KR101550517B1 - 촉매 입자를 재생하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

촉매 입자를 재생하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법은 소비된 촉매 입자를 연속 촉매 재생기에 있는 연소 구역으로 도입하는 것을 포함한다. 백금족 금속을 함유하는 촉매 입자는 도입 시에 코크스 침적물을 포함한다. 상기 방법에서, 산소 함량이 적어도 0.5 mol%인 적어도 490℃의 온도의 연소 가스가 연소 구역에 공급된다. 거기에서, 촉매 입자 상의 코크스 침적물이 연소 가스에 의해 연소된다. 촉매 입자는 연소 촉매 재생기에서 연소 구역으로부터 할로겐화 구역으로 안내되고, 촉매 입자는 백금족 금속을 재분산시키도록 옥시할로겐화(oxyhalogenating)되어 재생 촉매 입자를 형성한다.

Description

촉매 입자를 재생하기 위한 방법 및 장치{PROCESSES AND APPARATUSES FOR REGENERATING CATALYST PARTICLES}
본 출원은 2011년 6월 17일자로 출원된 미국 출원 제13/163,336호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 탄화수소의 유용한 탄화수소 생성물로의 변환에 관련된 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 촉매가 탄화수소 변환 반응에서 재사용될 수 있도록 소비된 탄화수소 변환 촉매를 재생하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
백금족 금속(platinum group metal)과 촉매를 이용하는 탄화수소의 변환을 위한 촉매 공정은 잘 알려져 있고, 광범위하게 사용된다. 한가지 그러한 공정은 석유 정제 성분의 촉매 개질이고, 다른 공정은 올레핀 생성이다. 결국, 이들 공정에서 사용되는 촉매는 특히 촉매 상의 코크스 침적물의 축적으로 인해 비활성화된다. 코크스 침적물의 축적이 비활성화를 유발할 때, 코크스 침적물을 제거하기 위해 촉매를 재생하는 것 또는 촉매를 복원하는 것이 촉매의 활성도를 회복시킨다. 재생 공정에서, 코크스 함유 촉매는 코크스를 연소 및 제거하기 위한 산소 함유 가스와 고온에서 접촉된다. 재생 공정은 인시츄식(in-situ)으로 실시될 수도 있고, 촉매는 탄화수소 변환이 일어나는 용기로부터 제거되어 코크스 제거를 위한 별도의 연소 구역으로 이송될 수도 있다. 반응 공정으로부터 연속적으로 또는 준연속적으로 촉매 입자를 제거하기 위한 구성 및 재생 공정에서 코크스를 제거하기 위한 구성은 잘 알려져 있다.
재생 공정의 연소 구역에서의 코크스 연소는 코크스 함유 촉매 입자에 접촉하는 산소 함량이 낮은 가스를 재순환시키는 것에 의해 제어된다. 전형적인 촉매 재생 시스템에서, 금속 함유 촉매 입자가 연소 구역으로부터 아래에 있는 할로겐화 구역으로 하향 안내된다. 염소 또는 다른 할로겐 함유 가스가 할로겐화 구역을 통해 순환한다. 정상 상태 작동 중에, 할로겐화 구역 환경도 또한 산소를 포함하여, 촉매 입자 상에 백금족 금속을 재분산시키는 옥시할로겐화(oxyhalogenation)를 가능하게 한다.
정상 상태 작동 중에 할로겐화 구역 내의 환경은 옥시할로겐화를 위해 상당량의 산소를 포함할 것이 요구되지만, 코크스화 촉매 입자는 고수준의 산소에 노출될 수 없다. 특히, 고온 및 고산소 함량의 환경에서는 코크스가 제어 불가능하게 연소된다. 제어되지 않는 연소의 결과로서, 국소 온도가 800℃를 초과할 수 있다. 이러한 고온에서, 촉매 입자는 감마 알루미나에서 알파 알루미나로의 상변화와 같은, 촉매 활성도에 있어서의 손실을 유발할 수 있는 영구적인 상변화를 겪을 것이다. 더욱이, 제어되지 않는 코크스 연소는 스테인리스강 재생기를 용융시키기에 충분한 열을 방출할 수 있다.
고산소 함량의 존재 시에 할로겐화 구역에 진입하는 코크스의 가능한 파국적인 결과로 인해, 재생 시스템은 우선 시동 모드로 작동된다. 시동 모드에서는, 할로겐화 구역에 산소가 공급되지 않는다. 그 결과, 촉매 입자는 여전히 코크스를 함유하고 있는 경우에도 할로겐화 구역에 진입할 수 있다. 재생 반응기를 통해 순환하는 촉매 입자의 각각의 통과 중에, 연소 구역에서의 촉매 입자에 잔류하는 코크스의 연소가 요망된다. 그러나, 현재의 실무는 종종 모든 촉매 입자로부터 코크스 침적물을 충분히 제거하지는 못한다. 특히, 입자의 코어에 있는 표면 아래 코크스는 재생 반응기를 다수 회 통과하는 중에 내화성으로 되며, 연소시키기 매우 어려워진다.
