KR101380472B1 - 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매반응부와 촉매재생부를 갖는 유체촉매방식 분해유닛에 있어서, 벙커 C유와 촉매가 공급되도록 상기 촉매반응부의 내부를 상하 수직방향으로 설치된 공급파이프와 상기 공급파이프의 하단부로 상기 촉매재생부에서 재생된 촉매를 공급하기 위해 설치된 재생파이프가 연결되는 부위에 응력지지수단이 구비되어 상기 연결되는 부위에 발생되는 응력을 지지하도록 보강하여 해당 부위와 그 주변의 파손이 방지된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 응력지지수단에 의해 재생파이프와 공급파이프의 연결부를 보강함에 따라 재생된 촉매와 프리리프트 매체의 공급 시 발생되는 응력을 지지할 수 있어 연결부의 파손 방지는 물론, 구조적 안정성을 부여함에 따라, 수명을 연장시킬 수 있고, 운영비용을 절감시킬 수 있다.

Description

내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛{Fluid catalytic cracking unit for reinforcing durabilty}

본 발명은 유체촉매방식 분해유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원유나 벙커 C유 등의 정제 시, 발생되는 응력을 지지할 수 있도록 하여 응력 집중 부위의 파손을 방지함은 물론, 구조적 안정화를 부여함에 따라 수명을 연장시키고, 운영비용을 절감시킬 수 있는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 경질 탄화수소 이외에, 코크스 중 일부는 저급 탄화수소유의 촉매 분해 공정중에 응축 반응으로 인해 생성되어 촉매 표면에 적층됨으로써, 촉매 활성과 선택성의 저하를 초래한다.

이러한 활성화된 촉매의 성질은 촉매 표면의 코크스를 연소시키는 고온 산화에 의해 회복될 수 있으며, 이 공정은 촉매 재생이라 불린다.

여기서, 탄소질 탄화수소 또는 코크스가 적층되어 있는 촉매는 폐촉매라 불리며, 산화 방식으로 재생된 촉매는 재생 촉매라 불린다.

초기의 촉매 재생 방법에서는, 저속의 유동층을 통해 산소 함유 가스를 통과시켰으며, 단일 스테이지 재생방법이 사용되었으나 이러한 방법은 여러 가지 문제점이 발생됨에 따라 유체 촉매 방식을 사용하게 된다.

이를 위한 유체 촉매 방식 분해 유닛(fluid catalytic cracking unit; FCCU)은 공개특허 제10-2010-0109495호에 개진된 바와 같이, 촉매반응기와 촉매재생기로 구성된다.

이러한 유체 촉매 방식 분해 유닛의 작동을 살펴보면, 정제하고자 하는 원유와 촉매가 촉매반응기로 공급되어 촉매 분해 반응이 이루어지고, 여기서 발생된 폐촉매는 스트리퍼로 모여진다.

스트리퍼로 모여진 폐촉매는 폐촉매 스탠드파이프(standpipe)를 통해 촉매재생기로 공급되어 별도로 공급되는 산소 함유 가스 스트림 및 선택적 스팀과 접촉하여 코크스 연소 반응을 수행함에 따라 폐촉매가 재생된다.

재생된 촉매는 재생파이프를 통해 촉매반응기로 다시 공급되어 별도로 공급되는 원유와 촉매 분해 반응을 수행함에 따라 목표로 하는 생성물이 얻어진다.

그리고 분해된 폐촉매는 다시 촉매재생기로 순환되며, 이러한 과정을 반복하게 된다.

그러나 유체 촉매 방식 분해 유닛은 촉매 순환 과정에서 특정한 부분에 응력이 집중되고, 이러한 부분들의 변형이 발생되어 파손이 발생됨에 따라 작업을 중단해야됨은 물론, 수리 교체비용도 많아 운영이 어려운 문제점이 있다.

특히, 유체 촉매 방식 분해 유닛은 전체적인 부피가 매우 크기 때문에 간단히 수리 교체할 수 없는 것으로, 사전에 열변형이나 응력 등이 과중되는 부분을 찾아 보강함이 시급히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 촉매재생부를 통해 재생된 촉매를 촉매반응부로 공급하기 위한 재생파이프와 공급파이프가 상호 연결되는 부분에 응력지지수단을 구비하여 운전 시 발생되는 응력을 지지함에 따라 변형을 최소화시켜 파손을 방지할 수 있으며, 이에 구조적 안정성을 부여함은 물론, 수명을 연장시킬 수 있어 운영비용을 절감시킬 수 있는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 촉매반응부와 촉매재생부를 갖는 유체촉매방식 분해유닛에 있어서, 벙커 C유와 촉매가 공급되도록 상기 촉매반응부의 내부를 상하 수직방향으로 설치된 공급파이프와 상기 공급파이프의 하단부로 상기 촉매재생부에서 재생된 촉매를 공급하기 위해 설치된 재생파이프가 연결되는 부위에 응력지지수단이 구비되어 상기 연결되는 부위에 발생되는 응력을 지지하도록 보강하여 해당 부위와 그 주변의 파손이 방지된다.

