KR20070101162A - 유동접촉분해 공급노즐 - Google Patents

Abstract

배출 축으로부터 30도 내지 60도의 각으로 형성된 적어도 하나의 가로 슬롯 벽을 구비한 둘 이상의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소 피드의 분무 분사용 노즐이 개시된다. 또한, 상기의 노즐을 이용하여 유동접촉분해 반응로에 분무 액체 탄화수소 피드/스팀을 분사하는 방법이 개시된다.

하이드로카본, 피드, feed, FCC, 노즐, 라운드, 부식, 침식

Description

유동접촉분해 공급노즐{FLUIDIZED CATALYTIC CRACKING FEED NOZZLE}

도 1a는 가로 슬롯 벽이 노즐의 내측에서 외측으로 배출 축에 0도 또는 평행하게 절단된 첫 번째 종래 노즐의 정면도이다.

도 1b는 도 1a의 첫 번째 종래 노즐에서 라인 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 1c는 도 1a와 1b의 노즐의 사시도로서, 부식을 당한 대부분의 영역은 적색으로 도시된다.

도 2a는 가로 슬롯 벽이 노즐의 내측에서 외측으로 슬롯의 배출 축에 90도로 절단된 다른 종래 노즐의 정면도이다.

도 2b는 도 2a의 다른 종래 노즐에서 라인 A'-A'를 따라 절단한 단면도이다.

도 2c는 도 2a와 2b의 노즐의 사시도로서, 부식을 당한 대부분의 영역은 적색으로 도시된다.

도 3a는 가로 슬롯 벽이 노즐의 내측에서 외측으로 배출 축에 45도로 절단된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐의 정면도이다.

도 3b는 도 3a의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐에서 라인 A"-A"를 따라 절단한 단면도이다.

도 3c는 도 3a와 3b의 노즐의 사시도로서, 부식을 당한 대부분의 영역은 적 색으로 도시된다.

도 4a는 도 2a, 2b, 및 2c의 종래 노즐 슬롯 주위의 흐름 패턴의 도식도이다.

도 4b는 도 3a, 3b, 및 3c에 도시한 본 발명의 종래 노즐 슬롯 주위의 흐름 패턴의 도식도이다.

도 5a는 FCC 반응로 환경에서 사용되고 난 후 전형적인 부식을 나타내는 도 1a, 1b 및 1c의 노즐의 정면도이다.

도 5b는 FCC 반응로 환경에서 사용되고 난 후 전형적인 부식을 나타내는 도 4a의 노즐의 측면도이다.

본 발명은 유동접촉분해 반응로에 사용되는 분무 탄화수소 피드를 배출하기 위한 분사 노즐에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 노즐의 효율과 수명을 개선하기 위하여 이중 슬롯 공급노즐에서 슬롯의 물리적 구조에 관한 것이다.

유동접촉분해(FCC) 장치의 효율은 많은 변수에 좌우된다. 그 중 중요한 하나는 FCC 반응로에 도입된 액체 탄화수소 피드(feed)를 분무하는데 이용되는 에너지이다.

일반적으로, 액체 탄화수소 피드는 노즐을 통하여 FCC 내에 배출되는 스팀과 같은 가스에 의해 분무된다. 액체 탄화수소 피드를 분무하는데 사용된 스팀의 양은 반응로의 효율에 직접적으로 영향을 준다. 노즐의 슬롯의 형상과 개수도 액체 탄화수소 피드의 분무에 직접적으로 영향을 주는 것으로 알려졌다.

또한, 반응로에 도입된 유체 피드가 큰 표면적으로 갖는 경우, FCC 반응이 향상된 결과를 낳는다는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 측면에서, 액적의 크기가 작을수록, 또는 노즐로부터의 분사가 미세할수록, 유체 피드의 표면적은 커진다. 스팀을 적게 사용하여 노즐로부터 탄화수소 피드를 미세하게 분사하도록 함으로써 유동접촉분해 시스템의 효율을 더 크게 할 수 있다.

액체 탄화수소 피드를 분무하는데 사용된 초기의 노즐은 일반적으로 편평한 팬 형상 분사를 만드는데 적용된 단일의 슬롯 형상의 긴 구멍이 형성된 반구형 배출단을 구비한다. 이러한 노즐의 일 예는 미국특허 제5,306,418호(Dou 등에 허여)에 개시되어 있다.

