JP2015509124A - 同伴触媒及び触媒微粉をスラリーオイルから分離する方法 - Google Patents

Abstract

スラリーオイルストリームから触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去する方法は、第１スラリーオイルストリームをスラリーオイル供給源から少なくとも１台のハイドロサイクロンへ送るステップと、第１スラリーオイルストリームが少なくとも１台のハイドロサイクロンへ進入する前に第１スラリーオイルストリームの温度及び圧力の少なくとも一方を増大するステップと、第１スラリーオイルストリームを少なくとも１台のハイドロサイクロンの中を通過させるステップと、少なくとも１台のハイドロサイクロンのオーバーフロー端から退出する第２スラリーオイルストリームを第２スラリーオイル供給源へ送るステップと、を含む。第１及び第２スラリーオイル供給源は、下記の物のうちの１つ又はそれ以上であると考えられる。流動接触分解分留器のメインカラム、蒸気発生器、熱交換器、デカントスラリーオイル貯蔵装置、及びスラリーオイル貯蔵タンク。

Description

本発明は、概略的には石油精製所において使用される流動接触分解（ＦＣＣ）工程に関連するシステム、装置及び工程に関する。特に、本発明は、典型的にＦＣＣ反応塔の底部ストリーム又はスラリーオイルに見られる触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去するためのシステム、装置及び工程に関する。

ＦＣＣ工程は、原油精製工程において上流に位置する原油常圧及び減圧分留器によって提供される高沸点の蒸留中間製品の収率及び品質を熱触媒によって向上するように設計される。全ての精製工程の中で、ＦＣＣ工程は、操業コストが最も高い工程の１つであり、長期間にわたって確実に操業するのが最も困難な工程の１つである。この工程は、また、低硫黄及び高オクタンのガソリンストリームに対するアルキル化のための高品質のオレフィン及びイソブテンの主要な供給源でもある。従って、ＦＣＣ工程は、原油精製において重要な工程である。

１９３０年代及び４０年代にＦＣＣ工程が導入されて以来、この工程は、多くの変化と向上を経てきた。これらの変化及び向上は、触媒形成、工程設計、工程制御、耐火物製法及び設置、冶金、動力回収、空気放出制御及び工程有効性又は稼働時間に集中されてきた。業界は、今でもＦＣＣ工程全体において性能を向上させ、操業コストを削減し、稼働時間を増大する道を探っている。

２年ごとに、全国石油化学精製協会（ＮＰＲＡ）は、ＦＣＣ工程の改良に厳密に焦点を絞った２日間質疑応答セミナーを開いている。毎セッションにおいて、必ず、スラリーオイルからの触媒、触媒微粉及びコークス粒子の除去に関して質問が集中する。今日までに、長期的なコスト効率の良い運用可能な解決法は見つかっていない。ＦＣＣ分留スラリーオイル及びこれが汚染されたとき生じる操業上の問題に関して、特に効果的解決法が見つかっていない。

ＦＣＣ分留スラリーオイルは、分留器へ進入する炭化水素蒸気からのキャリーオーバーとして０.２５％未満から２％超えの範囲の触媒、触媒微粉及びコークス粒子で汚染される。汚染物質の粒度は、１ミクロン（微粉）から９０ミクロン（触媒）までの範囲が考えられる。この汚染は、当然、ＦＣＣ反応塔においてライザー終端及び一次及び二次サイクロンが損傷を受けず適切に設計されている場合、非常に低いレベルで生じる。反応塔が不調の際又はＦＣＣ反応塔がその予定稼働期間の終了に到達しつつあるとき、触媒及び微粉の損失率は、コークス微粉の発生と共に、ずっと高いレベルまで増大する可能性があるので、ＦＣＣ工程の運転制御に影響を及ぼす。反応塔サイクロンの作動が不調であると、スラリーオイルへのフレッシュ又は平衡触媒損失のレベルが、通常の１日１〜３トンに対して１日に３〜５トンという高いレベルになる可能性がある。