바람직하게, 상기 응력지지수단은, 상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 외측을 감싸도록 구비된다.

그리고 상기 응력지지수단은, 상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 외측을 감싸되, 일정 두께를 갖는 링형상의 리브이며, 상기 리브는 상하방향으로 상호 일정 간격 이격된 다수 개로 설치된다.

또한, 상기 리브는, 네 개로 구성되며, 상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 하단 외측을 따라 설치되는 제1리브, 상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 상단 외측을 따라 설치되는 제4리브, 상기 제1리브와 제4리브 사이에 위치되되, 상기 제1리브의 상측으로 일정 간격 이격되어 설치되는 제2리브, 및 상기 제2리브와 제4리브 사이에 상호 이격되어 설치되는 제3리브를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 리브의 두께는 30 ~ 50mm이다.

또한, 상기 리브의 돌출된 길이는 상기 공급파이프와 재생파이프 두께의 2 ~ 4배의 길이로 형성된다.

그리고 상기 다수의 리브 각각의 사이 또는 다수의 리브 중 선택된 인접한 두 개의 리브 사이에 보조리브가 더 구비되어 인접한 두 개의 리브를 상호 지지함에 따라 보강력을 더 증대시킨다.

또한, 상기 보조리브는, 상하 수직방향으로 형성되어 인접한 두 개의 리브와 각각 직교되도록 연결된다.

그리고 상기 보조리브는, 상기 인접한 두 개의 리브 사이를 따라 다수 개 형성되되, 어느 하나의 보조리브는 상단에서 하단으로 갈수록 하향 경사지고, 인접한 다른 보조리브는 상기 어느 하나의 보조리브와 대칭되도록 하단에서 상단으로 갈수록 상향 경사지며, 계속하여 상기 어느 하나의 보조리브와 다른 보조리브가 반복 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛에 의하면, 응력지지수단에 의해 재생파이프와 공급파이프의 연결부를 보강함에 따라 재생된 촉매와 프리리프트 매체의 공급 시 발생되는 응력을 지지할 수 있어 연결부의 파손 방지는 물론, 구조적 안정성을 부여함에 따라, 수명을 연장시킬 수 있고, 운영비용을 절감시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛의 응력지지수단을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛에 보조리브가 더 구비된 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 보조리브의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛의 응력지지수단을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛에 보조리브가 더 구비된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 보조리브의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛(10)은 촉매반응부(20)와 촉매재생부(30)를 갖고, 촉매에 의해 원유를 정제하게 된다.

이러한 유체촉매방식 분해유닛(10)은 운영 시, 응력이 집중되는 부분에 응력지지수단(100)을 설치하여 가해지는 응력을 지지할 수 있도록 한다.

먼저, 유체촉매방식 분해유닛(10)을 살펴보면, 도 1에서 도시한 바와 같이, 촉매재생부(30)로 공급된 폐촉매는 제1유동층 재생부(31)에서 별도로 공급되는 산소 함유 가스 스트림 및 선택적 스팀과 접촉하여 코크스 연소 반응을 수행한다.

이에 부분적으로 재생된 촉매와 연도가스는 제2분배부(32)를 통해 제2유동층 재생부(33)의 저부로 도입되며, 스팀과 선택적 산소 함유 가스 스트림은 별도의 파이프(34)를 통해 제2유동층 재생부(33)의 저부로 도입된다.

이에 따라 부분적으로 재생된 촉매는 제2유동층 재생부(33)에서 완전히 재생된다.

이러한 재생된 촉매의 일부는 제2유동층 재생부(33)로 공급되어 폐촉매와 혼합되고, 다른 일부는 재생파이프(35)를 통해 촉매반응부(20)의 저부로 도입된다.

