KR20110101214A - Apparatus for regenerating catalyst - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재생기 용기 위로 촉매를 전연시키기 위한 촉매 분배기 및 공정을 개시한 것이다. 그 분배기의 헤더에 대하여 각지게 배치된 노즐은 촉매 층의 전체 단면에 걸쳐 고르게 전연시킨다.The present invention discloses a catalyst distributor and process for rolling catalyst over a regenerator vessel. The nozzles, arranged angularly with respect to the header of the distributor, evenly spread over the entire cross section of the catalyst bed.
Description
본 발명의 분야는 촉매 재생기 용기에서 촉매의 분배(distribution)에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The field of the present invention relates to the distribution of catalysts in catalyst regenerator vessels.
유체 접촉 분해(FCC: fluid catalytic cracking)는 미분된 미립자 물질로 구성되는 촉매와 유동화 반응 영역내 탄화수소를 접촉시킴으로써 달성되는 탄화수소 전환 공정이다. 그 접촉 분해에서 반응은, 수소화분해(hydrocracking)와 반대되는 바와 같이, 상당히 첨가된 수소의 부재 하에 또는 수소 소모의 부재 하에 수행된다. 분해 반응이 진행됨에 따라, 코크라고 칭하는 고급 탄소 물질의 상당량이 그 촉매 상에 침착된다. 재생기 영역 내에서 고온 재생 조작은 촉매로부터 코크를 연소시킨다. 본원에서 코크화 촉매라고 칭하는 코크 함유 촉매는 반응 영역으로부터 연속적으로 제거되고 재생 영역으로부터 유래된 기본적으로 코크 무함유 촉매로 교환된다. 다양한 기체 스트림에 의한 촉매 입자의 유동화는 반응 영역과 재생 영역 간의 촉매 수송을 허용한다.Fluid catalytic cracking (FCC) is a hydrocarbon conversion process achieved by contacting a catalyst consisting of finely divided particulate material with a hydrocarbon in a fluidization reaction zone. In its catalytic cracking the reaction is carried out in the absence of significantly added hydrogen or in the absence of hydrogen consumption, as opposed to hydrocracking. As the decomposition reaction proceeds, a significant amount of higher carbon material called coke is deposited on the catalyst. The hot regeneration operation in the regenerator zone burns coke from the catalyst. The coke containing catalyst, referred to herein as a coking catalyst, is continuously removed from the reaction zone and exchanged for essentially a coke free catalyst derived from the regeneration zone. Fluidization of catalyst particles by various gas streams allows for catalyst transport between the reaction zone and the regeneration zone.
이러한 구성의 일반적인 목적은 조작 및 장비 비용을 최소화하면서 반응기로부터 생성물 수율을 최대화하는 것이다. 공급원료 전환의 최적화는 일반적으로 촉매로부터 코크의 완전 제거를 필수적으로 요구한다. 이와 같이 촉매로부터 코크의 필수적인 완전 제거는 종종 완전 재생이라고 칭하기도 한다. 완전 재생은 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.05 중량% 이하의 코크를 갖는 촉매를 생성한다. 완전 재생을 얻기 위해서, 그 촉매는 완전 연소를 허용하기에 충분한 체류 시간 동안 산소와 접촉한 상태로 존재해야 한다.The general purpose of this configuration is to maximize product yield from the reactor while minimizing operating and equipment costs. Optimization of feedstock conversion generally requires the complete removal of coke from the catalyst. Such essential complete removal of coke from the catalyst is often referred to as complete regeneration. Complete regeneration produces a catalyst having coke below 0.1 wt%, preferably below 0.05 wt%. To obtain full regeneration, the catalyst must be in contact with oxygen for a residence time sufficient to allow complete combustion.
통상적인 재생기는 전형적으로 용기로서 코크화 촉매 유입구, 재생된 촉매 배출구 및 그 용기 내에 존재하는 촉매의 층에 공기 또는 다른 산소 함유 가스를 공급하기 위한 연소 가스 분배기를 보유하는 용기를 포함한다. 사이클론 분리기는 플루 가스(flue gas)가 재생기 용기에서 배출되기 전에 그 플루 가스 내에 비말동반된(entrained) 촉매를 제거한다. Conventional regenerators typically include a vessel holding as a vessel a combustion gas distributor for supplying air or other oxygen containing gas to the coking catalyst inlet, the regenerated catalyst outlet and a layer of catalyst present in the vessel. The cyclone separator removes the catalyst entrained in the flue gas before it is discharged from the regenerator vessel.
현재 사용 중인 촉매 재생기에는 몇가지 유형이 있다. 통상적인 버블링 층 재생기(bubbling layer regenerator)는 전형적으로 공기가 조밀 촉매 층을 통해 기포화되는 단 하나의 챔버를 보유한다. 코크화 촉매가 첨가되고 재생된 촉매가 상기 동일 조밀한 촉매 층으로부터 배출된다. 비교적 적은 촉매가 그 조밀 층으로부터 배출되는 연소 가스 중에 비말동반된다. 2단 버블링 층은 2개의 챔버를 보유한다. 코크화 촉매가 제1 챔버에서 조밀 층에 첨가되어 공기에 의해 일부 재생된다. 그 일부 재생된 촉매가 제2 챔버에서 조밀 층에 수송되어 공기에 의해 완전 재생된다. 이 완전 재생된 촉매는 제2 챔버로부터 배출된다. There are several types of catalyst regenerators currently in use. Conventional bubbling layer regenerators typically have only one chamber in which air is bubbled through the dense catalyst layer. Coking catalyst is added and regenerated catalyst is withdrawn from the same dense catalyst bed. Relatively few catalysts are entrained in the combustion gases exiting the dense bed. The two-stage bubbling layer holds two chambers. Coking catalyst is added to the dense bed in the first chamber and partially regenerated by air. The partially regenerated catalyst is transported to the dense bed in the second chamber and is completely regenerated by air. This fully regenerated catalyst is discharged from the second chamber.
완전 촉매 재생은 희석 상 급속 유동화 연소 재생기에서 수행될 수 있다. 코크화 촉매가 허부 챔버에 첨가되고, 급속 유동화 흐름 조건 하에서 공기에 의해 상향 수송되며, 동시에 촉매가 완전 재생된다. 이 재생된 촉매는 상부 챔버 내로 유입될 때 일차 분리기에 의해 플루 가스로부터 분리되고, 그 상부 챔버로부터 재생 촉매 및 플루 가스가 제거된다. US 4,197,189 및 US 4,336,160에는 급속 유동화 흐름 조건이 수직관(riser)의 정상부로부터 수집된 촉매 층에서 추가 연소에 대한 필요성 없이 완전 연소를 수행하도록 유지되는 수직관 연소 영역이 교시되어 있지 않다.Complete catalyst regeneration can be performed in a dilution phase rapid fluidized combustion regenerator. Coking catalyst is added to the bottom chamber and transported upwards by air under rapid fluidization flow conditions while at the same time the catalyst is fully regenerated. This regenerated catalyst is separated from the flue gas by the primary separator as it enters the upper chamber, and the regenerated catalyst and the flue gas are removed from the upper chamber. US 4,197,189 and US 4,336,160 teach no vertical tube combustion zones in which rapid fluidization flow conditions are maintained to perform complete combustion in the catalyst bed collected from the top of the riser without the need for further combustion.
질소 산화물(NOX)은 일반적으로 재생기 플루 가스 내에 존재하지만, 환경 문제 때문에 최소화되어야 한다. NOX의 생성은 바람직하지 못한데, 그 이유는 그것이 휘발성 유기 화학물질 및 일광과 반응하여 오존을 형성하기 때문이다. 규제된 NOX 방출은 일반적으로 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하지만, FCC 공정은 또한 N2O를 생성할 수도 있다. FCC 재생기에서, NOX는 FCC 공급원료에서 유래하고 코크화 촉매에 축적되는 질소 화합물의 산화에 의해 거의 전적으로 생성된다. FCC 재생기 조작 조건에서, 공기 연소로부터 N2의 산화와 관련된 미미한 NOX 생성이 존재한다. 재생기에서 작은 과잉공기율(excess air)이 종종 NOX 방출을 낮게 유지하기 위해서 정제기(refiner)에 의해 이용되고 있다.Nitrogen oxides (NO X ) are generally present in the regenerator flue gas, but should be minimized due to environmental issues. The production of NO X is undesirable because it reacts with volatile organic chemicals and sunlight to form ozone. Regulated NO X emissions generally include nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ), but FCC processes may also produce N 2 O. In FCC regenerators, NO X is produced almost entirely by oxidation of nitrogen compounds that originate from the FCC feedstock and accumulate in the coking catalyst. Under FCC regenerator operating conditions, there is a slight NO x production associated with oxidation of N 2 from air combustion. Small excess air in regenerators is often used by refiners to keep NO x emissions low.
