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KR102530133B1 - 촉매 증류를 위한 구조화된 패킹 - Google Patents

촉매 증류를 위한 구조화된 패킹 Download PDF

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KR102530133B1
KR102530133B1 KR1020207032201A KR20207032201A KR102530133B1 KR 102530133 B1 KR102530133 B1 KR 102530133B1 KR 1020207032201 A KR1020207032201 A KR 1020207032201A KR 20207032201 A KR20207032201 A KR 20207032201A KR 102530133 B1 KR102530133 B1 KR 102530133B1
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페리 루
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루머스 테크놀로지 엘엘씨
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Abstract

복수의 수평 유체 투과성 튜브 사이에서 복수의 유체 경로를 형성하기 위하여 적어도 2개의 그리드와 상기 그리드에 장착된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 가지는 단단한 프레임워크를 포함할 수 있는 촉매 증류 구조. 추가적으로 각각의 수평 유체 투과성 튜브는 6면 다각형의 프로파일을 가질 수 있다. 추가로, 촉매 증류 구조는 복수의 수평 유체 투과성 튜브의 수직으로 정렬된 튜브를 연결시키는 복수의 수직 플레이트 또는 와이어를 포함할 수 있다. 나아가, 복수의 수직 플레이트 또는 와이어는 하나의 수직으로 정렬된 튜브의 모서리로부터 인접한 수직으로 정렬된 튜브의 모서리까지 연결된다.

Description

촉매 증류를 위한 구조화된 패킹
본원의 구현예는 일반적으로 반응 촉매 및 증류를 위한 물질 이동 표면의 이중 기능을 수행할 수 있는 증류 구조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원의 구현예는 고체 미립자 촉매를 함유할 수 있는 고정 증류 구조에 관한 것이다. 본원에서 제공된 증류 구조 패킹은 촉매 반응 및 증류용 물질 이동 표면 구역 둘 다에 대한 촉매를 제공하는 이중 기능을 수행할 수 있다.
촉매 증류는 용액 내에서 선택적으로 혼합물을 분리하기 위한 증류 및 촉매 공정을 조합시키는 반응성 증류의 분야이다. 촉매 증류의 주요 기능은 촉매 유기 반응, 예컨대 가솔린의 정제의 수율을 최대화하는 것이다. 추가적으로, 촉매 증류를 위해 사용된 촉매는 상이한 물질로 구성되고 다양한 물체 위에 충전된다. 예를 들어, 상이한 물질이 고도로 반응성일 수 있어서 그것들을 효과적 촉매로 만들 반응의 속도를 상당히 높일 수 있다. 전형적으로, 형상은 반응물과 촉매가 접촉하여 생성물을 형성하는 증류 칼럼에서 영역(즉, 촉매층)에 간격을 제공하기 위한 기하학적 배열을 형성하기 위해 촉매가 충전되는 것이다. 이런 간격은 촉매가 칼럼 내에 확산되는 것을 보장하기 위한 것을 의미한다. 촉매 증류 칼럼 내에서, 액체 반응물은 촉매되는 한편 동시에 가열된다. 그 결과로서, 생성물은 즉시 기화하기 시작하고, 초기 용액으로부터 분리된다. 동시에 반응물이 촉매되고 가열됨으로써, 새롭게 형성된 생성물은 시스템에서 빠르게 끓어 사라진다.
반응물로부터 생성물의 동시 반응 및 분리는 오랫동안 실시되어 온 것이고, 그 장점이 인정되었다. 동시 반응 및 증류의 사용의 예는 미국 특허: (에테르화) 제 4,232,177호; 제 4,307,254호; 제 4,336,407호; 제 4,504,687호; 제 4,918,243호; 및 제 4,978,807호; (다이머화) 제 4,242,530호; (수화) 제 4,982,022호; (해리) 제 4,447,668호; 및 (방향족 알킬화) 제 4,950,834호 및 제 5,019,669호, 뿐만 아니라 촉매 증류 기술 및/또는 Lummus Technology에게 할당된 보다 최근의 다른 특허들에서 개시되었고, 이것들의 전체 교시는 본원에 참조로 포함된다.
몇몇 상이한 촉매 증류 구조가 제안되었다. 예를 들어 미립자 촉매가 촉매 증류 구조를 형성하기 위해 데미스터 와이어(demister wire)로 감겨진 천 벨트 상의 포켓 내에 함유되어 있는 미국 특허 제 4,302,356호 및 제 4,443,559호 및 촉매 부재를 형성하기 위해 물결 모양 요소 및 테이프를 가진 패킹을 개시하는 미국 특허 제 4,731,229호를 참조한다(이것들의 전체 교시는 본원에 참조로 포함됨). 고효율 패킹은 미국 특허 제 5,073,236호 및 5,730,843호에서 개시된 것과 같이 촉매를 함유하도록 변형되었다(이것들의 전체 교시는 본원에 참조로 포함됨).
미국 특허 제 5,730,843호는 적어도 2개의 실질적으로 수직 중복 그리드, 및 튜브 사이에서 유체 경로를 형성하기 위하여 그리드에 장착된 복수의 실질적으로 수평 다이아몬드형 튜브로 구성된 단단한 프레임을 포함하는 접촉 구조를 개시한다.
이 개요는 하기 상세한 설명에서 추가로 기술되는 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 개요는 청구되는 주제의 핵심 또는 본질적인 특징을 확인하기 위해서 의도되지 않으며, 또한 청구되는 주제의 범주를 제한하는 것을 보조하는 것으로서 사용되는 것으로 의도되지 않는다.
한 측면으로, 본원에서 개시된 구현예는 적어도 2개의 그리드와, 복수의 수평 유체 투과성 튜브 사이에서 복수의 유체 경로를 형성하기 위하여 상기 그리드에 장착된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 가진 단단한 프레임워크를 포함할 수 있는 촉매 증류 구조에 관한 것이다. 추가적으로, 각각의 수평 유체 투과성 튜브는 6면 다각형의 프로파일을 가질 수 있다. 추가로, 촉매 증류 구조는 복수의 수평 유체 투과성 튜브의 수직으로 정렬된 튜브를 연결시키는 복수의 수직 플레이트 또는 와이어를 포함할 수 있다. 나아가, 복수의 수직 플레이트 또는 와이어는 하나의 수직으로 정렬된 튜브의 모서리로부터 인접한 수직으로 정렬된 튜브의 모서리까지 연결된다.
한 측면으로, 본원에 개시된 구현예는 반응을 수행하고 동시에 반응물로부터 생성물을 분리하기 위한, 수직으로 배치된 용기 및 수직으로 배치된 용기에 배치된 하나 이상의 촉매 증류 구조를 포함할 수 있는 증류 칼럼 반응기에 관한 것이다. 추가적으로, 촉매 증류 구조는 적어도 2개의 그리드와 복수의 수평 유체 투과성 튜브 사이에서 복수의 유체 경로를 형성하기 위하여 상기 그리드에 장착된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 가지는 단단한 프레임워크를 포함할 수 있다. 각각의 수평 유체 투과성 튜브는 6면 다각형의 프로파일을 가질 수 있다. 추가로, 촉매 증류 구조는 복수의 수평 유체 투과성 튜브의 수직으로 정렬된 튜브를 연결시키는 복수의 수직 플레이트 또는 와이어를 포함할 수 있다. 나아가, 복수의 수직 플레이트 또는 와이어는 하나의 수직으로 정렬된 튜브의 모서리로부터 인접한 수직으로 정렬된 튜브의 모서리까지 연결된다.
