KR20190017769A - 다관식 방사상 촉매 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 촉매 층을 함유하는 반응 구역 (10) 이 제공된 용기; 가스 공급물을 위한 적어도 하나의 입구 수단 (3); 및 반응 구역 (10) 에서 생성된 가스 유출물을 위한 적어도 하나의 출구 수단 (4); 을 포함하는, 수직 축선을 따라 연장되는 셸 (2) 에 의해 구획된 반응기 (1) 에 관한 것이다. 반응기는, 반응 구역 (10) 내에, 반응 구역의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되는 적어도 2 개의 튜브들을 포함하고, 튜브들은 가스 상에 대해 투과성이고 촉매에 대해 불투과성이며, 각각의 튜브 (9) 는 공급물을 위한 입구 수단 또는 유출물을 위한 출구 수단과 연통하는 상단부 (11), 및 반대편의 제 2 단부 (12) 를 갖는다. 튜브들 (9, 24) 은 그들의 상단부에서, 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리를 통해 셸 (2) 에 고정된 제 1 플레이트 (14) 에 의해 지지된다.

Description

다관식 방사상 촉매 반응기

본 발명은 촉매 반응을 수행하기 위한 반응기로서, 용기의 주변으로부터 중심을 향해 또는 용기의 중심으로부터 그의 주변을 향해 처리될 공급물의 방사상 순환이 일어나는 반응기의 분야에 관한 것이다. 본 발명의 내용에서, "방사상" 이라는 용어는 반응기의 주변으로부터 반응기의 중심을 향해 또는 반응기의 중심으로부터 주변을 향해 배향된 반경들에 대응하는 한 세트의 방향들로 촉매 층을 통해 일어나는 시약의 유동에 대해 사용된다. 본 발명은 가스 형태의 시약의 방사상 흐름에 특히 적용되며, 특히 촉매 층이 이동층인 방사상 반응기에 적용된다.

이러한 타입의 유동을 위한 가장 대표적인 유닛은 80℃ 내지 250℃ 의 증류 범위를 갖는 것으로 정의될 수 있는 가솔린 타입 탄화수소 컷을 위한 재생 개질 유닛 (regenerative reforming unit) 이다. 재생 개질을 포함하는 이러한 반사상 층 유닛들의 일부는, 이동층이라 불리는 촉매의 유동, 즉 중앙 수집기 (반응 유출물을 회수함) 에 대응하는 외부 스크린과 내부 벽 (예컨대 내부 스크린) 에 의해 구획된 환형 용기 내에 한정된 촉매 입자의 느린 중력 흐름을 사용한다.

공급물은 일반적으로 환형 층의 외주를 통해 도입되고, 수직 유동 방향에 실질적으로 수직한 방식으로 촉매 층을 통과한다. 그리고, 반응 유출물은 중앙 수집기에서 회수된다.

따라서, 촉매 층은 내측에서는 중앙 수집기로서 작용하는 내부 스크린에 의해 구획되고, 외측에서는 내부 스크린과 동일한 타입의 다른 스크린에 의해 또는 스캘럽 (scallop) 형태로 스크린 요소들의 어셈블리로 구성된 디바이스에 의해 구획된다.

내부 및 외부 스크린은 공급물이 외부 스크린 측으로부터 환형 촉매 층을 통과할 수 있도록 그리고 반응 유출물이 내부 스크린 측으로부터 중앙 수집기 내로 통과할 수 있도록 다공성이다.

동일한 반응기 부피에 대한 촉매 부피를 최적화하고 그러한 방사상 반응기의 수리 및 유지 작업을 용이하게 한다는 목적을 충족시키기 위해, 본 출원인은 촉매 이동층을 갖는 새로운 타입의 방사상 반응기를 개발하였고, 이는 문헌 FR 2 948 580 에 기술되어 있으며, 외부 스크린이 반응기의 벽에 가까운 촉매 층에 담그어진 복수의 수직 분배 튜브들로 대체된다. 이러한 타입의 어셈블리는 손상의 경우에 시스템의 용이한 수리를 허용하면서 유닛의 이용률을 실질적으로 향상시키고; 그러면 수리는 손상된 튜브 또는 튜브들을 단순히 교체하는 것으로 이루어지며, 이로써 공정의 더 나은 조작성이 초래된다. 반응기에 대한 이러한 설계는 촉매 체적의 더 양호한 사용에도 또한 기여한다. FR 2 948 580 에 기재된 바와 같이, 관형 시스템은 공급물을 분배하기 위한 시스템으로서 또는 촉매 반응에 의해 생성된 가스 유출물을 수집하기 위한 시스템으로서 사용될 수 있다.

