KR20070087076A - 일련의 원통형 챔버의 회전 유동층 장치 및 방법 - Google Patents

일련의 원통형 챔버의 회전 유동층 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고형 입자의 촉매 중합, 건조 및 다른 처리를 위한 또는 유체의 촉매 변환을 위한 회전 유동층 장치 및 방법에 관한 것으로, 원통형 반응기 (1) 는 중공형 디스크 (3) 에 의해 일련의 원통형 챔버 (Z1, Z2, Z3) 로 분할되며, 유체는 상기 반응기의 원통형 벽에 접선방향으로 주입 (7) 되며, 상기 중공형 디스크는 상기 반응기의 원통형 벽에 고정되며, 원통형 챔버의 내부에서 회전하며 순환하는 유체가 통과하여 흡입 (10) 되는 중심 개구를 가지며, 상기 유체가 반응기의 원통형 벽을 빠져나오는 측면 개구를 가지며, 한 챔버에서 다음 챔버로 상기 디스크 (3) 를 통하여 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자를 전달하는 통로 (27) 를 갖는다.
유동층, 촉매 중합

Description

일련의 원통형 챔버의 회전 유동층 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR A ROTARY FLUIDIZED BED IN A SUCCESSION OF CYLINDRICAL CHAMBERS}
본 발명은 한 챔버에서 타 챔버로 통과하는 유체 또는 유체 혼합물에 의해 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자를 촉매 중합, 건조, 함침, 또는 다른 처리를 하기 위한, 또는 하나의 원통형 챔버에서 타 챔버로 통과하는 고형 촉매 입자를 포함하여 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물의 분해, 탈수소화 또는 다른 촉매 변환을 위한 일련의 원통형 챔버에서의 회전 유동층을 구비한 장치에 관한 것이다.
유체 내에 고형 입자가 부유하여, 이 유체가 통과하는 유동층을 형성하는 방법은 잘 알려져 있다. 이 유체가 원통형 반응기의 측벽에 접선방향으로 주입될 때, 유체는 그 운동 에너지의 일부를 고형 입자에 전달하여 그 고형 입자들을 회전 이동시키며, 전달된 에너지가 충분한 경우, 이 회전 운동은 원심력을 형성하여 그 고형 입자가 반응기 벽을 따라 유지되어, 회전 유동층을 형성할 수 있으며, 반응기가 수직인 경우 그 표면은 대략 절두원추형으로 뒤집히게 된다. 이러한 방법은, 본 발명자의 2004년 4월 14일자 벨기에 특허출원 제 2004/0186 호의 주제이다.
그러나, 유체 제트가 대형 반응기 안으로 고속으로 주입되면, 그 주입 조건 에 따라 팽창에 의해 급속하게 감속된다. 이것은, 유체의 밀도가 입자의 밀도보다 상당히 낮은 경우, 충분한 원심력을 생성하는 고형 입자에 모멘텀을 전달하기 위해서는 유체가 매우 큰 유량을 가져야 하고, 유체가 유동층을 통과한 후에 이 유체를 제거하는 장치가 대형화되어 그 반응기의 길이 및 높이가 제한되는 이유가 된다.
본 발명의 경우, 원통형 반응기는 실린더의 측벽에 고정된 중공형 디스크 또는 일련의 플랫 실린더에 의해 일련의 원통형 챔버로 분할된다. 이들 중공형 디스크는 그 중심에서 각 챔버를 통과하여 빠르게 회전하는 유체를 흡입하는 개구, 및 반응기로부터 그 유체를 제거하는 측벽의 개구를 포함한다. 이들 중공형 디스크는 적절하게 윤곽처리된 통로에 의해 관통되어 빠르게 회전하는 유체에서 부유하는 고형 입자를 하나의 원통형 챔버에서 타 챔버로 통과시킬 수 있다.
본 발명의 경우, 유체 또는 유체 혼합물은 반응기의 원통형 벽을 따라 접선방향으로 주입되며, 일반적으로 박막으로서, 회전시에, 그 측벽에서 중심으로 반응기를 빠르게 횡단하며, 중공형 디스크의 중심 개구를 통해 유체가 제거된다. 유체의 주입 속도 및 그 유량은, 회전 유동층에서 유체가 제거되는 중공형 디스크의 중심 개구로부터 부유하는 고형 입자를 분리시키는 원심력을 형성하는 회전 속도로 회전시키기에 충분하며, 이들 원통형 챔버 사이에 약간의 압력차에도 불구하고 그 중공형 디스크의 통로를 통해 입자들을 하나의 원통형 챔버에서 타 원통형 챔버로 전달할 수 있다.
본 발명의 경우, 여러 원통형 챔버에 위치한 주입기에 적절하게 유체를 분배하기 위하여, 유체는 반응기 외부의 하나 이상의 분배기에 의해 공급된다. 다음으로, 여러 원통형 챔버의 압력을 조정하기 위하여, 반응기 외부에서 상호연결된 하나 이상의 수집기를 통해 유체를 흡입하는 하나 이상의 팬 또는 압축기에 의해 중공형 디스크를 통해 유체가 제거된다. 다음으로, 동일한 분배기 또는 다른 분배기에 의해, 예컨대 냉각 또는 가열 등의 적절한 처리를 한 후에, 유체는 동일한 또는 다음 원통형 챔버로 재순환될 수 있다. 유체는 동일한 원통형 챔버 또는 연속하는 원통형 챔버에서 수차례 재순환될 수 있다.
고형 입자의 회전 속도 및 중공형 디스크를 통과하는 통로의 윤곽 덕분에, 고형 입자는 일반적으로 반응기의 일 단부에서 도입된 후, 하나의 원통형 챔버에서 타 챔버로 이송된다. 고형 입자는 일반적으로 반응기의 반대 단부에서 제거된다. 고형 입자 재순환 장치는 반응기의 외부에 제공될 수 있다.
유체와 고형 입자 사이의 에너지 전달 효율을 향상시키기 위하여, 본 발명은 적절한 윤곽으로 유체 주입기에 가깝게 배치되어, 유체와 제한된 양의 고형 입자를 혼합하고, 유체를 소통시켜, 유체가 이들 고형 분말에 상당량의 운동 에너지를 전달하기 전에, 반응기에서 유체의 팽창을 방지 또는 감소시키는 편향기를 포함할 수 있다. 이 장치는 고형 입자보다 훨씬 가벼운 유체를 이용하여, 반응기에서의 팽창으로 인해 운동 에너지의 대부분을 잃지 않으면서 고속으로 대형 반응기에 주입하는 것에 적합하다. 이러한 장치는 본원의 발명자가 본원과 동일자에 출원한 벨기에 특허출원에 기재되어 있다.
본 발명은, 유동층의 상하부 사이의 두께차를 줄이기 위하여, 나선형으로 권회되거나 경사지고, 원통형 챔버의 원통형 벽을 따라 고정된 나선형 턴 (helical turn) 또는 횡단 핀 (transverse fin) 의 세트를 포함하여, 이 벽을 따라 고형 입자를 상승시키기 위하여 고형 입자의 회전 운동 에너지의 일부를 이용할 수 있다. 이 장치는, 바닥 (base) 에서의 유동층의 두께를 증가시킬 필요 없이, 원통형 챔버의 높이 증가를 가능하게 해준다. 이러한 장치는 본 발명자의 2004년 4월 14일자 벨기에 특허출원 제 2004/0186 호에 기재되어 있다.
반응기는 수평식일 수 있다. 이 경우, 반응기 안으로 주입되는 유체의 속도 및 유량은 반응기 상부의 두께가 반응기 하부의 두께와 가까워지도록 하기 위한 충분한 원심력을 형성하는 회전 속도로 유동층을 회전시키기에 충분해야만 하며, 통상 중공형 디스크의 중심에 제공되는 개구는 하방으로 약간 오프셋되어 그 유동층의 대략적 원통형 표면에 대해 더욱 양호하게 중심맞춤 할 수 있다.
이 방법은, 그 원심력 덕분에 유동층의 밀도를 감소시키지 않으면서 고형 입자와 유체 사이의 속도차를 증가시키기 때문에, 그것들 사이의 열전달 및 접촉을 개선한다. 또한, 이 방법은, 유동층을 통과하는 유체의 체적을 상당히 증가시켜 유동층에서 유체가 잔류하는 시간을 상당히 감소시킨다.
소량의 유체와 동반하여 고형 입자를 이송하는 소형 통로에 의해서만 상호연결될 수 있는 일련의 원통형 챔버로 반응기를 분할하는 것은, 루프에서 재순환되는 다른 유체가 그 챔버를 통과하게 해준다. 하나의 원통형 챔버에서 타 챔버까지 조성이 상당히 가변적인 유체를 사용할 필요가 있다면, 이로써 그 방법이 특히 유리해진다.
이 방법의 경우, 원통형 챔버 사이의 통로의 치수에 따라 입자의 잔류 시간을 짧거나 길게 할 수 있으며, 반응기의 측벽을 따라 박막으로서 유체를 주입하는 것이 이 벽에 대한 고형 입자의 마찰을 감소시키기 때문에, 유동성 베드의 회전에 대한 저항성이 낮아질 수 있다.
중공형 디스크에 의해 유체를 중심에서 제거하는 장치는 최소의 잔류 시간으로 매우 큰 유량을 허용할 수 있기 때문에, 이 방법은 유동하는 유체의 체적이 매우 클 때 특히 유리하며, 유체 분배기 및 수집기가 반응기의 외부에 있기 때문에, 이들은 반응기 내부의 유동층을 위한 가용 공간을 감소시키지 않으면서 큰 직경을 가질 수 있다.
또한, 유체가 주입될 수 있는 슬릿을 형성하거나, 해체를 용이하게 하기 위하여, 중공형 디스크가 반응기의 길이방향으로 절개된 원통형 벽을 지지하여, 그 벽을 얇게 할 수 있으며, 이 방법은 반응기의 압력이 대기압보다 낮을 때 특히 유리하다. 나아가, 분배기, 수집기 및 반응기는 용이하게 이송가능한 컴팩트 조립체를 형성할 수 있다.
따라서, 이 방법은, 예컨대 곡물 그레인 (cereal grain) 의 건조를 위한 경량의, 컴팩트하고, 이송가능하며, 효율적인 유닛의 제조를 허용한다. 또한, 이 방법은, 중간 가열 및 촉매 재생을 요구하는 경질 올레핀의 분해 또는 흡열성이 큰 에틸벤젠의 탈수소화와 같은 저압에서의 유체의 촉매 개질에도 적합하다. 또한, 이 방법은 상이한 조성을 갖는 일련의 활성 유체에서 부유하는 입자의 바이모드 (bimodal) 또는 멀티모드 (multimodal) 공중합에도 이용될 수 있다.
