KR102121986B1 - 다단 연소 방식의 촉매 재생기 및 그 재생방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 재생 대상인 코킹 촉매가 고온 환경에 노출되는 것을 방지하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기는, 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역, 상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역을 포함한다.

Description

다단 연소 방식의 촉매 재생기 및 그 재생방법 {MULTISTAGE COMBUSTION TYPE OF CATALYST REGENERATOR AND REGENERATION METHOD THEREOF}

본 발명은 다단 연소 방식의 촉매 재생기 및 그 재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재생 대상인 코킹 촉매가 고온 환경에 노출되는 것을 방지하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기 및 그 재생방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에틸렌은 석유화학에서 기초 원료의 대표적인 물질이다. 석유화학 공정은 에틴렌, 프로필렌과 같은 올레핀 화합물을 근간으로 다양한 공정을 통하여 다양한 물질을 생산한다.

납사로부터 올레핀을 생산하는데 촉매가 사용된다. 촉매는 납사 분해 반응을 경유하는 과정에서 코킹(coking) 된다. 즉 카본(carbon) 입자들이 촉매의 표면을 덮게 된다.

카본으로 덮어진 코킹 촉매는 재생 후, 다시 납사와 혼합되어 납사의 분해 반응에 사용되는 순환을 거치게 된다. 그런데 촉매가 코킹 되면, 납사의 분해 반응이 원활하게 일어나기 어려워진다.

미국특허 제7,153,479호에 개시된 바와 같이, 코킹 촉매를 재생할 때, 연료를 공급하는 방식은 노즐로 액상 연료(Fuel oil)를 파우더(powder) 형태의 촉매 유동층에 분사하는 방식을 사용하고 있다.

이와 같이 액상 연료를 분사하는 방식은 연료의 낮은 분산 성능으로 인하여, 촉매 유동층 내에서 열이 집중되는 핫스팟(hot spot)을 발생시킬 수 있다. 핫스팟의 발생은 재생 대상인 코킹 촉매를 고온에 노출시키게 된다.

고온에 노출된 촉매는 재생 후, 촉매의 성능이 감소된다. 따라서 촉매의 교체 주기가 짧아지게 된다. 이는 올레핀 생산 공정에서 공정 비용을 증가시키게 된다.

본 발명의 일 실시예는 재생 대상인 코킹 촉매가 고온 환경에 노출되는 것을 방지하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예는 상기 다단 연소 방식의 촉매 재생기를 사용하여 코킹 촉매를 재생하는 다단 연소 방식의 촉매 재생방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기는, 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역, 상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역을 포함한다.

상기 제2연소영역은 상기 반응 챔버 내부의 상기 유출구 측에 구비되어, 공기를 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부를 포함할 수 있다.

상기 제1연소영역은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간을 포함할 수 있다.

상기 부분산화구간은 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및 상기 연료 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 부분산화 다공판을 포함하며, 기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 코킹 촉매를 상기 부분산화 다공판에서 혼합 및 열전달할 수 있다.

상기 완전연소구간은 상기 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 공급하는 연료 연소용 공기 공급부, 및 상기 연료 연소용 공기 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 완전연소 다공판을 포함하며, 기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하도록 연료 연소용 공기를 공급하여 상기 완전연소 다공판에서 혼합 및 열전달할 수 있다.

상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의 하부에서 상부로 형성되고, 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 상부에서 하부로 형성될 수 있다.

상기 제1연소영역은 상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향에 교차하는 수평 방향에서 복수의 구간들로 구획하여 상하로 신장되는 격벽을 포함할 수 있다.

상기 격벽은 상기 제1연소영역에 배치되어 상기 수평 방향에서 상기 제1연소영역을 복수로 구획하고, 상기 제2연소영역은 상기 격벽의 하부에서 하나로 형성될 수 있다.

상기 제2연소영역은 상기 반응 챔버 내부의 상기 유출구 측에 구비되어, 공기를 상기 제1연소영역의 복수 구간들에 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부를 포함할 수 있다.

상기 제1연소영역의 복수의 구간들은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간을 각각 포함하고, 각각의 부분산화구간은 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및 상기 연료 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 부분산화 다공판을 포함하며, 기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 코킹 촉매를 상기 부분산화 다공판에서 혼합 및 열전달할 수 있다.

상기 제1연소영역의 복수의 구간들은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간을 각각 포함하고, 각각의 완전연소구간은 상기 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 공급하는 연료 연소용 공기 공급부, 및 상기 연료 연소용 공기 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 완전연소 다공판을 포함하며, 기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하도록 상기 완전연소 다공판에서 혼합 및 열전달할 수 있다.

