KR20160095031A - 강성 어셈블리를 고정시키기 위한 반응기 베드 구성요소 - Google Patents

강성 어셈블리를 고정시키기 위한 반응기 베드 구성요소 Download PDF

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KR20160095031A
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로버트 프랑크 탐메라
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엑손모빌 리서치 앤드 엔지니어링 컴퍼니
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Abstract

반응기 베드 구성요소는 기초 쇠살대(foundation grate), 강성 구조체 및 패스너를 포함한다. 기초 쇠살대는 특정 거리만큼 서로 이격되고 특정 높이를 갖는 지지판을 갖고, 각각의 지지판은 특정 각도로 배치된다. 강성 구조체는 상기 거리의 배수만큼 이격되고 특정 각도로 배치된 제 1 구조판, 및 고정되고 대각으로 배치된 제 2 구조판을 갖는다. 각각의 제 2 구조판은 상응하는 지지판의 상부 가장자리와 맞물리도록 수평 외연부를 갖고, 다수의 제 1 구조판은 인접한 지지판과 중첩되는 관계로 수평 외연부 아래로 연장되는 길이를 가져서, 제 1 방향에서 강성 구조체가 기초 쇠살대에 대해 수평으로 움직이는 것을 방지한다. 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향에서의 움직임에 대항하여 강성 구조체를 쇠살대에 고정시키도록 패스너를 배치한다.

Description

강성 어셈블리를 고정시키기 위한 반응기 베드 구성요소{REACTOR BED COMPONENT FOR SECURING RIGID ASSEMBLIES}
본원에 개시된 주제는 반응기 베드 구성요소, 특히 다상 반응 베드 용기 내에서 강성 어셈블리를 고정시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유동 접촉 분해(fluid catalytic cracking; FCC) 공정은 석유 및 석유화학 전환 공정에 이용된다. 이들 공정은 탄화수소-함유 공급원료의 효율적이고 선택적인 접촉 분해를 제공할 수 있다. 예를 들어, 작은 촉매 입자를 유동화시키고 열 활성 조건 하에서 긴밀하게 접촉시킴으로써 공급원료와 혼합하여 통상적으로 더 작은 분자량의 "분해된" 생성물을 생성시킬 수 있다. FCC 공정은 적어도 부분적으로는 소비된 촉매를 연속적으로 재순환 및 재생시키고 큰 부피의 탄화수소-함유 공급원료를 가공하는 능력으로 인해 유리하다.
FCC 공정에서는, 가장 유리하게는 유동화된 접촉 분해 단위장치의 상승관 반응기에서, 더 높은 분자량의 공급물을 유동화된 촉매 입자와 접촉시킨다. 공급물과 촉매 사이의 접촉은 목적하는 생성물의 유형에 따라 제어될 수 있다. 공급물의 접촉 분해시에는, 온도 및 촉매 순환 속도를 비롯한 반응기 조건을 조정하여, 목적하는 생성물의 형성을 증가시키고 경질 기체 및 코크스 같은 덜 바람직한 생성물의 형성을 감소시킬 수 있다.
다양한 유동화된 접촉 분해 반응기 상승관 및 반응기 용기 디자인을 이용할 수 있다. 예를 들어, 특정 유동화된 접촉 분해 반응기는 짧은 접촉 시간의 분해 구성을 이용한다. 이 구성에서, 촉매는 과도한 분해(이는 경질 탄화수소 기체 같은 덜 중요한 생성물의 생산을 증가시킬 뿐만 아니라 분해 촉매 상에서의 코크스 침착을 증가시킬 수 있음)를 감소시키기 위하여 제한된 시간동안 유동화된 접촉 분해기 공급 스트림과 접촉한다.
특정 유동화된 접촉 분해 구성에서는 촉매가 반응기 상승관에서 유동화된 접촉 분해기 공급원료와 접촉할 수 있고 촉매와 탄화수소 혼합물이 반응기 상승관으로부터 유동화된 접촉 분해 반응기 내로 유동된 직후에 촉매 및 탄화수소 반응 생성물을 분리시킬 수 있는 반응기 상승관 분해 구성을 이용한다. 다수의 상이한 유동화된 접촉 분해 반응기 디자인이 공지되어 있다. 예를 들면, 특정 디자인은 반응기 내부에 기계적 사이클론을 이용하여 탄화수소 반응기 생성물로부터 촉매를 분리한다. 이 분리 공정은 촉매와 탄화수소 사이의 상승관 후 반응을 감소시킬 뿐만 아니라 추가적으로 가공하기 위하여 분해된 탄화수소 생성물을 소비된 촉매(이는 재생되어 반응 공정 내로 재도입될 수 있음)로부터 분리할 수 있다.
FCC 반응기에서 분해된 탄화수소 생성물로부터 분리된 촉매는, 촉매가 전형적으로 FCC 재생기 용기로 보내어져서 "재생된 촉매"로 재생될 수 있기 때문에, 그 때까지는 "소비된 촉매"로 간주될 수 있다. 이러한 공정에서, 소비된 촉매는 기상 스트림 스트립핑 구역을 통해 유동하여, 대부분의 FCC 생성물로부터의 분리 후 촉매 상에 잔류하는 탄화수소 층중 대부분 또는 모두를 제거할 수 있다. 이어, 이 "스트립핑된" 촉매를 소비된 촉매 상승관을 통해 FCC 재생기로 보내어, 소비된 촉매를 산화시키고 잔류하는 탄화수소 및 코크스를 연소시킴으로써, 소비된 촉매를 재생된 촉매로 전환시킬 수 있다.
