KR20130115355A - 촉매 냉각기를 배기하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 방법 및 장치는 유동화 가스를 재생기의 하부 챔버로 연통시키는 배기구를 지닌 촉매 냉각기를 제공한다. 이때, 유동화 가스로서 사용되는 공기는 상부 챔버에서의 애프터 번(after burn)을 촉진하는 일 없이 재생기에서 소비될 수 있다.

Description

촉매 냉각기를 배기하기 위한 방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR VENTING A CATALYST COOLER}
조기 국제 출원의 우선권 주장
본 출원은 양자 모두 2011년 2월 28일자로 출원된 미국 출원 제13/036,603호 및 미국 출원 제13/036,660호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명의 분야는 유동상 접촉 분해(Fluid Catalytic Cracking; FCC) 유닛에서 촉매를 재생하는 것이다.
유동상 접촉 분해(FCC)는, 유동화 반응 구역에서 탄화수소를 미세 분할된 미립자 재료로 이루어진 촉매와 접촉시키는 것에 의해 달성되는 탄화수소 변환 공정이다. 수소화분해와는 대조적으로 접촉 분해에서의 반응은 상당량 첨가되는 수소 또는 수소 소비의 부재 상태로 일어난다. 분해 반응이 진행될 때, 코크스라고 일컫는 탄소를 다량 포함하는 상당량의 재료가 촉매 상에 퇴적된다. 재생기 구역 내에서의 고온 재생 공정은 촉매로부터 코크스를 연소시킨다. 여기에서 코크스화 촉매(coked catalyst)라고 칭하는 코크스 함유 촉매는 반응 구역으로부터 연속적으로 제거되거, 재생 구역으로부터의 기본적으로 코크스 무함유 촉매(coke-free catalyst)로 대체된다. 다양한 기체 스트림에 의한 촉매 입자의 유동화는 반응 구역과 재생 구역 사이에서 촉매가 이송되도록 한다.
종래의 재생기는 통상적으로 코크스화 촉매 유입구, 재생 촉매 유출구 및 베셀 내에 있는 촉매 베드로 공기 또는 다른 산소 함유 가스를 공급하기 위한 연소 가스 분배기를 구비하는 베셀을 포함한다. 가스가 재생기 베셀을 빠져나가기 전에, 사이클론 분리기(cyclone separator)는 연도 가스에 혼입된 촉매를 분리한다.
현재, 다수의 타입의 촉매 재생기가 사용되고 있다. 종래의 버블링 베드(bubbling bed) 재생기는 통상적으로 공기가 치밀한 촉매 베드를 통해 버블링되는 단 하나의 챔버를 구비한다. 코크스화 촉매가 첨가되고, 재생 촉매가 동일한 치밀한 촉매 베드로부터 취출된다. 비교적 적은 양의 촉매가 치밀한 베드를 빠져나가는 연소 가스에 혼입된다.
2가지 타입의 재생기가 2개의 챔버를 갖는다. 2단 버블링 베드는 2개의 챔버를 갖는다. 코크스화 촉매가 제1 상부 챔버에 있는 치밀한 베드에 첨가되고, 공기에 의해 부분적으로 재생된다. 부분 재생 촉매는 제2 하부 챔버에 있는 치밀한 베드로 이송되어, 공기에 의해 완전히 재생된다. 완전 재생 촉매는 제2 하부 챔버로부터 취출된다.
완전 촉매 재생은 희박상(dilute phase) 신속 유동화 연소 재생기에서 수행될 수 있다. 코크스화 촉매가 하부 챔버에 첨가되고, 신속한 유동화 흐름 조건 하에서 공기에 의해 상방으로 이송되는 동안에 촉매를 완전히 재생한다. 재생 촉매는, 재생 촉매와 연도 가스가 서로로부터 분리되는 상부 챔부로 진입할 시에 주 분리기에 의해 연도 가스로부터 분리된다. 단지 재생기 베셀에 첨가되는 공기의 적은 비율만이 상부 챔버에 첨가된다. US 4,197,189 및 US 4,336,160은, 완전 연소를 일으키도록 신속 유동화 흐름 조건이 유지되고, 라이저(riser)의 상부로부터 수집된 촉매 베드에서의 추가의 연소에 대한 요구가 없는 라이저 연소 구역을 교시한다.
애프터 번(after burn)은, 재생 촉매로부터 분리된 고온 연도 가스가 이산화탄소로 연소되는 일산화탄소를 함유할 때에 일어나는 현상이다. 애프터 번은, 촉매로부터 분리된 고온 연도 가스를 함유하는 상부 분리 챔버에서의 위험 요인일 수 있으며, 이에 따라 촉매 희박상을 제공할 수 있다. 이러한 촉매 희박상에서는, 불충분한 촉매가 연소열을 흡수하는 히트 싱크로서의 역할을 하며, 이에 따라 주위 장비가 잠재적으로 손상을 주는 높은 온도의 영향을 받고, 아마도 질소산화물의 생성을 조장하는 분위기를 형성한다.
