KR20190139286A - 반응기 내로 가스를 도입하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20190139286A
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데 페오 데미안 마우로
브라이언 클랜시-준트
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플린트 힐즈 리소시즈 엘피
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Abstract

탈수소화된 생성물 및 코크스화된 촉매를 생성하고, 이어서 산소-함유 유체를 도입하고, 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 탈코크스화된 촉매를 생성하는 방법. 제1 가스를 전달하도록 구성된 제1 입구 도관, 제2 가스를 전달하도록 구성된 제2 입구 도관, 및 제1 가스 및 제2 가스를 반응기 내로 전달하도록 구성된 출구 도관 - 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각이고, 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각임 - 과, 제1 입구 도관 내에, 선택적으로 내측 표면 상에, 배치된 예비-분배기를 포함하는, 반응기 내로 유체를 도입하기 위한 장치.

Description

반응기 내로 가스를 도입하기 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2017년 4월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/491,688호에 대한 우선권을 주장한다.
기재된 실시 형태는 일반적으로 반응기 내로 가스를 도입하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 그러한 실시 형태는 개선된 속도 도심(velocity centroid)을 갖는, 반응기 내로 가스를 도입하기 위한 입구 조립체 및 방법에 관한 것이다.
알칸, 예를 들어, 프로판을 탈수소화하여 상응하는 올레핀 또는 알켄, 예를 들어, 프로필렌을 생성하는 것은 상업적으로 중요한 정제 공정이다. C3 및 C4 알칸의 탈수소화에 널리 사용되는 한 가지 공정은 카토핀(CATOFIN)(등록상표) 공정이다. 이러한 공정은 탈수소화 모드와 공기 재생 모드 사이에서 순환하는 주기적 작업이다. 탈수소화 반응기를 작동시키는 데 있어서의 한 가지 과제는 큰 반응기 크기로 인해 반응기 내에 배치된 촉매층(catalyst bed) 내에서 가스의 균일한 분배를 달성하는 것이 어렵다는 것이다. 가스 유동이 균일할수록 반응기 내의 더 많은 촉매가 알칸을 알켄으로 전환시키는 데 사용되기 때문에, 촉매층 내로의 가스 분배를 개선하는 것이 바람직하다.
반응기 내의 가스 유동을 더 균일하게 분배시키고자 하는 많은 장치가 개발되었다. 이들 장치는 일반적으로 가스 충돌(impingement) 구조 및 가스 분배 구조로서 분류될 수 있는데, 이는 각각 가스 유동을 방향전환시키거나 지향시킨다. 현재의 장치는, 반응기 내로 도입되는 가스의 분배에 있어서 약간의 개선을 제공하지만, 촉매층 내로의 균일한 가스 유동을 달성하는 데 있어서 상당한 개선의 여지를 남겨 두고 있다.
그러므로, 가스를 탈수소화 반응기 내로 도입하기 위한 개선된 방법 및 입구 조립체가 필요하다.
반응기 내로 가스를 도입하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일부 예에서, 알칸을 탈수소화하는 방법은 알칸을 입구 조립체의 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 반응기 내의 촉매를 알칸과 접촉시켜, 알켄을 포함할 수 있는 탈수소화된 생성물 및 촉매 상에 배치된 코크스를 포함할 수 있는 코크스화된 촉매를 생성할 수 있다. 탈수소화된 생성물을 코크스화된 촉매로부터 분리할 수 있다. 산소-함유 유체를 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입할 수 있다. 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 탈코크스화된 촉매를 생성할 수 있다.
일부 예에서, 알칸을 탈수소화하는 방법은 알칸을 입구 조립체의 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 반응기 내의 촉매를 알칸과 접촉시켜, 알켄을 포함할 수 있는 탈수소화된 생성물 및 촉매 상에 배치된 코크스를 포함할 수 있는 코크스화된 촉매를 생성할 수 있다. 탈수소화된 생성물을 코크스화된 촉매로부터 분리할 수 있다. 산소-함유 유체를 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입할 수 있다. 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 전산 유체 역학 모델링(computational fluid dynamics modeling)을 사용하여 결정될 때 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 탈코크스화된 촉매를 생성할 수 있다.
일부 예에서, 반응기 내의 코크스화된 촉매를 재생시키는 방법은 산소-함유 유체를 제1 입구 도관을 통해 입구 조립체의 접합부 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 입구 도관 및 출구 도관이 접합부에 결합될 수 있다. 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각일 수 있다. 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각일 수 있다. 산소-함유 유체는 접합부를 통해 출구 도관 내로 유동할 수 있다. 산소-함유 유체는 출구 도관을 통해 출구 도관의 단부에 결합된 반응기 내로 유동할 수 있다. 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 반응기는, 촉매 상에 배치된 코크스를 포함할 수 있는 코크스화된 촉매를 포함할 수 있다. 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 재생 촉매를 생성할 수 있다.
일부 예에서, 반응기 내의 코크스화된 촉매를 재생시키는 방법은 산소-함유 유체를 제1 입구 도관을 통해 입구 조립체의 접합부 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 입구 도관 및 출구 도관이 접합부에 결합될 수 있다. 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각일 수 있다. 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각일 수 있다. 산소-함유 유체는 접합부를 통해 출구 도관 내로 유동할 수 있다. 산소-함유 유체는 출구 도관을 통해 출구 도관의 단부에 결합된 반응기 내로 유동할 수 있다. 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 전산 유체 역학 모델링을 사용하여 결정될 때 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 반응기는, 촉매 상에 배치된 코크스를 포함할 수 있는 코크스화된 촉매를 포함할 수 있다. 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 재생 촉매를 생성할 수 있다.
일부 예에서, 가스를 반응기 내로 도입하는 방법은 가스를 제1 입구 도관을 통해 입구 조립체의 접합부 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 입구 도관 및 출구 도관이 접합부에 결합될 수 있다. 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각일 수 있다. 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각일 수 있다. 가스는 접합부를 통해 출구 도관 내로 유동할 수 있다. 가스는 출구 도관의 단부를 통해 반응기 내로 유동할 수 있다. 가스는 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 가스의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다.
일부 예에서, 유체를 반응기 내로 도입하기 위한 입구 조립체는 접합부에서 유체 연결된 제1 입구 도관, 제2 입구 도관, 및 출구 도관을 포함할 수 있다. 제1 입구 도관은 그를 통해 제1 가스를 전달하도록 구성될 수 있고, 제2 입구 도관은 그를 통해 제2 가스를 전달하도록 구성될 수 있고, 출구 도관은 그를 통해 반응기 내로 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각일 수 있다. 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각일 수 있다. 예비-분배기(pre-distributor)가 제1 입구 도관 내에 배치될 수 있다.
일부 예에서, 유체를 반응기 내로 도입하기 위한 입구 조립체는 접합부에서 유체 연결된 제1 입구 도관, 제2 입구 도관, 및 출구 도관을 포함할 수 있다. 제1 입구 도관은 그를 통해 제1 가스를 전달하도록 구성될 수 있고, 제2 입구 도관은 그를 통해 제2 가스를 전달하도록 구성될 수 있고, 출구 도관은 그를 통해 반응기 내로 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각일 수 있다. 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각일 수 있다. 예비-분배기가 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치될 수 있다.
상기 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 상기에 간략하게 요약된 더 구체적인 설명이 실시 형태들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부된 도면에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 전형적인 실시 형태들만을 예시하므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 본 발명은 다른 동등하게 효과적인 실시 형태들을 인정할 수 있음에 유의해야 한다.
도 1은 기재된 하나 이상의 실시 형태에 따른, 예비-분배기를 포함하는, 반응기 내로 하나 이상의 가스를 도입하기 위한 예시적인 입구 조립체의 입단면도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 기재된 하나 이상의 실시 형태에 따른 예시적인 예비-분배기의 평면도를 도시한다.
도 5는 기재된 하나 이상의 실시 형태에 따른, 제1 예비-분배기 및 제2 예비-분배기를 포함하는, 반응기 내로 하나 이상의 가스를 도입하기 위한 다른 예시적인 입구 조립체의 입단면도를 도시한다.
도 6은 기재된 하나 이상의 실시 형태에 따른, 도 5에 도시된 입구 조립체를 포함하는, 하나 이상의 알칸을 탈수소화하기 위한 예시적인 반응기의 입단면도를 도시한다.
도 7은 예 C1, 예 C2, 및 예 Ex.1 내지 예 Ex.4에서 대형 및 소형 입구 조립체 둘 모두의 전산 유체 역학(CFD) 모델링에 사용된 CFD 입구 조립체 모델을 도시한다.
도 8은 예 C1, 예 C2, 및 예 Ex.1 내지 예 Ex.4의 대형 및 소형 입구 조립체 둘 모두에 대해 표 2에 열거된 치수를 나타낸다.
도 9는 표 3에 제공된 거리 AA, BB, 및 CC를 예시한다.
도 10 및 도 11은 표 4에 제공된 거리 AA, BB, CC, 및 DD를 예시한다.
도 12, 도 13, 및 도 14는 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 ZX-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선(simulated air velocity contour)을 도시한다.
도 15, 도 16, 및 도 17은 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 YZ-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다.
도 18, 도 19 및 도 20은 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 공기 속도장(air velocity field)을 도시한다.
도 21, 도 22 및 도 23은 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일의 근사 3D-구조를 도시한다.
도 24는 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일 최대치의 좌표 위치를 도시한다.
도 25, 도 26, 및 도 27은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 ZX-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다.
도 28, 도 29, 및 도 30은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 YZ-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다.
도 31, 도 32 및 도 33은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 공기 속도장을 도시한다.
도 34, 도 35 및 도 36은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일의 근사 3D-구조를 도시한다.
도 37은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일 최대치의 좌표 위치를 도시한다.
도 1은 하나 이상의 실시 형태에 따른, 예비-분배기(150)를 포함하는, 반응기, 예를 들어 탈수소화 반응기 내로 하나 이상의 가스를 도입하기 위한 예시적인 입구 조립체(100)의 입단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입구 조립체(100)는 접합부(140)에서 유체 연결될 수 있는 제1 입구 도관 또는 "제1 도관"(110), 제2 입구 도관 또는 "제2 도관"(120), 및 출구 도관(130)을 포함할 수 있다. 제1 도관(110)의 중심 종축(112)과 제2 도관(120)의 중심 종축(122) 사이는 예각(a)일 수 있다. 제2 도관(120)의 중심 종축(122)과 출구 도관(130)의 중심 종축(132) 사이는 둔각(b)일 수 있다. 일부 예에서, 제1 도관(110)의 중심 종축(112)은 출구 도관(130)의 중심 종축(132)과 축방향으로 정렬될 수 있다. 입구 조립체(100)는 분지형 도관, 즉 제1 도관(110) 및 제2 도관(120)으로 인해 종종 "선인장형"(cactus) 조립체로 지칭됨에 유의해야 한다. 예비-분배기(150)가 제1 도관(110) 내에 배치될 수 있다. 일부 예에서, 예비-분배기(150)는 제1 도관(110)의 내측 주연부의 적어도 일부분의 둘레에서 제1 도관(110)의 내측 표면(114)과 물리적으로 접촉할 수 있다. 일부 예에서, 가스 기밀 시일이 제1 도관(110)의 내측 표면(114)과 예비-분배기(150) 사이에 형성될 수 있다.
임의의 수의 예비-분배기(150)가 제1 도관 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 입구 조립체(100)는 제1 도관(110) 내에 배치된 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 또는 그 초과의 예비-분배기(150)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 입구 조립체(100)는 3개의 예비-분배기(150)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 다른 예에서, 입구 조립체(100)는 1개의 제1 예비-분배기(150)를 포함할 수 있다.