본원의 구현예의 장점은 증류 칼럼 내에서 유체의 더 큰 이동성을 얻을 수 있다는 데 있다. 본원의 일부 구현예에 따르는 촉매 증류 구조가 선행 기술에서 개시된 증류 구조보다 더 나은 증류 특징을 제공할 수 있다는 것이 추가의 장점이다. 다른 측면 및 장점들은 하기의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따르는 요소 및 공간 관계를 함유한 촉매를 보여주는 패킹 구조의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2A 내지 2H는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따르는 요소 및 공간 관계를 함유한 촉매를 보여주는 패킹 구조의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 공간 관계에 의해 나타난 패킹 구조의 등축 투영도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따르는 패킹 구조의 단단한 프레임워크의 등축 투영도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 구현예에 따르는 증류 칼럼 반응기에 배치된 패킹 구조의 개략도를 도시한다.
본 개시의 구현예는 첨부되는 도면을 참조로 하기에서 상세하게 기술된다. 다양한 도면의 유사한 요소들은 일관성을 위해 유사한 숫자로 표시될 수 있다. 추가로, 하기의 상세한 설명에서, 청구된 주제의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 기술분야에 통상적인 지식을 가진 사람에게는 기술된 구현예가 이들 특정 세부사항 없이 실시될 수 있는 것이 명백해질 것이다. 다른 경우에, 잘 알려져 있는 특징은 불필요하게 복잡한 설명을 피하기 위해 상세하게 기술되지 않았다.
한 측면으로, 본원에서 개시된 구현예는 촉매 증류를 위한 구조 패킹에 관한 것이다. 본원에서 사용되는 바, 용어 "결합된" 또는 "에 결합된" 또는 "연결된" 또는 "에 연결된"은 직접 또는 간접 연결 중 어느 하나를 확립하는 것을 나타낼 수 있고, 분명하게 어느 것이라고 언급되지 않는 한 어느 것에도 제한되지 않는다. 가능하면, 유사한 또는 동일한 참조 숫자가 공통 또는 동일한 요소를 식별하기 위하여 도면에서 사용된다. 도면은 반드시 축척일 필요는 없으며 특정 특징 및 도면의 특정 뷰는 명확함을 목적으로 축척으로 과장되게 도시될 수 있다.
본원의 구현예에 따르는 촉매 증류 구조는 그리드에 배열된 다중 수평 유체 투과성 튜브를 포함하는 기구이며, 수직으로 인접한 튜브 사이에서 액체 이동 연결부(예컨대, 와이어)를 포함할 수 있고, 특정 레이아웃으로 배열된 다중 그리드 내의 튜브는 프레임 또는 프레임 하우징(즉, 단단한 프레임워크) 내에 함유될 수 있다. 프레임 내의 수평 유체 투과성 튜브의 배열 및 형상은 복잡성과 설계를 상당히 감소시키는 한편 촉매 로딩, 분리 성능, 및 촉매 증류 구조의 유압 용량 중 하나 이상을 개선시킨다. 수평 유체 투과성 튜브는 촉매 증류 구조에 유체용 흐름 경로를 지시하고 생성하기 위해 그리드 전체에 장착된다. 본원에서 사용되는 바, 유체는 액체, 가스, 및/또는 이것들의 혼합물을 나타낼 수 있다. 더불어, 플레이트가 프레임 내에 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브를 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 나아가, 플레이트를 통해 연결된 수직으로 정렬된 튜브는 플레이트를 통해 연결된 제2 시리즈의 수직으로 정렬된 튜브에 인접하여 오프셋될 수 있는 제1 시리즈를 포함할 수 있다.
종래의 촉매 증류 구조는 전형적으로 종래의 촉매 증류 구조의 유압 용량을 강화시키기 위하여 촉매 로딩이 작은 튜브를 가진다. 종래의 촉매 증류 구조는 광범위한 용접부를 포함하고 대다수의 유체 투과성 튜브를 필요로 하는 촉매 로딩용 작은 구역을 제공하는 유체 투과성 튜브의 광범위한 레이아웃 및 배열을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 유체 투과성 튜브는 종래의 촉매 증류 구조 내에서 이동하는 유체를 위한 난류 경로를 생성하며 복잡해진 굽힘 또는 방향 변화를 포함할 수 있다. 이러한 종래의 촉매 증류 구조는 부품, 구성요소, 및 용접의 수가 더 많기 때문에 무게가 더 나갈 수 있고 또한 제조 비용이 더 비싸질 수 있다. 따라서, 본 개시의 하나 이상의 구현예는 통상적인 지식을 가진 사람에게 분명해지는 바, 종래의 촉매 증류 구조를 능가하는 추가 장점을 제공할뿐만 아니라 이러한 문제를 극복하기 위해 사용될 수 있다.
미국 특허 제 5,730,843호의 다이아몬드형 구조와는 대조적으로, 본원의 구현예에 따르는 촉매 증류 구조는 월등한 액체 및/또는 증기 흐름 특징을 용이하게 할 수 있는 형상 및 구조를 포함한다. 본원에서 개시된 촉매 증류 구조는 수직 플레이트를 포함하는 접촉 구조를 포함한다. 각각의 수직 플레이트는 다수의 수평 유체 투과성 튜브를 포함한다. 각각의 유체 투과성 튜브 사이의 수직 연결부는 수직으로 인접한 수평 튜브 사이의 액체 이동을 용이하게 할 수 있음으로써, 촉매를 유지하기 위해 액체 흐름을 제공하거나 젖은 상태로 각각의 수평 튜브 내에 배치된다.
수직 플레이트는 서로 인접하여 이격될 수 있고, 이때 튜브는 플레이트의 효율적인 패킹 및 구불구불한 증기 경로(인접한 플레이트 사이의 개방된 공간)를 가지는 그리드를 제공하기 위해 수직으로 오프셋된다. 각각의 수직으로 인접한 유체 투과성 튜브 사이의 수직 연결부는 고체 연결부이거나 튜브를 연결시키는 복수의 와이어 또는 섬유일 수 있다. 단일 플레이트의 튜브 사이의 수직 연결부는 액적의 자유 낙하가 구조의 혼입 및 감소된 성능 속성을 초래할 수 있기 때문에, 튜브의 바닥으로부터 액체의 자유 낙하를 허용하기보다는 수직으로 인접한 튜브 사이의 유체 연통을 용이하게 하는 물질로 형성되어야 한다.
튜브의 구성은 액체 흐름이 튜브 내에 함유된 촉매 입자로 안내되도록 하는 것일 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매의 습윤은 플레이트를 가로지르는 액체 이동으로 인해 쉽게 발생한다. 다른 구현예에서, 촉매의 습윤은 튜브의 외형에 의해 향상되거나 변경될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 액체 이동 및 증기 이동은 고도로 패킹된 그리드를 통해 보내질 수 있고, 여기서 튜브의 형상은 상기에서 주지된 선행 기술의 다이아몬드형 튜브와 비교하여 향상된 유압 용량, 향상된 촉매 로딩, 및 구조의 전체적으로 개선된 성능을 허용하는 것으로 나타났다.
