KR20040058270A - 플랜지를 갖는 다공성 스플래쉬 방지 노즐 부재를포함하는 과립형 고상층에서의 다중상 혼합물의 분배 장치 - Google Patents

플랜지를 갖는 다공성 스플래쉬 방지 노즐 부재를포함하는 과립형 고상층에서의 다중상 혼합물의 분배 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은
1) 과립형 고상층중 하나의 상부에 위치하는 1 이상의 트레이 (P),
2) 다중상 혼합물을 형성할 수 있는 복수개의 혼합기 도관 (21)으로서, 각각의 상기 도관은 대부분의 기상이 통과할 수 있는 1 이상의 상부 통과 구역 (22) 및, 혼합기 도관의 내부에서 형성된 혼합물과 과립형 고상층과의 소통이 가능케 되는 1 이상의 하부 통과 구역 (23)을 포함하며, 상기 혼합기 도관은 이의 높이의 적어도 일부분상에서 액상 및 임의로 소부분의 기상을 혼합기 도관의 내부에 통과시킬 수 있는 하나 또는 복수개의 측통과 구역 (26)을 구비하는 복수개의 혼합기 도관 (21),
3) 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템 (28)를 포함하는, 1 이상의 과립형 고상층상에서 하류 방식으로 다중상 혼합물을 분배하는 장치에 관한 것으로서, 각각의 분산 시스템은 혼합기 도관 각각에 연결되거나 또는 복수개의 혼합기 도관에 모두, 즉 혼합기 도관 전체에 연결될 수 있다. 각각의 분산 시스템은 제어된 공극율을 지니며, 이의 둘레의 적어도 일부분상에 플랜지 (100)가 구비되며, 이 플랜지는 그 자체가 다공성 플랜지 (101)가 될 수 있다.

Description

플랜지를 갖는 다공성 스플래쉬 방지 노즐 부재를 포함하는 과립형 고상층에서의 다중상 혼합물의 분배 장치{DEVICE FOR DISTRIBUTING A POLYPHASE MIXTURE ON A GRANULAR SOLID BED COMPRISING A POROUS ANTI-SPLASH NOZZLE ELEMENT WITH FLANGES}
본 발명은 1 이상의 과립형 고상층을 가로질러 1 이상의 기상 및 1 이상의 액상을 포함하는 유체의 분배를 최적화할 수 있는 장치에 관한 것이며, 상기 상은 별도로 유입되거나 또는 다소 혼합된 상태로 유입되며, 이러한 상은 과립형 고상층(들)을 가로질러 모두 하류식으로 유동된다. 본 발명은 상부 구역에서 제1의 액상 유체의 유입구, 상기 유입구로부터 이격되어 있거나 또는 이격되어 있지 않을 수 있는 제2의 기상 유체용 유입구, 하기에서 설명되는 바와 같이 본 발명에 의한 장치의 설치가 가능하도록 하기에 충분한 거리에 상부 구역이 배치되어 있는 1 이상의 과립형 고상층을 포함하는 임의의 용기 또는 반응기에 적용된다.
이러한 장치는
- 제1의 과립형 고상층의 상부에서 용기 또는 반응기의 헤드에 배치되거나 또는,
- 용기는 용기를 따라 직렬로 배치되고 상기 장치의 설치가 가능토록 하기에 충분한 거리로 이격되어 있는 복수의 과립형 고상층을 포함하는 경우, 2 개의 연속과립형 층의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 모든 경우에서 적용예를 찾을 수 있다.
- 기상이 액상에 비하여 대부분인, 즉, 기상:액상의 체적비가 3:1 초과, 통상적으로는 400:1 미만인 경우,
- 반응은 발열성이 매우 크며, 반응 혼합물을 냉각시키기 위하여 보조 유체, 기체 또는 액체를 유입하는 것을 필요로 하는 경우. 이 경우, 이러한 보조 유체를 나타내기 위하여 유체를 "급냉" 유체로 지칭한다.
- 반응은 예를 들면 수소와 같은 물질을 액상중에 용해시킬 수 있는 상간의 긴밀한 접촉을 필요로 한다.
