KR20230133345A

KR20230133345A - 다중 구역 유동층 반응기에서 촉매 재생을 위한 통합루프 시스템 및 이를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR20230133345A
Application number: KR1020237027875A
Authority: KR
Inventors: 모타츠 카와지; 올라 알리; 칼리드 알-마즈누니; 웨이 쑤; 조지 가스콘 사바테
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니; 킹 압둘라 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2023-09-19
Also published as: US20220241746A1; WO2022164473A1; EP4259322A1; US11707720B2; CN116981509A

Abstract

다중 구역 유동층 반응기 시스템은 다중 구역 유동층 반응기 및 적어도 하나의 촉매 재생 루프를 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기는 하우징, 상기ㅣ 하우징의 바닥에 배치된 유동층 분배기 플레이트, 상기 유동층 분배기 플레이트 위에 수직으로 배치된 유동 촉매층 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함한다. 상기 촉매 재생 루프는 상기 박리 구역 및 상기 반응 구역에 유체적으로 결합될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프는 상기 박리 구역으로부터 사용된 촉매의 일부를 인출하고, 상기 사용된 촉매의 일부를 재생하여 재생 촉매를 생성하고, 상기 재생 촉매를 상기 반응 구역으로 복귀시키도록 작동될 수 있다. 다중 구역 유동층 반응기에서 촉매를 재생하는 방법은 사용된 촉매의 일부를 박리 구역으로부터 촉매 재생 루프로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다중 구역 유동층 반응기에서 촉매 재생을 위한 통합 루프 시스템 및 이를 사용하는 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2021년 2월 1일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "다중 구역 유동층 반응기에서 촉매 재생을 위한 통합 루프 시스템 및 이를 사용하는 방법"인 미국 특허출원 제17/164,137호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본 발명에 전체적으로 참조로 통합되어 있다.

본 명세서는 일반적으로 화학 공정에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 사용된 촉매를 재생하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

원유와 같은 탄화수소 공급원은 화학 생성물 및 올레핀 및 방향족 화합물과 같은 중간체로 전환될 수 있으며, 이는 석유화학 산업의 상당 부분을 차지하는 기본 중간체이다. 경질 올레핀과 방향족 화합물에 대한 세계적인 수요 증가는 많은 통합 정제소의 주요 과제로 남아 있다. 특히, 에틸렌, 프로펜, 부텐과 같은 일부 가치 있는 경질 올레핀의 생산은 순수 올레핀 스트림이 폴리머 합성을 위한 가치 있는 빌딩 블록(building block)으로 간주됨에 따라 더욱 주목을 받고 있다. 또한, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 자일렌과 같은 방향족 화합물은 중합체 및 기타 유기 화합물뿐만 아니라 연료 첨가제를 합성하기 위한 가치 있는 중간체일 수 있다.

유동 접촉 분해(fluidized Catalytic Cracking; FCC) 유닛은 현대 석유 정제소에서 주요 탄화수소 전환 유닛 중 하나이다. FCC 장치는 고비등점, 고분자량 탄화수소 공급원을 가솔린, 프로필렌, 올레핀 또는 방향족 화합물과 같은 보다 가치 있는 화학 생성물으로 전환할 수 있다. 기존의 FCC 반응기 시스템은 FCC 유닛 및 촉매 재생 장치가 포함할 수 있다. 상기 FCC 장치는 일반적으로 탄화수소 공급원의 업그레이드와 같은, 주요 공정 반응이 발생하는 반응기 시스템의 일부를 지칭한다. 상기 FCC 유닛은 라이저 부분, 반응 구역 및 분리 구역을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원은 상기 탄화수소 공급원의 분무화를 위해 증기 또는 기타 적절한 가스와 함께 상기 FCC 유닛의 반응 구역으로 도입될 수 있다. 상기 탄화수소 공급원은 가열된 신선하거나 재생된 유효량의 촉매 입자들과 혼합 및 접촉될 수 있다.

종래의 FCC 유닛의 작동 동안, 촉매 입자들은 코킹될 수 있으며, 이는 촉매 입자들의 활성 촉매 부위에 대한 접근을 제한하거나 존재하지 않게 할 수 있다. 반응으로부터의 코킹 침전물을 함유하는 촉매 입자들이 촉매 재생 유닛으로 계속해서 전달될 수 있다. 상기 촉매 재생 유닛에 있어서, 상기 코킹된 촉매 입자들은 재생 가스와 접촉할 수 있으며, 이는 상기 촉매 입자들에 침전된 코크스(coke)를 연소시킬 수 있다. 상기 촉매 입자들상의 코크스가 연소된 후, 재생 촉매 입자들은 상기 촉매 재생 유닛으로부터 상기 FCC 유닛으로 이송될 수 있다. FCC 공정의 많은 발전에도 불구하고, 업계에서는 탄화수소를 업그레이드하고 촉매를 재생하기 위한 개선된 시스템과 방법을 지속적으로 모색하고 있다.

시간이 지남에 따라, 유동 촉매 전환 공정에서 탄화수소와 촉매 사이의 더 높은 온도와 더 긴 접촉 시간으로 인해 탄화수소의 가치 있는 화학 생성물, 중간체 또는 둘 모두로의 전환을 증가시킬 수 있음이 분명해졌다. 종래의 FCC 유닛에서와 같이, 촉매 재생기(열원)와 반응기 모듈이 서로 상이한 용기들에 물리적으로 분리되어 있는 경우, 높은 온도를 유지하기가 어려울 수 있다. 또한, FCC 라이저 및 다우너 반응기(riser and downer reactor)는 길이가 제한되어 있고, 따라서 탄화수소와 촉매 사이의 최대 접촉 시간도 제한된다.

탄화수소를 가치 있는 화학 생성물, 중간체 또는 둘 모두로 전환하기 위한 유동 촉매 분해를 위한 개선된 시스템 및 방법에 대한 지속적인 요구가 존재한다. 본 발명은 단일 반응기 유닛에서 탄화수소를 가치 있는 화학 생성물, 중간체, 또는 둘 모두로 촉매 전환할 수 있게 하는 다중 구역 유동층 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기는 종래의 FCC 유닛에 대한 대안을 제공한다. 종래의 FCC 유닛과 비교하여, 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기는 덜 복잡한 대안이다. 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기는 전체 작동이 단일 반응기 용기에 포함될 수 있기 때문에, 종래의 FCC 유닛에 비해 더 적은 자본 및 운영 지출이 요구될 수 있다.

사용된 촉매의 재생은 다중 구역 유동층 반응기 내에서 수행될 수 있다. 그러나, 상기 다중 구역 유동층 반응기의 재생 구역에서 사용된 촉매를 재생하면, 상기 사용된 촉매에서의 코크스의 연소로 인해 일산화탄소 및 이산화탄소와 같은 연도 가스가 반응으로부터 생성되는 가치 있는 화학 생성물, 중간체 또는 둘 모두와 결합될 수 있다. 촉매 재생 과정에서 생성되는 연도 가스로부터 가치 있는 화학 생성물, 중간체 또는 둘 모두를 분리하는 것은 어렵고 비용이 많이 들며 시간이 많이 소요될 수 있다.

따라서, 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기는 상기 다중 구역 유동층 반응기에 유체적으로 결합된 하나 또는 복수의 촉매 재생 루프를 포함한다. 상기 촉매 재생 루프는 사용된 촉매를 상기 다중 구역 유동층 반응기의 박리 구역으로부터 제거하고; 상기 사용된 촉매를 상기 촉매 재생 루프에서 재생하고; 연도 가스, 수증기 또는 둘 모두를 상기 재생 촉매로부터 분리하고; 추가 처리를 위해 상기 재생 촉매를 상기 다중 구역 유동층 반응기로 복귀시킬 수 있다. 상기 촉매 재생 루프들은 반응 생성물과 혼합되는 연도 가스의 양을 감소시켜, 상기 반응 생성물을 상기 연도 가스 성분들로부터 분리시키기 위해 필요한 비용을 감소시킬 수 있다. 상기 재생 루프들은 또한 본 발명의 다른 특징들 중에서도, 종래의 FCC 시스템 촉매 재생기와 비교하여 감소된 에너지 요구량으로 사용된 촉매의 효율적이고 경제적인 재생을 제공할 수 있다.

하나 이상의 양태에 따르면, 다중 구역 유동층 반응기 시스템은 다중 구역 유동층 반응기를 포함할 수 있는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기는 하우징, 상기 하우징의 바닥에 배치된 유동층 분배기 플레이트, 상기 유동층 분배기 플레이트 위에 수직으로 배치된 유동 촉매층, 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함할 수 있다. 상기 유동 촉매층은 박리 구역 및 상기 박리 구역 위에 수직으로 배치된 반응 구역을 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기 시스템은 상기 박리 구역 및 상기 반응 구역에 유체적으로 결합된 적어도 하나의 촉매 재생 루프를 추가로 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프의 입구는 상기 유동 촉매층의 박리 구역과 유체 연통할 수 있고, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프의 출구는 상기 유동 촉매층의 반응 구역과 유체 연통할 수 있다. 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 박리 구역으로부터 사용된 촉매의 일부를 인출하고, 상기 사용된 촉매의 일부를 재생하여 재생 촉매를 생성하고, 상기 재생 촉매를 상기 반응 구역으로 복귀시키도록 작동할 수 있다.

하나 이상의 다른 양태에 따르면, 다중 구역 유동층 반응기에서 촉매를 재생하는 방법은, 사용된 촉매의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기의 박리 구역으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 촉매 재생 루프로 전달하는 단계; 상기 사용된 촉매의 일부를 상기 촉매 재생 루프에서 재생 가스와 접촉시켜 재생 촉매를 생성하는 단계; 연도 가스, 수증기 또는 둘 모두를 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리시키는 단계; 및 상기 재생 촉매를 상기 촉매 재생 루프로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 반응 구역으로 복귀시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기는 유동 촉매층 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함할 수 있다. 상기 유동 촉매층은 상기 박리 구역 및 상기 박리 구역 위에 수직으로 배치된 반응 구역을 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프의 입구는 상기 유동 촉매층의 박리 구역과 유체 연통할 수 있고, 상기 촉매 재생 루프의 출구는 상기 유동 촉매층의 반응 구역과 유체 연통할 수 있다.

추가적인 특징들 및 장점들은 이어지는 상세한 설명에 개시될 것이며, 부분적으로는 그와 같은 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백하거나, 이어지는 상세한 설명 및 청구범위를 포함하여 본 발명에 기재된 실시예들을 실시함으로써 인식하게 될 것이다.

