KR890002150B1 - 이동촉매 베드용 다중단 반응기 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이동촉매 베드용 다중단 반응기 시스템

제1도는 본 발명의 반응기 시스템의 횡 단면도.

제2도는 반응기부(2)를 위에서 본 단면도.

제3도는 반응기부(2)의 하부를 위에서 본 단면도.

제4도는 반응기부(2)의 하부의 횡 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버 10 : 촉매 재분배부

15 : 환형 촉매 보유부 13,14 : 촉매 보유 스크린

20 : 반응물류 회수도관 25 : 관형웰

39 : 반응물류 입구 40 : 반응물류 출구

45 : 테이퍼 플러그 46 : 소켓수단

본 발명은 다양한 탄화수소 원료의 기상전화에 특히 유용한 방사선 흐름을 갖는 다중단 촉매 반응기 시스템에 관한 것이다. 상기 반응기 시스템은 신장된 반응기 챔버에 수직으로 공간을 두고 이격배치된 2개 이상의 반응기부를 통한 반응물류의 공정처리 방법을 제공하는 것으로, 상기 반응물류는 중력흐름에 의한 환형베드로서 상기 반응기를 통해 이동 가능한 촉매입자들과의 접촉에 의해 처리된다.

지금까지 다양한 탄화수소 전화공정은 반응기 시스템을 이용하여 실시되어 왔는데, 여기서 반응물류는 수직배열된 환형촉매베드를 통해 방사상 흐름으로 처리되는데, 그 배열은 특히, 기상에서 실시되는 탄화수소 전화공정들에 대해 많은 설계와 작업잇점을 제공하였다. 이러한 공정들에 있어서, 촉매입자들은 전형적으로 수직배열의 외부관 형촉매 보유스크린내에 공축 배열된 내부 관형촉매 보유스크린(일반적으로, 다공성 또는 슬로트 센터파이프로 지지된)으로 형성된 수직으로 배열된 환형촉매 보유부에 위치한다. 상기 반응기 시스템을 사용하는 대표적인 형태의 탄화수소 전화 공정으로 접촉개질, 파라핀류의 촉매 탈수소화 및 알킬방향족류의 촉매 탈수소화등이 있다.

미합중국 특허 제2,683,654호는 반응류가 수직배열의 환형촉매베드를 따라서 횡방향으로 및 방사상으로 흐르는 단일단 반응기 시스템에 관해 기술하고 있는데, 이 반응기 시스템은 고정촉매베드를 갖도록 설계되어 있으며, 그 반응물류는 반응기벽들과 환형촉매베드 사이에 형성된 환형공간내로 하방으로 유입되고, 상기 베드를 따라 방사상으로 흘러서 다공성 센터파이프에 유입된다. 이어서, 반응물류는 반응기 시스템으로 부터 하방으로 계속 배출된다. 미합중국 특허 제3,692,496호에서는 다소 관련된 반응기 시스템을 기술하고 있는데, 반응기 챔버에 채워진 반응물류는 외부 환형공간으로 부터 환형촉매베드를 통하여 내부 또는 센터 메니폴드(manifold) 공간으로 유입된다. 이 경우에서, 반응기 시스템은 하나의 환형촉매 보유부로 부터 다음의 보다 낮은 환형촉매 보유부까지 중력흐름에 의해 하방으로 촉매입자들이 유동하도록 설계된 적재반응기부( 및 연속적재 환형촉매베드)로 구성되는 다중단 반응기 시스템으로서, 촉매입자들이 최하부의 반응기로부터 재생용으로 회수되고 있다. 마지막에 기술한 다중단 반응기 시스템의 변화가, 미합중국 특허 제3,725,248호에 기술되어 있는데, 측면반응 챔버에 환형촉매베드가 개별적으로 병행의 반응기 챔버에 함유되어 있으며, 미합중국 특허 제3,882,015호에서는 반응물류가 역전하여 중앙 반응물도관으로부터, 상기 촉매베드에 의해 형성된 환형공간에서 회수되는 환형촉매베드와 반응기 챔버벽을 통하여 방사상으로 유입되고 있다.

다중단 반응기 시스템을 통한 촉매입자들의 흐름을 더욱 균일하게 촉진하기위해서, 지금까지는 내부 및 외부 촉매 보유스크린으로 부터 등거리에 있는 환형촉매 지지부의 저부에 균일하게 공간을 두고 이격된 다수의 촉매회수도관을 제공하고 있는데, 각 도관의 상부말단은 촉매입자들이 모든 방향으로부터 상기 도관내에 균일하게 흐를 수 있도록 설계된 원추형 캡으로 덮혀져 있다. 여기서 고려될 이동 베드 반응기의 상세한 구조적인 사항과 마찬가지로, 이러한 접근법은 미합중국 특허 제3,706,536호에 기술되어 있다. 이러한 설계가 촉매흐름을 더욱 균일하게 하는데 효과적이지만, 미합중국 특허 제4,110,081호는 전체반응기 시스템의 손상을 유발할 수 있는 촉매정체에 확증을 주었다. 따라서, 내부촉매 보유스크린에 인접한 환형촉매 보유부를 통하여 중력작용을 하는 촉매입자들이 반응물류의 내부 방사상 흐름에 의해 그 위치에 정체하는 경향이 있다. 중력작용을 하는 입자들이 반응물류의 방사상흐름 영향하에 촉매보유부의 저부로 접근함에 따라, 상술한 촉매회수도관으로의 접근이 다소 저지된다. 그 결과로서, 상기 입자들은 내부촉매 보유스크린의 저부에 핀접속되어 정체된 촉매 메스를 형성하는 경향이 있으며, 일반적인 특성으로서 그 저부는 촉매보유부의 저부에 삼각형의 단면적을 지니고 있으며 상기 내부스크린을 향해 상방으로 테이퍼 형상으로 기울어져 있다.

