JP2010512987A - 流動接触分解装置の再生装置用の新規なガス/固体の分離システム - Google Patents

流動接触分解装置の再生装置用の新規なガス/固体の分離システム Download PDF

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Abstract

本発明は、全タイプのFCC装置の再生装置に適した新規な固体ガス分離システムに関する。本発明のシステムは、流動接触分解装置(FCC)の再生帯域に由来するガス流中に含まれる固体粒子を分離するための装置からなり、再生帯域の垂直軸周りを中心とする内側円筒状ケーシング(3)と外側ケーシング(1)とによって規定される。外側ケーシング(1)は、本質的に水平な壁(15)、これに続く曲壁(16)および本質的に垂直な壁(17)を有し、該一群の壁(15、16、17)は、内側ケーシング(3)を覆い、内側ケーシング(3)周囲に位置する囲い状に分配される一式の分離室(2)を形成する。この分離室(2)は、分離されるべき固体ガス懸濁物を含む。前記新規な分離システムは、頂部喪失を最小にしかつたった一つの下流サイクロン段を要求しながら、非常に効率的な分離を可能にする。

Description

本発明は、流動接触分解(fluid catalytic cracking:略してFCC)装置の再生装置の頂部において適用され得る分離装置に関する。接触分解装置の再生帯域は、単一段で実現され得るか、または、二段に分割され得る。例えば、単一段技術として、高密度流動床(dense fluidized bed)として機能するエクソンの「flexicracker」または噴流床(entrained bed)として機能するUOPからのFCC技術が挙げられ得る。二段再生帯域の例として、AXENS/SWECからのR2R技術が挙げられ得る。これらの種々の技術の概要説明は、「Gulf Professional Publishing」によって出版されたReza Sadeghbeigiによる著書「Fluid Catalytic Handbook」の2および3頁(図1−1;1−2;1−3)において見出され得る。
本明細書の以降において、本発明の主題である分離装置とは、燃焼ガスからの触媒の第一の分離を可能にし、再生帯域の単数または複数の段において一般的にはサイクロン段によって行われる1以上の二次的な分離段の上流に位置する装置のことをいうことになる。
再生帯域が一段または二段で実現されるかはどうであれ、それは、段毎に燃焼ガスと再生された触媒との間の少なくとも1つの分離装置を有していなければならない。FCC装置の再生帯域は、流動状態にある帯域であり、該帯域の中で、反応帯域に由来する触媒の表面に堆積したコークスの制御された燃焼が行われ、そのため、前記再生帯域の出口において、再生された触媒を反応帯域に戻すまでに前に非常に低い濃度のコークスが見出されることが思い起こされるべきである。再生帯域の入口におけるコークスの濃度は、典型的には0.3〜2.0重量%、通常は0.5〜1.5重量%であり、前記帯域の出口において、0.05重量%未満であることが見出される。
本発明は、粒子分離効率を向上させることができる流動接触分解装置の再生装置用の新規なガス/固体の分離システムを提供することを課題とする。
本発明は、流動接触分解(FCC)装置の再生帯域から来るガス流中に含まれる固体粒子を分離するための装置であって、再生帯域(25)の垂直軸(11)周りを中心とした円筒形状の内側エンベロプ(3)および外側エンベロプ(1)によって境界が定められ、該外側エンベロプ(1)は、1つのほぼ水平な壁(15)、1つの曲壁(16)および1つのほぼ垂直な壁(17)を有し、前記壁(15、16、17)の一式は、内側エンベロプ(3)を覆い、かつ、内側エンベロプ(3)の周りに放射状に分配された一式の分離室(2)を形成し、該分離室(2)内を分離されるべきガス/固体の懸濁物が流通し、各分離室(2)は、一方では、入口セクション(4)を介して内側円筒状エンベロプ(3)と連通し、他方では、出口セクション(5)を介して再生帯域(25)の下部と連通し、分離室(2)の側壁(22)の上部に位置する少