KR100617414B1 - 유동층 내의 가스 및 고체의 접촉을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

유동층 내의 가스 및 고체의 접촉을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가스-고체 유동층은 교차 평면 내에 배열된 짝 평면부(14)를 갖는 접촉 요소(10) 내에 형성된다. 각각의 평면부(14)는 하나 이상의 웨브(16) 및 각 웨브(16)에 인접한 하나 이상의 개방 슬롯(18)에 의해 형성된다. 웨브(16) 및 슬롯(18)은 평면부(14) 중 하나 내의 웨브가 짝 평면부 내의 슬롯과 교차하도록 배치된다. 유동층은 FCC 시스템 내의 촉매 스트리퍼 및/또는 재생기 내에서 가스 스트림에 의해 유동화된 촉매 입자일 수 있다.
가스-고체 유동층, 짝 평면부, 접촉 요소, 웨브, 개방 슬롯, FCC 시스템, 촉매 스트리퍼, 가스 스트림

Description

유동층 내의 가스 및 고체의 접촉을 위한 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR CONTACTING OF GASES AND SOLIDS IN FLUIDIZED BEDS}
본 발명은 일반적으로는, 고체 및 유체가 역류 관계로 유동하는 유동층에 관한 것으로서, 더욱 특별하게는 유동층 내에서 고체와 유체 사이의 접촉을 용이하게 하기 위한 내부 구조물의 사용에 관한 것이다.
유동층은 종종 용기 내의 유체 스트림과 고체 입자의 원활한 혼합과 긴밀한 접촉을 증진시키기 위해 석유, 화학 제품, 연소 및 다른 유형의 공정에서 사용된다. 이 긴밀한 접촉은 고체 입자와 비말 동반되거나 또는 코팅된 유체, 유체 스트림 및/또는 고체 입자 사이의 효과적인 열 전달, 질량 전달 및/또는 화학적 반응을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 유동층은, 일반적으로 수증기 스트림인 유체 스트림을, 고체 입자의 강한 혼합을 유도하고 입자들을 부유하기에 충분한 유속으로 작은 고체 입자층을 통하여 상방으로 통과시킴으로써 발생된다. 유동층의 하부 경계는 유체 스트림 입구의 수준에서 또는 바로 아래에서 형성된다. 상부 경계는 유체 스트림의 속력에 대하여 변화하며 유체가 입자들로부터 해제되는 수준에서 형성된다. 유체 유동의 속력은, 고체 입자의 부유가 유발되는 것 이상과 입자가 용기로부터 운반되는 것 이하에서, 또는 소정의 상부 경계 수준 이상에서 유지된다.
유동층의 몇몇 유형에서, 고체 입자는 유동층 내에 부유하며 잔류하고, 고체 입자의 네트 하방 유동은 없다. 다른 유형의 유동층에서, 고체 입자는 상부에서 연속적으로 부가되고 유동층의 하부로부터 제거되어 상방 유동 유체에 대해 역류하는 고체 입자의 하방향 유동이 존재한다. 양 유형의 유동층 모두에서, 고체 입자를 통한 유체의 채널링(channeling)과 유동층 내의 유체 또는 고체 입자의 정체된 구역의 형성을 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 특히 역류 유동층의 경우, 해로운 효과인 역 혼합이 유동층 내에서 발생하는 특정한 공정에 영향을 미치기 때문에 고체 입자의 재 순환 및 역혼합을 감소시키는 것이 바람직하다.
