KR19980047627A - 촉매 분리 및 스트리핑용 직접 장치를 이용한 탄화수소의 유동식 접촉 분해 방법 - Google Patents

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Abstract

FCC 방법에서 이용가능한 스트리핑 매체의 효율적인 이용율은 사이클론 분리 방법 및 입상 고체 및 가스상 유체를 중심 도관(conduit)의 배출구로부터 분리 용기로 배출시키고 분리 용기의 바닥 주위에 배치된 다수의 제한 개구를 통해 분리 용기로 적어도 일부가 유입되는, 분리 용기 외부로부터의 재분포된 가스와 분리 용기내의 촉매를 접촉시킴으로써 분리 용기로부터 분리된 가스상 유체를 회수하는 장치에 의해 증가된다.

Description

촉매 분리 및 스트리핑용 직접 장치를 이용한 탄화수소의 유동식 접촉 분해 방법
본 발명은 가스로부터 고체 촉매 입자를 분리하고 촉매로부터의 탄화수소를 스트리핑하기 위한 신규 장치를 이용한 탄화수소의 유동식 접촉성 분해(FCC) 방법에 관한 것이다.
가스로부터 고체를 분리하기 위한 스트리핑 방법을 잘 알려져 있으며 통상적으로 사용된다. 그러한 방법 중 특별히 잘 알려진 용도는 입상 촉매를 가스상 탄화수소 반응물과 접촉시켜 가스 스트림과 접촉하게 되는 입자내의 물리적 변화 또는 가스 스트림 성분의 화학적 변환을 실시하는 탄화수소 처리 분야에 있다.
FCC 방법은 가스 스트림을 이용하여 촉매 입자의 미분된 스트림을 접촉시키고 가스와 입자 사이의 접촉이 일어나도록 하는 방법의 통상적인 예이다. FCC 방법 및 그 방법에 사용되는 분리 장치는 미국 특허 제 4,701,307호 및 미국 특허 제 4,792,437호에 전부 개시되어 있다.
가스 스트림으로부터 입상 고체를 분리하는 가장 통상적인 방법은 사이클론 분리법이다. 사이클론 분리기는 잘 알려진 것이며, 가스를 상부 방향으로 제거하고 고체를 하부 방향으로 모으기 위해 더 무거운 고상 입자가 더 가벼운 가스로부터 외부 방향으로 멀어지도록, 고상 입자가 포획된 가스에 접선 속도를 부여함으로써 작동한다. 사이클론 분리기는 일반적으로 사이클론의 외부 하우징을 형성하는 실린더형 용기의 외측 상에 접성 방향 유입구를 갖는 비교적 작은 직경의 사이클론을 포함한다.
가스상 물질로부터 입상 물질을 분리하기 위한 사이클론은 FCC 기술 분야의 숙련인에게는 잘 알려진 것이다. FCC 사이클론의 작동시에, 가스상 물질 및 촉매의 접선 방향 유입은 나선형 유로를 형성하고, 그것은 사이클론 내에 와동 배치를 형성하여 외부 와동과 관련된 구심 가속이 촉매 입자가 배럴의 외부 방향으로 이동 하도록 하면서 가스상 물질은 상부 배출구를 통한 최종 배출을 위해 내부 와동부에 유입된다. 더 무거운 촉매는 사이클론 배럴의 측벽 상에 축적되고 최종적으로 사이클론의 바닥에 낙하하고 FCC 배치를 통산 재순환을 위해 배출구 및 딥. 레그 도관(conduit)을 통해 나간다. 사이클론 배치 및 그의 변형은 일반적으로 미국 특허 제 4,670,410호 및 미국 특허 제 2,535,140호에 개시되어 있다.
FCC 방법은 가스상 유체 및 고체가 도관으로부터 배출되는 한 그것을 신속히 분리하고자 하는 많은 방법의 대표적인 예이다. FCC 방법에서, 이러한 초기의 신속한 배출을 실시하는 방법 중 하나는 반응 유체 및 촉매를 함유하는 도관을 전통적인 사이클론 분리기에 직접 연결하는 것이다. 분리를 개선하긴 하지만, 고상 및 가스상 유체의 혼합물을 배출하는 도관을 사이클론 분리기에 직접 연결하는 결점이 있다. 사이클론으로 배출되는 혼합물이 많은 부하량의 고체를 함유하는 경우, 직접적인 배출을 위해서는 큰 사이클론이 필요하다. 또한, 혼합물의 전달시의 불안정선은 사이클론으로 하여금 압력 펄스가 사이클론에 의한 분리된 탄화수소 증기에 의해 부적합한 고체의 이월을 일으키도록 하는 방법을 불량하게 기능하고 실패하도록 한다. 그러한 문제는 유동식 접촉 분해 방법에서 흔히 접하는 문제이다. 따라서, 덜 한정된 시스템은 종종 고체 입자와 가스상 유체의 혼합물 사이의 초기 분리를 실시하게 된다.
