KR20180063136A - 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치 - Google Patents

촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치 Download PDF

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Abstract

하부와 상부를 구비한 용기; 상기 용기의 하부에 위치된 복수의 공기 주입 확산기(diffusor); 상기 용기에 배치된 연료 가스 분배기 상에 위치되고, 복수의 공기 주입 확산기에서부터 상향 이격된 복수의 연료 가스 주입 확산기로서, 연료 가스 확산기를 통해 상기 용기에 주입된 연료 가스의 균등한 대량 분배(mass distribution)를 최대화하는 방식으로 상기 연료 가스 확산기가 놓이고, 각각의 연료 분배기가 복수의 연료 가스주입 확산기를 구비한 관을 포함하는, 상기 복수의 연료 가스 주입 확산기; 상기 용기에 배치되되 상기 북수의 공기 주입 확산기에서부터 상향 이격되고 상기 연료 가스분배기에서부터 하향 이격되어 균등한 공기 대량 분배를 최대화하는 하나 이상의 선택적 격자 조립체; 및 상기 용기에 배치되되 상기 연료 가스분배기에 상향 이격된 하나 이상의 격자 조립체를 포함하는, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치가 제공된다.

Description

촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치
본 발명은 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스연소기에 관한 것이다.
적어도 부분적으로는 촉매 표면에 코크스(coke)의 증착으로 인해 촉매 활성이 저감된 채로 촉매를 처리하는 기존의 촉매 재활성화(reactivation) 또는 재생 공정은, 일반적으로 그와 같은 촉매를 고온에서(예를 들어, 에탄올 탈수 촉매의 경우 적어도 450℃, 유동상 촉매 분해(cracking)(FCC) 촉매의 경우 적어도 650℃) 공기 또는 또 다른 산소 함유 기체와 접촉시킴으로써, 상기 코크스의 제거를 요구한다. 상기 기존의 촉매 재활성화(reactivation) 공정은 흡열 탈수소화 반응을 야기하기에 충분한 열을 제공하지 않는다. 따라서, 일부 공정에는 보충 연료가 반드시 추가되어야 한다. 상기 보충 연료는, 알루미나 또는 알루미나 실리카 지지체 상의 갈륨-백금 촉매, 즉 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 부텐 및 에틸벤젠의 촉매 탈수소화에 사용되는 촉매를 사용하는 촉매 탈수소화 공정의 촉매를 추가로 불활성화한다. 알칸 탈수소화, 특히 프로판 탈수소화(PDH)를 이행하는 기술자는 상기 흡열 반응을 야기하기에 충분한 열이 제공되지 않으면, 공정 경제성에 의해 상기 반응을 야기하기 위한 추가적인 열원의 추가가 지시될 정도로 알켄 생산이 감소함을 이해할 것이다.
재생 공정 동안, 상기 탈수소화 활성은 외부 연료원의 연소로 인해 손상된다. 연료의 불균등한 분배로 인한 촉매의 불활성화 불활성화 가능성을 최소화하기 위해서만이 아니라 촉매 상에서 상기 외부 연료원의 최대 연소를 달성하기 위해서도 연료원의 분배가 아주 중요하다.
한 가지 제약은 분배기 관 그자체는 높은 비율의 연소기 개방 영역을 차단할 수 없고, 또는 그와 같은 수준에서는 연소기가 넘칠 것이며, 또는 촉매가 역혼합 및 밀도 있는 유동층을 형성할 수 없을 것이라는 점이다. 예를 들어, 현재 사용가능한 한 가지 설계에서, 분배기 관은 상기 개방 영역의 약 26%를 차단한다. 이와 같은 수준에서 연소기의 기본(base) 겉보기 속도는 3.5 내지 4 ft/s이다. 차단되면, 실제 속도는, 상기 촉매가 아래로 흐를 수 없는 속도인 최대 8.0 ft/s의 이하인 4.7 내지 5.4 ft/s일 것이다.
