JP2000126584A - 流動床での触媒または吸着剤の処理方法 - Google Patents

流動床での触媒または吸着剤の処理方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉末状触媒物質または粉末状吸着剤の物質を
撹拌を伴って接触させる方法を提供する。 【解決手段】 容器内で触媒および吸着剤からなる群か
ら選ばれる第一粉末状固体を、少なくとも1つのガスの
存在下に異なる粒度の第二粉末状固体と接触させる方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末状触媒物質ま
たは粉末状吸着剤の物質(粉末状とは、固体物質が、
粉、押出粒子、球状物、顆粒状物、ペレット等のような
粉状ないしは粒子状形態であることを意味する)を、撹
拌を伴って接触させる方法に関する。この方法は、固体
を特別な方法で撹拌することからなる。
【0002】この方法は、反応流出物から分離されるス
トリッピング粒子、あるいは触媒または吸着剤の再生ま
たは活性化または再活性化または復活(rejuvenation)に
特に適用されうる。
【0003】
【従来技術および解決すべき課題】一般に、この型の処
理に関しては、触媒または吸着剤は、再生、活性化、再
活性化または復活に必要な反応体、すなわち空気あるい
は窒素のような不活性ガスによって希釈されてもよい、
またはよくない酸素含有ガスまたは例えば硫黄含有およ
び炭素含有不純物を、この型の不純物の燃焼を行うため
の温度、圧力、流量などに関する適当な操作条件下に、
燃焼させることが可能なあらゆるガスの存在下に、炉
内、特に回転炉、例えば米国特許US−A−45514
37に記載されているようにルーバー型炉内で撹拌され
る(agitated)か、あるいは渦流状にかき混ぜられる(swi
rled)。
【0004】この技術は、優れた熱伝達および物質移動
をもたらすので、この型の再生または類似処理を行うた
めに、あるいはストリッピングを行うために、触媒また
は吸着剤が流動床(fluid bed)または流動化床(fluidise
d bed)の形態であるように、操作を行うのが有利である
ことが証明されてきた。
【0005】炭化水素転換反応を行うための流動床技術
は公知であり、唯一の例は流動床接触クラッキングであ
る。従って、種々の特許には、その配置の型が記載され
ている:すなわち国際特許WO94−20213、WO
97−39300および米国特許US−A−49256
32である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、容器内で少な
くとも1つのガスの存在下に、触媒および吸着剤からな
る群から選ばれる第一粉末状固体を、一般に第一固体の
粒度よりも低い、異なる粒度の第二粉末状固体と接触さ
せる方法を提供する。
【0007】この方法は、前記2つの固体を移動させる
ものであり、特にストリッピング触媒またはストリッピ
ング吸着剤、あるいは触媒および吸着剤の再生、あるい
は触媒または吸着剤の活性化または再活性化または復活
に適用されうる。
【0008】触媒または吸着剤の粒子を、別の粉末状固
体の粒子と接触させるこの方法において、前記接触は、
流動化ガスを用いる流動床形態での容器内で行われる。
前記別の粉末状固体の粒子は、触媒または吸着剤粒子の
粒度とは異なる粒度を有する。
【0009】従って、本発明は、本質的に触媒および吸
着剤からなる群から選ばれる少なくとも1つの第一固体
の粉末状粒子を、好ましくは流動床または流動化床での
移動を伴って少なくとも1つの第二固体の不活性粒子と
接触させることに関する。第二固体の粒子サイズ(粒
度)は、触媒または吸着剤の粒度とは充分に異なってお
り、特にスクリーニングにより、2つの固体の流動化を
可能にするガス、例えば空気、不活性ガスまたは分子状
酸素を含むあらゆるガスの存在下に2つの固体を容易に
続けて分離することが可能である。
【0010】この方法は、触媒またはあらゆる他の固体
が予め接触させられていたガス性または反応性反応体か
ら該触媒または固体を分離するために、該触媒または固
体のストリッピングを果たすために行われうるものであ
る。ストリッピングでは、特にあらゆる適当なガス、例
