KR100519211B1 - 연소완료의 모니터링 및 제어를 포함하는 촉매의 재생방법 및 이를 위한 용기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 예를 들어 방향족 화합물의 개질 또는 제조용 촉매의 고정상 또는 이동상에서 촉매를 재생시키는 방법에 관한 것으로, 촉매가 공정의 모든 연소 단계로 처리된 후에 실시되는 연소 완료를 모니터링 및 제어하기 위한 단계를 포함한다. 모니터링 및 제어 단계는 모니터링 및 제어가 발생하는 대역내로 산소 함유 기체를 주입하므로써 수행되며, 상기 모니터링 및 제어 단계는 연소 단계의 조건보다 더 엄격한 조건하에서 수행된다. 모니터링 및 제어 단계는 10% 미만의 산소를 소비하여 수행된다. 온도는 거의 일정한 것이 유리하다. 또한 본 발명은 상기 공정을 수행하는 용기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초기의 촉매 성능을 복원시키고자 사용한 촉매를 재생시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연소 단계에 관한 것이다.
방향족 화합물의 제조, 특히 개질을 위한 촉매에 특별히 적용한다. 재생은 촉매 이동상을 사용하여 실시되는 것이 특히 유리하다.
방향족 화합물 제조 또는 개질용 촉매는 일반적으로 지지체(예를 들어, 1종 이상의 내화성 산화물로부터 형성된 지지체, 또한 가능하게는 하나 이상의 제올라이트를 포함하는 지지체), 1종 이상의 귀금속(바람직하게는 백금), 1종 이상의 촉진제 금속(예를 들어 주석 또는 레늄), 1종 이상의 할로겐 및 가능하게는 1종 이상의 추가 성분(예, 알칼리, 알칼리 토류, 란탄족, 규소, IVB족 원소, 비귀금속, IIIA의 원소 등)을 포함한다. 이 형태의 촉매는 예를 들어 염소화된 알루미나 지지체상에 부착된 백금과 1종 이상의 기타 금속을 포함한다. 일반적으로, 이들 촉매는 탈수소고리화 및/또는 탈수소화 반응에 의해서 변형될 수 있는 나프텐계 또는 파라핀계 탄화수소의 전환; 개질 또는 방향족 탄화수소의 제조(예를 들어 벤젠, 톨루엔, 오르토-크실렌, 메타-크실렌 또는 파라-크실렌의 제조)에 사용된다. 이들 탄화수소는 증류 또는 기타 변형 방법에 의한 원유의 분별로부터 생성된다.
이러한 촉매는 문헌에 널리 개시되어 있다.
상기 촉매의 재생 또한 공지되어 있다. 촉매의 재생은 고정상 또는 이동상에서, 하나 이상의 연소 대역에서 실시되는 연소 단계, 옥시염소화 단계, 하소 단계의 순서로 실시된다. 유럽 특허 EP-A-0 378 482호는 이와 같은 이동상 공정을 개시하고 있다.
이해를 돕기 위해서, 개질 촉매의 이동상 재생에 관하여 본 발명의 방법을 설명할 것이다. 먼저 선행 기술로서 EP-A-0 378 482호를 참고하였다.
EP-A-0 378 482에 따라, 사용된 촉매는 재생 용기의 상부로부터 하부로 서서히 이동시켜, 제1 방사형 이동상 연소 대역, 제2 방사형 이동상 연소 대역, 축선 방향의 옥시염소화 이동상 대역 및 축선 방향의 하소이동상 대역과 연속적으로 접촉시키고;
(a) 제1 연소 대역에서는, 제1 개질 반응기의 압력과 거의 동일한 3∼8 bar의 압력, 350∼450℃의 온도에서, 0.01 ∼1 부피%의 산소를 포함하는, 촉매에 대해 역류방향으로 방사형으로 순환하는 불활성 기체를 주성분으로 하는 연소 기체를 사용하여 촉매를 처리하며, 상기 연소 기체는 소성, 옥시염소화 및 연소 대역으로부터 기체를 세척하는 대역에서 발생하며;
(b) 제2 연소 대역에서는, 제1 반응기의 압력과 거의 동일한 3∼8 bar의 압력, 제1 연소 대역의 온도보다 20℃ 이상 높은 온도에서, 제1 연소 대역에서 발생한 기체의 존재하에, 20부피% 이하의 산소가 첨가된 보조 불활성 기체의 존재하에 촉매를 처리하고, 그 촉매를 0.01∼1 부피%의 산소를 함유하는 기체와 접촉시키며, 상기 기체는 촉매에 대하여 병류 방향으로 방사상으로 순환된다.
이어서, 촉매를 옥시염소화 대역으로 이송한다.
이러한 재생 공정을 수행하는 경우, 옥시염소화 단계(또는 임의의 기타 후속단계)에 통과시키기 전에 연소를 종결(완료)시키는 것이 중요하다는 것을 알았다. 만약 연소가 종결되지 않으면, 연소 조건을 변형시켜 연소를 완료시켜야 한다.
따라서, 본 출원인은 임의의 후속 단계를 실시하기 전에 연소 완료의 모니터링 및 제어 수단을 사용하여 연소 완료를 모니터링 및 제어하는 영역을 포함하는 촉매의 재생 공정을 개발하였다.
미국 특허 US-A-4 578 370호에는 개질 촉매의 재생 공정에 있어서 연소 단계 이후 그리고 옥시염소화 단계 이전에 온도 조정 대역을 개시하고 있다.
상기 공정에서, 연소 대역에 공급된 기체는 촉매 상(bed)에서 방사형으로 순환하고, 연소용 산소는 실질적으로 연소 대역 이후 재생 대역의 하부에 위치한 하소대역으로부터 발생한다.
온도 조정 대역은 연소 대역에서 방출되는 촉매의 온도를 옥시염소화 대역의 온도와 근사한 온도가 되도록 변형시켜, 옥시염소화 대역으로 유입될 때 촉매의 열쇼크를 감소시킨다.
이를 위해서, 유출물의 압축 부분인 기체를 온도 조정 대역으로 주입한다.
상기 기체의 온도는 연소 단계로부터 나온 압축 유출물의 온도이다. 상기 공정의 목적중 하나는 가열 수단을 사용하지 않고, 일반적으로 필요한 장비량을 감소시키는 것이기 때문에, 냉각 또는 재가열 처리를 하지 않았다.
온도 조정 대역으로 유입되는 기체를 상 출구에서 옥시염소화 대역 유래의 기체와 혼합하고, 연소 증기와 혼합하면서 재생 용기의 상부까지 상승시키고, 이로부터 기체를 배출한다.
온도 조정 대역을 통과하는 경우, 기체는 촉매를 가열시킨다.
본 특허 출원은 US-A-4 578 370호에서 사용되지 않은 수단을 사용하여 각종 문제(연소 완료의 모니터링 및 제어)를 해결할 수 있는, 연소가 실시된 이후에 배치된 대역을 포함하는 방법을 제안한다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 촉매가 소정의 조작 조건하에서 하나 이상의 산소 함유 기체와 접촉하는 하나 이상의 연소 단계에서, 탄화 물질의 연소를 포함한 사용된 촉매의 재생 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 모든 연소 단계로 처리한 촉매를, 모니터링 및 제어 단계에서, 연소 단계보다 더 엄격한 조건 하에 모니터링 및 제어 기체라고 불리우는 하나 이상의 산소 함유 기체와 접촉시키고, 상기 기체와 함께 유입되는 산소의 10% 미만의 산소 소비량으로 모니터링 및 제어 단계가 실시되는 것을 특징으로 한다.