하나 이상의 구현예에서, 본 개시의 구조화된 패킹은 각각의 수직 플레이트를 따라 장착된 육각형 형상의 튜브를 포함할 수 있고, 플레이트는 새로운 구조 패킹을 형성하기 위하여 나란히 조립된다. 육각형 형상의 튜브는, 부분적으로, 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브를 연결시키는 플레이트를 가진 6면 다각형의 프로파일을 가지는 수평 유체 투과성 튜브로 인해, 종래의 촉매 증류 구조와 비교하여 유압 용량을 손상시키지 않으면서 촉매 로딩을 개선하기 위하여 수평 유체 투과성 튜브에 더 많은 촉매를 수용할 수 있다. 결과적으로 생성된 구조는 촉매 증류 구조를 위해 인접한 수평 유체 투과성 튜브 사이에 원활한 전이를 가질 수 있다.
추가적으로, 촉매 증류 구조는 형상으로 굽혀지기 쉬운 구성요소(예컨대, 평평한 메쉬 시트로 만들어진 수평 유체 투과성 튜브)를 포함할 수 있어서 최소한의 용접을 필요로 하지 않고, 제어 공차(control tolerances)를 완화시키며 제조를 개선한다(즉 제조 비용의 감소 및 제조 시간 감소). 나아가, 촉매 증류 구조에 대한 구조화된 패킹은 더 적은 수의 수평 유체 투과성 튜브를 필요로 할 수 있다. 전체적으로 촉매 증류 구조를 위한 구조화된 패킹은 제품 엔지니어링, 투과성 튜브 제조와 관련된 위험, 조립 시간의 감소, 하드웨어 비용 감소, 무게 및 외피 감소를 최소화할 수 있다. 추가적으로, 촉매 증류 구조의 구조화된 패킹은 플레이트를 통해 연결된 6면 다각형 수평 유체 투과성 튜브의 기하학적 구조를 변경시키는 유연성과 함께, 더 원활한 흐름 경로, 개선된 촉매 로딩, 더 나은 분리 성능, 및 증가된 유압 용량을 가질 수 있다. 추가로, 본 개시의 구현예에 따르면, 촉매 증류 구조는 동시에 반응을 수행하고 반응물로부터 생성물을 분리하기 위하여 추가적인 튜브 및 용접을 필요로 하는 대신 수직으로 배치된 용기 또는 유사한 구조와 같은 증류 칼럼 반응기에 직접 연결될 수 있고, 그로써 이러한 촉매 증류 시스템의 비용이 절감되고 성능이 개선된다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본원의 구현예는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 촉매 증류 구조에 대해 배열되는 방법과 관련하여 공간적 관계를 가지는 패킹 구조(1)를 포함한다. 일부 구현예에서, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)는 패킹 구조(1)에서 수직으로 정렬될 수 있다. 추가적으로, 또한 수직으로 정렬된 튜브(2)가 복수의 플레이트 또는 와이어(3)에 의해 연결될 수 있어서, 수직으로 인접한 플레이트 사이의 유체 연통을 용이하게 하는 것으로 예상된다. 더불어, 구조는 상기 수직으로 정렬된 튜브(2)의 복수의 인접한 열(row)을 포함한다. 나아가, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)의 공간적 관계는 구불구불한 흐름 경로(4)를 생성한다. 흐름 경로, 촉매 로딩, 분리 성능, 및 촉매 증류 구조의 유압 용량은 촉매 증류 구조의 튜브의 공간적 관계에 의해 결정될 수 있다.
도 1로 돌아가서, 도 1은 공간 관계를 가지는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)를 포함한 패킹 구조(1)의 개략적인 정면도를 도시한다. 기술분야의 숙련된 사람은 12개의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 도시되지만, 이것은 단지 예시 목적이며 임의의 수의 수평 유체 투과성 튜브가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 인접한 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브는 서로 거리(h)만큼 떨어지도록 복수의 플레이트 또는 와이어(3)에 의해 연결된다. 추가로 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)는 6면 다각형의 프로파일을 가지도록 형상화되는 것이 예상된다. 예를 들어, 6면 다각형은 육각형의 4개의 모서리에서 제1 각 베타(β) 및 육각형의 2개의 모서리에서 제2 각 알파(α)를 가지는 육각형일 수 있다. 제2 각 알파(α)는 육각형의 가장 바닥 모서리와 가장 위 모서리에 있을 수 있어서, 복수의 플레이트 또는 와이어(3)는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)의 제2 각 알파(α) 모서리에서 연결된다. 추가로 제1 각 베타(β)는 제2 각 알파(α)보다 클 수 있는 것으로 예상된다. 예를 들어, 제1 각 베타(β)는 130°의 값을 가질 수 있고 제2 각 알파(α)는 100°의 값을 가질 수 있어서, 내부 각(β, α)의 합이 720°가 된다. 특정 값이 제공되지만, 각(β, α)의 값은 단지 예시 목적이며 각(β, α)의 값은 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않으면서 임의의 값일 수 있다. 추가적으로, 육각형은 상이한 길이인 면들을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 육각형은 제1 길이(a)의 4개의 면과 제2 길이(t)의 2개의 면을 가질 수 있다. 추가로, 제1 길이(a)는 제2 길이(t)보다 길 수 있다. 제2 각 알파(α)는 제1 길이의 면 중 2개에 의해 생성된 모서리에 있을 수 있다. 제1 각 베타 (β)는 제1 길이의 면 중 1개와 제2 길이의 면 중 1개에 의해 생성된 모서리에 있을 수 있다. 추가적으로, 제2 길이(t)의 2개의 면은 또한 복수의 플레이트 또는 와이어(3)와 평행할 수 있다. 추가로 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)의 프로파일은 X-축과 Y-축을 따라 대칭일 수 있는 것으로 예상된다.
계속해서 도 1을 참조하면, 수평 유체 투과성 튜브(2)는 수직으로 인접한 열(A-E)에 있도록 정렬될 수 있다. 예를 들어, 수직으로 인접한 열(A-E)은 제1 시리즈(열 A, C, 및 E) 및 제2 시리즈(열 B 및 D)로 나누어질 수 있다. 제1 시리즈(열 A, C, 및 E)는 상응하는 열 내에서 수직으로 정렬될 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2a, 2c, 2e)를 가지며, 열 A, C, 및 E는 수평 유체 투과성 튜브(2a, 2c, 2e)가 제1 시리즈(열 A, C, 및 E) 내에서 한 열에서 다른 열로 수평으로 정렬되도록 정렬될 수 있다. 추가적으로, 제2 시리즈(열 B 및 D)는 상응하는 열 내에서 수직으로 정렬될 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2b, 2d)를 가지며, 열 B 및 D는 수평 유체 투과성 튜브(2b, 2d)가 제2 시리즈(열 B 및 D) 내에서 한 열에서 다른 열로 수평으로 정렬되도록 정렬될 수 있다. 도 1이 열 내에 2 또는 3개의 수평 유체 투과성 튜브를 가지는 5개의 열을 예시하지만, 기술분야의 숙련된 사람은 패킹 구조(1)가 어떻게 2 또는 3개의 수평 유체 투과성 튜브를 가진 5개의 열에 제한되지 않으며 열 내에 임의의 수의 수평 유체 투과성 튜브를 가진 임의의 수의 열일 수 있는지를 인식할 것이다.
