KR20160004387A - 리액터 패킹 - Google Patents

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KR20160004387A
KR20160004387A KR1020157034506A KR20157034506A KR20160004387A KR 20160004387 A KR20160004387 A KR 20160004387A KR 1020157034506 A KR1020157034506 A KR 1020157034506A KR 20157034506 A KR20157034506 A KR 20157034506A KR 20160004387 A KR20160004387 A KR 20160004387A
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reactor wall
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KR1020157034506A
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조나단 제이 페인슈타인
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존플로우 리액터 테크놀로지스, 엘엘씨
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Abstract

주입구, 배출구, 벽 및 축을 갖는 리액터 내로의 삽입을 위한 구조화된 패킹이다. 패킹은 제 1 부분과 제 1 부분에 대해 이동이 자유로운 제 2 부분을 포함한다. 제 1 부분은 적어도 하나의 외부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 외부 에지를 갖고 제 2 부분은 상기 외부 표면 및/또는 외부 에지를 따라 이동할 수 있다. 제 2 부분은 적어도 하나의 내부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 내부 에지를 갖고 제 1 부분은 상기 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따라 이동할 수 있다.

Description

리액터 패킹{REACTOR PACKING}
(관련된 출원의 상호 참조)
본 출원은 2012년 4월 23일에 제출된 미국 비가출원 특허 시리즈 13/453,275에 우선권을 주장하며 그것은 2011년 5월 10일에 제출된 미국 가출원 특허 시리즈 61/518,703와 2011년 9월 22일에 제출된 미국 가출원 특허 시리즈 61/626,201의 우선권을 차례로 주장한다. 그 각각의 전체 내용은 참조로써 본원에 포함된다.
본 발명은 리액터용 구조화된 패킹에 관한 것이다.
랜덤 리액터 패킹은 리액터 벽과 리액터를 통해 통과하는 유체 사이에 양호한 열 전달을 제공한다. 패킹 내의 입자는 리액터 벽에 상으로의 충돌을 포함하는 다양한 방향으로 유동하는 유체를 랜덤으로 지향하게 한다. 그러한 충돌은 리액터 벽에서 경계층을 걸쳐 열 전달 계수에서의 증가를 발생시킨다. 대량의 유체가 리액터 벽에 대해 일반적으로 평행하게 유동하는 반면 리액터 벽을 충돌하는 유체의 방향 전환은 유체가 벽에 대해 평행하게 유동하는 것을 방해하고 그렇지 않다면 경계층을 걸쳐 열 전달 계수가 상대적으로 낮아지게 하므로 패킹이 벽에 가장 근접하거나 또는 바람직하게 접촉되어 있을 때 가장 효과적이다.
랜덤 패킹은 입자가 입자 사이 및 입자와 리액터 벽 사이의 간극을 충전하도록 서로에 대해 자유롭게 이동할 수 있다는 점에서 구조화된 패킹에 대하여 이점을 갖는다. 그러한 간극은 리액터 벽과 리액터 내부의 유체 사이의 열 전달 계수를 낮게 만든다는 점에서 바람직하지 않다.
구조화된 패킹은 랜덤 패킹보다 높은 공동 용적을 가질 수 있다는 점에서 랜덤 패킹에 대하여 이점을 갖는다. 구조화된 패킹과 관련되는 그러한 높은 공동 용적은 보다 낮은 압력 강하를 발생시킨다. 또한 구조화된 패킹은 리액터와 그 주위 사이에서 열 전달 향상을 위해 가장 이점을 갖는 방향으로 유동하는 유체를 지향시키도록 디자인될 수 있다. 그러한 이점을 갖는 방향은 예를 들면, 그 상을 충돌하도록 벽으로 향하거나 또는 벽을 왕복하는 유동 질량의 균형을 위해 벽으로부터 떨어져 리액터 벽에 대해 수직이다.