상기 반응 챔버는 상기 제1연소영역을 형성하는 제1챔버, 및 상하 방향에서 상기 제1챔버의 하단을 수용하고 상기 상하 방향에 교차하는 수평 방향으로 상기 제1챔버보다 확장된 제2연소영역을 형성하는 제2챔버를 포함할 수 있다.

상기 제1챔버는 상기 유입구의 반대측에 토출구를 형성하고, 상기 유출구는 상기 토출구보다 높은 상기 제2챔버의 측방에 형성될 수 있다.

상기 제2연소영역은 상기 제2챔버 내부의 상기 토출구 측에 구비되어, 공기를 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부를 포함할 수 있다.

상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버의 하부에서 상부로 형성되고, 공기의 흐름 방향은 상기 제2챔버의 하부에서 상부 및 중심에서 외측으로 더 형성되며, 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버의 상부에서 하부로 형성되고, 재생 촉매의 유동 방향은 상기 제2챔버의 중심에서 외측으로 더 형성될 수 있다.

상기 반응 챔버는 상기 유입구에 연결되어 코킹 촉매를 도입하는 도입관, 상기 도입관의 하단부를 수용하여 하단부에 설치되는 하방 개방부재, 및 상기 하방 개방부재의 하방에서 삽입되어 상기 도입관의 하단을 수용하여 상기 반응 챔버의 바닥에 설치되는 상방 개방부재를 포함할 수 있다.

상기 제1연소영역은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버의 중심과 외측에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간을 포함할 수 있다.

상기 부분산화구간은 상기 상방 개방 부재와 상기 하방 개방부재 사이에 설정되고, 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부를 포함할 수 있다.

상기 완전연소구간은 상기 도입관과 상기 상방 개방부재 사이에 설정되고, 상기 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 공급하는 연료 연소용 공기 공급부를 포함할 수 있다.

상기 제2연소영역은 상기 하방 개방 부재의 외측에 구비되어, 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 공기를 상기 제1연소영역에 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부, 및 상기 잔류 카본 제거용 공기 공급부의 상방에 상기 하방 개방 부재와 상기 반응 챔버의 내벽 사이에 설치되는 다공판를 더 포함하며, 상기 다공판은 기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 덜 재생된 코킹 촉매를 더 혼합 및 열전달하여 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더 산화 제거할 수 있다.

상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 형성되고, 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기는, 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며 촉매를 재생시키는 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내부에서 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역, 및 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역을 포함할 수 있다.

상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의, 하부에서 상부로 형성되고, 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 상부에서 하부로 형성될 수 있다.

상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 형성되고, 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생방법은, 반응 챔버 내에서 제1방향으로 코킹 촉매를 유동시키는 제1단계, 및 상기 반응 챔버 내에서 상기 제1방향에 역류하는 제2방향으로 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 공급하여 제1연소영역에서 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제2단계, 및 추가로 공기를 공급하여 제2연소영역에서 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하여 코킹 촉매를 재생하는 제3단계를 포함한다.

상기 제2단계는 부분산화 된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본으로 코킹 촉매의 반응열을 낮추어 코킹 촉매의 고온 노출을 방지할 수 있다.

상기 제1단계 및 상기 제3단계는 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매를 상기 반응 챔버의 상부에서 하부로 유동시키고, 상기 제2단계 및 상기 제3단계는 상기 기상 연료 및 공기를 상기 반응 챔버의 하부에서 상부로 흐르게 할 수 있다.

상기 제1단계 및 상기 제3단계는 상기 코킹 촉매 및 재생 촉매를 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 유동시키고, 상기 제2단계 및 상기 제3단계는 상기 기상 연료 및 공기를 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 흐르게 할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하므로 코킹 촉매의 반응열을 낮추어 코킹 촉매의 고온 노출을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)는 반응 챔버(30), 제1연소영역(10) 및 제2연소영역(20)을 포함하여, 코킹 촉매를 재생하도록 구성된다.

도시하지 않았으나, 유동층 반응기는 라이저(미도시)에서 반응물과 촉매(또는 재생된 촉매)를 혼합하여, 반응물의 분해 반응을 일으킨 후, 코킹된 코킹 촉매와 생성물을 사이클론으로 분리하여, 분리된 코킹 촉매를 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)(도 1 참조)로 떨어뜨린다.

일 실시예로써, 납사를 반응물로 하여 올레핀을 생성하는 공정, 즉 유동촉매 크랙킹(fluid catalyst cracking; FCC) 방식의 올레핀 생산 공정은 본 실시예의 앞 공정에 해당하며, 부산물로써 연료로 사용될 수 있는 메탄을 발생시킨다.

