KR101921430B1 - Dehydogenation reactor - Google Patents

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KR101921430B1
KR101921430B1 KR1020170160904A KR20170160904A KR101921430B1 KR 101921430 B1 KR101921430 B1 KR 101921430B1 KR 1020170160904 A KR1020170160904 A KR 1020170160904A KR 20170160904 A KR20170160904 A KR 20170160904A KR 101921430 B1 KR101921430 B1 KR 101921430B1
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dehydrogenation
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조부영
김원일
조재한
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효성화학 주식회사
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    • C07C5/321—Catalytic processes

Abstract

The present invention relates to a dehydrogenation reactor of which cross-sectional area of an inner space of a catalyst layer decreases toward the upper portion of the reactor as a distance between an inner screen defining the catalyst layer and an outer screen decreases from the lower portion of the reactor toward the upper portion thereof. According to the dehydrogenation reactor of the present invention, a difference in the flow velocity on the upper and lower portions of the reactor is minimized, and the gas dispersion technique can be applied to both a reactor inlet and a reactor outlet, thereby minimizing a deviation in the flow rate of reactants at the top, the bottom, the inside, and the outside of the catalyst layer.

Description

탈수소화 반응기{DEHYDOGENATION REACTOR}[0001] DEHYDOGENATION REACTOR [0002]

본 발명은 다양한 탄화수소 원료의 탈수소화에 유용한 탈수소화 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매층을 한정하는 내부 스크린과 외부 스크린 사이의 이격거리가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 감소하여 촉매층의 내부공간 횡단면적이 반응기 상부로 갈수록 감소하는 탈수소화 반응기에 관한 것이다. The present invention relates to a dehydrogenation reactor useful for the dehydrogenation of various hydrocarbon feedstocks, and more particularly to a dehydrogenation reactor useful for the dehydrogenation of various hydrocarbon feedstocks, and more particularly to a dehydrogenation reactor useful for the dehydrogenation of various hydrocarbon feedstocks, Wherein the area of the dehydrogenation reactor is reduced toward the upper portion of the reactor.

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. 프로판 탈수소 반응은 프로판에서 수소 일부를 분리하여 프로필렌을 생산하는 공정이다. 이 공정은 흡열반응(ΔH0 298 =+124 kJ/mole)을 기반으로 하고 있으며 부반응에 의해 메탄, 에탄, 에틸렌 등이 생성된다. The dehydrogenation reaction, such as dehydrogenation of propane with propylene and isobutane with isobutene, produces olefins which are more reactive than alkane feedstocks and which are easier to form coke, at relatively high temperatures used for dehydrogenation. The propane dehydrogenation reaction is a process for producing propylene by separating a part of hydrogen from propane. This process is based on an endothermic reaction (ΔH 0 298 = + 124 kJ / mole), and methane, ethane, and ethylene are produced by side reactions.

탈수소화 반응기는 직경이 약 3에서 30 피트 이상, 길이는 10에서 100 피트 이상으로 매우 큰 규모의 긴 원주형 수직 구조물이다. 그러한 반응기의 일반적인 구조는 수직 반응기의 하부 중심에 위치한 입구에 반응 가스를 주입할 수 있는데, 이때 가스는 환상구역을 통해 흘러 올라가, 다공성 촉매 베드 또는 다른 적절한 탈수소 촉매를 통해 방사상으로 외향하여 통과한 후 반응기 외곽부의 상부에서 배출되도록 외부 환상 구역을 통해 상향하여 통과한다. 촉매 베드를 지나는 반응 가스 유동이 방사 방향이기 때문에, 이러한 반응기들은 종종 "방사(radial)" 반응기로 불린다. The dehydrogenation reactor is a very large, long columnar vertical structure with a diameter of about 3 to 30 feet and a length of 10 to 100 feet or more. The general structure of such a reactor can be injected into the inlet located at the bottom center of the vertical reactor, where the gas flows through the annular zone and passes radially outward through a porous catalyst bed or other suitable dehydrogenation catalyst Passes upwardly through the outer annular zone to be discharged at the top of the outer periphery of the reactor. These reactors are often referred to as " radial " reactors because the reactant gas flow through the catalyst bed is radial.

또한, 이러한 반응기는 세로 또는 축상의 유동이 방사상이나 가로 유동으로 변환하고 그런 다음 다시 세로의 유동으로 돌아오는, 반응기의 연장된 수직 길이를 지나는 유동 특성 때문에, 상부에서 하부 또는 하부에서 상부까지의 촉매 베드를 지나는 유속은 통상적인 반응 용기에서 광범위하게 변하므로, 가장 빠른 유속을 갖는 반응기의 영역에서는 촉매 수명이 줄어들게 된다. 하부로 반응물이 유입되는 방사 반응기에서 촉매 베드를 지나는 가장 빠른 이송 속도는 일반적으로 주입 파이프 근처의 반응기 하부 근처에서 발생하고, 촉매 베드를 지나는 가장 낮은 속도는 반응기 상부 근처에서 발생하는 것으로 실험과 유속 측정에 의해 밝혀졌다. 이렇게 촉매 베드 하부에서 증가되는 속도 및 촉매 베드 상부에서 감소되는 속도는 반응기 하부 근처에서 촉매의 수명을 크게 단축시키고 촉매 재생산을 위한 반응기의 일시 정지를 평소 기대한 것 보다 훨씬 앞당긴다.Also, because of the flow characteristics over the extended vertical length of the reactor, longitudinal or axial flow converts to radial or transverse flow and then back to vertical flow, The flow rate through the bed varies widely in conventional reaction vessels, thus reducing catalyst life in the region of the reactor with the fastest flow rate. The fastest feed rate through the catalyst bed in the radial reactor where the reactants flow down is generally near the bottom of the reactor near the injection pipe and the lowest rate through the catalyst bed occurs near the top of the reactor, . The rate of increase at the bottom of the catalyst bed and the rate of decrease at the top of the catalyst bed in this way greatly shortens the life of the catalyst near the bottom of the reactor and is much faster than the usual expectation of the pause of the reactor for catalyst regeneration.