본 발명은 특히 C2∼C5유분의 선택적 또는 완전 수소화분해, 수소화처리, 수소화탈황, 수소화탈질소, 수소화 반응의 분야에 적용된다. 본 발명은 가솔린 증기분해의 선택적 수소화 반응, 방향족 및/또는 나프텐 유분중의 방향족 화합물의 수소화 반응 및, 방향족 유분중의 올레핀의 수소화 반응에 관한 것이다. 또한, 기상 및 액상의 우수한 혼합을 필요로 하는 반응, 예를 들면 부분 또는 완전 산화 반응, 아미노 반응, 아세틸산화 반응, 암목시드화 반응 또는 할로겐화 반응, 특히 염소화 반응에 적용 가능하다.
최근의 가솔린 및 가스유 규격 요건에 의하여 요구되는 바와 같은 효과적인 전환 반응을 달성하기 위하여, 예를 들면 30 ppm 미만의 황을 포함하는 생성물을 얻기 위하여 수소화탈황 반응, 수소화탈질소 반응, 수소화분해 반응의 특정 분야에서는 기체 대 액체의 부피비가 일반적으로는 3:1∼400:1, 10:1∼약 200:1이기 때문에 매우 우수한 액체의 분배를 필요로 한다. 급냉을 이용할 경우, 급냉 유체, 통상적으로는 기체와 공정의 유체간의 매우 우수한 접촉을 요한다. 기체에 비하여 액체의 비율이 작기 때문에, 종래 기술에서 사용된 하나의 가능성은 예를 들면 액체의 통과를 위한 복수개의 개구 및, 기체의 통과를 위한 복수개의 도관을 포함하는 분배기 트레이를 사용하는 것으로 이루어진다. 이러한 장치에 대한 설명은 예를 들면 미국 특허 제3,353,924호, 동제4,385,033호, 동제3,855,068호에서 얻을 수 있다.
그러나, 이러한 해결책은 트레이의 사용의 융통성과 관련한 문제점이 야기되며, 또한 트레이가 완전하게 수평이 아닌 경우 여러가지의 오리피스로부터의 불규칙한 공급 및/또는 트레이상에서의 액체류 및 기체류의 다량의 낙하에 의하여 야기되는 역류가 발생하게 된다. 이러한 단점을 해소하기 위하여, 당업자는 예를 들면 미국 특허 제5,232,283호에 기재된 바와 같은 분리형으로 또는 예를 들면 미국 특허 제4,126,539호, 동제4,126,540호, 동제4,836,989호, 동제5,462,719호에 기재된 바와 같은 혼합형으로 액상과 기상의 수집 및 분배 수단이 최종 트레이에 제공되는 복수개의 트레이의 특정의 배치를 사용하고자 하였다. 이러한 시스템의 주된 단점은 과립형 고상층의 전체 면적에 정확하게 살포하기 위하여 기체에 비하여 액체가 소량인 점을 감안하여 당업자는 프랑스 특허 제2,745,202호에 언급된 바와 같이 고밀도의 도관, 일반적으로는 1 ㎡당 80 개 이상의 도관을 사용한다는 점이다. 도관에서의 기체 속도는 일반적으로 1 초당 0.5∼5 ㎝이고, 액체 속도는 일반적으로 1 초당 0.05∼1 ㎝이다. 그러나, 이러한 속도는 너무 느려서 기체와 액체의 혼합과 분산을 동시에 수행할 수가 없다.
도관으로부터의 출구에서의 액체 분산의 부재로 인하여, 당업자에게는 프랑스 특허 제2,654,952호, W097/46303 및 미국 특허 제5,799,877호에 기재된 바와 같은 오리피스 또는 도관으로부터의 출구에서의 편향기 플레이트형 시스템을 설치하는데 있어서 제약이 따른다. 종래 기술에 기재된 모든 스플래쉬 방지 (type bris-jet) 노즐형 시스템은 개구 및/또는 도관과 연결되어 있다. 이는 미국 특허 제5,799,877호, 프랑스 특허 제2,654,952호 및 미국 특허 제4,140,625호에 기재되어 있는 바와 같은 완전 충돌 플레이트로서 또는, WO97/46303에 기재된 바와 같은 매우 낮은 높이의 벽면을 갖는 리셉터클과 같은 형상을 갖는다. 이러한 시스템 유형의 단점은 스플래쉬 방지 노즐형 시스템이 반응기의 전면적을 커버하지 않으며, 스플래쉬 방지 노즐형 시스템의 아래에 배치된 과립형 고형물의 일부가 액체로 살포될 기회가 적다는 점이다.
