KR20230169185A - 열 제거 튜브 세트, 반응 부하의 증가 방법, 및 불포화 니트릴의 제조 방법 - Google Patents

열 제거 튜브 세트, 반응 부하의 증가 방법, 및 불포화 니트릴의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 열 제거 튜브 세트, 상기 열 제거 튜브 세트를 사용하여 반응 부하를 증가시키는 방법, 및 불포화 니트릴의 제조에서의 그의 적용에 관한 것이다. 열 제거 튜브 세트는 적어도 10개의 열 제거 튜브를 포함하며, 열 제거 튜브 세트의 전체 열 제거 튜브 중 적어도 한 개 및 최대 88% 이상의 열 제거 튜브에서, 적어도 하나의 연결 피팅의 중심축의 연장선과 다른 연결 피팅의 중심 축의 연장선 사이에 형성된 각도는 0° 초과 180° 미만이다. 이러한 열 제거 튜브 세트를 배열함으로써 유동층 반응기의 열 제거 능력 및 유동화 효율이 향상되어 반응 부하 증가에 대한 수요를 충분히 충족시킬 수 있다.

Description

열 제거 튜브 세트, 반응 부하의 증가 방법, 및 불포화 니트릴의 제조 방법
본 출원은 유동층 반응기(fluidized bed reactor)에서 사용하기에 특히 적합한 열 제거 튜브 세트(heat removal tube set)에 관한 것이다. 본 출원은 추가로 상기 열 제거 튜브 세트를 사용함으로써 반응 부하(reation load)를 증가시키는 방법 및 불포화 니트릴의 제조에서의 그의 적용에 관한 것이다.
아크릴로니트릴은 석유화학 산업을 위한 중요한 화학 원료이다. 프로필렌 가암모니아산화(propylene ammoxidation)에 의해 아크릴로니트릴을 생산하는 원-스텝 방법은 세계 다양한 나라에서 통상적으로 채택되고 있으며, 즉, 유동층 가암모니아산화 촉매의 작용 하에 그리고 특정 반응 온도 및 압력 하에, 프로필렌을 가암모니아산화시켜 아크릴로니트릴을 발생시키고, 동시에 부산물 예컨대 아세토니트릴, 시안화수소산 등을 발생시키고, 심부(deep) 산화 생성물 예컨대 CO, CO2가 또한 발생된다. 반응은 발열이 강하고 다량의 열의 발생을 동반한다.
아크릴로니트릴 유동층 반응기의 전형적인 내부는 프로필렌-암모니아 분배기, 공기 분배판, 열 제거 튜브(냉각 코일이라고도 공지됨) 및 사이클론 분리기를 포함하며, 여기서 열 제거 튜브 및 사이클론 분리기의 딥레그(dipleg)는 유동층의 수직 부재(vertical member)로서 촉매층(catalyst bed)에 배치된다. 열 제거 튜브는 다량의 발생된 반응열을 적시에 반응 시스템의 밖으로 제거하여 반응 온도를 안정적인 상태로 유지할 수 있으며, 사이클론 분리기는 위쪽으로 이동하는 기체에 의해 운반된 촉매를 포획하여 촉매를 딥레그를 통해 촉매층으로 복귀시켜 촉매의 손실을 감소시키도록 한다.
도 1은 아크릴로니트릴 유동층 반응기를 도시하며, 이 반응기의 내부는 주로, 산소-함유 기체를 위한 분배판, 프로필렌-암모니아 분배기, 열 제거 튜브 및 사이클론 분리기를 포함한다. 도 1에 도시된 기존 아크릴로니트릴 반응기에서, 전체 열 제거 튜브의 85% 이상이 조작 중이며, 즉, 그러한 열 제거 튜브는 반응 온도에 비해 차가운 열 제거 매체로 충전되며, 반응 온도는 열 제거 매체와의 열 교환에 의해 안정적으로 유지된다.
가암모니아산화 촉매의 성능 개선은 유동층 반응기를 동일한 크기에서 더 큰(예를 들어, 50% 더 높은) 반응 부하로 조작할 수 있도록 하며, 즉, 프로필렌, 암모니아 및 산소-함유 기체의 원료의 공급량이 50% 증가되며, 이는 방출되는 반응열의 50% 증가를 야기한다. 기존 유동층 반응기의 열 제거 튜브의 일부가 유휴 상태(idle state)임에도 불구하고, 추가 반응열이 충분히 제거될 수 없으며, 이는 반응 온도의 폭주로 이어지거나; 또는 대안적으로, 반응 온도가 장비 조작의 초기 단계에서 안정적으로 유지될 수 있긴 하지만, 대체 사용을 위한 충분한 열 제거 튜브의 부족으로 인해, 열 제거 튜브의 표면 상에 몰리브덴 스케일(molybdenum scale)이 증가될 것이고, 열 전도 효율이 감소될 것이며, 장비의 조작 기간이 증가함에 따라 조작 상태에 있기 위해 더 많은 열 제거 튜브가 필요하게 될 것이다. 마지막으로, 전환(switching)을 위해 사용할 수 있는 유휴 열 제거 튜브가 없으며, 반응 온도의 안정적인 제어가 유지될 수 없어, 장비의 장기간 안정적인 조작의 요건을 충족할 수 없다. 다른 한편으로는, 기체 원료가 분배판/분배기를 이탈할 경우 발생하는 1차 기포가 커지기 때문에, 기존 유동층 반응기의 경우, 기포 또한 유동층 전체에 걸쳐 상대적으로 커지게 되므로, 아크릴로니트릴 수율 및 프로필렌 전환율이 저하되며, 이는 장비의 경제성에 불리하다. 기존 유동층 반응기는 열 제거 용량 및 유동화 효율이 제한되어 있어, 반응 부하의 증가에 대한 필요성을 충족시킬 수 없다.
본 출원의 아크릴로니트릴 유동층 반응기에서, 열 제거 튜브는 동일한 간격으로 서로 평행하게 배열되거나, 두 개의 인접한 열 제거 튜브의 직선형 파이프(straight pipe) 간의 간격 내에 유지되는 서비스 통로(service passage)와 서로 수직하게 배열된다. 통상의 열 제거 튜브는 상부 연결 피팅부(upper connecting fitting), 하부 연결 피팅부(upper connecting fitting) 및 열 제거 튜브의 직선형 파이프가 반응기의 횡단면 상에 동일한 직선 상에 돌출되어 있으며, 상부 연결 피팅부와 하부 연결 피팅부는 180도 각도를 형성하며; 한편 프로파일형(profiled) 열 제거 튜브는 적어도 하나의 상부 연결 피팅부가 하부 연결 피팅부와 특정 각도를 형성하고, 유체의 본체의 흐름 방향을 따라 반응기의 횡단면 상에 유체 연통되는 직선형 파이프의 돌출부는 두 개의 가까이 인접한 직선이며; 프로파일형 열 제거 튜브가 통상의 열 제거 튜브와 비교하여 더 가까운 연결을 가지기 때문에, 프로파일형 열 제거 튜브에 의해 대체되는 통상의 열 제거 튜브의 개수가 증가함에 따라 열 제거 용량이 지속적으로 개선되며, 이는 또한 큰 기포를 파단하는데 보다 유익하다. 한편, 장비의 유지 및 수리를 위해 열 제거 튜브 간에는 충분한 공간이 여전히 남겨져 있다. 본 출원은 이러한 발견을 기반으로 하여 이루어졌으며, 유동층 반응기의 열 제거 능력 및 유동화 효율을 향상시키기 위해 유동층 반응기에서의 열 제거 튜브의 구성 및 개수를 변화시킴으로써 완수되었다. 통상의 열 제거 튜브 및 프로파일형 열 제거 튜브를 가암모니아산화 촉매의 성능 및 반응 부하에 따라 미리 결정된 비율로 구성하여, 장비의 고효율 및 장기간 안정적인 조작을 실현할 수 있도록 한다.
