KR102010281B1 - 유해 입자의 변형과 제거 및 변형된 분획의 재사용을 통한 탄화수소 전환 촉매 제형을 개선하는 방법 - Google Patents

유해 입자의 변형과 제거 및 변형된 분획의 재사용을 통한 탄화수소 전환 촉매 제형을 개선하는 방법 Download PDF

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Abstract

개선된 탄화수소 전환 촉매는 다양한 수단에 의해 유해한 큰 및/또는 작은 입자 분획의 변형 및 제거를 통하여 얻어진다. 상기의 변형된 분획은 동일 또는 유사한 공정내에서 재사용 될 수 있을 것이다. 개선된 촉매는 다양한 탄화수소 전환 공정에서 유용하다.

Description

유해 입자의 변형과 제거 및 변형된 분획의 재사용을 통한 탄화수소 전환 촉매 제형을 개선하는 방법{PROCESS TO IMPROVE FORMULATIONS OF HYDROCARBON CONVERSION CATALYSTS THROUGH REMOVAL AND MODIFICATION OF DETRIMENTAL PARTICLES AND REUSE OF MODIFIED FRACTIONS }
본 출원은 2011년 3월 19일 출원된 미국 가출원 번호 61/465,390, "본래의 촉매에서 큰 입자의 제거 및 변형을 통한 개선된 성능을 갖는 촉매"를 기초로 우선권을 주장한다. 상기는 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입된다.
탄화수소 전환 촉매는, 최소 크기 임계값 이상, 최대 크기 임계값 이하의 입자의 제거를 통하여 개선되었고, 그러한 증가된 평균 입자 크기는 전환 반응에 있어서의 증대된 접근성 또는 확산성을 제공한다.
본 발명은 일반적으로 탄화수소 전환 촉매와 관련이 있다. 탄화수소 전환 촉매는 탄화수소 값(hydrocarbon value)을 강화하기 위하여 수행되는 화학 반응의 수득률 및/또는 선택성에 대하여 더욱 높은 효율을 달성하기 위해 사용되는 물질이다. 이러한 촉매의 사용예는 정유소에서의 유동 접촉 분해(Fluid Catalytic Cracking, FCC) 공정이 있다. FCC 공정에 있어서, 가솔린, 접촉분해 경유(light cycle oil), 접촉분해 중유(heavy cycle oil), 액화 석유 가스 및 다른 경질 가스를 포함하는 높은 가치의 산물을 대량 생산하기 위하여, 대게 650℉ 보다 높은 끓는점을 갖는 탄화수소 공급원료를 분말 촉매와 반응시킨다. 상기 촉매는 촉매가 없는 유사 반응과 비교하여 상기 산물의 수득률을 강화한다.
본 발명은 종래 "유체 고체" 촉매로 알려진 탄화수소 전환 촉매 및 상기 촉매 내의 성분으로 사용되는 물질에 초점을 맞추고 있다. 상기 촉매는 충분한 유동화 매체(예를 들면, 증기, 공기)가 존재할 때, 촉매가 고체(고체 입자) 임에도 불구하고, 액체와 같이 행동하도록 만들어진다. 일반적으로 탄화수소 전환 촉매 입자의 평균 입자 크기는 60 내지 90 미크론이다. 상기 촉매의 중요한 두 파라미터는 20 미크론 미만의 입자 크기를 갖는 총 입자의 중량퍼센트 및 40 미크론 미만 입자의 총 중량퍼센트이다.
탄화수소 전환 시스템은 일반적으로 20 미크론 가량의 효율의 컷오프로 만들어지고, 20 미크론 이하의 입자가 대기로 방출되어 환경 문제를 더욱 잘 야기시키는 것을 막는 것이 어렵기 때문에, 첫 번째 파라미터(20 미크론 미만)는 손실 또는 잠재적 손실의 표지로서 중요하다.
