JP2024500074A - 粒子状固体を再生するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
１つ以上の実施形態によれば、粒子状固体は、粒子状固体処理容器内で再生され得る。粒子状固体処理容器はライザに接続されていてもよい。ライザは、ライザが内部ライザセグメント及び外部ライザセグメントを含むことができるように、粒子状固体分離セクションの外側シェルのライザポートを通って延在してもよい。粒子状固体分離セクションは、気体出口ポート、ライザポート、及び粒子状固体出口ポートを含んでもよい。粒子状固体分離セクションは、気体／固体分離装置及び粒子状固体収集領域を収容してもよい。ライザポートは、粒子状固体分離セクションの中心垂直軸上に位置しないように、外側シェルの側壁上に位置付けられてもよい。粒子状固体は、粒子状固体分離セクションにおいて気体から分離され得る。
Description
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年１２月１６日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｓｏｌｉｄｓ」と題する米国特許出願第６３／１２６，０８９号の利益及び優先権を主張するものであり、その全内容は、参照により本開示に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１２月１６日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｓｏｌｉｄｓ」と題する米国特許出願第６３／１２６，０８９号の利益及び優先権を主張するものであり、その全内容は、参照により本開示に組み込まれる。
本明細書に記載される実施形態は、一般に化学処理に関し、より具体的には、触媒化学変換のための方法及びシステムに関する。
多くの化学物質は、固体粒子状触媒などの粒子状固体を使用するプロセスによって生成され得る。これらのプロセス中に、粒子状固体は「使用済み」になり、その後の反応において活性が低下することがある。更に、吸熱プロセスは熱を必要とし、「使用済み」触媒は再加熱されなければならない。そのため、使用済み粒子状固体は、再加熱及び再生されるために再生ユニットに移送され得、後続の反応で使用するための粒子状固体の活性を増加させる。再生ユニットでの再生に続いて、再生された粒子状固体は、後続の反応で使用するために反応器に戻され得る。
種々の化学物質（例えば、軽質オレフィンが挙げられるが、これに限定されない）の製造において使用するための粒子状固体を再生するか、再活性化するか、又はその活性を増加させるための改善された方法が必要とされている。粒子状固体を再生するための多くの再生器システムは、ライザが粒子状固体処理容器から粒子状固体分離セクションの底部を通って延在するように、粒子状固体分離セクションの直下に配置された粒子状固体処理容器を含む。このような設計は、粒子状固体分離セクションの底部に環状空間を形成することによって、粒子状固体分離セクションを通る粒子状固体の流れに悪影響を及ぼす可能性があり、この場合、出口を粒子状固体分離セクションの底部の中心に配置することができない。
粒子状固体を再生するための本開示の方法のうちの１つ以上は、この問題に対処するシステムを利用する。１つ以上の実施形態では、ライザは、粒子状固体分離セクションの底部を通って粒子状固体分離セクションに入らない。したがって、粒子状固体出口を、粒子状固体分離セクションの底部の中心に配置することができ、その結果、粒子状固体分離セクションから出る粒子状固体の流れ特性が改善される。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態によれば、粒子状固体は、粒子状固体処理容器内で粒子状固体を再生することを含む方法によって再生され得る。粒子状固体の再生は、酸素含有気体との接触による粒子状固体を酸化すること、粒子状固体上に存在するコークスを燃焼させること、又は、粒子状固体を加熱するために補助燃料を燃焼させることのうちの１つ以上を含んでもよい。本方法は、粒子状固体をライザに通すことを更に含んでもよい。ライザが粒子状固体分離セクションの内部領域に配置された内部ライザセグメントと、粒子状固体分離セクションの外側シェルの外側に配置された外部ライザセグメントと、を備えるように、ライザは、粒子状固体分離セクションの外側シェルのライザポートを通って延在してもよい。粒子状固体分離セクションは、少なくとも、粒子状固体分離セクションの内部領域を画定する外側シェルを含むことができる。外側シェルは、気体出口ポート、ライザポート、及び粒子状固体出口ポートを備え得る。外側シェルは、気体／固体分離装置と、粒子状固体分離セクションの内部領域内の粒子状固体収集領域とを収容することができる。ライザポートは、粒子状固体分離セクションの中心垂直軸上に位置しないように、外側シェルの側壁上に位置付けられ得る。本方法は、気体／固体分離装置内で気体から粒子状固体を分離することと、気体から分離された粒子状固体を粒子状固体分離セクションの中心垂直軸に近接して位置する粒子状固体収集領域に送ることと、を更に含むことができる。
前述の概要及び以下の詳細な説明の両方は、本技術の実施形態を呈しており、また、これらが特許請求される本技術の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付の図面は、技術の更なる理解を提供するために含まれており、かつ本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、様々な実施形態を例示し、説明と共に、技術の原則及び動作を説明するのに役立つ。更に、図面及び説明は、単なる例示であることを意図し、いかなる様式でも特許請求の範囲を限定することを意図していない。
本明細書で開示された技術の追加の特徴及び利点は、後続の詳細な説明において記載され、その説明から当業者にとって容易に部分的に明らかになるか、後続の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、本明細書に記載されるような技術を実践することによって、認識されるであろう。
本開示の特定の実施形態の以下の「発明を実施するための形態」は、以下の図面と併せて読むと最も良く理解され得るが、そこでは、同様の構造が同様の参照数字で示されている。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、反応器セクション及び再生器セクションを含む反応器システムを概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、粒子状固体処理容器及び外部ライザセグメントを概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、粒子状固体分離セクションを概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、粒子状固体収集領域を表す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、粒子状固体収集領域を表す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、粒子状固体収集領域の滞留時間分布をグラフで示す。
図面は、本質的に概略的であり、限定はしないが、温度伝送器、圧力伝送器、流量計、ポンプ、バルブなどの当技術分野で一般的に使用される流体触媒反応器システムのいくつかの構成要素を含まないことを理解されたい。これらの構成要素は、開示された本実施形態の趣旨及び範囲の内にあることが知られているであろう。しかしながら、本開示に記載されているもの等の操作的構成要素は、本開示に記載されている実施形態に追加することができる。
ここで、様々な実施形態をより詳細に参照し、そのいくつかの実施形態が添付の図面に例示される。可能な場合はいつでも、同じ又は類似の部分を参照するために、図面全体で同じ参照番号が使用されるであろう。
本明細書に記載されるように、本明細書に開示される粒子状固体を再生するための方法は、化学流を処理するための反応器システムから粒子状固体を再生するために利用され得る。そのような方法は、システム部品の特定の向きなどの特定の特徴を有するシステムを利用する。例えば、本明細書に記載される１つ以上の実施形態において、粒子状固体処理容器は、粒子状固体分離セクションの直下にはない。本明細書で詳細に開示される１つの特定の実施形態が、図１に示される。しかしながら、本明細書に開示及び教示される原理は、異なる方法で配向された異なるシステム構成要素又は様々な触媒組成物を利用する異なる反応スキームを利用する他のシステムに適用可能であり得ることを理解されたい。