도 1 은 수직 원통형 반응기의 개략적인 단면도이며, 그 원통형 대칭축의 각 측에 그 원통형 측벽의 단면이 도시되어 있다.
도 2 는 유체 주입 패턴을 나타내는 반응기의 단면도이다.
도 3 은 유체 주입기의 일례를 더욱 잘 나타내기 위한, 반응기의 측벽부의 축측 투영도이다.
도 4 는 원통형 챔버의 절반 단부의 투영도이다.
도 5 는 반응기의 한 영역에서 타 영역으로 입자를 전달하는 통로의 단부를 나타낸다.
도 6 은, 측면 및 중심 편향기가 없는, 도 4 에 도시된 원통형 챔버와 유사한 길이방향 단부의 절반을 따르는 고형 입자의 횡단 흐름을 나타낸다.
도 7 은 바이모드 (bimodal) 또는 멀티모드 (multimodal) 촉매 공중합을 위하여 약간 개조한 것을, 도 1 과 유사하게 단순화한 것이다.
도 8 은, 고형 촉매 입자를 함유하는 회전 유동층의 유체 또는 유체 혼합물의 촉매 변환을 위하여 약간 개조한 것을, 도 7 과 유사하게 단순화한 것이다.
도 9 는 대기압보다 약간 낮은 압력에서 작동하는 수평 반응기의 길이방향 단부를 나타낸다.
도 10 은, 반응기는 2개의 분배기 및 2개의 수집기를 구비하여, 컴팩트하고 쉽게 이동가능하며 쉽게 해체되는 조립체를 형성하는 반응기에 대한, 도 9 의 AA* 평면을 따라 중공형 디스크를 통과하는 단부를 나타낸다.
도 1 은 수직 원통형 반응기의 개략적인 단면도이며, 그 원통형 대칭축 (2) 의 각 측에 그 원통형 측벽 (1) 의 단면이 도시되어 있다. Z1 ~ Z3 의 일련의 원통형 챔버 또는 영역으로 반응기를 분할하는 일련의 중공형 디스크에서는, 중공부 (3) 가 도시되어 있다. 유체 (4) 는 분배기 (5) 에 의해 튜브 (6) 의 세트로 공급되는데, 이 튜브의 세트는 반응기의 주위에 배치되고, 그 반응기의 내부에 배치되어 유체를 주입하도록 디자인된 주입기 (7) 세트로 연결되며, 유체는 일반적으로 박막으로서, 반응기 벽에 수평 및 접선방향으로, 즉 도면의 평면과 수직하게 주입된다. 회전시에, 유체는, 부유하는 고형 입자 (흑색 점으로 표시) 를 함유하는 유동층을 통과한다. 유체는 그 회전 속도보다 크기가 작은 반경방향 속도 (radial velocity) 로 반응기의 중심에 접근한다 {화살표 (8)}. 유동층의 대략적으로 원추형인 표면 {그 단면 (9) 이 도시됨} 을 횡단한 후에, 유체는 중공형 디스크 (3) 의 중심 개구로 유입되는데, 개구는 튜브 (11) 에 의해 상승되어 차단 (shutdown) 시에 고형 입자의 유입을 방지할 수 있으며, 그 중심 개주 주위를 확장 (12) 하여 유체의 유입을 용이하게 할 수 있다. 다음으로, 유체 (13) 는 중공형 디스크의 측면 모서리의 개구 (14) 를 통해 제거되는데, 이 개구 (14) 주위를 확장시켜 반응기 주위에 배치된 튜브 (16) 의 세트를 통해, 팬 또는 압축기 (18, 상기 유체를 빨아들여 재순환시킴) 에 연결된 수집기 (17) 를 향하여 유체의 유출을 용이하게 할 수 있으며, (19) 에서의 적절한 처리 후에, 수집기는 분배기의 하 부 (5.1) 를 통해 유체를 빨아들여 반응기 주위에 배치되어 반응기의 하부 영역으로 공급되는 튜브 (6) 의 세트 및 분배기 (7) 를 통해 그 유체를 재순환 시킨다. 유체는, 팬 또는 압축기 (18.1) 에 의해 수집기의 하부 (17.1) 를 통해 (20) 에서 제거되기 전까지 수차례 재순환될 수 있다. 유체의 평균 재순환 횟수는 팬 (18, 18.1) 의 능력 비율과 거의 동일하다.
유체의 주입 속도는, 각 영역의 유동층의 중량에 의해 형성된 정수압 (hydrostatic pressure) 에 영향을 받는 것으로 관찰되었다. 각 영역의 상부 및 바닥부 사이에서 유체 주입 속도 및 유량의 차이가 커지는 것을 방지하기 위하여, 도시한 바와 같이 유체가 주입되는 슬릿 (7) 을 사다리꼴 형상으로 적절하게 윤곽처리할 수 있으며, 그 상부의 주입 속도를 감소시키기 위하여 장애물을 적절하게 구비할 수 있다. 원통형 챔버의 다양한 높이에서 주입된 유체 (23) 의 비율 및 속도를 제어하기 위하여, 제어 밸브 (22) 를 이용할 수도 있다. 제어 밸브 (24) 는 유체 (20) 의 배출 유량을 조정할 수도 있다.
고형 입자 (25) 는, 중력, 나선형 스크류 또는 유체 제트 등의 적절한 수단에 의해 튜브 (26) 를 통하여 반응기의 하부로 주입될 수 있다. 반응기가 중공형 디스크에 의해 여러 원통형 챔버 (Z1 ~ Z3) 로 분할되기 때문에, 고형 입자는 중공형 디스크를 관통하여 배치된 통로 (27) 를 통해 한 챔버에서 타 챔버로 상승한다. 고형 입자는 반응기의 상부 (29) 에서 적절한 수단에 의해 튜브 (30) 를 통해 최종 원통형 챔버 (Z3) 로부터 제거된다. 다른 출구 (30.1) 가, 예컨대 각 챔버의 하부에 제공되어, 반응기를 신속하게 비울 수 있다.
전달되는 입자의 양은 이들 입자의 회전 속도에 따라 달라지는데, 그 속도는 통로 위에 위치한 유동층의 정수압을 극복하기에 충분해야 한다. 따라서, 제어 밸브 (22) 를 이용하여 원통형 챔버 상부로 주입되는 유체의 속도 및 비율을 증가시킴으로써, 이 챔버의 상부로 공급되는 에너지가 증가하여 고형 입자의 회전 속도 및 상부 영역으로의 전달량이 증가하게 된다. 각 챔버의 유동층의 표면 높이의 감지기에 의해 이들 밸브를 서보제어함으로써, 중공형 디스크의 중심 입구와 통로 사이에서 이들 표면이 안정화될 수 있다. 이들 통로는, 입자의 농도가 가장 높은 반응기의 측벽에 대하여 국부화되어 (localized), 이들 고형 입자가 포함된 유체의 양을 감소시킬 수 있다.
한 영역에서 타 영역으로 전달되는 고형 입자의 양은, 통로가 하부 원통형 챔버의 유동층에 얼마나 침지되어있느냐에 따라 변할 수 있는데, 이것은 이들 통로를 따라 각 원통형 챔버의 상부에서 유동층의 표면을 안정화시키는 기능을 한다. 이로써, 평형상태에서는, 반응기의 측면 모서리로부터 떨어진 이들 통로의 거리에 따라 유동층의 두께가 달라질 수 있다.
유체의 대부분이 빈 챔버를 통과하는 것을 방지하기 위하여, 하부 원통형 챔버의 충전시에 미충전 상부 원통형 챔버의 튜브 (6) 를 통해 유체를 차단함으로써, 반응기는 각 영역의 하부에서 측면 출구를 통해 드레인 (drain) 될 수 있으며, 하부로부터 충전될 수 있다. 고형 입자의 크기 및 특성이 허락한다면, 이것은 재순환 유체 공급 튜브를 통해 실행될 수도 있으며, 중공형 디스크마다 하나 이상의 통로를 배치하는 것이 가능하다면, 상부를 통해서도 실행될 수 있다.
주입기를 빠져나가는 유체 박막은 매우 신속하게 확장되어, 고형 입자에 충분한 운동 에너지를 전달하기 전에 감속된다. 이를 방지하기 위하여, 적절하게 윤곽처리된 측면 편향기를 주입기 출구에 가까운 반응기의 측벽에 다소 평행하게 고정하여, 이들 측면 편향기와 반응기 벽 사이에 위치한 경로 또는 공간에 주입된 유체와 고형 입자의 제한된 양을 혼합할 수 있다. 이들 측면 편향기는, 이들 공간 또는 경로에서 유체가 운동에너지의 상당부분을 고형 입자로 전달하기 전에 팽창하여 감속하는 것을 방지하는데, 이들은 그 대상에 적합한 길이 및 윤곽을 가져야 한다.
도 2 는 유체 주입 패턴을 나타내는 반응기의 단면도이다. 도면의 평면에 수직하고, 반경 (33) 을 갖는 반응기의 측벽 (1) 의 단면을 따라 연장된 측면 편향기 (32) 의 단면이 도시되어 있으며, 측벽과 함께 유체를 둘러싸기 위하여, 폭 (34) 을 갖는 튜브 또는 노즐 (6) 을 통해 주입된 유체 {화살표 (4) 로 도시됨} 가 반드시 통과하는 일반적으로 수렴하다가 발산하는 공간 또는 경로가 도시되어 있다. 또한, 반경 (35) 을 갖는 유동층 (9) 표면의 원형 단부가 도시되어 있다. 고형 입자는 그 이동 방향을 나타내는 작은 화살표 (37) 로 도시되어 있다.
이 도면에서, 유체와 입자를 잘 분리하기 위하여, 중공형 디스크에 대한 접근 튜브 (미도시) 는, 도면의 평면에 대하여 수직이며 중공형 디스크의 중심 개구 안으로 유체 (10) 를 흡입시키는, 단부 (38), 굴곡 (39), 바운딩 슬릿을 갖는 중심 편향기에 의해 연결된다.
