KR910004940B1 - 입상 고체로 탄화수소를 분해하는 장치 및 방법 - Google Patents

입상 고체로 탄화수소를 분해하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

입상 고체로 탄화수소를 분해하는 장치 및 방법
제 1 도는 본 발명의 전체 장치의 입면도.
제 2 도는 본 발명의 반응기 및 분해된 가스-고체 분리기의 확대단면도.
제 3 도는 제 2 도의 선 3-3에서 취한 단면도.
제 4 도는 제 2 도의 선 4-4에서 취한 절단 평면도.
제 5 도는 제 2 도의 선 5-5에서 취한 절단 평면도.
제 6 도는 제 5 도에 도시된 반응기의 고체 입구 부분도.
제 7 도는 제 2 도의 선 7-7에서 취한 단면도.
제 8 도는 제 1 도의 선 8-8에서 취한 단면도.
제 9 도는 고체 재생 장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 반응기 6 : 분리기
7 : 냉각 장치 8 : 재생 장치
10 : 고체 공급 장치 12 : 반응부
14 : 플러그 부분 21 : 플레늄
26 : 고체 커튼 27 : 가스 공급관
31 : 반응 호퍼 32 : 혼합상 입구
33,35 : 압력 탐침 50 : 원심 분리기
52 : 냉각 관 53 : 스트립퍼
55 : 조절 호퍼 57 : 상승 관
58 : 포획상 가열기 60 : 고체 용기
79 : 스트림핑 링 81 : 슬럼프 상
[발명의 분야]
본 발명은 탄화수소 공급물로부터 유용한 탄화수소를 생성시키는것에 관한 것이며, 특히, 본 발명은 가열된 고체들을 사용하여 탄화수소 공급물을 분해하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
[발명의 배경]
탄화수소 공급물을 연료, 올레핀같은 유용한 생성물로 변환시키는 것이 이제 잘 알려져 있다. 유용한 생성물을 생성하기 위하여 천연 탄화수소를 분해하는 것이 개발됐다. 통상적인 방법중에는 열 분해 및 접촉 분해 방법이 있다. 최근에, 열 분해 및 접촉 분해는 탄화수소 공급물의 분해를 촉진하는 열원으로서 입상 고체들을 사용하는 장치로 수행했다.
실제로, 불활성이거나 촉매적인 입상 고체들이 가열되어 탄화수소 공급물과함께 분해 지역내로 주입된다.
탄화수소 공급물은 분해 지역내에서 분해되고 가열된 입상 고체들은 열을 손실하여 타르 및 탄화수소 공급물의 다른 무거운 성분이 부착되거나 오염된다. 그후에, 오염된 고체들은 통상 탄화수소 공급물 분해에 재사용하도록 재생된다. 재생은 고체로부터 오염물을 태워서 입상 고체의 온도를 탄화수소 공급물의 분해에 필요한 수준까지 상승시키는 것을 포함한다.
입상 고체들이 사용되는 각각의 분해 방법은 고체들을 탄화수소 공급물에 결합시키고 그 고체들을 그 공정중에 발생되는 분해된 생성 가스로부터 분리시키도록 공급 장치 및 분리 장치를 필요로 한다.
최근에, 입상 고체들을 분해 반응기로부터 방출되는 분해된 가스로부터 효율적이고 효과적으로 분리시키는 방법 및 장치가 스톤 앤드 웹스터 엔지니어링 사에의해 개발됐다. 미합중국 특허 제 4,433,984호 및 다른 특허에는 입상 고체들과 분해 가스가 분리시에 접촉 시간을 최소화하고 분해 반응을 종결시키는데 필요한 수준까지 분리시키는 분리 방법 및 장치가 기술되어있다.
유사하게, 스톤 앤드 웹스터 엔지니어링 사는 가동 기계 부품들을 배제함으로써 공급 장치의 기능 및 신뢰성을 향상시키는 유동상 로같은 장치에 입상 고체들을 공급하는 방법 및 장치를 개발했다. 그 방법 및 장치가 미합중국 특허 제 4,459,071호에 기술되어 있다. 필수적으로, 그 장치는 조절된 압력차에 의존하여 고체들의 어떤 위치로의 흐름을 촉진시키거나 차단한다.
