KR20230121094A - 미립자 고체를 재생하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
하나 이상의 실시형태에 따르면, 미립자 고체(particulate solid)는 미립자 고체 처리 용기에서 재생될 수 있다. 미립자 고체 처리 용기는 라이저(riser)에 연결될 수 있다. 라이저는 라이저가 내부 라이저 세그먼트 및 외부 라이저 세그먼트를 포함할 수 있도록 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸의 라이저 포트를 통해 연장할 수 있다. 미립자 고체 분리 섹션은 기체 출구 포트, 라이저 포트, 및 미립자 고체 출구 포트를 포함할 수 있다. 미립자 고체 분리 섹션은 기체/고체 분리 장치 및 미립자 고체 수집 영역을 수용할 수 있다. 라이저 포트는 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축 상에 위치하지 않도록 외부 셸의 측벽 상에 위치할 수 있다. 미립자 고체는 미립자 고체 분리 섹션에서 기체로부터 분리될 수 있다.
Description
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2020년 12월 16일자로 출원된 "미립자 고체를 재생하기 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Regenerating Particulate Solids)"이란 발명의 명칭의 미국 특허 출원 제63/126,089호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그의 전체 내용은 본 개시내용에서 참고로 포함된다.
기술분야
본원에서 기술되는 실시형태는 일반적으로 화학적 처리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 촉매 화학적 전환(catalytic chemical conversion)을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
많은 종류의 화학 물질이 고체 미립자 촉매와 같은 미립자 고체(particulate solid)를 사용하는 공정을 통해 생산될 수 있다. 이러한 공정이 진행되는 동안, 미립자 고체는 "소비(spent)"되고 후속 반응에서 활성이 감소할 수 있다. 또한, 흡열 공정은 열을 필요로 하며 "소비된" 촉매는 재가열되어야 한다. 따라서, 소비된 미립자 고체는 후속 반응에서 사용하기 위해 재생 유닛으로 이송되어 재가열 및 재생되어 미립자 고체의 활성을 증가시킬 수 있다. 재생 유닛에서 재생된 후, 재생된 미립자 고체는 반응기로 다시 이송되어 후속 반응에서 사용될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 경질 올레핀과 같은 다양한 화학 물질의 생산 시에 사용하기 위한 미립자 고체의 활성을 재생하고, 재활성화하거나 또는 증가시키기 위한 개선된 방법이 필요하다. 미립자 고체를 재생하기 위한 많은 재생기 시스템은 라이저(riser)가 미립자 고체 처리 용기로부터 미립자 고체 분리 섹션의 바닥을 통해 연장되도록 미립자 고체 분리 섹션 바로 아래에 위치되는 미립자 고체 처리 용기를 포함한다. 이러한 디자인은 출구가 미립자 고체 분리 섹션 바닥의 중앙에 위치할 수 없는 미립자 고체 분리 섹션의 바닥에 환형 공간을 생성함으로써 미립자 고체 분리 섹션을 통한 미립자 고체의 흐름에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
미립자 고체를 재생하기 위한 본 발명에서 개시되는 방법 중 하나 이상은 이러한 문제를 해결하는 시스템을 이용한다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저는 미립자 고체 분리 섹션의 바닥을 통해 미립자 고체 분리 섹션으로 유입되지 않는다. 이와 같이, 미립자 고체 출구는 미립자 고체 분리 섹션의 바닥에서 중앙에 위치할 수 있으며, 그 결과 미립자 고체 분리 섹션에서 배출되는 미립자 고체의 흐름 특성이 개선된다.
본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따르면, 미립자 고체는 미립자 고체 처리 용기에서 미립자 고체를 재생하는 단계를 포함하는 방법에 의해 재생될 수 있다. 미립자 고체의 재생 단계는, 미립자 고체를 산소-함유 기체와 접촉시킴으로써 산화시키는 단계; 미립자 고체 상에 존재하는 코크스를 연소시키는 단계; 또는 보충 연료(supplemental fuel)를 연소시켜 미립자 고체를 가열하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법은 미립자 고체를 라이저에 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 라이저는, 라이저가 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역에 위치되는 내부 라이저 세그먼트(interior riser segment) 및 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸(shell)의 외측에 위치되는 외부 라이저 세그먼트(exterior riser segment)를 포함하도록 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸의 라이저 포트를 통해 연장할 수 있다. 미립자 고체 분리 섹션은 적어도 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역을 한정하는 외부 셸을 포함할 수 있다. 외부 셸은 기체 출구 포트, 라이저 포트, 및 미립자 고체 출구 포트를 포함할 수 있다. 외부 셸은 기체/고체 분리 장치 및 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역 내의 미립자 고체 수집 영역을 수용할 수 있다. 라이저 포트는 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축 상에 위치하지 않도록 외부 셸의 측벽 상에 위치할 수 있다. 방법은 미립자 고체를 기체/고체 분리 장치에서 기체로부터 분리하는 단계 및 기체로부터 분리된 미립자 고체를 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축에 근접하여 위치된 미립자 고체 수집 영역으로 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
전술한 간단한 요약 및 하기 상세한 설명 모두는 본 기술의 실시형태를 제시하며, 청구되는 본 기술의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 체계를 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면은 본 기술에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되어 그의 일부를 구성한다. 도면은 다양한 실시형태를 예시하며, 설명과 함께 본 기술의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다. 또한, 도면 및 설명은 단지 예시를 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 청구항의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다.
본원에서 개시되는 기술의 추가적인 특성 및 이점은 하기 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 이러한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백할 것이거나 하기 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하는 본원에서 기술되는 바와 같은 기술을 실시함으로써 인식될 것이다.
본 개시내용의 특정 실시형태에 대한 하기의 상세한 설명은 하기의 도면과 함께 판독할 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시된다:
도 1은 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 섹션 및 재생기 섹션을 포함하는 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 것이고;
도 2는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 처리 용기 및 외부 라이저 세그먼트를 개략적으로 도시한 것이고;
도 3은 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 분리 섹션을 개략적으로 도시한 것이고;
도 4는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역을 도시한 것이고;
도 5는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역을 도시한 것이며;
도 6은 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역에 대한 체류 시간 분포를 그래프로 도시한 것이다.
도면은 본질적으로 개략적이며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 유체 접촉 반응기 시스템의 일부 구성요소, 예를 들어 비제한적으로 온도 전송기, 압력 전송기, 유량계, 펌프, 밸브 등을 포함하지 않은 것임을 이해해야 한다. 이들 구성요소는 개시된 본 발명의 실시형태의 사상 및 범위 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 개시내용에서 기술되는 것과 같은 작동 구성요소는 본 발명의 개시내용에서 기술되는 실시형태에 추가될 수 있다.
이하, 다양한 실시형태가 보다 상세히 언급될 것이며, 그들 중 일부 실시형태가 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한 경우, 동일한 참조 부호는 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용될 것이다.
도 1은 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 섹션 및 재생기 섹션을 포함하는 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 것이고;
도 2는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 처리 용기 및 외부 라이저 세그먼트를 개략적으로 도시한 것이고;
도 3은 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 분리 섹션을 개략적으로 도시한 것이고;
도 4는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역을 도시한 것이고;
도 5는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역을 도시한 것이며;
도 6은 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역에 대한 체류 시간 분포를 그래프로 도시한 것이다.
도면은 본질적으로 개략적이며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 유체 접촉 반응기 시스템의 일부 구성요소, 예를 들어 비제한적으로 온도 전송기, 압력 전송기, 유량계, 펌프, 밸브 등을 포함하지 않은 것임을 이해해야 한다. 이들 구성요소는 개시된 본 발명의 실시형태의 사상 및 범위 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 개시내용에서 기술되는 것과 같은 작동 구성요소는 본 발명의 개시내용에서 기술되는 실시형태에 추가될 수 있다.
이하, 다양한 실시형태가 보다 상세히 언급될 것이며, 그들 중 일부 실시형태가 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한 경우, 동일한 참조 부호는 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용될 것이다.
본원에서 기술되는 바와 같이, 본원에서 개시되는 미립자 고체를 재생하는 방법은 화학 물질 스트림(chemical stream)을 처리하기 위한 반응기 시스템으로부터 미립자 고체를 재생하는 데 이용될 수 있다. 이러한 방법은 시스템 부품의 특정 배향과 같은 특정 기능을 가진 시스템을 이용한다. 예를 들어, 본원에서 기술되는 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기는 미립자 고체 분리 섹션 바로 아래에 있지 않다. 본원에서 상세히 개시되는 하나의 특정 실시형태가 도 1에 도시되어 있다. 그러나, 본원에서 개시되고 교시되는 원리는 상이한 방식으로 배향된 상이한 시스템 구성요소를 이용하는 다른 시스템, 또는 다양한 촉매 조성물을 이용하는 상이한 반응 도식에 적용할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이제 도 1을 참조하여 보면, 전술한 도면 및 설명을 참조하여 이해될 수 있는 바와 같이, 공급 화학 물질은 반응기 섹션(200)에서 촉매와 같은 미립자 고체와 접촉함으로써 반응할 수 있다. 미립자 고체는 반응기 섹션(200)에서 반응 생성물로부터 분리되어 재생 섹션(300)으로 전달될 수 있다. 재생 섹션(300)에서, 미립자 고체는 재생될 수 있다. 이러한 재생된 미립자 고체는 반응의 후속 사이클을 위해 반응기 섹션(200)으로 다시 전달될 수 있다.