구체적으로, 본 출원은 다음과 같은 양상들의 기술적 해결방안에 관한 것이다.
1. 열 제거 튜브 세트(특히 열 제거 수 튜브 세트(heat removal water tube set))는 유동층 반응기의 열 제거 섹션에 배열되도록 구성되며, 상기 열 제거 튜브 세트는 적어도 10개(바람직하게는 10 내지 100개, 보다 바람직하게는 20 내지 80개)의 열 제거 튜브를 포함하며 ― 상기 열 제거 튜브는 N 개의(N은 3 이상임, 바람직하게는 N은 3 내지 30임, 보다 바람직하게는 N은 3 내지 20임) 직선형 파이프 및 그의 임의의 두 개의 인접한 직선형 파이프를 직렬로 연결하고 이들 간에 유체 연통을 제공하기 위한 (N-1) 개의 연결 피팅부를 포함함 ―,
유동층 반응기의 중심축을 따라 열 제거 섹션의 길이를 H(m 단위)로 설정하는 경우, 열 제거 섹션의 횡단면(횡단면 A로 칭함)은 열 제거 섹션의 길이 H의 전체 영역 내에(바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 49% H 위부터 49% H 아래까지의 영역 내에, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 45% H 위부터 38% H 아래까지의 영역 내에, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 40% H 위부터 8% H 아래까지의 영역 내에) 있는 위치에서 유동층 반응기의 중심축에 수직인 방향을 따라 횡단함으로써 수득되며,
열 제거 튜브 세트의 열 제거 튜브(프로파일형 열 제거 튜브로 칭함) 중 적어도 한 개(바람직하게는 1개, 2개 또는 3개, 또는 전체의 적어도 20%, 적어도 50% 또는 적어도 65%) 및 열 제거 튜브 세트의 전체 열 제거 튜브 중 최대 88% 까지(바람직하게는 75% 또는 70%)의 열 제어 튜브에 대해, 횡단면 A 상에 프로파일형 열 제거 튜브의 연결 피팅부(바람직하게는 프로파일형 열 제거 튜브의 제1 연결 피팅부 제외) 중 적어도 한 개(바람직하게는 적어도 2개, 3개 또는 4개, 및 전체의 최대 80%, 90% 또는 100%)의 돌출부의 중심축의 연장선과 횡단면 A 상에 적어도 하나의 다른 연결 피팅부(바람직하게는 상기 연결 피팅부의 바로 상류 위치에 있으며 상기 연결 피팅부와 유체 연통하는 프로파일형 열 제거 튜브 상에 다른 하나의 연결 피팅부)의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도는 0°초과 180°미만(바람직하게는 30°~150°, 보다 바람직하게는 60°~120°, 그리고 추가로 바람직하게는 약 90°)이다.
2. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 열 제거 튜브 세트는, 횡단면 A의 면적이 S1(m2 단위)로 설정되고, 횡단면 A 상의 열 제거 튜브 세트의 직선형 파이프 모두의 횡단면의 외측 윤곽 원주의 합계가 L1(m 단위)로 설정되고, L1/S1이 1.0 내지 6.0m-1(바람직하게는 2.4 내지 5.6m-1 , 보다 바람직하게는 2.9 내지 5.3m-1)이고/이거나, 면적 S1이 20 내지 700m2(바람직하게는 35 내지 350m2 )이고/이거나, L1이 20 내지 4200m, 바람직하게는 87.5 내지 1225m인 것이다.
3. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 열 제거 튜브 세트는, 열 제거 튜브 세트에서의 직선형 파이프의 총 개수가 Nt로 설정되고, 횡단면 A의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수, 즉 Nt/S1이, 4~16/m2(바람직하게는 5~14/m2, 그리고 보다 바람직하게는 7~13/m2)이고/이거나, 횡단면 A의 프로파일이 원형(circular), 타원형(elliptical) 또는 난형(oval)이고, 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형이고/이거나, 직선형 파이프의 횡단면의 내측 프로파일 및 외측 윤곽이 원형, 타원형 또는 난형이고, 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형인 것이다.
4. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 열 제거 튜브 세트는, 열 제거 튜브 세트가 1~10MPa 포화 증기(saturated steam)(바람직하게는 2~8MPa 포화 증기, 보다 바람직하게는 3~5MPa 포화 증기)의 회수가 가능하고/하거나, 4.5MPa의 포화 증기의 회수로서 평가된 경우, 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 0.5~3.0t 포화 증기, 바람직하게는 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 1.0~2.8t 포화 증기, 보다 바람직하게는 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 1.2~2.4t 포화 증기의 열 제거 용량을 가지며, 여기서 상기 단위 횡단면 면적은 횡단면 A의 단위 면적을 지칭하는 것이다.
5. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 열 제거 튜브 세트는, 상기 프로파일형 열 제거 튜브 이외의 상기 열 제거 튜브 세트의 열 제거 튜브(들)의 경우, 상기 횡단면 A 상에 임의의 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선과 상기 횡단면 A 상에 상기 연결 피팅부의 바로 상류 또는 하류 위치에 있으며 상기 연결 피팅부와 유체 연통하는 상기 열 제거 튜브 상에 또 다른 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도가 180°이고/이거나, 상기 열 제거 튜브가 냉각수 입구를 포함하며, 복수 개(바람직하게는 2~8개, 2~6개 또는 2~4개)의 상기 열 제거 튜브의 냉각수 입구가 상기 열 제거 섹션에서 냉각수 입구 헤더에 병합되고/되거나, 상기 열 제거 튜브가 냉각수 출구를 포함하며, 복수 개(바람직하게는 2~8개, 2~6개 또는 2~4개)의 상기 열 제거 튜브의 냉각수 출구가 열 제거 섹션에서 냉각수 출구 헤더에 병합되는 것이다.
6. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 열 제거 튜브 세트는, 직선형 파이프의 외경이 각각 80~180mm, 바람직하게는 90~170mm이고/이거나, 직선형 파이프의 내경이 각각 60~150mm, 바람직하게는 70~140mm이고/이거나, 직선형 파이프의 길이가 각각 4~13m, 바람직하게는 5~12.0m이고/이거나, 각각의 열 제거 튜브 상에 두 개의 인접한 직선형 파이프 간의 간격이 100~700mm, 바람직하게는 150~300mm이고/이거나, 열 제거 섹션의 길이 H가 4~13m(바람직하게는 5~12m)인 것이다.
7. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 열 제거 튜브 세트는,
(1) 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이, 마지막 점인 290을 제외하고 횡단면 A의 140~290kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 1.0~2.5m-1(마지막 점인 2.5는 제외), 바람직하게는 1.4~2.2m-1이거나,
(2) 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 200~370kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 1.8~4.6m-1, 바람직하게는 2.0~4.1m-1이거나,
(3) 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 290~445kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 2.5~6.0m-1, 바람직하게는 2.9~5.3m-1인 것이다.
8. 유동층 반응기는 헤드, 희석 상 구역(dilute phase zone), 열 제거 섹션, 예비-반응 섹션(pre-reaction section) 및 콘(cone)을 위에서 아래로 순서대로 포함하며, 여기서 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 바와 같은 열 제거 튜브 세트가 열 제거 섹션에 배열된다.