미국 특허 제4,397,738호 및 제4,482,451호는 가스 및 고상 입자의 혼합물을 중심 도관으로부터 함유 용기로 접선 방향 배출시키는 사이클론 분리를 위한 다른 배치를 개시하고 있다. 함유 용기는 비교적 큰 직경을 가지며 일반적으로 가스로부터 고체의 1차 분리를 제공한다. 이러한 유형의 배치는 고체를 중심 도관으로부터 배출한다는 것 및 함유 용기로서 비교적 큰 직경의 용기를 사용한다는 것이 통상의 사이클론 배치와 다르다. 이들 배치에서, 분리의 초기 단계에 이어서 전형적인 사이클론 용기내의 가스로부터 고체의 좀 더 완전한 제 2분리가 이어진다.
탄화수소 가스로부터의 고상 촉매의 분리 이외에, FCC 방법의 효과적인 작동은 또한 고상 촉매가 반응기로부터 재생기로 들어갈 때 고상 촉매로부터의 탄화수소의 스트리핑을 필요로 한다. 스트리핑은 일반적으로 고상 촉매 물질의 표면으로부터 포어의 내부로 흡착된 탄화수소를 대체하는 증기에 의해 달성된다. 재생 대역내에 초과 온도를 형성할 수 있는 재생기내에서 최대량의 생성물을 회수하고 탄화수소의 연소를 최소화하기 위해서는 촉매 표면으로부터 가능한 한 많은 탄화수소를 스트리핑하는 것이 중요하다.
미국 특허 제4,689,206호는 촉매와 가스의 혼합물을 분리 용기로 접선 방향 배출하고 가스를 하부 스트리핑 대역으로부터 분리 용기 내의 촉매와 탄화수소를 대체하기 위한 일련의 배플로 상향으로 들어가게 하는 FCC 방법용 분리 및 스트리핑 배치를 개시하고 있다. 이 특허에 나타낸 배치가 분리 용기 내의 촉매로부터 탄화수소 가스를 일부 스트리핑시킬 수 있긴 하지만, 그 배치는 분리 용기 내의 탄화수소의 스트리핑을 위한 이용가능한 모든 가스를 이용하지 않으며 촉매층내의 양호한 분산을 통해 효과적인 이용을 가능하게 하는 방법으로 분리 용기로 들어가는 스트리핑 가스를 분포시키지 않는다.
FCC 촉매로부터 가능한 한 많은 탄화수소를 스트리핑하고 회수하는 것이 유리하긴 하지만, 정제기는 승압하에 스트리핑을 실시하는데 사용되는 전형적은 스트리핑 매체의 양을 감소시키게 한다. 압력은 전형적인 스트리핑 작업시에 촉매를 스팀과 접촉시킴으로써 발생되는 사우어 수 스트림을 배치시키는데 있어서의 어려움을 해소한다. 그러므로, 더욱 효율적인 방법 실시는 FCC 촉매로부터 탄화수소를 더욱 효과적으로 스트리핑할 것을 요구하긴 하지만, 바람직한 스트리핑 매체의 양은 제한된다.
본 발명자는 놀랍게도 입자를 분리 챔버로 중심 배출하는 사이클론 분리의 스트리핑 효능이 분리 용기로 이용가능한 모든 스트리핑 가스를 전달하는 특정 방식으로 반응기를 작동시키고 동시에 분리 챔버에서의 스트리핑 효능을 증가시키는 방법으로 가스를 분포시킴으로써 개선될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 발견에 따라서, 분리 챔버를 둘러싸는 반응기내의 가스상 유체는 분리 챔버 내의 압력보다도 반응기내에서 더욱 고압으로 유지된다. 고압은 분리 챔버를 둘러싸는 반응기의 부피로부터 분리 용기로의 총체적인 가스 흐름을 형성한다. 스트리핑은 효능은, 분리 챔버의 바닥 위의 위치에서 분리 챔버내의 촉매상으로 일부 가스 또는 모든 가스를 다수의 유동 제한점을 거쳐 향하게 함으로서 개선된다. 유동 제한은, 분리 챔보러 유입되는 가스가 균일한 분포를 가져서 가스를 효과적인 스트리핑 매체로서 사용되도록 한다.
