KR100858772B1 - 반응 및 재생 시스템 - Google Patents
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Abstract
중력 유동에 의해 환형 베드로 이동 가능한 촉매 입자와 반응물 스트림의 방사상 유동 접촉을 실행시키고 베드에서의 응력을 감소시키기 위한 반응기 및 재생기가 개시된다.
반응기, 재생기, 촉매, 촉매 보유부, 베드,
Description
본 발명은 탄화수소 변환 반응에 유용한 반경방향 유동 촉매 반응 및 재생 시스템에 관한 것이다.
촉매 탄화수소 변환 공정에 사용하는 반응 및 재생 시스템이 널리 공지되어 있다. 종래의 시스템들은 적어도 하나의 반응기 및 적어도 하나의 재생부를 구비한다. 반응기에서, 고체 촉매 입자들은 소정의 탄화수소 변환 반응을 촉진시키고, 동시에 약간은 비활성화시킨다. 비활성화 촉매 입자들은 재활성화를 위해 재생부로 전달되고, 재활성화 촉매 입자들은 반응기로 전달되어 되돌아간다.
반응기는 전형적으로 반응물 스트림이 긴 챔버에 수직으로 위치된 환형 촉매 베드를 통해 반경방향 유동으로 처리되는 반경방향 유동 반응기이다. 촉매 입자들은 수직으로 위치된 외부 관형 촉매 보유 스크린 내에 동축으로 배치된 내부 관형 촉매 보유 스크린(천공되거나 또는 슬롯 형성된 센터파이프에 의해 대체적으로 지지되는)에 의해 형성된 수직으로 위치된 환형 촉매 보유부에서 유지된다. 이 시스템은 하나 이상의 반응기를 이용할 수 있고, 각각의 반응기는 하나 이상의 환형 촉매 베드를 포함할 수 있다. 촉매는 하나의 환형 촉매 베드로부터 직렬 또는 병렬 유동 방식으로 다음의 환형 촉매 베드로 유동할 수 있다. 다중 환형 촉매 베드들은 수평(예를 들어, 나란히 위치하는 반응기들에서) 또는 수직(예를 들어, 적층된 반응기들에서)으로 서로 이격될 수 있다. 각각의 촉매 베드는 이동 충진식 베드일 수 있고, 입자들은 중력 유동에 의해 이동할 수 있다. 이러한 반응기를 이용하는 탄화수소 변환 공정들의 예는 촉매 개질, 파라핀의 촉매 탈수소 반응, 방향족 알킬의 촉매 탈수소 반응 및 파라핀의 탈수 고리 이성질체 반응(dehydrocyclodimerization)이다. 적절한 반경방향 유동 반응기들에 대한 추가적인 정보에 대해서는, 미국 특허 제3,647,680호, 제3,692,496호, 제3,864,240호, 제4,104,149호, 제4,133,743호, 제4,167,553호, 제4,325,806호, 제4,325,807호, 제4,567,023호 및 제5,879,537호를 참조하라.
환형 촉매 베드로 유입되는 반응물들은 가열되어 있고, 상승된 온도로 유입된다. 정상 상태에서 상승된 온도로 전체 반응기를 작동시키도록, 반응물들은 반응기 벽, 스크린 및 촉매를 교대로 가열한다. 이러할 지라도, 반응기 또는 환형 촉매 베드내의 온도는 발생되는 반응들이 흡열 반응인가 또는 발열 반응인가에 따라, 그리고 열 손실에 따라 국부적으로 변화할 수 있다. 하지만, 온도가 다소 일정하게 되는 한, 이러한 온도 차이들은 문제가 되지 않으며, 반응기의 기계적인 설계에 있어서 통상적으로 허용된다. 이와 유사하게, 가열 및 냉각이 점진적으로 또는 제어된 방식으로 행해지고 온도 변화량이 과도하지 않다면, 반응기 내에서서의 온도의 상승 및 강하는 반응기의 기계적인 완전성에 있어서 특별한 문제점을 야기하지 않는다. 이후에, 반응기 벽, 스크린 및 촉매는 서로에 대해 팽창 또는 수축할 수 있고, 촉매 베드의 체적이 실질적으로 일정한 방식으로 이들의 열 팽창 계수들에 따라, 촉매 베드의 촉매량은 실질적으로 일정하고, 어떠한 기계적인 파손도 반응기 내부에서 발생하지 않는다.