이러한 문제에 대하여, 전술한 미합중국 특허 제4,110,081호는 다수의 촉매회수 스쿠프 또는 단일 원판형의 덮개판의 사용을 기술하고 있는데, 이 덮개판은 내부촉매 보유스크린에 인접한 환형개구를 통해 환형 촉매보유부로 부터 촉매를 제거시키는 다수의 촉매회수 도관위에 위치하고 있다. 상기 설계에 대한 주 결점은 비교적 많은 함량의 촉매가 환형촉매 통로를 형성하는 촉매스쿠프 또는 원형판의 상부 아래에 위치한 환형촉매 보유부의 저부에 정체된다는 것이다. 이 지역에서는 촉매가 처리기체에 노출된 채로 유지되어 있어, 과도한 코우킹 및 비활성화를 일으킨다. 귀중한 촉매의 손실은 차지하고라도 정체된 촉매는 촉매의 흐름을 차단시킬 수 있는 코우크 덩어리를 형성하거나 이러한 반응기 시스템의 지역에 손상을 야기시킨다.

본 발명의 목적은 이동하는 환형촉매베드를 가로질러 방사상 흐름으로 반응물류를 처리하기 위한 개량된 다중단 반응기 시스템을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 상기 다중단 반응기 시스템의 환형촉매보유부를 통해 촉매 입자의 흐름을 더욱 균일하게 하는데 있으며, 또한 최상부의 반응기로부터 상기 다중단 반응기 시스템을 통하여 촉매입자를 이동시킬 수 있고 상기 공정에서 잠재적으로 일어날 수 있는 촉매의 정체를 제거, 또는 크게 감소시킬 수 있는 개량된 촉매이동시스템을 제공한다. 본 발명의 다른 목적은 환형촉매베드를 가로지르는 공정증기의 개량된 분배를 포함하고 있다.

본 발명의 첫번째 구체적 실시예에서, 본 발명은 중력흐름에 의해 다중단 반응기 시스템을 통하여 환형 베드로서 이동 가능한 촉매입자들과 반응물류를 방사상 흐름으로 접촉시키는 다중단 반응기 시스템으로 구성되는데, 그 구성은 다음과 같다.

(A) 수직방향으로 길게 형성된 챔버, (B) 상기 챔버내에 수직방향으로 공간을 두고 이격 배치된 적어도 2개의 반응기부, (C) 하기로 구성되는 적어도 하나의 상기 반응기부, (ⅰ) 환형촉매 보유부를 제공하기 위해 외부로 수직 배치된 환형촉매 보유스크린내에 공축으로 배열되어 있으며, 상기 촉매 보유부가 내부촉매 보유스크린에 의해 형성되었듯이 바깥둘레에 메니폴드 공간 및 내부공간을 지니는 바닥이 폐쇄된 내부 환형촉매 보유스크린; (ⅱ) 상기 환형촉매 보유부를 덮어씌고 있는 상부횡격벽수단; (ⅲ) 상기 촉매보유부 아래에 위치하며, 상기 내부촉매 보유스크린에 인접한 환형촉매 통로를 제공하는 개구를 지닌 제2 횡격수단; (ⅳ) 하기로 구성되는 촉매이동 수단; (a) 상기 제2 횡격벽수단 아래에 뻗어 있는 관형웰; (b) 상기 환형촉매 보유부 아래 있으며, 상기 환형촉매 통로와 함께 연장된 환형촉매 회수구역을 제공하기 위해 상기 웰내의 상기 내부촉매 보유스크린을 지지하는 하부 횡격벽수단; (c) 상기 환형촉매 회수구역의 저부에 있으며, 구역의 내벽 및 외벽에 인접하여 균일하게 이격배치된 다수의 촉매출구수단; (d) 상기 출구수단과 촉매 보유부와 연결되어 있어 촉매입자들이 중력에 의해 상기 반응부로부터 다음의 하부 반응기부로 흐를 수 있도록 있도록 설치된 다수의 신장된 촉매 이동도판; (ⅴ) 상기 각 반응기부의 상부에 위치하며, 촉매 보유부 주위의 메니폴드 공간과 열린 상태로 연결되어 있는 반응물류 입구수단; 그리고 (ⅵ) 내부촉매 보유스크린의 상부 말단부에 연결되어 있으며, 상기 스크린에 의해 형성된 내부 메니폴드 공간과 열린상태로 연결된 상기 각 반응기부로 부터 나온 반응물류 출구수단; (D) 상기 챔버의 상부와 연결되어 있는 촉매 입구수단; (E) 상기 챔버의 하부와 연결되어 있는 촉매출구 수단.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 최하부 반응 기부가 다음으로 구성되는 것을 특징으로 한다. (A) 환형촉매 보유부를 제공하기 위하여 외부로 수직 배치된 관형 촉매보유스크린내에 공축으로 배열되어 있으며, 상기 촉매 보유부가 내부촉매 보유스크린에 의해 형성되었듯이 바깥둘레에 메니폴드 공간 및 안쪽에 내부공간을 지니는 바닥이 폐쇄된 내부 관형촉매 보유스크린; (B) 상기 환형촉매 보유부를 덮고 있는 상부 횡격벽수단; (C) 내부관형 촉매 보유스크린과 한정된 챔버로 형성되고, 이들에 인접해 있는 환형촉매통로.

