KR20130047744A - 수첨처리를 위한 다중상 접촉 및 분배 장치 - Google Patents

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크레이그 보약
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크리스니아 파리미
자코리 아이킨
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셰브런 유.에스.에이.인크.
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Abstract

다중상 유체 혼합물들을 반응기 내에서 혼합, 냉각, 및 분배시키기 위한 시스템 및 장치, 여기서, 본 발명의 반응기 내부 장치는 각각의 밑에 있는 촉매 층 표면에 유체 혼합 및 분배를 향상시킬 뿐만 아니라 다음을 포함하는 기타 이점들을 제공한다: 혼합 트레이 높이의 감소; 용이한 유지, 조립 및 분해; 및 제작 재료의 양 감소. 한 구현예에서, 유체는 복수의 노즐을 포함하는 노즐 트레이를 포함하는 유체 분배 유닛으로부터 촉매 층으로 균일하게 분배될 수 있으며, 여기서, 상기 노즐은 상기 노즐의 내부 표면에 접하게 배치된 하나 이상의 유체 유입구를 포함한다.

Description

수첨처리를 위한 다중상 접촉 및 분배 장치{MULTIPHASE CONTACT AND DISTRIBUTION APPARATUS FOR HYDRO PROCESSING}
본 발명은 다중상 유체 접촉 및 분배를 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다.
복수의 촉매 공정은 일련의 개별 촉매 층을 함유하는 반응기에서 수행된다. 액체 또는 혼합상 액체/가스 혼합물을 미립 고체의 충전층 상으로 통과시키기 위한 화학적, 석유 정제, 및 기타 산업 분야에 사용되는 반응기는 복수의 상이한 공정을 위해 사용된다. 이러한 공정의 예로는 다음을 포함한다: 촉매적 탈왁스, 수첨처리, 수소탈황화, 수첨마무리 및 수첨분해. 이러한 공정에서, 액체 상은 통상적으로 가스 또는 증기 상과 혼합되고 상기 혼합물은 하류 반응기 내의 충전층에서 미립자 촉매 상으로 통과시킨다.
하류 반응기에서, 가스 및 액체는, 각각의 촉매 층과 접촉하기 전에 적절히 혼합하고 반응기의 수평 단면을 가로질러 균일하게 분배되는 것이 필요하다. 이러한 가스 및 액체의 균일한 분배는 다음을 포함하는 주요 이점을 제공한다: 촉매의 효율적인 이용, 촉매 상부 층 마멸의 감소, 수율 증가, 생성물 품질 증가 및 실행 길이의 증가. 일반적으로 하류 촉매 반응기에서, 복수의 촉매 층이 반응기 내에 배열되어 있으며, 가스 및 액체의 효율적인 혼합을 위한 분배기 시스템은 각각의 촉매 층 위에 배치된다. 촉매 층 사이의 영역은 통상적으로 추가의 가스를 제공하여 이전 촉매 층에서 소모된 가스를 보충하기 위해 가스 주입 라인과 함께 제공된다. 주입된 가스는 또한 공급물이 다음 촉매 층으로 들어가기 전에 촉매 층에 존재하는 공급물을 냉각시키기 위한 켄칭 가스로서 작용할 수 있다. 일반적으로, 주입된 가스는 수소이거나 수소를 포함한다. 위에 놓여있는 촉매 층으로부터 떨어진 액체 공급물은 수집 트레이 위에 축적되게 한다. 이후, 켄칭 가스 및 액체를 액체의 소용돌이 동요를 제공하는 혼합 챔버 내로 통과시킨다. 이는 액체의 양호한 혼합을 가능케 하여 액체의 균일한 온도 조건을 제공한다. 가스-액체 혼합은 또한 혼합 챔버 내부에서 일어난다.
혼합 챔버로부터의 유체는 편향기 또는 충격판 상으로 아래로 흘러, 상기 유동을 액체의 통과를 위한 복수의 하류 개구부를 갖는 분배기 트레이 상으로 재유도시킨다. 단면 액체 유동 분배를 위해, 통상적 장치의 하류 개구부는 하나 이상의 도관, 또는 침니 (chimney)을 포함할 수 있다. 침니는 열린 상부 및 가스 상이 들어갈 수 있는 높이의 상부 부분에 하나 이상의 개구부를 갖는 원통형 구조이다. 가스 상은 침니의 길이를 통과하여 아래로 이동한다. 침니의 하부 부분은 액체 상이 침니에 들어가서 가스 상과 접촉할 수 있는 액체 유동을 위한 하나 이상의 측면 개구부를 가질 수 있다. 분배기 트레이 상에 액체의 축적이 지속됨으로써, 액체는 침니의 측면 개구부(들)을 덮는 수준으로 증가할 것이어서, 가스의 통과가 방해되고 액체가 측면 개구부(들)를 통해 침니 내로 들어갈 수 있다. 가스 및 액체는 침니의 바닥에 개구부를 통해, 분배 트레이를 통해, 그리고 밑에 놓인 촉매 층 위로 나온다. 통상적인 도관 또는 침니의 단점은 액체 스트림 주위의 낮은 교란으로 인해 두 상들 사이에 단지 제한된 혼합만이 일어날 것이라는 것이다.
촉매 반응기를 위한 양호한 유동 분배 유닛은 다음의 4가지 기본적 요건들을 충족시켜야 한다: 가스 및 액체 공급 속도의 범위에 걸쳐 공급물의 촉매 층으로의 균일한 분배를 제공함; 분배 트레이의 특정 아웃-오브-레벨니스 (out-of-levelness)를 허용함; 양호한 가스-액체 혼합 및 열 교환을 제공함, 그리고 밑에 있는 촉매 층을 완전히 습윤시키기 위한 최소한의 촉매 층 높이가 요구됨. 통상적인 침니가 침니 내로의 액체 유동을 위한 구동력으로서 트레이 상에 정적 액체 높이에 의존하기 때문에, 통상적인 침니는 분배기 트레이의 레벨니스로부터의 벗어남에 대한 허용성이 불량할 뿐만 아니라 밑에 있는 촉매 층 위로의 액체의 차선적 스프레이 방출을 나타내는 등 기타 결점들로 인해 이들 기준을 맞추기에 부족하다.
유동 분배기 설계에서 주요 고려사항들 중의 하나는 상기 장치로부터 액체 및 가스의 방출 패턴이다. 통상적인 침니 분배기는 액체 공급물과 촉매 층의 접촉 포인트가 제한된 수로 제공된다. 그 결과, 침니로부터 상기 층으로의 더 큰 간격이 촉매 표면을 습윤시키는데 요구된다.
크문 등 (Kemoun et al.)의 미국 특허 제7,473,405호는 유동물 분배 도관과 커플링된 노즐 장치를 개시하고 있다.
혼합 트레이에서의 수소/오일 혼합의 향상, 촉매 층 위의 더 균일하고 일관된 액체 분배, 혼합 트레이 높이의 증가 및 제작 재료의 양 감소뿐만 아니라 더 용이한 유지, 조립 및 분해를 제공하는 수소화처리 반응기 장치가 지속적으로 요구되고 있다. 또한, 아웃-오브-레벨니스 조건들에서 분배 트레이의 향상된 허용성을 제공하는 시스템 및 장치가 요구된다. 액체만의 조건하에 촉매 층 상에 액체의 더욱 균일한 분배를 제공할 수 있는 유체 분배 유닛이 여전히 추가로 요구되고 있다.
본 발명의 한 측면에 따라서, 반응기 쉘, 반응기 쉘 내에 배치된 일차 공급물 분배 유닛, 및 반응기 쉘 내의 일차 공급물 분배 유닛 아래에 배치된 하나 이상의 이차 공급물 분배 유닛을 포함하는 반응기 시스템을 제공한다. 일차 공급물 분배 유닛은 일차 편향판, 및 상기 편향기 플레이트의 아래에 배치된 제1 노즐 트레이를 포함한다. 하나 이상의 이차 공급물 분배 유닛은 수집 트레이, 및 상기 수집 트레이 아래에 배치된 제2 노즐 트레이를 포함한다. 각각의 제1 노즐 트레이 및 제2 노즐 트레이는 복수의 노즐을 포함하고, 각각의 노즐은 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열된 하나 이상의 액체 유입구를 갖는 원위 본체 부분을 포함하는 노즐 본체를 포함한다. 원위 본체 부분은 실질적으로 실린더의 원위 공동을 한정한다. 각각의 액체 유입구는 원위 본체 부분의 내부 표면에 접하게 배치되어 있다.