하지만, 매우 급속의 미제어 또는 불균일 가열 및 냉각 또는 냉각을 많이 시키는 것은 매우 다르다. 반응기가 최초에 정상 상태 및 상승된 온도에 있게 되면, 반응물들의 유동 손실은 고정된 촉매량을 함유하는 촉매 베드에 있어서 과도한 일시적인 체적 차이를 야기시킬 수 있다. 내부 스크린은 이 벽보다 더 이르고 빠르게 냉각될 수 있고, 이는 베드 체적이 팽창하게 할 수 있다. 이는 베드가 중력 유동에 의해 전달되기 때문에, 더 많은 촉매가 베드로 유입되게 할 수 있다. 하지만, 일단 이 벽들이 냉각되기 시작하면, 베드는 이전보다 더 많은 촉매를 함유하고 있기 때문에, 베드 체적은 축소될 수 있고 베드 압력은 상승할 수 있다. 이 입자간의 응력은 내부 및 외부 스크린들에 대해 교대로 상당한 힘들을 인가할 수 있고, 이는 과도한 하중 하에서 붕괴 또는 균열시킬 수 있다. 반응기로 유입되는 반응물들에 대한 가열기의 차단은 동일한 효과를 가질 수 있다.
반응 및 재생 시스템은 미국 특허 제3,647,680호에 개시된다. 특히, 미국 특허 제3,647,680호에서의 도면은 환형 베드(13), 로크 호퍼(lock hopper)(22), 리프트 인게이저(lift engager)(25) 및 분리 호퍼(28)를 도시한다. 이 시스템은 베드(13)의 바닥부로부터 촉매 입자들을 인출시키고 이들을 로크 호퍼(22) 및 리프트 인게이저(25)를 거쳐서 분해 호퍼(28)로 전달시킴으로써 베드 압력을 감소시키고 환형 베드(13)에서의 스크린들에 대한 응력을 완화시키는데 사용될 수 있다. 하지만, 이 시스템은 몇몇 단점들을 갖는다. 먼저, 반응기에서의 상태들이 급격하게 변화할 때, 재생부의 작동에 의해 이러한 촉매 입자들을 임의의 다른 위치로 전달하는 것이 더 바람직하지만, 이 시스템은 반응기로부터 재생부로 촉매 입자들을 전달한다. 둘째로, 상승된 반응기 베드 압력을 야기시키는 동일한 상황이 또한 재생부 차단을 종종 야기하기 때문에, 재생부가 차단될 때에도, 이 시스템은 촉매 입자들을 재생부로 전달한다. 따라서, 베드 압력을 감소시키는 다른 반응 및 재생 시스템들이 연구된다.
반응기로부터의 촉매 입자들의 임의의 순 전달없이 반응기내의 촉매 입자들의 중력 유동식 환형 베드에서의 응력들을 감소시키기 위한 반응기 및 재생 시스템이 개시된다. 이 시스템은 반응기 출구로부터 반응기에서 더 높은 곳에 위치한 반응기 입구로 촉매 입자들을 전달하기 위한 수단을 구비한다. 이 시스템은 촉매 입자들의 순수한 양을 재생부로 전달하지 않고 베드에 있어서의 응력들을 완화시킨다. 이 시스템은 재생부가 차단될 때조차도, 환형 베드에서의 응력들을 감소시킬 수 있다.
따라서, 중력 유동에 의해 시스템들을 통하는 환형 베드로서 이동 가능한 촉매 입자들과 반응물 스트림의 반경방향 유동 접촉을 실행하고, 베드에서의 응력들을 감소시키기 위한 반응 및 재생 시스템이 개시된다. 시스템은 환형 촉매 보유부(35)를 구비하는 반응기를 포함한다. 촉매 보유부(35)는 상부 부분(33) 및 상부 부분 아래에 배치된 하부 부분(37)을 구비한다. 제1 촉매 입구 포트는 촉매 보유부의 상부 부분과 연통한다. 제1 촉매 출구 포트는 촉매 보유부의 하부 부분과 연통한다. 적어도 부분적으로 촉매 입자들을 재생시키기 위한 재생부는 촉매 보유부로부터의 촉매 입자들을 수용하기 위하여 제1 촉매 출구 포트와 연통하고, 촉매 입자들을 촉매 보유부로 도입시키기 위하여 제1 촉매 입구 포트와 또한 연통한다. 제2 촉매 출구 포트는 촉매 보유부의 하부 부분과 연통한다. 제2 촉매 입구 포트는 촉매 보유부의 상부 부분과 연통한다. 제2 촉매 출구 포트로부터 제2 촉매 입구 포트로 촉매를 전달하기 위한 수단은 제2 촉매 출구 포트와 제2 촉매 입구 포트와 연통한다. 촉매를 전달하기 위한 수단은 촉매 입자들을 재생부로 도입시키기 위한 것은 아니다.
