KR20210002482A - 하향식 수소화 처리 반응기용 노즐 - Google Patents

Abstract

개선된 하향식 수소화 처리 반응기용 노즐 디바이스가 개시된다. 하향식 노즐들은 기체 및 액체를 혼합하여 반응기 촉매층들에 분사하기 위해 상승된 온도 및 압력에서 수소가 있는 데서 탄화수소 공급 원료의 촉매 반응으로 석유 및 화학 처리 산업에 유용하다. 통상적인 수소화 처리(hydroprocessing) 응용은 수소화 처리(hydrotreating), 수소화 마무리(hydrofinishing), 수소화 분해(hydrocracking ) 및 수소화 탈랍(hydrodewaxing)을 포함한다.

Description

하향식 수소화 처리 반응기용 노즐

관련 출원 상호 참조

본 출원은 2018년 4월 30일에 출원된 미국 가 출원 번호 62/664,602과 관련되고 그로부터의 우선권 이익을 주장하고, 2018년 4월 30일에 출원된 미국 가 출원 번호 62/664,935와 관련되고 그로부터의 우선권 이익을 주장하며, 그 전체가 참고로 여기에 통합된다.

기술분야

개선된 하향식 수소화 처리 반응기용 노즐 디바이스가 개시된다. 하향식 노즐들은 기체 및 액체를 혼합하여 반응기 촉매층들에 분사하기 위해 상승된 온도 및 압력에서 수소가 있는 데서 탄화수소 원료의 촉매 반응으로 석유 및 화학 처리 산업에 사용된다. 적합한 수소화 처리(hydroprocessing) 응용은 수소화 처리(hydrotreating), 수소화 마무리(hydrofinishing), 수소화 분해(hydrocracking ) 및 수소화 탈랍(hydrodewaxing)을 포함한다.

고정층 수소화 처리 반응기들에서, 기체 및 액체 반응물들(예를 들어, 수소 및 탄화수소 공급 원료)은 하나 이상의 고체 촉매층을 통해 하향으로 흐른다. (예를 들어, Penick의 미국 특허 번호 4,597,854 참조). 반응물들이 반응기 촉매층들을 통해 하향으로 흐를 때, 반응물들은 촉매 물질들과 접촉하고 반응하여 목적하는 생성물들을 생성한다. 수소와 같은 기체 반응물들이 소모되고, 촉매 반응에 의해 열이 발생된다. 공급 원료가 원자로를 통해 하향으로 이동할 때 그것의 온도를 제어하는 것은 수득률의 질과 양이 타겟 생성물(들)로 최대화되도록 보장하는 데 중요하다.

온도 상승을 제지하고 반응에 의해 소모된 수소를 보충하기 위해 냉각 수소가 풍부한 기체가 촉매층들 사이에 도입될 수 있다. 　전반적인 반응기 성능을 유지하려면, 반응기 내의 유체들의 온도가 가능한 한 균일해야 하고 성능을 극대화하려면 액체들 및 기체들이 잘 혼합되어야 한다. 열악한 층간 유체 혼합은 다양한 방식으로 반응기 동작을 제한할 수 있다. 층간 혼합이 방사형 온도 차이를 제거할 수 없을 때, 이러한 차이들은 공정 유체들이 반응기 아래로 이동함에 따라 지속되거나 증가한다. 임의의 층에서의 핫 스팟들은 해당 영역에서 촉매의 빠른 비활성화를 초래하여 전체 반응기 사이클 길이를 단축시킬 수 있다. 제품 선택성들은 통상적으로 고온에서 더 나쁘다. 예를 들어, 고온 영역들은 색상, 점도 및 다른 제품 품질들이 사양을 벗어나게 할 수 있다. 또한, 온도가 임의의 지점에서 특정 값(통상적으로 800 내지 850℉)을 초과할 경우, 발열 반응이 자체 가속되어 폭주 현상이 발생하여 촉매, 용기 또는 다운스트림 장비가 손상될 수 있다.

이러한 위험들로 인해, 열악한 반응기 내부 하드웨어로 작동하는 정제기들은 열악한 층간 유체 혼합의 해로운 영향을 피하기 위해 수율 및/또는 처리량을 희생해야 한다. 촉매층들 간의 반응물들을 혼합 및 평형화하고, 온도 및 흐름의 잘못된 분포들을 수정하며, 압력 강하를 최소화함으로써 반응기 온도의 잘못된 분포 및 핫 스팟들이 최소화될 수 있다. 촉매층들 사이의 유체들의 혼합은 분사기 트레이들에 통합되는 노즐들을 포함하여 분사기 어셈블리들을 사용하여 실현될 수 있다. 오늘날의 정유소 경제는 수소화 처리 유닛들이 설계를 훨씬 능가하는 공급 속도들로 동작하도록 규정하고 있기 때문에, 최적의 층간 유체 혼합은 가치 있는 저비용의 디보틀넥킹이다.