관형 분배 및/또는 수집 시스템을 갖는 그러한 방사상 반응기에서, 일반적으로 2 내지 20 m 의 높이에 걸쳐 수직으로 연장되는 튜브는, 특히 촉매의 중력 운동 (반응기가 촉매 이동층을 갖는 때) (이는 튜브에 마찰력을 가함) 에 의해 그리고 반응기 (작동 중, 냉각 상황에서, 시동/재시동 상황에서, 또는 비상 셧다운 상황에서) 의 반응 구역에서의 온도차에 의해 발생하는 높은 기계적 응력 (팽창 및/또는 압축) 을 받는다는 것이 관찰되었다. 이러한 힘은 예를 들어 튜브의 좌굴 (buckling) 현상의 원인이 될 수 있다.

본 발명의 일 목적은, 가스 유체의 분배 및/또는 수집을 위한 관형 시스템이 반응기의 작동 조건에 상관없이 튜브에 가해지는 힘의 존재 시 기계적 거동에 있어서 개선된 촉매 이동층 또는 고정층을 갖는 방사상 반응기를 제안하는 것이다.

본 발명은,

촉매 층을 함유하는 반응 구역이 제공된 용기;

가스 공급물을 위한 적어도 하나의 입구 수단; 및

반응 구역에서 생성된 가스 유출물을 위한 적어도 하나의 출구 수단;

을 포함하는, 수직 축선을 따라 연장되는 셸에 의해 구획된 반응기에 관한 것이며, 본 반응기는, 반응 구역 내에,

반응 구역의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되는 적어도 2 개의 튜브들로서, 상기 튜브들은 가스 상에 대해 투과성이고 촉매에 대해 불투과성이며, 각각의 튜브는 공급물을 위한 입구 수단 또는 유출물을 위한 출구 수단과 연통하는 상단부를 갖는, 상기 적어도 2 개의 튜브들

을 포함한다.

튜브들은 그들의 상단부에서, 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리를 통해 셸에 고정된 제 1 플레이트에 의해 지지된다.

튜브의 상단부와 셸에 고정된 플레이트 사이에 연결 수단을 채용한다는 것은 튜브에 작용하는 힘이 흡수되어 셸로 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 피봇 및 슬라이드 타입의 연결이기 때문에, 튜브는 병진 (슬라이딩) 및 길이방향 축선 주위의 회전 (피봇) 에서 2 의 이동 자유도를 가지며, 이는 튜브가 팽창 응력 (열 차이 및/또는 마찰 차이에 연결됨) 및 수축 응력 (특히 열 차이에 연결됨) 에 더 양호하게 응답할 수 있음을 의미한다.

일 실시형태에서, 반응기는 촉매 고정층을 포함한다.

일 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 반응기는, 반응 구역의 상측 부분 내로 촉매를 도입하기 위한 촉매용의 적어도 하나의 입구 수단 및 반응 구역의 하측 부분 내로 배출하기 위한 촉매용의 적어도 하나의 출구 수단을 더 포함하는 종류의 촉매 이동층을 갖는 방사상 반응기이다.

바람직하게는, 연결 어셈블리는, 제 1 플레이트가 지니며 (carried) 튜브를 수용하도록 구성된 슬리브를 포함하고, 튜브 및 슬리브는 각각 제 1 맞닿음 수단 및 제 2 맞닿음 수단을 포함하고, 제 1 맞닿음 수단 및 제 2 맞닿음 수단은 수직 하향 방향으로 슬리브 내에서 상기 튜브의 변위를 제한하는 방식으로 서로 협력작동한다. 일 실시형태에서, 제 1 맞닿음 수단은 슬리브의 자유 상단부에 지탱되는 방식으로 구성된다. 다른 실시형태에 따르면, 수직 하향 방향으로 슬리브 내에서 상기 튜브의 변위를 제한하는 방식으로 서로에 대해 맞닿도록 제 1 맞닿음 수단은 튜브의 외부 표면이 지니고 제 2 맞닿음 수단은 슬리브의 내부 표면이 지닌다. 일례로서, 맞닿음 수단은 플랜지 또는 러그일 수 있다.

유리하게는, 튜브들의 하단부는 셸에 의해 또는 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리를 통해 셸에 고정된 제 2 플레이트에 의해 또한 지지된다.

