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KR20190127722A - 고체 입자 라이닝을 위한 커버 시스템 및 이러한 시스템을 포함하는 반응기 - Google Patents

고체 입자 라이닝을 위한 커버 시스템 및 이러한 시스템을 포함하는 반응기 Download PDF

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KR20190127722A
KR20190127722A KR1020197026807A KR20197026807A KR20190127722A KR 20190127722 A KR20190127722 A KR 20190127722A KR 1020197026807 A KR1020197026807 A KR 1020197026807A KR 20197026807 A KR20197026807 A KR 20197026807A KR 20190127722 A KR20190127722 A KR 20190127722A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hinge
covering system
metal
packing
hinge structure
Prior art date
Application number
KR1020197026807A
Other languages
English (en)
Inventor
베르나르 푸생
Original Assignee
크리알리스트-그룹
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 크리알리스트-그룹 filed Critical 크리알리스트-그룹
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Abstract

본 발명은 고체 입자 라이닝(3)을 위한 커버 시스템(5)에 관한 것으로서, 커버 시스템(5)은 힌지 구조(11) 및 힌지 구조(11)를 덮는 환형 케이싱(13)을 포함하고, 케이싱(13)은 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되는 금속 플레이트(16, 17)에 의해 형성되고, 힌지 구조(11)는, 케이싱(13)의 플레이트(16, 17)를 지지하고 라이닝(3)의 변형에 적응하기 위해 힌지 동심원(33)을 형성하는 금속 스커트(31), 및 힌지 동심원(33) 사이에 간격을 유지하고 라이닝(3)의 변형에 적응하기 위해 힌지 스페이서(37)를 형성하는 금속 요소(35)를 포함한다.

Description

고체 입자 라이닝을 위한 커버 시스템 및 이러한 시스템을 포함하는 반응기
본 발명은 소정 온도 및 압력의 기상에서 화학 반응을 수행하기 위한 반응기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 예를 들어 나프타로부터 고옥탄가의 가솔린을 생성하기 위해 석유 유분을 개질하기 위한 "방사류(radial flow)" 반응기에 관한 것이다.
촉매를 기반으로 하고 환형인 입자 패킹(particle packing)의 몸체 내부로 주변 스캘럽부(scalloped portion)에 의해 유체가 유입되는 원통형 방사상 반응기를 사용하는 것이 이미 제안되어 있으며, 상기 패킹은 "촉매층(catalytic bed)"이라고도 한다. 이 유체는 반경 방향으로 패킹을 통과하고, 유출물은 천공된 중앙 파이프 내로 수집되어 패킹의 중앙을 수직으로 통과하고, 이로부터 유출물이 배출된다.
패킹 위의 부분은 일반적으로 파이프를 덮는 캡과, 내화 직물로 제조되고 유체가 주변 스캘럽부를 통과하도록 패킹 상에 배치되는 밀봉 스커트(sealed skirt), 및 상기 스커트를 패킹에 대해 가압된 상태로 유지하도록 밀봉 스커트 상에 배치되는 불활성 비드(inert bead)의 층으로 구성된다.
이러한 유형의 반응기의 설계는 일반적으로 발암성인 짧은 세라믹 유리 섬유로 제조되는 내화 직물의 사용을 필요로 한다. 또한, 내화 직물은 특히 연약하고 생산 과정에서 찢어질 수 있는데, 이는 내화 직물이 매 사이클마다 교체되어야 한다는 것을 의미한다.
또한 생산 과정에서 이들 내화 직물은 종종 생산 이전에 충분히 조밀하게 채워지지 않은 패킹으로 인해 발생하는 패킹의 모든 변형을 따르지 못할 수 있다.