또 다른 구체적 실시예에서, 본 발명은 중력흐름에 의해 다중단 반응기 시스템을 통하여 환형베드로서 이동가능한 촉매 입자들과 반응물류를 방사상 흐름으로 접촉시키는 다중단 반응기 시스템으로 구성되는 것으로서, 하기의 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. (A) 수직방향으로 길게 형성된 챔버; (B) 상기 챔버내에 수직방향으로 공간을 두고 이격 배치된 3개의 반응기부; (C) 하기로 구성되는 2개의 상기 반응기부; (ⅰ) 환형촉매 보유부를 제공하기 위해 외부로 수직 배치된 환형촉매 보유스크린내에 공축으로 배열되어 있으며, 상기 촉매 보유부가 내부촉매 보유스크린에 의해 형성되었듯이 바깥둘레에 메니폴드 공간 및 내부공간을 지니는 바닥이 폐쇄된 내부 관형촉매 보유스크린; (ⅱ) 상기 환형촉매 보유부를 덮어씌고 있는 상부횡격벽수단; (ⅲ) 상기 촉매 보유부 아래에 위치하며, 상기 내부 촉매 보유스크린에 인접한 환형촉매 통로를 제공하는 개구를 지닌 제2횡격벽수단; (ⅳ) 하기로 구성되는 촉매 이동수단; (a) 상기 제2횡격벽수단 아래에 뻗어 있는 관형웰; (b) 상기 환형촉매 보유부 아래 있으며, 상기 환형촉매 통로와 함께 연장된 환형촉매 회수구역을 제공하기 위해 상기 웰내에서 상기 내부 촉매 보유스크린을 지지하는 하부횡격벽수단; (c) 상기 환형 촉매 회수구역의 저부에 있으며, 구역의 그 내벽 및 외벽에 인접하여 균일하게 이격 배치된 다수의 촉매출구 수단; (d) 상기 출구수단과 촉매 보유부와 연결되어 있어 촉매입자들이 중력에 의해 상기 반응기부로 부터 다음의 하부 반응기부로 흐를 수 있도록 설치된 다수의 신장된 촉매 이동 도관; (ⅴ) 상기 각 반응기부의 상부에 위치하며, 촉매 보유부 주위의 메니폴드 공간과 열린 상태로 연결되어 있는 반응물류 입구수단; 및 (ⅵ) 내부 촉매 보유스크린의 상부말단부에 연결되어 있으며, 상기 스크린에 의해 형성된 내부 메니폴드 공간과 열린상태로 연결된 상기 각 반응기부로 부터 나온 반응물류 출구수단; (D) 상기 챔버의 상부와 연결되어 있는 촉매 입구수단; (E) 상기 챔버의 하부와 연결되어 있는 촉매 출구수단.

또 다른 구체적 실시예에서, 본 발명은 중력흐름에 의해 다중관 반응기 시스템을 통하여 환형베드로서 이동가능한 촉매 입자들과 반응물류를 방사상 흐름으로 접촉시키는 다중단 반응기 시스템을 구성하는데, 하기 부재를 포함하는것을 특징으로 한다. (A) 수직방향으로 길게 형성된 챔버; (B) 상기 챔버내에 수직방향으로 공간을 두고 이격배치된 4개의 반응기부; (C) 하기로 구성되는 3개의 상기 반응기부; (ⅰ) 환형촉매 보유부를 제공하기 위해 외부로 수직배치된 환형촉매 보유스크린내에 공축으로 배열되어 있으며, 상기 촉매 보유부가 내부 촉매 보유스크린에 의해 형성되었듯이 바깥둘레에 메니폴드 공간 및 내부공간을 지니는 바닥이 폐쇄된 내부 관형촉매 보유스크린; (ⅱ) 상기 환형촉매 보유부를 덮어 씌고 있는 상부횡벽수단; (ⅲ) 상기 촉매 보유부 아래에 위치하며, 상기 내부 촉매 보유 스크린에 인접한 환형 촉매 통로를 제공하는 개구를 지닌 제2횡격벽수단; (ⅳ) 하기로 구성되는 촉매이동수단; (a) 상기 제2의 횡격벽 수단 아래에 뻗어 있는 관형웰; (b) 상기 환형촉매 보유부 아래 있으며, 상기 환형 촉매 통로와 함께 연장된 환형촉매 회수 구역을 제공하기 위해 상기 웰내에서 상기 내부 촉매 보유 스크린을 지지하는 하부횡격벽수단; (C) 상기 환형촉매 회수구역의 저부에 있으며, 그 내벽 및 외벽에 인접하여 균일하게 이격배치된 다수의 촉매출구수단; (d) 상기 출구수단과 촉매 보유부와 연결되어 있어 촉매입자들이 중력에 의해 상기 반응기부로 부터 다음의 하부 반응기 부로 흐를 수 있도록 설치된 다수의 신장된 촉매 이동도관; (ⅴ) 상기 각 반응기부의 상부에 위치하며, 촉매 보유부 주위의 메니폴드 공간과 열린 상태로 연결되어 있는 반응물류 입구수단; 및 (ⅵ) 내부 촉매보유 스크린의 상부 말단부에 연결되어 있으며, 상기 스크린에 의해 형성된 내부 메니폴드 공간과 열린상태로 연결된 상기 각 반응기부로 부터 나온 반응물류 출구수단; (D) 상기 챔버의 상부와 연결되어 있는 촉매입구수단; (E) 상기 챔버의 하부와 연결되어 있는 촉매출구 수단.

본 발명의 기타 목적들과 실시예들은 이하의 설명으로 부터 명백해질 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 다중단 반응기 시스템은 특히 종래의 개질조건에서 나프타 원료를 연속적으로 접촉개질 시키는데 적합하다. 일반적으로, 상기의 역속식 접촉개질공정은 알루미나로 지지된 백금촉매의 존재하에 실시되는데, 촉매는 1/32 내지 1/8인치 직경의 구형촉매로서 개선된 자유 흐름특성을 제공해주고 상기 반응기 시스템을 통해 중력작용을 하는 촉매칼럼의 가교 및 차단을 미연에 방지해준다. 상기 반응기부들 사이에 사용된 비교적 작은 직경을 갖는 다수의 촉매 이동도관과 관련하여, 한 반응기부로 부터 다른 반응기부까지 중력흐름을 향상시키기위해 약 1/8인치이하의 작은직경을 갖는 구형촉매입자를 사용하는 것이 특히 중요하다.

