KR20210116503A - 하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 방법 및 이의 장치 - Google Patents

하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 방법 및 이의 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 방법 및 이의 장치를 제공한다. 구체적인 공정 과정은 다음과 같다. 즉, 예열한 후(또는 예열 없이) 탄화수소류 원료와 재생제 냉각기로부터의 저온 재생제가 하향 유동 반응기 입구단으로 진입하고, 반응기를 따라 하향 유동하여 촉매 분해 반응을 일으키며, 반응 오일 가스와 촉매의 혼합물은 반응기 말단까지 하향 유동하여 급속 분리를 수행함으로써, 촉매와 오일 가스의 급속 분리를 구현한다. 주요 조작 조건은 다음과 같다. 즉, 반응 온도가 460 내지 680℃이고, 반응 압력은 0.11 내지 0.4MPa이고, 접촉 시간은 0.05 내지 2초이고, 촉매와 원료 중량비(촉매 대 오일 비율)은 6 내지 50이다. 분리된 폐촉매(spent catalyst)는 스트리퍼를 거쳐 스트리핑된 후 재생기에 진입되어 코킹 재생되고, 재생 온도는 630 내지 730℃로 제어한다. 재생기로부터 유래한 재생제는 재생제 냉각기로 진입하여 200 내지 720℃로 냉각되며, 하향 유동 반응기에서 순환 사용된다.

Description

하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 방법 및 이의 장치
본 발명은 탄화수소류의 촉매 전환 방법에 속하며, 더욱 상세하게는 하향 유동 반응기를 이용한 탄화수소류의 촉매 전환에 관한 것이다.
원유 가격이 계속 상승하고 경질유에 대한 수요가 지속 증가하면서 환경 규제가 점점 엄격해지고 있다. 따라서 촉매 분해 기술을 이용하여 중질 원료유를 가공하여 더욱 깨끗한 연료 제품을 생산하는 동시에 촉매 분해 장치 자체의 배출량을 줄이는 것이 기술 개발의 쟁점이 되었다.
라이저(riser) 촉매 분해 반응 과정에서 예열된 원료는 재생기에서 유래한 고온 재생 촉매와 접촉, 기화 및 반응하며 반응 시간은 약 2 내지 3초이다. 연구에 따르면, 라이저 출구의 촉매 활성은 초기 활성의 약 1/3에 불과하다. 약 1초 동안 반응이 진행되면 촉매 활성이 약 50% 감소한다. 라이저 반응 과정에서 생성된 코크스가 촉매 표면 및 활성 중심에 침전되기 때문에, 촉매의 활성이 급격히 감소하고 촉매 작용이 크게 약화되며 열분해 반응이 증가하여 더 많은 건조 가스와 코크스가 생성된다.
라이저 반응기와 하향 유동 반응기는 각각의 장점이 있다. 라이저 반응기는 촉매 농도가 높고 기체-고체 접촉 면적이 비교적 크며 기체-고체 접촉 효율이 높은 장점 등이 있다. 그러나 기체-고체가 역중력장 유동을 따라 병류하여 라이저 내축의 반경 방향 유동이 불균일하고 촉매가 미끄러져 역혼합이 비교적 크며 정체 시간 분포가 불균일하다. 그러나 하향 유동 반응기는 기체-고체가 중력장 유동을 따라 병류하며 반경 방향 유동이 더욱 균일하고, 촉매에는 축방향 역혼합이 없으며 입자 농도 및 속도의 반경 방향 분포가 상향식 라이저에 비해 크게 개선되었다. 특히 초단 접촉(반응) 시간(라이저에 비해 통상적으로 1 내지 3배 단축), 초대형 촉매 대 오일 비율(라이저에 비해 통상적으로 1 내지 3배 증가)의 촉매 전환 반응에 적합하다. 예를 들어 잔유의 깊은 촉매 전환, 촉매 열분해, 가솔린 촉매 분해제 올레핀 등은 촉매의 초기 활동을 충분히 활용하여 경유 수율을 높이며 건조 가스와 코크스의 생성을 감소시킬 수 있다.
따라서 국내외의 연구는 일반적으로 하향 유동 반응기의 입구 구조, 기체-고체 급속 분리 및 결합 라이저 반응기 개발 및 고활성 촉매 등 개발을 통해 입구단에서 원료와 촉매의 결합을 강화하고 반응의 총 전환율과 선택성을 향상시키는 데에 초점이 맞춰져 있다. CN 1113689C는 기체-고체 병류 절첩식 급속 유동상 반응 장치를 개시하였다. CN 1162514C는 기체-고체 병류 하향 유동 및 상향 유동 결합의 촉매 분해 반응 장치를 개시하였다.
연구에 따르면, 하향 유동 반응기 중 촉매 농도를 높이면 하향 유동 촉매 전환 반응 과정의 전환율과 반응 선택성을 향상시킬 수 있어, 비교적 높은 표적 제품 수율을 얻을 수 있다. 그러나 촉매 대 오일 비율을 향상시킬 수 있는 기술적 해결책이나 조치에 대한 연구와 개발 성과는 보고된 바가 없다.
사실상 코킹 효율과 재생 효과를 높이기 위해 일반적으로 비교적 높은 재생 온도(예를 들어 700 내지 730℃)를 채택해야 하므로, 재생 촉매(재생제라고 함) 온도가 모두 매우 높으며 하향 유동 반응기 시스템의 열 균형 유지에 필요한 재생제의 온도보다 훨씬 높다. 즉, 촉매 대 오일 비율을 크게 높이려면 재생제의 온도를 반드시 낮추어야만 반응 시스템의 열 균형을 유지할 수 있다. 동시에 초단 반응 시간도 초대형 촉매 대 오일 비율에 의해 보장되어야 한다. 그렇지 않으면 반응 온도를 높여 초단 반응 시간의 고전환율을 구현할 경우, 열분해 등과 같은 비이상적인 반응이 격화되어 코크스와 건조 가스의 수율이 증가하고 가솔린과 경질 올레핀 등 표적 제품의 수율이 감소하게 된다.
본 발명의 목적은 우수한 재생 효과를 보장한다는 전제 하에서, 냉각 재생제 순환 방법을 채택하여 큰 촉매 대 오일 비율 조작을 구현하고, 하향 유동 반응기로 유입되는 재생제의 온도를 낮추며, 하향 유동 반응기 시스템의 열 균형 한계를 극복함으로써, 촉매의 순환량을 증가시키고 하향 유동 반응기 중 촉매 농도를 증가시키며, 촉매 활성과 활성 중심수를 증가시키고, 촉매 전환, 수소 전달, 이성질화, 방향족화 등 이상적인 반응을 촉진시키며, 열 균열 등 비이상적인 반응을 줄여 반응의 선택성을 개선하여, 가솔린과 경질 올레핀 등 표적 제품의 수율을 증가시키고 코크스와 기체의 수율을 감소시키는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하향 유동 반응기로 유입되는 재생제의 온도를 조절함으로써, 하향 유동 반응기 반응 온도를 최적화하는 목적을 구현하는 데에 있다. 이를 통해 적절한 반응 온도와 적절한 촉매 대 오일 비율로 촉매 대 오일 비율의 온도 분포를 최적화하고, 반응 깊이와 제품 분포를 최적화함으로써, 반응 선택성을 더욱 향상시키고 코크스와 가스의 수율을 감소시키며 가솔린과 경질 올레핀 등 표적 제품의 수율을 증가시킨다.
