KR20200108422A - 수동 센서-인에이블되는 rfid 태그를 사용하는 무선 반응기 모니터링 시스템 - Google Patents

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카스파 조셉 보그트
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

반응기 용기 내의 공정 조건을 무선으로 모니터링하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 센서-인에이블되는 무선 주파수 식별 태그는 용기의 촉매층 내에 위치되고, 용기 내의 다양한 조건을 측정하기 위해 사용된다. 센서-인에이블되는 RFID 태그는, 질의 신호들을 전송하고 측정된 조건을 나타내는 정보를 전달하는 응답 신호들을 센서-인에이블되는 RFID 태그로부터 수신하기 위한, 판독기에 무선으로 연결된다.

Description

수동 센서-인에이블되는 RFID 태그를 사용하는 무선 반응기 모니터링 시스템
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 1월 11일에 출원되고 출원 심사 중인 미국 임시특허 출원 제62/616,166호의 우선권을 주장하며, 그 전체 개시내용이 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 반응기와 같은 공정 용기 내의 상태들의 무선 모니터링을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
촉매를 포함하는 반응기 용기는 정제 및 화학 플랜트에서 흔히 사용된다. 이러한 반응기를 작동시킬 때, 반응기 용기 내의 반응조건을 제어하는 데 도움될 수 있기 때문에 용기 내부의 공정 조건을 측정하거나 모니터링하는 것이 바람직하다. 반응기 용기 내부의 상태들을 측정하기 위한 현재의 방법들은 외부 디스플레이를 위해 센서-측정된 정보를 전송하는 센서에 대한, 전기적 연결 또는 공압 연결과 같은 물리적 연결을 필요로 한다. 이러한 측정 수단의 일 예는 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple)의 사용이다. 열전대를 사용하여 반응기 용기 내의 위치에서 온도를 측정하기 위해, 열전대 보호관(thermowell)이 필요하다. 열전대 보호관은 용기 벽을 통해 설치되고, 용기 내에서 온도가 측정되는 위치까지 연장된다.
반응기 용기 내의 위치들에서 공정 조건을 측정하고 관찰하며, 상이한 위치에서 수집용 정보를 무선으로 전송하는 성능을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 반응기 부피 내의 다양한 환경 조건들을 측정하고 원격 수집을 위해 측정된 정보를 무선으로 전송하기 위한, 센서-인에이블되는(sensor enabled) RF 식별 태그들의 가능한 사용을 제안하였다. 본 기술은 특정 환경 조건들을 측정하고 이 정보를 무선으로 전송하는 데에 사용되는 센서 장치와 특정 방식으로 연결된 무선 주파수 식별 태그 장치들을 포함하는 다양한 시스템들을 개시한다.
이러한 장치의 예는 미국 특허 제6,720,866호에 기술되어 있다. 이 특허는 RFID 태그 장치 내의 논리 회로들이 RFID 태그 장치에 의해 전송되는 신호를 수정하게 하는 센서 입력을 갖는 무선 주파수 식별(RFID) 태그 장치를 포함하는 시스템을 개시한다. RFID 태그 장치는 내부 전원이 없다는 점에서 수동적이다. 대신에, RFID 태그 장치를 활성화시키는 RF 태그 판독기(인터로게이터)에 의해 생성된 RF파에 의해 공급되는 전력에 의존한다. RFID 태그 장치는 센서로부터 입력 신호를 수신하도록 구성된다. 이 센서는 전압, 전류, 저항, 주파수, 압력, 온도, 가속도, 진동, 습도, 가스 비율, 밀도, 유속, 광 강도, 음향 강도, 복사, 자기 플럭스, pH 또는 다른 값과 같은 것들의 측정을 제공한다. 센서는 또한, 센서 입력 신호와 관련된 정보를 포함하는 신호를 생성하는 RFID 태그 장치에 대한 아날로그 입력 신호의 생성을 제공한다. RFID 태그 판독기 또는 인터로게이터는 이 센서 입력 신호를 판독한다.
미국 특허 제8,106,778호는 무선 주파수 식별(RFID)의 또 다른 응용을 설명한다. 이 특허는 위치, 온도, 습도, 압력, 시간, 날짜, 및 관성 측정(예를 들어, 속력 및 가속도)과 같은 가변 조건을 추적하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다. '778특허에 의해 개시된 RFID 시스템은 RFID 센서에서 특정 조건을 측정할 수 있는 RFID 센서를 포함한다. 그 후, 센서로부터의 가변 정보는 RFID 센서 태그의 RFID 태그 프로세서의 메모리에 저장되고, RFID 센서 태그는 해당 조건을 나타내는 가변 정보를 포함하는 응답 신호를 RFID 판독기로 전송한다.