상기 손실은 경제적으로도 환경적으로도 모두 유해할 수 있다. 사이클론 시스템 또는 사이클론 및 공기 분리기(air separator)는 종래 다른 물리적 성질의 물질을 분리하기 위해 사용되는 잘 알려진 장치들이다. 특히, 사이클론은 다른 입자 크기, 밀도, 상대적 질량 또는 이들의 조합을 갖는 고체 혼합물을 분리할 수 있다. 20 미크론 이하의 입자는 매우 빠르게 공기 싸이클론 공정에 의해 소실되고, 고 효율 시스템 하류에 의해 포집되거나 대기로 방출된다. 20-40 미크론 범위의 입자가 탄화수소 전환 시스템의 유동화를 위하여 중요하다는 점에서, 두 번째 파라미터인 0-40 미크론 함량 역시 중요하다. 상대적으로 적은 더 작은 입자 성분으로 인한 빈약한 유동화 스테밍(stemming)은 감소된 촉매 순환 또는 유동층 불안정의 결과를 초래할 수 있다.
탄화수소 전환 촉매의 화학적 성질은 당업자에게 잘 알려져 있다. 상기 촉매는 일반적으로 활성과 선택성의 주요 원으로서의 하나 또는 몇가지 형태(RE-Y, USY, RE-USY, CREY 등)의 제올라이트 Y를 포함한다. ZSM-5 같은 몇가지 다른 제올라이트는 촉매의 본질적인 부분으로서의 또는 분리된 첨가 입자로서의 선택성을 변경하기 위해 첨가될 수 있다. 다른 성질의 실리카 알루미나 또는 알루미나는 때때로 고분자(heavy molecules)의 전환을 위한 촉매의 활성을 증가시키기 위해 첨가된다(bottoms upgrading). 점토(clay)는 촉매의 화학적 및 물리적 특성을 보조하는 필러로 사용된다. 일반적으로 실리카(실리카 졸)의 작은 분자량 올리고머, 또는 알루미나 클로히드롤(alumina chlohydrol)(알루미나 졸)인 바인더는, 화학적 조성물을 조절하고 원하는 선택성을 부과하기 위해, 후-처리 단계와 함께 또는 후-처리 단계 없이, 사용을 위해 운반되는(shipped) 입자를 형성하기 위해 스프레이-건조된 혼합물에 통상적으로 첨가된다. "인-시츄" 기술이라 불리는 또 다른 타입의 상업적으로 이용가능한 탄화수소 전환 촉매는 카올린(Kaolin) 점토 및 실리카와 알루미나 같은 다른 물질의 스프레이-건조 입자를 미리 형성하고, 제올라이트 Y 기반의 탄화수소 전환 촉매를 형성하기 위해 화학적으로 그것들을 사용한다.
고체 탄화수소 전환 촉매는 통상 원하는 성분(앞서 언급했듯이 대게 '제올라이트 Y', '점토', '알루미나', 및 '실리카 졸, 알루미나 졸 또는 이들의 혼합물이 될 수 있는 바인더'를 포함하는)의 혼합물을 포함하는 스프레이 건조 슬러리에 의해 제조된다. 한 특별한 기술에서, 쉽게 콜로이드화 가능한(highly peptizable) 알루미나 그 자체가 주된 바인더가 된다. 다른 기술에서는, 특별한 조건에서 처리된 점토를 포함하는 입자는 스프레이-건조를 통해 형성되고, 제올라이트 Y를 증대시키기 위해 처리된다. 실리카 또는 알루미나 또는 둘 다와 같은 다른 성분들은 특별한 성질을 위해 점토에 첨가된다.