후연소(after burn)는 재생된 촉매로부터 분리되는 고온 플루 가스가 이산화탄소로 연소되는 일산화탄소를 함유할 때 발생하는 현상이다. 열 싱크로서 더 이상 작용하지 않는 촉매는 그 열을 흡수할 수 있어서 주위 장비를 보다 높은 온도로 되게 하고 아마도 질소 산화물의 생성을 촉진하는 대기를 형성하게 된다. 이산화탄소로의 불완전 연소는 재생기 용기에서 코크화 촉매의 불량한 유동화 또는 통기화, 또는 코크화 촉매의 재생기 용기 내로의 불량한 분배로부터 초래될 수 있다. After burn is a phenomenon that occurs when the hot flue gas separated from the regenerated catalyst contains carbon monoxide, which is burned with carbon dioxide. A catalyst that no longer acts as a heat sink can absorb its heat, bringing the ambient equipment to higher temperatures and possibly forming an atmosphere that promotes the production of nitrogen oxides. Incomplete combustion to carbon dioxide can result from poor fluidization or aeration of the coking catalyst in the regenerator vessel, or poor distribution of the coking catalyst into the regenerator vessel.
후연소를 피하기 위해서, 수 많은 정제기는 NOX를 낮은 수준으로 제어하기 위해서 요구된 낮은 과잉공기율에서 촉매로부터 플루 가스를 분리하기 전에 이산화탄소로의 완전 연소를 촉진하도록 FCC 촉매에 첨가된 값비싼 백금과 같은 일산 화탄소 조촉매(CO 프로모터)를 보유한다. 낮은 과잉산소율이 NOX를 감소시키지만, 후연소에 종종 필요로 한 CO 프로모터의 동시적 사용은 낮은 과잉산소율의 이점을 보다 더 보충할 수 있다. 그 CO 프로모터는 CO 방출을 감소시키지만, 재생기 플루 가스내 NOX 방출을 증가시킨다. In order to avoid afterburning, many refiners use expensive platinum added to the FCC catalyst to promote complete combustion with carbon dioxide before separating the flue gas from the catalyst at the low excess air rate required to control NO x to a low level. And carbon monoxide promoters (CO promoters). While low excess oxygen rates reduce NO X , the simultaneous use of CO promoters often needed for post combustion can further compensate for the benefits of low excess oxygen rates. The CO promoter reduces CO emissions but increases NO X emissions in the regenerator flue gas.
다른 한편, 수많은 정제기는, 특히 고 처리량(throughput)으로 조작될 때, 고 수준의 CO 프로모터 및 고 수준의 과잉산소율을 사용하여 연소를 가속화하고 재생기에서 후연소를 감소시킨다. 이러한 실시는, 백금 CO 프로모터가 사용되지 않고 과잉산소율이 0.5 부피% 이하로 제어될 때 가능한 10-30 ppm의 10배 이하로 NOX를 증가시킬 수 있다.On the other hand, many refiners use high levels of CO promoter and high levels of excess oxygen, especially when operated at high throughput, to accelerate combustion and reduce post combustion in the regenerator. This practice can increase NO x to 10 times or less of 10-30 ppm possible when the platinum CO promoter is not used and the excess oxygen rate is controlled to 0.5 volume percent or less.
개선된 방법은 애프턴 번 및 질소 산화물의 생성을 방지하고자 한 것이다. 재생기에서 촉매와 연소 가스의 완전 혼합은 촉매로부터 코크의 보다 효율적인 연소를 촉진하는 보다 균일한 온도 및 촉매 활성을 촉진한다. The improved method was to prevent the production of afterburns and nitrogen oxides. Complete mixing of catalyst and combustion gases in the regenerator promotes more uniform temperature and catalyst activity which promotes more efficient combustion of coke from the catalyst.
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명자들은 재생기의 촉매 층에서 촉매를 전연시켜서 그 촉매 층에서 온도를 평형화시키는, 코크화 촉매를 재생기 용기에 분배하는 장치 및 공정을 발견하게 되었다. 그 조밀 층에서 보다 균일한 온도는 코크화 촉매의 산소로의 보다 균일한 노출을 촉진하여 결과적으로 보다 높은 재생 효율을 생성하게 된다. 그 재생은 또한 보다 예측가능하고 따라서 후연소를 방지하는 CO 프로모터에 대한 필요성 없이 이산화탄소로의 완전 연소에 보다 예측가능하고 따라서 제어가능하다. 후연소 및 CO 프로모터가 없다면, 보다 적은 아산화질소가 플루 가스에서 발생된다.The inventors have discovered an apparatus and process for distributing coking catalyst to a regenerator vessel, leading the catalyst in the catalyst bed of the regenerator to equilibrate the temperature in the catalyst bed. More uniform temperatures in the dense bed promote more uniform exposure of the coking catalyst to oxygen, resulting in higher regeneration efficiency. The regeneration is also more predictable and thus more predictable and therefore controllable for complete combustion with carbon dioxide without the need for a CO promoter to prevent post combustion. Without the post combustion and CO promoters, less nitrous oxide is generated in the flue gas.
그 촉매 분배기는 장축을 갖는 헤더 및 이 헤더와 소통하는 환형 노즐을 포함한다. 그 노즐은 장축과의 예각을 한정하고, 헤더로부터 재생기 용기 내로 촉매를 각지게 배출한다. 실시양태에서, 노즐의 바닥부는 헤더의 바닥부 1/4에 배치된다. 실시양태에서, 노즐은 촉매를 수평적으로 배출한다. 추가 실시양태에서, 촉매 분배기는 촉매 층 내에 잠겨 있다.The catalyst distributor includes a header having a long axis and an annular nozzle in communication with the header. The nozzle defines an acute angle with the long axis and angularly discharges the catalyst from the header into the regenerator vessel. In an embodiment, the bottom of the nozzle is disposed at the bottom quarter of the header. In an embodiment, the nozzle discharges the catalyst horizontally. In a further embodiment, the catalyst distributor is submerged in the catalyst bed.
도면의 간단한 설명Brief description of the drawings
도 1은 본 발명의 촉매 분배기를 혼입하고 있는 FCC 유닛의 개략적인 정면도이다.1 is a schematic front view of an FCC unit incorporating the catalyst distributor of the present invention.
도 2는 본 발명의 촉매 분배기를 나타내는 도 1의 재생기 용기의 평면도이다.2 is a plan view of the regenerator vessel of FIG. 1 showing a catalyst distributor of the present invention.
도 3은 본 발명의 촉매 분배기의 확대된 부분 측면도이다.3 is an enlarged partial side view of the catalyst distributor of the present invention.
도 4는 본 발명의 촉매 분배기의 추가 실시양태를 혼입하고 있는 대안적인 FCC 유닛의 개략적 정면도이다.4 is a schematic front view of an alternative FCC unit incorporating a further embodiment of the catalyst distributor of the present invention.
도 5는 본 발명의 촉매 분배기의 추가 실시양태를 혼입하고 있는 대안적인 FCC 유닛의 개략적 정면도이다,5 is a schematic front view of an alternative FCC unit incorporating a further embodiment of the catalyst distributor of the present invention.
도 6은 본 발명에 의해 제공된 촉매 분배의 레이더 플롯이다.6 is a radar plot of the catalyst distribution provided by the present invention.