이러한 특허들은 반응기 용기 내의 공정 또는 환경 조건을 측정하기 위해 또는 추가적인 수신, 처리 및 사용을 위해 반응기 용기 내의 측정된 조건과 관련된 정보를 무선으로 전달하기 위해, 센서-인에이블되는 RFID 태그를 사용하는 것에 관해 어떠한 것도 개시하거나 제안하지 않는다. 실제로, 통상의 기술자는 RF 신호의 상당한 왜곡이나 감쇠 또는 이들 모두 없이, 특정 부피의 촉매 입자들 또는 탄화수소를 포함하는 용기를 통해서 RF 신호가 전송될 수 있을 것으로 기대하지 않을 것이다. 왜냐하면 이전에는, RF 파가 촉매 입자를 통과할 때 상당한 농도의 촉매 금속을 함유하는 촉매 입자들이 RFID 태그 및 RF 인터로게이터에 의해 전송되는 RF파의 왜곡 또는 심각한 감쇠를 야기할 것으로 생각되었기 때문이다.
그러나, 본 발명자들은 반응기 내의 위치에서 환경 또는 공정 조건들의 국부적 감지를 제공하고, 반응기 내에서 측정된 조건을 나타내는 정보를 포함하는 무선 전송을 반응기를 통해 RF파의 수신기로 제공하는 시스템 및 방법을 발명하였다.
따라서, 반응기 용기 내의 공정 조건을 무선으로 모니터링하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 반응 구역을 정의하는 반응기 용기를 포함한다. 반응 구역 내에는 촉매 입자들을 포함하는 촉매층(catalyst bed)이 있고, 촉매층 내에는, 질의(interrogation) 신호를 수신하고 질의 신호에 응답하여 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하는 RFID 응답(transponder) 신호를 전송하면서, 반응 구역 내의 반응기 조건을 감지할 수 있는 RFID 센서가 있다. 시스템은, RFID 센서에 무선으로 연결되되, 질의 신호를 전송하여, 질의 신호에 응답하는 RFID 응답 신호를 수신할 수 있는, RFID 판독기 안테나를 포함한다.
또한, 촉매 입자를 포함한 촉매층이 존재하는 반응 구역을 정의하는 반응기 용기 내의 공정 조건을 모니터링하는 방법이 제공된다. 촉매층 내에는 RFID 판독기 안테나에 무선으로 연결되는 RFID 센서가 있다. RFID 판독기 안테나는 RFID 센서에 의해 수신되는 질의 신호를 전송한다. 질의 신호에 응답하여, RFID 센서는, 반응 구역 내의 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하고 RFID 판독기 안테나에 의해 수신되는, RFID 응답 신호를 전송한다.
도 1은 반응기 용기 내에서의 공정 조건을 무선으로 모니터링하기 위한 본 발명의 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 환경 내에 센서-인에이블된 RFID 태그와, 센서-인에이블된 RFID 태그에 무선으로 연결되되 RF 신호에 포함된 정보를 처리하기 위한 컴퓨터에 연결되는 RFID 판독기/인터로게이터를 포함하는, RFID 시스템의 도면이다.
도 3은 공기에 비해 촉매층을 통해, 그리고 액체 탄화수소를 통해 통과하는 RF 신호의 감쇠를 시험하기 위해 사용되는 실험 장비를 나타내는 개략도이다.
도 4는 4피트의 공기, 1피트의 촉매 및 디젤 오일, 및 7피트의 촉매 및 디젤 오일을 통한 RF 신호의 통과 동안, 500 MHz 내지 2.5 GHz 범위에서의 RF 주파수의 함수로서 RF 신호의 강도를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 반응기 용기 내에서 특정 조건들을 무선으로 모니터링하기 위한 시스템 및 방법 모두를 포함한다. 이러한 조건들은 반응기 용기 내의 다양한 위치들에서의 압력 또는 온도와 같은 공정 또는 환경 조건들을 포함할 수 있고, 상기 조건들은 반응기 용기 내에 포함되거나 통과하는 유체들의 기체/액체 비율, 유속, 및 화학적 조성과 같은 파라미터들을 포함할 수 있다.