본 발명에 따른 반응기는 반응 구역 내에 배치된 가스 유출물을 수집하기 위한 적어도 하나의 수단을 더 포함할 수 있고, 이는 가스 유출물을 위한 출구 수단과 연통한다. 대안적으로, 반응기는 반응 구역 내에 배치된 가스 공급물을 분배하기 위한 적어도 하나의 수단을 포함할 수 있고, 이는 가스 공급물을 위한 입구 수단과 연통한다. 일례로서, 수집 또는 분배 수단은, 반응 구역의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되고 가스 상에 대해 투과성이며 촉매에 대해 불투과성인 중심 튜브이다.

다른 실시형태에 따르면, 반응기는, 가스 유체의 수집 또는 분배를 위한 수단으로서, 반응 구역의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되고 가스 상에 대해 투과성이며 촉매에 대해 불투과성인 복수의 튜브들을 포함하고, 튜브들의 상단부는 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리를 통해 제 1 플레이트에 의해 지지된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 단지 비제한적인 예로서 주어진 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 방사상 이동층 반응기의 상부 섹션의 부분 단면도를 포함하는 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 방사상 이동층 반응기의 하부 섹션의 부분 단면도를 포함하는 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 반응기에서 사용된 연결 어셈블리의 상세도이다.
도 4 는 연결 어셈블리의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 반응기의 제 2 실시형태의 단면도이다.

일반적으로, 동일한 요소들은 도면들에서 동일한 도면부호로 표시된다.

도 1 및 도 2 를 참조하여 본 발명에 따른 방사상 이동층 반응기의 제 1 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 반응기가 촉매 고정층을 갖는 방사상 반응기일 수도 있다는 것에 유의해야 한다.

셸 (2) 에 의해 형성된 카보이 형상인 본 발명에 따른 촉매 방사상 유동 반응기 (1) 는, 실질적으로 수직한 대칭 축선 (AZ) 을 따라 연장되는 원통형 용기를 한정한다.

셸 (2) 의 상측 부분은 제 1 오리피스 (3) 를 포함하고, 셸의 하측 부분은 제 2 오리피스 (4) 를 포함하는데, 이들은 각각 처리될 공급물을 위한 입구 수단 및 촉매 반응에 의해 생성된 유출물을 위한 출구 수단이다. 제 1 오리피스 (3) 를 유출물을 위한 출구 수단으로서 사용하고 제 2 오리피스 (4) 를 공급물을 위한 입구 수단으로서 사용하는 것도 또한 가능하다. 셸 (2) 은 반응 구역 (10) 을 포함하는 용기를 한정한다.

반응 구역 (10) 위와 아래에 각각 위치된 제 1 오리피스 (3) 와 제 2 오리피스 (4) 는 셸을 유체 입구와 출구 배관 시스템에 연결하는데 사용될 수 있는 튜브 (5, 6) 로 둘러싸인다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 용기의 상측 부분 내로 그리고 반응 구역 (10) 내로 배출되는 촉매를 도입하기 위한 복수의 튜브 (7) (레그라고도 알려져 있음) 가 셸 (2) 의 상측 부분을 통과한다. 셸은 용기의 하측 부분에 배치된 촉매를 배출 (또는 인출) 하기 위한 복수의 튜브 (8) 를 또한 포함한다. 촉매 배출 (또는 인출) 튜브 (8) 는 반응 구역 (10) 의 바닥으로 하향 연장되어 반응기 (1) 외부로 배출된다. 반응 구역 (10) 에 분포된 촉매는 입자, 예를 들어 직경이 일반적으로 1 내지 5 mm 의 범위 내인 입자의 형태이다. 명백하게, 촉매는 예를 들어 단순한 원통형 과립과 같은 다른 형태를 취하거나, 또는 예컨대 삼엽형 또는 사엽형과 같은 다엽형 (multilobed) 형상일 수도 있다. 반응기가 작동 중일 때, 레그 (7) 를 통해 반응기의 상부를 통해 도입된 촉매는 반응 구역 (10) 에서 중력 하에서 유동하고, 레그 (8) 를 통해 배출된다.