본 발명의 제 1목적은 탄화수소 원료의 유동식 접촉 분해 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2목적은 가스상 유체 및 고상 입자의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 고상 입자를 분리하기 위한 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 목적은 이하의 설명에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따라서 배치된 분리 용기(11)를 개략적으로 나타내는 FCC 반응기(10)의 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10:반응기11:분리 용기
12,15:도관16:배출구
17:제 1촉매층20:배출구
28:제 2촉매층30:스트리핑 대역
40:제한된 개구
본 발명의 한 실시태양에 따라서, 탄화수소 원료의 유동식 접촉 분해 방법이 제공된다. 이 방법에서는 탄화수소 원료 및 고상 촉매 입자를 도관을 포함하는 라이저(riser) 전환 대역으로 들어간다. 이 혼합물은 도관(이 도관은 분리 용기의 중심부를 점유하고, 분리 용기는 반응기 내에 위치함)을 통해 분리 용기로 들어간다. 이 도관은 혼합물을 배출구로부터 분리 용기로 접선 방향으로 배출시킨다. 촉매 입자는 분리 용기의 하부에 위치한 제 1촉매층으로 들어가고 촉매 입자는 제 1촉매층내의 제 1스트리핑 가스와 접촉한다. 촉매 입자는 제 1층으로부터 제 1촉매층 아래의 분리 용기내에 위치한 제 2층으로 들어간다. 촉매 입자는 제 2스트리핑 가스와 접촉하고 제 2스트리핑 가스는 제 1촉매층으로 들어가서 제 1스트리핑 가스의 일부를 공급한다. 촉매 입자는 제 2층으로부터 스트리핑 대역으로 들어가고 상기 스트리핑 대역내의 제 3스트리핑 가스와 접촉한다. 제 3 스트리핑 가스는 제 2촉매층으로 들어가서 제 2스트리핑 가스의 적어도 일부를 공급한다. 퍼지 매체는 반응기의 상부로 들어가고 퍼지 가스의 적어도 일부는 제 1촉매층의 바닥에서 상기 분리 용기의 외부 주위에 원주형으로 배치된 다수의 제한된 개구를 통해 들어가서 제 1스트리핑 가스의 일부를 공급한다. 스트리핑된 촉매 입자는 제 1스트리핑 대역으로부터 회수된다. 배출구는 모여진, 촉매 입자 및 제 1스트리핑 가스를 포함한 가스상 유체를 분리 용기의 상부로부터 배출구로 회수하고 가스상 유체를 상기 분리 용기로부터 회수한다.
본 발명의 다른 실시태양에서, 가스상 유체 및 고상 입자의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 고상 입자를 분리하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 반응기, 반응기에 위치한 분리 용기, 및 분리 용기로 확장되며 용기내에 위치한 배출구를 한정하는 혼합물 도관으로 이루어진다. 이 배출구는 스트림을 용기로 배출하고 스트림에 접선 속도를 제공하기 위해 접선 배향된다. 분리 용기에 의해 한정된 입자 배출구는 입자를 용기의 하부로부터 배출한다. 스트리핑 용기는 분리 용기 아래에 위치한다. 가스 회수 도관은 가스상 유체를 분리 용기로부터 회수하기 위한 배출구를 한정하며 사이클론 분리기는 가스 회수 도관과 통합되어 있다. 다수의 노즐이 분리 용기의 바닥 위에 위치하며 반응기와 분리기를 통합하기 위한 분리 용기 주위에 원주형으로 확장되어 있다.
