KR20150115915A

KR20150115915A - 혼합 장치를 구비한 다층 반응기

Info

Publication number: KR20150115915A
Application number: KR1020157024177A
Authority: KR
Inventors: 에미르 자이로빅; 잘코브 클라우스 리스베르그; 루이제 지반 샤흐; 자콥 브릭스; 미카엘 뵈; 올라브 홀름-크리스텐센
Original assignee: 할도르 토프쉐 에이/에스
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-10-14
Also published as: BR112015018769B1; JP2016511686A; BR112015018769A2; KR102170553B1; CN105188902A; SA515360852B1; US20150328610A1; JP6367831B2; MX369372B; MX2015009989A; CN105188902B; US9757703B2; EA201591448A1; ES2865200T3; EA033114B1; PT2953713T; WO2014122073A1

Abstract

본 발명은 원통 모양의 다층 촉매 반응기에서 두 촉매층 사이에 장착되는 혼합 장치로서, 상기 혼합 장치는 반응기의 내벽에 상응하는 원형 외부 테두리를 가지며, 혼합 장치는
상류 촉매층으로부터 유체를 수집하기 위한 수집 구획에 배치된 수집 수단,
수집된 유체를 혼합하기 위한 혼합 구획에 배치된 혼합 수단, 및
혼합된 유체를 하류 촉매층으로 배출하기 위한 배출 구획에 배치된 배출 수단을 포함하고,
여기서 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치되는 혼합 장치와 관련된 혼합 방법 및 촉매 반응기에서 이러한 혼합 장치의 사용에 관한 것이다.

Description

혼합 장치를 구비한 다층 반응기{MULTI-BED REACTOR WITH MIXING DEVICE}

본 발명은 혼합 장치를 포함하는 반응기, 구체적으로 멀티-베드 하이드로프로세싱 반응기에 관한 것이다. 구체적으로, 혼합 장치는 미립자 촉매 물질이 수직으로 중첩된 충전층을 포함하는 하향류 촉매 반응기에서 사용하기 위한 것으로서, 액체, 액체와 기체 혼합물 또는 증기가 충전층을 통해 아래로 흐르면서 가공된다. 이 종류의 반응기는 황 및 질소 전환(HDS/HDN); 올레핀의 수소화(HYD) 및 방향족의 수소화(하이드로디아로마티제이션 - HDA), 금속제거(하이드로메탈리제이션 - HDM), 산소 전환(하이드로옥시게네이션 - HDO) 및 하이드로크랙킹(HC)와 같은 다양한 촉매 반응을 수행하기 위한 석유 및 화학 가공 산업에서 사용된다.

하이드로크랙킹은 중유 부분을 경유 부분으로 전환하기 위한 과정이다. 하이드로프로세싱은 하이드로프로세싱 유닛의 핵심 요소인 하이드로프로세싱 촉매 반응기에서 일어난다. 하이드로프로세싱 촉매 반응기는 단일 또는 다수 촉매층을 가질 수 있다. 이것의 선택사항은 공급원료의 원하는 특성을 가진 생성물로의 전환에 필요한 촉매량에 따라서 특정 반응기에 대해 선택된다. 대부분의 하이드로프로세싱 반응은 발열반응이며, 공급원료가 촉매층을 통과하면서 열이 발생된다. 필요한 것보다 고온에 촉매가 노출되어 촉매의 탈활성화가 가속화되지 않도록 하기 위해서 필요한 부피의 촉매가 여러 개의 층으로 분할되며, 층들 사이에 냉각 구역(퀀칭 구획)이 설치된다. 냉각은 "퀀치 파이프"를 통한 냉 수소 기체의 도입에 의해서 달성된다. 냉각에 더해서, 퀀치 구역은 이 구획을 떠나 하부층으로 향하는 액체상의 종들/온도들의 공간적 균일성을 달성해야 한다. 이 목적을 위해서 혼합 챔버가 이 구획에 설치된다.

냉각 및 혼합 단계 후 유체는 아래 촉매층에 균일하게 분포되어야 한다. 이 목적을 위해서 분포 트레이가 혼합 챔버 아래 하부 촉매층 위에 설치된다. 최고의 분포 품질을 달성하기 위하여 분포기 트레이가 자신의 감도 한계 내에서 작동하는 것이 보장되어야 한다. 분포기 트레이는 필요하다면 액체 깊이만큼 긴 상태로 작동할 수 있으며, 트레이에서 한 단부에서 트레이의 다른 단부까지 10mm를 넘지 않는다. 따라서, 혼합 챔버를 빠져나오는 유체의 유동 변수는 상이한 수단들에 의해서 주로 변화되며, 분포기 트레이의 최상의 성능을 위해 필요한 값이 유도된다.

상기 설명으로부터 알 수 있듯이 퀀치 구획의 현재 구조는 퀀치 파이프, 혼합 챔버, 스플래시 플레이트, 러프 컷 트레이(선택적) 및 분포기 트레이로 구성된다. 일부 접근법에서 상부 촉매층을 보유한 촉매 지지 그리드와 촉매 그리드 지지 빔이 퀀치 구획의 일부로 간주된다.