한 구현예에서, 본 발명은 또한 내부 벽을 갖는 반응기 쉘, 상기 반응기 쉘 내에 배치된 일차 공급물 분배 유닛, 및 상기 반응기 쉘 내에 일차 공급물 분배 유닛 아래에 배치된 하나 이상의 이차 공급물 분배 유닛을 포함하는 반응기 시스템을 제공한다. 각각의 이차 공급물 분배 유닛은 수집 트레이, 상기 수집 트레이의 아래에 배치된 노즐 트레이, 상기 반응기 쉘 내부 벽에 부착된 하나 이상의 지지 링, 및 복수의 트러스 (truss)을 포함한다. 각각의 트러스는 하나 이상의 지지 링을 스패닝한다. 각각의 트러스는 상부 플랜지 (flange) 및 하부 플랜지를 가지며, 상부 플랜지는 수집 트레이를 지지하고 하부 플랜지는 노즐 트레이를 지지한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 촉매 반응기를 위한 공급물 분배 유닛을 제공하며, 상기 공급물 분배 유닛은 편향기 플레이트 및 상기 편향기 플레이트의 아래에 배치된 노즐 트레이를 포함한다. 노즐 트레이는 복수의 노즐을 포함한다. 각각의 노즐은 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열된 하나 이상의 액체 유입구를 갖는 원위 본체 부분을 포함하는 노즐 본체를 포함한다. 원위 본체 부분은 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정한다. 각각의 액체 유입구는 원위 본체 부분의 내부 표면에 접하게 배치되어 있다.
한 구현예에서, 본 발명은 추가로 다중상 유체 혼합물의 균일한 분배를 위한 노즐을 제공하며, 상기 노즐은 근위 본체 부분, 중간 본체 부분 및 원위 본체 부분을 갖는 노즐 본체를 포함한다. 근위 본체 부분은 실질적으로 원통형 근위 공동을 한정하며, 근위 본체 부분은 근위 본체 부분 내로 그것을 통해서 가스가 통과하도록 배열된 하나 이상의 가스 유입구를 갖는다. 중간 본체 부분은 근위 공동과의 유체 전달에서 실질적으로 원통형 중간 공동을 한정한다. 원위 본체 부분은 본체 벽 및 상기 원위 본체 부위 내로 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열된 하나 이상의 액체 유입구를 갖는다. 원위 본체 부분은 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정하며, 하나 이상의 액체 유입구가 상기 원위 본체 부분의 내부 표면에 접하게 배치된다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 반응기를 위한 유체 분배 유닛이 제공되며, 상기 장치는 노즐 트레이; 상기 노즐 트레이에 부착되고 상기 노즐 트레이를 통해 연장되는 복수의 침니; 및 각각의 침니 내에 배치된 유체 분배 노즐을 포함한다. 각각의 침니는 노즐 트레이의 하부 표면에서 노즐 트레이의 상부 표면 위의 위치로 실질적으로 수직으로 연장되는 실질적으로 원통형 공동을 한정하는 침니 벽을 갖는다. 침니는 열린 근위 말단 및 열린 원위 말단을 가지며, 침니 벽은 그 안에 하나 이상의 측면 개구부를 갖는다. 노즐은 근위 본체 부분, 중간 본체 부분, 및 원위 본체 벽을 갖는 원위 본체 부분을 포함하는 노즐 본체를 포함한다. 근위 본체 부분은 실질적으로 원통형 근위 공동을 한정하고, 열린 근위 말단은 그것을 통해서 가스가 통과하도록 배열된다. 중간 본체 부분은 근위 공동과의 유체 전달에서 실질적으로 원통형 중간 공동을 한정한다. 원위 본체 부분은 상기 원위 본체 부분 내로 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열된 액체 유입구를 갖는다. 원위 본체 부분은 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정한다. 액체 유입구는 원위 본체 벽 내에서 곡선 채널을 포함하고, 상기 곡선 채널은 원위 본체 부분의 내부 표면에 접하게 배치된 내부 말단을 갖는다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 노즐 본체 주위로 둘러서 배치된 복수의 외부 슬롯들을 갖는 실질적으로 원통형 중공 노즐 본체; 노즐 본체의 근위 부분에 부착된 캡 (상기 캡은 그 안에 축 근위 개구부를 갖는다); 노즐 본체의 원위 부분에 부착된 베이스 (base) (상기 베이스는 그 안에 축 원위 개구부를 갖는다); 및 노즐 본체의 근위 부분 내에 축 방향으로 배치된 실질적으로 원통형 내부 도관을 포함하는 유체 분배 유닛을 더 추가로 제공한다. 내부 도관은 상기 캡의 근위 개구부 내에 배치되고, 내부 도관은 내부 도관의 근위 말단을 한정하기 위해 상기 캡으로부터 근위하게 연장된다. 내부 도관은 내부 도관의 근위 말단 주위에 둘러서 배치된 복수의 내부 슬롯들을 갖는다. 내부 도관의 원위 말단은 각각의 외부 슬롯들의 원위 말단에 근위 위치에서 떨어져 연장된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라, 반응기 시스템을 도식적으로 나타내는 블록 선도이고;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라, 반응기 시스템용 촉매 유닛을 도식적으로 나타내는 블록 선도이고;
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 반응기 시스템을 도식적으로 나타내는 블록 선도이고;
도 4a는 본 발명의 일 구현예에 따라, 일차 공급물 분배 유닛을 도식적으로 나타내는 블록 선도이고;
도 4b는 본 발명의 일 구현예에 따라, 이차 공급물 분배 유닛을 도식적으로 나타내는 블록 선도이고;
도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따라, 반응기 내부 장치와 결합된 반응기 쉘 일부분의 도식적인 다면 도면을 보여주고 있으며;
도 5b는 도 5a의 5B-5B 선을 따라 보여진 공급물 분배 유닛의 평면도이고;
도 5c는 복수의 노즐 트레이 세그먼트를 보여주는 수집 트레이 세그먼트가 제거된 도 5b의 공급물 분배 유닛의 일부분의 평면도이고;
도 5d는 도 5b의 5D-5D 선을 따라 보여진 도 5b의 공급물 분배 유닛의 일부분의 단면도이고;
도 5e는 도 5c의 5E-5E 선을 따라 보여진 복수의 노즐 트레이 세그먼트를 갖는 트러스의 측면도이고;
도 6a는 본 발명의 일 구현예에 따라, 노즐 트레이에 대한 일차 편향판을 보여주는 일차 공급물 분배 유닛의 투시도이고;
도 6b는 본 발명의 일 구현예에 따라, 이차 공급물 분배 유닛의 이차 편향판에 대한 혼합 박스의 투시도이고;
도 6c는 본 발명의 일 구현예에 따라, 이차 편향판을 포함하는 이차 공급물 분배 유닛의 도식적인 측면도이고;
도 6d는 본 발명의 일 구현예에 따라, 수집 트레이 상의 라이저 (riser)에 대한 이차 편향판의 도식적인 단면적 측면도이고;
본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 도 7a는 혼합 박스의 도식적인 평면도이고, 도 7b는 도 7a의 혼합 박스의 분리된 절반의 도식적인 평면도이고;
도 7c는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 이차 공급물 분배 유닛의 수집 트레이 세그먼트 상에 배치된 혼합 박스의 한쪽 절반의 투시도이고;
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따라, 유체 분배 노즐의 배열을 보여주는 노즐 트레이의 일부분의 도식적인 평면도이고;
도 9a는 본 발명의 일 구현예에 따라, 측면으로부터 보여진 유체 분배 노즐을 보여주고; 도 9b는 도 9a의 9B-9B 선을 따라 보여진 노즐의 종단 단면도이고; 도 9c는 도 9a의 9C-9C 선을 따라 노즐에서 액체 유입구들을 보여주고;
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따라, 유체 분배 침니의 배열을 보여주는 노즐 트레이의 일부분의 도식적인 평면도이고;
본 발명의 일 구현예에 따라, 도 11a는 측면으로부터 보여진 유체 분배 노즐을 보여주고; 도 11b는 11B-11B 선을 따라 보여진 도 11a의 노즐의 종단 단면도이고; 도 11c는 11C-11C 선을 따라 도 11a의 노즐의 평면도이고; 도 11d는 도 11a의 11D-11D 선을 따라 노즐 본체에서 곡선의 액체 유입구를 보여주고;
본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 도 12a는 유체 분배 침니의 정면도이고; 도 12b는 도 12a의 침니의 측면도이고; 도 12c는 그 안에 삽입된 도 11a의 노즐을 보여주는 도 12a의 침니의 종단 단면도이고;
도 13은 본 발명의 또 다른 구현예에 따라, 유체 분배 노즐의 도식적인 종단 단면도이고;
본 발명에 따라, 도 14a는 공급물 분배 유닛에 대한 촉매 지지 유닛을 보여주는 반응기 쉘의 일부분의 도식적인 컷-어웨이 측면도이고; 도 14b는 복수의 스크린 패널을 보여주는 도 14a의 14B-14B 선을 따라 보여진 촉매 지지 유닛의 평면도이고; 도 14c는 복수의 그리드 패널을 보여주는 스크린 패널이 제거된 도 14b의 촉매 지지 유닛의 평면도이고; 도 14d는 복수의 촉매 지지 빔을 보여주는 그리드 패널 및 스크린 패널이 제거된 도 14b의 촉매 지지 유닛의 일부분의 평면도이고; 도 14e는 14b의 14E-14E 선을 따라 보여진 촉매 지지 빔, 그리드 패널 및 스크린 패널을 보여주는 단면도이고; 도 14f는 도 14d의 14F-14F 선을 따라 보여진 반응기 쉘 및 쉘 레지 (shell ledge)에 대한 촉매 지지 빔을 나타내는 단면도이다.