또한, 스톤 앤드 웹스티 엔지니어링사는 탄화수소 공급물을 뜨거운 입자들의 이동 경로내로 주입하여 탄화수소 공급물의 신속하고 완전한 분해를 성취하는 방법 및 장치를 개발했다. 미합중국 특허 제 4,338,187호등은 공급물과 고체들의 신속한 혼합 및 소기의 부수적인 신속한 분해를 성취시키는 탄화수소 공급물과 뜨거운 입상 고체 공급 장치를 기술하고 있다.
[본 발명의 요약]
본 발명의 목적은 탄화수소 공급물의 완전하고 신속한 분해를 용이하게하고 이어서 입상 고체들로부터 분해된 가스를 신속하게 분리하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 입상 고체로부터 분해된 유출물을 신속하게 분리하고 신속히 냉각시킴으로써 분해된 유출물내에서의 반응을 종결시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 목적은 분해 반응기같은 처리 지역으로 입상 고체를 조절하여 확실하고 신뢰성있게 공급하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 효과적이고 효율적으로 입상 고체들을 재생하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
역시 또다른 목적은 재생된 입상 고체들로부터 필수적으로 완전하게 연도 가스를 분리시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 재생된 입상 고체들에의해 수반된 열에의해 탄화수소가 분해될 수 있도록하고 그 후에 분해된 유출물로부터 입상 고체의 분리를 용이하게하며 분해 반응기용의 열원으로서 재사용하도록 고체들을 재생하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
그러므로, 반응기, 재생 장치 및 고체 공급 장치를 포함하는 장치가 제공되어있다. 반응기는 필수적으로 장방형인 혼합 지역, 혼합 지역을 분리 장치에 연결시키는 관형 반응 용기, 입상 고체로부터 분해된 유출물을 신속하게 분리시키는 분리 수단, 분리 수단의 바로 하류에 있는 분해된 유출물 냉각 장치 및 최종 분리 수단으로 구성된다. 재생 장치는 스트리퍼(stripper), 포획 상(entrained bed) 가열기 및 연도 가스-재생 고체 분리 용기를 포함한다. 고체 공급 장치는 정주관과 상부 호퍼(hopper)를 포함한다.
본 발명은 뜨거운 입상 고체 커튼(curtain)을 필수적으로 장방형인 분리된 입구를 통해 조절된 속도로 반응기의 혼합지역으로 공급하고 동시에 탄화수소 공급물을 고체 커튼과 접촉시킴으써 진행된다. 반응기내에서의 짧은 잔류시간 후에, 분해된 유출물이 뜨거운 고체로부터 분리 냉각되어 생성물 수집용의 통상적인 회수 장치로 보내진다.
반응기로부터 배출된 입상 고체들은 고체들이 반응기로 들어갈때의 온도보다 낮은 온도이며 탄화수소 공급물로부터 타르 및 코우크스같은 오염물이 부착된다. 입상 고체들은 우선 약간의 불순물이 벗겨지고, 그 후에 포획 상 가열기내에서 고체의 코우크스 오염물과 함께 연료 및 공기를 연소시킴으로써 가열된다.
포획 상 가열기내에서 발생된 연소 가스 및 재생 고체는 상방으로 재생 고체 분리 용기로 이동하는데, 분리 용기내에서 가스들이 재생 고체로부터 분리되어 연도 가스로서 배출된다.
[바람직한 실시예의 설명]
본 발명의 방법 및 장치는 불활성이거나 또는 촉매적인 고체들이 사용되는 여러가지 분해 조건에서의 용도를 지닌다. 그러나, 본 발명의 방법 및 장치는 탄화수소 공급물로부터 올레핀을 생성하는 접촉 분해 방법을 참고로 기술될 것이다.
제 1 도에 도시된 바와같이, 장치(2)는 필수적으로 반응기(4), 고체 재생 장치(8) 및 고체 공급 장치(10)로 구성된다.
제 2 도에 가장 잘 도시되어 있는 반응기(4)는 수렴형 혼합부(11), 긴 반응부(12), 그 반응부 아래의 발산부(13), 분리기(6) 및 냉각장치(7)(제 7 도에 도시됨)를 포함한다. 혼합부(11)에는 아아치형 하부 표면(15)을 지니는 단면으로 도시된 플러그 부분(14)이 형성된다. 수평으로 배치된 플베이트(17)는 플러그 부분(14)위에 이격된 관계로 배치되어 플러그 부분(14)과 함께 혼합부(11)의 내부로의 고체 입구 통로(19)를 형성한다. 고체 입구 통로(19)는 직각 단면 형상이며 장방형 개구부(25)로 종결되는데, 그 개구부를 통해서 입상 고체들이 제 3 도에 가장 잘 도시된 바와같이 고체 커튼(26) 형태로 혼합부(11)로 들어간다. 벤츄리형 통로들(3)은 고체 입구 통로(19)로부터 탄화수소 공급물 입구(28)까지 연장된다.
