KR20240070658A - 올레핀의 제조 시스템 및 방법 - Google Patents

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매튜 티. 프레츠
페르민 알레한드로 산도발
모한 브이. 풍가누르
아담 엠. 맥닐리
야코부스 클로스
아닐 브이. 사카레
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

올레핀의 제조 방법은 미립자 고체와 탄화수소 공급물 스트림의 접촉이 탄화수소 공급물 스트림을 반응시켜 생성물 스트림을 형성하는 미립자 고체와 탄화수소 공급물 스트림을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 생성물 스트림으로부터 미립자 고체를 분리하는 단계 및 생성물 스트림 및 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 공급물 스트림 예열기에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 공급물 스트림 예열기는 쉘, 쉘을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브, 쉘 측 주입구, 쉘 측 배출구, 튜브 측 주입구, 튜브 측 배출구, 주입구 튜브 시트, 및 배출구 튜브 시트를 포함하는 쉘과 튜브 열 교환기를 포함할 수 있다. 배출구 튜브 시트는 팽창 조인트에 의해 쉘에 연결될 수 있다.

Description

올레핀의 제조 시스템 및 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2021년 10월 5일자에 출원된, "올레핀의 제조 시스템 및 방법"으로 명칭된 미국 출원 제63/252,212호의 이익과 우선권을 주장하고, 이의 전문은 본 개시내용에 참조로 포함된다.
기술분야
본원에서 설명된 실시형태는 일반적으로 화학적 가공에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 열 전달을 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.
경질 올레핀은 다양한 유형의 상품 및 물질을 생산하기 위한 기본 물질로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌은 폴리에틸렌, 에틸렌 클로라이드 또는 에틸렌 옥시드를 제조하는 데 이용될 수 있다. 상기 생성물은 제품 포장, 건축, 텍스타일 등에서 이용될 수 있다. 따라서, 에틸렌, 프로필렌 및 부텐과 같은 경질 올레핀에 대한 산업적 수요가 존재한다. 경질 올레핀은 원유 정제 작업으로부터의 생성물 스트림일 수 있는 소정의 화학 공급물 스트림에 따라 상이한 반응 공정에 의해 제조될 수 있다. 다수의 경질 올레핀은 고체 미립자 촉매와 같은 미립자 고체를 이용하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
올레핀을 제조하기 위한 탄화수소 공급물의 가공을 위한 일부 반응기 시스템은 반응기에 도입되기 전 탄화수소 공급물을 가열하는 데 사용된 열 교환기를 포함한다. 열 교환기는 생성물 스트림으로부터의 열을 탄화수소 공급원료로 다시 전달할 수 있다. 그러나, 유의한 온도 차이는 상기 구성요소의 불균일한 열 팽창으로 인해 열 교환기의 구성요소 사이에 응력을 발생시킬 수 있다. 추가적으로, 종래의 열 교환기의 구조는 열 교환기를 통과하는 유체의 바람직하지 않은 압력 강하를 초래할 수 있다. 이에 따라, 생성물 스트림으로부터의 열을 탄화수소 공급원료로 전달하기 위한 개선된 방법 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본원에 개시된 것은 이전의 설계로 확인된 문제점을 다룰 수 있는 올레핀의 제조 방법 및 시스템이다. 하나 이상의 실시형태에서, 올레핀 제조를 위한 방법과 시스템은 생성물 스트림으로부터 열을 탄화수소 공급원료로 전달하기 위한 쉘과 튜브 열 교환기를 포함할 수 있다. 본원에 개시된 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기는 열 교환기와 다른 시스템 구성요소에 가해진 열 응력을 감소시키고 열 전달을 증가시키기 위한 다른 특징 중에서도 하나 이상의 팽창 조인트, 내화성 물질, 및 향상된 표면적을 갖는 튜브를 포함할 수 있다.
본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따르면, 올레핀의 제조 방법은 반응 용기에서 미립자 고체와 탄화수소 공급물 스트림의 접촉이 탄화수소 공급물 스트림을 반응시켜 생성물 스트림을 형성하는 미립자 고체와 탄화수소 공급물 스트림을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 미립자 고체 분리 섹션 내 하우징된 기체/고체 분리 장치에서 생성물 스트림으로부터 미립자 고체를 분리하는 단계 및 생성물 스트림의 적어도 일부 및 탄화수소 공급물 스트림의 일부를 공급물 스트림 예열기에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 공급물 스트림 예열기는 쉘, 쉘을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브, 쉘 측 주입구, 쉘 측 배출구, 튜브 측 주입구, 튜브 측 배출구, 주입구 튜브 시트, 및 배출구 튜브 시트를 포함하는 쉘과 튜브 열 교환기를 포함할 수 있다. 배출구 튜브 시트는 팽창 조인트에 의해 쉘에 연결될 수 있다.
본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따르면, 미립자 고체의 재생 방법은 산소 함유 기체의 존재 하에서, 미립자 고체 처리 용기에서 미립자 고체를 재생하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 미립자 고체의 재생은 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 미립자 고체를 산소 함유 기체와 접촉시킴으로써 산화시키는 단계; 미립자 고체 상에 존재하는 코크를 연소시키는 단계; 또는 보충 연료를 연소시켜 미립자 고체를 가열하는 단계. 방법은 기체/고체 분리 장치의 연도 기체로부터 미립자 고체를 분리하는 단계; 및 연도 기체의 적어도 일부와 산소 함유 기체의 적어도 일부를 기체 예열기에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 기체 예열기는 쉘, 쉘을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브, 쉘 측 주입구, 쉘 측 배출구, 튜브 측 주입구, 튜브 측 배출구, 주입구 튜브 시트, 및 배출구 튜브 시트를 포함하는 쉘과 튜브 열 교환기를 포함할 수 있다. 배출구 튜브 시트는 팽창 조인트에 의해 쉘에 연결될 수 있다.
전술된 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 개시된 기술의 추가적인 특성 및 이점은 하기 상세한 설명에서 제시될 것이며, 일부는 이러한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백할 것이거나 하기 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하는 본원에 기재된 바와 같은 기술을 실시함으로써 인식될 것이다.
본 발명의 특정 실시형태에 대한 다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 섹션 및 재생기(regenerator) 섹션을 포함하는 반응기 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 2는 본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따른 반응 용기 및 외부 라이저 세그먼트를 개략적으로 도시하고;
도 3은 본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따른 미립자 고체 분리 섹션을 개략적으로 도시하고;
도 4는 본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따른 쉘과 튜브 열 교환기를 도시한다.
도면은 본질적으로 개략적이며, 당업계에서 일반적으로 이용된 유체 촉매 반응기 시스템의 일부 구성성분, 예컨대 비제한적으로 온도 전송기, 압력 전송기, 유량계, 펌프, 밸브 등을 포함하지 않은 것임을 이해해야 한다. 이러한 구성성분은 개시된 본 실시형태의 사상 및 범주 내에 있는 것을 인식할 것이다. 그러나, 본 개시내용에 기재된 것과 같은 작동 구성성분이 본 개시내용에 기재된 실시형태에 추가될 수 있다.
이하, 다양한 실시형태가 보다 상세히 언급될 것이며, 이 중 일부 실시형태가 첨부 도면에 예시되어 있다. 가능한 경우, 동일한 참조 부호는 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용될 것이다.
탄화수소 공급물 스트림으로부터 올레핀을 제조하는 방법이 본원에 개시되어 있다, 이러한 방법은 특정의 특징, 예를 들어 시스템 부품의 특정 배향을 갖는 시스템을 이용한다. 예를 들어, 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기는 수직으로 배향된다. 본원에 상세히 개시되어 있는 일 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 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
이제 도 1을 참조하면, 반응기 시스템(100)은 일반적으로 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)과 같은 다수의 시스템 구성성분을 포함한다. 도 1의 맥락에서 본원에서 사용된 바와 같이, 반응기 섹션(200)은 일반적으로 주요 공정 반응이 수행되고, 미립자 고체가 반응의 올레핀-함유 생성물 스트림으로부터 분리되는 반응기 시스템(100)의 부분을 지칭한다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체는 소모될 수 있는데, 이는 이들이 적어도 부분적으로 탈활성화됨을 의미한다. 또한, 본원에서 사용된, 재생 섹션(300)은 일반적으로 유체 촉매 반응기 시스템의 부분을 지칭하고, 여기서 미립자 고체는 예컨대 연소를 통해 재생되며, 재생된 미립자 고체는 소모된 미립자 고체 상의 이전의 연소된 물질 또는 보충 연료로부터 방출된 기체와 같은 다른 공정 물질로부터 분리된다. 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 있고, 미립자 고체 분리 섹션(310)은 예를 들어 스탠드파이프(124) 및 수송 라이저(130)에 의해 반응 용기(250)와 유체 연통할 수 있다.