종래의 기술은 미국 특허 제3,524,731호 및 동제3,431,084호에 예시되어 있으며, 그리고 미국 특허 제3,824,080호에 예시되어 있는데, 이들 문헌에서는 액상이 기상과 충돌하게 되는 중앙의 혼합 구역으로 상이 전환되도록 하는 액상 수집기 트레이를 갖는 액상 및 기상의 혼합 시스템이 개시되어 있다. 이들 특허 문헌 어느 것에서도 과립형 고상층을 전부 사용할 수 있도록 하는 분산 시스템에 대하여서는 개시 내지는 암시조차 하지 않고 있다.
본 발명은 과립형 고상층을 통하여 하류 모드인 1 이상의 기상 및 1 이상의 액상을 1 이상의 괴랍형 고형층에 공급할 수 있는 FR-A-2,807,673에 개시된 다중상 혼합물의 분배 장치에서의 개선에 관한 것이다. 각종의 용어를 명확히 하기 위하여, 본 출원인은 FR-A-2,807,673에 개시된 분배 장치를 나타내기 위하여 임의의 기타의 제한 없이 분배 장치를 지칭할 것이며, FR-A-2,807,673에 기재되어 있으며, 본 출원에 기재된 개선을 포함하는 분배 장치를 나타내기 위하여 개선된 분배 장치를 지칭할 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은
- 과립형 고상층의 상부에 배치된 1 이상의 트레이 (P);
- 대부분의 기상이 통과하는 1 이상의 상부 통과 구역 (22) 및, 혼합기 도관의 내부에서 형성된 혼합물이 과립형 고상층과 소통되도록 하는 1 이상의 하부 통과 구역 (23)을 각각의 혼합기 도관이 포함하고, 액상 및 임의로 혼합기 도관의 내부에서의 소부분의 기상이 통과하도록 하는 높이의 적어도 일부분에서 하나 또는 복수개의 측통과 구역 (26)이 구비되어 있는 복수개의 혼합기 도관 (21);
- 하부 통과 구역 (23)의 하부에 그리고 과립형 고상층의 상부에 배치되며 제어된 공극율을 갖는 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템 (28)을 포함하는, 1 이상의 과립형 고상층을 통하여 하류형이고, 1 이상의 기상 및 1 이상의 액상으로 이루어진 다중상 혼합물의 분배 장치로서, 이러한 장치는 분산 시스템에서 이의 둘레의 적어도 일부분상에 플랜지 (100) 또는 (101)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하면, 더 잘 이해될 것이다.
- 도 1은 본 발명에 의한 장치의 축상 단면도를 도시한다.
- 도 2는 혼합기 도관 및 다공성 분산 부재와 연결된 분배기 트레이의 조합을 도시한다.
- 도 3 및 도 4는 슬롯 또는 오리피스의 천공된 하나 또는 복수개의 혼합 도관과 연결된 플랜지가 구비된 다공성 분산 시스템의 개략도를 도시한다.
- 도 5, 도 6 및 도 7은 종래 기술 및 본 발명에 의한 액체의 함량이 낮은 구역 및 높은 구역을 도시한다.