예상외로, 고정층 탈수소화 공정, 예를 들어, 카토핀(등록상표) 탈수소화 공정에 사용되는 입구 조립체는 공기를, 예를 들어 촉매 재생 사이클 동안, 반응기 내로 균일하게 도입하지 않는 것으로 밝혀졌다. 오히려, 공기는 입구 조립체의 중심 종축으로부터 상당히 벗어나서, 반응기 내로의 공기의 불균일한 분배를 초래한다. 일반적으로 입구 조립체는 접합부에서 서로 결합되는, 적어도 2개의 입구 도관(종종 3개 이상의 입구 도관) 및 출구 도관을 포함한다.
놀랍게도 그리고 예상외로, 예비-분배기(150)를 제1 도관(110) 내에 배치하거나, 위치를 정하거나, 또는 달리 위치시키는 것이, 유체가 출구 도관(130)으로부터 빠져나갈 때, 제1 도관(110)을 통해 입구 조립체(100) 내로 도입되는 유체, 예를 들어 가스의 분배를 상당히 개선할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 더 구체적으로, 예비-분배기(150)가 제1 도관(110) 내에 위치되는 경우, 출구(130)를 빠져나갈 때 제1 도관(110)을 통해 도입된 유체의 속도 프로파일의 도심은, 동일하지만 예비-분배기(150)가 없는 입구 조립체와 비교하여, 출구 도관(130)의 중심 종축(132)에 대해 상당히 더 집중될 수 있다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 예비-분배기(150)의 부재 하에서는 유체, 예를 들어 공기가 제1 입구 도관(110)으로부터 접합부(140)를 통해 출구 도관(130) 내로 유동함에 따라 가스 유동 진동이 발생하는 것으로 여겨진다. 유체가 입구 조립체(100)를 통해 유동함에 따라, 상당한 양의 유체가 각각 제1 도관(110), 접합부(140) 및 출구 도관(130)의 내측 표면(114, 144, 134)을 따라 유동하는 것으로 여겨진다. 또한, 유체의 일부가 제2 도관(115) 내에서 순환하게 하는 와류(eddy)가 형성되며, 이는 결국 입구 조립체(100)를 통해 유동하는 유체의 유동 진동을 일으키는 것으로 여겨진다. 이러한 유동 진동은 속도 프로파일의 도심이 입구 조립체(100)를 통한 중심 경로로부터 입구 조립체(100)의 측면을 향해 벗어나게 하는 것으로 여겨진다.
예비-분배기(150)는 제1 입구 도관(110)의 내측 표면(114)을 따라 충돌 표면을 제공할 수 있으며, 이는 와류의 형성을 감소시키거나 최소화하고 속도 유동 도심을 개선하면서 대부분의 유체 유동이 접합부를 통과하게 할 수 있다. 예비-분배기(150)는, 입구 조립체(100)가 유체, 예를 들어 산소-함유 유체를 반응기 내로 도입하는 데 사용될 때, 상당한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 알칸, 예를 들어 프로판을 탈수소화하여 알켄, 예를 들어 프로필렌을 생성하는 데 있어서, 예비-분배기(150)는 제1 도관(110)을 통해 도입된 산소-함유 유체의 입구 조립체(100)를 통한 탈수소화 반응기 내로의 속도 유동 도심을 상당히 개선할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 산소-함유 유체의 반응기 내로의 속도 유동 도심을 개선하는 것은 촉매의 더 완전한 재생을 가능하게 할 수 있고 이는 알칸의 탈수소화를 위한 더 많은 활성 촉매 부위를 제공할 수 있기 때문에, 산소-함유 유체의 속도 유동 도심을 개선하는 것은 탈수소화 공정에서 생성되는 알켄의 양의 상당한 증가를 야기할 수 있다. 입구 조립체(100)를 통해 도입되는 유체는, 유체가 입구 조립체(100)를 통해 유동할 때 난류 형태(turbulent flow regime)로 존재할 수 있다.
출구 도관(130)의 제2 단부(137)는 그의 내측 표면(134)으로부터 그의 중심 또는 중심 종축(132)까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 일부 예에서, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체, 예를 들어, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다.
입구 조립체(100)에 예비-분배기(150)를 추가하는 것은 또한 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서뿐만 아니라 접합부(140) 내에서 및/또는 출구 도관(130)의 길이를 따라 유체의 속도 프로파일을 상당히 개선할 수 있다. 일부 예에서, 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다.
일부 예에서, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치 및/또는 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 전산 유체 역학(CFD) 모델링을 통해 추정, 계산, 또는 달리 결정될 수 있다. 예를 들어, CFD 모델링은 CFD 솔버(solver) 및 메싱(meshing) 솔버를 사용할 수 있다. 일부 예에서, CFD 솔버는 앤시스(Ansys) CFX V17.2일 수 있고 메싱 솔버는 앤시스 메셔(Mesher) V17.2일 수 있다. CFD 모델링은 Di와 동일한 입구 직경에 기초한 내부구조체를 갖지 않는 기하학적 형상에 대한 일 세트의 메시 세부 정보(mesh details)를 이용할 수 있다. 예시적인 메시 세부 정보에는 벽 팽창(wall inflation)을 갖는 완전 사면체일 수 있는 메시 유형; 근접성(proximity) 및 곡률(curvature)일 수 있는 크기 함수 세분화(size function refinement); 1800000개 초과일 수 있는 요소(element)의 수; 7개일 수 있는 벽 팽창 층(layer)의 수; 약 0.0800D일 수 있는 최대 면(face) 크기; 약 0.0123D일 수 있는 최소 면 크기; 및 약 0.0984D일 수 있는 최대 사면체 크기가 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
입구 조립체(100)로 돌아가면, 제1 도관(110)은 제1 또는 "상부" 단부(116)에서 제1 평균 단면 길이, 예를 들어 제1 직경을 가질 수 있고, 제2 또는 "접합부" 단부(117)에서 제2 평균 단면 길이, 예를 들어 제2 직경을 가질 수 있다. 일부 예에서, 제1 단부(116)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(117)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 단부(116)에서의 제1 평균 단면 길이는 제2 단부(117)에서의 제2 평균 단면 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 도관(110)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 제1 도관(110)은 원통형 내측 표면 또는 임의의 다른 프로파일을 가질 수 있다.
제2 도관(120)은 그의 제1 또는 "상부" 단부(124)에서 제1 평균 단면 길이를 가질 수 있고 제2 또는 "접합부" 단부(126)에서 제2 평균 단면 길이를 가질 수 있다. 일부 예에서, 그의 제1 단부(124)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(126)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 그의 제1 단부(124)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(126)에서의 제2 평균 단면 길이는 상이할 수 있다. 일부 예에서, 제2 도관(120)은 원통형 내측 표면을 가질 수 있다. 다른 예에서, 제2 도관(120)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다.
출구 도관(130)은 제1 또는 "접합부" 단부(136)에서 제1 평균 단면 길이, 예를 들어 제1 직경을 가질 수 있고, 제2 또는 "출구" 단부(137)에서 제2 평균 단면 길이, 예를 들어 제2 직경을 가질 수 있다. 일부 예에서, 제1 단부(136)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(137)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 단부(136)에서의 제1 평균 단면 길이는 제2 단부(137)에서의 제2 평균 단면 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 출구 도관(130)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 출구 도관(130)은 원통형 내측 표면 또는 임의의 다른 프로파일을 가질 수 있다.
제1 도관(110)의 제2 단부(117)에서의 제2 평균 단면 길이가 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 제1 평균 단면 길이와 상이한 경우, 접합부(140)의 내측 표면(144)은 실질적으로 매끄러운 방식으로 제1 도관(110)의 제2 단부(117)에서의 제2 평균 단면 길이부터 출구 도관(130)의 제1 단부(136)에서의 제1 평균 단면 길이까지 변화할 수 있다. 예를 들어, 제1 도관(110) 및 출구 도관(130)이 각각 절두-원추형 내측 표면(114, 134)을 갖는 경우, 접합부(140)가 또한 절두-원추형 내측 표면(144)을 가져서 제1 도관(110), 접합부(140), 및 출구 도관(130)을 통해 실질적으로 절두-원추형인 내측 표면을 제공할 수 있다.
제1 도관(110)의 중심 종축(112)과 제2 도관(120)의 중심 종축(122) 사이의 예각(a)은 약 10°, 약 20℃, 약 30°, 또는 약 40° 내지 약 50°, 약 60°, 약 70°, 또는 약 80°일 수 있다. 제2 도관(120)의 중심 종축(122)과 출구 도관의 중심 종축(132) 사이의 둔각(b)은 약 100°, 약 110°, 약 120°, 또는 약 130° 내지 약 140°, 약 150°, 약 160°, 또는 약 170°일 수 있다. 일부 예에서, 예각(a)은 약 40° 내지 약 50°, 예를 들어 약 45°일 수 있고, 둔각은 약 130° 내지 약 140°, 예를 들어 약 135°일 수 있다.
예비-분배기(150)는 제1 도관(110)의 내측 표면(114)을 따라 유동하는 임의의 가스의 적어도 일부분을 내측 표면(114)으로부터 멀리 그리고 제1 도관(110)의 중심 종축(112)을 향해 지향시키거나 달리 몰아붙일(urge) 수 있는 임의의 구조를 가질 수 있다. 일부 예에서, 예비-분배기(150)는 재료 밴드(band)이거나 이를 포함할 수 있다. 재료 밴드는 제1 도관(110)의 내측 표면(112) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 재료 밴드는 제1 도관(110)의 내측 주연부 둘레에 배치될 수 있다. 일부 예에서, 재료 밴드는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 가질 수 있다. 일부 예에서, 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 하나 이상의 링일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 링의 외부 주연부, 예를 들어 외측 둘레는 제1 도관(110)의 내측 표면(112)에 부착, 고착, 결합, 또는 달리 고정될 수 있다. 일부 예에서, 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 하나 이상의 링일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 복수의 탭(tab)이 링의 내측 표면에 부착될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 제1 도관(110) 내에 배치될 수 있는, 각각 예시적인 예비-분배기(200, 300, 400)의 평면도를 도시한다. 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 예비-분배기(200)는 그의 외측 표면 또는 주연부(205)와 내측 표면 또는 주연부(210) 사이에 실질적으로 일정한 폭을 가질 수 있는 링의 형태를 갖는 재료 밴드일 수 있다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 예비-분배기(300)는 그의 외측 표면 또는 주연부(305)와 내측 표면 또는 주연부(310) 사이에 실질적으로 일정한 폭을 가질 수 있는 링의 형태를 갖는 재료 밴드일 수 있다. 예비-분배기(300)는 그의 내측 표면 또는 주연부(310)에 고정된 복수의 직사각형 또는 반직사각형(semi-rectangular) 탭(315)을 또한 포함할 수 있다. 탭(315)은 "직사각형"보다는 "반직사각형"으로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 내측 표면(310)에 부착된 면이 그에 대체로 상응하도록 만곡될 수 있기 때문이다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 예비-분배기(400)는 그의 외측 표면 또는 주연부(405)와 내측 표면 또는 주연부(410) 사이에 실질적으로 일정한 폭을 가질 수 있는 링의 형태를 갖는 재료 밴드일 수 있다. 예비-분배기(400)는 그의 내측 표면 또는 주연부(410)에 고정된 복수의 반타원형(semi-elliptical) 탭(415)을 또한 포함할 수 있다. 복수의 탭(310, 410)의 각각은 서로 동일한 형상 또는 상이한 형상을 가질 수 있음에 유의하여야 한다. 적어도 하나의 예에서, 복수의 탭(310, 410)은 대칭 내측 표면 또는 내측 주연부를 제공할 수 있다. 그러한 예에서, 둘 이상의 상이한 형상의 탭이 예비-분배기(300 및/또는 400)의 구성에 사용되는 경우, 동일하거나 실질적으로 동일한 형상을 갖는 탭들이 각각 링(305, 405)의 내측 표면(315, 415) 상에서 서로의 바로 맞은편에 배치되어 대칭 내측 표면을 제공할 수 있다.