미국특허 제6,472,577호에 도 1에 도시된 바와 같은 공급 기체가 반응기 하부에서 공급되어 반응 생성물이 반응기 하부로 배출되는 구조를 갖는 탈수소 반응기가 개시되어 있으나, 이 특허에 개시된 기존의 탈수소화 반응기(1)에서는 반응이 일어나는 촉매층(2) 하부보다 상부에서의 가스 전달 거리가 길어 하부 유입구에 주입된 가스의 유속이 반응기 상부로 올라갈수록 느려지는 현상이 발생하고 반응기 상부와 하부의 유동 속도 편차가 심하다. 이로 인하여 반응기 상부에서 반응가스 체류시간이 길어져서 생성물의 선택도가 떨어지고, 반응기 하부에서는 반응가스 체류시간이 짧아져서 프로필렌 수율이 낮아지는 현상이 발생하여 이에 대한 개선이 요구되어 왔다. U.S. Patent No. 6,472,577 discloses a dehydrogenation reactor having a structure in which a feed gas as shown in FIG. 1 is fed from the lower portion of the reactor and the reaction product is discharged to the lower portion of the reactor. However, in the conventional dehydrogenation reactor 1 ), The gas transfer distance from the upper portion of the catalyst layer (2) where the reaction takes place is long, so that the flow rate of the gas injected into the lower inlet is slowed down to the upper portion of the reactor, and the flow velocity difference between the upper and lower portions of the reactor is severe. As a result, the retention time of the reaction gas at the upper part of the reactor becomes longer, the selectivity of the product is lowered, and the reaction gas retention time at the lower part of the reactor becomes shorter, thereby lowering the yield of propylene.

본 발명의 목적을 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 반응기 상부와 하부의 유동 속도 편차를 최소화하여 반응기를 통과하는 유체 반응물의 속도를 일정하게 함으로써 반응기 상부와 반응기 하부 사이의 선택도와 수율 편차를 최소화하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the drawbacks of the prior art described above and to provide a method and apparatus for minimizing the flow velocity deviation between the top and bottom of a reactor, The aim is to minimize the variability in selectivity and yield between the reactor bottoms.

본 발명의 다른 목적은 촉매간 코크 편차를 최소화하여 온건한 조건에서 운전이 가능하게 함으로써 촉매 수명을 연장시키고, 반응시 스크린을 오염시키는 영향을 최소화함으로써 반응 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to maximize the reaction efficiency by minimizing the inter-catalyst coke deviation and to enable operation under moderate conditions, thereby prolonging the catalyst life and minimizing the effect of contaminating the screen during the reaction.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 According to one aspect of the present invention for achieving the above object,

탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징, 촉매가 저장 및 투입되는 촉매 유입부, 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구, 상기 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드 내부 스크린 및 외부 스크린에 의하여 한정되는 촉매층 및 상기 반응기 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구를 포함하는 탈수소화 반응기에 있어서, A catalyst inlet, a reactor inlet for supplying a fluid reactant to the inside of the reactor, a reactor radially surrounding the center of the reactor, and a concentrator 1. A dehydrogenation reactor comprising a catalyst bed defined by an inner screen and an outer screen of a catalyst bed on a reactor bed and a reactor outlet for withdrawing a reactant stream from within said reactor,

상기 반응기 중심에는 가스의 유동이 가능한 중심 가스 유동 통로가 형성되고, 상기 반응기 유입구는 상기 반응기의 하단 일측에 형성되고, 상기 반응기 유출구는 상기 반응기의 하단 타측에 형성되어 유체 반응물이 상기 반응기 유입구로 공급되고 반응 생성물이 상기 반응기 유출구로 배출되며,The reactor inlet is formed at a lower end of the reactor, and the reactor outlet is formed at the lower end of the reactor so that the fluid reactant is supplied to the reactor inlet And the reaction product is discharged to the reactor outlet,

상기 촉매층을 한정하는 내부 스크린과 외부 스크린 사이의 이격거리가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 감소하여, 상기 촉매층의 내부공간 횡단면적이 반응기 상부로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기에 관한 것이다. Wherein the separation distance between the inner screen defining the catalyst bed and the outer screen decreases from the lower portion of the reactor toward the upper portion of the reactor so that the inner space cross-sectional area of the catalyst layer decreases as the temperature rises to the upper portion of the reactor.

