KR20110116207A - 연속적 촉매 재생을 위한 염소화 영역에서의 배플의 사용 방법 - Google Patents

연속적 촉매 재생을 위한 염소화 영역에서의 배플의 사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외측 혼합 챔버, 내측 혼합 챔버 및 촉매층을 포함하는 염소화 영역을 포함하는 촉매 재생 용기에 관한 것이다. 상기 외측 혼합 챔버는 하부 및 상부를 포함할 수 있으며, 상기 외측 혼합 챔버의 하부는 건조 공기 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 공기 노즐, 염소 투입 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 염소 투입 노즐 및 적어도 제1 배플을 포함한다. 상기 염소화 영역은 또한 상기 혼합된 공기 스트림 및 염소 투입 스트림을 상기 외측 혼합 챔버로부터 상기 내측 혼합 챔버로 유도하는 제2 배플을 함유할 수 있다.

Description

연속적 촉매 재생을 위한 염소화 영역에서의 배플의 사용 방법{UTILIZATION OF BAFFLES IN CHLORINATION ZONE FOR CONTINUOUS CATALYST REGENERATION}
본 원에서 기술되는 시스템 및 방법은 개괄적으로 사용된 탄화수소 전환 촉매를 리컨디셔닝하여 그 촉매가 탄화수소 전환 반응에서 재사용될 수 있는 분야, 및 더욱 구체적으로는 촉매 재생 타워 내의 스트림 분배 및 흐름의 유도 및 제어에 관한 것이다.
탄화수소 전환을 위한 촉매 공정은 공지되어 있으며 널리 사용된다. 변함없이, 상기 공정에 사용되는 촉매는 1 이상의 이유로 비활성화된다. 코크 침착물의 축적으로 상기 비활성화가 발생하는 경우, 상기 촉매를 리컨디셔닝시켜 코크 침착물을 제거하는 것은 상기 촉매의 활성을 회복시킨다. 코크는 일반적으로 그 코크를 함유하는 촉매를 고온에서 산소 함유 기체와 접촉시켜 코크를 연소 제거하는 재생 조작에 의해 촉매로부터 제거된다. 재생은 계 내에서 실시할 수 있거나, 상기 촉매를 탄화수소 전환이 일어나는 용기로부터 제거하고 코크 제거를 위한 개별 재생 용기에 이송시킬 수 있다. 재생 용기에서의 코크 제거를 위한 반응 영역으로부터 촉매 입자를 연속 또는 반연속 제거하기 위한 배치는 공지되어 있다.
연속 또는 반연속 촉매 재생 공정에서, 코크 가득한 입자는 적어도 주기적으로 첨가되며, 그 코크가 연소되는 재생 용기에서 촉매층으로부터 제거된다. 상기 촉매층 부분을 통해 연장하는, 집중 연소(intense burning) 영역은 상기 코크가 연소되는 만큼 발달한다. 이러한 집중 연소 후에, 특정 촉매는 이의 유효성을 회복시키기 위한 리컨디셔닝을 필요로 한다. 예를 들어, 개질 촉매는 전형적으로 염화물 화합물 및 희금속, 통상적으로 백금을 함유한다. 이러한 촉매는 리컨디셔닝시켜 상기 희금속의 활성을 이의 가장 높은 촉매 상태로 회복시키고, 상기 반응 영역에서 또는 코크의 연소로 인해 손실될 수 있는 촉매 상의 염화물을 대체시킬 필요가 있다. 개질 촉매의 리컨디셔닝은 일반적으로 상기 재생 용기의 염소화 영역에서 염화물 함유 화합물과 접촉시켜 상기 백금 금속을 재분배시키고 촉매로부터 손실될 수 있는 염화물을 교체하는 단계 후에, 상기 촉매의 수분 함량을 감소시키는 건조 단계, 및 상기 백금 금속을 최종적으로 다양한 산화된 상태로부터 환원된 금속성 컨디션으로 변경하는 환원 단계를 포함한다.