복수의 탭(315, 415)은 임의의 원하는 기하학적 형상을 가질 수 있다. 예시적인 형상에는 도 3 및 도 4에 도시된 반직사각형 및 반타원형 형상이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 반직사각형 및 반타원형 형상에 더하여, 다른 기하학적 형상에는 반삼각형, 4개 초과의 변을 갖는 반다각형(semi-polygon), 예를 들어 반오각형, 반육각형, 반칠각형, 반팔각형, 반난형(semi-oval), 반평행사변형, 반부등변사각형(semi-trapezoid), 반카이트형(semi-kite), 반사다리꼴(semi-trapezium), 반초승달형(semi-crescent), 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있다.
예비-분배기(200, 300, 400)는 각각 임의의 원하는 두께, 즉 제1 도관(110)의 중심 종축을 따른 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 예비-분배기(200, 300, 400)는 각각 두께가 약 5 mm, 약 10 mm, 약 20 mm, 약 30 mm, 약 40 mm, 약 45 mm, 또는 약 50 mm 내지 약 55 mm, 약 60 mm, 약 70 mm, 약 80 mm, 약 90 mm, 또는 약 100 mm일 수 있다. 예비-분배기(300, 400)는 각각 임의의 수의 탭(310, 410)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예비-분배기(300, 400)는 각각 내측 표면 또는 주연부(310, 410) 둘레에 배치된 약 10개, 약 15개, 약 20개, 또는 약 25개 내지 약 30개, 약 50개, 약 75개, 약 100개 또는 그 초과의 탭(315, 415)을 포함할 수 있다.
예비-분배기(200, 300, 400)는 각각 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 일부 예에서, 예비-분배기(200, 300, 400)는 고체 재료, 예를 들어 고체 금속으로 제조될 수 있다. 다른 예에서, 예비-분배기는 다공성 재료, 예를 들어 세라믹 또는 소결 금속으로 제조될 수 있다. 예시적인 금속에는 스테인리스강, 스테인리스강 합금, 탄소강, 탄소강 합금, 니켈, 니켈 합금, 저크롬강, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 예에서, 금속은 니켈, 철, 크롬, 코발트, 규소, 망간, 몰리브덴, 티타늄, 탄소, 텅스텐, 및 콜럼븀을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는 금속 합금일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹 재료는 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
도 5는 하나 이상의 실시 형태에 따른, 제1 예비-분배기(550) 및 제2 예비-분배기(570)를 포함하는, 반응기, 예를 들어 탈수소화 반응기 내로 하나 이상의 가스를 도입하기 위한 다른 예시적인 입구 조립체(500)의 입단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 입구 조립체(500)는 접합부(540)에서 유체 연결될 수 있는 제1 입구 도관 또는 "제1 도관"(510), 제2 입구 도관 또는 "제2 도관"(520), 제3 입구 도관 또는 "제3 도관"(560), 및 출구 도관(530)을 포함할 수 있다. 제1 도관(510)의 중심 종축(512)과 제2 도관(520)의 중심 종축(522) 사이는 예각(e)일 수 있다. 제2 도관(520)의 중심 종축(522)과 출구 도관(530)의 중심 종축(532) 사이는 둔각(f)일 수 있다. 제1 도관(510)의 중심 종축(512)과 제3 도관(560)의 중심 종축(563) 사이는 예각(g)일 수 있다. 제3 도관(560)의 중심 종축(563)과 출구 도관(530)의 중심 종축(532) 사이는 둔각(h)일 수 있다. 입구 조립체(100)와 마찬가지로, 입구 조립체(500)는 분지형 도관, 즉 제1 도관(510), 제2 도관(520), 및 제3 도관(560)으로 인해 종종 "선인장형" 조립체로 지칭됨에 유의하여야 한다. 일부 예에서, 제1 도관(510)의 중심 종축(512)은 출구 도관(530)의 중심 종축(532)과 축방향으로 정렬될 수 있다.
제1 예비-분배기(550)는 제1 도관(510) 내에 배치될 수 있고, 제2 예비-분배기(570)는 출구 도관(530) 내에 배치될 수 있다. 임의의 수의 제1 예비-분배기(550)가 제1 도관(210) 내에 배치될 수 있고, 임의의 수의 제2 예비-분배기(570)가 출구 도관(530) 내에 배치될 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어, 입구 조립체(500)는 제1 도관(510) 내에 배치된 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개, 또는 그 초과의 제1 예비-분배기(550), 및 출구 도관(530) 내에 배치된 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개, 또는 그 초과의 제2 예비-분배기(570)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 입구 조립체(500)는 3개의 제1 예비-분배기(550) 및 2개의 제2 예비-분배기(570)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 다른 예에서, 입구 조립체(500)는 1개의 제1 예비-분배기(550) 및 2개의 제2 예비-분배기(570)를 포함할 수 있다.
제1 도관(510)은 제1 또는 "상부" 단부(516)에서 제1 평균 단면 길이, 예를 들어 제1 직경을 가질 수 있고, 제2 또는 "접합부" 단부(517)에서 제2 평균 단면 길이, 예를 들어 제2 직경을 가질 수 있다. 일부 예에서, 제1 단부(516)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(517)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 단부(516)에서의 제1 평균 단면 길이는 제2 단부(517)에서의 제2 평균 단면 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 도관(510)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 제1 도관(510)은 원통형 내측 표면 또는 임의의 다른 프로파일을 가질 수 있다.
제2 도관(520)은 그의 제1 또는 "상부" 단부(524)에서 제1 평균 단면 길이를 가질 수 있고 제2 또는 "접합부" 단부(526)에서 제2 평균 단면 길이를 가질 수 있다. 일부 예에서, 그의 제1 단부(524)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(526)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 그의 제1 단부(524)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(526)에서의 제2 평균 단면 길이는 상이할 수 있다. 일부 예에서, 제2 도관(520)은 원통형 내측 표면을 가질 수 있다. 다른 예에서, 제2 도관(520)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다.
제3 도관(560)은 그의 제1 또는 "상부" 단부(562)에서 제1 평균 단면 길이를 가질 수 있고 제2 또는 "접합부" 단부(564)에서 제2 평균 단면 길이를 가질 수 있다. 일부 예에서, 그의 제1 단부(562)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(564)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 그의 제1 단부(562)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(564)에서의 제2 평균 단면 길이는 상이할 수 있다. 일부 예에서, 제3 도관(560)은 원통형 내측 표면을 가질 수 있다. 다른 예에서, 제3 도관(560)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다.
출구 도관(530)은 제1 또는 "접합부" 단부(536)에서 제1 평균 단면 길이, 예를 들어 제1 직경을 가질 수 있고, 제2 또는 "출구" 단부(537)에서 제2 평균 단면 길이, 예를 들어 제2 직경을 가질 수 있다. 일부 예에서, 제1 단부(536)에서의 제1 평균 단면 길이 및 제2 단부(537)에서의 제2 평균 단면 길이는 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 단부(536)에서의 제1 평균 단면 길이는 제2 단부(537)에서의 제2 평균 단면 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 출구 도관(530)은 절두-원추형 내측 표면을 가질 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 출구 도관(530)은 원통형 내측 표면 또는 임의의 다른 프로파일을 가질 수 있다.
제1 도관(110)의 제2 단부(517)에서의 제2 평균 단면 길이가 출구 도관(530)의 제1 단부(536)에서의 제1 평균 단면 길이와 상이한 경우, 접합부(540)의 내측 표면(544)은 실질적으로 매끄러운 방식으로 제1 도관(510)의 제2 단부(517)에서의 제2 평균 단면 길이부터 출구 도관(530)의 제1 단부(536)에서의 제1 평균 단면 길이까지 변화할 수 있다. 예를 들어, 제1 도관(510) 및 출구 도관(530)이 각각 절두-원추형 내측 표면(514, 534)을 갖는 경우, 접합부(540)가 또한 절두-원추형 내측 표면(544)을 가져서 제1 도관(510), 접합부(540), 및 출구 도관(530)을 통해 실질적으로 절두-원추형인 내측 표면을 제공할 수 있다.
제1 도관(510)의 중심 종축(512)과 제2 도관(520)의 중심 종축(522) 사이의 예각(e)은 약 10°, 약 20℃, 약 30°, 또는 약 40° 내지 약 50°, 약 60°, 약 70°, 또는 약 80°일 수 있다. 제2 도관(520)의 중심 종축(522)과 출구 도관의 중심 종축(532) 사이의 둔각(f)은 약 100°, 약 110°, 약 120°, 또는 약 130° 내지 약 140°, 약 150°, 약 160°, 또는 약 170°일 수 있다. 제1 도관(510)의 중심 종축(512)과 제3 도관(560)의 중심 종축(563) 사이의 예각(g)은 약 10°, 약 20℃, 약 30°, 또는 약 40° 내지 약 50°, 약 60°, 약 70°, 또는 약 80°일 수 있다. 제3 도관(560)의 중심 종축(563)과 출구 도관의 중심 종축(532)사이의 둔각(h)은 약 100°, 약 110°, 약 120°, 또는 약 130° 내지 약 140°, 약 150°, 약 160°, 또는 약 170°일 수 있다. 일부 예에서, 예각(e)은 약 40° 내지 약 50°, 예를 들어 약 45°일 수 있고, 둔각(f)은 약 130° 내지 약 140°, 예를 들어 약 135°일 수 있고, 예각(g)은 약 40° 내지 약 50°, 예를 들어 약 45°일 수 있고, 둔각(g)은 약 130° 내지 약 140°, 예를 들어 약 135°일 수 있다.
제1 예비-분배기(550) 및 제2 예비-분배기(570)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 상기에서 논의되고 기재된 예비-분배기(150, 200, 300, 및/또는 400)와 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있다. 이와 같이, 제1 예비-분배기(550) 및 제2 예비-분배기는 재료 밴드, 복수의 탭, 또는 이들의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예비-분배기 중 어느 하나는 제1 도관(110 및/또는 510)의 내측 표면에 직접 부착될 수 있는 복수의 탭으로 구성될 수 있음에 유의하여야 한다. 이와 같이, 예비-분배기(150, 200, 300, 400, 550, 570)에는 제1 도관(110 및/또는 510)의 내측 주연부를 가로지르는 임의의 연속적인 재료 밴드가 없을 수 있다.
예비-분배기(150, 200, 300, 400, 550, 570)는 임의의 적합한 부착 장치 또는 부착 장치들의 조합을 통해 각각 제1 도관(110, 510)의 내측 표면(114, 514)에 결합, 고정, 또는 달리 부착될 수 있다. 예를 들어, 예비-분배기(150, 200, 300, 400, 550, 570)는 용접되고/되거나, 볼트 결합되고/되거나, 리벳 결합되고/되거나, 제1 도관의 일체형 구성요소로서 형성되고/되거나, 클램핑되고/되거나, 마찰 끼워맞춤을 통해 제 위치에 유지될 수 있다. 일부 예에서, 예비-분배기(150, 200, 300, 400, 550, 및/또는 570)는 각각 제1 도관(110, 510)의 내측 표면(114, 514) 및/또는 각각 출구 도관(130, 530)의 내측 표면(134, 534) 내에 밀링가공되거나, 기계가공되거나, 절삭되거나, 프레스 가공되거나, 또는 달리 형성될 수 있는 돌출부(ledge) 또는 다른 표면일 수 있다.