화살표 (41) 로 표시된 고형 입자의 농축 스트림은, 반응기 내의 고형 입자 의 평균 회전 속도와 근접한 속도로, 주입기 (6) 의 벽과 편향기 (32) 의 측면 사이에서 폭 (42) 을 갖는 접속 통로 또는 유로를 통해 일반적으로 수렴하다가 발산하는 이들 공간 또는 유로로 유입된다. 이러한 고형 입자의 농축 스트림은 반응기 벽 (1) 과 측면 편향기 (32) 사이의 공간 또는 유로에서, 주입된 유체와 혼합될 때 희석되어 주입된 유체의 운동 에너지의 상당 부분을 고형 입자에 전달해주어, 이 고형 입자들의 모멘텀을 증가시킨다. 다음으로, 고형 입자는 유동층의 다른 고형 입자와 혼합되어, 요구되는 모멘텀을 전달한다.
도 2 에서, 이들 공간 또는 유로는 우선 최소 폭 (43) 으로 수렴한 다음, 출구폭 (44) 까지 발산한다. 이들은 일정한 폭을 가질 수도 있다. 이 경우, 고형 입자와 이를 동반한 유체가 가속됨에 따라, 유체가 감속된다. 일반적으로, 이들 공간 또는 유로의 치수는 작동 조건 및 운동 에너지의 전달 대상에 따라 설정되어야 한다.
또한, 반응기의 원통형 챔버의 높이에 따른 함수로서, 반응기의 원통형 표면을 따라서, 유동층의 정수압이 강하하는 것을 고려할 필요가 있다. 주입기를 떠나는 유체는 고형 입자와 혼합되기 전에 반응기 벽을 따라 상승하는 경향이 있기 때문에, 이 벽을 따라서 정수압차가 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해서는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 반응기의 원통형 벽에 수직하는, 예컨대 링 등의 횡단 편향기가 핀 (fin) 및 반응기의 측벽에 의해 둘러싸인 공간을 분할하여, 유체가 입자와 혼합될 때까지, 유체 및 입자를 원하는 방향, 일반적으로 수평 또는 경사진 상방으로 안내할 수 있다.
도 3 은, 유체 주입기 (7) 의 일례를 더욱 잘 나타내기 위한, 반응기의 측벽 (1) 부분의 축측 투영도로서, 유체가 반응기 벽을 따라 상승하는 것을 방지하는 횡단 편향기의 역할을 하는 링 (46) 및 측면 편향기 (32) 가 도시되어 있다. 또한, 유체 공급 튜브 (6) 가 점선으로 도시되어 있으며, 전방의 주입기 출구 (7) 의 단면이 음영으로 도시되어 있다. 화살표 (4, 41) 는, 측면 편향기 (32) 와 반응기의 측벽 (1) 사이의 수렴 및 발산 공간을 각각 출입하는 고형 입자 및 유체 스트림의 방향을 나타낸다.
넓은 링 (46) 으로 도시된 횡단 편향기 (transverse deflector) 는 중공형으로 일종의 원형 노즐을 형성할 수 있으며, 그것들을 따라 놓인 일련의 주입기에 유체를 공급하기 위하여 하나 이상의 공급 튜브에 의해 반응기의 외부로 연결되어, 주입기의 공급에 필요한 반응기 벽을 통과하는 튜브의 수를 감소시킬 수 있는데, 이는 반응기 내의 압력이 높은 경우에 바람직할 수 있다.
이들 횡단 편향기는, 고형 입자가 반응기 벽을 따라 상승하게 하여 유동층의 두께차 및 반응기의 여러 원통형 챔버의 상부와 하부 사이의 이 벽을 따르는 압력차를 감소시키기 위하여, 각 원통형 챔버의 내부에서 연속 또는 불연속적으로 상방 나선을 형성하는 일련의 나선형 턴 (helical turn) 이 되거나, 핀 또는 턴의 한 부분의 상부 모서리가 다음 것의 하부 모서리에 걸쳐있는, 챔버의 동일한 또는 동일한 여러 높이에서 모인 (grouped) 나선형 턴 또는 횡단 핀의 일련의 부분이 될 수 있다.
도 4 는, 원통형 챔버의 절반 단부의 투영도로서, 일련의 1/4 나선형 턴 (46) 들이 챔버 내부에서 3회전하는 연속 나선 하나를 형성하거나, 챔버의 동일한 높이에 위치하고 서로 90°간격으로 연속하는 4개의 나선형 턴의 세트 3개를 형성하며, 1/4 회전의 상부 모서리는 그 다음 것의 하부 모서리에 걸쳐있다. 이 도면에는, 중공형 디스크 (3) 의 단부, 튜브 (6) 에 공급되는 유체 (4) 의 단부, 그 단부 (49) 를 볼 수 있는 (12) 에서 확장되고 중심 편향기 (38) 에 의해 연결된 중공형 디스크의 공급 튜브 (11) 의 단부; 주입기 (7) 로부터 나가는 유체 스트림 (8), 중심 편향기 (38) 에 의해 둘러싸인 슬릿을 통해 중심 튜브 (11) 에서 들어오는 유체 스트림 (10), 및 반응기의 유출 튜브 (16) 를 향해 중공형 디스크 (3) 를 반경방향 (13) 으로 통과하는 것을 각각 나타내는 화살표 (8, 10, 13); 한 영역에서 타 영역으로 입자를 전달하는 통로 (27), 측면 편향기 (32), 유체 주입기 (7) 및 그 전방의 1/4 나선형 턴 (46) 에 의해 분리되어 바닥으로부터 상방으로 연속 세트를 형성하는 이들의 단부들이 도시되어 있다.
도 5 는 통로 (27) 의 단부를 나타낸다. 여기에는, 중공형 디스크 및 반응기를 빠져나가기 위하여 반경방향, 즉 도면의 평면에 수직으로 유체가 통과하는 내부 공간 (50) 을 형성하는 2개의 평행판이 도시되어 있다. 화살표 (51) 방향으로 이동하는 고형 입자가 흑색 점으로 도시되어 있다. 고형 입자는 통로의 경사진 벽 (52) 을 따라 이동하면서 중공형 디스크를 통과한다. 고형 입자는 중공형 디스크의 각 측면의 편향기 (53) 에 의해 지연되어 (prolonged), 입자의 회전 속도 방향으로, 바닥으로부터 상방으로의 입자의 전달이 용이해진다. 이들 편향기 (53) 는, 그 단부가 도시된 나선 (46) 에 의해 연장되어, 고형 입자의 상방 이동을 용이하게 해준다.
도 6 은, 도 4 에 도시된 원통형 챔버와 유사한 (측면 및 중심 편향기가 없음) 길이방향 단부의 절반을 따르는 고형 입자의 횡단 흐름을 나타낸다. 반응기 벽 (1) 의 단부가 도시되어 있으며, 그 원통형 대칭축 (2), 주입기 (7) 단부의 유체 (4) 공급 튜브 (6), 도면 전방의 원통형 챔버의 1/4 부분에 위치한 1/4 나선형 턴의 단부 (46.1) 아래에 위치한 원통형 챔버의 측벽을 따르는 1/4 나선형 턴 (46) 의 개시부가 나타나 있다.
도면의 평면에 대하여 수직하게 원통형 챔버 안으로 주입된 유체 (4) 는, 유동층 (9) 부분의 표면을 통과하여 중공형 디스크 (3) 의 유입 튜브 (11) 로 들어가고, 이곳으로부터 유출 튜브 (16) 에 의해 빨려나간다. 도면의 평면에 수직하는 회전 속도가 횡단 속도보다 큰 고형 입자는, 유량 (Fe) 으로 하부 통로 (27e) 를 통해 원통형 챔버로 들어오고, 유량 (Fs) 으로 상부 통로 (27s) 를 통해 빠져나간다. 유출 유량이 유입 유량보다 크다면, 챔버의 고형 입자가 점진적으로 비워져 유동층의 표면이 그 측벽에 접근하여, 자동으로 유출 유량 (Fs) 이감소하게 된다. 유동층의 높이를 조절하는 또 다른 방식은, 입자 검출기를 이용하여 챔버 상부의 유체의 주입 유량을 서보제어하는 것으로, 검출기는 유동층의 표면의 위치에 따라 중공형 디스크의 하부벽을 따라 장착되어, 이 유량을 감소 또는 증가시켜, 고형 입자의 회전 속도 및 통로 (27s) 를 통해 이송되는 고형 입자의 양을 감소 또는 증가시킨다.
원통형 챔버 내부의 유동층에서 회전하는 고형 입자는, 1/4 나선형 턴에 의 해 유량 (Fp) 으로 상방으로 떠밀린다 (상방 화살표). 이 유량이 유출 유량 (Fs) 보다 크다면, 고형 입자는 나선형 턴과 튜브 (11) 사이의 공간으로 유량 (F'p = Fp - Fs) 으로 낙하하여야 하고, 원심력이 고형 입자를 유동층 내에서 유지시키며, 유동층의 표면은 나선형 턴 주위에서 요동한다. 이들 턴은, 그 위에 위치한 유동층의 중량을 지지함으로써, 그 하부 표면과 상부 표면 사이의 압력차를 유발하는데, 이는 원통형 챔버의 상부와 하부 사이의 압력차를 줄이는 역할을 한다. 따라서, 이들 턴은 원통형 챔버의 상부와 하부 사이에서 유동층의 두께차를 줄여 그 높이를 증가시킨다.
원통형 챔버의 상부와 하부 사이의 압력차는 그 주입 높이에 따른 유체 주입 속도의 차이를 유발할 수 있다. 이 차이는 고형 입자의 회전 속도의 차이를 야기한다. 또한, 중공형 디스크의 양 측면 사이의 압력차, 더욱 구체적으로는 이 중공형 디스크를 통하는 입구 및 출구 사이의 압력차 및 마찰은, 한 챔버에서 타 챔버로 이송되는 고형 입자를 감속시켜 다음 원통형 챔버의 하부에 있는 고형 입자의 회전 속도를 감소시킨다.
고형 입자의 회전 속도가 감소할수록 원통형 챔버 하부의 원심력이 감소하게 되면, 측벽을 따라서 압력이 약간 감소하여 유동층의 두께가 약간 증가하게되어, 중력에 대한 원심력의 비에 의존하는 유동층 표면의 경사도가 감소하게 된다. 경사도와 압력의 이러한 차이는, 이러한 차이를 감소시키고자 그 측벽을 따라 하방으로 (하방 화살표, Fi) 및 유동층 표면에 가깝게 상방으로 향하는 (상방 화살표, Fi) 내부 유동을 생성한다.