앞 공정은 납사와 촉매를 혼합하여, 납사의 분해 반응을 일으킨 후, 코킹 된 촉매와 생성된 올레핀을 사이클론(미도시)에서 분리하여, 코킹 촉매를 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)로 떨어뜨린다.

즉, 납사는 라이저의 하부로 주입되어 고온의 촉매(재생 촉매 포함)와 만나면서 촉매 반응을 통하여 분해되기 시작한다. 납사는 라이저를 따라 상승하면서 계속 흡열 촉매 반응하여 분해된다.

납사의 분해 반응 후, 고체 카본 입자들로 덮어지는 촉매, 즉 코킹 촉매와 분해 반응으로 생성된 올레핀은 사이클론으로 유입되어 서로 분리된다. 사이클론에서 분리되는 코킹 촉매는 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)로 떨어진다. 즉, 앞 공정의 촉매는 유입구(31)로 떨어져 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)로 공급된다.

제1실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)는 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하면서 촉매를 재생시킨다. 즉 제1실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)는 부분산화 생성물을 사용하므로 코킹 촉매의 반응열을 낮추어 코킹 촉매의 고온 노출을 방지할 수 있도록 구성된다.

제1실시예에서, 반응 챔버(30)는 기상 연료 및 공기의 흐름 방향(상향 흐름, 제2방향)과 반대 방향(하향 흐름, 제1방향)으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구(31)로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간(RGS)에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구(32)로 유출하도록 구성된다.

상대적으로 볼 때, 제1연소영역(10)은 반응 챔버(30)의 내부에서 유입구(31)에 인접하여 구비되며, 제2연소영역(20)은 제1연소영역(10)에 연결되어 반응 챔버(30)의 내부에서 유출구(32)에 인접하여 구비된다.

제1연소영역(10)은 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여, 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜, 즉 완전 연소로 수증기 및 이산화탄소를 생성한다. 제2연소영역(20)은 추가로 공급되는 공기로 제1연소영역(10)을 경유한 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거한다.

제1연소영역(10)은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되는 완전연소구간(12)과 부분산화구간(11)을 포함한다. 기상 연료(또는 기상 연료와 공기의 혼합물)가 하부의 부분산화구간(11)으로 공급된다.

따라서 부분산화구간(11)과 완전연소구간(12)은 반응 챔버(30) 내부에서 하부와 상부에 각각 배치된다. 즉 기상 연료(또는 기상 연료와 공기의 혼합물)는 하부의 부분산화구간(11)에서 부분산화되고, 제1방향으로 상향 이동하여 상부의 완전연소구간(12)에서 완전 연소된다.

부분산화구간(11)은 연료 공급부(111)와 부분산화 다공판(112)을 포함한다. 연료 공급부(111)는 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 부분산화구간(11) 및 부분산화 다공판(112) 하방에 공급한다.

부분산화 다공판(112)은 연료 공급부(111)의 상방에 하나 또는 복층으로 구비된다. 따라서 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물의 부분산화로 생성되어 상향 이동하는 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본은 부분산화 다공판(112)에서 하향 유동하는 코킹 촉매와 서로 혼합 및 열전달된다.

이때, 기상 연료와 공기의 혼합물은 연소 조건 대비 공기 유량을 줄여서 부분산화를 조성하도록 공급된다. 기상 연료만 공급되는 경우, 제2연소영역(20)의 잔류 카본 제거용 공기 공급부(21)에서 공급되는 공기와 기상 연료의 부분산화를 조성할 수 있다.

부분산화구간(11)은 부분산화를 통하여 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여, 반응열을 낮추어 코킹 촉매가 고온에 노출되는 것을 방지할 수 있게 한다. 기상 연료와 공기의 혼합비의 제어를 통하여 핫스팟(hot-spot)의 발생 가능성이 제거되고, 온도를 제어할 수 있게 된다.

완전연소구간(12)은 연료 연소용 공기 공급부(121)와 완전연소 다공판(122)을 포함한다. 연료 연소용 공기 공급부(121)는 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 즉 완전 연소를 위한 공기를 완전연소구간(12) 및 완전연소 다공판(122)의 하방에 공급한다.

완전연소 다공판(122)은 연료 연소용 공기 공급부(121)의 상방에 하나 또는 복층으로 구비된다. 따라서 부분산화구간(11)에서 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 즉 완전연소로 생성되는 수증기 및 이산화탄소는 완전연소 다공판(122)에서 공급되는 연료 연소용 공기와 혼합 및 열전달되고, 하향 유동하는 코킹 촉매와 서로 혼합 및 열전달된다.

부분산화구간(11) 이후 완전연소구간(12)은 추가 공기를 공급하여 부분산화를 통해 생성된 수소와 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성한다. 따라서 코킹 촉매에 열이 공급되고, 이로 인하여, 촉매 표면의 카본이 산화 제거된다.