입구 조립체(100, 500)의 치수 중 일부는 각각 출구 도관(130, 530)의 제2 단부(137, 537)의 평균 단면 길이에 대한 주어진 치수의 비로서 기재될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 다양한 도관의 평균 단면 길이는 원의 직경인 것으로 기재될 수 있다. 따라서, 하기 "D"는 각각 출구 도관(130, 530)의 제2 단부(137, 537)에서의 내경을 지칭한다. 그러나, 이들 단면 길이 중 임의의 하나 이상은 비원형, 예를 들어 난형, 비원형 타원형, 다각형, 또는 임의의 다른 기하학적 형상일 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
입구 조립체(100, 500)를 고려하면, 제1 도관(110, 510)의 제1 단부(116, 516)는 직경이 약 0.3D, 약 0.33D, 약 0.35D, 약 0.37D, 또는 약 0.4D 내지 약 0.41D, 약 0.43D, 약 0.45D, 약 0.47D, 또는 약 0.5D일 수 있다. 각각 접합부(140, 540)의 중심에서 출구 도관(130, 530)의 제2 단부(137, 537)까지의 거리는 약 0.7D, 약 0.75D, 약 0.8D, 약 0.85D, 약 0.9D, 또는 약 0.95D 내지 약 0.97D, 약 1D, 약 1.05D, 약 1.1D, 약 1.15D, 약 1.2D, 약 1.25D, 또는 약 1.3D일 수 있다. 각각 제1 도관(110, 510)의 제1 단부(116, 516)로부터 출구 도관(130, 530)의 제2 단부(137, 537)까지의 거리는 약 1.7D, 약 1.8D, 약 1.9D, 약 2D, 약 2.1D, 약 2.2D, 약 2.3D, 또는 약 2.4D 내지 약 2.5D, 약 2.6D, 약 2.7D, 약 2.8D, 약 2.9D, 약 3D, 약 3.1D, 또는 약 3.2D일 수 있다. 제2 도관(120, 520)은 원통형 내측 표면을 가질 수 있으며 내경이 약 0.3D, 약 0.33D, 약 0.35D, 약 0.37D, 약 0.4D, 또는 약 0.42D 내지 약 0.44D, 약 0.47D, 약 0.5D, 약 0.53D, 또는 약 0.55D일 수 있다. 제3 도관(560)은 원통형 내측 표면을 가질 수 있으며 내경이 약 0.15D, 약 0.17D, 약 0.19D, 약 0.2D, 또는 약 0.21D 내지 약 0.22D, 약 0.24D, 약 0.26D, 약 0.28D, 또는 약 0.3D일 수 있다.
입구 조립체(100, 500)의 구성요소, 즉 제1 도관(110, 510), 제2 도관(120, 520), 제3 도관(560), 접합부(140, 540), 및 출구 도관(130, 530)은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 일부 예에서, 입구 조립체(100, 500)의 구성요소는 하나 이상의 금속, 하나 이상의 세라믹, 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 예시적인 금속에는 스테인리스강, 스테인리스강 합금, 탄소강, 탄소강 합금, 니켈, 니켈 합금, 저크롬강, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 예에서, 금속은 니켈, 철, 크롬, 코발트, 규소, 망간, 몰리브덴, 티타늄, 탄소, 텅스텐, 및 콜럼븀을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는 금속 합금일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹 재료는 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
일부 예에서, 하나 이상의 유체, 예를 들어 공기가 제1 도관(510)을 통해 도입될 수 있으며 입구 조립체(500)를 통해 유동할 수 있다. 유체는 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 출구 도관(530)의 제2 단부(537)는 그의 내측 표면(534)으로부터 그의 중심 종축(532)까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 일부 예에서, 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(534)으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(534)으로부터 반경 거리의 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5%, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 유체의 속도가 100 m/s, 125 m/s, 150 m/s, 175 m/s, 및/또는 200 m/s 이상인 경우, 출구 도관(130)의 제2 단부(137)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(134)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 속도 프로파일의 속도 최대치는 전산 유체 역학(CFD) 모델링을 통해 측정, 계산, 결정, 또는 달리 추정될 수 있다. 예를 들어, CFD 모델링은 CFD 솔버 및 메싱 솔버를 사용할 수 있다. 일부 예에서, CFD 솔버는 앤시스 CFX V17.2일 수 있고 메싱 솔버는 앤시스 메셔 V17.2일 수 있다.
도 6은 하나 이상의 실시 형태에 따른, 탈수소화 반응기(610)에 결합된, 도 5를 참조하여 상기에 논의되고 기재된 입구 조립체(500)를 포함하는, 하나 이상의 알칸을 탈수소화시키기 위한 예시적인 반응기 시스템(600)의 입단면도를 도시한다. 반응기(610)는 하나 이상의 가스 분배기(615) 및 하나 이상의 촉매층(620)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 촉매층(620)은 고정 촉매층일 수 있다. 반응기는 그로부터 라인(626)을 통해 조질의 탈수소화된 생성물을 회수하기 위한 출구(625)를 또한 포함할 수 있다. 반응기(610)는 라인(631)을 통해 하나 이상의 퍼지 가스, 오프-가스(off-gas), 재생 가스, 또는 다른 유체, 예를 들어 촉매 탈코크스화 및 재생 공정 동안 도입 및/또는 생성되는 유체를 회수하기 위한 하나 이상의 퍼지 가스 또는 오프-가스 출구(630)를 또한 포함할 수 있다. 적합한 탈수소화 공정 조건, 공급물 및 다른 파라미터는 미국 특허 제2,423,029호, 제4,560,824호, 및 제4,581,339호; 그리고 국제특허 공개 WO 2016/069918호에 논의되고 기재된 것들일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
라인(635)을 통해 하나 이상의 알칸이 입구 조립체(500)의 제2 도관(520)으로 도입될 수 있다. 알칸은 입구 조립체(500)를 통과하여 반응기(610) 내로 들어갈 수 있다. 알칸이 촉매층(620)을 통과함에 따라, 알칸은 촉매와 접촉하여 하나 이상의 알켄, 예를 들어 프로필렌 또는 부틸렌을 포함할 수 있는 조질 생성물, 및 촉매 상에 배치된 코크스를 포함할 수 있는 코크스화된 촉매를 생성할 수 있다. 알칸의 탈수소화는 흡열 반응이다. 따라서, 알칸 및/또는 촉매는 촉매의 존재 하에 알칸을 탈수소화하는 데 필요한 열의 적어도 일부분을 제공하기에 충분한 온도로 가열될 수 있다. 촉매는 신선한 또는 새로운 촉매, 재생 촉매, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
예시적인 알칸은 에탄, 프로판, 부탄, 2-메틸프로판, 펜탄, 2-메틸부탄, 2,2-다이메틸프로판, 이들의 이성체, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 탈수소화된 생성물은 에텐(에틸렌), 프로펜(프로필렌), 부트-1-엔(부틸렌), (Z)-부트-2-엔, (E)-부트-2-엔, 2-메틸프로펜, 1-펜텐, 시스-2-펜텐, 트랜스-2-펜텐, 이들의 이성체, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 적어도 하나의 예에서, 알칸은 프로판일 수 있거나 이를 포함할 수 있으며, 탈수소화된 생성물은 프로필렌일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알칸은 80 중량% 이상의 프로판, 85 중량% 이상의 프로판, 90 중량% 이상의 프로판, 95 중량% 이상의 프로판, 97 중량% 이상의 프로판, 98 중량% 이상의 프로판, 99 중량% 이상의 프로판, 99.5 중량% 이상의 프로판, 99.7 중량% 이상의 프로판, 또는 99.9 중량% 이상의 프로판을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 알칸은 80 중량% 이상의 부탄, 85 중량% 이상의 부탄, 90 중량% 이상의 부탄, 95 중량% 이상의 부탄, 97 중량% 이상의 부탄, 98 중량% 이상의 부탄, 99 중량% 이상의 부탄, 99.5 중량% 이상의 부탄, 99.7 중량% 이상의 부탄, 또는 99.9 중량% 이상의 부탄을 포함할 수 있다. 알칸의 알켄으로의 탈수소화는 불완전할 수 있다. 이와 같이, 조질의 탈수소화된 생성물은 알켄 및 탈수소화되지 않은 알칸을 포함할 수 있다. 하나 이상의 예에서, 조질의 탈수소화된 생성물에 존재하는 알칸의 적어도 일부분을 그로부터 분리하여 정제된 탈수소화된 생성물을 생성할 수 있다. 조질의 탈수소화된 생성물로부터 분리된 알칸은 재순환되거나 신선한 또는 유입되는 알칸과 조합되고 촉매와 접촉될 수 있다.
촉매는 알칸과 접촉될 때 온도가 약 425℃, 약 450℃, 약 475℃, 약 500℃, 약 535℃, 약 550℃, 약 565℃, 약 585℃ 또는 약 590℃ 내지 약 595℃, 약 600℃, 약 625℃, 약 650℃, 약 675℃, 약 700℃, 약 750℃, 또는 약 800℃일 수 있다. 촉매는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 하나 이상의 금속은 백금, 팔라듐, 금, 인듐, 크롬, 주석, 철, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 은, 이들의 임의의 합금, 이들의 임의의 산화물, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 하나 이상의 금속은 지지되거나 지지되지 않을 수 있다. 예시적인 지지체에는 하나 이상의 무기 산화물이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 예시적인 무기 산화물에는 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 보리아, 산화아연, 마그네시아, 또는 이들의 임의의 혼합물이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 무기 산화물의 예시적인 조합에는 알루미나-실리카, 실리카-티타니아, 알루미나-실리카-티타니아, 알루미나-지르코니아, 알루미나-티타니아, 또는 이들의 임의의 혼합물이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 적어도 하나의 예에서, 지지체는 알루미나, 실리카, 또는 이들의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 촉매는 반응기 내에서 고정층 내에 배치될 수 있으며, 알칸은 고정층의 제1 면으로 도입될 수 있고 탈수소화된 생성물은 고정층의 제2 면으로부터 회수될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 고정층의 제1 면 및 제2 면은 고정층의 서로 마주보는 면 상에 있을 수 있다.
촉매 상에, 촉매 내에 또는 달리 촉매 주위에 침착된 코크스의 양 및/또는 촉매의 온도가 감소하여 알칸의 알켄으로의 전환 속도 및/또는 반응 속도가 원하는 수준 미만으로 떨어지는 경우, 알칸을 다른 반응기로 우회시킬 수 있고 코크스화된 촉매는 라인(640)을 통해 제3 도관(560)으로 도입된 퍼지 유체와 접촉시켜 촉매층(620) 상의, 촉매층(620) 주위의 및/또는 촉매층(620) 내의 및/또는 반응기(610) 내의 임의의 잔류 알칸의 적어도 일부분을 제거할 수 있다. 퍼지 유체는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 배기 또는 연소 가스, 공기, 물 또는 스팀, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 적어도 하나의 예에서, 퍼지 유체는 스팀일 수 있거나 스팀을 포함할 수 있다. 퍼지 유체, 예를 들어 스팀은 온도가 약 120℃, 약 150℃, 약 175℃, 약 200℃, 약 225℃, 약 250℃, 또는 약 275℃ 내지 약 400℃, 약 450℃, 약 500℃, 약 525℃, 약 550℃, 약 575℃, 또는 약 600℃일 수 있다. 예를 들어, 퍼지 유체, 예를 들어 스팀은 압력이 약 101 ㎪, 약 125 ㎪, 약 200 ㎪, 약 350 ㎪, 약 500 ㎪, 약 1,000 ㎪, 약 1,500 ㎪, 약 2,000 ㎪, 또는 약 2,500 ㎪ 내지 약 3,000 ㎪, 약 3,500 ㎪, 약 4,000 ㎪, 또는 약 4,500 ㎪일 수 있다.
