KR20240026138A - 라이저 분리 시스템 - Google Patents
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Abstract
장치는 반응 용기 내에 라이저 반응기를 포함한다. 라이저 반응기는 길이방향 축을 정의하고, 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구 및 반대쪽 단부에 있는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구를 포함한다. 장치는 길이방향 축을 중심으로 교번하는 방식으로 분포된 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함하는 분리 용기를 포함한다. 각각의 분리 챔버는 2개의 수직 측벽을 포함하며, 이 벽은 또한 적어도 하나의 수집 챔버의 인접한 하나의 벽을 포함한다. 측방향 분리 챔버 배출구는, 측방향 분리 챔버로부터 적어도 하나의 수집 챔버 중 인접한 하나까지의 유체 및 입자 연통을 제공하기 위해, 수직 측벽 중 적어도 하나에 정의된다. 분리 용기는 적어도 하나의 수집 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기를 포함한다.
Description
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2021년 5월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/330,354호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이의 내용 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
기술분야
본 개시는 유동 촉매 분해(Fluid Catalytic Cracking, FCC) 공정과 같은 고속, 희석 상 리프트 라인(또는 라이저 반응기)을 사용하는 임의의 증기-미립자 작업에 관한 것이다.
FCC 공정은 저가의 고비점 범위의 석유 분획을 고가의 저비점 생성물, 특히 가솔린, 프로필렌 및 다른 경질 올레핀으로 변환하기 위해 석유 정제 산업에서 잘 확립되어 왔다.
FCC 공정에서, 미세하게 분할된 고체 촉매 입자는 반응을 위한 열과 촉매 활성 둘 모두를 제공함으로써 분해 반응을 촉진한다. 촉매의 미세하게 분할된 형태는 유체처럼 거동하게 할 수 있고(따라서, 유체 촉매 분해로 명명됨), 분해 구역(라이저 반응기)과 별도의 재생 구역(regeneration zone) 사이의 폐쇄 사이클에서 유동한다. 둘 사이는 일반적으로 스탠드파이프 또는 리프트 라인으로 지칭되는 전달 라인으로 연결되어 있다.
FCC 유닛의 반응 구역은 일반적으로 2개의 부분; 라이저 반응기 및 당업자에게는 RTD(Reaction, or Riser Termination Device)로 알려진, 촉매와 생성물을 신속하게 분리하기 위한, 장치로 이루어진다. RTD 시스템은 일반적으로 라이저 반응기의 배출구에 위치하고 기계적 사항을 고려하여 반응기 용기 내에 수용되며, 이 용기는 또한 공정의 작동에 중요한 다른 장치를 포함한다. 일단 촉매로부터 분리되면, 반응 생성물은 용기로부터 멀리 보내져 급랭되고 원하는 분획으로 분할된다.
라이저 반응기에서, 고온 촉매는 액체 오일 공급과 접촉하게 되고 이를 기화시켜 원하는 기상 분해 반응이 진행되도록 한다. 여기서 촉매 상의 고체 코크스 침착물뿐만 아니라 다양한 탄화수소 생성물이 형성된다. 라이저 반응기의 끝단에서는, 반응 시간을 제어하여 탄화수소 증기의 과분해를 방지하기 위해 탄화수소 생성물로부터 촉매의 신속한 분리가 바람직하다. 라이저 반응기에 대한 탄화수소 전환 시간을 제한하는 것은, 이 구역이 증기 및 고체 촉매의 밀접한 혼합을 보장하도록 설계되기 때문에 바람직하다. 일단 혼합물이 라이저 반응기를 떠나면, 보유/분리 용기에서 덜 밀접한 접촉이 발생할 수 있고, 바람직하지 않은 열 분해 반응이 일어날 수 있으며, 이는 가치 있는 제품의 손실 및 저가 부산물의 생성을 초래할 수 있다. RTD 내에 탄화수소 증기를 함유하고 가능한한 바로 직접 시스템 밖으로 내보내는 것은 열분해를 초래하는 고온에서의 체류 시간을 최소화한다. 촉매로부터 탄화수소 증기를 신속하고 완전히 분리하여 촉매 분해 반응을 종료하는 것이 또한 바람직하다. 매우 높은 촉매 회수를 달성하기 위해 2 단계의 증기-촉매 분리가 요구되는데; RTD는 분리의 1차 단계로 간주되고, 2차 분리 단계는 다수의 고효율 사이클론으로 이루어진다. 1차 분리 동안, 탄화수소 증기는 촉매의 대부분으로부터 분리되고, RTD를 떠나 직접 연결된 가스 배출구 튜브를 통해 2차 분리 단계로 넘어 간다. 분리된 촉매는 1차 분리기의 하부 단부에 있는 다이플레그(dipleg)로 알려진 다른 챔버로 흘러내려가 스트리핑(stripping) 베드로 들어간다. 촉매가 다이플레그로 흘러내려갈 때 일부 탄화수소 증기를 동반한다. 촉매 및 혼입된 탄화수소는 RTD를 떠나 스트리핑 구역으로 흘러 들어가며, 여기서 이들은 추가로 분리된다. 촉매가 스트리핑 구역을 통과하면서 입자 사이 및 입자 내부의 탄화수소 증기는 스트리핑 스팀의 반대로의 흐름에 의해 제거된다. 가스 탄화수소는 없지만 고체 탄화수소 코크스로 오염된 촉매는 스트리핑 구역을 떠나 재생 구역으로 들어간다.
1차 가스 촉매 분리 후에, 촉매는 RTD 아래의 스트리퍼 베드로 흘러 들어가며, 여기서 스트리핑 가스와 흐름상 반대로 접촉하게 되어, 촉매와 함께 혼입된 임의의 잔여 휘발성 탄화수소를 제거한다. 고체 코크스 침착물을 함유하는 통상적으로 폐촉매로 지칭되는 탄화수소가 제거된 촉매는 촉매 재생 구역으로 전달되며, 여기서 코크스는 연소되고, 촉매 활성이 회복된다. 재생 단계는 에너지를 방출하고 촉매 온도를 상승시키며, 코크스 침착물이 연소된 후에, 고온의 재생된 촉매는 반응 구역으로 다시 유동한다. 촉매로부터 분리된 탄화수소 증기는 여러 생성물로 분류하기 위한 하류 증류 시스템으로 유동한다. 라이저 반응기 재생기 조립체를 포함하는 FCC 유닛은 재생기 내의 코크스의 연소에 의해 생성된 열이 공급물 기화에 필요한 열 및 분해 반응을 위한 열과 일치한다는 점에서 자가-열 균형이다.
종래 기술의 라이저 분리 시스템은 통상적으로 다이플레그를 수반한 2개의 분리 챔버 및 가스와 촉매 재료를 각각 분리하기 위한 연속적인 개수의 가스 수집 챔버를 갖는다. Gauthier 등의 미국 특허 제6,296,812호는, 가스와 입자의 혼합물을 분리하기 위한 장치로서, 라이저 분리 시스템과 연결되어 분포하는 분리 챔버 및 순환(예를 들어, 가스 수집) 챔버를 포함하는 엔벨로프(envelope)를 갖는 장치를 제공한다. 각각의 분리 챔버의 상부 부분은, 라이저 반응기 및 수직 평면에서 혼합물을 회전시키기 위한 중간 구역 및 분리된 촉매 입자를 수집하기 위해 다이플레그로 알려진 하부 구역과 연통하는, 유입구 개구를 갖는다. 각각의 분리 챔버는 순환 챔버의 벽이기도 한 2개의 측벽을 포함하며, 각각의 챔버의 벽들 중 적어도 하나는 가스 및 입자를 인접 순환 챔버 내로 혼합하기 위한 측방향에 배출구 개구를 포함한다. 가스 수집 챔버는 2개의 추가적인 개구를 갖는데, 2차 분리기에 추가로 연결되는 가스 배출구 튜브에 연결된 상부에 하나 및 아래의 스트리퍼 베드 위의 반응기 용기의 소위 희석 상과 연통하기 위한 하부 개구를 갖는다. 이 장치의 적용은 라이저에서 탄화수소의 유동화 촉매 분해를 위한 것이지만, 동일하게 다른 유사한 공정에 적용될 수 있다.
