KR102535582B1 - 촉매 지지 시스템을 가진 화학 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응기 개구의 주변과 위에 배열된 적어도 하나의 촉매 지지 시스템 및 차단방지 수단을 포함하는 화학 반응기에 관한 것이며, 이것은 촉매 또는 다른 반응기 부분이 반응기 개구로 들어가거나 빠져나오는 것을 방지한다.

Description

촉매 지지 시스템을 가진 화학 반응기
본 발명은 촉매를 포함하는 화학 반응기에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 반응기에 있는 하나 이상의 공정 유체 개구를 통해서 촉매가 반응기로 들어가고 및/또는 나오는 것을 방지하기 위해 화학 반응기의 하부 부분에 배열된 촉매 지지 시스템(catalyst support system)에 관한 것이며, 고 강도 촉매 지지 시스템을 배열하는 것에 관한 것이다.
합성가스(syngas)는 수소와 일산화탄소의 혼합물이며, 하나의 형태 또는 다른 형태의 스팀 메탄 개질 과정을 통해서 스팀 개질 촉매 위에서 스팀과 함께 메탄 및 다른 탄화수소를 전환함으로써 생성된다. 암모니아 제조에서 관형(tubular) 개질은 이차 개질과 조합되고, 일차 개질기로부터의 잔류 메탄을 연소시키고 암모니아 합성에 대해 대략 3.0의 H2/N2 비율을 달성하도록 합성가스 비율을 조정하기 위해 이차 개질기에 공기가 첨가된다. 합성가스에서 N2가 바람직하지 않은 구성성분일 때는 이차 개질기에서 순수한 산소가 산화제(oxidant)로서 사용될 수 있고, 이것은 메탄올 플랜트에서 그러하다. 메탄올 제조에서는 소위 말하는 "2-단계 개질"이 이용되는데, 이것은 합성가스 구역에서 관형 개질기와 산소-송풍(oxygen-blown) 이차 개질기를 조합한 개념이다. 공정 레이아웃은 단열 예비개질, 관형 개질 및 산소-송풍 이차 개질을 포함한다. 산소는 관형 개질기로부터 나오는 탄화수소의 내부 과정 연소를 위한 공급원으로서 작용한다. 산소-송풍 이차 개질기의 작동 조건은 공기-점화 레이아웃보다 더 높은 연소 온도를 특징으로 한다.
다른 합성가스 기술은 자열 개질(ATR)이며, 이것은 관형 개질기가 레이아웃으로부터 제거되고 예비개질된 천연가스가 ATR 개질기로 직송되어 거기서 탄화수소가 산소에 의해 연소되는 독립형 공정 기술이다. 관형 개질기를 생략함으로써 원료 스트림에 스팀 첨가가 유의하게 감소될 수 있다.
대규모 메탄올 플랜트의 경우, 자열 개질은 현재 5000 tpd의 대형 제조 용량 메탄올 플랜트를 위한 2-단계 개질 기술에 대한 대안이다. ATR은 디젤이 Fischer-Tropsch(FT) 합성을 통해서 생성되는 GTL 플랜트(가스-투-리퀴드)에서 합성가스 제조를 위한 바람직한 기술이다. 2.0의 H2/CO 비율을 가진 합성가스가 ATR 개질을 사용하여 직접 생성될 수 있으며, 이것은 FT 합성과 FT 리퀴드의 생성에 특히 적합하다.
ATR 개질기의 작동 조건은 산소 송풍 이차 개질기에 대한 것보다 더욱더 엄격하고, 더욱더 확고한 반응기 레이아웃이 ATR 개질기에서 작동을 위해 요구된다. ATR 개질기에서는 스팀-대-탄소 원료 비율이 더 낮고 연소 강도 및 화염 온도는 훨씬 더 높다.
ATR, 산소-송풍 이차 개질기 및 공기-송풍 이차 개질기에 대한 반응기 디자인은 버너, 연소 챔버, 타겟 타일, 고정된 촉매층, 촉매층 지지 구조, 내화 라이닝, 및 반응기 압력 쉘을 포함한다.
