KR20080055655A - ＦＣＣ 가스로부터의 ＮＯｘ 배출 저감 장치 - Google Patents

ＦＣＣ 가스로부터의 ＮＯｘ 배출 저감 장치

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KR20080055655A
KR20080055655A KR1020070128239A KR20070128239A KR20080055655A KR 20080055655 A KR20080055655 A KR 20080055655A KR 1020070128239 A KR1020070128239 A KR 1020070128239A KR 20070128239 A KR20070128239 A KR 20070128239A KR 20080055655 A KR20080055655 A KR 20080055655A
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Abstract

본 발명은 FCC 재생기에서 배출된 연무에 포함된 NOx의 배출을 줄이는 신규 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 2개의 재생 스테이지를 연결하고 제2 스테이지의 희박 상(dilute phase) 내부로 개구된 배출구를 갖는 운반 도관을 필수 구성으로 한다.

Description

ＦＣＣ 가스로부터의 ＮＯｘ 배출 저감 장치{A NEW DEVICE PERMITTING THE REDUCTION OF NOx EMISSIONS FROM FCC FUMES}
본 발명은, FCC 유닛의 재생기로부터 배출되는 연무 내에 포함된 질소 산화물 폐기물(보통 NOx라 칭함)의 저감을 위한 장치와 관련된다. FCC라는 용어는 축약형으로서, 유체화 베드에 있는 임의의 유형의 촉매 분해 유닛을 지칭할 때 사용된다. 촉매 분해 유닛에서의 촉매는 하나의 스테이지에서만 재생될 수 있거나(소위 단일 재생기 기법), 또는 2개의 스테이지로 분리된다.
단일 재생기 기법은 촉매 상에 침착된 코크스를 가능한 한 완전히 연소시키는 것을 포함하며, 이때 온도는 일반적으로 650 ℃ 내지 760 ℃이다. 2단 기법은 온도를 대략 630 내지 700 ℃로 제한하기 위해 공기가 없는 상태에서 제1 연소 단계를 수행하는 반면에 코크스에 포함된 수소로 인해 배출되는 물의 대부분을 배출시키는 것을 포함한다. 제2 스테이지는 과잉 공기 상태에서 행해지며, 촉매 열화의 위험 없이도 850 ℃까지의 더 높은 온도에 도달한다.
재생은 유체화 베드에서 행해지며, 촉매는 코크스를 연소시킬 목적으로 도입된 공기에 의해 유체화된다. 재생 영역은 방출되는 연소 가스 또는 연무를 분리하기 위한 하나 이상의 장치와, 연무의 오염을 줄이기 위한 목적으로 반응 영역에 재도입된 재생된 촉매를 항상 구비해야 한다. 기체-고체 분리의 제1 스테이지는, 보통 방향 전환 효과(change-of-direction effect)에 기초하며 베드 위에 비말 동반된 촉매 입자 중 약 60 % 내지 90 %가 농축 상(dense phase)으로 재운반될 수 있도록 하는 분리 장치에 의해 행해진다.
제2 기체-고체 분리 스테이지는 보통, 제1 스테이지에서 분리되지 않은 촉매 입자 외에는 다른 것은 아무것도 포함하지 않는 기체-고체 부유물이 주입되는 1개 또는 2개의 사이클론 스테이지에 의해 행해진다.
본 발명에 따른 NOx 저감용 장치는, 실제로 재생 영역이 1단이든 또는 2단이든지 상관없이 재생 영역의 모든 기체-고체 분리 시스템과 호환된다.
상업적인 상품명 R2R로 알려진 것과 같은 2단 재생은 미국 특허 제4332674A호에 개시되어 있다. 이는 1단의 단일 재생기 유형의 기법보다는 더 중질인 배출물을 처리할 수 있다. 2중 재생은 더 많은 코크스를 생성하는 중질 배출물 상에서의 촉매의 가열을 제한할 수 있으므로, 더 많은 수득율을 얻는 데 도움이 되는 분해 조건을 유지할 수 있도록 한다.
제1 스테이지에 있어서, 산소가 없는 상태에서의 부분적인 연소는 온도 상승을 제한한다. 또한, 코크스로부터 수소가 더 빠르게 연소하면 비교적 낮은 온도 레벨에서 물의 대부분을 배출시킬 수 있으므로, 촉매의 열수 작용에 의한 분해 현상을 피할 수 있다. 제2 재생기에 있어서, 연소는 전체적으로 습도가 낮은 대기 중에서 이루어지므로, 촉매의 불활성화를 방지한다. 제2 스테이지에서의 전체 연소 온도는 배출물의 종류에 따라 700 ℃ 내지 850 ℃이다.
