KR20110013253A - 방사상의 베드 촉매 반응기에서 공급물을 분산시키고 유출물을 회수하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 원통형 챔버 (1), 또한 원통형인 내부 챔버 (2) 를 구비하고, 상기 외부 챔버와 상기 내부 챔버 사이에는 반응 구역 (I) 이라고 하는 환형 구역이 포함된 방사상의 베드 촉매 전환 유닛을 설명하며, 이 반응 구역은 느린 중력의 유동 하의 촉매로 채워져 있고, 공급물은 입구 파이프 (E) 를 통하여 유입되고, 이 입구 파이프는 중간 박스 (F) 에 연결되며, 이 중간 박스는 외부 챔버 (1) 의 근처의 반응 구역 (I) 내부에 놓이는 다수의 분산 튜브 (3) 에 연결된다.

Description

방사상의 베드 촉매 반응기에서 공급물을 분산시키고 유출물을 회수하기 위한 장치{DEVICE FOR DISTRIBUTING FEED AND RECOVERING EFFLUENTS IN A RADIAL BED CATALYTIC REACTOR}
본 발명의 분야는 반응물 및 공급물의 방사상의 순환에 의해 반응 챔버의 주변으로부터 중심을 향하는, 또는 반응 챔버의 중심으로부터 주변을 향하는 이동 베드 유닛에 대한 것이다. 당업자는 "방사상" 을 일반적으로 주변으로부터 중심을 향하여 또는 중심으로부터 주변을 향하여 배향되는 반경에 대응하는 일련의 방향으로 이동하는 촉매 베드를 통하여 발생하는 기체의 반응물 유동으로서 규정한다.
이러한 종류의 유동의 가장 대표적인 유닛은 가솔린 종류의 탄화수소 컷의 재생 개질이며 이는 80℃ ~ 250℃ 의 증류 범위를 갖는 것으로 규정될 수 있다. 하지만, 본 발명의 적용 분야는 더 넓고, 게다가 이하의 내용 : 가솔린의 촉매 개질, 다양한 C4, C5 올레핀 컷의 스켈레탈 이성화 (skeletal isomerization), 또는 예컨대 프로필렌의 제조를 위한 상호치환 공정 (metathesis process) 이 인용될 수 있다. 이러한 공정의 리스트는 총망라한 것이 아니며, 본 발명은 방사상의 유동 및 기체 공급물에 의해 어떠한 종류의 촉매 공정에도 적용될 수 있다. 따라서, 진보적인 에너지 기술의 내용에서, 예컨대 에탄올-디젤 공정은 이러한 종류의 기술을 사용할 수 있다.
재생 개질을 포함하는, 몇몇 방사상의 베드 유닛은 이동 베드 촉매 유동이라고 하는, 즉 반응 유출물을 회수하는 중앙 수집기에 대응하는 내벽 및 반응기의 외벽에 의해 규정되는 환형 챔버 내에 한정되는 촉매 입자의 느린 중력의 유동이다.
더 정확하게는, 이러한 종류의 방사상의 베드 유닛에서, 촉매 베드는 환형 형상을 갖고 이는 챔버의 외주부로부터 상기 챔버의 내주부로 뻗어있고 이는 유출물을 수집하는 중앙 수집기를 규정한다.
공급물은 일반적으로는 환형 베드의 외주부를 통하여 유입되고 촉매 베드의 유동의 수직 방향에 실질적으로 수직인 방식으로 촉매 베드를 통과한다. 반응 유출물은 중앙 수집기에서 회수된다.
본 발명은 환형 촉매 베드 안으로 직접 공급물을 유입하고, 현재의 기술과 연관된 특정 문제를 줄일 수 있는 것을 의미하는 중앙 수집기에서 반응 유출물을 수집하기 위한 장치로 이루어진다.
변형예에서, 본 발명은 또한 공급물이 중앙 파이프를 통하여 유입될 수 있고 반응 유출물은 주변에서 회수될 수 있는 것을 의미한다.
마지막으로, 본 발명은 실질적으로는 유닛의 효율을 개선할 수 있는데 이는 공급물 분산 시스템이 손상된다면 쉽게 수리될 수 있기 때문이고, 수리는 간단하게는 손상된 분산 튜브 또는 튜브들을 교체하는 것으로 이루어지며, 따라서 공정이 더 양호하게 작동할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은 방사상의 베드 촉매 반응기에서 공급물을 분산시키고 유출물을 회수하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
올레핀 컷의 스켈레탈 이성화 또는 탄화수소 개질 반응을 실행하기 위해 오일 산업에 사용되는 주요 반응기는 방사상의 반응기이다. 촉매 베드는 수직 원통형 링의 형태이며 그의 내부는 촉매를 유지하는 내부 스크린에 의해 그리고 그의 외부는 내부 스크린과 동일한 종류의 다른 스크린 또는 가리비 (scallop) 형태의 스크린 요소의 조립체로 이루어지는 장치에 의해 범위가 정해진다.