유사하게, 마찰에 의해 고형 입자가 감속되어, 나선형 턴의 상부 표면을 따라 상승하는 동안 위치 에너지가 증가하면, 나선형 턴의 세트 사이에서 동일한 형태의 내부 유동이 야기된다. 내부 유동 및 고형 입자의 회전 속도의 이러한 일련의 감소는, 이 방법을 위하여 그 유체가 입자에 전달하는, 모멘텀의 효율적 전달에 필요한 에너지의 양을 증가시킨다.
내부 유동은, 평균 회전 속도를 가정하여, 유동층을 링으로 분할하고, 이 유동을 결정하기 위하여 이들 링 사이의 압력 및 두께 차이를 결정하고, 일련의 대략치로써 이들 링의 평균 평형 회전 속도를 결정하기 위하여 모멘텀 보존 법칙을 적용함으로써 대략적으로 측정될 수 있다.
이들 속도는, 특히 유체에 의해 고형 입자로 전달되는 모멘텀에 의존한다. 개방 공간에서, 이 모멘텀은 유체의 회전 속도에 의존하는데, 이는 유체의 주입 속도 보다는 원통형 챔버의 크기 및 유체의 유량에 보다 밀접하게 관련된다. 반면에, 수렴 공간에서의 압력의 다양성은 고형 입자에 운동 에너지 및 그 주입 속도와 관련된 모멘텀을 전달하는 역할을 하기 때문에, 바람직한 공급 형태는 입자와 유체 밀도 사이의 큰 비율로 인해 고형 입자의 원하는 회전 속도에 대한 유체의 주입 속도의 비율이 커져야 한다.
이 장치는 다양한 방법에 따라 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.
고형 입자의 촉매 중합 방법
도 1 과 유사한 도 7 은, 유체 또는 활성 유체 혼합물 내에서 부유하는, 단량체 및 공단량체 (comonomer) 를 함유하는, 촉매로서 작용하는 고형 입자의 바이 모드 (bimodal) 또는 멀티모드 (multimodal) 중합, 예컨대 헥센을 이용한 에틸렌의 촉매 바이모드 공중합 등이 가능하도록 약간 개조한 것을 단순화하여 나타낸 것이다.
여기에는, 반응기 (1), 그 원통형 대칭축 (2), 반응기를 2개의 일련의 원통형 챔버 (Z1 ~ Z2, Z3 ~ Z4) 세트 2개로 분할하는 중공형 디스크 (3) 의 중공부, 제어 밸브 (22) 를 구비한 공급 튜브 (6), 주입기 (7) 부분, 유동층 (9) 의 표면부, 중공형 디스크의 유입 튜브 (11) 및 유출 튜브 (16) 이 도시되어 있다.
여기에는, 2세트의 독립 분배기 (5, 5.1), 원통형 챔버 2세트의 압력 균형을 맞추기 위하여 튜브 (45) 로 서로 연결된 2세트의 수집기 (17, 17.1), 유체 처리 유닛 (19, 19.1, 열교환기로 도시함) 을 구비한 2세트의 압축기 (18, 18.1), 및 사이클론 (21, 21.1) 이 있으며, 원통형 챔버의 각 세트에서 유동하는 (Z1 ~ Z2, Z3 ~ Z4) 유체를 분리하여 재순환 시키기 위하여, 챔버 (Z3) 로부터 챔버 (Z2) 를 격리하는 중공형 디스크가 이들 양 챔버로부터 나온 유체의 혼합을 방지하는 격리부 (60) 에 의해 분할된다. 원통형 챔버의 세트의 개수 및 세트마다의 원통형 챔버의 개수는 가변적이다. 이는, 반응기의 크기 및 중합 대상에 따라 다르다.
튜브 (30) 를 통해 반응기의 상부를 빠져나가는 폴리머 입자 (흑색 점으로 도시) 는, (4.1) 에서 주입되어 상기 폴리머 입자를 유동화하는 유체가 통과하는 정화 컬럼 (61) 이 될 수도 있는 재순환 튜브 안으로 도입되며, 유체는 (66) 에서 빠져나가 입자 분리기 (67) 을 통과하여 압축기 (18) 에 의해 재순환된다. 다음으로, 폴리머 입자는 반응기의 하부에서 튜브 (26) 에 의해 재순환된다. 특 정 회수의 순환을 마친 후에, 폴리머 입자 (29) 는 튜브 (30.1) 를 통해 제거되는데, 튜브는 다양한 원통형 챔버의 측벽을 따라 위치할 수 있다.
에틸렌 등의 새로운 단량체의 공급물은, 부분적으로 정화 컬럼의 하부 (4.1) 에서 도입되어 폴리머 입자가 함유한 헥센 등의 잉여 공단량체의 폴리머 입자를 제거 (purge) 한 후에 반응기 상부로 재활용되며; 부분적으로 (4.2) 에서 도입되어, 표면 평형 높이에 의해 측정된 컬럼 (61) 의 유동층의 정수압이 충분함에도 불구하고, 폴리머 입자의 재순환을 용이하게 하며; 부분적으로 압력 밸런싱 튜브 (45) 에 도입되어, 원통형 챔버의 상부 세트와 하부 세트 사이의 압력 균형이 이들 세트 사이에서 원하지 않는 유체 전달을 야기하는 것을 방지한다.
중공형 디스크를 통과하는 헥센 등의 공단량체 (63) 는, 주입기 (64) 에 의해 미세 액적으로 하나 이상의 상부 원통형 챔버의 유동층의 표면에 분사될 수 있으며, 촉매는 적절한 장치 (65) 에 의해 원통형 챔버 중 하나로 도입될 수 있다. 수소 등의 다른 활성 성분 및 기타 단량체는 재순환 회로 안으로 도입되며, 그 초과분은 다른 재순환 회로에서, 예컨대 재생가능한 흡수재의 흡수에 의하여 제거될 수 있다. 필요한 경우, 프로판 또는 이소부탄 등의 비활성 냉각 유체가 공단량체와 동일한 방식으로 유동층에 미세 액적으로 분사될 수 있다.
이러한 장치 (arrangement) 는, 한 세트에서 다른 세트로의 원하지 않는 유체의 전달을 제한하고, 유체가 정화 컬럼 (41) 에서 제거되지 않도록 하며, 원통형 챔버 (Z2, Z3) 를 연결하는 통로 (27) 에서 유체가 폴리머 입자를 동반하게 하는 역할을 하는데, 그 크기는 중합 대상에 따라 제한될 수 있다.
중공형 디스크의 냉각 수단을 포함하는, 제어, 정화 부속 장치 등, 정화 컬럼 및 챔버에 배치된 기타 표면은 설명하지 않는다. 이것들은 유동층 중합 공정의 책임자가 중합 대상에 따라 규정할 수 있다.
유체의 촉매 변환 방법
도 7 과 유사한 도 8 은, 예컨대 경질 올레핀의 촉매 분해 등의, 고형 촉매 입자를 함유하는 회전 유동층의 유체 또는 유체 혼합물의 촉매 변환용을 위하여 약간 개조된 것을 단순화한 것이다.
이 장치의 경우, 변환될 유체 (4) 는, 필요한 경우 예열되어, 하부 원통형 챔버 (Z1, Z2) 의 세트로 공급하는, 분배기 (5) 안으로 주입된다. 유체는, 히터 (19) 에서 가열되기 위하여 수집기 (17) 에 의해 이들 챔버로부터 제거되고, 분배기 (5.1) 에 의해 상부 원통형 챔버 (Z3, Z4) 의 세트로 재순환되는데, 유체는 단일 압축기 (18) 에 의해 수집기 (17.1) 를 통해 여기에서 흡입되어, (20) 에서 적절한 처리 유닛으로 전달된다.
새로운 또는 재순환된 촉매 분말은, 반응기의 하부에서 튜브 (26) 에 의해 원통형 챔버 (Z1) 로 공급되어, 한 챔버에서 타 챔버로 반응기의 상부까지 천천히 상승하는데, 이 분말은 반응기의 상부에서 재생 컬럼 (61) 으로 튜브 (30) 를 통해 제거된다. 예컨대, 공기 및 증기의 혼합물과 같은 재생 유체 (4.1) 는 촉매 분말을 재생하면서 축열기 (regenerator) 에서 그 촉매 분말을 유동화한다. 재생 유체는 입자 분리기 (67) 를 통해 (66) 에서 제거된다. 컬럼 (61) 의 유동층 (62) 표면의 평형 높이는, 원하는 유량에서 재생 촉매 분말을 재순환하는데 충분한 정수압을 제공하는 높이이다. 이러한 재순환은, 증기 등의 구동 유체 (4.2) 를 주입함으로써 용이해질 수 있다.
원통형 챔버의 일련의 2세트의 공급물은, 챔버 (Z2) 와 챔버 (Z3) 사이에서 상당한 압력차를 형성하여, 그 챔버들을 연결하는 통로 (27) 에서 촉매 입자 및 그 입자를 동반하는 유체를 가속시킨다. 이것은 이 통로의 치수의 감소를 필요로 하는데, 유동층의 원하는 두께에 상응하여 측벽으로부터 거리를 두고 위치하거나, 원통형 챔버 (Z2) 의 유동층의 높이 검출기에 의해 서보제어되는 유동 제어 밸브에 의해 제어될 수 있다.
유체의 밀도에 대한 유동층의 밀도의 비가 매우 높은 경우, 매우 큰 유량은 물론 큰 주입 속도가 필요한데, 이를 위해서는 원통형 챔버의 개방 공간에서 유체가 팽창하여 유체가 속도의 상당부분을 잃어버리기 전에, 그 유체로부터 촉매 입자로 에너지 및 모멘텀을 전달하는데 적절한 장치가 이용되어야 한다.
챔버와 세트의 개수는 다양할 수 있다. 제어, 정화 부속 장치 등은 설명하지 않는다. 이것들은 유동층 촉매 변환 공정의 책임자가 중합 대상에 따라 규정할 수 있다.
이러한 장치에서, 원통형 챔버의 상부 세트에서 배출되어 빠져나가는 유체는, 일반적으로 유체의 촉매 변환에 바람직하게, 압력이 낮지만, 그 유체는 재생되어야만 하는 촉매와 접촉하게 되는데, 이는 바람직하지 못하며 2단계의 재생 사이에서 짧은 순환 시간을 요구한다. 이것은, 원통형 챔버의 2세트의 압력을 균등하게 하기 위하여 히터 (19) 앞에 제 2 압축기를 부가하여, 그 유체의 유동을 반전 (reversing) 시킴으로써, 즉 하부 세트에서 변환될 유체를 공급하여 하부 세트에서 변환된 유체를 제거함으로써 방지될 수 있다.