연소 단계내로 유입되는 산소의 최대량과 동일하거나 그 이상인 산소량을 모니터링 및 제어 기체에 의해 도입하거나, 및/또는 연소 단계로 유입되는 기체의 온도 보다 높은 온도에서 모니터링 및 제어 기체를 도입하므로써 모니터링 및 제어 대역의 엄격한 조건을 만족시킨다. 상기의 첫 번째 방법이 바람직하다.
모니터링 및 제어 단계는 거의 일정한 온도에서 수행되는 것이 유리하다.
"거의 일정한 온도"란, 측정 오차와 열 손실을 제외한 온도 변화가 3% 이하, 바람직하게는 2% 이하인 것을 의미한다. 모니터링 및 제어 기체 온도는 연소 단계로 도입되는 기체(들)의 최고 온도와 동일하거나 그 이상인 것이 유리하다. 더 높은 것이 바람직하다.
이 온도는 최종 연소 대역에서 방출되는 기체 및/또는 촉매의 온도와 유사한 것이 바람직하다.
모니터링 및 제어은, 촉매 통과 후에 연소 단계로부터 나온 기타 기체와는 무관하게 공정으로부터 배출되는 모니터링 및 제어 기체에 대해 실시하는 것이 유리하다. 또한 하나 이상의 연소 단계에서 나온 하나 이상의 기체와의 혼합물로서 배출된 모니터링 및 제어 기체에 대해서도 용이하게 모니터링 및 조절할 수 있다.
사용된 촉매는 예를 들어, 연속적인 또는 간헐적인 흐름으로 고정상 또는 이동상에서 재생시킨다.
본 발명은 첨부된 도면에 예시되어 있다.
도 1은 재생 공정의 연소 단계만을 도시한다. 이 경우 연소 단계는, 예컨대 EP-A-0 378 482호에 개시된 바와 같이 2개의 별도의 대역에서 2 단계로 실시된다. 공지된 방식으로, 재생시키고자 하는 사용된 촉매(C)를 도관(1)을 통해 재생 용기(E)의 상부(2)에 도입한다.
이어서 하나 이상의 도관(3)(예, 샤프트)을 통해 제1 연소 대역(Z1)으로 촉매를 도입한다. 이 대역에서, 촉매가 포함되어 있는 스크린과 같은 벽(5a 및 5b)을 통과하는 산소 함유 기체(G1)(도관(4)를 통해 도입)를 사용하여 촉매를 제1 소각 또는 연소 처리한다.
연소 대역은 도 1에 도시된 이동상의 경우, 일반적으로 방사형, 바람직하게는 환형이다.
촉매의 이동상의 경우, 흐름은 연속적이다. 간헐적 흐름도 고려할 수 있다.
이어서, 촉매(C)를 하나 이상의 도관(6)(예를 들어 샤프트)을 통해 제2 연소 대역(Z2)으로 하강시키고, 여기에 파이프(7)를 통해 산소 함유 기체(G2)를 도입한다.
제2 연소 대역을 통과한 후에, 도관(9)를 통하여 대역으로부터 기체(G'2)를 추출한다. 이어서, 도관(10)(예, 샤프트)을 통해 촉매(C)를 옥시염소화 대역(도시되지 않음)으로 도입한다. 연소 후에 이를 재생시키는 공지된 방식(예, 옥시염소화, 하소)으로 처리한다.
도 1은 2개의 연속적인 연소 대역을 도시하고 있다. 연소 대역의 수는 원하는 유니트의 기능에 따라 당업자가 선택한다. 전술한 대역과 동일한 방식으로 조작 및 배열한다.
일부 공정(예, US-A-4 578 370호에 개시)은 하나 이상의 산소-함유 기체류가 하나 이상의 지점에서 유입되는 단일 연소 대역을 사용하여 작용한다.
본 발명은 임의의 수의 연소 대역에 적절하며, 1개의 대역만 있어도 된다. 예를 들어, 기체는 촉매의 흐름에 방사형으로 순환한다(예를 들어 도면에 도시되어 있음).
도 1 에서, 재생 공정은 2개의 연소 단계를 포함하고, 연소 대역에서 배출되기 직전과 후속 처리 대역에 유입되기 직전에 촉매를 모니터링 및 제어 단계로 처리한다.
이 조작은 최종 연소 대역(Z2)의 (촉매의 흐름 방향의) 저부에서 실시된다. 이 저부에는 연소의 종료를 모니터링 및 제어하기 위한 대역(FC)이 위치한다. 정상적인 조건하에서, 저부에서는 연소가 발생하지 않는다. 즉 연소면(화염면)의 말단 뒤에 대역(FC)이 위치한다.
일반적으로, 모니터링 및 제어 대역(FC)은 최종 연소 대역의 아래로부터 1/2, 바람직하게는 1/3에 위치한다. 연소 대역에 대하여 모니터링 및 제어 대역을 축소시키는 것이 중요하며; 따라서 모니터링 및 제어 대역은 연소 대역보다 20% 낮은, 바람직하게는 15% 더 낮은 곳에 위치하는 것이 적절하다. 따라서, 모니터링 및 제어는 연소 대역 높이의 98% 이하, 또는 95% 이하 또는 80% 이하에 위치하는 화염면의 말단을 넘어서 실시된다.
그러므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 산소 함유 기체가 도입되는 하나 이상의 연소 대역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 촉매를 처리하고, 최종 연소 대역의 저부에 위치한 모니터링 및 제어 대역에서 연소의 종료를 모니터링 및 제어하는 단계로 촉매를 처리하며, 모니터링 및 제어 기체는 모니터링 및 제어 대역으로 도입된다. 상기 대역에서 배출되는 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 바람직하나, 또한 촉매 이동상의 온도 또는 촉매의 온도를 측정할 수도 있다.
도 2에 도시된 일양태에서, 모니터링 및 제어 대역(FC)은 최종 연소 대역(Z2)에 포함되지 않은 최종 연소 대역으로부터 분리된 대역이다.
대역(FC) 및 최종 연소 대역의 연소 대역 사이의 분리로 인해서 기체는 이들 대역 사이를 통과하지 못하지만, 촉매는 통과하게 된다. 당업자들은 적절한 수단, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 플레이트(29)를 선택할 수 있다.
연소 대역을 분리하거나(도 2 참고), 또는 분리하지 않을 수 있다(도 1).
산소를 함유하는 기체(G3)는 도 1의 도관(11)(도 2에서는 도관(27))을 통해 대역(FC)으로 유입되며, 대역(FC)를 통과한 후 추출된 기체는 연소 대역(Z2)을 통과한 기체(G'2)가 추출되는 도 1의 도관(9)을 통해 배출되거나 또는 기체(G'2)(기체(G'3))와 무관하게 도 2의 도관(28)을 통해 배출된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 산소 함유 기체가 도입되는 하나 이상의 연소 대역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 촉매를 처리하고, 촉매는 통과시키고 기체는 통과시키지 않는 연소 대역 또는 최종 연소 대역으로부터 분리된 모니터링 및 제어 대역에서 연소의 종료를 모니터링 및 제어하는 단계로 촉매를 처리하며, 모니터링 및 제어 기체는 모니터링 및 제어 대역내로 도입되고 상기 모니터링 및 제어 대역으로부터 추출된다. 전술한 바와 같이, 추출된 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 바람직하다.
연소 대역에 비하여 모니터링 및 제어 대역에서의 조작 조건을 엄격하게 하는 한 방법에서, 도 1 및 도 2에서 대역(FC)로 도입되는, 모니터링 및 제어 대역를 위해 도입된 기체의 산소량은 연소 단계로 도입된 최대 산소량과 동일하거나 그 이상이며, 상기 최대 산소량보다 많은 것이 바람직하다.