촉매 냉각기는 재생 촉매를 냉각하고, 재생기와 반응기가 독립된 조건 하에서 작동하도록 하기 위해 사용되었다. 촉매 냉각기에서, 고온 재생 촉매는 증기로 기화되는 물과의 간접 열교환에 의해 냉각된다. 증기는 다른 용도를 위해 촉매 냉각기로부터 제거되는 반면, 저온 촉매는 재생기로 복귀된다. 촉매 냉각기에 있는 촉매를 유동화하는 데 사용되는 공기는 재생기로 배기될 수 있다.
본 발명에 대한 배경은 재생기 베셀의 상부 챔버와 연통되는 배기구를 지닌 촉매 냉각기이다. 촉매 냉각기에서 촉매를 유동화하고 상부 챔버로 배기되는 공기는 애프터 번을 위한 산화제를 제공할 수 있다.
촉매 냉각기에서 고온 촉매를 유동화하는 공기를, 재생기를 위해서 효율적으로 활용하는 방법이 모색된다.
방법 실시예에서, 본 발명은, 재생기 베셀의 연소기 챔버에서 촉매로부터 코크스를 연소시키는 것을 포함하는, 촉매를 재생하는 촉매 재생 방법을 포함한다. 연도 가스가 분리 베셀에서 촉매로부터 분리된다. 고온 촉매는 재생기 베셀로부터 고온 촉매 유입구를 거쳐 촉매 냉각기로 이송된다. 재생기 베셀로부터의 고온 촉매는 촉매 냉각기에서 냉각된다. 촉매는 촉매 냉각기에서 공기에 의해 유동화된다. 저온 촉매는 촉매 냉각기로부터 취출된다. 공기는 촉매 냉각기로부터 재생기 베셀로 배기된다. 본 발명의 개선은 공기를 촉매 냉각기로부터 연소기 챔버로 배기하는 것을 포함한다.
다른 방법 실시예에서, 본 발명은, 재생기 베셀의 연소기 챔버에서 촉매로부터 코크스를 연소시키는 것을 포함하는, 촉매를 재생하는 촉매 재생 방법을 포함한다. 재생 촉매는 재생기 베셀의 분리 챔버에서 연도 가스로부터 분리된다. 고온 촉매는 분리 챔버로부터 고온 촉매 유입구를 거쳐 촉매 냉각기로 이송된다. 재생기 베셀로부터의 촉매는 촉매 냉각기에서 냉각된다. 촉매 냉각기에 있는 촉매는 공기에 의해 유동화된다. 저온 촉매는 촉매 냉각기로부터 취출된다. 저온 촉매는 연소기 챔버로 이송된다. 공기는 저온 촉매와는 별도로 촉매 냉각기로부터 재생기 베셀로 배기된다. 본 발명의 개선은 공기를 촉매 냉각기로부터 연소기 챔버로 배기하는 것을 포함한다.
또 다른 방법 실시예에서, 본 발명은, 코크스화 촉매와 연소 가스를 재생기 베셀로 이송하는 것을 포함하는, 촉매를 재생하는 촉매 재생 방법을 포함한다. 코크스는 재생기 베셀의 연소기 챔버에서 코크스화 촉매로부터 연소된다. 촉매는 분리 챔버에 있는 연도 가스로부터 분리된다. 고온 촉매는 재생기 베셀로부터 고온 촉매 유입구를 거쳐 촉매 냉각기로 이송된다. 재생기 베셀로부터의 고온 촉매는 촉매 냉각기에서 냉각된다. 촉매는 촉매 냉각기에서 공기에 의해 유동화된다. 저온 촉매는 촉매 냉각기로부터 취출된다. 공기는 저온 촉매 및 고온 촉매 유입구와는 별도로 촉매 냉각기로부터 재생기 베셀로 배기된다. 촉매 냉각기로부터 취출된 저온 촉매는 라이저에서 연소기 챔버로 이송된다. 본 발명의 개선은 공기를 배기구로부터 연소기 챔버로 배기하는 것을 포함한다.
장치 실시예에서, 본 발명은 촉매 및 연소 가스용 유입구와, 재생 촉매 유출구, 냉각기 촉매 유출구, 연도 가스 유출구, 상부 챔버 및 하부 챔버를 지닌 재생기 베셀을 포함하는 촉매 재생기를 포함한다. 촉매 냉각기도 또한 포함되는데, 촉매 냉각기는 재생기 베셀의 냉각기 촉매 유출구와 연통되는 고온 촉매 유입구를 갖는다. 촉매 냉각기는 가스 분배기, 배기구, 냉각기 촉매 유출구 및 열교환 유체를 전달하기 위해 촉매 냉각기에 있는 복수 개의 열교환 튜브를 갖는다. 배기관이 배기구를 재생기 베셀과 연통시킨다. 본 발명의 개선은 배기관이 배기구를 재생기 베셀의 하부 챔버와 연통시킨다는 것이다.