본 출원은 2019년 1월 30일에 출원된 명칭이 "하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 방법 및 이의 장치"인 중국 특허 출원 제201910093270.4호에 대한 우선권을 주장하며, 해당 출원은 전체로서 본원에 인용되었다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 재생제 냉각 기술을 채택하여 하향 유동 반응기 시스템의 열 균형 한계를 극복함으로써, 큰 촉매 대 오일 비율 조작을 구현하고, 하향 유동 반응기 중 촉매 농도와 촉매 활성을 향상시키는 것이다. 동시에 적합한 반응 온도(상대적으로 0 내지 50℃ 낮음)를 채택하여 하향 유동 반응기의 온도 분포를 최적화하고, 반응 깊이의 최적화된 제어를 구현하여 반응 선택성을 향상시키는 것이다. 또한 프로필렌 등 경질 올레핀과 가솔린 수율을 향상시키고, 가솔린 중의 방향족 탄화수소 함량을 증가시키며, 가솔린 중의 올레핀 함량을 줄이는 동시에 코크스와 건조 가스 수율을 줄이는 것이다.
본 발명은 하향 유동 반응기 탄화수소류 촉매 전환 방법을 제공한다. 재생기로부터 유래된 재생 촉매는 재생제 냉각기를 거쳐 냉각 강온된 후 하향 유동 반응기로 유입된다. 이는 탄화수소류 원료와 입구단에서 혼합, 접촉하며, 하향 유동 반응기 내에서 탄화수소류의 촉매 전환 반응을 수행하고, 하향 유동 반응기 말단까지 하향 유동하여 급속 분리를 수행한다. 분리된 폐촉매(spent catalyst)는 스트리핑(stripping)을 거친 후 재생기에 유입되어 코킹 재생되고, 재생된 촉매는 재생제 냉각기를 거쳐 냉각된 후 하향 유동 반응기로 돌아가 순환 사용된다. 그 구체적인 공정 과정은 하기와 같다.
1) 예열 후(또는 예열 없이), 탄화수소류 원료와 재생제 냉각기의 저온 재생제는 하향 유동 반응기 입구단으로 진입하고, 반응기를 따라 하향 유동하며 반응한다. 반응 오일 가스와 촉매의 혼합물은 반응기 말단까지 하향 유동하여 급속 분리를 수행함으로써, 촉매와 오일 가스의 급속 분리를 구현한다. 주요 조작 조건은 다음과 같다. 즉, 반응 온도 460 내지 680℃(바람직하게는 480 내지 660℃, 가장 바람직하게는 490 내지 650℃), 반응 압력 0.11 내지 0.4MPa, 접촉 시간 0.05 내지 2초(바람직하게는 0.1 내지 1.5초), 촉매와 원래 중량비(촉매 대 오일 비율) 6 내지 50(바람직하게는 8 내지 40)이다.
2) 분리된 폐촉매(spent catalyst)는 폐촉매 스트리퍼에 의해 스트리핑된 후, 재생기로 진입하여 코킹 재생되고, 재생 온도는 630 내지 800℃(바람직하게는 630 내지 730℃, 가장 바람직하게는 650 내지 730℃)이다.
3) 재생기로부터 유래한 재생제는 재생제 냉각기로 들어가 200 내지 720℃로 냉각된다. 냉각된 재생제(냉각 재생제)는 하향 유동 반응기 입구단으로 들어가 순환 사용된다. 또는 열 재생제(즉, 재생기로부터 냉각을 거치지 않은 냉각제) 바이패스를 설치하며, 일부 열 재생제와 전술한 냉각 재생제가 혼합된 후, 혼합 재생제가 하향 유동 반응기 입구단에 들어가 순환 사용된다.
더 나아가, 전술한 하향 유동 반응기의 반응 온도는 주로 촉매 대 오일 비율을 조절하고(즉, 전술한 냉각 재생제 이송관에 슬라이드 밸브, 플러그 밸브 등과 같은 제어 요소를 설치함) 또는/및 주로 냉각 재생제 온도 또는 혼합 재생제 온도를 제어하여 이를 각각 최적의 값으로 유지한다.
전술한 하향 유동 반응기로 유입되는 재생제의 온도를 조절함으로써, 하향 유동 반응기 반응 온도를 최적화하는 목적을 구현한다. 이를 통해 적절한 반응 온도와 적절한 촉매 대 오일 비율을 채택하여 촉매 대 오일 비율의 온도 분포를 최적화하고, 반응 깊이와 제품 분포를 최적화함으로써, 반응 선택성을 더욱 향상시키고 코크스와 가스의 수율을 감소시키며 가솔린과 경질 올레핀 등 표적 제품의 수율을 증가시킨다.
상기 냉각 재생제 온도는 재생제 냉각기로 들어가는 유동화 매체 유량 및/또는 재생기로 돌아가는 냉각 촉매의 유량 및/또는 다른 파라미터를 조절하여 제어한다. 상기 유동화 매체는 공기, 증기 또는 기타 기체 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 열 매체는 물, 증기, 공기 또는 기타 기체, 각종 오일 제품 등 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 하향 유동 반응기로 유입되는 혼합 재생제의 온도는 전술한 냉열 재생제의 비율을 조절함으로써 독립적으로 제어할 수 있다.
상기 하향 유동 반응기로 들어가는 냉각 재생제의 온도는 주로 유동화 매체 및/또는 열 매체의 유량 또는/및 기타 파라미터를 조절함으로써 제어한다. 또는 냉각 재생제의 온도는 주로 유동화 매체 및/또는 열 매체 및/또는 재생기로 돌아가는 냉각 촉매의 유량 또는/및 기타 파라미터를 조절함으로써 제어한다. 따라서 하향 유동 반응기의 촉매 대 오일 비율(재생 촉매와 원료의 중량비)과 반응 온도는 모두 독립적으로 제어할 수 있다.
물론 다른 제어 디바이스와 제어 방법이 많이 있을 수 있으며, 이는 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
본 발명의 방법 및 그 장치는 상기 재생제 냉각기의 다운스트림에 촉매 혼합 완충 공간을 더 설치할 수 있다. 이를 통해 재생제의 혼합을 강화하고 불균일한 열전달과 불균일한 유동으로 인한 반경 방향 온도차를 제거한다(재생제 온도가 균형에 도달). 따라서 다운스트림 반응 온도 제어의 요건을 충족시켜, 다운스트림 반응 온도 제어의 정확성과 유연성을 향상시킨다. 동시에 재생제의 밀도를 높이고 재생제 순환 시스템의 추진력을 향상시켜 촉매 대 오일 비율 증가로 인한 순환 시스템의 저항 증가를 극복하고 큰 촉매 대 오일 비율의 조작을 구현한다.
