KR19980081374A - 연소 완료의 제어 및 조절을 포함하는 촉매의 재생 방법 및이를 위한 용기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 예를 들어 방향족 화합물의 개질 또는 생성을 위한 촉매의 고정 또는 이동 층으로 촉매를 재생시키는 방법에 관한 것으로, 촉매가 공정의 모든 연소 단계로 처리된 후에 실시되는 연소 완료를 제어 및 조절하기 위한 단계를 포함한다. 제어 및 조절 단계는 제어 및 조절이 발생하는 영역내로 산소 함유 기체를 주입하므로써 수행되며, 상기 제어 및 조절 단계는 연소 단계의 조건보다 더 엄격한 조건하에서 수행된다. 제어 및 조절 단계는 10% 미만의 산소를 소비하여 수행된다. 온도는 거의 일정한 것이 유리하다. 또한 본 발명은 상기 공정을 수행하는 용기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 사용한 촉매를 재생시켜 초기의 촉매 성능을 복원시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연소 단계에 관한 것이다.
방향족 화합물의 제조, 특히 개질을 위한 촉매에 특별히 적용한다. 본 발명은 촉매의 이동 층을 사용하여 재생 공정을 실시하는 것이 유리하다.
방향족 화합물 제조 또는 개질용 촉매는 일반적으로 지지체(예를 들어, 1종 이상의 내화성 산화물로부터 형성된 지지체, 또한 가능하게는 하나 이상의 제올라이트를 포함하는 지지체), 1종 이상의 귀금속(바람직하게는 백금), 1종 이상의 촉진제 금속(예를 들어 주석 또는 레늄), 1종 이상의 할로겐 및 가능하게는 1종 이상의 추가 성분(예, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 란탄족, 규소, IVB족 원소, 비귀금속, IIIA의 원소 등)을 포함한다. 이 형태의 촉매는 예를 들어 염소화된 알루미나 지지체상에 부착된 1종 이상의 기타 금속 및 백금이 있다. 일반적으로, 이들 촉매는 탈수소고리화 및/또는 탈수소화 반응; 방향족 탄화수소의 제조 또는 개질(예를 들어 벤젠, 톨루엔, 오르토-크실렌, 메타-크실렌 또는 파라-크실렌의 제조)에 의해서 변형될 수 있는 나프텐계 또는 파라핀계 탄화수소를 전환시키는데 사용된다. 이들 탄화수소는 증류 또는 기타 변형 방법에 의한 미정제 오일의 분별 증류로부터 생성된다.
이러한 촉매는 문헌에 널리 개시되어 있다.
상기 촉매의 재생 또한 공지되어 있다. 촉매의 재생은 고정 또는 이동 층으로 수행되며, 하나 이상의 연소 영역에서 실시되는 연소 단계, 옥시 염소화 단계, 소성 단계의 순서로 포함한다. 유럽 특허 EP-A-0 378 482는 이와 같은 이동 층 공정을 개시하고 있다.
이해를 돕기 위해서, 본 발명의 방법을 개질 촉매의 이동 층 재생에 관하여 개시할 것이다. 종래의 EP-A-0 378 482를 우선 참고로 하였다.
EP-A-0 378 482에 따라, 사용된 촉매는 재생 용기의 상부로부터 하부로 서서히 이동하여, 제1 방사형 이동 층 연소 영역, 제2 방사형 이동 층 연소 영역, 축상 옥시염소화 이동 층 영역 및 축상 소성 이동 층 영역과 연속적으로 접촉하며;
(a) 제1 연소 영역에서는, 제1 개질 반응기의 압력과 거의 동일한 3∼8 bar의 압력, 350∼450℃의 온도에서, 촉매에 역류방향으로 방사형으로 순환하는 0.01 ∼1 부피%의 산소를 포함하는 불활성 기체를 주성분으로 하는 연소 기체를 사용하여 촉매를 처리하며, 상기 연소 기체는 소성, 옥시염소화 및 연소 영역으로부터 기체를 세척하는 영역에서 발생하며;
(b) 제2 연소 영역에서는, 제1 반응기의 압력과 거의 동일한 3∼8 bar의 압력, 제1 연소 영역의 온도보다 20℃이상 높은 온도에서, 제1 연소 영역에서 발생한 기체의 존재하에, 0.01∼1 부피%의 산소를 함유하는 기체와 접촉하는 촉매에 20부피% 이하의 산소가 첨가된 불활성 메이크업 기체의 존재하에 촉매를 처리하며, 상기 기체는 방사형으로 촉매와 동류로 순환된다.
이어서, 촉매를 옥시염소화 영역으로 이송시킨다.
이러한 재생 공정을 수행하는 경우, 옥시염소화 단계(또는 임의의 기타 연속적인 단계)에 통과시키기 전에 연소를 종결(완료)시키는 것이 중요하다는 것을 알았다. 만약 연소가 종결되지 않으면, 연소 조건을 변형시켜 연소를 완료시켜야 한다.
결과적으로, 본 출원인은 촉매의 재생 공정을 개발하였으며, 이 공정은 임의의 연속되는 단계전에 연소의 종말점을 제어 및 조절하는 수단을 사용하여 연소 완결을 제어 및 조절하는 영역을 포함한다.
미국 특허 US-A-4 578 370에는 개질 촉매의 재생 공정중 연소 단계 이후 및 옥시염소화 단계 이전의 온도 조정 영역을 개시하고 있다.
상기 공정에서, 연소 영역에 공급된 기체는 촉매 층에서 방사형으로 순환하고, 연소용 산소는, 연소 영역 이후, 실질적으로 재생 영역의 하부에 위치한 소성 영역으로부터 발생한다.
온도 조정 영역은 연소 영역에서 방출되는 촉매의 온도를 옥시염소화 영역의 온도와 근사한 온도가 되도록 변형시켜, 옥시염소화 영역으로 유입될 때 촉매의 열쇼크를 감소시킨다.
이를 완수하기 위해서, 기체를 온도 조정 영역으로 주입하며, 상기 기체는 연소 단계로부터의 유출물의 압축 분획이 된다.
상기 기체의 온도는 연소 단계로부터의 압축 유출물의 온도이다. 상기 공정의 목적중 하나는 가열 수단을 사용하지 않고, 일반적으로 필요한 장비량을 감소시키는 것이기 때문에, 냉각 또는 재-가열 처리를 하지 않는다.
온도 조정 영역으로 유입되는 기체를 옥시염소화 영역의 기체와 층 유출구에서 혼합하고, 연소 증기와 혼합하면서 재생 용기의 상부까지 상승시켜, 이로부터 기체를 추출한다.
온도 조정 영역을 통과하는 경우, 기체는 촉매를 가열시킨다.
본 특허 출원은 연소 영역 이후 배치된 영역을 포함하는 방법을 제안하고 있으나, 상기 영역은 US-A-4 578 370에 사용되지 않은 수단을 사용하여 여러 문제(연소의 종말점을 제어 및 조절하는 것)를 극복할 수 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 촉매가 소정의 작동 조건하에서 하나 이상의 산소 함유 기체와 접촉하는 하나 이상의 연소 단계에서 탄화 물질의 연소를 포함한, 사용된 촉매를 재생하기 위한 방법에 관한 것으로, 모든 연소 단계로 처리한 촉매가 연소 단계보다 더 엄격한 조건하의 제어 및 조절 단계에서 제어 및 조절 기체라고 불리우는 하나 이상의 산소 함유 기체와 접촉하고, 제어 및 조절 단계가 상기 기체와 함께 유입되는 산소의 10% 미만의 산소 소비량으로 실시되는 것을 특징으로 한다.