다른 장치 실시예에서, 본 발명은 촉매 및 연소 가스용 유입구, 재생 촉매 유출구, 냉각기 촉매 유출구, 연도 가스 유출구, 상부 챔버 및 하부 챔버를 지닌 재생기 베셀을 포함하는 촉매 재생기를 포함한다. 촉매 냉각기도 또한 포함되는데, 촉매 냉각기는 재생기 베셀의 냉각기 촉매 유출구와 연통되는 고온 촉매 유입구를 갖는다. 촉매 냉각기는 가스 분배기, 고온 촉매 유입구 위로 이격되어 분리 부분을 제공하는 배기구, 냉각기 촉매 유출구 및 열교환 유체를 전달하기 위해 촉매 냉각기에 있는 복수 개의 열교환 튜브를 갖는다. 배기관이 배기구를 재생기 베셀과 연통시킨다. 본 발명의 개선은 배기관이 배기구를 재생기 베셀의 상부 챔버와 연통시킨다는 것이다.
또 다른 장치 실시예에서, 본 발명은 연소기 챔버에 있는 촉매 및 연소 가스용 유입구, 분리 챔버에 있는 재생 촉매 유출구와 연도 가스 유출구, 및 분리 챔버에 마련되는 냉각기 촉매 유출구를 지닌 재생기 베셀을 포함하는 촉매 재생기를 포함한다. 촉매 냉각기도 또한 포함되는데, 촉매 냉각기는 재생기 베셀의 냉각기 촉매 유출구와 연통되는 고온 촉매 유입구를 갖는다. 촉매 냉각기는 배기구, 냉각기 촉매 유출구, 및 열교환 유체를 전달하기 위해 촉매 냉각기에 있는 복수 개의 열교환 튜브를 갖는다. 배기관이 배기구를 재생기 베셀과 연통시킨다. 본 발명의 개선은 배기관이 연소기 챔버와 연통된다는 것이다.
도 1은 본 발명의 FCC 유닛의 개략도이다.
본 발명자들은, 공기를 촉매 냉각기로부터 재생기의 상부 챔버 대신에 하부 챔버로 배기하는 것이, 촉매 냉각기를 상부 재생기로 배기하는 것을 초래할 수 있는 애프터 번을 최소화한다는 것을 확인하였다. 공기를 하부 챔버로 배기함으로써, 소비된 촉매 상의 코크스의 연소에 공기를 소비하는 것이 가능해진다.
도 1에 도시한 바와 같이, FCC 유닛(8)이 FCC 프로세스에 사용될 수 있다. 탄화수소 공급원료가 분배기(10)에 의해 라이저(20)로 분사될 수 있으며, 이 라이저에서 촉매와 접촉한다. 일반적으로, 공급원료는 촉매의 존재 시에 라이저(20)에서 분해되어, 분해 생성물 스트림을 형성할 수 있다.
종래의 FCC 공급원료는 라이저(20)로의 적절한 공급물이다. 가장 일반적인 상기한 종래의 공급원료는 "감압 경유"(Vacuum Gas Oil; VGO)이며, 이 감압 경유는 통상적으로 비등 범위가 343 ℃ 내지 552 ℃(650 °F 내지 1025 °F)이고 상압잔사유의 진공 분류(vacuum fractionation)에 의해 준비된다. 본 발명에서는 보다 중질 탄화수소 공급원료도 또한 사용될 수 있다. 종래의 FCC 공급원료는 기화되고 분배기(10)에 의해 라이저 내에 분사된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 재생 촉매는 재생기 스탠드파이프(18)로부터 라이저(20)로 이송된다. 실시예에서, 스팀과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있는 리프트 가스(lift gas)는 촉매를 라이저(20)의 하부 섹션(14)으로부터 상방으로 리프팅하기 위해 리프트 가스 분배기(6)에 의해 분배될 수 있다. 분배기(10)로부터 분사된 공급물은 리프팅된 유동화 촉매와 접촉하고, 탄화수소 공급물이 더 작은 탄화수소 분해 생성물로 분해될 때에 라이저(20)에서 상방으로 이동한다. 분해 생성물과 소비된 촉매는 반응기 베셀(70)에 진입한 다음, 라이저(20)의 상부로부터 라이저 유출구(72)를 통해 배출되고, 분해 생성물 증기 스트림과, 상당량의 코크스로 피복되고 일반적으로 소비된 촉매라고 칭하는 촉매 입자 수집물로 분리된다. 라이저(20)의 단부에 마련된 교반 아암 구성(74)이, 유출 촉매와 분해 생성물 증기 스트림 혼합물에 접선 방향 속도를 부여하는 것에 의해 초기 촉매와 분해 탄화수소 분리를 더욱 향상시킬 수 있다. 교반 아암 구성(74)은 분리 챔버(76)의 상부 부분에 위치하고, 스트립핑 구역(78; stripping zone)은 분리 챔버(76)의 하부 부분에 위치한다. 교반 아암 구성(74)에 의해 분리된 촉매는 스트립핑 구역(78)으로 낙하한다.