발명의 상세한 설명Detailed description of the invention
다른 용도가 고려되긴 하지만, 본 발명의 공정 및 장치는 FCC 유닛에서 구현될 수 있다. 도 1은 반응기 섹션(10) 및 재생기 용기(50)를 포함하는 FCC 유닛을 도시한 것이다. 재생된 촉매 도관(12)은 재생된 촉매를 재생기 용기(50)로부터 제어 밸브(14)에 의해 조절된 속도로 반응기 섹션(10)의 수직관(20)으로 이동시킨다. 노즐(16)으로부터 유래된 스팀과 같은 유동화 매질은 복수의 공급물 주입 노즐(18)이 촉매 입자의 유동 스트림을 교차하여 탄화수소 공급물을 주입할 때까지 비교적 고밀도로 수직관(20)을 통해 상향으로 재생된 촉매를 수송한다. 그 촉매는 탄화수소 공급물과 접촉함으로써 그 탄화수소 공급물을 보다 작은 분해된 탄화수소 생성물을 생성하고 동시에 촉매상에 코크를 침착시켜 코크화 촉매를 생성한다. Although other uses are contemplated, the process and apparatus of the present invention may be implemented in an FCC unit. 1 shows an FCC unit comprising a
통상적인 FCC 공급원료 또는 고 비점 탄화수고 공급원료가 적합한 공급물이다. 그러한 통상적인 공급원료 중 가장 일반적인 것은 "감압 경유(VGO: vacuum gas oil)"이며, 이것은 대기압 잔사의 감압 분별증류에 의해 제조된 343 내지 552℃(650 내지 1025℉)의 비점 범위를 갖는 탄화수소 물질이다. 그러한 분획은 일반적으로 촉매를 오염시키는 작용을 할 수 있는 코크 전구물질 및 중금속 오염이 낮다. 본 발명이 적용될 수 있는 중질 탄화수소 공급원료는 원유로부터 유래된 바닥부 중질유, 중질 역청 원유, 혈암유, 타르 샌드 추출물, 탈아스팔트화 잔사, 석탄 액화로부터 유래된 생성물, 대기압 및 감압 원유를 포함한다. 본 발명에 있어서 중질 공급원료는 또한 상기 탄화수소들의 혼합물도 포함하고, 전술한 목록은 포괄적인 것이 아니다.Conventional FCC feedstocks or high boiling hydrocarbon feedstocks are suitable feeds. The most common of such conventional feedstocks is “vacuum gas oil” (VGO), which is a hydrocarbon material having a boiling point range of 343 to 552 ° C. (650 to 1025 ° F.) produced by reduced pressure fractionation of atmospheric residues. to be. Such fractions are generally low in coke precursors and heavy metal contamination that may act to contaminate the catalyst. Heavy hydrocarbon feedstocks to which the present invention may be applied include bottom heavy oil derived from crude oil, heavy bitumen crude oil, shale oil, tar sand extract, deasphalted residue, products derived from coal liquefaction, atmospheric pressure and reduced pressure crude oil. The heavy feedstock in the present invention also includes a mixture of the above hydrocarbons, and the foregoing list is not exhaustive.
결과로 생성된 혼합물은 수직관(20)을 통해 상향으로 지속되어 복수의 분리 아암(diengaing arm)(22)이 접선 및 수평으로 가스와 촉매의 혼합물을 수직관(20)의 정상부로부터 포트(24)를 통해 분리 용기(26) 내로 배출함으로써 촉매로부터 가스의 분리를 수행하는 그 정상부에 이르게 된다. 수송 도관(28)은 스트립핑 처리된 탄화수소, 스트립핑 매질 및 비말동반된 촉매를 포함하는 탄화수소 증기를 반응기 용기(32) 내의 하나 이상의 사이클론(30)까지 운반함으로써 탄화수소 증기 스트림으로부터 코크화 촉매를 분리하게 된다. 반응기 용기(32)는 적어도 부분적으로 분리 용기(26)를 함유하고, 그 분리 용기(26)는 반응기 용기(32)의 부분으로 간주된다. 반응기 용기(34) 내의 수집 챔버(34)는 배출구 노즐(36)로 그리고 결국 분별증류 회수 영역(도시되지 않음)으로 통과시키기 위해서 사이클론(30)으로부터 분리된 탄화수소 증기 스트림을 축적하게 된다. 딥레그(dipleg)(38)는 사이클론)(30)으로부터 촉매를 반응기 용기(32)의 하부 내로 배출함으로써 결국 그 촉매와 흡착되거나 비말동반된 탄화수소를 분리 용기(26)의 벽 내에 한정된 포트(42)를 교차한 반응기 용기(32)의 스트립핑 섹션(40) 내로 통과시키게 된다. 그 분리 용기(26)에서 분리된 촉매는 스트립핑 섹션(40) 내로 직접 통과하여 이르게 된다. 스트립핑 섹션(40)은 스트립핑 가스와 촉매 간의 혼합을 촉진하는 배플(43, 44) 또는 다른 장치를 함유한다. 그 스트립핑 가스는 스트립핑 섹션(40)의 하부에 유입되어 도관을 통해 하나 이상의 분배기(46)에 이르게 된다. 코크화 촉매는 반응기 용기(32)의 스트립펭 섹션(40)을 반응기 촉매 도관(48)을 통해 떠나고, 제어 밸브(52)에 의해 조절된 속도로 재생기 용기(50)에 통과하여 이르게 된다. 반응기 용기(32)로부터 유래된 코크화 촉매는 보통 코크의 형태로 존재하는 0.2 내지 2 중량%의 양으로 탄소를 함유한다. 코크가 주로 탄소로 구성되긴 하지만, 그것은 수소 뿐만 아니라 황 및 다른 물질을 3 내지 12 중량%로 함유할 수 있다.The resulting mixture continues upwardly through the
재생기 용기(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 재싱기의 버블링 층 유형일 수 있다. 그러나, 다른 재생기 용기 및 다른 흐름 조건이 본 발명에 적합할 수 있다. 반응기 용기(32)와 하류 소통하는 유입구(48a)를 지닌 반응기 촉매 도관(48)은 코크화 촉매를 재생기 수직관(54)에 공급할 수 있어서 공기 또는 다른 산소 함유 연소 가스가 수직관 가스 라인(52a)을 통해 연소 가스 라인(55)의 배출구를 통해 첨가될 수 있다. 또한, 다른 리프트 가스(lift gas)가 코크화 촉매를 재생기 수직관(54) 위로 상승시키는데 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 도 1의 실시양태에서, 코크화 촉매는 반응기 촉매 도관(38)을 하강하여 재생기 수직관(54)과 소통하는 만곡부(bight)에 이르게 된다. 그 코크화 촉매는 재생기 수직관(54)과 상류 소통하는 배출구를 지닌 수직관 가스 라인(55a)으로부터 유래된 리프트 가스에 의해 들어 올려지게 됨에 따라 그 만곡부 주위를 굽어 지나 가게 된다. 이어서, 코크화 촉매는 재생기 수직관(54) 위로 이동하고 코크화 촉매 유입구(56)를 통해 재생기 용기(50)에 유입된다. 코크화 촉매는 이 코크화 촉매를 재생기 용기(50)에 분배하기 위해서 촉매 유입구(56) 및 수직관 가스 라인(55a)으로부터 유래된 배출구와 하류 소통하는 유입부(64)를 지닌 촉매 분배기(60)로 전달된다. 재생기 수직관(54)은 정상 헤드(62)에서 말단화될 수 있다. 재생기 수직관(54)은 촉매 분배기(60)의 바로 상류에 있으면서 촉매 분배기(60) 아래에 배치되어 있는 반응기 촉매 도관(48)의 부분이다. 세로방향 파이프를 포함할 수 있는 헤더(66)에 대한 유입부(64)는 정상 헤드(62) 아래에 배치될 수 있다. 추가적으로, 헤더(66)는 재생기 수직관(54)에 수직일 수 있다. 촉매 분배기(60)는 촉매를 재생기 용기(50) 내로 배출하기 위해서 헤더와 소통하는 하나 이상, 바람직하게는 복수의 노즐(68)을 포함한다. 임의 실시양태에서, 촉매 분배기(60)는 코크화 촉매를 조밀 촉매 층(58)의 정상 표면 아래로 배출되고, 촉매 분배기(60)는 그 정상 표면 아래의 그 조밀 촉매 층 내에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 추가적으로, 촉매 분배기(60)는 반응기 용기(50)에서 편심적인 위치로 배치되고, 조밀 촉매 층(58)의 전체 단면을 가로질러서 그 분배기로부터 촉매를 그 조밀 촉매 층(58) 내로 방사상으로 방출시킨다. 재생기 수직관(54)에서 연소 가스는 촉매 분배기(60)로부터 촉매를 그 층 내로 방출시키는데 도움을 주고, 또한 연소 요건에 필요한 산소도 제공한다.