유체 스트림 및 고체 입자의 역류 유동을 포함하는 유동층의 일 예는 유체 촉매의 크랙킹 또는 FCC 시스템에 사용된 임의의 유형의 재생기 및 스트리퍼에서 발견될 수 있다. 이러한 FCC 시스템에서, 중간물 및 높은 끓는점의 탄화수소는 원자화되어 반응기 내의 유동화된 촉매제 입자와 높은 온도에서 접촉하게 되며, 그 결과 탄화수소는 가솔린과 같은 낮은 끓는 점 반응 생성물을 생산하도록 크랙된다. 그 후, 반응 생성물 및 촉매제 입자는 예를 들어 사이클론 내에서와 같이 분리되고, 각각은 다음 처리를 위해 개별적으로 진행한다. 촉매제 입자는 일반적으로 연속적인 방식으로 반응기로부터 제거되고, 추가의 처리 즉, 우선 촉매제 스트리퍼 내에서 휘발성 탄화수소를 제거하고, 그 후 반응 공정 중 촉매제 입자 상에 침전되어 촉매제의 효율을 감소시키는 코크스와 같은 비 휘발성 탄소질 물질을 제거하는 처리가 가해진다. 촉매제 스트리퍼에서, 비말 동반되어 간극성의 흡착 휘발성 탄화수소는, 스트리핑으로 언급된 공정에서 수증기와 같은 유동 가스 스트림과 촉매제를 역류하여 접촉함으로써 유동층에서 촉매제로부터 제거된다. 탄화수소는 반응 생성물로서 상기 공정으로 복귀되고 회복될 수 있기 때문에, 촉매제로부터 이들 잔류 탄화수소를 제거하는 것이 그것들이 연소되는 재생기로 촉매 입자들과 함께 반송되어 그로 인해 재생기에 대한 공기 요구량의 증가를 유발하는 것보다 바람직하다. 또한, 재생기 내의 잔류 탄화수소의 연소는 상승된 온도에 촉매제를 가하여 촉매제를 분해하는 것에 기여한다. 촉매제 입자는 스트리퍼를 떠난 후, 재생이라고 언급된 공정에서, 코크스 침전물 및 임의의 잔류 탄화수소가 촉매제 입자를 일반적으로 공기인, 산화 가스에 역류하여 유동층을 통과시킴으로써 연소되는 재생기로 유도된다. 그 후, 재생된 촉매 입자는 탄화수소의 부가적 촉매 크랙킹을 위해 반응기로 복귀한다. FCC 스트리퍼 및 재생기에서 발견된 이들 유동층에서, 모든 촉매제 입자 및 유체 스트림이 채널링 및 역혼합이 없고 모든 촉매제 및 가스 스트림이 제한된 시간 간격 내에 유동층을 통과하는 완전한 역류 방식으로 유동층을 통과하는 것이 바람직할 수 있으며, 그 결과 더 우수하고 예측 가능한 효율이 얻어질 수 있다.
고체 입자가 패킹 내의 탄산가스가 포함되지 않은 정체 구역에 잔류할 수 있기 때문에, 역류하여 유동하는 가스 및 액체 시스템에서 플러그 유동의 조건에 근접하기 위해 사용된 임의의 패킹과 같은 장치가 가스 및 고체 입자 시스템에서 양호하게 작동될 필요는 없다는 것이 보고되었다. 또한, 반복 시험을 통해, 쉐브론 또는 디스크 및 도넛 요소와 같은 몇몇의 그리드형 패킹은 양호한 유동층 내에서 고체의 상하 혼합의 비를 지연시킴에 있어서 상대적으로 효과적이라는 것을 증명했음이 보고되었다. 그러나, 이들 그리드형 패킹은, 유체와 고체를 제한된 유동 경로를 통과하여 유동하도록 가압하기 때문에 유동층을 통과하는 유체 및 고체의 양을 감소시킨다. 상기 패킹은, 그들이 단지 가스 유동비의 범위 내에서만 만족할만한 처리 효율을 제공하기 때문에 제한된 유동량의 감소와 더불어 종종 나쁜 하강 성능을 갖는다. 또한, 이들 패킹은 증기와 고체 사이의 접촉 효율의 감소와, 가스 버블에 의한 고체 입자의 상방 변위로 인한 고체의 역혼합의 증가와, 유동층을 통한 큰 가스 버블의 상방으로의 파열에 의한 유동층 위에 희석된 상태로의 고체의 비말 동반의 증가를 포함하는 몇몇 바람직하지 않은 결과를 유동층 내에서 형성하는 큰 가스 버블을 허용할 수 있다. 그 결과, 유동층의 유동 단면적의 감소를 제한하고, 가스 유동비의 더 넓은 범위에 걸쳐 잘 형성하고, 유동층 내에서 큰 가스 버블의 형성을 감소시키는 패킹형 요소가 필요하게 되었다.