일부 실시형태가 반응기 시스템(100)의 맥락에서 본원에서 기술되지만, 본원에서 기술되는 방법 및 시스템은 반응기 섹션(200)을 사용하지 않거나 또는 공급물 스트림을 반응시키기 위한 대안적인 수단과 함께 작동할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이와 같이, 반응기 섹션(200)은 본 발명에서 개시되는 방법 및 시스템의 모든 실시형태에서 필요하거나 또는 필수적인 것으로 해석되어서는 안 된다.
비제한적인 예에서, 본원에서 기술되는 반응기 시스템(100)은 탄화수소 공급물 스트림으로부터 경질 올레핀을 생성하는 데 이용될 수 있다. 경질 올레핀은 상이한 반응 메커니즘을 이용하여 다양한 탄화수소 공급물 스트림으로부터 생성될 수 있다. 예를 들어, 경질 올레핀은 적어도 탈수소화 반응, 크래킹 반응, 탈수 반응, 및 메탄올-올레핀 반응에 의해 생성될 수 있다. 이러한 반응 유형은 경질 올레핀을 생성하기 위해 상이한 공급물 스트림 및 상이한 미립자 고체를 이용할 수 있다. 본원에서 "촉매"가 언급되는 경우, 이들은 도 1의 시스템과 관련하여 언급되는 미립자 고체를 동일하게 지칭할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응은 탈수소화 반응일 수 있다. 이러한 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 에틸벤젠, 에탄, 프로판, n-부탄, 및 i-부탄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 에탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 프로판을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 n-부탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 i-부탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 에탄, 프로판, n-부탄, 및 i-부탄의 총합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 탈수소화 반응은 갈륨 및/또는 백금 미립자 고체를 촉매로서 이용할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 미립자 고체는 갈륨 및/또는 백금 촉매를 포함할 수 있다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 갈륨 및/또는 백금 촉매는 갈륨, 백금, 또는 이들 둘 모두를 포함한다. 갈륨 및/또는 백금 촉매는 알루미나 또는 알루미나 실리카 지지체에 의해 담지될 수 있으며, 선택적으로는 칼륨을 포함할 수 있다. 이러한 갈륨 및/또는 백금 촉매는 미국 특허 제8,669,406호에 개시되어 있으며, 이는 그의 전체 내용이 본원에서 참고로 포함된다. 그러나, 다른 적합한 촉매가 탈수소화 반응을 수행하기 위해 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응 메커니즘은 (동일한 챔버 내에서의) 연소에 이은 탈수소화일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 탈수소화 반응은 수소를 부산물로 생성할 수 있으며, 산소 운반체 물질은 수소와 접촉하고 수소의 연소를 촉진하여 물을 형성할 수 있다. 본원에서 기술되는 시스템 및 방법에 대한 가능한 반응 메카니즘으로 고려되는 이러한 반응 메카니즘의 예는 국제 특허 공개 WO 2020/046978호에 개시되어 있으며, 이의 교시 내용은 그의 전문이 본원에서 참고로 포함된다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응은 크래킹 반응일 수 있다. 이러한 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 나프타, n-부탄, 또는 i-부탄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 나프타를 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 n-부탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 i-부탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 나프타, n-부탄, 및 i-부탄의 총합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 크래킹 반응은 하나 이상의 제올라이트를 촉매로서 이용할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 미립자 고체는 하나 이상의 제올라이트를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 크래킹 반응에 이용되는 하나 이상의 제올라이트는 ZSM-5 제올라이트를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 촉매가 크래킹 반응을 수행하기 위해 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 상업적으로 입수 가능한 적합한 촉매는 Intercat Super Z Excel 또는 Intercat Super Z Exceed를 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 크래킹 촉매는 촉매 활성 물질 이외에도 백금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 크래킹 촉매는 0.001 중량% 내지 0.05 중량%의 백금을 포함할 수 있다. 백금은 백금 질산염으로서 분무될 수 있으며, 승온, 예를 들어 약 700℃에서 하소될 수 있다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 백금을 촉매에 첨가하면 메탄과 같은 보충 연료의 연소가 더 쉬워질 수 있다고 여겨진다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응은 탈수 반응일 수 있다. 이러한 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 에탄올, 프로판올, 또는 부탄올 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 에탄올을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 프로판올을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 부탄올을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 에탄올, 프로판올, 및 부탄올의 총합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 탈수 반응은 하나 이상의 산 촉매를 이용할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 미립자 고체는 하나 이상의 산 촉매를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 탈수 반응에 이용되는 하나 이상의 산 촉매는 제올라이트(예를 들어, ZSM-5 제올라이트), 알루미나, 무정형 알루미노실리케이트, 산성 점토, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합할 수 있는 상업적으로 입수 가능한 알루미나 촉매는, 하나 이상의 실시형태에 따르면, SynDol(Scientific Design Company로부터 입수 가능), V200(UOP로부터 입수 가능), 또는 P200(Sasol로부터 입수 가능)을 포함한다. 적합할 수 있는 상업적으로 입수 가능한 제올라이트 촉매는 CBV 8014, CBV 28014(각각 Zeolyst로부터 입수 가능)를 포함한다. 적합할 수 있는 상업적으로 입수 가능한 무정형 알루미노실리케이트 촉매는 실리카-알루미나 촉매 지지체, 등급 135(Sigma Aldrich로부터 입수 가능)를 포함한다. 그러나, 다른 적합한 촉매가 탈수 반응을 수행하기 위해 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응은 메탄올-올레핀 반응일 수 있다. 이러한 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 메탄올을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 메탄올을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 메탄올-올레핀 반응은 하나 이상의 제올라이트를 촉매로서 이용할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 미립자 고체는 하나 이상의 제올라이트를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 메탄올-올레핀 반응에 사용되는 하나 이상의 제올라이트는 ZSM-5 제올라이트 또는 SAPO-34 제올라이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 촉매가 메탄올-올레핀 반응을 수행하기 위해 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 화학 공정의 작동 단계는 생성물 스트림을 반응기 밖으로 배출하는 단계를 포함할 수 있다. 생성물 스트림은 경질 올레핀을 포함할 수 있다. 본원에서 기술되는 "경질 올레핀"은 에틸렌, 프로필렌, 또는 부텐 중 하나 이상을 지칭한다. 본원에서 기술되는 부텐은 부텐의 임의의 이성질체, 예를 들어 α-부틸렌, 시스-β-부틸렌, 트랜스-β-부틸렌, 및 이소부틸렌을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 생성물 스트림은 적어도 50 중량%의 경질 올레핀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 생성물 스트림은 적어도 60 중량%의 경질 올레핀, 적어도 70 중량%의 경질 올레핀, 적어도 80 중량%의 경질 올레핀, 적어도 90 중량%의 경질 올레핀, 적어도 95 중량%의 경질 올레핀, 또는 심지어 적어도 99 중량%의 경질 올레핀을 포함할 수 있다.
또한 도 1을 참조하여 보면, 반응기 시스템(100)은 일반적으로 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)과 같은 다수의 시스템 구성요소를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 도 1의 맥락에서, 반응기 섹션(200)은 일반적으로 주요 공정 반응이 일어나고 미립자 고체는 반응의 올레핀-함유 생성물 스트림으로부터 분리되는 반응기 시스템(100)의 부분을 지칭한다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체는 소비될 수 있는데, 이는 이들이 적어도 부분적으로 비활성화되는 것을 의미한다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, 재생 섹션(300)은 일반적으로 미립자 고체가 예를 들어 연소를 통해 재생되고, 재생된 미립자 고체는 이전에 소비된 미립자 고체 상의 연소된 물질로부터 또는 보충 연료로부터 방출된 기체와 같은 다른 공정 물질로부터 분리되는 유체 접촉식 반응기 시스템의 부분을 지칭한다. 반응기 섹션(200)은 일반적으로 반응 용기(250), 외부 라이저 세그먼트(232) 및 내부 라이저 세그먼트(234)를 포함하는 라이저(230), 및 미립자 고체 분리 섹션(210)을 포함한다. 재생 섹션(300)은 일반적으로 미립자 고체 처리 용기(350), 외부 라이저 세그먼트(332) 및 내부 라이저 세그먼트(334)를 포함하는 라이저(330), 및 미립자 고체 분리 섹션(310)을 포함한다. 일반적으로, 미립자 고체 분리 섹션(210)은, 예를 들어, 스탠드파이프(126)에 의해 미립자 고체 처리 용기(350)와 유체 연통할 수 있으며, 미립자 고체 분리 섹션(310)은, 예를 들어, 스탠드파이프(124) 및 이송 라이저(130)에 의해 반응 용기(250)와 유체 연통할 수 있다.