제 5 도 및 제 6 도에 가장 잘 도시된 바와같이, 증기 플레늄(21: plenum)이 수평 개구부(25)의 각각의 길이 방향 연부를 따라 배치되어 예비 가속 가스(증기)를 노즐(29)를 통해서 수평 개구부(25)를 통과하는 고체 커튼(26)내로 공급한다. 가스 공급 관(27)은 대개 가압된 증기 또는 가벼운 탄화수소인 가스를 노즐(29)로 공급한다. 노즐들(29)은 수평에대해 45°의 하향 각도로 배치된다. 예비 가속 가스는 반응기내의 압력보다 3 내지 5psi 높은 압력으로 플레늄(21)에 공급되어 노즐들(29)을 통해서 상대 압력과 같은 압력으로 약 150ft/seC의 속도로 배출된다. 예비 가속 가스는 수평 개구부(25)를 통과해서 흐르는 고체들을 공칭 3 내지 7ft/sec로부터 약 50ft/sec까지 가속시켜 고체와 예비 가속 가스가 혼합된다.
탄화수소 공급물 입구(28)는 반응기 벽(22)상에 배치되어 고체 커튼(26)에 수직 또는 고체 커튼(26)내로 30°상방으로 정렬된다. 탄화수소 공급물은 관(24)을 통해서 매니폴드(23)로 공급된다. 공급물 입구 노즐(28)에는 매니폴드(23)로부터 탄화수소가 공급된다. 제 2 도에 도시된 바와같이, 공급물 입구 노즐들(28)은 같은 수평면내에서 서로 직경 방향으로 마주하여 있다. 반응기의 혼합 지역(11)은 제 4 도에 도시된 바와같이 장방형인바, 그 형상은 긴 반응부(12)에서 관형 반응기에 전이부를 제공한다.
노즐(28)을 통해서 혼합 지역(11)으로 들어가는 공급물은 즉시 고체 커튼(26)에 충돌하며 공급물과 뜨거운 입상 고체들의 소기의 혼합이 발생한다. 마주한 노즐(28) 세트 때문에 마주한 공급 분사물들과 고체 커튼(26)으로부터 포획된 고체들은 플러그부(14)의 아아치 형상부(15)에 의해 방향이 정해지며 혼합지역(11)의 거의 연직 중심선 근처에서 서로 충돌한다. 가스 액체 혼합상의 탄화수소가 노즐(28)을 통해서 공급되면, 노즐들이 고체 커튼(26)에 90°의 각도로 배치된다. 탄화수소 공급물이 가스인 경우에, 노즐들(28)은 고체 커튼에 30°상향 각도로 배치된다. 수평 입구들(19)을 통해서 반응기의 혼합 지역 (11)으로 들어가는 고체의 양은 반응기의 혼합지역(11)과 수평 입구(19) 바로 위의 고체 조절 호퍼(31)내의 고체 저장기(18)위의 챔버 사이의 압력차에 의해 대부분 조절된다. 압력 탐침(33,35)은 각기 반응기의 혼합 지역(11)과 조절 호퍼 챔버(21)에 배치되어 압력차를 측정한다. 가압 가스(증기)는 관(30)을 통해서 조절 호퍼 챔버(21)로 공급되어 반응기의 혼합 지역(11)과 조절 호퍼 챔버(21)사이의 압력차를 조절하여 고체 조절 호퍼(31)로부터 반응기의 혼합 지역(11)으로의 고체의 흐름을 촉진 또는 차단시킨다. 고체 흐름을 조절하는 방법의 상세한 설명이 미합중국 특허 제 4,459,071호 및 제 4,453,865호에 기술되어 있는바, 본 명세서에 참고로 기술되어 있다.
탄화수소가 반응기의 혼합 지역(11)에 200 내지 1100℉로 들어가서 1000 내지 1500℉의 분해 온도로 상승된다. 혼합 지역(11) 및 긴 분해 지역(12)을 통해서 분해가 진행된다. 그 후에, 혼합 분해된 유출물과 포획된 입상 고체들이 분리기(6)로 배출된다. 탄화수소가 반응기내로 들어가는 것으로부터 반응기의 분리기(6)내로 들어가는 것까지의 잔류 시간은 0.05 내지 0.5초이다. 이 시간은 촉매와 탄화수소 사이의 본질적인 접촉 시간을 나타낸다.