일반적으로, 반응기 시스템(100)은 탄화수소 공급물 및 유동화 미립자 고체를 반응 용기(250)에 공급하고, 반응기 섹션(200)의 반응 용기(250)의 올레핀-함유 생성물을 생성하기 위해 유동화 미립자 고체와 접촉시켜 탄화수소 공급물을 반응시킴으로써 작동될 수 있다. 올레핀-함유 생성물 및 미립자 고체는 반응 용기(250)에서 라이저(230)를 통해 미립자 고체 분리 섹션(210)의 기체/고체 분리 장치(220)를 통과할 수 있고, 여기서 미립자 고체는 올레핀-함유 생성물로부터 분리될 수 있다. 이후, 미립자 고체는 미립자 고체 처리 용기(350)로 미립자 고체 분리 섹션(210)에서 운반될 수 있다. 미립자 고체 처리 용기(350)에서, 미립자 고체는 화학적 공정에 의해 재생될 수 있다. 예를 들어, 소모된 미립자 고체는 산소 함유 기체와의 접촉에 의해 미립자 고체를 산화시키는 것, 미립자 고체 상에 존재한 코크를 연소시키는 것, 및 미립자 고체를 가열하기 위해 보충 연료를 연소시키는 것 중 하나 이상에 의해 재생될 수 있다. 이후, 미립자 고체는 미립자 고체 처리 용기(350)에서 라이저(330)를 통해 라이저 종결 장치(378)를 통과할 수 있고, 여기서 라이저(330)로부터의 기체 및 미립자 고체는 부분적으로 분리된다. 라이저(330)로부터의 기체 및 잔류 미립자 고체는 미립자 고체 분리 섹션(310)에서 기체/고체 분리 장치(320)로 운반되고, 여기서 잔류 미립자 고체는 재생 반응으로부터의 기체로부터 분리된다. 기체로부터 분리된 미립자 고체는 고체 미립자 수집 영역(380)을 통과할 수 있다. 이후, 분리된 미립자 고체는 고체 미립자 수집 영역(380)으로부터 반응 용기(250)로 통과하며, 여기서 이들은 추가로 활용된다. 따라서, 미립자 고체는 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300) 사이에서 순환할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응기 시스템(100)은 반응기 섹션(200) 또는 재생 섹션(300) 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 이 둘 모두를 포함하지는 않는다. 추가의 실시형태에서, 반응기 시스템(100)은 단일 재생 섹션(300) 및 다중 반응기 섹션(200)을 포함할 수 있다.
추가적으로, 본원에 기재된 것과 같이, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 구조적 특징은 일부 양태에서 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 특징이 일부 양태에서 유사하거나 동일할 수 있기 때문에, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 유사하거나 동일한 부분은 본 개시내용 전반에 걸쳐 마지막 두 자리가 동일한 참조 번호가 제공되었고, 반응기 섹션(200)의 한 부분에 관련된 개시내용은 재생 섹션(300)의 유사하거나 동일한 부분에 적용될 수 있고, 그 반대도 마찬가지임이 인식되어야 한다.
비제한적인 예에서, 본원에 기재된 반응기 시스템(100)은 탄화수소 공급물 스트림으로부터 경질 올레핀을 제조하기 위해 이용될 수 있다. 경질 올레핀은 상이한 반응 메커니즘을 이용함으로써 다양한 탄화수소 공급물 스트림으로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 경질 올레핀은 적어도 탈수소화 반응, 크래킹 반응, 탈수 반응 및 메탄올-올레핀(methanol-to-olefin) 반응에 의해 제조될 수 있다. 이러한 반응 유형은 상이한 공급물 스트림 및 상이한 미립자 고체를 이용하여 경질 올레핀을 제조할 수 있다. 본원에서 "촉매"가 지칭되는 경우, 이들은 동일하게 도 1의 시스템과 관련하여 언급된 미립자 고체를 지칭할 수 있음을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응은 탈수소화 반응일 수 있다. 상기 실시형태에 따르면, 탄화수소 공급물 스트림은 에틸 벤젠, 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 에틸 벤젠을 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, 반응 메커니즘은 탈수소화 이후 (동일한 챔버에서) 연소일 수 있다. 상기 실시형태에서, 탈수소화 반응은 부산물로서 수소를 생성할 수 있고, 산소 캐리어 물질은 수소와 접촉할 수 있고, 수소의 연소를 촉진하여 물을 형성할 수 있다. 본원에 기재된 시스템 및 방법에 대한 가능한 반응 메커니즘으로서 고려되는 상기 반응 메커니즘의 예는 국제공개 WO 2020/046978호에 개시되어 있고, 이의 교시는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응은 크래킹 반응일 수 있다. 상기 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 실시형태에 따르면, 반응은 탈수화 반응일 수 있다. 상기 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 실시형태에 따르면, 반응은 메탄올-올레핀 반응일 수 있다. 상기 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, 화학 공정을 작동시키는 단계는 생성물 스트림을 반응기 밖으로 배출하는 것을 포함할 수 있다. 생성물 스트림은 경질 올레핀 또는 스티렌과 같은 알킬 방향족 올레핀을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 것과 같이, "경질 올레핀"은 에틸렌, 프로필렌 또는 부텐 중 하나 이상을 지칭한다. 본원에 기재된 것과 같이, 부텐은 α-부틸렌, 시스-β-부틸렌, 트랜스-β-부틸렌 및 이소부틸렌과 같은 부텐의 임의의 이성질체를 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.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 반응 용기(250)는 반응 용기(250)에 대한 수송 라이저(130)의 연결을 정의하는 반응 용기 미립자 고체 주입구 포트(252)를 포함할 수 있다. 반응 용기(250)는 라이저(230)의 외부 라이저 세그먼트(232)와 유체 연통하거나 직접 연결된 반응 용기 배출구 포트(254)를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 기재된 것과 같이, "반응 용기"는 소정의 화학 반응에 적합한 드럼, 배럴, 통, 또는 다른 컨테이너를 지칭한다. 반응 용기는 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 단면형을 가짐)일 수 있거나, 대안적으로 비-원통형, 예컨대 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형 또는 다른 다각형 또는 폐쇄곡선형 또는 이의 조합의 단면적 형상으로 형성된 각기둥일 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용된 것과 같은, 반응 용기는 일반적으로 금속 프레임을 포함할 수 있고, 금속 프레임을 보호하고/하거나 공정 조건을 조절하기 위해 이용된 내화 라이닝 또는 다른 물질을 추가로 포함할 수 있다.
일반적으로, 본원에 기재된 유체 촉매 반응기 시스템(100)의 임의의 시스템 유닛의 "주입구 포트" 및 "배출구 포트"는 개구, 구멍, 채널, 틈, 간극 또는 시스템 유닛 내 다른 유사한 기계적 특징을 지칭한다. 예를 들어, 주입구 포트는 물질이 특정 시스템 유닛으로 유입되도록 하고, 배출구 포트는 물질이 특정 시스템 유닛으로부터 배출되도록 한다. 일반적으로, 배출구 포트 또는 주입구 포트는 파이프, 도관, 튜브, 호스, 수송 라인 또는 유사한 기계적 특징이 부착되는 유체 촉매 반응기 시스템(100)의 시스템 유닛의 영역 또는 다른 시스템 유닛이 직접 부착되어 있는 시스템 유닛의 부분을 정의할 것이다. 주입구 포트 및 배출구 포트는 때때로 작동 시 본원에서 기능적으로 기술될 수 있지만, 이들은 유사하거나 동일한 물리적 특징을 가질 수 있고, 작동 시스템에서 이의 각각의 기능은 이의 물리적 구조에 대한 제한으로 간주되어서는 안 된다. 라이저 포트(218)와 같은 다른 포트는 라이저(230)가 라이저 포트(218)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 연장되는 것과 같이 다른 시스템 유닛이 직접 부착되어 있는 소정의 시스템 유닛의 개구부를 포함할 수 있다.
반응 용기(250)는 작동 시 반응기 섹션(200)에 재생된 미립자 고체 및 화학적 공급물을 제공할 수 있는, 수송 라이저(130)에 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 재생된 미립자 고체 및 화학적 공급물은 반응 용기(250)에 하우징된 분배기(260)와 혼합될 수 있다. 또한 도 1을 참조하여, 수송 라이저(130)를 통해 반응 용기(250)에 도입되는 미립자 고체는 스탠드파이프(124)를 통해 수송 라이저(130)를 통과하여 재생 섹션(300)으로부터 도달할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미립자 고체는 스탠드파이프(122)를 통해 미립자 고체 분리 섹션(210)으로부터 수송 라이저(130)로 직접 유입될 수 있고, 여기서 이들은 반응 용기(250)로 도입된다. 이들 미립자 고체는 약간 탈활성화될 수 있지만, 일부 실시형태에서 여전히 반응 용기(250)에서 사용하기에 적합할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 반응 용기(250)는 외부 라이저 세그먼트(232)에 직접 연결될 수 있다. 일 실시형태에서, 반응 용기(250)는 반응 용기 바디 섹션(256) 및 상기 반응 용기 바디 섹션(256)과 외부 라이저 세그먼트(232) 사이에 위치된 반응 용기 전이 섹션(258)을 포함할 수 있다. 반응 용기 바디 섹션(256)은 일반적으로 반응 용기 전이 섹션(258)보다 더 큰 직경을 포함할 수 있고, 반응 용기 전이 섹션(258)은 반응 용기 바디 섹션(256)의 직경의 크기에서, 반응 용기 전이 섹션(258)이 반응 용기 바디 섹션(256)에서 외부 라이저 세그먼트(232)로 내측으로 돌출되도록, 라이저(230)의 직경의 크기로 테이퍼링될 수 있다. 본원에서 사용된 것과 같이, 시스템 유닛의 부분의 직경은 도 1의 수평 방향으로 도시된 것과 같이 이의 일반적 폭을 지칭함을 이해해야 한다.
추가적으로, 반응 용기 바디 섹션(256)은 일반적으로 높이를 포함할 수 있는데, 여기서 반응 용기 바디 섹션(256)의 높이는 미립자 고체 주입구 포트(152)에서 반응 용기 전이 섹션(258)까지 측정된다. 하나 이상의 실시형태에서, 반응 용기 바디 섹션(256)의 직경은 반응 용기 바디 섹션(256)의 높이보다 클 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 반응 용기 바디 섹션(256)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 이들 범위의 임의의 조합 또는 하위 조합일 수 있다.