본 발명의 특정 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명은, 다음의 도면들과 함께 읽혀질 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기서, 유사한 구조는 유사한 도면 부호들로 표시된다:
도 1은 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 2는 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 열 회수 유닛을 갖는 라이저 재생기를 구비한 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 3은 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 촉매 블리드를 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 4는 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 다중 구역 유동층 반응기의 바닥에 또는 그 바닥 부근에 탄화수소 공급원을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 5는 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 2개의 탄화수소 공급원들을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 6은 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 응축 구역에서 더 큰 직경을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 7은 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 박리 구역, 반응 구역 및 응축 구역에서 다양한 직경을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다;
도 8은 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 2개의 촉매 재생 루프들을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템의 측면도를 개략적으로 도시한 도면이다;
도 9는 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 3개의 촉매 재생 루프들을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 시스템의 평면도를 개략적으로 도시한 도면이다;
도 10은 본 발명에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 촉매 재생 루프가 유동층 재생기를 포함하는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 10의 단순화된 개략도 및 설명을 목적으로, 특정 화학적 처리 작업에 있어서 당업자에게 널리 알려져 있고 사용될 수 있는 다수의 밸브들, 온도 센서들, 전자 제어기 등은 포함되지 않는다. 또한, 예를 들어, 공기 공급 장치, 열 교환기, 서지 탱크, 촉매 호퍼 또는 기타 관련 시스템과 같은, 종종 화학적 처리 작업에 포함되는 수반 구성 요소들은 도시되지 않을 수 있다. 이와 같은 구성 요소들은 개시된 본 실시예들의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 알려져 있을 것이다. 그러나, 본 발명에 설명된 것과 같은 작동적 구성 요소들이 본 발명에 설명된 실시예들에 추가될 수 있다.
또한, 도면들에서의 화살표는 공정 스트림을 참조한다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 화살표들은 2 이상의 시스템 구성 요소들 사이에서 공정 스트림을 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인들을 동일하게 지칭할 수 있다. 또한 시스템 구성 요소들에 연결되는 화살표는 지정된 각각의 시스템 구성 요소의 입구 또는 출구를 한정한다. 화살표 방향은 일반적으로 화살표로 표시된 물리적 이송 라인 내에 포함된 스트림 재료의 주요 이동 방향에 대응한다. 또한, 2개 이상의 시스템 구성 요소들을 연결하지 않는 화살표들은 표시된 시스템에서 나가는 제품 스트림 또는 표시된 시스템으로 들어오는 시스템 입구 스트림을 의미한다. 제품 스트림들은 수반되는 화학적 처리 시스템에서 추가 처리되거나 최종 제품으로서 상용화될 수 있다. 시스템 입구 스트림은 수반되는 화학적 처리 시스템으로부터 이송되는 스트림일 수 있거나 처리되지 않은 공급 원료 스트림일 수 있다. 일부 화살표들은 재활용 스트림들을 나타낼 수 있으며, 이는 시스템으로 다시 재활용되는 시스템 구성 요소들의 유출 스트림이다. 그러나, 일부 실시예들에 있어서, 해당 재활용 스트림은 동일한 재료의 시스템 입구 스트림으로 대체될 수 있으며, 재활용 스트림의 일부는 시스템 제품으로서 상기 시스템을 빠져나갈 수 있다는 사실을 이해해야 한다.
또한, 도면들 내의 화살표들은 하나의 시스템 구성 요소로부터 다른 시스템 구성 요소로 스트림을 이송하는 공정 단계들을 개략적으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템 구성 요소로부터 다른 시스템 구성 요소로 지시하는 화살표는 시스템 구성 요소 유출물을 다른 시스템 구성 요소로 "전달"하는 것을 나타낼 수 있으며, 이는 공정 스트림의 내용물들을 하나의 시스템 구성 요소로부터 "배출"하거나 "제거"하고, 해당 제품 스트림의 내용물들을 다른 시스템 구성 요소로 "도입"하는 구성을 포함할 수 있다.
이제, 본 발명의 다양한 실시예들이 보다 상세하게 참조될 것이며, 그들 중 일부 실시예들이 첨부된 도면들에 예시된다. 가능한 경우, 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면들 전체에 걸쳐 동일한 도면 번호들이 사용될 것이다.

본 발명은 탄화수소를 하나 이상의 가치 있는 화학 생성물 또는 중간체로 유동화 촉매 업그레이드하고 상기 촉매를 재생하기 위한 다중 구역 유동층 반응기 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기 시스템은 다중 구역 유동층 반응기 및 촉매 재생 루프를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)은 다중 구역 유동층 반응기(110) 및 촉매 재생 루프(130)를 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 하우징(112), 상기 하우징(112)의 바닥(112A)에 배치된 유동층 분배기 플레이트(114), 상기 유동층 분배기 플레이트(114) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치된 유동 촉매층(116) 및 상기 유동 촉매층(116) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치되는 응축 구역(118)을 포함할 수 있다. 상기 유동 촉매층(116)은 박리 구역(120) 및 상기 박리 구역(120) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향으로)으로 배치된 반응 구역(122)을 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122)에 유체적으로 결합될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 입구(131)는 상기 유동 촉매층(116)의 박리 구역(120)과 유체 연통될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 출구(132)는 상기 유동 촉매층(116)의 반응 구역(122)과 유체 연통할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 박리 구역(120)으로부터 인출하고, 상기 사용된 촉매(164)의 일부를 재생하여 재생 촉매(166)를 생성하고, 상기 재생 촉매(166)를 상기 반응 구역(122)으로 복귀시키도록 작동할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에 대한 추가적인 상세 내용은 미국 특허출원 제62/771,789호에서 찾을 수 있다.

본 발명은 또한 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)에서 촉매를 재생하는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 방법은 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 박리 구역(120)으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 촉매 재생 루프(130)로 전달하는 단계와, 상기 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 촉매 재생 루프(130)에서 재생 가스(134)와 접촉시켜 재생 촉매(166)를 생성하는 단계와, 연도 가스(136), 수증기 또는 둘 모두를 상기 촉매 재생 루프(130)에서 상기 재생 촉매(166)로부터 분리시키는 단계; 및 상기 재생 촉매(166)를 상기 촉매 재생 루프(130)로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 반응 구역(122)으로 복귀시키는 단계를 포함할 수 있다.

촉매 재생을 위한 다양한 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100) 및 촉매 재생 방법은, 종래의 촉매 재생 시스템 및 촉매 재생 방법에 비해, 그리고 다중 구역 유동층 반응기(110)의 재생 구역 내에서 촉매(160)를 재생하는 것에 비해, 촉매 재생 효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 촉매 재생을 위한 다양한 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100) 및 촉매 재생 방법은 촉매(160)를 효과적이고 효율적으로 재생시키는 동시에, 연소 생성물(CO₂ 및 CO)을 상기 재생 촉매로부터 분리시키고, 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 반응 생성물과 연소 생성물의 혼합을 감소시킬 수 있다. 촉매 재생을 위한 다양한 시스템 및 방법은 또한, 다른 특징들 중 체류 시간, 촉매 부피, 유동층 유형, 코크스 연소 정도 등과 같은, 촉매 재생 루프(130)의 파라미터들을 제어함으로써 열 관리 및 유연한 작동을 가능하게 할 수 있다. 본 발명의 시스템의 다른 특징들 및 장점들은 본 발명의 주제를 실시함으로써 당업자에게 명백할 수 있다.

본 발명 전체에서 사용되는 바와 같이, "경질 올레핀"이라는 용어는 에틸렌, 프로필렌, 부텐 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 지칭할 수 있다.

본 발명 전체에서 사용되는 바와 같이, "부텐" 또는 "부텐들"이라는 용어는 1-부텐, 트랜스-2-부텐, 시스-2-부텐, 이소부텐 또는 이들 이성질체들의 혼합물 중 하나 이상과 같은, 부텐의 하나 또는 하나 이상의 이성질체를 지칭할 수 있다. 본 발명 전체에서 사용되는 바와 같이, "정상 부텐"이라는 용어는 1-부텐, 트랜스-2-부텐, 시스-2-부텐 또는 이들 이성질체들의 혼합물 중 하나 이상을 지칭할 수 있으며, 이소부텐은 포함하지 않는다. 본 발명 전체에서 사용되는 바와 같이, "2-부텐"이라는 용어는 트랜스-2-부텐, 시스-2-부텐, 또는 이들 2 이성질체들의 혼합물을 지칭할 수 있다.

본 발명 전체에서 사용되는 바와 같이, "원유" 또는 "전체 원유"라는 용어는 증류에 의해 분리된 분획을 갖지 않고 유전 또는 탈염 유닛으로부터 직접 수령한 원유를 지칭할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 바와 같이, "촉매"는 특정 화학 반응 속도를 증가시키는 임의의 물질을 지칭할 수 있다. 본 발명에 설명된 촉매는 크래킹(cracking)(방향족 크래킹 포함), 탈금속화, 탈황화 및 탈질화와 같은 다양한 반응을 촉진하기 위해 활용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, "크래킹"은 일반적으로 탄소-대-탄소 결합을 갖는 분자가 하나 이상의 탄소-대-탄소 결합의 파괴에 의해 하나 이상의 분자로 분해되거나, 또는 사이클로알칸, 사이클로알칸, 나프탈렌, 방향족 등과 같은 사이클릭 모이티(cyclic moiety)를 포함하는 화합물로부터 사이클릭 모이티를 포함하지 않거나 크래킹 이전보다 적은 수의 사이클릭 모이티를 함유하는 화합물로 전환되는 화학 반응을 지칭한다.

본 발명에서 사용되는 바와 같이, "유동층 반응기(fluidized bed reactor)"는 다상(multiphase) 반응을 수행하기 위해 사용되는 반응기를 지칭할 수 있다. 유동층 반응기에서, 유체(예를 들어, 유동화 가스)는 촉매 물질로 하여금 마치 유체와 같이 거동할 수 있게 하는 충분한 속도로 고체 또는 입상 촉매 물질을 통과할 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)은 다중 구역 유동층 반응기(110) 및 촉매 재생 루프(130)를 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 하우징(112), 유동층 분배기 플레이트(114), 유동 촉매층(116) 및 응축 구역(118)을 포함할 수 있다. 상기 유동층 분배기 플레이트(114)는 상기 하우징(112)의 바닥(112A)에 위치하거나 이에 근접하게 위치할 수 있다. 상기 유동 촉매층(116)은 상기 하우징(112) 내에 배치될 수 있고, 상기 유동층 분배기 플레이트(114) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 응축 구역(118)은 상기 하우징(112) 내에 배치될 수 있고, 상기 유동 촉매층(116) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 유동 촉매층(116)은 박리 구역(120) 및 반응 구역(122)을 포함할 수 있다. 상기 박리 구역(120)은 상기 유동층 분배기 플레이트(114) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 반응 구역(122)은, 상기 박리 구역(120)과 상기 응축 구역(118) 사이와 같이, 상기 박리 구역(120) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다.