또한, 시동 모드는 제어되지 않는 코크스 연소를 방지할 수 있지만, 촉매 입자를 재생하지는 못한다. 앞서 언급한 바와 같이, 촉매 입자 상에 백금족 금속을 재분산시키는 옥시할로겐화 반응을 위해 산소가 요구된다. 따라서, 가능한 한 신속하게 촉매 입자 상에 침적된 코크스의 거의 전부를 제거하는 것에 의해 시동 모드를 완료하는 것이 바람직하다. 또한, 1회의 연소 구역 통과 중에 코크스 침적물이 완전 연소되도록 그러한 공정의 정상 상태 작동을 계속하는 것이 바람직하다.
따라서, 촉매 입자를 효율적으로 재생하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 다른 바람직한 피쳐 및 특징은 첨부 도면 및 이러한 본 발명의 배경기술과 함께, 후속하는 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
촉매 입자를 재생하기 위한 방법이 제공된다. 일실시예에 따르면, 방법은 소비된 촉매 입자를 연소 구역으로 도입하는 것을 포함한다. 소비된 촉매 입자는 도입 시에 백금족 금속을 함유하고, 코크스 침적물을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 온도가 적어도 490℃며 산소 함량이 적어도 0.5 mol%인 연소 가스가 연소 구역에 공급된다. 연소 구역에서, 촉매 입자 상의 코크스 침적물은 연소 가스에 의해 연소된다. 그 후, 촉매 입자는 연소 구역으로부터 할로겐화 구역으로 안내되고, 할로겐화 구역에서 연소 입자는 촉매 입자 상에 백금족 금속을 재분산시키도록 옥시할로겐화되어 재생 촉매 입자를 형성한다.
소정 실시예에서, 연소 구역은 473 ℃로 유지되는 제1 연소 구역 및 490℃의 연소 가스를 수용하는 제2 연소 구역을 포함한다. 또한, 소비된 촉매 입자는 제1 연소 구역으로 유입되고, 제1 연소 구역에서 코크스 침적물의 제1 부분이 연소된다. 코크스 침적물의 부분 연소 후, 촉매 입자는 제2 연소 구역으로 안내된다. 거기에서, 코크스 침적물의 제2 부분, 예컨대 잔여 코크스 침적물의 거의 전부가 연소된다.
다른 실시예에서, 연소 구역과 할로겐화 구역을 갖는 연속 촉매 재생기에서 소비된 촉매 입자를 재생하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법에서, 백금족 금속을 함유하고 코크스 침적물을 포함하는 소비된 촉매 입자는 연소 구역으로 도입된다. 연소 구역에 적어도 490℃ 온도의 제1 산소 함유 가스가 공급된다. 촉매 입자는 제1 산소 함유 가스와 접촉되고, 촉매 입자 상의 코크스 침적물이 연소된다. 예시적인 실시예에서, 촉매 입자는 연소 구역으로부터 할로겐화 구역으로 안내된다. 할로겐 함유 가스와 제2 산소 함유 가스가 할로겐화 구역에 공급된다. 거기에서, 촉매 입자는 할로겐 함유 가스 및 제2 산소 함유 가스와 접촉되고, 촉매 입자는 백금족 금속을 재분산시키도록 옥시할로겐화되어 재생 촉매 입자를 형성한다.
다른 실시예에 따르면, 백금족 금속을 함유하고 코크스 침적물을 포함하는 촉매 입자를 재생하기 위한 연속 촉매 재생기 장치가 제공된다. 상기 장치에는, 연소 구역과 할로겐화 구역이 마련된다. 또한, 상기 장치는 적어도 490℃ 온도의 제1 산소 함유 가스를 연소 구역에 공급하도록 구성된 연소 구역 유입구를 포함한다. 또한, 연소 구역 챔버가 촉매 입자를 제1 산소 함유 가스와 접촉시키도록 그리고 촉매 입자 상의 코크스 침적물을 연소시키도록 구성된다. 추가로, 상기 장치는 촉매 입자를 연소 구역으로부터 할로겐화 구역으로 안내하도록 구성된 통로를 포함한다. 구조적으로, 상기 장치는 할로겐 함유 가스와 제2 산소 함유 가스를 할로겐화 구역으로 공급하도록 구성된 할로겐화 구역 유입구를 포함한다. 또한, 상기 장치에는 촉매 입자를 할로겐 함유 가스 및 제2 산소 함유 가스와 접촉시키도록 그리고 백금족 금속을 재분산시키도록 촉매 입자를 옥시할로겐화하여 재생 촉매 입자를 형성하도록 구성된 할로겐화 챔버가 마련된다.
