축하므로, 전자의 스트림으로부터 후자의 스트림으로의 열(증발 잠열)을 전달한다.
미국특허 6,180,846호의 명칭은 "연소성 반응물 가열을 위한 플레이트 배열체를 이용하는 공정 및 장치(process and apparatus using plate arrangement for combustive reactant heating)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 매우 효율적인 방식으로 플레이트 열교환 배열체를 이용하여 흡열 반응으로부터 반응물 또는 생성물의 연소에 의해 흡열 반응을 간접 가열하는 공정 및 장치를 교시한다. 본 발명은 스티렌 또는 합성 가스의 생성 등의 공정에 특히 적합하다. 합성 가스를 생성할 때, 2차 개질 단계에서의 산화 반응물은 1차 개질 단계를 위한 열을 발생시키고, 공정은 간접 열교환을 위한 좁은 채널을 이용하는 매우 효율적인 열교환 단계에 의해 선택성 및 수율을 개선시킨다. 좁은 채널은 물결형 플레이트에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 1차 반응 채널은 스트림 개질 또는 에틸벤젠 탈수소반응 등의 1차 반응의 촉진을 위한 촉매를 수용할 것이다. 2차 가열 단계는 1차 반응 단계에 열을 제공하도록 열교환 채널을 통과하는 고온 폐가스에 의해 열교환 채널의 외부에서 수행될 수 있거나, 또는 2차 반응 채널은 그 위치에서 열을 발생시키도록 연소 촉진 촉매를 수용할 수 있다.
미국특허 6,790,431호의 명칭은 "온도 조정용 반응기(reactor for temperature moderation)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 다수의 반응 영역을 배치하기 위한 방법 및 장치를 구비하여, 반응 영역 중 하나 내의 적어도 하나의 핫 스폿이 인접한 반응 영역 내의 보다 저온의 점에 의해 조정되는 실시예를 교시한다.
미국특허 7,521,028호의 명칭은 "저발열량 연료용 촉매 반응기(catalytic reactor for low-Btu fuels)"이다. 요약서에 개시된 바와 같이, 본 특허는 플레이트를 배치하여 제 1 영역과 제 2 영역을 형성하는 하우징과, 열전도 재료로 제조되며 유체를 전도하기에 적합한 복수의 도관을 구비하는 개선된 촉매 반응기를 교시한다. 도관은 하우징 내에 배치되어, 제 2 영역 내의 하우징 내부면 및 도관 외부면이 제 1 흐름 경로를 형성하는 한편, 도관 내부면은 제 2 영역을 통해 제 1 흐름 경로와 유체 연통하지 않는 제 2 흐름 경로를 형성한다. 도관 출구는 제 1 흐름 경로 출구를 형성하며, 도관 출구 및 제 1 흐름 경로 출구는 근접하게 위치되어 개재된다. 도관은 인접한 도관과 접촉하는 하나 이상의 확장 섹션을 형성하여, 제 2 영역 내에서 도관을 이격시키며, 하우징 출구 평면 영역의 정의된 퍼센트보다 큰 총 출구 영역을 갖는 제 1 흐름 경로 출구 흐름 오리피스를 형성한다. 마지막으로, 제 1 흐름 경로의 적어도 일부는 촉매 반응으로 활성면을 형성한다.
소정의 탄화플루오로 및 플루오로올레핀의 촉매 수소화 및 탈수소화를 포함하는 몇 가지의 화학반응의 높은 발열 또는 흡열 특성으로 인해, 반응 진행 동안에 열을 제거 또는 공급할 수 있는 필요성이 있다. 종래의 쉘 앤드 튜브 반응기는 최적의 작동 조건에서 이러한 반응 시스템을 유지하는 충분한 열전달 성능을 가지지 않는다. 본 발명은 다수의 스테이지 및 다수의 튜브를 제공함으로써 이러한 문제점을 해결하여, 모든 동일한 쉘 앤드 튜브 반응기 용기 내에서 반응을 진행하여 열효율을 제거 또는 공급하는 능력이 성취된다.
