KR100977266B1 - 2상 분배 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

용기를 통과하여 하향 유동하는 증기 및 액체는 용기 내에 위치한 수평 분배기 트레이(14)에 걸쳐 정렬된 복수개의 분배기 어셈블리(1) 내에서 접촉하게 된다. 상기 분배기 어셈블리는, 예컨대 상이한 크기의 유입구가 상이한 어셈블리 상에서 또는 동일한 어셈블리의 상이한 상향류 채널 상에서 위치한 2개 이상의 상이한 크기의 증기 유입구(4, 5)를 보유함으로써, 유체 흐름에 대해 상이한 저항을 갖는 유체 흐름 경로(15, 16)을 보유한다. 이는 상이한 상향류 채널에서 상이한 증기 유속 및 액체 유속을 제공한다. 본 발명은 분배 트레이 상의 액체 수준에서의 고도적 차이, 또는 반응기를 통과하는 증기 및/액체 유속의 변화에도 불구하고 용기의 단면적에 걸친 액체 분배의 불균일성을 개선시킨다.

Description

2상 분배 장치 및 방법{TWO-PHASE DISTRIBUTION APPARATUS AND PROCESS}

본 발명은 2상 하향류 용기 내에 사용하기 위한 분배 및 혼합 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고체 촉매를 함유하는 혼성 상 반응기를 경유하여 하향 통과하는 액체를 분배하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 수소화처리(hydrotreatment) 또는 수소화분해(hydrocracking) 공정에서와 같이 수소화공정(hydroprocessing) 반응기내에서 촉매층들 위에 또는 그 촉매층들 사이에 사용된 반응물 분배 및 혼합 장치의 부품으로서 사용된 장치에 관한 것이다.

US-A-5,942,162호에는 하향류 반응기에서 사용하기 위한 액체-증기 분배 장치가 예시되어 있다. 이 장치는 반응기의 내부 단면에 걸쳐 연장되는 트레이에서 호올 위에 고정되어 있다. 상기 장치는 증기가 상향류 관(3)에 이르는 수직 슬롯을 통과하여 이동하도록 하게 하며, 상기 상향류 관(3)은 하향류 관(1)의 유입구로 액체 및 증기를 전달한다. 상기 하향류 관(1)은 트레이에서 호올을 관통하여 연장되어 있다.

US-A-5,158,714호에는 임의의 반응기에서 사용하기 위해 구체적으로 개조된 버블 캡 어셈블리가 제공되어 있다. 이 어셈블리는 캡에 의해 부분적으로 덮여 있 는 상승관을 포함한다. 상기 상승관은 데크 트레이를 관통한 개방부 위에 부착되어 있다. 상기 전술한 참고문헌과 마찬가지로, 캡 및 스커트에서 슬롯 또는 개방부는 크기 및 형상에서 균일하고, 캡의 베이스 둘레에 균일하게 분배되어 있다. 본 단락의 참고문헌에는 다양한 기계적 세부사항, 예컨대 중심 실린더에 버블 캡 어셈블리를 탈착가능하게 부착하는 수단, 및 2가지 유체 상에 흐름 제한부를 제공하여 아래 촉매에 영향을 미치는 연무를 생성시키는 상승관의 하부 단부에 위치한 분산 평판이 기술되어 있다. 상기 캡은 중심 실린더형 벽의 정상부 단부에 부착된 연장부(116)에 지지되어 있다. 캡(114)의 스커트 또는 실린더형 벽(136) 내에서 슬롯(137)은 분배 트레이(30) 상에서보다 캡(114) 및 상승관(112)에 의해 한정된 환형 공간 내부에서 보다 높은 액체 수준을 제공한다. 환형 공간에서 보다 높은 액체 수준은 분배 트레이(30) 상에서 액체 수준의 임의 불규칙성을 상쇄하고, 각각의 캡 어셈블리를 통과하는 실질적으로 균일한 기체-액체 흐름 및 기체와 액체의 실질적으로 균일한 혼합을 보장하는 것으로 기술되어 있다.

기타 문헌에서는 각각의 흐름 경로가 동일한 배치를 보유하고 동일한 유속의 액체를 전달하는 경우 트레이 상에서 균일한 흐름 경로를 갖는 2상 하향류 분배기를 사용하고 있다. 또한, 기체 흐름은 모든 분배기들 사이에 동등하게 분할되도록 한다. 상기 예시한 바와 같이, 분배기의 균일한 흐름 경로를 위한 다양한 설계가 제시되어 있다. 균일한 흐름 경로 분배기 설계는 이상적인 조건 하에 트레이 아래 용기의 단면적에 걸쳐 액체의 균일한 분배를 합리적으로 제공할 수 있다. 이상적인 조건은, 예를 들면 각각의 분배기가 동일한 높이에서 장착되고 트레이에 대한 증기 및 액체 유속의 설계시 각 분배기 둘레 액체의 동일한 깊이에서 작동되는 평탄한 트레이를 포함한다. 그러나, 그 조건이 이상적이지 않을 때, 상업적인 작동 동안 불균형 분배 증가와 같은 경우가 항상 존재하기 마련이다. 즉, 액체는 트레이 아래 용기의 단면적에 걸쳐 보다 덜 균일하게 분배된다.

각종 균일한 흐름 경로 설계는 특정한 설계가 효과적인 증기 및/또는 액체 유속의 범위 등에 관한 상이한 작동 범위 또는 범위가능성을 갖는다. 그러나, 균일하게 배치된 유체 흐름 경로 분배기를 트레이 상에서 상이한 액체 수준으로 처리하는 경우, 다양한 분배기를 통과하는 증기 및 액체가 취한 경로는 더 이상 균일하지 않게 된다. 예를 들면, 하나의 분배기 둘레에 보다 낮은 수준에서 액체는 그 하강관에 진입하기 전에 보다 큰 거리를 이동해야 한다. 그러한 조건 하에서, 균일한 흐름 경로 분배기는 각각 의도한 증기 및 액체를 동일한 유속으로 전달하지 못한다. 그러므로, 트레이 아래 용기의 단면적에 걸쳐 액체의 불균형 분배가 증가한다.

전술한 참고문헌들에서 설명한 바와 같이, 2상 하향류 분배 장치는 수소화공정, 특히 수소화분해 및 수소첨가 반응기에서 빈번히 사용되고 있다. 다음은 그러한 분배 장치가 그러한 반응기의 상업적 작동 동안 노출되는 비이상적 조건의 몇가지 예를 제공한다.

균일한 (플러그 흐름) 온도 프로필 및 반응물 유속 프로필이 촉매층을 통과하여 유지되는 것은 반응기의 성능에 매우 중요하다. 온도 프로필 및 유속 프로필은, 증기 또는 액체의 불균형 분배가 온도 프로필의 변화를 결과로 야기할 수 있고 그 반대의 경우도 야기할 수 있기 때문에, 상호작용할 수 있다. 이는, 장기간의 시 간 동안 단일 하중의 촉매로 운전하는 것이 바람직한 경우, 석유 정제에서 수소화분해 반응기와 같은 반응기의 지속적인 장기간 작동에 매우 중요하다. 수소화분해 및 기타 수소화 반응, 예컨대 수소첨가탈황화는 매우 큰 발열반응이고, 이로 인한 소정 반응의 성능은 하향 유동하는 반응물의 온도를 상승시킨다. 추가로, 촉매의 활성 및 선택율은 그 촉매가 작동하는 온도에 따라 좌우된다. 그러므로, 반응의 발열 성질은 촉매 및 전반적인 공정의 성능에 영향을 미친다. 불균형 분배 및 부적합한 혼합은 반응기의 단면에 걸친 촉매 활성 및 전환율의 차이를 유도하는 편재화된 온도 이탈을 야기할 수 있다. 이는 감소된 선택율, 감소된 평균 전환율 또는 반응 속도를 유도할 수 있으므로, 최대 작동 온도를 벗어나는 일 없이 생성물 품질 및 전환율의 소정 수준을 총족시키기 위해서는 반응기를 보다 가혹한 조건에서 작동시키거나, 또는 반응기에 대한 공급물의 유속을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 일반적으로 소정의 생성물에 대한 전체 공정 선택율을 감소시키므로 공정의 경제적인 이익을 저하시킨다.

반응물의 불균형 분배 및 편재화된 온도 이탈의 또다른 불리한 작용은 촉매의 증가된 불활성화에 의해 야기된 촉매 수명의 조기 감소이다. 이는 고온에서 촉매의 사용을 통해 또는 오염물질, 예컨대 촉매 표면 상의 탄소(코우크)의 침착에 의해 이루어질 수 있다. 어떠한 경우에서도, 이는 반응기에서 촉매의 평균 활성의 조기 감소 및 조기에 반응기를 정지시키는 불가피성을 유도할 수 있다. 불량한 생성물 품질, 최적보다 더 낮은 작동 용량, 및 반응기의 조기 정지는 모두 석유 정제의 작동에 상당한 부정적인 경제적 영향을 미친다. 수소화공정 반응기의 정지, 재 적재 및 재가동은 작동으로부터 해당 유닛 및 결합된 상류 및 하류 유닛을 모두 제거하는 복잡하고 시간 소모적인 작동이다. 이는 잠재적으로 전반적인 정제의 일회처리량을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 목적은 탄화수소 전환 반응을 수행하는 데 사용된 하향 유동하는 반응기에서 증기 및 액체를 혼합하고 액체를 분배하기 위한 개선된 장치를 제공하는 것이다.

