KR900005171B1 - 수직 흐름 유체-고체 접촉을 위한 혼합장치 - Google Patents

Abstract

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Description

수직 흐름 유체-고체 접촉을 위한 혼합장치

제1도는 본 발명에 따라서 다수의 촉매 배드와 분체 배드 사이에 위치한 혼합장치를 가진 수직 흐름 접촉 컬럼의 부분 단면도.

제2도는 제1도에서 나머지 칼럼 내장재를 제거한 혼합장치의 등각도.

제3도는 직각 혼합 구역을 통하는 유체를 회수하기 위한 일련의 평행 채널을 가진 혼합실의 좀더 제한된 구체예를 나타낸 절단부를 가진 하류형 반응기의 부분도.

제4도는 제3도의 혼합 구역의 채널 회수 시스템의 평면도.

제5도는 채널의 한 부분에서의 제3도와 제4도의 혼합구역을 도시한 등각도.

본 발명은 일반적인 유체-고체 접촉분야에 관한 것이다. 좀더 구체적으로 본 발명은 분체 배드 사이에서의 유체의 혼합을 다루고 있다. 본 발명의 범위내에 포함된 것은 단일상과 2상 유체의 혼합이다. 유체-고체 접촉 장치들은 다양한 종류의 응용품이 있다. 이러한 장치들은 통상적으로 탄화수소 전환 공정이나 유체성분들의 분리를 위한 흡착컬럼에 사용된다. 유체-고체간 접촉장치가 흡착컬럼인 경우 본체는 유체가 통과해 지나가는 흡착제를 포함할 것이다. 탄화수소 전환 공정에 있어서, 유체-고체 접촉 장치는 전형적으로 촉매를 함유하는 반응기이다.

전형적인 탄화수소 전환반응으로는 수소화, 수소화 처리, 수소화 크랙킹, 수소화 알킬화 등이 있다.

본 발명이 응용되는 유체-고체 접촉 장치들은 잔드시 수직적인 유체의 흐름이 유지되는 곳에 수직방향을 가진 신장된 실린더로서 배열되어 있다. 이 용기에 함유되어 있는 분체는 수직으로 공간을 두고 배치된 일련의 배드로 배열되어 있다. 유체는 반대 말단부에 위치한 적어도 한 개의 입구 및 출구를 통해 용기로 들어간다.

유체는 상류 또는 하류 형태로 반응기를 통해 흐른다. 또한, 분체 배드 사이에서 유체를 첨가 또는 배출하는 것은 흔히 알려져 있다. 이것은 분체 배드 사이를 통과하는 유체의 조성이 변화하는 흡착기구 또는 배드 사이를 통과하는 유체를 냉각시키기 위해 사용되는 급냉 시스템이 있는 탄화수소 전환 공정에서 흔히 행해진다.

특정 구역을 통과하는 유체의 조성이나 성질의 변화들은 만일 이러한 변화들이 균일하게 일어난다면 하등문제가 없다. 흡착 시스템에서 이러한 변화는 흡착제 내에서의 유체의 체류 또는 변위 때문이다. 반응계에서, 유체의 조성뿐만 아니라 온도 변화는 배드중에 함유된 분체 촉매물질에 기인한다.

이들 배드를 통하는 유체의 비균일 흐름은 배드로 유입되는 유체의 빈약한 최초의 혼합 또는 분체 배드를 따라서 생기는 흐름 저항의 변화에 기인한다. 배드를 따라서 생기는 흐름 저항의 변화는 입자내에서 유체의 접촉시간을 변화시켜, 불균일한 반응이나 배트를 통해 지나는 유체스트림의 흡착을 유발한다. 극한 실례로서, 이것은 배드의 제한된 부분위로 유체가 아무런 흐름의 저항을 받지 않고 좁은 개방지역으로 이동한다는 점에서 채널링 현상(channeling)이라 말한다. 채널링 현상이 발생하면 배드를 통해 지나가는 유체의 한 부분은 배드의 분체와 최소의 접촉을 갖게된다.

만약 공정이 흡착 공정의 하나라면, 채널지역을 통과하는 유체는 흡착되지 않을 것이고 그 결과 유체가 흡착제 배드의 다른 부분을 통해 지나간다는 점에서 유체의 조성이 변화된다. 촉매 반응의 경우, 촉매의 접촉시간이 감소하면 유체가 촉매 배드의 다른 지역으로 이동할 때 유체의 제품 조성도 변화시킨다.

유체 조성의 문제 이외에도, 분체 배드에서의 불규칙은 또한 배드를 통해 지나는 유체의 밀도와 온도에 영향을 끼칠 수 있다. 많은 분리 공정에서, 정체되고 변위된 성분들은 서로 다른 밀도를 가지고 있어서, 배드를 통하는 흐름 프로필을 붕괴시킬 수 있다. 흡착제 입자와의 비균일 접촉은 배드를 따라 흐르는 유체의 밀도를 더욱 변화시킴으로서 유체가 분체 배드를 통해 지나갈때 유체의 흐름 프로필을 더욱 붕괴시켜 문제를 악화시킨다.