노즐들이 있는 분사기 트레이들을 포함하는 분사기 어셈블리들은 다층 촉매 반응기들의 층간 영역에서 유체들을 수집, 혼합 및 분배하는 데 사용될 수 있다. 다양한 유형의 노즐 및 혼합 디바이스가 다수의 특허 및 공개 공보에 설명되어 있다. 본 발명은 WO 2012/011989 A1 및 WO 2012/011990 A1에 설명된 것들과 같은 종래 기술의 노즐 디바이스들에 비해 특정 개선점들을 제공한다.

양호한 촉매 수명, 높은 처리량, 긴 사이클 길이 및 전체 반응기 성능을 제공하기 위해 충분한 층간 유체 혼합 및 분사가 필요하기 때문에, 개선된 혼합 및 분사 디바이스들이 필요하다. 따라서 하향식 반응기들에 노즐 디바이스들에 대한 지속적인 요구가 존재한다.

본 발명은 하향식 수소화 처리 반응기용 노즐 디바이스에 관한 것이다. 상기 노즐은 효율적으로 기체 및 액체를 혼합하고 수소화 처리 반응기의 촉매층에 분사시킬 수 있다. 상기 노즐은 2상 시스템들의 기체상 및 액체상을 혼합할 때 기존 혼합 볼륨을 효율적으로 혼합하는 동시에, 다른 노즐들에 비해 노즐을 통한 압력 강하를 줄일 수 있다. 상기 노즐은 개조 응용 분야에 적합하고 효율적인 유체 혼합 및 반응기 촉매층으로의 분사를 달성하기 위해 새로운 반응기 설계들에 사용될 수 있다. 상기 노즐은 예를 들어, 혼합 박스들 및 분사 트레이들을 포함하는 다층 하향식 반응기의 추가 혼합 및 분사 구성요소들과 함께, 반응기에서 액체상 및 기체상을 효율적으로 혼합 및 분사할 수 있다.

상기 노즐은 개괄적으로 상부, 하부, 길이, 폭 또는 직경, 및 내부 및 외부 표면을 갖는 벽을 갖는 노즐 바디를 포함한다. 상기 노즐은 다음 적어도 세 개의 존: 기체 유입 존 바디 부분, 액체 유입 존 바디 부분, 및 출구 존 바디 부분을 갖는 것으로 특징지어진다. 상기 기체 유입 존 및 상기 액체 유입 존은 상기 유입구들을 통해 노즐로 기체 및 액체를 도입하기 위한 각각의 볼륨들을 갖는다. 상기 노즐은 또한 상기 노즐 바디의 상기 상부에 캡 또는 다른 마개를 포함하고 상기 노즐의 상기 하부에 위치되는 노즐 흐름 제한기를 포함한다. 상기 노즐 제한기는 수렴 존 및 발산 존을 포함하기 때문에 수렴-발산 노즐 제한기로 통칭되며, 각 존은 절단된 원뿔형을 갖는다.

또한 본 발명은 예를 들어, 촉매층에 기체 및 액체의 층간 분사를 위한 분사기 트레이 장치를 포함하여, 상기 노즐을 포함하는 수소화 처리 시스템 및 수소화 처리 시스템용 노즐에 관한다.

