KR20000064960A

KR20000064960A - 천공원통이있는저류사이클론

Info

Publication number: KR20000064960A
Application number: KR1019980708404A
Authority: KR
Inventors: 존 스코트 부카난; 크리스토퍼 고든 스몰리
Original assignee: 데니스 피. 산티니; 모빌 오일 코포레이션
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 2000-11-06
Also published as: EP0897418A1; TW349885B; US5779746A; CA2251045A1; AU721689B2; JP2000509419A; EP0897418A4; WO1997041191A1; AU2806897A

Abstract

사이클론(310)과 중유의 유동 접촉 분해법이 개시된다. 가스와 연행된 고체를 원통관 사이크론 몸체내 증기 출구관(320) 주위에 접선으로 첨가한다. 고체와 약간의 가스를 사이클론의 원통 측벽(314)에 방사상으로 그리고 세로로 분포된 복수의 개구부(316)에 의해 제거한다. 분포 제거는 사이클론 출구의 단부로부터 종래의 고체 저류를 대체하거나 검소시키며 고체 재연행을 감소시킨다. 사이클론 측벽(314) 근처의 와류 형성과 입자 튀김 현상을 감소시킴으로써 크기 5 마이크론 이하의 입자 제거를 증가시킨다. 이 장치는 FCC 재생기 제 3 단계 분리기로서 사용될 수 있다.

Description

천공 원통이 있는 저류 사이클론

접촉 분해는 많은 정유소의 중심적인 방법이다. 접촉 분해는 큰 분자를 작은 분자로 접촉 분해함으로써 중질 공급물을 경질 생성물로 전환시킨다. 접촉 분해는 높은 수소 분압에서 조작되는, 수소화 분해에 비해, 수소를 첨가하지 않고, 낮은 압력에서 조작된다. 접촉 분해는 분해 공정 중에 실질적으로 인벤토리(inventory)에서 매우 적은 오일로서 조작되므로 본래 안정성이 있다.

접촉 분해법에는 다음 두가지 주요 변형법이 있다: 이동층법 및 훨씬 인기 있고 효율적인 유동층법.

유동 접촉 분해법(FCC)에서, 식탁의 소금과 후추와 비슷한 입도와 색상을 가진 촉매가 분해 반응기와 촉매 재생기 사이에 순환된다. 반응기에서, 탄화수소 공급물은 가열된 재생 촉매 원료와 접촉한다. 가열 촉매는 기화하여 공급물을 425℃ 내지 600℃, 통상적으로 460℃ 내지 560℃에서 분해시킨다. 분해 반응은 탄소 함유 탄화수소 또는 코크스를 촉매상에 침전시키며, 이로서 촉매를 탈활성화한다. 분해된 생성물을 코크스화 촉매로부터 분리시킨다. 코크스화 촉매를 촉매 스트립퍼(stripper)에서 통상적으로 증기로서 휘발성 물질로 제거한다음 제거된 촉매를 재생한다. 촉매 재생기는 촉매로부터 코크스를 산소 함유 가스, 통상적으로 공기로서 연소시킨다. 탈코크스화 공정은 촉매 활성을 복원하고 동시에 촉매를 예를들어, 500℃ 내지 900℃, 통상적으로 600℃ 내지 750℃로 가열한다. 이와 같이 가열된 촉매는 분해 반응기로 재순환되어 더 많은 새공급물을 분해시킨다. 재생기에서 코크스를 연소시켜 형성된 연도 가스(flue gas)는 미립자의 제거와 일산화탄소의 전환을 위해 처리될 수 있으며, 그 후 연도 가스는 정상적으로 대기로 배출된다.

접촉 분해는 흡열반응이며, 열을 소비한다. 분해를 위한 열은 처음에 재생기로부터 가열된 재생 촉매에 의해 공급된다. 결국, 공급물을 분해하는데 필요한 열을 공급하는 것은 공급물이다. 공급물 중 약간은 촉매상에 코크스로서 침전되며, 이 코크스의 연소는 재생기에서 열을 발생시키고, 열은 가열 촉매의 형태로 반응기로 재순환된다.

접촉 분해는 40년대부터 점진적으로 개발 수행된 바 있다. 현대의 유동 접촉 분해(FCC) 장치는 제올라이트 촉매를 사용한다. 제올라이트-함유 촉매는 재생후 촉매상의 코크스가 0.1중량% 이하, 및 바람직하게는 0.05중량% 이하일 때 작업성이 가장 좋다.

FCC 촉매를 이와 같이 낮은 잔류 탄소 수준으로 재생하고 재생기내에서 CO를 완전히 CO₂로 연소시키기 위하여(열을 보존하고 공기 오염을 줄이기 위하여) 많은 FCC 작업자들은 CO 연소 촉진제를 첨가한다. 참고 문헌에 속하는, 미국특허 제 4,072,600 호 및 4,093,535 호에서는 분해 촉매에서 Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru 및 Re와 같은 연소-촉진 금속을 전체 촉매 인벤토리를 기초로 0.01 내지 50 ppm의 농도로 사용하는 것을 교시하고 있다.

