KR100473213B1

KR100473213B1 - 가스혼합입자의직접회전분리기와,유동베드열크래킹혹은촉매크래킹을위한그분리기의사용

Info

Publication number: KR100473213B1
Application number: KR10-1998-0000251A
Authority: KR
Inventors: 고티에 티에리; 르로이 파트릭; 길르 다미앙; 델 포조 마리아노; 파튀로 티에리
Original assignee: 앵스띠뛰 프랑세 뒤 뻬뜨롤
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2005-07-12
Also published as: FR2758277B1; KR19980070396A; ATE311238T1; JP4247503B2; EP0852963A1; DE69832541T2; EP0852963B1; ES2255137T3; JPH10202148A; FR2758277A1; DE69832541D1; ZA98164B; US6113777A

Abstract

본 발명은 입자를 포함하는 가스 혼합물로부터 입자를 분리시키기 위해 적어도 하나의 분리실을 구비하는 분리기에 관한 것으로, 상기 분리실은 최대 360°미만의 각도로 혼합물을 수직면에서 만곡시키도록 채택된 만곡 대역(3)을 향해 반응기(R)내에서 순환하는 혼합물의 통과를 위해 직사각형 혹은 정사각형의 단면을 형성하도록 채택된 전이 대역(1)과; 70 내지 225°범위내의 각도로 상기 혼합물의 만곡을 구획하는 외벽(30)과; 적어도 30°이상 그리고 최대한 상기 외벽의 만곡 각도에 90°를 더한 각도를 통해 상기 외벽과 실질적으로 동축으로 만곡하는 편향판(10)과; 만곡 대역과 동축인 가스 배출구(4)를 포함하며; 상기 분리기는 제2 사이클론(12)에 직접 또는 간접으로 연결된다. 또한, 상기 분리기는 전이 대역(1)에 연결된 벽(32)을 구비하는 입자 배출구(9)를 포함하며, 탄화수소 공급원료의 유동 베드 촉매 크래킹에 사용된다.

Description

가스 혼합 입자의 직접 회전 분리기와, 유동 베드 열 크래킹 혹은 촉매 크래킹을 위한 그 분리기의 사용{DIRECT TURN SEPARATOR FOR PARTICLES IN A GASEOUS MIXTURE AND ITS USE FOR FLUIDIZED BED THESMAL OR CATALYTIC CRACKING}

본 발명은 입상(粒狀) 고체를 가스로부터 분리하기 위한 적어도 하나 이상의 급속 직접 회전 분리기(direct turn rapid separator)와, 특히 유동 베드 촉매 크래킹(fluidized bed catalytic cracking)에 있어서 그 분리기의 사용에 관한 것이다. 그 분리기는 또한, 실질적으로 불활성 입자의 존재하에, 그리고 수증기의 존재하에 또는 부재하에서 열 크래킹 장치에 사용될 수 있다.

석유 공업에 있어서, 보다 정확히 말하면, 촉매 작용이 있거나 혹은 촉매 작용이 없는 분쇄 고체의 존재하에서의 순환 베드 탄화수소 공급원료의 전환 공정에 있어서, 공급원료는 실질적으로 수직한 반응기 내에서 분쇄 고체 입자와의 접촉을 초래하며, 가스상(相) 및 고체는, 흐름이 전체적으로 상부로 향해 행해지는 경우[이 경우, 반응기는 일반적으로 상승형(riser)이라고 불린다], 동일한 단부, 즉 반응기의 상부로부터 배출되며, 또한 흐름이 전체적으로 하부로 향해 행해지는 경우[이 경우, 반응기는 일반적으로 하강형(dropper)라고 불린다], 동일한 단부, 즉 반응기의 하부로부터 배출된다. 반응 생성물은 반응기의 출구에서 촉매 입자 혹은 비촉매 입자로부터 반드시 분리되어야 한다. 즉, 반응 생성물은 이차 분리 단계로 혼입(entrain)되고, 고체 입자는 몇 개의 공정에 있어서 반응에 적합할 수 있는 입자 특성(예컨대 코크스 함유량, 활성)을 복원시키는 재생 단계를 받은 후 반응기의 입구로 재순환된다.

본 발명은 반응기의 출구에서 가스 생성물과 고체와의 신속한 분리를 가능하게 하는 설비를 갖는 장치에 관한 것으로, 이 장치는 특히 몇 개의 전환 공정, 예컨대 탄화수소 공급원료의 열 크래킹 또는 촉매 크래킹에 적용되며, 이 전환 공정은, 반응기의 출구 온도가 생성물 분해의 이차 반응이 발생하도록 일반적으로 충분히 상승하는 것에 의해 특징 지워진다.

따라서, 큰 용적 내에서 관성에 의한 거친 분리를 하는 것 보다 오히려 반응기에 직접 연결된 사이클론을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 급속 분리를 이용하는 탄화수소 유분(cut)의 전환 공정의 예는 라이저 사이클론에서 분리가 행해지는 미국 특허 제4,946,656호(로스 등에 허여)에 개시되어 있다. 라이저 사이클론을 사용함으로써 만족할 만한 분리 효과를 얻을 수 있게 된다. 그러나, 라이저 사이클론의 용적이 설비의 직경 Dc(단위 m)에 의해서 결정되기 때문에 그 용적은 큰 것이다. 상기 직경을 하기의 식에 의해 가스 유량 Qg(단위 ㎥/s)의 함수로서 (약 10%의) 대략 산출할 수 있다.

사이클론의 용적은 일반적으로 사이클론의 직경에 따라 산출될 수 있다. 보다 콤팩트한 사이클론을 사용함으로써, 사이클론의 용적 Vc 는 즉,

Vc = 0.625πDc³ 로부터 산출될 수 있다.

따라서, 라이저 사이클론으로 얻을 수 있는 가장 짧은 체류 시간 ts는

ts = Vc/Qg = 0.8 Dc 이다.

