KR20070087101A - 회전 유동층 장치 및 이 장치의 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일련의 원통형 챔버에서 하나의 원통형 챔버를 회전시키는 유동층 장치에 관한 것으로, 상기 원통형 챔버에 고정된 원형 벽 (2) 주위에 분배된 주입기 (12) 는 상기 챔버를 가로질러 고형 입자 (17) 를 포함하는 연속된 층의 형태의 상기 벽을 따라 원심력이 벽을 따라 고형 입자를 응집하는 빠른 회전 운동으로 유체를 주입하고, 이에 따라 유체가 제거되는 하나 또는 여러 개의 중앙 벽 (3) 주위에 유동층을 형성하게 된다. 회전 유동층의 부유물의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅 또는 다른 처리, 또는 이 장치를 사용하는 유체의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 방법 또한 기재된다.

Description

회전 유동층 장치 및 이 장치의 사용 방법{LOTARY FLUID BED DEVICE AND METHOD FOR USING SAID DEVICE}

본 발명은 회전 유동층용 장치 및 이 회전 유동층 내부로 유체를 주입하기 위한 고정된 원형 반응 챔버 내의 장치, 및 회전 유동층의 부유물의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅 또는 다른 처리, 또는 이 장치를 사용하는 유체의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 방법에 관한 것이다.

고형 입자가 유체의 부유물 중에 존재하고 이에 따라 이 유체가 통과하는 유동층을 형성하는 방법이 공지되어 있다. 유체가 원통형 반응기의 측벽에 접하여 주입되면, 유체는 고형 입자들을 회전시키기 위해 이 고형 입자에 유체의 운동 에너지를 전달하고, 에너지 전달이 충분하다면, 이 회전 운동은 고형 입자가 반응기의 벽을 따라 유지될 수 있도록 원심력을 발생시켜서, 반응기가 수직이라면 그 표면은 대략 수직 원뿔대가 된다. 이러한 장치는 본 발명자의 2004년 4월 14일자 벨기에 특허출원 제 2004/0186 호에 기재되어 있다.

종래의 유동층에서 고형 입자의 농도를 높게 하기 위해서는, 중력만을 받으면서, 유동층을 통과하는 유체는 고형 입자상에 중력으로 인한 고형 입자의 하방 압력보다 더 낮은 상방 압력을 가해야만 하고, 이에 따라 유체의 상방 속도는 낮아 서, 유동층을 통과할 수 있는 유체의 유량 및 이 유체의 부유물 중의 고형 입자의 속도와 상기 유체의 속도의 차이를 제한해야만 한다.

회전 유동층에 있어서, 원심력은 중력보다 실질적으로 더 크고, 유동층을 빠르게 통과하는 유체에 의해 생긴 구심력은 더 클 수 있기 때문에 유량 및 유체와 고형 입자의 속도의 차는 모두 실질적으로 더 크게 되고, 이에 따라 유체와 고형 입자 사이의 접촉성이 향상되어 유동층을 통과할 수 있는 유체의 부피가 실질적으로 증가하게 되어 고형 입자를 냉각, 가열 및/또는 건조시키는 능력이 개선된다.

회전 유동층이 미끄러져야만 하는 고정된 원통형 벽에 의해 지지된다면, 이 고정된 원통형 벽에 대해 고형 입자에 의해 발생된 압력은 유동층의 두께, 밀도 및 외전 속도에 적합한 정도까지 이 고형 입자들을 감속시키게 된다. 회전 속도는 회전의 각운동량이 회전하는 기계적 수단을 사용하여 유지되지 않는다면, 반응기 내부의 이동하는 장비의 존와 관련한 문제, 및/또는 유동층의 회전 방향으로 유체의 고속 주입에 의해 빠르게 감속할 것이다.

그러나, 유체 제트가 대형 반응기 내부로 고속으로 주입될 때, 유체는 유체가 주입되는 조건에 따라 반응기 내의 유체 팽창에 의해 빠르게 감속되고, 이에 따라 고형 입자에 상당한 크기의 운동량을 전달하는 능력을 제한하게 된다. 이는, 다른 기계적 수단이 유동층을 회전시키기 위해서 사용되지 않는다면, 반응기의 원통형 벽을 따라 고형 입자들을 유지하기 위한 충분한 회전 속도를 유지하기 위해 필요한 운동량을 고형 입자에 전달할 수 있는 매우 높은 유량을 가질 필요가 있고, 유체의 밀도가 상기 입자의 밀도보다 훨씬 더 낮다면, 이 유체들을 중앙을 제거하 기 위한 장치는 벌키해져서, 반응기의 높이 또는 길이를 제한할 수 있기 때문이다. 필수 각운동량을 고형 입자에 전달하기 위해 주입되어야만 하는 유체의 양은 매우 높아서 고형 입자와 유체의 적절한 분리 및 유동층의 두께 및 밀도의 형성을 방지할 수 있게 된다.

실제로, 유체가 이 유체를 제거하기 위한 배출구를 포함하는 중앙 덕트에 의해 횡단되는 원통형 챔버의 대칭축에 수직이고 원통형 벽에 접하며 고속으로 주입될 때, 상기 유체는 배출구가 좁다면 중앙 덕트에 침투하기 전에 이 중앙 덕트 주위에서 여러 번 돌 수 있다. 그러나, 고형 입자가 이 원통형 챔버 내부로 도입되자마자, 고형 입자들은 유체와 고형 입자의 특수 중력의 비와 적합한 범위까지 유체를 감속시키게 된다. 따라서, 유체의 제거는 보다 직접적이 되고, 이는 배출구의 하류의, 중앙 덕트를 따라 유체 흐름의 환류를 유발하여서, 출구를 향해 고형 입자를 동반하는 난류를 발생시킬 수 있어서, 원통형 챔버 내부의 두껍고 치밀한 유동층 형성의 가능성을 제한하게 된다.

상기의 관점에서, 반응기에서의 유동층의 형성은 여러 가지 문제점과 직면한다는 것이 명확해졌다. 본 발명의 목적은 개선된 회전 유동층 장치를 제공하는 것이고, 보다 구체적으로, 적어도 부분적으로 상기의 문제점들을 해결하는 회전 유동층 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 일종 이상의 유체의 주입이 정정되고, 유동층의 형성이 개선된 외전 유동층 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 일종 이상의 유체의 주입이 상기 회전 유동층 내부로 일련의 층의 일종 이상의 유체를 주입하기에 적합한 유체 주입 장치를 제공함으로써 개선되는 회전 유동층용 장치를 제공한다. 특히, 본 발명은

-하나 이상의 원통형 또는 원형 챔버를 포함하는 반응기,

-상기 원통형 또는 원형 챔버의 원통형 또는 원형 벽의 주변에 위치되어 일종 이상의 유체, 가스 또는 액체를 공급하기 위한 장치,

-상기 유체를 제거하기 위한 장치,

-상기 원통형 또는 원형 챔버의 일측에 고형 입자를 공급하기 위한 장치, 및

-상기 원통형 또는 원형 챔버의 반대편에서 상기 고형 입자를 제거하기 위한 장치를 포함하는 회전 유동층 장치로서,

-상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 원통형 또는 원형 챔버 내부로 침투하거나 종방향으로 통과하는 중앙 덕트를 포함하고, 상기 중앙 덕트의 벽은 상기 중앙 덕트를 통해 원통형 또는 원형 챔버로부터 상기 유체를 중앙에서 제거하기 위한 하나 이상의 배출구를 포함하고,

-상기 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 일련의 층에 상기 유체를 주입하고 원심력이 상기 층을 통해 상기 원통형 또는 원형 벽을 향해 입자들을 추력하는 회전 운동시 상기 고형 입자들을 동반하는 동안 상기 중앙 덕트 주위를 회전하며 상기 원통형 또는 원형 벽 주위에 분배된 유체 주입기를 포함하며,

-평균적으로 상기 원심력은 적어도 중력의 3 배 이상이고, 이에 따라 상기 고형 입자는 상기 중앙 덕트의 배출구를 통해 중앙에서 제거되기 전에 상기 유동층을 통과하는 상기 유체의 상기 층에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 미끄러지는 동안 상기 중앙 덕트로부터 소정 거리에서 및 중앙 덕트 주위를 회전하는 회전 유동층을 형성하게 되고, 여기서 구심력은 상기 고형 입자에 가해지는 상기 원심력에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치에 관한 것이다.

본 발명은 반응기를 침투하거나 반응기의 중앙축을 따라 통과하고 유체가 중앙에서 제거될 수 있는 하나 이상의 배출구를 구비한 중앙 덕트 주위에, 반응 챔버 내에사 빠르게 회전하는 동안 중첩되는 일련의 유체층을 형성하기 위해, 일련의 층에서 원형 벽을 따라 일종 이상의 유체를 주입하고, "원형 반응 챔버" 라고도 불리는 원통형 챔버의 원형 벽 주위에 분배된 주입기의 사용을 위해 제공된다. 원형 반응 챔버는 일측에 공급된 후에 다른 측을 통해 제거되고 원형 벽에 대한 고형 입자의 분획을 감소시키는, 유체 패드로서 작용하고 원형 벽을 따라 연장하는 일련의 유동층의 구심력에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 원형 반응 챔버를 고형 입자들이 떠나기 전에 치밀한 회전 유동층에서 원심력이 고형 입자들을 응집하는 역할을 하는 빠른 회전 운동시에 유체에 의해 동반되는 고형 입자의 스트림에 의해 횡단된다. 유체는 원형 반응 챔버를 둘러싸는 유체 공급 챔버를 포함할 수 있고, 원형 벽에 대한 회전 유동층의 원심력에 의해 평균 압력보다 더 큰 것이 바람직한 공급 장치와 중앙 덕트 사이의 압력의 차이 및 유체의 유량은 중력의 3 배 이상 더 큰 것이 바람직한 실질적인 평균 원심력을 생성하는 속도에서 유동층을 지지 회전하도록 하는 기능을 한다.

바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 용량을 잃지 않고도 반응기의 내부 치수를 조절하여 유동층의 형성이 더욱 개선된 회전 유동층 장치를 제공한다. 본 발명은 특히 반응기를 상호 연결된 일련의 원통형 챔버로 분배하는 것을 제공한다.

보다 특히, 본 발명은 상기 회전 유동층 장치는 상기 회전 유동층의 회전축에 수직이고 상기 원통형 또는 원형 벽에 대해 고정되어 있고, 상기 중공 디스크를 통해 배치된 통로에 의해 연결된 일련의 원통형 또는 원형 챔버 상기 반응기를 분할하고, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 일련의 상기 회전 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자가 인접한 원통형 또는 원형 챔버의 상기 회전 유동층을 통과하도록 하는 중공 디스크를 포함하며,

상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 일 중앙 덕트에 연결된 상기 회전 축 주위의 하나 이상의 개구를 구비하고, 상기 중공 디스크를 통해 상기 유체를 제거하고 상기 원통형 또는 원형 챔버의 배출 압력을 균일화하기 위해 반응기의 외부에 하나 이상의 수집기에 연결된 하나 이상의 측부 개구를 각각 구비한 상기 중공 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 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 한 원통형 챔버에서 다른 챔버로 통과시킬 수 있다.

특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 상기 유체에서 상기 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자로의 에너지 및 운동량의 효율적인 전달을 개선시키도록 구성된 주입 장치를 제공함으로써 일존 이상의 유체의 주입이 더욱 개선되는 회전 유동층 장치를 제공한다. 본 발명은 상기 회전 유동층 내부에서, 상기 외전 유동층의 회전 방향으로 보내지는 상기 유체의 일종 이상의 제트 주변의 공간을 한정하는 것이 가능한 하나 이상의 편향기를 제공한다.

보다 특히, 본 발명은 일종 이상의 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 회전 유동층 내부로 유체를 주입하는 장치를 포함하고, 이 유체 주입 장치는 회전 유동층 내부에서, 상기 회전 유동층의 회전 방향으로 보내지고 상기 유체의 하나 이상의 주입기로부터 나오는 하나 이상의 상기 유체의 제트 주위의 공간을 한정하는 하나 이상의 편향기를 포함하며, 이 편향기는 상기 주입기의 상류로부터 나오는 상기 회전 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자의 스트림이 상기 공간에 들어가 상기 유체 제트와 혼합되도록 해주는 접근 통로 또는 회랑을 상기 주입기와 상기 편향기 사이에서 한정하기 위해 배치되고, 상기 공간은 상기 공간의 배출구에 도달하기 전에 상기 유체 제트가 상기 고형 입자에 운동 에너지의 실질적인 일부를 줄 수 있도록 충분히 긴 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치에 관한 것이다.

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.

본 발명에 따른 장치는 다양한 공정에서 유리하게 사용될 수 있다. 이는, 본 발명이 회전 유동층의 부유물의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅 또는 다른 처리, 또는 이 장치를 사용하는 유체의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 방법에 관한 것이기 때문이다.

보다 특히, 본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서, 적어도 중력의 3 배 이상 더 큰 원심력을 발생시키는 평균 회전 속도에서 상기 고형 입자를 동반하는 유량 및 주입 압력에서, 반응기의 원통형 또는 원형 챔버의 내부로 유체를 연속적인 층으로 주입하는 단계, 및 상기 원통형 또는 원형 챔버 내부로 침투하거나 통과하는 중앙 덕트를 통해 중앙으로 이 유체를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서, 중력 가속도인 g 및 반응기의 직경의 곱의 제곱근보다 더 큰 평균 회전 속도를 고형 입자에 주는 속도 및 유량에서 유체 또는 유체 혼합물을 수평 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서, 상기 회전 유동층에서 중력보다 더 큰 원심력을 발생시키는 속도 및 유량에서, 유체 및 유체 혼합물을 수직 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하고, 상기 고형 입자는 상기 하나의 원통형 또는 원형 챔버에서 상기 반응기의 바닥부를 향하는 다른 챔버로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다른 방법은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서, 상기 원통형 챔버의 상부에서 바닥부로 떨어져서 상기 하나의 하부 원통형 또는 원형 챔버로부터 상기 고형 입자를 분리하고 이 고형 입자가 상승하도록 유발하는 방향으로 배향된 상기 중공 디스크에 배치된 하나 이상의 통로를 통해 상기 상부 원통형 또는 원형 챔버로 고형 입자들이 통과하도록 하여 얻을 수 있는 속도보다 더 큰 평균 회전 속도를 고형 입자에 주는 속도 및 유량에서 유체 또는 유체 혼합물을 수직 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 중합 공정시 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 고형 입자가 촉매인 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물을 촉매 중합하는 방법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 고형 입자를 건조시키거나 그 입자의 휘발성 화합물을 추출하는 방법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 또한 상기 고형 입자를 함침 또는 코팅하는 방법에 사용될 수도 있다.

이에 따라 본 발명은 개선된 회전 유동층 장치를 제공하고, 일종 이상의 유체의 주입, 및 유동층의 형성은 다양한 기술 변형 덕분에 개선되었고, 사른 기술과 결합하여 적용되며, 특이, 반응기 내부의 연속된 층에 일종 이상의 유체를 주입하는데 적합한 주입기의 사용, 여러 개의 일련의 반응 챔버 내부로 반응기의 분배, 및/또는 하나 이상의 편향기를 구비한 주입 장치의 사용 등을 포함한다.

본 발명은 아주 많은 양의 유체가 고형 입자와 유체 사이의 우수한 분리성으로 치밀한 회전 유동층을 통과하도록 하고, 유체 밀도가 낮을 경우에도 회전 기계 수단을 사용하지 않고 높은 원심력을 얻을 수 있도록 유동층을 회전시키는데 적합하다. 적절한 처리 후에, 체류 시간이 필요한 만큼 조절될 수 있는, 유체 및/고형 입자의 재순환을 용이하게 한다. 이는 유체와 고형 입자 사이의 매우 우수한 접촉을 요구하는 벙법에 특히 유리한데, 컴팩트한 반응기에서 고형 입자의 빠른 건조, 및/또는 에틸렌의 촉매 중합 등의 높은 발열 촉매 반응의 온도를 조절하기 위한 고열 전달력, 또는 경질 가솔린의 촉매 분해 또는 에틸벤젠의 촉매 탈수소화등의 높은 흡열 반응 등이 있다. 본 발명은 원하는 비율로 촉매 입자의 재생하기에 적합하고, 이 고형 입자의 높은 회전 속도는 고형 입자들이 응집하거나 반응기 벽에 달라붙을 가능성을 감소시켜준다. 고형 입자와 반응기 표면 사이의 유체 패드의 존재는 또한 반응기 벽 및 소형 입자의 마찰을 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. 한 원통형 챔버에서 다른 챔버까지 조성이 상당히 가변적인 유체를 사용할 필요가 있다면, 이로써 그 방법이 특히 유리해진다.

이 방법의 경우, 원통형 챔버 사이의 통로의 치수에 따라 입자의 체류 시간을 짧거나 길게 할 수 있으며, 반응기의 측벽을 따라 박막으로서 유체를 주입하는 것이 이 벽에 대한 고형 입자의 마찰을 감소시키기 때문에, 유동층의 회전에 대한 저항성이 낮아질 수 있다.

중공형 디스크에 의해 유체를 중심에서 제거하는 장치는 최소의 체류 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 컴팩트한 조립체를 형성할 수 있다.

따라서, 이 방법은, 예컨대 곡물 알갱이의 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 이중모드 (bimodal) 또는 다중모드 (multimodal) 공중합에도 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 실시예 및 다른 특징은 이하의 제한되지 않은 방식으로 기재된다.

본 발명은 개량된 유동층 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 통상 하나 이상의 회전 반응 챔버를 구비하는 원통형 반응기를 포함한다. "원형 반응 챔버" 및 "원통형 챔버" 라는 용어는 본 발명의 어떤 실시형태에 있어서는 동일어로 사용되며 원통형 반응기 내의 챔버를 나타낸다. 또한, 원형 반응 챔버 또는 원통형 챔버의 벽을 나타내는 "원형 벽" 및 "원통형 벽" 이란 용어는 본 발명의 어떤 실시형태에 있어서는 동일어로서 사용된다.

제 1 양태에 있어서, 본 발명은 고정된 원형 반응기 챔버의 내부에서, 일련의 층에서 일종 이상의 유체를 주입하는 것이 가능한, 유체 주입 장치를 포함하는 회전 유동층 장치, 및 회전 유동층의 부유물의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅 또는 다른 처리, 또는 이 장치를 사용하는 유체의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 회전 유동층 내부로 일련의 층의 유체를 주입하기 위한 장치 및 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리 또는 유체의 촉매 전환의 방법에 관한 것이고, 원형 반응 챔버의 고정된 원형 벽 주위로 분배된 일련의 주입기는, 원심력이 반응기의 벽을 따라 고형 입자들을 응집시키는 빠른 회전 이동에서 이 챔버를 통과하는 고형 입자를 동반하는, 일련의 층의 일존 이상의 유체를 이 벽을 따라 주입하고, 이에 따라 유체가 제거되는 중앙 덕트 주위에서 회전하는 유동층을 형성하게 된다.

본 발명에 있어서, 원형 반응 챔버의 원형 벽 주위에 분배되는 주입기는 반응기의 중앙축을 따라 통과하거나 침투하고, 유체가 중앙에서 제거될 수 있는 하나 이상의 배출구를 구비한 중앙 덕트 주위에, 중첩되어 반응기 챔버 내에서 빠르게 회전하는 일련의 유체층을 형성하기 위해서, 일련의 층에서, 원형 벽을 따라, 일종 이상의 유체를 주입한다. 원형 반응 챔버는 일측에 공급된 후에 다른 측을 통해 제거되고 원형 벽에 대한 고형 입자의 분획을 감소시키는, 유체 패드로서 작용하고 원형 벽을 따라 연장하는 일련의 유동층의 구심력에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 원형 반응 챔버를 고형 입자들이 떠나기 전에 치밀한 회전 유동층에서 원심력이 고형 입자들을 응집하는 역할을 하는 빠른 회전 운동시에 유체에 의해 동반되는 고형 입자의 스트림에 의해 횡단된다. 유체는 원형 반응 챔버를 둘러싸는 유체 공급 챔버를 포함할 수 있고, 원형 벽에 대한 회전 유동층의 원심력에 의해 평균 압력보다 더 큰 것이 바람직한 공급 장치와 중앙 덕트 사이의 압력의 차이 및 유체의 유량은 중력의 3 배 이상 더 큰 것이 바람직한 실질적인 평균 원심력을 생성하는 속도에서 유동층을 지지 회전하도록 하는 기능을 하는 공급 장치에 의해 공급된다. 이는, 제 1 실시형태에 있어서, 본 발명은 원형 챔버, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 원통형 또는 원형 벽의 주변에 위치되어 일종 이상의 유체, 가스 또는 액체를 공급하기 위한 장치, 상기 유체를 제거하기 위한 장치, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 일측에 고형 입자를 공급하기 위한 장치, 및 상기 원통형 또는 원형 챔버의 반대편에서 상기 고형 입자를 제거하기 위한 장치를 포함하는 회정 유동층 장치로서, 상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 원통형 또는 원형 챔버 내부로 침투하거나 종방향으로 통과하는 중앙 덕트를 포함하고, 상기 중앙 덕트의 벽은 상기 중앙 덕트를 통해 원통형 또는 원형 챔버로부터 상기 유체를 중앙에서 제거하기 위한 하나 이상의 배출구를 포함하고, 상기 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 일련의 층에 상기 유체를 주입하고 원심력이 상기 층을 통해 상기 원통형 또는 원형 벽을 향해 입자들을 추력하는 회전 운동시 상기 고형 입자들을 동반하는 동안 상기 중앙 덕트 주위를 회전하며 상기 원통형 또는 원형 벽 주위에 분배된 유체 주입기를 포함하며, 평균적으로 상기 원심력은 적어도 중력의 3 배 이상이고, 이에 따라 상기 고형 입자는 상기 중앙 덕트의 배출구를 통해 중앙에서 제거되기 전에 상기 유동층을 통과하는 상기 유체의 상기 층에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 미끄러지는 동안 상기 중앙 덕트로부터 소정 거리에서 및 중앙 덕트 주위를 회전하는 회전 유동층을 형성하게 되고, 여기서 구심력은 상기 고형 입자에 가해지는 상기 원심력에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치에 관한 것이다.

고형 입자가 중앙 덕트로 동반되는 것을 회피하기 위해서, 반응 챔버의 반경 및 고형 입자와 유체의 밀도 비가 증가할수록, 유체의 주입 및 제거 사이의 속도 및/또는 차이는 더 커야하고, 고형 입자의 회전의 각운동량은 더 낮아야 한다.

이를 위해, 반응기 챔버의 원형 벽에 대한 고형 입자의 압력 및 농도를 제한하여서 그 감속을 제한하기 위해서, 반응기 챔버의 각 환형부에는, 4 개, 바람직하게는 7 개 이상, 가장 바람직하게는 11 개 이상인 90°간격의 하나 이상의 유체 주입기가 설치되어야 하고, 따라서 하류에 위치된 주입기에 의해 주입된 유동층에 도달하기 전에, 상류에 위치된 주입기에 의해 주입되는 유체층을 따라 통과한 후에 이 원형 벽과 접촉할 고형 입자의 양 및 농도를 제한하기 위해서, 일련의 유체층의 수는 높아야 하고 또는 이 주입기들 사이의 거리는 짧아야 하고, 원형 챔버의 평균 반경보다 짧아야 한다.

또한 주입기의 외곽은 충분한 속도에서 유체를 주입하도록 구성되어야 하고, 바람직하게는 유동층의 고형 입자의 원하는 회전 속도의 두 배 이상의 속도이어야 하고, 얇은 층에서는,유체의 주입시의 두께는 원형 벽과 정확한 각, 바람직하게는 30°미만의 각을 이루는 방향으로 원통형 또는 원형 챔버의 평균 반경의 1/20 보다 작은 것이 바람직하고, 유체 주입기의 배출 평면은 상기 유체 주입기의 하류에 위치된 측부의 상기 원통형 또는 원형 벽과 60°~120°의 각을 이루도록 형성되어서, 유체가 주입기를 빠져나갈 때의 유체의 추력은 반경 또는 구심보다 더 접하는 것이 바람직하다. 상기 원형 벽은 원통형일 수도 있지만, 유체 주입기 사이에서 평면이거나 다양한 반경의 만곡을 가질 수도 있다. 이 경우에, 원형 벽은 다각형이고 주입기의 각 측부에 위치된 측부는 주입기의 수가 증가할수록 180°에 접근하도록 각을 이룬다.