종래에는, 강체 형태로 구성된 정적 혼합 요소가 파이프, 용기 또는 다른 도관을 통해 함께 유동하는 유동 가능한 물질의 스트림 내에서 철저한 혼합, 질량 전달, 열 전달 또는 화학적 반응을 달성하기 위한 목적으로 사용되었다. 이들 요소는 많은 형태를 취할 수 있지만, 일반적인 균질 스트림이 존재할 때까지 유체 스트림 또는 유체 및 고체를 분열시키고, 전단 변형시키고, 그 후 재결합시키는 정지 변류기를 일반적으로 사용한다. 정적 혼합기는, 적용의 일 유형에서의 우수한 성능이 반드시 정적 혼합기가 다른 적용에서 우수한 성능을 보이거나 혹은 적용 가능하다는 것을 나타내는 것이 아니기 때문에, 액체-액체, 액체-고체 또는 가스-고체의 동시 유동을 포함하는 것들과 같은 특정한 사용에 대한 특수화된 설계가 일반적이다.
일반적으로 SMV 요소로 알려진 정적 혼합 요소의 일 유형이 액체-고체 유동층 내의 임의의 액체 유동 조건하에서 더 높은 고체 선광을 달성하기 위해 사용될 수 있다는 것이 제안되었다. SMV 요소는, 인접한 시트의 주름부가 서로에 대한 각을 가지고 접촉하고 그 각에서 연장되어 주름부의 피크와 골을 따르는 액체 및 고체 유동 경로를 형성하도록 위치된 주름진 시트의 묶음을 포함한다. 고체의 역혼합 상의 SMV 요소의 효과와 액체-고체 유동층이 아닌 가스-고체 유동층에서 사용되는 상기 요소의 접합성은 보고되지 않았다.
변형된 SMV 요소와 같은 패킹의 주름진 시트는 가스-고체 유동층에서 고체의 스트리핑을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다는 것이 미국 특허 제5,716,585호에 개시되었다. 상기 특허에서, 써버린 FCC 촉매제에 대한 스트리핑 유닛에서 패킹의 주름진 시트가 상세하게 개시되었다. 그러나, 주름진 시트의 불침투성은 시트를 통한 가스와 고체의 통과를 막아 촉매 입자와 결합한 탄화수소 및 스트리핑 가스 사이의 바람직한 교환에 대한 장애를 제공할 수도 있다.
정적 혼합 요소의 다른 유형은 미국 특허 제4,220,416호(브라우너 외)에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 요소는 두 수직한 평면 내에서 이격되어 배치되며 연결 스파인을 따라 함께 결합된 짝 평면부를 포함한다. 다수의 짝 평면부는 일반적으로, 파이프 또는 다른 도관 내에 단부 연결되어 위치된다. 각 평면부는 적어도 하나의 웨브와, 일반적으로는 물질들이 혼합을 위해 유동할 수 있는 개방 슬롯을 제공하도록 이격된 두 개 이상의 웨브를 포함한다. 다른 용도로도 사용되지만, 이러한 유형의 요소들은 동시에 흐르는 층류 유동에서 고 점성 중합체 혼합물의 유동을 혼합하는 것에 특히 유용하다는 것이 증명되었다. 지금까지, 유동층에서의 사용에 대한 이들 요소들의 적합성을 제안한 보고는 없었다.