전형적으로 더 많거나 적은 구형의 입자를 제공하게 위해, 슬러리는 스프레이-건조된다. 상기 스프레이-건조 물질의 입자 크기 분포는 스프레이-건조 조건및 슬러리의 조성 및 성질의 작용이다. 일반적으로 요망되는 성질은 다음을 포함한다: (1) 0-20 미크론 입자의 최소 총량, (2) 20-40 미크론 입자의 10-20% 및 (3) 65 미크론 내지 85 미크론 사이의 평균 입자 크기 분포. 일반적으로 탄화수소 전환 촉매는 슬러리의 특성 및 스프레이-건조 조건에 의해 결정되는 입자 크기 및 조성의 연속체로서 제조된다. 일부의 경우에 공기 분급기(air classifier)가 특정 사양을 충족시키기 위해 더 작은 입자를 제거하기 위하여 사용된다. 일반적으로 0-40 미크론 함량은 공기 분급기의 사용에 의해 조절될 수 있으나, 이 방법은 분급기의 효율이 매우 낮은 것에 비하여 비용이 많이 들고, 사양을 충족시키기 위하여 이 방법에서는 값비싼 촉매가 일반적으로 소실된다.
탄화수소 전환 공정에서 발생하는 화학 반응은 확산 제한될 수 있다. 일반적으로 상기 반응은, 반응물의 촉매 입자 내로의 질량 수송이 반응 효율을 제한하는 반응으로서 정의된다. 상업적 공정에 있어서, 많은 반응들이 발생하고, 다른 것들이 확산 제한되지 않는 반면에 일부는 확산 제한된다. 상기의 반응을 정의하는 또 다른 방법은 반응의 양 또는 생성물 수득율이 고체 촉매의 입자 크기에 의존하는 것이다. "확산 제한"의 이러한 조건은 많은 다른 촉매 공정에 공통된다. 예를 들면, 니켈-함유 탄화수소는 매우 크고, 주로 FCC 촉매 입자의 최외곽 층 상에서 반응한다. 이는 대부분의 니켈이 입자의 외곽 상에 쌓이는 결과를 낳는다. 입자 반경의 함수로서의 입자의 총 외부 영역의 분석은, 이러한 경우에 부피 단위 당 더 큰 외부 영역으로 인하여, 니켈은 우선적으로 더 작은 입자 상에 쌓일 것임을 보여준다. 제한 확산될 수 있고, 그러므로 질량 수송이 핵심인, 중요한 탄화수소 전환 공정들은, 고체 촉매 입자와 접촉하고 있는 셀룰로오스 물질 또는 나무의 바이오매스 전환을 위한 반응들과 같은 고체-액체/고체-고체 반응들이다. 추가로, 접촉 시간이 매우 짧은 다른 반응들은 확산 제한 반응들의 정의와 또한 일맥상통하는 경향이 있다.
탄화수소 전환 촉매 입자 상의 니켈 증착이 입자 크기로 인한 것처럼, 원하거나 원치 않는 많은 다른 반응들은 탄화수소 전환 촉매의 입자 크기에 의존한다.
일반적으로 탄화수소 전환 촉매의 촉매 조성물은 입자 크기가 균일하다. 첨가제의 혼합물이 포함되는 경우, 상기 첨가제는 약간 다른 입자 크기 분포를 가질 것이다. 그러나, 연속적이고, 변화가 심하지 않은 입자 크기 분포를 갖는 것은 탄화수소 전환 촉매 및 현재까지 사용되는 첨가제의 명확한 특성이다.
본 발명을 설명하기 위해 사용된 용어를 해석할 때, 탄화수소 전환 촉매의 입자 크기 분포를 측정하는데 사용된 다른 기술들을 고려하는 것이 중요하다. 입자 크기 분포를 언급할 때, 본 발명의 상기 논의는 중력 및 진동운동을 제외한 주요 외부 힘을 배제한 채, 입자가 스크린을 통과할 수 있는 지 없는 지로 분획을 측정하는 스크린과 같은 물리적 방법에 의해 측정된 실제의 물리적 크기를 나타낸다. 당업자에게 익히 알려진 광 산란 기법의 경우에는, 입자 크기 분포는 실험결과의 수학적 조정에 의해 연속적이다. 상기와 같은 연속적인 결과는 근사치이며, 이것이 광 산란 기술의 한계이다.