분리 용기의 바닥 위엥 위치에서 분리 용기 내의 촉매층을 유지하고 반응기로부터 분리 용기의 조밀층으로 스트리핑 유체를 주입함으로써 반응기내의 모든 이용 가능한 가스를 스트리핑 매체로서 사용된다. 그러한 가스는 사이클론의 딥 레그로부터의 분해된 탄화수소 가스 뿐만 아니라 반응기의 상부로 들어가서 용기의 상부에 모이는 탄화수소를 대체하는 퍼지 가스를 포함한다. 사이클론의 딥 레그로부터 나온 분해된 가스는 스트리핑 가스로서 특히 효과적인데, 그 이유는 그들이 사이클론 딥 레그내의 긴 잔류 시간의 결과로서 거의 불활성이 되는 시점에서 분해되기 때문이다. 분리 용기를 통하여 들어가는 스트리핑 매체로서 반응기에 항상 존재하는 모든 가스를 이용하여 원하는 정도의 스트리핑을 달성하는데 필요한 스트리핑 증기를 위한 전체 요건을 감소시킬 수 있다. 증기 제어 요건은 그럼으로써 발생되는 사우워 수의 폐기와 관련된 처리 비용이 많이드는 정제기에 특히 유리하다.
또한, 본 발명의 방법 및 장치는 과거에 이용되었던 더욱 효과적인 방법으로 이용가능한 스트리핑 가스를 이용함으로써 증기 요건을 더욱 감소시킬 수 있다. 분리 용기 내의 촉매를 스트리핑하기 위한 종래의 배치는 스트리핑 가스를 반응기의 큰 바닥 개구를 통과하도록 한다. 가스는 일반적으로 그러한 개구에 균일하게 유입하지 않으며 주로 한쪽 또는 다른 쪽으로 흐르기 쉽다. 스트리핑 가스를 반응기로 부터 다수의 노즐을 거쳐서 분리 용기의 조밀층으로 주입하는 것은 용기의 원주상으로 스트리핑 가스를 균일하게 주입하는 방법으로 스트리핑 가스를 분포시킨다. 이러한 분포 방법에 따라서, 가스는 스트리핑 매체로서 효과적으로 사용된다.
본 발명의 장치는 가스상 유체에 의해 전달되는 고체 입자 혼합물을 함유하는 혼합물 도관이 입자 및 가스상 유체 혼합물을 배출하는 분리 용기로 이루어진다. 분리 용기는 실린더형 용기가 바람직하다. 실린더형 용기는 가스상 유체 및 고체가 혼합물 도관의 배출구로부터 분리 용기로 수직으로 배출될 때 가스상 유체 및 고체의 소용돌이 작용을 촉진시킨다. 분리 용기는 도관 또는 분리 용기를 들어갈 수 있는 다른 장치 등의 일부 장해의 존재 하에서 만족적인 조업을 제공할 배출구 하부에 개구된 내부를 갖는 것이 바람직할 것이다.
배출구 및 배출구 상류부의 도관 부분은 가스상 유체 및 고체의 출구 혼합물에 접선 속도를 제공하도록 구성된다. 배출구는 배출되는 가스상 유체 및 고체에 필요한 접선 속도를 제공할 베인(vanes) 및 배플을 사용할 수 있다. 배출 출구는 도관 또는 중심 혼합물 도관으로부터 외부로 연장되는 암으로 구성되는 것이 바람직하다. 배출 도관 상류부에 굴곡된 암의 부분을 제공하는 것은 가스상 유체 및 고체가 분리 용기를 통하여 접선 방향으로 계속해서 배출구를 나갈 때 가스상 유체 및 고체에 필요한 운동량을 제공할 것이다. 분리 용기는 용기 하부로부터 촉매 입자를 빼내도록 배치되어 무거운 고체 입자는 더 가벼운 가스 유체로부터 아래쪽 방향으로 제거된다. 분리 용기로 연장된 고체 입자의 층은 분리 용기 하부에서 유지된다. 분리 용기에서 분리된 가스는 전형적으로 싸이클론 분리 용기에서 분리되는 부가적인 양의 비말 동반된 촉매를 함유할 것이다. 바람직한 싸이클론 분리 용기는 분리 용기 출구에 직접 연결된 입구를 갖는 형태일 것이다. 이 형태의 분리 배치에 대한 부가적인 상세함은 미국 특허 제4,482,451호에 기술되어 있다.