9. 불포화 니트릴의 제조 방법은, 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 바와 같은 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아산화 반응시키는 단계를 포함하여 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 수득한다.
10. 유동층 반응기의 부하를 증가시키는 방법에서, 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 140~290kg 프로필렌/m2(마지막 점인 290은 제외)이고 L1/S1이 1.0~2.5m-1(마지막 점인 2.5는 제외)인, 유동층 반응기의 부하의 증가 방법으로서, 방법은 L1/S1을 2.5~6.0m-1, 바람직하게는 2.9~5.3m-1로 증가시키는 한편 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량을 횡단면 A의 290~445kg 프로필렌/m2으로 증가시키는 단계를 포함한다.
11. 불포화 니트릴의 제조 방법은, 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아산화 반응시키는 단계를 포함하여 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 수득하며, 여기서 유동층 반응기의 부하는 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 바와 같은 부하의 증가 방법에 따라 증가된다.
12. 이전 또는 이후 양상들 중 어느 한 양상에 설명된 방법은, 프로필렌/암모니아/공기(분자 산소로서 계산됨)의 몰비가 1 : 1.1~1.3 : 1.8~2.0이고, 반응 온도가 420~440℃이며, 반응 압력(게이지 압력)이 0.03~0.14MPa이고, 그리고 촉매의 중량 시간당 공간 속도가 0.06~0.15h-1이다.
도 1은 기존 유동층 반응기의 개략적인 정면도이다.
도 2는 유동층용 기존 반응열 제거 튜브 세트의 개략적인 상면도이다.
도 3은 본 출원에 따른 유동층용 반응열 제거 튜브 세트의 개략적인 상면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트의 열 제거 튜브 배열의 개략도이다.
도 5는 압력 맥동 강도의 다이어그램이다.
도 6 및 도 7은 본 출원의 열 제거 튜브 헤더 배열의 개략도이다.
참조 번호의 설명
1: 유동층 반응기의 벽
2: 열 제거 튜브
3: 열 제거 튜브의 냉각수 입구
4: 열 제거 튜브의 냉각수 출구
5: 열 제거 튜브의 하부 연결 피팅부
6: 열 제거 튜브의 상부 연결 피팅부
7: 산소-함유 기체의 분배판
8: 프로필렌-암모니아 분배기
9: 고효율 사이클론 분리기
기술적 효과
본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트 및 유동층 반응기를 사용함으로써, 장비의 타깃 생성물의 생산 능력을 개선시킬 수 있으며, 반응 부하 개선의 요건을 충분히 충족시킬 수 있으며, 장비의 조작 비용을 절감할 수 있다.
본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트에서, 보다 가까운 배열이 실현될 수 있으며, 즉 반응기의 단위 횡단면 면적당 더 많은 직선형 파이프를 배열할 수 있어, 열 제거 능력을 향상시킬 수 있다.
본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트 및 유동층 반응기를 사용함으로써, 유동층에서의 흐름 패턴의 변화를 가속화할 수 있으며, 매스(mass) 전달 효율을 개선시킬 수 있다.
본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트 및 유동층 반응기를 사용함으로써, 기포의 성장을 효과적으로 억제할 수 있어, 공급 기체의 전환율을 개선시키고 타깃 반응 생성물의 수율을 증가시킬 수 있다.
본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트 및 유동층 반응기를 사용함으로써, 기체상과 고체상의 역혼합 정도(back mixing degree)를 감소시킬 수 있으며, 심부 산화 생성물의 생성을 감소시킬 수 있다.
본 출원에 따른 열 제거 튜브 세트 및 유동층 반응기를 사용함으로써, 열 전달 효율을 개선시킬 수 있으며, 장비의 조작 기간을 연장시킬 수 있다.
본 출원은 그의 실시양태를 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이나, 본 출원의 범위는 그러한 실시양태에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해 정의된다는 점에 유의하여야 한다.
본원에 인용된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 기타 참고문헌은 그 전문이 참조로 포함된다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 과학 기술 용어는 관련 기술분야의 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 가진다. 상충의 경우에, 정의를 포함하여 본원에 기재된 내용이 우선한다.
재료, 방법, 부품, 장치, 또는 장비가 "관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된", "관련 기술분야에 통상 공지된" 등으로 본원에 기재되는 경우, 상기 재료, 방법, 부품, 장치, 또는 장비는 본 출원의 출원 당시 관련 기술분야에서 통상 사용된 것들뿐만 아니라, 현재 통상적으로 사용되지 않으나 유사한 목적에 적합한 것으로 관련 기술분야에서 통상적으로 공지되게 될 것들도 포함함을 이해하여야 한다.
본 출원의 맥락에서, 용어 "실질적으로"는 ±10% 이내, ±5% 이내, ±1% 이내, ±0.5% 이내 또는 ±0.1% 이내의 편차와 같이, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 허용할 수 있거나 합리적이라고 간주하는 편차가 존재할 수 있음을 의미한다.
본 출원의 맥락에서, 달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량에 의해 표시되며, 주어진 모든 압력은 게이지 압력이다.
본 출원의 맥락에서, 본 출원의 임의의 두 개 이상의 실시양태는 임의로 조합될 수 있으며, 결과적인 기술적 해결은 본 출원의 최초 개시내용의 일부를 형성하고 본 출원의 범위 내에 속한다.
일 실시양태에 따르면, 본 출원은 열 제거 튜브 세트, 특히 열 제거 수 튜브 세트에 관한 것이다. 본 출원에 따르면, "열 제거 튜브 세트" 및 "열 제거 튜브"를 사용하여 발열 반응(또는 반응의 일부 발열 단계)이 수행되는 반응기로부터 과잉 열을 제거하여, 특정 온도 범위 내에서 반응을 유지할 수 있다. 반응기의 예는 유동층 반응기, 그리고 보다 특히, 아크릴로니트릴 제조용 유동층 반응기를 포함한다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트는 적어도 10개(바람직하게는 10 내지 100개, 보다 바람직하게는 20 내지 80개)의 열 제거 튜브를 포함한다. 전형적으로, 열 제거 튜브는 냉각수 입구, 직선형 파이프 및 냉각수 출구, 및 이들 파이프를 유체 연통 방식으로 연결하기 위한 연결 피팅부를 포함한다. 바람직하게는, 열 제거 튜브는 N 개(N은 3 이상이고, 바람직하게는, N은 3 내지 30이고, 보다 바람직하게는, N은 3 내지 20임)의 직선형 파이프 및 그의 임의의 두 개의 인접한 직선형 파이프를 직렬로 연결하고 이들 간에 유체 연통을 제공하기 위한 (N-1) 개의 연결 피팅부를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 열 제거 튜브(2)는, 냉각수 입구(3), 냉각수 출구(4), 적어도 3개의 인접한 직선형 파이프 및 그의 임의의 두 개의 인접한 직선형 파이프를 직렬로 연결하고 이들 간에 유체 연통을 제공하기 위한 연결 피팅부를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 임의의 두 개의 직선형 파이프를 연결하기 위한 연결 피팅부가 직선형 파이프 아래에 위치하는 경우(이하, 때때로 간단히 "하부 연결 피팅부(5)"로 칭함), 그에 인접한 또 다른 연결 피팅부가 직선형 파이프 위에 위치한다(이하, 때때로 간단히 "하부 연결 피팅부(6)"로 칭함).