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 10배의 최대 단면적을 가질 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 달리 명시하지 않는 한, "단면적"은 반응물 및/또는 생성물의 일반적인 흐름의 방향에 실질적으로 직교하는 평면에서 시스템 구성성분의 일부의 단면적을 나타낸다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응 용기(250) 및 라이저(230)에서의 형상, 크기, 및 온도 및 압력과 같은 다른 처리 조건을 기반으로, 반응 용기(250)는 신속한 유동화, 난류, 또는 버블링 층 반응기에서와 같이 등온이거나 등온에 도달하는 방식으로 작동할 수 있으며, 라이저(230)는 희석상 라이저 반응기에서와 같이 플러그 흐름 방식으로 더 많이 작동할 수 있다. 예를 들어, 반응 용기(250)는 신속한 유동화, 난류, 또는 버블링 층 반응기로서 작동할 수 있고, 라이저(230)는 희석상 라이저 반응기로서 작동할 수 있는 반면, 그 결과 평균 촉매 및 기체 흐름은 동시에 상향 이동한다. 본원에 사용된 용어로서, "평균 흐름"은 순 흐름, 즉, 총 상향 흐름에서 일반적으로 유동성 입자의 전형적인 거동인 역행류 또는 역류를 뺀 것을 지칭한다. 본원에 기재된 것과 같이, "신속한 유동화" 반응기는 기체 상의 공탑 속도가 초킹 속도(choking velocity)보다 더 크고, 작동 중에 중간 밀도(semi-dense)일 수 있는 유동화 체제를 이용하는 반응기를 지칭할 수 있다. 본원에 기재된 것과 같이, "난류" 반응기는 초킹 속도보다 공탑 속도가 낮고, 빠른 유동화 체제보다 조밀한 유동화 체제를 지칭할 수 있다. 본원에 기재된 것과 같이, "버블링 층" 반응기는 고밀도층 내에 매우 뚜렷한 버블이 두 개의 별개의 상에 존재하는 유동화 체제를 지칭할 수 있다. "초킹 속도"는 수직 이송 라인 내에서 희석상 모드로 고체를 유지하는 데 필요한 최소 속도를 지칭한다. 본원에 기재된 것과 같이, "희석상 라이저"는 기체 및 촉매가 희석상에 거의 동일한 속도를 갖는 이송 속도로 작동하는 라이저 반응기를 지칭할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응 용기(250) 내 압력은 6.0 내지 100 파운드/제곱 인치 절대 압력(psia, 약 41.4 킬로파스칼, kPa 내지 약 689.4 kPa) 범위일 수 있지만, 일부 실시형태에서, 보다 좁게 선택된 범위, 예컨대 15.0 psia 내지 35.0 psia(약 103.4 kPa 내지 약 241.3 kPa)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 압력은 15.0 psia 내지 30.0 psia(약 103.4 kPa 내지 약 206.8 kPa), 17.0 psia 내지 28.0 psia(약 117.2 kPa 내지 약 193.1 kPa) 또는 19.0 psia 내지 25.0 psia(약 131.0 kPa 내지 약 172.4 kPa)일 수 있다. 본원에서 표준(비(非)-SI)에서 미터(SI) 표현으로 단위 전환은 전환의 결과로서 미터(SI) 표현에서 존재할 수 있는 반올림을 나타내기 위해 "약"을 포함한다.
추가의 실시형태에서, 개시된 공정에 대한 중량 시간당 공간 속도(WHSV)는 반응기 내 촉매의 lb당 시간(h)당 0.1 파운드(lb) 내지 100 lb의 화학 공급물(lb 공급물/시간/lb 촉매)의 범위일 수 있다. 예를 들어, 반응기가 신속한 유동화, 난류 또는 버블링 층 반응기로서 작동하는 반응 용기(250) 및 라이저 반응기로서 작동하는 라이저(230)를 포함하는 경우, 공탑 기체 속도는 반응 용기(250)에서 2 피트/초(ft/s, 약 0.61 미터/초, m/s) 내지 80 ft/s(약 24.38 m/s), 예컨대 2 ft/s(약 0.61 m/s) 내지 10 ft/s(약 3.05 m/s), 및 라이저(230)에서 30 ft/s(약 9.14 m/s) 내지 70 ft/s(약 21.31 m/s) 범위일 수 있다. 추가의 실시형태에서, 완전 라이저 유형의 반응기 구조는 단일의 높은 공탑 기체 속도, 예를 들어 일부 실시형태에서 적어도 30 ft/s(약 9.15 m/s)에서 작동할 수 있다.
추가의 실시형태에서, 반응 용기(250) 및 라이저(230) 내 공급물 스트림에 대한 촉매의 비는 중량에 대한 중량(w/w) 기준으로 5 내지 100의 범위일 수 있다. 일부 실시형태에서, 비는 10 내지 40, 예컨대 12 내지 36, 또는 12 내지 24의 범위일 수 있다.
추가의 실시형태에서, 촉매 유동은 반응 용기(250)에서 평방 피트-초당 1 파운드(lb/ft2-s)(약 4.89 kg/m2-s) 내지 30 lb/ft2-s(내지 약 146.5 kg/m2-s)일 수 있고, 라이저(230)에서 10 lb/ft2-s(약 48.9 kg/m2-s) 내지 250 lb/ft2-s(약 1221 kg/m2-s)일 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 반응기 섹션(200)은 라이저(230)를 포함할 수 있고, 이는 수송 반응물, 생성물 및/또는 미립자 고체를 반응 용기(250)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 이동시키는 역할을 한다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저(230)는 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 단면형을 가짐)일 수 있거나, 대안적으로 비-원통형, 예컨대 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형 또는 다른 다각형 또는 폐쇄곡선형 또는 이의 조합의 단면적 형상으로 형성된 각기둥일 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용된 바, 라이저(230)는 일반적으로 금속 프레임을 포함할 수 있고, 금속 프레임을 보호하고/하거나 공정 조건을 조절하기 위해 이용된 내화 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 사용된, "외부 라이저 세그먼트"는 미립자 고체 분리 섹션 외부에 있는 라이저 부분을 지칭하고, "내부 라이저 세그먼트"는 미립자 고체 분리 섹션 내의 라이저 부분을 지칭한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시형태에서, 반응기 섹션(200)의 내부 라이저 세그먼트(234)는 미립자 고체 분리 섹션(210) 내에 위치할 수 있으며, 외부 라이저 세그먼트(232)는 미립자 고체 분리 섹션(210) 외부에 위치한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 미립자 고체 분리 섹션(210)은 외부 쉘(212)을 포함할 수 있으며, 여기서 외부 쉘(212)은 미립자 고체 분리 섹션(210)의 내부 영역(214)을 정의할 수 있다. 외부 쉘(212)은 기체 배출구 포트(216), 라이저 포트(218), 및 미립자 고체 배출구 포트(222)를 포함할 수 있다. 추가로, 외부 쉘(212)은 미립자 고체 분리 섹션(210)의 내부 영역(214)에 있는 미립자 고체 수집 영역(280) 및 기체/고체 분리 장치(220)를 하우징할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(210)의 외부 쉘(212)은 미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 세그먼트(276), 중간 세그먼트(278), 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. 하나 이상의 실시형태에서, 상부 세그먼트(276)의 단면적은 라이저(230)의 최대 단면적의 적어도 3배일 수 있다. 예를 들어, 상부 세그먼트(276)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 20배의 최대 단면적을 가질 수 있다. 추가의 실시형태에서, 상부 세그먼트(276)의 최대 단면적은 라이저(230)의 최대 단면적의 5 내지 40배일 수 있다. 예를 들어, 상부 세그먼트(276)의 최대 단면적은 라이저(230)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(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 클 수 있고, 상부 세그먼트(276)의 최대 단면적보다 작을 수 있다. 중간 세그먼트(278)는 중간 세그먼트(278)의 단면적이 일정하지 않고, 중간 세그먼트(278)의 단면적이 상부 세그먼트(276)의 단면적에서 중간 세그먼트(278) 전체에 걸쳐 하부 세그먼트(272)의 단면적으로 전환되는 절두체(frustum)로서 형상화될 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 미립자 고체 분리 섹션(210)은 중심 수직축(299)을 포함할 수 있다. 중심 수직축은 미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 및 미립자 고체 분리 섹션(210)의 하부를 통해 연장될 수 있어서, 중심 수직축(299)이 미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 세그먼트(276), 중간 세그먼트(278), 및 하부 세그먼트(272)를 통과하도록 한다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 세그먼트(276), 중간 세그먼트(278), 및 하부 세그먼트(272)는 중심 수직축(299)에 중심을 둘 수 있다. 예를 들어, 상부 세그먼트(276) 및 하부 세그먼트(272)가 실질적으로 원통형인 실시형태에서, 중심 수직축(299)은 상부 세그먼트(276)의 직경 중간점 및 하부 세그먼트(272)의 직경 중간점을 통과할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 것과 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 적어도 라이저(230)의 내부 라이저 세그먼트(234)가 미립자 고체 분리 섹션(210)의 내부 영역(214)으로 돌출되는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 외부 쉘(212)의 임의의 개구부일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저 포트(218)는 중심 수직축(299) 상에 위치한다. 하나 이상의 실시형태에서, 라이저 포트(218)는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 중심 수직축(299)에 위치하지 않는다. 상기 실시형태에서, 라이저 포트(218)는 라이저 포트(218)가 중심 수직축(299)에 위치하지 않고, 또한 라이저(230)가 실질적으로 중심 수직축(299)에 평행한 방향으로 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 연장되도록 배향되지 않도록 외부 쉘(212)의 측벽에 위치할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 하부 세그먼트(274)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 도입된다. 상기 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 하부 세그먼트(274)의 적어도 일부를 통과하고, 중간 세그먼트(278), 및 상부 세그먼트(276)의 적어도 일부를 통과한다. 하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 중간 세그먼트(278)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)으로 도입된다. 상기 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 중간 세그먼트(278)의 적어도 일부를 통과하고, 상부 세그먼트(276)의 적어도 일부를 통과한다. 상기 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 하부 세그먼트(272)를 통과하지 않는다. 추가의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 상부 세그먼트(276)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)에 도입될 수 있고, 내부 라이저 세그먼트(234)는 상부 세그먼트(276)의 적어도 일부를 통과할 수 있다. 상기 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(234)는 하부 세그먼트(272) 또는 중간 세그먼트(278)를 통과하지 않는다.
