KR101344097B1 - 유동상 접촉 분해 유닛을 위한 신규한 기체-고체 분리 및 스트립핑 시스템 - Google Patents

유동상 접촉 분해 유닛을 위한 신규한 기체-고체 분리 및 스트립핑 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콤팩트하고 유닛의 수율의 품질에 기여하는 유일의 분리/스트립핑 구역으로 통합한 신규한 기체-고체 분리 및 스트립핑 시스템에 관한 것이다. 이 신규한 시스템은 FCC 유닛에 적용할 수 있으며 기체 및 고체 간 접촉 시간을 최소화하면서 매우 양호한 분리 효율을 동시에 얻을 수 있다.
분리, 스트립핑

Description

유동상 접촉 분해 유닛을 위한 신규한 기체-고체 분리 및 스트립핑 시스템{NEW GAS-SOLID SEPARATING AND STRIPPING SYSTEM FOR CATALYTIC CRACKING UNIT ON FLUIDISED BED}
도 1은 FCC 상승관의 상부에 위치된 본 발명 장치의 예비 스트립핑 챔버를 횡방향으로 취한 도면이다. 도 1에는 예비 스트립핑 챔버의 구성이 도시되어 있다. 도 1은 사이클론 단으로 구성되는 비제한적인 2차 분리 시스템을 나타내며, 본 발명은 직렬로 배치된 복수단의 사이클론과 상용될 수 있다.
도 2는 본 발명 장치의 분리 챔버를 횡방향으로 취한 도면이다. 도 2에는 분리 챔버의 구성이 도시되어 있다. 마찬가지로 도 2는 비제한적인 2차 분리 시스템에 관한 것이며 여기에는 하나의 사이클론 단이 도시되어 있다.
도 3은 길이의 대부분이 스트립핑 구역의 내부로 침투되어 있는 사이클론의 회귀 레그가 2차 분리 시스템을 구성하고 있는 본 발명에 따른 장치의 변형예를 도시한다.
도 4는 분리 챔버 및 예비 스트립핑 챔버가 아치형으로 분포되어 있고 벽이 각 챔버를 분리하고 있는 본 발명에 따른 장치의 평면도이다.
기술 분야
본 발명은 분리 및 스트립핑 장치 및 약어 FCC로 상용되는 탄화수소의 유동상 접촉 분해 공정에서의 상기 장치의 용도에 관한 것이다.
접촉 분해 유닛은, 촉매가 탄화수소 공급 원료와 접촉한 다음 하나 이상의 사이클론 단을 포함하는 하나 이상의 분리 단계에서 탄화수소 유출물로부터 분리되는, 흐름이 상향일 경우 "상승관"으로 그리고 흐름이 하향일 경우 "하강관"으로 불리는 실질적으로 수직 연장된 일반적으로 관형의 반응 구역을 포함한다.
본 명세서에서는 이후, 반응 구역의 하류 및 일반적으로 사이클론 단을 통해 실시되는 하나 이상의 궁극적인 분리 단계의 상류에 위치된 반응 유출물로부터 촉매를 1차적으로 분리할 수 있는 장치를 분리 구역이라 부르기로 한다.
촉매 및 반응 유출물의 분리 구역의 목적은 기체 유출물 중의 고체 입자의 농도를 감소시키는 것이며, 입자의 분리 효율은 일반적으로 50% 이상, 종종 75∼99%이다.
분리 구역의 입구에서 기체-고체 흐름 중의 기체에 대한 고체의 질량 유량비는 일반적으로 2∼50, 바람직하게는 3∼10이다.
상승관인 반응기(1)의 출구에서 기체의 겉보기 속도는 일반적으로 3∼30 m/s, 바람직하게는 10∼25 m/s이다.
본 발명은 동시에 고도의 기체-고체 분리, 상기 분리에서 배출되는 회수된 고체 분획의 예비 스트립핑 및 괄목할만한 콤팩트화로 표현되는 스트립핑 구역과의 통합을 동시에 가능하게 하는 FCC 유닛의 상승관 헤드에 있는 분리 및 스트립핑 장치에 관한 것이다.
FCC 유닛에서는 탄화수소와 촉매가 조합되면 유닛의 열균형이 깨지므로 촉매 표면에 흡착된 탄화수소의 재생을 초래하지 않도록 효율적인 스트립핑을 실시하는 것이 중요하다.
또한, 직접 하류 분리 구역을 향해 배출되는 기체의 효과적인 분리로, 일반적으로 1차 분해 생성물의 열분해에서 나오는 건조 기체 생성물(주로 메탄 및 에탄)을 제한하면서 가치있는 생성물의 선택도를 더 양호하게 할 수 있다.
효과적이고 신속한 기체-고체 분리는 접촉 반응을 중단시켜 분리 구역 중에서의 반응 생성물의 체류 시간을 최소화하고 상승관의 출구에서 얻어지는 수율의 구조를 유지할 수 있다.
