JP2007529602A - 流動接触分解装置中で供給原料／触媒の所望の接触状態を実現する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ＦＣＣライザー反応器の底部近くに配置されたフィードノズルアセンブリが複数のフィードノズルを備え、各フィードノズルはライザーの中心に向かって曲げられた吐出し端部を備える。この曲げられた吐出し端部により、炭化水素の供給原料と噴霧化ガスとの放出がライザーの中心部分で結合されることで、ライザー壁への供給原料の衝突を防ぎつつ所望の供給原料／触媒の接触状態が得られる。

Description

この発明は流動接触分解（ＦＣＣ）のフィードノズルの性能と信頼性を改善するための方法及び装置に関する。特に、本発明は、ライザーを変える必要なく、高いライザー位置に配置された最新のサイドエントリー型フィードノズルと同様に所望の供給原料／触媒の接触状態を得るために、ライザー反応器の底部に近接して設けられたノズルアセンブリに関するものであり、所望の供給原料／触媒の接触状態を達成するのに必要な資本コストが実質的に削減される。

周知のように、代表的な流動接触分解（ＦＣＣ）装置は反応器と再生器とから成る。真空ガス油などの長鎖の炭化水素を、フィードノズルを介してライザー反応器に注入し、再生された高温の触媒と接触させ、ガソリンなどのより有用な小さい生成物に分解する。この触媒はライザー反応器での反応中に表面にコークス層が堆積するので一時的に失活する。生成ガスは反応器の上部で分離し、生成物回収システムに送る。使用済みの触媒はストリッパに輸送し、そこに水蒸気を導入して使用済み触媒に捕捉されたガス生成物を回収する。ストリップした使用済み触媒は再生器に送り、そこに空気を導入して表面上のコークス層を焼失させて触媒を再活性化する。再活性化した触媒はライザー反応器に戻し、これで触媒の循環サイクルが完結する。

ＦＣＣフィードノズルは装置の性能にとって重要である。これは供給原料と再生触媒との初期接触の一様性を決定し、この一様性が乾性ガス収量及びコークス選択性に対して深刻な影響を与える。最も最新のＦＣＣフィードノズルは、高い位置にて垂直ライザー部の外面に設置されたサイドエントリー型のノズルである。これは新設ＦＣＣには好ましい選択である。しかし、古いＦＣＣ装置の供給原料注入システムは依然としてライザーの底部に設けられたものもあり、これらの装置を最新のサイドエントリー型ノズルを備えた垂直ライザーに変えるには、高い資本コストや装置の圧力平衡などの制限がある。ライザーは、底部注入フィードノズルの場所では、水平、垂直又は傾斜した方向に向けることができる。

出願人の米国特許第５，９７９，７９９号には、ノズルの軸から３０°までの角度で上方向に曲げられたスプレーパターンを有するサイドエントリー型ノズルが開示されている。

出願人の米国特許第６，３８７，２４７号Ｂ１には、ノズルの軸から約１０°〜約８０°の上方向の放出を行なう中央配置の１つの底部エントリー型ノズルのノズル先端部の構成が開示されている。

Ｎｉｅｌｓｅｎへの米国特許第４，７７８，６５８号には、炭化水素／水蒸気の混合物をライザーに注入して触媒と接触させる前に炭化水素をフィードノズルの内側の包囲混合室に注入して炭化水素と水蒸気との混合を改善しかつ噴霧化を改善するために角度付き注入クイルを有する中央配置の１つの底部フィードノズルが開示されている。

Ｂｕｙａｎへの米国特許第４，８０８，３８３号には、ノズルの軸と吐出し端部がライザーの軸に平行な複数のフィードノズルから成る底部供給原料注入システムが開示されている。
米国特許第５，９７９，７９９号 米国特許第６，３８７，２４７号 米国特許第４，７７８，６５８号 米国特許第４，８０８，３８３号

ＦＣＣライザー反応器の底部の近くに配置されたフィードノズルアセンブリが複数のフィードノズルを備え、各々のフィードノズルはライザーの中心に向けて曲げられた吐出し端部を備える。曲げられた吐出し端部により、炭化水素の供給原料と噴霧化ガスとの放出がライザーの中心部で結合されることで、ライザー壁への供給原料の衝突を防ぎつつ供給原料／触媒の所望の接触状態が得られる。