이들 요소는 자신의 체적은 물론 요소들의 설치, 해체, 유지관리 및 청소의 목적을 위하여 요소 각각에 대한 접근을 제공하기 위해 필요한 요소간 자유 체적에 의해서 반응기 공간의 대부분을 점유한다.

퀀치 구획의 높이는 하부 촉매층에서 상부 촉매층까지의 거리이다. 퀀치 구획에 의해서 점유된 체적은 "비활성" 반응기 체적이며, 이 체적의 감소는 활성 반응기 체적의 증가가 달성되어야 할 경우 중요하다. 퀀치 구획 높이의 감소에 의해서 절약된 공간은 추가 촉매의 로딩(개조)이나 총 반응기 높이의 감소(새 반응기)에 사용될 수 있다.

공지된 기술의 혼합기는 효과적인 혼합 및 혼합기의 공간 요건의 문제에 대한 해결책을 제안한다. US 8017095는 압력 강하의 증가 없이 촉매 반응기의 높이 제한된 층간 공간에서 기체와 유체의 혼합을 제공하기 위한 수단을 개시한다. 특히, 이 장치는 2-상 시스템의 기체상과 액체상을 혼합하는데 있어서 기존 혼합 체적의 유효성을 개선한다. US 8017095에 따르면, 혼합 장치는 유입 배출물에 매우 아치형인 유동을 생성하고 촉매 반응기의 제한된 층간 공간 내에서 높은 정도의 혼합을 달성하는 것을 돕는다.

퀀치 구획의 모든 요소들의 설치, 해체 및 유지관리 요건뿐만 아니라 청소를 위해서, 어떤 요소에 대한 충분한 접근을 위해 충분한 공간을 제공하는 것이 중요하다. 반응기에서 작업의 복잡성을 최소화하기 위해 이 구획의 모든 요소들의 모든 통로의 간편하고 신속한 개방/폐쇄를 가능하게 할 필요가 있다.

따라서, 공지된 혼합기보다 특히 수직으로 반응기 공간을 적게 점유하고, 제한적인 압력 강하하에 효과적으로 혼합하는 개선된 효과적인 혼합기를 제공할 필요성이 존재한다.

본 발명은 냉각, 혼합 및 재분포의 측면에서 고 효율 퀀치 구획을 제공하며, 이것은 설치, 유지관리 및 청소와 관련된 모든 다른 앞서 열거된 요건을 충족하면서 최소한의 반응기 체적을 점유한다. 이것은 많은 기존 반응기 및 새로운 반응기 유닛에서 용도를 찾을 수 있다.

본 발명의 제 1 항에 따른 신규 혼합기 디자인은 원통 모양의 다층 촉매 반응기에서 두 촉매층 사이에 장착되는 혼합 장치이다. 이 혼합 장치는 반응기의 내벽에 상응하는 원형 외부 테두리를 가지며, 혼합 장치의 외부 테두리는 반응기 벽의 일체화된 부분일 수 있어서 반응기 벽이 혼합기의 외벽을 제공하거나, 또는 반응기에 연결되거나 반응기 벽의 내측에 인접 위치된 반응기에 독립적인 벽일 수 있다. 혼합 장치는 상류 촉매층으로부터 유체를 수집하기 위한 수집 구획에 배치된 수집 수단, 수집된 유체를 혼합하기 위한 혼합 구획에 배치된 혼합 수단, 및 혼합된 유체를 하류 촉매층으로 배출하기 위한 배출 구획에 배치된 배출 수단을 포함한다. 특히, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치된다. 이 방식에서, 혼합기의 중앙은 반응기 내부와 혼합기 자체의 점검과 유지관리에 사용될 수 있는 자유 공간이며, 그럼에도 불구하고 반응기의 단면의 최대 면적과 원주 거리가 반응기와 혼합기의 단면 영역(원형)의 중앙을 벗어난 영역이므로 효과적인 혼합을 위한 큰 면적과 거리가 보장된다.

본 발명의 한 구체예에서, 혼합 장치는 도넛 모양을 가지며, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 도넛 고리의 외부 부분에 배치되고, 중앙 부분은 상기 구체예에서처럼 자유 공간이다. 더 구체적으로, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 반응기의 원형 단면 영역의 중앙 1/3 외부에, 바람직하게는 반응기의 원형 단면 영역의 중앙 절반 외부에 배치된다. 따라서, 높이에 비해 혼합기에 큰 면적과 먼 거리가 배치되고, 점검 및 유지관리를 위한 큰 자유 중앙 공간이 확보된다.