이는, 일 실시형태에 있어서, 본 장치는 상기 유체 주입기에 의한 상기 유체층의 주입 방향은 상기 유체 주입기의 하류에 위치된 측부의 상기 원통형 또는 원형 벽과 30°보다 작은 각을 이루는 것을 특징으로 하기 때문이다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 장치는, 상기 유체 주입기의 배출 평면은 상기 유체 주입기의 하류에 위치된 측부의 상기 원통형 또는 원형 벽과 60°~120°의 각을 이루는 것을 특징으로 한다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 원통형 또는 원형 벽의 환형부가 90°간격으로 하나 이상의 상기 유체 주입기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 장치는 두 개의 상기 연속된 유체 주입기 사이의 거리가 바람직하게는 상기 원통형 또는 원형 챔버 벽의 평균 반경보다 작은 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유체 주입기의 배출구는 얇고, 바람직하게는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 평균 반경의 1/20 보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 두 개의 연속된 주입기 사이에 위치된 상기 원통형 및 원형 벽의 표면은 평면이고, 상기 원통형 또는 원형 벽은 다각형인 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

또한 배출구의 중앙 덕트 하류의 벽을 따라 상승할 수 있는 유체 흐름의 환류의 가능성을 감소시키기 위해서, 중앙 덕트의 단부는 하나 이상의 유체 배출구를 포함하지 않고, 종방향으로 배치된 이 배출구는 좁아야 하고, 바람직하게는 중앙 덕트와 원형 벽 사이의 평균 거리의 절반보다 작은 평균 폭을 가지며, 배출구의 단면의 합은 유체 주입기의 출구의 단면의 합의 두 배보다 작은 것이 바람직하며, 이는 스스로 원형 반응 챔버의 종방향 단면의 합의 두 배보다 작은 것이 바람직하고, 이 배출구의 평면은 중앙 덕트와 함께 60°~ 120°의 각을 이루는 것이 바람직하고, 이에 따라 나선형의 형태를 갖게 되는 것이 바람직하다. 이는, 일 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 배출구가 종방향으로 배치되고 그 평균 폭은 상기 중앙 덕트의 벽과 상기 원형 벽 사이의 평균 거리의 절반보다 작은 것을 특징으로 한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 배출구의 단면의 합이 상기 유체 주입기의 배출 단면의 합의 두 배보다 작은 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 배출구의 평면이 상기 중앙 덕트의 벽과 60°~ 120°의 각을 이루는 것을 특징으로 한다. 더 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 중앙 덕트의 횡단부가 하나 이상의 상기 배출구를 통과하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 중앙 덕트의 벽과 편향기 사이에 위치된 공간으로 들어가는 통상 가장 미세한 고형 입자를 잔응기 챔버 내부로 재도입하기 위해서, 유체 제거 출구의 상류의 전방 에지 및 이 유체의 제거 출구의 하류의 후방 에지를 가지며, 중앙 덕트의 벽에 가까이 위치하고, 반응 챔버를 종방향으로 통과하며 날개형인 하나 이상의 편향기를 포함할 수 있다. 이 공간의 흡입 단부는 바람직하게는 배출구의 단면의 합보다 크고, 후방 에지와 중앙 덕트의 벽 사이의 거리는 바람직하게는 이 에지와 원형 벽 사이의 거리의 절반보다 작다. 이 편향기는 배출구의 하류의 중앙 덕트의 벽을 따라 고형 입자가 상승하는 것을 방지하기 위해서, 거의 평행하게, 바람직하게는 배출구의 하류의 중앙 덕트의 벽과 대략 30°의 각이 되도록 고속도의 유체의 얇은 층으로 주입하도록, 그 후방 에지를 따라 유체 주입기가 구비될 수 있고 중공형일 수 있다. 이는, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치가 하나 이상의 상기 원통형 또는 원형 챔버가 하나 이상의 상기 배출구의 상류에서 상기 중앙 덕트에 가깝게 배치되어 상기 배출구를 넘어서 연장된 하나 이상의 날개형 편향기에 의해 종방향으로 횡단되는 것을 특징으로 하기 때문이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 편향기가 중공형이고 상기 원통형 또는 원형 챔버의 일측 또는 하나의 중공 디스크를 통과하는 상기 유체 공급 장치에 의해 유체가 공급되고 또한 상기 배출구의 하류의 중앙 덕트의 벽을 따라 상기 유체를 얇은 층으로 주입하기 위한 후방 에지를 따라 하나 이상의 유체주입기를 구비하는 것을 특징으로 하기 때문이다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 편향기의 하류에 위치된 에지와 상기 배출구의 하류에 위치된 중앙 덕트의 벽 사이의 거리가 상기 에지와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 거리의 절반보다 작은 것을 특징으로 하기 때문이다.

본 발명에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 챔버는 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 측부에 가깝게 위치된 제어 링을 포함하며, 이 제어 링의 외부 에지는 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고 그 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 떨어져 있을 수 있다. 이 제어 링은 유동층이 원하는 두께의 상류에 도달하지 않는 한, 이 링의 상류에서 하류로의 고형 입자의 이동을 감속 또는 방지하는 기능을 한다. 이 고형 입자의 공급이 중단될 때 충분한 최소 통로가 원형 반응 챔버로 점진적으로 유출할 수 있도록 하기 위해, 원형 벽을 따라 통로를 포함할 수 있다. 이는, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치에 있어서 상기 원통형 또는 원형 챔버는 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 측부에 가깝게 위치된 제어 링을 포함하며, 이 제어 링의 외부 에지는 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고, 그 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 떨어져 있고, 상기 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자는 상기 제어 링의 일측에서 다른 측으로 통과하기 위해 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간을 통과하는 것을 특징으로 하기 때문이다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 제어 링이 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이의 공간을 통과하지 않고도 상기 분리 링의 일측에 위치된 상기 고형 입자를 다른 측으로 이동시키기 위해 상기 원통형 또는 원형 벽에 위치된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 나선형 턴의 세트를 포함할 수 있는데, 고형 입자가 한 방향에서 종방향으로 이동하고, 이 고형 입자들이 상기 나선형 턴을 따라 연장할 때, 중앙 덕트의 배출구에 너무 가깝게 접근하지 않고도, 이 나선형 턴과 중앙 덕트 사이의 공간에서 다른 방향으로 이동할 수 있도록, 이 턴의 외부 에지는 원혁 벽을 따라 연장하여 고정되고 그 내부 에지는 둘러싸며 바람직하게는 중앙 덕트와 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 더 큰 중앙 덕트로부터의 평균 거리에 위치한다. 나선형 턴은 연속적이거나 비연속적인 나선을 형성할 수 있거나 핀의 세트로 부분으로 분해될 수 있는 이 나선형 턴은, 유동층의 회전축이 비스듬하거나 수직이면, 고형 입자들이 원형 반응 챔버의 일측에서 다른 측으로 다수 번 통과하도록 하고/하거나 이 입자들이 종방향으로 상승하도록 하는데 적합하다. 유사한 장치가 동일 발명자의 이름으로 2004.04.14 및 2004.12.12 일자로 출원된 벨기에 특허 제 2004/0186 및 2004/0612 에 기재되어 있다. 이는, 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치가 상기 원통형 챔버가 나선형 턴의 분획물 또는 턴 또는 링의 세트를 포함하며, 그 외부 에지가 연장하여 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고, 그 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하기 때문이다.

본 발명에 있어서, 유동층의 회전축은 수평이거나, 비스듬하거나 또는 수직일 수 있다. 이 회전축이 수평이거나 45°미만, 바람직하게는 30°미만으로 비스듬하다면, 고형 입자의 평균 속도, 농도 및 고형 입자가 얇은 유체층에 가하게 되는 압력은 반응 챔버의 바닥부에서 더 크게 된다. 이에 따라 반응 챔버 내에서의 위치에 따라 다양한 유체 주입기의 유체 주입 압력 사이에서 차이를 두기 위해 외부 분배 챔버를 종방향 분리 벽에 의해 여러 개의 종방향 분획으로 분할하는 것이 바람직하다.

유동층의 회전축이 대략 수직이거나 45°이상, 바람직하게는 60°이상으로 기울어져있다면, 중앙 덕트의 배출구에 너무 가까이 접근하지 않고도 고형 입자가 이 공간을 통과할 수 있도록 원형 벽과 중앙 덕트 사이의 평균 거리의 1/3 미만이 바람직한 소정의 거리에서 중앙 덕트를 둘러싸는 분리 링은 고형 입자가 너무 빨리 떨어지는 것을 방지하게 위해서 원형 벽에 대해 고정될 수 있다. 이 분리 링의 상부 표면에 대해 고형 입자에 의해 발생된 압력은 그 추락뿐만 아니라 회전 이동도 감속시키게 된다. 이 링은 중공형이고 고형 입자의 회정 방향으로 그 상부 표면을 따라 유체를 얇은 층으로 주입하기 위한 유체 주입기를 구비한다면, 이 감속은 필요에 따라 보상될 수 있다.

본 발명에 있어서, 이 분리 링은 나선형 턴에 의해 대체될 수 있고, 이 링은 중공형이고 원형 벽에 대해 고정된, 핀으로 분해되거나, 연속적이거나 비연속된 나선을 형성할 수 있으며, 상기 턴 또는 핀의 경사의 방향은 고형 입자들이 상방이 되도록 하고, 상기 고형 입자들은 원형 벽을 따라 빠르게 회전하며, 턴의 내부 에지와 중앙 덕트 사이의 원형 벽과 중앙 덕트 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 것이 바람직한 평균 거리는 이 턴의 상부 표면을 따라 상승하는 고형 입자를 중앙 덕트의 배출구에 너무 가까이 접근하지 않고도 이 공간으로 다시 떨어지게 할 수 있다. 이는 고형 입자를 원형 반응 챔버의 바닥부로 공급하여 그 상부에서 제거하는 역할을 한다. 유사한 장치가 동일 발명자의 이름으로 2004.04.14 및 2004.12.12 일자로 출원된 벨기에 특허 제 2004/0186 및 2004/0612 에 기재되어 있다.

바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유동층의 회전축은 수직부에 대해 45°미만의 각을 이루고, 상기 중앙 덕트는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상부측을 통과하고 반대측의 소정의 거리에서 난류되며, 상기 중앙 덕트의 횡단부는 상부에서 하방으로 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 원형 반응 챔버의 평균 거리가 상부에서 바닥부로 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유동층의 회전축이 수직부에 대해 45°미만의 각을 이루고, 상기 원통형 또는 원형 챔버는 상기 유동층을 여러 개의 환형부로 분할하는 분리 링을 포함하고, 이 분리 링의 외측은 연장하여 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고, 이 분리 링의 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 위치되며, 상기 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자는 상기 분리 링의 일측에서 다른 측으로 통과하기 위해 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간으로 통과되어야만 하는 것을 특징으로 한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 분리 링이 중공형이고 상기 공급 장치에 의해 유체가 공급되며, 이 유체는 상기 회전 유동층의 회전 방향으로 상기 링의 상부 표면을 따라 일련의 층으로 주입되는 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 분리 링이, 상기 분리 링 위에 위치된 상기 고형 입자가 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간을 통과하지 않고도 하방으로 흐를 수 있도록 상기 원통형 또는 원형 벽에 대해 위치된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특ㅎ 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 분리 링은 나선형 턴의 턴 또는 분획이고, 그 경사는 상방을 향하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유동층의 회전축이 수직부에 대해 45°이상의 각을 이루고, 배출구는 상기 원통형 또는 원형 반응 챔버의 하부 종방향부측에 위치되는 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유동층의 회전축이 수직부에 대해 45° 이상의 각을 이루고, 상기 편향기의 전방 에지는 상기 원형 반응 챔버의 하부 종방향부측에 위치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 중앙 덕트는 원형 반응 챔버의 일측에서만, 바람직하게는 유동층의 회전축이 수직이거나 비스듬하다면 상부측에서만 횡단될 수 있고, 반대측에 도달하기 전에 난류될 수 있다. 중앙 덕트의 단부는 점진적으로 감소될 수 있고 원형 반응 챔버에 위치된 그 단부는 개폐될 수 있다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 중앙 덕트의 벽이 중앙 덕트의 두 단부 중 하나 이상에서 벌어져 있고, 이 벌어진 벽으로부터의 소정 거리에 있고 동심인, 상기 유체를 제거하기 위한 관 및 상기 중앙 덕트 안으로 유입되어 상기 벌어진 벽을 따라 원심력에 의해 추력되는 상기 고형 입자를 개별적으로 제거하는 상기 벌어진 벽에 대한 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 분배 챔버는 상이한 부분으로 공급되어 회전 유동층의 대응 부분을 통과하는 유체의 양과 질 사이에서 구별하기 위해서 횡방향 완형 분리 벽에 의해 일련의 환형부로 분할되고, 중앙 덕트가 일련의 부분으로 분할된다면, 이 유체들은 중앙 덕트 내부를 통과하고 이 유체들을 개별적으로 제거하는데 적합한 관과 연결된 동일한 부분 또는 다른 부분으로 재순환될 수 있다. 이는, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 유체 또는 유체 혼합물을 공급하기 위한 상기 장치가 상기 원통형 또는 원형 벽을 둘러싸는 공급 챔버를 포함하고, 상기 유체 공급 챔버와 상기 중앙 덕트 사이의 압력차는 상기 원통형 또는 원형 벽의 상기 유동층에 의해 발생된 평균 원심 압력보다 크게 상기 유체의 공급 및 제거 장치에 의해 유지되는 것을 특징으로 하기 때문이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 원통형 또는 원형 벽이 종방향 분획물로 분할되고 그 점에서 상기 공급 장치는 상이한 압력으로 상기 종방향 분획물에 상응하는 상기 주입기에 공급하는데 적합한 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 공급 장치가 상기 유동층의 일련의 환형부에 상응하는 상기 주입기에 개별적으로 공급하는데 적합하고 이에 따라 상기 환형부는 상이한 조성 및/또는 온도 및/또는 주입 속도의 유체에 의해 횡단되도록 하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 일종 이상의 유체를 공급하기 위한 상기 장치가 상기 유체를 제거하기 위해 라인 내부로 침투하는 하나 이상의 이젝터를 포함하고, 상기 공급 유체는 매우 빠른 속도로 주입되어 상기 원형 챔버로 재순환시키기 위해 상기 제거 라인에서 제거되는 유체와 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 한 챔버에서 다음 챔버의 고형 입자의 입구가 고형 입자의 출구와 연결된 여러 개의 원형 반응 챔버가 연속으로 설치될 수 있고, 재생된 후에, 이 입자들이 촉매라면, 고형 입자는 원형 반응 챔버에서, 필요한 다소 장기간이 지난 후에 적절한 장치에 의해 재순환될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 일련의 챔버가 상기 원통형 챔버 또는 일련의 챔버로부터 상기 유사한 챔버 또는 일련의 챔버로 상기 고형 입자를 이동시키기 위한 이동 라인에 의해 하나 또는 일련의 유사한 원통형 또는 원형 챔버에 연결되고, 입구는 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치의 반대측에 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 일련의 챔버의 원통형 또는 원형 벽에 가까이 위치되고, 출구는 상기 유사한 챔버 또는 일련의 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 반대측에 상기 우사한 챔버 또는 일련의 챔버의 상기 중앙 덕트에 가까이 위치되는 것을 특징으로 한다. 유사한 장치가 동일 발명자의 이름으로 2004.12.12 일자로 출원된 벨기에 특허 제 2004/0612 에 기재되어 있다. 유사한 장치는 또한 이하에서 보다 자세히 기재된다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 중앙 덕트가, 상기 중앙 덕트의 상기 부분으로부터 나온 유체를 개별적으로 제거하고 이 유체들을 처리한 후 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상응하는 부분 또는 다른 부분으로 개별적으로 재순환시키기 위해서 상기 중앙 덕트 내부에 위치된 배출관에 연결된 부분의 횡단벽에 의해 횡방향으로 분할되는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 원통형 또는 원형 챔버가 상기 원통형 또는 원형 챔버와 상기 중앙 덕트 사이에 고정된 환형 벽에 의해, 상기 중앙 덕트의 상기 부분에 상응하는 환형부로 분할되고, 상기 환형 벽은 한 환형부에서 인접 환형부를 향해 고형 입자가 통과하기 위해 원통형 또는 원형 벽에 대해 하나 이상의 통로를 포함하고 상기 중앙 덕트의 횡단벽 또는 환형 벽은 고형 입자가 한 부분에서 인접한 다른 부분으로 통과하도록 상기 중앙 덕트에 또는 중앙 덕트에 대해 위치된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유체 제거 장치에 의해 제거된 상기 유체를 상기 유체 공급 장치쪽으로 재순환시키기 위한 장치를 포함하고, 이 재순환 장치는 유체의 온도 및/또는 조성을 조절하기 위해서 상기 재순환된 유체를 처리하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치에 의해 상기 원통형 또는 원형 챔버에 고형 입자들을 재순환시키기 위해서, 상기 고형 입자들을 제거하기 위한 상기 장치에 의해 제거된 상기 고형 입자들을 재순환시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 고형 입자는 촉매이고, 이 촉매 입자를 재순환시키기 위한 상기 장치는 상기 촉매 입자를 재생시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유체는 가스이고, 상기 액체를 상기 유동층의 표면의 적어도 일부에 미세 액적으로 분무하기 위해서, 상기 중앙 덕트를 통과하는 액체 주입 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1 ~ 10 은 고정된 원형 반응 챔버 내에 있는, 연속 층에 유체를 주입하기 위한 장치를 포함하는 것에 따른 회전 유동층의 실시형태를 도시한다.

도 1 은 개략적인 종방향부를 도시하며, (x) 축 및 (z) 축 면에서, 원통형 반응기의 유동층의 회전 축선 (OO') 과 일치하는 (x) 축 및 위쪽을 향하며 수직방향과 일치하는 (z) 축은 외부 벽 (1), 원형 벽 (2) 이라 불리는 중간 벽 및 중앙 덕트의 벽으로 불리는 중앙 벽 (3) 의 3 개의 동심인 벽과 두 개의 환형 측벽 (4.1, 4.2) 으로 폐쇄되어 있으며 중앙 벽과 외부 벽 사이에 포함된 공간을 포함한다. 외부 벽과 원형 벽 사이의 공간 (5) 은 공급 유체(들)용 챔버이고, 원형 벽과 중앙 벽 사이의 공간 (6) 은 원형 반응 챔버이며, 중앙 벽 내부의 공간은 중앙 덕트 (7) 이다.

관 (8) 은 외부 벽 (1) 또는 환형 측벽 (4.1, 4.2) 을 통해 화살표 (9) 로 나타내진 유체(들)를 공급 챔버 (5) 내부로 도입하기 위해서 사용되고 관 (10) 은 화살표 (11) 로 나타내진 유체(들)를 중앙 덕트 (7) 내부로 도입하기 위해 사용된다. 원형 반응 챔버의 일단부에서 다른 단부로 연속적으로 연장하거나 또는 도면에 도시된 경우에 경우에 원형 벽 (2) 을 통과하는 종방향 슬릿 (12) 은 다소 긴 길이를 따라 연장하고 다소 긴 거리로 서로 분리될 수 있으며, 화살표 (13) 로 나타내진 유체(들)를 원형 벽 (2) 을 따라 원형 반응 챔버 (6) 내부로 얇은 층으로 주입하기 위한 유체 주입기를 도시하고, 중앙 덕트의 벽 (3) 의 배출구 (14) 는 화살표 (15) 로 나타내진 이 유체를 중앙 덕트 (7) 의 원형 반응 챔버 (6) 로부터 제거하는 기능을 한다. 유체(들)는 원형 반응 챔버 내에서 빠르게 회전하기 때문에, 유체의 속도의 접선 성분은 실질적으로 방사 성분보다 크지만, 유체 속도의 접선 성분은 도면의 평면에 수직이기 때문에 볼 수는 없다.

선 (16) 은 측벽 (4.1) 을 통해 작은 원 (17) 으로 나타내진 고형 입자를 도입하는데 이용된다. 고형 입자는 회전 운동시 유체에 의해 운반되고 원심력은 고형 입자들이 대략 원통형 표면 (18) 으로 유동층을 형성하는 원형 벽 (2) 을 따라 고형 입자들을 유지시킨다. 라인 (19) 은 반대쪽의 환형 측벽 (4.2) 을 통해 고형 입자 (17) 들을 제거하는데 사용된다.

상이한 비율 및/또는 상이한 압력의 유체(들)를 공급하기 위해 환형 벽 (20) 은 분배 챔버 (5) 를 환형부 (A, B, C) 로 분할한다.

유체(들)를 제거하기 위한 상기 관 (10) 은 그 양 단부가 더 넓은 중앙 덕트 (7) 내부로 관통할 수 있다. 중앙 덕트로 관통되어 빠르게 회전하는 고형 입자는 원뿔형 벽 (24) 을 따라 응집되고, 관 (25) 에 의해 제거된 후에 선택적으로 재순환된다.

유동층은 원형 벽에 대해 하나 이상의 통로 (27) 를 선택적으로 구비한 제어 링 (26) 에 의해 분할되어 고형 입자가 한쪽에서 다른 쪽으로 통과할 수 있도록 한다. 라인 (16) 을 통한 고형 입자 (17) 의 공급 속도가 통로 (27) 를 통과하는 고형 입자의 이동 속도보다 크면, 제어 링 (26) 의 상기 유동층 상류의 두께 (28) 는, 입자들이 이 링의 중앙을 통해 흘러서 다른 쪽으로 통과하기에 충분할 때까지 증가하게 된다. 라인 (19) 을 통한 고형 입자의 배출 유속이 공급 속도보다 크면, 제어 링 (26) 의 유동층 하류의 두께는, 고형 입자가 희박화 (rarefaction) 되어 고형 입자들의 흡입 유속으로 배출 유속을 자동으로 조절할 때까지 감소하게 된다. 고형 입자의 공급 속도가 충분히 크면, 이 장치는 유동층의 부피를 제어 링 (26) 의 상류와 거의 동일하게 유지하는 역할을 하고, 이 장치는 출구 (19) 가까이에 위치되는 것이 바람직하다. 통로 (27) 는 고형 입자의 공급이 정지될 때 모든 고형 입자들을 원형 반응 챔버로부터 제거하는 역할도 한다.

상기 반응기는 수평이기 때문에, 중력의 영향은 원형 반응 챔버의 상부 (28) 와 저부 (30) 사이에서 고형 입자의 응집도 및/또는 유동층의 두께의 차를 만들게 된다. 출구 (14) 는 반응기의 저부에 위치하는 것이 바람직한데 왜냐하면 입자들의 속도 및 농도가 반응기의 저부에서 최대이고, 따라서 유동층의 두께는 최소가 되며, 이에 따라 중앙 덕트 (7) 로 이동될 가능성이 감소되기 때문이다.

배출구 (14) 의 평면은 중앙 덕트의 벽과 수직이기 때문에, 반응 챔버의 두께 또는 폭 (31) 은 배출구 (14) 의 하류에서 최소이고 상류에서 최대 (32) 이다. 원형 벽 (2) 은 이 도면에서는 원통형이고, 따라서 그 반경 (33) 은 일정하지만, 중앙 덕트의 벽 (3) 의 곡률의 반경은 변화한다. 그 값은 출구 (14) 의 상류에서 최소 (34) 이고 하류에서 최대 (35) 이다.

유체 (11) 의 제거를 용이하게 하기 위해서, 배출구 (14) 의 폭 (36) 은 반응 챔버의 중간에서 최대일 수 있고 환형 측벽 (4.1, 4.2) 가까이에서 최소일 수 있어서 중앙 덕트의 교차부는 그 단부에서 더 크게 된다. 고형 입자들이 중앙 덕트 내부로 이동될 때 이 벽들에 의해 느려지는 것을 방지하기 위해, 이 폭 (36) 은 이 벽들에 있어서는 존재하지 않는 것이 바람직하다.

상기 반응기는 출구에 대한 입자의 유량을 증가시키기 위해 약간 기울어질 수도 있어서 반응 챔버에서의 체류 시간이 감소된다. 이 경우에, 유동층의 표면은 경사의 범위와 원심력에 대한 중력의 비율에 따라 약간 원뿔형이라는 것은 명백하다.

도 2 는 평면 (y) 및 (z) 를 따르는 도 1 의 반응기의 개략적인 단면도를 도시하고, 환형 분배 챔버 (5) 는 각각 유체 주입기 또는 유체 주입기 세트 (12) 에 연결된 4 개의 관형 분배 챔버 (5.1 ~ 5.4) 로 대체된다.

중앙 덕트의 벽 (3) 의 곡률 (35) 의 반경은 나선형인 배출구 (14) 의 상류 부분에서 더 작고, 원형 챔버의 폭 (31) 은 상류보다 하류에서 더 작은 것이 바람직한데, 왜냐하면 덕트 주변의 유체의 유속은 유체가 배출구 (14) 에 접근할수록 증가하기 때문이다.

표면 (37) 은 중앙 덕트의 출구 (14) 의 화살표 (38) 로 표시된, 하류에서의 유속의 선택적인 환류에 의해 생성된 난류 영역의 단부를 나타낸다. 이 난류는 배출구 (14) 를 통해 통상 가장 미세한 고형 입자를 제거할 수 있다.

반응기의 저부에 원심력을 가하고 고형 입자의 속도를 증가시켜서 원심력을 증가시키는 중력이 원형 벽에 대해서 관형 분배 챔버 (5.3) 의 주입 압력을 더 크게 할 수 있는 고압을 생성하는 것을 관찰하는 것은 유용하다. 또한, 고형 입자상의 유체의 구심력을 감소시켜서 유체가 중앙 덕트로 이동할 위험을 감소시키기 위해서, 배출구 (14) 의 상류에서 관형 챔버 (5.2) 의 주입 압력을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.

수치 시뮬레이션은, 4 개의 유체 주입기를 갖는 직경의 원통형 챔버 (40) 에서, 원통형 챔버의 각 환형부 주위에 90°간격으로 분포되고 원통형 벽과 30°의 각도를 이루는 방향으로 대기압하에서 공기를 주입하여 조밀한 회전 유동층을 형성하는 것을 보여준다. 그러나, 대량의 고형 입자가 얇은 유체층을 통과하여 주입 슬릿의 상부의 원형 표면을 따라 느려지고, 고형 입자의 응집도는 이론 최고값에 도달하여 유동층의 회전에 대한 저항성을 증가시키게 된다는 것이 밝혀졌다. 감속으로 인해 유체 및 주입기의 상류에 고압이 생성되고 주입기 출구의 개구부의 고형 입자의 고압력을 제거하기 위해 주입시의 압력이 높아야만 하는, 고형 입자 사이의 계면은, 배출구의 상류에 이 강한 추력이 있으면 배출구를 향해 고형 입자를 방출할 수 있는 강한 원심 추력을 발생시키고, 이에 따라 고형 입자의 손실을 야기한다는 것 또한 밝혀졌다.

이 제동 효과를 감소시키고 고형 입자의 손실을 야기할 수 있는 공명의 경우를 회피하기 위해서, 주입기의 수를 바람직하게는 소수로 증가시키고/또는 주입기 사이의 거리가 전체에 걸쳐 동일하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 주입기 및 원형 벽의 형상을 유체의 원심 추력을 최소화하고 그 접선 추력을 촉진하기에 적합하도록 하는 것도 바람직하다.

따라서 도 2 에서, 주입기의 배출구의 평면은 원통형인 원형 표면에 평행한 평면과 수직으로 결합되고, 이에 따라 유체의 주입각이 작더라도 고형 입자에 대한 유압으로 인해 원심 추력을 지지하게 된다.

