KR20190120761A - 저용량 구획된 반응기 - Google Patents

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Abstract

처리될 탄화수소 공급원료의 방사상 유동을 갖는 촉매 반응기 (10) 로서:
- 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되는 적어도 하나의 촉매 모듈 (15) 의 형태로 존재하는 실질적으로 원통형 외부 쉘 (14) 로 둘러싸이는 반응 구역 (13),
- 상기 반응 구역 (13) 의 외측에서 상기 촉매 모듈 (15) 과 동일한 레벨로 위치된 환형 구역 (30) 을 포함하고,
상기 촉매 반응기는 적어도 하나의 촉매 모듈 (15) 의 두개의 측 벽들 (23, 24) 사이에 위치되고 반응 구역 (13) 의 외측에 위치되고 상기 환형 구역 (30) 으로 개방된 빈 공간 (27) 을 포함하고, 상기 빈 공간 (27) 은 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되고 수집 수단 (29) 에 인접하게 위치설정된 적어도 하나의 고체 네트 (26) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저용량 구획된 반응기
본 발명은 처리될 탄화수소 공급원료의 방사상 유동을 갖는 반응기들의 분야에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로 가솔린들의 촉매 리포밍에 적용된다. 본 발명은 매우 작은 양의 촉매를 사용하고 따라서 낮은 값의 체류 시간들을 제어하는 것을 가능하게 한다.
처리될 탄화수소 공급원료의 방사상 순환을 갖는 촉매 베드 반응기들은 정제 분야에서 공지되어 있다. 특히, 그러한 반응기들은 연관된 수소 제조에 있어서 방향족 화합물들을 부여하도록 C7-C10 파라핀족 화합물들 및 C7-C10 나프텐족 화합물들의 변환을 목표로하는 촉매 리포밍 반응들을 실행하는 데 사용된다. 촉매 변환은 일반적으로 연료 베이스로서 사용될 수 있는 방향족 화합물들이 풍부한 높은 옥탄가의 개질휘발유를 제조하도록 0.1 내지 4.0 Mpa 의 중간 압력으로 그리고 특정한 리포밍 촉매의 존재에서 대략 500℃ 의 높은 온도로 실행된다.
이동하는 방사상 베드 기술과 연관된 복수의 제약들이 존재한다. 특히, 촉매 베드를 통해 통과할 때에 처리될 탄화수소 공급원료의 속도들은 베드의 진입부에서 공동 현상을 방지하고 (촉매 베드가 이동하는 베드일 때에), 내부 스크린에 대해 그 유출구에서 촉매의 피닝을 방지하고, 압력 강하들 (속도 및 베드의 두께에 종속됨) 을 감소시키도록 제한된다. 실제로, 과도하게 높은 공급원료 유량은 중앙 수집기에 대해 촉매의 피닝 현상을 발생시킬 것이다. 촉매 베드의 외부 주변부로부터 반응기의 중앙을 향해 방사상으로 유동하는 공급원료에 의해 가해지는 힘은 중앙 수집기의 벽에 대해 촉매 그레인들을 가압하고, 이는 벽을 따라 그레인들의 미끄러짐에 대항하는 마찰 응력을 증가시킨다. 공급원료 유동이 충분히 높다면 그후 결과적인 마찰력은 촉매 베드의 중량을 지지하는 데 충분하여 촉매 그레인들의 중력 유동은 적어도 중앙 수집기의 벽에 인접한 일부 영역들에서 중지된다. 이들 영역들에서, 촉매 그레인들은 그후 공급원료의 유동에 의해 "피닝되고" 수집기의 벽에 대해 이동 불가능하게 유지된다. 촉매 그레인들의 이동 불가능 현상은, 그것이 예를 들면 코킹에 의해, 따라서 반응기의 연속적인 작동을 방지함으로써, 촉매의 비활성화에 대해 반응들을 촉진하는 한, 탄화수소 공급원료들의 촉매 리포밍을 위해 반응기에서 아주 대폭 회피되어야 한다. 실제로, 촉매 케이크가 파이프를 따라 너무 두껍게 될 때에, 이때 처리될 공급원료의 유동을 감소시키거나 또는 심지어 유닛을 완벽하게 셧다운하여 상기 파이프를 언클로깅 (unclog) 하는 것이 필수적이다.