또한, 중력 유동에 의해 시스템을 통하는 환형 베드로서 이동 가능한 촉매 입자들과 반응물 스트림의 반경방향 유동 접촉을 실행하고 베드에서의 응력을 감소시키기 위한 반응 및 재생 시스템이 개시된다. 이 시스템은 수직 챔버 벽들을 구비하는 챔버를 포함한다. 이 챔버는 수직으로 연장되어 제한된다. 외부 촉매 보유 스크린은 이 챔버 내에 배치된다. 외부 촉매 보유 스크린은 수직으로 위치되고 관형이다. 내부 촉매 보유 스크린은 촉매 보유부를 형성하도록 외부 촉매 보유 스크린 내에 동축으로 배치된다. 내부 촉매 보유 스크린은 밀폐되고 관형이다. 촉매 보유부는 환형이고, 그 외부 주위에서 외부 매니폴드 공간을 구비한다. 이 외부 매니폴드 공간은 챔버 벽 및 외부 촉매 스크린에 의해 형성된다. 촉매 보유부는 내부 촉매 보유 스크린에 의해 형성된 내부 매니폴드 공간을 또한 구비하고, 촉매 보유부는 내부 매니폴드 공간의 외부 주위에 위치된다. 촉매 보유부는 내부 및 외부 촉매 보유 스크린들에 의해 모두 형성되는 상부 부분 및 하부 부분을 구비한다. 하부 부분은 상부 부분 아래에 배치된다. 반응물 입구 포트는 외부 매니폴드 공간과 연통한다. 반응물 출구 포트는 내부 매니폴드 공간과 연통한다. 제1 촉매 입구 포트는 촉매 보유부의 상부 부분과 연통한다. 제1 촉매 출구 포트는 촉매 보유부의 하부 부분과 연통한다. 촉매 입자들을 적어도 부분적으로 재생시키기 위한 재생부는 촉매 보유부로부터의 촉매 입자들을 수용하기 위하여 제1 촉매 출구 포트와 연통한다. 재생부는 촉매 입자들을 촉매 보유부로 도입시키기 위하여 제1 촉매 입구 포트와 또한 연통한다. 제2 촉매 출구 포트는 촉매 보유부의 하부와 연통한다. 제2 촉매 입구 포트는 촉매 보유부의 상부 부분과 연통한다. 제2 촉매 출구 포트로부터 제2 촉매 입구 포트로 촉매를 전달하기 위한 수단은 제2 촉매 출구 포트와 제2 촉매 입구 포트와 연통한다. 촉매를 전달하기 위한 수단은 촉매 입자들을 재생부로 도입시키기 위한 것은 아니다.
도1은 본 발명의 실시예인 반응 및 재생 시스템을 도시하는 공정 흐름도이다.
이 반응 및 재생 시스템의 다른 실시예들이 상세한 설명에 개시된다.
정보 공개
미국 특허 제3,647,680호 및 제5,500,110호는 반응기 및 재생 시스템들을 개시한다.
미국 특허 제5,584,615호 및 제5,716,516호는 비기계식 밸브 및 비충돌식 유동 변환기를 사용하여 입자 물질의 공기식 및 중력 전달을 개시한다.
미국 특허 제4,567,023호는 이동식 촉매 베드의 반경방향 유동 접촉에 영향을 미치는 다단식 반응기 시스템을 개시한다.
본 명세서에 개시된 반응 및 재생 시스템은 입자들이 환형 베드를 통한 중력 유동에 의해 이동하는 임의의 반경방향 유동 접촉식 반응기에 적용될 수 있다. 특히, 이는 과도 상태들이 소정 횟수만큼 환형 베드에서의 과도한 입자간의 압력을 야기시키는 공정들에서 촉매 입자들의 반경방향 유동(내향 또는 외향으로) 접촉에 대해 반응기들에 적용가능하다. 이 반응 및 재생 시스템이 특히 적용가능한 시기는 촉매 입자들이 반응기로부터 촉매 입자의 재생을 위한 부분으로 전달될 수 없거나 또는 전달되어서는 안되는 경우들에 있어서이다. 이 시스템이 사용될 수 있는 공정의 가장 일반적인 형태는 촉매 개질, 파라핀의 촉매 탈수소 반응, 방향족 알킬의 촉매 탈수소 반응 및 파라핀의 탈수 고리 이성질체 반응을 포함하는 탄화수소 변환 공정이다.