상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122)에 유체적으로 결합될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 입구(131) 및 출구(132)를 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 입구(131)는 상기 유동 촉매층(116)의 박리 구역(120)과 유체 연통할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 출구(132)는 상기 유동 촉매층(116)의 반응 구역(122)과 유체 연통할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 박리 구역(120)으로부터 인출하고, 상기 사용된 촉매(164)의 일부를 재생하여 재생 촉매(166)를 생성하고, 상기 재생 촉매(166)를 상기 반응 구역(122)으로 복귀시키도록 작동할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 상기 하우징(112)은 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 다양한 구역들 및 구성 요소들을 수용하는 임의의 용기일 수 있다. 상기 하우징(112)은 다양한 구역들을 포함하는 단일 용기일 수 있다. 상기 하우징(112)은 박리 구역(120), 반응 구역(122) 및 응축 구역(118)을 둘러쌀 수 있다. 상기 하우징(112)은 또한 다양한 입구들 및 출구들을 포함할 수 있다. 상기 하우징(112)은 적어도 하나의 탄화수소 공급 입구(140), 적어도 하나의 유동화 가스 입구(142) 및 적어도 하나의 화학 생성물 출구(144)를 포함할 수 있다. 이와 같은 다양한 입구들 및 출구들은 아래에서 더 상세히 설명된다.

상기 탄화수소 공급 입구(140)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 하우징(112)의 상부(112B) 또는 그 부근에 위치할 수 있다. 상기 탄화수소 공급 입구(140)는 탄화수소 공급 코일 파이프(141)와 유체 연통할 수 있다. 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)는 탄화수소 공급원(150)을 상기 탄화수소 공급 입구(140)로부터 상기 반응 구역(122)으로 전달할 수 있다. 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)로 진입하는 탄화수소 공급원(150)은 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 내부보다 더 낮은 온도에 있을 수 있다. 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)은 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)로부터 상기 반응 구역(122) 내로 배출되기 전에 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)의 벽들을 통한 열 전달을 통해 가열될 수 있다. 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 상대적으로 차가운 탄화수소 공급원(150)은 또한 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 온도를 감소시킬 수 있다. 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)의 감소된 온도는 미반응 탄화수소 및 다른 더 큰 분자량의 탄화수소를 응축시켜 상기 반응 구역(122)으로 재도입될 수 있도록 응축기로서의 역할을 할 수 있다.

상기 유동화 가스 입구(142)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 하우징(112)의 바닥(112A)에 또는 그 부근에 위치할 수 있다. 상기 유동화 가스 입구(142)는 유동화 가스(152)를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내로 전달할 수 있다. 상기 유동화 가스(152)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내로 진입됨에 따라, 상기 유동화 가스(152)는 상기 유동층 분배기 플레이트(114)을 통해 전파되어 유동 촉매층(116)으로 진입될 수 있다. 상기 유동화 가스(152)가 상기 유동 촉매층(116)으로 진입함에 따라, 상기 유동화 가스(152)의 속도는 상기 유동 촉매층(116) 내의 촉매(160) 및 임의의 코크스(162)를 교반할 수 있다. 즉, 상기 유동화 가스(152)는 상기 유동 촉매층(116) 내의 촉매(160)를 유동화시켜, 상기 유동 촉매층(116) 내의 촉매(160)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내에 분포되도록 할 수 있다. 상기 유동화 가스(152)는 또한 상기 박리 구역(120)에서 촉매(160)로부터 탄화수소 가스를 박리할 수도 있다. 탄화수소 가스가 상기 박리 구역(120) 내의 촉매(160)로부터 박리될 때, 상기 유동화 가스(152)는 상기 탄화수소 가스를 추가적으로 처리하기 위해 다시 상기 반응 구역(122)으로 상향(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향으로) 운반하거나 전달시킬 수 있다. 상기 유동화 가스(152)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 코크스(162), 코크스 전구체, 또는 둘 모두를 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 상기 유동화 가스(152)는 상기 반응 구역(122)에서의 화학 반응에 참여하지 않거나, 또는 최소한으로만 참여하는 불활성 가스일 수 있다. 상기 유동화 가스(152)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 코크스(162), 코크스 전구체 또는 둘 모두를 감소시키는 데 도움이 되는 물, 수증기, 질소, 다른 화학 원소 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 화학 생성물 출구(144)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 하우징(112)의 상부(112B) 또는 그 부근에 위치할 수 있다. 상기 화학 생성물 출구(144)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 응축 구역(118)과 유체 연통할 수 있다. 상기 화학 생성물 출구(144)는 상기 탄화수소 공급원(150)의 반응으로부터 얻어진 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)을 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 외부로 전달할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)은 (에틸렌, 프로필렌, 부텐 또는 이들의 조합을 포함하는) 경질 올레핀, 가솔린 및 기타 방향족 화합물을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

도 1을 다시 참조하면, 상기 유동층 분배기 플레이트(114)는 천공된 플레이트 또는 다공성 플레이트일 수 있다. 상기 유체층 분배기 플레이트(114)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 하우징(112)의 바닥(112A)에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 상기 유동층 분배기 플레이트(114)는 상기 유동 촉매층(116)을 지지할 수 있다. 상기 유동 촉매층(116)은 박리 구역(120) 및 반응 구역(122)을 포함할 수 있다. 상기 유동층 분배기 플레이트(114)는 또한 유동화 가스(152)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 진입할 때 상기 유동화 가스를 교반 및 분배할 수 있다. 상기 유동화 가스(152)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 진입할 때, 상기 유동층 분배기 플레이트(114)는 상기 유동 촉매층(116)의 전체 단면에 걸쳐 안정적이고 균일한 유동화가 보장될 수 있도록 상기 유동화 가스(152)를 분배할 수 있다. 상기 유동층 분배기 플레이트(114)에 의해 지지되는 유동 촉매층(116)은 초기에(즉, 어떠한 반응이 일어나기 전에) 오직 촉매(160)만을 포함할 수 있다. 초기에, 상기 유동 촉매층(116) 내의 촉매(160)상에 어떠한 코크스(162)도 침전되지 않을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 촉매(160)는 탄화수소 공급원(150)과 결합될 수 있다. 즉, 상기 촉매(160)는 혼합물 또는 슬러리로서 상기 탄화수소 공급원(150)과 동시에 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 공급될 수 있다. 본 발명에서 더 논의되는 바와 같이, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)가 일정 기간에 걸쳐 사용됨에 따라, 코크스(162)가 상기 촉매(160), 상기 하우징(112) 또는 양쪽 모두의 조합에 침착되기 시작할 수 있다.

상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 박리 구역(120)은 상기 유동층 분배기 플레이트(114) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 작동 동안, 미반응 탄화수소(즉, 코크스 전구체)는 상기 촉매(160)에 의해, 예를 들면 개별 촉매 입자들의 다공성 구조체 내 또는 촉매 입자들의 응집체의 간극 영역들에 흡착될 수 있다. 상기 박리 구역(120)에서, 상기 촉매(160)상에 흡착된 미반응 탄화수소는 상기 촉매(160)로부터 박리될 수 있다. 이와 같은 미반응 탄화수소들의 적어도 일부는 상기 유동화 가스(152)의 흐름, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 온도, 또는 둘 모두에 의해 상기 촉매(160)로부터 제거될 수 있다. 상기 유동화 가스(152)의 상향 흐름은 상기 촉매(160)상에 흡착된 미반응 탄화수소를 부분적으로 탈착시킬 수 있다. 상기 유동화 가스(152)는 상기 미반응 탄화수소와 반응하지 않을 수 있다. 즉, 상기 유동화 가스(152)는 상기 촉매(160)상에 흡착된 미반응 탄화수소와 상호작용할 때 화학적으로 변화되지 않은 상태로 유지될 수 있다.

상기 촉매(160)는 상기 반응 구역(122)에서 원하는 반응을 수행할 수 있는 임의의 촉매일 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 촉매(160)는 제올라이트, 실리카-알루미나 촉매, 일산화탄소 연소 촉진제 첨가제, 바닥 분해 첨가제, 경질 올레핀 생성 첨가제, 다른 촉매 첨가제, 또는 이들 성분의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 촉매(160)의 적어도 일부에 사용될 수 있는 제올라이트는 Y, REY, USY, RE-USY 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 상기 촉매(160)는 또한 경질 올레핀을 생성하고 그리고/또는 유동 촉매 분해 가솔린 옥탄을 증가시키기 위해 다른 유동 촉매 분해 공정에서 종종 사용되는 ZSM-5 제올라이트 결정 또는 다른 펜타실형 촉매 구조와 같은 형상화된 선택적 촉매 첨가제를 포함할 수도 있다. 상기 촉매(160)는 ZSM-5 제올라이트 결정과 분해 촉매 제올라이트 혼합물 및 종래 유동화 접촉 분해 촉매의 매트릭스 구조를 포함할 수 있다. 상기 촉매(160)는 점토, 알루미나 및 바인더가 내장된 Y 및 ZSM-5 제올라이트 촉매의 혼합물일 수 있다.

상기 촉매(160)는 겔다트 분류(Geldart classification) A(통기 가능) 또는 B(모래와 같은)를 가질 수 있다. 상기 촉매(160)는 10 마이크로미터 내지 200 마이크로미터 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 상기 촉매(160)는 입방미터당 0.5 킬로그램(kg/m³) 내지 3.0 킬로그램(kg/m³) 범위의 골격 밀도를 가질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, "골격 밀도"는 다공성 없이 촉매 입자를 구성하는 촉매(160) 물질의 밀도를 지칭할 수 있다.

상기 미반응 탄화수소는 촉매(160)의 활성을 잠재적으로 감소시킬 수 있다. 상기 미반응 탄화수소는 결국 촉매(160)상에 침전된 코크스(162)가 될 수 있다. 상기 촉매(160)상에 침전된 코크스(162)는 상기 촉매(160)의 촉매 활성 부위들을 차단할 수 있다. 촉매 활성 부위들은 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 원하는 반응 또는 반응들을 촉매작용시키거나 촉진시키는 것을 담당할 수 있는 촉매상의 부위들을 지칭할 수 있다. 코크스(162) 침전물은 상기 촉매(160)상의 이들 촉매 활성 부위들을 차단하여 반응물들이 이들 부위로 접근하는 것을 방지함으로써, 상기 촉매(160)의 촉매 활성을 감소시킬 수 있다. 후술되는 바와 같이, 상기 촉매(160)상에 코크스(162)가 침전된 촉매(160)("사용된 촉매(164)"라 칭함)는 상기 촉매 재생 루프(130)에서 재생될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 상기 반응 구역(122)은 상기 박리 구역(120) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 반응 구역(122)은 또한 상기 응축 구역(118) 아래에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 -Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 반응 구역(122)에서, 상기 탄화수소 공급원(150)은 상기 촉매(160)와 접촉될 수 있다. 상기 촉매(160)의 존재하에서, 그리고 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 작동 조건하에서, 상기 탄화수소 공급원(150)으로부터의 탄화수소의 적어도 일부가 1회 이상의 분해 반응을 겪음으로써 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)을 생성할 수 있으며, 이는 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체를 포함할 수 있다.