본 발명의 범주를 보다 명확히 하기 위해서, 환형촉매 부유부를 가열할때 함께 사용된 "스크린"이란 용어는 촉매베드를 가로지르는 반응물의 흐름을 용이하게 하면서 촉매베드에 촉매를 한정시키는데 적합한수단을 포함하는 광범위한 의미를 갖고 있다. 이러한 많은 스크린들은 공지되어 있으며, 환형촉매 보유부를 통해 내려가는 촉매입자들이 다소 약하기 때문에, 이러한 내부 및 외부 촉매 보유스크린들은 촉매 마멸을 감소시키도록 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 스크린의 한 형태는 촉매 보유부의 내부와 접하고 있는 평면 와이어들로 구성되어 있다. 좀더 구체적으로, 스크린부재는 이들사이에서의 촉매입자의 포획 및 손실을 배제시키기 위해 쐐기형태로 치밀하게 공간을 두고 평행하게 수직 배열된 평면와이어들로 구성된다. 수직배향된 평면와이어들은 촉매입자들이 최소의 마찰과 마멸을 갖는 환형촉매 보유부를 통해 촉매입자들이 하방으로 흐를 수 있게 한다. 또한, 밀접하게 공간을 형성한 평면의 쐐기형와이어 들에 의해 와이어들 사이에 쐐기형 개구들이 형성된다. 쐐기형 개구들을 통과하는 미립자들은 개구내에 정체되지 않고 밖으로 방출되어 촉매보유 스트림의 막힘에 따른 촉매베드를 가로지르는 증기흐름의 차단을 미연에 방지시킨다. 평면 와이어 형태의 바람직한 촉매보유 스크린들은 전술한 미합중국 특허 제3,706,536호에 상세히 기술되어 있다. 대안적으로, 스크린들은 펀치판, 다공판 또는 다공 파이프들을 포함 할 수 있다. 다공의 크기는 스크린을 통해 반응물의 흐름을 용이하게 하면서, 촉매입자들의 통로를 억제할 수 있는 정도의 크기이어야 한다. 다공(구멍)은 원형, 정방형, 직사각형, 3각형, 좁은 수평 또는 수직 슬로트등의 형태로 구성된다.

따라서, 본 발명에 사용되는 스크린들은 원통형 스크린들로만 제한되는 것이 아니다. 더우기, 상기 스크린들은 원통형과 같은 입자보유 구조를 형성키 위해 서로 연결된 일군의 평면판을 포함한다. 평면부재들과 반대되는 것으로서, 스크린은 미합중국 특허 제2,683,654호와 제4,110,081호에 기술된 바와 같은 일군의 부채모양 부재로 구성되어 있다. 이러한 부채꼴 형상은 미합중국 특허 제4,167,553호에 기술되어 있는 바와 같이 다양한 배열을 하고 있다. 더우기, 환형유체분 배체적과 원통형 분배체적은 촉매보유 스크린의 특정설계에 의해서 결정된다. 따라서, 본 발명의 촉매보유 스크린에서 적용된 "관형"이란 용어는 적당한 단면형상을 포함하며 원형, 각형, 부채형상들의 조합을 포함하고, 외부환형 반응제 분배구역과 마찬가지로 환형촉매 보유부는 이들에 의한 단면형상을 하고 있다. 특히, 외부촉매보유 스크린에 대한 부채꼴 형상은 전술한 미합중국 특허 제4,110,081호에 기술되어 있는 바와 같이, 원형형상의 내부 촉매 보유스크린과 조합한 바람직한 단면형상이다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명코저 한다. 상술하였듯이 도면들이 본 발명의 다중단-반응기 시스템의 특정 형상을 기술하고 있다하더라도, 이러한 반응기 시스템은 특별한 응용에서 행해지는 특정 환경에 적합한 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이후에 설명되는 구체적 실시예로 본 발명의 광범위한 적용을 제한하지 않는다. 더우기, 도면의 숫자는 본 발명의 다중단 반응기 시스템의 간단한 개략도를 나타낸 것으로 주요 항목 및 부재만 나타내었다. 기타펌프, 가동관, 밸브, 헤치, 억세스출구, 및 다른 유사한 부재들은 생략하였다. 설명된 반응기 시스템을 수정하기 위해 이러한 부속품을 이용하는 것은 당업자에게 공지되어 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 및 정신을 벗어나지 않는다.

도면에서 알 수 있듯이 챔버(1)은수직으로 이격된 2개의 반응기부(2) 및 (3)을 폐쇄한다. 반응기부(2) 및 (3)내에는 촉매보유 스크린, 촉매 이동도관 및 반응기 이동도관이 포함되어 있다. 제2도는 촉매 스크린에 관한 촉매분배 도관의 위치를 나타낸다. 구체적으로, 관형웰내의 촉매회수도관의 위치가 제3도에 나타나있다. 제4도는 촉매회수에 대한 관형 웰 및 이와 관련된 부재를 상세히 나타낸 도면이다.

상술하였듯이, 제1도 내지 제4도에 나타낸 반응기 시스템은 상술한 구체적 실시예로 본 발명의 범주를 제한하려는 것이 아니다. 또한, 구조물의 주요 부재만이 나타나있으며, 반응기 시스템과 관련된 소수의 부재를 첨가하는 것은 당업자에게 공지되어 있다.