えば空気(好ましくは熱空気)を用いて、あるいは窒素
のような不活性ガスの作用下に、あるいは水蒸気または
二酸化炭素の作用下に触媒上にまだ残存する炭化水素を
除去することが求められる。この方法は、触媒または吸
着剤の再生、再活性化、活性化または復活を果たすため
に行われてもよい。 第二固体は、例えばアルミナ、シ
リカ、マグネシア、砂、それらの混合物、およびこれら
触媒の粉末または微細粒子であってよい。一般に第二固
体の粒子の最大サイズは、第一固体の最小サイズの半分
のサイズである。
【0011】内部において2つの固体と空気のようなガ
スとが接触させられる容器は、固体とガスとが撹拌され
うるあらゆる適当な容器である。有利には、それは、固
体粒子床を流動化しうるガス分配装置を底部に備える炉
である。
【0012】本発明の好ましい態様においては、この方
法は、前記第一固体(触媒または吸着剤)と前記第二不
活性固体とを、一緒にまたは別々に炉の1箇所(例えば
一端部)に定期的にまたは連続的に徐々に導入すること
からなる。これら固体は、徐々に、すなわち炉の他端部
に向けて連続的にまたは間欠的に(定期的に)進行す
る。このようにして2つの型の固体は、連続的にまたは
回分式に容器内に導入される。これら固体は、連続的に
または回分式に容器の内部を炉内の別の箇所まで(例え
ば他端部まで)徐々に進行し、そこで徐々に抜き出され
る。少なくとも1つのガスが、炉の少なくとも1箇所に
おいて、好ましくは該炉の複数箇所において固体を流動
化するために導入される。触媒床を通過するガスは、2
つの機能を有する。すなわち第一には、このようにして
床内での充分な熱伝達と物質移送とを確実に行うための
床の流動化機能であり、第二には、検討される適用にお
いて所望の反応に関与するための反応体としての機能で
ある。
【0013】本発明方法が、炭化水素含有固体のストリ
ッピングに適用される場合、例えばガスは、有利には適
度な温度での空気であるか、あるいは窒素または水蒸気
のような不活性ガスであるか、あるいは最終的にはこれ
らのガスの混合物である。本発明方法が、炭素含有およ
び硫黄含有堆積物を含む固体の再生に適用される場合、
ガスは、燃焼反応を可能にするために酸化性ガスでなけ
ればならない。特にこのガスは、酸素を含んでいなけれ
ばならない。炭素および硫黄除去の反応速度は、ガス混
合物、例えば空気、(反応速度を遅くするための)窒
素、および(反応を促進させるための)酸素の適量から
なる混合物の組成により制御される。本発明方法が、活
性化、再活性化または復活に適用される場合、特別な反
応ガス、例えば水素、硫化水素、アンモニアおよび塩素
含有化合物等は、単独であるいは混合物状で使用されて
よい。容器の出口において、ここでは、第一固体(触媒
または吸着剤)および不活性固体が抜き出され、2つの
固体は、スクリーニングにより分離されてよい。触媒ま
たはストリッピング済み固体または触媒、あるいは再生
済みまたは再活性化済みまたは活性化済みまたは復活済
み吸着剤が回収され、同様に不活性固体も回収される。
有利には、不活性固体の少なくとも一部分が、触媒また
は吸着剤処理用容器に再循環される。これにより、特に
適当な熱レベルが保持される。
【0014】本発明によれば、触媒または吸着剤は、1
つの容器内で、あるいは単一の容器が不充分である場合
には、直列状の複数の容器内で処理されてよい。触媒ま
たは吸着剤を、同じ容器内に数回通過させることも可能
である。 処理すべき固体(触媒または吸着剤)が、流
動化ガスに接触される容器の内部において、特にこの容
器が、固体が炉の一端部に導入される回転式炉である場
合には、邪魔板のような内部手段が、有利には、容器へ
の導入箇所から排出箇所までの触媒または吸着剤の流通
を強いるように炉または容器内に配置される。これら内
部手段は、例えば簡単な金属板か、あるいは例えば容器
に交差して配置される少なくとも2つの板であってもよ
い。これら2つの板は、このようにして(例えば円筒
状)容器または炉を2つまたは少なくとも4つの帯域に
分割する。
【0015】容器内の温度は、種々の方法で調節され
る:すなわち第一には、電気抵抗、ガス・バーナ、熱交
換器またはあらゆる他の適当な手段により装置に供給さ
れる外的エネルギー量であり、第二には、空気、水蒸
