KR20190106764A - 분배 구역 위에 위치한 혼합 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하향유동 촉매 반응기를 위한 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는 다음의 것을 포함한다:
- 수집 수단 (5) 을 포함하는 수집 구역 (A);
- 실질적으로 수직인 수집 파이프 및 이 수집 파이프로 개방된 적어도 하나의 주입 수단 (8);
- 길이 L1 의 유체 혼합 챔버 (15) 를 포함하는 혼합 구역 (B) 으로서, 이 혼합 챔버 (15) 는 수집 파이프와 연통하는 제 1 단부 및 혼합 챔버 (15) 아래에 위치된, 길이 L2 의 유체 교환 챔버 (16) 와 연통하는 제 2 단부를 포함하고, 교환 챔버 (16) 의 길이 L2 는 혼합 챔버 (15) 의 길이 L1 보다 엄격하게 더 큰, 상기 혼합 구역 (B);
- 혼합 구역 (B) 아래에 위치하는 분배 구역 (C) 으로서, 이 분배 구역 (C) 은 복수의 침니들 (13) 및 침니들 (13) 위에 또는 침니들 (13) 상에 위치한 복수의 수평 패널들 (33) 을 지니는 분배 플레이트 (12) 를 포함하는, 상기 분배 구역 (C).

Description

분배 구역 위에 위치한 혼합 장치{MIXING DEVICE SITUATED ABOVE THE DISTRIBUTION ZONE}
본 발명은 발열 반응의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고정층 반응기 (fixed bed reactor) 에서 수행되는 수소처리, 수소화 탈황, 수소화 탈질소, 수소화 분해, 수소화, 수소화 탈산소, 수소화 이성질체화, 수소화 탈왁스 또는 수소화 탈아로마 반응에 관한 것이다. 본 발명은 특히 병류 하향유동 반응기에서 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치 및 발열 반응을 수행하기 위한 이의 용도에 관한 것이다.
예를 들어 정제소 및/또는 석유 화학에서 수행되는 발열 반응은 이들이 수행되는 촉매 반응기의 열 폭주를 피하기 위해 급랭 유체로 지칭되는 추가 유체에 의해 냉각될 필요가 있다. 이들 반응에 사용되는 촉매 반응기는 일반적으로 적어도 하나의 고체 촉매층을 포함한다. 반응의 발열 성질은 반응기 내에 함유된 촉매층에서의 핫 스팟의 존재를 피하기 위해 반응기 내의 0 에 가까운 반경방향 온도 구배, 및 반응기 단면에 걸친 균질한 축방향 온도 구배를 유지할 필요가 있다. 너무 고온인 영역은 촉매의 활성을 조기에 감소시키고 그리고/또는 비선택적 반응을 일으키고 그리고/또는 열 폭주로 이어질 수 있다. 따라서, 2 개의 촉매층 사이에 위치하는 적어도 하나의 혼합 챔버를 반응기에 구비하여, 반응기 단면에 걸친 유체에서의 균질한 온도 분포 및 반응 유체의 원하는 온도로의 냉각을 허용하도록 하는 것이 중요하다.
이러한 균질화를 달성하기 위해, 당업자는 종종 가능한한 균질한 급랭 유체를 반응기의 횡단면에 도입하는 것을 포함하여 때때로 복잡한 내부 구조의 특정 배치를 사용해야만 한다. 예를 들어, FR 2 824 495 A1 은 급랭 유체(들)와 공정의 유체(들) 사이의 효과적인 열교환을 보장할 수 있게 하는 퀀칭 장치 (quenching device) 를 기술하고 있다. 이 장치는 챔버에 합체되고, 또한 이 장치는 급랭 유체를 주입하기 위한 튜브, 유체를 수집하기 위한 배플, 급랭 유체와 하향 유동 반응 유체 사이에서 혼합을 수행하는 급랭 박스 자체, 및 천공 접시 및 분배 플레이트로 구성된 분배 시스템을 포함한다. 급랭 박스는 유체를 상기 챔버의 축선에 대해 평행하지 않은 실질적으로 비방사상 방향으로 소용돌이 운동으로 설정하기 위한 디플렉터 및 이 디플렉터의 하류에서 반응 유체의 유동 방향으로 박스에 형성된 유체의 혼합물을 위한 적어도 하나의 출구 통로 섹션을 갖는다. 그러나, 이러한 장치는 다수의 단점을 갖는다:
- 이 장치는 특히 높은 유체 유속에 대해 유체 (급랭 유체 및/또는 반응 유체) 의 혼합 및 분배의 유효성면에서 충분함을 입증하지 못한다.
- 이 장치는 상당히 부피가 크며, 따라서 이러한 장치를 사용하는 반응기에서 손실된 공간은 사용될 수 있는 촉매의 양에 영향을 미친다.