이와 같이, 제1연소영역(10)은 부분산화구간(11) 및 완전연소구간(12)에서 단계적으로 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 연소시키면서 코킹 촉매를 가열하여 재생한다.

제2연소영역(20)은 반응 챔버(30) 내부의 유출구(32) 측에 구비되어, 잔류 카본 제거용 공기 공급부(21)를 포함한다. 잔류 카본 제거용 공기 공급부(21)는 추가로 공기를 공급하여, 제1연소영역(10)을 경유하면서 코킹 촉매에서 재생된 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더욱 산화 제거한다.

한편, 제1연소영역(10)에서, 제1연소는 부분산화구간(11)에서 기상 연료(또는 기상 연료와 공기의 혼합물)의 부분산화를 통하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 부분산화 생성물인 수소, 일산화탄소, 고상의 카본을 완전 연소하여 수증기 및 이산화탄소를 생성하면서 촉매를 재생하며, 제2연소영역(20)에서 제2연소는 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거한다.

제1연소의 부분산화는 고온의 환경(예, 600~800℃)에서 열적으로 진행되는 부분산화반응과 촉매에 의한 부분산화반응으로 구분할 수 있으며, 제1실시예는 두 가지 경우 모두를 포함한다.

이와 같이 제1실시예에서, 기상 연료(기상 연료와 공기의 혼합물) 및 공기의 흐름 방향(제2방향)은, 반응 챔버(30)의 하부에서 상부로 형성(상향 흐름)되고, 이에 대하여 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향(제1방향)은 반응 챔버(30)의 상부에서 하부로 형성된다(하향 흐름). 따라서 애프터 버닝(after-burning) 현상의 발생 유무와 관계없이 연소열을 촉매에 전달할 수 있다.

한편, 반응 챔버(30) 내에 설치되는 사이클론(40)은 코킹 촉매와 유동 가스를 유입하여, 유동 가스를 분리하여 반응 챔버(30)의 외측으로 배출하고, 코킹 촉매를 제1연소영역(10)의 완전연소구간(12)으로 떨어뜨린다.

이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 동일한 부분에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 제2실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(2)의 반응 챔버(230)에서, 제1연소영역(210)은 격벽(213)을 포함한다.

격벽(213)은 기상 연료 및 공기의 흐름 방향(상하 방향)에 교차하는 방향(수평 방향)에서 상하로 신장된다. 격벽(213)은 재생공간(RGS2)에서 제1연소영역(210)을 복수의 구간들로 구획한다. 격벽(213)은 대형 설비, 및 대형 반응 챔버(230)에 용이하게 적용될 수 있다.

따라서 격벽(213)은 제1연소영역(210)에 배치되어 수평 방향에서 제1연소영역(210)을 복수로 구획하며, 제2연소영역(220)은 격벽(213)의 하부에서 하나로 형성된다.

제2연소영역(220)은 반응 챔버(230) 내부의 유출구(232) 측에 구비되는 잔류 카본 제거용 공기 공급부(221)를 포함한다. 잔류 카본 제거용 공기 공급부(221)는 추가로 공기를 공급하여, 제1연소영역(210)의 복수 구간들을 경유하면서 코킹 촉매에서 재생된 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더욱 산화 제거한다.

제1연소영역(210)의 복수의 구간들은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 반응 챔버(230) 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간(212)과 부분산화구간(211)을 각각 포함한다. 기상 연료(또는 기상 연료와 공기의 혼합물)가 하부의 부분산화구간(211)으로 공급된다.

각각의 부분산화구간(211)은 연료 공급부(311) 및 부분산화 다공판(312)를 포함한다. 연료 공급부(311)는 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 부분산화구간(211) 및 부분산화 다공판(312) 하방에 공급한다.

부분산화 다공판(312)는 연료 공급부(311)의 상방에 하나 또는 복층으로 구비된다. 따라서 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물의 부분산화로 생성되어 상향 이동하는 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본은 부분산화 다공판(312)에서 하향 유동하는 코킹 촉매와 서로 혼합 및 열전달된다.

부분산화구간(211)은 각각 부분산화를 통하여 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여, 반응열을 낮추어 코킹 촉매가 고온에 노출되는 것을 방지할 수 있게 한다. 기상 연료와 공기의 혼합비의 제어를 통하여 핫스팟(hot-spot)의 발생 가능성이 제거되고, 온도를 제어할 수 있게 된다.