추가로 도 1에 의해 도시되는 바, 패킹 구조(1)는 인접한 열(B, D를 포함한 A, C, E)의 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)가 각 칼럼의 튜브의 일부분이 겹치지만 닿지 않는 것을 허용하기 위해 오프셋되도록 공간적으로 배열된다. 겹침은 유체에 대한 구불구불한 흐름 경로(4)를 제공함으로써, 유체와 구조의 튜브와의 더 많은 접촉 기회를 제공한다. 상기에서 기술된 것과 같이, 인접한 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브는 각 열(A-E) 내에서 서로 거리(h)만큼 떨어지도록 복수의 플레이트 또는 와이어(3)에 의해 연결된다. 추가적으로, 인접한 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e) 중 하나의 열(A-E)의 복수의 플레이트 또는 와이어(3)는 인접한 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e) 중 인접한 열(A-E)의 복수의 플레이트 또는 와이어(3)로부터 거리(d)만큼 이격되어 있다. 거리(d)는 구불구불한 흐름 경로(4)가 인접한 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)의 모든 열(A-E) 사이에서 동일하도록 열(A-E) 사이의 모든 복수의 플레이트 또는 와이어(3)에 대해 일정할 수 있다. 기술분야의 숙련된 사람은 수평 유체 투과성 튜브(2)의 기하학적 구조 또는 크기 및 복수의 플레이트 또는 와이어(3)의 높이(h)가 어떻게 흐름 경로(4)의 폭을 조절하는지를 인식할 것이다.
일부 구현예에서, 임의의 수의 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)가 촉매(30)를 함유할 수 있지만 다른 튜브(2a-2e)는 빈 것일 수 있다. 일부 경우에, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)는 전부 촉매(30)를 가지거나 빈 것일 수 있다. 추가적으로, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e) 중 일부가 촉매(30)를 가지거나 빈 것인 한편, 임의의 수의 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)가 또한 비활성 물질(미도시) 또는 그것들의 임의의 조합물을 포함할 수 있다. 비활성 물질은 기술분야에서 화학적 반응의 활성화 에너지를 감소시키는 데 거의 또는 전혀 관여하지 않는 입자인 것으로 알려져 있다.
하나 이상의 구현예에서, 패킹 구조(1)에서 가장 엄격한 수축에서의 증기 및 액체 흐름에 대한 개방 구역 부분은 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)의 크기 및 구불구불한 흐름 경로(4)에 의해 제공된다. 예를 들어, 주어진 내부 플레이트 거리(d)에 대한 최고 촉매 밀도에서, 구불구불한 흐름 경로(4)의 폭(w)은 실질적으로 일정할 수 있다. 추가로 만약 더 낮은 촉매 밀도가 바람직하다면, 수직으로 정렬된 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)의 간격은 증가되는 것(즉, 복수의 플레이트 또는 와이어(3)의 높이(h)가 증가됨)이 예상된다. 그 결과, 구불구불한 흐름 경로(4)의 폭(w)은 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2a-2e)가 복수의 플레이트 또는 와이어(3)로부터 거리(d)에 있으면서 서로로부터 한층 더 떨어지도록 달라진다. 대안적으로, 촉매 밀도는 비활성 패킹 또는 빈 튜브에 의해 감소될 수 있다.그로써, 패킹 구조(1)에서의 구조적 구성과 튜브 로딩의 조합에 의해 매우 다양한 유체와 접촉하기 위한 고도로 적응가능한 수단이 제공된다.
기술분야의 숙련된 사람은, 도 1에서 도시된 것과 같이, 패킹 구조(1)가 어떻게 양호한 액체-촉매 접촉을 유지하기 위해 필요한 촉매 증류 구조 상의 유압 로드를 최소화하고, 증기-액체 교환이 일어나기 전에 액체와 촉매 사이의 매우 짧은 접촉 시간을 제공하는지를 인식할 것이다. 양호한 액체-촉매 접촉을 유지하고 증기-액체 교환이 일어나기 전 액체와 촉매 사이의 매우 짧은 접촉 시간을 제공하는 것은 범람점(flood point) 아래의 유압 로딩의 범위에 걸쳐, 그리고 환류 비율과 같은 광범위한 작동 조건에 걸쳐 촉매에 대한 보다 효율적인 활용을 제공할 수 있다. 추가적으로, 패킹 구조(1)는 또한 평형 제한 시스템에 대하여 더 큰 구동력을 제공하기 위해 이론적 플레이트에 동등한 낮은 높이(HETP)를 가질 수 있다.
촉매 증류 사용시, 액체 및 증기 상이 둘 다 있을 것이다. 일부 구현예에서, 액체는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)와 접촉하여 필름을 형성할 것이다. 추가적으로, 액체는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)의 촉매(30) 또는 다른 충전제 상으로의 흡착에 의해 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2) 안으로 어느 정도 흡수될 것이다. 비록 패킹 구조(1)가 증류 구조로서 작용하긴 하지만, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)에서 미립자 물질의 존재, 및 그것에 대한 액체의 모세관 유인(capillary attraction)은 종래 방법과 상이한 환경을 제공할 것이다. 종래 방법에서, 가스뿐만 아니라 액체는 경로를 통해 최소 저항의 경로를 따라간다. 그러나, 칼럼의 액체 부분이 튜브에 의해 처리되므로, 낮은 저항 개방 경로에 대한 경쟁은 적고, 그로써 종래 방법에서 예상되는 것보다 낮은 배압이 생성된다.
도 2A-2H를 참조하면, 도 1과 관련하여, 도 2A-2H는 튜브의 대체 기하학적 구조뿐만 아니라 패킹 구조(1) 내에서의 대체 공간 관계를 도시한다. 구체적으로, 도 2A-2H는 패킹 구조(1) 내에서 유체에 대한 구불구불한 흐름 경로(4)를 생성하기 위한 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)의 대체 기하학적 구조 및 공간 관계의 프로파일을 도시한다. 도 2A는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 5면 다각형(즉, 오각형)의 프로파일을 가지도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 튜브(2)는 플레이트 또는 와이어(3)에 대해 직각인 상부 표면(17), 플레이트 또는 와이어(3)에 평행한 2개의 측면(18), 및 2개의 각진 표면(19)이 점(20)을 생성하도록 하는 2개의 각진 표면(19)을 가질 수 있다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 상부 표면(17)으로부터 수직으로 인접한 튜브의 점(20)까지 연결시킬 수 있다.
도 2B는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 원주의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 튜브(2)는 플레이트 또는 와이어(3)에 평행하는 2개의 측면(21) 및 2개의 측면(21) 사이에서 연결된 2개의 곡면(22)을 가질 수 있다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 곡면(22)으로부터 수직으로 인접한 튜브의 곡면(22)까지 연결시킬 수 있다.