장착 변수 이외에도 몇가지 인자, 예컨대 평탄하지 못한 액체 수집 트레이는 분배기의 액체 수집 트레이상에서 불균일한 액체 수준을 유도할 수 있다, 수소화공정 반응기에서 반응기 내부의 설계시 접하는 문제점들 중 한가지는 반응기 내에서 존재하는 흐름 기체 및 액체에 의해 생성되는 힘이다. 이러한 힘은 고압 및 고온과 결합하여 반응기 내의 지지체 및 다른 장치 상에 상당한 응력을 결과적으로 생성시키는 경향이 있다. 일반적으로, 상기 힘은 혼합 및 분배 장비 내에 위치한 지지체 빔에 의해 흡수된다. 그러나, 여전히 내부 지지체 및 분배 트레이의 일부 편향이 존재할 수 있다. 훨씬 더 성가신 문제점은 하강하는 액체가 단지 몇개의 지점에서만 수집 트레이 상에 공급되는 경우에 발생한다는 점이다. 이는 트레이에 걸친 액체 높이 구배 및 액체 흐름을 달성한다. 또한, 하강하는 액체의 충격은 액체 수준 교란 및 불규칙성도 야기한다. 그러므로, 분배 트레이 상에 사용된 장치는 이러한 조건에 적응할 필요가 있다. 본 발명의 추가 목적은 분배 트레이의 상이한 부분들 상에서 위치한 개별 분배기를 에워싸고 있는 액체 깊이의 차이를 보다 우수하게 보정할 수 있는 분배 장치를 제공하는 것이다.

수소화공정 반응기를 통과하는 증기 및 액체 유속은 경우에 따라 반응기 작 동 온도 또는 다른 작동 조건의 변화, 공급물의 조성의 변화, 생성물 내역의 변화 또는 상이한 촉매의 사용으로 인하여 경시적으로 변화한다. 실제 예를 들면, 수소화분해 반응기에서 전환율의 증가는 생성물이 보다 큰 휘발성을 가지게 됨에 따라 탄화수소의 증가된 증기화를 유도한다. 그러므로, 본 발명의 추가 목적은 반응기에서 증기 및/또는 액체의 유속의 변화, 증기 유속의 증가에 매우 내성이 큰 분배 장치를 제공하는 것이다.

수소화공정 유닛의 작동은 공급 속도, 재순환 기체 속도 및 반응기 조건의 차이, 예를 들면 촉매 불활성화를 저지하는 온도 증가에 기인하여 경시적으로 달라진다. 작동 변수, 예컨대 트레이로 흐르는 액체 유속의 변화는 수집 트레이 상에 보유된 액체의 수준을 변화시킬 수 있다. 본 발명의 추가 목적은 수집 트레이 상에서 액체 수준의 변화에 보다 덜 민감한 장치를 제공하는 것이다.

발명의 개요

본 발명은 2상 하향류 용기 내부에 있는 부품으로서 사용하기 위한 액체 분배 징치이며, 상기 장치는 수집 트레이 상에서 액체 고도 또는 액체 구배의 차이를 편재화시키는 데 보다 덜 민감하다. 상기 장치는 수평적 흐름 차단 트레이 상에 장입된 복수개의 개별 분배 어셈블리를 포함한다. 각각의 분배 어셈블리는 역전된 U의 형상을 각각 보유하는 하나 이상의 개별 흐름 채널을 한정하는 데 도움을 주는 덮어씌우는(overlaying) 캡 및 덮개(shroud)를 포함한다. 유체 흐름 경로는 흐름 채널과의 연통을 제공하는 캡의 수직 측벽내 통로에서 시작한다. 2개 이상의 흐름 채널이 단일 분배 어셈블리 내에 존재하는 경우, 유체 흐름 경로는 트레이 위 어셈블리에서 합류할 수 있다. 상기 장치는 예컨대 장치의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로를 통과하는 상이한 유체 유속을 제공하는 통로의 배치에서 차이를 가짐으로써 2개 이상의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로를 보유한다. 증기의 질량 플럭스 및/또는 액체의 질량 플럭스는 복수개의 흐름 채널을 보유하는 단일 분배 어셈블리의 2개 이상의 흐름 경로들 사이에서 또는 상이한 어셈블리들 사이에서 변한다. 이는 비균일한 구성, 액체 수준 구배에 의해 및/또는 비평탄한 분배 트레이에 의해 야기된 불규칙성에도 불구하고 다음 수준으로 액체를 하향 분배하는 것을 개선시킨다. 한 실시양태에서, 본 발명은 원형, 직사각형 또는 삼각형일 수 있는 하강관의 독특한 구조 및 위에 덮어씌우는 캡의 통로의 톡특한 구조를 특징으로 한다.

임의의 특이적 유체 흐름 경로의 전체 구조는 유체 흐름에 대한 저항, 이로인한 유체 흐름 경로를 통과하는 기체 및 액체의 유속을 설정한다. 따라서, 예컨대 크기, 형상, 유입구 제한부, 배출구 제한부, 중간 제한부 또는 이들의 조합에 의해 배치가 상이한 장치에는 2개 이상의 유체 흐름 경로가 존재해야 한다.

도 1은 본 발명의 이중 흐름 채널 분배기 어셈블리를 관통하는 측단면도이다.

도 2는 도 1의 구획 2-2를 따라 취한 오버헤드 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 도 1의 분배기에 따른 캡의 마주보는 측부를 향하여 바라본 도면을 나타낸 것이다.

도 4는 도 1의 분배기에 따른 하강관의 등각도(isometric view)이다.

도 5는 대안적인 분배기 어셈블리의 등각도이다.

도 6은 도 5의 구획 6-6을 따라 취한 오버헤드 단면도이다.

도 7은 분배 트레이 상에 삼각형 그리드 패턴으로 위치한 5개의 분배 캡 어셈블리를 예시하는, 위에서 바라본 단순화된 단면도이다.

도 8a는 하강관의 정상부에서 계단식 유입구를 구비한 실린더형 하강관을 보유하는 이중 채널 분배기 어셈블리의 측면도이다.

도 8b는 도 8a의 이중 채널 분배기 어셈블리의 오버헤드 도면이다.

도 8c는 계단식 유입구를 나타내는 도 8a의 하강관만의 측면도이다. 이 도면은 도 8a의 것에서 90˚ 회전한 것이다.

도 9a는 트레이 상에 장입된 이중 채널 분배기 어셈블리의 상이한 형태의 정면도이다.

9b는 도 9a의 분배기 어셈블리의 측면도이다.

9c는 도 9a의 분배기 어셈블리의 오버헤드 도면이다.

10a는 트레이 상에 상이한 크기의 증기 유입구 통로를 보유하는 2개의 분배기 어셈블리의 수평 정면도이다.

도 10b는 도 10a의 단일 흐름 채널 분배기 어셈블리 중 하나에 대한 오버해드 단면이다.

상세한 설명

본 발명은 다양한 혼성 상, 즉 증기상 및 액체상을 갖는 혼성 상에서의 유용 성 및 양쪽 상의 하향 흐름을 갖는 용기에서의 유용성을 갖는다. 본 발명은 예를 들면 촉매 및/또는 흡착제와 같은 입자의 고정층을 함유하는 용기에서 증기상 및 액체상의 혼합 및/또는 재분배를 제공하는 데 용이하게 이용할 수 있다. 본 발명의 매우 유리한 용도는 석유 유도된 탄화수소 분획의 탈황화에 관한 수소화분해 및 수소화처리와 같은 수소화공정 반응기에서이다. 본 발명의 분배기 어셈블리는 액체상 및 증기상을 혼합하고, 이어서 형성된 혼성 상 스트림을 반응기의 단면에 걸쳐 분배시킨다. 이는 촉매층에서 반응물 농도 프로필 및 방사상 온도 구배를 제거하는 데 도움을 준다. 그러한 프로필 및/또는 구배는 반응기내에서 채널로 흐르는 액체 또는 증기의 경향으로 인하여 형성할 수 있다. 실제 예를 들면, 수소화분해 및 수소화처리 반응기에서, 층간 재혼합은 하강하는 액체가 모두 수소 농후 기체상과 접촉하고 이어서 액체가 모두 열적 평형에 도달하게 되는 것을 보장한다. 장치의 주요 기능은 촉매층의 정상부에 걸친 액체 분배이지만, 어셈블리는 증기 및 유체를 균일한 온도로 흔합하는 데 도움을 주고, 동시에 이러한 기능은 급냉(quench) 또는 새로운 공급 스트림이 반응기를 통과하여 하향 유동하는 유체와 혼합되는 경우 반응기에서 중간 지점에서 매우 중요하다. 명확하기 위해서 그리고 편리하기 위해서, 본 명세서에서는 기본적으로 수소화공정 반응기에서의 본 발명의 용도를 참고 인용한다. 그러나, 이러한 용도는 본 발명을 제한하는 것으로 해석해서는 안된다.