촉매층 지지 시스템은 촉매층에 대한 구조적 지지체로서 그리고 촉매층으로부터 이송 라인을 거쳐 개질기 하류의 폐열 회수 시스템까지 합성가스를 인도하는 출구 유동 분배기로서 작용한다. 이러한 촉매 지지 시스템은 다양한 기하구조, 즉 원뿔 타입 구조, 아치 타입 또는 돔 타입 구조일 수 있는 레이아웃을 가진다. 돔 및 아치 모양 촉매 지지 시스템은 고장 및 붕괴의 문제를 가질 수 있다. 원뿔 타입 촉매 지지 시스템은 촉매 지지 시스템으로서 우수한 성능으로 사용되었으며, 이 타입에서는 고장 및 붕괴가 관찰되지 않았다. 그러나, 수직 및/또는 수평 방향의 세라믹 요소 및 특히 얇은 벽의 구조 요소인 개별 피스(piece)에 대해 어느 정도의 유지관리가 일반적으로 보고된다.
촉매 지지 시스템은, 예를 들어 구체 또는 덩어리 모양의 비활성체와 접촉할 수 있다. 이들은 응력 수준이 과도하게 되어 균열이 시작될 수 있는 지점에서 촉매 지지 시스템 위에 힘을 전달하며, 이것은 촉매 지지 시스템을 이루고 있는 브릭(brick)에 장애를 가져올 수 있다.
또한, 비활성체는 유로(flow channel) 또는 유로의 입구 구역에서 촉매 지지 시스템의 유동 영역을 차단하거나 부분적으로 차단하며, 이것은 지지체를 가로지른 압력 강하를 증가시킨다.
아래의 참고문헌에서 볼 수 있는 대로 공지 기술은 이 문제에 대한 해결책을 거의 제시하지 않는다:
US2002071790은 연료 전지의 연료가스를 생성하기 위한 일체형 반응기를 설명하며, 일체형 반응기는 결합된 WGO 챔버, 입구, 출구 및 WGO 챔버에서 생성된 발열성 가스를 위한 유로를 가진 폐 가스 산화장치(WGO) 조립체를 포함한다. 이 일체형 반응기는 WGO 챔버 내에 위치된 자열 반응기(ATR) 조립체를 가진다. ATR 조립체는 그것을 통해 유동하는 공정 가스를 위한 입구 수단 및 출구 수단과 입구 수단과 출구 수단의 중간에 있는 촉매층을 가진다. ATR 조립체의 입구 수단의 적어도 일부는 열 에너지의 전달을 용이하게 하기 위해 WGO 챔버의 유로에 위치된다.
CN202606129는 비-금속 고온 촉매 지지 피스를 설명한다. 이 촉매 지지 피스는 반응기에 배열되며, 코런덤(corundum) 브릭 지지체 및 코런덤 브릭 지지체 상에 배열된 폼드(foamed) 세라믹 플레이트를 포함하고; 코런덤 브릭 지지체와 폼드 세라믹 플레이트의 장착 접촉 표면은 톱니형이고; 코런덤 브릭 지지체는 적어도 두 가지 종류의 특별한 모양의 코런덤 브릭을 일체 장붓이음(mortising)함으로써 형성되고; 모르타르가 특별한 모양의 코런덤 브릭 사이의 틈에 채워지고; 세라믹 섬유 종이가 코런덤 브릭 지지체와 반응기의 내벽 사이의 환형 틈에 채워진다. 이 촉매 지지 피스는 고온 내성, 내부식성, 높은 기계 강도, 장착 편리성, 긴 사용수명 및 촉매 누출 없음의 특징을 가진다. 상이한 규격의 폼드 세라믹 플레이트가 촉매의 과립 크기에 따라서 선택될 수 있고, 폼드 세라믹 플레이트와 접촉된 코런덤 브릭의 상부는 이빨 모양을 가지며, 이로써 기류의 평탄성이 보장되고; 코런덤 브릭에 의해 장붓구멍(mortise) 구조가 채택되고, 코런덤 브릭 사이의 틈에 모르타르가 채워지며, 이로써 장비의 장기간 운전이 보장될 수 있고; 이 촉매 지지 피스는 화학산업, 제약산업, 석유화학산업 등에 널리 적용된다.