문서 US 6,221,320 는 원의 형태의 반응 구역 내측에서 규칙적으로 분배되고 서로 병치되는 복수의 촉매 모듈들을 포함하는 반응 구역을 포함하는 공급원료의 유동 및 촉매의 중력 유동을 갖는 촉매 반응기를 개시한다. 제약들은 상기 설명된 바와 같은 방사상 베드 기술, 즉 베드의 진입부에서 공동화를 방지하고, 내부 스크린에 대해 그 유출구에서 촉매의 피닝을 방지하고, 압력 강하들을 감소시키는 기술에 관한 것이고, 그러한 반응기의 구성 제약들 (내부 스크린과 외부 스크린 사이의 충분한 공간을 남겨두는 것이 필수적임) 은 최소의 체적의 촉매를 부과한다. 결국에, 이러한 타입의 반응기는 높은 PPH 값들에 대해 최적이지 않는 데, 왜냐하면 이는 반응 구역의 전체 횡단면이 촉매 베드를 포함하는 것을 고려하면 중앙 수집기에 대해 촉매 피닝 현상을 발생시킬 수 있기 때문이다. 이러한 타입의 반응기에서 최대 PPH 값은 대략 20 h - 1 이다.
본 발명의 목적은 새로운 타입의 촉매 반응기를 제안하는 것이고, 그 구성은 높은 PPH 값들에서 작동하는 것을 가능하게 한다. 출원인은 반응 구역을 갖는 촉매 반응기를 개발하였고, 상기 촉매 반응기는 압력 강하들을 제어하는 것을 가능하게 하고, 따라서 종래의 방사상-베드 반응기들에서 가능한 PPH 범위들 (20 내지 35 h -1 ) 보다 훨씬 더 높은 40 h -1 초과 또는 심지어 50 h -1 초과까지 PPH 값 (즉 촉매의 질량에 대한 처리될 공급원료의 유량의 비) 을 증가시키는 것을 가능하게 하는 얇은 촉매 베드들을 포함하는 적어도 하나의 촉매 모듈을 포함한다.
본 발명의 제 1 주제는 탄화수소 공급원료의 방사상 유동을 갖는 촉매 반응기에 관한 것이고, 상기 반응기는:
- 처리될 상기 탄화수소 공급원료를 도입하기 위한 적어도 하나의 수단;
- 촉매 반응으로부터 기인하는 유출액을 배출하기 위한 적어도 하나의 수단;
- 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되는 적어도 하나의 촉매 모듈의 형태로 존재하는 실질적으로 원통형 외부 쉘로 둘러싸이는 반응 구역으로서, 상기 촉매 모듈은:
o 적어도 하나의 촉매 베드;
o 처리될 상기 공급원료 및 상기 촉매 반응으로부터 기인하는 상기 유출액에 각각 투과성인 적어도 하나의 외부 벽 및 하나의 내부 벽 ;
o 처리될 상기 공급원료에 불투과성인 적어도 하나의 제 1 측 벽 및 하나의 제 2 측 벽을 포함하는, 상기 반응 구역;
- 상기 촉매 모듈을 지지하기 위한 적어도 하나의 수단;
- 상기 촉매 모듈의 상기 외부 벽 또는 상기 내부 벽과 연통하게 상기 축선 (AX) 을 따라 연장되는 상기 촉매 반응으로부터 기인하는 상기 유출액을 수집하기 위한 적어도 하나의 수단;
- 상기 반응 구역의 외측에서 상기 촉매 모듈과 동일한 레벨로 위치된 환형 구역을 포함하고,
상기 촉매 반응기는:
- 상기 촉매 반응기가 단일한 촉매 모듈을 포함할 때에, 상기 촉매 반응기는 상기 촉매 모듈의 상기 제 1 측 벽과 상기 제 2 측 벽 사이에서 상기 반응 구역의 외측에 위치되고, 상기 환형 구역으로 개방된 빈 공간을 포함하고,
- 상기 촉매 반응기가 복수의 촉매 모듈들을 포함할 때에, 상기 촉매 반응기는 제 1 촉매 모듈의 상기 제 1 측 벽과 상기 제 1 촉매 모듈에 인접한 제 2 촉매 모듈의 상기 제 2 측 벽 사이에서 상기 반응 구역의 외측에 위치되고, 상기 환형 구역으로 개방된 적어도 하나의 빈 공간을 포함하고,
상기 빈 공간은 상기 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되고 수집 수단에 인접하게 위치설정되는 적어도 하나의 고체 네트를 포함한다.
본 발명에 따른 하나 실시형태에서, 상기 촉매 모듈은 실질적으로 실린더의 섹터로서 구성되고 구조화된다.
본 발명에 따른 또 하나의 실시형태에서, 상기 촉매 모듈은 직사각형 횡단면을 갖는다.