상기 촉매 혼합 완충 공간은 저속 조밀상 유동층을 채택하여 조작하며, 이의 표면 가스 속도(superficial gas velocity)(유동화 매체 유량과 디바이스의 공탑 횡단면의 비율)는 0.3m/s 미만이다(바람직하게는 0.0001 내지 0.1999m/s).
상기 촉매 혼합 완충 공간의 유동화 매체는 공기, 증기 또는 기타 기체나 이들의 혼합물(바람직하게는 증기)일 수 있으며, 순환 촉매에 의해 유입되는 공기량을 줄이고, 건조 가스 중 질소 등 비탄화수소류 가스 함량을 줄여, 건조 가스 발열량을 높이고 농후 가스 압축기의 전력 소모를 낮춘다. 당업자는 그 구체적인 구조, 연결 형식, 조작 및 제어 과정에 대해 매우 명확하게 알고 있으며, 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
전술한 반응기에 연결된 재생제 냉각기는 재생기 외부에 설치될수도, 재생기 내부에 설치될 수도 있다. 전술한 재생제 냉각기는 재생기, 하향 유동 반응기 및/또는 촉매 혼합 완충 공간과 일체로 연결될 수 있으며, 이송관을 통해 연결될 수도 있다. 당업자는 그 구체적인 구조, 연결 형식, 조작 및 제어 과정에 대해 매우 명확하게 알고 있으며, 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
촉매 냉각기는 성숙된 산업 디바이스이다. 본 발명의 방법 및 그 장치는 다양한 구조적 형태(예를 들어 상향 유동식, 하향 유동식 등)를 채택할 수 있다. 촉매 이송 채널도 다양한 구체적인 연결 구조(예를 들어 내부 순환관, Y형, U형 외부 이송(순환)관 등)를 채택할 수 있으며, 탈기(균형)관을 설치할 수도, 설치하지 않을 수도 있다. 당업자는 그 구체적인 구조, 연결 형식, 조작 및 제어 과정에 대해 매우 명확하게 알고 있으며, 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 탄화수소류 원료는 직류 왁스 오일(straight-run wax oil)(분획유), 코커 왁스 오일(coker wax oil)(분획유), 수소화 분해 테일 오일(hydrocracking tail oil), 상압 잔유, 감압 잔유, 셰일유(shale oil), 합성유, 원유, 콜타르(coal tar), 재순환유, 오일 슬러리, 탈아스팔트 오일, 열분해 중유, 비스브레이킹(visbreaking) 중유, 중질 디젤유 등 중의 1개, 2개 및 2개 이상의 혼합물을 포함하는 수소첨가된 또는 수소첨가되지 않은 임의 중유일 수 있다. 상기 왁스 오일(분획유) 분획은 고밀도 시클로알킬 또는 시클로알킬 중간기 왁스 오일(분획유) 등을 포함한다. 상기 왁스 오일(분획유) 분획은 예를 들어 초류점이 565℃가량인 분획과 같은 완전 분획일 수 있으며, 그중 일부 좁은 분획, 예를 들어 450 내지 520℃ 분획일 수도 있다.
본 발명에 따른 탄화수소류 원료는 경질 탄화수소 원료가 정유소 또는 석유화학공장의 다양한 올레핀 함유 또는 포화 액체 경질 탄화수소류일 수도 있다. 여기에는 액화석유가스, 경유 등 중의 어느 하나 또는 하나 이상의 임의 비율의 혼합물이 포함된다. 상기 액체 경질 탄화수소는 주로 부텐, 아밀렌이 풍부한 C4, C5 분획 또는 이들의 임의 비율의 혼합물일 수 있다. 상기 경유는 가솔린 분획일 수 있으며, 여기에는 직류 가솔린, 축합 오일(condensate oil), 촉매 분해 가솔린, 열분해 가솔린, 비스브레이킹(visbreaking) 가솔린, 코커 가솔린, 분해제 에틸렌 가솔린을 포함한 가솔린 중의 1개, 2개, 복수개 및 그 임의 비율의 혼합 가솔린이 포함되고, 초류점이 220℃가량인 분획과 같은 완전 분획 가솔린 또는 초류점이 80℃인 분획과 같은 그중 일부 좁은 분획일 수 있다. 상기 경유는 촉매 분해 디젤을 포함하는 디젤 분획일 수도 있으며, 초류점이 365℃가량인 분획과 같은 완전 분획 디젤유 또는 초류점이 300℃인 분획과 같은 그중 일부 좁은 분획일 수도 있다.
본 발명의 촉매 전환 방법은 개별적으로 실시할 수 있으며, 라이저 반응기와 결합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, CN 1113689C에 개시된 기체-고체 병류 절첩식 급속 유동상 반응 장치 또는 CN 1162514C에서 개시한 기체-고체 병류 하향 유동 및 상향 유동 결합의 촉매 분해 반응 장치 등을 채택할 수 있다.
본 발명의 방법 및 그 장치는 제1 재생기, 제2 재생기 등과 같은 다양한 반응 재생 유형을 채택할 수 있다. 당업자는 그 조합 형식, 조작 및 제어 과정에 대해 매우 명확하게 알고 있으며, 이는 본 발명의 사상에 따른 임의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
본 발명의 방법 및 장치를 이용하며 반응 생성물의 분리 및 촉매의 재생은 모두 통상적인 방법에 따라 수행된다. 폐촉매는 재생기에서 일반적인 촉매 전환 촉매 재생 조건 하에서 코킹하여 재생된다. 일반적인 재생 온도는 650 내지 800℃(바람직하게는 630 내지 730℃, 가장 바람직하게는 650 내지 730℃)로 제어한다.
본 발명의 방법 및 장치는 임의 산업상 사용하는 촉매 전환 촉매 및 보조제를 채택할 수 있으며, 여기에는 다산 프로필렌 ZSM 촉매, 초고온 제올라이트 촉매 등이 포함된다.
유동화 촉매 전환 공정 및 장치는 성숙한 산업 공정이며, 당업자는 그 조합 형식, 조작 및 제어 과정에 대해 매우 명확하게 알고 있다. 그 조작 조건(예를 들어 재료 공급 온도, 반응 온도, 반응 압력, 접촉 시간, 촉매 대 오일 비율 등)과 촉매의 선택에 대해서도 매우 명확하게 알고 있다. 따라서 이는 모두 본 발명의 사상에 따른 임의 구체적이 실시방식을 제한하지 않는다.
촉매 코킹 재생에 적합한 온도를 보장하고 반응 재생 시스템의 열 균형을 유지하기 위해 아래 나열된 조치 중 1개, 2개 또는 2개 이상의 단독 또는 조합하여 사용할 수도 있다.