즉, 도 1 및 2를 참고하여 살펴보면, 기체(G3)와 함께 유입되는 산소의 양은 기체(G1) 및 기체(G2)와 함께 유입되는 산소의 양과 같거나 더 많다. 유속이 동일한 경우, 기체(G3)의 산소 함량은 기체(G1) 및 기체(G2)의 산소 함량보다 높다.
단독 또는 전술한 방법과 조합하여 사용되는 추가의 방법에서, 도입된 기체의 온도는 연소 단계내로 도입된 기체의 최고 온도와 동일하거나 그 이상인 것이 바람직하다. 최종 연소 단계의 종료시 온도와 거의 동일한 것이 바람직하다. 도 2에서, 일반적으로 유출물(G'2)이 제2 연소 대역에서 배출되는 온도와 유사한 온도에서 기체(G3)가 유입된다. 도 1에서, 기체(G3)의 온도는 일반적으로 대역(FC)을 포함하는 제2 연소 대역에서 유출되는 유출물(G'2)의 온도와 거의 유사하다. 기체(G3)의 온도는 일반적으로 최종 연소 대역에서 배출되는 촉매의 이동상에서의 온도와 유사하다.
기체 관리를 최적화하기 위한 유리한 실시예에서, 배출 기체(G'2)를 냉각시키고, 불순물을 제거하고, 이를 세정하고, 압축하며, 바람직하게는 기체의 전부 또는 일부분을 압축 전 또는 후에 건조시킨다. 기체를 2분할하여, 이중 한 부분은 연소 단계로 재순환시키고, 나머지 한 부분은 경우에 따라서는 산소의 첨가 후에,경우에 따라서는 재가열 후에 대역(FC)에 기체(G3)로서 이송한다. 따라서, 일반적으로 기체(G3)는 첨가된 산소(공기와 같은 산소 함유 기체일 수 있음)와 함께 최종 연소 단계로부터 나온 최소한 일부분의 기체, 바람직하게는 전부를 포함한다.
모니터링 및 제어 대역(FC)는 대역(FC)내의 산소 소비량이 유입 산소의 10% 미만, 유리하게는 5% 이하로 연소 대역과 구별된다. 일반적으로, 온도는 거의 일정하다. 이는 연소가 완료되었다는 것을 의미한다.
모니터링 및 제어 대역에서 온도를 측정하는 한 방법은 (도 1의 내벽(5a)에 의해 구획된) 중앙식 수집기 및 대역에, 예컨대 하나 이상의 열전기쌍을 제공하는 것이다. 따라서, 대역(FC)에서 배출되는 기체의 평균 온도를 알 수 있으며, 대역(FC)로 유입되는 기체의 온도와 비교할 수 있다.
기체가 도 1에 도시된 것과 반대 방향으로 순환되는 경우, 즉 내부(내벽에 의해 한정되는 공간)에서 외부로 순환되는 경우, 열전기쌍은 외벽(5b)에 배치한다.
또 다른 방법은 촉매 상의 온도 또는 촉매의 온도를, 예를 들면 상내에 있는 열전기쌍을 사용하여 측정하는 것이다.
온도를 측정하는 임의의 수단, 열전기쌍, 적외선 분석기 등이 적절하다.
촉매 이동상이 단일 연소 대역에 존재하는 경우, 기체가 대역(FC)에서 유출되는 벽에 존재하는 측정 수단을 사용하여 동일한 과정으로 온도를 측정할 수 있다.
대조적으로, 연소 대역과 모니터링 및 제어 대역이 분리되어 촉매는 통과하나 기체는 통과할 수 없는 경우, 기체는 다른 기체와 무관하게 대역(FC)에서 배출되기 때문에, 측정은 더 용이하고, 따라서 모니터링 및 제어가 더 확실하다. 따라서, 종래의 US-A-4 578 370에는 본 발명과 같은 모니터링 및 제어 대역을 한정하기 위해 필요한 수단을 포함하지 않는다는 것을 분명히 알 수 있다.
유사하게, 당업자는 대역(FC)에서 산소 소비를 측정하는 적절한 방법을 선택할 것이다. 간단한 예로서, FC 대역 입구 및 출구 사이의 산소 함량의 변화는 (동일한 전체 기체 유속에서의) 입구 함량의 변화 및 대역 출구에서의 함량 변화의 측정으로부터 측정할 수 있다. 일반적으로, 선행 단계(대역)가 올바르게 조작된 경우, 대역(FC)의 산소 소비량은 낮다(예를 들어 2∼3% 미만).
이 측정 방법은, 대역(FC)이 최종 연소 대역에 포함되고, 상기 최종 연소 대역으로부터의 연소 기체가 선행 연소 대역으로 통과하지 않도록 최종 연소 대역이 선행 연소 대역으로부터 분리되는 경우 특히 적절하다. 이 방법은 또한 도 2의 분리 대역(FC)에 용이하게 적용할 수 있다.
따라서, 적당한 연소를 모니터링 및 제어하는 간단한 방법을 이용할 수 있으며, 연소시 오차는 하나 이상의 연소 대역에서 온도 또는 산소의 함량을 다양하게 하여 보정할 수 있다.
상기 공정에서, 도입되는 기체 및/또는 촉매의 온도와 모니터링 및 제어 단계로부터 유출되는 기체 및/또는 촉매의 온도, 및/또는 도입되는 기체의 산소 함량과 모니터링 및 제어 단계에서 유출되는 기체의 산소 함량을 측정하여 비교하고, 허용 가능한 편차보다 큰 차이가 있는 경우, 하나 이상의 연소 단계의 하나 이상의 조작 조건을 변경하여 이 차이를 보정한다.
(화염면의 위치를 확인하므로써 연소의 진행 정보로부터 연소 모니터링 및 제어를 수행하기 위한 방법이 하기에 개시되어 있다.)
도입된 기체 및 유출되는 기체의 온도 및 산소 함량을 비교하는 것이 바람직하다. 모니터링 및 제어 대역으로 유입된 후 유출되는 촉매 또는 촉매상의 온도를 비교하는 것 또한 가능하다.
온도 차이가 유입 기체 온도의 3%, 또는 2%를 초과하지 않는 경우(측정할 수 있는 열손실을 배제), 또는 산소 함량의 차이가 유입 기체의 산소 함량의 10% 미만인 경우(이는 원하는 경우 5% 미만으로 더 엄격하게 할 수 있다), 연소 반응이 완료되었다고 생각할 수 있다(차이가 허용가능한 편차 범위내에 있기 때문).
역의 경우(차이가 허용가능한 변화보다 큰 경우), 적절한 촉매 재생을 보증하기 위해서(정상적인 조작에 대해 변형된 조작 조건 하에) 연소를 완료하고, 동시에 하나 이상의 연소 대역내 하나 이상의 조작 조건을 변형시켜 모니터링 및 제어 대역내의 산소 소비가 10% 미만이 되게 한다.
연소 불량은 바로 인식되어 신속하게 교정될 수정된다. 따라서 관찰된 연소 불량은 단시간내에 해결될 것이다. 이 때, 대역의 엄격한 조건하에서 연소가 완성될 것이다.
개질 촉매 또는 방향족 화합물 생성 촉매를 처리하기 위해서, 모니터링 및 제어 단계로 유입되는 기체에 대한 조건은 400∼550℃, 일반적으로 450℃이상, 바람직하게는 460℃ 이상, 종종 460℃∼480℃ 또는 그 이상의 온도이다. 산소 함량은 2% 이하, 바람직하게는 0.5∼1.5%이며, 연소 대역으로 유입되는 기체 함량보다 높은 것이 바람직하다.
본 발명은 고정상 재생 방식에도 적용할 수 있다. 다수의 층 또는 단일 상을 사용하고, 산소 함유 기체를 상 내부 또는 상 외부의 다수의 지점에서 공급할 수 있다.