본 발명에 따르면, 반응기 (1) 는 반응 구역 (10) 에 담그어진 복수의 튜브 (9) 를 포함한다. 튜브 (9) 는 반응 구역 (10) 에서 실질적으로 수직 방향으로, 바람직하게는 대칭 축선 (AZ) 에 평행하게, 그리고 반응 구역 (10) 의 높이의 적어도 80 % 에 걸쳐 연장된다. 튜브 (9) 의 기능은 공급물의 도입 (그러면 튜브는 공급물 분배 튜브로 지칭됨) 또는 반응 유출물의 수집 (그러면 튜브는 수집 튜브로 지칭됨) 을 허용하는 것이다. 튜브 (9) 는, 가스 유체에 대해 투과성이고 촉매에 대해 불투과성이 되는 방식으로 설계된다. 튜브 (9) 는, 예를 들어, 촉매 입자의 크기보다 더 작은 치수를 갖는 개구들이 제공된 튜브의 형태이거나, 또는 실제로 당업자에게 알려진 "Johnson" 타입 스크린의 형태일 수 있다. 튜브 (9) 는 단면이 원형인 것이 바람직하다. 그러나, 튜브의 단면은 예를 들어 직사각형 또는 정사각형과 같은 다른 형태를 가질 수도 있다.

이제 도 1 을 참조하면, 반응 구역 (10) 내부에서, 반응기는 가스 유체에 대해 투과성이며 촉매에 대해 불투과성인 튜브 (13) 에 의해 한정된 원통형 중심 구역을 또한 포함한다. 중심 튜브는 반응 구역 (10) 의 높이의 적어도 80 % 에 걸쳐 실질적으로 수직 방향으로, 바람직하게는 대칭 축선 (AZ) 에 실질적으로 평행하게 연장된다. 중심 튜브 (13) 의 역할은 튜브 (9) 가 하는 역할에 따라, 유출물의 수집을 허용하거나 또는 공급물의 분배를 허용하는 것이다. 따라서, 튜브 (9) 가 공급물을 분배하는데 사용되는 때, 중심 튜브 (13) 는 유출물 수집 튜브로서 작용한다. 대조적으로, 튜브 (9) 가 반응 유출물을 수집하는데 사용되는 때, 중심 튜브 (13) 는 공급물을 분배하기 위한 튜브이다.

튜브 (9) 가 셸의 상부 오리피스 (3) 를 통해 도입되는 공급물을 위한 분배 수단으로서 사용되고 중심 튜브가 기체 유출물을 위한 수집 튜브로서 사용되는 제 1 기능적 실시형태에 따르면, 튜브 (9) 의 상측 제 1 단부 (11) 는 오리피스 (3) 와 연통하도록 개방되는 한편, 튜브의 하측 제 2 단부 (12) 는 상기 제 2 단부를 통한 가스 공급물의 통과를 방지하도록 폐쇄된다. 이 경우에도, 중심 튜브 (13) 의 상단부는 폐쇄되는 한편, 하단부는 반응기 바닥에 배치된 오리피스 (4) 와 연통하여 가스 유출물이 배출될 수 있도록 개방된다.

튜브 (9) 가 가스 유출물을 위한 수집 수단으로서 사용되고 중심 튜브 (13) 가 공급물을 위한 분배 수단으로서 작용하고 공급물은 오리피스 (4) 를 통해서 반응기의 바닥을 통해 도입되고 유출물은 상부 오리피스 (3) 를 통해 반응기로부터 인출되는 제 2 기능적 실시형태에서, 튜브 (9) 의 하단부 및 중심 튜브 (13) 의 상단부는 폐쇄된다.

튜브 (9) 가 공급물을 위한 분배 수단으로서 사용되고 중심 튜브 (13) 가 가스 유출물을 위한 수집 수단으로서 작용하고 공급물은 오리피스 (4) 를 통해서 반응기의 바닥을 통해 도입되고 유출물은 상부 오리피스 (3) 를 통해 반응기로부터 인출되는 제 3 기능적 실시형태에서, 튜브 (9) 의 상단부 및 중심 튜브 (13) 의 하단부는 폐쇄된다.

제 4 기능적 실시형태에 따르면, 튜브 (9) 는 기체 유출물을 위한 수집 수단으로서 작용하고, 중심 튜브 (3) 는 가스 공급물을 위한 분배 수단으로서 사용되고, 공급물은 상부 오리피스 (3) 를 통해 도입되고, 유출물은 하부 오리피스 (4) 를 통해 반응기로부터 배출된다. 이 경우, 튜브 (9) 의 상단부와 중심 튜브의 하단부는 폐쇄된다.

도 1 을 참조하면, 반응기의 상부에는, 반응 구역 (10) 위에 가스 공급물 또는 가스 유출물인 가스 유체를 제한하기 위한 구역 (15) 을 규정하는 방식으로 셸 (2) 에 고정된 플레이트 (14) 가 장착되어 있음을 알 수 있다. 상부 플레이트 (14) 는 촉매 입자에 대해 그리고 제한 구역 (15) 및 반응 구역 (10) 에서 이동하는 가스에 대해 불투과성이다.