본 원에서 기술되는 시스템 및 공정은 촉매 재생 용기의 염소화 영역 내 기체 스트림의 흐름을 유도 및 제어하는 것에 관한 것이다.
한 양태에서, 촉매 재생 용기에서의 염소화 영역은 외측 혼합 챔버, 내측 혼합 챔버 및 촉매층을 포함하는 것으로 제공된다. 상기 외측 혼합 챔버는 상기 염소화 영역의 외부 모서리에 존재한다. 상기 외측 혼합 챔버는 하부 및 상부를 포함할 수 있다. 상기 외측 혼합 챔버의 하부는 건조 공기 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 공기 노즐, 염소 투입 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 염소 투입 노즐 및 적어도 제1 배플을 포함할 수 있다. 상기 촉매층은 상기 염소화 영역의 중심에 있을 수 있다. 상기 내측 혼합 챔버는 상기 외측 혼합 챔버와 상기 촉매층 사이에 개재될 수 있다.
또다른 양태에서, 촉매 재생 용기 중 염소화 영역은 외측 벽, 하향 연장 염소화 영역 벽, 및 그 하향 연장 염소화 영역 벽과 상기 외측 벽 사이에 개재된 상향 연장 염소화 벽을 포함하는 것으로 제공된다. 상기 외측 혼합 챔버는 외측 벽 및 상향 연장 염소화 벽에 의해 한정될 수 있다. 상기 외측 혼합 챔버는 하부 및 상기 부분을 포함할 수 있다. 상기 외측 혼합 챔버의 하부는 건조 공기 스트림을 상기 외측 혼합 챔버로 주입하는 1 이상의 공기 노즐, 염소 투입 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 염소 투입 노즐 및 적어도 제1 배플을 포함할 수 있다. 내측 혼합 챔버는 하향 연장 염소화 벽 및 상향 연장 염소화 벽으로 한정될 수 있다. 제2 배플은 상향 연장 염소화 벽 위에 위치할 수 있다.
특정예가 예시 및 설명의 목적으로 선택되며, 첨부된 도면에 도시되고, 본 명세서의 일부를 형성한다.
도 1은 촉매 재생 용기의 단면도를 예시한다.
도 2는 도 1의 촉매 재생 용기의 염소화 영역의 확대도를 예시한다.
도 3은 도 2의 염소화 영역의 구획 3의 상세도를 예시한다.
도 1은 촉매 재생 용기(10)의 단면도를 예시한다. 사용된 촉매 입자를 함유하는 사용된 촉매 스트림(100)은 1 이상의 주입 파이프, 예컨대 촉매 주입 파이프(12)를 통해 재생 용기(10)로 투입될 수 있다. 상기 사용된 촉매 입자는 코크를 함유하며, 예를 들어 5 중량%의 코크를 함유할 수 있다. 재생된 촉매를 함유하는 재생된 촉매 스트림(102)은 바닥부 노즐(13)을 통해 상기 재생 용기(10)로부터 배출된다. 재생된 촉매 스트림(102)의 바닥부 노즐(13)로부터의 회수는 상기 촉매 재생 용기(10)를 통한 촉매의 유량을 제어할 수 있으며, 연속이거나 간헐적일 수 있다. 촉매 재생 용기(10)를 배치하여 그 재생 용기(10)를 통한 연속 하향 촉매 흐름 경로를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 촉매 재생 용기(10) 내의 연속 촉매 흐름 경로의 전체 부피는 상기 촉매 재생 용기(10) 작동 중에 촉매로 가득 차 잔존한다.
