KR20230079118A - 화학적 공급물 분배기 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

화학적 공급물 분배기 및 이를 사용하는 방법 Download PDF

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Abstract

하나 이상의 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 분배기는 화학적 공급물 유입구, 본체, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구, 및 2차 화학적 공급물 유출구를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 유입구는 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 분배기 안으로 보낼 수 있다. 본체의 하나 이상의 벽은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로를 획정할 수 있다. 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격될 수 있고, 화학적 공급물 스트림의 제1 부분을 공급물 분배기 밖으로 그리고 용기 안으로 보내도록 작동 가능할 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있을 수 있고, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분을 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내도록 작동 가능할 수 있다.

Description

화학적 공급물 분배기 및 이를 사용하는 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2020년 9월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 "CHEMICAL FEED DISTRIBUTORS AND METHODS OF USING THE SAME"인 미국 임시특허출원 제63/085,264호의 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 본원에 원용되어 포함된다.
기술분야
본 명세서는 전반적으로 화학적 처리에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 화학적 공급물 스트림을 도입하기 위한 시스템 및 공정에 관한 것이다.
기체 화학물질이 공급물 분배기를 통해 반응기 또는 기타 용기에 공급될 수 있다. 공급물 분배기는 이러한 반응기 또는 용기 안으로의 공급 화학물질 스트림의 균형 잡힌 분배를 촉진하는 데 활용될 수 있다. 공급 화학물질의 이러한 분배는 바람직한 반응을 촉진할 수 있고, 화학 시스템에서 물질 전달 평형(mass transport equilibrium)을 유지할 수 있다.
다수의 화학 공정에서, 화학적 공급물 스트림은 화학적 공급물 분배기를 통해 반응기 또는 연소기와 같은 고온 환경 안으로 공급된다. 이러한 고온 환경은 화학적 공급물 분배기의 원주 최고 표면 온도(circumferential maximum surface temperature)를 상승시킬 수 있고, 이하에서 코킹(coking)이라고 지칭되는 탄소질 부착물(carbonaceous deposit)의 형성 위험을 증가시킬 수 있다. 이는 용기 내의 유동화 고체가 복사 열전달 및 전도 열전달을 통해 고온 환경으로부터 공급물 분배기로의 열전달을 크게 높이는 유동층(fluidized bed) 용기에서 특히 문제이다. 결과적으로, 코킹은 플러깅(plugging) 및 유동 불균일 분배(flow maldistribution)의 위험을 일으킬 수 있다. 따라서, 화학적 공급물 분배기에 대한 개선 필요성이 있다. 화학적 공급물 스트림의 일부분만 용기 안으로 분배되고 화학적 공급물 스트림의 다른 부분은 용기 안으로 공급되지 않는 화학적 공급물 분배기는 화학적 공급물 분배기 상의 감소된 피크 표면 온도를 촉진할 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 화학적 공급물 분배기의 실시형태가 본원에서 설명된다. 이러한 화학적 공급물 분배기의 하나 이상의 실시형태는, 비교적 일정한 원주 최고 표면 온도를 유지할 수 있고, 따라서 코킹의 위험을 줄일 수 있고 코킹과 연관된 부작용을 줄일 수 있다. 본 개시내용의 실시형태는, 선속도가 유지될 수 있고 화학적 공급물 분배기 내의 정체 구역이 감소될 수 있도록, 화학적 공급물 스트림이 재순환되는 화학적 공급물 분배기를 활용함으로써, 이러한 필요성을 충족시킨다.
일 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 분배기는 화학적 공급물 유입구, 본체, 및 2차 화학적 공급물 유출구를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 유입구는 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 분배기 안으로 보낼 수 있다. 화학적 공급물 스트림은 제1 부분 및 제2 부분으로 구성될 수 있다. 본체는 하나 이상의 벽과, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 벽은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로를 획정할 수 있다. 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격될 수 있다. 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는 화학적 공급물 스트림의 제1 부분을 화학적 공급물 분배기로부터 그리고 용기 안으로 보내도록 작동 가능할 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있을 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구는, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기를 통해 보내지고 용기에 들어가지 않도록, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분을 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내도록 작동 가능할 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 스트림 분배 방법은, 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 유입구를 통해 화학적 공급물 분배기 안으로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 스트림은 제1 부분 및 제2 부분으로 구성될 수 있다. 상기 방법은 또한, 화학적 공급물 스트림의 제1 부분을 화학적 공급물 분배기로부터 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 통해서 그리고 용기 안으로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 용기에 들어가지 않도록, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분을 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있는 2차 화학적 공급물 유출구를 통해 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해지거나 또는 하기의 상세한 설명 및 청구범위를 포함하여 본원에서 기술되는 실시형태들을 실시함으로써 인지될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명은 모두 다양한 실시형태를 기술하는 것이며, 청구된 특허대상의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 체계를 제공하도록 의도된 것임을 이해해야 한다.
도 1a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기의 단면 부감도(overhead view)의 개략적 예시이다.
도 1b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기의 제1 실시형태의 사시도의 개략적 예시이다.
도 1c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기의 제2 실시형태의 단면 부감도의 개략적 예시이다.
도 1d는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기의 제3 실시형태의 단면 부감도의 개략적 예시이다.
도 1e는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기의 화학적 공급물 유출구의 단면도의 개략적 예시이다.
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 용기의 개략적 절단도이다.
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른, 공급물이 재순환되는 화학적 공급물 분배기의 원주 최고 표면 온도의 모델의 개략적 예시이다.
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른, 공급물이 재순환되지 않는 화학적 공급물 분배기의 원주 최고 표면 온도의 모델의 개략적 예시이다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기를 따르는 거리의 함수로서의 화학적 공급물에 노출된 화학적 공급물 분배기의 벽의 피크 온도의 그래픽 묘사이다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기를 따르는 유입구로부터의 노즐 거리의 함수로서의 노즐당 정규화된 유량의 그래픽 묘사이다.