본 출원의 맥락에서, 열 제거 튜브의 냉각수 입구에 가장 가까운 직선형 파이프를 제1 연결 피팅부라고 칭한다. 게다가, 열 제거 튜브에서, 각각의 직선형 파이프는 냉각수의 흐름 방향을 따라 상류-하류의 위치 관계를 나타낸다. 본 출원에서, 인접하고 상류에 있는 위치를 바로 상류 위치라고 칭하며, 인접하고 하류에 있는 위치를 바로 하류 위치라고 칭한다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트는 유동층 반응기의 열 제거 섹션에 배열되도록 구성된다. 명백히, 열 제거 튜브는 또한 유동층 반응기의 열 제거 섹션에 배열되도록 구성된다. 구체적으로, 열 제거 튜브의 직선형 파이프는 기본적으로 유동층 반응기의 치밀-상(dense-phase) 영역에 위치하며, 시스템의 밖으로 반응열을 적시에 제거하고 시스템의 안정적인 조작을 유지하는데 사용된다. 이러한 이유로, 본 명세서의 맥락에서, "열 제거 섹션"은 열 제거 튜브가 배치되는 유동층 반응기의 영역, 보다 특히 열 제거 튜브의 직선형 파이프가 배치되는 유동층 반응기의 영역, 보다 특히 열 제거 튜브의 직선형 파이프가 배치되는 유동층 반응기의 치밀상 영역에서의 영역을 지칭한다.
선행 기술에서, 열 제거 섹션에서의 열 제거 튜브 세트는 전형적으로 도 2에 도시된 방식으로 배열되며, 즉, 열 제거 튜브는 직선으로 배열된다. 다른 한편으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다른 내부 부품 예컨대 사이클론(9)의 딥레그(dipleg)가 유동층 반응기의 열 제거 섹션에 또한 포함된다. 이러한 이유로, 장비의 유동화 조건과 고용량 요건을 추가로 개선시키기 위해, 기존의 열 제거 튜브 세트는 장비의 정상적인 기능화를 가능하게 하기에 충분하지 않을 수 있다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 유동층 반응기의 중심축을 따라 열 제거 섹션의 길이를 H(m 단위)로 설정하는 경우, 열 제거 섹션의 횡단면(횡단면 A로 칭함)은 열 제거 섹션의 길이 H의 전체 영역 내에 있는 위치에서 유동층 반응기의 중심축에 수직인 방향을 따라 횡단함으로써 수득된다. 여기서, 열 제거 섹션의 횡단면은 열 제거 섹션에서 유도층 반응기의 내측 윤곽의 횡단면을 지칭한다. 영역은 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 49% H 위부터 49% H 아래까지의 영역 이내, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 45% H 위부터 38% H 아래까지의 영역 이내, 그리고 더욱 보다 바람직하게는 반응열 제거 섹션의 중심점에서 40% H 위부터 8% H 아래까지의 영역 이내이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트는 프로파일형 열 제거 튜브를 포함한다. 여기서, 열 제거 튜브 세트에서의 프로파일형 열 제거 튜브의 개수는 적어도 1개, 바람직하게는 1개, 2개 또는 3개, 또는 열 제거 튜브 세트의 전체 열 제거 튜브의 적어도 20%, 적어도 50% 또는 적어도 65%이다. 게다가, 본 출원의 기술적 효과를 최적으로 달성한다는 관점에서, 프로파일형 열 제거 튜브의 개수는 열 제거 튜브 세트에서의 전체 열 제거 튜브의 최대 88%, 바람직하게는 75% 또는 70%이다. 이론적으로, 방사상 반응 온도의 일관성을 유지하기 위해, 작업시 열 제거 직선형 파이프가 반응기의 횡단면 상에 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로는, 공급 기체의 공급량 변화에 따라 반응열이 변화되며, 반응기의 유동층에 고정된 열 제거 직선형 파이프의 경우, 작업시 열 제거 직선형 파이프가 완전히 균일하게 분포될 수는 없으나, 그러한 열 제거 직선형 파이프는 가능한 한 최대한 균일하게 분포되어, 방사상 반응 온도 차이가 가능한 한 작은 것, 예를 들어, 3℃ 이내가 되도록 하는 것이 바람직하다. 화학 반응에 의해 방출되는 열을 추정할 수 있으며, 필요한 열 제거 직선형 파이프를 또한 미리 계산할 수 있다. 프로파일형 열 제거 튜브가 배치되는 영역의 열 제거 용량이 크게 증가되므로, 작업시 인접한 프로파일형 열 제거 튜브 간의 거리가 증가되고, 유동층의 열 전달 효율이 높긴 하지만, 두 개의 프로파일형 열 제거 튜브 간의 영역으로부터 반응열이 적시에 제거될 수 없다는 위험이 있다. 열 제거 튜브 세트에서의 모든 열 제거 튜브(100%)가 프로파일형 열 제거 튜브인 경우, 본 출원이 원하는 기술적 효과를 효과적으로 실현할 수 없다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 프로파일형 열 제거 튜브는 횡단면 A 상에 적어도 하나의 연결 피팅부(특수 연결 피팅부로 칭함)의 돌출부의 중심축의 연장선과 횡단면 A 상에 적어도 하나의 다른 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도(즉 각도 A)가 0°초과 180°미만인, 열 제거 튜브를 지칭한다. 각도 A는 바람직하게는 30°~150°, 보다 바람직하게는 60°~120°이다. 본 출원의 최적의 기술적 효과를 실현하는 관점에서 볼 때, 각도 A는 가장 바람직하게는 약 90°이고, 이로써 열 제거 직선형 파이프의 가까운 배열을 실현할 수 있도록 한다. 게다가, 프로파일형 열 제거 튜브에서의 특수 연결 피팅부의 개수는 바람직하게는 적어도 2개, 3개 또는 4개이며, 프로파일형 열 제거 튜브에서의 연결 피팅부 전체의 최대 80%, 90% 또는 100%이다. 최적의 기술적 효과를 실현하는 관점에서 볼 때, 특수 연결 피팅부의 개수는 바람직하게는 프로파일형 열 제거 튜브에서의 연결 피팅부 전체의 100%이고, 이로써 열 제거 튜브가 장비의 충분한 서비스 통로를 유지하면서 동일한 간격으로 서로 평행하게 배열되도록 한다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 상기 적어도 하나의 다른 연결 피팅부는 연결 피팅부의 바로 상류에 있으며 유체 연통하는 위치에 있는 프로파일형 열 제거 튜브 상에 다른 연결 피팅부인 것이 바람직하다. 게다가, 프로파일형 열 제거 튜브의 제1 연결 피팅부는 제1 연결 피팅부의 바로 상류에 위치가 없는 상황을 고려하여, 통상 제외된다. 그럼에도 불구하고, 횡단면 A 상의 제1 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선과 횡단면 A 상의 냉각수 입구의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도(즉 각도 A1)는 임의의 값, 예를 들어 30°~180°, 60°~180°, 90° 또는 180°이다. 상기된 바와 동일한 이유로, 각도 A1 또한 90°인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 횡단면 상의 돌출부에서, 동일한 열 제거 튜브(2)의 직선형 파이프 및 연결 피팅부를 예를 들면 도 4a 내지 도 4d에 도시된 방식으로 배열될 수 있다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트에서의 열 제거 튜브(2)의 직선형 파이프는 3.14×D의 외측 윤곽 원주를 가진 실질적으로 원형 횡단면 외측 윤곽을 가진다. 여기서, D는 직선형 파이프의 외측 윤곽의 직경이다. 따라서, 도 3에 도시된 열 제거 섹션의 횡단면에서, 열 제거 튜브 세트의 모든 직선형 파이프의 횡단면의 외측 윤곽 원주의 합계(L1)는 열 제거 섹션의 횡단면에서의 직선형 파이프 모두의 외측 윤곽 원주의 합계이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 횡단면 A의 면적이 S1(m2 단위)로 설정되고, 횡단면 A 상의 열 제거 튜브 세트의 모든 직선형 파이프의 횡단면의 외측 윤곽 원주의 합계가 L1(m 단위)로 설정되는 경우, L1/S1은 1.0 내지 6.0m-1(바람직하게는 2.4 내지 5.6m-1, 보다 바람직하게는 2.9 내지 5.3m-1)이다. 여기서, L1/S1은 횡단면 A 상의 모든 열 제거 튜브(또는 직선형 파이프)의 분포 밀도를 나타내며, 이 중 본 출원의 기술적 효과를 실현하기 위한 최적의 범위가 있다. L1/S1의 분포 밀도가 1.0보다 낮은 경우, 장비의 조작 반응 부하가 낮아, 생산 원가가 높고 기업을 위한 경제성이 저조하며, L1/S1의 분포 밀도가 6.0보다 높은 경우, 장비를 높은 반응 부하에서 조작할 수 있으므로, 더 많은 반응열을 제거하기 위한 요건을 충족할 수 있으며, 반응기에서의 프로파일형 열 제거 튜브의 개수를 증가시킬 수 있으며, 반응 온도의 안정성이 조작 공정에서 해가 될 수 있거나, 또는 유지를 위한 공간이 압축될 수 있다.