이 장치는 본질적으로는 수리 작업을 용이하게 하기 위한 것인데 이는 일련의 교체 가능한 모듈에 의해 연속적인 스크린을 교체하기 때문이다.
본문의 나머지에서, "외부 스크린" 이라는 용어가 사용될 때, 이는 가리비 형태의 스크린 요소에 의해 구성되는 장치를 포함할 것이다.
내부 및 외부 스크린은 외부 스크린 측의 환형 촉매 베드 안으로의 공급물의 통과 그리고 내부 스크린 측의 중앙 수집기 안으로의 유출물의 통과를 가능하게 하도록 다공성이다.
기체 공급물은 반응기의 정상부를 통하여 들어가고 반응기의 외벽과 외부 스크린 사이에 위치되는 분산 구역에서 분산되고, 그 후 실질적으로 방사상의 방식으로 환형 촉매 베드를 가로지른다.
촉매 베드를 가로지른 후에, 반응 유출물은 촉매를 유지하는 내부 스크린을 통하여 수직 원통형 수집기에 수집된다.
또한, 촉매의 활성 레벨을 유지하기 원한다면, 사용된 촉매의 일부가 새로운 촉매로 교체될 수 있다. 사용된 촉매를 빼내고 새로운 촉매를 유입하는 이러한 작업은 종래 기술에서 반응기의 바닥부에 위치되는 회수 레그 (withdrawing leg), 및 외부 스크린과 내부 스크린 사이의 환형 구역에 위치되는 유입 레그를 사용하여 실행된다.
개질 반응기에 사용되는 촉매는, 압출물, 비드 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 직경 또는 등치 직경 (equivalent diameter) 은 일반적으로는 1 ㎜ ~ 4 ㎜ 이고, 더욱 특별하게는 1.5 ㎜ ~ 3 ㎜ 이다. 반응기의 접촉 수단을 제조하는데 있어서의 제약은 촉매의 물리적 특징과 직접적인 관계가 있다.
기상 (gas phase) 방사상의 촉매 반응기 기술과 연관된 문제는 본질적으로는 외부 및 내부 스크린에 의해 규정되는 환형 구역에 촉매를 한정하는 것이고, 어떠한 작업 조건 (작업시, 냉각, 가열, 또는 긴급 정지 상황일 때) 이라도 유닛의 다양한 온도와 연관된 큰 상이한 팽창을 야기할 수 있다.
촉매를 한정하는 것은 심각한 제조 및 조립 제약을 수반하는 많은 접촉 수단을 요구한다.
특정 수의 산업 유닛에서, 기계적 강도에 관한 문제는 외부 스크린, 특히 스크린의 일부의 좌굴 현상에서 발생하였다.
당해 스크린의 수리는 이용 가능한 작업 영역 때문에 쉽지 않으며, 그리고 일반적으로 스크린이 맨홀을 통과할 수 있는 비트로 절단되고, 그 후 스크린의 새로운 일부를 용접하는 것이 요구된다. 이러한 종류의 수리는 1 ~ 2 개월이 될 수 있는 기간 동안 유닛을 움직이지 못하게 한다 (따라서 생산적이지 않음).
본 발명은 본질적으로는 반응기의 외부 벽의 근처의 촉매 베드에 담궈지는, 다수의 수직 분산 튜브로 이루어지는 공급물 분산 장치에 의해 외부 스크린을 교체하는 것으로 이루어진다.
이러한 장치는 또한 기계적으로 더 강하며, 이는 상기 언급된 문제가 제한되거나 또는 없어질 수 있고, 따라서 유닛의 고장 시간 (downtime) 은 줄어들 수 있다.
본 발명의 변형예에서, 수직 공급물 기체 분산 튜브의 하부 단부에서의 굽힘 형상은 촉매 용적의 더 양호한 사용에 기여한다.
마지막으로, 본 발명의 다른 변형예에서, 반응물 기체, 중앙 파이프를 통하여 유입되는 공급물, 및 이후에 수집 장치로서 작용하는 본 발명의 장치에 의해 회수되는 유출물의 운동 방향을 역전시키는 것이 가능하다.
도 1 은 본 발명에 따른 유닛의 내부의 단면도이며 이는 촉매 베드에 담궈지는 수직 튜브를 사용하는 공급물의 분산을 위한, 그리고 중앙 수집기를 통하여 반응 유출물을 수집하기 위한, 뿐만아니라 오버헤드 유입 레그 및 반응기의 바닥부의 회수 레그를 사용하는 촉매의 운동을 위한 순환로를 나타낸다.
도 2 는 다양한 튜브/벽 거리, 튜브 간 거리, 및 유닛을 규정하기 위해 작용하는 다양한 각도를 나타내는 유닛의 단면 평면도이다.