고형 입자의 건조 또는 다른 처리 방법
곡물 그레인 등의 고형 입자는 대기압과 가까운 압력하에서 공기를 이용하여 건조될 수 있는데, 이 방법 덕분에, 도 9 ~ 도 12 에서 설명하는 바와 같이, 경량의, 컴팩트하고 용이하게 이송가능한 유닛의 실시가 가능해 진다.
도 9 는 대기압보다 약간 낮은 압력에서 작동하는 수평 반응기의 길이방향 단부를 나타낸다. 여기에는, 벽 (1) 의 단부, 원통형 대칭축 (2), 및 반응기를 5개의 일련의 원통형 챔버 (Z1 ~ Z5) 로 분할하는 중공형 디스크 (3) 의 중공부가 도시되어 있다. 분배기 (5) 는 길이방향 슬릿 {선 (69) 로 도시함} 으로 천공되어 튜브 (6) 를 대체하는 판 {직사각형 (70) 으로 도시함} 에 의해 연결되며, 반응기의 원통형 벽을 2개의 반원통으로 분할하고 도면의 평면에 수직하게, 즉 반응기에 수직하게 유체 (4) 를 주입하도록 디자인된 유체 반응기의 전체 길이를 따르는 길이방향 슬릿 {직사각형 (7) 으로 도시함} 으로 천공된다.
회전함에 따라, 유체는 표면 (9) 이 대략적으로 원통형인 유동층을 반경방향 속도로 통과한다. 그러나, 입자 (흑색 점으로 도시함) 의 회전 속도는 중력으로 인해 반응기 하부에서 더 빠르지만, 거기에서 유동층의 두께는 더 얇기때문에, 유동층 표면의 대칭축 (2.1) 은 반응기의 대칭축 (2) 보다 약간 낮아진다. 유동층의 상부와 하부 사이의 두께차의 절반과 거의 동일한 이들 두 축 사이의 거리 (δ) 는, 대략적으로 δ≡E.(2R - E).g / 2v2 이며, 여기에서 E, R, g, 및 v 는 각각 유동층의 평균 두께, 원통형 챔버의 반경, 중력가속도, 및 고형 입자의 평균 회전 속도 (R - E / 2 << v2 /g 인 경우) 이다.
유체 (10) 는 중공형 디스크 (3) 의 중심 개구를 통해 들어가는데, 중공형 디스크 (3) 는 상기 개구 주위에서 확장된다. 유체 (13) 는, 가는 선으로 도시한, 중공형 디스크 (슬릿 주위에서 확장됨) 의 측벽에서 절개된 기다란 횡단 슬릿인 개구 (14) 를 통해 반응기에서 빠져나가고, 노즐 (16) 을 통해 수집기 (17) 단부 안으로 들어가서, 팬 (18) 에 의해 빨려나간다. 반응기의 리드 (lid) 의 단부를 통과하는 튜브 (71) 는 유체를 중심방향으로 또한 제거할 수 있다. 다음으로, 유체의 일부는 (20) 에서 제어 밸브 (24) 를 통과함으로써 제거된다. 그 유량은 (4) 에서의 유체 공급 유량과 대략적으로 동일하다. 그 나머지 유체는, 예컨대 (19) 에서 응축기를 이용하여 건조 및/또는 가열된 후, 분배기 (5) 의 반대편 단부를 통해 재순환 (23) 되는 것으로 처리된다. 상기 장치의 경우, 유체는 제거되기 전까지 평균 수차례 재순환될 수 있는데, 재순환 유체 (23) 의 유량이 공급 유량 및 제거 (20) 유량 보다도 수배 가량 큰 경우에는, 유체의 소부분이 반응기를 통과하는 제 1 통로에서 제거될 것이다. 이것은, 도 1 에 도시된바와 같이, 제 2 팬 (18.1) 을 이용함으로써 방지될 수 있다.
고형 입자 (25) 는 적절한 수단에 의해 튜브 (26) 를 통해 반응기 안으로 도입되어, 통로 (27) 를 통해 한 챔버에서 다음 챔버로 전달된다. 우선, 입자는 유동층 (9) 표면의 높이가 제 1 통로 (27) 의 높이에 도달할 때까지 제 1 원통형 챔버 (Z1) 에 채워진다. 다음으로, 최종 원통형 챔버 (Z5) 의 높이가, 튜브 (30) 를 통해 반응기에서 입자를 내보낼 수 있는 입자 (29) 유출 개구의 높이에 도달할 때까지, 입자는 제 2 원통형 챔버 등에 계속하여 채워진다.
그러나, 고형 입자가 없거나 희박한 영역을 우선적으로 통과하기 때문에, 제 2 통로 (27.1) 가 제공되어야 하는데, 이 통로는, 채워진 영역의 고형 입자를 회전시키는데 필요한 에너지의 전송을 방지하는 주입 슬릿에서의 유체 유량의 과도한 차이를 방지하고자 모든 원통형 챔버의 점진적이고 다소 균일한 충전을 허용하기 위하여 반응기의 측벽에 대하여 국부화된다 (localized).
전송량은 고형 입자의 회전 속도, 통로의 치수, 윤곽, 및 한 챔버에서 타 챔버까지의 유동층 표면의 높이차에 따라 달라진다. 유동층 표면의 높이차는 반응기를 기울임으로써 현저해지거나 감소할 수 있다.
반응기 및 한 챔버로부터 타 챔버로의 입자의 전달, 난류, 및 마찰에 의한 에너지 손실을 보상하기 위하여, 입자는 유체로부터 입자로의 모멘텀의 전달에 의해 회전한다. 이 모멘텀은, 적절하게 윤곽처리되어 주입기를 대향하는 측면 편향기 (미도시) 를 장착함으로써 증가할 수 있다. 에너지 손실은, 원통형 챔버 내부를 공기역학적으로 적절하게 디자인함으로써 최소화될 수 있다.
기능불량의 경우에, 각 영역의 하부에 배치된 개구를 통해 반응기가 드레인될 수 있으며, 그 설비의 하류로 고형 입자를 보내지 않기 위하여 팬 (18) 또는 출구 (20) 의 상류측에 입자 필터 또는 분리기가 설치될 수 있다.
도 2 에 도시된 것 (38) 과 같이, 중공형 디스크의 중심 개구는 중심 편향기에 의해 연결될 수 있으며, 특히 우발적 차단시에 입자가 흡입되는 위험성을 최소화하기 위하여, 그 입구는 반응기의 상부에 위치할 수 있다.
도 10 은 도 9 의 AA* 평면을 따라 중공형 디스크를 통과하는 단부를 나타내는 것으로, 반응기는 2개의 분배기 및 2개의 수집기를 구비하여, 컴팩트하고 쉽게 이동가능하며 쉽게 해체되는 조립체를 형성한다. 여기에는, 반응기의 측벽부 (1), 2개의 분배기부 (5) 및 도면의 평면에 수직하는 그 길이방향 슬릿 (69), 및 반응기 벽을 길이방향 (도면의 평면에 대하여 수직임) 으로 통과하여 슬릿 (7) 을 통해 유체 (4) 를 주입하기 위한, 반응기벽을 2개의 반원통형으로 분할하는 판 (70) 이 나타나 있다. 이것들은 반응기의 각 측면에 대략적으로 동일한 높이에 배치되어, 이들을 통과하는 유체의 유량이 유동층의 정수압차에 의해 영향을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이것들은 판 (73) 에 의해 프레이밍 (framed) 될 수 있는데, 이 판은 반응기 측벽 (1) 을 연신하거나 용접되며, 그리고 체결구 (74) 에 의해 분배기 (5) 의 판 (70) 에 제거가능하게 연결된다. 반응기 안으로 주입된 유체의 유동에 대한 저항성을 최소화하기 위하여, 이들의 공간은 이러한 길이방향 슬릿을 따라 균일하게 배치되어 적절하게 윤곽처리된 인서트 (75) 에 의해 유지된다. 이 장치는 그 상부를 들어올림으로써 반응기를 개방할 수 있게 해준다.
가는 선으로 도시한, 중심 개구 주위의 중공형 디스크의 확장부 (12) 는, 2개의 원 (76) 에 의해 둘러싸이며, 가는 선으로 도시한, 측면 개구 주위의 디스크 주변에서의 2개의 확장부는, 곡선 (77) 에 의해 둘러싸이게 된다. 중공형 디스크의 내부를 볼 수 있기 때문에, 그 공간을 유지하고, 전체적 강성을 증가하고 안내하기 위하여, 2개의 평행한 벽을 그 측벽 (79) 에 배치된 개구에 연결하는 빔부 (78, section of beam) 를 볼 수 있으며, 유체 (80) 는 중공형 디스크로 들어와 급속하게 회전한다.
다음으로, 유체 (13) 는 중공형 디스크를 빠져나와 그 한 측면 (16) 이 도시된 노즐을 통과함으로써 2개의 수집기부 (17) 로 들어가는데, 가는 선으로 도시한 수집기부의 일 단부 (81) 는 수집기 (17) 에 용접되며, 반응기의 횡단 슬릿 안으로 침투하는 타 단부는 반응기의 측벽에 용접되어 그 측벽 (79) 의 슬릿을 통해 중공형 디스크 안으로 침투한다. 노즐 (16) 의 원형 단부 (82) 는 중공형 디스크의 하부 벽에 맞닿아 유지되며, 그 부분 (83) 이 도시된 노즐의 측면은 그 단부 (84) 에서 구부러져, 반응기의 조립시에, 중공형 디스크의 측벽의 개구 안으로 용이하게 삽입된다. 삼각형 빔 (85) 노즐의 반대측 벽을 연결하여 그들의 강성을 증가시키며, 적절하게 윤곽처리된 단부 (86) 는 중공형 디스크 안으로 침투하여, 반응기의 그 2 부재의 조립시에 디스크 내부에서 이들 노즐을 안내한다. 노즐 (16) 의 단부 (82, 84) 는, 중공형 디스크의 측면 개구 안으로 그 단부를 쉽고 타이트하게 끼워맞추기에 적합한 치수를 갖는다.