다른 재생 기법과 비교할 때, 2단 재생 기법은 또한 제1 재생기에서의 NOx 형성을 제한할 수 있으며, 특히 일산화탄소 농후 대기가 압도적임에 따라 상당량의 NOx를 배출하는 경향이 있는 중질 배출물에 있어서 특히 그러하다.
따라서, 특히 제2 재생기에서 상당량의 NOx가 형성된다. 따라서, 본 발명의 목적은 보다 구체적으로는 제2 재생기에서의 NOx 배출 저감을 위한 해법을 제시하는 것이다.
그러나, 특히 2단 재생 영역에 매우 적합한 본 발명에 따른 장치는 또한 1단 재생 영역에서도 사용될 수 있다.
이후에, "NOx 저감용 장치"라는 용어는 2단 재생 기법에서의 제2 재생 스테이지 또는 단일 재생기 기법에서의 단일 재생 스테이지에 적용되는 본 발명의 대상물을 지칭하는 데 사용된다.
본 발명은 촉매와 연소 가스를 분리하기 위한 임의의 유형의 시스템, 특히 "십자형 릴리즈" 타입인 임의의 종래 시스템과 호환된다. 실제로, 2단 재생 영역의 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 재생 영역의 2가지 스테이지를 연결하는 동일한 수직 운반 도관을 함께 사용하는 기체-고체 분리 시스템과 결합된다. 1단 재생 영역의 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 기체-고체 분리 시스템과는 무관하다.
본 발명에 따른 NOx 저감용 장치는 연무에 포함된 NOx 농도를 15 ppm 미만까지, 바람직하게는 10 ppm 미만까지 낮추는 것을 목적으로 하며, 이들 농도값은 1000 ppm 정도의 질소를 포함하는 진공 속에서의 증류 타입 배출물에 대응한다.
현재 기술의 FCC 유닛의 재생 영역으로부터 배출되는 연무 내의 NOx 레벨은, 1단 재생이든지 또는 2단 재생이든지, 일반적으로 50 ppm 내지 400 ppm이고, 50 ppm 미만이 되지는 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 장치에 의해 달성되는 이점은 상당하다.
FCC 재생기에 있어서, 촉매 상에 침착된 코크스의 연소는 대기 중에 배출되는 연무에 포함된 질소 산화물(NOx)을 발생시키며, 이러한 질소 산화물은 산성비 및 광화학 스모그를 형성한다.
이러한 배출 가스는 아졸 및 피리딘 형태로 연료 중에 처음부터 존재하는 질소의 산화에 의해 거의 대부분 발생된다. NOx 생성을 결정하는 주요한 파라메타는 코크스 내에 존재하는 질소의 농도(코크스/산소 비율)와 질량 분율이다. 배출물 내에 포함된 질소가 촉매에 침착된 코크스로 이동되는 비율은 약 50 %이다. 코크스/산소의 질량비가 0.3을 초과하면 연소가 양호하다고 하며, 이 질량비가 0.3 미만이면 연소가 불량하다고 한다.
통상적으로, NOx 배출은, 현장에서 NOx 저감을 촉진하고 탄소 또는 일산화탄소와 접촉할 때 반응하는 첨가제에 의해, 또는 촉매 하에서 반응이 행해지는 경우에는 비촉매 NOx의 선택적 저감(소위 SNCR 또는 Selective Non Catalytic Reduction)을 위한 처리 방법 또는 SCR(또는 Selective Catalytic Reduction) 타입의 방법에 의해 저감된다.
SNCR 공정에 대한 설명은 미국 특허 제3.900.554호에서 찾아볼 수 있다.
미국 특허 제6503460B1호는 단일 재생기에 적용 가능한 다단식 대향류 재생 개념을 설명하고 있다. 대향류 유동은 촉매 분배기가 농후한 베드 위에 드리워지도록 촉매 분배기를 위치시킴으로써 보장된다. 따라서, 농후한 베드의 하부에 있는 희박한 매질 내에서 연소 중에 형성되는 NOx는, 베드의 상부에 존재하는 탄소 및 일산화탄소와 접촉하여 농후한 매질 내에서 저감된다. 또한, 코크스 중 일부는 부분 산화 영역에서 모두 소진되기 때문에, 과잉 산소를 갖는 영역에 도달한 촉매는 약간 코크스화되고, 이에 따라 코크스의 연소 속도가 조절되도록 할 수 있다.