연소 가스 라인(55)로부터 유래된, 산소 함유 연소 가스, 전형적으로 공기는 주로 촉매 분배기(60) 아래의 연소 가스 분배기(80)에 의해 재생기 용기(50)에 전달된다. 임의의 실시양태에서, 연소 가스 분배기(80)는 대부분의 연소 가스를 재생기 용기(50)에 분배하고 제어 밸브에 의해 조절된 연소 가스 라인(55)으로부터 연소 가스 라인(55b)에 의해 공급된다. 연소 가스 분배기(80)에서 플루트(flute)(82)는 연소 가스가 균일하게 재생기 용기(50)의 전체 단면에 방출되도록 정렬되어 있다. 연소 가스내 산소는 코크화 촉매와 접촉하여 촉매로부터 탄소 칙착물을 연소시켜서 촉매를 재생시키고 플루 가스를 발생시킨다. 촉매는 재생기 용기(50)에서 상승하는 플루 가스와 비말동반하게 될 수 있다. 그러므로, 플루 가스 내에 비말동반된 촉매는 보다 무거운 촉매 입자로부터 플루 가스를 구심적으로 분리하는 사이클론 분리기(86, 88)에 유입된다. 촉매 입자는 딥레그(87, 89)로 낙하하고, 조밀 촉매 층(58)으로 다시 유입된다. 세정된 플루 가스는 사이클론 분리기(86, 88)로부터 상승하여 도관을 통해 플레넘(plenum)(90)에 이르게 되고 플루 가스 배출구(92)를 통해 배출된다. 재생된 촉매는 재생기 용기(50)에서 조밀 촉매 층(58)을 재생 촉매 배출구(96)를 통해 배출된다. 재생 촉매 배출구(96)와 하류 소통하는 재생 촉매 도관(12)는 재생된 촉매를 제어 밸브(14)에 의해 조절된 속도로 반응기 수직관(20)으로 다시 전달한다.Oxygen-containing combustion gas, typically air, originating from the
공기와 같은 연소 가스는 재생기 수직관(54) 위로 코크화 촉매를 상승시키는데 사용될 수 있고, 이는 재생기 수직관(54) 내에서 재생을 허용할 수 있다. 재생기 수직관(54)에 이르는 연소 가스는 재생기 용기(50)에 이르는 연소 가스의 10-20 중량%일 수 있다. 공기가 연소 가스인 경우, 전형적으로 재생기에 이르는 촉매 상의 공급된 코크 kg(파운드) 당 공기 12-15 kg(lbs)이 요구된다. 재생기 용기(50)의 온도는 500 내지 900℃, 보통 600 내지 750℃이다. 재생기 용기(50)내의 압력은 바람직하게는 173 내지 414 kPa(게이지)(25 내지 60 psig)이다. 연소 가스의 초임계 속도는 전형적으로 1.2 m/s(4.2 ft/s) 이하이고, 조밀 층의 밀도는 전형적으로 촉매의 특성에 따라 320 kg/m3(20 lb/ft3) 이상이다. Combustion gases such as air may be used to raise the coking catalyst over
도 2에는 공기 분배기(80) 및 이의 플루트(82) 위에 있는 촉매 분배기(60)의 평면도가 도시되어 있다. 헤더(66)는 세로 축(L) 및 그 헤더(66)와 하류 소통하는 각진 노즐(agular nozzle)(68a)을 한정하다. 이 각진 노즐(68a)은 헤더(66)의 세로 축(L)과의 예각 α를 한정한다. 바꾸어 말하면, 각진 노즐(68a)에 의해 한정된 세로 축은 이 세로 축(L)과의 예각 α를 한정한다. 각진 노즐(68a)은 촉매를 세로 축(L)에 대하여 예각 α로 재생기 용기(50) 내로 배출한다. 임의의 실시양태에서, 헤더(66)와 각각 하류 소통하는 복수의 노즐(68a-68d)은 세로 축(L)과의 예각을 한정하는 축을 갖는다. 노즐(68b-68d)는 헤더(66)의 세로 축(L)과의 각각 예각 β, γ 및 δ을 한정한다. 바꾸어 말하면, 노즐(68a-68d)에 의해 한정된 세로 축 a-d는 세로 축(L)과의 예각을 한정한다. 복수의 노즐(68a-68d)은 세로 축(L)과의 예각으로 촉매를 재생기 용기(50) 내로 배출한다. 근위 노즐(proximal nozzle)(68e)은 세로 축(L)에 수직이다. 유사하게, 근위 노즐(68f)은 세로 축(L)에 수직이다. 바꾸어 말하면, 노즐(68e 및 68f)에 의해 각각 세로 축(e) 및 (f)는 세로 축(L)과의 직각 ε, ξ을 한정한다. 노즐(68a, 68b 및 68f)는 헤더(66)의 한 면 상에 있고, 노즐(68c, 68d 및 68e)는 헤더(66)의 반대 면 상에 있다. 서로 반대된 노즐들은 동일한 길이를 가질 수 있고, 세로 축(L)과의 동일한 각을 한정할 수 있다. 임의의 실시양태에서, 헤더(66)의 동일 면 상에 있는 각진 노즐들은 각각 상이한, 세로 축(L)과의 각도 α 및 β와 γ 및 δ를 한정한다. 촉매 분배기는 세로 축(L)과 정렬되어 있는 세로 축(g)을 한정하는 헤더(66)의 외부 단부(70) 상의 원위 노즐(distal nozzle)(68g)을 포함할 수 있다. 2 shows a plan view of the
임의의 실시양태에서, 노즐(68a-68g)이 세로 축(L)과 한정하는 가장 작은 각도는 그 노즐이 유입부(64)로부터 더 멀리 떨어지게 위치하고 외부 단부(70)에 더 가깝게 위치함에 따라 연속적으로 감소한다. 그 노즐은 유입구 단부로부터의 거리가 증가함에 따라 연속적으로 감소하는 각도에서 세로 축(L)에 대한 각도로서 촉매를 배출한다. 이는 노즐이 재생기 용기(50)에서 편심적인 위치로부터 그 층의 전체 단면을 가로질러 동일한 위치에서 촉매를 방사상으로 방출시키는 것을 허용한다. 추가적으로, 임의의 실시양태에서, 헤더(66)의 양면 상에 있는 노즐(68a-68f)의 길이는 노즐이 유입부(64)로부터 더 멀리 떨어지게 위치하고 외부 단부(70)에 더 가깝게 위치함에 따라 연속적으로 증가한다. 촉매 분배기(60)는 재생기 용기(50)의 하나의 사분면에 배치되고, 세로 축(L)은 재생기 용기(50)의 단면 중심(C)과 교차할 수 있다. 도 2에는 또한 분배기(60)를 함유하는 사분면에 반대되는 사분면에 배출구(96)가 배치되어 있는 분배기(60)에 상대적인 배출구(96)의 반대 위치가 도시되어 있다.In any embodiment, the smallest angle that the
도 3은 높이(H)를 한정한 헤더(66)를 지닌 촉매 분배기(60)의 확대된 부분 정면도를 제공한다. 노즐(68a)의 바닥부(72a)는 헤더(66)의 높이(H)의 1/4인 바닥부에 배치되어 있다. 임의의 실시양태에서, 바닥부(72a)는 노즐(68a)의 내부 원주의 가장 낮은 지점으로서 한정된다. 헤더(66)에 대한 노즐(68a)의 위치화는 헤더(66)에서 촉매 정지(catalyst stagnate)를 보장하지 않는다. 노즐(68a)은 또한 높이(h)를 갖는다. 임의의 실시양태에서, 노즐(68a)의 높이(h)의 50% 이상이 헤더(66)의 높이(H)의 50% 이하에 배치되어 있다. 도 3은 또한 임의의 실시양태에서 노즐(68a)에 의해 한정된 세로 축이 수평적인 점도 예시하고 있다. 임의의 실시양태에서, 헤더(66)의 세로 축(L)이 또한 수평적이다. 추가의 실시양태에서, 모든 노즐(68a-68f)의 바닥부(72a-72f)는 헤더(66)의 높이(H)의 1/4인 바닥부에 배치되어 있지만, 단지 노즐(68a, 68b 및 68f)만이 도 3에 도시되어 있다. 임의의 실시양태에서, 바닥부(72a-72f)는 노즐(68a-68f)의 내부 원주의 가장 낮은 지점으로서 한정된다. 임의의 실시양태에서, 모든 노즐(68a-68f)은 높이(h)를 갖고, 노즐(68a-68f)의 높이(h)의 50% 이상은 헤더(66)의 높이(H)의 50% 이하에 배치되어 있다. 추가의 실시양태에서, 모든 노즐(68a-68f)에 의해 한정된 세로 축은 수평적이지만, 단지 노즐(68a, 68b 및 68f)만이 도 3에 도시되어 있다. 정렬된 원위 노즐(68g)이 또한 도 3에 도시되어 있다. 원위 노즐(68g)은 또한 수평적이고 세로 축(L)과 정렬된 축(g)을 갖는다. 수평적 노즐(68a-68g)은 헤더(66)로부터 촉매를 수평적으로 배출한다.3 provides an enlarged partial front view of a