본 발명의 목적은 많은 유형의 종래 요소들과 비교하여 더 높은 정도의 플러그 유동 및 더 큰 처리 효율을 달성하도록 유동층 내에서 고체 및 가스의 역혼합을 감소시키는 접촉 요소를 유동층에 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 더 많은 가스 표면적이 유동층 내에서 고체와 접촉하여 처리 효율이 증가하도록 유동층 내에서 형성된 가스 버블의 크기를 줄이는 접촉 요소를 증기-고체 유동층에 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디스크 및 도넛 요소와 같은 많은 유형의 종래 요소의 사용의 결과보다 더욱 균일한 크기의 작은 가스 버블의 더욱 고른 분배를 제공하여, 더 큰 처리 효율 및 고체 입자의 감소된 증기 비말 동반(entrainment)이 얻어질 수 있는 접촉 요소를 증기-고체 유동층에 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디스크 및 도넛 요소와 같은 많은 유형의 종래 요소와 비교하여 유동층의 단면적의 더욱 작은 부분을 수축하는 동안 높은 처리 효율이 달성되는 것을 허용하여 더 높은 유체 및 고체 유동량이 유동층에 대해 유지될 수 있도록 하는 접촉 요소를 유동층에 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 접촉 요소가 넓은 가변성 가스 속력을 갖는 적용에서 사용될 수 있도록 표면 가스 속력의 넓은 범위에 걸쳐 높은 처리 효율과 용량을 허용하는 접촉 요소를 유동층에 제공하는 것이다.
이들 및 본 발명에 관련된 다른 목적을 달성하기 위해, 본 원 전체에서 참조된 미국 특허 제4,220,416호에 개시된 일반적인 유형과 같은 접촉 요소는 용기 내의 가스-고체 유동층에 위치된다. 각각이 일반적이나 필수적이지는 않은 평면인 하나 이상의 짝 편향부를 포함하는 접촉 요소는 유동층 단면의 전체 또는 일부분에 걸쳐 예각으로 연장된 다수의 이격된 웨브를 포함한다. 짝 편향부는 함께 연결되어 일반적으로 60도 또는 90도인 각을 형성하지만, 바람직하게는 다른 각을 형성할 수도 있다. 각 편향부 내의 웨브 사이에 형성된 개방 슬롯은 그곳을 통한 가스 및 고체의 유동을 허용한다.
이런 유형의 가스-고체 유동층 내의 혼합 장치의 사용이 주름진 시트와 디스크 및 도넛 트레이와 비교하여 높은 유동량 및 전체 효율을 제공하는 것이 예상외로 발견되었다.
유사한 부분을 지시하기 위해 유사한 참조 부호가 사용된 첨부된 도면은 명세서의 일부분을 형성하며 그와 함께 이해될 것이다.
도1은 본 발명을 따르는 접촉 요소를 포함하는 유동층을 도시한 칼럼의 개략도이다.
도2는 본 발명의 접촉 요소를 사용하는 FCC 시스템의 개략도이다.
도3은 본 발명의 접촉 요소의 전체 스트립 효율을 다른 접촉 요소와 비교한 그래프이다.
이제, 좀더 상세한 도면을 참조하여, 우선 도1을 참조하면, 본 발명에서 사용된 접촉 요소는 일반적으로 참조 부호(10)로 명시되었으며 원통형 용기 또는 칼럼(12) 내에 개략적으로 위치되어 도시된다. 칼럼(12)은 사각, 직사각 또는 다른 바람직한 단면을 갖는 수용기이며 칼럼의 외부 쉘 내의 개방형 내부 영역 내에 발생하는 처리에 대해 조화롭고 알맞은 재료로 구성된다. 칼럼(12)은 열 교환, 질량 전달 및/또는 화학적 반응을 수반하는 공정과 같은 가스 및 고체의 다양한 형태의 유동층 처리용으로 사용된다. 예를 들어, 칼럼(12)은 다 써버린 촉매제로부터 탄화수소를 제거하거나 또는 유체 촉매제 크랙킹(FCC) 공정에서 다 써버린 촉매제로부터 코크스를 연소함으로써 다 써버린 촉매제를 재생하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로, 칼럼(12)은 FCC 에서 가스 및 고온 촉매제 사이에서의 열교환과, 연도 가스로부터의 오염물질 제거와, 전력 발생 공정에서의 석탄 또는 다른 연료의 연소와, 고체 입자의 건조 유발과, 고체 입자의 응집, 코팅, 혼합의 유발을 달성하도록 사용될 수 있다. 이들 예는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라, 본 발명의 특별한 실시예를 설명하기 위한 것이다.