ここで図１を参照すると、前述の図及び説明を参照して理解され得るように、供給化学物質は、反応器セクション２００において、触媒などの粒子状固体との接触によって反応させられ得る。粒子状固体は、反応器セクション２００において反応生成物から分離され、再生セクション３００に送られてもよい。再生セクション３００では、粒子状固体を再生することができる。そのような再生された粒子状固体は、後続の反応サイクルのために反応器セクション２００に戻されてもよい。
いくつかの実施形態は、反応器システム１００との関連で本明細書に記載されているが、本明細書に記載の方法及びシステムは、反応器セクション２００を使用せずに、又は供給流を反応させるための代替手段を用いて動作し得ることを理解されたい。したがって、反応器セクション２００は、本開示の方法及びシステムのすべての実施形態において必要又は不可欠であると解釈されるべきではない。
非限定的な例において、本明細書に記載される反応器システム１００は、炭化水素供給流から軽質オレフィンを生成するために利用され得る。軽質オレフィンは、様々な反応機構を利用することによって、様々な炭化水素供給流から製造することができる。例えば、軽質オレフィンは、少なくとも脱水素反応、分解反応、脱水反応、及びメタノールからオレフィンへの反応によって生成され得る。これらの反応タイプは、軽質オレフィンを製造するために、異なる供給流及び異なる粒子状固体を利用することができる。「触媒」が本明細書で言及される場合、それらは、図１のシステムに関して言及される粒子状固体を等しく指し得ることが理解されるべきである。
１つ以上の実施形態によれば、反応は、脱水素反応であり得る。このような実施形態によれば、炭化水素供給流は、エチルベンゼン、エタン、プロパン、ｎ－ブタン、ｉ－ブタンのうちの１つ以上を含むことができる。１つ以上の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のエタンを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のプロパンを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のｎ－ブタンを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のｉ－ブタンを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のエタン、プロパン、ｎ－ブタン、及びｉ－ブタンの合計を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、脱水素反応は、触媒としてガリウム及び／又は白金粒子状固体を利用することができる。このような実施形態では、粒子状固体は、ガリウム及び／又は白金触媒を含むことができる。本明細書に記載されるように、ガリウム及び／又は白金触媒は、ガリウム、白金、又はそれらの両方を含む。ガリウム及び／又は白金触媒は、アルミナ又はアルミナシリカ保持体によって担持することができ、任意選択でカリウムを含むことができる。このようなガリウム及び／又は白金触媒は、米国特許第８，６６９，４０６号に開示されており、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。しかしながら、脱水素反応を実施するために他の好適な触媒を利用することができることを理解されたい。
１つ以上の実施形態において、反応機構は、（同じチャンバ内での）脱水素と、それに続いての燃焼であってもよい。このような実施形態では、脱水素反応は副生成物として水素を生成することができ、酸素キャリア材料は水素と接触して水素の燃焼を促進し、水を形成することができる。本明細書に記載されるシステム及び方法のための可能な反応機構として企図されるそのような反応機構の例は、国際公開第２０２０／０４６９７８号に開示されており、その教示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
１つ以上の実施形態によれば、反応は、分解反応であり得る。このような実施形態によれば、炭化水素供給流は、ナフサ、ｎ－ブタン、又はｉ－ブタンのうちの１つ以上を含むことができる。１つ以上の実施形態によれば、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のナフサを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のｎ－ブタンを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のｉ－ブタンを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のナフサ、ｎ－ブタン、及びｉ－ブタンの合計を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、分解反応は、１つ以上のゼオライトを触媒として利用することができる。このような実施形態では、粒子状固体は、１つ以上のゼオライトを含むことができる。いくつかの実施形態では、分解反応で利用される１つ以上のゼオライトは、ＺＳＭ－５ゼオライトを含んでもよい。しかしながら、分解反応を実施するために他の好適な触媒を利用することができることを理解されたい。例えば、市販されている好適な触媒としては、Ｉｎｔｅｒｃａｔ Ｓｕｐｅｒ Ｚ Ｅｘｃｅｌ又はＩｎｔｅｒｃａｔ Ｓｕｐｅｒ Ｚ Ｅｘｃｅｅｄを挙げることができる。更なる実施形態において、分解触媒は、触媒的に活性な材料に加えて、白金を含むことができる。例えば、分解触媒は、０．００１重量％～０．０５重量％の白金を含んでもよい。白金は硝酸白金として噴霧され、約７００℃などの高温で焼成されてもよい。理論に束縛されるものではないが、触媒への白金の添加は、メタンなどの補助燃料のより容易な燃焼を可能にし得ると考えられる。
１つ以上の実施形態によれば、反応は、脱水反応であり得る。そのような実施形態によれば、炭化水素供給流は、エタノール、プロパノール、又はブタノールのうちの１つ以上を含んでもよい。１つ以上の実施形態によれば、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のエタノールを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のプロパノールを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のブタノールを含むことができる。追加の実施形態では、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のエタノール、プロパノール、及びブタノールの合計を含むことができる。
１つ以上の実施形態では、脱水反応は、１つ以上の酸触媒を含むことができる。そのような実施形態において、粒子状固体は、１つ以上の酸触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、脱水反応で利用される１つ以上の酸触媒は、ゼオライト（ＺＳＭ－５ゼオライトなど）、アルミナ、非晶質アルミノケイ酸塩、酸性白土、又はこれらの組合せを含んでもよい。例えば、好適であり得る市販のアルミナ触媒としては、１つ以上の実施形態によれば、ＳｙｎＤｏｌ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）、Ｖ２００（ＵＯＰから入手可能）、又はＰ２００（Ｓａｓｏｌから入手可能）が挙げられる。好適であり得る市販のゼオライト触媒としては、ＣＢＶ ８０１４、ＣＢＶ ２８０１４（それぞれＺｅｏｌｙｓｔから入手可能）が挙げられる。好適であり得る市販の非晶質アルミノシリケート触媒としては、シリカ－アルミナ触媒担体、グレード１３５（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから入手可能）が挙げられる。しかしながら、脱水反応を実施するために他の好適な触媒を利用することができることを理解されたい。
１つ以上の実施形態によれば、反応は、メタノールからオレフィンへの反応であり得る。このような実施形態によれば、炭化水素供給流はメタノールを含むことができる。１つ以上の実施形態によれば、炭化水素供給流は、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は更に少なくとも９９重量％のメタノールを含むことができる。
１つ以上の実施形態において、メタノールからオレフィンへの反応は、触媒として１つ以上のゼオライトを利用してもよい。このような実施形態では、粒子状固体は、１つ以上のゼオライトを含むことができる。いくつかの実施形態において、メタノールからオレフィンへの反応において利用される１つ以上のゼオライトは、ＺＳＭ－５ゼオライト又はＳＡＰＯ－３４ゼオライトのうちの１つ以上を含んでもよい。しかしながら、メタノールからオレフィンへの反応を実施するために他の好適な触媒を利用することができることを理解されたい。