수평 3-레벨 혼합

상기 설명된 발명의 제1 양태에서, 혼합 장치는 수집 수단, 혼합 수단 및 배출 수단이 다른 구획으로부터 하나의 구획을 수평 분할하거나 반응기의 원형 단면의 중앙으로부터 하나의 구획을 분할하는 원형 아치형 분할기 벽을 포함하는 채널을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 이 제1 양태는 따라서 수평 3-레벨 혼합을 수행한다. 혼합기 본체는 도넛 모양이고, 원형 아치형 분할기 벽에 의해 분할되며, 이것은 실질적으로 나선(내향 나선)을 형성하여 혼합기를 세 개의 연결된 구획, 즉 수집, 혼합 및 배출 구획으로 분할한다. 혼합기 위 촉매층으로부터의 기체 및 액체 유출물이 혼합기의 상부에서 수집되어 최대 반응기/혼합기 직경에 위치된 수집 채널로 보내진다. 수집된 액체와 기체는 수집 및 혼합 챔버를 연결하는 개구를 향해 보내진다. 기체와 액체가 혼합 채널에 들어간 후 이들은 원형 아치형 움직임으로 혼합기 내를 이동/회전한 다음 배출 채널로 들어간다. 액체와 기체는 이 목적을 위해 설계된 개구를 통해 혼합기로부터 배출된다. 기체상 및 액체상의 배출 방향은 반응기 중앙을 향한다. 혼합기를 떠나는 기체와 액체의 제어된 유동 패턴에 의해서 달성된 분포기 트레이 위에서 균일한 압력 프로파일은 분포기 트레이 상에서 액체의 균일한 활동성에 기여하며, 그 결과 트레이 아래의 촉매층에 균일한 기체 및 액체 분포가 이루어진다.

본 발명의 이 제1 양태의 한 구체예에서, 혼합 장치의 수집 수단은 상류 촉매층으로부터의 유체를 수집하기 위한 하나의 입구를 가진다. 그리고, 추가의 구체예에서, 혼합 장치는 수집된 유체에 퀀치 유체를 첨가하기 위한 퀀치 입구를 더 포함하고, 상기 퀀치 입구는 수집 구획에 배치된다. 한 구체예에서, 퀀치 입구는 수집 채널의 개구로부터 약 180°에 위치된 기체관일 수 있다. 퀀치 기체관은 수집 채널에 삽입될 수 있으며, 예를 들어 냉 수소 기체가 혼합기에 직접 도입될 수 있다. 퀀치 고리는 필요하지 않다.

본 발명의 이 제1 양태의 추가의 구체예에서, 수집 구획은 혼합 구획에 대해 반응기의 외부의 일반적으로 원형 단면 영역에 배치되고, 혼합 구획은 배출 구획에 대해 반응기의 외부의 일반적으로 원형 단면 영역에 배치된다. 상기와 같이, 혼합기, 수집, 혼합 및 배출의 활성 면적은 원주 거리가 최대인 원형 영역의 외부 부분에 위치되고, 이는 긴 유로를 보장하여 효과적인 혼합과 균일한 배출이 낮은 압력 손실하에 가능하며, 동시에 검사 및 점검 활동을 위한 자유로운 혼합기의 중앙 부분을 남기는데, 이들은 모두 본 발명의 주요 목적 및 이점이다.

수직 3-레벨 혼합

상기 설명된 발명의 제2 양태에서, 혼합 장치는 수집 구획이 배출 구획에 대해 반응기의 상류 축 레벨에 배치되도록 구성된다. 본 발명의 이 제2 양태는 따라서 수직 3-레벨 혼합을 수행하며, 그럼에도 각 구획은 각 레벨 사이의 경계가 점진적으로 이행할 수 있으므로 특별히 분리된 레벨로 있지 않을 수 있다. 본 발명의 이 제2 양태의 한 구체예에서, 혼합기는 도넛 모양이고, 나선(하향 나선)에 의해서 세 개의 연결된 구획, 즉 1) 수집, 2) 혼합 및 3) 배출 구획으로 분할된다. 혼합기 위 촉매층으로부터의 기체 및 액체 유출물이 혼합기의 상부에서 수집되어 최대 반응기 직경에 위치된 수집 채널로 보내진다. 액체, 공정 기체 및 아마도 냉 퀀치 수소 기체의 혼합물이 적어도 하나의 개구를 통해 혼합 채널로 보내진다. 기체와 액체 혼합물은 혼합 채널을 통해 함께 한 구체예에서 180°이동하고, 이후 혼합 채널의 아래의 레벨에 있는 배출 채널로 들어간다. 기체와 액체는 배출 채널을 통해 계속 이동하면서 이 목적을 위해 설계된 슬롯을 통해 혼합기로부터 점진적으로 방출된다. 배출된 기체는 플러그 유동으로서 혼합기 아래의 레벨로 들어가고, 액체는 다음 두 가지 방식으로 방출될 수 있다: 1) 반응기의 중앙을 향해, 또는 2) 최대 혼합기 반경에 있는 개구로부터 반응기 벽을 향해.