상기 공지 기술 참고문헌 중 어느 것도 촉매 또는 다른 반응기 압지에 의한 손상 및 차단에 대해 화학 반응기에서 촉매 지지 시스템을 보호하는 문제에 대한 해결책을 제안하지 않는다.
본 발명의 구체예는 일반적으로 반응기의 하부 부분에 배열된 촉매 및 촉매 지지 시스템을 포함하는 화학 반응기에 관한 것이다. 촉매 지지 시스템은 촉매로부터 반응기의 하부 부분에 있는 적어도 하나의 개구를 차폐하며, 이로써 촉매가 적어도 부분적으로 개구를 차단하거나 개구를 통해서 반응기를 빠져나가는 것을 초래할 수 있는 촉매의 개구 접근을 방지한다. 그러나, 유체가 개구 안팎으로 유동할 수 있어야 하므로 촉매 지지 시스템은 개구를 차단하지 않는 것이 중요하다. 촉매 지지 시스템을 통한 유체의 압력 손실이 또한 중요하며, 높은 압력 손실은 송풍기/펌프에 대한 요구를 증가시키고, 결국 화학 반응기의 운행 비용을 증가시킨다. 따라서, 촉매 지지 시스템은 반응기 개구를 통한 반응기 내외로의 공정 유체의 유동을 가능하게 하는 유로를 포함한다. 이들 유로의 유동 단면적뿐만 아니라 길이는 촉매 지지 시스템을 통과한 유체에 대한 압력 손실에 영향을 미친다. 촉매 지지 시스템을 통과한 공정 유체에 대한 압력 손실의 증가를 초래할 수 있으므로 유로는 촉매 또는 반응기의 다른 부분에 의해 차단되지 않는 것이 중요하다. 촉매 또는 다른 반응기 부분이 촉매 지지 시스템, 특히 유로 주변 가장자리와 접촉하고 있는 경우 촉매 지지 시스템은 또한 기계적 손상에 취약하다. 따라서, 촉매 지지 시스템은 유로의 차단을 방지하고 촉매 또는 다른 반응기 입자가 촉매 지지 시스템을 손상시키는 것을 방지하도록 배열된, 차단방지 수단을 더 포함한다. 차단방지 수단은 촉매 또는 다른 반응기 부분이 차단방지 수단을 통과해서 유로를 차단할 수 없는 것을 보장하도록 구성 및 배열된다. 이들은 또한 차단방지 수단에 침강한 촉매 또는 다른 반응기 부분이 압력 손실의 결정적인 상승을 수반하지 않는 것을 보장하도록 구성 및 배열된다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 차단방지 수단은 유로의 유동 단면적보다 큰 유동 단면적을 가진 촉매 지지 시스템의 외면을 가진 기하적 유동 미로를 포함한다. 이 외면은 촉매 또는 다른 반응기 부분이 침강하는 표면이다. 이 외면과 촉매 또는 다른 부분 사이의 각 접촉 지점은 실제로 촉매 지지 시스템을 부분적으로 차단할 수 있고, 이것은 증가된 압력 손실을 초래할 수 있다. 그러나, 유로의 유동 단면적보다 촉매 지지 시스템의 외면의 유동 단면적을 더 크게 함으로써 이 압력 손실이 최소화되고 중요하지 않게 되는 것이 보장된다.