제어 및 조절 기체에 의해 연소 단계내로 유입되는 산소의 최대량과 동일하거나 그 이상인 산소량을 유입시키고, 및/또는 연소 단계로 유입되는 기체의 온도 보다 높은 온도에서 제어 및 조절 기체를 유입하므로써 제어 및 조절 영역의 엄격한 조건을 만족시킨다. 상기의 첫 번째 방법이 바람직하다.
제어 및 조절 단계는 거의 일정한 온도에서 수행되는 것이 유리하다.
거의 일정한 온도는 온도의 편차가 3% 이하, 바람직하게는 2% 이하인 것을 의미하여, 오차 및 열 손실의 측정은 고려하지 않는다. 제어 및 조절 기체 온도는 연소 단계로 유입되는 기체(들)의 최고 온도와 동일하거나 이상인 것이 유리하다. 더 높은 것이 바람직하다.
이 온도는 최종 연소 단계에서 방출되는 기체 및/또는 촉매의 온도와 동일한 정도인 것이 바람직하다.
제어 및 조절은 촉매를 통과한 후에 연소 단계로부터의 기타 기체와는 무관하게 방출되는 제어 및 조절 기체로 수행하는 것이 유리하다. 또한 하나 이상의 연소 단계에서 하나 이상의 기체와의 혼합물로서 방출되는 제어 및 조절 기체로도 용이하게 수행할 수 있다.
사용된 촉매는 예를 들어, 연속적인 또는 간헐적인 흐름으로 고정 층 또는 이동 층에서 재생시킨다.
도 1은 촉매 이동 층을 갖는 최종 연소 영역에 포함된 제어 및 조절 영역을 도시한다.
도 2는 이동 촉매 층과 함께, 연소 영역 후의 제어 및 조절 영역을 도시한다.
도 3은 불꽃면의 위치를 도시한다.
도 4는 불꽃면 위치 측정을 도시한 것이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1,9,11,27 : 도관
C : 촉매
E : 재생 용기
FC : 제어 및 조절 영역
G1,G2,G3 : 산소 함유 기체
Z1,Z2 : 연소 영역
본 발명은 첨부된 도면에 예시되어 있다.
도 1은 재생 공정의 연소 단계만을 도시하고 있으며, 이 경우 예를 들어 EP-A-0 378 482에 개시된 바와 같이 2개의 별도의 영역에서 2단계로 수행된다. 공지된 방식으로, 재생시키고자 하는 사용된 촉매(C)를 도관(1)을 통해 재생 용기(E)의 상부(2)에 유입시킨다.
이어서 하나 이상의 도관(3)(예, 샤프트)을 통해 제1 연소 영역(Z1)으로 촉매를 유입시킨다. 이 영역에서, 촉매가 포함되어 있는 공간 사이에 스크린과 같은 벽(5a 및 5b)을 통과하는 산소 함유 기체(G1)(도관(4)를 통해 유입)를 사용하여 촉매를 제1 점화 또는 연소 처리한다.
연소 영역은 도 1에 도시된 이동 층의 경우, 일반적으로 방사형, 바람직하게는 환형이다.
촉매의 이동 층의 경우, 흐름은 연속적이다. 간헐적인 흐름이 또한 관찰될 수 있다.
이어서, 촉매(C)를 하나 이상의 도관(6)(예를 들어 샤프트)을 통해 제2 연소 영역(Z2)으로 하강시키고, 산소 함유 기체(G2)를 파이프(7)를 통해 이 제2 연소 영역으로 유입시킨다.
제2 연소 영역을 통과한 후에, 기체(G'2)를 도관(9)를 통하여 영역으로부터 추출한다. 이어서, 촉매(C)를 도관(10)(예, 샤프트)을 통해 옥시염소화 영역(도시되지 않음)으로 유입시킨다. 연소 후에 이를 재생시키는 공지된 방식으로 촉매를 처리한다(옥시염소화 반응, 소성 처리).
도 1은 2개의 연속적인 연소 영역을 도시하고 있으며, 연소 영역의 수는 목적하는 유니트의 기능에 따라 당업자가 선택한다. 전술한 영역과 동일한 방식으로 조작 및 배열한다.
일부 공정(예, US-A-4 578 370에 개시)은 하나 이상의 산소-함유 기체류가 하나 이상의 지점에 유입되는 단일 연소 영역을 사용하여 작용한다.
본 발명은 하나 이상 존재하는 임의의 수의 연소 영역에 적절하다. 예를 들어, 기체는 촉매의 흐름에 방사형으로 순환한다(예를 들어 도면에 도시되어 있음).
도 1 에서, 재생 공정은 2개의 연소 단계를 포함하고, 연소 영역에서 유출되기 직전 및 연속되는 처리 영역에 유입되기 직전 촉매는 제어 및 조절 단계로 처리된다.
이 조작은 최종 연소 영역(Z2)의 저부에서(촉매의 흐름 방향으로) 실시된다. 연소의 종료를 제어 및 조절하기 위한 영역(FC)이 이의 저부에서 위치한다. 정상적인 조건하에서, 저부에서는 연소가 발생하지 않으며, 환언하면 연소면(불꽃면)의 종말점 후에 영역(FC)가 위치한다.
일반적으로, 제어 및 조절 영역(FC)은 최종 연소 영역의 1/2 낮게, 바람직하게는 1/3 낮게 위치한다. 연소 영역과 관련하여 제어 및 조절 영역을 축소시키는 것이 중요하며; 따라서 제어 및 조절 영역이 연소 영역보다 20% 낮은, 바람직하게는 15% 더 낮은 곳에 위치하는 것이 적절하다. 따라서, 제어 및 조절은 연소 영역 높이의 98% 이하, 또는 95% 이하 또는 80% 이하에 위치하는 불꽃면의 말단을 넘어서 실시된다.
그러므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 촉매는 하나 이상의 산소 함유 기체가 유입되는 하나 이상의 연소 영역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 처리하며, 촉매는 최종 연소 영역의 저부에 위치한 제어 및 조절 영역에서 연소의 종료를 제어 및 조절하는 단계로 처리하며, 제어 및 조절 기체를 제어 및 조절 영역으로 유입시킨다. 상기 영역에서 방출되는 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 바람직하나, 또한 촉매 이동 층의 온도 또는 촉매의 온도를 측정할 수도 있다.
도 2에 도시된 일양태에서, 제어 및 조절 영역(FC)은 최종 연소 영역(Z2)에 포함되지 않은 영역이며, 최종 연소영역으로부터 분리된다.
영역(FC) 및 최종 연소 영역의 연소 영역 사이의 분리로 인해서 이들 영역 사이에서 기체를 통과시키지 않지만, 촉매는 통과시키게 된다. 당업자들은 적절한 수단, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 플레이트(29)를 선택할 수 있다.
연소 영역을 분리하거나(도 2 참고), 또는 분리하지 않을 수 있다(도 1).
산소를 함유하는 기체(G3)는 도 1의 도관(11)(도 2에서는 도관(27))을 통해 영역(FC)로 유입되며, 영역(FC)를 통과한 후 추출된 상기 기체는 연소 영역(Z2)을 통과한 기체(G'2)의 추출에 의해 도 1의 도관(9)을 통해 유출되거나 또는 기체(G'2)(기체(G'3))와 무관하게 도 2의 도관(28)을 경유하여 유출된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매는 하나 이상의 산소 함유 기체가 유입되는 하나 이상의 연소 영역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 처리되며, 상기 촉매는 연소 영역 또는 최종 연소 영역으로부터 분리된 제어 및 조절 영역에서 연소의 종료를 제어 및 조절하는 단계로 처리되어 촉매는 통과시키거나 기체는 통과시키지 않으며, 제어 및 조절 기체는 제어 및 조절 영역내로 유입되고 제어 및 조절 영역으로부터 추출된다. 전술한 바와 같이, 추출된 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 바람직하다.