도 4는 재생기의 연소기 유형인 재생기 용기(50')의 임의 실시양태를 도시한 것이고, 그 연소기 유형은 코크화 촉매를 완전 재생시키기 위해 고 효율 재생기 용기(50')에서 혼성 난류 층-급속 유동화 조건(hybrid turbulent bed-fast fluidized condition)을 이용할 수 있다. 도 1에서와 같이 동일한 구성을 지닌 도 4의 요소들은 도 1에서와 같이 동일한 참조 번호를 갖는다. 도 1에서 상응하는 요소와 상이한 구성을 갖는 도 4의 요소들은 동일한 참조 번호를 갖지만 프라임 기호(')로 표시한다. 도 4에서 반응 섹션(10)의 구성 및 조작은 기본적으로 도 1에서와 같이 동일하고, 전술한 설명은 도 4의 실시양태에서 참고 인용되어 있다. 그러나, 반응기 촉매 도관(48')은 촉매 분배기(60')와 소통한다. 반응기 촉매 도관(48')의 유입구(48a)는 반응기 용기(32)와 소통한다. 반응기 촉매 도관(48')의 우세한 부분은 촉매 분배기(48') 위에 배치되어 있다. 연소 가스일 수 있는 유동화 가스가 유동화 가스 라인(55a')에 의해 제공되어 촉매 분배기(60')를 통해 코크화 촉매를 추진하게 된다. 그러나, 유동화 가스 라인(55a')으로부터 유래된 유동화 가스는 도 1의 실시양태에서보다 상대적으로 더 적은 양이 요구되는데, 이는 촉매 분배기(60') 바로 상류에 있는 반응기 촉매 도관(48')의 부분이 촉매 분배기(60') 위에 배치되어 있다는 이유로 중력이 반응기 촉매 도관(48')에서 코크화 촉매의 수송에 도움을 주기 때문이다. 제어 밸브(52)에 의해 조절된 코크화 촉매는 반응기 촉매 도관(48')을 하강하여 촉매 유입구(56')를 통해 연소기 재생기 용기(50')의 하부 또는 제1 챔버(102)에 유입된다. 4 shows any embodiment of a
촉매 유입구(56') 및 유동화 가스 라인(55a')로부터 유래된 배출구와 하류 소통하는 유입부(64')를 지닌 촉매 분배기(60')는 연소기 재생기 용기(50')의 하부 챔버(20)에 코크화 촉매를 분배한다. 유입부(64')는 세로 축을 한정할 수 있는 헤더(66)와 소통한다. 추가적으로, 헤더(66)는 반응기 촉매 도관(48')의 바로 상류 부분에 각을 이룰 수 있다. 촉매 분배기(60')는 촉매를 재생기 용기(50')의 하부 챔버(102) 내로 배출하기 위해서 헤더(66)와 소통하는 하나 이상, 바람직하게는 복수의 노즐(68)을 포함한다. 임의의 실시양태에서, 촉매 분배기(60')는 조밀 촉매 층(58')의 정상 표면 아래로 코크화 촉매를 배출하고, 촉매 분배기(60')는 그 정상 표면 아래의 그 조밀 촉매 층 내에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 추가적으로, 촉매 분배기(60')는 연소기 재생기 용기(50')에서 편심적인 위치에 배치되어 있고, 조밀 촉매 층(58')의 전체 단면을 가로질러 그 분배기로부터 조밀 촉매 층(58') 내로 촉매를 방사상으로 방출시킨다. 유동화 가스 라인(95')으로부터 유래된 유동화 가스는 촉매 분배기(60')로부터 촉매를 그 층 내로 분출시키는데 도움을 준다. 유동화 가스가 산소를 함유하여 연소 요건에 대한 산소를 제공하는 경우, 유동화 가스 라인(55a)은 연소 가스 라인(55')으로부터 유래된 분지일 수 있다. 촉매 분배기(60')의 헤더(66) 및 노즐(68)은 도 1 내지 3에 대하여 기술된 바와 같이 구성되어 있다.A catalyst distributor 60 'having a catalyst inlet 56' and an inlet 64 'in downstream communication with an outlet from
연소 가스 분배기(80')는 분배기 가스 라인(55b')으로부터 가스를 하부 챔버(102)로 분배한다. 연소 가스 라인(55')은 분배기 가스 라인(55b')을 공급할 수 있다. 연소 가스는 촉매 분배기(60')로부터 유입되는 코크화 촉매와 접촉하여 급속 유동화 흐름 조건 하에 1.1 m/s(3.5 ft/s) 이상인, 하부 챔버(102) 내의 연소 가스의 초임계 속도로 촉매를 위로 상승시킨다. 임의의 실시양태에서, 하부 챔버(102)에서 흐름 조건은 48 내지 320 kg/m3(3 내지 20 lbs/ft3)의 촉매 밀도 및 1.1 내지 2.2 m/s(3.5 내지 7 ft/s)의 초임계 가스 속도를 포함한다. 임의의 실시양태에서. 하부 챔버(102)에서 코크의 연소를 가속화시키기 위해서, 상부 또는 제2 챔버(104)에서 조밀 촉매 층(59)으로부터 고온 재생된 촉매는 제어 밸브(106)에 의해 조절된 외부 재순환 촉매 도관(108)을 경유하여 하부 챔버(102) 내로 재순환될 수 있다. 고온 재생된 촉매는 상부 챔버(104)와 하류 소통하는 재순환 촉매 도관(108)의 유입구에 유입된다. 재순환 촉매 도관의 배출구 단부는 하부 챔버(102)에서 촉매 분배기(110)와 상류 소통할 수 있다. 여기에서 상이하게 설명되어 있긴 하지만, 재순환 촉매는 촉매 분배기(110)를 사용하는 일 없이 하부 챔버(102)에 첨가될 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 재순환 촉매는 촉매 분배기(110)를 사용하여 하부 챔버(102)에 첨가될 수 있지만, 반응기 촉매 도관(48)에서 코크화 촉매는 분배기(60') 없이 첨가될 수 있다. 고온 재생된 촉매는 촉매 분배기(60')보다 더 높은 높이에 배치될 수 있는 제2 촉매 분배기를 통해 하부 챔버(102)에 유입될 수 있다. 촉매 분배기(60' 및 110)는 재생기 용기(50')의 반대 측면들 상에 배치되는 것이 바람직하다. 재생된 촉매의 재순환은, 조밀 촉매 층(59)으로부터 유래된 고온 촉매를, 하부 챔버(102)로 유입되는 반응기 촉매 도관(48')으로부터 유래된 비교적 차가운 코크화 촉매와 혼합함으로써, 하부 챔버(102)에서 촉매와 가스 혼합물의 전체 온도를 상승시킨다. 재순환 촉매 도관(108)의 우세 부분 및 분배기(110)의 바로 상류에 있는 재순환 촉매 도관(108)의 부분은 촉매 분배기(110) 위에 배치되어 있다.The
촉매 유입구(116) 및 재순환 가스 라인(55c)로부터 유래된 배출구와 하류 소통하는 유입부(114)를 지닌 촉매 분배기(110)는 재순환된 재생 촉매를 연소기 재생기 용기(50')의 하부 챔버(102)에 분배한다. 재순환 가스가 산소를 함유하는 경우, 그 가스는 연소 가스 라인(55)으로부터 유래된 분지일 수 있다. 유입부(114)는 세로 축을 포함할 수 있는 헤더(66)와 소통한다. 추가적으로, 헤더(66)는 재순환 촉매 도관(108)의 바로 상류 부분에 각을 이룰 수 있다. 촉매 분배기(110)는 연소기 재생기 용기(50') 내로 촉매를 분배하기 위해서 헤더(66)와 소통하는 하나 이상, 바람직하게는 복수의 노즐(68)을 포함한다. 임의의 실시양태에서, 촉매 분배기(110)는 조밀 촉매 층(58')의 정상 표면 아래로 코크화 촉매를 배출하고, 촉매 분배기(110)는 그 정상 표면 아래의 그 조밀 촉매 층 내에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 추가적으로, 촉매 분배기(110)는 연소기 재생기 용기(50')의 하부 챔버(102)에서 편심적인 위치에 배치되어 있고, 바람직하게는 조밀 촉매 층(58')의 전체 단면을 가로질러 그 분배기로부터 촉매를 그 조밀 촉매 층(58') 내로 방사상으로 분출한다. 촉매 분배기(110)로부터 유래된 재순환 가스는 촉매 분배기(110)로부터 촉매를 그 층 내로 분출시키는데 도움을 주고, 또한 연소 조건을 위한 산소를 제공할 수 있다. 촉매 분배기(110)의 헤더(66) 및 노즐(68)은 도 1 내지 도 3에 관하여 설명된 바와 같이 구성되어 있다.