도 3 은 공급물 유입 장치의 일부가 유닛의 외측으로 이동된 본 발명의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 4 는 공급물이 중앙 파이프를 통하여 유입되고, 유출물은 상기 유닛의 외부 챔버의 주변에 위치되는 다수의 튜브에 의해 수집되는 본 발명의 변형예에 따른 유닛의 내부의 단면도이다.
본 발명은 촉매의 느린 중력의 유동을 사용하는 진보적인 기상 방사상의 베드 촉매 전환 유닛으로서 설명될 수 있다. 이러한 종류의 유닛은 정제 (refining) 에서 많이 적용되며, 인용될 수 있는 예로는 가솔린 촉매 개질, 다양한 C4, C5, 또는 다른 올레핀 컷의 스켈레탈 이성화, 또는 프로필렌의 제조를 위한 상호치환 공정, 또는 총망라하지 않은 방식으로, 방사상의 기체 유동을 갖는 어떠한 다른 촉매 시스템이 있다.
본 발명의 유닛은 외부 원통형 챔버 (1) 및 또한 원통형인 내부 챔버 (2) 를 구비하고, 상기 외부 챔버와 상기 내부 챔버 사이에 포함되고 반응 구역 (I) 이라고 하는 환형 구역은 느린 중력의 유동 하에 촉매로 채워져 있다.
본 발명은 이후에 A) 그리고 B) 로 나타내는 2 개의 주된 변형예로 나누어진다.
A) 본 발명의 제 1 변형예에서, 공급물은 입구 파이프 (E) 를 통하여 유입되고, 이 입구 파이프는 외부 챔버 (1) 의 근처의 반응 구역 (I) 내부에 놓이는 다수의 분산 튜브 (3) 에 연결되는 중간 박스 (F) 에 연결되고, 상기 분산 튜브는 실질적으로 수직이며, 대략적으로 반응 구역 (I) 의 전체 높이에 걸쳐 뻗어있다.
"실질적으로 수직" 이라는 용어는 튜브가 상기 튜브와 접선 평면에서 0 ~ 15°범위의 각도의 경사를 가질 수 있는 것을 의미한다. 접선 평면의 개념은 이하의 상세한 설명에서 더욱 상세하게 규정될 것이다.
"대략적으로 뻗어있다" 라는 용어는 튜브의 수직 길이가 반응 구역 (I) 의 높이의 적어도 80% 인 것을 의미한다.
반응 유출물은 내부 챔버 (2) 에 의해 규정되는 중앙 원통형 구역 (Ⅱ) 에서 수집되며, 이는 또한 중앙 수집기 (Ⅱ) 라고 한다.
촉매는 챔버 (I) 의 상부 부분 안으로 개방되는 다수의 유입 레그 (4) 를 사용하여 반응 구역 (I) 의 상부 부분 안으로 유입되고, 촉매는 반응 구역 (I) 의 하부 부분에 위치되는 다수의 회수 레그 (6) 를 통하여 빼내어진다.
대부분의 상황에서, 공급물의 분산을 위한 중간 박스 (F) 는 반응 구역 (I) 내부에 위치되지만, 본 발명의 변형예에서, 공급물의 분산을 위한 구역 (F) 은 외부 챔버 (I) 외부에 위치되고, 분산 튜브 (3) 는 여전히 상기 외부 챔버 (I) 내부에 위치된다.
본 발명에 따르면, 공급물 분산 튜브 (3) 는 대략적으로 동심인 원주인, 하나 이상의 열로 놓일 수 있다. "대략적으로 동심" 이라는 용어는 모든 열의 중심이 20 ㎝ 미만의 반경을 갖는 유닛의 중심에 중심 맞춤된 원에 포함되는 것을 의미한다.
ㆍ 공급물 분산 튜브 (3) 가 단일 열로 원주를 중심으로 놓이는 경우, 상기 원주는 반응 구역 (I) 의 외부 챔버 (1) 에 대하여 거리 (Dp) 에 위치되고, 상기 거리 (Dp) 는 Dt ~ 0.5 Ep 이며, Dt 는 튜브 (3) 의 직경이며 Ep 는 촉매 구역의 베드의 두께이며, 바람직하게는 1.5 Dt 에서 4 Dt 미만 사이이다. 촉매 베드의 두께 (Ep) 는 정확하게는 외부 챔버 (1) 의 반경과 중앙 수집기 (Ⅱ) 의 반경 사이의 차이로서 규정된다.
ㆍ 분산 튜브 (3) 가 다수의 동심 열에 걸쳐 분산되는 경우, 각각의 열은 원주에 대응하고, 2 개의 연속하는 열 사이의 거리 (Dr) 는 1.5 Dt ~ 4 Dt 이다.