더 구체적으로, 본 발명의 한 구체예에서, 압력 손실의 최소화는 유료의 총 유동 단면적보다 1.1 내지 4.0배 더 큰 촉매 지지 시스템의 외면의 유동 단면적에 의해 보장된다. 더욱더 구체적으로, 촉매 지지 시스템의 외면의 유동 단면적은 유로의 총 유동 단면적보다 1.1 내지 2.0배 또는 심지어 1.2 내지 1.7배 더 클 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 차단방지 수단은 장벽(rampart)을 포함한다. 따라서, 촉매 지지 시스템의 외면은 이격된 돌출 부재들과 함께 구성되며, 돌출 부재 사이에는 공간이 있고, 장벽이 차단방지 수단의 충분한 유동 단면적을 보장하는 한편, 촉매 또는 다른 반응기 부품이 통과하는 것을 허용하지 않는 치수를 가진다. 장벽은 촉매 또는 다른 반응기 부분과 접촉한 상태에서 일어날 수 있는 기계적 손상에 대해 보호하는 구성 및 강도를 가진다.
본 발명의 추가의 구체예에서, 촉매 지지 시스템은 함께 촉매 지지 시스템을 형성하는 복수의 브릭을 포함할 수 있다. 유로는 촉매 지지 시스템에 포함되며, 브릭의 각각에 또는 일부에 있는 중공 내부 유로, 브릭의 외부 기하구조에 의해 형성된 함께 촉매 지지 시스템을 형성하는 유로, 또는 내부 및 외부(브릭에 대해서) 형성된 유로일 수 있다. 한 구체예에서, 브릭은 임의의 모양의 돌출부를 포함하고, 하나의 구체예에서 더 구체적으로 브릭 다리부 및 브릭 어깨부를 포함하며, 즉 브릭의 아래쪽 또는 위쪽과 바깥쪽으로 돌출한 부분으로서 함께 나란히 서로의 위에 놓여 있으며, 브릭의 돌출 부분은 브릭 사이의 유로의 형성을 보장한다. 각 브릭은 단일 다리부 또는 복수의 브릭 다리부를 포함할 수 있고, 마찬가지로 각 브릭은 하나 또는 복수의 브릭 어깨부를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 브릭은 함께 배열되어 원뿔, 돔, 아치, 원통, 피라미드, 반전된 원뿔, 반 잘린 도넛 형태 또는 평평한 형태, 구성적으로 안정하며 촉매 지지 시스템이 주변과 위에 배열된 반응기 개구로 촉매 또는 임의의 다른 반응기 부품이 들어가거나 빠져나가는 것을 방지하는 최상의 목적을 제공하고 압력 강하를 허용가능한 최소값으로 유지하며 또한 촉매 지지체 시스템 유로의 차단을 방지하는 임의의 모양의 조립된 촉매 지지 시스템을 형성하도록 구성된다. 한 구체예에서, 이것은 서로의 위에 놓은 층으로 브릭을 배열함으로써 얻어진다.
하나의 구체예에서, 촉매 지지 시스템의 상기 차단방지 수단은 브릭의 일체형 부분일 수 있거나, 또는 다른 구체예에서, 이들은 브릭의 바깥쪽으로 마주한 부분과 연결되어 배열된 가외의 독립된 부분 또는 층일 수 있으며, 즉 브릭이 위와 주변에 배열된 반응기 개구로부터 떨어져서, 촉매 또는 다른 반응기 부분을 향해 맞대고 있는 브릭의 부분일 수 있다. 또한, 한 구체예는 브릭과 일체화된 차단방지 수단과 상기 촉매 지지 시스템의 외부 상에 배열된 독립된 부분이 차단방지 수단을 조합할 수 있다. 임의의 경우, 한 구체예에서, 차단방지 수단은 촉매 지지 시스템의 유로에 수직 배열된 장방형 요소를 포함할 수 있다. 이들 장방형 요소는 연속 장방형 차단방지 수단, 예컨대 예를 들어 촉매 지지 시스템의 외부 상에 형성된 차단방지 링 또는 라인을 형성할 수 있으며, 각 연속 장방형 요소 사이의 거리는 공정 유체가 유로로 유동하는 것을 허용한다. 이 거리는, 촉매 또는 다른 반응기 요소가 차단방지 수단과 접촉하여 머물러 있을 때조차도(및 차단방지 수단 유동 단면적의 부분적 차단이 예상되는 경우에도), 유로의 유동 단면적보다 큰 유동 단면적을 제공하기에 충분히 클 수 있지만, 상기 촉매 또는 다른 반응기 부분이 차단방지 수단 사이의 거리를 통과하는 것을 방지할만큼 충분히 작을 수 있다. 차단방지 수단 사이의 구체적인 거리는 구체적인 사례에 맞춰 조정되며, 촉매 입자 또는 다른 반응기 부분이 클수록 거리도 커질 수 있다. 특정 구체예에서, 비활성 입자 모양은 차단방지 수단 사이의 상기 거리, 슬롯 너비와 동일한 크기이거나 그것보다 더 크며, 더 구체적으로 비활성 입자 크기는 슬롯 너비보다 1.05 - 4.0, 더 구체적으로 1.8 - 3.5배 더 크다.