스트립핑 구역은 "구조화된 팩킹" 또는 "스트립핑 작업장(shed)"으로 공지되어 있는 하나 이상의 강성 구조체를 포함할 수 있다. 이들 강성 구조체는 편평한 금속판 또는 금속 거즈로부터 제조될 수 있는데, 이들은 소정 패턴으로 배열되어 유동 경로를 형성시키고 그를 통해 목적하는 표면적을 제공함으로써, 그 안의 촉매와 접촉할 수 있는 기상 스트림의 양을 증가시킬 수 있다. 스트립핑 구역은 기상 스트림으로부터의 압력뿐만 아니라 반응 베드 용기 내에서의 다른 힘으로 인한 강성 구조체의 움직임을 방지하기 위해 하나 이상의 지지 구조체를 추가로 포함할 수 있다. 그러나, 종래의 지지 구조체는 강성 구조체를 통한 촉매 및 기상 스트림의 유동 경로를 방해하고 시스템에서 바람직하지 못한 압력 강하를 형성시킬 수 있다.
이로써, 개선된 반응기 베드 구성요소, 및 강성 구조체를 반응 베드 용기에 고정시켜 그 안에서 동적 난류를 견딜 뿐만 아니라 압력 강하를 감소시키면서 개선된 유동 경로를 제공하여 반응 시스템을 통한 촉매의 유동을 증가시키기 위한 시스템 및 방법이 여전히 요구되고 있다.
개시된 주제의 목적 및 이점은 하기 상세한 설명에 기재되고 그로부터 명백해질 것이며, 개시된 주제의 실행에 의해 알게 될 것이다. 개시된 주제의 추가적인 이점은 본원의 상세한 설명 및 특허청구범위 뿐만 아니라 첨부된 도면에서 구체적으로 지적된 방법 및 시스템에 의해 실현 및 달성될 것이다.
이들 및 다른 이점을 달성하기 위하여, 또한 개시된 주제의 목적에 따라, 구체화되고 폭넓게 기재된 바와 같이, 개시된 주제는 반응기 베드 구성요소를 포함한다. 반응기 베드 구성요소는 거리(d)만큼 서로로부터 동일하게 이격된 복수개의 실질적으로 평행한 지지판을 갖는 기초 쇠살대(foundation grate)를 포함한다. 복수개의 실질적으로 평행한 지지판은 수직 높이(h)를 갖고, 각각의 지지판은 수직에 대해 각도(α)로 배치된다. 반응기 베드 구성요소는 거리(d)의 배수만큼 서로로부터 이격되고 각도(α)로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 1 구조판 및 제 1 구조판에 고정되고 제 1 구조판에 대해 대각으로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 2 구조판을 갖는 하나 이상의 강성 구조체를 추가로 포함한다. 각각의 제 2 구조판은 상응하는 지지판의 상부 가장자리에 맞물리도록 그의 하부 말단에 근접한 수평 외연부(extent)를 갖고, 적어도 다수의 제 1 구조판은 제 1 방향에서 강성 구조체가 기초 쇠살대에 대해 수평으로 움직이는 것을 방지하도록 인접한 지지판과 적어도 부분적으로 중첩되는 관계로 수평 외연부 아래로 연장되는 길이를 갖는다. 반응기 베드 구성요소는 적어도 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향에서의 수평 움직임에 대항하여 강성 구조체를 기초 쇠살대에 고정시키도록 배치된 하나 이상의 패스너(fastener)를 추가로 포함한다.
예를 들어, 또한 본원에서 구체화되는 바와 같이, 반응기 베드 구성요소는 기초 쇠살대와 하나 이상의 강성 구조체 사이에서 실질적으로 일정한 단면적을 갖는 하나 이상의 유동 경로를 한정할 수 있다. 각각의 지지판은 수직에 대해 약 15 내지 45°의 각도(α)로 배치될 수 있으며, 일부 실시양태에서 각도(α)는 수직에 대해 약 30°일 수 있다. 복수개의 실질적으로 평행한 제 1 구조판은 거리(d)의 1배만큼 이격될 수 있다. 대각은 수직에 대한 각도(α)와 실질적으로 동일하지만 반대쪽일 수 있다. 각각의 지지판은 폭(w)을 가질 수 있고, 수평 외연부는 지지판의 폭과 거의 동일한 길이를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 강성 구조체는 복수개의 강성 구조체를 포함할 수 있고, 각각의 강성 구조체는 하나 이상의 인접한 강성 구조체에 맞물릴 수 있다. 강성 구조체는 하나 이상의 인접한 강성 구조체와 맞물리도록 그의 상부를 따라 배치된 수평 바를 포함할 수 있다. 하나 이상의 패스너는 복수개의 패스너를 포함할 수 있고. 기초 쇠살대는 복수개의 구멍(이는 그 안에 상응하는 패스너를 받아들임)을 갖는 그의 가장자리를 따라 프레임 부재를 포함할 수 있다.
추가로, 또한 본원에서 구체화되는 바와 같이, 반응기 베드 구성요소는 함께 하나 이상의 인접한 반응기 베드 구성요소와 연결되도록 구성될 수 있다. 조립될 때 반응기 베드 구성요소의 조합은 평면도로 볼 때 원형 같은 목적하는 형상을 한정할 수 있다. 기초 쇠살대는 선택된 지지판에 의해 그 안에 한정되는 하나 이상의 개방된 대역을 가질 수 있다.
상기 개략적인 기재내용 및 하기 상세한 설명은 둘 다 예시적이며, 특허청구되는 개시된 주제의 추가적인 설명을 제공하고자 하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 포함되고 본원의 일부를 구성하는 첨부 도면은 개시된 주제에 대한 추가적인 이해를 설명 및 제공하기 위해 포함된다. 상세한 설명과 함께, 도면은 개시된 주제의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 예시 및 개시된 주제에 대한 비교를 위해 종래의 반응기 베드 구성요소를 도시하는 평면도이다.