촉매를 퍼지 유체와 접촉시킨 후에, 촉매는 탈코크스화될 수 있다. 코크스화된 촉매를 탈코크스화하는 것은 촉매 상에, 촉매 내에, 및/또는 촉매 주위에 침착된 코크스의 적어도 일부분을 제거할 수 있다. 코크스는 코크스의 연소에 의해 촉매로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 코크스의 적어도 일부분을 연소시키기에 충분한 조건에서 촉매를 산소-함유 유체와 접촉시킴으로써, 코크스화된 촉매로부터 코크스를 제거할 수 있다. 예시적인 산소-함유 유체에는 주위 공기, 병에 담긴 공기, 인-라인(in-line) 또는 실내(in-house) 공기, 산소(O2), 아산화질소, 오존, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 적어도 하나의 예에서, 산소-함유 유체는 공기일 수 있거나 공기를 포함할 수 있다. 산소-함유 유체는 라인(645)을 통해 제1 도관(510)으로 도입될 수 있다. 산소-함유 유체는 입구 조립체(500)를 통해 반응기(610) 내로 유동할 수 있다.
산소-함유 유체는, 입구 조립체(500)를 통해 유동할 때 및/또는 코크스화된 촉매와 접촉되어 재생 촉매를 생성할 때, 약 500℃, 약 550℃, 약 600℃, 약 650℃, 약 660℃, 약 665℃, 약 670℃, 또는 약 675℃의 온도 내지 약 680℃, 약 685℃, 약 690℃, 약 695℃, 약 700℃, 약 725℃, 약 750℃, 약 775℃, 또는 약 800℃의 온도일 수 있다. 산소-함유 유체는, 입구 조립체(500)를 통해 유동할 때 및/또는 코크스화된 촉매와 접촉되어 재생 촉매를 생성할 때, 압력이 약 101 ㎪, 약 250 ㎪, 약 500 ㎪, 또는 약 750 ㎪ 내지 약 1,000 ㎪, 약 1,250 ㎪, 약 1,500 ㎪, 약 1,750 ㎪, 약 2,500 ㎪, 약 3,000 ㎪, 약 3,500 ㎪, 약 4,000 ㎪, 또는 약 4,500 ㎪일 수 있다. 일부 예에서, 산소-함유 유체는, 입구 조립체(500)를 통해 유동할 때 및/또는 코크스화된 촉매와 접촉되어 재생 촉매를 생성할 때, 압력이 약 101 ㎪, 약 110 ㎪, 또는 약 115 ㎪ 내지 약 125 ㎪, 약 135 ㎪, 또는 약 150 ㎪일 수 있다.
일부 예에서, 산소-함유 유체는 입구 조립체(500)를 통해 약 100 m/s, 약 125 m/s, 약 150 m/s, 약 175 m/s, 또는 약 190 m/s 내지 약 210 m/s, 약 225 m/s, 또는 약 250 m/s의 속도로 유동할 수 있다. 반응기(610)로 도입되고 코크스 촉매와 접촉되어 탈코크스화된 촉매를 생성할 수 있는 산소-함유 유체의 양은 광범위하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 반응기(610)로 도입되고 코크스화된 촉매와 접촉되어 탈코크스화된 촉매를 생성하는 산소-함유 유체의 양은 약 300 ㎥/s, 약 325 ㎥/s, 또는 약 350 ㎥/s 내지 약 375 ㎥/s, 약 400 ㎥/s, 또는 약 425 ㎥/s일 수 있다.
산소-함유 유체는 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서 소정의 속도 프로파일을 가질 수 있다. 출구 도관(530)의 제2 단부(537)는 그의 내측 표면(534)으로부터 그의 중심 종축(532)까지 소정의 반경 거리를 가질 수 있다. 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 반경 거리의 80% 이상에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 반경 거리의 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5%, 또는 그 초과에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s, 125 m/s, 150 m/s, 175 m/s, 및/또는 200 m/s 이상인 경우, 출구 도관(530)의 제2 단부(537)에서의 산소-함유 유체의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면(534)으로부터 반경 거리의 80% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 94.5% 이상, 95% 이상, 95.5% 이상, 96% 이상, 96.5% 이상, 97% 이상, 97.5% 이상, 또는 그 초과만큼 떨어진 곳에 존재할 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 속도 프로파일의 속도 최대치는 전산 유체 역학(CFD) 모델링을 통해 측정, 계산, 결정, 또는 달리 추정될 수 있다. 예를 들어, CFD 모델링은 CFD 솔버 및 메싱 솔버를 사용할 수 있다. 일부 예에서, CFD 솔버는 앤시스 CFX V17.2일 수 있고 메싱 솔버는 앤시스 메셔 V17.2일 수 있다. 라인(645)을 통해 제1 도관(510)으로 도입되는 산소-함유 유체는 난류 형태로 입구 조립체(500)를 통해 유동할 수 있다.
일부 예에서, 산소-함유 유체가 코크스화된 촉매와 접촉하는 동안, 하나 이상의 탄화수소 연료를 코크스화된 촉매와 접촉시킬 수 있다. 탄화수소 연료는 산소-함유 유체의 존재 하에 연소되어, 탈코크스화된 촉매의 온도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 연료는 라인(640)을 통해 제3 도관(560)으로 도입될 수 있고, 산소-함유 유체는 라인(645)을 통해 제1 도관(510)으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 산소-함유 유체와 코크스화된 촉매 사이의 접촉이 시작될 수 있고, 이어서 탄화수소 연료와 코크스화된 촉매 사이의 접촉이 시작될 수 있고, 이어서 탄화수소 연료와의 사이의 접촉이 중단될 수 있고, 이어서 산소-함유 유체와의 사이의 접촉이 중단될 수 있다. 다른 예에서, 산소-함유 유체 및 탄화수소 연료와의 사이의 접촉이 동시에 또는 실질적으로 동시에, 예를 들어 서로의 10초 이내에 시작될 수 있고, 이어서 탄화수소 연료와의 사이의 접촉이 중단될 수 있고, 이어서 산소-함유 유체와의 사이의 접촉이 중단될 수 있다.
탄화수소 연료는 가스 및/또는 액체 탄화수소일 수 있다. 예시적인 탄화수소 연료에는 하나 이상의 C1-C6 탄화수소, 예를 들어 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 또는 이들의 임의의 혼합물이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 적어도 하나의 예에서, 탄화수소 연료는 메탄일 수 있거나 메탄을 포함할 수 있으며, 산소-함유 유체가 코크스화된 촉매와 접촉하는 동안 코크스화된 촉매와 접촉될 수 있다. 다른 예에서, 탄화수소 연료는 90 중량% 이상, 93 중량% 이상, 95 중량% 이상, 97 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상의 메탄을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 다른 예에서, 탄화수소 연료는 천연 가스일 수 있거나 천연 가스를 포함할 수 있다.
탈코크스화된 촉매는 하나 이상의 환원 가스와 접촉되어 재생 촉매 및 오프-가스를 생성할 수 있다. 예를 들어, 환원 가스는 라인(640)을 통해 제3 도관(560)으로 그리고 입구 조립체(500)를 통해 반응기(610) 내로 도입될 수 있다. 환원 가스는 그 안의 탈코크스화된 촉매와 접촉하여 재생 촉매 및 오프-가스를 생성할 수 있다. 환원 가스는 탈코크스화된 촉매로부터 임의의 흡착된 산소의 적어도 일부분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 촉매가 크롬을 포함하는 경우, 환원 가스는 임의의 크롬(VI)의 적어도 일부분을 크롬(III)으로 전환시킬 수 있다. 오프-가스는 탈코크스화된 촉매로부터 제거될 수 있는 흡착된 산소의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 오프-가스, 산소-함유 유체, 연소 가스 생성물, 환원 가스, 및 퍼지 가스는 출구(630)로부터 라인(631)을 통해 반응기(620)로부터 제거될 수 있다. 일단 코크스화된 촉매가 탈코크스화되고 재생되었으면, 추가의 알칸을 반응기(610)로 도입하여 추가의 탈수소화된 생성물을 생성할 수 있다.
예시적인 환원 가스는 수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 일산화탄소, 부탄, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 예를 들어, 환원 가스는 수소 및 하나 이상의 다른 성분, 예를 들어 메탄, 에탄, 이산화탄소, 질소, 산소, 암모니아, 또는 이들의 임의의 혼합물을 함유하는 가스 혼합물을 분리하는 하나 이상의 압력 스윙 흡착 유닛(pressure swing absorption unit)으로부터 회수된 수소 생성물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 환원 가스는 수소 및 하나 이상의 다른 성분, 예를 들어 메탄, 에탄, 이산화탄소, 질소, 산소, 암모니아, 또는 이들의 임의의 혼합물을 함유하는 가스 혼합물의 막 분리를 통해 회수된 수소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
가공예
전술한 논의의 더 나은 이해를 제공하기 위해, 하기의 비제한적인 가공예를 제공한다. 시뮬레이션된 예는 특정 실시 형태에 관한 것이지만, 이들은 임의의 특정 측면에서 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
전산 유체 역학(CFD) 모델링을 사용하여, 반응기 내로 유체를 도입하기 위한 입구 조립체의 대형 및 소형 모델을 통해 유동하는 공기의 등속선 프로파일을 시뮬레이션한다. CFD 솔버는 앤시스 CFX V17.2이고, 메싱 솔버는 앤시스 메셔 V17.2이다. D와 동일한 입구 직경에 기초한 내부구조체를 갖지 않는 기하학적 형상에 대한 메시 세부 정보는 다음과 같다: 메시 유형은 벽 팽창을 갖는 완전 사면체이고; 크기 함수 세분화는 근접성 및 곡률이고; 요소의 수는 1800000개 초과이고, 벽 팽창 층의 수는 7개이고, 최대 면 크기는 약 0.0800D이고; 최소 면 크기는 약 0.0123D이고; 최대 사면체 크기는 약 0.0984D이다.
시뮬레이션은 공기가 단일상 가스, 점성, 압축성, 및 난류(K-Qsst)인 것으로 가정한다. 대형 및 소형 입구 조립체를 통해 유동하는 공기의 유동 조건이 하기 표 1에 나타나 있다.
[표 1]
Figure pct00001
도 7은 예 C1, 예 C2, 및 예 Ex.1 내지 예 Ex.4에서 대형 및 소형 입구 조립체 둘 모두의 CFD 모델링에 사용된 CFD 입구 조립체 모델을 도시한다. CFD 모델은 점성 섹션(705) 및 비점성 섹션(710)을 포함한다. 비점성 섹션(710)은 단지 수치 안정성을 위해 추가된다.
표 2는 시뮬레이션에 사용된 대형 및 소형 입구 조립체의 관련 기하학적 치수를 열거한다. 제1 입구 도관의 종축 및 출구 도관의 종축은 서로 축방향으로 정렬된다. 표 2에 열거된 치수는 도 8에 나타나 있다.