본 발명의 목적은, 소형화 (compactness) 를 잃지 않으면서 또는 이것이 증가하더라도, 유체의 혼합의 유효성을 더 양호하게 하고, 따라서 분배 플레이트에 걸친 유체의 보다 양호한 분배를 가능하게 하는 혼합 및 분배 장치를 제안함으로써 전술한 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 주제는 하향유동 촉매 반응기를 위한 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치이고, 이 장치는 다음의 것을 포함한다:
- 적어도 하나의 수집 수단을 포함하는 적어도 하나의 수집 구역;
- 상기 수집 수단에 의해 수집된 반응 유체를 수용할 수 있는 적어도 하나의 실질적으로 수직인 수집 파이프 및 급랭 유체 (quench fluid) 를 주입하기 위해 상기 수집 파이프로 개방된 적어도 하나의 주입 수단;
- 유체의 유동 방향으로 상기 수집 파이프의 하류에 위치한 적어도 하나의 혼합 구역으로서, 상기 혼합 구역은 길이 L1 의 적어도 하나의 유체 혼합 챔버를 포함하고, 상기 혼합 챔버는 상기 수집 파이프와 연통하는 제 1 단부 및 상기 혼합 챔버 아래에 위치된, 길이 L2 의 유체 교환 챔버와 연통하는 제 2 단부를 포함하고, 상기 교환 챔버의 상기 길이 L2 는 상기 교환 챔버 상에 천장을 생성하도록 상기 혼합 챔버의 상기 길이 L1 보다 엄격하게 더 크고, 상기 천장은 상기 교환 챔로부터 분배 구역으로의 상기 유체의 통과를 허용하는 적어도 하나의 개구를 포함하는, 상기 혼합 구역;
- 유체의 유동 방향으로 상기 혼합 구역의 하류에서 상기 혼합 구역 아래에 위치하는 적어도 하나의 분배 구역으로서, 상기 분배 구역은 복수의 침니들 및 복수의 수평 패널들을 지니는 분배 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 수평 패널들은 상기 교환 챔버의 상기 천장의 상기 개구 아래에 위치하되, 상기 분배 구역의 상기 분배 플레이트의 상기 침니들 위에 또는 상기 침니들 상에 위치하는, 상기 적어도 하나의 분배 구역.
바람직하게는, 상기 혼합 챔버의 길이 L1 과 상기 교환 챔버의 길이 L2 사이의 비율은 0.1 내지 0.9 이다.
유리하게는, 개구(들) 에 의해 차지된 표면적의 백분율은 상기 천장의 전체 표면적에 대해 20 내지 100% 이다.
하나의 특정한 실시형태에서, 개구(들) 에 의해 차지된 표면적의 백분율은 상기 천장의 전체 표면적의 100% 와 동일하다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 상기 수평 패널들은 상기 분배 플레이트의 상기 침니들 위에 최대 100 mm 의 높이에 위치한다.
본 발명에 따른 다른 실시형태에서, 상기 수평 패널들은 상기 분배 플레이트의 상기 침니들 상에 위치된다.
유리하게는, 상기 수평 패널들에 의해 차지된 단면의 표면적은 상기 분배 구역 (C) 의 단면의 표면적의 2 내지 95% 의 범위에 있다.
유리하게는, 상기 수평 패널들은 1 내지 50 mm 의 거리만큼 서로 이격되어 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 상기 혼합 구역은 상기 분배 구역의 중심 축선에 대해서 중심을 벗어나서 상기 분배 플레이트 상에 2 개의 구역들 (Z1 및 Z2) 을 형성하고, 구역 Z1 과 구역 Z2 의 표면적 간의 관계로서 정의되는 비율 (R) 은 값 0 및 1 을 포함하지 않고서 0 과 1 사이에 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 상기 혼합 챔버는, 경사진 형상을 가지며 상기 혼합 챔버의 길이방향 축선 (XX') 과 20°내지 70°의 각도 (α) 를 형성하는 단부 에지를 갖는 바닥부를 포함한다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 상기 주입 수단은 상기 수집 파이프로 직접 개방되는 노즐에 의해 보충되고, 상기 노즐은 상기 수집 파이프로 개방되는 적어도 하나의 오리피스를 포함하는 튜브로 이루어진다.
유리하게는, 상기 교환 챔버는 또한, 그 측벽 상에, 상기 교환 챔버로부터 상기 분배 구역으로의 유체의 통과에 적합한 복수의 측방 통로 섹션들을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 장치는 또한, 적어도 하나의 측방 통로 섹션에 대향하여 상기 분배 구역 내에 위치한 적어도 하나의 측방 디플렉터를 포함한다.
유리하게는, 상기 혼합 챔버와 상기 교환 챔버 사이의 체적 비율은 5 내지 60% 이다.
본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치를 갖는 중간 구역에 의해 분리된 적어도 2 개의 고정 촉매 층을 포함하는 챔버를 구비한 하향유동 촉매 반응기에 관한 것이다.
도 1 은 적어도 2 개의 고체 촉매층을 포함하고 본 발명에 따른 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치를 포함하는 하향유동 촉매 반응기의 축방향 단면을 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 혼합 구역 (B) 의 사시도이다.
도 3 은 측방 통로 섹션을 포함하는 본 발명에 따른 장치의 혼합 구역 (B) 의 사시도이다.
도 4 는 복수의 수평 패널 (33) 을 포함하는 본 발명에 따른 장치의 단면을 도시한다.
도 5 는 하나의 특정 실시형태에 따른 본 발명에 따른 장치의 단면을 도시한다. 혼합 구역 (B) 은 분배 구역 (C) 의 중심 축선에 대해 중심에서 벗어나 있어서, 상이한 표면적을 갖는 2 개의 구역 Z1 및 Z2 를 포함하는 분배 플레이트 (12) 를 형성한다.