또한 본 발명은 하향식 반응기에서 기체-액체 유체 혼합물의 분사를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법에 관한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서, 상기 노즐 바디는 상부, 하부, 길이, 폭 또는 직경, 및 내부 및 외부 표면을 갖는 벽을 갖는 노즐 바디를 형성하기 위해 미리 결정된 길이 및 폭 또는 직경의 표준 사이즈 파이프로 형성될 수 있다. 상기 방법은 기체 유입 존 바디 부분의 상기 벽을 통해 적어도 두 개의 오프셋 기체 유입구를 형성하는 단계를 포함하여 상기 노즐 바디에 기체 유입 존 바디 부분을 형성하는 단계 및 액체 유입 존 바디 부분의 상기 벽을 통해 적어도 하나의 액체 유입구를 형성하는 단계를 포함하여 상기 노즐 바디에 액체 유입 존 바디 부분을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 노즐 바디의 상기 하부를 노즐 제한기를 포함하도록 조정 또는 구성하는 단계를 포함하여 상기 노즐에 출구 존 바디 부분이 형성된다. 절단된 원뿔형의 수렴 존 및 절단된 원뿔형의 발산 존을 포함하는 노즐 제한기가 상기 노즐 바디의 상기 하부의 일체 부분으로서 또는 별개의 재료로 형성된다. 상기 노즐 제한기는 별개의 재료로 형성될 때, 상기 노즐 바디의 상기 하부에 삽입 또는 부착된다. 또한 상기 기체 유입 존 바디 부분의 상부를 둘러싸도록 구성된 노즐 캡이 상기 노즐 바디의 상기 상부의 일체 부분으로서 또는 별개의 재료로 형성될 수 있다. 상기 노즐 캡은 상기 별개의 재료로 형성될 때, 상기 기체 유입 존 바디 부분의 상기 상부를 둘러싸도록 상기 노즐 바디의 상기 상부에 부착된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 디바이스의 대표적인 도면들이다. 본 발명의 범위는 이러한 대표적인 도면들에 의해 제한되지 않고 본 출원의 청구범위에 의해 정의되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 측면도 1 및 단면도 1a, 도 1b 및 도 1c를 포함하여, 본 발명의 노즐 디바이스이 일 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 2는 단면도 도 2a, 도 2b의 상세 B 및 저면도 도 2c를 도시하여 노즐 디바이스의 일 실시 예의 도면들을 도시한다.
도 3은 노즐의 측면도(도 3.1a), 저면도(도 3.1c, 도 3.2b, 및 도 3.3b) 및 상면도(도 3.1b, 3.2a, 및 도 3.3a)로부터 배향되는 등축도들을 포함하여, 본 발명의 노즐 디바이스의 일 실시 예의 측면, 상면 및 저면 사시도를 도시한다.

본 발명의 노즐 디바이스는 해당 기술분야에 알려져 있는 노즐 디바이스들에 비해 이점들을 제공한다. 그러한 이점들에는 비용 절감 및 제조 단순화, 뿐만 아니라 작동 안정성 개선, 액체 처리량 개선 및 비표준 작동 조건들(예를 들어, 높은 액체 유량들 및 기복이 있는 조건들)에 대한 높은 내성과 같은 작동상 이점들이 포함된다.

여기에 제공되는 상세한 설명으로부터 구체적인 실시 예들 및 이점들이 명백해진다. 그러나, 바람직한 일부를 포함하여 유익한 실시 예들을 나타내는 상세한 설명, 도면들 및 임의의 구체적인 예들은 단지 예시의 목적으로 의도되고 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

본 발명은 하향식 수소화 처리 반응기용 노즐 디바이스에 관한 것이다. 노즐은 개괄적으로 상부, 하부, 길이, 폭 또는 직경, 및 내부 및 외부 표면을 갖는 벽을 갖는 노즐 바디를 포함한다. 노즐은 기체 유입 존 바디 부분, 액체 유입 존 바디 부분, 및 출구 존 바디 부분을 포함한다. 기체 유입 존 바디 부분은 기체 유입 존 볼륨을 획정하고 기체 유입 존 볼륨으로 기체 통과를 위한 적어도 두 개의 오프셋 기체 유입구를 갖는다. 액체 유입 존 바디 부분은 액체 유입 존 볼륨을 획정하고 액체 유입 존 볼륨으로 액체 통과를 위한 적어도 하나의 액체 유입구를 갖는다. 기체 유입 존 볼륨 및 액체 유입 존 볼륨은 유체 연통한다. 모든 응용 예에 필수적인 것은 아니지만, 두 유입 존은 통상적으로 액체 유입 존의 상부에 위치되는 기체 유입 존과 인접해 있다. 노즐 바디의 상부에는 노즐 캡이 위치되어 기체 유입 존 바디 부분의 상부를 둘러싸고 노즐 바디의 하부의 출구 존 바디 부분에는 수렴-발산 노즐 제한기가 위치된다. 노즐 캡은 노즐 바디의 상부 및/또는 기체 유입구 바디 부분의 상부를 둘러싼다. 노즐 제한기는 절단된 원뿔형의 수렴 존 및 절단된 원뿔형의 발산 존을 가지며, 이것들은 노즐 제한 개구에서 만난다. 절단된 원뿔형의 존들은 서로 유체 연통한다. 통상적으로, 노즐 바디는 노즐 바디의 상부에 기체 유입구 바디 부분, 기체 유입 존에 인접한 그 아래의 액체 유입 존 및 액체 유입 존 바디 부분에 인접한 그 아래의 출구 존 바디 부분으로 형성된다.