1) 재생기에 가연성 고체, 액체 연료 또는 기체 연료 중의 임의 1개, 2개, 복수 및 이의 혼합물을 주입할 수 있다.
2) 재생기로 들어가는 메인 공기(코킹 공기)를 이용해 재생 연기와 열을 교환하거나, 재생 촉매 냉각기의 열 매체로 사용되어 재생제와 열을 교환할 수 있다. 메인 공기가 재생기로 유입될 때의 온도는 160 내지 650℃(바람직하게는 200 내지 520℃)로 올린다.
3) 고체, 액체 또는 기체 연료 중의 1개, 2개 또는 복수개 및 그 혼합물을 이용해 메인 공기를 200 내지 1800℃(바람직하게는 600 내지 1500℃)로 가열하여 재생기에 유입시킬 수 있다.
종래 기술과 비교해 하기의 장점이 있다.
본 발명의 촉매 전환 방법은 냉각 재생제 순환 기술을 채택하여, 반응기 중의 열 균형과 반응 재생 시스템의 열 균형을 깨고, 촉매 대 오일 비율을 증가시켜 하향 유동 반응기의 조작 조건(예를 들어 초단 반응 시간과 더욱 큰 촉매 대 오일 비율를 채택할 수 있음)을 최적화할 수 있으며, 적절한(상대적으로 낮은) 반응 온도에서 효과적으로 반응 깊이의 최적화된 제어를 구현할 수 있다. 따라서 촉매 전환(분해) 등 이상적인 반응을 크게 촉진할 수 있고, 열분해 등 비이상적인 반응을 억제할 수 있어 반응 선택성이 향상된다.
1. 촉매 순환량이 증가하고 촉매의 코킹 수율(즉, 재생제와 폐촉매 간의 탄소 차이)가 감소하며, 하향 유동 반응기 내 단위 촉매의 활성 중심수가 증가한다.
2. 촉매 순환량이 증가하고, 하향 유동 반응기 내 촉매의 농도가 증가하며, 유제 접촉 면적이 증가하고, 유제 접촉 효과가 개선된다. 동시에 단위 원료가 접촉하는 촉매 활성 중심수가 증가하여, 촉매 분해, 수소 전달, 이성질화, 방향족화 등 이상적인 반응이 크게 촉진된다.
3. 촉매 순환량이 증가하고 하향 유동 반응기 내의 출입구 온도차가 크게 감소하며, 하향 유동 반응기의 온도 분포 상황이 최적화되며, 열분해 등 비이상적인 반응이 효과적으로 억제된다.
4. 저온 재생제 순환을 사용하면 운송 과정(하향 유동 반응기 전까지)의 열수 비활성화가 감소하고, 재생 촉매 활성이 향상되며 촉매 소모가 줄어든다.
5. 본 발명은 저온 재생제 순환을 채택하여, 원료 공급 온도를 높이고, 원료유의 무화 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 고활성 촉매와 큰 촉매 대 오일 비율 및 적합한 반응 온도와 시너지 작용을 일으켜, 원치 않는 생성물(예를 들어 코크스 및 가스 등)의 수율을 크게 낮추는 동시에, 가솔린과 경질 올레핀 등 표적 제품의 수율은 2.0 내지 3.0% 향상시키고, 가솔린 옥탄값을 0.5 내지 2.0단위 개선하므로 상기 기술의 경제성이 향상된다.
6. 다운스트림 촉매 혼합 완충 공간을 설치하고, 촉매의 혼합을 강화하여, 재생제 온도가 균형을 이루고 균일하며 안정적이고 다운스트림 반응 온도 제어의 정확성과 유연성이 향상된다.
동시에 재생제의 밀도 및 완충 능력을 효과적으로 향상시키고, 재생제 순환 시스템의 추진력을 향상시켜 조작의 안전성, 신뢰성, 안정성, 제어 가능성 및 유연성을 향상시키며, 반응 온도 제어 및 반응 깊이의 최적화된 제어를 구현한다.
7. 유동화 매체는 증기를 채택하며, 순환 촉매에 의해 동반되는 공기를 제거하고, 건조 가스 중 질소 등과 같은 비탄화수소류 가스를 제거하며, 건조 가스 발열량을 증가시키고, 농후 가스 압축기의 전력 소비를 감소시키며, 기체 분리 부분의 디바이스 크기와 소모를 감소시킨다.
8. 본 발명의 하향 유동 반응기 촉매 전환 공정에서 반응 온도 및 촉매 대 오일 비율 등 조작 조건의 조절은 상대적으로 독립적이고 더 유연하며 원료의 유형과 시장 상황에 따라 유연하게 조정하여 상이한 제품 분포를 구현할 수 있다. 예를 들어 하기와 같다.
1) 비교적 낮은 반응 온도를 채택하여 올레핀이 낮고 옥탄값이 높은 가솔린을 생산할 수 있다.
이때 반응 온도를 낮게(예를 들어 460 내지 520℃, 바람직하게는 490 내지 510℃)하여 촉매 분해, 이성질화 및 방향족화 등 이상적인 반응을 촉진하고 올레핀이 낮고 옥탄값이 높은 가솔린을 생산할 수 있다.
2) 비교적 높은 반응 온도를 채택하여 에틸렌, 프로필렌 등 경질 올레핀을 많이 생산하는 동시에 방향족 탄화수소 등 화학 원료를 생산할 수 있다.
많은 경질 올레핀 및 방향족 탄화수소를 생산해야 하는 경우, 반응 온도가 매우 높을 수 있으며(예를 들어 520 내지 650℃, 바람직하게는 540 내지 630℃), 올레핀 분해와 방향족화 등 반응이 우세하도록 하여 에틸렌, 프로필렌 등 경질 올레핀을 많이 생산하는 동시에 방향족 탄화수소 함량이 높은 가솔린 조합 성분을 생산하고, 나아가 방향족 탄화수소 추출을 통해 방향족 탄화수소 등 화학공업 원료를 생산할 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 하향 유동 반응기 촉매 전환 장치의 전형적인 개략도이다.
이하에서는 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 설명한다. 첨부 도면은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 이는 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 하향 유동 반응기 촉매 전환 방법의 블록 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 촉매 전환 방법은 하향 유동 반응기 입구단(1), 하향 유동 반응기(2), 급속 분리 장치(3), 폐촉매 스트리퍼(4), 재생기(5) 및 재생제 냉각기(6), 촉매 혼합 완충 공간(7), 2차 분리기(8)를 포함한다.