도 6 은 본 발명에 따른 장치의 특정 실시형태의 혼합 구역 (B) 의 축선 (XX ') 을 따른 단면도이다.
정의
본 발명의 의미 내에서, 혼합 챔버는 반응 유체와 급랭 유체 사이의 혼합이 수행되는 공간으로 이해된다.
교환 챔버는 혼합된 반응 유체와 급랭 유체가 적어도 하나의 개구를 통해 유체를 위한 분배 구역과 직접 접촉하는 공간으로 이해된다.
상세한 설명
이하에 설명되는 모든 실시형태들은 본 발명의 일반적인 개시의 일부이며, 서로 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 혼합 및 분배 장치는 수소처리, 수소화 탈황, 수소화 탈질소, 수소화 분해, 수소화, 수소화 탈산소, 수소화 이성질체화, 수소화 탈왁스 또는 수소화 탈아로마 반응과 같은 발열 반응이 수행되는 반응기에서 사용된다. 일반적으로, 반응기는 실질적으로 수직인 축선을 따라 세장형 형상을 갖는다. 적어도 하나의 반응 유체 ("공정 유체" 라고도 함) 가 상기 반응기의 상부로부터 적어도 하나의 고정 촉매 층을 통해 바닥부로 흐르게 된다. 유리하게는, 마지막 층과 별도로 각 층의 출구에서, 반응 유체가 수집된 다음, 분배 플레이트의 하류에 위치된 촉매층 상에 분배되기 전에 상기 장치 내에서 급랭 유체와 혼합된다. 하류 및 상류는 반응 유체의 유동 방향에 대해 정의된다. 반응 유체는 기체 또는 액체 또는 액체와 기체를 함유하는 혼합물일 수 있다; 이는 반응기 내에서 수행되는 반응 유형에 좌우된다.
도 1 을 참조하면, 혼합 및 분배 장치는 적어도 하나의 반응 유체가 적어도 하나의 촉매층 (2) 을 통해 상부로부터 바닥부로 유동하게 되는 실질적으로 수직인 축선을 따라 세장형 형상인 반응기 (1) 내에 배치될 수 있다. 장치는 챔버 (1) 내의 반응 유체의 유동 방향에 대해 촉매층 (2) 아래에 배치된다. 지지 격자 (3) 는 촉매층 (2) 을 지지하여 촉매층 (2) 아래에 배치된 수집 구역 (A) 을 자유롭게 한다. 수집 구역 (A) 은 반응 유체가 수집 파이프 (7) 로 배출되도록 하는데 필요하다 (도 4 및 도 5 참조). 급랭 유체는 급랭 유체를 위한 주입 수단 (8) 을 통해 수집 파이프 (7) 로 주입된다 (도 4 및 도 5 참조). 급랭 유체는 액체 또는 기체, 또는, 액체 또는 기체를 함유하는 혼합물일 수 있다.
촉매층 (2) 을 통과하는 반응 유체는 혼합 구역 (B) 으로서 불리우는 구역에서 수집 구역 (A) 아래에 (도 1, 도 4 및 도 5 에 도시됨) 또는 수집 구역 (A) 에 (도면에는 도시되지 않음) 배치된 실질적으로 수직인 수집 파이프 (7) 로 이어지는 실질적으로 수평인 수집 수단 (5) (여기서는 수집 배플이라고도 함) 에 의해 수집된다. 실질적으로 수직하다는 것과 실질적으로 수평하다는 것은, 본 발명의 의미 내에서, ±5도 사이의 각도 (β) 만큼 각각 수직선 또는 수평선을 갖는 평면의 변화를 의미하는 것으로 이해된다. 수집 수단 (5) (도 1 참조) 은 촉매층 (2) 의 지지 격자 (3) 아래에서 챔버의 길이방향 축선에 대해 수직인 평면에 배치된 고체 플레이트로 구성된다. 수집 수단 (5) 의 플레이트는 반응기 (1) 의 전체 표면적에 걸쳐 방사상으로 연장한다. 이는, 그 단부들 중의 하나에서, 상기 수집 파이프 (7) 가 연결되는 개구 (6) (도 4 및 도 5 참조) 를 갖는다. 수집 수단 (5) 은 상류 촉매층 (2) 으로부터 나오는 반응 유체의 흐름을 수집하여 이를 수집 파이프 (7) 를 향하게 할 수 있게 한다. 수집 수단 (5) 은 촉매층 (2) 의 지지 격자 (3) 로부터 높이 H1 (도 1) 만큼 이격되어 있다. 높이 H1 은, 촉매층 (2) 으로부터 유동하는 유체를 수집하는 동안 압력 강하를 제한하고 가드 높이, 즉 수집 수단 (5) 에 축적된 액체에 의해 형성된 높이를 제한하도록 선택된다. 가드 높이는 수집 파이프 (7) 로의 반응 유체의 배출 또는 이 파이프를 통한 유동 또는 상부 촉매층 (2) 을 통한 유동을 변화시키지 않는다. 수집 파이프 (7) 및 주입 수단 (8) (도 4 및 도 5) 이 혼합 구역 (B) 의 레벨에 위치되는 때에, 높이 H1 은 10 내지 500 mm, 바람직하게는 10 내지 200 mm, 보다 바람직하게는 30 내지 150 mm, 보다 더 바람직하게는 40 내지 100 mm 이다. 따라서, 층 (2) 으로부터 나오는 반응 유체는 수집 구역 (A) 에서 수집 파이프 (7) 를 통과하도록 강제된다. 수집 파이프 (7) 및 주입 수단 (8) 이 수집 구역 (A) 의 레벨에 위치되는 때에, 높이 H1 은 10 내지 400 mm, 바람직하게는 30 내지 300 mm, 더 바람직하게는 50 내지 250 mm 이다.