일반적으로 말하면, 상기 처리 및 도출된 본 발명의 촉매제가 두 주요한 제약을 제거하고, 그렇게 함으로써 고체 탄화수소 전환 촉매의 가치를 강화시킨다. 큰 입자는, 반응의 최적화를 위해 짧은 접촉시간이 요구되는 화학 반응에서 가장 큰 입자를 처리하는데 유해할 수 있다. 큰 분자들은 입자의 안쪽으로 또는 안쪽으로부터 효과적으로 수송할 수 없고, 큰 입자의 총 외부 표면 영역은, 더 작은 입자 사이즈를 갖는 유사한 양의 촉매의 총 외부 표면 영역보다 실질적으로 더 작다. 그러나, 큰 입자의 제거는 더 작은 입자가 응집하도록 한다. 상기 더 작은 입자의 응집은 유익할 수 있다. 최소 최적 임계값의 미만인 입자의 초기 함량이 그것의 최적값 미만이라면, 더 작은 입자의 응집이 유익할 수 있다. 그러나 너무 많은 미립자 촉매 입자가 존재하고, 결과적으로 이러한 입자들이 하드웨어에 의해 적절하게 유지되지 못하면, 더 작은 입자의 응집은 또한 유해할 수 있다. 그러므로 상기 촉매 조성물은 최적의 성능을 위해 더 작은 입자를 제거할 필요가 있을 것이다. 촉매의 가치가 상당한 경우, 상업성을 강화하기 위해, 제거된 입자는 또 다른 또는 같은 공정 내에서 재 사용될 필요가 있을 것이다. 제거된 큰 입자들의 크기가 감소될 수 있고, 제거된 더 작은 입자들이 재-스프레이-건조에 의해 큰 입자로 전환된다면, 최대 회수(Maximum recovery)는 달성될 수 있다.
상기와 같은 입자 크기 제어에 있어서의 개량은 종래 알려지지 않았고, 종전에 시도된 바 없다. 미세 입자의 소실을 최소화하기 위하여, 공기 선별에 의한 미세 입자를 제거하는 것이 알려져 있다. 그러나, 본 발명과 달리, 공정으로부터 물리적인 소실을 제어하는 것을 돕는 그러한 실시는, 시스템의 전체적인 촉매 성능에 종종 해로운 큰 입자를 더 큰 농도로 포함하는 촉매를 야기한다. 유동화 달성을 위해 분류된 미립자를 사용하는 것이 알려져 있다. 그러나, 촉매 시스템의 더 큰 입자의 재처리 및 제거를 포함하는 본 발명의 공정은 알려져 있지 않다. 해당 분야 전문가들이 확산 제한을 인정함에도 불구하고, 이에 반하여 당업계의 선행 연구는 현재까지, 주요한 제한은 촉매의 공극(pore) 구조가 제한이 되는 분자 수준(molecular level)에 있다는 가정 하에서 수행되어 왔다. 본 발명은 일반적으로 받아들여지는 관점과는 다르게, 많은 경우에 있어서 확산 제한이 촉매 입자로의 및 촉매 입자로부터의 질량 수송 현상임을 명백하게 보여준다. 이러한 확산 제한은 당업계에 통상적으로 추정되는 분자규모라기 보다는 미크론 규모이다. 분자적인 고려사항은 나노미터 또는 옹스트롬 규모에서의 확산 제한을 시사한다. 본 발명은 종전에 알려져있지 않고, 예상되지 않은, 수득된 구조상의 개선을 분명하게 보여준다. 지난 수십년 간 현 업계의 관심은, 본 발명의 더 큰 규모에서의 질량 수송 현상의 개선 보다는 촉매의 공극 구조를 개선하는데 있었다.