본 발명이 적용가능한 가장 폭넓게 실행되는 탄화수소 변환 공정은 촉매 개질이다. 따라서, 본 명세서에서의 발명의 논점은 촉매 개질 반응 시스템으로의 그 적용에 대한 것이다. 이는 청구범위에 기재된 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의미하지 않는다.
촉매 개질은 탄화수소 공급 원료의 옥탄의 질을 향상시키기 위해서 석유 정제 산업에서 이용되는 확립된 탄화수소 변환 공정이며, 개질의 1차 생성물은 모터 가솔린이다.
촉매 개질의 기술 분야는 공지되어 있으며 여기서 상세히 설명될 필요는 없다. 간단히 말해서, 촉매 개질에서, 공급 원료는 수소를 포함하는 순환 흐름과 혼합되어 반응 영역에서 촉매와 접촉된다. 일반적인 촉매 개질용 공급 원료는 80 ℃(180 ℉)의 초기 끓는점 및 205 ℃(400 ℉)의 최종 끓는점을 갖는 나프타(naphtha)로 공지된 석유 유분이다. 촉매 개질 공정은 특히 상대적으로 큰 농도의 나프테닉(naphthenic)이 포함되는 직류 구동 가솔린의 처리와 탈수소화 반응 및/또는 첨가고리화반응을 통해 방향족화가 되기 쉬운, 실질적으로 직선 체인 파라핀 탄화수소에 적용된다.
개질은 방향족을 생성하기 위한 알킬시클로펜탄의 탈수소이성질화 반응 및 시클로헥산의 탈수소화 반응, 올레핀을 생성하기 위한 파라핀의 탈수소화 반응, 방향족을 생성하기 위한 파라핀 및 올레핀의 탈수소고리화 반응, n-파라핀의 이성질화 반응, 시클로헥산을 생성하기 위한 알킬시클로파라핀의 이성질화 반응, 치환된 방향족의 이성질화 반응 및 파라핀의 하이드로크래킹에 의해 야기된 전체 효과로 정의될 수 있다.
촉매 개질 반응은 하나 이상의 Ⅷ족(IUPAC 8-10) 귀금속(예를 들어, 백금, 이리듐, 로듐, 팔라듐) 및 내화성 무기 산화물과 같은, 다공성 캐리어와 조합된 할로겐이 포함된 촉매 입자의 존재 하에 통상 실행된다. 할로겐은 일반적으로 염소이다. 알루미나가 통상적으로 캐리어로 사용된다. 촉매는 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 갈륨, 게르마늄, 인듐, 주석 및 납을 포함하는 ⅠA족 내지 Ⅵ A족(IUPAC 1-2 및 13-16)의 금속과 몰리브덴, 레늄, 지르콘, 크롬 및 망간을 포함하는 ⅠB족 내지 Ⅶ B족(IUPAC 11-12 및 3-7)의 금속을 포함하는 다른 금속을 포함할 수 있다.
촉매 입자들은 일반적으로 회전 타원체이며 1.6 내지 3.2 mm의 직경을 갖는데, 6.4 mm(1/4 인치)만큼 클 수도 있다. 그러나, 특정 반응-재생 시스템에서, 비교적 좁은 크기 범위에 있는 촉매 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 개질 반응 과정 동안, 촉매 입자는 입자 상에 코크스(coke)의 퇴적과 같은 메카니즘의 결과로 비활성화되고; 즉, 사용 시간 주기 후에, 개질 반응을 촉진하기 위한 촉매 입자의 능력은 촉매가 더 이상 유용하지 않은 시점까지 감소한다. 촉매는 개질 공정에서 재사용되기 전에, 재활성화, 재조정 또는 재생되어야 한다.
