KR100720783B1 - 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템에서 촉매를 계량하기위한 장치 및 방법 - Google Patents

유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템에서 촉매를 계량하기위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템(402)에서 촉매를 계량하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템(402)에서 촉매를 계량하기 위한 장치(408)는 장치의 고압부를 형성하는 압력 용기(420)에 연결된 저압 저장 용기(440)를 포함하며, 상기 장치의 저압부에서 전달된 촉매의 양에 대한 계측이 이루어진다.

Description

유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템에서 촉매를 계량하기 위한 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR METERING CATALYST IN A FLUID CATALYTIC CRACKING CATALYST INJECTION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 일반적으로 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템(fluid catalytic cracking catalyst injection system) 등에서 촉매를 계량하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 유동 접촉 분해식 시스템(130)의 일 실시예를 도시한 개략도이다. 상기 유동 접촉 분해 시스템(130)은 촉매 분사 시스템(100), 오일 원재료 공급원(104), 배출 시스템(114) 및 증류 시스템(116)에 연결된 유동 접촉 분해(FCC) 유닛(110)을 포함한다. 촉매 분사 시스템(100)으로부터 하나 또는 그 이상의 촉매가 전달되고, 상기 오일 원재료 공급원(104)으로부터 오일이 상기 FCC 유닛(110)에 전달된다. 오일과 촉매는 결합하여 유증기(oil vapor)를 생성하게 되고, 상기 유증기는 증류 시스템(116) 내에 수집되어 다양한 석유화학 제품으로 분류된다. 상기 배출 시스템(114)은 FCC 유닛(110)에 연결되며, 유동 분해 공정의 배출 부산물을 제어 및/또는 감시한다.
상기 촉매 분사 시스템(100)은 주 촉매 분사기(102)와 하나 또는 그 이상의 보조 분사기(106)를 포함할 수 있다. 상기 주 촉매 분사기(102)와 보조 분사기 (106)는 프로세스 라인(122)에 의해 FCC 유닛(110)에 연결된다. 블로어(blower) 또는 공기 압축기(108) 등의 유체 공급원이 상기 프로세스 라인(122)에 연결되어 공기 등의 가압 유체를 제공하며, 상기 가압 유체는 프로세스 라인(122)을 통하여 분사기(102,106)로부터의 다양한 분말 촉매를 운반하는데 이용되며, 상기 분말 촉매는 프로세스 라인(122)에서 오일 원재료 공급원(104)으로부터의 오일과 결합되어 FCC 유닛(110)으로 전달된다.
도 2는 종래의 보조 분사기(106)의 일 실시예를 도시하고 있다. 상기 보조 분사기(106)는 압력 용기(220)와 저압 저장 용기(240)를 포함한다. 상기 압력 용기(220)는 프로세스 라인(122)을 통하여 FCC 유닛(110)으로 도입될 촉매의 중량을 측정(계량)하기 위한 하나 또는 그 이상의 로드셀(load cells)(210)에 연결된다. 작동시, 저압 저장 용기(240)로부터 촉매가 대기압에서 압력 용기(220)에 투입된다. 그 다음, 상기 압력 용기(220)에 투입된 촉매의 양을 결정하기 위해, 압력 용기(220)에 대한 계량이 실시된다. 그 다음, 상기 압력 용기(220)는, 압력 용기(220)에 연결된 압력 제어 장치(228)에 의해, 프로세스 라인(122) 및 FCC 유닛(110)으로의 가압된 촉매의 이동을 용이하게 하는 수준으로 가압된다. 상기 압력 용기(220)가 로드셀(210) 이외의 그를 둘러싼 임의의 다른 구조물(파이프, 전기 도관 등)로 지지된다면, 이 구조물들은 압력 용기(220), 그리고 궁극적으로는 FCC 유닛(110)에 첨가되는 촉매의 중량을 로드셀(210)이 정확하게 측정하는 것을 방해하게 된다. 따라서, 촉매를 합리적으로 정확하게 계량하기 위해서는, 압력 용기(220)가 시스템의 다른 부품에 의해 지지되지 않아야 한다.
연결된 부품들로부터 압력 용기(220)를 격리시키기 위하여, 저압 용기(240), 프로세스 라인(122) 및 다른 주변 부품들에 대한 압력 용기(220)의 연결에 벨로우즈(230)와 같은 가요성 커넥터가 사용된다. 상기 벨로우즈(230)는 압력 용기(220)가 로드셀(210)상에서 "부유(float)"할 수 있도록 함으로써, 보다 정확한 판독이 이루어지도록 한다. 그러나, 가요성 벨로우즈(230)의 사용은 압력 용기(110)의 정확한 계량을 안정적으로 보장하지 않는다. 예를 들면, 압력 용기(220)의 중량은 여전히 가요성 벨로우즈(230)에 의해 미약하게 지지되는 데, 이것이 연결된 다양한 부품들로부터 압력 용기(220)를 격리시키기 위해서 다수의 벨로우즈(230)가 사용되어야 한다는 사실로 인한 문제를 심화시킨다. 따라서, 압력 용기(220)에 첨가되는 촉매의 중량을 측정하는 것이 여전히 정확하지 않다. 더욱이, 작동 압력 및 폭발성 분위기로 인하여, 운용표준을 만족시키는 벨로우즈는 매우 고가이고 가용기간이 짧으며, 그에 따라 중량 판독의 편차가 발생하고, 촉매 분진이 누설되어 환경문제를 유발함과 아울러, 불가피한 고비용의 공정 중단과 벨로우즈 교체를 유발한다.
