KR20190112066A - 라이저 분리 시스템 - Google Patents

라이저 분리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190112066A
KR20190112066A KR1020197025071A KR20197025071A KR20190112066A KR 20190112066 A KR20190112066 A KR 20190112066A KR 1020197025071 A KR1020197025071 A KR 1020197025071A KR 20197025071 A KR20197025071 A KR 20197025071A KR 20190112066 A KR20190112066 A KR 20190112066A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
outlet
riser reactor
separation chamber
central riser
Prior art date
Application number
KR1020197025071A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102526140B1 (ko
Inventor
폴 마첸트
라즈 칸와르 싱
Original Assignee
테크닙 프로세스 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 테크닙 프로세스 테크놀로지 인코포레이티드 filed Critical 테크닙 프로세스 테크놀로지 인코포레이티드
Publication of KR20190112066A publication Critical patent/KR20190112066A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102526140B1 publication Critical patent/KR102526140B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/06—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by reversal of direction of flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/08—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by impingement against baffle separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0065—Separating solid material from the gas/liquid stream by impingement against stationary members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1872—Details of the fluidised bed reactor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well

Abstract

본 개시는 탄화수소 원료를 입자 스트림을 이용하여 분해하기 위해 사용되는 장치로부터 유입되는 입자 스트림에서 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치 및 콤팩트한 라이저 분리 시스템에 관한 것이다. 상기 장치는 개선된 가스 고체 분리 효율을 제공하고, 탄화수소 수용 능력을 최대화하고, 분리 시스템에서의 체류 시간을 최소화하여 라이저 이후 바람직하지 않은 분해 반응을 최소화 한다.

Description

라이저 분리 시스템
본원에 개시된 실시 예는 유동 접촉 분해(Fluid Catalystic Cracking, FCC) 공정과 같은 고속, 희석상 리프트 라인(또는 라이저 반응기)을 이용한 임의의 증기-미립자 작업과 관련이 있다. 이러한 공정에서 라이저 반응기 유출구에서 반응 종단장치(Reaction Termination Device, RTD)를 통해 촉매 및 증기 상을 분리하기 위한 개선된 장치가 필요하다. 증기-고체 분리뿐만 아니라, RTD는 바람직하지 않은 라이저 반응기 후 반응을 방지하기 위해 분리된 증기의 체류 시간을 최소화하는 방법을 제공해야 한다. 본 장치에서 증기-촉매 혼합물은 가스 고체 분리를 촉진하는 부드러운 흐름 프로파일을 제공하는 일련의 독특한 윤곽 및 챔버를 통해 라우팅된다. 분리 장치는 또한 증기의 봉쇄를 극대화하고, 매우 컴팩트한 디자인을 가지므로 시스템 내에서 증기 체류 시간이 줄인다. 또한, 이러한 시스템에서 발생할 수 있는 흐름의 고유한 불균형을 해결하는 설계가 바람직하며, 이는 분리된 촉매가 재-비말 동반(re-entrainment)하게 되는 것을 최소화하는 새로운 촉매 분리 챔버 설계에 의해 달성된다.
FCC 공정은, 저가치 고비등점 범위의 석유 유분(fractions)을 고가치 저비등점 생성물, 특히 가솔린, 프로필렌, 및 기타 가벼운 올레핀으로 변환하기 위한 공정으로 석유 정제 산업에서 잘 확립된 공정이다.
FCC 공정에서, 미세하게 분할된 고체 촉매 입자는 반응을 위한 열과 촉매 활성을 모두 제공함으로써 분해 반응을 촉진한다. 촉매의 미세하게 분할된 형태는 유체처럼 행동하도록 만들어질 수 있으며(따라서, 유동 접촉 분해(Fluid Catalystic Cracking)이라 칭함), 분해 구역(라이저 반응기) 및 별도의 재생 구역 사이의 폐사이클(closed cycle)에서 흐른다.
FCC 유닛의 반응 구역은, 촉매와 반응 생성물의 빠른 분리를 위해 일반적으로 라이저 반응기와 RTD라는 두 부분으로 구성된다. RTD 시스템은 일반적으로 기계적인 이유로 반응기 용기에 수용되며, 이 용기는 또한 공정의 작동에 중요한 다른 장치를 포함한다. 일단 촉매로부터 분리되면, 반응 생성물은 용기로부터 멀리 라우팅되어 담금질 되고(quenched) 원하는 유분으로 분리된다.
고온의 촉매는 라이저 반응기에서 액체 오일 원료(feed)와 접촉하여 이를 기화시키고 원하는 기체상 분해 반응이 진행되게 하여, 촉매에 침전되는 고체 코크스 뿐만 아니라 다양한 증기상 탄화수소 생성물이 형성되게 한다. 라이저 반응기의 끝에서, 탄화수소 증기의 과다 분해를 피하기 위한 반응 시간 제어를 위해 탄화수소 생성물로부터 촉매를 신속히 분리하는 것이 바람직하다. 이 구역은 증기 및 고체 촉매의 친밀한 혼합을 보장하도록 설계되었기 때문에, 탄화수소 변환 시간을 라이저 반응기 내로 제한하는 것은 바람직하다. 혼합물이 라이저 반응기를 떠나면, 봉쇄/분리 용기에서 덜 친밀한 접촉이 발생할 수 있으며 바람직하지 않은 열 분해 반응이 발생하여 고가치 생성물의 손실 및 저가치 부산물의 생성으로 이어질 수 있다. RTD 내에 탄화수소 증기를 담아두고 이를 가능한 한 직접 시스템 밖으로 라우팅함으로써 열에 의한 열화를 초래하는 고온 체류의 시간을 최소화한다. 또한, 촉매 분해 반응을 종료하기 위해 촉매로부터 탄화수소 증기를 신속하고 완전하게 분리하는 것이 바람직하다. 매우 높은 촉매 회수율을 달성하기 위해 두 단계의 증기-촉매 분리가 필요하다: RTD가 일차 분리 단계로 여겨지며, 이차 분리 단계는 다중 고효율 사이클론으로 구성된다. 일차 분리 동안, 탄화수소 증기는 촉매의 대다수로부터 분리되고 이차 분리 단계에 직접 연결된 챔버를 통해 RTD를 떠난다. 분리된 촉매는 일차 분리기의 하부 끝에 있는 하강관(dipleg)으로 알려진 다른 챔버를 흘러 내려서 스트리핑 베드(stripping bed) 내에 도달한다. 촉매가 하강관 아래로 흘러 내리며 탄화수소 증기와 비말 동반한다. 촉매와 비말 동반된 탄화수소는 RTD를 떠나 스트리핑 구역으로 흘러들어와 더 분리된다. 촉매가 스트리핑 구역을 통과함에 따라 입자 사이와 내부의 탄화수소 증기는 반대 방향으로 흐르는 스트리핑 수증기에 의해 제거된다. 탄화수소 증기가 없지만 고체 탄화수소 코크스로 오염된 촉매는 스트리핑 구역을 떠나 재생 구역으로 들어간다.
일차 분리는 라이저 반응기의 유출구에 위치하는 반응 종단장치(Reaction Termination Device, RTD) 또는 라이저 종단장치(Riser Termination Device, RTD)로 당업자에게 알려진 장치에 의해 수행된다. 이 경우 일차 분리기는 라이저 분리 시스템(Riser Separation System, RSS or RS2)으로 알려져 있으며, 일반적으로 사이클론으로 구성된 두 번째 분리 단계가 그 뒤를 따른다.
일차 가스 촉매 분리 후, 촉매는 RTD 아래의 스트리퍼 베드(stripper bed)로 흘러내리며, 스트리핑 가스와 역류하는 방향으로 접촉하여 촉매와 비말 동반하는 나머지 휘발성 탄화수소가 제거된다. 탄화수소를 벗겨낸 촉매는, 고체 코크스 침전물을 함유하며 통상 소비된 촉매라고 부르는데, 이 소비된 촉매는 촉매 재생 구역으로 전달되어 함유된 코크스가 연소되며 촉매 활성이 회복된다. 재생 단계에서는 에너지가 방출되어 촉매 온도가 올라가며, 코크스 침전물이 연소된 후 고온의 재생 촉매는 반응 구역으로 다시 흐른다. 촉매로부터 분리된 탄화수소 증기는 여러 생성물로의 분류를 위해 하류의 증류 시스템으로 흐른다. 라이저 반응기 재생기 어셈블리로 구성된 FCC 유닛은 재생기에서 코크스의 연소에 의해 발생되는 열이 원료 기화 및 분해 반응을 위해 요구되는 열과 일치한다는 점에서 자기 열 균형(self-heat balance) 특성을 가진다.
일반적으로, 종래 기술의 라이저 분리 시스템들 각각은 가스와 촉매 물질의 분리를 위해 하강관을 가지는 적어도 2개의 분리 챔버 및 적어도 2개의 순환 챔버를 가진다. 고티에 등(Gauthier et al.)의 미국 특허 제6,296,812호는 라이저 분리 시스템과 연결되어 분포된 분리 챔버 및 순환 챔버를 포함하는 엔벨로프(envelope)를 갖는 가스와 입자의 혼합물을 분리 및 스트리핑하기 위한 장치를 제공한다. 각각의 분리 챔버의 상부 부분은 라이저 반응기와 연통하는 유입구 개구, 혼합물을 수직 평면에서 회전시키기 위한 중간 구역, 및 분리된 촉매 입자를 모으기 위한 하강관으로 알려진 하부 구역을 가진다. 각 분리 챔버는 또한 순환 챔버를 위한 벽인 2개의 측면 벽을 포함하며, 각 챔버의 벽 중 적어도 하나는 인접한 순환 챔버내로 가스와 입자를 혼합하기 위한 측면 유출구 개구를 포함한다. 순환 챔버는 두 개의 추가적인 개구는 가지며, 위쪽 개구는 이차 분리기로 연결되는 가스 유출구 튜브에 연결되며 아래쪽 개구는 아래의 스트리퍼 베드와 연통한다. 이 장치는 라이저에서의 탄화수소를 유동층 촉매 분해하는데 적용된다.
고티에 등의 장치는 여러 개의 분리 및 순환 챔버를 가지고 있으며, 각 분리 챔버는 스트리퍼 베드와 분리 챔버 아래에서 연통하는 입자 유출구 개구를 포함하는 자신의 하강관을 가지고 있다. 고티에 등의 장치에서, 라이저 증기 및 촉매 혼합물은 라이저 상부에서 창을 통해 분리 챔버로 들어가지 전에 감속 및 방향이 회전되도록 강제되며, 서로 분리되기 전에 1/4 회전을 하게 된다. 그리고 증기는 분리 챔버의 디플렉터(deflector) 아래에서 추가로 180°회전을 한 후 수집 챔버로 들어 간다. 촉매는 분리 챔버 아래로 흘러서 가스 분리를 최대화를 위해 저 질량 플럭스로 설계된 하강관으로 유입된다. 이 장치는, 주로 반응기/스트리퍼 용기 내에 포함된 내부 라이저 시스템의 촉매 및 증기를 위한 일차 분리 장치로 사용된다. 분리 챔버에서 하강관으로 비말 동반하는 스트리핑 가스와 탄화수소 증기는 하부 도관을 통해 수집 챔버로 들어가고, 가스 유출구 튜브/수집기로 들어가기 전에 분리 챔버로부터의 라이저 증기와 혼합되어, 최종 가스/촉매 분리를 위한 이차 분리기인 사이클론으로 흐른다. 위에서 논의한 시스템은 저 촉매 수집 효율과 관련이 있다. 분리 챔버로의 유입구는 라이저 상부에서 엄격히 90°로 꺾여 가스 및 촉매가 서로 분리되는데 1/4 회전만 제공하므로 분리 효율이 낮다. 방향의 90° 변화는 유입구에서 난류 촉매 유동 형태를 생성하고 고체 촉매 입자로부터 떨어진 가스를 잘 분리하는데 필요한 유동 구조를 형성하는데 시간이 필요하게 한다. 서로 간에 고르지 않은 압력 분포가 발생하여 고르지 않은 하중이 인가될 수 있는 분리 챔버 사이에는 어떠한 연결도 없어서, 분리 효율이 낮아질 수 있다.