본 발명은 하류 다중층 촉매 반응기들을 위한 유체의 균일한 분배를 위한 반응기 내부 장치를 제공한다. 이러한 반응기는 촉매적 탈왁스, 수첨처리, 수첨마무리 및 수첨분해와 같은 각종 반응들을 수행하기 위한 화학적 및 석유 정제 산업에 사용될 수 있다. 본 발명은 특히, 액체 탄화수소 공급물과 같은 액체 및 수소 가스와 같은 가스 사이의 혼합상 반응들을 수행하는데 유용하다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 고체 촉매 층 위에 가스 및 액체 상들의 혼합 및 분배를 증진시키는 동시에 반응기 내부의 높이를 최소화시키기 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 가스-액체 혼합물이 일련의 공정에서 복수의 고체 촉매 입자들의 층을 통해 통과되는 촉매 반응기들, 특히 오일 정제 작업에서 수첨처리 및 수첨분해를 위해 사용되는 하류 촉매 반응기들에 유용하다.
달리 특정되지 않는 한, 개별 또는 조합의 구성 요소들 또는 구조들이 선택될 수 있는 한 부류의 원소들, 재료들, 또는 기타 구성 요소들의 언급은 기재된 구성 요소들 및 이들의 혼합의 모든 가능한 하위-포괄적 조합들을 포함하는 것으로 의도된다. 또한, "포함하는" 및 이의 변형은, 목록에서 항목들의 언급이 본 발명의 재료들, 원소들, 구조들, 조성들, 및 방법들에 또한 유용할 수 있는 다른 유사 항목들을 배제하지 않도록 비제한적인 것으로 의도된다.
도면들을 참조하여, 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라, 반응기 시스템 (10)을 도식적으로 나타내는 블록 선도이다. 반응기 시스템 (10)은 적어도 실질적으로 수직일 수 있는 반응기 쉘 벽들을 갖는 반응기 쉘 (30)을 포함한다. 반응기 쉘 (30)은 하나 이상의 촉매 유닛 (100)을 수용한다 (예를 들면, 도 2 참조하라). 일 구현예에서, 반응기 시스템 (10)은 제1 촉매 유닛 (100a) 및 제n 촉매 유닛 (100n)으로서 도 1에 나타낸 바와 같이, 복수의 촉매 유닛을 포함할 수 있다. 반응기 쉘 (30) 내의 촉매 유닛 (100)의 수는 통상적으로 1개 내지 약 8개의 범위, 예를 들면, n은 약 2개 내지 8개의 범위일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라서, 반응기 시스템 (10)을 위한 촉매 유닛 (100)을 도식적으로 나타내는 블록 선도이다. 일 구현예에서, 촉매 유닛 (100)은 공급물 분배 유닛 (200/200'), 촉매 지지 유닛 (400) 및 촉매 층 (402)을 포함할 수 있다. 공급물 분배 유닛은 일차 공급물 분배 유닛 (200') (예를 들면, 도 4a 참조하라) 또는 이차 공급물 분배 유닛 (200) (예를 들면, 도 4b 참조하라)일 수 있다. 일 구현예에서, 공급물 분배 유닛 (200/200')은 연관된 촉매 층 (402) 위에 배치될 수 있으며, 촉매 층 (402)는 촉매 지지 유닛 (400) 위에 또는 촉매 지지 유닛 (400)에 의해 지지될 수 있다. 일 구현예에서, 촉매 층 (402)는 한 층의 고체 촉매를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 반응기 시스템 (10)을 도식적으로 나타내는 블록 선도이다. 반응기 시스템 (10)은 일차 공급물 분배 유닛 (200') 및 하나 이상의 이차 공급물 분배 유닛 (200)을 포함할 수 있다. 도 3의 구현예에서, 반응기 시스템 (10)은 첫 번째 이차 공급물 분배 유닛 (200a) 및 제n 공급물 분배 유닛 (200n)을 포함할 수 있다. 반응기 쉘 (30) 내의 이차 공급물 분배 유닛 (200)의 수는 통상적으로 1개 내지 약 8개의 범위일 수 있다. 반응기 쉘 (30) 내의 제1 및 이차 공급물 분배 유닛 (200'/200)의 총 수는 반응기 쉘 (30) 내의 촉매 유닛 (100)의 수에 상응할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 구현예에서 따라, 일차 공급물 분배 유닛 (200')을 도식적으로 나타내는 블록 선도이다. 일차 공급물 분배 유닛 (200')은 일차 편향판 (210) 및 노즐 트레이 (260)를 포함할 수 있다. 일차 편향판 (210)은 노즐 트레이 (260) 위에 배치될 수 있다. 일차 편향판 (210)은 그 안에 복수의 구멍 (perforations)을 가질 수 있다 (예를 들면, 도 6a 참조하라). 일차 편향판 (210)은 일차 편향판 (210)를 통해 노즐 트레이 (260)로 유체를 통과시키도록 배열될 수 있다. 노즐 트레이 (260)은 복수의 유체 분배 노즐 (600)을 포함할 수 있다 (예를 들면, 도 8 참조하라). 일 구현예에서, 일차 편향판 (210)은 유체 분배 노즐 (600) 위에서 지지될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 구현예에서 따라, 이차 공급물 분배 유닛 (200)을 도식적으로 나타내는 블록 선도이다. 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 혼합 박스 (220), 수집 트레이 (240), 이차 편향판 (250) 및 노즐 트레이 (260)를 포함할 수 있다. 혼합 박스 (220)은 수집 트레이 (240) 위에 배치될 수 있다. 이차 편향판 (250)은 수집 트레이 (240) 아래에 그리고 노즐 트레이 (260) 위에 배치될 수 있다. 이차 편향판 (250)은 각각 그것을 통과하는 복수의 구멍을 갖는 제1 주변 부분 및 제2 주변 부분을 포함할 수 있다 (예를 들면, 도 6b 참조하라). 이차 편향판 (250)은 그 안에 구멍이 없는 중심 전체 부분을 추가로 포함할 수 있다 (예를 들면, 도 6b 및 도 6d 참조하라). 노즐 트레이 (260)은 복수의 유체 분배 노즐을 포함할 수 있다 (예를 들면, 도 8 참조하라). 일 구현예에서, 이차 편향판 (250)은 유체 분배 노즐 (600) 위에서 지지될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따라서, 쉘 벽들 (32)을 갖는 반응기 쉘 (30)을 포함하는 반응기 (20)의 일부분의 도식적인 컷-어웨이 도면을 보여주고 있다. 반응기 쉘 (30)은 일차 공급물 분배 유닛 (200') 및 하나 이상의 이차 공급물 분배 유닛 (200)을 수용할 수 있다. 촉매 층 (402)는 각각의 일차 공급물 분배 유닛 (200') 및 이차 공급물 분배 유닛(들) (200)의 아래에 배치될 수 있다. 각각의 촉매 층 (402)는 촉매 지지 유닛 (400) 위에 배치될 수 있다 (예를 들면, 도 14a-f 참조하라). 각각의 일차 공급물 분배 유닛 (200'), 이차 공급물 분배 유닛(들) (200), 및 촉매 지지 유닛 (400)은 반응기 쉘 (30)의 벽들 (32)에 의해 지지될 수 있다. 일차 공급물 분배 유닛 (200'), 이차 공급물 분배 유닛(들) (200), 및 촉매 지지 유닛(들) (400)의 위치에서 쉘 벽들 (32)는 적어도 실질적으로 수직일 수 있다. 각각의 일차 공급물 분배 유닛 (200'), 이차 공급물 분배 유닛(들) (200), 및 촉매 지지 유닛 (400)은 적어도 실질적으로 쉘 벽들 (32)에 직각으로 배치될 수 있다.