[표 2]
Figure pct00002
대형 입구 조립체 CFD 시뮬레이션
3개의 대형 입구 조립체 CFD 시뮬레이션을 수행한다. 제1 시뮬레이션(C1)은 어떠한 예비-분배기도 포함하지 않는 비교예이다. 제2 시뮬레이션 및 제3 시뮬레이션(Ex.1, Ex.2)은 예비-분배기를 포함하는 실시예이다. Ex.1은 각각이 일정한 폭을 갖는 5개의 링을 포함한다. 제1 도관의 내측 주연부 둘레에서 제1 도관의 내측 표면 상에 3개의 링을 배치하고, 출구 도관의 내측 주연부 둘레에서 출구 도관의 내측 표면 상에 2개의 링을 배치한다. Ex.2는 3개의 로브형(lobed) 링, 즉 반타원형 탭이 내측 표면 둘레에 배치되어 있는 링을 포함한다. 제1 도관의 내측 주연부 둘레에서 제1 도관의 내측 표면 상에 1개의 로브형 링을 배치하고, 출구 도관의 내측 주연부 둘레에서 출구 도관의 내측 표면 상에 2개의 로브형 링을 배치한다.
표 3은 (특정 링에 따라) 제1 입구 도관 또는 출구 도관의 종축으로부터 그 내부에 배치된 각각의 링의 내측 표면까지의 거리(AA), 제1 입구 도관의 단부로부터 각각의 링까지의 거리(BB), 및 각각의 링의 폭(CC)을 열거한다. 도 9는 표 3에 제공된 거리 AA, BB, 및 CC를 예시한다.
[표 3]
Figure pct00003
표 4는 (특정 링에 따라) 제1 입구 도관 또는 출구 도관의 종축으로부터 각 로브의 중심에 상응하는 위치에서의 각 로브형 링의 내측 표면까지의 거리(AA), 제1 입구 도관의 단부로부터 각각의 링까지의 거리(BB), 각각의 링의 폭(CC), 및 각각의 로브의 반경(DD)을 열거한다. 도 10 및 도 11은 표 4에 제공된 거리 AA, BB, CC, 및 DD를 예시한다. 각각의 로브형 링은 링의 내측 표면 둘레에 배치된 30개의 로브, 즉 반타원형 탭을 갖는다.
[표 4]
Figure pct00004
도 12, 도 13, 및 도 14는 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 ZX-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다. 도 15, 도 16, 및 도 17은 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 YZ-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다. 도 18, 도 19, 및 도 20은 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 공기 속도장을 도시한다. 도 21, 도 22 및 도 23은 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일의 근사 3D-구조를 도시한다. 도 24는 각각 예 C1, 예 Ex.1 및 예 Ex.2의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일 최대치의 좌표 위치를 도시한다.
도 12 내지 도 24로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 실시예(Ex.1, Ex.2)에 대한 속도 도심은 예비-분배기를 포함하지 않는 비교예(C1)보다 상당히 더 중심에 있다. 실제로, Ex.1 및 Ex.2에 대해, 속도 프로파일 최대치의 위치 정확도, 즉 속도 최대치가 나타나는 반경 위치의 퍼센트는 각각 97.6% 및 94.5%이다. 대조적으로, 비교예(C1)에 대한 속도 프로파일 최대치의 위치 정확도는 단지 47.2%이다. 비교예(C1) 및 실시예(Ex.1, Ex.2)에 대한 압력 손실은 각각 2,349.7 Pa, 7,638.2 Pa, 및 2,510.2 Pa이다.
소형 입구 조립체 CFD 시뮬레이션
3개의 소형 입구 조립체 CFD 시뮬레이션을 수행한다. 제1 시뮬레이션(C2)은 어떠한 예비-분배기도 포함하지 않는 비교예이다. 제2 시뮬레이션 및 제3 시뮬레이션(Ex.3, Ex.4)은 예비-분배기를 포함하는 실시예이다. Ex.3은 각각이 일정한 폭을 갖는 4개의 링을 예비-분배기로서 포함한다. 제1 도관의 내측 주연부 둘레에서 제1 도관의 내측 표면 상에 2개의 링을 배치하고, 출구 도관의 내측 주연부 둘레에서 출구 도관의 내측 표면 상에 2개의 링을 배치한다. Ex.2는 3개의 로브형 링, 즉 반타원형 탭이 내측 표면 둘레에 배치되어 있는 링을 포함한다. 제1 도관의 내측 주연부 둘레에서 제1 도관의 내측 표면 상에 1개의 로브형 링을 배치하고, 출구 도관의 내측 주연부 둘레에서 출구 도관의 내측 표면 상에 2개의 로브형 링을 배치한다.
표 5는 (특정 링에 따라) 제1 입구 도관 또는 출구 도관의 종축으로부터 그 내부에 배치된 각각의 링의 내측 표면까지의 거리(AA), 제1 입구 도관의 단부로부터 각각의 링까지의 거리(BB), 및 각각의 링의 폭(CC)을 열거한다. 표 5에 제공된 거리 AA, BB, 및 CC는 대형 시뮬레이션에서와 동일하며 도 9에 나타나 있다.
[표 5]
Figure pct00005
표 6은 (특정 링에 따라) 제1 입구 도관 또는 출구 도관의 종축으로부터 각 로브의 중심에 상응하는 위치에서의 각 로브형 링의 내측 표면까지의 거리(AA), 제1 입구 도관의 단부로부터 각각의 링까지의 거리(BB), 각각의 링의 폭(CC), 및 각각의 로브의 반경(DD)을 열거한다. 표 6에 제공된 거리 AA, BB, CC, 및 DD는 대형 모델 시뮬레이션과 관련하여 언급된 것과 동일한 거리이며 도 10 및 도 11에 또한 나타나 있다. 각각의 로브형 링은 링의 내측 표면 둘레에 배치된 30개의 로브, 즉 반타원형 탭을 갖는다.
[표 6]
Figure pct00006
도 25, 도 26, 및 도 27은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 ZX-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다. 도 28, 도 29, 및 도 30은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 YZ-평면을 따른 입구 조립체를 통한 시뮬레이션된 공기 등속선을 도시한다. 도 31, 도 32, 및 도 33은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 공기 속도장을 도시한다. 도 34, 도 35 및 도 36은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일의 근사 3D-구조를 도시한다. 도 37은 각각 예 C2, 예 Ex.3 및 예 Ex.4의 입구 조립체의 출구 도관의 단부에서의 시뮬레이션된 속도 프로파일 최대치의 좌표 위치를 도시한다.
도 20 내지 도 37로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 실시예(Ex.3, Ex.4)의 속도 도심은 예비-분배기를 포함하지 않는 비교예(C2)보다 상당히 더 중심에 있다. 실제로, Ex.3 및 Ex.4에 대해, 속도 프로파일 최대치의 위치 정확도, 즉 속도 최대치가 나타나는 반경 위치의 퍼센트는 각각 98.6% 및 97.9%이다. 대조적으로, 비교예(C2)에 대한 속도 프로파일 최대치의 위치 정확도는 단지 70.6%이다. 비교예(C2) 및 실시예(Ex.3, Ex.4)에 대한 압력 손실은 각각 2,204.4 Pa, 7,769.4 Pa, 및 2,796.0 Pa이다.
본 발명의 실시 형태들은 다음 단락들 중 임의의 하나 이상과 추가로 관련된다:
1. 알칸을 탈수소화하는 방법으로서,
알칸을 입구 조립체의 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계; 반응기 내의 촉매를 알칸과 접촉시켜 알켄을 포함하는 탈수소화된 생성물 및 촉매 상에 배치된 코크스를 포함하는 코크스화된 촉매를 생성하는 단계; 탈수소화된 생성물을 코크스화된 촉매로부터 분리하는 단계; 산소-함유 유체를 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계 - 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재함 -; 및 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 탈코크스화된 촉매를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 알칸을 탈수소화하는 방법으로서,
알칸을 입구 조립체의 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계; 반응기 내의 촉매를 알칸과 접촉시켜 알켄을 포함하는 탈수소화된 생성물 및 촉매 상에 배치된 코크스를 포함하는 코크스화된 촉매를 생성하는 단계; 탈수소화된 생성물을 코크스화된 촉매로부터 분리하는 단계; 산소-함유 유체를 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계 - 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 전산 유체 역학 모델링을 사용하여 결정될 때 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재함 -; 및 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 탈코크스화된 촉매를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
3. 탈코크스화된 촉매를 환원 가스와 접촉시켜 재생 촉매 및 오프-가스를 생성하는 단계; 및 재생 촉매를 추가의 알칸과 접촉시켜 추가의 탈수소화된 생성물 및 추가의 코크스화된 촉매를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 단락 1 또는 단락 2에 따른 방법.
4. 산소-함유 유체는 입구 조립체의 접합부에 결합된 제1 입구 도관을 통해 도입되고, 알칸은 입구 조립체의 접합부에 결합된 제2 입구 도관을 통해 도입되고, 출구 도관은 접합부에 결합되고, 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각이고, 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각인, 단락 1 내지 단락 3 중 어느 하나에 따른 방법.
5. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 4의 방법.
6. 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 반경 거리는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 반경 거리보다 작은, 단락 5의 방법.
7. 출구 도관은 절두-원추형 내측 표면을 갖는, 단락 4 내지 단락 6 중 어느 하나에 따른 방법.
8. 제1 입구 도관은 그 내부에 배치된 예비-분배기를 포함하는, 단락 4 내지 단락 7 중 어느 하나에 따른 방법.
9. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 재료 밴드를 포함하는, 단락 8의 방법.
10. 재료 밴드는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 갖는, 단락 9의 방법.
11. 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 링을 포함하는, 단락 9의 방법.
12. 재료 밴드는 복수의 탭이 내측 표면에 부착되어 있는 링을 포함하며, 복수의 탭은 예비-분배기에 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하도록 위치되는, 단락 9의 방법.
13. 각각의 탭은 반직사각형 및 반타원형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기하학적 형상을 갖는, 단락 12의 방법.
14. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 개별 탭을 포함하며, 각각의 개별 탭의 위치는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로에 대해 실질적으로 동일한, 단락 8의 방법.
15. 예비-분배기는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 갖는, 단락 14의 방법.
16. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 링을 포함하는, 단락 8의 방법.
17. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 2개의 재료 밴드를 포함하며, 2개의 재료 밴드는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로 이격되는, 단락 8의 방법.
18. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 3개의 재료 밴드를 포함하며, 2개의 재료 밴드는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로 이격되는, 단락 8의 방법.
19. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 링을 포함하는, 단락 8의 방법.
20. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치되는, 단락 8의 방법.
21. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 83% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
22. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
23. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 87% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
24. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
25. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 92% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
26. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
27. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
28. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 83% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
29. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
30. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 87% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
31. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
32. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 92% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
33. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
34. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
35. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 83% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
36. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
37. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 87% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
38. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
39. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 92% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
40. 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 1 내지 단락 20 중 어느 하나에 따른 방법.
41. 출구 도관 내의 산소-함유 가스의 속도는 약 100 m/s 내지 약 225 m/s인, 단락 1 내지 단락 40 중 어느 하나에 따른 방법.
42. 출구 도관 내의 산소-함유 가스의 속도는 약 150 m/s 내지 약 225 m/s인, 단락 1 내지 단락 40 중 어느 하나에 따른 방법.
43. 출구 도관 내의 산소-함유 가스의 속도는 약 175 m/s 내지 약 225 m/s인, 단락 1 내지 단락 40 중 어느 하나에 따른 방법.
44. 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체의 양은 약 300 ㎥/s 내지 약 400 ㎥/s인, 단락 1 내지 단락 43 중 어느 하나에 따른 방법.