대부분의 FCC 장치는 모든 라이저(riser) 분해 장치이다. 이것은 농후층 분해(dense bed cracking) 보다 더 선택적이다. 정유업자는 체류 시간을 보다 단축시키고 온도를 고온으로 함으로써 라이저 분해방법의 장점을 극대화한다. 보다 높은 온도는 약간의 열분해를 야기시키며, 계속 허용된다면 결국 모든 공급물을 코크스와 건성 가스로 전환시킬 것이다. 보다 짧은 반응기 체류 시간은 이론적으로 열분해를 감소시킬 것이지만, 현대 장치에 연관된 보다 높은 온도는 공급물을 열분해하는데 필요한 조건을 생성한다. 공급물의 촉매 전환을 극대화하고 공급물의 열분해를 극소화하는데 있어서, 정유업자는 반응기에서 원하는 결과를 얻는 조건에 의지하지만, 비계획적인 조업 중단을 유발할 수 있는 다른 문제점을 야기시킨다고 믿어진다.

긴급 조업 중단은 실질적인 경제적 손실을 야기시킨다. 현대의 FCC 장치는 높은 처리량으로 가동되어, 조업 중단 사이에서 수년간 이익이 있어야 한다. FCC의 생산량 중 많은 양이 하류 처리 장치에 필요하며, 정유 가솔린 유층의 대부분은 통상적으로 FCC 장치로부터 유래한다. 장치를 수년간 신뢰할 수 있게 작동하고, 중공급물을 포함한, 다양한 공급물을 축적하는 것이 중요하다.

장치는 또한 오염물질 또는 미립자에 대한 국소적 제한을 초과하지 않고 작동되어야 한다. 촉매는 약간 비싸며, 대부분의 장치는 인벤토리에 수백톤의 촉매를 가지고 있다. FCC 장치는 분당 수톤의 촉매를 순환시키며, 공급 속도가 크기 때문에 대순환이 필요하며 분해된 오일 1 톤마다 촉매 약 5 톤이 필요하다.

이들 대량의 촉매는 중탄화수소 생성물이 촉매와 미분으로 오염되지 않도록 분해된 생성물로부터 제거되어야 한다. 심지어 사이클론 분리를 여러 단계 수행함으로써 약간의 촉매와 촉매 미분이 항상 분해된 생성물에 남아 있게 된다. 이들은 이와 같이 많은 촉매가 존재하므로 때로 슬러리 오일이라 불리는, 가장 무거운 생성물 유분에, 통상적으로 신타워(Syntower)(또는 주 FCC 분류기) 잔유(bottoms)에 농축된다. 정유업자는 자주 이 물질을 탱크에 가라 앉혀 보다 많은 연행(entrained) 촉매가 낙하되게 하며, CSO 또는 정화된 슬러리 오일을 생성한다.

재생기에서 이러한 문제는 심각하거나 더욱 악화된다. 분해 반응기의 조건을 만족시키는데 필요한 대량의 촉매 순환에 더하여, 처리되어야 할 추가의 내부 촉매 순환이 존재한다. 대부분의 기포층(bubbling bed) 촉매 재생기에서, 전체 촉매 인벤토리와 동일한 촉매량이 15분쯤 마다 재생기 사이클론을 통과할 것이다. 대부분의 장치는 수백톤의 촉매 인벤토리를 가지고 있다. 재생기 사이클론을 사용하여 회수되지 않은 촉매는 정전 침전기, 백 하우스(bag house), 또는 몇가지 종류의 제거 단계가 상당한 비용의 댓가로 추가되지 않는다면, 재생기 연도 가스와 함께 잔류하게 될 것이다. 재생기를 나온 대부분의 FCC 연도 가스 기류에서 미분의 양은 재생기 연도 가스 기류에서 약간의 에너지를 회수하도록 동력 회수 장치가 설치되어 있다면 터빈 날개(blade)를 부식시키는데 충분하다. 일반적으로 사이클론 분리기(제 3 단계 분리기로 알려짐) 세트가 터빈 상류에 설치되어 있어서 촉매 하중을 감소시키고 터빈 날개를 보호한다.

고효율 제 3 단계 사이클론은 재생기를 이탈한 연도 가스로부터 종래의 FCC 촉매의 회수를 증가시키지만 이들은 항상 원하는 범위로 촉매 및 미분을 감소시키지 않는다. 몇몇의 정유업자는 제 3 단계 분리기의 하류에 정전 침전기 또는 몇가지 다른 미립자 제거 단계를 강제로 설치하여 미분 배출을 감소시켰다.