연소 영역에 대한 제어 및 조절 영역에서의 작동 조건을 엄격하게 하는 한 방법에서, 도 1 및 도 2에서 영역(FC)로 유입되는 제어 및 조절 영역으로 유입된 기체는 산소량이 연소 단계로 유입된 산소의 최대량과 동일하거나 그 이상이며, 바람직하게는 더 높은 것이 바람직하다.
환언하면, 도 1 및 2에 따라, 기체(G3)와 함께 유입되는 산소의 양은 기체(G1) 및 기체(G2)와 함께 유입되는 산소량과 같거나 더 많다. 유속이 동일한 경우, 기체(G3)의 산소 함량은 기체(G1) 및 기체(G2)의 것보다 더 높다.
단독 또는 전술한 방법과 조합하여 사용되는 추가의 방법에서, 또한 유입된 기체의 온도는 연소 단계내로 유입된 기체의 최고 온도와 동일하거나 그 이상인 것이 바람직하다. 최종 연소 단계의 종료시 온도와 거의 동일한 것이 바람직하다. 도 2에서, 기체(G3)는 일반적으로 유출물(G'2)이 제2 연소 영역에서 유출되는 온도와 유사한 온도에서 유입된다. 도 1에서, 기체(G3)의 온도는 일반적으로 영역(FC)를 비롯한 제2 연소 영역에서 유출되는 유출물(G'2)의 온도와 거의 유사하다. 기체(G3)의 온도는 일반적으로 최종 연소 영역에서 유출되는 촉매의 이동 층에서의 온도와 거의 유사하다.
기체 취급을 최적화하기 위한 유리한 실행 방법에서, 유출되는 유출물(G'2)을 냉각시키고, 불순물을 제거하고, 이를 세정하고, 압축하며, 바람직하게는 기체의 전부 또는 일부분을 압축 전 또는 후에 건조시킨다. 기체를 2 부획으로 분별시키고, 이중 한 분획의 기체를 연소 단계로 재순환시키고, 나머지 한 분획을 가능하게는 산소의 첨가 및 재가열후에 영역(FC)에 기체(G3)로서 이송시킨다. 따라서, 일반적으로 기체(G3)는 첨가된 산소(공기와 같은 산소-함유 기체일 수 있다는 것을 알아야한다)와 함께 최종 연소 단계로부터의 최소한 일부분 이상의 기체, 바람직하게는 전부를 포함한다.
제어 및 조절 영역(FC)는 영역(FC)내의 산소 소비량이 유입 산소의 10% 미만, 유리하게는 5% 이하로 연소 영역과 구별된다. 일반적으로, 온도는 거의 일정하다. 이는 연소가 완료되었다는 것을 의미한다.
제어 및 조절 영역에서 온도를 측정하는 한 방법은 예를 들어, 중앙식 수집기(도 1의 내벽(5a)에 의해 구획됨)의 하나 이상의 열전기쌍을 영역(FC)에 제공하는 것이다. 따라서, 영역(FC)에서 유출되는 기체의 평균 온도를 알 수 있으며, 영역(FC)로 유입되는 기체의 온도와 비교할 수 있다.
기체가 도 1에 도시된 것과 반대 방향으로 순환되는 경우, 즉, 내부(내벽에 의해 한정되는 공간)에서 외부로 순환되는 경우, 열전기쌍은 외벽(5b)에 배치시킨다.
추가의 방법은 촉매 층의 온도 또는 촉매의 온도를, 예를 들면 층내에 있는 열전기쌍을 사용하여 측정하는 것이다.
온도를 측정하는 임의의 수단은 열전기쌍, 적외선 분석기 등이 적절하다.
이동 촉매 층이 단일 연소 영역에 존재하는 경우, 기체가 영역(FC)에서 유출되는 벽에 존재하는 측정 수단을 사용하여 동일한 과정으로 온도를 측정할 수 있다.
대조적으로, 연소 영역과 제어 및 조절 영역이 분리되어 촉매는 통과하나 기체는 통과할 수 없는 경우, 기체는 다른 기체와 무관하게 영역(FC)에서 유출되기 때문에 측정은 더 용이하고, 따라서 제어 및 조절은 더 확실하다. 따라서, 종래의 US-A-4 578 370에는 본 발명과 같은 제어 및 조절 영역을 규정하기 위한 필수적인 수단을 포함하지 않는다는 것을 분명히 알 수 있다.
유사하게, 당업자는 영역(FC)에서 산소 소비를 측정하는 적절한 방법을 선택할 것이다. 간단한 예로서, FC 영역 유입구 및 유출구사이의 산소 함량의 변화는 유입구 함량(총 기체 유속과 동일)의 변화 및 영역 유출구에서의 함량 변화로부터 측정할 수 있다. 일반적으로, 선행 단계(영역)가 올바르게 조작된 경우, 영역(FC)의 산소 소비량은 낮다(예를 들어 2-3% 미만).
이 측정 방법은 상기 최종 영역으로부터의 연소 기체가 선행 연소 영역으로 통과하지 않도록 영역(FC)이 최종 연소 영역에 포함되고, 최종 연소 영역이 선행 연소 영역으로부터 분리되는 경우 특히 적절하다. 이 방법은 또한 도 2의 분리 영역(FC)에 용이하게 적용할 수 있다.
따라서, 적당한 연소를 제어 및 조절하는 간단한 방법을 이용할 수 있으며, 연소시 오차는 하나 이상의 연소 영역에서 온도 또는 산소의 함량을 다양하게 하여 보정할 수 있다.
이어서 상기 공정에서, 유입되는 기체 및/또는 촉매와 제어 및 조절 단계로부터 유출되는 기체 및/또는 촉매의 온도, 및/또는 유입되는 기체와 제어 및 조절 단계에서 유출되는 기체의 산소 함량을 측정하여 비교하고, 허용 가능한 편차보다 큰 차이가 있는 경우, 하나 이상의 연소 단계의 하나 이상의 작동 조건을 변형시켜 이 차이를 보정한다.
(연소 제어 및 조절을 수행하기 위한 방법은 하기에 개시되어 있으며, 불꽃면의 위치를 확인하므로써 연소의 진행을 알 수 있다).
유입된 기체 및 유출되는 기체의 온도 및 산소 함량을 비교하는 것이 바람직하다. 제어 및 조절 영역으로 유입되고 유출되는 촉매 층의 온도 또는 촉매 온도를 비교하는 것 또한 가능하다.
온도 차이가 유입 기체 온도의 3%, 또는 2%를 초과하지 않는 경우(측정할 수 있는 열손실을 배제), 또는 산소 함량의 차이가 유입 기체의 산소 함량의 10% 미만인 경우(이는 원하는 경우 5% 미만으로 더 엄격하게 할 수 있다), 연소 반응이 완료되었다고 생각할 수 있다(차이가 허용가능한 편차 범위내에 있기 때문).
대조적인 경우(차이가 허용가능한 편차보다 큰 경우), 연소 종료는 동일한 시간 동안 촉매의 적절한 재생을 보증하기 위해서 수행되며(정상적인 조작에 대해 변형된 작동 조건 사용), 하나 이상의 연소 영역내 하나 이상의 작동 조건을 변형시켜 제어 및 조절 영역내의 산소 소비가 10% 미만이 되게 한다.
연소 역기능은 급속히 검출되고 신속하게 교정될 것이다. 관찰된 역기능은 간단하다. 이 때, 영역의 엄격한 조건하에서 연소 처리가 발생할 것이다.
개질 촉매 또는 방향족 화합물 생성 촉매를 처리하기 위해서, 제어 및 조절 단계로 유입되는 기체에 대한 조건은 400∼550℃, 일반적으로 450℃이상, 바람직하게는 460℃ 이상, 종종 460℃∼480℃ 또는 그 이상의 온도이다. 산소 함량은 2% 이하, 바람직하게는 0.5∼1.5%이며, 연소 영역으로 유입되는 기체 함량보다 높은 것이 바람직하다.