본 발명은 어떠한 탄화수소 전환 공정에서도 사용하기 위한 스프레이-건조 촉매 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 소정의 임계값 초과의 입자의 50% 이상을 제거하고 소정의 임계값 미만의 입자의 50% 이상을 제거하는 공정, 및 같은 또는 유사한 공정에서의 사용을 위해 입자 사이즈를 줄이고자, 제거된 입자를 재처리하는 공정을 포함한다. 상기 스프레이-건조 촉매 조성물은 새로운 조성물, 평형 조성물, 또는 새로운 촉매 및 평형 촉매의 조합일 수 있다.
소정의 임계값보다 큰 촉매 조성물의 입자는, 공기 선별 또는 스크리닝, 또는 공기 선별 및 스크리닝의 조합을 포함하는 어떠한 실시 방법을 통해서도 제거될 수 있다. 소정의 임계값은 110 미크론, 100 미크론, 90 미크론, 80 미크론, 70 미크론, 60 미크론, 50 미크론, 40 미크론, 30 미크론, 또는 20 미크론일 수 있다. 탄화수소 전환 공정은 반응률 또는 수득률에 대하여 입자 크기에 의존할 수 있다.
본 발명은 또한 입자 크기에 의존하는 어떠한 탄화수소 전환 공정에서라도, 사용하기 위한 합성 촉매 조성물을 제공한다. 임계값 초과의 촉매 분획은 그것의 입자 크기를 줄이기 위해 밀링 매체(milling media)에 의해 처리될 수 있다. 밀링 매체와 촉매 사이의 접촉 시간 또는 잔류 시간의 제어를 허용하는 매체 제분기(media mill) 또는 제분기(mill)은 특별히 유용하다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 공기 선별과 결부된 건조 매체 밀링(dry media mill)은 촉매상의 밀링 강도를 제어하기위해 사용된다. 강도의 제어는 20 미크론 미만의 입자의 형성을 최소화하기 위해 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 촉매 조성물에 사용되지 않은 입자, 구체적으로 20 미크론 미만의 입자는, 스프레이-건조와 같은 조합/응집(compounding/agglomeration) 기술, 압출 및 당업계에 알려진 다른 어떠한 응집 방법에 의해서라도 더욱 큰 입자로 재-형성된다.
도 1은 변형이 없는 새로운 FCC 촉매의 사진을 나타낸다.
도 2는 95 미크론 스크린 상에 유지된 새로운 FCC의 사진을 나타낸다.
도 3은 더 작은 미립자가 없는, 95 미크론 스크린을 통과한 새로운 FCC 촉매의 사진을 나타낸다.
도 4는 밀링(milling) 후의 95 미크론보다 큰 분획의 사진을 나타낸다.
도 5는 공기 선별(air classification)에 의해 미립자를 제거한 후의 최종 FCC 촉매 생성물의 사진을 나타낸다.
도 6은 밀링 단계에 의해 발생된 미립자의 사진을 나타낸다.
도 7은 ACE 유닛에 의해 수행된 시험 결과를 보여주는 그래프를 나타낸다.
많은 산업 공정에 있어서의 수 많은 반응들은 촉매의 입자 크기에 의존한다. 특히 본 발명에서 중요하게 고려되는 것은 유체 촉매 분해(Fluid Catalytic Cracking, FCC), 심도 촉매 분해(Deep Catalytic Cracking, DCC), 바이오매스 촉매 전환(BIOMASS Catalytic Conversion), 올레핀으로의 나프타 분해(Naptha Cracking to Olefins) 및 다른 탄화수소 전환 공정이다. 입자 크기 분포에 민감한 상기 탄화수소 전환 공정에 사용되는 촉매를 위한 종래 촉매 제조 기술의 상태는 생성되는 큰 입자의 수를 잘 제어하지 못한다. 전형적으로 상용의 유체 촉매(대게 상용 스프레이-건조에 의해 제조된)는 100 미크론 이상의 입자 크기 범위에서 대략 20-40중량% 정도를 포함한다. 상기 큰 입자의 이러한 높은 퍼센트는 공정의 효율적인 작동에 이롭지 못하고, 그러므로 촉매 조성물에 대해 최적이 아니다.