바람직하게는, 급랭 유체를 위한 주입 수단 (8) 및 수집 파이프 (7) 는 혼합 구역 (B) 에 위치되어, 소형화의 증가를 가능하게 한다. 따라서 장치의 소형화에 의해 절약된 공간이 촉매층에 사용될 수 있다.
수집 구역 (A) 아래에는 혼합 구역 (B) 이 있다. 도 1 내지 도 5 를 참조하면, 혼합 구역 (B) 은 수집 수단 (5) 에 의해 수집된 반응 유체 및 수집 파이프 (7) 로 개방하는 주입 수단 (8) (도 4 참조) 으로부터 오는 급랭 유체를 수용할 수 있는 실질적으로 수직인 수집 파이프 (7) 를 포함한다.
혼합 구역 (B) 은 유체의 유동 방향으로 수집 수단의 하류에 위치된 길이 L1 (도 3 참조) 의 혼합 챔버 (15) 를 포함한다. 혼합 챔버 (15) 의 단면은 바람직하게는 직사각형이다. 혼합 챔버 (15) 와 연통하는 수집 파이프 (7) 는 혼합 챔버 (15) 위에 위치되거나 또는 혼합 챔버 (15) 내에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 수집 파이프 (7) 는 혼합 챔버 (15) 내에 포함된다. 유사하게, 주입 파이프 (8) 는 당업자에게 공지된 장치, 예를 들어 혼합 구역 (15) 을 통과하는 천공 튜브를 통해 혼합 챔버 (15) 의 내부에서 직접적으로 또는 혼합 챔버와 동일한 레벨에서 혼합 챔버 (15) 위에서 개방될 수 있다. 급랭 유체는 수집 구역 (A) 으로부터 오는 반응 유체에 대해 병류, 교차류 또는 향류 방식으로 주입될 수 있다. 혼합 구역 (B) 은 길이 L2 (도 3 참조) 의 유체 교환 챔버 (16) 를 또한 포함하고, 교환 챔버 (16) 는 유체의 유동 방향으로 혼합 챔버 (15) 의 하류에 위치한다. 교환 챔버 (16) 의 단면은 바람직하게는 직사각형이다. 본 발명에 따르면, 교환 챔버 (16) 는 혼합 챔버 (15) 아래에 위치한다. 바람직하게는, 혼합 챔버 (15) 는 교환 챔버 (16) 에 중첩된다. 유체는 혼합 챔버 (15) 로부터 유체의 흐름 방향으로 혼합 챔버 (15) 의 출구 단부에 위치된 개구 (18) (도 2 참조) 를 통해 교환 챔버 (16) 로 통과한다. 혼합 구역 (B) 의 구성은, 유체가 혼합 챔버 (15) 에서 혼합되고 혼합물이 교환 챔버 (16) 에 흐를 수 있게 한다. 반응 유체 및 급랭 유체는 교환 챔버 (16) 에서 계속 혼합된다.
본 발명에 따르면, 교환 챔버 (16) 의 길이 L2 는 교환 챔버 (16) 상에 천장 (30) 을 생성하도록 혼합 챔버 (15) 의 길이 L1 보다 엄격하게 더 크며, 상기 천장 (30) 은 교환 챔버 (16) 로부터 분배 구역 (C) 으로의 유체의 통과에 적합한 적어도 하나의 개구 (31) 를 포함한다. 상기 개구 (31) 는 하나 이상의 슬롯 및/또는 임의의 지오메트리의 하나 이상의 오리피스의 형태로 동일하게 존재할 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 이러한 구성은, 교환 챔버에 개구 (31) 를 형성함으로써, 교환 챔버 (16) 를 떠나는 특히 기체 타입의 유체의 유속을 보다 잘 관리할 수 있게 하며, 따라서 분배 구역 (C) 의 분배 플레이트 (12) 에 대한 유체의 유속의 영향을 제한할 수 있게 한다. 바람직하게는, 혼합 챔버 (15) 의 길이 L1 과 교환 챔버 (16) 의 길이 L2 사이의 비율은 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 0.3 내지 0.9 이다. 유리하게는, 개구(들) (31) 에 의해 차지된 표면적의 백분율은 천장 (30) 의 전체 표면적에 대해 20 내지 100%, 바람직하게는 표면적의 30 내지 80% 이다. 본 발명에 따른 하나의 특정 실시형태에서, 개구 (31) 의 표면적의 백분율은 천장 (30) 의 전체 표면적의 100% 와 동일하며, 이는 천장 (30) 이 분배 구역 (C) 에 걸쳐 완전히 개방되어 있음을 의미한다.