나프타, 경질 올레핀 및 일부 촉매를 포함하고 분해 탄화수소로 이루어진 분해 생성물 증기 스트림은 사이클론(82)과 연통되는 가스 도관(80)을 통해 분리 챔버(76)를 빠져나갈 수 있다. 사이클론(82)은 생성물 증기 스트림으로부터 잔류 촉매 입자를 제거하여 입자 농도를 매우 낮은 수준으로 감소시킬 수 있다. 생성물 증기 스트림은 생성물 유출구(84)를 통해 반응기 베셀(70)의 상부를 빠져나갈 수 있다. 사이클론(82)에 의해 분리된 촉매는 치밀한 베드(86)로의 딥레그(dipleg)를 통해 반응기 베셀(70)로 복귀하며, 베드에서 촉매는 챔버 개구(88)를 통과하여 스트립핑 구역(78)에 진입할 것이다. 스트립핑 구역(78)은 선택적 배플(90)에 걸쳐 스팀과 같은 불활성 가스와의 향류식 접촉에 의해 촉매로부터 흡수 및 혼입된 탄화수소를 제거한다. 스팀은 분배기(92)를 통해 스트립핑 구역(78)에 진입할 수 있다. 소비 촉매 도관(94)은 제어 밸브에 의해 조절되어 코크스화 촉매를 촉매 재생기(30)로 이송한다.
또한, 소비 촉매 재순환 도관(도시하지 않음)은 일부 소비 촉매를, 재생을 겪게 하는 일 없이 공급물 분배기 구성(10) 아래의 라이저(20)로 다시 이송할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 촉매 재생기(30)는 유입구(32)를 통해 코크스화 촉매를 받고, 통상적으로 산소 함유 가스와의 접촉에 의해 촉매 입자의 표면으로부터 코크스를 연소시킨다. 산소 함유 연소 가스는 연소 가스 분배기(36)로의 유입구(34)를 통해 재생기(30)의 바닥에 진입한다. 연도 가스와 혼입된 촉매는 재생기(30)를 상방으로 통과한다. 연도 가스는 연도 가스 유출구(38)를 통해 재생기를 빠져나간다.
촉매 재생기(30)는 하부 챔버(42) 및 상부 챔버(44)를 포함하는 재생기 베셀(40)을 포함한다. 촉매 재생기는, 공기가 상부 1단 챔버(44)와 하부 2단 챔버(42)로 이송되는 2단 재생기일 수 있다. 2단 재생기에서, 공기의 20 내지 40 중량%가 하부 챔버로 이송된다. 하부 챔버로부터의 산소 고갈 공기와 촉매 재생기에 이송된 총 공기의 잔부는 상부 챔버로 이송된다. 소비된 촉매는 우선 상부 1단 챔버(44)에 이송된다. 그 후, 부분 재생 촉매는 2단 챔버(42)로 하향 안내되어 신선한 공기와 접촉하고 재생 프로세스를 종료한다.
촉매 재생기(30)는 또한 도 1에 도시한 바와 같은 연소기 재생기를 포함할 수 있다. 연소기 재생기에서, 소비된 촉매는 하부 챔버(42)에 진입하는데, 이 하부 챔버는 연소 챔버라고 칭하며, 내부에서 코크스가 촉매로부터 연소되고, 촉매와 연도 가스가 하부 챔버(42)로부터 분리 챔버라고 칭하는 상부 챔버(44)로 이송된다. 티형 분리 장치(tee disengager)(50)와 같은 주 분리기가 초기에 연도 가스로부터 촉매를 분리한다. 연도 가스가 연도 가스 유출구(38)를 통해 베셀을 빠져나가기 전에, 재생기 사이클론(52, 54) 또는 다른 수단이 상승하는 연도 가스로부터 혼입된 촉매 입자를 분리한다. 촉매 입자로부터의 코크스의 연소는 촉매의 온도를 상승시킨다. 분리된 촉매는, 분배기(58)로부터의 공기에 의해 유동화되는 치밀한 베드(56)에 수집된다. 분리된 촉매는 재생기 베셀로부터 재생 촉매 유출구(16)를 통해 재생기 스탠드파이프(18)로 빠져나갈 수 있다. 촉매는 제어 밸브에 의해 조절되어 재생기 스탠드파이프(18)를 통해 라이저(20)의 하부 섹션(14)으로 안내될 수 있다.