본 발명의 탈수소화 반응기는 반응 유동이 반응기 하단에서 유입되어 촉매층을 통과하고 최종 생성물이 반응기 하부로 나가는 구조이고, 또한 촉매층을 한정하는 내부 스크린 및 외부 스크린이 상호 이격된 거리를 조절하여 반응기의 상단으로 갈수록 촉매층의 횡단면적이 감소하도록 구성된다. The dehydrogenation reactor of the present invention has a structure in which a reaction flow is introduced at the lower end of the reactor to pass through the catalyst layer and the final product flows out to the lower portion of the reactor and the inner screen and the outer screen, The cross-sectional area of the catalyst layer decreases.

본 발명의 탈수소화 반응기에 의하면 반응기 상부와 하부의 유동 속도 편차가 최소화되고, 반응기 유입구와 반응기 유출구 모두에 가스 분산 기술을 적용할 수 있어 촉매층의 상부 및 하부, 내부 및 외부에서 반응물의 유속 편차가 최소화된다. 또한, 반응기의 촉매층을 골고루 활용할 수 있어 반응기 성능을 극대화할 수 있을 뿐 아니라 촉매간 코크 편차를 최소화함으로써 온건한 조건에서 운전이 가능하여 촉매의 수명을 연장시킬 수 있고, 촉매 코크가 반응기 스크린을 오염시키는 영향을 최소화함으로써 공정 점검 주기 연장이 가능해진다. According to the dehydrogenation reactor of the present invention, the flow velocity difference between the upper and lower portions of the reactor is minimized and the gas dispersion technique can be applied to both the reactor inlet and the reactor outlet, Is minimized. In addition, since the catalyst layer of the reactor can be utilized uniformly, not only the performance of the reactor can be maximized, but also the catalyst coke deviation can be minimized, the catalyst can be operated under moderate conditions to prolong the life of the catalyst, It is possible to extend the process inspection cycle.

도 1은 종래의 탈수소화 반응기의 종방향 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수소화 반응기의 종방향 개략단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈수소화 반응기의 종방향 개략단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈수소화 반응기의 종방향 개략단면도이다.1 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a conventional dehydrogenation reactor.
2 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a dehydrogenation reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a dehydrogenation reactor according to another embodiment of the present invention.
4 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a dehydrogenation reactor according to another embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

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 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

첨부된 도면들이 본 발명의 탈수소화 반응기의 특정 형상을 기술하고 있다 하더라도, 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 다중단 탈수소화 반응기의 간단한 개략도를 나타낸 것으로 주요 구성요소만 나타내었다. 기타 펌프, 가동관, 밸브, 헤치, 엑세스 출구, 및 다른 유사한 구성 요소들은 생략하였다. 설명된 탈수소화 반응기를 변경하기 위해 이러한 부속품들을 이용하는 것은 당업자에게 공지되어 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 및 정신을 벗어나지 않는다.Although the drawings illustrate specific shapes of the dehydrogenation reactor of the present invention, such a dehydrogenation reactor may have various shapes suitable for the specific environment in which it is performed in a particular application, And the like. Moreover, the numbers in the figures represent a simple schematic diagram of the multistep dehydrogenation reactor of the present invention and only the major components are shown. Other pumps, moving pipes, valves, hatches, access outlets, and other similar components have been omitted. The use of such accessories to modify the described dehydrogenation reactor is well known to those skilled in the art and does not depart from the scope and spirit of the appended claims.

본원에서 용어 "유체"는 기체, 액체, 또는 분산된 고체를 함유하는 기체 또는 액체이거나 이들의 혼합물을 의미한다. 유체는 분산된 액체 소적(droplet)을 함유하는 기체 형태일 수 있다.As used herein, the term " fluid " means a gas, liquid, or gas or liquid containing a dispersed solid or a mixture thereof. The fluid may be in the form of a gas containing dispersed liquid droplets.

본원에서 용어 "반응 영역"은, 반응물이 촉매 베드 상의 촉매와 접촉하는 탈수소화 반응기 내의 공간을 의미한다.As used herein, the term " reaction zone " means the space in the dehydrogenation reactor where the reactants are in contact with the catalyst on the catalyst bed.

