KR20150079712A - 하향-흐름 수소화처리 반응기용 와류형 혼합 장치 - Google Patents

하향-흐름 수소화처리 반응기용 와류형 혼합 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하향-흐름 수소화처리 반응기용 와류형 혼합 장치에 관한 것이다. 특히, 상기 장치는 2상 시스템의 기상과 액상을 혼합함에 있어서 기존의 혼합 용적의 유효성을 개선시킨다. 본 발명에 따르면, 상기 혼합 장치는 유입되는 유출물에 고도의 원호형 흐름을 생성하는 것을 돕고 수소화처리 반응기의 제한된 층간 공간 내에서의 높은 혼합도를 형성하는 것을 돕는다.

Description

하향-흐름 수소화처리 반응기용 와류형 혼합 장치{VORTEX-TYPE MIXING DEVICE FOR A DOWN-FLOW HYDROPROCESSING REACTOR}
본 발명은 하향-흐름 수소화처리 반응기용의 와류형 혼합 장치에 관한 것이다. 이러한 하향-흐름 수소화처리 반응기는, 상승된 온도 및 압력에서, 수소의 존재 하에 탄화수소 공급원료(hydrocarbonaceous feedstocks)의 촉매 반응을 수행하기 위한 석유 및 화학적 가공처리 산업에서 이용된다. 예시적인 반응은 수첨처리(hydrotreating), 수소화피니싱(hydrofinishing), 수첨분해(hydrocracking) 및 수첨탈랍(hydrodewaxing)을 포함한다.
고정층 수소화처리 반응기에서, 기체 및 액체 반응물(예컨대, 수소 및 탄화수소 공급원료)은 고체 촉매의 하나 이상의 층(bed)을 통해서 아래쪽으로 흐른다(예컨대, 미국 특허 제4,597,854호(Penick) 참조).
반응물이 반응기 촉매층을 통해서 아래쪽으로 흐름에 따라, 반응물은 촉매 물질과 접촉하고 바람직한 생성물을 생성하기 위하여 반응한다. 수소 등과 같은 기체 반응물이 소비되고, 촉매 반응에 의해 열이 발생한다. 공급원료가 반응기를 통해 아래쪽으로 이동함에 따라, 공급원료의 온도를 제어하는 것은 질을 보장하는 데에 있어서 중요하고, 생성물 수율의 양은 표적 생성물(들)을 향하여 최대화된다.
차가운 수소-풍부(hydrogen-rich) 기체는 온도 상승을 퀀칭시키고(quench) 반응에 의해 소비된 수소를 보충하기 위하여 촉매층들 사이에 도입될 수 있다. 전체 반응기 성능을 유지하기 위하여, 반응기 내의 유체의 온도는 가능한 한 균일해야만 하고, 액체와 기체는 성능을 최대화하기 위하여 잘 혼합되어야 한다. 불량한 층간 유체 혼합은 다양한 방식으로 반응기 작동을 제한할 수 있다. 층간 혼합이 방사상 온도차를 제거하는 것이 불가능할 경우, 이들 온도차는 공정 유체가 반응기 아래쪽으로 이동함에 따라 유지되거나 증가된다. 임의의 층 내의 핫 스팟(hot spot)은, 전체 반응기 사이클 길이를 단축시키는 그 구역 내에서 촉매의 급속한 불활성화를 초래할 수 있다. 생성물 선택성은 전형적으로 고온에서 더 불량하다. 예를 들어, 고온 구역은 착색, 점도 및 기타 생성물 품질을 사양 외로 되도록 야기할 수 있다. 또한, 임의의 지점에서의 온도가 소정 값(전형적으로 800 내지 850℉)을 초과하는 경우, 발열 반응이 자체 촉진되어 제어할 수 없는 사건을 초래할 수 있고, 이는 촉매, 용기 또는 하류 장비를 손상시킬 수 있다.