기체 유입 존, 액체 유입 존, 및 출구 존 바디 부분들을 포함하여, 노즐 바디는 일반적으로 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 편의성, 비용 및 작동상 성능의 문제로서, 임의의 또는 모든 그러한 바디 부분은 통상적으로 실질적으로 원통형이다. 통상적으로, 노즐 바디는 블랭크 실린더 또는 파이프로 형성되지만, 다른 단면 형상들도 사용될 수 있다.

노즐 기체 유입구들은 노즐 바디의 상부로부터 노즐 바디의 길이를 따라 상이한 길이들에 위치된다. 기체 유입구 형상은 슬롯형, 원형 또는 다른 형상일 수 있고, 편의상 원형이다. 기체 유입구들은 노즐 바디의 상부(또는 하부)로부터 그것들의 거리가 오프셋되어 적어도 하나의 기체 유입구가 하나 이상의 다른 기체 유입구보다 노즐 바디의 상부(또는 하부)에 더 가깝게 위치되게 된다. 이에 제한되지는 않지만, 바람직하게는 적어도 하나의 기체 유입구는 다른 기체 유입구 중 하나 이상보다 노즐 바디의 상부에 적어도 50%, 또는 적어도 30%, 또는 적어도 20% 더 가깝다. 기체 유입구들은 기체 유입 존 바디 부분을 둘러 이격된다. 유입구 간격은 기체 유입 존 바디 부분의 벽을 둘러 달라질 수 있고 노즐 바디의 중심으로부터 측정되는 각 유입구 사이의 각도가 거의 동일하도록 편의상 동등하게 이격된다. 예를 들어, 기체 유입구들이 2개인 경우, 각 유입구는 180도 이격될 수 있다. 유사하게, 세 개의 기체 유입구가 약 120도 떨어져 동등하게 이격될 수 있거나, 또는 네 개의 기체 유입구가 약 90도 떨어져 동등하게 이격될 수 있다.

기체 유입구들은 하나 이상의 기체 유입구가 기체 유입 존의 내부를 둘러 유입 기체의 접선 흐름을 만들어 기체상 나선 흐름을 제공하며 기체 및 액체의 혼합을 제공하도록 구성된다. 바람직하게는, 두 개의 기체 유입구가 기체 유입 존 바디 부분에 존재한다.

노즐 액체 유입구들은 액체 유입 존 바디 부분에, 통상적으로 노즐의 기체 유입 존 바디 부분 아래에 위치된다. 액체 유입구 형상은 슬롯형, 원형 또는 다른 형상일 수 있고, 편의상 원형 단부들을 갖는 슬롯형이다. 액체 유입구들은 상부(또는 하부)로부터 측정될 때 노즐 바디의 길이를 따라 동일한 위치에 설정될 수 있거나, 액체 유입구들의 위치는 길이를 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 액체 유입구들은 노즐 바디를 따라 동일한 높이에 위치된다. 액체 유입구들은 기체 유입 존 바디 부분을 둘러 이격된다. 유입구 간격은 액체 유입 존 바디 부분의 벽을 둘러 달라질 수 있고 노즐 바디의 중심으로부터 측정되는 각 유입구 사이의 각도가 거의 동일하도록 편의상 동등하게 이격된다. 예를 들어, 액체 유입구들이 2개인 경우, 각 유입구는 180도 이격될 수 있다. 유사하게, 세 개의 액체 유입구가 약 120도 떨어져 동등하게 이격될 수 있거나, 또는 네 개의 액체 유입구가 약 90도 떨어져 동등하게 이격될 수 있다.

액체 유입구들은 액체 유입 존의 내부를 둘러 액체의 접선 흐름을 만들어 액체상 나선 흐름을 제공하도록 구성된다. 액체 유입 존 바디 부분에는 적어도 하나의 액체 유입구가 존재하며; 편의상 두 개의 액체 유입구가 존재한다.

바람직하게는, 액체 및 기체 유입구들은 혼합이 일어나도록 기체 유입 존으로부터 액체 유입 존으로 기체의 나선 흐름을 제공하도록 구성된다. 액체 유입구들은 또한 기체상 나선 흐름 및 액체상 나선 흐름이 동일한 회전 방향이도록 액체 유입 존에서 액체의 나선 흐름을 제공할 수 있다. 그 다음 기체 및 액체의 흐름은 노즐의 출구 존으로 전달된다.