고정상 촉매는, 예를 들어 상의 하부에 위치한 도관을 통해 공급되고, 예를 들어 상의 통과 후에 상의 두부에 위치한 추가의 도관을 통해 유출되는 산소 함유 기체로 처리한다.
반응기에서 적용되는 조건으로 연소를 실시할 수 있다. 연소는 하나 이상의 단계로 실시된다. 예로서, 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 동시에 증가시킬 수 있고, 이 경우 연소는 더욱 효과적이다.
최종 연소 단계가 완료되면, 선행 연소 단계내로 유입되는 최대 산소량과 동일하거나 또는 바람직하게는 더 많은(예를 들어 전술한 제2 단계로 도입된 것보다 많은) 양의 산소 함유 기체를 도입한다. 이때 기체는 이전에 도입된 기체의 최고 온도와 동일하거나 그 이상인 온도로 도입되며, 최종 연소 단계에서 유출되는 기체의 온도와 거의 유사한 것이 유리하다.
배출 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하고 유입 기체의 온도 및/또는 산소 함량과 비교한다.
이동상 공정에 대한 것과 동일한 방법으로, 산소 소비량이 공정의 허용 가능한 범위내에 있는지를 확인한다.
역의 경우(차이가 허용 가능한 변화보다 큰 경우), 적절한 촉매의 재생을 보증하기 위해서 연소 종료 단계를 수행하거나(따라서 일반적인 조작에 대해 변형된 조작 조건을 사용), 또는 변형된 조건하에서 새로운 재생 사이클을 개시한다. 이어서, 동일한 촉매의 다음 배치를 연소시키기 위한 하나 이상의 조작 조건을 변경하여 그 결과로서 차이를 보정한다.
당업자들은 연소 대역에서 적용되는 조건에 따라 그리고 본 발명의 규정된 범위내에서, 모니터링 및 제어 대역으로 도입되는 기체의 온도 및 산소 함량 조건을 선택할 것이다.
이동 촉매 상을 사용하여 조작한 재생 공정, 특히 본 발명의 공정에서, 화염면의 위치를 확인하므로써 연소를 모니터링 및 제어하고, 조정하는 것이 상당히 유리할 수 있다. 이를 달성하는 한 방법이 하기에 제시되어 있다.
촉매의 재생 과정에서 탄화 물질의 연소를 모니터링 및 제어하기 위한 이 공정에 있어서, 촉매는 연소 대역내의 2개 이상의 벽사이에서 하강하는 이동상으로 흐르고, 이중 한 벽을 통해 상으로 유입되고 다른 한 벽을 통해 유출되는 고온 산소 함유 기체를 촉매에 통과시키고, 이 대역에서 경사진 프로필을 갖는 화염면이 형성되어, 이중 최고점은 촉매가 대역에 유입되는 레벨에서 기체가 유입되는 벽상에 있으며, 최저점은 기체가 유출되는 벽상에 있다. 연소가 발생하는 하나 이상의 대역에서 탄화 물질의 연소를 하기와 같은 공정으로 모니터링 및 제어한다: 연소가 완료되는 대역의 하나 이상의 변수 XY를 측정하고, 연소가 발생하지 않는 대역의 하나 이상의 변수 XN을 측정하며, 정상적인 조작 조건 하에 얻은 화염면에 근접한 위치 또는 그 화염면에서 선택된 하나 이상의 기준점을 XY 및 XN을 포함하는 변수 함수로 간주하고, 정상적인 조작 조건 하에서 상기 점의 위치를 설정 기준치로 하고, 변수 함수로부터 계산된 가상점의 위치를 기준치의 한 면에 위치한 점을 측정하여 계산한 후, 이점을 설정 기준점과 비교하고, 차이가 있는 경우, 하나 이상의 조작 조건을 변경하여 차이를 감소시키거나 제거한다.
본 발명은 도면을 참조하여 기술할 것이다.
도 3은 2개의 동축 원통형 벽, 외벽(31) 및 내벽(32)에 의해 한정되는 환형 상을 포함하는 연소 대역의 종방향 단면도를 보여준다. 산소 함유 기체인 기체(G)는 외벽(도 3의 스크린)을 통해 유입되어, 도 3의 아래 방향으로 개구(34)(연소 대역의 상부 형성)를 통해 대역으로 유입되고 개구(35)를 통해 연소 대역에서 유출되어 촉매의 이동상(33)를 통과하게 된다.
따라서, 연소 대역의 높이는 h(개구(34) 및 개구(35) 사이의 거리)이다. 내벽(32)은 중앙 기체 수집기(39)를 형성한다.
본 발명에서는 외부로부터 내부로의 기류를 사용하여 설명하였으나, 반대 방향의 흐름도 가능하며, 이 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.
화염면은 연소 대역, 즉, 연소 반응이 급속히 발생하는 대역에 생성된다.
화염면은 도 3의 (36)으로서 도시되어 있다. 대역의 상부에서, 기체가 유입되는 벽 근처에 위치한 상의 일부분이 연소되고, 촉매가 연속적으로 하강하면, 촉매의 이 부분이 약간 낮아지고 이 부분에 존재하는 산소는 기체가 유입되는 벽으로부터 약간 더 멀리 위치한 코크스를 연소시키는 것에 의해 화염면의 형상이 생긴다.
따라서, 화염면은 프로파일이 아래 방향으로 경사져 있으며, 화염면의 최고점은 기체가 유입되는 벽(도 3의 벽(31))과 유입 촉매의 높이(도 3의 개구(34))에서 존재하며, 화염면의 최저점은 기체가 유출되는 벽(도 3의 벽(32))상에 존재한다.
따라서, 화염면은 촉매 상을 2개의 대역으로 분리한다: 화염면 전방[대역(37)]에서는, 촉매는 더 이상 소성(coked)되지 않고(또는 실제적으로 더 이상 소성되지 않고), "냉각" 상태인 반면, 화염면 후방[대역(38)]에서는 소성되어 "고온" 상태가 된다.
실제로 모든 코크스를 연소시키기 위해서, 화염면의 최저점(연소 완료에 해당)이 연소 대역의 종료 전에 위치해야 한다는 것을 알 수 있다.
화염면의 말단 위치를 실질적으로 모니터링 및 제어하기 위해서는, 모니터링 및 제어가 설정치 부근에서 약간 변동가능하므로 말단 위치에 대한 어느 정도의 융통성이 있어야 하며, 설정치인 화염면의 최저 위치는 연소 대역의 상부로부터 높이 h의 98% 이하, 바람직하게는 95% 이하 또는 85% 이하 또는 80% 이하로 설정하는 것이 유리할 수 있다. 일반적으로, 화염면의 말단부는 연소 대역의 아래루부터 1/3에 위치한다.
연소 대역의 조작 조건은 화염면에 작용하며, 따라서 그 최저점에 작용한다. 촉매 이동 속도, 즉 유속 또는 연소되는 코크스의 질량 유속, 도입되는 산소의 양(산소 함량 × 산소 함유 기체의 유속), 그리고 및 기체의 온도는 가장 중요한 변수이다.
실시된 연소 반응 실험 및 모델링은 온도 상승과 산소 소비량 증가가 동시에 일어남을 보여준다. 따라서, 화염면 위치의 지시자는 온도 또는 산소 소비량의 측정치이다(직접 측정 또는 계산으로 측정).
온도 프로파일을 알면, 산소 소비량을 알 수 있다. 또한, 산소 소비량을 알면 코크스 연소의 진행 정도를 알 수 있다. 따라서, 코크스 연소 진행은 온도 및/또는 산소 소비량으로 알 수 있으며, 이는 화염면을 알면 연소의 상태를 알 수 있다는 것을 의미한다.