재생기 스탠드파이프로(18)로부터 나온 재생 촉매는 통상적으로 649 ℃ 내지 760 ℃ 범위의 온도(1200 °F 내지 1400°F)를 가질 것이다. 공기가 산소 함유 가스로서 사용되면, 재생기로의 건조 공기의 비율은 8 내지 15 kg/kg 코크스일 수 있다. 코크스 내의 수소는 4 내지 8 중량%일 수 있으며, 코크스 내의 황은 0.6 내지 3.0 중량%일 수 있다.
재생 촉매를 냉각하기 위해 적어도 하나의 촉매 냉각기(100)가 제공된다. 연소기 재생기(30)에서, 촉매는 상부 챔버(44)로부터 냉각기 촉매 유출구(102)를 통해 고온 촉매 도관(104)을 거쳐 고온 촉매 유입구(106)를 통해 촉매 냉각기(100)로 이송된다. 냉각기 촉매 유출구(102)는 상부 챔버에 마련되며, 따라서 고온 촉매는 고온 촉매 유입구(106)로의 전달을 위해 상부 챔버(44)로부터 취출된다. 도 1에는 단지 하나의 촉매 냉각기만이 도시되어 있지만, 2개 이상의 촉매 냉각기가 사용될 수 있다.
도 1에 도시한 촉매 냉각기(100)는 유동 통과 타입 냉각기이다. 촉매 열교환 튜브(120)가 촉매 냉각기(100)에 위치하여, 촉매가 냉각기 촉매 유출구(102)를 통해 촉매 냉각기(100)로부터 저온 촉매 파이프(108)로 취출되기 전에 촉매를 냉각시킨다. 열교환 튜브(120)를 사용함으로써, 재생기 베셀(40)에서의 코크스의 연소에 의해 유발된 촉매로부터의 열의 회수 및 제거가 가능하다. 바람직하게는, 촉매 냉각기(100)에 50개 내지 250개의 열교환 튜브(120), 더 바람직하게는 75개 내지 200개의 열교환 튜브(120)가 위치한다. 열은 통상적으로 촉매로부터 제거되어, 정제 공장에 있어서 다른 곳에서 사용될 수 있는 스팀을 생성한다. 촉매 제어 밸브(112)는, 저온 촉매 파이프(108)를 통해 냉각기 촉매 유출구(110)를 빠져나가고 이에 따라 재생기 베셀(40)로부터 촉매 냉각기(100)에 진입하는 촉매의 양을 조절하고, 이에 의해 재생기 베셀(40) 내의 온도를 제어한다.
고온 촉매 유입구(106)를 통해 촉매 냉각기(100)에 진입하는 재생 촉매는 촉매 열교환 튜브(120)와 접촉한다. 촉매는 촉매 냉각기(100)를 통해 냉각기의 하부 부분으로 하방으로 이동하고, 상기 고온 촉매 유입구(106) 아래의 냉각기 촉매 유출구(110)를 통해 빠져나간다.
촉매 냉각기(100)는 통상적으로 "저온 벽"을 갖는다. "저온 벽"이라는 용어는, 냉각기(100)의 금속 외피(128)가 내부 단열 내화성 라이닝으로 코팅된다는 것을 의미한다. 그러나 일실시예에서, 금속 외피(128)에는 단열 내화성 라이닝이 없을 수 있으며, 이 경우에는 "고온 벽"을 갖는 것으로 간주된다. 추가로, 냉각기(100)의 일부는 내마모성 코팅으로 더 라이닝될 수 있다. 냉각기(100)의 금속 외피(128)는 스테인리스강으로 형성될 수 있다.
촉매 냉각기(100)는 유입 매니폴드(114)와 유출 매니폴드(130)를 포함한다. 냉각기(100)에 있는 하부 헤드(122)의 상단부에 있는 플랜지와 유출구 매니폴드(130)의 하단부에 있는 하부 플랜지 사이에 하부 튜브 시트(118)가 볼트 체결될 수 있다. 유출 매니폴드(130)의 상단부에 있는 플랜지와, 냉각기(100)를 한정하는 외피(128)의 하단부 사이에 상부 튜브 시트(132)가 볼트 체결될 수 있다. 그레이트(140; grate)가 촉매 냉각기(100) 내에서 수평 방향으로 연장되어, 촉매 냉각기(100) 내에 수직 방향으로 정렬된 열교환 튜브(120) 묶음을 보강한다. 그레이트(140)는 열교환 튜브가 통과하여 연장되는 개구를 형성할 수 있다. 각각의 촉매 냉각기(100)에는 적어도 2개의 그레이트(140) 층이 있을 수 있다. 그레이트들은 수직 지지 로드에 의해 열교환 튜브(120)에 그리고 서로에 대해 고정되며, 상기 수직 지지 로드는 열교환 튜브(120)와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 그레이트(140)와 열교환 튜브(120)는 필요하다면 결합되지 않고 함께 열팽창할 수 있다.