연료는 680-800℃에서, 바람직하게는 700-770℃에서 작동되는 유동층(bed) 내 분배기 파이프를 가로지를 때 가열되게 하는 주변 온도로 종종 주입된다. 연료가 가열되면서, 소정의 파이프 분배기를 가로지르면서, 가스 밀도는 감소되고, 이것은 분배 불량(maldistribution)으로 이어진다. 상기 파이프의 제1 부분은 가스가 상기 용기에 가장 길게 있게 하는 파이프의 일부보다 더 많은 양의 연료를 방출할 것이다. 따라서, 분배불량이 발생한다. 상기 분배불량으로 인해 상기 연소기의 일부분들이 화학양론적으로 근처의 공기보다 더 많은 연료를 가질 수 있는데, 이것은 상기 연료가 연소 이전에 추가적인 공기 및/또는 촉매와 혼합되어야 함을 의미한다. 고온에서 상기 연료와 상기 촉매의 접촉은 바람직하지 않은 촉매 불활성화을 초래한다.
일 구현예에서, 본 발명은 하부와 상부를 구비한 용기; 상기 용기의 하부에 위치한 다수의 공기 주입 확산기(diffusor); 시작을 위한 선택적 연료오일 분배기; 상기 용기에 배치된 연료 가스 분배기 상에 위치하고 다수의 공기 주입 확산기에서 상향 이격되되, 연료 가스 확산기를 통해 상기 용기에 주입된 연료 가스의 균등한 대량 분배(mass distribution)를 최대화하는 방식으로 상기 연료 가스 확산기가 놓인 다수의 연료 가스 주입 확산기; 상기 용기에 배치되되, 다수의 공기 주입 확산기에 상향 이격되고 상기 연료 가스 분배기에 하향 이격되어, 균등한 공기 대량 분배를 최대화하는 하나 이상의 선택적 격자 조립체; 및 상기 용기에 배치되되, 상기 연료 가스분배기에 상향 이격된 하나 이상의 격자 조립체를 포함하는 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치를 제공한다.
본 발명을 묘사하기 위해, 예시적 형태가 도면에 표시되는데, 본 발명이 표시된 정확한 배열 및 수단에 국한되지 않음이 이해되어야 한다.
도1은 본 발명에 따른 촉매 재활성화에 사용되는 용기의 절단 정면도이고;
도2는 연료 가스 분배기의 제1 구현예의 평면도 중 하나이고;
도3은 강화된 관(tube)의 제1 실시예의 단면도이고;
도4는 연료 가스분배기의 제2 구현예의 평면도이고;
도5는 상기 연료 가스 분배기와 공기 가스 분배기를 묘사하는, 상기 용기의 밑바닥의 단면 정면 요약도이고; 그리고
도6은 하나의 관과 연료 가스 주입 분배기의 제2 구현예의 단면 요약도이다.
도1과 관련하여, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치로 사용되는 용기(1) 구현예의 절단 정면도가 표시된다. 용기(1)는 일반적으로 원통형인 하부(2)와 원추대 형태의 상부(3)를 포함한다. 원추대(3)와, 상기 원추대(3)와 하부(2)의 교차지점에 그린 가상의 내부 수평 선 사이의 각도 범위는 10 내지 80도 일 수 있다. 10 내지 80도 사이의 모든 개별값과 하위범위가 본원에 포함 및 개시되는데; 예를 들어 관(tubular) 구성요소와 원추대 구성요소 사이의 각의 범위는 하위 범위 10, 40 또는 60도 내지 상위 한도 30, 50, 70 또는 80도일 수 있다. 예를 들어, 상기 각은 10 내지 80도일 수 있고, 또는 대안적으로 30 내지 60도일 수 있고, 또는 대안적으로 10 내지 50도일 수 있고, 또는 대안적으로 40 내지 80도일 수 있다. 이와 더불어, 선택적 구현예에서, 상기 각은 연속적으로 또는 불연속적으로, 상기 원추대의 높이에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 용기(1)는 내부에 내화물(refractory material)이 도포되어 있을 수도 그렇지 않을 수도 있다.