또한 도 3을 참조하면, 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. 예를 들어, 내부 라이저 세그먼트(234)의 수직 부분(296)은 기체/고체 분리 장치(220)에 직접 연결될 수 있다. 기체/고체 분리 장치(220)는 사이클론 또는 복수의 사이클론과 같은 기체 또는 액체 상으로부터 미립자 고체를 분리하도록 작동할 수 있는 임의의 기계적 또는 화학적 분리 장치일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 기체/고체 분리 장치(220)는 둘 이상의 사이클론 분리 단계를 포함할 수 있는 사이클론 분리 시스템일 수 있다. 기체/고체 분리 장치(220)가 하나 초과의 사이클론 분리 단계를 포함하는 실시형태에서, 유동화 스트림이 도입되는 제1 분리 장치는 1차 사이클론 분리 장치로 지칭된다. 1차 사이클론 분리 장치로부터의 유동화된 유출물은 추가의 분리를 위해 2차 사이클론 분리 장치로 도입될 수 있다. 1차 사이클론 분리 장치는 예를 들어 1차 사이클론, 및 VSS(UOP로부터 상업적으로 입수가능), LD2(Stone and Webster로부터 상업적으로 입수가능) 및 RS2(Stone and Webster에서 상업적으로 입수가능)라는 명칭으로 상업적으로 입수가능한 시스템을 포함할 수 있다. 1차 사이클론은 예를 들어 미국 특허 제4,579,716호; 제5,190,650호; 및 제5,275,641호에서 기재되어 있고, 이들 각각은 그 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다. 1차 사이클론을 1차 사이클론 분리 장치로 이용하는 일부 분리 시스템에서, 하나 이상의 추가 사이클론 세트, 예를 들어 2차 사이클론 및 3차 사이클론이 생성물 기체로부터 미립자 고체를 더 분리하기 위해 이용된다. 임의의 1차 사이클론 분리 장치가 본원에 개시된 실시형태에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
미립자 고체는 반응 용기(250)로부터 라이저(230)를 통해 위쪽으로 이동하여 기체/고체 분리 장치(220)로 도입될 수 있다. 기체/고체 분리 장치(220)는 분리된 미립자 고체를 미립자 고체 분리 섹션(210)의 상부 세그먼트(276) 또는 중간 세그먼트(278) 또는 하부 세그먼트(272)로 침착시키도록 작동할 수 있다. 분리된 증기는 미립자 고체 분리 섹션(210)의 기체 배출구 포트(216)에서 파이프(120)를 통해 유체 촉매 반응기 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다. 분리된 증기는 경질 올레핀을 포함할 수 있고, 이에 따라 생성물 스트림(410)일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 생성물 스트림(410)의 적어도 일부 및 탄화수소 공급물 스트림(430)의 적어도 일부는 반응기 부분(200)의 반응 용기(250)의 다운스트림에 배치된 공급물 스트림 예열기(400)를 통과할 수 있다. 공급물 스트림 예열기(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 쉘과 튜브 열 교환기(500)일 수 있다. 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 생성물 스트림(410)으로부터 탄화수소 공급물 스트림(430)으로의 열 전달을 통해 탄화수소 공급물 스트림(430)의 적어도 일부를 가열하도록 작동될 수 있다. 따라서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 업스트림의 생성물 스트림(410)에 비해 공급물 스트림 예열기에서 배출되는 생성물 스트림(411)의 온도를 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 업스트림의 탄화수소 공급물 스트림(431)에 비해 쉘과 튜브 열 교환기(500)에서 배출되는 탄화수소 공급물 스트림(430)의 온도를 증가시킬 수 있다.
본원에 기재된 것과 같이, "쉘과 튜브 열 교환기"는 상대적으로 고온 유체에서 상대적으로 저온 유체로 열을 전달하기 위한 장비의 일부를 지칭한다. 도 4를 참조하면, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘(520) 내에 위치된 복수의 튜브(510)를 포함할 수 있다. 한 유체는 튜브의 내부면과 접촉하는 튜브(510)를 통해 유동하고, 다른 유체는 튜브의 외부면과 접촉하는 쉘을 통해 유동할 수 있다. 튜브의 내부면에 의해 정의된 열 교환기의 부피는 본원에서 "튜브 측"(512)으로 지칭되고, 튜브의 외부면과 쉘의 내부면 사이의 열 교환기의 부피는 본원에서 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 "쉘 측"(522)으로 지칭된다. 이에 따라, 열은 서로 유체가 접촉하지 않으면서 튜브(510)의 벽을 통해 두 유체 사이에서 전달될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 탄화수소 공급물(430)은 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)을 통해 유동할 수 있고, 생성물 스트림(410)은 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 튜브 측(512)을 통해 유동할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘(520)은 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 단면적 영역을 가짐)일 수 있거나, 대안적으로 비-원통형, 예컨대 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형 또는 다른 다각형 또는 폐쇄곡선형 또는 이의 조합의 단면적 형상으로 형성된 각기둥일 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 실시형태에서, 각각의 튜브(510)는 일반적으로 원통형 형상일 수 있거나, 대안적으로 비원통형 형상일 수 있다.
쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘 측 주입구(524), 쉘 측 배출구(526), 튜브 측 주입구(514), 및 튜브 측 배출구(516)를 포함할 수 있다. 쉘 측 주입구(524)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘(520)로 유체가 도입되는 것을 허용할 수 있고, 쉘 측 배출구(526)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘(520)에서 유체가 배출되는 것을 허용할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 제2 쉘 측 주입구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 열 교환기는 제2 쉘 측 배출구를 포함할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)가 더 커짐에 따라, 쉘 측 배출구(526)의 크기가 증가할 수 있다. 쉘 측 배출구(526)가 너무 큰 경우, 배플(540)의 간격은 조정되어야 할 수 있다. 추가로, 단일 쉘 측 배출구(526)와 단일 쉘 측 주입구(524)를 사용하는 것은 쉘과 튜브 열 교환기(500)를 통한 유체의 불균일한 흐름을 초래할 수 있다. 따라서, 제2 쉘 측 배출구(526) 및/또는 제2 쉘 측 주입구(524)의 사용은 배플(540)의 간격을 조정할 필요 없이 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)을 통한 유체의 보다 균일한 분배를 초래할 수 있다. 다중 노즐을 사용하는 것의 이점은 열 교환기 내 기체의 분포 개선, 배플 사이에 노즐이 맞도록 하는 보다 작은 노즐, 및 코크 형성 가능성을 최소화하는 상부 튜브 시트에 따라 달라지는 속도를 유지하는 것을 보조하는 보다 작은 노즐을 포함할 수 있다. 추가적으로, 쉘 측 노즐 주입구와 배출구는 힐사이드(hillside) 또는 방사형 방식으로 배향될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 튜브 측 주입구(514)는 튜브 측 주입구 플레넘(518)에 유체가 도입되는 것을 허용할 수 있다. 튜브 측 주입구 플레넘(518)은 튜브 측 주입구(514)와 복수의 튜브 내 각각의 튜브의 주입구 사이에 위치할 수 있다. 주입구 튜브 시트(532)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)으로부터 튜브 측 주입구 플레넘(518)을 분리할 수 있다. 유체는 튜브 측 주입구(514)로부터 튜브 측 주입구 플레넘(518)을 통과한 후, 복수의 튜브(510)를 포함하는 튜브(510)를 통과할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브 측 배출구(516)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 튜브 측 배출구 플레넘(519)에서 유체가 배출되는 것을 허용할 수 있다. 튜브 측 배출구 플레넘(519)은 튜브 측 배출구(516) 및 복수의 튜브(510)의 각각의 튜브(510)의 배출구 사이에 위치할 수 있고, 배출구 튜브 시트(534)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)으로부터 튜브 측 배출구 플레넘(519)을 분리할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 각각의 주입구 튜브 시트(532) 및 배출구 튜브 시트(534)는 복수의 튜브(501)의 적어도 일부를 지지할 수 있고, 튜브 측 주입구 플레넘(518) 및/또는 튜브 측 배출구 플레넘(519) 및 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522) 사이에 배리어를 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 주입구 튜브 시트(532)는 쉘(520)에 연결될 수 있고, 각각의 튜브(510)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 배출구 튜브 시트(534)는 플로팅 튜브 시트일 수 있다. 배출구 튜브 시트(534)는 각각의 튜브(510)에 연결될 수 있고, 쉘(520) 내에서 배출구 튜브 시트(534)의 이동을 허용하는 가요성 조인트에 의해 쉘(520)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브 측 주입구(514) 및 튜브 측 배출구(516)는 쉘(520)의 반대 측에 있을 수 있다. 