１つ以上の実施形態において、化学プロセスの操作は、生成物流を反応器から通過させることを含んでもよい。生成物流は軽質オレフィンを含むことができる。本明細書に記載される場合、「軽質オレフィン」は、エチレン、プロピレン、又はブテンのうちの１つ以上を指す。本明細書に記載されているように、ブテンは、α－ブチレン、シス－β－ブチレン、トランス－β－ブチレン、及びイソブチレンなどのブテンの任意の異性体を含むことができる。一実施形態では、生成物流は少なくとも５０重量％の軽質オレフィンを含むことができる。例えば、生成物流は、少なくとも６０重量％の軽質オレフィン、少なくとも７０重量％の軽質オレフィン、少なくとも８０重量％の軽質オレフィン、少なくとも９０重量％の軽質オレフィン、少なくとも９５重量％の軽質オレフィン、又は更に少なくとも９９重量％の軽質オレフィンを含むことができる。
更に図１を参照すると、反応器システム１００は、一般に、反応器セクション２００及び再生セクション３００などの複数のシステム構成要素を含む。図１の文脈において本明細書で使用される場合、反応器セクション２００は、一般に、主要なプロセス反応が起こり、粒子状固体が反応のオレフィン含有生成物流から分離される反応器システム１００の部分を指す。１つ以上の実施形態において、粒子状固体は消費されてもよく、これは粒子状固体が少なくとも部分的に不活性化されることを意味する。また、本明細書で使用される場合、再生セクション３００は、一般に、粒子状固体が燃焼などによって再生され、再生された粒子状固体が、使用済み粒子状固体上で以前に燃焼された材料から、又は補助燃料から発生した気体などの他のプロセス材料から分離される、流体触媒反応器システムの部分を指す。反応器セクション２００は、一般に、反応容器２５０、外部ライザセグメント２３２及び内部ライザセグメント２３４を含むライザ２３０、並びに粒子状固体分離セクション２１０を含む。再生セクション３００は、一般に、粒子状固体処理容器３５０と、外部ライザセグメント３３２及び内部ライザセグメント３３４を含むライザ３３０と、粒子状固体分離セクション３１０とを含む。一般に、粒子状固体分離セクション２１０は、例えば配水塔１２６によって粒子状固体処理容器３５０と流体連通していてもよく、粒子状固体分離セクション３１０は、例えば配水塔１２４及び輸送ライザ１３０によって反応容器２５０と流体連通していてもよい。
一般に、反応器システム１００は、炭化水素供給物及び流動化粒子状固体を反応容器２５０に供給し、炭化水素供給物を流動化粒子状固体と接触させることによって反応させて、反応器セクション２００の反応容器２５０内でオレフィン含有生成物を生成することによって運転することができる。オレフィン含有生成物及び粒子状固体は、反応容器２５０から出て、ライザ２３０を通って、粒子状固体分離セクション２１０内の気体／固体分離装置２２０に送られてもよく、ここで粒子状固体はオレフィン含有生成物から分離される。粒子状固体は、粒子状固体分離セクション２１０から粒子状固体処理容器３５０に輸送され得る。粒子状固体処理容器３５０において、粒子状固体は、様々なプロセスによって再生され得る。例えば、使用済み粒子状固体は、酸素含有気体との接触による粒子状固体の酸化、粒子状固体上に存在するコークスの燃焼、及び粒子状固体を加熱するための補助燃料の燃焼のうちの１つ以上によって再生することができる。次に、粒子状固体は、粒子状固体処理容器３５０から出て、ライザ３３０を通ってライザ終端装置３７８に送られ、そこで、ライザ３３０からの気体及び粒子状固体が少なくとも部分的に分離される。ライザ３３０からの気体及び残りの粒子状固体は、粒子状固体分離セクション３１０内の二次分離装置３２０に輸送され、ここで、残りの粒子状固体は、再生反応からの気体から分離される。気体から分離された粒子状固体は、粒子状固体収集領域３８０に送られ得る。次いで、分離された粒子状固体は、粒子状固体収集領域３８０から反応容器２５０に送られ、そこで更に利用される。したがって、粒子状固体は、反応器セクション２００と再生セクション３００との間を循環することができる。
１つ以上の実施形態において、反応器システム１００は、反応器セクション２００又は再生セクション３００のいずれかを含むことができ、両方を含むことはできない。更なる実施形態において、反応器システム１００は、単一の再生セクション３００及び複数の反応器セクション２００を含むことができる。
更に、本明細書に記載されるように、反応器セクション２００及び再生セクション３００の構造的特徴は、いくつかの点で類似又は同一であってもよい。例えば、反応セクション２００及び再生セクション３００の各々は、反応容器（すなわち、反応器セクション２００の反応容器２５０及び再生セクション３００の粒子状固体処理容器３５０）、ライザ（すなわち、反応器セクション２００のライザ２３０及び再生セクション３００のライザ３３０）、及び粒子状固体分離セクション（すなわち、反応器セクション２００の粒子状固体分離セクション２１０及び再生セクション３００の粒子状固体分離セクション３１０）を含む。反応器セクション２００及び再生セクション３００の構造的特徴の多くは、いくつかの点で類似又は同一であり得るので、反応器セクション２００及び再生セクション３００の類似又は同一の部分は、本開示全体を通して、同じ最後の２桁を有する参照番号が提供されており、反応器セクション２００の１つの部分に関する開示は、再生セクション３００の類似又は同一の部分に適用可能であり得、逆もまた同様であることを理解されたい。
図１に示すように、反応容器２５０は、輸送ライザ１３０の反応容器２５０への接続を画定する反応容器粒子状固体入口ポート２５２を含むことができる。反応容器２５０は、ライザ２３０の外部ライザセグメント２３２と流体連通しているか、又は直接接続されている反応容器出口ポート２５４を更に含むことができる。本明細書に記載されるように、反応容器は、ドラム、バレル、バット、又は所与の化学反応に好適な他の入れ物を指す。反応容器２５０は、一般に円筒形（すなわち、実質的に円形の直径を有する）であるか、あるいは三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形、若しくは他の多角形、若しくは閉曲線状、又はこれらの組合せの断面形状を有する角柱状などの非円筒形であってもよい。本開示全体で使用するとき、反応容器は、一般に、金属フレームを含むことができ、更に、金属フレームを保護し、かつ／又はプロセス条件を制御するために利用される耐火物ライニング又は他の材料を含むことができる。
一般に、本明細書に記載される流体触媒反応器システム１００の任意のシステムユニットの「入口ポート」及び「出口ポート」とは、システムユニットの開口部、穴、チャネル、開口、すき間、又は他の同様の機械的特徴を指す。例えば、入口ポートは、特定のシステムユニットへの材料の流入を可能にし、出口ポートは、特定のシステムユニットからの材料の流出を可能にする。一般に、出口ポート又は入口ポートは、パイプ、導管、チューブ、ホース、材料移送ライン、又は同様の機械的特徴が取り付けられる流体触媒反応器システム１００のシステムユニットの領域、又は別のシステムユニットが直接取り付けられる、システムユニットの一部を画定する。入口ポート及び出口ポートは、操作中に機能的に本明細書で説明される場合があるが、それらは同様の又は同一の物理的特徴を有することができ、操作システムにおけるそれらのそれぞれの機能は、それらの物理的構造を制限するものとして解釈されるべきではない。ライザポート２１８などの他のポートは、ライザ２３０がライザポート２１８において粒子状固体分離セクション２１０内に延在する場合など、他のシステムユニットが直接取り付けられる所与のシステムユニット内の開口部を含むことができる。
反応容器２５０は、輸送ライザ１３０に接続されてもよく、これは、動作中に再生された粒子状固体及び化学供給物を反応器セクション２００に提供し得る。移送ライザ１３０を介して反応容器２５０に入る粒子状固体は、配水塔１２４を通って移送ライザ１３０を通過することができ、したがって、再生セクション３００から到着する。いくつかの実施形態では、粒子状固体は、粒子状固体分離セクション２１０から配水塔１２２を介して移送ライザ１３０に直接入ることができ、そこで、反応容器２５０に入る。これらの粒子状固体は、わずかに不活性化され得るが、いくつかの実施形態では、依然として、反応容器２５０での使用に好適であり得る。