라이저 분리 시스템의 다른 유형은, 레온스 에프 카스타그노스(Leonce F. Castagnos)의 미국특허 4,664,888와 같은 편향 장치(deflecting device)를 포함한다. 카스타그노스 특허는 라이저의 유출구에 위치하고 오일-촉매 혼합물이 타이트하게 아래쪽으로 180°회전하게 하는 유동 접촉 분해 라이저를 위한 러프 컷(rough cut) 촉매-증기 분리기와 관련이 있다. 원심 분리기는 사이클론 내부에서의 반 회전에 해당하며 대부분의 촉매가 벽으로 이동하게 한다. 오일 증기의 대부분은 벽에서 멀리 압착된다. 분리기의 끝에 배치된 세이브-오프 스쿠프(shave-off scoop)는 주로 오일로 이루어진 상(phase)에서 주로 촉매로 이루어진 상을 분리한다. 세이프-오프 스쿠프는 용기의 중심에서 멀어지게 촉매 상을 안내하여 용기 벽 근처에 침전되게 하며, 용기의 벽에서 중력의 작용으로 촉매 상의 하향 흐름은 계속된다. 오일 증기 상은 잠시 동안 하향 흐름을 계속하지만, 그 후 180° 회전되어 위로 흐르며 일련의 종래의 사이클론 분리기를 통과하여 용기를 빠져 나간다. 그러나, 오일 증기의 두 번째 180° 회전은 분리된 촉매를 재-비말 동반하게 하여 초기 가스 고체 분리의 효과를 무효화할 수 있다.
또한, 카스타그노스는 개방형 반환형 편향 장치(open semi-toroidal deflecting device) 및 라이저를 떠난 가스/촉매 혼합물이 디플렉터의 표면과 충돌하여 촉매 입자는 디플렉터에 의해 압축되고 분리된 가스 상은 디플렉터 에지 아래의 개방 영역으로 들어가게 되는 것을 개시한다. 가스가 미립자 상과 분리됨에 따라 고체는 느려지는 경향이 있으며 중력의 영향으로 초기 분리 효과는 무효화된다. 남은 압축된 미립자 상은 수집 표면으로 흐르며, 그리고 입자는 수집 표면에서 아래로 떨어져 용기의 벽을 향한다. 분리된 가스는 미립자 상에 다시 접촉하지 않고 도관을 상방으로 흐르도록 되어 있다. 이와 같이, 충돌 표면 및 수집 표면 아래의 압력은 그 위의 압력보다 높다. 이와 같은 압력 차는 가스를 도관뿐만 아니라 디플렉터 에지와 수집 표면아래의 개방 영역으로 강제적으로 흐르게 하여, 이미 얻은 분리 효과를 더욱 무효화한다. 그 후, 분리된 가스는 용기로 들어가서 상당한 체류 시간후에 라이저 이후 분해 공정을 겪게 된다는 점에서 "제어되지 않는다(uncontained)"라고 할 수 있다.
따라서, 해당 산업에서는 효율성이 향상된 라이저 분리 시스템에 대한 요구가 여전히 있다. 본 발명자들은 가스 고체 분리를 촉진하고 작동 안정성을 향상시키는 개선된 플로우 프로파일을 제공하는 새로운 디자인을 갖는 라이저 분리 시스템을 이용하여 가스 수집 효율뿐만 아니라 촉매와 증기상 분리 성능을 개선하는 방법 및 수단을 발견하였다.
본 발명의 목적은 가스 고체 분리를 촉진하고 작동 안정성을 향상시키는 개선된 플로우 프로파일을 제공하는 새로운 디자인을 갖는 라이저 분리 시스템을 이용하여 가스 수집 효율뿐만 아니라 촉매와 증기상 분리 성능을 개선하는 방법 및 수단을 제공하는 것이다.
본 명세서에 개시된 실시 예는 탄화수소 원료(feed)를 입자 스트림으로 분해하는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 상기 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 하부 스트리핑 베드(stripping bed) 영역(29), 상부 이차 분리기 영역(29a), 및 중앙 라이저 반응기(4)를 포함하는 반응 용기(100)를 포함하며, 상기 중앙 라이저 반응기(4)는 상기 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구(26) 및 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대측 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 포함하고; 상기 장치는 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 분리하기 위해, 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 축 주위로 교번하며 배치되며 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접 위치하는 적어도 하나의 분리 챔버(2) 및 적어도 하나의 수집 챔버(3)를 포함하는 분리 용기(1)를 포함하며; 상기 분리 챔버(2) 각각은 인접한 수집 챔버(3)의 벽을 또한 포함하는 두 개의 실질적으로 수직한 측면 벽(9), 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 받기 위해 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역(2a)에 형성된 분리 챔버 유입구(27), 그리고 상기 분해된 기체 및 입자가 통과하는 분리 챔버 디플렉터(8)를 포함하고, 상기 분리 챔버 디플렉터(8)는 상기 분리 챔버 유입구(27)에 근접하고, 각 챔버의 상기 수직 측면 벽(9) 중 적어도 하나는 상기 분리 챔버 디플렉터(8) 아래에 측면 유출구(10)를 포함하여 상기 분리 챔버(2)로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버(3)와 연통할 수 있게 하며; 상기 수집 챔버(3) 각각은, 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터(40)에서의 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버(3)로 유입되는 것을 허용하기 위한 스트리핑 가스 입구 창(15)을 포함하는 수집 챔버 외벽(14), 그리고 상기 수집 챔버 외벽(14), 상기 수직 측면 벽(9), 및 상기 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 상기 수집 챔버(3)를 정의하는 수집 챔버 바닥(16), 그리고 상기 수집 챔버(3)로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 가스 유출구 수집기(18)로 보내기 위해 상기 수집 챔버의 상부 영역(3a)에 있는 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 포함하며; 상기 분리 챔버(2) 각각은 상기 분리 챔버 유입구(27)로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되는 분리 챔버 외벽(11)을 더 포함하며, 상기 분리 챔버 외벽(11)은 측면 수직 벽 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 상기 중앙 라이저 반응기(4) 주위로 환형으로 배치된 공통 촉매 유출구 영역(37)과 연통하는 상기 분리 챔버의 하부 영역(2b)에 분리 챔버 유출구(36)를 형성하며, 상기 공통 촉매 유출구 영역(37)은 공통 촉매 영역 벽(38)을 포함하고, 상기 공통 촉매 영역 벽(38)은 상기 분리 챔버 유출구(36)에 인접한 상기 분리 챔버 외벽(11) 및 상기 수집 챔버 바닥에 인접한 상기 수집 챔버 외벽(14)으로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되며 상기 중앙 라이저 반응기(4) 주위를 원주 방향으로 둘러싸서 고체 입자를 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 안내하며; 상기 반응 용기(100)는 상기 분해된 가스와 상기 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 상기 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 상기 상부 이차 분리기 영역(29a)에 위치한 적어도 하나의 이차 분리기를 더 포함하며, 상기 이차 분리기는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기(33)와 연통하는 적어도 하나의 가스 배기 도관을 포함하며, 상기 가스 수집기(33)는 분해된 가스를 상기 반응 용기(100)로부터 내보내기 위한 가스 유출구(35)를 포함하며, 상기 이차 분리기는 또한 분리된 고체를 상기 반응 용기(100)의 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29) 내부로 연장되는 하강관 유출구(31)를 갖는 적어도 하나의 하강관(30)을 포함한다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예는 탄화수소 원료를 FCC 촉매로 분해하는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 하부 스트리핑 베드 영역(29), 상부 이차 분리기 영역(29a), 및 중앙 라이저 반응기(4)를 포함하는 반응 용기(100)를 포함하며, 상기 중앙 라이저 반응기(4)는 상기 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구(26) 및 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대측 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 포함하고; 상기 장치는 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 분리하기 위해, 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 축 주위로 교번하며 배치되며 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접 위치하는 적어도 하나의 분리 챔버(2) 및 적어도 하나의 수집 챔버(3)를 포함하는 분리 용기(1)를 포함하며; 상기 분리 챔버(2) 각각은, 인접한 수집 챔버(3)의 벽을 또한 포함하는 두 개의 실질적으로 수직한 측면 벽, 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 받기 위해 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역(2a)에 형성된 분리 챔버 유입구(27), 그리고 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 종축으로부터 멀어지면서 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향하는 방향으로 호를 그리며 상기 분해된 기체 및 고체 입자가 통과하는 분리 챔버 디플렉터(8)를 포함하고, 상기 분리 챔버 디플렉터(8)는 상기 분리 챔버 유입구(27)에 근접하고, 각 챔버의 상기 수직 측면 벽(9) 중 적어도 하나는 상기 분리 챔버 디플렉터(8) 아래에 측면 유출구(10)를 포함하여 상기 분리 챔버(2)로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버(3)와 연통할 수 있게하며; 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 라이저 유출구 곡면(42) 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)를 더 포함하며, 상기 라이저 유출구 곡면(42)은 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버(2)의 상기 분리 챔버 디플렉터(8)로 연장되어 상기 중앙 라이저 반응기(4)에서 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)와 분리 챔버 유입구(27)를 통해 각각의 분리 챔버(2)로 보내지는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에 실질적으로 180°의 연속적인 변화를 개시하며, 상기 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 중심에 근접한 정점(vertex)(25)을 가지며 상기 중앙 라이저 반응기 유입구(26)를 가르키며(pointing) 상기 정점(25)에서 시작하여 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 종축으로부터 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버 유입구(27)의 상부 영역(27a)으로 연장되며 각각의 분리 챔버 유입구(27)의 상부 영역(27a)과 연통하며 상기 중앙 라이저 반응기(4)를 떠나는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 상기 방향 변화를 용이하게 하며; 상기 수집 챔버(3) 각각은 적어도 하나의 수집 챔버 도관 및 수집 챔버 외벽(14)을 포함하며, 상기 수집 챔버 도관은 상기 수집 챔버(3)로부터 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 내보내기 위해 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 상기 수집 챔버의 상부 영역(3a)에 마련되며, 상기 수집 챔버 외벽(14)은 상기 수집 챔버 도관으로부터 연장하며 상기 수직 측면 벽(9) 및 상기 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 스트리핑 가스 유입구를 정의하여 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터(40)로부터 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버(3)로 유입될 수 있게 하며; 상기 분리 챔버(2) 각각은 분리 챔버 외벽(11) 더 포함하며, 상기 분리 챔버 외벽(11)은 상기 분리 챔버 유입구(27)에서 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되며, 상기 수직 측면 벽(9) 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 상기 분리 챔버(2)를 정의하며 상기 분리 챔버의 하부 영역(2b)에 분리 챔버 유출구(36)를 정의하고, 상기 고체 입자는 상기 분리 챔버의 하부 영역(2b)에서 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 보내지며; 상기 반응 용기(100)는 상기 분해된 가스와 상기 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 상기 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 상기 상부 이차 분리기 영역(29a)에 위치한 적어도 하나의 이차 분리기를 더 포함하며, 상기 이차 분리기는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기(33)와 연통하는 적어도 하나의 가스 배기 도관을 포함하며, 상기 가스 수집기(33)는 분해된 가스를 상기 반응 용기(100)로부터 내보내기 위한 가스 유출구(35)를 포함하며, 상기 이차 분리기는 또한 분리된 고체를 상기 반응 용기(100)의 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29) 내부로 연장되는 하강관 유출구(31)를 갖는 적어도 하나의 하강관(30)을 포함한다.