반응 영역에서, 비균일 촉매 접촉과 가장 관련이 깊은 온도변화는 이러한 계의 흡열 및 발열 특성에 기인한다.

촉매와의 비균일 접촉은 반응물을 파열 또는 과냉각 시킴으로서 일어나는 반응에 나쁜 영향을 미칠 것이다. 이러한 문제는 발열 반응에서 가장 심한데, 이는 고온이 원료의 반응을 야기시키거나 다른 유체 성분들이 원하지 않는 생성물로 변화시키거나 또는 국부적 열점을 야기시켜 촉매 또는 기계적 요소에게 손상을 입힐 수가 있기 때문이다.

그래서, 분체 배드를 통하는 유체 흐름에서의 변화와 관련된 문제점을 최소화하기 위해 촉매의 배드나 흡착제 사이에서 유체를 재혼합시키는 수단이 많은 공정에 포함되오고 있다. 일련의 입자 배드를 통해 이동하는 유체의 우부분을 회수 및 재혼합시키기 위한 장치들이 미합중국 특허 제 3,652,450호와 제4,087,252호에 나와 있다.

상기 참고 문에서, 유채의 재혼합은 배드 사이의 혼합 구역으로 두 번째 유체를 첨가함으로서 행하여진다. 상기 두 가지 참조문에서, 배드를 통과한 유체와 첨가된 유체의 혼합은 상부 배드의 하부 경계층과 하부 배드의 상부 경계층에 위치 많은 별개의 혼합실에서 행하여진다. Smith의 미합중국 특허 제3,824,080호는 이러한 영역에 두 번째로 첨가한 유체와 무관한게 배드 사이를 통과하는 유체를 교반하기 위한 내부 반응기 현상을 나타내고 있다.

Smith의 장치는 배드 사이로 유체가 통과하도록 중앙개구를 포함한 수평의 방해판을 가진 분체 배드 사이의 지역에 있는 혼합상 유체흐름을 회수한다. 이러한 중앙개구는 혼합실의 상부를 통해 흐르는 모든 증기 흐름과 혼합실의 양 측면을 통해 흐르는 모든 액체 흐름을 지시하는 한 개의 흐름 변경장치를 가지고 있다.

Smith의 발명에서, 증기와 액체는 직각으로 서로 충돌하여 재혼합이 이루어진다. 재혼합된 증기와 액체가 방해판의 개구를 통하여 지나간후에, 증기와 액체는 하류 분체 배드위로 균일한 유체흐름을 부여하기 위하여 또 다른 일련의 수평 방해판들과 접촉한다.

Hennemuth등이 미합중국 특허 제3,598,541호는 혼합 구역에 첨가된 냉각 유체와의 직접적인 충돌에 의하여 분체 배드 사이를 지나는 유체의 재혼합 방법에 관해 설명하고 있다. 혼합은 모든 유체가 지나가는 중앙 공간에서 일어난다. 중앙 공간은 수직으로 배향된 두 개의 실린더로 한정되는 환형 지역을 포함한다. 배드 사이를 통과한 유체는 외부 실린더에 수평으로 돌출한 개구를 통해 유입되지만, 냉각 유체는 내부 실린더중의 수평으로 돌출된 구멍을 통해 유입된다. 환형 혼합 구역의 하부 말단부는 하류 입자구역과 연락하여 혼합 유체가 지나가도록 한다.

본문에서 기술한 본 발명의 목적은 분체 배드 사이를 지나가는 유체들의 혼합을 개선하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 분체 배드 사이의 구역내로 두 번째 액체를 첨가하는 것과는 무관하게 배드 사이를 통하는 유체의 혼합을 얻는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 분체 배드 사이에 최소의 공간에 쉽게 포함되는 배드 사이에서 유체의 혼합을 얻기 위한 간소화된 장치를 제공하는데 있다.

그러므로, 본 발명의 한가지 구체예는 유체 입구와 마주편 끝편에 위치한 유체출구와 두 개 또는 그 이상의 수직으로 간격을 두고 배치된 별개의 분체 배드를 가진 수직 유체-고체 접촉장치에 유용한 한 개의 유체 혼합실을 포함한다.