본 발명에서 "스크린"이란 용어는 촉매 베드를 가로지르는 반응물 스트림의 유동은 허용하면서 촉매 베드에 촉매를 한정시키는데 적합한 수단을 포함하는 광범위한 의미를 갖고 있다. 이러한 많은 스크린들은 공지되어 있으며, 환형 촉매 베드를 통해 내려가는 촉매 입자들이 다소 약하기 때문에, 이러한 내부 및 외부 촉매 보유 스크린들은 촉매 마멸을 감소시키도록 설계하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 스크린들은 펀치판, 다공판 또는 다공 파이프들을 포함할 수 있다. 다공의 크기는 스크린을 통해 반응물의 스트림을 용이하게 하면서, 촉매 입자들의 통행을 억제할 수 있는 정도의 크기이어야 한다. 다공판의 구멍은 원형, 정방형, 직사각형, 3각형, 좁은 수평 또는 수직 슬로트 등의 형태로 구성된다. 본 발명에 사용되는 스크린들은 원통형 스크린들로만 제한되는 것이 아니다. 더욱이 상기 스크린들은 원통형과 같은 촉매 입자 보유 구조를 형성하기 위해 서로 연결된 일군의 평면판을 포함한다. The term " screen " in the context of the present invention has a broad meaning, including means suitable for limiting the catalyst to the catalyst bed while allowing flow of the reactant stream across the catalyst bed. Many such screens are known and it is desirable to design such internal and external catalyst holding screens to reduce catalyst wear because the catalyst particles that descend through the annular catalyst bed are somewhat weak. Alternatively, the screens may comprise punch plates, perforated plates or perforated pipes. The size of the pores should be such that the flow of reactants through the screen is facilitated, while the passage of the catalyst particles is inhibited. The holes of the perforated plate are formed in the form of a circle, a square, a rectangle, a triangle, a narrow horizontal or vertical slot, and the like. The screens used in the present invention are not limited to cylindrical screens. Furthermore, the screens comprise a group of planar plates interconnected to form a catalyst particle retaining structure, such as a cylinder.

도 2는 본 발명에 의한 탈수소화 반응기(100)의 종방향 개략단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 탈수소화 반응기(100)는 탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징(20), 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구(21), 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자(11)의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드를 포함하고, 내부 스크린(23)및 외부 스크린(24)에 의하여 한정되는 촉매층(25) 및 탈수소화 반응기(100) 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구(22)를 포함한다. 탈수소화 반응기(100)는 중력 스트림에 의해 탈수소화 반응기를 통하여 환형 베드로서 이동 가능한 촉매입자들과 반응물 스트림을 방사상 스트림으로 접촉시키는 반응기로 구성된다. 2 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a dehydrogenation reactor 100 according to the present invention. Referring to FIG. 2, the dehydrogenation reactor 100 according to an embodiment of the present invention includes a housing 20 forming the inside of a dehydrogenation reactor, a reactor inlet 21 for supplying a fluid reactant into the reactor, A catalytic layer 25 and a dehydrogenation reactor 100 which are concentrically surrounded by the inner screen 23 and the outer screen 24 and which contain a concentric catalyst bed while retaining the catalyst bed of the catalyst particles 11, And a reactor outlet 22 for withdrawing the reactant stream from within. The dehydrogenation reactor 100 is comprised of catalyst particles that are transportable as an annular bed through a dehydrogenation reactor by a gravity stream and a reactor that brings the reactant stream into contact with the radial stream.

도 2를 참조하면, 탈수소화 반응기(100)는 외부의 원통형 하우징(20)으로 구성되고 이에 수용되는 촉매 베드가 포함된 촉매층(25)은 서로 방사상으로 일정한 간격을 두고 있으며 중앙의 중심 가스 분산판(30)에 의하여 분리되어 있다. Referring to FIG. 2, the dehydrogenation reactor 100 is constituted by an outer cylindrical housing 20, and the catalyst layer 25 containing the catalyst bed accommodated therein is spaced radially from the catalyst layer 25, (30).

상기 하우징(20)의 반응 영역의 상부에는 상기 촉매층(25)의 상부에 위치하며, 촉매 베드 주위의 공간과 열린 상태로 연결되어 있는 촉매 유입부(10)를 포함한다. 이러한 촉매 유입부(10)는 환형 반응 영역의 촉매 베드에 촉매를 공급한다. 촉매 입자(11)는 하우징(20)의 상단의 촉매 유입부(10)로부터 하우징(20)의 상부 부분 안으로 개방되는 하나 이상의 유입로(12)를 통과하여 하우징(20)의 상부 부분 안의 촉매층(25)의 촉매 베드로 유입되고, 촉매는 촉매층(25)의 촉매 베드의 하부 부분에 위치되는 다수의 촉매 배출관(26)을 통하여 배출된다.And a catalyst inflow section 10 located above the reaction zone of the housing 20 and connected to the space around the catalyst bed in an open state. This catalyst inlet 10 supplies the catalyst to the catalyst bed in the annular reaction zone. The catalyst particles 11 pass through one or more inlet passages 12 that open into the upper portion of the housing 20 from the catalyst inlet 10 at the upper end of the housing 20 and pass through the catalyst bed 25, and the catalyst is exhausted through a plurality of catalyst outlet pipes 26 located in the lower portion of the catalyst bed of the catalyst bed 25.

촉매 베드의 내외측에 형성되는 내부 및 외부 스크린(23, 24)은 유동 저항이나 큰 압력 강하 없이 유체 유동 스트림이 통과할 수 있을 정도로 크나 이에 수용된 촉매 입자(11)는 통과하지 못하고 수용된 상태에 놓일 수 있을 정도로 작은 메쉬크기를 갖는 스크린 또는 다공체로 구성된다.The inner and outer screens 23 and 24 formed on the inner and outer sides of the catalyst bed are large enough to allow the fluid flow stream to pass through without any flow resistance or a large pressure drop so that the accommodated catalyst particles 11 can not pass through, And is composed of a screen or a porous body having a mesh size that is sufficiently small.