또한, 본 명세서에 개시된 다른 실시 예는 탄화수소 원료를 FCC 촉매로 분해는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 하부 스트리핑 베드 영역(29), 상부 이차 분리기 영역(29a), 및 중앙 라이저 반응기(4)를 포함하는 반응 용기(100)를 포함하며, 상기 중앙 라이저 반응기(4)는 상기 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구(26) 및 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대측 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 포함하고; 상기 장치는 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 분리하기 위해, 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 축 주위로 교번하며 배치되며 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접 위치하는 적어도 하나의 분리 챔버(2) 및 적어도 하나의 수집 챔버(3)를 포함하는 분리 용기(1)를 포함하며; 상기 분리 챔버(2) 각각은, 인접한 수집 챔버(3)의 벽을 또한 포함하는 두 개의 실질적으로 수직한 측면 벽, 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 받기 위해 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역(2a)에 형성된 분리 챔버 유입구(27), 그리고 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 종축으로부터 멀어지면서 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향하는 방향으로 호를 그리며 상기 분해된 기체 및 고체 입자가 통과하는 분리 챔버 디플렉터(8)를 포함하고, 상기 분리 챔버 디플렉터(8)는 상기 분리 챔버 유입구(27)에 근접하고, 각 챔버의 상기 수직 측면 벽(9) 중 적어도 하나는 상기 분리 챔버 디플렉터(8) 아래에 측면 유출구(10)를 포함하여 상기 분리 챔버(2)로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버(3)와 연통할 수 있게 하며; 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 라이저 유출구 곡면(42) 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)를 더 포함하며, 상기 라이저 유출구 곡면(42)은 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버(2)의 상기 분리 챔버 디플렉터(8)로 연장되어 상기 중앙 라이저 반응기(4)에서 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)와 분리 챔버 유입구(27)를 통해 각각의 분리 챔버(2)로 보내지는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에 실질적으로 180°의 변화를 개시하며, 상기 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 상기 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 중심에 근접한 정점(vertex)(25)을 가지며 상기 중앙 라이저 반응기 유입구(26)를 가르키며(pointing) 상기 정점(25)에서 시작하여 상기 중앙 라이저 반응기(4)의 종축으로부터 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버 유입구(27)의 상부 영역(27a)으로 연장하여 각각의 분리 챔버 유입구(27)의 상부 영역(27a)과 연통하며 상기 중앙 라이저 반응기(4)를 떠나는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 상기 방향 변화를 용이하게 하며; 상기 수집 챔버(3) 각각은, 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터(40)에서의 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버(3)로 유입되는 것을 허용하기 위한 수집 가스 입구 창을 포함하는 수집 챔버 외벽(14), 그리고 상기 수집 챔버 외벽(14), 상기 수직 측면 벽(9), 및 상기 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 상기 수집 챔버(3)를 정의하는 수집 챔버 바닥(16), 그리고 상기 수집 챔버(3)로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 가스 유출구 수집기(18)로 보내기 위해 상기 수집 챔버의 상부 영역(3a)에 있는 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 포함하며; 상기 분리 챔버(2) 각각은 상기 분리 챔버 유입구(27)로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되는 분리 챔버 외벽(11)을 더 포함하며, 상기 분리 챔버 외벽(11)은 측면 수직 벽 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 상기 중앙 라이저 반응기(4) 주위로 환형으로 배치된 공통 촉매 유출구 영역(37)과 연통하는 상기 분리 챔버의 하부 영역(2b)에 분리 챔버 유출구(36)를 형성하며, 상기 공통 촉매 유출구 영역(37)은 공통 촉매 영역 벽(38)을 포함하고, 상기 공통 촉매 영역 벽(38)은 상기 분리 챔버 유출구(36)에 인접한 상기 분리 챔버 외벽(11) 및 상기 수집 챔버 벽 바닥에 인접한 상기 수집 챔버 외벽(14)으로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)를 향해 연장되며 상기 중앙 라이저 반응기(4) 주위를 원주 방향으로 둘러싸서 고체 입자를 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 안내 하며; 상기 반응 용기(100)는 상기 분해된 가스와 상기 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 상기 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 상기 상부 이차 분리기 영역(29a)에 위치한 적어도 하나의 이차 분리기를 더 포함하며, 상기 이차 분리기는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기(33)와 연통하는 적어도 하나의 가스 배기 도관을 포함하며, 상기 가스 수집기(33)는 분해된 가스를 상기 반응 용기(100)로부터 내보내기 위한 가스 유출구(35)를 포함하며, 상기 이차 분리기는 또한 분리된 고체를 상기 반응 용기(100)의 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역(29) 내부로 연장되는 하강관 유출구(31)를 갖는 적어도 하나의 하강관(30)을 포함한다.
본 명세서에 개시된 방법과 장치는, 완전한 180° 회전과 분리 챔버로의 더 부드러운 흐름을 제공하는 중앙 라이저 반응기 유출구 윤곽을 통해 개선된 가스 촉매 분리 효율을 제공한다. 더 부드러운 흐름은 더 좋은 증기/촉매 흐름 패턴과 유압 특성(즉, 라이저 출구에서의 난류, 유동 맥동과 변동 감소)을 가져와 가스 고체 분리를 향상시킨다. 새로 곡선형 라이저 반응기 유출구 섹션과 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터는, 고체 입자가 라이저 반응기를 떠날 때 라이저 반응기 및 중앙 라이저 반응기 유출구의 벽을 따라 흐르도록 도와주며 촉매가 부드럽게 180° 회전하는 동안 가스가 분리되도록 한다.
청구된 장치는 매우 컴팩트 한 디자인, 즉, 종래 기술과 비교해서 직경이 20 - 25 % 감소하고 높이가 10-15% 감소하는 것과 같은 크기 감소가 가능하다. 청구된 장치의 더 컴팩트한 디자인은 이전 시스템을 교체하는데 유리하게 이용될 수 있고 둘러싸는 용기를 재사용하면서도 유닛 용량을 늘릴 수 있게 해 준다. 또한, 컴팩트한 디자인은 라이저 이후 체류 시간을 줄이므로 바라지 않는 열적 분해를 감소시킬 수 있다. 구멍이 있거나 없는 단일 또는 여러 개의 배플은, 공통 촉매 유출구 영역, 예를 들어, 본 명세서의 도면에 도시된 바와 같이, 라이저 반응기를 둘러 싸거나 라이저 반응기의 다양한 위치에 배치된 공통 촉매 유출구 영역 위에서 사용된다. 청구된 장치는 벽을 타고 흘러 내려가는 분리된 촉매 입자의 모멘텀을 줄이고 재 안내하여, 분리된 촉매 입자가 재-비말 동반될 가능성을 줄인다.
본질적으로 "하나의 하강관"을 제공하게 위해, 공통 촉매 유출구 영역으로 연결된 유출구를 가지는 여러 개의 분리 챔버를 이용하는 것은 모든 분리 챔버들 사이의 동기화를 가능하게 하여 챔버들 사이의 압력 강하(drop)를 동일하게 한다. 공통 촉매 유출구 영역, 즉, "단일 하강관"은, 중앙 라이저 반응기에서 각각의 분리 챔버로의 분해된 가스 및 고체 촉매 입자의 흐름(즉, 가스 촉매 흐름)의 균형을 유지하게 한다. 또한, 공통 촉매 유출구 영역은 압력 불균형을 줄이고 각 분리 챔버 유입구를 통한 가스 촉매 흐름이 불균일하게 될 가능성을 감소시킬 것이다.
본 발명의 라이저 분리 시스템에 의하면, 장비의 콤팩트한 특성이 향상되기 때문에 높은 분리 효율, 최대 수용(containment), 및 분리된 탄화수소의 빠른 배출을 보장한다.
본 발명은 첨부된 도면을 통해 더 잘 이해될 것이며, 도면은 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1은 반응 용기 내의 분리 용기의 수집 챔버 내부를 보여주는 사시도, 즉, 공통 촉매 유출구/배출 영역, 즉, 공통 하강관 또는 단일 하강관을 가지는 여러 개의 분리 챔버를 포함하는 라이저 분리 시스템의 내부를 보여주는 사시도이다.
도 2는 반응 용기내의 분리 용기의 분리 챔버 내부를 보여주는 사시도, 즉 라이저 유출구 곡면, 분리 챔버 디플렉터, 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터를 가지는 라이저 분리 시스템에서 각각의 분리 챔버가 배플이 있거나 없는 별도의 하강관을 가지는 구조을 보여주는 사시도이다.
도 3는 반응 용기내의 분리 용기의 분리 챔버 내부를 보여주는 사시도, 즉 라이저 유출구 곡면, 분리 챔버 디플렉터, 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터, 및 공통 촉매 유출구/배출 영역, 즉 공통 하강관 또는 단일 하강관을 가지는 여러 개의 분리 챔버를 포함하는 라이저 분리 시스템의 내부를 보여주는 사시도이다.
도 4a는 분리 용기의 단면도로서, 분해된 가스와 고체 입자를 공통 촉매 유출구/배출 영역, 즉 공통 하강관 또는 단일 하강관을 가지는 2개의 분리 챔버 내부로 분배하는 90° 중앙 라이저 반응기 유출구를 도시한다.
도 4b는 분리 용기의 단면도로서, 분리 챔버의 측면 유출구로부터 2개의 수집 챔버내로 유입되는 분해된 가스와 촉매의 적은 양, 그리도 수집 챔버의 스트리핑 가스 입구 창으로 유입되는 스트리핑 가스의 분포 및 배기를 도시한다.
도 4c는 분리 용기의 단면도로서, 라이저 유출구 곡면, 분리 챔버 디플렉터, 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터에 의해 제공되는 독특한 윤곽을 갖는 중앙 라이저 반응기 유출구를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예와 종래 기술의 분리 용기의 분리 효율을 비교하기 위해 CFD를 이용한 시뮬레이션 연구의 결과를 나타내는 그래프이다.
아래에서 도면을 참조하여 보다 자세히 설명된 바와 같이, FCC 촉매로부터 분해된 탄화수소 증기를 분리하기 위한 개선된 장치는 기체-고체 분리 효율성, 가스 봉쇄, 및 작동 안정성을 제공하는 라이저 분리 시스템을 포함한다. 청구된 장치는 신속하고 향상된 가스 촉매 분리 및 향상된 가스 수집 효율을 제공하면서도, 분리 용기를 작게 만들어질 수 있기 때문에, 체류 시간을 줄이고, 바람직하지 않은 라이저 이후 열 분해를 감소시커 추가적인 성능 이점을 제공한다.
일 실시 예에서 보다 자세히 설명된 바와 같이, 청구된 장치는 분해된 가스 및 고체 입자에 대한 부드러운 180°전이를 이용하는 중앙 라이저 반응기 유출구의 독특한 윤곽을 가지므로, 중앙 라이저 반응기 유출구에서의 난류 흐름 형태를 최소화한다. 라이저 분리 시스템의 추가 실시 예는 분리 챔버 및 하강관(dipleg)의 배플(baffle)과 함께 여러 개의 수집 챔버를 포함한다.
분리 용기 내의 복수의 분리 및 수집 챔버, 예를 들어, 2개의 분리 챔버와 2개의 수집 챔버가 공통의 촉매 유출구 영역/배출 영역, 즉 하나의 하강관을 가지는 구조는 분리 용기의 크기(직경 및 길이)를 더 작게 하고 그 부피를 줄여 라이저 이후의 체류 시간을 줄인다. 더욱이, 청구된 장치는 중앙 라이저 반응기 유출구 내의 난류를 감소시킴으로써 향상된 작동 안정성을 제공한다. "단일 하강관"에 연결된 복수의 분리 챔버는 모든 분리 챔버 유입구와 단일 하강관 사이의 동기화를 제공한다. 또한, 공통 배출 유출구 영역은 분리 용기 내의 압력 불균형을 최소화하고 분리 챔버 유입구와 유체 연통하는 각 중앙 라이저 반응기 유출구에서의 가스 촉매 흐름이 잘못 분포될 가능성을 줄인다.
도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 장치 구성 요소를 나타낸다.
특히, 본원에 개시된 실시 예는, 열재생 분해(thermal regenerative cracking, TRC) 또는 유동화 촉매 분해(fluidized catalystic cracking, FCC)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 탄화수소 분해 공정의 유출구에서, 통상 실리카-알루미늄계 촉매이며 일반적으로 제올라이트를 첨가제로 함유하는 고온 촉매 고체 입자의 존재하에서 분해된 탄화수소 공급 원료(오일)로부터 배출물(effluents)을 분리하기 위한 것이다.