접촉 요소(10)는 다수의 짝 편향부(14)를 포함한다. 각각의 짝 편향부(14)는, 유동층의 모든 단면 또는 단면의 일부분에 걸쳐 예각으로 연장되는 적어도 하나 및 일반적으로는 다수의 이격된 웨브(16)를 포함한다. 개방 슬롯(18)은 가스 및 고체가 통과하여 흐를 수 있도록 각각의 편향부(14) 내의 웨브(16) 사이에 또는 인접하여 형성된다. 짝 편향부(14)는 교차 평면 내로 연장되어 일단부 또는 그들의 길이를 따르는 중간물 부분에서 함께 결합된다. 각 편향부(14) 내의 웨브(16)는 짝 편향부(14) 내에 형성된 슬롯(18)과 교차하도록 정렬된다. 교차 편향부(14)에 의해 형성된 각은 일반적으로 60 또는 90도이지만, 필요하다면 다른 각이 될 수도 있다. 각 편향부(14) 내의 웨브(16)는 일반적으로 같은 평면에 놓이지만, 필요하다면 다른 평면으로 연장될 수 있다. 웨브(16)는 또한, 사실상 평면이라기보다는 만곡되거나 또는 다른 바람직한 형상일 수 있다.
몇몇 짝 편향부(14)는, 각각의 접촉 요소(10)를 형성하도록 정렬되고, 상호 연결되고, 교차되는 방식으로 함께 결합된다. 그후, 다수의 접촉 요소(10)는 칼럼(12) 내에 이격 또는 접촉 관계로 단부와 단부를 연결하여 놓여진다. 인접 요소들은 정렬되어 놓여지거나 또는 각각으로부터 45도, 90도 또는 다른 바람직한 각만큼 회전할 수 있다. 각 편향부(14) 및 칼럼(12)의 세로 축의 평면에 의해 형성된 각은 짝 편향부에 대해 선택된 교차각에 따라 변한다. 예를 들어, 90도 교차각이 사용될 때, 편향부(14)는 칼럼 축에 대해 45도 내지 135도의 각으로 연장된다. 60도 교차각이 선택될 때, 편향부(14)는 칼럼축에 대해 60도 내지 120도로 연장된다.
접촉 요소(10)는 각각 칼럼(12)의 단면을 완전히 채우도록 크기가 결정될 수 있거나 또는 다수의 더 작은 요소(10)가 상기 칼럼 단면을 채우도록 나란한 관계로 위치될 수 있다. 나란한 관계로 위치될 때, 요소(10)들은 같거나 또는 다른 방향을 향할 수 있고 각각으로부터 오프셋된 다수의 열 내에 위치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유동층(20)은 접촉 요소(10) 또는 다수의 접촉 요소들(10)이 놓여진 칼럼(12) 내에 형성된다. 유동층(20)은 화살표(22)에 의해 개략적으로 도시된 미립자화 된 고체와 화살표(24)에 의해 도시된 상방으로 흐르는 유체화된 가스에 의해 형성된다. 고체(22)는 입자의 형태, 크기 및 구성이 미리 선택되고 가스(24)는 구성과 속력이 미리 선택된다. 양호하게는, 고체(22)는 상부에 부가되고, 고체(22)와 가스(24)가 유동층을 통해 역류하여 이동하도록 연속적인 방식으로 유동층의 하부로부터 제거될 것이다. 다르게는, 고체(22)는, 처리가 완료되어 유동층으로부터 배출될 때까지, 유동층(20)에 잔류한다.
가스(24)는, 유동층(20)을 통해 상방으로 이동한 후, 유동층 위로 희석 상태에 진입하여 가스가 최종 또는 중간 목적지로 반송되기 전에 임의의 동반된 고체 입자를 제거하도록 (도시되지 않은) 사이클론과 같은 분리기를 통해 통과될 수 있다. 고체(22) 역시 유동층으로부터의 제거된 후에, 최종 또는 중간 목적지로 반송될 수 있다.