気、水または油のような冷却流体により通過される管状
またはプレート状熱交換器のような冷却装置により装置
から排出されるエネルギー量であり、最後には、ガス組
成、処理すべき固体の流量および不活性固体再循環物の
流量である。例えば触媒を再生するために、約1〜2時
間で容器内を通過する固体を用いて500℃で操作を行
うことが可能である。再生が伴われる場合には、分子状
酸素を含むガスが、炭素含有および硫黄含有堆積物の化
学量論燃焼、あるいは少なくとも50%の燃焼率を得る
のに充分な量で導入される。
【0016】本発明の本質的な特徴は、第一固体の流動
化を確実に行うための充分なガス流量と、炭素含有およ
び硫黄含有堆積物の少なくとも50%の燃焼を確実に行
うための充分なガス流量とを有することである。
【0017】アルミナが、不活性第二固体として使用さ
れてよい。例えば電気融合されたアルミナ(例えば密度
1700kg/m、粒度500ミクロン未満、好まし
くは20〜300ミクロン、より詳しくは平均粒度15
0ミクロン)である。不活性固体は、上述されたよう
に、アルミナと同じ大きさ程度の粒度を有する砂または
他の固体であってもよい。接触クラッキング石油精製装
置において使用される触媒に類似する、例えば粒度約5
0〜80ミクロンの物質を使用することも可能である。
種々の物質、特に処理すべき物質と同じ種類の物質、す
なわち触媒または吸着剤の操作または処理の間に得られ
る微細粒子または粉末を使用することも可能である。粒
度分布は、粉末状固体を分離するための公知技術、例え
ばサイクロンまたはスクリーニングにより調整される。
【0018】本発明において要求される流動化ガス流量
は、不活性第二固体の不存在下における流動化に対して
通常使用される流量よりも遙かに小さいものである。例
として、線速度1m/秒(1秒当たりのメータ)が、見
かけ密度830kg/mを有する直径1.6mmの押
出し物を流動化するのに要求される。1.5〜1.8m
/秒の割合が、見かけ密度680kg/mを有する直
径2.4mmの球状物を流動化するのに要求される。
2.2m/秒の割合が、見かけ密度1200kg/m
を有する直径0.1〜0.2mmのアルミナ球状物を流
動化するのに要求される。しかしながら、触媒が、平均
粒度100〜200ミクロンのアルミナ(不活性固体)
の当量により希釈される場合には、流動化は、空気の線
速度0.2m/秒を用いて達成されうるものである。
【0019】本発明の方法を使用することにより、触媒
または吸着剤の粒子は、粒子が浮遊したり、または下降
したり、または容器の底部に沈降することなしに適度に
分散した状態になっている。触媒または吸着剤の粒子サ
イズは、一般に0.5〜5mm、より頻繁には0.8〜
3mmである。不活性固体に対する触媒または吸着剤の
重量比は、0.1〜1、好ましくは0.1〜0.3であ
る。
【0020】上述されたように、ガスは、純粋酸素を添
加することにより、あるいは窒素または別の不活性ガス
を添加することにより、あるいは燃焼ガスの少なくとも
一部分を用いる希釈により異なる酸素含有量を伴って、
適当な程度に希釈される空気であってよい。
【0021】上述されたように、炉は、例えば種々の帯
域における入口および出口の間に位置する一連の邪魔板
を通って帯域から帯域への強いられた流通を伴う長方形
状の複数帯域により構成されてよい。1つの炉ではな
く、独立した温度調節と、炉の一方の帯域から他方の帯
域へと変化しうるガス流量とを伴って互いに連結される
一連の炉も使用することが可能である。これらの帯域
は、直列状に、あるいは並列状に配置されてよい。
【0022】回転式ルーバー炉またはベルト式炉を用い
て、本発明は、よりよい温度調節を有しかつ短い滞留時
間を獲得する利点を有する。床の温度を制御する間に、
熱がよりよく排出されればされるほどより速く、ガス混
合物の酸素含有量を増加させることにより適当な燃焼が
得られる。さらに不活性固体が大量に存在することによ
り、ホットスポットの形成を回避して温度を制御するこ
とが可能になる。
【0023】本発明による方法の別の大きな利点は、異
なる粒度の種々の触媒の混合物を処理することが可能に
なることである。このことは、不活性固体を使用しない
直接流動化炉においては不可能である。