도 5b는 도 5a의 5B-5B 선을 따라 보여진 이차 공급물 분배 유닛 (200)의 평면도이다. 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 복수의 수집 트레이 세그먼트 (242)을 포함할 수 있다. 수집 트레이 세그먼트 (242)는 수집 트레이 (240)를 접합하여 한정한다 (예를 들면, 도 6c 참조하라). 수집 트레이 세그먼트 (242)는 수집 트레이 (240)의 편리한 조립 및 분해를 가능하게 하기 위해 서로 역으로 부착될 수 있다. 일 구현예에서, 수집 트레이 세그먼트 (242)는 복수의 핀, 예를 들면, 웨지 핀 (wedge pins)을 통해 서로 부착될 수 있다 (미도시). 1개의 수집 트레이 세그먼트 (242)는 노즐 트레이 세그먼트 (262)을 나타내기 위해 제거된 것으로 도 5b에서 보여주고 있다 (예를 들면, 도 5c 참조하라). 이는 이차 공급물 분배 유닛 (200)이 도 5b에서 보여주는 수집 트레이 세그먼트 (242)의 배열에 제한되지 않지만, 다소 다른 수 및 배열의 수집 트레이 세그먼트 (242)이 또한 본 발명의 범위 내에 있음을 이해할 것이다.
도 5c는 수집 트레이 세그먼트 (242)이 제거된 도 5b의 이차 공급물 분배 유닛 (200)의 일부분의 평면도이다. 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 복수의 노즐 트레이 세그먼트 (262)을 추가로 포함한다. 노즐 트레이 세그먼트 (262)는 노즐 트레이 (260)를 접합하여 한정한다 (예를 들면, 도 8 및 10 참조하라). 도 5c에서, 노즐 트레이 세그먼트 (242) 중의 하나는 교체된 것으로 보여주고 있다. 각각의 수집 트레이 세그먼트 (242) 및 노즐 트레이 세그먼트 (262)는 복수의 트러스 (302)에 의해 지지될 수 있다 (예를 들면, 도 5d 참조하라). 트러스 (302)는 또한 지지 링 (34)에 의해 지지될 수 있다. 지지 링 (34)은 쉘 벽 (32)의 내부 표면 (32a)에 부착될 수 있다. 일 구현예에서, 지지 링 (34)은 트러스 (302)의 부착을 위해 배열된 복수의 브라킷 (bracket)을 포함할 수 있다 (미도시). 각각의 트러스는 반응기 쉘 (30)을 스패닝할 수 있다. 2개의 트러스 (302)이 도 5c에서 보여주더라도, 기타 수의 트러스 (302)이 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 통상적으로, 반응기 쉘 (32)을 스패닝하는 트러스 (302)의 수는 1개 내지 약 6개의 범위일 수 있다.
도 5c를 추가로 참조하여, 지지 링 (34)은 반응기 쉘 벽 (32)의 내부 표면 (32a)에 부착, 예를 들면, 용접될 수 있고, 지지 링 (34)은 그것에 대해 둘러서 배치될 수 있다. 일 구현예에서, 지지 링 (34)은 상부 쉘프(shelf) 및 하부 쉘프 (상기 상부 및 하부 쉘프들은 각각 수집 트레이 (240) 및 노즐 트레이 (260)를 지지하기 위해 배열되었다)를 갖는 금속 스커트를 포함할 수 있다 (미도시). 또 다른 구현예에서, 지지 링 (34)은 상부 링, 및 상기 상부 링과 동축이고 상기 상부 링으로부터 수직으로 간격을 둔 하부 링을 포함할 수 있으며 (상부 링과 하부 링은 보여주지 않음); 여기서, 각각의 상부 링과 하부 링은 반응기 쉘 벽 (32)의 내부 표면 (32a)에 부착 (예를 들면, 용접)될 수 있다.
도 5c를 더 추가로 참조하여, 노즐 트레이 세그먼트 (262)는 노즐 트레이 (260)의 편리한 조립 및 분해를 가능하게 하기 위해 서로 역으로 부착될 수 있다. 일 구현예에서, 노즐 트레이 세그먼트 (262)는 복수의 핀, 예를 들면, 웨지 핀을 통해 서로 부착될 수 있다 (미도시). 이는 이차 공급물 분배 유닛 (200)이 도 5c에서 보여주는 노즐 트레이 세그먼트 (262)의 배열에 제한되지 않지만, 다소 다른 수 및 배열의 노즐 트레이 세그먼트 (262)이 또한 본 발명의 범위 내에 있음을 이해해야 한다.
도 5d는 한 쌍의 떨어져서 간격을 둔 트러스 (302)을 보여주는 도 5b의 5D-5D 선을 따라 보여진 도 5b의 이차 공급물 분배 유닛 (200)의 일부분의 단면도이다. 각각의 트러스 (302)는 상부 플랜지 (304) 및 하부 플랜지 (306)를 포함할 수 있다. 복수의 수집 트레이 세그먼트 (242)는 상부 플랜지 (304) 위에 배치되고 상부 플랜지 (304)에 의해 지지될 수 있다. 복수의 노즐 트레이 세그먼트 (262)는 하부 플랜지 (306) 위에 배치되고 하부 플랜지 (306)에 의해 지지될 수 있다.
도 5e는 도 5c의 5E-5E 선을 따라 보여진 바와 같이, 트러스 하부 플랜지 (306) 위에 복수의 노즐 트레이 세그먼트 (262)을 갖는 트러스 (302)의 측면도이다. 일 구현예에서, 트러스 (302)는 지지 링 (34)에 부착된 브라킷 (미도시)에 의해 각각의 말단에서 지지될 수 있다. 도 5e에서, 수집 트레이 세그먼트 (242)는 트러스 (302)로부터 제거된 것으로 보여주고 있다.
도 6a는 본 발명의 일 구현예에 따라, 일차 공급물 분배 유닛 (200')의 노즐 트레이 (260)에 대한 일차 편향판 (210)의 투시도이다. 일 구현예에서, 일차 편향판 (210)은 적어도 실질적으로 원형일 수 있다. 일차 편향판 (210)은 통상적으로 반응기 쉘 (30)의 단면적의 약 70% 내지 100%의 범위의 영역을 갖고, 종종 반응기 쉘 (30)의 단면적의 약 90% 내지 100%의 범위의 영역을 가질 수 있다. 통상적으로, 노즐 트레이 (260)은 반응기 쉘 (30)의 단면적의 약 95% 내지 100%의 범위의 영역을 가질 수 있다. 노즐 (600) (예를 들면, 도 9a-c 참조하라)은 명백한 설명을 위해 도 6a로부터 생략된다. 노즐 트레이 (260) 및 일차 편향판 (210) 둘 다는 반응기 쉘 벽 (32)에 대해 적어도 실질적으로 직각으로 배치될 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일 구현예에 따라서, 이차 공급물 분배 유닛 (200)의 이차 편향판 (250)에 대한 혼합 박스 (220)의 투시도이다. 수집 트레이 (240)은 명백한 설명을 위해 도 6b로부터 생략된다. 이차 편향판 (250)은 혼합 박스 (220)의 아래에 배치될 수 있다. 이차 편향판 (250)은 제1 주변 부분 (254a), 제2 주변 부분 (254b), 및 중심 전체 부분 (252)을 포함할 수 있다. 각각의 제1 주변 부분 (254a) 및 제2 주변 부분 (254b)는 그것을 통해서 복수의 구멍 (256)을 가질 수 있다, 반대로, 중심 전체 부분 (252)는 그 안에 구멍, 홀 또는 공동이 적어도 실질적으로 없을 수 있다. 이차 편향판 (250)은 구멍 (256)을 통해 액체를 통과시키도록 배열될 수 있다.
도 6c는 본 발명의 일 구현예에 따라, 이차 공급물 분배 유닛 (200)의 도식적인 측면도이다. 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 상부 표면 (240a)을 갖는 수집 트레이 (240), 상부 표면 (240a) 위에 배치된 혼합 박스 (220), 수집 트레이 (240) 아래에 배치된 이차 편향판 (250), 및 이차 편향판 (250)의 아래에 배치된 노즐 트레이 (260)를 포함할 수 있다. 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 라이저 (244)를 추가로 포함할 수 있다. 라이저 (244)는 적어도 실질적으로 원통형일 수 있고, 수집 트레이 (240)의 상부 표면 (240a)에 부착될 수 있다. 라이저 (244)는 수집 트레이 (240)에 대해 적어도 실질적으로 직각으로 연장될 수 있다.
