JP2007527934A - フィードノズルアセンブリ - Google Patents

Abstract

気体と液化炭化水素の小滴との混合物を実質的にシート状の噴霧の形態にて容器に導入するためのフィードノズルアセンブリであって、該フィードノズルアセンブリはノズル本体を有し、その上流端部には前記気体の供給手段と前記液化炭化水素を前記ノズル本体に供給する手段とを備え、下流端部には細長い開口を有する閉鎖した出口端部を備え、前記開口内には、気体と液体の小滴との混合物を放出するための連続的なループ開口が得られるようにインサートが配置される、前記フィードノズルアセンブリ。

Description

本発明は、気体と液化炭化水素との混合物を容器中に実質的にシート状の噴霧の形態にて導入するためのフィードノズルアセンブリに関する。

炭化水素の供給原料と触媒との単一接触ゾーンは、流動接触分解（ＦＣＣ）プロセスおいてはライザー内での反応時間を制御する上で重要である。さらに、液化炭化水素原料と再生された高温の触媒との素早い混合が、該原料を気化させるためには望ましい。ＵＳ−Ａ−５３０６４１８のフィードノズルアセンブリは、ノズルアセンブリをライザー反応器の周囲から挿入し（当業界において「サイドエントリ」として知られている）、ノズルアセンブリの出口端部の単一のスリット開口を介して単一のシート状噴霧を放出することにより上記目的を達成することができた。

ＵＳ−Ａ−５６７３８５９には同様のサイドエントリを行ういくつかのフィードノズルアセンブリが記載されており、気体と液化炭化水素との混合物を放出するために、その１つのアセンブリは２つの合流するスリットを有し、別のアセンブリは２つの平行なスリットを有し、また別のアセンブリは分岐する２つのスリットを有する。ＵＳ−Ａ−５６７３８５９には、２つの放出スリットを有するこれらのノズルアセンブリは、ＵＳ−Ａ−５３０６４１８などの単一のスリット開口を有するものに比べて触媒とよく接触するという利点を有する旨記載されている。

さらにＵＳ−Ａ−５７９４８５７とＵＳ−Ａ−６０１２６５２には、サイドエントリのためにノズルの出口端部に複数のスリット開口を有するノズルアセンブリの様々な変形が記載されている。

ＵＳ−Ａ−６３８７２４７には、ＦＣＣライザー反応器の底部からノズルを挿入するフィードノズルアセンブリが記載されている（当業界では「ボトムエントリ」として知られている）。このフィードノズルから放出される噴霧の形状は中空の円錐である。このノズルは、サイドエントリ型ノズルの構成に用いられる場合には、中空の円錐状の噴霧で放出されるので、炭化水素供給原料と触媒との単一の接触ゾーンを実現できない。

一般には、ＵＳ−Ａ−５６７３８５９のようにサイドエントリのため複数の出口スリットを有するフィードノズルアセンブリは、ＵＳ−Ａ−５３０６４１８のように単一の出口スリットを有するものに比べて原料の接触がよくなるという利点を有することが分かっているが、前者の大きな欠点は、ＦＣＣ触媒粒子が複数のスリット開口間の隙間を高速度で通過移動する結果として、場合によっては隣接したシート状の噴霧間の真空効果によって、複数のスリット開口間の隙間を通じて腐食が生じ得ることである。
ＵＳ−Ａ−５３０６４１８ ＵＳ−Ａ−５６７３８５９ ＵＳ−Ａ−５７９４８５７ ＵＳ−Ａ−６０１２６５２ ＵＳ−Ａ−６３８７２４７

本発明の目的の一つは、シート状噴霧との単一の接触ゾーンの有利な動作特性を有するフィードノズルアセンブリを作り出すことである。別の目的は、例えばＵＳ−Ａ−５７９４８５７に記載の複数のスリットを有するノズルのように、原料とよく接触させ得るフィードノズルアセンブリであるが、腐食しにくいものにすることである。

