KR20210057180A - 탄화수소의 변환 장치 및 방법 - Google Patents

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유오피 엘엘씨
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Abstract

반경방향 유동 반응기에 사용하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 지지체들이 사이에 결합된 제1 격벽 및 제2 격벽을 포함한다. 제1 격벽은 유체의 통과를 허용하기 위한 제1 개구 및 제2 개구를 포함한다. 인접한 지지 부재들에 의해 형성된 유동 채널 내로 배플이 연장되어, 제1 개구를 완전히 차단하여 유동 채널을 통한 유체 유동의 일부분을 막는다. 배플은 지지체들 중 하나로부터 상향으로 연장된다.

Description

탄화수소의 변환 장치 및 방법
본 발명은 유체가 촉매 또는 흡착제의 층(bed)을 가로질러 유동하는 교차(cross) 또는 반경방향(radial) 유동 반응기 또는 흡착기에 관한 것이다. 특히, 이는 입구 또는 출구 스크린을 가로지른 촉매 또는 흡착제의 유동을 방지하기 위한 기기를 제공하기 위한 그리고 유체의 분배 유동을 위한 반응기 또는 흡착기의 내부 구성요소에 관한 것이다.
매우 다양한 공정이 반경방향 유동 반응기를 사용하여 유체와 고체 사이의 접촉을 제공한다. 고체는 유체가 반응하여 생성물을 형성하게 하는 촉매 물질을 통상적으로 포함하거나, 고체는 유체 내에 하나 이상의 성분을 보유한 흡착 물질을 포함한다. 이러한 공정들은 탄화수소 변환, 가스 처리, 및 분리를 위한 흡착을 비롯한 다양한 공정을 포함한다.
예를 들어, 반경방향 유동 반응기는 반응기가 환형 구조를 갖도록 그리고 환형 분포 및 수집 기기가 있도록 구성된다. 분포 및 수집을 위한 기기는 전형적으로 일부 유형의 스크린형 표면(screened surface)을 포함한다. 스크린형 표면은 촉매층을 제자리에 유지하기 위한 것이고, 반응기의 표면에 걸친 압력의 분포에 도움을 주어 반응기 층을 통한 반경방향 유동을 촉진하기 위한 것이다. 스크린은 와이어 또는 다른 재료 중 어느 하나의 메시, 또는 펀칭된 플레이트일 수 있다. 고정층 또는 이동층의 경우, 스크린 또는 메시는 장벽을 제공하여, 유체가 층을 통해 유동하는 것을 허용하면서 고체 촉매 입자의 손실을 방지한다. 이동층에서, 고체 촉매 입자는 상부에서 첨가되어 장치를 통해 유동하고 하부에서 제거되는 반면, 촉매 위에서의 유체의 유동을 허용하는 스크린드-인 인클로저(screened-in enclosure)를 통과한다. 고정층에서, 촉매 또는 흡착제는 스크린들 또는 다른 보유 기기들 사이의 층 내로 로딩되고, 스크린들은 촉매를 제자리에 유지시키면서 유체가 촉매 위에서 유동하게 한다. 스크린은 바람직하게는 비반응성 재료로 구성되지만, 실제로 스크린은 종종 부식 및/또는 침식을 통해 약간의 화학 반응을 겪고, 시간 경과에 따른 문제가 부식되거나 침식된 스크린 또는 메시로부터 발생한다.
하나의 유형의 스크린은 프로파일 와이어 스크린(profile wire screen)인데, 여기서 프로파일 와이어가 지지체 주위에 감기며, 와이어가 지지체 주위에 감길 때 와이어를 위한 미리 결정된 간격으로 설정된다. 이어서, 스크린은 절단되고 평평하게 되며, 이어서 재압연되거나 재형상화된다. 스크린은 미국 특허 제2,046,458호 및 미국 특허 제4,276,265호에 도시되어 있다. 재압연되거나 재형상화될 때, 스크린은 전형적으로 수직으로 배향된 프로파일 와이어들을 포함하는데, 이때 지지 로드들이 프로파일 와이어들에 부착되고 프로파일 와이어들을 가로질러 이들로부터 직교하여 연장된다. 스크린은 입구 분배 기기, 또는 촉매를 수용하기 위한 다른 기기의 일부로서 사용될 수 있다. 일 유형의 입구 분배 기기는 가리비(scallop) 형상을 갖는 반응기 내부이며, 미국 특허 제6,224,838호 및 미국 특허 제5,366,704호에 기술되어 있다. 가리비 형상 및 설계는 반경방향 유동 반응기의 입구를 위한 가스의 양호한 분포를 제공하지만, 고체의 통과를 방지하기 위해 스크린 또는 메시를 사용한다. 가리비 형상은 용기 벽의 곡률에 관한 우려 없이 반응기 내에서의 용이한 배치를 허용하기 때문에 편리하다. 층 내에 촉매 입자를 유지하는 데 사용되는 스크린 또는 메시는 입자가 통과할 수 없을 정도로 충분히 작은 개구를 갖도록 하는 크기로 된다.
