KR100251425B1 - 2개의 연속하는 반응 영역에서의 접촉분해 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄화수소 접촉 분해 방법 및 그와 관련된 장치에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 분해 반응은 거의 수직형인 두 개의 연속하는 반응 영역에서 수행하고, 공급원료는 제1영역으로 주입되어 상단으로부터 하강 유동한 후에, 수득한 생성물중 적어도 일부는 제2 반응 영역 주입되어 상승 방식으로 순환한다. 보충적인 탄화수소 상을 제2영역에 유입되는 생성물에 주입하는 것이 유리하다.

본 발명은 구체적으로 u-형 장치를 사용하여 중량의 공급원료를 접촉분해하는데 적용된다.

Description

2개의 연속하는 반응 영역에서의 접촉 분해 방법 및 장치

제1도는 본 발명의 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

제2도 및 제3도는 본 발명의 방법에 따라서 탄화수소 공급 원료에 대해 접촉 분해를 실시하기 위한 장치를 도시한 도면이다.

본 발명은 탄화수소 공급원료를 접촉 분해하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

석유 생산 산업 분야에서 비등점이 높고 분자량이 큰 탄화수소 분자를 비등점이 낮은 경량의 분자로 분할시키는 분해(cracking) 방법이 사용됨은 잘 알려진 사실이다.

근래의 접촉 분해 방법, 예를 들면 유럽 특허 EP-A-291253호에 기술된 방법의 경우에는, 횡단면이 거의 원형인 세장형(elongage) 반응 영역내에서 분해 반응을 수행하며, 이때 촉매는 사전에 분무시킨 탄화수소 공급 원료와 함께 반응 영역의 저부로 유입된다. 공급 원료와 가열된 촉매간의 접촉이 성립됨으로써 탄화수소는 기화되고, 이어서 촉매를 반응 영역의 상부로 운반하며, 추진제 유체를 주입하여 이러한 상승 이동을 도모한다.

따라서 이러한 방법에서는 공급 원료를 적절하게 기화시킬 필요가 있다. 실제로, 공급 원료의 비등점보다 낮은 비등점을 가지는 분해 공정의 생성물을 얻고자 할 경우, 분무된 공급 원료가 이미 대부분의 열이 발열된 촉매와 재차 접촉하게 된다면 손해가 될 수 있다. 이로 인해 반응의 효율이 영향을 받을 뿐만 아니라 촉매의 역혼합에 의해 추가의 피복층이 형성될 것이다.

이러한 결점을 부분적으로 제한하기 위해, 접촉 분해 방법에 하강 유동 경로를 따르는 반응 매체를 사용하는 것을 고안하였다. 이 경우에 촉매는 반응 영역의 상부로 공급되고 분무된 탄화수소 공급 원료는 동일한 부분내로, 단, 촉매의 하강하는 흐름에 공급된다(특허 공보 US-A-4 385 985호 및 EP-A-254 333호 참조).

이어서 반응 생성물을 예를 들면, 사이클론에서 분리시켜, 기체상 탄화수소와 촉매를 분리시켜 수득한다. 촉매는 재생된 후에 적어도 부분적으로 분해 반응기로 재순환된다.

이러한 하강 유동식 방법은 반응면에서는 충족되지만, 이를 사용할 경우 몇가지 문제점이 당면하게 된다. 한가지 단점은 반응 매체내의 상당한 농도의 촉매 때문에, 고체/기체 분리 단계가 적합한 효율을 얻기 위해서는특수하게 고안된 장치가 필요하다는 점이다. 또한, 산업 설비는 일반적으로 상승 유동식 반응 챔버를 포함한다. 유동 방향을 변화시키기 위한 변형 작업은 다대하고 곤란하기 때문에 효율적인 하강 유동식 방법을 사용하지 못하고 있는 실정이다.