반응기의 한 영역에서 타 영역으로 중공형 디스크를 통해 입자를 전달하기 위한 통로는, 예컨대 중공형 디스크 (27.1) 의 모서리를 따라, 그 중심 (27.2) 에 더 가깝게 배치된다. 이 통로는 도면의 평면에 수직한 벽 (87) 및 디스크의 한 측면 영역으로부터 타 측면 영역까지 방향 (89) 으로 이동하는 고형 입자를 안내하는 경사진 벽 (52) 에 의해 둘러싸인다. 리플럭스 (reflux) 를 얻기 위하여 양 방향으로 고형 입자, 예컨대 가장 무거운 입자의 전달을 원하는 경우, 예컨대 반응기 벽에 가까운 특정 통로가 반대 방향으로 경사질 수 있다.
도 11 은 도 9 및 도 10 에 도시된 유체 주입 장치의 확장도이다. 여기에는, 사선으로 도시된, 반응기의 측벽부 (1) 의 일부, 분배기 (5), 도면의 평면에 수직한 반응기 벽의 길이방향 슬릿 (7) 을 유체 (4) 의 분배기 (5) 의 길이방향 슬릿 (69) 에 연결하는 판 (70, 73), 및 가는 선으로 도시된, 반응기 하부 (도면 왼쪽) 를 그 상부 (오른쪽) 와 조립하는데 이용되는 체결구 (74), 및 플레이트 (73) 를 이격시키기 위한 인서트 (75) 가 도시되어 있으며, 이 플레이트의 한쪽은 반응기의 상부 벽 (1) 쪽으로 (오른쪽으로) 연장되며, 반대쪽은 반응기의 하부 (왼쪽으로) 에 용접된다. 여기에는, 중공형 디스크의 측벽 (79) 및 중공형 디스크의 측면 모서리를 따라, 중공형 디스크 아래쪽 영역에서 중공형 디스크 위쪽 영역까지 입자 (89) 의 스트림을 안내하는 측벽 (87) 및 경사진 벽 (88) 에 의해 둘러싸인 통로 (27.1) 가 도시되어 있다.
도 2 에서 설명한 것과 유사한, 측면 편향기 (32) 부분은 도시하지 않았다. 측면 편향기는 통로의 측벽부 (87) 와 일치하거나 오프셋되어, 필요한 경우 통로 위로 연장될 수 있다.
도 12 는, 중공형 디스크를 수집기에 연결하는 노즐의 단부를, 도 10 에 수직하는 BB* 평면을 따라 나타낸 것이다. 여기에는, 수집기 (17) 의 외측 표면, 중공형 디스크의 측면의 내측 표면 및 2개의 평행한 벽부 (3), 2개의 원형 단부 (82) 및 벽 (3) 사이에서 중공형 디스크의 측벽 (79) 에 배치되어 개구 (14) 안으로 삽입되기 위하여 윤곽처리되고 휘어진, 노즐의 삼각형 측면 모서리의 단부 (84), 노즐을 중공형 디스크의 개구 안으로 용이하게 끼워맞춤하기 위하여 적절하게 윤곽처리된 단부 (86) 를 구비한 삼각형 빔 (85) 및, 마지막으로 용접선 (81) 을 따라 수집기 (17) 를 교차하는 노즐의 상부 및 하부벽 (16) 이 도시되어 있다.
크기 (magnitude) 의 척도를 제공하기 위하여, 이들 다양한 방법은 정량화된 예로써 설명될 수 있다. 그러나, 입자의 회전 속도가, 원통형 챔버의 공기역학 및 고형 입자의 종류에 따르는 유동층의 점도 및 난류 등의 인자들에 따라 달라지기 때문에, 이하의 예는 참고용으로만 제공한다.
제 1 예: 헥센 및 에틸렌의 촉매 바이모드 공중합
참고용으로, 도 7 에 따른 공업적 크기의 유닛은, 예컨대 직경 3 m 및 높이 1.8 m 의 원통형 챔버를 가질 수 있다. 에틸렌 압력이 약 25 bar 이고, 유동층의 입자 농도가 약 35% 인 경우, 유체의 밀도에 대한 유동층의 밀도 비율을 약 11 이다.
0.8 m 직경의 중공형 디스크의 중심 개구는, 원통형 챔버마다 5 ㎥/sec 또는 약 500 톤/시간 의 유량으로 재순환 에틸렌을 쉽게 제거하기에 적합하다. 폴리머 입자가 125 ℓ/sec, 또는 약 150 톤/시간의 유량으로 한 챔버에서 타 챔버로 전달되는 경우, 또한 한 챔버에서 타 챔버로 원하지 않는 유체의 전달을 감소시키기 위하여 통로의 윤곽이 그 안의 입자 농도를 증가시키도록 디자인되는 경우, 유체에 서 폴리머 입자로의 모멘텀의 효율적 전달은, 수직 회전 유동층을 얻기에 충분한 약 20 m/sec 의 유체 평균 주입 속도에서 적절하게 될 수 있다.
원통형 챔버의 상부에서 유동층의 두께가 약 30 cm 인 경우, 그 바닥부에서의 두께는 약 0.9 m 이며, 원통형 챔버마다 거의 7 ㎥ 의 유동층의 체적 또는 약 2.3 톤의 폴리에틸렌을 제공한다. 나선형 턴 또는 다른 적절한 수단을 이용하는 것은 챔버의 상부 두께를 증가시키는 동시에 그 바닥부 두께를 감소시키기 때문에, 그 바닥부와 상부 사이의 유동층에서 유체의 잔류 시간, 속도 및 압력차를 줄이면서, 7.5 ㎥ 의 유동층의 체적 또는 2.5 톤의 폴리에틸렌을 허용하는 것이 가능하다.
각 원통형 챔버에서의 폴리머 입자의 평균 잔류 시간은 약 1 분이며, 유동층에서의 유체의 평균 잔류 시간은 1.5 초이다. 바이모드 또는 멀티모드 폴리머 입자 조성물을 얻기 위하여 반응기가 10개의 원통형 챔버를 포함하는 경우, 재순환 유체의 총 체적은 50 ㎥/sec, 또는 약 5400 톤/시간 이며, 냉매를 이용하지 않고 평균 입자 잔류 시간 30 분으로 50 톤/시간 이상의 폴리머 생성물을 냉각할 수 있으며, 유체가 완전히 평균 약 3 순환하기 때문에, 반응기의 여러 부재 사이에서 원하지 않는 유체의 전달을 제한하면서 폴리머 입자의 이해할만한 균일성이 확보된다. 폴리머 입자의 균일성에 우선권이 주어진다면, 통로의 치수를 증가시킴으로써 한 챔버에서 타 챔버로 전달되는 폴리머 입자의 양이 증가되어, 한 세트의 챔버에서 타 챔버로 전달되는 원하지 않는 유체의 양을 증가시켜, 그것들의 편차 (differentiation) 가 감소할 수 있다.
반응기에 공급되는 에틸렌의 체적은 약 0.5 ㎥/sec, 또는 약 입자와 함께 한 챔버에서 타 챔버로 전달되는 유체의 약 6배인데, 헥센이 상부 세트의 하부 원통형 챔버에서만 분사된다면, 상부 원통형 챔버의 헥센 농도가 낮아질 수 있기 때문에, 정화 컬럼 (61) 에서, 이 컬럼의 이러한 에틸렌의 일부를 이용하여 헥센을 함유하는 이 유체의 입자를 배출하는 것이 쉽다.
원통형 챔버 내에서 생성되는 고밀도 폴리에틸렌의 분자량을 감소시키기 위하여 원통형 챔버의 하부 세트가 고농도의 수소를 포함한다면, 이 수소 중 소량이 폴리머 입자와 동시에 반응기의 상부 세트에 전달된다. 챔버 내부의 농도가 너무 높아지는 것을 방지하기 위하여, 상부 세트의 유체 재순환 회로에 삽입될 수 있는 수소 흡수재를 이용하여 그 농도를 제어할 수 있다.
약 0.6 m 의 유동층의 평균 두께 및 유동층에서의 이러한 짧은 잔류 시간 및 큰 유체 유량을 허용하는 원심력을 위한, 유동층의 표면적은 챔버마다 약 12 ㎡, 또는 총 120 ㎡ 이다. 유체의 재순환에 필요한 에너지 비용을 제한하기 위하여, 원통형 챔버는 평행하게 공급되기 때문에, 반응기의 입구와 출구 사이의 압력차는 비교적 작다. 본질적으로 유동층의 평면에 접하는 유체의 이동 방향 및 원심력은, 유체와 입자 사이의 속도 차이를 크게 하여, 유동층의 밀도를 과도하게 감소시키지 않으면서 더 양호한 열전달을 얻게 해준다.
제 2 예: 경질 올레핀의 촉매 분해
촉매 분해기에 의해 생성된 가솔린 올레핀은, 고온 및 대기압에 가까운 저압에서 촉매 분해된다. 이것은 흡열성이 크며, 중간 가열이 있는 일련의 2개 경 로 (two successive passes) 로 작동하며, 상당한 체적의 유체 유동을 필요로 한다. 촉매는 분해될 유체가 무거워짐에 따라 증가하는 유량으로 점진적으로 탄소로 도포되어, 연속적으로 재생되며 순환한다. 2개의 재생 사이의 순환 시간은 작동 조건에 따라 다르다. 그 시간은 1시간 미만 ~ 수 시간이 될 수 있다.
예를 들어, 참조용으로 크기의 척도를 제공하기 위하여, 공업적 반응기는 직경 1.6 m, 높이 1.5 m 의 원통형 챔버를 가질 수 있다. 유체의 밀도에 대한 유동층의 밀도의 비가 150 인 경우, 평균 약 50 m/sec 의 속도로 주입된 2.4 ㎥/sec의 재순환 유체 유량은, 촉매 입자를 수직 회전 유동층을 얻기에 충분한 약 4 m/sec의 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 챔버의 상부와 하부의 유동층에서의 두께, 압력 및 입자의 회전 속도의 차이가 상당이 클 수 있기 때문에, 나선형 턴 또는 이를 감소시키기 위한 기타 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이것은, 유동층의 20 ~ 40 cm 의 두께, 약 1.7 ㎥의 체적 및 챔버마다 5 ㎡의 표면적, 0.7 초의 유동층에서의 평균 유체 잔류 시간을 달성하는 것을 보조한다.
반응기가 각각 일련의 4개의 원통형 챔버로 이루어진 세트 2개를 포함하는 경우, 유체의 제거에 필요한 중공형 디스크의 두께에 따라 12 m 이상의 높이를 제공하여, 가열된 유체의 밀도가 6 g/ℓ 인 경우, 약 200 톤/시간 으로 분해할 수 있다.