도 6d는 본 발명의 일 구현예에 따라, 수집 트레이 (240) 상의 라이저 (244)에 대한 이차 편향판 (250)의 도식적인 단면 측면도이다. 이차 편향판 (250)은 전체 표면을 갖고 그 안에 모든 구멍, 홀 또는 공동이 없는 중심 전체 부분 (252)을 포함한다. 중심 전체 부분 (252)는 이차 편향판 (250)의 제1 및 제2 주변 부분들 (254a, 254b) 사이에 배치될 수 있다. 일 구현예에서, 중심 전체 부분 (252)는 라이저 (244)의 단면적 보다 더 큰 영역을 차지할 수 있다. 한 하위구현예에서, 중심 전체 부분 (252)의 영역은 이차 편향판 (250)에 대한 라이저 (244)의 내부 벽의 위치에서 수집 트레이 (240)로부터 각도, θ에서 연장되는 직선에 의해 한정되는 원추대 (frusto-conical) 볼륨의 베이스에 의해 그려질 수 있다. 통상적으로, θ는 약 20° 내지 70°, 통상적으로 약 30° 내지 60°, 종종 약 40° 내지 50°의 범위일 수 있다. 이차 편향판 (250) 및 수집 트레이 (240) 사이의 버티칼 클리어런스 (vertical clearance), CH는 통상적으로 라이저 (244) 직경의 약 25% 내지 50%의 범위일 수 있다. 또 다른 하위구현예에서, 중심 전체 부분 (252)는 라이저 (244)의 단면적의 약 2배 (2X) 내지 5배 (5X)의 영역을 차지할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라서, 도 7a는 혼합 박스 (220)의 도식적인 평면도이고, 도 7b는 도 7a의 혼합 박스 (220)의 분리된 절반의 도식적인 평면도이다. 혼합 박스 (220)은 제1 절반 (220a) 및 제2 절반 (220b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 혼합 박스 절반 (220a, 220b)는 각각 제1 및 제2 절반 (220a, 220b)을 함께 접합시키거나 커플링시키기 위한 커플링 플랜지 (222)를 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 제1 및 제2 절반 (220a, 220b)는 복수의 핀, 예를 들면, 웨지 핀을 통해 이들의 커플링 플랜지들 (222)에서 서로 역으로 부착될 수 있다 (미도시).
도 7c는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 수집 트레이 세그먼트 (242) 위에 배치된 혼합 박스 (220)의 한쪽 절반의 투시도이다. 라이저 (244)는 혼합 박스 (220) 아래에 수집 트레이 세그먼트 (242) 위에 배치될 수 있다. 라이저 (244)는 이차 편향판 (250) 위에 배치될 수 있다. 라이저 (244)는 라이저 (244)의 내부 표면 위에 배치된 하나 이상의 배플 (미도시)을 포함할 수 있다. 단지 1개의 수집 트레이 세그먼트 (242)만이 도 7c에서 보여주고 있다. 실제로, 복수의 수집 트레이 세그먼트 (242)이 접합하여 수집 트레이 (240)를 형성한다.
도 8은 본 발명의 한 구현예에 따라서, 유체 분배 노즐 (600)의 어레이를 포함하는 노즐 트레이 (260)의 일부분의 도식적인 평면도이다. 각각의 노즐 (600)은 노즐 트레이 (260) 아래에 배치된 촉매 층 (402)으로 유체의 혼합 및 균일한 분배를 위해 배열될 수 있다. 노즐 트레이 (260) 위의 노즐 (600)의 어레이는 통상적으로 약 5 내지 10 인치의 범위, 종종 약 6 내지 8 인치의 범위의 노즐 간격을 갖는 삼각형의 피치 (pitch)를 가질 수 있다. 도 8은 노즐 트레이 (260)의 일부분만을 나타내며; 실제로, 노즐 트레이 (260)은 노즐 (600)보다 더 많이 포함할 수 있다.
도 9a-9c를 참조하여, 도 9a는 본 발명의 한 구현예에 따라서, 측면으로부터 보여진 유체 분배 노즐 (600)을 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 9B-9B 선을 따라 보여진 노즐 (600)의 종단 단면도이다. 도 9c는 도 9a의 9C-9C 선을 따라 보여진 노즐 (600)에서의 액체 유입구들 (614)를 보여주고 있다. 노즐 (600)은 노즐 본체 (602), 노즐 근위 말단 (600a), 노즐 원위 말단 (600b), 복수의 가스 유입구들 (612), 및 하나 이상의 액체 유입구 (614)를 포함할 수 있다. 노즐 근위 말단 (600a)는 노즐 캡 (604)으로 밀봉될 수 있다. 한 구현예에서, 캡 (604)은 노즐 본체 (602)와 일체화, 예를 들면, 캐스팅될 수 있다.
도 9b를 참조하여, 노즐 본체 (602)는 근위 본체 부분 (602a), 중간 본체 부분 (602b), 및 원위 본체 부분 (602c)을 포함할 수 있다.
근위 본체 부분 (602a)는 실질적으로 원통형 근위 공동을 한정한다. 중간 본체 부분 (602b)는 근위 공동과의 유체 전달에서 실질적으로 원통형 중간 공동을 한정한다. 원위 본체 부분 (602c)는 중간 공동과의 유체 전달에서 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정한다. 근위 공동은 제1 직경을 가질 수 있고, 중간 공동은 제2 직경을 가질 수 있으며, 원위 공동은 제3 직경을 가질 수 있다. 제1 직경은 제3 직경보다 상당히 더 클 수 있고, 제3 직경은 제2 직경보다 상당히 더 클 수 있다.
각각의 가스 유입구 (612)는 근위 본체 부분 (602a)에 측면으로 배치될 수 있다. 각각의 가스 유입구 (612)는 근위 본체 부분 (602a) 내로 그것을 통해서 가스가 통과하도록 배열될 수 있다. 노즐 (600)은 가스 노즐 (606)을 추가로 포함할 수 있다. 가스 노즐 (606)은 중간 본체 부분 (602b)에 한정되는, 근위 본체 부분 (602a) 및 원위 본체 부분 (602c) 사이의 노즐 본체 (602)의 벽들에 상당히 직각으로 배치될 수 있다. 한 구현예에서, 가스 노즐 (606)은 노즐 본체 (602)와 일체화될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 가스 노즐 (606)은 노즐 본체 (602) 내에 배치되고 노즐 본체 (602)에 부착된 금속 링을 포함할 수 있다.
각각의 액체 유입구 (614)는 원위 본체 부분 (602c)에 측면으로 배치될 수 있다.
각각의 액체 유입구 (614)는 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 도 9c에서 보여주는 바와 같이, 각각의 액체 유입구 (614)는 원위 본체 부분 (602c)의 내부 표면 (616)에 접하게 배치될 수 있다. 한 구현예에서, 각각의 액체 유입구 (614)는 선형일 수 있다.
도 9c를 추가로 참조하여, 각각의 액체 유입구 (614)는 액체 유입구 길이, IL, 및 액체 유입구 폭, IW를 가질 수 있다. 한 구현예에서, 액체 유입구 길이, IL 대 액체 유입구 폭, IW의 비 (IL:IW)는 약 2:1 내지 5:1의 범위일 수 있다. 도 9c에서 보여주는 액체 유입구 길이, IL은, 예를 들면, 노즐 본체 (602)에 대한 액체 유입구들 (614)의 탄젠트 배향으로 인해, 각각의 액체 유입구 (614)의 최소 길이를 나타낼 수 있다.
각각의 액체 유입구들 (614)은 원위 본체 부분 (602c)의 내부 표면 (616) 위에 액체 필름을 형성하기 위해 배열될 수 있고, 각각의 액체 유입구들 (614)은 원위 본체 부분 (602c)의 내부 표면 (616) 위에 액체의 나선형 유동을 촉진시키기 위해 배열될 수 있으며, 여기서, 액체의 유동은 액체 유입구들 (614)에서 원위 방향이다.
노즐 (600)은 원위 본체 부분 (602c)과의 유체 전달에서 수렴하는 제1 원추대 부분 (608)을 추가로 포함할 수 있다. 노즐 (600)은 제1 원추대 부분 (608)과의 유체 전달에서, 그리고 제1 원추대 부분 (608)에 원위의 수렴하는 제2 원추대 부분 (610)을 더 추가로 포함할 수 있다. 노즐 (600)은 노즐 (600)의 원위 말단 (600b)에 위치한 복수의 오목 자국 (620)을 더 추가로 포함할 수 있다. 오목 자국 (620)은, 예를 들면, 원추형 스프레이 패턴을 갖는 균질 분산 스프레이로서 노즐 원위 말단 (600b)으로부터 발산하는 유체의 분산을 추가로 촉진하기 위해 배열될 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 구현예에 따라서, 유체 분배 침니 (700)의 어레이를 포함하는 노즐 트레이 (260)의 도식적인 평면도이다. 각각의 침니 (700)은 노즐 트레이 (260) 아래에 배치된 촉매 층 (402)으로의 액체의 효과적인 혼합 및 균일한 분배를 위해 유체 분배 노즐 (600') (예를 들면, 도 11a-d, 및 12a-c 참조하라)로 장착 (개조)될 수 있다. 침니 (700)의 어레이, 및 노즐 트레이 (260) 위에 배열된 이들의 관련 노즐 (600')은 침니 (700)/노즐 (600') 간격이 통상적으로 약 5 내지 10 인치의 범위, 종종 약 6 내지 8 인치의 범위인 삼각형 피치를 가질 수 있다. 도 10은 단지 노즐 트레이 (260)의 일부분만을 나타내며; 실제로, 노즐 트레이 (260)은 침니 (700)보다 더 많이 포함할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 한 구현예에 따라서, 측면으로부터 보여진 유체 분배 노즐 (600')을 보여주고 있다. 도 11b는 11B-11B 선을 따라 보여진 도 11a의 노즐 (600')의 종단 단면도이고, 도 11c는 11B-11B 선을 따라 보여진 도 11a의 노즐 (600')의 평면도이다. 도 11d는 도 11a의 11D-11D 선을 따라 보여진 노즐 본체에서의 액체 유입구 (614')를 보여주고 있다. 노즐 (600')은 노즐 본체 (602), 노즐 근위 말단 (600'a), 노즐 원위 말단 (600'b), 가스 유입구 (612'), 및 하나 이상의 액체 유입구 (614')를 포함할 수 있다. 노즐 (600')은 본 발명의 한 구현예에 따라, 수소화처리 반응기를 위한 매우 효율적인 노즐 트레이를 제공하기 위해 기존의, 통상적인 유체 분배 트레이를 개조하는 동안, 유체 분배 침니, 예를 들면, 침니 (700)에 삽입하기 위해 조정되고 배열될 수 있다 (예를 들면, 도 12a-c 참조하라).