Gauthier 등의 장치는 다수의 분리 및 순환 챔버를 갖고, 각각의 분리 챔버는 하부 분리 챔버와 스트리퍼 베드가 연통하는 입자 배출구 개구를 포함하는 그 자신의 다이플레그를 갖는다. Gauthier 등의 장치에서, 라이저 증기 및 촉매 혼합물은, 라이저 상부 내의 윈도우를 통해 분리 챔버에 들어가기 전에 방향을 변경하도록 강제되어, 서로 분리되기 전에 사분의 일(1/4) 회전을 취한다. 이어서, 증기는 분리 챔버의 편향기(deflector) 아래에서 추가의 180° 회전을 취한 후에 수집 챔버에 들어간다. 촉매는 분리 챔버 아래로 흘러, 가스와의 분리를 최대화하도록 낮은 질량 흐름을 위해 설계된, 다이플레그로 들어간다. 이 장치는 반응기/스트리퍼 용기 내에 포함된 내부 라이저 시스템용 촉매 및 증기를 위한 1차 분리 장치로서 주로 사용된다. 분리 챔버 다이플레그로부터 반응기로 혼입된 스트리핑 가스 및 탄화수소 증기는 하부 도관을 통해 수집 챔버에 들어가고, 가스 배출구 튜브/수집기로 들어가기 전에 분리 챔버로부터의 라이저 증기와 혼합되어, 이어서 최종 가스/촉매 분리를 위한 이차 분리기인 사이클론으로 흘러들어 간다. Gauthier 장치는 분리 및 수송의 목표들은 해결하지만, 고체 수집 효율은 예상보다 더 낮다. 분리 챔버에 대한 유입구는 라이저 상부로부터 심한 90° 회전을 갖고, 가스 및 촉매가 분리되도록 1/4 회전만을 제공하는데, 이는 가스 및 촉매를 서로 깨끗하게 분리하기에 충분하지 않다. 방향의 심한 90° 변화는 유입구에서 난류성 촉매 유동 체제를 생성하여, 후속 1/4 회전에서 고체 촉매 입자로부터 분해된 가스의 양호한 분리를 달성하기 위해 필요한 유동 구조를 개발하기에는 불충분한 시간이다. 분리 챔버들 사이에 연결이 없으며, 이는 불균일한 압력 분포를 생성하고 각각의 챔버에 대한 불균일한 부하를 초래하여 낮은 분리 효율을 초래한다.
다른 유형의 라이저 분리 시스템, 예를 들어, Marchant 등의 미국 특허 제10,731,086호는 개선된 가스 고체 분리 및 가스 격리를 제공하는 분리 챔버 내에 추가 특징부를 갖는 RTD 설계를 포함한다. 이러한 특징부는, 라이저 상부에서 난류를 최소화하고 가스 촉매 분리를 촉진하기 위한 기체 촉매 유동에 매끄러운 180° 회전을 제공하는 컨투어(contour)가 있는 라이저 상부 및 분리 챔버에 대한 단일(공통)의 다이플레그를 포함한다. Marchant 등은 또한 전체 부피 및 라이저 체류 후 시간을 감소시키는 더 밀집된 설계를 제공하고, 각각의 분리 윈도우에 대한 균형잡힌 유동 분포는 작동의 안정성을 개선한다. Marchant 등은 또한 분리된 촉매 입자의 운동량을 편향시키고 분리된 촉매의 재혼입을 감소시키기 위해 분리 챔버 다이플레그 내의 촉매 베드 위에 디스크와 유사하거나 또는 도넛 형상의 배플을 기술한다.
다른 유형의 라이저 분리 시스템, 예를 들어 Leonce F. Castagnos의 미국 특허 제4,664,888호는 편향 장치를 포함한다. Castagnos 특허는 라이저의 배출구에 위치하는 유동 촉매 분해 라이저용 러프 컷(rough cut) 촉매-증기 분리기에 관한 것이며, 오일-촉매 혼합물이 타이트한 180° 하향 회전을 겪게 한다. 원심 분리기는 사이클론 내부에서 회전의 절반과 동등하고, 촉매의 대부분이 벽으로 이동하게 한다. 대부분의 탄화수소 증기는 압착되어 벽으로부터 멀리 빠져나간다. 분리기의 단부에는, 주로 탄화수소인 증기상으로부터 주로 촉매인 상을 분할하도록 매끄러운(shave-off) 스쿠프(scoop)가 위치하고 있다. 매끄러운 스쿠프는 용기의 중심으로부터 촉매상을 떨어뜨리고 중력에 의해 하향 흐름이 계속되는 용기 벽 근처에 증착되게 한다. 증기상은 얼마동안 하향 흐름을 계속하지만, 이어서 180° 회전 및 상향 흐름을 겪어야 하고 일련의 종래의 사이클론 분리기를 통해 용기를 빠져나간다. 그러나, 오일 증기의 제2 180° 회전은 분리된 촉매를 재혼입 할 수 있으며 이는 초기 가스 고체 분리를 무력화할 수 있다.
Castagnos는 또한 개방된 반-토로이드(semi-toroidal) 편향 장치를 개시하고 있으며, 라이저를 빠져나가는 가스/촉매 혼합물이 편향기의 표면에 충돌하며, 여기서 촉매 입자는 그에 대해 압축되고, 분리된 가스 상은 편향기의 에지 아래의 개방 영역에 진입하도록 되어 있다. 미립자 상으로부터 가스가 분리되면서, 고체는 느려지는 경향이 있고 중력의 효과는 초기 달성한 분리를 무력화한다. 임의의 나머지 압축된 미립자 상은 수집 표면 상으로 흐르고, 이어서 입자는 아래로 흐르고 표면에서 떨어져 용기의 벽을 향한다. 분리된 가스는 미립자 상을 재 접촉하지 않고 도관 위로 흐르도록 되어 있다. 이와 같이, 충돌 표면 및 수집 표면 아래의 압력은 그들 위의 압력보다 더 높다. 이러한 압력차는 가스가 도관을 통하는 것뿐만아니라 편향기 에지 및 수집 표면 아래의 개방 영역도 통하도록 하여 이미 달성된 분리를 추가로 무력화한다. 후속적으로, 분리된 가스는 용기에 들어가서 상당한 체류 시간을 겪고 상당한 후속 라이저 분해를 겪는다는 점에서 "비함유"된다.
종래의 기술은 의도된 목적에 만족스러운 것으로 간주되었다. 그러나, 라이저 반응기 출구에서 촉매 및 증기상의 분리를 개선하는 장치에 대한 필요성이 있다. 본 개시는 이러한 필요성 위한 솔루션을 제공한다. 본 발명자들은, 가스 고체 분리를 촉진하고 작동 안정성을 개선하는 개선된 유동 프로파일을 제공하는 신규한 디자인을 갖는 라이저 분리 시스템을 이용하여 가스 수집 효율뿐만 아니라 촉매 및 증기상의 분리를 개선하는 방법 및 수단을 발견하였다.