본 발명은 고정 층 재생 방식에도 적용할 수 있다. 다수의 층 또는 단일 층을 사용하고, 산소 함유 기체를 층 또는 층 외부에서의 다수점에 공급할 수 있다.
고정 층 촉매는, 예를 들어 층의 하부에 위치한 도관을 통해 공급되고, 예를 들어 층상의 통과후에 층의 헤드상에 위치한 추가의 도관을 통해 유출되는 산소-함유 기체로 처리한다.
반응기에서 작용되는 조건은 연소를 수행할 수 있게 하는 것이다. 이는 하나 이상의 단계에서 발생한다. 예로서, 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 동시에 증가시킬 수 있고, 이 경우 연소는 더욱 효과적이다.
최종 연소 단계가 완료되는 경우, 선행 연소 단계내로 유입되는 최고의 산소량과 동일하거나 또는 바람직하게는 더 많은 양의 산소 함유 기체가 유입되며(예를 들어 전술한 제2 단계로 유입된 것보다 많음), 기체는 이미 유입된 기체의 최고 온도와 동일하거나 그 이상인 온도로 유입되며, 최종 연소 단계에서 유출되는 기체의 온도와 거의 유사한 것이 유리하다.
방출 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하고 유입 기체의 온도 및/또는 산소 함량과 비교한다.
이동 층 공정을 위한 동일한 방법에서, 산소 소비가 공정의 허용 가능한 범위내에 있는지의 여부에 대해 검사한다.
대조적인 경우(차이가 허용 가능한 편차보다 큰 경우), 촉매의 적절한 재생을 보증하기 위해서 연소 종료 단계를 수행하거나(따라서 일반적인 조작에 대해 변형된 작동 조건을 사용), 또는 변형된 조건하에서 새로운 재생 사이클을 개시한다. 이어서, 동일한 촉매를 사용하여 그 다음 배취를 연소시키기 위한 하나 이상의 작동 조건을 변형시켜 결과적으로 차이를 보정한다.
당업자들은 연소 영역에서 작용되는 조건의 기능에 따라 본 발명의 규정된 범위내에서 제어 및 조절 영역으로 유입되는 기체의 온도 및 산소 함량 조건을 선택할 것이다.
이동 촉매 층을 사용하여 작동되는 재생 공정, 특히 본 발명의 공정에서, 연소는 제어 및 조절되고 불꽃면의 위치를 확인하므로써 조정되는 것이 상당히 유리할 수 있다. 이를 달성하는 한 방법을 하기에 제시하였다.
촉매의 재생 과정중 탄화 물질의 연소를 제어 및 조절하기 위한 이 공정에서, 촉매는 연소 영역내의 2개 이상의 벽사이에서 하강하는 이동 층의 형태로 흐르고, 이중 한 벽을 통해 층으로 유입되고 다른 한 벽을 통해 유출되는 고온 산소-함유 기체가 촉매를 횡단되고, 이 영역에서, 경사진 프로필을 갖는 불꽃면을 형성하여, 이중 최고 지점은 촉매가 영역에 유입되는 레벨에서 기체가 유입되는 벽상에 있으며, 최저 지점은 기체가 유출되는 벽상에 있다. 연소가 발생하는 하나 이상의 영역에서 탄화 물질을 연소시키는 것은 하기와 같은 공정에서 제어 및 조절한다: 연소가 완료되는 영역의 하나 이상의 변수 XY를 측정하고, 연소가 발생하지 않는 영역의 하나 이상의 변수 XN을 측정하며, 정상적인 작동 조건하에 수득한 불꽃면에 근접한 또는 그 위치에서 선택된 하나 이상의 기준 점을 XY 및 XN을 포함하는 변수 함수로 간주하고, 정상적인 작동 조건하에서의 상기 점의 위치를 설정 기준값으로 하고, 변수 함수로부터 계산된 가상 점의 위치를 기준 값의 한 면에 위치한 점을 측정하여 계산한 후, 이점을 설정 기준점과 비교하여 차이가 있는 경우, 하나 이상의 작동 조건을 변형시켜 차이를 감소시키거나 제거한다.
본 발명은 도면을 참조하여 기술할 것이다.
도 3은 2개의 동축 원통형 벽, 외벽(31) 및 내벽(32)에 의해 한정되는 환형 층을 사용한 연소 영역의 종방향 단면도를 보여준다. 산소 함유 기체인 기체(G)는 외벽(도 3의 스크린)을 통해 유입되어, 도 3의 아래 방향으로 개구(34)(연소 영역의 상부 형성)를 통해 영역으로 유입되고 개구(35)를 통해 연소 영역에서 유출되어 촉매의 이동 층(33)를 통과하게 된다.
따라서, 연소 영역의 높이는 h(개구(34) 및 개구(35) 사이의 거리)이다. 내벽(32)은 중앙 기체 수집기(39)를 형성한다.
본 발명은 외부로부터 내부로의 기체 흐름을 사용하여 설명하였으나, 반대 방향의 흐름도 가능하며, 이 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.
불꽃면은 연소 영역, 즉, 연소 반응이 급속히 발생하는 영역에 생성된다.
불꽃면은 도 3의 (36)으로서 도시되어 있다. 이의 형상은 영역의 상부에서, 기체가 유입되는 벽 근처에 위치한 층의 일부분에서 점화되고, 촉매가 연속적으로 공급되는 경우, 촉매의 이러한 부분이 약간 낮아지고 이 부분에 존재하는 산소는 기체가 유입되는 벽으로부터 약간 더 멀리 위치한 코크스를 연소시키는 것에 의해 형성된다.
따라서, 불꽃면은 프로파일이 아래 방향으로 경사져 있으며, 불꽃면의 최고점은 기체가 유입되는 벽(도 3의 벽(31)) 및 유입 촉매의 높이(도 3의 개구(34))에서 존재하며, 불꽃면의 최저점은 기체가 유출되는 벽(도 3의 벽(32))상에 존재한다.
따라서, 불꽃면은 촉매 층을 2 영역으로 분리한다: 불꽃면 앞에서(영역(37)), 촉매는 더 이상 코크스 처리되지 않고(또는 부분적으로 더 이상 코크스 처리되지 않고), 냉각상태인 반면, 불꽃면 후방부에서는(영역(38)) 코크스 처리되고 고온 상태가 된다.
특히 모든 코크스를 연소시키기 위해서, 불꽃면의 최저점(연소의 완료에 해당)은 연소 영역의 종료 전에 위치해야 한다는 것을 알 수 있다.
불꽃면의 종말점 위치를 실질적으로 제어 및 조절하기 위해서, 제어 및 조절이 설정 값 부근의 편차에서 가능하도록 최대 위치에서 융통성이 있어야 하며, 불꽃면의 최저 위치에서 설정값은 연소 영역의 상부로부터의 높이 h의 98% 이하, 바람직하게는 95% 이하 또는 85% 이하 또는 80% 이하로 설정하는 것이 유리할 수 있다. 일반적으로, 불꽃면의 종말점은 연소 영역의 저부 1/3에 위치한다.
연소 영역의 작동 조건은 불꽃면, 이에 의한 최저 위치에 작용한다. 촉매 치환 속도, 이에 따른 이의 유속 또는 연소되는 코크스의 질량 유속, 유입되는 산소의 양(산소 함량 × 산소 함유 기체 유입 유속) 및 기체의 온도는 가장 중요한 변수가 된다.