図１に示すように、反応容器２５０は、外部ライザセグメント２３２に直接接続することができる。一実施形態において、反応容器２５０は、反応容器本体セクション２５６と、反応容器本体セクション２５６と外部ライザセグメント２３２との間に配置された反応容器移行セクション２５８とを含んでもよい。反応容器本体セクション２５６は、一般に、反応容器移行セクション２５８よりも大きい直径を含むことができ、反応容器移行セクション２５８は、反応容器移行セクション２５８が反応容器本体セクション２５６から外側ライザセグメント２３２へと内向きに突出するように、反応容器本体セクション２５６の直径のサイズからライザ２３０の直径のサイズへと先細にすることができる。本明細書で使用される場合、システムユニットの一部の直径は、図１の水平方向に示されるように、その一般的な幅を指すことを理解されたい。
１つ以上の実施形態において、反応容器２５０は、ライザ２３０の最大断面積の少なくとも３倍である最大断面積を有し得る。例えば、反応容器２５０は、ライザ２３０の最大断面積の少なくとも３倍、少なくとも４倍、少なくとも５倍、少なくとも６倍、少なくとも７倍、少なくとも８倍、少なくとも９倍、又は更に少なくとも１０倍である最大断面積を有し得る。本明細書に記載されているように、特に明記しない限り、「断面積」は、反応物及び／又は生成物の一般的な流れの方向に実質的に直交する平面におけるシステム構成要素の一部の断面の面積を指す。
更に図１を参照すると、反応器セクション２００は、反応物、生成物、及び／又は粒子状固体を反応容器２５０から粒子状固体分離セクション２１０に輸送するように作用するライザ２３０を含むことができる。１つ以上の実施形態では、ライザ２３０は、一般に円筒形（すなわち、実質的に円形の断面形状を有する）であるか、あるいは、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形、若しくは他の多角形、若しくは閉曲線状、又はこれらの組合せの断面形状を有する角柱状などの非円筒形であってもよい。本開示全体で使用するとき、ライザ２３０は、一般に、金属フレームを含むことができ、更に、金属フレームを保護し、かつ／又はプロセス条件を制御するために利用される耐火物ライニング又は他の材料を含むことができる。
いくつかの実施形態によれば、ライザ２３０は、外部ライザセグメント２３２及び内部ライザセグメント２３４を含むことができる。本明細書で使用するとき、「外部ライザセクション」とは、粒子状固体分離セクションの外側にあるライザの一部を指し、また、「内部ライザセクション」とは、粒子状固体分離セクション内にあるライザの一部を指す。例えば、図１に示す実施形態では、反応器セクション２００の内部ライザセクション２３４は、粒子状固体分離セクション２１０内に位置付けることができ、一方、外部ライザセクション２３２は、粒子状固体分離セクション２１０の外側に位置付けることができる。
１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション２１０は、外側シェル２１２を含むことができ、外側シェル２１２は、粒子状固体分離セクション２１０の内部領域２１４を画定することができる。外側シェル２１２は、気体出口ポート２１６、ライザポート２１８、及び粒子状固体出口ポート２２２を備え得る。更に、外側シェル２１２は、気体／固体分離装置２２０と、粒子状固体分離セクション２１０の内部領域２１４内の粒子状固体収集領域２８０とを収容することができる。
１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション２１０の外側シェル２１２は、粒子状固体分離セクション２１０の上部セグメント２７６、中間セグメント２７４、及び下部セグメント２７２を画定することができる。一般に、上部セグメント２７６は、実質的に一定の断面積を有してもよく、その結果、断面積は、上部セグメント２７６では２０％を超えて変化しない。加えて、１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション２１０の下部セグメント２７２は、断面積が下部セグメント２７２において２０％を超えて変化しないように、実質的に一定の断面積を有し得る。下部セグメント２７２の断面積は、ライザ２３０の最大断面積より大きく、上部セグメント２７６の最大断面積より小さいものであり得る。中間セグメント２７４は、中間セグメント２７４の断面積が一定ではなく、中間セグメント２７４の断面積が中間セグメント２７４全体にわたって上部セグメント２７６の断面積から下部セグメント２７２の断面積に移行する錐台として成形され得る。
図１に示すように、ライザ２３０の内部ライザセグメント２３４は、粒子状固体分離セクション２１０のライザポート２１８を通って延在することができる。ライザポート２１８は、ライザ２３０の少なくとも内部ライザセグメント２３４が粒子状固体分離セクション２１０の内部領域２１４内に突出する、粒子状固体分離セクション２１０内の任意の開口部であってもよい。１つ以上の実施形態において、内部ライザセグメント２３４は、中間セグメント２７４又は上部セグメント２７６において粒子状固体分離セクション２１０に入り、下部セグメント２７２を通過しない。
粒子状固体分離セクション２１０の上部セグメント２７６において、内部ライザセグメント２３４は、気体／固体分離装置２２０と流体連通していてもよい。気体／固体分離装置２２０は、サイクロン又は複数のサイクロンなど、気相又は液相から粒子状固体を分離するように動作可能であり得る任意の機械的又は化学的分離装置であってよい。
粒子状固体は、ライザ２３０を通って反応容器２５０から上方に移動し、気体／固体分離装置２２０に入ることができる。気体／固体分離装置２２０は、分離された粒子状固体を上部セグメント２７６の底部に、又は中間セグメント２７４若しくは下部セグメント２７２に堆積させるように動作可能であってもよい。分離された蒸気は、粒子状固体分離セクション２１０の気体出口ポート２１６にて、パイプ１２０を介して流体触媒反応器システム１００から除去することができる。
１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション２１０の下部セグメント２７２は、粒子状固体収集領域２８０を含んでもよい。１つ以上の実施形態において、粒子状固体収集領域２８０は、粒子状固体分離セクション２１０内での粒子状固体の蓄積を可能にし得る。粒子状固体収集領域２８０は、ストリッピングセクションを含んでもよい。ストリッピングセクションは、生成物蒸気を再生セクション３００に送る前に、生成物蒸気を粒子状固体から除去するために利用することができる。再生セクション３００に輸送された生成物蒸気は燃焼されるので、生成物気体よりも燃焼用に安価な気体を利用するストリッパーを用いてこれらの生成物蒸気を除去することが望ましい。
下部セグメント２７２内の粒子状固体収集領域２８０は、粒子状固体出口ポート２２２を含むことができる。配水塔１２６は、粒子状固体出口ポート２２２で粒子状固体分離セクション２１０に接続されてもよく、粒子状固体は、配水塔１２６を介して反応器セクション２００から出て、再生セクション３００に移送されてもよい。任意選択で、粒子状固体はまた、配水塔１２２を介して反応容器セクション２５０に直接転送されて戻すこともできる。あるいは、粒子状固体は、輸送ライザ１３０において再生粒子状固体と予備混合されてもよい。
粒子状固体分離セクション２１０における分離後、使用済み粒子状固体は再生セクション３００に移送される。再生セクション３００は、本明細書に記載されるように、反応器セクション２００と多くの構造的類似性を共有することができる。したがって、再生セクション３００の部分に割り当てられた参照番号は、反応器セクション２００に関して使用されたものと類似しており、参照番号の最後の２桁が同じである場合、反応器セクション２００及び再生セクション３００の所与の部分は、同様の機能を果たすことができ、同様の物理的構造を有することができる。したがって、再生セクション３００に関する本開示の多くは、反応器セクション２００に等しく適用することができる。
ここで再生セクション３００を参照すると、図１及び図２に示されるように、再生セクション３００の粒子状固体処理容器３５０は、ライザ３３０の外部ライザセグメント３３２と流体連通する、又は更に直接接続される、１つ以上の反応器容器入口ポート３５２及び反応器容器出口ポート３５４を含んでもよい。粒子状固体処理容器３５０は、配水塔１２６を介して粒子状固体分離セクション２１０と流体連通していてもよく、配水塔１２６は、使用済み粒子状固体を反応器セクション２００から再生のために再生セクション３００に供給してもよい。粒子状固体処理容器３５０は、入口１２８が粒子状固体処理容器３５０に接続する追加の反応器容器入口ポート３５２を含むことができる。入口１２８は、反応性流体、例えば液体又は気体形態の補助燃料、及び酸素含有気体（空気、富化空気、更には純酸素を含む）を供給することができ、これらは粒子状固体を少なくとも部分的に再生するために使用することができる。１つ以上の実施形態では、粒子状固体処理容器３５０は、複数の追加の反応器容器入口ポートを備えてもよく、各追加の反応器入口ポートは、異なる反応性流体を粒子状固体処理容器３５０に供給してもよい。例えば、粒子状固体は、反応容器２５０内の反応に続いてコークス化されてもよく、コークスは、燃焼反応によって粒子状固体から除去されてもよい。代替例では、空気などの酸素含有気体を入口１２８を介して粒子状固体処理容器３５０に供給して粒子状固体を酸化させてもよく、又は補助燃料を粒子状固体処理容器３５０に供給して燃焼させて粒子状固体を加熱してもよい。