제 2 도에 가장 잘 도시된 바와같이, 분리기(6)는 혼합상 입구(32), 수평 챔버부(34), 다수의 분해된 가스 출구(36) 및 입상 고체 출구(38)로 구성된다. 분리기(6)는 주제가 본 명세서에 참고로 기술된 미합중국 특허 제 4,433,984호에 기술된 고체-기체 분리기의 개량물이다. 상기 특허에 열거된 상태 직경들(Di, Dog, Dos), 챔버 높이(H) 및 길이(L)와 관련된 기본 원리들이 다시 성취된다. 그러나, 분리기(6)는 긴 분해 지역(12)이 분산부(13)와 결합되어 배치된다. 반응기의 분산부(13)는 수평부(34)의 상부 중앙에 배치된 분리기 혼합상 입구(32)내에서 종결된다. 분리기(6), 고체상(床)을 포함하는 복합 반응 장치의 형상때문에, 고체상(42)은 수평부(34)의 평탄부(40)상에 형성되는데 고체상(42)의 단면 형태(43)는 곡선 호를 형성하며 그 위로 혼합된 상태의 가스와 고체가 이동한다. 발산부(13)내에서의 고체 및 분해 가스의 팽창은 열 전달을 증진시키고 분리기(6)로 들어가는 고체-가스 혼합물의 속도를 제한한다.
고체들은 수평부(34)의 측방 단부(46)로 보내져 고체 출구(38)를 통해서 하방으로 배출된다. 분해된 가스들은 180°경로로 흐르며, 고체로부터 분리된 후에, 측방 단부들(46) 중간의 수평부(34)의 상부에 배치되는 가스 출구(36)를 통해서 된다. 다수의 고체 출구들(38)과 가스 출구들(36)은 분리 지역에서의 최고 시간 및 최대 고체-가스 분리를 동시에 제공한다.
분리 장치는 또한 각각의 가스 출구(36)의 바로 아래에 통상적인 원심 분리기(50)를 포함한다(제 7 도).
각각의 원심 분리기(50)의 인입관(54)은 가스 출구(36)에 대해 90°의 각도로 배치되며, 원심 분리기(50)는 장치내에 연직으로 배치된다. 원심 분리기(50)는 분리기(6)로부터 배출된 분해된 가스로부터 여분의 포획된 입상 고체들을 수집하는 작용을 한다. 디플레그 관(49: dipleg line)은 입상 고체들을 재생 장치(8)로 귀환시키며, 분해된 가스는 하류 처리를 위해서 가스 출구(51)를 통해서 보내진다.
실제로, 분리기(6)는 단위 입방 피트당 0.2 내지 0.3파운드의 분진을 지니는 가스 고체 혼합물로부터 95 내지 99%의 고체들을 분리시키는바, 고체들의 평균입자 치수는 90 미크론이다.
분해 가스 출구(36)로부터 원심 분리기(50)까지 연장되는 각각의 원심 분리기 인입 관(54)에는 직접 냉각관(52)이 제공된다. 하부의 중류 탑으로부터 취출된 냉각 오일이 분해된 가스의 반응을 종결시키도록 직접 냉각 관(52)을 통해서 원심 분리기(50)내로 도입된다. 분해된 가스 1 파운드당 0.1 내지 0.3 갤런의 냉각 오일이 원심 분리기(50)의 상부로 도입된다.
실제로, 분해 시간, 즉, 효과적인 동력학적 잔류 시간은 공급물을 반응 장치로 주입하여 원심 분리기(50) 내에서의 분해된 가스 반응의 종료까지 경과하는 시간이다. 효과적인 동력학적 잔류 시간은 탄화수소 및 촉매가 본질적인 접촉을 하는 시간 및 분리로부터 냉각까지의 시간을 포함한다.
제 9 도에 가장 잘 도시된 바와같이, 재생 장치(8)는 스트립퍼(53:stripper), 조절 호퍼(55), 포획상 가열기(58), 상승관(57) 및 재생 고체 용기(60)로 구성된다.