なくとも1つの側部出口(6)を有し、前記側部出口(6)は、入口セクション(4)の直下に位置する内側エンベロプ(3)の垂直壁の部分と外側エンベロプ(1)の曲壁(16)に対応する内弧(26)との間のスペースによって画定され、前記装置は、さらに、2つの連続する分離室(2)の間に位置するバッフル(7)を含み、各バッフル(7)は、内側円筒状エンベロプ(3)の壁に固定され、第二の分離段を形成するサイクロン(21)のリターンレグ(8)が、分離室(2)の間に挿入され、内側円筒状エンベロプ(3)の径と外側エンベロプ(1)のより大きな径の間の径を有する円状に整列させられる、装置である。
再生触媒と燃焼ガスとの間の分離のためのシステムに関する従来技術は、通常は、一般的にはガスおよび固体のための単一の出口を有する、ガス/固体懸濁物の方向の急激な変化からなる単純な装置によって示される。標準型のこれらの開放装置は、延長して位置し、ガス/固体懸濁物のライザに対してほぼ垂直な方向に沿う一組のアームからなり、各アームは、下方に向く出口開口部を備えている開放交差である。このようなシステムの効率は、一般的には60〜70重量%であり、より具体的には、すなわち、出口開口部を介したガス/固体懸濁物の排出後に、固体の約60%は、下方に位置する流動床の高密度相に再結合するのに対して、ガス中に懸濁状になっている前記固体の40%が、装置下流に位置するサイクロン段に送り込まれることになる。
一組の添付された図面は、単一段再生帯域および二段再生帯域の構成の両方に適用する。
触媒と燃焼ガスとを分離するための装置の目的は、下流に位置するサイクロン段に導入されるガス状流出物中の固体粒子の濃度を低減させることにあり、粒子分離の効率は、本発明により、少なくとも90%であり、好ましくは少なくとも95%である。この値は、従来技術の装置、例えば、開放交差型の装置、特に、上記に挙げられた図1−2において表された装置であって、その効率が60〜70%を超えないものにより得られた値に対して相当の利得を示す。本発明による装置は、その向上した効率を通じて、下流に位置するサイクロン段の一つを除くことを可能にする。これにより、結果として、緊密さにおいて、特に、サイクロン段が再生帯域の内側に位置する場合に実質的な利得がもたらされる。
分離帯域の入口でのガス/固体流におけるガス質量流量に対する固体の比は、一般的には2〜50、好ましくは3〜10であることが思い起こされるべきである。
図1は、本発明による装置の透視図を示し、これは、前記装置と、下流に位置するサイクロン段からなる二次的分離システムとの相対位置を視覚化すること可能にする。 図2は、本発明による装置の側面図を示す。それは、分離室の構成を視覚化することを可能にする。 図3は、本発明による装置の平面図を示すが、サイクロン段からなる二次的分離システムを含む。この図は、分離室に対するサイクロンのリターンレグの位置を視覚化することを可能にする。 図4は、バッフルと、分離室およびサイクロンのリターンレグに対するそれらの位置のより特定的な図を示す。図面を複雑にしないために、バッフルの下部を備えるオリフィスは、示されていない。
(発明の簡単な説明)
本発明は、流動接触分解(FCC)装置の再生帯域から来るガス流中に含まれる固体粒子を分離するための装置からなり、再生帯域の垂直軸周りを中心とする円筒形状の内側エンベロプ(3)と、外側エンベロプ(1)とからなり、この外側エンベロプ(1)は、1つのほぼ水平な壁(15)を有し、1つの曲壁(16)およびついで1つのほぼ垂直な壁(17)が続けられ、一組の前記壁(15、16、17)は、内側エンベロプ(3)を覆い、かつ、内側エンベロプ(3)の周りに放射状に分布した一組の分離室(2)を形成し、この内側エンベロプ(3)中を、分離されるべきガス/固体懸濁物が流通する。
したがって、分離室(2)は、内側エンベロプ(3)の垂直壁と共通の第一の垂直壁と、壁(15)、(16)および(17)の組合せによって形成された第二の曲壁と、円筒状のエンベロプ(3)に対してほぼ垂直な2つの側壁(22)、(22’)とを有している。