좀더 구체적인 실시예에서, 본 발명의 유체 혼합실은 실질적으로 구멍이 없는 외부면과 배드 사이로 유체를 통과시키기 위한 적어도 하나의 중앙 개구를 구비한 2개의 분체 배드의 중간부에 위치한 수직 흐름벽; 상기 흐름벽에 의해 억류된 유체를 수용하기 위한 흐름벽의 상류면과 소통하는 유체가 분사되도록 크기가 제한된 적어도 2개의 동일한 입구 개구를 함유하는 수직면을 구비하는 상기 입구축 중심선의 돌출부가 수평면으로 놓여지고, 충돌실로 유입되는 유체가 입구 개구로부터 등거리에 있는 중심점 및 유체 분사의 돌출부내에서 한점으로 모여지도록 선택된 지점에서 상호 교차할 수 있도록 배열되며; 상기 흐름벽의 하류면과 소통하며, 상기 흐름벽의 하류 지역에 균형된 흐름을 제공하는 입구 개구의 개방면적 보다 큰 개방면적을 지니는 충동실로부터 나온 하나의 유체출구; 상기 흐름벽의 주위에서 각각의 입구 개구로 균등한 양의 유체를 수송하기 위한 상기 흐름벽의 상류면위에 위치한 수단; 및 상기 충돌실의 출구에서 나온 유체를 하류분체 배드위로 재분배하는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 보다 제한된 구체예는 충돌실과 특정배열된 것을 들어가고 나오는 유체를 첨가, 분배, 회수 또는 제거하거나 분체 배드와 충돌실 사이에서 유체 회수벽과 같은 형태를 가진 서로 다른 수단을 포함한다.

그러므로 가장 넓은 의미로 본 발명은 하류 배드로 통과하는 전 유체의 흐름을 받기 위한 중앙에 위치한 혼합부에 관한 것이다. 이 혼합부는 유체를 완전히 혼합시킨 뒤, 이 유체를 균형된 형태로 하류 입자 배드로 보내어 유체의 재분배를 용이하게 한다. 유체의 혼합은 반드시 혼합구역의 모양에서 유도된다. 이 구역에서, 균등한 유체 분사는 서로 부딪치어 난류를 형성하여 혼합구역내에서 힘찬 혼합을 증진시킴과 아룰러 균일한 조성을 갖는 유체 유출물을 제공한다.

그래서, 본 발명의 중요한 요소는 혼합을 하는데 있어 난류를 최대화 하기 위하여 균등한 유체의 분사를 서로 향하게 하기 위한 수단을 제공하는데 있다. 이러한 기본 개념을 유념하면, 본 발명의 다른 목적들과 구체예 및 장점이 이하 기술되는 보다 상세히 설명으로부터 당해 기술분야의 전문가에게는 쉽게 명백해질 것이다.

이전에 언급하였듯이, 본 발명은 유체-고체 접촉장치에서 분체 배드 사이의 유체를 혼합시키는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 기본 요소는 한 개의 내장 용기, 하나 이상의 분체 배드들이 수직으로 일정한 거리를 둔 구역내에 배치되어 있는 하나 이상의 분체 배드 및 분체 배드 사이에 위치한 혼합실로 구성된다. 본 발명 자체는 특정한 배열을 갖는 혼합실 및 여기에 위치한 구성 부재들이 위치하고 있다. 혼합실내에서의 여러 가지 요소들과 수직흐름 칼럼 사이의 상호관련성을 좀더 완전히 이해하려면 첨부된 도면으로부터 알 수 있다.

제1도의 부분 절단면을 보면, 칼럼 상부에 위치한 유체입구 노즐과 칼럼 하부에 위치한 유체출구가 설치된 칼럼(1)이 도시되어 있다. 이 용기내에 위치한 것은 측매(2), (12)와 (14)의 수평 구역이다.

각각의 분체 배드는 작은 알갱이, 구형 실린더나 다른 압출된 형상품으로 구성된 고체 분체들로 구성된다. 입자들이 실제 특성들은 내장 용기에서 일어나는 공정에 따라 다르다. 일반적으로, 이것은 입자들이 흡착제나 촉매로 구성되는 있다는 것을 의미한다. 상기 각각의 분체 배드는 하나의 담체층(3)으로, 분체들을 유지하게 하고 배드 위로의 흐름 분배를 증대시킨다. 반드시 필요하지 않지만 이러한 물질을 자주 사용되며, 대개 세라믹 볼 또는 다른 규칙적인 형상을 가진 불활성 조성물로 구성되어 있다. 담체(4)는 분체 배드 아래에 제공되어 분체 배드의 하부 경계층을 명확히 하기 위하여 다공판 프로필 또는 체 성분(5)를 통하여 촉매 분제가 이동하는 것을 방지한다. 촉매 배드의 하부에 잇는 담체는 배드 상부에서 사용된 담체와 형상 및 조성면에서 유사하다.

배드 사이에 위치한 것은 유체 회수 및 혼합 구역이다. 바로 아래의 분체 유체판(5)는 유체 회수지역(6)에 위치해 있다. 이 회수지역은 벽판(8)을 따라 유체를 충동실(7)로 전달한다.