일반적으로, 반응기 시스템(100)은 탄화수소 공급물 및 유동화된 미립자 고체를 반응 용기(250)에 공급하고, 반응기 섹션(200)의 반응 용기(250)에서 탄화수소 공급물을 유동화된 미립자 고체와 접촉시킴으로써 반응시켜 올레핀-함유 생성물을 생성시킴으로써 작동될 수 있다. 올레핀-함유 생성물 및 미립자 고체는 반응 용기(250)에서 라이저(230)를 통해 미립자 고체 분리 섹션(210) 내의 기체/고체 분리 장치(220)로 이동할 수 있으며, 여기서 미립자 고체는 올레핀-함유 생성물로부터 분리된다. 미립자 고체는 미립자 고체 분리 섹션(210) 밖으로 배출되어 미립자 고체 처리 용기(350)로 이송될 수 있다. 미립자 고체 처리 용기(350)에서, 미립자 고체는 다양한 공정에 의해 재생될 수 있다. 예를 들어, 소비된 미립자 고체는 미립자 고체를 산소 함유 기체와 접촉시켜 산화시키는 단계, 미립자 고체 상에 존재하는 코크스를 연소시키는 단계, 및 보충 연료를 연소시켜 미립자 고체를 가열하는 단계 중 하나 이상에 의해 재생될 수 있다. 이어서, 미립자 고체는 미립자 고체 처리 용기(350)에서 라이저(330)를 통해 라이저 종단 장치(378)로 이동하고, 여기서 라이저(330)로부터의 기체 및 미립자 고체는 부분적으로 분리된다. 라이저(330)로부터의 기체 및 나머지 미립자 고체는 미립자 고체 분리 섹션(310) 내의 2차 분리 장치(320)로 이송되고, 여기서 나머지 미립자 고체는 재생 반응으로부터의 기체로부터 분리된다. 기체로부터 분리된 미립자 고체는 미립자 고체 수집 영역(380)으로 이동할 수 있다. 이어서, 분리된 미립자 고체는 미립자 고체 수집 영역(380)에서 반응 용기(250)로 이동하고, 여기서 이들은 추가로 이용된다. 따라서, 미립자 고체는 반응기 섹션(200)과 재생 섹션(300) 사이에서 순환할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응기 시스템(100)은 반응기 섹션(200) 또는 재생 섹션(300) 중 하나를 포함할 수 있으며, 둘 다를 포함할 수는 없다. 추가의 실시형태에서, 반응기 시스템(100)은 단일 재생 섹션(300) 및 다중 반응기 섹션(200)을 포함할 수 있다.
또한, 본원에서 기술되는 바와 같이, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 구조적 특징은 일부 관점에서 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 각각의 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)은 반응 용기(즉, 반응기 섹션(200)의 반응 용기(250) 및 재생 섹션(300)의 미립자 고체 처리 용기(350)), 라이저(즉, 반응기 섹션(200)의 라이저(230) 및 재생 섹션(300)의 라이저(330)), 및 미립자 고체 분리 섹션(즉, 반응기 섹션(200)의 미립자 고체 분리 섹션(210) 및 재생 섹션(300)의 미립자 고체 분리 섹션(310))을 포함한다. 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 많은 구조적 특징은 일부 관점에서 유사하거나 동일할 수 있기 때문에, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 유사하거나 동일한 부분은 본 발명의 개시내용 전반에 걸쳐 동일한 마지막 두 자리 숫자를 갖는 참조 부호로 제공되었으며, 반응기 섹션(200)의 하나의 부분과 관련된 개시내용은 재생 섹션(300)의 유사하거나 동일한 부분에 적용될 수 있고 그 반대도 마찬가지라는 것을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반응 용기(250)는 반응 용기(250)에 대한 이송 라이저(130)의 연결을 한정하는 반응 용기 미립자 고체 입구 포트(252)를 포함할 수 있다. 반응 용기(250)는 라이저(230)의 외부 라이저 세그먼트(232)와 유체 연통하거나 거기에 직접 연결된 반응 용기 출구 포트(254)를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 기술되는 "반응 용기"는 드럼, 배럴, 통, 또는 소정 화학 반응에 적합한 다른 용기를 지칭한다. 반응 용기는 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 직경을 가짐)일 수 있거나, 또는 대안적으로는 비-원통형 형상, 예를 들어 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형, 또는 다른 다각형 또는 절곡 폐쇄 형상, 또는 이들의 조합의 단면 형상으로 형상화된 각기둥일 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용되는 반응 용기는 일반적으로 금속 프레임을 포함할 수 있으며, 금속 프레임을 보호하고/하거나 공정 조건을 제어하기 위해 사용되는 내화성 라이닝 또는 다른 물질을 추가로 포함할 수 있다.
일반적으로, 본원에서 기술되는 유체 접촉식 반응기 시스템(100)의 임의의 시스템 유닛의 "입구 포트" 및 "출구 포트"는 시스템 유닛 내의 개구부, 구멍, 채널, 개구, 갭, 또는 다른 유사한 기계적 특징을 지칭한다. 예를 들어, 입구 포트는 물질이 특정 시스템 유닛으로 유입되도록 하고, 출구 포트는 물질이 특정 시스템 유닛으로부터 배출되도록 한다. 일반적으로, 출구 포트 또는 입구 포트는 파이프, 도관, 튜브, 호스, 이송 라인 또는 유사 기계적 특징이 부착되는 유체 접촉식 반응기 시스템(100)의 시스템 유닛의 영역 또는 또 다른 시스템 유닛이 직접 부착되는 시스템 유닛의 부분을 정의할 것이다. 입구 포트 및 출구 포트는 종종 기능상 작동되는 것으로 본원에서 기술될 수 있지만, 그들은 유사하거나 동일한 물리적 특징을 가질 수 있고, 작동 시스템에서 그들의 각각의 기능은 그들의 물리적 구조를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 라이저 포트(218)와 같은 다른 포트는 다른 시스템 유닛이 직접 부착되는, 예를 들어 라이저(230)가 라이저 포트(218)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 연장되는 소정 시스템 유닛의 개구부를 포함할 수 있다.
반응 용기(250)는 작동 중에 재생된 미립자 고체 및 화학 물질 공급물을 반응기 섹션(200)에 제공할 수 있는 이송 라이저(130)에 연결될 수 있다. 이송 라이저(130)를 통해 반응 용기(250)로 유입되는 미립자 고체는 스탠드파이프(124)를 통해 이송 라이저(130)로 전달되고, 따라서 재생 섹션(300)에 도달할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미립자 고체는 스탠드파이프(122)를 통해 미립자 고체 분리 섹션(210)으로부터 이송 라이저(130)로 직접 유입될 수 있으며, 여기서 그들은 반응 용기(250)로 유입된다. 이러한 미립자 고체는 약간 비활성화될 수 있지만, 일부 실시형태에서는 여전히 반응 용기(250)에서 사용하기에 적합할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반응 용기(250)는 외부 라이저 세그먼트(232)에 직접 연결될 수 있다. 일 실시형태에서, 반응 용기(250)는 반응 용기 바디 섹션(reaction vessel body section)(256) 및 반응 용기 바디 섹션(256)과 외부 라이저 세그먼트(232) 사이에 위치되는 반응 용기 전이 섹션(reaction vessel transition section)(258)을 포함할 수 있다. 반응 용기 바디 섹션(256)은 일반적으로 반응 용기 전이 섹션(258)보다 더 큰 직경을 포함할 수 있으며, 반응 용기 전이 섹션(258)은 반응 용기 바디 섹션(256)의 직경 크기에서 라이저(230)의 직경 크기로 테이퍼될 수 있고, 따라서 반응 용기 전이 섹션(258)은 반응 용기 바디 섹션(256)에서 외부 라이저 세그먼트(232)로 내측 방향으로 돌출될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 시스템 유닛의 일부의 직경은, 도 1에서 수평 방향으로 도시된 바와 같이, 그의 일반적인 폭을 지칭한다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응 용기(250)는 라이저(230)의 최대 단면적의 적어도 3배인 최대 단면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 반응 용기(250)는 라이저(230)의 최대 단면적의 적어도 3배, 적어도 4배, 적어도 5배, 적어도 6배, 적어도 7배, 적어도 8배, 적어도 9배, 또는 심지어 적어도 10배인 최대 단면적을 가질 수 있다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "단면적"은 반응물 및/또는 생성물의 일반적인 흐름 방향에 실질적으로 직교하는 평면에서 시스템 구성요소의 일부 단면의 면적을 지칭한다.