도면을 참고하여 설명하면, 수직방향으로 길게 형성된 챔버(1)이 도면에서 (2)와 (3)으로 지시된 수직방향으로 공간을 두고 이격된 반응 기부를 덮어씌고 있다. 제1반응 기구(2) 위에 있는 챔버(1)의 상부 말단부에는 반응물류 입구(5)와 촉매입구(6)을 구비하는 열교환기구(4)가 있다. 촉매입구(6)는 플랜지(8)로 부터 서스펜드된 촉매입구부(7)로 연결되는데, 이 촉매는 상기 입구부로 부터 다수의 촉매이동관(9)으로 분배된다. 촉매이동관(9)을 통하여 촉매는 촉매이동도관(12)과 연결되는 균일하게 공간을 두고 이격된 다수의 출구 수단(11)을 구비하는 재분배부(10)로 배출된다. 입구(5)를 경유하여 예열 및 도입된 반응물류는 다수의 촉매이동관(9)과 접촉 통과하여 이를 통과하는 촉매입자들과 간접적인 열교환이 이루어진다는 것을 주목해야 한다. 수소의 존재하에 예열된 촉매는 관(9) 및 촉매 재분배부(10)에서 환원된다. 예컨데, 전술한 나프타원료의 접촉개질, 새로운 및/또는 재생-백금을 함유하는 개질 촉매가 입구(6)를 경유하여 도입되어, 수소의 존재하에 촉매이동관(9)을 통과하는데 촉매는 약 900° 내지 1000℉의 온도에서 입구(5)를 통해 예열, 도입된 나프타 원료와 간접 열교환되어 가열, 환원된다.

상부 반응기부(2)에는 니부관형 촉매 보유스크린(13)이 구비되어 있는데, 그 저부는 폐쇄되어 있다. 촉매 보유스크린(13)은 환형촉매 보유부(15)를 제공하기 위하여 수직으로 배열된 외부촉매 보유스크린(14)내에 공축으로 배열되어 있다. 또한, 외부 환형 반응물 분배구역(16)은 외부촉매 지지스크린(14)의 주변부와 챔버(1)의 벽으로 형성된다. 상부통로부(17)로부터 나온 반응물류는 환형반응물 분배구역(16)을 통해 회수 및 분배된다. 이어서, 환형반응물 분배구역(16)으로 부터 나온 반응물류는 촉매보유부(15)내의 촉매를 따라 방사상으로 흐른다. 환형촉매 보유부(15)위에는 덮개판(18)이 설치되어 있어, 반응물이 베드위로 부터 하방으로 흐르지 않고 촉매베드를 가로질러 방사상으로 흐르도록 한다. 반응물은 촉매베드를 따라 방사선상으로 흐르는 동안, 촉매는 촉매보유부(15)를 통하여 중력 침강하는데, 보유부(15)내의 촉매는 정체되지 않는다. 상술한 바와같이, 상기 절에서 언급된 보유스크린에 적용된 "관형"이란 용어는 모든 적합한 단면형상을 포함하고, 원형, 각형, 부채꼴 형상들의 조합을 포함하며, 환형촉매 보유부는 외부 환형반응물 분배구역과 마찬가지로 이들에 의한 단면형상을 갖는다. 특히 외부촉매 보유부에 대한 부채꼴형상은 전술한 미합중국 특허 제4,110,081호에 기재된 바와 같은 원형형상의 내부촉매 보유스크린과 조합한 단면형상을 갖는 것이 바람직하다.

관형 촉매보유 스크린의 정확한 형상에도 불구하고, 다수의 공간을 형성한 촉매도관수단(12)이 구비되어있어 재분배부(10)로 부터 환형촉매 보유부(15)까지 촉매의 이동을 균일하게 한다. 사용된 이동도관의 수는 반응기부의 직경에 따라 다르며, 바람직하게는 촉매보유 스크린(13)과 (14)간의 반경은 비교적 짧아, 이에따라 촉매보유부(15)가 좁아져서 촉매베드를 통하여 내부촉매 보유스크린(13)으로 형성된 내부 매니폴드 공간(19)으로 통과하는 반응물류의 압력강하를 최소화 시킨다. 따라서, 촉매 이동도관(12)의 단일원형 배향은 촉매보유부 내로 촉매가 균일하게 분배되도록 한다. 제2도에는 특히 바람직한 위치 배열이 나타나 있다. 이동도관(12)이 점선으로 표시된 원 'C'를 따라 원형배향으로 배열되어 있다. 원주 'C'는 촉매보유 스크린(13)과 (14)에 대하여 공간을 두고 이격되어 있어 촉매를 하방으로 배출시킴으로서 촉매의 약 절반이 원 'C'내에서 배출되고, 나머지 'C' 밖으로 배출된다.

반응물류 회수도관(20)은 내부 촉매보유 스크린(13)의 상부 말단부와 출구(21)를 연결한다. 따라서, 본 발명의 반응기 시스템은 메니폴드 공간의 하부로 부터 반응물류를 제거시키는 통상적인 실시와는 달리, 내부 메니폴드(manifold) 공간(19)의 상부로 부터 반응물류를 제거시킨다. 내부 메니폴드공간(19)의 상부로 부터 반응물류를 제거시킴으로서 촉매베드의 길이를 따라 보다 균일한 압력강하를 얻을 수 있고 촉매베드를 통한 반응물류의 분배가 더욱 양호해진다. 촉매베드의 길이에 따라 개선된 압력강하는 내부 메니폴드 공간(19)내의 반응물류의 속도두는 환형반응 물분배구역(16)내의 반응물류의 속도두와 균형이 유지된다는 사실에 기인한다. 이러한 사실에 의해서, 상기 균형은 환형촉매 베드의 전 길이에 걸쳐 보다 균일한 압력 강하를 제공한다.