실시예에서, 보일러 공급수는 열교환 유체이지만, 유체의 비등점에 영향을 주는 첨가제를 함유하는 물을 포함하는 다른 타입의 열교환 유체도 고려된다. 보일러 공급수는 촉매 냉각기(100)의 바닥에 또는 바닥 근처에 있는 냉각 매체 노즐(116)을 통해 유입 매니폴드(114)에 진입한다. 실시예에서, 유입 매니폴드(114)는 하부 튜브 시트(118)와 냉각기의 저부 헤드(122) 사이에 형성된다. 바람직하게는, 촉매 열교환 튜브(120)는 냉각기(100)의 바닥에 또는 바닥 근처에 유입구와 유출구를 갖는다. 바람직하게는, 촉매 열교환 튜브(120)는, 각기 내측 튜브(124)와 외측 튜브(126)를 포함하는 베이오닛 스타일 튜브이다. 내측 튜브(124)는 외측 튜브(126)의 대부분의 길이 내로 이 길이를 통과하도록 연장된다. 열교환 튜브(120)의 내측 튜브(124)는 하부 튜브 시트(118)에 고정되며, 하부 튜브 시트(118)를 통과하여 연장되고, 하부 튜브 시트로부터 돌출된다. 내측 튜브(124)의 유입구는 유입 매니폴드(114)와 유동식으로 연통된다. 유입 매니폴드(114)에 진입하는 보일러 공급수는 열교환 튜브(120)의 내측 튜브(124)로 상방 지향된다. 보일러 공급수는 내측 튜브(124)의 길이를 따라 상방 이동하여 내측 튜브(124)의 유출구를 빠져나온다. 그 후, 보일러 공급수는 방향을 역전하여 내측 튜브(124)를 에워싸고 있는 외측 튜브(126)로 하향 유동한다. 촉매는 촉매 열교환 튜브(120)의 외측 튜브(126)의 외면과 접촉한다.
촉매로부터의 열은 외측 튜브(126)에 있는 보일러 공급수와 간접 교환된다. 간접 열교환은 외측 튜브(126)에 있는 보일러 공급수의 온도를 상승시키고, 보일러 공급수의 적어도 일부를 스팀으로 변환한다. 이러한 외측 튜브(126)와의 접촉은 촉매 냉각기(100)에서 하강하는 촉매의 온도를 낮춘다. 외측 튜브(126)로부터의 스팀과 가열된 보일러 공급수는 외측 튜브(126)의 유출구 밖으로 그리고 촉매 냉각기(100)에서 상부 튜브 시트(132)와 하부 튜브 시트(118) 사이에 형성된 유출 매니폴드(130)로 지향된다. 외측 튜브(126)는 상부 튜브 시트(132)에 고정되고, 상부 튜브 시트를 통과하여 연장되며, 상부 튜브 시트로부터 돌출된다. 외측 튜브(126)의 유출구는 유출 매니폴드(130)와 유동식으로 연통된다. 유출 매니폴드(130)에 있는 유체는 그 후에 촉매 냉각기(100)로부터 노즐(136)을 통해 아마도 순환 드럼으로 전달되며, 순환 드럼에서 증기와 가열된 보일러 공급액이 분리된다. 그 후, 저온 촉매가 냉각기 촉매 유출구(110)를 통해 촉매 냉각기(100) 밖으로 저온 촉매 파이프(108)로 이동하며, 저온 촉매 파이프는 촉매 냉각기를 촉매 재순환 밸브(112)를 통해 재생기 베셀(40)과 연통시킨다. 일양태에서, 저온 촉매 파이프(108)는 라이저(150)와 연통된다. 유동화 가스가 라이저(150)에 공급되어, 촉매를 라이저(150)로부터 재생기 베셀(40)로, 바람직하게는 재생기(30)의 하부 챔버(42)로 리프팅하고 이송한다. 촉매 분배기(152)는 촉매를, 개구를 통해 재생기 베셀(40)로 분배할 수 있다.
유동화 가스는 또한 노즐을 지닌 분배기(138)에 의해 촉매 냉각기(100)에서 하향 지향된다. 바람직하게는, 분배기(138)는 열교환기 튜브(120) 위에 위치하여, 노즐이 촉매 냉각기(100)에서 유동화 가스를 하향 지향시킨다. 공기와 같은 가스는 고온 촉매 유입구(106)를 통해 촉매 냉각기(100)에 진입하는 촉매 입자를 유동화하는 데 사용된다. 유동화 가스의 유량은 촉매의 유동화를 달성하도록 충분히 많아야만 한다. 촉매 냉각기(100)에서 사용되는 유동화 가스는, 촉매와 열교환 튜브(120) 간의 열전달 계수를 향상시키는 난류를 생성하는 것에 의해 촉매와 열교환 튜브(120) 간의 열전달을 향상시킨다. 순환되는 촉매의 온도를 제어하는 2가지 방식은 촉매 재순환 밸브(112)에 의해 촉매 냉각기(100)를 통해 흐르는 촉매의 양을 제어하거나 또는 분배기(138)를 통해 촉매 냉각기(100)에 분배되는 유동화 가스 속도를 변경하는 것이다.