도 2a는 도 1의 선(2-2)을 따라 취한, 반응기 베드 구성요소를 도시하는 확대된 측면 단면도이다.
도 2b는 조립된 도 2a의 반응기 베드 구성요소를 도시하는 측면 단면도이다.
도 3a는 개시된 주제의 예시적인 실시양태에 따른 예시적인 반응기 베드 구성요소의 확대된 측면 단면도이다.
도 3b는 조립된 도 3a의 반응기 베드 구성요소를 도시하는 측면 단면도이다.
도 3c는 도 3b의 영역(3c)의 상세도이다.
도 4a는 도 3a의 반응기 베드 구성요소의 확대된 사시도이다.
도 4b는 조립된 도 4a의 반응기 베드 구성요소의 입면 사시도이다.
도 4c는 도 4b의 영역(4c)의 상세도이다.
도 4d는 도 4b의 조립된 반응기 베드 구성요소의 확대된 사시도이다.
도 4e는 조립된 도 4a의 반응기 베드 구성요소의 예시적인 조합의 입면 사시도이다.
도 5a는 도 3a의 반응기 베드 구성요소의 조립을 도시하는 측면 사시도이다.
도 5b는 도 3a의 반응기 베드 구성요소의 예시적인 강성 구조체의 입면 사시도이다.
도 5c는 도 5a의 반응기 베드 구성요소의 인접한 예시적인 강성 구조체의 부분 정면도이다.
이제 개시된 주제(이의 예시적인 실시양태는 첨부 도면에 도시됨)의 다양한 예시적인 실시양태를 상세하게 참조할 것이다. 개시된 주제의 구조 및 상응하는 작동 방법은 시스템의 상세한 설명과 함께 기재될 것이다.
개시된 주제는 일반적으로 반응기 베드 구성요소뿐만 아니라, 예컨대 반응기 베드 용기에서 구조화된 팩킹 또는 스트립핑 작업장 같은 강성 구조체를 고정시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본원에서 구체화되는 바와 같이, 반응기 베드 용기는 촉매로부터 탄화수소를 분리하는데 사용하기 위한 하나 이상의 강성 어셈블리를 갖는 유동화된 베드 반응기 또는 팩킹된 베드 반응기일 수 있다. 유동화된 베드 반응기에 관한 추가적인 세부사항 및 유동화된 접촉 분해(FCC) 공정의 다른 양태는 미국 특허 제 8,349,170 호, 및 미국 특허 공개 제 2011/0240526 호 및 제 2011/0315603 호에 제공되며, 이들 각각은 본원에 참고로 인용된다.
본원에 개시된 주제에 따라, 반응기 베드 구성요소는 일반적으로 기초 쇠살대, 하나 이상의 강성 구조체 및 하나 이상의 패스너를 포함한다. 기초 쇠살대는 거리(d)만큼 서로로부터 동일하게 이격된 복수개의 실질적으로 평행한 지지판을 갖는다. 복수개의 실질적으로 평행한 지지판은 수직 높이(h)를 갖고, 각각의 지지판은 수직에 대해 각도(α)로 배치된다. 각각의 강성 구조체는 거리(d)의 배수만큼 서로로부터 이격되고 각도(α)로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 1 구조판, 및 제 1 구조판에 고정되고 제 1 구조판에 대해 대각으로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 2 구조판을 갖는다. 각각의 제 2 구조판은 상응하는 지지판의 상부 가장자리와 맞물리도록 그의 하부 말단에 근접한 수평 외연부를 갖고, 적어도 다수의 제 1 구조판은 제 1 방향에서 기초 쇠살대에 대해 강성 구조체가 수평으로 움직이는 것을 방지하도록 인접 지지판과 적어도 부분적으로 중첩되는 관계로 수평 외연부 아래로 연장되는 길이를 갖는다. 각각의 패스너는 적어도 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향에서 수평으로 움직이는 것에 대항하여 기초 쇠살대에 강성 구조체를 고정하도록 배치된다.
유사한 참조 번호가 개별적인 도면에 걸쳐 동일하거나 또는 기능 면에서 유사한 요소를 가리키는 첨부 도면은 다양한 실시양태를 추가로 도시하고 개시된 주제에 따른 다양한 원리 및 이점을 모두 설명하는 역할을 한다. 비교하기 위하여, 종래의 지지 어셈블리의 예시적인 실시양태가 도 1 내지 도 2b에 도시되어 있는 한편, 설명 및 예시하기 위하여(제한하지는 않음), 개시된 주제에 따른 반응기 베드 구성요소의 예시적인 실시양태가 도 3a 내지 도 5c에 도시되어 있다. 개시된 주제가 유동 접촉 분해 공정에서 원형 베드 반응기의 반응기 베드 구성요소와 관련하여 기재되어 있으나, 당 업자는 개시된 주제가 예시적인 실시양태로 한정되지 않으며 구성요소를 이용하여 임의의 적합한 강성 구조체를 임의의 적합한 챔버에 고정시킬 수 있음을 알게 될 것이다.
