KR101653457B1 - 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응물 스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 반응영역을 가지는 탈수소화 반응 시스템에서 코크발생으로 인한 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매의 반응 성능을 향상시킬 수 있는 촉매 재생 방법 및 촉매 재생 시스템을 포함하는 탈수소화 반응 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 코크 발생으로 인한 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매의 반응 성능을 향상시킬 수 있어 전체 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 촉매 재생 장치에서 과량의 코크 연소에 의해 발생할 수 있는 문제점을 감소시켜 공정 운전성이 개선되는 효과를 나타낸다.

Description

탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법{Method for regenerating catalysts in dehydrogenation process}
본 발명은 다양한 탄화수소 원료의 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응물 스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 반응영역을 가지는 탈수소화 반응 시스템에서 코크(coke) 발생으로 인한 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매의 반응 성능을 향상시킬 수 있는 촉매 재생 방법 및 촉매 재생 시스템을 포함하는 탈수소화 반응 장치에 관한 것이다.
프로판을 프로필렌으로, 이소부탄을 이소부텐으로 탈수소화(dehydrogenation)하는 것과 같은 탈수소화 반응은 탈수소화에 이용되는 상대적 고온에서 특히, 알칸 원료보다 반응성이 강하고 코크 형성이 쉬운 올레핀을 생성한다. 탈수소화 탄화수소는 여러 산업 공정에서 있어서 출발물질로서 대량으로 필요하다. 탈수소화 탄화수소는 세제, 노킹방지 가솔린 및 제약학적 제품의 제조에 사용되고, 또한, 여러 종류의 플라스틱이 올레핀의 중합에 의해 제조된다. 예를 들면, 프로필렌은 현재 적절한 탄화수소 또는 탄화수소 혼합물의 탈수소화에 의해서 주로 제조된다.탄화수소의 탈수소화는 흡열반응으로 진행되고, 목적하는 전환율을 달성하는데 필요한 탈수소화의 열은 촉매반응 탈수소화 이전에 또는 도중에 반응기 내로 도입되어야 한다. 탄화수소의 탈수소화 반응은 매우 높은 반응 온도에서 진행된다. 전형적인 탈수소화 반응 온도는 500℃ 이상, 종종 600℃ 이상 또는 700℃ 이상이다. 또한 탈수소화 반응에 사용되는 촉매는 작업 시간의 증가에 따라 더 증가하는 정도로 비가역적으로 비활성화되기 때문에, 작업 시간의 증가에 따라 훨씬 더 높은 반응 온도가 통상적으로 필요하다.
기존의 탈수소화 공정에 사용되는 반응기의 유형은 유동 베드형(moving bed type) 및 고정 베드형(fixed bed type)의 2가지 반응기 형태를 가지고 있으며, 이 중 유동 베드형 반응기는 반응기들이 시리즈(series) 형태로 구성되며, 반응물 스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 반응영역을 가진다.
도 1은 종래의 탈수소화반응을 위한 유동 베드형 반응기의 일례를 도시한 모식도이다. 탄화수소 공급 기체 스트림이 점선으로 표시된다. 탈수소화 촉매 스트림은 실선으로 표시된다. 도 1에 의한 반응기(10)를 이용하여 탄화수소를 탈수소화시키는 경우에는, 탄화수소 공급 기체 스트림이 제1 반응기(11)에 유입되어 반응한 후, 히터(미도시)에 의해 재가열되어 제2 반응기(12)로 유입되어 반응하고, 동일한 과정을 거쳐 제3 반응기(13)까지 통과한 후 분리공정 과정을 거치게 된다. 또한, 탈수소화 촉매스트림도 탄화수소 공급 기체 스트림의 흐름과 동일하게 제1 반응기(11)에서부터 제3 반응기(13)까지 연속적으로 진행하고 재생 영역인 촉매 재생기(14)로 수송된다.