본 발명의 특별한 특징에 따르면, 2 개의 연속하는 분산 튜브 (3) 를 분리시키는 중심-중심 거리 (Dc) 는 튜브의 중심과 유닛의 중심을 통과하는 반경에 의해 형성되는 각도 (ψ) 가 5°~ 90°, 바람직하게는 10°~ 30°의 값을 갖게 한다.
본 발명의 다른 특별한 특징에 따르면, 분산 튜브 (3) 에 걸친 공급물의 분산을 위한 각 섹터는 30°~ 360°, 바람직하게는 30°~ 180°의 개방 각도 (
Figure pat00001
) 에 의해 외부 챔버 (1) 의 벽을 향해 배향된다.
본 발명의 다른 특별한 특징에 따르면, 공급물 분산 튜브 (3) 의 분산을 위한 각 섹터는 Johnson 스크린에 의해 형성된다.
본 발명의 특별한 특징에 따르면, 공급물 분산 튜브 (3) 의 분산 섹터는 상기 섹터의 벽에 분산되는 오리피스에 의해 형성되고, 오리피스의 직경은 0.3 ~ 0.8 dp 이며, dp 는 촉매 입자의 등치 직경을 나타낸다.
"등치 직경" 이라는 용어는 촉매 입자의 용적에 대한 표면적의 비를 보존하는 직경을 의미한다.
본 발명의 한 특별한 특징에 따르면, 분산 튜브 (3) 의 하부 단부는 굽혀져 있어서 이는 반응 구역 (I) 의 하부 접시형 (dished) 부분 안을 통과하고, 이에 의해 접시형 바닥부의 형상을 유사하게 따른다.
본 발명의 특별한 특징에 따르면, 분산 튜브 (3) 는 상기 튜브에 대하여 "접선" 인 평면의 수직에 대하여 경사의 각도를 가질 수 있으며, 경사의 각도는 0°~ 15°이다. 분산 튜브 (3) 의 "접선 평면" 이라는 용어는 상기 튜브를 통과하고 상기 튜브와 유닛의 중앙 축선을 연결하는 반경 (Rt) 에 수직인 평면에 적용된다.
유닛의 다른 특별한 특징이 상세한 설명에 주어질 것이다.
B) 본 발명의 제 2 변형예에 따르면, 공급물은 반응 챔버 (I) 내부에 뻗어있는 중앙 파이프 (E) 를 통하여 유입되고, 반응 유출물은 외부 챔버 (1) 의 근처의 반응 구역 (I) 내부에 놓이는 다수의 수집 튜브 (3) 를 통하여 수집되고, 상기 수집 튜브는 실질적으로는 수직이고 실질적으로는 반응 구역의 전체 높이에 걸쳐 뻗어있고, 유출물 출구 파이프 (S) 에 연결되는 수집 구역 (F) 에 연결된다. 수집 구역 (F) 은 따라서 반응 구역 내부이거나, 또는 가능하게는 상기 구역의 외부일 수 있다. 촉매는 챔버 (I) 의 상부 부분 안으로 개방되는 다수의 유입 레그 (4) 를 사용하여 반응 구역 (I) 의 상부 부분 안으로 유입되고, 촉매는 반응 구역의 하부 부분에 위치되는 다수의 회수 레그 (6) 를 통하여 빼내어진다.
본 출원의 촉매 전환 유닛은 촉매 가솔린 개질, 스켈레탈 올레핀 이성화, 가능하게는 프로필렌의 제조를 위한 상호치환 공정 및 가능하게는 올리고크래킹 (oligocracking) 공정, 뿐만아니라 예컨대 에탄올을 디젤 연료를 위한 베이스로 변형하기 위한 공정과 같은 모든 다양한 공정에 적용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 유닛의 적용 분야는 가스의 방사상의 유동과 촉매의 느린 중력의 유동을 갖는 유닛의 분야이다.
방사상의 베드 반응기의 종래 기술 구성에서, 반응기의 외벽과 외부 스크린 사이에 포함되는 환형 구역의 공급물의 분산은 많은 문제를 겪고 있다. 촉매는 다양한 가열/냉각 작업 상태 동안 그리고 유닛의 긴급한 정지 동안 이 구역에 가둬져야만 한다. 사용되는 금속 그리고 제조 및 조립 공차 때문에, 반응기의 외벽과 외부 스크린 사이의, 기체 분산측의 촉매의 가능한 누출을 제한하기 위해 반응기에 접촉 수단을 구성하는데 상당한 제약이 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 본 발명은 방사상의 베드 반응기의 접촉 수단이 간단해질 수 있고 외부 스크린이 방사상의 가스 분산 섹터와 실질적으로는 수직이고, 평행한 다수의 튜브로 구성되는 주변 기체 분산 장치에 의해 교체될 수 있는 것을 의미한다. 촉매는 따라서 반응기의 외벽과 중앙 수집기와 연통하는 내부 스크린 사이에 직접적으로 가두어진다.