과립형 고상층은 하기에서 반응기로 지칭하는 반응 용기에 수용되며, 이는 일반적으로 상의 흐름 방향에서, 상을 도입하기 위한 시스템 (도 1에 도시하지 않음), 상기 상을 예비혼합하도록 하는 장치 (11), 트레이 (P)에 의하여 지지되는 다중상 혼합물을 위한 개선된 분배 장치를 포함하며, 용기 (E)의 상부에 또는 용기의 2 개의 과립형 고상층 (13) 및 (14)의 사이에 배치된 부재 (21), (28) 및 (100) 또는 (101)를 포함한다. 이와 같이 개선된 분배 장치는 하나 또는 복수개의 과립형 고상층 (13) 및 (14)를 공급할 수 있다. 반응 용기가 용기를 따라 직렬로 배치된 복수개의 과립형 고상층을 포함할 경우, 이들 각각은 개선된 분배 장치에 의하여 공급될 수 있다. 가장 일반적인 경우, 2 개의 연속의 과립형 고상층과 개선된 분배 장치의 상류 사이에서 용기는 보충의 기체 또는 액체 (16)를 유입시키기 위한 시스템 및, 상부의 중간층 (13)으로부터 기상 및 액상과 보충 유체를 혼합하기 위한 시스템 (15)을 포함할 수 있다. 일반적으로 본 발명의 명세서에서 "급냉 박스"로 지칭되는 혼합 시스템 (15)은 기타의 특허 문헌, 특히 본 출원인의 최선으로 개발된 형태의 프랑스 특허 출원 제01/06213호의 발명의 주체를 이룬다. 이러한 혼합 시스템 (15)은 전적으로 본 출원에 기재된 장치와 상용성을 갖는다. 이와 같이 본 출원에서 개선된 분배 장치는 도 2에서 플랜지를 도시하지 않은채 도시되어 있는데, 이러한 장치는 가장 일반적인 형태로서
1) 과립형 고상층 중 하나의 상부에 배치된 1 이상의 트레이 (P);
2) 형태가 실질적으로 원통형이고, 실질적으로 수직인 축을 따라 배향되어 있고 액상과 고상이 제공되며 이들을 혼합하도록 하는 복수개의 혼합기 도관 (21) [이들 각각의 도관은 혼합기 도관의 내부에서 형성된 혼합물이 과립형 고상층과 소통되도록 하는 1 이상의 상부 통과 구역 (22) 및 1 이상의 하부 통과 구역 (23)을 포함하며, 상기 혼합기 도관에는 이의 높이의 적어도 일부분상에서 하나 또는 복수개의 측통과 구역 (26)이 구비된다. 상기 상부 통과 구역 (22)은 대부분의 기상이 통과되도록 하며, 측통과 구역 (26)은 각각 혼합기 도관의 내부의 액상과 임의로 소부분의 기상을 통과시킬 수 있다];
3) 하부 통과 구역 (23)의 아래에 그리고 과립형 고상층의 상부에 배치된 1 이상의 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템 (28) [이러한 시스템은 도 4에 도시된 바와 같은 각각의 혼합기 도관과 연결될 수 있거나 또는, 도 3에 도시된 바와 같은 복수개의 혼합기에 공유될 수 있거나 또는, 도 2에 도시된 바와 같이 트레이 (P)로부터의 혼합기 도관 전부가 공유될 수 있다. 이러한 분산 시스템은 실질적으로 평편하고 수평인 기하를 지니나, 임의의 형상의 둘레를 지닐 수도 있다. 이는 제어된 공극율을 갖고, 임의의 형상을 갖는 플랜지 (100) (도 3)가 이의 둘레의 적어도 일부분상에 구비될 수 있으며, 이러한 플랜지는 그 자체가 공극율 (101) (도 3)을 지닐 수 있다].
이러한 분산 시스템은 혼합기 도관의 하부 단부 또는 트레이 (P)에 매달려있을 수 있다.
실질적으로 원통형의 형태를 지니며, 실질적으로 일정한 영역을 갖는 혼합기 도관은 직경이 0.3∼10 ㎝, 바람직하게는 1∼5 ㎝이다. 이의 높이는 100∼500 ㎜, 바람직하게는 250∼400 ㎜이다. 트레이 구역의 유닛에 의한 혼합기 도관의 갯수는 1 ㎡당 1∼80 개의 도관, 바람직하게는 1 ㎡당 5∼50 개의 도관이 있다. 이러한 경우, 트레이 (P)의 레벨에서 액상 배수 오리피스가 제공되는 것이 이로울 수 있다. 이러한 오리피스 조합체의 통과 단면은 배수 오리피스를 통과하게 되는 액상 흐름의 분율이 순환시 액상의 전체 흐름의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만이 되도록 한다.