구조화된 패킹은 리액터 내부에 패킹의 삽입을 용이하게 하도록 패킹 및 내부 리액터 벽 사이의 임의의 거리, 간격 또는 간극을 갖도록 디자인되었다. 구조화된 패킹은 리액터 벽을 향해 이동하는 구조화된 패킹의 외부 부분을 가압하도록 외향 방사상 방향으로 이동하는 분리된 내부 기계 장치를 포함할 수 있는 그러한 간극을 갖도록 디자인된다. 또한 구조화된 패킹은 리액터 벽으로부터 분리되는 경향이 있고 그 때문에 간극이 없을 때보다 벽에서의 경계층을 통해 보다 낮은 열 전달 계수를 발생시킨다.
본 발명의 목적은 구조화된 패킹을 제공함으로써 리액터와 그 환경 사이의 열 전달을 향상하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 리액터를 걸쳐 압력 강하의 감소를 발생하는 구조화된 패킹을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 리액터 내부로 구조화된 패킹의 삽입 중 및 리액터의 수명 전체에 걸쳐 리액터 벽을 향해 구조화된 패킹의 외부 부분을 가압하도록 방사상 방향으로 이동하는 임의의 내부 장치 없이 리액터 벽에 접촉되거나 또는 정밀한 허용 공차를 유지하는 구조화된 패킹을 제공하는 것이다.
전술한 목적과 다른 목적은 아래에 명시된 공개에 따라 당업자에게 명백해질 것이다.
구조화된 패킹은 주입구, 배출구, 벽 및 축을 갖는 리액터 내의 사용을 위해 제공된다. 바람직하게 리액터는 관상 구조를 갖는다. 리액터는 촉매 리액터이며 구조화된 패킹의 적어도 일부는 리액터 내에서 수행될 반응을 위해 적합한 촉매로써 코팅되어 있다.
패킹은 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고 제 2 부분은 제 2 부분의 직경의 증가를 발생하는 제 1 부분에 대하여 제 2 부분의 이동과 같이 제 1 부분에 대하여 이동이 자유롭다.
제 1 부분, 즉, 리액터 코어는 리액터 축에 근접하여 위치되고 실질적으로 강성이다. 제 2 부분, 즉, 리액터 케이싱은 코어와 리액터 벽 사이에 위치되며 리액터 벽과 일치하는 외부 길이가 되도록 충분히 가요성을 갖는다.
바람직하게는 제 1 부분은 적어도 하나의 외부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 외부 에지를 가지며 제 2 부분은 외부 표면 및/또는 외부 에지를 따라 이동할 수 있다. 일반적으로 외부 표면 및/또는 외부 에지를 따르는 제 2 부분의 이동은 제 2 부분의 외부 주변부 길이의 변화를 발생한다. 경사진 각은 약 1 내지 80°값을 갖고 바람직하게는 5 내지 35°이다.
제 2 부분이 적어도 하나의 내부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 내부 에지를 갖고 이러한 제 1 부분이 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따라 이동할 수 있는 것이 바람직하다. 일반적으로 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따르는 제 1 부분의 이동은 제 2 부분의 외부 주변부 길이의 변화를 발생한다. 경사진 각은 약 1 내지 80°값을 갖고 바람직하게는 5 내지 35°이다.
바람직하게는 리액터 튜브 및 축은 수직이며 제 1 부분은 고정적이며 제 2 부분은 중력과 제 2 부분에 근접하도록 발생되거나 바람직하게는 리액터 벽에 접촉하는 리액터를 통해 하향으로 유동하는 유체의 차등 압력의 가압에 의해 하향으로 이동하도록 유도된다.
또한, 제 1 부분에 대한 제 2 부분의 이동은 제 2 부분의 확장에 영향을 주는 축을 제외한 방향 내에 존재할 수 있다. 그러한 대안적인 이동의 예는 나선형 또는 나선형 이동이다.
바람직하게는 리액터는 촉매 리액터이며 패킹의 적어도 일부는 리액터 내에서 수행될 반응을 위해 적합한 촉매로 코팅된다.