본 발명의 중요한 특징은 분리 용기 외부 주위에 배치된 다수의 제한된 개구의 위치이다. 출구는 분리 용기의 하부 출구 위 및 분리 용기 내에 유지된 조밀한 촉매층 상부 아래에 위치되어 있다. 양호한 분포를 수득하기 위해서 제한된 개구는 1.7kPa(.25psi) 이상의 압력 손실을 발생시킨다. 제한된 개구는 가스 흐름을 분리 용기의 조밀한 촉매층으로 흐르도록 오리피스를 제공하는 노즐 형태인 것이 바람직하다. 노즐은 25.4mm(1 in 이하)의 오리피스 개구 직경 및 분리 용기 주위에 305mm(12 in), 더 바람직하게는 152mm(6 in)의 공간을 갖는 것이 바람직하다. 균질 압력 손실을 수득하기 위해서 모든 제한된 개구는 분리 용기 벽의 동일한 높이에 위치되는 것이 바람직하다.
스트리핑 매체로서 분리 용기의 제한된 개구에 들어갈 수 있는 반응기로 유입되는 가스 흐름은 다양한 원천에서 온다. 주요한 원천은 반응기에 들어가는 퍼지매체이다. 퍼지가 없는 경우에는, 분리 챔버 및 직접 연결된 싸이클론 배치를 둘러싸는 반응기의 부피는 반응기 조업 중 상대적으로 불활성일 것이다. 퍼지 매체는 용기 내에서 코크 형성을 초래하는 탄화수소가 없게 비교적 활성인 부피를 청소(sweeping)하는 필요한 기능을 제공한다. 일반적으로 이 퍼지 매체는 스팀이기 때문에 이것은 잠재적인 스트리핑 가스를 용이하게 제공한다. 또 다른 스트리핑 매체는 싸이클론의 촉매 출구로부터 얻을 수 있다. 싸이클론은 나가는 회수된 촉매는 반응기로 들어가는 부가적인 양의 비말 동반된 가스를 함유한다. 이들 가스는 무거운 성분을 깨뜨려서 소멸시키는 싸이클론 딥 레그(dip legs) 내에서의 긴 체류 시간에 의해 비교적 불활성이다.
본 발명의 방법에서 반응기로부터 나오는 스트리핑 가스 흐름의 효과적인 사용은 특히 분리 용기, 주위 반응기 환경 및 제한된 개구 사이의 압력 균형을 도입한다. 본 발명의 압력 균형은 분리 용기보다 반응기의 압력을 높게 유지시킨다. 필요한 압력 균형을 유지하는 것을 하부 위의 반응기에 있는 조밀한 촉매상이 위쪽의 분리 용기로 연장되는 것을 요구한다. 본 발명의 목적을 위해서 조밀한 촉매상을 촉매 밀도가 320kg/m3(20 lb/ft3) 이상이다. 조밀한 촉매상을 분리 용기의 낮은 부분 내에서 제한된 개구 위의 높이까지 위쪽으로 연장된다. 제한된 개구 위의 조밀한 촉매상의 높이는 싸이클론 입구로부터 딥 레그 출구까지의 싸이클론에 걸친 최대 압력 차이에 의해 제한된다. 싸이클론에 걸친 최대 차이는 싸이클론 딥 레그의 길이를 증가함으로써 증가될 수 있다.
노즐의 제한된 개구는 분리 용기 하부 위에 위치하여 제한된 개구 및 분리 용기 하부 사이의 조밀한 촉매 헤드를 유지한다. 본 발명에 따르면, 반응기 내의 압력은 제한된 개구에서 분리 용기 내의 압력을 항상 초과하기 때문에, 촉매의 이 헤드는 반응기로부터 최소한 가스의 일부분을 하부 분리 용기 개구 대신에 제한된 개구를 통하여 분리 용기로 흐르게 한다. 반응기로부터 나오는 모든 가스가 제한된 개구를 통하여 흐르고 분리 용기 내에서 촉매를 스트리핑하기 전에 재분포되도록 하기 위해 제한된 개구 밑의 분리 용기 내의 촉매의 헤드는 제한된 개구에 걸친 압력 손실보다 크게 유지되는 것이 바람직할 것이다.
그 다음에 첨부된 도면을 살펴보면, 개략도는 반응기(10) 내의 분리 배치를 도시한다. 전형적인 FCC 배치에서 반응기 라이저(12) 형태의 중심 도관은 반응기(10)의 낮은 부분으로부터 위쪽으로 연장된다. 중심 도관 또는 라이저는 반응기(10) 내에서 접선 방향을 갖는 것이 바람직하고 반응기 하부로부터 위쪽으로 또는 반응기 상부로부터 아래쪽으로 연장될 수 있다. 라이저(12)는 암(14) 형태의 굴곡된 도관을 갖고 분리 용기(11)의 위 부분에서 끝난다. 암(14)는 가스 유체 및 촉매로 이루어진 고체 입자의 혼합물을 배출한다.