스트립퍼(53)는 분리기(6)로부터의 입상 고체들이 분리기 고체 출구(38) 및 원심분리기 디플레그(49: dipleg)로부터 연장되는 고체 렉(leg)을 통해서 공급된다. 제 9 도에 도시된 바와같이 노즐 구멍들(64)을 지니는 링(62)은 스트립퍼(53)의 저부에 설치한다. 대표적으로 증기인 스트립퍼 가스는 노즐(64)을 통해서 배출용 링(62)으로 공급된다. 스트림핑 증기는 입상 고체들의 표면으로부터 불순물들을 제거하도록 입상 고체상을 통하여 상방으로 통과한다. 온도 200℉ 내지 500℉, 압력 20 내지 200psig의 1.0 내지 3.0 파운드의 증기가 입상 고체 0.5톤마다 스트립퍼에 공급된다. 스트림핑 증기 및 포획된 불순물이 스트립퍼(53)내의 입상 고체들을 상방으로 통과하며 극관(도시안됨)을 통해서 분해 가스 관으로 배출된다.
세척된 고체들은 포획상 가열기(58)로의 궁극적인 공급을 위하여 조절 호퍼(55)내에 축적된다. 조절 호퍼(55)는 정주관(66)을 통해서 고체가 들어오는 수집 옹기이며, 그 호퍼로부터 포획상 가열기(58)로 고체를 공급하는 출구관(73)이 연장된다. 조절 호퍼(55)와 정주관(66) 조립체는 미합중국 특허 제 4,459,071호 및 제 4,453,865호에 기술된 바와같이 슬럼프 상 고체들을 제공하는바, 상기 특허들이 참고로 본 명세서에 기재되어있다. 조절 호퍼(55)내의 슬럼프상 표면(68)과 출구관(73)의 출구(70)사이에 유지된 압력차는 조절 호퍼(55)와 포획상 가열기(58)사이의 고체들의 유량을 결정한다. 관(72)은 압력차를 조절하기위하여 조절 호퍼(55)에 선택적으로 가압 증기를 주입하도록 설치한다. 증기 관(72)내의 압력차를 탐지하고 밸브(65)를 조절하기위하여 조절 호퍼(55)와 포획상 가열기(58)내에 탐침들(67,68)을 각각 배치한다.
포획상 가열기(58)는 필수적으로 관형 형상이다. 연료 관(63)에 의해 공급을 받는 분리된 연료 노즐들(61)의 세트는 포획상 가열기(58)의 하부의 경사진 표면(75)상에 필수적으로 대칭으로 배치한다. 가압 공기는 그것을 포획상 가열기(58)를 통해서 축방향 상방으로 향하게하도록 배치된 노즐(77)을 통해서 포획상 가열기(58)로 들어간다. 공기 분사기는 고체 입자들을 상방으로 포획상 가열기(58)를 통해서 재생 고체 용기(60)로 상승시키는 활동력과 연소에 필요한 공기를 제공한다. 연료는 공기가 있기때문에 뜨거운 고체들과의 접촉에 의해 점화된다.
상승관(57)을 통해서 상방으로 이동하는 연소 가스/고체 혼합물은 고체로부터 연소가스를 분리하도록 승강관에 접해서, 바람직하게는, 수직인 재생 고체 용기(60)로 들어간다. 제 1 도에 도시된 바와같이, 용기(60)는 장치의 분리 효과를 향상시키는 원심 이동을 제공하도록 가스 출구 노즐(86)내에 배출관(85)을 지닌다.
작동에 있어서, 고체들은 포획상 가열기(58)의 내측 연부에서 하방으로 미끄러져 80 내지 150ft/sec의 속도로 작동하는 중앙 공기 분사기에 의해 포획된다. 포획상 가열기(58)의 본체내의 과잉 속도는 8 내지 15ft/sec이다. 속도의 감소 및 단일의 중앙 분사기의 사용으로 상의 팽창 부분내에서 희석 상태의 회전이 야기된다. 포획된 고체들은 측방으로 덜어져 분사기에 재포획된다. 그 속도는 재순환 지역을 형성하는 넓은 지점을 지니는 상승 관(57)위로의 고체의 궁극적인 운반 및 더 높은 고체 밀도 및 잔류 시간이 존재하도록 한다. 실시예는 고체들이 궁극적인 처리량과 비교하여 약 10 내지 15번 평균적으로 재순환함을 보여준다.