유리하게, 상기 촉매 모듈의 상기 외부 및 내부 벽들은 존슨-타입 스크린들으로 이루어진다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 상기 반응기는 서로 구조적으로 독립적으로 복수의 촉매 모듈들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 상기 반응기는 단일한 촉매 모듈을 포함한다.
이러한 실시형태에서, 상기 빈 공간을 형성하는, 상기 촉매 모듈의 상기 제 1 측 벽의 내부 스톱과 상기 촉매 모듈의 상기 제 2 측 벽의 내부 스톱 사이에 규정된, 상기 반응 구역의 외측에서 측정된 최소의 거리 "d min" 는 적어도 30 cm 이다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 상기 반응기는 2 내지 35 촉매 모듈들을 포함한다.
이러한 실시형태에서, 상기 빈 공간을 형성하는, 제 1 촉매 모듈의 상기 제 1 측 벽의 내부 스톱과 인접한 촉매 모듈의 상기 제 2 측 벽의 내부 스톱 사이에 규정된, 상기 반응 구역의 외측에서 측정된 최소의 거리 "d min" 는 적어도 30 cm 이다.
유리하게, 상기 촉매 모듈의 촉매 베드의 두께는 500 mm 이하이다.
유리하게, 상기 고체 네트는 금속 플레이트의 형태로 존재한다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 상기 촉매 모듈은:
- 상기 촉매 모듈의 상부 부분에 위치된 적어도 하나의 촉매 유입구 수단;
- 상기 촉매 모듈의 하부 부분에 위치된 적어도 하나의 촉매 유출구 수단을 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 주제물은 본 발명에 따른 촉매 반응기를 사용하여 탄화수소 공급원료의 촉매 리포밍을 위한 방법에 관한 것이고:
- 상기 탄화수소 공급원료는 기체 형태로, 상기 반응기에 수용된 촉매 베드 내로 연속적으로 보내지고;
- 상기 촉매 베드를 통해 방사상으로 통과하는 상기 탄화수소 공급원료는 기체형 유출액을 제조하도록 상기 촉매와 접촉되고;
- 상기 유출액은 상기 수집 덕트를 통해 통과 후에 인출된다.
바람직하게, 상기 촉매의 질량에 대한 처리될 상기 탄화수소 공급원료의 유량의 비는 20 h -1 이상이다.
유리하게, 상기 방법은 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서, 0.1 MPa 내지 4 Mpa 의 압력에서, 그리고 0.1 내지 10 의 처리될 상기 공급원료의 수소/탄화수소들의 몰 비로 실행된다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 비제한적인 도면에 의해서만 주어지고 첨부된 다음의 설명을 정독한다면 명백해질 것이다.
도 1 은 종래 기술 분야에 따른 방사상 유동 반응기의 분해 사사도이다.
도 2a 및 도 2b 는 반응기의 메인 축선에 대해 수직한 평면에서 본 발명에 따른 방사상 유동 반응기의 횡단면도를 각각 개별적으로 도시하고, 여기서 촉매 모듈들은 직사각형 횡단면 (도 2a) 을 갖거나 또는 실린더의 섹터로서 실질적으로 구조화되고 구성된다 (도 2b).
도 3 은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 방사상 유동 반응기의 일부의 분해된 사시도이고 촉매 모듈들은 실린더의 섹터로서 실질적으로 구조화되고 구성된 횡단면을 갖는다 (도 2b).
도 4 는 도 2b 에 따른 실시형태에 상응하는 본 발명에 따른 반응기의 촉매 모듈의 사시도이다.
도 5 는 반응기가 구심의 방사상 순환을 갖는 반응기의 메인 축선에 대해 수직한 평면을 따르는 본 발명에 따른 반응기의 횡단면도이다.
도 6 은 반응기가 원심의 방사상 순환을 갖는 반응기의 메인 축선에 대해 수직한 평면을 따르는 본 발명에 따른 반응기의 횡단면도이다.
정의
본 발명을 위해, 방사상 유동은 챔버의 주변부로부터 중앙을 향해 (구심의 방사상 순환) 지향된 반경들 또는 챔버의 중앙으로부터 주변부를 향해 (원심의 방사상 순환) 지향된 반경들에 상응하는 방향들의 세트로 촉매 베드, 일반적으로 이동하는 베드를 통과하는 처리될 탄화수소 공급원료의 유동을 의미한다는 것이 이해될 것이다.