이하에서는, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타내는 아래의 도면과 함께 본 발명을 설명하겠다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 촉매 입자를 재생하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른, 촉매 입자를 재생하기 위한 장치에 공급되는 연소 가스를 가열하기 위한 요소와 다양한 유로의 개략도이다.
본 발명의 후술하는 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며 본 발명이나 출원 및 본 발명의 용도를 제한하려는 의도는 없다. 또한, 선행한 본 발명의 배경기술이나 후술하는 본 발명의 상세한 설명에 제시하는 임의의 이론으로 구속하려는 의도도 없다.
여기에는, 소비되거나 코크스화된 촉매 입자를 재생하기 위한 방법이 제공된다. 예시적인 실시예에 따르면, 도 1은 소비된 촉매 입자(14)로부터 재생 촉매 입자(12)를 형성하기 위한 장치(10), 보다 구체적으로는 연속 촉매 재생기의 개략도이다. 그러한 장치(10)는 UOP LLC에게 양도되고, 참고에 의해 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,585,803호에 더 완벽히 기술되어 있다.
도 1에 도시한 예시적인 실시예에서, 코크스 침적물(16)을 포함하는 소비된 촉매 입자(14)를 함유하는 스트림이 제공된다. 그러한 소비된 촉매 입자(14)에 대한 한가지 소스는 저옥탄 공급원료를 고옥탄 가솔린 또는 석유화학 전구체로 변환하기 위한 촉매 개질 시스템이다. 그러한 개질 공정의 결과로서 그리고 다른 촉매 공정에서, 소비된 촉매 입자(14)는 코크스로 피복된다. 소비된 촉매 입자(14)의 촉매 활성도를 유지 또는 회복시키기 위해, 소비된 촉매 입자(14)는 재생되어야만 하며, 즉 코크스의 거의 전부가 소비된 촉매 입자(14)로부터 제거되어야만 한다. 여기에서 사용되는 코크스 침적물의 "거의 전부"를 제거한다는 것은 재생 촉매 입자(12)가 코크스 제거 후에 0.1 중량% 미만의 코크스를 포함한다는 것을 의미한다.
방법 실시예에 의해 재생을 위해 장치(10)에 공급되는 소비된 촉매 입자(14)는 스트림 소스에 따라 상이한 성분을 가질 수 있지만, 소비된 촉매 입자(14)는 다공성이며, 촉매 활성도를 갖는 백금족 금속을 함유할 것이다. 통상적으로, 임의의 코크스 함량을 갖는 소비된 촉매 입자(14)가 장치(10)에서 처리될 수 있지만, 소비된 촉매 입자(14)는 3 중량%가 넘는 코크스를 포함할 것이다. 여기에서 사용되는 "코크스 침적물을 포함한다"는 것은 코크스 침적물이 소비된 촉매 입자(14)의 외면을 완전히 또는 부분적으로 덮든지 및/또는 소비된 촉매 입자(14)의 기공에 완전히 또는 부분적으로 함침되던지 간에 임의의 코크스 침적물을 갖는다는 것을 의미한다.
소비된 촉매 입자(14)로부터의 코크스의 제거는 장치(10)의 연소 구역(18)에서의 연소를 통해 실시된다. 도시한 바와 같이, 연소 구역(18)은 제1 연소 구역(20)과 제2 연소 구역(22)을 포함한다. 또한, 장치(10)는 소비된 촉매 입자(14)를 수용하기 위해 구역(20, 22)들 사이에서 연장되는 원통형 챔버(24)를 형성한다. 도시한 바와 같이, 소비된 촉매 입자(14)의 스트림은 우선 제1 연소 구역(20)으로 도입된다. 제1 연소 구역(20)은 비교적 저온, 예컨대 473℃로 유지된다. 제1 연소 구역(20)에서, 가장 연소시키기 쉬운 코크스, 예컨대 최외측 그리고 비내화성 코크스가 소비된 촉매 입자(14) 상에서 연소된다. 그 후, 소비된 촉매 입자(14)는 제2 연소 구역(22)으로 안내된다. 제2 연소 구역(22)은 고온, 예컨대 490℃ 이상으로 유지된다. 그 결과, 연소하기 더 어려운 코크스가 제2 연소 구역(22)에서 연소된다. 이러한 디자인은 한번에 너무 많은 연소를 방지하고, 그렇지 않은 경우에 한번에 또는 연소 구역(18)에 진입하는 즉시 코크스 전부의 연소에 기인하는 소비된 촉매 입자(14)에 있어서의 매우 높은 온도를 방지한다.