하나의 통상적인 접근법에서, 프로파일 와이어 스크린(들)은 중심 축 주위에서 대체로 수직인 환형 반응기 내에서 수직으로 연장되는 대체로 관형이거나 원통형인 형상으로 형성된다. 펀칭된 플레이트는 프로파일 와이어들로부터 이격될 수 있고, 반응기 내부에서 스크린의 유체 측에서 지지 로드의 대향 에지들에 연결될 수 있는 반면, 프로파일 와이어들은 전형적으로 물질 측에 배향된다. 플레이트는 또한 반응기 내에서 관형 또는 원통형 형상으로 형성되거나 배향된다. 반응기의 유형에 따라 그리고 반응기 내에서 스크린이 위치되는 곳에 따라, 플레이트는 반응기의 중심 또는 외측 벽에 더 가까울 수 있다. 언급된 바와 같이, 플레이트는 종종 복수의 개구를 갖는 펀칭된 플레이트 또는 천공 플레이트(perforated plate)를 포함한다. 지지 로드들은 개구들 위 및 아래에 배향되어, 고체 촉매 또는 흡착제 층에 대한 유체의 적합한 분포를 제공하기 위해 유체가 플레이트 내의 개구들로부터 프로파일 와이어 스크린 내의 개구 또는 메시로 유동하기 위한 채널을 제공할 수 있다. 하나의 설계에서, 반응기는 기술되는 바와 같은 내측 환형 플레이트 및 외측 환형 프로파일 와이어 스크린을 포함하는 중심 파이프를 포함한다. 유체는 입구로부터 중심 파이프를 통해 유동하고, 플레이트 개구들을 통해 스크린 밖으로 통과하여 촉매와 접촉한다.
플레이트 개구들 및 채널들을 통해 유동하는 유체가 제팅(jetting)을 야기할 수 있고, 스크린 및 스크린의 반대편의 고체 물질과 접촉할 때 제팅이 스크린 및/또는 고체 물질의 진동을 야기하고 프로파일 와이어 스크린의 외측 표면의 부식 또는 침식을 가속시키고 잠재적으로 고체 물질을 손상시킨다는 것이 이전에 확인되었다. 이는 반응기 내의 장비 및 촉매 또는 흡착제의 수명을 감소시켜, 반응기를 유지하는 비용뿐만 아니라 반응기의 내부 구성요소를 갈아치우는 데 필요한 정지 시간(down time)을 증가시킬 수 있다.
이들 제한을 극복하기 위한 반응기의 설계는 탄화수소를 처리하는 비용의 상당한 부분인 촉매의 손실 및 수리를 위한 정지 시간을 상당히 절감할 수 있다. 따라서, 본 출원인에 양도되고 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제9,433,909호는 유체가 제1 격벽을 통해 제2 격벽으로 이동함에 따라 유체의 유동 경로를 부분적으로 차단하도록 하향 연장되는 배플(baffle)을 갖는 장치를 개시한다. 그러나, 수리를 위한 시간을 지속적으로 감소시킬 뿐만 아니라 그러한 반응기를 구성하고 유지하기 위한 시간을 감소시키기 위한 새로운 설계에 대한 진행 중인 필요성이 남아 있다.
본 발명에 따른 장치 및 장치의 사용 방법은 유체에 의한 제팅 및 스크린 침식을 완화한다. 현재의 설계들과 비교하여, 상류측 천공 플레이트는 증가된 개수의 더 작은 직경의 구멍들을 갖는다. 이러한 증가된 개수의 구멍들은 조절될 구멍당 유동을 감소시킨다. 부가적으로, 지지체는 지지 로드의 선단 에지에서 천공 플레이트로부터 오프셋된 배플을 지지 로드의 상부측에서 갖는다. 배플은 전체 천공 플레이트 구멍 개구를 덮도록 상방으로 연장된다. 따라서, 지지체와 함께 배플은 천공 플레이트 내의 개구를 완전히 차단한다. 천공 플레이트의 개구들 내로의 축소된 유동은 배플 상에 직접 충돌하고, 원주 방향 및 축방향 둘 모두로 방향전환되며, 확장 및 감속된다. 따라서, 스트림의 동적 에너지가 효과적으로 제거됨으로써, 스트림의 침식 능력을 감소시킨다. 또한, 상향 연장 돌출부가 하향 연장 돌출부과 비교하여 위치설정에 있어서 더 적은 정확도를 필요로 하여, 장치의 조립 및 수리에 요구되는 시간이 더 적게 된다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은, 적어도 하나의 태양에서, 반응기 내에 고체를 보유하기 위한 장치를 제공하는 것으로서 특징지어질 수 있는데, 여기서 장치는 유체의 통과를 허용하기 위한 유체측 개구를 갖는 대체로 수직인 유체측 격벽; 유체측 격벽으로부터 반경방향으로 이격되고, 유체측 격벽에 대체로 평행하며, 유체의 통과를 허용하기 위한 고체측 개구를 갖는 대체로 수직인 고체측 격벽; 유체측 격벽과 고체측 격벽 사이의 유체 유동 경로; 및 완전히 유체측 개구를 차단하고 유체 유동 경로를 따른 유체의 유동을 막도록 유체 유동 경로 내로 연장되는 배플을 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 장치는 유체측 격벽과 고체측 격벽 사이에서 연장되는 지지체를 더 포함할 수 있다. 지지체는 유체측 개구의 일부분을 차단할 수 있다. 배플은 지지체에 부착될 수 있다. 배플이 지지체의 상부 표면에 부착되는 것이 고려된다. 유체측 개구를 폐쇄하도록 배플이 지지체로부터 상향으로 연장되는 것이 또한 고려된다.