현재 많은 정유업자는 고효율 제 3 단계 사이클론을 사용하여 FCC 촉매 미분을 허용 수준으로 감소시키고 및/또는 동력 회수 터빈 날개를 보호한다. 그러나, 효율면에서 상당한 개선이 성취될 수 없다면 현행 및 장래의 입법은 아마도 또다른 제거 단계를 제 3 단계 사이클론의 하류에 요구할 것이다.

제 3 단계 분리기를 사용할 때 전형적으로 제 4 단계 분리기를 사용하여 제 3 단계 분리기로부터 저류를 진행시킨다. 제 4 단계 분리기는 일반적으로 백 하우스이다.

제 3 단계 분리기는 전형적으로 50 또는 100 또는 그 이상의 소직경 사이클론을 가지고 있다. 제 3 단계 분리기의 한가지 형태가 문헌 "Improved hot-gas expanders for cat cracker flue gas" Hydrocarbon Processing, March 1976에 기재되어 있다. 이 장치는 꽤 큰, 26 피트 직경의 용기이다. 촉매가 실린 연도 가스는 많은 와류관을 통과한다. 촉매는 원심력에 의해 관벽으로 투사된다. 깨끗한 가스는 중앙 가스 출구관에 의해 제거되며 반면에 고체는 외부관의 기저에 있는 두 개의 배출 슬롯(slot)을 통해 배출된다. 이 장치는 대부분 10 마이크론 및 그 이상의 입자를 제거하는데 필요하였다. 이 장치는 1 마이크론 이하 내지 60 마이크론 크기의 입자 범위인 촉매 입자 300 lbs/hour를 함유한 연도 가스 550,000 lbs/hour에 대해 처리하였다.

본 발명자들은 사이클론의 작동을 개선시키고자 하였으며, 특히 종래의 사이클론에서 제거되기 어려우며 어느 정도는 정전 침전을 이용하여 제거되기 어려운, 5 마이크론 이하의 입자에 대해 그들의 성능을 개선시키고자 하였다. 수평의, 투명, 정압 사이클론의 관찰과 시험에 기초하여, 본 발명자들은 사이클론이 5 마이크론 및 보다 적은 크기의 물질을 처리하는데 문제가 있다는 사실을 깨달았다.

본 발명자들은 난류 소용돌이가 사이클론 벽에 따라 생성된다음 주 접선류(tangential flow)에 영향을 미친다는 사실을 발견하였다. 이것은 입자가 벽에서 튀거나 바운드되게 하며, 회수 효율을 감소시킨다.

본 발명자들은 이러한 문제의 근본적인 원인을 찾아내고, 사이클론을 통해 기류 패턴의 한정성을 개선하고자 하였다. 본 발명자들은 사이클론 몸체의 천공이 고체와 함께 소량의 가스를 제거하고 기류 패턴을 안정화시키는데 주요 영향력을 미치는데 사용할 수 있다는 사실을 알아냈다. 추가로, 방사상으로 분포된 복수 개구부로부터 약간의 가스, 및 반드시 모든 고체를 제거함으로써 입자 재연행을 제거하였다.

본 발명은 중탄화수소 공급물의 유동 접촉 분해(fluidized catalytic cracking) 및 증기 기류로부터 미세 고체를 분리하기 위한 사이클론(cyclone)에 관한 것이다.

도 1(선행기술)은 선행기술의 FCC 장치의 단순 개략도,

도 2(선행기술)는 선행기술의 제 3 단계 분리기의 단순 개략도,

도 3(본 발명)은 바람직한 저류 사이클론의 단순 단면도,

도 4(본 발명)는 도 3의 사이클론의 단부도,

도 5 및 도 6(선행기술)은 종래 사이클론의 사이클론 원통에서 입자 기류를 도시한 도면,

도 7(본 발명)은 본 발명의 천공 사이클론 원통에 의해 안정화된 입자 기류를 도시한 도면,

도 8 및 도 9(본 발명)는 바람직한 슬롯 형태를 도시한 도면,

도 10(본 발명)은 사이클론 원통에서 바람직한 슬롯 위치를 도시한 도면.

본 발명은 일정 길이와 원통 축을 가진 원통 사이클론 몸체; 이 사이클론 몸체의 입구 단부에 연결된 증기와 연행된 고체의 기류용 접선 증기 입구; 연행된 고체 함량이 감소된 가스의 제거를 위한 원통 사이클론 몸체의 입구 단부내에 있고, 사이클론 몸체의 원통 축과 한줄로 된 원통 축을 가진 원통 증기 출구관; 사이클론 몸체 직경의 적어도 반과 동일한 수직 거리를 횡단하는 적어도 두 세트의 개구부, 슬롯 또는 천공을 포함하며, 두 세트의 개구부가 적어도 60°로 방사상 분포되어 있는, 연행된 고체 대부분과 소량의 가스를 제거하기 위한 방사상으로 그리고 세로로 분포된 복수의 고체 출구를 구비한 사이클론 분리기를 제공한다.