입자 스트림으로 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치는 하부 스트리핑 베드 영역 및 상부 2차 분리기 영역을 포함한다. 장치는 반응 용기 내에 라이저 반응기를 포함한다. 라이저 반응기는 길이방향 축을 정의하고, 탄화수소 공급물 및 입자의 스트림을 수용하기 위한 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스들과 고체 입자들의 혼합물을 배출시키기 위한 반대 단부에 있는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구를 포함한다. 장치는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구에 근접하게 정의된 분리 용기를 포함한다. 분리 용기는, 교번하는 방식으로, 길이방향 축을 중심으로 분포된 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함한다. 각각의 분리 챔버는 2개의 수직 측벽을 포함하며, 이 벽은 또한 적어도 하나의 수집 챔버의 인접한 하나의 벽을 포함한다. 적어도 하나의 분리 챔버는 라이저 반응기와 연통하는 분리 챔버의 상부 영역에 분리 챔버 유입구를 포함한다. 측방향 분리 챔버 배출구는, 측방향 분리 챔버로부터 적어도 하나의 수집 챔버 중 인접한 하나까지의 유체 및 입자 연통을 제공하기 위해, 수직 측벽 중 적어도 하나에 정의된다. 분리 용기는 적어도 하나의 수집 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기를 포함한다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 분리 챔버는 2개의 분리 챔버를 포함한다. 적어도 하나의 수집 챔버들 중 하나는 2개의 분리 챔버들 사이에 위치된다. 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 2개의 분리 챔버 중 제1 분리 챔버의 2개의 수직 측벽 중 하나 및 2개의 분리 챔버 중 제2 분리 챔버의 2개의 수직 측벽 중 하나 사이에서 연장된다. 각각의 수집 챔버는 스트리핑 가스 입구 윈도우를 포함하는 수집 챔버 외벽을 포함하여, 하부 스트리핑 베드 영역에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 주입기로부터의 스트리핑 가스가 수집 챔버로 들어가게 할 수 있다. 각각의 수집 챔버는, 수집 챔버 외벽, 수직 측벽 및 라이저 반응기와 함께 수집 챔버를 정의하는 수집 챔버 바닥을 포함한다. 수집 챔버 편향기는 수집 챔버 바닥을 향하는 오목한 표면을 포함할 수 있다. 수집 챔버 편향기는 아래로 향하는 첨두(cusp) 부분을 포함할 수 있다. 첨두 부분은 2개의 수직 측벽 사이에 중심에 위치될 수 있다.
일부 구현예에서, 챔버 편향기는 수집 챔버 편향기의 오목한 표면으로부터 연장되는 분할기 배플을 포함할 수 있다. 분할기 배플은 길이방향 축에 평행한 방향으로 편향기의 하부 에지 넘어까지 연장될 수 있다. 장치는 분리된 가스 및 고체 입자 중 미미한 부분을 수집 챔버에서 가스 배출구 수집기로 배출시키기 위해 수집 챔버의 상부 영역에 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 포함한다. 적어도 하나의 수집 챔버 도관은 수집 챔버 편향기를 통해 하향으로 연장될 수 있다. 각각의 수집 챔버는 측방향 분리 챔버 배출구로부터 하부 스트리핑 베드 영역 내로 연장되는 수집 챔버 외벽을 포함할 수 있다. 각각의 수집 챔버는 수집 챔버 바닥을 포함할 수 있다. 수집 챔버 바닥, 수집 챔버 외벽, 수직 측벽 및 라이저 반응기는 함께 수집 챔버를 정의할 수 있다. 수집 챔버 외벽은 라이저 반응기 주위에서 연속적인 원주방향으로 하부 스트리핑 베드를 향해 연장되는 공통 수집 챔버 외벽일 수 있다. 수집 챔버 외벽은 라이저 반응기를 향하는 경사부 및 경사부 아래의 수직 벽을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 각각의 분리 챔버는 분리 챔버 유입구로부터 하부 스트리핑 베드 영역을 향해 연장되는 분리 챔버 외벽을 추가로 포함할 수 있다. 분리 챔버 외벽 및 수집 챔버 외벽은 길이방향 축에 대해 동일한 수직 위치에서 종단될 수 있다. 수집 챔버 외벽은 분리 챔버 외벽의 직경 이하의 직경을 가질 수 있다. 적어도 하나의 분리 챔버 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치된 분리 챔버 편향기를 포함할 수 있다. 분리 챔버 편향기는 수집 챔버 편향기와 일체로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치된다.
다른 양태에 따르면, 입자 스트림으로 탄화수소 공급물을 분해하기 위해 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자들의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치는 하부 스트리핑 베드 영역 및 상부 2차 분리기 영역을 포함하는 반응 용기를 포함한다. 장치는 반응 용기 내에 라이저 반응기를 포함한다. 라이저 반응기는 길이방향 축을 정의하고, 탄화수소 공급물 및 입자의 스트림을 수용하기 위한 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스들과 고체 입자들의 혼합물을 배출시키기 위한 반대 단부에 있는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구를 포함한다. 장치는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구에 근접하게 정의된 분리 용기를 포함한다. 분리 용기는, 교번하는 방식으로, 길이방향 축을 중심으로 분포된 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함한다. 각각의 분리 챔버는 2개의 수직 측벽을 포함하며, 이 벽은 또한 적어도 하나의 수집 챔버의 인접한 하나의 벽을 포함한다. 분리 챔버는 라이저 반응기와 연통하는 분리 챔버의 상부 영역에 분리 챔버 유입구를 포함한다. 측방향 분리 챔버 배출구는, 분리 챔버로부터 적어도 하나의 수집 챔버 중 인접한 하나까지의 유체 및 입자 연통을 제공하기 위해, 수직 측벽 중 적어도 하나에 정의된다. 각각의 수집 챔버는 측방향 분리 챔버 배출구로부터 하부 스트리핑 베드 영역 내로 연장되는 수집 챔버 외벽을 포함한다.
일부 구현예에서, 수집 챔버 외벽은 라이저 반응기 주위에서 연속적인 원주방향으로 하부 스트리핑 베드를 향해 연장되는 공통 수집 챔버 외벽이다. 수집 챔버 외벽은 전술한 것과 유사할 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구 위에 인접 가스 수집 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기를 포함하는 것으로 고려된다. 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 하부 스트리핑 베드 영역을 향하는 오목한 표면을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 분리 챔버는 2개의 분리 챔버일 수 있다. 적어도 하나의 수집 챔버들 중 하나는 2개의 분리 챔버들 사이에 위치된다. 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 2개의 분리 챔버 중 제1 분리 챔버의 2개의 수직 측벽 중 하나 및 2개의 분리 챔버 중 제2 분리 챔버의 2개의 수직 측벽 중 하나 사이에서 연장될 수 있다. 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 전술한 것과 동일할 수 있다. 수집 챔버 편향기는 전술한 것과 유사한 분할기 배플을 포함할 수 있다. 장치는 전술된 수집 챔버 도관과 유사한 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 분리 챔버 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치된 분리 챔버 편향기를 포함할 수 있다. 분리 챔버 편향기는 수집 챔버 편향기와 일체로 형성될 수 있다.
본 개시의 시스템 및 방법의 이들 및 다른 특징들은 도면과 함께 취해진 바람직한 구현예들의 하기의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 쉽게 명백해질 것이다.