원료유는 예열 승온 후 원료 노즐 내로 진입한다. 무화 증기의 작용 하에서 무화되며, 이때 원료유는 미세 액적 형태로 하향 유동 반응기(2) 내의 혼합 구간에 진입한다. 이와 동시에 재생기(5)에서 나온 고온 촉매는 재생제 냉각기(6)를 거쳐 냉각 강온되고, 다시 다운스트림(또는 하부) 촉매 혼합 완충 공간(7)을 거쳐 혼합 완충되어 그 온도가 균형에 도달한다. 그 후 하향 유동 반응기 입구단(1)에 들어가고, 하향 유동 반응기(2) 내에 진입하며 무화된 원료유와 혼합된다. 기체-고체 두 가지 상은 혼합 구간 내에서 빠르게 접촉하여 충분히 혼합된 후, 반응기(2)를 따라 병류하여 아래로 유동하며, 동시에 촉매 전환 반응이 발생한다. 반응 생성물과 촉매의 혼합물은 하향 유동 반응기(2) 말단 기체-고체 급속 분리 장치(3)로 병류 하향 유동하여 촉매와 제품 오일 가스를 빠르게 분리한다. 또는 제품 오일 가스가 급냉되어(2차 반응의 발생을 피하기 위한 것으로, 도면에 도시하지 않음), 2차 분리기(8)(예를 들어 사이클론 분리기)로 진입하여 촉매를 추가로 제거한 다음 다운스트림 분획 또는 분리 시스템으로 진입하여 추가적 분리가 수행된다. 이를 통해 필요한 가스 제품과 액체 제품을 수득한다. 주요 조작 조건은 다음과 같다. 즉, 반응 온도 460 내지 680℃(바람직하게는 480 내지 660℃, 가장 바람직하게는 490 내지 630℃), 반응 압력 0.11 내지 0.4MPa, 접촉 시간 0.05 내지 2초(바람직하게는 0.1 내지 1.5초), 촉매와 원래 중량비(촉매 대 오일 비율) 6 내지 50(바람직하게는 8 내지 40)이다.
분리된 폐촉매는 폐촉매 스트리퍼(4)에 의해 스트리핑된 후, 재생기(5)로 진입하여 코킹 재생을 수행하고, 재생 온도는 630 내지 730℃(바람직하게는 650 내지 730℃)로 제어한다.
재생기(5)에서 유래한 재생제는 재생제 냉각기(6)로 진입하여 200 내지 720℃로 냉각되고 하향 유동 반응기(2)로 곧바로 돌아가 순환 사용된다. 또는 재생제 냉각기(6) 하부 또는 바닥부의 냉각 재생제를 떠난 다음, 혼합 완충 공간(7)을 거쳐 혼합 완충되어 그 온도의 균형을 이루고 하향 유동 반응기(2)로 돌아가 순환 사용된다. 유동화 매체는 공기, 증기 또는 기타 가스 또는 이들의 혼합물(바람직하게는 증기)일 수 있다.
반응 온도의 최적화 제어 및 반응 깊이의 최적화 제어를 구현하기 위해, 상기 재생제 냉각기(6)의 다운스트림에 촉매 혼합 완충 공간(7)을 설치하여, 재생제의 혼합을 강화하고, 하향 유동 반응기(2)에 진입하기 전에 재생제 온도가 균형을 이루어 다운스트림 반응 온도 제어의 요건을 충족시킨다. 공간 및 투자를 절약하기 위해, 촉매 혼합 완충 공간(7)은 재생제 냉각기(6)와 동일한 직경의 일체형 구조를 채택할 수도 있다(도 3에 도시). 촉매 혼합 완충 공간(7)은 저속 조밀상 유동상을 채택하여 조작하며, 그 표면 가스 속도는 0.3m/s보다 작다(바람직하게는 0.0001 내지 0.1999m/s).
도 2는 본 발명의 하향 유동 반응기 촉매 변환 장치의 동축식 재생의 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 촉매 전환 방법 및 그 장치는 하향 유동 반응기 입구단(1), 하향 유동 반응기(2), 급속 분리 장치(3), 폐촉매 스트리퍼(4), 재생기(5) 및 재생제 냉각기(6), 촉매 혼합 완충 공간(7), 2차 분리기(8) 및 침강기(9)를 포함한다.
재생기(5)는 재생제 이송관을 통해 재생제 냉각기(6)에 연결되고, 재생제는 재생제 냉각기(6)를 거쳐 냉각 강온된 후, 다운스트림(또는 하부) 촉매 혼합 완충 공간(7)을 거쳐 혼합 완충된 다음, 냉강 재생제 이송관(10)을 통해 하향 유동 반응기 입구단(1)과 연결된다. 재생제 냉각기(6)를 떠나는 냉각 재생제 온도는 유동화 매체(35)(공기, 증기 등 포함) 유량을 조절함으로써 제어된다. 제어 밸브(21)는 냉각 재생 촉매의 유량을 편리하게 제어하기 위해 설치된 구체적인 제어 요소이다. 이송 매체(35)는 증기 또는 기타 가스 또는 이들의 혼합물(바람직하게는 증기)일 수 있다. 열 매체(37)는 물, 증기, 공기 또는 기타 가스, 각종 오일 제품 등 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
하향 유동 반응기로 진입하는 재생제 온도를 용이하게 제어하기 위해, 열 재생제 바이패스관(제어 밸브 포함)(미도시)을 더 설치하여 촉매 혼합 완충 공간(7)과 직접 연결할 수 있다. 냉각 재생제와 열 재생제는 여기에서 균일하게 혼합된 후 그 온도가 균형에 도달한다.
물론 다른 제어 디바이스와 제어 방법이 많이 있을 수 있으며, 이는 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
탄화수소류 원료와 재생제는 반응 입구단(1)에서 혼합된 후 하향 유동 반응기(2)로 진입한다. 촉매 전환 조건 하에서 반응하며 주요 조작 조건은 다음과 같다. 즉 반응 온도는 460 내지 680℃이고(바람직하게는 480 내지 660℃, 가장 바람직하게는 490 내지 630℃), 반응 압력은 0.11 내지 0.4MPa이고, 접촉 시간은 0.05 내지 2초이고(바람직하게는 0.1 내지 1.5초), 촉매와 원료 중량비(촉매 대 오일 비율)는 6 내지 50이다(바람직하게는 8 내지 40).
반응 오일 가스와 촉매의 혼합물은 하향 유동 반응기(2) 말단의 급속 분리 장치(3)로 병류 하향 유동하여 촉매와 제품 오일 가스를 빠르게 분리한다. 또는 고온 제품 오일 가스가 급냉되어(2차 반응의 발생을 피하기 위한 것으로, 도면에 도시하지 않음), 2차 분리기(8)(예를 들어 사이클론 분리기 등)로 진입하여 촉매를 추가로 제거한 다음 다운스트림 분획 또는 분리 시스템으로 진입하여 추가적 분리가 수행된다. 이를 통해 필요한 가스 제품과 액체 제품을 수득한다.