일반적인 형태에서, 개질제는 이동 베드 반응 영역 및 재생부를 사용할 것이다. 본 발명의 반응 및 재생 시스템은 이동 베드 재생부 또는 고정 베드 재생부 중 하나에 적용될 수 있다. 새로운 촉매 입자는 몇몇 반응기가 포함될 수 있는 반응 영역에 공급되고, 입자는 중력에 의해 영역을 통해 유동한다. 촉매는 반응 영역의 바닥부로부터 인출되어, 다단계 재생 공정이 코크스 퇴적물을 제거하고 최대 반응 촉진력을 회복하도록 촉매를 재활성하는데 사용되는 재생부로 전달된다. 이동 베드 재생부의 기술 분야는 공지되어 있으며 명세서에서 상세한 설명을 요구하지 않는다. 촉매는 다양한 재생 단계를 통해 중력에 의해 유동한 다음 재생부로부터 인출되고 반응 영역으로 공급된다. 반응 영역 및 재생부를 통한 촉매의 이동은 종종 연속적인 것으로 언급되지만, 실제로는 반연속적(semicontinuous)일 수도 있다. 반연속적 이동은 시간내에 근접하게 이격된 지점에서 비교적 적은 양의 촉매 입자의 반복된 전달을 의미한다. 예를 들어, 분당 일 뱃치(batch)는 반응 영역의 바닥부로부터 인출될 수 있고 인출은 30초를 필요로 하고, 즉 촉매는 30초동안 유동할 것이다. 반응 영역에서 인벤토리가 크다면, 촉매층은 연속적으로 이동되도록 고려될 수 있다. 이동 베드 시스템은 촉매가 제거 또는 대체되는 동안 생산물을 유지하는 장점을 갖는다.
도1은 본 발명의 실시예인 반응 및 재생 시스템을 도시한다. 이러한 반응 및 재생 시스템은 US-A-5,500,110에서 도시된 시스템과 유사하다. 따라서, 상세히 도면을 설명할 필요는 없다. 간단히, 적층된 반응기(30) 장치는 반응기(30)로부터 촉매 입자를 인출하기 위해 하부 보유 챔버(32)와 연통한다.
적층된 반응기(30) 장치는 US-A-4,567,023에서 설명된 다단식 반응기 시스템과 유사하다. 적층된 반응기(30)는 명세서에서 상세히 설명되지 않으며, 또한 도면에서 그 내부를 도시하지 않는다. 그러나 반응기(스테이지) 각각은 길이가 긴 챔버, 수직 챔버 벽, 외부 촉매 보유 스크린(부채꼴형 요소의 그룹을 포함할 수 있는), 내부 촉매 보유 스크린, 환형 촉매 보유부, 외부 스크린의 외측 주위의 외부 매니폴드 공간, 내부 스크린과 촉매 보유부에 의해 둘러싸인 내부 매니폴드 공간, 내부 또는 외부 매니폴드 공간과 연통하는 반응물 입구 포트 및 내부 또는 외부 매니폴드 공간과 연통하는 반응물 출구 포트를 갖는다.
적층된 반응기(30) 장치는 양호하게는 바닥부 반응기의 촉매 보유부의 하부 부분으로부터 하향으로 유동하는 촉매 입자를 수용할 수 있는 하부 보유 챔버(32)를 갖는다. 하부 보유 챔버(32)는 하부 보유 챔버(32)에서 촉매 입자로부터 탄화수소를 정화하기 위한 수소 가스용 입구 포트(도시되지 않음)를 갖는다. 하부 보유 챔버(32)는 수소 가스를 바닥부 반응기로 상향으로 유동하게 한다. 도관(34)은 하부 보유 챔버(32)로 포트 또는 노즐(도시되지 않음)에 의해 연결되고, 재생부(90)로 촉매 입자를 전달하기 위한 제1 촉매 출구 포트, 예컨대 도관(54)과 반응기(30)에서 베드 압력을 완화하기 위해 촉매 서지부, 예컨대 서지 챔버(28)의 상부(26)로 촉매 입자를 전달하기 위한 제2 촉매 출구 포트, 예컨대 도관(36)인 두 개의 도관에 "Y" 피팅(fitting)에 의해 연결된다. 반응기(30)의 안정적인 정상 상태 작동 동안, 촉매 입자는 재생부(90)로 전달되고, 도관(54) 내의 밸브(56)는 완전히 개방된다. 도관(54)은 수소 및 탄화수소를 촉매 입자로 대체한다. 도관(54)은 도관(58 및 60)으로부터 조절 가스(예를 들어, 질소)를 사용하여 도관(64)으로 촉매 입자의 전달을 조절하는 비기계식 밸브(64)와 연결된다. 도관(58 및 62)은 도관(66)으로 촉매 입자를 전달하기 위해 비기계식 밸브(64)로 리프팅 가스(질소)를 운반한다. 비기계식 밸브는 공지되어 있고, 추가 정보는 1978년 3월, 탄화수소 공정의 149-156 페이지의 "고체 유동을 특징으로 하는 L 밸브"; D. Geldart(John Wiley & Sons, 1986)에 의해 출판된 가스 유동화 기술에 있다. 저충격 전환기는 공지되어져 있고, 추가 정보는 US-A-5,584,615 및 US-A-5,716,516에 있다.