본 발명이 명시된 기술 분야의 숙련자가 과도한 실험 없이 본 개시의 장치를 제조하고 사용하는 방법 및 본 개시의 방법을 쉽게 이해할 수 있도록, 이의 바람직한 구현예들은 특정 도면을 참조하여 본원에서 상세히 기술될 것이며, 여기서:
도 1은 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 개략적인 사시도로서, 교번하는 분리 챔버 및 수집 챔버를 갖는 분리 용기를 나타낸다;
도 2a는 도 1의 장치의 개략적인 측단면도로서, 90도 떨어진 2개의 분리 챔버를 나타낸다;
도 2b는 도 1의 장치의 개략적인 측단면도로서, 분리 챔버로부터의 가스가 배출구 튜브를 통해 빠져나가기 전에 그 밑에서 180° 회전을 만들어야 하는 수집 챔버 편향기를 각각 갖는 2개의 수집 챔버를 나타낸다;
도 3a는 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 90도 떨어진 2개의 분리 챔버를 나타내며, 여기서 각각의 분리 챔버는, 라이저 반응기를 빠져나가고 RTD로 들어오는 가스 및 촉매 입자들에게 매끄러운 180° 회전을 제공하기 위해, 라이저 배출구에 오목한 편향기를 갖는 라이저를 포함한다;
도 3b는 도 3a의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 분리 챔버로부터의 가스가 배출구 튜브를 통해 빠져나가기 전에 그 아래에서 180° 회전을 만들어야 하는 수집 챔버 편향기를 각각 갖는 2개의 수집 챔버를 나타낸다;
도 4a는 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 90도 떨어진 2개의 분리 챔버를 나타내며, 여기서 각각의 분리 챔버는, 라이저 반응기를 빠져나가고 RTD로 들어오는 가스 및 촉매 입자들에게 매끄러운 180° 회전을 제공하기 위해, 라이저 배출구에 오목한 편향기를 갖는 라이저를 포함하고, 스트리핑 촉매 베드, 예를 들어, 분리 챔버 다이플레그에서 종결되는 공통 분리 챔버 외벽을 나타낸다;
도 4b는, 도 4a의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 분리 챔버로부터의 가스가 배출구 튜브를 통해 빠져나가기 전에 그 아래에서 180° 회전을 만들어야 하는 수집 챔버 편향기를 각각 갖는 2개의 수집 챔버를 나타내고, 스트리핑 촉매 베드, 예를 들어, 수집 챔버 다이플레그에서 종결되는 공통 수집 챔버 외벽을 갖는 수집 챔버를 나타내며, 여기서 수집 챔버의 다이플레그는 분리 챔버 다이플레그를 둘러 싼다;
도 5는, 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 개략적인 절개 사시도로서, 교번하는 분리 챔버 및 수집 챔버를 갖는 분리 용기를 나타내며, 이때 수집 챔버 외벽들 중 하나는 반투명하게 도시되어 있고 분리 챔버 외벽 중 하나는 부분적으로 절개되어 도시되어 있다;
도 6은 도 5의 장치의 개략적인 사시도로서, 분리 챔버 편향기로부터 연장되는 수집 챔버 편향기, 및 수집 챔버 편향기 아래에 위치된 분할기 배플을 나타낸다;
도 7은 도 5의 장치의 개략적인 평면도로서, 라이저 반응기로부터 분리 챔버로 그리고 이어서 수집 챔버로의 유체/입자 유동을 나타낸다;
도 8은 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 사시도로서, 중심에 첨두(cusp)를 갖는 수집 챔버 편향기를 나타낸다;
도 9는 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 사시도로서, 가스를 가스 배출구 튜브로 직접 수송하기 위한 수단으로서 수집 챔버 언더플로우 배플을 관통하는 도관을 나타낸다; 그리고
도 10은 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 이는 스트리핑 가스 입구 도관 및 배기 파이프를 포함하는 수집 챔버 외벽을 나타낸다.
도 1은 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 개략적인 사시도로서, 교번하는 분리 챔버 및 수집 챔버를 갖는 분리 용기를 나타낸다;
도 2a는 도 1의 장치의 개략적인 측단면도로서, 90도 떨어진 2개의 분리 챔버를 나타낸다;
도 2b는 도 1의 장치의 개략적인 측단면도로서, 분리 챔버로부터의 가스가 배출구 튜브를 통해 빠져나가기 전에 그 밑에서 180° 회전을 만들어야 하는 수집 챔버 편향기를 각각 갖는 2개의 수집 챔버를 나타낸다;
도 3a는 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 90도 떨어진 2개의 분리 챔버를 나타내며, 여기서 각각의 분리 챔버는, 라이저 반응기를 빠져나가고 RTD로 들어오는 가스 및 촉매 입자들에게 매끄러운 180° 회전을 제공하기 위해, 라이저 배출구에 오목한 편향기를 갖는 라이저를 포함한다;
도 3b는 도 3a의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 분리 챔버로부터의 가스가 배출구 튜브를 통해 빠져나가기 전에 그 아래에서 180° 회전을 만들어야 하는 수집 챔버 편향기를 각각 갖는 2개의 수집 챔버를 나타낸다;
도 4a는 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 90도 떨어진 2개의 분리 챔버를 나타내며, 여기서 각각의 분리 챔버는, 라이저 반응기를 빠져나가고 RTD로 들어오는 가스 및 촉매 입자들에게 매끄러운 180° 회전을 제공하기 위해, 라이저 배출구에 오목한 편향기를 갖는 라이저를 포함하고, 스트리핑 촉매 베드, 예를 들어, 분리 챔버 다이플레그에서 종결되는 공통 분리 챔버 외벽을 나타낸다;
도 4b는, 도 4a의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 분리 챔버로부터의 가스가 배출구 튜브를 통해 빠져나가기 전에 그 아래에서 180° 회전을 만들어야 하는 수집 챔버 편향기를 각각 갖는 2개의 수집 챔버를 나타내고, 스트리핑 촉매 베드, 예를 들어, 수집 챔버 다이플레그에서 종결되는 공통 수집 챔버 외벽을 갖는 수집 챔버를 나타내며, 여기서 수집 챔버의 다이플레그는 분리 챔버 다이플레그를 둘러 싼다;
도 5는, 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 개략적인 절개 사시도로서, 교번하는 분리 챔버 및 수집 챔버를 갖는 분리 용기를 나타내며, 이때 수집 챔버 외벽들 중 하나는 반투명하게 도시되어 있고 분리 챔버 외벽 중 하나는 부분적으로 절개되어 도시되어 있다;
도 6은 도 5의 장치의 개략적인 사시도로서, 분리 챔버 편향기로부터 연장되는 수집 챔버 편향기, 및 수집 챔버 편향기 아래에 위치된 분할기 배플을 나타낸다;
도 7은 도 5의 장치의 개략적인 평면도로서, 라이저 반응기로부터 분리 챔버로 그리고 이어서 수집 챔버로의 유체/입자 유동을 나타낸다;
도 8은 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 사시도로서, 중심에 첨두(cusp)를 갖는 수집 챔버 편향기를 나타낸다;
도 9는 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 사시도로서, 가스를 가스 배출구 튜브로 직접 수송하기 위한 수단으로서 수집 챔버 언더플로우 배플을 관통하는 도관을 나타낸다; 그리고
도 10은 본 개시에 따라 구성된 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 다른 하나의 구현예의 개략적인 측단면도로서, 이는 스트리핑 가스 입구 도관 및 배기 파이프를 포함하는 수집 챔버 외벽을 나타낸다.
이제, 도면을 참조하면 유사한 참조 번호가 본 발명의 유사한 구조적 특징 또는 측면을 식별할 수 있을 것이다. 제한이 아닌 설명 및 예시의 목적으로, 본 발명에 따라 중앙 라이저 반응기로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치의 일 구현예의 부분도가 도 1에 도시되어 있고, 일반적으로 참조 문자 500으로 지정된다. 설명되는 바와 같이, 본 개시 또는 그의 양태에 따른 시스템의 다른 구현예가 도 2 내지 도 11에 제공된다. 본원에 기술된 시스템 및 방법은 분리 용기, 예를 들어 RTD를 제공할 수 있으며, 여기서 가스 수집 챔버는 촉매 베드로 연장되는 다이플레그를 생성함으로써 변경되고/되거나 가스 수집 챔버는 편향기 배플을 포함한다.