触媒及び微粉汚染は、特に長時間にわたって生じた場合、下記の望ましくない効果の１つ又はそれ以上を生じる。
１． スラリーオイルループにおける腐食が熱交換器、蒸気発生器、制御弁、ポンプ及 び工程ラインに影響を及ぼすので、冶金学的損失率が増大する。
２． スラリーオイルループの分留器、熱交換器及び蒸気発生器の付着物及び詰り並び に高圧低下が増加する。
３． 中間製品の灰分明細を測るためにスラリーオイルから触媒を沈降させる間、スラ リーオイルデカンタ及び貯蔵タンク底部の付着物が増加する。
４． 損傷した又は汚れた設備の修復のために操業コストが増大する。
５． スラリーオイル貯蔵タンク底部の資源保護回復法（ＲＣＲＡ）に基づく有害オイ ルウェット固体を浄化し処分するために操業コストが増大する。
６． 最適なユニット性能を満たすための操業上の困難が増大する。

上記の問題に対処することは、触媒自体のコストに次いで、ＦＣＣ工程において２番目に高い操業コストとなる可能性がある。汚染の深刻さが増すと、予定稼働期間に合わせながら最適の製品変換及び収率を維持する際の主要な制限要因となる。

現在、温度、圧力及びサイズの制限があるので、ＦＣＣ分留スラリーオイルループから触媒、触媒微粉及びコークス粒子を回収できる技術はない。これまでに、濾過技術が考案され、貯蔵装置へ送られる低温スラリーオイルに応用されてきた。数社の製造者は、この種の濾過装置を過去１−〜１５年に少数販売したが、そのうち現在稼働しているものがあるとしても、ごく僅かである。装置が除去効率の点で予測を満たすとしても、資本及び操業コストは途方もなく高く、運転制御は困難で複雑である。更に、フィルタの在庫管理、浄化及び交換は、労働集約的であり、込み入っており、余分なフィルタ収納が必要とされ、フィルタは頻繁にバックウォッシュしなければならない。従って、スラリーオイルから粒子を除去するためのコスト効率が良く効率の良い方法が必要とされる。

本発明の目的は、流動接触分解（ＦＣＣ）工程の稼働期間を延長し、スラリーオイルに対して損失される微粉のかなりの割合及びほぼ全ての触媒を回収し、反応サイクロンが高い損失率を示すときフレッシュ触媒の必要量を減少し、下流の熱交換器、蒸気発生器、制御弁、ポンプ及び工程ラインの前に分離されたスラリーオイルの微粉含有量を低くし、貯蔵タンクにおける微粉の沈降及び清掃の必要を減少または排除することである。

本発明の更なる目的は、石油精製工程において採用されるときスラリーオイルストリームから触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去するための方法である。方法は、第１スラリーオイルストリームを第１スラリーオイル供給源から少なくとも１台のハイドロサイクロンへ送るステップと、ハイドロサイクロンへ進入する前に第１スラリーオイルストリームの温度、圧力又はその両方を増大するステップと、第１スラリーオイルストリームをハイドロサイクロンの中を通過させるステップと、ハイドロサイクロンのオーバーフロー端から退出する第２スラリーオイルストリームを第２スラリーオイル供給源へ送るステップと、を含む。第１及び第２スラリーオイル供給源は、下記のもの、即ち流動接触分解分留器、蒸気発生器、熱交換器、デカントスラリーオイル貯蔵装置又はスラリーオイル貯蔵タンクの１つ又はそれ以上とすることができる。