이하, 다양한 실시형태가 보다 상세히 언급될 것이며, 그들 중 일부 실시형태가 첨부 도면에 예시되어 있다. 가능한 경우, 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내는 데 동일한 도면 부호가 사용될 것이다.
본원에 기술된 하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 개시내용은 화학적 공급물 분배기 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 본원에 설명된 화학적 공급물 분배기는 화학적 공급물 유입구, 하나 이상의 벽을 포함하는 본체, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구, 및 2차 화학적 공급물 유출구를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 스트림은 화학적 공급물 유입구를 통해 보내질 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 화학적 공급물 스트림은 일반적으로 조성이 동일한 제1 부분 및 제2 부분만을 포함한다. 화학적 공급물 스트림의 제1 부분은 복수의 1차 화학적 공급물 유출구로부터 외부로 보내질 수 있고, 제2 부분은 2차 화학적 공급물 유출구로부터 외부로 보내질 수 있다.
화학적 공급물 분배기의 다양한 실시형태가 첨부된 도면과 관련하여 설명된다. 그러나, 곧 설명되는 바와 같이, 이러한 실시형태들은 공통 주제를, 예컨대 1차 및 2차 화학적 공급물 스트림 유출구를 통해 화학적 공급물 스트림을 보내는 것을, 공유할 수 있다. 예를 들어, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 및 도 1d 각각은, 유사하게 1차 및 2차 화학적 공급물 유출구를 포함하는 실시형태를 도시한다.
이제 도 1a, 도 1b, 도 1c, 및 도 1d를 참조하면, 하나 이상의 실시형태에 따라, 화학적 공급물 분배기(100)는 화학적 공급물 유입구(101)를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 유입구(101)는 화학적 공급물 스트림(102)을 화학적 공급물 분배기(100) 안으로 보낼 수 있다. 따라서, 화학적 공급물 스트림(102)은 화학적 공급물 유입구(101)를 통해 화학적 공급물 분배기(100) 안으로 들어 갈 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 화학적 공급물 유입구(101)는, 화학적 공급물 분배기(100)와 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)이 용기(110) 안으로 들어가는 것을 허용하는 용기(110)의 진입 장소를 지칭할 수 있다.
화학적 공급물 분배기(100)는 본체(105)를 포함할 수 있다. 본체(105)는 하나 이상의 벽(106)을 포함할 수 있다. 본체(105)는 또한 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)는 본체(105)의 하나 이상의 벽(106)의 개구들일 수 있고, 화학적 공급물 분배기(100)로부터 용기(110)로의 화학적 공급물 스트림(102)을 위한 통로를 제공할 수 있다. 실시형태에서, 복수의 화학적 공급물 유출구(107)는 화학적 공급물 분배기를 따라 단일 열로 배열될 수 있다. 다른 실시형태에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 화학적 공급물 유출구(107)는 화학적 공급물 분배기(100)를 따라, 예를 들어 두 개의 열을 따라, 교호하는 자세로 배열될 수 있다. 화학적 공급물 유출구들(107)이 화학적 공급물 분배기(100)를 따라 임의의 구성으로 배열될 수 있다는 것이 고려된다. 복수의 화학적 공급물 유출구(107)는, 압력 강하를 생성하여 더 균일한 분배를 생성하는, 각각의 화학적 공급물 유출구(107)의 시작부에 있는 오리피스들(107A)을 포함할 수 있다. 복수의 화학적 공급물 유출구(107)는 또한, 촉매 마모 또는 화학적 공급물 분배기(100) 손상을 유발하지 않도록 복수의 화학적 공급물 유출구(107)를 통과하는 공탑 가스 속도(superficial gas velocity)를 늦추는 확산기(107B)를 포함할 수 있다. 확산기(107B)는 가스 속도가 초당 50피트(ft/sec) 내지 300 ft/sec의 범위가 되는 것을 허용할 수 있다.
하나 이상의 벽(106)은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)를 획정할 수 있다. 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)는 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격될 수 있다. 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)는 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)을 화학적 공급물 분배기(100)로부터 그리고 용기(110) 안으로 보내도록 작동 가능할 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구(108)는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)의 하류에 있을 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구(108)는 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)을 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내도록 작동 가능할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은 화학적 공급물 분배기(100)를 통해 보내질 수 있고, 용기(110)에 들어가지 않을 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 2차 화학적 공급물 유출구(108)는 화학적 공급물 분배기(100) 및 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)의 임의의 나머지 부분이 용기(110) 밖으로 나가는 것을 허용하는, 용기(110)에 있는 출구의 부분을 지칭할 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구(108)를 통과할 수 있는 화학적 공급물 스트림(102)의 나머지 부분은, 화학적 공급물 분배기(100)로부터 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 통해 용기(110)로 보내지지 않은 화학적 공급물 스트림(102)의 부분에 대응될 수 있다.