개시된 주제에 대해 비교하고 개시된 주제를 도시하기 위하여, 도 1 내지 도 2b에 도시된 종래의 반응기 베드 구성요소를 인용하면, 반응기 베드 구성요소(1000)는 기초 쇠살대(20)에 의해 지지되는 시준판 구조체(10)를 포함한다. 이러한 방식으로, 기초 쇠살대(20)는 시준판 구조체(10)가 조립된 높이 아래로 떨어지지 않도록 방지한다. 예를 들어 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 홀드-다운(hold-down) 어셈블리(30)를 이용하여 기초 쇠살대(20)에 반대되는 방향에서의 시준판 구조체(10)의 움직임을 제한하거나 방지할 수 있다. 홀드-다운 어셈블리(30)는 하나 이상의 판을 포함하여 구조 빔(90)을 형성할 수 있는데, 이 구조 빔은 시준판 구조체(10) 위에 고정되도록 배치된다. 예를 들면, 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 홀드-다운 어셈블리(30)가 평행한 방식으로 압력 용기 쉘(80)을 가로질러 걸쳐있어서 반응기 베드 구성요소(100)의 단면적을 실질적으로 모두 덮어야 할 수 있다. 홀드-다운 어셈블리 빔(30)은 다양한 말단 위치(70)에서 압력 용기 셀(80)에 연결될 수 있다. 구조 빔(90)의 전체 길이는 압력 용기 쉘로부터의 평균 거리를 유지하도록 변화될 수 있다.
작동시, 반응기 상은 상향 난류를 겪을 수 있는데, 이 때 난류성 힘은 기초 쇠살대(20)를 통해 시준판 구조체(10)로 상향 유동할 수 있다. 따라서, 홀드-다운 어셈블리(30)는 시준판 구조체(10)에 가해지는 이러한 난류성 힘을 극복하도록 구성된다. 그럼에도 불구하고, 시준판 구조체(10)에 대한 홀드-다운 어셈블리(30)의 크기 및 위치는 반응기 베드 구성요소(100)를 통한 유동 경로(40)를 제한하거나 차단하거나 또는 달리 방해할 수 있는데, 이는 상기 기재된 바와 같이 반응기 상의 성능을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 기초 쇠살대(20)는 조립될 때 반응기 베드 구성요소(1000)가 시준판 구조체(10)의 기울어진 판(12)과 접촉하거나 맞물리는 수직 판(22)을 포함한다. 이로써, 생성되는 수직 판(22)과 기울어진 판(12)의 접합점(50)은 유동 경로(40)를 추가로 제한하거나 차단한다.
또한, 홀드-다운 어셈블리(30)의 크기는 반응기 상의 내부 부피를 다 차지하고, 따라서 촉매에 이용가능한 부피의 양을 감소시킬 수 있다. 홀드-다운 어셈블리의 존재는 또한 압력 용기로부터 구조 빔(90)을 제거하지 않고 압력 용기를 검사하거나 수리하거나 제거하는 능력을 방해하거나 방지할 수도 있고, 따라서 특수한 설치(rigging) 장비의 이용 및 장비를 위한 더 큰 용기 통로 위치 때문에 비용을 증가시킬 수 있다.
이제, 도 3a 내지 도 3c의 예시적인 실시양태를 참조하면, 반응기 베드 구성요소(1010)는 거리(d)칸큼 서로로부터 동일하게 이격된 평행한 지지판(112)을 갖는 기초 쇠살대(110)를 포함한다. 평행한 지지판(112)은 각각 수직 높이(h)만큼 연장되고, 따라서 각각의 평행한 지지판의 높이(h)를 통해 수평 기준 면을 한정할 수 있다. 각각의 평행한 지지판은 수직에 대해 각도(α)로 배치된다. 예를 들어(한정하지 않으면서), 각각의 평행한 지지판은 수직에 대해 약 15 내지 45°의 각도(α)로 배치될 수 있고, 일부 실시양태에서 각도(α)는 수직에 대해 약 30°일 수 있다. 이러한 배열에서, 기초 쇠살대(110)는 아래에서 추가로 기재되는 바와 같이 구조화된 팩킹 또는 스트립핑 작업장 같은 하나 이상의 강성 구조체에 대한 주요 지지체를 제공할 수 있다.
예컨대 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 반응기 베드 구성요소(1010)는 지지판(112)의 거리(d)의 배수만큼 서로 이격되고 평행한 지지판의 각도(α)로 배치된 실질적으로 평행한 제 1 구조판(102)을 갖는 강성 구조체(100)를 포함한다. 예를 들면, 또한 본원에서 구체화되는 바와 같이, 거리(d)의 배수는 1일 수 있고, 이로써, 각각의 제 1 구조판(102)은 거리(d)만큼 이격될 수 있고 지지판(112)중 상응하는 하나에 상응할 수 있다. 다르게는, 각각의 제 1 구조판(102)은 2, 3 또는 임의의 적합한 수 같은 거리(d)의 다른 배수만큼 이격될 수 있고, 이로써 각각의 제 1 구조판(102)은 그들 사이에 배치되는 2개, 3개 또는 임의의 적합한 수의 지지판(112)만큼 각각의 다른 제 1 구조판(102)과 이격될 수 있다.