일반적으로, 장치의 기본 구조는 수평 트레이 상에 수집된 액체가 봉입된 유체 흐름 채널을 통과하여 상향으로 흐르고 균일한 패턴으로 트레이에 걸쳐 유포된 다수의 수직 하강관의 정상부 내로 흐르도록 한다. 이어서, 액체는 하강관을 통과 하여 트레이 아래 용기의 용적에 낙하한 후, 분배기 어셈블리를 통과하여 흐름 경로의 하향 레그를 완전 채우게 된다. 봉입된 채널을 통과하는 액체의 흐름은 증기가 액체를 하강관 내로 들어올리는 경향 때문에 증기 흐름을 수반하게 된다.

한 실시양태에서, 본 발명은 버블 캡 어셈블리와 유사하지만, 위에 덮어씌우는 캡 또는 덮개를 통과하여 상향류 채널 내로 유입되는 증기의 통과를 허용하는 장치의 부분의 신규한 설계를 보유하는 장치를 포함한다. 또한, 상기 장치는 혼합된 증기와 액체가 분배 트레이 아래로 관통하여 하강하는 하강관의 유입구 및 상향류 채널의 내부 구조의 신규한 설계를 특징으로 한다.

전체적인 장치의 한가지 기본 특징은 상이한 유속의 기체 및 액체를 제공하는 복수개의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로가 존재한다는 점이다. 한 실시양태에서, 일부 상향류 채널은 높은 증기 질량 플럭스 및 낮은 액체 질량 플럭스를 보유하고, 한편 다른 상향류 채널은 낮은 증기 질량 플럭스 및 높은 액체 질량 플럭스를 보유한다. 이는 예를 들면 상이한 상향류 채널 내로 흐르는 기체의 흐름을 위한 상이한 크기의 통로를 제공함으로써 수개의 상이한 통로에서 발생할 수 있다. 이들 통로는 상향류 채널의 외부 벽 내에서 존재하고, 증기가 채널 내로 흐르도록 한 유일한 지점이다. 즉, 유의적인 양의 증기가 캡의 하부 에지 아래로 흐르는 것은 바람직하지 않다. 통로는 분배기 채널 내로 흐르는 증기 흐름을 제한하여 증기 흐름에 대한 일차적인 저항을 제공하도록 크기를 다르게 한다. 액체 유속은 통로와 트레이 아래 개방 용기 용적 사이의 유체 흐름 경로의 구조에 의해 형성된 혼성상 유체 흐름에 대한 저항에 의해 주로 제어된다. 이어서, 통로의 형상, 치수 및 위치, 상향류 채널의 단면적 크기 및 형상, 채널의 길이, 상향류 채널 상부의 상대적 높이, 유체와 접촉하는 표면의 거칠기, 및 하강관 내부를 비롯한 유체 흐름 경로의 제한부의 존재는 모두 유체의 흐름에 대한 전반적인 흐름 경로의 저항을 한정하는 데 도움을 준다. 이들 변수를 다양할 수 있는 장치의 다른 부품과 조합하는 경우, 본 발명의 장치에 대한 거의 무한한 갯수의 가능한 설계가 존재한다.

다른 인자를 미변화 상태로 유지한다고 가정하면, 증기를 흐름 채널 내로 통과시키는 것을 보다 용이하게 하는 것은 2가지 효과를 갖는다. 첫째, 그것은 분배기 외부 용적과 상향류 채널 내의 용적 간의 압력차를 감소시킨다. 바꾸어 말하면, 이는 채널 외부 트레이 상에 존재하는 액체 수준에 채널 내부의 액체 수준을 (보다 낮게) 보다 근접하게 할 수 있다. 그러므로, 증기 통로의 보다 높은 속도는 증기가 하강관 내로 흐를 수 있기 전에 액체를 더 들어 올리는 것을 필요하게 만든다. 그 결과는 하강관 내로의 감소된 액체 흐름이 존재한다. 즉, 이용가능한 통로 면적의 증가는 결과적으로 증기 유속을 보다 높게 하지만, 채널에서 액체 유속을 보다 낮게하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

통로를 통과하는 증기 흐름이 액체를 상향으로 운반하기 때문에, 이러한 유형의 장치는 증기 구동형이라고 칭한다. 본 발명의 경우, 상이하게 배치된 유체 흐름 경로, 그리고 결과로 형성되는 증기 및 액체 유속의 차이 때문에, 장치는 비대칭형 증기 구동형(AVD: asymmetrical Vapor Driven) 분배기라고 칭할 수 있다.

증기가 먼저 통로를 통과한 후 수직 흐름 채널에서 액체와 함께 상향으로 흐르고, 내부 위어(weir) 위로 흐르며, 최종적으로 하강관을 통과하여 하향으로 흐르 는 흐름 경로의 보다 단순한 구조는 광범위하게 다양한 대안적인 구조를 이용가능하게 한다. 가장 우수한 설계를 선택하는 것은 주로 상대적 성능의 문제라기보다는 오히려 제작의 용이성 및 비용의 문제이다, 한가지 기본적인 변형은 상이하게 배치된 유체 흐름 경로가 2개 이상의 유체 흐름 채널을 보유하는 단일 분배기 내에 존재할 수 있거나, 또는 전체적으로 상이한 분배기 내에 존재할 수 있다는 점이다. 즉, 한 실시양태에서, 장치는 복수개의 분배기 어셈블리를 보유하는 액체 수집 트레이를 포함할 수 있으며, 각각의 어셈블리는 단지 1개의 수직 유체 흐름 채널만을 보유하지만, 상이한 어셈블리의 채널 내로의 증기 통로는 2개 이상의 상이한 단면적 중 하나를 보유한다. 대안적인 실시양태에서, 분배기 어셈블리는 2개 이상의 수직 흐름 채널을 보유하고, 그 각각은 이용할 수 있는 상이한 면적을 보유하는 동일한 어셈블리의 통로와 함께 상응하는 증기 경로를 보유한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 통로의 단면적이라는 용어는 상향류 채널의 부품을 부분적으로 형성하는 덮개 또는 캡의 수직 측벽에서 임의 형상의 슬롯(들), 천공(들) 또는 개방부(들)이 전체 이용가능한 개방 면적을 의미한다. 상기 통로는 동일한 크기, 형상 또는 고도를 가질 필요가 없는 복수개의 슬롯 또는 개방부의 형태로 존재할 수 있다. 또한, 개방 면적은 액체가 통로의 일부를 덮을 수 있다는 점에서 제한되기도 한다. 이는 일부 증기 흐름을 차단한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 수직이라는 용어는 수평 액체 수집 트레이에 대하여 수직인, 적어도 일부 수직 성분을 보유하는 형태를 의미한다. 예를 들면, 수직 흐름 채널은 일부 수직 성분을 보유한다는 점, 즉 그러한 수직 흐름 채널은 트레이에 대하여 평행하지 않는다는 점만이 필요하다.

한 실시양태에서, 본 발명의 장치는 상당한 크기의 개방부를 허용할 정도로 덮어 씌우는 캡의 저부로 하여금 트레이의 정상부 표면의 단락을 정지시키는 실시를 지속한다. 이러한 개방부, 즉 2-7cm 높이는 트레이 상의 액체의 정상적인 수준 이하에 존재하고 정상적으로 기체 흐름에 대하여 밀봉된다. 그러나, 이것은 유의적인 작동 혼란 또는 다른 미계획된 사건의 경우 정상적인 유속 이상으로 유체가 흐르는 것을 허용하는 작용을 한다. 이는 액체 수집 트레이가 유체 우회에 대하여 매우 잘 밀봉되어 있는 경우에 특히 중요하다.

하향 유동하는 액체를 수집하는 트레이는 반응기의 이용가능한 단면적 전부에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 상기 트레이는 다른 반응기 내부를 수용하도록 접속된 부품 또는 섹션의 형태로 존재할 수 있다. 트레이는 반응기 내부 벽에 대한 기밀한 시일(seal)을 제공하여 결과적으로 액체 불균형 분배를 형성하는 액체의 누출을 피할 수 있도록 설계 및 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 이는 증기가 분배기 어셈블리의 통로 및 내부 채널을 통과하여 흐르도록 한다. 장치를 관통하는 저 용량 배출 호올이 제공될 수 있다. 전체 반응기 내부의 분배 트레이 및 나머지 부분은 종래의 설계를 가질 수 있다.