45. 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체는 압력이 약 101 ㎪ 내지 약 200 ㎪인, 단락 1 내지 단락 43 중 어느 하나에 따른 방법.
46. 전산 유체 역학 모델링은 앤시스 CFX V17.2 전산 유체 역학 솔버 및 앤시스 메셔 V17.2 메싱 솔버를 사용하는, 단락 2 내지 단락 45 중 어느 하나에 따른 방법.
47. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 메시 유형은 벽 팽창을 갖는 완전 사면체인, 단락 46에 따른 방법.
48. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 크기 함수 세분화는 근접성 및 곡률인, 단락 46 또는 단락 47에 따른 방법.
49. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 요소의 수는 1800000개 초과인, 단락 46 내지 단락 48 중 어느 하나에 따른 방법.
50. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 벽 팽창 층의 수는 7개인, 단락 46 내지 단락 49 중 어느 하나에 따른 방법.
51. 최대 면 크기는 약 0.0800D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 단락 46 내지 단락 50 중 어느 하나에 따른 방법.
52. 최소 면 크기는 약 0.0123D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 단락 46 내지 단락 51 중 어느 하나에 따른 방법.
53. 최대 사면체 크기는 약 0.0984D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 단락 46 내지 단락 52 중 어느 하나에 따른 방법.
54. 반응기 내의 코크스화된 촉매를 재생시키는 방법으로서, 산소-함유 유체를 제1 입구 도관을 통해 입구 조립체의 접합부 내로 유동시키는 단계 - 제2 입구 도관 및 출구 도관은 접합부에 결합되고, 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각이고, 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 산소-함유 유체를 접합부를 통해 출구 도관 내로 유동시키는 단계; 산소-함유 유체를 출구 도관을 통해 출구 도관의 단부에 결합된 반응기 내로 유동시키는 단계 - 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 갖고, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하고, 반응기는 촉매 상에 배치된 코크스를 포함하는 코크스화된 촉매를 포함함 -; 및 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 재생 촉매를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
55. 반응기 내의 코크스화된 촉매를 재생시키는 방법으로서, 산소-함유 유체를 제1 입구 도관을 통해 입구 조립체의 접합부 내로 유동시키는 단계 - 제2 입구 도관 및 출구 도관은 접합부에 결합되고, 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각이고, 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 산소-함유 유체를 접합부를 통해 출구 도관 내로 유동시키는 단계; 산소-함유 유체를 출구 도관을 통해 출구 도관의 단부에 결합된 반응기 내로 유동시키는 단계 - 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 갖고, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 전산 유체 역학 모델링을 사용하여 결정될 때 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하고, 반응기는 촉매 상에 배치된 코크스를 포함하는 코크스화된 촉매를 포함함 -; 및 촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 재생 촉매를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
56. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
57. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
58. 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
59. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
60. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
61. 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
62. 산소-함유 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
63. 산소-함유 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
64. 산소-함유 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 또는 단락 55의 방법.
65. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
66. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
67. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
68. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
69. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
70. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
71. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
72. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
73. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
74. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 90% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
75. 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 54 내지 단락 64 중 어느 하나에 따른 방법.
76. 출구 도관 내의 산소-함유 유체의 속도는 약 100 m/s 내지 약 225 m/s인, 단락 54 내지 단락 75 중 어느 하나에 따른 방법.
77. 출구 도관 내의 산소-함유 유체의 속도는 약 150 m/s 내지 약 225 m/s인, 단락 54 내지 단락 75 중 어느 하나에 따른 방법.
78. 출구 도관 내의 산소-함유 유체의 속도는 약 175 m/s 내지 약 225 m/s인, 단락 54 내지 단락 75 중 어느 하나에 따른 방법.
79. 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체의 양은 약 300 ㎥/s 내지 약 400 ㎥/s인, 단락 54 내지 단락 75 중 어느 하나에 따른 방법.
80. 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체는 압력이 약 101 ㎪ 내지 약 200 ㎪인, 단락 54 내지 단락 75 중 어느 하나에 따른 방법.
81. 전산 유체 역학 모델링은 앤시스 CFX V17.2 전산 유체 역학 솔버 및 앤시스 메셔 V17.2 메싱 솔버를 사용하는, 단락 55 내지 단락 80 중 어느 하나에 따른 방법.
82. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 메시 유형은 벽 팽창을 갖는 완전 사면체인, 단락 81에 따른 방법.
83. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 크기 함수 세분화는 근접성 및 곡률인, 단락 81 또는 단락 82에 따른 방법.
84. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 요소의 수는 1800000개 초과인, 단락 81 내지 단락 83 중 어느 하나에 따른 방법.
85. 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 벽 팽창 층의 수는 7개인, 단락 81 내지 단락 84 중 어느 하나에 따른 방법.
86. 최대 면 크기는 약 0.0800D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 단락 81 내지 단락 85 중 어느 하나에 따른 방법.
87. 최소 면 크기는 약 0.0123D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 단락 81 내지 단락 86 중 어느 하나에 따른 방법.
88. 최대 사면체 크기는 약 0.0984D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 단락 81 내지 단락 87 중 어느 하나에 따른 방법.
89. 제1 입구 도관은 그 내부에 배치된 예비-분배기를 포함하는, 단락 54 내지 단락 88 중 어느 하나에 따른 방법.
90. 제1 입구 도관은 그의 내부 표면 상에 배치된 예비-분배기를 포함하는, 단락 54 내지 단락 88 중 어느 하나에 따른 방법.
91. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 재료 밴드를 포함하는, 단락 89 또는 단락 90의 방법.
92. 재료 밴드는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 갖는, 단락 91의 방법.
93. 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 링을 포함하는, 단락 91의 방법.
94. 재료 밴드는 복수의 탭이 내측 표면에 부착되어 있는 링을 포함하며, 복수의 탭은 재료 밴드에 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하도록 위치되는, 단락 91의 방법.
95. 각각의 탭은 반직사각형 및 반타원형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기하학적 형상을 갖는, 단락 32의 방법.
96. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 개별 탭을 포함하는, 단락 89 또는 단락 90의 방법.
97. 복수의 개별 탭의 각각의 위치는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로에 대해 실질적으로 동일한, 단락 97의 방법.
98. 복수의 개별 탭은 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하는, 단락 96 또는 단락 97의 방법.
99. 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 링을 포함하는, 단락 89 또는 단락 90의 방법.
100. 가스를 반응기 내로 도입하는 방법으로서, 가스를 제1 입구 도관을 통해 입구 조립체의 접합부 내로 유동시키는 단계 - 제2 입구 도관 및 출구 도관은 접합부에 결합되고, 제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각이고, 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 가스를 접합부를 통해 출구 도관 내로 유동시키는 단계; 및 가스를 출구 도관의 단부를 통해 반응기 내로 유동시키는 단계 - 가스는 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 갖고, 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 가스의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재함 -를 포함하는, 방법.
101. 가스의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 85% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 또는 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 100의 방법.
102. 가스의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 또는 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 100의 방법.
103. 가스의 속도가 200 m/s 이상인 경우, 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 출구 도관의 단부의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 또는 94% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 단락 100의 방법.
104. 유체를 반응기 내로 도입하기 위한 입구 조립체로서, 접합부에서 유체 연결된 제1 입구 도관, 제2 입구 도관, 및 출구 도관 - 제1 입구 도관은 그를 통해 제1 가스를 전달하도록 구성되고, 제2 입구 도관은 그를 통해 제2 가스를 전달하도록 구성되고, 출구 도관은 그를 통해 반응기 내로 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성되며, 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각이고 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 및 제1 입구 도관 내에 배치된 예비-분배기를 포함하는, 입구 조립체.
105. 접합부에서의 제1 입구 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 입구 도관의 단면적보다 큰, 단락 104의 입구 조립체.
106. 접합부에 유체 연결되며 환원 가스, 퍼지 가스, 및 스팀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유체를 도입하도록 구성된 제3 입구 도관을 추가로 포함하며, 제1 도관의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 예각이고 입구의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 둔각인, 단락 104 또는 단락 105의 입구 조립체.
107. 접합부에서의 제1 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 도관의 단면적보다 크고, 접합부에서의 제2 도관의 단면적은 접합부에서의 제3 도관의 단면적보다 큰, 단락 106의 입구 조립체.
108. 제1 입구 도관의 종축 및 출구 도관의 종축은 서로 축방향으로 정렬되는, 청구항 제104항 내지 청구항 제107항 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
109. 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치되는, 단락 104 내지 단락 108 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
110. 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 재료 밴드를 포함하는, 청구항 제104항 내지 청구항 제109항 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
111. 재료 밴드는 제1 도관의 내측 주연부 둘레에 배치되는, 단락 110의 입구 조립체.
112. 재료 밴드는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 갖는, 단락 110의 입구 조립체.
113. 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 링을 포함하는, 단락 110의 입구 조립체.
114. 재료 밴드는 복수의 탭이 내측 표면에 부착되어 있는 링을 포함하는, 단락 110의 입구 조립체.
115. 복수의 탭은 재료 밴드에 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하도록 위치되는, 단락 114의 입구 조립체.
116. 각각의 탭은 반직사각형 및 반타원형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기하학적 형상을 갖는, 단락 114 또는 단락 115의 입구 조립체.
117. 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 개별 탭을 포함하는, 단락 104 내지 단락 108 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
118. 제1 도관의 종축을 따른 복수의 개별 탭의 각각의 위치는 서로에 대해 실질적으로 동일한, 단락 117의 입구 조립체.
119. 복수의 개별 탭은 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하는, 단락 117 또는 단락 118의 입구 조립체.
120. 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 링을 포함하는, 단락 104 내지 단락 107 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
121. 유체를 반응기 내로 도입하기 위한 입구 조립체로서, 접합부에서 유체 연결된 제1 입구 도관, 제2 입구 도관, 및 출구 도관 - 제1 입구 도관은 그를 통해 제1 가스를 전달하도록 구성되고, 제2 입구 도관은 그를 통해 제2 가스를 전달하도록 구성되고, 출구 도관은 그를 통해 반응기 내로 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성되며, 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각이고 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 및 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 예비-분배기를 포함하는, 입구 조립체.
122. 접합부에서의 제1 입구 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 입구 도관의 단면적보다 큰, 단락 121의 입구 조립체.
123. 접합부에 유체 연결되며 환원 가스, 퍼지 가스, 및 스팀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유체를 도입하도록 구성된 제3 입구 도관을 추가로 포함하며, 제1 도관의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 예각이고 입구의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 둔각인, 단락 121 또는 단락 122의 입구 조립체.
124. 접합부에서의 제1 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 도관의 단면적보다 크고, 접합부에서의 제2 도관의 단면적은 접합부에서의 제3 도관의 단면적보다 큰, 단락 123의 입구 조립체.
125. 제1 입구 도관의 종축 및 출구 도관의 종축은 서로 축방향으로 정렬되는, 단락 121 내지 단락 124 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
126. 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 재료 밴드를 포함하는, 단락 121 내지 단락 125 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
127. 예비-분배기는 복수의 탭이 내측 표면에 부착되어 있는 링을 포함하는, 단락 121 내지 단락 125 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
128. 예비-분배기는 링을 포함하는, 단락 121 내지 단락 125 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
129. 예비-분배기는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 링을 포함하는, 단락 121 내지 단락 125 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
130. 예비-분배기는 복수의 탭을 포함하는, 단락 121 내지 단락 125 중 어느 하나에 따른 입구 조립체.
131. 제1 입구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체는 난류 형태로 존재하는, 단락 54 내지 단락 99 중 어느 하나에 따른 방법.