포획상 가열기(58)의 특징 및 장점은 촉매 또는 고체에 충격을 줄 수 있는 최고 온도를 최소화시키도록 더 높은 고체 밀도를 야기시키는 재순환 장치를 포함한다. 또한, 포획상 가열기(58)내에서의 연소는 가스 상태로 발생한다. 고체들은 가스내에서 부유하므로 연소가 신속하며 가스 및 연료는 궁극적으로 연소 지역내에서 혼합된다.
포획상 가열기내의 연소 반응은 입상 고체들을 코우크스로 피복하는 것을 포함한다. 그러므로, 공급물 대 공기 비율은 공기가 연료에 대해 공칭 10%를 초과하도록 유지되며, 입상 고체상의 모든 코우크스가 연소되어 고체 가열 공정에 기여하도록 보장한다. 그 반응은 CHx＋O2→H2O+CO2와 유사하다.
재생 고체 용기(60)는 제 2 도에 도시된 바와같이 반응 호퍼(31)로 연장되는 정주관(71)이 설치된 원통형 용기이다. 또한, 재생 고체 용기(60)의 구조는 제 9 도에 도시된 바와같이 슬럼프 상(81)을 축적시키는 바, 그 슬럼프 상위에서 반응기 호퍼(31)로의 재생 입상 고체들의 조절된 공급을 할 수 있도록 압력이 조절될 수 있다.
제 1,2 및 9 도에 도시된 상부 고체 수집 용기(60)는 스트립핑 링 (79)을 지니는 하부와 같은 스트립 부분을 포함하며 고체 공급 장치(10)의 일부를 형성한다. 링(79)위에서, 고체들이 유동화되고, 링(79)아래에서 고체 슬럼프가 정주관(71)으로 공급된다. 정주관(71)은 제 2 도에 가장 잘 도시된 바와같이 조절 호퍼(31)내에 슬럼프 상을 공급한다. 고체들은 정주관(71)을 통해서 반응 호퍼(31)내로 흘러서 반응기(4)내로 흐른 고체들을 교체한다. 슬럼프된 고체들은 일단 반응 호퍼(31)의 입구(82)가 폐쇄되면 계속해서 반응 호퍼(31)내로 흐르지 않게된다. 그러므로. 입구(82)의 위치는 호퍼(31)내에서의 고체 수준을 한정한다. 고체들이 상(18)위의 챔버(21)내의 증기 공간과 혼합 지역(11)사이의 압력차에 의해 호퍼(31)로부터 흐름에 따라 입구(82)는 개방된채 추가적인 고체들이 호퍼(31)내로 흐르도록 허용한다.
오리피스 또는 고체 입구 통로들(19)로부터의 고체들의 흐름은 압출 흐름으로 기술될 수 있다. 고체들은 예비 가속 가스에 포획될 때까지는 조밀한 상태이다. 반응기 혼합부(11)로의 고체 유량을 조절하기 위하여 0.5 내지 5.0psi의 압력 강하가 사용된다.
본 발명의 공정은 반응기(4)에 예비 가속 입구들을 통해서서 400 내지 1100℉의 증기같은 예비 가속 가스 공급물을 공급하고, 공급 노즐(28)을 통해서 LPG 나프타, 가스 오일, 또는 잔유(resid)같은 온도가 300 내지 1100℉인 탄화수소 공급물을 공급함으로써 진행된다. 뜨거운 입상 고체들은 장방형 오리피스를 통해서 1200 내지 1700℉의 온도로 반응기(4)에 공급된다. 탄화수소 공급물은 입상 고체들과 혼합되며 1100 내지 1500℉의 분해 온도에서 분해된다. 반응기내의 압력은 6 내지 60psi이고 탄화수소 공급물 도입부터 냉각된 분해된 가스 유출까지외 잔류 시간 또는 접촉 시간은 0.1 내지 0.6초이다. 뜨거운 입상 고체들은 1200 내지 1700℉에서 1100 내지 1500℉로 냉각되고 장방형 오리피스를 통과하여 분리기 고체 출구로부터 배출하는데 0.1 내지 0.6초가 걸린다.
분리된 가스들은 원심 분리기내에서 직접 냉각 오일에 의해 1000 내지 l000℉까지 냉각된다. 그 후에, 분류를 위해서 분해된 유출물 온도를 300 내지 700℉까지 감소시키기위하여 추가적인 냉각을 수행한다.