상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 반응 구역(122)은 탄화수소 공급원(150), 촉매(160), 유동화 가스(152), 코크스(162), 코크스 전구체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 반응 구역(122)은 탄화수소 공급원(150)의 대다수가 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체로 전환될 수 있는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 일부일 수 있다. 상기 탄화수소 공급원(150)의 일부는 또한 상기 박리 구역(120), 상기 응축 구역(118) 또는 상기 촉매 재생 루프(130)에서 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체로 전환될 수도 있지만, 상기 탄화수소 공급원(150)의 대부분의 전환은 상기 반응 구역(122)에서 발생할 것임을 인식해야 한다.

도 1을 다시 참조하면, 상기 응축 구역(118)은 상기 반응 구역(122) 위에 수직(예를 들어, 도 1 좌표축의 +Z 방향)으로 배치될 수 있다. 상기 응축 구역(118)은 상기 반응 구역(122)의 상부로부터 상기 하우징(112)의 상부(112B)까지 수직 상향(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향으로)으로 연장될 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 생성된 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 상기 유동 촉매층(116)의 반응 구역(122)으로부터 응축 구역(118)까지 수직 상향(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 전달될 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 전달되기 전에, 상기 응축 구역(118) 내의 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)을 예열할 수 있다. 상기 응축 구역(118) 내의 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 및 중간체가 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)을 예열함에 따라, 상기 화학 생성물(156)의 더 무거운 성분들(즉, 더 높은 비등점을 갖는 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 일부)이 응축되어 상기 응축 구역(118)으로부터 다시 상기 반응 구역(122)으로 수직으로 전달될 수 있다.

상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 및 상기 응축 구역(118)의 온도를 제어함으로써, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서의 반응에 의해 유발되는 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 기체 화학 생성물(156) 또는 중간체만이 상기 반응 구역(122)으로부터 상기 응축 구역(118)으로 수직으로 전달될 수 있다. 또한, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110), 및 그에 따른 상기 응축 구역(118)의 직경을 변경함으로써, 상기 응축 구역(118)에서 촉매(160), 코크스(162), 코크스 전구체 또는 이들의 조합의 존재를 감소시키는 것이 가능할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 직경을 변경하면, 상기 응축 구역(118)에서의 속도를 감소시킬 수 있고, 이는 상기 응축 구역(118)에서 촉매(160), 코크스(162), 코크스 전구체 또는 이들의 조합의 캐리오버(carryover)를 감소시킬 수 있다. 일부 촉매(160), 코크스(162), 코크스 전구체, 또는 이들의 조합이 상기 응축 구역(118)에 존재할 수는 있지만, 상기 응축 구역(118)에 존재하는 촉매(160), 코크스(162), 코크스 전구체의 양은 최소한으로 유지되는 것이 바람직하다.

상기 응축 구역(118)을 상기 반응 구역(122) 위에 수직(예를 들어, 도 1의 좌표축의 +Z 방향)으로 배치하면, 상기 화학 생성물(156)의 더 무거운 성분들이 응축되어 추가 반응을 겪는 등의 추가 공정을 위해 상기 반응 구역(122)으로 복귀할 수 있으므로, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 전달되는 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 재활용 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다.

도 1은 박리 구역(120), 반응 구역(122) 및 응축 구역(118)의 특정 수직 분리를 예시하고 있지만, 당업자라면 상기 박리 구역(120), 반응 구역(122) 및 응축 구역(118)이 엄격한 경계를 갖지 않을 수 있음을 인식할 것이다. 대신, 2개의 구역들이 만나는 곳에서, 제1 구역의 특성은 제2 구역의 특성으로 서서히 변형될 것이다. 또한, 다양한 구역들(박리 구역(120), 반응 구역(122) 및 응축 구역(118))의 크기(즉, 부피)는 탄화수소 공급원(150), 반응 및 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 유형에 따라 변경될 수 있음에 유의한다.

상기 박리 구역(120)과 상기 반응 구역(122)의 부피들 사이의 비율은 1:1 내지 20:1, 예를 들어 5:1 내지 15:1 또는 7:1 내지 12:1의 범위일 수 있다. 상기 반응 구역(122)과 상기 응축 구역(118)의 부피들 사이의 비율은 50:1 내지 0.5:1, 예를 들어 20:1 내지 0.5:1 또는 10:1 내지 1:1의 범위일 수 있다. 앞서 본 발명에서 언급한 바와 같이, 상기 응축 구역(118)의 크기는 상기 탄화수소 공급원(150), 반응, 및 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154), 뿐만 아니라 상기 응축 구역(118)의 원하는 온도에 따라 변경될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 작동 동안, 상기 탄화수소 공급원(150)은 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)를 통해 상기 반응 구역(122)으로 도입될 수 있다. 상기 유동화 가스(152)는 유동 촉매층(116)에서 촉매(160)를 유동시킬 수 있다. 상기 반응 구역(122)에서, 상기 탄화수소 공급원(150)은 상기 촉매(160)와 접촉할 수 있고, 상기 탄화수소 공급원(150)의 일부는 하나 이상의 분해 반응을 겪어서, 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체를 형성할 수 있다. 상기 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 기체일 수 있으며, 상기 응축 구역(118)으로 상승할 수 있다. 상기 응축 구역(118)에서, 더 무거운 화학 생성물(156) 또는 중간체는 응축되어 다시 상기 반응 구역(122)으로 복귀할 수 있으며, 여기서 추가 분해가 발생할 수 있다. 상기 응축 구역(118)에서 상기 더 무거운 화학 생성물(156) 또는 중간체로부터 일단 분리된 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 전달될 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 작동 동안, 코크스(162)는 상기 촉매(160)상에 침전될 수 있으며, 이에 대하여는 본 발명에서 추가로 설명된다. 코크스(162)가 표면상에 침전된 촉매(160)는 사용된 촉매(164)로서 지칭될 수 있다. 사용된 촉매(164)는 촉매 재생 루프(130)로 전달될 수 있고, 여기서 상기 사용된 촉매(164)는 재생 촉매(166)로 처리될 수 있으며, 이에 대하여는 본 발명에서 추가로 설명된다.

이제, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 작동 조건에 대해 보다 상세하게 설명한다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 온도는 섭씨 400도(℃) 내지 ,000 ℃, 예를 들어 550 ℃ 내지 850 ℃ 사이의 범위일 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 압력은 0.1 바(bar)(10 킬로파스칼(kPa)) 내지 5 바(500 kPa), 예를 들어 1 바(100kPa) 내지 4 바(400 kPa) 또는 1 바(100kPa) 내지 3 바(300 kPa) 범위일 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 체류 시간은 0.1초 내지 10분, 예를 들어 0.1초 내지 1분 또는 0.5초 내지 1분 범위일 수 있다.

상기 탄화수소 공급원(150)의 일부가 촉매(160)와 접촉하고 하나 이상의 화학 생성물(156) 및 중간체를 생성하도록 처리될 때, 일반적으로 코크스(162)로 지칭되는 탄소질 침전물이 상기 촉매(160)상에 형성되어 상기 촉매(160)를 비활성화할 수 있다. 상기 사용된 촉매(164)를 재생하기 위해, 코크스(162)에 의해 비활성화된 상기 사용된 촉매(164)는 하나 이상의 화학 생성물(156) 및 중간체로부터 분리되고, 상기 유동화 가스(152)에 의해 상기 박리 구역(120)에서 제거 가능한 탄화수소로부터 박리되고, 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달되며, 여기서 코크스(162)는 재생 가스(134)의 존재하에서 상기 사용된 촉매(164)로부터 연소되어 촉매적으로 효과적인 재생 촉매(166)를 생성할 수 있다. 상기 "촉매적으로 효과적"이라는 용어는 촉매 반응을 가능하게 하는 재생 촉매(166)의 능력을 지칭한다. 효율성의 목적상, 사용된 촉매(164)를 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달시키는 것이 가장 바람직하지만, 표면상에 코크스(162)가 침전되지 않은 촉매(160)도 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달될 수 있음을 고려한다. 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달되는 촉매(160)는 완전히 사용된 촉매(164)가 아닐 수도 있다. 그러나, 코크스 침전물을 갖는 사용된 촉매(164)는 코크스 침전물이 더 적거나 없는 촉매(160)보다 무거울 수 있으며, 상기 유동층(116)을 통해 상기 박리 구역(120)으로 하향 이동할 수 있다는 점에 유의한다. 따라서, 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달된 촉매의 대부분은 사용된 촉매(164)가 될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 하나 또는 복수의 촉매 재생 루프(130)를 포함할 수 있다. 각각의 촉매 재생 루프(130)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)와 유체 연통할 수 있다. 각각의 촉매 재생 루프(130)는 입구(131) 및 출구(132)를 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 입구(131)는 상기 유동 촉매층(116)의 박리 구역(120)과 유체 연통할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 출구(132)는 상기 유동 촉매층(116)의 반응 구역(122)과 유체 연통할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는, 상기 사용된 촉매(164)가 상기 촉매 재생 루프(130) 내에 있는 동안, 상기 사용된 촉매(164)상에 존재하는 코크스(162)의 일부를 연소시키기 위해 작동될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 사용된 촉매(164)상의 코크스(162)의 적어도 일부를 연소시키기에 충분한 온도에서 상기 사용된 촉매(164)를 하나 이상의 재생 가스와 접촉시키도록 작동될 수 있다.

상기 촉매 재생 루프(130)는 제1 슬라이드 밸브(137) 및 제2 슬라이드 밸브(138)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 슬라이드 밸브(137)는 상기 박리 구역(120)을 상기 촉매 재생 루프(130)의 입구(131)에 연결할 수 있다. 상기 제2 슬라이드 밸브(138)는 상기 촉매 재생 루프(130)의 출구(132)를 상기 반응 구역(122)에 연결할 수 있다. 상기 제1 슬라이드 밸브(137) 및 상기 제2 슬라이드 밸브(138)는 각각 사용된 촉매(164)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 인출되는지의 여부 및 재생 촉매(166)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 복귀되는지의 여부를 제어할 수 있다. 상기 제1 슬라이드 밸브(137)는 상기 박리 구역(120)으로부터 인출되는 사용된 촉매(164)의 일부를 제어할 수 있다. 상기 제 2 슬라이드 밸브(138)는 상기 반응 구역(122)으로 복귀되는 재생 촉매(166)를 제어할 수 있다. 상기 제 1 슬라이드 밸브(137)는 사용된 촉매(164)를 배치식(batch-wise) 또는 반-연속적 기반(semi-continuous basis)으로 상기 박리 구역(120)으로부터 인출할 수 있다. 상기 사용된 촉매(164)는 배치식으로 또는 반-연속적 기반으로 인출될 수 있어서, 상기 사용된 촉매(164)상에 침전된 코크스(162)가 연소될 수 있도록 상기 사용된 촉매(164)는 상기 촉매 재생 루프(130) 내에서의 충분한 체류 시간이 허용된다.