상세하게 기준점(정상적인 조작 조건, 바람직하게는 화염면의 최저점)의 위치는 온도 프로필로 표현됨을 이하에 설명할 것이다. (산소 소비 프로파일이 사용될 수도 있다.) 그러나, 연소 단계로 유입 및 유출되는 기체류에서 수행하는 온도 측정 및 산소 농도 측정의 정확성 때문에, 이러한 자료만으로부터 화염면의 말단부의 위치를 정확하게 찾을 수 없다.
기준점으로 선택된 화염면의 최저점을 사용한 위치 방법은, 화염면상의 임의의 다른 점에 대해서도 유효하다. 기준점은 정상적인 조건하에서 형성될 가능성이 높은 대역에서, 화염면 근처 또는 화염면상에 존재한다.
정상적인 조작을 위해서, 조작자는 조작 조건, 즉 화염면의 최저점의 위치 P0, P0가 변화될 수 있는 값의 범위를 설정한다.
유니트의 조작 또는 시동 과정에서 정상적인 조건이 달성되지 않은 경우, 화염면의 최저점(또는 임의의 다른 점)을 확인하여 기능 불량을 검지하고 조작 조건을 변경하며 이를 보정할 수 있다.
본 발명의 경우, 기준치는 정상 조작 조건하에 얻어진 화염면상의 최저점의 위치로서 설정될 것이다. 이러한 최저점의 위치는 도 4에서 P0로 나타나있다.
이 위치를 확인하기 위해서, 측정점 P-1… P-i 및 P1… Pi는 P0의 양쪽에 위치시키는데, 값 P-i는 설정 위치 P0의 상부에(연소 대역의 상부를 향함), Pi는 P0 아래에(연소 대역의 하부를 향함) 위치한다.
도 4는 5개의 측정점(높이) P-2, P-1, P0, P1 및 P2를 도시하고 있다. 필요한 만큼 많은 수를 제공할 수 있다. 이들 간격은 당업자가 결정하며, 화염면의 최저점을 위치시키는 데 필요한 정확도, 필요한 속도 및 적용되는 보정에 따라 달라진다; 시뮬레이션 모델 및 실험에 의한 예비 측정이 도움이 될 수 있다.
이들 측정점은 도 4에 도시된 바와 같이 중앙 수집기(39)에 위치하는 것이 유리하다. 그 이유는 (화염면의 하부의) 선택점이 여기에 위치하므로 측정점은 기체가 유출되는 벽측에 위치해야 한다(기류가 반대 방향인 경우, 측정점은 외벽측에 위치함).
당업자들은 선택된 기준점(들)의 함수로서 용기에 대해 가장 적절한 측정점을 선택할 것이다.
도 4는, 점 P-1, P0 및 P1이 서로 비교적 근접하여 있고, 고정해야 하는 설정치에 대응하는 점 P0에 근방에 위치하며, 이 경우 점 P2는 연소 대역에서 더 낮은 곳에 위치하고, 점 P-2는 연소 대역에서 더 높은 곳이 위치하는 배치상태를 보여준다. 이해를 돕기 위해, 상기 점을 크게 이격시켜 놓았으며 비율에 따라 정한 것은 아니다; 또한, 점 P2는 보기 쉽도록 대역의 하부에 나타내었으나, 이보다 더 높게 배치할 수 있다.
따라서, 점 P2는 화염면의 말단부를 넘어서 위치하기 때문에, 연소되지 않는 경우 방출되는 연소 기체의 온도 TN(또는 T2)에 대한 정보를 제공하며, 나타난 온도를 연소 상으로의 입구에서 측정된 온도의 값과 비교하며, 이러한 온도는 동일한 범위내에 있어야 한다. 만일 그렇지 않은 경우는 화염면의 위치가 너무 낮다는 것을 의미한다. 따라서, 조작 경보가 작동될 수 있다.
점 P2는 예를 들어 연소 대역의 아래로부터 1/3에 위치한다.
점 P2는 조작 조건에 무관하게 항상 반응이 발생하는 상의 대역에 위치하기 때문에, 이 점은 연소시 연소 기체의 출구 온도 TY(또는 T-2)에 대한 정보를 제공하다(그러나, 에지 효과(edge effect)를 피하기 위해서 P2는 연소상의 시작부에 너무 근접하게 배치해서는 안된다). 이 점을 연소 대역에 배치하면 구간 온도를 측정할 수 있으며, 동시에 촉매가 처리되는 연소 조건(주로 산소의 백분율 및 유입 기체의 온도에 따른다)에 관한 정보를 제공하고, 후술하는 바와 같이 간접적으로 그러나 확실하게 화염면을 위치시킬 수 있다. 점 P-2는 예를 들어, 연소 대역의 상부 1/3에 위치한다. 구간 온도는 또한 완전 연소에 소비되는 산소의 이미지이다; 따라서 이것은 입구에서 산소 농도의 정보와 함께 예비자료로서 사용할 수 있다. 또한, 코크스 백분율이 낮은 경우,(화염면의 말단부가 P-2 및 P-1사이에 위치하는 경우) 상기 온도는 연소가 상의 더 낮은 부분에서 정상적으로 발생하는지를 확인할 수 있는 온도이다.
3개의 점 P-1, P0 및 P1은 화염면의 말단부 또는 기준점으로 선택된 화염면의 기타 임의의 점의 위치에 대한 정확한 정보를 제공하는데 사용된다. 기준점이 화염면의 최저점인 경우, 이들 점의 위치는 화염면이 정상적으로 종료되는 대역에 해당한다.
따라서, 센서(예를 들어, 열전기쌍) 또는 임의의 기타 온도 측정 수단(예를 들어 적외선 분석기)을 이들 측정점에 위치시킨다.
이들 수단은 부분적으로 또는 완전히 촉매 상의 외부에 위치하며, 대표적인 정보는 배출 기체로부터 얻을 수 있고, 따라서 상기 수단은 기체가 배출되는 벽에 근접하여 위치하는 것이 유리하다. 이는 기준점이 화염면의 최저점인 경우이다.
이들 수단은 부분적으로 촉매 상에 배치할 수 있다.
온도 측정외에 또는 온도 측정 대신에, 예를 들어 산소 분석기를 사용하여 산소 함량을 측정하므로써 유입 산소와 비교하여 산소 소비량을 얻을 수 있다.
도 4는 또한 각 측정점에서의 센서의 배치를 도시한다. 예컨대, 중앙 수집기의 단면 주변의 P-2에 3개의 센서 P-2,1 및 P-2,2 및 P-2,3가 규칙적으로 배치되어 있다. 따라서, 이들 점에서 구간 온도를 측정하거나, 또는 평균 구간 온도를 계산할 수 있다.
(장착된 부분의) 연소 상의 온도 프로필은 하기와 같이 각 횡단부에서 평균 온도를 취하므로써 간단히 얻을 수 있다.
[수학식 1]
상기 식에서,
Tj,i는 점 Pj의 단면 j에서 센서 n°i의 온도를 나타내고,
Vj,i는 센서 Tj,i가 작동하지 않는 경우 값이 0이고, 센서가 작동하는 경우 값이 1이며,
Tj는 단면 j의 평균 온도이다.
상기 수학식에서 평균치는 유효 센서로부터만 얻은 값이다.
화염면을 검지할 수 있는 충분히 유효한 알고리즘은, 전술한 바와 같이 계산된 Tj를 측정치로부터 다음과 같이 얻을 수 있다.
ㆍ센서 P-2는 완전 연소가 존재하는 위치에서 단면 온도를 측정할 수 있다(대역(38));
ㆍ센서 P2는 연소가 존재하지 않는 부분의 온도를 측정할 수 있다(대역(37));
·화염면은 온도가 선행 온도의 함수 f(TY, TN)가 되는 위치로서 무작위적으로 선택되며, 간단한 예로는 2개의 선행 온도의 평균치로 한다.