본 발명에서 분리/스트립핑의 유일 구역으로 통합된 분리 및 스트립핑 어셈블리는 최대한 콤팩트하므로 유닛의 수율의 질에 기여한다.
배경 기술
다수의 특허가, 종종 FCC 유닛의 상승관에 직접 연결되는 사이클론단(들) 및 스트립핑 구역 사이의 무용 부피를 감소시킬 수 있는 기체/고체 분리 시스템에 대하여 개시하고 있다.
따라서, 문헌["FCC closed-cyclone system", A.A.Avidan, F.J.Krambeck, H.Owen 및 P.H.Schipper, Oil & Gas Journal, 1990년 3월] 및 미국 특허는 상승관에 직접 연결된 사이클론을 이용한 신속한 분리를 개시한다.
이들 시스템에서, 상승관에 연결된 사이클론은 일반적으로 제2 사이클론단도 수용하는 큰 치수의 용기 내부에 유지된다.
제1 단계에서 분리된 기체는 제2 단계의 사이클론으로 유입되어 거기서 더 강력히 분진 제거된다.
촉매는 사이클론의 회귀 레그를 통해 증기가 탄화수소 탈착용 촉매의 역류로 주입되는 고밀도 유동상 스트립핑 단계로 향한다.
스트립핑에서 배출된 탄화수소는 이후 반응기의 희석 단계를 향해 배출되어 제2 단계 사이클론의 분리 시스템으로 도입된다.
제1 단계는 1차 분리를 실시하는 상승관에 연결되고 제2 단계는 제1 단계 사이클론의 기체 유출부에 연결되는 2단계 사이클론을 포함하면 2단계 사이클론을 수용하기 위하여 용기의 직경이 매우 커야 한다. 이러한 용기는 스트립핑 구역에서 배출되는 기체 및 제1 단계의 회귀 레그 중의 촉매에 포함되는 기체가 동시에 통과한다.
따라서, 사이클론단을 수용하는 용기의 부피로 인하여 회귀 레그 중에 포함되거나 스트립핑된 탄화수소와 촉매의 접촉 시간이 20초 내지 수분 정도가 되므로, 스트립핑 구역에서 배출된 기체는 열분해에 노출된다.
본 발명은 사이클론단을 수용하는 용기를 없앰으로써 이러한 문제를 해결하고자 한다. 따라서, 사이클론은 본 발명의 목적인 1차 분리 및 스트립핑 구역만을 수용하는 용기의 외부에 위치한다.
또한 미국 특허 5,584,985호에 개시된 바와 같은 유도 와류 유일 챔버에서 신속한 분리가 이루어질 수 있다. 와류에 의한 분리계로 번역할 수 있는, 현재 영어로 "보텍스 세퍼레이션 시스템"으로 불리는 이러한 기술은 동시에 분리 및 스트립핑을 조합한다는 장점이 있다.
상기 특허에 개시된 장치에서, 고체는 원심분리력의 영향으로 벽에 부착되어 챔버의 저부를 향해 흘러 거기서 스트립핑 기체와 접촉하며 스트립핑 기체는 탈착된 탄화수소와 함께 분리 챔버의 상부로 배출된다.
이러한 시스템으로 양호한 분리 효율을 얻기 위해서는, 충분히 높은 원심분리력이 입자 상에 작용하도록 분리 챔버의 크기를 제한하여야 한다. 이것은 분리 후 하강하는 입자의 재상승을 제한하기 위하여 스트립핑 기체의 재상승 속도를 충분히 낮게 하는 것과 맞지 않는다.
동일한 용기내에서 분리 및 스트립핑을 조합하면 일반적으로 이 두 조작을 정확하게 실시할 수 없다. 더욱이, 기체에서 분리된 촉매가 벽에서 흘러내려 챔버의 통로 전 섹션에 걸쳐 분포된 스트립핑 기체와 용이하게 접촉하지 못하는 것은 이 기술의 중요한 문제이다.
본 발명에서는 예비 스트립핑 다음에 스트립핑 구역이 위치하여 분리 시스템의 통합부를 형성하며 이것이 상기한 난점을 회피할 수 있다.
유럽 특허 1 017 762 B1호에는, 분리 및 순환 챔버가 상승관 주위에 교호적으로 배치되며 이들 챔버 모두가 외장 안에 수용되고 상기 외장의 내부가 스트립핑 구역에 해당하는, 콤팩트형 분리 및 스트립핑 시스템을 개시한다.
유럽 특허 1 017 762 B1호에 개시된 구성에서, 외장은 사이클론 단을 포함하 거나 포함하지 않을 수 있다.
사이클론이 외장의 외부에 있는 경우, 외장 및 사이클론 단계(들) 사이에서 열팽창이 문제될 수 있다. 따라서, 2차 분리기를 향한 배출 도관 상에 팽창 연결부가 배치된다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치에 의하면, 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 분리 챔버 및 상승관이 예비 스트립핑 챔버와 통합되지 않아 이들 예비 스트립핑 챔버의 자유 팽창을 가능하게 하는 제1 유닛을 형성하는 방식으로 열팽창 문제를 완전히 회피할 수 있다.