또한, 본 발명은 수소화 처리 시스템, 특히 하향식 수소화 처리 반응기용, 예를 들어, 그러한 반응기들의 분사 트레이의 일부로서, 본 발명에 따른 노즐들에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에서, 도 1은 노즐(10)의 단면도를 도시한다. 노즐은 각각 기체 및 액체 존 볼륨들을 획정하는 기체 유입 및 액체 유입 바디 부분들에 각각 위치되는 기체 유입구들(14) 및 액체 유입구들(16)은 갖는 실질적으로 원통형인 노즐 바디(12)를 포함한다. 노즐은 또한 노즐의 하부에 수렴 존(20) 및 발산 존(22)을 갖는 노즐 제한기(18)를 포함하는 출구 존 바디 부분을 포함한다. 노즐 제한 개구(24)는 수렴 존과 발산 존 사이에 위치되고 실질적으로 원형이다. 노즐은 노즐 바디의 상부 및 기체 유입 존 바디 부분의 상부에 위치되는 노즐 캡(26)을 포함한다. 노즐 캡은 노즐 바디의 상부에 부착되고 편의상 상부에 용접 또는 그 외 접합 또는 부착될 수 있다. 도 1a, 1b 및 1c는 각각 단면선들 A-A, B-B 및 C-C에 따른 단면도들을 도시한다.

도 2는 조망선 A-A에 따른 저면도(2c)를 포함하여, 본 발명의 동일한 실시 예의 추가 도면들을 도시한다. 도 2b는 노즐 제한기의 상세 B의 상세도를 제공한다.

도 3은 본 발명의 동일한 실시 예에 따른 노즐의 추가 사시도들을 도시하며, 도 3.1a, 도 3.1b 및 도 3.1c는 측면도, 평면도 및 저면도들이다. 도 3.2a 및 도 3.3a는 상면 사시도를 도시하고 도 3.2b 및 도 3.3b는 노즐의 저면 사시도를 도시한다.

본 발명의 노즐은 일반적으로 노즐 바디의 일부 또는 전부를 별개로 또는 하나의 바디로 형성함으로써 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 노즐 바디는 특정 반응기에 필요한 액체 및 기체 유량들에 맞는 사이즈의 표준 파이프로 형성된다. 다양한 단면 형상이 사용될 수 있지만, 원통형 파이프 섹션들이 편리하고 제조 용이성과 비용 측면에서 바람직하다. 이러한 실시 예에 따른 방법은 노즐이 획정된 상부, 하부 및 직경(또는 비 원형 단면의 경우 폭)을 갖도록 노즐 바디를 형성하기 위해 파이프의 단부의 크기를 조정하는 단계를 포함한다. 노즐 바디는 또한 일반적으로 바디의 내부 및 외부 표면들과 함께 노즐 바디의 내부 및 외부를 획정하는 벽을 갖는다. 기체 및 액체 유입구들은 통상적으로 노즐 바디의 원통형 부분을 드릴링 또는 밀링하는 것과 같은 기계적 수단들에 의해 노즐 바디에 형성된다. 예를 들어, 3-D 제조, 몰딩 또는 다른 기술들에 의해 유입구들을 형성하는 다른 수단들이 또한 사용될 수 있다. 노즐 바디의 기체 유입구 및 액체 유입구 부분들은 통상적으로 인접하며, 기체 유입구들은 노즐 바디의 상부에 더 가깝게 위치되고 액체 유입구들은 노즐 바디의 하부에 더 가깝게 위치되며 출구 존 바디 부분에 인접한다. 기체 유입구들은 노즐 바디의 상부로부터 노즐 바디의 길이를 따라 오프셋된다. 기체 유입구들의 수 및 위치들은 적어도 일부 기체 유입구가 높은 액체 부하 조건들에서 열린 상태로 유지된되도록 분사 트레이의 액체 높이들 고려하여 달라질 수 있다. 출구 존은 노즐 제한기를 포함하도록 형성되며, 이는 통상적으로 별개의 재료로 만들어지지만 노즐 바디의 중실 부분으로부터 형성될 때와 같이 노즐 바디의 일체형 부분으로서 형성될 수도 있다. 노즐 제한기는 통상적으로 솔리드 블랭크의 밀링과 같은 기계적 수단들을 통해, 수렴 존 및 발산 존을 포함하도록 형성된다. 예를 들어, 몰딩 또는 3-D 제작 등과 같은 대체 기술들도 적합하다. 노즐 제한기는 별개의 재료로 형성될 때, 용접, 접착 접합 또는 기타 기계적 수단들과 같은 적합한 기술들을 사용하여 노즐 바디에 부착 또는 연결될 수 있다. 노즐 캡은 또한 통상적으로 블랭크 재료로 형성되고 노즐 바디의 상부에 맞도록 원형 디스크와 같은 노즐 바디에 따라 편리하게 성형될 수 있다. 노즐 캡은 또한 통상적으로 여기에 설명된 바와 같은 적합한 기술들을 사용하여 노즐 바디의 상단에 부착 또는 연결된다.