本発明の目的の一つは、供給原料注入システムをライザー反応器の底部に近接して配置したＦＣＣ装置において触媒／供給原料の接触を改善することである。本発明の別の目的は、ライザー内での供給原料の分配を改善することである。別の目的は、ライザー壁の汚れ（コークス化）速度を小さくすることである。本発明のさらに別の目的は、装置の触媒循環を改善することである。

出願人の発明は主に供給原料／触媒の接触を改善することに関する。従って、出願人の発明では、触媒は、炭化水素／水蒸気のスプレーが個々のノズルの吐出し端部から出た直後に該スプレーと接触する。よって、本質的な要素の１つは、ノズルの吐出し端部が至るところで触媒により包囲されていることである。複数のノズルを備えて触媒との複数の接触領域を提供する本発明は、出願人の米国特許第６，３８７，２４７号Ｂ１及びＮｉｅｌｓｅｎへの米国特許第４，７７８，６５８号などの中心配置の単一底部エントリー型ノズルの従来技術に対する改善である。

本発明はまた、上述したＢｕｙａｎへの米国特許第４，８０８，３８３号の従来技術についての改良された新規の設計である。米国特許第４，８０８，３８３号の従来技術は、複数のノズルから成る底部供給原料注入システムを開示しているが、それらの軸と吐出し端部はライザーの軸に平行である。これらのノズルからの放出物はライザー軸に平行であるので、ライザー中で供給原料の所望の分配は達成できない。米国特許第４，８０８，３８３号における各ノズルの放出物がすばやく広がってより大きな領域に及ぶなら、ライザー壁に衝突して機械的な損傷を引き起こすであろう。本発明の本質的な要素の一つは、個々のノズルの吐出し端部がライザーの中心に向けて傾斜していることである。このことにより、ライザー壁に衝突するという欠点を伴わず、本発明の個々の放出物がすばやく広がりライザー中で供給原料の所望の分配が実現できる。

本発明は、ライザーの高位置に配置された最新のサイドエントリー型フィードノズル（上記の出願人の米国特許第５，９７９，７９９号参照）と同様にライザーの底部の近くで供給原料／触媒の所望の接触状態を得る代替案を提供するが、ライザーを変える必要がないので資本コストをかなり削減できる。

図１は本発明で用いられる直立管、フィードノズルアセンブリ及び予備流動化リングを備えたライザーの底部の立面断面図である。直立管１を介して受け入れられた触媒は、ライザー１２の底部１１に設けられたフィードノズル４に突き当たる。緊急水蒸気ノズル５がノズル４の軸に沿って中心に配置される。フィードノズル４の軸は底部ではライザーの軸に平行であるが、ノズルの吐出し端部は図５にさらに明瞭に示されているように反応器の中心に向かって傾斜している。ライザー中への触媒の移動を支援するために流動化リング２がノズル４を取り囲んでいる（図３に明瞭に図示）。この図はライザーの底部領域が垂直であることを示している。しかし、底部ライザー領域が水平又は傾斜していても、同じフィードノズル構成が適用できる。

図２は本発明による単一のフィードノズル４の概略図である。ノズル４は油入口６と水蒸気入口７とを備える。ノズルアセンブリの中心にある緊急水蒸気ノズル５は、明瞭さのために図示していないが、図３には明確に図示されている。ノズル４の吐出し端部８は８ａにて図示されているように傾いている（傾斜している）。油入口６からの油と水蒸気入口７からの水蒸気がノズル４の内部で混合され、油と水蒸気との混合物がノズル４の吐出し端部８の共通開口部９を通って放出され、後で説明する油-水蒸気のスプレー１０を形成する。

図３は、図１及び図２によるフィードノズルアセンブリ、直立管、予備流動化リング及び緊急ノズルを備えたライザーの底部の断面平面図である。図３はノズル４、緊急水蒸気ノズル５及び流動化リング２の配置をさらに明確に示す。流動化リング２における穴３も図示されている。