분배기 어셈블리의 대안적인 구조는 도면에 도시되어 있다. 도면은 단지 본 발명 및 대체예를 특성화시키기 위해서만 제공된다. 상기 도면은 본 명세서에 개시된 개념의 범주를 제한하거나 연구 도면으로서 사용하기 위한 것이 아니다. 또한, 상기 도면은 본 발명의 개념의 범주의 한계를 설정하는 것으로 해석해서는 안된다. 도면에 의해 도시된 상대적인 치수는 상업적 실시양태와 동일하거나 비례적인 것으 로 간주해서는 안된다.

지금부터 도면을 참조하면, 도 1은 2개의 흐름 채널을 보유하는 분배기(1)에서 수평으로 바라본 경우 나타나는 측단면도를 도시한 것이다. 캡 또는 덮개(10)는 캡(10) 내에서 중심에 위치한 하강관(downcomer) 또는 상승관(riser)(20)의 정상부 상에 고정되어 있다. 바꾸어 말하면, 하강관(20)은 하강하는 액체를 수집하는 트레이(14)에서 개방부(12) 위에 장입되어 있다. 상기 하강관(20)은 개방부(12)를 관통하여 도시되어 있지 않은 트레이 아래로 연장할 수 있다. 한 실시양태에서, 반응기를 통과하여 하향 유동하는 모든 기체 및 액체는 트레이 상에서 그러한 방식으로 구성된 다수개, 예 20-2200개의 분배기를 통과하여 흐른다.

도 2는 캡(10) 내에 있는 하강관(20)의 배열을 도시하는 도 1의 구획 2-2를 따라 취한 오버해드 도면이다. 도 1 및 도 2는 이러한 실시양태에서 분배기(1)의 전체적인 배치를 한정하기 위해서 캡(10) 및 하강관(20)의 배열을 예시한 것이다.

도 3 및 도 4는 도 1의 분배기의 캡(10) 및 하강관(20)의 배치를 각각 예시한 것이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1의 이중 흐름 채널 분배기에 따라 각각 통로(4 , 5)를 보유하는 캡(10)의 실린더형 측벽 또는 스커트(3)의 마주보는 측부를 바라본 도면을 도시한 것이다. 실린더형 벽(3)과 정상부 평판(2)은 하강관의 개방 상부 말단을 덮어 분배기(1)를 형성하는 캡 또는 덮개(10)를 형성한다. 이 캡(10)은 캡의 상대적 위치를 유지하기 위해서 부착에 사용된 임의의 수단, 그리고 증기 및 액체를 통과시키기 위해서 설계된 통로(4, 5)를 제외하고는 실질적으로 무공 상태인 것이 바람직하다. 도시하지 않은 한 실시양태에서, 통로(4, 5) 중 하나 또는 양자는 복수개의 개방부를 포함할 수 있다. 통로는 동일하지 않다. 실제 예를 들면, 도 1 내지 도 4의 실시양태에서, 캡(10)의 마주보는 측부에서 보다 작은 저 증기 유속 슬롯(4)이 존재하고, 보다 큰 고 증기 유속 통로(5)가 존재한다. 고 증기 유속 통로(5)는 저 증기 유속 통로(4)에 의해 제공된 개방부보다 더 크고 더 넓은 것이 바람직하다. 이들 통로는 측벽(side wall)(3)의 마주보는 측부 상에서 존재하는 것이 바람직하다. 캡은 필요한 경우 정상부 상에 원형으로 될 수 있다.

도 4는 도 1의 이중 흐름 채널 분배기에 따른 하강관의 도면이다. 이 하강관(20)은 2개의 전벽(front wall)(8, 9) 및 2개의 단부 벽(end wall)(11)을 포함한다. 단부 벽(11)은 실질적으로 동일하고, 동일한 고도에 도달한다. 단부 벽의 상부 에지는 정상부 평판(2)의 내부 표면과 접하여 하강관(20) 위의 캡(10)을 지지한다. 이들 4개의 벽은 모두 분배 어셈블리의 상부에서 아래 트레이(14)의 수준으로 하향 연장된다. 이들 4개의 모든 벽의 하부는 유체 기밀한 시일로 수평 트레이(14)에 밀봉되는 것이 바람직하다. 2개의 전벽(8, 9)은 모두 단부 벽(11)보다 더 짧다. 전벽(9)은 전벽(8)보다 더 높은 고도에 도달한다. 하강관(20)은 단부 벽(11)이 이러한 형태로 도시된 도면과 비교하여 비교적 더 좁은 상태인 보다 더 직사각형일 수 있다. 하강관은 규칙적인 기하구조 형상을 보유하는 것을 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 전벽 및 단부 벽은 다양한 각도에서 비대칭일 수 있고/있거나, 이들 벽은 곡선형일 수 있다.

도 1 및 도 2에 예시되어 있는 바와 같이, 하깅기의 전벽(8, 9)은 캡(10)의 측벽(3)에서 마주보는 특이적 경로(4, 5)에 위치하여 2개의 수직(상향류) 채널 또는 유체 흐름 채널(15, 16)을 한정한다. 보다 작은 저 증기 유속 경로(4)는 보다 짧은 전벽(8) 반대쪽에 위치하고, 제1 수직 (상향류) 채널(15)과의 유체 연통을 제공한다. 보다 큰 고 증기 유속 경로(5)는 보다 큰 정면(9) 반대쪽에 위치하고, 제2 수직 (상향류) 채널(16)과의 유체 연통을 제공한다. 수직 (상향류) 채널 또는 유체 흐름 채널(15, 16)은 하강관의 전벽(8, 9)과 캡의 실린더형 측벽(3) 사이에 있는 캡(10)의 수직 용적 내에 위치한다.

증기 및 액체는 이들 채널에 진입하여 하강관에 대한 유입구로 상향 흐른다. 도 2는 캡(10)의 실린더형 측벽(3)의 내부 표면과 접하는 하강관 단부 벽(11)의 수직 에지(19)를 도시한 것이다. 이러한 수직 에지(19)는 하강관(20)의 수직 코너와 일체를 이룬다. 캡(10)이 탈착가능한 경우, 이 지점에서 임의 갭은 캡을 용이하게 부착하고 제거하는 것을 보장하는 데 필요할 정도로 최소인 것이 바람직하다. 하강관 단부 벽(11)의 수직 에지(19)는 측벽(3)의 내부 표면과 접촉하여 하나의 수용 체임버에서 나머지 다른 체임버로 유체가 흐르는 것을 빙지한다. 즉, 유체는 하강관 주변으로 갈 수 없지만, 하강관 유입구에 대하여 상향으로 밀려가게 된다. 실린더 내부 벽(3)의 내부에 하강관 단부 벽(11)의 수직 에지(19)를 부착하는 것은 2개의 흐름 채널(15, 16) 사이에서 유체 흐름에 대한 소정의 저항 차이를 증진시킨다. 그러나, 캡을 하강관에 부착시키는 것은 필요로 하는 것이 아니다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 비대칭형 캡(1)의 측벽(3)은 정상부 평판(2)에서 저부 에지(6)로 트레이(14)의 수평 상부 표면 위로 짧은 거리를 연장한다. 따라서, 트레이 상에 존재하는 액체는 캡의 저부를 통과하여 분배기에 진입하고, 측벽(3)과 전벽(8, 9) 사이의 상향류 채널(15, 16) 내로 흐른다. 또한, 액체는 통로(4, 5)를 통과하여 채널 내에 진입할 수도 있다. 액체는 통로(4, 5)를 통과하여 진입하는 증기에 의해 채널(15, 16)을 통과하여 상향으로 밀려 올라간다. 이는 캡의 저부 에지(6)가 트레이(14) 상의 액체 중에 잠긴다는 것이다. 증기와 액체의 혼합물은 어셈블리의 정상부를 향하여 상향 유동하고, 전벽(8, 9)의 정상부 에지 위에서 하강관(20) 내로 흐른다. 단부 벽(11)의 수직 에지는 도 1에 생략되어 전벽의 정상부 에지 위에서 하강관 내로 흐르는 액체의 그러한 흐름 경로를 명료하게 한다는 점을 유의해야 한다.

하강관(20)은 유체 흐름 경로의 부분을 한정하고, 대향하는 전벽(8, 9)에 의해 부분적으로 형성된다. 전벽(9)의 정상부 에지는 전벽(8)의 정상부 에지보다 더 높은 고도에서 위치한다. 이러한 보다 높은 고도는 액체가 채널(15)에서보다 수직 상향류 채널(16)에서 더 들어 올려지는 것을 필요로 한다. 전벽(8) 위에 보다 큰 개방부에 비하여 하강관에 대한 전벽(9) 위에 보다 작은 개방부는 상향류 채널(15)에 비하여 채널(16)에서 액체 흐름에 대한 추가적인 저항을 발생시킨다. 수직 상향류 채널(16)은 증기가 보다 큰 통로(5)를 통과하여 진입하기 때문에 수직 채널(15)에 상대적인 증기 흐름에 대한 보다 낮은 저항을 보유한다. 따라서, 수직 상향류 채널(16)은 고 증기 흐름 채널/저 액체 흐름 채널이라고 칭할 수 있으며, 수직 상향류 채널(15)은 저 증기 흐름 채널/고 액체 흐름 채널이라고 칭할 수 있다.