본 발명의 노즐은 다음을 포함하는 수소화 처리 응용 분야에 특정 이점들 및 개선점들을 제공한다: 노즐에서 기체와 액체 사이의 광범위한 혼합을 제공하고 노즐 출구 존을 통과하는 동안 기체 및 액체 양자의 소용돌이로 인한 노즐 내부의 기체 및 액체의 바람직한 혼합; 다른 종래 기술의 노즐들(예를 들어, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1에 설명된 바와 같은)과 비교하여 노즐 출구 존(예를 들어, 도 1의 노즐 제한 개구(24))을 통한 더 낮은 유체 유속에서 원뿔형 스프레이 패턴의 형성; 및, 부분적으로, 기체 유입 존 바디 부분에 위치한 기체 유입 개구들의 오프셋 위치로 인해, 높은 액체 유량에서 개선된 작동 유연성 및 성능.

또한, 본 발명에 따른 노즐을 제조하는 방법은 다음을 포함하는 특정 이점들 및 개선점들을 제공한다: 표준 사이즈 재료들(예를 들어, 배관 공급자들에게 구할 수 있는 표준 파이프 사이즈들 이를테면 일반적으로 1-8 인치, 바람직하게는 1.5-5 인치 범위의 표준 직경들로 이용 가능한스케줄 80 파이프)의 사용으로 인해 상당히 감소된 비용 및 제조 시간 및 복잡도 및 상이한 직경들의 다수의 내부 존을 필요로 하지 않는 기체 및 액체 유입 존들에 더 간단한 설계의 사용으로 인해 감소되는 제조 복잡도 및 시간. 예를 들어, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1에 설명된 노즐과 비교하여, 본 노즐은 기체 및 액체 유입구들과 상이한 기체 유입 존와 액체 유입 존 사이의 중간 존(예를 들어, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1의 도 9b의 요소(602b)에 따른)을 포함하지 않거나, 또는 보다 구체적으로, 액체 유입 존보다 더 작은 직경을 갖는 중간 존(예를 들어, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1의 도 9b의 요소(602c)에 따른) 및 기제 유입 존보다 더 작은 직경을 갖는 중간 존(예를 들어, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1의 도 9b의 요소(602a)에 따른)을 포함하지 않는다. 또한, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1에 설명된 노즐과 비교할 때, 본 노즐은 액체 유입 존보다 더 큰 직경을 갖는 기체 유입 존(예를 들어, WO 2012/01189 A1 및 WO 2012/01190 A1의 도 9b의 각각 요소들(602a 및 602b)에 따른)을 가질 필요가 없고, 바람직하게는 갖지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나 이상의 실시 예에 대한 전술한 설명은 주로 예시 목적을위한 것이고, 본 발명의 본질을 여전히 포함할 수 있는 많은 변형이 사용될 수 있음이 인식된다. 본 발명의 범위를 결정할 때 다음의 청구범위를 기준으로 해야 한다.

본 발명의 전술한 설명에 인용된 모든 특허 및 공개 공보는 여기에 참고로 통합된다.

Claims (32)