일 실시양태에 따르면, 본 출원은 열 제거 튜브 세트에 관한 것으로, 유동층 반응기의 열 제거 섹션에 배열되도록 구성되며, 열 제거 튜브 세트가 적어도 1개(바람직하게는 10 내지 100개, 보다 바람직하게는 20 내지 80개)의 열 제거 튜브를 포함하며 ― 열 제거 튜브는 N 개의(N은 3 이상임, 바람직하게는 N은 3 내지 30임, 보다 바람직하게는 N은 3 내지 20임) 직선형 파이프 및 임의의 두 개의 인접한 직선형 파이프를 직렬로 연결하고 이들 간에 유체 연통을 제공하기 위한 (N-1) 개의 연결 피팅부를 포함함 ―, 여기서 유동층 반응기의 중심축을 따라 열 제거 섹션의 길이를 H(m 단위)로 설정하고, 그리고 열 제거 섹션의 길이 H의 전체 영역 내에(바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 49% H 위부터 49% H 아래까지의 영역 내에, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 45% H 위부터 38% H 아래까지의 영역 내에, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 40% H 위부터 8% H 아래까지의 영역 내에) 있는 위치에서 유동층 반응기의 중심축에 수직인 방향을 따라 횡단함으로써 수득한 열 제거 섹션의 횡단면의 면적이 열 제거 튜브에서 S1(m2 단위)로 설정되는 경우, 횡단면 상에 적어도 하나의 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선과 횡단면 상에 적어도 하나의 다른 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도가 0°초과 180°미만이며, (바람직하게는 30°~150°, 보다 바람직하게는 60°~120°, 보다 바람직하게는 90°), 횡단면에서, 열 제거 튜브 세트의 직선형 파이프 모두의 횡단면의 외측 윤곽 원주의 합계는 L1(m 단위)로서 설정되며, 그러면 L1/S1은 1.0~6.0m-1(바람직하게는 2.0~4.0m-1 , 보다 바람직하게는 2.5~3.5m-1)인 것이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 상기 면적 S1은 20 내지 700m2(바람직하게는 35 내지 350m2)이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, L1은 20 내지 4200m, 바람직하게는 87.5 내지 1225m이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트에서의 직선형 파이프의 총 개수가 Nt로 설정되는 경우, 횡단면 A의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수, 즉 Nt/S1이, 4~16/m2(바람직하게는 5~14/m2, 그리고 보다 바람직하게는 7~13/m2)이다. 여기서, Nt/S1은 또한 횡단면 A 상에서의 열 제거 튜브(또는 직선형 파이프)의 분포 밀도를 나타내며, 이 중 본 출원의 기술적 효과를 실현하기 위한 최적 범위가 있다. Nt/S1의 분포 밀도가 4 미만인 경우, 유동층의 기포를 파단하는 것은 유익하지 않아, 더 많은 공급 기체가 반응에 참여하지 않고 기체와 함께 반응기의 밖으로 운반되며, 반응 결과에 영향을 미치며; Nt/S1의 분포 밀도가 16 초과인 경우, 반응의 고부하 조작을 충족할 수 있으나, 조작 공정 동안 불안정적인 반응 온도 및 프로파일형 열 제거 튜브의 증가로 인해 유지를 위한 공간 압축의 위험이 있다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 횡단면 A의 프로파일은 원형, 타원형 또는 난형, 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 직선형 파이프의 횡단면의 내측 및 외측 윤곽은 원형, 타원형 또는 난형, 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트는 1 내지 10MPa의 포화 증기, 바람직하게는 2 내지 8MPa의 포화 증기, 보다 바람직하게는 3 내지 5MPa의 포화 증기의 회수가 가능하다. 특히, 열 제거 튜브 세트의 열 제거 용량은, 4.5MPa의 포화 증기의 회수로서 평가된 경우, 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 0.5 내지 3.0t 포화 증기, 바람직하게는 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 1.0 내지 2.8t 포화 증기, 보다 바람직하게는 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 1.2 내지 2.4t 포화 증기이며, 여기서 단위 횡단면 면적은 횡단면 A의 단위 면적을 지칭한다. 선행 기술과 비교하여, 열 제거 튜브 세트는 더 많은 포화 증기를 회수할 수 있으므로, 더 강한 열 제거 용량을 나타내고 높은 반응 부하의 요건을 충족시킨다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 튜브 세트는 종래의 열 제거 튜브를 추가로 포함하며, 종래의 열 제거 튜브 및 프로파일형 열 제거 튜브가 함께 열 제거 튜브 세트를 형성한다. 여기서, 종래의 열 제거 튜브에서는, 횡단면 A 상에 연결 피팅부 중 어느 하나의 돌출부의 중심축의 연장선과 횡단면 A 상에 연결 피팅부의 바로 상류 또는 하류 위치에 있으며 상기 연결 피팅부와 유체 연통하는 열 제거 튜브 상에 다른 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도가 180°이다. 요컨대, 종래의 열 제거 튜브와 같이, 모든 직선형 파이프가 동일한 평면 상에 배치된다.