촉매 냉각기(100)의 상부에는 유동화 가스가 촉매 냉각기를 빠져나가도록 하는 배기구(144)가 마련된다. 배기관(146)이 배기 가스 유입구(154)를 통해 배기구(44)를 재생기 베셀(40)과 연통시킨다. 일양태에서, 배기관(146)은 재생기 베셀(40)의 하부 챔버(42)와 연통된다. 공기는 저온 촉매 파이프(108)를 빠져나가는 저온 촉매 및 고온 촉매 유입구(106)를 통해 진입하는 고온 촉매와는 별도로 하부 챔버(42)로 배기된다. 그 결과, 촉매 냉각기를 빠져나가는 공기는 재생기의 하부 챔버(42)로 이동하고, 이 하부 챔버에서 공기는 내부에서 소비된 촉매로부터의 코크스의 연소에서 소모될 수 있다. 유동화 공기를 하부 챔버(42)로 배기하는 것은 공기를 상부 챔버(44)로 배기하는 것에 비해 개선되는데, 그 이유는 공기가 상부 챔버(44)에서 애프터 번 연소를 촉진하는 것이 아니라, 챔버(42)에서의 코크스의 연소에 기여하는 역할을 하기 때문이다. 배기관(146) 내의 배기 공기는 상기 배기구(144)로부터 배기된 후 그리고 상기 재생기 베셀(40)의 상기 하부 챔버(42)에 진입하기 전에 하방으로 지향된다. 일실시예에서, 배기관은 유동화 가스를 촉매 냉각기(100)로부터 상방으로 지향시킨 다음, 측방향으로 지향시키고, 그 후에 하방으로 지향시킨 다음, 재생기 베셀(40)의 하부 챔버(42)로 측방향으로 지향시킨다. 그 결과, 배기 가스 유입구가 배기구(144)보다 낮은 높이에 배치된다.
분리부(148)가, 촉매 냉각기(100)에서 가스 분배기(138) 상부의 고온 촉매 유입구와 배기구(144) 사이에 배치될 수 있다. 분리부(148)는, 촉매가 배기구(144)를 빠져나가기 전에 유동화 가스로부터 분리될 수 있는 공간을 제공한다. 열교환 튜브(120)는 분리부(148) 아래에 배치된다. 일양태에서, 배기구(144)는 분리부(148)를 제공하도록 상기 촉매 유입구(106) 위로 이격된다.
열교환 튜브는 크롬-몰리브덴-철 합금으로 형성될 수 있는데, 그 이유는 이 합금이, 보일러 공급수가 열교환액으로 사용되는 경우에 보일러 공급수에 있는 미량의 염화물에 기인하는 부식에 대해 내성이 있기 때문이다.
통상적인 FCC 공정에 사용되는 제올라이트 분자체는 큰 평균 기공 사이즈를 갖고, 본 발명에 적합하다. 큰 기공 사이즈를 갖는 분자체는 10개가 넘는 원자 고리, 통상적으로 12원자 고리에 의해 형성된 유효직경이 0.7 nm보다 큰 개구를 갖는 큰 기공을 갖는다. 적절한 대형 기공 분자체로는 X형 제올라이트와 Y형 제올라이트와 같은 합성 제올라이트, 모데나이트 및 파우자사이트(faujasite)가 있다. 낮은 희토류 함량의 Y형 제올라이트가 바람직하다. 낮은 희토류 함량은 촉매의 제올라이트부에 대한 1.0 중량% 이하의 희토류 산화물을 나타낸다. 촉매 첨가제가 공정 중에 촉매 성분에 첨가될 수 있다. 경질 올레핀의 제조를 증가시키기 위해, 0.7 nm 이하의 개구를 갖는 MFI와 같은 중간 기공 크기의 분자체가 대형 기공 분자체와 혼합될 수 있다. 몇몇 케이스에서는, 라이저로의 공급물이 나프타 스트림과 같은 FCC 생성물 부분인 경우에 단지 중간 기공 크기의 분자체만이 사용될 수 있다.