1. 하향식 반응기에서 기체-액체 유체 혼합물의 분사를 위한 노즐로서,
   상부, 하부, 길이, 폭 또는 직경, 및 내부 및 외부 표면을 갖는 벽을 갖는 노즐 바디로서, 상기 노즐 바디는 기체 유입 존 바디 부분, 액체 유입 존 바디 부분 및 출구 존 바디 부분을 포함하되,
   상기 기체 유입 존 바디 부분은 기체 유입 존 볼륨을 획정하고 상기 기체 유입 존 볼륨으로 기체 통과를 위한 적어도 두 개의 오프셋 기체 유입구를 갖고,
   상기 액체 유입 존 바디 부분은 액체 유입 존 볼륨을 획정하고 상기 액체 유입 존 볼륨으로 액체 통과를 위한 적어도 하나의 액체 유입구를 가지며, 상기 기체 유입 존 볼륨 및 상기 액체 유입 존 볼륨은 유체 연통하는, 상기 노즐 바디;
   상기 노즐 바디의 상기 상부에 위치되어 상기 기체 유입 존 바디 부분의 상부를 둘러싸는 노즐 캡; 및
   상기 노즐 바디의 상기 하부의 상기 출구 존에 위치되는 수렴-발산 노즐 제한기로서, 상기 액체 유입 존과 유체 연통하는 절단된 원뿔형의 수렴 존 및 절단된 원뿔형의 발산 존을 갖는, 상기 노즐 제한기를 포함하는, 노즐.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 기체 유입 존 및 상기 액체 유입 존은 유체 연통하고 동작 동안 상기 기체 유입 존으로 그리고 그로부터 상기 액체 유입 존으로 기체가 흐르고 상기 액체 유입 존으로 액체가 흐르되, 상기 기체 및 액체가 혼합되어 상기 출구 존으로 흐르도록 배열되는, 노즐.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 노즐 바디, 상기 기체 유입 존 바디 부분, 상기 액체 유입 존 바디 부분, 및 상기 출구 존 바디 부분 중 하나 이상은 실질적으로 원통형인, 노즐.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 개의 기체 유입구는 상기 노즐 바디의 상기 상부로부터 상기 노즐 바디의 상기 길이를 따라 상이한 길이들에 위치되는, 노즐.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 기체 유입구가 상기 기체 유입 존의 내부를 둘러 유입 기체의 접선 흐름을 만들어 기체상 나선 흐름을 제공하도록 구성되는, 노즐.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 유입구들은 상기 노즐 바디의 중심선에 관해 대략 동일한 각도들에 상기 기체 유입 존 바디 부분을 둘러 측 방향으로 이격되는, 노즐.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 유입구 바디 부분은 약 180도 떨어져 이격되는 두 개의 기체 유입구, 또는 약 120도 떨어져 이격되는 세 개의 기체 유입구, 또는 약 90도 떨어져 이격되는 네 개의 기체 유입구를 갖는, 노즐.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 유입구 바디 부분은 두 개의 기체 유입구를 갖는, 노즐.
9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 액체 유입구가 상기 액체 유입 존의 내부를 둘러 액체의 접선 흐름을 만들어 액체상 나선 흐름을 제공하도록 구성되는, 노즐.
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구들 중 하나 이상은 상기 액체 유입 존 볼륨에 액체의 상기 나선 흐름을 제공하도록 구성되되, 액체의 상기 흐름은 상기 액체 유입구들로부터 상기 출구 존 바디 부분으로 있는, 노즐.
11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구들은 상기 노즐 바디의 중심선에 관해 대략 동일한 각도들에 상기 액체 유입 존 바디 부분을 둘러 측 방향으로 이격되는, 노즐.
12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구 바디 부분은 약 180도 떨어져 이격되는 두 개의 액체 유입구, 또는 약 120도 떨어져 이격되는 세 개의 액체 유입구, 또는 약 90도 떨어져 이격되는 네 개의 액체 유입구를 갖는, 노즐.
13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구 바디 부분은 두 개의 액체 유입구를 갖는, 노즐.
14. 청구항 5 또는 9에 있어서, 상기 기체상 나선 흐름 및 상기 액체상 나선 흐름은 동일한 회전 방향인, 노즐.
15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항의 노즐을 포함하는 수소화 처리 시스템.
16. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항의 수소화 처리 시스템용 노즐.
17. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항의 수소화 처리 하향식 반응기용 노즐.
18. 하향식 반응기에서 기체-액체 유체 혼합물의 분사를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법으로서,