본 출원의 맥락에서, 달리 명시적으로 나타내지 않는 한, 열 제거 튜브는 프로파일형 열 제거 튜브와 종래의 열 제거 튜브 둘 다를 포함한다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 복수 개(바람직하게는 2~8개, 2~6개 또는 2~4개)의 열 제거 튜브의 냉각수 입구가 열 제거 섹션에서의 냉각수 입구 헤더에 병합되고/된다. 즉, 복수 개의 열 제거 튜브는 하나의 냉각수 입구를 공유한다. 본 출원에 따르면, 냉각수 입구 헤더는 유동층 반응기의 벽을 통해 외부 냉각수 공급원과 유체 연통되어, 냉각수 입구 헤더를 통해 각각의 열 제거 튜브에 냉각수가 공급된다. 여기서 열 제거 튜브(열 제거 분지 파이프(branch pipe)로 칭함)는 종래의 열 제거 튜브, 프로파일형 열 제거 튜브, 또는 그의 임의의 조합일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 복수 개(바람직하게는 2~8개, 2~6개 또는 2~4개)의 열 제거 튜브의 냉각수 출구가 상기 열 제거 섹션에서의 냉각수 출구 헤더에 병합된다. 즉, 복수 개의 열 제거 튜브는 하나의 냉각수 출구를 공유한다. 본 출원에 따르면, 냉각수 출구 헤더는 유동층 반응기의 벽을 통해 외부 냉각수 수용 수단과 유체 연통되어, 열 제거 후 냉각수(전형적으로 증기를 추가로 포함함)가 열 제거 튜브로부터 냉각수 출구 헤더를 통해 외부 환경으로 전달된다. 여기서 열 제거 튜브(열 제거 분지 파이프로 칭함)는 종래의 열 제거 튜브, 프로파일형 열 제거 튜브, 또는 그의 임의의 조합일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
도 6 및 도 7은 본 출원의 열 제거 튜브 헤더의 배열의 개략도이다. 상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 복수 개의 열 제거 튜브의 냉각수 입구/출구는 헤더에 병합된다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 헤더(예컨대 냉각수 입구 헤더 또는 냉각수 출구 헤더)의 횡단면 면적과 이에 상응하는 복수 개의 열 제거 분지 파이프의 횡단면 면적의 합계에 대한 비(일반적으로, 복수 개의 열 제거 분지 파이프의 냉각수 입구 또는 냉각수 출구를 기준으로 하여 계산됨)는 0.5 내지 1, 바람직하게는 0.55 내지 0.95, 그리고 보다 바람직하게는 0.6 내지 0.9이다. 열 제거 튜브 전체 중 열 제거 분지 파이프의 비율은 전형적으로 66% 이하, 바람직하게는 50% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 33% 이하이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 직선형 파이프의 외경은 각각 독립적으로 80~180mm, 바람직하게는 90~170mm이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 직선형 파이프의 내경은 각각 독립적으로 60~150mm, 바람직하게는 70~140mm이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 직선형 파이프의 길이는 각각 독립적으로 4 내지 13m, 바람직하게는 5 내지 12.0m이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 각각의 열 제거 튜브 상의 두 개의 인접한 직선형 파이프 간의 거리는 100~700mm, 바람직하게는 150~300mm이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 열 제거 섹션의 길이 H는 4~13m(바람직하게는 5~12m)이다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 140~290kg 프로필렌/m2인 경우(마지막 점인 290은 제외), L1/S1은 1.0~2.5m-1(마지막 점인 2.5는 제외), 바람직하게는 1.4~2.2m-1이다. 이는 보다 낮은 조작 부하에서 유동층 반응기의 조작 조건을 나타낸다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 200~370kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 1.8~4.6m-1, 바람직하게는 2.0~4.1m-1이다. 이는 중간 조작 부하에서 유동층 반응기의 조작 조건을 나타낸다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 290~445kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 2.5~6.0m-1, 바람직하게는 2.9~5.3m-1이다. 이는 보다 높은 조작 부하에서 유동층 반응기의 조작 조건을 나타내며, 본 출원의 가장 바람직한 조작 조건이다.
본 실시양태에 따르면, 본 출원은 또한 유동층 반응기에 관한 것이다. 반응기는 헤드, 희석 상 구역, 열 제거 섹션, 예비-반응 섹션 및 콘(cone)을 위에서 아래로 순차적으로 포함하며, 본 출원에서 이전 실시양태 중 어느 한 실시양태에 설명된 열 제거 튜브 세트가 열 제거 섹션에 배열된다.
일 실시양태에 따르면, 본 출원은 또한 불포화 니트릴의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 아크릴로니트릴의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 이전 실시양태 중 어느 한 실시양태에 설명된 바와 같이 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아산화 반응시키는 단계를 포함하여 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 수득한다.
일 실시양태에 따르면, 본 출원은 또한 유동층 반응기의 반응 부하를 증가시키는 방법에 관한 것이다. 여기서, 수송 유동층 반응기의 초기 반응 부하로서, 수송 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 140~290kg 프로필렌/m2(마지막 점인 290은 제외)이며, 유동층 반응기의 L1/S1의 초기 값은 1.0~2.5m-1(마지막 점인 2.5는 제외)이다. 증가된 반응 부하를 실현하기 위해, 방법은 유동층 반응기의 전체 프로필렌 처리 용량을 초기 반응 부하로부터 시간당 횡단면 A의 290~445kg 프로필렌/m2로 증가시키는 것을 포함하며, 이러한 증가된 반응 부하를 수용하여 반응이 반드시 원활하게 수행될 수 있도록 하기 위해, L1/S1을 초기 값으로부터 2.5~6.0m-1, 바람직하게는 2.9~5.3m-1로 증가시키는 것이 필요하다.
일 실시양태에 따르면, 본 출원은 또한 불포화 니트릴의 제조 방법에 관한 것으로, 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아산화 반응시키는 단계를 포함하여 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 수득하며, 여기서 유도층 반응기의 부하는 본 명세서에 설명된 선행 실시양태 중 어느 한 실시양태에 설명된 바와 같은 부하를 증가시키는 방법에 따라 증가된다.
본 출원의 일 실시양태에 따르면, 가암모니아산화 반응은 임의의 방식으로 그리고 관련 기술분야에서 종래 공지된 임의의 방법에 의해 수행될 수 있으며, 이러한 정보는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있으므로 본원에서 상세히 기재하지는 않을 것이다. 그럼에도 불구하고, 가암모니아산화 반응의 조건으로서, 그의 구체적 예는 프로필렌/암모니아/공기(분자 산소로서 계산됨)의 몰비가 1 : 1.1~1.3 : 1.8~2.0이고, 반응 온도가 420~440℃이며, 반응 압력(게이지 압력)이 0.03~0.14MPa이고, 그리고 촉매의 중량 시간당 공간 속도가 0.06~0.15h-1인 것들을 포함한다.
실시예
본 출원은, 다음과 같은 실시예 및 비교 실시예를 참조하여 추가로 상세히 설명될 것이나, 본 출원이 그러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
하기의 실시예 및 비교 실시예에서, 아크릴로니트릴 수율 및 프로필렌 전환율은 하기의 방정식에 따라 계산할 수 있다:
아크릴로니트릴의 수율: AN%=CAN/ΣC*100
프로필렌의 전환율: Cc3%= (1-Cc3out/ Cc3in)*100
여기서:
CAN: 반응기의 출구에서 기체 중 AN에 함유된 탄소의 몰량(mol)
ΣC: 반응기의 출구에서 기체 중 탄소의 총 몰량(mol)
Cc3out: 반응기의 출구에서 기체 중 C3에 함유된 탄소의 몰량(mol)
Cc3in: 반응기의 입구에서 기체 중 C3에 함유된 탄소의 몰량(mol).
유동층의 압력 맥동 강도(pressure pulsation intensity)가 도 5에 도시된 바와 같이 "고주파 저진폭" 특성을 나타내는 경우 유동화 품질이 양호한 것으로 평가될 수 있다는 것이 관련 기술분야에 공지되어 있다. 하기의 실시예 모두에서, 유동층의 압력 맥동 강도는 도 5의 것과 유사하였다.
하기의 실시예 및 비교 실시예에서, 구체적으로 배열되지 않은 열 제거 튜브는 종래의 열 제거 튜브이다.
