KR20030065301A - 다중영역 분해로 - Google Patents
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Abstract
다중영역 12, 14, 18, 및 20, 및 별도의 독립된 분해를 제공하는 개선된 로 2가 제공된다.
Description
석유화학산업에서는, 오랫동안 에틸렌 및 프로필렌 등의 가치 있는 올레핀계 물질을 제조하는데 탄화수소 공급원료를 사용해왔다. 원칙적으로는 상업적 조작에서, 공급원료로서 에탄 및 프로판 등의 기체 탄화수소를 이용해왔다. 최근 경질 탄화수소가 낭비되고 그 유용성이 감소됨에 따라 석유화학산업에서는 나프타 및 가스 오일 등의 중탄화수소의 분해를 요구하고 있다.
탄화수소 공급원료로부터 올레핀을 제조하는 종래의 공정은 열분해 공정이다. 이 공정에서 탄화수소는 상승된 온도에서 1 내지 4 탄소원자를 갖는 탄화수소, 특히 올레핀으로 분해된다. 종래에는, 분해될 탄화수소는 대류 및 복사 영역으로 이루어진 로로 이송되었다. 탄화수소는 처음에 대류영역에서 활발한 반응이 시작되는 온도 이하로 예열되고, 그 후 복사버너로부터 집중적인 열을 받게되는 복사영역으로 이송된다. 기존의 로 및 공정에 대한 예는 미국특허 제 3,487,121 호(Hallee), 및 미국특허 제 5,147,511 호(Woebcke)에 개시되어 있다.
종래 기술의 예로서, 공정 관식가열기가 반응에 필요한 열을 제공하는데 사용된다. 공급원료는 관식가열기내의 다수의 코일을 통해 흐르고, 코일은 코일을 통해 흐르는 탄화수소에 대한 열전달을 증가시키는 방식으로 배열되어 있다. 그 후 분해된 유출물은 바람직하게는 직접 또는 간접적으로 급냉되어 반응을 종결시키게 된다. 종래의 코일 열분해에서는 희석 스팀이 사용되어 분해코일에서의 코크스 생성의 감소에 일조한다.
최근 석유화학산업에서는 적은 수의 반응기를 사용하면서도 개선된 용량을 가진 거대한 플랜트의 건설이 요구되고 있다. 따라서, 다양한 공급원료를 취급하여 다양한 올레핀계 생성물을 제조하기에 충분히 유용한 대형 로를 제공할 필요가 있다. 서로 다른 공급원료 및 원하는 생성물 슬레이트는 상이한 반응조건들, 가령 반응 온도 및 반응 체류시간 등의 사용을 수반하기 때문에, 현재 이용되고 있는 로 기술로는 충분하지 않다. 종래에, 단일 로에서 향상된 용량 및 유용성을 만족시키려는 시도가 있었으나 불충분한 것으로 판명되었다.
그러므로, 상기한 기존의 로의 단점을 해결하기 위해서는 기존의 로를 현저히 개선시켜야 한다.
본 발명은 탄화수소 공급원료를 열분해하는 장치에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 본 발명은 로의 조작 유용성을 향상시키기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 구체예의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 구체예의 평면도이다.
본 발명의 목적은 탄화수소를 올레핀으로 열분해하는 개선된 유용성을 가진 개선된 장치 및 공정을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 탄화수소 원료를 분해하여 올레핀을 제조하는 로로서, (a) 분리수단에 의해 적어도 두 개의 별도로 독립된 복사영역들로 분리되는 적어도 하나의 가열 복사챔버; (b) 상기 가열 복사챔버의 각 상기 영역내의 적어도하나의 복사버너; (c) 상기 가열 복사챔버와 직접 연통해 있는 대류챔버; (d) 상기 대류챔버의 적어도 일부분을 통과하여 상기 로를 빠져나가기 전에 상기 별도로 독립된 복사영역들 중 하나까지 뻗어있는 각각 별도로 독립되어 있는 상기 복사영역에 대한 적어도 하나의 공정코일; (e) 상기 로의 대류챔버의 최상부에 위치하는 가스배출관; 및 (f) 각각 별도로 독립되어 있는 복사영역내의 복사버너를 독립적으로 조절하는 수단으로 구성한 로가 제공된다.