도시한 바와 같이, 장치(10)는 또한 산소를 함유하는 연소 가스(28)를 제1 연소 구역(20)으로 공급하기 위한 적어도 하나의 유입구(26)를 형성한다. 또한, 장치(10)는 산소를 함유하는 연소 가스(32)를 제2 연소 구역(22)에 공급하기 위한 적어도 하나의 유입구(30)를 형성한다. 연소 구역(18)에서의 코크스의 연소를 제어하기 위해, 연소 가스(28, 32) 및 연소 구역(20, 22) 내에서의 환경의 산소 함량이 엄격히 제어된다. 특히, 시동 모드 중에 연소 가스(32)의 산소 함량은 적어도 0.5 mol%이다. 소정 실시예에서, 연소 가스(32)의 산소 함량은 0.5 내지 1.0 mol%이다. 다른 실시예에서, 연소 가스(32)의 산소 함량은 2.4 내지 4.0 mol%, 더 바람직하게는 4.0 mol%이다. 또한, 연소 가스(32)의 온도는 연소 구역(18)에서의 코크스의 완벽한 연소를 촉진하도록 제어된다. 본 실시예의 목적을 위해, 연소 가스(32)[그리고 제2 연소 구역(22)]는 적어도 490℃의 온도를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 연소 가스(32)[그리고 제2 연소 구역(22)]은 490℃ 내지 593℃, 더 바람직하게는 520℃ 내지 593℃, 더욱 바람직하게는 538℃, 또는 538℃ 내지 593℃의 온도를 갖는다.
코크스화 또는 소비된 촉매 입자(14)가 제1 연소 구역(20)에 진입할 때, 비교적 저온의 그리고 제한되지만 충분한 산소 함량이 소비된 촉매 입자(14) 상의 코크스의 제어되는 연소를 이룬다. 그 결과, 연소 배출 가스(34)가 형성되고 장치(10)로부터 제거된다. 연소 구역들이 배플(35)에 의해 분리되기 때문에, 상당량의 가스가 연소 구역(20, 22)들 사이에서 통과하지 않는다는 점이 주목된다.
또한, 코크스화 또는 소비된 촉매 입자(14)가 제2 연소 구역(22)에 진입할 때, 고온 그리고 제한되지만 충분한 산소 함량은 소비된 촉매 입자(14) 상의 잔류하는 통상적으로 내화성인 코크스의 추가의 제어되는 연소를 이룬다. 그 결과, 연소 배출 가스(36)가 형성되고 장치(10)로부터 제거된다. 예시적인 실시예에서, 제2 연소 구역(22) 내의 온도는 593℃이고, 장치(10)를 빠져나가는 배출 가스(36)의 온도는 코크스 연소의 발열 특성으로 인해 유입 온도 이상이다. 아래에서 도 2 내지 도 6에 관하여 설명하는 바와 같이, 배출 가스(34 및/또는 36) 또는 그 일부는 연소 가스(28 및/또는 32)를 형성 또는 가열하는 데 사용될 수 있다.
소비된 촉매 입자(14)는 코크스 연소를 겪고, 연소 구역(18)을 빠져나가기 때문에, 탈탄 촉매 입자(38)로서 간주될 수 있다. 탈탄 촉매 입자(38)는 통로(42)를 경유하여 연소 구역(18)으로부터 할로겐화 구역(40)까지 장치(10)를 하향 통과하여 이동한다. 할로겐화 구역(40)의 환경은 장치(10)의 작동의 시동 모드와 정상 상태 모드 사이에서 상이하게 제어된다. 양쪽 모드에 있어서, 할로겐화 가스(44)가 적어도 하나의 유입구(46)를 통해 할로겐화 구역(40)으로 공급된다. 정상 상태 모드에서, 할로겐화 가스(44)는 염소와 같은 할로겐 함유 가스(48)와 공기와 같은 산소 함유 가스(50)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 산소 함유 가스(50)는 20.9 mol%의 산소 함량을 갖는다. 도 1은 단일 유입구(46)가 할로겐 함유 가스(48)와 산소 함유 가스(50)의 조합된 스트림을 할로겐화 구역(40)에 공급하는 것으로 도시하고 있지만, 별도의 유입구(46)가 가스(48, 50)들의 별도의 이송을 위해 마련될 수 있다.
정상 상태 작동 중에, 할로겐화 구역(40) 내의 할로겐 함유 가스(48)와 산소 함유 가스(50)의 존재는 탈탄 촉매 입자(38)의 옥시할로겐화를 위해 주어진다. 옥시할로겐화는 필수적인데, 그 이유는 탈탄 촉매 입자(38)에 있는 백금족 금속이 처리 중에 직면하는 고온에서 응집을 경험하기 때문이다. 옥시할로겐화 반응은 보다 양호한 촉매 활성도를 위해 탈탄 촉매 입자(38) 상의 응집된 백금족 금속을 재분산시킨다.