다른 특정 구체예에서, 촉매 입자 모양은 차단방지 수단 사이의 상기 거리, 슬롯 너비와 동일한 크기이거나 그것보다 더 크며, 더 구체적으로 촉매 입자 크기는 슬롯 너비보다 1.05 - 4.0, 더 구체적으로 1.1 - 1.7배 더 크다.
특정 구체예에서, 차단방지 수단은 삼각형의 둥근 모서리를 가진 삼각형 단면 모양을 가진다. 생산이 간편한 한편, 삼각형 단면 모양은 구성상의 강도를 보장하고 둥근 모서리는 차단방지 수단의 파편화 및 균열 위험뿐만 아니라 차단방지 수단과 접촉하는 촉매 또는 다른 반응기 부분에 대한 손상 위험을 최소화한다.
한 구체예에서, 언급된 다른 반응기 부분은 다른 촉매 입자와 촉매 지지 시스템 사이에 층으로서 촉매 지지 시스템 주변과 아마도 또한 그 위에 배열된 비활성 요소 또는 성형된 촉매 입자를 포함할 수 있으며, 이들은 차단방지 수단과 접촉하고 그 위에 지지하는 한편 차단방지 수단 사이의 갭을 통해서 그리고 촉매 지지 시스템의 유로를 통해 공정 유체가 유동하는 것을 허용하도록 특별히 기하적인 모양을 가진다. 하나의 구체예에서, 이들 비활성 요소 또는 성형된 촉매 입자의 유익한 모양은 구체이며, 이것은 구성적으로 안정하고 강하며, 충분한 공정 유체 유동을 허용하고, 이들 구체와 차단방지 수단 사이의 접촉(및 부분적 차단) 지점은 구체들 사이의 자유 유동 면적 및 구체와 차단방지 수단 사이의 자유 유동 면적과 비교하여 상대적으로 작다. 추가의 구체예에서, 기하적 모양은 링 모양일 수 있으며, 이것 역시 촉매 지지 시스템의 유로를 통한 공정 유체 유동을 보장하고, 또 다른 구체예에서, 비활성체는 무작위 모양의 덩어리(lump)일 수 있다.
본 발명의 구체예들이 예시의 방식으로 첨부한 도면을 참조하여 설명된다. 첨부된 도면은 본 발명의 구체예의 단지 예시를 나타낼 뿐이며, 따라서 이들은 본 발명의 범위의 제한으로서 간주되지 않아야 하고, 본 발명은 다른 동등하게 효과적인 구체예들에도 인정된다는 것이 주지되어야 한다.
도 1은 차단방지 수단, 장벽을 포함하는 촉매 지지 시스템의 상면/측면도를 도시한다.
도 2는 차단방지 수단, 장벽을 포함하는 촉매 지지 시스템의 단면도를 도시한다.
도 3 및 4는 차단방지 수단을 포함하는 브릭의 상세한 측면 단면도를 도시한다.
도 5는 반사방지 수단 및 구체를 포함하는 브릭의 상세한 측면 단면도를 도시한다.
