KR100492702B1 - Cyclone Separator - Google Patents
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Abstract
사이클론 분리기 (1) 는, 중앙 개구부 (6) 를 구비한 커버 (5) 가 상단부에 제공되고 하단부 (4) 가 개방된 수직 하우징 (2) 과, 유동층 촉매 크래킹 장치의 라이저 반응기 (15) 의 배출구 (12) 로부터 가스와 촉매 입자 혼합물의 접선 방향 유입을 위한 주입 덕트 (10) 와, 수직 하우징 (2) 의 개방된 하단부 (4) 와 연통하는 입자 배출 덕트 (16) 와, 커버 (5) 에 있는 중앙 개구부 (6) 를 통과하여 연장하는 수직 부분 (20) 를 구비한 가스 배출 덕트 (18) 를 포함하며, 수직 부분 (20) 와 단부 개방 파이프 (23) 사이에서 환상 가스 주입 도관 (25) 을 한정하도록 중앙 개구부 (6) 에 배치된 단부 개방 파이프 (23) 와, 환상 가스 주입 도관 (25) 에 배치된 선회 인가 수단 (30) 을 추가로 포함한다.The cyclone separator 1 has a vertical housing 2 with a cover 5 having a central opening 6 provided at the upper end and an open lower end 4, and an outlet of the riser reactor 15 of the fluidized bed catalyst cracking device. From (12) to the inlet duct 10 for tangential inflow of the gas and catalyst particle mixture, to the particle discharge duct 16 in communication with the open lower end 4 of the vertical housing 2, and to the cover 5; A gas discharge duct 18 having a vertical portion 20 extending through a central opening 6 which is present, and an annular gas injection conduit 25 between the vertical portion 20 and the end opening pipe 23. And an end opening pipe 23 disposed in the central opening 6 and a pivot applying means 30 disposed in the annular gas injection conduit 25 so as to define.
Description
본 발명은, 유동층 촉매 크래킹 장치 (fluid-bed catalytic cracking plant) 를 포함하는 반응기 라이저 (reactor riser) 의 반응기 용기에서 분리 단계로서 이용되는 사이클론 분리기에 관한 것이다.The present invention relates to a cyclone separator used as a separation step in a reactor vessel of a reactor riser comprising a fluid-bed catalytic cracking plant.
유동층 촉매 크래킹 장치는 반응기 용기, 이 반응기 용기에 배치된 분리기 시스템과의 유체 전달 수단인 상부 배출구를 구비한 수직 반응기 라이저, 및 리제너레이터 (regenerator) 용기를 포함한다. 통상의 가동 중에, 리제너레이팅된 촉매 입자와 탄화수소 주입물이 반응기 라이저의 주입 단부에 공급되고 이곳에서 주입물의 촉매 열분해가 일어나 가스 생성물과 촉매 입자의 혼합물을 형성한다. 혼합물은 약 500 ℃ 와 540 ℃ 이상의 온도 사이에서 반응기 라이저를 떠난다. 가스 생성물과 촉매 입자의 혼합물은, 가스 생성물이 촉매 입자로부터 분리되는 분리기 시스템을 통과한다. 가스 생성물은 반응기 용기의 상단부로 부터 제거되고, 촉매 입자는 반응기 용기의 하부로 배출되고 그곳에서 박리된다. 박리된 촉매 입자는 리제너레이터 용기를 통과하고 열분해 중에 입자에 증착된 코크스 (coke) 가 고온에서 연소되어 연소 생성물 및 리제너레이팅된 촉매를 얻는다. 연소 생성물은 리제너레이터 용기의 상단부로부터 제거되고 리제너레이팅된 촉매가 재활용된다.The fluidized bed catalyst cracking apparatus includes a reactor vessel, a vertical reactor riser having an upper outlet, which is a means of fluid transfer with a separator system disposed in the reactor vessel, and a regenerator vessel. During normal operation, the regenerated catalyst particles and hydrocarbon injection are fed to the injection end of the reactor riser, where catalytic pyrolysis of the injection takes place to form a mixture of gaseous product and catalyst particles. The mixture leaves the reactor riser between temperatures of about 500 ° C and above 540 ° C. The mixture of gas product and catalyst particles is passed through a separator system in which the gas product is separated from the catalyst particles. The gas product is removed from the top of the reactor vessel and the catalyst particles are discharged to the bottom of the reactor vessel and stripped there. Peeled catalyst particles pass through a regenerator vessel and coke deposited on the particles during pyrolysis is burned at high temperatures to obtain combustion products and regenerated catalyst. Combustion products are removed from the top of the regenerator vessel and the regenerated catalyst is recycled.