各分離室(2)は、一方では、入口セクション(4)を介して、内側円筒状エンベロプ(3)と、他方では、出口セクション(5)を介して再生帯域(25)と連通しており、少なくとも1つの側部出口(6)を有している。この側部出口(6)は、前記分離室の側壁(22)および/または(23)の上部に位置する。側部出口(6)は、入口セクション(4)の直下に位置する内側エンベロプ(3)の垂直壁の部分と、外側エンベロプ(1)の曲壁(16)に対応する内弧(26)との間のスペースによって画定される。
側部出口(6)の形状は、おおよそ、円または長円の4分の1の形状になる。用語「おおよそ」は、ガス/固体懸濁物が曲壁(16)および対応する内弧(26)を転がり回ることを可能にするあらゆる形状が本発明に適するという事実を意味するとして理解される。側部出口(6)の正確な形状は、前記曲壁(16)に対応する内弧(26)の形状に由来する。
本発明による装置は、バッフル(7)を含み得る。バッフル(7)は、2つの連続的な分離室(2)の間に位置し、各バッフルは、内側円筒状エンベロプ(3)の壁に固定され、好ましくは、上方に向く翼形状を有し、この翼の上端は、側部出口(6)の上部高さより下の高さに位置する。これらのバッフル(7)は、それらの下部において、少なくとも1つのオリフィス(不図示)を提供されている。このオリフィスは、前記バッフル(7)の下部と内側円筒状壁(3)との間に形成された隅において蓄積し得る触媒を排出することを可能にする。
バッフル(7)に、側部出口(6)からのガスの上昇を導くことを可能にするあらゆる形状を与えることは、本発明の範囲内にとどまる。上向き翼形状は、好ましい形状ではあるが、円錐形状またはより一般的な管状(すなわち、適切な傾斜管)の形状は、全体的に本発明の範囲内にとどまる。バッフル(7)についてのさらなる情報は、本詳細な説明において与えられる。
本発明による装置は、再生帯域(25)の垂直軸周りの円筒形状の対称性を有する。特に、二次的分離段を形成するサイクロン(21)のリターンレグ(return leg)(8)は、分離室(2)の間に挿入され、高密度流動床の高さの上方に位置し得るかまたは高密度流動床自体の内側に位置し得るかのいずれかの高さに降りる。後者の場合、それは、ディップレグ(dip leg)と呼ばれる。好ましくは、リターンレグ(8)は、高密度床を突破する希釈相に開口することになる。
リターンレグ(8)は、垂直に対して所定の角度を形成し得る。垂直に対して20°の最大角度、好ましくは15°の最大角度が、リターンレグ(8)を適切に機能させるために許容範囲であるだろう。特に好ましくは、リターンレグ(8)は、ほぼ垂直であるだろう。すなわち、大きくとも5°の角度まで垂直から逸脱することができる。
最後に、リターンレグは、それらの下端において、前記レグの内側での泡状物の上昇を妨げ、ガス/固体懸濁物をレグの外側に向けて十分に分配すること可能にする機械的なシステムを提供され得る。これらのシステムは、当業者に知られているあらゆるタイプのもの、特に種々の形状のキャップ(特に円錐形状のキャップ)さらにはレグ(8)の下端から前記リターンレグの径の0.5〜1.5倍の距離まで離された単純な水平板であるだろう。
本発明による装置は、接触分解装置の反応帯域への再生触媒粒子の再導入の前に再生触媒粒子の効率的な分離を可能にする。ガス/固体分離の効率は、少なくとも90%、通常は95%であり、このことは、さらに、二次的な分離段を構成するサイクロンがより低い粒子濃度レベルで、したがって、最適な条件下に駆動することを可能にするという利点を有している。
本発明による装置の圧力降下は、一般的には、従来技術による装置の圧力降下よりわずかに高いが、このことは、このアイテムが装置の圧力バランスにおいて非常に重要ではない限りにおいて不利益ではない。
(発明の詳細な説明)
本明細書における括弧間の数字は、図1〜4における数字に対応する。本発明による分離装置は、単一段または二段の再生帯域を有する流動接触分解装置に適用され得る。二段再生帯域の場合、二段は、「リフト(lift)」と呼ばれるほぼ垂直で細長い形状を有する管状帯域によって接続され、図2において(18)によって表示される。