실시예 1
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드(Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology Co., Ltd.)의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 480개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 44개의 열 제거 튜브로 나누고, 12개의 열 제거 튜브를 도 4a에 도시된 바와 같은 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 7.6개/m2였으며, 열 제거 튜브의 외경은 89mm였으며, L1/S1은 2.1/m이었다.
프로필렌의 공급 속도는 7700 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 227kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 포화 증기/m2의 1.24t이었다.
실시예 2
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 572개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 56개의 열 제거 튜브로 나누고, 36개의 열 제거 튜브를 도 4a에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 9.0개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 4.0이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.98t이었다.
실시예 3
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 732개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 70개의 열 제거 튜브로 나누고, 42개의 열 제거 튜브를 도 4a에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 11.5개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 114mm였으며, L1/S1은 4.1이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 2.01t이었다.
실시예 4
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 584개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 58개의 열 제거 튜브로 나누고, 36개의 열 제거 튜브를 도 4b에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 9.18개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 114mm였으며, L1/S1은 3.3이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.98t이었다.
실시예 5
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 732개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 72개의 열 제거 튜브로 나누고, 52개의 열 제거 튜브를 도 4a에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 11.5개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 5.1이었다.
프로필렌의 공급 속도는 14400 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 425kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 2.40t이었다.
실시예 6
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 584개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 56개의 열 제거 튜브로 나누고, 32개의 열 제거 튜브를 도 4c에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 9.18개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 4.04/m이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.93t이었다.
실시예 7
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 584개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 56개의 열 제거 튜브로 나누고, 32개의 열 제거 튜브를 도 4d에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 9.18개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 4.04/m이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.94t이었다.
실시예 8
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 584개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 56개의 열 제거 튜브로 나누고, 48개의 열 제거 튜브를 도 4a에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 9.18개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 4.04였다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.98t이었다.
비교 실시예 1
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 380개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 36개의 그룹으로 나누고, 도 2에 도시된 바와 같은 열 제거 튜브 세트의 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 6.0개/m2였으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 89mm였으며, L1/S1은 1.67/m이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 장비의 조작 동안에, 열 제거 튜브 세트를 사용하여 반응 온도를 안정적으로 제어할 수 없었으며, 열 제거 튜브의 불충분한 수량으로 인해 장비의 장기간 안정적인 조작이 달성될 수 없었다.
비교 실시예 2
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 584개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 56개의 열 제거 튜브로 나누고, 도 2에 되시된 바와 같은 열 제거 튜브 세트의 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 9.18개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 4.04/m이었다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 제거된 열 수량은 1.98t 증기/m2이었다.
비록 장비의 정상적인 조작이 달성될 수 있긴 하였지만, 장비를 정지시켰을 때 내부 부품의 유지 및 수리는 만족할 수 없었다.
비교 실시예 3
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 532개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 46개의 열 제거 튜브로 나누고, 열 제거 튜브 모두를 도 4a에 도시된 방식으로 배열하였으며, 그의 중심점에서 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 8.37개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 89mm였으며, L1/S1은 2.34였다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.88t이었다. 실시예 2와 비교하여, 유동화 품질이 열등하여, 프로필렌 전환율이 감소하고, 반응 생성물의 수율이 감소하여, 반응의 발열량이 감소하였다.
실시예 8
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 732개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 70개의 열 제거 튜브로 나누고, 3개의 열 제거 튜브 세트를 병렬로 연결함으로써 4개의 그룹을 형성하였으며, 각각의 열 제거 튜브의 입구 헤더의 외경은 140mm였으며, 각각의 열 제거 튜브의 출구 헤더의 외경은 150mm였으며, 그의 중심점에서 각각의 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 11.5개/m2였으며, 각각의 열 제거 튜브는 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 89mm였으며, L1/S1은 3.2였으며, 열 제거 분지 파이프의 횡단면 면적의 합계에 대한 입구 헤더의 횡단면 면적의 비는 0.82였으며, 열 제거 분지 파이프의 횡단면 면적의 합계에 대한 출구 헤더의 횡단면 면적의 비는 0.95였다.
프로필렌의 공급 속도는 11800 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 349kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 1.98t이었다.
실시예 9
유동층 반응기는 9 미터의 직경을 가졌으며, 그 안에 시노펙 상하이 리서치 인스티튜트 오브 페트로케미컬 테크놀러지 캄파니, 리미티드의 SANC 시리즈의 아크릴로니트릴 촉매 180 톤을 충전하였으며, 동일한 높이를 가진 732개의 직선형 파이프를 반응기에 배열하였으며, 이를 70개의 열 제거 튜브로 나누고, 2개의 열 제거 튜브 세트를 병렬로 연결함으로써 10개의 그룹을 형성하였으며, 각각의 열 제거 튜브의 입구 헤더의 외경은 180mm였으며, 각각의 열 제거 튜브의 출구 헤더의 외경은 180mm였으며, 그의 중심점에서 각각의 열 제거 섹션의 횡단면의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수는 11.5개/m2였으며, 각각의 그룹은 6개, 10개, 12개의 열 제거 튜브 직선형 파이프를 직선형 파이프 연결 피팅부를 통해 직렬로 연결함으로써 형성되었으며, 각각의 열 제거 튜브의 외경은 140mm였으며, L1/S1은 5.1었다. 열 제거 분지 파이프의 횡단면 면적의 합계에 대한 입구 헤더의 횡단면 면적의 비는 0.83이었으며, 열 제거 분지 파이프의 횡단면 면적의 합계에 대한 출구 헤더의 횡단면 면적의 비는 0.83이었다.
프로필렌의 공급 속도는 14400 NM3/h였으며, 이 때의 전체 프로필렌 처리 용량은 횡단면 A의 425kg 프로필렌/h/m2이었으며, 반응 온도는 430℃였으며, 반응 압력은 0.04MPa였으며, 프로필렌: 암모니아: 공기의 비는 1: 1.2: 9.6이었으며, 반응은 장기간(예컨대 10000h) 동안 안정적으로 조작될 수 있었으며, 시간당 제거된 열 수량은 4.5MPa 증기/m2의 2.40t이었다.