도 3 은 유체 주입기의 주변 영역의 개략적인 단면도를 도시하며, 원형 벽 (2.3) 의 연장부에 있는 지점 (B) 에서, 접하는 면이 되는 유체 주입기 (12) 의 하류의 원형 벽 (2.2) 의 작은 변경은 출구면의 방향을 바꾸고, 이에 따라 평면 벽 (2.2) 과 약 90°의 각 (40) 을 이루게 된다. 이에 따라 지점 (A) 에서 출구측 상류에서 유체 (13.1) 의 고압에 의해 발생된 추력은 원형 벽과 더 접선 방향이 된다.

작은 원 (17) 으로 나타내진 고농축된 고형 입자들은 주입기 (12.1) 의 상류의 방향 (41.1) 에서 원형 벽 (2.1) 을 따라 미끄러지는 컴팩트 세트를 형성한다. 주입기 출구에서, 유체 (13) 의 유선 (42.1) 과 고형 입자들이 만나면 고형 입자들은 상당히 편향되게 되고 유선 (41.2) 을 따라 가속되어서 그 농도는 상당히 감소되고, 따라서 벽 (2.3) 으로부터 편향되면서 유동층 내부로 점점 침투하는, 유체의 유선 (42.2) 을 따르는 고형 입자의 컴팩트 세트를 점점 침투하기 위해 유체의 분획물이 점점 커지도록 한다.

공간 (43) 에서 고형 입자들의 유선 (41.2) 과 벽 (2.2) 사이의 유압은 고형 입자가 유체의 출구를 막는 것을 방지하여서 고형 입자들이 이 유선 (41.2) 에서 편향되기에 충분하여야 한다. 상기 유체가 고형 입자들을 가속시키기 때문에, 유체의 에너지와 압력은 감소하여서, 유선 (41.3) 을 따르는 고형 입자들이, 다음 주입기의 앞을 통과할 때까지 속도가 느려져서 농도가 증가하게 되는 원형 벽 (2.3) 에 도달하도록 한다. 등.

도 2 에 도시된 바와 같이 원형 벽과 주입기 출구 (12) 면 사이의 각도 (40) 가 0°에 가깝다면, 고형 입자의 방향 (41.2) 은 더 갑작스럽게 변할 수 있기 때문에 고압을 발생시켜서, 이 면에 수직이어서 구심력이 생기는 방향으로, 주입기의 상류부의 반대에 위치된 고형 입자의 더 높은 유체 추력 및 유선 (41.2) 은 벽 (2.2) 으로부터 더 편향될 수 있어서 상류의 고형 입자의 감속을 증가시켜서 고형 입자들은 중앙 덕트와 더 가까워지게 된다.

이 도면은, 유체 제트의 주입에 의해 존재하는 회랑과 충돌하는 고형 입자가 반응 챔버의 곡선형 벽에 의해 감속되어 실질적으로 이 고형 입자들의 수직 미끄러짐을 감소시키는 컴팩트 세트를 형성하는 방법, 및 유체 주입 방향 및 주입기의 배출구의 배치 및 배향이 주입기의 출구의 상류의 고형 입자의 유체에 의한 구심력 및 이 제동 효과를 최소화시키는 방법을 보여준다.

도 4 는, 고형 입자에 대한 유체의 접선 및 구심 각운동량의 이동비를 증가시키고 중앙 덕트의 배출구 (14) 를 통해 탈출하는 고형 입자의 양을 감소시키기 위해서 반응 챔버로부터 유체(들)를 이동시켜 제거하기 위한 장치가 개량되는 반응기의 축 (y, z) 의 면을 따르는, 개략 단면도이다. 증가된 유체 주입기의 수는 이 실시예에선 11 개이고, 공급 챔버는 원형 벽 (2) 을 둘러싸는 원통형 벽 (2) 에 의해 경계지어지는 것이 바람직하고 공급 챔버는 상이한 압력으로 여러 개의 유체 주입기 (12) 를 공급하기 위해서 종방향 벽 (49) 에 의해 종방향 분획물 (5.1 ~ 5.4) 로 나뉜다.

원형 벽은 두 개의 주입기 (12) 사이에 위치한다. 이 원형 벽은 다각형이다. 도 5 에 도시된 배치에 따라, 유체는 이 표면에 평행하게 주입되어 고형 입자가 이 표면을 미끄러지는 것을 용이하게 하여 주입 슬릿의 상류의 고형 입자의 농도를 감소시켜서 이동 저항을 감소시키게 된다.

도면에서 평면에 수직인 황단면 (50) 을 가지며 원형 반응 챔버 (6) 를 종방향으로 통과하고 도시되지 않지만 가압 유체가 도입될 수 있는 두 환형 측벽 (4.1, 4.2) 에 고정되는 중공 날개형 편향기는 배출구 (14) 의 상류에, 중앙 덕트의 벽 (3) 으로부터 일정 거리 (51) 에 위치된다. 이 중공 날개형 편향기는 중앙 덕트의 벽과 편향기 사이의 공간 (53) 으로 유체의 흐름 (52) 을 보낸다.

상기 편향기 (50) 의 선단부 (54) 을 따라 발달할 수 있는 난류 영역 (37) 은 고형 입자를 이 공간 (53) 내부로 이동시킬 수 있다. 거리 (51) 는 배출구 (14) 의 두께 (36) 보다 큰 것이 바람직하고, 이 고형 입자들을 가속시키는 유체 (52) 의 속도는 점진적으로 증가하고 원심력은 중공 편향기 (50) 의 곡선형 내벽 (55) 을 따라 고형 입자들을 추력시킨다.

중앙 덕트의 벽 (3) 으로부터 일정 거리 (57) 에 위치된, 편향기의 후단부 (56) 는, 배출구 (14) 를 너머의 반응 챔버 (6) 로 복귀하는 흡입 효과를 생성하는 중앙 덕트의 벽 (3) 에 다소 평행하게, 바람직하게는 약 30°보다 작게, 고속으로 유체를 얇은 층 (58) 으로 주입하기 위한 하나 이상의 유체 주입기를 구비한다. 그러나, 난류 영역 (59.1) 은 중앙 덕트의 벽 (3) 과 얇은 유체층 (58) 사이에서 발달되어서 이 고형 입자들의 일부를 출구 (14) 로 되돌리는 환류를 생성할 수 있다. 이 영향을 최소화하기 위해서는, 공간 (53) 내의 압력 강하가 작아서, 유체의 흐름 (52) 을 가속시켜야 하는 고형 입자의 양이 적어지고 길이 (57) 가 바람직하게는 선단부와 원형 벽 사이의 거리 (60) 의 반보다 짧도록 작아지는 것이 바람직하다.

다른 난류 영역 (59.2) 은 유체 제트 (58) 와 원형 벽 사이에서 발달되어서 이 영역의 상류의 유동층의 회전에 대항 저항성을 증가시키는 유체 환류를 야기할 수 있다. 이 영향을 최소화하기 위해서, 유체층 (58) 의 주입은 약간 직접적으로 중앙 덕트의 벽 (3) 을 향하거나 평행하는 것이 바람직하다.

도 5 는 두 주입기 (12.1, 12.2) 주위의 영역의 확대도를 보여준다. 주입기 (12.1) 의 상류의 고형 입자들은 유선 (41.1) 을 따르는 평면벽 (2.1) 을 따라 미끄러진다. 이 고형 입자들은, 출구 표면이 벽 (2.2) 의 평면과 약 90°의 각 (40) 을 이루는 주입기 (12.1) 의 출구에 있는 유체 흐름 (13.1) 에 압력을 가하고, 이 고형 입자들은 반응 챔버로 들어가는 유체의 정상 팽창을 방지하여서, 압력이 고형 입자의 압력을 보상하여 유선 (41.2) 을 따라 전환하는 유선을 (42.1) 을 따르도록 하여, 이 유체층 내부로 점진적으로 침투한다. 고형 입자들은 그 농도에 따라 다소 침투가능한 편향기로서 작용하는 배리어를 형성하고, 이 고형 입자들은 유선 (42.2) 과 다각형 벽 (2.2) 사이의 유체 및 높은 평균 속도를 갖는 유체를 제한하는데, 왜냐하면 유체는 좁은 공간에서 제한되어 에너지를 잃게 되어서, 유선 (41.3) 을 따라 흐르는 고형 입자에 유체가 에너지를 전달할수록 압력 가하여서, 고형 입자들을 가속하기 때문이며, 고형 입자들의 농도는 감소되고 그 침투성은 증가되며, 이에 따라 유손 (42.3) 을 벽 (2.2) 으로부터 분리하여 일부 에너지를 잃은 유체의 속도가 느려지도록 할 수 있다. 고형 입자들의 유선 (41.4) 은 최종적으로는 벽 (2.2) 을 따라서, 고형 입자들이 미끄러지고, 감속되는 곳을 따라 이동하고, 그 농도는 다음 주입기 (12.2) 에 도달하기 전에 증가하게 된다.

주입기의 상류의 고형 입자들의 흐름의 농도는 유체 주입기 (12.1, 12.2) 사이의 거리가 증가하여서 고형 입자들의 수가 감소함에 따라 증가하게 되고, 만일 평면벽 (2.2) 의 표면이 도 3 의 벽 (2.1, 2.3) 처럼 곡선형이었다면, 주입기는 고형 입자의 흐름 (41.1, 41.4) 에 추가적인 압력을 가하여, 그 속도를 늦추어 농도 및 유동층의 회전에 대한 저항성을 증가시키게 된다.

주입기의 수가 더 크다면 주입기 사이의 각도의 편차 (66) 는 더 작아지고, 이에 따라 고형 입자의 흐름 (41.12, 41.3) 의 편차는 감소하게 되어서 유체 흐름 (13.1, 13.2) 에 압력이 가해지고 또한 이 유체 흐름을 통과한 후에 다각형 원형 벽을 따라 집중할 수 있는 고형 입자들의 양도 감소하여 유동층의 회전에 대한 저항도 감소하게 된다. 주입기 출구의 평면 (12.1) 과 다각형 원형 벽 (2.2) 에 의해 생긴 각 (40) 은 약 90°이고, 유체 (13.1) 의 주입이 이 벽 (2.2) 에 실질적으로 수직인 방향이 되도록 하여서 고형 입자로 전달된 접선 각운동량의 양을 증가시키게 된다.

이 도면은, 유체 주입기의 수가 많다면, 압력이 원심력을 상쇄하여 이 입자들이 회전에 대한 매우 낮은 저항으로 다각형 원형 벽을 따라 미끄러지도록 하는 유체 패드에 의해 고형 입자들이 운반되는 것을 도시한다.

원형 반응 챔버는 다른 유사 챔버들과 일렬로 연결될 수 있고, 상류 챔버로부터의 고형 입자들의 출구 (19) 는 다음 챔버의 입구 (16) 과 연결될 수 있다. 이 원형 반응 챔버는 연장부에서 나란하거나 이중일 수 있다. 원형 반응 챔버는 경사지거나 수직일 수 있다.

도 6 은 이중 원형 챔버의 두 부분의 연결부의 (x) 및 (y) 축의 평면에서의 종방향 부분을 개략적으로 도시하며, 수직인 (z) 축은 유동층의 회전축 (OO') 과 일치한다. 유동층의 표면 (18) 은 원뿔형이고, 반응 챔버 (6) 의 유동층은 링 위에 직접 위치된 유동층의 일부를 지지하는 링 (80) 을 분리함으로써 환형부로 재분된다. 이 환형부는 속이 비어있고, 분리 링 (80) 의 상부를 지지하는 고형 입자를 지지 회전하며 이 층에서 화살표 (83) 로 표시된 유체를 축 (x, y) 에 다소 평행하고 회전 축선 (OO') 에 수직인 주입기 (82) 를 통해 주입하기 위해 개구부 (81) 를 통해 유체 분배 챔버 (5) 에 연결되어 있다.

반응 챔버의 바닥부에 위치된 분리 링 (85) 은 중앙 덕트의 벽 (3) 으로 연장되지만, 다른 분리 링 (80) 은, 중앙 덕트의 벽 (3) 으로부터 소정 거리를 유지하는 동안 고형 입자들이 통과할 수 있도록 바람직하게는 원형 벽과 중앙 덕트 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 넓은 중앙 개구부를 가져서 배출구 (14) 를 통해 중앙 덕트 내부로 고형 입자들이 들어가는 것을 방지한다.

고형 입자의 흐름 (80) 은 분리 링 (85) 을 통과하여 하부 챔버의 상부 (92) 로 침투하는 운반 라인 (91) 을 통해 상부 원형 반응 챔버의 바닥부로부터 이동한다. 유체 스트림 (11) 은 하나 이상의 라인 (93) 에 의해 중앙 덕트 (7) 로부터 제거된다.

유동층에 대한 유압이 각 원형 반응 챔버에서 다소 동일하다면, 유동층에 위치된, 원형 벽에 가까운 운반 라인 (91) 의 입구의 압력은 유동층의 외부에 위치된, 중앙 덕트의 벽과 가까운 그 출구에서의 압력보다 더 크고, 이에 따라 반응기가 동일한 높이에서 수평으로 위치되어 있더라도, 한 반응기에서 다른 반응기로 고형 입자를 용이하게 운반할 수 있다.

마침내, 배출구 (14) 를 통과하는 중앙 덕트 (7) 내부로 침투되고 중앙 덕트의 바닥부에서 회전하는 동안 떨어지는 고형 입자는 서로 교차하기 위해 실질적으로 운반 라인 (90) 과 동일한 평면에 있지 않은 관 (96) 에 의해 제거된다. 이 위치에서의 압력은 반응 챔버에서의 압력보다 낮기 때문에, 이 고형 입자들은 개별적으로 수집되어서, 적절한 수단에 의해서 추가적으로 재순환되어야 한다.

분리 링 (85) 은 나선형 턴에 의해 대체될 수 있다. 원형 벽 및 나선형 턴을 따라 회전하는 고형 입자들은 턴의 경사면이 상부를 향한다면 위로 상승할 것이다. 이 경우에, 고형 입자들을 하부 챔버에서 상부 챔버로 이동시키는 것이 가능한데, 운반 라인 (91) 의 하부가 원형 벽을 따라 위치되어 있다면, 압력은 가장 높고, 이 운반 라인 (91) 의 상부가 중앙 덕트의 반대편에 위치되어 있다면, 압력은 가장 낮게 된다. 원형 반응 챔버로부터 제거되거나 이동되지 않는 입자들은 턴과 중앙 덕트 사이의 내부 에지 사이의 중앙 공간으로 다시 떨어질 수 있다. 나선형 턴은 속이 비어있어서 그 상부 표면을 따라 원형 반응 챔버의 내부로 주입되는 유체가 공급될 수 있다. 나선형 턴은 연속적이거나 비연속적인 나선을 형성할 수 있거나 상방으로 배향된, 고정된 핀과 유사한 턴의 일부 나뉘어짐 부서질 수도 있다.

유체의 흐름은 목적에 따른 배치에 따라 순환될 수 있다. 예컨대, 도 7 은 일렬로 배치된 두 원형 반응 챔버 중 하나의 일측에서 관 (16) 에 의해 도입되고 제 2 챔버의 반대편 단부에 배치된 관 (19) 을 통해 존재하는 고형 입자의 건조에 적용된 배치를 도시하며, 이 입자들을 한 반응기에서 다른 반응기로 이동시키는 것은 운반 라인 (91) 을 통해 실시된다.

냉각 및 건조 가스 (100) 는 고형 입자들의 출구 (19) 측에 위치된 공급 챔버의 환형부 (F) 에 공급하는 관 (8.1) 에 의해 도입된다. 가열 및 건조 가스는 고형 입자들이 관 (19) 을 통해 배출되기 전에 건조를 완결하는 동안 가스를 냉각시키는 가열 고형 입자들과 접촉하여 가열되고, 이 가스는 배출관 (11.1) 을 통해 압축기 (101.1) 에 의해 흡수된다. 이 가스는 환형부 (E, D) 에 대한 관 (8.2, 8.3) 에 의한 처리 유닛 (102.1, 102.2) 예컨대 열교환기 또는 응축기를 통하여 재순환된다. 그 후에, 고형 입자들로부터 수분을 점진적으로 제거하기 위해서, 가스는 처리 유닛 (102.2 ~ 102.5) 을 통한 관 (8.3 ~ 8.6) 의 압축기 (101.2, 101.3) 에 의해 환형부 (D ~ A) 로 연속적으로 순환된다. 수분을 동반하여 고형 입자들 (관 (8.6) 측에 관 (16) 에 의해 도입됨) 에 의해 냉각되어, 가열되는 유체가 (103) 에서 제거된다.

고형 입자들은 유동층을 통과하는 유체의 화학적 변환을 촉진하는 촉매일 수 있다. 이 경우에, 유체는 점진적으로 변환된다. 유체는 반응기 내부로의 제 1 통로에서 적절한 장치에 의해 재생되고 순환될 수 있는 폐촉매와 접촉하고, 제 2 통로에서는 새롭거나 재생된 촉매와 접촉하며, 처리 유닛 (102.1 ~ 102.5) 은 예컨대 흡수 또는 응축에 의해 원하지 않는 성분을 제거하는 기능도 할 수 있다.

도 8 은 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 개략도를 도시하는데, 이 반응기의 유동층의 회전 축은 수직이거나 가파르게 경사지고, 중앙 덕트 (7) 는 하부측 (4.2) 위의 소정의 거리에서 끝난다. 중앙 덕트의 바닥부는 도 8 에 도시된 바와 같이 닫힐 수도 있고, 열릴 수도 있다. 이 경우에, 중앙 덕트로 들어가는 고형 입자들은 정지된 동안에 바닥부를 통해서 제거될 수 있지만, 작동 중에는, 와류가 고형 입자들을 이동시켜서 원형 반응기 챔버의 바닥부에 축적될 수 있다.

이 구성은 제거될 유체의 양이 너무 많지 않을 때 유리할 수 있다. 유동층의 표면 (18) 은 아주 큰 원심력을 가하는 원뿔형으로서 이 도면에서는 아주 약간 원뿔형이고, 유체 (13) 는 반응 챔버의 하부에서 유동층의 더 큰 두께를 가로질러야 하기 때문에 체류 시간은 길어지게 된다. 이를 회피하기 위해서는, 원형 챔버 (2) 는 이 차이를 줄이기 위해서 원뿔형일 수가 있고/있거나 원형 반응 챔버의 하부로 주입되는 연료의 양은 예컨대 분배 챔버의 환형부 (C) 의 압력 및/또는 유체 주입기의 단부 및/또는 그 수를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.

도 8 은 압축기를 사용하지 않고 이 유체의 일부를 순환시키기 위해 이젝터에 의해 유체를 공급하는 시스템의 배치를 포함하는 도면이다. 이 배치는, 유체가 한 번 내지 두 번만 순환되어야 하고 예컨대 에틸 벤젠의 탈수소화 또는 경질 올레핀에 대한 가솔린의 촉매 분해 (cracking) 등의 유체의 부식성 또는 매우 높은 온도로 인해 압축기의 사용이 어려울 때에 유용하다.

선택적으로 예열되는 유체 공급물 (100) 은 유체를 노 (furnace) 등의 처리 유닛 (102) 으로 이동시켜서, 관 (10.2) 을 통해 처리 유닛을 향해 이동 (11.2) 되기 전에, 관 (8) 을 통해 유체가 반응기로 순환될 수 있도록 하기 위해서, 순환 (11.1) 될 유체의 배출관 (10.1) 내부로 매우 빠른 속도로 주입 (106) 되도록, 이젝터 (105) 내부로 압력을 받으며 주입된다.

도 9 는 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 단면도를 도시하며, 이 반응기는 중앙 덕트를 통과하는 전달축 (111) 을 사용하는 공통 모터 (110) 에 의해 구동되며 임펠러 (109.1, 109.2) 에 의해 나타내진 압축기 (108.1, 108.2) 를 각 중앙 덕트의 단부에서 포함한다. 새로운 유체 (112) 는 고형 입자들의 출구측 (19) 에 위치된 관 (8.1) 에 의해 공급되며, 선택적으로 예컨대 수분 응축기와 같은 처리 유닛 (13) 을 통과한다. 그 다음에, 새 유체는 제거되기 전에, 히터 등의 처리 유닛 (102) 및 관 (8.2, 8.3) 을 통한 압축기 (108.1, 108.2) 에 의해 연속적으로 여러 번 순환된다. 이렇게 매우 컴팩트한 배치는 곡물 알갱이를 건조시키기 위한 이동식 장치에서 용이하게 사용되기에 유리하다.

유체의 흐름은 다양하고/다양하거나 넓은 분자량 분포의 중합체를 얻기 위해서, 모노머(들) 를 포함하고 한 부분에서 다른 부분으로 상이한 조성 및/또는 온도를 갖는 것이 가능한 능동 유체의 혼합물의 부유물의 촉매 입자를 중합하도록 동일한 환형부로 순환될 수 있다.

도 10 은 이러한 유형의 응용에 대해 기능할 수 있는 배치를 도시한다. 공급 챔버 및 중앙 덕트는 횡단벽 (20.1 ~ 20.3, 115.1 ~ 115.3) 에 의해서, 4 개의 부분 (A ~ D, A°~ D°) 으로 분리된다. 이 벽들은 중앙 덕트 또는 공급 챔버의 4 부분에 상응하는 4 개의 환형부 내부로 원형 반응 챔버를 분리하고, 또한 한 부분에서 다른 부분으로 유체를 분리하기 위해서 환형 횡단벽 (116.1 ~ 116.3) 에 의해 연장될 수 있는데, 이 벽들은 고형 입자들을 한 환형부에서 다른 부분으로 이동시키기 위해서 원형 벽을 따라 이 환형 횡단벽 (116.1 ~ 116.3) 에 제공되는 통로 (117.1 ~ 117.3) 및, 중앙 덕트의 여러 부분 사이의 압력을 동일하게 하기 위해서 유체의 통로용 환형부의 내부 또는 중앙 덕트에 대한 통로 (118.1 ~ 118.3) 를 갖는다.

4 개의 압축기 (108.1 ~ 108.4) 는, 순환되기 전에 정화될 유체 및/또는 원하지 않는 성분을 추가적으로 회수하면서 열 교환기 등의 처리 유닛 (92.1 ~ 92.4) 을 통과하는 관 (8.1 ~ 8.4) 에 의해 공급 챔버 (A ~ D) 로 유체를 순환시키기 위해서 동심관 (10.1 ~ 10.4) 을 통해 중앙 덕트의 유체 (11.1 ~ 11.4, A°~ D°) 를 흡입하였다. 그 후에, 순환된 유체는 회전 유동층을 통과하여 동일한 부분에서 재순환되도록 중앙 덕트의 배출구 (14.1 ~ 14.4) 로 들어간다. 새 유체 (119) 는 필요하다면 공급관 (8.1 ~ 8.4) 에 의해 직접 공급될 수 있다.

유체가 가스라면, 중앙 덕트를 통과하는 하나 이상의 관 (121) 에 의해 적어도 유동층의 표면의 일부에서 액체의 미세 액적 (120) 을 주입하는 것이 가능하다.

이 배치는, 유체에 의해 고형 입자로 전달된 운동량이 유체에 의해 가해진 구심력을 상쇄하고, 벽을 따르는 마찰 및 난류로 인한 각운동량의 손실량을 상쇄하기 위해 원심력이 충분히 높은 반응 챔버 내부로부터 평균 회전 속도 (Vp) 로 전달되도록 고형 입자들을 가속하기에 충분할 때만이 작동할 수 있다.

고형 입자에 의해 감속된 후에는, 유체는 심각한 환류를 피하기 위해서 충분한 평균 접선 속도를 유지할 필요가 있다. 예컨대, 하나의 부분에 하나의 배출구 (14) 만을 가지며 유체가 원형 벽을 따라 다소 일정하게 주입되는 상기 배치된 반응 챔버를 떠나기 전에 1.5 턴 이상의 평균은 되어야 한다.

상기 실시예에 따라, 유체 밀도에 대해서는 경미하게 여겨지는 압력 변화의 영향을 무시한 채, 반응 챔버의 환형부에 대해서 제 1 조건이 대략적으로 기재된다:

Ke×m×(Vi-Vt)×Vi×Ei = Cc×M×P×E×(2×R-E)×Kf×Vp …(1)

여기서, 주입된 유체가 각운동량에 대한 압력 및/또는 그 운동 에너지의 일부를 변환하기 위해서 원형 벽과 고형 입자의 "벽" 사이에서 한정될 때 1 보다 더 클 수도 있는 Ke 는 유체로부터 입자로의 접선 각운동량의 이동 효과의 가변 계수이고, m, Vi 및 Vt 는 각각 유체의 밀도의 평균값, 주입 속도 및 접선 속도를 나타내며, Ei 는 환형부를 통과하는 주입기의 배출구의 두께 (폭) 의 합을 나타내고, Cc 및 M 은 고형 입자의 평균 농도와 밀도를 나타내며, E 및 R 은 반응 챔버의 평균 두께 (폭) 및 반경을 나타내고, Kf 는 고형 입자가 평균 회전 속도 (Vp) 에 도달하여 보존하기 위한 단위 시간당 수용해야 하는 각운동량의 % 를 나타내는 가변 마찰계수이다.

m 이 일정하다고 가정하면, 압력의 경미한 변화량과 거의 일치하는 유체 질량의 보존량은 Ei×Vi ≒(1-Cc)×E×Vt/a 로 주어지고, 여기서 a 는 반응 챔버를 나가기 전에 유체에 의해 운반된 턴의 일부 또는 턴의 평균 수를 나타낸다.

Vp=β×Vt 라면 (여기서 β 는 1 보다 작은 유체의 고형 입자의 미끄럼 계수), 등식 (1) 은:

(1-Cc)/a ≒ Ei/E+X×(2-E/R)…(2) 가 되고, 여기서 X = p×R×β×Cc×Kf×M/(Ke×m×Vi) 이다.