명세서의 나머지는 도 1, 2 및 3 을 참조한다.
기체 공급물은 잘 규정된 내부 각 섹터 (well defined internal angular sector), 규칙적인 방식으로 분산되는 천공부, 또는 일반적으로 "Johnson" 스크린이라고 하는 스크린에 의해 구성되는 벽 요소를 갖는 수직 튜브 (3) 의 시스템을 통하여 촉매 베드 (I) 안으로 유입된다. "Johnson" 스크린 이라는 용어는 주어진 방향으로 균일하게 배향되는 라인을 갖는 스크린을 의미하며, 그 강성은 라인을 가로지르게 놓인 바에 의해 보장된다.
기체 공급물은 중앙 파이프 (E) 를 통하여 반응기 안으로 유입되고, 이 파이프는 실질적으로는 수직 분산 튜브 (3) 가 분산되는 중간 박스 (F) 에 연결된다.
"실질적으로는" 이라는 용어는 최대 15°일 수 있는 각도로 상기 튜브에 접선인 평면에서 튜브 (3) 의 경사의 가능성에 대응하는 것으로 이해되어야 한다. "접선 평면" 이라는 표현은 튜브로부터 반응기의 외벽까지의 거리가 일정하게 유지되는 평면을 규정하는 것으로 이해되어야 한다.
중간 박스 (F) 는 몇몇 형태를 취할 수 있으며, 단지 이는 중앙 파이프 (E) 및 또한 실질적으로는 수직 튜브 (3) 와 연통해야만 한다는 제약을 갖는다.
간단하게는, 대략적으로는 수평 튜브 요소인, 수집기는 도넛 (toroidal) 형상을 가질 수 있거나, 또는 그의 중앙에 파이프 (E) 를 수용하고 이로부터 실질적으로는 수직 튜브 (3) 가 흩어지는 원통형 박스일 수 있다. 본 발명은 어떠한 형상의 중간 박스 (F) 와 호환될 수 있으며, 어떠한 경우, 이는 특히 공간적인 제약을 충족시키기 위해, 수평에 대하여 경사질 수 있다.
수직 또는 약간 경사진 튜브 (3) 는 원통형 단면 또는 타원형 단면을 가질 수 있거나 또는 멀티로브 (multilobed), 즉 몇몇의 로브를 가질 수 있다. 모든 튜브 단면은 본 발명과 호환될 수 있다.
촉매는 일반적으로는 이동 베드로서, 즉 반응기의 외벽 (1) 과 수집기 (Ⅱ) 의 벽 사이에 포함되는 환형 구역 (I) 에서, 약 시간 당 1 미터의 비교적 느린 속도로 중력의 방식으로 이동한다.
촉매는 따라서 공급물 분산 튜브 (3) 주위를 이동할 수 있다.
촉매는 반응기의 상부 부분에 위치되는 유입 레그 (4) 를 통하여 환형 구역 (I) 안으로 유입되고, 촉매는 반응기의 하부 부분에 위치되는 회수 레그 (6) 를 통하여 환형 구역 (I) 으로부터 빼내어진다.
실질적으로는 수직 튜브 (3) 를 통한 공급물의 분산을 위한 장치는 또한 촉매 베드의 최선의 사용을 얻기 위해 최적화된다.
이를 위하여, 분산 튜브 (3) 는 반응기의 바닥부에서 더 큰 또는 더 작은 정도로 경사질 수 있거나, 또는 반응기 바닥부에서 가장 알맞은 정도로 반응 용적을 이용하기 위해 부분 (3') 을 따라 구부려질 수 있다.
도 2 는 반응기의 외벽 (1) 의 근처의 분산 튜브 (3) 의 배열, 뿐만아니라 중앙 수집기 (Ⅱ) 의 위치를 나타내는 반응기의 단면도를 나타낸다.
분산 튜브 (3) 는 일반적으로는 원주를 따라 반응기의 외벽 (1) 에 대하여 거리 (Dp) 에 위치되지만, 이러한 거리 (Dp) 의 ± 15% 만큼 분리되는 다수의 동심 원주를 따라 또한 정렬될 수 있다.
ㆍ 공급물 분산 튜브 (3) 가 단일 열로 원주를 따라 놓이는 경우, 상기 원주는 반응 구역 (I) 의 외부 챔버 (1) 에 대하여 거리 (Dp) 에 위치되고, 상기 거리 (Dp) 는 Dt ~ 0.5 Ep 이며, Dt 는 튜브 (3) 의 직경이며 Ep 는 촉매 구역의 베드의 두께이며, 바람직하게는 1.5 Dt 에서 4 Dt 사이이다. 촉매 베드의 두께 (Ep) 는 정확하게는 외부 챔버 (1) 의 반경과 중앙 수집기 (Ⅱ) 의 반경 사이의 차이로서 규정된다.