각각의 완전연소구간(212)은 연료 연소용 공기 공급부(321)와 완전연소 다공판(322)을 포함한다. 연료 연소용 공기 공급부(321)는 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 즉 완전 연소를 위한 공기를 완전연소구간(212) 및 완전연소 다공판(322)의 하방에 공급한다.

완전연소 다공판(322)은 연료 연소용 공기 공급부(321)의 상방에 하나 또는 복층으로 구비된다. 따라서 부분산화구간(211)에서 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 즉 완전연소로 생성되는 수증기 및 이산화탄소는 완전연소 다공판(322)에서 공급되는 연료 연소용 공기와 혼합 및 열전달되고, 하향 유동하는 코킹 촉매와 서로 혼합 및 열전달된다.

각각의 부분산화구간(211) 이후 각각의 완전연소구간(212)은 추가 공기를 공급하여 부분산화를 통해 생성된 수소와 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성한다. 따라서 코킹 촉매에 열이 공급되고, 이로 인하여, 촉매 표면의 카본이 산화 제거된다.

이와 같이, 제1연소영역(210)은 부분산화구간(211) 및 완전연소구간(212)에서 단계적으로 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 연소시키면서 코킹 촉매를 가열하여 재생한다.

제2연소영역(220)은 반응 챔버(230) 내부의 유출구(32) 측에 구비되어, 잔류 카본 제거용 공기 공급부(221)를 포함한다. 잔류 카본 제거용 공기 공급부(221)는 추가로 공기를 공급하여, 각각의 제1연소영역(210)을 경유하면서 코킹 촉매에서 재생된 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더욱 산화 제거한다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 제3실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(3)의 반응 챔버(330)는 제1챔버(331)과 제2챔버(332)를 포함한다.

제1챔버(331)는 제1연소영역(10)을 형성하고, 제2챔버(332)는 상하 방향에서 제1챔버(331)의 하단을 수용하고 상하 방향에 교차하는 수평 방향으로 제1챔버(331)보다 확장된 제2연소영역(320)을 형성한다. 제1챔버(331)는 유입구(333)의 반대측에 토출구(334)를 형성하고, 유출구(335)는 토출구(334)보다 높은 제2챔버(332)의 측방에 형성된다.

제2연소영역(320)은 제2챔버(332) 내부의 토출구(334) 측에 구비되는 잔류 카본 제거용 공기 공급부(341)를 포함한다. 잔류 카본 제거용 공기 공급부(341)는 추가로 공기를 공급하여, 제1연소영역(310)을 경유하면서 코킹 촉매에서 재생된 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더욱 산화 제거한다.

이와 같이 제3실시예에서, 기상 연료(기상 연료와 공기의 혼합물) 및 공기의 흐름 방향(제2방향)은, 제1챔버(331) 및 제2챔버(332)의 하부에서 상부로 형성(상향 흐름)되고, 공기의 흐름 방향은 제2챔버(332)의 하부에서 상부 및 중심에서 외측으로 더 형성된다.

그리고 제3실시예에서, 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향(제1방향)은, 제1챔버(331) 및 제2챔버(332)의 상부에서 하부로 형성(하향 흐름)되고, 재생 촉매의 유동 방향은 제2챔버(332)의 중심에서 외측으로 더 형성된다. 따라서 애프터 버닝(after-burning) 현상의 발생 유무와 관계없이 연소열을 촉매에 전달할 수 있다.

한편, 제1챔버(331) 내에 설치되는 사이클론(41)은 코킹 촉매와 유동 가스를 유입하여, 유동 가스를 분리하여 제1챔버(331)의 외측으로 배출하고, 코킹 촉매를 제1연소영역(10)의 완전연소구간(12)으로 떨어뜨린다.

제2챔버(332) 내에 설치되는 사이클론(42)은 코킹 촉매와 유동 가스를 유입하여, 유동 가스를 분리하여 제2챔버(332)의 외측으로 배출하고, 코킹 촉매를 제2연소영역(320)으로 떨어뜨린다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생기의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 제4실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(4)에서 반응 챔버(430)는 도입관(431), 하방 개방부재(432), 및 상방 개방부재(433)를 포함한다.

도입관(431)은 유입구(31)에 연결되어 코킹 촉매를 도입하며, 하방 개방부재(432)는 도입관(431)의 하단부를 수용하여 하단부에 설치되고, 상방 개방부재(433)는 하방 개방부재(432)의 하방에서 삽입되어 도입관(431)의 하단을 수용하여 챔버(430)의 바닥에 설치된다.

상방 개방부재(433), 하방 개방부재(432) 및 도입관(431)은 반응 챔버(430)의 중심에서 외곽으로 및 외곽에서 중심으로 유동 가능하게 배치된다.