소비된 또는 부분적으로 불활성화된 촉매가 하향유로(downcomer)(4)를 통해 상기 용기(1)에 유입된다. 대안적 구성으로, 상기 소비된 또는 부분적으로 불활성화된 촉매는 측면 유입구 또는 바닥 공급부(bottom feed)에서 용기(1)로 유입되어,상기 공기 분배기를 통해 상향이동될 수 있다. 사용된 촉매는 스플래쉬 방지판(splash guard)(5)에 영향을 주어, 그것에 의해 분배된다. 상기 용기(1)는 추가로 상기 스플래쉬 방지판(5)의 높이에 또는 그보다 약간 아래에 위치하는 공기 분배기(6)를 포함한다. 상기 공기 분배기(6)와 하향유로(4)의 배출구(7) 위에 격자판(8)이 있다. 상기 격자판(8) 위에 다수의 연료 가스 분배기(9)가 있다. 하나 이상의 추가적인 격자판(10)이 상기 용기 내 상기 연료 가스분배기(9) 위에 배치될 수 있다.
제1 구현예에서, 상기 연료 가스 분배기(9)가 상기 용기(1)에 진입되어 실질적으로 상기 용기(1)의 코드부(chord)를 가로지른다. 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이, 각각의 연료 가스 분배기(9)는 연료 유입구 단부(11)와 말단 단부(12)를 구비한 관(30)을 포함한다. 이제 도3과 관련하여, 각 관(30)은 상기 관(30)의 길이의 적어도 일부를 따라 이어지는 적어도 하나의 강화 요소(20)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 강화 요소(들)(20)은 관(30)에 강도를 추가하는 것이면 어떤 형태나 어떤 물질이든 될 수 있는데, 여기에는 예를 들어 사각형 막대(도3 참조) 및 둥근 막대가 포함된다. 각각의 연료 가스 분배기(9)는 다수의 연료 가스주입 확산기(13)를 추가로 포함한다. 상기 연료 가스 주입 확산기(13)는 상기 연료 가스가 허용가능한 속도, 일반적으로 초당 50-300 피트로 상기 관(30)을 빠져나가서 용기(1)의 내부 공간으로 유입되게 한다. 각각의 연료 가스 주입 확산기(13)의 시작 부분에 있는 작은 구멍(14)은 압력 감소를 일으키고, 유동층으로의 상기 연료 가스의 좀 더 균등한 분배를 보장한다. 도2에 나타난 바와 같이, 이웃한 연료 가스 분배기(9)의 연료 유입구 단부(11)는 상기 용기(1)의 대향측에 위치한다. 이와 같이 교차하는 연료 유입구 단부(11)는 가열현상으로 인해 상기 용기(1)의 연료 가스 확산기(9)를 통해 주입된 연료 가스의 균등한 대량 분배를 최대화하는 한 가지 방법을 제공한다. 대안적으로, 균등한 연료 대량 분배의 최대화는, 도2에서 9a 및 9b로 표시되는 연료 가스 분배기에 의해 나타난 바와 같이, 상기 용기의 대향측에서 진입되는 코드부의 일부분만으로 연장되는 두 개 관의 세트들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 상기 연료의 균등한 대량 분배를 최대화하는 또 다른 방법은 각각의 관(30)의 단말 단부(12)를 향해 더 많은 수의 연료 가스주입 확산기(13)로 연료 가스 주입 확산기(13)의 구배 분배를 사용하는 것이다. 그 밖의 또 다른 방법은 상기 연료 가스 주입 확산기(13)와, 각 관(30)의 단말 단부(12)를 향한 작은 구멍들(14)의 크기를 키우는 것이다. 연료 가스 주입 구성의 다른 유형들이, 예컨대 도4에 나타난 바와 같이, 주 연료 가스 스트림이 용기(1)의 측면, 상부 또는 밑면에서 유입되어 다수의 관(30)에 공급되도록 하는 하나 이상의 헤더(15)에서 공급받는 파이프 분배기가 사용될 수 있는데, 각 관(30)은 다수의 연료 가스 주입 확산기(13)을 구비한다. 도4의 관(10)의 유입구 단부(11)는 헤더(15)에 결합되고, 상기 단말 단부(12)는 상기 용기의 벽에 가장 가까운 곳에 위치한다. 상기 연료 가스는, 바람직한 구현에는 단일 높이에서 상기 연료 가스를 공급하는 것이지만, 상기 용기(1) 내부에서 서로 다른 고도에서 공급될 수도 있다.