일반적으로 탄화수소 전환 장치용 공업 장치로 널리 사용되는 1.3m 직경의 사이클론에 있어서는, 탄화수소의 평균 체류 시간이 약 1초에 달하며, 이 시간은 재결합의 부반응(recombination side reaction)을 회피하기 위해서는 매우 긴 시간이다.

사이클론의 또 다른 단점은 부피가 크다는 것인데, 이는 매우 큰 사이즈의 반응기내에 설치되어야 한다는 것을 의미한다.

또 다른 장치가 사용될 수 있는데, 즉 프랑스 특허 제1 110 117호(퍼세방에 허여됨)에는 도관의 상부에 위치하는 오리지날 분리 장치가 기재되어 있다. 그 장치는, 도관의 양측에 하나의 소용돌이실을 지나 해당 도관에 연결되는 2개의 분리실을 배치함으로써 구성된다. 상기 소용돌이실은 수직면에서의 흐름을 회전시키는 것이다. 가스는, 이것들의 분리실 내를 꼭대기부로 수직으로 관통하는 도관에 의해 해당 분리실의 한복판으로 추출되고, 또한 실질적으로 수평인 개구에 의해 분리실 내로 개방된다. 이러한 분리 장치는 라이저 사이클론보다 더 작은 용적을 가진다. 상기 분리 장치는, 아마 미립자를 약간 포함되게 한 유출물의 분리에는 적합하지만, 예컨대 촉매 크래킹 공정에 수반되는 것 같은 입자를 많이 포함되게 한 유출물의 분리에는 적합하지 않다. 분리실을 수직하게 관통하는 가스 배출용 도관은 가스-고체 현탁액이 도관으로부터 분리실을 통과할 때, 이 현탄액의 유동에 장애가 된다. 만일 입자가 미량으로 존재할 경우(통상 입자의 질량 유량이 가스의 질량 유량에 0.5배를 초과하지 않을 경우)에는 문제가 되지 않는다. 이를 초과할 경우, 입자는 분리실의 상부에 두껍고 고밀도의 층을 형성하게 되고, 모든 장애, 예컨대 가스 배출의 관통 도관은 입자의 재 엔트레인멘트(entrainment)를 부추겨 분리 효율을 저하시킨다. 더욱이, 이러한 장치에 있어서 공급 도관은 분리실로의 전이 없이 개방하므로 감속이 야기되고, 가속은 야기되지 않는다. 그 결과, 충분한 관성을 지닌 큰 입자를 분리할 수 있지만 가스류에 따르는 경향이 있는 미립자를 분리하는 것은 불가능하게 된다. 결국, 속도를 감소시킴으로써, 분리 용적의 증가를 불러일으키고, 그리고 가스의 체류 시간의 증가와 벌크(bulk)의 증가가 동시에 발생한다.

유럽 특허 제A2-0 332 277호(반 덴 아커 및 헤지디어스에 허여됨)에는 가스의 배출 도관이 수평을 배치되어 있는 분리 장치가 개시되어 있으며, 분리기로 유입되는 가스는 가스의 배출 도관의 축 주위를 회전한다. 그러나, 발명자는, 분리실이 서로 통하여 있는 것을 명시한다. 그 결과, 흐름이 회전을 유발하기 전에 균일하게 성형된 흐름을 갖도록 만들 수 없게 된다. 더욱이, 가스는 분리기에서 재순환할 수 있는데, 다시 말해서 가스가 완전한 회전을 완료하여 도입 도관으로부터 직접 생긴 가스와 접촉하여 도입 대역 내로 되돌아가는 것이 가능하다. 이로 인해 분리실 내에서 가스가 회전을 개시할 때에 큰 접선방향의 속도 구배를 생기게 하며, 가스 속도는 분리실의 벽과 도입 도관의 축에 근접한 데에서는 보다 높아지게 된다. 따라서, 분리 대역 내에 들어가는 가스 및 입자를 일률적으로 가속시키는 것을 곤란하다. 또한, 분리실내의 재순환은 분리기 내에서 가스의 역혼합(back-mixing)의 증가를 야기하여, 그 결과 매우 급속한 반응의 경우에는, 선택율의 저하의 원인이 된다. 더욱이, 가스의 재순환은, 가스의 도입구와 배출 도관 사이의 압력 손실을 실질적으로 증가시킨다.

선행 기술은 또 하기의 특허에 개시되어 있다.

특허 US-A-4,721,561 에는 2개의 대역을 구비하고, 하나는 아래쪽으로 향하는 가스 및 예비 분리된 고체용이며, 나머지 하나는 가스의 재상승용으로 마련되는 2개의 구멍을 필요로 하는 고체-가스 분리기가 개시되어 있다.

특허 WO 95/04117 및 US-A-4,708,092 에는 동일한 반응기 내에서의 도입구 및 배출구를 구비한 유동 베드 상에서의 부압(負壓) 분리기가 기재되어 있다. 이 분리기의 압력이, 분리기를 포함하는 폐쇄용기의 희석상의 압력 보다 낮기 때문에, 그 운전은 본 발명에 의한 분리기(정압 분리기)와 매우 다르다.

또한, 특허 WO 91/03527 에는 스크롤(scroll) 형태의 원심 블라스틱 분리기가 개시되어 있는데, 여기서 고체는 도관을 필요로 하지 않고 반응기의 희석상으로 배출된다.

전술한 모든 특허는 상기 유럽 특허 제A2-0 332 277호에 기재된 것과 마찬가지로 분리기 내에서의 가스의 재순환과 관련된 문제점을 보이고 있다.