혼합기를 떠나는 기체와 액체의 제어된 유동 패턴에 의해서 달성된 분포기 트레이 위에서 균일한 압력 프로파일은 혼합기 아래의 분포기 트레이 상에서 액체의 균일한 활동성에 기여하며, 그 결과 트레이 아래의 촉매층에 균일한 기체 및 액체 분포가 이루어진다.

본 발명의 특정 구체예에서, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 각각 반응기의 일반적으로 원형 단면 영역의 적어도 120°섹터에 배치된다. 적어도 120°는 세 과정이 각각 긴 경로로 효과적으로 수행되는 것을 보장한다. 세 경로는 반드시 동일한 길이일 필요는 없고, 특히 혼합 구획은 소량의 압력 손실하에 효과적인 혼합을 확보하기 위해서 120°초과 섹터에 배치되는 것이 유익할 수 있고, 배출 구획은 혼합기의 전체 원 내에서 유체의 균일한 배출을 보장하기 위해서 약 360°에 배치되는 것이 유익할 수 있다.

반응기 및 혼합기의 유체는 기체상, 액체상 및 증기상을 모두 포함할 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 균일한 혼합은 배출 수단이 유체의 액체상을 위한 넘침방지 챙을 제공하는 내부 원형 아치형 분할기 벽을 포함하도록 혼합기를 구성함으로써 더 개선된다. 이것은 기체상과 액체상이 모두 혼합기의 전체 원과 반응기의 전체 단면 영역을 따라 균일 분포되는 효과를 가진다. 본 발명의 다른 구체예에서, 대신에 외부 넘침방지 챙이 있을 수 있거나, 또는 본 발명의 추가의 구체예에서처럼 유체의 액체상의 균일한 분포를 위해 내부 및 외부 넘침방지 챙이 모두 있을 수 있다.

반응기 및 내부의 하나 이상의 혼합기의 구성을 최적화하기 위해서, 하나 이상의 혼합 장치는 반응기의 총매층 지지체의 일체화된 부분을 형성할 수 있다. 이것은 전체 구성의 건조물-높이가 혼합기와 지지체가 분리된 구성과 비교하여 감소될 수 있다는 이점을 가진다. 또한, 이 구성의 재료 비용도 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 구체예에서, 혼합 장치는 반응기의 축 방향에서 1m 미만, 바람직하게 0.5m 미만의 높이를 가진다.

본 발명의 제3 양태에서, 거의 원통형인 촉매 반응기(반응기의 윤곽 부분의 대부분으로 거의 이해된다)는 하부 촉매층 위에 중첩된 상부 촉매층을 가지며, 본 발명의 상기 설명된 구체예 중 어느 것에 따른 적어도 하나의 혼합 장치가 제공된다.

또, 본 발명의 제4 양태는 반응기의 상부 촉매층과 하부 촉매층 사이에서 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법이다. 이 과정의 제1 단계에서, 상부 촉매층으로부터 유체 유동의 단면 영역은 유체를 수집하기 위해 반응기의 일반적으로 원형 단면 영역의 120°-360°섹터의 방사상으로 바깥쪽 1/3 내에서 반응기의 단면 영역에 배치된 수집 구획에 제한된다. 이것은 단면 영역의 중앙에서 유체가 아래쪽으로 유동하는 것을 방지함으로써, 예를 들어 단면 영역의 중앙에 위치된 플레이트에 의해 행해진다.

다음에, 수집된 유체는 혼합 구획에서 원형 혼합기의 외부 부분의 접선 방향으로 유동하도록 혼합 장치에 의해서 안내된다. 본 발명의 추가의 구체예에서, 유체는 두 접선 방향으로 유동하도록 안내될 수 있고, 유체는 혼합기의 하나의 입구로부터 또는 혼합기의 복수의 입구로부터 하나 이상의 접선 방향으로 유동을 시작할 수 있다.

유체는 혼합 구획에서 원형 움직임으로 유동하며, 이렇게 하면서 유체는 내용물, 증기, 온도 및 속도의 측면에서 균질한 유체가 되도록 혼합된다. 유체가 혼합 거리, 원주가 가장 긴 혼합기의 원형 단면의 외부 부분으로 유동하기 때문에 효과적인 혼합이 달성된다. 혼합 장치의 중앙 부분에서는 혼합이 없으며, 즉 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치된 부분은 자유 공간으로서 개방되어 남는다.

유체가 혼합된 후 그것은 혼합 장치의 배출 구획 위를 더 유동하며, 여기서 그것은 하부 촉매층으로 배출되고, 적어도 일부는 적어도 하나의 접선 방향으로 유동한다. 또한, 배출 구획은 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치되며, 이로써 또한 배출은 긴 원주 거리에 걸쳐 수행되므로 플러그 유동으로서 균질하게 수행될 수 있다.