큰 촉매 입자는 확산 제한 반응에 대하여 해롭다는 것이 밝혀졌다. 본 발명은 정의된 임계값 이상의 입자의 제거에 의해 향상된 성능을 갖는 촉매를 만들기 위한 방법을 제공함으로써 상기 문제를 해결하였다. 비록 20-40 미크론의 미세 입자가 촉매 및 유동화 관점으로부터 요구되지만, 많은 상용 원자로는 이러한 입자들은 효율적으로 보유하지 못하고, 이러한 미세 입자들의 높은 비율은 공정으로부터 소실되고, 주변 환경으로 이러한 입자들이 방출되는 것을 막기 위해 포집되어야 함을 보였다. 게다가 동력 회수 터빈(power recovery turbine)과 같은 하류 유닛들은 그들에 충돌하는 촉매 입자의 총 수에 매우 민감하고, 공정으로부터 소실된 미세 입자에 의해 충돌당할 때 역으로 영향을 받을 수 있다.
새로운 촉매를 사용하는 경우, 20-40%의 생성물(예를 들면, 상기에서 언급한 큰 입자)을 폐기하는 것은 경제적으로 실행가능하지 않다. 본 발명은 입자 크기를 최소한 소실되게 감소시키는, 큰 입자의 재처리를 통해 이 문제를 해결하였다. 본 발명의 이러한 촉매 조성물의 적용은 입자 크기에 민감한 어떠한 탄화수소 처리라도 포함한다.
본 발명은 매우 광범위하게 적용된다. 본 발명은 일반적으로, 20 미크론 내지 100 미크론 사이의 최적 평균 입자 크기를 갖는 촉매가 이용되는 탄화수소 전환 공정을 포함하는, 그러나 이에 제한되지는 않는, 입자 크기에 민감한 모든 탄화수소 전환 공정에 적용가능하다. 이러한 공정들은 하기를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다: 유체 촉매 분해; 바이오매스 촉매 전환(특히, 작은 입자들로 분쇄된 고체 바이오매스로 시작되는); 가벼운 올레핀으로의 나프타 분해(Naptha Cracking to Olefins) 및 중합 반응.
본 발명에 있어서 촉매 조성물은 최적의 성능을 위해 더 작은 입자들이 제거되는 것이 또한 요구될 수 있다는 것이 추가로 밝혀졌다. 특히 본 발명에 있어서 촉매의 가치가 높은 경우, 상업성을 높이기 위해, 제거된 입자들은 또 다른 또는 동일 공정 내에서 재사용될 것이다. 본 발명에 있어서, 제거된 큰 입자들의 크기가 감소될 수 있고, 제거된 더 작은 입자들이 재-스프레이-건조에 의해 큰 입자로 전환된다면, 최대 회수(Maximum recovery)는 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 전형적인 유체 탄화수소 전환 촉매는 다음과 같이 변형될 것이다:
a) 물리적 스크리닝 공정, 공기 선별 또는 둘의 조합을 통한 최대 임계값(대게 80-105 미크론)을 초과하는 입자 대부분의 제거,
b) 물리적 스크리닝 공정, 공기 선별 또는 둘의 조합을 통한 최소 임계값(대게 20-40 미크론) 미만의 입자 대부분의 제거,
c) 공정의 일부로서, 정의된 최소 임계값 미만의 크기를 갖는 미립자 발생을 제어하는 동안, 제거된 큰 입자들은 확산 성질을 향상시키기 위해 입자 크기가 감소될 것이다. 최소 임계값(대게는 20-40 미크론 사이) 미만의 미립자 생성을 최소화하는 동안, 입자 크기 감소는 최소 10 미크론이 되어야 하고, 그러나 적절하게는 평균 30 미크론 보다 크다.