하강관 전벽의 각각 정상부 에지 위로 유동하는 2가지 혼성 상 스트림은 하강관의 개방 정상부 내로 진입한다. 이 스트림이 하강관(20)에 진입함에 따라, 상 기 스트림은 어셈블리의 정상부에서 위치한 수직 흐름 분할 배플(baffle)(7)에 의해 짧은 시간 동안 분리 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 한 실시양태에서, 이 배플(7)은 하강관 내에서 중심에 있고 보다 큰 벽(9)의 상부 에지 적어도 아래에서 하향 연장되는 무공 벽이다. 상기 배플(7)은 전벽(8, 9)의 정상부 에지를 중간 고도에서 하부 에지에 종결될 수 있다. 배플은 보다 짧은 벽(8)의 상부 에지 아래로 연장할 수 있다. 또한, 배플은 이것이 하강관(20)의 저부에 연장되는 경우 2개의 하강관을 형성할 수 있다. 따라서, 트레이를 통과하는 단일 천공에 이르는 하나의 어셈블리 내에는 복수개의 하강관이 존재할 수 있다. 또한, 하나의 어셈블리는 트레이를 통과하는 복수개의 천공에 이르는 복수개의 하강관로 구성될 수도 있다. 그러나, 이러한 수직 분할 배플은 임의적이다. 이는 하강관의 한 측부에 진입하는 유체가 하강관의 나머지 다른 측부 상에 있는 유체를 방해하지 않도록 하기 위한 것이다. 그러한 배플의 사용은 하나 이상의 유체 흐름 경로의 배치를 효과적으로 변경시키고, 흐름에 대한 저항을 자연스럽게 변경시킨다. 2개의 혼성 상 스트림은 분할 배플(7) 아래에서 합류하고, 하강관을 통과하여 분배 트레이(10) 내의 개방부(12)로 하향 흐른다. 이어서, 혼합물은 트레이 아래의 촉매를 향하여 하향 낙하한다. 본 발명의 실시양태에서는, 트레이 위의 단일 하강관에서 합류하는 2개 이상의 상이하게 배치된 흐름 경로를 보유하는 동일 배치의 분배 어셈블리를 사용할 수 있다. 그러한 경우, 흐름에 대한 저항의 차이 및 형성되는 유체 유속의 차이는 유체 흐름 경로가 만나기 직전의 지점에서 결정해야 한다. 이러한 합류 후, 예컨대 배플(7) 또는 트레이 아래에서의 합류 후, 복수개의 유체 흐름으로부터 유래한 조합된 흐름은 각각의 어셈블리에 대하여 동일하다.

본 발명에 따른 이중 채널 분배기 어셈블리의 다른 실시양태는 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4 내의 상응하는 부재와 배치가 다른 도 5 및 도 6 내의 부재는 참조 번호에 ' 기호 "'"를 붙임으로써 지정한다. 도 5는 분배기 어셈블리(1')의 캡(10')을 향해 바라본 도면을 도시한 것이다. 도 6은 캡(10') 내에 있는 하강관(20')의 배열을 도시하는 도 5의 구획 6-6을 따라 취한 오버해드 단면도이다. 이 실시양태에서, 하강관은 2개의 전벽(8', 9'), 및 도시되어 있지 않은 트레이의 상부 표면으로 아래 연장되는 전벽(8', 9') 사이의 실린더형 측벽(3')의 2개의 아치형 부분(17, 18)에 의해 형성되어 있다. 전벽(8', 9')의 반대쪽에 있고 수직 채널 또는 흐름 채널(15', 16')을 한정하는 측벽(3')의 2개 나머지 부분은 단지 측벽(3')의 저부 에지(6')만으로 하향 연장된다. 마찬가지로, 이 저부 에지(6')는 트레이의 상부 표면 위에 짧은 거리에 위치하고, 사용 동안 트레이 상에 수집된 액체 중에 잠겨 있다. 정면(8', 9') 벽 및 측멱(3')의 아치형 부분(17, 18)의 하부는 유체 기밀 시일로 수평 트레이에 밀봉되는 것이 바람직하다.

전벽(8', 9')은 도 6에 도시된 바와 같이 캡의 측벽(3')에 의해 둘러싸인 원을 걸쳐 연장하는 코드(chord)를 형성하도록 캡(10')의 내부 용적에 걸쳐 실질적으로 연장되어 있다. 전벽의 상대적 높이 및 큰 통로(5')의 배치는 도 5에서 가상선에 의해 도시되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 하강관(20')의 보다 짧은 전벽(8') 및 보다 큰 전벽(9')은 고 증기/저 액체 수직 흐름 채널(16') 및 저 증기/고 액체 수직 상향류 채널(15')을 한정하도록 상이하게 배치된 통로(4', 5')에 의 해 특이하게 배열되어 있다. 분배기(1')를 통과하는 증기 및 액체의 흐름 경로는 전술한 것들과 유사하다. 전벽(8', 9')의 수직 측부 에지(19')는 유체 흐름이 제한될 정도로 캡(10')의 측벽(3')의 내부 표면에 충분히 가깝게 하는 것이 바람직하다. 전벽의 수직 측부 에지(19')는 적어도 증기 흐름을 방지하기 위해서 캡과 접하는 것이 바람직하다. 즉, 통로(4' 또는 5')를 통과하여 캡으로 진입하는 유체는 한 수직 채널에서 나머지 다른 것으로 용이하게 흐를 수 없다. 실린더형 측벽(3')의 내부에 전벽(8', 9')의 측부 에지(19')를 부착하는 것은 2개의 흐름 채널(15', 16') 사이의 유체 흐름에 대한 소정의 저항의 차이를 증진시킨다.

도 5 및 도 6의 하강관 배열은 전벽(8', 9')이 상응하는 통로로부터 상이한 거리에서 용이하게 위치하여 상이한 수직 단면적 및 이로 인한 유체 흐름에 대해 상이한 저항을 지닌 상향류 채널을 한정할 수 있다는 점에서 개조가능한 구조를 제시하고 있다. 즉, 하강관(20')은 캡(10') 내에서 중심에 위치할 필요가 없다. 유사한 배열은 예를 들면 사다리꼴형 단면적 형상을 보유하는 하강관에 의해 도시할 수 있다. 2개의 흐름 경로의 배치의 추가적 차이는 하강관 내부에 있는 임의의 수직 흐름 분할 배플의 사용에 의해 용이하게 달성할 수 있다.

도 7은 트레이(14)의 일부 상에서 공간 이격된 5개의 이중 채널 분배기 어셈블리(1)의 단면유사 도면을 제공하는 오버헤드 도면이다. 반응기 내에서 사용된 실제적인 트레이는 트레이(14)의 면적에 걸쳐 균일하게 분배된 다수의 어셈블리를 보유한다. 어셈블리의 수는 분배 트레이 및 아셈블리의 크기에 따라 20 내지 2200 이상 사이에서 존재할 수 있다. 이러한 도면은 단부 벽(11)이 대향하는 전벽(8, 9)과 비교하여 비교적 좁은 것인 보다 직사각형인 형상을 보유하는 하강관을 예시한 것이다.

도 8a는 실린더형 하강관(20") 및 실린더형 캡(10")을 보유하는 이중 흐름 채널 분배기(1")의 측면도이다. 도 1 내지 도 6 내의 상응하는 부재와 상이한 배치가 있는 도 8a, 8b 및 8c 내의 부재들은 참조 번호에 이중 프라임 기호" " "을 부가함으로써 지정한다. 캡(10")의 1/2 정면 상의 2개의 수직 슬롯(5")은 분배기(1") 내에 있는 제1 흐름 채널(16")에 이르는 보다 큰 증기 흐름 통로를 형성한다. 캡(10")의 백사이즈 상에 위치한 가상선으로 도시된 한개의 수직 슬롯(4")은 분배기의 제2 흐름 채널(15")에 이르는 보다 작은 통로를 형성한다. 이러한 배열은 도 8b를 참조하면 보다 용이하게 식별할 수 있으며, 도 8b는 혼합기-분배기의 오버헤드 도면이다. 이 도면은 수직 흐름 채널(15", 16")을 부분적으로 한정하는 하강관(20")의 2개 반실린더형 부분(8", 9")을 도시한 것이며, 이들 각각은 하강관(20")과 덮어 씌우는 캡(10") 사이의 환형 1/2를 차지한다. 2개의 흐름 채널(15" 및 16")은 도 8a 및 도 8b에서 도시한 바와 같이 수직 공간 이격 벽(25)에 의해 서로 분리되어 있다. 이러한 공간이격 벽은 도 8a에 도시되어 있는 바와 같이 보다 높은 하강관 전벽(9")에 정상부 에지 위로 캡(10")을 지지할 수 있다.