메탄과 같은 탄화수소 원료는 이와 같은 균열에서 코크스가 되기 시작하여 상기 파이프에서 상기 확산기를 강제로 멀어지게 할 수 있다. 상기 확산기는 파이프를 통해 또는 상기 탄화수소가 유입될 수 있는 내부 균열을 방지할 수 있는 방식으로 드릴로 뚫은 작은 구멍이 있는 파이프의 외부에 용접접합될 수 있다. 도6은 상기 관과 연료 가스주입 확산기의 또 다른 구현예를 묘사한다. 도6에 나타난 바와 같이, 관(30)과 단일 연료 가스 주입 확산기(39)가 둘 다 단면에 나타난다. 도6에 나타난 바와 같이, 강화 요소 또는 내화재는 존재하지 않는다. 연료 가스 주입 확산기(39)는 관(30)에 부착된 덮개(shroud)(41)와 관(30)의 외벽을 통과하며 덮개(41)의 내부 통로(45)와 연통하는 구경(bore)(43)을 포함한다. 덮개(41)는 상기 관(30)의 내부와 상기 연료 가스주입 확산기(39) 사이에 노출된 균열을 허용하지 않도록 관(30)에 부착된다. 도6에 나타난 바와 같이, 이와 같은 부착은 관(30)의 외면과의 연접 지점에 덮개(41)의 외면 주면으로 연장된 용접부위(47)에 의해 달성된다.
연료 가스의 균등한 대량 분배를 최대화하는 대안적 방법들은, 미국 특허 제 8,894,940호(상기 출원의 개시는 참고로 본원에 편입됨)의 도2의 원료 분배기의 구성과 같은 대안적 구성을 사용하여 달성될 수 있다.
상기 연료 가스는 메탄, 천연가스, 에탄, 프로판, 수소 또는 연소 시 에너지값을 포함하는 모든 가스이다.
용기(1)는 추가로 공간(49)과 연통하는 산소 함유 가스 유입구(33), 보충 연료 유입구, 소비 촉매 유입구(35), 재생 재활용 촉매 유입구, 및 용기 배출구(37)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 구성성분을 포함할 수 있다.
상기 개시는, 하나 이상의 강화된 관이 적어도 부분적으로 내화물(refractory material)로 덮혀 상기 유동층에서 기체성 연료로의 열 전달을 최소화한다는 점을 제외하고, 본원에 개시된 구현예에 따른 연료 주입을 위한 장치를 추가로 제공한다. 도3에 나타난 구현예와 관련하여, 상기 관(30)은 두 가지 강화 요소(11)를 구비한다. 각각의 강화 요소(11)들 사이에, 상기 관(30)은 선택적인 내화물(16)로 도포된다. 이와 마찬가지로, 상기 내화물(16)은 상기 연료 가스주입 확산기(13)와 강화 요소들(11) 사이에 위치될 수 있다. 어떠한 적절한 내화물과 앵커링(anchoring)도 사용될 수 있는데, 여기에는 예를 들어 RESCOCAST AA22S, RESCOCAST 7, 8 및 9, 및 R-MAX MP(이들 모두 Resco Products, Inc.(Pittsburgh, PA, USA)에서 구매하여 사용할 수 있음), ACTCHEM 85(ARTech Inc.에서 구매 후 사용 가능)가 포함된다. 일반적으로, 고온 도포의 경우, 당해기술에 알려진 바와 같이, 6각형 그물망 또는 파이프 탭과 같은 특정 앵커 시스템(specialized anchor system)에서 내화물의 내벽 1/2" 내지 1"의 박막층이 사용될 수 있다.
상기 연료 가스 분배기(9) 아래에 격자 조립체(8)가 있다. 격자 조립체(8)는 균등한 공기 대량 분배를 최대화하는 데 일조한다. 상기 격자 조립체(8 및 10)는 어떤 구현예에서 미국 특허 출원 제14/755,008호(2015년 6월 30일 출원) 및 미국 특허 출원 제14/751,424호(2015년 6월 26일 출원)에 개시된 형태들(상기 출원의 개시내용은 본원에 참조로 편입됨)을 가질 수 있다.
하향유로(4)의 배출구(7)는 상기 연료 가스 분배기(9)와 상기 격자 조립체(8) 아래에 위치하고 상기 격자 조립체(8)와 공기 분배기(6) 사이의 공간으로 이동한다.