본 발명의 분리 및 스트립핑 장치에 따르면, 입자의 분리 효율은 일반적으로 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상이다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는 조작 조건에서 상기 장치내에 기체가 체류하는 시간이 3초 미만으로 제한되도록 하는 치수이다.
발명의 개요
명세서에서 괄호 안의 숫자는 도 1∼4의 숫자에 해당한다.
본 발명에 따른 고체 입자 흐름 및 기체 혼합물의 분리 및 스트립핑 장치는 바람직하게는 흔히 "상승관"이라 불리는 실질적으로 수직 연장된 형태의 관형 중앙 반응기인 유동상 접촉 분해 유닛에 적용될 수 있다.
본 장치는, 분리할 입자 흐름 및 기체 혼합물이 내부에서 순환하며 상부 섹션(15)에 의하여 폐쇄되어 있고 실질적으로 수직 연장된 형태의 반응기(1) 둘레에 교대로 아치형으로 배치된 복수개의 분리 챔버(2) 및 복수개의 예비 스트립핑 챔버(3)를 포함하는 외장(50)을 포함하며,
- 각 분리 챔버(2)는, 그 상부에, 편향기(4)를 이용하여 기체 혼합물로부터 입자를 분리할 수 있는 원심분리 구역(23) 및 반응기(1)와 연통하는 유입 개구부(20)를 포함하며, 상기 원심분리 구역(23)은 수직 평면에서 이에 대하여 180도 이하의 각도로 입자와 기체 혼합물을 회전시킬 수 있도록 정해지고, 입자는 원심분리 구역(23)의 유입부에서 실질적으로 수직 상승 운동을 하고 상기 구역의 유출부에서 실질적으로 수직 하강 운동을 하며,
- 각 분리 챔버(2)는 외벽(21)-원추형 부분(18)-하부(27)로 이루어지는 벽, 반응기(1)의 외벽과 합쳐지는 내벽 및 예비 스트립핑 챔버(3)의 측벽이기도 한 실질적으로 수직인 측벽(24)를 포함하며, 각 분리 챔버(2)의 측벽(24) 중 적어도 하나는, 유입 개구부(20) 아래에 위치되어 인접하는 예비 스트립핑 챔버(3)와 기체 혼합물을 연통시키는 제1 측부 연통부(5)를 포함하고,
- 각 분리 챔버(2)는 하부(27)에 기체 혼합물이 유출되는 제1 측부 연통부(5)의 아래에 위치된 입자의 실질적 축방향 유출을 가능하게 하는 제2 개구부(6)를 더 포함하며, 제2 개구부(6)는 분리 챔버(2)의 아래에서 하나 이상의 주 스트립핑 수단(11)을 포함하는 스트립핑 구역(30)과 연통하고,
- 외장(50)은 예비 스트립핑 챔버(3)에서 나오는 기체 유출물을 함유하는 혼합물의 배출 도관(14)을 더 포함하며, 상기 배출 도관은 실질적으로 반응기(1) 축에 위치되고 한쪽이 상부 개구부(8)에 의하여 예비 스트립핑 챔버(3)에 연결되며 상기 배출 도관(14)에서 나오는 기체 유출물 중에 함유된 고체 입자를 분리할 수 있는 하나 이상의 2차 분리기(16)에도 연결되고, 상기 2차 분리기(16)는 기체 유출물의 유출부(9) 및 스트립핑 구역(30) 안에 잠긴 입자 유출부(17)를 포함하고, 상기 스트립핑 구역(30)은 예비 스트립핑 챔버(3)의 하부 개구부(7)를 통하여 기체-고체 혼합물의 배출 도관(14)과 연통하며,
- 각 예비 스트리핑 챔버(3)는 측벽(24) 및 외장(50)의 외벽(22)에 고정된 경사벽(19)을 포함하고, 한편으로는 제1 어셈블리를 형성하는 상승관인 반응기(1) 및 분리 챔버(2) 그리고 다른 한편으로는 제2 어셈블리를 형성하는 예비 스트립핑 챔버(3) 간의 열팽창 차는 2개의 어셈블리를 분리하는 간극에 의하여 자연스럽게 보상된다.
본 발명에 따른 장치의 변형에서, 한편으로 상승관인 반응기(1) 및 분리 챔버(2) 사이에서, 다른 한편으로 예비 스트립핑 챔버(3) 사이에서의 열팽창은 편향기(4)의 내측과 분리 챔버(2)의 제2 개구부(6)측 사이에서 상승관인 반응기(1) 상에 배치된 팽창 연결부에 의하여 보상된다.