그러나, 전술한 개념은 단일 재생기에만 적용된다. 단일 재생기 타입의 기법과 비교할 때 미국 특허 제4332674A호에 설명된 R2R 기법과 같은 2단 재생은 더 높은 수득률로 중질 배출물을 처리할 수 있다. R2R 기법에 있어서, 2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 하강 도관(또는 "리프트")은 농축 상 내부로 개구된다.
미국 특허 제0198778호는, NO를 NO2 및 NO3로 변환한 후에 "집진기" 타입의 시스템에 의해 기체-고체 부유물까지 대향류를 운반하는 기본적인 해법으로 NOx를 수집하는 방법을 설명하고 있다.
본 발명은 FCC 유닛의 재생기로부터 배출되는 연무 내에 포함된 질소 산화물, 즉 NOx의 배출 저감을 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 FCC 유닛의 재생 영역으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감시키기 위한 장치를 포함하며, 상기 재생 영역은 하나의 단일 스테이지 또는 2개의 스테이지를 포함하고, 하나의 단일 스테이지는 유체화 베드에서 작동하면서 그 위에 희박 상이 배치되는 농축 상을 구비하며, 2개의 스테이지는 유체화 베드에서 작동하고 운반 베드에서 작동하면서 그 상단에 기체-고체 분리 시스템이 마련되는 수직 하강 도관에 의해 연결된다.
1단 재생 영역의 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 도관의 상단이 농축 상과 희박 상을 구분하는 경계 위로 농축 상의 직경의 0.10 배 내지 1.5 배인 소정 거리에서 유체화 베드의 희박 상에 개구되도록 하는 방식으로, 상기 스테이지를 구성하는 유체화 베드의 농축 상과 희박 상을 적절한 공기 유동이 주입되는 수직 하강 도관으로써 필수적으로 연결한다. 바람직하게는, 상기 거리는 농축 상의 직경의 0.2 내 내지 0.5 배이다.
2단 재생 영역의 경우에 있어서, 2개의 재생 스테이지를 연결하고 제1 스테이지로부터 제2 스테이지까지 촉매를 운반하도록 되어 있는 수직 하강 도관이 이미 존재한다. 본 발명에 따른 장치는 필수적으로, 농축 상과 상기 희박 상을 구분하는 경계 위로 농축 상의 직경의 0.10 배 내지 1.5 배인 높이에서 제2 재생 스테이지의 희박 상 내부로 도관의 상단이 개구되도록 하는 방식으로 상기 도관을 이용하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 거리는 제2 스테이지의 농축 상의 직경의 0.5 배 내지 1.0 배이다.
1단 재생 영역의 경우에 있어서, 상기 스테이지의 농축 상과 희박 상을 연결하는 수직 도관에 들어가는 공기의 질량 유량과, 유체화 베드의 농축 상에 들어가는 공기의 질량 유량의 비는 일반적으로 0.05 내지 0.1이다.
2단 재생 영역의 경우에 있어서, 2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 도관에 들어가는 공기의 질량 유량과, 제2 스테이지의 농축 상에 들어가는 공기의 질량 유량 사이의 비는 바람직하게는 0.25 내지 0.50이다.
본 발명은 또한 FCC 유닛의 재생 영역으로부터의 연무 내에 포함된 NOx를 저감하는 공정을 포함할 수 있으며, 상기 재생 영역은 1단 또는 2단 영역일 수 있고, 본 발명에 따른 장치를 채용하며, NOx 함량을 15 ppm 미만, 바람직하게는 10 ppm 미만인 값까지 낮출 수 있다.
본 발명에 따르면, FCC 유닛의 재생기로부터 배출되는 연무 내에 포함된 질소 산화물, 즉 NOx의 배출 저감을 위한 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도로서, 재생 영역의 2개의 스테이지는 제1 스테이지로부터 제2 스테이지까지 촉매를 운반하는 도관에 의해 연결되는 것을 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 도관의 상단에 위치한 기체-고체 분리 시스템에 대해서는 어떠한 제한도 없는데, 이는 본 발명이 임의의 기체-고체 분리 시스템과 호환되기 때문이다. 예로서 간단한 "십자형 릴리즈" 시스템 형태가 도시되어 있다.