정상 상태 모드 중에 할로겐화 구역(40) 내의 환경이 비교적 높은 산소 함량을 포함하기 때문에, 할로겐화 구역(40)에 진입하는 탈탄 촉매 입자(38)는 임의의 코크스가 없거나 거의 없어야만 한다. 예시적인 실시예에서, 할로겐화 구역(40)에 진입하는 탈탄 촉매 입자(38)는 0.1 중량% 미만, 더 바람직하게는 0.05 중량% 미만의 코크스, 더욱 바람직하게는 0.01 중량% 미만의 코크스, 및 보다 바람직하게는 0.0 중량%의 코크스를 함유한다.
다른 한편, 시동 모드에서 할로겐화 가스(44)는 단지 할로겐 함유 가스(48)만을 포함한다. 그 결과, 시동 모드 중에 할로겐화 구역(40) 내의 환경은 산소가 없거나(0 mol% 산소) 산소가 거의 없다(0.1 mol% 미만 산소). 시동 모드 중에 할로겐화 구역(40) 내에 연소를 지원하는 산소가 없거나 산소가 거의 없기 때문에, 시동 모드 중에 할로겐화 구역(40)에 진입하는 탈탄 촉매 입자는 제어되지 않는 연소를 유발하는 일 없이 코크스를 포함할 수 있다. 그 결과, 촉매 입자(12, 14, 38)는 연소 구역(18)에서 궁극적으로 거의 모든 코크스를 연소시키기 위해 다수 회로 장치(10)를 통해 재순환될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 촉매 입자(12, 14, 38)는 시동 모드 중에 연소 구역(18)에서 코크스의 거의 전부를 연소시키도록 3회로 장치(10)를 통해 재순환된다.
정상 상태 모드 중에, 옥시할로겐화 후에 탈탄 촉매 입자(38)는 옥시할로겐화 촉매 입자(52)로서 간주될 수 있다. 옥시할로겐화 촉매 입자(52)는 장치(10)에서 할로겐화 구역(40)으로부터 건조 구역(54)으로 안내된다. 정상 상태 모드에서, 가열된 건조 가스(56)는 적어도 하나의 유입구(58)를 통해 건조 구역(54)에 공급된다. 건조 가스(56)는 불활성 가스(60), 할로겐 함유 가스(48) 및/또는 공기와 같은 산소 함유 가스(50)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 건조 가스(56)는 565℃의 온도를 갖는 공기이다. 또한 예시적인 실시예에서, 산소 함유 가스(50)는 20.9 mol%의 산소 함량을 갖는다. 건조 구역(54)에서, 건조 가스(56)는 상류 반응에 기인하는 물을 제거하기 위해 옥시할로겐화 촉매 입자(52)를 통과하도록 송출된다.
시동 모드 중에, 건조 가스(56)는 질소와 같은 불활성 가스(60) 및/또는 할로겐 함유 가스(48)를 포함할 수 있지만, 임의의 산소 함유 가스(50)를 포함하지는 않는다. 그 결과, 약간의 코크스 침적물을 보유하는 탈탄 촉매 입자(38)(시동 중에 옥시할로겐화는 일어나지 않음에 주목하라)는 제어되지 않는 연소를 유발하는 일 없이 건조 구역(54)에 진입할 수 있다. 건조 구역(54)에서, 건조 가스(56)는 상류 반응에 기인하는 물을 제거하기 위해 시동 중에 탈탄 촉매 입자(38)를 통과하도록 송출된다.
도 1은 단일 유입구(58)가 가스(48, 50 및/또는 60)들의 조합된 스트림을 건조 구역(54)에 공급하는 예시적인 실시예를 도시하고 있지만, 별개의 유입구(58)가 가스(48, 50, 60)의 별개의 이송을 위해 마련될 수 있다.