공기 분배기(6)는 다수의 공기 주입 확산기(16)를 포함한다. 상기 공기 주입 확산기(16)들 사이에, 선택적 내화물이 사용될 수 있다. 특정 구현예에서, 3 내지 7인치의 내화물, 예컨대 RESCOCAST 8이 사용되어 상기 공기 주입 확산기(16)의 온도를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 공기 주입 확산기에 유입되는 공기는, 격자체(8)의 온도가 약 750℃일 때, 635℃일 수 있다. 이와 같은 경우에, 상기 공기 주입 확산기의 온도는 약 640℃일 것이다.
상기 공기 주입 확산기(16)은 평평한 격자판과 보호용 덮개(skirt) 상에, 접시형 격자판 및 보호용 덮개 상에, 또는 파이프 격자 분배기 상에 위치될 수 있다. 상기 공기 분배기(6)는, 어떤 구현예에서, 상기 분배기의 밑바닥 부분에서 더 얇은 금속 테두리를 가질 수 있다.
도5는 상기 공기 주입 확산기(16)를 지지하기 위한 격자판과 보호용 덮개 옵션을 보여준다. 도5에 나타난 바와 같이, 보호용 덮개(17)는 상기 공기 분배기(6)에서 하향 연장된다. 특정 구현예에서, 상기 공기 분배기(6)에서 하향 연장되는 상기 보호용 덮개(17)의 길이의 범위는 3 내지 7 피트일 수 있다. 특이적 구현예에서, 상기 보호용 덮개(17)는 공기 분배기(6)에서 연장되는 길이가 6 내지 18인치에 달하는 것에 비해 두께는 0.75 내지 3인치일 수 있고, 상기 보호용 덮개의 길이 아래로 가면서 0.25 내지 0.625 인치로 좁아진다. 이와 같이 보호용 덮개의 두께가 점점 가늘어짐에 따라 열응력과 압력응력에 대한 저항성을 위해 그리고 상기 보호용 덮개의 하부에 더 큰 보호용 덮개 가요성(flexibility)을 위해 상기 공기 분배기(6) 근처에 더 큰 보호용 덮개 강도가 제공된다.
대안적인 구현예에서, 상기 공기 분배기(6)는 상기 연료 가스 분배기와 관련하여 앞서 논의된 구성을 가질 수 있다. 즉, 상기 공기 분배기는 용기(1)의 측면으로 진입되는 다수의 관들을 포함할 수도 있고, 또는 헤더를 통해 공급받을 수도 있다.
하향유로(4)의 배출구(7)에서 배출되는 소비된 촉매는 스플래쉬 방지판(5)에 영향을 미치고 이것에 의해 분배된다. 일부 구현예에서, 스플래쉬 방지판(5)은 적어도 부분적으로 내화물로, 예를 들어 0.5 내지 1 인치 두께의 6각형 그물망 내화물에 의해, 덮혀 있을 수 있다.
상기 개시는, 각각의 강화된 관이 상기 연소기의 단면적 제곱미터당 확산기 5 내지 100개의 밀도로 두 줄의 연료 가스 확산기를 포함한다는 점을 제외하고, 본원에 개시된 모든 구현예에 따른 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치를 추가로 제공하되, 상기 두 줄은 서로 이격되어 대략 90도에서 45도 하향 경사진다. 제곱미터당 확산기 5 내지 100개의 모든 개별값과 하위 범위가 본원에 포함 및 개시된다; 예를 들어, 연료 가스 확산기의 밀도는 그 범위가 제곱미터당 확산기 하위 한도 5, 10 또는 15개 내지 상위 한도 100, 90 또는 80개이다. 예를 들어, 연료 가스 확산기의 밀도는 그 범위가 제곱미터당 확산기 5 내지 100개, 또는 대안적으로, 제곱미터당 확산기 10 내지 80개, 또는 대안적으로 제곱미터당 확산기 15 내지 70개일 수 있다.