図１及び図２に示すように、粒子状固体処理容器３５０は、ライザ３３０の外部ライザセグメント３３２に直接接続されてもよい。一実施形態では、粒子状固体処理容器３５０は、粒子状固体処理容器本体セクション３５６及び粒子状固体処理容器移行セクション３５８を含むことができる。粒子状固体処理容器本体セクション３５６は、一般に、粒子状固体処理容器移行セクション３５８よりも大きい直径を含むことができ、粒子状固体処理容器移行セクション３５８は、粒子状固体処理容器移行セクション３５８が粒子状固体処理容器本体セクション３５６から外部ライザセグメント３３２へと内向きに突出するように、粒子状固体処理容器本体セクション３５６の直径のサイズから外部ライザセグメント３３２の直径のサイズへと先細にすることができる。
１つ以上の実施形態において、粒子状固体処理容器３５０は、ライザ３３０の最大断面積の少なくとも３倍である最大断面積を有してもよい。例えば、粒子状固体処理容器３５０は、ライザ３３０の最大断面積の少なくとも３倍、少なくとも４倍、少なくとも５倍、少なくとも６倍、少なくとも７倍、少なくとも８倍、少なくとも９倍、少なくとも１０倍、少なくとも１１倍、少なくとも１２倍、少なくとも１３倍、少なくとも１４倍、又は更に少なくとも１５倍である最大断面積を有し得る。
加えて、粒子状固体処理容器本体セクション３５６は、一般に、高さを備えてもよく、粒子状固体処理容器本体セクション３５６の高さは、反応器容器入口ポート３５２から粒子状固体処理容器移行セクション３５８まで測定される。１つ以上の実施形態において、粒子状固体処理容器本体セクション３５６の直径は、粒子状固体処理容器本体セクション３５６の高さよりも大きくてもよい。１つ以上の実施形態において、粒子状固体処理容器本体セクション３５６の直径対高さの比は、５：１～１：５であってもよい。例えば、粒子状固体処理容器本体セクション３５６の直径対高さの比は、５：１～１：５、４：１～１：５、３：１～１：５、２：１～１：５、１：１～１：５、１：２～１：５、１：３～１：５、５：１～１：４、５：１～１：３、５：１～１：２、５：１～１：１、５：１～２：１、５：１～３：１、５：１～４：１、又はこれらの範囲の任意の組合せ若しくは部分的組合せであってもよい。
図１及び図３を参照すると、粒子状固体分離セクション３１０は、粒子状固体分離セクション３１０の内部領域３１４を画定する外側シェル３１２を含む。外側シェル３１２は、気体出口ポート３１６、ライザポート３１８、及び粒子状固体出口ポート３２２を備え得る。更に、外側シェル３１２は、粒子状固体分離セクション３１０の内部領域３１４内に二次分離装置３２０及び粒子状固体収集領域３８０を収容することができる。
１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション３１０の外側シェル３１２は、粒子状固体分離セクション３１０の上部セグメント３７６、中間セグメント３７４、及び下部セグメント３７２を画定することができる。一般に、上部セグメント３７６は、実質的に一定の断面積を有してもよく、その結果、断面積は、上部セグメント３７６では２０％を超えて変化しない。１つ以上の実施形態において、上部セグメント３７６の断面積は、ライザ３３０の最大断面積の少なくとも３倍であってもよい。例えば、上部セグメント３７６の断面積は、ライザ２３０の最大断面積の少なくとも３倍、少なくとも４倍、少なくとも５倍、少なくとも６倍、少なくとも７倍、少なくとも８倍、少なくとも９倍、少なくとも１０倍、少なくとも１２倍、少なくとも１５倍、又は更に少なくとも２０倍、例えば３倍～４０倍であってもよい。更なる実施形態では、上部セグメント３７６の最大断面積は、ライザ３３０の最大断面積の５～４０倍であってもよい。例えば、上部セグメント３７６の最大断面積は、ライザ３３０の最大断面積の５～４０倍、１０～４０倍、１５～４０倍、２０～４０倍、２５～４０倍、３０～４０倍、３５～４０倍、５～３５倍、５～３０倍、５～２５倍、５～２０倍、５～１５倍、又は更に５～１０倍であってもよい。
加えて、１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション３１０の下部セグメント３７２は、断面積が下部セグメント３７２において２０％を超えて変化しないように、実質的に一定の断面積を有してもよい。下部セグメント３７２の断面積は、ライザ３３０の最大断面積より大きく、上部セグメント３７６の最大断面積より小さくてもよい。中間セグメント３７４は、中間セグメント３７４の断面積が一定ではなく、中間セグメント３７４の断面積が中間セグメント３７４全体にわたって上部セグメント３７６の断面積から下部セグメント３７２の断面積に移行する錐台として成形されてもよい。
再び図３を参照すると、粒子状固体分離セクション３１０は、中心垂直軸３９９を含むことができる。中心垂直軸は、中心垂直軸３９９が粒子状固体分離セクション３１０の上部セグメント３７６、中間セグメント３７４、及び下部セグメント３７２を通過するように、粒子状固体分離セクション３１０の上部及び粒子状固体分離セクション３１０の底部を通って延在することができる。１つ以上の実施形態において、粒子状固体分離セクション３１０の上部セグメント３７６、中間セグメント３７４、及び下部セグメント３７２は、中心垂直軸３９９を中心に配置されることができる。例えば、上部セグメント３７６及び下部セグメント３７２が実質的に円筒形である実施形態では、中心垂直軸３９９は、上部セグメント３７６の直径の中点及び下部セグメント３７２の直径の中点を通過することができる。
図１及び図３に示すように、ライザ３３０の内部ライザセグメント３３４は、粒子状固体分離セクション３１０のライザポート３１８を通って延在することができる。ライザポート３１８は、ライザ３３０の少なくとも内部ライザセグメント３３４が粒子状固体分離セクション３１０の内部領域３１４内に突出する、粒子状固体分離セクション３１０の外側シェル３１２内の任意の開口部であってもよい。１つ以上の実施形態において、ライザポート３１８は、粒子状固体分離セクション３１０の中心垂直軸３９９上に位置しない。そのような実施形態では、ライザポート３１８は、ライザポート３１８が中心垂直軸３９９上に位置せず、ライザ３３０が中心垂直軸３９９に実質的に平行な方向に粒子状固体分離セクション３１０内に延在するように配向されないように、外側シェル３１２の側壁上に位置してもよい。
１つ以上の実施形態では、内部ライザセグメント３３４は、粒子状固体分離セクション３１０の中間セグメント３７４において粒子状固体分離セクション３１０に入る。そのような実施形態では、内部ライザセグメント３３４は、中間セグメント３７４の少なくとも一部を通過し、上部セグメント３７６の少なくとも一部を通過する。このような実施形態では、内部ライザセグメント３３４は、粒子状固体分離セクション３１０の下部セグメント３７２を通過しない。更なる実施形態では、内部ライザセグメント３３４は、上部セグメント３７６内の粒子状固体分離セクション３１０に入ることができ、内部ライザセグメント３３４は、上部セグメント３７６の少なくとも一部を通過することができる。そのような実施形態では、内部ライザセグメント３３４は、下部セグメント３７２又は中間セグメント３７４を通過しない。
ここで図３を参照すると、内部ライザセグメント３３４は、垂直部３９６と、非垂直部３９４と、非線形部分３９５と、を備えることができる。本明細書に記載されるように、「非線形部分」は、曲線又は留め継ぎ接合部を含む部分又はライザセグメントを指し得る。非直線部３９５は、垂直部３９６と非垂直部３９４との間に位置し、垂直部３９６と非垂直部３９４とを接続し得る。加えて、内部ライザセグメント３３４の非垂直部３９４は、ライザポート３１８に近接してもよい。１つ以上の実施形態では、内部ライザセグメント３３４の非垂直部３９４は、ライザポート３１８に隣接するか、又は直接接続されてもよい。したがって、ライザ３３０は、ライザポート３１８を通って非垂直方向に延在することができる。