또한 도 1을 참조하여 보면, 반응기 섹션(200)은 반응물, 생성물, 및/또는 미립자 고체를 반응 용기(250)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 이송하는 역할을 하는 라이저(230)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저(230)는 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 단면 형상을 가짐)일 수 있거나, 또는 대안적으로는 비-원통형 형상, 예를 들어 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형, 또는 다른 다각형 또는 절곡 폐쇄 형상, 또는 이들의 조합의 단면 형상으로 형상화된 각기둥일 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용되는 라이저(230)는 일반적으로 금속 프레임을 포함할 수 있으며, 금속 프레임을 보호하고/하거나 공정 조건을 제어하기 위해 사용되는 내화성 라이닝 또는 다른 물질을 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 라이저(230)는 외부 라이저 세그먼트(232) 및 내부 라이저 세그먼트(234)를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 "외부 라이저 세그먼트"는 미립자 고체 분리 섹션의 외부에 있는 라이저 부분을 지칭하며, "내부 라이저 세그먼트"는 미립자 고체 분리 섹션의 내부에 있는 라이저 부분을 지칭한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시형태에서, 반응기 섹션(200)의 내부 라이저 세그먼트(234)는 미립자 고체 분리 섹션(210) 내에 위치될 수 있는 반면, 외부 라이저 세그먼트(232)는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 외부에 위치된다.
하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(210)은 외부 셸(212)을 포함할 수 있으며, 여기서 외부 셸(212)은 미립자 고체 분리 섹션(210)의 내부 영역(214)을 정의할 수 있다. 외부 셸(212)은 기체 출구 포트(216), 라이저 포트(218), 및 미립자 고체 출구 포트(222)를 포함할 수 있다. 또한, 외부 셸(212)은 기체/고체 분리 장치(220) 및 미립자 고체 분리 섹션(210)의 내부 영역(214) 내의 미립자 고체 수집 영역(280)을 수용할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(210)의 외부 셸(212)은 미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 세그먼트(276), 중간 세그먼트(274), 및 하부 세그먼트(272)를 정의할 수 있다. 일반적으로, 상부 세그먼트(276)는 단면적이 상부 세그먼트(276)에서 20% 초과로 변화하지 않도록 실질적으로 일정한 단면적을 가질 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(210)의 하부 세그먼트(272)는 단면적이 하부 세그먼트(272)에서 20% 초과로 변화하지 않도록 실질적으로 일정한 단면적을 가질 수 있다. 하부 세그먼트(272)의 단면적은 라이저(230)의 최대 단면적보다 크고 상부 세그먼트(276)의 최대 단면적보다 작을 수 있다. 중간 세그먼트(274)는, 중간 세그먼트(274)의 단면적이 일정하지 않고 중간 세그먼트(274)의 단면적이 중간 세그먼트(274) 전체에 걸쳐 상부 세그먼트(276)의 단면적에서 하부 세그먼트(272)의 단면적으로 전이되는 절두체 형상으로 형상화될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 라이저(230)의 내부 라이저 세그먼트(234)는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 라이저 포트(218)를 통해 연장될 수 있다. 라이저 포트(218)는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 임의의 개구부일 수 있으며, 이를 통하여 적어도 라이저(230)의 내부 라이저 세그먼트(234)가 미립자 고체 분리 섹션(210)의 내부 영역(214) 내로 돌출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 중간 세그먼트(274) 또는 상부 세그먼트(276)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 유입되며, 하부 세그먼트(272)를 통과하지 않는다.
미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 세그먼트(276)에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 기체/고체 분리 장치(220)와 유체 연통할 수 있다. 기체/고체 분리 장치(220)는 사이클론 또는 복수의 사이클론과 같이 기체 또는 액체 상으로부터 미립자 고체를 분리하도록 작동할 수 있는 임의의 기계적 또는 화학적 분리 장치일 수 있다.
미립자 고체는 라이저(230)를 통해 반응 용기(250)에서 기체/고체 분리 장치(220) 내로 윗쪽으로 이동할 수 있다. 기체/고체 분리 장치(220)는 분리된 미립자 고체가 상부 세그먼트(276)의 바닥에 또는 중간 세그먼트(274) 또는 하부 세그먼트(272)에 침착되도록 작동할 수 있다. 분리된 증기는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 기체 출구 포트(216)에서 파이프(120)를 통해 유체 접촉식 반응기 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(210)의 하부 세그먼트(272)는 미립자 고체 수집 영역(280)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 수집 영역(280)은 미립자 고체 분리 섹션(210) 내에 미립자 고체의 축적을 허용할 수 있다. 미립자 고체 수집 영역(280)은 스트리핑 섹션을 포함할 수 있다. 스트리핑 섹션은 미립자 고체를 재생 섹션(300)으로 보내기 전에 이로부터 생성물 증기를 제거하는 데 이용될 수 있다. 재생 섹션(300)으로 이송된 생성물 증기는 연소될 것이기 때문에, 생성물 기체보다 저렴한 연소용 기체를 이용하는 스트리퍼를 사용하여 이러한 생성물 증기를 제거하는 것이 바람직하다.
하부 세그먼트(272)의 미립자 고체 수집 영역(280)은 미립자 고체 출구 포트(222)를 포함할 수 있다. 스탠드파이프(126)는 미립자 고체 출구(222)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)에 연결될 수 있으며, 미립자 고체는 스탠드파이프(126)를 통해 반응기 섹션(200)의 밖으로 배출되어 재생 섹션(300)으로 이송될 수 있다. 선택적으로, 미립자 고체는 또한 스탠드파이프(122)를 통해 반응 용기(250)로 직접 다시 이송될 수도 있다. 대안적으로, 미립자 고체는 이송 라이저(130) 내에서 재생된 미립자 고체와 사전 혼합될 수 있다.
미립자 고체 분리 섹션(210)에서 분리한 후, 소비된 미립자 고체는 재생 섹션(300)으로 이송된다. 재생 섹션(300)은, 본원에서 기술되는 바와 같이, 반응기 섹션(200)과 많은 구조적 유사성을 공유할 수 있다. 이와 같이, 재생 섹션(300)의 부분에 할당된 참조 부호는 반응기 섹션(200)과 관련하여 사용되는 참조 부호와 유사하며, 참조 부호의 마지막 두 자리가 동일한 경우, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 소정 부분은 유사한 기능을 제공하고 유사한 물리적 구조를 가질 수 있다. 따라서, 재생 섹션(300)에 관한 본 개시내용의 많은 것들이 반응기 섹션(200)에도 동등하게 적용될 수 있다.
이제 재생 섹션(300)을 참조하여 보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 재생 섹션(300)의 미립자 고체 처리 용기(350)는 라이저(330)의 외부 라이저 세그먼트(332)와 유체 연통하거나, 또는 심지어 직접 연결되는 하나 이상의 반응기 용기 입구 포트(352) 및 반응기 용기 출구 포트(354)를 포함할 수 있다. 미립자 고체 처리 용기(350)는 스탠드파이프(126)를 통해 미립자 고체 분리 섹션(210)과 유체 연통할 수 있으며, 이는 재생을 위해 반응기 섹션(200)에서 재생 섹션(300)으로 소비된 미립자 고체를 공급할 수 있다. 미립자 고체 처리 용기(350)는 입구(128)가 미립자 고체 처리 용기(350)에 연결되는 추가의 반응기 용기 입구 포트(352)를 포함할 수 있다. 입구(128)는 미립자 고체를 적어도 부분적으로 재생하는 데 사용될 수 있는 액체 또는 기체 형태의 보충 연료 및 공기, 농축 공기, 및 심지어 순수한 산소를 포함한 산소 함유 기체와 같은 반응성 유체를 공급할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기(350)는 다수의 추가의 반응기 용기 입구 포트를 포함할 수 있으며, 각각의 추가의 반응기 입구 포트는 상이한 반응성 유체를 미립자 고체 처리 용기(350)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 미립자 고체는 반응 용기(250)에서의 반응 후에 코크스화될 수 있으며, 코크스는 연소 반응에 의해 미립자 고체로부터 제거될 수 있다. 대안적인 예에서, 공기와 같은 산소 함유 기체를 입구(128)를 통해 미립자 고체 처리 용기(350)에 공급하여 미립자 고체를 산화시키거나, 또는 보충 연료를 미립자 고체 처리 용기(350)에 공급한 다음 연소시켜 미립자 고체를 가열할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 미립자 고체 처리 용기(350)는 라이저(330)의 외부 라이저 세그먼트(332)에 직접 연결될 수 있다. 일 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기(350)는 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356) 및 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)을 포함할 수 있다. 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)은 일반적으로 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)보다 더 큰 직경을 포함할 수 있으며, 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)은 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 직경 크기에서 외부 라이저 세그먼트(332)의 직경 크기로 테이퍼될 수 있고, 따라서 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)은 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)에서 외부 라이저 세그먼트(332)로 내측 방향으로 돌출될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기(350)는 라이저(330)의 최대 단면적의 적어도 3배인 최대 단면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 미립자 고체 처리 용기(350)는 라이저(330)의 최대 단면적의 적어도 3배, 적어도 4배, 적어도 5배, 적어도 6배, 적어도 7배, 적어도 8배, 적어도 9배, 적어도 10배, 적어도 11배, 적어도 12배, 적어도 13배, 적어도 14배, 또는 심지어 적어도 15배인 최대 단면적을 가질 수 있다.