그러한 유동층 촉매 크래킹 장치는 유럽 특허 출원 제 488 549 호 공보에 개시된다. 공지된 분리기 시스템은 2 단계 분리를 제공하기 위하여 하나의 사이클론 분리기와 하나의 부가 사이클론 분리기를 포함한다. 사이클론 분리기는, 중앙 개구부를 구비한 커버가 상단부에 제공되고 하단부가 개방된 수직 하우징과, 라이저 반응기의 배출구로부터 가스와 촉매 입자의 혼합물의 접선 방향 유입을 위한 주입 덕트와, 수직 하우징의 개방된 하단부와 연통하는 입자 배출 덕트와, 커버에 있는 중앙 개구부를 통과하여 연장하며 그 외경이 중앙 개구부의 직경보다 작은 가스 배출 덕트를 포함한다. 중앙 개구부와 가스 배출 덕트의 외부면은 환상 주입구를 한정한다.Such a fluidized bed catalyst cracking device is disclosed in EP-A-488 549. Known separator systems include one cyclone separator and one additional cyclone separator to provide two stage separation. The cyclone separator includes a vertical housing with a cover having a central opening at the top and an open bottom, an injection duct for tangential inflow of the mixture of gas and catalyst particles from the outlet of the riser reactor, and an open bottom of the vertical housing. And a particle exhaust duct in communication with the gas outlet duct extending through the central opening in the cover and whose outer diameter is smaller than the diameter of the central opening. The central opening and the outer surface of the gas exhaust duct define an annular inlet.
사이클론 분리기는 반응기 용기의 상부에 배치되어서, 통상의 작업 중에 반응기 용기에 존재하는 박리 가스는 반응기 용기의 내부와 사이클론 분리기 내부의 압력차에 의해서 환상 주입구를 통하여 사이클론 분리기 안으로 취입된다.The cyclone separator is arranged on top of the reactor vessel so that during normal operation the stripping gas present in the reactor vessel is blown into the cyclone separator through the annular inlet by the pressure difference between the inside of the reactor vessel and the cyclone separator.
본 발명의 목적은 공지된 사이클론 분리기의 효율 특히 분리 효율이 낮은 사이클론 분리기에서의 레벨을 향상시키기 위한 것이다.It is an object of the present invention to improve the efficiency of known cyclone separators, especially in cyclone separators with low separation efficiency.
이를 위하여 본 발명에 따른 사이클론 분리기는, 중앙 개구부를 구비한 커버가 상단부에 제공되고 하단부가 개방된 수직 하우징과, 유동층 촉매 크래킹 장치의 라이저 반응기의 배출구로부터 가스와 촉매 입자 혼합물의 접선 방향 유입을 위한 주입 덕트와, 수직 하우징의 개방된 하단부와 연통하는 입자 배출 덕트와, 커버에 있는 상기 중앙 개구부를 통과하여 연장하는 수직 부분을 구비한 가스 배출 덕트를 포함하며, 사이클론 분리기는 가스 배출 덕트의 수직 부분의 적어도 일부 외부면과 단부 개방 파이프의 내부면 사이에서 환상 가스 주입 도관을 한정하도록 상기 중앙 개구부에 배치된 단부 개방 파이프와, 환상 가스 주입 도관에 배치된 선회 인가 수단을 추가로 포함한다.미국 특허 출원 제 5362379 호 공보는 유동층 촉매 크래킹 장치의 반응기 라이저의 출구로부터 가스와 고체 입자의 혼합물의 접선 방향 유입을 위한 주입 덕트가 제공된 수직 하우징을 포함하는 사이클론 분리기가 개시된다. 사이클론 분리기는 가스 배출 덕트의 수직 부분의 적어도 일부 외부면과 단부 개방 파이프의 내부면 사이에서 환상 가스 주입 도관을 한정하도록 커버의 중앙 개구부에 배치된 단부 개방 파이프를 포함한다. 이러한 공보에 따르면 박리 가스는 분리기 내부의 고체가 농후한 (solid-rich) 가스 영역으로부터 떨어지게 향해진다. 그 결과, 박리 가스에 존재하는 고체는, 본 발명에 따른 사이클론 분리기의 사이클론에 있는 가스 기류로부터 효율적으로 분리되지 않는다.독일 특허 출원 제 4136935 호 공보는 가스와 고체 입자 혼합물의 접선 방향 유입을 위하여 주입 덕트가 제공된 수직 하우징을 포함하는 사이클론 분리기를 개시한다. 사이클론 분리기에는, 사이클론이 가동할때 가스 배출 튜브의 개구부 부근에서의 압력과 플로우 패턴을 변경하는 수단이 추가로 제공된다. 이러한 수단은, 예컨데 수직 가스 배출 튜브 주위의 환상 스페이스에 있는 가스 플로우의 하방 진행화 수단이다. 이러한 환상 스페이스에는 선회 인가 수단이 제공될 수도 있다.To this end, the cyclone separator according to the present invention is provided for the tangential inflow of gas and catalyst particle mixture from the outlet of the riser reactor of the fluidized bed catalyst cracking device and the vertical housing with a cover having a central opening provided at the top and open at the bottom. A gas exhaust duct having an inlet duct, a particle outlet duct in communication with an open lower end of the vertical housing, and a