ㆍ 분산 튜브 (3) 가 다수의 동심 열로 분산되는 경우, 각각의 열은 원주에 대응하고, 2 개의 연속하는 열 사이의 거리 (Dr) 는 1.5 Dt ~ 4 Dt 이다.
주어진 열에서, 2 개의 연속하는 튜브를 분리시키는 거리 (Dc) (중심-중심 거리로 알려져 있음) 는 튜브의 중심과 유닛의 중심을 통과하는 반경 (Rt) 에 의해 형성되는 각도 (ψ) 가 5°~ 90°, 바람직하게는 10°~ 30°의 값을 갖게 한다. 튜브 (3) 가 다수의 열에 걸쳐 분산되는 경우, 하나의 열에서 다음 열로 지날 때 각도 (ψ) 는 대략적으로 ψ/2 의 ± 15% 의 값 만큼 오프셋될 수 있다.
각각의 튜브는 각도 (
Figure pat00002
) 를 갖는 분산 섹터 (7) 를 갖는다. 분산 섹터 (7) 는 각각의 튜브 (3) 의 수직 길이의 주된 부분에 걸쳐 뻗어있다. "주된 부분" 이라는 용어는 튜브 (3) 의 수직 길이의 적어도 80%, 바람직하게는 상기 길이의 적어도 90% 에 대응하는 부분을 의미한다.
각도 (
Figure pat00003
) 는 30°~ 360°, 바람직하게는 30°~ 180°이다.
이러한 분산 섹터의 위치는 분산 섹터가 반응기의 외벽 (1) 을 향하여 대칭적으로 배향되게 한다. "대칭적으로 배향되는" 이라는 용어는 분산 섹터가 반응기의 외벽 (1) 을 향하여 배향되고, 2 개의 동일한 절반의 각도로 나누어지며 반경 (Rt) 의 측 중 하나는 반응기의 중심을 해당 튜브 (도 2 에 Rt 로 나타냄) 에 연결한다.
분산 섹터 (7) 는 간단하게는 상기 섹터 상에 수직 튜브 (3) 의 벽에 만들어지는 천공부에 의해 구성될 수 있거나, 또는 Johnson 스크린 벽 요소에 의해 구성될 수 있다.
각각의 튜브 (3) 는 분산 섹터 (7) 를 갖고, 모든 섹터 (7) 는 반응기의 외벽을 향하여 배향된다.
분산 섹터가 그의 전체 원주에 걸쳐 개방되는 (즉, 각도 (
Figure pat00004
) 가 360°인) 경우, 상기 섹터의 분산은 유닛의 벽 (1) 을 향하여 배향되는 절반의 섹터가 중앙 수집기 (Ⅱ) 를 향하여 배향되는 절반의 섹터보다 엄밀하게는 더 큰 개방의 정도를 갖는다는 점에서 동등하지 않다.
도 3 에 나타낸 본 발명의 변형예에 따르면, 중간 박스 (F) 는 반응기의 외부에 위치된다. 분산 튜브 (3) 는 일반적으로는 상부 돔형 부분 (domed portion) 에서 외부 챔버 (1) 의 벽을 통과한다.
이러한 배열은 각 섹터 (7) 에 의해 분산되는 분산 튜브 (3) 의 부분이 상기 튜브의 길이의 90% 를 초과할 수 있을 때 반응 구역 (I) 의 촉매 용적이 더 양호하게 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
도 4 에 나타낸, 본 발명의 변형예에 따르면, 기체 공급물을 중앙 수집기 (Ⅱ) 를 통하여 유입하고 그 후 수집기 튜브가 되는 튜브 (3) 를 통하여 반응 유출물을 회수함으로써 기체 공급물의 운동을 변경하는 것이 가능하다.
도 4 는 기능이 바뀌었지만 동일한 구조를 갖는 요소에 대하여 동일한 번호를 유지한다. 이는 본 변형예에서 분산기가 되는 중앙 수집기 (Ⅱ) 를 갖는 경우이다.
유출물은 따라서 출구 파이프 (S) 에 연결되는 중간 박스 (F) 를 통하여 반응기를 떠나간다. 도 4 에서, 공급물은 중앙 수집기 (Ⅱ) 의 바닥부 안으로 유입되지만, 본 발명은 또한 공급물이 상기 중앙 수집기 (Ⅱ) 의 정상부를 통하여 유입되고 그의 하부 단부는 폐쇄되는 경우도 포함한다.
본 발명은 실질적으로는 손상의 경우 공급물 분산 시스템의 손쉬운 수리를 가능하게 함으로써 유닛의 효율을 개선하고, 이러한 수리는 간단하게는 손상된 튜브 또는 튜뷰들 (3) 을 교체하는 것으로 이루어지고, 따라서 본 유닛이 사용되는 공정은 개선된 방식으로 작동될 수 있다는 것을 의미한다.