본 발명의 탈수소화 반응기에서 적당한 온도와 압력으로 처리될 탄화수소로 구성되는 반응기 공급물, 즉 유체 반응물은 내부 스크린(23) 하부에 있는 반응기 유입구(21)를 통하여 유입되어 탈수소화 반응기(100)의 촉매 베드를 포함하는 촉매층(25)에 공급된다. 반응물은 촉매 베드를 통과한 후 최종적으로 반응기 하부 측면에 형성된 반응기 유출구(22)로 배출된다. The reactor feed comprising the hydrocarbons to be treated at the appropriate temperature and pressure in the dehydrogenation reactor of the present invention is introduced into the reactor inlet 21 at the bottom of the inner screen 23, And is supplied to the catalyst layer 25 including the catalyst bed. The reactant passes through the catalyst bed and is finally discharged to the reactor outlet 22 formed on the lower side of the reactor.

본 발명의 탈수소화 반응기에서는 촉매층(25)을 한정하는 상기 내부 스크린(23)과 외부 스크린(24)이 상호 이격되는 이격거리(d)는 상기 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 점진적으로 감소한다. 예를 들어, 상기 촉매층(25)은 관형으로 구성될 수 있고, 반응기의 상부에서 촉매층(25)의 횡단면적이 하부에서의 횡단면적보다 작고, 상부에서 하부로 갈수록 횡단면적이 증가한다. In the dehydrogenation reactor of the present invention, the separation distance d between the inner screen 23 and the outer screen 24 defining the catalyst layer 25 gradually decreases from the lower portion of the reactor toward the upper portion of the reactor. For example, the catalyst layer 25 may be constructed in a tubular shape, wherein the cross-sectional area of the catalyst layer 25 at the top of the reactor is smaller than the cross-sectional area at the bottom, and the cross-sectional area increases from the top to the bottom.

도 2에 의하면, 반응기의 종방향 단면도에서 내부 스크린(23)은 내부 스크린(23)의 종방향 축이 반응기의 중심축(l) 및 중력 방향과 나란하게 설치되고 외부 스크린(24)은 내부 스크린(23)으로부터의 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 점진적으로 감소하도록 상기 내부 스크린(23)에 대하여 경사지게 설치된다. 이 때 외부 스크린(24)은 하단부에서 상단부로 갈수록 내부 스크린(23)을 향하여 기울어지고, 이 때 외부 스크린(24)이 내부 스크린(23)을 향하여 및 중심축(l) 방향에 대하여 경사지는 정도인 각도 α는 0.015° ≤ α ≤ 1.5° 인 것이 바람직하다. 2, in the longitudinal section of the reactor the inner screen 23 is arranged such that the longitudinal axis of the inner screen 23 is parallel to the central axis 1 of the reactor and the direction of gravity, Is set obliquely with respect to the inner screen (23) so that the separation distance (d) from the inner surface (23) gradually decreases from the bottom of the reactor toward the top of the reactor. At this time, the outer screen 24 tilts toward the inner screen 23 from the lower end toward the upper end, and the degree of inclination of the outer screen 24 toward the inner screen 23 and toward the central axis 1 It is preferable that the in-plane angle? Is 0.015 °??? 1.5 °.

상기 각도 α가 0.015° 미만이면 촉매층(25) 상부와 하부에서의 유속 편차를 충분히 감소시키지 못하고, 1.5° 를 초과하면 스크린 설치가 어려울 뿐 아니라 공정반응을 적용하기에 부적합하다.If the angle? Is less than 0.015 deg., The flow velocity difference between the upper portion and the lower portion of the catalyst layer 25 can not be sufficiently reduced. If the angle exceeds 1.5 deg., The screen is difficult to install and is not suitable for applying the process reaction.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈수소화 반응기의 종방향 개략단면도이다.3 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a dehydrogenation reactor according to another embodiment of the present invention.

도 3에 의하면, 반응기의 종방향 단면도에서 외부 스크린(24)은 외부 스크린(24)의 종방향 축이 반응기의 중심축(l) 및 중력 방향과 나란하게 설치되고 내부 스크린(23)은 외부 스크린(24)으로부터의 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 점진적으로 감소하도록 상기 외부 스크린(24)에 대하여 경사지게 설치된다. 이 때 내부 스크린(23)은 하단부에서 상단부로 갈수록 외부 스크린(24)을 향하여 기울어지고, 이 때 내부 스크린(23)이 외부 스크린(24)을 향하여 및 중심축(l) 방향에 대하여 경사지는 정도인 각도 β는 0.015° ≤ β ≤ 1.5° 인 것이 바람직하다. 3, in the longitudinal section of the reactor, the outer screen 24 is arranged so that the longitudinal axis of the outer screen 24 is parallel to the central axis 1 of the reactor and the direction of gravity, Is set obliquely with respect to the outer screen (24) so that the separation distance (d) from the reactor (24) gradually decreases from the lower portion of the reactor toward the upper portion of the reactor. At this time, the inner screen 23 tilts toward the outer screen 24 from the lower end toward the upper end, and at this time, the degree of inclination of the inner screen 23 toward the outer screen 24 and toward the central axis 1 It is preferable that the in-plane angle? Is 0.015 °??? 1.5 °.