도 2C는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 둥근 다각형의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 둥근 다각형은 원형, 난형, 또는 타원형일 수 있다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 접점으로부터 수직으로 인접한 튜브의 접점까지 연결시킬 수 있다.
도 2D는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 4면 다각형(즉, 정사각형 또는 다이아몬드형)의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 도 2D의 공간 관계의 비제한적인 예는 미국 특허 제 5,730,843호(이것의 전체 교시는 본원에 참조로 포함됨)에서 기술된다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 상부 모서리(23)로부터 수직으로 인접한 튜브의 바닥(24) 모서리까지 연결시킬 수 있다.
도 2E는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 파이 형상의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 튜브(2)는 하나의 둥근 표면(25) 및 2개의 선형 표면(26)을 가질 수 있다. 2개의 선형 표면(26)은 각각 1개의 둥근 표면(25)에 연결된 제1 단부(27) 및 제1 단부(27) 아래의 지점(28)을 생성하기 위해 함께 연결된 제2 단부를 가진다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 둥근 표면(25)으로부터 수직으로 인접한 튜브의 지점(28)까지 연결시킬 수 있다.
도 2F는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 하트 형상의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 튜브(2)는 대칭이거나 대칭이 되도록 하는 2개의 둥근 표면(29)을 가질 수 있고 하트 형상을 생성하기 위해 상부 지점(31) 및 바닥 지점(32)에서 연결될 수 있다. 추가로 2개의 둥근 표면(29)은 더 사각형에 가까운 하트를 생성하도록 실제로 선형일 수 있는 것으로 예상된다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 상부 지점(32)으로부터 수직으로 인접한 튜브의 바닥 지점(32)까지 연결시킬 수 있다.
도 2G는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 화살표 또는 창의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 튜브(2)는 아래쪽을 향하는 화살표(도 2G에 도시됨) 또는 위쪽을 향하는 화살표(미도시)일 수 있다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 선단으로부터 수직으로 인접한 튜브의 내부 모서리(34)까지 연결시킬 수 있다.
도 2H는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 눈물방울과 유사한 형상의 프로파일을 갖도록 형상화된 것을 보여준다. 예를 들어, 눈물방울은 단일 접점이 모서리 노드(35)가 되면서 모든 주위가 둥글다. 추가적으로, 플레이트 또는 와이어(3)는 수직으로 정렬된 튜브(2)를 한 튜브의 모서리 노드(35)로부터 수직으로 인접한 튜브의 접점까지 연결시킬 수 있다. 추가로, 도 1-2H를 참조하면, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)의 프로파일은 각각의 패킹 구조(1) 내에서 모든 튜브(2)에 대해 단지 한 프로파일로 제한되지 않는 것이 예상된다. 기술분야의 숙련된 사람은 도 1-2H에서 기술된 프로파일이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않으면서 어떻게 상이한 프로파일을 가진 복수의 튜브를 포함하는 패킹 구조를 갖도록 서로 함께 사용될 수 있는지를 인식할 것이다.
일부 구현예에서, 도 1-2H를 참조하면, 하나 이상의 튜브(2)가 제거되어 개방된 공간(미도시)이 남겨질 수 있다. 개방된 공간은 횡단 경로의 연결을 허용할 수 있고 가스를 위한 구불불한 경로, 예컨대 간극 경로(intersticial pathway)로서 제공할 수 있다. 가스의 흐름은 위쪽을 향하는 캐럿(caret)에 의해 도시된다(예컨대, 위쪽으로 흐르는 가스). 추가적으로, 액체는 튜브(2)를 통해 계속해서 흐를 수 있고 그 안의 물질은 아래쪽을 향하는 캐럿에 의해 도시된다(예컨대, 아래쪽으로 흐르는 액체). 캐럿의 양은 예시의 목적으로만 도시되고 액체 및 가스 흐름 경로는 본 개시로부터 벗어나지 않으면서 캐럿 외부로도 흐를 수 있다. 추가로, 액체는 플레이트 또는 와이어(3)를 통해 계속해서 흐를 수 있다. 튜브(2)가 촉매 물질(30)을 미립자 형태로 함유할 수 있기 때문에, 추가로 미립자 촉매 물질을 함유하는 각 튜브(2)의 단부는, 예를 들어 크림핑(crimping), 삽입된 단부 캡, 또는 용접에 의해 밀봉될 수 있는 것으로 예상된다. 추가적으로, 튜브(2)의 일부는 임의의 미립자 물질이 없거나 및/또는 비활성 미립자 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 보이드(void) 패킹은 덜 조밀할 수 있고 다량의 개방된 공간 및 표면을 포함하여 우수한 증류 특징을 제공할 수 있다. 비활성 요소는 동일한 크기이거나, 촉매 미립자 물질보다 작거나 클 수 있는 비활성 미립자 물질로 충전된 패킹이다. 일부 경우에, 비활성 요소는 촉매 요소의 동일한 유압 특징을 전부 허용하지만 촉매 증류에서 또한 자주 가역성 반응인 반응성 증류를 지정하는 촉매 반응을 감소시킬 수 있다. 반응성 증류의 비제한적인 예는 미국 특허 제 5,019,669호(이것의 전체 교시는 본원에 참조로 포함됨)에서 기술된다. 따라서, 반응성 요소를 희석하지만 증류 요소는 유지함으로써, 촉매 증류의 고도의 분리 측면이 얻어질 수 있다. 달리 표현하면, 주어진 패킹 구조의 촉매 요소 사이의 비활성 요소를 분산시킴으로써, 부분 분리가 강조된다: 한편으로 복수의 촉매 패킹 구조를 가지는 칼럼을 포함하는 전체 시스템에서(도 5 참조), 반응의 힘은 유지된다.
도 3을 참조하면, 도 1에서 도시된, 패킹 구조(1)의 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)가 패킹 구조(1)가 설치될 수 있는 단단한 프레임워크(도 4 참조)를 도시하지 않는 등축 투영도로 도시된다. 도 3이 도 1에서 기술된 프로파일을 가지는 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)를 도시하지만, 프로파일은 도 1-2H에서 기술된 임의의 프로파일일 수 있다(도 2A-2H는 간단함만의 목적으로 등축 투영도로 도시되지 않음). 각각의 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)는 상기 튜브(2)의 제1 단부(6)에서 개구(5)를 가질 수 있다. 추가로 상기 튜브(2)는 제1 단부(6)와 반대쪽의 제2 단부(미도시)에 제2 개구(미도시)를 가질 수 있는 것으로 예상된다. 추가적으로, 상기 튜브(2)는 수평면(P)에서 길이가 되도록 수평으로 연장된다. 추가로 도 3에 도시된 바, 복수의 플레이트 또는 와이어(3)가 또한 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)와 일치하도록 수평면(P)에서 수평으로 연장될 수 있다. 나아가, 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)는 수직으로 정렬되고 인접한 열 내의 복수의 플레이트 또는 와이어(3)에 의해 연결되도록 인접한 열에 있는 것으로 도시된다(도 1에서 기술된 것과 같음). 일부 구현예에서, 인접한 열은 거리(d)에서 나란히 정렬될 수 있다(도 1에서 기술된 것과 같음). 도 3이 20개의 인접한 열을 도시하지만, 본 개시는 20개의 수직으로 정렬된 열에 제한되지 않으며 하나 이상의 수직으로 정렬된 열을 가질 수 있다. 추가로 수평 유체 투과성 튜브(2)는 와이어 메쉬 물질, 임의의 투과성 물질, 또는 이것들의 조합으로부터 선택된 물질의 군으로부터 만들어질 수 있는 것으로 예상된다. 나아가, 와이어 메쉬 물질은 금속, 탄소 섬유, 플라스틱, 유리, 또는 합성물로부터 선택될 수 있다. 추가로 수평 유체 투과성 튜브(2)는 와이어 메쉬로부터 만들어진 부분 및 비투과성 물질로부터 만들어진 또 다른 부분만을 가질 수 있는 것으로 예상된다. 추가적으로, 복수의 플레이트 또는 와이어(3)는 또한 와이어 메쉬 물질, 임의의 투과성 물질, 또는 비투과성 물질로부터 만들어질 수 있다.