라이저(20)는 4 내지 12, 바람직하게는 4 내지 10의 촉매 대 오일비로 작동할 수 있다. 라이저(20)로의 불활성 가스는 탄화수소 공급물의 1 내지 15 중량%, 바람직하게는 4 내지 12 중량%일 수 있다. 촉매와 접촉하기 전에, 탄화수소 공급물은 149 ℃ 내지 427 ℃(300 °F 내지 800 °F), 바람직하게는 204 ℃ 내지 288 ℃(400 °F 내지 550 °F) 범위의 온도를 가질 수 있다. 라이저(20)는 427 ℃ 내지 649 ℃(800 °F 내지 1200 °F), 바람직하게는 482 ℃ 내지 593 ℃(900 °F 내지 1100 °F)의 온도 범위에서 작동할 수 있다. 라이저(20) 내의 압력은 69 내지 241 kPa(게이지)(10 내지 35 psig), 바람직하게는 103 kPa(게이지)(15 psig)일 수 있다.
본 명세서에는 본 발명을 실시하기 위해 본 발명자에게 알려진 최상의 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예가 기술되어 있다. 제시된 실시예는 단지 예시적인 것으로 이해해야만 하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 받아들여서는 안 된다.
추가의 상술 없이도, 당업자라면 선행 설명을 이용하여 본 발명을 최대한으로 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 선행하는 바람직한 특정 실시예는 이에 따라 단지 예시적인 것으로 간주되며, 어떠한 방식으로든 본 개시의 나머지를 제한하는 것이 아니다.
앞에서는, 달리 나타내지 않는 한 모든 온도는 섭씨 단위로 기재되며, 모든 중량부 및 백분율은 중량을 기초로 한다.
전술한 설명으로부터, 당업자라면 본 발명의 필수적인 특징을 용이하게 습득할 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 본 발명을 다양한 용도 및 조건에 맞도록 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (10)

  1. 촉매 재생기로서,
    촉매 및 연소 가스용 유입구, 재생 촉매 유출구, 냉각기 촉매 유출구 및 연도 가스 유출구를 갖는 재생기 베셀;
    상기 재생기 베셀의 냉각기 촉매 유출구와 연통되는 고온 촉매 유입구를 갖는 촉매 냉각기로서, 가스 분배기, 배기구, 냉각기 촉매 유출구, 및 열교환 유체를 전달하기 위해 상기 촉매 냉각기에 있는 복수 개의 열교환 튜브를 갖는 촉매 냉각기; 및
    상기 배기구를 상기 재생기 베셀과 연통시키는 배기관
    을 포함하는 촉매 재생기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 냉각기에서 상기 고온 촉매 유입구와 상기 배기구 사이에 헤더부를 포함하는 촉매 재생기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열교환 튜브는 상기 헤더부 아래에 있는 것인 촉매 재생기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 재생기 베셀은 연소기 챔버 및 분리 챔버를 갖고, 상기 냉각기 촉매 유출구는 상기 분리 챔버에 마련되는 것인 촉매 재생기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배기관은 상기 분리 챔버로 연장되는 것인 촉매 재생기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 배기관은 상기 연소기 챔버로 연장되는 것인 촉매 재생기.
  7. 촉매를 재생하는 촉매 재생 방법으로서,
    재생기 베셀에서 촉매로부터 코크스를 연소시키는 단계;
    고온 촉매를 상기 재생기 베셀로부터 고온 촉매 유입구를 통해 촉매 냉각기로 이송하는 단계;
    상기 촉매 냉각기에서 상기 재생기 베셀로부터의 고온 촉매를 냉각하는 단계;
    상기 촉매 냉각기에서 공기를 이용하여 촉매를 유동화시키는 단계;
    상기 촉매 냉각기로부터 저온 촉매를 취출하는 단계; 및
    상기 저온 촉매 및 상기 고온 촉매 유입구와는 별도로, 공기를 상기 촉매 냉각기로부터 상기 재생기 베셀로 배기하는 단계
    를 포함하는 촉매 재생 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 재생기 베셀은 연소기 챔버 및 분리 챔버를 갖고, 상기 고온 촉매는 상기 고온 촉매 유입구로의 이송을 위해 상기 분리 챔버로부터 취출되고, 공기가 상기 분리 챔버로 배기되는 것인 촉매 재생 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 재생기 베셀은 연소기 챔버 및 분리 챔버를 구비하고, 상기 고온 촉매는 상기 고온 촉매 유입구로의 이송을 위해 상기 분리 챔버로부터 취출되고, 공기가 상기 연소기 챔버로 배기되는 것인 촉매 재생 방법.
  10. 제9항에 있어서, 배기된 상기 공기는, 상기 배기구로부터 배기된 후에 그리고 상기 연소기 챔버에 진입하기 이전에, 상방으로 지향된 다음, 하방으로 지향되는 것인 촉매 재생 방법.
KR1020137021233A 2011-02-28 2012-02-24 촉매 냉각기를 배기하기 위한 방법 및 장치 KR101473135B1 (ko)

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