반응기
도 1 을 참조하면, 종래 기술 분야에 따른 방사상 유동 반응기 (1) 는 대칭 축선 (AX) 을 따라 연장되는 실질적으로 원통형 외부 쉘 (2) 을 형성하는 가스 실린더의 형태로 외부에 존재한다. 챔버 (2) 는 그 상부 부분에서 처리될 공급원료를 도입하기 위한 수단 (3) 및 그 하부 부분에서 촉매 반응으로부터 기인하는 유출액을 배출하기 위한 수단 (4) 을 포함한다. 챔버 (2) 내측에는 촉매 베드 (7) 가 배열되고, 촉매 베드 (7) 는 도 1 에 도시된 바와 같이, 촉매를 보유하는 소위 "내부" 스크린에 의해 형성된 중앙 원통형 튜브 (8) 에 의해 내측에서 그리고 내부 스크린과 동일한 타입, 또는 종방향으로 연장되는 쉘-형상의 스크린 부재들 (6) 의 어셈블리로 이루어지는 디바이스에 의해 또 다른 소위 "외부" 스크린 (5) 에 의해 외측에서 제한된 수직의 원통형 링의 형상을 갖는다. 덕트들을 형성하는 이들 쉘-형상의 스크린 요소들 (6) 은 또한 "스캘럽들 (scallops)" 로서 공지된다. 이들 덕트들 (6) 은 실질적으로 원통형 내부 쉘을 형성하도록 축선 (AX) 에 평행한 챔버의 내부 면에 피닝되거나 리저버에 의해 유지된다. 쉘-형상의 스크린 요소들 (6) 은 처리될 공급원료의 유동을 수용하도록 그 상부 단부를 통해 처리될 공급원료를 도입하기 위한 수단 (3) 과 직접 연통한다. 공급원료의 유동은 기체 형태로, 반응기 (1) 의 중앙을 향해 방사상으로 수렴하면서 고체 촉매 입자들 (7) 의 베드를 통해 통과하도록 덕트들 (6) 의 천공된 벽을 통해 분산된다. 공급원료는 따라서 화학적 변환들, 예를 들면 촉매 리포밍 반응을 겪고, 반응 유출액을 제조하도록 촉매와 접촉된다. 반응 유출액은 그후 축선 (AX) 을 따라 연장되고 또한 천공된 벽을 갖는 중앙 원통형 튜브 (8) (또는 수집 덕트) 에 의해 수집된다. 이러한 중앙 실린더 (8) (또는 수집 덕트) 는 여기서 그 하부 단부를 통해 반응기의 배출 수단 (4) 과 연통한다.
작동시에, 도입 수단 (3) 내로 도입되는 처리될 공급원료는 "외부" 스크린 (5) 을 통해 방사상으로 통과하고, 그후 추후에 중앙 실린더 (8) 에 의해 수집되고 배출 수단 (4) 에 의해 배출되는 유출액을 제조하도록 촉매와 접촉되는 촉매 입자들 (7) 의 베드를 통해 방사상으로 통과한다.
그러한 반응기는 또한 환형 촉매 베드 (7) 에서 촉매의 연속적인 중력 유동에 의해 작동될 수 있다. 도 1 의 경우에, 반응기 (1) 는 반응기의 상부 부분에 배열된 환형 베드 내로 촉매를 도입하기 위한 수단 (9a) 및 반응기의 하부 부분에 배열된 촉매를 인출하기 위한 수단 (9b) 을 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 촉매 반응기 (10) 는 도 2 내지 도 6 에 도시된다. 이러한 실시형태에서, 처리될 탄화수소 공급원료의 방사상 유동을 갖는 촉매 반응기 (10) 는 적어도:
- 반응기의 상부 부분에 위치된 파이프의 형태로 존재하는 처리될 상기 공급원료를 도입하기 위한 수단;
- 촉매 베드 (16) 가 둘러싸이는 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되는 적어도 하나의 촉매 모듈 (15) 의 형태로 존재하는 실질적으로 원통형 외부 쉘 (14) 로 둘러싸이는 반응 구역 (13);
- 상기 반응 구역 (13) 의 외측에서 상기 촉매 모듈과 동일한 레벨로 위치된 환형 구역 (30) 을 포함하고;
- 상기 촉매 모듈 (15) 을 지지하기 위한 수단 (25);
- 촉매 반응으로부터 기인하는 유출액을 수집하기 위해 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되는 수집 수단 (29);
- 촉매 반응으로부터 기인하는 유출액을 배출하기 위한 수단으로서, 상기 수단은 반응기의 하부 부분에 위치되는 파이프의 형태인, 상기 유출액을 배출하기 위한 수단;
- 반응 구역 (13) 외측에 위치되고, 상기 환형 구역 (30) 으로 개방된 적어도 하나의 빈 공간 (27) 으로서, 상기 빈 공간 (27) 은 상기 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되고 수집 수단 (29) 에 인접하게 위치설정되는 적어도 하나의 고체 네트 (26) 를 포함하는, 상기 빈 공간 (27) 을 포함한다.