작동 중에, 화학적 공급물 스트림(102)은, 용기(110) 내부의 온도에 비해 비교적 낮은 온도에서 공급될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 스트림(102)의 온도와 용기(110) 내부의 온도 사이의 차이는 300℃ 초과, 예를 들어 350℃ 초과, 400℃ 초과, 450℃ 초과, 500°C 초과, 550°C 초과, 600°C 초과, 또는 650°C 초과일 수 있다. 실시형태에서, 용기(110) 내부의 온도는 500℃보다 더 클 수 있고, 화학적 공급물 스트림(102)의 온도는 용기 내부의 온도보다 더 낮을 수 있다. 작동 중에, 용기(110) 내부의 온도는 화학적 공급물 분배기(100)를 가열하기 시작할 수 있고, 따라서 화학적 공급물 분배기(100)의 원주 최고 표면 온도를 상승시킬 수 있다. 원주 최고 표면 온도는 화학적 공급물 분배기(100) 전체에서 가장 높은 표면 온도를 의미할 수 있다. 이것은 또한 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)의 온도를 상승시킬 수 있다. 화학적 공급물 분배기(100)의 원주 최고 표면 온도 또는 화학적 공급물 분배기(100) 내부의 화학적 공급물 스트림(102)의 온도가 너무 많이 상승되면, 화학적 공급물 스트림(102)은 화학적 공급물 분배기(100) 상에 코크스(coke)를 부착시키기 시작할 수 있다. 코크스가 화학적 공급물 분배기(100) 상에 부착될 때, 플러깅(plugging)이 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)에서 시작될 수 있으며, 이는 유동 불균일 분배(maldistribution)로 귀결될 수 있으며, 이는 작동상의 문제로 귀결될 수 있다. 본 개시내용에서 사용되는 바와 같이, "유동 불균일 분배"는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구들(107) 사이의 균일한 유동 분배의 차이를 지칭할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따르면, 2차 화학적 공급물 유출구(108)는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)의 하류에 있을 수 있다. 2차 화학적 공급물 유출구(108)는 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)을 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내도록 작동 가능할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)을 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내는 것은 코킹(coking)의 위험을 감소시킬 수 있고, 결과적으로, 플러깅 및 유동 불균일 분배의 위험을 감소시킬 수 있다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)의 총 유량은, 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)이 화학적 공급물 분배기(100)를 통해 보내지고 실제로 용기(110)에 들어가지 않기 때문에, 증가될 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 이러한 증가된 유량은, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)이, 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 재순환이 없는 것처럼 동일하게 유지될 수 있기 때문에, 용기(110)에 들어가는 화학적 공급물 스트림(102)의 유량에 실질적으로 영향을 미치지 않을 수 있다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 화학적 공급물 스트림(102)의 이러한 증가된 유량은 화학적 공급물 분배기(100) 내의 스태그네이션을 감소시킬 수 있다. 이러한 스태그네이션의 감소는, 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)이 화학적 공급물 분배기(100)를 통해 빠르게 이동되고 있는 바람직한 레이놀즈 수(Reynolds number)를 유지하는 것으로 귀결될 수 있다. 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)의 증가된 유동으로, 화학적 공급물 분배기(100)의 원주 최고 표면 온도는, 코킹이 최소화될 수 있도록, 충분히 낮게 유지될 수 있다. 즉, 이러한 바람직한 레이놀즈 수는 코킹 및, 이어서, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)의 플러깅 및 유동 불균일 분배를 효과적으로 최소화할 수 있다.
본 개시내용에서 사용되는 바와 같이, "화학적 공급물"은, 메탄, 천연 가스, 에탄, 프로판, 수소, 또는 연소 시 에너지 값을 포함하는 임의의 가스를 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 프로세스 공급 스트림 또는 연료 가스를 지칭할 수 있다. 추가적으로, 본 개시내용에서 사용되는 바와 같이, "용기"는, 선택적으로 하나 이상의 촉매의 존재 중에서 하나 이상의 반응물 사이에서 하나 이상의 화학 반응이 발생될 수 있는 반응기 또는 연소기와 같은, 기체 또는 고체를 수용하기 위한 중공 컨테이너를 지칭할 수 있다. 용기는 최대 55 부피%의 고체 입자 부피 분율을 가질 수 있고, 용기 내 가스의 공탑 속도(superficial velocity)는 고체 입자의 최소 유동화 속도보다 더 높을 수 있다.
본 개시내용에서 사용되는 바와 같이, "상류" 및 "하류"라는 용어는 프로세스 스트림의 유동 방향에 대한 요소들의 상대적인 위치 지정을 지칭할 수 있다. 시스템을 통해 유동되는 프로세스 스트림이 제2 요소를 만나기 전에 제1 요소를 만나는 경우, 시스템의 제1 요소는 제2 요소의 "상류"로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 시스템을 통해 유동되는 프로세스 스트림이 제2 요소를 만나기 전에 제1 요소를 만나는 경우, 제2 요소는 제1 요소의 "하류"로 간주될 수 있다.
추가적으로, 본 개시내용에서 사용되는 바와 같이, "코킹"은 탄소질 부착물 또는 코크스의 형성을 지칭할 수 있다. "플러깅"은, 통로 또는 포트가 부분적으로 제한되거나 완전히 차단될 수 있도록 코크스가 축적되는 것을 지칭할 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 벽(106)은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)의 상류 유체 통로(111) 및 하류 유체 통로(112)를 획정할 수 있다. 상류 유체 통로(111)는 화학적 공급물 유입구(101)와 유체 연통될 수 있다. 상류 유체 통로(111)는 하류 유체 통로(112)와 유체 연통될 수 있다. 하류 유체 통로(112)는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107) 및 2차 화학적 공급물 유출구(108)와 유체 연통될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 상류 유체 통로(111)는 하나 이상의 벽(106)에 의해 하류 유체 통로(112)로부터 분리될 수 있다. 제1 벽(106A)은 상류 유체 통로(111)를 획정할 수 있다. 제1 벽(106A)과 함께 제2 벽(106B)은 하류 유체 통로(112)를 획정할 수 있다. 제3 벽(106C)은 화학적 공급물 분배기(100)의 단부 역할을 할 수 있다. 제3 벽(106C)은 제1 벽(106A) 및 제2 벽(106B)에 수직일 수 있다. 제3 벽(106C)이 또한, 다른 기하학적 구조를 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 제3 벽(106C)은 선형이거나, 둥글거나, 뾰족할 수 있다. 