도 3 및 도 4에서, 혼합기 도관은 트레이 (P)와 모두 일체형이고, 도 4에 도시된 구역 (25)에 해당하는 거리 (z)로 트레이 (P)의 아래로 연장되어 있으며, 여기서 거리 (z)의 값은 이것이 연결되어 있는 분산 시스템 (28)으로부터 혼합기 도관 (23)의 하부 단부가 분리되어 있는 거리 (d) 이하이다. 거리 (d)는 일반적으로 5 ㎜∼500 ㎜이다.
또한, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템이 바로 아래에 위치하는 과립형 고상층과 이격되어 있는 거리 (D)는 혼합기 도관으로부터의 출구와 가능한한 근접하게 기상 및 액상의 혼합 상태를 유지하도록 선택된다. 실제로, 이러한 거리 (D)는 0∼500 ㎜이다. 이러한 혼합기 도관의 상부 부분에는 반응기로 유입되는 액체를 위한 유입 도관 (도면에 도시하지 않음)으로부터 또는, 해당 분배 장치의 바로 위에 위치하는 과립형 고상층의 상부층으로부터 유래하는 제트를 교란시키고 기체와 액체를 분리하기 위하여 캡 (24)이 장착된다. 이러한 캡 (24)은 당업자에게 주지되어 있는 바와 같이 임의의 형상을 지닐 수 있다.
각각의 기상과 액상의 혼합기 도관으로의 유입은 가능한한 멀리 이격되어 이루어질 수 있으며, 상부 통과 구역 (22)을 통하여 유입되는 기상은 캡 (24)에 의하여 액체의 유입으로부터 보호되며, 액상은 임의로 소부분의 기상과 함께 가능한한 측통과 구역 (26)을 통하여 유입된다.
혼합기 도관 (21)은 1 이상의 레벨, 바람직하게는 3 이상의 레벨에서 혼합기 도관의 둘레에서 임의의 형상으로 천공된 슬롯 (도 4의 30) 또는 오리피스 (도 3)인 측통과 구역 (26)이 구비된다. 액체를 수용하는 트레이 (P)의 상부면과, 상부면과 가장 가까운 레벨에 배치된 오리피스의 사이의 거리 (h) 또는, 슬롯의 경우에는 각각의 슬롯의 바닥과 트레이 (P)의 상부면의 사이의 거리 (h)가 최소값을 갖는 것이 중요하다. 이러한 높이 (h)는 주로 5∼250 ㎜, 바람직하게는 50∼100 ㎜이다. 또한, 오리피스 또는 슬롯은 혼합기 도관의 벽면의 두께에서 수평면에 대한 α각이 0∼60°, 바람직하게는 0∼45°가 될 수 있는 각도를 형성하도록 혼합기 도관의 둘레에서 천공된다. 이러한 각도는 오리피스 (26)를 통하여 유입되는 액상과, 상부 통과 구역 (22)에 의하여 유입되는 기상간의 접촉을 도모하여 수직 하류 성분이 기상에 가해지도록 하기 위하여 하향으로 향하는 것이 이롭다.
이들 상이 반응 용기로 유입되는 레벨에서, 예비혼합된 상태로 별도로 또는 미리 발생할 수 있다. 보다 상세하게는, 도 1에 도시된 반응 용기 (E)의 상부 부분은 과립형 고상층 (13)의 상류에서 예비분배기 (11)를 포함할 수 있으며, 이는 기상과 액상의 초기의 불완전한 혼합을 수행할 수 있다. 장치 (11)에 의하여 분배된 기상과 액상의 예비혼합은 제1의 분배 트레이 (P)에 대하여 하류 방식으로 발생한다.
또한, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템은 필요할 경우 복수개의 혼합기 도관 (도 3) 또는, 트레이 (P)에 수용된 혼합기 도관의 조합체와 연결된 각각의 혼합기 도관 (도 4)과 연결될 수 있다. 또한, 분산 시스템은 도 4에 도시된 바와 같은 복수개의 레벨을 따라 파상 배치될 수 있다.
FR-A-2,807,673에는 총 면적에 대한 공극 면적의 비로 정의되는 스플래쉬 방지 노즐형 분배기 시스템의 공극율이 2∼80%, 바람직하게는 약 5∼50%, 특히 약 5∼약 30%이다. 본 발명에 의한 분산 시스템에 대한 공극율의 범위는 FR-A-2,807,673의 범위와 동일하며, 이는 기상과 액상의 표면 속도, 각 상의 밀도 및 점도 그리고, 분산 시스템의 표면의 성질과 관련된 표면 장력에 따라서 선택된다.