하부 챔버(102)에서 촉매와 연소 가스의 혼합물은 절두원추형(frustoconical) 전이 섹션(116)을 통해 하부 챔버(102)의 수송의 수직관 섹션(118)으로 상승한다. 그 수직관 섹션은 튜브를 한정하고 하부 챔버(102)로부터 상향 연장된다. 그 촉매와 가스의 혼합물은 전이 섹션(116) 아래에 있는 하부 챔버(102)의 단면적에 비하여 수직관 섹션(118)의 감소된 단면적으로 인하여 하부 챔버(102)에서보다 더 높은 초임계 가스 속도로 이동한다. 따라서, 그 초임계 가스 속도는 일반적으로 2.2 m/s(7 ft/s)을 초과한다. 수직관 섹션(118)은 80 kg/m3(5 lb/ft3) 이하인 보다 낮은 촉매 밀도를 갖는다.In the
촉매 입자와 플루 가스의 혼합물은 수직관 섹션(118)으로부터 상부 챔버(104) 내로 유입된다. 실질적으로 완전 재생된 촉매는 수직관 섹션(118)의 정상부로부터 배출될 수 있지만, 일부 재생된 촉매가 하부 챔버(102)로부터 배출되는 배열이 또한 고려된다. 유입은 플루 가스로부터 대부분의 재생 촉매를 분리하는 분리 장치(120)를 통해 수행된다. 수직관 섹션(118)으로부터 배출될 때 촉매의 초기 분리는 사이클론 분리기(122, 124) 상에 또는 플루 가스로부터 촉매 입자를 기본적으로 완전 제거하는데 사용된 다른 하류 장치 상에 적재되는 촉매를 최소화함으로써, 전체적인 장비 비용을 절감하게 된다. 임의의 실시양태에서, 수직관 섹션(118)에서 위로 흐르는 촉매 및 가스는 수직관 섹션(118)의 정상 타원형 캡(126)에 충돌하고, 반대로 흐른다. 이어서, 그 촉매 및 가스는 분리 장치(120)의 방사상 분리 아암(128)에서 하향 유도된 개구를 통해 배출된다. 모멘텀의 돌발 손실 및 하향 흐름 역전은 조밀 촉매 층(59)로 낙하는 보다 무거운 촉매의 70 중량% 이상을 유도하고, 보다 가벼운 플루 가스 및 미량 부분의 촉매는 거기에 여전히 비말동반되어 상부 또는 제2 챔버(104)에서 상향 상승하게 된다. 하향 낙하하는 분리된 촉매는 조밀 촉매 층(59)에 수집된다. 조밀 촉매 층(59)에서 촉매 밀도는 전형적으로 640 내지 960 kg/m3(40 내지 60 lb/ft3)의 범위 내에서 유지된다.The mixture of catalyst particles and flue gas enters the
유동화 가스 라인(55d)은 유동화 분배기(131)를 통해 조밀 촉매 층(59)에 전달한다. 유동화 가스는 연소 가스, 전형적으로 공기일 수 있고, 연소 가스 라인(55)으로부터 유래된 분지일 수 있다. 연소기 재생기 용기(50')에서, 코크의 완전 연소가 저부 챔버(102)에서 수행되고, 공정 내의 전체 가스 요건의 대략 2 중량% 이하가 유동화 분배기(131)를 통해 조밀 촉매 층(59)에 유입되고, 반면에 그 나머지가 하부 챔버(102)에 첨가된다. 이러한 실시양태에서, 가스는 연소 목적으로가 아니라 유동화 목적으로 상부 챔버(104)에 첨가되므로, 촉매는 촉매 도관(108, 12)를 통해 유동적으로 배출된다. 가스 라인(55a' 및 55c')을 경유하여 첨가된 연소 가스는 연소기 재생기 용기(50')에 이르는 가스의 10-20 중량%에 해당한다. 공기가 연소 가스인 경우, 전형적으로 재생기에 이르는 촉매 상에 공급된 코크 kg(파운드) 당 13 내지 15 kg의 공기가 요구된다. 연소기 재생기 용기(50')는 전형적으 로 하부 챔버(102)에서 594 내지 704℃(1100 내지 1300 ℉)의 온도를 갖고, 상부 챔버(104)에서 649 내지 760℃(1200 내지 1400℉)의 온도를 갖는다. 양쪽 챔버에서 압력은 173 내지 414 kPa(게이지)(25 내지 60 psig)일 수 있다.Fluidized
플루 및 유동화 가스와 비말동반된 촉매 입자의 조합물은 사이클론 분리기(122, 124)와 같은 하나 이상의 분리 수단에 유입되고, 그 수단은 가스로부터 촉매를 분리한다. 상대적으로 촉매를 함유하지 않는 플루 가스는 배출 도관(130)을 통해 연소기 재생기 용기(50')로부터 회수되고, 반면에 회수된 촉매는 각각 딥레그(132, 134)를 통해 조밀 촉매 층(59)에 복귀된다. 조밀 촉매 층(59)으로부터 유래된 촉매는 반응기 섹션(10)으로 다시 복귀되고, 여기서 그 촉매는 FCC 공정이 지속됨에 따라 공급물과 다시 접촉한다.The combination of flu and fluidizing gas and entrained catalyst particles enters one or more separation means, such as
도 5는 2단 버블링 층 재생기인 재생기 용기(50')에서의 실시양태를 도시한 것이며, 그 재생기는 레시드 유닛(resid unit)과 같은 중질 공급물을 처리하는 FCC 유닛에서 적합할 수 있다. 도 1 또는 도 4에서와 같이 동일한 구성을 지닌 도 5에서의 요소는 도 1 또는 도 4에서와 같은 동일한 참조 번호를 갖는다. 도 1 또는 도 4에서 상응하는 요소와 상이한 구성을 갖는 도 5에서 요소는 동일한 참조 번호를 갖지만, 이중 프라임(")으로 표시된다. 도 5에서 반응기 섹션(10)의 구성 및 조작은 기본적으로 도 1에서와 같이 동일하고, 전술한 설명은 도 5의 실시양태에 참고 인용되어 있다. 반응기 용기(32)와 하류 소통하는 유입구(48a)를 지닌 반응기 촉매 도관(48")은 제어 밸브(52)에 의해 조절된 속도로 재생기 수직관(54")에 코크화 촉매를 공급한다. 리프트 가스는 그 촉매를 재생기 수직관 위로 밀어 올린다. 공기 또는 다른 산소 함유 연소 가스가 리프트 가스로서 사용되는 경우, 그것은 연소 가스 라인(55")으로부터 분지화되는 수직관 가스 라인(55")으로부터 첨가될 수 있다. 반응기 촉매 도관(48")은 재생기 용기(50")의 상부 챔버(104")에서 촉매 분배기(60")와 소통하는 배출구를 갖는다. 연소 가스일 수 있는 유동화 가스는 코크화 촉매를 촉매 분배기(60")를 통해 추진한다. 도 5의 실시양태에서, 그 코크화 촉매는 반응기 촉매 도관(48")을 하강하여 재생기 수직관(54")과 소통하는 만곡부에 이른다. 그 코크화 촉매는 이것이 재생기 수직관(54")과 상류 소통하는 배출구를 지닌 가스 라인(55a")으로부터 유래된 리프트 가스에 의해 들어 올려지게 됨에 따라 그 만곡부 주위를 굽어 지나 가게 된다. 이어서, 코크화 촉매는 재생기 수직관(54") 위로 이동하고 코크화 촉매 유입구(56")를 통해 재생기 용기(50")에 유입된다. 또한, 코크화 촉매는 2단 발생기가 지금까지의 것과 같이 설계되는 경우 2단 재생기의 하부 챔버로 우선 유입되는 것으로 고려된다. 촉매 유입구(56") 및 수직관 가스 라인(55a")으로부터 유래된 배출구와 하류 소통할 수 있는 유입부를 지닌 촉매 분배기(60")는 재생기 용기(50")의 상부 챔버(104")에 코크화 촉매를 분배한다. 도 5의 실시양태에서, 촉매 분배기(60")에 대한 유입부 및 재생기 용기(50")에 대한 촉매 유입구는 서로 인접할 수 있다. 재생기 수직관(54")은 정상 헤드부(62)에서 종결될 수 있다. 재생기 수직관(54")은 촉매 분배기(60")의 바로 상류에 있고 촉매 분배기(60") 아래에 배치되어 있는 반응기 촉매 도관(48")의 부분이다. 헤더(66)는 정상 헤드부(62) 아래에 배치될 수 있는 세로 파이프를 포함할 수 있다. 추가적으로, 헤더(66)는 재생기 수직관(54")에 수직일 수 있다. 촉매 분배기(60")는 재생기 용기(50")의 상부 챔버(104") 내로 촉매를 배출하기 위해서 헤더와 소통하는 하나 이상, 바람직하게는 복수의 노즐(68)을 포함한다.FIG. 5 illustrates an embodiment in a