発明の概要
これらの目的は以下のフィードノズルアセンブリにより達成される。気体と液化炭化水素の小滴との混合物を実質的にシート状の噴霧の形態にて容器に導入するためのフィードノズルアセンブリであって、該フィードノズルアセンブリはノズル本体を有し、その上流端部には前記気体の供給手段と前記液化炭化水素を前記ノズル本体に供給する手段とを備え、下流端部には細長い開口を有する出口端部を備え、前記開口内には、気体と液体の小滴との混合物を放出するための連続的なループ開口が得られるように細長いインサートが配置される、前記フィードノズルアセンブリ。

出願人は、本発明によるフィードノズルが用いられると、一様で実質的にシート状の噴霧が生成されて単層の接触が生じ、フィードノズルが腐食しにくいことが分かった。

本発明はまた、上記フィードノズルをサイドエントリ型フィードノズルとして備えた反応器ライザーにも関し、また、触媒と液化炭化水素とを接触させるプロセスにおける反応器−フィードノズルアセンブリの使用にも関する。

本発明はまた、上記フィードノズルをボトムエントリ型フィードノズルとして備えた反応器ライザーにも関し、また、触媒と液化炭化水素とを接触させるプロセスにおける反応器-フィードノズルアセンブリの使用にも関する。

発明の詳細な説明
ＵＳ−Ａ−５６７３８５９のように複数の出口スリットを備えてサイドエントリに用いるフィードノズルアセンブリは、ＵＳ−Ａ−５３０６４１８のように単一の出口スリットを有するものに比べて原料の接触が十分であるという利点があるが、前者の大きな欠点は、ある状況下ではノズル出口端部に腐食が生じ得ることである。出願人は、例えばＵＳ−Ａ−５７９４８５７やＵＳ−Ａ−５６７３８５９に記載された複数のスリットを有する従来型のフィードノズルの欠点は、ＦＣＣ触媒粒子が複数のスリット開口間の隙間を高速度で通過移動する結果として、また場合によっては隣接したシート状の噴霧間での真空効果ゆえに、複数のスリット開口間の隙間を通じて腐食が起こり得ることであると考える。出願人は、その同じ真空効果によって触媒がこの隙間に引き込まれ、隣接したシート状の噴霧が合流してしまうと考えている。

さらに出願人は、複数の出口スリットを有しサイドエントリで用いるフィードノズルアセンブリについて原料の十分な接触が得られるという利点を保持しつつ、起こり得る腐食の問題の欠点を回避するという目的を本発明による新規な構成により達成できると考える。

本発明の好ましい実施態様の一つは、フィードノズルアセンブリの出口端部に連続的な開口であるループ開口を備えることである。ＵＳ−Ａ−５６７３８５９のように分離した２つの細長いスリット開口とそれらの間の隙間を触媒の攻撃にさらす代わりに、本発明では、これら２つの細長いスリットの両端を２つの半ループスリットで連結する出口開口を備え、連続的なループスリットを形成することで、触媒の攻撃を受けがちな２つの細長いスリット間の隙間を閉鎖する。

このような連続的なループスリットを実現するために、上記細長い開口内にインサートを配置する。好ましくは、このインサートはノズル本体内の上流の位置に固定される。異なる図面が単一のループスリットを有するノズル出口を示しているが、本発明はまた、例えば複数のインサートを細長い開口内に配置して複数のループ開口を形成するというようないくつかの変形を含む。

好ましくは、この細長い開口は、実質的に平行なシート状噴霧がループ開口のこの２つの細長い領域から放たれるように細長い。さらに好ましくは、この細長い開口はその最大の長さｌとその最大の幅ｈにより定義され、ここで、長さｌはフィードノズル本体の閉鎖端部の場合によっては湾曲した表面に沿って測定される。その比１／ｈは好ましくは１．５より大きく、さらに好ましくは２より大きく、なおさらに好ましくは３より大きい。この比１／ｈは好ましくは２０より小さく、さらに好ましくは１０より小さい。