유리하게는, 본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는, 제1 측부 연통부(5)의 면적의 합이 유입 개구부(20)의 면적의 합과 실질적으로 동일하고, 동시에 예비 스트립핑 챔버(3)의 상부 개구부(8)의 면적의 합이 유입 개구부(20)의 면적의 합과 실질적으로 동일하도록 정해진다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는 각 분리 챔버(2)내에 외벽(21)과 실질적으로 평행한 형태이며 적어도 제1 측부 연통부(5)의 하단측까지 그리고 실질적으로 외벽(21)의 최대 직경에 상당하는 측까지 수직으로 연장된 편향기(4)를 구비한다.
편향기(4)는 그 상부가 측벽(24)의 제1 측부 연통부(5)의 형태와 일치하거나 임의로 제1 측부 연통부(5)로부터 떨어져 있으나 실질적으로 제1 측부 연통부(5)와 평행하다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는 또한 분리 챔버(2)의 제2 개구부(6) 바로 아래에 위치된 예비 스트립핑 수단(10)을 구비한다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는 유리하게는 스트립핑 구역(30)의 상부에 위치된 입자의 흐름을 균일하게 하고 상기 입자와 스트립핑 기체 간의 접촉을 촉진하기 위한 수단(12)을 포함하는 스트립핑 구역(30)을 구비한다. 이러한 수단(12)은 방해판에 배치된 경사 플레이크, 구조화된 팩킹 또는 다른 수단일 수 있고 이것에 대한 개시는 유럽 특허 2778869호, 미국 특허 2440620호, 미국 특허 2472502호, 미국 특허 2481439호, 미국 특허 6224833호 또는 유럽 특허 1124350호 또는 서적["material and equipment"(석유 라피네이트 백과사전 4판, P.Trambouze, Technip 출판사 편집, 1999)]에서 찾아볼 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는 상승관인 반응기(1)의 축에 배치된 실질적으로 수직인 도관(14)을 통하여 하나 이상의 2차 분리 시스템과 연통하며, 이 2차 분리 시스템은 일반적으로 외장(50)의 외부 또는 내부 회귀 레그인 입자 유출부(17)가 마련된 사이클론 단인 2차 분리기(16)로 구성되나, 하단은 예비 스트립핑 구역(3)에 들어가 있다.
본 발명에 따른 분리 및 스트립핑 장치는 분리 챔버(2)의 고체 회귀 레그인 하부(27)에 위치된 입자 흐름 균일화 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 상기 개시한 수단(12)과 동일 또는 유사한 유형일 수 있다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 이하에서 상승관인 반응기(1)라 불리며 실질적으로 수직인 축을 따라 연장되는 반응기(1)에서 배출되는 입자 흐름 및 기체 혼합물의 분리 및 스트립핑 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 외장(50), 상승관인 반응기(1)에 고정된 복수개의 분리 챔버(2) 및 외장(50)에 고정된 복수개의 예비 스트립핑 챔버(3)를 포함하고, 상기 챔버(2 및 3)는 상기 반응기(1) 둘레에 교대로 아치형으로 배치된다. 상승관은 예비 스트립핑 챔버(3) 및 분리 챔버(2)의 상부와 연속되는 폐쇄 섹션을 가진다. 유출부에서 기체-고체 현탁액의 통합은 분리 챔버에서 유입 개구부(20)에 의한 통과를 제한한다.
동일한 유형의 분리(2) 또는 예비 스트립핑 챔버(3)는 일반적으로 치수, 특히 유입 개구부의 각도가 동일하다. 그러나, 분리 챔버(2) 및 예비 스트립핑 챔버(3)는 유입 개구부의 각도가 상이할 수 있다.
일반적으로, 상승관인 반응기(1)의 축 주위에서 챔버들이 축 대칭을 이루며 분리 챔버의 수는 1∼8, 바람직하게는 2∼4이다.
마찬가지로, 예비 스트립핑 챔버의 수는 1∼8, 바람직하게는 2∼4이다.
분리 챔버(2) 및 상승관인 반응기(1)는 반응기(1), 측벽(24), 외벽(21)-원추형 부분(18)-하부(27), 측벽(24)으로 이루어진 벽에 의하여 정해진 일체형 어셈블리를 형성한다.
예비 스트립핑 챔버(3)들은 이들의 외벽(22)과 상승관인 반응기(1)의 외벽(22)에 의하여 정해진다.
예비 스트립핑 챔버(3)의 기하학적 형상은 바람직하게는 외벽(22)에 고정된 경사벽(19)에 의하여 완성된다. 이러한 방식으로, 예비 스트립핑 챔버(3)는 상승관인 반응기(1)에 물리적으로 결합되지 않으며, 한편으로 제1 어셈블리를 형성하는 상승관인 반응기(1) 및 분리 챔버(2) 그리고 제2 어셈블리를 형성하는 예비 스트립핑 챔버(3) 간의 열팽창 차이는 두 어셈블리를 분리하는 간극에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 팽창 연결부 없이 자연적으로 보상된다.