이들 위험으로 인해, 불량한 반응기 내부 하드웨어로 작업하는 정유 회사는 불량한 층간 유체 혼합의 유해한 영향을 피하기 위하여 수율 및/또는 처리량을 희생시켜야만 한다. 반응기 온도 불균형 분포 및 핫 스팟은 촉매층들 사이의 반응물의 혼합 및 평형화를 통해서 최소화될 수 있고, 이에 의해 임의의 온도 및 흐름 불균형 분포를 보정하고, 압력 강하를 최소화할 수 있다. 촉매층들 사이의 유체의 혼합은 분배기 조립체 및 혼합 챔버의 사용을 통해 달성될 수 있다. 수소화처리 유닛이 설계를 상당히 초과하는 공급 속도에서 동작하는 것을 기술하고 있는 현재의 정유사 자본 환경에 의하면, 최적 층간 유체 혼합은 귀중한 저비용 병목 해소책이다.
분배기 조립체는 다층 촉매 반응기들의 층간 구역 내에서 유체를 수집, 혼합 및 분배하는데 이용될 수 있다. 분배기 조립체는 일반적으로 위쪽의 촉매층으로부터 흐르는 액체 및 기체를 수집 및 혼합하는 트로프(trough)와, 그 트로프로부터 액체를 입수하여 액체와 기체를 더욱 혼합하기 위하여 상기 트로프 내에 중앙에 배치된 혼합 장치 혹은 챔버를 포함한다.
혼합 장치는 많은 분배기 조립체의 주된 구성요소인데, 그 이유는 이것이 유체/기체의 효율적이고 철저한 혼합을 제공하여, 핫 스팟 및 불량한 온도 분포를 방지하도록 하기 때문이다.
혼합 장치는 트로프부터 액체를 입수하기 위한 적어도 하나의 유입구와, 흐름을 하지의 촉매층 쪽으로 향하게 하기 위한 적어도 하나의 유출구를 구비한다. 혼합 장치에 대한 설계는 다양하며, 유체와 기체의 방향의 변화를 통해 혼합을 촉진시키는 리본 블렌더 및 디스크-앤드-도넛형 혼합기 등과 같은 차단벽(baffle) 혼합기 설계를 포함한다.
또 다른 유형의 혼합기는 원심형 혹은 와류형 설계이다. 이런 유형의 혼합기는 반응기를 통해 아래쪽으로 흐르는 액체 및 기체 스트림을 수집하고, 원형 챔버 내로 이들을 도입하여, 여기서 중앙에 위치된 개공부(centrally located aperture)를 통해 아래쪽으로 통과되기 전에 수 회의 회전을 하도록 한다.
존재하는 경우, 혼합 장치는 일반적으로 반응기 내 촉매층들 사이의 층간 공간에 위치된다. 많은 반응기의 층간 공간은 층간 구역을 점유하는 지지빔(support beams), 배관(piping) 및 기타 장애물의 존재로 인해 제한된다. 이들 공간 제한으로 인해, 공간을 이용가능 하도록 조정된 혼합 장치 등과 같은 독특한 하드웨어가, 제한된 용적에 대한 어떠한 양에서 효율적인 2상 혼합을 수행하도록 요구된다. 또한, 보다 낮은 높이 분배기 조립체는 동일한 반응기 용적으로 촉매 적재 용적을 증가시킬 수 있으므로, 반응기 용적의 활용을 개선시킬 수 있다.
양호한 촉매 수명, 높은 처리량, 긴 사이클 길이 및 전체 반응기 성능을 위한 충분한 층간 유체 혼합의 중요성으로 인해, 개선된 혼합 장치가 필요하다. 또한, 제한된 층간 공간을 갖는 기존의 반응기에 대해서 개장(retrofit)될 수 있고 보다 낮은 수직방향 범위를 갖는 혼합 장치가 특히 필요하다.
본 발명은 하향-흐름 수소화처리 반응기용 와류형 혼합 장치에 관한 것이다. 혼합 장치는 다층 반응기 내의 촉매층들 사이의 공간에서 더욱 효과적인 유체의 혼합을 제공한다. 특히, 본 발명은 2상 시스템의 기상과 액상을 혼합함에 있어서 기존의 혼합 용적의 유효성을 개선시키는 혼합 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 그의 비교적 작은 크기로 인해 개장 응용에 상당히 적합하고, 또한 다층 반응기의 층간 공간 내의 효율적인 유체 혼합을 달성하도록 새로운 반응기 설계를 위하여 크기 조절될 수 있다.