도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 탄화수소 공급물을 입자 스트림으로 분해하는 데 사용되는 중앙 라이저 반응기(501)로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(500)는 하부 스트리핑 베드 영역(10) 및 상부 제2 분리기 영역(12)을 포함하는 반응 용기(534)를 포함한다. 라이저 반응기(501)는 반응 용기(534) 내에 중앙에 위치된다. 라이저 반응기(501)는 길이방향 축(A)을 정의하고, 탄화수소 공급물 및 입자 스트림(화살표, 예컨대 유동 화살표(591)로 개략적으로 표시된)을 수용하기 위한 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구(502) 및 반대쪽 단부에 있는 분해된 가스 및 고체 입자의 혼합물을 분리 챔버(508)로 배출하기 위한 적어도 하나의 라이저 반응 배출구(504)를 포함한다. 장치(500)는 라이저 반응기 배출구(504)에 근접하게 정의된 분리 용기(506)를 포함한다. 분리 용기(506)는, 교번하는 방식으로, 길이방향 축(A)을 중심으로 분포된 분리 챔버(508) 및 수집 챔버(510)를 포함한다. 장치(500)는 복수의 분리 챔버 외벽(519)(도 1에 반투명하게 도시됨)을 포함하며, 각각은 분리 챔버(508) 상부 영역(516)의 각각의 분리 챔버 유입구(514)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(10)으로 연장된다. 각각의 분리 챔버(508)는 그 자체의 분리 챔버 외벽(519)(도 1에 반투명하게 도시됨)을 포함한다. 장치(500)는 각각의 수집 챔버(510)가 측방향 분리 챔버 배출구(518)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(10)을 향해 그리고 그로 연장되는 수집 챔버 외벽(524)(도 1에 반투명하게 도시됨)을 포함한다. 분리 챔버 다이플레그 영역(509) 및 수집 챔버 다이플레그 영역(531)을 형성하는 벽(각각 524 및 519)은 하부 스트리핑 베드 영역(10) 아래까지 들어간다.
도 1 내지 도 2b를 계속 참조하면, 각각의 수집 챔버 외벽(524)은, 경사부(528)를 포함하며, 이는 경사부(528) 아래의 라이저 반응기(501) 및 실질적으로 수직한 벽(530), 예컨대, 다이플레그를 향해 수렴한다. 각각의 수직 벽(530)은 각각의 수집 챔버(510) 대해 별개의 다이플레그 영역(531)을 형성한다. 수집 챔버 외벽(524)의 실질적으로 수직인 벽(530)은 하부 스트리핑 베드 영역(10)에서 종단된다. 각각의 분리 챔버 외벽(519) 및 수집 챔버 외벽(524)의 수직 벽(530)은 길이방향 축(A)에 대해 동일한 수직 위치에서 종단된다. 수집 챔버 외벽(524)은 분리 챔버 외벽(519)보다 동일하거나 더 작은 직경을 갖는다. 수집 챔버 외벽(524)의 수직 벽(530)은 하부 스트리핑 베드 영역(10) 아래로 잠기기 때문에, 장치(500)는 스트리핑 가스 및 혼입된 탄화수소가 반응기로부터 가스 배출구 튜브(546)로 빠져나가도록 유동 경로를 제공하는 개방 슬립 유닛 벤트(548)을 포함한다. 다이플레그(예를 들어, 촉매 베드 내로 연장되는 수집 챔버 외벽(524) 및 분리 챔버 외벽(519)의 수직 벽 부분)는 모든 탄화수소가 RTD와 함께 포함되는 것과 반응기로의 탄화수소 증기가 누출되지 않는 것을 보장하는데, 이는 최대한의 가스 격납 및 잠재적 반응기 코킹 가능성을 없애게 된다.
도 2a 및 도 2b를 계속 참조하면, 각각의 분리 챔버(508)는 2개의 실질적으로 수직인 측벽(512)을 포함하는데 이는 또한 인접한 수집 챔버(510)의 벽을 포함한다. 이들 중 2개가 도 2a에 나타나 있는, 분리 챔버(508)는 라이저 반응기(501)와 연통하는 분리 챔버(508)의 상부 영역(516) 내에 분리 챔버 유입구(514)를 포함한다. 라이저(501)로부터의 가스/미립자(유동 화살표(591)로 개략적으로 도시됨)는 라이저 반응기(501)로부터 초기 90° 회전(예컨대, 축(A)으로부터 90°), 이어서 분리 챔버 편향기(527) 주위에서 또 다른 90° 회전을 취한다. 가스 및 혼입된 촉매(유동 화살표(591a)에 의해 개략적으로 도시됨)는 그런 다음 분리 챔버 편향기(527) 아래에서 또 다른 180° 회전을 취하는 반면, 촉매 입자(유동 영역(591b)으로 개략적으로 표시됨)는 가스로부터 분리되어 촉매 베드(10)로 떨어진다. 장치(500)는, 측방향 분리 챔버(508)로부터 인접 수집 챔버(510)로의 유체 및 입자 연통을 제공하기 위해, 수직 측벽(512) 각각에 정의된 측방향 분리 챔버 배출구(518)를 포함한다. 장치(500)는 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구(518) 위에, 가스 수집 챔버(510)에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기(520)를 포함한다. 각각의 수집 챔버 편향기(520)는 2개의 수직 측벽(512) 사이에서 연장된다(도 4의 편향기(120)와 유사한 방식으로). 수집 챔버 편향기(520)는 가스 촉매 분리를 추가로 증가시키는 작용을 하고, 라이저 탄화수소 증기 및 혼입된 촉매가 기체 배출구 튜브로 향하는 RTD 배출구(525)로 직접 통하지 않도록 보장한다. 스트리핑 촉매 베드(10) 내로 잠기는 가스 수집 챔버 다이플레그(530)는 라이저 탄화수소 증기가 반응기로 개방된 가스 수집 챔버 배출구(523)를 통해 빠져나갈 수 없다는 것을 보장한다. 수집 챔버 다이플레그(530)는 또한 사이클론 다이플레그(515)로부터 복귀하는 미분이 가스 수집 챔버 배출구(525)를 통해 직접적으로 재 혼입될 수 없다는 것을 보장한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수집 챔버 편향기(520)는 각각의 가스 수집 챔버(510) 내에서 다른 하나의 분리 단계를 추가하도록 작용한다. 현재의 RTD는 가스-고체 스트림이 분리 챔버 배출구(518)로부터, RTD를 사이클론 유입구에 연결하는 주 배출구 덕팅으로 직접 유동할 가능성을 갖는다. 본 개시의 구현예에서, 편향기(520)는, 분리 챔버(508)에 사용되는 분리 챔버 편향기(527)와 유사하게, 유동 화살표(537)에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, 측방향 분리 챔버 배출구(518)로부터 들어오는 가스를 또 다른 180° 회전을 하도록, 즉 유동의 방향을 바꾸도록, 강제한다. 가스 및 촉매의 차등 운동량은 추가 분리 및 사이클론에 대한 더 낮은 부하로 나타날 것이다. 이는 전체적인 시스템 분리 효율을 개선하는 경향이 있다. 도 2a 및 도 2b의 구현예에서, 수집 챔버 편향기(520) 및 편향기(527)는 동일한 수직 위치에서 종단된다. 편향기(520)의 오목한 표면(526)은 스트리핑 베드(10)를 향한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 중앙 라이저 반응기(601)로부터 유입되는 입자들의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(600)의 다른 하나의 구현예가 도시되어 있다. 이들 중 2개가 도 3a에 도시되어 있는 분리 챔버(608), 각각은 라이저 반응기(601)와 연통하는 분리 챔버(608)의 상부 영역(616)에 있는 분리 챔버 유입구(614)를 포함한다. 라이저(601)로부터 온 가스/미립자(유동 화살표(691)로 개략적으로 도시됨)는 라이저 반응기(601)로부터 초기 90° 회전을 하고 이어서 분리 챔버 편향기(627) 주위에서 또 다른 90° 회전을 하며, 가스 및 동반 유입된 촉매(유동 화살표(691a)로 개략적으로 도시됨)는 그런 다음 분리 챔버 편향기(627) 아래에서 180° 회전을 한다. 반면 촉매 입자(유동 화살표 (691b)로 개략적으로 나타냄)는 가스로부터 분리되어 촉매 베드(10)로 떨어진다. 장치(600)는, 각각의 수집 챔버(610)의 수집 챔버 외벽(624)이 측방향 분리 챔버 배출구(618)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(10)을 향해 그리고 그 내부까지 연장되기 때문에, 장치(500)와 유사하다. 