도 1을 계속 참조하면, 리프팅 가스(158)가 상기 촉매 재생 루프(130)로 도입되어 상기 사용된 촉매(164)를 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 상기 촉매 재생 루프(130)로, 그리고 이를 통해 이송할 수 있다. 상기 리프팅 가스(158)는 증기를 포함할 수 있다. 저압, 중압, 또는 고압 증기가 상기 리프팅 가스(158)로서 사용될 수 있다. 상기 리프팅 가스(158)로서 저압 증기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 저압 증기는 압력이 2.5 바(250 kPa) 이하인 증기를 지칭할 수 있다. 중압 증기는 압력이 2.5 바(250 kPa)보다 크고 16.5 바(1.65 메가파스칼(MPa)) 이하인 증기를 지칭할 수 있다. 고압 증기는 압력이 16.5 바(1.65 MPa)보다 큰 증기를 지칭할 수 있다.

상기 촉매 재생 루프(130)는 재생 가스 입구(133) 및 연도 가스 출구(135)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 재생 가스 입구(133)는 상기 촉매 재생 루프(130)와 유체 연통할 수 있다. 상기 재생 가스 입구(133)는 상기 촉매 재생 루프(130)의 입구(131)나 또는 그 부근에 위치할 수 있다. 상기 재생 가스 입구(133)는 재생 가스(134)를 상기 촉매 재생 루프(130) 내의 사용된 촉매(164)의 일부와 결합시킬 수 있다. 상기 재생 가스(134)는 공기, 산소, 질소, 증기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 재생 가스(134)가 증기를 포함하는 경우, 상기 재생 가스(134)는 고압 증기를 포함할 수 있다.

상기 사용된 촉매(164)가 상기 촉매 재생 루프(130) 내에 있을 때, 상기 사용된 촉매(164)상에 존재하는 코크스(162)의 적어도 일부가 연소될 수 있다. 상기 재생 가스(134)는 연도 가스(136)를 생성하기 위해 상기 사용된 촉매(164)상의 코크스(162)의 적어도 일부가 연소되도록 할 수 있는 온도에서 상기 사용된 촉매(164)와 접촉할 수 있다. 상기 연도 가스(136)는 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기, 질소 산화물, 황 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 상기 연도 가스(136)는 코크스 침전물의 연소 중에 생성되는 임의의 다른 가스를 포함할 수 있다. 상기 사용된 촉매(164)상에 존재하는 코크스(162)의 적어도 일부의 연소는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서의 추가 처리를 위해 상기 촉매(160)를 재생할 수 있다.

다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)로부터 연도 가스(136)를 분리하는 작업은 까다롭고, 시간이 많이 소요되며, 비용이 많이 들 수 있다. 따라서, 상기 재생 촉매(166)로부터 연도 가스(136)를 효율적이고 효과적으로 분리하는 작업은 연도 가스(136)와 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 혼합을 감소시키거나 방지할 수 있으며, 이는 상기 연도 가스(136)를 크래킹 유출물(154)로부터 분리시키는 것과 관련된 문제 및 비용을 감소시키거나 제거할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 연도 가스 출구(135)는 상기 사용된 촉매(164)상의 코크스(162)의 연소로부터 생성된 연도 가스(136)를 효율적이고 효과적으로 분리할 수 있다. 상기 연도 가스 출구(135)는 상기 촉매 재생 루프(130)와 유체 연통할 수 있다. 상기 연도 가스 출구(135)는 상기 촉매 재생 루프(130)에서 상기 연도 가스(136)의 적어도 일부를 상기 재생 촉매(166)로부터 제거할 수 있다. 연도 가스(136)를 분리하고 상기 연도 가스(136)의 적어도 일부를 상기 촉매 재생 루프(130)로부터 제거함으로써, 감소된 양의 연도 가스(136)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내로 다시 도입될 수 있다. 따라서, 감소된 양의 연도 가스(136)가 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)과 함께 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 전달될 수 있다. 이로써, 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)로부터 상기 연도 가스(136)를 분리시키기 위한 어렵고, 시간 소모적이며, 비용이 많이 드는 요구 조건들이 회피되거나 감소될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 상기 연도 가스 출구(135)는 열 회수 유닛(200)과 유체 연통할 수 있다. 본 발명에 사용된 바와 같은, "열 회수 유닛"은 열이 필요한 다른 구성 요소 또는 스트림에 필요한 열을 제공하기 위해 과잉 열이 재활용될 수 있는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 상기 열 회수 유닛(200)은 열 교환기일 수 있다. 상기 연도 가스 출구(135)는 상기 연도 가스(136)의 일부를 상기 열 회수 유닛(200)으로 전달시킬 수 있다. 상기 열 회수 유닛(200)은 상기 탄화수소 공급원(150)을 예열할 수 있거나, 또는 저압 증기, 중압 증기 또는 고압 증기를 생성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열 회수 유닛(200)은 상기 탄화수소 공급원(150)이 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 진입하기 전에 상기 탄화수소 공급원(150)을 예열할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 촉매 재생 루프(130)는 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 제거하기 위해 작동될 수 있다. 적은 양의 코크스 침전물을 갖는 일부 촉매(즉, 비사용된 촉매)도 또한 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 제거되고 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터의 사용된 촉매(164)의 일부와 재생 가스(134)가 접촉하도록 작동될 수 있다. 상기 재생 가스(134)는, 상기 촉매 재생 루프(130)의 작동 조건과 함께, 상기 사용된 촉매(164)상에 침전된 코크스(162)의 일부를 연소시키도록 작동될 수 있다. 상기 사용된 촉매(164)상에 침전된 코크스(162)는 연소하여 재생 촉매(166) 및 연도 가스(136)를 생성할 수 있다. 상기 연도 가스(136)는 상기 재생 촉매(166)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 복귀되기 전에 상기 재생 촉매(166)로부터 분리될 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 사용된 촉매상의 코크스의 적어도 일부를 충분히 연소시킬 수 있는 온도에서 작동될 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 촉매 재생 루프(130)의 온도는 500 ℃ 내지 800 ℃, 예를 들어 550 ℃ 내지 750 ℃ 또는 600 ℃ 내지 700 ℃의 범위일 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)의 압력은 1 바(100 kPa) 내지 10 바(500 kPa), 예를 들어 1 바(100 kPa) 내지 4 바(400 kPa) 또는 1 바(100 kPa) 내지 3 바(300 kPa)의 범위일 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130) 내의 체류 시간은 20분 미만, 예를 들어 3초 내지 20분, 또는 5분 내지 20분일 수 있다.

상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 제거된 사용된 촉매(164)의 양은 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 목표 촉매 활성과 상기 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체에 대한 탄화수소의 원하는 전환을 유지하는 데 필요한 에너지의 양을 균형 있게 조절함으로써 결정될 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 촉매(160)의 총량과 상기 탄화수소 공급원(150)에 대한 상기 촉매 재생 루프(130) 사이의 질량비는 5.0 내지 50.0, 예를 들어 10.0 내지 45.0 또는 15.0 내지 40.0 범위일 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 촉매 재생 루프(130)와 유체 연통하는 촉매 블리드(catalyst bleed; 210)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 촉매 블리드(210)는 사용된 촉매(164)의 일부(212)를 상기 촉매 재생 루프(130)로부터 제거할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)로부터 제거된 상기 사용된 촉매(164)의 일부(212)는 상기 촉매 재생 루프(130) 내로 이송된 상기 사용된 촉매(164)의 0.1 중량 퍼센트(wt.%) 내지 5.0 중량 퍼센트(wt.%)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 촉매 재생 루프(130)와 유체 연통하는 촉매 입구(214)를 포함할 수 있다. 상기 촉매 입구(214)는 상기 촉매 재생 루프(130)로 신선한 촉매(216)를 도입할 수 있다. 촉매(160)는 박리, 피독 작용(poisoning) 또는 다른 수단을 통해 영구적으로 비활성화될 수 있으므로, 상기 촉매 재생 루프(130) 및 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 신선한 촉매(216)를 도입하는 것이 필요할 수 있다. 상기 촉매 입구(214)를 통해 상기 촉매 재생 루프(130)로 도입된 신선한 촉매(216)는 재생 촉매(166)와 결합되어, 신선한 촉매(216)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 냉점을 피하기 위해 상기 재생 촉매(166)에 의해 예열될 수 있다.

이제, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)은 복수의 촉매 재생 루프들(130), 예를 들면 2, 3, 4, 5, 6 또는 6개 초과의 촉매 재생 루프들(130)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130)은 각각 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122)의 다중 구역 유동층 반응기(110)와 유체 연통할 수 있다. 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130)은 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 원주 주위에 분포될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 제1 촉매 재생 루프(130) 및 제2 촉매 재생 루프(130')를 가질 수 있다. 상기 제2 촉매 재생 루프(130')는, 본 발명에 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 제1 촉매 재생 루프(130)와 동일한 특징 및 기능을 모두 가질 수 있다. 상기 제2 촉매 재생 루프(130')는 상기 제2 촉매 재생 루프(130')의 입구(131') 및 출구(132'), 재생 가스 입구(133'), 연도 가스 출구(135'), 제1 슬라이드 밸브(137'), 제2 슬라이드 밸브(138') 및 촉매 입구(214')를 포함할 수 있다. 유사하게도, 재생 가스(134'), 리프팅 가스(158'), 연도 가스(136'), 상기 제2 촉매 재생 루프(130)로부터 제거되는 사용된 촉매(164)의 일부분(212') 및 신선한 촉매(216')와 같은, 상기 제1 촉매 재생 루프(130)와 동일하거나 유사한 물질이 상기 제2 촉매 재생 루프(130) 내로 흐르고, 이를 통과하거나 또는 상기 제2 촉매 재생 루프(130) 밖으로 흐를 수도 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 제1 촉매 재생 루프(130), 제2 촉매 재생 루프(130') 및 제3 촉매 재생 루프(130'')를 포함할 수 있다. 다시 말하지만, 본 발명의 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)은 복수의 촉매 재생 루프들(130), 예를 들면 2, 3, 4, 5, 6 또는 6개 초과의 촉매 재생 루프들(130)을 포함할 수 있다. 상기 제3 촉매 재생 루프(130)'는 본 발명에서 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 촉매 재생 루프(130) 및 상기 제2 촉매 재생 루프(130)'와 동일한 특징 및 기능을 모두 가질 수 있다.