도 1-3의 수평 투과성 튜브(2)는 튜브의 단면도 형상의 특정 방향으로 도시된다. 예를 들어, 도 2H의 눈물방울 형상은 눈물방울의 각진 단부가 위쪽을 향하고 눈물방울의 둥근 부분이 아래쪽을 향하도록 도시된다. 본원의 구현예는 또한 개시된 튜브 형상의 도치(inversion)를 고려한다. 예를 들어, 튜브는 눈물방울 형상을 가질 수 있고, 이때 눈물방울의 각진 단부는 아래쪽을 향하고 눈물방울의 둥근 부분은 위쪽을 향한다.
추가로, 비록 도 1-3의 패킹 구조가 수직 방향으로 도시되지만, 본원에서 패킹 구조는 수직에 대해 일정 각도로 배치될 수 있는 것으로 고려된다. 달리 표현하면, 구조의 방향은 위쪽이지만, 수직에 대해서는 각이 진 증기 경로(4)를 초래할 수 있고, 플레이트 또는 와이어(3)는 아래쪽이지만, 수직에 대해 각이 진, 튜브(2) 사이의 액체 경로를 제공할 수 있다. 추가적으로, 증류 칼럼 내의 패킹 구조의 연속적인 수직 섹션은 반대쪽 각으로 배향되어서, 칼럼 내에서 증기 및 액체 이동에 대한 지그재그 패턴을 초래할 수 있다.
도 4는, 하나 이상의 구현예에서, 패킹 구조(도 1-3에서 기술된 것과 같이 1)가 설치되거나 부착될 수 있는 단단한 프레임워크(7)를 도시한다. 단단한 프레임워크(7)는 하나 이상의 지지 막대(9)에 의해 이격되어 있는 적어도 2개의 그리드(8A, 8B)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 지지 막대(9)는 각각, 예를 들어 용접, 크림핑, 기계식 패스너에 의해 두 그리드(8A, 8B)에 고정되거나 또는 고정되도록 결합되거나 제거 가능하게 부착된다. 지지 막대(9)는 수평면(P)(도 3에서와 동일함)에서 길이가 되도록 수평으로 연장된다. 추가로 그리드(8A, 8B)를 함께 고정시키는 것은 추가로 나사산 로드 및 너트 또는 볼트(미도시)의 사용을 포함할 수 있는 것으로 예상된다. 나아가, 그리드(8A, 8B)는 복수의 개구(10)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 지지 막대(9)는 복수의 개구(10)에 부착될 수 있다. 도 4의 결과적으로 생성된 구조는 본 발명의 적어도 하나의 다른 구조, 및 100 내지 200 파운드의 하중을 지지하는 단단하고 유능한 프레임이다. 단단한 프레임워크(7)는 금속, 탄소 섬유, 플라스틱, 합성물, 또는 임의의 로드 포함 물질로부터 선택된 물질로 만들어질 수 있다.
기술된 것과 같이, 패킹 구조(1)는 단단한 프레임워크(7)에 설치되거나 또는 부착될 수 있다. 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2)는 그리드(8A, 8B)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 튜브(2)의 제1 단부(6)는 용접되거나, 크림핑되거나, 또는 제1 그리드(8A)에 고정되도록 결합되거나 제거 가능하게 부착될 수 있고, 더불어, 상기 튜브(2)의 제2 단부는 용접되거나, 크림핑되거나, 또는 제2 그리드(8B)에 고정되도록 결합되거나 제거 가능하게 부착될 수 있다. 추가적으로, 지지 막대(9) 및 튜브(2)는 그리드(8A, 8B)와 동등하게 이격되기 위하여 유사한 길이를 가질 수 있다. 추가로, 복수의 플레이트(3)는 또한 용접되거나, 크림핑되거나, 또는 그리드(8A, 8B)에 고정되도록 결합되거나 제거 가능하게 부착될 수 있다. 추가로 튜브(2)는 튜브(2)의 개구가 그리드(8A, 8B)의 개구(10)와 정렬되도록 단단한 프레임워크(7)에 배치될 수 있는 것으로 예상된다. 일부 구현예에서, 개구(10)는 튜브(2)의 기하학적 구조와 대략 동일한 크기 및 구성이어서, 튜브(2)는 그리드(8A, 8B)가 지지 막대(9)에 의해 함께 고정될 때 단단하게 고정되고 개구(10)에서 결합된다.
도 5를 참조하면, 하나 이상의 구현예에서, 도 5는 증류 칼럼 반응기(12)에 위치한 하나 이상의 촉매 증류 구조(들)(11)를 도시한다. 촉매 증류 구조(11)는 도 1 내지 4에서 기술된 것과 같이 복수의 수평 유체 투과성 튜브(2) 및 단단한 프레임워크(7)를 가진 패킹 구조(1)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 촉매 증류 구조(들)(11)는 용접, 크림핑, 부착제, 또는 기술분야에 알려져 있는 기계식 패스너에 의해 증류 칼럼 반응기(12)에 고정되거나 제거 가능하게 부착될 수 있다. 추가적으로 촉매 증류 구조(들)(11)는 증류 칼럼 반응기(12)에서 임의의 효율적인 방식으로 지지될 수 있다. 예를 들어, 촉매 증류 구조(들)(11)는 라쉬 링(Rashig ring) 등과 같은 비활성 증류 패킹(미도시)에 의해 지지되고 분리될 수 있다. 추가로 도 5에 의해 나타낸 것과 같이, 증류 칼럼 반응기(12)는 흐름 라인(flow line)(화살표로 표시됨)을 통해 증류 칼럼 반응기(12)에 그 안에 부착된 하나 이상의 리보일러(13), 콘덴서(14), 및 공급 탱크(15)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 리보일러(13)는 흐름 라인을 통해 그 안에 부착된 하나 이상의 분리기(16)를 가질 수 있다.