상류 유체 통로(111)가 하류 유체 통로(112)와 유체 연통되기 위해, 화학적 공급물 분배기(100)의 본체(105)는 제1 벽(106A)의 단부와 제3 벽(106C) 사이에 있는 공극을 포함할 수 있다. 제1 벽(106A)의 단부와 제3 벽(106C) 사이의 공극은, 화학적 공급물 스트림(102)이 상류 유체 통로(111)로부터 하류 유체 통로(112)로 유동적으로 보내지는 것을 허용할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 하류 유체 통로(112)는 상류 유체 통로(111)를 둘러쌀 수 있다. 일부 실시형태에서, 하류 유체 통로(112)는 상류 유체 통로(111)에 의해 완전히 둘러싸일 수 있다. 다른 실시형태에서, 하류 유체 통로(112)의 벽(106)은 상류 유체 통로(111)의 벽(106)과 접촉할 수 있어서, 하류 유체 통로(112)는 상류 유체 통로(111)를 완전히 둘러싸지 않는다. 하류 유체 통로(112) 및 상류 유체 통로(111)는 다양한 기하학적 구조의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상류 유체 통로(111)는 원통형 또는 직사각형 형상을 포함할 수 있다. 하류 유체 통로(112)는 원통형 쉘 또는 원통형 형상을 둘러싸는 직사각형 쉘 형상을 포함할 수 있다. 하류 유체 통로(112)는 하류 유체 통로(112)가 상류 유체 통로(111)를 부분적으로 또는 완전히 둘러쌀 수 있기 때문에 쉘(즉, 중공 기하학적 구조)을 포함할 수 있다. 유사하게, 상류 유체 통로(111)는, 예를 들어, 원형, 직사각형, 또는 사다리꼴 단면 형상을 포함할 수 있다. 하류 유체 통로(112)는 원형 쉘, 직사각형 쉘, 또는 사다리꼴 쉘 단면 형상을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 하류 유체 통로(112)가 반드시 쉘 또는 중공 형상을 포함하지 않을 수 있다는 것이 고려된다. 실시형태에서, 하류 유체 통로(112)는 상류 유체 통로(111)를 둘러싸지 않을 수 있다. 따라서, 실시형태에서, 하류 유체 통로(112)는 원통형, 직사각형, 원형 또는 사다리꼴 형상을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 상류 유체 통로(111) 및 하류 유체 통로(112)는 동축 기하학적 구조를 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 상류 유체 통로(111) 및 하류 유체 통로(112)는 중심에서 벗어난(off-center) 기하학적 구조를 형성할 수 있다. 다르게 말하면, 상류 유체 통로(111)와 하류 유체 통로(112)는 동심 또는 편심일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상류 유체 통로(111)는 밀봉될 수 있다. 즉, 상류 유체 통로(111)는, 상류 유체 통로(111)가 하류 유체 통로(112)와 유체 연통되는 지점까지, 상류 유체 통로(111)가 하류 유체 통로(112)와 결합되지 않도록, 기밀될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 하나 이상의 실시형태에 따라, 본체(105)는 튜브로 구성될 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 본체(105)는 하나 이상의 벽(106)에 의해 획정될 수 있다. 하나 이상의 벽(106)은 제1 직선 튜브 세그먼트(120), 커넥터 튜브 세그먼트(121), 및 제2 직선 튜브 세그먼트(122)를 획정할 수 있다. 제1 직선 튜브 세그먼트(120)는 화학적 공급물 유입구(101)에 연결될 수 있다. 제1 직선 튜브 세그먼트(120)는 또한, 커넥터 튜브 세그먼트(121)에 연결될 수 있다. 커넥터 튜브 세그먼트(121)는 제1 직선 튜브 세그먼트(120) 및 제2 직선 튜브 세그먼트(122)에 연결될 수 있다. 제2 직선 튜브 세그먼트(122)는 2차 화학적 공급물 유출구(108)에 연결될 수 있다. 함께, 제1 직선 튜브 세그먼트(120), 커넥터 튜브 세그먼트(121), 및 제2 직선 튜브 세그먼트(122)는 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)를 정의할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)은 화학적 공급물 유입구(101)를 통해 제1 직선 튜브 세그먼트(120)에 들어갈 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)은 제1 직선 튜브 세그먼트(120), 커넥터 튜브 세그먼트(121), 및 제2 직선 튜브 세그먼트(122)를 통과할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)은 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 통해 용기(110)에 들어갈 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)는 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)의 길이를 따라 이격될 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은, 제2 부분(104)이 용기(110) 안으로 보내지지 않도록, 화학적 공급물 분배기(100) 내에 남아 있을 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은, 2차 화학적 공급물 유출구(108)를 통해 화학적 공급물 분배기(100)를 빠져나갈 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 제1 직선 튜브 세그먼트(120) 및 제2 직선 튜브 세그먼트(122)는 실질적으로 평행할 수 있다. 일부 실시형태에서, 커넥터 튜브 세그먼트(121)는 U형(커넥터 튜브 세그먼트(121)가 180° 굴곡부를 포함하도록 한 형상)일 수 있다. 이러한 일 실시형태에서, 제1 직선 튜브 세그먼트(120) 및 제2 직선 튜브 세그먼트(122)는 평행할 수 있다. 일부 실시형태에서, 화학적 공급물 분배기(100)가 화학적 공급물 유입구(101)와 2차 화학적 공급물 유출구(108) 사이에 복수의 제1 직선 튜브 세그먼트(120) 및 복수의 제2 직선 튜브 세그먼트(122)를 포함하도록, 복수의 커넥터 튜브 세그먼트(121)가 사용될 수 있는 것이 고려된다.
도 1d를 참조하면, 하나 이상의 실시형태에 따라, 본체(105)는 실질적으로 용기(110) 둘레를 따르는 윤곽을 갖도록 성형될 수 있다. 일부 실시형태에서, 용기(110)는 실질적으로 원형일 수 있다. 따라서, 본체(105)는 원형 또는 링 형상을 포함할 수 있다. 제1 벽(106A)은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)를 획정할 수 있다. 제1 벽(106A)은, 본원에서 전술된 바와 같이, 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 포함할 수 있다. 도 1a, 도 1b, 및 도 1c와 관련하여 전술된 바와 같이, 화학적 공급물 스트림(102)은 화학적 공급물 유입구(101)를 통해 화학적 공급물 분배기(100)에 들어갈 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)은 화학적 공급물 분배기(100)의 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)를 따라 이동할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)은 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 통해 용기(110)에 들어갈 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은, 제2 부분(104)이 용기(110) 안으로 보내지지 않도록, 화학적 공급물 분배기(100) 내에 남아 있을 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은, 2차 화학적 공급물 유출구(108)를 통해 화학적 공급물 분배기(100)를 빠져나갈 수 있다.