본 발명에 의하면, 리액터를 걸쳐 압력 강하의 감소를 발생하는 구조화된 패킹을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 리액터 내부로 구조화된 패킹의 삽입 중 및 리액터의 수명 전체에 걸쳐 리액터 벽을 향해 구조화된 패킹의 외부 부분을 가압하도록 방사상 방향으로 이동하는 임의의 내부 장치 없이 리액터 벽에 접촉되거나 또는 정밀한 허용 공차를 유지하는 구조화된 패킹을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 중 하나의 종단면도이다.
도 1을 참조하면 구조화된 패킹(1)은 벽(2)을 갖는 리액터 내부에 수용된다. 패킹(1)은 지지 플렛폼(6) 상에 고정된 중앙 로드(5) 상에 장착된 일련의 모듈(3, 4)로 구성된다[로드(5) 및 플렛폼(6)은 사선 영역으로 예시한다]. 각각의 모듈은 그 하단 영역에 부착된 원뿔형의 베이스(8), 코어(9)(점 영역으로 예시됨) 및 케이싱(10)을 갖는 두꺼운 벽의 원통형 부재인 슬리브(7)(회색 영역으로 도시됨)으로 구성된다.
모듈(3, 4)는 로드(5) 상을 활주하며 리액터 용적을 충전하도록 서로 포개진다. 코어(9)는 일련의 평탄한 포개지고 교차하는 평탄한 파형의 원뿔을 포함한다(파형의 원뿔은 평탄한 원뿔 사이에 지지대로서 작용함). 평탄한 파형의 원뿔은 유체의 유동을 그를 통해 허용하도록 천공되거나 또는 코어(9)를 통해 유체의 흐름을 방해하거나 방지하도록 고체화될 수 있다.
코어(9) 및 케이싱(10)은 절단된 원뿔 표면의 형태로 벽(2)에 대해 경사진 각으로 에지 및/또는 표면을 따라 서로 인접해 있다. 코어(9)는 실질적으로 강성이다. 케이싱(10)은 모든 원주 방향 및 방사상의 확장을 가능하게 하도록 충분한 가요성을 갖는다. 예로써, 케이싱(10)은 파형이 리액터의 축과 정렬되고 파형의 진폭이 벽(2)으로부터 코어(9)로의 거리인 파형 시트일 수 있다. 추가의 예로써, 케이싱(10)은 코어(9) 주위로 둘러싸이고 평탄한 원뿔의 경사진 상부 표면에 인접한 에지를 형성하도록 그 내부 표면에서 라인(11)에 도시된 바와 같은 경사진 컷아웃를 수용한다[코어(9)에서 라인(12)으로 도시됨]. 대안적으로, 케이싱(10)은 그 전체가 본원에 참고로써 포함되는 공개된 미국 특허 출원 2010-0202942 A1에 개시되는 패킹 타입으로 구성된다.
리액터의 모든 컴포넌트는 금속이다. 시트는 바람직하게는 금속 포일이다. 금속 포일 또는 패킹의 다른 부분은 바람직하게는 리액터 내부에서 발생할 수 있는 특정 반응에 적합한 촉매로써 부분적으로 또는 전체적으로 코팅된다.
리액터는 수직으로 배향된다. 유체는 주입구(13)부터 배출구(14)로 리액터를 통해 하향으로 유동한다. 로드(5), 슬리브(7), 원뿔(8) 및 코어(9)는 고정적이다. 케이싱(10)은 모든 중력 또는 경사진 에지를 하향으로 활주하는 이동 유체의 차등 압력에 의해 하향으로 가압됨으로써 외부 표면 또는 케이싱(10)의 주변부(15)를 리액터 벽(2)에 접촉하게 할 수 있다.