유리하게는, 혼합 챔버 (15) 와 교환 챔버 (16) 의 단부들은 혼합 챔버 (15) 와 교환 챔버 (16) 의 양측에서 분배 플레이트 (12) 에 걸친 유체의 유동을 허용하기 위해 반응기 (1) 의 챔버의 벽과 접촉하지 않는다. 유리하게는, 혼합 챔버 (15) 와 교환 챔버(들) (16) 은 하나의 부품을 형성한다.
혼합 챔버 (15) 와 교환 챔버 (16) 의 누적 총 높이 H2 는 200 내지 1500 mm, 바람직하게는 200 내지 800 mm, 보다 바람직하게는 300 내지 750 mm, 보다 더 바람직하게는 350 내지 700 mm 이다.
바람직하게는, 교환 챔버 (16) 의 폭 "L" (도 2 참조) 은 200 내지 1100 mm, 바람직하게는 200 내지 800 mm, 보다 바람직하게는 250 내지 700 mm, 보다 더 바람직하게는 300 내지 600 mm 이다.
혼합 챔버 (15) 와 교환 챔버 (16) 사이의 체적 비율 (%) 은 10 내지 90%, 바람직하게는 50 내지 90%, 보다 바람직하게는 75 내지 90% 이다.
본 발명에 따른 하나의 특정 실시형태 (도면에는 도시되지 않음) 에서, 전술 한 급랭 유체를 위한 주입 수단 (8) 은 수집 파이프 (7) 로 직접 개방되는 노즐에 의해 보충될 수 있으며, 상기 노즐은 수집 파이프 (7) 로 개방되는 적어도 하나의 오리피스를 포함하는 튜브로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 노즐은 상기 튜브의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 분포된 다수의 오리피스를 포함한다. 오리피스의 형상은 매우 가변적이며, 일반적으로 원형 또는 직사각형일 수 있으며, 바람직하게는 이들 오리피스는 노즐의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 분포된다.
유리하게는, 혼합 챔버 (15) 의 바닥부 (23) (도 6 참조) 는, 경사진 형상을 가지며 혼합 챔버 (15) 의 길이방향 축선 (XX ') 과 20°내지 70°, 바람직하게는 30°내지 60°, 보다 바람직하게는 30° 내지 45° 의 각도 (α) 를 형성하는 단부 에지 (27) 를 포함할 수 있다. 혼합 챔버 (15) 의 단부 에지의 이러한 형상은 개구 (18) 에서 소용돌이 타입의 유체의 유동을 생성하는 것을 가능하게 하여, 특히 혼합 챔버 (15) 의 측벽들의 양측에 위치한 유체들의 유동 라인들의 상호 혼합을 가능하게 함으로써, 유체의 혼합 효과를 개선시키는 효과를 갖는다. 또한, 이러한 구성은 혼합 챔버와 교환 챔버 사이의 유체의 속도를 감소시키는 효과를 갖는다. 개구 (18) 에서의 유체 속도가 감소됨에 따라, 압력 강하는 최소화된다.
혼합 구역 (B) 아래에는 분배 구역 (C) 이 있다. 높이 H3 (도 1 참조) 에 걸쳐 연장되는 분배 구역 (C) 은, 복수의 침니들 (13) 및 복수의 수평 패널들 (33) (도 4 참조) 을 지니는 분배 플레이트 (12) 를 포함하고, 복수의 수평 패널들 (33) 은 교환 챔버 (16) 의 천장 (30) 의 개구 (31) 아래에 위치하되, 분배 플레이트 (12) 의 침니들 (13) 위에 또는 침니들 (13) 상에 위치한다. 보다 구체적으로, 침니들 (13) 은 상부 개구에 의해 그 상부가 개방되고, 침니들 (13) 내부에서의 밀접한 혼합을 수행하기 위해, 그 측벽을 따라, 침니들 (13) 내부에서의 (오리피스를 통한) 액체 상 및 (상부 개구를 통한) 기체 상의 개별 통과를 위한 일련의 측방 오리피스들을 갖는다. 측방 오리피스의 형상은 매우 가변적이며, 일반적으로 원형 또는 직사각형일 수 있으며, 이들 오리피스는, 기체 상과 액체 상 사이에서 가능한한 규칙적인 (평탄한) 계면의 형성을 가능하게 하기 위하여, 하나의 침니에서 다른 침니까지, 수개의 실질적으로 동일한 레벨, 일반적으로 적어도 하나의 레벨, 바람직하게는 1 내지 10 개의 레벨에서 침니들 각각에 걸쳐 바람직하게 분포된다. 유리하게는, 분배 구역의 높이 H3 는 20 내지 1500 mm, 보다 바람직하게는 50 내지 800 mm, 보다 더 바람직하게는 100 내지 600 mm 이다.