수집 챔버 외벽(624)은 하부 스트리핑 베드 영역(10)안으로 잠겨지기 때문에, 장치(600)는, 스트리핑 가스 및 혼입된 탄화수소가 반응기로부터 가스 배출구 튜브(646)로 빠져나가도록 유동 경로를 제공하기 위한, 개방 슬립 유닛 벤트(648)를 포함한다. 장치(600)는 라이저(601)가 라이저 배출구(604)에 포물선형 오목한 콘 형태의 편향기(653)를 포함한다는 점에서 장치(500)와 상이하다. 여기서 편향기(653)의 정점은 라이저 유입구(602)를 향해 하향으로 향한다. 장치(600)는 또한 분리 챔버(608) 내에 배플(607)을 포함한다. 배플(607)은 예를 들어 라이저 반응기(601) 주위에 위치된 환형 세그먼트일 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 중앙 라이저 반응기(701)로부터 들어가는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(700)의 다른 구현예가 도시되어 있다. 장치(700)는, 수집 챔버 외벽(724)이, 라이저 반응기(701)를 향해 수렴하는 경사부(728) 및 경사부(728) 아래에 공통 다이플레그 영역(731)을 형성하는 실질적으로 수직인 원통형 벽(730)을 포함한다는 것을 제외하고는, 장치(600)와 유사하다. 경사부(728) 아래의 실질적으로 수직인 원통형 벽(730), 또는 스커트는, 각각의 수집 챔버(710) 대한 스트리핑 가스 출구 윈도우(750) 모두가 공동 다이플레그 영역(731)과 유체 연통하도록, 라이저 반응기(701) 주위에 환형 공통 다이플레그 영역(731)을 형성하는 연속 실린더이다. 실질적으로 수직인 벽(730)은 하부 스트리핑 베드 영역(10)을 향해 그리고 그 내부로 연장된다. 라이저(701)로부터 온 가스/미립자(유동 화살표(791)로 개략적으로 도시됨)는, 라이저 반응기(701)로부터 초기 90° 회전을 하고 이어서 분리 챔버 편향기(727) 주위에서 또 다른 90° 회전을 하며, 가스 및 동반 유입된 촉매(유동 화살표(791a)로 개략적으로 도시됨)는 그런 다음 분리 챔버 편향기(727) 아래에서 180° 회전을 한다. 반면 촉매 입자(유동 화살표 (791b)로 개략적으로 나타냄)는 가스로부터 분리되어 촉매 베드(10)로 떨어진다. 장치(700)는, 외벽(124) 및 그와 등가인 경사부가 각각의 출구 윈도우(150) 위에서 중지되는 것과 같이, 각각의 출구 윈도우(750) 위에서 중지되는 외벽(724)을 갖는 대신에, 단일 원통형 벽(730)이 각각의 경사부(728)의 하부 에지에서 시작하고 촉매 베드 내로 하향으로 연장되는 것을 제외하고는, 후술되는 바와 같이, 장치(100)와 유사하다.
도 4a 및 도 4b를 계속 참조하면, 장치(700)는, 측방향 분리 챔버 배출구(718)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(10)를 향해 그리고 그로 연장되는, 분리 챔버 외벽(719)을 포함한다. 분리 챔버 외벽(719)은, 분리 챔버 다이플레그 영역(709)이 길이방향 축(A)을 중심으로 연속적으로 원주방향으로 연장되도록 하는, 각각의 분리 챔버(708)에 대한 공통 분리 챔버 외벽(719)이다. 수집 챔버 외벽(724)은 분리 챔버 외벽(719)과 동심이다. 실질적으로 수직인 벽(730)은, 분리 챔버 다이플레그 영역(709)을 정의하는, 분리 챔버 외벽(719)의 하부(719a) 직경(D2)보다 더 큰 직경(D1)을 갖는다. 장치(700)는, 수집 챔버(710)가 수직 벽(730)을 통해 저부에 밀폐되어 있어서, 반응기로부터의 스트리핑 가스 및 증기가 가스 배출구 튜브(746)로 빠져나가도록 유동 경로를 제공하기 위한 개방 슬립 유닛 벤트(748)를 포함한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 입자 스트림으로 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 중앙 라이저 반응기(101)로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(100)는 하부 스트리핑 베드 영역(10) 및 상부 2차 분리기 영역(12)을 포함하는 반응 용기(134)를 포함한다. 라이저 반응기(101)는 반응 용기(134) 내에 위치된다. 라이저 반응기(101)는 길이방향 축(A)을 정의하고, 탄화수소 공급물 및 입자의 스트림을 수용하기 위한 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구(102) 및 분해된 가스들과 고체 입자들의 혼합물을 배출시키기 위한 반대쪽 단부에 있는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구(104)를 포함한다. 장치(100)는 라이저 반응기 배출구(104)에 근접하게 정의된 분리 용기(106)를 포함한다. 분리 용기(106)는, 교번하는 방식으로, 길이방향 축(A)을 중심으로 분포된 분리 챔버(108) 및 수집 챔버(110)를 포함한다.
도 5 내지 도 7을 계속 참조하면, 각각의 분리 챔버(108)는 2개의 실질적으로 수직인 측벽(112)을 포함하며, 이 벽은 또한 인접 수집 챔버(110)의 벽을 포함한다. 분리 챔버(108)은 라이저 반응기(101)과 연통하는 분리 챔버(108)의 상부 영역(116) 내에 분리 챔버 유입구(114)를 포함한다. 각각의 분리 챔버(108)는 촉매 베드(10) 내로 하향으로 연장되는 분리 챔버 외벽(119)을 포함한다. 분리 챔버 외벽(119)은 분리 챔버들(108) 각각에 대해 공통 다이플레그 영역(109)을 형성하는 수직으로 연장되는 스커트(173)를 포함한다. 공통 다이플레그 영역(109)은 분리 챔버들(108) 각각과 유체 연통한다. 분리 챔버 다이플레그 영역(109)은 길이방향 축(A)을 중심으로 연속적으로 원주방향으로 연장된다. 측방향 분리 챔버 배출구(118)는 수직 측벽(112)의 각각에 정의되어, 측방향 분리 챔버(108)로부터 인접한 수집 챔버(110)까지의 유체 및 입자 연통을 제공한다. 장치(100)는, 적어도 부분적으로 측방향 분리 챔버 배출구(118) 위에 있는 가스 수집 챔버(110) 내에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기(120)를 포함한다. 각각의 수집 챔버 편향기(120)는 2개의 수직 측벽(112) 사이에서 연장된다. 수집 챔버 편향기(120)는 가스 촉매 분리를 추가로 증가시키도록 작용하고 라이저 탄화수소 증기가 가스 수집 챔버 배출구(125)로 직접 통하지 않도록 보장한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 수집 챔버 편향기(120)는 각각의 가스 수집 챔버(110) 내에 다른 분리 단계를 추가하도록 작용한다. 분리 챔버는 일반적으로 분리 챔버 편향기(27)로 지칭되는 편향기, "굽어진 판"(27)을 포함한다. 측방향 분리 챔버 배출구(118)는 분리 챔버 편향기(27) 아래에 있으며, 각각의 단부 상의 하나는 가스 수집 챔버(110)에 연결된다. 분리 챔버 편향기(27) 및 수집 챔버 편향기(120)는, 편향기(27) 및 수집 챔버 편향기(120)가 라이저(101) 주위에 환형부를 형성하도록, 서로 연결되거나, 일체로 형성되거나, 등이다. 분리 챔버 편향기(27)의 수집 챔버(110)로의 이러한 연장은 수집 챔버 편향기(120)로서 가스 및 촉매 입자가 추가 회전을 하게 하여 가스 수집 챔버내에서 가스 입자의 분리를 촉진한다. 현재의 RTD는 가스-고체 스트림이 분리 챔버 배출구(118)로부터, RTD를 사이클론 유입구에 연결하는 주 배출구 덕팅으로 직접 유동할 가능성을 갖는다. 본 개시의 구현예에서, 편향기(120)는, 분리 챔버(108)에 사용되는 분리 챔버 편향기(27)와 유사하게, 유동 화살표(137)에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, 측방향 분리 챔버 배출구(118)로부터 들어오는 가스를 또 다른 180° 회전하도록, 즉 유동의 방향을 바꾸도록, 강제한다. 가스 및 촉매의 차등 운동량은 추가 분리 및 사이클론에 대한 더 낮은 부하로 나타날 것이다. 이는 전체적인 시스템 분리 효율을 개선하는 경향이 있다. 챔버 편향기(120)는 수집 챔버 편향기를 위해 오목한 표면(126)으로부터 연장되는 분할기 배플(136)을 포함할 수 있다. 도 5 내지 도 7의 구현예에서, 분할기 배플(136)은 길이방향 축(A)에 평행한 방향으로 편향기(120)의 하부 에지(138) 넘어까지 연장되지 않는다. 당업자는 배플(136)은 또한 하부 에지(138)아래의 수직 위치로 연장될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