여기서, 촉매반응부(20)는 내부에 상하 수직방향으로 공급파이프(22)가 설치되며, 이 공급파이프(22)의 외측을 감싸도록 밀폐된 용기(21)가 설치되되, 이 용기(21)의 하단부에 분해된 폐촉매가 모여지는 스트리퍼(23)가 설치된다.

그리고 스트리퍼(23)에 모여진 폐촉매의 재생을 위해 폐촉매파이프(24)가 설치되되, 이 폐촉매파이프(24)는 스트리퍼(23)에 하향 경사지게 연통 설치된다.

이러한 촉매반응부(20)의 공급파이프(22) 저부로 도입된 재생된 촉매는 별도로 도입되는 프리리프트(prelift) 매체에 의해 공급파이프(22)를 따라 상측으로 밀려 올라가게 된다.

이때, 공급원료유는 파이프(40)를 통해 촉매반응부(20)로 도입되고, 재생된 촉매와 접촉하여 촉매 분해 반응을 수행하며, 생성물 증기는 해제부(미 도시), 사이클론 분리기(미 도시) 및 생성물 증기 파이프(미 도시)를 차례로 거쳐 분리 시스템(25)에 도입되어 목표로 하는 생성물이 얻어진다.

그리고 생성물 획득 과정에서 분해된 폐촉매는 스트리퍼(23)로 모여지고, 폐촉매파이프(24)를 통해 촉매재생부(30)로 순환되어 상기 과정이 반복된다.

본 발명에서는 공급원료유는 파이프(40)를 통해 벙커 C유가 공급되고, 촉매반응부(20)를 거쳐 휘발유를 생성시키기 위한 것이다.

이때, 촉매반응부(20)로 재생 촉매를 공급하기 위한 재생파이프(35)와 공급파이프(22)가 연결되는 부위에 응력지지수단(100)이 구비되어 연결되는 부위에 발생되는 응력을 지지하도록 보강하여 해당 부위와 그 주변의 파손이 방지하게 된다.

이러한 응력지지수단(100)은 도 2에서 도시한 바와 같이, 공급파이프(22)와 재생파이프(35)의 연결된 외측을 감싸도록 구비된다.

이 응력지지수단(100)은 일정 두께를 갖는 링형상의 리브이며, 이러한 리브는 연결된 공급파이프(22)와 재생파이프(35)를 따라 상하방향으로 상호 일정 간격 이격된 다수 개로 설치된다.

이러한 응력지지수단(100)을 더 자세히 살펴보면, 리브는 네 개로 구성되는 것으로, 제1리브(110)와 제2리브(120), 제3리브(130) 및 제4리브(140)로 구성된다.

먼저, 제1리브(110)는 공급파이프(22)와 재생파이프(35)의 연결된 하단 외측을 따라 설치되고, 제4리브(140)는 공급파이프(22)와 재생파이프(35)의 연결된 상단 외측을 따라 설치된다.

그리고 제2리브(120)와 제3리브(130)는 제1리브(110)와 제4리브(140) 사이에 위치되는 것으로, 제2리브(120)는 제1리브(110)의 상측으로 일정 간격 이격되어 설치되고, 제3리브(130)는 제2리브(120)와 제4리브(140) 사이에 상호 이격되어 설치된다.

여기서, 제1리브(110)와 제2리브(120), 제3리브(130) 및 제4리브(140)는 상호 동일한 간격으로 이격됨이 바람직하며, 경우에 따라 상이한 간격으로 이격될 수도 있음이 당연하다.

이와 같은, 제1리브(110)와 제2리브(120), 제3리브(130) 및 제4리브(140)의 두께는 30 ~ 50mm이고, 이에 따른 최대전단응력은 약 76.114 ~ 76.647MPa이다.

본 발명에서는 제1리브(110)와 제2리브(120), 제3리브(130) 및 제4리브(140)의 두께를 40mm로 형성함이 바람직하며, 이에 따른 최대전단응력은 약 76.135Mpa이다.

또한 리브의 돌출된 길이는 공급파이프(22)와 재생파이프(35) 두께의 2 ~ 4배의 길이로 형성되는 것으로, 필요에 따라 공급파이프(22)와 재생파이프(35)의 외측으로 돌출 길이를 조절하여 발생되는 응력을 지지하도록 보강함이 바람직하다.

그리고 응력지지수단(100)의 리브는 그 개수가 한정되지 않으며, 상호 이격된 간격 역시, 한정되지 않음이 당연하다.

또한 도 3에서 도시한 바와 같이, 다수의 리브 각각의 사이 또는 다수의 리브 중 선택된 인접한 두 개의 리브 사이에 보조리브(200)가 더 구비된다.