도 11b를 참조하여, 노즐 본체 (602)는 근위 본체 부분 (602a), 중간 본체 부분 (602b), 및 원위 본체 부분 (602c)을 포함할 수 있다.
근위 본체 부분 (602a)는 실질적으로 원통형 근위 공동에 한정된다. 중간 본체 부분 (602b)는 근위 공동과의 유체 전달에서 실질적으로 원통형 중간 공동을 한정한다. 원위 본체 부분 (602c)는 중간 공동과의 유체 전달에서 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정한다. 근위 공동은 제1 직경을 가질 수 있고, 중간 공동은 제2 직경을 가질 수 있으며, 원위 공동은 제3 직경을 가질 수 있다. 제1 직경은 제3 직경보다 상당히 더 클 수 있고, 제3 직경은 제2 직경보다 상당히 더 클 수 있다.
한 구현예에서, 가스 유입구 (612')는 노즐 본체 (602)에 근위 축 개구부를 포함할 수 있다. 가스 유입구 (612')는 근위 본체 부분 (602a) 내로 그것을 통해서 가스가 통과하도록 배열될 수 있다. 노즐 (600')은 가스 노즐 (606)을 추가로 포함할 수 있다. 가스 노즐 (606)은 중간 본체 부분 (602b)에 한정되는, 근위 본체 부분 (602a) 및 원위 본체 부분 (602c) 사이의 노즐 본체 (602)의 벽들에 실질적으로 직각으로 배치될 수 있다. 노즐 (600')은 원위 본체 부분 (602c)과의 유체 전달에서 수렴하는 제1 원추대 부분 (608)을 추가로 포함할 수 있다. 노즐 (600)은 제1 원추대 부분 (608)과의 유체 전달에서, 그리고 제1 원추대 부분 (608)에 원위의 수렴하는 제2 원추대 부분 (610)을 추가로 포함할 수 있다.
도 11c는 노즐 본체 (602) 내에 가스 노즐 (606)을 보여주는, 11C-11C 선을 따라 보여진 도 11a의 노즐 (600')의 평면도이다. 한 구현예에서, 가스 노즐 (606)은 노즐 본체와 일체화될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 가스 노즐 (606)은 노즐 본체 (602) 내에 배치되고 노즐 본체 (602)에 부착된 금속 링을 포함할 수 있다. 가스 노즐 (606)은 노즐 본체 (602)와 동심원으로 배치될 수 있다.
도 11d는 노즐 본체 (602)에서 액체 유입구 (614')를 보여주고 있다. 액체 유입구 (614')는 원위 본체 부분 (602c)에 측면으로 배치될 수 있다. 액체 유입구 (614')는 원위 본체 부분 (602c) 내로 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열될 수 있다. 한 구현예에서, 액체 유입구 (614')는 노즐 본체 (602)의 벽 내에 배치된 곡선 채널 (615)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 11d에서 보여주는 바와 같이, 곡선 채널 (615)의 내부 말단은 원위 본체 부분 (602c)의 내부 표면 (616)에 접하게 배치될 수 있다. 한 구현예에서, 곡선 채널 (615)은 약 60° 내지 180°, 통상적으로 약 70°내지 170°, 종종 약 80°내지 160° 범위의 각도, α로 마주볼 수 있다. 한 구현예에서, 곡선 채널 (615)은 실질적으로 직각의 단면 형상을 가질 수 있다.
액체 유입구 (614')는 원위 본체 부분 (602c)의 내부 표면 (616) 위에 액체 필름을 형성하도록 배열될 수 있고, 액체 유입구 (614')는 원위 본체 부분 (602c)의 내부 표면 (616) 위에 액체의 나선형 유동을 촉진시키도록 배열될 수 있으며, 여기서, 액체의 유동은 액체 유입구 (614')에서 원위 방향이다.
노즐 (600')은 노즐 (600')의 원위 말단 (600b)에 위치된 복수의 오목 자국 (620)을 더 추가로 포함할 수 있다. 오목 자국 (620)은, 예를 들면, 원추형 스프레이 패턴을 갖는 균질 분산 스프레이로서 노즐 원위 말단 (600b)으로부터 발산하는 유체의 분산을 촉진시키기 위해 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 도 12a는 유체 분배 침니 (700)의 정면도이고, 도 12b는 도 12a의 침니의 측면도이고, 도 12c는 그 안에 삽입된 도 11a의 노즐을 갖는 도 12a의 침니의 종단 단면도이다. 침니 (700)은 침니 벽 (702), 침니 근위 말단 (700a) 및 침니 원위 말단 (700b)을 포함할 수 있다. 침니 벽 (702)는 그 안에 실질적으로 원통형 공동을 한정할 수 있다. 침니 (700)은 침니 원위 말단 (700b)에서 노즐 트레이 (260)에 부착될 수 있다. 침니 벽 (702)는 그 안에 복수의 측면 홀 (704/704')을 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 노즐 (600')은 노즐 원위 말단 (600'b)이 노즐 트레이 (260)의 하부 표면 (260b)을 넘어서 말단으로 돌출되도록 침니 (700) 내에 삽입될 수 있다. 노즐 (600')은 하나 이상의 측면 홀 (704)과 함께 액체 유입구 (614')의 정렬을 위해 배열될 수 있다. 침니 (700)에 삽입되는 경우, 노즐 (600')은 측면 홀 (704')을 차단할 수 있고 적어도 부분적으로 밀봉할 수 있다.
도 12c는 그 안에 삽입된 노즐 (600') (도 11a)을 갖는 침니 (700)의 종단 단면도이다. 침니 벽 (702)는 노즐 트레이 (260)에 부착, 예를 들면, 용접될 수 있고, 노즐 (600')은 침니 벽 (702)에 부착, 예를 들면, 용접될 수 있다. 노즐 (600')의 특징들 및 원소들은, 예를 들면, 도 11a-d를 참조하여 상기 기술되어 있다. 침니 벽 (702) 내에 삽입된 경우 노즐 (600')은 석유 정제시설 수소화처리 반응들을 위한 반응기 중의 촉매 층에 유체, 예를 들면, 액체 공급물 및 수소 가스의 혼합물을 균일하게 혼합하고 분배하기 위해 제공될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 유체 분배 노즐 (800)의 도식적인 종단 단면도이다. 노즐 (800)은 근위 부분 (802a) 및 원위 부분 (802b)을 갖는 실질적으로 원통형 중공 노즐 본체 (802), 근위 부분 (802a)에 부착된 캡 (804), 원위 부분 (802b)에 부착된 베이스 (808), 및 근위 부분 (802a) 내에 축 방향으로 배치된 실질적으로 원통형 내부 도관 (806)을 포함할 수 있다.
캡 (804)은 그 안에 축 근위 개구부 (805)를 가질 수 있고, 내부 도관 (806)은 근위 개구부 (805) 내에 배치될 수 있다. 내부 도관 (806)은 내부 도관 (806)의 근위 말단 (806a)을 한정하기 위해 캡 (804)를 근위하게 넘게 연장될 수 있다. 노즐 본체 (802)는 노즐 본체 (802) 주위로 둘러서 배치된 복수의 외부 슬롯들 (814)를 가질 수 있다. 내부 도관 (806)의 원위 말단 (806b)는 각각의 외부 슬롯들 (814)의 원위 말단 (814b)에 대해 근위 위치에서 떨어져서 종결될 수 있다.