도 2를 참조하면, 용기(110)의 일 실시형태의 개략적 절단도가 도시된다. 도 2는 촉매 탈수소반응 프로세스를 위한 유동화 연료 가스(fluidized fuel gas) 연소기 시스템으로서 사용되는 용기(110)를 도시한다. 그러나, 본원에서 상세히 설명되는 바와 같이, 화학적 공급물 분배기(100)는 다양한 용기(110)에 채용될 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 용기(110)는 일반적으로 실린더 형상의 하부 부분(201), 및 절두체(202)를 포함하는 상부 부분을 포함할 수 있다. 절두체(202)와, 절두체(202)와 하부 부분(201)의 교차선에 그려진 내부 수평 가상선 사이의 각도는 10도 내지 80도의 범위일 수 있다. 10도로부터 80도까지의 모든 개별 값과 하위 범위가 본원에 포함되고 개시되며, 예를 들어, 관형 구성요소와 절두체(202) 구성요소 사이의 각도는 10, 40 또는 60도의 하한 내지 30, 50, 70 또는 80도의 상한의 범위일 수 있다. 예를 들어, 각도는 10 내지 80도, 또는 대안적으로, 30 내지 60도, 또는 대안적으로, 10 내지 50도, 또는 대안적으로, 40 내지 80도일 수 있다. 또한, 대안적인 실시형태에서, 각도는 절두체(202)의 높이를 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변할 수 있다. 일부 실시형태에서, 용기(110)는 내화성 재료로 라이닝될 수 있거나, 라이닝되지 않을 수 있다.
소모되거나 부분적으로 비활성화된 촉매는 다운커머(downcomer)(203)를 통해 용기(110)에 들어갈 수 있다. 대안적인 구성에서, 소모되거나 부분적으로 비활성화된 촉매는 측부 유입구로부터 또는 하부 급송장치로부터 용기(110)에 들어갈 수 있으며, 미국 특허 제9,370,759 B2호(Attorney Ref. DOW 72935)에 설명된 바와 같이 공기 분배기를 통해 위로 이동될 수 있다. 사용된 촉매는 스플래쉬 가드(splash guard)(204) 상에 충돌되고 이에 의해서 분산된다. 용기(110)는 스플래쉬 가드(204)의 높이에 또는 이 높이 약간 아래에 위치된 공기 분배기(205)를 더 포함할 수 있다. 공기 분배기(205) 및 다운커머(203)의 유출구(206) 위에, 그리드(207)가 있을 수 있다. 그리드(207) 위에는 복수의 화학적 공급물 분배기(100)가 있을 수 있다. 하나 이상의 추가 그리드(208)가 용기(110) 내에서 화학적 공급물 분배기(100) 위에 위치될 수 있다. 실시형태에서, 화학적 공급물 분배기(100)는 미국 특허 출원 제14/868,507호(Attorney Ref. DOW 77770)에 설명된 바와 같이 용기(110)에 들어가고 용기(110)를 실질적으로 가로질러 횡단할 수 있다.
본원에서 전술된 바와 같이, 하나 이상의 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 스트림(102)을 분배하기 위한 방법은, 화학적 공급물 스트림(102)을 화학적 공급물 유입구(101)를 통해 화학적 공급물 분배기(100) 안으로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)은 제1 부분(103) 및 제2 부분(104)으로 구성될 수 있다. 방법은 또한, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)을 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)은 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 통해서 그리고 용기(110) 안으로 이동될 수 있다. 방법은 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)을 2차 화학적 공급물 유출구(108)를 통해 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내는 단계를 더 포함할 수 있다. 본원에서 전술된 바와 같이, 2차 화학적 공급물 유출구(108)는 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)로부터 하류에 있을 수 있다. 따라서, 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은 용기(110)에 들어가지 않을 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 스트림(102)을 분배하기 위한 방법은, 화학적 공급물 스트림(102)을 화학적 공급물 유입구(101)를 통해 화학적 공급물 분배기(100) 안으로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 화학적 공급물 스트림(102)은 제1 부분(103) 및 제2 부분(104)으로 구성될 수 있다. 화학적 공급물 분배기(100)는 하나 이상의 벽(106)을 포함하는 본체(105)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 벽(106)은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109) 및 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 획정할 수 있다. 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)는 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격될 수 있다. 방법은 또한, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)을 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로(109)를 따라 보내는 단계를 포함할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)은 복수의 1차 화학적 공급물 유출구(107)를 통해서 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 그리고 용기(110) 안으로 이동될 수 있다. 방법은 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)을 2차 화학적 공급물 유출구(108)를 통해 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내는 단계를 더 포함할 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은 화학적 공급물 분배기(100)를 통해 보내질 수 있고, 용기(110)에 들어가지 않을 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 스트림(102), 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103), 및 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량들은 일련의 표현에 의해서 나타내질 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 유량(Ci)은 식 1로 나타낼 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)의 유량(C1)은 식 2로 나타낼 수 있다. 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량(C2)은, 하기와 같이, 식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
식 1, 식 2, 및 식 3에서, 위에 보여진 바와 같이, r은 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)의 유량에 대한 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량의 비율이고, X는 공칭 유량이다(즉, 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 그리고 용기(110) 안으로 이동하는 화학적 공급물 스트림(102)의 부분(제1 부분(103))의 유량).