또한, 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)은 일반적으로 높이를 포함할 수 있으며, 여기서 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 높이는 반응기 용기 입구 포트(352)에서 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)까지 측정된다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 직경은 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 높이보다 클 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 직경 대 높이의 비는 5:1 내지 1:5일 수 있다. 예를 들어, 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 직경 대 높이의 비는 5:1 내지 1:5, 4:1 내지 1:5, 3:1 내지 1:5, 2:1 내지 1:5, 1:1 내지 1:5, 1:2 내지 1:5, 1:3 내지 1:5, 1:4 내지 1:5, 5:1 내지 1:4, 5:1 내지 1:3, 5:1 내지 1:2, 5:1 내지 1:1, 5:1 내지 2:1, 5:1 내지 3:1, 5:1 내지 4:1, 또는 이러한 범위의 임의의 조합 또는 하위 조합일 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하여 보면, 미립자 고체 분리 섹션(310)은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 내부 영역(314)을 정의하는 외부 셸(312)을 포함한다. 외부 셸(312)은 기체 출구 포트(316), 라이저 포트(318), 및 미립자 고체 출구 포트(322)를 포함할 수 있다. 또한, 외부 셸(312)은 2차 분리 장치(320) 및 미립자 고체 분리 섹션(310)의 내부 영역(314) 내의 미립자 고체 수집 영역(380)을 수용할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(310)의 외부 셸(312)은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 세그먼트(376), 중간 세그먼트(374), 및 하부 세그먼트(372)를 정의할 수 있다. 일반적으로, 상부 세그먼트(376)는 단면적이 상부 세그먼트(376)에서 20% 초과로 변화하지 않도록 실질적으로 일정한 단면적을 가질 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 상부 세그먼트(376)의 단면적은 라이저(330)의 최대 단면적의 적어도 3배일 수 있다. 예를 들어, 상부 세그먼트(376)의 단면적은 라이저(230)의 최대 단면적의 적어도 3배, 적어도 4배, 적어도 5배, 적어도 6배, 적어도 7배, 적어도 8배, 적어도 9배, 적어도 10배, 적어도 12배, 적어도 15배, 또는 심지어 적어도 20배, 예를 들어 3배 내지 40배일 수 있다. 추가의 실시형태에서, 상부 세그먼트(376)의 최대 단면적은 라이저(330)의 최대 단면적의 5 내지 40배일 수 있다. 예를 들어, 상부 세그먼트(376)의 최대 단면적은 라이저(330)의 최대 단면적의 5 내지 40배, 10 내지 40배, 15 내지 40배, 20 내지 40배, 25 내지 40배, 30 내지 40배, 35 내지 40배, 5 내지 35배, 5 내지 30배, 5 내지 25배, 5 내지 20배, 5 내지 15배, 또는 심지어 5 내지 10배일 수 있다.
추가적으로, 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부 세그먼트(372)는 단면적이 하부 세그먼트(372)에서 20% 초과로 변화하지 않도록 실질적으로 일정한 단면적을 가질 수 있다. 하부 세그먼트(372)의 단면적은 라이저(330)의 최대 단면적보다 크고 상부 세그먼트(376)의 최대 단면적보다 작을 수 있다. 중간 세그먼트(374)는, 중간 세그먼트(374)의 단면적이 일정하지 않고 중간 세그먼트(374)의 단면적이 중간 세그먼트(374) 전체에 걸쳐 상부 세그먼트(376)의 단면적에서 하부 세그먼트(372)의 단면적으로 전이되는 절두체 형상으로 형상화될 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 보면, 미립자 고체 분리 섹션(310)은 중앙 수직축(399)을 포함할 수 있다. 중앙 수직축은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 및 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부를 통해 연장될 수 있으며, 따라서 중앙 수직축(399)은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 세그먼트(376), 중간 세그먼트(374), 및 하부 세그먼트(372)를 통과할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 세그먼트(376), 중간 세그먼트(374), 및 하부 세그먼트(372)는 중앙 수직축(399)을 중심으로 할 수 있다. 예를 들어, 상부 세그먼트(376) 및 하부 세그먼트(372)가 실질적으로 원통형인 실시형태에서, 중앙 수직축(399)은 상부 세그먼트(376)의 직경의 중간점과 하부 세그먼트(372)의 직경의 중간점을 통과할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 라이저(330)의 내부 라이저 세그먼트(334)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 라이저 포트(318)를 통해 연장될 수 있다. 라이저 포트(318)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 외부 셸(312)에 있는 임의의 개구부일 수 있으며, 이를 통하여 적어도 라이저(330)의 내부 라이저 세그먼트(334)가 미립자 고체 분리 섹션(310)의 내부 영역(314) 내로 돌출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저 포트(318)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 중앙 수직축(399) 상에 위치하지 않는다. 이러한 실시형태에서, 라이저 포트(318)는 라이저 포트(318)가 중앙 수직축(399) 상에 위치하지도 않고 라이저(330)가 중앙 수직축(399)에 실질적으로 평행한 방향으로 미립자 고체 분리 섹션(310) 내로 연장하도록 배향되지도 않도록 외부 셸(312)의 측벽 상에 위치될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 중간 세그먼트(374)에서 미립자 고체 분리 섹션(310)으로 유입된다. 이러한 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 중간 세그먼트(374)의 적어도 일부를 통과하고 상부 세그먼트(376)의 적어도 일부를 통과한다. 이러한 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부 세그먼트(372)를 통과하지 않는다. 추가의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 상부 세그먼트(376)에서 미립자 고체 분리 섹션(310)에 유입될 수 있고 내부 라이저 세그먼트(334)는 상부 세그먼트(376)의 적어도 일부를 통과할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 하부 세그먼트(372) 또는 중간 세그먼트(374)를 통과하지 않는다.
이제 도 3을 참조하여 보면, 내부 라이저 세그먼트(334)는 수직 부분(396), 비-수직 부분(394), 및 비-선형 부분(395)을 포함할 수 있다. 본원에서 기술되는 바와 같이, "비-선형 부분"은 곡선 또는 연귀 이음 접합(mitered junction)을 포함하는 부분 또는 라이저 세그먼트를 지칭할 수 있다. 비-선형 부분(395)은 수직 부분(396)과 비-수직 부분(394) 사이에 위치할 수 있으며, 수직 부분(396)과 비-수직 부분(394)을 연결할 수 있다. 또한, 내부 라이저 세그먼트(334)의 비-수직 부분(394)은 라이저 포트(318)에 근접할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)의 비-수직 부분(394)은 라이저 포트(318)에 인접하거나 직접 연결될 수 있다. 이와 같이, 라이저(330)는 비-수직 방향으로 라이저 포트(318)를 통해 연장할 수 있다.
다시 도 2를 참조하여 보면, 외부 라이저 세그먼트(332)는 수직 부분(391), 비-수직 부분(393), 및 비-선형 부분(392)을 포함할 수 있다. 비-선형 부분(392)은 수직 부분(391)과 비-수직 부분(393) 사이에 위치할 수 있으며, 수직 부분(391)과 비-수직 부분(393)을 연결할 수 있다. 외부 라이저 세그먼트(332)의 비-수직 부분(393)은 라이저 포트(318)에 근접할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 외부 라이저 세그먼트(332)의 비-수직 부분(393)은 라이저 포트(318)에 인접하거나 직접 연결될 수 있다. 또한, 외부 라이저 세그먼트(332)의 수직 부분(391)은 미립자 고체 처리 용기(350)에 근접할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 본원에서 더 상세히 기술되는 확장 조인트(382)는 외부 라이저 세그먼트(332)의 수직 부분(391)과 미립자 고체 처리 용기(350) 사이에 위치될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 라이저(330)는 라이저 포트(318)를 통해 대각선 방향으로 연장될 수 있으며, 이때 대각선 방향은 수직 방향에 대해 15 내지 75도이다. 예를 들어, 대각선 방향은 수직 방향에 대해 15도 내지 75도, 수직 방향에 대해 20도 내지 75도, 수직 방향에 대해 25도 내지 75도, 수직 방향에 대해 30도 내지 75도, 수직 방향에 대해 35도 내지 75도, 수직 방향에 대해 40도 내지 75도, 수직 방향에 대해 45도 내지 75도, 수직 방향에 대해 50도 내지 75도, 수직 방향에 대해 55도 내지 75도, 수직 방향에 대해 60도 내지 75도, 수직 방향에 대해 65도 내지 75도, 수직 방향에 대해 70도 내지 75도, 수직 방향에 대해 15도 내지 70도, 수직 방향에 대해 15도 내지 65도, 수직 방향에 대해 15도 내지 60도, 수직 방향에 대해 15도 내지 55도, 수직 방향에 대해 15도 내지 50도, 수직 방향에 대해 15도 내지 45도, 수직 방향에 대해 15도 내지 40도, 수직 방향에 대해 15도 내지 35도, 수직 방향에 대해 15도 내지 30도, 수직 방향에 대해 15도 내지 25도, 수직 방향에 대해 15도 내지 20도, 또는 이러한 범위의 임의의 조합 또는 하위 조합일 수 있다. 하나 이상의 대안적인 실시형태에서, 라이저(330)는 실질적으로 수평 방향으로 라이저 포트(318)를 통과할 수 있다. 본원에서 기술되는 바와 같이, "실질적으로 수평" 방향은 수평에 대해 15도 이내, 수평에 대해 10도 이내, 또는 심지어 수평에 대해 5도 이내일 수 있다.