유입구(58)를 통해 공급되는 건조 가스(56)는 할로겐 함유 가스(48)와 산소 함유 가스(50)를 포함할 수 있기 때문에, 이들 가스(48, 50)를 유입구(46)를 통해 할로겐화 구역(40)으로 공급하는 것이 필요 없을 수도 있다. 특히, 건조 구역(54)이 할로겐화 구역(40)과 유체 연통되면, 할로겐화 구역(40)에 필요한 가스가 건조 구역(54)을 통해 유입구(58)에 의해 할로겐화 구역에 공급될 수 있다. 그러한 실시예에 있어서, 유입구(46)는 사용할 필요가 없거나 유입구(58)에 추가하여 사용될 수 있다. 이와 마찬가지로, 바람직하지는 않지만 건조 구역(54), 할로겐화 구역(40) 및 연소 구역(18)이 유체 연통되면, 하나의 구역에서 장치에 공급되는 가스가 다른 구역에 공급되거나 다른 구역에 부분적으로 공급되도록 설계될 수 있다. 그러나, 배플(61)은 할로겐화 구역(40)의 가스를 연소 구역(18)에 있는 가스로부터 분리된 상태로 유지한다. 할로겐화 구역(40)으로부터 나온 가스는 라인(63)을 통해 장치(10)로부터 제거될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 재생 촉매 입자(12)는 건조 구역(54)을 통과한 후에 장치(10)를 빠져나가고, 촉매 개질 시스템 또는 다른 촉매 시스템으로 다시 공급될 수도 있고, 연소 구역(18)에 공급되고 있는 소비된 촉매 입자(14)의 스트림으로 재순환될 수도 있다.
이제 도 2 내지 도 6을 참고하면, 연소 가스(28 및/또는 32)를 준비하기 위한 및/또는 장치(10)의 연소 구역(18)에서의 사용을 위한 다양한 실시예가 제시된다. 편의상, 연소 가스(28 및/또는 32)는 도 2 내지 도 6과 관련하여 단독으로 그리고 집합적으로 도면 부호 62로 나타낸다. 또한, 배출 가스(34 및/또는 36)는 도 2 내지 도 6과 관련하여 단독으로 그리고 집합적으로 도면 부호 64로 나타낸다. 또한, 연소 구역(18)은 제1 연소 구역(20)과 제2 연소 구역(22) 중 어느 하나 또는 양자 모두를 형성할 수 있다. 임의의 경우에, 설명한 공정들 중 어느 하나는 연소 가스(28) 및 제1 연소 구역(20)에만 적용할 수도 있고, 연소 가스(32) 및 제2 연소 구역(22)에만 적용할 수도 있다.
도 2에는, 3개의 별개의 실시예가 예시된다. 제1 실시예에서, 산소를 함유하는 소스 가스(66)가 히터(68)에 공급되어 히터에 의해 가열된다. 그 후, 가열된 소스 가스(66) - 이제 연소 가스(62)임 - 는 추가의 혼합 또는 처리 없이 연소 구역(18)에 공급되는데, 즉 배출 가스(64)는 소스 가스(66)와 혼합되지 않는다. 그러한 실시예에 있어서, 가열된 소스 가스(66) 단독으로 연소 가스(62)를 형성한다. 이러한 구성에서, 연소 가스(62)의 산소 함량 및 온도는 직접 제어된다.
도 2에 도시한 제2 실시예에서, 배출 가스(64)는, 소스 가스(66)가 연소 가스(62)를 형성하도록 히터(68)에 의해 가열된 후에 소스 가스(66)와 혼합된다. 이러한 방식에서, 배출 가스(64)의 열은 연소 가스(62)에 의해 활용된다. 예시적인 실시예에서, 소스 가스(66)는 공기를 포함할 수 있으며, 450 ℃로 가열될 수 있고, 그 후 배출 가스(64)와의 혼합이 적어도 490℃에 이르는 연소 가스 온도를 초래한다. 도 2의 제3 실시예에서, 히터(68)는 사용되지 않는다. 대신에, 소스 가스(66)는 연소 가스(62)를 형성하기 위해 단지 배출 가스(64)와의 혼합에 의해서만 가열된다.
이제 도 3을 참고하면, 배출 가스(64)가 히터(68)의 상류에서 소스 가스(66)와 혼합되는 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 그 결과, 연소 가스(62)가 형성된 다음, 연소 구역(18)에 공급되기 전에 히터(68)에 의해 가열된다. 도 4에는, 배출 가스(64)를 이용하여 소스 가스(66)를 가열하는 데에 열교환기(70)가 사용되는 변형예가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 가열된 소스 가스(66)가 연소 가스(62)를 단독으로 형성하지만, 열교환기(70)에서의 열교환과 함께 배출 가스(64)와의 혼합이 실시예에 의해 구상된다.