배출구(16)로부터 가스 및 고체의 접선 배출은 배출구(16) 아래의 분리 용기(11)의 내부 주위에 소용돌이 나선형 패턴을 발생시킨다. 나선형 운동과 연관된 구심 가속은 무거운 촉매 입자를 분리 용기(11)의 바깥 부분으로 외부로 나가게 한다. 배출구(16)로부터 나오는 촉매는 분리 용기(11) 하부에서 수집되어 조밀한 촉매층(17)을 형성한다.
고체보다 더 낮은 밀도를 갖기 때문에, 가스는 방향이 더 용이하게 변화되어 가스는 위쪽으로 나선형 운동을 시작하여 분리 용기(11)에 대한 가스 출구로서 기여하는 입구(20)를 갖는 가스 회수 도관(18)으로 같다. 본 발명의 바람직한 형태(도면에 도시되지 않음)에서 입구(20)는 배출구(16) 하부에 위치되는 것이다. 일반적으로 입구(20)를 통해서 가스 회수 도관(18)으로 들어가는 가스는 소량의 촉매 입자를 함유할 것이다. 입구(20)는 배출 도관으로부터 가스를 회수할 뿐만 아니라 하기에 기술되는 스트리핑 가스를 회수한다. 일반적으로 도관(18)으로 들어가는 가스의 촉매 입자의 양은 16kg/m3(1 lb/ft3) 미만이고 전형적으로는 1.6kg/m3(.1 lb/ft3) 미만이다.
가스 회수 도관(18)은 분리된 가스를 가스 회수 도관의 가스로부터 입상 물질의 추가 제거에 영향을 미치는 싸이클론(22)으로 보낸다. 싸이클론(22)은 통상적으로 직접 연결된 싸이클론처럼 가스로부터 촉매를 분리하는 공기된 내부 및 외부 소용돌이를 달성하기 위해서 싸이클론 내부에서 소용돌이 작용을 발생시키는 가스의 접선 입구를 갖는 통상적인 방법으로 조업된다. 비교적 촉매 입자가 없는 생성물 흐름은 출구(24)를 통하여 반응기(10)를 나간다.
싸이클론(22)에 의해 회수된 촉매는 딥 레그 도관(23)을 통하여 싸이클론 하부를 나가서 반응기(10)의 낮은 부분을 들어가는데 여기서 이것은 개구된 하부(19)를 통하여 분리 용기(11)를 나가는 촉매와 함께 수집되어 분리 용기(11) 외부에 상부 표면(28') 및 분리 용기(11) 내에 상부 표면(28)을 갖는 촉매층을 형성한다. 촉매층(28)을 나오는 촉매는 스트리핑 용기(30)를 통하여 아래쪽으로 간다. 전형적으로 스팀인 스트리핑 유체는 분산기(31)를 통하여 스트리핑 용기(30)의 낮은 부분으로 들어간다. 일련의 스트리핑 배플(32)을 통한 촉매와 스트리핑 유체와의 역방향 접촉은 촉매가 스트리핑 용기를 통하여 아래쪽으로 계속 진행할 때 생성물 가스를 촉매로부터 분리시킨다. 유동상 가스 또는 부가적인 스트리핑 매체는 분리기(29)에 의해 촉매층(28)의 상부에 첨가될 수 있다.
스트리핑 용기(30)을 나오는 스트리핑된 촉매는 도관(15)을 통하여 촉매를 산소 함유 가스와 접촉함으로써 촉매를 재생시키는 촉매 재생기(34)로 간다. 산소 함유 가스와 촉매의 고온 접촉은 촉매 표면으로부터 침적된 코크를 산화시킨다. 그 다음 재생 촉매 입자는 도관(33)을 통하여 반응기 라이저(12)로 가고 여기에서 도관(35)으로부터 나오는 유동상 가스가 촉매 입자를 라이저를 통하여 위쪽으로 공기압적으로 이송시킨다. 촉매와 이송 가스의 혼합물이 라이저 위로 진행할 때, 노즐(36)은 공급물을 촉매로 주입하고, 이들의 접촉은 공급물을 증발시켜 상기 기술된 방법으로 배출구(16)를 통하여 나가는 부가적인 가스를 제공한다.