강성 구조체(100)는 제 1 구조판(102)에 고정되고 그에 대해 대각으로 배치된 실질적으로 평행한 제 2 구조판(104)을 추가로 포함한다. 예컨대 도 4a 내지 도 4e에 도시되는 바와 같이, 또한 본원에서 구체화되는 바와 같이, 제 1 구조판(102) 및 제 2 구조판(104)은, 제 1 구조판(102)이 강성 구조체(100)의 길이를 따라 교차하는 패턴으로 제 2 구조판(104)과 교대하는 것과 같이 섞어 짜여진 패턴으로 배치될 수 있다. 또한, 본원에서 구체화되는 바와 같이, 제 2 구조판(104)의 대각(α')은 제 1 구조판(102)의 각(α)과 동일하지만 수직에 대한 배향에서 반대쪽일 수 있다. 의도되는 용도에 적합한 경우 제 2 구조판(104)에 대해 다른 각도를 또한 이용할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 강성 구조체(100)는 기초 쇠살대(110)와 맞물려서 기초 쇠살대(110)에 대해 강성 구조체(100)가 바람직하지 못하게 움직이는 것을 제한하거나 방지할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 제 2 구조판(104)은 그의 말단에 근접한 수평 외연부(106)를 포함할 수 있는데, 이 외연부는 수평 기준 면을 따라 상응하는 지지판(112)의 상부 가장자리(116)와 맞물려서 기초 쇠살대(110)에 대해 강성 구조체(100)가 하향으로 움직이는 것을 방지하고 따라서 강성 구조체(100)를 그 위에 지지시킬 수 있다. 본원에서 구체화되는 바와 같이, 또한 도 3c에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 지지판(112)은 폭(w1)을 가질 수 있고, 수평 외연부(106)는 지지판(112)의 폭(w1)과 거의 동일한 길이를 가져, 예컨대 바람직하게는 난류를 방지하거나 최소화하기 위해 노출되는 가장자리를 한정하지 않으면서 상응하는 지지판(112)의 실질적으로 모든 상부 가장자리(116)와 맞물릴 수 있다.
뿐만 아니라, 또한 하나 이상의 방향에서의 수평 움직임을 방지하기 위하여, 예컨대 도 3a에 도시된 바와 같이 제 1 구조판(102)중 일부 또는 전부는 수평 외연부(106) 아래로 연장되는 길이(108)를 가질 수 있다. 이로써, 지지판(112) 상에 지지되는 수평 외연부(106)의 존재하에서, 제 1 구조판(102)의 길이(108)는, 예컨대 도 3b에 도시된 바와 같이, 인접한 지지판(112)과 적어도 부분적으로 중첩되기 위해, 또한 일부 실시양태에서는 실질적으로 중첩되기 위해, 상부 가장자리(116)에 의해 한정되는 수평 기준 면 아래로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 각도(α)로 배치되고 인접한 지지판(112)과 중첩되는 제 1 구조판(102)은 강성 구조체(110)가 기초 쇠살대로부터 위로 들려 빠지는 것뿐만 아니라 강성 구조체(100)가 제 1 방향(x1)에서 기초 쇠살대(110)에 대해 수평으로 움직이는 것을 방지할 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 기초 쇠살대(110)는 패스너(120)를 받아들이기 위한 하나 이상의 구멍(115)을 포함할 수 있다. 패스너(120)는 적어도 도 3b에 도시된 바와 같이 제 1 방향(x1)에 반대되는 제 2 방향(x2)에서의 수평 움직임에 대항하여 강성 구조체(100)를 기초 쇠살대(110)에 고정시키도록 배치된다. 예를 들면, 또한 본원에서 구체화되고 도 4a에 도시된 바와 같이, 다수개의 구멍(115)이 기초 쇠살대(110)의 하나 이상의 말단을 따라 실질적으로 일렬로 배치되어 패스너 통로(118)를 한정할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 강성 구조체(100)는 예를 들어 기초 쇠살대(110)의 패스너 통로(118)에 상응하는 강성 구조체(100)의 말단에 배치된 하나 이상의 수평 외연부(108)에 하나 이상의 구멍(105)을 포함할 수 있다. 패스너 통로(118)는 균일하고 일렬이며, 따라서 종래의 구성요소에 비해 고정 기자재를 더욱 용이하게 설치할 수 있게 할 뿐만 아니라 반응기 베드 구성요소(1010) 위에서 고정 기자재를 더욱 용이하게 검사할 수 있게 한다. 또한 또는 다르게는, 구멍(115)은 기초 쇠살대(110)의 하나 이상의 추가적인 측부를 따라 배치될 수 있고, 각각의 강성 구조체는 예를 들어 기초 쇠살대(110)의 측부에 상응하는 강성 구조체(100)의 측부를 따라 배치된 수평 외연부(108)에 하나 이상의 구멍(105)을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이, 또한 도 4e에 도시된 평면도에서 원형 형상을 갖는 반응기 상에 대한 반응기 베드 구성요소(1010)를 참조하면, 기초 쇠살대(110)는 제 1 말단에서 사다리꼴의 다리부를 연결하는 아치형 프레임 부재 및 제 1 말단에 반대되는 제 2 말단에서 사다리꼴의 다리부를 연결하는 직선 프레임 부재를 갖는 실질적인 사다리꼴 프레임을 가질 수 있다. 패스터 통로(118)는 기초 쇠살대(110)의 직선 프레임 부재를 따라 배치될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 패스너(120)용 구멍(115)은 기초 쇠살대의 측부를 따라 및/또는 기초 쇠살대(110)의 아치형 프레임 부재를 따라 배치될 수 있다. 반응기 용기의 형상에 따라, 기초 쇠살대(110) 및 강성 구조체(100)의 다른 형상 또한 제공될 수 있다.
개시된 주제에 따라, 하나 이상의 반응기 베드 구성요소(1010)가 반응기 용기 내에 배치된다. 그러나, 본원에서 구체화되는 바와 같이, 복수개의 반응기 베드 구성요소(1010)를 제공하여 함께 조립 및 사용할 수 있다. 예를 들면, 또한 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이, 반응기 베드 구성요소(1010)는 하나 이상의 인접한 반응기 베드 구성요소(1010)와 연결되도록 구성될 수 있다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 조립될 때 반응기 베드 구성요소(1010)의 조합은 원통형(즉, 평면도에서 원형) 형상을 한정할 수 있다. 본원에서 구체화되는 바와 같이, 반응기 베드 구성요소(1010)의 기초 쇠살대(110)는 반응기 베드 구성요소(1010)의 기초 쇠살대(110)의 측부 다리부에 근접한 인접 반응기 베드 구성요소(1010)의 기초 쇠살대(110)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 이러하 구성에서, 기초 쇠살대(110)의 각 아치형 부분은 반응기 베드 구성요소의 조합의 생성되는 원형의 일부 구역을 한정할 수 있고, 아치형 기초 쇳살대(110)는 함께 반응기 베드 구성요소의 조합의 바깥쪽 부위를 한정한다.