도 3은 보조 분사기(300)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 상기 분사기(300)는 계량 밸브(330)에 의해 프로세스 라인(122)에 연결된 고압 저장 용기(340)를 포함한다. 상기 계량 밸브(330)는 소정 량의 촉매가 프로세스 라인(122)으로 도입되어, FCC 유닛(110)으로 유입되기 전에, 오일 원재료 공급원(104)으로부터의 오일과 결합될 수 있도록 작동될 수 있다. 상기 고압 저장 용기(340)는 대량의 촉매, 예를 들면, 약 1 내지 약 20톤의 촉매를 수용하며, 압력 제어 장치(320)에 의해 약 50 내지 약 60 psi로 유지된다. 따라서, 상기 고압 저장 용기(340)는 규제적인 건설표준을 따라야 하고, 그로 인해 대등한 크기의 저압 저장 용기에 비해 상대적으로 고가이다. 상기 고압 저장 용기(340)는 다수의 로드셀(310)에 연결되며, 이 로드셀(310)들에 의해 고압 저장 용기(340)의 중량이 측정될 수 있다. 주입된 촉매의 중량은 촉매 주입 전후의 고압 저장 용기(340)의 중량을 비교함으로써 결정된다.
도 3을 참조하여 설명한 방식으로 촉매를 계량하면, 압력 용기를 격리시키기 위해 벨로우즈를 사용할 필요가 없다. 그러나, 대형의 고압 저장 용기는 매우 고가이다. 따라서, 소유비용을 최소화하는 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템에서 촉매를 계량하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템에서 촉매를 계량하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템에서 촉매를 계량하기 위한 장치는 장치의 고압부를 형성하는 압력 용기에 연결된 저압 저장 용기를 포함하며, 전달된 촉매의 양에 대한 계측은 상기 장치의 저압부에서 이루어진다.
이하, 본 발명의 전술한 특징을 성취하고 이해할 수 있도록, 첨부도면에 도시된 실시예를 참조하여 간략하게 전술한 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 첨부도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시한 것이므로, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니며, 따라서 본 발명은 다른 등가의 효과적인 실시예에도 적용될 수 있다.
이해를 돕기 위하여, 도면에서 공통되는 동일 요소는 가능한 한 동일한 참조부호로 표시하였다.
도 1은 종래의 유동 접촉 분해 시스템의 개략도이고,
도 2는 저압 저장 용기를 가진 종래의 촉매 분사기의 일 실시예를 개략적으로 도시한 측면도이며,
도 3은 고압 저장 용기를 가진 종래의 촉매 분사기의 다른 실시예를 개략적 으로 도시한 측면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 계량 시스템을 개략적으로 도시한 유동 접촉 분해 시스템의 측면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 계량 시스템을 개략적으로 도시한 유동 접촉 분해 시스템의 측면도이고,
도 6은 유동 접촉 분해 시스템에서 촉매를 계량하기 위한 본 발명의 방법을 도시한 흐름도이며,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 계량 시스템을 개략적으로 도시한 유동 접촉 분해 시스템의 측면도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 계량 시스템을 개략적으로 도시한 유동 접촉 분해 시스템의 측면도이다.
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도 4는 유동 접촉 분해(FCC) 시스템(400)의 일 실시예를 도시하며, 상기 시스템은 FCC 유닛(424)에 연결되는 오일 원재료 공급원(450) 및 분사 시스템(402)을 포함한다. FCC 유닛(424)은, 상기 공급원(450)으로부터 제공되는 석유 공급 원료의 촉매적 분해를 촉진하는데 적합하며 종래의 방식으로 구성될 수 있다. 분사 시스템(402)은 FCC 유닛(424)에 연결되고 하나 또는 그 이상의 촉매를 FCC 유닛(424) 내에 분사하여 FCC 유닛(424)의 증류기 내에서 회수되는 생성물의 비율과 같은 처리 특성을 제어하고/하거나 FCC 유닛(424)으로부터의 방출을 제어한다. 분사 시스템(402)은 제어 모듈(404)을 포함하여 분사 시스템(402)에 의해 FCC 유닛(424)에 제공되는 촉매의 양 및/또는 비율을 제어한다.