후의 노즐은 액체 탄화수소 피드를 분무하는데 두 개의 긴 구멍을 이용하였다. Haruch에 허여된 미국특허 제5,573,859호에 개시된 바와 같이, 복수의 슬롯 형상 출구를 이용함으로써 액체가 이 노즐을 통하여 액체 피드를 더 미세한 입자로 분무한다. 또한, 미국특허 제5,673,859호는 서로에 대해서 각을 이루는 슬롯을 사용함으로써 집중 분사를 만들고, 배출 후 액체 입자의 분무를 더 개선하는 것을 개시하고 있다.

그러나, 복수의 슬롯을 구비한 FCC 탄화수소 액체 피드 노즐은 시간 경과에 따라 실패하기 쉽다. 노즐이 동작하는 반응로는 반응로 전체에 걸쳐 순환하며 일정 하게 움직이는 유동 촉매 입자를 갖는다. 따라서, 노즐을 통과하는 탄화수소 피드에 의해서뿐만 아니라 유동 촉매에 의해서도 노즐이 동작한다. 액체 탄화수소 피드가 반응로 내에 분사되고 있을 때 노즐 주위의 흐름 패턴에 기인하여, 슬롯 간의 영역은 슬롯간 벽의 심한 부식을 입기 쉽다.

따라서, 본 발명의 목적은 오랜 유효 수명 동안 탄화수소 피드의 더 효율적인 분무를 가져오는 개선된 탄화수소 공급노즐을 제공하는 것이다.

이들 및 다른 목적은 유동접촉분해 반응로에 분무 액체 탄화수소 피드를 배출하는데 사용되는 분사노즐에 관한 본 발명에 의해 달성된다. 분사노즐은 배출 축에서 약 30도 내지 60도의 각으로 형성된 적어도 하나의 가로 슬롯 벽을 구비한 복수 개의 긴 슬롯을 포함한다.

바람직한 실시예로, 슬롯은 배출 축으로부터 40도 내지 50도, 가장 바람직하게 45도의 가로 슬롯 벽을 구비한다.

본 발명의 목적은 첨부된 도면을 포함하여 다음의 상세한 설명에서 더 서술될 것이다. 이 서술은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 의도되며, 이는 첨부된 도면을 참조하여 고려할 때 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 상세한 설명과 도면은 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다.

첨부된 도면을 참조하면, 제 1 종래기술의 노즐(102)이 도 1a, 1b, 및 1c에 도시되어 있다. 제 1 종래기술의 노즐(102)은 슬롯(104) 사이에 영역(106)이 형성 된 두 개의 긴 슬롯 출구(104)를 포함한다. 바람직하게, 슬롯(104)의 가로 벽(108)은, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 노즐(102)을 들여다 볼 때 둥그스름하다. 가로 슬롯 벽(108)은, 슬롯(104)으로부터의 분무 액체 탄화수소 피드의 배출 축에 실질적으로 평행한 직선 컷(cut) 구성으로 형성된다.

도 2a, 2b 및 2c에 나타낸 바와 같이, 다른 종래기술 노즐(202)도 슬롯(204) 사이에 영역(206)이 형성된 두 개의 긴 슬롯 출구(204)를 포함한다. 슬롯(204)의 가로 벽(208)도 바람직하게, 도 2a에 도시한 바와 같이, 노즐(202)을 들여다 볼 때 둥그스름하다. 그러나, 가로 벽(208)은 슬롯(204)으로부터의 분무 액체 탄화수소 피드의 배출 축에서 약 90도로 형성되는 수평 컷 구성으로 형성된다.

직선 컷과 수평 컷 구성을 포함하는 가로 슬롯 벽(108, 208)의 구조는 각각 슬롯(104, 204) 사이의 영역(106, 206)의 부식을 가속화하는 결과를 가져온다는 것이 발견되었다. 도 5a와 5b는 도 2a-2c에 설명한 종래기술의 이중 슬롯 노즐을 나타내며, 여기서 슬롯 사이의 영역은 부식되어 있다.

도 3a, 3b, 및 3c에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 노즐(2)의 바람직한 실시예는 슬롯(4) 사이에 영역(6)이 형성된 둘 이상의 긴 슬롯 출구(40)를 포함한다. 바람직하게, 가로 슬롯 벽(8)은, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 노즐(2)을 들여다 볼 때 둥그스름하다. 그러나, 가로 슬롯 벽(8)은 슬롯(4)으로부터의 분무 액체 탄화수소 피드의 배출 축에서 약 30도 내지 60도의 각이 진 구성으로 형성된다. 바람직하게, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 각은 40도 내지 50도이고, 더욱 바람직하게 45도이다.