실시형태에서, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)의 유량에 대한 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량의 비율은 0.1 내지 3.0일 수 있다. 예를 들어, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)의 유량에 대한 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량의 비율은 0.1 내지 0.5, 0.1 내지 1.0, 0.1 내지 1.5, 0.1 내지 2.0, 0.1 내지 2.5, 0.5 내지 1.0, 0.5 내지 1.5, 0.5 내지 2.0, 0.5 내지 2.5, 0.5 내지 3.0, 1.0 내지 1.5, 1.0 내지 2.0, 1.0 내지 2.5, 1.0 내지 3.0, 1.5 내지 2.0, 1.5 내지 2.5, 1.5 내지 3.0, 2.0 내지 2.5, 2.0 내지 3.0, 또는 2.5 내지 3.0일 수 있다.
일부 실시형태에서, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)의 유량에 대한 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량의 비율은 0.5 내지 1.5일 수 있다. 예를 들어, 화학적 공급물 스트림(102)의 제1 부분(103)의 유량에 대한 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)의 유량의 비율은 0.5 내지 0.7, 0.5 내지 0.9, 0.5 내지 1.1, 0.5 내지 1.3, 0.7 내지 0.9, 0.7 내지 1.1, 0.7 내지 1.3, 0.7 내지 1.5, 0.9 내지 1.1일 수 있고, 0.9 내지 1.3, 0.9 내지 1.5, 1.1 내지 1.3, 1.1 내지 1.5, 또는 1.3 내지 1.5일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 방법은 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)을 리사이클링시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 이동되는 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)은, 화학적 공급물 스트림(102)이 화학적 공급물 유입구(101)를 통과하기 전에 화학적 공급물 스트림(102)과 결합될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 용기(110) 내부의 온도는 650℃보다 더 높을 수 있고, 화학적 공급물 분배기(100)의 원주 최고 표면 온도는 용기(100) 내부의 온도를 초과할 수 없다. 다른 실시형태에서, 용기(110) 내부의 온도는 650℃보다 더 높을 수 있고, 화학적 공급물 분배기(100)의 원주 최고 표면 온도는 650°C를 초과할 수 없다.
아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 도 3a, 도 3b, 및 도 4는 본원에 기술된 실시형태에 따른 화학적 공급물 분배기(100)의 원주 최고 표면 온도 및 피크 표면 온도를 추가로 입증한다.
본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 본원의 실시형태의 화학적 공급물 분배기(100)는 코킹의 위험을 감소시킬 수 있다. 코킹이 플러깅 및 유동 불균일 분배의 위험을 생성할 수 있기 때문에, 본원의 실시형태의 화학적 공급물 분배기(100)는 플러깅 및 유동 불균일 분배의 위험을 감소시킬 수 있다. 유동 불균일 분배는 또한, 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)의 가열에 의해 유발될 수 있으며, 이는 열로 야기되는 유동 불균일 분배로 지칭될 수 있다. 화학적 공급물 분배기(100) 내의 화학적 공급물 스트림(102)의 온도가 증가됨에 따라, 화학적 공급물 스트림(102)의 밀도는 감소될 수 있다. 질량 유량은 가스 밀도의 제곱근에 비례한다. 화학적 공급물 스트림(102)의 밀도가 화학적 공급물 분배기(100)의 길이를 따라 감소되는 경우, 질량 유량은 또한, 화학적 공급물 분배기(100)의 길이를 따라 감소될 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 따르면, 화학적 공급물 스트림(102)의 온도 증가는 더 낮을 수 있으며, 이는, 이어서, 화학적 공급물 스트림(102)의 밀도의 변화를 감소시킨다. 따라서, 열로 야기되는 유동 불균일 분배가 감소될 수 있다.
본 개시내용의 실시형태들에서, 유동 불균일 분배(열로 야기되는 유동 불균일 분배를 포함함)의 상대적인 감소는 ±15.0% 미만, 예를 들어 ±14.5% 미만, ±14.0% 미만, ±13.5% 미만, ±13.0% 미만, ±12.5% 미만, ±12.0% 미만, ±11.5% 미만, ±11.0% 미만, ±10.5% 미만, ±10.0% 미만, ±9.5% 미만, ±9.0% 미만, ±8.5 미만 %, ±8.0% 미만, ±7.5% 미만, ±7.0% 미만, ±6.5% 미만, ±6.0% 미만, ±5.5% 미만, ±5.0% 미만, ±4.5% 미만, ±4.0% 미만, ±3.5% 미만, ±3.0% 미만, 또는 ±3.0% 미만일 수 있다. 유동 불균일 분배는, 제1 원리인 질량, 운동량, 및 에너지 보존 법칙을 따르는 시스템에서 3D 압축성 유동 및 복합 열전달(conjugated heat transfer)을 수치적으로 예측할 수 있는 전산유체역학(CFD: computational fluid dynamics, ) 프로그램 ANSYS Fluent®를 사용하여 결정될 수 있다. 유동 불균일 분배는 단순히 분배기를 따라서 있는 다양한 지점에서 완전한 평균 질량 분포(average mass distribution)로부터의 편차이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)이 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내지는 본 개시내용의 실시형태는, 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)이 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내지지 않는 실시형태와 비교하여, 감소된 유동 불균일 분배를 입증한다. 실제로, 본 실시형태의 유동 불균일 분배는 ±7.5% 미만일 수 있다. 역으로, 화학적 공급물 스트림(102)의 제2 부분(104)이 화학적 공급물 분배기(100) 밖으로 보내지지 않는 일 실시형태의 유동 불균일 분배는 도 5에 도시된 바와 같이 ±30.0%만큼 높을 수 있다.