또다른 일예에서, 본 발명은 중공급물을 분해 반응기에서 재생된 분해 촉매와 접촉시켜 접촉 분해하여 보다 경질의 생성물과 소비된 촉매를 생성하며, 연도 가스로부터 촉매와 미분의 회수를 위한 제일 및 제이 분리기를 포함한 촉매 재생 수단에서 소비된 촉매를 재생하여 연행된 촉매 미분을 함유한 연도 가스 기류를 생성하는 유동 접촉 분해법에 있어서, 제 3 단계 분리기를 사용하여 연도 가스로부터 촉매 미분 중 적어도 일부를 제거하며, 제 3 단계 분리기가 일정 길이와 원통 축을 가진 원통 사이클론 몸체; 이 사이클론 몸체의 입구 단부에 연결된 증기와 연행된 고체의 기류용 접선 증기 입구; 연행된 고체 함량이 감소된 가스의 제거를 위한 원통 사이클론 몸체의 입구 단부내에 있고, 사이클론 몸체의 원통 축과 한줄로 된 원통 축을 가진 원통 증기 출구관; 및 사이클론 몸체 길이의 적어도 1/3 위에 적어도 두 세트의 개구부를 포함하며, 두 세트의 개구부가 적어도 60°로 방사상 분포되어 있는, 연행된 미분 대부분과 소량의 가스를 제거하기 위한 방사상으로 그리고 세로로 분포된 복수의 미분 출구를 구비한 유동 접촉 분해법을 제공한다.

본 발명은 종래의 라이저 분해 FCC 장치와 관련하여 검토하면 보다 잘 이해될 수 있다. 도 1에서는 선행기술의 유동 접촉 분해 시스템을 도시하고 있으며, 문헌 "Fluid Catalytic Cracking Report, in the January 9, 1990 edition of Oil & Gas Journal"의 도 17에 도시한 켈로그 울트라 오르토플로우(Kellogg Ultra Orthoflow) 컨버터 모델 F와 유사하다. 본 발명의 방법에서 유용할 수 있는 다양한 다른 FCC 장치가 있으나, 본 발명의 방법은 이러한 형태의 FCC 장치에서 잘 처리된다.

경유, 진공 경유와 같은 중공급물을 공급물 주입 노즐(2)에 의해 라이저 반응기(6)에 넣는다. 분해 반응은 라이저 반응기에서 거의 완료되며, 이것은 엘보우(elbow)(10)에서 반응기의 상단에 90°회전이 걸린다. 라이저 반응기로부터 배출된 소비된 촉매와 분해된 생성물은 분해된 생성물로부터 소비 촉매 대부분을 효율적으로 분리하는 라이저 사이클론(12)을 통과한다. 분해된 생성물을 유리기(disengager)(14)로 배출하고 결국 상부 사이클론(16)과 도관(18)에 의해 분류기로 제거한다.

소비 촉매를 라이저 사이클론(12)의 디플레그(dipleg)로부터 촉매 스트립퍼(8)로 하방 배기시키고, 촉매 스트립퍼(8)에서 증기 제거의 1회, 또는 바람직하게는 2회 또는 그 이상의 단계가 수단(19 및 21)에 의해 허용된 제거 증기로서 일어난다. 제거된 탄화수소, 및 제거 증기는 유리기(14)로 통과하고 상부 사이클론(16)을 통과한 후 분해된 생성물로서 제거된다.

제거된 촉매를 소비 촉매 저수탑(26)에 의해 촉매 재생기(24)로 하방 배출한다. 촉매 기류를 소비 촉매 플러그 밸브(36)로 조절한다.

촉매를 도시되지 않은 공기 파이프 및 공기 배관망 분배기에 의해 첨가된, 공기와 접촉시켜 재생기(24)에서 재생한다. 촉매 냉각기(28)가 구비되어 있어서 원한다면 재생기로부터 열을 제거할 수 있다. 재생된 촉매를 재생 촉매 플러그 밸브 집합체(3))에 의해 재생기로부터 제거하고 측부(32)에 의해 라이저 반응기(6)의 저부로 배출하여 이전에 논의한 바와 같이 주입기(2)에 의해 주입된 신선한 공급물을 접촉하고 분해한다. 연도 가스, 및 약간의 연행된 촉매를 재생기(24)의 상부내 희석상 영역으로 배출한다. 연행된 촉매를 다단계의 사이클론(4)에서 연도 가스로부터 분리하고 라인(22)에 의해 연도 가스 라인으로 배출을 위해 출구(38)에 의해 플레늄(plenum)(20)으로 배출시킨다.