도 1은 FCC 반응기 섹션의 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자 스트림(stream)으로부터 기체 혼합물을 분리하는 장치의 일 실시 예를 도시한다. 본 실시 예에 따르면, 반응 용기(100)는 하부 스트리핑 베드 영역(29) 및 중앙 라이저 반응기(4)를 포함하며, 중앙 라이저 반응기(4)는 탄화수소 원료(feed) 및 입자 스트림, 예를 들어 통상의 FCC 촉매와 같은 유동성 분말의 스트림을 받기 위해 중앙 라이저 반응기 유입구(26)을 일단에 가지며 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대측 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 가진다. 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 중앙 라이저 반응기(4)의 꼭대기 바로 아래에 있는 중앙 라이저 반응기(4)의 상단에 형성된다.
도 1의 중앙 라이저 반응기(4)는 실질적으로 수직으로 연장된 형태를 가지는 것이 바람직하며, 그 바닥은 재생기 (또는 다른 미립자), 라이저에 원자화 탄화수소 공급 원료(feedstock)를 공급하기 위한 노즐 (또는 라이저 반응기에 원료를 도입하기 위한 다른 수단) 및 선택적으로 리프트 가스로부터 고온 재생 촉매를 받기 위해 구성되어 있다.
중앙 라이저 반응기(4)의 직경은 약 1 인치에서 약 10 피트 이상 범위이며, 다른 실시 예에서는 약 3 피트에서 약 6 피트 범위이다.
상기 반응 용기(100)는 분리 용기(1)를 포함한다. 라이저 종단장치(riser termination device, RTD), 즉, 분리 용기(1)는 적어도 하나 또는 복수의 분리 챔버(2) 및 적어도 하나 또는 복수의 수집 챔버(3)를 포함한다. 일 실시 예에 따르면, 분리 용기(1)는 4개의 분리 챔버(2) 및 4개의 수집 챔버(3)를 포함하지만, 반응 용기(100)에 대한 요구사항에 따라 각 챔버의 개수는 4개 초과 또는 미만일 수 있다.
특히, 분리 챔버(2)와 수집챔버(3)가 중앙라이저 반응기(4) 축 주위로 분포되고 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접하여 교번하므로, 즉, 분리 챔버(2) 옆에 수집 챔버(3)가 배치되므로, 각각의 분리 챔버(2)의 각 측면에는 수집 챔버(3)가 있고, 각각의 수집 챔버(3)의 각 측면에 분리 챔버(2)가 있게 된다.
도 1에서, 각 분리 챔버(2)는 실질적으로 수직인 두 개의 측면 벽(9)을 가지며, 각각의 측면 벽(9)은 인접한 수집 챔버(3)의 벽임을 알 수 있다. 따라서, 분리 챔버(2) 및 수집 챔버(3)는 수직 측면 벽(9)을 공유한다. 각 분리 챔버(2)는, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접하며 유체 연통되는 분리 챔버 상부 영역(2a)에 분리 챔버 유입구(27)를 가진다. 분리 챔버 유입구(27)는 분해된 가스 및 고체 입자의 유입을 위한 분리 챔버(2)의 영역을 정의한다. 또한, 분리 챔버(2)는 분해된 가스 및 고체 입자, 예를 들어, 소비된 촉매가 지나가는 분리 챔버 디플렉터(8)를 포함한다. 분리 챔버 디플렉터(8)는 탄화수소 분해를 위한 장치에 사용될 수 있고 분리 챔버 유입구(27)에 의해 정의된 영역의 바닥에 근접하게 위치하는 종래의 디플렉터이다. 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 중앙 라이저 반응기 유입구(26)에서 먼 중앙 라이저 반응기(4)의 단부 영역에 형성되어, 중앙 라이저 반응기(4)로부터 오는 분해된 가스 및 고체 입자에게 유출구를 제공하고, 분리 챔버 유입구(27)와 유체 연통된다. 분리 챔버 유입구(27)는, 예를 들어, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)와 연통하는 중앙 라이저 반응기(4)의 벽의 개구일 수 있다.
각 챔버의 수직 측면 벽(9)은 측면 유출구(10), 즉, 개구 또는 창을 분리 챔버 디플렉터(8) 아래 위치에 가진다. 측면 유출구(1)는, 분리 챔버(2)로부터의 분해된 가스 및 고체 입자의 적은 일부(예를 들어, 소비된 촉매의 적은 일부)가 인접한 수집 챔버(3)와 연통할 수 있게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수집 챔버(3)는 스트리핑 가스 입구 창(15)을 포함하는 수집 챔버 외벽(14)을 구비한다. 스트리핑 가스 입구 창(15)은, 하부 스트리핑 베드 영역(29)에 위치하고 일반적으로 스트리퍼 베드(12) 아래에 위치하는 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터(40)로부터의 스트리핑 가스가 수집 챔버(3) 내부로 진입할 수 있게 한다. 또한, 각각의 수집 챔버(3)는, 수집 챔버 외벽(14), 그리고 수직 측면 벽(9) 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 수집 챔버(3)를 정의하는 수집 챔버 바닥(16)을 갖는다.
또한, 각각의 수집 챔버(3)는, 분해된 가스와 비말 동반된 고체 입자의 적은 양을 수집 챔버(3)로부터 가스 유출구 수집기(18)로 보내기 위해 적어도 하나의 수집 챔버 도관(17)을 수집 챔버 상부 영역(3a)에 가진다. 수집 챔버 유입구(17)는, 예를 들어, 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 중앙 라이저 반응기(4) 벽의 개구일 수 있다.
도 1에서, 반응 용기(100)는, 가스 유출구 수집기(18)와 연통된 반응 용기(100)의 상부 이차 분리기 영역(29a)에 적어도 하나의 이차 분리기(28)를 가진다. 이차 분리기(28)는 가스 유출구 수집기(18)로부터 분해된 가스 및 소량의 비말 동반된 고체 입자를 받는다. 또한, 이차 분리기(28)는 분해된 가스를 내보내기 위한 적어도 하나의 가스 배기 도관(32), 적어도 하나의 하강관(30), 및 하강관 유출구(31)를 포함한다. 하강관(30)는 분리된 고체 입자를 반응 용기(100)의 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환한다. 가스 배기 도관(32)은, 반응용기(100)로부터 오는 분해된 가스를 내보내는 가스 유출구(35)를 가지는 가스 수집기(33)와 유체 연통된다.
대안적으로, 적어도 하나의 이차 분리기(28)는 반응 용기(100)의 외부에 있을 수 있고(도시되지 않음), 가스 유출구 수집기(18)로부터 분해된 가스 및 소량의 비말 동반된 고체 입자를 받는다. 이러한 외부 이차 분리기(28)는 추가 처리를 위해 분해된 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배기 도관(32)을 포함한다. 외부 이차 분리기(28)는, 분리된 고체 입자를 반응 용기(100)의 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환하기 위해 반응 용기(100)의 포트(미도시)를 통해 반응 용기(100) 내부로 연장되는 하강관 유출구(31)를 갖는 적어도 하나의 하강관(30)를 더 포함한다.
분리 챔버(2)는, 분리 챔버 유입구(27)에 의해 정의된 영역의 상부로부터 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되며 수직 측면 벽(9)과 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 분리 챔버 하부 영역(2b)에서 분리 챔버 유출구(36)를 형성하는 분리 챔버 외벽(11)을 가진다. 분리 챔버 유출구(36)는, 중앙 라이저 반응기(4) 주위에 환형으로 위치된 공통 촉매 유출구 영역(37)과 연통한다.
분해된 가스 및 고체 입자는, 분리 챔버 유입구(27)와 유체 연통된 중앙 반응기 라이저 유출구(5)를 통해 중앙 라이저 반응기(4)를 떠난다. 분해된 기체와 고체 입자가 분리 챔버(2)로 진입함에 따라, 분해된 기체와 고체 입자는 분리 챔버 디플렉터(8) 상의 원심 유동 패턴에 의해 서로 분리된다. 분리 챔버(2)의 상부를 통과하는 흐름의 방향 변화에 의해서 고체 입자에 가해지는 관성 효과가 있다. 분해된 가스 및 촉매 입자의 유동 변화는 분리 챔버(2)로의 진입과 분리 챔버 디플렉터(8) 상으로의 이동으로 인한 효과이다.
일 실시 예에서, 라이저 반응기 베출물, 분해된 가스 및 고체 입자는 실질적으로 평평한 수직 벽을 갖는 중앙 라이저 반응기(4) 위로 이동하고 분리 챔버 유입구(27)에 인접한 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 약 90°각도(34)로 떠난다. 예를 들어, 도 4a를 참조하라. 분해된 기체 및 고체 입자는 하부 스트리핑 베드 영역(29)를 향해 곡선을 이루는 분리 챔버 디플렉터(8)와 분리 챔버 외벽(11)과 만나면서 분리되기 시작한다.
도 1에서, 공통 촉매 유출구 영역(37)은 공통 촉매 영역 벽(38)을 포함하고, 공통 촉매 영역 벽(38)은 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 분리 챔버 유출구(36)가 시작되는 분리 챔버 외벽(11) 및 수집 챔버 바닥(16)과 만나는 수집 챔버 외벽(14)으로부터 연장되는 것을 확인할 수 있다. 공통 촉매 영역 벽(38)은 또한 중앙 라이저 반응기(4) 주위에서 원주 방향으로 연장되어, 공통 촉매 유출구 영역(37)을 둘러싼다. 본질적으로, 공통 촉매 영역 벽(38)은 분리 챔버 외벽(11) 및 수집 챔버 바닥(16)으로부터 원형으로 중앙 라이저 반응기(4) 둘레로 연장된다. 따라서, 각각의 분리 챔버 유출구(36)로부터의 고체 입자는, 하부 스트리핑 베드 영역(29)내의 스트리퍼 베드(12)에 고체 입자를 배출하기 위한 "단일 하강관"으로 작용하는 공통 촉매 유출구 영역(37) 내로 분배된다.
이러한 방식으로, 소량의 탄화수소 증기를 비말 동반하는 고체상의 대부분은 공통 촉매 유출구 영역(37)을 통해 각 분리 챔버(2)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 흐른다. 따라서, 분리 챔버 유출구(36)는 수집 챔버 바닥(16) 아래 및 공통 촉매 유출구 영역(37) 내에서 서로 연통한다.
분리된 촉매(즉, 고체 입자)를 촉매 스트리퍼 베드(12) 및 하부 스트리핑 베드 영역(29) 위의 공통 촉매 유출구 영역(37) 내에서 스트리핑 가스와 친밀하게 접촉시키기 위해, 하강관 유출구 개구 아래에서 중앙 라이저 반응기(4) 둘레로 제공된 하강관 디플렉터(들)(22)이 스트리핑 가스와 분리 챔버(2)로부터 공통 촉매 유출구 영역(37), 즉, 단일 하강관 내로 아래 방향으로 흐르는 고체 입자 간의 혼합을 강화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 라이저 반응기(4) 및/또는 공통 촉매 영역 벽(38)에 부착된 단일 또는 다중 배플(21a 및/또는 21b) 또는 구멍이 있거나 없는 배플이 촉매 베드 위의 하강관 섹션 내에서 사용되어 아래쪽의 촉매 베드로부터의 촉매가 재-비말 동반하는 것을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 청구된 장치의 배플(21a 및/또는 21b)은 벽을 타고 아래로 흐르는 분리된 촉매의 운동량을 편향시키고 방향을 바꿔, 분리된 촉매 입자가 재-비말 동반할 가능성을 줄인다. 본 발명자들은, 상기 언급한 이점들을 제공하기 위해 청구된 장치가 다양한 형태를 가지며 최적의 위치에 배치되는 하강관 디플렉터 및/또는 배플을 포함하는 것을 고려한다.
촉매 입자의 기공(pores)내에 포함된 액체 또는 기체 탄화수소의 탈착을 촉진하기 위해 비제한적 예로서 질소, 수증기, 연료 가스, 또는 경질 탄화수소 증기와 같은 스트리핑 가스를 도입하는 스트리핑 가스 인젝터(40)는 스트리퍼 베드(12)의 하방이면서 배플 수단(21a 및/또는 21b) 또는 하강관 디플렉터(22) 하방이고 공통 촉매 유출구 영역(37) 및 스트리퍼 베드(12)의 하방인 위치에 배치된다. 스트리핑 가스를 도입하기 위한 스트리핑 가스 인젝터(40)는 특별히 한정되지 않고 기술 분야에서 알려진 모든 형태의 가스 주입 장치가 사용될 수 있다.