제어 모듈(404)은 중앙 처리 유닛(CPU)(460), 메모리(462), 및 지지 회로(464)를 갖는다. CPU(460)는 다양한 챔버 및 서브프로세스를 제어하기 위해 산업상 설정되는데 사용될 수 있는 컴퓨터 프로세서 형태들 중 하나일 수 있다. 메모리(462)는 CPU(460)에 연결된다. 메모리(462) 또는 컴퓨터에서 읽힐 수 있는 매체는, 램(RAM; random access memory), 롬(ROM; read only memory), 플로피 디스크, 하드 디스크, 로컬 또는 원격 디지털 저장소의 다른 어떠한 형태로서 용이하게 입수 가능한 하나 또는 그 이상의 메모리일 수 있다. 지지 회로(464)는 프로세서를 지지하도록 종래의 방법으로 CPU(460)에 연결된다. 이러한 회로는 캐시(cache), 전력 공급원, 시계 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함한다. 일 실시예에서, 제어 모듈(404)은 GE Fanuc으로부터 입수 가능한 것과 같은 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC; programmable logic controller)이다. 그러나 본 발명의 서술로부터 당업자는 마이크로제어기, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 게이트 어레이 (programmable gate array), 및 주문형 집적 회로(ASICs; application specific integrated circuits)와 같은 다른 제어 모듈이 제어 모듈(404)의 기능을 제어하도록 사용될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다. 본 발명으로부터의 이점을 얻는데 적합할 수 있는 하나의 제어 모듈(404)은, 이전에 본 발명이 참조한 것으로 기술한 미국 특허 출원 번호 10/304,670 및 10/320,064에서 개시된다.
일 실시예에서, 분사 시스템(402)은 계량 장치(408)에 연결된 저장 용기(440)를 포함한다. 계량 장치(408)는 제어 모듈(404)에 연결되어 FCC 유닛(424)으로부터 전달되는 촉매의 양을 감시하고 및/또는 측정할 수 있다. 저장 용기(440)는 대체로 대기압에서의 촉매를 그 안에 저장하는데 적합한 컨테이너이며 약 0 내지 약 30psi(pounds per square inch) 사이의 작동 압력을 갖는다. 저장 용기(440)는 충진 포트(fill port)(442) 및 배출 포트(discharge port)(434)를 갖는다. 배출 포트(434)는 전형적으로 저장 용기(440)의 바닥에 또는 그 근처에 배치된다.
계량 장치(408)는 배출 포트(434)에 연결되어 저장 용기(440)로부터 압력 용기(420)로 촉매 전달 라인(414)을 통해 전달되는 촉매의 양을 제어한다. 계량 장치(408)는 차단 밸브(shut-off valve), 회전 밸브(rotary valve), 질량 유량 제어기(mass flow controller), 압력 용기, 유량 센서(flow sensor), 양변위 펌프(positive displacement pump), 또는 FCC 유닛(424) 내로의 분사를 위해 저장 용기(440)로부터 압력 용기(420) 내로 분배되는 촉매의 양을 제어하는데 적합한 기타 장치일 수 있다. 계량 장치(408)는 중량, 부피, 분배 시간, 또는 기타 수단에 의해 공급되는 촉매의 양을 결정할 수 있다. FCC 시스템(400)의 촉매 필요량에 따라서, 계량 장치(408)는 하루에 약 5 내지 약 4000파운드의 첨가제 형식의 촉매(처리 제어 촉매)를 공급하도록 구성될 수 있으며, 또는 하루에 약 1 내지 20톤의 주 촉매를 공급하도록 구성될 수 있다. 계량 장치(408)는, 전형적으로 24시간인 계획된 제조 사이클 코스를 걸쳐서, 제조 사이클을 걸쳐서 이격되는 미리 결정된 양의 다수의 샷(shot)으로써 촉매를 전달하는 것이 통상적이다. 그러나 촉매는 "필요"에 의해 추가될 수도 있다. 도 4에서 도시된 일 실시예에서, 계량 장치(408)는, 정해진 시간의 구동에 의해 저장 용기(440)로부터 FCC 유닛(424)으로 전달되는 촉매의 양을 제어하는 제어 밸브(432)이다. 계량 장치로서의 사용에 적합한 제어 밸브들은, 인터캣 이퀴프먼트 인코포레이티드(InterCat Equipment Inc., Sea Girt, New Jersey)로부터 입수 가능하다.