제 2 조건은 a>a°라고 쓸 수 있는데, 여기서 일반적으로 1/2 에 가까운 a°는, 유체가 덕트 내부로 초과량의 입자의 도입을 제한하는 환류를 피하기 위해 중앙 덕트 주위로 평균적으로 이동하는 턴의 최소 마찰수를 나타낸다. 등식 (2) 는:

X = p×R×β×Cc×Kf×M/(Ke×m×Vi) < [(1-Cc)/a °-Ei/E]/(2-E/R)…(3) 으로 주어지고, 바람직하게는 1 보다 작다.

이는, 유체가 대기압과 가까운 압력에서 가스일 경우에 일반적인, 밀도의 비율 (M/m) 이 매우 높으면, 제품의 비율 (R/Vi)×(Cc×Kf/Ke) 이 매우 작아지고, 반경 (R) 이 커질수록, 더 높은 유체 주입 속도 (Vi) 및/또는 더 작은 Cc×Kf/Ke 비를 필요로 할 것이라는 걸 보여준다. 이에 따라 대기압에 가까운 압력에서 가스를 사용하는 산업용 반응기의 가용 평균 고형 입자 농도를 얻기 위해 원형 벽과 고형 입자 사이의 낮은 마찰 및 유체에서 고형 입자로의 각운동량의 전달의 효율이 높을 필요가 있다.

또한, 고형 입자에 가해진 원심력은 편향기 (40) 또는 출구 (14) 의 상류의 중앙 덕트 (3) 의 벽에 초과량의 입자들이 접근하는 것을 방지하기 위해서, 원형 벽에 가까운 유체의 평균 반경 속도 (Vr) 의 제곱에 거의 비례하는, 유체의 구심력보다 커야만 한다. 이는 제 1 근차시에 대해 Vr<Vc×Vp/(g×R)^1/2 …(4) 로서 쓸 수 있고, 여기서 g 는 중력 가속도이고 고형 입자의 크기가 작아질수록 낮아지는 Vc 는 임계 상향 속도이고, 중력에 의해서만 균형이 잡힌다면 밀한 유동층을 얻기 위해서 초과되지 않는다.

유동 밀도의 변화량을 무시할 수 있도록 해주는 경미한 압력 변화량을 갖는 유체 질량의 보존은: 2×p×R×Vr∼E×Vt/a 로 주어지고, 부등식 (4) 는:

E<2×p×a×β×Vc×(R/g)^1/2<2×a×Vc×(R)^1/2…(5) 에 근접하며, R 및 Vc 는 m 과 m/s 로 표현된다.

이 부등식은, 반응 챔버의 최대 평균 두께는 임계 속도 (Vc) 및 고형 입자의 크기가 매우 작아질 때 R 의 제곱근에 비례하여 증가할 수 있고, 매우 낮은 E/R 비를 가질 수 없다면, 직경이 작은 반응 챔버를 사용하는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.

최대 유체 주입 속도 (Vi) 가 제한될 때 최대 유체의 흐름에 의해 가로질러지는 유동층을 갖는 것이 바람직하다면, 유체 주입기의 총 단면부 (Ei) 는 증가되어야만 한다. 임계 속도 (Vc) 가 낮다면, 상기 조건은 반응 챔버의 평균 두께 (폭) 이 거의 다음과 같을 때 최적 조건에 도달하도록 결정하는 역할을 한다:

E=2×p×a°×β×Vc×(R/g)^1/2…(6) 및 Ei=E×[(1-Cc)/a°-X×(2-E/R)]…(7)

또는, 제 1 근사치와 같이, a°는 일반적으로 0.5 에 가깝고 β 는 1 에 가까우며, 고형 입자가 작기 때문에 Vc 에 따른 E/R 비가 낮을 때, 낮은 X 에 따라 일반적으로 높은 주입 속도 (Vi) 를 부과하는, m 및 m/s 로 표현된 E/R<vc/(R)^1/2 …(8) 과 Ei/E<2×(1-Cc)-X×(2-E/R)…(9) 가 바람직하다.

그러나, 실질적으로 경계 조건에 도달하는 것을 피하기 위해서는, 사용되도록 의도된 유체 주입 속도보다 낮고 고형 입자의 농도보다는 높은 이론 유체 주입 속도 (Vi) 및/또는 고형 입자의 평균 농도 (Cc) 를 사용하여서, 가스 주입기 및 반응 챔버의 최적 두께 (폭) 를 추정하는 것이 바람직하다.

예컨대, 수치 시뮬레이션은 Vc=0.4 m/s 의 임계 속도를 갖는, 아주 작은 고형 입자의 Cc=30% 의 평균 농도는, 하나의 배출구만을 갖는 직경 0.14 m 의 중앙 덕트를 갖는 직경 0.4 m 의 반응 챔버에서, 출구의 두께 (폭) 가 0.004 m 인 각 8 개의 주입기를 통해 30 m/sec 의 속도로 대기압하에서 공기를 주입함으로써 유체와 고형 입자를 잘 분리하여 얻어질 수 있고, 이 유체는 중앙 덕트 주위를 평균 1 턴 반 돌며 반응기에서의 유체의 체류 시간은 약 1/10 초이다. 고형 입자와 가스의 추정 평균 접선 속도는 각각 약 4.6 ~ 4 m/s 와 5.5 ~ 5 m/s 로 변화하고, 계수 (X) 와 생성물의 Cc×Kf/Ke 는 0.9 ~ 1 과 7 %/s ~ 8 %/s 로만 변화하며, 고형 입자의 농도가 10 ~ 30 % 로 점진적으로 증가할 때, 유체에서 고형 입자로 전달되는 각운동량의 효과는 고형 입자의 농도에 따른 유체를 관류시키는 고형 입자의 "벽"이 증가할 때 증가한다는 것을 확인해야 한다. 중앙 덕트를 통한 고형 입자의 손실이 발생하고 이는 평균 고형 입자의 농도가 28 % 까지 도달하고 계수 (X) 가 1 에 가까워질 때 빠르게 증가한다.

유체 주입기의 수가 4 로 감소된다면, 생성물의 Cc×Kf/Ke 는 약 2.5 배 이상이 되고, 가스 주입기에서 60 m/s 까지 속도를 증가시켜서 계수 (X) 를 1 이하로 유지하고 중앙 덕트를 통한 고형 입자의 손실은 25% 의 농도 이상으로 커지게 되고, 이는 M/m 의 비가 매우 커질 때 가스 주입기의 수가 클 필요가 있음을 확인시켜준다. 또한 중앙 덕트의 배출구의 수가 증가되면, 고형 입자의 손실은 낮은 농도에도 불구하고 이미 커져서, 중앙 덕트의 횡단부당 하나의 배출구만을 갖는다는 이점이 확인된다.

유체 밀도에 대한 고형 입자의 밀도의 비가 예컨대 압력을 25 bar 까지 증가시킴으로써 25 배 낮아진다면, 유체는 약 5 배 더 빠르게 회전하여서 중앙 덕트로 들어가기 전에 그 주위를 평균 두 번 이상 선회하고, 원심력은 약 25 배 더 커지게 된다. 이는 유체와 고형 입자를 매우 양호하게 분리시켜놓는 동안에, 고형 입자의 농도의 증가 및/또는 유체 주입 속도의 감소 및/또는 반응 챔버의 직경의 증가를 가능하게 한다. 마찰 계수 (Kf) 가 더 작고, 유체 주입기의 수를 늘리고 주입기 및 원형 챔버의 프로파일을 증가시킴으로써 얻어질 수 있는 각운동량 이동량의 유효 계수 (Ke) 가 더 커진다면, 성능도 개선될 수 있다.

유체가 고형 입자보다 약간 더 가볍다면, 선회의 횟수, 회전 속도 및 원심력은 더 커져서, 임계 속도 (Vc) 가 밀도의 경미한 차로 인해 훨씬 더 낮더라도, 유체와 고형 입자의 수용가능한 분리를 방지할 수 있다.

이 실시예들은 유체의 밀도에 대한 고형 입자의 밀도의 비가 수백일 때 고형 입자의 바람직한 회전 속도보다 유체(들)의 주입 속도가 훨씬 더 커야하고/커야 하거나 반응 챔버의 직경이 작아야 한다는 것을 보여준다.

다른 실시형태에 따라서, 본 발명은 유체 또는 유체 혼합물에 의해, 하나의 챔버에서 다른 챔버로 통과하는, 회전하는 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 또는 다른 처리들을 위해서, 또는 하나의 챔버에서 다른 챔버로 통과하는 고형 촉매 입자로 구성되어 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물의 크래킹, 탈수소화 또는 다른 촉매 변환을 위한 일련의 원통형 챔버의 회전 유동층 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 회전 유동층 장치 및 유체의 촉매 변환 또는 고형 입자의 촉매 중합, 건조 또는 다른 처리의 방법에 관한 것이고, 유체가 반응기의 원통형 벽에 접하여 주입되는 원통형 반응기는 중공 디스크에 의해 원통형 일련의 원통형 챔버로 분리되며, 이 원통형 챔버는 원통형 벽에 고정되어 있고, 원통형 챔버에서 회전하는 동안 흐르는 유체가 흡입되는 중앙 배출구를 구비하며, 이 유체들이 반응기의 원통형 벽을 통해 제거되는 측면 출구를 구비하고, 이 디스크들을 통해 하나의 챔버에서 다른 챔버로 회전 유동층 내의 일련의 고형 입자들의 이동을 가능하게 하는 통로를 갖는다. 따라서, 본 발명에 있어서, 원통형 반응기는 반응기의 측벽에 고정된 중공 디스크 또는 일련의 편평한 원통에 의한 일련의 원통형 챔버로 분리된다. 이 중공 디스크들은 빠르게 회전하면서 각 챔버를 통과하는 유체를 흡입하기 위해 중앙에 위치한 개구부 및 유체를 반응기 외부로 제거하기 위해 반응기의 측벽에 있는 개구부를 포함한다. 이 중공 디스크는 유체의 부유물 중의 고형 입자가 빠르게 회전하면서 하나의 원통형 챔버에서 다른 챔버로 통과할 수 있도록 적절한 형상의 통로에 의해 가로질러진다. 이 실시형태에 있어서, 본 발명은 회전 유동층 장치에 관한 것으로, 이 장치는 원통형 반응기; 상기 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자를 제거하기 위해서, 상기 반응기에 고형 입자를 공급하기 위한 장치 및 이 고형 입자를 제거하기 위한 장치, 상기 반응기의 원통형 벽을 따라 일정한 분배 방식으로 상기 원통형 벽에 거의 접하고 상기 반응기의 대칭축에 거의 수직인 방향으로 유체 또는 유체 혼합물을 상기 회전 유동층 내부로 주입하도록 구성된, 유체, 가스 또는 액체를 공급하기 위한 장치, 상기 반응기의 대칭축을 따라서, 중앙으로, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하기 위한 장치를 포함하며, 상기 회전 유동층 장치는 상기 반응기의 대칭축에 수직이고 상기 반응기의 원통형 벽에 고정되어 있는 중공 디스크를 포함하는데, 이 중공 디스크는 이 중공 디스크를 통해 배치된 통로에 의해 상호연결된 일련의 원통형 챔버 내부로 반응기를 분할하고, 일련의 상기 회전 유동층의 고형 입자가 하나의 원통형 챔버에서 다른 챔버로 통과하도록 하며, 상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하기 위한 상기 장치는 상기 유체를 상기 중공 디스크를 통해 제거하고 상기 원통형 챔버의 외부 압력을 균일화하기 위해서, 상기 대칭축 주위에 하나 이상의 중앙 개구부 및 반응기의 외부의 하나 이상의 수집기와 연결된 하나 이상의 측면 개구부를 구비한 상기 중공 디스크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 유체 또는 유체 혼합물은 통상적으로 박막으로 반응기의 원통형 벽을 따라 접하면서 주입되고, 회전하는 동안에, 중공 디스크의 중앙 개구부를 통해 제거되며, 반응기의 중앙의 측벽으로부터 반응기를 통해 빠르게 통과한다. 유체 주입 속도 및 유체의 유량은, 이 원통형 챔버 사이에서 가능한 경미한 압력의 차이를 대신하여, 중공 디스크의 통로를 통해 하나의 원통형 챔버에서 다른 챔버로 고형 입자들의 이동을 가능하게 하고 유체가 제거되는 중공 디스크의 중앙 개구부로부터 고형 입자들을 분리시키는 원심력을 생성하는 회전 속도로 회전 유체의 부유물 중의 고형 입자를 회전시키는데 충분하다.

본 발명에 있어서, 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, 한 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 또는 횡단 핀의 세트를 포함하여, 이 벽을 따라 고형 입자를 상승시키기 위하여 고형 입자의 회전 운동 에너지의 일부를 이용할 수 있다. 이 장치는, 바닥부에서의 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 편위되어 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 체류하는 시간을 상당히 감소시킨다.

바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은, 유체 또는 유체 혼합물을 공급하기 위한 상기 장치가 측부 편향기를 구비하고, 이 측부 편향기는, 상기 유체 및 유체 혼합물을 상기 원통형 챔버에서 회전하는 상기 고형 입자의 일부와 혼합하여 상기 측부 편향기에 의해 한정된 공간에서 이들을 가속하기 위해서 유체 주입기에 가까이 위치되며, 유체가 상기 한정된 공간을 떠나기 전에 상기 고형 입자에 유체의 많은 양의 에너지를 전달할 수 있도록 적절히 구성되고, 고형 입자가 상기 한정된 공간을 떠나기 전에 상기 원통형 챔버에서 회전하는 상기 다른 고형 입자에 얻어진 운동량을 전달하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은, 상기 중공 디스크의 중앙 개구부가 하나 이상의 중앙 편향기를 구비하고, 이 중앙 편향기는 상기 원통형 챔버를 종방향으로 통과하고, 상기 중앙 개구부를 향해 흡입되는 상기 유체 또는 유체 혼합물이 통과하는 하나 이상의 중앙 수용 슬릿을 한정하는 만곡을 가지며, 상기 만곡 및 수용 슬릿은 상기 고형 입자가 상기 중공 디스크의 상기 개구부 내부로 침투할 수 있는 가능성을 감소시키기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 상기 중공 디스크가 상기 중공 디스크로 들어가고 상기 중공 디스크에 의해 분리된 상기 원통형 챔버로부터 생겨난 상기 유체를 분리하기 위한 하나 이상의 분리 파티션을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 하나 이상의 상기 중공 디스크가, 주입기가 하나 이상의 상기 원통형 챔버의 하나 이상의 회전 유동층의 표면에서 제 2 유체의 미세 액적을 분무할 수 있도록 하며, 일종 이상의 다른 유체는 가스인 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 반응기가 각각의 상기 원통형 챔버에 존재하는 상기 고형 입자의 완전한 제거를 위해 각각의 상기 원통형 챔버의 측벽을 따라 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유체 공급 장치에 의해 상기 유체 또는 유체 혼합물을 제거하기 위한 상기 장치에 의해 제거되는 상기 유체 또는 유체 혼합물을 적절한 처리 후에 상기 원통형 챔버로 재순환시키기 위한 상기 유체 또는 유체 혼합물의 재순환 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 반응기의 일단부에 위치된 상기 원통형 챔버에 제공되고, 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 반응기의 다른 단부에 위치된 상기 원통형 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 고형 입자를 상기 하나의 원통형 챔버 내부로 공급하기 위한 상기 장치가 상기 챔버의 상기 회전 유동층의 표면을 감지하기 위한 장치로 서보제어되고, 상기 서보제어기는 상기 챔버의 원통형 벽으로부터 원하는 거리에 있는 상기 표면을 유지하기에 적합한 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 고형 입자를 상기 하나의 원통형 챔버로부터 제거하기 위한 상기 장치가 상기 챔버의 상기 회전 유동층의 표면을 감지하기 위한 장치로 서보제어되고, 상기 서보제어기는 상기 챔버의 원통형 벽으로부터 원하는 거리에 있는 상기 표면을 유지하기에 적합한 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 회전 유동층의 표면을 안정화시키기 위해서, 고형 입자의 상기 하나의 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버에서 상기 반응기의 다른 단부로의 이동이 용이하도록 구성되고 상기 중앙 개구부 또는 상기 배출구로부터 원하는 거리에 위치된 상기 통로를 포함하며, 상기 단부로 이동된 입자의 유량은 상기 통로가 상기 회전 유동층에 다소 침지되는지에 따라 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 반응기의 상기 원통형 벽을 따라 위치되고 하나의 환형부 또는 하나의 원통형 챔버에서 상기 반응기의 원통형 챔버 또는 상기 모든 환형부에 상기 고형 입자를 점진적으로 채우거나 비우기에 적합한 방향으로 다른 곳으로 상기 고형 입자를 이동시키기에 용이하도록 구성된 상기 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 반응기의 원통형 또는 원형 벽을 따라 위치되고 하나의 원통형 챔버로부터 타 챔버로 바람직하게는 가장 무거운 상기 고형 입자의 환류하도록 다른 통로의 방향과 반대인 방향으로 다른 곳으로 고형 입자의 이동이 용이하도록 구성된 상기 제 2 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유체 및 유체 혼합물을 상기 하나의 원통형 챔버 내부로 공급하기 위한 상기 장치가 상기 원통형 챔버의 상기 회전 유동층의 표면의 감지기로 서보제어되고, 상기 서보제어기는 상기 챔버의 측벽으로부터 원하는 거리에서 상기 표면을 유지하기에 적합한 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 유체 및 유체 혼합물을 공급하기 위한 상기 장치가 상기 반응기의 대칭축에 평행한 상기 측벽을 통과하는 긴 종방향 슬릿을 포함하고, 이 상기 긴 종방향 슬릿은 상기 반응기 외부의 하나 이상의 유체 분배기에 연결되고 상기 긴 슬릿을 통한 상기 반응기 내부로 유체 또는 유체 혼합물의 유입 속도를 균일하게 하는 기능을 한다. 특히 바람직한 다른 실시형태에 있어서, 본 장치는 상기 긴 종방향 슬릿은 상기 반응기의 일단부에서 다른 단부로 상기 측벽을 통과하여서, 상기 반응기의 원통형 벽을 두 개 이상의 원통 부분으로 분할하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 유체 및 유체 혼합물을 공급하기 위한 상기 장치가 상기 반응기의 대칭축에 수직이고 상기 중공 디스크의 개구측을 따라 상기 원통형 벽을 통과하는 횡단 슬릿을 포함하고, 이 상기 횡방향 슬릿은 상기 반응기의 외부의 하나 이상의 유체 수집기에 연결되어 상기 횡방향 슬릿을 통해 상기 반응기로부터 제거된 유체 또는 유체 혼합물의 배출 압력을 균일화하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 두 개의 상기 분배기 및 상기 반응기의 원통형 벽을 따라 이동하는 두 개의 상기 수집기를 포함하고, 이 4 개의 관은 상기 반응기와 함께 직각의 평행 6 면체로 새겨질 수 있는 컴팩트한 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 컴팩트하고, 제거가능하고, 이송가능한 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 장치는 또한 상기 반응기가 수평인 것을 특징으로 한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 장치는 상기 유동층의 부피를 크게 변화시키지 않고도 상기 제거 장치를 향한 상기 통로를 통한 고형 입자의 이동을 증가시키기 위해 상기 반응기가 비스듬한 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 다른 실시형태에 있어서, 상기 중앙 수용 슬릿은 고형 입자가 감속 동안에 중공 디스크로 동반할 가능성을 감소시키기 위해 상기 반응기의 상부 절반에 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 반응기가 수직이고, 상기 중공 디스크는 각각 그 하부 벽에 위치된 단일 중앙 개구만을 포함하는 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 반응기가 수직이고, 상기 중공 디스크의 상부 벽의 중앙 개구는 상기 원통형 챔버에서 회전하는 고형 입자가 감속 동안에 상기 중앙 개구로 떨어질 수 있는 가능성을 감소시키기 위해 수직 관에 의해 연장되는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상부와 바닥부 사이의 상기 회전 유동층의 압력 및 두께의 차이를 감소시키기 위해서, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 원형 벽은 상기 고형 입자가 상기 벽을 따라 상승하도록 그 회전 운동 에너지를 사용할 수 있도록 하는 횡방향 핀 또는 나선형 턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 반응기의 일단부의 상기 원통형로부터 상기 반응기의 다른 단부에 위치된 상기 원통형 챔버로 제거된 상기 고형 입자를 재순환시키기 위한 상기 반응기 외부의 이동 컬럼 또는 관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 일련의 원통형 챔버의 두 세트 이상 및 상기 한 세트에서 다른 세트로 상기 고형 입자를 이동시키기 위한 하나 이상의 통로를 포함하며 유체 및 유체 혼합물을 공급하고 제거하기 위한 장치는 상기 한 세트에서 다른 세트로 제거된 유체 또는 유체 혼합물의 공급에 적합한 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 일련의 원통형 챔버의 두 세트 이상 및 상기 한 세트에서 다른 세트로 상기 고형 입자를 이동시키기 위한 하나 이상의 통로를 포함하며, 유체 및 유체 혼합물을 공급하고 제거하기 위한 장치는 상기 각 세트에서 유체 또는 유체 혼합물을 개별적으로 제거하여 이 유체 또는 유체 혼합물을 동일한 상기 세트로 재순환시키기에 적합한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 유체와 고형 입자 사이의 에너지 및 운동량의 전달 효율을 향상시키기 위하여, 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 포함한다. 보다 특히, 본 발명에 따른 장치는 일종 이상의 유체를 공급하기 위한 상기 회전 유동층 내부로 유체를 주입하는 장치를 포함하고, 이 유체 주입 장치는 회전 유동층 내부에서, 상기 회전 유동층의 방향으로 보내지고 상기 유체의 하나 이상의 주입기로부터 발생한 상기 유체의 하나 이상의 제트 주위의 공간을 한정하는 하나 이상의 편향기를 포함하며, 이 편향기는 상기 주입기의 상류로부터 나오는 상기 회전 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자의 스트림이 상기 공간에 들어가 상기 유체 제트와 혼합되도록 해주는 접근 통로 또는 회랑을 상기 주입기와 상기 편향기 사이에서 한정하기 위해 배치되고, 상기 공간은 상기 공간의 배출구에 도달하기 전에 상기 유체 제트가 상기 고형 입자에 운동 에너지의 실질적인 일부를 줄 수 있도록 충분히 길다. 따라서 본 발명은 또한 유체 또는 유체의 혼합물, 액체 또는 가스를 회전 유동층 내부로 주입하고 회전 속도를 증가시키기 위해서 유체가 회전 유동층의 고형 입자에 전달할 수 있는 운동량 및 에너지를 증가시키기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 고형 입자보다 훨씬 가벼운 유체를 사용하고 반응기에서 유체의 팽창에 의한 다량의 운동 에너지의 손실없이 반응기 내부로 유체를 고속으로 주입하는데 적절하다.

보다 특히, 본 발명은 회전 유동층 내부로 유체를 주입하기 위한 장치에 관한 것으로, 유체 제트는 유동층의 회전 방향으로 향하고 회전 유동층의 부유물 중의 입자가 통과하는 통로를 한정하는 하나 이상의 편향기에 의해 둘러싸여 이 제트 주위 및 제트의 상류에서 일반적으로 수렴 후 발산하며, 상류, 이 공간을 떠나기 전에 운동 에너지의 일부를 고형 입자에 전해준다.

보다 특히, 본 발명은 유체와 고형 입자 사이의 에너지 및 운동량의 전달 효율을 향상시키기 위하여 유동층 내부로 유체를 주입하기 위한 장치로서, 이 유체 주입 장치는 회전 유동층 내부에서, 상기 회전 유동층의 회전 방향으로 보내지고 상기 유체의 하나 이상의 주입기로부터 나오는 상기 유체의 하나 이상의 제트 주위의 공간을 한정하는 하나 이상의 편향기를 포함하며, 상기 편향기는 상기 유체 제트와 혼합하기 위해서 상기 주입기의 상류로부터 발생하고 상기 공간으로 들어가는 상기 회전 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자의 스트림에 대한 수용 통로 또는 회랑을 상기 주입기와 상기 편향기 사이에서 한정하기 위해 배치되고, 상기 공간은 상기 공간의 배출구에 도달하기 전에 상기 유체 제트가 상기 고형 입자에 실질적인 운동 에너지의 일부가 발생하도록 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시형태에 있어서, 회전 유동층 내부로 유체를 주입하기 위한 본 장치는 상기 편향기에 의해 한정되고 유체 제트를 둘러싸는 상기 공간은 먼저 수렴한 후에 발산하는 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 회전 유동층 내부로 유체를 주입하기 위한 본 장치는 상기 편향기에 의해 한정되고 유체 제트를 둘러싸는 상기 공간은 일정한 단부를 갖는 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 유체 주입 장치는, 상기 유체 주입기의 단부가 상기 유동층을 포함하는 반응기의 원통형 벽을 따라 하나 이상의 얇은 층의 형태로 상기 유체를 주입하기 위해서 연장되고, 이 편향기는 상기 반응기의 원통형 벽으로 상기 유체의 상기 박막이 통과하는 상기 공간을 한정하는 핀의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 유체 주입 장치는 상기 공간이 상기 회전 유동층의 평균 두께의 2 배 이상 더 좁은 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 유체 주입 장치는 상기 유동층을 포함하고 상기 편향기 및 상기 반응기의 원형 벽으로 유체 제트가 통과하는 상기 공간을 한정하는 반응기의 원형 벽을 따라 고정된 횡방향 링의 부분 또는 링을 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 유체 주입 장치는 상기 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자가 상기 반응기의 원형 벽을 따라 상승할 수 있도록 상기 반응기의 중앙 축선에 대해 비스듬한 횡방향 핀인 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 유체 주입 장치는, 상기 링 또는 링의 부분이 상기 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자가 상기 반응기의 원형 벽을 따라 상승할 수 있도록 배향된 나선형 턴인 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 유체 주입 장치는 상기 수용 통로 또는 회랑의 단부가 상기 주입기의 단부보다 큰 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 유체 주입 장치는 상기 수렴 후 발산하는 공간의 상기 출구의 단부가 상기 수용 통로 또는 회랑 및 상기 주입기의 단면의 합보다 크거나 같은 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 유체 주입 장치는, 상기 유체가 상기 고형 입자의 밀도보다 훨씬 높은 밀도의 가스이고, 상기 회전 유동층의 부유물중의 고형 입자의 평균 회전 속도보다 적어도 3 배 이상 더 큰 속도로 주입되는 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 유체 주입 장치는, 상기 공간의 길이가 상기 공간을 떠날 때의 고형 입자의 속도보가 실질적으로 여전히 더 큰 속도를 갖는 상기 유체에 대해 충분히 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수평 반응기도 사용할 수 있다. 이 경우에, 반응기 내부로의 유체의 주입 속도, 유체의 유량 및 운동 에너지의 전달 효율은 반응기의 상부의 원통형 벽에 대해 유지하기에 충분한 원심력을 생성하는 유동층에 회전 속도를 전달할 수 있을 정도로 충분해야만 한다.