유체의 배출 유동은 접선 방향으로 원형 움직임으로 움직이지만, 그것은 또한 배출 구획으로부터 아래 촉매층을 향해 유동하면서 방사상으로 안쪽을 향해, 방사상으로 바깥쪽을 향해 또는 방사상으로 안쪽과 바깥쪽을 향해 움직이기도 한다. 배출 구획은 가장자리를 형성하는 적어도 하나의 넘침방지 챙을 포함할 수 있으며, 이것을 넘어 액체상이 흐를/쏟아질 수 있어 소적을 형성하고 기체상과 배합되어 혼합 장치로부터 배출되고 플러그 유동을 형성한다. 넘침방지 챙은 혼합 장치로부터 액체상의 균질한 배출을 보장하도록 돕는다.

촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 상기 설명된 방법에서, 유체는 기체상과 액체상과 아마도 증기상을 포함할 수 있다.

촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법의 한 구체예에서, 유체는 수집 구획에서 배출 구획으로 유동할 때 반응기에 대해 축 하향 방향으로 움직인다. 이로써, 유체는 수집 구획에서 혼합 구획으로 더 나아가 배출 구획으로 유동할 때 아래를 향해 나선 움직임을 수행한다.

촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법의 다른 구체예에서, 유체는 수집 구획에서 배출 구획으로 유동할 때 반응기에 대해 방사상 내향 방향으로 움직인다. 이로써, 유체는 수집 구획에서 혼합 구획으로 더 나아가 배출 구획으로 유동할 때 안쪽을 향해 원형 나선 움직임을 수행한다.

설명된 방법의 또 추가의 구체예에서, 유체는 두 설명된 움직임의 조합으로, 즉 혼합 장치의 수집 구획에서 혼합 구획으로 더 나아가 배출 구획으로 유동할 때 안쪽 및 아래쪽을 향해 원형 나선 움직임으로 유동할 수 있다.

본 발명의 특징

1. 반응기의 두 촉매층 사이에 장착된 혼합 장치(01)를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 상기 혼합 장치는 반응기의 내벽에 상응하는 원형 외부 테두리(02)를 가지며, 혼합 장치는

상류 촉매층으로부터 유체를 수집하기 위한 수집 구획(03)에 배치된 수집 수단,

수집된 유체를 혼합하기 위한 혼합 구획(04)에 배치된 혼합 수단, 및

혼합된 유체를 하류 촉매층으로 배출하기 위한 배출 구획(05)에 배치된 배출 수단

을 포함하고,

혼합 장치는 도넛 모양을 가지며, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 반응기의 원형 단면의 중앙(06) 외부에 배치되는 다층 촉매 반응기.

2. 특징 1에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 상기 혼합 장치의 외부 테두리가 반응기 벽의 일체화된 부분인 다층 촉매 반응기.

3. 특징 1에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획이 반응기의 원형 단면 영역의 중앙 1/3 외부에, 바람직하게는 중앙 절반 외부에 배치되는 다층 촉매 반응기.

4. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 수집 수단, 혼합 수단 및 배출 수단은 다른 구획으로부터 하나의 구획을 수평 분할하거나 반응기의 원형 단면의 중앙으로부터 하나의 구획을 분할하는 원형 아치형 분할기 벽(08)을 포함하는 채널(07)을 포함하는 다층 촉매 반응기.

5. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 수집 수단은 상류 촉매층으로부터 유체를 수집하기 위한 하나의 입구(09)를 가지는 다층 촉매 반응기.

6. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 혼합 장치는 수집된 유체에 퀀치 유체를 첨가하기 위한 퀀치 입구를 더 포함하며, 상기 퀀치 입구는 수집 구획에 배치되는 다층 촉매 반응기.

7. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 수집 구획은 배출 구획에 대해 반응기의 상류 축 레벨에 배치되는 다층 촉매 반응기.

8. 특징 1 내지 6 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 수집 구획은 혼합 구획에 대해 반응기의 외부의 일반적으로 원형 단면 영역에 배치되고, 혼합 구획은 배출 구획에 대해 반응기의 외부의 일반적으로 원형 단면 영역에 배치되는 다층 촉매 반응기.

9. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 각각 반응기의 일반적으로 원형 단면 영역의 적어도 120°섹터에 배치되는 다층 촉매 반응기.

10. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 배출 수단은 유체의 액체상을 위한 넘침방지 챙(10)을 제공하는 내부 원형 아치형 분할기 벽을 포함하는 다층 촉매 반응기.

11. 특징 1 내지 10 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 배출 수단은 혼합 장치로부터 유체의 수직 하향 출구를 제공하는 방사상 배출 가이드 날개(11)를 포함하는 다층 촉매 반응기.

12. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 혼합 장치는 반응기의 촉매층 지지체의 일체화된 부분을 형성하는 다층 촉매 반응기.

13. 전술한 특징 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 혼합 장치는 반응기의 축 방향으로 1m 미만, 바람직하게 0.5m 미만의 높이를 가지는 다층 촉매 반응기.