임의의 실시양태에서, 촉매 분배기(60")는 조밀 촉매 층(58")의 정상 표면 아래로 코크화 촉매를 배출하고, 촉매 분배기(60")는 그 정상 표면 아래에 있는 그 조밀 촉매 층 내에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 추가적으로, 촉매 분배기(60")는 재생기 용기(50")의 상부 챔버(104")에서 편심적인 위치에 배치되어 있고, 그 조밀 촉매 층의 전체 단면을 가로질러 그 분배기로부터 조밀 촉매 층(58") 내로 촉매를 방사상으로 분출한다. 재생기 수지관(54)에서 리프트 가스는 촉매 분배기(60)로부터 그 조밀 촉매 층 내로 촉매를 분출하는데 도움을 주고, 또한 연소 요건을 위한 산소를 제공할 수도 있다. 촉매 분배기(60")의 헤더(66) 및 노즐(68)은 도 1 내지 도 3에 관하여 설명된 바와 같이 구성되어 있다.In any embodiment, the
제어 밸브에 의해 조절된 연소 가스 라인(55")의 연소 가스 라인 분지(55d", 55e")로부터 유래된, 산소 함유 가스, 전형적으로 공기는 촉매 분배기(60") 아래에 있는 각각의 연소 가스 분배기(200 및 202)에 의해 재생기 용기(50")의 상부 챔버(104")에 주로 분배된다. 임의의 실시양태에서, 연소 가스 분배기(200, 202)는 대부분의 연소 가스를 상부 챔버에 분배한다. 연소 가스 중의 산소는 코크화 촉매와 접촉하여 촉매로부터 대부분의 탄소 침착물을 연소시킴으로써 촉매를 재생시키고 플루 가스를 발생시키게 된다. 촉매는 상부 챔버(104")에서 상승하는 플루 가스에 의해 비말동반될 수 있다. 그러므로, 플루 가스 내에 비말동반된 촉매는 사이클론 분리기(122", 124")에 유입됨으로써, 보다 무거운 촉매 입자로부터 플루 가스를 구심적으로 분리하게 된다. 촉매 입자는 딥레그(132", 134")에 낙하하고, 조밀 촉매 층(58")으로 다시 유입된다. 세정된 플루 가스는 사이클론 분배기(122", 124")로부터 도관을 통해 플레넘(90") 내로 상승하고, 플루 가스 배출구(130)를 통해 배출된다. 부분 재생된 촉매는 제어 밸브(106)에 의해 조절된 수송 촉매 도관(108")을 통해 조밀 촉매 층(58")을 출발하여 하부 챔버(102")로 유입된다.Oxygen-containing gas, typically air, derived from the combustion
고온 부분 재생된 촉매는 상부 챔버(104")와 하류 소통하는 재순환 촉매 도관(108)의 유입구에 유입된다. 수송 촉매 도관(108")의 배출구 단부는 하부 챔버(102")에서 촉매 분배기(110)와 상류 소통할 수 있다. 그 고온 부분 재생된 촉매는 제2 촉매 분배기(110)를 통해 하부 챔버(102")에 유입된다. 수송 촉매 도관(108")의 우세한 바로 상류 부분은 촉매 분배기(110) 위에 배치되어 있다.The hot partially regenerated catalyst enters the inlet of the
촉매 유입구(116) 및 재순환 가스 라인(55c")와 하류 소통하는 유입부(114)를 지닌 촉매 분배기(110)는 재순환된 재생 촉매를 재생기 용기(50")의 하부 챔버(102")에 분배한다. 그 유입부(114)는 세로 축을 포함할 수 있는 헤더(66)와 소통한다. 추가적으로, 헤더(66)는 수송 촉매 도관(108")의 바로 상류 부분에 각을 이룰 수 있다. 촉매 분배기(110)는 재생기 용기(50")의 연소기 하부 챔버(102") 내로 촉매를 배출하기 위해서 헤더(66)와 소통하는 하나 이상, 바람직하게는 복수의 노즐(68)을 포함한다. 임의의 실시양태에서, 촉매 분배기(110)는 조밀 촉매 층(58")의 정상 표면 아래에 코크화 촉매를 배출하고, 촉매 분배기(110)는 그 정상 표면 아래에 있는 그 조미리 촉매 층 내에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 추가적으로, 촉매 분배기(110)는 재생기 용기(50")에서 편심적인 위치에 배치되어 있고, 조밀 촉매 층의 전체 단면을 가로질러 그 분배기로부터 조밀 촉매 층(58") 내로 촉매를 방사상으로 분출한다. 재순환 가스 라인(55c')으로부터 유래된 가스는 촉매 분배기(110)로부터 촉매를 그 조밀 촉매 층 내로 분출하는데 도움을 주고, 또한 연소 요건을 위한 산소를 제공할 수도 있다. 촉매 분배기(110)의 헤더(66) 및 노즐(68)은 도 1 내지 도 3에서와 같이 구성되어 있다. 촉매 분배기(110) 및 촉매 분배기(60")는 재생기 용기(50")의 반대 측면들 상에 존재할 수 있다.
연소기 가스 라인(55")으로부터 분지화되는 분배기 가스 라인(55b")에 의해 공급된 연소 가스 분배기(80")는 대부분의 연소 가스를 하부 챔버(102")에 분배한다. 연소 가스 분배기(80")에서 플루 가스(82)는 재생기 용기(50")의 하부 챔버(102")의 전체 단면에 연소 가스를 균일하게 방출하도록 정렬되어 있다. 연소 가스 중의 산소는 코크화 촉매와 접촉하여 촉매로부터 대부분의 잔류 탄소 침착물을 연소함으로써 촉매를 재생하고 플루 가스를 발생시킨다. 촉매는 플루 가스에 비말동반될 수 있고 하부 챔버(102")에서 상승하고, 벤트(204)를 통해 상부 챔버(104") 내로 배출될 수 있다. 하부 챔버(102")로 유입되는 부분 재생된 촉매는 촉매 분배기(110) 및 연소 가스 분배기(80")로부터 유래된 임의의 연소 가스에 의해 완전 재생될 수 있다.The
재생 촉매 배출구(96") 및 재생기 용기(50")의 하부 챔버(102")로부터 유래된 배출구는 완전 재생 촉매를 재생 촉매 도관(12")을 통해 배출한다. 상기 배출구(96")와 하류 소통하는 재생 촉매 도관(12")은 제어 밸브(14)에 의해 조절된 속도로 반응기 수직관(20)에 재생 촉매를 다시 전달한다.The outlet from the regenerated
공기와 같은 연소 가스는 재생기 수직관 내에서 재생을 발생시킬 수 있는 재생기 수직관(54") 위로 코크화 촉매를 들어 올리는데 사용할 수 있다. 재생기 수직관(54)에 대한 연소 가스는 재생기 용기(50)에 대한 연소 가스의 10-20 중량%일 수 있다. 공기가 연소 가스인 경우, 전형적으로 상부 챔버(102")에서 재생기 용기(50")에 대한 촉매 상의 공급된 코크 kg(파운드) 당 공기 11-13 kg(lbs)가 요구된다. 모든 연소 가스 요건의 75 중량%가 상부 챔버(104")에 공급된다. 모든 연소 가스 요건의 25 중량%가 하부 챔버(102")에 공급되는, 6-11 중량%가 하부 챔버(102")로부터 벤트(204)를 통해 상부 챔버(104")에 유입된다. 2단 재생기 용기(50")는 전형적으로 양쪽 하부 챔버(102")와 상부 챔버(104")에서 594 내지 760℃(1100 내지 1400℉)의 온도를 갖는다. 양쪽 챔버에서, 연소 가스의 초임계 속도는 전형적으로 1.2 m/s(4.2 ft/s) 이하이고, 조밀 촉매 층의 밀도는 전형적으로 촉매의 특성에 따라 320 kg/m3(20 lb/ft3) 이상이다. 양쪽 챔버에서, 압력은 173 내지 414 kPa(게이지)(25 내지 60 psig)일 수 있다.Combustion gases, such as air, can be used to lift the coking catalyst over
도 5의 실시양태는, 반응기 촉매 도관(48")이 상부 챔버(104")에서 보다 높은 고도에서 배치된다는 점을 제외하고는, 도 1 및 도 4에서와 같이 반응기 촉매 도관(48")에 대하여 유사한 하향 각도를 유지하면서 하부 상대 높이에서 배치될 수 있는 반응기 섹션(10)을 제공한다,5, the
촉매 분배기(60, 60', 60" 및 110)는 전향적으로 이것과 소통하는 촉매 도관의 단부에 의해 지지되어 있다. 촉매 분배기(60, 110)는 전형적으로 스테인레스강(304)와 같은 스테인레스강으로 제조될 수 있고, 외부 및 내부 둘 다에 내마모성 라이닝에 의해 코팅되어 있다. 재생기는 과도한 고온 재생기 온도를 피하기 위해서 하나 이상의 촉매 냉각기가 구비될 수 있다.