상기 실시형태에서, 열 교환기(500)는 쉘(520)의 각 단부 상에 튜브 시트를 포함할 수 있고, 하나는 튜브 측 주입구(514) 근처이고, 다른 하나는 튜브 측 배출구(516) 근처이다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입구 튜브 시트(532), 배출구 튜브 시트(534), 또는 둘 모두는 가요성일 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 가요성 튜브 시트는 튜브(510)와 쉘(520)의 열 팽창 차이로부터 튜브(510)와 쉘(520)에 대한 응력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 가요성 튜브 시트 디자인은 쉘과 튜브 시트 사이의 접합부에 곡률을 포함할 수 있다. 이 곡률의 반경을 증가시키는 것은 쉘과 튜브 시트 사이의 접합부의 가요성을 증가시켜 상기 접합부에 존재할 수 있는 응력을 완화시킬 수 있다. 추가로, 튜브 시트의 가요성은 고온에서 유사한 탄성 계수를 갖는 쉘과 튜브 시트 사이의 접합부에서 물질을 사용함으로써, 적어도 부분적으로 개선될 수 있다. 낮은 가요성을 나타내는 일부 종래의 튜브 시트 디자인에서, 쉘과 튜브 시트 사이의 접합부에서 사용된 물질은 승온에서 보다 높은 응력을 허용하지만; 이러한 물질은 고온에서 탄성 계수의 차이가 또한 더 크다. 이는 튜브 시트와 쉘 사이의 접합부에서 튜브 시트에 불필요한 강성을 발생시킨다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘(520)은 하나 이상의 배플(540)을 포함할 수 있다. 배플(540)은 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)에 유체를 유도할 수 있다. 배플(540)은 쉘 측 유체의 난류를 증가시킬 수 있고, 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘(520)을 통해 쉘 측 유체의 흐름을 유도할 수 있다. 추가적으로, 배플(540)은 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘(520)을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브(510)에 대한 지지체를 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 페탈형 배플, 튜브-인-윈도우(tube-in-window) 배플, 노-튜브-인-윈도우(no-tube-in-window) 배플, 디스크 및 도넛 배플, 이중 세그먼트 배플, 삼중 세그먼트 배플, 또는 임의의 다른 적합한 배플을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)을 통한 유체 흐름은 실질적으로 축방향일 수 있다. 본원에 기재된 것과 같이, "축방향 흐름"은 열 교환기(500)의 쉘의 중심축에 실질적으로 평행하고, 쉘(520)을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브(510)를 포함하는 각각의 튜브(510)에 실질적으로 평행한 흐름을 지칭한다. 상기 실시형태에서, 열 교환기는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)에서 유체의 축방향 흐름을 촉진하는 배플(540)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 교환기는 팽창된 금속 배플 또는 로드 배플을 포함할 수 있다. 팽창된 금속 배플은 금속 시트의 슬릿을 절단하고, 튜브(510)가 연장될 수 있는 간극을 형성하기 위해 금속 시트를 신장시킴으로써 형성될 수 있다. 간극은 유체가 튜브(510)에 실질적으로 평행한 방향으로 간극을 통해 흐를 수 있도록 충분히 클 수 있다. 로드 배플은 튜브(510)를 지지하기 위해 복수의 튜브(510)를 통해 연장되는 다중 로드에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 열 교환기는 서브웨이 격자와 같은 격자로부터 형성된 배플(540)을 포함할 수 있다. 격자는 워터 커팅(water cutting)에 의해 형성될 수 있다. 팽창된 금속 배플과 마찬가지로, 격자는 튜브(510)가 연장될 수 있는 간극을 포함할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)을 통한 유체 흐름이 실질적으로 축방향인 경우, 동일한 간격으로 동일한 수의 튜브에 대한 NTIW(no tube in window) 구성으로 인해 낭비된 공간이 많지 않아, 더 작은 쉘(520)을 사용할 수 있다고 여겨진다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘 팽창 조인트를 포함할 수 있다. 쉘 팽창 조인트는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘(520)에 위치한 임의의 적합한 팽창 조인트일 수 있다. 예를 들어, 쉘과 튜브 열 교환기는 플루트 및 플란지 쉘 팽창 조인트를 포함할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 쉘 팽창 조인트는 열 교환기(500)의 쉘이 튜브(510)와 쉘(520) 사이의 열 구배 및 튜브(510)와 쉘(520) 사이의 열 팽창 계수의 차이로 인해 발생하는, 튜브(510)의 신장 또는 수축에 반응하여 축방향으로 팽창 및 수축하도록 함으로써 쉘과 튜브 열 교환기(500)에 대한 열 응력을 감소시킬 수 있다고 여겨진다.
쉘과 튜브 열 교환기(500)는 또한 쉘(520)과 튜브 시트(530) 사이의 조인트에 응력 감소 특징부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브 시트(530)는 노치 또는 그루브를 포함할 수 있다. 노치는 튜브(510) 중 적어도 하나에 접선 방향으로 카빙된 튜브 시트(530)의 일부일 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 노치는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 튜브(510)와 쉘(520)의 서로 상이한 열 팽창율로 인해 튜브 시트(530)에 가해진 열 응력을 감소시킬 수 있다고 여겨진다. 구체적으로, 쉘에 부착된 튜브 시트는 일반적으로 튜브 시트와 쉘 사이의 모서리 조인트에서 높은 응력을 받기 쉽다. 반경에 대한 접선 성분이 있는 모서리 조인트에 복합 반경을 갖는 노치를 추가함으로써, 이와 같은 노치를 갖지 않는 시스템에서 달성될 수 있는 것보다 더 효율적인 방식으로 높은 열 응력이 분산될 수 있다. 일부 실시형태에서, 노치는 방사, 접선 방향으로 기계가공된 절단부, 및 얕은 섹션을 포함할 수 있다. 이는 튜브 시트(530)와 쉘(520) 사이의 조인트에 강성을 추가할 수 있는 불필요한 물질의 제거를 허용할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입구 튜브 시트(532), 배출구 튜브 시트(534), 또는 둘 모두는 팽창 조인트에 의해 쉘(520)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 배출구 튜브 시트(534)는 팽창 조인트에 의해 쉘(520)에 연결되고, 용기 쉘 내부에 위치할 수 있다. 팽창 조인트는 임의의 적합한 팽창 조인트일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 팽창 조인트는 주름진 벨로우즈 팽창 조인트 또는 S자형 가요성 조인트 또는 오메가 또는 환상형 가요성 조인트일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 팽창 조인트는 321 또는 316 스테인리스 강과 같지만 이에 제한되지는 않는 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 튜브 시트와 쉘(520) 사이에 위치한 팽창 조인트는 쉘(520)과 튜브 시트 사이의 상이한 열 팽창율에 의해 야기된 열 응력을 감소시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 쉘과 튜브 열 교환기(500)가 사용 중인 경우, 튜브(510)는 쉘(520)과 상이한 온도일 수 있다. 따라서, 튜브(510)에 대한 열 팽창량은 쉘(520)에 대한 열 팽창량과 상이할 수 있다. 튜브 시트와 쉘(520) 사이의 팽창 조인트를 사용하는 것은 이러한 열 팽창 차이에 의해 야기된 쉘과 튜브 열 교환기(500)에 대한 응력을 감소시킬 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 하나 이상의 행잉 지지체 러그에 의해 지지될 수 있다. 행잉 지지체 러그는 임의의 적합한 수단에 의해 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 외부면에 고정될 수 있으며, 쉘과 튜브 열 교환기(500)를 지지하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 행잉 지지체 러그는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 열 팽창과 수축을 수용하도록 가요성일 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 반응기와 열 교환기와 같은 종래의 압력 용기는 통상적으로 압축에 의해 압력 용기를 지지하는 러그에 의해 지지된다. 행잉 지지체 러그는 압력 용기가 자유롭게 방사 방향으로 이동하도록 한다. 핸딩 지지체 러그를 사용하는 경우, 고온 시스템에 대한 열 응력이 크게 감소될 수 있어, 지지체가 방사상 열 팽창을 허용한다. 일부 경우에는, 행잉 지지체 러그는 러그에 자연스러운 윤곽과 형상을 혼입함으로써 가요성일 수 있다. 예를 들어, 행잉 지지체 러그는 필요하지 않거나 불필요한 강성을 추가하는 공정 장비의 일부에서 물질을 제거함으로써 설계될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘(520)은 304H SS, 합금 800, 합금 800 H, 합금 800 HT, 또는 다른 적합한 고온 스테인리스 강, 예컨대 347 SS 또는 321 SS로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)는 304H SS, 합금 800, 합금 800 H, 합금 800 HT, 또는 다른 적합한 고온 스테인리스 강, 예컨대 347 SS 또는 321 SS로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 각각의 주입구 튜브 시트(532) 및 배출구 튜브 시트(534)는 304H SS, 합금 800, 합금 800 H, 합금 800 HT, 또는 다른 적합한 고온 스테인리스 강, 예컨대 347 SS 또는 321 SS로부터 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입구 튜브 시트(532)는 내부 보어 웰딩에 의해 각각의 복수의 튜브(510)에 연결될 수 있다. 일부 실시형태에서, 배출구 튜브 시트(534)는 내부 보어 웰딩에 의해 각각의 복수의 튜브(510)에 연결될 수 있다. 상기 실시형태에서, 튜브 시트는 허브를 포함할 수 있으며, 여기서 각 튜브는 주입구 튜브 시트 상의 허브에 웰딩되고, 여기서 튜브는 튜브 시트를 통과하지 않는다. 