vertical outlet extending through the central opening in the cover, wherein the cyclone separator is a vertical portion of the gas outlet duct And an end opening pipe disposed in said central opening to define an annular gas injection conduit between at least some outer surface of the inner end of the end opening pipe and a pivot applying means disposed in the annular gas injection conduit. Application 5362379 discloses the reaction of a fluidized bed catalyst cracking device A cyclone separator is disclosed that includes a vertical housing provided with an injection duct for tangential inflow of a mixture of gas and solid particles from the outlet of the riser. The cyclone separator includes an end opening pipe disposed in the central opening of the cover to define an annular gas injection conduit between at least some outer surface of the vertical portion of the gas exhaust duct and an inner surface of the end opening pipe. According to this publication, the stripping gas is directed away from the solid-rich gas region within the separator. As a result, the solids present in the stripping gas are not efficiently separated from the gas streams in the cyclones of the cyclone separator according to the invention. German Patent Application No. 4136935 discloses for the tangential introduction of gas and solid particle mixtures. A cyclone separator comprising a vertical housing provided with a duct is disclosed. The cyclone separator is further provided with means for changing the pressure and flow pattern near the opening of the gas discharge tube when the cyclone is running. Such means are for example means for advancing downward of the gas flow in an annular space around the vertical gas discharge tube. Such annular spaces may be provided with pivot applying means.
본 발명의 사이클론 분리기의 부분적인 길이방향 단면을 개략적으로 도시하는 수반 도면을 참조하여 본 발명을 실시예로써 더욱 상세히 설명한다.The invention will be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings which schematically show a partial longitudinal section of the cyclone separator of the invention.
본 발명의 사이클론 분리기 (1) 는 수직 하우징 (2) 을 포함하며, 이 하우징은 그 하단부 (4) 에 배출 개구부 (3) 를 그리고 그 상단부 (6) 에 커버 (5) 를 구비한다. 커버 (5) 는 중앙 개구부 (8) 를 구비한다.The cyclone separator 1 of the present invention comprises a vertical housing 2, which has a discharge opening 3 at its lower end 4 and a cover 5 at its upper end 6. The cover 5 has a central opening 8.
사이클론 분리기 (1) 는, 사이클론 분리기 (1) 내부로의 가스와 촉매 입자 혼합물의 접선 방향 유입을 위하여 라이저 반응기 (riser reactor; 15) 의 상부 배출 개구부 (12) 와 사이클론 분리기 (1) 의 주입 개구부 (14) 사이에서 연장하는 주입 덕트 (10) 를 추가로 포함한다. 또한 수직 하우징 (2) 의 하단부 (4) 에 있는 배출 개구부 (3) 와 연통하는 입자 배출 덕트 (16), 및 가스 배출 덕트 (18) 를 포함한다.The cyclone separator 1 is a top outlet opening 12 of the riser reactor 15 and an injection opening of the cyclone separator 1 for the tangential introduction of gas and catalyst particle mixture into the cyclone separator 1. It further includes an injection duct 10 extending between the 14. It also includes a particle discharge duct 16 and a gas discharge duct 18 in communication with the discharge opening 3 in the lower end 4 of the vertical housing 2.
가스 배출 덕트 (18) 는 커버 (5) 에 있는 중앙 개구부 (8) 를 통과하여 연장하는 수직 부분 (20) 을 갖는다.The gas exhaust duct 18 has a vertical portion 20 extending through the central opening 8 in the cover 5.