외부 부피(38)로 명명되는 싸이클론(22) 및 분리 용기(11) 외부의 반응기 부피는 노즐(37)을 통하여 용기 상부로 유입되는 퍼지 매체의 첨가에 의해 싸이클론 내부의 압력 P3및 분리 용기 내의 압력 P1에 대하여 포지티브 압력 P2하에서 유지된다. 퍼지 매체는 전형적으로 스팀으로 이루어지고 상기 기술된 바와 같은 코킹문제를 방지하기 위해서 외부 부피(38) 내에서 낮은 탄화수소 분압을 유지하는데 사용된다.
본 발명은 노즐(40)의 형태로 제한된 개구를 첨가하여 노즐(37)로 들어가는 모든 퍼지 매체가 조밀한 촉매층(17)의 윗 부분(41)에서 스트리핑 또는 프리스트리핑 매체로서 효과적으로 사용되도록 한다. 최소의 포지티브 압력 P2는 출구(16)에서 반응물의 압력 압력 PRX과 동일한데, 이 압력은 노즐(40) 위에서 촉매의 헤드와 연관된 압력 손실 및 노즐(40)에 걸친 소정의 압력 손실이다. 노즐(40)에 걸친 압력 손실이 무시된다면, 최소 포지티브 압력은 P1과 동일하다. 촉매가 분리 용기로 들어갈 때 다수의 촉매를 초기에 스트리핑함으로써 허용되는 스트리핑 매체를 완전히 사용하기 위한 위치를 제공하기 때문에 도면에서 X로 나타낸 조밀한 촉매층 부분(41)의 높이는 본 발명의 조업에 중요하다. 일반적으로 높이 X는 30cm(1 ft) 이상 위쪽으로 연장될 것이다. 상기에서 논의된 바와 같이 높이 X는 딥 레그(23)의 허용되는 길이에 의해 제한된다. 높이 X가 증가함에 따라, 부가적인 촉매 헤드가 압력 P1값 및 P2에 대한 최소 압력을 증가시킨다. 압력 P3가 압력 PRX에서 싸이클론 압력 손실을 뺀 압력과 동일하기 때문에, 싸이클론 상부의 압력은 PRX에 비하여 일정하게 유지된다. 따라서, 딥 레그(23)의 하부에서 압력 P2의 증가는 딥 레그(23) 내에서 조밀한 촉매 높이를 증가시킨다. 결과적으로 높이 X는 조밀한 촉매 높이(42)가 싸이클론(22)의 배럴 부분(43)에 들어가게 되는 높이 이하로 유지되어야만 한다. 따라서 본 발명의 바람직한 형태에서 압력 P1은 분리 용기(11)의 촉매 높이를 기준으로 조절된다.
또한 압력 P2의 최대 값은 층(17)의 낮은 부분(4)이 노즐(40) 아래로 연장되는 거리에 의해 압력 P1에 대하여 제한된다. 압력 P2가 높이 Y 위의 촉매 헤드와 동일한 양만큼 압력 P1을 초과하면, 외부 부피(38)로부터 나오는 가스는 분리 용기 하부로 흘러 개구(19)를 통하여 이것의 내부로 들어간다. 따라서, 높이 Y는 노즐(40)을 통한 높이 Y 위에 촉매 헤드에 의해 발생되는 압력을 초과할 수 없는 압력 손실에 대한 제한으로서 작용한다. 따라서, 노즐(37)을 통하여 공정에 들어갈 수 있는 퍼지 매체의 양에 대한 제한은 없고 재생기로 들어가는 스트리핑 또는 퍼지 가스의 소정의 부가적인 양은 하부 개구(19)를 통하여 분리 용기로 들어간다. 분리 용기(11)에서의 재분포 및스트리핑을 위한 가능한 많은 허용되는 스트리핑 매체를 포획하기 위해서, 높이 Y의 하부 개구(19)로 가스가 흐르는 것을 제거하기 위해서 노즐(40)에 걸친 소정의 압력 손실에 상응하는 최소 거리를 제공할 것이다. 노즐(40)에 걸친 압력 손실이 하부 개구(19)를 통하여 외부 부피(38)로부터 가스가 흐르는 것을 방지하는 정도로 감소됨에 따라, 층(28)의 상부는 층 높이(28')와 노즐(40) 높이 사이의 어느 부분에 놓여 있을 것이다. 퍼지 가스 흐름의 추가 감소는 층(28)의 상부 높이를 노즐(40)에 가깝게 가여올 것이다. 촉매의 높이 Y는 외부 부피(38)의 모든 가스상 물질이 개구(19)를 통한 분리 용기(11)으로의 가스 흐름없이 노즐(40)을 통하여 흐르도록 유지되는 것이 바람직하다. 대부분의 배치에서 거리 Y는 30cm(12 in) 이상일 것이다. 따라서, 바람직한 배치에서 층(28)으로부터의 모든 스트리핑 가스는 층 부분(44)으로 흐를 것이고 층 부분(44)으로부터의 모든 스트리핑 가스는 외부 부피(38)로부터 유입되는 가스와 함께 스트리핑 매체로서 층 부분(41)을 통하여 흐를 것이다.