혼합 장치는 내부 표면을 갖는 수평 상부판(top plate) 및 상기 상부판과 평행하게 연장되는 기저판(base plate)을 포함한다. 기저판은 내부면과 기저판 개공부를 갖는다.
복수개의 내향-만곡 날개(inwardly-curved vanes)는 상부판 및 기저판의 내부 표면 사이에서 수직으로 연장된다. 수직방향 위어 링(vertical weir ring)은 원형 개공부 부근의 기저판 내부 표면으로부터 수직방향으로 연장된다. 위어 링은 위어 링 상부 에지(weir ring top edge)와 위어 링 직경을 지닌다. 버블 캡(bubble cap)은 커버판의 내부 표면으로부터 혼합 구역 내로 아래쪽으로 연장된다. 버블 캡은 버블 캡 직경과 하부 에지(bottom edge)를 지니고, 버블 캡 직경은 위어 링 직경보다 작으며, 버블 캡 하부 에지는 위어 링 상부 에지 아래로 연장된다.
도 1은 다층 촉매 반응기 내에 위치된 본 발명의 혼합 장치의 일 구현예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 혼합 장치의 단면도이다.
도 3은 혼합 장치(26)의 절반의 등축도(isometric view)이고, 도 4는 혼합 장치(26)의 상부 평면도이다.
도 4는 혼합 장치의 상부 평면도이다.
도 5는 날개의 레이아웃을 도시한 상부 평면도이다.
본 발명의 와류형 혼합 장치는 당업계에 공지된 와류형 혼합 장치에 비해서 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 유익은, 반응기 내의 감소된 수직방향 범위(층간 분배기 조립체에 의해 점유된 반응기 용적의 감소), 높은 처리량, 향상된 혼합, 낮은 압력 강하, 및 향상된 전체 반응기 성능을 포함한다. 구체적인 구현예 및 이점은 본 명세서에서 제공되는 상세한 설명으로부터 명백하다. 그러나, 상세한 설명 및 구체적인 실시예는, 바람직한 구현예를 나타내지만, 단지 예시의 목적을 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아님을 이해해야 한다.
본 발명은 다층 수소화처리 반응기용 와류형 혼합 장치에 관한 것이다. 도 1을 참조하면, 다층 하향-흐름 반응기(10)의 일부의 횡단면도가 도시되어 있다. 반응기(10)는 용기 셸(vessel shell)(12), 충전된 촉매 압출물을 함유하는 상부 및 하부 촉매층(각각 14 및 16)을 포함한다. 각 촉매층(14, 16)은 지지 그리드, 선택적 간격 포(space cloth) 및 스크린으로 구성된 그리드 스크린 조립체(18)(촉매층(14)에 대해서만 도시됨) 상에 지지되며, 이들은 모두 당업계에 잘 알려져 있다. 그리드 스크린 조립체는, 반응기 용기 내벽(22)에 대해 수평방향으로 장착되고 촉매층(14) 내로 위쪽으로 연장되는 평행한 지지빔(20) 상에 장착된다.
층간 분배 조립체(24)는 촉매층(14, 16) 사이에 수직방향으로 삽입되어 있다. 층간 분배 조립체(24)는 본 발명의 와류형 혼합 장치(26)를 포함한다. 본 발명의 혼합 장치(26)는, 위쪽으로부터 아래쪽으로 흐르는 액체 및 기체를 입수하고 혼합하도록 구성된 수집판(28)과 유체 기밀 연통(fluid tight communication)되어 있고 촉매층(14) 아래에 장착되어 있다. 퀀칭 기체 유입구 관(30)은 혼합 장치(26) 위쪽의 구역 내로 퀀칭 기체(예컨대, 수소)를 분배시킨다.
도 2는 혼합 장치(26)의 횡단면도이고, 도 3은 혼합 장치(26)의 절반의 등축도이며, 도 4는 혼합 장치(26)의 상부 평면도이다.
혼합 장치는, 내부 표면(32a)을 갖고 수집판(28)(도 1)과 유체 기밀 연통 상태로 장착된 기저판(32)과, 기저판(32)에 대해서 실질적으로 수평방향으로 연장되는 커버판 내부 표면(34a)을 갖는 커버판(34)을 포함한다. 환형 수집판(28)은 위에 놓인 촉매층으로부터 아래쪽으로 흐르는 유체를 수집한다.