이러한 보조리브(200)는 일정 두께를 갖고, 상하방향으로 형성되는 것으로, 인접한 두 개의 리브를 상호 지지함에 따라 보강력을 더 증대시킨다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 일 실시 예로, 제2리브(120)와 제3리브(130) 사이에 보조리브(200)가 설치되어 공급파이프(22)와 재생파이프(35)에 발생되는 응력을 지지하도록 보강하여 구조적 안정성을 더욱 부여할 수 있다.

여기서, 보조리브(200)의 일 실시 예로, 상하 수직방향으로 형성되어 인접한 두 개의 리브와 각각 직교되도록 연결된다.

도 3에서는 제2리브(120)와 제3리브(130) 사이에 보조리브(200)가 상하방향으로 직교되도록 위치되어 상단은 제3리브(130)와 고정되고, 하단은 제2리브(120)와 고정된다.

물론, 이 보조리브(200)는 인접한 두 개의 리브 사이에 다수 개 설치될 수 있는 것으로, 설치 개수는 한정되지 않는다.

한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 보조리브(200')의 다른 실시 예로, 인접한 두 개의 리브 사이를 따라 다수 개 형성되는 것으로, 이 보조리브(200')는 경사지게 형성된다.

이러한 보조리브(200')를 자세히 설명하면, 어느 하나의 보조리브는 상단에서 하단으로 갈수록 하향 경사지게 형성되고, 인접한 다른 보조리브는 어느 하나의 보조리브와 대칭되도록 하단에서 상단으로 갈수록 상향 경사지게 형성된다.

그리고 계속하여 어느 하나의 보조리브와 다른 보조리브가 반복 형성됨에 따라 인접한 두 개의 리브에 발생되는 진동을 방지할 수 있게 된다.

10 : 분해유닛 20 : 촉매반응부
30 : 촉매재생부 100 : 응력지지수단
110 : 제1리브 120 : 제2리브
130 : 제3리브 140 : 제4리브
200, 200' : 보조리브

Claims (9)

1. 촉매반응부와 촉매재생부를 갖는 유체촉매방식 분해유닛에 있어서,
   벙커 C유와 촉매가 공급되도록 상기 촉매반응부의 내부를 상하 수직방향으로 설치된 공급파이프와 상기 공급파이프의 하단부로 상기 촉매재생부에서 재생된 촉매를 공급하기 위해 설치된 재생파이프가 연결되는 부위에 응력지지수단이 구비되어 상기 연결되는 부위에 발생되는 응력을 지지하도록 보강하여 해당 부위와 그 주변의 파손이 방지되고,
   상기 응력지지수단은,
   상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 외측을 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 응력지지수단은,
   상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 외측을 감싸되, 일정 두께를 갖는 링형상의 리브이며, 상기 리브는 상하방향으로 상호 일정 간격 이격된 다수 개로 설치되는 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 리브는,
   네 개로 구성되며, 상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 하단 외측을 따라 설치되는 제1리브;
   상기 공급파이프와 재생파이프의 연결된 상단 외측을 따라 설치되는 제4리브;
   상기 제1리브와 제4리브 사이에 위치되되, 상기 제1리브의 상측으로 일정 간격 이격되어 설치되는 제2리브; 및
   상기 제2리브와 제4리브 사이에 상호 이격되어 설치되는 제3리브를 포함하여 이루어지는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 리브의 두께는 30 ~ 50mm인 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 리브의 돌출된 길이는 상기 공급파이프와 재생파이프 두께의 2 ~ 4배의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 다수의 리브 각각의 사이 또는 다수의 리브 중 선택된 인접한 두 개의 리브 사이에 보조리브가 더 구비되어 인접한 두 개의 리브를 상호 지지함에 따라 보강력을 더 증대시키는 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 보조리브는,
   상하 수직방향으로 형성되어 인접한 두 개의 리브와 각각 직교되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.
   
9. 제7항에 있어서, 상기 보조리브는,
   상기 인접한 두 개의 리브 사이를 따라 다수 개 형성되되,
   어느 하나의 보조리브는 상단에서 하단으로 갈수록 하향 경사지고, 인접한 다른 보조리브는 상기 어느 하나의 보조리브와 대칭되도록 하단에서 상단으로 갈수록 상향 경사지며,
   계속하여 상기 어느 하나의 보조리브와 다른 보조리브가 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 내구성이 보강된 유체촉매방식 분해유닛.

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