도 6은 반사방지 수단, 및 구체가 없는 브릭의 상세한 측면 단면도를 도시한다.
도 7은 보호 수단, 및 구체를 포함하는 브릭의 상세한 측면 단면도를 도시한다.
도 8은 차단방지 수단이 없는 브릭의 상세한 등측도(isometric view)를 도시한다.
도 9는 장벽을 포함하는 브릭의 상세한 등측도를 도시한다.
도 10 내지 16은 기하적 모양과 조합된 구체의 상세한 도면들을 도시한다.
위치 번호:
01. 촉매 지지 시스템
02. 브릭
03. 브릭 다리부
04. 브릭 어깨부
05. 유로
06. 차단방지 수단
07. 모노 블록
08. 브릭 층
09. 구체
도 1은 반응기의 개구(미도시)의 위와 주변에서 화학 반응기(미도시)의 하부 부분에 배열된 촉매 지지 시스템(01)을 도시한다. 반응기는 촉매(미도시)로 부분적으로 충전되며, 이것은 촉매 지지 시스템의 위와 아마도 또한 주변에 배열된다. 촉매 지지 시스템은 촉매가 반응기 개구로 들어가거나 빠져나가는 것으로부터 반응기 개구를 보호한다. 도시된 구체예에서, 촉매 지지 시스템은 원형 모양의 층으로 배열된 복수의 브릭(02)을 포함한다. 층은 서로의 위에 배열되고, 각 원형 층은 그것이 위에 배열된 층보다 더 작은 직경을 가지며, 이로써 전체 촉매 지지 시스템은 원뿔-유사 모양을 획득한다.
도시된 대로, 촉매 지지 시스템의 상부는 평평한 모노 블록(07)을 포함할 수 있으며, 이로써 원뿔의 상부를 폐쇄함으로써 촉매가 들어올 수 없게 한다. 촉매 지지 시스템에 대한 설계 요구에 따라, 원뿔 높이는 평평한 모노 블록의 직경을 변경함으로써 변화될 수 있다. 브릭은 각각 그 사이에 공정 유체 유로(05)를 형성하는 브릭 다리부(03)와 브릭 어깨부(04), 및 장벽 형태의 차단방지 수단(06)을 포함하며, 이들은 아래에서 알 수 있고 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 이 도면에 가장 잘 도시된 대로, 이 구체예에서 유로는 원형 브릭 층에서 방사상으로 이어지고, 장벽의 각 층 사이의 거리는 공정 유체가 유로 바깥쪽으로 관통 유동할 수 있는 원형 갭을 형성한다. 촉매 지지 시스템의 상부 층의 일부에서는 브릭이 유로를 갖지 않을 수 있으며, 이것은 촉매 지지 시스템의 총 유동 단면적에 아주 약간 영향을 미칠 뿐인데, 상부 층은 하부 층에 비해 상대적으로 작은 직경을 가지기 때문이다.
도 1의 촉매 지지 시스템의 단면도는 도 2에 도시된다. 여기서는 원뿔 모양의 촉매 지지 시스템의 내부 부분이 어떻게 중공인지가 도시되며, 이것은 반응기 개구가 원뿔 밑에 위치되는 것을 허용한다. 브릭의 층이 원형이고 장벽은 이들을 부분적으로 맞물림으로써 상부 층이 그것 밑의 층에 대해 바깥쪽으로 미끄러지는 것을 방지하기 때문에, 원뿔은 안쪽으로 붕괴될 위험 없이 나란한 층으로 조립될 수 있다.
도 2(및 도 1)에 도시된 촉매 지지 시스템의 절단 단면도(A)가 도 3에 더 상세히 보여진다. 차단방지 수단(06)은 둥근 모서리를 가진 삼각형의 단면 모양이다. 강하고 균열에 내성인 모양은 공정 유체 유동 차단 및 촉매 또는 다른 반응기 부분(미도시)과의 접촉으로 인한 기계적 손상에 대해 브릭 다리부(03)와 유로를 보호한다. 또한, 브릭의 상부와 장벽 사이에 있는 90°모서리인 약간의 "단차"가 보여진다. 브릭의 위에 층을 이룬 다음 번 브릭은 이 단차에 의지해 놓일 것이며, 이것은 브릭이 아래 층의 브릭(들)에 대해 바깥쪽으로 미끄러지는 것을 방지하고, 이것은 또한 도 4의 상세한 단면도에서 보여진다.