도 2는 1단 재생 영역의 경우에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 개략도이다. 도 1과 유사하게, 분리 시스템은 간단한 "십자형 릴리즈" 시스템의 형태로 개략적으로 도시되어 있으나, 어떠한 제한도 없다.
도 3은 2단 재생 유닛의 경우에 있어서 본 발명에 따른 장치의 배출구의 높이가 연무 내의 NOx 함량에 미치는 영향을 도시하고 있다.
도 4는 1단 재생 유닛의 경우에 있어서 본 발명에 따른 장치의 배출구의 높이가 연무 내의 NOx 함량에 미치는 영향을 도시하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 농축 상
2 : 희박 상
3 : 수직 도관
4 : 유체화 부재
5 : 기체-고체 분리 수단
6 : 밸브
7 : 농축 베드
8 : 희박 상
9 : 농축 상
10 : 기체-고체 분리 시스템
11 : 사이클론 스테이지
A : 제1 재생 스테이지
A' : 1단 재생 영역
Al : 공기
Af : 유체화 공기
B : 제2 재생 스테이지
E : 도관
S : 배출 도관
본 명세서에서 괄호 내에 기재된 숫자는, 2단 재생 영역에 대한 도 1의 도면부호 및 1단 재생 영역에 대한 도 2의 도면부호에 대응한다.
도 1 및 도 2에서의 도면부호는 본 발명에 따른 장치 중 동일한 부품에 대해 동일하다.
2단 재생 영역의 경우
본 발명에 따른 NOx 저감용 장치는, 2단 재생 영역을 갖는 유체화 베드에서의 촉매 분해 유닛과 함께 사용될 수 있으며, 2개의 스테이지는 실질적으로 수직이면서 긴 형상을 갖는 관형 도관에 의해 연결되고, 이후에는 이 도관을 간단히 "수직 도관"이라 칭하며 도 1에서는 도면부호 3으로 표시되어 있다.
재생 영역의 제1 스테이지(A)는, 반응 영역(도시 생략)으로부터 도관(E)을 통해 도달된 고체 입자의 유동이 공급됨과 동시에 보통 0.5 내지 1.5 m/s의 유체화 속도를 갖도록 유체화 공기(Af)가 공급되는 농축 상(1)을 갖는 유체화 베드로 이루어진다.
유체화 속도는, 농축 베드의 빈 공간 부분에 대한 대상 스테이지의 압력 및 온도 조건 하에서의 공기의 체적 유량의 비율로 정의된다.
도 1에 도시된 유체화 부재(4)는, 예로써 구멍을 통과하는 링이지만, 어떠한 유체화 부재도 적절하며, 본 발명은 특정한 하나의 유체화 기법과 관련된 임의의 방식에 속하는 것은 아니다.
제1 재생 스테이지(A)에서는 연소 온도가 600 ℃ 내지 720 ℃로 유지되도록 하는 방식으로 공기가 없는 상태에서 연소가 이루어진다.
제1 스테이지(A)의 농축 베드(1) 위에는, 촉매 입자의 대부분(일반적으로 촉매 입자의 99.9 %를 초과함)이 농축 상(1)으로 다시 운반되도록 할 수 있는 기체-고체 분리 수단(5)이 상부에 마련되는 희박 상(2)이 위치하며, "일산화탄소 보일러"라고 불리며 도 1에는 도시 생략된 일산화탄소 후연소 유닛까지 일반적으로 운반되는 연무가 배출된다.
제1 재생 스테이지로부터 제2 스테이지(B)까지 촉매를 운반할 수 있는 수직 하강 도관(3)은 제1 스테이지(A)의 농축 상(1)으로부터 연장된다. 상기 수직 도관(3)에는, 200 내지 1000 kg/m2s의 고체 입자 유동과 함께 도관 내에서의 가스의 유량이 3 m/s 내지 15 m/s가 되도록 하는 방식으로 공기(Al)가 공급된다.
수직 도관의 유입구에서의 촉매의 온도는 도관을 둘러싼 농축 상의 온도와 같다. 수직 도관(3) 내부에서 일부 코크스의 연소가 이루어지며, 이는 촉매 상에 침착된 코크스의 전체량의 5 % 내지 15 %에 해당한다.