流動接触分解（ＦＣＣ）工程においてスラリーオイルから同伴触媒、触媒微粉及びコークス粒子を分離する方法に使用されるハイドロサイクロン容器の好ましい実施形態の分解図である。 図１のハイドロサイクロン容器の斜視図である。 流動接触分解（ＦＣＣ）工程においてスラリーオイルから同伴触媒、触媒微粉及びコークス粒子を分離する方法の好ましい実施形態の工程流れ図である。ＦＣＣ分留器からのスラリーオイルは、１つ又はそれ以上のハイドサイクロン容器の中を通過する。ハイドロサイクロン容器から退出するオーバーフローは、実質的にクリーンなスラリーオイルを含有し、蒸気発生器及び熱交換などの下流工程へ送ることができる。オイルウェット固体アンダーフロー（除去された触媒、触媒微粉及びオークス粒子を含有する）は、圧送可能（pumpable）なままであり、ＦＣＣ分留器へ戻すか、重質油熱分解装置（delayed coker）へ送るか、又は他の場所へ送ることができる。 本発明の方法の別の好ましい実施形態の工程流れ図である。下流の蒸気発生器又は熱交換器から戻されたスラリーオイルは、１つ又はそれ以上のハイドロサイクロン容器中を通過する。ハイドロサイクロン容器から退出するオーバーフローは、戻されたスラリーオイルの一部と一緒に、貯蔵タンクにデカントできる。 本発明の方法の別の好ましい実施形態の工程流れ図である。貯蔵タンク底部からのスラリーオイルの一部または全ては、ＦＣＣ分留器からのスラリーオイルと結合されて、第１ハイドロサイクロン容器を通過するか、又は第２ハイドロサイクロン容器を通過する。スラリーオイル貯蔵タンク底部の再循環は、貯蔵タンク底部の持続的清掃を可能にする。 本発明の方法の更に別の好ましい実施形態の工程流れ図である。１つ又はそれ以上のハイドロサイクロン容器は、ＦＣＣ分留器と下流の蒸気発生器及び熱交換器との間に配置されたスラリーオイルループに設置される。

ハイドロサイクロン容器から退出するオーバーフロー及びアンダーフローはサンプリングできる。クリーンなスラリーオイルは、貯蔵タンクへ送るか又はＦＣＣ分留器へ再循環できる。圧送可能なままでかつ回収された油を含む触媒及び触媒微粉を含有するアンダーフローは、ＦＣＣ分留器の供給側へ送るか又は他の場所へ送ることができる。

スラリーオイルストリームから同伴触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去する方法の好ましい実施形態について、下に図面を参照して説明する。図面に図示する要素は、下記の番号で識別する。

図１及び２は、本発明の方法に使用するのに適するハイドロサイクロン容器１０即ちＭＯＺＬＥＹ（商標）ハイドロサイクロン（ＣＡＭＥＲＯＮ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ、テキサス州ヒューストン）を図解する。ハイドロサイクロン１０は、本体１３の上端又はオーバーフロー端１５に配置された渦巻ファインダキャップ（vortex finder cap）２１への入口１１を有する。入口１１へ進入する入口流は、キャップ２１の中へ接線方向に送られる。渦巻ファインダキャップ２１は、入来スラリーオイルストリームにおいてスピン及び遠心力を生じて、設定ｄ₅₀切点を与えるように設計される。同伴触媒、触媒微粉及びコークス粒子は、本体１３の内壁へ向かって外向きに移動し、内壁において、一塊になって回転しながらアンダーフロー１７端へ向かって壁を下りて、スピゴット１９の中へ入る。スピゴット１９は、アンダーフロー密度を正確に制御できるように選択される。スプレイ径違い継手をスピゴット１９に取り付けできる。径違い継手端部２７から退出するアンダーフローは、圧送可能なアンダーフローである。実質的にクリーンなスラリーオイルは、ハイドロサイクロン１０の中央長手軸へ向かって内向きに及びオーバーフロー端１５へ向かって上向きに移動して、出口２５から退出する。ハイドロサイクロン１０は、１インチ出口１７を有するセラミックサイクロンであることが好ましい。