수행된 연소 반응 실험 및 모델링은 온도가 상승하고 산소 소비가 동시에 일어난다는 것을 보여준다. 따라서, 불꽃면 위치는 온도 또는 산소 소비를 측정하여 알 수 있다(직접 또는 계산에 의해).
온도 프로파일을 알면, 산소 소비량을 알 수 있다. 또한, 산소 소비량을 알면 코크스 연소의 진행 정도를 알 수 있다. 따라서, 코크스 연소 진행은 온도 및/또는 산소 소비로 알 수 있으며, 이는 불꽃면을 알면 연소의 상태를 알 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에서는 온도 프로파일에 의해 상세하게 기준점(정상적인 작동 조건, 바람직하게는 불꽃면의 최저점)의 위치를 후술할 것이다. (산소 소비 프로파일이 사용될 수도 있다.) 그러나, 연소 단계로 유입 및 유출되는 기체류에서 수행하는 온도 측정 및 산소 농도 측정의 정확성 때문에, 이러한 자료만으로부터 불꽃면의 종말점의 위치를 정확하게 알 수는 없다.
기준점으로 선택된 불꽃면의 최저점을 사용한 위치 방법은 불꽃면상에 임의의 기타 점이 가능하다. 기준점은 정상적인 조건하에서 형성될 가능성이 높은 영역에서, 불꽃면 근처 또는 불꽃면상에 존재한다.
정상적인 조작을 위해서, 조작자는 작동 조건과, 이에 따른 불꽃면의 최저점의 위치 P0, P0가 변화될 수 있는 값의 범위를 설정한다.
유니트의 조작 또는 개시과정에서 정상적인 조건이 보편화되지 않은 경우, 불꽃면의 최저점(또는 기타 임의의 점)을 확인하여 역작용을 검출하고 작동 조건을 변형시키므로써 이를 보정할 수 있다.
이 경우, 기준값은 정상적인 작동 조건하에 수득된 불꽃면상에 최저점의 위치로서 설정될 것이다. 이러한 최저점의 위치는 4에서 P0로 나타나있다.
이 위치를 확인하기 위해서, 측정점 P-1…P-i 및 P1…Pi는 P0의 양쪽에 위치하며, 값 P-I는 설정 위치 P0의 상부에(연소 영역의 상부를 향함), Pi는 P0 아래에(연소 영역의 하부를 향함) 위치한다.
도 4는 5개의 측정 점(높이) P-2, P-1, P0, P1 및 P2를 도시하고 있다. 필요한 만큼 많은 수를 제공할 수 있다. 이들 간격은 당업자들에 의해 결정되며, 불꽃면의 최저점을 위치시키는 데 필요한 정확도, 필요한 속도 및 적용되는 보정에 대한 함수가 된다; 모조 모델 및 실험 측정은 이와 같은 측면에서 도움이 될 수 있다.
이들 측정 점은 도 4에 도시된 바와 같이, 기체가 유출되는 벽의 한면에 위치할 때(기체 흐름이 반대 방향인 경우, 측정점은 외벽의 한면에 위치함), 중앙 수집기(39)에 위치하는 것이 유리하며, 이는 선택되는 점(불꽃면의 하부)이 여기에 위치하기 때문이다.
당업자들은 선택된 기준점(들)의 함수로서 용기를 위해 가장 적절한 측정점을 선택할 것이다.
도 4는 점 P-1, P0 및 P1이 상대적으로 서로 근접하여 있고, 고정된 설정값에 대응하는 점 P0에 근접하여 위치하며, 이 경우 점 P2는 연소 영역에서 더 낮은 곳에 위치하고, 점 P-2는 연소 영역에서 더 높은 곳이 위치하는 배치상태를 보여준다. 이해를 돕기 위해, 상기 점을 크게 이격시켜 놓았으며 비율에 따라 정한 것은 아니다; 또한, 점 P2는 읽기 쉽도록 영역의 하부에 나타내었으나, 이보다 더 높을 수도 있다.
따라서, 점 P2는 연소되지 않는 경우 방출되는 연소 기체의 온도 TN(또는 T2)에 대한 정보를 제공하며, 이는 점 P2가 불꽃면의 종말점을 넘어서 위치하기 때문이다. 나타난 온도를 연소 층으로의 유입구에서 측정된 온도의 값과 비교하고, 이러한 온도는 동일한 순서의 크기여야 하며, 만일 그렇지 않은 경우는 불꽃면의 위치가 너무 낮다는 것을 의미한다. 이어서, 조작 경보기를 작동시킬 수 있다.
점 P2는 예를 들어 연소 영역의 저부 1/3에 위치한다.
점 P2는 작동 조건이 무엇이든지 반응이 항상 발생하는 층의 영역에 위치해야 하므로, 연소가 존재하는 경우 연소 기체의 유출구 온도 TY(또는 T-2)에 대한 정보를 제공하다(그러나, 부작용을 피하기 위해서 P2는 개시중인 연소 층에 너무 가까이 두어서는 안된다). 이 점을 연소 영역에 두면 섹션의 온도를 측정할 수 있으며, 동시에 촉매가 처리되는 연소 조건(주로 산소의 백분율 및 유입 기체의 온도에 따른다)의 정보를 제공하고, 후술하는 바와 같이 간접적으로 그러나 확실하게 불꽃면을 위치시킬 수 있다. 점 P-2는 예를 들어, 연소 영역의 상부 1/3에 위치한다. 섹션 온도는 또한 완전한 연소의 경우 소비되는 산소를 나타낸다; 따라서 상기 자료는 유입구에서 산소 농도를 알려주는 예비자료로서 사용할 수 있다. 또한, 낮은 코크스 백분율의 경우(불꽃면의 종말점이 P-2 및 P-1사이에 위치하는 경우), 상기 온도는 연소가 층의 더 낮은 부분에서 정상적으로 발생할 수 있는지의 여부를 확립할 수 있는 유일한 온도이다.
3개의 점 P-1, P0 및 P1은 기준점으로 선택된 불꽃면의 기타 임의의 점 또는 불꽃면의 종말점의 위치에 대한 정확한 정보를 제공하는데 사용된다. 기준점이 불꽃면의 최저점인 경우, 이들 점의 위치는 불꽃면이 정상적으로 종료되는 영역에 해당한다.
따라서, 센서(예를 들어, 열전기쌍) 또는 임의의 기타 온도 측정 수단(예를 들어 적외선 분석기)은 이들 측정점에 위치한다.
이들 수단은 촉매 층의 외부에 부분적으로 또는 완전 위치하며, 대표적인 정보는 방출 기체로부터 수득할 수 있으며, 따라서 상기 수단은 기체가 유출되는 벽에 근접하여 위치하는 것이 바람직하다. 이는 기준점이 불꽃면의 최저점인 경우이다.
이들 수단은 부분적으로 촉매 층에 위치할 수 있다.
온도 측정외에 또는 온도 측정 대신에, 예를 들어 산소 분석기를 사용하여 산소 함량을 측정하므로써 유입 산소와 비교하여 산소 소비량을 수득할 수 있다.
도 4는 또한 각 측정점에 센서, 예를 들어 중앙 수집기의 단면 주변의 P-2에 규칙적으로 배치된 3개의 센서 P-2,1 및 P-2,2 및 P-2,3를 나타낸다. 따라서, 이들 점은 섹션 온도를 측정하거나, 또는 평균 단면 온도를 계산할 수 있다.
(장착된 부분의) 연소 층의 온도 프로파일은 하기와 같이 각 횡단부에서 평균 온도를 취하므로써 간단히 수득할 수 있다.
상기 식에서,
Tj,i는 점 Pj의 단면 j에서 센서 n°i의 온도를 나타낸다;
Vj,i는 센서 Tj,i가 작동하지 않는 경우 값이 0이고, 또는 센서가 작동하는 경우 값이 1이다;
Tj는 섹션 j의 평균 온도이다.