이러한 웰딩은 웰딩을 수행하기 위해 튜브 시트를 통해 삽입될 수 있는 도구에 의해 달성될 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 내부 보어 웰딩의 사용은 튜브 시트와 튜브 사이의 조인트의 틈새 수를 줄일 수 있어, 성장하여 튜브 시트 외부로 튜브를 가압할 수 있는 쉘 측의 탄화수소에 의한 코크 형성 가능성을 제거한다. 이는 쉘과 튜브 열 교환기(500)에서 튜브 시트와 튜브 번들을 유지하는 것을 보다 용이하게 만들 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 내화 라이닝을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내화 라이닝은 고온 생성물 스트림(410)이 열 교환기(500)에 도입되는 튜브 측 주입구(514)와 가열된 탄화수소 공급물 스트림(410)이 열 교환기(500)에서 배출되는 쉘 측 배출구(526) 주변에 위치할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 내화 라이닝은 튜브 측 주입구(514)의 내부면에 위치할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 고온 기체를 튜브 측 주입구에 운반하는 파이프가 내화물에 의해 라이닝되는 경우, 해당 파이프의 열 팽창은 최소화될 수 있는 것으로 여겨진다. 일부 실시형태에서, 튜브 측 주입구(514)와 파이프 사이에 플란지(flange)가 위치한다. 내화 라이닝이 플란지를 지나 튜브 측 주입구(514)까지 연장되도록 하면 플란지에 대한 열 응력을 감소시킬 수 있고, 과도한 열 손실을 방지할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 배출구 튜브 시트(534)는 열 차폐를 포함할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 일부 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)에 도입되는 기체는 매우 저온일 수 있고, 배출구 튜브 시트(534) 상에 열 응력을 생성할 수 있다. 따라서, 열 차폐는 이러한 저온 기체가 배출구 튜브 시트(534)를 과도하게 냉각시켜 과도한 열 응력을 야기하는 것을 방지할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)는 추가적인 표면적을 제공하기 위해 형상화될 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 튜브(510)의 표면적을 증가시키는 것이 튜브 측 유체와 쉘 측 유체 사이의 열 전달율을 증가시킬 수 있다고 여겨진다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)의 표면적은 튜브의 외부면, 튜브의 내부면, 또는 둘 모두 상에서의 핀의 존재에 의해 향상될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 핀은 튜브의 내부면, 튜브의 외부면, 또는 둘 모두 상에서 종방향 또는 나선형으로 위치할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브는 낮은 핀을 갖는 튜브일 수 있으며, 여기서 낮은 핀을 갖는 튜브는 기본 튜브 물질을 압출함으로써 형성되는 가로 핀을 포함한다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)는 주름이 있을 수 있거나 주름 또는 내부 리빙(interior ribbing)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)는 홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 튜브(510)는 튜브의 내부면, 튜브의 외부면, 또는 둘 모두 상에서 하나 이상의 종방향 그루브 또는 하나 이상의 나선형 그루브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)는 튜브의 내부면, 튜브의 외부면, 또는 둘 모두 상에서 텍스쳐를 포함할 수 있다. 예를 들어, 튜브의 내부면, 튜브의 외부면, 또는 둘 모두는 움푹 파일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 튜브(510)는 본원에 기재된 표면적 향상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘 길이 대 쉘 직경의 비는 2 내지 50이다. 예를 들어, 쉘 길이 대 쉘 직경의 비는 2 내지 50, 5 내지 50, 10 내지50, 15 내지50, 20 내지 50, 25 내지 50, 30 내지 50, 35 내지 50, 40 내지 50, 45 내지 50, 2 내지 45, 2 내지 40, 2 내지 35, 2 내지 30, 2 내지 25, 2 내지 20, 2 내지 15, 2 내지 10, 2 내지 5, 또는 이러한 범위의 임의의 조합 또는 하위 조합일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 쉘 길이 대 쉘 직경의 비는 2 내지 8이다. 예를 들어, 쉘 길이 대 쉘 직경의 비는 2 내지 8, 3 내지 8, 4 내지 8, 5 내지 8, 6 내지 8, 7 내지 8, 2 내지 7, 2 내지 6, 2 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 3, 또는 이러한 범위의 임의의 조합 또는 하위 조합일 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 이와 같은 비는 열 교환기를 통한 압력 강하와 주입구 튜브 시트의 기계적 한계점 사이의 균형을 제공하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 쉘(520)에 대한 길이 대 직경의 비가 더 큰 것은 보다 작은 튜브 시트를 생성하여, 결과적으로 튜브 시트의 열 팽창에 의해 야기된 응력을 감소시킬 수 있다. 추가로, 쉘(520)에 대한 길이 대 직경의 비가 더 큰 것은 쉘(520)을 통해 유동하는 유체의 속도를 증가시킬 수 있고, 쉘과 튜브 열 교환기(500)를 통한 압력 강하를 증가시킬 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 본원에 고려된 다양한 특징의 조합을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 다양한 특징은 조합될 때 상승 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 실시형태에서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 배출구 튜브 시트(534) 및 쉘(520) 사이의 팽창 조인트와 튜브 측 주입구(514) 주변의 내화 라이닝 모두를 포함할 수 있다. 이론에 구속되지 않으면서, 내화 라이닝과 함께 배출구 튜브 시트(534) 및 쉘(520) 사이의 팽창 조인트의 사용은 열 교환기의 다양한 구성요소에 의해 경험된 열 응력을 크게 감소시킬 수 있다. 열 교환기에 대한 열 응력을 감소시킴으로써, 저렴한 야금이 열 교환기의 다양한 구성요소에 적합할 수 있다.
다시 반응기 시스템(100)에 관한 도 1 및 도 3을 참조하면, 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) 내 미립자 고체의 축적을 허용할 수 있다. 미립자 고체 수집 영역(280)은 스트리핑 섹션을 포함할 수 있다. 스트리핑 섹션은 미립자 고체로부터의 생성물 증기를 제거한 후 재생 섹션(300)으로 보내기 위해 이용될 수 있다. 재생 섹션(300)으로 이송된 생성물 증기는 연소될 것이기 때문에, 생성물 기체보다 저렴한 기체를 이용하는 스트리퍼를 이용하여 이들 생성물 증기를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
하부 세그먼트(272)의 미립자 고체 수집 영역(280)은 미립자 고체 배출구 포트(222)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 미립자 고체 수집 영역(280)의 하부는 미립자 고체 배출구 포트(222)가 미립자 고체 수집 영역(280)의 최하부에 위치하도록 만곡될 수 있다. 스탠드파이프(126)는 미립자 고체 배출구 포트(222)에서 미립자 고체 분리 섹션(210)에 연결될 수 있고, 미립자 고체는 스탠드파이프(126)를 통해 반응기 섹션(200) 밖으로 그리고 재생 섹션(300)으로 옮겨질 수 있다. 선택적으로, 미립자 고체는 또한 스탠드파이프(122)를 통해 반응 용기(250) 내로 직접 다시 옮겨질 수 있다. 상기 실시형태에서, 스탠드파이프(122) 및 스탠드파이프(126)는 각각 중심 수직축(229)으로부터 오프셋될 수 있다. 대안적으로, 미립자 고체는 수송 라이저(130)에서 재생된 미립자 고체와 사전 혼합될 수 있다.
본원에 기재된 것과 같이, 반응 용기 벽, 분리 섹션 벽, 또는 라이저 벽과 같은 시스템 유닛의 일부는 금속 물질, 예컨대 카본 또는 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 시스템 유닛의 벽은 동일한 시스템 유닛 또는 다른 시스템 유닛의 다른 부분과 부착되는 부분을 가질 수 있다. 때때로, 부착 지점 또는 연결 지점은 본원에서 "부착점"으로 지칭되고, 비제한적으로 용접, 접착제, 땜납 등과 같은 임의의 알려진 결합 매체를 포함할 수 있다. 시스템의 구성성분은 용접과 같은 부착 지점에서 "직접 연결"될 수 있음을 이해해야 한다.
고온 미립자 고체 및 기체로 인한 손상을 완화하기 위해, 내화 물질이 다양한 시스템 구성성분의 내부 라이닝으로서 사용될 수 있다. 내화 물질은 미립자 고체 분리 섹션(210)뿐만 아니라 라이저(230) 상에 포함될 수 있다. 특정 내화 물질 배열 및 물질의 실시형태가 제공되지만, 이들은 개시된 시스템의 물리적 구조와 관련하여 제한하는 것으로 간주되어서는 안됨을 이해해야 한다. 예를 들어, 내화 라이너는 라이저(230)의 내부면을 따라 그리고 미립자 고체 분리 섹션(210)의 중간 세그먼트(278) 및 상부 세그먼트(276)의 내부면을 따라 라이저(230)에서 연장될 수 있다. 내화 라이너는 육각 메쉬 또는 다른 적합한 내화 물질을 포함할 수 있다.
미립자 고체 및 반응기 섹션(200)의 다른 부분의 중량으로부터 반응 용기(250), 및 보다 구체적으로 (218)과 같은 연결된 용기 노즐에 가해진 기계적 부하는 높을 수 있고, 용기 및 배관 벽에서 열 차이로 인한 용기 이동을 허용하기 위해 스프링이 이용될 수 있다. 이러한 스프링은 용기가 비어있을 때 반응 용기(250) 및 노즐(218)에 위쪽으로 압력을 가할 수 있다. 용기가 잘못된 촉매 중량을 갖는 경우, 노즐(218)에 대한 부하는 아래로 이동할 수 있다. 이러한 설계 철학은 노즐(218)이 보게 될 어느 방향으로든 총 부하를 감소시킨다. 예를 들어, 반응 용기(250)는 스프링에 매달아질 수 있거나, 스프링은 이의 중량, 촉매 중량을 지지하고, 열 이동을 허용하기 위해 반응 용기(250) 아래에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 반응 용기(250)에서 반응기 섹션(200)에 기계적으로 부착된 스프링 지지체(188)를 도시하며, 여기서 반응기 섹션(200)은 스프링 지지체(188)에 의해 지지체 구조로부터 현수된다.