제1도에 도시한 바와같이 빈 공간으로 구성된 회수지역은 유체가 수평방향으로 흐르게한다. 그러나, 제3,4도 및 5도에서 보다 상세히 논의하였듯이 회수 공간을 벽(8)과 통합되어 유체를 한정하는 요소로 하여금 유체를 충돌실로 향하게 할 수가 있다. 그러므로, 유체를 회수하는 수단은 어떤 한가지 형태로 제한하려는 것이 아니라 유체를 충돌실로 통과시키기 위한 어떤 수단을 고려하는 것이다.

이것의 가장 간단한 형태로, 흐름벽(8)은 한 개의 부속판을 구성하게 되며 칼럼벽면에 부착시켜 충돌실(7)이 위치한 곳에 개방된 중심을 가지게 된다. 그러나, 만약 흐름벽이 충돌실 개구를 통하여 흐르는 것을 제외하고 어떤 위치에서든 유체 흐름을 실제로 막아준다면 흐름벽은 어떤 형태로도 할 수 있다.

실제로 유체 흐름을 막는 벽이나 방해판을 제한하면 여러 가지 배드에서 나온 분체들이 가로 놓인 배드를 통해 용기의 하부에서 떨어지는 것을 알 수 있다. 이러한 낙하를 얻기위해서, 한쪽 배드에서 다른 배드로 접촉하고 있는 칼럼을 후퇴시켜 분체가 통과하도록 배드 사이에 있는 창살에 수직관들이 자주 도입된다. 벽이 몇 개의 이러한 관들을 포함하는 것은 본 발명의 고려 대상이다. 이러한 도관들은 대개 개방되어 있으나, 이전에 언급한 바와같이 불활성 담체로 충진되어 있다. 그러므로, 이러한 도관을 통하는 유체 흐름의 저항은 본문에서 설명된 충돌실과 회수 시스템의 저항보다 휠씬 크다. 따라서 이러한 도관을 통해 지나는 유체의 양은 배드 사이의 전 유체 흐름의 5% 이하가 되어야 한다.

이하 좀더 상세히 설명한 충돌실은 완전히 교반을 한뒤에 회수 공간(6)으로부터 유체를 받고 이것을 벽(8)을 통해 보낸다. 벽(8)아래에는 유체를 재분배하는 또 다른 공간(10)이 있다. 부언하면, 이 재분배 지역의 가장 간단한 공간을 두는 것이다. 그렇지만 하류 촉매 배드의 상부위로 흐름의 재분배를 돕기 위하여 방해판, 흐름 변경 장치는 또는 기-액 트레이와 같은 다른 장치들을 포함시킬 수가 있다.

재분배지역(10)에는 접촉 칼럼에서 나오는 유체를 첨가하거나 배출하기 위한 노즐 및 파이프 시스템(9)이 있다. 분리공정에서, 상기 노즐은 선택된 성분 흐름을 가하거나 배출하는데 사용될 수 있다. 하류 반응기에서의 이러한 노즐의 구체적인 응용은 다음 촉매 배드로 유입되는 반응 매체를 냉각시키기 위하여 냉각 매체를 첨가하는 것이다. 제1도에서, 노즐과 파이프 시스템이 벽(8)아래에 도시되어 있는데, 벽(8)과 하류 촉매 배드의 최상 부분에 또는 상류 촉매 배드의 최하 부분에 노즐과 파이프 시스템이 위치한 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 이어서, 혼합된 유체는 다음 분체 배드로 들어가서 안정된 추구를 통해 칼럼을 떠나기 전에 연속된 재혼합 구역과 분체 배드를 통해 지나갈 수 있다.

제2도는 충돌실의 구체예를 나타낸 것이다. 이 특별한 충돌실은 개구(16)과 (17)을 가진 양면으로 구성되어 있다. 즉, 바닥에 와이어 스크린(wire screen) 출구(20)와 개구가 없는 윗판(15)와 개구가 없는(18)과 (19)양면으로 되어 있다. 충돌실은 어떤 특정 형태로 제한되지 않는다. 예를들면, 충돌실은 측면에 입구와 바닥에 출구를 가진 수직방향의 실린더로 구성될 수가 있다. 그러나, 여기에는 이하 상세히 설명될 몇가지 일반적인 크기의 제한요소들이 있다.

충돌실의 근본 기능은 분체 배드 사이를 통과하는 유체를 친밀하게 혼합하는데 있다. 이러한 혼합은 입구개구(16)과 (17)의 방향과 크기에 따라 얻어진다.