이하에서는, 먼저 분리 챔버(2)의 기하학적 형상을 설명하고 이어서 예비 스트립핑 챔버(3)의 기하학적 형상을 설명하기로 한다.
각 분리 챔버(2)는 그 상부에 상승관인 반응기(1)와 연통하고 원심력에 의하여 기체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하는 원심분리 구역(23)과도 연통하는 유입 개구부(20)를 구비한다.
원심분리 구역(23)은 분리 챔버(2)의 상부에 위치한다.
원심분리 구역(23)은 수직 평면에서 이것에 대하여 180도 이하의 각도로 상승관인 반응기(1)에서 배출된 입자와 기체 혼합물을 회전시킬 수 있는 편향기(4)에 의하여 정해진다. 즉, 원심분리 구역(23)의 유입부에서 실질적으로 수직 상승 운동을 하는 입자는 상기 구역의 유출부에서 실질적으로 수직 하강 운동을 한다.
상승관인 반응기(1)는 실질적으로 유입 개구부(20)의 상부 또는 그 위에 위치된 상부 섹션(15)을 포함하고, 상승관인 반응기(1)에서 배출된 고체 입자로 충전된 기체 흐름은 모두 유입 개구부(20)를 통해 분리 챔버(2)를 통과한다.
각 분리 챔버(2)는 실질적으로 수직인 2개의 측벽(24)을 더 포함하며 상기 측벽은 상기 분리 챔버(2)에 인접한 예비 스트립핑 챔버(3)의 측벽이기도 하다.
각 분리 챔버(2)의 측벽(24) 중 하나 이상은, 유입 개구부(20)의 아래에 위치하며 분리 챔버(2)의 기체 혼합물을 인접하는 예비 스트립핑 챔버(3)로 연통시키는 제1 측부 연통부(5)를 구비한다.
바람직하게는, 각 측벽(24)의 제1 측부 연통부(5)를 이용하여 분리 챔버(2)와 이에 인접하는 두 예비 스트립핑 챔버(3)를 연통시킬 수 있다. 이하에서는, 제1 측부 연통부(5)를 측부 연통부로 부르기로 하겠다.
각 분리 챔버(2)는 또한 측벽(24)을 포함하며, 외벽(21)은 바람직하게는 최대 직경(Dmax)까지 전개된 다음 Dmax 이하의 직경(Dmin)까지 수직 또는 원추형 부분(18)에 의하여 연장된 후 임의로 실질적 수직 부분인 하부(27)에 의하여 더 연장된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수직 또는 원추형 부분(18) 및 임의로 분리 챔버(2)의 실질적 수직 부분인 하부(27)에는 상기 부분(18 및 27)에서 기체-고체 흐름의 균일화 및 이에 따라 기체-고체 접촉을 촉진하는 수단이 구비되어 있다.
이들 수단은 방해판에 배치된 경사 플레이크, 구조화된 팩킹 또는 또는 다른 수단일 수 있고 이것에 대한 개시는 유럽 특허 2778869, 미국 특허 2440620, 미국 특허 2472502, 미국 특허 2481439, 미국 특허 6224833 또는 유럽 특허 1124350 또는 "material and equipment"(석유 라피네이트 백과사전 4판, P.Trambouze, Technip 출판사 편집, 1999)와 같은 책에서 찾아볼 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다.
기체-고체 흐름을 균일하게 하고 기체-고체의 접촉을 촉진할 수 있는 모든 요소를 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다.
연속 어셈블리를 형성하는 이러한 외벽(21)-원추형 부분(18)-하부(27)로 이루어지는 벽의 반대쪽에 상승관인 반응기(1)의 외벽과 합쳐지는 분리 챔버(2) 내벽(1')이 위치한다.
측벽(24)은 상승관인 반응기(1)의 외벽에 강고히 연결된다.
외벽의 수직 부분인 하부(27)는 내벽(1') 및 측벽(24)과 함께 제2 개구부(6)를 형성하며, 상기 제2 개구부(6)는 정확하게 제1 측부 연통부(5)의 아래에 위치하고 분리 챔버(2)에 포함된 입자의 실질적으로 축방향 유출을 가능하게 한다.
외벽(21)의 높이와 실질적으로 동일한 높이로 제한되고 외벽(21)에 실질적으로 평행한 형태의 편향기(4)는 상기 외벽(21)과 함께 원심분리 구역(23)을 정한다.
바람직하게는 편향기(4)는 측벽(24)에 컷팅된 측부 연통부의 형태와 일치하지만 실질적으로 평행한 상태를 유지하면서 다소 떨어져 있을 수 있다.
편향기(4)의 내부 하단은 바람직하게는 제1 측부 연통부(5)의 하단 아래에 위치한다.
제2 개구부(6)는 상승관인 반응기(1)를 둘러싸며 실질적으로 원통형인 예비 스트립핑 챔버(3)와 연통한다.
상기 스트립핑 구역(30)은 모든 분리 챔버(2)와 연통하며 임의로 부 스트립핑 수단(31)으로 보완되는 주 수트립핑 수단(11)을 하나 이상 구비한다.