상기 각도 β가 0.015° 미만이면 촉매층(25) 상부와 하부에서의 유속 편차를 충분히 감소시키지 못하고, 1.5° 를 초과하면 스크린 설치가 어려울 뿐 아니라 공정반응을 적용하기에 부적합하다.If the angle beta is less than 0.015 deg., The flow velocity difference between the upper portion and the lower portion of the catalyst layer 25 can not be sufficiently reduced. If the angle beta is more than 1.5 deg., The screen is difficult to install and is not suitable for applying the process reaction.

도 4 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈수소화 반응기의 종방향 개략단면도이다.4 is a longitudinal schematic cross-sectional view of a dehydrogenation reactor according to another embodiment of the present invention.

도 4에 의하면, 반응기의 종방향 단면도에서 내부 스크린(23) 및 외부 스크린(24)은 상호 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 점진적으로 감소하도록 서로를 향하여 및 중심축(l) 방향에 대하여 경사지게 설치된다. 이 때 내부 스크린(23)은 하단부에서 상단부로 갈수록 외부 스크린(24)을 향하여 기울어지고, 이 때 내부 스크린(23)이 외부 스크린(24)을 향하여 및 중심축(l) 방향과 중력 방향에 대하여 경사지는 정도인 각도 γ는 0.015° ≤ γ ≤ 1.5° 이다. 또한, 외부 스크린(24)은 하단부에서 상단부로 갈수록 내부 스크린(23)을 향하여 기울어지고, 이 때 외부 스크린(24)이 내부 스크린(23)을 향하여 및 중심축(l) 방향과 중력 방향에 대하여 경사지는 정도인 각도 θ는 0.015° ≤ θ ≤ 1.5° 인 것이 바람직하다. 4, the inner screen 23 and the outer screen 24 in the longitudinal cross-section of the reactor are arranged such that the mutual spacing distance d is gradually reduced toward the upper part of the reactor from the lower part of the reactor, Direction. At this time, the inner screen 23 tilts toward the outer screen 24 from the lower end to the upper end, and the inner screen 23 is moved toward the outer screen 24 and toward the center axis 1 and the gravity direction The angle?, Which is a degree of inclination, is 0.015???? 1.5. The outer screen 24 also tilts toward the inner screen 23 from the lower end to the upper end whereupon the outer screen 24 is moved toward the inner screen 23 and against the direction of the central axis 1 and the gravity direction It is preferable that the angle? Which is a degree of inclination is 0.015???? 1.5.

상기 각도 γ및 θ가 0.015° 미만이면 촉매층(25) 상부와 하부에서의 유속 편차를 충분히 감소시키지 못하고, 1.5°를 초과하면 스크린 설치가 어려울 뿐 아니라 공정반응을 적용하기에 부적합하다.If the angles [gamma] and [theta] are less than 0.015 [deg.], The flow velocity difference between the upper portion and the lower portion of the catalyst layer 25 can not be sufficiently reduced. If the angle is more than 1.5, the screen is difficult to install and is not suitable for applying the process reaction.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 반응기 구조는 반응기 상부의 촉매층(25)의 내부 및 외부 스크린(23, 24) 사이의 이격거리(d)가 반응기 하부의 촉매층(25)의 내부 및 외부 스크린(23, 24) 사이의 이격거리(d)보다 작아 반응기의 상단으로 갈수록 촉매층(25)의 횡단면적이 감소하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 기존의 도넛(doughnut)형 촉매층에 비하여 반응기 상부와 하부간 내부 및 외부 스크린(23, 24) 사이의 거리 편차를 반영하여 반응기 상부에서 반응물 스트림이 체류하는 시간이 단축되고 하부에서 반응물 스트림이 체류하는 시간이 연장되어 반응기 상부로 올라갈수록 유체 반응물의 유속이 감소되는 현상이 방지된다. 결과적으로 반응기 하부에서의 유체 반응물의 유속과 반응기 상부에서의 유체 반응물의 유속 편차를 줄일 수 있어 반응물의 선택도 및 수율을 향상시킬 수 있다. As described above, the reactor structure according to the present invention is characterized in that the distance d between the inner and outer screens 23 and 24 of the catalyst layer 25 on the upper part of the reactor is smaller than the distance d between the inner and outer screens 23 (24), and the cross-sectional area of the catalyst layer (25) decreases toward the upper end of the reactor. This reduces the time for the reactant stream to remain above the reactor to reflect the deviation of the distance between the top and bottom of the reactor and the outer screens 23 and 24 compared to the conventional donut catalyst bed, The retention time is prolonged and the flow rate of the fluid reactant decreases as the temperature rises to the upper portion of the reactor. As a result, the flow rate of the fluid reactant in the lower portion of the reactor and the flow rate fluctuation of the fluid reactant in the upper portion of the reactor can be reduced, and the selectivity and yield of the reactant can be improved.