14. 상부 촉매층과 하부 촉매층 사이에서 원통 모양의 다층 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 반응기의 내벽에 상응하는 원형 외부 테두리를 가진 반응기 내의 도넛 모양 혼합 장치에서 수행되며, 상기 방법은

- 유체를 수집하기 위해 상부 촉매층으로부터 유체의 유동 단면 영역을 반응기의 일반적으로 원형 단면 영역의 120°-360°섹터의 방사상으로 바깥쪽 1/3에 배치된 반응기의 단면 영역에 배치된 수집 구획에 제한하는 단계,

- 수집된 유체를 적어도 하나의 접선 방향으로 유동시키는 단계,

- 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치된 혼합 구획에서 적어도 하나의 접선 방향으로 유동시키면서 유체를 혼합하는 단계, 및

- 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치된 배출 구획에서 적어도 하나의 접선 방향으로 유동시키면서 유체를 하부 촉매층으로 배출하는 단계

를 포함하는 방법.

15. 특징 14에 따른 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법으로서, 유체는 기체상과 액체상과 아마도 증기상을 포함하는 방법.

16. 특징 14 또는 15에 따른 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법으로서, 유체는 수집 구획에서 배출 구획으로 유동할 때 반응기에 대해 축 하향 방향으로 움직이는 방법.

17. 특징 14 또는 15에 따른 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법으로서, 유체는 수집 구획에서 배출 구획으로 유동할 때 반응기에 대해 방사상 내향 방향으로 움직이는 방법.

18. 황 및 질소 전환(HDS/HDN); 올레핀 및 방향족의 수소화, 금속 제거, 산소 전환 및 하이드로크랙킹을 위한 특징 1 내지 13 중 어느 것에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기의 사용.

본 발명은 본 발명의 구체예의 예를 도시하는 첨부한 도면에 의해서 더 예시된다.
도 1은 본 발명의 제1 양태의 한 구체예에 따른 혼합 장치의 등축 상면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 양태의 한 구체예에 따른 혼합 장치의 내부 부분의 등축 상면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2 양태의 한 구체예에 따른 혼합 장치의 등축 상면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 양태의 한 구체예에 따른 혼합 장치의 내부 부분의 등축 상면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 양태의 혼합 장치의 한 구체예의 직경 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제2 양태의 혼합 장치의 한 구체예에 따른 배출 구획의 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 제2 양태의 혼합 장치의 한 구체예에 따른 배출 구획의 하면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 제2 양태의 혼합 장치의 한 구체예에 따른 배출 구획의 직경 단면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제2 양태의 혼합 장치의 한 구체예에 따른 유동-원리 상면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제2 양태의 혼합 장치의 한 구체예에 따른 유동-원리 직경 단면도를 도시한다.
위치 번호
01. 혼합 장치
02. 원형 외부 테두리
03. 수집 구획
04. 혼합 구획
05. 배출 구획
06. 반응기의 원형 단면의 중앙
07. 채널
08. 원형 아치형 분할기 벽
09. 입구
10. 넘침방지 챙
11. 배출 가이드 날개

본 발명의 두 양태와 많은 구체예가 이후 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 1에 제시된 본 발명의 제1 양태인 수평 3-레벨 혼합의 등축 도면은 혼합 장치(01)의 상면도를 도시한다. 이 혼합 장치는 혼합 장치가 설치되는 원통형 반응기(미도시)의 내부 원형 벽에 상응하도록 원형 모양을 가진다. 특히, 혼합 장치의 외부 테두리(02)는 원형이다. 이 구체예에서, 혼합 장치는 외벽은 갖지 않지만 외부 테두리가 반응기의 내벽과 일치하므로 반응기 벽이 혼합 장치의 외백을 형성한다. 외부 테두리와 반응기 벽 사이의 미미한 틈은, 예를 들어 용접에 의해서 밀봉될 수 있다. 수집 구획(03)은 이 구체예에서 언급된 대로 내부 반응기 벽인 외벽과 원형 아치형 분할기 벽(08) 사이에 형성된다. 수집 구획은 원형 혼합 장치를 완전히 360°둘러서 최대 직경에 형성된다. 여기서, 상부 촉매층(미도시)으로부터 유동하는 유체는, 그것이 혼합 장치의 상부 가장자리에 의해서 형성된 입구(09)를 통해 들어감에 따라 수집된다. 이 구체예에서는 플레이트에 의해 단면 영역의 나머지 부분이 차단되므로 유체는 단지 입구를 통해 다음번 하부 촉매층과 더 나아가 수집 구획으로 유동할 수 있을 뿐이다. 본 발명의 한 구체예에서, 퀀치 입구(미도시)가 유체 스트림에 냉 퀀치 유체를 첨가하기 위해 수집 구획에 위치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 양태인 수평 3-레벨 혼합에 따른 혼합 장치의 내부를 도시한다. 원형 아치형 분할기 벽을 잘 볼 수 있으며, 이들은 실질적으로 내향 나선 방향으로 이어진 것으로 보인다. 수집 구획 내부에 혼합 구획(04)이 동일한 수평 레벨에서 외부 원형 수집 구획 내에 형성된다. 유체는 원형 아치형 분할기 벽에 의해서 형성된 나선의 개구를 통해 수집 구획에서 혼합 구획으로 유동한다. 또한 도시된 대로, 원형 아치형 분할기 벽의 슬롯은 수집 구획에서 혼합 구획을 향한 추가 통로를 형성할 수 있다. 기체와 아마도 액체와 증기의 혼합은, 그것이 혼합 장치의 거의 최대 직경에서 약 360°를 이동함에 따라 혼합 채널에서 일어나고, 이후 원형 아치형 분할기 벽에 의해서 형성된 나선의 개구를 통해서 일부 그리고 벽의 슬롯 개구를 통해서 일부 배출 구획(05)으로 들어간다. 배출 구획에서 혼합된 기체와 아마도 액체와 증기는 균일한 유동으로 혼합기를 떠난다. 넘침방지 챙(10)은 증기 승강 원리를 통해 배출 구획에서 액체를 균일한 레벨로 억제한다; 기체가 액체의 소적을 승강시키고 그것을 수집 구획으로부터 개방 공간 중심부(반응기(06)의 원형 단면의 중앙이기도 하다)와 더 나아가 하부 촉매층(미도시)을 향해 운반한다. 배출 구획은 또한 혼합 장치(미도시)의 외경을 향해 유체의 배출을 허용하도록 구성될 수 있다. 하부 촉매층에 유체의 분포를 더 안정적으로 하기 위해서, 본 분야에 공지된 것과 같은 분포 트레이(미도시)가 혼합 장치 아래 하류 촉매층 위에 설치될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이 원형 아치형 분할기 벽은 수집, 혼합 및 배출 구획을 형성하는 채널(07)을 형성한다.