상기 단일 촉매 재생 루프(130)와 유사하게도, 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130)은 각각 상기 박리 구역(120)을 각각의 촉매 재생 루프(130)에 연결하는 ㅈ제1 슬라이드 밸브(137) 및 각각의 촉매 재생 루프(130)를 상기 반응 구역(122)에 연결하는 제2 슬라이드 밸브(138)를 포함할 수 있다. 각각의 촉매 재생 루프(130)의 제1 슬라이드 밸브(137)는 사용된 촉매(164)를 상기 박리 구역(120)으로부터 연속적 기반으로 인출하기 위해 작동될 수 있다. 즉, 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130)의 개별적 루프들은 여전히 배치식 또는 반-연속적 기반으로 사용된 촉매(164)를 상기 박리 구역(120)으로부터 인출할 수 있다. 그러나, 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130) 각각이 함께 작동함에 따라, 사용된 촉매(164)는 상기 박리 구역(120)으로부터 연속적 기반으로 인출될 수 있다. 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130) 각각은 사용된 촉매(164)의 재생이 상기 사용된 촉매(164)의 연속 재생을 시뮬레이션하도록 순차적으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130) 중 제1 촉매 재생 루프는 사용된 촉매(164)를 적극적으로 재생하는 반면, 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130) 중 나머지 촉매 재생 루프들은 사용된 촉매(164)를 재생하지 않을 수 있다. 상기 제1 촉매 재생 루프(130)는 사용된 촉매(164)를 재생하고, 상기 제2 촉매 재생 루프(130')는 사용된 촉매(164)를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로부터 상기 제2 촉매 재생 루프(130') 내로 이송하고,상기 제3 촉매 재생 루프(130")는 사용된 촉매(164)를 상기 제3 촉매 재생 루프(130")로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내로 이송할 수 있다. 총체적으로, 상기 복수의 촉매 재생 루프들(130)은 사용된 촉매(164)의 연속 재생을 시뮬레이션하기 위해 순차적으로 작동할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 재생 촉매(166)는 단일 촉매 재생 루프(130)를 통해 순환 시간보다 적은 빈도로 상기 반응 구역(122)으로 도입될 수 있다. 본 발명 전체에서 사용된 바와 같이, 단일 촉매 재생 루프(130)에 대한 참조는 또한 복수의 촉매 재생 루프들(130)이 대신 사용되는 실시예를 포함할 수도 있다.

이제, 도 10을 참조하면, 상기 촉매 재생 루프(130)는 유동층 재생기(910)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 사용된 촉매(164)를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 사이에서 그리고 도 10에서 유동층 재생기(910)인 촉매 재생 루프(130)를 통해 순환 방식으로 이송시킬 수 있다. 상기 유동층 재생기(910)에서, 사용된 촉매(164)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 박리 구역(120)으로부터 제1 하향 지향 도관(912)을 통해 상기 유동층 재생기(910)로 이송될 수 있다. 상기 사용된 촉매(164)는 상기 유동층 재생기(910)의 리프트 라이저(lift riser)를 통해 연소 공기 스트림(914)으로부터의 리프트력에 의해 이송될 수 있다. 그런 다음, 상기 사용된 촉매(164)는 추가적인 연소 공기와 접촉할 수 있고, 상기 유동층 재생기(910)의 재생 구역(916)에서 축적된 코크스의 제어된 연소를 겪을 수 있다. 연도 가스(198)는 상기 재생 구역(916)으로부터 제거될 수 있다. 그런 다음, 상기 재생 촉매(166)는 제2 하향 지향 도관(920)을 통해 상기 다중 구역 유동층 반응기의 반응 구역(122)으로 복귀될 수 있다. 상기 재생기에서, 임의의 코크스의 연소로부터 생성된 열은 상기 촉매(160)로 전달될 수 있고, 이는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 유동 촉매층(116)에서의 촉매 반응에 열을 제공하는 데 필요한 온도를 증가시킬 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 유동층 재생기(910)는 라이저 재생기일 수 있다.

도 3 내지 도 7은 다중 구역 유동층 반응기(110)의 다양한 실시예들을 개략적으로 도시하고 있다. 이제, 도 3 내지 도 7 각각이 보다 상세하게 설명된다. 먼저 도 3을 참조하면, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 상기 유동층 분배기 플레이트(114) 위에 수직으로(예를 들어, 도 3 내지 도 10의 좌표축의 +Z 방향) 상기 하우징(112)의 바닥(112A)에 또는 그 부근에 촉매 블리드(210)를 포함할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 촉매(160)의 일부(212)는 상기 촉매 재생 루프(130)를 통해 촉매(160)를 제거할 필요 없이 상기 유동 촉매층(116)으로부터 제거될 수 있다. 작동 중에, 상기 촉매(160)의 일부(212)는 상기 촉매상의 촉매 활성 부위를 영구적으로 비활성화할 수 있는 금속 및 기타 독성 물질을 포집할 수 있다. 이와 같은 상기 촉매(160)의 일부(212)는 그들의 밀도 증가로 인해 상기 하우징(112)의 바닥(112A)에 또는 그 부근에 집중될 수 있다. 이와 같은 증가된 밀도를 갖는 상기 촉매(160)의 일부(212)는 상기 촉매 블리드(210)를 통해 제거될 수 있다. 신선한 촉매(216)의 상보적인 부분은 촉매 입구(214)를 통해 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 공급될 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 신선한 촉매(216)는 메이크업 촉매(make-up catalyst)일 수 있다. 상기 신선한 촉매(216)는 상기 촉매 블리드(210)를 통해 제거된 촉매(160)의 임의의 일부(212)를 차지할 수 있다. 상기 촉매 블리드(210) 및 촉매 입구(214)는 상기 촉매 재생 루프(130)의 촉매 입구(214) 및 촉매 블리드(210)에 추가적으로 또는 그들에 대안적으로 존재할 수 있음에 유의해야 한다.

이제 도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따르면, 상기 탄화수소 공급 입구(140) 및 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)는 상기 하우징(112)의 바닥(112A)에 또는 그 부근에 있는 다중 구역 유동층 반응기(110)로 진입할 수 있다. 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)가 상기 응축 구역(118)을 통해 상기 반응 구역(122)으로 전달되는 대신(도 1 및 도 3 참조), 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141)는 상기 박리 구역(120)을 통해 상기 반응 구역(122)으로 전달될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 탄화수소 공급원(150)은 상기 박리 구역(120)에 의해 예열될 수 있다. 또한, 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)은 상기 유동 촉매층(116)의 과열을 감소시킬 수 있는데, 이는 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)이 상기 유동 촉매층(116)으로부터의 과도한 열을 흡수할 수 있기 때문이다.

이제, 도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따르면, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 2개의 탄화수소 공급 입구들 및 2개의 탄화수소 공급 코일 파이프들을 포함할 수 있다. 제1 탄화수소 공급 입구(140) 및 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141)는 도 1 및 도 3에 도시된 것과 유사할 수 있다. 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 진입할 수 있고, 상기 응축 구역(118)을 통해 상기 반응 구역(122) 내로 전달될 수 있다. 제2 탄화수소 공급 입구(140') 및 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141')는 도 4에 도시된 것과 유사할 수 있다. 다시, 도 5를 참조하면, 상기 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141')는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)로 진입할 수 있으며, 상기 박리 구역(120)을 통해 상기 반응 구역(122) 내로 전달될 수 있다. 그와 같은 실시예에 있어서, 상기 탄화수소 공급원(150, 150')의 분리된 부분들은 각각 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 및 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141')에 의해 상기 응축 구역(118) 및 상기 박리 구역(120) 모두를 통해 전달될 수 있다. 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내로 전달되는 탄화수소 공급원(150)의 부분 및 상기 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141') 내로 전달되는 탄화수소 공급원(150')의 부분은 상기 유동 촉매층(116) 및 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 온도 제어에 도움을 주도록 변화될 수 있다. 예를 들어, 만약 상기 유동 촉매층(116) 및 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 온도가 너무 높으면, 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)은 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)이 상기 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141') 내의 탄화수소 공급원(150')보다 크도록 변화될 수 있다. 대안적으로, 상기 유동 촉매층(116) 및 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내의 온도가 너무 낮으면, 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150) 또는 상기 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141') 내의 탄화수소 공급원(150')은 상기 제2 탄화수소 공급 코일 파이프(141') 내의 탄화수소 공급원(150')이 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내의 탄화수소 공급원(150)보다 크도록 변화될 수 있다. 상기 제2 공급 코일 파이프(141')로 전달되는 탄화수소 공급원(150')은 상기 제1 탄화수소 공급 코일 파이프(141)를 통해 공급되는 탄화수소 공급원(150)과는 상이한 탄화수소 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 가벼운 탄화수소 분획은 입구(140')를 통해 공급될 수 있는 반면, 무거운 탄화수소 분획은 출구(140)를 통해 공급될 수 있다.

이제, 도 6을 참조하면, 또 다른 실시예에 따르면, 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 하우징(112)은 상기 응축 구역(118)의 크기(즉, 부피)가 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122)보다 클 수 있도록 변경될 수 있다. 도 6에서, 상기 응축 구역(118)의 직경은 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122)에 비해 증가된다. 앞서 본 발명에서 논의한 바와 같이, 상기 응축 구역(118)에서의 증가된 부피는 상기 반응 구역(122)으로부터 상기 응축 구역(118)으로 수직으로 전달되는 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체의 속도를 감소시킬 수 있다. 상기 응축 구역(118) 내에서 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체의 감소된 속도는 상기 응축 구역(118) 내에서 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 및 중간체의 체류 시간의 증가를 허용할 수 있다. 상기 응축 구역(118) 내에서 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체의 증가된 체류 시간은 상기 탄화수소 공급 코일 파이프(141) 내에서 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체와 상기 탄화수소 공급원(150) 사이의 열 전달을 증가시키는 결과를 초래할 수 있다. 또한, 상기 응축 구역(118) 내에서 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체의 증가된 체류 시간은 상기 화학 생성물(156)의 더 무거운 성분의 더 효율적인 응축을 허용함으로써, 상기 화학 생성물(156)의 더 무거운 성분이 응축되어 상기 유동 촉매층(116)으로 복귀할 수 있도록 할 수 있다.

이제, 도 7을 참조하면, 또 다른 실시예에 따르면, 상기 박리 구역(120), 상기 반응 구역(122) 및 상기 응축 구역(118)은 모두 상이한 직경을 포함할 수 있고, 따라서 각각의 영역의 크기가 변화될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 박리 구역(120)은 상기 반응 구역(122)보다 더 작은 직경을 가질 수 있고, 상기 반응 구역(122)은 상기 응축 구역(118)보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 상기 박리 구역(120), 상기 반응 구역(122) 및 상기 응축 구역(118)의 직경을 변화시킴으로써, 상기 박리 구역(120), 상기 반응 구역(122) 및 상기 응축 구역(118) 사이의 비율을 제어 및 조정할 수 있게 될 것이다.

도 1 내지 도 10 중 임의의 도면의 특징들은 임의의 다른 도면에 적용될 수 있다. 당업자라면 각각의 도면에 도시된 다양한 실시예들이 나머지 도면들에 쉽게 적용될 수 있다는 사실을 인식할 것이다.