再び図２を参照すると、外部ライザセグメント３３２は、垂直部３９１と、非垂直部３９３と、非線形部分３９２と、を備えることができる。非直線部３９２は、垂直部３９１と非垂直部３９３との間に位置し、垂直部３９１と非垂直部３９３とを接続し得る。外部ライザセグメント３３２の非垂直部３９３は、ライザポート３１８に近接してもよい。１つ以上の実施形態では、外部ライザセグメント３３２の非垂直部３９３は、ライザポート３１８に隣接するか、又は直接接続することができる。更に、外部ライザセグメント３３２の垂直部３９１は、粒子状固体処理容器３５０に近接していてもよい。そのような実施形態では、本明細書で更に詳細に説明される伸縮継手３８２は、外部ライザセグメント３３２の垂直部３９１と粒子状固体処理容器３５０との間に配置され得る。
１つ以上の実施形態では、ライザ３３０は、ライザポート３１８を通って斜め方向に延在してもよく、斜め方向は、垂直から１５～７５度である。例えば、斜め方向は、垂直から１５～７５度、垂直から２０～７５度、垂直から２５～７５度、垂直から３０～７５度、垂直から３５～７５度、垂直から４０～７５度、垂直から４５～７５度、垂直から５０～７５度、垂直から５５～７５度、垂直から６０～７５度、垂直から６５～７５度、垂直から７０～７５度、垂直から１５～７０度、垂直から１５～６５度、垂直から１５～６０度、垂直から１５～５５度、垂直から１５～５０度、垂直から１５～４５度、垂直から１５～４０度、垂直から１５～３５度、垂直から１５～３０度、垂直から１５～２５度、垂直から１５～２０度、又はこれらの範囲の任意の組合せ若しくは部分的組合せであってもよい。１つ以上の代替的な実施形態において、ライザ３３０は、実質的に水平方向にライザポート３１８を通過してもよい。本明細書に記載されるように、「実質的に水平な」方向は、水平から１５度以内、水平から１０度以内、又は更に水平から５度以内であってもよい。
図１を参照すると、外側シェル３１２は、ライザ終端装置３７８を更に収容することができる。ライザ終端装置３７８は、内部ライザセグメント３３４に近接して配置されてもよい。１つ以上の実施形態において、ライザ終端装置３７８は、内部ライザセグメント３３４の垂直部３９６に直接接続されてもよい。ライザ３３０を通過する気体及び粒子状固体は、ライザ終端装置３７８によって少なくとも部分的に分離され得る。気体及び残りの粒子状固体は、粒子状固体分離セクション３１０内の二次分離装置３２０に輸送されてもよい。二次分離装置３２０は、サイクロン又は複数のサイクロンなど、気相又は液相から粒子状固体を分離するように動作可能であり得る任意の機械的又は化学的分離装置であってもよい。
１つ以上の実施形態によれば、分離装置３２０は、サイクロン分離の２つ以上の段階を含むことができるサイクロン分離システムであってもよい。二次分離装置３２０が２つ以上のサイクロン分離装置を含む実施形態では、流動流が入る第１の分離装置は、一次サイクロン分離装置と呼ばれる。一次サイクロン分離装置からの流動流出物は、更なる分離のために二次サイクロン分離装置に入ることができる。一次サイクロン分離装置は、例えば、一次サイクロン、及びＶＳＳ（ＵＯＰから市販されている）、ＬＤ２（Ｓｔｏｎｅ ａｎｄ Ｗｅｂｓｔｅｒから市販されている）、及びＲＳ２（Ｓｔｏｎｅ ａｎｄ Ｗｅｂｓｔｅｒから市販されている）の名前で市販されているシステムを含むことができる。一次サイクロンはまた、例えば、米国特許第４，５７９，７１６号、米国特許第５，１９０，６５０号及び米国特許第５，２７５，６４１号に教示されており、これらのそれぞれは参照によりその全体が本明細書に援用される。一次サイクロンを一次サイクロン分離装置として利用するいくつかの分離システムでは、１つ以上の組の追加のサイクロン（例えば、二次サイクロン及び／又は三次サイクロン）を利用して、生成物気体から粒子状固体を更に分離することができる。本明細書に開示する実施形態では、任意の一次サイクロン分離装置を使用することができることを理解されたい。
二次分離装置３２０は、分離された粒子状固体を粒子状固体分離セクション３１０の上部セグメント３７６、中間セグメント３７４又は下部セグメント３７２の底部に堆積させることができる。したがって、粒子状固体は、重力によって上部セグメント３７６又は中間セグメント３７４の底部から下部セグメント３７２に流れることができる。分離された蒸気は、粒子状固体分離セクション３１０の気体出口ポート３１６でパイプ１２９を介して流体触媒反応器システム１００から除去することができる。
図１及び図３を参照すると、粒子状固体分離セクション３１０の下部セグメント３７２は、粒子状固体分離セクション３１０内の粒子状固体の蓄積を可能にすることができる粒子状固体収集領域３８０を含むことができる。１つ以上の実施形態において、粒子状固体収集領域３８０は、酸素浸漬ゾーン、酸素ストリッピングゾーン、及び還元ゾーンのうちの１つ以上を含んでもよい。
本明細書に記載されるように、「酸素浸漬ゾーン」は、粒子状固体が酸素含有気体の流れに曝露される粒子状固体収集領域３８０の一部を指すことができる。１つ以上の実施形態では、粒子状固体は一般に下向きに流れることができ、酸素含有気体は一般に上向きに流れることができる。粒子状固体は、酸素浸漬ゾーンにおいて２分を超える平均滞留時間を有することができ、好ましくは２～１４分の滞留時間を有する。粒子状固体は、酸素浸漬ゾーン内で酸素含有粒子状固体になることができ、したがって、脱水素反応を含むがこれに限定されない、反応器セクション２００内で起こる１つ以上の反応に対して増大した活性を有することができる。
粒子状固体収集領域３８０は、酸素ストリッピングゾーンを含むことができる。本明細書に記載されるように、「酸素ストリッピングゾーン」は、粒子状固体が酸素含有気体分子をストリッピングされる粒子状固体収集領域３８０のゾーンを指す。酸素含有気体分子は、粒子状固体を、０．５モル％を超える酸素を含有しない気体と接触させることによって、粒子状固体からストリッピングすることができる。一般に、粒子状固体は下方に移動し、気体は酸素ストリッピングゾーンを通って上方に移動する。したがって、過剰な酸素含有気体は、粒子状固体と共に反応器セクション２００に通されなくてもよい。
本明細書に記載されているように、「還元ゾーン」は、水素又はメタンなどの還元剤が、窒素又は水蒸気などの非関与気体によって流動化された触媒流中に供給されるゾーンを指すことができる。還元剤は粒子から酸素を除去する。それによって、反応のための粒子の有効性を増加させる。
再び図１及び図３を参照すると、粒子状固体収集領域３８０は、粒子状固体出口ポート３２２を備えることができる。１つ以上の実施形態では、粒子状固体出口ポート３２２は、中心垂直軸３９９に近接して、又は更にはその上に位置してもよい。１つ以上の実施形態によれば、粒子状固体収集領域３８０の底部は、粒子状固体出口ポート３２２が粒子状固体収集領域３８０の最も低い部分に位置するように湾曲していてもよい。配水塔１２４は、粒子状固体出口ポート３２２において粒子状固体分離セクション３１０に接続されてもよく、粒子状固体は、再生セクション３００から配水塔１２４を介して反応器セクション２００に移送されてもよい。したがって、粒子状固体は、反応器システム１００を通して連続的に再循環され得る。
理論に束縛されるものではないが、ライザ３３０が粒子状固体収集領域３８０を通過せず、粒子状固体出口ポート３２２が中心垂直軸３９９上に位置する場合、粒子状固体収集領域３８０を通る粒子状固体の流れは、ライザ３３０が粒子状固体収集領域３８０を通過する設計と比較して改善され得ると考えられる。ライザ３３０が粒子状固体収集領域３８０を通過しないとき、粒子状固体出口ポート３２２は、中心垂直軸３９９上に位置してもよく、粒子状固体は、プラグ流により密接に類似する様式で粒子状固体収集領域３８０を通って移動してもよい。これは、粒子状固体収集領域３８０内の粒子状固体の最小滞留時間の増加をもたらすことができ、これは、ストリッピング、酸素浸漬、又は他の企図されるプロセスが粒子状固体収集領域３８０内で行われる場合に有益であり得る。
本明細書に記載されるように、反応容器壁、分離セクション壁、又はライザ壁などのシステムユニットの部分は、炭素又はステンレス鋼などの金属材料を含んでもよい。更に、様々なシステムユニットの壁は、同じシステムユニットの他の部分又は別のシステムユニットに取り付けられる部分を有することができる。時には、取付け又は接続の点は、本明細書では「取付け点」と呼ばれ、限定はしないが、溶接、接着剤、はんだなどの任意の既知の結合媒体を組み込むことができる。システムの構成要素は、溶接などの取付け点で「直接接続され」てもよいことを理解されたい。
高温の粒子状固体及び気体によって引き起こされる損傷を軽減するために、耐火性材料を様々なシステム構成要素の内部ライニングとして使用することができる。耐火性材料は、ライザ３３０並びに粒子状固体分離セクション３１０に含まれてもよい。特定の耐火性材料構成及び材料の実施形態が提供されるが、それらは、開示されるシステムの物理的構造に関して限定するものと見なされるべきではないことを理解されたい。例えば、耐火性ライナーは、ライザ３３０の内部表面に沿って、並びに粒子状固体分離セクション３１０の中間セグメント３７４及び上部セグメント３７６の内部表面に沿って、ライザ３３０内に延在し得る。耐火性ライナーは、六角メッシュ又は他の適切な耐火性材料を含むことができる。