하나 이상의 실시예에서, 배플은 대체로 수직인 유체측 격벽과 대체로 수직인 고체측 격벽 사이의 거리의 0.2배의 거리로 대체로 수직인 유체측 격벽으로부터 이격될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 유체측 개구는 10 mm의 높이를 가질 수 있고, 배플은 높이 9 mm를 가질 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 고체측 격벽은 프로파일 와이어 스크린일 수 있고, 유체측 격벽은 천공 플레이트일 수 있다.
제2 태양에 따르면, 본 발명은 또한 넓게는 반응기 내에 고체를 보유하기 위한 장치를 제공하는 것으로서 특징지어질 수 있는데, 여기서 장치는 대체로 수직으로 정렬되고 수평으로 이격된 복수의 프로파일 와이어들을 포함하는 프로파일 와이어 스크린; 프로파일 와이어 스크린으로부터 대체로 수평으로 멀리 각각 연장되고 프로파일 와이어 스크린에 결합된 제1 단부를 각각 갖는 복수의 지지체들; 프로파일 와이어 스크린으로부터 이격되고 복수의 지지체들로부터 지지체들의 제2 단부들에 결합되며 복수의 플레이트 개구들을 포함하는 플레이트; 플레이트 개구들과 이격된 프로파일 와이어들 사이에서 연장되는 유체 유동 경로; 및 복수의 지지체들로부터 지지체들 각각의 상부 표면으로부터 상향으로 연장되고, 플레이트 개구들을 차단하여 유체 유동 경로를 따른 유체의 유동을 막는 배플을 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 배플들은 플레이트와 프로파일 와이어 스크린 사이의 거리의 0.2배의 거리로 플레이트로부터 이격될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 플레이트 개구들은 완전히 차단된다. 지지체들 및 배플들 각각은 플레이트 개구들을 부분적으로 차단하여 플레이트 개구들이 완전히 차단되게 할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 플레이트 개구들은 완전히 차단되고, 배플들은 플레이트 개구들의 높이보다 더 작은 높이를 갖는다.
제3 태양에 따르면, 본 발명은 또한 대체로, 촉매를 포함하는 반응기 내에서의 탄화수소 변환을 위한 방법을 제공하는 것으로서 특징지어질 수 있는데, 촉매는 지지 구조물에 의해 보유되고, 지지 구조물은 대체로 수직으로 정렬되고 수평으로 이격된 복수의 프로파일 와이어들을 포함하는 촉매측 격벽, 촉매측 격벽으로부터 대체로 수평으로 멀리 각각 연장되고 촉매측 격벽에 결합된 제1 단부를 각각 갖는 복수의 지지체들, 촉매측 격벽으로부터 이격되고 복수의 지지체들로부터 지지체들 각각의 제2 단부에 결합되며 복수의 유체 개구들을 포함하는 유체측 격벽, 및 유체 개구들로부터 수평으로 이격된 프로파일 와이어들까지 연장되는 유동 경로를 포함한다. 본 방법은 탄화수소 증기를 반응기 내로 통과시키는 단계; 탄화수소 증기를 유체 개구들을 통해 촉매측 격벽을 향해 유동시키는 단계; 유동 경로들을 완전히 차단함으로써 탄화수소 증기를 방향전환시키는 단계로서, 유동 경로들은 배플에 의해 각각 막히는, 상기 방향전환시키는 단계; 및 탄화수소 증기를 이격된 프로파일 와이어들을 통해 유동시키는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 유동 경로들은 또한 지지체들에 의해 막힐 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 각각의 배플은 지지체들 중 하나에 결합될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 배플들은 지지체들의 상부 표면으로부터 멀리 연장될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 배플들은 유체측 격벽과 촉매측 격벽 사이의 제2 거리의 0.2배의 거리로 유체측 격벽으로부터 이격될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 배플들은 유체 개구들의 높이보다 작은 높이를 가질 수 있다.
모두가 임의의 방식으로 조합될 수 있는, 본 발명의 추가적인 태양, 실시예, 및 상세 사항이 본 발명의 하기의 상세한 설명에 기술된다.
본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시예가 하기의 도면과 관련하여 이하에 기재될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 제1 반응기 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 제2 반응기 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 사시 절결 측면도.
도 4는 도 3의 장치의 사시 정면도.
상기에 언급된 바와 같이, 예를 들어 반경방향 유동 반응기와 함께 사용하기 위한 새로운 장치가 발명되었다. 이 장치는 내측 격벽과 외측 격벽 사이의 유동 경로를 완전히 차단하는 배플을 포함한다. 배플은 2개의 격벽 사이에서 연장되는 지지체로부터 상향으로 연장된다.
이러한 일반적인 원리를 염두에 두고, 본 발명의 하나 이상의 실시예는 하기의 설명이 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여 설명될 것이다.