촉매의 연속적인 반응에 의해 촉매에 생성되는 코크는 탈수소화 반응이 진행됨에 따라 지속적으로 증가하여 촉매 활성이 서서히 감소한다. 따라서 마지막 반응기인 제3 반응기(13)를 통과하는 촉매는 코크를 촉매 재생 장치(14)에서 제거하는 재생공정이 필수적이다. 특히 제3 반응기(13)의 경우에는 코크의 급격한 증가로 인하여 촉매를 비가역적으로 비활성화하고, 이에 따라 공정 수율이 급격하게 감소한다.
본 발명의 목적을 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 반응물 스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 반응영역을 가지는 탄화수소의 탈수소화 공정에서 코크 발생으로 인한 촉매 활성의 감소를 방지하여 탈수소화 공정 수율을 향상시킬 수 있는 촉매를 재생시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄화수소의 탈수소화 반응에서 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매 반응 성능을 향상시킬 수 있어 탈수소화 반응의 고전환율, 수율 및 선택성을 보장하는 탈수소화 반응기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림 및 탈수소화 촉매를 2개 이상의 반응기가 시리즈 형태로 구성된 탈수소화 장치를 통과시켜, 탈수소화된 탄화수소를 포함하는 생성물 스트림을 제조하는 탄화수소의 공정에서의 촉매 재생 방법으로서, 상기 2개 이상의 반응기 중 임의의 개별 반응기에서 반응을 종료한 촉매를 상기 임의의 개별 반응기 하단에 설치된 촉매 재생 장치로 이송하여 촉매 내에 생성된 코크의 일부를 연소시켜 촉매를 재생하는 단계; 및
상기 촉매 재생 장치에서 코크가 제거된 촉매를 수소가스에 의해 환원시킨 후 상기 임의의 개별 반응기 후단에 연결된 다음 개별 반응기로 투입하는 단계를 포함하는 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은
탈수소화 촉매를 이용하여 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제1 반응기;
제1 반응기의 하단에 연결되어 제1 반응기에서 반응이 종료된 일정량의 촉매를 수집하는 제1 촉매 재생 장치로서, 상기 제1 촉매 재생 장치는 촉매 재생 기체가 유입되는 제1 기체 유입구 및 상기 촉매 재생 기체를 제1 촉매 재생 장치 내부에 고르게 분산시키는 제1 분산 장치를 포함하는 제1 촉매 재생 장치; 및
상기 제1 촉매 재생 장치에서 재생된 탈수소화 촉매를 이용하여 제1 반응기에서 반응이 완료된 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제2 반응기를 포함하는 탈수소화 반응 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 탈수소화 공정시의 촉매의 재생방법은 반응물 스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 복수 개의 반응영역을 가지는 탈수소화 반응 시스템에서 코크 발생으로 인한 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매의 반응 성능을 향상시킬 수 있어 전체 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 촉매 재생장치에서 과량의 코크연소에 의해 발생할 수 있는 문제점을 감소시켜 공정 운전성이 개선되는 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 의한 탈수소화반응을 위한 유동 베드형 반응기의 일례를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법 및 장치를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 개별 탈수소화 반응기의 개략단면도이다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
첨부된 도면들이 본 발명의 탈수소화 반응기의 특정 형상을 기술하고 있다하더라도, 이러한 탈수소화 반응기는 특별한 응용에서 행해지는 특정 환경에 적합한 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이후에 설명되는 구체적 실시예로 본 발명의 광범위한 적용을 제한하지 않는다.더욱이, 도면의 숫자는 본 발명의 탈수소화 반응기의 간단한 개략도를 나타낸 것으로 주요 구성요소만 나타내었다. 기타 펌프, 가동관, 밸브, 헤치, 엑세스 출구 및 다른 유사한 구성 요소들은 생략하였다.
본 명세서에 사용되는 용어 "기체상 탄화수소"는 탈수소화될 탄화수소를 포함하는 직쇄형(straight-chain), 가지형(branched) 또는 고리형(cyclic) 알칸, 알켄, 알카디엔 및 알킨과 같은 다양한 탄화수소 분자를 의미하고, 선택적으로 예를 들어 수소와 같은 다른 물질, 또는 중금속과 같은 불순물을 포함하는 스트림일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 기체상 탄화수소는 또한 천연 탄화수소 공급 원료, 탄화수소 공급 원료, 공급물, 공급 스트림, 조합된 공급 스트림 또는 유출물을 포함할 수 있다. 탄화수소 분자는 C1, C2, C3...Cn으로 약어로 표기될 수도 있고, 여기서 "n"은 탄화수소 분자 내의 탄소 원자의 수를 나타낸다.