再生帯域が1つの段のみを含む場合、本発明による装置は、前記段を形成する流動床の上部に、流動床反応器の壁と一続きに置かれる。この連続性は、一般的には、円錐形状の遷移帯域(10)によって提供される。この遷移帯域(10)は、反応器の径から円筒形状垂直パイプ(18)の径に徐々に切り替わることを可能にする。
単一段または二段の再生帯域に埋め込まれるかどうかで本発明による装置の操作において差異がないので、本明細書の以降の記載において、場合に応じて、リフト(二段再生帯域の場合)または流動床の上部(単一段再生帯域の場合)のいずれかに対応する垂直円筒状パイプ(18)は、区別されないことになる。
一般的に、再生帯域とは、コークスの燃焼反応が内部で行われる流動床、本発明による第一の分離装置および、一般的に1以上のサイクロン段からなる第二の分離装置を含む室のことをいう。
以降の記載は、2段再生帯域および単一段の再生帯域の両方の場合に関し、円錐形状の遷移帯域(10)は、可能であれば、所定の場合において、除去される。
本発明による装置は、円筒形状の第一の内側円筒状エンベロプ(3)を、再生帯域が単一段からなる場合には再生帯域の壁と一続きに、または、再生帯域が二段を含む場合にはリフトの壁と一続きに含む。両方の場合において、このような連続性は、反応器またはリフトの径から内側円筒状エンベロプ(3)の径に切り替わることを可能にする円筒円錐形状の遷移帯域(10)を介して提供される。
再生帯域(25)のエンベロプは、同時に、本発明による装置と、一般的には少なくとも1つのサイクロン段(21)からなる第二の分離システムと、触媒上に堆積したコークスの制御された燃焼が内側で行われる高密度流動床とを含む。
内側円筒状エンベロプ(3)は、再生帯域(25)の対称の垂直軸の周りを中心としている。内側円筒状エンベロプ(3)は、外側エンベロプ(1)によって覆われ、この外側エンベロプ(1)は、第一のほぼ水平な壁(15)と側壁とを含んでいる。側壁は、第一の湾曲した形状(16)と、次いで、内側エンベロプ(3)の垂直壁とほぼ平行な形状(17)とを有している。
外側エンベロプ(1)は、内側エンベロプ(3)の全体を覆う単一の表面を形成せず、図1に示されるように、それは、所定数の等しいセクションに分割され、該セクションの外側壁(15、16、17)は、内側エンベロプ(3)の垂直壁と対応する部分と結合され、該セクションの外側壁(15、16、17)は、分離室(2)を決定する。
分離室(2)は、したがって、1つのセクションを画定する2つの側壁(22)、(22’)によって境界が定められる。分離室の数は、2〜6であり、好ましくは4である。
分離室(2)は、以下の方法で、ガス/固体懸濁物の流れ方向で記載され得る3つの帯域を含む:
・第一の帯域(18):この帯域中、流れはほぼ垂直かつ上昇である;
・遠心分離帯域と呼ばれる第二帯域(19):この帯域中、ガス/固体懸濁物は、約180°の方向転換を経る;および
・固体が出口セクション(5)を介して分離装置から排出され、再生帯域(25)の下部と再結合することを可能にする第三の垂直下降帯域(20):この下部は、主として、高密度流動床によって占められ、この高密度流動床内に、触媒上に堆積したコークスの制御された燃焼反応が行われる;この高密度流動床の高さは、出口セクション(5)の高さより下少なくとも1メートルである
分離室(2)は、その上部において、円筒状帯域(18)と、フローエリア(4)を介して連通する。フローエリア(4)は、一方では内側円筒状エンベロプ(3)の上端によって、他方では、外側エンベロプの上部壁(15)および(16)によって区切られている。分離室(2)は、その下部において、再生帯域(25)と、出口セクション(5)を介して連通する。この出口セクション(5)は、一方では、内側円筒状エンベロプ(3)の垂直壁または内側円筒状エンベロプ(3)に隣接しているがそれとは分離されている壁(23)、(24)によって、他方では、外側エンベロプ(1)の垂直壁(17)によって区切られている。
表現「入口セクション(4)」および「出口セクション(5)」は、入口セクション(4)を介して遠心分離帯域に入り、出口セクション(5)を介して分離装置を出るガス/固体懸濁物の流れ方向に関して理解されるべきである。
分離室(2)は、内側円筒状エンベロプ(3)によって画定される垂直円筒状帯域(18)の周りに放射状に分配される。