본 발명의 다중 구역 유동층 반응기(110)는 원유를 포함하는 다양한 탄화수소 공급원(150)을 처리할 수 있을 것이다. 상기 탄화수소 공급원(150)을 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체로 전환하는 단계는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 유동 촉매층(116) 내로 촉매(160)를 로딩하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 공급원(150)을 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체로 전환하는 단계는 또한 상기 탄화수소 공급원(150)을 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 반응 구역(122)으로 공급하는 단계와 상기 유동화 가스(152)를 상기 박리 구역(120)을 통해 상기 반응 구역(122)으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 공급원(150) 및 상기 유동화 가스(152) 모두를 상기 반응 구역(122)으로 공급한 후, 상기 탄화수소 공급원(150)은 상기 반응 조건하에서 상기 촉매(160)와 접촉될 수 있다. 이와 같은 접촉은 상기 탄화수소 공급원(150)의 적어도 일부가 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체로 전환되도록 할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 상기 응축 구역(118)으로 수직 상승할 수 있는데, 여기서, 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)이 상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 밖으로 전달되기 전에, 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체의 더 무거운 부분이 응축되어 추가 변환을 위해 상기 반응 구역(122)으로 복귀된다.

상기 다중 구역 유동층 반응기(110) 내에서 임의의 횟수의 반응이 발생할 수 있다는 사실이 고려된다. 상기 탄화수소 공급원(150) 및 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 원하는 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 촉진되는 반응의 유형을 안내할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응은 크래킹 반응 또는 탈수소화 반응일 수 있다. 유사하게도, 임의의 개수의 촉매(160)가 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 사용될 수 있다는 사실이 고려된다. 또한, 상기 탄화수소 공급원(150), 반응 및 상기 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 원하는 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 사용되는 촉매(160)를 안내할 수 있다. 만약 상기 반응이 크래킹 반응 또는 탈수소화 반응인 경우, 크래킹 촉매 또는 탈수소화 촉매가 사용될 수 있다. 당업자라면 본 발명의 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)가 수많은 상이한 탄화수소 공급원(150), 반응, 촉매(160) 및 다중 구역 유동층 반응기 유출물(154)의 하나 이상의 화학 생성물(156) 또는 중간체에 적용 가능하다는 사실을 인식하고 이해할 수 있을 것이다.

다시, 도 1을 참조하면, 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 촉매(160)를 재생하는 방법은, 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 박리 구역(120)으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 촉매 재생 루프(130)로 전달하는 단계, 상기 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 촉매 재생 루프(130)에서 재생 가스(134)와 접촉시켜 재생 촉매(166)를 생성하는 단계, 연도 가스(136), 수증기 또는 둘 모두를 상기 촉매 재생 루프(130)에서 상기 재생 촉매(166)로부터 분리시키는 단계, 및 상기 재생 촉매(166)를 상기 촉매 재생 루프(130)로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 반응 구역(122)으로 복귀시키는 단계를 포함한다.

상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에서 촉매(160)를 재생하는 방법은, 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 박리 구역(120)으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)의 촉매 재생 루프(130)로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)는 상기 다중 구역 유동층 반응기(110)에 대해 본 발명에서 앞서 논의한 특징, 촉매(160), 또는 작동 조건들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 유사하게도, 상기 촉매 재생 루프(130)는 상기 촉매 재생 루프(130)에 대해 본 발명에서 앞서 논의한 특징, 촉매(160), 또는 작동 조건들 중 임의의 것을 가질 수 있다.

상기 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)에서 촉매(160)를 재생하는 방법은, 상기 박리 구역(120)에서 상기 사용된 촉매(164)의 일부를 배치식 또는 반-연속적 기반으로 상기 촉매 재생 루프(130)로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 사용된 촉매(164)의 일부를 상기 박리 구역(120)으로부터 상기 촉매 재생 루프(130)로의 통과시키는 단계는 상기 촉매 재생 루프(130)의 입구(131)에 근접한 슬라이드 밸브를 작동시킴으로써 제어될 수 있다.

상기 다중 구역 유동층 반응기 시스템(100)에서 촉매(160)를 재생하는 방법은, 상기 촉매 재생 루프(130) 내의 압력을 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122) 내의 압력보다 더 큰 압력으로 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프(130)와 상기 박리 구역(120) 및 상기 반응 구역(122)에서 서로 상이한 압력들로 유지시킴으로써, 촉매(160)는 상기 촉매 재생 루프(130)의 안팎으로 효율적으로 전달될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 양태가 여기에 설명된다. 본 발명의 제1 양태는 다중 구역 유동층 반응기를 포함하는 다중 구역 유동층 반응기 시스템을 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기는 하우징, 상기 하우징의 바닥에 배치된 유동층 분배기 플레이트, 상기 유동층 분배기 플레이트 위에 수직으로 배치된 유동 촉매층 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함할 수 있다. 상기 유동 촉매층은 박리 구역 및 상기 박리 구역 위에 수직으로 배치된 반응 구역을 포함할 수 있다. 상기 다중 구역 유동층 반응기 시스템은 상기 박리 구역 및 상기 반응 구역에 유체적으로 결합된 적어도 하나의 촉매 재생 루프를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프의 입구는 상기 유동 촉매층의 박리 구역과 유체 연통할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프의 출구는 상기 유동 촉매층의 반응 구역과 유체 연통할 수 있다. 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 박리 구역으로부터 사용된 촉매의 일부를 인출하고, 상기 사용된 촉매의 일부를 재생하여 재생 촉매를 생성하고, 상기 재생 촉매를 상기 반응 구역으로 복귀시키도록 작동 가능할 수 있다.

본 발명의 제2 양태는 상기 제1 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 박리 구역을 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에 연결하는 제1 슬라이드 밸브 및 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프를 상기 반응 구역에 연결하는 제2 슬라이드 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제1 슬라이드 밸브는 상기 박리 구역으로부터 인출된 사용된 촉매의 일부를 제어하도록 작동 가능할 수 있고, 상기 제2 슬라이드 밸브는 상기 반응 구역으로 복귀되는 재생 촉매를 제어하도록 작동 가능할 수 있다.

본 발명의 제3 양태는 상기 제2 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 슬라이드 밸브는 사용된 촉매를 배치식으로 또는 반-연속적으로 상기 박리 구역으로부터 인출하기 위해 작동될 수 있다.

본 발명의 제4 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제3 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 재생 가스 입구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 재생 가스를 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부와 결합시키도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제5 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제4 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 촉매 재생 루프는 상기 사용된 촉매가 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프 내에 있는 동안 상기 사용된 촉매상에 존재하는 코크스의 일부를 연소시키기 위해 작동될 수 있다.

본 발명의 제6 양태는 상기 제1 양태면 내지 상기 제5 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 연도 가스 출구를 추가로 포함한다. 상기 연도 가스 출구는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 연도 가스의 일부를 제거하도록 작동할 수 있다.

본 발명의 제7 양태는 상기 제6 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 연도 가스는 일산화탄소, 이산화탄소, 또는 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명의 제8 양태는 상기 제6 양태 또는 상기 제7 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 연도 가스 출구는 상기 연도 가스의 일부를 상기 열 회수 유닛으로 전달하기 위해 열 회수 유닛과 유체 연통할 수 있다.

본 발명의 제9 양태는 상기 제8 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 열 회수 유닛은 탄화수소 공급원을 예열하거나 또는 고압 증기를 발생시키도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제10 양태는 상기 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 복수의 촉매 재생 루프들을 포함하며, 여기서 상기 복수의 촉매 재생 루프들 각각은 상기 다중 구역 유동층 반응기의 박리 구역 및 반응 구역과 유체 연통할 수 있다.

본 발명의 제11 양태는 상기 제10 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 복수의 촉매 재생 루프들 각각은 상기 박리 구역을 상기 촉매 재생 루프에 연결하는 제1 슬라이드 밸브 및 상기 촉매 재생 루프를 상기 반응 구역에 연결하는 제2 슬라이드 밸브를 포함할 수 있다. 상기 복수의 촉매 재생 루프들 각각의 제1 슬라이드 밸브는 사용된 촉매를 상기 박리 구역으로부터 인출하기 위해 작동될 수 있다.

본 발명의 제12 양태는 상기 제11 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 복수의 촉매 재생 루프들은 상기 촉매의 연속 재생을 시뮬레이션하기 위해 순차적으로 작동될 수 있다.

본 발명의 제13 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제12 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 유동층 재생기를 포함할 수 있다.

본 발명의 제14 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제13 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 버블링 유동층 또는 난류 유동층을 포함할 수 있다.

본 발명의 제15 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제14 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 사용된 촉매의 일부를 섭씨 500도 내지 섭씨 800도의 온도에서 재생 가스와 접촉시키도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제16 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제15 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 사용된 촉매의 일부를 1 바 내지 5 바의 압력에서 재생 가스와 접촉시키도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제17 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제16 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 사용된 촉매의 일부를 20분 미만의 체류 시간에서 재생 가스와 사용된 촉매의 부분을 접촉시키도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제18 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제17 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 촉매 블리드를 추가로 포함할 수 있다. 상기 촉매 블리드는 상기 사용된 촉매의 일부분을 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프로부터 제거하도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제19 양태는 상기 제18 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 촉매 블리드는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부의 0.1 중량 퍼센트 내지 5.0 중량 퍼센트인 상기 사용된 촉매의 일부분을 제거하도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제20 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제19 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 촉매 입구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 촉매 입구는 상기 촉매 재생 루프로 신선한 촉매를 도입하도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제21 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제20 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 다중 구역 유동층 반응기는 상기 박리 구역과 유체 연통하는 촉매 블리드를 추가로 포함할 수 있다. 상기 촉매 블리드는 상기 다중 구역 유동층 반응기로부터 촉매의 일부를 제거하도록 작동될 수 있다.

본 발명의 제22 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제21 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 응축 구역의 직경은 상기 반응 구역 및 상기 박리 구역 모두의 직경 모두보다 클 수 있다.

본 발명의 제23 양태는 상기 제1 양태 내지 상기 제22 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 응축 구역의 직경은 상기 반응 구역의 직경보다 클 수 있다. 상기 반응 구역의 직경은 상기 박리 구역의 직경보다 클 수 있다.

본 발명의 제24 양태는 다중 구역 유동층 반응기에서 촉매를 재생하는 방법을 포함할 수 있으며, 상기 방법은 사용된 촉매의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기의 박리 구역으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 촉매 재생 루프로 전달하는 단계, 상기 사용된 촉매의 일부를 상기 촉매 재생 루프에서 재생 가스와 접촉시켜 재생 촉매를 생성하는 단계, 연도 가스, 수증기 또는 둘 모두를 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리시키는 단계, 및 상기 재생 촉매를 상기 촉매 재생 루프로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 반응 구역으로 복귀시키는 단계를 포함한다. 상기 다중 구역 유동층 반응기는 유동 촉매층 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함할 수 있다. 상기 유동 촉매층은 상기 박리 구역 및 상기 박리 구역 위에 수직으로 배치된 반응 구역을 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프의 입구는 상기 유동 촉매층의 박리 구역과 유체 연통할 수 있다. 상기 촉매 재생 루프의 출구는 상기 유동 촉매층의 반응 구역과 유체 연통할 수 있다.