부언하면, 본 발명에서 "탈수소화될 탄화수소"는 예를 들면 화학량론CnH2n+2 (1<n=20), 및 화학량론CnH2n (1<n=20, 및 화학량론CnH2n-2 (2<n=20이고, n은 정수)의 탄화수소, 특히 C2- 내지 C16-알칸, 예를 들면 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸, n-운데칸, n-도데칸, n-트리데칸, n-테트라데칸, n-펜타데칸 및 n-헥사데칸을 포함한다.
본 발명의 방법 및 장치는 반응물 스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 복수 개의 반응영역을 가지는 탈수소화 반응 시스템에서 수행된다. 본 발명의 방법 및 장치는 탈수소화될 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림과 탈수소화 촉매를 반응기가 시리즈 형태로 구성된 탈수소화 반응 장치를 통과시켜 탈수소화하여, 탈수소화된 탄화수소를 포함하는 생성물 스트림을 제조하는 탄화수소의 탈수소화 공정시 촉매를 재생시키는 방법에 있어서,개별적인 반응기에서 반응을 마친 촉매를 다음 반응기로 투입하기 이전에 반응기에 연결된 촉매 재생 장치에서 촉매에 생성된 코크의 일부를 연소시킴으로써 코크 발생으로 인한 촉매의 비활성화를 방지한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법 및 장치를 개략적으로 도시한 모식도이다. 탈수소화 촉매 스트림이 실선의 화살표로 표시된다. 촉매재생 기체 스트림이 점선의 화살표로 표시된다. 도 2에 도시된 탈수소화 반응 장치(100)에 의하면, 제1 반응기(101)에서 반응을 종료한 촉매는 제2 반응기(102)로 투입되기 이전에 제1 반응기(101)의 하단에 설치된 제1 촉매 재생 장치(201)로 이송된다. 제1 반응기(101)는 촉매를 제1 촉매 재생 장치(201)로 이송시키기 위한 배출구(미도시) 및 파이프라인(미도시)을 포함한다.
제1 촉매 재생 장치(201)는 일정량의 촉매를 수집하는 것이 가능하고, 제1열교환기(202)가 연결된다. 제1 반응기(101)에서 반응을 종료한 촉매를 400 내지 600℃로 가열한 촉매 재생 기체와 접촉시켜 촉매 내에 생성된 코크의 일부 또는 전부를 연소시킨다. 보다 구체적으로, 제1 반응기(101) 내부에서 탈수소화 반응 후 코크가 생성되어 비활성화된 촉매는 제1 반응기(101) 하단의 배출구로부터 배출되어 가열된 재생 기체와 접촉하여 침적된 코크성분을 산화제거함으로써 재생된다. 상기 재생 기체는 산소, 산소/불활성 기체 혼합물, 산소/염소/불활성기체 혼합물 또는 산소/염소/수증기(steam)/불활성 기체 혼합물일 수 있다. 상기 불활성기체는 질소 또는 아르곤을 포함한다.
제1 촉매 재생 장치(201)에는 촉매 재생에 필요한 기체들, 즉 산소 또는 질소등을 주입하기 위한 기체 유입구(203) 및 촉매 재생에 사용된 기체들이 배출되는 기체 배출구(204)가 연결된다. 또한, 제1 촉매 재생 장치(201) 내로 유입된 가스를 제1 촉매 재생 장치(201) 내부로 균일하게 분산시키기 위한 제1 분산 장치(205)를 내부에 포함한다. 제1 분산 장치(205)는 코크 산화시 발생할 수 있는 열을 충분히 제어할 수 있도록 설계된다.