장치가 진공 가스 오일의 FCC 분해 공정과 같은 공정에서 사용되는 경우(이에 한정되지 않지만 당업자에게 잘 알려진 나프타, 상압 가스 오일, 사이클 오일 및 잔류 오일(resides) 같은 다른 종류의 탄화수소계 공급 원료의 사용도 본 발명에서 물론 고려된다), 중앙 라이저 반응기(4)에서의 체류 기간은 약 0.1초 ~ 약 10초 범위이며, 다른 실시 예에서는, 약 1.5초에서 약 2.5초 범위이다.
일 실시 예에 따르면, 라이저 유출구 온도는 약 900℉에서 약 1090℉ 또는 그 이상일 수 있으며, 다른 실시 예에서 약 950℉에서 약 1050℉의 범위일 수 있다. 일 실시 예에서, 중앙 라이저 반응기(4) 내의 압력은 약 수 psig (pound-force per square inch gauge)에서 약 30 psig 또는 이상이고, 다른 실시 예에서는 약 10 psig에서 약 30 psig이다. 일반적으로, 유동 접촉 분해 중앙 라이저 반응기(4) 내의 압력은 15 psig에서 35 psig 범위이고, 일반적으로 25 psig이다.
도 2는 탄화수소 원료를 분해하기 위해 중앙 라이저 반응기로부터의 기체 혼합물 및 입자 스트림을 분리하는 장치의 일 실시 예를 보여준다. 보다 구체적으로, 도 2는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)가 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20), 및 중앙 라이저 반응기(4)의 종축으로부터 멀어지는 방향으로 호(arc)를 그리며 각 분리 챔버(2)의 분리 챔버 디플렉터(8)을 향해 연장되어 분리 챔버 디플렉터(8)와 연통하는 라이저 유출구 곡면(42)을 포함하는 일 실시 예를 나타낸다. 라이저 유출구 곡면(42), 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20), 및 분리 챔버 외벽(11)과 분리 챔버 디플렉터(8)의 곡면 형상은 함께, 독특하고 실질적으로 180°인 윤곽을 중앙 라이저 반응기(4) 내부에서부터 각각의 분리 챔버(2) 안까지 제공한다.
라이저 유출구 곡면(42) (예를 들어, 도 4c 참조)은 중앙 라이저 반응기(4) 내부로부터의 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에서 실질적으로 180°의 변화를 시작한다. 분리 챔버 디플렉터(8)는 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 곡선을 그리고, 라이저 유출구 곡면(42)과 함께, 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에 실질적으로 180°의 변화를 완성한다. 상기 독특한 윤곽은 각각의 분리 챔버(2) 내부로 향하는 부드러운 180°회전을 분해된 가스와 고체 입자에 제공하고, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에서의 난류를 최소화한다.
라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 중앙에 위치하고, 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)의 꼭대기(25)는 중앙 라이저 반응기 유입구(26)를 향하는 방향으로 아래의 중앙 라이저 반응기(4)를 가리킨다. 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)의 외관 특성은, 꼭대기(25), 중앙 라이저 반응기(4), 및 중앙 라이저 반응기 유입구(26)의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그리는 것으로 도 2에 도시되어 있다. 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 각 분리 챔버 유입구(27)의 상부 영역(27a)으로 연장되어, 중앙 라이저 반응기(4)를 떠나 아직 중앙 라이저 반응기 유출구(5) 내에 있는 분해된 가스 및 고체 입자의 흐름이 용이하게 변하게 한다. 제한되지 않는 예로서, 중앙 라이저 반응기 유출구(5) 내에서의 난류 흐름 형태를 최소화할 수 있다면, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에서 나오는 분해된 가스와 고체 입자의 흐름이 용이하게 변화되도록 하는 다른 모양의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 디플렉터도 고려될 수 있다. 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 디플렉터 형상은 환형(toroidal)이지만, 다른 매끄러운 표면이 사용될 수도 있다. 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에서 분리 챔버 유입구(27)까지의 가스 및 고체 입자의 균일한 흐름을 용이하게 하는 형상의 비제한적인 예로는 각진 형상의 삼각형, 오각형, 또는 육각 피라미드형뿐만 아니라 타원형으로 회전된 프로파일, 및 편평한 원환형(torus)이 있다.
도 1과 유사하게, 도 2는 하부 스트리핑 베드 영역(29), 상부 이차 분리기 영역(29a), 및 중앙 라이저 반응기(4)를 갖는 반응 용기(100)를 나타내며, 여기서 중앙 라이저 반응기(4)는 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구(26)를 포함하고 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대측 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 포함한다.
도 2에서, 라이저 종단장치(RTD), 즉 분리 용기(1)는, 중앙 라이저 반응기(4) 둘레에서 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접하게 교번하는 형태로 배치된 분리 챔버(2) 및 수집 챔버(3)를 갖는다. 도 2에 도시된 장치의 다른 실시 예에서, 스트리핑 가스 유입구(39)는 수집 챔버 도관(17)에서 먼 쪽에 있고 스트리핑 가스가 수집 챔버(3)로 유입될 수 있게 한다. 스트리핑 가스 유입구(39)는, 수집 챔버 도관(17)으로부터 연장되어 수직 측면 벽(9) 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 스트리핑 가스 유입구(39)를 정의하는 수집 챔버 외벽(14)에 의해 형성된다. 스트리핑 가스는 하부 스트리핑 베드 영역(29)에 위치한 스트리핑 가스 인젝터(들)(40)에 의해 제공된다.
도 1에서와 같이, 도 2의 분리 챔버 디플렉터(8)는 분리 챔버 유입구(27)에 의해 정의된 영역의 바닥에 근접하게 위치하며 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장된다. 각 챔버의 수직 측면 벽(9)은 분리 챔버 디플렉터(8) 아래에 측면 유출구(10)를 가지고 있어, 분리 챔버(2)로부터의 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버(3)와 연통할 수 있게 한다. 각 수집 챔버(3)는 수집 챔버 상부 영역(3a)에 적어도 하나의 수집 챔버 도관(17)을 가지고 있어 가스 유출구 수집기(18)와 연통된다. 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 수집 챔버(3)로부터 가스 유출구 수집기(18)로 보내진다.
도 2에서, 각 분리 챔버(2)는 분리 챔버 외벽(11)을 더 포함하며, 분리 챔버 외벽(11)은 분리 챔버 유입구(27)에서 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되며, 수직 측면 벽(9) 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 스트리핑 가스 유입구(39)로부터 먼 쪽에 위치한 분리 챔버 하부 영역(2b)에 분리 챔버 유출구(36)를 형성하며, 고체 입자는 스트리핑 가스 유입구(39)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 보내진다. 따라서, 각 분리 챔버(2)는 하부 스트리핑 베드 영역(29) 및 스트리퍼 베드(12)로 고체 입자를 보내기 위한 하강관을 제공하므로, 도 2의 분리 용기(1)는 다중 하강관을 포함한다. 도 2에 제시된 실시 예는 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 반응 용기(100)의 상부 이차 분리기 영역(29a)에 적어도 하나의 이차 분리기(28)를 포함한다. 이차 분리기(28)는 가스 유출구(18)로부터 분해된 가스와 비말 동반된 고체 입자의 적은 양을 받는다. 또한, 이차 분리기(28)는 분해된 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배기 도관(32), 적어도 하나의 하강관(30), 및 하강관 유출구(31)를 포함한다. 하강관(30)은 분리된 고체 입자를 반응 용기(100)의 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환한다. 가스 배기 도관(32)은 반응 용기(100)로부터 오는 분해된 가스를 내보내는 가스 유출구(35)를 가지는 가스 수집기(33)와 유체 연통된다.
앞에서 더욱 상세히 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 이차 분리기(28)는 반응 용기(100)의 외부에 위치할 수 있다(미도시). 즉, 분리된 고체 입자를 반응 용기(100)의 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환하기 위해 반응 용기(100)의 포트(미도시)를 통해 반응 용기(100) 내부로 연장되는 하강관 유출구(31)를 가지는 적어도 하나의 하강관(30)이 반응 용기(100)의 외부에 위치할 수 있다.
도 3은 중앙 라이저 반응기로부터의 기체 혼합물과 입자 스트림을 분리하기 위한 장치를 도시하며, 여기서 반응 용기(100)는 하부 스트리핑 베드 영역(29)과 상부 이차 분리기 영역(29a)을 포함한다. 중앙 라이저 반응기(4)는 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구(26)를 포함하고 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대쪽 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 포함한다. 라이저 종단장치(RTD)에서, 즉, 분리 용기(1)에서, 적어도 하나의 분리 챔버(2) 및 적어도 하나의 수집 챔버(3)는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)에 근접한 위치에서 중앙 라이저 반응기(4)의 축 주위로 교번하게 배치된다.
도 3에서, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 라이저 유출구 곡면(42)을 가지며, 라이저 유출구 곡면(42)는 중앙 라이저 반응기(4)의 종축으로부터 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각 분리 챔버(2)의 분리 챔버 디플렉터(8)로 연장되어 분리 챔버 디플렉터(8)와 연통하여, 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에서 실질적으로 180°의 변화를 시작한다. 분리 챔버 디플렉터(8)는 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 향해 곡선을 그리고, 라이저 유출구 곡면(42)과 함께 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에서 실질적으로 180°의 변화를 완성한다.
도 3에서 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 또한 정점(25)을 갖는 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)를 포함한다. 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 중앙에 위치하고, 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)의 정점(25)은 중앙 라이저 반응기 유입구(26)를 향하는 방향으로 아래의 중앙 라이저 반응기(4)를 가리킨다. 앞에서 더욱 상세히 설명한 것처럼, 라이저 유출구 곡면(42), 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20), 및 분리 챔버 외벽(11)과 분리 챔버 디플렉터(8)의 곡면 형상은 함께, 독특하고 실질적으로 180°인 윤곽을 중앙 라이저 반응기(4) 내부에서부터 각각의 분리 챔버(2) 안까지 제공한다.
도 3에서, 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는, 정점(25), 중앙 라이저 반응기(4), 및 중앙 라이저 반응기 유입구(26)의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그린다. 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 각 분리 챔버 유입구(27)의 상부 영역(27a)으로 연장되어, 중앙 라이저 반응기(4)를 떠나 아직 중앙 라이저 반응기 유출구(5) 내에 있는 분해된 가스 및 고체 입자의 흐름이 용이하게 변하게 한다.
도 1 및 도 2와 유사하게, 도 3의 분리 챔버(2)는 인접한 수집 챔버(3)의 벽이기도 하는 2개의 실질적으로 수직인 측면 벽(9)을 가진다. 적어도 하나의 수직 측면 벽(9)은 분리 챔버 디플렉터(8) 아래에 적어도 하나의 측면 유출구(10)를 가지고 있어, 분리 챔버(2)로부터의 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버(3)와 연통할 수 있게 한다. 각 분리 챔버(2)는, 중앙 라이저 반응기 출구(5)와 유체 연통되는 분리 챔버 상부 영역(2a)에 분해된 가스와 고체 입자를 유입하기 위한 분리 챔버 유입구(27)를 가진다.
도 3에서, 각 수집 챔버(3)는 스트리핑 가스 유입구 창(15)을 포함하는 수집 챔버 외벽(14)을 가지고 있어서, 스트리핑 가스가 수집 챔버(3)로 유입될 수 있다. 스트리핑 가스는 하부 스트리핑 베드 영역(29)에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터(40)에 의해 제공된다. 수집 챔버 바닥(16)은, 수집 챔버 외벽(14), 수직 측면 벽(9), 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께 수집 챔버(3)를 정의한다. 수집 챔버(3)는, 분해된 가스와 비말 동반된 고체 입자의 적은 양을 가스 유출구 수집기(18)로 보내기 위해 적어도 하나의 수집 챔버 도관(17)을 수집 챔버 상부 영역(3a)에 가진다.