본 발명의 제25 양태는 상기 제24 양태를 포함할 수 있으며, 상기 박리 구역에서 상기 사용된 촉매의 일부를 배치식 또는 반-연속적 기반으로 상기 촉매 재생 루프로 전달하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제26 양태는 상기 제25 양태를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 재생 루프의 입구에 근접한 슬라이드 밸브를 작동시킴으로써, 상기 박리 구역으로부터 상기 촉매 재생 루프로의 상기 사용된 촉매의 일부의 전달을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제27 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제26 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 재생 가스는 공기, 산소, 질소, 증기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명의 제28 양태는 상기 제27 양태를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 증기는 고압 증기를 포함할 수 있다.

본 발명의 제29 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제28 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부를 재생 가스와 접촉시키는 단계는 상기 사용된 촉매상에 존재하는 코크스의 적어도 일부가 연소를 겪도록 할 수 있다.

본 발명의 제30 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제29 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리된 연도 가스, 수증기, 또는 둘 모두로부터의 열을 회수하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 제31 양태는 상기 제30 양태를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리된 연도 가스, 수증기, 또는 둘 모두를 사용하여 탄화수소 공급원을 예열하거나 또는 고압 증기를 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제32 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제31 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 연도 가스는 일산화탄소, 이산화탄소 또는 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명의 제33 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제32 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 사용된 촉매의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기의 박리 구역으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 복수의 촉매 재생 루프들로 전달시키는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 제34 양태는 상기 제33 양티를 포함할 수 있으며, 상기 촉매의 연속 재생을 시뮬레이션하기 위해 상기 복수의 촉매 재생 루프들을 순차적으로 작동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 제35 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제34 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 촉매 재생 루프는 유동층 재생기를 포함할 수 있으며, 상기 방법은 상기 사용된 촉매의 일부를 상기 유동층 재생기로 전달시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 제36 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제35 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 촉매 재생 루프는 버블링 유동층 또는 난류 유동층을 포함할 수 있다.

본 발명의 제37 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제36 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 재생 루프를 섭씨 500도 내지 섭씨 800도 범위의 온도에서 작동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 제38 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제37 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 1 바 내지 5 바 범위의 압력에서 상기 촉매 재생 루프를 작동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 제39 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제38 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부의 체류 시간은 20분 미만일 수 있다.

본 발명의 제40 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제39 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 사용된 촉매의 일부분을 상기 촉매 재생 루프에서 제거하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 제41 양태는 상기 제40 양태를 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 사용된 촉매의 일부분은 상기 사용된 촉매의 일부의 0.1 중량 퍼센트 내지 5.0 중량 퍼센트를 포함할 수 있다.

본 발명의 제42 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제41 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매에 신선한 촉매를 추가하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 제43 양태는 상기 제24 양태 내지 상기 제42 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 재생 루프 내의 압력을 상기 박리 구역 및 상기 반응 구역 내의 압력보다 더 큰 압력으로 유지하는 단계를 포함한다.

다음의 청구항들 중 하나 이상에서 "어느"라는 용어가 과도기적 구문으로 사용된다는 점에 유의한다. 본 기술을 한정하기 위해, 이와 같은 용어는 구조에 대한 일련의 특성들을 열거하는 데 사용되는 개방형 과도기적 구문으로서 청구항들에 도입되어 있으며, 보다 일반적으로 사용되는 개방형 서두 용어인 "포함하는"과 같은 방식으로 해석되어야 한다는 점에 유의한다.

속성에 할당된 임의의 2개의 정량적 값들은 해당 속성의 범위를 구성할 수 있으며, 주어진 속성에 대한 모든 명시된 정량적 값들로부터 형성되는 범위의 모든 조합들이 본 발명에서 고려된다는 점을 이해해야 한다.

본 발명의 주제를 특정 실시예를 참조하여 상세히 설명하였으므로, 본 발명에 설명된 다양한 세부 사항들이 본 발명에 설명된 다양한 실시예들의 필수 구성 요소들인 요소들과 관련된다는 것을 암시하는 것으로 받아들여서는 안되며, 이는 특정 요소가 본 발명에 수반되는 각각의 도면들에 예시되어 있는 경우에도 해당된다. 오히려, 본원에 첨부된 청구항들은 본 발명의 폭과 본 발명에 설명된 다양한 실시예들의 대응 범위를 나타내는 유일한 표현으로 간주되어야 한다. 또한, 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 수정 및 변형이 가능하다는 사실이 명백할 것이다.

Claims

다중 구역 유동층 반응기 시스템으로서,
하우징, 상기 하우징의 바닥에 배치된 유동층 분배기 플레이트, 상기 유동층 분배기 플레이트 위에 수직으로 배치된 유동 촉매층 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함하는 다중 구역 유동층 반응기로서,
상기 유동 촉매층은 박리 구역 및 상기 박리 구역 위에 수직으로 배치된 반응 구역을 포함하는, 상기 다중 구역 유동층 반응기: 및
상기 박리 구역 및 상기 반응 구역에 유체적으로 결합된 적어도 하나의 촉매 재생 루프로서,
상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프의 입구는 상기 유동 촉매층의 박리 구역과 유체 연통하고;
상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프의 출구는 상기 유동 촉매층의 반응 구역과 유체 연통하는, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프를 포함하며,
상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 박리 구역으로부터 사용된 촉매의 일부를 인출하고, 상기 사용된 촉매의 일부를 재생하여 재생 촉매를 생성하고, 상기 재생 촉매를 상기 반응 구역으로 복귀시키도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는:
상기 박리 구역을 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에 연결하는 제1 슬라이드 밸브; 및
상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프를 상기 반응 구역에 연결하는 제2 슬라이드 밸브를 추가로 포함하며,
상기 제1 슬라이드 밸브는 배치식(batch-wise) 또는 반-연속적 기반(semi-continuous basis)으로 상기 박리 구역으로부터 인출된 사용된 촉매의 일부를 제어하도록 작동 가능하고;
상기 제2 슬라이드 밸브는 상기 반응 구역으로 복귀되는 재생 촉매를 제어하도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 재생 가스 입구를 추가로 포함하며, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 재생 가스를 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부와 결합시키도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 연도 가스 출구를 추가로 포함하며,
상기 연도 가스 출구는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 연도 가스의 일부를 제거하도록 작동 가능하고;
상기 연도 가스 출구는 열 회수 유닛과 유체 연통하여 상기 연도 가스의 일부를 상기 열 회수 유닛으로 전달하고, 상기 열 회수 유닛은 탄화수소 공급원을 예열하거나 또는 고압 증기를 생성하도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 촉매 재생 루프들을 포함하며,
상기 복수의 촉매 재생 루프들 각각은 상기 박리 구역과 상기 반응 구역 및 상기 다중 구역 유동층 반응기와 유체 연통을 하며;
상기 복수의 촉매 재생 루프들 각각은 상기 박리 구역과 상기 촉매 재생 루프를 연결하는 제1 슬라이드 밸브 및 상기 촉매 재생 루프와 상기 반응 구역을 연결하는 제2 슬라이드 밸브를 포함하며,
상기 복수의 촉매 재생 루프들 각각의 상기 제1 슬라이드 밸브는 상기 박리 구역으로부터 사용된 촉매를 인출하도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제5 항에 있어서, 상기 복수의 촉매 재생 루프들은 상기 촉매의 연속 재생을 시뮬레이션하기 위해 순차적으로 작동되는, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 유동층 재생기, 버블링 유동층(bubbling fluidization bed) 또는 난류 유동층(turbulent fluidization bed)을 포함하는, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 촉매 블리드(catalyst bleed)를 추가로 포함하며,
상기 촉매 블리드는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프로부터 상기 사용된 촉매의 일부분을 제거하기 위해 작동 가능하고;
상기 촉매 블리드는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부의 0.1 중량 퍼센트 내지 5.0 중량 퍼센트인 상기 사용된 촉매의 일부분을 제거하도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프는 상기 적어도 하나의 촉매 재생 루프와 유체 연통하는 촉매 입구를 추가로 포함하며, 상기 촉매 입구는 상기 촉매 재생 루프에 신선한 촉매를 도입하도록 작동 가능한, 다중 구역 유동층 반응기 시스템.
다중 구역 유동층 반응기에서 촉매를 재생하는 방법으로서,
사용된 촉매의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기의 박리 구역으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 촉매 재생 루프로 전달하는 단계;
상기 사용된 촉매의 일부를 상기 촉매 재생 루프에서 재생 가스와 접촉시켜 재생 촉매를 생성하는 단계;
연도 가스, 수증기 또는 둘 모두를 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리시키는 단계; 및
상기 재생 촉매를 상기 촉매 재생 루프로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 반응 구역으로 복귀시키는 단계를 포함하며,
상기 다중 구역 유동층 반응기는 유동 촉매층 및 상기 유동 촉매층 위에 수직으로 배치된 응축 구역을 포함하며;
상기 유동 촉매층은 상기 박리 구역 및 상기 박리 구역 위에 수직으로 배치된 반응 구역을 포함하며;
상기 촉매 재생 루프의 입구는 상기 유동 촉매층의 박리 구역과 유체 연통하고;
상기 촉매 재생 루프의 출구는 상기 유동 촉매층의 반응 구역과 유체 연통하는, 방법.
제10 항에 있어서,
상기 박리 구역에서 상기 사용된 촉매의 일부를 배치식 또는 반-연속적 기반으로 상기 촉매 재생 루프로 전달하는 단계; 및
상기 촉매 재생 루프의 입구에 근접한 슬라이드 밸브를 작동시킴으로써, 상기 박리 구역으로부터 상기 촉매 재생 루프로의 상기 사용된 촉매의 일부의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
제10 항 또는 제11 항에 있어서,
상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리된 상기 연도 가스, 수증기 또는 둘 모두로부터 열을 회수하는 단계; 및 상기 촉매 재생 루프에서 상기 재생 촉매로부터 분리된 상기 연도 가스, 수증기 또는 둘 모두를 사용하여 탄화수소 공급원을 예열하거나 또는 고압 증기를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제10 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용된 촉매의 일부를 상기 다중 구역 유동층 반응기의 상기 박리 구역으로부터 상기 다중 구역 유동층 반응기의 복수의 촉매 재생 루프들로 전달하는 단계; 및
상기 복수의 촉매 재생 루프들을 순차적으로 작동시켜 상기 촉매의 연속 재생을 시뮬레이션하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 재생 루프를 섭씨 500도 내지 섭씨 800도 범위의 온도, 1 바(bar) 내지 5 바 범위의 압력, 상기 촉매 재생 루프에서 상기 사용된 촉매의 일부에 대한 20분 이하의 체류 시간, 또는 이들의 조합으로 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
제10 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 재생 루프로부터 상기 사용된 촉매의 일부분을 제거하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 사용된 촉매의 일부분은 상기 사용된 촉매의 일부의 0.1 중량 퍼센트 내지 5.0 중량 퍼센트를 포함하는, 방법.