液体ストリームから汚染物質を分離するためにハイドロサイクロンを使用することは、原油処理及び精製の分野において周知である。但し、温度、圧力及びサイズ上の制約があるので、これまで、ハイドロサイクロンは、流動接触分解（ＦＣＣ）分留器のスラリーオイルループにおいては応用されていない。ＦＣＣ分留器スラリーオイルループは、典型的には、分留器のメインカラム及び貯蔵容器及びメインカラムの下流に配置される蒸気発生器及び熱交換器などの設備を含む（メインカラムは、蒸留塔又は主分留器とも呼ばれる）。

従って、ハイドロサイクロンの使用は、メインカラムの上流の精製工程の反応塔側に限定される。例えば、ハイドロサイクロンは、反応塔から退出し分離のためにＦＣＣ分留器のメインカラムへ送られる蒸気に応用される。これまでは、ハイドロサイクロンは、他の形式の分離装置と組み合わせて、反応塔において使用されるスラリーオイルから触媒微粉を除去する際に使用するために提案されている。例えば、Ｅｐｉｎｏｚａ他に対する米国特許第６８３３０７８号及びＣｌｅｒｉｃｉ他に対する米国特許第７１４４９２４号を参照されたい。分離装置は、沈降器、濾過器又は抽出剤（又はその組合せ）の使用を伴う。分離装置は、反応塔へ戻すために、ＦＣＣ分留器のメインカラムから退出する底部留分又はスラリーオイルに応用される。

本出願において開示される方法は、ＦＣＣ分留器のメインカラムと各種下流工程、設備及び貯蔵装置との間に配置されたＦＣＣスラリーオイルループにおいてハイドロサイクロンを使用する。この方法は、ＦＣＣ分留器のメインカラム、他の下流工程又は貯蔵タンクから退出するスラリーオイルの温度及び圧力を上昇させるステップと、この温度又は圧力が上昇したスラリーオイルストリームを１つ又はそれ以上のハイドロサイクロンの中を通過させるステップと、を含む。ハイドロサイクロンは、圧力が上昇したスラリーオイルのストリームを、実質的にクリーンなスラリーオイルのオーバーフローストリームと、触媒及び触媒微粉を含んだアンダーフローストリームとに分離する。

次に図３及び６を参照すると、ＦＣＣスラリーオイルループ５は、ＦＣＣ分留器２０のメインカラムから持続的に除去されてスラリーオイルポンプマニホルド３０へ送られる底部留分又はスラリーオイルストリーム１００を含む。ＦＣＣ分留器２０から退出するときのスラリーオイルストリーム１００の温度は、典型的には約７００°Ｆ〜７３０°Ｆ（３７１.１１℃〜３８７℃）の範囲、即ちコーキング温度より低い温度である。

ポンプマニホルド３０は、スラリーオイルストリーム１００の圧力を増大して、圧力上昇スラリーオイルストリーム１０２、１０４を提供する。好ましい実施形態において、スラリーオイルストリーム１０２、１０４の圧力は、スラリーオイルストリーム１００の約３.５〜４倍である。スラリーオイルストリーム１０４は、下流の蒸気発生器及び供給又は放出熱交換器６０へ送られる。スラリーオイルストリーム１０２は、ポンプ又はポンプマニホルド４０へ送られ、マニホルドは、再びストリーム１０２の圧力を上昇させて、第２の上昇圧力スラリーオイルストリーム１０６を生成する。好ましい実施形態において、スラリーオイルストリーム１０６の圧力は、ストリーム１０２の約２倍である。ストリーム１０２は、ＦＣＣ分留器２０からのサイクルオイルストリーム１２６によって補足できる（図６）。