粒子状固体の重量から粒子状固体処理容器３５０に加えられる機械的負荷、再生セクション３００の様々な部品及び他の部品の異なる成長からの熱応力は高い場合があり、伸縮継手が利用されない場合、３１８接合部における限界内でノズル力を制御しながら粒子状固体処理容器３５０の移動を可能にするためにばねが利用され得る。例えば、粒子状固体処理容器３５０は、ばねから吊り下げられてもよく、又はばねは、粒子状固体処理容器３５０の下に位置付けられて、その重量及び予期される触媒重量の全部又は一部を支持してもよい。例えば、図１は、粒子状固体処理容器３５０において再生セクション３００に機械的に取り付けられたばね支持体１８８を示しており、再生セクション３００は、ばね支持体１８８によって支持構造から懸架されている。
加えて、粒子状固体処理容器３５０及びライザ３３０は、熱膨張を受け得る。したがって、ばね支持体１８８から粒子状固体処理容器３５０を吊り下げること、又はばね支持体１８８で粒子状固体処理容器３５０を支持することによって、粒子状固体処理容器３５０と外部ライザセグメント３３２との間の張力が緩和され得る。ばねが使用される場合、一般的に伸縮継手は使用されない。ここで図２を参照すると、伸縮継手３８２は、粒子状固体処理容器３５０と外部ライザセグメント３３２との間に配置され得る。本明細書で説明されるように、「伸縮継手」は、伸縮継手によって接合されたシステム構成要素間の応力を低減する、金属又は他の好適な材料から作製されるベローズを指し得る。例えば、伸縮継手は、熱膨張及び収縮によるシステム構成要素間の応力を低減するために使用され得る。伸縮継手が使用される場合、一般に、粒子状固体処理容器３５０は、ロッドハンガー又はスカートのいずれかによって固定支持体（ばねなし）を介して支持される。１つ以上の実施形態では、伸縮継手３８２をばね支持体と組み合わせて使用して、粒子状固体処理容器３５０と外部ライザセグメント３３２との間の熱膨張によって引き起こされる応力を緩和することができる。
以下の実施例は、本開示の特徴を例示するものであるが、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。以下の実施例は、本明細書に開示される１つ以上の実施形態による粒子状固体収集領域の性能を考察する。
２つの粒子状固体収集領域を通る粒子状固体の流れをモデル化した。第１の粒子状固体収集領域４１０は、図４に示されており、粒子状固体収集領域４１０の底部に配置された単一の出口配水塔４２０を有する環状形状を有していた。出口配水塔４２０は、第１の粒子状固体収集領域４１０の中心軸４３０上に配置されなかった。第１の粒子状固体収集領域４１０はまた、地下鉄格子４４０で覆われたいくつかのコードビーム支持体を含む。
第２の粒子状固体収集領域５１０は、図５に表されているが、これは、円筒形状と、粒子状固体収集領域５１０の底部に位置する出口配水塔５２０と、を有していた。出口配水塔５２０は、第２の粒子状固体収集領域５１０の中心軸５３０上に配置された。第２の粒子状固体収集領域５１０はまた、地下鉄格子５４０で覆われたいくつかのコードビーム支持体を含む。
計算流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを行って、第１及び第２の粒子状固体収集領域を通る粒子状固体の流れをモデル化した。このようにして、各容器における固体滞留時間分布（ＲＴＤ）が得られた。シミュレーションのために、第１及び第２の粒子状固体収集領域のそれぞれの直径は４６インチに設定された。各容器の底部における表面気体速度は０．３ｆｔ／秒であり、平均粒子状固体フラックスは３．４ｌｂ／ｆｔ２－秒であった。更に、粒子状固体の平均ターンアラウンドタイムは８分であった。
第１の粒子状固体収集領域についてのＣＦＤシミュレーションは、粒子状固体の最短滞留時間が、容器の出口配水塔側における粒子状固体の短絡に起因して約３０秒であることを予測した。ＣＦＤシミュレーションはまた、粒子状固体の約４２％が４分未満の滞留時間を有することを予測した。第２の粒子状固体収集領域についてのＣＦＤシミュレーションは、粒子状固体の最短滞留時間が１分を超え、粒子状固体の３０％のみが４分より短い滞留時間を有することを予測した。
第１及び第２の粒子状固体収集領域のＲＴＤを図６にグラフで示す。第１の粒子状固体収集領域のＲＴＤは線６１０で示され、第２の粒子状固体収集領域のＲＴＤは線６２０で示される。更に、参照のために、１つの連続撹拌タンク反応器（ＣＳＴＲ）及び直列の３つのＣＳＴＲについてのＲＴＤを図６に示す。１つのＣＳＴＲのＲＴＤは線６３０で示され、直列の３つのＣＳＴＲのＲＴＤは線６４０で示されている。図６に示されるように、第１の粒子状固体収集領域についてのＲＴＤは、単一のＣＳＴＲについてのＲＴＤに匹敵し、第２の粒子状固体収集領域についてのＲＴＤは、直列の３つのＣＳＴＲについてのＲＴＤに匹敵する。第２の粒子状固体収集領域は、第２の粒子状固体収集領域を通る粒子状固体の流れがプラグ流により類似しているので、第１の粒子状固体収集領域よりも利点を提供する。したがって、より少ない粒子状固体が粒子状固体収集領域から迅速に出て、より少ない粒子状固体が粒子状固体収集領域に長時間保持される。これは、粒子状固体収集領域における粒子状固体のより一貫した処理をもたらす。
本開示の第１の態様において、粒子状固体は、粒子状固体処理容器内で粒子状固体を再生することを含む方法によって再生され得る。粒子状固体の再生は、酸素含有気体との接触による粒子状固体を酸化すること、粒子状固体上に存在するコークスを燃焼させること、又は、粒子状固体を加熱するために補助燃料を燃焼させることのうちの１つ以上を含んでもよい。本方法は、粒子状固体をライザに通すことを更に含んでもよい。ライザが粒子状固体分離セクションの内部領域に配置された内部ライザセグメントと、粒子状固体分離セクションの外側シェルの外側に配置された外部ライザセグメントと、を備えるように、ライザは、粒子状固体分離セクションの外側シェルのライザポートを通って延在してもよい。粒子状固体分離セクションは、少なくとも、粒子状固体分離セクションの内部領域を画定する外側シェルを含むことができる。外側シェルは、気体出口ポート、ライザポート、及び粒子状固体出口ポートを備えてもよい。外側シェルは、気体／固体分離装置と、粒子状固体分離セクションの内部領域内の粒子状固体収集領域とを収容することができる。ライザポートは、粒子状固体分離セクションの中心垂直軸上に位置しないように、外側シェルの側壁上に位置付けられてもよい。本方法は、気体／固体分離装置内で気体から粒子状固体を分離することと、気体から分離された粒子状固体を、粒子状固体分離セクションの中心垂直軸に近接して位置する粒子状固体収集領域に送ることと、を更に含んでもよい。
本開示の第２の態様は、粒子状固体処理容器が、ライザの最大断面積の少なくとも３倍である最大断面積を有する、第１の態様を含んでもよい。
本開示の第３の態様は、ライザがライザポートを通って非垂直方向に延在する、第１又は第２の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第４の態様は、ライザがライザポートを通って斜め方向に延在し、斜め方向が垂直から１５～７５度である、第１～第３の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第５の態様は、ライザが、実質的に水平方向にライザポートを通って延在する、第１～第４の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第６の態様は、内部ライザセグメントが、垂直部と、ライザポートに近接する非垂直部と、垂直部及び非垂直部を接続する非線形部分と、を備える、第１～第５の態様のいずれかを含むことができる。