상기 스트립핑 구역(30)은 외벽(22) 및 상승관인 반응기(1)의 외벽과 합쳐지며 상기 외벽(22)의 반대쪽에 있는 내벽을 구비한다.
외벽(22)은 예비 스트립핑 챔버(3)에 상응하는 각 섹터를 넘어 연장되며 외벽(22)이 유입 개구부(20)와 합쳐지도록 분리 챔버(2)의 외벽(21)-원추형 부분(18)-하부(27)로 이루어지는 벽을 커버한다.
각 예비 스트립핑 챔버(3)는 그 상부에 실질적으로 상승관인 반응기(1)의 축 및 상승관인 반응기(1)의 상부 섹션(15)의 위에 위치된 배출 도관(14)과 연통하는 상부 개구부(8)를 구비한다.
상기 도관(14)은 소량의 입자로 더 충전된 기체 유출물을 포함하는 혼합물을 2차 분리기(16)를 향하여 배출시킬 수 있다. 일반적으로 2차 분리기(16)는 외장(50)에 있는 하나 이상의 외부 사이클론 단으로 구성될 수 있다.
외벽(22)은 배출 도관(14) 및 배출 도관(14)에 연결된 사이클론 단(들)과 일체형이 된다.
예비 스트립핑 챔버(3)는 그 하부에 스트립핑 구역(30)과 연통하며 외벽(22), 내벽(1') 및 측벽(24)에 의하여 정해지는 하부 개구부(7)를 더 구비한다.
각 예비 스트립핑 챔버(3)은 측벽(24)을 더 포함하며, 수직 또는 경사벽(19) 부분은 Dmax 이하의 직경(Dmin)까지 연장된다.
일반적으로, 예비 스트립핑 챔버(3)의 수직벽 또는 경사벽(19)을 외벽(22)에 고정하여, 한편으로 상승관인 반응기(1)과 분리 챔버(2) 그리고 다른 한편으로 상기 예비 스트립핑 챔버(3) 간의 팽창 차 문제가 모두 회피된다.
그럼에도 불구하고, 본 발명의 변형예에서 예비 스트립핑 챔버(3)의 경사벽(19)은 외벽(22) 및 측벽(24)에 고정될 수 있으며 외장(50)의 벽과 상이하다.
이 경우, 한편으로 상승관인 반응기(1)과 분리 챔버(2) 그리고 다른 한편으로 상기 예비 스트립핑 챔버(3) 간의 열팽창 차는 상승관인 반응기(1), 바람직하게는 분리 챔버(2)의 제2 개구부(6) 측과 편향기(4)의 하측 사이에 배치된 팽창 연결부로 보상된다.
일반적으로 하나 이상의 평행한 사이클론 단으로 구성되는 2차 분리기(16)는 배출 도관(14)에서 나오는 기체 유출물 중에 포함된 입자를 분리할 수 있으며, 스트립핑 구역(30)안에 포함되는 일반적으로 회귀 레그라 불리는 기체 유출물 유출부(9) 및 입자 유출부(17)를 구비한다.
기체 유출물 유출부(9)는 임의로 도 1, 2, 3에 도시되지 않은 제2 사이클론 단과 연통한다.
본 발명의 변형예에 따르면, 입자 유출부(17)는 스트립핑 구역(30)의 외부에 있으며 하단에서만 상기 스트립핑 구역(30)의 내부로 침투한다.
도 3에 도시된 본 발명의 또다른 변형예에 따르면, 입자 유출부(17)는 대부분의 길이가 외장(50)의 내부로 침투한다.
스트립핑 구역(30)의 외장은 외장(50)의 연장부를 구성한다.
추가의 스트립핑 수단(10)이 분리 챔버(2)의 입자 유출 개구부의 바로 아래에 배치되어 스트립핑 구역(30)의 스트립핑 수단(11 및 31)을 보완할 수 있다.
얻어지는 스트립핑 유출물은 상부 개구부(8)를 가로질러 2차 분리기(16)에서 처리된 다음 예비 스트립핑 챔버(3)에 의하여 상부로 배출된다.
본 발명에 따른 스트립핑 분리 장치는 하기 통과 속도를 준수하여 최적 방식으로 작동할 수 있다:
- 상승관인 반응기(1) 헤드에서 기체 속도: 5∼35 m/s, 바람직하게는 10∼25 m/s
- 유입 개구부(20)에서 기체 속도: 5∼35 m/s, 바람직하게는 10∼25 m/s
- 제1 측부 연통부(5)에서 기체 속도: 5∼35 m/s, 바람직하게는 10∼25 m/s
- 하부 개구부(7)에서 기체 속도: 0.3∼5 m/s, 바람직하게는 1∼3 m/s
- 제2 개구부(6)에서 촉매 흐름: 과립 밀도가 1000∼2000 kg/m3이고 Sauter 평균 직경이 40∼100 마이크론인 것을 특징으로 하는 입자로 10∼300 kg/(m2ㆍs), 바람직하게는 50∼200 kg/(m2ㆍs).