【0024】さらに本発明による方法により、摩耗率を
低下させることが可能になり、ゆえに微細粒子の形成を
低減させることが可能になる。これにより、触媒をより
よく均一化させることが可能になる。すなわち触媒粒子
のほとんど不安定ではない(ほぼ安定した)移動が認め
られる。
【0025】
【発明の実施の形態】次の実施例は、本発明を例証す
る。
【0026】第1実施例において、触媒は、実験室にお
いて慣行的に再生される。第2実施例において、触媒
は、実際の流動化を用いないで回転炉(回転式ルーバー
炉)内で再生される。第3実施例において、触媒の流動
化が、空気か、あるいは窒素により引き起こされる炉が
使用される。しかしながら、この場合には不活性固体は
使用されない。第4実施例および第5実施例において、
操作は、本発明に合致して行われる。すなわち実施例4
における連続式および実施例5における回分式(バッチ
式)である。
【0027】[実施例1:(比較)]石油留分の水素化
処理触媒は、カーボンの堆積による活性部位への接近が
制限されることによりその工業的サイクルの間その活性
を失うものである。この被毒は、炭素含有堆積物が、制
御された燃焼により除去されうる場合には、回避可能で
ある。この実施例において、完全に制御された条件下で
の実験室における再生操作を受けるために、また以下に
記載される他のテストについての対照物としての役割を
果たす再生固体を調製するために、失活触媒を選んだ。
【0028】アルミナ担体上のコバルト/モリブデン型
触媒Aは、直径1.2mmの押出し物形態であった。炭
素10重量%と硫黄8.7重量%とを含む使用済み触媒
(A)の試料10gを、ガラス製反応器に導入し、次い
で垂直状炉内に配置した。90/10(容積/容積)の
窒素/空気混合物の流量50リットル/時が、固体の床
を通過した。床の中心に配置した熱電対を使用して測定
した温度を、徐々に上昇させて、300℃で2時間放置
して、次いで480℃で4時間放置した。次いでガス混
合物を、純粋空気に入れ替えた。実験を1時間継続し、
次いで停止した。再生触媒を、その比表面積および石油
留分の水素化脱硫(HDS)におけるその触媒活性の点で対
応する新規触媒と比較した。これを、圧力30バール、
温度350℃で触媒50mlと、毎時触媒1リットル当
たり1リットルの空間速度で通過され、1.71重量%
の硫黄含有量を含むガスオイルとを使用するパイロット
試験において測定した。
【0029】
【表1】
【0030】[実施例2:(比較)]本発明には合致し
ないこの実施例には、回転式ルーバー型炉内で行われる
工業再生操作が記載されている。使用済み触媒(触媒
A)を、300kg/時でルーバーを備えた傾斜回転炉
内に連続的に導入した。固体床は、ルーバー上を流通
し、熱空気の流れが、約4000Nm/時で該ルーバ
ーを通過した。床を通過する空気の速度は、0.1m/
秒でありかつ実際には触媒床を流動化しなかった。それ
にもかかわらず、管の回転により、床の僅かな膨張が引
き起こされ、これにより、均一な固体/ガス熱交換が確
実に行われた。触媒床を、4時間滞留させた。この間
に、炭素燃焼の発熱反応と金属硫化物の酸化の発熱反応
とが生じた。5000Nm /時の冷気の流れを、生
じた熱を取り除くために炉の頂部に注入した。触媒床内
の温度プロフィールを、触媒床を通って熱空気を供給し
かつ冷気を介して熱を除去する二重の効果により制御し
て、構成された物質の80%を超えて500℃に近い値
で熱レベルを維持した。このようにして制御した触媒の
再生は、充分な性能を生じたが、これらの性能は、対照
物質の性能と異なっていた。
【0031】
【表2】
【0032】[実施例3:(本発明に合致しない)]触
媒Aの1リットル量を、利用できる表面全体に亘って均
一に分配されるガスの注入を可能にする溶融された金属
製の炉床を備える20cmの円筒状炉内に導入した。5
00℃に予備加熱した40m/時の空気流を、炉床に
注入した。触媒床を、流動化した。床および容器の温度
は、熱空気注入後に着実に上昇した。約350℃を超え
ると、床の温度は、突然上昇して、650℃を超えた。
操作および冷却を停止した後、触媒を分析した(参照記
号A3−1)。アルミナ担体の焼結によるその小さい比
表面積136m/gは、触媒の部分破壊と、この再生