    상부, 하부, 길이, 폭 또는 직경, 및 내부 및 외부 표면을 갖는 벽을 갖는 노즐 바디를 형성하기 위해 획정된 길이 및 폭 또는 직경을 갖는 표준 사이즈 파이프를 제공하는 단계;
    기체 유입 존 바디 부분의 상기 벽을 통해 적어도 두 개의 오프셋 기체 유입구를 형성하는 단계를 포함하여 상기 노즐 바디에 기체 유입 존 바디 부분을 형성하는 단계;
    액체 유입 존 바디 부분의 상기 벽을 통해 적어도 하나의 액체 유입구를 형성하는 단계를 포함하여 상기 노즐 바디에 액체 유입 존 바디 부분을 형성하는 단계;
    상기 노즐 바디의 상기 하부를 노즐 제한기를 포함하도록 조정 또는 구성하는 단계를 포함하여 상기 노즐에 출구 존 바디 부분을 형성하는 단계;
    상기 기체 유입 존 바디 부분의 상부를 둘러싸도록 구성된 노즐 캡을 상기 노즐 바디의 상기 상부의 일체 부분으로서 또는 별개의 재료로 형성하는 단계;
    절단된 원뿔형의 수렴 존 및 절단된 원뿔형의 발산 존을 포함하는 노즐 제한기를 상기 노즐 바디의 상기 하부의 일체 부분으로서 또는 별개의 재료로 형성하는 단계;
    상기 노즐 캡을 상기 별개의 재료로 형성될 때 상기 기체 유입 존 바디 부분의 상기 상부를 둘러싸도록 상기 노즐 바디의 상기 상부에 부착시키는 단계; 및
    상기 노즐 제한기를 상기 별개의 재료로 형성될 때 삽입 또는 부착시키는 단계를 포함하는, 방법.
19. 청구항 18에 있어서, 상기 기체 유입 존 및 상기 액체 유입 존은 유체 연통하고 동작 동안 상기 기체 유입 존으로 그리고 그로부터 상기 액체 유입 존으로 기체가 흐르고 상기 액체 유입 존으로 액체가 흐르되, 상기 기체 및 액체가 혼합되어 상기 출구 존으로 흐르도록 배열되는, 방법.
20. 청구항 18 또는 19에 있어서, 상기 노즐 바디, 상기 기체 유입 존 바디 부분, 상기 액체 유입 존 바디 부분, 및 상기 출구 존 바디 부분 중 어느 하나는 실질적으로 원통형인, 방법.
21. 청구항 18 내지 20 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 개의 기체 유입구는 상기 노즐 바디의 상기 상부로부터 상기 노즐 바디의 상기 길이를 따라 상이한 길이들에 위치되는, 방법.
22. 청구항 18 내지 21 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 기체 유입구가 상기 기체 유입 존의 내부를 둘러 유입 기체의 접선 흐름을 만들어 기체상 나선 흐름을 제공하도록 구성되는, 방법.
23. 청구항 18 내지 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 유입구들은 상기 노즐 바디의 중심선에 관해 대략 동일한 각도들에 상기 기체 유입 존 바디 부분을 둘러 측 방향으로 이격되는, 방법.
24. 청구항 18 내지 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 유입구 바디 부분은 약 180도 떨어져 이격되는 두 개의 기체 유입구, 또는 약 120도 떨어져 이격되는 세 개의 기체 유입구, 또는 약 90도 떨어져 이격되는 네 개의 기체 유입구를 갖는, 방법.
25. 청구항 18 내지 24 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 유입구 바디 부분은 두 개의 기체 유입구를 갖는, 방법.
26. 청구항 18 내지 25 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 액체 유입구가 상기 액체 유입 존의 내부를 둘러 액체의 접선 흐름을 만들어 액체상 나선 흐름을 제공하도록 구성되는, 방법.
27. 청구항 18 내지 26 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구들 중 하나 이상은 상기 액체 유입 존 볼륨에 액체의 나선 흐름을 제공하도록 구성되되, 액체의 상기 흐름은 상기 액체 유입구들로부터 상기 출구 존 바디 부분으로 있는, 방법.
28. 청구항 18 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구들은 상기 노즐 바디의 중심선에 관해 대략 동일한 각도들에 상기 액체 유입 존 바디 부분을 둘러 측 방향으로 이격되는, 방법.
29. 청구항 18 내지 28 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구 바디 부분은 약 180도 떨어져 이격되는 두 개의 액체 유입구, 또는 약 120도 떨어져 이격되는 세 개의 액체 유입구, 또는 약 90도 떨어져 이격되는 네 개의 액체 유입구를 갖는, 방법.
30. 청구항 18 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 유입구 바디 부분은 두 개의 액체 유입구를 갖는, 방법.
31. 청구항 22 또는 26에 있어서, 상기 기체상 나선 흐름 및 상기 액체상 나선 흐름은 동일한 회전 방향인, 방법.
32. 청구항 18 내지 31 중 어느 한 항의 방법에 따라 만들어진 하향식 반응기에서 기체-액체 유체 혼합물의 분사를 위한 노즐.

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