도관(70)은 전환기(68)로부터 일루트리에이션 가스(elutriation gas)(예를 들어, 질소)를 사용하여 전체 촉매 입자로부터 깨진 또는 칩된 촉매 입자를 분리하는 분리 호퍼(72)로 전달한다. 도관(74)은 촉매 칩 및 분말을 백 더스트 수집기(76)로 전달한다. 도관(78)은 촉매 입자를 재활성화하기 위해 재생 용기(80)로 촉매 입자를 전달한다. 재생 용기(80) 및 재활성화 방법의 상세는 촉매 입자에 의존한다. 도관(82), 밀봉 드럼(84), 밸브(86) 및 로크 호퍼(88)는 재생 용기(80)로부터 촉매 전달을 제어하고 또한 촉매 재활성화에서 사용된 가스를 촉매 입자와 치환한다. 밀봉 드럼 및 로크 호퍼는 공지되어 있다.
도관(10)은 도관(12 및 14)으로부터 조절 가스(예를 들어, 수소)를 사용하여 도관(20)으로 촉매 입자의 전달을 조절하는 비기계식 밸브(18)로 촉매 입자를 전달한다. 도관(12 및 16)은 도관(20)을 따라 저충격 전환기(22)로 촉매 입자를 전달하기 위해 비기계식 밸브(18)로 리프팅 가스(수소)를 반송한다. 제1 촉매 입구 포트, 예컨대 도관(24)은 전환기(22)로부터 서지 챔버(28)의 상부(26)의 포트 또는 노즐(도시되지 않음)로 촉매 입자를 전달하여 촉매 입자가 서지 챔버(28)로 진입한다.
반응기(30)에서 상태가 빠르게 변화할 때, 베드 압력 및 응력이 완화되어야 할 필요가 있다. 그러나, 일부 촉매 입자가 반응기로부터 인출될 수 있지만, 이들 촉매 입자들은 예를 들어 재생부가 차단되거나 촉매 입자가 탄화수소의 정화가 불충분하기 때문에 종종 재생부로 전달될 수 없다. 재생부(90)로의 촉매 입자의 전달을 방지하기 위해서, 도관(54)의 밸브(56)는 완전히 닫힐 수 있다. 반응기(30)에서 베드 압력 및 응력를 감소하기 위해서, 반응 및 재생 시스템은 촉매 입자를 반응기(30)의 바닥부로부터 서지 챔버(28) 또는 반응기(30) 내에서 더 높은 지점으로 전달하기 위한 수단을 갖는다. 이러한 수단은 재생부(90)로 촉매 입자를 전달하기 위한 것은 아니다. 도1은 이러한 수단을 도시한다. 반응기(30)의 정상 상태의 안정된 작동 동안 폐쇄될 수 있는 도관(36) 내의 밸브(38)는 서지 챔버(28)의 상부(26)로의 촉매 전달을 허용하도록 완전히 개방될 수 있다. 도관(36)은 도관(40 및 42)으로부터 조절 가스(예를 들어, 질소)를 사용하여 제2 촉매 입구 포트, 예컨대 도관(48)으로 촉매 입자의 전달을 조절하는 비기계식 밸브(46)에 연결된다. 도관(40 및 44)은 촉매 입자를 도관(48) 상향으로 서지 챔버(28)의 상부(26)의 포트 또는 노즐(도시되지 않음)로 전달하기 위해서 비기계식 밸브(46)에 대해 리프팅 가스(질소)를 반송하여 촉매 입자가 서지 챔버(28)로 진입된다. 도관(48)은 두 개의 긴-반경[예를 들어, 1.2 m(4ft) 반경] 벤드(50 및 52)를 갖는다.
반응기(30)에서의 상태가 베드 압력 및 응력이 완화되는 것을 요구할 때, 도관(36) 및 밸브(38)를 통한 촉매 이동은 연속적일 수 있지만 실제로는 반연속적일 수도 있다. 반연속적 이동은 시간내에 근접하게 이격된 지점에서 비교적 적은 양의 촉매 입자의 반복된 전달을 의미한다. 예를 들어, 밸브(38)는 그의 개폐를 제어하기 위해 간단한 타이머와 위치 지시기를 구비할 수 있다. 타이머 설정은 밸브(38)가 매 20분마다 한번 개방되어 3분 동안 개방된 채로 유지되도록 즉, 촉매가 20분 간격으로 3분 동안 유동하도록 조절될 수 있다. 다른 가능성은, 도관(36)이 촉매 입자의 뱃치에 상응하는 사이 체적을 갖고 이격된 두 개의 밸브(단일 밸브보다는)를 포함할 수 있다는 것이다. 두 개의 밸브 모두 그 개폐를 제어하기 위해 간단한 타이머 및 위치 지시기를 구비할 수 있다. 타이머 설정은 20분마다 일 뱃치가 반응기의 바닥부로부터 인출되고 그 인출이 3분 걸리도록, 즉, 촉매가 3분동안 유동하도록 조절될 수 있다.