본 발명은 반응 영역 및 스테이지간 온도 제어를 포함하는 다수 스테이지, 다수 튜브의 쉘 앤드 튜브 반응기에 관한 것이다.
연속하여 배치된 (냉각/가열) 영역
다수의 반응 튜브를 구비하며 열교환 영역으로서 쉘을 사용하는 종래의 쉘 앤드 튜브 촉매 반응기와는 달리, 본 발명은 하나 이상의 반응 영역을 제공하며, 각각의 영역은 하나 이상의 온도 제어 영역뿐만 아니라, 촉매를 포함하는 다수의 반응 튜브를 구비하며, 각각의 영역은 촉매를 포함하지 않는 다수의 튜브를 구비하지만, 이러한 튜브를 통해 (가열 또는 냉각용)의 열교환 매체가 통과될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 반응 영역은 반응기 쉘 내의 하나 이상의 온도 제어 영역에 의해 서로 분리된다.
반응기는 시스템의 필요에 따라서 시스템에 열을 제거 또는 공급하는 2가지 이상 타입의 영역을 갖는다. 반응기는 반응을 진행하여 열을 동시에 제거 또는 공급하도록 촉매와 함께 팩킹된 튜브를 포함하는 반응 영역의 그룹을 가질 것이다. 또한, 시스템으로 열을 공급 또는 그로부터 제거하도록 설계된 다수의 스테이지간 온도 제어(냉각/가열) 영역이 있다. 이러한 영역의 배치, 개수 및 설계는 소망된 온도 제어량 및 시스템의 발열 또는 흡열 특성에 따라 다르다.
바람직하게, 반응 영역 및 온도 제어 영역에 사용되는 상이한 튜브는 최적의 조건 하에서 발생하는 반응을 위한 수단을 제공하는 한편, 충분한 열 또는 열제거를 제공하기 위해 튜브시트에 의해 함께 그룹 형성된다. 이와 같은 다수의 그룹은 소정의 반응 수율을 성취하도록 연속적으로 사용될 수 있다.
반응 영역을 위해 사용된 튜브는 촉매 팩킹을 위한 여유분을 제공하도록 직경이 보다 큰 것이 바람직하다. 스테이지간 냉각/가열 영역 튜브(interstage cooling/heating zone tubes)는 가장 효율적인 열전달 시나리오를 제공하도록 직경이 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예는, 쉘 구조체와, 상기 쉘 구조체 내에 위치된 튜브시트를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기로서,
상기 튜브시트는 하나 이상의 반응 영역 및 하나 이상의 온도 제어 영역을 포함하며,
각각의 반응 영역은 복수의 정렬된 반응 튜브를 포함하고,
각각의 온도 제어 영역은 복수의 정렬된 온도 제어 튜브를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는, 쉘 구조체와, 상기 쉘 구조체 내에 위치된 튜브시트를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기로서,
상기 튜브시트는 2개 이상의 반응 영역 및 2개 이상의 온도 제어 영역을 포함하며,
각각의 반응 영역은 온도 제어 영역에 인접하고,
각각의 반응 영역은 복수의 정렬된 반응 튜브를 포함하고,
각각의 온도 제어 영역은 복수의 정렬된 온도 제어 튜브를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 쉘 구조체와, 상기 쉘 구조체 내에 위치된 튜브시트를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기로서,
상기 튜브시트는 3개 이상의 반응 영역 및 3개 이상의 온도 제어 영역을 포함하며,
각각의 반응 영역 내의 튜브는 각각의 온도 제어 영역 내의 튜브보다 직경이 크고,
각각의 반응 영역은 온도 제어 영역에 인접하고,
각각의 반응 영역은 복수의 정렬된 반응 튜브를 포함하고,
각각의 온도 제어 영역은 복수의 정렬된 온도 제어 튜브를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기에 관한 것이다.