또한, 분사 시스템(402)은, 촉매가 압력 용기(420)로 각각 전달되는 동안 계량 장치(408)를 통해 통과하는 촉매의 양을 결정하는데 적합한 측정치를 제공하도록 하나 또는 그 이상의 센서를 포함할 수 있다. 센서는, 저장 용기(440), 배출 포트(434), 계량 장치(408) 및/또는 촉매 전달 라인(414)을 통해 이동하는 촉매의 비율, 저장 용기(440) 내의 촉매의 높이(즉, 부피), 저장 용기(440) 내의 촉매의 중량 등을 탐지하도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 일 실시예에서, 센서는 저장 용기(440) 내의 촉매의 중량을 나타내는 측정치를 제공하는데 적합한 다수의 로드셀(load cell)(410)이다. 로드셀(410)은 장착 표면(430) 위쪽에서 저장 용기(440)를 지지하는 다수의 레그(438)에 각각 연결된다. 각각의 레그(438)는 이에 연결된 다수의 로드셀(410) 중 하나를 갖는다. 로드셀(410)로부터 획득되는 순차적인 데이터 샘플들로부터, 제어 모듈(404)은 계량 장치(408)(예를 들어, 제어 밸브(432))의 각각의 구동 이후 전달되는 순수한(net) 촉매량을 결정할 수 있다. 추가로, 예를 들어 제어 밸브(432)의 개방 시간을 변경하여 보다 많은(또는 적은) 촉매가 이를 통해 압력 용기(420)로 통과하고 궁극적으로 FCC 유닛(424) 내에 분사되는 것을 허용하도록 계량 장치(408)의 전달 특성을 제어함으로써, 각각의 개별적인 사이클에서 분배된 촉매의 양의 변화를 보상하기 위해, 제조 사이클 과정에 걸쳐서 분배된 촉매의 축적량이 관찰될 수 있다.
이와 달리, 센서는 저장 용기(440)에 연결되고 저장 용기(440) 내의 촉매 수준을 나타내는 측정치를 탐지하는데 적합한 (도시되지 않은) 레벨 센서일 수 있다. 레벨 센서는 광 변환기(optical transducer), 커패시턴스 디바이스(capacitance device), 음파 변환기, 또는 저장 용기(440) 내에 배치된 촉매의 부피 또는 높이를 결정할 수 있는 정보를 제공하는데 적합한 기타 다른 장치일 수 있다. 분배 사이에서 저장 용기(440) 내에 배치된 촉매의 높이의 차이를 감지함으로써, 공지된 저장 용기 형상에서 분사된 촉매의 양이 결정될 수 있다.
이와 달리, 센서는, 촉매 분사 시스템(402)의 부품 중 하나를 통해 촉매의 유량을 결정하는데 적합한 (도시되지 않은) 유량 센서(flow sensor)일 수 있다. 유량 센서는 접촉 또는 비접촉 장치일 수 있으며, 저장 용기(440)를 압력 용기(420)에 연결하는 촉매 전달 라인(414) 또는 저장 용기(440)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 유량 센서는, 촉매 전달 라인(414)을 통해 이동하는 분출된 입자(즉, 촉매)의 비율을 탐지하는데 적합한 커패시턴스 디바이스 또는 음파 유량 센서일 수 있다.
전술한 분사 시스템(402)이 단일 저압 저장 용기(440)로부터 촉매를 제공하도록 구성된 것으로 보이지만, 본 발명은 다중의 촉매를 다수의 저장 유닛으로부터 분사하도록 FCC 유닛(424)에 연결되어 하나 또는 그 이상의 분사 시스템을 사용하는 것을 고려한다. 이러한 분사 시스템 각각은 통상적인 또는 독립적인 제어 모듈에 의해 제어될 수 있다.
로드셀이 압력 용기(420)의 중량을 결정하는데 필요하지 않기 때문에, 압력 용기(420)는 정착 표면(430)에 단단히 연결된다. "단단히"라는 용어는 진동 완화 장치(vibration damper) 등과 같은 장착 장치에 포함되지만, 그 중량 측정을 용이하게 하도록 압력 용기를 "부양"하는 장착 장치는 제외한다. 압력 용기(420)는 약 0 내지 약 100psi의 작동 압력을 가지며 제 1 도관(418)에 의해 유체 공급원(406)에 연결된다. 제 1 도관(418)은, 압력 용기(420)로부터 유체 공급원(406)을 선택적으로 격리시키는 차단 밸브(416)를 포함한다. 제 2 도관(422)은 압력 용기(420)를 FCC 유닛(424)에 연결하고, 압력 용기(420)를 FCC 유닛(424)으로부터 선택적으로 대체로 격리시키는 제 2 차단 밸브(426)를 포함한다. 압력 용기(420)가 대체로 대기압에서 저장 용기(440)로부터 촉매로 채워지는 것을 허용하도록, 차단 밸브(416 및 426)는 폐쇄하는 것이 일반적이다.
일단 촉매가 압력 용기(420) 내에 분배되면, 제어 밸브(432)는 닫히고 압력 용기(420)의 내측은 압력 제어 시스템(428)에 의해 압력 용기(420)로부터 FCC 유닛(424) 내로 촉매의 분사를 용이하게 하는 수준까지, 전형적으로는 적어도 약 20psi 에서 가압된다. 로드된 압력 용기(420)가 압력 제어 시스템(428)에 의해 가압된 후, 차단 밸브(416 및 426)가 개방되고 공기 또는 유체 공급원(406)에 의해 제공되는 다른 유체가 제 1 도관(418)을 통해 압력 용기(420)에 분사되고 압력 용기(420)의 촉매가 제 2 도관(422)을 통해 FCC 유닛(424)으로 운송되는 것을 허용한다. 일 실시예에서, 유체 공급원(406)은 약 60 내지 약 100psi (약 4.2 내지 약 7.0kg/cm2)에서 공기를 제공한다.