スラリーオイルストリーム１０６は、ハイドロサイクロン１０の中へ流れ、ここで、実質的にクリーンなスラリーオイルオーバーフローストリーム１０８と触媒及び触媒微粉を含む「ダーティ」なアンダーフローストリーム１１０とに分離される。好ましくは、スラリーオイルストリーム１０６に同伴される微粉の約７０〜８０％及び触媒のほぼ１００％がハイドロサイクロン１０によって除去されて、アンダーフローストリーム１１０の中に含有される。オーバーフローストリーム１０８は、ハイドロサイクロン１０から退出して、下流の蒸気発生器及び供給又は放出熱交換器６０へ送られる（ストリーム１０４と一緒に）。オーバーフローストリーム１０８をサンプリングして１３０、灰分減少率％を監視できる（図６）。圧送可能性なままのアンダーフローストリーム１１０は、ＦＣＣ分留器２０の供給側へ再循環させるか、又は重質油熱分解装置、スロップ油処理又は敷地外処理へ送られる。アンダーフローストリーム１１０もサンプリングし１２８、監視できる。

次に図４を参照すると、ＦＣＣスラリーオイルループ５は、下流蒸気発生器又は供給又は放出熱交換器６０からのスラリーオイル復帰ストリーム１１２を含む。スラリーオイル復帰ストリーム１１２の一部はＦＣＣ分留器２０へ送られる。スラリーオイルストリームの別の部分はデカンテッドスラリーオイルストリーム１２０である。ストリーム１１２の更に別の部分は、スラリーオイルストリーム１１４としてポンプ又はポンプマニホルド７０へ送られる。ポンプ７０は、圧力上昇スラリーオイルストリーム１１６を生成し、このストリームは、ハイドロサイクロン１０Ａの中へ入りこれを通過する。好ましい実施形態において、ストリーム１１６の圧力は、ストリーム１１４の圧力の約４〜４.５倍である。実質的にクリーンなスラリーオイルオーバーフローストリーム１１８は、ハイドロサイクロン１０Ａから退出して、デカンテッドスラリーオイルストリーム１２０と一緒にデカントスラリーオイル貯蔵装置８０（図８）へ送られる。触媒、触媒微粉及びコークス粒子は、アンダーフローストリーム１２２の中に含まれてハイドロサイクロン１０Ａから退出する。ストリーム１１２、１１４、１１６及び１１８の温度は、約４５０°Ｆ〜５００°Ｆ（２３２℃〜２６０℃）の範囲である。スラリーオイルオーバーフローストリームの圧力は、ストリーム１１６の圧力より多少小さい。

図５に示すように、スラリーオイル貯蔵タンクから持続的に除去されるスラリーオイル底部ストリーム１２４が、ＦＣＣスラリーオイルループ５に含まれる。ストリーム１２４の一部は、ストリーム１０２へ送られ、その後ハイドロサイクロン１０へ送られる。ストリーム１２４の別の部分は、ストリーム１１４へ送られ、その後ハイドロサイクロン１０Ａへ送られる。ストリーム１２４は低温なので、ポンプ４０、７０又はハイドロサイクロン１０、１０Ａへ進入する前にある程度予熱する必要がある。好ましい実施形態において、ストリーム１２４の温度は約２倍に上げられる。

スラリーオイルストリームから同伴触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去するシステム及び方法の好ましい実施形態について、ある程度特定して説明したが、本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を、要素及びステップの構造の細部及び配列に加えることができる。従って、システム及び方法は、例示として本明細書に示す実施形態に限定されず、本発明の各要素又はステップに与えられる等価性の全範囲を含めて特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (14)