본 발명의 목적은, 발암 성분이 없고, 여러 사이클에 걸쳐 재사용될 수 있고, 다양한 크기의 반응기에 맞게 조정될 수 있으며, 패킹의 변형에 맞출 수 있는 고체 입자 패킹을 위한 새로운 커버링 시스템을 제공함으로써 이러한 단점을 극복하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 고체 입자 패킹을 위한 커버링 시스템에 관한 것으로, 커버링 시스템은 힌지 구조(hinged structure) 및 힌지 구조를 덮는 환형 케이싱(annular casing)을 포함하고, 케이싱은 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되는 금속 플레이트에 의해 형성되고, 힌지 구조는, 케이싱의 플레이트를 지지하고 패킹의 변형에 적응하기 위해 힌지 동심원을 형성하는 금속 스커트, 및 힌지 동심원 사이에 간격을 유지하고 패킹의 변형에 적응하기 위해 힌지 스페이서를 형성하는 금속 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유리하게 본 발명에 따르면, 고체 입자 패킹을 위한 커버링 시스템은 발암 성분이 없는 금속 부품을 사용한다. 또한, 이들 금속 부품은 내화 직물보다 내구성이 뛰어나고, 따라서 여러 사이클에 걸쳐 이들 금속 부품을 재사용할 수 있다. 마지막으로, 이들 금속 부품은 서로에 대해 힌지되어 있기 때문에, 다양한 크기의 반응기에 맞게 조정되지만, 서로에 대해 움직일 수 있고, 따라서 생산 과정에서 변형이 발생했더라도 패킹에 대해 영구적으로 안착될 수 있도록 부품의 수를 선택할 수 있다.
본 발명을 수행하기 위한 다른 선택적 특징에 따르면:
- 힌지 구조는 3 개 내지 6 개의 힌지 동심원을 포함하고;
- 각각의 힌지 동심원은 서로에 대해 움직일 수 있는 3 내지 10 개의 금속 스커트를 포함하고;
- 힌지 구조는 3 개 내지 8 개의 힌지 스페이서를 포함하고;
- 각각의 힌지 스페이서는 서로에 대해 움직일 수 있는 2 개 내지 5 개의 금속 요소를 포함하고;
- 케이싱은 7 개 내지 27 개의 금속 플레이트를 포함하고;
- 금속 플레이트는 링 세그먼트(ring segment)를 형성하고;
- 금속 플레이트는 세라믹 섬유 코드(ceramic fiber cord)에 의해 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되고;
- 힌지 구조는 힌지 동심원과 스페이서 사이의 각각의 교차점에 크로스 피스(cross piece)를 포함하고;
- 각각의 크로스 피스는 금속 스커트 또는 금속 요소에 각각 선회 가능하게 장착된 4 개의 자유 단부를 갖는다.
또한, 본 발명은 내부 주변 스캘럽부와, 중앙 파이프, 및 고체 입자 패킹을 포함하는 격벽이 구비된 챔버를 포함하는 화학 반응기에 관한 것으로, 화학 반응기는, 파이프를 덮는 커버와 내부 주변 스캘럽부 사이에 장착되는 상기한 바와 같은 커버링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 수행하기 위한 다른 선택적 특징에 따르면:
- 커버링 시스템은 밀봉 수단에 의해 커버에 대해 밀봉식으로 장착되고;
- 커버링 시스템은 내부 주변 스캘럽부를 마주보는 케이싱의 주변부에 장착되는 격벽을 더 포함하여, 불활성 비드를 수용하도록 격벽과 내부 주변 스캘럽부 사이에 배치되는 간격을 형성한다.
비제한적인 예로서 그리고 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태가 설명될 것이다, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 반응기의 단면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 커버링 시스템을 중심으로 하는 도 1의 부분 확대도이고;
도 3은 본 발명에 따른 커버링 시스템의 케이싱의 평면도이고;
도 4는 본 발명에 따른 커버링 시스템의 힌지 구조부의 조립 전 사시도이고;
도 5는 본 발명에 따른 커버링 시스템의 힌지 구조부의 조립 후 평면도이며;
도 6은 본 발명에 따른 커버링 시스템의 케이싱과 힌지 구조 사이의 상호 작용을 도시하는 도 2의 부분 확대도이다.
다양한 도면에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조 부호, 가능하게는 아래 첨자로 표시된다. 따라서, 구조와 기능에 대한 설명은 항상 반복되지 않는다.
이하에서, 방향은 도 1의 반응기의 위치를 나타낸다. 특히, "상부", "하부", "좌측", "우측", "수직" 및 "수평"이라는 용어는 일반적으로 도 1의 반응기의 위치를 나타낸다. 물론, 이들 용어는 도 1의 위치에 대한 반응기의 위치 변화에 따라 조정되어야 한다.
본 발명에 따른 화학 반응기(1)는 적층된 고체인 촉매계 입자(과립, 막대, 알갱이 등)로 형성된 패킹(3)을 통해 유체가 방사상 통로(C)를 통과하도록 "수평 배플링(horizontal baffling)"을 제공하여 유체가 화학 반응을 겪게 하여 이를 전환시키기 위한 것이다.