d) 공정의 추가적 부분으로서, 본연의 촉매 내의 것 뿐만 아니라 입자 크기 감소 공정으로부터 생성된, 최소 임계값 미만의 입자의 대부분은 10 미크론 미만, 바람직하게는 5 미크론 미만의 평균 입자 크기를 위한 추가적인 밀링을 위해 수집되고 보내질 것이고, 그것들은 스프레이-건조를 위한 다른 전형적인 촉매 구성 및 적합한 바인더와 결합될 것이다.
e) 추가적으로, 수집된 미립자의 스프레이-건조로부터의 것들 뿐만 아니라 같은 공정에 적합한 것으로 여겨지는 밀링 처리 입자들은 최대 회수를 위하여 본연의 또는 다른 유사 촉매와 함께 혼합될 것이다.
물론 상기 기재는 오직 하나의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 바람직한 실시예는 상기 기재된 공정 단계 중 하나 이상을 제외할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 출발 물질은 최종의 촉매(finished catalyst)는 될 수 없을 것이지만, 중간 물질은 될 수 있을 것이다. 예를 들면, 특히 아시아의 촉매 산업에 있어서, 특정 공급업체에 의해 현재 실행되는 "인-시츄" 방법에 의해 제조되는 탄화수소 처리 촉매에 대한 경우가 그러할 것이다. 본 발명 하에서 상기와 같은 경우에 있어서, 크기 선택은, 결정화 및 마무리 단계에 앞서 마이크로스피어(microsphere) 상에서 수행될 것이다. 대게 비활성의 마이크로스피어가 최종의 촉매와 혼합되는 상기와 같은 경우,
최소 임계값 미만의 입자가 ECAT를 포함하는, 하지만 이에 제한되지는 않는 값싼 제제 또는 비활성 점토(clay)가 될 수 있는 반면에, 최소 임계값 이상의 활성 입자 함량의 최대화는 중요한 상업적 가치가 될 것이다. 하기의 예들은 본 발명의 두 적용을 나타낸다. 이러한 예들은 본 발명의 예시이며, 본 발명은 이들 실시예들에 제한되지 않는다.
실시예 1
새로운 촉매( fresh catalyst )
전형적인 입자 크기 분포(Particle Size Distribution, PSD)를 갖는 새로운 촉매를 출발 물질(APS 68 미크론)로 사용하였다. 촉매의 입자가 큰 부분은 상용의 95 미크론 스크린을 갖는 분류기(screener)를 이용하여 분리하였다. 약 35%의 본연의 샘플을 수득하였다. 스크린 분류에 앞서, 스크린 공정이 빠르게 진행되도록 미립자의 공기 선별을 수행하였다.
스크린 상에 보유된 물질은, 공기 선별기와 결부 된 세라믹 볼(직경 1.8-2.7 mm)의 5갤런을 포함하는 매체 유체(media fluid) 제분기(mill) 내에 공급하여 처리하였다. 이러한 시스템은 제분기 내부의 촉매의 체류 시간 또는 강도를 제어하기 위해 밀링 생성물을 재-순환하는 옵션을 갖는다. 재-순환율이 높을수록 밀링 속도는 느려진다. 바람직한 일 실시예에서, 20 미크론 미만의 입자의 형성은 최소화 되었다. 도 1은 어떠한 분류도 거치기 전의 출발 물질을 나타낸다.
실시예 2
평형 촉매( equilibrium catalyst )
평형 촉매는 입자가 큰 분획(coarse fraction)을 95 미크론 스크린을 이용하여 제거하기 위해 스크린 처리하였다. 상기 입자가 큰 분획은 세라믹 매체를 갖는 UFG 제분기 내로 공급하였다. 생성물은 밀링 단계의 강도를 변화 시키기 위해 다른 비율로 재-순환 시켰다. 제분기 내로 공급한 출발 물질은 130 미크론의 평균 입자 크기를 갖는다.