각각 일부 구역을 한정하는 실질적으로 유사한 강성 구조체(100)에 덧붙여, 하나 이상의 추가적인 기초 쇠살대(110)를 제공하여 추가적인 반응기 베드 구성요소(1010)를 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4e에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 내부 반응기 베드 구성요소(1020)는 반응기 베드 구성요소의 조합의 안쪽 부위를 한정할 수 있다. 본원에서 구체화되는 바와 같이, 내부 반응기 베드 구성요소(1020)의 기초 쇠살대(110)는 각각의 기부 및 다리부가 실질적인 직선 프레임 부재에 의해 한정되고 각각의 다리부와 하나의 기부가 외부 반응기 베드 구성요소(1010)의 기초 쇠살대(110)의 직선 가장자리 기부에 접촉하고 나머지 하나의 기부가 인접한 내부 반응기 베드 구성요소(1020)의 상응하는 기부에 접촉하는 실질적인 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 또한 도 4e에 도시된 바와 같이, 반응기 베드 구성요소의 조합(1060)은 조합(1060)의 바깥쪽 부위를 한정하는 6개의 외부 반응기 베드 구성요소(1020) 및 조합(1060)의 안쪽 부위를 한정하는 2개의 내부 반응기 베드 구성요소(1010)를 포함할 수 있다. 조합을 구성하는 2개의 구성요소를 사용하여 구성요소의 임의의 조합이 가능하다. 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 외부 반응기 베드 구성요소를 사용할 수 있다. 내부 반응기 베드 구성요소의 수 및 구성은 외부 반응기 베드 구성요소의 수에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 2개의 외부 반응기 베드 구성요소만 사용되는 경우에는 내부 반응기 베드 구성요소가 필요하지 않다. 내부 반응기 베드 구성요소(들)가 원형 구성을 가질 수 있음도 고려된다. 이러한 배열에서, 외부 베드 구성요소는 내부 반응기 상의 형상에 순응하는 안쪽 부위를 가진다.
반응기 베드 구성요소(1010, 1020)는 이들의 가하학적 형태에 의해 제 자리에 유지된다. 추가적인 패스너가 필요하지 않다. 또한, 외부 반응기 베드 구성요소(1010)는 용접 없이 압력 용기(80) 내에서 제 위치에 유지될 수 있다. 반응기 베드 구성요소(1010, 1020)의 모듈식 조합은 비교적 소형 조각(이는 더 큰 종래의 시스템에 비해 덜 복잡한 설치를 가능케 할 수 있음)을 사용하여 조합을 제조 및 설치할 수 있도록 할 수 있다. 더욱이, 종래의 구성요소에 비해 전체적으로 감소된 반응기 베드 구성요소(1010, 1020)의 복잡함은 종래의 구성요소에 비해 감소된 제조, 설치, 단위장치 유지 및 물질 비용을 제공할 수 있다.
또한, 예를 들어 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이, 반응기 베드 구성요소(1010, 1020)중 일부 또는 전부는 각각 그 안에 개방된 대역(180)을 포함할 수 있다. 개방된 대역(180)은 도 4a에 도시된 바와 같이 개방된 대역(180) 주위에 배치되고/되거나 개방된 대역(180)의 둘레를 형성하도록 구성된 선택된 지지판(112)에 의해 한정될 수 있다. 개방된 대역(180)은 개방된 대역(180)을 둘러싸고 선택된 지지판(112)에 연결되는 환상 프레임 부재에 의해 추가로 한정될 수 있다. 뿐만 아니라, 강성 구조체(100)는 개방된 대역(180)에 상응하는 구역에 구조판(102, 104)을 갖지 않을 수 있다. 따라서, 개방된 대역(180)은 추가적인 내부 용기 기자재[이는 예를 들어(한정되지 않음) 압력 용기에 설치되는 사이클론의 도관일 수 있음]를 반응기 베드 구성요소(1010, 1020)를 통해 통과시킬 수 있다. 개방된 대역(180)은 도면에 도시된 환상 형상으로 한정되지 않고, 그보다는 삼각형, 직사각형, 정사각형 및 다른 다각형을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 다른 기하학적 형태가 고려된다. 예를 들어 인도 출입구, 파이프 또는 도관 통로, 열관정 및 유동 베드 기술에 수반되는 다른 구성요소에 대한 개구로서 이러한 개방 대역을 사용할 수 있는 것으로 생각된다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 강성 구조체(100)는 복수개의 강성 구조체(100)를 포함할 수 있다. 각각의 강성 구조체(100)는 하나 이상의 인접한 강성 구조체(100)에 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 강성 구조체(100)의 말단을 따라 수평 바(190)가 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 도 5 A에 도시된 바와 같이, 또한 본원에서 논의되는 바와 같이, 강성 구조체(100)의 외부 세트를 기초 쇠살대(110)에 연속적으로 설치 및 고정할 수 있다. 이어, 내부 강성 구조체(100')의 말단을 따라 수평 바(190)를 설치함으로써 강성 구조체(100')의 내부 세트를 강성 구조체(100)의 외부 세트에 설치 및 고정시킬 수 있다.