반경방향 유동 반응기는 흔히 이들 유형의 반응기에서 스크린에 엄청난 응력을 생성하는 압력 및 온도의 관점에서 가혹한 화학적 환경 및 심각한 작동 조건을 발생시킨다. 열 사이클 및 촉매의 중량은 스크린의 좌굴(buckling)을 야기할 수 있다. 촉매를 보유하기 위한 더 강한 스크린 또는 기기가 필요하다. 반경방향 유동 반응기 및 교차 유동 시스템은 일반적으로 반응기 내에 사용되는 촉매를 함유하기 위한 스크린을 필요로 한다. 촉매 챔버 내부 그리드는, 예를 들어, 하나 이상의 흡착제 층을 챔버 내에서 지지하거나 개별 흡착제 층들을 분리하기 위해 프로필렌 또는 아이소-부탄 내지 아이소-부틸렌으로의 프로판의 탈수소화와 같은 올레핀 생산에 현재 사용된다. 현재 사용되는 그리드는 전형적으로 프로파일 와이어 구조물을 사용하여 제조된다.
도 1로 돌아가면, 고체 물질의 환형 층을 사이에 지지하기 위한 내측 및 외측 환형 격벽들을 포함하는 일 태양에 따른 반경방향 유동 반응기(10)가 예시되어 있다. 본 설명이 반응기 시스템의 관점에서 제공되지만, 본 명세서에 기술된 장비 및 공정은 흡착기, 또는 유체를 고형물과 접촉시키는 데 사용되는 다른 장비에 적용가능하다.
반응기(10)는 반응기 쉘(20), 중심 파이프 형태의 하나의 격벽(30), 스크린형 격벽 형태의 외측 격벽(40), 및 고체 입자 층 또는 촉매층(50)을 포함한다. 일 태양에 의한 반응기(10)는, 유체가 반응기의 저부에서 입구(32)를 통해 반응기(10)로 들어가고 화살표(11)로 표시된 방향으로 중심 파이프(30)를 통해 상향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 유체가 상향으로 유동함에 따라, 유체의 부분들이 중심 파이프를 통해 촉매층(50) 내로 반경방향으로 지향되고, 촉매층에서 유체가 촉매와 접촉하고 반응하여 생성물 스트림을 형성한다. 생성물 스트림은 외측 스크린형 격벽(40)을 통해 그리고 스크린형 격벽(40)과 반응기 쉘(20) 사이의 환형 공간(14) 내로 반경방향 외향으로 유동한다. 생성물 스트림은 환형 공간(14) 내에 수집되고 반응기 출구(12)를 통과한다.
도 2에 예시된 다른 태양에 따르면, 반응기는, 유체가 입구(13)를 통해 들어가고 반응기 쉘(20)과 외측 스크린형 격벽(40) 사이의 환형 공간(14)으로 들어가고 촉매층(50)(여기서, 유체는 촉매와 접촉하고 반응하여 생성물 스트림을 형성함)을 통해 반경방향 내향으로 유동하도록 하는 반대 유동 패턴을 갖도록 구성될 수 있다. 생성물 스트림은 중심 파이프(30)(생성물 스트림은 중심 파이프 내에 수집됨)를 통해 반경방향 내향으로 유동하고, 출구(33)를 통해 빠져나간다. 반응기(10) 및 유동의 다른 구성이 또한 가능하고 본 명세서에서 고려된다.
현재 실시되는 바와 같이, 반응기가 도 1에 도시된 것과 같은 반경방향 외향 유동 구성을 포함하는 경우, 중심 파이프(30)는 외측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및 내측의 유체측 천공 플레이트를 포함한다. 외측 격벽은 또한 내측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및/또는 외측의 유체측 천공 플레이트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 반응기가 도 2의 반경방향 내향 유동 구성을 포함하는 경우, 외측 격벽(40)은 내측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및 외측의 유체측 천공 플레이트를 포함한다. 중심 파이프(30)는 또한 외측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및/또는 내측의 유체측 천공 플레이트를 포함할 수 있다. 이들 구성 둘 모두에서, 프로파일 와이어 스크린은, 프로파일 와이어 스크린의 부식과 침식 및 촉매에 대한 손상을 야기할 수 있는, 유체의 제팅 및 프로파일 와이어 스크린과 촉매 중 하나 또는 둘 모두의 다른 하나에 대한 진동을 비롯한, 부식성 환경 및 많은 응력을 겪는다.
격벽(30, 40)들은 고체 촉매 입자의 통과를 방지하고 유체의 통과를 허용하면서 고체 입자들의 중량의 압력에 대항하여 촉매를 유지하도록 구조적 강도를 제공하는 임무를 수행하여야 한다.
일 태양에 따르면, 반응기(10) 내에 고체 물질을 보유하기 위한 장치가 도 3 및 도 4에 예시되어 있다. 장치(100)는 유체측 격벽(102) 및 촉매측 격벽(104)을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "유체측"은 반응기 내의 유체에 더 가까운, 예를 들어 중심관(30)을 통해 또는 환형 공간(14) 내에서 유동하는 유체에 더 가까운 측 또는 부분을 지칭하는 반면, "촉매측"은 반응기 내의 촉매층(50) 또는 다른 고체 물질 층에 더 가까운 측 또는 부분을 지칭한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 장치는 중심 파이프(30) 및/또는 외측 격벽(40)의 일부분을 포함하거나 형성할 수 있다. 설명의 용이성을 위해, 하기의 것은 도 1의 외향 반경방향 유동 구성 반응기 내의 중심 파이프(30)의 일부로서 사용하기 위한 장치와 관련하여 설명될 것이지만, 이들 원리 및 이러한 설명이 위에서 논의된 다른 반응기 설계에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 반응기 및 구성요소들을 원통형 구조를 갖는 것으로서 설명하는 것은 원통형 구조물, 그러나 또한 조립된 때 8각형 또는 12각형의 단면 형상, 또는 임의의 다각형 형상의 단면을 갖는 것과 같은 다면형 구조를 이루는 개별 평면 구성요소들로 구성된 구조물을 포함하는 것으로 의도되지만, 실질적으로 원통형 구조로서 간주될 수 있다.