상기 수학식은 작동하는 센서로부터 취한 평균값을 간단히 보여준다.
불꽃면을 검출할 수 있는 충분히 유효한 연산은 전술한 바와 같이 계산된 Tj를 측정하므로써 얻을 수 있다:
ㆍ센서 P-2는 완전 연소가 존재하는 위치에서 섹션 온도를 측정할 수 있다(영역(38));
ㆍ센서 P2는 연소가 존재하지 않는 온도를 측정할 수 있다(영역(37));
·불꽃면은 온도가 전단계의 온도의 함수 f(TY, TN)와 동일한 위치에서 무작위적으로 선택되며, 간단한 예로는 2개의 전 단계의 온도의 평균이 된다.
이와 같은 단순 연산은 층의 하부로부터 T2 및 T-2의 평균 온도 이상의 제1 온도를 알게 되므로서 위치를 알려준다. 이어서, 온도가 T2 및 T-2의 평균 온도에 해당하는 위치의 온도 및 바로 전 위치에서의 온도를 내삽한다. 이어서, 상기 값을 제1 측정 온도의 센서의 물리적 위치에 부가할 수 있다.
연산에 의하면,
(초기화)(평균 온도 주변의 2개의 열전기쌍을 확인)
I=2 내지 -2
Ti(T-2 + T2)/2이면
PR=((Ti-(T-2+T2)/2)/(Ti-Ti+1))*(PTi-PTi-1)
여기서,
{Ti:섹션 i에서의 열전기쌍의 평균값,
PR: PTi에 대한 위치(미터, 0),
PTi: 연소 영역의 최상부에 대해 Ti를 측정하는 센서 Pi의 위치(미터)}
(연소 영역의 최상부로부터 선형 내삽에 의해 불꽃면의 위치를 추정)
LI=PTi+PR(SI 단위)
LI=(PTi+PR)/(연소 영역의 길이)*100(%)
기타 연산, 예를 들어, T-2, T-1, T0, T1, T2의 선형 조합으로부터 계산할 수 있는 불꽃면의 종말점의 가상(假想)값을 관찰할 수 있다. 일반적으로, 가상 위치는 접근하기 쉬운 온도 측정 Ti의 소정의 함수에 의해 정의될 수 있다.
따라서, 연소의 제어 및 조절을 위한 방법은 예를 들어 연소의 부재하의 영역 및 총 연소영역의 평균 온도와 동일한 온도를 갖는 것으로 규정된, 알고 있는 가상점을 기본으로 한다. 이 가상점은 불꽃면의 최저점의 실제 위치에 접근하는 것으로 알려져 있다.
온도 변수를 이용한 제어 및 조절 공정은 전술한 바와 같다; 추가의 변수는 산소 소비량이다.
상기 계산된 가상점이 사용자에 의해 허용되는 점 P0주변의 값의 범위 밖에 있는 경우, 하나 이상의 작동 조건, 바람직하게는 연소 영역에 유입되는 산소량을 변형시키므로써 조정할 수 있다.
조정 계획의 예:
ㆍ가상점이 P0인 경우:
불꽃면은 원하는 위치에 존재한다. 설정값은 일정한 O2유속을 유지한다.
ㆍ가상점이 P-1 및 P-2 사이에 존재하는 경우:
O2는 과량으로 존재한다. 불꽃면의 한 종말점은 산소량을 감소시키므로써 P0로 되돌아가거나, 또는 예를 들어 가상점이 P-1에 존재하는 경우와 같이 왼쪽에 존재한다.
조작자가 허용가능한 값의 범위에 따라, 불꽃면을 높이 P-2로 상승시킬 수 있다.
ㆍ가상점이 P0 및 P1사이에 존재하는 경우:
O2가 충분하지 않다. O2유속을 증가시켜야 한다.
ㆍ불꽃면이 너무 높은 경우, 조절되는 재생기의 용량은 하한선에 도달한다. 이는 경보기에 의해서 검지될 수 있어야 하며, 가능하게는 분해된 연소 방식이 도입된다.
ㆍ불꽃면이 너무 낮은 경우, 재생기의 용량은 상한선에 도달한다. 경보기가 제공되어야 하며, 연속되는 영역, 예를 들면 옥시염소화 영역에서 일시적인 연소의 가능성이 있다.
따라서, 일단 불꽃면이 위치하면, 가상점의 위치를 종래의 PID 형 조정(비례항, 적분, 도함수)에 의해, 또는 더 우수한 연소 모델을 사용한 비선형 모델 조절형 및/또는 내부 모델의 더 유효한 연산을 사용하여 불꽃면을 모니터 및 조절할 수 있다.
환형의 층을 사용한 조작 공정은 전술한 바와 같으며, 2개의 벽이 원통형형이고 동축형이다. 또한 US-A-4 859 643 에 개시된 바와 같이 원뿔형 층을 사용하거나(층의 상부 단면이 층의 하부 단면보다 더 작다), 또는 외벽이 경사진 층을 사용할 수 있다. 또한, 기체가 내벽으로부터 외벽으로 순환하는 경우(전술한 것과 반대의 경우), 측정 수단은 외벽에 위치시키는 것이 바람직하다.
촉매의 재생에 사용되는 유니트 및 공정이 다수의 연소 영역을 포함하는 경우, 전술한 제어 및 조절 방법을 연소가 발생하는 최종 영역에서 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제2 연소 영역에서의 연소는 EP-A-0 378 482에 개시된 재생 공정으로 제어 및 조절한다.
그럼에도 불구하고, 제어 및 조절을 적용하여 연소가 발생하는 임의의 영역에 불꽃면을 배치시키고, 이렇게 하므로써 그 영역에서 연소를 조정할 수 있다. 연소 제어 및 조절 단계를 포함하는 공정의 최종 연소 영역에서 연소를 확인하는 것이 특히 유리하다.
본 발명은 또한 전술한 공정을 수행하는 용기를 제공하다.
본 발명에 따라서, 사용된 촉매를 재생하는 용기는, 이동 층으로서 촉매가 순환되는 2개 이상의 벽면(5a, 5b), 제공된 하나 이상의 연소 영역을 포함하며, 이들 벽중 하나의 벽면을 통하여 이동 층으로 유입되고, 다른 벽을 통하여 유출되는 하나 이상의 산소 함유 기체를 유입하기 위한 하나 이상의 도관(4)이이 제공된다. 또한 상기 용기는 제어 및 조절 영역에서 유출되는 기체 및/또는 촉매에서 온도 및/또는 산소 함량을 측정하기 위한 하나 이상의 수단과 제어 및 조절 산소-함유 기체를 유입시키기 위한 도관(11)이 구비된 최종 연소 영역(Z2)에서 불꽃면의 종말점 후에 위치한 연소의 말단을 제어 및 조절하기 위한 영역(FC)를 포함한다.
촉매가 2개의 원통형 벽사이에 구획된 환형 공간에서 순환하는 경우, 하나 이상의 측정 수단은 기체가 유출되는 제어 및 조절 영역의 벽에 위치하는 것이 유리하다.
일양태에서, 제어 및 조절 영역은 최종 연소 영역의 저부에 위치한다.
또 다른 일양태에서, 용기는 기체는 통과시키지 않고, 촉매는 통과하도록 제어 및 조절 영역과 최종 연소 영역사이에 위치한 하나 이상의 분리 수단(29)을 포함하고, 또한 기체가 제어 및 조절 영역으로 유출되도록 하는 도관(28)을 포함하며, 하나 이상의 측정 수단은 상기 유출구 도관(28)에 위치한다.
하나 이상의 측정 수단은 또한 기체가 유출되는 제어 및 조절 영역의 벽에 위치할 수 있다.