본 발명의 다중영역 분해로가 서로 분리되어 있는 4개의 독립 분해영역을 가진 도 1의 로를 참고하여 개시될 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 상세한 설명에 의해 제한되지 않으며, 상세한 설명을 통해 당업자에게 제시되는 모든 명백한 변형들은 본 출원 및 청구범위의 범위내에 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
도 1 및 2는 본 발명의 다중영역 열분해 로 2를 나타낸다. 상기 로는 대류영역 4, 제1가열 복사챔버 6, 및 제2가열 복사챔버 8를 구비하고 있다. 제1가열 복사챔버 6는 제1가열 복사챔버 6를 별도로 독립되어 있는 제1복사영역 12과 제2복사영역 14으로 분리시키는 분리벽 10을 구비하고 있다. 제2가열 복사챔버 8는 제2 복사챔버 8를 별도로 독립되어 있는 제3복사영역 18과 제4복사영역 20으로 분리시키는 분리벽 16을 구비하고 있다.
도 1 및 2의 구체예에서는, 분리벽들 10 및 16이 각각의 복사챔버를 실질적으로 동일한 면적의 별도로 독립되어 있는 복사영역들로 분리시킨다.
그러나, 분리벽이 챔버내에 위치하여 서로다른 면적의 별도로 독립되어 있는 복사영역들을 제공할 수도 있다는 것을 당업자들은 이해할 수 있을 것이다. 또한, 하나의 분리벽 뿐만 아니라 여러 개의 분리벽들이 로의 복사챔버내에 위치할 수 있다. 예를 들면, 두개의 분리벽들이 제1복사챔버내에 위치하여 제1복사챔버를 세 개의 동일한 면적을 가진 각각 독립되어 있는 복사영역들로 나눌 수 있으며, 세 개의 분리벽들이 제2복사챔버내에 위치하여 제2복사챔버를 서로 다른 면적을 가진 별도로 독립되어 있는 복사영역들로 나눌 수 있다.
분리벽은 2200。F를 초과하는 반응기의 복사영역내 온도를 견딜 수 있는 물질로만 제조된다. 따라서, 분리벽은 기존의 내화벽돌로 이루어질 수 있다. 분리벽은 또한 넥스텔(Nextel)로 알려진 천 형태의 물질로 이루어질 수 있으며, 또는 넥스텔 단독으로 이루어진 커튼과 세라믹 섬유물질의 조합물로 이루어질 수 있다. 이러한 형태의 예에서는, 커튼은 막대 지지체에 걸려있다. 유사한 열적 특성을 보이는 다른 물질들이 사용될 수도 있다.
넥스텔(Nextel)은 세라믹 섬유직물 생성물류로서 3M 사의 상품명이다. 넥스텔 섬유는 세라믹을 가진 전형적인 케이스로서 합성 전구체, 녹지 않는 내화 산화물로 이루어져 있다. 합성섬유는 제한된 직경을 가지며 길이방향으로 연속되어 있고 열분해되어 합성물질을 세라믹으로 전환시킨다. 그 후 연속 필라멘트 세라믹 섬유는 다양한 형태의 섬유 생성물을 누비고, 땋고, 뜨고, 또는 꼬는데 사용될 수있으며 본 발명의 커튼에 대한 섬유를 포함하는 얀으로 방사된다. 본 발명에서 사용하기에 바람직한 넥스텔 312는 알루미나/실리카/보리아로 이루어져 있다. 또한, 넥스텔 440도 본 발명에서 사용하기에 유용하다.
본 발명을 실시하는데 있어서 분리벽이 구축되어 있는 것이 중요한데, 분리벽은 별도로 독립되어 있는 복사영역들중 하나에서의 조건이 이웃하고 있는 복사영역의 조건에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 하기 위해 구축된다. 이런 방식으로, 각각의 인접하는 복사영역내 조건들은 복사버너를 하기할 영역의 벽 및/또는 바닥을 따라 조절함으로써 독립적으로 및 별도로 조절될 수 있다.