細長い開口の幅ｈは、下限１０ｍｍ、さらに好ましくは１５ｍｍ、いっそう好ましくは２０ｍｍ、最も好ましくは３０ｍｍの好適な下限を有するとき、なお一層の耐腐食性の開口が得られる。細長い開口の幅ｈは、好ましくは上限２００ｍｍ、さらに好ましくは１５０ｍｍ、いっそう好ましくは１２０ｍｍ、最も好ましくは８０ｍｍの好適な上限を有する。ノズル本体の下流端の細長いスリットの場所での壁厚を５〜１００ｍｍ、さらに好ましくは５〜４０ｍｍにして、よりいっそう耐腐食性のフィードノズルを得ることも好ましい。

好ましくは、ノズル本体の出口端部はドーム形状とする。これにより、より均一に分布したシート状噴霧をループ開口から放つことができるからである。

本発明によるフィードノズルは、気体と液化炭化水素の小滴との混合物を形成する手段（噴霧手段ともいう）を好ましくは備える。このような噴霧手段は例えばＥＰ−Ａ−７１７０９５に記載されている。好ましくは、このフィードノズルでは、以下で説明するように、特有の構成のループ開口及び気体と液化炭化水素の供給手段によって噴霧手段が実現される。このような好ましいフィードノズルは、
（ａ）上流端部で気体供給手段に流動連結された気体導管とドーム形状の下流端部とを形成する実質的に円筒形の内管であって、ドーム形状の出口端部には１以上の気体出口開口が設けられた、前記内管と、
（ｂ）上流端部で液化炭化水素の供給手段に流動連結され前記内管の外面と前記ノズル本体の内面とにより形成された環状の液化炭化水素導管とを含んだノズル本体を備え、
（ｃ）前記気体導管の気体出口開口がノズル本体のドーム形状の端部にあるループ開口に実質的に整列し、そして
（ｄ）前記ノズル本体の細長い開口内に配置されたインサートが、気体ドーム形状の下流端部に固定される。

フィードノズルは、ここで参考として組み入れるＵＳ−Ａ−５７９４８５７に詳細に記載のようなノズル本体についての寸法と構成、及び内管を有してもよい。

好ましくは内管の下流端部はドーム形状である。この下流端部には１以上の気体出口開口が設けられる。この気体出口開口は、好ましくは単一又は複数列の穴である。これらの穴を通して、気体、好ましくは蒸気が、外側の重質石油炭化水素の導管を通過する重質石油炭化水素に流れ込む。これにより、前記穴から放出されている気体の方向にある速度をもった蒸気と重質石油炭化水素との混合物が生じる。気体の導管の開口は実質的にノズル本体のループ開口に整列しているので、炭化水素と気体との混合物はループ開口に向けられる。炭化水素と気体の両方の圧力の結果、炭化水素の微細な噴霧が得られる。

典型的には、内側の気体管の閉鎖端部の開口は、少なくとも１列の小穴からなり、その数は約７個から約５０個までであり、その大きさは約１／１６インチから約３／８インチの直径であり、その各々はノズル本体の対応するループ開口に整列している。一般には実質的に半球形又は半楕円形の内管の出口端部についてその実質的に球形又は楕円形の中心から開口列の長さにわたって形成される角度は、好ましくは４５°から１２０°である。

重質石油炭化水素を接触分解するプロセスでは、重質石油炭化水素を予熱し、蒸気と混合し、接触分解反応器ライザーに供給する。次に、この重質石油炭化水素を分解触媒と接触させると、軽質炭化水素と薄いコークス層で覆われた使用済み触媒とが生成する。この軽質炭化水素は反応器から取り除く。薄いコークス層で覆われた使用済み触媒は再生器容器に送られる。そこでコークスの少なくとも一部が燃やされて使用済み触媒から除かれる。これにより、再生された高温の触媒が得られる。

蒸気が実質的に円筒形の内側の蒸気導管を通って重質石油炭化水素に送られる。このことにより、蒸気の気泡が炭化水素混合物に噴出することで、微細な二相混合物が形成される。この微細な二相の蒸気と重質石油炭化水素との混合物はフィードノズル出口を通って接触分解反応器中に送られ、微細な噴霧が得られる。