본 출원인은 하강 유동식 반응 영역에 있어서 상승 유동식 반응 영역을 포함하는 분해 반응기를 사용하여, 효율적인 반응과 향상된 고체/기체 분리도의 2가지 장점을 모두 얻을 수 있는 방법 및 장치를 제안하는 바이다. 더욱이 이와 같은 장치는유동의 방향을 변형시키는데 필요한 비용보다 낮은 비용으로 기존의 유닛에 장착될 수 있다.

더욱 구체적으로, 본 발명은 탄화수소 공급 원료를 분해하는 방법을 제공하며, 본 발명의 방법은 분해 반응을 이동층 또는 유동층 촉매의 존재하에 수행하고, 반응후에 촉매입자를 기체 상으로부터 분리시켜 재생시킨 후 적어도 부분적으로 재순환시키며, 상기 분해 반응은 거의 수직형인 2개의 연속하는 반응 영역에서 수행하고, 공급 원료는 제1반 응 영역의 상부로 주입하고, 이어서 상기 제1반응 영역의 저부에서 수득한 생성물중 적어도 일부분은 제2반응 영역으로 주입하여, 그 영역에서 상승식으로 순환시킨다.

이하, 첨부된 제1도와 관련하여 본 발명의 방법을 설명하고자 하나, 본 발명은 제1도에 도시된 실시양태에 국한되는 것은 아니다.

제2도 및 제3도는 본 발명의 방법과 관련된 장치를 도시한 것이다.

촉매(2)(적어도 일부는 촉매 재생 반응기(3)로부터 유래함)는 튜브형 반응기(1)의 상부로 공급되며, 반응기(1)의 축은 거의 수직이다.

재생 반응기(3)과 제1 반응 영역(4) 사이에서 촉매 입자의 유속은 예를 들면, 밸브 또는 기타 적합한 수단에 의해 발생시킨 압력차에 의해 조정된다.

촉매는 0.5m/s 이상의 속도, 일반적으로 1m/s 이상의 속도로 주입되며, 경우에 따라서는 20m/s 정도일 수도 있으나 5m/s 이하인 것이 더욱 일반적이다. 이때 현탁액중의 촉매의 겉보기 부피당 질량은 약 50 내지 600kg/㎡이다.

이어서 100 내지 250℃의 온도로 예열된 공급 원료(5)를 가열된 유동층 촉매와 접촉시키며, 촉매는 미세한 액체 입자 형태로서, 그 직겨은 일반적으로 20 내지 300 μ이고, 공지된 분무수단에 의해 얻어지는 범위인 경우가 많다.

처리하고자 하는 탄화수소 공급 원료는 무거운(heavy) 탄화수소, 즉, 진공하의 가스유와 같은 최종 비등점이 700℃ 부근인 탄화수소, 및 원유 및 진공 잔사와 같은 중유로 이루어지는 것이 유리하다. 필요에 따라, 이들 공급 원료를 전처리할 수도 있는데, 예를 들면 Co-Mo 유형의 촉매의 존재하에 가수소 처리한다. 비등점이 400℃이하인 경량의 공급 원료도 마찬가지로 처리할 수 있다.

본 발명에 의한 방법에 대해 바람직한 공급 원료는 보통 비등점이 700℃ 이상에 이르는 분류물을 함유하며, 아스팔트계 생성물을 다량으로 함유할 수도 있고, 콘라드슨(Conradson)탄소 함량이 4% 정도, 또는 그 이상일 수 있다. 이러한 공급 원료를 LCO 및 HCO와 같은 경량의 탄화수소 분류물과 혼합할 수도 있다.

촉매와 접촉할 때, 공급 원료는 기화된다. 이어서 공급 원료는 촉매의 흐름에 의해 동반되어, 촉매와 함께 제1 반응 영역(4)내에서 하강 역류식으로 유동하며, 이때 분해 반응이 일붑수행된다(반응기내의 하강 유속은 다양하며, 통상적으로 0.5 내지 50m/s이고, 0.5 내지 10m/s인 것이 바람직하다).