이러한 현상은 촉매베드의 길이에 따라 2개의 상이한 위치에서 반응물류의 속도두를 고려하면 쉽게 이해할 수 있다. 반응물 분배구역(16)의 최상부에서의 반응물류의 속도두는 최대이다. 분배구역(16)의 하부말단부 에서의 반응물의 속도두는 0이다. 따라서, 반응물류가 분배구역(16)의 입구로 부터 분배구역(16)의 하부말단부를 통과함에 따라 반응물류는 점차적으로 감소된다. 이러한 감속은 분배구역(16)의 입구로 부터 분배구역(16)의 하부말단부까지 압력의 증가를 가져온다. 이러한 압력구배를 상쇄시키기 위해서는 내부 메니폴드 공간(19)으로 부터 반응물을 회수하여, 내부 메니폴드 공간(19)의 상부 출구로 부터 메니폴드공간(19)의 하부 말단부까지의 압력구배를 증가시키는 것이 바람직하다. 즉, 메니폴드공간의 하부로 부터 반응제를 회수하는 종래의 실시와는 대조되는 반응물을 메니폴드공간(19)의 상부로 부터 회수한다면 상기의 압력구배증가를 얻을 수 있다. 내부 메니폴드공간(19)으로 부터 반응물을 회수하므로서, 메니폴드공간(19)상부말단부에서의 속도두는 메니폴드공간(19)의 하부말단부에서의 반응계 속도두가 거의 0인 것과는 달리 최대이다. 따라서 분배구역(16)과 메니폴드 공간(19)의 하부말단부에서 일어나는 최저 속도두와 분배구역(16)의 상부입구와 메니폴드 공간(19)의 상부 출구에서 일어나는 최고속도두를 거의 균형있게 해준다. 마찬가지로, 최고 압력은 분배구역(16)과 메니폴드공간(19)의 하부말단부에서 일어나고, 최저압력은 분배구역(16)의 상부말단부와 메니폴드 공간(19)의 상부말단부에 존재한다. 따라서, 촉매베드의 길이에 따른 압력구배는 촉매베드의 하부말단부에 위치한 최고 압력과 촉매베드의 상부말단부에 위치한 보다 낮은 압력과 거의 일치한다. 이러한 결과에 의해 촉매베드의 길이를 따라 비교적 균형을 이룬 압력강하고 생기므로, 촉매베드를 따라서 반응물의 분배가 보다 양호해지고 보다 효율적으로 촉매를 사용할 수 있게 된다.

반응기부(2)의 하부에 위치한 헤드 격벽수단(22)은 내부촉매 보유스크린(13)에 인접한 환형촉매 통로(23)를 제공한다. (24)로 표시된 촉매이동부는 상기 격벽수단(22)아래에 뻗어 있는데, 상기 이동부(24)는 상기 격벽수단(22)의 내부주변부로 부터 서스펜드된 관형웰(25)로 구성된다. 내부촉매 보유스크린(13)은 관형웰(25)의 저부에서 횡격벽(26)상에 지지되고 환형촉매 보유부(15) 아래에 있으며, 환형촉매통로(23)과 함께 연장된 환형촉매 회수구역(27)을 제공한다. 제3도 및 제4도는 상기 촉매이동부(24) 및 상기 내부촉매 보유스크린(13)의 바람직한 배열을 설명한다. 제3도 및 제4도를 참조하면, 관형 소켓수단(28)이 저부 횡격벽(26)에 고정되어 있다. 내부 촉매 지지스크린(13)에는 저부횡격벽 수단(29)이 설치되어 있고, 연장부(30)이 상기 격벽수단(29)에 고정되어 있어 상기 내부스크린(13)이 상기 소켓수단(28)에 삽입 장착된다. 또한, 촉매이동부(24)는 환형촉매 회수구역(27)로 부터 나온 촉매출구수단(31)을 포함하며, 상기 출구수단은 균일하게 공간을 두고 이격되어 있어서 환형촉매 보유부(15)로부터 촉매의 회수를 더욱 균일하게 한다. 제3도를 참조하면, 경사진 베플수단(48)이 촉매출구수단(31)들 사이에 산재된 환형촉매 회수구역(27)내에 설치되어 있어, 중력작용을 하는 촉매입자들이 환형촉매통로(23)으로 부터 상기 출구내로 유입된다. 환형촉매통로(23)로부터 다수의 촉매도관(32)까지의 이동은 반응기부(2)와 (3)간의 촉매통로의 단면적이 감소되고, 이에따라 상기 통로를 경유하여 상기 반응기부 사이에서 반응기증기의 누출이 감소된다. 부언하면, 방사상 증기흐름이 센터파이프(13)쪽으로 촉매를 밀어붙이고, 중력에 의해 촉매를 환형촉매 회수구역(27)내로 잡아 당기기 때문에 외부스프린(14) 근처에 촉매가 정체되지 않는다. 그러므로, 전술한 촉매이동부(24)는 환형 촉매보유부(15)로부터 다음의 보다 낮은 촉매 보유부(33)까지의 이동시 모든 지점에서 촉매의 정체를 거의 없앤다는 것을 알아야 한다. 제1도를 다시 참고하면, 촉매출구수단(31)으로 부터 하방으로 뻗어있는 개구-말단식 촉매도관 수단(32)이 촉매보유부(15)로 부터 반응기부(3)내의 보다 낮은 환형촉매 보유부(33)로 촉매를 이동시키고, 촉매를 균일하게 분포시킨다는 것을 알 수 있다.

최하부 반응기부(3)의 구조와 배열은 내부 관형촉매 보유스크린(34)이 수직배열된 외부관형 촉매보유 스크린(34)내에 공축배열되어 전술한 환형촉매 보유부(33)를 제공한다는 점에서 반응기부(2)의 것과 다소 유사하다. 또한 반응기부(3)는 상기 촉매보유부(33)의 전길이를 둘러싸고 있는 외부 환경 반응물류 분배구역(36), 상기 내부촉매 보유스크린(34)으로 형성된 내부메니폴드 공간(37), 및 반응물류의 오우버 헤드 흐름이 상기 촉매보유부로 직접 유입되는 것을 방지하는 촉매보유부(33) 위에 설치된 덮개판(38)으로 구성된다. 반응물류 입구(39)는 열린상태에서 반응물류 분배구역(36)과 연결되고, 반응물류출구(40)는 열린 상태에서 반응물류회수 도관(41)을 경유하여 내부 메니폴드 공간(37)과 연결된다. 반응기부(2)에 있어서, 반응기부(3)의 반응물류 출구(40)는 상기 반응기부(3)의 상부에 위치함으로서, 반응물류 분배구역(36)과 내부 메니폴드 공간(37)에서의 속도두가 균형을 이루게 한다. 출구(21)를 경유하여 반응기부(2)로 부터 회수된 반응물류는 도시되지 않은 가열 수단을 통해 처리된 후, 입구(39)를 통해 반응기부(3)로 재도입된다. 따라서, 반응기부(2)의 출구(21)로 부터 유출되는 반응물류는 통상 재가열된 후, 입구(39)를 경유하여 반응기부(3)와 분배구역(36)에 도입되고, 이어서 반응물류는 촉매보유부(33)을 방사상 흐름으로 통과하여 내부 메니폴드 공간(37)에서 회수된 후, 도관(41)과 출구(40)를 경유하여 배출된다.