도 11 은 수직 원통형 반응기의 단면도의 개략도로서 이 반응기의 원통형 대칭축선 (202) 의 각 측면상의 원통형 측벽 (201) 의 단면부가 도시된다. 중공부 (203) 가 도시된 일련의 중공 디스크는 반응기를 일련의 원통형 챔버 또는 존 (Z1 ~ Z3) 으로 분할한다. 유체 (204) 는 분배기 (205) 에 의해 반응기 주위로 분배되어 반응기 내부로 분배된 일련의 주입기 (207) 에 연결된 일련의 관 (206) 으로 공급되고, 통상 박막에서, 반응기의 벽에 수평으로 접하는, 즉 도면의 평면에 수직으로 유체를 주입하도록 구성되어 있다. 회전하는 동안, 유체는 검은 점으로 표시된, 부유물의 고형 입자를 함유한 유동층을 통과한다. 화살표 (208) 로 표시된 바와 같이, 고형 입자들은 반경 속도로 반응기의 중앙으로 접근하고, 이 반경 속도는 회전 속도보다 한 차수 낮은 크기이다. 유동층의 대략 원뿔형 표면을 가로지른 후에, 이 단부 (209) 가 도시되는데, 유체 (210) 는 중공 디스크 (203) 의 중앙 개구부로 들어가는데, 이 중공 디스크에는 정지 동안에 고형 입자의 침투를 방지하기 위해 관 (211) 에 상기 중앙 개구부가 놓여질 수 있으며 유체의 흡입을 용이하게 하기 위해 그 중앙 출구 주위가 넓어질 수 있다 (212). 그 후에 유체 (213) 는 유체의 배출을 용이하게 하기 위해 이 배출구 (214) 주위가 넓어질 수 있는 (215) 중공 디스크의 측면 에지의 배출구 (214) 를 통해 제거되고, 일련의 관 (206) 및 주입기 (207) 를 통해 반응기 주위로 분배되고 반응기의 하부 영역으로 공급하는 분배기의 하부 (205.1) 를 통해 일련의 관 (216) 을 통해 적절한 처리 (219) 후에 유체를 순환시키기 위해 흡입하는 압축기 (218) 또는 팬과 연결된 수집기 (217) 를 향한 반응기 주위로 분배된다. 유체는 제거 (220) 되기 전에, 팬 또는 압축기 (218.1) 에 의해, 수집시의 하부 (217.1) 를 통해 여러 번 순환될 수 있다. 유체 순환의 평균 횟수는 팬 (218, 218.1) 의 유량의 비와 거의 동일하다.

유체 주입 속도는 각 영역의 유동층의 중량에 의해 발생된 정수압에 의해 영향을 받는다. 각 영역의 상하부 사이의 유량비와 주입 속도의 과도한 차이를 회피하기 위해서, 유체가 주입되는 슬릿 (207) 은 사다리꼴형으로 표시된 바와 같이, 적절한 형상이 될 수 있고, 이 슬릿은 그 상부에서 주입 속도를 감소시키기 위해 적절하게 분배된 회랑을 구비할 수 있다. 제어 밸브 (222) 는 원통형 챔버의 상이한 레벨에서 주입된 유체 (223) 의 비율과 속도를 조절하는데 사용될 수 있다. 제어 밸브 (224) 는 유체 (220) 의 배출 유량도 조절할 수 있다.

고형 입자 (225) 는 중력, 나선형 나사 또는 유체 제트 등의 적절한 수단을 사용하여 관 (226) 의해 반응기의 바닥부 내부로 도입될 수 있다. 반응기는 중공 디스크에 의해 여러 개의 원통형 챔버 (Z1 ~ Z3) 로 분할되고, 고형 입자들은 중공 디스크를 통과해 배치된 통로 (227) 를 통해서 하나의 챔버에서 다른 챔버로 상승한다. 고형 입자들은 적절한 수단을 사용하는 관 (230) 에 의해서, 반응기의 상부 (229) 에서 마지막 원통형 챔버 (Z3) 로부터 제거된다. 반응기를 신속하게 말리기 위해서, 예컨대 각 챔버의 바닥에는 다른 배출구 (230.1) 가 제공될 수 있다.

이동되는 입자의 양은 이 입자들의 회전 속도에 의존하고, 이 회전 속도는 통로 위에 위치된 유동층의 정수압을 극복할 수 있을 정도로 충분해야 한다. 따라서, 제어 밸브 (222) 를 사용하는 원통형 챔버의 상부에서 주입되는 유체의 속도 및 비율을 증가시킴으로써, 이 챔버의 상부 내부로 주입되는 에너지는 증가되고 또한 고형 입자의 회전 속도도 증가되어서 상부 영역으로의 이동도 증가하게 된다. 각 챔버의 유동층의 표면의 레벨 검출기에 대하여 이 밸브를 서보제어함으로써, 이 표면들은 중공 디스크의 중앙 흡입구와 통로 사이에서 안정화될 수 있다. 이는 반응기의 측벽에 대해서 이 통로들을 제한하는 역할을 하고, 입자 농도는 가장 높아져서, 이 고형 입자들과 이동되는 유체의 양이 감소하게 된다.

한 영역에서 다른 영역으로 이동되는 고형 입자들의 양은 통로가 하부 원통형 챔버의 유동층에 다소 잠겼는지에 따라 변화될 수 있어서, 이 통로들을 따라 각 원통향 챔버의 상부에서 유동층의 표면을 안정화시키는 기능을 한다. 따라서, 평형 상태에서, 유동층은 반응기의 측부로부터 이 통로까지의 거리에 따라 다소 두꺼워질 수 있다.

반응기는 각 영역의 바닥부에서 측부 출구를 통해 비워질 수 있고, 대부분의 유체가 비어있는 챔버를 통해 통과되는 것을 방지하기 위해서, 하부 원통형 챔버가 채워지는 동안에 채워지지 않는 상부 원통형 챔버의 관 (206) 을 통해 유체를 폐쇄시킴으로써, 처음에 바닥부를 통해 채워질 수 있다. 이는, 고형 입자의 치수와 유형을 제한한다면, 순환된 유체 공급 관을 통해, 또는 중공 디스크당 하나 이상의 통로의 배향을 제한한다면 상부를 통해서 실시될 수 있다.

주입기를 출발하는 얇은 유체막은 매우 신속하게 확장되어서 고형 입자로 충분한 운동 회전 에너지를 전달하기 전에 감속되는 경향이 있다. 이를 피하기 위해서는, 반응기 벽과 측부 편향기 사이에 위치된 회랑 또는 공간에 주입된 유체와 한정된 부피의 고형 입자들을 혼합하기 위해서, 적절한 형상의 측부 편향기가 반응기의 측벽에 다소 평행하게 고정되어서 주입기 출구를 폐쇄할 수 있다. 이 측부 편향기는 유체의 팽창을 방지하여서, 유체가 대상물에 적합한 길이 및 형상을 가져야만 하는 고형 입자에 그 운동 에너지의 충분한 일부를 전달하기 전에, 이 공간 또는 회랑 내부에서 유체의 감속을 방지하게 된다.

도 12 는 유체 주입 장치를 도시하기 위한 반응기의 단부이다. 도 12 는 반경 (233) 을 갖는 원통형 반응기의 원통형 벽의 단부 (301), 반응기 내부로 접하여 침투하는, 유체 주입기 (304) 의 폭 (303) 의 단부 (302), 및 반응기의 원통형 벽과 편향기 사이에 위치된, 통상 수렴 후에 발산되는, 공간 또는 회랑 (306) 내부로 유체 제트를 흐르게 하기 위해서, 주입기의 반대편에 있는, 반응기의 원통형 벽으로부터 짧은 거리에 종방향으로 (도면의 평면에 수직인) 배치된 편향기측의 단부 (305) 를 도시한다. 도면은 반경 (235) 을 갖는 유동층의 표면의 원형 단부도 도시한다. 고형 입자는 이들의 이동 방향을 나타내는 작은 화살표 (312) 로 표시된다.

주입기를 구비한 측면 편향기는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 스트림 (308) 이 이 공간 (306) 으로 들어가서 유체 제트 (304) 와 혼합될 수 있는, 폭 (307) 의 접근 통로 또는 회랑을 구속한다. 화살표 (308) 로 표시된, 고형 입자들의 응집된 스트림은 반응기의 고형 입자들의 평균 회전 속도인 속도로, 접근 통로와 회랑을 통해, 측부 편향기 (305) 와 주입기 (302) 의 벽 사이에 위치된, 폭 (307) 을 갖는 통상적으로 수렴 후 발산하는 이 공간 또는 회랑 내부로 침투한다. 이 고형 입자들의 응집된 스트림은 반응기 벽 (301) 과 측부 편향기 (305) 사이의 공간 또는 회랑에서 고형 입자에 운동 에너지의 일부를 주어서 그 운동량을 증가시키는 주입된 유체와 혼합함으로써 희석된다. 그 후에 이 고형 입자들은 유동층의 다른 고형 입자들과 혼합되어서 고형 입자에 수용 운동량이 생기게 한다.

이 공간 (306) 의 제 1 부에서 편향기에 의해 제한된 수렴 또는 발산은 유체 제트의 팽창을 방지하거나 제한하고, 유체 제트가 고형 입자들의 스트림 (308) 을 가속하는 동안에 압력은 그 속도의 알맞은 부분을 유지하기 위해 감소될 수 있다. 이후, 유체 스트림 (309) 은 이들 공간 (300) 의 발산부에서 감속되며, 이들 압력은 상승되어 반응기 압력에 도달할 수 있다. 관성 덕분에, 고형 입자들은 더 조금 감속되고, 유체의 속도보다 더 크거나 가까운 접선 배출 속도를 가져서 고형 입자에 운동 에너지의 많은 부분을 생기게 해준다.

공간 (306) 의 길이 및 그 최소 단부 (310) 가 상기 공간의 출구에서의 고형 입자의 속도가 과도하게 감소할 수 있는 고형 입자에 주입된 유체가 에너지의 많은 부분을 생기게 할 수 있도록 된다면, 주입 압력 및 그 에너지는 고형 입자에 의해 야기된 급격한 감속에도 불구하고, 유체가 출구 (311) 를 통해 벗어날 수 있도록 증가해야만 한다. 이 압력의 증가는 접근 통로 또는 회랑 (307) 으로 전달되어 그곳의 고형 입자의 속도를 감소시키고, 농도는 증가하고 유량은 감소하며, 이에 따라 이 공간 (306) 의 직경에 따라 유체 및 고형 입자의 속도 및 밀도의 에너지 이동 평형점을 찾기 위해서 접근 통로 또는 회랑이 흡수할 수 있는 에너지의 양이 감소하게 된다. 접근 통로 또는 회랑 (307) 에서 고형 입자의 이런 감속을 회피하기 위해서는, 이 공간 (306) 의 길이는 주입기의 단부의 폭 (303) 과 접근 통로의 단부의 폭 (307) 사이의 비가 감소함에 따라 적절하게 짧아져서, 유체는 출구 (311) 에서의 입자의 속도보다 실질적으로 더 큰 속도를 갖는다. 반대로, 고형 입자로 전달되는 에너지의 양은 단부의 이 비가 작아지고 이 공간 (306) 의 길이가 커질수록 커지며, 최적조건은 작동 조건과 대상물에 따라 달라진다.

간략화된 계산은, 이 유체들을 높은 속도로 주입함으로써, 과도한 유량의 증가없이, 매우 경미한 유체에 의해 고형 입자로 충분한 운동량이 전달될 수 있도록 하기 위해서, 유체가 그 운동 에너지의 3/4 이상을 생산하도록 하여서 이 치수들이 작동 조건을 넓게 변화시키는 것을 보여준다.

이 도면은 회전 유동층의 표면의 단부 (311), 이동 방향이 작은 화살표 (312) 로 표시된 고형 입자, 고형 입자들을 반응기로부터 제거하기 위해서 유체 (314) 를 외부 중심으로 흡입하기 위한 종방향 슬릿을 경계짓는 중앙 편향기 (313) 의 단부, 흡입 전에 유체와 고형 입자 사이의 분리를 확실히 하는 이 중앙 편향기의 만곡을 도시한다. 일 실시예에 있어서, 이 도면에서는, 중공 디스크에 대한 접근 관은 유체를 입자로부터 더 잘 분리시키기 위해서, 유체가 중공 디스크의 중앙 개구부로 흡입되는 경계 슬릿, 만곡 (315), 단부 (313) 를 가지며 도면의 평면에 수직인 중앙 편향기에 의해 연결되어 있다.

도 12 에서, 이 공간 및 회랑은 최소 폭 (310) 에 도달하기 위해 먼저 수렴한 후에 출구 폭 (311) 에 도달하기 위해 수렴하게 된다. 이 공간 및 회랑은 일정한 폭을 가질 수도 있다. 이 경우에 유체는 고형 입자 및 이고형 입자를 따르는 유체가 가속됨에 따라 감속된다. 일반적으로, 이 공간 및 회랑의 치수는 작동 조건 및 대상물에 전달되는 운동 에너지에 따라 결정되어야 한다.

반응기의 원통형 챔버에서 높이의 함수로서 반응기의 원통형 표면을 따르는 유동층의 정수압의 감소 또한 중요하게 고려해야 한다. 주입기를 떠나는 유체는 이 벽을 따르는 정수압의 차이 때문에 고형 입자와 혼합되기 전에 반응기의 벽을 따라 상승하는 경향이 있을 수 있다. 이를 회피하기 위해서, 반응기의 원통형 벽에 수직인 예컨대 링 등의 횡방향 편향기는 도 13 에 도시된 바와 같이, 유체가 입자들과 혼합되기 전에, 유체 및 입자들을 원하는 방향으로 안내하기 위한 반응기의 측벽 및 핀에 의해 한정된 공간을 일반적으로 평행하거나 상부로 기울어지게 분할한다.

도 13 은 유체 주입 장치를 더 잘 도시하기 위해 반응기의 측벽 (301) 의 일부를 축측 투영한 것이다. 도 13 은 주입기 (316) 또는 유체가 반응기의 벽을 따라 상승하는 것을 방지하기 위해 횡방향 편향기로서 기능하는, 링 (320) 및 그 측부 편향기 (319) 를 구비한 종방향 단부 (317) 를 도시한다. 또한, 주입기의 측벽 뒤에 위치된 유체 공급관의 입구 (318) 가 점선으로 도시되고, 전방에 주입기의 출구의 단부 (317) 가 그물 모양으로 도시된다. 화살표 (304, 321) 는 반응기의 측벽 (301) 과 측부 편향기 (319) 사이의 수렴 및 발산 공간을 떠나거나 들어오는 유체 및 입자 흐름의 방향을 각각 나타낸다.

주입기는 반응기의 측벽 (301) 을 따라 이동하는 횡방향 링 (320) 의 일부 도는 링에 의해 분리되고, 측부 편향기 (319) 는 이 링 사이에 삽입되고, 이 링은 검은색 화살표 (321) 로 표시되고 고형 입자를 향해 접근 회랑을 출발한다.

넓은 고리 (320) 로 표시된 횡방향 편향기는 일종의 원형 노즐을 형성하는 중공부일 수 있고, 반응기의 벽을 통과하는 관의 수를 감소시키기 위해 주입기 공급에 필요한 공급관을 따라 매치된 일련의 주입기에 유체를 분배하기 위해 하나 이상의 공급 관에 의해 반응기의 외부에 연결될 수 있고, 이는 반응기 내의 압력이 높을 때 바람직하다. 이 링 또는 이 링의 일부 (횡방향 편향기) 는 고형 입자들이 반응기의 측벽을 따라 상승할 수 있도록 배향된 나선형 턴 또는 횡방향 핀일 수 있다. 이 링 또는 이 링의 일부 (횡방향 편향기) 는 중공부일 수 있고 연결된 주입기에 유체를 분배하는 역할을 한다. 고형 입자들이 반응기의 벽을 따라 상승하도록 하여서 반응기의 다양한 원통형 챔버의 상부와 바닥부 사이의 이 벽을 따라 압력의 차 및 유동층의 차의 차를 감소시키기 위해서, 이 링 또는 이 링의 일부 (횡방향 편향기) 는 상방 나선을 형성하면서 각 원통형 챔버 내에서 연속적이거나 비연속적인 일련의 나선형 턴일 수 있고, 또는 챔버의 동일하거나 다양한 레벨로 그룹화되어 있으며 턴 또는 핀의 한 부분의 상부 에지는 다음 하부 에지에 매달려 있는 일련의 나선형 턴 또는 횡방향 핀일 수 있다.

도 14 는 원통형 챔버의 단부의 반을 투영한 것으로, 일련의 나선형 턴 (246) 은 챔버 내부에 3 개의 턴을 만드는 연속 나선, 또는 챔버의 동일한 레벨에 위치되고 서로 90°의 연속적인 간격을 갖는 4 개의 나선형 턴의 3 셋트 중 하나를 형성하고, 상기 턴의 상부 에지는 다음 턴의 하부 에지에 매달려있다. 도 14 는, 단부 (208) 가 보일 수 있고, 중앙 편향기 (238) 의 공급관 (206) 에 의해 연결되고 (212) 에서 확장되며, 중공 디스크의 흡입관 (211) 이고, 유체 (204) 의 공급관 (206) 인 중공 디스크 (203) 의 단부와; 각각이 주입기 (207) 를 출발하는 유체의 흐름 (208), 중앙 편향기 (238) 에 의해 경계지어진 슬릿을 통해 중앙관 (211) 으로 들어오는 유체의 흐름 (210), 및 반응기의 배출관 (216) 을 향하여 중공 디스크 (203) 를 빠르게 통과하는 유체의 흐름 (213) 을 나타내는 화살표 (208, 210, 213) 를 도시하고; 한 영역에서 다른 영역으로 입자가 이동하는 통로 (227), 측부 편향기 (232), 유체 주입기 (207) 및 전방의 그 단부는 나선형 턴 (246) 에 의해 분리되어 하부에서 상부로 연속된 조립체를 형성한다.

도 15 는 통로 (227) 의 단부를 도시한다. 도 15 는 유체가 반응기를 떠나기 위해 빠르게 흘러가는 내부 공간 (250) 및 중공 디스크를 형성하는 두 개의 나란한 판의 단부 (203) 를 도시하고, 이 단부는 도면의 평면에 수직이다. 고형 입자는 화살표 (251) 의 방향으로 이동하는 검은 점으로 표시된다. 고형 입자들은 통로의 경사진 벽 (252) 을 따라서 중공 디스크를 통과한다. 이 고형 입자들은 그 회전 속도의 방향으로, 입자들이 바닥부에서 상방으로 이동하는 것을 용이하게 하기 위해 중공 디스크의 각 측부에서 편향기 (253) 에 의해 지연된다. 이 평향기 (253) 들은 고형 입자들의 상방 이동을 용이하게 하기 위해서, 그 단부 (246) 가 도시되는 나선에 의해 연장된다.

도 16 은 측부 및 중앙 편향기 없이, 도 4 에 도시된 것과 유사한 원통형 챔버의 종방향부의 절반을 따르는 고형 입자의 횡방향 흐름도이다. 도 16 은 반응기의 단부 (201), 그 원통형 대칭 축선 (202), 유체 (204) 를 주입기의 단부 (207) 에 공급하기 위한 관 (206), 도면의 전방의 원통형 챔버의 1/4 지점에 위치된 1/4 나선형 턴의 단부 (246.1) 아래에 위치된, 원통형 챔버의 측벽을 따라 이동하는 1/4 나선형 턴의 개시부의 단부 (246) 를 도시한다.

도면의 평면에 대하여 수직하게 원통형 챔버 안으로 주입된 유체 (204) 는, 유동층 (209) 부분의 표면을 통과하여 중공형 디스크 (203) 의 흡입관 (11) 으로 들어가고, 이곳으로부터 배출관 (16) 에 의해 빨려나간다. 도면의 평면에 수직하는 회전 속도가 횡단 속도보다 큰 고형 입자는, 유량 (Fe) 으로 하부 통로 (227e) 를 통해 원통형 챔버로 들어오고, 유량 (Fs) 으로 상부 통로 (227s) 를 통해 빠져나간다. 배출 유량이 흡입 유량보다 크다면, 챔버의 고형 입자가 점진적으로 비워져 유동층의 표면이 그 측벽에 접근하여, 자동으로 배출 유량 (Fs) 이 감소하게 된다. 유동층의 높이를 조절하는 또 다른 방식은, 입자 감지기를 이용하여 챔버 상부의 유체의 주입 유량을 서보제어하는 것으로, 감지기는 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 의해 유량 (Fp) 으로 상방으로 떠밀린다 (상방 화살표). 이 유량이 배출 유량 (Fs) 보다 크다면, 고형 입자는 나선형 턴과 관 (211) 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 두께의 차를 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 다른 챔버로 이송되는 고형 입자를 감속시켜 다음 원통형 챔버의 하부에 있는 고형 입자의 회전 속도를 감소시킨다.

고형 입자의 회전 속도가 감소하여 원통형 챔버 하부의 원심력이 감소하면, 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, 운동량의 효율적 전달에 필요한 에너지의 양을 증가시킨다.

내부 순환은, 유동층을 평균 회전 속도가 가정되는 링으로 분할하고, 이 유동을 결정하기 위하여 이들 링 사이의 압력 및 두께 차이를 결정하고, 일련의 근사치로서 이들 링의 평균 평형 회전 속도를 결정하기 위하여 운동량 보존 법칙을 적용함으로써 대략적으로 측정될 수 있다.

이들 속도는, 특히 유체에 의해 고형 입자로 전달되는 운동량에 의존한다. 개방 공간에서, 이 운동량은 유체의 회전 속도에 의존하는데, 이는 유체의 주입 속도 보다는 원통형 챔버의 크기 및 유체의 유량에 보다 밀접하게 관련된다. 반면에, 수렴 공간에서의 압력의 변동은 고형 입자에 운동 에너지 및 그 주입 속도와 관련된 운동량을 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.

한정된 공간의 치수가 적당하고, 특히 유체와 고형 입자의 속도 및 치수의 비에 의존한다면, 유체는 고형 입자에 가능한 거의 대부분의 운동 에너지를 생성시킬 수 있다. 통상, 속도비 (vf/vp) 가 크고/크거나 고형 입자와 유체 밀도 사이의 비가 작을수록, 최적 조건 하에서 유체로부터 고형 입자로 최대 운동 에너지를 전달하기 위해서 단면의 비 (Sp/Si) 는 커질 수 있다.

규모의 아이디어를 제공하기 위해서, 고형 입자의 밀도가 유체의 밀도보다 700 배 더 크고 유동층에서의 고형 입자의 농도가 약 35 % 라면, 흡입 단면의 비 (Sp/Si) 가 2 라면, 흡입 단면에 대한 배출 단면의 비 (Ss/(Sp+Si)) 가 약 2.2 라면, 또한 한정된 공간이 고형 입자의 크기 및 형상에 따라 유체가 고형 입자에 그 에너지를 줄 수 있도록 충분한 길이를 갖는다면, 유체 및 입자의 제한된 공간으로부터의 배출 속도가 똑같고 유체의 부피의 다양성을 고려한다고 가정한 간단화된 계산은 유체 주입 속도 (vf) 가 고형 입자의 회전 속도 (vp) 의 8 ~ 12 배일 때, 유체와 입자의 배출 속도가 고형 입자에 그 운동 에너지의 약 90% 를 생성시키는 유체의 주입 속도의 약 1/6 인 것을 보여준다.

입자의 배출 속도보다 더 큰 유체 배출 속도를 얻기 위해서 제한된 공간의 길이가 감소된다면, 또한 교차부의 비 (Ss/(Sp+Si)) 가 1.3 까지 감소된다면, 유체는 여전히 더 낮은 속도비 (vf/vp) 로 입자에 80% 이상의 운동 에너지를 줄 수 있다.

밀도비가 10 배 더 작아지고, 이에 따라 유체와 고형 입자 사이에 충분한 에너지를 전달하기 위해 필요한 유체의 양이 상당히 감소하게 된다면, 속도비 (vf/vp) 는 교차부의 비 (Ss/(Sp+Si)) 가 1.2 인 최적 조건을 유지하면서 3 까지 감소할 수 있다.

본 발명의 목적에 따라, 더 정확한 최적 치수는 수치 시뮬레이션 및 시제품의 실험에 의해 모든 파라미터를 고려하여 결정될 수 있다.

수평 반응기

수평 반응기에 있어서, 유체는 주입 압력을 표준화하는 분배기로부터 동일한 높이에서 주입 슬릿을 따라 주입되기 때문에, 그 주입 속도는 거의 일정하다. 반대로, 이 슬릿들이 반응기의 동일한 높이에 배치되어 있지 않다면, 한 슬릿에서 다른 슬릿으로의 주입 속도는 다양할 수 있다. 주입 속도는 반응기의 바닥부에 위치된 슬릿이 더 작다. 이 주입 속도의 차가 너무 크고, 주입기 슬릿을 반응기의 바닥부에 위치시킬 필요가 있다면, 유체를 상이한 압력으로 주입하기 위해서, 개별 분배기를 구비할 필요가 있을 것이다.

입자의 평균 회전 속도는 반응기의 상부에서 최소이고 바닥부에서 최고이며, 이 최소값과 최고값 사이의 차는 그 위치 에너지 때문이다. 이는 유동층의 두께가 반응기의 상부에서 더 커야하기 때문이다.