도 8c는 도 8a에서 도시된 트레이(14")의 부분과 분배기의 실린더형 하강관 벽(20")만을 예시한 것이다. 이러한 수평 측면도는 90°회전한 도 8a의 하강관을 도시한 것이다. 이것은 하강관의 정상부에서 계단식 유입구에 대한 보다 상세한 도시를 허용한 것이다. 하강관(20")의 제1 반실린더형 부분(9")은 하강관(20")의 제2 반실린더형 부분(8")보다 더 높은 높이까지 연장된다. 이들 반실린더형 부분의 상부 에지는 수직 흐름 채널(15" 및 16")의 정상부에서 하강관(20")에 대한 유입구 위어를 형성한다. 이는 전술한 실시양태에서 2개의 평평한 전벽(9, 8)의 상부 에지와 대등하다. 도시되어 있지 않은 수직 배플은 앞에서와 같이 하강관 유입구에서 2개의 흐름 채널을 분리하는 데 사용할 수 있다.

도 8a 내지 도 8c의 분배기 배열은 단일 분배기 어셈블리에서 2개 이상의 상향류 채널을 제공하기 위한 특히 개조가능한 구조를 제공한다. 단지 또다른 수직 공간이격 벽(25)을 첨가하여 환형을 3개의 채널로 분할하는 것만이 필요하다. 4개의 공간이격 벽(25)은 4개의 채널을 제공한다. 동등한 수의 증기 통로는 실린더형 측벽(3")에 제공되며, 각각 별도의 채널에 상응한다. 유사한 분할은 예컨대 삼각형 하강관 또는 정사각형 하강관을 보유함으로써 평평한 측부를 보유하는 하깅기에 의해 달성할 수 있다. 삼각형 하강관은 실린더형 측벽을 보유하는 캡에 매우 적합하고, 정사각형 하강관은 실린더형 또는 정사각형 측벽 캡과 함께 사용하기에 매우 적합하다. 정사각형 하강관은 전벽이 정사각형 캡의 측벽과 평행하도록 정렬될 수 있거나, 또는 하강관의 코너가 봉입되는 정사각형 측벽의 중간지점에 대하여 중심에 위치하도록 45°회전될 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 상이한 구조를 보유하는 이중 상향류 채널 분배기를 예시한 것이다. 도 1 내지 도 8 내의 부재와 상이한 배치를 지닌 도 9a, 도 9b 및 도 9c 내의 부재는 참조 번호에 삼중 윗첨자 기호 " ''' "를 붙임으로써 지정한다. 전술한 구조의 덮어 씌우는 캡을 직사각형 하강관(20''')의 마주보는 측부로부터 돌 출하는 2개의 연장부로 대체한다. 이것은 또한 하강관 단부 벽(11''')의 상부와 공통으로 중심부를 보유하는 2개의 직사각형 캡 또는 단일 캡으로 간주할 수 있다. 도 9a는 고 증기 흐름 통로(5''')를 보유하는 캡(10''')의 수직 전벽(21''')을 향하여 수평으로 바라본 도면이다. 이 통로는 벽의 저부 에지로부터 융기하는 슬롯이라기 보다는 오히려 분배기의 전벽에 의해 완전히 둘러싸인 것이다. 구조의 이면 상에 저 증기 유속 통로(4''')를 위치시키는 것은 가상선으로 도시되어 있다. 통로(4)와 같은 통로가 캡의 저부 에지를 교차하는 지의 여부 또는 통로(5)와 같은 통로의 저부 에지가 캡의 저부 에지 위로 일정 거리에 있는지의 여부는 본 발명의 임의의 실시양태에서 사용될 수 있는 배치상의 또다른 차이점이라는 점을 유의해야 한다. 도 9b는 동일한 분배기의 측면도(종단면도)를 도시한 것으로, 가상선으로 도시된 하강관 (20''')의 대향하는 긴 전벽(9''')과 짧은 전벽(8''')의 배치를 이해할 수 있게 한다. 하강관(20''')의 단부 벽(11''')은 흐름 채널(15''', 16''')의 외부 측부를 제한하기도 하는 캡(10''')의 측벽 부분(22, 23)과 일체를 이룬다. 도 9c는 동일한 분배기의 오버헤드 도면이다. 캡(10''')의 측벽 부분(22, 23)이 약간 넓게 이격되어 완전 직사각형 캡이 하강관(20''') 위에 고정되는 경우에는 유사한 분배기를 용이하게 시각화할 수 있다. 즉, 측벽(22, 23)의 내부는 하강관 단부 벽(11''')의 외부와 접한다.

도 10a는 상부에 장입된 2개의 동일하지 않게 배치된 분배기 어셈블리를 보유하는 수평 액체 수집 트레이의 정면도이다. 도 10b는 도 10a의 분배기 어셈블리 중 하나에 대한 오버헤드 도면이다. 각각의 분배기 어셈블리는 액체 수집 트레이에서 개방부(36) 내에 장입된 직사각형 하강관(34)을 포함한다. 이 하강관(34)은 2개의 측벽(32), 후벽(31) 및 유입구 벽(38)으로 형성된다. 도 9a 내지 도 9c와 유사하게도, 수집 트레이의 상부 표면 위의 하강관 측벽(32)의 부분은 전벽(33)을 향해 측부 연장되고, 상향류 채널(35)를 한정하는 정상부 평판(39)로부터 하향 연장된다. 하강관의 유입구 벽(38)은 다른 벽보다 짧아서 정상부 평판(39)에 접촉하지 않는다. 이는 증기 및 액체가 하강관(34)을 통과하는 상향류 채널(35)의 정상부에서 하강관(34)의 정상부 내로의 위어(weir) 또는 개방부를 제공한다. 이들 어셈블리 각각에 오직 하나의 상향류 채널(35)만이 존재하므로, 직사각형 전벽(33)에 위치한 단일 증기 통로(37a)가 사용된다. 앞에서와 같이, 이 통로는 복수개의 개방부를 포함할 수 있다. 이러한 관점에서 보면, 상기 벽(33)은 유입구 벽(38)의 정면에 위치하며, 일반적으로 트레이 상의 액체 수위 아래에 있는 저부 에지(41)를 보유한다.

상기 도면은 통로(37a, 37b)의 크기, 즉 단면적만이 상이하여, 동일한 트레이를 통과하는 증기 및 액체의 상이한 유속을 전달하는 2개 이상의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로를 제공하는 2개의 분배기 어셈블리를 도시한 것이다. 도시하지 않은 실시양태에서, 통로(37a, 37b)는 동일한 단면적을 보유하긴 하지만, 이들은 예컨대 나머지 다른 것보다 더 큰 높이 및 더 좁은 폭을 보유하는 통로 중 하나로서 상이하게 배치되어 있다. 도시하지 않은 다른 실시양태에서, 통로(37a, 37b)의 크기 및 형상은 모두 동일하긴 하지만, 이들은 예컨대 트레이에 대하여 상대적으로 상이한 높이에서 위치함으로써 상이하게 배치되어 있다. 또다른 실시양태에서, 통로들의 배치는 동일하고, 통로 이후 흐름 경로의 배치에서 단 하나의 차이점은 유 체 흐름 경로를 충분히 분간할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 유입구 벽(38)의 높이 차이, 또는 상향류 채널(35)의 상이한 제한부, 또는 2개의 유체 흐름 경로 사이의 하강관(34) 내부는 상이한 배치를 제공할 수 있다. 앞서 지적한 바와 같이, 본 명세서에 예시하고 상세히 설명한 다른 차이점들와 마찬가지로 유체 흐름 경로 배치에서 이들 차이점의 예는 본 발명의 임의의 실시양태에서 사용할 수 있다. 따라서, 유체 흐름 경로에서의 단일 차이점은 유체 흐름에 상이한 저항, 및 동일하거나 상이한 분배기 어셈블리 내에 존재할 수 있는 장치의 동일하지 않게 배치된 유체 흐름 경로 사이에서 증기 및 액체의 상이한 유속를 제공하기에 충분할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 전체 흐름 경로의 배치에서의 복수 변화를 분배기 어셈블리에 사용하여, 증기 및 액체의 상이한 속도를 전달하는 유체 흐름에 대해 상이한 저항을 지닌 장치의 2개 이상의 흐름 경로를 제공할 수 있다.

도 10a에서 2개의 어셈블리의 차이가 오직 수직벽(33) 내의 통로(37a, 37b)의 면적에서 존재하는 경우, 이들 어셈블리는 도 10b에 도시한 도면에서 동일하게 도시된다. 이 도면은 하강관(34)의 정사각형 단면 및 돌출하는 상향류 채널(35)의 성질을 기본적으로 분간하는 데 유용하다. 또한, 수직 흐름 채널 또는 하강관을 포함하는 벽들 중 어느 것도 트레이에 수직일 필요는 없다는 점을 유의해야 한다. 이들은 일부 수직 성분을 가지고, 동일하거나 상이한 각도로 수직으로부터 기울어질 수 있다.