본 발명은 유출물의 매우 급속한 분리를 가능하게 하고, 극소의 압력 손실만을 발생시켜 입자의 분리 효율을 80% 이상으로 유지할 수 있도록 하여 전술한 문제점을 해소하였다. 본 발명의 주목적은, 최적화된 사이클론 분리기를 이용하여 입자의 매우 높은 분리 효율, 즉 99.9%를 넘는 효율을 얻을 수 있기 때문에 상기 고분리 효율을 얻는 것은 아니다. 촉매 반응(이러한 반응의 진행도는 가스와 접촉하는 고체량에 의해 결정됨) 혹은 (예컨대, 기화 가능한 액체를 주입하여) 분리기의 출구에서의 온도의 저하에 의한 열 반응을 매우 감소시키는 것을 가능하게 하기 위해 입자의 대부분을 단순히 제거하는 것이 필요하다. 기체상의 유출물의 냉각은 해당 유출물이 보다 적은 입자를 포함하고 있는 것만큼 한층 더 간단하다. 입자 회수 효율 측면에서 보다 효율이 있지만 일련의 사이클론 같은 것보다 더 긴 체류 시간에 가스를 노출시키는 분리기에 있어서의 본 발명의 분리기는 하류에서 보다 효과적인 분리가 행해질 수 있다. 가스의 대부분은 더 이상 반응(더 적은 입자 및 /또는 더 낮은 온도)하는 것이 불가능하게 된다.

따라서, 유출물로부터 입자를 예비 분리시킴으로써 선택율의 측면에서 바람직한 결과를 얻을 수 있는 것이 증명되었다.

보다 구체적으로, 본 발명은 가늘고 긴 형태의 반응 용기(R)를 구비하는, 공급원료의 분출분류층(entrained bed) 전환 장치에 관한 것으로, 상기 반응 용기 내에서 상기 전환이 적당한 조건하에서 행해지며, 상기 전환 장치는, 반응 용기(R)의 제1 단부 근처에서 상류로부터 하류 방향으로 공급원료의 순환 방향으로, 적어도 하나의 엔트레인멘트(entrainment) 유체의 적어도 하나의 도입 수단과, 입자형으로 분쇄된 적어도 하나의 고체의 적어도 하나의 도입 수단과, 상기 공급원료의 적어도 하나의 도입 수단을 구비하고, 상기 전환 장치는 상기 용기의 제2 단부 근처에서, 용기(R)로부터 생기고 또 주로 상기 공급원료의 전환 생성물과 고체 입자로 이루어지는 유체와 입자의 분리를 위해 상기 용기에 연결되어 있는 적어도 하나의 분리실을 포함한다.

상세히 설명하자면, 입자를 포함하는 가스 혼합물 입자의 일차 분리실 또는 일차 분리 장치는, 혼합물을 배출시키고 바람직하게는 실질적으로 원통형을 이루는 가늘고 긴 반응기(R)에 연결되는 혼합물 도입구와, 소량의 입자를 포함하는, 분리에 의해 생긴 가스류 유출물을 배출하는 제1 배출구(4)와, 대량의 입자를 배출하는 제2 배출구(9)를 포함하며, 상기 분리실은,

·상기 도입구에 연결되고, 반응기로부터 만곡 대역으로 순환하는 혼합물의 통과를 위해 직사각형 혹은 정사각형의 단면을 형성하도록 채택된 전이 대역(1)과;

·상기 전이 대역에 연결되어 360°미만의 각도로 혼합물을 수직면에서 회전시키도록 채택된 흐름의 만곡 대역(3)으로, 상기 회전이 그 사이에서 발생하게 되는 2개의 수직한 벽(6)과, 70 내지 225°범위내의 각도로 상기 혼합물의 만곡을 구획하는 외벽(30)과, 상기 전이 대역에 접선 방향으로 연결되고, 적어도 30°이상 상기 외벽과 실질적으로 동축으로 만곡하고 최대한 상기 외벽이 만곡하는 각도에 90°를 더한 각도로 만곡하는, 편향판 내벽(10)을 구비하는 만곡 대역(3)과;

·상기 만곡 대역의 수직 벽(6)들 중 하나에 뚫린 오리피스 형태의 도입구(5)와 연통하는 수평의 폭을 지닌 1개의 튜브나 혹은 상기 벽(6)들 각각에 뚫린 오리피스 형태의 도입구 각각을 구비한 2개의 튜브에 의해 구성되는 가스류 유출물을 배출하는 제1 배출구(4)로, 상기 제1 배출구와 편향판의 연결이 실질적으로 접선을 이루도록 만곡 대역과 실질적으로 동축인 제1 배출구(4)와;

·상기 만곡 대역의 외벽(30)에 연결되는 제1 벽(31)과, 상기 전이 대역(1) 혹은 반응기에 연결되는 제2 벽(32)을 갖는 제2 배출구(9)를 조합하여 포함하는 것을 특징으로 한다.

분리기는 일반적으로 만곡 대역으로부터 입자 배출구까지 연장하는 측면(6)을 구비하며, 이 측면은 통상 실질적으로 수직하고, 또한 양호하게는 서로 평행한 평면이다.

전이 대역은, 반응기의 상부 부분과 분리기 사이의 입자와 유출물과의 혼합물의 성형 대역 및/또는 경우에 따라서는 가속 대역이며, 다음과 같은 기능을 갖는다.

·상기 전이 대역에 의해, 통과 단면의 형태를 변경하는 것이 가능하게 되며, 통과 단면의 형태는, 반응기 내에서의 실질적인 원형형 단면으로부터 분리기의 만곡 대역의 도입구에서의 실질적인 직사각형 또는 정사각형 단면으로 변화된다. 이러한 직사각형 단면은 1변의 최장 변과 최단 변 사이의 비가 1 내지 3으로, 최단 변은 일반적으로 가스의 배출구의 주위를 만곡하는 변이다.