다시 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 반응기 베드 구성요소(1010)는 기초 쇠살대(110)를 통해 또한 강성 구조체(100)을 통해 위로 유동 경로(140, 150)를 한정한다. 유동 경로(140, 150)는 유동 경로 전체에서 실질적으로 균일한 폭(w2)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 반응기 베드 구성요소(1010)의 유동 경로(140, 150), 따라서 전체 압력 용기 시스템을 가로지르는 압력 강하를 감소시킬 수 있으며, 이는 압력 용기의 스트립핑 대역을 통한 스트립핑된 촉매의 수율을 개선할 수 있다.
강성 구조체(100) 및 기초 쇠살대(110), 및 결과적으로 이들로부터 제조된 반응기 베드 구성요소(1010)는 바람직하게는 금속(바람직하게는, 구성요소가 동일한 팽창 계수를 갖도록 주위 용기와 동일한 물질)으로 제조된다. 저온 유동 시험 용도에서, 구성요소는 플라스틱으로 제조될 수 있는 것으로 생각된다.
개시된 주제가 특정한 바람직한 실시양태의 면에서 본원에 기재되어 있으나, 당 업자는 본원의 영역을 벗어나지 않으면서 개시된 주제에 대해 다양한 변형 및 개선을 이룰 수 있음을 알게 될 것이다. 뿐만 아니라, 개시된 주제의 한 실시양태의 개별적인 특징은 본원에서 논의되거나 또는 하나의 실시양태(다른 실시양태는 아님)의 도면에 도시될 수 있으나, 한 실시양태의 개별적인 특징을 다른 실시양태의 하나 이상의 특징 또는 복수개의 실시양태로부터의 특징과 조합할 수 있음이 명백하다.
본원에 기재된 어셈블리는 유동 베드 기술을 이용하는 석유화학 정제를 위한 임의의 반응기 시스템 또는 공정에 이용될 수 있다. 본원에 개시된 주제는 (i) 프탈산 무수물, 비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴, 에틸렌 디클로라이드, 클로로메탄, 말레산 무수물, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 o-크레솔중 하나 이상의 제조; (ii) 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성; (iii) 유동 접촉 분해; (iv) 하나 이상의 메탄올의 올레핀으로의 전환(MTO), 메탄올의 방향족 화합물로의 전환(MTA), 메탄올의 파라자일렌으로의 전환(MTP), 메탄올의 가솔린으로의 전환(MTG), 메탄올의 디젤로의 전환(MTD), 합성 가스의 올레핀으로의 전환, 합성 가스의 방향족 화합물로의 전환, 합성 가스의 파라자일렌으로의 전환, 석탄의 올레핀으로의 전환, 석탄의 방향족 화합물로의 전환, 메탄올 또는 DME를 사용한 방향족 화합물로의 벤젠 및/또는 톨루엔 메틸화, 메탄올 또는 DME를 사용한 파라자일렌으로의 벤젠 및/또는 톨루엔 메틸화, MEB(메틸에틸벤젠)로의 톨루엔 에틸화, DEB(디에틸벤젠)으로의 벤젠 에틸화, 바이오매스의 올레핀으로의 전환, 바이오매스의 방향족 화합물로의 전환, 및 바이오매스의 가솔린으로의 전환을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 다양한 유동 베드 기슬과 관련하여 이용될 수 있다.
아래 특허청구된 특정 실시양태에 덧붙여, 개시된 주제는 또한 아래에 특허청구된 종속 특징 및 상기 개시된 특징의 임의의 다른 가능한 조합을 갖는 다른 실시양태에도 관련된다. 이로써, 종속항에 기재되고 상기 개시된 특정 특징은, 개시된 주제가 임의의 다른 가능한 조합을 갖는 다른 실시양태에도 구체적으로 관련되는 것으로 인지되어야 하도록, 개시된 주제의 영역 내에서 다른 방식으로 서로 조합될 수 있다. 그러므로, 개시된 주제의 특정 실시양태의 상기 기재내용은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 개시된 주제를 이들 개시된 실시양태로 총망라하거나 한정하고자 하지 않는다.
추가적인 실시양태
실시양태 1. 거리(d)만큼 서로로부터 동일하게 이격된 복수개의 실질적으로 평행한 지지판을 갖는 기초 쇠살대; 거리(d)의 배수만큼 서로로부터 이격되고 각도(α)로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 1 구조판, 및 제 1 구조판에 고정되고 제 1 구조판에 대해 대각(α')으로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 2 구조판을 갖는 하나 이상의 강성 구조체; 및 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향에서 적어도 수평으로 움직이는데 대항하여 강성 구조체를 기초 쇠살대에 고정시키도록 배치된 하나 이상의 패스너를 포함하는 반응기 베드 구성요소로서, 이 때 상기 복수개의 실질적으로 평행한 지지판이 각각 수직 높이(h)를 갖고, 상기 각각의 지지판이 수직에 대해 각도(α)로 배치되며, 상기 각각의 제 2 구조판이 상응하는 지지판의 상부 가장자리에 맞물리도록 그의 하부 말단에 근접한 수평 외연부를 갖고, 상기 제 1 구조판중 적어도 다수가 인접한 지지판과 적어도 부분적으로 중첩되는 관계로 수평 외연부 아래로 연장되는 길이를 가져, 강성 구조체가 제 1 방향에서 기초 쇠살대에 대해 수평으로 움직이는 것을 방지하는 반응기 베드 구성요소.