유동층의 정수압을 오프셋하고 원하는 속도로 유체를 주입하는데 필요한, 원통형 챔버의 각 세트의 입구와 출구 사이의 압력차는, 대기압의 1/4 미만이 될 수 있다. 가열 오븐에서의 압력 강하가 충분히 낮아지는 경우, 반응기의 두 부분 이 직렬로 공급되는 경우, 재순환 컬럼 (61) 의 유동층의 정수압과 비교하기 위한, 그 두 부분 사이의 압력차는 대기압의 50 % 미만이 될 수 있는데, 이것은 재생 촉매 입자의 재순환에 충분한 높이인 11 m 에서의 대기압과 가까울 수 있다.
이러한 직렬 구성의 장점 중 하나는, 나가는 반응기의 유체 압력이 낮아져 그 변환이 유리해진다는 것이다. 또한, 이러한 구성은 반응기의 2개 이상의 부분을 직렬로 사용하도록 하여, 노 (furnace) 와 반응기 사이의 짧은 거리가 가능하고 추가적 압축기를 요구하지 않음에 따라, 매우 높은 부대 비용 없이, 그 변환을 향상시킨다.
제 3 예: 수평 그레인 ( grain ) 건조기
크기의 척도를 제공하기 위하여, 도 9 ~ 도 12 에 도시된 바와 같이, 부가장치들이 쉽게 이송가능한 컨테이너 사이즈의 조립체를 형성하는 수평 반응기는, 직경이 1.8 m 이며, 0.5 m 폭의 원통형 챔버 6개로 분할될 수 있다. 습윤 그레인 (25) 은 튜브 (26) 을 통해 영역 (Z1) 안으로 도입된다. 그레인은, 열교환기 (19) 에 의해, 필요한 경우 응축기 (미도시) 에 의해 가열 및 선택적으로 건조된 재순환 공기에 의해 가열 및 건조된다. 그레인은, 하나의 원통형 챔버에서 타 챔버로 최종 챔버 (Z6) 까지 전달되어, 튜브 (30) 를 통해 배출 (29) 되기 전에 예열하여 건조를 완료하는 냉한 공기 (6) 에 의해 냉각된다. 공기는, (20) 에서 제거되는 공기의 유량에 대한 총 유량의 비율과 동일한 많은 회수로, 가열, 건조 및 타 영역으로 재순환된다.
유체는 유동층에서 유동층 표면과 본질적으로 평행하게 이동하며 원심력은 이 표면에 대하여 비교적 큰 반경방향 속도를 허용하기 때문에, 공기와 그레인 사이의 속도차 및 공기의 유량이 비교적 커져서, 건조 시간을 줄일 수 있다. 또한, 그레인은 반응기를 빠져나가기 전에 냉한 공기에 의해 냉각되고 반응기에서의 잔류 시간이 비교적 짧기 때문에, 종래의 건조기 보다 약간 높은 온도로 가열될 수 있다. 또한, 반응기를 빠져나가기 전에 예열되는 그레인에 의해 습한 공기가 약간 냉각되기 때문에, 매우 효과적으로 열을 이용하게 된다. 이러한 효율은, 제 1 원통형 챔버를 빠져나가는 공기를 직접 제거하는 더 작은 제 2 팬을 이용함으로써 향상될 수 있는데, 이 공기는 다른 원통형 챔버에서 유출된 공기와 혼합되지 않으면서, 그레인을 예열하고 제 1 중공형 디스크에서의 분리에 의해 고립될 수 있다. 또한, 반응기의 측벽을 따르는 작은 제 2 통로 (27.1) 는, 가장 건조가 어려운 무거운 그레인의 반응기 내에서의 잔류 시간을 증가시키기 위하여, 반대방향으로 그 무거운 그레인의 선택적 이송을 보장할 수 있다.
예를 들어, 부유하는 그레인을 함유하는 유동층의 벌크 밀도가 300 g/ℓ 인 경우, 주변 공기에 대한 이 밀도비는 약 230 으로서, 매우 큰 유량 및 주입 속도를 요구한다. 예를 들어, 약 40 m/sec 로 주입된 공기의 유량이 챔버마다 2 ㎥/sec, 또는 9 톤/시간 을 초과하고, 그 공기로부터 그레인으로 모멘텀이 효율적으로 전달되면, 6 m/sec 를 넘는 그레인의 회전 속도를 얻을 수 있으며, 평균 두께 30 cm의 유동층의 상부와 하부 사이의 두께차를 12 cm 미만으로 할 수 있다.
총 유량이 12 ㎥/sec 인 공기는, 직경이 0.65 m 인 분배기 2개의 팬에 의해 공급되고, 직경이 0.7 m 인 수집기 2개에 의해 제거될 수 있으며, 중공형 디스크의 중심 개구의 직경은 0.6 m 미만이 될 수 있다. 이것은, 반응기에 의해 형성된 조립체가, 표준 컨테이너의 크기에 해당하는 2.5 m 길이의 정사각형에서, 분배기 및 수집기를 포함하도록 해준다.
유동층의 체적은, 11 ㎡ 를 넘는 표면적에 대하여, 챔버마다 약 700 리터, 또는 총 4.2 ㎥ 이다. 그레인이 20 m/sec, 또는 20 톤/시간 으로 한 챔버에서 타 챔버로 전달된다면, 그레인의 건조기에서의 평균 잔류 시간은 약 3.5 분이다. 그레인의 건조 정도는, 특히 팬 모터의 냉각에 의하여, 가열될 수 있고 또 응축기를 통과할 수 있는 공기의 온도 및 습기 함량에 따라 다르지만, 공기와 그레인의 접선 방향 이동 및 원심력으로 인해 얻어지는 공기와 그레인 사이의 큰 속도차로 인해, 일반적으로 통상의 건조기에서보다 빠르다.
예정되지 않은 차단의 경우에, 그레인의 일부가 팬에 의해 동반되어 (entrained) 대기중으로 제거되는 것을 방지하기 위하여 사이클론 및/또는 필터를 제공하고, 또 재가동하기 전에 반응기를 비우기 위하여 각 영역의 하부에 개구를 제공할 필요가 있다.
수용능력은, 반응기의 높이를 두 배로 늘리고, 분배기 및 수집기의 직경이 증가하는 것을 방지하기 위하여 그레인 출구측에 부가 팬을 이용함으로써 두 배가 될 수 있다.

Claims (45)

  1. 회전 유동층 장치로서, 상기 장치는
    원통형 반응기; 상기 반응기에 고형 입자를 공급하는 장치 및 상기 회전 유동층에서 부유하는 상기 고형 입자를 제거하기 위하여 상기 반응기로부터 상기 고형 입자를 제거하는 장치; 상기 원통형 벽을 향하여 상기 고형 입자를 밀어내는 원심력을 생성하는 속도로 상기 유동층을 회전시키기 위하여, 상기 원통형 벽에 거의 접선 방향으로 및 상기 반응기의 대칭축에 대하여 거의 수직한 방향으로, 상기 반응기의 원통형 벽을 따라 균일하게 분포하는 방식으로, 상기 회전 유동층 안으로 유체 또는 유체 혼합물을 주입하도록 디자인된 가스 또는 액체상태의 상기 유체를 공급하는 장치; 상기 반응기의 대칭축을 따라서 중심에서 상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하는 장치를 포함하는 회전 유동층 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 반응기의 대칭축에 수직하며 상기 반응기의 원통형 벽에 대하여 고정된 중공형 디스크를 포함하며, 상기 중공형 디스크는 상기 반응기를 상기 중공형 디스크를 통해 배치된 통로에 의해 상호연결된 일련의 원통형 챔버로 분할하며, 상기 유동층에서 부유하는 상기 고형 입자가 상기 하나의 원통형 챔버에서 타 챔버로 통과하도록 하며, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하는 장치는 상기 중공형 디스크를 통해 상기 유체를 제거하고 상기 원통형 챔버의 배출 압력을 조정하기 위하여 상기 반응기 외부의 하나 이상의 수집기에 연결된 하나 이상의 측면 개구, 및 상기 대칭축 주위의 하나 이상의 중심 개구를 각각 구비한 이들 상기 중 공형 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 또는 유체 혼합물의 공급 장치는 측면 편향기를 구비하며, 상기 측면 편향기는 상기 원통형 챔버에서 회전하는 상기 고형 입자의 일부를 상기 유체 또는 유체 혼합물과 혼합하고 상기 편향기에 의해 둘러싸인 공간에서 상기 고형 입자를 가속하기 위한 유체 주입기에 가까이 장착되며, 상기 고형 입자가 상기 둘러싸인 공간을 빠져나가기 전에 상기 유체가 상기 고형 입자에 그 에너지의 대부분을 전달하고, 상기 고형 입자가 이들 상기 둘러싸인 공간을 빠져나간 후에 상기 원통형 챔버에서 회전하는 상기 나머지 고형 입자에 요구되는 모멘텀을 전달할 수 있도록 적절하게 윤곽처리되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공형 디스크의 상기 중심 개구에는 하나 이상의 중심 편향기가 제공되며, 상기 중심 편향기는 상기 원통형 챔버를 길이방향으로 통과하며, 상기 유체 또는 유체 혼합물이 상기 중심 개구를 향해 빨려나가는 하나 이상의 중심 접근 슬릿 (access slit) 을 둘러싸는 굴곡을 가지며, 상기 굴곡 및 상기 접근 슬릿은 상기 중공형 디스크의 상기 개구로 상기 고형 입자가 유입할 가능성을 감소시키기 위하여 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 디스크 중 하나 이상은, 이러한 상기 중공형 디스크로 유입되어 상기 중공형 디스크에 의해 분리된 상기 원통형 챔버로부터 배출되는 상기 유체 또는 유체 혼합물을 분리하는 하나 이상의 분리 파티션을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 디스크 중 하나 이상은, 하나 이상의 상기 원통형 챔버의 상기 하나 이상의 회전 유동층의 표면에 2차 유체의 미세 액적을 분사할 수 있는 주입기의 통로를 허용하며, 상기 유체 중 1종 이상은 가스인 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 원통형 챔버에 존재하는 상기 고형 입자를 완전히 제거하기 위하여, 상기 반응기는 상기 각 원통형 챔버의 측벽에 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 적절한 처리 후에, 상기 유체 공급 장치에 의해, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 상기 원통형 챔버로 재순환시키는 장치를 포함하며, 상기 유체 또는 유체 혼합물은 상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하는 상기 장치에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 입자의 공급 장치는 상기 반응기의 일 단부에 위치한 상기 원통형 챔버에 제공되며, 상기 고형 입자의 제거 장치는 상기 반응기의 타 단부에 위치한 상기 원통형 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 챔버에 상기 고형 입자를 공급하는 상기 장치는 상기 챔버의 회전 유동층의 표면을 감지하는 장치에 의해 서보제어되며, 상기 서보제어는 상기 챔버의 원통형 벽으로부터 원하는 거리에서 상기 표면을 유지하는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나의 원통형 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하는 장치는 상기 챔버의 상기 회전 유동층의 표면을 감지하는 장치에 의해 서보제어되며, 상기 서보제어는 상기 챔버의 원통형 벽으로부터 원하는 거리에서 상기 표면을 유지하는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 내부의 상기 회전 유동층의 상기 표면을 안정화하기 위하여, 상기 하나의 원통형챔버로부터 타 챔버로 상기 반응기의 일 단부를 향하여 상기 고형 입자를 용이하게 전달하도록 윤곽처리되어 상기 중공형 디스크의 상기 중심 개구로부터 원하는 거리에 위치한 상기 통로를 포함하며, 상기 회전 유동층에 상기 통로가 침지된 정도에 따라 상기 단부로 전달되는 입자의 유량이 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 반응기의 상기 원통형 챔버 모두에서, 상기 고형 입자를 점진적으로 채우거나 빼내기에 적절한 방향으로 상기 하나의 원통형 챔버로부터 타 챔버로 상기 고형입자를 용이하게 전달하도록 윤곽처리되어 상기 반응기의 상기 원통형 벽을 따라 위치한 상기 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 리플럭스를 제공하기 위하여 상기 타 통로에 반대되는 방향으로 상기 하나의 원통형 챔버로부터 타 챔버로 상기 고형 입자를, 바람직하게는 가장 무거운 고체 입자를 용이하게 전달하도록 윤곽처리되어 상기 반응기의 상기 원 통형 벽을 따라 위치한 상기 2차 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 챔버 중 하나 이상에 상기 유체 또는 유체 혼합물을 공급하는 상기 장치는, 상기 원통형 챔버의 상기 회전 유동층의 표면을 감지하는 장치에 의해 서보제어되며, 상기 서보제어는 상기 챔버의 상기 측벽으로부터 