·상기 전이 대역은, 분리기 내에서의 통과 단면의 점진적인 축소에 의해, 최적의 분리 속도로 흐름을 가속시키는 것을 가능하게 한다. 배출 단면 혹은 몇 개의 분리기가 존재하는 경우, 분리기의 각각의 전이 대역의 배출 단면의 합계는 반응기의 통과 단면의 0.5 내지 1배가되는 것으로 증명되었다. 이러한 조건하에서, 속도는 반응기의 원통형 통과 단면 내에서는 예컨대 10 내지 25 m/초 인데 반해, 직사각형 통과 단면 내에서의 속도는, 일반적으로 10 내지 30 m/초, 바람직하게는 15 내지 25 m/초이다. 그 길이는 반응기의 직경의 0.1 내지 10배, 바람직하게는 반응기의 직경의 0.5 내지 3배가 좋다.

·몇 개의 분리기가 반응기의 배출구에서 병렬형으로 배치되는 변형례에 따르면, 이들의 외벽은 상호 교차하지 않기 때문에(접점의 존재 혹은 부존재), 전이 대역은 그 축으로 따라서 전이 대역의 벽(각도가 있는 섹터를 구획한다)에 기껏해야 같은 길이의 적어도 하나의 벽을 구비할 수 있으며, 상기 전이 대역의 벽은, 특히 만곡 대역의 반원형 외벽이 편향판의 만곡 대역과 가스의 배출구와의 축을 통하는 평면(P) 상에 위치하는 점에서 접하고 있는 경우, 만곡 대역의 상기 외벽의 연장이다.

이들 외벽이 상호 접하고 있거나, 상호 교차하고 있지 않는 경우, 실질적으로 이들의 연장에 위치하고 또한 흐름의 편향판 대용이 되는 원추형 형태 혹은 예컨대 삼각형 쐐기 형태의 벽을 개재시키더라도 좋다. 상기 평면(P)의 밑으로 연장되는 이것들의 벽 또는 모서리는, 분리실의 복수 도입구 사이의 연통을 방지하고, 또한 만곡 대역의 도입구에서의 흐름의 성형에 기여하여, 전이 대역과 만곡 대역 사이의 가속된 흐름의 유지를 가능하게 한다. 이것은 매우 유리한 점이다.

가속 대역은, 분리기의 형태에 따라 또한 상승 또는 하강 반응기의 형에 따라 수평형 혹은 수직형이 될 수 있다.

입자와 유출물의 혼합물의 만곡 대역은 일반적으로 요면(凹面) 형상의 편향판을 중심으로 구성된다. 입자는 원심력에 의해 벽으로 이동된다. 이들 입자는 분리기의 해당 만곡 대역 내에 반송되며, 그 분리기의 다른 벽은 상호 마주 보고 실질적으로 수직이다.

만곡 대역은 바람직하게는 유출물의 배출관 축으로 실질적으로 동일한 회전축을 갖는다.

내벽의 만곡 대역은 통상 성형 대역의 벽에 접하고 있다. 만곡 대역 내의 표면 속도는 성형 대역의 배출구에서 얻어지는 표면 속도와 실질적으로 동일하게 유지된다.

상승형 반응기 또는 하강형 반응기에 적용할 수 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전이 대역은 수평형으로서, 만곡 대역의 외벽(30)은 70 내지 135°각도로 주위를 만곡하며, 편향판(10)은 30 내지 180°각도로 주위를 만곡한다.

상승형 반응기에 대한 본 발명의 제2 실시예에 따른 전이 대역은 수직이며, 만곡 대역의 외벽(30)은 160 내지 225°각도로 주위를 만곡하며, 편향판(10)은 135 내지 270°각도로 주위를 만곡한다.

하강형 반응기에 대한 본 발명의 제3 실시예에 따른 전이 대역은 수직이며, 만곡 대역의 외벽(30)은 70 내지 90°각도로 주위를 만곡하며, 편향판은 30 내지 180°각도로 주위를 만곡한다.

만곡 대역의 실질적으로 수직인 2개의 벽이 실질적으로 평행인 것이 유리이다.

유출물은 일반적으로 가스 생성물과 도입 입자 20% 미만을 포함하고 있고, 상기 유출물의 배출구는 분리기의 수직 벽의 하나에 뚫린 오리피스 형태의 도입구를 구비한 1개의 튜브나 혹은 상기 벽들 각각에 뚫린 오리피스 형태의 도입구 각각을 구비한 2개의 튜브에 의해 구성된다. 양호하게는, 튜브의 축은 거의 수평면에 배치된다.

분리기가 2개의 튜브를 포함하는 경우, 이 2개의 튜브는 파이프의 굴곡부 및 접합을 추가함으로써, 분리기의 하류에서 경우에 따라서 하나로 통합되어도 좋다. 배출관의 도입구에서 유출물의 표면 속도는 일반적으로 분리기 내의 만곡 대역의 도입구 내에서의 가스 속도의 0.5 내지 2배, 바람직하게는 상기 속도의 0.75 내지 1.25 배이다. 바꾸어 말하면, 유출물의 제1 배출구의 복수 단면의 합계는 반응기의 통과 단면의 0.5 내지 2 배이다.

분리기와 고체 배출용 도관 사이의 고체의 배출용 개구부는 일반적으로 수직선에 대하여 각도 0 내지 45°의 축을 따라 배치된다. 이 배출용 개구부는 만곡 대역에 접하여도 좋다.

본 발명에 의한 일차 분리는, 선행기술의 이점에 비하여 다음과 같은 장점을 지닌다.

·용적이 작기 때문에 보다 콤팩트하게 된다. 따라서, 유출물의 체류 시간은 매우 짧고, 종래의 사이클론 내에서의 체류 시간의 1/3 내지 1/10 정도이다. 이에 따라, 재결합 반응 및 과도의 크래킹 반응이 회피된다. 더욱이, 작은 입체 용적이 제공되어 재건조(revamping)의 경우, 변경을 제한하는 것이 가능하게 된다.

·분리기 내에서의 가스의 재순환의 부존재에 의해, 분리기의 도입구와 가스의 배출구와의 사이의 압력 손실이 실질적으로 경감된다.