단순한 경우, 간단한 알고리즘으로, 상의 하부로부터 T2 및 T-2의 평균 온도 보다 높은 제1 온도를 결정하여 위치를 찾을 수 있다. 이어서, 상기 온도와, T2 및 T-2의 평균 온도에 해당하는 위치의 선행 온도 사이에 내삽한다. 이어서, 상기 값을 제1 측정 온도의 센서의 물리적 위치에 부가할 수 있다.
알고리즘에 의하면,
(초기화)(평균 온도 주변의 2개의 열전기쌍을 확인)
i=2 내지 -2에 대하여
Ti>(T-2 + T2)/2이면
PR=[(Ti-(T-2+T2)/2)/(Ti-Ti+1)]*(PTi-PTi-1)이다.
여기서,
{Ti: 단면 i에서의 열전기쌍의 평균치,
PR: PTi에 대한 위치(단위 m<0),
PTi: 연소 대역의 상부에 대해 Ti를 측정하는 센서 Pi의 위치(단위 m)}
(연소 대역의 상부로부터 선형 내삽에 의해 화염면의 위치를 추정)
LI=PTi+PR(SI 단위)
LI=(PTi+PR)/(연소 대역의 길이)*100(%)
기타 알고리즘도 사용할 수 있다. 예를 들어, T-2, T-1, T0, T1, T2의 선형 조합으로부터 화염면의 말단부의 가상(假想) 위치를 계산할 수 있다. 일반적으로, 가상 위치는 접근 가능한 온도 측정치 Ti의 소정의 함수로 정할 수 있다.
따라서, 연소의 모니터링 및 제어를 위한 방법은, 예를 들어 전체 연소 대역 및 비연소 대역의 평균 온도와 동일한 온도를 갖는 것으로 결정된 가상점의 정보를 기본으로 한다. 이 가상점은 화염면의 최저점의 실제 위치에 근사한 것으로 알려져 있다.
온도 변수를 이용한 모니터링 및 제어 공정은 전술한 바와 같다; 추가의 변수는 산소 소비량이다.
상기 계산된 가상점이 사용자가 용인할 수 있는 점 P0 주변의 허용치 범위 밖에 있는 경우, 하나 이상의 조작 조건, 바람직하게는 연소 대역에 유입되는 산소량을 변경하여 조절할 수 있다.
조절 계획의 일례:
ㆍ가상점이 P0 경우:
화염면은 원하는 위치에 존재한다. 설정값은 일정한 O2 유속에서 유지한다.
ㆍ가상점이 P-1 및 P-2 사이에 존재하는 경우:
O2는 과량으로 존재한다. 산소량을 감소시켜 화염면의 한 단부를 P0에 오게 하거나, 또는 예를 들어 가상점이 P-1에 있는 경우는 그대로 방치한다.
조작자가 용인가능한 허용치 범위에 따라, 화염면을 높이 P-2로 상승시킬 수 있다.
ㆍ가상점이 P0 및 P1 사이에 존재하는 경우:
O2가 충분하지 않다. O2 유속을 증가시켜야 한다.
ㆍ화염면이 너무 높은 경우, 재생기 용량이 제어되어 하한치가 된다. 경보로 이 사실을 감지할 수 있어야 하며, 경우에 따라서는 연소 저하 모드로 바꾼다.
ㆍ화염면이 너무 낮은 경우, 재생기의 용량은 상한선에 도달한다. 경보가 필요하며, 후속 대역(예, 옥시염소화 대역)에서 일시적인 연소 가능성이 있다.
따라서, 일단 화염면의 위치가 결정되면 종래의 PID 형 조절(비례, 적분, 미분)에 의해, 또는 보다 적절한 연소 모델을 사용한 비선형 모델 조절형 및/또는 내부 모델의 보다 유효한 알고리즘을 이용하여 모니터링 및 제어할 수 있다.
2개의 벽을 동축의 원통형으로 구성한 환형 상을 사용한 조작 공정은 전술한 바와 같다. 또한 US-A-4 859 643호에 개시된 바와 같이, 외벽이 경사진 상을 사용하거나, 또는 원뿔형 상(상의 상부 단면이 상의 하부 단면보다 더 작음)을 사용할 수 있다. 또한, 기체가 내벽으로부터 외벽으로 순환하는 경우(전술한 바와 반대 방향), 측정 수단은 외벽에 배치시키는 것이 바람직하다.
촉매의 재생에 사용되는 유니트 및 공정이 다수의 연소 대역을 포함하는 경우, 연소가 발생하는 최종 대역에서 전술한 모니터링 및 제어 방법을 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들어 EP-A-0 378 482호에 개시된 재생 공정에 대해서는 제2 연소 대역에서의 연소를 모니터링 및 제어한다.
그러나, 모니터링 및 제어를 적용하여 연소가 발생하는 임의의 대역에 화염면을 배치시키고, 이렇게 하여 그 대역에서 연소를 조절할 수 있다. 연소 모니터링 및 제어 단계를 포함하는 공정의 최종 연소 대역에서 연소를 확인하는 것이 매우 유리하다.
본 발명은 또한 전술한 공정을 수행하는 용기를 제공하다.
본 발명에 따르면, 사용된 촉매를 재생하는 용기는 이동상으로서 촉매가 순환되는 2개 이상의 벽면(5a, 5b)이 구비된 하나 이상의 연소 대역을 포함하며, 이 용기에는 이들 벽중 하나의 벽면을 통하여 이동상에 유입되는 하나 이상의 산소 함유 기체를 도입하고, 다른 벽을 통하여 배출하는 하나 이상의 도관(4)이 구비된다. 또한 상기 용기는, 모니터링 및 제어 산소 함유 기체를 도입하기 위한 도관(11)과 모니터링 및 제어 대역에서 나온 기체 및/또는 촉매의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하기 위한 하나 이상의 수단을 구비한 최종 연소 대역(Z2)에서 화염면의 말단부 뒤에 위치한 연소의 완료를 모니터링 및 제어하기 위한 대역(FC)를 포함한다.
촉매가 2개의 원통형 벽사이에 구획된 환형 공간에서 순환하는 경우, 하나 이상의 측정 수단은 기체가 유출되는 모니터링 및 제어 대역의 벽에 위치하는 것이 유리하다.
일양태에서, 모니터링 및 제어 대역은 최종 연소 대역의 저부에 위치한다.
또 다른 일양태에서, 용기는, 기체는 통과시키지 않고 촉매는 통과시키는 모니터링 및 제어 대역과 최종 연소 대역사이에 위치한 하나 이상의 분리 수단(29)을 포함하고, 또한 기체를 모니터링 및 제어 대역에서 배출시키는 도관(28)을 포함하며, 하나 이상의 측정 수단은 상기 출구 도관(28)에 위치한다.
하나 이상의 측정 수단은 또한 기체가 배출되는 모니터링 및 제어 대역의 벽에 배치할 수 있다.
본 발명의 용기는 화염면의 위치를 확인하므로써 모니터링 및 제어 방법을 수행하기 위한 장치를 포함하는 것이 유리하다.