촉매 입자를 전달하기 위한 수단은 12시간 이하의 시간 주기 이내인 전달 용량을 가져야 하고, 촉매 입자의 양은 압력 또는 응력이 감소되어야 하는 촉매 베드에서 촉매 입자량의 3.5%와 동일하다. 촉매 입자를 전달하기 위한 수단의 실제 용량은 촉매 베드로부터의 촉매 입자를 베드 압력 또는 응력을 감소시키기에 필요한 비율로 전달하기 위해 본 기술 분야에 숙련된 기술자에 의해 조절될 수 있다. 바람직하게는, 서지 챔버(28) 용량은 그 압력 또는 응력이 감소되어야 하는 촉매 베드에서 촉매 입자량의 3.5 % 내지 5 %를 함유하기에 충분히 커야 한다.
촉매 입자를 반응기(30)의 바닥부로부터 반응기(30) 또는 서지 챔버(28)에서 더 높은 지점까지 전달하는 다른 수단이 가능하며, 이는 스크루 컨베이어, 벨트 컨베이어, 버켓 엘리베이터, 진동 또는 발진 컨베이어, 연속 유동 컨베이어 및 리프트 인게이저(lift engager)를 구비한 다른 유압 컨베이어를 포함한다. 촉매 입자를 전달하기 위한 수단을 선택하는 것은 많은 변수에 의존한다. 페리의 케미컬 엔지니어 핸드북(Perry's Chemical Engineers' Handbook) 제7판(맥그로우 힐(McGraw-Hill), 1997년)의 21페이지 제4행 내지 제27행을 참조하라.
도면에 도시된 반응 및 재생 시스템의 가능한 변화는 청구범위의 범주 내에 있다. 하나의 가능성은 도관(52, 24)이 개별 입구 포트를 통하는 것보다 단일 입구 포트(예를 들어, 노즐)을 통해 서지 챔버(28) 안으로 촉매 입자를 공급할 수 있는 것이다. 다른 가능성은 도관(36, 54)이 도면에 도시된 바와 같이 단일 출구 포트 및 그와 관련된 도관(34) 대신에 하부 보유 챔버(32)의 개별 출구 포트(예를 들어, 노즐)로부터 촉매 입자를 인출시킬 수 있다는 것이다. 제3의 가능성은 서지 챔버(28)가 반응기(30) 중 하나, 특히 최상부 반응기 내에 위치될 수 있다는 것이다. 제4의 가능성은 반응 및 재생 시스템이 특히 재생기 용기(80) 내에서의 촉매 재활성의 방법이 촉매 금속을 산화시키는 것을 포함하면 촉매 금속을 환원시키는 구역을 가질 수 있다는 것이다. 이러한 환원 구역은 서지 챔버(28) 위 또는 아래에 위치될 수 있고 서지 챔버(28)를 포함할 수 있다. 제5의 가능성은 다중 반응기 대신에 서지 챔버(28)와 하부 보유 챔버(32) 사이에 단일 반응기(스테이지)만 있을 수 있다는 것이다.
바람직하게는, 반응기 및 재생 시스템은 내부 촉매 보유 스크린이 밀폐되어 튜브형으로 된 후 재생부(90)로 전달되는 촉매량을 모니터링하고, 촉매의 단부가 환형인 촉매 보유부는 비기계식 밸브(46)에 의해 서지 챔버(28)로 전달된다. 이러한 모니터링은 로크 호퍼 하중 크기에 로크 호퍼(88)의 사이클 수[재생부(90)로의 전달이 재개될 때 시작함]를 단순히 곱하는 것을 수반한다. 그 곱셈의 결과가 비기계식 밸브(46)에 의해 전달되는 촉매 아래에 있는 하부 보유 챔버(32), 반응기(30) 및 서지 챔버(28)의 촉매량과 동일할 때, 그 시스템은 재생 용기(80)의 작업자에게 비기계식 밸브(46)에 의해 전달된 촉매가 재생 용기(80)로 진입하려고 하는 것을 알려준다. 이 촉매가 반응기(30)를 통해 (단지 한번 보다는) 두 번 통과되기 때문에, 추가적 비활성제(예를 들어, 더 많은 코크스)를 지속시킬 수 있고 재생 용기(80)의 작동 조건은 이에 따라 적절하게 조절될 필요가 있다.