단일 채널 분배기의 설계는 하강관 또는 캡의 형상 차이를 쉽게 수용할 수 있다. 실제 예를 들면, 원형 캡 또는 덮개는 원형, 사각형, 삼각형이거나, 또는 임 의의 다른 적합한 단면 형태를 가질 수 있는 하강관 위에 고정될 수 있다. 또한, 하강관 및 캡의 단면 형상과 관계 없이, 캡은 하강관의 중심에 위치할 필요는 없다는 점도 유의해야 한다. 하강관의 수직축은 캡의 에지에 좀더 근접하게 위치할 수 있다. 또한, 하강관의 1 이상의 벽의 부분은 캡 또는 덮개의 1 이상의 측벽에 접할 수 있거나, 그러한 측벽과 동일 평면을 형성하거나 일체를 이룰 수 있다.

2개 이상의 상이하게 배치된 분배기 세트, 예를 들어 고 증기 플럭스를 지닌 상향류 채널을 보유하는 제1 세트 및 적어도 예를 들어 저 증기 플럭스를 지닌 제2 세트를 배치하는 것은 몇가지 다른 대체 배열 및 임의의 전체 구조를 도입시킨다. 먼저, 고 증기 흐름 경로와 같은 특정한 크기의 증기 통로를 지닌 상향류 채널을 보유하는 단일 채널 분배기의 상대적 분획은 임의의 소정량으로 설정할 수 있다. 실제 예를 들면, 통로의 1/2은 고 증기 흐름 통로 또는 저 증기 흐름 통로일 필요는 없다. 실졔 예를 들면, 분배기의 1/4만은 보다 큰 고 증기 흐름 통로를 보유할 수 있다. 대안으로, 단일 채널 분배기의 1/4만은 보다 작은 (저 증기 흐름) 통로를 지닌 상향류 채널을 보유할 수도 있다. 분배기의 나머지 부분은 보다 큰 고 증기 흐름 경로를 보유한다. 또한, 통로 크기 분포는 3가지 이상의 크기일 수 있다는 점도 추가로 유의해야 한다. 즉, 통로는 대형, 소형 및 중형일 수 있다. 통로를 경유하여 지난 흐름 경로의 나머지 부분에는 통로의 변형을 대신하고/하거나, 그러한 변형과 조합하여, 유사한 변형을 실시하여 상이하게 배치된 단일 채널 분배기 세트의 소정의 갯수를 얻을 수 있다. 또한, 복수 채널 분배기 내에 상이하게 배치된 유체 흐름 경로의 분포도 마찬가지로 다양하게 할 수 있다. 또다른 변형은 동일 트레 이상의 단일 채널 및 복수 채널 분배기 양자의 배치이다. 또한, 1 이상의 단일 채널 분배기 세트를 사용하거나 사용하지 않은 트레이에 걸쳐 배치된 복수 채널 분배기의 상이한 세트도 존재할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "세트"라는 용어는 동일한 구조를 보유하는 분배기 어셈블리를 설명한 것이다. 예를 들면, 이들은 서로 실질적인 복제품인 것으로 간주할 수 있다. 세트는 트레이상에 단일 분배기를 소수로서 포함하거나, 트레이 상에 모든 종류의 분배기를 다수로서 포함할 수 있다. 상이하게 배치된 유체 흐름 경로가 제공된 복수 채널 어셈블리의 세트는 트레이 상에 상이하게 배치된 유체 흐름 경로를 1개 이상 보유하는 1개 이상의 다른 분배기 세트일 필요가 없다. 따라서, 본 발명은 단일 및/또는 복수 채널 분배기 어셈블리의 다양한 세트와 조합될 수 있는 흐름 경로의 배치에 있어서 가능한 수많은 변형을 포함한다.

예를 들어, 본 발명에 따른 장치는 제1 배치의 흐름 경로를 보유하는 단일 채널 분배기 다수를 포함하는 제1 세트, 및 제2 배치의 흐름 경로를 제공하는 하나의 분배기 어셈블리를 포함하는 제2 세트를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 본 발명에 따른 장치는, 제1 배치, 즉 제2 배치의 2가지 동등한 유체 흐름 경로를 보유하는 복수 채널 분배기의 제1 세트, 1 이상의 유체 흐름 경로가 제1 세트의 것과는 상이한 2개의 유체 흐름 경로를 보유하는 복수 채널 분배기의 제2 세트, 및 1개, 2개 또는 3개의 유체 흐름 경로가 모두 상이하게 배치된 3개의 유체 흐름 경로를 보유하는 복수 채널 분배기의 제3 세트를 보유하는 단일 채널 분배기의 세트를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 복수 채널 분배기 어셈블리의 제1 세트는 제1 배치의 균일한 흐름 경로를 보유하고, 복수 채널 어셈블리의 제2 세트는 트레이 상에서 제2 배치의 균일한 흐름 경로를 보유한다.

적합한 실린더형 캡은 직경이 5 ~ 16 cm(2 ~ 6 인치)이고, 전체 높이가 12 ~ 25 cm(5 ~ 10 인치)인 표준 파이프의 견본으로부터 형성할 수 있다. 실시양태에서, 가장 큰 하강관 벽의 정상부 에지와 캡의 정상부 내부 표면 사이의 거리는 7 mm이상이어야 한다. 캡의 정상부 내부 표면과 제2 하강관 벽의 정상부 에지 사이의 거리는 8 mm 이상 더 크다.

캡의 고 유속 증기 통로 및 저 유속 증기 통로의 단면적 및 높이는 모두 10% 이상 차이가 나는 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용한 바와 같이, 장치의 2개의 흐름 경로에서 상응하는 형태 간의 거리 값은 비교되는 2개의 값 중 더 작은 것에 관하여 %로서 계산한다. 실시양태에서, 대용량 증기 통로의 폭은 소용량 증기 통로의 폭보다 10% 이상 더 크다. 다른 실시양태에서, 대용량 증기 통로의 폭은 소용량 증기 통로의 폭과 동일하거나, 또는 그 이하인 반면, 2개의 통로의 상대적인 높이는 상응하게 적절히 조정하여 대용량 증기 통로의 단면적이 소용량 증기 통로의 단면적보다 10% 이상 더 크게 해야 한다. 다른 실시양태에서는, 10% 이상 상이한 개방 단면적을 보유하는 장치내 2개 이상의 통로가 존재한다. 다른 실시양태에서는, 25% 이상 상이한 개방 단면적을 보유하는 장치내 2개 이상의 통로가 존재한다. 마찬가지로, 캡의 측벽 내의 통로의 개방 면적이 1 이상의 개방부에 의해 제공될 수 있다는 것도 본 발명의 범위에 속한다는 점도 유의해야 한다. 실제 예를 들면, 단일 슬롯 통로는 제1 상향류 채널과 연통하도록 제공할 수 있으며, 2개의 좀 더 큰 슬롯은 제2 상향류 채널과 연통하도록 제공할 수 있다. 좀 더 높은 증기 흐름 통로에 다수의 개방부가 제공되는 경우, 이들 개방부는 저 증기 흐름 통로에 대해 제공된 개방부와 동일하거나 더 작은 폭을 보유할 수 있다. 단일 증기 통로의 개방부는 상이할 수 있다. 예를 들면 슬롯 및 원형 개방부는 단일 통로로서 사용할 수 있다. 증기 통로에 요구되는 개방 면적이 작은 용도인 경우에는, 슬롯보다는 1 이상의 수직 열을 가진 공간 이격된 원형 개방부를 전형적으로 사용할 수 있다. 복수 열의 개방부를 사용하는 경우, 그 각각은 상이한 수의 개방부를 가질 수 있다. 통로의 복수 개방부 또는 개방부의 열을 정열할 필요가 없다, 예를 들면, 개방부의 복수 열은 서로에 대하여 수직으로 파상 배치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 채널을 통과하는 증기 및 액체의 유속은 유체 흐름. 즉 증기 및 액체 흐름에 대한 저항에 의해 결정되며, 상기 유체 흐름은 분배기 어셈블리의 바로 외부에 위치한 액체 수집 트레이 위의 용기 용적에서 트레이의 바로 아래 하강관 하부 배출구 밑에 있는 용기 용적에 이르는 전체 흐름 통로로 표시한다. 모든 유체 흐름 경로가 동일한 용적에 연통하는 평행한 시스템을 나타내기 때문에, 총 압력 강하는 이들 각각을 통해 동일하며, 트레이에 걸친 압력 강하와 동일하다. 그러나, 전술한 바와 같이 유체 흐름 경로의 상이한 부분은, 증기 흐름에 주요 저항을 제공하는 통로의 면적과 같이, 유체 중 어느 하나에 대한 주요 저항을 조절하는 데 사용할 수 있다. 따라서, 실시양태에서, 증기의 흐름 및 액체의 흐름 중 1 이상에 대한 저항이 상이한 장치 내에는 2 이상의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로가 존재한다. 상이한 유체 흐름 경로에서 증기 통로의 상대적 면적을 변경하는 것은 이러한 설계를 가변적으로 다양하게 하기 위한 하나의 실시양태에만 해당한다. 액체 흐름 경로 구조의 다른 부분, 예를 들어 상향류 채널과 하강관 사이의 전벽의 위어 높이가 충분한 차이를 제공하는 경우에는, 통로의 크기가 동일할 수 있다.