이 특허출원과 함께 출원된 3개의 관련 임시 특허출원들은 각각 제62/616,148호, 제62/616,185호, 및 제62/616,155호의 일련 번호를 갖는, "SP2118-공지의 위치들을 갖는 복수의 센서-인에이블되는 RFID 태그를 이용한 반응기 조건의 무선 모니터링 및 프로파일링(Wireless Monitoring and Profiling of Reactor Conditions Using Plurality of Sensor-Enabled RFID Tags Having Known Locations)", "SP2119-공지의 반응기 높이에 배치된 센서-인에이블되는 RFID 태그의 어레이를 이용한 반응기 조건의 무선 모니터링 및 프로파일링(Wireless Monitoring and Profiling of Reactor Conditions Using Arrays of Sensor-Enabled RFID Tags Placed At Known Reactor Heights)", 및 "SP2102-복수의 센서-인에이블되는 RFID 태그 및 복수의 송수신기를 이용한 반응기 조건의 무선 모니터링 및 프로파일링(Wireless Monitoring and Profiling of Reactor Conditions Using Plurality of Sensor-Enabled RFID Tags and Multiple Transceivers)"이다.
본 발명은, 반응기 용기의 반응 구역 내에 존재하는 하나 이상의 공정 조건을 측정 또는 감지하고, 이어서 측정된 정보를 나타내는 정보를 포함한 RFID 응답 신호로써 RFID 판독기 안테나에 상기 측정된 정보를 전송하는, 무선 주파수 식별(RFID) 센서의 사용을 필요로 한다.
본 명세서에서, 용어 RFID 센서는 수동 RFID 태그와 함께 구성 또는 집적되거나 그에 동작가능하게 연결되는 센서를 포함하는 장치를 의미한다. 센서는 반응기 용기 내의 공정 조건 또는 파라미터를 감지하기 위한 수단, 및 상기 특별히 측정된 공정 조건을 나타내는 정보를 포함하는 신호 입력을 RFID 태그에 제공하기 위한 수단을 제공한다. 본 기술분야에서 교시되는 수동 RFID 태그들은 RFID 판독기 안테나로부터 질의 신호를 수신하기 위한, 그리고 응답 신호를 전송하기 위한, 응답 안테나에 연결된 집적 회로를 포함한다.
RFID 판독기 질의 신호를 수신하는 것에 응답하여, RFID 센서는, 측정된 공정 조건을 나타내는, 센서로부터 수신된 정보를 포함하는 RFID 응답 신호를 RFID 판독기 안테나에 다시 전송한다. 컴퓨터는 수신된 RFID 응답 신호에 포함된 정보를 처리하고, 측정 또는 감지된 공정 조건에 관한 출력 정보를 제공한다.
본 발명의 일 특징은, 센서 장치를 사용하여 반응기 용기 내에서의 공정 및 환경 조건의 측정을 가능하게 하고, RF 신호에 포함된 정보를 처리하는 판독기에 연결된 RFID 판독기 안테나에 대해 상기 측정된 정보를 포함하는 RF 신호의 무선 전송을 가능하게 하는 것이다. 본 발명은, 투과된 RF 신호가 촉매 입자들의 층 또는 탄화수소로 충전된 용기 또는 이들의 조합을 통해 통과하더라도, 이를 제공한다. 질의(interrogator) RF 신호들 및 응답(transponder) RF 신호들은 반응기 용기 내의 공정 조건들의 무선 모니터링을 방지하는 작은 왜곡 또는 감쇠를 갖는, 반응기 용기 내에 포함된 탄화수소 및 촉매 층을 통과한다.
반응기 용기 내의 조건을 측정하기 위하여, RFID 센서는 반응기 용기에 의해 정의된 반응 구역 내의 위치에 배치된다. 반응 구역은, 비어 있거나, 또는 물, 탄화수소 및 다른 화학물질을 포함한 임의의 유형의 유체로부터 선택되는 기체 또는 액체를 포함할 수 있는 부피공간이다. 탄화수소의 예는 나프타, 등유, 디젤, 경유, 및 잔유와 같은 중유를 포함한다. 대개, 반응 구역은 촉매 입자들의 층을 포함하고, 촉매 입자들과 함께, 상기 언급된 유체들 중 임의의 것, 바람직하게는 탄화수소 유체를 더 포함할 수 있다.
반응 구역 내의 촉매 입자들은 임의의 형상의 압출형(예를 들어, 실린더, 다이로브(dilobes), 트라이로브(trilobes), 및 쿼드라로브(quadralobes)), 구, 볼, 불규칙 응집물, 정(pill) 및 분말을 포함하는, 산업에서 전형적으로 사용되는 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있다. 촉매 입자 크기는 0.1 mm 내지 200 mm의 범위일 수 있으나, 보다 전형적으로, 촉매 입자들의 크기는 0.5 mm 내지 100 mm, 또는 1 mm 내지 20 mm의 범위이며, 이들은 임의의 조성을 가질 수 있다.