도 5에 도시된 구체예의 경우, 촉매 지지 시스템에서 브릭 및 장벽의 구성이 전술한 도면과 유사하지만, 반응기에서 촉매 또는 비활성 입자가, 이 경우 구체(09)의 형태로, 촉매 지지 시스템의 외부 표면에 어떻게 놓이는지 도시된다. 볼 수 있는 대로, 장벽 사이의 거리는 구체의 직경보다 작고, 따라서 구체가 장벽에 놓임으로써 더 취약한 브릭 다리부가 구체와 접촉하는 것을 방지하는데, 이것은 구체가 브릭 다리부와 직접 접촉하고 있는 도 6에 도시된 공지 기술과 대조적이다. 장벽의 견고한 구성 및 기하구조 때문에, 위의 전체 촉매 층의 하중을 받는 구체와의 접촉에 의한 파손 및 손상 위험이 적어진다. 반응기는 촉매의 층뿐만 아니라 상이한 모양의 비활성 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층은 층의 바닥에서 촉매 지지 시스템과 접촉하고 있는 비활성 구체 및 구체 위의, 층의 상부 부분에서 구체와 상이한 기하적 모양 및 크기를 가질 수 있는 촉매 입자를 포함할 수 있다. 구체는 또한 촉매 활성 물질을 포함할 수 있다.
상기 논의된 구체예에서, 차단방지 부재는 브릭과 일체화된다. 도 7에 도시된 바와 같은 추가의 구체예는 브릭과 일체화되지 않고 브릭의 외부에 배열된 차단방지 수단을 가진다. 이것은 차단방지 수단이 내부 브릭의 교체 없이 교체되는 것응ㄹ 가능하게 한다.
촉매 지지 시스템이 원뿔 모양이 구체예에서, 브릭은 도 8에서 보여진 것처럼 약간 쐐기 모양일 수 있고, 이로써 원형 모양의 브릭 층이 형성될 때 브릭의 어깨부가 전체 어깨부 측 영역에서 브릭 어깨부에 인접하여 접촉할 수 있다. 원뿔 모양의 촉매 지지 시스템에서 위쪽으로 층 직경이 감소함에 따라, 각 브릭의 쐐기 각도는 브릭 어깨부의 이러한 타이트한 기하적 맞춤을 유지하기 위해 증가될 것이다. 도 8에 도시된 브릭 다리부는 공지 기술의 촉매 지지 시스템을 말하며, 이것은 촉매 또는 비활성 입자와 같은 반응기 입자에 의한 유로의 부분적 차단을 보상하기 위해, 바깥쪽으로 마주한 쪽 브릭에서 유로의 더 큰 단면적을 가질 필요가 있었다. 그러나, 본 발명에 따라서, 도 9에 도시된 대로, 외부 위치된 장벽이 손상뿐만 아니라 공정 유체 유동 차단에 대해 유로를 보호하므로 브릭에서 유로의 균일한 단면적을 유지하는 것이 가능하다. 이것은 차례로 치수가 더 크기 때문에 더 견고한 브릭 다리부의 외부 부분을 남기고, 따라서 다시 브릭에 대한 손상 위험을 최소화한다.