보다 구체적으로, 유체는 A 방향으로 반응기(1)의 상부로 유입된다. 반응기(1)는, 내부 주변 스캘럽부(7)를 향한 유체의 편향(B)을 유발하여, "촉매층"이라고도 하는 패킹(3)의 몸체 내부로 유체가 방사상 통로(C)를 통과하도록 하기 위한 커버링 시스템(5)을 포함한다. 패킹(3)을 통과하는 유체는 패킹과 접촉할 때 전환되고, 반응 생성물은 천공된 중앙 파이프(9) 내로 수집되어 패킹(3)의 중앙을 수직으로 통과하고, 이로부터 반응 생성물이 반응기(1)의 하부를 향해 D 방향으로 배출된다.
본 발명은 아래에서 기술하는 특정 커버링 시스템(5)에 관한 것이다. 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 고체 입자 패킹(3)을 위한 커버링 시스템(5)은 주로 힌지 구조(11) 및 힌지 구조(11)를 밀봉식으로 덮기 위한 환형 케이싱(13)을 포함한다. 유리하게 본 발명에 따르면, 파이프(9)를 덮는 커버(15)와 내부 주변 스캘럽부(7) 사이에 장착되는 커버링 시스템(5)은 내부 주변 스캘럽부(7)를 향한 유체의 편향(B)을 유발하지만, 상기 패킹이 생산 과정에서 변형되더라도 패킹(3)에 대해 영구적으로 안착될 수도 있다. 보다 구체적으로, 패킹(3)은 힌지 구조(11)의 대부분이 패킹(3)의 상부에 내장되도록 환형 케이싱(13)의 밑면과 접촉한다.
도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 환형 케이싱(13)은 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되는 금속 플레이트(16, 17)에 의해 형성된다. 보다 정확하게는, 반응기(1)의 구성에 따라, 환형 케이싱(13)은 1 밀리미터 내지 5 밀리미터의 두께를 갖는 7 개 내지 27 개의 금속 플레이트를 포함할 수 있다. 따라서, 유리하게 본 발명에 따르면, 플레이트가 일반적으로 1.5 미터 내지 4 미터의 내경을 갖는 다양한 크기의 반응기(1)에 맞게 조정되도록 플레이트의 수를 선택할 수 있다.
도 3에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 시리즈의 플레이트(16)는 커버(15) 주위에 중앙 링을 형성한다. 도 3의 예에서, 제 1 시리즈는 대략 25 cm의 폭을 갖는 링 세그먼트 형태의 3 개의 플레이트(16)로 형성된다. 물론, 제 1 시리즈의 플레이트(16)의 폭 및/또는 개수는 이들 값보다 작거나 클 수 있으며, 이는 단지 예로서 주어진 것이다. 유사하게, 플레이트(16)의 형태는, 커버(15)가 원형 주변 표면을 갖지 않는 대신에, 예를 들어 다각형 표면을 갖는 시나리오에 맞게 조정될 수 있다.
도 3에서 보이는 바와 같이, 제 2 시리즈의 플레이트(17)는 중앙 링 주위에 적어도 하나의 주변 링을 형성한다. 도 3의 예에서, 제 2 시리즈는 링 세그먼트 형태의 8개의 제 1 플레이트(171)로 형성되고, 링 세그먼트 형태의 8 개의 제 2 플레이트(172)에 의해 둘러싸이며, 플레이트(171 및 172)의 폭은 반응기(1)의 직경에 맞게 조정된다. 물론, 제 2 시리즈의 플레이트(17x)의 수 및/또는 주변 링의 수는 이들 값보다 작거나 클 수 있으며, 이는 단지 예로서 주어진 것이다. 유사하게, 플레이트(17x)는 예를 들어 완전히 또는 부분적으로 대체로 사다리꼴 형상으로서의 이들의 기능을 잃지 않고 다른 형상일 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 환형 케이싱(13)은 유체의 편향(B)을 허용하도록 밀봉되어야 하지만, 패킹(3)의 변형에도 맞게 조정되어야 한다. 이는, 바람직하게 본 발명에 따르면, 금속 플레이트(16, 17x)가 예를 들어 바람직하게 세라믹 섬유로 제조된 적어도 하나의 코드(cord, 19)에 의해 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되기 때문이다.