본 발명에 따른 하나의 실시형태에서, 상기 촉매 모듈 (15) 은 직사각형 횡단면을 갖는다 (도 2a 를 참조). 본 발명에 따른 또 다른 실시형태에서, 상기 촉매 모듈 (15) 은 실린더의 섹터로서 실질적으로 구성되고 구조화된다 (도 2b 를 참조). 그것이 실시형태들 중 어느 하나인지 또는 다른 것이든, 촉매 모듈 (15) 은:
- 외부 벽 (21) 및 내부 벽 (22) 으로서, 상기 벽들 (21 및 22) 은 처리될 공급원료 및 촉매 반응으로부터 기인하는 유출액에 각각 투과성인, 상기 외부 벽 (21) 및 내부 벽 (22);
- 처리될 공급원료에 불투과성인 두개의 측 벽들 (23 및 24);
- 처리될 공급원료에 불투과성인 상부 부분 (18) 및 하부 부분 (20) 에 의해 경계지워진다.
촉매 모듈 (15) 의 외부 벽 (21) 및 내부 벽 (22) 은 바람직하게 존슨-타입 스크린들로 이루어진다.
촉매 반응기의 그러한 배열은 상기 촉매 모듈 (15) 에 포함된 촉매 베드 (16) 의 두께 "e" 를 현저하게 감소시키는 것을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 촉매 베드 (16) 의 두께 "e" 는 500 mm 이하이고, 바람직하게 400 mm 이하, 보다 바람직하게 300 mm 이하이고 심지어 보다 바람직하게 200 mm 이하이다. 상기 촉매 모듈 (15) 에 포함되는 촉매 베드의 두께는 따라서 압력 강하들을 보다 양호하게 제어하는 것을 가능하게 하고 따라서 20 h-1 이상의, 바람직하게 50 h-1 이상의, 보다 바람직하게 100 h- 1이상의, 심지어 보다 바람직하게 200 h -1 이상의 값으로 PPH 를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
그러나, 얇은 촉매 베드를 갖는 반응 구역을 포함하는 반응기의 존재는 촉매 모듈들 (15) 내측에서 검사 작업들 및 보수 유지를 수행하는 것을 불가능하게 한다. 따라서, 반응 구역 (13) 과 동일한 레벨에서 적어도 하나의 빈 공간 (27) 의 존재는 수집 수단 및 촉매 모듈들 (15) 의 검사 및/또는 보수 유지를 용이하게 하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 반응기가 단일한 촉매 모듈을 포함할 때에 (도면들에서 도시 생략된 실시형태), 상기 반응기는 상기 촉매 모듈 (15) 의 제 1 측 벽 (23) 과 제 2 측 벽 (24) 사이에서 반응 구역 (13) 외측에 위치되고 상기 환형 구역 (30) 으로 개방된 빈 공간 (27) 을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 빈 공간 (27) 을 형성하는, 촉매 모듈 (15) 의 제 1 측 벽 (23) 의 내부 스톱 (32) 과 촉매 모듈 (15) 의 제 2 측 벽 (24) 의 내부 스톱 (33) 사이에 규정된 최소의 거리 "d min" 는 적어도 30 cm, 바람직하게 적어도 50 cm 이다.
빈 공간 (27) 은 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되고 수집 덕트 (29) 에 인접하게 위치설정되는 적어도 하나의 고체 네트 (26) 를 포함한다. 본 발명의 문맥 내에서, 상기 고체 네트 (26) 는 기체형 유체의 형태로 존재하는 처리될 탄화수소 공급원료에 불투과성인 요소이다. 예를 들면, 고체 네트 (26) 는 수집 덕트 (29) 의 외부 부분에 고정된 금속 플레이트의 형태로 존재하여서, 상기 고체 네트 (26) 는 탄화수소 공급원료가 수집 덕트 (29) 내로 통과하는 것으로부터 방지한다. 본 발명의 문맥 내에서, 상기 고체 네트 (26) 의 높이는 상기 촉매 모듈 (15) 의 높이와 실질적으로 동등하다. 고체 네트 (26) 는 또한 반응기에서 보수 유지 작업들을 용이하게 할 수 있도록 제거 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 하나의 특별한 실시형태에서, 촉매 모듈 (15) 의 측 벽 (23), 고체 네트 (26), 및 촉매 모듈 (15) 의 측 벽 (24) 은 반응 구역 (13) 의 시일링을 개선하도록 단일한 구성요소를 형성한다.