方法が失敗であることとを証明した。この空気流量40
/時は、床の流動化に必要であったが、対応する酸
素の過剰量は、反応の暴走(オーバーラン)を引き起こ
して、触媒を過熱した。
【0033】同じ実験を、流動化ガスの役割を果たす窒
素を用いて再び行った。装置は、調整可能な割合で空気
の注入を可能にした。触媒床を流動化して、40m
時の窒素により450℃まで加熱した。この温度で、窒
素の加熱力を一定に保った。この温度で、空気を、床の
温度に応じかつ1m/時 に制限した流量で炉床の下
に注入した。床の調整温度を、徐々に500℃に上昇さ
せた。6時間後、実験を停止して、触媒を分析した(参
照記号A3−2)。空気に代わる窒素の存在により、そ
の媒質流動化機能に加えて、反応速度、従ってその発熱
性が調節されるのが可能になり、従って有益な特性を有
する触媒が製造されることが明らかになった。対照的
に、技術は、窒素のコスト高により経済的見地からはあ
まり有益性はなかった。
【0034】
【表3】
【0035】[実施例4]触媒Aの1リットル量と、電
気融合されたアルミナ6リットル量(嵩密度1.7g/
ml、平均粒度150ミクロン)とを、実施例3に記載
した炉に導入した。500℃に予備加熱した8m/時
の空気流量により、アルミナおよび触媒の混合物を流動
化して、加熱した。床の温度が350℃に達する時に、
酸化反応が引き起こされ、急速な温度上昇が生じ、この
温度は503℃に上昇し、次いで380℃に下降した。
熱空気により供給された熱は、炉壁により損失した熱を
補うには不充分であった。次いで触媒およびアルミナの
均一混合物の試料を抜き出し、1mm の間隙を有す
るスクリーンを通してスクリーニングし、次いで分析し
た(一部再生した参照記号A4−1)。高温での不充分
な滞留時間が理由で、炭素および硫黄の除去が完全では
なかったようである。実験を同じ動的条件下に続行した
が、流動化固体の床内に浸された電気抵抗を介して熱を
供給した。床の温度を500℃に1時間調節した。次い
で実験を停止した。次いで固体をスクリーニングし、分
析した(参照記号A4−2)。
【0036】
【表4】
【0037】平均長さは、実質的には縮小されなかっ
た。この実験により、アルミナ/触媒混合床の流動化
が、直径1.2mmの押出し物の床を流動化するのに必
要なガス流量より約5倍少ないガス流量を用いて生じる
ことが証明された。この実験により、燃焼反応の発熱性
を制御するために、不活性ガスを用いないで流動床の再
生操作を実行できることも証明された。この実験では、
低粒度の固体により作用されるヒート・ホイールの役割
のため、温度を制限した。
【0038】[実施例5]炉を、先行実施例のものと同
一の電気融合されたアルミナ3リットルで満たした。予
備加熱した空気を、流量8m/時で注入し、アルミナ
を流動化した。加熱力を調節して、430℃の安定化温
度を生じるようにした。次いで触媒Aの50g量を、加
熱アルミナの流動床に注入した。温度は急速に490℃
に上昇した。次いで冷却アルミナ0.2リットルを媒質
中に注入した。温度は、添加された冷却物質による部分
的な冷却効果により450℃に降下した。約15分後、
更に触媒50gを添加した。温度を510℃に上昇させ
た後、更にアルミナ0.2リットルを添加した。温度
は、15分後に再び450℃より下に降下した。一連の
操作を更に6回繰り返した。次いで実験を停止した。固
体をスクリーニングしかつ分析した(参照記号A5)。
【0039】
【表5】
【0040】この実施例により、流動化砂床を有する炉
内で連続的に触媒を再生する可能性が例証された。この
炉において、再生すべき固体が、炉内の1箇所に導入さ
れて、別の箇所から抜き出され、かつ入口箇所および出
口箇所間を流通し、滞留時間は約1時間を中心とする時
間であった。
【0041】これにより、第二粉末状固体を供給するこ
とにより、反応の熱を制御する可能性が更に証明され
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン ダルシサック フランス国 サン ジョルジュ レ バン ル オ デュ ヴィラージュ (番地な し)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容器内で触媒および吸着剤からなる群か