관형촉매출구(42)는 최하부 반응기부(3)의 저부에 위치한다. 내부촉매 지지스크린(34)의 하부 말단부는 상기 출구내에 공축방향으로 장착되어, 상기 촉매 보유스크린(34)에 인접하여, 촉매보유부(33)의 아래에 위치한 환형촉매통로(43)를 제공한다. 내부촉매 보유스크린(34)의 하부 말단부는 테이퍼 프러그(45)를 구비하는 횡격벽 수단(44)에 의해 폐쇄되어 있어서, 이에따라 상기 스크린이 소켓수단(46)에 삽입 장착되어, 내부 촉매 보유스크린(34)을 완전히 지지한다. 소켓수단(46)은 동심 방향으로 출구(42)내에 배열되어 있고, 다수의 방사상으로 공간을 두고 이격된 수직 배향핀(47)에 의해서 그 벽에 고정되어 있다.

본 발명의 다중단 반응기 시스템의 유용성을 더욱 상세히 설명하기 위하여 제1도에서 설명된 반응기에서 실시되는 접촉개질 작업에 관한 다음의 설명이 제시된다. 이러한 설명을 위하여 200°내지 400℉에서 비등하는 직류 가솔린 유분을 수소가 풍부한 재순환류와 혼합하여 입구(5)를 경유하여 반응기에 채운다. 수소와 혼합하는 가솔린 유분의 접촉개질은 촉매입구(6)을 경유하여 적재반응기 시스템의 상부로 유입된 적당한 구형 개질촉매와 접촉하게 된다. 또한, 촉매입구(6)를 통해 들어오는 구형 촉매 입자들은 새로운 촉매저장 수단 및/또는 적당한 촉매 재생수단으로부터 상기 입자들에 대해 유동성을 제공하는데 유용한 수소의 존재하에 접촉하게 된다. 따라서, 약 900°내지 1100℉의 온도 범위로 입구(5)를 들어오는 충진류는 이동관(9) 주위를 통과하여 여기에 함유된 촉매 입자들과 열교환 작용을 한다. 이 열교환으로 촉매는 유동 수소의 존재하에 가열되고 환원된다. 그후, 촉매는 재분배부(10)로 부터 촉매이동도관(12)과 촉매보유부(15)로 재분배된다. 촉매보유부(15)에서, 촉매입자들은 상기 반응물류가 촉매베드를 거쳐 내부메니폴드 공간(19)를 통과할때 반응물류 분배구역(16)으로 부터 방사상 흐름으로 통과하는 반응물류와 접촉하게 된다.

내부 메니폴드 공간(19)을 통과한 후, 반응기부(2)로부터 나온 반응물류는 내부 메니폴드 공간(19)으로 부터 상방으로 흘러서, 출구(21)를 통해 회수된다. 전술한 바와 같이, 본 배열은 촉매보유부(15)내에 위치한 촉매베드를 거쳐 반응물류가 보다 균일하게 분배되도록 한다. 그 결과로서, 분배구역(16)내의 반응물류 속도두는 내부 메니폴드 공간(19)내의 반응물류의 속도두와 균형이 이루어져, 실질적으로 균일한 압력 강하가 환형촉매베드(15)의 전 길이를 따라 얻어진다.

총괄적인 개질 공정은 원래 흡열 반응이므로, 반응기부(2)로 부터의 유출액은 바람직하게는, 재가열된 후, 반응기부(3)내에 도입된다. 일반적으로, 가열 공정은 반응물류의 온도를 약 900℉ 이상으로 상승시켜야 한다. 재가열된 반응물류는 입구(39)를 경유하여 도입된 후, 환형 분배구역(36)에 유입된다. 그후, 반응물은 반응기부(2)에서 설명된 반응물 흐름과 유사한 환형 촉매보유부(33)내에 위치한 촉매와 방사상으로 내부 접촉하는 분배구역(36)을 통하여 흐른다. 그후, 반응물류는 내부 메니폴드 공간(37)으로 유입되고 출구(40)에 의해 회수된다.

반응물류의 내부 방사상 흐름의 영향하에 환형 촉매 보유부(15)를 통해 중력작용을 하는 촉매 입자들은 내부 촉매 보유스크린(13)에 인접한 환형통로(23)로 유입된다. 그후, 촉매 입자들은 완전한 원형으로 부터 다수의 촉매 이동 도관으로 방해 받지 않는 이동을 제공하는 환형 촉매회수 구역(27)을 통해 하방으로 계속 흐른다.

원형으로 부터 다수의 촉매 이동 도관까지의 방해 없는 이동에 의해서, 반응기부들간의 촉매통로의 단면적은 감소되고, 이에 따라 상기 통로를 통한 처리증기의 누출이 감소된다.

이러한 이동은 촉매출구 수단(31) 사이에 산재된 경사진 베플(48)에 의한 촉매의 정체가 있을 지라도 거의 영향을 받지 않는다.

베플들은 제3도와 제4도에 명백히 나타내어 있는 바와 같이 출구수단(31)의 주변부에 뻗어 있으며, 상기 촉매 출구수단은 상기 촉매회수 구역의 폭과 거의 동일한 직경으로 만드는 것이 바람직하다.