본 발명의 제2 양태인 도 3에 수직 3-레벨 혼합이 도시된다. 도시된 구체예에서, 원형 아치형 분할기 벽이 혼합 장치의 최대 직경 상에 제공되어 채널의 외벽을 형성한다. 이로써, 이 구체예에서 반응기의 내부 부분은 혼합 장치의 원형 외부 테두리의 직경이 반응기의 내벽의 직경에 상응함에도 불구하고 혼합 장치의 외벽을 형성하지 않는다. 혼합 장치는 도넛 모양이고, 아래쪽으로 감긴 나선에 의해 세 연결된 구획, 즉 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획으로 분할되며, 이들은 모두 혼합 장치와 반응기의 최대 직경에 형성된다. 혼합 장치 위의 촉매층으로부터 기체와 아마도 액체와 증기가 혼합 장치 위에서 수집되어 원형 아치형 분할기 벽에 의해 원형 아치형 채널로서 형성된 수집 구획으로 보내진다. 퀀치 입구(미도시)가 수집 구획에 위치될 수 있다. 유체 혼합물은 수집 구획의 단부에 있는 단일 개구를 통해 혼합 구획으로 보내진다.

도 4에서 더 잘 볼 수 있듯이 유체는 혼합 구획에서 180°로 원형 움직임으로 이동하고, 여기서 기체와 아미도 퀀치 유체, 액체 및 증기가 혼합되며, 이후 그것은 혼합 구획의 아래의 레벨인 배출 구획으로 들어간다. 기체와 아마도 액체는 배출 구획을 통해 계속 이동하면서 혼합 장치/반응기의 중앙을 향해 혼합 장치로부터 점진적으로 방출된다. 넘침방지 챙은 배출 구획의 전체 원에서 균일한 액체 레벨을 보장하고, 상기 설명된 대로 혼합 장치로부터 배출할 때 넘침방지 챙 위에서 기체가 액체 소적을 동반해서 간다. 또한, 혼합 장치(미도시)의 외경을 향한 배출도 가능하다.

본 발명의 제2 양태인 수직 3-레벨 혼합의 추가의 구체예에서, 배출 구획은 혼합된 유체가 혼합 장치의 중앙을 향하지 않고 아래쪽을 향해 배출되도록 한 구성을 가진다. 도 4를 참조하여 상기 설명된 구체예에서처럼 이것은 이 구체예에서, 혼합된 유체는 180°로 원형 움직임으로 혼합 구획에서 이동하고, 이후 그것은 도 5에서 볼 수 있듯이 혼합 구획의 아래의 레벨인 배출 구획으로 들어간다. 기체와 아마도 액체는 배출 구획을 통해 계속 이동하면서 도 6, 7, 8 및 10에 더 분명하게 도시된 배출 가이드 날개(11)에 의해 안내되어 배출 구획의 하부 부분으로부터 아래쪽을 향해 혼합 장치로부터 점진적으로 방출된다. 이 구체예에서, 가이드 날개는 또한 혼합 장치의 기계적 강도 및 강성에 기여한다.