접촉 요소(10)는 유동층 내의 바람직한 수직 위치에 위치될 수 있다. 몇몇 적용에서, 요소들을 유동층의 상부 및 하부 경계로부터 미리 선택된 거리에 위치시키는 것이 바람직한 반면에, 다른 적용에서는, 요소(10) 또는 다수의 요소들(10)을 유동층의 상부 및 하부 경계에 인접하여 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 적용에서, 요소(10)는 유동층의 위로 또는 아래로조차 연장될 수 있다.
유동층 내에서 일어나는 처리 유형은 열전달, 질량 전달, 연소 및/또는 화학적 반응을 포함한다. 예를 들어, 유동층(20)은 써버린 촉매제로부터 탄화수소를 제거하거나 또는 FFC 시스템 내의 써버린 촉매제 상에 코크스 침전물을 연소시키기 위해 사용될 수 있다. 접촉 요소를 사용하는 FFC 시스템은 도2에 도시되며, 휘발성 탄화수소는, 촉매제 입자가 코크스 침전물이 촉매제 입자를 재생시키기 위해 연소되는 재생기(30)로 반송되기 전에, 스트리퍼 칼럼(26) 내에 [화살표(28)에 의해 개략적으로 도시된] 써버린 고체 촉매제 입자로부터 제거된다. 스트리퍼 칼럼(26)은 캐리어 가스 스트림 내의 써버린 촉매제 입자를 칼럼(26)의 개방 내부 영역으로 공급하는 중심 라이저(32)를 갖는다. 그 후, 촉매제 입자는 자중에 의해 하방으로 흘러 접촉 요소(10)를 통과하여 흐른다. 증기 또는 다른 스트리핑 가스는 유동 라인(34)을 통해 접촉 요소 아래 위치에서 칼럼(26)으로 공급되며 접촉 요소(10) 내의 촉매제 입자의 유동화와 그로 인한 촉매제 입자와 결합된 탄화수소의 스트리핑을 유발하도록 상방으로 유동한다. 촉매제 입자는, 이러한 가스 스트림과의 접촉 중 유동화되기 때문에, 종래 스트리핑 공정에 비해 더 높은 정도의 플러그 유동과 더 큰 처리 효율을 얻을 수 있다.
스프리핑된 휘발성 탄화수소를 포함하는 상기 가공 가스 스트림은 스트리퍼(26)로부터 (도시되지 않은) FCC 반응기 또는 다른 바람직한 위치로 유동 라인(35)을 통해 발송된다. 스트리핑된 촉매제 입자는 다른 유동 라인(36)에 의해 스트리퍼(26)로부터 촉매제 입자들이 다른 접촉 요소(10)를 통해 하방으로 유동하는 재생기(30)로 이동된다. 공기 또는 다른 산화 가스는 접촉 요소(10) 아래 위치에서 재생기의 저부 내에 위치한 버너(40)로 유동 라인(38)을 통해 공급된다. 촉매제 입자 상의 코크스 침전물은, 촉매제 입자가 접촉 요소(10) 내에서 유동화되어 촉매제 입자가 재생될 때 연소된다. 그 후, 촉매제 입자는 유동 라인(42)을 통해 복귀할 수 있거나 또는 (도시되지 않은) FCC 반응기로 발송될 수 있다. 가공 연료 가스는 유동 라인(44)을 통해 (도시되지 않은) 스크러버로 발송되거나 또는 반대로 진행된다. 사이클론 분리기(46)는 가공 가스 스트림으로부터 비말 동반된 촉매제 입자를 제거하도록 재생기(30) 및 스트리퍼(26) 모두에서 사용된다.
또한, 접촉 요소(10)는 열 교환 매질이 주변 매질에 의한 열교환에 대해 웨브(16) 내에서 유동 가능하도록 이중 벽면 방식으로 웨브(16)를 형성하여 열 교환기로써 사용될 수 있다. 이러한 사용 유형의 한 예로써, 웨브(16)의 단부들은 칼럼(12)을 통해 연장될 수 있으며 그것을 통한 순환을 위해 웨브(16)로 유체를 분배하는 헤더에 연결될 수 있다. 정지하거나 또는 유동하는 고체 또는 다른 유체와 같은, 다른 매질은 웨브(16)를 둘러싸며 웨브(16) 내에서 순환하는 분리된 유체와 함께 열 교환된다.