도 1에 도시된 로 2는 외벽 22, 중심에 배치된 벽 24, 지붕 26, 바닥 28, 및 챔버 분리 바닥 30으로 이루어져 있다. 종래의 벽 버너 32는 외벽 22 및 중심에 배치된 벽 24을 따라 정렬하여 배치되어 있다. 또 다른 종래의 바닥 버너 34는 바닥 28을 따라 정렬하여 배치되어 있다. 버너 32 및 34에는 각각의 버너로 연결되는 도면에 도시되지 않은 헤더, 매니폴드, 또는 개별 파이프를 통해 천연가스, 또는 다른 연소가스, 또는 미세하게 분산된 연료가 공급된다. 특정 형태의 복사 열버너 및 그것과 관련된 상세기재는 당업계에서 당업자들에게 널리 알려져 있으므로 본 명세서에서는 기재하지 않는다. 복사에 의한 모든 열을 실질적으로 제공할 수 있다면 어떠한 형태의 복사 열버너도 사용될 수 있다. 이를테면, 복사버너로 제공되는 연료의 양을 조절함으로써 별도로 독립되어 있는 복사영역내의 각각의 버너 또는 버너의 배열을 별도로 및 독립적으로 조절하는 것이 본 발명에서 중요하다. 이런 방식으로, 별도로 독립되어 있는 복사영역의 분해온도를 별도로 및 독립적으로조절할 수 있다.
상기 로는 버너로부터 가스를 제거하기 위해 라인 38 내에 관 36을 구비하고 있다.
도 1의 로 2는 4개의 공정코일을 구비하고 있다. 제1공정코일 40은 대류챔버 4내 열교환기에서 예열되며, 별도로 독립되어 있는 제1복사영역 12까지 뻗어있다. 제2공정코일 44은 대류챔버 4내 열교환기 46에서 예열되며, 별도로 독립되어 있는 제2복사영역 14을 통과하여 뻗어있다. 제3공정코일 48은 열교환기 50에서 예열되며, 별도로 독립되어 있는 제3복사영역 18을 통과하여 뻗어있다. 제4공정코일 52은 열교환기 52에서 예열되며, 별도로 독립되어 있는 제4복사영역 20을 통과하여 뻗어있다. 도 2에서는, 예를 들면, 4개의 복사영역들 10, 14, 18, 및 20은 두 개의 공정코일 40A, 40B, 44A, 44B, 48A, 48B, 52A, 및 52B을 각각 구비하고 있다.
각각의 공정코일은 독립적으로 별도의 길이 및/또는 배열을 갖고 있다. 일반적으로, 튜브는 독립되어 있는 복사영역들과 수직으로 배치되어 있고, 구불구불하게 배열되어 있다. 공지된 다른 공정코일의 배열이 또한 여기에서 고려될 수 있다. 코일은 원하는 어떤 길이도 가질 수 있으며, 독립적인 복사영역으로 들어가는 부분, U자 형의 연결부분, 및 독립적인 복사영역으로부터 나오는 부분을 가진다. 특정 복사영역은 원하는 생성물의 양에 의존하기 때문에, 원하는 용량을 얻는데 필요한 만큼의 코일을 포함하도록 설계된 코일구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 하나의 독립되어 있는 복사영역은 1 내지 20개 이상의 부품을 구비하고 있다.
그 후 독립적인 복사가열영역으로부터 각각의 코일들이 로 2를 빠져나간다.바람직하게는, 공정코일은 유출되는 생성물 기체를 급냉시키는 급냉장치를 구비하고 있다. 공지된 어떠한 급냉장치도, 가령 미국특허 제 5,427,655 호에 개시된 장치가 본 발명에서 사용될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 각각의 코일은 자체 급냉방치를 구비할 수 있으며, 또는 공정코일로부터의 유출물은 어떤 형태로든 조합될 수 있으며 그 후 급냉된다.
본 발명을 이용하는 한 예시적인 공정에 따르면, 약 70 내지 80。F의 제1원료흐름인 에탄이 대류영역 4내의 열교환기 42에서 예열되는 코일 40로 공급되며, 약 1100 내지 1200。F 범위의 온도로 가열된다.