이 실시형태에서, 촉매 도입용 레그 (7) 는 상부 플레이트 (14) 에 의해 지지되고, 레그의 자유 개방 단부가 상부 플레이트 (14) 아래에 위치된 반응 구역 (10) 의 상측 부분 내로 배출되도록 배치된다. 본 발명에 따르면, (공급물의 분배 또는 유출물의 수집을 위한) 튜브 (9) 는 상부 플레이트 (14) 에 의해 지지되고, 기체 유체를 위한 제한 구역 (15) 에서 튜브의 상단부 (11) 가 상부 플레이트 위로 배출되도록 상부 플레이트를 통과한다. 본 발명에 따르면, 튜브 (9) 는 후술하는 피봇 및 슬라이드 타입 연결부를 제공하는 연결 어셈블리에 의해 플레이트 (14) 에 의해 튜브의 상단부에서 지지된다.

도 1 을 참조하면, 상부 플레이트 (14) 가 역전 절두 원추 (즉, 원추의 정점이 반응기의 바닥을 향하고 있음) 의 형태인 부분 (17) (원형 베이스는 용기의 직경보다 작은 직경을 가짐) 및 셸 (2) 에 대한 테이퍼부 (17) 의 연결을 제공하는 원형 스커트 (18) 를 포함한다는 것을 인지할 것이다. 원형 스커트 (18) 는 반응기 (1) 의 바닥의 방향으로 떨어지는 경사를 갖는다. 촉매의 분배를 위해 튜브 (7) 를 지지하는 환형의 평평한 표면 (19) 에 의해 원추의 베이스가 원형 스커트 (18) 에 연결되는 것을 또한 볼 수 있다. 도 1 에 도시된 실시형태에서, 스커트 (18) 는 평평한 표면 (19) 에 연결된 수직 축선을 따라 연장되는 환형 부분 (20) 에 의해 연장된다. 따라서, 상부 플레이트는 깔때기 형태의 부분 (21) 을 포함한다. 분배 레그 (7) 를 통해 도입된 촉매는 환형의 원통형 부분 (20) 내로 전달되고, 그러고 나서 깔때기의 제 2 테이퍼 환형 구역 (21) 내로 분산된다. 대안적으로, 플레이트 (14) 의 스커트 (18) 는 평평한 표면 (19) 에 직접 연결될 수 있다. 원추형 섹션을 갖는 상부 플레이트 (14) 의 이러한 실시형태는, 촉매의 분산을 향상시키고 경사진 표면의 형성을 피함으로써 반응 구역에서의 가스 포켓의 형성을 제한한다는 이점이 있다.

본 발명의 맥락에서 그리고 대안적으로, 스커트 (18) 는 본질적으로 수평인 면, 즉 수직 축선 (AZ) 에 수직으로 연장될 수 있다.

명백하게, 상부 플레이트 (14) 는 촉매용 분배 튜브들 (7) 및 공급물 분배 튜브들 또는 유출물 수집 튜브들 (9) 이 통과하는 오리피스들을 포함하는 디스크처럼, 예를 들어 도 5 에 나타낸 바와 같이, 상이하게 구성될 수 있다.

도 2 는 반응기의 바람직한 실시형태를 나타내는데, (공급물의 분배 또는 유출물의 수집을 위한) 튜브 (9) 의 하단부는 셸 (2) 에 직접 장착된 연결 수단을 포함하는 피봇 및 슬라이드 타입 연결부를 제공하는 연결 어셈블리 (22) 를 통해 셸 (2) 에 또한 연결된다. 대안적으로, 튜브의 하단부와 협력작동하는 연결 수단은, 셸에 고정되고 반응기의 하부 섹션에 배치된 하부 플레이트에 의해 지지될 수 있다 (도 5 참조).

(분배 또는 수집을 위한) 튜브 (9) 와 상부 플레이트 (14) 사이의 연결을 제공하는 피봇 및 슬라이드 타입 연결 어셈블리가 도 3 및 도 4 에 상세하게 도시되어 있다. 연결 어셈블리의 기능은 튜브 (9) 를 축선방향으로 지지하고 또한 중력 하에 변위되는 때에 촉매에 의해 튜브 (9) 에 가해지는 힘이 흡수될 수 있게 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 연결 어셈블리는 2 자유도를 갖는, 즉 튜브의 수직 축선을 따라 병진하고 튜브의 수직 축선을 중심으로 회전하는 튜브 (9) 를 나타낸다.