실시양태 2. 상기 반응기 베드 구성요소가 기초 쇠살대와 하나 이상의 강성 구조체 사이에서 실질적으로 일정한 단면적을 갖는 하나 이상의 유동 경로를 한정하는, 실시양태 1의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 3. 상기 각도(α)가 수직에 대해 약 15 내지 45°인, 실시양태 1 또는 실시양태 2의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 4. 상기 각도(α)가 수직에 대해 약 30°인, 실시양태 3의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 5. 상기 복수개의 실질적으로 평행인 제 1 구조판이 거리(d)의 1배수만큼 이격된, 실시양태 1 내지 실시양태 4중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 6. 상기 대각(α')이 수직에 대해 각도(α)와 실질적으로 동일하지만 반대쪽인, 실시양태 1 내지 실시양태 5중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 7. 상기 각 지지판이 폭(w)을 갖고, 또한 상기 수평 외연부가 지지판의 폭과 거의 동일한 길이를 갖는, 실시양태 1 내지 실시양태 6중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 8. 상기 하나 이상의 강성 구조체가 복수개의 강성 구조체를 포함하고, 상기 각각의 강성 구조체가 하나 이상의 인접한 강성 구조체와 맞물리는, 실시양태 1 내지 실시양태 7중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 9. 상기 강성 구조체가 하나 이상의 인접한 강성 구조체와 맞물리도록 그의 상부를 따라 배치된 수평 바를 포함하는, 실시양태 8의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 10. 상기 하나 이상의 패스너가 복수개의 패스너를 포함하고, 상기 기초 쇠살대가 그의 가장자리를 따라 프레임 부재를 포함하고, 상기 프레임 부재가 그 안에 상응하는 패스너를 받아들이도록 복수개의 구멍을 갖는, 실시양태 1 내지 실시양태 9중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 11. 상기 반응기 베드 구성요소가 하나 이상의 인접한 반응기 베드 구성요소와 함께 연결되도록 구성되는, 실시양태 1 내지 실시양태 10중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 12. 조립될 때 상기 반응기 베드 구성요소의 조합이 평면도로 볼 때 원형 형상을 한정하는, 실시양태 11의 반응기 베드 구성요소.
실시양태 13. 상기 기초 쇠살대가 선택된 지지판에 의해 그 안에 한정되는 개방된 대역을 갖는, 실시양태 1 내지 실시양태 12중 어느 한 실시양태의 반응기 베드 구성요소.
개시된 주제의 원리 또는 영역으로부터 벗어나지 않으면서 개시된 주제의 방법 및 시스템에서 다양한 변경 및 변형을 이룰 수 있음이 당 업자에게는 명백할 것이다. 그러므로, 개시된 주제는 첨부된 특허청구범위 및 이들의 등가물의 영역 내에 속하는 변경 및 변형을 포함하고자 한다.

Claims (13)

  1. 거리(d)만큼 서로로부터 동일하게 이격된 복수개의 실질적으로 평행한 지지판을 갖는 기초 쇠살대(foundation grate)로서, 상기 복수개의 실질적으로 평행한 지지판이 각각 수직 높이(h)를 갖고, 상기 각각의 지지판이 수직에 대해 각도(α)로 배치된, 기초 쇠살대;
    거리(d)의 배수만큼 서로로부터 이격되고 각도(α)로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 1 구조판, 및 제 1 구조판에 고정되고 제 1 구조판에 대해 대각(opposing angle)(α')으로 배치된 복수개의 실질적으로 평행한 제 2 구조판을 갖는 하나 이상의 강성 구조체; 및
    제 1 방향에 반대되는 제 2 방향에서 적어도 수평으로 움직이는데 대항하여 강성 구조체를 기초 쇠살대에 고정시키도록 배치된 하나 이상의 패스너
    를 포함하고, 이 때 상기 각각의 제 2 구조판이 상응하는 지지판의 상부 가장자리에 맞물리도록 그의 하부 말단에 근접한 수평 외연부(extent)를 갖고, 상기 제 1 구조판중 적어도 다수가 인접한 지지판과 적어도 부분적으로 중첩되는 관계로 수평 외연부 아래로 연장되는 길이를 가져, 강성 구조체가 제 1 방향에서 기초 쇠살대에 대해 수평으로 움직이는 것을 방지하는,
    반응기 베드 구성요소(reactor bed component).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 베드 구성요소가 기초 쇠살대와 하나 이상의 강성 구조체 사이에서 실질적으로 일정한 단면적을 갖는 하나 이상의 유동 경로를 한정하는, 구성요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도(α)가 수직에 대해 약 15 내지 45°인, 구성요소.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각도(α)가 수직에 대해 약 30°인, 구성요소.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 실질적으로 평행인 제 1 구조판이 거리(d)의 1배수만큼 이격된, 구성요소.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 대각(α')이 수직에 대해 각도(α)와 실질적으로 동일하지만 반대쪽인, 구성요소.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 지지판이 폭(w)을 갖고, 또한 상기 수평 외연부가 지지판의 폭과 거의 동일한 길이를 갖는, 구성요소.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 강성 구조체가 복수개의 강성 구조체를 포함하고, 각각의 강성 구조체가 하나 이상의 인접한 강성 구조체와 맞물리는, 구성요소.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 강성 구조체가, 하나 이상의 인접한 강성 구조체와 맞물리도록 그의 상부를 따라 배치된 수평 바를 포함하는, 구성요소.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 패스너가 복수개의 패스너를 포함하고, 상기 기초 쇠살대가 그의 가장자리를 따라 프레임 부재를 포함하고, 상기 프레임 부재가 그 안에 상응하는 패스너를 받아들이도록 복수개의 구멍을 갖는, 구성요소.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 베드 구성요소가 하나 이상의 인접한 반응기 베드 구성요소와 함께 연결되도록 구성되는, 구성요소.
  12. 제 11 항에 있어서,
    조립될 때 상기 반응기 베드 구성요소의 조합이 평면도로 볼 때 원형 형상을 한정하는, 구성요소.
  13. 제 1 항에 있어서,
    선택된 지지판에 의해 상기 기초 쇠살대가 그 안에 한정되는 개방된 대역을 갖는, 구성요소.
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