특정 실시예에서, 각각의 반응 영역은 온도 제어 영역에 인접한다.
특정 실시예에서, 반응 영역 내의 튜브는 온도 제어 영역 내의 튜브보다 직경이 크다.
특정 실시예에서, 쉘 앤드 튜브 반응기는 2개 이상의 반응 영역을 더 포함한다. 특정 실시예에서, 쉘 앤드 튜브 반응기는 3개 이상의 반응 영역을 더 포함한다. 특정 실시예에서, 반응 영역 튜브는 촉매를 포함한다. 특정 실시예에서, 반응 영역 내에 30개 이상의 튜브가 사용된다.
특정 실시예에서, 쉘 앤드 튜브 반응기는 2개 이상의 온도 제어 영역을 더 포함한다. 특정 실시예에서, 쉘 앤드 튜브 반응기는 3개 이상의 온도 제어 영역을 더 포함한다. 온도 제어 영역 튜브는 이러한 튜브 내에서 반응이 일어나는 것으로 의도되지 않기 때문에 촉매가 일반적으로 없다. 특정 실시예에서, 온도 제어 영역 내에는 80개 이상의 튜브가 사용된다.
도 1은 3개의 온도 제어(가열/냉각) 영역에 의해 분리되는 3개의 반응 영역을 갖는, 본 발명의 반응기에 사용되는 하나의 튜브시트의 일 실시예에 관한 도면,
도 2는 본 발명의 다수 스테이지, 다수 튜브의 쉘 앤드 튜브 반응기의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다수 스테이지, 다수 튜브의 쉘 앤드 튜브 반응기의 일 실시예를 도시한 도면.
본 발명은 시스템의 필요에 따라서 반응 또는 온도 제어(가열/냉각)에 사용될 수 있는 2개 이상의 상이한 타입의 영역을 갖는 쉘 앤드 튜브 반응기이다.
도 1은 3개의 온도 제어(가열/냉각) 영역에 의해 분리되는 3개의 반응 영역을 갖는, 본 발명의 반응기에 사용되는 하나의 튜브시트의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 이와 같은 장비와 통상적으로 관련된 부품을 갖는 수직형 쉘 앤드 튜브 반응기를 도시한다. 처리 유체는 도면의 상부에 도시된 튜브 노즐(10)을 통해 반응기에 도입될 것이다. 헤드 내의 분할기(dividers)(12)는 시스템의 필요에 따라 정확한 가열/냉각 또는 반응 영역에 유체를 분배한다. 처리 유체가 헤드(16)를 통과하여 튜브(18)에 도입됨에 따라, 배플 플레이트(14)가 처리 유체의 속도를 늦춰서 분배한다. 튜브 커버(20) 및 촉매 지지부(22)는 튜브에 구속된 촉매를 유지할 것이다. 일반적으로, 쉘 앤드 튜브 반응기는 2개 이상의 튜브시트(24)에 의해 소정 위치에 보유된 다수의 튜브를 가질 것이다. 시스템에 요구된 바와 같이 다수의 튜브 패스(tube passes)로서의 튜브를 통과한 후에, 처리 유체는 헤드를 통해 그리고난 다음 도면의 하부에 도시된 튜브 노즐을 통해 흐름으로써 반응기로부터 배출될 것이다. 가열/냉각 매체는 쉘 노즐(28) 중 하나를 통해 쉘(26)에 도입되어, 다른 쉘 노즐을 통해 배출될 것이다. 가열/냉각 매체의 흐름은 쉘 내의 배플(30)에 의해 더욱 양호한 열교환을 위해 방해될 것이다. 쉘 앤드 튜브 반응기는 장비를 지지 구조체에 연결하는 지지 러그(32)에 의해 소정 위치에 통상적으로 보유된다.
다수 스테이지, 다수 튜브의 쉘 앤드 튜브 반응기의 구성은 하기의 조절 중 몇몇 또는 모든 것과 함께 종래의 쉘 앤드 튜브 제조 수단에 의해 수행될 수 있다.