재생 용기(10)는 상부 연소 영역(14)을 가질 수 있다. 사용된 촉매 입자는 상기 1 이상의 촉매 주입 파이프(12)로부터 촉매층(20)으로 분배될 수 있다. 상기 재생 용기(10)는 바람직하게는 원통형이고, 촉매층(20)은 연장된 환형부의 형태를 보유할 수 있다. 외측 원통형 스크린(22) 및 내측 원통형 스크린(24)은 연장된 환형 층의 배치로 상기 사용된 촉매 입자를 유지할 수 있다. 바람직하게는, 스크린 (22) 및 (24) 중 하나 또는 둘 모두는 상기 층에 점점 가늘어지는 형태를 제공한다. 재생 용기(10)의 쉘 바로 내부 및 스크린(22)의 외부로의 환형 공간은 산소 함유 재생 기체(104)를 수용하기 위한 주입 챔버(26)를 한정할 수 있다. 상기 스크린(24)의 내부로의 부피는 중심 수집 챔버(28)를 한정할 수 있다. 상기 산소 함유 재생 기체(104) 또는 재순환 기체는 노즐(30)을 통해 상기 주입 챔버(26)에 진입할 수 있다. 상기 산소 함유 재생 기체(104)는 층(20)을 통해 흐를 수 있고, 연소 구획(14)의 상부에 위치한 상위 노즐(32)을 통해 상기 수집 챔버로부터 상기 연소 영역(14)으로부터 배출될 수 있다. 1 이상의 시일 기체 주입구(16)를 이용하여 시일 기체(112)를, 1 이상의 촉매 주입 파이프(12)의 바닥부의 촉매 상 기체 스페이스에 주입할 수 있다. 상기 시일 기체 스트림(112)은 상기 재생 기체(104)와 동일한 조성을 보유할 수 있다. 상기 시일 기체 스트림(112)은 상기 촉매를 통해 하향으로 흐르고, 상기 중심 수집 챔버(28)로 진입하고, 상기 재생 기체(104)와 혼합된다. 상기 연소 영역(14)에서의 연소에 의한 코크의 제거는 코크 격감된, 사용된 촉매 입자를 생성할 수 있다.
상기 사용된 촉매 입자는 상기 연소 영역(14)의 층(20)으로부터 조밀층(34)으로서 촉매를 보유하는 염소화 영역(200)으로 하향으로 흐를 수 있다. 사용된 촉매 입자는 스크린 출구(36)로부터, 상기 조밀층(34)을 형성하는 하향 연장 염소화 영역 벽에 의해 한정되는 개방 부피로 통과할 수 있다. 염소 화합물 투입 스트림(106) 및 건조 기체(108)의 혼합물을 포함할 수 있는 염소화 기체는 상기 염소화 영역(200)의 조밀층(34)의 바닥부에 진입하기 전에 2개의 통과 배플 시스템(38)을 통해 통과할 수 있다. 상기 염소 화합물 투입 시스템(106)은 1 이상이 염소 투입 노즐(40)을 통해 배플 시스템(38)에 진입할 수 있다. 임의로, 상기 재생 용기(10)는 2개의 염소 투입 노즐(40)을 가질 수 있고, 이는 바람직하게는 상기 재생 용기의 반대측 상의 지점에서 서로 180°의 각도로 위치할 수 있다. 바람직하게는, 상기 염소 투입 시스템(106)은 산 액적이 상기 배플 시스템(38)으로 진입하는 것을 방지하는 증기 형태로 존재한다. 작은 기화 가열기를 1 이상의 염소 투입 노즐(40)의 상류에 첨가하여 상기 염소 화합물 투입 스트림(106)이 완전히 증기화되는 것을 확보할 수 있다.
염소화 영역(200)의 조밀층(34)에서 촉매 입자와 접촉한 후, 염소화 기체는 중심 수집 챔버(28)로 상향 통과할 수 있다. 상기 염소화 기체가 상부 수집 챔버(28)로 통과할 때, 이는 재순환 기체를 갖는 상기 연소 영역으로의 회송을 위한 사용된 재생 기체에 산소를 공급하여, 이로써 상기 촉매 입자로부터의 코크를 추가 연소시키는 데 필요한 산소를 공급할 수 있다.