이러한 개구들은 분사 또는 집중된 유체 흐름이 각각의 개구를 통과해 들어갈 수 있도록 크기가 정해진다. 입구들은 충돌실의 중심점에서 분출 유체가 서로 반대형식으로 충돌할 수 있는 곳에 위치한다. 제2도에는 단지 2개의 입구 개구들만이 나타나 있지만, 모든 방향에서 분출물의 충돌을 균형있게 하는 대칭 형태로 개구들이 위치한다면 2개 이상의 입구 개구를 가지는 것도 가능하다. 본 발명의 또한 중요한 점은 수직으로 배향된 입구 개구들이다. 모든 입구들은 동일한 높이에 위치해야 한다. 이러한 동일한 높이는 균형된 성분들과의 균일한 속도 충돌을 부여하기 위해서 필요하다. 마지막으로, 모양의 형태에 있어서, 입구 개구를 둥글하게할 필요는 없다. 입구 개구 형태의 유일한 필수 조건은 유체 분출이 이루어지도록 입구의 단면적을 제한하는 것이다.

명백히, 개구의 크기와 수는 충돌실을 통과하여 주어진 어떤 압력 강하에 대한 분사 유체의 길이를 결정할 것이다. 그러나, 통상적으로 수직 흐름 칼럼에서 압력 강하를 최소화 하는 것이 바람직하기 때문에, 실질적으로 분사 길이를 제한하는 것을 고려한다. 이러한 분야의 전문가에는 잘 알려졌듯이, 압력강도는 유체속도와 평균 유체 밀도의 함수이다. 분사 길이와 한 개의 개구 또는 여러개의 개구에 대한 압력강하를 계산하는 방법은 이 분야의 전문가에에 공지되어 있다. 본 발명에 적용되는 대부분의 유체에서 개구들은 4.6에서 15.2m/s의 속도 범위를 갖도록 크기가 정해진다. 혼합실은 분사된 유체가 유체를 완벽하게 혼합시킬 수 있는 충분한 속도를 가지고 충돌하도록 크기가 정해져야 한다. 그러므로 충돌실의 입구 개구와 중심점 사이의 거리는 계산된 분사 길이의 60%를 초과하면 안된다. 그리하여 압력 강하와 분사 길이를 고려하면 충돌실의 길이와 지격을 지정할 수 있다.

비록 어떤 형태의 충돌실이 사용될 수 있다 하더라도, 단지 두 개의 입구 개구를 가진 정방향 또는 장방향의 충돌실이 이후에 설명되는 채널(channel)회수 장치에의 간단성과 적용성 때문에 특히 바람직하다. 충돌실에는 단지 두 개의 원형 개구가 있는데, 개구 사이의 초대 거리는 입구 개구의 직경을 6배 초과해서는 안되며, 바람직하게는 3개의 입구 개구 직경보다 작아야 한다. 입구 사이의 공간이 감소되면 난류를 증가시켜, 혼합을 증진시키는 경향이 있다. 물론, 입구 개구 사이에는 얼마간의 거리가 유지되어야 한다. 충분한 출구 개구 면적을 갖도록 최소한의 거리가 요구되며, 아울러 충돌실에 대한 넓이비에 필요한 길이를 유지해야 한다.

더욱이, 거기에 난류나 혼합을 최대화 하기 위하여 혼삽실이 전체 높이는 입구 개구의 수직 높이를 4배 초과하지 말아야 한다. 유사하게, 직각형에서의 정체 면적을 막기 위하여 충돌실의 넓이는 또한 입구 개구의 수평 크기의 4배로 제약되어져야 한다.

원형의 단면을 갖는 경우에, 충돌실은 수직으로 배향된 실린더로 구성되거나, 입구, 개구, 공간에 관한 제한 또는 충돌실의 직겨을 지배할 수 있는 최대 넓이 제한을 두고 있다.

제2도를 다시보면, 충돌실은 적어도 한 개의 출구 개구(20)를 포함한다. 출구 개구에 대한 가장 중요한 제한은 이것의 개방 단면적이 입구 개구들의 전체 단면적을 초과한다는 것이다. 이것은 물론 충돌실의 입구에서 분사 유체를 형성하는데 필요한 것이다. 속도면에서, 속도가 4.6m/s를 초과하지 않도록 출구를 설계하는 것이 바람직하며, 3m/s이하로 하는 것이 유리하다. 비록 출구에 대한 어던 형태의 제약을 부여하는 것이 반드시 필요하지는 않지만, 개구는 제2도에서 도시한 바와같이 프로필와이어(profile wire) 또는 다공판이나 와이어 스크린을 포함할 수 있다. 이러한 출구에 대한 제약들은 흐름 분배를 개선하고, 분체를 포집하고, 소정의 유체를 거세게 혼합시킴으로서 생성되는 포말을 최소화 하기 위하여 종종 사용된다. 부언하여, 출구 개구의 위치는 충돌실의 어떤 특정면으로 제약하는 것이 아니며, 출구 개구는 사실 다수의 개구일수도 있다. 출구 개구(들)은 충돌실의 중심선과 대칭으로 놓여있는한 혼합실의 하류부분과 연락하는 혼합실의 어떤 면에도 위치할 수가 있다. 출구 개구(들)에 대한 유일한 제한은 그 위치가 충돌실에서 나온 균형된 유체의 흐름이 하류 분체 배드로 전달되도록 하류 배드에 대해 대칭이어야 한다는 것이다. 이런식으로 분체 배드상의 유체의 재분배는 수월해진다.