분산 시스템이 동일한 수평면에서 필수적이지 않은 경우, 여러가지 평면에 속하는 분산 시스템 반응기의 단면에 대한 투사는, 이러한 중첩이 실질적으로 발생하지 않도록 하며, 이는 실질적으로 반응기의 전체 단면에 적용되어야 한다. 2 개의 상이한 평면의 이격 거리는 일반적으로 1∼250 ㎜, 바람직하게는 5∼180 ㎜, 특히 10∼80 ㎜이다. 복수개의 면에서의 이러한 분산 시스템의 배치는 기체의 더 우수한 흐름을 가능케 하며, 반응기의 전체 단면에서의 균일성이 더 우수해진다. 기상에서의 흐름에 변동이 있는 경우, 이러한 파상 배치는 기체의 임의의 순간적인 과도함 없이 배출시킬 수 있다.
분산 시스템은 임의의 기하학적 형태를 지닐 수 있으나, 일반적으로는 실질적으로 원형, 직사각형 또는 삼각형이 될 수 있다. 이는 수평면에 배치되거나 또는, 수평면에 대하여 가능한한 근접하게 배치되는 것이 바람직한데, 이는 이러한 상태가 공업적 용기내에서는 5 m 이상이 될 수 있는 직경을 산출하기가 곤란하기 때문이다. 제안된 개선점은 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이 수평 기준에 대한 허용이 더 클 수 있다는 점이다.
종래의 기술에 비하여 개선된 분배 장치의 잇점은 하기와 같이 요약할 수 있다.
a) 혼합기 도관, 바람직하게는 1 ㎡당 5∼50 개의 도관의 비교적 낮은 밀도 및 바람직하게는 1∼5 ㎝인 직경은 혼합기 도관 내부에서의 기상 및 액상의 속도를 증가시키게 되며, 그리하여 이들 상의 접촉 및 우수한 혼합을 도모하게 된다.
b) 반응기의 거의 전체 단면에 적용되는 분산 시스템은 이러한 혼합이 분산 시스템의 적절한 공극율을 감안하여 공극율의 부재하에서 살수되지 않는 분산 시스템의 투사에 해당하는 단면의 구역에서 전체 단면에 분포되도록 한다.
c) FR-A-2,807,673의 출원일 이후, 분산 시스템의 적어도 일부분에 플랜지를 첨가함으로써 혼합기 도관으로부터 유래하는 기상 및 액상의 혼합의 더욱 균일한 분배를 얻게 되는 것으로 밝혀졌다. 이러한 플랜지는 소정량의 기체 및 액체 혼합물을 보유하게 되며, 이는 분산 시스템의 전체 공극율을 공급하는 것을 보장하게 된다. 특히, 직경이 5 m 이상이 될 수 있는 커다란 공업용 유닛을 사용할 경우, 트레이 (P) 및 연결된 분산 시스템의 완전 수평을 보장하기가 항상 곤란하다. 이러한플랜지를 사용하지 않을 경우, 분산 시스템에 도달하게 되는 기체 및 액체 혼합물은 이러한 시스템의 일정 부분에서 유동하게 되어 살수하지 않은 또다른 부분으로부터 배출되는 것이 바람직하다.
플랜지는 직경이 플랜지의 0.2∼1 배, 예를 들면 2∼50 ㎜가 될 수 있다. 플랜지는 그 자체가 0∼80%의 공극율을 지닐 수 있다. 이는 수직면에 대하여 경사를 이룰 수 있거나 또는 그러하지 않을 수 있으며, 이의 경사는 -40°∼+60°, 바람직하게는 -30°∼+45°가 되며, 이러한 각도는 수직면에 대한 것으로서, (+) 부호는 분산 시스템으로부터 외향 배향되어 있는 플랜지에 해당하며, (-) 부호는 분산 시스템으로부터 내향 배향되어 있는 플랜지에 해당한다. 상이한 수평면상에 존재하는 분산 시스템이 플랜지를 포함할 경우, 상기 수평면으로부터 이격된 거리는 플랜지의 높이보다 커야만 한다.