상기 염소화 영역(200)은 염화된 촉매를 생성하며, 이는, 원뿔형 배플(42) 주위에서, 원뿔형 배플(42)의 하부 원통부(43)와 절두상(truncated) 원뿔형 배플(44)의 하부 원통부로 한정된 환형 홀드업 영역(45)으로 흐름으로써 상기 조밀층(34)으로부터 건조 영역(41)으로 하향으로 흐를 수 있다. 배플 (44) 및 (43) 사이에서 유지되는 촉매의 환형 부피는 기체 시일을 제공하여 건조 기체가 상기 촉매 입자를 통해 조밀층(34)으로 상향으로 흐르는 것을 제어할 수 있다. 환형부(45)를 떠나는 촉매 입자는 하위 건조 배플(48)에 의해 한정되는 건조 영역(41)의 중심 조밀층(46)을 형성한다.
건조 기체(108)는 노즐(50)을 통해 건조 영역(41)에 진입할 수 있고, 용기(10)의 벽 및 하위 건조 배플(48)에 의해 한정되는 환형부(52)을 통해 하향으로 흐를 수 있다. 환형부(52)는 건조 영역(41)의 중심 조밀층(46)의 원주 주위에 건조 기체(108)를 분배할 수 있다. 상기 건조 기체는 건조 영역(46)을 통해 상향으로 통과하면서 수분을 수취할 수 있다. 환형부(45)에 의해 제공되는 압력 강하는 상향으로 흐르는 건조 기체(108)의 대부분을 환형부(54)로 유도할 수 있다. 용기(10)의 쉘 내부 및 상위 건조 배플(44) 외부 내의 공간이 환형부(54)를 한정할 수 있다. 상기 수분 가득한 건조 기체(108)의 적어도 일부는 환상 공간(54)으로부터 배플 시스템(38)으로 통과할 수 있다. 배플 시스템(38)으로의 건조 기체(108)의 흐름 제어는 공간(54)으로부터 배플 시스템(38)으로의 흐름 공간을 제한하여 조절할 수 있다. 상기 건조 영역(41)은 염소화 영역(200)을 통해 연소 구획으로 산소를 공급할 필요가 있는 것보다 건조 기체(108)를 더 이용하는 경향이 있다. 따라서, 건조 기체(108)의 과잉 부분은 노즐(56)을 통해 제거할 수 있다.
건조 영역(41)으로부터의 건조된 촉매 입자는 냉각 영역(58)으로 계속 하향 통과할 수 있다. 상위 냉각 배플(59), 및 중심 원통부(61)를 갖는 원뿔형 냉각 배플(60)은 건조 영역(41)으로부터 건조된 초매 입자를 수용하고, 원통부(61)와 상위 냉각 배플(59) 내부 사이로 한정된 환형부(62)에 건조된 촉매 입자를 보유할 수 있다. 건조된 촉매의 중심 조밀층(67)은 건조 배플(64)의 중심부에 의해 한정될 수 있다. 건조된 촉매의 중심 조밀층(67)은 환형부(62)로부터 촉매를 수용할 수 있다. 냉각 기체(110)는 노즐(66)을 통해 냉각 영역(58)에 진입할 수 있으며, 환상 공간(68)을 통해 하향으로 흘러 상기 조밀층 냉각 영역의 전체 주위에 걸쳐 냉각 기체를 분배시킬 수 있다. 냉각 기체(110)는 상기 조밀층(67)을 통해 상향으로 흐를 수 있으며, 환형 공간(62) 중 촉매 입자의 형성으로 인해 생성된 압력 강하는 대부분의 냉각 기체(110)를 환형 공간(70)으로 전향시킬 수 있다. 노즐(72)은 상기 냉각 영역(58)으로부터 냉각 기체(110)를 배출시킬 수 있다. 상기 냉각 영역으로부터의 냉각된 촉매 입자는 원뿔형 배플(74) 주위에서 하향 통과할 수 있고, 노즐(13)을 통해 재생 용기(10)에서 배출될 수 있다.