고체들은 1100 내지 1500℉의 온도의 증기에 의해 스트립퍼 내에서 표면 불순물이 벗겨진다. 표면이 벗겨진 입상 고체들은 1100 내지 1500℉의 온도의 포획상 가열기로 공급된다. 17,000-22,000BTU/LB 의 BTU 함량을 지니는 연료 및 단위 파운드의 연료당 12 내지 17 파운드의 공기 및 코우크스가 포획상 가열기에 연속적으로 공급되어 온도 1200 내지 1700℉ 및 압력 6 내지 60psi에서 입상 고체에서 코우크스(탄소)와 함께 연소된다. 뜨거운 입상 고체들이 1200 내지 1700℉의 온도로 재생 고체 용기로 공급되는데, 연소가스들은 분리기 및 원심분리기내에서 분리되어 연도 가스로 배출된다. 연도 가스는 BTU 함량이 없으며 공급 원료를 예열하거나 증기를 발생시키도록 사용된다.
뜨거운 고체들은 반응기 호퍼 및 장방형 오리피스를 통해서 1200 내지 1500℉로 반응기(4)로 귀환된다.
계획된 물질 평형은 다음과 같다.
-나프타 공급물 50,000ℓb/hr단지 부차적 공급물임
-희석 증기 16000ℓb/hr, 우선 3000ℓb/hr 부차적으로 13000ℓb/hr
-고체 순환 850,000ℓb/hr
-나프타 예열 온도 900℉
-희석 증기 예열 온도 1100℉
-반응기 출구 온도 1340℉
-고체 입구 온도 1590℉
-공기 유량 75000ℓb/hr 연도가스에의해 700℉까지 예열됨
-필요한 연료
반응에 의한 고체상의 코우크스 250ℓb/hr(3.9MMBTU/hr)
외부 연료 4670ℓb/hr(77MMBTU/hr)
실제로, 입상 고체들은 본 발명의 실시예에서 0.005% 순한 손실됨이 발견됐다.
나프타 50,000ℓb/hr로부터의 수율은 다음과 같다.
Figure kpo00001

Claims (26)

  1. (a) 반응기 입구 위의 중앙에 배치된 아아치형 부재 위의 외면 개구부를 통해서 반응기에 뜨거운 입상 고체의 커튼(curtain)을 공급하는 단계,(b) 뜨거운 입상 고체들의 커튼에 대해 어떤 각도인 반응기 벽의 방향으로부터 입상 고체와 탄화수소 공급물의 혼합물을 형성하여 그 입상 고체 및 탄화수소 공급물의 혼합물을 중앙에 배치된 아아치형 부재로 향하게하도록 뜨거운 입상 고체의 커튼에 탄화수소 공급물을 공급하는 단계로 구성되는, 뜨거운 입상 고체로 탄화수소를 분해하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 같은 도입 평면내에서 서로를 향하여 마주하게 배치된 입구 노들들을 통하여 반응기에 탄화수소 공급물을 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 뜨거운 입상 고체들의 커튼의 흐름을 가속시키도록 입상 고체들의 커튼에 예비 가속 가스를 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 반응기 중심선에 수직으로 배치되고 다시 직각으로 구부러져 반응기 중심선에 평행한 개구부로 종결되는 편이된 오리피스들을 포함하는 경로를 통해서 반응기에 뜨거운 입상 고체를 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 입상 고체로부터 분해된 가스를 분리하는 단계, 분해된 가스를 원심 분리기로 통과 시키고 분해된 가스내에서의 분해 반응을 종료시키도록 0.6초내에 원심분리기의 상부에 직접 냉각 오일을 주입하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 분해된 가스 및 입상 고체를 단일 입구를 통해서 분리기로 공급하는 단계, 분리기내에서 분해된 가스 및 입상 고체를 분리하는 단계, 다수의 분해된 가스 출구를 통해서 분해된 가스를 배출하고 다수의 고체 출구를 통해서 입상 고체를 하방으로 배출하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 반응 조건이 0.1 내지 0.6초의 동력학적 잔류 시간을 포함하고, 그 동력학적 잔류 시간은 반응기에 탄화수소 공급물을 주입한 때로부터 원심 분리기내에서의 상기 분해된 가스의 반응의 종료시까지 경과한 시간인 방법.