비록 제1도가 일반적으로 하류형 반응기에 대한 배열을 나타내고 있다하더라도, 본 발명은 칼럼을 통하는 단일 흐름 방향으로만 제한하지 않았다. 상류형 반응기의 경우에는, 입구들은 하부의 분체 배드와 통해하여 하며, 충돌실의 출구가 상부의 재분배 구역과 통할 수 있도록 충돌실이 뒤바뀌어야 한다. 그래서 본 발명의 혼합실은 상류형 또는 하류형에 똑같이 적용될 수가 있다.

종래 기술에서 언급하였듯이, 많은 중간 혼합장치들은 혼합조작의 구성부재로서 외부 유체의 첨가를 이용한다.

역으로, 본 장치는 분체 배드 사이를 지나가는 유체를 효과적으로 혼합하는데 어떤한 외부 유체의 첨가를 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명은 유체의 첨가 또는 배출과 관계없이 배드 사이를 통과하는 유체를 충분히 혼합시켜 줄 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 발명의 또 다른 장점은 출돌실의 전체적인 간단화와 소형화에 있다. 이러한 특징들은 접촉구역 내장재의 광범위한 수정없이 일련의 분체 배드 사이에 존재하는 공간에 본 발명의 혼합실을 포함시키는 것을 가능하게 했다.

충돌실은 별문제로 하고, 혼합실의 다른 구성 요소들은 상기에서 언급한 바와같이 분배기, 담체, 방해판과 파이프 창살로 구성되어 있다. 이러한 구성 요소들의 설계는 많은 요인에 따라 좌우된다. 이러한 요인중에는 장치에 대한 허용가능 압력강하, 분체 배드 사이를 통과하는 유체의 조성과 접촉구역내에서의 작업 조건들이 있다. 부언하여, 혼합상 시스템에서 배드 사이를 통과하는 증기나 액체의 양은 요구되는 방해판의 형태, 벽을 통하는 입구 및 출구 개구의 크기와 적당한 재분배 수단을 주로 지정하게 될 것이다. 혼합실의 전체 크기와 형태에 영향을 미칠 다른 고려조건은 냉각장치를 첨가하는 것이다.

급냉 분배시스템의 서치와 작동은 혼합구역내에 공간을 추가로 필요로 할 것이다. 물론, 여기서 언급한 요인들이 기계적인 요소를 다 소모하는 것은 아니며 혼합실을 설계하는데에 공정의 고려사항들이 조사될 것이다. 그러나, 이러한 고려 사항들은 당해 기술분야의 전문가에게 공지되어 있기 때문에 보다 많은 정교함을 필요로 하지 않는다.

본 발명이 혼합 장치를 일련의 채널로 구성된 벽 또는 방해판을 결합시킨 하류형 반응기에 특히 적합하다. 이러한 반응기는 수소화, 수소화처리, 수소화 크랙킹과 수소화 알킬화 반응들에 유리하게 사용된다. 수소화처리 및 수소화 크랙킹과 같은 발열 반응을 행하는 경우, 반응물의 온도를 조절하기 위하여 촉매 배드사이에 급냉흐름이 주로 첨가된다.

본 발명의 제공한 급냉흐름과 무관한 혼합구역의 작동은 이러한 발열반응에 특히 유리하다. 반응 구역에서의 계속된 작업으로 인하여 촉매가 활성을 잃게되면, 대개 수소로 이루어진 냉각수의 양 또는 온도를 감소시켜야 한다. 냉각 장치의 환원 냉각 조건들을 혼합 작업의 일부분으로서 냉각장치를 도입하는 재혼합 구역에서 문제점들을 유반시킨다. 이러한 시스템에서는 혼합구역에 냉각 매체의 첨가로 충분한 양의 액체를 계속시키면서, 감소된 냉각을 얻기 위해서 냉각수의 온도를 변화시켜주는 것이 종종 필요하다. 본 발명에서 냉각장치는 충돌실과 무관하게 첨가되는 것이므로, 냉각수의 양을 변화시키는 것은 반응물의 혼합에 효과를 거의 미치지 못할 것이다.

그러나, 냉각류와 반응물의 충분한 혼합을 얻는 것이 중요하다. 한편, 충돌실의 하류에 위치한 파이프 분배 시스템에 의해 냉각의 충분한 혼합을 충돌실의 상류에 냉각분배 시스템을 두는 것이 특히 유리하다. 충돌실 앞에 위치한 냉각류와 더불어 냉각매체로 하여금 반응물들과 혼합하는데에는 두가지의 기회가 있다.