본 발명은 하기의 상이한 두가지 방식으로 작동할 수 있다.
1) 유동상을 형성하는 입자의 수준(스트립핑 구역(30)에서 평균 밀도가 200∼800 kg/m3, 바람직하게는 500∼750 kg/m3임)이 분리 챔버(2)의 제2 개구부(6)의 수준보다 유의적으로 낮다.
상승관인 반응기(1)에서 나오는 입자의 95∼99%와 기체의 약 30∼50%가 분리 챔버(2)의 수직 또는 원추형 부분(18)을 통과하며, 나머지는 제1 측부 연통부(5)를 가로질러 예비 스트립핑 챔버(3)를 통과한다.
예비 스트립핑 챔버(3)는 스트립핑 구역(30)에서 나오는 스트립핑 기체를 제1 측부 연통부(5)에 의하여 회수하고 분리 챔버(2)의 입자와 함께 배출되는 제2 개구부(6)에서 나오는 기체의 30∼50%를 하부 개구부(7)에 의하여 회수하여 2차 분리기(16)로 향하게 한다.
2) 스트립핑 구역(30)에서의 입자의 수준은 분리 챔버(2)의 제2 개구부(6)의 수준보다 유의적으로 높다.
상승관인 반응기(1)에서 나오는 입자의 50∼95%와 기체의 약 0∼5%가 분리 챔버(2)의 수직 또는 원추형 부분(18)을 통과하며, 나머지는 제1 측부 연통부(5)를 가로질러 예비 스트립핑 챔버(3)를 통과한다.
예비 스트립핑 챔버(3)는 스트립핑 구역(30)에서 나오는 스트립핑 기체를 회수하여 2차 분리기(16)로 향하게 한다.
제2 방식은 정상 조작 조건에서 바람직한 방식이다.
제1 방법은 임시 조작 조건(시동 및 정지)에서 바람직한 방식이다.
실시예
본 실시예에서는 모든 조건을 동일하게 하여 선행 기술에 따른 분리 시스템과 본 발명에 따른 분리 시스템을 비교한다.
본 발명 장치에 의한 콤팩트성 효과를 비교한다.
16000 BPSD의 탄화수소 유량을 처리하는 탄화수소 접촉 분해 유닛을 가정한다.
고체 입자형 촉매의 유량은 600 톤/시간이다.
상승관의 외경은 1300 mm이다.
- 선행 기술에서, 상승관 헤드에 있는 전형적인 분리기를 둘러싸는 스트립핑 구역, 2차 분리기, 및 1차 및 2차 스트립핑 수단의 치수는 하기와 같다:
ㆍ높이: 23 m
ㆍ최대 직경: 6.25 m
- 본 발명에서, 도 1에 따른 외장(50)의 치수는 하기와 같다:
ㆍ높이: 17 m
ㆍ최대 직경: 3.5 m
장치의 또다른 주요 치수는 하기와 같다:
ㆍ스트립핑 구역(30)의 직경: 3.5 m
ㆍ분리 챔버(2)의 측벽이 상승관인 반응기(1) 벽으로부터 떨어진 거리: 0.8 m
ㆍ제1 측부 연통부(5)의 길이: 0.3 m
ㆍ제1 측부 연통부(5)의 높이: 0.5 m
ㆍ외부 2차 분리기의 회귀 레그의 높이: 7 m
지면에 놓은 유닛의 질량은 선행 기술의 장치에 비하여 70톤 감소된다.
본 발명의 신규한 기체-고체 분리 및 스트립핑 시스템은 FCC 유닛에 적용할 수 있으며 기체 및 고체 간 접촉 시간을 최소화하면서 매우 양호한 분리 효율을 동시에 얻을 수 있다.