도 3에서, 각 분리 챔버(2)는 분리 챔버 유입구(27)에서 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 향해 연장되는 분리 챔버 외벽(11)을 가지며, 분리 챔버 외벽(11)은, 수직 측면 벽(9) 및 중앙 라이저 반응기(4)와 함께, 분리 챔버 유입구(27)로부터 먼 쪽에 위치하고 공통 촉매 유출구 영역(37)과 연동하는 분리 챔버 하부 영역(2b)에 분리 챔버 유출구(36)를 형성한다. 공통 촉매 유출구 영역(37), 즉, 배출 유출구는, 중앙 라이저 반응기(4)의 둘레에 환형으로 위치하고, 공통 촉매 유출구 영역(37)은 공통 촉매 영역 벽(38)을 갖는다.
도 1 및 도 3에서, 공통 촉매 영역 벽(38)은, 분리 챔버 유출구(36)에 인접한 분리 챔버 외벽(11) 및 수집 챔버 바닥(16)에 인접한 수집 챔버 외벽(14)으로부터 하부 스트리핑 베드 영역(29)를 향해 연장되며 중앙 라이저 반응기(4) 주위를 원주 방향으로 둘러싼다. 공통 촉매 영역 벽(38)은 하부 스트리핑 베드 영역(29)을 정의하며 고체 입자를 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 안내한다. 도 1의 실시 예에서 언급했듯이, 각각의 분리 챔버 출구(36)로부터의 고체 입자는, 하부 스트리핑 베드 영역(29) 내의 스트리퍼 베드(12)에 고체 입자를 배출하기 위한 "단일 하강관"으로서 작용하는 공통 촉매 유출구 영역(37)으로 분배된다.
본질적으로 하나의 하강관을 제공하는 공통 촉매 유출구 영역(37)을 가지는 복수의 분리 챔버(2)는, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)로부터 각각의 분리 챔버 유입구(27)로 향하는 분해된 기체와 고체 촉매 입자의 흐름 간의 균형을 유지한다.
도 3에서, 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 가스 유출구 수집기(18)와 연통하는 상부 이차 분리기 영역(29a)에 적어도 하나의 이차 분리기(28)를 더 포함한다. 상기 이차 분리기(28)는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기(33)와 연통되는 적어도 하나의 가스 배기 도관(32)을 가진다. 상기 가스 수집기(33)는 반응 용기(100)로부터 분해된 가스를 배출하기 위한 가스 유출구(35)를 포함한다. 또한, 이차 분리기(28)는 분리된 고체를 반응 용기(100)의 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 반환하기 위해 하부 스트리핑 베드 영역(29) 내부로 연장되는 하강관 유출구(31)를 갖는 적어도 하나의 하강관(30)을 가지고 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 이차 분리기(28)는 적절히 반응 용기(100)의 외부에 배치되고 분해된 가스의 추가 처리 및 고체 입자의 추가적인 분리를 위한 적절한 수단과 연결될 수 있다.
도 4a는 분리 용기(1)의 단면도로서 분해된 가스와 고체 입자를 분리 챔버(2)로 분배하는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 도시한다. 분해된 기체와 고체 입자는, 분리 챔버 유입구(27)와 연통하는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 통해 분리 챔버(2)로 진입하고 분리 챔버 디플렉터(8)를 통과한다. 분해된 가스와 고체 입자는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)로부터 90°각도(34)로 중앙 라이저 반응기(4)를 빠져나간다. 분해된 가스와 고체 입자가 분리 챔버 유입구(27)에 들어감에 따라, 분해된 가스와 고체 입자가 공통 촉매 유출구 영역(37)을 향해 돌아 내려가고, 선택적으로 배플(들) (21a 및/또는 21b), 구멍이 있는 배플, 또는 하강관 디플렉터(22)를 지나면서 하부 스트리핑 베드 영역(29) (미도시)으로 가는 도중의 아래에 있는 촉매의 재-비말 동반을 줄인다. 또한, 도 4a는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 단면도이고, 이 실시 예에서, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 중앙 라이저 반응기 유입구(26) 반대측에 위치한 중앙 라이저 반응기(4)의 일단에서 종결된다. 도 4a의 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는, 중앙 라이저 반응기(4)를 분해된 가스 및 고체 입자의 흐름에 수직한 표면(즉, 중앙 라이저 반응기(4)과 유사하거나 동일한 물질)으로 "덮거나(cap)" 종료시키는 영역을 포함한다. 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 각 분리 챔버(27)와 유체 연통된다.
도 4b는 분리 용기(1)의 단면도로서, 측면 유출구(10)로부터 2개의 수집 챔버(3)내로 분해된 가스와 고체 입자가 분포되는 것, 스트리핑 가스가 수집 챔버(3)의 스트리핑 가스 입구 창(15)으로 유입되는 것, 그리고 가스와 고체 입자의 일부가 가스 유출구 수집기(18)로 유입되는 것을 나타낸다. 단일 하강관을 형성하는 공통 촉매 유출구 영역(37)은 고체 입자를 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 안내한다. 또한, 도 4b는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)의 단면도를 보여주며, 이 실시 예에서 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 정점(25)을 갖는 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)를 포함한다. 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)는 매끄러운 180°의 회전을 제공하기 위해 각 분리 챔버 유입구(27)(미도시)로 연장되고 유체 연통된다. 이와 같이, 도 4a에서 나타낸 바와 같이, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)가 편평한 직각면(flat perpendicular surface)에 의해 "덮이거나" 종료되는 경우 중앙 라이저 반응기 유출구(5) 내부에서 발생하는 분해된 가스 및 고체 입자의 난류가 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)에 의해 개선된다.
도 4c는 분리 용기(1)의 단면도로서, 중앙 라이저 반응기(4)의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그리며 분리 챔버 디플렉터(8)로 연장되는 라이저 유출구 곡면(42) (도 4a의 중앙 라이저 반응기 유출구(5) 영역으로부터 90° 직각으로 나오는 것과 대비됨)을 갖는 중앙 라이저 반응기 유출구(5)를 나타낸다. 본 실시 예에서, 중앙 라이저 반응기 유출구(5)는 또한 정점(25)을 갖는 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터(20)를 포함해서 분해된 가스 및 고체 입자를 분리 챔버(2) 내부로 배분한다. 중앙 라이저 반응기로부터 부드럽게 180° 회전하여 각각의 분리 챔버(2) 내부로 유입되고 단일 하강관을 형성하는 아래쪽 공통 촉매 유출구 영역(37)으로의 분해된 가스 및 고체 입자의 이동(transition)에 의해 고체 입자는 하부 스트리핑 베드 영역(29)으로 안내된다.
예측적 예
본 발명의 실시 예는 이하의 예측적 예와 함께 더 설명될 수 있다. 시뮬레이션된 예는 구체적인 일 실시 예이지만, 어떠한 측면에서도 본 발명을 제한하는 것으로 보아서는 안 된다.
도 5의 그래프는 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics, "CFD") 시뮬레이션 결과이다. CFD 시뮬레이션은 가스 및/또는 고체의 액체 유동 필드 흐름을 시뮬레이션하는데 널리 사용되며, 본 명세서에는 설명된 분리 용기에 연결된 유체 촉매 분해기(fluid catalytic cracker)의 라이저 반응기로부터의 증기/촉매의 흐름을 모델링하는 데 사용된다.
도 5에 제시된 그래프는, 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터 뿐만 아니라 배플 및 분리 챔버 디플렉터로 연장되는 라이저 유출구 곡면을 포함하는 윤곽을 가지는 본 발명의 현재 청구된 라이저 분리 시스템(또는 라이저 종단장치("RTD"))의 분리 효율 증가 퍼센트를, 90°의 라이저 유출구 배출 형태를 가지는 종래 기술의 라이저 분리 시스템과 대비하여 나타내는 CFD 시뮬레이션 결과이다. 두 라이저 분리 시스템들 모두는 별도의 하강관을 갖는 분리 챔버를 이용한다. 본 발명 및 종래 라이저 분리 시스템들 모두는 동일한 상용 작동 조건(commercial operating conditions)을 이용하여 시뮬레이션 되었다. 그 결과는 본 발명에서 청구되는 라이저 분리 시스템이 개선된 증기 촉매 분리 효율 및 감소된 촉매 유동 맥동을 가지는 것을 보여준다.
본 명세서에서 개시된 다양한 실시양태들, 예를 들어, "단일 하강관," 라이저 유출구 콘 형상 오목 디플렉터, 및 라이저 유출구 곡면은 개별적으로 또는 조합해서 본 발명의 아주 콤팩트한 라이저 분리 시스템, 즉 분리 용기에 적용될 수 있다. 라이저 분리 시스템은 그 외부에 있는 이차 분리 시스템을 활용하거나, 라이저 분리 시스템과 이차 분리 시스템이 하나의 반응 용기 내에 포함될 수 있다. 본 명세서에 개시된 라이저 분리 시스템은, 장비의 콤팩트한 특성이 향상되기 때문에 높은 분리 효율, 최대 수용(containment), 및 분리된 탄화수소의 빠른 배출을 보장한다.
전술한 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 본질적 특성을 쉽게 확인할 수 있으며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 용도 및 조건에서의 응용을 위해 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있다.

Claims (27)

  1. 탄화수소 원료(feed)를 입자 스트림으로 분해하기 위해 사용되는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 상기 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치로서:
    상기 장치는 하부 스트리핑 베드(stripping bed) 영역, 상부 이차 분리기 영역, 및 중앙 라이저 반응기를 포함하는 반응 용기를 포함하며, 상기 중앙 라이저 반응기는 상기 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스와 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대쪽 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구를 포함하고;
    상기 장치는 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 분리하기 위해, 상기 중앙 라이저 반응기의 축 주위로 교번하며 배치되고 상기 중앙 라이저 반응기 유출구에 근접 위치하는 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함하는 분리 용기를 포함하고;
    상기 분리 챔버 각각은 인접한 수집 챔버의 벽을 또한 포함하는 두 개의 실질적으로 수직한 측면 벽, 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 받기 위해 상기 중앙 라이저 반응기 유출구와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역에 형성된 분리 챔버 유입구, 그리고 상기 분해된 가스 및 입자가 통과하는 분리 챔버 디플렉터를 포함하고, 상기 분리 챔버 디플렉터는 상기 분리 챔버 유입구에 근접하고, 각 챔버의 상기 수직 측면 벽 중 적어도 하나는 상기 분리 챔버 디플렉터 아래에 측면 유출구를 포함하여 상기 분리 챔버로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버와 연통할 수 있게 하고;
    상기 수집 챔버 각각은, 상기 하부 스트리핑 베드 영역에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터에서의 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버로 유입되는 것을 허용하기 위한 스트리핑 가스 입구 창을 포함하는 수집 챔버 외벽, 그리고 상기 수집 챔버 외벽, 상기 수직 측면 벽, 및 상기 중앙 라이저 반응기와 함께 상기 수집 챔버를 정의하는 수집 챔버 바닥, 그리고 상기 수집 챔버로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 가스 유출구 수집기로 보내기 위해 상기 수집 챔버의 상부 영역에 있는 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 포함하고;
    상기 분리 챔버 각각은 상기 분리 챔버 유입구로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향해 연장되는 분리 챔버 외벽을 더 포함하고, 상기 분리 챔버 외벽은 측면 수직 벽 및 중앙 라이저 반응기와 함께 상기 중앙 라이저 반응기 주위로 환형으로 배치된 공통 촉매 유출구 영역과 연통하는 상기 분리 챔버의 하부 영역에 분리 챔버 유출구를 형성하고, 상기 공통 촉매 유출구 영역은 공통 촉매 영역 벽을 포함하고, 상기 공통 촉매 영역 벽은 상기 분리 챔버 유출구에 인접한 상기 분리 챔버 외벽 및 상기 수집 챔버 바닥에 인접한 상기 수집 챔버 외벽으로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향해 연장되며 상기 중앙 라이저 반응기 주위를 원주 방향으로 둘러싸서 고체 입자를 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 안내하고; 상기 반응 용기는 상기 분해된 가스와 상기 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 상기 가스 유출구 수집기와 연통하는 상기 상부 이차 분리기 영역에 위치한 적어도 하나의 이차 분리기를 더 포함하고, 상기 이차 분리기는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기와 연통하는 적어도 하나의 가스 배기 도관을 포함하고, 상기 가스 수집기는 분해된 가스를 상기 반응 용기로부터 내보내기 위한 가스 유출구를 포함하고, 상기 이차 분리기는 또한 분리된 고체 입자를 상기 반응 용기의 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 반환하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역 내부로 연장되는 하강관 유출구를 갖는 적어도 하나의 하강관(dipleg)을 포함하는 장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 공통 촉매 유출구 영역은 적어도 하나의 배플(baffle) 및/또는 적어도 하나의 디플렉터를 더 포함하는 장치.