사이클론 분리기는 중앙 개구부 (8) 에 고정된 단부 개방 파이프 (23) 를 추가로 포함하며, 환상 가스 주입 도관 (25) 은 가스 배출 덕트 (18) 의 수직 부분 (20) 하부의 외부면과 단부 개방 파이프 (23) 의 내부면 사이에 한정된다. 환상 가스 주입 도관 (25) 에는 선회 날개 (30) 형태의 선회 인가 수단이 배치된다.The cyclone separator further comprises an end opening pipe 23 fixed to the central opening 8, wherein the annular gas injection conduit 25 ends open with the outer surface below the vertical portion 20 of the gas exhaust duct 18. It is defined between the inner surfaces of the pipe 23. The annular gas injection conduit 25 is arranged with pivot applying means in the form of a swing vane 30.
본 발명의 사이클론 분리기 (1) 는 반응기 용기의 상부 (23) 에 배치된다. 그러한 반응기 용기는 공지되었으므로, 상세하게 논의하지 않고 그 루프 (35) 만을 도시한다. 유동층 촉매 크래킹 장치는 공지되었으므로, 그러한 플랜트의 다른 부분은 도시하지 않는다.The cyclone separator 1 of the present invention is arranged at the top 23 of the reactor vessel. Since such reactor vessels are known, only the loop 35 is shown without further discussion. Fluidized bed catalyst cracking devices are known and therefore other parts of such plants are not shown.
통상 작업 중에 가스 생성물과 촉매 입자의 혼합물은 개구부 (12) 를 통하여 반응기 라이저 (15) 를 떠난다. 혼합물은 하우징 (2) 쪽으로 개방된 주입 덕트 (10) 에 취입되어, 사이클론 분리기 (1) 의 하우징 (2) 의 상단부 (6) 에 접선 방향으로 유입된다. 그 결과 하우징 (2) 내부에는 선회하는 혼합물이 존재하고, 가스 생성물은 가스 배출 덕트 (18) 를 통하여 하우징 (2) 으로부터 제거된다. 촉매 입자는 하우징 (2) 의 하단부 (5) 에 떨어져서, 입자 배출 덕트 (16) 를 통하여 배출된다. 배출된 촉매 입자는 반응기 용기의 저부 (도시 안됨) 에 수집되고 그곳에서 입자에 부착된 생성물은 반응기 용기의 저부에 공급된 박리 가스에 의해서 박리된다. 그 결과 박리 증기와 박리된 생성물의 가스 혼합물은 루프 (35) 아래의 반응기 용기 상부에 있는 희석상 구역 (dilute phase zone) 을 향하여 상방으로 이동한다.During normal operation the mixture of gaseous product and catalyst particles leaves reactor riser 15 through opening 12. The mixture is blown into the injection duct 10 open towards the housing 2 and flows tangentially into the upper end 6 of the housing 2 of the cyclone separator 1. As a result there is a swirling mixture inside the housing 2 and the gaseous product is removed from the housing 2 via the gas exhaust duct 18. The catalyst particles fall to the lower end 5 of the housing 2 and are discharged through the particle discharge duct 16. The discharged catalyst particles are collected at the bottom of the reactor vessel (not shown) where the products attached to the particles are stripped off by the stripping gas supplied to the bottom of the reactor vessel. As a result, the gaseous mixture of the stripped vapor and stripped product moves upwards towards the dilute phase zone at the top of the reactor vessel under loop 35.
이러한 가스 혼합물은 동반된 소량의 촉매 입자를 함유하며, 이러한 촉매 입자는 가스 혼합물로부터 제거되어야 한다. 이를 위하여 가스 혼합물은 환상 가스 주입 도관 (25) 를 통하여 하우징 (2) 의 상단부 (6) 에 취입된다. 선회 날개 (30) 형태인 선회 인가 수단은 가스 혼합물을 선회 운동 시킬 것이고, 이러한 방식으로 동반된 촉매 입자의 초기 분리가 실시되며, 이러한 분리는 혼합물이 하우징 (2) 에서 감소할때까지 계속된다. This gas mixture contains a small amount of entrained catalyst particles, which catalyst particles have to be removed from the gas mixture. For this purpose the gas mixture is blown into the upper end 6 of the housing 2 via the annular gas injection conduit 25. The pivot applying means, in the form of swing vanes 30, will pivot the gas mixture, in this way an initial separation of the entrained catalyst particles takes place, and this separation continues until the mixture is reduced in the housing 2.