이제 도 5를 참고하면, 장치(10)는 건조 가스(56)[산소 함유 가스(50)만을 포함할 수 있음]를 가열하기 위한 히터(72)를 포함하는 것을 볼 수 있다. 도 5에서, 열교환기(74)는 열을 건조 가스(56)로부터 소스 가스(66)로 전달한다. 도 5의 일실시예에서, 가열된 소스 가스(66)는 연소 가스(62)를 단독으로 형성한다. 도 5의 다른 실시예에서, 배출 가스(64)는 연소 가스(62)를 형성하기 위해 가열된 소스 가스(66)와 혼합된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 연소 가스(62)는 가열된 건조 가스(56)[산소 함유 가스(50)만을 포함할 수 있음]의 일부(76)로부터 형성될 수 있다. 도 6의 예시적인 일실시예에서, 가열된 건조 가스(56)의 일부(76)는 연소 가스(62)를 단독으로 형성한다. 다른 예시적인 실시예에서, 소스 가스(66)는 연소 가스(62)를 형성하기 위해 가열된 건조 가스(56)의 일부(76)와 혼합된다. 예시적인 변형예에서, 배출 가스(64)는 연소 가스(62)를 형성하기 위해 가열된 건조 가스(56)의 일부(76)와 혼합된다. 다른 예시적인 실시예에서, 소스 가스(66)와 배출 가스(64)는 연소 가스(62)를 형성하기 위해 가열된 건조 가스(56)의 일부(76)와 혼합된다.
연소 가스(62)의 형성에 관하여 다수의 실시예를 예시하지만, 각각의 실시예에서 연소 가스(62)는 연소 구역(18)에서 소비된 촉매 입자(14) 상의 코크스의 거의 전부를 연소시키는 데 필요한 특징을 얻는다. 특히, 예시된 실시예는 적절한 촉매 재생을 위해 앞서 개시된 소망하는 산소 함량과 앞서 개시된 온도를 갖는 연소 가스(62)를 제공한다. 또한, 소스 가스(66), 배출 가스(64), 건조 가스(56), 건조 가스(56)의 일부(76)의 유량은 연소 가스(62)의 소망하는 온도를 달성하기 위해 적절한 열전달을 가능하게 하도록 제어될 수 있다는 점이 주목된다.
전술한 본 발명의 상세한 설명에서는 적어도 하나의 예시적인 실시예를 제시하였지만, 다수의 변형이 존재함을 이해해야만 한다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일뿐이며, 본 발명의 범위, 적용성 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하려는 의도는 없다는 것도 또한 이해해야만 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 당업자에게 본 발명의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 지침을 제공할 것이며, 첨부된 청구범위에 기술된 본 발명의 범위 및 그 법적 등가물로부터 벗어나는 일 없이 예시적인 실시예에 기술된 요소들의 기능 및 구성에 있어서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해된다.

Claims (10)

  1. 촉매 입자(12)를 재생하기 위한 촉매 입자의 재생 방법으로서,
    백금족 금속을 함유하면서 코크스 침적물(16)을 이송하는 소비된 촉매 입자(14)를 연소 구역(18)에 도입하는 것;
    온도가 490℃ 내지 593℃이고, 산소 함량이 0.5 mol% 내지 1.0 mol%인 연소 가스(28)를 연소 구역에 공급하는 것;
    소비된 촉매 입자 상의 코크스 침적물을 연소 가스를 사용하여 연소시키는 것;
    촉매 입자를 연소 구역으로부터 할로겐화 구역(40)으로 안내하는 것;
    촉매 입자 상에 백금족 금속을 재분산시키기 위해 촉매 입자를 옥시할로겐화(oxyhalogenating)하여 재생 촉매 입자를 형성하는 것;
    상기 촉매 입자를 할로겐화 구역으로부터 건조 구역(54)으로 안내하는 것;
    건조 가스(56)를 400 내지 565℃로 가열하는 것;
    건조 가스를 건조 구역에 공급하여 촉매 입자를 건조시키는 것; 및
    연소 가스(66)를 형성하도록 건조 가스의 일부(76)를 전환시키는 것
    을 포함하는 촉매 입자의 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연소 구역은 제1 연소 구역(20)과 제2 연소 구역(22)을 포함하며, 소비된 촉매 입자는 제1 연소 구역으로 도입되고, 연소 가스는 제2 연소 구역에 공급되며, 상기 촉매 입자의 재생 방법은
    제1 연소 구역을 473℃의 온도로 유지하는 것;
    제1 연소 구역에서 코크스 침적물의 제1 부분을 연소시키고, 제1 배출 가스(34)를 형성하는 것;
    소비된 촉매 입자를, 코크스 침적물의 제2 부분이 연소되고 제2 배출 가스(36)가 형성되는 제2 연소 구역으로 안내하는 것;
    제1 연소 구역으로부터 제1 배출 가스를 제거하는 것;
    제2 연소 구역으로부터 제2 배출 가스를 제거하는 것;
    연소 가스(62)를 형성하도록 제1 배출 가스와 제2 배출 가스를 산소 공급물(66)과 혼합하는 것;
    촉매 입자를 할로겐화 구역으로부터 건조 구역(54)으로 안내하는 것;
    건조 가스(56)를 400 내지 565℃로 가열하는 것;
    건조 가스를 건조 구역에 공급하여 촉매 입자를 건조시키는 것; 및
    배출 가스와의 혼합을 위한 산소 공급물을 형성하도록 건조 가스의 일부(76)를 전환시키는 것
    을 더 포함하는 것인 촉매 입자의 재생 방법.