도 9에 혼합 장치 위에서 유체 유동의 원리가 도시된다. 혼합 장치의 중앙이 차단됨에 따라 혼합기 위의 반응기 부분으로부터 유체가 수집 구획을 향해 밀려나가서 혼합 구획을 향해 보내진다. 유체 통과 지점 A가 도시되며, 혼합 구획 진입이 감소된 유동 영역으로 인해서 다상 혼합을 위한 최적 레벨까지 가속된다. 지점 B에서 혼합 구획을 떠나면서 유체는 배출 구획에 도입된다. 도 10의 지점 B에서 볼 수 있듯이 유체 유동에 이용가능한 단면 영역의 증가로 인해서 이 지점으로부터 유체 속도가 감소한다. 유체는 배출 구획 주변을 선회하면서 점진적으로 혼합 장치로부터 배출된다. 배출은 배출 구획의 하부에 있는 배출 가이드 날개 사이에서 행해진다.

Claims

반응기의 두 촉매층 사이에 장착된 혼합 장치(01)를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기로서, 상기 혼합 장치는 반응기의 내벽에 상응하는 원형 외부 테두리(02)를 가지며, 혼합 장치는
상류 촉매층으로부터 유체를 수집하기 위한 수집 구획(03)에 배치된 수집 수단,
수집된 유체를 혼합하기 위한 혼합 구획(04)에 배치된 혼합 수단, 및
혼합된 유체를 하류 촉매층으로 배출하기 위한 배출 구획(05)에 배치된 배출 수단
을 포함하고,
혼합 장치는 도넛 모양을 가지며, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 반응기의 원형 단면의 중앙(06) 외부에 배치되는 다층 촉매 반응기.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합 장치의 외부 테두리가 반응기 벽의 일체화된 부분인 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항에 있어서, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획이 반응기의 원형 단면 영역의 중앙 1/3 외부에, 바람직하게는 반응기의 원형 단면 영역의 중앙 절반 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 수단, 혼합 수단 및 배출 수단은 다른 구획으로부터 하나의 구획을 수평 분할하거나 반응기의 원형 단면의 중앙으로부터 하나의 구획을 분할하는 원형 아치형 분할기 벽(08)을 포함하는 채널(07)을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 수단은 상류 촉매층으로부터 유체를 수집하기 위한 하나의 입구(09)를 가지는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 장치는 수집된 유체에 퀀치 유체를 첨가하기 위한 퀀치 입구를 더 포함하며, 상기 퀀치 입구는 수집 구획에 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 구획은 배출 구획에 대해 반응기의 상류 축 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 구획은 혼합 구획에 대해 반응기의 외부의 일반적으로 원형 단면 영역에 배치되고, 혼합 구획은 배출 구획에 대해 반응기의 외부의 일반적으로 원형 단면 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 구획, 혼합 구획 및 배출 구획은 각각 반응기의 일반적으로 원형 단면 영역의 적어도 120°섹터에 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 배출 수단은 유체의 액체상을 위한 넘침방지 챙(10)을 제공하는 내부 원형 아치형 분할기 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 배출 수단은 혼합 장치로부터 유체의 수직 하향 출구를 제공하는 방사상 배출 가이드 날개(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 장치는 반응기의 촉매층 지지체의 일체화된 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 장치는 반응기의 축 방향으로 1m 미만, 바람직하게 0.5m 미만의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기.
상부 촉매층과 하부 촉매층 사이에서 원통 모양의 다층 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 반응기의 내벽에 상응하는 원형 외부 테두리를 가진 반응기 내의 도넛 모양 혼합 장치에서 수행되며, 상기 방법은
- 유체를 수집하기 위해 상부 촉매층으로부터 유체의 유동 단면 영역을 반응기의 일반적으로 원형 단면 영역의 120°-360°섹터의 방사상으로 바깥쪽 1/3에 배치된 반응기의 단면 영역에 배치된 수집 구획에 제한하는 단계,
- 수집된 유체를 적어도 하나의 접선 방향으로 유동시키는 단계,
- 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치된 혼합 구획에서 적어도 하나의 접선 방향으로 유동시키면서 유체를 혼합하는 단계, 및
- 반응기의 원형 단면의 중앙 외부에 배치된 배출 구획에서 적어도 하나의 접선 방향으로 유동시키면서 유체를 하부 촉매층으로 배출하는 단계
를 포함하는 방법.
제 14 항에 있어서, 유체는 기체상과 액체상과 아마도 증기상을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 유체는 수집 구획에서 배출 구획으로 유동할 때 반응기에 대해 축 하향 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 유체는 수집 구획에서 배출 구획으로 유동할 때 반응기에 대해 방사상 내향 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 촉매 반응기 내부를 유동하는 유체를 혼합하는 방법.
황 및 질소 전환(HDS/HDN); 올레핀 및 방향족의 수소화, 금속 제거, 산소 전환 및 하이드로크랙킹을 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 혼합 장치를 포함하는 원통 모양의 다층 촉매 반응기의 사용.