  3. 청구항 2에서, 상기 적어도 하나의 배플 및/또는 적어도 하나의 디플렉터는 구멍을 포함하는 장치.
  4. 청구항 1에서, 상기 적어도 하나의 이차 분리기는 상기 반응 용기의 외부에 있으며, 상기 이차 분리기는 상기 분해된 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배기 도관 및 분리된 고체 입자를 상기 반응 용기의 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 반환하기 위해 상기 반응 용기의 포트를 통해 상기 반응 용기 내부로 연장하는 하강관 유출구를 갖는 적어도 하나의 하강관을 포함하는 장치.
  5. 청구항 1에서, 상기 고체 입자는 FCC 촉매인 장치.
  6. 탄화수소 원료를 입자 스트림으로 분해하기 위해 사용되는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 상기 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치로서:
    상기 장치는 하부 스트리핑 베드 영역, 상부 이차 분리기 영역, 및 중앙 라이저 반응기를 포함하는 반응 용기를 포함하고, 상기 중앙 라이저 반응기는 상기 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대쪽 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구를 포함하고;
    상기 장치는 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 분리하기 위해, 상기 중앙 라이저 반응기의 축 주위로 교번하며 배치되며 상기 중앙 라이저 반응기 유출구에 근접 위치하는 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함하는 분리 용기를 포함하고; 상기 분리 챔버 각각은, 인접한 수집 챔버의 벽을 또한 포함하는 두 개의 실질적으로 수직한 측면 벽, 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 받기 위해 상기 중앙 라이저 반응기 유출구와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역에 형성된 분리 챔버 유입구, 그리고 상기 중앙 라이저 반응기의 종축으로부터 멀어지면서 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향하는 방향으로 호를 그리며 상기 분해된 기체 및 고체 입자가 통과하는 분리 챔버 디플렉터를 포함하고, 상기 분리 챔버 디플렉터는 상기 분리 챔버 유입구에 근접하고, 각 챔버의 상기 수직 측면 벽 중 적어도 하나는 상기 분리 챔버 디플렉터 아래에 측면 유출구를 포함하여 상기 분리 챔버로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버와 연통할 수 있게 하고;
    상기 중앙 라이저 반응기 유출구는 라이저 유출구 곡면 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터를 더 포함하고, 상기 라이저 유출구 곡면은 상기 중앙 라이저 반응기의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버의 상기 분리 챔버 디플렉터로 연장되어 상기 중앙 라이저 반응기에서 상기 중앙 라이저 반응기 유출구와 분리 챔버 유입구를 통해 각각의 분리 챔버로 보내지는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에 실질적으로 180°의 변화를 시작하고, 상기 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터는 상기 중앙 라이저 반응기 유출구의 중심에 근접한 정점(vertex)을 가지며 상기 중앙 라이저 반응기 유입구를 가리키고(pointing) 상기 정점에서 시작하여 상기 중앙 라이저 반응기의 종축으로부터 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버 유입구의 상부 영역으로 연장되고 각각의 분리 챔버 유입구의 상부 영역과 연통하며 상기 중앙 라이저 반응기를 떠나는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 상기 방향 변화를 용이하게 하고;
    상기 수집 챔버 각각은 적어도 하나의 수집 챔버 도관 및 수집 챔버 외벽을 포함하고, 상기 수집 챔버 도관은 상기 수집 챔버로부터 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 내보내기 위해 가스 유출구 수집기와 연통하는 상기 수집 챔버의 상부 영역에 마련되고, 상기 수집 챔버 외벽은 상기 수집 챔버 도관으로부터 연장하며 상기 수직 측면 벽 및 상기 중앙 라이저 반응기와 함께 스트리핑 가스 유입구를 정의하여 상기 하부 스트리핑 베드 영역에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터로부터 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버로 유입될 수 있게 하고;
    상기 분리 챔버 각각은 분리 챔버 외벽 더 포함하며, 상기 분리 챔버 외벽은 상기 분리 챔버 유입구에서 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향해 연장되고, 상기 수직 측면 벽 및 중앙 라이저 반응기와 함께 상기 분리 챔버를 정의하고 상기 분리 챔버의 하부 영역에 분리 챔버 유출구를 정의하고, 상기 고체 입자는 상기 분리 챔버의 하부 영역에서 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 보내지고;
    상기 반응 용기는 상기 분해된 가스와 상기 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 상기 가스 유출구 수집기와 연통하는 상기 상부 이차 분리기 영역에 위치한 적어도 하나의 이차 분리기를 더 포함하며, 상기 이차 분리기는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기와 연통하는 적어도 하나의 가스 배기 도관을 포함하고, 상기 가스 수집기는 분해된 가스를 상기 반응 용기로부터 내보내기 위한 가스 유출구를 포함하고, 상기 이차 분리기는 또한 분리된 고체를 상기 반응 용기의 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 반환하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역 내부로 연장되는 하강관 유출구를 갖는 적어도 하나의 하강관을 포함하는 장치.
  7. 청구항 6에서, 상기 반응 용기는 상기 분리 챔버 유출구 위에 적어도 하나의 배플 및/또는 디플렉터를 더 포함하는 장치.
  8. 청구항 7에서, 상기 배플 및/또는 디플렉터는 구멍을 포함하는 장치.
  9. 청구항 6에서, 상기 적어도 하나의 이차 분리기는 상기 반응 용기의 외부에 있으며, 상기 이차 분리기는 상기 분해된 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배기 도관 및 분리된 고체 입자를 상기 반응 용기의 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 반환하기 위해 상기 반응 용기의 포트를 통해 상기 반응 용기 내부로 연장하는 하강관 유출구를 갖는 적어도 하나의 하강관을 포함하는 장치.
  10. 청구항 6에서, 상기 고체 입자는 FCC 촉매인 장치.
  11. 탄화수소 원료를 입자 스트림으로 분해하기 위한 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 상기 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치로서:
    상기 장치는 하부 스트리핑 베드 영역, 상부 이차 분리기 영역, 및 중앙 라이저 반응기를 포함하는 반응 용기를 포함하고, 상기 중앙 라이저 반응기는 상기 탄화수소 원료와 입자 스트림을 받기 위해 일단에 중앙 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 내보내기 위해 반대쪽 단에 적어도 하나의 중앙 라이저 반응기 유출구를 포함하고;
    상기 장치는, 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 분리하기 위해, 상기 중앙 라이저 반응기의 축 주위로 교번하며 배치되고 상기 중앙 라이저 반응기 유출구에 근접 위치하는 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함하는 분리 용기를 포함하며; 상기 분리 챔버 각각은, 인접한 수집 챔버의 벽을 또한 포함하는 두 개의 실질적으로 수직한 측면 벽, 상기 분해된 가스 및 고체 입자를 받기 위해 상기 중앙 라이저 반응기 유출구와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역에 형성된 분리 챔버 유입구, 그리고 상기 중앙 라이저 반응기의 종축으로부터 멀어지면서 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향하는 방향으로 호를 그리며 상기 분해된 기체 및 고체 입자가 통과하는 분리 챔버 디플렉터를 포함하고, 상기 분리 챔버 디플렉터는 상기 분리 챔버 유입구에 근접하고, 각 챔버의 상기 수직 측면 벽 중 적어도 하나는 상기 분리 챔버 디플렉터 아래에 측면 유출구를 포함하여 상기 분리 챔버로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양이 인접한 수집 챔버와 연통할 수 있게 하고;
    상기 중앙 라이저 반응기 유출구는 라이저 유출구 곡면 및 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터를 더 포함하고, 상기 라이저 유출구 곡면은 상기 중앙 라이저 반응기의 종축에서 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버의 상기 분리 챔버 디플렉터로 연장되어 상기 중앙 라이저 반응기에서 상기 중앙 라이저 반응기 유출구와 분리 챔버 유입구를 통해 각각의 분리 챔버로 보내지는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 방향에 실질적으로 180°의 변화를 시작하고, 상기 라이저 유출구 콘-모양 오목 디플렉터는 상기 중앙 라이저 반응기 유출구의 중심에 근접한 정점(vertex)을 가지며 상기 중앙 라이저 반응기 유입구를 가리키고(pointing) 상기 정점에서 시작하여 상기 중앙 라이저 반응기의 종축으로부터 멀어지는 방향으로 호를 그리며 각각의 분리 챔버 유입구의 상부 영역으로 연장하여 각각의 분리 챔버 유입구의 상부 영역과 연통하며 상기 중앙 라이저 반응기를 떠나는 상기 분해된 가스 및 고체 입자의 상기 방향 변화를 용이하게 하며;
    상기 수집 챔버 각각은, 상기 하부 스트리핑 베드 영역에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 인젝터에서의 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버로 유입되는 것을 허용하기 위한 수집 가스 입구 창을 포함하는 수집 챔버 외벽, 그리고 상기 수집 챔버 외벽, 상기 수직 측면 벽, 및 상기 중앙 라이저 반응기와 함께 상기 수집 챔버를 정의하는 수집 챔버 바닥, 그리고 상기 수집 챔버로부터의 상기 분해된 가스와 고체 입자의 적은 양을 가스 유출구 수집기로 보내기 위해 상기 수집 챔버의 상부 영역에 있는 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 포함하고;
    상기 분리 챔버 각각은 상기 분리 챔버 유입구로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향해 연장되는 분리 챔버 외벽을 더 포함하고, 상기 분리 챔버 외벽은 측면 수직 벽 및 중앙 라이저 반응기와 함께 상기 중앙 라이저 반응기 주위로 환형으로 배치된 공통 촉매 유출구 영역과 연통하는 상기 분리 챔버의 하부 영역에 분리 챔버 유출구를 형성하며, 상기 공통 촉매 유출구 영역은 공통 촉매 영역 벽을 포함하고, 상기 공통 촉매 영역 벽은 상기 분리 챔버 유출구에 인접한 상기 분리 챔버 외벽 및 상기 수집 챔버 벽 바닥에 인접한 상기 수집 챔버 외벽으로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역를 향해 연장되며 상기 중앙 라이저 반응기 주위를 원주 방향으로 둘러싸서 고체 입자를 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 안내하고;
    상기 반응 용기는 상기 분해된 가스와 상기 고체 입자의 적은 양을 받기 위해 상기 가스 유출구 수집기와 연통하는 상기 상부 이차 분리기 영역에 위치한 적어도 하나의 이차 분리기를 더 포함하고, 상기 이차 분리기는 분해된 가스를 배출하기 위해 가스 수집기와 연통하는 적어도 하나의 가스 배기 도관을 포함하고, 상기 가스 수집기는 분해된 가스를 상기 반응 용기로부터 내보내기 위한 가스 유출구를 포함하고, 상기 이차 분리기는 또한 분리된 고체를 상기 반응 용기의 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 반환하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역 내부로 연장되는 하강관 유출구를 갖는 적어도 하나의 하강관을 포함하는 장치.
  12. 청구항 11에서, 상기 공통 촉매 유출구 영역은 적어도 하나의 배플 및/또는 적어도 하나의 디플렉터를 더 포함하는 장치.
  13. 청구항 12에서, 상기 적어도 하나의 배플 및/또는 적어도 하나의 디플렉터는 홀을 포함하는 장치.
  14. 청구항 11에서, 상기 적어도 하나의 이차 분리기는 상기 반응 용기의 외부에 있으며, 상기 이차 분리기는 상기 분해된 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배기 도관 및 분리된 고체 입자를 상기 반응 용기의 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 반환하기 위해 상기 반응 용기의 포트를 통해 상기 반응 용기 내부로 연장하는 하강관 유출구를 갖는 적어도 하나의 하강관을 포함하는 장치.
  15. 청구항 11에서, 상기 고체 입자는 FCC 촉매인 장치.
  16. 청구항 1의 장치를 이용해서 가스 혼합물과 입자 스트림을 분리하기 위한 공정.