1. スラリーオイルストリームから触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去する方法であって、該方法が、
   ｉ．第１スラリーオイルストリームを第１スラリーオイル供給源から少なくとも１台のハイドロサイクロンへ送るステップと、
   ｉｉ．前記第１スラリーオイルストリームが前記少なくとも１台のハイドロサイクロンへ進入する前に前記第１スラリーオイルストリームの温度及び圧力の少なくとも一方を増大するステップと、
   ｉｉｉ．前記第１スラリーオイルストリームを前記少なくとも１つのサイクロン中を通過させるステップと、
   ｉｖ．前記少なくとも１台のハイドロサイクロンのオーバーフロー端から退出する第２スラリーオイルストリームを第２スラリーオイル供給源へ送るステップと、
   を含み、前記第１及び第２スラリーオイル供給源が、各々流動接触分解分留器のメインカラム、蒸気発生器、熱交換器、デカントスラリーオイル貯蔵装置及びスラリーオイル貯蔵タンクから成る群から選択された少なくとも１つのスラリーオイル供給源である、方法。
2. さらに、前記少なくとも１台のハイドロサイクロンのアンダーフロー端から退出する第３スラリーオイルストリームをアンダーフローストリーム目的場所へ送るステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１台のハイドロサイクロンのアンダーフロー端から退出する第３スラリーオイルストリームが圧送可能なスラリーオイルストリームであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. さらに、前記通過ステップの前に前記スラリーオイルストリームの少なくとも一部をデカントするステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記通過ステップが、前記送られたスラリーオイルストリームの中の触媒及び触媒微粉の約７５％〜９５％を除去することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記通過ステップ後に、更に回収ステップを含み、前記回収ステップが、回収された触媒及び触媒微粉を触媒目的場所へ送る、請求項１に記載の方法。
7. 前記通過ステップ後に、更に結合ステップを含み、前記結合ステップが、前記第２スラリーオイルストリームを未処理スラリーオイルストリーム及びデカントスラリーオイルストリームの少なくとも一方と結合する、請求項１に記載の方法。
8. 更に、前記少なくとも１台のハイドロサイクロンが設定された粒度分布を有する第２スラリーオイルストリームを提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記少なくとも１台のハイドロサイクロンがセラミックハイドロサイクロンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 流動接触分解装置から退出するスラリーオイルストリームから触媒、触媒微粉及びコークス粒子を除去するためのシステムであって、該システムが、
    前記流動接触分解装置の下流に配置されかつ前記流動接触分解装置の底部端から退出する第１スラリーオイルストリームを受け取るように配列された少なくとも１台のハイドロサイクロンと、
    前記第１スラリーオイルストリームが前記少なくとも１台のハイドロサイクロンへ進入する前に前記第１スラリーオイルストリームの温度及び圧力を増大するための手段と、
    前記少なくとも１台のハイドロサイクロンのオーバーフロー端から退出する第２スラリーオイルストリームを前記流動接触分解装置の下流に配置された工程へ送るための手段と、
    前記少なくとも１台のハイドロサイクロンのアンダーフロー端から退出する触媒及び触媒微粉を触媒目的場所へ送るための手段と、
    を備え、
    前記第２スラリーオイルストリームの触媒及び触媒微粉含有量が、前記第１スラリーオイルストリームより低いことを特徴とする、システム。
11. 前記少なくとも１台のハイドロサイクロンの前記アンダーフロー端から退出する前記触媒及び触媒微粉を含有するストリームが圧送可能なストリームであることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１スラリーオイルストリームに含有される前記触媒及び触媒微粉の約７５％〜９５％が前記少なくとも１台のハイドロサイクロンによって除去され、前記第２スラリーオイルストリームには含有されないことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記下流工程が蒸気発生器及び熱交換器の少なくとも一方であることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
14. 更に、
    前記下流工程から退出するスラリーオイルストリームの第１部分を受け取るように配列された少なくとも１台の第２ハイドロサイクロンと、
    前記スラリーオイルストリームが前記少なくとも１台の第２ハイドロサイクロンへ進入する前に前記下流工程から退出する前記スラリーオイルストリームの前記第１部分の圧力を上昇させるための手段と、
    前記少なくとも１台の第２ハイドロサイクロンのオーバーフロー端から退出するスラリーオイルストリームを前記下流工程から退出する前記スラリーオイルストリームの第２部分と結合し、前記結合されたスラリーオイルストリームをデカントスラリーオイル貯蔵装置へ送るための手段と、
    を備える、請求項１０に記載のシステム。

Images