실시예Example 1 One
본 발명의 촉매 분배기는 방사능 나트륨-24 액체를 다양한 위치에서 주입함으로써 FCC 재생기에서 시험하였고, 그 재생기의 촉매 층을 통한 진행상태를 모니터링하였다. 그 나트륨 동위원소를 수용해성 형태로 재생기에 도입하였다. 일단 주입한 후, 액체 성분은 고온 공정 온도로 인하여 플래싱 처리되었는데, 이는 나트륨 동위원소를 촉매에 부착시켰다. 재생기 용기의 원주 둘레에 있는 검출기를 통해 고체 상에서 촉매 분포 및 흐름 특성을 모니터링하였다.The catalyst distributor of the present invention was tested in an FCC regenerator by injecting radioactive sodium-24 liquid at various locations and monitored the progress through the catalyst bed of the regenerator. The sodium isotope was introduced into the regenerator in water soluble form. Once injected, the liquid component was flashed due to the high temperature process temperature, which attached sodium isotopes to the catalyst. The catalyst distribution and flow characteristics were monitored through the detector around the circumference of the regenerator vessel.
도 6은 레이더 플롯의 형태로 재생기에서 촉매의 분배 특성을 나타낸 것이다. 그 촉매 분배기는 240°에서 방사상 라인의 단지 역시계 방향으로 배치하였다. 촉매 배출구는 40°에서 방사상 라인 상에서 재생기 용기의 외벽과 중심 사이에 배치하였다. 실제 촉매 분배 데이타는 보다 작은 다이아몬드형으로 나타내었다. 이상적인 촉매 분배 프로파일은 비교를 위해 보다 큰 정사각형으로 나타내었다. 척도 백분율은 구체적인 검출기 위치에 대한 소모된 촉매의 상대적 흐름을 나타내었다. 6 shows the distribution characteristics of the catalyst in the regenerator in the form of a radar plot. The catalyst distributor was placed at only 240 degrees in the direction of the radial line of the radial line. The catalyst outlet was placed between the center and the outer wall of the regenerator vessel on a radial line at 40 °. Actual catalyst distribution data is shown in smaller diamondoids. The ideal catalyst distribution profile is shown in larger squares for comparison. Scale percentages indicated the relative flow of spent catalyst relative to the specific detector location.
검출기 링은 재생기 용기의 원주 모든 둘레에 이상적 분배와 유사한 반응을 나타내었다. 결과적으로, 본 발명의 촉매 분배기는 연소 가스에 촉매를 비균일하게 노출시키는 경우 이상적인 분배 프로파일에 비하여 우수한 촉매 분배를 제공하였다.The detector ring showed an ideal distribution-like response around the circumference of the regenerator vessel. As a result, the catalyst distributor of the present invention provided superior catalyst distribution compared to the ideal distribution profile when the catalyst was unevenly exposed to the combustion gas.
실시예Example 2 2
본 발명자들은 본 발명의 소모된 촉매 분배기의 설치 전 및 후에 FCC 재생기의 실제 성능을 비교하였다. 재생기 조건은 동일하게 유지하였고, 단 촉매 분배기의 설치 후에 촉매에 보다 적은 양의 CO 프로모터를 사용하였다는 점을 예외로 하였다. We compared the actual performance of the FCC regenerator before and after installation of the spent catalyst distributor of the present invention. Regenerator conditions remained the same, with the exception that less CO promoter was used for the catalyst after installation of the catalyst distributor.
본 발명자들은 재생기 용기의 직경을 가로질러 가장 큰 온도 차가 본 발명의 촉매 분배기를 설치한 결과로서 38℃(100℉)에서 4℃(40℉)로 감소하였다는 점을 발견하였다. 이는 재생기에서 개선된 소모된 촉매 분배기로 인하여 후연소가 덜 발생하였다는 점을 나타낸다. 유사하게, 본 발명자들은 플루 가스에서 질소 산화물 방출이 마찬가지로 개선된 촉매 분배로 인하여 본 발명의 촉매 분배기의 설치 후 80 wppm에서 35 wppm으로 감소되었다는 점을 발견하게 되었다.
The inventors have found that the largest temperature difference across the diameter of the regenerator vessel has decreased from 38 ° C. (100 ° F.) to 4 ° C. (40 ° F.) as a result of installing the catalyst distributor of the present invention. This indicates that less afterburning occurred due to the improved spent catalyst distributor in the regenerator. Similarly, the inventors have found that nitrogen oxide emissions in the flue gas have also been reduced from 80 wppm to 35 wppm after installation of the catalyst distributor of the present invention due to improved catalyst distribution.
Claims (10)
상기 용기에 촉매를 공급하기 위한 촉매 유입구,
상기 용기에 연소 가스를 도입하기 위한 연소 가스 라인,
상기 용기에 상기 코크화 촉매를 분배하기 위한, 상기 촉매 유입구와 소통하는 촉매 분배기로서, 상기 촉매 분배기는 세로 축(longitudinal axis)을 갖는 헤더 및 이 헤더와 소통하는 각진 노즐(angular nozzle)을 포함하고, 상기 노즐은 상기 세로 축과의 예각을 한정하며, 상기 노즐은 촉매를 상기 용기 내로 배출하는 것인 촉매 분배기,
상기 촉매로부터 가스를 분리하기 위한, 상기 재생기 용기와 소통하는 분리기,
상기 용기로부터 플루 가스(flue gas)를 배출하기 위한 플루 가스 배출구, 및
상기 용기로부터 재생된 촉매를 배출하기 위한 재생 촉매 배출구
를 포함하는 촉매 재생기 용기.A catalyst regenerator vessel for burning carbon deposits from a catalyst,
A catalyst inlet for supplying a catalyst to the vessel,
A combustion gas line for introducing combustion gas into the vessel,
A catalyst distributor in communication with the catalyst inlet for dispensing the coking catalyst in the vessel, the catalyst distributor including a header having a longitudinal axis and an angular nozzle in communication with the header; Wherein the nozzle defines an acute angle with the longitudinal axis, the nozzle discharging the catalyst into the vessel,
A separator in communication with the regenerator vessel for separating gas from the catalyst,
A flue gas outlet for discharging flue gas from the vessel, and
Regenerated catalyst outlet for discharging regenerated catalyst from the vessel
Catalyst regenerator vessel comprising a.
코크화 촉매를, 세로 축을 한정하는 헤더를 보유하는 촉매 분배기에 전달하는 단계,
상기 촉매 분배기로부터 촉매를 상기 세로 축과의 예각으로 재생기 용기 내로 배출하는 단계,
상기 촉매로부터 코크를 연소하여 플루 가스 및 재생된 촉매를 생성하기 위해서 상기 재생기 용기에 연소 가스를 전달하는 단계,
상기 재생된 가스로부터 상기 플루 가스를 분리하는 단계,
상기 재생기 용기로부터 재생된 촉매를 배출하는 단계, 및
상기 재생기 용기로부터 플루 가스를 배출하는 단계
를 포함하는 방법.As a method of burning coke from a catalyst,
Delivering the coking catalyst to a catalyst distributor having a header defining a longitudinal axis,
Discharging the catalyst from the catalyst distributor into the regenerator vessel at an acute angle with the longitudinal axis,
Delivering combustion gas to the regenerator vessel to combust coke from the catalyst to produce flue gas and regenerated catalyst,
Separating the flue gas from the regenerated gas,
Draining the regenerated catalyst from the regenerator vessel, and
Draining flue gas from the regenerator vessel
How to include.
Applications Claiming Priority (4)
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