図面の詳細な説明
図１は本発明の実施態様の一つの縦断面図を示す。フィードノズルアセンブリ１００は内側の蒸気導管１０５と外側の環状油（又は液体）導管１１５とを含む。内側の蒸気（又は気体）導管１０５は入口端部１２０と出口端部１３０とを有する。外側の環状油導管１１５は入口端部１２５と出口端部１３５とを有する。

第１ノズル先端１４０は、その入口端部にて内側の蒸気導管１０５の出口端部１３０に取り付けられる。この入口端部の反対側にある第１ノズル先端１４０の出口端部は、実質的に半球形又は半楕円形の出口端部である。実施態様の一つでは、第１ノズル先端１４０の出口端部は、蒸気を通すための複数の通路１４５からなるループ列を有する。

第２ノズル先端１５０は、その入口端部にて外側の環状油導管１１５の出口端部１３５に取り付けられる。この入口端部の反対側にある第２ノズル先端１５０の端部は、好ましくは実質的に半球形又は半楕円形の出口端部である。第２ノズル先端１５０の出口端部には細長い開口１５４が設けられる。

図２は実施態様の一つにおける第１及び第２ノズル先端の拡大図を示す。これらの要素の参照番号は図１で用いたものと同じである。図２では、インサート１５５が開口１５４中に示されている。インサート１５５はブリッジ部１５６により内側の導管１０５に固定されている。

図３はフィードノズルアセンブリの実施態様の一つについての図１の基準線３-３に沿った断面図である。内側の蒸気導管１０５は、スペーサスタッド３１０により外側の環状油導管１１５内で中心に配置される。

図４Ａは第１ノズル先端の平面図である。図４Ｂは図４Ｂ中の基準線４Ｃ−４Ｃに沿った第１ノズル先端の断面図である。第１ノズル先端１４０は通路１４５のループ列と共に描かれている。

図５Ａは図５Ｂ中の基準線５Ａ−５Ａに沿った第２（フィード）ノズル先端の断面図である。図５Ｂは第２ノズル先端の平面図である。図５Ｂでは、細長い開口１５４とインサート１５５が上方から示されている。明らかに、気体と液体とを通過させるためのこの開口は、連続的なループ開口であり、インサートから第２ノズル先端１５０へのブリッジによって中断されていない。図５Ａと図５Ｂは、細長い開口の長さｌと幅ｈとがどのようにしてフィードノズル本体の閉鎖端部の場合によっては湾曲した表面に沿って測定されるかを示す。図５Ｂは単一のループスリットを有するノズル出口を示しているが、本発明は、例えば複数のインサートを細長い開口内に配置して複数のループ開口を形成するといったいくつかの変形をも含む。

図５Ｃは図５Ｂ中の基準線５Ｃ−５Ｃに沿った第２ノズル先端の断面図である。図５Ｃには、連結するブリッジ部１５６は図示されていない。

図６は、一実施態様のサイドエントリ型ライザー反応器の構成における本発明のノズルの側面破断図を示す。蒸気（図示せず）及び炭化水素フィードノズルにおける出口開口の角度は、蒸気及び炭化水素導管の縦軸より下になるように示されている。このノズルアセンブリの利点の１つは、この角度を独立に調節することによって原料と触媒との最適な混合が達成できることである。注入角度と導管の軸との差は、＋４５°〜−４５°、好ましくは＋３０°〜−３０°の範囲をとり得る。

本発明の適用例は、ノズル本体が一般にライザー反応器中に水平又は斜めの方向に配置される場合であり、その際、ノズル本体は一般に垂直と水平の間の方向にてライザー反応器の壁を突き出る。

本発明の別の適用例では、ノズル本体は一般に垂直の方向にてライザー反応器の底壁を突き出てライザー反応器に入り、その際、図６に示されるようにノズル本体は一般に軸線外れの注入を行う。このような実施態様では、好ましくは２個以上、さらに好ましくは２〜１２個の本発明によるフィードノズルが配置される。好ましくは、このノズルは、反応器ライザー内で炭化水素の小滴の均一な分布が達成できるように上記ノズルから放出されるそれぞれのシート状の噴霧が互いに集中するように配置される。