추가적으로, 반응 용기(250) 및 라이저(230)는 열 팽창을 수행할 수 있다. 이와 같이, 스프링 지지체(188)로부터 반응 용기(250)를 행잉하거나 스프링 지지체(188)로 반응 용기(250)를 지지하는 것은 반응 용기(250) 및 외부 라이저 세그먼트(232) 사이의 장력을 완화할 수 있다. 스프링 대신에, 이제 도 2를 참조하면, 팽창 조인트(282)가 반응 용기(250) 및 외부 라이저 세그먼트(232) 사이에 위치할 수 있다. 본원에 기재된 것과 같은, "팽창 조인트"는 팽창 조인트에 의해 연결된 시스템 구성성분 사이의 응력을 감소시키는 금속 또는 다른 적합한 물질, 예컨대 내화재, 플라스틱, 섬유, 또는 엘라스토머로 제조된 벨로우즈(bellows)를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 팽창 조인트는 열 팽창과 수축으로 인한 시스템 구성성분 사이의 응력을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 팽창 조인트(282)는 반응 용기(250)와 외부 라이저 세그먼트(232) 사이의 열 팽창에 의해 야기된 응력을 완화하기 위해 스프링 지지체와 함께 사용될 수 있다.
미립자 고체 분리 섹션(210)에서 분리 후, 소모된 미립자 고체는 재생 섹션(300)으로 전달된다. 본원에 기재된 것과 같은 재생 섹션(300)은 반응기 섹션(200)과 많은 구조적 유사점을 공유할 수 있다. 이와 같이, 재생 섹션(300)의 부분에 할당된 참조 번호는 반응기 섹션(200)과 관련하여 사용된 것과 유사하고, 여기서 참조 번호의 마지막 두 자리가 동일한 경우, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300)의 주어진 부분은 유사한 기능을 제공할 수 있고, 유사한 물리적 구조를 가질 수 있다. 따라서, 반응기 섹션(200)과 관련된 다수의 본 개시내용은 재생 섹션(300)에 동등하게 적용될 수 있고, 반응기 섹션(200) 및 재생 섹션(300) 사이의 차이점은 이하에서 강조될 것이다.
이제 도 1에 도시된 것과 같은 재생 섹션(300)을 참조하면, 재생 섹션(300)의 미립자 고체 처리 용기(350)는 하나 이상의 반응기 용기 주입구 포트(352) 및 라이저(330)의 외부 라이저 세그먼트(332)와 유체 연통되거나, 심지어 직접 연결된 반응기 용기 배출구 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 있고, 반응기 섹션(200)으로부터의 소모된 미립자 고체를 재생을 위한 재생 섹션(300)으로 공급할 수 있다. 미립자 고체 처리 용기(350)는 기체 주입구(128)가 미립자 고체 처리 용기(350)에 연결되는 추가적인 반응기 용기 주입구 포트(352)를 포함할 수 있다. 기체 주입구(128)는 미립자 고체를 적어도 부분적으로 재생하는 데 사용될 수 있는, 공기를 포함하는 보충 연료 기체 및 산소 함유 기체와 같은 반응성 기체를 공급할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 미립자 고체 처리 용기(350)는 다수의 추가의 반응기 용기 주입구 포트를 포함할 수 있고, 각각의 추가적인 반응기 용기 주입구 포트는 상이한 반응성 유체를 미립자 고체 처리 용기(350)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 미립자 고체는 반응 용기(250)에서 반응 후 코크 형성될 수 있고, 코크는 연소 반응에 의해 미립자 고체로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 공기와 같은 산소 함유 기체는 미립자 고체를 산화시키기 위해 기체 주입구(128)를 통해 미립자 고체 처리 용기(350)로 공급될 수 있거나, 보충 연료는 미립자 고체 처리 용기(350)로 공급될 수 있고 연소되어 미립자 고체를 가열할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 산소 함유 기체의 존재 하에서 미립자 고체 재생이 발생할 수 있고, 미립자 고체의 재생은 미립자 고체를 산소 함유 기체와 접촉시킴으로써 산화시키는 단계; 미립자 고체 상에 존재하는 코크를 연소시키는 단계; 또는 보충 연료를 연소시켜 미립자 고체를 가열하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 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 있고, 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)은 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)의 직경의 크기에서, 미립자 고체 처리 용기 전이 섹션(358)이 미립자 고체 처리 용기 바디 섹션(356)에서 외부 라이저 세그먼트(332)로 내측으로 돌출되도록 외부 라이저 세그먼트(332)의 직경의 크기로 테이퍼링될 수 있다.
미립자 고체 처리 용기(350) 및 라이저(330)는 열 팽창을 수행할 수 있고, 상기 기재된 것과 같이, 스프링 지지체(188)에 의해 지지될 수 있음을 이해해야 한다. 추가적으로, 미립자 고체 처리 용기(350)는 하나 이상의 실시형태에서 팽창 조인트에 의해 라이저(330)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 팽창 조인트는 미립자 고체 처리 용기(350)와 외부 라이저 세그먼트(332) 사이에 위치할 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 미립자 고체 분리 섹션(310)은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 내부 영역(314)을 정의하는 외부 쉘(312)을 포함한다. 외부 쉘(312)은 기체 배출구 포트(316), 라이저 포트(318), 및 미립자 고체 배출구 포트(322)를 포함할 수 있다. 추가로, 외부 쉘(312)은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 내부 영역(314)에 있는 고체 미립자 수집 영역(380) 및 기체/고체 분리 장치(320)를 하우징할 수 있다.
반응기 섹션(200)과 유사하게, 미립자 고체 분리 섹션(310)의 외부 쉘(312)은 미립자 고체 분리 섹션(210)에 관해 상기 기재된 것과 같은 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 세그먼트(376), 중간 세그먼트(374), 및 하부 세그먼트(372)를 정의할 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 라이저(330)는 라이저 포트(318)를 통해 재생 섹션(300)의 내부 영역(314)으로 연장된다, 하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부 세그먼트(372)의 적어도 일부를 통해 연장된다. 하나 이상의 실시형태에서, 내부 라이저 세그먼트(334)는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부 세그먼트(372)를 통과하지 않는다.
도 1을 참조하면, 외부 쉘(312)은 라이저 종결 장치(378)를 추가로 하우징할 수 있다. 라이저 종결 장치는 내부 라이저 세그먼트(334)에 근접하게 위치할 수 있다. 라이저(330)를 통과하는 연도 기체 및 미립자 고체는 라이저 종결 장치(378)에 의해 적어도 부분적으로 분리될 수 있다. 연도 기체 및 잔류 미립자 고체는 미립자 고체 분리 섹션(310)에서 2차 분리 장치(320)로 전달될 수 있다. 2차 분리 장치(320)는 기체/고체 분리 장치(220)와 관련하여 상기 기재된 것과 같은, 사이클론 또는 일련의 사이클론과 같은 기체로부터 고체 입자를 분리하기에 적합한 임의의 장치일 수 있다. 2차 분리 장치(320)는 분리된 미립자 고체를 미립자 고체 분리 섹션(310)의 상부 세그먼트(376), 중간 세그먼트(374)의 하부 또는 하부 세그먼트(372)로 침착시킬 수 있다. 이와 같이, 미립자 고체는 상부 세그먼트(376) 또는 중간 세그먼트(374)의 하부에서 하부 세그먼트(372)로 중력에 의해 흐를 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 연도 기체는 미립자 고체 분리 섹션(310)의 기체 배출구 포트(316)에서 파이프(128)를 통해 유체 촉매 반응기 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다. 배출구 포트(316)를 통과한 연도 기체는 연도 기체 스트림(610)을 형성할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 연도 기체 스트림(610)의 적어도 일부 및 산소 함유 기체 스트림(630)의 적어도 일부는 재생기 부분(300)의 재생기 용기(350)의 다운스트림에 배치된 기체 예열기(600)를 통과할 수 있다. 기체 예열기(600)는 상기에 상세히 기재되고, 도 4에 도시된 바와 같이 쉘과 튜브 열 교환기(500)일 수 있다. 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 연도 기체 스트림(610)으로부터 산소 함유 기체 스트림(630)으로의 열 전달을 통해 산소 함유 기체 스트림(630)의 적어도 일부를 가열하도록 작동될 수 있다. 따라서, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 업스트림의 연도 기체 스트림(610)에 비해 공급물 스트림 예열기에서 배출되는 연도 기체 스트림(611)의 온도를 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 쉘과 튜브 열 교환기(500)는 쉘과 튜브 열 교환기의 업스트림의 산소 함유 기체 스트림(631)에 비해 쉘과 튜브 열 교환기에서 배출되는 산소 함유 기체 스트림(630)의 온도를 증가시킬 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 산소 함유 기체 스트림(630)은 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 쉘 측(522)을 통해 유동할 수 있고, 연도 기체 스트림(610)은 쉘과 튜브 열 교환기(500)의 튜브 측(512)을 통해 유동할 수 있다. 유체 촉매 반응기 시스템(100)의 반응기 측(200) 상의 공급물 스트림 예열기(400)에 관해 이전에 기재된 것과 같이, 기체 예열기(600)가 쉘과 튜브 열 교환기(500)를 포함하고, 공급물 스트림 예열기(400)의 맥락에서 기재된 쉘과 튜브 열 교환기(500)에 관한 임의의 개시내용이 마찬가지로 기체 예열기(600)에 적용가능하다는 것을 이해해야 한다.