본 발명의 용기는 불꽃면의 위치를 확인하므로써 제어 및 조절 방법을 수행하기 위한 장치를 포함하는 것이 유리하다.
전술한 제어 및 조절 공정을 수행하기 위해서, 하나 이상의 연소 영역을 포함하는 재생 용기내에서 재생과정중 촉매내의 탄화 물질의 연소를 제어 및 조절하는 장치가 제공되며, 상기 영역은 배출을 위한 하나 이상의 개구와 촉매를 유입시키기 위한 하나 이상의 개구가 구비되어 있으며, 상기 촉매는 2개 이상의 벽면 사이의 연소 영역에 있는 이동 층에서 흐르고, 고온 산소-함유 기체를 재생 용기의 개구를 통해 공급된 층내로 유입시키며, 층을 횡단하는 기체는 또 다른 벽을 통해 유출되고 용기내의 개구로부터 배출된다. 상기 장치는 하기를 포함한다:
ㆍ연소가 발생하는 일부분의 영역의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ연소가 발생하지 않는 일부분의 영역의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ측정 수단 TY 및 TN 사이의 점 Pj에 위치하고, 정상적인 작동 조건에서 설정 기준값을 수득하기 위한 불꽃면의 기준점의 위치에 해당하는 연소 영역중 높이 P0의 한면에 위치한 층의 온도 Tj를 측정하기 위한 2개 이상의 수단;
ㆍ점 Pj에서 수득한 온도 측정 Tj, TY, TN으로부터 불꽃면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준값과 비교하는 수단;
ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 작동 조건을 변형시키기 위한 수단에 연결된 연소 영역의 작동 조건을 조정하기 위한 수단.
TN을 측정하기 위한 수단은 연소 영역의 저부 1/3에 위치시키는 것이 바람직하다. TY를 측정하는 수단은 연소 영역의 상부 2/3에 위치시키는 것이 유리하다.
다수의 온도 측정 수단은 동일한 측정 높이에 위치하도록 유지하는 것이 중요하며, 이로 인하여 평균 단면 온도를 수득한다.
유사하게, 촉매의 환형 층을 구획하는 2개의 벽이 원통형이고 동축이며, 내벽에 의해 구획된 수집기에 수집되고 외벽을 통해 기체가 유입되는 경우, 온도 측정 수단은 수집기내에 위치하는 것이 바람직하다.
유사하게, 촉매의 환형 층을 구획하는 2개의 벽이 원통형이고 동축이며, 기체가 내벽에 의해 구획되는 용적을 통해 연소 영역으로 유입되며, 층을 횡단하는 내벽을 통해 통과하고 외벽에 의해 방출되는 경우, 온도 측정 수단은 외벽에 위치하는 것이 유리하다.
또한 온도 측정 수단을 촉매 층에 분포시키는 것도 가능하다.
불꽃면의 최저점을 검출하는 특히 유리한 장치는 하기를 포함한다:
ㆍ기체가 방출되는 벽면에 연소가 발생하는 일부분의 영역의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ기체가 방출되는 벽면에 연소가 발생하지 않는 영역의 일부분의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;
ㆍ기체가 방출되는 벽면에 측정 수단 TY 및 TN사이의 점 Pj에 위치하고, 정상적인 조건하에서 설정 기준값을 수득하기 위한 불꽃면의 최저점에 해당하는 연소 영역내의 위치 P0의 한면에 위치한 층의 온도 Tj를 측정하기 위한 2 이상의 수단;
ㆍ점 Pj에서 수득한 온도 측정 Tj, TY, TN으로부터 불꽃면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준값과 비교하는 수단;
ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 작동 조건을 변형시키기 위한 수단에 연결된 연소 영역의 작동 조건을 조정하기 위한 수단.
하나 이상의 작동 조건을 변형시키기 위한 수단의 예로는 밸브가 있다. 온도 Tj는 측정 위치 Pj에서의 단면 온도이다.
섹션에서 무엇이 발생하는 가를 나타내는 온도를 확인하기 위해서, 다수의 센서(예를 들어 도 4에 3개)를 규칙적으로 배치시켜 동시에 온도를 구한다.
ㆍ센서를 시험하고 대치하는 것이 조작 동안에 가능하지 않기 때문에 요구되는 예비 정보;
ㆍ재생기내의 흐름의 프로파일에 대한 정보(평형 상태 부족, 샤프트 차단, 바람직한 경로).
이 경우, 다수의 측정 수단은 섹션당 제공되어야 하며, 다수의 측정 높이를 제공해야 한다. 따라서 종방향으로의 측정 수단인 칼럼이 있다.
바람직한 경로의 존재를 검출하기 위해서, 거리의 총합을 열전기쌍의 평균 섹션 온도에 대한 열전기쌍의 3개의 칼럼의 각각에 대해 계산할 수 있다. 즉,
상기 식에서,
POSi는 위치 I에 위치한 섹션에서 평균 열전기쌍 측정에 대한 평균 변화를 나타낸다.
본 발명은 초기 촉매 성능을 복원하기 위해서 사용된 촉매를 재생시킬 수 있으며, 방향족 화합물의 생성, 특히 개질을 위한 촉매에 특별히 적용할 수 있다.
Claims (31)
- 소정의 작동 조건하에서 촉매가 1종 이상의 산소 함유 기체와 접촉하는 1종 이상의 연소 단계에서 탄화 물질의 연소를 포함하여 사용된 촉매를 재생시키는 방법으로서, 모든 연소 단계를 거친 촉매가 연소 단계의 조건보다 더 엄격한 조건하의 제어 및 조절 단계에서 제어 및 조절 기체라고 불리는 1종 이상의 산소-함유 기체와 접촉하고, 상기 제어 및 조절 단계가 상기 기체와 함께 유입되는 산소의 10% 미만의 산소 소비량으로 수행되는 것이 특징인 방법.
- 제1항에 있어서, 촉매가 방향족 화합물 제조용 촉매 또는 개질 촉매인 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 온도가 제어 및 조절 단계에서 거의 일정하게 유지되는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 및 조절 기체가 연소 단계로 유입되는 산소의 최대량과 최소한 동일한 양의 산소를 포함하며; 및/또는 기체의 온도가 연소 단계로 유입되는 기체의 온도보다 높은 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 및 조절 단계로 유입된 기체 및/또는 촉매의 온도 및 이로부터 유출되는 기체 및/또는 촉매의 온도, 및/또는 제어 및 조절 단계로 유입된 기체의 산소함량 및 이로부터 유출되는 기체의 산소 함량을 측정하고, 비교하여, 그 차이가 허용가능한 편차보다 클 경우, 하나 이상의 연소 단계의 하나 이상의 작동 조건을 변형시켜 상기 차이를 보정하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 및 조절 기체를 촉매상에서 통과시킨 후, 이 기체를 연소 단계에서 유출되는 기타 기체와는 무관하게 공정으로부터 유출시키거나, 또는 하나 이상의 연소 단계에서 유출되는 하나 이상의 기체와 혼합시켜 유출되는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매가 이동 층의 형태로 존재하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 산소-함유 기체가 유입되는 하나 이상의 연소 영역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 촉매를 처리하고, 연소 영역 또는 최종 연소 영역과 분리된 제어 및 조절 영역에서 연소 종말점을 제어 및 조절하기 위한 단계로 촉매를 처리하여 촉매는 통과시키되, 기체는 통과시키지 않으며, 상기 제어 및 조절 기체를 제어 및 조절 영역에 유입시키고, 상기 제어 및 조절 영역으로부터 추출시키며, 추출된 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 산소-함유 기체가 유입되는 하나 이상의 연소 영역에서 수행되는 하나 이상의 연소 단계로 촉매를 처리하고, 최종 연소 영역의 저부에 위치한 제어 및 조절 영역의 연소의 종말점을 제어 및 조절하는 단계로 상기 촉매를 처리하고, 제어 및 조절 기체를 제어 및 조절 영역에 유입시키고, 상기 영역에서 유출되는 기체의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하는 것이 특징인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매가 고정 층의 형태로 존재하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매가 연소 영역내의 2 이상의 벽사이에서 하강하는 이동 층으로 흐르고, 상기 벽중 한 벽을 통해 층으로 유입되고 다른 벽을 통해 유출되는 고온 산소 함유 기체에 의해 횡단되며, 영역내에서 경사진 프로파일을 갖는 불꽃면이 전개되며, 최고점은 촉매가 영역으로 유입되는 높이에서 기체가 유입되는 벽에 존재하며, 최저점은 기체가 유출되는 벽에 존재하며, 연소가 발생하는 영역중 하나 이상의 구간에서의 연소는, 연소가 완료되는 영역의 하나 이상의 변수 XY를 측정하고, 연소가 발생하지 않는 영역의 하나 이상의 변수 XN을 측정하며, 정상적인 작동 조건하에 수득한 불꽃면에 근접한 또는 그 위치에서 선택된 하나 이상의 기준 점을 XY 및 XN을 포함하는 변수 함수로 간주하고, 정상적인 작동 조건하에서의 상기 점의 위치를 설정 기준값으로 설정하고, 기준 값의 어느 한쪽에 위치한 점을 측정하여 변수 함수로부터 계산된 가상점의 위치를 계산한 후, 이 위치를 설정 기준값과 비교하고, 차이가 있는 경우, 하나 이상의 작동 조건을 변형시켜 그 차이를 감소시키거나 제거함으로써 제어 및 조절되는 것이 특징인 방법.