예열단계에서는, 공급원료의 비점범위에 따라 부분적으로 또는 완전히 기화된다. 또한, 스팀이 사용되는 공정에서는 원료가 복사영역으로 도입되기 전에 스팀이 원료에 부가된다. 예를 들면, 스팀은 예열영역에서 부가될 수 있으며, 바람직하게는 원료가 적어도 70 % 기화되었을 때 부가될 수 있다. 이런 방식으로 부가된 스팀은 탄화수소 분압을 감소시킴으로써 원료를 완전히 기화시키는 역할을 한다. 또한, 스팀은 개선된 분해 효율 및 코크의 감소를 위해 복사영역내 탄화수소 분압을 낮게 유지시키는 역할을 한다.
서로 다른 양의 스팀이 공정 코일내에서 실시되는 바람직한 분해, 즉 공급원료의 형태 및 원하는 생성물 슬레이트에 따라 각각의 코일에 부가될 수 있다.
코일 40은 복사버너 32 및 34로부터 제공되는 복사열에 의해 가열되는 별도로 독립되어 있는 제1복사영역 12까지 뻗어있으며, 제1복사영역 12의 벽과 바닥을 따라 뻗어있다. 대체로 에탄 공급원료는 약 0.01 내지 약 0.08 초의 체류시간동안약 780 내지 약 1000℃의 온도에서 분해된다.
별도로, 그러나 에탄과 동시에 프로판 공급원료가 공정코일 44내로 약 70 내지 80。F의 온도로 공급되며, 열교환기 50내 대류영역 4에서 약 1100 내지 1200。F의 온도로 예열된다. 공정코일 44은 복사버너 32 및 34로부터 제공되는 복사열에 의해 가열되는 별도로 독립되어 있는 제2복사영역까지 뻗어있으며, 제2복사영역 14의 벽과 바닥을 따라 뻗어있다. 대체로 프로판 공급원료는 약 0.01 내지 약 0.08 초의 체류시간동안 약 780 내지 약 1000℃의 온도에서 분해된다.
제1 및 제2복사 가열영역 12 및 14이 동일한 복사챔버 6내에 위치한다 하더라도, 각 영역내의 온도는 분리벽 10에 의해 및 복사 가열영역의 복사버너내 연소되는 연료의 양을 조절함으로써 별도로 조절될 수 있다. 따라서, 동일한 복사챔버내의 두가지 서로 다른 공급원료가 별도의 독립된 조건에서 분해될 수 있으며, 이로써 분해조작시 개선된 유용성을 얻을 수 있다. 필요하다면, 동일한 공급원료가 두 공정코일 40 및 44에 공급되고 실질적으로 동일한 조건하에서 분해될 수 있다.
제3원료 흐름인 나프타가 약 70 내지 80。F의 온도로 대류영역 4내 열교환기 50에서 예열되는 코일 48로 공급되어 약 1100 내지 1200。F의 온도로 가열된다. 코일 48은 복사버너 32 및 34로부터 제공되는 복사열에 의해 가열되는 별도로 독립되어 있는 제3복사영역 18까지 뻗어있으며, 제3복사영역 18의 벽과 바닥을 따라 뻗어있다. 대체로 나프타 공급원료는 약 0.01 내지 약 0.08 초의 체류시간동안 약 780 내지 약 1000℃의 온도에서 분해된다.
별도로, 그러나 나프타와 동시에 진공가스오일 (VGO) 공급원료가 공정코일52내로 약 70 내지 80。F의 온도로 공급되며, 열교환기 54내 대류영역 4에서 약 1100 내지 1200。F의 온도로 예열된다. 공정코일 52은 복사버너 32 및 34로부터 제공되는 복사열에 의해 가열되는 별도로 독립되어 있는 제4복사영역 20까지 뻗어있으며, 제4복사영역 20의 벽과 바닥을 따라 뻗어있다. 대체로 진공가스 오일 공급원료는 약 0.01 내지 약 0.08 초의 체류시간동안 약 780 내지 약 1000℃의 온도에서 분해된다.