또한 도 1을 참조하면, 미립자 고체 분리 섹션(310)의 하부 세그먼트(372)는 하부 세그먼트(372)에 미립자 고체의 축적을 허용할 수 있는 고체 미립자 수집 영역(380)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 고체 미립자 수집 영역(380)은 산소 침지 구역, 산소 스트리핑 구역, 및 환원 구역 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 고체 미립자 수집 영역(380)은 상기 기재된 미립자 고체 배출구 포트(222)와 유사한 미립자 고체 배출구 포트(322)를 추가로 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 스탠드파이프(124)는 미립자 고체 배출구 포트(322)와 유체 연통할 수 있고, 재생된 미립자 고체는 스탠드파이프(124)를 통해 재생 섹션(300)으로부터 반응기 섹션(200)을 통과할 수 있다. 이와 같이, 미립자 고체는 반응기 시스템(100)을 통해 연속적으로 재순환될 수 있다.
본 개시내용의 주제는 특정 실시형태를 참조하여 상세하게 설명되었다. 일 실시형태의 성분 또는 특징의 임의의 상세한 설명은 그 성분 또는 특징이 특정한 실시형태 또는 임의의 다른 실시형태에 필수적이라는 것을 반드시 의미하는 것이 아님을 이해해야 한다. 추가로, 당업자에게 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 설명된 실시형태들에 대해 다양한 변형 및 수정이 이루어질 수 있음이 분명해야 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. "약" 및/또는 "대략"이라는 용어는 또한 문제가 되는 주제의 기본 기능을 변경하지 않으면서 정량적 표현이 명시된 참조와 다를 수 있는 정도를 나타내기 위해 본 개시내용에서 사용된다.
하나 이상의 하기 청구범위는 용어 "여기서"를 접속 어구로 이용함이 주지된다. 본 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 구성요소가 제2 구성요소를 "포함하는" 것으로서 기술되는 경우, 일부 실시형태에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 "이루어짐" 또는 "본질적으로 이루어짐"이 고려된다는 것을 이해해야 한다. 추가로, 제1 구성성분이 제2 구성성분을 "포함하는" 것으로 기술되는 경우, 일부 실시형태에서, 제1 구성성분은 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 심지어 적어도 99%의 제2 성분(여기서 %는 중량% 또는 몰%일 수 있음)을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
추가적으로, 본 개시내용에서 "본질적으로 이루어지는"이라는 용어는 본 개시내용의 기본적이고 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 정량적 값을 지칭하기 위해 사용된다. 예를 들어, 특정 화학 구성요소 또는 화학 구성요소의 기로 "본질적으로 이루어지는" 화학 조성물은 적어도 약 99.5%의 상기 특정 화학 구성요소 또는 화학 구성요소의 기를 상기 조성물이 포함한다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
속성에 할당된 임의의 두 정량적 값은 해당 속성의 범위를 구성할 수 있으며, 주어진 속성의 언급된 모든 정량적 값으로부터 형성된 범위의 모든 조합은 본 개시내용에서 고려된다는 것을 이해해야 한다. 조성물에서 화학 구성요소의 조성 범위가 일부 실시형태에서 상기 구성요소의 이성질체의 혼합물을 함유하는 것으로 인식되어야 함을 인식해야 한다. 추가적인 실시형태에서, 화학적 화합물은 유도체, 염, 히드록시드 등과 같은 대안적인 형태로 존재할 수 있다.

Claims (15)

  1. 올레핀의 제조 방법으로서,
    반응 용기에서 미립자 고체와 탄화수소 공급물 스트림을 접촉시키는 단계로서, 미립자 고체와 탄화수소 공급물 스트림의 접촉은 탄화수소 공급물 스트림을 반응시켜 생성물 스트림을 형성하는 단계;
    기체/고체 분리 장치에서 생성물 스트림으로부터 미립자 고체를 분리하는 단계; 및
    생성물 스트림의 적어도 일부 및 탄화수소 공급물 스트림의 일부를 공급물 스트림 예열기에 통과시키는 단계로서,
    공급물 스트림 예열기가 쉘, 쉘을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브, 쉘 측 주입구, 쉘 측 배출구, 튜브 측 주입구, 튜브 측 배출구, 주입구 튜브 시트, 및 배출구 튜브 시트를 포함하는 쉘과 튜브 열 교환기를 포함하고;
    배출구 튜브 시트가 팽창 조인트에 의해 쉘에 연결되는 단계를 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 생성물 스트림의 적어도 일부는 튜브 측 주입구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에 도입되고, 튜브 측 배출구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에서 배출되는, 올레핀의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부는 쉘 측 주입구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에 도입되고, 쉘 측 배출구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에서 배출되는, 올레핀의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주입구 튜브 시트, 배출구 튜브 시트, 또는 둘 모두는 적어도 하나의 튜브에 접선 방향에 노치를 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘과 튜브 열 교환기는 쉘과 튜브 열 교환기를 지지하는 하나 이상의 행잉 지지체 러그를 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘과 튜브 열 교환기는 제2 쉘 측 배출구를 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브는 하나 이상의 나선형 핀, 세로형 핀, 나선형 그루브, 세로형 그루브, 주름, 및 딤플을 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘과 튜브 열 교환기의 쉘을 통한 탄화수소 공급물 스트림의 흐름은 실질적으로 축방향인, 올레핀의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘과 튜브 열 교환기는 팽창된 금속 배플, 로드 배플, 격자, 페탈형 배플, 튜브-인-윈도우(tube-in-window) 배플, 노-튜브-인-윈도우(no-tube-in-window) 배플, 디스크 및 도넛 배플, 이중 세그먼트 배플, 및 삼중 세그먼트 배플로부터 선택된 하나 이상의 배플을 추가로 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주입구 튜브 시트는 내부 보어 웰딩에 의해 복수의 튜브 각각에 연결되는, 올레핀의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘과 튜브 열 교환기는 튜브 측 주입구 주변에 내화 라이닝을 포함하는, 올레핀의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘 길이 대 쉘 직경의 비는 2 내지 8인, 올레핀의 제조 방법.
  13. 미립자 고체를 재생하는 방법으로서,
    산소 함유 기체의 존재 하에서, 미립자 고체 처리 용기에서 미립자 고체를 재생하는 단계로서,
    미립자 고체를 산소 함유 기체와 접촉시킴으로써 산화시키는 단계;
    미립자 고체 상에 존재하는 코크를 연소시키는 단계; 또는
    보충 연료를 연소시켜 미립자 고체를 가열하는 단계 중 하나 이상을 포함하는, 단계;
    미립자 고체를 기체/고체 분리 장치의 연도 기체로부터 분리하는 단계; 및
    연도 기체의 적어도 일부와 산소 함유 기체의 적어도 일부를 기체 예열기에 통과시키는 단계로서,
    기체 예열기가 쉘, 쉘을 통해 축방향으로 연장되는 복수의 튜브, 쉘 측 주입구, 쉘 측 배출구, 튜브 측 주입구, 튜브 측 배출구, 주입구 튜브 시트, 및 배출구 튜브 시트를 포함하는 쉘과 튜브 열 교환기를 포함하고;
    배출구 튜브 시트가 팽창 조인트에 의해 쉘에 연결되는 단계를 포함하는, 미립자 고체를 재생하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 연도 기체의 적어도 일부는 튜브 측 주입구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에 도입되고, 튜브 측 배출구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에서 배출되는, 미립자 고체를 재생하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 산소 함유 기체의 적어도 일부는 쉘 측 주입구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에 도입되고, 쉘 측 배출구를 통해 쉘과 튜브 열 교환기에서 배출되는, 미립자 고체를 재생하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4424192A (en) * 1981-06-15 1984-01-03 Uop Inc. Fluid catalyst regeneration apparatus
US4579716A (en) 1983-09-06 1986-04-01 Mobil Oil Corporation Closed reactor FCC system with provisions for surge capacity
US5190650A (en) 1991-06-24 1993-03-02 Exxon Research And Engineering Company Tangential solids separation transfer tunnel
JP2001009264A (ja) * 1999-04-26 2001-01-16 Toyo Eng Corp 熱交換器様式反応器
US8802019B2 (en) * 2010-12-21 2014-08-12 Basf Se Reactor for carrying out an autothermal gas-phase dehydrogenation
US8609566B2 (en) * 2011-02-28 2013-12-17 Uop Llc Process for venting a catalyst cooler
US9618203B2 (en) * 2012-09-26 2017-04-11 L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Eploitation Des Procedes Georges Claude Method and system for heat recovery from products of combustion and charge heating installation including the same
US9587824B2 (en) * 2014-12-10 2017-03-07 Uop Llc Catalyst cooler for regenerated catalyst
US10794644B2 (en) * 2017-03-28 2020-10-06 Uop Llc Detecting and correcting thermal stresses in heat exchangers in a petrochemical plant or refinery
AR111992A1 (es) * 2017-06-19 2019-09-11 Dow Global Technologies Llc Sistemas de reactor que comprenden el reciclado de fluidos
US11260357B2 (en) * 2017-12-21 2022-03-01 Uop Llc Process and apparatus for fluidizing a catalyst bed
EP3844134A1 (en) 2018-08-31 2021-07-07 Dow Global Technologies LLC Methods for dehydrogenating hydrocarbons
CA3202492A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 Dow Global Technologies Llc Systems and methods for producing olefins

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