분배 플레이트 (12) 에 걸쳐 유체의 균질한 분포를 보장하기 위해, 장치는 복수의 수평 패널들 (33) (도 4 참조) 을 포함하고, 이 복수의 수평 패널들 (33) 은 교환 챔버 (16) 의 천장 (30) 의 개구 (31) 아래에 위치하되, 분배 플레이트 (12) 의 침니들 (13) 위에 또는 침니들 (13) 상에 위치한다 (도 1 참조). 수평 패널들 (33) 의 존재는 분배 플레이트 (12) 에 걸친 유체의 사전 분배를 허용한다. 바람직하게는 수평 패널들 (33) 은 1 내지 50 mm, 바람직하게는 5 내지 20 mm 의 거리만큼 서로 이격되어, 유체가 수평 패널들 (33) 과 분배 플레이트 (12) 사이에 위치한 공간으로 흐르게 한다. 바람직하게는, 수평 패널들 (33) 은 분배 플레이트 (12) 의 침니들 (13) 로부터 0 내지 100 mm 의 높이에 위치한다. 수평 패널들이 분배 플레이트의 침니들 상에 배치되는 때에, 후자는 예를 들어 경사진 단부를 갖는 것에 의해 기체 타입의 유체의 통과를 허용하도록 구성된다. 바람직하게는, 수평 패널들 (33) 에 의해 차지된 단면의 표면적은 분포 구역 (C) 의 단면의 표면적의 2 내지 95%, 더 바람직하게는 2 내지 20% 의 범위이다. 본 발명에 따른 장치의 이러한 구성은 달리 상기 장치의 벌크를 증가시키지 않으면서 유체의 혼합의 양호한 효과를 보장할 수 있게 한다. 본 발명에 따른 하나의 특정 실시형태에서, 수평 패널들 (33) 은 유체가 수평 패널들 (33) 과 분배 플레이트 (12) 사이에 위치한 공간으로 흐를 수 있게 하는 다수의 천공들을 포함한다. 각각의 수평 패널 (33) 에 대해, 천공들에 의해 차지되는 표면적은 수평 패널 (33) 의 전체 표면적에 대해 표면적의 1 내지 20%, 바람직하게는 표면적의 2 내지 5% 이다.
하나의 특정 실시형태에서, 교환 챔버 (16) 는 또한, 그 측벽 (20) 에서, 혼합 구역 (B) 으로부터 분배 구역 (C) 으로의 유체의 통과에 적합한 측방 통로 섹션 (17) (도 3 참조) 을 포함한다. 또한, 상기 장치는 적어도 하나의 측방 통로 섹션 (17) 에 대향하여 상기 분배 구역 (C) 에 위치되는 적어도 하나의 측방 디플렉터 (32) (도 5 참조) 를 선택적으로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 장치는 측방 통로 섹션 (17) 에 대향하는 교환 챔버 (16) 의 양측에서 분배 구역 (C) 에 위치되는 적어도 하나의 쌍의 측방 디플렉터 (32) 를 포함한다.
유리하게는, 혼합 구역 (B), 즉 혼합 챔버 (15) 및 교환 챔버 (16) 는 분배 구역 (C) 의 중심에 대하여 중심을 벗어난다 (도 5 참조). 분배 구역의 중심에 대한 혼합 구역의 이러한 오프셋은 장치를 검사하고 유지하는 작업을 용이하게 하는 이점을 갖는다. 장치의 이러한 특정 구성은 분배 플레이트 (12) 를 상이한 표면적을 갖는 2 개의 구역 (Z1 및 Z2) 으로 분할하는데, 여기서 Z1 < Z2 이다 (도 5 참조). 구역들 (Z1 및 Z2) 은, 각각, 교환 챔버 (16) 의 측벽 (20), 반응기의 챔버 (1) 의 둘레 및 교환 챔버 (16) 의 단부 (21, 22) 를 각각 통과하는 두 개의 축선 (AA' 및 BB') (도 5 참조) 사이에 포함된 분배 플레이트 (12) 의 표면적으로서 규정된다 (Z1 < Z2 인 것으로 이해된다). R 은 구역 Z1 의 표면적과 구역 Z2 의 표면적 사이의 관계로서 규정되고 (R = Z1/Z2), R 은 0 과 1 사이의 값이고 0 과 1 의 값을 포함하지 않는 것으로 이해된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치가 측방 통로 섹션 (17) 을 포함하는 때에 그리고 분배 플레이트 (12) 의 2 개의 구역 (Z1 및 Z2) 에 걸친 유체의 양호한 분배를 보장하기 위해, 교환 챔버 (16) 의 측방 통로 섹션 (17) 을 통과하는 유체의 유량은 비율 R 의 함수로서 적용된다. Sp 는 (분배 플레이트의 표면적이 가장 작은 측에 위치한) 분배 플레이트 (12) 의 구역 Z1 에 대향하는 측벽 (20) 의 측방 통로 섹션 (17) 의 총 표면적으로서 이해되고, Sg 는 (분배 플레이트의 표면적이 가장 큰 측에 위치한) 분배 플레이트 (12) 의 구역 Z2 에 대향하는 측벽 (20) 의 측방 통로 섹션 (17) 의 총 표면적으로서 이해된다. 표면적 사이의 비율 (R') (Sp/Sg) 이 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 0.6 내지 1.4 인 경우, 분배 플레이트의 2 개의 구역에 걸쳐 유체의 양호한 분포가 얻어진다. 