제3 및 제4복사 가열영역 18 및 20이 동일한 복사챔버 8내에 위치한다 하더라도, 각 영역내의 온도는 분리벽 16에 의해 및 복사 가열영역의 복사버너내 연소되는 연료의 양을 조절함으로써 별도로 조절될 수 있다. 따라서, 동일한 복사챔버내의 두가지 서로 다른 공급원료가 별도의 독립된 조건에서 분해될 수 있으며, 이로써 분해조작시 개선된 유용성을 얻을 수 있다. 필요하다면, 동일한 공급원료가 두 공정코일 48 및 52에 공급되거나, 또는 공정코일 40 및/또는 44에서 분해된 유사한 공급원료가 공급될 수 있으며, 실질적으로 동일한 조건하에서 분해될 수 있다.
다르게는, 로 2의 전체 용량이 필요하지 않을 때, 사용중인 복사영역내에서 실시되는 분해공정에 영향을 주지 않으면서 하나 이상의 별도로 독립되어 있는 복사영역들을 코일내 스팀을 이용해서 방치해 둘 수 있다. 이것은 또한 본 발명의 분해장치에 개선된 유용성을 제공한다.
본 발명의 여러 변형들은 상기한 상세한 설명들의 견지에서 당업자에게 이해될 것이다. 예를 들면, 본 발명이 에탄, 프로판, 나프타, 및 진공가스 오일 공급원료를 예시하고 있으나, 열분해 공정의 복사 로의 공급원료로서 공지된 다른 공급원료들이 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 모든 명백한 변형은 청구항의 범위내에서 벗어나지 않는다.
상기에서 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 문헌들은 여기에서 참고로 포함되어 있다.
Claims (12)
- 탄화수소 원료를 분해하여 올레핀을 제조하는 로로서,(a) 분리수단에 의해 적어도 두 개의 별도로 독립된 복사영역들로 분리되는 적어도 하나의 가열 복사챔버;(b) 상기 가열 복사챔버의 각 상기 영역내의 적어도 하나의 복사버너;(c) 상기 가열 복사챔버와 직접 연통해 있는 대류챔버;(d) 상기 대류챔버의 적어도 일부분을 통과하여 상기 로를 빠져나가기 전에 상기 별도로 독립된 복사영역들 중 하나까지 뻗어있는 각각 별도로 독립되어 있는 상기 복사영역에 대한 적어도 하나의 공정코일;(e) 상기 로의 대류챔버의 최상부에 위치하는 가스배출관; 및(f) 각각 별도로 독립되어 있는 상기 복사영역내의 복사버너를 독립적으로 조절하는 수단으로 구성한 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 로가 두 개의 가열 복사챔버를 포함하며, 각각의 상기 가열 복사챔버가 별도로 독립되어 있는 두 복사영역을 갖는 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버가 실질적으로 동일한 면적을 가진 별도로 독립되어 있는 두 복사영역으로 분리되어 있는 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버가 실질적으로 서로 다른 면적을 가진 별도로 독립되어 있는 두 복사영역으로 분리되어 있는 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버 분리수단이 내화벽돌인 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버 분리수단이 넥스텔 재료로 이루어진 커튼인 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버 분리수단이 넥스텔 재료로 이루어진 커튼과 세라믹 섬유벽의 조합물인 다중영역 분해로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 별도로 독립되어 있는 각각의 복사영역의 온도가 독립적으로 조절되는 다중영역 분해로.
- 복사분해챔버를 갖는 개선된 열분해 로로서, 상기 복사분해챔버에 분리벽을 제공함으로써 상기 복사분해챔버를 적어도 두 개의 별도로 독립된 복사분해 영역들로 분리시키는 개선 및 상기 별도로 독립된 각각의 복사분해영역의 온도를 독립적으로 조절하는 개선이 이루어진 다중영역 분해로.
- 제 9 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버 분리수단이 내화벽돌인 다중영역 분해로.
- 제 9 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버 분리수단이 넥스텔 재료로 이루어진 커튼인 다중영역 분해로.
- 제 9 항에 있어서, 상기 가열 복사챔버 분리수단이 넥스텔 재료로 이루어진 커튼과 세라믹 섬유벽의 조합물인 다중영역 분해로.
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