플랜지는 분산 시스템의 일부에만 관계된 것이며, 다른 부분은 이러한 플랜지를 갖지 않는다. 종종, 과립형 고상층에 가장 근접한 평면에 배치된 분산 시스템에 플랜지가 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 소정의 분산 시스템은 이의 둘레의 일부에서만 플랜지를 갖는 것이 이로울 수도 있다. 이러한 플랜지의 정확한 기하학적 형상은 여러가지가 있을 수 있으며, 특히 플랜지의 상단부는 내향 만곡될 수 있다. 분산 시스템의 플랜지의 부근에서, 분산 시스템의 공극율은 0인 것이 이롭다. 용어 "분산 시스템의 플랜지 부근"이라는 것은 플랜지로부터 30 ㎜ 미만의 거리, 바람직하게는 20 ㎜ 미만의 거리에 위치하는 구역을 의미한다.
이러한 플랜지 및 0의 공극율 부근의 기능은 액체 공급물, 특히 중질 가스유형태의 수소화 처리 유닛에서의 경우와 같이 비점이 350℃보다 높은 유분과 같은 중질 탄화수소로 이루어진 공급물에 임의로 포함될 수도 있는 특정의 불순물을 보유한다는 것이다.
이러한 경우, 플랜지 부근의 구역은 이러한 불순물로 점차로 채워지게 되며, 과립형 고상층의 오염을 방지하게 된다.
하기의 비교예에서는 플랜지의 존재의 잇점에 대한 이해를 제공하게 된다. 실시한 측정법은 직경이 600 ㎜인 반응기의 단면에서 실시한 액체 분배의 측정이다. 이들은 다량의 액체 이송 구역을 도면에서 흑색으로 표시하고, 소량의 액체를 갖는 구역을 도 5, 도 6 및 도 7에서 (하부로부터 조망함) 백색 또는 회색으로 표시하는 감마선 토모그래피 장치를 사용하여 실시하였다.
비교한 3 가지의 시스템은 하기와 같다.
1) 분산 시스템을 사용하지 않고, 내경이 50 ㎜ 이하이고, 높이가 300 ㎜인 혼합기 도관 7 개를 포함하는 종래의 분배 시스템.
2) 공극율이 10∼40%인 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템 3 개와 연결되고 실질적으로 동일한 수평면상에 배치된 혼합기 도관 7 개를 포함하는 FR-A-2,807,673에 의한 분배 시스템. 각각의 분산 시스템의 직경은 용기의 직경의 약 1/3배이다.
3) 공극율이 10∼40%인 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템 3 개와 연결되고 높이가 20 ㎜인 비다공성 플랜지가 제공되며, 실질적으로 수직인, 상기 2)와 동일한 혼합기 도관 7 개를 포함하는 본 발명에 의한 개선된 분배 시스템.
액상은 대부분 C7탄화수소 유분으로 이루어지며, 기상은 질소로 이루어졌다. 액체 유속에 대한 기체 유속의 부피비는 20∼100이다.
도 5 (종래 기술에 의한 분배 시스템에 해당)에서는 액체 분배가 불량하다는 것을 알 수 있으며, 7 개의 도관의 흔적이 보이는데, 이는 혼합기 도관으로부터의 배출구 바로 아래에서 다량의 액체가 존재한다는 것을 나타낸다. 도 6 (FR-A-2,807,673의 분배 시스템에 해당)에서는 혼합기 도관의 흔적이 더 이상 존재하지 않기 때문에 액체의 분배가 우수한 것으로 나타났다. 그러나, 3 개의 분산 시스템에서는 약간의 흔적이 여전이 보이기 때문에 약간의 과도한 액체 넘침이 보고되었다. 본 발명에 해당하는 도 7에서는 3 개의 분산 시스템의 흔적이 완전하게 사라졌으며, 이는 반응기의 전체 구역을 통하여 액체가 균일하게 분배되었다는 것을 나타낸다. 이러한 분배는 예시한 기체 및 액체 유속의 부피비 범위내에서 유지되었다.