본 발명의 FCC 방법에 따라서, 사이클론 분리 방법 및 입상 고체 및 가스상 유체를 중심 도관의 배출구로부터 분리 용기로 배출시키고 분리 용기의 바닥 주위에 배치된 다수의 제한 개구를 통해 분리 용기로 적어도 일부가 유입되는, 분리 용기 외부로부터 재분포된 가스와 분리 용기내의 촉매를 접촉시킴으로써 분리 용기로부터 분리된 가스상 유체를 회수하는 장치를 이용하여 이용가능한 스트리핑 매체의 효율적인 이용율이 증가된다.

Claims (1)

  1. (a) 탄화수소 원료 및 고상 촉매 입자를 도관(12)를 포함하는 라이저 전환 대역으로 들어가게 하여 고상 입자 및 가스상 유체의 혼합물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 촉매 입자 및 가스상 유체의 혼합물을, 상기 도관(12)(이 도관(12)는 분리 용기(11)의 중심부를 점유하고, 상기 분리 용기(11)는 반응기(10) 내에 위치함)를 통해 분리 용기(11)로 들어가게 하는 단계;
    (c) 상기 혼합물을 상기 도관으로부터 배출구(16)를 통해 상기 분리 용기(11)로 접선 방향으로 배출하는 단계;
    (d) 촉매 입자를 상기 분리 용기(11)의 하부에 위치한 제 1촉매상(17)로 들어가게 하고 상기 촉매 입자를 상기 제 1촉매층(17) 내의 제 1스트리핑 가스와 접촉시키는 단계;
    (e) 상기 촉매 입자를 상기 제 1층(17)로부터 상기 제 1층(17) 아래의 상기 반응기(10) 내에 위치한 제 2층(28)로 들어가게 하고, 상기 촉매 입자를 제 2스트리핑 가스와 접촉시키고 상기 제 2스트리핑 가스를 상기 제 1촉매층(17)로 들어가게 하여 상기 제 1스트리핑 가스의 일부를 공급하는 단계;
    (f) 상기 촉매 입자를 상기 제 2층(28)로부터 스트리핑 대역(30)으로 들어가게 하고, 상기 입자를 상기 스트리핑 대역(30) 내의 제 3스트리핑 가스와 접촉시키고, 상기 제 3스트리핑 가스를 상기 제 2촉매층(28)에 들어가게 하여 상기 제 2스트리핑 가스의 일부를 공급하는 단계;
    (g) 퍼지 매체를 (노즐(37)을 통해) 상기 반응기(10)의 상부로 들어가게 하는 단계;
    (h) 상기 퍼지 매체의 적어도 일부를 상기 제 1촉매층(17)의 바닥에서 상기 분리 용기(11)의 외부 주위에 워주형으로 배치된 다수의 제한된 개구(40)을 통해 들어가게 하는 단계;
    (i) 스트리핑된 촉매 입자를 (도관(15)를 통해) 상기 스트리핑 대역(30)으로부터 회수하는 단계 및
    (j) 상기 촉매 및 제 1스트리핑 가스를 포함한 가스상 유체를 회수를 위해 상기 분리 용기(11)의 상부로부터 배출구(20)으로 모으고 가스상 유체를 상기 분리 용기(11)로부터 회수하는 단계
    를 포함하는, 탄화수소 원료의 유동식 접촉성 분해(FCC) 방법.
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