도 2의 예에서, 적어도 하나의 코드(19)를 수용하기 위해 제 1 시리즈의 플레이트(16)에 주변 홈(21)이 형성되고, 제 2 시리즈의 플레이트(171)는 상기 코드에 밀봉식으로 인접하도록 장착되어 있는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 2 및 도 6의 예에서, 각각 적어도 하나의 코드(19)를 수용하기 위해 제 2 시리즈의 플레이트(171, 172) 상에 주변 림(rim, 291, 292)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 따라서, 두 개의 인접한 플레이트(171 및 172)는 샤프트(23)와 원뿔형 플랜지(25)로 구성된 조립체에 의해 코드(19)에 대해 가압된 U자형 프로파일(27)에 의해 견고하게 고정된다. 또한, 도 6에서, 샤프트(23)는 아래에서 설명되는 힌지 구조(11)의 크로스 피스(cross piece, 412) 상에 장착되어 있는 것을 볼 수 있다. 따라서, 제 2 시리즈의 플레이트(17x)는 움직일 수 있고 밀봉된다.
물론, 코드(19)의 특성 및/또는 기하학적 구조 및/또는 코드의 수는 본 발명의 장점을 장점을 잃지 않고 다양할 수 있다. 유사하게, 밀봉 유형은 케이싱(13)의 모든 플레이트(16, 17x) 간에 동일하거나, 본 발명의 장점을 잃지 않고 위에서 제시한 두 가지 유형의 밀봉과 다를 수 있다.
유리하게 본 발명에 따르면, 힌지 구조(11)는 힌지 동심원(33x)을 형성하는 금속 스커트(31)를 포함한다. 힌지 동심원(33x)으로 인해, 케이싱(13)의 플레이트(16, 17x)를 지지할 수 있고 패킹(3)의 변형에 적응할 수 있다.
힌지 구조(11)는 반응기(1)의 폭에 따라 3 개 내지 6 개의 힌지 동심원(33x)을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 힌지 동심원(33x)은, 5 내지 10센티미터의 높이를 갖고 아래에서 설명되는 바와 같이 서로에 대해 움직일 수 있는 3 개 내지 10 개의 금속 스커트(31x)를 포함할 수 있다. 실제로, 하나의 동심원(33x)이 갖는 스커트(31x)가 많을수록 패킹(3)의 변형에 더욱 정확하게 적응될 수 있다는 것은 명확하다.
또한, 도 2의 예에서, 힌지 동심원(331)의 스커트(31x)는 유체가 커버(15)와 힌지 동심원(331) 사이를 통과하는 것을 방지하기 위한 밀봉 수단(39)을 포함한다. 이들 밀봉 수단(39)은 코드(19)와 동일한 유형일 수 있으며, 예를 들어, 패킹(3)의 변형이 발생한 경우 힌지 동심원(331)이 커버(15)를 따라 미끄러질 수 있도록 예를 들어 간단한 마개(도시되지 않음)에 의해 커버(15)에 대해 가압된 3 개의 코드를 포함한다.
힌지 구조(11)는, 힌지 동심원(33x) 사이에 실질적으로 일정한 간격을 유지하고 패킹(3)의 변형에 적응하기 위해 힌지 스페이서(37x)를 형성하는 금속 요소(35x)를 더 포함한다. 따라서, 힌지 구조(11)는 커버(15)와 케이싱(13)의 주변부 사이에서 반경 방향으로 연장되는 3 개 내지 8 개의 힌지 스페이서(37x)를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 힌지 스페이서(37x)는 서로에 대해 움직일 수 있는 2 개 내지 5 개의 금속 요소를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3의 예에서, 힌지 동심원(331 내지 334)은 각각 3 개의 요소(351 내지 353)에 의해 형성되는 3 개의 힌지 스페이서(37x)에 의해 서로로부터 소정 거리에 유지된다.
마지막으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 바람직하게 본 발명에 따르면, 힌지 구조(11)는 힌지 동심원(33x)과 스페이서(37x) 사이의 각각의 교차점에 크로스 피스(41x)를 더 포함한다. 따라서, 각각의 크로스 피스(41x)는 피봇 핀(pivot pin, 43)에 의해 금속 스커트(31x) 또는 금속 요소(35x)에 각각 선회 가능하게 장착된 4 개의 자유 단부를 가질 수 있다.
유리하게 본 발명에 따르면, 고체 입자 패킹(3)을 커버링 시스템(5)은 따라서 반응기(1)의 조작자에게 발암 위험을 끼치지 않는 TP321 유형의 내화 스테인레스 스틸과 같은, 힌지(11) 및 케이싱(13)을 위한 금속 부품을 사용한다.