이러한 재생기는 본 발명의 실시에 이상적이다. 이러한 재생기에서 기포 농후층은 우수한 수평 혼합을 나타내며, 열교환기(28)는 심지어 중공급물로서 완전한 CO 연소 작업을 가능하게 한다.

도 1에서는 제 3 단계 분리기를 도시하고 있지 않다. 대부분의 정유소에서 라인(22)은 몇가지 형태의 제 3 단계 분리기(도시 안됨), 통상적으로 50 또는 100(또는 그 이상)의 소직경 수평 사이클론을 포함한 분리기로 진행될 것이다. 그후 정제 연도 가스는 임의의 동력 회수 터빈(도시 안됨)을 통과한다음 SO_x집진기, 또는 정전 침전기와 같은 몇가지 연도 가스 정화 장치에 의해 대기로 배출을 위한 스택(stack)으로 진행된다.

도 2(선행기술)는 문헌 "Improved hot-gas expanders for cat cracker flue gas, Hydrocarbon Processing, March 1976, p. 141"의 도 1과 유사하다. 이 논문은 참고문헌에 속한다.

제 3 단계 분리기(200)는 입구(210)에 의해 FCC 연도 가스를 함유한 미분을 수용한다. 가스는 플레눔(220)에 의해 도시 안된 와류 날개를 포함한 복수의 소직경 세라믹 관(235)의 입구로 분배된다. 미분은 관(235)의 벽상에 회수되며 고체의 환상 기류(230)과 같이 관 저부에서 배출된다. 정화 가스 기류는 출구관(239)에 의해 제거되어 출구(290)에 의해 용기로부터 제거된다. 고체는 고체 출구(265)에 의해 제거된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 저류 사이클론의 단순 단면도를 도시하고 있지만, 도 4는 동일한 사이클론의 단부도를 도시하고 있다. 동일한 요소는 동일한 부호를 가지고 있다.

가스 및 연행된 고체의 유동 기류는 입구 개구부(312)가 있는 접선 배열된 입구관(308)을 통해 흐른다. 가스 기류는 출구관(320) 주위에서 영역(324)으로 나선상으로 되며, 여기서 원심력은 미립자를 사이클론(310)의 벽(314)에 투사시킨다. 고체는 입자의 비교적 얇은 순환층인, 영역(326)에서 회수되고, 입자들은 사이클론 원통 주위에 방사상으로 그리고 세로로 분포되어 있는 복수의 개구부(316)를 통해 배출된다. 전형적으로 2 내지 20% 범위의 소량의 가스는 사이클론 원통내 홀(hole) 또는 슬롯을 통해 고체와 함께 배출된다. 단부 판(330)은 정화 가스 출구(322)에 대향하는 사이클론 원통의 단부를 밀봉한다. 대향 단부 판(333)은 개구부(322)를 형성하는, 출구 파이프(320)를 포함하고 있다.

사이클론의 단부도인, 도 4는 사이클론(310)에서 접선 입구관(308)과 출구 파이프(320) 사이의 상호작용에 대해 보다 양호한 아이디어를 제공한다. 또한 네 세트의 개구부(316)가 사이클론 원통(314) 주위에 방사상으로 고르게 분포되어 있으며, 장치의 모든 원통 부분이 동일 축을 가지고 있다는 사실을 보여준다.

도 5 및 도 6(선행기술)에서는 종래 사이클론의 사이클론 원통에서 입자 기류를 도시한다. 도 5에서는 재연형 기구의 일 유형을 도시하고 있으며, 이로서 사이클론의 원통(514)에 대해, 유선(500)으로서 제시된 가스의 벌크 기류가 국소 소용돌이(510 및 512)의 형성을 유도하고 있다. 벽과 탄성 충돌과 함께 이러한 가스상 교란은 도 6에서 유선(600)으로서 제시된, 불규칙적인 입자 경로를 유발할 수 있다. 이들 기구는 미립자를 사이클론 원통의 벽에서 사이클론의 주 몸체 뒤로 이동시켜 이를 통한 가스 기류에 의해 재연행될 것이다.

도 7(본 발명)에서는 입자 기류가 사이클론 원통에서 천공에 의해 안정화되는 방법을 도시하고 있다. 가스, 및 미립자에는 가스 주류에서 오히려 뒤쪽으로 위치한 공간(place)이 존재한다. 따라서 유선(700)으로 제시된, 가스의 벌크 기류는 미립자의 재연행 없이 계속될 수 있다. 미립자, 및 소량의 가스는 사이클론 원통(714)의 벽으로 흐르지만, 복수의 개구부(716)를 통해 벽에서 나오게 한다. 나온 유선(702, 704, 및 706)은 사이클론 외부를 지날 수 있으며, 따라서 입자가 튀거나 가스가 와류 또는 소용돌이를 형성하는 경향이 감소되거나 소멸된다.