본 발명의 노즐(2)의 슬롯(4)은 도 3a-3c에 나타낸 바와 같이, 서로 평행하게 형성될 수 있거나, 또는 상기한 미국특허 제5,673,859호에 개시된 바와 같이, 서로를 향하여 또는 서로로부터 멀어지도록 각이 질 수 있다. 그러나, 그러한 구성에서도, 가로 슬롯 벽(8)은 슬롯(4)의 배출 축으로부터 30도 내지 60도, 바람직하게 40도 내지 50도, 그리고 더 바람직하게 45도의 각으로 형성된다. 그럼에도, 가장 바람직하게 슬롯(4)은 서로 평행하다.

또한, 본 발명의 슬롯(4)의 에지는, 필요하다면, 매끄럽게 되어 노즐 주위의 촉매 입자의 흐름을 돕는다. 매끄러운 에지는 특히 가로 슬롯 벽(8)의 외측 에지의 변형으로 계획된다.

본 발명의 각이 진 가로 슬롯 벽(8)의 이점은 도 4a 내지 4b를 비교하면 더 명확하게 나타난다. 도 4a는 도 2a-2c의 종래기술의 노즐에서 노즐(202)의 슬롯(204) 주위의 흐름 패턴의 CFD 계산 결과를 나타내며, 청색 화살표는 액체 탄화수소 피드/스팀 흐름을 나타내고, 적색 화살표는 촉매 흐름을 나타낸다. 도 4a에서, 촉매는 슬롯(204)으로 끌리는 것처럼 보인다.

반대로, 도 4b의 본 발명의 노즐(2) 주위의 흐름 패턴의 CFD 계산 결과는 촉매가 슬롯(4) 사이의 영역(6)을 포함하는 노즐면으로 끌려 부식시킬 가능성 훨씬 적다는 것을 보여준다.

상기와 더불어, 본 발명은 FCC 반응로에 분무 액체 탄화수소 피드/스팀을 분사하는 방법을 포함한다. 이 방법은 배출 축에서 약 30도 내지 60도의 각으로 형성된 적어도 하나의 가로 슬롯 벽을 구비한 이중 슬롯 노즐(2)을 통하여 상기 피드/ 스팀을 통과하는 단계를 포함한다. 상기한 바와 같이, 가로 슬롯 벽은 바람직하게 배출 축으로부터 40도 내지 50도이며 가장 바람직하게 배출 축으로부터 약 45도를 이룬다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예의 다른 변형 및 수정은 당업자에게 자명하며, 상기한 바람직한 실시예의 이러한 모든 변형은 본 발명의 정신과 범위에 포함되도록 의도되며, 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

여기에 언급된 모든 특허는 참조를 위해 포함된다.

분사노즐은 배출 축에서 약 30도 내지 60도의 각으로 형성된 적어도 하나의 가로 슬롯 벽을 구비함으로써, 오랜 유효 수명 동안 탄화수소 피드의 더 효율적인 분무를 가져올 수 있다.

Claims (8)

1. 배출 축으로부터 30도 내지 60도의 각으로 형성된 적어도 하나의 가로 슬롯 벽을 구비한 둘 이상의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소 피드의 분무 분사용 노즐.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 가로 슬롯 벽은 상기 배출 축으로부터 40도 내지 50도의 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소 피드의 분무 분사용 노즐.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 가로 슬롯 벽은 상기 배출 축으로부터 45도의 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소 피드의 분무 분사용 노즐.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 가로 슬롯 벽은, 상기 슬롯을 들여다 볼 때, 반원 형상의 구성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소 피드의 분무 분사용 노즐.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 가로 슬롯 벽의 에지는 둥그스름한 것을 특징으로 하는 액체 탄화수소 피드의 분무 분사용 노즐.
6. 적어도 하나의 가로 슬롯 벽이 배출 축으로부터 30도 내지 60도의 각으로 형성되는 이중 슬롯 노즐을 통하여 분무 액체 탄화수소 피드/스팀을 통과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동접촉분해 반응로에 분무 액체 탄화수소 피드/스팀을 분사하는 방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 적어도 하나의 가로 슬롯 벽은 상기 배출 축으로부터 40도 내지 50도의 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동접촉분해 반응로에 분무 액체 탄화수소 피드/스팀을 분사하는 방법.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 적어도 하나의 가로 슬롯 벽은 상기 배출 축으로부터 45도의 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동접촉분해 반응로에 분무 액체 탄화수소 피드/스팀을 분사하는 방법.

Images