복수개의 파상 배치된(staggered) 내향-만곡 날개(36)는, 각각 기저판 내부 표면(32a) 및 커버판 내부 표면(34a)에 고정적으로 부착되고, 이들 사이에서 수직방향으로 연장된다. 일 구현예에 있어서, 날개(36)들은 각각 기저판 내부 표면(32a) 및 커버판 내부 표면(34a)과 유체 기밀 연통한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 날개는, 상부판(34)의 외측 주변부 부근에 고정된 날개 외부 말단부(38)와, 혼합 장치(26)의 혼합 구역(본원의 하기에 기재됨) 부근에 위치된 내부 말단부(40)를 구비한다. 날개(36)들 사이의 개방 공간은 일련의 혼합 장치 유입구 구역(42)을 규정하며, 각 유입구 구역(42)은 이웃하는 날개(36)와 그들의 각각의 말단부(38, 40)에 의해 구획된 영역으로서 규정된다.
도 2를 다시 참조하면, 위어 링(44)은, 에지(46)에 의해 규정된 중앙에 위치된 원형 기저판 개공부 부근에서, 기저판(32)으로부터 수직으로 연장된다. 일 구현예에 있어서, 위어 링(44)은 날개(36)의 수직방향 높이의 절반의 수직방향 높이를 갖는다. 위어 링 수평 판(48)은 위어 링 상부 에지(50)로부터 바깥쪽으로 연장된다. 위어 링 수평 판(48)은 바람직하게는 천공되어 있다.
커버판 내부 표면(34a)에 고정되고, 바람직하게는 커버판 내부 표면(34a)과 유체 기밀 연통하는 원형 버블 캡(52)은 커버판(34)으로부터 혼합 장치(26)의 혼합 구역의 중앙으로 아래쪽으로 연장된다(혼합 구역은 유입구 구역(42)을 배제한 판(32, 34) 사이의 영역으로 규정되거나, 또는 달리 말해서, 대향하는 날개 내부 말단부들(40) 사이의 영역에 의해 규정된 구역으로서 규정된다). 버블 캡은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 고정될 수 있다.
버블 캡(52)의 하단부(54)는 위어 링 상부 에지(50) 아래쪽의 거리(52a)만큼 연장된다. 버블 캡 하부 에지(54)가 고정되어 있는 일 구현예에 있어서, 고정된 개구부(keyed opening)들을 규정하는 상부 에지(58)들은 위어 링 상부 에지(50) 아래쪽에 위치된다.
수집판(28)은 에지(60)에 의해 규정된 원형 개공부를 포함하고, 수집판 원형 개공부(60) 부근의 라이저 관(riser tube)(62)은 수집판(28)으로부터 수직 상향으로 버블 캡(52) 내로 연장된다. 라이저 관(62)의 상부 에지(64)는 고정된 개구부의 버블 캡 상부 에지(58)에 혹은 고정된 개구부의 버블 캡 상부 에지(58) 위쪽에 위치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위어 링(44), 버블 캡(52) 및 수집판 개공부(60)는 각각 직경(44a, 52a 및 60a)을 가지며, 이들 직경의 측정된 값은 하기의 관계를 갖는다: 60a < 52a < 44a.
작동 시, 탄화수소 액체 공급물은 촉매층(14)으로부터, 그리드 스크린 조립체(18)를 통해서, 환형 수집판(28) 상으로 흘러 내린다. 전형적으로, 액체는 수집되어, 위어 링 수평 판(48)의 높이의 혹은 해당 높이보다 위쪽의 액체 수준으로 상승될 것이다. 퀀칭 기체 유입구 관(30)을 통해서 도입된 퀀칭 기체(예컨대, 수소 기체)와 혼합된 상부 촉매층(14)으로부터의 기체는 환형 수집판(28) 상에 수집된 액체와 촉매층(14) 사이의 공간을 채운다.