전술한 모니터링 및 제어 공정을 실시하기 위해서, 촉매 도입을 위한 하나 이상의 개구 및 촉매 배출을 위한 하나 이상의 개구를 구비한 하나 이상의 연소 대역을 포함하는 재생 용기에 있어서 재생시에 촉매내의 탄화 물질의 연소를 모니터링 및 제어하는 장치가 제공된다. 여기서 상기 촉매는 2개 이상의 벽 사이의 연소 대역을 이동상으로 흐르고, 상기 벽중 1개는 재생 용기의 개구를 통해 공급된 상으로 고온 산소 함유 기체를 도입할 수 있고 상을 통과한 기체는 또 다른 벽을 통해 배출되고, 용기의 개구를 통해 배출된다. 상기 장치는 하기를 포함한다:
ㆍ연소가 발생하는 대역 일부의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ연소가 발생하지 않는 대역 일부의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ측정 수단 TY 및 TN 사이의 점 Pj에 위치하고, 정상적인 조작 조건에서 설정 기준치를 얻기 위해 화염면의 기준점의 위치에 해당하는 연소 대역중높이 P0의 어느 한면에 위치한 상의 온도 Tj를 측정하기 위한 2개 이상의 수단;
ㆍ점 Pj에서 얻은 온도 측정치 Tj, TY, TN으로부터 화염면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준치와 비교하는 수단;
ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 조작 조건을 변형시키기 위한 수단에 연결된 연소 대역의 조작 조건을 조정하기 위한 수단.
TN을 측정하기 위한 수단은 연소 대역의 저부 1/3에 위치시키는 것이 바람직하다. TY를 측정하는 수단은 연소 대역의 상부 2/3에 위치시키는 것이 유리하다.
복수의 온도 측정 수단을 동일한 측정 높이에 배치하여 평균 단면 온도를 산출하는 것이 중요하다.
유사하게, 2개의 벽이 동축의 원통형이고, 환형 촉매상을 형성하며, 기체는 외벽을 통해 도입하고, 내벽에 의해 구획된 수집기에 수집하는 경우, 온도 측정 수단은 수집기 내에 배치하는 것이 유리하다.
유사하게, 2개의 벽이 동축의 원통형이고 환형 촉매상을 형성하며, 기체는 내벽에 의해 구획되는 용적을 통해 연소 대역으로 유입되며, 내벽을 통해 상을 통과하고 외벽에 의해 배출되는 경우, 온도 측정 수단은 외벽에 배치하는 것이 유리하다.
또한 온도 측정 수단을 촉매 상에 분포시키는 것도 가능하다.
화염면의 최저점을 검지하는 특히 유리한 장치는 하기를 포함한다:
ㆍ기체가 배출되는 벽면에, 연소가 발생하는 대역 일부의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ기체가 배출되는 벽면에, 연소가 발생하지 않는 대역 일부의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ기체가 배출되는 벽면에, 측정 수단 TY 및 TN 사이의 점 Pj에 위치하고, 정상적인 조작 조건하에서 설정 기준치를 얻기 위해 화염면의 최저점에 해당하는 연소 대역내의 위치 P0의 어느 한면에 위치한 상의 온도 Tj를 측정하기 위한 2 이상의 수단;
ㆍ점 Pj에서 얻은 온도 측정치 Tj, TY, TN으로부터 화염면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준치와 비교하는 수단;
ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 조작 조건을 변형시키기 위한 수단에 연결된 연소 대역의 조작 조건을 조정하기 위한 수단.
하나 이상의 조작 조건을 변형시키기 위한 수단의 예로는 밸브가 있다. 온도 Tj는 측정 위치 Pj에서의 단면 온도이다.
한 구간에서 무엇이 발생하는 가를 나타내는 온도를 확인하기 위해서, 다수의 센서(예를 들어 도 4에 3개)를 규칙적으로 배치하여 동시에 다음 정보를 얻는다:
ㆍ센서 교환 및 테스트는 조작 동안에 가능하지 않기 때문에 요구되는 예비 정보(stanby information);
ㆍ재생기내의 흐름의 프로필에 대한 정보(비평형, 샤프트 폐쇄, 바람직한 경로).
이 경우, 구간 당 복수의 측정 수단이 제공되어야 하며, 복수의 측정 높이가 제공되어야 한다. 따라서 종방향으로 측정 수단인 "칼럼"이 있다.
바람직한 경로의 존재를 검지하기 위해서, 거리의 총합을 열전기쌍의 평균 구간 온도에 대한 열전기쌍의 3개의 "칼럼" 각각에 대해 계산할 수 있다. 즉,
[수학식 2]
상기 식에서,
POSi는 위치 I에 위치한 구간에서 평균 열전기쌍 측정에 대한 평균 변화를 나타낸다.
본 발명은 초기 촉매 성능을 복원하기 위해서 사용된 촉매를 재생시킬 수 있으며, 방향족 화합물의 제조, 특히 개질을 위한 촉매에 특별히 적용할 수 있다.
도 1은 촉매 이동상을 포함하는 최종 연소 대역에 포함된 모니터링 및 제어 대역을 도시한다.
도 2는 촉매 이동상과 함께, 연소 대역 후의 모니터링 및 제어 대역을 도시한다.
도 3은 화염면의 위치를 도시한 도면이다.
도 4는 화염면 위치 측정을 도시한 것이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1,3,4,7,10,9,11,27 : 도관
C : 촉매
E : 재생 용기
FC : 모니터링 및 제어 대역
G1,G2,G3 : 산소 함유 기체
Z1 : 연소 대역
Z2 : 최종 연소 대역
Claims (30)
- 소정의 조작 조건하에 촉매를 하나 이상의 산소 함유 기체와 접촉시키는 하나 이상의 연소 단계에서 탄화 물질의 연소를 포함하여 사용된 촉매를 재생시키는 방법으로서, 모든 연소 단계로 처리된 촉매를 연소 단계의 조건보다 더욱 엄격한 조건하의 모니터링 및 제어 단계에서 모니터링 및 제어 기체라고 불리는 하나 이상의 산소 함유 기체와 접촉시키고, 상기 모니터링 및 제어 단계가 상기 기체와 함께 도입되는 산소의 10% 미만의 산소 소비량으로 실시되는 것이 특징이고, 모니터링 및 제어 단계로 도입된 기체 및/또는 촉매의 온도 및 이로부터 배출되는 기체 및/또는 촉매의 온도, 및/또는 모니터링 및 제어 단계로 도입된 기체의 산소 함량 및 이로부터 배출되는 기체의 산소 함량을 측정하고, 비교하여, 그 차이가 허용차보다 클 경우, 하나 이상의 연소 단계의 하나 이상의 조작 조건을 변경하여 상기 차이를 보정하는 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 촉매가 방향족 화합물 제조용 촉매 또는 개질 촉매인 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 온도가 모니터링 및 제어 단계에서 일정하게 유지되는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 모니터링 및 제어 기체가 연소 단계로 도입되는 산소의 최대량 이상의 양의 산소를 포함하며, 및/또는 상기 기체의 온도가 연소 단계로 도입되는 기체의 온도보다 높은 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 모니터링 및 제어 기체를 촉매 상에 통과시킨 후, 이 기체를 연소 단계에서 배출된 기타 기체와는 무관하게, 또는 하나 이상의 연소 단계에서 배출된 하나 이상의 기체와 혼합하여 공정으로부터 배출하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매가 이동상의 형태로 존재하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 산소 함유 기체가 도입되는 하나 이상의 연소 대역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 촉매를 처리하고, 촉매는 통과시키되 기체는 통과시키지 않도록 연소 대역 또는 최종 연소 대역과 분리된 모니터링 및 제어 대역에서 연소 완료를 모니터링 및 제어하기 위한 단계로 촉매를 처리하며, 상기 모니터링 및 제어 기체를 모니터링 및 제어 대역에 도입하고, 상기 모니터링 및 제어 대역으로부터 추출하며, 추출된 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 산소 함유 기체가 도입되는 하나 이상의 연소 대역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 촉매를 처리하고, 최종 연소 대역의 저부에 위치한 모니터링 및 제어 대역에서 연소 완료를 모니터링 및 제어하는 단계로 상기 촉매를 처리하고, 모니터링 및 제어 기체를 모니터링 및 제어 대역에 도입하고, 상기 대역에서 배출되는 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매가 고정상의 형태로 존재하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매는 연소 대역내의 2개 이상의 벽사이에서 하강하는 이동상으로 흐르고, 이중 한 벽을 통해 상으로 도입되고 다른 한 벽을 통해 배출되는 고온 산소 함유 기체를 촉매에 통과시키고, 이 대역에서 경사진 프로필을 갖는 화염면이 형성되어, 이중 최고점은 촉매가 대역에 도입되는 레벨에서 기체가 도입되는 벽상에 있으며, 최저점은 기체가 배출되는 벽상에 있으며, 이 공정에서 연소가 발생하는 하나 이상의 대역에서의 탄화 물질의 연소는, 연소가 완료되는 대역의 하나 이상의 변수 XY를 측정하고, 연소가 발생하지 않는 대역의 하나 이상의 변수 XN을 측정하며, 정상적인 조작 조건 하에 얻은 화염면에 근접한 위치 또는 그 화염면에서 선택된 하나 이상의 기준점을 XY 및 XN을 포함하는 변수 함수로 간주하고, 정상적인 조작 조건 하에서 상기 점의 위치를 설정 기준치로 하고, 변수 함수로부터 계산된 가상점의 위치를 기준치의 한 면에 위치한 점을 측정하여 계산한 후, 이점을 설정 기준점과 비교하고, 차이가 있는 경우, 하나 이상의 조작 조건을 변경하여 차이를 감소시키거나 제거함으로써 모니터링 및 제어되는 것이 특징인 방법.