  17. 청구항 6의 장치를 이용해서 가스 혼합물과 입자 스트림을 분리하기 위한 공정.
  18. 청구항 11의 장치를 이용해서 가스 혼합물과 입자 스트림을 분리하기 위한 공정.
    [청구항 17]
    청구항 1에서, 상기 스트리핑 가스는 수증기, 질소, 연료 가스, 및 탄화수소 증기로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나인 장치.
    [청구항 18]
    청구항 1에서, 상기 반응기의 온도는 약 450℃에서 약 750℃인 장치.
  19. 청구항 1에서, 상기 가스 혼합물은 약 9에서 약 26 m/s의 속도로 상기 반응기를 통과하는 장치.
  20. 청구항 1에서, 상기 이차 분리기를 떠나는 가스에 있는 적어도 하나의 다른 탄화수소 컷(cut)을 분류하기 위한 칼럼(column)을 더 포함하는 장치.
  21. 입자 스트림에서 가스 혼합물을 분리하는 방법에서, 청구항 1의 장치 내에서 상기 입자 스트림으로 탄화수소 원료를 분해하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 입자 스트림에서 가스 혼합물을 분리하는 방법에서, 청구항 6의 장치 내에서 상기 입자 스트림으로 탄화수소 원료를 분해하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 입자 스트림에서 가스 혼합물을 분리하는 방법에서, 청구항 11의 장치 내에서 상기 입자 스트림으로 탄화수소 원료를 분해하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 청구항 6에서, 상기 분리 챔버 각각은 하강관을 제공하기 위해 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향해 연장되며, 상기 고체 입자는 상기 하강관으로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역으로 보내지는 장치.
  25. 청구항 1에서, 상기 고체 입자는 유동성 분말인 장치.
  26. 청구항 6에서, 상기 고체 입자는 유동성 분말인 장치.
  27. 청구항 11에서, 상기 고체 입자는 유동성 분말인 장치.
KR1020197025071A 2017-01-27 2018-01-24 라이저 분리 시스템 KR102526140B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/417,322 2017-01-27
US15/417,322 US10731086B2 (en) 2017-01-27 2017-01-27 Riser separation system
PCT/US2018/014976 WO2018140448A1 (en) 2017-01-27 2018-01-24 Riser separation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190112066A true KR20190112066A (ko) 2019-10-02
KR102526140B1 KR102526140B1 (ko) 2023-04-26

Family

ID=62977148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197025071A KR102526140B1 (ko) 2017-01-27 2018-01-24 라이저 분리 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10731086B2 (ko)
EP (1) EP3574180A4 (ko)
JP (1) JP7231937B2 (ko)
KR (1) KR102526140B1 (ko)
CN (1) CN110418871B (ko)
AU (1) AU2018212564B2 (ko)
WO (1) WO2018140448A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220168699A1 (en) * 2019-03-18 2022-06-02 Shanghai Supezet Engineering Technology Co., Ltd. Alkane catalytic dehydrogenation reaction device and catalyst regeneration device
FR3104469A1 (fr) 2019-12-12 2021-06-18 IFP Energies Nouvelles Dispositif et procédé de séparation gaz-solide de craquage catalytique en lit fluidisé avec ouvertures latérales
FR3104468A1 (fr) 2019-12-12 2021-06-18 IFP Energies Nouvelles Dispositif et procédé de séparation gaz-solide de craquage catalytique en lit fluidisé avec paroi externe de préstripage verticale.
FR3104467A1 (fr) 2019-12-12 2021-06-18 IFP Energies Nouvelles Dispositif et procédé de séparation gaz-solide de craquage catalytique en lit fluidisé avec déflecteur sous fenêtre
FR3104470A1 (fr) 2019-12-12 2021-06-18 IFP Energies Nouvelles Dispositif et procédé de séparation gaz-solide de craquage catalytique en lit fluidisé avec internes de perte de charge.
US11565228B2 (en) 2021-05-25 2023-01-31 T.En Process Technology, Inc. Riser separation systems

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011015664A2 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for revamping an hf or sulphuric acid alkylation unit
KR20110089367A (ko) * 2008-11-26 2011-08-05 셰브런 유.에스.에이.인크. 코얼레서를 통한 액체-액체 분리 공정
KR20140060558A (ko) * 2011-09-12 2014-05-20 셰브런 유.에스.에이.인크. 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 위한 황산 알킬화 장치들의 전환
JP2015528740A (ja) * 2012-07-11 2015-10-01 メリケム カンパニー 接触および分離装置、ならびにその使用方法
KR20150122310A (ko) * 2014-04-22 2015-11-02 삼성중공업 주식회사 수직형 유체 이송관을 구비한 삼상 분리기
WO2016094183A2 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Uop Llc Methods for recovering ionic liquid fines from a process stream
KR20160124230A (ko) * 2014-03-12 2016-10-26 엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니 샌드 트랩을 갖는 분할 유동 파이프 분리기

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3948757A (en) * 1973-05-21 1976-04-06 Universal Oil Products Company Fluid catalytic cracking process for upgrading a gasoline-range feed
AT364745B (de) 1975-03-24 1981-11-10 Ashland Oil Inc Verfahren und vorrichtung zum abscheiden feiner feststoffteilchen aus stroemenden gasen
US4116814A (en) * 1977-07-18 1978-09-26 Mobil Oil Corporation Method and system for effecting catalytic cracking of high boiling hydrocarbons with fluid conversion catalysts
US4433984A (en) 1979-07-06 1984-02-28 Stone & Webster Engineering Corp. Low residence time solid-gas separation device and system
US4404095A (en) 1982-07-22 1983-09-13 Mobil Oil Corporation Method and means for separating gaseous materials from finely divided catalyst particles
US4749471A (en) 1983-09-06 1988-06-07 Mobil Oil Corporation Closed FCC cyclone process
US5039397A (en) 1984-05-21 1991-08-13 Mobil Oil Corporation Closed cyclone FCC catalyst separation method and apparatus
US4606814A (en) * 1984-11-01 1986-08-19 Mobil Oil Corporation FCC product withdrawal and separation
US4664888A (en) 1985-06-27 1987-05-12 Texaco Inc. Fluid catalytic cracking catalyst-vapor separator
US4756886A (en) 1986-04-10 1988-07-12 Stone & Webster Engineering Corporation Rough cut solids separator
US5182085A (en) 1990-05-17 1993-01-26 Uop Vented riser apparatus and method
US5259855A (en) 1991-09-09 1993-11-09 Stone & Webster Engineering Corp. Apparatus for separating fluidized cracking catalysts from hydrocarbon vapor
US5393415A (en) * 1991-12-06 1995-02-28 Uop FCC process with enclosed vented riser
US5662868A (en) 1994-09-22 1997-09-02 Stone & Webster Engineering Corporation Short residence time cracking apparatus and process
CN1072979C (zh) * 1996-03-22 2001-10-17 中国石油化工集团公司 提升管反应系统旋流式气固快速分离和引出方法及装置
FR2758277B1 (fr) * 1997-01-13 1999-10-08 Inst Francais Du Petrole Separateur a enroulement direct de particules d'un melange gazeux et son utilisation en craquage thermique ou catalytique en lit fluidise
EP1017762B1 (fr) * 1997-09-01 2002-04-10 Institut Francais Du Petrole Dispositif de separation et de stripage et son utilisation en craquage catalytique en lit fluidise
FI111229B (fi) * 2000-02-08 2003-06-30 Fortum Oyj Menetelmä ja laitteisto kiintoaineen erottamiseksi kaasuista
BR0112488A (pt) * 2000-07-14 2003-07-01 Shell Int Research Vaso reator para craqueamento catalìtico fluidizado, uso do mesmo, e, processo de reequipar um vaso reator para fcc existente
FR2894842B1 (fr) * 2005-12-21 2008-02-01 Inst Francais Du Petrole Nouveau systeme de separation gaz solide et de stripage pour les unites de craquage catalytique en lit fluidise
FR2909897B1 (fr) * 2006-12-13 2009-06-26 Inst Francais Du Petrole Nouveau systeme de separation gaz solide pour les regenerateurs des unites de craquage catalytique en lit fluidise
US7799285B2 (en) * 2007-04-10 2010-09-21 Petróleo Brasileiro S.A.-Petrobras Stripping apparatus for the gas-solid separation in a fluidized bed
DK2184335T3 (da) * 2007-08-09 2021-06-07 China Petroleum & Chem Corp Fremgangsmåde til katalytisk omdannelse
AT14334U1 (de) * 2010-05-09 2015-08-15 Labstyle Innovation Ltd Flüssigkeitsvorrichtung und Anwendungsverfahren dafür
US8747654B2 (en) * 2010-12-03 2014-06-10 Uop Llc Process for recovering catalytic product
CN104334691B (zh) * 2012-02-14 2018-06-05 信实工业公司 低值烃流向轻烯烃催化转化的方法
CN105431217B (zh) 2012-10-31 2018-04-10 陶氏环球技术有限公司 用于最小化催化剂粒子磨损的方法和设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110089367A (ko) * 2008-11-26 2011-08-05 셰브런 유.에스.에이.인크. 코얼레서를 통한 액체-액체 분리 공정
US8067656B2 (en) * 2008-11-26 2011-11-29 Chevron U.S.A. Inc. Liquid-liquid separation process via coalescers
WO2011015664A2 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for revamping an hf or sulphuric acid alkylation unit
KR20140060558A (ko) * 2011-09-12 2014-05-20 셰브런 유.에스.에이.인크. 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 위한 황산 알킬화 장치들의 전환
US8920755B2 (en) * 2011-09-12 2014-12-30 Chevron U.S.A. Inc. Conversion of HF alkylation units for ionic liquid catalyzed alkylation processes
JP2015528740A (ja) * 2012-07-11 2015-10-01 メリケム カンパニー 接触および分離装置、ならびにその使用方法
KR20160124230A (ko) * 2014-03-12 2016-10-26 엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니 샌드 트랩을 갖는 분할 유동 파이프 분리기
KR20150122310A (ko) * 2014-04-22 2015-11-02 삼성중공업 주식회사 수직형 유체 이송관을 구비한 삼상 분리기
WO2016094183A2 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Uop Llc Methods for recovering ionic liquid fines from a process stream

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019124972A3 (ko) 2021-05-25
US20180216012A1 (en) 2018-08-02
AU2018212564A1 (en) 2019-09-12
AU2018212564B2 (en) 2023-08-31
KR102526140B1 (ko) 2023-04-26
JP2020507641A (ja) 2020-03-12
WO2018140448A1 (en) 2018-08-02
JP7231937B2 (ja) 2023-03-02
CN110418871A (zh) 2019-11-05
RU2762038C2 (ru) 2021-12-15
EP3574180A1 (en) 2019-12-04
US10731086B2 (en) 2020-08-04
EP3574180A4 (en) 2020-12-30
CN110418871B (zh) 2021-04-23
RU2019124972A (ru) 2021-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102526140B1 (ko) 라이저 분리 시스템
KR101279321B1 (ko) 탈리 장치 및 탈리 방법
US7429363B2 (en) Riser termination device
JP2001515097A (ja) 分離・ストリッピング装置および同装置の流動床接触分解への使用
US9266035B2 (en) Distillation tower feed device
US11261143B2 (en) Apparatus and process for separating gases from catalyst
US5393415A (en) FCC process with enclosed vented riser
US4664889A (en) Apparatus for separating hydrocarbon products from catalyst particles
JP5794579B2 (ja) 外部ｆｃｃライザーのための分離およびストリッピング装置
US11517869B2 (en) Riser extension apparatus and process
RU2762038C9 (ru) Сепараторная система лифт-реактора
US5393414A (en) FCC process with enclosed vented riser
US11565228B2 (en) Riser separation systems
RU2785852C1 (ru) Устройство и способ расширения стояка
RU2782503C1 (ru) Аппарат и процесс для отделения газов от катализатора
US11285417B1 (en) Apparatus and process for capturing product gases from catalyst stripper
GB2233915A (en) Contacting solid particles and fluid
KR20110081211A (ko) 스트립핑 방법 및 멀티 슬로프 배플을 구비한 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right