도 5가 증류 칼럼 반응기(12)에 단지 하나의 촉매 증류 구조(11)를 보여주지만, 기술분야의 숙련된 사람은 본 개시가 단지 하나의 촉매 증류 구조(11)에만 제한되지 않으며 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않으면서 어떻게 추가적인 촉매 증류 구조를 가질 수 있는지를 인식할 것이다. 추가적으로, 다중 촉매 증류 구조(11)는 동일하거나 상이한 패킹 구조(도 1-2H에서 기술된 구성)를 가질 수 있다. 추가로 하나 이상의 촉매 증류 구조(11)가 다양한 높이에서 증류 칼럼 반응기(12)에 배치될 수 있는 것이 인식될 것이다. 일부 구현예에서, 그런 다중 촉매 증류 구조(11)는 증류 칼럼 반응기(12)에서 수직으로 및 수평으로 배열될 수 있다. 나아가, 공급 탱크(15)로부터 증류 칼럼 반응기(12)까지의 흐름 라인은 증류 칼럼 반응기(12)의 촉매 증류 구조(11)보다 위에 있는 것으로 도시된다; 그러나, 본 개시는, 흐름 라인이 촉매 증류 구조(11)의 위에, 아래에, 그것에, 또는 그것들 사이에 있을 수 있기 때문에, 이러한 배열에 제한되지 않는다. 기술분야의 숙련된 사람은 증류 칼럼 반응기(12)가 어떻게 다른 증류 칼럼 반응기에 부착될 수 있는지 인식할 것이다. 추가로 증류 칼럼 반응기(12)에 존재하는 일정 부피의 촉매의 증류가 촉매 증류의 역동적 성질 및 상기 기술된 개선된 증류 특징이 제시될 때 대수롭지 않을 수 있는 것이 예상된다. 일부 경우에, 와이어 메쉬 위로 로딩된 촉매의 부피는 그것의 팽창에 대한 반응에 좌우될 것이다.
도 1 및 3과 관련하여 상기에서 기술된 것과 같이, 도 3은 육각형 튜브를 포함하는 구조의 3차원 도식을 도시하고, 도 1은 구조의 개략적인 단면을 도시한다. 육각형 튜브는 유체(액체 및/또는 가스)에 대해 투과성인 물질, 우선적으로 와이어 메쉬로 만들어진다. 육각형 튜브의 전부 또는 적어도 일부는 결정 물질을 수용할 수 있어서, 구조 패킹에서 촉매 반응을 촉진할 수 있다. 다른 한편으로, 수용된 촉매 표면과 함께 육각형 튜브 표면을 포함하는 수직 플레이트의 모든 표면은 증류 공정을 위해 증기와 액체 상 사이의 물질 이동 및 상호작용을 용이하게 할 수 있다. 도면에서 나타난 것과 같이, 수직 플레이트는 인접한 플레이트의 육각형 튜브가 접촉 없이 오프셋되어 유체를 위한 경로(도 1에서 4로 도시됨)를 형성하는 것을 허용하기 위해 나란히 함께 적층되도록 조립된다. 각각의 육각형 튜브는 보통 촉매를 수용하기 위해 사용되지만 반드시 모든 튜브가 촉매를 함유할 필요는 없다. 각각의 육각형 튜브의 크기는 보통 동일하며 형상은 두 축, 수직 및 수평 축을 따라 대칭이다. 그리고, 측면의 길이(예컨대, a 및 t) 및 α 및 β와 같은 각은 구조 패킹에서 촉매 로딩을 제어하기 위해 육각형 튜브의 크기를 조작하기 위해 조정될 수 있다. 구조 패킹의 유체역학적 성능 또는 유압 용량에 영향을 주거나 또는 그것을 제어할 수 있는 흐름 경로(4)의 폭을 조작하기 위해 육각형 튜브의 크기뿐만 아니라 각 플레이트를 따라 특정 높이당 육각형 튜브의 수, 각각의 플레이트를 따라 인접한 튜브 사이의 연결선의 길이(h) 및 인접한 플레이트 사이의 거리(d)는 조정될 수 있다. 미국 특허 제 5,730,843호에서 보고된 구조 패킹과 비교하여, 본원의 구현예는 다음의 장점 중 하나 이상을 가진다:
· 각각의 육각형 튜브는 다이아몬드형 튜브보다 더 많은 촉매를 수용할 수 있어서, 유압 용량 또는 유체역학적 성능을 손상시키지 않으면서 구조 패킹의 특정 부피에 대한 촉매 로딩을 개선시킬 수 있다.
· 육각형 튜브는 다이아몬드형 튜브보다 인접한 면 사이에서 더 원활한 전환을 가진다. 이것은 육각형 튜브가 평평한 메쉬 시트로부터 구부러지는 것이 상대적으로 용이하여 이런 구조 패킹의 제조 공정을 용이하게 하는 것을 의미한다. 이것은 또한 유체가 촉매 증류 공정 중에 흐름 경로를 따라 이동하도록 훨씬 더 원활한 전환을 초래하여 구조 패킹의 유압 용량을 개선시킨다.
· 본원의 육각형 튜브는 US 5,730,843의 다이아몬드형 튜브에 비해 단위 부피당 증가된 질량 로딩을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 단위 부피당 질량 로딩의 증가는 10% 내지 50%의 범위에 있을 것이다. 추가로, 로딩(단위 부피당 질량)의 증가는 유의한 유체역학적 영향 없이 이루어질 수 있다.
· 구조 패킹은 보다 비용 효과적일 수 있어서, 잠재적으로 더 적은 수의 플레이트 및 더 적은 수의 용접을 필요로 하면서 동일한 성능을 달성할 수 있다.
· 새로운 구조 패킹 설계는 촉매 로딩, 분리 성능 및 유압 용량의 측면에서 육각형 튜브의 크기 및 각 플레이트를 따라 육각형 튜브의 배열을 다르게 함으로써 원하는 촉매 증류 성능을 달성하기 위한 유연성을 가진다.
· 본 육각형 설계에서, 측면 a와 t의 길이, 및 각 β 및 α는 육각형 튜브의 크기를 조작하기 위해 조정될 수 있다.
요약하면, 본원의 구현예는 반응성 또는 촉매 증류 공정에 특히 유용한 새로운 구조 패킹에 관한 것이다. 그러나, 새로운 구조는 일반적으로 촉매 물질의 존재 하에 액체/액체, 가스/액체 또는 가스/가스 동시 또는 역류 흐름에 사용될 수 있다.