적절한 작동을 위해 수직 도관(3)에서 요구되는 양의 촉매와 공기를 흡입할 수 있는 장치는 보통 기계적인 밸브, 예컨대 상기 도관의 하단에 배치된 절두원추형 밸브(6)의 형태이며 어느 정도 상기 도관 내부로 삽입되어 촉매가 유동하는 환형 공간을 한정한다.
일반적으로, 절두원추형 밸브(6)의 침투 정도에 의해 한정되는 촉매의 유동은 제1 또는 제2 재생 스테이지(B)의 농축 베드(7)의 위치에 구속된다. 본 발명의 범주 내에서, 수직 도관(3) 내의 공기의 유량은 제1 스테이지의 농축 베드(1)의 유체화 공기의 유량과의 관계, 즉 0.1 내지 0.7, 바람직하게는 0.25 내지 0.5인 관계에 의해 한정된다. R2R 타입의 유닛에 있어서, 이러한 비율은 보통 0.3 내지 0.4이다.
수직 도관(3)은 농축 상(9)의 직경의 0.15 배 내지 1.5 배인 소정 높이에서 제2 재생 스테이지(B)의 희박 상(8) 내부로 개구된다. 제2 재생 스테이지의 직경이 6 내지 10 미터이면, 수직 도관(3)은 제2 스테이지의 농축 상(7)과 상기 희박 상(8)을 구분하는 경계(9)보다 2 내지 8 미터 위에 있는 소정 높이에서 제2 스테이지의 희박 상(8) 내부로 개구된다.
일단 표면 유체화 속도가 0.1 m/s를 초과하는 경우, 경계(9)는 유체화 베드에 대해 매우 명확하게 정의된 개념은 아니다.
본 발명의 범주 내에서, 경계는 두 점, 즉 농축 상에 위치하는 한 점과, 재생기를 따라 측정된 높이의 함수로서 농축 상에 그리고 이후에는 희박 상에 위치하는 다른 점, 즉 현재 위치에 해당하는 점 사이의 배출 손실의 경향을 나타내는 곡선에 기초하여 정확하게 정의된다.
높이의 시작점은 유체화 부재가 위치하는 평면의 시작점과 같이 무작위적으로 선택된다. 높이의 함수로서 배출 손실을 나타내는 곡선은, 상기 경계를 지나면서 경사도의 급격한 변화를 보이며, 즉 현재 위치가 농축 상에서 희박 상 쪽으로 지나갈 때 농축 상이냐 희박 상이냐에 따라 유체화 매체의 농도는 매우 상이하다. 상기 경계(9)는 배출 손실 곡선의 급격한 변화에 대응한다.
수직 도관(3)의 상단은 본 명세서에서는 설명을 생략한 기체-고체 분리 시스템(10)과 맞물리는데, 이는 종래 기술의 시스템이 본 발명에 따른 장치와 호환되기 때문이다.
일반적으로, 상기 시스템은, 고체 입자가 하방으로 향하도록 하여 제2 재생 스테이지를 구성하는 유체화 베드의 농축 상(7)으로 복귀하도록 하는 기체-고체 부유물의 급격한 방향 전환에 기초한 시스템이다. 수직 도관(3)의 상단에 설치된 기체-고체 분리 시스템의 일례로는, T자형 시스템, 또는 십자형 시스템, 혹은 기체와 고체 입자에 대한 개별적인 배출구를 갖는 더 복잡한 시스템이 있다.
농축 상(7)으로 복귀하지 않은 촉매 입자는 연무 내의 부유물에서 발견되며, 보통 고체 입자를 1 g/Nm3 미만으로 포함하는 연무의 대기로 배출될 수 있도록 하는 하나 이상의 사이클론 스테이지(11)까지 운반된다.
제2 재생 스테이지의 농축 베드(7)에는, 제1 스테이지의 농축 상(1)에 장착되는 것과 유사한 유체화 부재(4)에 의해 유체화 공기가 공급된다. 제2 스테이지(B)는 일반적으로 0.5 % 내지 5 %인 연무 내의 산소 농도를 이용하여 완전 연소 상태로 작동한다.
연소 온도는 700 ℃ 내지 850 ℃이다. 유체화 속도는 일반적으로 0.3 내지 1.0 m/s의 범위에 속한다.