일반적인 촉매 조성물은 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 및 티타니아와 같은 무기 산화물 성분을 포함한다. 촉매 조성물은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 철, 코발트, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 은, 및 구리를 포함하는 임의의 전이 금속과 같은 촉매 금속 성분을 더 포함할 수 있다. 촉매 입자들의 금속 성분의 농도는 그의 실제 상태에 관계없이 금속을 베이스로 하여 60 중량% 이하일 수 있으며, 대개, 금속 농도는 그의 실제 상태에 관계없이 금속을 베이스로 하여 0.1 내지 30 중량%의 범위이다.
본 발명 이전에, 과학자들과 엔지니어들은 RF 신호들이 촉매 입자들 상의 금속 농도들의 존재로 인해, 그리고 촉매층 두께로 인해, 현저한 감쇠 또는 왜곡 없이 촉매 입자들의 층을 통과할 수 없다고 생각해왔다. 이러한 감쇠는 RF파가 송수신기에 대해 그리고 송수신기로부터 통과하는 것을 방해하고, 따라서 판독될 수 없게 할 것이다. 그러나, 본 발명의 일 특징은 촉매 입자들이 RFID 센서를 둘러싸도록 반응 구역의 촉매층 내에 RFID 센서의 배치를 제공한다. 촉매 입자들은 전술한 바와 같이 무기 산화물 성분 또는 금속 성분, 또는 두 성분 모두를 포함한다.
본 발명의 반응기 용기는 통상의 기술자에게 공지된 임의의 적합한 재료로 제조된 임의의 적합한 용기일 수 있다. 많은 응용예들에서, 반응기 용기는 일반적으로 촉매를 함유하고 반응물 또는 공급원료가 도입되는 부피공간을 정의한다. 본 발명의 일 실시예에서, 반응기 용기는 촉매층이 안에 존재하는 반응 구역을 정의한다. 반응기 용기는, 반응 구역 내로 유체 교환을 제공하는 입구와, 전술한 바와 같은 탄화수소와 같은 공급물 스트림을 반응 구역 안으로 도입하기 위한 수단을 구비한다. 반응기 용기는 또한, 반응 구역으로부터 유체 교환을 제공하는 출구와, 반응 생성물과 같은 유출 스트림을 반응 구역으로부터 제거하기 위한 수단을 구비한다.
본원에서 RFID 센서로도 지칭되는 센서-인에이블되는 RFID 태그는 로컬 공정 조건을 측정하기 위해 반응 구역 내의 원하는 위치에 배치된다. 이러한 원하는 위치는, 특정 공정 조건이 측정되는 지점이고, 측정된 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하거나 이를 전달하는 RFID 응답 신호가 RFID 판독기 안테나에 무선으로 송신되는 지점이다.
본 발명의 일 실시예에서, RFID 센서는 RFID 센서가 촉매 입자들에 의해 둘러싸이도록 반응 구역의 촉매층 내에 배치된다. 전형적인 반응기의 경우, 깊이 및 폭의 기하학적 치수가 촉매층을 정의한다. 깊이 및 폭에 의해 정의될 수 있는 반응기의 경우, 촉매층의 전형적인 깊이는 0.5 내지 20미터 범위이고, 촉매층의 전형적인 유효 폭은 0.5 내지 20미터 범위이다. 따라서, RFID 센서는 약 0.5 내지 약 20미터의 촉매 입자들의 층 두께를 통과하도록 질의 및 응답 신호를 필요로 하는, 20미터 이하의 두께를 갖는 촉매 입자들의 층 또는 엔벌롭(envelop)에 의해 둘러싸일 수 있다.
센서-인에이블된 RFID 태그는 수동적이기 때문에, RFID 응답 신호는 RFID 판독기 안테나에 의해 전송되는 질의 신호를 수신하는 것에 응답하여 전송된다. 전술된 바와 같이, 센서는 RFID 태그와 집적되고, 반응 구역 내에서 하나 이상의 조건을 감지할 수 있다. RFID 센서의 센서 부품은 온도 센서, 압력 센서, 화학 센서, 습도 센서 및 이들의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있다. 센서는 반응기 조건을 감지하고, 질의 신호를 수신하고, 질의 신호에 응답하여, 측정된 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하는 RFID 응답 신호를 전송하기 위한 수단을 제공하도록, RFID 태그와 집적된다. 특허 공보 US 2013/0057390, US 9,563,833, US 9,412,061, US 9,035,766, 및 WO 03/098175는 센서-인에이블되는 RFID 태그의 예들을 제시한다. 이들 특허 공보들은 본원에 참고로 포함된다.