제1 촉매 재생 장치(201)의 구성은 제1 반응기(101)의 구성과 유사하다. 구체적으로, 제1 촉매 재생 장치(201)는 내부 스크린과 외부 스크린 사이에 촉매가 충진된 촉매층을 포함하고, 촉매 재생 기체는 제1 촉매 재생 장치(201)의 하부 중심으로 들어와서 수평방향으로 상기 촉매층을 통과하고, 제1 촉매 재생 장치(201)의 상부 측면으로 빠져나간다. 촉매 재생에 의해 가열된 기체의 열에너지는 제1 열교환기(202)를 통하여 회수되어 제1 촉매 재생 장치(201)의 온도가 증가하는 것을 제어한다.
한편, 재생기체의 성분 비율 또는 온도를 조절하는 것에 의해 코크 산화시 발생할 수 있는 열을 제어할 수 있다. 즉, 촉매 내의 코크를 산화시키기 위해서는 산소가 필요하기 때문에, 산소와 동시에 투입되는 불활성 기체의 비율을 조절하거나 기체의 온도를 조절하여 코크 산화에 의해 발생되는 열을 제어할 수 있다. 예를 들어, 산소/불활성 기체의 혼합기체에서 산소 농도를 낮추면 코크 산화에 의해 발생되는 열을 줄일 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의한 촉매 재생 장치에 의하면, 별도의 냉각장치를 사용하지 않고도 촉매재생시 발생한 열을 조절할 수 있어 매우 효율적이다.
상기 과정을 거쳐 코크가 부분적으로 제거된 촉매는 제2 반응기(102) 상부로 투입되기 이전에 제1 환원 장치(206)에서 수소 가스에 의해 환원된다. 제1 환원 장치(206)에서 환원반응을 거친 촉매는 제2 반응기(102) 상부로 투입된다.
이하, 제2 반응기(102)에서 반응을 종료한 촉매를 제3 반응기로 투입하기 이전에 제2 반응기(102)의 하단에 설치된 제2 촉매 재생 장치(301)에 이송하여 촉매 내에 생성된 코크의 일부를 연소시켜 촉매를 부분 재생하는 방법은 상기 제1 촉매 재생 장치(201)에 의한 촉매 재생 방법과 동일한 과정으로 진행된다. 또한, 제2 촉매 재생 장치에서 코크가 부분적으로 제거된 촉매를 제2 환원 장치(306)에서 수소가스에 의해 환원시키는 방법은 상기 제1 환원 장치(206)에 의한 촉매 환원 방법과 동일하게 진행된다.
제2 반응기(102)에서 반응을 종료한 촉매는 제3 반응기(103)로 투입되기 이전에 제2 반응기(102)의 하단에 설치된 제2 촉매 재생 장치(301)로 이송된다. 제2 반응기(102)는 촉매를 제2 촉매 재생 장치(301)로 이송시키기 위한 배출구(미도시) 및 파이프라인(미도시)을 포함한다.
제2 촉매 재생 장치(301)는 일정량의 촉매를 수집하는 것이 가능하고, 제2 열교환기(302)가 연결된다. 제2 반응기(102)에서 반응을 종료한 촉매를 400 내지 600℃로 가열한 촉매 재생 기체와 접촉시켜 촉매 내에 생성된 코크의 일부 또는 전부를 연소시킨다. 제2 반응기(102) 내부에서 탈수소화 반응 후 코크가 생성되어 비활성화된 촉매는 제2 반응기(102) 하단의 배출구로부터 배출되어 가열된 재생 기체와 접촉하여 침적된 코크성분을 산화제거함으로써 재생된다. 상기 재생 기체는 산소, 산소/불활성 기체 혼합물, 산소/염소/불활성기체 혼합물 또는 산소/염소/수증기(steam)/불활성 기체 혼합물일 수 있다. 상기 불활성기체는 질소 또는 아르곤을 포함한다.