도 8 및 도 9(본 발명)에서는 바람직한 슬롯 형태를 도시하고 있으며, 이들 형태는 장치로부터 가스와 고체의 제거를 최적화한다. 도 8에서 명백한 차이의 요인은 각 홀 또는 슬롯이 한 축, 또는 원통 표면에 수직인, 개구부 평면을 가지고 있다. 슬롯은 도 8에 도시한 바와 같이, 슬롯은 사이클론 원통까지 내부 개구부(816)에서 슬롯이 사이클론 원통의 벽(814)을 통과하는 외부 개구부(818)로 지나므로 단면적이 증가될 수 있다.

별도의 수단으로서, 각 슬롯은 도 9에 도시한 바와 같이 일반적으로 일정한 단면을 가질 수 있다. 따라서 슬롯 또는 개구부까지 입구(916)는 천공이 사이클론 통(914)의 벽을 통과하므로, 출구(918)와 동일한 크기를 가진다.

천공은 일반적으로 기울어져 있어서 천공을 통해 사이클론 원통을 나온 미립자의 유선 혼란을 최소화한다. 이상적으로, 도 8 및 도 9에 도시한 쎄타(theta)각은 선도(leading) 가장자리에 인접한 홀의 표면에서 홀 또는 슬롯의 선도 가장자리에서 통의 내부에 접선인 선으로 측정될 때, 10°내지 60°이다. 따라서 도 8에 도시한 바와 같이 표면(824)은 선도 가장자리(820)에 인접한 홀의 표면이다. 선(822)은 선도 가장자리에서 원통의 내벽에 접선이다. 쎄타는 선(820)과 표면(824) 사이의 각도이다.

도 10(본 발명)에서는 사이클론 원통에서 슬롯의 바람직한 배치를 도시하고 있다. 천공(1016, 1018 및 1020)은 사이크론 원통(1014)의 표면 주위에 균일하게 분포되어 있다. 도시된 배치에서 천공된 슬롯 요소 사이는 약간 겹쳐있다. 요소(1016 및 1020)는 천공 요소(1018)과 장치의 중앙부에서 겹쳐있다. 일반적으로 약 2 내지 20%의 겹쳐지면 국소 정체 지역을 방지할 것이다.

FCC 방법과 새로운 사이클론 디자인에 대해 개략적으로 살펴보았지만, FCC 법과 바람직한 사이클론 분리기에 대해 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다:

종래의 FCC 공급물이 사용될 수 있다. 공급물은 순수하거나 부분적으로 정제된, 석유 증류액 또는 잔류 원료에서 석유(coal oil) 및 혈암유까지 일 수 있다. 바람직한 공급물은 경유, 진공 경유, 대기 잔유(resid), 및 진공 잔유이다. 본 발명은 초기 비점이 약 650℉인 공급물이 가장 유용하다.

상용 FCC 촉매가 사용될 수 있다. 촉매는 100% 비정질일 수 있으나, 바람직하게는 실리카-알루미나, 점토, 등과 같은 다공성 내화 매트릭스내 몇가지 제올라이트를 포함한다. 제올라이트는 통상적으로 촉매의 5 내지 40중량%이며, 나머지는 매트릭스이다. 종래의 제올라이트는 X 및 Y 제올라이트를 포함하며, 매우 안정하거나, 비교적 높은 실리카 Y 제올라이트가 바람직하다. 탈알루미늄화 Y(DEAL Y)와 극소수성 Y(UHP Y) 제올라이트가 사용될 수 있다. 제올라이트는 희토류, 예를들어 RE 0.1 내지 10중량%로써 안정화될 수 있다.

비교적 높은 실리카 제올라이트 함유 촉매가 본 발명에서 사용하는데 바람직하다. 이들은 통상적으로 FCC 재생기내에서 CO를 CO₂로 완전 연소시키는데 연관된 고온을 견딘다.

촉매 인벤토리는 한가지 또는 그 이상의 첨가제를 별도 첨가 입자로서, 또는 분해 촉매의 각 입자와 혼합하여 함유할 수 있다. 첨가제는 옥탄을 증가시키고(ZSM-5로 타이프된, 형태 선택성 제올라이트, 및 유사한 결정 구조를 가진 다른 물질), SO_X를 흡수하거나(알루미나), Ni와 V를 제거한다(Mg 및 Ca 산화물).

SO_x제거용 첨가제는 예를들어 Katalistiks International, Inc.사의 "DeSO_x"로서 상용되고 있다. CO 연소 첨가제는 촉매 판매자로부터 얻을 수 있다. 촉매 조성물 자체는 본 발명의 부분을 형성하지 않는다.