  3. 제1항에 있어서, 코크스 침적물의 연소에 의해 배출 가스(64)가 형성되고, 상기 촉매 입자의 재생 방법은
    연소 구역(18)으로부터 배출 가스를 제거하는 것; 및
    배출 가스와의 열교환을 통해 연소 가스(62)를 가열하는 것
    을 더 포함하는 것인 촉매 입자의 재생 방법.
  4. 삭제
  5. 연소 구역(18)과 할로겐화 구역(40)을 갖는 연속 촉매 재생기(10)에서 소비된 촉매 입자(14)를 재생하는 촉매 입자의 재생 방법으로서,
    백금족 금속을 함유하면서 코크스 침적물(16)을 이송하는 소비된 촉매 입자를 연소 구역에 도입하는 것;
    온도가 490℃ 내지 593℃인 제1 산소 함유 가스(28)를 연소 구역에 공급하는 것;
    소비된 촉매 입자를 제1 산소 함유 가스와 접촉시켜 코크스 침적물을 연소시키는 것;
    촉매 입자를 연소 구역으로부터 할로겐화 구역으로 안내하는 것;
    할로겐 함유 가스(48)와 제2 산소 함유 가스(50)를 할로겐화 구역에 공급하는 것; 및
    촉매 입자를 할로겐 함유 가스 및 제2 산소 함유 가스와 접촉시키고, 백금족 금속을 재분산시키도록 촉매 입자를 옥시할로겐화하여 재생 촉매 입자(12)를 형성하는 것
    을 포함하고,
    코크스 침적물의 연소에 의해 배출 가스(64)가 형성되고, 상기 촉매 입자의 재생 방법은
    연소 구역으로부터 배출 가스를 제거하는 것; 및
    제1 산소 함유 가스를 형성하기 위해 배출 가스를 제3 산소 함유 가스(66)와 혼합하는 것
    을 더 포함하는 것인 촉매 입자의 재생 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 제3 산소 함유 가스를 배출 가스와 혼합하기 전에, 제3 산소 함유 가스를 가열하는 것을 더 포함하는 촉매 입자의 재생 방법.
  8. 제7항에 있어서, 연속 촉매 재생기는 건조 구역(54)을 포함하고, 상기 촉매 입자의 재생 방법은
    촉매 입자를 할로겐화 구역으로부터 건조 구역으로 안내하는 것;
    히터를 사용하여 제4 산소 함유 가스(50)를 400 내지 565℃로 가열하는 것;
    제4 산소 함유 가스를 건조 구역에 공급하는 것;
    촉매 입자를 제4 산소 함유 가스와 접촉시켜 촉매 입자를 건조시키는 것; 및
    제4 산소 함유 가스와의 열교환을 통해 제3 산소 함유 가스를 가열하는 것
    을 포함하는 것인 촉매 입자의 재생 방법.
  9. 제5항에 있어서, 제1 산소 함유 가스는 0.5 내지 4.0 mol%의 산소 함량을 갖는 것인 촉매 입자의 재생 방법.
  10. 연소 구역(18)과 할로겐화 구역(40)을 갖는, 백금족 금속을 함유하면서 코크스 침적물(16)을 이송하는 촉매 입자(14)를 재생하기 위한 연속 촉매 재생기(10)로서,
    온도가 490℃ 내지 593℃인 제1 산소 함유 가스(28)를 연소 구역에 공급하도록 구성된 연소 구역 유입구(26);
    촉매 입자를 제1 산소 함유 가스와 접촉시키고 촉매 입자 상의 코크스 침적물을 연소시키도록 구성된 연소 구역 챔버(24);
    촉매 입자를 연소 구역으로부터 할로겐화 구역으로 안내하도록 구성된 통로(42); 및
    할로겐 함유 가스(48)와 제2 산소 함유 가스(50)를 할로겐화 구역에 공급하도록 구성된 할로겐화 구역 유입구(46)
    를 포함하고, 할로겐화 구역은 촉매 입자를 할로겐 함유 가스 및 제2 산소 함유 가스와 접촉시키고, 백금족 금속을 재분산시키기 위해 촉매 입자를 옥시할로겐화하여 재생 촉매 입자(12)를 형성하도록 구성되며,
    상기 촉매 입자는 할로겐화 구역으로부터 건조 구역(54)으로 안내되고, 상기 건조 구역(54)은 400 내지 565℃의 건조 가스(56)로 촉매 입자를 건조시키도록 구성되며, 상기 건조 가스의 일부(76)는 연소 가스(66)를 형성하도록 전환되는 것인 연속 촉매 재생기.
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