各分離室(2)は、その上部において、開口部(6)を含み、この開口部(6)は、再生帯域(25)の上部を遠心分離帯域(19)と接続し、ガスは開放されるが、ガス/固体懸濁物の固体粒子は前記分離室の内側にとどまり下降垂直帯域(20)の方に向けられることを可能にする。
遠心分離帯域(19)は、ガス/固体懸濁物がほぼ垂直な平面において垂直に対して約180°の角度で回転させられることが可能にするように規定される。
遠心分離帯域(19)の入口においてほぼ垂直で上昇する動きを有する、入口セクション(4)に由来する固体粒子は、前記遠心分離帯域(19)の出口において、ほぼ垂直で下降する動きを有することが見出され、この動きは、下降垂直帯域(20)の内側で粒子出口セクション(5)まで継続する。
開口部(6)を通じたガスの開放は、バッフル(7)によって促進され得る。このバッフル(7)は、内側エンベロプ(3)の垂直壁に固定され、かつ、少なくとも1つのオリフィスを、それらの下部における前記下部および円筒状垂直壁(3)によって形成された隅の近くに備えている。より具体的には、これらのバッフル(7)は、分離室(2)の間に位置し、サイクロン(21)のリターンレグ(8)の通過を可能にする。各バッフル(7)は、好ましくは、上向きの翼形状を有し、翼の上端は、側部開口部(6)の上部高さより下の高さに位置する。
各バッフル(7)は、内側円筒状エンベロプ(3)の壁に固定された下方傾斜部を有しており、傾斜角度は垂直に対して15〜30度である。この下部は、少なくとも1つのオリフィスによって穴を開けられ、場合によっては前記下部および円筒状垂直壁(3)によって形成された隅の中に蓄積し得る触媒の排出が可能にされる。
各バッフル(7)は、内側円筒状エンベロプ(3)の垂直壁に対して少なくとも150mmに位置する上方のほぼ垂直な部分を有する。
2、4または6個の分離室(2)、バッフル(7)およびサイクロンのリターンレグ(8)があり、それらは、再生帯域(25)の垂直軸(11)についての対称性を示す集合体を形成する。
好ましくは、分離室の数は2または4であるだろう。
垂直パイプ(18)中のガス/固体懸濁物の流通速度は、一般的には5〜30m/s、好ましくは12〜25m/sである。入口セクション(4)は、垂直パイプ(18)中に存在するような流通速度を大体示すように計算される。例えば、4個の分離室(2)を有する装置の仮定において、入口セクション(4)は、垂直パイプ(18)の断面の4分の1にほぼ等しい値を有するだろう。
ガスに対する固体の質量流量比は、一般的には2〜40、好ましくは4〜25である。
側部出口(6)におけるガス出口速度は、5〜20m/s、好ましくは5〜12m/sである。
所定量のガスはまた、出口セクション(5)を介して排出される。このガスの割合は、全ガスの20〜70%を示し得、その値は、主として、セクション(5)と(6)の間の表面積比に依存する。
出口セクション(5)によって排出される固体粒子の流量は、標準FCC触媒粒子について一般的には50〜1500kg/(m・s)、好ましくは100〜500kg/(m・s)であるが、このFCC触媒粒子の粒子密度は1500〜2000kg/mであり、FCC触媒粒子の平均径は60〜80ミクロンである。
1 外側エンベロプ
2 分離室
3 内側エンベロプ
4 入口セクション
5 出口セクション
6 側部出口
7 バッフル
11 垂直軸
15 水平壁
16 曲壁
17 垂直壁
22 側壁
25 再生帯域
26 内弧

Claims (11)

  1. 