제2 촉매 재생 장치(301)에는 촉매 재생에 필요한 기체들, 즉 산소 또는 질소를 주입하기 위한 기체 유입구(303) 및 촉매 재생에 사용된 기체들이 배출되는 기체 배출구(304)가 연결된다. 또한, 제2 촉매 재생 장치(301) 내로 유입된 가스를 제2 촉매 재생 장치(301) 내부로 균일하게 분산시키기 위한 제2 분산 장치(305)를 내부에 포함한다. 제2 촉매 재생 장치(301)의 구성 또한, 제2 반응기(102)의 구성과 유사하다. 구체적으로, 제2 촉매 재생 장치(301)는 내부 스크린과 외부 스크린 사이에 촉매가 충진된 촉매층을 포함하며, 촉매재생 기체는 제2 촉매 재생 장치(301)의 하부 중심으로 들어와서 수평방향으로 상기 촉매층을 통과하고, 제2 촉매 재생 장치(301)의 상부 측면으로 빠져나간다. 촉매 재생에 의해 가열된 기체의 열에너지는 제2 열교환기(302)를 통하여 회수되어 제2 촉매 재생 장치(301)의 온도가 증가하는 것을 제어한다.
상기 과정을 거쳐 코크가 부분적으로 제거된 촉매는 제3 반응기(103) 상부로 투입되기 이전에 제2 환원 장치(306)에서 수소 가스에 의해 환원된다. 제2 환원 장치(306)에서 환원반응을 거친 촉매는 제3 반응기(103) 상부로 투입된다.
제3 반응기에서 반응을 종료한 촉매스트림은 최종적으로 통상의 연속적인 재생 영역인 제3 반응기와 연결된 촉매 재생기(104)로 수송될 수 있다.
이와 같은 탈수소화 공정시의 촉매의 재생방법에 의하면, 무빙 베드 형태의 탈수소화 공정에서 코크 발생으로 인한 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매의 반응 성능을 향상시킬 수 있어 전체 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 촉매 재생 장치에서 과량의 코크 연소에 의해 발생할 수 있는 문제점을 감소시켜 공정 운전성이 개선되는 효과를 나타낸다.
본 발명에서 탈수소화 방법은 특별히 제한되지 않는데, 일례로 탈수소화 촉매를 이용하여 프로판, 수소, 산소를 함유하는 혼합기체를 600~800℃의 반응 온도, 0.1~10의 절대기압, 혼합기체와 촉매와의 액체공간속도가 0.1~30 hr-1인 조건 하에 기상 반응시켜 탈수소 반응에 의해 프로판으로부터 프로필렌을 제조할 수 있다. 탈수소화된 탄화수소는 분자에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 비고리형 및 고리형지방족 탄화수소를 포함한다. 그러한 지방족 탈수소화된 탄화수소의 예는 프로펜, 이소부텐, 에틸렌, 1-부텐, 2-부텐 및 부타디엔을 들 수 있다. 또한 탈수소화된 탄화수소는 알킬치환체의 탈수소화에 의해 에틸벤젠 또는 이소프로필벤젠과 같은 알킬방향족 화합물로부터 출발하여 수득가능한 탄화수소 화합물을 포함하도록 의도된다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 개별 반응기의 개략단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 탈수소화 반응기(101)는 탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징(1), 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구(2), 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자(3)의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드를 포함하고, 촉매 스크린(4,5)에 의하여 한정되는 환상 반응영역(6)및 상기 반응기 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구(7)를 포함한다.상기 반응기 유입구(2)는 상기 반응기의 상단 일측에 형성되고, 상기 반응기 유출구(7)는 상기 반응기의 하단 일측에 형성된다. 탈수소화 반응기(101)는 중력스트림에 의해 환형 촉매 베드로 이동 가능한 촉매입자들과 반응물 스트림을 방사상 스트림으로 접촉시키도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 탈수소화 반응기(101)는 외부의 원통형 하우징(1)으로 구성되고 이에 수용되는 촉매 베드가 포함된 환상 반응영역(6)은 서로 방사상으로 일정한 간격을 두고 있다. 상기 하우징(1)의 반응영역의 상부에는 촉매 베드 주위의 공간과 열린 상태로 연결되어 있는 촉매 유입부(8)를 포함한다. 이러한 촉매 유입부(8)는 환상 반응영역(6)의 촉매 베드에 촉매를 공급한다. 촉매 입자(3)는 하우징(1)의 상단의 촉매 유입부(8)로부터 하우징(1)의 상부 부분 안으로 개방되는 하나 이상의 유입로(9)를 통과하여 하우징(1)의 상부 부분 안의 환상 반응영역(6)의 촉매 베드로 유입되고, 촉매는 환상 반응영역(6)의 촉매 베드의 하부 부분에 위치되는 다수의 촉매 배출관(10)을 통하여 배출되어 제1 촉매 재생 장치(201)로 이송된다.