본 발명의 탈수소화 반응기(100)는 반응에 필요한 열이 반응 전단에서 공급되고 반응기에서는 열이 공급되지 않는 단열반응기 형태이다. 또한, 본 발명의 탈수소화 반응기(100)에서 유체 반응물을 촉매 베드로 균일하게 공급하기 위해서 촉매 베드 외측에 중심 가스 분산판(30)이 설치될 수 있다. 탈수소화 반응기(100)의 하부 공간(40)은 상기 중심 가스 분산판(30)과 연결되어 형성되며 반응 공간과 분리되어 반응기의 하단에 설치되며, 반응물 스트림이 반응기 유출구(22)를 향하여 축 방향으로 흐르는 수집영역일 수 있다. The dehydrogenation reactor (100) of the present invention is in the form of an adiabatic reactor in which heat required for the reaction is supplied from the upstream side of the reaction and no heat is supplied from the reactor. In addition, in the dehydrogenation reactor 100 of the present invention, in order to uniformly supply the fluid reactant to the catalyst bed, a central gas distributor 30 may be installed outside the catalyst bed. The lower space 40 of the dehydrogenation reactor 100 is connected to the central gas dispersion plate 30 and is separated from the reaction space to be installed at the lower end of the reactor. The reactor stream flows toward the reactor outlet 22 in the axial direction As shown in FIG.

한편, 반응물 스트림은 반응기 유출구(22)를 통하여 탈수소화 반응기(100)를 떠나 추가 공정을 위하여 하류측으로 보내어진다. 상기 언급된 바와 같이, 반응물 스트림을 탈수소화 반응기(100)의 하측으로부터 회수하거나 중심 영역으로부터 회수하는 것도 본 발명의 범위에 속한다. Meanwhile, the reactant stream leaves the dehydrogenation reactor 100 via the reactor outlet 22 and is sent downstream for further processing. As mentioned above, it is also within the scope of the present invention to recover the reactant stream from the bottom of the dehydrogenation reactor 100 or to recover it from the central region.

이하에서 본 발명의 탈수소화 반응기에서의 탈수소화 반응에 대해서 설명한다. 도 2에서 보인 바와 같이, 탄화수소 반응물은 촉매층(25)을 통하여 방사상으로 통과하여 요구된 최종 생성물로 탄화수소가 탈수소화될 것이다. Hereinafter, the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation reactor of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the hydrocarbon reactant will pass radially through the catalyst bed 25 to dehydrogenate the hydrocarbon to the desired end product.

반응기 유입구(21)를 통해서 유입된 반응물은 내벽을 지나 방사상으로 촉매 층(25)을 통과함으로써 탄화수소로부터 요구된 최종 생성물로 탈수소화된다. 외부 스크린(24)을 통하여 촉매층(25)로부터 방사상으로 나오는 반응물 스트림은 외부 스크린(24)을 통하여 수집영역 또는 재가열 또는 냉각 영역이거나 이들 모두인 환상영역으로 직접 보내어진다.The reactants introduced through the reactor inlet 21 are dehydrogenated from the hydrocarbons to the desired end product by passing through the catalyst bed 25 radially through the inner wall. The reactant stream radially emerging from the catalyst layer 25 through the outer screen 24 is sent directly through the outer screen 24 to the annular region where it is the collecting region or the reheating or cooling region or both.

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 영역내에 속하는 것으로서 이러한 변형을 포함하는 것으로 의도된다.While the invention has been described in connection with various specific embodiments, it is to be understood that various modifications thereof will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading the specification. Accordingly, the invention as described herein is intended to embrace such modifications as fall within the scope of the appended claims.

100: 탈수소화 반응기 10: 촉매 유입부
20: 반응기 하우징 21: 반응기 유입구
22: 반응기 유출구 23: 내부 스크린
24: 외부 스크린 25: 촉매층
26: 촉매 배출관 30: 중심 가스 분산판
40: 하부 공간 100: dehydrogenation reactor 10: catalyst inlet
20: reactor housing 21: reactor inlet
22: reactor outlet 23: inner screen
24: external screen 25: catalyst layer
26: catalyst outlet pipe 30: central gas distributing plate
40: Lower space

Claims (9)

탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징, 촉매가 저장 및 투입되는 촉매 유입부, 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구, 상기 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드 내부 스크린 및 외부 스크린에 의하여 한정되는 촉매층 및 상기 반응기 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구를 포함하는 탈수소화 반응기에 있어서,
상기 반응기 중심에는 가스의 유동이 가능한 중심 가스 유동 통로가 형성되고, 상기 반응기 유입구는 상기 반응기의 하단 일측에 형성되고, 상기 반응기 유출구는 상기 반응기의 하단 타측에 형성되어 유체 반응물이 상기 반응기 유입구로 공급되고 반응 생성물이 상기 반응기 유출구로 배출되며,
상기 촉매층을 한정하는 내부 스크린과 외부 스크린 사이의 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 감소하여, 상기 촉매층의 내부공간 횡단면적이 반응기 상부로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
A catalyst inlet, a reactor inlet for supplying a fluid reactant to the inside of the reactor, a reactor radially surrounding the center of the reactor, and a concentrator 1. A dehydrogenation reactor comprising a catalyst bed defined by an inner screen and an outer screen of a catalyst bed on a reactor bed and a reactor outlet for withdrawing a reactant stream from within said reactor,
The reactor inlet is formed at a lower end of the reactor, and the reactor outlet is formed at the lower end of the reactor so that the fluid reactant is supplied to the reactor inlet And the reaction product is discharged to the reactor outlet,
Wherein a distance d between the inner screen defining the catalyst layer and the outer screen is reduced from the lower portion of the reactor toward the upper portion of the reactor so that the inner space cross-sectional area of the catalyst layer decreases as the temperature rises to the upper portion of the reactor.
제1항에 있어서, 상기 촉매층은 관형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
The dehydrogenation reactor according to claim 1, wherein the catalyst layer is tubular.
제1항에 있어서, 상기 내부 스크린은 내부 스크린의 종방향 축이 반응기의 중심축(l)과 나란하고, 내부 스크린과 외부 스크린 사이의 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 감소하도록 상기 외부 스크린은 상기 내부 스크린을 향하여 경사지는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
2. The method of claim 1, wherein the inner screen is such that the longitudinal axis of the inner screen is parallel to the central axis (l) of the reactor and the separation distance d between the inner screen and the outer screen decreases from the lower portion of the reactor toward the upper portion of the reactor Wherein the outer screen is inclined toward the inner screen.
제3항에 있어서, 상기 외부 스크린은 반응기 하부로부터 반응기 상부로 갈수록 상기 내부 스크린을 향하여 경사지고, 이 때 외부 스크린이 내부 스크린을 향하여 경사지는 정도를 나타내는, 외부 스크린이 반응기의 중심축(l) 방향으로 기울어지는 각도 α는 0.015°≤ α ≤ 1.5°인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
4. An apparatus according to claim 3, wherein the outer screen is inclined towards the inner screen from the bottom of the reactor to the top of the reactor, wherein an outer screen, indicative of the extent to which the outer screen is inclined towards the inner screen, Direction is 0.015 DEG ≤ 1.5 DEG. 2. The dehydrogenation reactor according to claim 1, wherein the angle?
제1항에 있어서, 상기 외부 스크린은 외부 스크린의 종방향 축이 반응기의 중심축(l)과 나란하고 내부 스크린과 외부 스크린 사이의 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 감소하도록 상기 내부 스크린은 상기 외부 스크린을 향하여 경사지는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
2. The method of claim 1, wherein the outer screen is configured such that the longitudinal axis of the outer screen is parallel to the central axis (l) of the reactor and the separation distance (d) between the inner screen and the outer screen decreases from the bottom of the reactor Wherein the inner screen is inclined toward the outer screen.
제5항에 있어서, 상기 내부 스크린은 반응기 하부로부터 반응기 상부로 갈수록 상기 외부 스크린을 향하여 경사지고, 이 때 내부 스크린이 외부 스크린을 향하여 경사지는 정도를 나타내는, 내부 스크린이 반응기의 중심축(l) 방향으로부터 멀어지도록 기울어지는 각도 β는 0.015°≤ β ≤ 1.5°인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
6. The method of claim 5, wherein the inner screen is tilted toward the outer screen from the bottom of the reactor to the top of the reactor, wherein an inner screen, indicative of the extent to which the inner screen is tilted toward the outer screen, And the angle? Inclined to deviate from the direction is 0.015???? 1.5.
제1항에 있어서, 상기 내부 스크린 및 외부 스크린은 상호 이격거리(d)가 반응기 하부로부터 반응기 상부를 향하여 감소하도록 각각 서로를 향하여 반응기 하부로부터 반응기 상부로 갈수록 경사지는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
2. The dehydrogenation reactor as claimed in claim 1, wherein the inner screen and the outer screen are inclined toward the upper portion of the reactor from the lower portion of the reactor toward each other such that mutual spacing distance d decreases from the lower portion of the reactor toward the upper portion of the reactor.
제7항에 있어서, 상기 외부 스크린은 반응기 하부로부터 반응기 상부로 갈수록 상기 내부 스크린을 향하여 경사지고, 이 때 외부 스크린이 내부 스크린을 향하여 경사지는 정도를 나타내는, 외부 스크린이 반응기의 중심축(l) 방향으로 기울어지는 각도 γ는 0.015°≤ γ ≤ 1.5°이고,
상기 내부 스크린은 반응기 하부로부터 반응기 상부로 갈수록 상기 외부 스크린을 향하여 경사지고, 이 때 내부 스크린이 외부 스크린을 향하여 경사지는 정도를 나타내는, 내부 스크린이 반응기의 중심축(l) 방향으로부터 멀어지도록 기울어지는 각도 θ는 0.015°≤ θ ≤ 1.5°인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
8. An apparatus according to claim 7, wherein the outer screen is tilted towards the inner screen from the bottom of the reactor to the top of the reactor, wherein an outer screen, indicative of the extent to which the outer screen is inclined towards the inner screen, 0.015 ≤ y ≤ 1.5 DEG,
The inner screen is inclined towards the outer screen from the bottom of the reactor to the top of the reactor and is inclined so that the inner screen is away from the direction of the central axis l of the reactor indicating the degree of inclination of the inner screen towards the outer screen Wherein the angle &thetas; is 0.015 DEG &thetas;≤ 1.5 DEG.
제1항에 있어서, 상기 탈수소화 반응기는 단열반응기인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.The dehydrogenation reactor according to claim 1, wherein the dehydrogenation reactor is an adiabatic reactor.
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