1단 재생 영역의 경우
도 2에 도시된 바와 같은 1단 재생 영역(A')에 대한 설명은 2단 재생의 경우에 있어서의 제1 스테이지(A)의 유체화 베드에 대한 설명과 실질적으로 동일하다.
1단 재생 영역(A')은, 도관(E)을 통해 도달되어 배출 도관(S)을 통해 빠져나오는 코크스화된 촉매 입자의 유동이 공급되는 유체화 베드로 이루어진다. 유체화 속도가 0.3 내지 1.5 m/s가 되도록 농축 베드(1)에는 유체화 부재(4)를 통해 유체화 공기가 공급된다.
연소가 완전히 이루어지는 경우, 온도는 600 ℃ 내지 850 ℃이며, 바람직하게는 650 ℃ 내지 760 ℃이다.
수직 도관(3)의 상단은, 농축 상(1)과 희박 상(2)을 구분하는 경계(9) 위로 농축 상에 있는 유체화 베드의 직경의 0.1 배 내지 1.5 배인 높이에서 희박 상(2) 내부로 개구된다. 경계(9)는 앞선 단락에서 개략적으로 언급한 방법에 따라 정의된다.
수직 도관(3)의 상단은 본 명세서에서는 설명이 생략된 기체-고체 분리 시스템(10)과 맞물리는데, 이는 종래의 시스템이 본 발명에 따른 장치와 호환되기 때문이다.
일반적으로, 상기 시스템은, 고체 입자가 하방으로 향하도록 하여 농축 상(1)으로 복귀할 수 있게 하는 기체-고체 부유물의 급격한 방향 전환에 기초한 시스템이다.
수직 도관(3)의 상단에 끼워진 기체-고체 분리 시스템의 일례로는, T자형 시스템, 또는 십자형 시스템, 혹은 기체와 고체 입자에 대한 개별적인 배출구를 갖는 더 복잡한 시스템이 있다.
농축 상(1)으로 복귀하지 않은 촉매 입자는 연무 내의 부유물에서 발견되며, 고체 입자를 1 g/Nm3 미만으로 포함하는 연무의 대기로 배출될 수 있도록 하는 하나 이상의 사이클론 스테이지(11)까지 운반된다.
예로서 도 2에 도시된, 농축 베드(1)의 유체화 부재는 유체화 링(4)이지만, 본 발명은 결코 임의의 한 가지 특정한 기법의 유체화 링과 관련되는 것은 아니다.
2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 도관에 대한 것과 동일한 방식으로, 수직 도관(3)에는 그 하부에서 운반 공기가 공급되며, 촉매 흡입 장치는 일반적으로 2단 기법과 관련하여 설명된 것과 동일한 종류의 장치이다.
예
제1 실시예는 2단 재생 영역과 관련된 비교예이다. 촉매는 70 미크론의 평균 직경과 1700 kg/m3의 밀도를 갖는 입자로 이루어진다.
코크스화된 촉매 상에 침착된 질소의 분율은, 중량%로 표시할 때 0.04 중량%(즉, 질량으로 400 ppm에 해당함)이다.
황은 코크스 내에 0.06 중량%의 레벨로 존재한다.
촉매 상에 침착된 코크스의 조성은 탄소가 91.3 중량%이고, 수소 원자가 8.6 중량%이다.
상기 유닛은 수소화처리된 대기의 잔류물 화학종으로 된 배출물을 160 톤/시간의 속도로 처리한다.
2개의 재생 스테이지의 작동 조건은 다음과 같다. 질량 유동은 배출물의 유량의 비율로서 표현된다.
제1 스테이지에 들어가는 코크스의 유량 : 배출물의 질량 유량의 8.2 %.
제1 스테이지에 들어가는 촉매의 유량 : 배출물의 질량 유량의 7.6 배.
제1 스테이지에 들어가는 공기의 유량 : 배출물의 질량 유량의 68 %.
제1 스테이지의 온도 : 650 ℃.
수직 도관에서의 공기의 유량 : 배출물의 질량 유량의 11 %.
제2 스테이지에 들어가는 공기의 유량 : 배출물의 질량 유량의 24 %.
제2 스테이지의 온도 : 735 ℃.
유체화 공기의 유량에 대한 수직 도관 내부의 공기의 유량의 비율은 0.45이다.