  8. 반응기에 입상 고체들을 공급하는 편이된 오리피스들 및 같은 평면내에 서로를 향해서 배치된 최소한 2개의 탄화수소 공급물 입구 노즐들을 포함하는 분해 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서, 고체 입구들과 탄화수소 공급물 입구 노즐들 사이에 벤츄리(venturi) 형상부를 포함하는 분해 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서, 편기된 오리피스들이 수평으로 배치된 챈널 및 수평 챈널 바로 하류의 수직 챈널로 형성되며, 탄화수소 공급물의 노즐들이 챈널들의 단부의 장방형 개구부들 아래에 그 개구부들에 수직으로 정렬되어있는 분해 반응기.
  11. 제 10 항에 있어서, 반응기 중앙에 배치된 플러그 부재를 포함하고, 그 플러그의 저부는 탄화수소 공급물 노즐이 배치되는 평면내에 있는 분해 반응기.
  12. 제 9 항에 있어서, 반응기로 들어가는 고체용 장방형 개구부의 연부에 배치된 예비 가속 가스 노즐을 포함하는 분해 반응기.
  13. 제 8 항에 있어서, 장방형 혼합부, 긴 관형 반응부 및 그 반응부 바로뒤의 분기부를 포함하는 분해 반응기.
  14. 제 13 항에 있어서, 반응기의 분기부와 통하는 중앙에 배치된 가스 고체 입구를 지니는 분리기를 포함하는 분해 반응기.
  15. 제 14 항에 있어서, 고체들의 슬럼프 상이 축적되는 반응기 위의 반응기 호퍼를 포함하며, 상기 반응기 호퍼는 편기된 오리피스들의 수평 챈널과 직접 통하는 분해 반응기.
  16. 포획상 가열기로서 탄소가 입혀진 입상 고체들을 포획 상 가열기의 저부내의 개구부로 공급하는 정주관, 포획 상 가열기의 저부의 평면내에 배치된 연료 입구 노즐 장치, 포획 상 가열기의 저부에 축방향으로 배치된 공기 입구 노즐을 포함하는 포획 상 가열기.
  17. 제 16 항에 있어서, 정주관이 연장되며 입상 고체들의 슬럼프 상을 수용하도록된 조절 용기 및 포획 상가열기로의 고체의 흐름을 조절하는 수단을 포함하는 포획 상 가열기.
  18. 분리 챔버, 분리 챔버의 정상부 중앙에 배치된 단일 혼합 상태의 고체-가스 입구, 분리 챔버상의 중간 지점들로부터 상방으로 연장되는 다수의 가스 출구, 분리 챔버들의 단부들로부터 하방으로 연장되는 다수의 고체 출구를 포함하는 분리기 조립체.
  19. 제 18 항에 있어서, 가스 출구의 바로 하류 중앙에 배치된 원심 분리기들 및 그 분리기들과 통하는 냉각 오일 공급관을 포함하는 분리기 조립체.
  20. 재생 고체 용기, 입상 고체들의 슬럼프 덩어리를 수용하도록된 반응기 호퍼, 재생 고체 용기로부터 반응기 호퍼를 통해서 연장되며 호퍼내의 슬러프 상에 잠기는 정주관, 슬럼프 상위의 지역내의 압력을 조절하는 수단을 포함하는 고체 공급 조립체.
  21. 제 20 항에 있어서, 혼합된 재생 고체 및 연소 가스로부터 재생 고체를 분리하는 수단을 재생 고체 용기에 포함하는 고체 공급 조립체.
  22. 제 21 항에 있어서, 혼합된 재생 고체와 연소 가스들의 흐름으로부터 재생 고체를 분리하는 수단이, 혼합된 재생 고체와 연소 가스 흐름이 통과하는 상승관, 상승관 상부에 그 상승 관에 접하게 배치된 배출관, 배출관과 통하는 연도 가스 관 및 재생 고체 용기로 연장되는 디플렉들(diplegs)을 지니는 연도 가스 관내의 다수의 원심 분리기를 포함하는 고체 공급 조립체.
  23. 제 22 항에 있어서, 배출 관이 상승관에 수직으로 배치된 고체 공급 조립체.
  24. 제 21 항에 있어서, 재생 고체 용기가 디프관(diptube)을 내장하는 출구를 포함하는 고체 공급 조립체.
  25. 제 1 항에 있어서, 탄화수소 공급물이 가스-액체상이며 고체 커튼에 수직인 각도로 그 고체들의 커튼으로 공급되는 방법.
  26. 제 1 항에 있어서, 탄화수소 공급물이 가스상이며 30의 상향 각도로 고체들의 커튼에 공급되는 방법.
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