도 5 내지 도 7을 계속 참조하면, 장치(100)의 구현예는, 외벽(724) 및 그로부터 연장되는 그의 원통형 벽(730)처럼, 수집 챔버 외벽(124)이 촉매 베드(10) 내로 하향으로 연장되는 대신에, 수집 챔버 외벽(124)이 촉매 베드(10) 전에 정지된다는 점에서, 장치(700)의 구현예와는 상이하다. 도 5의 전방을 향하는 수집 챔버 외벽(124)은 편향기(120)가 쉽게 보일 수 있도록 반투명하게 도시되어 있다. 장치(100)에서, 각각의 수집 챔버(110)는, 수집 챔버 외벽(124), 수직 측벽(112) 및 중앙 라이저 반응기(101)와 함께 수집 챔버(110)를 정의하는 수집 챔버 바닥(122)을 포함한다. 스트리핑 가스 출구 윈도우(150), 예컨대 수집 챔버 윈도우는 수집 챔버 외벽(124) 및 챔버 바닥(122) 사이에 제공되어, 스트리핑 가스 및 혼입된 탄화수소가 반응기 스트리퍼 섹션으로부터 가스 수집 챔버(110)로, 이어서 챔버 배출구(125)로 빠져나가게 한다. 편향기(120)의 오목한 표면(126)은 수집 챔버 바닥(122) 향한다. 수집 챔버 편향기(120)는 연장된 벽(142)과 함께 도시 되지만(분리 챔버(108)의 분리 챔버 편향기(27)와 비교하여), 당업자는 벽(142)에 대한 다양한 길이가 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 중앙 라이저 반응기(201)로부터 유입되는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(200)의 다른 구현예가 도시된다. 장치(200)는 도시된 바와 같이 장치(200)가 수집 챔버 편향기(220)의 다른 구현예를 포함하는 것을 제외하고는 장치(100)와 동일하다. 수집 챔버 편향기(220)는, 개방되어 있거나 분할기 배플을 포함하는 대신에 수집 챔버 편향기(220)가 2개의 편향기 부분들(220a 및 220b)의 교차점에 있는 아래로 향하는 첨두(cusp) 부분(221)을 포함하는 것을 제외하고는 수집 챔버 편향기(120)와 동일하다. 첨두 부분(221)은 2개의 수직 측벽(212) 사이의 중심에 위치된다. 각각의 편향기 부분(220a 및 220b)은 도 8에서 유동 화살표(242)에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, 분리 챔버로부터 들어오는 가스-고체 유체에 대해 그 자신의 독립적인 반회전을 제공한다. 각각의 편향기 부분들(220a 및 220b)의 아래로 경사진 형상은 분할기, 예컨대 분할기(136)가 필요하지 않도록 만든다.
이제 도 9를 참조하면, 중앙 라이저 반응기(801)로부터 들어오는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(800)의 다른 구현예가 도시된다. 장치(800)는, 장치(800)가 수집 챔버(810)로부터의 분해된 가스 및 고체 입자의 미미한 부분을 가스 배출구 튜브(146, 도 4에 도시됨)로 배출하기 위해, 각각의 수집 챔버(810) 상부 영역(843) 내에 수집 챔버 도관(844)을 포함하는 것을 제외하고는 장치(100)와 유사하다. 각각의 수집 챔버 도관(844)은, 수집 챔버 편향기(120)와 유사한, 수집 챔버 편향기(820)를 통해 하향으로 연장된다. 수집 챔버 외벽(824) 및 분리 챔버 외벽(819)은 수집 챔버(810) 및 분리 챔버(808)의 내부를 보여주기 위해 부분적으로 제거된 것으로 도시되어 있다. 수집 챔버(810)는 도 5의 수집 챔버(110)와 유사하다. 각각의 수집 챔버는 스트리핑 가스 출구 윈도우(150)와 유사한 각자의 스트리핑 가스 출구 윈도우(850)를 포함한다. 분리 챔버(808)는 공통 다이플레그 영역(109)과 유사한 공통 다이플레그 영역을 포함한다.
이제 도 10을 참조하면, 중앙 라이저 반응기(401)로부터 들어오는 입자의 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치(400)의 다른 구현예가 도시된다. 장치(400)는 일반적으로 장치(500)와 동일하다. 장치(400)는 복수의 분리 챔버(408)와 수집 챔버(410)를 포함한다. 각각의 수집 챔버(410)의 수집 챔버 외벽(424)은 측방향 분리 챔버 배출구(418)로부터 하부 스트리핑 베드 영역(10), 예컨대 촉매 베드를 향해 연장되고, 촉매 베드(10)내로 잠기게 된다. 장치(400)는, 스트리퍼 가스가 하나 이상의 사이클론으로 나가는 가스 배출구 튜브(446)를 통해 반응기 장치(400)를 빠져나가도록, 외벽(424)를 통한 추가적인 유동 경로를 제공하기 위해 구성되고 적응된 스트리핑 가스 도관(417)을 포함한다.
전술되고 도면에 도시된 바와 같이, 본 개시의 방법 및 시스템은 촉매로부터 가스를 추가로 분리하기 위해 가스 수집 챔버를 이용함으로써 가스 촉매 분리를 증가시키는 것을 제공한다. 본 개시의 장치 및 방법이 바람직한 구현예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 개시 내용의 범주를 벗어나지 않으면서 그에 대해 변경 및/또는 수정이 이루어질 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
Claims (37)
- 입자 스트림으로 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 상기 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
하부 스트리핑 베드 영역 및 상부 2차 분리기 영역을 포함하는 반응 용기;
상기 반응 용기 내의 라이저 반응기로서, 상기 라이저 반응기는 길이방향 축을 정의하고, 상기 탄화수소 공급물 및 상기 입자 스트림을 수용하기 위한 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스들과 고체 입자들의 혼합물을 배출시키기 위한 반대쪽 단부에 있는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구를 포함하는, 상기 라이저 반응기;
상기 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구에 근접하게 정의된 분리 용기를 포함하며, 상기 분리 용기는:
교번하는 방식으로, 상기 길이방향 축을 중심으로 분포된 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함하되, 각각의 분리 챔버는 2개의 수직 측벽을 포함하며, 이 벽은 또한 상기 적어도 하나의 수집 챔버의 인접한 하나의 벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 분리 챔버는 상기 라이저 반응기와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역에 있는 분리 챔버 유입구를 포함하고, 측방향 분리 챔버 배출구는 상기 수직 측벽 중 적어도 하나에 정의되어 상기 측방향 분리 챔버로부터 상기 적어도 하나의 수집 챔버 중 인접한 하나로의 유체 및 입자 연통을 제공하는, 상기 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버; 및
상기 적어도 하나의 수집 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기를 포함하는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분리 챔버는 2개의 분리 챔버, 그 사이에 상기 적어도 하나의 수집 챔버 중 하나를 갖는 분리 챔버를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 상기 2개의 분리 챔버 중 제1 분리 챔버의 2개의 수직 측벽 중 하나와 상기 2개의 분리 챔버 중 제2 분리 챔버의 2개의 수직 측벽 중 하나 사이에서 연장되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 각각의 수집 챔버는, 상기 하부 스트리핑 베드 영역에 근접한 적어도 하나의 스트리핑 가스 주입기로부터의 스트리핑 가스가 상기 수집 챔버로 들어가도록 하는 스트리핑 가스 출입 윈도우를 포함하는, 수집 챔버 외벽을 포함하는, 장치.