132. 접합부를 통해 유동하는 산소-함유 유체는 난류 형태로 존재하는, 단락 54 내지 단락 99 및 단락 130 중 어느 하나에 따른 방법.
133. 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체는 난류 형태로 존재하는, 단락 54 내지 단락 99, 단락 130 및 단락 132 중 어느 하나에 따른 방법.
134. 제1 입구 도관을 통해 유동하는 가스는 난류 형태로 존재하는, 단락 100 내지 단락 103 중 어느 하나에 따른 방법.
135. 접합부를 통해 유동하는 가스는 난류 형태로 존재하는, 단락 100 내지 단락 103 및 단락 134 중 어느 하나에 따른 방법.
136. 출구 도관을 통해 유동하는 가스는 난류 형태로 존재하는, 단락 100 내지 단락 103, 단락 133 및 단락 135 중 어느 하나에 따른 방법.
소정 실시 형태 및 특징이 일련의 수치 상한 및 일련의 수치 하한을 사용하여 기재되었다. 달리 지시되지 않는 한, 임의의 두 값의 조합, 예를 들어 임의의 하한치와 임의의 상한치의 조합, 임의의 두 하한치의 조합, 및/또는 임의의 두 상한치의 조합을 포함하는 범위가 고려됨이 이해되어야 한다. 소정의 하한, 상한 및 범위가 이하의 하나 이상의 청구항에서 나타난다. 모든 수치는 "약" 또는 "대략" 지시된 값이며, 당업자에 의해 예상되는 실험 오차 및 변동을 고려한다.
다양한 용어가 상기에 정의되어 있다. 청구항에 사용되는 용어가 상기에 정의되지 않으면, 적어도 하나의 인쇄된 간행물 또는 허여된 특허에 반영되는 바와 같이 당업자가 그 용어를 제공한 가장 넓은 정의로 제공되어야 한다. 그리고 적용가능한 경우, 본 출원에 인용된 모든 특허, 시험 절차, 및 기타 문헌은 그러한 개시가 본 출원과 상반되지 않는 한 완전히 참고로 포함되며 그러한 포함이 허용되는 모든 관할권에 대해 그러하다.
전술한 것은 소정의 예시적인 실시 형태에 관한 것이지만, 본 발명의 기본 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 다른 그리고 추가의 실시 형태가 고안될 수 있으며, 그 범위는 하기의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (53)

  1. 알칸을 탈수소화하는 방법으로서,
    알칸을 입구 조립체의 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계;
    반응기 내의 촉매를 알칸과 접촉시켜, 알켄을 포함하는 탈수소화된 생성물 및 촉매 상에 배치된 코크스를 포함하는 코크스화된 촉매를 생성하는 단계;
    탈수소화된 생성물을 코크스화된 촉매로부터 분리하는 단계;
    산소-함유 유체를 출구 도관으로부터 반응기 내로 도입하는 단계 - 산소-함유 유체는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 전산 유체 역학 모델링(computational fluid dynamics modeling)을 사용하여 결정될 때 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재함 -; 및
    촉매 상에 배치된 코크스의 적어도 일부분을 산소-함유 유체의 존재 하에 연소시켜 탈코크스화된 촉매를 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    탈코크스화된 촉매를 환원 가스와 접촉시켜 재생 촉매 및 오프-가스(off-gas)를 생성하는 단계; 및
    재생 촉매를 추가의 알칸과 접촉시켜 추가의 탈수소화된 생성물 및 추가의 코크스화된 촉매를 생성하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    산소-함유 유체는 입구 조립체의 접합부에 결합된 제1 입구 도관을 통해 도입되고,
    알칸은 입구 조립체의 접합부에 결합된 제2 입구 도관을 통해 도입되고,
    출구 도관은 접합부에 결합되고,
    제2 입구 도관의 종축과 제1 입구 도관의 종축 사이는 예각이고, 제2 입구 도관의 종축과 출구 도관의 종축 사이는 둔각인, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 산소-함유 유체는 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서 소정의 속도 프로파일을 가지며, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부는 그의 내측 표면으로부터 그의 중심까지 소정의 반경 거리를 갖고, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 접합부에 결합된 출구 도관의 단부에서의 반경 거리는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 반경 거리보다 작은, 방법.
  6. 제3항에 있어서, 출구 도관은 절두-원추형 내측 표면을 갖는, 방법.
  7. 제3항에 있어서, 제1 입구 도관은 그 내부에 배치된 예비-분배기(pre-distributor)를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 재료 밴드(band)를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 재료 밴드는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 갖는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 링을 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 재료 밴드는 복수의 탭(tab)이 내측 표면에 부착되어 있는 링을 포함하며, 복수의 탭은 예비-분배기에 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하도록 위치되는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 각각의 탭은 반직사각형(semi-rectangle) 및 반타원형(semi-ellipse)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기하학적 형상을 갖는, 방법.
  13. 제7항에 있어서, 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 개별 탭을 포함하며, 각각의 개별 탭의 위치는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로에 대해 실질적으로 동일한, 방법.
  14. 제7항에 있어서, 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 2개의 재료 밴드를 포함하며, 2개의 재료 밴드는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로 이격되는, 방법.
  15. 제7항에 있어서, 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 3개의 재료 밴드를 포함하며, 3개의 재료 밴드는 제1 입구 도관의 종축을 따라 서로 이격되는, 방법.
  16. 제7항에 있어서, 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 링을 포함하는, 방법.
  17. 제7항에 있어서, 예비-분배기는 제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치되는, 방법.
  18. 제1항에 있어서, 산소-함유 유체의 속도가 100 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 83% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 방법.
  19. 제1항에 있어서, 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 산소-함유 유체의 속도가 150 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 83% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 방법.
  21. 제1항에 있어서, 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 80% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 산소-함유 유체의 속도가 175 m/s 이상인 경우, 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 속도 프로파일의 속도 최대치는 그의 내측 표면으로부터 반경 거리의 83% 이상만큼 떨어진 곳에 존재하는, 방법.
  23. 제1항에 있어서, 출구 도관 내의 산소-함유 가스의 속도는 약 100 m/s 내지 약 225 m/s인, 방법.
  24. 제1항에 있어서, 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체의 양은 약 300 ㎥/s 내지 약 400 ㎥/s인, 방법.
  25. 제1항에 있어서, 출구 도관을 통해 유동하는 산소-함유 유체는 압력이 약 101 ㎪ 내지 약 200 ㎪인, 방법.
  26. 제1항에 있어서, 전산 유체 역학 모델링은 앤시스(Ansys) CFX V17.2 전산 유체 역학 솔버(solver) 및 앤시스 메셔(Mesher) V17.2 메싱(meshing) 솔버를 사용하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서, 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 메시 유형은 벽 팽창(wall inflation)을 갖는 완전 사면체인, 방법.
  28. 제26항에 있어서, 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 크기 함수 세분화(size function refinement)는 근접성(proximity) 및 곡률(curvature)인, 방법.
  29. 제26항에 있어서, 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 요소(element)의 수는 1800000개 초과인, 방법.
  30. 제26항에 있어서, 전산 유체 역학 모델링에 사용되는 벽 팽창 층(layer)의 수는 7개인, 방법.
  31. 제26항에 있어서, 최대 면 크기는 약 0.0800D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 방법.
  32. 제26항에 있어서, 최소 면 크기는 약 0.0123D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 방법.
  33. 제26항에 있어서, 최대 사면체 크기는 약 0.0984D이며, D는 반응기에 결합된 출구 도관의 단부에서의 출구 도관의 직경인, 방법.
  34. 유체를 반응기 내로 도입하기 위한 입구 조립체로서,
    접합부에서 유체 연결된 제1 입구 도관, 제2 입구 도관, 및 출구 도관 - 제1 입구 도관은 그를 통해 제1 가스를 전달하도록 구성되고, 제2 입구 도관은 그를 통해 제2 가스를 전달하도록 구성되고, 출구 도관은 그를 통해 반응기 내로 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성되며, 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각이고 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 및
    제1 입구 도관 내에 배치된 예비-분배기
    를 포함하는, 입구 조립체.
  35. 제34항에 있어서, 접합부에서의 제1 입구 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 입구 도관의 단면적보다 큰, 입구 조립체.
  36. 제34항에 있어서, 접합부에 유체 연결되며 환원 가스, 퍼지 가스, 및 스팀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유체를 도입하도록 구성된 제3 입구 도관을 추가로 포함하며, 제1 도관의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 예각이고 입구의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 둔각인, 입구 조립체.
  37. 제36항에 있어서, 접합부에서의 제1 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 도관의 단면적보다 크고, 접합부에서의 제2 도관의 단면적은 접합부에서의 제3 도관의 단면적보다 큰, 입구 조립체.
  38. 제34항에 있어서, 제1 입구 도관의 종축 및 출구 도관의 종축은 서로 축방향으로 정렬되는, 입구 조립체.
  39. 제34항에 있어서, 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치되는, 입구 조립체.
  40. 제34항에 있어서, 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 재료 밴드를 포함하는, 입구 조립체.
  41. 제40항에 있어서, 재료 밴드는 제1 도관의 내측 주연부 둘레에 배치되는, 입구 조립체.
  42. 제40항에 있어서, 재료 밴드는 실질적으로 대칭인 내측 표면을 갖는, 입구 조립체.
  43. 제40항에 있어서, 재료 밴드는 실질적으로 일정한 폭을 갖는 링을 포함하는, 입구 조립체.
  44. 제40항에 있어서, 재료 밴드는 복수의 탭이 내측 표면에 부착되어 있는 링을 포함하는, 입구 조립체.
  45. 제44항에 있어서, 복수의 탭은 재료 밴드에 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하도록 위치되는, 입구 조립체.
  46. 제44항에 있어서, 각각의 탭은 반직사각형 및 반타원형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기하학적 형상을 갖는, 입구 조립체.
  47. 제34항에 있어서, 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 개별 탭을 포함하는, 입구 조립체.
  48. 제47항에 있어서, 제1 도관의 종축을 따른 복수의 개별 탭의 각각의 위치는 서로에 대해 실질적으로 동일한, 입구 조립체.
  49. 제47항에 있어서, 복수의 개별 탭은 실질적으로 대칭인 내측 표면을 제공하는, 입구 조립체.
  50. 제34항에 있어서, 예비-분배기는 제1 도관의 내측 표면 상에 배치된 복수의 링을 포함하는, 입구 조립체.
  51. 유체를 반응기 내로 도입하기 위한 입구 조립체로서,
    접합부에서 유체 연결된 제1 입구 도관, 제2 입구 도관, 및 출구 도관 - 제1 입구 도관은 그를 통해 제1 가스를 전달하도록 구성되고, 제2 입구 도관은 그를 통해 제2 가스를 전달하도록 구성되고, 출구 도관은 그를 통해 제1 가스 및 제2 가스를 반응기 내로 전달하도록 구성되며, 제1 입구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 예각이고 출구 도관의 종축과 제2 입구 도관의 종축 사이는 둔각임 -; 및
    제1 입구 도관의 내측 표면 상에 배치된 예비-분배기
    를 포함하는, 입구 조립체.
  52. 제51항에 있어서, 접합부에서의 제1 입구 도관의 단면적은 접합부에서의 제2 입구 도관의 단면적보다 큰, 입구 조립체.
  53. 제51항에 있어서, 접합부에 유체 연결되며 환원 가스, 퍼지 가스, 및 스팀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유체를 도입하도록 구성된 제3 입구 도관을 추가로 포함하며, 제1 도관의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 예각이고 입구의 종축과 제3 도관의 종축 사이는 둔각인, 입구 조립체.
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