도 2a 및 도 2b 에서 예시된 바와 같은 본 발명에 따른 하나의 특별한 실시형태에서, 촉매 반응기 (10) 의 반응 구역 (13) 은 서로 구조적으로 독립적인 복수의 촉매 모듈들 (15) 을 포함한다. 반응 구역 (13) 은 1 내지 35 촉매 모듈(들) (15), 바람직하게 2 내지 20 촉매 모듈들을 포함할 수 있다. 몇개의 촉매 모듈들 (15) 의 존재는 또한 다른 촉매 모듈들에서 시스템을 연속적으로 작동시키면서 고장의 경우에 그 하나를 블록킹하게 구현하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게, 각각의 촉매 모듈은 동일한 구조 및 형상을 갖는다 (직사각형 횡단면의 또는 실린더의 섹터로서 구조화되고 구성됨).
본 발명에 따른 장치가 복수의 촉매 모듈들 (15) 를 포함할 때에, 상기 촉매 반응기는 제 1 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 1 측 벽 (23) 과 상기 제 1 촉매 모듈 (15) 에 인접한 제 2 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 2 측 벽 (24) 사이에서 상기 반응 구역 (13) 의 외측에 위치되고, 상기 환형 구역 (30) 으로 개방된 적어도 하나의 빈 공간 (27) 을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 빈 공간 (27) 을 형성하는, 제 1 촉매 모듈 (15) 의 제 1 측 벽 (23) 의 내부 스톱 (32) 과 제 1 촉매 모듈에 인접한 제 2 촉매 모듈 (15) 의 제 2 측 벽 (24) 의 내부 스톱 (33) 사이에 규정된 (도 2a 또는 도 2b 에 예시된 바와 같은) 최소의 거리 "d min" 는 적어도 30 cm, 바람직하게 적어도 50 cm 이다.
선행하는 실시형태들과 동일한 방식으로, 빈 공간 (27) 은 수집 덕트 (29) 에 인접하게 위치된 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되는 적어도 하나의 고체 네트 (26) 를 포함한다. 고체 네트 (26) 의 기술적 특징들은 상기 설명된 바와 같이 고체 네트의 것들과 동일하다.
촉매가 고정형 촉매 베드 반응기 또는 이동하는 촉매 베드 반응기에 존재할 수 있고, 즉 촉매는 반응기 내로 도입되고 연속적으로 반응기로부터 인출된다는 것에 주목해야 한다. 반응기가 이동하는 촉매 베드 반응기인 특별한 실시형태에서, 촉매는 촉매 모듈의 상부 부분 (18) 에 위치된 유입구 파이프 (17) 를 통해 촉매 모듈 (15) 내로 도입될 수 있다. 그것은 촉매 모듈의 하부 부분에 위치된 유출구 파이프 (19) 를 통해 촉매 모듈 (15) 로부터 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 촉매 반응기는 작은 양의 촉매를 포함하는, 현실적이고, 조정 가능하고, 용이한 보수 유지를 동시에 제공하면서 프로세스의 반응 성능을 최적화하도록 높은 PPH 값들의 목적을 달성하는 것을 가능하게 한다.
프로세스
본 발명에 따른 반응기는 예를 들면, 탄화수소 공급원료의 촉매 리포밍을 위한 반응, 올레핀들의 골격 이성화, 프로필렌의 제조를 위한 복분해, 올리고 분해 반응과 같은 기체형 유체의 방사상 유동과의 반응들에서 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 반응기를 사용하여 탄화수소 공급원료의 촉매 리포밍을 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반응기는 실제로 가솔린들을 리포밍하기 위한 그리고 방향족 화합물들을 제조하기 위한 프로세스들에서 사용될 수 있다. 리포밍 프로세스들은 예를 들면, 촉매 분해 또는 열 분해와 같은 다른 정제 프로세스들로부터 및/또는 원유의 증류로부터 기원하는 가솔린 유분들의 옥탄가를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 방향족들을 제조하기 위한 프로세스들은 석유 화학 산업에서 사용될 수 있는 기초 제품들 (벤젠, 톨루엔, 자일렌들) 을 제공한다. 이들 방법들은 정제 수소화 처리 또는 수소화 변환 프로세스들을 위해 본질적인 대량의 수소의 제조에 기여한다는 부가적인 이점을 갖는다.