장치가 콤팩트하고 소형임도 불구하고 예컨대 80%를 넘는 분리 효율을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 불활성입자의 존재하에, 그리고 수증기의 존재하 또는 부존재하에서의 탄화수소 혼합물의 열 크래킹 장치 내에서의 본 발명에 의한 적어도 하나의 일차 분리 장치의 사용에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 탄화수소 공급원료의 촉매 크래킹을 위한 장치에 상기 분리 장치를 사용에 관한 것이다.

촉매의 존재하에서 유동 베드에서 공급 원료의 크래킹 반응이 행하여지는 튜브 반응기는, 스트리핑(stripping) 폐쇄용기의 외부에 혹은 내부에 있어도 좋다. 상기 폐쇄용기내에서, 촉매 유출물의 최종 분리가 행해진다.

본 발명에 의한 일차 분리기의 가스류 유출물의 배출구는, 통상 사이클론과 같은 적어도 하나의 이차 분리기에 연결된다. 이 사이클론은 스트리핑을 행하기 위한 잔류 촉매와, 상당 부분의 촉매를 제거한 탄화수소 유출물(일반적으로 촉매의 0.1중량% 미만)을 회수할 수 있다. 이차 분리기는 스트리핑 폐쇄용기 외부에 위치하여도 좋다.

변형례에 따르면, 상기 이차 분리기는 스트리핑 폐쇄용기 내부에 배치될 수도 있다. 이 경우, 이차 분리기는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일차 분리기로부터의 가스류 유출물의 배출구에 연결되는 튜브의 배출구 근처에 위치하여도 좋다. 따라서, 상기 이차 분리기는 크래킹 반응으로부터의 가스류 유출물과, 스트리핑 폐쇄용기의 바닥에서 촉매의 스트리핑에 의해 생긴 가스류 유출물을 수용하거나, 또는 본 발명의 일차 분리기로부터의 가스류 유출물의 배출구에 연결되는 튜브의 배출구에 직접 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 튜브는 통상 복수개의 구멍을 지니고, 이 구멍은 스트리핑 폐쇄용기의 하부 부분에서 촉매의 스트리핑에 의해 생긴 가스류 유출물을 수용한다. 유출물 전체는 후속 처리를 위해 이차 사이클론을 지나 외부로 배출된다.

반응 대역의 배출구에서의 가스 생성물의 온도 저하가 요구될 때, 물과 같은 액체 혹은 탄화수소 혼합물(생성물의 흐름의 압력에서 생성물의 온도보다 낮은 비등점을 가짐)을 당업자에 공지의 수단(해당 도관 내에 역류로 주입되는 탄화수소의 분무를 예로서 들 수 있다)에 의해 배출 도관 내에 주입하는 것이 가능하다.

고체의 배출 도관은 분리 및 스트리핑 폐쇄용기(S)로 개방되어 있다. 또한, 상기 폐쇄용기는 반드시 필요하지 않지만 일차 및 /또는 이차 분리 수단을 포함하며, 이 분리 수단의 하부 부분은 배출 도관 통로의 아래 또는 위에 있어도 좋으며, 상기 도관의 아래에 위치하여 통과 단면 전체에 가스가 충분한 배분을 가능하게 하는 가스(예컨대 질소, 증기, 암모니아, 이산화탄소, 메탄 또는 에탄)의 적당한 주입 수단에 의해 유동화된 상태로 유지되는 분쇄 고체의 집합물을 포함한다. 배출 도관으로부터 생긴 고체의 폐쇄용기(S)의 단면에서의 분배를 개선하기 위해, 상기 도관의 개구부와 적어도 하나의 유동화된 가스 도입 수단과의 사이에 위치하는 수단, 예컨대 상호 교차하는 수평으로 열을 지어 배치된 튜브열 및 상호 오프셋 형태로 수평으로 배치된 천공판을 이용하는 것이 유리하다.

고체는 반응기(R)의 입구로 재순환되기 전에, 고체가 반응 대역 내를 통과하기 전에 갖고 있었던 특성을 그 고체에 다시 부여하는 재생 수단으로 순환할 수 있다. 따라서, 고체가 반응 대역(R) 안을 통과할 때에 코크스로 덮여 있는 경우에는, 공기와의 접촉을 위한 장치 내, 예컨대 유동 베드의 집합물 내에서 그 코크스를 연소시키는 것이 필요하다. 그 다음, 코크스를 제거한 고체는 반응 대역의 도입구로 재순환된다.

도 1 내지 도 3은, 탄화수소 전환 장치의 생성물 및 고체를 분리하기 위해 사용 가능한 일차 분리 장치의 사용의 한정되지 않는 예를 도시한다.

도 1에는, 반응 대역이 상승형 유동 베드 접촉 크래킹 반응기인 경우에 있어서 사용되는 일차 분리 장치가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 장치는 반응 대역(R)이 스트리핑 폐쇄용기(S)로 관통하는 경우에 있어서 특히 사용 가능하며, 이 경우, 상기 스트리핑 폐쇄용기는, 필연적이지 않지만 일반적으로 반응 대역(R)을 중심으로 하고 있고, 상기 반응 대역에 고체 배출 도관(8)이 통하고 있다. 또한, 상기 도면에는 반응 대역의 축에 대해 거의 대칭을 이루면서 병렬식으로 작동하는 2개의 분리실들이 도시되어 있는데, 이들 분리실의 수는 통상 1 내지 8, 양호하게는 본 실시예에서와 같이 2 내지 4개로 구성된다.