도 1을 참조하여 보면, 외부 셸(312)은 라이저 종단 장치(378)를 추가로 수용할 수 있다. 라이저 종단 장치(378)는 내부 라이저 세그먼트(334)에 근접하여 위치될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저 종단 장치(378)는 내부 라이저 세그먼트(334)의 수직 부분(396)에 직접 연결될 수 있다. 라이저(330)를 통과하는 기체 및 미립자 고체는 라이저 종단 장치(378)에 의해 적어도 부분적으로 분리될 수 있다. 기체 및 남아있는 미립자 고체는 미립자 고체 분리 섹션(310)에서 2차 분리 장치(320)로 이송될 수 있다. 2차 분리 장치(320)는 사이클론 또는 복수의 사이클론과 같이 기체 또는 액체 상으로부터 미립자 고체를 분리하도록 작동할 수 있는 임의의 기계적 또는 화학적 분리 장치일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 2차 분리 장치(320)는 2개 이상의 사이클론 분리 단계를 포함할 수 있는 사이클론 분리 시스템일 수 있다. 2차 분리 장치(320)가 하나 초과의 사이클론 분리 단계를 포함하는 실시형태에서, 유동화 스트림이 유입되는 제1 분리 장치는 1차 사이클론 분리 장치로 지칭된다. 1차 사이클론 분리 장치로부터의 유동화된 유출물은 추가의 분리를 위해 2차 사이클론 분리 장치로 유입될 수 있다. 1차 사이클론 분리 장치는 예를 들어 1차 사이클론, 및 VSS(UOP로부터 상업적으로 입수 가능), LD2(Stone and Webster로부터 상업적으로 입수 가능), 및 RS2(Stone and Webster로부터 상업적으로 입수 가능)라는 명칭으로 상업적으로 입수 가능한 시스템을 포함할 수 있다. 1차 사이클론은, 예를 들어, 미국 특허 제4,579,716호; 제5,190,650호; 및 제5,275,641호에 기술되어 있으며, 이들 각각은 그의 전체 내용이 본원에서 참고로 포함된다. 1차 사이클론을 1차 사이클론 분리 장치로 이용하는 일부 분리 시스템에서, 하나 이상의 추가 사이클론 세트, 예를 들어 2차 사이클론 및 3차 사이클론은 생성물 기체로부터 미립자 고체를 추가로 분리하기 위해 사용된다. 임의의 1차 사이클론 분리 장치가 본원에서 개시되는 실시형태에서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
2차 분리 장치(320)는 분리된 미립자 고체를 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 세그먼트(376), 중간 세그먼트(374) 또는 하부 세그먼트(372)의 바닥으로 침착시킬 수 있다. 이와 같이, 미립자 고체는 상부 세그먼트(376) 또는 중간 세그먼트(374)의 바닥에서 하부 세그먼트(372)로 중력에 의해 흐를 수 있다. 분리된 증기는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 기체 출구 포트(316)에서 파이프(129)를 통해 유체 접촉식 반응기 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하여 보면, 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부 세그먼트(372)는 미립자 고체 수집 영역(380)을 포함할 수 있으며, 이는 미립자 고체 분리 섹션(310)에서 미립자 고체의 축적을 허용할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 수집 영역(380)은 산소 침지 구역, 산소 스트리핑 구역, 및 환원 구역 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본원에서 기술되는 바와 같이, "산소 침지 구역"은 미립자 고체가 산소 함유 기체의 흐름에 노출되는 미립자 고체 수집 영역(380)의 일부를 지칭할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체는 일반적으로 아래쪽으로 흐를 수 있으며 산소 함유 기체는 일반적으로 위쪽으로 흐를 수 있다. 미립자 고체는 산소 침지 구역에서 2분 초과의 평균 체류 시간을 가질 수 있으며, 바람직하게는 2분 내지 14분의 체류 시간을 가질 수 있다. 미립자 고체는 산소 침지 구역 내에서 산소 함유 미립자 고체가 될 수 있으며, 따라서, 탈수소화 반응을 제한 없이 포함하는 반응기 섹션(200)에서 발생하는 하나 이상의 반응에 대해 증가된 활성을 가질 수 있다.
미립자 고체 수집 영역(380)은 산소 스트리핑 구역을 포함할 수 있다. 본원에서 기술되는 바와 같이, "산소 스트리핑 구역"은 미립자 고체가 산소 함유 기체 분자로부터 스트리핑되는 미립자 고체 수집 영역(380)의 구역을 지칭한다. 산소 함유 기체 분자는 미립자 고체를 0.5 몰% 초과의 산소를 함유하지 않는 기체와 접촉시킴으로써 미립자 고체로부터 스트리핑될 수 있다. 일반적으로, 미립자 고체는 아래쪽으로 이동하고 기체는 산소 스트리핑 구역을 통해 위쪽으로 이동한다. 이와 같이, 과잉 산소 함유 기체는 미립자 고체와 함께 반응기 섹션(200)으로 전달되지 않을 수 있다.
본원에서 기술되는 바와 같이, "환원 구역"은 수소 또는 메탄과 같은 환원제가 질소 또는 스팀과 같은 비참여 기체에 의해 유동화된 촉매 스트림에 공급되는 구역을 지칭할 수 있다. 환원제는 입자에서 산소를 제거하며; 따라서 반응에 대한 입자의 효율성을 증가시킨다.
다시 도 1 및 도 3을 참조하여 보면, 미립자 고체 수집 영역(380)은 미립자 고체 출구 포트(322)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 출구 포트(322)는 중앙 수직축(399)에 근접하거나 심지어 그 위에 위치될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 미립자 고체 수집 영역(380)의 바닥은 미립자 고체 출구 포트(322)가 미립자 고체 수집 영역(380)의 가장 낮은 부분에 위치하도록 만곡될 수 있다. 스탠드파이프(124)는 미립자 고체 출구 포트(322)에서 미립자 고체 분리 섹션(310)에 연결될 수 있으며, 미립자 고체는 스탠드파이프(124)를 통해 재생 섹션(300)의 밖으로 배출되어 반응기 섹션(200)으로 이송될 수 있다. 이와 같이, 미립자 고체는 반응기 시스템(100)을 통해 연속적으로 재순환될 수 있다.
이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 라이저(330)가 미립자 고체 수집 영역(380)을 통과하지 않는 경우 및 미립자 고체 출구 포트(322)가 중앙 수직축(399) 상에 위치하는 경우, 미립자 고체 수집 영역(380)을 통과하는 미립자 고체의 흐름은 라이저(330)가 미립자 고체 수집 영역(380)을 통과하는 디자인에 비해 개선될 수 있다고 여겨진다. 라이저(330)가 미립자 고체 수집 영역(380)을 통과하지 않는 경우, 미립자 고체 출구 포트(322)는 중앙 수직축(399) 상에 위치할 수 있고, 미립자 고체는 플러그 흐름과 더 유사한 방식으로 미립자 고체 수집 영역(380)을 통해 이동할 수 있다. 이는 미립자 고체 수집 영역(380) 내에서 미립자 고체의 최소 체류 시간을 증가시킬 수 있으며, 이는 미립자 고체 수집 영역(380) 내에서 스트리핑, 산소 침지, 또는 다른 고려되는 공정이 발생할 경우에 유익할 수 있다.