流動接触分解(FCC)装置の再生帯域から来るガス流中に含まれる固体粒子を分離するための装置であって、再生帯域(25)の垂直軸(11)周りを中心とした円筒形状の内側エンベロプ(3)および外側エンベロプ(1)によって境界が定められ、該外側エンベロプ(1)は、1つのほぼ水平な壁(15)、1つの曲壁(16)および1つのほぼ垂直な壁(17)を有し、前記壁(15、16、17)の一式は、内側エンベロプ(3)を覆い、かつ、内側エンベロプ(3)の周りに放射状に分配された一式の分離室(2)を形成し、該分離室(2)内を分離されるべきガス/固体の懸濁物が流通し、各分離室(2)は、一方では、入口セクション(4)を介して内側円筒状エンベロプ(3)と連通し、他方では、出口セクション(5)を介して再生帯域(25)の下部と連通し、分離室(2)の側壁(22)の上部に位置する少なくとも1つの側部出口(6)を有し、前記側部出口(6)は、入口セクション(4)の直下に位置する内側エンベロプ(3)の垂直壁の部分と外側エンベロプ(1)の曲壁(16)に対応する内弧(26)との間のスペースによって画定され、前記装置は、さらに、2つの連続する分離室(2)の間に位置するバッフル(7)を含み、各バッフル(7)は、内側円筒状エンベロプ(3)の壁に固定され、第二の分離段を形成するサイクロン(21)のリターンレグ(8)が、分離室(2)の間に挿入され、内側円筒状エンベロプ(3)の径と外側エンベロプ(1)のより大きな径の間の径を有する円状に整列させられる、装置。
  2. 各バッフル(7)は、上向き翼形状を有し、該翼の上端は、側部開口部(6)の上部高さより下の高さに位置する、請求項1に記載の装置。
  3. 各バッフル(7)は、内側円筒状エンベロプ(3)の壁に固定された下部傾斜部を有し、傾斜角度は、垂直に対して15〜30度である、請求項1または2に記載の装置。
  4. 各バッフル(7)は、内側円筒状エンベロプ(3)の垂直壁に対して少なくとも150mmに位置するほぼ垂直な上部を有する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の装置。
  5. 2または4個の分離室(2)、バッフル(7)およびサイクロンのリターンレグ(8)があり、それらは、再生帯域(25)の垂直軸(11)周りの対称性を示す集合を形成する、請求項1〜4のいずれか1つに記載の装置。
  6. 再生帯域(25)の下部中に位置する高密度流動床の高さは、出口セクション(5)の高さより下少なくとも1メートルである、請求項1〜5のいずれか1つに記載の装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の装置を用いるガス/固体懸濁物中に含まれる固体粒子を分離するための方法であって、入口セクション(4)中のガス/固体懸濁物の流通速度は、5〜30m/s、好ましくは8〜20m/sである、方法。
  8. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の装置を用いるガス/固体懸濁物中に含まれる固体粒子を分離するための方法であって、入口セクション(4)におけるガスに対する固体の質量流量比は、2〜40、好ましくは4〜25である、方法。
  9. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の装置を用いるガス/固体懸濁物中に含まれる固体粒子を分離するための方法であって、側部開口部(6)におけるガスの出口速度は、5〜30m/s、好ましくは5〜12m/sである、方法。
  10. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の装置を用いるガス/固体懸濁物中に含まれる固体粒子を分離するための方法であって、ガス/固体懸濁物は、垂直パイプ(18)に導入され、垂直パイプ(18)で、ガス/固体懸濁物は垂直な上昇流により流れ、次いで、フローエリア(4)を介して遠心分離帯域(19)に入り、遠心分離帯域(19)において、ガス/固体懸濁物は、ガスの開放を可能にするように約180°回転し、ガスは、主として開口部(6)を介して排出され、固体粒子は、垂直下方に垂直下降帯域(20)を通じて移動し、出口セクション(5)を介して再生室(25)の下部の方に排出される、方法。
  11. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の装置を用いるガス/固体懸濁物中に含まれる固体粒子を分離するための方法であって、出口セクション(5)を通る触媒の流量は、50〜1500kg/(m・s)、好ましくは100〜500kg/(m・s)である、方法。
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