각각의 분리기(도 1a 참조)는 반응 대역(R)의 축에 실질적으로 평행한 2개의 평면으로 이루어져 있다. 이 분리기의 상부 부분은 반원형의 편향판(10)의 외주를 만곡하고, 반응 대역의 축에 대해 실질적으로 수직인 상기 편향판의 중심축은 실질적으로 만곡 대역(3)의 축이다. 전이 대역 및 가속 영역(1)에 의해 반응 용기(R)와 만곡 대역(3) 사이에서 각 분리기를 위한 혼합물의 성형 및 가속을 할 수 있게 된다. 외벽(30)과 편향판(10)에 의해 구획된 상기 만곡 대역(3)은 각 전이 대역의 외부에 연결된다. 만곡 대역(3)의 외벽은, 반응기의 축방향으로 향하는 벽(1a)에 의한 접점에서 연장되어 있으며, 이 반응기의 축방향으로 향하는 벽(1a)은 분리실의 도입구들 사이의 연통을 방지하고 또 가속된 흐름의 유지를 가능하게 한다. 만곡 대역에 있어서의 약 180°의 회전 운동에 의해, 입자의 유동 방향을 변경하는 것이 가능하게 되며, 또한 만곡 대역(3)에 의해 유발된 원심력의 영향으로 입자를 벽에 압박할 수 있게 된다. 만곡 대역(3)은 중앙 대역(7) 위로 만곡하고, 이 중앙 대역은 편향판(10)에 의해 보호되며, 편향판(10)은 각도 135°에 걸쳐 만곡 대역(3)과 중앙 대역(7) 사이의 모든 유통을 방해한다. 가스 생성물은, 분리기 내를 관통하지 않는 원통형의 배출 도관(4)을 지나서 배출된다. 이 배출 도관의 중심축은 편향판과 만곡 대역의 축과 실질적으로 동일하고, 상기 배출 도관은 분리기의 평행한 면(6)의 각각에 위치하는 2개의 개구부(5)에 의해 분리기의 면(6)에 연결되어 있다. 배출 도관(4) 및 편향판의 연결은, 도관의 두께를 제외하면 실질적으로 동일한 직경에 따라서 행해진다.

그 다음, 만곡 대역의 하부 부분으로 회수된 입자는, 고체의 배출구(9) 안에 배출되어 도관(8)으로 유도된다. 배출구(9)는 외벽(31)과, 생성물의 배출 도관(4)의 개구부(5)에 접하는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하는 내벽(32)을 통해 만곡 대역(3)에 접선 방향으로 연결되어 전이 대역에 연결되어 있다.

배출 도관(8)은 스트리핑 폐쇄용기의 고밀도 유동 베드(16)안으로 촉매 입자를 도입하며, 이 유동 베드는 유동화용 링(20)에 의해 운동 상태에 놓인다. 상기 링은, 예컨대 탄화수소의 스트리핑에 필요로 하는 수증기 가스류를 배출한다. 상기 도관(8)은 농밀상의 베드에 인접하게 (약 1m 간격을 두고) 개방하고 있다. 상호 교차된 수평열의 튜브(18, 19)에 의해, 도관(8)으로부터 생긴 입자의 배분을 개선하는 것이 가능하게 되며, 따라서 이들의 스트리핑이 가능하게 된다.

스트리핑이 행하여진 촉매 입자는 폐쇄용기의 하단부에 연결되는 라인(21)을 경유하여 재생실(도 1에는 도시 생략)로 반송된다. 입자 10 내지 20%를 포함하는 가스류 유출물은, 라인(4)에 마련된 개구부(11)를 지나 분리 사이클론(12)의 입구(13)로 도입되며, 이 분리 사이클론에 의해, 침하 레그(15, dipleg)를 통해 실질적으로 입자 전체를 회수하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 입구(13)는 스트리핑에 의해 생긴 유출물을 회수한다.

크래킹 및 스트리핑의 가스류 유출물은 하류 처리 유닛(도시 생략)을 향해 라인(14)을 지나 사이클론으로부터 배출된다.

도 2에는 반응 대역이 상승형 반응기인 경우에 사용되는 본 발명의 일차 분리 장치가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 장치는 반응 대역(R)이 스트리핑 폐쇄용기(S)로 관통하지 않을 경우에 특히 유용하다. 따라서, 전이 대역(1)은 실질적으로 수평이며, 전이 대역(1)의 길이는 분리기가 스트리핑 폐쇄용기(S)의 내부에 배치될 정도로 충분히 길거나, 또는 분리기가 스트리핑 폐쇄용기(S) 외부에 배치될 정도로 충분히 짧으며, 도관(8)은 스트리핑 폐쇄용기(S)의 벽에 연결된다. 도 2는 단일의 챔버(chamber) 장치를 도시한 것이지만, 챔버의 수는 1 내지 8개, 양호하게는 1 내지 3개로 구성된다. 전이 대역(1)에 의해, 반응 폐쇄 용기(R)와 만곡 대역(3) 사이에서 각 분리기로 향해 전이 및 방향 전환을 행할 수 있게 된다. 만곡 대역(3)은 각각의 전이 대역의 외측에 접선을 이루면서 연결되어 있다. 만곡 대역을 약 90°(45°내지 135°내의 범위)로 회전시킴으로써, 입자의 흐름 방향을 전환시킬 수 있고, 그리고 만곡 대역(3)에 의해 야기된 원심력에 따라 입자를 벽에 압박할 수 있게 된다. 만곡 대역(3)은 편향판(10)에 의해 보호되는 중앙 대역(7) 위로 만곡되며, 이 편향판(10)은 만곡 대역(3)의 회전 운동 각도 45 내지 135°에 대하여 적어도 각도 15°로 만곡 대역(3)과 중앙 대역(7) 사이의 모든 유통을 방해한다. 생성물은 배출 도관(4)을 지나 배출된다. 이 배출 도관은, 편향판과 실질적으로 동축이며 또한 분리기의 평행한 면(6)의 각각에 위치하는 2개의 개구부(5)에 의해 분리기의 면(6)에 연결되어 있다. 그 다음, 회수된 입자는 배출 도관(8)을 향하는 배출구(9)안으로 배출된다. 상기 배출구(9)는 그 외벽(31)에 있어서 만곡 대역(3)에 접선형으로 연결되어 있다. 내측면은 생성물의 배출 도관(4)의 개구부(5) 에 접하는 적어도 하나의 세그먼트를 포함한다.