폐촉매는 침강기(9)를 거친 다음 폐촉매 스트리퍼(4)를 거쳐 스트리핑된 후, 폐촉매 이송관(13)과 제어 밸브(미도시)를 통해 재생기(5)로 진입하며, 메인 공기(38)(공기 등을 포함한 산소 가스를 함유)의 존재 하에서 코킹 재생된다. 재생제는 재생기(5) 하부에서 재생제 냉각기(6)로 진입한 후 촉매 혼합 완충 공간(7)으로 들어가 고르게 혼합되며, 그 후 냉각 재생제는 이송관(11)을 거쳐(또는 열 재생제와 혼합) 순환 사용된다(다른 경로 촉매 이송관을 설치하여 재생기로 돌아갈 수도 있음).(물론, 공정 수요에 따라 독립적인 외부 열 추출기를 설치하여 다양한 작업 조건에서 유연한 조작을 구현할 수 있음)
재생기(5)에서 유래한 재생제는 재생제 냉각기(6)로 들어가 200 내지 720℃로 냉각된다. 재생제 냉각기(6) 하부 또는 바닥부를 떠난 냉각 재생제는 다시 촉매 혼합 완충 공간(7)을 거쳐 혼합 완충되어 그 온도가 균형에 도달하면 하향 유동 입구단(1)과 반응기(2)로 돌아가 순환 사용된다. 유동화 매체(39)는 공기, 증기 또는 기타 가스 또는 이들의 혼합물(바람직하게는 증기)일 수 있다.
반응 온도의 정확한 제어 및 최적화 제어를 구현하기 위해, 상기 재생제 냉각기(6)의 다운스트림에 촉매 혼합 완충 공간(7)을 설치하여, 재생제의 혼합을 강화하고, 하향 유동 입구단(1)과 반응기(2)에 진입하기 전에 재생제 온도가 균형을 이루어 다운스트림 반응 온도의 정확한 제어의 요건을 충족시킨다. 공간 및 투자를 절약하기 위해, 촉매 혼합 완충 공간(7)은 재생제 냉각기(6)와 동일한 직경의 일체형 구조로 설계할 수도 있다. 촉매 혼합 완충 공간(7)은 저속 조밀상 유동상을 채택하여 조작하며, 그 표면 가스 속도는 0.3m/s보다 작다(바람직하게는 0.0001 내지 0.1999m/s).
도 3은 본 발명의 하향 유동 반응기 촉매 변환 장치의 급속상 재생의 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 촉매 전환 방법 및 그 장치는 하향 유동 반응기 입구단(1), 하향 유동 반응기(2), 급속 분리 장치(3), 폐촉매 스트리퍼(4), 재생기(5) 및 재생제 냉각기(6), 촉매 혼합 완충 공간(7), 2차 분리기(8) 및 침강기(9)를 포함한다.
재생기(5)는 재생제 이송관을 통해 재생제 냉각기(6)에 연결되고, 재생제는 재생제 냉각기(6)를 거쳐 냉각 강온된 후, 다운스트림(또는 하부) 촉매 혼합 완충 공간(7)을 거쳐 혼합 완충되어 온도가 균형에 도달한 다음, 냉강 재생제 이송관(10)을 통해 하향 유동 반응기 입구단(1)과 연결된다. 재생제 냉각기(6)를 떠나는 냉각 재생제 온도는 유동화 매체(35)(공기, 증기 등 포함) 유량을 조절함으로써 제어된다. 제어 밸브(21)는 냉각 재생제의 유량을 편리하게 제어하기 위해 설치된 구체적인 제어 요소이다.
하향 유동 반응기로 진입하는 재생제 온도를 용이하게 제어하기 위해, 열 재생제 이송관(제어 밸브 포함, 미도시)을 더 설치하여 재생제 혼합 완충 공간(7)과 직접 연결할 수 있다. 냉각 재생제와 열 재생제는 여기에서 혼합된 후 그 온도가 균형에 도달한다.
물론 다른 제어 디바이스와 제어 방법이 많이 있을 수 있으며, 이는 본 발명의 사상에 따른 임의의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다.
전술한 촉매 냉각기는 재생기, 하향 유동상과 일체로 연결될 수 있으며, 파이프 라인을 통해 연결될 수도 있다.
탄화수소류 원료와 재생제는 혼합되어 하향 유동 반응기에 진입한 후, 촉매 전환 조건 하에서 반응하며 주요 조작 조건은 다음과 같다. 즉 반응 온도는 460 내지 680℃이고(바람직하게는 480 내지 660℃, 가장 바람직하게는 490 내지 630℃), 반응 압력은 0.11 내지 0.4MPa이고, 접촉 시간은 0.05 내지 2초이고(바람직하게는 0.1 내지 1.5초), 촉매와 원료 중량비(촉매 대 오일 비율)는 6 내지 50이다(바람직하게는 8 내지 40).
반응 오일 가스와 촉매의 혼합물은 하향 유동 반응기(2) 말단 급속 분리 장치(3)로 하향 유동 병류하고, 중고온 오일 가스가 급냉된 다음(2차 반응의 진행을 방지), 2차 분리기(8)(예를 들어 사이클론 분리기 등)로 진입하여 촉매를 추가로 제거한 다음 중고온 오일 가스 급냉기로 진입하여(2차 반응의 진행을 방지) 냉각된 후, 다운스트림 분획 또는 분리 시스템으로 진입하여 추가적 분리가 수행된다. 이를 통해 필요한 가스 제품과 액체 제품을 수득한다.
분리된 폐촉매는 폐촉매 스트리퍼(4)를 거쳐 스트리핑된 후, 스트리핑 이송관(13) 및 제어 밸브(20)를 통해 코킹 탱크(5A)로 진입한다. 메인 공기(38A)(공기 등을 포함한 산소 가스를 함유)의 존재 하에서 급속 코킹을 거치고, 위로 재생기(5)까지 이송하여 추가적인 코킹 재생을 수행한다. 재생기(5) 바닥부에는 2차 공기(38B)(공기 등을 포함한 산소 가스를 함유)가 보충된다. 재생제는 재생기(5) 하부에서 인출되어 재생제 냉각기(6)로 진입한다. 재생제 혼합 완충 공간(7)과 냉각 재생제는 이송관(11)을 거쳐(또는 열 재생제와 혼합) 순환 사용되고, 다른 경로는 이송관(12)을 거쳐(이송관(12)을 설치하지 않을 수도 있음) 재생기로 돌아간다(물론 공정 수요에 따라 개별적인 외부 열 추출기를 설치할 수도 있어 다양한 작업 조건에서 유연한 조작을 구현할 수 있음).