액체 및 기체는 혼합 장치 유입구 구역(42)을 통해서 혼합 장치(26)에 유입되고, 여기서 액체 및 기체가 혼합 장치(26)의 혼합 구역으로 유입됨에 따라, 날개(36)는 상기 액체 및 기체를 원호형 또는 원형 흐름 패턴으로 흐르도록 접선방향으로 지향시킨다. 액체는 위어 링(44) 위로 및 위어 링(44)에 걸쳐(그리고 천공된 경우, 수평 위어 판(48)을 통해서) 이동하여, 액체/기체가 버블 캡(52)의 하단부(54) 아래인 버블 캡(52) 내로 그리고 고정된 개구부를 통해서 라이저 관 상단부(64)를 거쳐 라이저 관(62) 내로 흐름에 따라, 기체와 혼합된다. 혼합된 기체와 액체는 이후 라이저 관(62) 밖의 아래쪽으로, 전형적으로 복수개의 천공, 하강관(downcomers) 혹은 노즐을 함유하는 트레이로, 이어서 하부 촉매층(16) 상으로 이동한다. 천공된 나선형 판이 라이저(62)의 내부 표면 상에 설치되어, 라이저(62)의 아래쪽으로 흐르는 동안 기체/액체 혼합을 더욱 개선시킨다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본원에 기재된 바와 같은 혼합 장치(26)는 1일당 수천 내지 수만 배럴의 공급원료를 처리하도록 설계된 대형 수소화처리 반응기에서 사용하기 위한 것으로 의도된다(1 배럴 = 43 갤런; 164ℓ). 따라서, 본 명세서에 기재된 혼합 장치(26)는 수 피트의 직경일 수 있고, 장치(26)를 구성하는데 이용되는 물질(예컨대, ¼인치 내지 ½인치 판 강철)로 인해, 구성될 경우 수백 파운드(lb)의 중량이 나갈 수 있다.
본 발명의 혼합 장치(26)는 완성된 장치(26)의 구성을 달성하기 위하여 개별의 구성요소를 함께 용접하거나 그렇지 않으면 고정시킴으로써 적소에 건설될 수 있다. 그러나, 이러한 방법을 이용해서 장치(26)를 적소에 건설하는 것은 수일 걸릴 수 있기 때문에, 반응기 유닛의 작동을 지연시킨다는 것이 인지될 것이다. 또한, 장치(26)가 기존의 반응기의 설계를 업데이트하거나 개장시키는데 이용될 경우, (반응기에 남아있는 잔여 탄화수소 물질을 점화시킬 수 있는 등과 같은 안전 문제로 인해) 반응기 용기 내에서 일어나는 조립의 양을 감소시키는 것이 바람직하다.
새로운 반응기를 건설하거나 기존의 반응기를 개장하는데 요구되는 시간의 양을 감소시키기 위하여, 혼합 장치(26)의 부분들이 바람직하게는 서브조립체(subassemblies)를 형성하기 위하여 사전 조립되고(pre-assembled), 상기 서브조립체는 완성된 혼합 장치(26)를 형성하기 위하여 반응기 내로 삽입되어 조립된다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 일 구현예에 있어서, 혼합 장치(26)는 2개의 혼합 장치 서브조립체(26a, 26b)로 구성되고, 각각은 혼합 장치(26)의 절반을 나타낸다. 각각의 서브조립체(26a, 26b)는 각각 하나 이상의 리프팅 러그(lifting lug)(66 및 68)와 함께 제공된다. 리프팅 러그(66, 68)는, 서브조립체를 반응기 내로 하강시키고 상기 서브조립체를 적소로 이동시킬 수 있는 승강기(hoist), 크레인 또는 기타 장치에 각각의 서브조립체(66, 68)를 부착하기 위하여 제공된다.
각각의 서브조립체(26a, 26b)는 각각 복수개의 개구부를 함유하는 접합용 플랜지(mating flange)(70 및 72)와 함께 제공되고, 상기 개구부를 통해서 너트/볼트 조합(또는 이러한 기타 적절한 고정 장치)이 작동 동안 서브조립체(26a, 26b)를 적소에 고정시키기 위하여 삽입될 수 있으며, 더욱이 상기 서브조립체(26a, 26b)가 유지 보수 동안 작동 기간들 사이에 해체되어 혼합 장치(26) 위쪽 및 아래쪽의 영역들에 접근할 수 있게 한다.