바람직하게는 선회 인가 수단 (30) 들은, 이것들이 인가하는 회전의 방향이 반응기 라이저 (15) 로 부터의 가스 생성물과 촉매 입자 혼합물의 회전 방향과 동일하도록 배치되어, 후자의 선회가 증폭되어 사이클론 분리기 (1) 의 전체 효율이 추가로 향상된다.Preferably, the turning application means 30 are arranged such that the direction of rotation they apply is the same as the direction of rotation of the gas product and catalyst particle mixture from the reactor riser 15 so that the latter turning is amplified so that the cyclone separator The overall efficiency of (1) is further improved.
수직부 (20) 의 외경 대 중앙 개구부 (8) 의 직경의 비율은 0.3 내지 0.7 이 바람직하다.The ratio of the outer diameter of the vertical portion 20 to the diameter of the central opening 8 is preferably 0.3 to 0.7.
가스 배출 덕트 (18) 의 하단부 (37) 는 주입 개구부 (14) 의 하부 에지 (39) 아래에 위치된다. 그러나, 단부 개방 도관 (23) 은 사이클론 분리기 (1) 내부로 더 연장하지 않고 주입 개구부 (14) 의 일부 높이까지만 연장한다. 단부 개방 도관 (23) 의 하단부 (40) 와 주입 개구부 (14) 의 상부 에지 (41) 사이의 거리는 주입 개구부 (14) 높이의 10% 내지 60% 이다. 이는 선회 인가 수단 (30) 에 의해서 가해진 회전이, 개구부 (14) 를 떠나는 유체에 대하여 갖는 효과를 최대화시키기 위한 것이다.The lower end 37 of the gas discharge duct 18 is located below the lower edge 39 of the injection opening 14. However, the end opening conduit 23 does not extend further into the cyclone separator 1 but extends only to a part of the height of the injection opening 14. The distance between the lower end 40 of the end opening conduit 23 and the upper edge 41 of the injection opening 14 is between 10% and 60% of the height of the injection opening 14. This is to maximize the effect that the rotation exerted by the pivot applying means 30 has on the fluid leaving the opening 14.
하우징 (2) 과 가스 배출 덕트 (18) 사이의 열 팽창 차이를 조정하기 위하여, 선회 인가 수단 (30) 은 단부 개방 파이프 (23) 의 내부면이나 가스 배출 덕트 (18) 의 수직 부분 (20) 의 외부면에 고정되지만, 양 표면에 고정되지는 않는다.In order to adjust the thermal expansion difference between the housing 2 and the gas exhaust duct 18, the pivot applying means 30 is provided with an inner surface of the end opening pipe 23 or a vertical portion 20 of the gas exhaust duct 18. It is fixed to the outer surface of, but not to both surfaces.
회전 날개 (30) 의 수는 2 개 내지 8 개가 적절하며, 3 개 내지 6 개가 더욱 적절하다.The number of the rotary vanes 30 is appropriately 2 to 8, more preferably 3 to 6 pieces.
가스 배출 덕트 (18) 는, 루프 (35) 를 통과하여 연장하는 가스 배출구 (도시 안됨) 가 제공되는 충만실 (plenum chamber; 도시 안됨) 에 직접 연결될 수 있고, 이 경우에 분리 시스템은 하나의 분리 단계만을 포함한다. 다른 실시예에서 가스 배출 덕트 (18) 는, 가스 배출구가 충만실쪽으로 개방된 부가 사이클론 분리기 (도시 안됨) 에 연결될 수 있고, 그 경우에 분리 시스템은 2 개의 분리 단계를 포함한다.The gas exhaust duct 18 can be directly connected to a plenum chamber (not shown) provided with a gas outlet (not shown) extending through the loop 35, in which case the separation system is one separate Include only steps. In another embodiment the gas exhaust duct 18 may be connected to an additional cyclone separator (not shown) with the gas outlet open toward the full chamber, in which case the separation system comprises two separation steps.
반응기 라이저 (15) 의 상단부는 (도면에서 도시한 바와 같이) 반응기 용기에 배치될 수 있거나, 반응기 용기의 외부에 위치될 수 있어서, 주입 덕트는 반응기 용기의 측벽을 통과하여 연장하여야 한다. The upper end of the reactor riser 15 may be disposed in the reactor vessel (as shown in the figure), or may be located outside of the reactor vessel, such that the injection duct extends through the side wall of the reactor vessel.
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