작동시, 분사 시스템(402)은 공지된 양의 촉매를 FCC 유닛(424) 내로 주기적으로 분배하고 분사한다. 촉매는 저장 용기(440)의 상부에 위치한 충진 포트(442)를 통해 저압 저장 용기(440) 내에 채워진다. 그 안에 있는 촉매를 포함한 저장 용기의 중량은 로드셀(410)로부터 획득된 데이터를 해석함으로써 획득된다.
일 실시예에서, 저장 용기(440) 내의 미리 결정된 양의 촉매는 결정된 시간 동안 제어 밸브(432)를 선택적으로 개방함으로써 압력 용기(420)에 전달된다. 촉매가 전달된 후, 저장 용기(440)의 중량은 다시 획득되고, 이전 측정값으로부터 현재 중량을 공제함으로써 추가된 촉매의 정확한 양이 결정된다. 촉매가 압력 용기(420)에 전달되면, 압력 용기(420) 내의 압력은 압력 제어 시스템(428)에 의해 전형적으로 적어도 약 20psi까지 상승한다. 작동 압력이 도달한 후, 밸브(416 및 426)가 개방된다. 이는, 전형적으로 약 60psi에서의 공기에서 유체 공급원(406)으로부터 공급된 유체가 압력 용기(420)를 통해 유동하고 촉매가 FCC 유닛(424)에 전달되도록 허용한다.
이 계량 시스템은 다양한 측면에서 종래 기술에 대하여 유리하다. 예를 들면, 고온에서의 촉매의 벌크 저장(bulk storage)이 요구되지 않으며, 이로써 몇몇 종래 시스템의 가압 벌크 저장 용기와 비교할 때, 보다 저렴하게 저장 용기(440)를 제작할 수 있게 된다. 나아가, 분배되는 촉매의 양은 시스템(402)의 저압부에서 (예컨대, 저압 저장 용기에서 또는 저장 용기와 압력 용기 사이의 도관에서) 정해지며, 압력 용기(420)는 촉매의 중량 정보를 얻기 위하여 벨로우즈(bellows)에 의하여 격리될 필요가 없어, 이것은 보다 신뢰성 있고 저렴한 시스템을 가능하게 할 뿐만 아니라 보다 정확한 중량 판독을 가능하게 한다.
도 5에는 분사 시스템(502)과 FCC 유닛(424)과 연결되는 오일 원재료 공급원(oil feed stock source; 450)을 포함하는 유동 접촉 분해(fluid catalytic cracking ; FCC) 시스템(500)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 분사 시스템(502)은 다중의 촉매를 FCC 유닛(424)에 공급하도록 구성된다. 분사 시스템(502)은 분사 시스템(502)에 의하여 FCC 유닛(424)에 제공되는 촉매의 비율 및/또는 양을 제어하기 위한 제어 모듈(404)과, FCC 유닛(424) 안으로 촉매를 분사하기 위한 유체 취급기(fluid handler; 406)와, 일 실시예에서 제 1 열 압력 저장 용기(440)와 제 2 열 압력 저장 용기(510)로 도시된 복수 개의 저장 용기와 연결되는 압력 용기(420)를 포함한다. 임의의 갯수의 저압 저장 용기는 보다 고압에서 촉매를 분사하기 위해 단일 압력 용기(420)에 연결될 수 있다고 생각된다.
저장 용기(440, 510)는 동일하거나 상이한 촉매를 FCC 유닛(424)에 전달하도록 구성될 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 저장 용기(440)와 실질적으로 유사하게 작동한다. 저장 용기(440, 510)는 압력 용기(420) 내부로의 전달을 위하여 복수의 촉매를 공통의 촉매 전달 라인(414)으로 안내하는 매니폴드(530)와 연결된다. 이와 달리, 각각의 저장 용기(440, 510)는 압력 용기(420)와 독립적으로 연결될 수 있다. 각각의 저장 용기(440, 510)는 각각의 저장 용기(440, 510)로부터 FCC 유닛(424)으로의 분사를 위한 압력 용기(420)로 전달되는 촉매의 양을 제어하는 독립적인 계량 장치(432, 520)와 연결된다. 일 실시예에서, 계량 장치(520)는 전술한 계량 장치(432)와 유사하게 구성된다. 이러한 구성에서, 시스템(502)은 저장 용기(440, 510) 중에 미리 정해진 하나로부터 촉매를 순차적으로 제공하거나, 이와 달리, 한 번에 FCC 유닛(424)으로의 분사를 위한 압력 용기(420) 내의 각 저장 용기(440, 510)로부터 측정된 양을 혼합할 수 있다.