실시예
이하의 실시예는 진보적인 분산 시스템에 의해 예상되는 이득의 더 양호한 평가를 가능하게 한다.
모든 경우 (종래 기술 또는 본 발명에 따른) 에, 유닛은, R1, R2, R3 및 R4 로 나타낸, 일련의 4 개의 반응기로 구성되는 재생 가솔린 개질 유닛이었다. 공급물은 반응기 (R1) 의 헤드로 유입되었고, 반응기 (R1) 로부터의 유출물은 반응기 (R2 등) 의 헤드로 유입되었다. 최종 반응 유출물은 출구에서 반응기 (R4) 로부터 회수되었다.
반응기 (R1, R2, R3 및 R4) 는 2 바 (bar) ~ 1 절대바 (bar absolute) (1 바 = 105 파스칼 (Pascal)) 의 범위에서 감소 압력에서 작동되었다.
이러한 유닛은 150 T/h 의 유량으로 처리되었고, 공급물은 80℃ ~ 250℃ 의 증류 범위에서 가솔린 컷에 의해 구성되었다.
촉매는 2 ㎜ 의 직경을 갖는 구형 비드의 형태인 실리카-알루미나 지지부 상에 적층된 플래티넘계 촉매였다.
상기 유닛의 상류에 위치되는 노에서 증발되는 공급물은 기체 상태로 유입되었다.
종래 기술과 비교되고 본 발명에 따른 치수는 이하의 테이블에 주어진다.
종래 기술 및 본 발명에 따르는 유닛의 성능은 동일하다. 단지 반응기의 치수가 상이하다.
종래 기술 유닛 :
종래 기술 유닛은 R1, R2, R3 및 R4 로 나타낸 4 개의 반응기를 포함하는 가솔린의 촉매 개질을 위한 유닛이었다. 각각의 반응기 (R1, R2, R3 및 R4) 는 종래 기술 방사상의 유동 반응기이며, 즉 공급물의 분산이 반응 챔버의 주변에 위치되는 외부 스크린에 의해 보장된다. 중앙 수집기의 직경은 1150 ㎜ 였다.
이하의 표 1 은 각각의 반응기의 치수 및 대응하는 촉매 용적을 나타낸다.
Figure pat00005
본 발명에 따른 유닛
본 발명에 따른 유닛은 종래 기술의 반응기 (R1, R2, R3 및 R4) 와 동일한 치수를 갖는 4 개의 반응기 (R1, R2, R3 및 R4) 를 포함한다.
공급물 분산은 직경이 100 ㎜ 인 24 개의 튜브의 세트에 의해 보장되었고, 단일 분산 열에서 분산되었으며, 상기 열은 각각의 반응기의 외부 챔버 (1) 의 벽에 대하여 300 ㎜ 의 거리 (Dp) 에 위치된다.
Figure pat00006
표 1 (종래기술에 따름) 과 표 2 (본 발명에 따름) 사이의 비교는 전체 촉매 용적 (및 따라서 유용한 용적) 이 반응기의 이소-외부 치수에 대하여 대략적으로 80% 만큼 증가된 것을 나타낸다.
제 2 실시예는 본 발명이 종래 기술에 대하여 촉매의 주어진 용적에 대하여 반응기의 크기를 줄일 수 있는 것을 나타내기 위한 것이다.
유닛은 여전히 4 개의 반응기를 포함하고 공급물의 분산은 직경이 100 ㎜ 인 24 개의 튜브의 세트에 의해 보장되었으며, 단일 분산 열에서 분산되었고, 상기 열은 각각의 반응기의 외부 챔버 (1) 의 벽에 대하여 300 ㎜ 의 거리 (Dp) 에 위치되었다.
Figure pat00007
표 1 (종래 기술) 과 표 3 (본 발명에 따름) 사이의 비교는 중간 용량의 유닛에서, 반응기의 직경은 동일한 유용한 촉매 용적에 대하여 20% 보다 더 많이 줄어들 수 있는 것을 나타낸다.