- 제11항에 있어서, 불꽃면의 최저점이 연소 영역의 상부로부터 연소 영역의 총 높이의 98% 이하의 거리에 위치한 것이 특징인 방법.
- 제11항에 있어서, 정상적인 작동 조건하에서 연소면의 최저점의 위치가 설정 기준값을 구성하는 것이 특징인 방법.
- 제11항에 있어서, 이동 층이 환형 형상인 것이 특징인 방법.
- 제11항에 있어서, 연소가 연소 영역으로 유입되는 산소의 양을 변형시켜 제어 및 조절되는 것이 특징인 방법.
- 제11항에 있어서, 연소가 촉매의 유속을 조절하므로써 제어 및 조절되는 것이 특징인 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 촉매가 다수의 연소 영역을 통과하고, 상기 방법이 연소가 발생하는 최종 영역에서 실시되는 방법.
- 2이상의 벽(5a, 5b) 사이에서 이동 층으로서 촉매가 순환하는 2 이상의 벽(5a, 5b)이 제공되고, 한 벽을 통해 이동 층으로 유입되고 다른 벽을 통해서 유출되는 하나 이상의 산소-함유 기체를 도입시키기 위한 하나 이상의 도관(4)이 제공되는 하나 이상의 연소 영역을 포함하는, 사용한 촉매를 재생시키기 위한 용기로서, 최종 연소 영역(Z2)의 불꽃면의 종말점후에 위치한 연소의 종말점을 제어 및 조절하기 위한 영역(FC)를 또한 포함하며, 산소-함유 제어 및 조절 기체를 도입하기 위한 도관(11)과 제어 및 조절 영역에서 유출되는 기체 및/또는 촉매의 온도 및/또는 산소 함량을 측정하기 위한 하나 이상의 수단이 제공되는 것이 특징인 촉매를 재생시키기 위한 용기.
- 제18항에 있어서, 제어 및 조절 영역이 최종 연소 영역의 저부에 위치하는 것이 특징인 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 촉매가 2개의 원통형 벽에 의해 구획된 환형 공간에서 순환하고, 하나 이상의 측정 수단이 기체가 유출되는 제어 및 조절 영역의 벽에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제18항에 있어서, 제어 및 조절 영역과 최종 연소 영역사이에 위치한 하나 이상의 분리 수단(29)을 포함하여 기체는 통과시키지 않고, 촉매는 통과시키며, 제어 및 조절 영역에서 유출되는 기체용 유출 도관(28)을 포함하며, 하나 이상의 측정 수단이 상기 유출 도관(28)에 위치하는 것이 특징인 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 제어 및 조절 영역과 최종 연소 영역 사이에 위치한 하나 이상의 분리 수단(29)를 포함하여 기체는 통과시키지 않고, 촉매를 통과시키며, 제어 및 조절 영역에서 유출되는 기체용 도관(28)을 포함하고, 하나 이상의 측정 수단이 기체가 유출되는 제어 및 조절 영역의 벽에 위치하는 것이 특징인 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서,ㆍ연소가 발생하는 영역 부분의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ연소가 발생하지 않는 영역 부분의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ측정 수단 TY 및 TN 사이의 점 Pj에 위치하고, 정상적인 작동 조건에서 설정 기준값을 수득하기 위한 불꽃면의 기준점의 위치에 해당하는 연소 영역에 높이 P0의 어느 한쪽에 위치한 층의 온도 Tj를 측정하기 위한 2개 이상의 수단;ㆍ점 Pj에서 수득한 온도 측정 Tj, TY, TN으로부터 불꽃면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준값과 비교하는 수단;ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 작동 조건을 변형시키기 위한 수단에 연결된 연소 영역의 작동 조건을 조절하기 위한 수단이 연소가 발생하는 하나 이상의 영역에 포함되는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서, TN을 측정하기 위한 수단이 연소 영역의 저부 1/3에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서, TY를 측정하기 위한 수단이 연소 영역의 상부 2/3에 위치하는 용기.
- 제23항에 있어서, 다수의 온도 측정 수단이 동일한 측정 높이에 위치하여 평균 섹션 온도를 얻을 수 있는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서, 환형 촉매 층에 의해 구획되는 2개의 벽이 원통형이고 동축이며, 외벽을 통하여 기체가 유입되고 내벽으로 구획된 수집기에서 기체가 수집되며, 온도 측정 수단은 수집기내에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서, 환형 촉매 층에 의해 구획되는 2개의 벽이 원통형이고 동축이며, 기체가 내벽에 의해 구획된 용적으로부터 연소 영역으로 유입되고, 내벽을 통해 통과하여 층을 횡단하고, 외벽을 통해 유출되며, 온도 측정 수단은 외벽에 위치하는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서, 상기 온도 측정 수단이 촉매 층에 분포되어 있는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서, 가상점의 위치가 PID 형 연산, 내부 조절 모델, 예상 조절 모델 또는 비선형 조절 모델에 의해 제어 및 조절되는 것이 특징인 용기.
- 제23항에 있어서,ㆍ기체가 유출되는 벽면에 연소가 발생하는 영역 일부분의 온도 TY를 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ기체가 유출되는 벽면에 연소가 발생하지 않는 영역 일부분의 온도 TN을 측정하기 위한 하나 이상의 수단;ㆍ기체가 유출되는 벽면에 측정 수단 TY 및 TN사이에 점 Pj에 위치하고, 정상적인 작동 조건하에서 설정 기준값을 수득하기 위한 불꽃면의 최저점에 해당하는 연소 영역내의 높이 P0의 어느 한쪽에 위치한 층의 온도 Tj를 측정하기 위한 2 이상의 수단;ㆍ점 Pj에서 수득한 온도 측정 Tj, TY, TN으로부터 불꽃면의 점에 해당하는 가상점의 위치를 계산하고, 상기 위치를 설정 기준값과 비교하는 수단;ㆍ전술한 계산 수단 및 하나 이상의 작동 조건을 변형시키기 위한 수단에 연결된 연소 영역의 작동 조건을 조정하기 위한 수단을 포함하는 것이 특징인 용기.
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