재생기(5)에서 유래한 재생제는 재생제 냉각기(6)로 들어가 200 내지 720℃로 냉각된다. 재생제 냉각기(6) 하부 또는 바닥부를 떠난 냉각 재생제는 다시 촉매 혼합 완충 공간(7)을 거쳐 혼합 완충되어 그 온도가 균형에 도달하면 하향 유동 반응기 입구단과 반응기(2)로 돌아가 순환 사용된다. 유동화 매체(39)는 공기, 증기 또는 기타 가스 또는 이들의 혼합물(바람직하게는 증기)일 수 있다. 열 매체(37)는 물, 증기, 공기 또는 기타 가스, 각종 오일 제품 등 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이송 매체(36)는 공기, 증기 또는 기타 가스 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
반응 온도의 정확한 제어 및 최적화 제어를 구현하기 위해, 상기 재생제 냉각기의 다운스트림에 혼합 완충 공간(7)을 설치하여, 재생제의 혼합을 강화하고, 하향 유동 반응기(2)에 진입하기 전에 재생제 온도가 균형을 이루어 다운스트림 반응 온도 제어의 요건을 충족시킨다. 공간 및 투자를 절약하기 위해, 촉매 혼합 완충 공간(7)은 재생제 냉각기(6)와 동일한 직경의 일체형 구조를 채택한다. 촉매 혼합 완충 공간(7)은 저속 조밀상 유동상을 채택하여 조작하며, 그 표면 가스 속도는 0.3m/s보다 작다(바람직하게는 0.0001 내지 0.1999m/s).
본 발명의 구체적인 실시방식을 추가적으로 설명하기 전에, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특정한 구체적인 실시방식에 제한되지 않음에 유의한다. 본 발명의 실시예에 사용된 용어는 특정한 구체적인 실시방식을 설명하기 위한 것이므로, 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 이해될 수 없다.
실시예에 수치 범위를 제공된 경우, 본 발명에서 달리 명시되지 않는 한, 각 수치 범위의 두 끝점 및 두 끝점 사이의 어느 하나의 수치가 모두 선택될 수 있음에 유의한다. 달리 정의되지 않는 한, 본 발명에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 실시예에서 사용된 구체적인 방법, 디바이스 및 재료 이외에, 당업자의 종래 기술에 대한 이해 및 본 발명의 기재 내용을 기반으로, 본 발명의 실시예 중의 방법, 다비이스, 재료와 유사하거나 동일한 종래 기술의 임의 방법, 디바이스, 재료를 사용하여 본 발명을 구현할 수도 있다.
실시예 1
본 발명의 효과를 검증하기 위해, 도 2 또는 도 3에 도시된 공정 흐름, 표 1에 나타낸 중유 원료 성질 및 표 2에 나타낸 종래 기술 및 본 발명의 공정 조건 및 프로필렌을 많이 생산하는 제올라이트 촉매(CHP-1)를 채택하며, 시험 결과는 표 3에 나열하였다.
표 3의 결과에서 알 수 있듯이, 종래의 하향 유동 반응기 열 평균의 한계로 인해, 원료 공급 온도가 230℃인 경우, 종래 기술의 촉매 대 오일 비율도 11.5에 불과할 수 있으므로, 하향 유동 반응기에 필요한 큰 촉매 대 오일 비율 조작을 구현할 수 없다. 본 발명은 종래 기술에 비해, 코크스와 건조 가스 수율이 1.8% 낮고, 총 경질 수율(LPG+가솔린+디젤)이 2.1% 높으며, 총 액체 수율(총 경질+오일 슬러리)이 1.8% 높다. 동시에 디젤 수율은 10% 낮아 제품 분포가 우수하다. 연간 100만 톤의 중유 촉매 분해 장치 세트의 경우, 연간 증가 경제 이익이 약 9000만 위안이다.
표 1 중유 원료 성질
Figure pct00001
표 2 종래 기술과 본 발명의 공정 조건 비교
Figure pct00002
실시예 2
실시예 2의 경우, 하향 유동 반응기의 원료는 촉매 분해 가솔린이고, 하향 유동 반응기는 약 30의 초대 촉매 대 오일 비율을 채택해야만, 반응 온도 분포를 최적화하고 반응 선택성을 높이며 프로필렌과 가솔린 수율을 높이고 가솔린 중의 방향족 탄화수소 함량과 옥탄값을 높이며 가솔린 중의 올레핀 함량을 낮추는 목적을 구현할 수 있다.
본 실시예는 도 2 또는 도 3에 도시된 공정 흐름, 표 4에 나타낸 종래 기술과 본 발명의 공정 조건 및 프로필렌을 많이 생산하는 제올라이트 촉매(CHP-1)를 채택하며, 가솔린 원료와 시험 결과는 표 5에 나열하였다.
표 4에 도시된 결과에서 알 수 있듯이, 하향 유동 반응기 열 균형의 한계로 인해 종래 기술 방안 B의 원료 공급 온도 400℃를 채택할 경우, 열 균형 하의 촉매 대 오일 비율은 12.1에 불과하다. 이처럼 낮은 촉매 대 오일 비율은 하향 유동 반응기의 전환율과 선택성에 심각한 영향을 미친다. 방안 A의 원료 공급 온도 40℃를 채택할 경우, 촉매 대 오일 비율을 25.9로 높일 수 있으나, 이는 장치 저온열의 회수와 이용에 심각한 영향을 미친다.
표 5의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명은 종래 기술에 비해 고부가가치의 프로필렌 수율이 1.2% 향상되어 코크스 건조 가스 수율에 상당하며 총 경질 수율에 상당하다. 가솔린 중 방향족 탄화수소 함량은 3.7% 낮고, 올레핀 함량이 3% 낮으며 옥탄값(RON)은 0.8 내지 2단위 높다. 동시에 표 4는 400℃ 고온 원료 공급을 채택하여 본 발명이 폐열 회수 효율을 극대화할 수 있음을 보여준다.
이는 모두 본 발명의 가솔린 촉매 전환 방법이 현저하게 유익한 효과를 가지고 있음을 시사한다.
표 4 가솔린 원료 성질
Figure pct00003
표 5 종래 기술과 본 발명의 공정 조건 비교
Figure pct00004
실시예 3
실시예 3의 경우, 하향 유동 반응기의 원료는 올레핀이 풍부한 C4 혼합물이다. 본 실시예는 도 2 또는 도 3에 도시된 공정 흐름, 표 6에 나타낸 종래 기술과 본 발명의 공정 조건 및 ZSM-5 제올라이트 촉매를 채택한다.
하향 유동 반응기는 통상적으로 30보다 큰 초대 촉매 대 오일 비율을 채택하여 조작해야만, 반응 온도 분포를 최적화하고 반응 선택성을 높이며 에틸렌, 프로필렌의 수율을 높이는 목적을 달성할 수 있다. 그러나 표 6의 결과는 400℃ 고온 원료 공급을 채택할 경우, 하향 유동 반응기 열 균형의 한계로 인해 종래 기술의 열 균형 하에서 촉매 대 오일 비율이 16.3에 불과함을 보여준다. 이처럼 낮은 촉매 대 오일 비율은 하향 유동 반응기의 전환율과 선택성에 심각한 영향을 미친다.
본 발명에 사용된 C4 혼합물 원료와 시험 결과는 표 7에 나열되어 있다. 표 7에서 고부가가치의 프로필렌 수율은 약 47.2%이고 에틸렌 수율은 10.6%이며, 이는 본 발명의 C4 혼합물 촉매 전환 방법이 현저하게 유익한 효과가 있음을 보여준다.