종래의 분해 조건이 사용될 수 있다. 바람직한 라이저 분해 반응 조건은 0.5:1 내지 15:1 및 바람직하게는 3:1 내지 8:1의 촉매/오일 중량비, 및 0.1 내지 50 초, 및 바람직하게는 0.5 내지 5 초, 및 가장 바람직하게는 0.75 내지 4 초의 촉매 접촉시간, 및 900°내지 1050℉의 라이저 상단 온도를 포함한다.

<사이클론 디자인>

대부분의 사이클론 디자인, 이를테면 입구의 크기, 다른 치수에 대해 출구관의 ID의 비율 설정, 등은 종래와 같다. 추가의 세부사항, 및 명명 규칙은 본 발명에서 참고문헌에 속하는, 문헌 「Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th Edition, Robert H. Perry and Don Green」에서 찾을 수 있다. 가스-고체 분리물(Gas-Solids Separations) 20 대 75 내지 20 대 77, 수치로 20 대 106, 20 대 107 및 20 대 108에서 명명법 디스커션(discussion)이 관련되어 있으며 참고문헌에 속한다.

슬롯 면적, 또는 천공된 면적은 예상 고체 기류를 처리하는데 충분히 커야 하며, 전형적으로 종래의 역류 사이크론 고체 출구의 개구 면적의 10 내지 200% 또는 그 이상일 것이다.

사이클론의 벽상에 방사상으로 분포된 출구의 개구 면적, 또는 슬롯 면적은 형편에 따라 종래 고체 출구의 10 또는 20%에서 100% 이하일 수 있다. 바람직하게는 슬롯 면적은 사이클론의 저부 면적의 1/4 내지 1/2 배일 것이다.

천공은 사용할 때 천공에 의해 가스 1 내지 50%가 나오는 크기이어야 한다. 가스 1.5 내지 25%가 고체와 함께 제거되도록 작업하는 것이 바람직하며, 이상적으로는 가스 2 내지 20%가 천공에 의해 사이클론을 나오는 것이다.

천공은 바람직하게는 방사상 및 세로의 두가지 방향 모두로 균일하게 분포되어 있다. 바람직하게는 개구부가 사이클론 원통의 적어도 1/3 세그먼트(segment) 마다 존재하며, 즉 사이클론 원통의 120℉ 세그먼트 마다 존재한다. 이상적으로는 적어도 4 세트의 천공이 구비되며, 90℉ 세그먼트에 분포되어 있다. 가장 바람직하게는 6 내지 20개의 세로 슬롯, 또는 이들의 대등한 것이 사이클론 원통의 원주 주위에 고르게 분포되어 있다.

천공은 기울어져서 천공을 통해 사이클론 원통을 나온 미립자 유선의 혼란을 최소화할 수 있다. 도 8 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 쎄타각은 바람직하게는 5°내지 70°이다. 바람직한 개구부는 천공 근처의 기류가 사이클론의 중앙 영역내 기류에 대해 반대이므로, 바로 와류일 수 있는 이 기류에 대해 적어도 개구부 축이 사이클론내의 기류의 방향으로 기울어지는 것이다.

천공 또는 슬롯은 사이클론 벽에서 파생될 수 있거나, 사이클론 원통의 벽 일부가 사이클론의 약간 내부쪽으로 펀칭될 수 있어서 벽 근처에서 회수되는 회전 고체 및 가스의 일부를 벗길 수 있다. 바람직하게는 사이클론의 내부가 매끄럽고 평평하며, 이 내부를 통해 펀칭되거나 드릴링된 천공을 절약한다. 천공이 고체 단독의 출구일 수 있지만, 장치는 종래의 역류 고체 출구에 의해 제거된 약간의 고체로써 작업이 잘 된다.

신규 사이클론은 종래 기술에 의해 조립이 용이하다. 이 장치는 미분, 즉 0-5 마이크론 입자의 제거를 상당히 개선한다. 이들 입자는 이들이 원통 측벽에 도달되자마자 제거된다. 비교하여, 종래의 사이클론에서 이들 고체는 가스 기류에 직각으로 나와야 하는, 종래 고체 출구까지 사이클론 원통의 길이를 이동해야 한다. 신규 사이클론 디자인은 동력 회수 터빈 날개에 대한 부식을 감소시키며, 또한 미립자 방출을 감소시킬 것이다.