図４を参照すると、緊急水蒸気注入ノズル５をノズルアセンブリの縦軸を中心に配置したノズルアセンブリが図示されている。緊急水蒸気注入ノズル５を取り囲んで、複数の、例えば４個の供給原料注入ノズル４が設けられている。フィードノズル４は、フィードノズル４及び水蒸気ノズル５を相互連結する一連の固定器１３によって、緊急水蒸気ノズル５に対して及びお互いに対して固定位置に維持される。個々のノズル４は、炭化水素の供給原料を受け入れるための少なくとも１つの入口端部６と、噴霧化ガス、例えば図２に示されるように水蒸気を受け入れるための少なくとももう１つの入口端部７とを備える。噴霧化ガスはノズル４の内部で炭化水素の供給原料と混合され、この混合物が微細なスプレーの形態にて吐出し端部８の共通開口部９を通ってライザー１２中に放出される。放出されている炭化水素の供給原料の微細スプレーが、ライザー壁に衝突することなく高い位置の最新のサイドエントリー型ノズルと同様に触媒との所望の接触状態を形成するように、フィードノズル４の個々の吐出し端部８は、フィードノズルの縦軸からライザー１２の軸に向かって一定の角度α、例えば５°〜７５°だけ傾斜し、好ましくは例えば１０°〜４０°だけ傾斜する。また、この所望の接触状態により、ライザー中での供給原料の迅速な気化と触媒の加速がもたらされることで、ＦＣＣ装置の触媒の循環が改善される。

図５には、図４のノズルアセンブリの端面図が示されている。フィードノズル４の終端の４個の吐出し端部８が、ライザー１２の軸に向かってフィードノズルの縦軸から上述したように５°〜７５°、好ましくは例えば１０°〜４０°傾斜して夫々の相対的な位置に図示されている。個々の４個のノズル４は、等しく間隔をあけて、例えばライザーの中央を中心とする正方形の頂点に配置してもよい。しかし、個々のノズル４はまた、等しくない間隔で配置してもよい。例えば、水平のライザーの場合、より多くの炭化水素の供給原料をその底部に向けて方向付けるのが望ましい。このようなノズル４の不均一な配置、すなわち炭化水素の分配を実現するために、個々のノズル４間の間隔は、底部の近くで小さくし、頂部の近くで大きくすることもできる。図示されたフィードノズル４の吐出し開口部は、連続的な円形隙間の形状を有する。この開口部により、図２の油-水蒸気スプレー１０のように、各ノズルから中空円錐スプレーのスプレーパターンが得られる。フィードノズルの技術において公知の細長いスロット（１つ又は複数）や円形の穴（１つ又は複数）などの開口部の他の形状もまた採用でき、各ノズルから様々なスプレーパターンが得られる。

多くのライザー入口の構成では、フィードノズル４の吐出し端部８の下方の領域において触媒が沈下してその流動性が損なわれる危険性が存在し得る。これは、任意の所望の循環速度で装置に触媒を循環させるオペレータの能力に対してマイナスの影響を与え得る。極端な場合には、このことにより、触媒の循環が完全に停滞してしまう。明らかに、この危険性は避けるべきである。ＦＣＣ装置の設計者はこれらの問題を解消する種々の方法及び手段を見出している。この問題の解決策の一つは、ライザー中の低い位置にて流動化ガスを分配する装置を設置することである。通常は、この目的のために水蒸気が用いられるが、他のガスも同様に使用できる。図２において２で示されたこれらのいわゆる予備流動化装置は、多くの異なる形状をとり得る。孔あき板だけでなく、複数のノズル又は穴３（上方向又は下方向に向いている）をリングの周囲に沿って分布させたリングが、しばしば使用される。直立管又はＪベンドがライザーに接合する前の該直立管又はＪベンドの一番最後の直線部に沿って流動化ガスの入口地点を配置する設計者もいる。通常はこれらの入口地点は直立管の下端部の近くに位置するので、注入されるガスは触媒と良く接触する。

ここに開示した本発明の用途は、より高い位置のサイドエントリー型ノズルよりも循環が低下する危険性に対して脆弱ではないが、この危険性は依然として存在する。設計者は、上述したように、予備流動化装置を使用することによりこれらの危険性を最小にするであろう。設計者は、様々なすべての構成要素、例えば様々なフィードノズル、随意に別個の緊急水蒸気ノズル及び随意に別個の予備流動化分配装置を収容するように、ライザーの底部の配置の仕方を注意深く考慮するであろう。

ノズルは底部エントリー型ノズルと称されているものであり、フィードノズルは通常はライザー底部を貫通する真っ直ぐな管であるが、これらのことは必ずしもそうであるとは限らない。ライザー壁を貫通してライザー軸に垂直な方向からライザー軸に平行な方向に９０°曲がる管でもよい。