도 6에는 FCC 촉매 분사 시스템에서의 촉매 계량 방법(600)의 일 실시예의 흐름도가 도시되어 있다. 이 방법(600)은 일반적으로 제어 모듈(404)의 메모리 내에, 일반적으로 소프트웨어 루틴(software routine)으로서 저장되어 있다. 또한, 소프트웨어 루틴은 제어 모듈(404)에 의하여 제어되는 하드웨어로부터 멀리 떨어져 있는 제 2 CPU(도시되지 않음)에 의해서도 저장 및/또는 실행될 수 있다. 이 방법(600)은 소프트웨어 루틴으로 구현되는 것으로 설명되지만, 본 명세서에 개시된 이 방법의 몇몇 단계들은 소프트웨어 제어기에 의해서 뿐만 아니라 하드웨어로, 또는 수동으로 수행될 수도 있다. 그 자체로서, 본 발명은 컴퓨터 시스템 상에서 실행되는 것으로 소프트웨어로, 특정한 집적 회로의 적용으로서 하드웨어로, 또는 다른 종류의 하드웨어인 수동으로, 또는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 수동식 단계의 조합으로 구현될 수 있다.
이 방법(600)은 촉매가 저압 저장 용기(440)로부터 압력 용기(420)로 측정되는 단계(602)에서 시작한다. 이 단계에서, 압력 용기(420)로 전송되는 촉매의 계량 및 결정은 계량 장치(408)에 의하여 압력 용기(420) 외부에서 수행된다. 예를 들면, 도 4에 도시된 실시예에서, 단계(602)는 계량 장치(408)와 저장 용기(440)를 지지하는 로드셀(410)의 조합에 의하여 수행되며, 이것은 압력 용기(420)로 전송되는 촉매의 양을 결정하는 데 이용된다. 촉매는 저장 용기(440)로부터 압력 용기(420) 내부로 제어 밸브(432)를 일시적으로 개방함으로써 분배된다. 저장 용기(440)의 중량은 저장 용기(440)를 지지하는 다리(438)와 연결된 로드셀(410)의 출력을 해석함으로써 촉매를 분배하기 전과 후 모두 측정된다. 압력 용기(420)로 전송되는 촉매의 양은 촉매를 분배하기 전과 후 사이의 저장 용기(440)의 중량 차이다. 이와 달리, 전술한 바와 같이, 촉매 계량 장치(408)로는 차단 밸브(shut-off valve), 회전 밸브, 질량 유량 제어기, 압력 용기, 유량 센서, 양변위 펌프(positive displacement pump) 또는 FCC 유닛(424)으로의 전송을 위하여 저장 용기(440)로부터 분배되는 촉매의 양을 조절하는 데 적절한 다른 장치가 될 수 있다.
단계(604)에서, 촉매를 수용하는 압력 용기(420)는 압력 제어 시스템(428)에 의하여 약 10 내지 약 100 psi(pounds per square inch) 사이로 가압된다. 단계(606)에서, 가압된 촉매는 FCC 유닛(424) 내부로 분사된다. 이 단계에서, 유체 공급원(406)에 의하여 제공되는 유체의 흐름으로 촉매가 FCC 유닛(424)으로 전송될 수 있도록 하는 밸브(416, 427)가 개방된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 압력 용기(420)는 압력 제어 시스템(428)에 의하여 적어도 약 10 psi로 가압된다. 일단 압력이 도달하면, 밸브(416, 426)는 개방되어 유체가 제 1 도관과 제 2 도관(418, 422)을 통하여 FCC 유닛(424) 내부로 촉매를 전달할 수 있도록 한다.
도 7에는 FCC 촉매 분사 시스템에서의 촉매 계량 방법(700)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 방법(700)은 계량 장치(432)를 이용하여 제 1 촉매가 제 1 저압 저장 용기(440)로부터 압력 용기(420)로 분배되는 단계(702)에서 시작하는데, 이 경우, 계량 장치가 제 1 저장 용기에 대하여 분배되는 제 1 촉매의 양을 결정한다. 단계(704)에서 제 1 촉매를 수용하는 압력 용기(420)가 가압된다. 그 이후에, 단계(706)에서, 가압된 촉매가 FCC 유닛(424) 내부로 분사된다.
이 방법은 제 2 촉매가 계량 장치(520)를 이용하여 제 2 열 압력 저장 용기(510)로부터 압력 용기(420)로 측정되는 단계(708)에서 계속되는데, 이 경우 계량 장치가 제 2 저장 용기에 대하여 분배되는 제 2 촉매의 양을 결정한다. 단계(710)에서, 제 2 촉매를 수용하는 압력 용기(420)가 가압되고, 최종적으로 단계(712)에서 가압된 제 2 촉매가 FCC 유닛(424) 내부로 분사된다. 방법(700)은 미리 정해진 순서로, 또는 필요에 따라 압력 용기(420)를 투입하는 저압 용기의 추가적인 사용도 생각할 수 있다.