- 제10항에 있어서, 화염면의 최저점이 연소 대역의 상부로부터 연소 대역의 전체 높이의 98% 이하의 거리에 위치한 것이 특징인 방법.
- 제10항에 있어서, 정상적인 조작 조건하에서 연소면의 최저점의 위치가 설정 기준치를 구성하는 것이 특징인 방법.
- 제10항에 있어서, 이동상은 환형 형상인 것이 특징인 방법.
- 제10항에 있어서, 연소가 연소 대역으로 도입되는 산소의 양을 변경하여 모니터링 및 제어되는 것이 특징인 방법.
- 제10항에 있어서, 연소가 촉매의 유속을 조절하므로써 모니터링 및 제어되는 것이 특징인 방법.
- 제10항에 있어서, 촉매가 다수의 연소 대역을 통과하고, 상기 방법이 연소가 발생하는 최종 대역에서 실시되는 것이 특징인 방법.
- 이동상으로서 촉매가 순환하는 2개 이상의 벽면(5a, 5b)이 구비되고, 이들 벽중 하나의 벽면을 통하여 이동상에 유입되는 하나 이상의 산소 함유 기체를 도입하고, 다른 벽을 통하여 배출하는 하나 이상의 도관(4)이 구비된 하나 이상의 연소 대역을 포함하는 사용한 촉매 재생용 용기로서, 최종 연소 대역(Z2)에서 화염면의 말단부 뒤에 위치한 연소의 완료를 모니터링 및 제어하기 위한 대역(FC)도 포함하고, 산소 함유 모니터링 및 제어 기체를 도입하기 위한 도관(11)과, 모니터링 및 제어 대역에서 나온 기체 및/또는 촉매의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하기 위한 하나 이상의 수단이 구비된 것이 특징이며, 모니터링 및 제어 단계로 도입된 기체 및/또는 촉매의 온도 및 이로부터 배출되는 기체 및/또는 촉매의 온도, 및/또는 모니터링 및 제어 단계로 도입된 기체의 산소 함량 및 이로부터 배출되는 기체의 산소 함량을 측정하고, 비교하여, 그 차이가 허용차보다 클 경우, 하나 이상의 연소 단계의 하나 이상의 조작 조건을 변경하여 상기 차이를 보정하는 것이 특징인 촉매 재생용 용기.
- 제17항에 있어서, 모니터링 및 제어 대역이 최종 연소 대역의 저부에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 촉매가 2개의 원통형 벽에 의해 구획된 환형 공간에서 순환하고, 하나 이상의 측정 수단이, 기체가 배출되는 모니터링 및 제어 대역의 벽에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제17항에 있어서, 기체는 통과시키지 않고 촉매는 통과시키도록 모니터링 및 제어 대역과 최종 연소 대역 사이에 위치한 하나 이상의 분리 수단(29)을 포함하며, 기체가 모니터링 및 제어 대역에서 배출되도록 하는 배출 도관(28)을 더 포함하고, 하나 이상의 측정 수단이 상기 배출 도관(28)에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 기체는 통과시키지 않고 촉매를 통과시키는 모니터링 및 제어 대역과 최종 연소 대역 사이에 위치한 하나 이상의 분리 수단(29)를 포함하고, 기체가 모니터링 및 제어 대역에서 배출되도록 하는 도관(28)을 더 포함하고, 하나 이상의 측정 수단이 기체가 배출되는 모니터링 및 제어 대역의 벽에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 연소가 발생하는 하나 이상의 대역에서ㆍ연소가 발생하였던 대역 일부의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ연소가 발생하지 않았던 대역 일부의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ측정 수단 TY 및 TN 사이의 점 Pj에 위치하고, 정상적인 조작 조건에서 설정 기준치를 얻기 위해 화염면의 기준점의 위치에 해당하는 연소 대역중 높이 P0의 어느 한면에 위치한 상의 온도 Tj를 측정하기 위한 2개 이상의 수단;ㆍ점 Pj에서 얻은 온도 측정치 Tj, TY, TN으로부터 화염면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준치와 비교하는 수단;ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 조작 조건을 변경하기 위한 수단에 연결된 연소 대역의 조작 조건을 조절하기 위한 수단을 포함하는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, TN을 측정하기 위한 수단이 연소 대역 저부로부터 1/3에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, TY를 측정하기 위한 수단이 연소 대역의 상부로부터 2/3에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, 다수의 온도 측정 수단이 동일한 측정 높이에 위치하여 평균 단면 온도를 얻을 수 있는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, 2개의 벽은 동축의 원통형이고, 환형 촉매 상을 형성하며, 기체는 외벽을 통하여 유입되고 내벽으로 구획된 수집기에서 수집되며, 온도 측정 수단은 수집기 내에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, 2개의 벽은 동축의 원통형이고, 환형 촉매 상을 형성하며, 기체는 내벽에 의해 구획된 용적으로부터 연소 대역으로 유입되고, 내벽을 통해 유동하여 상을 통과하고, 외벽을 통해 배출되며, 온도 측정 수단은 외벽에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, 상기 온도 측정 수단이 촉매 상에 분포되어 있는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서, 가상점의 위치가 PID형 알고리즘, 내부 제어 모델, 예상 제어 모델 또는 비선형 제어 모델에 의해 모니터링 및 제어되는 것이 특징인 용기.
- 제22항에 있어서,ㆍ기체가 배출되는 벽면에서, 연소가 발생하였던 대역 일부의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ기체가 배출되는 벽면에서, 연소가 발생하지 않았던 대역 일부의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ기체가 배출되는 벽면에서, 측정 수단 TY 및 TN사이에 점 Pj에 위치하고, 정상적인 조작 조건하에서 설정 기준치를 얻기 위해 화염면의 최저점에 해당하는 연소 대역내의 높이 P0의 어느 한면에 위치한 상의 온도 Tj를 측정하기 위한 2 이상의 수단;ㆍ점 Pj에서 얻은 온도 측정치 Tj, TY, TN으로부터 화염면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준치와 비교하는 수단;ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 조작 조건을 변경하기 위한 수단에 연결된 연소 대역의 조작 조건을 조정하기 위한 수단을 포함하는 것이 특징인 용기.
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