본원에서 기술되는 바와 같이, 반응 용기 벽, 분리 섹션 벽, 또는 라이저 벽과 같은 시스템 유닛의 부분은 탄소 또는 스테인레스강과 같은 금속성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 시스템 유닛의 벽은 동일한 시스템 유닛의 다른 부분과 부착되거나 또는 다른 시스템 유닛에 부착되는 부분을 가질 수 있다. 때때로, 부착 또는 연결 지점은 본원에서 "부착 지점"으로 지칭되고 용접점, 접착제, 땜납 등과 같은 임의의 알려진 결합 매질을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 시스템의 구성요소는 용접점과 같은 부착 지점에서 "직접 연결"될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
고온 미립자 고체 및 기체로 인해 야기되는 손상을 완화하기 위해, 내화성 물질이 다양한 시스템 구성요소의 내부 라이닝으로 사용될 수 있다. 내화성 물질은 미립자 고체 분리 섹션(310)뿐만 아니라 라이저(330) 상에 포함될 수 있다. 특정 내화성 물질 배열 및 내화성 물질의 실시형태가 제공되지만, 이들은 개시되는 시스템의 물리적인 구조와 관련하여 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 내화 라이너는 라이저(330)의 내부 표면을 따라 그리고 미립자 고체 분리 섹션(310)의 중간 세그먼트(374) 및 상부 세그먼트(376)의 내부 표면을 따라 라이저(330)에서 연장될 수 있다. 내화 라이너는 육각 메쉬 또는 다른 적절한 내화성 물질을 포함할 수 있다.
미립자 고체의 중량으로부터 미립자 고체 처리 용기(350) 상에 인가되는 기계적 하중, 다양한 부품 및 재생 섹션(300)의 다른 부품의 상이한 성장으로부터의 열 응력은 높을 수 있으며, 확장 조인트가 사용되지 않는 경우, 노즐 힘을 318 접합부에서 한계 내에서 제어하면서 스프링을 사용하여 미립자 고체 처리 용기(350)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 미립자 고체 처리 용기(350)는 스프링에 매달릴 수 있거나, 스프링은 미립자 고체 처리 용기(350) 아래에 위치하여 그의 중량 및 예상되는 촉매 중량의 전부 또는 일부를 지지할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 미립자 고체 처리 용기(350)에서 재생 섹션(300)에 기계적으로 부착된 스프링 지지부(188)를 도시하며, 여기서 재생 섹션(300)은 스프링 지지부(188)에 의해 지지 구조로부터 현수된다.
또한, 미립자 고체 처리 용기(350) 및 라이저(330)는 열팽창을 일으킬 수 있다. 이와 같이, 미립자 고체 처리 용기(350)를 스프링 지지부(188)에 매달거나 스프링 지지부(188)로 미립자 고체 처리 용기(350)를 지지하면 미립자 고체 처리 용기(350)와 외부 라이저 세그먼트(332) 사이의 장력을 완화할 수 있다. 스프링이 사용되는 경우, 일반적으로 확장 조인트는 사용되지 않는다. 이제 도 2를 참조하여 보면, 확장 조인트(382)는 미립자 고체 처리 용기(350)와 외부 라이저 세그먼트(332) 사이에 위치될 수 있다. 본원에서 기술되는 바와 같이, "확장 조인트"는 확장 조인트에 의해 결합된 시스템 구성요소들 사이의 응력을 감소시키는 금속 또는 다른 적합한 물질로 제조된 벨로우즈(bellows)를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 확장 조인트는 열팽창 및 수축으로 인한 시스템 구성요소들 사이의 응력을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 확장 조인트가 사용되는 경우, 일반적으로 미립자 고체 처리 용기(350)는 로드 행거 또는 스커트에 의해 고정 지지대(스프링 없음)를 통해 지지될 것이다. 하나 이상의 실시형태에서, 확장 조인트(382)는 미립자 고체 처리 용기(350)와 외부 라이저 세그먼트(332) 사이의 열팽창에 의해 야기되는 응력을 완화하기 위해 스프링 지지체와 함께 사용될 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 개시내용의 특징을 설명하지만 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 하기 실시예는 본원에서 개시되는 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 수집 영역의 성능을 논의한다.
2개의 미립자 고체 수집 영역을 통한 미립자 고체의 흐름을 모델링하였다. 제1 미립자 고체 수집 영역(410)은 도 4에 도시되어 있으며, 미립자 고체 수집 영역(410)의 바닥에 위치한 단일 출구 스탠드파이프(420)를 갖는 환형 형상을 가졌다. 출구 스탠드파이프(420)는 제1 미립자 고체 수집 영역(410)의 중심축(430) 상에 위치하지 않았다. 제1 미립자 고체 수집 영역(410)도 또한 서브웨이 그레이팅(subway grating)(440)으로 덮인 여러 개의 코달 빔 지지대(cordal beam support)를 포함한다.
제2 미립자 고체 수집 영역(510)이 도 5에 도시되어 있고, 원통형 형상을 가졌으며, 출구 스탠드파이프(520)가 미립자 고체 수집 영역(510)의 바닥에 위치하였다. 출구 스탠드파이프(520)는 제2 미립자 고체 수집 영역(510)의 중심축(530) 상에 위치하였다. 제2 미립자 고체 수집 영역(510)도 또한 서브웨이 그레이팅(540)으로 덮인 여러 개의 코달 빔 지지대를 포함한다.
전산 유체 역학(CFD: Computational fluid dynamics) 시뮬레이션을 수행하여 제1 및 제2 미립자 고체 수집 영역을 통한 미립자 고체의 흐름을 모델링하였다. 이렇게 하여, 각각의 용기에서의 고체 체류 시간 분포(RTD)를 얻었다. 시뮬레이션을 위해, 제1 및 제2 미립자 고체 수집 영역 각각의 직경은 46인치로 설정하였다. 각각의 용기 바닥에서의 표면 기체 속도는 0.3 ft/sec였으며, 평균 미립자 고체 플럭스는 3.4 lb/ft2-sec였다. 또한, 미립자 고체에 대한 평균 처리 시간은 8분이었다.
제1 미립자 고체 수집 영역에 대한 CFD 시뮬레이션은 미립자 고체의 최단 체류 시간이 용기의 출구 스탠드파이프 측의 미립자 고체의 단락으로 인해 약 30초인 것으로 예측하였다. CFD 시뮬레이션은 또한 미립자 고체의 약 42%가 4분 미만의 체류 시간을 갖는 것으로 예측하였다. 제2 미립자 고체 수집 영역에 대한 CFD 시뮬레이션은 미립자 고체의 최단 체류 시간이 1분 초과일 것이고 미립자 고체의 단지 30%만이 4분 미만의 체류 시간을 갖는 것으로 예측하였다.
제1 및 제2 미립자 고체 수집 영역에 대한 RTD는 도 6에 그래프로 도시되어 있다. 제1 미립자 고체 수집 영역에 대한 RTD는 라인(610)으로 도시되어 있으며 제2 미립자 고체 수집 영역에 대한 RTD는 라인(620)으로 도시되어 있다. 또한, 하나의 연속 교반식 탱크 반응기(CSTR) 및 직렬로 연결된 3개의 CSTR에 대한 RTD가 참고로 도 6에 도시되어 있다. 하나의 CSTR에 대한 RTD는 라인(630)으로 도시되어 있으며 직렬로 연결된 3개의 CSTR에 대한 RTD는 라인(640)으로 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 미립자 고체 수집 영역에 대한 RTD는 단일 CSTR에 대한 RTD에 필적하고 제2 미립자 고체 수집 영역에 대한 RTD는 직렬로 연결된 3개의 CSTR에 대한 RTD에 필적한다. 제2 미립자 고체 수집 영역은 제2 미립자 고체 수집 영역을 통한 미립자 고체의 흐름이 플러그 흐름과 더 유사하기 때문에 제1 미립자 고체 수집 영역에 비해 그 이상의 이점을 제공한다. 이와 같이, 미립자 고체 수집 영역에서 신속하게 배출되는 미립자 고체가 줄어들고 미립자 고체 수집 영역 내에 오랜 기간동안 머무르는 미립자 고체가 줄어든다. 이를 통해 미립자 고체 수집 구역에서 미립자 고체를 보다 일관되게 처리할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제1 양태에서, 미립자 고체(particulate solid)는 미립자 고체 처리 용기에서 미립자 고체를 재생하는 단계를 포함하는 방법에 의해 재생될 수 있다. 미립자 고체의 재생 단계는, 미립자 고체를 산소-함유 기체와 접촉시킴으로써 산화시키는 단계; 미립자 고체 상에 존재하는 코크스를 연소시키는 단계; 또는 보충 연료(supplemental fuel)를 연소시켜 미립자 고체를 가열하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법은 미립자 고체를 라이저에 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 라이저는, 라이저가 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역에 위치되는 내부 라이저 세그먼트(interior riser segment) 및 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸(shell)의 외측에 위치되는 외부 라이저 세그먼트(exterior riser segment)를 포함하도록 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸의 라이저 포트를 통해 연장할 수 있다. 미립자 고체 분리 섹션은 적어도 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역을 한정하는 외부 셸을 포함할 수 있다. 외부 셸은 기체 출구 포트, 라이저 포트, 및 미립자 고체 출구 포트를 포함할 수 있다. 외부 셸은 기체/고체 분리 장치 및 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역 내의 미립자 고체 수집 영역을 수용할 수 있다. 라이저 포트는 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축 상에 위치하지 않도록 외부 셸의 측벽 상에 위치할 수 있다. 