도 8에는 FCC 촉매 분사 시스템에서의 촉매 계량 방법(800)의 일 실시예의 흐름도가 도시되어 있다. 단계(802)에서 시작하는 이 방법에서, 제 1 촉매는 계량 장치(432)를 이용하여 제 1 저압 저장 용기(440)로부터 압력 용기(420)로 측정되는데, 이 경우 계량 장치가 제 1 저장 용기에 대하여 분배되는 제 1 촉매의 양을 결정한다. 단계(804)에서, 제 2 촉매는 계량 장치(520)를 이용하여 제 2 열 저압 저장 용기(510)로부터 압력 용기(420)로 측정되는데, 이 경우 계량 장치가 제 2 저장 용기에 대하여 분배되는 제 2 촉매의 양을 결정한다. 단계(806)에서 제 1 촉매와 제 2 촉매를 수용하는 압력 용기(420)가 가압되고, 단계(808)에서 가압된 촉매가 한 번에 FCC 유닛(424) 내부로 분사된다. 이 방법(800)에서, 필요에 따라 또는 미리 정해진 공정 순서에 따라 상이한 촉매의 혼합물을 제공할 수 있는 저압 용기의 추가적인 사용도 생각할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 방법은 복수 개의 촉매가 필요에 따라 FCC 유닛 내부로 분사될 수 있도록 한다. 예를 들어, 한 촉매는 분해 공정으로부터의 방출(emission)을 제어할 수 있고, 또 다른 촉매는 FCC 유닛에 의하여 생산되는 최종 혼합 생성물(resultant product mix)을 제어할 수 있다. 이로써 보다 작은 자본의 지출로 보다 큰 공정의 유연성이 가능하게 된다.
따라서, 촉매의 보다 정확한 측정을 용이하게 하고 종래 기술의 몇몇 분사 시스템에서 사용되는 벨로우즈와 관련된 문제를 감소시키는 분사 시스템이 제공된다. 게다가, 본 발명의 시스템은 기존의 저압 저장 용기와 양립하며, 압력 용기를 격리시키는 고가의 벨로우즈를 필요로 하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 시스템은 종래 기술의 분사 시스템보다 실질적으로 저렴하다.
본 발명의 교시가 본 명세서에서 설명 및 도시되어 있지만, 당업자는 이 교시를 여전히 포함하는 다른 변형된 실시예를 용이하게 생각할 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않는다.

Claims (29)

  1. 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치로서,
    저압 저장 용기,
    유동 접촉 분해 유닛에 연결되는 출구 및 입구를 가지며 지지 표면에 견고하게 연결되는 압력 용기,
    상기 압력 용기에 연결되고 상기 저압 저장 용기에 대해 상기 압력 용기를 선택적으로 가압하도록 구성되는 압력 제어 장치, 및
    상기 저장 용기를 상기 압력 용기의 입구에 연결하는 계량 장치를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 용기의 중량을 나타내는 계량 지수를 제공하는 하나 이상의 로드셀을 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계량 장치는 상기 저장 용기의 배출 포트에 연결되는 제어 밸브를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 밸브 및 하나 이상의 상기 로드셀에 연결되는 제어 모듈을 더 포함하며, 상기 제어 모듈은 부분적으로 또는 전체적으로 상기 로드셀로부터 수신되는 신호의 해석에 기초하여 상기 제어 밸브의 작동을 제어하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계량 장치는,
    분배 장치, 및
    상기 저압 저장 용기로부터 상기 분배 장치를 거쳐 상기 압력 용기로 전달되는 촉매의 양을 나타낼 수 있는 계량 지수를 제공하는 하나 이상의 센서를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분배 장치는 차단 밸브, 회전 밸브, 또는 양변위 펌프 중의 하나 이상인,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서는 광 변환기, 커패시턴스 디바이스, 음파 변환기, 질량 유량 제어기, 또는 로드셀 중의 하나 이상인,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 제어 장치는 상기 압력 용기의 압력을 10 파운드/제곱인치 이상으로 증가시킬 수 있는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기에 견고하게 연결되는 유체 공급원을 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 2 저압 저장 용기, 및
    상기 저장 용기를 상기 압력 용기에 연결하는 제 2 계량 장치를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  11. 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치로서,
    저압 저장 용기,
    유동 접촉 분해 유닛에 연결되는 출구를 갖는 압력 용기,
    상기 저장 용기의 배출 포트를 상기 압력 용기의 입구 포트에 연결하는 제어 밸브, 및
    상기 저장 용기의 중량을 나타내는 계량 지수를 제공하는 하나 이상의 로드셀를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 압력 용기에 견고하게 연결되며 상기 압력 용기의 압력을 10 파운드/제곱인치 이상으로 증가시킬 수 있는 압력 제어 장치, 및
    상기 압력 용기에 견고하게 연결되는 유체 공급원을 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    제 2 저압 저장 용기, 및
    상기 저장 용기를 상기 압력 용기에 연결하는 제 2 계량 장치를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  14. 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법으로서,