반경 (R) 인 수평 반응기를 갖는 폭 (L) 의 영역에 대해서 이하와 같은 사항을 고려해야 하는데, 평균 유체 밀도 (Df), 실제 밀도×농도 (Cct) 의 값과 동일한 입자의 벌크 밀도 (Dp), 밀도비 (X=Dp/Df), 유동층의 표면 반경 (RI), 유동층의 평균 두께 (E=R-RI), 유동층의 표면적 (SI=2p.L.RI), 유동층의 부피 (VI=π.L.E.(2R-E), 유동층의 상부의 평균 두께 (Es=E+dE) 및 하부의 평균 두께 (Ei=E-dE) 이고 dE 는 유동층의 표면과 반응기의 대칭축 사이의 거리, 유동층의 중간, 상부 및 하부에서의 입자의 평균 회전 속도 (v, vs, vi), 중공 디스크를 통과되는 입자의 흐름 (Fp), 상기 영역에서 유체 주입 슬릿의갯수, 주입 슬릿의 두께 또는 폭 (Ef), 상기 영역의 주입 슬릿의 총 단면적 (Sf=Nf.Ef.L), 유체 주입 속도 (vf), 유체 흐름량 또는 유량 (Ff=Sf.vf), 유동층으로부터 그 배출구에 가까운 유체의 반경 방향 속도 (vrf=Ff/(SI.(1-Cct))), 유동층으로부터 그 배출구까지의 평균 속도 (vsl=k.v), 여기서 통상 1 에 가까운 k 는 실험으로 결정 가능한 변수, 중공 디스크의 흡입 개구부의 비 (Rd) 및 영역당 중공 디스크에 두 개의 중앙 흡입구가 있다면, 중공 디스크에서 유체의 흡입 속도 (ved=Ff/(2p.Rd²)) 이다.

질량 보존량은 Es.vs=(E+dE).vs=E.v=(E-dE).Vi 이고 에너지 보존량은 vi²-vs²≒2g.(2R-E) 이고, x=dE/E 라면 2E³.dE.v²≒g.(2R-E).(E2-dE²)² 또는 x/(1-x²)²=g.(R-E/2)/v² 이고, 첫번째 근사화로서 x≪1 또는 g.(R-E/2)≪v² 이라면 dE≒g.(R-E/2)v² (10) 이고, 이때의 g 는 중력이다.

반응기의 벽을 따른 압력과 원심력의 평형은 반응기의 상부와 하부 사이의 압력의 차 (dP=Pi-Ps=2.Dp(E.g+dE.v²/R.(1-x²))) 를 발생시키는데, 여기서 Pi 및 Ps 는 각각 반응기의 산부 및 저부에서의 압력을 나타낸다. 이 압력은 상부에서와 같이 반응기의 바닥부와 동일한 속력으로 유체를 주입하기 위해 상쇄되어야만 한다.

평형 상태에서, 유동층을 통과한 유체에 의해 입자에 생성된 에너지는 마찰 및 난류에 의해 유동층에 의해 잃어버린 에너지, 및 마찰 및 이동 동안의 입자의 속도의 방향의 변화때문에 중공 디스크의 통로를 통한 이동 동안에 입자에 의해 잃어버린 에너지, 또는 제 1 영역에 대해서, 유체의 주입 속도에 따라 이 영역으로 주입되는 입자에 의해 얻어질 에너지와 동일하다.

1/Cx 가 마찰에 의한 유동층의 회전에 대한 저항이고 Kp.v.cosα가 마찰에 의한 인자 (Kp) 에 의해 감속되고 통로의 경사에 따른 각에 의해 편향되는, 중공 디스크를 통과하는 통로를 출발하는 입자의 회전 속도라면, 근사 평형 등식은 이하와 같다:

Ff·(vf²-k²·v²)/2=X·Vl·g·v/Cx+X·Fp·(v²-Kp²·cosα²·v²)/2 … (11)이고, 여기서,v={-b+(b²+a×c)^1/2}/a 또는 a=Ff.k²+Fp.X.(1-Kp².cosα²); b=X.Vl.g/Cx 및 c=Ff.vf²=Ff³/Sf² 이다.

그러나, 난류가 낮다면, 입자의 회전 속도는 중공 디스크의 마찰 및 입자 이동에 의해 유발된 입자의 감속때문에 중공 디스크에 가까워질수록 더 낮아진다. 이 경우에, 유체의 유량 및 유동층의 두께는 더 약한 원심력에 의해 발생된 저압을 보상하기 위해 약간 더 두꺼워지고, 이 압력의 차이는 내부 입자 흐름을 발생시키고, 이 흐름은 반응기의 측벽을 따르는 중공 디스크의 표면을 향하고 유동층의 표면을 따라 반대방향이다. 내부 순환 (Fi) 은 속도차를 줄여준다. 또한, 중공 디스크에 가까운 유체를 더 높은 속도로 주입함으로써, 고형 입자의 회전 속도를 증가시켜서 원심력을 증가시키는 것이 가능하고, 이에 따라 중공 디스크에 가까운 유동층의 두께를 감소시켜서 중앙 개구부의 고형 입자의 동반 흐름의 위험을 감소시킬 수 있게 된다.

수직 반응기

도 20 은 내부 순환 및 유동층의 표면에 대한 그 영향을 보여주기 위한, 수직 반응기의 영역의 단부의 절반을 도시한다. 도 20 은 반응기의 측벽의 단면 (201), 원통형 대칭축 (202), 중공 디스크의 단면 (203), 주입 슬릿 (207) 의 관 (204) 을 통해 유입되는 유체 (206), 유동층 (209) 의 표면의 단면, 및 중공 디스크 (203) 를 통과하는 통로 (227) 를 도시한다.

고려된 영역은 영역의 바닥부 (n=1) 부터 상부 (n=N) 까지 높이 (h) 를 갖는 일련의 중첩된 원통형 부분으로 분할되고, 이 영역의 높이는 H=N×h 이다. 3 개의 연속된 부분에 대해서, Rl', Rl 및 Rl" 와 v',v 및 v" 를 정의할 수 있는데, 이들은 각각 부분 (n-1, n, n+1) 에서 도면의 평면에 수직인, 유동층의 표면의 반경 및 입자의 평균 회전 속도를 나타낸다.

R 을 반응기의 반경이라고 하고, 부분 (n) 의 유동층의 두께 (E=R-Rl), 이일련의 부분 사이의 유동층의 두께의 증가량 (dE'=E'-E=Rl-Rl', dE"=E-E"=Rl"-Rl), 부분 (n) 의 유동층의 부피 (Vl≒p.h.(R²-Rl²)), 부분 (n) 내부로 주입되는 유체의 흐름 (Ff=h.Ef.Nf.vf) 을 정의하고 여기서 Ef 및 Nf 는 부분 (n) 의 유체 주입 슬릿의 두께 및 갯수이고 vf 는 주입 속도이며, 유동층은 도면의 평면에 수직이다.

고형 입자의 평균 회전 속도가 일 부분에서 다른 부분까지 동일하다면, 즉, v"=v=v' 라면, 부분의 에지를 따른 압력 (Pb) 이 유동층의 정수압에 따라 변화하기 때문에, 부분 (n ~ n-1) 사이의 압력의 차가 dPb'=Pb'-Pb=Dp.h 가 되고, 정수압의 증가분을 상쇄하기 위해 원심력에 요구되는 압력의 증가는 약 dE'≒h.R.g/v² 이 되고, 이때 g 는 중력이다. 이 경우에, 유동층의 표면의 단면은 얇은 라인 (209') 로 나타난 부분이다.

v">v>v' 일 때, 원심력의 차이는 연속된 부분 사이의 압력의 차이를 유발하고, 이 압력의 차이는 그 반응기의 벽인 측부 에지와 유동층의 표면인 내부 에지 사이에서 분배된다. 동적 압력 차이라고 불리는 반응기의 에지를 따른 추가적인 압력의 차이는 부분 (n+1 ~ n) 과 부분 (n ~ n-1) 사이에서 각각 dPb"=Pb-Pb"≒-Dp.E.(v"²-v²)/2.R/g 와 dPb'=Pb'-Pb≒-Dp.E.(v²-v'²)/2.R.g 이고, 유동층의 표면을 따른 추가적인 압력의 차이는 동적 두께의 차 (e"=E.(v"²-v²)/2.v² 및 e'≒E.(v²-v'²)/2.v'²) 로 불리는 추가적인 두께의 변화를 유발한다.이 두께의 차는 단면 (209) 가 되는 유동층의 표면의 경사도를 감소시키고, 동적 압력이 차와 결합되어, 유동층의 표면을 따라 상방으로 또한 반응기 벽을 따라 하방으로, 부분 (n+1 ~ n) 사이의 내부 흐름 (Fi") 과 부분 (n ~ n-1) 사이의 내부 흐름 (Fi') 을 유발한다.

Fl">Fi' 라면, 부분 (n) 에서, 질량의 보존은 중심의 측부 에지로부터 Fi'=Fi"+dFi 와 같은 반경 내부 순환 (dFi) 을 필요로 한다. 이 구심형 흐름은 질량 (dPx, dEx) 에 의해 부분 (n) 의 압력 및 두께를 증가시켜서, 부분 (n-1 ~ n) 사이의 경사도를 증가시키고 부분 (n ~ n+1) 사이의 경사도는 감소시키게 된다. 동적 두께 및 압력의 차이는 각각 e"=dEx+E.(v"²-v²)/2.v², e'≒-dEx+E.(v²-v'²)/2.v'², dPb"≒dPx-Dp.E(v"²-v²)/2.R.g 및 dPb'≒-dPx-Dp.E.(v²-v'²)/2.R.g 이다.

압력 및 경사도의 동적 차이는 난류에 크게 의존하는 내부 순환을 유지, 가속 또는 감속시키며, 난류의 발생에 기여한다.

도 20 에 도시된 실시예에서, 부분 당 유체의 주입량 또는 주입 속도는 영역의 바닥부에서 입자의 회전 속도를 빠르게 가속하도록, 또는 v'<v<v" 가 되도록 제공된다. 내부 흐름 (Fi) 은 빠르게 증가되고 반응기의 측벽을 따라 하방으로 향하고 유동층의 표면을 따라 상방을 향하며, 유동층의 표면의 수리동적 경사 (209) 는 이론적 경사 (209') 보다 낮아진다.

그 후에 유체는 영역의 중앙부에 감속된 속도로 주입된다. 고형 입자의 회전 속도는 점진적으로 감속하거나, 또는 v'>v>v" 이고, 내부 흐름 (Fi) 은 감속되고 이 부분이 충분히 높다면 보존될 수도 있다. v=v' 이라면, 유동층의 표면의 수리동적 경사 (209) 는 이론적 경사 (209') 보다 크다. 이에 따라 유동층의 표면은 입자의 평균 회전 속도를 증가시키지 않고도 중간 부분의 경사를 더 높게 할 수 있다. 영역의 상부에서, 유체에 의해 전달된 에너지는 입자의 평균 회전 속도를 가속시키기 위해 다시 증가되어 입자가 상부 영역으로 확실히 이동할 수 있도록 통로 (227) 를 가로지는 압력의 차이에도 불구하고 입자에 충분한 에너지를 주어서, 영역의 하부로서 동일한 방향으로 내부 흐름을 다시 증가시키게 된다.

한 부분에서 다른 부분으로의 내부 흐름의 증가 또는 감소는 경사 및 압력의 동적 차이에 의한 에너지와 동일하고, 난류 및 마찰에 의해 손실된 에너지보다 적다.

에너지 보존법칙은, Fi" 의 운동 에너지는 난류 및 마찰에 의한 에너지 손실분보다 적은 Fi' 의 운동 에너지와 유동층의 표면을 따른 동적 경사의 차이를 통해 얻어지거나 또는 측부 에지를 따른 동적 압력의 차이를 통해 잃어버린 에너지의 합과 같음을 나타낸다. 평형상태에서, 에너지 손실은 고형 입자의 회전 에너지의 전달에 의해 상쇄되고, 이 회전 에너지 자체는 유동층을 통과하는 유체의 회전 에너지로 발생된다.

Eci' 및 Eci" 가 에지를 따라 또는 표면에서의 운동 에너지의 흐름을 나타내고, Ki 가 부분 (n) 에서 잃어버린 마찰 에너지를 나타내는 유효 인자라면, 다음과 같은 에너지 보존식을 얻게 된다: Eci'=Dp.Fi'³/S² 인 Eci"=(1-Ki).Eci'+Dp.(Fi'+dFi).E.(v"²-v²)/R.g 를 얻게 되고, 여기서 S≒p.E.(R-E)/4=Vl/4.h 는 평균 내부 유동 속도 (vi=Fi/S) 와 같은 유동층의 표면 및 반응기 벽을 따른 Fi 에 의해 횡단된 평균 단면이다.

유동층의 두께가 상대적으로 낮다면, 내부 흐름 (Fi) 은 벽 근처에서 빠르게 증가한 후에 안정된다. dFi=0 일 때, 에너지 보존식은 Fi²/S²=vi²≒(v"²-v²).E/R.Ki 가 된다.

그 합이 0 인 내부 흐름 (Fi) 은 중공 디스크 (203) 를 통하는 통로 (227) 를 통해 한 영역에서 다른 영역으로 통과하는 입자의 흐름 (Fp) 에 더해진다. 이 흐름들은 여러 영역 (Et', Et") 사이의 입자들로부터 회전 에너지의 전달을 유발하고 회전 속도 사이의 차이를 감소시키게 된다.

평형 상태에서, 유체가 가로지르는 부분의 입자들을 회전시키기 위해 유체로부터 생성된 에너지 (Ef), 및 인접한 부분으로부터의 입자에서 발생된 전달된 에너지 (Et', Et") 는 마찰 및 난류에 의해 잃어버린 회전 에너지 (Ex), 및 흐름 에너지의 손실분 (2.Ki.Eci') 와 동일하고, 따라서 Ef+Et'+Et"=Ex+Ki.Eci' 이다. 첫번째 근사화로, 다음과 같이 쓸 수 있다:

Ff.(vf²-k².v²)/X≒2.Vl.g.v/Cx+Ki.Fi'.vt'²+(Fp+Fi).(v²-v'²)+Fi"(v²-v"²)‥(10)

여기서 k.v 는 유동층의 출구에서, 입자의 평균 회전 속도에 가까운, 유체의 회전 속도이고; X=Dp/Df 는 유체의 밀도에 대한 유동층에서의 입자의 벌크 밀도의 비이고, 1/Cx 는 고려되는 부분에서의 난류 및 마찰에 의한 회전 에너지의 손실을 나타내는 마찰 계수이고, Fi'와 Fi" 는 절대값으로 주어진다.

각 부분 (n+1, n, n-1) 에서의 유체 주입 속도 (vf", vf, vf') 는 반응기의 내부 에지와 분배기 사이의 압력 차이에 의존하고, 이는 한 부분에서 다른 부분으로 변화한다. 제 1 근사화로서, 압력의 변화가 작을 때, 공급 압력이 부분 (n, n-1) 에 대해서 동일하다면, 부분 (n) 에서의 유체 주입 속도의 제곱은 vf²≒vf'²+2g.X.dh-2X.E.(v²-v'²)/R 이다. 압력이 제어 밸브를 사용하는 상부 공급관 (6) 에서 감소되지 않고/감소되지 않거나 적절한 장애물이 주입 슬릿의 상부에 삽입되어 유체의 속도를 감소시킨다면, 유체의 주입 속도의 제곱은 부분의 높이에 따라 급격하게 증가하게 된다.

하부에 있어서, 하부 디스크의 통로를 통한 입자의 이동은 디스크를 통한 통로의 출구에서 입자의 회전 속도의 계산, 즉 vps=Kp.vpe 을 필요로 하고, 여기서 Kp 는 통로에서 마찰에 의한 vpe 의 감속 계수를 나타내고, vpe 는 이전 영역의 상부에서의 부분의 입자의 평균 회전 속도 (V') 와 거의 동일한, 통로의 입구 속도를 나타낸다.

Lp 가 반응기의 측벽과 통로 사이의 거리이고, Ed 가 중공 디스크의 높이 또는 두께이면, 이 통로에서 압력 차 (dPb) 는 대략 dPb≒Dp.[(H+Ed)+Lp.(v²-v'²)/R.g] 이고, v 는 고려되는 영역의 바닥부에서 입자의 평균 회전 속도이다. 통로에서 에너지 평형식은 Dp.(Kp².vpe²-vps²)/2≒dPp.g 이고, 하부 영역이 고려된 영역과 유사하다면 vps 의 추정을 가능하게 한다.

이 다양한 식은, 각 부분의 입자의 흐름이 상대적으로 균일한 한은, 사전 정의된 구성 및 사전 정의된 계수에 대해서, 연속된 반복에 의해 한 부분 한 부분당 Ff 의 함수로서 변수 (Fi, vp, El) 의 크기 차수를 대략적으로 추정하는 기능을 한다. 그럼에도 불구하고 더 정확한 결과를 얻기 위해 파일럿 유닛에 있어서 더 복잡한 수치 계산 및 시뮬레이션이 요구된다.

본 발명의 장치는 유동층의 부유물의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅 또는 다른 처리, 또는 이 장치를 사용하는 유체의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 산업 공정에 적용될 수 있다. 이는, 일 실시형태에 있어서, 본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 적어도 중력의 3 배 이상 더 큰 원심력을 발생시키는 평균 회전 속도에서 상기 고형 입자를 동반하는 유량 및 주입 압력에서, 반응기의 원통형 또는 원형 챔버의 내부로유체를 연속적인 층으로 주입하는 단계, 및 상기 원통형 또는 원형 챔버 내부로 침투하거나 통과하는 중앙 덕트를 통해 중앙으로 이 유체를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 상기 유체의 재순환 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 상기 고형 입자의 재순환으로 구성된 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직한 다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 상기 고형 입자에 액체를 미세 액적으로 분무하는 단계와 상기 입자들을 함침하거나 둘러싸는 상기 액체가 상기 회전 유동층을 통과하는 상기 가스상 유체와 화학적으로 반응하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 특히, 본 발명은 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 중력 가속도인 g 및 반응기의 직경의 곱의 제곱근보다 더 큰 평균 회전 속도를 고형 입자에 주는 속도 및 유량에서 유체 또는 유체 혼합물을 수평 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 또한 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 상기 회전 유동층에서 중력보다 더 큰 원심력을 발생시키는 속도 및 유량에서, 유체 및 유체 혼합물을 수직 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하고, 상기 고형 입자는 상기 하나의 원통형 또는 원형 챔버에서 상기 반응기의 바닥부를 향하는 다른 챔버로 이동되는 것을 특징으로 한다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 또한 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 상기 원통형 챔버의 상부에서 바닥부로 떨어져서 상기 하나의 하부 원통형 또는 원형 챔버로부터 상기 고형 입자를 분리하고 이 고형 입자가 상승하도록 유발하는 방향으로 배향된 상기 중공 디스크에 배치된 하나 이상의 통로를 통해 상기 상부 원통형 또는 원형 챔버로 고형 입자들이 통과하도록 하여 얻을 수 있는 속도보다 더 큰 평균 회전 속도를 고형 입자에 주는 속도 및 유량에서 유체 또는 유체 혼합물을 수직 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따라 상기 반응기로 재순환되는 상기 고형 입자가 존재하는 촉매를 재생하는 유체를 관 도는 이동 컬럼에 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법은 상기 고형 입자에 의해 동반되는 원하지 않는 유체의 상기 반응기로 재순환되는 상기 고형 입자를 흘려보내는 유체를 본 발명에 따른 관 또는 이동 컬럼 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합법을 제공하며, 이중모드 또는 다중모드의 폴리머를 제조하기 위해서, 상기 세트로부터 개별적으로 제거되고, 한 세트에서 다른 세트까지 상이한 능동 유체를 함유하는 상기 유체 또는 유체 혼합물을 본 발명에 따른 두 세트 이상의 일련의 원통형 챔버로 재순환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합법을 제공하며, 본 발명에 따른 주입기에 의해 하나 이상의 상기 원통형 챔버의 상기 유동층의 표면에 공단량체의 미세 액적을 분무하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 있어서, 주입은 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합법에 관한 것이며, 본 발명에 따른 주입기에 의해 하나 이상의 상기 원통형 챔버의 상기 유동층의 표면에 상기 고형 입자를 냉각시키는 기능을 하는 액체를 분무하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치는 다양한 공정에서 바람직하게 사용될 수 있다. 이때문에 본 발명은 또한 중합 공정시 본 발명에 기재된 장치의 사용을 포함한다. 예컨대, 본 발명은 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자를 중합하는 방법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 중합 공정시 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것으로, 일종 이상의 상기 유체가 알파-올레핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 고형 입자가 촉매인 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물을 촉매 중합하는 방법에 있어서, 본 발명에 기재된 장치의 사용을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 촉매 중합법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것으로, 상기 유체 또는 유체 혼합물은 올레핀, 예컨대 경질 올레핀을 포함하며 상기 촉매 중합은 상기 올레핀, 예컨대 상기 경질 올레핀의 분자량 분배의 변화를 적용하는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 촉매 중합법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것으로, 상기 유체 또는 유체 혼합물은 에틸벤젠을 포함하며 상기 촉매 전환은 에틸벤젠을 스티렌으로 전환하기 위해 탈수소화를 적용하는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직한 다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 촉매 중합법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것으로, 상기 고형 입자는, 상기 유체 또는 유체 혼합물의 고형 입자의 농도를 감소시키기 위해 상기 탈수소화에 의해 생성된 수소와 반응할 수 있는 성분을 포함하며, 이 상기 성분은 상기 원형 반응 챔버의 외부에서 재생가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 또한 상기 고형 입자를 건조시키거나 그 입자의 휘발성 화합물을 추출하는 방법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이고, 특히 상기 반응기의 원통형 또는 원형 벽을 따라 위치되고 하나의 원통형 챔버로부터 바람직하게는 가장 무거운 상기 고형 입자의 환류하도록 다른 통로의 방향과 반대인 방향으로 다른 곳으로 고형 입자의 이동이 용이하도록 구성된 상기 제 2 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 상기 고형 입자의 함침 또는 코팅법에 있어서 본 발명에 기재된 장치의 사용에 관한 것이다. 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명은 건조, 추출, 함침 또는 코팅법에 관한 것으로, 상기 고형 입자는 농작물의 알갱이, 분말 또는 다른 분획물인 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명에 따른 장치는 다양한 방법에 따라 다양한 시스템에 적용될 수 있다. 상기 방법들의 다수의 실시예가 이하에 주어지고, 본 발명에 따른 장치가 적용될 수 있다. 어느 정도인지는, 이 다양한 방법들은 도면을 참조한 실시예에 의해 도시될 수 있다. 이 실시예에 대한 수학식은 상기의 식과 관련이 있다. 그러나, 입자의 회전 속도는 입자의 유형과 원통형 챔버의 공기역학에 따른 유동층의 속도 및 난류 등의 인자의 세트에 따라 달라져서, 이하의 실시예는 정보를 위해 제공된다.

도 1 은 3 개의 동심 벽을 포함하는 본 발명에 따른 원통형 반응기의 종방향 개략도를 도시한다.

도 2 는 (y) 및 (z) 축의 평면을 따라, 본 발명에 따른 원통형 반응기의 횡방향 개략도를 도시한다.

도 3 은 유체 주입기의 하류의 원형 벽의 작은 변화가 주입기의 출구 평면을 어떻게 바꾸는지를 보여주는, 유체 주입기 주변 영역의 횡방향 개략도를 도시한다.

도 4 는 반응 챔버로부터 유체를 공급 및 제거하기 위한 장치가 개량된 반응기의 (y) 및 (z) 측의 평면을 따른, 횡방향 개략도이다.

도 5 는 두 개의 유체 주입기 주위에 위치된 영역의 확대도이다.

도 6 은 (x) 축이 유동층의 회전축 (OO') 과 일치하고 수직인 (x) 및 (z) 측의 평면에서, 중첩된 원형 챔버의 두 부분의 연결의 종방향 개략도이다.

도 7 은 일련으로 위치된 두 개의 원형 반응 챔버의 일측에 도입된 고형 입자의 건조에 적용되는 도면이다.

도 8 은 유동층의 회전축이 가파르게 경사지고, 중앙 덕트가 상기 하부측의 소정의 거리에서 난류하는 것을 제외하고는, 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 개략도이다.

도 9 는 중앙 덕트의 각 단부에서 원심 압축기를 포함하는, 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 개략도이다.

도 10 은 본 발명의 원통형 반응기의 공급 챔버 및 중앙 덕트가 4 개의 부분으로 분할되는 본 발명의 실시형태를 도시한다.

도 11 은 수직 원통형 반응기의 개략적인 단면도이며, 그 원통형 대칭축의 각 측에 그 원통형 측벽의 단면이 도시되어 있다.

도 12 는 유체 주입 패턴을 나타내는 반응기의 단면도이다.

도 13 은 유체 주입기의 일례를 더욱 잘 나타내기 위한, 반응기의 측벽부의 축측 투영도이다.

도 14 는 원통형 챔버의 절반 단부의 투영도이다.

도 15 는 반응기의 한 영역에서 타 영역으로 입자를 전달하는 통로의 단부를 나타낸다.

도 16 은, 측면 및 중심 편향기가 없는, 도 4 에 도시된 원통형 챔버와 유사한 길이방향 단부의 절반을 따르는 고형 입자의 횡단 흐름을 나타낸다.

도 17 은 이중모드 (bimodal) 또는 다중모드 (multimodal) 촉매 공중합을 위하여 약간 개조한 것을, 도 1 과 유사하게 단순화한 것이다.

도 18 은, 고형 촉매 입자를 함유하는 회전 유동층의 유체 또는 유체 혼합물의 촉매 변환을 위하여 약간 개조한 것을, 도 7 과 유사하게 단순화한 것이다.

도 19 는 대기압보다 약간 낮은 압력에서 작동하는 수평 반응기의 길이방향 단부를 나타낸다.