연결 어셈블리는 상부 플레이트 (14) 에 고정된 슬리브 (16) 를 포함하며, 이는 튜브 (9) 가 슬리브 (16) 내에서 슬라이딩할 수 있는 방식으로 튜브 (9) 의 외부 직경 (또는 섹션) 보다 큰 내부 직경 (또는 섹션) 을 갖는다. 또한, 연결 어셈블리는 튜브 (9) 및 슬리브 (16) 가 각각 지니는 제 1 맞닿음 수단 (23) 및 제 2 맞닿음 수단 (24) 을 포함하며, 제 1 및 제 2 맞닿음 수단은 슬리브 내에서 튜브의 하향 수직 방향으로의 변위를 제한하는 방식으로 서로 협력작동한다. 본 발명에 따르면, 플레이트 (14) 를 통과하는 슬리브 (16) 는 나사결합 또는 용접에 의해 상기 상부 플레이트에 고정될 수 있다.

도 3 의 실시형태에서, 튜브 (9) 는 그의 자유 상단부에서, 축선 (AZ) 에 실질적으로 평행한 수직 하향 방향으로 슬리브 (16) 내에서 튜브 (9) 의 변위를 제한하는 방식으로 슬리브 (16) 의 자유 상단부 (24) 에 접할 수 있는 원형 플랜지 (또는 칼라) (23) 를 지닌다.

도 4 는 피봇 및 슬라이드 연결 어셈블리의 다른 실시형태를 묘사하는데, 제 1 맞닿음 수단 (23) 은 튜브 (9) 의 외부 표면이 지니고, 제 2 맞닿음 수단 (24) 은 슬리브 (16) 의 내부 표면이 지닌다.

튜브 (9) 는 일반적으로 30°내지 360°, 바람직하게는 30°내지 180°의 각도 (α) 를 갖는 분배 또는 수집 섹터 (또는 윈도우) 를 갖는다. 분배 또는 수집 섹터가 튜브의 전체 둘레 (즉, 각도 α 가 360°인 경우) 에 걸쳐 개방되지 않은 경우, 반응 구역 (10) 내에 섹터를 배향하기 위해 튜브와 슬리브 사이에 인덱싱 수단이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 반응기 (1) 의 다른 실시형태가 도 5 에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시형태는 반응기의 반영 섹션 (10) 에서 연장되는 복수의 수직 튜브 (25) 로 대체된 중심 튜브 (13) 의 부존재에 의해 도 1 의 실시형태와 다르다. 도 5 를 참조하면, 수직 튜브 (25) 는 그의 상단부가 가스 유체를 제한하기 위한 구역 (15) 내로 제한되는 방식으로 상부 플레이트 (14) 를 통과한다. 수직 튜브 (25) 는 튜브 (9) 에 사용된 것과 동일한 연결 어셈블리를 통해 상부 플레이트 (14) 에 또한 연결된다. 따라서, 연결 어셈블리는 슬리브 (16) 를 포함하고, 슬리브는 상부 플레이트 (14) 에 고정되고 튜브 (25) 를 수용할 수 있다. 튜브 (25) 와 슬리브 (16) 는 수직 하향 방향으로의 튜브 (25) 의 변위를 제한하기 위해 서로 협력작동하는 맞닿음 수단을 또한 포함한다. 도 5 의 반응기는 수직 튜브 (9, 24) 를 그의 하단부에서 지지하는 셸 (2) 에 고정된 하부 플레이트 (26) 를 또한 갖추고 있다. 하부 플레이트 (26) 는 촉매에 대해 불침투성이고 가스에 대해 불투과성이다. 더 정확하게는, 튜브 (9, 25) 의 하부 섹션은 가스 유체 (공급물 또는 유출물) 에 대한 제한 구역 (27) 에서 상기 플레이트 아래로 하단부가 배출되도록 하부 플레이트 (25) 를 통과한다.