접촉 요소(10)가 가스-고체 유동층에서 뜻밖의 좋은 성능을 제공하는 것이 발견되었다. FCC 평형 촉매제로부터 헬륨을 제거하기 위한 공기의 사용을 포함하는 일련의 비교 시험에서, 접촉 요소(10)는 디스크 및 도넛 트레이에 비해 20%까지 더 높은 유동량 그리고 디스크 및 도넛 트레이와 SMV형 주름진 패킹 요소 모두에 비해 더 높은 전체 스트리핑 효율을 나타냈다.
접촉 요소(10)가 가스-고체 유동층에서 예상외로 잘 작동하는 이유는 완전하게 이해되지 않았지만, 부분적으로, 교차 웨브(16)가 고체의 재 순환 및 상방 변위를 막는 포획점을 제공하는 것으로부터 기인한다고 믿어진다. 고체(22)는, 이러한 재 순환 또는 역혼합을 감소시킴으로 인하여 플러그 유동에 접근하는 균일한 방식으로 유동층(20)을 통해 하방으로 전진 가능하다. 또한, 다수의 교차 웨브(16)는 유동층(20) 내에 발생할 수 있는 가스 버블의 크기를 감소시키며 작은 가스 버블의 더욱 균일한 분배에 기여한다. 이들 작은 버블은 고체(22)와 가스의 접촉 및 그로 인한 효율의 증대를 위한 더 큰 표면적을 제공한다. 또한, 작은 가스 버블들은 고체의 상방향 변위를 덜 유발하며, 그들은 유동층(20) 위의 희석된 상태인 가스와 비말 동반된 고체의 양을 감소시키며, 반드시 유동층(20) 위의 희석된 상태인 가스로부터 분리된다. 또한, 가스와 고체의 균일한 분배는 작동 효율을 감소시킬 수 있는 정체 구역의 형성을 감소시킨다. 현저하게, 접촉 요소(10)와 함께 얻을 수 있는 증가된 효율은 포면 가스 속력의 넓은 범위를 가로질러 가스 및 고체 유동량의 바람직하지 않은 수준으로의 감소 없이 달성된다.
이하의 예는 본 발명을 설명하며 제한적인 의미로 해석 되서는 안된다.
예 1
일련의 다른 패킹 요소가 동적인 차가운 유동 칼럼 내에서 FCC 평형 촉매제로부터 헬륨을 제거하기 위한 공기를 이용한 스트리핑 효율을 결정하기 위해 시험되었다. 칼럼의 수직축에 60도의 각으로 배열된 편향부(14)를 갖는 본 발명의 접촉 요소의 두 실시예가 시험되었다. 제1 실시예에서, 교차 편향부(14)에 의해 형성된 다이아몬드 패턴은 높이 19.05cm(7.5 inch), 너비 11cm(4.33 inch)의 치수를 갖는다. 제2 실시예의 상응 치수는 높이 12.70cm(5.0 inch), 너비 7.32cm(2.88 inch)이다. 접촉 요소들은 60도 주름각과 종래의 디스크 및 도넛 트레이 격벽과 함께 6.35 cm(2.5 inch) 크림프 높이를 갖는 주름진 시트에 대해 시험되었다. 그 후, 시험 결과는 하나의 디스크 및 도넛형 트레이가 한 스테이지와 동일한 스테이지-와이즈(stage-wise) 효율을 사용하여 분석되었다. 분석 결과는 도3에 도시되었으며, 접촉 요소(10)가 가스 유동 속력의 전체 범위에 걸쳐 주름진 시트와 디스크 및 도넛 트레이 모두보다 상당하고 현저하기까지 하게 우수하게 형성된 것을 볼 수 있다. 접촉 요소(10)는 또한, 우수한 하강 성능을 나타낸다.