1) 쉘 앤드 튜브 헤드는 시스템의 필요에 따라서 정확한 다수의 패스 흐름을 제공하기 위해 설계 및 제조된다.
2) 반응기 튜브시트는 시스템의 필요에 따라서 상이한 영역 및 상이한 튜브 직경을 선택하기 위해 설계 및 제조된다.
3) 반응기를 촉매로 충전하는 동안에, 촉매를 필요로 하지 않는 영역은 시스템의 필요에 따라서 스크린 스크류 인서트(screen screw insert) 또는 다른 종래의 수단에 의해 회피된다. 이는 정확한 튜브 내에 촉매를 지향시킬 수 있고 촉매를 필요로 하지 않는 튜브를 차단 또는 가리는 구성을 갖는 공구인 촉매 충전 장치에 의해 성취될 수 있다.
4) 보다 양호한 열전달을 촉진시키기 위해, 가열/냉각 튜브는 화학적 처리에 통상적으로 사용되는 금속 팩킹 등의, 연장된 표면적을 제공하는 열전달 강화제로 충전될 수 있다. 추가로, 반응 영역 및/또는 가열/냉각 영역 튜브는 튜브 표면적을 연장시키거나 또는 튜브측 유체의 난류 발생을 조력함으로써 보다 양호한 열전달을 촉진시키도록 제조될 수 있으며, 이는 외측 핀(external fins) 또는 내측 강선(internal rifling)에 의해 통상적으로 각각 수행된다.
반응예
탈하이드로플루오르화 반응(dehydrofluorination reactions)은 당해 기술에 공지되어 있다. 예컨대, 미국특허공개공보 20080051610 A1호를 참조하며, 그 개시내용은 본원에 참고로 인용된다. 여기서 교시하는 바와 같이, HFC-245fa의 탈하이드로플루오르화는 증기상(vapor phase), 보다 바람직하게 촉매 반응기 내에서 증기상으로 수행된다.
HFC-245fa의 탈하이드로플루오르화는 본 발명의 다수 스테이지, 다수 튜브의 쉘 앤드 튜브 반응기 내에서 수행될 수 있는 반응의 일 타입이다. 이러한 경우, 반응기는 니켈 및 이들의 합금과 같은 플루오르화 수소의 부식 영향에 견디는 재료로 구성되어야 하며, 이는 Hastelloy, Inconel, Incoloy 및 Monel, 플루오로고분자로 정렬된 용기를 포함한다. 적절한 조건 하에서 사용되는 다른 적합한 재료가 강 또는 스테인리스강일 수 있다.
반응 영역 튜브 내에서는, 탈하이드로플루오르화 촉매가 사용된다. 이러한 촉매는 하나 이상의 벌크 형태 또는 벌크 기반 플루오르화 금속 산화물, 벌크 형태 또는 벌크 기반의 금속 할라이드, 및 탄소 기반 전이 금속, 금속 산화물 및 할라이드일 수 있다. 적합한 촉매로는, 이에 제한되지 않고서, 플루오르화 크로미아(플루오르화된 Cr2O3), 플루오르화 알루미나(플루오르화된 Al2O3), 금속 플로라이드(예를 들어, CrF3, AlF3) 및 Fe/C, Co/C, Ni/C, Pd/C과 같은 탄소 기반 전이 금속(0가의 산화 상태)을 들 수 있다.
HFC-245fa는 질소, 아르곤 등과 같은 최적의 불활성 기체 희석제와 함께, 또는 순수한 형태, 불순한 형태로 반응기에 도입된다. 일부 경우에, HFC-245fa는 반응기로 들어오기 전에 미리 증발하거나 또는 미리 가열된다. 대안적으로, HFC-245fa는 반응기 내부에서 증발된다.