촉매 베드의 내외부에 형성되는 촉매 스크린(4,5)은 내부 스크린(4) 및 외부 스크린(5)으로 구분된다. 내부 스크린(4) 및 외부 스크린(5)은 유동 저항이나 큰 압력강하 없이 유체 유동 스트림이 통과할 수 있을 정도로 크지만 이에 수용된 촉매 입자(3)는 통과하지 못하고 수용된 상태에 놓일 수 있을 정도로 작은 메쉬크기를 갖는 스크린 또는 다공체로 구성된다.
이하에서 본 발명의 탈수소화 반응기에서의 탈수소화 반응에 대해서 설명한다. 도 3을 참조하면, 반응기유입구(2)를 통해서 유입된 가스 반응물은 방사상으로 환상 반응영역(6)을 통과함으로써 탄화수소로부터 요구된 최종 생성물로 탈수소화된다. 내부 스크린(4)을 통하여 환상 반응영역(6)으로부터 방사상으로 나오는 반응물 스트림은 반응기 유출구(7)를 통하여 탈수소화 반응기(101)를 떠나 제2 탈수소화 반응기(102)에서의 공정을 위하여 보내어진다.
본 발명을 각종의 상세한 실시예와 관련하여 설명하였으나, 이의 각종 변형이 명세서를 읽은 당해 분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본원에 기술된 발명은 첨부된 청구의 범위의 영역 내에 속하는 것으로서 이러한 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
100: 탈수소화 반응 장치 101,102,103: 반응기
104: 촉매 재생기 201,301: 촉매 재생 장치
202,302: 열교환기 203,303: 기체 유입구
204,304: 기체 배출구 205,305: 분산 장치
206,306: 환원 장치

Claims (11)

  1. 탈수소화될 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림 및 탈수소화 촉매를 2개 이상의 반응기가 시리즈 형태로 구성된 탈수소화 장치를 통과시켜, 탈수소화된 탄화수소를 포함하는 생성물 스트림을 제조하는 탄화수소의 공정에서의 촉매 재생 방법으로서, 상기 2개 이상의 반응기 중 임의의 개별 반응기에서 반응을 종료한 촉매를 상기 임의의 개별 반응기 하단에 설치된 촉매 재생 장치로 이송하여 촉매 내에 생성된 코크의 일부를 연소시켜 촉매를 재생하는 단계; 및
    상기 촉매 재생 장치에서 코크가 제거된 촉매를 수소가스에 의해 환원시킨 후 상기 임의의 개별 반응기 후단에 연결된 다음 개별 반응기로 투입하는 단계를 포함하는 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법.
  2. 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림 및 탈수소화 촉매스트림이 연속적으로 유동하는 2개 이상의 반응영역을 가지는 탄화수소의 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법으로서,
    제1 반응기에서 반응을 종료한 촉매를 제1 반응기의 하단에 설치된 제1 촉매 재생 장치로 이송하여 촉매 내에 생성된 코크의 일부를 연소시켜 촉매를 재생하는 단계;
    상기 제1 촉매 재생 장치에서 코크가 제거된 촉매를 수소가스에 의해 환원시킨 후 제2 반응기로 투입하는 단계;
    제2 반응기에서 반응을 종료한 촉매를 제2 반응기의 하단에 설치된 제2 촉매 재생 장치로 이송하여 촉매 내에 생성된 코크의 일부를 연소시켜 촉매를 재생하는 단계; 및
    제2 촉매 재생 장치에서 코크가 제거된 촉매를 수소가스에 의해 환원시킨 후 제3 반응기로 투입하는 단계를 포함하는 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3 반응기에서 반응을 종료한 촉매 스트림을 제3 반응기와 연결된 촉매 재생기로 이송하여 촉매를 재생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 촉매 재생 장치 및 제2 촉매 재생 장치 내에서 촉매를 재생하는 단계는 코크가 생성된 촉매를 400 내지 600℃로 가열한 촉매 재생 기체와 접촉시켜 촉매 내에 생성된 코크의 일부 또는 전부를 연소시키는 것을 특징으로 하는 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 촉매 재생 기체는 산소, 산소/불활성 기체 혼합물, 산소/염소/불활성기체 혼합물 또는 산소/염소/수증기(steam)/불활성 기체 혼합물인 것을 특징으로 하는 탈수소화 공정에서의 촉매 재생 방법.