상기 제1 반응 영역(4)의 바닥부에서 수득한 생성물은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로 거의 수직인 축을 가진 반응기(7)내에 위치한 제2 반응 영역(6)의 바닥부로 전달된다.

이와 같은 전달 과정은 신속하게 수행되어야 하며, 흐름 방향의 변경은 촉매입자의 침강을 방지할 수 있는 방식으로 제어되어야 한다. 이하에 기술된 바와 같은 장치(u-튜브, 경사진 튜브 등)가 본 발명의 방법에 적합할 것이다.

제2 반응 영역에서 반응 매체는 일반적으로 2m/s 이상, 경우에 따라 50m/s 이하, 바람직하게는 10 내지 30m/s의 속도하에 상승식으로 유동한다.

이러한 유동을 촉진시키기 위해, 제2 반응기의 바닥부(또는 실질적으로 바닥부로 간주되는 바닥부 부근)로 추진제 유체를 주입할 수 있다(필수적인 것은 아니다). 상기 추진제 유체는 나프타이거나, 더욱 일반적으로는 반응 영역으로부터 열을 제거할 수 있으며 공급 원료의 비등점보다 낮은 비등점을 가지는액체일 수 있다. 본 발명에 의하면, 제2 반응 영역으로 주입되는 반응 매체에 탄화수소 상(8)을 주입하는 것이 유리하다.

탄화수소 상(8)은 제2 반응 영역의 바닥부에서 당해 반응 영역 또는그보다 양간 상류에 유입되는 매체에 주입할 수 있는데, 환연하면 2개의 반응 영역 사이에서 전달 과정중에 반응 매체내로 주입할 수 있다. 주입되는 탄화수소 상의 양은 제1 반응 영역에 주입되는 공급 원료의 양에대하여 0 내지 50중량%, 바람직하게는 5 내지 30중량%이다.

탄화수소 상은 처리하고자 하는 공급 원료의 일부로 이루어질 수도 있다. 또한 이는 경량의 공급 원료, 즉, 비등점이 400℃이하, 통상 약 180℃ 내지 약 380℃인 경량의 공급 원료일 수도 있다.

반응 영역(6)의 상부에서 수득한 생성물은 고체/기체 분리 수단(9)로 운반되어 분해 반응의 생성물을 함유하는 기체 상(10)과 촉매로 분리된다.

분리된 촉매 입자는 하나 이상의 반응기(3)으로 운반되어, 코우크스를 통상의 방식으로 연소시킨 후에 적어도 일부의 입자는 제1 반응 영역으로 재순환된다.

본 발명에 의한 방법의 본질적인 장점은 기체/고체 분리를 촉매와 농도가 더욱 희박한 혼합물에 대하여 수행하는 점이라는 것을 강조할 수 있다. 예를 들면 (5)에서 주입되는 공급 원료를 기준으로 하여 20 내지 40중량%의 경량의 탄화수소(8)를 적절히 주입함으로써 분리기(9)에 유입되는 혼합물중의 촉매의 부피 함량은, 분리기가 제1 반응 챔버(1)의 바닥부에 위치할 경우에 분리기로 주입되는 혼합물의 촉매 함량에 비하여, 최소한 1.5배 내지 2배 감소될 수 있다. 이로써 보다 효율적인 분리를 달성할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법에 따라서 탄화수소 공급 원료에 대한 접촉 분해 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다. 이하에서는 본 발명의 장치는 첨부된 제2도 및 제3도와 관련하여 설명하고자 한다.