각각의 캡 (804) 및 베이스 (808)는 적어도 실질적으로 돔형일 수 있고, 여기서, 캡 (804)은 소폭에서 광폭으로 떨어져 테이퍼링되고, 베이스 (808)는 광폭에서 소폭으로 떨어져 테이퍼링된다. 각각의 캡 (804) 및 베이스 (808)는 스레딩될 수 있다. 캡 (804)은 근위 부분 (802a) 위에 스레드를 통해 노즐 본체 (802)와 밀봉되도록 인게이징될 수 있다. 베이스 (808)는 원위 부분 (802b) 위에 스레드를 통해 노즐 본체 (802)와 밀봉되도록 인게이징될 수 있다. 베이스 (808)는 그것을 통해서 유체가 통과하고 분배되도록 배열된 축 원위 개구부 (810)를 가질 수 있다.
내부 도관 (806)은 캡 (804)과 밀봉되도록 인게이징될 수 있고, 노즐 본체 (802)와 실질적으로 동심으로 배치될 수 있다. 노즐 본체 (802) 및 내부 도관 (806)은 노즐 (800) 내의 공동을 접합하게 한정할 수 있고, 여기서, 상기 공동은 환형 근위 공동 (803a) 및 실질적으로 원통형 원위 공동 (803b)을 포함할 수 있다. 내부 도관 (806)은 근위 말단 (806a) 주위로 둘러서 배치된 복수의 내부 슬롯들 (812)을 가질 수 있다. 내부 슬롯들 (812) 및 외부 슬롯들 (814)의 배열은 적어도 어느 정도 숙련가의 설계 선택의 문제일 수 있다.
각각의 내부 슬롯들 (812)는 내부 도관 (806)을 통해 공동과의 유체 전달에 존재할 수 있다. 내부 도관 (806)은 내부 슬롯 (812)에서 원위 공동 (803b)으로 그것을 통해서 가스가 통과하도록 배열될 수 있다. 노즐 (800)은 노즐 본체 (802) 내의 원위 공동 (803b)으로 외부 슬롯들 (814)를 통하여 액체가 통과하도록 배열될 수 있다. 축 원위 개구부 (810)은 원추대일 수 있고, 소폭에서 광폭으로 떨어져 테이퍼링될 수 있다. 노즐 (800)은 예를 들면, 원위 부분 (802b)에서 노즐 트레이 (260)에 부착될 수 있다.
한 구현예에서, 유체 분배 노즐 (800)은 반응기의 노즐 트레이를 위해 효율적인 유체 혼합 및 분배 노즐을 제공할 수 있으며, 여기서 노즐 (800)은 시판 파이프 부품들을 사용하여 용이하고 저렴하게 조립될 수 있다. 한 구현예에서, 노즐 (800)의 구성 요소들, 예를 들면, 노즐 본체 (802), 캡 (804) 및 베이스 (808)는, 예를 들면, ANSI/ASME 표준 B1.20.1에 따라 NPT (National Pipe Thread) 스레드를 갖는 스레딩된, 표준 스테인레스강 파이프로부터 조립될 수 있다.
도 14a는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 반응기 (20)의 일부분을 보여주는 도식적인 컷-어웨이 측면도이다. 반응기 (20)은 일차 공급물 분배 유닛 (200'), 이차 공급물 분배 유닛 (200), 및 촉매 지지 유닛 (400)을 수용할 수 있다. 일차 공급물 분배 유닛 (200') 및 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 예를 들면, 도 4a-13을 참조하여 상기 기술된 원소들, 특징들 및 특성들을 각각 포함할 수 있다.
반응기 (20)은 반응기 쉘 (30)을 포함할 수 있다. 적어도 반응기 쉘 (30)의 일부분은 실질적으로 수직의 쉘 벽들 (32)을 가질 수 있다. 각각의 촉매 지지 유닛 (400), 일차 공급물 분배 유닛 (200') 및 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 적어도 실질적으로 수평으로 그리고 반응기 쉘 (30)의 벽들에 대해 직각으로 배치될 수 있다. 단지 2개의 촉매 지지 유닛 (400), 1개의 일차 공급물 분배 유닛 (200') 및 1개의 이차 공급물 분배 유닛 (200)만이 도 14a에서 보여주고 있다. 한 구현예에서, 반응기 (20)은 복수의 이차 공급물 분배 유닛 (200)을 수용할 수 있다. 각각의 이차 공급물 분배 유닛 (200)은 각각 이차 공급물 분배 유닛 (200) 아래에 배치된 촉매 층 (402)을 지지하기 위해 상응하는 촉매 지지 유닛 (400)을 가질 수 있다 (예를 들면, 도 5a 참조하라). 각각의 촉매 지지 유닛 (400)은 복수의 촉매 지지 빔 (406), 복수의 스크린 패널 (408), 및 복수의 그리드 패널 (410)을 포함할 수 있다. 촉매 층 (402)는 명백한 설명을 위해 도 14a-f에서 생략된다.
도 14b는 도 14a의 14B-14B 선을 따라 보여진 반응기 쉘 (30)의 평면도이고, 복수의 촉매 지지 빔 (406) 및 복수의 스크린 패널 (408)을 포함하는 촉매 지지 유닛 (400)의 구성 요소들을 보여주고 있다. 각각의 촉매 지지 빔 (406)은 반응기 쉘 (30)을 스패닝할 수 있다. 스크린 패널 (408)은 반응기 쉘 (30)의 단면적의 적어도 실질적으로 100%를 차지할 수 있는 촉매 스크린을 접합하여 한정할 수 있다. 도 14b를 추가로 참조하여, 1개의 스크린 패널 (408)이 그리드 패널 (410)을 나타내기 위해 교체된 것으로 보여주고 있다.
도 14c는 복수의 그리드 패널 (410)을 보여주는 모든 스크린 패널 (408)이 제거된 도 14b의 촉매 지지 유닛 (400)의 평면도이다. 그리드 패널 (410)은 촉매 지지 빔 (406)에 의해 지지될 수 있다. 스크린 패널 (408)은 또한 그리드 패널 (410)에 의해 지지될 수 있다. 아치형의 외부 에지를 갖는 주변에 위치된 그리드 패널 (410)은 촉매 지지 빔 (406) 및 주변을 둘러싸는 쉘 레지 (404)에 의해 접합하여 지지될 수 있다. 각각의 촉매 지지 빔 (406)은 한 쌍의 측면 지지 바(bar) (414)를 포함할 수 있다 (예를 들면, 도 14e 참조하라). 3개의 그리드 패널은 쉘 레지 (404) 및 지지 바들 (414)의 부분들을 나타내기 위해 제거된 것으로 도 14c에서 보여주고 있다.
도 14b 및 도 14c를 추가로 참조하여, 촉매 지지 유닛 (400)이 도 14b 및 14c에서 보여주는 바와 같이 그리드 패널 (410) 및 스크린 패널 (408)의 배열에 제한되는 것이 아니라, 다소 다른 수 및 배열의 그리드 패널 (410) 및 스크린 패널 (408) 둘 다가 또한 본 발명의 범위 내에 있음을 이해해야 한다. 한 구현예에서, 촉매 지지 유닛 (400)의 구성 요소들은 즉시 조립되고 분해될 수 있다. 한 하위-구현예에서, 촉매 지지 유닛 (400)의 구성 요소들은 복수의 핀, 예를 들면, 웨지 핀을 통해 서로 부착될 수 있다 (미도시).
도 14d는 촉매 지지 빔 (406) 및 쉘 레지 (404)를 보다 완전히 나타내기 위해 스크린 패널 (408) 및 그리드 패널 (410) 둘 다가 제거된 촉매 지지 유닛 (400)의 일부분의 평면도이다. 한 구현예에서, 쉘 레지 (404)는 쉘 벽들 (32)의 내부 표면 (32a) 위에 용접된 빌드업 (build-up) 재료를 포함할 수 있다. 도 14d가 2개의 촉매 지지 빔 (406)을 보여주고 있더라도, 본 발명은 촉매 지지 유닛 (400)당 2개의 이러한 빔으로빔으로 결코 제한되는 것은 아니다. 한 구현예에서, 각각의 촉매 지지 유닛 (400)은 통상적으로 약 2개 내지 6개의 촉매 지지 빔 (406)을 포함할 수 있다.
도 14e는 도 14b의 14E-14E 선을 따라 보여진 촉매 지지 빔 (406), 그리드 패널 (410), 및 스크린 패널 (408)을 보여주는 단면도이고; 도 14f는 도 14d의 14F-14F 선을 따라 보여진 반응기 쉘 벽 (32) 및 쉘 레지 (404)에 대한 촉매 지지 빔 (406)을 보여주는 단면도이다. 상기 주지된 바와 같이, 촉매 지지 빔 (406)은 각각 한 쌍의 측면 지지 바들 (414)를 포함할 수 있다. 지지 바들 (414)은 각각의 그리드 패널 (410)의 적어도 일부분을 지지하도록 배열될 수 있다. 복수의 그리드 패널 (410)은 또한 복수의 스크린 패널 (408)을 접합하여 지지할 수 있다. 복수의 스크린 패널 (408)은 반응기 쉘 (30)의 전체 단면적을 실질적으로 스패닝하도록 배열된 스크린을 접합하여 형성할 수 있고, 복수의 스크린 패널 (408)은 촉매 층 (402)을 지지하기 위해 접합하여 배열될 수 있다 (예를 들면, 도 5a 참조하라). 각각의 촉매 층 (402)는 숙련가에게 익히 공지된 바와 같이, 한 층의 미립자 고체 촉매를 포함할 수 있다.