    저장 용기와 관련하여 분배되는 촉매의 양을 결정하는 계량 장치를 이용하여 저압 저장 용기로부터 압력 용기로 공급되는 촉매를 계량하는 단계,
    상기 압력 용기를 상기 저압 저장 용기에 대해 약 10 파운드/제곱 인치 이상으로 가압하는 단계, 및
    상기 가압된 촉매를 상기 압력 용기로부터 유동 접촉 분해 유닛으로 분사하는 단계를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가압하는 단계는,
    상기 압력 용기의 압력을 실질적인 대기압으로부터 약 10 내지 약 100 파운드/제곱 인치 범위의 압력으로 증가시키는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 계량하는 단계는,
    상기 저압 용기에 연결된 하나 이상의 로드셀로부터 데이터를 얻는 단계, 및
    상기 데이터를 이용하여 상기 저압 용기에 분배된 촉매의 양의 변화를 계산하는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는,
    계량 이전의 상기 저장 용기의 제 1 중량을 결정하는 단계, 및
    계량 이후의 상기 저장 용기의 제 2 중량을 상기 제 1 중량과 비교하는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 계량하는 단계는,
    계량 이전의 상기 저장 용기에 존재하는 촉매의 제 1 레벨을 감지하는 단계, 및
    계량 이후의 상기 저장 용기에 존재하는 촉매의 제 2 레벨을 상기 제 1 레벨과 비교하는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 저장 용기에 존재하는 촉매의 제 1 레벨 및 제 2 레벨이 광 변환기, 커패시턴스 디바이스, 또는 음파 변환기 중의 하나를 이용하여 감지되는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 계량하는 단계는,
    상기 저장 용기, 상기 계량 장치, 또는 상기 저장 용기를 상기 압력 용기에 연결하는 도관 중의 하나 이상을 통해 흐르는 촉매의 유동을 감지하는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 촉매 유동은 음파 유동 계량기, 커패시턴스 디바이스, 또는 질량 유량 제어기 중의 하나 이상에 의해 감지되는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    제 2 계량 장치를 이용하여 제 2 저압 저장 용기로부터 상기 압력 용기로의 촉매를 계량하는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 저압 저장 용기로부터의 촉매를 계량하는 단계는 분사하는 단계 이후에 수행되는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 압력 용기를 약 10 파운드/제곱 인치 이상으로 가압하는 단계, 및
    상기 가압된 촉매를 상기 압력 용기로부터 유동 접촉 분해 유닛으로 분사하는 단계를 더 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 저압 저장 용기로부터의 촉매를 계량하는 단계 및 상기 제 2 저압 저장 용기로부터의 촉매를 계량하는 단계는 상기 분사하는 단계 이전에 수행되는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  26. 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법으로서,
    저압 저장 용기에 있는 촉매의 제 1 양을 결정하는 단계,
    상기 촉매를 압력 용기로 전달하는 단계,
    상기 저압 저장 용기에 있는 촉매의 제 2 양을 결정하는 단계,
    상기 제 1 및 제 2 촉매의 양을 이용하여 순수하게 전달된 촉매의 양을 계산하는 단계,
    상기 압력 용기를 상기 저압 저장 용기에 대해 가압하는 단계, 및
    상기 가압된 촉매를 유동 접촉 분해 유닛으로 분사하는 단계를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 방법.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 제어 장치는 상기 압력 용기의 압력을 20 파운드/제곱인치 이상으로 증가시킬 수 있는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  28. 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치로서,
    저압 저장 용기,
    유동 접촉 분해 유닛에 연결되는 출구 및 입구를 갖고 지지 표면에 견고하게 연결되며, 상기 저장 용기로부터 선택적으로 고립될 수 있는 압력 용기, 및
    상기 저장 용기를 상기 압력 용기의 입구에 연결하는 계량 장치를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
  29. 유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치로서,
    저압 저장 용기,
    유동 접촉 분해 유닛에 연결되는 출구 및 입구를 갖고 지지 표면에 견고하게 연결되며, 상기 저장 용기로부터 선택적으로 고립될 수 있는 압력 용기,
    상기 저장 용기를 상기 압력 용기의 입구에 연결하는 계량 장치, 및
    상기 저압 저장 용기로부터 상기 분배 장치를 거쳐 상기 압력 용기로 전달되는 촉매의 양을 나타낼 수 있는 계량 지수를 제공하는 하나 이상의 센서를 포함하는,
    유동 접촉 분해식 촉매 분사 시스템의 촉매를 계량하기 위한 장치.
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