본 발명의 장치는 거의 수직인 축을 가진 제1 반응기(20)을 포함하며, 반응기(20)는 반응기 상부로 촉매를 주입하기 위한 수단(21), 처리하고자 하는 분무된 공급원료를 반응기 상부로 공급하기 위한 수단(24)을 구비하며, 이때 상기 수단(24)는 수단(21) 아래에 위치하고, 상기 반응기는 수득한 생성물을 배출시키기 위해 그 축상에서 반응기 바닥부에 배치된 배출구를 구비할 수 있다. 또한 본 발명의 장치는 거의 수직인 축을 가진 제2 반응기(28)를 포함하며, 반응기(28)은 그 바닥부에 제1반응기(20)의 바닥부에서 수득한 생성물을 주입하기 위한 주입구를 구비하고, 그 상부에는 제2 반응기에서 처리한 후에 수득한 생성물을 배출시키기 위한 도관(29)를 구비하며, 본 발명의 장치는 제1 반응기와 제2 반응기의 바닥부들을 연결하는하나 이상의 도관(30)을 포함한다.

본 발명의 장치는 거의 수직인 축을 갖는 2개의 연속하는 반응기(20)과 (28)을 포함하고, 그 바닥부들은 도관(30)에 의해 연결된다.

촉매는 일반적으로 반응기의 촉상에 배치된 슬라이드 밸브(23)이 장착된 도관(22)로 구성되는 수단(21)에 의해주입된다.

처리하고자 하는 공급 원료는 일반적으로 분무 수단(26)이 장착된 도간(25)로 구성되는 수단(24)에 의해 분무된 상태로 주입된다. 상기 도관은 공급 원료를 하강 이동식으로 촉매에 도입하기 위해, 촉매 주입구 아래에 위치한다.

제1 반응기의 바닥부(27)에서 수득한 생성물은 도관(30)을 통해 제2 반응기로 전달된다.

간단한 도시를 위해서, 첨부된 제2도에는 반응기와 도관(30)을 직경이 거의 동일한 형태로 도시하였으나, 본 발명은 이러한 구체적인 형태에 국한되지 않는다.

도관(들)(30)은 고체 촉매의 부착을 극소화시키면서 이를 신속하게 전달시킬 수 있어야 한다.

제2도에 도시한 각이 진 형태는 U-형 장치를 제공하므로 매우 적합하다. 2개의 반응기 사이의 간격인, 곡률은 처리 조건하에서 전달 과정을 적절히 수행할 수 있도록 계산된다.

제3도는 제2반응기 쪽으로 경사를 이루어 비말동반(entrainment)에 의해 전달을 수행하는 도관(30)을 도시하고 있다. 이러한 형상은 통용되는 접촉 분해방법의 형상과 유사하므로 특히 주목되며, 근래의 방법에 있어서 공급 원료는 대부분의 경우에 (32) 및/또는 (42)에 주입한다. 이러한 종래 기술에 따른 방법에서, 부분(20) 및 (30)은 반응 영역이 아니며, 순수하게 촉매를 운반하는 기능만을 수행한다. 부분(28)의 위치에, 전환시키고자 하는 탄화수소 분류물을 상승부로 주입시킬 수 있는 1개 이상의 주입-분무 수단(42)을 보유할 수 있다.

상기 수단(42)은 간단히 주입 수단이 장착되고, 예를 들면 제2 반응기의 바닥부(도관(42) 및/또는 제3도에 도시한(32)) 또는 그 부근에 위치하는 도관으로 이루어질 수 있다. 상기 수단은 주입 처리가 촉매의 이동을 따르도록(거의 접선 방향 주입) 도관(30)상에 배치되는 통풍기934)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 실시양태에 의하면 부착물을 상당히 감소시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 수단들을 함께 사용할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명의 장치는 제2반응기(28)의 바닥부 또는 그 부근에 추제 유체를 주입하기 위한 도관(33)을 포함한다. 상기 유체는 예를 들면 액상이나 기체상의 탄화수소, 물 또는 질소등의 불활성 기체일 수 있다.