구체적으로, 교환 챔버 (16) 의 출구에서 특별한 분배 수단이 없는 경우, 분배 플레이트 (12) 의 2 개의 구역 (Z1 및 Z2) 은 동일한 유체 유량에 의해 공급되어, 유체의 불량한 분배를 야기하고, 따라서 분배 플레이트 (12) 에 걸친 유체의 분배 성능에 있어서 중대한 손실을 야기한다. 교환 챔버 (16) 의 벽 (20) 상에 측방 통로 섹션 (17) 을 포함하는 경우, 상기 섹션의 총 표면적은 해당 측이 분배 표면적이 최소 (Z1) 또는 최대 (Z2) 인지에 따라 다르며, 본 발명에 따른 장치는, 교환 챔버 (16) 의 출구에서, 비율 R (R = Z1/Z2) 에 따라 유체 유량을 변경할 수 있게 하는 압력 강하의 발생을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 교환 챔버 (16) 는 분배 구역 (C) 의 수평 패널 (33) 상에 직접 배치된다 (예를 들어, 도 1 에 도시됨). 다른 실시형태 (도면에는 도시되지 않음) 에서, 교환 챔버 (16) 는 수평 패널 (33) 로부터 거리 "d" 에, 바람직하게는 20 내지 150 mm, 보다 바람직하게는 30 내지 80 mm 에 위치한다. 교환 챔버 (16) 와 수평 패널 (33) 아래에 포함된 공간은 수평 패널 (33) 의 전체 표면적에 걸쳐 유체의 분배를 허용한다. 이 실시형태에서, 교환 챔버 (16) 는 유체의 혼합물이 교환 챔버 (16) 바로 아래에 위치된 수평 패널 (33) 상으로 직접 흐를 수 있도록 하기 위해 길이방향 통로 섹션을 그 하부 부분에 포함할 수 있다. 물론, 길이방향 통로 섹션의 수, 형상 및 크기는 유체 혼합물의 유동의 작은 부분이 길이방향 통로 섹션을 통과하도록 선택된다. 길이방향 통로 섹션들은 오리피스 및/또는 슬롯의 형태로 동일하게 구성될 수 있다.
분배 플레이트 (12) 아래에서, 분산 시스템의 하류에 위치한 촉매층 (14) 에 걸쳐 유체를 균일하게 분배하도록 분산 시스템을 배치할 수 있다. 분산 시스템 (19) (도 1 참조) 은 하나 이상의 분산 장치를 포함할 수 있는데, 이 하나 이상의 분산 장치는 각각의 침니 (13) 와 관련되거나, 수개의 침니들 (13) 사이에서 공유되거나, 또는 분배 플레이트 (12) 의 모든 침니들 (13) 사이에서 공유될 수 있다. 각 분산 장치 (19) 는 실질적으로 편평하고 수평한 지오메트리를 갖지만, 임의의 형태의 둘레를 가질 수 있다. 또한, 각각의 분산 장치 (19) 는 상이한 높이에 위치될 수 있다. 유리하게는, 상기 분산 장치는 격자 형태이고, 그리고/또는 선택적으로 디플렉터를 포함할 수 있다. 유리하게는, 격자(들) (19) 의 축선은 바람직하게는 반응기의 챔버의 전체 반경방향 단면에 걸쳐 유체 혼합물의 분포를 개선시키기 위해 반응기 챔버의 길이방향 축선에 수직이다. 바로 아래에 위치한 고체 과립의 층의 분산 시스템 사이의 거리는 침니들 (13) 의 출구에서 가능한한 멀리 기체 및 액체상의 혼합 상태가 유지되도록 선택된다.
바람직하게는, 분배 플레이트 (12) 와 상기 분배 플레이트 아래에 위치한 촉매층 (14) 사이의 거리는 50 내지 400 mm, 바람직하게는 100 내지 300 mm 이다. 분배 플레이트 (12) 와 상기 분산 장치 (19) 사이의 거리는 0 내지 400 mm, 바람직하게는 0 내지 300 mm 이다. 하나의 특정 실시형태에서, 분배 플레이트 (12) 는 분산 장치 (19) 상에 배치된다.
종래 기술에 기재된 장치와 비교하여, 특히 FR 2 824 495 에 개시된 장치와 비교하여, 본 발명에 따른 혼합 및 분배 장치는 다음과 같은 이점을 갖는다:
- 열효율이 양호하고 유체의 혼합 효과가 양호하다;
- 교환 챔버 (16) 의 개구 (31), 및 교환 챔버 (16) 의 개구 (31) 위에, 그리고 분배 플레이트 (12) 의 침니들 (13) 위에 또는 침니들 (13) 상에 위치하는 복수의 수평 패널들 (33) 의 존재로 인해 분배 플레이트 (12) 에 걸친 유체의 분배가 양호하다;
- 혼합 구역 (B) 이 분배 구역 (C) 의 중심 축선에 대해 중심이 벗어나 있을 때, 장치를 더 이상 분해할 필요가 없기 때문에 장치의 아래에 그리고/또는 위에 위치한 촉매의 로딩 및/또는 언로딩 작업을 수행하는 것이 훨씬 용이하다;
- 본 발명에 따른 장치는 소형화를 상당히 증가시킨다:
ㆍ 교환 챔버가 분배 플레이트 (12) 의 침니들 (13) 상에 직접 배치되는 분배 패널들 (33) 상에 직접 배치되는 경우; 그리고/또는
ㆍ 수집 파이프 (7) 및 주입 수단 (8) 이 혼합 구역 (B) 에 위치하는 경우.