하기에 나타낸 표1은 미립자 생성 및 평균 입자 크기로 측정되는 다른 실험들의 결과를 나타낸다. 강도의 변화를 위해, 하기의 파라미터들을 변화시켰다:
UFG 제분기의 RPM은 150 rpm에서부터 250 rpm까지 변화시켰다.
공급률(Feed rate)은 84 lb/hr에서부터 220 lb/hr까지 변화시켰다.
평형 촉매(Eqilibrium catalyst)
초기 >95 μm 시험 1 시험 2 시험 3 시험 4 시험 5 생성물
APS, μm 79 130 114 102 40 68 85 73
<20 μm 0 0 0 1.5 25 8 5 2
<40 μm 6 0 4 14 50 20 13 10
<95 μm 67 8 28 44 95 80 63 79
상기 표에서의 입자 크기는 광 산란(light scattering)에 의해 측정하였다. 상기에서 기재한 바와 같이, 상기 시험들은 완벽한 방법에서의 실제 크기를 반영하지는 않는다. 상기 시험들은 상기 측정 기술의 제한 내에서 유효한 추이를 나타낸다.
도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명에 의한 변형의 시작점은 촉매의 제조를 실행하는 것이다. 스크린 처리에 의해 95 미크론보다 더 큰 성분들이 제거된 후, 더 큰 입자들은 도 2에 나타낸 것과 같이 스크린 상에 남는다.
더 작은 미립자들이 제거된 후에 95 미크론보다 더 작은 성분들은 도 3에 나타내었다. 95 미크론보다 더 큰 성분을 밀링 처리한 후의 성분들의 모습은 도 4에 나타내었다.
공기 선별에 의해 미립자를 제거한 후, 최종 생성물 촉매는 도 5에 나타내었다. 밀링 단계에 의해 생성된 미립자는 도 6에 나타내었다.
도 7은 표준 FCC 촉매로부터 95 미크론보다 큰 입자들을 제거한 결과를 도식적으로 나타낸다. 양자들(quanta)은 본 발명의 바람직한 일 실시예의 적용에 따라 완성된 촉매를 타나낸다.
특허법에 따라, 본 발명자들은 본 발명을 기술하고 나타내었고, 가장 바람직한 실시예로 간주된다고 생각하는 것을 청구항에 기재하였다. 본 발명은 작성된 청구항에 의해 정의된 것이라면 발명의 상세한 설명에 기재된 내용 이외의 것이라도 실시할 수 있을 것이다.

Claims (27)

  1. 임계값(threshold) 초과의 입자를 50% 이상 제거하는 단계를 포함하는 스프레이-건조 유체 촉매의 제조 방법으로,
    상기 임계값은 85 미크론이고, 상기 제거된 임계값 초과의 입자는 평균 입자 크기가 적어도 10 미크론 감소하도록 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가공된 입자는 다른 촉매 또는 촉매 분획과 재-혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입자 크기 감소는 밀링-타입(milling-type) 가공을 통해 밀링 가공물을 생산함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 밀링 가공물의 전부 또는 일부는, 최소값 보다 작은 미립자를 제거하기 위하여 재분류 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 최소값 미크론 미만의 밀링 가공물의 미립자는 10 미크론 이하로 재밀링하고, 다음으로 최소값보다 큰 평균 입자 크기의 스프레이-건조 산물을 생산하기 위해 다른 촉매 성분과 결합시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 최소값 보다 작은 미립자는 공기 선별(air classification) 또는 스크리닝, 또는 유사 처리를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제거된 미립자 전부 또는 일부는 재 스프레이-건조될 수 있도록, 재-밀링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매는 물리적 스크리닝 공정(physical screening process)의 사용에 의해 분할(split)되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매는 먼저 공기 선별을 통해 분류하고, 다음으로 물리적 스크리닝 처리를 통해 하나 이상의 분획으로 분리하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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  15. 제 1 항의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 촉매 조성물.
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