상기 개시는, 상기 공기 분배기가 파이프 분배기, 접시형 판 또는 평편한 판 격자 분배기이고 공기 확산기 밀도가 제곱미터당 공기 확산기 5 내지 100개라는 점을 제외하고, 본원에 개시된 모든 구현예에 따른 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치를 제공한다. 제곱미터당 공기 확산기 5 내지 100개의 모든 개별값과 하위 범위가 본원에 포함 및 개시된다; 예를 들어, 공기 확산기의 밀도의 범위는 제곱미터당 확산기 하위한도 5, 10 또는 15개 내지 제곱미터당 공기 확산기 상위 한도 100, 90 내지 80개일 수 있다. 예를 들어, 상기 공기 확산기 밀도의 범위는 제곱미터당 공기 확산기 5 내지 100개일 수 있고, 또는 대안적으로, 제곱미터당 확산기 10 내지 90개, 또는 대안적으로, 제곱미터당 확산기 20 내지 80개일 수 있다.
상기 개시는, 상기 공기 분배기가 연료 가스 연소를 위해 필요한 산소의 화학양론적 양의 110%보다 많은 양을 제공하기에 충분한 공기를 공급한다는 점을 제외하고, 본원에 개시된 모든 구현예에 따른 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치를 추가로 제공한다. 110%보다 많은 양의 모든 개별 값과 하위범위가 본원에 포함 및 개시된다. 예를 들어, 상기 공기 분배기는 연료 가스 연소를 위해 필요한 산소의 화학양론적 양의 125%보다 많은 양, 또는 대안적으로 135%보다 많은 양, 또는 대안적으로 150%보다 많은 양, 또는 대안적으로 165%보다 많은 양을 제공하기에 충분한 공기를 제공할 수 있다.
본 개시는, 상기 공기 분배기가 연료 가스 및 코크스 연소를 위해 필요한 산소의 화학양론적 양의 105%보다 많은 양을 제공하기에 충분한 공기를 공급한다는 점을 제외하고, 본원에 개시된 모든 구현예에 따른 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치를 제공한다. 105%보다 많은 양의 모든 개별값과 하위범위가 본원에 포함 및 개시된다. 예를 들어, 상기 공기 분배기는 연료 가스 및 코크스 연소를 위해 필요한 산소의 화학양론적 양의 125%보다 많은 양, 또는 대안적으로 135%보다 많은 양, 또는 대안적으로 150%보다 많은 양, 또는 대안적으로 165%보다 많은 양을 제공하기에 충분한 공기를 공급할 수 있다.
상기 개시는, 상기 격자 조립체 부분이 개구부를 통과하는 가스 속도가 초당 8 피트 미만으로, 30% 내지 98%의 개방 영역을 갖는 개방 영역 차단 수단을 포함한다는 점을 제외하고, 본원에 개시된 모든 구현예에 따른 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치를 추가로 제공한다. 30 내지 98%의 모든 개별 값 및 하위범위가 본원에 포함 및 개시된다; 예를 들어, 상기 개방 영역의 범위는 하위 한도 30, 40, 50, 60, 70 또는 80 % 내지 상위 한도 50, 60, 70, 80, 90 또는 98%일 수 있다. 예를 들어, 상기 개방 영역의 범위는 30 내지 98%, 또는 대안적으로, 30 내지 75%, 또는 대안적으로, 75 내지 98%, 또는 대안적으로, 65 내지 95%일 수 있다. 이와 같은 수단에는, 예를 들어, 채움제(packing), V자형 차단체(chevrons) 및 지하철 환풍구형 쇠창살뿐만 아니라 미국 특허 출원 제14/755,008호(2015년 6월 30일 출원) 및 미국 특허 출원 제14/751,424호(2015년 6월 26일 출원)(상기의 개시내용은 본원에 참조로 편입됨)에 개시된 모든 수단이 포함된다.