도 5를 참조하면, 날개(36)들의 수평 배치가 도시되어 있다. 당업자가 이용하는 공정 유압 계산에 의해 규정되는 바와 같은 혼합 장치(26)의 외경을 나타내는 원(R1)이, 공정 유압 계산에 의해 또한 규정되는 혼합 장치 유입구 구역(42)의 내경을 나타내는 원(R3)과 함께 도시되어 있다. 원(R2)은 (R1)과 (R3) 사이의 방사상 길이의 절반에 위치되어 있다.
도 5의 각도 "A"는 각각의 해당하는 날개(36)의 각도 오프셋을 나타내며, 이는 보다 큰 부분의 이웃하는 날개 외부 말단부(38)와 날개 내부 말단부(40)의 방사상 중첩을 초래한다. 일 구현예에 있어서, 4 날개 시스템에 대해서 A = 15°, 6 날개 시스템에 대해서 10°, 그리고 8 날개 시스템에 대해서 8°이다. 각도 "B"는 날개(36)가 (R1)과 (R3) 사이의 구역 내에서 점유하는 방사상 거리를 나타낸다. 일 구현예에 있어서, B는 360°/(날개의 개수)이다. 각도 "A"에서, 날개(36)의 내부 표면은 (R1)과 교차한다. 각도 "A"와 "B"의 합계(A+B)인 각도에서, 날개(36)의 내부 표면은 (R3)과 교차한다. A+B/2인 각도에서, 날개(36)의 내부 표면은 (R2)와 교차한다.
날개(36)들의 방사상 중첩은 각도 "A"로 규정된다. 작동 시, 액체 및 기체는 혼합 장치 유입구 구역(42)을 통해 혼합 장치(26)에 유입되며, 여기서 날개(36)들은 액체 및 기체가 혼합 장치(26)의 혼합 구역에 유입됨에 따라, 액체 및 기체를 원호형 또는 원형 흐름 패턴으로 흐르도록 접선방향으로 지향시킨다.
본 발명의 바람직한 구현예의 상기 기술은 주로 예시의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 요지를 여전히 내포하는 많은 변형이 이용될 수 있음이 인지된다. 따라서, 본 발명의 범위를 결정함에 있어서 하기의 특허청구범위를 참조해야 한다.

Claims (14)

  1. 다층 하향-흐름(multi-bed down-flow) 촉매 반응기용 혼합 장치로서, 상기 혼합 장치는 하기를 포함하는 혼합 장지:
    a. 내부 표면을 갖는 수평방향 상부판(top plate);
    b. 상기 상부판과 평행하게 연장되는 기저판(base plate)으로서, 상기 기저판은 내부 표면과 기저판 개공부(base plate aperture)를 갖는 기저판;
    c. 상기 상부판의 내부 표면과 기저판의 내부 표면 사이에 수직으로 연장되는 복수개의 내향-만곡 날개(inwardly-curved vanes);
    d. 상기 기저판 개공부 부근에서 상기 기저판의 내부 표면으로부터 수직방향으로 연장되는 수직방향 위어 링(vertical weir ring)으로서, 상기 위어 링은 위어 링 상부 에지(weir ring top edge)와 위어 링 직경을 갖는 위어 링;
    e. 혼합 구역; 및
    f. 커버판의 내부 표면으로부터 상기 혼합 구역 내로 아래쪽으로 연장되는 버블 캡(bubble cap)으로서, 상기 버블 캡은 버블 캡 직경과 하부 에지를 갖고, 상기 버블 캡 직경은 상기 위어 링 직경보다 작으며, 상기 버블 캡의 하부 에지는 상기 위어 링 상부 에지 아래로 연장되는 버블 캡.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직방향 위어 링은 상기 위어 링 상부 에지로부터 바깥쪽으로 연장되는 수평 판을 추가로 포함하는 혼합 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위어 링 수평 판은 천공되어 있는 혼합 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 위어 링은 상기 날개 높이의 절반인 수직방향 높이를 갖는 혼합 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부판은 외측 주변부를 더 포함하고, 각 날개는 상기 상부판의 상기 외측 주변부 부근의 외부 말단부와 상기 혼합 구역 부근의 내부 말단부를 포함하며, 상기 혼합 장치는 이웃하는 날개들과 그들의 각각의 대응하는 내부 말단부 및 외부 말단부에 의해 구획된 영역으로서 규정된 복수개의 유입구 구역을 더 포함하는 혼합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 혼합 구역은, 상기 유입구 구역을 규정하는 영역을 배제한, 상기 상부판과 기저판 사이의 영역으로서 규정되는 혼합 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    각 날개의 내부 말단부는 이웃하는 날개의 외부 말단부와 방사상으로 중첩되는 혼합 장치.