처리될 공급원료는 일반적으로 분자당 5 내지 12 탄소 원자들을 포함하는 파라핀족, 나프텐족 및 방향족 탄화수소들을 포함한다. 이러한 공급원료는 그 중에서도, 그 밀도 및 그 중량당 조성에 의해 규정된다. 이들 공급원료들은 40℃ 내지 70℃ 의 최초 비등점 및 160℃ 내지 220℃ 의 최종 비등점을 가질 수 있다. 그것들은 또한 40℃ 내지 220℃ 의 최초 및 최종 비등점들을 갖는 가솔린 유분 또는 가솔린 유분들의 혼합물에 의해 형성될 수 있다. 처리될 공급원료는 따라서 또한 160℃ 내지 200℃ 의 비등점을 갖는 중질 나프타에 의해 형성될 수 있다.
전형적으로, 공급원료는 수소의 존재 시 반응기 내로 도입되고 공급원료의 수소/탄화수소들의 몰 비는 일반적으로 0.1 내지 10, 바람직하게 1 내지 8 이다. 리포밍 작동 조건들은 일반적으로 다음과 같다: 바람직하게 400℃ 내지 600℃, 보다 바람직하게 450℃ 내지 540℃ 의 온도, 및 바람직하게 0.1 MPa 내지 4 MPa 및 보다 바람직하게 0.25 MPa 내지 3.0 Mpa 의 압력. 제조된 수소의 모두 또는 일부는 리포밍 반응기의 유입구에서 리사이클링될 수 있다. 촉매의 질량에 대한 처리될 탄화수소 공급원료의 유량의 비는 20 h-1 이상이고, 바람직하게 50 h-1 이상이고, 바람직하게 100 h-1 이상이고, 심지어 보다 바람직하게 200 h-1 이상이다.
반응기의 제 1 실시형태는 도 5 에 도시되고, 반응기는 구심의 방사상 순환 (즉 챔버의 주변부로부터 챔버의 중앙을 향한 가스 스트림 유동들) 을 갖는다. 작동시에, 탄화수소 공급원료는, 기체 형태로 환형 구역 (30) 내로 반응기의 상단 또는 바닥을 통해 주입되고 그후 상기 적어도 하나의 촉매 모듈 (15) 의 외부 벽 (21) 을 통해 통과하고 그후 상기 촉매 모듈 (15) 내에 위치된 촉매 입자들의 베드를 통해 실질적으로 방사상으로 통과한다. 촉매 모듈 (15) 에서 기체형 유체는 일반적으로 기체형, 반응 유출액을 제조하도록 촉매와 접촉되고, 반응 유출액은 수집 덕트 (29) 의 공간에서 수집되고 그후 반응기의 상단에서 (공급원료가 반응기의 바닥에 도입될 때에) 또는 반응기의 바닥에서 (공급원료가 반응기의 상단을 통해 통과할 때에) 인출된다.
본 발명에 따른 반응기의 또 다른 실시형태 (도 6 에 도시됨) 는 원심의 방사상 순환 (즉 챔버의 중앙으로부터 주변부를 향하는 가스 스트림 유동) 을 갖는 반응기이다. 작동시에, 탄화수소 공급원료는 기체 형태로, 촉매 모듈 (15) 의 내부 벽 (22) 을 거쳐 반응기의 상단 또는 바닥을 통해 도입된다. 공급원료는 내부 벽 (22) 을 통해 분산되고 촉매 모듈 (15) 내에 촉매 베드를 통해 실질적으로 방사상으로 통과한다. 반응 유출액은 수집 덕트로서 역할을 하는 환형 구역 (30) 에 수집되고 그후 반응기의 상단에서 (공급원료가 반응기의 바닥에서 도입될 때에) 또는 반응기의 바닥에서 (공급원료가 반응기의 상단에서 도입될 때에) 인출된다.