또한 이들 금속 부품은 내화 직물보다 내구성이 뛰어나고, 따라서 여러 사이클에 걸쳐 이들 금속 부품을 재사용할 수 있다. 마지막으로, 이들 금속 부품은 서로에 대해 힌지되어 있기 때문에, 다양한 크기의 반응기(1)에 맞게 조정되지만, 서로에 대해 움직일 수 있고, 따라서 생산 과정에서 변형이 발생했더라도 패킹(3)에 대해 영구적으로 안착될 수 있도록 부품의 수를 선택할 수 있다.
마지막으로, 패킹(3)은 힌지 동심원(33)과 힌지 구조(11)의 요소(35) 사이에 한정된 공간을 완전히 채우므로, 케이싱(13)의 플레이트(16, 17x) 아래를 통과할 때에도, 전환될 유체는 방사상 통로(C)를 통과하는 동안 패킹(3)과 접촉할 때 전환된다.
본 발명은 본원에 제시된 실시형태들로 제한되지 않으며 다른 실시형태들도 본 기술 분야의 숙련자에게 명백해질 것이다. 커버링 시스템(5)은 특히 내부 주변 스캘럽부(7)를 마주보는 케이싱(13)의 주변부에 장착되는 격벽(45)(도 2에 도시됨)을 더 포함하여, 예를 들어 알루미늄을 기반으로 하는 불활성 비드(47)를 수용하도록 격벽(45)과 내부 주변 스캘럽부(7) 사이에 배치되는 간격을 형성할 수 있다. 이러한 설계 변형으로 인해, 다양한 플레이트(17x)의 수를 제한하고 주변 플레이트(17x)를 위한 주변 스캘럽부(7)에 대응하는 형상을 개발할 필요를 없앨 수 있다.

Claims (13)

  1. 고체 입자 패킹(3)을 위한 커버링 시스템(5)으로서, 커버링 시스템(5)은 힌지 구조(11) 및 힌지 구조(11)를 덮는 환형 케이싱(13)을 포함하고, 케이싱(13)은 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되는 금속 플레이트(16, 17)에 의해 형성되고, 힌지 구조(11)는, 케이싱(13)의 플레이트(16, 17)를 지지하고 패킹(3)의 변형에 적응하기 위해 힌지 동심원(33)을 형성하는 금속 스커트(31), 및 힌지 동심원(33) 사이에 간격을 유지하고 패킹(3)의 변형에 적응하기 위해 힌지 스페이서(37)를 형성하는 금속 요소(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  2. 제 1 항에 있어서,
    힌지 구조(11)는 3 개 내지 6 개의 힌지 동심원(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 힌지 동심원(33)은 서로에 대해 움직일 수 있는 3 개 내지 10 개의 금속 스커트(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힌지 구조(11)는 3 개 내지 8 개의 힌지 스페이서(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 힌지 스페이서(37)는 서로에 대해 움직일 수 있는 2 개 내지 5 개의 금속 요소(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    케이싱(13)은 7 개 내지 27 개의 금속 플레이트(16, 17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 플레이트(16, 17)는 링 세그먼트를 형성하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 플레이트(16, 17)는 세라믹 섬유 코드(19)에 의해 서로에 대해 움직일 수 있도록 밀봉식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    힌지 구조(11)는 힌지 동심원(33)과 스페이서(37) 사이의 각각의 교차점에 크로스 피스(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 크로스 피스(41)는 금속 스커트(31) 또는 금속 요소(35)에 각각 선회 가능하게 장착된 4 개의 자유 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 커버링 시스템(5).
  11. 내부 주변 스캘럽부(7)와, 중앙 파이프(9), 및 고체 입자 패킹(3)을 포함하는 격벽이 구비된 챔버를 포함하는 화학 반응기(1)로서, 화학 반응기(1)는, 파이프(9)를 덮는 커버(15)와 내부 주변 스캘럽부(7) 사이에 장착되는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 커버링 시스템(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응기(1).
  12. 제 11 항에 있어서,
    커버링 시스템(5)은 밀봉 수단(39)에 의해 커버(15)에 대해 밀봉식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 화학 반응기(1).
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    커버링 시스템(5)은 내부 주변 스캘럽부(7)를 마주보는 케이싱(13)의 주변부에 장착되는 격벽(45)을 더 포함하여, 불활성 비드(47)를 수용하도록 격벽(45)과 내부 주변 스캘럽부(7) 사이에 배치되는 간격을 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 반응기(1).
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