  8. 하기를 포함하는 다층 하향-흐름 촉매 반응기:
    내부 표면을 갖는 반응기 셸(reactor shell) 내에 함유된 상부 촉매층 및 하부 촉매층;
    상기 상부 촉매층과 하부 촉매층 사이에 수직방향으로 삽입된 층간 분배기 조립체(interbed distribution assembly);
    상기 층간 분배 조립체는, 수집판 원형 개공부를 갖는 수집판과 유체 기밀 연통(fluid tight communication)하고 상기 수집판 위쪽에 고정된 혼합 장치, 및 상기 수집판 원형 개공부 부근에 수집판으로부터 수직방향으로 향하는 라이저(riser)를 포함하고;
    상기 혼합 장치는 하기를 포함함:
    a. 내부 표면을 갖는 수평방향 상부판;
    b. 상기 상부판과 평행하게 연장되는 기저판(base plate)으로서, 상기 기저판은 내부 표면과 기저판 개공부를 갖는 기저판;
    c. 상기 상부판의 내부 표면과 기저판의 내부 표면 사이에 수직으로 연장되는 복수개의 내향-만곡 날개;
    d. 상기 기저판 개공부 부근에서 상기 기저판의 내부 표면으로부터 수직방향으로 연장되는 수직방향 위어 링으로서, 상기 위어 링은 위어 링 상부 에지와 위어 링 직경을 갖는 위어 링;
    e. 혼합 구역; 및
    f. 커버판의 내부 표면으로부터 상기 혼합 구역 내로 아래쪽으로 연장되는 버블 캡으로서, 상기 버블 캡은 버블 캡 직경과 하부 에지를 갖고, 상기 버블 캡 직경은 상기 위어 링 직경보다 작으며, 상기 버블 캡의 하부 에지는 상기 위어 링 상부 에지 아래로 연장되는 버블 캡;
    여기서, 상기 라이저는 상기 버블 캡 내로 수직방향으로 연장되고, 상기 수집판 원형 개공부는 상기 버블 캡 직경보다 작음.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합 장치 수직방향 위어 링은 상기 위어 링 상부 에지로부터 바깥쪽으로 연장되는 수평 판을 추가로 포함하는 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 위어 링 수평 판은 천공되어 있는 반응기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 위어 링은 상기 날개 높이의 절반인 수직방향 높이를 갖는 반응기.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합 장치 상부판은 외측 주변부를 더 포함하고, 각 날개는 상기 상부판의 상기 외측 주변부 부근의 외부 말단부와 상기 혼합 구역 부근의 내부 말단부를 포함하며, 상기 혼합 장치는 이웃하는 날개들과 그들의 각각의 대응하는 내부 말단부 및 외부 말단부에 의해 구획된 영역으로서 규정된 복수개의 유입구 구역을 더 포함하는 반응기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 혼합 장치 혼합 구역은, 상기 유입구 구역을 규정하는 영역을 배제한, 상기 상부판과 기저판 사이의 영역으로서 규정되는 반응기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    각 날개의 내부 말단부는 이웃하는 날개의 외부 말단부와 방사상으로 중첩되는 반응기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118154A (ko) * 2015-04-01 2016-10-11 아이에프피 에너지스 누벨 혼합 및 교환 구역들을 갖는 혼합 및 분배 디바이스

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6367831B2 (ja) * 2013-02-05 2018-08-01 ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット 反応器用の混合装置
ES2580531T3 (es) * 2014-06-11 2016-08-24 Neste Oyj Método y aparato para mezclar fluidos
US10336952B2 (en) 2016-09-01 2019-07-02 Chevron U.S.A. Inc. Mixing device for a down-flow hydroprocessing reactor
CN109937086B (zh) * 2016-11-16 2022-03-29 托普索公司 包括混合设备的多床催化反应器
US10376856B2 (en) * 2017-07-28 2019-08-13 Uop Llc Methods for fluid contacting in a downflow vessel
US10518235B2 (en) * 2017-07-28 2019-12-31 Uop Llc Methods and apparatus for fluid contacting in a downflow vessel
US10486127B2 (en) * 2017-07-28 2019-11-26 Uop Llc Methods and apparatus for fluid contacting in a downflow vessel
US10668442B1 (en) 2019-02-07 2020-06-02 Uop Llc Hydroprocessing reactor internals having reduced height
US10589244B1 (en) 2019-02-07 2020-03-17 Uop Llc Hydroprocessing reactor internals having reduced height
CN110302724A (zh) * 2019-08-12 2019-10-08 海南汉地阳光石油化工有限公司 一种橡胶填充剂的生产系统
US11298670B2 (en) 2020-04-24 2022-04-12 Uop Llc Compact quench zone reactor internals