RFID 판독기 안테나는 RFID 센서에 원격인 임의의 위치에 배치되고, RFID 센서에 대한 질의 신호의 송신 및 RFID 센서로부터의 응답 신호의 수신에 의해 RFID 센서와 통신할 수 있음으로써 RFID 센서와 무선으로 연결된다.
질의 신호 및 응답 신호가 반응기 용기의 벽을 통과할 필요성을 제거하기 때문에, RFID 판독기 안테나를 반응 구역 내에 위치시키는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 시스템의 다른 실시예는 반응기 용기 외부에 RFID 안테나를 위치시키거나 배치시키는 것이다. RFID 판독기 안테나는 RFID 판독기 안테나에 대한 질의 신호를 제공하고 RFID 응답 신호를 수신하는 것을 제공하는 판독기와 연결된다. 컴퓨터는 판독기를 통해 제공된 RFID 응답 신호 정보를 처리하고, 반응 구역 내의 조건들에 대한 정보에 관한 출력을 디스플레이하거나 제공한다.
이제 반응기 용기(12) 내의 공정 조건을 무선으로 모니터링하기 위한 본 발명의 시스템(10)의 일 실시예의 개략도인, 도 1을 참조한다. 반응기 용기(12)는 촉매 입자들(18)을 포함하는 촉매층(16)을 포함하는 반응 구역(14)을 정의한다. 반응기 용기(12)는 도관(24)에 동작가능하게 연결되는 입구 노즐(22)을 구비한다. 입구 노즐(22)은 도관(24)을 통한 유체 교환을 위한 수단 및 공급물을 반응 구역(14)에 도입하기 위한 수단을 제공한다. 반응기 용기(12)는 또한, 도관(28)에 동작가능하게 연결된 출구 노즐(26)을 구비한다. 출구 노즐(26)은 도관(28)을 통한 유체 교환을 위한 수단 및 반응 구역(14)으로부터의 유출물을 제거하기 위한 수단을 제공한다.
도 1은 반응 구역(14) 내에 위치된 RFID 판독기 안테나(30)를 포함하는 본 발명의 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 도면은 촉매층(16)의 표면(32) 위에 위치된 RFID 판독기 안테나(30)를 도시하고 있지만, 촉매층(16)의 경계 내에 그리고 촉매층(16)의 촉매 입자들에 의해 둘러싸인 것을 포함하여, RFID 판독기 안테나(30)는 반응 구역(14) 내의 임의의 위치에 배치될 수도 있음을 이해해야 한다. 그러나, 무선으로 연결되도록 그리고 질의 신호(38)의 송신 및 응답 신호(40)의 수신에 의해 RFID 센서(36)와 무선으로 통신할 수 있도록, RFID 판독기 안테나(30)를 위치시키는 것이 중요하다.
본 발명의 시스템(10)의 대안적인 실시예로서, RFID 판독기 안테나(30)는 반응 구역(14) 및 반응기 용기(12) 외부의 위치에 위치된다. 내부적으로 배치된 RFID 판독기 안테나와 마찬가지로, RFID 판독기 안테나(30)가 RFID 센서(36)와 무선으로 연결되어 무선으로 통신할 수 있도록 위치시키는 것이 중요하지만, RFID 판독기 안테나(30)는 이를 허용하는 반응기 용기(12) 외부의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
반응 구역(14) 내의 원하는 위치에 RFID 센서(36)를 배치하는 것은 RFID 센서(36) 주변의 또는 그 주변 엔벌롭 내의 공정 조건을 측정하는 것을 제공한다. 도 1은 촉매층(16) 내에 위치된 RFID 센서(36)를 도시하며, 따라서, 촉매 입자들(18)의 부피 또는 층이 이를 둘러싼다. 이는, RFID 판독기 안테나(30)와 통신하기 위해, 촉매층(16) 내의 RFID 센서(36)의 위치에 따라, 질의 신호(38) 및 응답 신호(40)가 최대 20미터 이상으로 패킹된 촉매 입자들의 두께를 통과할 것을 필요로 한다.