  6. 탈수소화 촉매를 이용하여 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제1 반응기;
    제1 반응기의 하단에 연결되어 제1 반응기에서 반응이 종료된 일정량의 촉매를 수집하는 제1 촉매 재생 장치로서, 상기 제1 촉매 재생 장치는 촉매 재생 기체가 유입되는 제1 기체 유입구 및 상기 촉매 재생 기체를 제1 촉매 재생 장치 내부에 고르게 분산시키는 제1 분산 장치를 포함하는 제1 촉매 재생 장치; 및
    상기 제1 촉매 재생 장치에서 재생된 탈수소화 촉매를 이용하여 제1 반응기에서 반응이 완료된 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제2 반응기를 포함하는 탈수소화 반응 장치.
  7. 탈수소화 촉매를 이용하여 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제1 반응기;
    제1 반응기의 하단에 연결되어 제1 반응기에서 반응이 종료된 일정량의 촉매를 수집하는 제1 촉매 재생 장치로서, 상기 제1 촉매 재생 장치는 촉매 재생 기체가 유입되는 제1 기체 유입구 및 상기 촉매 재생 기체를 제1 촉매 재생 장치 내부에 고르게 분산시키는 제1 분산 장치를 포함하는 제1 촉매 재생 장치;
    상기 제1 촉매 재생 장치에서 재생된 탈수소화 촉매를 이용하여 제1 반응기에서 반응이 완료된 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제2 반응기;
    제2 반응기의 하단에 연결되어 제2 반응기에서 반응이 종료된 일정량의 촉매를 수집하는 제2 촉매 재생 장치로서, 상기 제2 촉매 재생 장치는 촉매 재생 기체가 유입되는 제2 기체 유입구 및 상기 촉매 재생 기체를 제2 촉매 재생 장치 내부에 고르게 분산시키는 제2 분산 장치를 포함하는 제2 촉매 재생 장치; 및
    상기 제2 촉매 재생 장치에서 재생된 탈수소화 촉매를 이용하여 제2 반응기에서 반응이 완료된 기체상 탄화수소를 포함하는 반응물 스트림의 탈수소화 반응이 진행되는 제3 반응기를 포함하는 탈수소화 반응 장치.
  8. 제6항 또는 7항에 있어서, 상기 탈수소화 반응 장치는 상기 제1 촉매 재생 장치에 의해 코크가 부분적으로 제거된 촉매를 수소 가스에 의해 환원시키는 제1 환원 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응 장치.
  9. 제7항에 있어서,상기 탈수소화 반응 장치는 상기 제2 촉매 재생 장치에 의해 코크가 부분적으로 제거된 촉매를 수소 가스에 의해 환원시키는 제2 환원 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응 장치.
  10. 제6항 또는 7항에 있어서, 상기 제1 촉매 재생 장치는 내부 스크린과 외부 스크린 사이에 촉매가 충진된 촉매층을 포함하여, 상기 촉매 재생 기체가 상기 제1 촉매 재생 장치의 하부 중심으로 들어와서 수평방향으로 상기 촉매층을 통과하고, 상기 제1 촉매 재생 장치의 상부 측면으로 빠져나가는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응 장치.
  11. 제6항 또는 7항에 있어서,촉매 재생에 의해 가열된 촉매 재생 기체의 열에너지는 상기 제1 촉매 재생 장치에 연결된 제1 열교환기를 통하여 회수되는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응 장치.
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