도 3에는, 반응 대역이 하강형 반응기인 경우에 사용되는 본 발명의 대상인 일차 분리 장치가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 장치는 반응 대역(R)이 스트리핑 폐쇄용기(S)로 관통하거나 그렇지 않을 경우에도 유용하다. 전이 대역(1)은 반응기의 가늘고 긴 부분에 배치된다. 도 3은 단일의 챔버 장치를 도시한 것이지만, 챔버의 수는 1 내지 8개, 양호하게는 1 내지 4개로 구성된다. 전이 대역(1)은 반응 폐쇄용기(R)와 만곡 대역(3) 사이에서 각 분리기로 향해 전이를 행할 수 있게 된다. 만곡 대역(3)은 각각의 전이 대역의 외측에 접선을 이루면서 연결되어 있다. 만곡 대역을 약 90°로 회전시킴으로써, 입자의 흐름 방향을 전환시킬 수 있고, 그리고 만곡 대역(3)에 의해 야기된 원심력에 따라 입자를 벽에 압박할 수 있게 된다. 이 특별한 경우에는, 만곡 대역의 접선이 수평의 위치에 만날 때, 만곡 대역은 필연적으로 종료한다. 만곡 대역(3)은 편향판(10)에 의해 보호되는 중앙 대역(7) 위로 만곡되며, 이 편향판(10)은 만곡 대역(3)의 회전 운동 각도 45 내지 135°에 대하여 적어도 각도 15°로 만곡 대역(3)과 중앙 대역(7) 사이의 모든 유통을 방해한다. 생성물은 배출 도관(4)을 지나 배출된다. 이 배출 도관은, 분리기의 평행한 면(6)의 각각에 위치하는 2개의 개구부(5) 에 의해 분리기의 면(6) 에 연결되어 있다. 상기 배출 도관(4)은 편향판과 실질적으로 동축이다.

그 다음, 회수된 입자는 고체 배출 도관(8)을 향해 배출구(9) 내의 바닥으로 배출된다. 배출구(9)는 그 외벽(31)에 있어서 만곡 대역(3)에 연결되어 있다. 내벽은, 생성물의 배출 도관(4)의 개구부(5)에 적어도 하나의 세그먼트를 지나서 접선으로 연결되어, 분리기의 2개의 평행한 면 사이에 만곡을 형성할 수 있다. 고체의 배출관은 수직선에 대하여 최대한으로 45°경사할 수 있다. 이에 따라, 반응 대역(R)이 스트리핑 폐쇄용기(S)의 외부에 있는 경우에는, 경우에 따라서는 스트리핑 폐쇄용기(S)의 외부로 분리기를 위치하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 의해, 전이 대역의 배출구 및 만곡 대역 내에서의 가스류 유체 속도가 10 내지 30 m/초, 바람직하게는 15 내지 25 m/초인 경우에, 충분한 분리를 얻을 수 있게 된다. 유체 유량에 대한 고체 유량의 중량비로서 정의된 고체의 장전량은, 반응 대역(R)에서 안정된 유동 조건을 얻는 것이 가능하도록 입자의 물리적 특성에 따라서 바람직하게는 2 내지 100 이다. 가스 배출용 개구부(5)에 의해, 이 개구부 내에서의 가스 속도가 분리 대역 입구에서의 가스 속도의 50 내지 150%인 경우에, 충분한 기능을 얻을 수 있게 된다. 고체 배기 도관(8)은 단위 표면적당 고체 물질의 질량 유량을 100, 양호하게는 300 내지 800 kg/s/m²를 유지하는 동시에 각각의 일차 분리기에서 순환하는 모든 고체의 배출을 허용하도록 구성되어야 한다.

실시예

도 1에 도시된 직접 만곡 대역을 갖는 분리기를 이용하는 본 발명의 장치에 대한 시험을 행하였다. 분리기가 직접 만곡 대역을 갖는 2개의 챔버로 구성되도록 만들고, 외부 만곡 대역의 회전 직경을 95㎜로, 그리고 편향판으로 작용하는 내부 만곡 대역의 직경을 50㎜로 하였다. 가스 배출 도관을, 만곡 축을 중심으로 하여 또한 각도 180°를 따라 만곡하는 편향판에 동축으로 지지되는 2개의 비관통 튜브에 의해 구성했다. 분리기에는 유동 베드로부터 시간당 12톤 미만의 촉매를 공급할 수 있는 123㎜ 직경의 수송관을 설치하였다. 분리기내에 분리한 촉매를 유동 베드로 재주입하여 연속적으로 조작을 했다. 상기 장치를, 분리기내의 가스 밀도는 1.2 kg/㎥ 이 되도록 주위의 온도 및 압력 조건하에서 조작했다. 이러한 조건하에서, 5% 미만의 가스가 고체와 함께 엔트레인멘트 하면[그 양은 가스 배출구에 대해 입자 배출구에 미치게 되는 배압(background pressure)에 따라 결정됨], 만곡 대역 내의 속도가 20 m/초인 경우, 만곡 대역의 도입구와 가스 배출관의 배출구와의 사이의 압력 손실이 800 Pa 미만 인 것이 관찰되었다. 만곡 대역 내의 가스 속도 5 m/초로 행한 시험에 의해, 입자와 같이 추출한 가스량이 2 내지 50% 인 경우, 입자 유량 7 t/h 에 대해서는, 입자 회수 효율이 97%를 넘는 것이 증명되었다.

가스류 혼합물로부터 입상 고체를 분리하기 위한 본 발명에 따른 급속 직접 회전 분리기는 유출물의 매우 급속한 분리와, 분리기 도입구와 가스 배출구 사이에 극소의 압력 손실만을 발생시켜 입자의 분리 효율을 80% 이상으로 유지할 수 있으면서, 종래의 장치들이 안고 있는 결점들을 해소하는 현저한 효과를 발휘한다.