다음 세 개의 실시형태는 도 1의 리액터를 참조하고 코어(9)는 강성이며 케이싱(10)은 가요성을 갖고 바람직하게 케이싱(10)의 직경과 외부 주변부 모두가 외부 주변부 길이에서 압축되거나 또는 확장되는 것을 가능하도록 충분한 탄성을 갖는 시트 금속의 구성이다. 아래에 설명되는 세 가지 실시형태에서 코어(9) 및/또는 케이싱(10)은 일반적으로 리액터 내부에 소망된 반응을 수행하기 위해 적합한 촉매로써 부분적으로 또는 전체적으로 코팅된다.
제 1 실시형태에서 케이싱(10)은 어떠한 힘도 케이싱에 인가되지 않을때 그리고 리액터 내에서의 그 삽입 전, 외부 주변부 길이는 케이싱(10)이 삽입되는 리액터의 내부 원주보다 크다(예를 들면 약 1 내지 약 5%). 그 후에 케이싱(10)은 리액터의 내측면 직경과 동일한 외측면 직경으로 압착되고, 그 후에 코어(9)는 내측면 표면 또는 리액터의 내측면 직경과 동일한 케이싱(10)의 외측면 직경의 케이싱(10)의 에지에 인접도록 케이싱(10)에 대해 위치 설정되고 그 후 케이싱(10) 및 코어(9)는 리액터 내부의 유닛으로서 삽입된다.
제 2 실시형태에서 케이싱(10)은 임의의 힘도 케이싱에 적용되지 않을때 그리고 리액터 내측면에 삽입 전, 외부 주변부 길이는 케이싱(10)이 삽입되는 리액터의 내측면 원주와 동일하다. 따라서, 케이싱(10)은 리액터의 내측면 직경과 동일한 외측면 직경을 갖는다. 그 후 코어(9)는 내측면 표면 또는 리액터 내측면 직경과 동일한 케이싱(10)의 외측면 직경의 케이싱(10)의 에지에 인접하도록 케이싱(10)에 대해 위치 설정되고 그 후 케이싱(10) 및 코어(9)는 리액터 내부의 유닛으로서 삽입된다.
제 3 실시형태에서 케이싱(10)은 어떠한 힘도 케이싱에 적용되지 않을때 그리고 리액터 내측면에 삽입 전 외부 주변부 길이는 케이싱(10)이 삽입되는 리액터의 내측면 원주보다 작다(예를 들어 약 1 내지 약 5%). 그 후 케이싱(10)은 리액터 내측면 직경과 동일한 외측면 직경으로 확장된다. 그 후 코어(9)는 내측면 표면 또는 리액터의 내측면 직경과 동일한 케이싱(10)의 외측면 직경의 케이싱(10)의 에지에 인접하도록 케이싱(10)에 대해 위치 설정되고 그 후 케이싱(10) 및 코어(9)는 리액터 내부의 유닛으로서 삽입된다.
본 발명은 몇몇 실시형태로써 설명되었지만 개별적인 실시형태의 다양한 측면은 명확하게 설명되지 않은 부가적인 실시형태를 형성하도록 조합될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위 내에서 다른 실시형태는 당업자에게 명백할 것이다. 다음의 청구범위 내에 명백히 나타낸 것에 의해서만 본 발명의 범위가 제한된다.