염소화 영역(200)의 상세도가 도 2 및 3에 예시되어 있다. 상기 염소화 영역(200)은 일반적으로 원통형일 수 있고, 상기 염소화 영역(200) 중심의 촉매층(34), 상기 염소화 영역(200)의 외측 모서리의 외측 혼합 챔버(80), 및 상기 촉매층(34)과 상기 외측 혼합 챔버(80) 사이에 개재된 내부 혼합 챔버(82)를 포함할 수 있다. 수분 함유 건조 기체를 1 이상의 공기 노즐(208)을 통해 염소화 영역(200)으로 주입될 수 있다. 상기 건조 기체는 염소화 영역(200)의 외측 혼합 챔버(80)로 주입될 수 있고, 상기 외측 혼합 챔버(80)를 통해 상향으로 흐를 수 있다. 상기 1 이상의 염소 투입 노즐(40)은 바람직하게는 상기 염소 투입 스트림을 상기 건조 기체와 직접 접촉시킬 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 상기 재생 용기(10)는, 바람직하게는 그 재생 용기의 반대 편에 위치한 2개의 염소 투입 노즐(40)을 가질 수 있다. 이와 같은 예에서, 상기 재생 용기는 바람직하게는 또한 2개의 공기 노즐(208)을 포함하며, 이는 상기 재생 용기의 반대면에서 서로 180°의 각도로 위치할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 공기 노즐(208)은 염소 투입 노즐(40) 바로 밑에 위치한다.
외측 혼합 챔버(80) 및 내측 혼합 챔버(82)는 하향 연장 염소화 영역 벽(37), 외측 벽(212), 및 상기 하향 연장 염소화 영역 벽(37)과 상기 외측 벽(212) 사이에 개재될 수 있는 상향 연장 염소화 벽(84)에 의해 한정될 수 있다. 상기 내측 혼합 챔버(82)는 바람직하게는 환형일 수 있다.
상기 외측 챔버(80)는 하부(206) 및 상부(210)를 가질 수 있다. 상기 1 이상의 공기 노즐(208)은 상기 하위 부분(206)의 바닥부에 위치할 수 있고, 상기 1 이상의 염소 투입 노즐(40)은 상기 공기 노즐(108) 위에, 바람직하게는 바로 위에 위치할 수 있다. 상기 외측 혼합 챔버(80)의 상부(210)는 바람직하게는 환형이고, 상기 재생 용기(10) 내에 원주를 가진다. 상기 외측 혼합 챔버(80)의 하부(206)는 높이 X, 폭 Y 및 길이 Z를 가질 수 있다. 상기 하부(206)는 바람직하게는 환형이 아니고, 상기 하부(206)의 폭 Y는 바람직하게는 상부(210)의 원주의 ½ 미만이다. 상기 폭 Y는 호(arc)로서 측정될 수 있다. 상기 외측 혼합 챔버의 길이 Z는 상기 외측 벽(212)으로부터 상기 상향 연장 염소화 벽(84)으로 연장한다.
제1 배플(202)은 상기 염소 투입 노즐(40) 위에 위치할 수 있으며, 상기 외측 혼합 챔버(80)의 하부 내에 있을 수 있다. 상기 제1 배플(202)은 상기 외측 혼합 챔버의 하부(206)의 길이 Z와 동일한 길이를 가질 수 있다. 상기 제1 배플은 상기 외측 혼합 챔버(80)의 하부(206)의 길이 Y 미만의 길이를 가질 수 있고, 바람직하게는 상기 외부 혼합 챔버(80)의 하부(206)의 길이 Y의 반의 이하인 길이를 가진다. 상기 제1 배플(202)은 금속 플레이트일 수 있고, 평탄하거나 굴곡질 수 있다.
제2 배플(204)은 상향 연장 염소화 벽(84) 위에 위치할 수 있다. 상기 제2 배플(204)은 환형일 수 있고, 외측 벽(212)으로부터 하향 연장 염소화 벽(37)으로 연장할 수 있다. 상기 제2 배플(204)은 금속 플레이트일 수 있고, 평탄하거나 굴곡질 수 있다.