    ら選ばれる第一粉末状固体を、少なくとも1つのガスの
    存在下に異なる粒度の第二粉末状固体と接触させる方
    法。
  2. 【請求項2】前記2つの固体を移動させ、方法がストリ
    ッピング触媒または吸着剤、あるいは再生触媒または吸
    着剤、あるいは触媒または吸着剤の活性化あるいは再活
    性化あるいは復活に適用される、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 触媒または吸着剤の粒子を、別の粉末状
    固体と接触させ、前記接触が、流動化ガスを用いる流動
    床形態の容器内で行われ、前記別の粉末状固体の粒子
    が、触媒または吸着剤の粒子の粒度とは異なる粒度を有
    する、請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】ガスが、第一固体および第二固体の流動化
    を確実に行う、請求項2または3記載の方法。
  5. 【請求項5】 触媒または吸着剤の再生に適用される方
    法であって、流動化ガスが、分子状酸素を含みかつ処理
    すべき触媒から炭素含有または硫黄含有堆積物を燃焼さ
    せる役割も果たす、請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 触媒または吸着剤の活性化、再活性化あ
    るいは処理に適用される方法であって、流動化ガスが成
    分の混合物であり、そのうちのいくつかの成分が触媒ま
    たは吸着剤と反応しうるものである、請求項1〜5のう
    ちのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 2つの固体が、一緒にまたは別々に容器
    の1箇所に導入されかつ別の箇所から抜き出され、流動
    化ガスが、2つの固体の流通路において少なくとも1つ
    の箇所に導入される、 請求項1〜6のうちのいずれか
    1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 2つの固体が、連続的にまたは定期的に
    徐々に容器に注入されかつ定期的にまたは連続的に容器
    内を通過して徐々に進行する、請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 不活性第二固体が、アルミナ、シリカ、
    マグネシアおよび砂、またはこれらの混合物、触媒また
    は吸着剤の粉末または微細粒子からなる群から選ばれ
    る、請求項1〜8のうちのいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】不活性第二固体粒子のサイズが、第一固
    体の最も小さいサイズの半分で最大限である、請求項9
    記載の方法。
  11. 【請求項11】流動化または前記処理を確実に行うため
    に使用されるガスが、少なくとも空気、希釈空気、酸素
    に富む空気、不活性ガス、酸素含有ガス、水蒸気および
    二酸化炭素、水素、硫化水素あるいは塩素含有化合物か
    らなる群から選ばれる、請求項1〜10のうちのいずれ
    か1項記載の方法。
  12. 【請求項12】2つの固体が、容器の出口において互い
    にスクリーニングにより分離され、不活性第二固体の少
    なくとも一部が、前記容器に再循環される、請求項1〜
    11のうちのいずれか1項記載の方法。
  13. 【請求項13】邪魔板のような内部手段が、容器内にお
    いて2つの固体の流通路内に配置される、請求項1〜1
    2のうちのいずれか1項記載の方法。
  14. 【請求項14】少なくとも2つの容器が、直列状または
    並列状に使用される、請求項1〜13のうちのいずれか
    1項記載の方法。
  15. 【請求項15】触媒または吸着剤および第二粉末状固体
    の間の重量比が、0.01〜0.5である、請求項1〜
    14のうちのいずれか1項記載の方法。
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