보다 낮은 촉매보유부(33)내에서 중력 작용을 하는 촉매 입자들은 환형 촉매통로(43)내에 유입되고, 상기 통로는 내부촉매 스크린(34) 저부와 관형 촉매 출구(42) 벽으로 형성된다.

수직 배열된 베플(47)들은 내부촉매 지지스크린(34)을 지지하면서, 또한 환형통로내의 촉매의 플러그 흐름을 형성한 후, 도시되지 않은 촉매 회수 수단내로 배출시킨다. 촉매 회수 수단은 열린 상태로 출구(42)와 연결되며, 수소가 풍부한 재순환류로 촉매를 전화한뒤, 종래 기술에 의해 재순환 및/또는 재생을 위해 배출시킨다.

Claims (7)

1. 중력흐름에 의해 다중단 반응기 시스템을 통하여 환형베드로서 이동 가능한 촉매입자들과 반응물류를 방사상 흐름으로 접촉시키는 다중단 반응기 시스템이 (A) 수직방향으로 길게 늘어진 한정된 챔버(4), (B) 상기 챔버(4)에 수직방향으로 공간을 두고 이격배치된 2개의 반응기부(2,3), (C) 상기 챔버(4)의 상부와 연결된 촉매 입구 수단(6,7), 및 (D) 상기 챔버(4)의 하부와 연결된 촉매 출구 수단(42)으로 구성되어 있으며, 여기에서 상기 반응기부(2,3)의 하나는 (ⅰ) 환형촉매 보유부(5,33)을 제공하기 위해 수직배치된 외부 환형 촉매 보유스크린(14,35)내에 공축으로 배열되어 있으며, 상기 촉매 보유부가 내부촉매 보유 스크린에 의해 형성되었듯이 바깥 둘레에 메니폴드 공간(16,36) 및 안쪽에 내부 공간(19,37)을 지니는 바닥이 폐쇄된 내부 환형 촉매 보유스크린(3,34); (ⅱ) 상기 환형촉매 보유부(5,33)을 덮어씌고 있는 상부 횡 격벽수단(18,38); (ⅲ) 상기 촉매보유부(15) 아래에 위치하며, 상기 내부 촉매보유 스크린(13)에 인접한 환형 촉매통로(23)을 제공하는 개구를 지닌 제2횡 격벽수단(22); (ⅳ) (a) 상기 제2 격벽수단(22) 아래 뻗어있는 관형웰(25); (b) 상기 환형촉매 보유부(15) 아래 있으며, 상기 환형촉매 통로(23)와 함께 연장된 환형 촉매 회수 구역(27)을 제공하기 위해 상기 웰(25)의 상기 내부 촉매보유 스크린(13)을 지지하는 하부 횡 격벽수단(26); (c) 상기 환형 촉매 회수구역(27)의 저부에 있으며, 구역의 내벽 및 외벽에 인접하여 균일하게 이격 배치된 다수의 촉매출구 수단(31); (d) 상기 출구수단(31) 및 다음 촉매보유부(23)와 연결되어 있어, 촉매입자들이 중력에 의해 상부반응 기부로부터 다음의 하부반응기부로 흐를 수 있도록 설치된 다수의 신장된 촉매 이동 도관(32)을 포함하는 촉매 이동수단; (ⅴ) 상기 각 반응기부의 상부에 위치하며, 촉매 보유부 주위의 메니폴드 공간(16,36)과 열린 상태로 연결되어 있는 반응물류 입구수단(5,39); ⅵ) 내부 촉매 보유스크린(13,34)의 상부말단부에 연결되어 있으며, 상기 스크린에 의해 형성된 내부 메니폴드 공간(19,37)과 열린상태로 연결된 상기 각 반응기부로 부터 나온 반응물류 출구 수단(21,40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중간 반응기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 최하부 반응기부(3)이 (A)환형촉매 보유부(33)을 제공하기 위해 수직 배치된 외부관형 촉매보유 스크린(35)내에 공축으로 배열되어 있으며, 상기 촉매보유부(33)가 내부 촉매 보유스크린(34)에 의해 형성되었듯이 바깥둘레에; 메니폴드공간(36) 및 안쪽에 내부공간(37)을 지니는 바닥이 폐쇄된 내부 관형 촉매 보유스크린(34); (B) 상기 환형촉매 보유부를 덮고 있는 상부 횡 격벽 수단(38); 및 (C) 내부 관형 촉매보유 스크린(34) 및 한정된 챔버(4)로 형성되고, 이들에 인접해있는 환형촉매 통로(43)을 포함함을 특징으로 하는 반응기 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 내부 촉매보유 스크린(34)이 상기 촉매 출구수단(42)내에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 촉매 이동수단(25,26)이 상기 출구 수단(31) 사이에 산재된 경사진 베플 수단을 포함하고 있어, 촉매입자들이 중력작용 의해 상기 출구수단(31)으로 통과되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 관형웰(25)가 내부 촉매 보유스크린(13)과 함께 연장된 관형소켓수단(28)내에 동심배치되어 있고, 상기 내부촉매 스크린이 삽입 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
6. 제3항에 있어서, 상기 촉매출구 수단(42)이 관형 촉매출구 수단이고, 관형촉매 통로 바로 아래에 위치하며, 내부촉매 보유스크린(34)에 인접한 관형촉매 흐름통로(43)를 제공하기 위하여 최하부 반응기부의 내부촉매보유 스크린(34)의 하부 말단부를 상기 출구수단(42)내에 지지시키는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 내부촉매 보유스크린(34)의 하부 말단부가 테이퍼식 플러그(45)를 포함하는 격벽으로 폐쇄되어 있고, 상기 플러그(45)가 상기 관형촉매 출구수단(42)내에 동심으로 베치되어 있으며, 방사선상으로 공간을 두고 이격배치된 다수의 수직으로 배향된 베플수단(47)에 의해 벽에 부착된 소켓수단(46)에 삽입장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.

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