본 개시가 한정된 수의 구현예와 관련하여 기술되었지만, 본 개시의 이익을 갖는 기술분야의 숙련된 사람들은 본원에 기술된 개시의 범주로부터 벗어나지 않는 다른 구현예가 고안될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 개시의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (22)

  1. 촉매 증류 구조로서,
    적어도 2개의 그리드를 가지는 단단한 프레임워크
    복수의 수평 유체 투과성 튜브 사이에 복수의 유체 경로를 형성하기 위하여 상기 그리드에 장착된 복수의 수평 유체 투과성 튜브- 각각의 수평 유체 투과성 튜브는 6면 다각형의 프로파일을 가짐 -;
    복수의 수평 유체 투과성 튜브의 수직으로 정렬된 튜브를 연결시키는 복수의 수직 플레이트 또는 와이어- 상기 복수의 수직 플레이트 또는 와이어 각각은 하나의 수직으로 정렬된 튜브의 모서리에서 인접한 수직으로 정렬된 튜브의 모서리로 연결됨 -; 및
    수직으로 정렬된 튜브의 제1 시리즈, 및 수직으로 정렬된 튜브의 제2 시리즈를 포함하며,
    상기 제1 시리즈는 상기 제1 시리즈 내에서 평행하고 인접하며 수직으로 정렬된 칼럼에 배열된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 포함하고, 상기 제2 시리즈는 상기 제2 시리즈 내에서 평행하고 인접하며 수직으로 정렬된 칼럼에 배열된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 포함하며,
    상기 수직으로 정렬된 튜브의 제1 시리즈는 상기 수직으로 정렬된 튜브의 제2 시리즈로부터 오프셋됨으로써, 상기 제1 시리즈의 수평 유체 투과성 튜브는 상기 제2 시리즈의 수평 유체 투과성 튜브와 접촉하지 않고 상기 제2 시리즈의 수평 유체 투과성 튜브와 중복되어 구불구불한 유체 경로를 형성하며,
    상기 복수의 수직 플레이트 또는 와이어의 높이는 상기 제1 시리즈 및 상기 제2 시리즈에서 수평 유체 투과성 튜브와 균일하게 이격되며,
    상기 제1 시리즈 및 상기 제2 시리즈는 거리를 두고 나란히 적층되는 것인 촉매 증류 구조.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 6면 다각형의 4개의 모서리에 있는 제1 각, 6면 다각형의 2개의 모서리에 있는 제2 각을 형성하는 6면 다각형의 기하학적 구조를 추가로 포함하며, 제1 각은 제2 각보다 큰 것인 촉매 증류 구조.
  7. 제6항에 있어서, 제2 각은 복수의 수직 플레이트 또는 와이어에 의해 연결되는 수직으로 정렬된 튜브의 모서리에 있는 것인 촉매 증류 구조.
  8. 제7항에 있어서, 6면 다각형은 제1 길이의 2개의 면과 제2 길이의 4개의 면을 포함하는 것인 촉매 증류 구조.
  9. 제8항에 있어서, 제1 각은 제1 길이의 측면과 제2 길이의 측면의 연결 모서리에 있고 제2 각은 제2 길이의 두 측면의 연결 모서리에 있는 것인 촉매 증류 구조.
  10. 제9항에 있어서, 제2 길이는 제1 길이보다 큰 것인 촉매 증류 구조.
  11. 제9항에 있어서, 제2 길이는 제1 길이보다 짧은 것인 촉매 증류 구조.
  12. 제1항에 있어서, 복수의 수평 유체 투과성 튜브 및 복수의 수직 플레이트 또는 와이어는 동일한 물질, 예컨대 와이어 메쉬로 만들어진 것인 촉매 증류 구조.
  13. 제1항에 있어서, 각각의 그리드로부터 일정 거리 떨어져 있는 적어도 2개의 그리드를 단단하게 보유하기 위하여 적어도 하나의 지지 막대를 추가로 포함하는 것인 촉매 증류 구조.
  14. 제1항에 있어서, 복수의 수평 유체 투과성 튜브의 각각은 상기 튜브의 제1 단부 및 제2 단부에서 개구를 가지는 것인 촉매 증류 구조.
  15. 제1항에 있어서, 그리드는 복수의 개구를 포함하는 것인 촉매 증류 구조.
  16. 제15항에 있어서, 그리드의 복수의 개구는 복수의 수평 유체 투과성 튜브의 프로파일과 동등한 프로파일을 가지는 것인 촉매 증류 구조.
  17. 제16항에 있어서, 복수의 수평 유체 투과성 튜브는 그리드의 복수의 개구에 배치되는 것인 촉매 증류 구조.
  18. 제1항에 있어서, 6면 다각형은 육각형이고, 복수의 수직 플레이트 또는 와이어는 수직으로 정렬된 튜브를 하나의 수직으로 정렬된 튜브의 육각형의 상부 모서리로부터 인접한 수직으로 정렬된 튜브의 육각형의 하부 모서리까지 연결시키는 것인 촉매 증류 구조.
  19. 동시에 반응을 수행하고 반응물로부터 생성물을 분리하기 위한 증류 칼럼 반응기로서,
    수직으로 배치된 용기;
    수직으로 배치된 용기에 배치된 하나 이상의 촉매 증류 구조를 포함하며,
    촉매 증류 구조는
    적어도 2개의 그리드를 가지는 단단한 프레임워크;
    복수의 수평 유체 투과성 튜브 사이에서 복수의 유체 경로를 형성하기 위하여 상기 그리드에 장착된 복수의 수평 유체 투과성 튜브- 각각의 수평 유체 투과성 튜브는 6면 다각형의 프로파일을 가짐 -;
    복수의 수평 유체 투과성 튜브의 수직으로 정렬된 튜브를 연결시키는 복수의 수직 플레이트 또는 와이어- 상기 복수의 수직 플레이트 또는 와이어 각각은 하나의 수직으로 정렬된 튜브의 모서리에서 인접한 수직으로 정렬된 튜브의 모서리로 연결됨 -; 및
    수직으로 정렬된 튜브의 제1 시리즈, 및 수직으로 정렬된 튜브의 제2 시리즈를 포함하며,
    상기 제1 시리즈는 상기 제1 시리즈 내에서 평행하고 인접하며 수직으로 정렬된 칼럼에 배열된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 포함하고, 상기 제2 시리즈는 상기 제2 시리즈 내에서 평행하고 인접하며 수직으로 정렬된 칼럼에 배열된 복수의 수평 유체 투과성 튜브를 포함하며,
    상기 수직으로 정렬된 튜브의 제1 시리즈는 상기 수직으로 정렬된 튜브의 제2 시리즈로부터 오프셋됨으로써, 상기 제1 시리즈의 수평 유체 투과성 튜브는 상기 제2 시리즈의 수평 유체 투과성 튜브와 접촉하지 않고 상기 제2 시리즈의 수평 유체 투과성 튜브와 중복되어 구불구불한 유체 경로를 형성하며,
    상기 복수의 수직 플레이트 또는 와이어의 높이는 상기 제1 시리즈 및 상기 제2 시리즈에서 수평 유체 투과성 튜브와 균일하게 이격되며,
    상기 제1 시리즈 및 상기 제2 시리즈는 거리를 두고 나란히 적층되는 것인 증류 칼럼 반응기.
  20. 제19항에 있어서, 흐름 라인을 통해 수직으로 배치된 용기에 연결된 하나 이상의 리보일러, 콘덴서, 공급 탱크, 또는 분리기를 추가로 포함하는 것인 증류 칼럼 반응기.
  21. 제20항에 있어서, 흐름 라인은 공급 탱크로부터 하나 이상의 촉매 증류 구조에서, 이것의 위에서, 또는 아래에서, 수직으로 배치된 용기에 연결되는 것인 증류 칼럼 반응기.
  22. 제19항에 있어서, 단단한 프레임워크는 용접, 크림핑, 부착제, 또는 기계식 패스너에 의해 수직으로 배치된 용기에 제거 가능하게 부착되는 것인 증류 칼럼 반응기.
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