방법은 미립자 고체를 기체/고체 분리 장치에서 기체로부터 분리하는 단계 및 기체로부터 분리된 미립자 고체를 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축에 근접하여 위치된 미립자 고체 수집 영역으로 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제2 양태는, 상기 미립자 고체 처리 용기가 라이저의 최대 단면적의 적어도 3배인 최대 단면적을 갖는 제1 양태를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제3 양태는, 상기 라이저가 라이저 포트를 통해 비-수직 방향으로 연장하는 제1 양태 또는 제2 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제4 양태는, 상기 라이저가 라이저 포트를 통해 대각선 방향으로 연장하고, 상기 대각선 방향은 수직 방향에 대해 15 내지 75도인 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제5 양태는, 상기 라이저가 라이저 포트를 통해 실질적으로 수평 방향으로 연장하는 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제6 양태는, 상기 내부 라이저 세그먼트가 수직 부분, 상기 라이저 포트에 근접한 비-수직 부분, 및 상기 수직 부분 및 비-수직 부분을 연결하는 비-선형 부분을 포함하는 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제7 양태는, 상기 외부 셸이 라이저 종단 장치(riser termination device)를 추가로 수용하고, 상기 라이저 종단 장치는 상기 내부 라이저 세그먼트에 근접하여 위치되는 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제8 양태는, 상기 외부 라이저 세그먼트가 상기 미립자 고체 처리 용기에 근접한 수직 부분, 상기 라이저 포트에 근접한 비-수직 부분, 및 상기 수직 부분 및 비-수직 부분을 연결하는 비-선형 부분을 포함하는 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제9 양태는, 상기 외부 셸의 최대 단면적이 상기 라이저의 최대 단면적의 적어도 3배인 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제10 양태는, 상기 외부 셸의 최대 단면적이 상기 라이저의 최대 단면적의 5배 내지 40배인 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제11 양태는, 상기 기체/고체 분리 장치가 하나 이상의 사이클론을 포함하는 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제12 양태는, 상기 라이저가 미립자 고체 수집 영역을 통과하지 않는 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제13 양태는, 상기 미립자 고체 수집 영역이 산소 침지 구역, 산소 스트리퍼, 환원 구역, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 양태 내지 제12 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제14 양태는, 상기 미립자 고체 처리 용기가 스프링 지지대에 의해 지지되는 제1 양태 내지 제13 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명 개시내용의 제15 양태는, 상기 미립자 고체 출구 포트가 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축 상에 위치하는 제1 양태 내지 제14 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 주제는 특정 실시형태를 참조하여 상세하게 설명되어 있다. 실시형태의 성분 또는 특징에 대한 임의의 상세한 설명은 그 성분 또는 특징이 특정 실시형태 또는 임의의 다른 실시형태에 필수적이라는 것을 반드시 의미하는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 당업자는 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 설명된 실시형태들에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 분명히 알아야 한다.
본 개시내용을 기술하고 정의하기 위해, 용어 "약" 또는 "대략"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유한 불확실성의 정도를 나타내기 위해 본 개시내용에서 사용된다는 사실에 유의해야 한다. 용어 "약" 및/또는 "대략"은 또한 정량적 표현이 문제가 되는 주제의 기본 기능의 변화를 초래하지 않으면서 언급된 참고와 다를 수 있는 정도를 나타내기 위해 본 개시내용에서 사용된다.
하기 청구항 중 하나 이상은 "여기서(wherein)"라는 용어를 연결어구로 사용한다는 점에 유의해야 한다. 본 발명 기술을 정의할 목적으로, 이 용어는 구조의 일련의 특성에 대한 설명을 도입하는 데 사용되는 개방형 연결어구로 청구범위에 도입되었으며, 일반적으로 사용되는 개방형 서문 용어 "포함하는"과 같은 방식으로 해석되어야 한다.
제1 성분이 제2 성분을 "포함하는" 것으로 기술되는 경우, 일부 실시형태에서, 제1 성분은 제2 성분으로 "이루어진다" 또는 "본질적으로 이루어진다"는 것이 고려된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 제1 성분이 제2 성분을 "포함하는" 것으로 기술되는 경우, 일부 실시형태에서, 제1 성분은 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 심지어 적어도 99%(여기서, %는 중량% 또는 몰%일 수 있음)의 제2 성분을 포함하는 것이 고려된다는 것을 이해해야 한다.
또한, 용어 "본질적으로 이루어진"은 본 개시내용의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 정량적인 값을 지칭하기 위해 본 개시내용에서 사용된다. 예를 들어, 특정 화학 성분 또는 화학 성분의 군으로 "본질적으로 이루어진" 화학 조성물은 이러한 조성물이 적어도 약 99.5%의 특정 화학 성분 또는 화학 성분의 군을 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
속성에 할당된 임의의 2개의 정량적 값은 해당 속성의 범위를 구성할 수 있으며, 주어진 속성의 언급된 모든 정량적 값으로부터 형성된 범위의 모든 조합은 본 개시내용에서 고려된다는 것을 이해해야 한다. 조성물 중 화학 성분의 조성 범위는, 일부 실시형태에서는, 해당 성분의 이성질체의 혼합물을 함유하는 것으로 이해되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 추가의 실시형태에서, 화학적 화합물은 유도체, 염, 수산화물 등과 같은 대안적인 형태로 존재할 수 있다.
Claims (15)
- 미립자 고체(particulate solid)를 재생하는 방법으로서:
미립자 고체 처리 용기에서 미립자 고체를 재생하는 단계로서, 상기 미립자 고체를 재생하는 단계는:
상기 미립자 고체를 산소-함유 기체와 접촉시킴으로써 산화시키는 단계;
상기 미립자 고체 상에 존재하는 코크스를 연소시키는 단계; 또는
보충 연료(supplemental fuel)를 연소시켜 상기 미립자 고체를 가열하는 단계 중 하나 이상을 포함하는, 단계;
상기 미립자 고체를 라이저(riser)에 통과시키는 단계로서, 상기 라이저는, 상기 라이저가 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역에 위치되는 내부 라이저 세그먼트(interior riser segment) 및 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸(shell)의 외측에 위치되는 외부 라이저 세그먼트(exterior riser segment)를 포함하도록 미립자 고체 분리 섹션의 외부 셸의 라이저 포트를 통해 연장하고, 상기 미립자 고체 분리 섹션은 적어도 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역을 정의하는 외부 셸을 포함하고, 상기 외부 셸은 기체 출구 포트, 라이저 포트, 및 미립자 고체 출구 포트를 포함하고, 상기 외부 셸은 기체/고체 분리 장치 및 미립자 고체 분리 섹션의 내부 영역 내의 미립자 고체 수집 영역을 수용하고, 상기 라이저 포트는 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축 상에 위치하지 않도록 외부 셸의 측벽 상에 위치하는, 단계;
상기 미립자 고체를 기체/고체 분리 장치에서 기체로부터 분리하는 단계; 및
상기 기체로부터 분리된 미립자 고체를 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축에 근접하여 위치된 미립자 고체 수집 영역으로 통과시키는 단계를 포함하는, 미립자 고체를 재생하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 미립자 고체 처리 용기는 상기 라이저의 최대 단면적의 적어도 3배인 최대 단면적을 갖는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 라이저는 상기 라이저 포트를 통해 비-수직 방향(non-vertical direction)으로 연장하는, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이저는 상기 라이저 포트를 통해 대각선 방향으로 연장하고, 상기 대각선 방향은 수직 방향에 대해 15 내지 75도인, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이저는 상기 라이저 포트를 통해 실질적으로 수평 방향으로 연장하는, 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 라이저 세그먼트는 수직 부분, 상기 라이저 포트에 근접한 비-수직 부분, 및 상기 수직 부분 및 비-수직 부분을 연결하는 비-선형 부분을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 셸은 라이저 종단 장치(riser termination device)를 추가로 수용하고, 상기 라이저 종단 장치는 상기 내부 라이저 세그먼트에 근접하여 위치되는, 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 라이저 세그먼트는 상기 미립자 고체 처리 용기에 근접한 수직 부분, 상기 라이저 포트에 근접한 비-수직 부분, 및 상기 수직 부분 및 비-수직 부분을 연결하는 비-선형 부분을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 셸의 최대 단면적은 상기 라이저의 최대 단면적의 적어도 3배인, 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 셸의 최대 단면적은 상기 라이저의 최대 단면적의 5배 내지 40배인, 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체/고체 분리 장치는 하나 이상의 사이클론을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이저는 상기 미립자 고체 수집 영역을 통과하지 않는, 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 고체 수집 영역은 산소 침지 구역, 산소 스트리퍼, 환원 구역, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 고체 처리 용기는 스프링 지지대에 의해 지지되는, 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 고체 출구 포트는 상기 미립자 고체 분리 섹션의 중앙 수직축 상에 위치하는, 방법.
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