Claims

일정 길이와 원통 축을 가진 원통 사이클론 몸체; 이 사이클론 몸체의 입구 단부에 연결된 증기와 연행된 고체의 기류용 접선 증기 입구; 연행된 고체 함량이 감소된 가스의 제거를 위한 원통 사이클론 몸체의 입구 단부내에 있고, 사이클론 몸체의 원통 축과 한줄로 된 원통 축을 가진 원통 증기 출구관; 사이클론 몸체 직경의 적어도 반과 동일한 수직 거리를 횡단하는 적어도 두 세트의 개구부, 슬롯 또는 천공을 포함하며, 두 세트의 개구부가 적어도 60°로 방사상 분포되어 있는, 연행된 고체 대부분과 소량의 가스를 제거하기 위한 방사상으로 그리고 세로로 분포된 복수의 고체 출구를 구비한 사이클론 분리기.
제 1 항에 있어서, 사이클론 몸체의 길이 중 적어도 과반수와 동일한 수직 거리를 횡단하는 적어도 4 세트의 개구부가 이 사이클론 몸체 주위에 방사상으로 균일하게 분포되어 있는 사이클론.
제 1 항에 있어서, 고체 출구가 상기 사이클론 몸체 주위에 방사상으로 분포된 6 내지 20 세트의 슬롯, 홀 또는 천공을 포함하는 사이클론.
제 1 항에 있어서, 고체 출구가 상기 사이클론 몸체에 드릴링되거나 펀칭된 홀인 사이클론.
제 1 항에 있어서, 상기 고체 출구가 상기 원통 사이클론 몸체 전체에 방사상 및 세로의 두가지 방향 모두로 균일하게 분포되어 있는 사이클론.
제 1 항에 있어서, 상기 사이클론 몸체가 수평인 사이클론.
제 1 항에 있어서, 상기 개구부의 개구 면적이 상기 증기 출구관의 단면적의 10 내지 200%인 사이클론.
제 7 항에 있어서, 상기 개구분의 개구 면적이 상기 증기 출구관의 개구 면적의 20 내지 100%인 사이클론.
제 1 항에 있어서, 추가의 고체 출구가 상기 증기 출구관에 대향하는 사이클론 몸체의 단부를 통한 개구부로서 구비되어 있는 사이클론.
중공급물을 분해 반응기에서 재생된 분해 촉매와 접촉시켜 접촉 분해하여 보다 경질의 생성물과 소비된 촉매를 생성하며, 연도 가스로부터 촉매와 미분의 회수를 위한 제일 및 제이 분리기를 포함한 촉매 재생 수단에서 소비된 촉매를 재생하여 연행된 촉매 미분을 함유한 연도 가스 기류를 생성하는 유동 접촉 분해법에 있어서, 제 3 단계 분리기를 사용하여 연도 가스로부터 촉매 미분 중 적어도 일부를 제거하며, 제 3 단계 분리기가

일정 길이와 원통 축을 가진 원통 사이클론 몸체;

이 사이클론 몸체의 입구 단부에 연결된 증기와 연행된 고체의 기류용 접선 증기 입구;

연행된 고체 함량이 감소된 가스의 제거를 위한 원통 사이클론 몸체의 입구 단부내에 있고, 사이클론 몸체의 원통 축과 한줄로 된 원통 축을 가진 원통 증기 출구관; 및

사이클론 몸체 길이의 적어도 1/3 위에 적어도 두 세트의 개구부를 포함하며, 두 세트의 개구부가 적어도 60°로 방사상 분포되어 있는, 연행된 미분 대부분과 소량의 가스를 제거하기 위한 방사상으로 그리고 세로로 분포된 복수의 미분 출구를 구비한 유동 접촉 분해법.
제 10 항에 있어서, 상기 미분 출구가 상기 사이클론 몸체 주위에 방사상으로 균일하게 분포된 적어도 4 세트의 개구부를 구비한 사이클론.
제 10 항에 있어서, 상기 미분 출구가 상기 사이클론 몸체 주위에 방사상으로 분포된 6 내지 20 세트의 슬롯, 홀 또는 천공을 구비한 사이클론.
제 10 항에 있어서, 상기 미분 출구가 상기 사이클론 몸체에 드릴링되거나 펀칭된 홀인 사이클론.
제 10 항에 있어서, 상기 미분 출구가 상기 원통 사이클론 몸체 전체에 방사상 및 세로의 두가지 방향 모두로 균일하게 분포되어 있는 사이클론.
제 10 항에 있어서, 상기 사이클론 몸체가 수평인 사이클론.
제 10 항에 있어서, 상기 개구부의 개구 면적이 상기 증기 출구관의 단면적의 10 내지 200%인 사이클론.
제 16 항에 있어서, 상기 개구부의 개구 면적이 상기 증기 출구관의 개구 면적의 20 내지 100%인 사이클론.
제 10 항에 있어서, 추가의 미분 출구가 상기 증기 출구관에 대향하는 사이클론 몸체의 단부를 통해 개구부로서 구비되어 있는 사이클론.
제 10 항에 있어서, 상기 제 3 단계 분리기가 정압하에 동작하는 유동 접촉 분해법.
제 10 항에 있어서, 상기 사이클론 몸체가 평평한 내부를 가지며, 상기 사이클론 몸체를 통한 개구부가 도 10에 도시한 쎄타각이 5 내지 70°인 축을 가지는 유동 접촉 분해법.