Claims (15)

  1. 쉘 및 쉘 내에 개방 내부 영역을 갖는 수용기와,
    상기 개방 내부 영역 내에 배치되고 교차 평면 내에 배열된 평면부의 쌍들을 포함하는 접촉 장치와,
    접촉 장치 내의 고체 입자와,
    접촉 장치를 통해 제1 방향으로 유동하여 접촉 장치 내의 고체 입자의 유동화를 유발하는 가스 스트림을 포함하고,
    각각의 평면부는 하나 이상의 웨브 및 각 웨브에 인접한 하나 이상의 개방 슬롯을 포함하고, 상기 웨브 및 슬롯은 하나의 평면 부 내의 웨브가 짝 평면부 내의 슬롯과 교차하도록 배열된 가스-고체 유동층.
  2. 제1항에 있어서, 접촉 장치를 통한 상기 유동을 위해 가스 스트림을 개방 내부 영역으로 유도하고 접촉 장치를 통한 상기 유동 후에 수용기로부터 가스 스트림을 제거하도록 수용기와 연통된 가스 스트림 유동 도관을 포함하는 가스-고체 유동층.
  3. 제2항에 있어서, 접촉 장치로 고체 입자를 유도하고 접촉 장치를 통과한 후 수용기로부터 고체 입자를 제거하기 위해 수용기와 연통된 고체 입자 유동 도관을 포함하는 가스-고체 유동층.
  4. 제2항에 있어서, 상기 가스 유동 도관 및 고체 입자 유동 도관은 상기 고체 입자 및 상기 가스 스트림의 역류 유동을 제공하도록 배열된 가스-고체 유동층.
  5. 제2항에 있어서, 상기 고체 입자는 촉매 입자를 포함하는 가스-고체 유동층.
  6. 제5항에 있어서, FCC 촉매 스트리퍼 및 FCC 촉매 재생기를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 가스-고체 유동층.
  7. 쉘과,
    쉘 내의 개방 내부 영역 내에 위치되고, 교차 평면 내에 배열된 평면부의 쌍들을 포함하며, 각각의 평면부는 하나 이상의 웨브 및 각 웨브에 인접한 하나 이상의 개방 슬롯을 포함하며, 웨브 및 슬롯은 하나의 평면부 내의 웨브가 짝 평면부 내의 슬롯과 교차하도록 배열되는 접촉 장치를 갖는 수용기 내에 고체 입자를 유동화하는 방법이며,
    접촉 장치 내의 고체 입자의 양을 제공하는 단계와,
    접촉 장치를 통과해 가스 스트림을 유동시켜, 접촉 장치 내에 고체 입자의 유동화를 유발하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 접촉 장치를 통해 가스 스트림의 유동 방향에 역류 방향으로 고체 입자를 유도하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 가스 스트림이 접촉 장치를 통해 유동하는 동안 접촉 장치로부터 유동화된 고체 입자의 일부 또는 전부를 제거하면서 접촉 장치 내에 추가적인 양의 고체 입자를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 가스 스트림이 접촉 장치를 통해 유동하는 동안 접촉 장치 내의 고체 입자의 양을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 고체 입자는 휘발성 탄화수소와 결합된 촉매 입자이며, 접촉 장치를 통해 상기 가스 스트림을 유동시키는 상기 단계 중 휘발성 탄화수소의 일부 또는 전부가 상기 유동화 중에 가스 스트림에 의해 촉매제 입자로부터 제거되는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가스 스트림이 수증기를 포함하는 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 고체 입자들은 코크스 침전물을 함유한 촉매제 입자이고, 접촉 장치를 통해 상기 가스 스트림을 유동시키는 단계 중 촉매제 입자의 재생을 유발하도록 코크스 침전물을 연소시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제7항에 있어서, 접촉 장치 내의 고체 입자의 상기 유동화 중, 접촉 장치의 웨브가 가스 스트림의 유동 방향으로의 고체 입자의 유동을 방해하는 방법.
  15. 제7항에 있어서, 질량 전달, 열교환 및 화학적 반응 중 하나 이상을 포함하는 그룹으로부터 선정된 처리가 고체 입자의 상기 유동화 중 발생하는 방법.
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