도 20 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 21 은 도 19 및 도 20 에 도시된 유체 주입 장치의 확대도이다.

도 22 는 도 20 에 수직인 평면 BB' 을 따라, 중공 디스트와 수집기를 연결하는 노즐의 부분도이다.

실시예 1: 본 발명에 따른 장치를 사용하는 분해 가솔린의 경질 올레핀으로의 전환

도 8 에 도시된 원통형 반응 챔버는 직경 1 m, 길이 4.5 m, 평균 두께 (폭) 0.23 m 이고, 부피는 2.5 m² 이다. 고온으로 예열된 분해 가솔린으로 구성되고, 주입 온도 및 압력에서 약 5 kg/m³ 의 밀도를 갖는 유체 (100) 는 주입기 (105) 내부로 고속 (예컨대 200 ~ 300 m/s, 위치압력은 100 ~ 200000 Pa) 으로 주입되어 원하는 온도 (600℃ 이상) 까지 과열되고, 동시에 순환된 유체로서 상기 유체는 노 (102) 로 이동한 후에 반응 챔버 내부로 이동하고, 예컨대 유체는 0.005 m 두께의 17 개 주입 슬릿을 통해 60 m/s 의 속도로 주입되고, 유량은 약 23 m³/s 또는 400 톤/시간이다. 이 높은 유량은 양측의 유체를 제거하기 위해 반응 챔버를 통과하는 중앙 덕트를 필요로 하며, 반응기는 수직이거나 수평일 수 있다. 순환된 유체의 양이 약 50 % 라면, 분해 가솔린 공급 유량은 1 시간당 약 200 톤이 되고 반응 챔버내의 평균 체류 시간은 약 0.2 초이다.

Cc×Kf×M/m×Ke~30 이고, X~0.7 이라면, 관 (16) 을 통해 공급되는 촉매 분말은 약 13 m/s 의 평균 회전 속도 (Vp) 로 이동되어, 중력의 35 배의 원심력을 생성하고, 원통형 벽에 약 30000 Pa 의 압력을 발생시켜서 2 m/s 의 이상 속도로 유체가 유동층을 통과할 수 있도록 한다. 촉매 분말은 관 (19) 을 통해 제거되고 재생 후에 용이하게 재순환될 수 있으며, 순환 시간은 수분 ~ 수시간 사이일 수 있다.

실시예 2: 본 발명에 따른 장치를 사용하는 곡물 알갱이의 건조

도 9 의 도면에 따라 곡물 알갱이가 건조될 수 있다. 반응 챔버 또는 건조 챔버는 상기 실시예의 치수와 동일한 치수를 가질 수 있다. 이 경우에, 공기를 냉각시키고 건조를 완료하는 동안 가열하기 위해서 신선한 공기 (112) 는 관 (8.1) 을 통해, 선택적으로 수분 컨덴서 (113) 를 통해 도입되어서 곡물 알갱이 배출구 (19) 의 측부의 반응 챔버의 단부를 통과하게 된다. 그 다음에 이 공기 (11.1) 는 원심 압축기 또는 팬 (108.1) 에 의해 라인 (10.1) 을 통해 흡출되어 가열기 (102) 에서 추가적으로 가열된 후에 라인 (8.2) 을 통해서 반응기로 재순환된다. 여러 번 재순환된 후에, 이 공기 (11.2) 는 원심 압축기 또는 팬 (108.2) 에 의해 라인 (10.2) 을 통해 흡입출되어 가열기 (102) 에서 가열된 후에 라인 (8.3) 을 통해서 반응기로 재순환된다. 여러 번 재순환 된 후에, 이 수분을 함유하고 라인 (16) 을 통해 공급되어 가열된 곡물 알갱이에 의해 냉각된 공기는 (114) 에서 제거된다.

공기는 압축기 또는 팬에 의해 흡출되고, 건조시키는데 유리한 반응기의 압 력은 대기압보다 낮으며, 기계적 수단은 저장을 위해 건조된 곡물 알갱이를 대기압에서 용이하게 이동시킬 수 있다. 이 공기는 상기 실시예에서와 동일한 양인 23 m³/s , 또는 시간당 약 100 톤이 건조 챔버 내로 주입될 수 있다. 공기가 5 번 ~ 10 번 정도 재순환되면, 시간당 10 ~ 20 톤의 새로운 공기가 생기고 곡물 알갱이과 접촉하는 시간은 약 0.5 ~ 1 초이다.

건조 챔버에서 곡물 알갱이의 양은 약 500 kg 이고, 한 시간당 20 톤을 건조하는데는 90 초의 평균 체류 시간이 걸리고, 이는 공기의 저압 및 고속에 충분하여 짧은 체류 시간으로 인해 더 높은 온도에서 작동한 후에 반응기를 떠나기 전에 곡물 알갱이를 냉각시키는 가능성을 줄 수 있다.

이 조립체는 컴팩트하고 이동이 용이하게 구성될 수 있는데, 원심력에 의해 고속으로 매우 많은 양의 유체에 의해 횡단되는 치밀한 유동층을 갖는다는 이점을 증명한다.

실시예 3: 본 발명의 장치를 사용하는 에틸렌과 옥텐의 기상 공중합

에틸렌과 옥텐의 기상 공중합은 최대가 대기압의 몇 배 이하가 되는 반응기 내의 압력이 낮을 경우에만 가능한데, 왜냐하면 옥텐의 부분압이 70℃ 에서 약 0.2 bar 로 제한되기 때문이다. 이 압력에서, 높은 발열 반응에 의해 생성된 열의 양은 반응 속도를 늦추기 위해서 상대적인 비활성 촉매를 사용하거나 또는 비활성 가스로 활성 가스를 희석함으로써만 제거될 수 있어서 설치 비용이 증가될 수 있고, 또는 예컨대 도 10 에 도시된 도면에 따라, 회전 유동층에 필요한 유동층에 대량의 가스를 통과시킴으로써 제거될 수 있다.

옥텐은 중앙 덕트를 통과하는 관 (121) 에 의해 반응기 챔버 내부로 미세 액적 (120) 의 형태로 주입될 수 있고/있거나 동시에 하나 이상의 관 (8.1 ~ 8.4) 을 통해 순환되는 유체 및 신선한 에틸렌 (119) 으로서 가스의 형태로 공급될 수 있다.

참고로, 예컨대, 원통형 반응 챔버는 직경 1.6 m, 길이 10 m, 두께 0.32 m 이고, 유체 주입 속도가 35 m/s 라면, 약 50 m³/s 의 활성 유체를 주입하기 위해서 0.005 m 두께의 29 개의 슬릿을 포함한다. 압력이 대기압의 약 3 배이고, 옥텐의 농도를 약 20 중량% 로 허용한다면, 재순환된 활성 유체 흐름은 시간당 약 700 톤이 되고, 시간당 약 10 ~ 20 톤의 폴리머의 중합 열을 제거하는데 적합하게 된다. 부피가 약 12 m³ 인 반응 챔버의 폴리머의 양은 약 3 톤이고, 반응 챔버에서 폴리머 입자의 체류 시간은 10 ~ 15 분이 되고, 고활성 촉매를 사용하는 것이 가능하다. 폴리머 입자의 회전 속도는 약 11 m/s 가 되고 원심력은 중력의 약 16 배가 되어서, 유동층은 약 0.2 초 동안 1.5 m/s 이상의 반경 방향 속도로 횡단될 수 있다.

이 반응기는, 다중모드 폴리머를 얻기 위해서, 예컨대, 단량체 없이 또는 더 가벼운 단량체로 훨신 높은 압력에서 작동할 수 있는 다른 반응기 뒤에 연속으로 설치될 수 있다. 이 반응기는 또한 회전 유동층을 통과하는 유체의 온도 및/또는 조성을 점진적으로 변화시키는데도 적합하다.

실시예 4: 본 발명의 장치를 이용한 고형 입자의 함침 또는 코팅

도 10 의 도면은 고형 입자를 코팅하거나 함침하는데 사용될 수도 있다. 함침 도는 코팅의 기능을 하는 유체는 고형 입자의 공급 측부에 위치된 반응 챔버의 일부에 미세 액적 (120) 의 형태로 관 (16) 에 의해 주입될 수 있다. 그 후에 이 입자들은, 재순환된 유체의 온도가 충분히 놀고 고형 입자가 적절한 장치에 의해 재순환될 수 있거나, 여러 층의 코팅에 적용하는 것이 필요하다면, 환형 반응 챔버의 연속 환형부에서 건조되고 고형 입자를 코팅하거나 함침하는 기능을 하는 성분들은 구워질 수도 있다.

실시예 5: 본 발명의 장치를 이용한 고형 입자의 촉매 중합 방법

도 11 과 유사한 도 17 은, 유체 또는 활성 유체 혼합물 내에서 부유하는, 단량체 및 공단량체를 함유하는, 촉매로서 작용하는 고형 입자의 이중모드 또는 다중모드 중합, 예컨대 헥센을 이용한 에틸렌의 촉매 이중모드 공중합 등이 가능하도록 약간 개조한 것을 단순화하여 나타낸 것이다.

여기에는, 반응기 (201), 그 원통형 대칭축 (202), 반응기를 2 개의 일련의 원통형 챔버 (Z1 ~ Z2, Z3 ~ Z4) 세트 2 개로 분할하는 중공형 디스크 (203) 의 중공부, 제어 밸브 (222) 를 구비한 공급 관 (206), 주입기 (207) 부분, 유동층 (209) 의 표면부, 중공형 디스크의 유입 관 (211) 및 배출 관 (216) 이 도시되어 있다.

여기에는, 2 세트의 독립 분배기 (205, 205.1), 원통형 챔버 2 세트의 압력 균형을 맞추기 위하여 관 (245) 으로 서로 연결된 2 세트의 수집기 (217, 217.1), 유체 처리 유닛 (219, 219.1, 열교환기로 도시함) 을 구비한 2 세트의 압축기 (218, 218.1), 및 사이클론 (221, 221.1) 이 있으며, 원통형 챔버의 각 세트에서 흐르는 (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 (260) 에 의해 분할된다. 원통형 챔버의 세트의 개수 및 세트당 원통형 챔버의 개수는 가변적이다. 이는, 반응기의 크기 및 중합 대상에 따라 다르다.

관 (230) 을 통해 반응기의 상부를 빠져나가는 폴리머 입자 (흑색 점으로 도시) 는, (204.1) 에서 주입되어 상기 폴리머 입자를 유동화하는 유체가 통과하는 정화 컬럼 (261) 이 될 수도 있는 재순환 관 안으로 도입되며, 유체는 (266) 에서 빠져나가 입자 분리기 (267) 을 통과하여 압축기 (218) 에 의해 재순환된다. 다음으로, 폴리머 입자는 반응기의 하부에서 관 (226) 에 의해 재순환된다. 특정 회수의 순환을 마친 후에, 폴리머 입자 (229) 는 관 (230.1) 을 통해 제거되는데, 관은 다양한 원통형 챔버의 측벽을 따라 위치할 수 있다.

에틸렌 등의 새로운 단량체의 공급물은, 부분적으로 정화 컬럼의 하부 (204.1) 에서 도입되어 폴리머 입자가 함유한 헥센 등의 잉여 공단량체의 폴리머 입자를 제거한 후에 반응기 상부로 재활용되며; 부분적으로 (204.2) 에서 도입되어, 표면 평형 높이에 의해 측정된 컬럼 (261) 의 유동층의 수압이 충분함에도 불구하고, 폴리머 입자의 재순환을 용이하게 하며; 부분적으로 압력 밸런싱 관 (245) 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 (263) 는, 주입기 (264) 에 의해 미세 액적으로 하나 이상의 상부 원통형 챔버의 유동층의 표면에 주입될 수 있으며, 촉매는 적절한 장치 (265) 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 분무될 수 있다.

이러한 장치는, 한 세트에서 다른 세트로의 원하지 않는 유체의 전달을 제한하고, 유체가 정화 컬럼 (241) 에서 제거되지 않도록 하며, 원통형 챔버 (Z2, Z3) 를 연결하는 통로 (227) 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.

실시예 6: 본 발명의 장치를 이용한 유체의 촉매 전환 방법

도 17 과 유사한 도 18 은, 예컨대 경질 올레핀의 촉매 분해 등의, 고형 촉매 입자를 함유하는 회전 유동층의 유체 또는 유체 혼합물의 촉매 전환용을 위하여 약간 개조된 것을 단순화한 것이다.

이 장치의 경우, 전환될 유체 (204) 는, 필요한 경우 예열되어, 하부 원통형 챔버 (Z1, Z2) 의 세트로 공급하는, 분배기 (205) 안으로 주입된다. 유체는, 히터 (219) 에서 가열되기 위하여 수집기 (217) 에 의해 이들 챔버로부터 제거되고, 분배기 (205.1) 에 의해 상부 원통형 챔버 (Z3, Z4) 의 세트로 재순환되는데, 유체는 단일 압축기 (218) 에 의해 수집기 (217.1) 를 통해 여기에서 흡입되어, (220) 에서 적절한 처리 유닛으로 전달된다.

새로운 또는 재순환된 촉매 분말은, 반응기의 하부에서 관 (226) 에 의해 원통형 챔버 (Z1) 로 공급되어, 한 챔버에서 다른 챔버로 반응기의 상부까지 천천히 상승하는데, 이 분말은 반응기의 상부에서 재생 컬럼 (261) 으로 관 (230) 를 통해 제거된다. 예컨대, 공기 및 증기의 혼합물과 같은 재생 유체 (204.1) 는 촉매 분말을 재생하면서 축열기에서 그 촉매 분말을 유동화한다. 재생 유체는 입자 분리기 (267) 를 통해 (266) 에서 제거된다. 컬럼 (261) 의 유동층 (262) 표면의 평형 높이는, 원하는 유량에서 재생 촉매 분말을 재순환하는데 충분한 수압을 제공하는 높이이다. 이러한 재순환은, 증기 등의 구동 유체 (204.2) 를 주입함으로써 용이해질 수 있다.

원통형 챔버의 일련의 2 세트의 공급물은, 챔버 (Z2) 와 챔버 (Z3) 사이에서 상당한 압력차를 형성하여, 그 챔버들을 연결하는 통로 (227) 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 감지기에 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 운동량을 전달하는데 적절한 장치가 이용되어야 한다.

챔버와 세트의 개수는 다양할 수 있다. 제어, 정화 부속 장치 등은 설명하지 않는다. 이것들은 유동층 촉매 전환 공정의 책임자가 중합 대상에 따라 규정할 수 있다.

이러한 장치에서, 원통형 챔버의 상부 세트에서 배출되어 빠져나가는 유체는, 일반적으로 유체의 촉매 전환에 바람직하게, 압력이 낮지만, 그 유체는 재생되어야만 하는 촉매와 접촉하게 되는데, 이는 바람직하지 못하며 2 단계의 재생 사이에서 짧은 순환 시간을 요구한다. 이것은, 원통형 챔버의 2 세트의 압력을 균등하게 하기 위하여 히터 (219) 앞에 제 2 압축기를 부가하여, 그 유체의 유동을 반전시킴으로써, 즉 하부 세트에서 전환될 유체를 공급하여 하부 세트에서 전환된 유체를 제거함으로써 방지될 수 있다.

실시예 7: 본 발명의 장치를 이용한 고형 입자의 건조 또는 다른 처리 방법

곡물 알갱이 등의 고형 입자는 대기압과 가까운 압력하에서 공기를 이용하여 건조될 수 있는데, 이 방법 덕분에, 도 19 ~ 도 22 에서 설명하는 바와 같이, 경량의, 컴팩트하고 용이하게 이송가능한 유닛의 실시가 가능해 진다.

도 19 는 대기압보다 약간 낮은 압력에서 작동하는 수평 반응기의 종방향 단부를 나타낸다. 여기에는, 벽 (201) 의 단부, 원통형 대칭축 (202), 및 반응기 를 5 개의 일련의 원통형 챔버 (Z1 ~ Z5) 로 분할하는 중공형 디스크 (203) 의 중공부가 도시되어 있다. 분배기 (205) 는 종방향 슬릿 (선 (269) 로 도시함) 으로 천공되어 관 (206) 를 대체하는 판 (직사각형 (270) 으로 도시함) 에 의해 연결되며, 반응기의 원통형 벽을 2 개의 반원통으로 분할하고 도면의 평면에 수직하게, 즉 반응기에 수직하게 유체 (204) 를 주입하도록 설계된 유체 반응기의 전체 길이를 따르는 종방향 슬릿 (직사각형 (207) 으로 도시함) 으로 천공된다.

회전함에 따라, 유체는 표면 (209) 이 대략적으로 원통형인 유동층을 반경방향 속도 (208) 로 통과한다. 그러나, 입자 (흑색 점으로 도시함) 의 회전 속도는 중력으로 인해 반응기 하부에서 더 빠르지만, 거기에서 유동층의 두께는 더 얇기때문에, 유동층 표면의 대칭축 (202.1) 은 반응기의 대칭축 (202) 보다 약간 낮아진다. 유동층의 상부와 하부 사이의 두께차의 절반과 거의 동일한 이들 두 축 사이의 거리 (d) 는, 대략적으로 d≡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 (210) 는 중공형 디스크 (203) 의 중심 개구를 통해 들어가는데, 중공형 디스크 (203) 는 상기 개구 주위에서 확장된다. 유체 (213) 는, 얇은 선, 중공형 디스크 (슬릿 주위에서 확장됨) 의 측벽에서 절개된 기다란 횡단 슬릿인 개구 (214) 를 통해 반응기에서 빠져나가고, 노즐 (216) 을 통해 수집기 (217) 단부 안으로 들어가서, 팬 (218) 에 의해 빨려나간다. 반응기의 리드의 단부를 통과 하는 관 (271) 는 유체를 중심방향으로 또한 제거할 수 있다. 다음으로, 유체의 일부는 (220) 에서 제어 밸브 (224) 를 통과함으로써 제거된다. 그 유량은 (204) 에서의 유체 공급 유량과 대략적으로 동일하다. 그 나머지 유체는, 예컨대 (219) 에서 응축기를 이용하여 건조 및/또는 가열된 후, 분배기 (205) 의 반대편 단부를 통해 재순환 (223) 되는 것으로 처리된다. 상기 장치의 경우, 유체는 제거되기 전까지 평균 수차례 재순환될 수 있는데, 재순환 유체 (223) 의 유량이 공급 유량 및 제거 (220) 유량보다도 수배 가량 큰 경우에는, 유체의 소부분이 반응기를 통과하는 제 1 통로에서 제거될 것이다. 이것은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 제 2 팬 (218.1) 을 이용함으로써 방지될 수 있다.

고형 입자 (225) 는 적절한 수단에 의해 관 (226) 를 통해 반응기 안으로 도입되어, 통로 (227) 를 통해 한 챔버에서 다음 챔버로 전달된다. 우선, 입자는 유동층 (209) 표면의 높이가 제 1 통로 (227) 의 높이에 도달할 때까지 제 1 원통형 챔버 (Z1) 에 채워진다. 다음으로, 최종 원통형 챔버 (Z5) 의 높이가, 관 (230) 를 통해 반응기에서 입자를 내보낼 수 있는 입자 (229) 배출 개구의 높이에 도달할 때까지, 입자는 제 2 원통형 챔버 등에 계속하여 채워진다.

그러나, 고형 입자가 없거나 희박한 영역을 우선적으로 통과하기 때문에, 제 2 통로 (227.1) 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.

전송량은 고형 입자의 회전 속도, 통로의 치수, 윤곽, 및 한 챔버에서 다른 챔버까지의 유동층 표면의 높이차에 따라 달라진다. 유동층 표면의 높이차는 반응기를 기울임으로써 현저해지거나 감소할 수 있다.

반응기 및 한 챔버로부터 다른 챔버로의 입자의 전달, 난류, 및 마찰에 의한 에너지 손실을 보상하기 위하여, 입자는 유체로부터 입자로의 운동량의 전달에 의해 회전한다. 이 운동량은, 적절하게 윤곽처리되어 주입기를 대향하는 측면 편향기 (미도시) 를 장착함으로써 증가할 수 있다. 에너지 손실은, 원통형 챔버 내부를 공기역학적으로 적절하게 설계함으로써 최소화될 수 있다.

기능불량의 경우에, 각 영역의 하부에 배치된 개구를 통해 반응기가 배수될 수 있으며, 그 설비의 하류로 고형 입자를 보내지 않기 위하여 팬 (218) 또는 출구 (220) 의 상류측에 입자 필터 또는 분리기가 설치될 수 있다.

도 12 에 도시된 것 (313) 과 같이, 중공형 디스크의 중심 개구는 중심 편향기에 의해 연결될 수 있으며, 특히 뜻하지 않은 가동 중단시에 입자가 흡입되는 위험성을 최소화하기 위하여, 그 입구는 반응기의 상부에 위치할 수 있다.

도 20 은 도 19 의 AA' 평면을 따라 중공형 디스크를 통과하는 단부를 나타내는 것으로, 반응기는 2 개의 분배기 및 2 개의 수집기를 구비하여, 컴팩트하고 쉽게 이동가능하며 쉽게 해체되는 조립체를 형성한다. 여기에는, 반응기의 측벽부 (201), 2 개의 분배기부 (205) 및 도면의 평면에 수직하는 그 종방향 슬릿 (269), 및 반응기 벽을 종방향 (도면의 평면에 대하여 수직임) 으로 통과하여 슬릿 (207) 을 통해 유체 (204) 를 주입하기 위한, 반응기 벽을 2개의 반원통형으로 분 할하는 판 (270) 이 나타나 있다. 이것들은 반응기의 각 측면에 대략적으로 동일한 높이에 배치되어, 이들을 통과하는 유체의 유량이 유동층의 수압 차에 의해 영향을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이것들은 판 (273) 에 의해 구조화될 수 있는데, 이 판은 반응기 측벽 (201) 을 연신하거나 용접되며, 그리고 체결구 (274) 에 의해 분배기 (205) 의 판 (270) 에 제거가능하게 연결된다. 반응기 안으로 주입된 유체의 유동에 대한 저항성을 최소화하기 위하여, 이들의 공간은 이러한 종방향 슬릿을 따라 균일하게 배치되어 적절하게 윤곽처리된 인서트 (275) 에 의해 유지된다. 이 장치는 그 상부를 들어올림으로써 반응기를 개방할 수 있게 해준다.

중심 개구 주위의 중공형 디스크의 확장부 (212) 는, 얇은 선, 2 개의 원 (276) 에 의해 한정되며, 측면 개구 주위의 디스크 주변에서의 2 개의 확장부 (215) 는, 얇은 선, 곡선 (277) 에 의해 한정된다. 중공형 디스크의 내부를 볼 수 있기 때문에, 그 공간을 유지하고, 전체적 강성을 증가하고 안내하기 위하여, 2 개의 평행한 벽을 그 측벽 (279) 에 배치된 개구에 연결하는 빔의 단부 (278) 를 볼 수 있으며, 유체 (280) 는 중공형 디스크로 들어와 급속하게 회전한다.

다음으로, 유체 (213) 는 중공형 디스크를 빠져나와 그 한 측면 (216) 이 도시된 노즐을 통과함으로써 2 개의 수집기부 (217) 로 들어가는데, 수집기부의 일 단부 (281), 얇은 선은 수집기 (217) 에 용접되며, 반응기의 횡단 슬릿 안으로 침투하는 다른 단부는 반응기의 측벽에 용접되어 그 측벽 (279) 의 슬릿을 통해 중공형 디스크 안으로 침투한다. 노즐 (216) 의 원형 단부 (282) 는 중공형 디스크 의 하부 벽에 맞닿아 유지되며, 그 부분 (283) 이 도시된 노즐의 측면은 그 단부 (84) 에서 구부러져, 반응기의 조립시에, 중공형 디스크의 측벽의 개구 안으로 용이하게 삽입된다. 삼각형 빔 (285) 은 노즐의 반대측 벽을 연결하여 그들의 강성을 증가시키며, 적절하게 윤곽처리된 단부 (286) 는 중공형 디스크 안으로 침투하여, 반응기의 그 2 부재의 조립시에 디스크 내부에서 이들 노즐을 안내한다. 노즐 (216) 의 단부 (282, 284) 는, 중공형 디스크의 측면 개구 안으로 그 단부를 쉽고 치밀하게 끼워맞추기에 적합한 치수를 갖는다.

반응기의 한 영역에서 다른 영역으로 중공형 디스크를 통해 입자를 전달하기 위한 통로는, 예컨대 중공형 디스크 (227.1) 의 모서리를 따라, 그 중심 (227.2) 에 더 가깝게 배치된다. 이 통로는 도면의 평면에 수직한 벽 (287) 및 디스크의 한 측면 영역으로부터 다른 측면 영역까지 방향 (289) 으로 이동하는 고형 입자를 안내하는 경사진 벽 (252) 에 의해 한정된다. 환류를 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 21 은 도 19 및 도 20 에 도시된 유체 주입 장치의 확대도이다. 여기에는, 그물 모양 반응기의 측벽부 (201) 의 일부, 분배기 (205), 도면의 평면에 수직한 반응기 벽의 종방향 슬릿 (207) 을 유체 (204) 의 분배기 (205) 의 종방향 슬릿 (269) 에 연결하는 판 (270, 273), 및 얇은 선의 반응기 하부 (도면 왼쪽) 를 그 상부 (오른쪽) 와 조립하는데 이용되는 체결구 (274), 및 플레이트 (273) 를 이격시키기 위한 인서트 (275) 가 도시되어 있으며, 이 플레이트의 한쪽은 반응기의 상부 벽 (201) 쪽으로 (오른쪽으로) 연장되며, 반대쪽은 반응기의 하부 (왼쪽으로) 에 용접된다. 여기에는, 중공형 디스크의 측벽 (279) 및 중공형 디스크의 측면 모서리를 따라, 중공형 디스크 아래쪽 영역에서 중공형 디스크 위쪽 영역까지 입자 (289) 의 스트림을 안내하는 측벽 (287) 및 경사진 벽 (288) 에 의해 둘러싸인 통로 (227.1) 가 도시되어 있다.