냉각장치의 초기분배 지점에서 일어난 냉각매체의 첫 혼합은 반응물로 들어가서, 다시 충돌실을 통하여 냉각수와 반응물이 들어간다.

지금 냉각 시스템에 특별하게 결합된 제3,4도와 5도로 관심이 끌리게 되는데 수직 흐름벽과 충돌실의 유리하게 하류형 반응기내에 포함되어 있다.

이 구체예에서 제1도에 따른 전체 흐름 기구가 도입되어 진다. 그리하여, 반응물은 수직으로 신장된 반응기로 들어가서 일련의 촉매 배드와 중간 혼합실을 통해 흐른다. 지금 제3도를 보면, 중간 혼합물의 상세한 사항이 나타나 있다.

이러한 배열에서, 반응물은 노즐(23)에서 냉각 매체가 첨가되는 동안에 촉매 배드(22)를 통하여 아래로 흐르며 파이프 분배시스템(24)에 의해 촉매배드의 하부 단면위로 분배된다.

반응물은 계속해서 와이어 매쉬 스크린(21)이 놓여있는 담체(25)를 통하여 지나간다. 스크린은 통과하자마자 반응물과 냉각매체는 수평방향으로 놓여있고, 상부 촉매 배드에 대한 개방된 일련의 평형채널(27), (61) 및 (62)에 회수된다. 유체는 채널 사이로 유체를 통과시키는 도관(28)과 (29)에 의해 중간채널(61)을 통하여 외부채널(27)로부터 중앙채널(62)로 운송된다. 중앙채널(62)는 제4도에 도시한 바와같이 충돌실(30)에 의해 두부분으로 나뉘어져 있다.

충돌실의 각면에 균등한 양의 액체를 보내기 위해 4개의 도관(2a)을 사용하여 격실의 각면에 균등한 양의 액체를 제공한다. 격실의 출구를 떠나는 유체는 재분배 구역(40)으로 들아가며, 여기서 증기와 액체가 하부 촉매배드의 전지역 위로 재분배된다. 혼합된 증기와 액체류의 보다 나은 분배를 증진시키기 위해서, 하부 촉매배드의 상부에 증기액체 재분배 트레이가 위치하게 된다. 이러한 형태의 트레이는 이 분야에 전문가에게 잘 알려져 있으며, 수평 트레이브(51)과 여기에 위치하는 덮개가 씌워진 상부, 증기를 받기 위하여 윗부분에 자형의 개구와 유체가 통과하도록 상부 트레이 표면에 인접한 다공면 부분을 지닌 수직관(50)으로 구성되어 있다. 증기 액체 재분배 트레이를 통과해 지나간 유체는 보다 많은 재분배가 이루어지는 또다른 개방구역(52)로 들어간다. 이어서, 유체는 담체 층(53)을 통과한 후, 다음 촉매배드(54)를 통하여 지나간다.

회수채널과 충돌실의 배열에 관한 보다 완전한 이해를 하려면 이들 내장재의 평면도를 도시한 제4도로부터 알 수 있다. 채널의 양끝에는 내장용기의 아우트라인과 조화된 폐쇄수단을 가지고 있다. 외부 회수공간(27)은 단일관(28)에 의하여 다음 내부채널에 연결된다. 채널을 연결한 관들은 최소의 압력강하를 갖도록 설계되어 있다. 도관(28)과 (29)를 통하는 최대 유체의 속력은 4.6m/s를 초과하지 않아야되며, 3m/s이하가 바람직하다. 외부채널(27)을 따라 중간채널(61)에 모인 유체는 충돌실(30)을 내장한 중앙채널(62)을 통과해 지나간다. 유체는 격실의 각면으로 균등한 양의 액체를 보내기 위하여 대칭 형태로 유입된다. 제4도는 또한 이전에 논의되었던 반응기에서 내려오는 촉매에 사용되는 수직관(55)를 나타낸다.

제5도는 중앙채널(62)에 위치한 충돌실을 나타낸다. 도면에서 알수 있듯이 충돌실은 3면(56), (57)과 (58)위에 채널과 통합되어 있다 이러한 면들은 혼합된 유체의 출구로서 작용하는 충돌실 지역에 한 개의 다공면을 포함한다. 이것의 상세한 설명으로, 마주보는 면(59)와 (60)은 원형 오리피스 형태의 입구 개구(60)을 포함하며, 채널의 깊이보다 휠씬작은 높이를 가지고 있다. 이 작아진 높이는 충돌실(59)의 상부위로 추가적인 유체가 흐르도록 허용하여, 입구로 들어가는 유체 흐름에서 불균형을 균등하게 해준다. 그러나, 완전히 막힌 단면적을 가진 채널에 입구 개구를 포함한 끝판을 가지는 것도 또한 가능하다.