실질적으로, 상기 외측 혼합 챔버(80)의 하부(206)에서의 상기 건조 기체와 상기 염소 투입 기체 스트림 사이의 접촉은 신속한 혼합을 유도하여 염소화 기체를 형성한다. 이들이 상기 염소 투입 기체의 주입으로 인해 접촉하면, 상기 건조 기체 및 상기 염소 투입 기체는 상기 제1 배플(202)을 대면할 수 있으며, 이는 상기 2개의 기체의 혼합을 촉진시킬 수 있다. 상기 2개의 혼합 기체 스트림의 부피는 그 스트림이 상기 외측 혼합 챔버(80)를 통해 상승하면서 증가하는 경향이 있으며, 상기 외측 혼합 챔버의 상부(210)의 환형 면적 내에서 팽창할 수 있다. 이어서, 상기 2개의 혼합 기체 스트림은 상기 제2 배플(204)과 만날 수 있고, 상기 내측 혼합 챔버(83)로 하향 유도되거나, 상기 염소화 영역(200)의 촉매층(34)과 접촉할 수 있다. 어떠한 특정 이론에도 얽매임 없이, 상기 제2 배플(204)은 상기 혼합된 기체의 부풀음 또는 부피 증가를 제어하고, 상기 촉매층(34)의 교란(disturbance)의 양을 감소시키는 작용을 할 수 있는 것으로 생각된다.
상기로부터, 특정예가 본 원에서 예시의 목적으로 기술되었지만, 다양한 수정예가 본 개시의 사상 또는 범위로부터 이탈함 없이 형성될 수 있다는 것이 이해되게 된다. 따라서, 상기 상술된 설명은 한정적인 것보다 예시적인 것으로 간주되고, 이는 청구되는 대상을 구체적으로 명시하고 명백하게 청구하도록 의도되는 모든 동등물을 포함하는 하기 특허청구범위인 것으로 이해되는 것을 의도로 한다.

Claims (10)

  1. 촉매 재생 용기 중 염소화 영역으로서,
    상기 염소화 영역의 외측 모서리에 있는 외측 혼합 챔버로서, 그 외측 혼합 챔버는 하부 및 상부를 포함하며, 상기 외측 혼합 챔버의 하부는 건조 공기 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 공기 노즐, 염소 투입 스트림을 상기 외측 혼합 챔버에 주입하는 1 이상의 염소 투입 노즐 및 적어도 제1 배플(baffle)을 포함하는 것인 외측 혼합 챔버;
    상기 염소화 영역의 중심에 있는 촉매층; 및
    상기 외측 혼합 챔버와 상기 촉매층 사이에 개재된 내측 혼합 챔버
    를 포함하는 염소화 영역.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외측 혼합 챔버 및 내측 혼합 챔버는 하향 연장 염소화 영역 벽, 외측 벽, 및 그 하향 연장 염소화 영역과 외측 벽 사이에 개재되어 있는 상향 연장 염소화 벽에 의해 한정되는 것인 염소화 영역.
  3. 제2항에 있어서, 상향 연장 염소화 벽 위에 위치한 제2 배플을 추가로 포함하는 염소화 영역.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 배플은 상기 외측 벽으로부터 상기 하향 연장 염소화 벽으로 연장되는 것인 염소화 영역.
  5. 제1항에 있어서, 상기 내측 혼합 챔버는 환형인 것인 염소화 영역.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외측 혼합 챔버의 상부는 환형이고, 원주를 갖는 것인 염소화 영역.
  7. 제6항에 있어서, 상기 외측 혼합 챔버의 하부는 상기 상부의 원주의 ½ 미만인 폭을 갖는 것인 염소화 영역.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 배플은 외측 혼합 챔버의 하부의 길이 미만인 길이를 갖는 것인 염소화 영역.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 배플은 상기 1 이상의 염소 투입 노즐 위에 위치하는 것인 염소화 영역.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 배플은 상기 외측 벽으로부터 상향 연장 염소화 벽으로 연장되는 길이를 갖는 것인 염소화 영역.
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