실시예
화학적 공급물 분배기를 통해 화학적 공급물을 분배하기 위한 시스템 및 프로세스의 다양한 실시형태는 다음의 실시예에 의해 더 명확해질 것이다. 실시예는 본질적으로 예시적인 것이고, 본 개시내용의 특허대상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
실시예 1: 공급물 재순환 효과
실시예 1에서, 공급물이 재순환되는 화학적 공급물 분배기와 공급물이 재순환되지 않는는 화학적 공급물 분배기를 비교하기 위해서 전산유체역학(CFD) 모델이 사용되었다. 메탄, 에틸렌, 및 프로필렌을 포함하는 가스 스트림이 52°C에서 화학적 공급물 분배기 안으로 공급되었다. 다음으로 화학적 공급물 분배기는 이 가스 스트림을 730°C에서 작동되는 유동층 반응기 안으로 보냈다. 두 화학적 공급물 분배기는 동일한 가스 스트림 유량을 갖는다. 그러나, 공급물이 재순환되는 화학적 공급물 분배기에서, 가스 스트림의 절반은 유동층 반응기에 들어가는 것이 허용되었고, 나머지 절반은 화학적 공급물 분배기 전체를 통해 이동되었고 재순환되었다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지는 본 개시내용에 따른 실시형태(도 3a)는, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지지 않는 실시형태(도 3b)와 비교된다. 화학적 공급물 분배기 각각의 내부 벽 표면에서 공급물 스트림의 피크 표면 온도는 CFD 모델로부터 얻어졌다. 공급물이 재순환되지 않는 화학적 공급물 분배기에 비해, 공급물이 재순환되는 화학적 공급물 분배기는 더 낮은 피크 표면 온도를 입증한다. 도 4에서 보여지는 바와 같이, 공급물이 재순환되지 않는 화학적 공급물 분배기의 원위 단부(화학적 공급물 유입구 반대쪽 단부)는 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지는 화학적 공급물 분배기의 것보다 훨씬 더 뜨겁다. 도 4는, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기(401) 밖으로 보내지지 않는 화학적 공급물 분배기와 비교하여, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기(402) 밖으로 보내지는 화학적 공급물 분배기의 길이에 걸친 훨씬 더 균일한 온도를 입증한다. 또한, 도 4는, 피크 표면 온도가, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기(401) 밖으로 보내지지 않는 실시형태만큼 높은 온도에 도달하지 않는다는 것을 입증한다. 이러한 더 낮은 피크 표면 온도는 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지는 화학적 공급물 스트림의 제2 부분 때문일 수 있다. 피크 표면 온도가 코킹의 위험을 줄이기 위해 공급물 재순환 속도를 튜닝함으로써 프로세스에 기초하여 조정될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
추가로, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에서, 화학적 공급물 분배기를 가로지르는 1차 화학적 공급물 유출구당 유량이 훨씬 더 안정적이다. 즉, 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지는 경우(502), 화학적 공급물 스트림의 제2 부분이 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지지 않는 경우(501). 본원에서 전술된 바와 같이, 이것은 감소된 유동 불균일 분배에 기인할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 양태가 여기에 설명된다. 제1 양태는 화학적 공급물 분배기를 포함할 수 있는 바, 이 화학적 공급물 분배기는, 제1 부분 및 제2 부분으로 구성된 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 분배기 안으로 보내는 화학적 공급물 유입구; 하나 이상의 벽과 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 포함하는 본체 - 상기 하나 이상의 벽은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로를 획정하고, 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는 상기 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격되고, 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제1 부분을 상기 화학적 공급물 분배기로부터 그리고 용기 안으로 보내도록 작동 가능할 수 있음 -; 및 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있는 2차 화학적 공급물 유출구를 포함하고, 상기 2차 화학적 공급물 유출구는, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분이 상기 화학적 공급물 분배기를 통해 보내지고 상기 용기에 들어가지 않도록, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분을 상기 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내도록 작동 가능하다.
제2 양태는 제1 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 하나 이상의 벽은 상기 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 상류 유체 통로 및 하류 유체 통로를 획정하고, 상기 상류 유체 통로는 상기 화학적 공급물 유입구와 유체 연통되고, 상기 상류 유체 통로는 상기 하류 유체 통로와 유체 연통되고, 상기 하류 유체 통로는 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구 및 상기 2차 화학적 공급물 유출구와 유체 연통된다.
제3 양태는 제2 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 상류 유체 통로는 하나 이상의 벽에 의해 상기 하류 유체 통로로부터 분리된다.
제4 양태는 제2 양태 또는 제3 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 하류 유체 통로는 상기 상류 유체 통로를 둘러싼다.
제5 양태는 제2 양태 내지 제4 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 상류 유체 통로는 원통형 형상을 포함하고, 상기 하류 유체 통로는 상기 원통형 형상을 둘러싸는 원통형 쉘(shell) 형상을 포함한다.
제6 양태는 제2 양태 내지 제5 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 상류 유체 통로 및 상기 하류 유체 통로는 동축 기하학적 구조를 형성한다.
제7 양태는 제2 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 상류 유체 통로는 기밀된다.
제8 양태는 제1 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 본체는 튜브로 구성된다.
제9 양태는 제8 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 본체는 제1 직선 튜브 세그먼트, 커넥터 튜브 세그먼트, 및 제2 직선 튜브 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 직선 튜브 세그먼트는 상기 커넥터 튜브 세그먼트에 연결되고, 상기 커넥터 튜브 세그먼트는 상기 제2 직선 튜브 세그먼트에 연결되고, 상기 제1 직선 튜브 세그먼트와 상기 제2 직선 튜브 세그먼트는 실질적으로 평행하다.
제10 양태는 제1 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 본체는 실질적으로 상기 용기 둘레를 따르는 윤곽을 갖도록 형상화된다.
제11 양태는 화학적 공급물 스트림 분배 방법을 포함할 수 있있는 바, 이 화학적 공급물 스트림 분배 방법은, 제1 부분 및 제2 부분으로 구성된 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 유입구를 통해 화학적 공급물 분배기 안으로 보내는 단계; 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제1 부분을 상기 화학적 공급물 분배기로부터 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 통해서 그리고 용기 안으로 보내는 단계; 및 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분이 상기 용기에 들어가지 않도록, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분을 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있는 2차 화학적 공급물 유출구를 통해 상기 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내는 단계를 포함한다.