일 태양에 의해, 유체측 격벽(102)은 관통하는 개구(108)들을 갖는 플레이트(106)를 포함한다. 반응기(10) 내에 위치된 때, 플레이트(106)는 반응기(10)의 중심축(17)을 중심으로 한 환형 형태를 가지며, 예를 들어 단일 중공 원통형 플레이트 또는 튜브 또는 축(17)을 중심으로 원주방향으로 나란히 위치된 복수의 평탄 또는 아치형 플레이트를 포함한 상이한 방식들로 형성될 수 있다. 플레이트(106)의 개구(108)들은 플레이트(106)의 두께를 통해 연장된다. 개구(108)들은 플레이트 주위로 연장되는 다양한 다각형 형상 또는 슬롯을 포함한 원형 또는 다른 형상들일 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 플레이트는 플레이트(106)를 통해 펀칭되거나 드릴링될 수 있는 둥근 개구(108)들을 포함한다.
일 태양에 따르면, 촉매측 격벽(104)은 프로파일 와이어 스크린(110)을 포함한다. 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제2,046,458호 및 제4,276,265호는 전형적인 구조물, 및 프로파일 와이어 스크린(110)의 제조 방법을 개시한다. 프로파일 와이어 스크린(110)은 대체로 수직으로 배향되고 수평으로 이격된 복수의 프로파일 와이어(112); 및 프로파일 와이어(112)들을 가로질러 연장되는, 대체로 수평으로 배향되고 수직으로 이격된 복수의 지지체(114)를 포함한다. 지지 부재(114)들은 프로파일 와이어(112)들로부터 대체로 직교하여 연장된다. 본 명세서의 설명의 용이성을 위해, "수평" 및 "수직"과 같은 용어들이 도면들에 예시된 바와 같이 격벽(102, 104)들을 독립적 기준으로 기술하는 데 사용된다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 격벽(102, 104)들이 반응기(10)에 사용되도록 형성되거나 환형 반응기(10) 내에 위치될 때, "수평"이 원주방향 또는 반경방향을 지칭할 수 있는 반면, "수직"이 축방향을 지칭할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 반응기 내에 놓인 때, 프로파일 와이어(112)들은 반응기(10)의 중심축(17)을 중심으로 대체로 축방향으로 배향되고 원주방향으로 이격될 것이다. 유사하게, 직교하여 연장되는 지지 부재(114)들은 반응기(10)의 구성에 따라 반경방향 내향 또는 외향으로 연장될 수 있다.
지지 부재(114)는 지지 로드(116)를 포함하거나 이로 구성된다. 지지 로드(116)들은 플레이트(106)와 프로파일 와이어(112)들 사이에서 대향하는 에지 부분(118, 120)들에서 결합될 수 있다. 프로파일 와이어(112)들 및 지지 로드(116)들은 이들이 교차하는 프로파일 와이어 스크린(110)을 통한 개구 또는 슬롯(124)들을 형성한다.
플레이트(106)에 인접한 지지체(114)들의 에지 부분(118)들은 플레이트(106)의 개구(108)들의 위와 아래에서 수직으로 정렬된다. 이러한 방식으로, 지지체(114)의 상부 표면(126) 및 인접한 지지체(114)의 하부 표면(128)이 개구(108) 및 슬롯(124)과 유체 연통하는 유체 채널(130)을 형성한다. 이러한 방식으로, 유체 유동 경로(122)들의 복수의 유체 유동 채널이 장치(100)를 따라 수직으로 형성되어, 유체가 장치(100) 또는 격벽(102, 104)들, 예를 들어 중심 파이프(30)를 통해 유동하게 된다.
본 발명에 따르면, 배플(136)이 유체 유동 경로(122) 내로 연장되어 유체 유동 경로를 통한 유체의 유동을 완전히 차단하거나 막는다. "완전히 차단한다" 또는 "완전히 막는다"는, 개구(108)의 중심축(A1)을 따라 볼 때 배플(136)뿐만 아니라 (도 4에 도시된 바와 같은) 지지체(114)와 같은 다른 구조물이 개구(108)를 완전히 차단함을 의미한다. 이러한 방식으로 배플(136)을 유동 경로(122) 내에 위치시킴으로써, 다수의 평면 내에서의, 원주방향으로의 그리고 축방향으로의 유동의 결과로서 유체 제팅이 감소될 수 있고, 유동 경로(122) 내에서의 그리고 프로파일 와이어(112)들을 따른 감소된 더 균일한 유체 속도 프로파일이 달성되어 촉매 및/또는 프로파일 와이어 스크린(110)의 침식과 부식 및 진동을 야기하는 국부화된 피크 속도를 감소시킬 수 있다는 것이 확인되었다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배플(136)은 지지체(114)의 상부 표면(126)으로부터 멀어지게 상향으로 연장되어, (도 3에서와 같이) 측부로부터 볼 때 뒤집힌 또는 역전된 "T" 형상을 제공한다. 하향 연장되는 배플(baffle)을 갖는 것과는 대조적으로, 상향 연장 배플(136)이 플레이트(106)와 프로파일 와이어(112)들 사이에서의 배플(136)의 위치에 더 큰 허용오차를 허용하는 것으로 밝혀졌다. 이는 장치(100)의 구성 및 수리와 연관된 시간을 감소시키는데, 그 이유는 종래의 설계와 비교하여 원하는 속도 감소를 달성하기 위해 덜 정확한 위치가 요구되기 때문이다.