도 1은 촉매 크래킹 장치의 탄화수소 스트리핑 폐쇄용기 내에서의 본 발명의 2개의 일차 분리기의 정면에서 바라 본 축방향 단면도.

도 1a는 상기 일차 분리기들 중 하나의 측면도.

도 2는 일차 분리기(1회전의 1/4)를 도시한 정면도.

도 3은 하강형 반응기에 사용되는 일차 분리기의 정면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 전이 대역

3 : 만곡 대역

4 : 배기 도관

7 : 중심 대역

8 : 고체 배출 도관

10 : 편향판

12 : 사이클론

R : 반응 대역

S : 스트리핑 폐쇄용기

Claims

입자를 포함하는 가스 혼합물의 분리를 위한 하나 이상의 분리실을 갖는 입자 분리 장치로서, 상기 분리실은 혼합물을 배출하는 가늘고 긴 수직 반응기(R)에 연결되는 혼합물 도입구와, 분리에 의해 생긴 소량의 입자를 포함하는 가스류 유출물을 배출하는 제1 배출구(4)와, 대량의 입자를 배출하는 제2 배출구(9)를 포함하며, 상기 분리실은:

상기 도입구에 연결되고, 반응기로부터 만곡 대역으로 순환하는 혼합물의 통과를 위해 직사각형 혹은 정사각형의 단면을 형성하도록 채택된 전이 대역(1)과;

상기 전이 대역에 연결되어 360°미만의 각도로 혼합물을 수직면에서 회전시키도록 채택된 흐름의 만곡 대역(3)으로, 상기 회전이 그 사이에서 발생하게 되는 2개의 수직한 벽(6)과, 70 내지 225°범위내의 각도로 상기 혼합물의 만곡을 구획하는 외벽(30)과, 상기 전이 대역에 접선 방향으로 연결되고, 적어도 30°이상 상기 외벽과 실질적으로 동축으로 만곡하고 최대한 상기 외벽이 만곡하는 각도에 90°를 더한 각도로 만곡하는, 편향판 내벽(10)을 구비하는 만곡 대역(3)과;

상기 만곡 대역의 수직 벽(6)들 중 하나에 뚫린 오리피스 형태의 도입구(5)와 연통하는 수평의 폭을 지닌 1개의 튜브나 혹은 상기 벽(6)들 각각에 뚫린 오리피스 형태의 도입구 각각을 구비한 2개의 튜브에 의해 구성되는 가스류 유출물을 배출하는 제1 배출구(4)로, 상기 제1 배출구와 편향판의 연결이 실질적으로 접선을 이루도록 만곡 대역과 실질적으로 동축인 제1 배출구(4)와;

상기 만곡 대역의 외벽(30)에 연결되는 제1 벽(31)과, 상기 전이 대역(1) 혹은 반응기에 연결되는 제2 벽(32)을 갖는 제2 배출구(9)를 조합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 전이 대역(1)은 수평이며, 상기 만곡 대역의 외벽(30)은 70 내지 135°각도로 만곡하며, 상기 편향판(10)은 30 내지 180°각도로 만곡하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 반응기(R)는 상승형이며, 상기 전이 대역(1)은 수직이며, 상기 만곡 대역의 외벽(30)은 160 내지 225°각도로 만곡하며, 상기 편향판(10)은 135 내지 270°각도로 만곡하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 반응기는 하강형이며, 상기 전이 대역(1)은 수직이며, 상기 만곡 대역의 외벽(30)은 70 내지 90°각도로 만곡하며, 상기 편향판은 30 내지 180°각도로 만곡하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 만곡 대역에서 실질적으로 수직인 2개의 벽(6)은 실질적으로 평행인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 전이 대역은 가속 영역도 되며, 2개 이상의 분리실이 존재할 경우 분리실 각각의 전이 대역의 배출 단면 혹은 배출 단면의 합계는 반응기의 단면의 0.5 내지 1 배이며, 상기 제1 배출구의 단면 혹은 단면의 합계는 반응기의 단면의 0.5 내지 2 배인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
제1항에 있어서, 상호 교차하지 않는 외벽을 갖는 2개 이상의 분리실을 포함하며, 상기 분리실은 반응기(R)의 출구에 병렬형으로 배치되며, 상기 전이 대역은 그 축을 따라 전이 대역의 벽보다 기껏해야 같은 길이의 하나 이상의 벽(1a)을 지니고, 상기 벽(1a)은 만곡 대역의 상기 외벽(30)의 실질적인 연장인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
탄화수소 공급원료의 촉매 크래킹을 위한 유동 베드 장치에서 가스 혼합물로부터 입자를 분리하기 위한 방법으로, 상기 가스 혼합물을 제1항에 따른 분리 장치를 통과시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 튜브형 반응기(R)는 탄화수소 스트리핑 폐쇄용기(S) 내로 관통하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 튜브형 반응기는 탄화수소 스트리핑 폐쇄용기의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 분리 장치는 스트리핑 폐쇄용기의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 분리 장치의 제1 배출구(4)는 하나 이상의 이차 분리기(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 이차 분리기는 스트리핑 폐쇄용기 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 이차 분리기(12)와, 가스류 유출물을 배출하는 제1 배출구(4)에 연결된 튜브로부터의 배출구는 스트리핑 폐쇄용기 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 이차 분리기는 가스류 유출물을 배출하는 제1 배출구에 연결된 튜브의 배출구에 직접 연결되며, 상기 튜브는 스트리핑 폐쇄용기 내에서의 촉매의 스트리핑에 의해 생긴 가스류 유출물을 수용하기 위한 복수개의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실질적으로 불활성 입자의 존재하에, 그리고 수증기의 존재하에 또는 부재하에서의 탄화수소 혼합물의 열 크래킹 장치에서, 가스 혼합물로부터 입자를 분리하기 위한 방법으로, 상기 가스 혼합물을 제1항에 따른 분리 장치를 통과시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.