당연히, 소정의 액체 흐름에 대해 상이한 배치 및 저항을 제공하기 위해서는 흐름 경로의 1 이상의 부분이 상이할 수 있다. 이를 정확하게 전달하는 한가지 방법은 각각 특성화 비 A_p/A_c(여기서, A_p는 상향류 채널에 이르는 통로의 개방부 면적이고, A_c는 통로의 나머지 부분을 통과하여 트레이 아래에 이르는 이용가능한 최소 흐름 면적임)를 보유하는 2 이상의 유체 흐름 경로를 지닌 분배기 어셈블리를 제공함으로써 장치를 특성화하는 것이다. 한 실시양태에서, 비 A_p/A_c는 2개의 흐름 경로 에 대해여 10% 이상 상이하다. 다른 실시양태에서, 비 A_p/A_c는 2개의 흐름 경로에 대해 20% 이상 상이하다. 면적은 유체 흐름을 위한 이용가능한 최소 단면적을 기준으로 측정한다.

따라서, 유체 흐름에 대한 배치 및 저항에서의 이들 차이는 결과적으로 장치의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로를 통해 증기 및/또는 액체의 상이한 유속을 형성시킨다. 실시양태에서, 증기 유속 및 액체 유속은 모두 장치의 상이하게 배치된 유체 흐름 경로 사이에서 상이하다. 실시양태에서, 증기 유속 및 액체 유속 중 하나 이상은 상이하게 배치된 유체 흐름 경로 사이에서 10% 이상 상이하다. 다른 실시양태에서, 증기 유속 및 액체 유속 중 하나 이상은 상이하게 배치된 유체 흐름 경로 사이에서 25% 이상 상이하다.

장치의 2개의 흐름 경로에서 상응하는 형태 사이에서 상대적인 차이는 본 발명의 특정 용도에 따라 유의적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 장치를 통과하는 흐름 경로들 사이에 상이한 구체적인 형태, 사용된 흐름 경로의 상이하게 배치된 세트의 수, 및 장치를 설계하기 위한 작동 매개변수 또는 공정 조건은 상응하는 형태에서의 상대적인 차이에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시양태에서, 장치내에서 2 이상의 통로의 개방 단면적들 간의 차이는 상이한 공정 조건에 대해 25% 내지 400%로 변할 수 있다.

본 발명의 실시양태에서, 장치내에서 2 이상의 흐름 경로의 A_p/A_c 간의 차이는 상이한 공정 조건에 대해 50% 내지 550%로 변할 수 있다.

본 발명의 실시양태에서, 장치내에서 2 이상의 흐름 경로를 통과하는 액체 유속들 간의 차이는 상이한 공정 조건에 대해 30% 내지 8200%로 변화할 수 있다.

Claims (13)

1. 용기의 단면적에 걸쳐 하향 유동하는 액체를 균일하게 분배하는 장치로서,

   증기 및 액체의 하향 흐름은 증기 및 액체를 수평 트레이(14, 44)를 관통한 공간 이격된 개방부(12, 36)를 통과하여 흐르게 하는 수평 트레이(14, 44)에 의해 저지되고, 여기서 수평 트레이(14, 44)를 관통한 공간 이격된 개방부(12, 36)는 분배기(1)의 벽(3, 21, 33) 내의 통로(4, 5, 37a, 37b)를 통과하고, 분배기(1)내에 위치한 흐름 채널(15, 16, 35)을 통과하며, 개방부(12, 36)를 통과하는 흐름 경로를 따라 증기를 흐르게 하는 분배기(1)에 의해 캡핑되며, 여기서 2개 이상의 흐름 경로는 상이하게 배치되고 증기의 흐름 및 액체의 흐름 중 하나 이상에 대해 상이한 저항을 제공하는 것인 장치.
2. 제1항에 있어서, 흐름 채널(15, 16, 35)은 흐름에 이용가능한 최소 단면적, A_c를 보유함으로써 A_p/A_c 비(여기서, A_p는 흐름 채널에 상응하는 통로(4, 5, 37a, 37b)의 이용가능한 단면적임)는 장치 내에서 2개 이상의 상이한 값을 갖는 것인 장치.
3. 제2항에 있어서, A_p/A_c 비는 장치의 2개 이상의 흐름 경로 사이에서 10% 이상 상이한 것인 장치.
4. 제1항에 있어서, 장치는 용기를 통과하여 하향 유동하는 증기 및 액체를 혼합하고, 분배기(1)는

   수평 트레이 아래 용기 용적과 유체 연통하는 개방 상부 제1 단부와 개방 하부 제2 단부를 보유하며, 수평 트레이(14, 44)에 고정되어 있는 하강관(20, 34), 및

   하강관(20, 34)의 제1 단부를 덮어 씌우고, 실질적으로 폐쇄된 정상부(2, 39) 및 측벽(3, 21, 33)을 포함하며, 측벽(3, 21, 33) 내에 위치한 통로(4, 5, 37a, 37b)를 보유하고, 측벽(3, 21, 33)과 하강관(20, 34) 사이에 위치한 흐름 채널(15, 16, 35)과 연통하는 덮개(10)로서, 여기서 흐름 채널(15, 16, 35)은 또한 통로(4, 5, 37a, 37b)를 통과하여 수평 트레이 아래 용기의 용적에 이르는 흐름 경로를 한정하기 위해서 하강관의 제1 단부와도 연통하고, 장치의 2개 이상의 흐름 경로는 증기 및 액체 중 하나 이상에 대해 상이한 유속을 제공하는 것인 덮개(10)

   를 포함하는 것인 장치.
5. 제4항에 있어서, 증기 및 액체 중 하나 이상의 유속은 장치의 2개 이상의 흐름 경로 사이에서 10% 이상 상이한 것인 장치.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상이하게 배치된 흐름 경로는 별도의 분배기(1)에 의해 제공되거나, 또는 하나의 분배기(1) 내에서 제공되는 것인 장치.
7. 제4항에 있어서, 덮개 벽(3, 21)은 벽(3, 21)과 제1 하강관 전벽(8) 사이의 제1 흐름 채널(15), 및 벽(3, 21)과 제2 하강관 전벽(9) 사이의 분리된 제2 흐름 채널(16)을 한정하고, 각각의 흐름 채널은 하강관(20)의 상부 단부와 연통하며, 덮개 벽(3, 21)은 제1 흐름 채널(15)과의 유체 연통을 제공하는 제1 통로(4) 및 제2 흐름 채널(16)과의 유체 연통을 제공하는 제2 통로(5)를 적어도 지닌 복수개의 통로를 보유하는 것인 장치.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 2개 이상의 통로의 단면적은 10% 이상 상이한 것인 장치.
9. 제7항에 있어서, 수직 배플(7)은 덮개(10)에서 하강관(20)의 상부 단부 내로 하향 연장되는 것인 장치.
10. 제7항 또는 제9항에 있어서, 제2 통로(5)는 제1 통로(4)의 상부 에지보다 덮개(10)의 정상부(2)에 더 가깝게 위치한 상부 에지를 보유하는 것인 장치.
11. 제7항 또는 제9항에 있어서, 제2 전벽(9)은 제1 전벽(8)보다 트레이(14) 위로 더 큰 높이를 보유하고, 제2 통로(5)의 단면적은 제1 통로(4)의 단면적보다 10% 이상 더 큰 것인 장치.
12. 액체 수집 트레이 아래 하향류 용기의 단면적에 걸쳐 균일한 액체 분배를 제공하는 방법으로서,

    액체 수집 트레이 위의 용기에서 증기 및 액체를 수집하는 단계로서, 상기 트레이는 하강관 및 덮개를 포함하는 복수개의 분배기를 보유하고 트레이를 통과하여 유체 연통을 제공하는 것인 단계,

    적어도 증기의 제1 부분이 덮개 내에서 제1 통로를 통과하여, 분배기 내의 제1 흐름 채널 내로 흐르게 하는 단계,

    적어도 증기의 제2 부분이 덮개 내에서 제2 통로를 통과하여, 분배기 내의 제2 흐름 채널 내로 흐르게 하는 단계,

    액체 수집 트레이 상의 액체와 제1 흐름 채널 및 제2 흐름 채널 내의 증기를 혼합시켜 증기/액체 혼합물을 형성시키는 단계, 및

    흐름 채널 내의 증기/액체 혼합물이 하강관을 통과하여 트레이 아래의 용기 용적으로 흐르게 하는 단계

    를 포함하고, 여기서 제1 통로와 제2 통로 및 제1 흐름 채널과 제2 흐름 채널 중 한 쌍 이상은 상이하게 배치되는 것인 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 방법이 수소화공정에 사용되는 것인 방법.

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