일례에 따르면, 개구(108)들은 원형이고 10 mm의 직경을 갖는다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 행을 따른 인접한 개구(108)들 사이의 간격(D1)은 20 mm이다. 제1 수평 행 상의 개구와 인접한 수평 행 상의 인접한 개구 사이의 간격(D2)은 10 mm이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 개구(108)들의 인접한 수평 행들 사이의 간격(D3)은 25 mm이다. 유사하게, 도 3에서, 인접한 지지체(114)들 사이의 간격(D4)은 25 mm이다. 지지체(114)의 상부 표면(126)과 인접한 지지체(114)(제1 지지체에 대해 수직으로 위에 위치됨)의 하부 표면(128) 사이의 간격(D5)은 20 mm이다. 따라서, 지지체(114)는 바람직하게는 5 mm의 두께(D6)를 갖는다. 2개의 격벽(102, 104) 사이의 거리(D7)는 38 mm이다. 배플(136)은 8 mm의 플레이트(106)로부터 떨어진 거리(D8)에 위치된다. 배플(136)은 7 mm의 높이(D9)를 가지며, 이 중 6.5 mm는 유동 경로(122)를 차단한다. 유동 경로(122)를 완전히 차단하는 데 요구되는 나머지 3.5 mm는 지지체(122)로부터 온다. 배플(136)은 3 mm의 두께(D10)를 갖는다. 상기 측정치들은 제한되도록 의도되는 것이 아니라 단지 본 발명을 예시한다.
사용될 때, 본 장치(100)는 유체의 속도를 감소시킴으로써 장치(100)를 포함하는 기기 내로 유동하는 유체와 연관된 침식을 감소시키는 것으로 여겨진다. 따라서, 예시적인 공정에서, 탄화수소 증기는 장치(100)를 포함하는 반응기 내로 통과된다. 탄화수소 증기는 유체측 격벽(102) 내의 유체 개구(108)들을 통해 촉매측 격벽(104)을 향해 유동한다. 탄화수소 증기는, 유동 경로(122)가 완전히 차단된 결과로서, 다수의 평면 내에서, 원주방향으로 그리고 축방향으로 방향전환된다. 완전한 차단의 적어도 일부분은 유동 경로(122)를 막는 배플(136)에 의해 달성된다. 이어서, 탄화수소 증기는 이격된 프로파일 와이어(112)들을 통해 유동되어, 예를 들어 촉매에 의해 변환된다. 감소된 속도는 프로파일 와이어들을 침식시킬 가능성이 작아서, 더 긴 반응기 수명을 제공한다.
상기 라인, 도관, 유닛, 기기, 용기, 주위 환경, 구역 또는 유사한 것 중 임의의 것이 센서, 측정 기기, 데이터 캡처 기기 또는 데이터 전송 기기를 포함하는 하나 이상의 모니터링 구성요소를 구비할 수 있다. 모니터링 구성요소로부터의 신호, 프로세스 또는 상태 측정치, 및 데이터는 프로세스 장비 내의, 그 주위의, 그리고 그 상의 조건을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 모니터링 구성요소에 의해 생성되거나 기록된 신호, 측정치 및/또는 데이터는, 비공개 또는 공개, 일반 또는 특정, 직접 또는 간접, 유선 또는 무선, 암호화 또는 비암호화 및/또는 이들의 조합(들)일 수 있는 하나 이상의 네트워크 또는 연결을 통해 수집, 처리 및/또는 전송될 수 있으며; 본 명세서는 이와 관련하여 제한되도록 의도되지 않는다.
모니터링 구성요소에 의해 생성되거나 기록된 신호, 측정치 및/또는 데이터는 하나 이상의 컴퓨팅 기기 또는 시스템으로 전송될 수 있다. 컴퓨팅 기기 또는 시스템은 적어도 하나의 프로세서 및, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 컴퓨팅 기기로 하여금 하나 이상의 단계를 포함할 수 있는 프로세스를 수행하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 기기는 하나 이상의 모니터링 구성요소로부터 공정과 연관된 적어도 하나의 장비와 관련된 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨팅 기기 또는 시스템은 데이터를 분석하도록 구성될 수 있다. 데이터를 분석하는 데 기초하여, 하나 이상의 컴퓨팅 기기 또는 시스템은 본 명세서에 설명된 하나 이상의 프로세스의 하나 이상의 파라미터에 대한 하나 이상의 권장 조정치를 결정하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컴퓨팅 기기 또는 시스템은 본 명세서에 설명된 하나 이상의 프로세스의 하나 이상의 파라미터에 대한 하나 이상의 권장 조정치를 포함하는 암호화된 또는 암호화되지 않은 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
밸브, 펌프, 필터, 냉각기 등과 같은 다양한 다른 구성요소는 이의 세부 사항이 충분히 당업자의 지식 범위 내에 있고 이의 설명이 본 발명의 실시예를 실시하거나 이해하는 데 반드시 필요하지는 않다고 여겨지기 때문에 도면에 도시되지 않았음이 당업자에게 인식되고 이해되어야 한다.