本発明で用いられる直立管、フィードノズルアセンブリ及び予備流動化リングを備えたライザーリフトポットの立面図である。 本発明によるフィードノズルの概略図である。 図１のフィードノズルアセンブリ、直立管、予備流動化リング及び緊急ノズルを有するライザーリフトポットの平面図である。 供給原料、水蒸気の上昇ノズルアセンブリの側面図である。 図４の端面図である。

符号の説明

１…直立管
２…流動化リング
３…穴
４…フィードノズル
５…緊急水蒸気ノズル
６…油入口
７…水蒸気入口
８…吐出し端部
９…開口部
１０…油-水蒸気のスプレー
１１…底部
１２…ライザー
１３…固定器

Claims (16)

1. ＦＣＣライザーの底部に設けられたノズルアセンブリであって、
   複数のフィードノズル；及び
   炭化水素の供給原料と噴霧化ガスとの混合物を前記ライザー中に放出するための各前記フィードノズルの吐出し端部；
   を備え、各ノズルの軸は底部にて前記ライザーの軸に平行であり、前記ノズルの前記吐出し端部は底部にて前記ライザーの軸に向かって内側に曲げられているノズルアセンブリ。
2. 前記吐出し端部はノズルの軸から５°〜７５°、好ましくは１０°〜４０°曲げられている、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
3. 前記フィードノズルの位置を互いに物理的に固定するための機械的連結手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
4. 緊急水蒸気を供給するための中央水蒸気ノズルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 予備流動化ガスを供給する手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
6. 前記ノズルが前記ライザーの軸の周りに等距離にて配置される、請求項１に記載の装置。
7. 前記ノズルが前記ライザー内に一様な間隔で配置される、請求項６に記載の装置。
8. 前記ライザーが水平に又は傾斜して配置されている場合、前記ノズルが前記ライザー内で不均一な間隔で配置される、請求項６に記載の装置。
9. 前記ノズルの数が２〜８個、好ましくは４〜６個の範囲である、請求項１に記載の装置。
10. 前記フィードノズルの位置を互いに物理的に固定するための機械的連結手段をさらに備える、請求項２に記載の装置。
11. 緊急水蒸気を供給するための中央水蒸気ノズルをさらに備える、請求項２に記載の装置。
12. 予備流動化ガスを供給するための手段をさらに備える、請求項２に記載の装置。
13. 前記ノズルが前記ライザーの軸の周りに等距離にて配置される、請求項２に記載の装置。
14. 前記ノズルの数が２〜８個、好ましくは４〜６個の範囲である、請求項２に記載の装置。
15. 流動接触分解法において触媒と炭化水素の供給原料とを接触させるための装置であって、
    再生された触媒を供給するための第１の導管；
    前記再生された触媒を受け入れるために前記第１の導管の出口端部に連結された開口部を有する第２の導管；及び
    炭化水素の供給原料と水蒸気との混合物を前記触媒中に供給するため前記第２の導管内に配置され且つ複数のフィードノズルを備えたフィードノズルアセンブリ
    を備え、各ノズルの軸は底部にて前記第２の導管の軸に平行であり、各ノズルは、前記炭化水素の供給原料と噴霧化水蒸気とをノズルから前記第２の導管中に放出して前記再生された触媒と接触させるために、前記第２の導管の軸に向けて内側に曲げられた吐出し端部を備える装置。
16. 流動接触分解装置において供給原料と触媒との所望の接触状態を得るための方法であって、
    再生された触媒を導管に供給する工程；
    前記導管内に複数のフィードノズルを配置する工程；
    前記導管の軸中心に向けて前記各フィードノズルの吐出し端部を曲げる工程；
    前記フィードノズルの入口に炭化水素の供給原料を供給する工程；
    前記フィードノズルの第２の入口を介して噴霧化流体を前記フィードノズル中に供給する工程；
    前記フィードノズル内で前記炭化水素の供給原料と前記噴霧化流体とを混合する工程；
    前記炭化水素の供給原料と前記噴霧化流体とから得られた混合物を前記フィードノズルの曲げられた前記吐出し端部の開口部から噴出させる工程；
    前記フィードノズルの前記吐出し端部にて前記炭化水素の供給原料と前記噴霧化流体との混合物を前記再生された触媒とすぐに直接接触させる工程；及び
    前記再生された触媒と前記炭化水素の供給原料と噴霧化ガスとから得られた混合物を前記第２の導管の排出端部から噴出させる工程；
    を含む方法。