Claims (15)

  1. 하향유동 촉매 반응기를 위한 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치로서, 상기 장치는
    - 적어도 하나의 수집 수단 (5) 을 포함하는 적어도 하나의 수집 구역 (A);
    - 상기 수집 수단 (5) 에 의해 수집된 반응 유체를 수용할 수 있는 적어도 하나의 실질적으로 수직인 수집 파이프 (7) 및 급랭 유체 (quench fluid) 를 주입하기 위해 상기 수집 파이프 (7) 내로 개방된 적어도 하나의 주입 수단 (8);
    - 유체의 유동 방향으로 상기 수집 파이프 (7) 의 하류에 위치한 적어도 하나의 혼합 구역 (B) 으로서, 상기 혼합 구역 (B) 은 길이 L1 의 적어도 하나의 유체 혼합 챔버 (15) 를 포함하고, 상기 혼합 챔버 (15) 는 상기 수집 파이프 (7) 와 연통하는 제 1 단부 및 상기 혼합 챔버 (15) 아래에 위치된, 길이 L2 의 유체 교환 챔버 (16) 와 연통하는 제 2 단부를 포함하고, 상기 교환 챔버 (16) 의 상기 길이 L2 는 상기 교환 챔버 (16) 상에 천장 (30) 을 생성하도록 상기 혼합 챔버 (15) 의 상기 길이 L1 보다 엄격하게 더 크고, 상기 천장 (30) 은 상기 교환 챔버 (16) 로부터 분배 구역 (C) 으로의 상기 유체의 통과를 허용하는 적어도 하나의 개구 (31) 를 포함하는, 상기 혼합 구역 (B);
    - 유체의 유동 방향으로 상기 혼합 구역 (B) 의 하류에서 상기 혼합 구역 (B) 아래에 위치하는 적어도 하나의 분배 구역 (C) 으로서, 상기 분배 구역 (C) 은 복수의 침니들 (13) 및 복수의 수평 패널들 (33) 을 지니는 분배 플레이트 (12) 를 포함하고, 상기 복수의 수평 패널들 (33) 은 상기 교환 챔버 (16) 의 상기 천장 (30) 의 상기 개구 (31) 아래에 위치하되, 상기 분배 구역 (C) 의 상기 분배 플레이트 (12) 의 상기 침니들 (13) 위에 또는 상기 침니들 (13) 상에 위치하는, 상기 적어도 하나의 분배 구역 (C)
    을 포함하는, 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버 (15) 의 길이 L1 과 상기 교환 챔버 (16) 의 길이 L2 사이의 비율은 0.1 내지 0.9 인 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    개구(들) (31) 가 차지하는 표면적의 백분율은 상기 천장 (30) 의 전체 표면적에 대해 20 내지 100% 인 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구(들) (31) 가 차지하는 표면적의 백분율은 상기 천장 (30) 의 전체 표면적의 100% 와 동일한 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 패널들 (33) 은 상기 분배 플레이트 (12) 의 상기 침니들 (13) 위에 최대 100 mm 의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 패널들 (33) 은 상기 분배 플레이트 (12) 의 상기 침니들 (13) 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 패널들 (33) 이 차지하는 단면의 표면적은 상기 분배 구역 (C) 의 단면의 표면적의 2 내지 95% 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 패널들 (33) 은 1 내지 50 mm 의 거리만큼 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 구역 (B) 은 상기 분배 구역 (C) 의 중심 축선에 대해서 중심을 벗어나서 상기 분배 플레이트 (12) 상에 2 개의 구역들 (Z1 및 Z2) 을 형성하고, 구역 Z1 과 구역 Z2 의 표면적 간의 관계로서 정의되는 비율 (R) 은 값 0 및 1 을 포함하지 않고서 0 과 1 사이에 있는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버 (15) 는, 경사진 형상을 가지며 상기 혼합 챔버 (15) 의 길이방향 축선 (XX') 과 20°내지 70°의 각도 (α) 를 형성하는 단부 에지 (27) 를 갖는 바닥부 (23) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입 수단 (8) 은 상기 수집 파이프 (7) 내로 직접 개방되는 노즐에 의해 보충되고, 상기 노즐은 상기 수집 파이프 (7) 로 개방되는 적어도 하나의 오리피스를 포함하는 튜브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교환 챔버 (16) 는 또한, 그 측벽 (20) 상에, 상기 교환 챔버 (16) 로부터 상기 분배 구역 (C) 으로의 유체의 통과에 적합한 복수의 측방 통로 섹션들 (17) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장치는 또한, 적어도 하나의 측방 통로 섹션 (17) 에 대향하여 상기 분배 구역 (C) 내에 위치한 적어도 하나의 측방 디플렉터 (32) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버 (15) 와 상기 교환 챔버 (16) 사이의 체적 비율은 5 내지 60% 인 것을 특징으로 하는 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 유체를 혼합 및 분배하기 위한 장치를 갖는 중간 구역에 의해 분리된 적어도 2 개의 고정 촉매 층 (2, 14) 을 포함하는 챔버 (1) 를 구비한 하향유동 촉매 반응기.
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