구체적인 실시예
하기는 구체적인 실시예들과 관련하여 설명되지만, 이러한 설명은 예시하고자 하는 것이며 전술한 설명 및 첨부된 청구범위의 범주를 제한하고자 하는 것은 아님이 이해될 것이다.
본 발명의 제1 실시예는, 반응기 내에 고체를 보유하기 위한 장치로서, 유체의 통과를 허용하기 위한 유체측 개구를 갖는 대체로 수직인 유체측 격벽; 유체측 격벽으로부터 반경방향으로 이격되고, 유체측 격벽에 대체로 평행하며, 유체의 통과를 허용하기 위한 고체측 개구를 갖는 대체로 수직인 고체측 격벽; 유체측 격벽과 고체측 격벽 사이의 유체 유동 경로; 및 완전히 유체측 개구를 차단하고 유체 유동 경로를 따른 유체의 유동을 막도록 유체 유동 경로 내로 연장되는 배플을 포함하는, 장치이다. 본 발명의 일 실시예는, 유체측 격벽과 고체측 격벽 사이에서 연장되는 지지체를 더 포함하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 지지체는 유체측 개구의 일부분을 차단하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플은 지지체에 부착되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플은 지지체의 상부 표면에 부착되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플은 유체측 개구를 차단하도록 지지체로부터 상향으로 연장되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플은 상기 대체로 수직인 유체측 격벽과 대체로 수직인 고체측 격벽 사이의 거리의 0.2배의 거리로 대체로 수직인 유체측 격벽으로부터 이격되는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 유체측 개구는 10 mm의 높이를 갖고 배플은 높이 9 mm를 갖는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 고체측 격벽은 프로파일 와이어 스크린을 포함하고, 유체측 격벽은 천공 플레이트를 포함하는, 본 단락의 제1 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다.
본 발명의 제2 실시예는, 반응기 내에 고체를 보유하기 위한 장치로서, 대체로 수직으로 정렬되고 수평으로 이격된 복수의 프로파일 와이어들을 포함하는 프로파일 와이어 스크린; 프로파일 와이어 스크린으로부터 대체로 수평으로 멀리 각각 연장되고 프로파일 와이어 스크린에 결합된 제1 단부를 각각 갖는 복수의 지지체들; 프로파일 와이어 스크린으로부터 이격되고 복수의 지지체들로부터 지지체들의 제2 단부들에 결합되며 복수의 플레이트 개구들을 포함하는 플레이트; 플레이트 개구들과 이격된 프로파일 와이어들 사이에서 연장되는 유체 유동 경로; 및 복수의 지지체들로부터 지지체들 각각의 상부 표면으로부터 상향으로 연장되고, 플레이트 개구들을 차단하여 유체 유동 경로를 따른 유체의 유동을 막는 배플을 포함하는, 장치이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플들은 플레이트와 프로파일 와이어 스크린 사이의 거리의 0.2배의 거리로 플레이트로부터 이격되는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 플레이트 개구들은 완전히 차단되는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 지지체들 및 배플들 각각은 플레이트 개구들을 부분적으로 차단하여 플레이트 개구들이 완전히 차단되는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 플레이트 개구들은 완전히 차단되고, 배플들은 플레이트 개구들의 높이보다 더 작은 높이를 갖는, 본 단락의 제2 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다.
본 발명의 제3 실시예는, 촉매를 포함하는 반응기 내에서의 탄화수소 변환을 위한 방법으로서, 촉매는 지지 구조물에 의해 보유되고, 지지 구조물은 대체로 수직으로 정렬되고 수평으로 이격된 복수의 프로파일 와이어들을 포함하는 촉매측 격벽, 촉매측 격벽으로부터 대체로 수평으로 멀리 각각 연장되고 촉매측 격벽에 결합된 제1 단부를 각각 갖는 복수의 지지체들, 촉매측 격벽으로부터 이격되고 복수의 지지체들로부터 지지체들 각각의 제2 단부에 결합되며 복수의 유체 개구들을 포함하는 유체측 격벽, 및 유체 개구들로부터 수평으로 이격된 프로파일 와이어들까지 연장되는 유동 경로를 포함하고, 상기 방법은, 탄화수소 증기를 반응기 내로 통과시키는 단계; 탄화수소 증기를 유체 개구들을 통해 촉매측 격벽을 향해 유동시키는 단계; 유동 경로들을 완전히 차단함으로써 탄화수소 증기를 방향전환시키는 단계로서, 유동 경로들은 배플에 의해 각각 막히는, 상기 방향전환시키는 단계; 및 탄화수소 증기를 이격된 프로파일 와이어들을 통해 유동시키는 단계를 포함하는, 방법이다. 본 발명의 일 실시예는, 유동 경로들은 또한 지지체들에 의해 막히는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 각각의 배플은 지지체들 중 하나에 결합되는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플들은 지지체들의 상부 표면으로부터 멀리 연장되는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플들은 유체측 격벽과 촉매측 격벽 사이의 제2 거리의 0.2배의 거리로 유체측 격벽으로부터 이격되는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다. 본 발명의 일 실시예는, 배플들은 유체 개구들의 높이보다 작은 높이를 갖는, 본 단락의 제3 실시예까지의 본 단락의 이전 실시예들 중 하나의 실시예, 임의의 실시예, 또는 모든 실시예이다.