제1연소영역(410)은 공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 반응 챔버(430)의 중심과 외측에 각각 배치되는 완전연소구간(412)과 부분산화구간(411)을 포함한다.

부분산화구간(411)은 상방 개방 부재(433)와 하방 개방부재(432) 사이에 설정되고, 연료 공급부(421)를 포함한다. 연료 공급부(421)는 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 부분산화구간(411)에 공급한다.

완전연소구간(412)은 도입관(431)과 상방 개방부재(433) 사이에 설정되고, 연료 연소용 공기 공급부(431)를 포함한다. 연료 연소용 공기 공급부(431)는 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 완전연소구간(412)에 공급한다.

제2연소영역(420)은 잔류 카본 제거용 공기 공급부(441) 및 다공판(442)를 포함한다. 잔류 카본 제거용 공기 공급부(421)는 하방 개방 부재(432)의 외측에 구비되어, 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 공기를 제1연소영역(410)에 공급한다.

다공판(442)은 잔류 카본 제거용 공기 공급부(441)의 상방에 하방 개방 부재(432)와 반응 챔버(430)의 내벽 사이에 설치된다. 따라서 다공판(442)은 기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 덜 재생된 코킹 촉매를 더 혼합 및 열전달하여 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더 산화 제거할 수 있게 한다. 반응 챔버(430)는 측방에 토출구(435)를 구비한다. 따라서 재생 촉매는 다공판(442)을 경유하여 토출구(435)로 토출된다.

이와 같이 제4실시예에서, 기상 연료(기상 연료와 공기의 혼합물) 및 공기의 흐름 방향(제2방향)은 반응 챔버(430)의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 형성되고, 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 반응 챔버(430)의 중심에서 외곽으로 형성된다. 따라서 애프터 버닝(after-burning) 현상의 발생 유무와 관계없이 연소열을 촉매에 전달할 수 있다.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소 방식의 촉매 재생방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면, 일 실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생방법은 제1단계(ST10), 제2단계(ST20) 및 제3단계(ST30)를 포함한다. 편의상, 제1실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(1)의 구성을 참조하여 설명한다.

제1단계(ST10)는 반응 챔버(30) 내에서 제1방향으로 코킹 촉매를 유동시킨다. 일 실시예로써, 제1단계(ST10)는 납사를 반응물로 하여 올레핀을 생성하는 공정에서 코킹된 촉매를 유동시킨다.

제2단계(ST20)는 반응 챔버(30) 내에서 제1방향에 역류하는 제2방향으로 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 공급하여 제1연소영역(10)에서 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성한다. 따라서 제2단계(ST20)는 부분산화 된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본으로 코킹 촉매의 반응열을 낮추어 코킹 촉매의 고온 노출을 방지할 수 있다.

제3단계(ST30)는 추가로 공기를 공급하여 제2연소영역(20)에서 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하여 코킹 촉매를 재생한다.

제1단계(ST10) 및 제3단계(ST30)는 코킹 촉매 및 재생 촉매를 반응 챔버(10)의 상부에서 하부로 유동시키고, 제2단계(ST20) 및 제3단계(ST30)는 기상 연료 및 공기를 반응 챔버(30)의 하부에서 상부로 흐르게 한다.

또한, 제4실시예의 다단 연소 방식의 촉매 재생기(4)의 구성을 참조하여 설명한다. 제1단계(ST10) 및 제3단계(ST30)는 코킹 촉매 및 재생 촉매를 반응 챔버(430)의 중심에서 외곽으로 유동시키고, 제2단계(ST20) 및 제3단계(ST30)는 기상 연료 및 공기를 반응 챔버(430)의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 흐르게 한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1, 2, 3, 4: 연소 방식의 촉매 재생기
10, 210, 310, 410: 제1연소영역 11, 211, 411: 부분산화구간
12, 212, 412: 완전연소구간 20, 220, 320, 420: 제2연소영역
21, 221, 341, 441: 잔류 카본 제거용 공기 공급부
30, 230, 330, 430: 반응 챔버 31, 231, 333: 유입구
32, 232, 335: 유출구 40, 41, 42: 사이클론
111, 311, 421: 연료 공급부 112, 312: 부분산화 다공판
121, 321: 연료 연소용 공기 공급부 122, 322: 완전연소 다공판
213: 격벽 331: 제1챔버
332: 제2챔버 334: 토출구
431: 도입관 432: 하방 개방부재
433: 상방 개방부재 442: 다공판
RGS, RGS2: 재생공간

Claims (28)

1. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버;
   상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
   상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
   을 포함하며,
   상기 제1연소영역은
   공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간
   을 포함하고,
   상기 부분산화구간은
   기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및
   상기 연료 공급부의 상방에 구비되는 부분산화 다공판
   을 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2연소영역은
   상기 반응 챔버 내부의 상기 유출구 측에 구비되어,
   공기를 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부를 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
3. 삭제
4. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버;
   상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
   상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
   을 포함하며,
   상기 제1연소영역은
   공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간
   을 포함하고,
   상기 부분산화구간은
   기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및
   상기 연료 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 부분산화 다공판
   을 포함하며,
   기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 코킹 촉매를 상기 부분산화 다공판에서 혼합 및 열전달하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 완전연소구간은
   상기 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 공급하는 연료 연소용 공기 공급부, 및
   상기 연료 연소용 공기 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 완전연소 다공판
   을 포함하며,
   기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하도록 연료 연소용 공기를 공급하여 상기 완전연소 다공판에서 혼합 및 열전달하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의 하부에서 상부로 형성되고,
   상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 상부에서 하부로 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1연소영역은
   상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향에 교차하는 수평 방향에서 복수의 구간들로 구획하여 상하로 신장되는 격벽을 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 격벽은
   상기 제1연소영역에 배치되어 상기 수평 방향에서 상기 제1연소영역을 복수로 구획하고,
   상기 제2연소영역은
   상기 격벽의 하부에서 하나로 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제2연소영역은
   상기 반응 챔버 내부의 상기 유출구 측에 구비되어,
   공기를 상기 제1연소영역의 복수 구간들에 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부를 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기
10. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
    상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
    을 포함하며,
    상기 제1연소영역은
    상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향에 교차하는 수평 방향에서 복수의 구간들로 구획하여 상하로 신장되는 격벽을 포함하고,
    상기 제1연소영역의 복수의 구간들은
    공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간
    을 각각 포함하고,
    각각의 부분산화구간은
    기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및
    상기 연료 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 부분산화 다공판
    을 포함하며,
    기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 코킹 촉매를 상기 부분산화 다공판에서 혼합 및 열전달하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
11. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
    상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
    을 포함하며,
    상기 제1연소영역은
    상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향에 교차하는 수평 방향에서 복수의 구간들로 구획하여 상하로 신장되는 격벽을 포함하고,
    상기 제1연소영역의 복수의 구간들은
    공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간
    을 각각 포함하고,
    각각의 완전연소구간은
    상기 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 공급하는 연료 연소용 공기 공급부, 및
    상기 연료 연소용 공기 공급부의 상방에 하나 또는 복층으로 구비되는 완전연소 다공판
    을 포함하며,
    기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하도록 상기 완전연소 다공판에서 혼합 및 열전달하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버는
    상기 제1연소영역을 형성하는 제1챔버, 및
    상하 방향에서 상기 제1챔버의 하단을 수용하고 상기 상하 방향에 교차하는 수평 방향으로 상기 제1챔버보다 확장된 제2연소영역을 형성하는 제2챔버
    를 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1챔버는
    상기 유입구의 반대측에 토출구를 형성하고,
    상기 유출구는
    상기 토출구보다 높은 상기 제2챔버의 측방에 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2연소영역은
    상기 제2챔버 내부의 상기 토출구 측에 구비되어,
    공기를 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부를 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
15. 제12항에 있어서,
    상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버의 하부에서 상부로 형성되고,
    공기의 흐름 방향은 상기 제2챔버의 하부에서 상부 및 중심에서 외측으로 더 형성되며,
    상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버의 상부에서 하부로 형성되고,
    재생 촉매의 유동 방향은 상기 제2챔버의 중심에서 외측으로 더 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
16. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
    상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