Claims (15)

  1. 탄화수소 공급원료의 방사상 유동을 갖는 촉매 반응기 (10) 로서,
    상기 촉매 반응기는:
    - 처리될 상기 탄화수소 공급원료를 도입하기 위한 적어도 하나의 수단;
    - 촉매 반응으로부터 기인하는 유출액을 배출하기 위한 적어도 하나의 수단;
    - 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되는 적어도 하나의 촉매 모듈 (15) 의 형태로 존재하는 실질적으로 원통형 외부 쉘 (14) 로 둘러싸이는 반응 구역 (13) 으로서, 상기 촉매 모듈 (15) 은:
    o 적어도 하나의 촉매 베드 (16);
    o 처리될 상기 탄화수소 공급원료 및 상기 촉매 반응으로부터 기인하는 상기 유출액에 각각 투과성인 적어도 하나의 외부 벽 (21) 및 하나의 내부 벽 (22);
    o 처리될 상기 탄화수소 공급원료에 불투과성인 적어도 하나의 제 1 측 벽 (23) 및 하나의 제 2 측 벽 (24) 을 포함하는, 상기 반응 구역 (13);
    - 상기 촉매 모듈 (15) 을 지지하기 위한 적어도 하나의 수단 (25);
    - 상기 촉매 모듈 (15) 의 상기 외부 벽 (21) 또는 상기 내부 벽 (22) 과 연통하게 상기 축선 (AX) 을 따라 연장되는, 상기 촉매 반응으로부터 기인하는 상기 유출액을 수집하기 위한 적어도 하나의 수단 (29);
    - 상기 반응 구역 (13) 의 외측에서 상기 촉매 모듈 (15) 과 동일한 레벨로 위치된 환형 구역 (30) 을 포함하고,
    상기 촉매 반응기는:
    - 상기 촉매 반응기가 단일한 촉매 모듈 (15) 을 포함할 때에, 상기 촉매 반응기는 상기 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 1 측 벽 (23) 과 상기 제 2 측 벽 (24) 사이에서 상기 반응 구역 (13) 의 외측에 위치되고, 상기 환형 구역 (30) 으로 개방된 빈 공간 (27) 을 포함하고,
    - 상기 촉매 반응기가 복수의 촉매 모듈들 (15) 을 포함할 때에, 상기 촉매 반응기는 제 1 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 1 측 벽 (23) 과 상기 제 1 촉매 모듈 (15) 에 인접한 제 2 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 2 측 벽 (24) 사이에서 상기 반응 구역 (13) 의 외측에 위치되고, 상기 환형 구역 (30) 으로 개방된 적어도 하나의 빈 공간 (27) 을 포함하고,
    상기 빈 공간 (27) 은 상기 수직 축선 (AX) 을 따라 연장되고 수집 수단 (29) 에 인접하게 위치설정되는 적어도 하나의 고체 네트 (26) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 모듈 (15) 은 실린더의 섹터로서 실질적으로 구조화되고 구성되는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 모듈 (15) 은 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 모듈 (15) 의 상기 외부 벽 (21) 및 상기 내부 벽 (22) 은 존슨-타입 스크린들로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 구조적으로 독립적인 복수의 촉매 모듈들 (15) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단일한 촉매 모듈 (15) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 빈 공간 (27) 을 형성하는, 상기 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 1 측 벽 (23) 의 내부 스톱 (32) 과 상기 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 2 측 벽 (24) 의 내부 스톱 (33) 사이에 규정된, 상기 반응 구역 (13) 의 외측에서 측정된 최소의 거리 "d min" 는 적어도 30 cm 인 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 내지 35 촉매 모듈들 (15) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 빈 공간 (27) 을 형성하는, 제 1 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 1 측 벽 (23) 의 상기 내부 스톱 (32) 과 인접한 촉매 모듈 (15) 의 상기 제 2 측 벽 (24) 의 상기 내부 스톱 (33) 사이에 규정된, 상기 반응 구역 (13) 의 외측에서 측정된 최소의 거리 "d min" 는 적어도 30 cm 인 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 모듈 (15) 의 상기 촉매 베드 (16) 의 두께는 500 mm 이하인 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 네트 (26) 는 금속 플레이트의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는, 촉매 반응기.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 모듈 (15) 은:
    - 상기 촉매 모듈의 상부 부분 (18) 에 위치된 적어도 하나의 촉매 유입구 수단 (17);
    - 상기 촉매 모듈의 하부 부분 (20) 에 위치된 적어도 하나의 촉매 유출구 수단 (19) 을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 촉매 반응기를 사용하여 탄화수소 공급원료의 촉매 리포밍 방법으로서:
    - 상기 탄화수소 공급원료는 기체 형태로, 상기 촉매 반응기에 수용된 촉매 베드 내로 연속적으로 보내지고;
    - 상기 촉매 베드를 통해 방사상으로 통과하는 상기 탄화수소 공급원료는 기체형 유출액을 제조하도록 상기 촉매와 접촉되고;
    - 상기 유출액은 상기 수집 덕트를 통해 통과 후에 인출되는, 촉매 리포밍 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    촉매의 질량에 대한 처리될 상기 탄화수소 공급원료의 유량의 비는 20 h -1 이상인 것을 특징으로 하는, 촉매 리포밍 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 방법은 400℃ 내지 600℃ 의 온도에서, 0.1 MPa 내지 4 Mpa 의 압력에서, 그리고 0.1 내지 10 의 처리될 상기 탄화수소 공급원료의 수소/탄화수소들의 몰 비로 실행되는 것을 특징으로 하는, 촉매 리포밍 방법.
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