표 6 종래 기술과 본 발명의 공정 조건 비교
Figure pct00005
표 7 C4 혼합물 원료 성질과 시험 결과
Figure pct00006
전술한 실시예는 본 발명의 원리 및 그 효과를 설명하기 위한 예시일 뿐이므로 본 발명을 제한하지 않는다. 당업자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 전술한 실시예를 수정하거나 변경할 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 정신 및 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이루어진 모든 동등한 수정 또는 변경은 여전히 본 발명의 청구 범위에 포함되어야 한다.

Claims (12)

  1. 하향 유동 반응기 탄화수소류 촉매 전환 방법에 있어서,
    재생기로부터 유래된 재생 촉매는 재생제 냉각기를 거쳐 냉각 강온된 후 하향 유동 반응기로 유입되고, 이는 탄화수소류 원료와 입구단에서 혼합, 접촉하며, 하향 유동 반응기 내에서 탄화수소류의 촉매 전환 반응을 수행하고, 하향 유동 반응기 말단까지 하향 유동하여 급속 분리를 수행하고; 분리된 폐촉매(spent catalyst)는 스트리핑(stripping)을 거친 후 재생기에 유입되어 코킹 재생되고, 재생된 촉매는 재생제 냉각기를 거쳐 냉각된 후 하향 유동 반응기로 돌아가 순환 사용되는 것을 특징으로 하는 하향 유동 반응기 탄화수소류 촉매 전환 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하향 유동 반응기의 주요 조작 조건은 반응 온도가 460 내지 680℃이고, 반응 압력은 0.11 내지 0.4MPa이고, 접촉 시간은 0.05 내지 2초이고, 촉매 대 오일 비율은 6 내지 50인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    구체적인 공정은,
    1) 예열하거나 예열하지 않고 탄화수소류 원료와 재생제 냉각기로부터의 저온 재생제가 하향 유동 반응기 입구단으로 진입하고, 반응기를 따라 하향 유동하여 반응하며, 반응 오일 가스와 촉매의 혼합물은 반응기 말단까지 하향 유동하여 급속 분리를 수행함으로써, 촉매와 오일 가스의 급속 분리를 구현하며, 주요 조작 조건은 반응 온도가 460 내지 680℃이고, 반응 압력은 0.11 내지 0.4MPa이고, 접촉 시간은 0.05 내지 2초이고, 촉매 대 오일 비율은 6 내지 50이고;
    2) 분리된 폐촉매는 폐촉매 스트리퍼를 거쳐 스트리핑된 후, 재생기로 진입하여 코킹 재생되고, 재생 온도는 630 내지 730℃로 제어하고;
    3) 재생기로부터 유래한 재생제는 재생제 냉각기로 들어가 200 내지 720℃로 냉각되고, 냉각된 재생제는 하향 유동 반응기 입구단으로 들어가 순환 사용되거나; 또는 열 재생제 바이패스를 설치하고 일부 열 재생제와 전술한 냉각 재생제가 혼합된 후, 혼합 재생제가 하향 유동 반응기 입구단에 들어가 순환 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하향 유동 반응기의 반응 온도는 490 내지 650℃이고, 반응 압력은 0.11 내지 0.4MPa이고, 접촉 시간은 0.1 내지 1.5초이고, 촉매 대 오일 비율은 8 내지 40인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    하향 유동 반응기로 진입하는 재생제 온도를 제어함으로써, 하향 유동 반응기 반응 온도를 최적화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생제 냉각기의 다운스트림에 촉매 혼합 완충 공간을 설치하며; 상기 촉매 혼합 완충 공간은 저속 조밀상 유동층을 채택하여 조작하며, 이의 표면 가스 속도는 0.3m/s 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하향 유동 반응기의 반응 온도는 촉매 대 오일 비율 조절을 통해, 또는/및 냉각 재생제 또는 혼합 재생제의 온도 조절을 통해 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 혼합 재생제의 온도는 냉열 재생 촉매의 비율을 조절함으로써 독립적으로 제어하거나; 또는 상기 냉각 재생제 온도는 유동화 매체 및/또는 열 매체의 유량을 조절함으로써 제어하거나, 또는 유동화 매체 및/또는 열 매체 및/또는 재생기로 돌아가는 냉각 촉매의 유량을 조절함으로써 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄화수소류 원료는 수소첨가된 또는 수소첨가되지 않은 임의 중유이며, 여기에는 직류 왁스 오일, 코커 왁스 오일, 수소화 분해 테일 오일, 상압 잔유, 감압 잔유, 셰일유, 합성유, 원유, 콜타르, 재순환유, 오일 슬러리, 탈아스팔트 오일, 열분해 중유, 비스브레이킹 중유, 중질 디젤유 등 중의 1개, 2개 및 2개 이상의 혼합물이 포함되고; 상기 직류 왁스 오일 또는 코커 왁스 오일 분획에는 고밀도 시클로알킬 또는 시클로 알킬 중간기 왁스 오일(분획유)이 포함되며, 이는 완전 분획 또는 그중 일부 좁은 분획이거나; 또는 경질 탄화수소 원료가 정유소 또는 석유화학공장의 각종 올레핀 함유 또는 포화 액체 경질 탄화수소류이며, 액화석유가스, 경유 등 중의 어느 하나 또는 하나 이상의 임의 비율의 혼합물을 포함하고; 상기 액체 경질 탄화수소는 부텐, 아밀렌이 함유된 C4, C5 분획 또는 이들의 임의 비율의 혼합물이고; 상기 경유는 가솔린 분획으로, 직류 가솔린, 축합 오일, 촉매 분해 가솔린, 열분해 가솔린, 비스브레이킹 가솔린, 코커 가솔린, 분해제 에틸렌 가솔린을 포함한 가솔린 중의 1개, 2개, 복수개 및 그 임의 비율의 혼합 가솔린이 포함되고, 이는 완전 분획 또는 그중 일부 좁은 분획이거나; 또는 디젤 분획은 촉매 열분해 디젤을 포함되고, 이는 완전 분획 디젤유 또는 그중 일부 좁은 분획인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 단독으로 실시하거나, 상기 하향 유동 반응기와 라이저 반응기를 결합하고, 기체-고체 병류 절첩식 급속 유동 반응 장치 또는 기체-고체 병류 하향 및 상향 결합 촉매 분해 반응 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 장치에 있어서,
    상기 장치는 하향 유동 반응기, 급속 분리 장치, 폐촉매 스트리퍼, 재생기, 재생제 냉각기를 포함하고, 상기 하향 유동 반응기는 기체-고체 병류 절첩식 급속 유동 반응 장치 또는 기체-고체 병류 하향 및 상향 결합 촉매 분해 반응 장치일 수도 있는 것을 특징으로 하는 하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 재생제 냉각기의 다운스트림에 촉매 혼합 완충 공간을 설치하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020217024503A 2019-01-30 2020-01-22 하향 유동 반응기의 탄화수소류 촉매 전환 방법 및 이의 장치 KR102679916B1 (ko)

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