US11207650B1 (en) 2020-09-30 2021-12-28 Uop Llc Hydroprocessing reactor internals having reduced height

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000037171A1 (en) * 1998-12-21 2000-06-29 Chevron U.S.A. Inc. Distributor assembly
US20050129587A1 (en) * 2002-08-22 2005-06-16 Thomas Kao Reactor cup shell-in-shell riser for reaction vessel used in hydroconversion of fossil fuels
JP2009534171A (ja) * 2006-04-22 2009-09-24 バイエル・テクノロジー・サービシーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 反応器
WO2010138407A2 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Chevron U.S.A. Inc. Mixing device for a down-flow reactor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4597854A (en) 1985-07-17 1986-07-01 Mobil Oil Corporation Multi-bed hydrodewaxing process
JPS62194429U (ko) * 1986-05-30 1987-12-10
US5152967A (en) * 1988-12-14 1992-10-06 Exxon Research And Engineering Company Interzone mixing device
US5635145A (en) * 1994-08-23 1997-06-03 Shell Oil Company Multi-bed downflow reactor
US5690896A (en) * 1995-05-05 1997-11-25 Chevron U.S.A. Inc. Distributor assembly for multi-bed down-flow catalytic reactors
WO2000025944A1 (fr) * 1998-11-02 2000-05-11 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Classificateur a lit fluidise du type a plusieurs chambres
DE10329491A1 (de) * 2003-07-01 2005-01-27 Basf Ag Reaktor für gas/flüssig oder gas/flüssig/fest Reaktionen
US7104529B2 (en) * 2003-11-17 2006-09-12 Koch-Glitsch, Lp Method and apparatus for facilitating more uniform vapor distribution in mass transfer and heat exchange columns
FR2924950B1 (fr) * 2007-12-17 2012-02-24 Inst Francais Du Petrole Plateau filtrant de predistribution avec tube deverseur pour reacteur a lit fixe a co-courant descendant de gaz et de liquide

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000037171A1 (en) * 1998-12-21 2000-06-29 Chevron U.S.A. Inc. Distributor assembly
US20050129587A1 (en) * 2002-08-22 2005-06-16 Thomas Kao Reactor cup shell-in-shell riser for reaction vessel used in hydroconversion of fossil fuels
JP2009534171A (ja) * 2006-04-22 2009-09-24 バイエル・テクノロジー・サービシーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 反応器
WO2010138407A2 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Chevron U.S.A. Inc. Mixing device for a down-flow reactor
US20100303685A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Chevron U.S.A., Inc. Mixing device for a down-flow reactor
KR20120017078A (ko) * 2009-05-29 2012-02-27 셰브런 유.에스.에이.인크. 하향 유동 반응기를 위한 혼합 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118154A (ko) * 2015-04-01 2016-10-11 아이에프피 에너지스 누벨 혼합 및 교환 구역들을 갖는 혼합 및 분배 디바이스

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Publication number Publication date
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JP6231116B2 (ja) 2017-11-15
CN104837548A (zh) 2015-08-12

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