Claims (17)

  1. 분리할 입자 흐름 및 기체 혼합물이 내부에서 순환하며, 상부 섹션(15)에 의하여 폐쇄되어 있고, 수직 연장된 형태인 반응기(1) 둘레에 교대로 아치형으로 배치된 복수개의 분리 챔버(2) 및 복수개의 예비 스트립핑 챔버(3)로 구분된, 외장(50)(envelope)을 포함하는, 기체 혼합물과 입자 흐름의 분리 및 스트립핑 장치로서,
    - 각 분리 챔버(2)는, 그 상부에, 편향기(4)를 이용하여 기체 혼합물로부터 입자를 분리할 수 있는 원심분리 구역(23) 및 반응기(1)와 연통하는 유입 개구부(20)를 포함하며, 상기 원심분리 구역(23)은 수직 평면에서 180도 이하의 각도로 입자와 기체 혼합물을 회전시킬 수 있도록 정해지고,
    - 각 분리 챔버(2)는 외벽(21)-원추형 부분(18)-하부(27)로 이루어진 벽, 반응기(1)의 외벽과 합쳐지는 내벽 및 예비 스트립핑 챔버(3)의 측벽이기도 한 수직인 2개의 측벽(24)를 포함하며, 각 분리 챔버(2)의 측벽(24) 중 적어도 하나는, 유입 개구부(20) 아래에 위치되어 인접하는 예비 스트립핑 챔버(3)와 기체 혼합물을 연통시키는 제1 측부 연통부(5)를 포함하고,
    - 각 분리 챔버(2)는, 그 하부(27)에, 기체 혼합물이 유출되는 제1 측부 연통부(5)의 아래에 위치된 입자의 축방향 유출을 가능하게 하는 제2 개구부(6)를 더 포함하며, 제2 개구부(6)는 분리 챔버(2)의 아래에서 하나 이상의 주 스트립핑 수단(11)을 포함하는 스트립핑 구역(30)과 연통하고,
    - 외장(50)은 예비 스트립핑 챔버(3)에서 나오는 기체 유출물을 함유하는 혼합물의 배출 도관(14)을 더 포함하며, 상기 배출 도관은 반응기(1) 축에 위치되고 한쪽이 상부 개구부(8)에 의하여 예비 스트립핑 챔버(3)에 연결되며 상기 배출 도관(14)에서 나오는 기체 유출물 중에 함유된 고체 입자를 분리할 수 있는 하나 이상의 2차 분리기(16)에 연결되고, 상기 기체 유출물의 유출부(9) 및 2차 분리기(16)는 스트립핑 구역 안에 잠기는 입자 유출부(17)를 포함하고, 상기 스트립핑 구역(30)은 예비 스트립핑 챔버(3)의 하부 개구부(7)를 통하여 기체-고체 혼합물의 배출 도관(14)과 연통하며,
    - 각 예비 스트립핑 챔버(3)는 외장(50)의 외벽(22) 및 측벽(24)에 고정된 경사벽(19)을 갖고, 한편으로는 제1 어셈블리를 형성하는 반응기(1) 및 분리 챔버(2) 그리고 다른 한편으로는 제2 어셈블리를 형성하는 예비 스트립핑 챔버(3) 간의 열팽창 차는 2개의 어셈블리를 분리하는 간극에 의하여 자연스럽게 보상되는, 분리 및 스트립핑 장치.
  2. 제1항에 있어서, 분리 챔버(2)의 제1 측부 연통부(5)의 면적의 합은 유입 개구부(20)의 면적의 합과 동일한 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예비 스트립핑 챔버(3)의 상부 개구부(8)의 면적의 합은 유입 개구부(20)의 면적의 합과 동일한 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  4. 제1항에 있어서, 편향기(4)는 외벽(21)에 평행한 형태이며, 적어도 제1 측부 연통부(5)의 하단측까지 및 상기 외벽(21)의 최대 직경에 상당하는 측까지 수직으로 연장되는 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  5. 제4항에 있어서, 편향기(4)는 그 상부에서 측벽(24)의 제1 측부 연통부(5)의 형태와 일치하는 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예비 스트립핑 수단(10)은 분리 챔버(2)의 제2 개구부(6) 바로 아래에 배치되는 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스트립핑 구역(30)은 상기 스트립핑 구역(30)의 상부에 위치된 입자의 흐름을 균일하게 하기 위한 수단(12)을 포함하는 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 챔버(2)의 하부(27)는 상기 하부(27) 안에 위치된 입자의 흐름을 균일하게 하기 위한 수단(12)과 동일한 유형 또는 유사한 유형의 수단을 포함하는 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 한편으로는 반응기(1)와 분리 챔버(2) 그리고 다른 한편으로는 상기 예비 스트립핑 챔버(3) 간 열팽창 차는 예비 스트립핑 챔버(3)의 제2 개구부(6) 측과 편향기(4)의 하측 사이에서 반응기(1) 위에 배치된 팽창 연결부에 의해 보상되는 것인 분리 및 스트립핑 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 챔버의 수가 1∼8인 분리 및 스트립핑 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예비 스트립핑 챔버의 수가 1∼8인 분리 및 스트립핑 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 장치를 이용하는 탄화수소의 유동상 접촉 분해 방법.
  13. 제12항에 있어서, 반응기(1) 헤드에서의 기체 속도가 5∼35 m/s인 방법.
  14. 제12항에 있어서, 유입 개구부(20)에서의 기체 속도가 5∼35 m/s인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 제1 측부 연통부(5)에서의 기체 속도가 5∼35 m/s인 방법.
  16. 제12항에 있어서, 하부 개구부(7)에서의 기체 속도가 0.3∼5 m/s인 방법.
  17. 제12항에 있어서, 제2 개구부(6)에서의 촉매 흐름이, 과립 밀도가 1000∼2000 kg/m3이고 Sauter 평균 직경이 40∼100 마이크론인 것을 특징으로 하는 입자로 10∼300 kg/(m2ㆍs)인 방법.
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