RFID 판독기 안테나(30)는 케이블(42)에 의해 판독기(44)에 동작가능하게 연결된다. 판독기(44)는 질의 신호(38)를 RFID 판독기 안테나(30)에 제공하기 위한 수단 및 RFID 판독기 안테나(30)로부터 응답 신호(40)를 수신하기 위한 수단을 제공한다. 컴퓨터(46) 및 판독기(44)는, 판독기(44)와 컴퓨터(46) 사이에서 통신하기 위한 수단을 제공하는 케이블(48)에 의해 함께 구성된다. 컴퓨터(46)는 RFID 판독기 안테나(30)로부터 응답 신호(40)를 처리하고, 디스플레이 또는 메모리 내의 저장을 위한 측정된 반응기 조건과 관련된 출력 정보(50)를 제공하기 위한 수단을 제공한다.
도 2는 RFID 시스템(10)의 특정한 다른 구성요소와 관련된 RFID 센서(36)의 확대도를 도시한다. RFID 센서(36)는, 연결(60)에 의해 센서(58)로부터 수신된 입력 정보의 저장 및 처리를 제공하는 집적 회로(56)를 포함하는, 수동 RFID 태그(54)를 포함한다.
집적 회로(56)는 RFID 센서(36)에 근접한 또는 주변의 또는 엔벌롭(64)에서의 반응기 조건을 나타내는 정보를 전달하는 RFID 트랜스폰더 신호(40)를 송신하기 위한 수단을 제공하는 RFID 태그 안테나(62)에 동작가능하게 연결된다. RFID 태그 안테나(62)는 또한 RFID 판독기 안테나(30)에 의해 전송되는 질의 신호(38)를 수신할 수 있다. RFID 판독기 안테나(30)는 케이블(42)에 의해 판독기(44)에 동작가능하게 연결된다.
RFID 태그(54)는, 센서(58)가 연결(60)에 의해 RFID 태그(54)의 집적 회로(56)에 센서 입력 신호를 제공할 수 있도록, 센서(58)와 함께 구성되거나 집적된다. 센서(58)는, 측정된 공정 또는 환경 조건을 나타내는 아날로그 또는 디지털 입력을 프로세서(68)를 통해 집적 회로(56)에 제공할 수 있는, 구성요소(66) 또는 임의의 다른 적합한 감지 수단을 사용함으로써, 그 주변(64) 내의 공정 또는 환경 조건을 감지 또는 검출할 수 있다. 주변(64) 내에서의 측정된 환경 조건을 나타내는 정보를 포함하거나 이를 전달하도록, 집적 회로(56)는 연결(60)을 통해 제공된 센서 입력 신호에 응답하여 RFID 응답 신호(40)의 변조를 제공한다. 촉매 입자들(18)이 주변(64) 내에 포함된다.
하기 실시예는 본 발명의 특정한 특징을 예시하지만, 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
본 실시예에 설명된 실험의 목적은 투과된 RF 신호가 금속-함유 촉매 입자들의 촉매층을 통과하는 능력 및 최소의 감쇠 또는 왜곡으로 수신될 능력을 판단하는 것이었다.
실험에는 두 개의 테스트 용기가 사용되었다. 하나의 용기는 10피트 높이의 12인치 직경을 갖는 PVC 파이프로 조립되었고, 두번째 용기는 10피트 높이의 12인치 직경을 갖는 스케쥴 40(0.406인치 벽 두께) 탄소 강 파이프로 조립되었다. RF 수신기 플레이트(안테나)는 용기의 바닥에 배치되었다. 용기 내의 미리 결정된 위치들로 RF 송신기 안테나의 상승 및 하강을 제공하는 리프트 가이드를 이용하여, 용기 내에 RF 송신기 플레이트(안테나)가 배치되었다. 이는 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 미리 결정된 깊이의 촉매층의 배치를 허용하였다. 용기에는 촉매층을 형성하기 위해 니켈 및 몰리브덴 촉매 금속 성분을 함유하는 상업적으로 입수 가능한 수소처리(hydroprocessing)된 1/8인치 압출물 촉매 입자들이 충전되었다.
빈 용기를 이용하여 공기를 통한 RF 신호의 통과에 대한 기준선 데이터를 얻기 위해, 이어서 건조 촉매층 및 액체 디젤 탄화수소로 충전된 촉매층을 통한 RF 신호의 통과에 대한 불투명 데이터를 얻기 위해 일련의 시험이 수행되었다. 측정은 1피트에서 8피트의 촉매층 깊이까지 촉매층 높이를 증가시키면서 수행되었다. 500 MHz 내지 5 GHz의 주파수 범위에 걸쳐 RF 신호들을 송신하기 위해 지향성 고이득 안테나 및 광대역 저이득 안테나가 사용되었다.