Claims (15)

  1. 외부 원통형 챔버 (1) 및 또한 원통형인 내부 챔버 (2) 를 구비하는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛으로서, 상기 외부 챔버와 상기 내부 챔버 사이에는 반응 구역 (I) 이라고 하는 환형 구역이 포함되고, 상기 반응 구역은 느린 중력의 유동 하의 촉매로 채워져 있고, 공급물은 입구 파이프 (E) 를 통하여 유입되고, 상기 입구 파이프는 중간 박스 (F) 에 연결되며, 상기 중간 박스는 외부 챔버 (1) 의 근처의 반응 구역 (I) 내부에 놓이는 다수의 분산 튜브 (3) 에 연결되고, 상기 분산 튜브 (3) 는 실질적으로는 수직이고 실질적으로 상기 반응 구역 (I) 의 전체 높이에 걸쳐 뻗어있고, 반응 유출물은 내부 챔버 (2) 에 의해 규정되는 중앙 수집기 (Ⅱ) 에서 수집되고, 상기 촉매는 반응 구역 (I) 의 상부 부분에 위치되는 다수의 유입 레그 (4) 를 사용하여 반응 구역 (I) 의 상부 부분 안으로 유입되고, 상기 촉매는 반응 구역 (I) 의 하부 부분에 위치된 다수의 회수 레그 (6) 를 통하여 빼내어지는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입구 파이프 (E) 를 분산 튜브 (3) 에 연결하는 중간 박스 (F) 는 반응 구역 (I) 외부에 위치되는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 공급물을 분산하는 튜브 (3) 는 단일 열로 원주를 따라 놓이고, 상기 원주는 반응 구역 (I) 의 외부 챔버 (1) 에 대하여 거리 (Dp) 에 위치되고, 상기 거리 (Dp) 는 Dt ~ 0.5 Ep 이며, 바람직하게는 1.5 Dt ~ 4 Dt 이고, 튜브 (3) 의 직경은 Dt 로서 그리고 촉매 구역의 베드의 두께는 Ep 로서 규정되는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공급물을 분산하는 튜브 (3) 는 다수의 열로 놓이고, 각각의 열은 원주에 대응하고, 2 개의 연속하는 열 사이의 거리 (Dr) 는 1.5 Dt ~ 4 Dt 인 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 동일한 열의 2 개의 연속하는 튜브 (3) 사이의 거리 (Dc) 는 튜브의 중심과 유닛의 중심을 통과하는 반경에 의해 형성되는 각도 (ψ) 가 5°~ 90°, 바람직하게는 10°~ 30°의 값을 갖게 하는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 분산 튜브 (3) 에 걸친 공급물의 분산을 위한 각 섹터는 30°~ 360°, 바람직하게는 30°~ 180°의 개방 각도 (
    Figure pat00008
    ) 로 외부 챔버 (1) 의 벽을 향하여 배향되는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 분산 섹터 (7) 의 개방 각도 (
    Figure pat00009
    ) 가 360°일 때, 상기 섹터 내의 분산은 유닛의 벽 (1) 을 향하여 배향되는 절반의 섹터가 중앙 수집기 (Ⅱ) 를 향하여 배향되는 절반의 섹터보다 엄밀하게는 더 큰 개방의 정도를 갖는다는 점에서 동등하지 않은 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 공급물을 분산하는 튜브 (3) 의 분산 각 섹터 (7) 는 "Johnson" 식 스크린 또는 이와 동등한 것을 사용하여 형성되는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 공급물을 분산하는 튜브 (3) 의 분산 각 섹터 (7) 는 상기 섹터의 벽 주위에 분산되는 오리피스를 통하여 형성되고, 상기 오리피스의 직경은 0.3 ~ 0.8 dp 이며, dp 는 촉매 입자의 등치 직경을 나타내는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 분산 튜브 (3) 의 하부 단부는 반응 구역 (I) 의 접시형 (dished) 하부 부분으로 통과하고, 접시형 바닥부의 형상을 유사하게 따르기 위해 굽혀져 있는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 분산 튜브 (3) 는 "접선" 인 상기 튜브의 평면의 수직에 대한 경사의 각도를 가지며, 상기 경사의 각도는 0°~ 15°인 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  12. 외부 원통형 챔버 (1) 및 또한 원통형인 내부 챔버 (2) 를 구비하는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛으로서, 상기 외부 챔버와 상기 내부 챔버 사이에는 반응 구역 (I) 이라고 하는 환형 구역이 포함되고, 상기 반응 구역은 느린 중력의 유동 하의 촉매로 채워져 있고, 상기 공급물은 반응 챔버 (I) 내부에 뻗어있는 중앙 파이프 (E) 를 통하여 유입되고, 반응 유출물은 외부 챔버 (1) 의 근처의 반응 구역 (I) 내부에 놓인 다수의 수집 튜브 (3) 를 통하여 수집되고, 상기 수집 튜브 (3) 는 실질적으로는 수직이고 실질적으로는 반응 구역의 전체 높이에 걸쳐 뻗어있고 유출물 출구 파이프 (S) 에 연결되는 수집 박스 (F) 에 연결되고, 상기 촉매는 반응 구역 (I) 의 상부 부분에 위치된 다수의 유입 레그 (4) 를 사용하여 반응 구역 (I) 의 상부 부분 안으로 유입되고, 상기 촉매는 반응 구역 (I) 의 하부 부분에 위치된 다수의 회수 레그 (6) 를 통하여 빼내어지는 방사상의 베드 촉매 전환 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항, 또는 제 12 항에 따른 유닛을 사용하는 가솔린의 촉매 개질을 위한 공정.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항, 또는 제 12 항에 따른 유닛을 사용하는 C5 컷의 스켈레탈 이성화를 위한 공정.
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