상기 도면들은 본 발명의 단지 일부 가능한 구체예에 불과하다. 차단방지 수단의 몇몇 다른 기하적 구성이 본 발명에 따라 가능하며, 일부가 도 10 내지 16에 도시된다. 전체적인 원리는 손상 및 유동 차단에 대해 촉매 지지 시스템을 보호하는 것이며, 이것은 견고한 구성 및 일부 구체예에서 유로보다 유동 단면적보다 더 큰 공정 유동 단면적을 가진 촉매 지지 시스템의 외부에 배열된 차단방지 수단으로 가능하다. 구체가 차단방지 수단과 접촉하도록 선택된 일부 구체예에서, 차단된 면적은 도 12에 도시된 대로 계산될 수 있다. 이전에 언급된 대로, 몇몇 디자인의 브릭 및 차단방지 수단이 주어진 과업에 가장 잘 적합한 것으로서 선택될 수 있으며, 이것은 제한은 아니지만 하나 또는 몇 개의 유로 및 내부(구멍) 또는 외부 유로, 뿐만 아니라 설명된 것과 같은 상이한 모양의 촉매 지지 시스템을 가진 브릭을 포함한다.

Claims (22)

  1. 고정층 촉매를 보유한 화학 반응기로서, 상기 촉매로부터 적어도 하나의 하부 부분 반응기 개구를 차폐하기 위해 반응기의 하부 부분에 배열된 촉매 지지 시스템을 포함하며, 촉매 지지 시스템은 공정 유체가 상기 반응기 개구를 통해서 반응기 안팎으로 유동하는 것을 가능하게 하는 유로를 포함하고, 촉매 지지 시스템은 상기 유로의 차단을 방지하기 위한 차단방지 수단을 더 포함하고,
    상기 차단방지 수단은 유로의 총 유동 단면적보다 큰 총 유동 단면적을 가진 촉매 지지 시스템의 외면을 포함하는 기하적 유동 미로를 포함하는, 화학 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 촉매 지지 시스템의 외면의 유동 단면적은 유로의 총 유동 단면적보다 1.1 내지 4.0 또는 1.1 내지 2.0 또는 1.2 내지 1.7배 더 큰 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서, 차단방지 수단은 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서, 촉매 지지 시스템은 상기 유로를 포함하는 복수의 브릭을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 브릭은 원뿔, 돔, 아치, 원통, 피라미드, 반전된 원뿔, 반 잘린 도넛의 형태이거나 또는 평평한 형태를 가진 촉매 지지 시스템을 형성하도록 적합하게 된 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 브릭은 촉매 지지 시스템을 형성하기 위해 층으로 배열되도록 적합하게 된 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 브릭은 하나 이상의 브릭 다리부 및 브릭 어깨부를 포함하며, 상기 유로는 상기 브릭 다리부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 브릭은 돌출한 공간을 포함하며, 상기 유로는 상기 돌출한 공간 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 브릭은 중공이며, 상기 유로는 브릭 내부의 중공 공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 유로는 촉매 지지 시스템을 통하여 균일한 유동 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  11. 제 5 항에 있어서, 차단방지 수단은 상기 브릭의 일체화된 부분인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  12. 제 1 항에 있어서, 차단방지 수단은 유로에 수직 배열된 장방형 요소인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  13. 제 1 항에 있어서, 차단방지 수단은 삼각형 단면 모양 및 둥근 모서리를 가진 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  14. 제 1 항에 있어서, 차단방지 수단은 상기 촉매 지지 시스템의 외부 상에 배열된 독립적 요소인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매 지지 시스템 주변에 배열되며 공정 유체가 상기 유로를 통해 유동하는 것을 허용하면서 상기 차단방지 수단 상에 지지할 수 있는 기하적 모양을 가진 비활성 요소 또는 촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 비활성 요소는 구체인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 비활성 요소는 링 모양인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 비활성 요소는 무작위 모양의 덩어리인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  19. 제 15 항에 있어서, 촉매 활성의 가진 입자가 상기 촉매 지지 시스템 주변에 배열되는 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  20. 제 16 항, 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 비활성 입자 모양은 차단방지 수단의 슬롯 너비보다 크거나 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  21. 제 19 항에 있어서, 촉매 입자 모양은 차단방지 수단의 슬롯 너비보다 크거나 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 화학 반응기.
  22. 삭제
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