- 제3항에 있어서, 각각의 수집 챔버는, 상기 수집 챔버 외벽, 상기 수직 측벽 및 상기 중앙 라이저 반응기와 함께 상기 수집 챔버를 정의하는, 수집 챔버 바닥을 포함하는, 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 상기 수집 챔버 바닥을 향하는 오목한 표면을 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 아래로 향하는 첨두 부분을 포함하는, 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 첨두 부분은 2개의 상기 수직 측벽 사이에서 중심에 위치되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 수집 챔버 편향기는 상기 수집 챔버 편향기의 오목한 표면으로부터 연장되는 분할기 배플을 포함하는, 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 분할기 배플은 상기 길이방향 축에 평행한 방향으로 상기 편향기의 하부 에지를 지나 연장되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리된 가스 및 상기 고체 입자 중 미미한 부분을 상기 수집 챔버에서 가스 배출구 수집기로 배출시키기 위해 상기 수집 챔버의 상부 영역에 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 추가로 포함하는, 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 도관은 상기 수집 챔버 편향기를 통해 하향으로 연장되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 각각의 수집 챔버는 상기 측방향 분리 챔버 배출구로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역 내로 연장되는 수집 챔버 외벽을 포함하는, 장치.
- 제12항에 있어서, 각각의 수집 챔버는 수집 챔버 바닥을 포함하되, 상기 수집 챔버 바닥, 상기 수집 챔버 외벽, 상기 수직 측벽 및 상기 중앙 라이저 반응기는 함께 상기 수집 챔버를 정의하는, 장치.
- 제12항에 있어서, 각각의 수집 챔버 외벽은, 상기 라이저 반응기 주위에서 연속적인 원주방향으로 상기 하부 스트리핑 베드 내로 연장되는, 단일 공통 다이플레그를 형성하도록 연장되는, 장치.
- 제12항에 있어서, 각각의 수집 챔버 외벽은 상기 하부 스트리핑 베드 내로 연장되는 각자의 다이플레그를 형성하도록 연장되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 각각의 수집 챔버는 공통 수집 챔버 바닥에 의해 둘러싸이고, 상기 수집 챔버 바닥, 상기 수집 챔버 외벽, 상기 수직 측벽 및 상기 중앙 라이저 반응기가 함께 상기 수집 챔버를 정의하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분리 챔버 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 상기 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치된 분리 챔버 편향기를 추가로 포함하는, 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 분리 챔버 편향기는 상기 수집 챔버 편향기와 일체로 형성되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 적어도 부분적으로 상기 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 라이저 반응기는 상기 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구에 포물선형 오목한 콘 형상의 라이저 편향기를 포함하는, 장치.
- 입자 스트림으로 탄화수소 공급물을 분해하는 데 사용되는 라이저 반응기로부터 유입되는 상기 입자 스트림으로부터 가스 혼합물을 분리하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
하부 스트리핑 베드 영역 및 상부 2차 분리기 영역을 포함하는 반응 용기;
상기 반응 용기 내의 라이저 반응기로서, 상기 라이저 반응기는 길이방향 축을 정의하고, 상기 탄화수소 공급물 및 상기 입자 스트림을 수용하기 위한 하나의 단부에 있는 라이저 반응기 유입구 및 분해된 가스들과 고체 입자들의 혼합물을 배출시키기 위한 반대쪽 단부에 있는 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구를 포함하는, 상기 라이저 반응기;
상기 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구에 근접하게 정의된 분리 용기로서, 상기 분리 용기는, 교번하는 방식으로, 상기 길이방향 축을 중심으로 분포된 적어도 하나의 분리 챔버 및 적어도 하나의 수집 챔버를 포함하되, 각각의 분리 챔버는 2개의 수직 측벽을 포함하며, 이 벽은 또한 상기 인접 수집 챔버의 벽을 포함하고, 상기 분리 챔버는 상기 라이저 반응기와 연통하는 상기 분리 챔버의 상부 영역에 분리 챔버 유입구를 포함하는, 상기 분리 용기; 및
상기 분리 챔버로부터 상기 적어도 하나의 수집 챔버 중 인접한 하나까지 유체 및 입자 연통을 제공하기 위해 상기 수직 측벽 중 적어도 하나에 정의되는 측방향 분리 챔버 배출구로서, 각각의 수집 챔버는 상기 측방향 분리 챔버 배출구로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역 내로 연장되는 수집 챔버 외벽을 포함하고, 각각의 분리 챔버는 상기 분리 챔버 유입구로부터 상기 하부 스트리핑 베드 영역 내로 연장되는 분리 챔버 외벽을 추가로 포함하는, 상기 측방향 분리 챔버 배출구를 포함하는, 장치. - 제21항에 있어서, 상기 수집 챔버 외벽은 상기 라이저 반응기 주위에서 연속적인 원주방향으로 상기 하부 스트리핑 베드를 향해 연장되는 공통 수집 챔버 외벽인, 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 수집 챔버 외벽은 상기 라이저 반응기를 향한 경사부 및 상기 경사부 아래의 수직 벽을 포함하는, 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 수집 챔버 외벽은 상기 분리 챔버 외벽의 직경 이하의 직경을 갖는, 장치.
- 제21항에 있어서, 적어도 부분적으로 상기 측방향 분리 챔버 배출구 위에, 상기 인접 가스 수집 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 수집 챔버 편향기를 추가로 포함하는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 적어도 부분적으로 상기 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치되는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 상기 하부 스트리핑 베드 영역을 향하는 오목한 표면을 포함하는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분리 챔버는 2개의 분리 챔버이고, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 상기 2개의 분리 챔버 중 제1 분리 챔버의 상기 2개의 수직 측벽 중 하나와 상기 2개의 분리 챔버 중 제2 분리 챔버의 상기 2개의 수직 측벽 중 하나 사이에서 연장되는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 편향기는 아래로 향하는 첨두 부분을 포함하는, 장치.
- 제29항에 있어서, 상기 첨두 부분은 상기 2개의 수직 측벽 사이에서 중심에 위치되는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 수집 챔버 편향기는 상기 수집 챔버 편향기를 위한 오목한 표면으로부터 연장되는 분할기 배플을 포함하는, 장치.
- 제31항에 있어서, 상기 분할기 배플은 상기 길이방향 축에 평행한 방향으로 상기 편향기의 하부 에지를 지나 연장되는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 분리된 가스 및 상기 고체 입자 중 미미한 부분을 상기 수집 챔버에서 가스 배출구 수집기로 배출시키기 위해 상기 수집 챔버의 상부 영역에 적어도 하나의 수집 챔버 도관을 추가로 포함하는, 장치.
- 제33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수집 챔버 도관은 상기 수집 챔버 편향기를 통해 하향으로 연장되는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분리 챔버 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 상기 측방향 분리 챔버 배출구 위에 위치된 분리 챔버 편향기를 추가로 포함하는, 장치.
- 제35항에 있어서, 상기 분리 챔버 편향기는 상기 수집 챔버 편향기와 일체로 형성되는, 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 라이저 반응기는 상기 적어도 하나의 라이저 반응기 배출구에 포물선형 오목한 콘 형상의 라이저 편향기를 포함하는, 장치.
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