원하는 거리에서 상기 표면을 유지하는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 또는 상기 유체 혼합물을 공급하는 상기 장치는, 상기 측벽을 통과하는 상기 반응기의 대칭축에 평행한 기다란 길이방향 슬릿을 포함하며, 이들 상기 기다란 길이방향 슬릿은 상기 반응기 외부의 하나 이상의 유체 분배기에 연결되며, 상기 기다란 슬릿을 통해 상기 반응기 안으로 주입되는 상기 유체 또는 유체 혼합물의 유입 속도를 조절하는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반응기의 상기 원통형 벽을 2개 이상의 원통부로 분할하기 위하여, 상기 기다란 길이방향 슬릿은 상기 반응기의 일 단부로부터 타 단부로 상기 측벽을 통과하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하는 상기 장치는, 상기 반응기의 대칭축에 수직하며 상기 중공형 디스크의 상기 측면 개구를 따라 상기 원통형 벽을 통과하는 횡단 슬릿 (transverse slit) 을 포함하며, 이들 상기 횡단 슬릿은 상기 반응기 외부의 하나 이상의 유체 수집기에 연결되며, 상기 횡단 슬릿을 통해 상기 반응기로부터 제거되는 상기 유체 또는 유체 혼합물의 유출 압력을 조절하는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 반응기의 상기 원통형 벽을 따라 이어진 튜브형태의 2개의 상기 분배기 및 2개의 상기 수집기를 포함하며, 이들 4개의 튜브는 상기 반응기와 함께 직사각형 평행 6면체에 포함될 수 있는 컴팩트한 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 컴팩트하고, 제거가능하며, 이송가능한 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기는 수평인 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 유동층의 상당한 체적 변화 없이 상기 제거 장치를 향하여 상기 통로를 통한 상기 고형 입자의 전달을 증가 또는 감소시키기 위하여 기울어질 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  22. 제 3 항, 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    차단 (shutdown) 시에 상기 고형 입자가 상기 중공형 디스크 안으로 유입될 가능성을 감소시키기 위하여, 상기 중심 접속 슬릿은 상기 반응기의 상부 절반부에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기는 수직이며, 상기 중공형 디스크는 그 하부 벽에 위치한 상기 중심개구를 각각 1개씩만 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기는 수직이며, 차단시에 상기 원통형 챔버에서 회전하는 상기 고형 입자가 상기 중심 개구 안으로 들어올 가능성을 감소시키기 위하여 상기 중공형 디스크의 상부 벽의 상기 중심 개구는 상기 수직 튜브에 의해 연장되는 것을 특징 으로 하는 회전 유동층 장치.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 챔버의 상부와 하부 사이의 상기 회전 유동층의 압력 및 두께 차이를 감소시키기 위하여, 상기 원통형 챔버의 상기 원통형 벽에는 횡단 핀 또는 나선형 턴이 구비되며, 상기 횡단 핀 또는 나선형 턴은 상기 고형 입자가 회전 운동에너지의 일부를 이용하여 상기 횡단 핀 또는 나선형 턴을 따라 상승하게 하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 반응기의 일 단부의 상기 하나의 원통형 챔버로부터 상기 반응기의 타 단부의 상기 원통형 챔버로 제거된 상기 고형 입자를 재순환시키기 위하여, 상기 반응기 외부에 전송 컬럼 또는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 2세트 이상의 일련의 상기 원통형 챔버, 및 상기 한 세트로부터 상기 타 세트로 상기 고형 입자를 전송하는 하나 이상의 상기 통로를 포함하며, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 공급 및 제거하는 상기 장치들은 상기 한 세트로부터 상기 타 세트로 제거된 상기 유체 또는 유체 혼합물을 공급하는데 적합한 것을 특 징으로 하는 회전 유동층 장치.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 2세트 이상의 일련의 상기 원통형 챔버, 및 상기 한 세트로부터 상기 타 세트로 상기 고형 입자를 전송하는 하나 이상의 상기 통로를 포함하며, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 공급 및 제거하는 상기 장치들은 상기 세트 각각으로부터 상기 유체 또는 유체 혼합물을 분리하여 제거하고, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 동일한 상기 세트로 재순환시키는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
  29. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법으로서, 상기 방법은
    제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 수평 원통형 반응기 안으로, 상기 고형 입자가 반응기의 직경에 중력가속도 (g) 를 곱한 값에 루트를 취한 것보다 큰 평균 회전 속도를 갖도록 하는 유량 및 속도로, 유체 또는 유체 혼합물을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법.
  30. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 방 법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법으로서, 상기 방법은
    제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 수직 원통형 반응기 안으로, 상기 회전 유동층에 중력보다 큰 원심력이 형성되는 유량 및 속도로, 유체 또는 유체 혼합물을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 고형 입자는 상기 반응기의 하부를 향하여 상기 하나의 원통형 챔버로부터 타 챔버로 전달되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법.
  31. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법으로서, 상기 방법은
    제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 수직 원통형 반응기 안으로, 상기 원통형 챔버의 상부로부터 하부로 낙하함으로써 상기 고형 입자가 얻을 수 있는 속도보다 더 큰 평균 회전 속도를 상기 고형 입자에 제공하며 그 고형 입자가 상기 하부 원통형 챔버로부터 상부 원통형 챔버로 상기 중공형 디스크에 배치된 하나 이상의 통로를 통해 통과하게 하는, 유량 및 속도로 유체 또는 유체 혼합물을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 중공형 디스크는 상기 원통형 챔버들을 분리하며 상기 고형 입자가 상승하는 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법.
  32. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법으로서, 상기 방법은
    제 26 항에 따른 전송 튜브 또는 컬럼 안으로, 상기 반응기로 재순환된 상기 고형 입자 중에 존재하는 촉매를 재생하는 유체를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법.
  33. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법으로서, 상기 방법은
    제 26 항 또는 제 32 항에 따른 전송 튜브 또는 컬럼 안으로, 상기 고형 입자와 동반하는 원하지 않는 유체의 반응기로 재순환된 상기 고형 입자를 제거 (purge) 하는 유체를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법 또는 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 변환 방법.
  34. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법으로서, 상기 방법은
    바이모드 또는 멀티모드 폴리머를 제조하기 위하여, 한 세트로부터 타 세트까지 상이한 조성의 활성 유체를 함유하며 상기 세트로부터 분리되어 제거된 상기 유체 또는 유체 혼합물을, 제 28 항에 따른 2세트 이상의 일련의 원통형 챔버로, 재순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법.
  35. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법으로서, 상기 방법은
    제 5 항에 따른 주입기에 의해 상기 하나 이상의 원통형 챔버의 상기 회전 유동층의 표면 상에 공단량체의 미세 액적을 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법.
  36. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법으로서, 상기 방법은
    제 5 항에 따른 주입기에 의해 상기 하나 이상의 원통형 챔버의 상기 회전 유동층의 표면 상에, 상기 고형 입자를 냉각시키는 액체를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 촉매 중합 방법.
  37. 회전 유동층에서 부유하는 고형 입자의 중합 방법에서의, 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 유체 중 1종 이상은 알파-올레핀을 함유하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  39. 고체 입자가 촉매인, 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물의 촉매 변환 방법에 이용되는 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 유체 또는 유체 혼합물은 경질 올레핀을 함유하며, 상기 촉매 변환은 상기 경질 올레핀의 분자량 분포의 변화를 수반하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 유체 또는 유체 혼합물은 에틸벤젠을 함유하며, 상기 유체 변환은 탈수소화를 수반하여 상기 에틸벤젠을 스티렌으로 변환하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 유체 또는 유체 혼합물의 농도를 감소시키기 위하여, 상기 고형 입자는 상기 탈수소화에 의해 생성된 수소와 반응할 수 있는 성분을 함유하며, 이들 상기 성분은 반응기의 외부에서 재생되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  43. 상기 고형 입자로부터 휘발성 성분을 추출 또는 건조하는 방법에서의, 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  44. 제 5 항에 있어서,
    상기 고형 입자에 상기 2차 유체를 함침하는 방법에서의 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  45. 제 43 항 또는 제 44 항에 있어서,
    상기 고형 입자는 그레인, 분말 또는 농업적으로 발생한 것의 일부인 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
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