추가의 상술 없이도, 전술한 설명을 사용하여 당업자는 본 발명을 최대한으로 이용하고 본 발명의 본질적인 특징을 용이하게 확인하여, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 본 발명의 다양한 변경 및 수정을 행하고 이를 다양한 사용 및 조건에 적응시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 전술한 바람직한 구체적인 실시예는 본 개시의 나머지를 어떠한 방식으로든 제한하는 것이 아니라 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 그것은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 배열을 포함하도록 의도된다.
상기에서, 달리 지시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨 온도로 제시되며, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 본 발명의 전술한 상세한 설명에서 제시되었지만, 방대한 수의 변형이 존재함이 이해되어야 한다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일 뿐이며, 본 발명의 범위, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하고자 하는 것이 아님이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 지침(road map)을 당업자에게 제공할 것이지만, 첨부된 청구범위 및 그의 법적 등가물에 기술된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 예시적인 실시예에 기재된 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해된다.

Claims (10)

  1. 반응기(10) 내에 고체를 보유하기 위한 장치(100)로서,
    유체의 통과를 허용하기 위한 유체측 개구(108)를 갖는 대체로 수직인 유체측 격벽(102);
    상기 유체측 격벽(102)으로부터 반경방향으로 이격되고, 상기 유체측 격벽에 대체로 평행하며, 상기 유체의 통과를 허용하기 위한 고체측 개구(124)를 갖는 대체로 수직인 고체측 격벽(104);
    상기 유체측 격벽(102)과 상기 고체측 격벽(104) 사이의 유체 유동 경로(122); 및
    완전히 상기 유체측 개구(108)를 차단하고 상기 유체 유동 경로(122)를 따른 상기 유체의 유동을 막도록 상기 유체 유동 경로(122) 내로 연장되는 배플(baffle)(136)
    을 포함하는, 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체측 격벽(102)과 상기 고체측 격벽(104) 사이에서 연장되는 지지체(114)를 더 포함하는, 장치(100).
  3. 제2항에 있어서, 상기 지지체(114)는 상기 유체측 개구(108)의 일부분을 차단하는, 장치(100).
  4. 제2항에 있어서, 상기 배플(136)은 상기 지지체(114)에 부착되는, 장치(100).
  5. 제4항에 있어서, 상기 배플(136)은 상기 지지체(114)의 상부 표면(126)에 부착되는, 장치(100).
  6. 제4항에 있어서, 상기 배플(136)은 상기 유체측 개구(108)를 차단하도록 상기 지지체(114)로부터 상향으로 연장되는, 장치(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플(136)은 상기 대체로 수직인 유체측 격벽(102)과 상기 대체로 수직인 고체측 격벽(104) 사이의 거리(D7)의 0.2배의 거리(D8)로 상기 대체로 수직인 유체측 격벽(102)으로부터 이격되는, 장치(100).
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체측 개구(108)는 10 mm의 높이를 갖고, 상기 배플(136)은 높이 9 mm를 갖는, 장치(100).
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고체측 격벽(104)은 프로파일 와이어 스크린(profile wire screen)(110)을 포함하고, 상기 유체측 격벽(102)은 천공 플레이트(perforated plate)(106)를 포함하는, 장치(100).
  10. 촉매를 포함하는 반응기(10) 내에서의 탄화수소 변환을 위한 방법으로서, 상기 촉매는 지지 구조물에 의해 보유되고, 상기 지지 구조물은 대체로 수직으로 정렬되고 수평으로 이격된 복수의 프로파일 와이어(112)들을 포함하는 촉매측 격벽(104), 상기 촉매측 격벽(104)으로부터 대체로 수평으로 멀리 각각 연장되고 상기 촉매측 격벽(104)에 결합된 제1 단부를 각각 갖는 복수의 지지체(114)들, 상기 촉매측 격벽(104)으로부터 이격되고 상기 복수의 지지체들로부터 상기 지지체(114)들 각각의 제2 단부에 결합되며 복수의 유체 개구(108)들을 포함하는 유체측 격벽(102), 및 상기 유체 개구(108)들로부터 상기 수평으로 이격된 프로파일 와이어(112)들까지 연장되는 유동 경로(122)를 포함하고, 상기 방법은,
    탄화수소 증기를 상기 반응기(10) 내로 통과시키는 단계;
    상기 탄화수소 증기를 상기 유체 개구(108)들을 통해 상기 촉매측 격벽(104)을 향해 유동시키는 단계;
    상기 유동 경로(122)들을 완전히 차단함으로써 상기 탄화수소 증기를 방향전환시키는 단계로서, 상기 유동 경로(122)들은 배플(136)에 의해 각각 막히는, 상기 방향전환시키는 단계; 및
    상기 탄화수소 증기를 상기 이격된 프로파일 와이어(112)들을 통해 유동시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
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