탈수소화 공정에서 유동성 연료 가스 연소기 장치에서, 부분적으로 불활성화된, 또는 소비된 촉매는 적어도 660℃, 그러나 850℃ 이하, 바람직하게는 700 내지 770℃, 그리고 좀 더 바람직하게는 720 내지 750℃의 온도로 가열된다. 거기에다, 상기 탈수소화 반응기의 경우, 재생 영역의 일부로 기능하고 상기 보충 연료 및 코크스가 연소되어(즉, 산소-함유 가스로 산화됨) H2O 및 CO2를 형성하는 연소기가 빠른 유동성, 난류 또는 기포형성(bubbling) 유동층(bed)으로 작동하는 하위 부분 및 라이저(riser)로 작동하는 상위 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해 상기 연소기는 평균 촉매 및 가스가 함께 상향 이동하면서 작동할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 상기 기포를 터트리고 연료, 공기 및 촉매의 혼합을 촉진하는 데 내부 구조물이 매우 중요하다. 이와 달리 평균 촉매는 하향 이동하고 평균 가스는 상향 이동하도록 설계된 또 다른 가능한 구성은 빠른 유동성, 난류 또는 기포형성(bubbling) 유동층을 포함한다. 구성과 관계 없이, 재생기의 연소를 위한 열은 증착된 코스크의 연소(즉, 코크스 자체가 산화 반응의 결과로 열을 제공)와 상기 반응기에서 반응을 유발하기에 충분한 코크스를 생산하지 못하는 공정을 위한 보충 연료의 연소의 조합에서 유래된다. 본원에 사용되는 용어 "보충"은 코크스 자체를 제외한 연료를 의미한다.
상기 유동성 연료 가스 연소기 장치의 WHSV의 범위는 편리하게 상기 연소기에서 촉매 1파운드당 시간당(h), 공기+연료 원료 약 0.1 내지 약 100 파운드(lb)(lb feed/h/lb 촉매)일 수 있다. 예를 들어, 연소기가 빠른 유동성 또는 난류 반응기로 작동하는 하부와 라이저(riser) 반응기로 작동하는 상부를 포함할 경우, 겉보기 가스 속도의 범위는, 연소기의 하부에서, 초당 약 1 피트(ft/s, 초당 약 0.3미터(m/s)) 내지 약 80　ft/s(약 24.38 m/s), 바람직하게는 약 2 ft/s(약 0.61 m/s) 내지 10 ft/s(약 3.05 m/s)일 수 있고, 상기 연소기의 상부에서 20 ft/s (약 6.09 m/s) 내지 약 70 ft/s(약 21.31 m/s)일 수 있다. 대안적인 그러나 덜 바람직한 구현예에서, 온전히 라이저 유형인 연소기 구성은 고속의 단일 겉보기 가스 속도가, 일부 구현예의 경우, 예를 들어, 내내 적어도 30 ft/s(약 9.15 m/s)로 작동할 수 있다.
본원에서 앞서 기술된 2부(two-part) 연소기에서와 같은 구현예에서는, 촉매 흐름(flux)은 바람직하게는 연소기의 하부에서 제곱피트-초당 약 1파운드(lb/ft2-s)(4.89 kg/m2-s) 내지 약 20　lb/ft2-s (97.7 kg/m2-s)이고, 상기 연소기의 상부에서는 약 10 lb/ft2-s(48.9 kg/m2-s) 내지 약 200 lb/ft2-s (489 kg/m2-s)임이 알려져 있다. 다우너 연소기에서, 약 200 lb/ft2-s 보다 빠른 촉매 흐름이 활용될 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않다. 당해기술의 숙련가는 WHSV와, 촉매 원료 대 공기/보충 연료 원료의 비율을 기준으로 촉매 흐름(flux)을 적절히 조절할 수 있을 것이다.
유동성 연료 가스 연소기 장치의 압력의 범위는 15 내지 70 psia이다. 15 내지 70 psia의 모든 개별값과 하위 범위가 본원에 포함 및 개시된다. 예를 들어, 상기 유동성 연료 가스 연소기 장치의 압력의 범위는 15 내지 70 psia, 또는 대안적으로, 15 내지 45 psia, 또는 대안적으로 25 내지 40 psia, 또는 대안적으로, 35 내지 70 psia일 수 있다.
본 발명은 본원의 목적 및 본질적인 속성에서 벗어나지 않는 한 다른 형태로 구현될 수 있고, 이에 따라 본 발명의 범위를 나타낼 때, 상기 명세서보다 첨부된 청구항을 참조해야 한다.