Claims (17)

  1. - 과립형 고상층중 하나의 상부에 위치하는 1 이상의 트레이 (P),
    - 기상 및 액상용 복수개의 혼합기 도관 (21)으로서, 각각의 상기 도관은 대부분의 기상이 통과하는 1 이상의 상부 통과 구역 (22) 및, 혼합기 도관의 내부에서 형성된 혼합물과 과립형 고상층과의 소통이 가능케 되는 1 이상의 하부 통과 구역 (23)을 포함하며, 상기 혼합기 도관 (21)은 이의 높이의 적어도 일부분상에서 액상 및 임의로 소부분의 기상을 혼합기 도관의 내부에 통과시킬 수 있는 하나 또는 복수개의 측통과 구역 (26)을 구비하는 고상 및 액상용 복수개의 혼합기 도관 (21),
    - 하부 통과 구역 (23)의 하부에 그리고 과립형 고상층의 상부에 배치되며 제어된 공극율을 갖는 스플래쉬 방지 노즐형 (type brise-jet) 분산 시스템 (28)을 포함하며, 1 이상의 기상 및 1 이상의 액상으로 이루어지며 1 이상의 과립형 고상층을 통하여 하류형인 다중상 혼합물의 분배 장치로서, 분산 시스템이 이의 둘레의 적어도 일부분상에 플랜지 (100) 또는 (101)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 것인 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템은 공극율이 약 2%∼약 80%, 바람직하게는 5∼50 %, 더욱 바람직하게 5∼30%인 것인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템은 각각의 혼합기 도관에 연결되어 있는 것인 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템이 서로에 대하여 인접한 복수개의 혼합기 도관에 연결되어 있는 것인 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템이 분배 장치의 혼합기 도관의 전체에 연결되어 있는 것인 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합기 도관의 하부 단부는 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템으로부터 약 5∼500 ㎜의 거리 (d)에 위치하는 것인 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 스플래쉬 방지 노즐형 분산 시스템은 과립형 고상층으로부터의 거리 (D)에 위치하며, 이 거리는 혼합기 도관 (21)의 내부에서 형성된 혼합물이 하류에 위치하는 과립형 고상층에 분배될 때까지 거의 동일한 상태에서 혼합물을 보존하고, 하부 통과 구역 (23)에 의하여 혼합기 도관 (21)으로부터 배출되도록 선택되는 것인 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합기 도관의 밀도는 1 ㎡당 1∼80 개의 도관, 바람직하게는 1 ㎡당 5∼50 개의 도관인 것인 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합기 도관의 단면은 거의 일정한 것인 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합기 도관의 높이는 100∼500 ㎜, 바람직하게는 250∼400 ㎜인 것인 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 플랜지는 수직에 대하여 -40°∼+60°의 각도를 이루며, (-) 부호는 분산 시스템으로부터 내향 배향되어 있는 플랜지에 해당하며, (+) 부호는 분산 시스템으로부터 외향 배향되어 있는 플랜지에 해당하는 것인 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분산 시스템은 공극율이 플랜지의 부근에서 0이며, 부근이라는 것은 플랜지로부터 30∼0 ㎜, 바람직하게는 20∼0 ㎜ 범위의 거리에 해당하는 것인 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 스플래쉬 방지 노즐형의 하나 또는 복수개의 분산 시스템의 플랜지는 높이가 혼합기 도관의 직경의 0.2∼1 배이며, 이롭게는 2∼50 ㎜이고, 공극율은 0∼80 %인 것인 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분산 시스템은 2 이상의 레벨에서 파상 배치되며, 상기 레벨은 1∼250 ㎜, 바람직하게는 5∼180 ㎜, 더욱 바람직하게는 10∼80 ㎜의 높이로 이격되어 있는 것인 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합기 도관 (21)의 측방 슬롯 또는 오리피스 (26)는 혼합기 도관의 두께에서 수평에 대하여 0°∼60°, 바람직하게는 0°∼40° 범위내인 α각을 갖도록 절단되는 것인 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분산 시스템은 복수개의 평면상에 배치되며, 분산 시스템은 플랜지를 포함하는 과립형 고상층의 가장 근접한 평면상에 위치하는 것인 장치.
  17. 기상은 적어도 일부분의 수소를 포함하는 다중상 혼합물의 분배에서의 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 의한 장치의 용도.
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