도 12 에서 설명한 것과 유사한, 측면 편향기 (305) 부분은 도시하지 않았다. 측면 편향기는 통로의 측벽부 (287) 와 일치하거나 상쇄되어, 필요한 경우 통로 위로 연장될 수 있다.

도 22 는, 중공형 디스크를 수집기에 연결하는 노즐의 단부를, 도 20 에 수직하는 BB' 평면을 따라 나타낸 것이다. 여기에는, 수집기 (217) 의 외측 표면, 중공형 디스크의 측면의 내측 표면 및 2개의 평행한 벽부 (203), 2개의 원형 단부 (282) 및 벽 (203) 사이에서 중공형 디스크의 측벽 (279) 에 배치되어 개구 (214) 안으로 삽입되기 위하여 윤곽처리되고 휘어진, 노즐의 삼각형 측면 모서리의 단부 (284), 노즐을 중공형 디스크의 개구 안으로 용이하게 끼워맞춤하기 위하여 적절하게 윤곽처리된 단부 (286) 를 구비한 삼각형 빔 (285) 및, 마지막으로 용접선 (281) 을 따라 수집기 (217) 를 교차하는 노즐의 상부 및 하부벽 (216) 이 도시되어 있다.

실시예 8: 본 발명의 장치를 이용한 헥센 및 에틸렌의 촉매 이중모드 공중합

참고로, 도 17 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 밀도비는 약 11 이다.

0.8 m 직경의 중공형 디스크의 중심 개구는, 원통형 챔버 당 5 m³/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 다른 챔버로 전달되는 경우, 또한 한 챔버에서 다른 챔버로 원하지 않는 유체의 전달을 감소시키기 위하여 통로의 윤곽이 그 안의 입자 농도를 증가시키도록 구성되는 경우, 유체에서 폴리머 입자로의 운동량의 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 챔버 당 거의 7 m³ 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 체류 시간, 속도 및 압력차를 줄이면서, 7.5 m³ 의 유동층의 체적 또는 2.5 톤의 폴리에틸렌을 허용하는 것이 가능하다.

각 원통형 챔버에서의 폴리머 입자의 평균 체류 시간은 약 1 분이며, 유동층에서의 유체의 평균 체류 시간은 1.5 초이다. 이중모드 또는 다중모드 폴리머 입자 조성물을 얻기 위하여 반응기가 10 개의 원통형 챔버를 포함하는 경우, 재순환 유체의 총 체적은 50 m³/sec, 또는 약 5400 톤/시간 이며, 냉매를 이용하지 않고 평균 입자 체류 시간 30 분으로 50 톤/시간 이상의 폴리머 생성물을 냉각할 수 있으며, 유체가 완전히 평균 약 3 순환하기 때문에, 반응기의 각종 부재 사이에서 원하지 않는 유체의 전달을 제한하면서 폴리머 입자의 이해할만한 균일성이 확보된다. 폴리머 입자의 균일성에 우선권이 주어진다면, 통로의 치수를 증가시킴으로써 한 챔버에서 다른 챔버로 전달되는 폴리머 입자의 양이 증가되어, 한 세트의 챔버에서 다른 챔버로 전달되는 원하지 않는 유체의 양을 증가시켜, 그것들의 차별성이 감소할 수 있다.

반응기에 공급되는 에틸렌의 체적은 약 0.5 m³/sec, 또는 약 입자와 함께 한 챔버에서 다른 챔버로 전달되는 유체의 약 6 배인데, 헥센이 상부 세트의 하부 원통형 챔버에서만 주입된다면, 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 포함한다며, 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 체류 시간 및 큰 유체 유량을 허용하는 원심력을 위한, 유동층의 표면적은 챔버당 약 12 m², 또는 총 120 m² 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.

실시예 9: 본 발명의 장치를 이용한 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 경로로 작동하며, 상당한 체적의 유체 유동을 필요로 한다. 촉매는 분해될 유체가 무거워짐에 따라 증가하는 유량으로 점진적으로 탄소로 도포되어, 연속적으로 재생되며 순환한다. 2 개의 재생 사이의 순환 시간은 작동 조건에 따라 다르다. 그 시간은 1 시간 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 m³/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 m³의 체적 및 챔버당 5 m²의 표면적, 0.7 초의 유동층에서의 평균 유체 체류 시간을 달성하는 것을 보조한다.

반응기가 각각 일련의 4 개의 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 수압을 상쇄하고 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 부분이 직렬로 공급되는 경우, 재순환 컬럼 (61) 의 유동층의 수압과 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 전환이 유리해진다는 것이다. 또한, 이러한 구성은 반응기의 2개 이상의 부분을 직렬로 사용하도록 하여, 노와 반응기 사이의 짧은 거리가 가능하고 추가적 압축기를 요구하지 않음에 따라, 매우 높은 부대 비용 없이, 그 전환을 향상시킨다.

실시예 10: 본 발명의 장치를 이용한 수평 그레인 ( grain ) 건조기

크기의 척도를 제공하기 위하여, 도 19 ~ 도 22 에 도시된 바와 같이, 부가 장치들이 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 (225) 은 관 (226) 을 통해 영역 (Z1) 안으로 도입된다. 그레인은, 열교환기 (219) 에 의해, 필요한 경우 응축기 (미도시) 에 의해 가열 및 선택적으로 건조된 재순환 공기에 의해 가열 및 건조된다. 그레인은, 한 원통형 챔버에서 다른 챔버로 최종 챔버 (Z6) 까지 전달되어, 관 (230) 를 통해 배출 (229) 되기 전에 예열하여 건조를 완료하는 냉한 공기 (206) 에 의해 냉각된다. 공기는, (220) 에서 제거되는 공기의 유량에 대한 총 유량의 비율과 동일한 많은 회수로, 가열, 건조 및 다른 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 체류 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 배출된 공기와 혼합되지 않으면서, 그레인을 예열하고 제 1 중공형 디스크에서의 분리에 의해 고립될 수 있다. 또한, 반응기의 측벽을 따르는 작은 제 2 통로 (227.1) 는, 가장 건조가 어려운 무거운 그레인의 반응기 내에서의 체류 시간을 증가시키기 위하여, 반대방향으로 그 무거운 그레인의 선택적 이송을 보장할 수 있다.

예를 들어, 부유물 중에 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 챔버 당 2 m³/sec, 또는 9 톤/시간 을 초과하고, 그 공기로부터 그레인으로 운동량이 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 m³/sec 인 공기는, 직경이 0.65 m 인 2 개의 분배기의 팬에 의해 공급되고, 직경이 0.7 m 인 2 개의 수집기에 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 m² 를 넘는 표면적에 대하여, 챔버당 약 700 리터, 또는 총 4.2 m³ 이다. 그레인이 20 m/sec, 또는 20 톤/시간 으로 한 챔버에서 다른 챔버로 전달된다면, 그레인의 건조기에서의 평균 체류 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 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.

실시예 11: 본 발명에 따른 유체 주입 장치의 사용

유체와 고형 입자 사이의 에너지 및 운동량의 이동은 입자의 유형 및 크기에 크게 의존한다. 그러나, 도 12 및 13 을 참조하여, 참조용으로, 간단화된 계산은, 유체 밀도보다 700 배 더 큰 밀도를 가지고, 수용 회랑의 단부 (307) 와 주입기 사이의 비가 3 ~ 4 이고, 배출구 단부 (311) 는 수용 회랑 및 주입기의 부분의 합 이상인 고형 입자에 대해서, 유체는 고형 입자의 평균 회전 속도보다 5 ~ 15 배 더 큰 속도로 주입될 수 있고, 입자의 크기와 대해서 공간이 충분히 길다면 유체의 운동 에너지의 75 % 이상을 입자에 전달할 수 있음을 보여준다.

Claims (62)

1. -하나 이상의 원통형 또는 원형 챔버를 포함하는 반응기,

   -상기 원통형 또는 원형 챔버의 원통형 또는 원형 벽의 주변에 위치되어 일종 이상의 유체, 가스 또는 액체를 공급하기 위한 장치,

   -상기 유체를 제거하기 위한 장치,

   -상기 원통형 또는 원형 챔버의 일측에 고형 입자를 공급하기 위한 장치, 및

   -상기 원통형 또는 원형 챔버의 반대편에서 상기 고형 입자를 제거하기 위한 장치를 포함하는 회전 유동층 장치로서,

   -상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 원통형 또는 원형 챔버 내부로 침투하거나 종방향으로 통과하는 중앙 덕트를 포함하고, 이 중앙 덕트의 벽은 상기 중앙 덕트를 통해 원통형 또는 원형 챔버로부터 상기 유체를 중앙에서 제거하기 위한 하나 이상의 배출구를 포함하고,

   -상기 유체를 공급하기 위한 상기 장치는, 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 일련의 층에 상기 유체를 주입하고 원심력이 상기 층을 통해 상기 원통형 또는 원형 벽을 향해 입자들을 추력하는 회전 운동시 상기 고형 입자들을 동반하는 동안 상기 중앙 덕트 주위를 회전하며 상기 원통형 또는 원형 벽 주위에 분배된 유체 주입기를 포함하며,

   -평균적으로 상기 원심력은 적어도 중력의 3 배 이상이고, 이에 따라 상기 고형 입자는 상기 중앙 덕트의 배출구를 통해 중앙에서 제거되기 전에 상기 유동층 을 통과하는 상기 유체의 상기 층에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 미끄러지는 동안 상기 중앙 덕트로부터 소정 거리에서 그 중앙 덕트 주위를 회전하는 회전 유동층을 형성하게 되고, 구심력은 상기 고형 입자에 가해지는 상기 원심력에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 벽의 환형부는 90°간격으로 하나 이상의 상기 유체 주입기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 두 개의 상기 연속된 유체 주입기 사이의 거리가 바람직하게는 상기 원통형 또는 원형 벽의 평균 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 주입기의 배출구는 얇고, 바람직하게는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 평균 반경의 1/20 보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 연속된 주입기 사이에 위치된 상기 원통형 및 원형 벽의 표면은 평면이고, 상기 원통형 또는 원형 벽은 다각형인 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 주입기에 의한 상기 유체층의 주입 방향은 상기 유체 주입기의 하류에 위치된 측의 상기 원통형 또는 원형 벽과 30°보다 작은 각을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 주입기의 배출 평면은 상기 유체 주입기의 하류에 위치된 측의 상기 원통형 또는 원형 벽과 60°~120°의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 또는 유체 혼합물을 공급하기 위한 상기 장치는 상기 원통형 또는 원형 벽을 둘러싸는 공급 챔버를 포함하고, 상기 유체 공급 챔버와 상기 중앙 덕트 사이의 압력차는 상기 원통형 또는 원형 벽의 상기 유동층에 의해 발생된 평균 원심 압력보다 크게 상기 유체의 공급 및 제거 장치에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 장치는 상기 유동층의 일련의 환형부에 상응하는 상기 주입기에 개별적으로 공급하는데 적합하고 이에 따라 상기 환형부는 상이한 조성 및/또는 온도 및/또는 주입 속도의 유체에 의해 횡단되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 벽은 종방향 분획으로 분할되고, 상기 공급 장치는 상이한 압력으로 상기 종방향 분획에 상응하는 상기 주입기에 공급하는데 적합한 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 제거에 의해 제거된 상기 유체를 상기 유체 공급장치쪽으로 재순환시키기 위한 장치를 포함하고, 이 재순환 장치는 유체의 온도 및/또는 유체의 조성을 조절하기 위해서 상기 재순환된 유체를 처리하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항에 있어서, 상기 중앙 덕트는, 상기 중앙 덕트의 상기 부분으로부터 나온 유체를 개별적으로 제거하고 이 유체들을 처리한 후 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상응하는 부분 또는 다른 부분으로 개별적으로 재순환시키기 위해서 상기 중앙 덕트 내부에 위치된 배출관에 연결된 부분의 횡단벽에 의해 횡방향으로 분할되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 챔버는 상기 원통형 또는 원형 벽과 상기 중앙 덕트 사이에 고정된 환형 벽에 의해, 상기 중앙 덕트의 상기 부분에 상응하는 환형부로 분할되고, 상기 환형 벽은 한 환형부에서 인접 환형부를 향해 고형 입자가 통과하기 위해 원통형 또는 원형 벽에 대해 하나 이상의 통로를 포함하고, 상기 중앙 덕트의 횡단벽 또는 환형 벽은 고형 입자가 한 부분에서 인접한 다른 부분으로 통과하도록 상기 중앙 덕트에 또는 중앙 덕트에 대해 위치된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 유동층 장치는 상기 회전 유동층의 회전축에 수직이고 상기 원통형 또는 원형 벽에 대해 고정되어 있는 중공 디스크를 포함하며, 이 중공 디스크는 중공 디스크를 통해 배치된 통로에 의해 연결된 일련의 원통형 또는 원형 챔버로 상기 반응기를 분할하고, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 일련의 상기 회전 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자가 인접한 원통형 또는 원형 챔버의 상기 회전 유동층을 통과하도록 해주며,

    상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 일 중앙 덕트에 연결된 상기 회전 축 주위의 하나 이상의 개구를 구비하고, 상기 중공 디스크를 통해 상기 유체를 제거하고 상기 원통형 또는 원형 챔버의 배출 압력을 균일화하기 위해 반응기의 외부에 하나 이상의 수집기에 연결된 하나 이상의 측부 개구를 각각 구비한 상기 중공 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 하나 이상의 상기 중공 디스크는 상기 중공 디스크로 들어가고 상기 중공 디스크에 의해 분리된 상기 원통형 챔버로부터 나오는 상기 유체를 분리하기 위한 하나 이상의 분리 파티션을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 유동층의 표면을 안정화시키기 위해서, 고형 입자의 상기 하나의 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버에서 상기 반응기의 다른 단부로의 이동이 용이하도록 구성되고 상기 중앙 개구부 또는 상기 배출구로부터 원하는 거리에 위치된 상기 통로를 포함하며, 상기 단부로 이동되는 입자의 유량은 상기 통로가 상기 회전 유동층에 다소 침지되는지에 따라 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기의 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 위치되고 하나의 환형부 또는 하나의 원통형 또는 원형 챔버에서 상기 반응기의 원통형 또는 원형 챔버 또는 상기 모든 환형부에 상기 고형 입자를 점진적으로 채우거나 비우기에 적합한 방향으로 다른 곳으로 상기 고형 입자를 이동시키기에 용이하도록 구성된 상기 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기의 원통형 또는 원형 벽을 따라 위치되고 하나의 환형부 또는 하나의 원통형 또는 원형 챔버에서 바람직하게는 가장 무거운 상기 고형 입자의 환류를 제공하기에 적합한 다른 통로의 방향과 반대인 방향으로 다른 곳으로 고형 입자의 이동이 용이하도록 구성된 제 2 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
19. 제 1 항 내지제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구는 종방향으로 배치되고, 이 배출구의 평균 폭은 상기 중앙 덕트의 벽과 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구의 단면의 합은 상기 유체 주입기의 배출 단면의 합의 두 배보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구의 평면은 상기 중앙 덕트의 벽과 60°~ 120°의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 덕트의 횡단면은 하나 이상의 상기 배출구를 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 상기 원통형 또는 원형 챔버는 하나 이상의 상기 배출구의 상류에서 상기 중앙 덕트에 가깝게 배치되어 상기 배출구를 넘어서 연장된 하나 이상의 날개형 편향기에 의해 종방향으로 횡단되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 편향기는 중공형이고 상기 원통형 또는 원형 챔버의 일측 또는 하나의 중공 디스크를 통과하는 상기 유체 공급 장치에 의해 유체가 공급되고 또한 상기 배출구의 하류의 중앙 덕트의 벽을 따라 상기 유체를 얇은 층으로 주입하기 위한 후방 에지를 따라 하나 이상의 유체 주입기를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
25. 제 23 항 또는 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편향기의 하류에 위치된 에지와 상기 배출구의 하류에 위치된 중앙 덕트의 벽 사이의 거리는 상기 에지와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 거리의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 덕트의 벽은 중앙 덕트의 두 단부 중 하나 이상에서 벌어져 있고, 상기 벌어진 벽으로부터의 소정 거리에 있고 동심인, 상기 유체를 제거하기 위한 관 및 상기 중앙 덕트 안으로 유입되어 상기 벌어진 벽을 따라 원심력에 의해 추력되는 상기 고형 입자를 개별적으로 제거하는 상기 벌어진 벽에 대한 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 챔 버는 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 측부에 가깝게 위치된 제어 링을 포함하며, 이 제어 링의 외부 에지는 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고, 그 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 떨어져 있고, 상기 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자는 상기 제어 링의 일측에서 다른 측으로 통과하기 위해 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간을 통과하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 제어 링은 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이의 공간을 통과하지 않고도 상기 분리 링의 일측에 위치된 상기 고형 입자를 다른 측으로 이동시키기 위해 상기 원통형 또는 원형 벽에 대해 위치된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 가스이고, 상기 액체를 상기 유동층의 표면의 적어도 일부에 미세 액적으로 분무하기 위해서, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 일측을 통한 상기 중앙 덕트 또는 상기 중공 디스크를 통과하는 액체 주입 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
30. 제 1 항 내지 제 29 항에 있어서, 상기 원통형 챔버는 나선형 턴의 분획물 또는 턴 또는 링의 세트를 포함하며, 그 외부 에지는 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고, 그 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 일종 이상의 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 유체를 제거하기 위해 라인 내부로 침투하는 하나 이상의 이젝터를 포함하고, 상기 공급 유체는 매우 빠른 속도로 주입되어 상기 원통형 또는 원형 챔버로 재순환시키기 위해 상기 제거 라인에서 제거되는 유체와 혼합되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층의 회전축은 수직부에 대해 45°미만의 각을 이루고, 상기 중앙 덕트는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상부측을 통과하여 반대측에서 소정의 거리에서 끝나며, 상기 중앙 덕트의 횡단면은 상부로부터 하방으로 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 평균 반경은 상부로부터 하방으로 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
34. 제 14 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 수직이고, 각 중공 디스크는 그 하부 벽에 위치된 하나의 중앙 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 수직이고, 상기 배출구는 상기 원통형 또는 원형 챔버에서 회전하는 고형 입자가 가동 중단 동안에 상기 배출구로 떨어질 수 있는 가능성을 감소시키기 위해 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
36. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 수직이고, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상부와 바닥부 사이의 상기 회전 유동층의 압력 및 두께의 차이를 감소시키기 위해서, 상기 원통형 또는 원형 챔버의 원형 벽은 상기 고형 입자가 그 회전 운동 에너지의 일부를 사용하여 상기 벽을 따라 상승하도록 하는 하는 횡방향 핀(fin) 또는 나선형 턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층의 회전축은 수직부에 대해 45°미만의 각을 이루고, 상기 원통형 또는 원형 챔버는 상기 회전 유동층을 여러 개의 환형부로 분할하는 분리 링을 포함하고, 이 분리 링의 외측은 상기 원통형 또는 원형 벽을 따라 그에 고정되고, 이 분리 링의 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원통형 또는 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트로부터 떨어져 위치되며, 상기 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자는 상기 분리 링의 일측에서 다른 측으로 통과하기 위해 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간 안으로 통과되어야만 하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
38. 제 37 항에 있어서, 상기 분리 링은 중공형이고 상기 공급 장치에 의해 유체가 공급되며, 이 유체는 상기 회전 유동층의 회전 방향으로 상기 링의 상부 표면을 따라 일련의 층으로 주입되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
39. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 분리 링은, 상기 분리 링 위에 위치된 상기 고형 입자가 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간을 통과하지 않고도 하방으로 흐를 수 있도록 상기 원통형 또는 원형 벽에 대해 위치된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
40. 제 37 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 링은 나선형 턴의 턴 또는 분획이고, 그 경사는 상방을 향하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
41. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층의 회전축은 수직부에 대해 45°이상의 각을 이루고, 배출구는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 하 부 종방향부측에 위치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
42. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 수평이고, 상기 유동층의 부피를 크게 변화시키지 않고도 상기 통로를 통한 고형 입자의 상기 제거 장치쪽으로의 이동을 증가 또는 감소시키기 위해 기울어질 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
43. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 수평이고, 상기 배출구는 상기 고형 입자가 가동 중단 동안에 상기 중앙 덕트로 들어갈 수 있는 가능성을 감소시키기 위해 상기 원통형 또는 원형 챔버의 상부 절반에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
44. 제 1 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치에 의해 상기 원통형 또는 원형 챔버에 고형 입자들을 재순환시키기 위해서, 상기 고형 입자들을 제거하기 위한 상기 장치에 의해 제거된 상기 고형 입자들을 재순환시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
45. 제 1 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 일종 이상의 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 회전 유동층 내부로 유체를 주입하는 장치를 포함하고, 이 유체 주입 장치는 회전 유동층 내부에서, 상기 회전 유동층의 회전 방향으로 보 내지고 상기 유체의 하나 이상의 주입기로부터 나오는 하나 이상의 상기 유체의 제트 주위의 공간을 한정하는 하나 이상의 편향기를 포함하며, 이 편향기는 상기 주입기의 상류로부터 나오는 상기 회전 유동층의 부유물 중의 상기 고형 입자의 스트림이 상기 공간에 들어가 상기 유체 제트와 혼합되도록 해주는 접근 통로 또는 회랑을 상기 주입기와 상기 편향기 사이에서 한정하기 위해 배치되고, 상기 공간은 상기 공간의 배출구에 도달하기 전에 상기 유체 제트가 상기 고형 입자에 운동 에너지의 실질적인 일부를 줄 수 있도록 충분히 긴 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
46. 제 45 항에 있어서, 상기 편향기 및 상기 유체 제트를 둘러싼 부분에 의해 한정된 상기 공간은 먼저 수렴한 후에 발산하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
47. 제 45 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층을 포함하며 반응기의 원통형 또는 원형 벽 및 상기 편향기로 상기 유체 제트가 통과하는 상기 공간을 한정하고 상기 반응기의 원통형 또는 원형 벽을 따라 고정된 횡방향 링의 링 또는 분획을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
48. 제 1 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 각각의 상기 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버에 존재하는 상기 고형 입자의 완전한 제 거를 위해 각각의 상기 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버의 원통형 또는 원형 벽을 따르는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
49. 제 1 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기의 일단부의 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 상기 환형부로부터 상기 반응기의 다른 단부에 위치된 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 상기 환형부로 제거된 상기 고형 입자를 재순환시키기 위해 상기 반응기 외부에 제공되는 이동 컬럼 또는 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
50. 제 1 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 일련의 챔버는 상기 원통형 챔버 또는 일련의 챔버로부터 유사한 챔버 또는 일련의 챔버로 상기 고형 입자를 이동시키기 위한 이동 라인에 의해 하나 또는 일련의 유사한 원통형 또는 원형 챔버에 연결되고, 입구는 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치의 반대측에서 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 일련의 챔버의 원통형 또는 원형 벽에 가까이 위치되고, 출구는 상기 유사한 챔버 또는 일련의 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 반대측에서 상기 유사한 챔버 또는 일련의 챔버의 상기 중앙 덕트에 가까이 위치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
51. 제 1 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서, 2 이상의 상기 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 상기 일련의 원통형 또는 원형 챔버를 및 상기 하나의 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 상기 일련의 원통형 챔버로부터 다른 챔버로 상기 고형 입자를 이동시키기 위한 하나 이상의 상기 통로를 포함하며, 상기 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 상기 일련의 원통형 또는 원형 챔버로부터 동일한 상기 환형부 또는 상기 원통형 또는 원형 챔버 또는 일련의 원통형 또는 원형 챔버 또는 다른 곳으로 제거되는 상기 유체를 공급하기 위해 상기 유체를 공급 및 제거하기 위한 상기 장치인 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
52. 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

    적어도 중력의 3 배 이상 더 큰 원심력을 발생시키는 평균 회전 속도에서 상기 제 1 항 내지 제 51 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이, 상기 고형 입자를 동반하는 유량 및 주입 압력에서, 반응기의 원통형 또는 원형 챔버의 내부로 유체를 연속적인 층으로 주입하는 단계, 및 상기 원통형 또는 원형 챔버 내부로 침투하거나 통과하는 중앙 덕트를 통해 중앙으로 이 유체를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
53. 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

    중력 가속도인 g 및 반응기의 직경의 곱의 제곱근보다 더 큰 평균 회전 속도를 고형 입자에 주는 속도 및 유량에서 유체 또는 유체 혼합물을 상기 제 41 항 내지 43 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 수평 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
54. 상기 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

    상기 회전 유동층에서 중력보다 더 큰 원심력을 발생시키는 속도 및 유량에서, 유체 및 유체 혼합물을 상기 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 수직 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하고, 상기 고형 입자는 상기 하나의 원통형 또는 원형 챔버에서 상기 반응기의 바닥부를 향하는 다른 챔버로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
55. 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

    상기 원통형 챔버의 상부에서 바닥부로 떨어져서 상기 하나의 하부 원통형 또는 원형 챔버로부터 상기 챔버를 분리하고 이 고형 입자가 상승하도록 유발하는 방향으로 배향된 상기 중공 디스크에 배치된 하나 이상의 통로를 통해 상기 상부 원통형 또는 원형 챔버로 고형 입자들이 통과하도록 하여 얻을 수 있는 속도보다 더 큰 평균 회전 속도를 고형 입자에 주는 속도 및 유량에서 상기 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 유체 또는 유체 혼합물을 수직 원통형 반응기 내부로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
56. 제 52 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체를 재순환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
57. 제 52 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형 입자들을 재순환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
58. 제 52 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형 입자에 액체를 미세 액적으로 분무하는 단계와 상기 입자들을 함침하거나 둘러싸는 상기 액체가 상기 회전 유동층을 통과하는 상기 가스상 유체와 화학적으로 반응하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
59. 회전 유동층의 부유물 중의 고형 입자를 중합하는 방법에 있어서 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
60. 고형 입자가 촉매인 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물을 촉매 중합하는 방법에 있어서 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
61. 상기 고형 입자를 건조시키거나 그 입자의 휘발성 화합물을 추출하는 방법에 있어서 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
62. 상기 고형 입자를 함침 또는 코팅하는 방법에 있어서 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.

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