縦軸に沿った本発明の断面図である。 図１のノズルの拡大図である。 図１の基準線３−３に沿った断面図である。 図４Ａは第１ノズル先端の平面図である。図４Ｂは図４Ａ中の基準線４Ｃ−４Ｃに沿った第１ノズル先端の断面図である。 図５Ａは図５Ｂ中の基準線５Ａ−５Ａに沿った第２（フィード）ノズル先端の断面図である。図５Ｂは第２ノズル先端の平面図である。図５Ｃは図５Ｂ中の基準線５Ｃ−５Ｃに沿った第２ノズル先端の断面図である。 実施態様の一つであり、サイドエントリ型ライザー反応器の構成における本発明のノズルの側面破断図を示す。

符号の説明

１００ フィードノズルアセンブリ
１０５ 蒸気導管
１１５ 油導管
１４０ 第１ノズル先端
１４５ 通路
１５０ 第２ノズル先端
１５４ 開口
１５５ インサート
１５６ ブリッジ部

Claims (11)

1. 気体と液化炭化水素の小滴との混合物を実質的にシート状の噴霧の形態にて容器に導入するためのフィードノズルアセンブリであって、該フィードノズルアセンブリはノズル本体を有し、その上流端部には前記気体の供給手段と前記液化炭化水素を前記ノズル本体に供給する手段とを備え、下流端部には細長い開口を有する閉鎖した出口端部を備え、前記開口内には、気体と液体の小滴との混合物を放出するための連続的なループ開口が得られるようにインサートが配置される、前記フィードノズルアセンブリ。
2. 前記インサートがノズル本体内の上流の位置に固定される、請求項１に記載のフィードノズル。
3. 前期ノズル本体内に噴霧手段が設けられる、請求項１又は２に記載のフィードノズル。
4. 前記細長い開口がその最大長さｌとその最大高さｈとにより定義され、その比ｌ／ｈが１．５〜２０である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィードノズル。
5. 前記ループ開口の幅の下限が１０ｍｍ、好ましくは１５ｍｍであり、上限が２００ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィードノズル。
6. 前記ノズル本体の下流端部の壁厚が、前記細長いスリットの場所にて５〜１００ｍｍ、好ましくは５〜４０ｍｍである、請求項５に記載のフィードノズル。
7. 前記ノズル本体の出口端部がドーム形状である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィードノズル。
8. 前記ノズル本体が、
   （ａ）上流端部で気体供給手段に流動連結された気体導管とドーム形状の下流端部とを形成する実質的に円筒形の内管であって、ドーム形状の出口端部には少なくとも１つの気体出口開口が設けられた、前記内管と、
   （ｂ）前記内管の外面と前記ノズル本体の内面とにより形成される環状の液化炭化水素導管であって、この液化炭化水素導管は上流端部で液化炭化水素を供給しドーム形状の下流端部から放出する手段に流動連結され、ドーム形状の出口端部には細長い開口が設けられ、連続的なループ開口が形成されるようにこの細長い開口内にインサートが配置される、前記液化炭化水素導管とを含み
   （ｃ）前記気体導管の気体出口開口がノズル本体のドーム形状の端部にあるループ開口に実質的に整列し、そして
   （ｄ）前記ノズル本体の細長い開口内に配置されたインサートが、気体ドーム形状の下流端部に固定される、請求項７に記載のフィードノズル。
9. 上流端部にて高温の再生触媒粒子の入口と、該入口から一定距離下流にて請求項１〜８のいずれか一項に記載の少なくとも１つのサイドエントリ型フィードノズルと、前記フィードノズルの位置の下流にて反応ゾーンとを備える反応器ライザー。
10. 前記フィードノズルの細長い開口の最大長さｌに沿って延びる軸が実質的に水平に配置される、請求項９に記載の反応器ライザー。
11. 垂直に配置された細長い請求項９又は１０に記載の反応器ライザー内で触媒粒子の移動流と液化炭化水素の反応体を接触させる方法であって、フィードノズルを用いて気体と液化炭化水素の小滴との混合物を実質的にシート状の噴霧として導入し、その際に該シート状噴霧とノズル本体の軸との角度が＋４５°〜−４５°である方法。