바람직하게는, 튜브 (9, 25) 의 하단부는 튜브 (9, 25) 의 자유 하단부를 수용할 수 있는 슬리브 (28) 에 의해 피봇 및 슬라이드 연결 어셈블리를 통해 하부 플레이트 (26) 에 연결된다. 선택적으로, 슬리브 (28) 는 튜브의 수직 변위를 제한하는 방식으로 튜브 (9, 25) 가 지니는 맞닿음 수단과 협력작동하는 맞닿음 수단을 포함할 수 있다. 이러한 하부 연결 수단은 튜브의 상기 하단부가 촉매층 상에 직접 놓이는 것을 방지하기 위해 그리고 반응 구역 내의 축선방향 위치가 안정적인 것을 보장하기 위해 힘의 보충 흡수를 제공한다. 이 실시형태에서, 예를 들어, 튜브 (9) 는 기체 공급물의 분배 기능을 수행하는 반면, 튜브 (25) 는 기체 유출물의 수집 기능을 수행한다. 이 실시형태에서, 모든 튜브가 일단부에서 개방되고 반대편 타단부에서 폐쇄되는 것에 유의해야 한다. 일례로서, 공급물이 반응기의 상부 오리피스 (3) 를 통해 도입되고 유출물이 오리피스를 통해 반응기의 바닥으로부터 배출되는 경우, 공급물의 "분배" 를 위한 튜브들은 그들의 상단부에서 개방되고 그들의 하단부에서 폐쇄되는 반면, 유출물의 "수집" 을 위한 튜브들은 그들의 하단부에서 개방되고 그들의 상단부에서 폐쇄된다. 반대로, 가스 공급물이 오리피스 (4) 를 통해서 반응기의 바닥을 통해 도입되고 반응 유출물이 상부 오리피스 (3) 를 통해 인출되는 경우, 공급물의 "분배" 를 위한 튜브들은 그들의 하단부에서 개방되고 그들의 상단부에서 폐쇄되는 반면, 유출물의 "수집" 을 위한 튜브들은 그들의 상단부에서 개방되고 그들의 하단부에서 폐쇄된다.

예로써, 본 발명에 따른 촉매 이동층을 갖는 반응기의 작동 원리가 이제, 도 5 를 참조하여 그리고 가스 공급물이 반응기의 헤드로 보내지고 유출물이 반응기의 바닥으로부터 수집되는 기능적 실시형태에서 설명될 것이다.

가스 탄화수소 공급물은 상부 오리피스 (3) 를 통해 반응기 (1) 로 보내지고, 셸 및 상부 플레이트 (14) 에 의해 구획된 제한 구역 (15) 을 채운다. 공급물은 제한 구역 (15) 내로 배출되는 상부 개구 (11) 를 통해 수직 분배 튜브들 (9) 에 의해 반응 구역 (10) 에 공급된다. 공급물은 분배 튜브 (9) 내에서 이동하고, 가스 유체에 대해 투과성이며 촉매 입자에 대해 불투과성인 분배 튜브를 통해 반경 방향으로 반응 구역 (10) 내로 확산한다.

촉매에 관하여, 촉매는 비교적 느린 속도 (대략 시간당 1 미터) 로 중력 하에서 촉매 분배 튜브들 (또는 레그들) (7) (자유 단부는 반응 구역 (10) 내로 배출됨) 을 통해 반응 구역 (10) 으로 연속적으로 보내진다. 그러면, 촉매는 반응 구역 (10) 을 채우고, 반응 구역 (10) 으로부터 또한 연속적으로 인출되고, 촉매 출구 튜브들 (또는 레그들) (8) 을 통해 반응기로부터 배출된다. 반응 구역 (10) 의 체적을 차지하도록 균일하게 분포된 촉매는 촉매 전환 반응을 수행하도록 가스 공급물과 접촉하게 되고 반응 유출물을 생성한다. 반응 유출물은, 반응 유출물에 대해 투과성이며 촉매에 대해 불투과성인 유출물 수집 튜브들 (25) 을 통해 수집된다. 반응 유출물은 유출물 수집 튜브들 (25) 에서 반사상으로 확산하고, 하부 플레이트 (26) 아래에 위치된 유출물 제한 공간 (27) 으로 공급된다. 유출물은 유출물 제한 공간 (27) 과 연통하는 유출물 출구 오리피스 (4) 를 통해 반응기로부터 배출된다.

촉매 이동층을 갖는 다관식 반응기에서 피봇 및 슬라이드 연결 어셈블리를 사용하는 것은 압축 하중 하에 놓이는 때에 튜브에서의 좌굴 현상이 제한될 수 있음을 의미한다. 또한, 튜브가 수직 축선을 따라 변위될 수 있으므로, 튜브 아래에 존재하는 촉매의 압축 및 미립자의 생성을 초래할 수 있는 열팽창 현상에 덜 민감하다.

튜브의 상단부 및 하단부에 위치된 피봇 및 슬라이드 연결 어셈블리를 사용하는 것은, 반응 섹션에서의 촉매의 유동이 균일하지 않은 경우에도, 튜브가 상기 반응 섹션에서 수직으로 적절하게 유지되는 것을 보장한다. 이 반응 섹션에서는 틸팅에 의한 튜브의 변위가 회피되어야 하므로, 유체의 궤도가 변경되지 않고, 따라서 체류 시간이 반응 섹션 전체에 걸쳐 균일하다.