종래 기술의 유닛은, 제1 재생 스테이지를 제2 재생 스테이지에 연결하면서 제2 스테이지의 농축 상 내부로 개구되는 수직 도관을 구비한다. 본 발명에 따른 유닛은 제1 스테이지(A)를 제2 스테이지(B)에 연결함과 동시에 제2 스테이지의 농축 상과 희박 상을 구분하는 경계(9) 위로 5 m의 높이에서 제2 스테이지의 희박 상 내부로 개구되는 수직 도관(3)을 구비한다. 제2 재생 스테이지의 농축 베드의 직경은 6 m이다.
수직 도관(3)의 하단은 유체화 부재(4)를 포함하는 평면 위에 0.5 m 높이에 위치한다.
이하의 본 명세서에서 도 3의 곡선은, 2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 도관(3)의 배출구의 높이(H)의 함수로서 제2 재생 스테이지(B)의 배출구로부터의 연무에서 측정되어 체적 ppm으로 표현되는 NO 함량(X)의 경향을 도시하고 있다.
수직 도관이 제2 스테이지의 농축 상 내부로 개구된 배출구를 갖는 통상적인 유닛의 경우는 도 3의 그래프에서 점선으로 도시된 부분에 해당한다.
본 발명에 따른 장치가 장착된 유닛의 경우는 농축 상과 희박 상을 구분하는 경계 위로 개구되어 나온 배출구에 해당하며, 도 3에서 실선인 곡선으로 표현된다.
통상적인 유닛의 경우에는 NO의 함량이 대략 11.5 ppm으로 일정한 반면, 본 발명에 따르면 수직 도관으로부터의 배출구가 경계 위로 2 내지 8 m인 높이(도 3에서 Z로 표시된 영역)에 있을 때 달성되는 최소값인 8 ppm까지 낮아진다는 점에 주의하라.
제2 실시예는 1단 재생 영역에 관한 비교예이다.
본 실시예에서의 FCC 유닛은 1단 재생 유닛이며, 이 유닛의 농축 베드의 직경은 10 m이다.
종래 기술의 유닛은 농축 상과 희박 상을 연결하는 수직 도관을 구비하지 않는다.
본 발명에 따른 유닛은, 농축 상(1)과 희박 상(2)을 연결하는 수직 도관(3)을 구비하며, 수직 도관의 하단은 유체화 부재(4)를 포함하는 평면 위로 0.5 m 높이에 위치하고, 수직 도관의 상단은 농축 상과 희박 상을 구분하는 경계(9) 위로 2 m 높이에 배출구를 갖는다.
촉매 상에 침착되는 코크스 내의 질소 분율은, 중량%로 표현할 때 400 ppm이다.
배출물의 유량은 160 톤/시간이다.
재생 스테이지의 작동 조건은 다음과 같다.
유입되는 코크스의 유량 : 배출물의 질량 유량의 8.2 %.
촉매의 유량 : 배출물의 질량 유량의 760 %.
유체화 공기의 유량 : 배출물의 질량 유량의 134 %.
수직 도관 내부로 도입되는 공기의 유량(본 발명에 따름) : 배출물의 질량 유량의 11 %.
재생 온도 : 735 ℃.
유체화 공기에 대해 수직 도관에 도입되는 공기의 비율은 0.083이다.
이후의 본 명세서에서 도 4의 곡선은, 상기 스테이지의 농축 상과 희박 상을 연결하는 수직 도관(3)의 배출구의 높이(H)의 함수로서 재생 스테이지로부터의 연무에서 측정된 NO 함량(X)의 경향을 도시하고 있다.
농축 상과 희박 상을 연결하는 수직 도관이 없는 통상적인 유닛의 경우는 도 4의 점선인 곡선으로 도시되어 있다.
본 발명에 따른 장치가 장착된 유닛의 경우는 도 4에서 실선인 곡선으로 표현된다.
통상적인 유닛의 경우에는 NO의 함량이 대략 13.5 ppm으로 일정한 반면, 본 발명에 따르면 수직 도관의 배출구가 농축 상(1)과 희박 상(2) 사이의 경계(9) 위로 2 m의 높이에 있을 때 달성되는 최소값인 12.2 ppm까지 낮아진다는 점에 주의하라.