반응기(28)에서 상승한 반응 매체(35)는 반응기의 상부로부터 배출되어 도관(29)을 통해 기체/고체 분리기로 급송되고, 이어서 촉매 재생 반응기로 운반된다. 재생 반응기를 제1 분해 반응기에 연결하는 도관을 경유하여, 적어도 일부의 촉매는 재순환된다.

Claims (15)

1. 탄화수소 공급 원료를 이동층 또는 유동층 촉매 입자와 접촉시키고, 반응 후에 촉매 입자를 기체 상으로부터 분리시켜 재생시킨 후 적어도 부분적으로 재순환시켜서 탄화수소 공급 원료를 분해하는 방법에 있어서, 분해 반응을 거의 수직형인 2개의 연속하는 반응 영역에서 수행하고, 공급원료를 제1 반응 영역의 상단으로부터 바닥부까지 유동시킨 후 상기 제1 영역의 배출구로부터 수득한 생성물의 적어도 일부를 제2 반응 영역과 주입하며, 제2 반응 영역에서 상기 생성물을 상승 방식으로 순환시키는 것이 특징인 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역의 배출구로부터 수득한 모든 생성물을 상기 제2 반응 영역으로 주입하는 것이 특징인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 영역의 상단에 유입되는 공급 원료가 무거운 탄화수소로 이루어지는 것이 특징인 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 영역의 상단에 유입되는 공급 원료가 비등점이 400℃ 이하인 경량의 탄화수소로 이루어지는 것이 특징인 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 반응 영역에 유입되는 반응 매체에 탄화수소 상을 주입하는 것이 특징인 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 탄화수소 상기 처리하고자 하는 공급 원료와 동일한 것이 특징인 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 탄화수소 상기 비등점 400℃ 이하인 경량의 탄화수소 상인 것이 특징인 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 탄화수소 상이 비등점 180 내지 380℃인경량의 탄화수소 상인 것이 특징인 방법.
9. 제5항에 있어서, 주입되는 탄화수소 상의 양이 제1 반응 영역에 주입되는 공급 원료의 0 내지 50부피%인 것이 특징인 방법.
10. 제9항에 있어서, 주입되는 탄화수소 상의 양이 상기 공급 원료의 5 내지 30부피%인 것이 특징인 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 반응 영역의 바닥부에 추진제 유체를 주입하는 것이 특징인 방법.
12. 거의 수직인 축을 갖는 제1 반응기(20)을 포함하고, 반응기(20)은 반응기의 상부로 촉매를 주입하기 위한 수단(21), 분무된 공급원료를 반응기의 상부로 주입하기 위해 상기 수단(21)아래에 위치하는 수단(24), 및 수득한 생성물을 배출시키기 위해 상기 반응기의 바닥부에 반응기의 축상에 배치된 배출구를 구비하여, 탄화수소 공급 원료를 접촉 분해하기 위한 장치에 있어서, 거의 수직인 축을 갖는 제2 반응기(28)를 더 포함하고, 반응기(28)은 그 바닥부에 제1 반응기(20)의 바닥부에서 수득한 생성물을 주입하기 위한 주입구븝 구비하고, 그 상부에 제2 반응기에서 처리한 후에 수득한 생성물을 배출시키기 위한 도관(29)를 구비하며, 상기 제1 반응기(20)와 제2 반응기(28)는 하나 이상의 도관(30)에 의해 그들의 바닥부에서 연결되는 것이 특징인 장치.
13. 제12항에 있어서, 제2 반응기내에서 반응 매체에 탄화수소 상을 주입하기 위한 수단(32) 및/또는 (42)를 포함하는 것이 특징인 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 탄화수소 상을 주입하기 위한 수단이 제2 반응기의 바닥부에 배치된 하나 이상의 도관(32)으로 이루어지는 것이 특징인 장치.
15. 제12항 내지 제14항아직 어느 하나의 항에 있어서, 제2 반응기(28)의 바닥부에 추진제 유체를 주입하기 위한 수단(33)을 포함하는 것이 특징인 장치.