맞닿음 수단과 관련된 슬리브 시스템의 채용은, 예를 들어 튜브를 플레이트에 용접함에 의한 영구 고정 시스템의 사용이 생략될 수 있어서 결함있는 튜브의 교체가 용이해진다는 것을 의미한다.

Claims (12)

1. 

   촉매 층을 함유하는 반응 구역 (10) 이 제공된 용기;
   

   

   가스 공급물을 위한 적어도 하나의 입구 수단 (3); 및
   

   

   상기 반응 구역 (10) 에서 생성된 가스 유출물을 위한 적어도 하나의 출구 수단 (4);
   을 포함하는, 수직 축선을 따라 연장되는 셸 (2) 에 의해 구획된 반응기 (1) 로서,
   상기 반응기는, 상기 반응 구역 (10) 내에,
   

   

   상기 반응 구역의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되는 적어도 2 개의 튜브들로서, 상기 튜브들은 가스 상에 대해 투과성이고 촉매에 대해 불투과성이며, 각각의 튜브 (9) 는 상기 공급물을 위한 상기 입구 수단 또는 유출물을 위한 상기 출구 수단과 연통하는 상단부 (11), 및 반대편의 제 2 단부 (12) 를 갖는, 상기 적어도 2 개의 튜브들
   을 포함하고,
   튜브들 (9, 24) 은 그들의 상단부에서, 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리를 통해 상기 셸 (2) 에 고정된 제 1 플레이트 (14) 에 의해 지지되는, 반응기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 촉매 층은 고정층인, 반응기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 촉매 층은 이동층이고, 상기 반응기는
   

   

   상기 반응 구역 (10) 의 상측 부분 내로 촉매를 도입하기 위한 촉매용의 적어도 하나의 입구 수단 (7); 및
   

   

   상기 반응 구역 (10) 의 하측 부분 내로 배출하기 위한 촉매용의 적어도 하나의 출구 수단 (8);
   을 더 포함하는, 반응기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연결 어셈블리는, 상기 제 1 플레이트 (14) 가 지니며 (carried) 튜브 (9) 를 수용하도록 구성된 슬리브 (16) 를 포함하고,
   상기 튜브 및 상기 슬리브는 각각 제 1 맞닿음 수단 (23) 및 제 2 맞닿음 수단 (24) 을 포함하고, 상기 제 1 맞닿음 수단 (23) 및 상기 제 2 맞닿음 수단 (24) 은 수직 하향 방향으로 상기 슬리브 내에서 상기 튜브의 변위를 제한하는 방식으로 서로 협력작동하는, 반응기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 맞닿음 수단 (23) 은 상기 슬리브 (14) 의 자유 상단부에 지탱되는 방식으로 구성되는, 반응기.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 맞닿음 수단 (23) 은 상기 튜브의 외부 표면이 지니고,
   상기 제 2 맞닿음 수단 (24) 은 상기 슬리브 (16) 의 내부 표면이 지니는, 반응기.
7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 맞닿음 수단은 플랜지 또는 러그인, 반응기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 튜브들 (9, 24) 의 하단부는 상기 셸 (2) 에 의해 또는 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리 (27) 를 통해 상기 셸에 고정된 제 2 플레이트 (25) 에 의해 지지되는, 반응기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반응 구역 (10) 내에 배치된 가스 유출물을 수집하기 위한 적어도 하나의 수단 (13) 으로서, 상기 가스 유출물을 위한 출구 수단 (4) 과 연통하는, 상기 적어도 하나의 수단 (13)
   을 더 포함하는, 반응기.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 구역 (10) 내에 배치된 가스 공급물을 분배하기 위한 적어도 하나의 수단 (13) 으로서, 상기 가스 공급물을 위한 입구 수단과 연통하는, 상기 수단 (13)
    을 포함하는, 반응기.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    수집 또는 분배 수단 (13) 은, 상기 반응 구역 (10) 의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되고 가스 상에 대해 투과성이며 촉매에 대해 불투과성인 중심 튜브인, 반응기.
12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    수집 또는 분배 수단 (13) 은, 상기 반응 구역의 높이에 걸쳐 실질적으로 수직으로 연장되고 가스 상에 대해 투과성이며 촉매에 대해 불투과성인 복수의 튜브들 (9, 24) 을 포함하고,
    상기 튜브들의 상단부 (11) 는 피봇 및 슬라이드 타입 연결을 제공하는 연결 어셈블리를 통해 상기 제 1 플레이트 (14) 에 의해 지지되는, 반응기.

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