본원의 교시 및 실시예에 비추어 본 발명의 복수의 변형들이 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다음의 특허청구범위의 범위 내에서, 본원에 구체적으로 기술되거나 예시된 것과 다르게 실시될 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 반응기 시스템에 있어서,
    상기 반응기 시스템은
    (a) 반응기 쉘;
    (b) 상기 반응기 쉘 내에 배치된 제1 공급물 분배 유닛; 및
    (c) 상기 반응기 쉘 내의 상기 제1 공급물 분배 유닛 아래에 배치된 하나 이상의 제2 공급물 분배 유닛을 포함하고,
    (d) 상기 제1 공급물 분배 유닛은 제1 편향판 및 상기 편향판 아래에 배치된 제1 노즐 트레이를 포함하고;
    (e) 상기 하나 이상의 제2 공급물 분배 유닛은 수집 트레이 및 상기 수집 트레이 아래에 배치된 제2 노즐 트레이를 포함하고, 각각의 상기 제1 노즐 트레이 및 제2 노즐 트레이는 복수의 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 각각 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열된 하나 이상의 액체 유입구를 갖는 원위 본체 부분을 포함하는 노즐 본체를 포함하고, 상기 원위 본체 부분은 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정하고, 여기서, 각각의 액체 유입구는 상기 원위 본체 부분의 내부 표면에 접하게 배치된다)을 포함하는, 반응기 시스템
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 제1 편향판이 상기 반응기 쉘 벽에 적어도 실질적으로 직각으로 배치되고,
    (b) 상기 제1 편향판이 상기 반응기 쉘의 단면적의 약 70% 내지 100% 범위의 영역을 갖는, 반응기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편향판이 적어도 실질적으로 원형인, 반응기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 적어도 하나의 제2 공급물 분배 유닛이 상기 수집 트레이 및 상기 제2 노즐 트레이 사이에 배치된 제2 편향판을 추가로 포함하고,
    (b) 상기 제2 편향판이 상기 반응기 쉘 벽에 적어도 실질적으로 직각으로 배치되고,
    (c) 상기 제2 편향판이 상기 반응기 쉘의 단면적의 약 5% 내지 50% 범위의 영역을 갖는, 반응기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 편향판이 적어도 실질적으로 직각이고 그것을 통과하는 복수의 구멍을 갖는, 반응기 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반응기 시스템은 상기 수집 트레이의 상부 표면에 부착되고 상기 수집 트레이에 적어도 실질적으로 직각으로 연장된 실질적으로 원통형인 라이저를 추가로 포함하고, 상기 제2 편향판이 상기 라이저의 단면적 보다 더 큰 영역을 갖는 중심 전체 부분을 포함하는, 반응기 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 수집 트레이가 복수의 수집 트레이 세그먼트를 포함하는, 반응기 시스템.
  8. 제1항에서,
    각각의 상기 제1 노즐 트레이 및 상기 제2 노즐 트레이가 복수의 노즐 트레이 세그먼트를 포함하는, 반응기 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    각각 하나 이상의 제2 공급물 분배 유닛이 상기 수집 트레이 위에 배치된 혼합 박스 (여기서, 상기 혼합 박스는 실질적으로 2-구획 구조물이다)를 추가로 포함하는, 반응기 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 박스가 제1 혼합 박스 절반 및 제2 혼합 박스 절반을 포함하고, 상기 혼합 박스가 각각의 상기 제1 혼합 박스 절반 및 상기 제2 혼합 박스 절반 위에서 커플링 플랜지를 통해 상기 제1 혼합 박스 절반이 상기 제2 혼합 박스 절반에 역으로 커플링되도록 배열되는, 반응기 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 원위 본체 부분이 복수의 상기 액체 유입구들을 갖고, 각각의 상기 액체 유입구들이 선형인, 반응기 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 제1 노즐 트레이 및 상기 제2 노즐 트레이 중의 하나 이상이 복수의 침니 (각각의 침니는 그 안에 배치된 침니 삽입물을 갖는다)을 포함하고, 여기서,
    (b) 각각의 침니 삽입물은 상기 노즐 (상기 노즐 본체는 본체 벽을 갖는다) 중의 하나를 포함하고,
    (c) 각각의 액체 유입구가 상기 원위 본체 부분의 상기 벽 내에 배치된 곡선 채널을 포함하는, 반응기 시스템.
  13. 반응기 시스템에 있어서
    상기 반응기 시스템은
    (a) 내부 벽을 갖는 반응기 쉘;
    (b) 상기 반응기 쉘 내에 배치된 제1 공급물 분배 유닛; 및
    (c) 상기 반응기 쉘 내에 상기 제1 공급물 분배 유닛 아래에 배치된 하나 이상의 제2 공급물 분배 유닛을 포함하고,
    각각의 제2 공급물 분배 유닛은
    (d) 수집 트레이,
    (e) 상기 수집 트레이 아래에 배치된 노즐 트레이;
    (f) 상기 반응기 쉘 내부 벽에 부착된 하나 이상의 지지 링, 및
    (g) 복수의 트러스 (각각의 트러스는 하나 이상의 지지 링을 스패닝하고; 각각의 트러스는 상부 플랜지 및 하부 플랜지를 갖고, 상기 상부 플랜지는 상기 수집 트레이를 지지하고, 상기 하부 플랜지는 상기 노즐 트레이를 지지한다))를 포함하는, 반응기 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수집 트레이가 복수의 수집 트레이 세그먼트를 포함하는, 반응기 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 노즐 트레이가 복수의 노즐 트레이 세그먼트를 포함하는, 반응기 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 반응기 시스템은
    (a) 상기 반응기 쉘 내에 배치된 촉매 지지 유닛; 및
    (b) 상기 반응기 쉘 내부 벽 위에 둘러서 배치된 쉘 레지를 추가로 포함하고,
    상기 촉매 지지 유닛은
    (c) 상기 쉘 레지 위에서 지지된 복수의 촉매 지지 빔 (여기서, 각각의 상기 촉매 지지 빔은 수평으로 배치되고 상기 반응기 쉘을 스패닝하도록 배열된다),
    (d) 상기 복수의 촉매 지지 빔 위에서 지지된 복수의 그리드 패널,
    (e) 상기 복수의 그리드 패널 위에서 지지된 복수의 스크린 패널 (여기서, 상기 복수의 스크린 패널은 촉매 층을 접합하여 지지하도록 배열된다)을 포함하는, 반응기 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 노즐 트레이가 유체 분배 노즐의 어레이를 포함하고, 각각의 노즐이 노즐 본체 및 상기 노즐 본체의 내부 표면에 접하게 배치된 하나 이상의 액체 유입구를 갖는, 반응기 시스템.
  18. 촉매 반응기를 위한 공급물 분배 유닛에 있어서,
    상기 공급물 분배 유닛은
    (a) 편향판; 및
    (b) 상기 편향판 아래에 배치된 노즐 트레이 (여기서, 상기 노즐 트레이는 복수의 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 각각 그것을 통해서 액체가 통과하도록 배열된 하나 이상의 액체 유입구를 갖는 원위 본체 부분을 포함하는 노즐 본체를 포함하고, 상기 원위 본체 부분은 실질적으로 원통형 원위 공동을 한정하고, 여기서, 각각의 액체 유입구는 상기 원위 본체 부분의 내부 표면에 접하게 배치된다)를 포함하는, 촉매 반응기를 위한 공급물 분배 유닛.
  19. 제18항에 있어서,
    (a) 상기 공급물 분배 유닛이 제2 공급물 분배 유닛을 포함하고,
    (b) 상기 편향판이 중심 전체 부분을 갖는 제2 편향판을 포함하고,
    (c) 상기 제2 공급물 분배 유닛이 수집 트레이 및 상기 수집 트레이의 상부 표면 위에 배치된 혼합 박스 (여기서, 상기 혼합 박스는 2-구획 구조물이다)를 추가로 포함하는, 촉매 반응기를 위한 공급물 분배 유닛.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 노즐이 약 5 내지 10 인치 범위의 노즐 간격을 갖는 삼각형 피치를 갖는 노즐 트레이로서 각각의 상기 제1 노즐 트레이 및 상기 제2 노즐 트레이 위에 배치된, 공급물 분배 유닛.
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