Claims (18)

  1. 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치(fluidized fuelgas combustor system)로서,
    하부와 상부를 구비한 용기;
    상기 용기의 상기 하부에 위치된 복수의 공기 주입 확산기(air injection diffusor);
    기동을 위한 선택적 연료오일 분배기;
    상기 용기에 배치된 연료 가스 분배기 상에 위치되고 복수의 공기 주입 확산기에서부터 상향 이격된 복수의 연료 가스 주입 확산기로서되, 연료 가스 확산기를 통해 상기 용기에 주입된 연료 가스의 균등한 대량 분배(mass distribution)를 최대화하는 방식으로 상기 연료 가스 확산기가 놓인, 상기 북수의 연료 가스 주입 확산기;
    상기 용기에 배치되되, 상기 복수의 공기 주입 확산기에서부터 상향 이격되고 상기 연료 가스 분배기에서부터 하향 이격되어, 균등한 공기 대량 분배를 최대화하는 하나 이상의 선택적 격자 조립체; 및
    상기 용기에 배치되되, 상기 연료 가스분배기에 상향 이격된 하나 이상의 격자 조립체를 포함하는
    촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 각각의 연료 분배기가, 복수의 연료 가스주입 확산기, 연료 유입구 단부 및 말단 단부를 구비한 관(tube)을 포함하는, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 각각의 관이 하나의 관과, 실질적으로 상기 관의 길이에 부착된 적어도 하나의 요소(element)를 포함하는, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 각각의 관이 상기 용기의 코드부(chord)로 연장되고, 이웃한 강화 관의 유입구 말단이 상기 용기의 대향 측면에 위치되는, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 각각의 관이 상기 용기의 코드부의 대략 절반으로 연장되는, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 관들 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 내화물(refractory material)로 덮힌, 유동성 연료 가스 연소기.
  7. 청구항 1에 있어서, 각각의 관이 1제곱미터당 5 내지 100개 지점의 밀도로 두 줄의 연료 노즐들을 포함하되, 상기 두 줄은 서로 이격되어 대략 90도에서 45도로 하향경사진, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 공기 분배기가 제곱미터당 5 내지 100개 지점의 확산기 밀도를 갖는 파이프 분배기 또는 접시형 또는 판형 격자무늬 분배기인, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 공기 분배기가, 연료 가스 연소를 위해 110% 초과의 화학량론적 요구량(stoichiometric required amount)의 산소를 제공하기에 충분한 공기를 공급하는, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 격자 조립체 부분은, 가스가 개구부를 초당 8피트 미만의 속도로 통과할 때, 30% 내지 98%의 개방 영역을 갖는, 지하철 환풍구형 쇠창살(subway grating), V자형 차단체(chevrons) 또는 개방 영역을 차단하기 위한 기타 수단을 포함하는, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 연료 오일 분배기가 분무식(atomizing) 분배기인, 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 연소기가 상기 660℃ 이상의 온도에서 작동되는, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 연소기가 빠른 유동성, 난류, 또는 기포형성(bubbling)을 포함하고, 작동 시 평균 촉매가 상향 유동하는,, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 연소기는, 상기 연소기 내 약 0.1 내지 약 100 lb의 공기+연료 공급물/시간(h)/1파운드의 촉매(공급물 lb/h/촉매 lb)인 WHSV에서 작동되는, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 연소기가 빠른 유동성 또는 난류 반응기로서 작동하는 하부와 라이저(riser) 반응기로서 작동하는 상부를 포함하는, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 겉보기 가스 속도가 상기 연소기의 하부에서 2 ft/s(0.61 m/s) 내지 10 ft/s(3.05 m/s)이고, 상기 연소기의 상부에서 20 ft/s(6.09 m/s) 내지 70 ft/s(21.31 m/s)인, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 촉매 유량(flux)이 상기 연소기의 하부에서 제곱피트-초당 1 파운드(lb/ft2-s)(4.89 kg/m2-s) 내지 20　lb/ft2-s(97.7 kg/m2-s)이고 상기 연소기의 상부에서 10 lb/ft2-s(48.9 kg/m2-s) 내지 200 lb/ft2 -s(489 kg/m2-s)인, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 연소기의 압력이 15 내지 70 psia인, 촉매 탈수소화 공정을 위한 유동성 연료 가스 연소기 장치.
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