제12 양태는 제11 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 화학적 공급물 분배기는, 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로를 획정하는 하나 이상의 벽 및 상기 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격된 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 포함하는 본체를 포함한다.
제13 양태는 제11 양태 또는 제12 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제1 부분의 유량에 대한 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분의 유량의 비율은 0.1 내지 3.0이다.
제14 양태는 제11 양태 또는 제12 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지는 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분이, 상기 화학적 공급물 스트림이 상기 화학적 공급물 유입구를 통과하기 전에, 상기 화학적 공급물 스트림과 결합되도록, 상기 공급물 스트림의 상기 제2 부분을 리사이클링하는 단계를 더 포함한다.
제15 양태는 제11 양태 또는 제12 양태를 포함할 수 있는 것으로서, 여기서 상기 용기 내부의 온도는 650℃보다 더 높고, 상기 화학적 공급물 분배기의 원주 최고 표면 온도(circumferential maximum surface temperature)는 650°C를 초과하지 않는다.
마지막으로, 본원에 기재된 실시형태가, 청구된 특허대상의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본원에 기재된 실시형태에 대한 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본원에 설명된 다양한 실시형태의 변형 및 변경이 첨부된 청구범위 및 이의 균등물의 범위 내에 있는 한은 본 명세서는 이러한 변형 및 변경을 포함하도록 의도되어 있다.

Claims (15)

  1. 화학적 공급물 분배기로서,
    제1 부분 및 제2 부분으로 구성된 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 분배기 안으로 보내는 화학적 공급물 유입구;
    하나 이상의 벽과 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 포함하는 본체 - 상기 하나 이상의 벽은 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로를 획정하고, 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는 상기 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격되고, 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구는 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제1 부분을 상기 화학적 공급물 분배기로부터 그리고 용기 안으로 보내도록 작동 가능할 수 있음 -; 및
    상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있는 2차 화학적 공급물 유출구를 포함하고, 상기 2차 화학적 공급물 유출구는, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분이 상기 화학적 공급물 분배기를 통해 보내지고 상기 용기에 들어가지 않도록, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분을 상기 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내도록 작동 가능한, 화학적 공급물 분배기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 벽은 상기 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 상류 유체 통로 및 하류 유체 통로를 획정하고,
    상기 상류 유체 통로는 상기 화학적 공급물 유입구와 유체 연통되고,
    상기 상류 유체 통로는 상기 하류 유체 통로와 유체 연통되고,
    상기 하류 유체 통로는 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구 및 상기 2차 화학적 공급물 유출구와 유체 연통된, 화학적 공급물 분배기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상류 유체 통로는 하나 이상의 벽에 의해 상기 하류 유체 통로로부터 분리되는, 화학적 공급물 분배기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 하류 유체 통로는 상기 상류 유체 통로를 둘러싸는, 화학적 공급물 분배기.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상류 유체 통로는 원통형 형상을 포함하고, 상기 하류 유체 통로는 상기 원통형 형상을 둘러싸는 원통형 쉘(shell) 형상을 포함하는, 화학적 공급물 분배기.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상류 유체 통로 및 상기 하류 유체 통로는 동축 기하학적 구조를 형성하는, 화학적 공급물 분배기.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상류 유체 통로는 기밀된, 화학적 공급물 분배기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 본체는 튜브로 구성된, 화학적 공급물 분배기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 본체는 제1 직선 튜브 세그먼트, 커넥터 튜브 세그먼트, 및 제2 직선 튜브 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 직선 튜브 세그먼트는 상기 커넥터 튜브 세그먼트에 연결되고, 상기 커넥터 튜브 세그먼트는 상기 제2 직선 튜브 세그먼트에 연결되고, 상기 제1 직선 튜브 세그먼트와 상기 제2 직선 튜브 세그먼트는 실질적으로 평행한, 화학적 공급물 분배기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 본체는 실질적으로 상기 용기 둘레를 따르는 윤곽을 갖도록 한 형상으로 형성된, 화학적 공급물 분배기.
  11. 화학적 공급물 스트림 분배 방법으로서,
    제1 부분 및 제2 부분으로 구성된 화학적 공급물 스트림을 화학적 공급물 유입구를 통해 화학적 공급물 분배기 안으로 보내는 단계;
    상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제1 부분을 상기 화학적 공급물 분배기로부터 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 통해서 그리고 용기 안으로 보내는 단계; 및
    상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분이 상기 용기에 들어가지 않도록, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분을 상기 복수의 1차 화학적 공급물 유출구의 하류에 있는 2차 화학적 공급물 유출구를 통해 상기 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내는 단계를 포함하는 화학적 공급물 스트림 분배 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 화학적 공급물 분배기는, 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로를 획정하는 하나 이상의 벽 및 상기 세장형의 화학적 공급물 스트림 유로의 길이의 적어도 일부분을 따라 이격된 복수의 1차 화학적 공급물 유출구를 포함하는 본체를 포함하는, 화학적 공급물 스트림 분배 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제1 부분의 유량에 대한 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분의 유량의 비율은 0.1 내지 3.0인, 화학적 공급물 스트림 분배 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 화학적 공급물 분배기 밖으로 보내지는 상기 화학적 공급물 스트림의 상기 제2 부분이, 상기 화학적 공급물 스트림이 상기 화학적 공급물 유입구를 통과하기 전에, 상기 화학적 공급물 스트림과 결합되도록, 상기 공급물 스트림의 상기 제2 부분을 리사이클링하는 단계를 더 포함하는 화학적 공급물 스트림 분배 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 용기 내부의 온도는 650℃보다 더 높고, 상기 화학적 공급물 분배기의 원주 최고 표면 온도(circumferential maximum surface temperature)는 650°C를 초과하지 않는, 화학적 공급물 스트림 분배 방법.
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