반응기 구성요소는 소정의 공정을 수행하는데 적합하여야 한다. 예를 들어, HFC-245fa의 탈하이드로플루오르화에서, 유용한 반응 온도는 약 100℃ 내지 약 600℃의 범위일 수 있다. 바람직한 온도는 약 150℃ 내지 약 450℃의 범위일 수 있고, 보다 바람직한 온도는 약 200℃ 내지 약 350℃의 범위일 수 있다. 대기압, 초-대기압 또는 진공 하에서 반응이 수행될 수 있다. 진공 압력은 약 5 torr 내지 760 torr일 수 있다. HFC-245fa와 촉매의 접촉 시간은 약 0.5초 내지 약 120초의 범위일 수 있으나, 더 장시간 또는 더 단시간이 사용될 수도 있다.
공정 흐름은 반응 영역에서 촉매의 베드(bed)를 통하여 하측방향 또는 상측방향이 될 수 있다. 최적의 반응을 위해 반응기 영역에 가열이 요구된다면, 온도 제어 영역 중 하나 이상은 가열 매질로 충전되고, 상기 가열 매질은 소정의 반응 온도를 제공하도록 반응 영역에 충분한 열을 제공한다. 가열 매질로서 사용하기에 적합한 물질은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어, 중온수, 고온 오일, 및 응축 스팀을 포함한다. 유사하게, 최적의 반응 상태를 유지하기 위하여 반응 영역에 냉각을 요구된다면, 온도 제어 영역 중 하나 이상은 적합한 냉각 매질로 충전되고, 상기 냉각 매질은 열을 제거하고, 반응 영역에서 원하는 온도를 달성하거나 또는 유지시킨다. 냉각 매질로서 사용하기에 적합한 물질은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 냉각수 및 비등수를 포함한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 도시 및 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 특허청구범위는 개시된 실시예, 상술된 변형예 및 그 동등물을 커버하도록 해석되어야 한다.
10: 튜브 노즐
12: 분할기
14: 배플 플레이트
16: 헤드
18: 튜브
20: 튜브 커버
22: 촉매 지지체
24: 튜브시트
26: 쉘
28: 쉘 노즐
30: 배플
32: 지지 러그
12: 분할기
14: 배플 플레이트
16: 헤드
18: 튜브
20: 튜브 커버
22: 촉매 지지체
24: 튜브시트
26: 쉘
28: 쉘 노즐
30: 배플
32: 지지 러그
Claims (11)
- 쉘 구조체와, 상기 쉘 구조체 내에 위치된 튜브시트(2)를 포함하는 쉘 앤드 튜브 반응기(shell-and-tube reactor)에 있어서,
상기 튜브시트(2)는 하나 이상의 반응 영역(4) 및 하나 이상의 온도 제어 영역(6)을 포함하며,
각각의 반응 영역(4)은 복수의 정렬된 반응 튜브(3)를 포함하고,
각각의 온도 제어 영역(6)은 복수의 정렬된 온도 제어 튜브(5)를 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제1항에 있어서,
각각의 반응 영역(4)은 온도 제어 영역(6)에 인접한
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제1항에 있어서,
반응 영역(4) 내의 튜브(3)는 온도 제어 영역(6) 내의 튜브(5)보다 직경이 큰
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제1항에 있어서,
2개 이상의 반응 영역(4)을 더 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제1항에 있어서,
2개 이상의 온도 제어 영역(6)을 더 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제1항에 있어서,
3개 이상의 반응 영역(4)을 더 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제6항에 있어서,
각각의 반응 영역(4)은 촉매를 수용하는 복수의 튜브(3)를 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제7항에 있어서,
각각의 반응 영역(4)은 30개 이상의 튜브(3)를 구비하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제1항에 있어서,
3개 이상의 온도 제어 영역(6)을 더 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제9항에 있어서,
각각의 온도 제어 영역(6)은 촉매가 없는 복수의 튜브(5)를 포함하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
- 제10항에 있어서,
각각의 온도 제어 영역(6)은 80개 이상의 튜브(5)를 구비하는
쉘 앤드 튜브 반응기.
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