Claims (12)

  1. 열 제거 튜브 세트(특히 열 제거 수 튜브 세트)로서,
    상기 열 제거 튜브 세트가 유동층 반응기의 열 제거 섹션에 배열되도록 구성되고, 상기 열 제거 튜브 세트가 적어도 10개(바람직하게는 10 내지 100개, 보다 바람직하게는 20 내지 80개)의 열 제거 튜브를 포함하며 ― 상기 열 제거 튜브는 N 개의(N은 3 이상임, 바람직하게는 N은 3 내지 30임, 보다 바람직하게는 N은 3 내지 20임) 직선형 파이프 및 임의의 두 개의 인접한 직선형 파이프를 직렬로 연결하고 이들 간에 유체 연통을 제공하기 위한 (N-1) 개의 연결 피팅부를 포함함 ―,
    상기 유동층 반응기의 중심축을 따라 열 제거 섹션의 길이를 H(m 단위)로 설정하는 경우, 상기 열 제거 섹션의 횡단면(횡단면 A로 칭함)은 열 제거 섹션의 길이 H의 전체 영역 내에 (바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 49% H 위에서부터 49% H 아래까지의 영역 내에, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 45% H 위에서부터 38% H 아래까지의 영역 내에, 보다 바람직하게는, 반응열 제거 섹션의 중심점에서 40% H 위에서부터 8% H 아래까지의 영역 내에) 있는 위치에서 상기 유동층 반응기의 중심축에 수직인 방향을 따라 횡단함으로써 수득되며,
    상기 열 제거 튜브 세트의 열 제거 튜브(프로파일형 열 제거 튜브로 칭함) 중 적어도 한 개(바람직하게는 1개, 2개 또는 3개, 또는 전체의 적어도 20%, 적어도 50% 또는 적어도 65%), 상기 열 제거 튜브 세트의 전체 열 제거 튜브 중 최대 88%까지(바람직하게는 75% 또는 70%)의 열 제거 튜브에 대해, 프로파일형 열 제거 튜브의 연결 피팅부(바람직하게는 프로파일형 열 제거 튜브의 제1 연결 피팅부 제외) 중 적어도 한 개(바람직하게는 적어도 2개, 3개 또는 4개, 및 전체의 최대 80%, 90% 또는 100%)의 횡단면 A 상의 돌출부의 중심축의 연장선과 적어도 하나의 다른 연결 피팅부(바람직하게는 상기 연결 피팅부의 바로 상류 위치에 있으며 상기 연결 피팅부와 유체 연통하는 프로파일형 열 제거 튜브 상에 다른 하나의 연결 피팅부)의 횡단면 A 상의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도가 0°초과 180°미만(바람직하게는 30°~150°, 보다 바람직하게는 60°~120°, 그리고 추가로 바람직하게는 약 90°)인, 열 제거 튜브 세트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 횡단면 A의 면적이 S1(m2 단위)로 설정되고, 횡단면 A 상의 열 제거 튜브 세트의 직선형 파이프 모두의 횡단면의 외측 윤곽 원주의 합계가 L1(m 단위)으로 설정되고, L1/S1이 1.0 내지 6.0m-1(바람직하게는 2.4 내지 5.6m-1 , 보다 바람직하게는 2.9 내지 5.3m-1)이고/이거나, 면적 S1이 20 내지 700m2(바람직하게는 35 내지 350m2 )이고/이거나, L1이 20 내지 4200m, 바람직하게는 87.5 내지 1225m인, 열 제거 튜브 세트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 횡단면 A에서 열 제거 튜브 세트에서의 직선형 파이프의 총 개수가 Nt로 설정되고, 횡단면 A의 단위 면적당 직선형 파이프의 개수, 즉 Nt/S1,이 4~16/m2(바람직하게는 5~14/m2, 그리고 보다 바람직하게는 7~13/m2)이고/이거나, 상기 횡단면 A의 프로파일이 원형, 타원형 또는 난형이고, 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형이고/이거나, 직선형 파이프의 횡단면의 내측 프로파일 및 외측 윤곽이 원형, 타원형 또는 난형이고, 바람직하게는 원형 또는 실질적으로 원형인, 열 제거 튜브 세트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열 제거 튜브 세트가 1~10MPa 포화 증기(바람직하게는 2~8MPa 포화 증기, 보다 바람직하게는 3~5MPa 포화 증기)를 회수할 수 있고/있거나, 4.5MPa의 포화 증기의 회수로서 평가된 경우, 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 0.5~3.0t 포화 증기, 바람직하게는 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 1.0~2.8t 포화 증기, 보다 바람직하게는 시간당 단위 횡단면 면적(m2)당 1.2~2.4t 포화 증기의 열 제거 용량을 가지며, 여기서 상기 단위 횡단면 면적이 상기 횡단면 A의 단위 면적을 지칭하는 것인, 열 제거 튜브 세트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일형 열 제거 튜브 이외의 상기 열 제거 튜브 세트의 열 제거 튜브(들)에 대해, 상기 횡단면 A 상에 임의의 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선과 상기 횡단면 A 상에 상기 연결 피팅부의 바로 상류 또는 하류 위치에 있으며 상기 연결 피팅부와 유체 연통하는 상기 열 제거 튜브 상에 또 다른 연결 피팅부의 돌출부의 중심축의 연장선 간에 형성된 각도가 180°이고/이거나, 상기 열 제거 튜브가 냉각수 입구를 포함하며, 복수 개(바람직하게는 2~8개, 2~6개 또는 2~4개)의 상기 열 제거 튜브의 냉각수 입구가 상기 열 제거 섹션에서 냉각수 입구 헤더에 병합되고/되거나, 상기 열 제거 튜브가 냉각수 출구를 포함하며, 복수 개(바람직하게는 2~8개, 2~6개 또는 2~4개)의 상기 열 제거 튜브의 냉각수 출구가 열 제거 섹션에서 냉각수 출구 헤더에 병합되는 것인, 열 제거 튜브 세트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직선형 파이프의 외경이 각각 80~180mm, 바람직하게는 90~170mm이고/이거나, 상기 직선형 파이프의 내경이 각각 60~150mm, 바람직하게는 70~140mm이고/이거나, 상기 직선형 파이프의 길이가 각각 4~13m, 바람직하게는 5~12.0m이고/이거나, 각각의 상기 열 제거 튜브 상에 두 개의 인접한 직선형 파이프 간의 간격이 100~700mm, 바람직하게는 150~300mm이고/이거나, 상기 열 제거 섹션의 길이 H가 4~13m(바람직하게는 5~12m)인, 열 제거 튜브 세트.
  7. 제1항에 있어서,
    (1) 상기 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이, 마지막 점인 290을 제외하고 횡단면 A의 140~290kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 1.0~2.5m-1(마지막 점인 2.5는 제외), 바람직하게는 1.4~2.2m-1이거나,
    (2) 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 200~370kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 1.8~4.6m-1, 바람직하게는 2.0~4.1m-1이거나,
    (3) 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 290~445kg 프로필렌/m2인 경우, L1/S1은 2.5~6.0m-1, 바람직하게는 2.9~5.3m-1인, 열 제거 튜브 세트.
  8. 유동층 반응기로서,
    헤드, 희석 상 구역(dilute phase zone), 열 제거 섹션, 예비-반응 섹션 및 콘(cone)를 위에서 아래로 순서대로 포함하며, 제1항에 따른 열 제거 튜브 세트가 열 제거 섹션에 배열되는 것인, 유동층 반응기.
  9. 불포화 니트릴의 제조 방법으로서,
    제8항에 따른 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아산화 반응시키는 단계를 포함하여 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 수득하는, 불포화 니트릴의 제조 방법.
  10. 유동층 반응기의 부하를 증가시키는 방법으로서,
    유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량이 횡단면 A의 140~290kg 프로필렌/m2(마지막 점인 290은 제외)이고 L1/S1이 1.0~2.5m-1(마지막 점인 2.5는 제외)이며, 상기 방법인, L1/S1을 2.5~6.0m-1, 바람직하게는 2.9~5.3m-1로 증가시키는 한편 유동층 반응기의 시간당 전체 프로필렌 처리 용량을 횡단면 A의 290~445kg 프로필렌/m2로 증가시키는 단계를 포함하는, 유동층 반응기의 부하를 증가시키는 방법.
  11. 불포화 니트릴의 제조 방법으로서,
    유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아산화 반응시켜서 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 수득하는 단계를 포함하며, 상기 유동층 반응기의 부하가 제10항에 기재된 바와 같은 부하의 증가 방법에 따라 증가되는 것인, 불포화 니트릴의 제조 방법.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    프로필렌/암모니아/공기(분자 산소로서 계산됨)의 몰비가 1 : 1.1~1.3 : 1.8~2.0이고, 반응 온도가 420~440℃이며, 반응 압력(게이지 압력)이 0.03~0.14MPa이고, 그리고 촉매의 중량 시간당 공간 속도가 0.06~0.15h-1인 방법.
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