Claims (10)
- 베드 내의 응력을 감소시키는 중력 유동에 의한 시스템을 통해 환형 베드로서 이동 가능한 촉매 입자와 반응물 스트림의 반경방향 유동 접촉을 위한 반응 및 재생 시스템이며,a) 상부 부분과 상기 상부 부분 아래에 배치된 하부 부분을 갖고, 환형인 촉매 보유부를 구비한 반응기와,b) 상기 촉매 보유부의 상부 부분과 연통하는 제1 촉매 입구 포트와,c) 상기 촉매 보유부의 하부 부분과 연통하는 제1 촉매 출구 포트와,d) 상기 촉매 보유부로부터 촉매 입자를 수용하기 위해 상기 제1 촉매 출구 포트와 연통하고 상기 촉매 보유부로 촉매 입자를 도입하기 위해 상기 제1 촉매 입구 포트와 연통하며, 적어도 부분적으로 촉매 입자를 회복시키기 위한 재생부와,e) 상기 촉매 보유부의 하부 부분과 연통하는 제2 촉매 출구 포트와,f) 상기 촉매 보유부의 상부 부분과 연통하는 제2 촉매 입구 포트와,g) 상기 제2 촉매 출구 포트 및 제2 촉매 입구 포트와 연통하고, 상기 재생부로 촉매 입자를 도입하지 않고 상기 제2 촉매 출구 포트로부터 상기 제2 촉매 입구 포트로 촉매를 전달하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 촉매를 전달하는 수단은 비기계식 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 촉매를 전달하는 수단은 촉매 재생부로부터 촉매 입자를 수용하지 않는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 제1 촉매 입구 포트 및 제2 촉매 입구 포트는 동일한 포트이고, 또는 제1 촉매 출구 포트 및 제2 촉매 출구 포트는 동일한 포트이고, 또는 제1 촉매 입구 포트 및 제2 촉매 입구 포트가 동일한 포트이고 제1 촉매 출구 포트 및 제2 촉매 출구 포트가 동일한 포트인 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 촉매 보유부는 촉매량을 보유하는 용량을 갖고, 상기 촉매를 전달하는 수단은 촉매량의 3.5%를 12시간 이내에 전달하는 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 촉매를 전달하는 수단으로부터 촉매 입자를 수용하기 위해 제2 촉매 입구 포트와 연통하고 중력 유동에 의해 촉매 입자를 촉매 보유부로 도입시키기 위해 촉매 보유부의 상부 부분과 연통하는 촉매 서지부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 촉매를 전달하는 수단과 연통하고 중력 유동에 의해 촉매 입자를 촉매 보유부로 도입시키기 위해 제2 촉매 입구 포트와 연통하는 촉매 서지부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응기는 적어도 두 개의 수직으로 이격된 반응기부를 한정하는 챔버를 더 포함하고, 적어도 두개의 반응기부의 적어도 하부는 외부 촉매 보유 스크린, 내부 촉매 보유 스크린, 촉매 보유부, 반응물 입구 포트, 반응물 출구 포트, 제1 촉매 출구 포트 및 적어도 두 개의 반응기부의 상부로부터 적어도 두 개의 반응기부의 하부로 촉매를 전달하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응기는 수직 챔버 벽을 갖는 수직으로 연장되어 제한된 챔버와, 상기 챔버 내에 수직으로 배치된 외부 스크린 및 내부 스크린과, 상기 촉매 보유부를 둘러싸는 외부 스크린 및 챔버에 의해 형성되는 외부 매니폴드 공간과, 상기 촉매 보유부에 의해 둘러싸이고 상기 내부 스크린에 의해 형성된 내부 매니폴드 공간과, 상기 외부 매니폴드 공간과 연통하는 반응물 입구 포트와, 상기 내부 매니폴드 공간과 연통하는 반응물 출구 포트를 추가로 포함하고,상기 내부 스크린은 상기 내부 및 외부 스크린 사이의 체적 내에 촉매를 보유하고 상기 내부 및 외부 스크린이 촉매 보유부의 상부 부분과 상기 상부 부분 아래의 촉매 보유부의 하부 부분을 형성하는 상태로 촉매 보유부를 형성하도록 상기 외부 스크린 내에 동축으로 연장하는 것을 특징으로 하는 반응 및 재생 시스템.
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