1: 패킹 2: 벽
3, 4: 모듈 5: 중앙 로드
6: 플렛폼 7: 슬리브
8: 베이스 9: 코어
10: 케이싱 11, 12: 라인
13: 주입구 14: 배출구
15: 주변부

Claims (25)

  1. 주입구, 배출구, 벽 및 축을 갖는 리액터 내로의 삽입을 위한 구조화된 패킹이며,
    상기 패킹은 제 1 부분과 제 1 부분에 대해 이동이 자유로운 제 2 부분을 포함하며,
    제 1 부분은 적어도 하나의 외부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 외부 에지를 갖고 제 2 부분은 상기 외부 표면 및/또는 외부 에지를 따라 이동할 수 있으며,
    제 2 부분은 적어도 하나의 내부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 내부 에지를 갖고 제 1 부분은 상기 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따라 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 부분과 제 2 부분은 제 1 부분이 축에 근접하여 위치되고 제 2 부분이 제 1 부분과 리액터 벽 사이에 위치되도록 리액터 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 부분이 리액터 벽과 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  4. 제 2 항에 있어서,
    리액터 내로의 삽입 전 제 2 부분은 리액터 벽의 내부 원주보다 큰 외부 주변부 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 2 부분의 외부 주변부 길이는 리액터 벽의 내부 원주보다 1 내지 5% 큰 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  6. 제 2 항에 있어서,
    리액터 내로의 삽입 전 제 2 부분은 리액터 벽의 내부 원주와 동일한 외부 주변부 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  7. 제 2 항에 있어서,
    리액터 내로의 삽입 전 제 2 부분은 리액터 벽의 내부 원주보다 작은 외부 주변부 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 2 부분의 외부 주변부의 길이는 리액터 벽의 내부 원주보다 1 내지 5% 적은 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  9. 제 1 항에 있어서,
    외부 표면 및/또는 외부 에지를 따르거나 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따르는 제 2 부분의 이동은 제 2 부분이 그 외부 주변부의 길이를 변화하게 하는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 1 부분 및 제 2 부분 중 어느 하나의 경사진 각은 1 내지 80°값을 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 1 부분 및 제 2 부분 중 어느 하나의 경사진 각은 5 내지 35°값을 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  12. 제 1 항에 있어서,
    리액터는 촉매 리액터이며 패킹의 적어도 일부는 리액터 내에서 수행될 반응을 위해 적절한 촉매로써 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  13. 주입구, 배출구, 벽 및 축을 갖는 리액터 내로의 삽입을 위한 구조화된 패킹이며,
    상기 패킹은 제 1 부분과 제 1 부분에 대해 이동이 자유로운 제 2 부분을 포함하며,
    제 1 부분은 적어도 하나의 외부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 외부 에지를 갖고 제 2 부분은 상기 외부 표면 및/또는 외부 에지를 따라 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 부분과 제 2 부분은 제 1 부분이 축에 근접하여 위치되고 제 2 부분이 제 1 부분과 리액터 벽 사이에 위치되도록 리액터 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제 2 부분이 리액터 벽과 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  16. 제 14 항에 있어서,
    리액터 내로의 삽입 전 제 2 부분은 리액터 벽의 내부 원주보다 큰 외부 주변부 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제 2 부분의 외부 주변부 길이는 리액터 벽의 내부 원주보다 1 내지 5% 큰 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  18. 제 14 항에 있어서,
    리액터 내로의 삽입 전 제 2 부분은 리액터 벽의 내부 원주와 동일한 외부 주변부 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  19. 제 14 항에 있어서,
    리액터 내로의 삽입 전 제 2 부분은 리액터 벽의 내부 원주보다 작은 외부 주변부 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 2 부분의 외부 주변부의 길이는 리액터 벽의 내부 원주보다 1 내지 5% 적은 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  21. 제 13 항에 있어서,
    외부 표면 및/또는 외부 에지를 따르거나 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따르는 제 2 부분의 이동은 제 2 부분이 그 외부 주변부의 길이를 변화하게 하는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  22. 제 13 항에 있어서,
    제 1 부분 및 제 2 부분 중 어느 하나의 경사진 각은 1 내지 80°값을 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  23. 제 13 항에 있어서,
    제 1 부분 및 제 2 부분 중 어느 하나의 경사진 각은 5 내지 35°값을 갖는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  24. 제 13 항에 있어서,
    리액터는 촉매 리액터이며 패킹의 적어도 일부는 리액터 내에서 수행될 반응을 위해 적절한 촉매로써 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
  25. 제 13항에 있어서,
    제 2 부분은 적어도 하나의 내부 표면 및/또는 리액터 벽에 대해 경사진 각으로 배향된 내부 에지를 갖고 제 1 부분은 상기 내부 표면 및/또는 내부 에지를 따라 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 구조화된 패킹.
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