本開示の第７の態様は、外側シェルがライザ終端装置を更に収容し、ライザ終端装置が内部ライザセグメントに近接して配置されている、第１～第６の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第８の態様は、外部ライザセグメントが、粒子状固体処理容器に近接する垂直部と、ライザポートに近接する非垂直部と、垂直部と非垂直部とを接続する非線形部分と、を備える、第１～第７の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第９の態様は、外側シェルの最大断面積は、ライザの最大断面積の少なくとも３倍である、第１～第８の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第１０の態様は、外側シェルの最大断面積が、ライザの最大断面積の５～４０倍である、第１～第９の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第１１の態様は、気体／固体分離装置が１つ以上のサイクロンを備える、第１～第１０の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第１２の態様は、ライザが粒子状固体収集領域を通過しない、第１～第１１の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第１３の態様は、粒子状固体収集領域が、酸素浸漬ゾーン、酸素ストリッパー、還元ゾーン、又はそれらの組合せを含む、第１～第１２の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第１４の態様は、粒子状固体処理容器がばね支持体によって支持される、第１～第１３の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の第１５の態様は、粒子状固体出口ポートが粒子状固体分離セクションの中心垂直軸上に位置する、第１～第１４の態様のいずれかを含んでもよい。
本開示の主題は、特定の実施形態を参照して詳細に説明されている。実施形態の構成要素又は特徴のいかなる詳細な説明も、その構成要素又は特徴が特定の実施形態又は任意の他の実施形態に必須であることを必ずしも意味しないことを理解されたい。特許請求の範囲に記載の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に様々な修正を加えることができることが、当業者には明らかであろう。
本発明を記載及び定義する目的で、「約」又は「おおよそ」という用語は、任意の定量的比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る固有の不確実性の程度を表現するために本開示で利用されることに留意されたい。「約」及び「おおよそ」という用語はまた、問題である主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、定量的表現が記載された基準から変化し得る程度を表すために本開示で利用される。
以下の特許請求の範囲のうちの１つ以上は、「ここで」という用語を移行句として利用していることに留意されたい。本発明を定義する目的で、この用語は、構造の一連の特徴の列挙を導入するために使用される制限のない移行句として特許請求の範囲に導入され、より一般的に使用される制限のない「を含む」というプリアンブル用語と同様に解釈されるべきであることに留意されたい。
第１の成分が第２の成分を「含む」と記載される場合、いくつかの実施形態において、第１の成分は、その第２の成分「からなる」又は「から本質的になる」ことが企図されることが理解されるべきである。第１の成分が第２の成分を「含む」と記載される場合、いくつかの実施形態において、第１の成分は、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、又は更に少なくとも９９％のその第２の成分を含むことが企図されることが更に理解されるべきである（ここで、％は、重量％又はモル％であり得る）。
加えて、「から本質的になる」という用語は、本開示において、本開示の基本的かつ新規な特徴（複数可）に実質的に影響を及ぼさない定量値を指すために使用される。例えば、特定の化学成分又は化学成分の群「から本質的になる」化学組成物は、組成物が少なくとも約９９．５％のその特定の化学成分又は化学成分の群を含むことを意味すると理解されるべきである。
特性に割り当てられた任意の２つの定量値は、その特性の範囲を構成することができ、所与の特性のすべての述べられた定量値から形成される範囲のすべての組合せが、本開示において企図されることを理解されたい。組成物中の化学成分の組成範囲は、いくつかの実施形態において、その成分の異性体の混合物を含むと理解されるべきであることが理解されるべきである。更なる実施形態において、化合物は、誘導体、塩、水酸化物などの代替形態で存在してもよい。
Claims (15)
- 粒子状固体を再生するための方法であって、前記方法が、
粒子状固体処理容器内で前記粒子状固体を再生することであって、前記粒子状固体の前記再生が、
前記粒子状固体を酸素含有気体と接触させることによって酸化すること、
前記粒子状固体上に存在するコークスを燃焼させること、又は
前記粒子状固体を加熱するために補助燃料を燃焼させることのうちの１つ以上を含むことと、
ライザを通して前記粒子状固体を通過させることであって、前記ライザが、粒子状固体分離セクションの内部領域に配置された内部ライザセグメントと、前記粒子状固体分離セクションの外側シェルの外側に配置された外部ライザセグメントとを含むように、前記粒子状固体分離セクションの前記外側シェルのライザポートを通って延在し、前記粒子状固体分離セクションが、前記粒子状固体分離セクションの前記内部領域を画定する少なくとも前記外側シェルを含み、前記外側シェルが、気体出口ポート、前記ライザポート、及び粒子状固体出口ポートを含み、前記外側シェルが、気体／固体分離装置及び前記粒子状固体分離セクションの前記内部領域の粒子状固体収集領域を収容し、前記ライザポートが、前記粒子状固体分離セクションの中心垂直軸上に配置されないように前記外側シェルの側壁上に配置されることと、
前記気体／固体分離装置内の気体から前記粒子状固体を分離することと、
前記気体から分離された前記粒子状固体を、前記粒子状固体分離セクションの前記中心垂直軸に近接して位置する前記粒子状固体収集領域に通過させることと、を含む、方法。 - 前記粒子状固体処理容器が、前記ライザの最大断面積の少なくとも３倍である最大断面積を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記ライザが、前記ライザポートを通って非垂直方向に延在する、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザが、前記ライザポートを通って斜め方向に延在し、前記斜め方向が、垂直から１５～７５度である、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザが、前記ライザポートを通って実質的に水平方向に延在する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記内部ライザセグメントが、垂直部と、前記ライザポートに近接する非垂直部と、前記垂直部と前記非垂直部とを接続する非線形部分と、を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外側シェルがライザ終端装置を更に収容し、前記ライザ終端装置が前記内部ライザセグメントに近接して配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外部ライザセグメントが、前記粒子状固体処理容器に近接する垂直部と、前記ライザポートに近接する非垂直部と、前記垂直部と前記非垂直部とを接続する非線形部分と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外側シェルの最大断面積が、前記ライザの最大断面積の少なくとも３倍である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外側シェルの最大断面積が、前記ライザの最大断面積の５～４０倍である、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記気体／固体分離装置が１つ以上のサイクロンを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザが前記粒子状固体収集領域を通過しない、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子状固体収集領域が、酸素浸漬ゾーン、酸素ストリッパー、還元ゾーン、又はそれらの組合せを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子状固体処理容器が、ばね支持体によって支持される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子状固体出口ポートが、前記粒子状固体分離セクションの前記中心垂直軸上に位置する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
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