도 4에서 Y로 표시되며 경계(9) 위로 1 내지 5 m까지 연장되는 모든 영역은 농축 상(1)과 희박 상(2)을 연결하는 수직 도관(3)의 배출구 영역으로서 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하는 장치로서, 수직 하강 도관(3)을 구비하는 2단 재생 영역을 포함하고, 상기 수직 하강 도관은 2개의 재생 스테이지(A 및 B)를 연결하며 수직 하강 도관의 상단은 제2 스테이지(B)의 희박 상 내에서 개구되고 상기 제2 스테이지(B)의 농축 상과 희박 상을 구분하는 경계(9) 위로 상기 제2 스테이지의 농축 상에 있는 유체화 베드의 직경의 0.1 배 내지 1.5 배인 소정 거리에 위치하는 것인 NOx 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서, 2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 하강 도관(3)의 상단은 제2 스테이지의 희박 상 내에서 개구되고 제2 스테이지의 농축 상과 희박 상을 구분하는 경계 위로 상기 제2 스테이지의 농축 상의 직경의 0.5 배 내지 1.0 배인 소정 거리에 위치하는 것인 NOx 저감 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 하강 도관(3)의 상단에는 기체를 위한 배출구 및 고체를 위한 제1 스테이지로부터의 개별적인 배출구를 포함하는 기체-고체 분리 시스템이 장착되는 것인 NOx 저감 장치.
  4. FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하는 장치로서, 농축 상(1)과 희박 상(2)을 연결하는 수직 하강 도관(3)을 포함하는 1단 재생 영역을 포함하고, 상기 수직 하강 도관의 상단은 희박 상(2)의 내부에 개구되며 농축 상(1)과 상기 희박 상(2)을 구분하는 경계(9) 위로 농축 상의 직경의 0.1 배 내지 1.5 배인 소정 거리에 위치하는 것인 NOx 저감 장치.
  5. 제4항에 있어서, 농축 상(1)과 희박 상(2)을 연결하는 상기 수직 하강 도관(3)은 2개의 상을 구분하는 경계(9) 위로 개구되며 농축 베드(1)의 직경의 0.2 배 내지 0.5 배인 소정 거리에 위치하는 것인 NOx 저감 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 농축 상(1)과 희박 상(2)을 연결하는 수직 하강 도관(3)의 상단에는 기체를 위한 배출구 및 고체를 위한 제1 스테이지로부터의 개별적인 배출구를 포함하는 기체-고체 분리 시스템이 장착되는 것인 NOx 저감 장치.
  7. 2단 재생 영역을 포함하는 FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하기 위한 공정으로서, 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 이용하며, 제2 재생 스테이지(B)의 농축 상에서의 유체화 속도는 30 cm/s 내지 100 cm/s 이고, 바람직하게는 40 cm/s 내지 80 cm/s인 것인 NOx 저감 공정.
  8. 2단 재생 영역을 포함하는 FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하기 위한 공정으로서, 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 이용하며, 2개의 재생 스테이지를 연결하는 수직 하강 도관(3)에 들어가는 공기의 질량 유량과 제2 스테이지(B)의 농축 상에 들어가는 공기의 질량 유량 사이의 비는 0.1 내지 7.0이고, 바람직하게는 0.25 내지 0.5인 것인 NOx 저감 공정.
  9. 2단 재생 영역을 포함하는 FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하기 위한 공정으로서, 제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 이용하며, 유체화 베드의 농축 상에서의 유체화 속도는 50 내지 150 cm/s이고, 바람직하게는 70 내지 130 cm/s인 것인 NOx 저감 공정.
  10. 2단 재생 영역을 포함하는 FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하기 위한 공정으로서, 제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 이용하며, 수직 하강 도관(3)에 도입되는 공기의 질량 유량과 농축 상(1) 내로 분사되는 공기의 유량 사이의 비는 0.05 내지 0.1인 것인 NOx 저감 공정.
  11. 1단 또는 2단 재생 영역을 포함하는 FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하기 위한 공정으로서, 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 이용하며, 2개의 재생 스테이지를 연결하거나 또는 1단 재생 영역의 경우에는 농축 상과 희박 상을 연결하는 수직 하강 도관(3) 내부에서의 가스 속도는 3 m/s 내지 15 m/s이고, 바람직하게는 5 m/s 내지 8 m/s인 것인 NOx 저감 공정.
  12. 1단 또는 2단 재생 영역을 포함하는 FCC 유닛으로부터의 연무에 포함된 NOx를 저감하기 위한 공정으로서, 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 이용하며, 코크스의 질량 유량과 수직 하강 도관(3)의 흡입구에서의 산소의 질량 유량의 비는 0.3을 초과하는 것인 NOx 저감 공정.
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