도 3은 실험을 수행하기 위해 사용된 장비 설정을 나타내는 도면을 나타낸다. 테스트 시스템(310)이 도시되었다. 테스트 시스템(310)은 용기(314)를 정의하는 파이프(312) 및 층 높이(320)를 갖는 촉매층(318)이 포함되는 그의 부피공간(316)을 포함하였다. 촉매층(318)은, 내부에 포함된 니켈 및 몰리브덴 촉매 금속 성분의 농도를 갖는 알루미나 압출물을 포함한 촉매 입자들의 층을 포함하였다. 층 높이(320)는 시험내내 변경되었다.
RF 수신기 플레이트 또는 안테나(324)는 용기(314)의 바닥에 그리고 촉매층(318) 아래에 배치되었다. 안테나(324)는 촉매층(318)의 상부 표면(328) 위에 또는 근처에 배치된 RF 송신기 플레이트 또는 안테나(326)에 의해 송신된 RF 신호를 수신하였다. RF 송신기 안테나(326)는 전송 케이블(330)에 동작가능하게 연결되고, 500 MHz 내지 5 GHz 범위의 다양한 주파수들의 RF 신호들을 송신하기 위해 제공되었다. 이러한 RF 신호는 촉매층(318)를 통과하여 RF 수신기 안테나(324)에 의해 수집 또는 수신된다. RF 수신기 안테나는 수신기 케이블(332)에 동작가능하게 연결되고, RF 송신기 안테나(326)에 의해 송신되고 촉매층(318)을 통과하는 RF 신호들을 수신하기 위해 제공되었다.
도 4는 액체 디젤 탄화수소로 충전된 촉매의 1피트 층을 통과한 후, 및 액체 디젤 탄화수소로 충전된 촉매의 7피트 층을 통과한 후의 RF 신호 강도를 4피트의 공기에서의 RF 신호 손실과 비교하는 그래프를 도시한다.
도 4에 나타난 결과들은, RF 신호들이 촉매층을 통해서 전송될 수 있고 공기에서의 강도에 비해 그 강도의 현저한 감쇠 또는 감소 없이 수신기 안테나에 의해 수신될 수 있음을 나타낸다. 도 4에 나타난 데이터는 수신된 RF 신호 강도가 개방된 공기를 통해 전송되는 RF 신호와 매우 유사하다는 것을 증명한다. RF 신호가 용기 내의 촉매층, 촉매 입자들의 금속 성분, 및 액체 탄화수소에 의해 부정적으로 영향을 받거나 왜곡되고 약화될 것이라고 생각되었기 때문에, 이는 예상치 못한 결과이다. 이는 RF 신호가 촉매층을 통해 통과하여 RF 수신기 안테나에 의해 수신되는 것을 방지하거나 또는 상당히 억제하는 결과를 초래해왔었다.

Claims (26)

  1. 반응기 용기 내의 공정 조건을 무선으로 모니터링하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
    반응 구역을 정의하는 상기 반응기 용기
    - 상기 반응 구역 내에는 촉매 입자들을 포함하는 촉매층이 있고, 상기 촉매층 내에서는 상기 반응 구역 내의 반응기 조건을 감지하고, 질의 신호를 수신하며, 상기 질의 신호에 응답하여 상기 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함한 RFID 응답 신호를 전송할 수 있는 RFID 센서가 있음 - ; 및
    상기 RFID 센서에 무선으로 연결되고, 상기 질의 신호를 전송하고 상기 질의 신호에 응답하는 상기 RFID 응답 신호를 수신할 수 있는, RFID 판독기 안테나를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 입자들은 무기 산화물 성분 및 금속 성분을 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 RFID 센서는, 상기 반응기 조건을 감지하고 상기 반응기 조건을 나타내는 RFID 태그에 센서 입력을 제공하기 위한, 센서 수단에 대해 동작 가능하게 연결되는 상기 RFID 태그를 포함하고, 상기 센서는 상기 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하는 상기 RFID 응답 신호를 제공하도록 상기 RFID 태그로 구성되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나는 상기 반응기 용기의 외부에 위치되는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반응기 용기는, 유입 스트림을 상기 반응 구역으로 도입하기 위한 유체 교환을 제공하는 입구 수단, 및 상기 반응 구역으로부터 유출 스트림을 제거하기 위한 유체 교환을 제공하는 출구 수단을 포함하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반응기 조건은 압력, 온도, 화학적 조성, 기체 및 액체 조성, 밀도, 유속, pH, 진동, 복사, 자기 플럭스, 광 강도 및 음향 강도로 이루어진 환경 조건의 군으로부터 선택되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나는, 상기 RFID 판독기 안테나에 상기 질의 신호를 제공하고 상기 RFID 판독기 안테나로부터 상기 RFID 응답 신호를 수신하기 위한, 판독기에 대해 동작 가능하게 연결되는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 판독기로 구성되고, 상기 반응기 조건과 관련된 출력 정보를 제공하기 위해 상기 RFID 응답 신호의 처리를 제공하는 컴퓨팅 수단을 더 포함하는, 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나는 상기 반응기 