    을 포함하며,
    상기 반응 챔버는
    상기 유입구에 연결되어 코킹 촉매를 도입하는 도입관,
    상기 도입관의 하단부를 수용하여 하단부에 설치되는 하방 개방부재, 및
    상기 하방 개방부재의 하방에서 삽입되어 상기 도입관의 하단을 수용하여 상기 반응 챔버의 바닥에 설치되는 상방 개방부재
    를 포함하고,
    상기 제1연소영역은
    공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버의 중심과 외측에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간
    을 포함하며,
    상기 부분산화구간은
    상기 상방 개방 부재와 상기 하방 개방부재 사이에 설정되고, 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및
    상기 연료 공급부의 상방에 구비되는 부분산화 다공판
    을 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
17. 삭제
18. 삭제
19. 제16항에 있어서,
    상기 완전연소구간은
    상기 도입관과 상기 상방 개방부재 사이에 설정되고,
    상기 기상 연료의 완전 연소를 위한 공기를 공급하는 연료 연소용 공기 공급부
    를 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
20. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며, 유입구로 유입되는 코킹 촉매를 재생공간에서 재생한 후 재생된 촉매를 유출구로 유출하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에서 상기 유입구에 인접하여 구비되며, 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
    상기 제1연소영역에 연결되는 상기 반응 챔버 내부에서 상기 유출구에 인접하여 구비되며, 추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
    을 포함하며,
    상기 반응 챔버는
    상기 유입구에 연결되어 코킹 촉매를 도입하는 도입관,
    상기 도입관의 하단부를 수용하여 하단부에 설치되는 하방 개방부재, 및
    상기 하방 개방부재의 하방에서 삽입되어 상기 도입관의 하단을 수용하여 상기 반응 챔버의 바닥에 설치되는 상방 개방부재
    를 포함하고,
    상기 제2연소영역은
    상기 하방 개방 부재의 외측에 구비되어,
    코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 공기를 상기 제1연소영역에 공급하는 잔류 카본 제거용 공기 공급부, 및
    상기 잔류 카본 제거용 공기 공급부의 상방에 상기 하방 개방 부재와 상기 반응 챔버의 내벽 사이에 설치되는 다공판
    를 더 포함하며,
    상기 다공판은
    기상 연료의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본과 덜 재생된 코킹 촉매를 더 혼합 및 열전달하여 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 더 산화 제거하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
21. 제16항에 있어서,
    상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 형성되고,
    상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
22. 기상 연료 및 공기의 흐름 방향과 반대 방향으로 코킹 촉매를 유동시키며 촉매를 재생시키는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에서 기상 연료의 부분산화로 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 생성하여 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 완전 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제1연소영역; 및
    추가로 공급되는 공기로 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하는 제2연소영역
    을 포함하며,
    상기 제1연소영역은
    공급되는 기상 연료의 연소에 따라 구분되어 상기 반응 챔버 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되는 완전연소구간과 부분산화구간
    을 포함하고,
    상기 부분산화구간은
    기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 공급하는 연료 공급부, 및
    상기 연료 공급부의 상방에 구비되는 부분산화 다공판
    을 포함하는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
23. 제22항에 있어서,
    상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의, 하부에서 상부로 형성되고,
    상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 상부에서 하부로 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
24. 제22항에 있어서,
    상기 기상 연료 및 공기의 흐름 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 형성되고,
    상기 코킹 촉매 및 재생 촉매의 유동 방향은, 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 형성되는 다단 연소 방식의 촉매 재생기.
25. 반응 챔버 내에서 제1방향으로 코킹 촉매를 유동시키는 제1단계; 및
    상기 반응 챔버 내에서 상기 제1방향에 역류하는 제2방향으로 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 부분산화로 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 공급하여 제1연소영역에서 코킹 촉매에 열을 공급하고, 생성된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본을 연소시켜 수증기 및 이산화탄소를 생성하는 제2단계; 및
    추가로 공기를 공급하여 제2연소영역에서 코킹 촉매의 표면에 잔류하는 카본을 산화 제거하여 코킹 촉매를 재생하는 제3단계
    를 포함하며,
    상기 제2단계는 연료 공급부와 상기 연료 공급부의 상방에 구비되는 부분산화 다공판을 포함하는 부분산화구간에서 진행되며,
    상기 연료 공급부가 기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물을 상기 부분산화구간 및 상기 부분산화 다공판 하방에 공급하여,
    기상 연료 또는 기상 연료와 공기의 혼합물의 부분산화로 생성되어 상향 이동하는 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본이
    상기 부분산화 다공판에서 하향 유동하는 코킹 촉매와 서로 혼합 및 열전달하는 다단 연소 방식의 촉매 재생방법.
26. 제25항에 있어서,
    상기 제2단계는
    부분산화 된 수소, 일산화탄소 및 고상의 카본으로 코킹 촉매의 반응열을 낮추어 코킹 촉매의 고온 노출을 방지하는
    다단 연소 방식의 촉매 재생방법.
27. 제25항에 있어서,
    상기 제1단계 및 상기 제3단계는
    상기 코킹 촉매 및 재생 촉매를 상기 반응 챔버의 상부에서 하부로 유동시키고,
    상기 제2단계 및 상기 제3단계는
    상기 기상 연료 및 공기를 상기 반응 챔버의 하부에서 상부로 흐르게 하는
    다단 연소 방식의 촉매 재생방법.
28. 제25항에 있어서,
    상기 제1단계 및 상기 제3단계는
    상기 코킹 촉매 및 재생 촉매를 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 유동시키고,
    상기 제2단계 및 상기 제3단계는
    상기 기상 연료 및 공기를 상기 반응 챔버의 중심에서 외곽으로 또는 외곽에서 중심으로 흐르게 하는
    다단 연소 방식의 촉매 재생방법.

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