이러한 구체예는 채널이 충돌실과 통합될 수 있다는 방식을 제한하는 것을 의미하지 않는다. 본 발명의 충돌실과 채널은 어떤수의 배열로도 결합될 수가 있다. 채널의 중심축에 수직방향으로 충돌실 흐름에 입구흐름을 가지거나, 심지어 두 개의 중앙채널에 위치한 충돌실에 많은 채널을 사용하는 가능성도 있다.

반응기 내장재의 설계에 정통한 전문가들은 제3도에서 나타낸 내장재의 배열에서 경제성을 쉽게 인식할 수 있다.

첫째, 벽(barrier)을 구성하고 있는 유체 회수 채널이나 유체의 수직적 흐름을 위한 흐름벽 또는 방해판을 구성하는 유체 회수 채널은 소형이며, 반응기내에 작은 수직공간을 필요로 한다. 또한, 이러한 채널들은 촉매 배드를 지지하는데 흔히 사용되는 일련의 평형 지지대(26)에 맞도록 지지플랜지부(42)와 쉽게 결합시킬 수 있다. 더구나, 중앙 채널에 쉽게 위치할 수 있는 충돌실을 위해 별도의 공간을 필요로 하지 않는다.

채널회수 시스템의 위치는 지지대 상부의 급냉분배 시스템에 아무런 방해를 주지 않는다는 점에서 또한 유리하다. 그래서 하류형 반응기에 포함시키든 보다 일반적으로 어떤 수직흐름 유체 고체 접촉 칼럼에 포함시키든지, 회수채널과 충돌실은 중간 혼합구역에 유일한 이점을 제공한다.

Claims (8)

1. 적어도 한 개의 유체입구와 반대끝편의 유체풀구 및 두 개 이상의 수직으로 간격을 두고 배치된 별개의 촉매 분체 배드(2,12,14)를 구비하는 수직흐름 유체-고체 접촉 칼럼에 유용한 유체 혼합장치에 있어서, 상기 혼합장치가 a) 두 개의 인접한 배드(2,12; 12,14)의 중간에 위치하여 유체의 수직흐름을 거의 방지하고, 구멍이 없는 외부면과 배드 사이로 유체를 통과시키기 위한 적어도 한 개의 중앙개구(20)를 구비하는 흐름벽(8); b) 모든 입구축 중심선의 돌출부가 수평면으로 놓여지고, 충돌실(7,59)로 유입되는 유체가 모든 입구 개구(16,17,60)로부터 등거리에 있는 중심점에서 한곳에 모여지도록 선택된 지점에서 교차할 수 있도록 수직면(59,63)과 입구 개구(16,17,60)가 배열되고, 상기 입구 개구와 중심점 사이의 거리와 동일한 거리를 지닌 유체 분사가 이루어질 수 있도록 입구 개구(16,17,60)의 크기가 정해지는 상기 흐름벽(8)에 의해 억류된 유체흐름을 충돌실(7,59)로 수용하기 위한 흐름벽의 상류면과 소통하는 2개의 동일한 입구 개구(16,17,60)을 포함하는 수직면(59,63)을 구비하는 상기 흐름벽(8)에 위치한 유체 출돌실(7,59)과 상기 흐름벽의 하류면과 소통하며, 상기 흐름벽의 중앙개구를 포함하는 하나의 유체출구(20); c) 상기 흐름벽(8)의 주위에서 각각의 입구 개구로 균등한 양의 유체를 수송하기 위한 상기 흐름벽(8)의 상류면상에 위치한 수단(6,27,28,61,62); 및 d) 상기 충돌실(7,59)의 출구(20)에서 나온 유체를 하류 분체 배드 위로 재분배하는 수단(10,40)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합장치.
2. 제1항에 있어서, 충돌실 출구(20)가 다공판, 프로필와이어 또는 스크린 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 충돌실(7)의 형상이 두 개의 마주보는 수직면(59,63)에 입구 개구(60)와 나머지면(56,57,58)중 어느 한면에 출구 개구를 구비하는 장방형인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 수송 및 재분배 수단이 흐름벽(8)과 2개의 인접한 배드(16,17,20)사이에 분체가 없는 구역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 충돌실의 입구 개구가 4.6 내지 15.2m/s의 속도 범위를 갖도록 크기가 정해지며, 상기 충돌실의 출구 개구(20)는 4.6m/s이하의 최대속도를 갖도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 마주보는 입구 개구 사이의 거리가 입구 개구 직경의 6배를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 입구 개구 중심선에 수직한 충돌실의 최대 크기는 입구 개구 직경의 3배를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 흐름벽(8)이 상류 촉매 분체 배드에 오목한 일련의 개방된 평형 채널(27,61,62)을 포함하며, 유체가 상기 채널에 회수되어 충돌실(7)로 수송되도록 도관(28)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.

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