용기의 상기 반응 구역 내에 위치하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반응기 용기는, 유입 스트림을 상기 반응 구역으로 도입하기 위한 유체 교환을 제공하는 입구 수단, 및 상기 반응 구역으로부터 유출 스트림을 제거하기 위한 유체 교환을 제공하는 출구 수단을 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반응기 조건은 압력, 온도, 화학적 조성, 기체 및 액체 조성, 밀도, 유속, pH, 진동, 복사, 자기 플럭스, 광 강도 및 음향 강도로 이루어진 환경 조건의 군으로부터 선택되는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나는, 상기 RFID 판독기 안테나에 상기 질의 신호를 제공하고, 상기 RFID 판독기 안테나로부터 상기 RFID 응답 신호를 수신하기 위한, 판독기에 동작 가능하게 연결되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 판독기로 구성되고, 상기 반응기 조건과 관련된 출력 정보를 제공하기 위해 상기 RFID 응답 신호의 처리를 제공하는, 컴퓨팅 수단을 더 포함하는, 시스템.
  14. 반응기 용기 내의 공정 조건을 모니터링하는 방법으로서, 상기 방법은:
    촉매 입자들을 포함하되 RFID 판독기 안테나에 무선으로 연결되는 RFID 센서를 포함하는 촉매층이 있는, 반응 구역을 정의하는 상기 반응 용기를 제공하는 단계;
    상기 RFID 센서에 의해 수신되는 질의 신호를, 상기 RFID 판독기 안테나에 의해 전송하는 단계; 및
    상기 질의 신호에 응답하여, 상기 RFID 판독기 안테나에 의해 수신되고 상기 반응 구역 내의 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하는 RFID 응답 신호를, 상기 RFID 센서에 의해 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 촉매 입자들은 무기 산화물 성분 및 금속 성분을 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 RFID 센서는, 상기 반응기 조건을 감지하고 상기 반응기 조건을 나타내는 상기 RFID 태그에 센서 입력을 제공하는, 센서에 대해 동작가능하게 연결되는 RFID 태그를 포함하고, 상기 RFID 응답 신호는 상기 반응기 조건을 나타내는 정보를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나는 상기 반응기 용기의 외부에 위치되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 반응기 용기는 유입 스트림을 상기 반응 구역 내로 도입하기 위한 유체 교환을 제공하는 입구 수단, 및 상기 반응 구역으로부터 유출 스트림을 제거하기 위한 유체 교환을 제공하는 출구 수단을 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반응기 조건은 압력, 온도, 화학적 조성, 기체 및 액체 조성, 밀도, 유속, pH, 진동, 복사, 자기 플럭스, 광 강도 및 음향 강도로 이루어진 공정 조건의 군으로부터 선택되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 질의 신호를 상기 RFID 판독기 안테나에 제공하고 상기 RFID 판독기 안테나로부터 상기 RFID 응답 신호를 수신하는, 판독기를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 판독기로 구성된 컴퓨팅 수단을 제공하는 단계; 상기 RFID 응답 신호를 처리하는 단계; 및 상기 반응기 조건과 관련된 출력 정보를 디스플레이하거나 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나는 상기 반응기 용기의 상기 반응 구역 내에 위치하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반응기 용기는, 유입 스트림을 상기 반응 구역으로 도입하기 위한 유체 교환을 제공하는 입구 수단, 및 상기 반응 구역으로부터 유출 스트림을 제거하기 위한 유체 교환을 제공하는 출구 수단을 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 반응기 조건은 압력, 온도, 화학적 조성, 기체 및 액체 조성, 밀도, 유속, pH, 진동, 복사, 자기 플럭스, 광 강도 및 음향 강도로 이루어진 공정 조건의 군으로부터 선택되는, 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 RFID 판독기 안테나에 상기 질의 신호를 제공하고 상기 RFID 판독기 안테나로부터 상기 RFID 응답 신호를 수신하는, 판독기를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 판독기로 구성된 컴퓨터를 제공하는 단계; 상기 RFID 응답 신호를 처리하는 단계; 상기 반응기 조건과 관련된 출력 정보를 디스플레이하거나 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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