JP2024500684A - ライザー及びライザーを動作させるための方法 - Google Patents
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Abstract
本開示の１つ以上の実施形態によれば、ライザーは、動作温度と非動作温度との間でライザーを繰り返し加熱及び冷却することを含む方法によって動作させることができる。ライザーが非動作温度から動作温度に加熱されるとき、ライザーは、熱膨張を起こす。ライザーが動作温度から非動作温度に冷却されるとき、ライザーは、熱収縮を起こす。ライザーは、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたって不可逆的成長を起こし、上部ライザー部分の下部セクションの長さは、ライザーの周期的な熱膨張からの不可逆的成長に適応するようにサイズ決定される。
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、「Ｒｉｓｅｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｒｉｓｅｒｓ」と題された米国出願番号第６３／１２６，１０６号の利益及び優先権を主張し、当該出願の内容全体は、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、「Ｒｉｓｅｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｒｉｓｅｒｓ」と題された米国出願番号第６３／１２６，１０６号の利益及び優先権を主張し、当該出願の内容全体は、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、概して、化学処理システムに関し、より具体的にはライザーに関する。
多くの化学物質は、基本材料を形成するための原料を提供する。例えば、軽質オレフィンは、多くのタイプの品物及び材料を生成するための基材として利用することができ、エチレンは、ポリエチレン、塩化エチレン、又は酸化エチレンを製造するために利用することができる。そのような生成物は、製品の包装、建設、繊維などに利用することができる。したがって、エチレン、プロピレン、及びブテンなどの軽質オレフィンに対する業界の需要がある。軽質オレフィンなどのいくつかの化学物質は、ライザー反応器を利用する反応プロセスによって生成され得る。ライザーは、反応、及びプロセスに利用される触媒の再生に使用され得る。
本明細書に記載されるものなどのいくつかの実施形態では、ライザーは、周期的な熱膨張及び収縮を起こす場合がある。周期的な熱膨張及び収縮は、ライザーの不可逆的成長につながり得ることが発見されている。一般に、ライザーが動作温度にあるとき、ライザーは、膨張した状態にある。ガス及び粒子状固体がライザーを通過するにつれて、ライザーの内部を裏打ちしている耐火材料中に存在する間隙にコークスが蓄積し得る。この蓄積は、複数の熱サイクルにわたってライザーの不可逆的成長をもたらし得る。そのため、そのようなライザーを利用する化学処理システムの設計において複雑さを生じさせる場合がある。例えば、多くの実施形態における設計は、ライザーの熱膨張及び収縮と、ライザーの不可逆的成長との両方を考慮することが可能でなければならない。
現在開示されているライザーは、いくつか又は全ての点でこれらの問題に対処する。本明細書に開示されるライザーは、ライザーの熱膨張及び収縮と、ライザーの不可逆的成長との両方を可能にする、２つの個別のライザー部分を含み得る。１つ以上の実施形態では、ライザーは、上部ライザー部分及び下部ライザー部分を備えてもよく、上部ライザー部分の下部セクションは、下部ライザー部分の上部セクションの周りに配置される。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分及び下部ライザー部分は、収縮しておらず、上部ライザー部分の下端は、ライザーの熱膨張及び収縮と、ライザーの不可逆的成長との両方に適応するようにサイズ決定されている。例えば、上部ライザー部分の下部セクションは、上部ライザー部分及び下部ライザー部分の両方の不可逆的成長を考慮する長さを有し得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分の下部セクションの好適な長さは、ライザーが熱的に膨張した状態にあり、かつ追加の不可逆的成長を起こしたときであっても、上部ライザー部分と下部ライザー部分との間のすき間が開放したままであることを確実にし得る。更に、上部ライザー部分の下部セクションの適切な長さは、下部ライザー部分及び上部ライザー部分が熱膨張及び不可逆的成長を起こすときに、上部ライザー部分内の任意の出口が下部ライザー部分によって遮断されないことを確実にし得る。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態によれば、ライザーは、動作温度と非動作温度との間でライザーを繰り返し加熱及び冷却することを含む方法によって動作させることができる。ライザーは、内部表面と、上端を備える上部セクションと、を備える下部ライザー部分を備える。下部ライザー部分は、下部ライザー部分の上部セクションの上端で終端する。ライザーは、内部表面、上部セクション、及び下部セクションを備える上部ライザー部分を更に備える。上部ライザー部分の下部セクションの直径は、下部ライザー部分の上部セクションの直径の１０１％～１５０％である。下部ライザー部分の上部セクション及び上部ライザー部分の下部セクションは、上部ライザー部分の下部セクションが下部ライザー部分の上部セクションの周りに配置されるように、互いに垂直に重なり合う。下部ライザー部分及び上部ライザー部分は、互いに接触又は接続されていない。ライザーが非動作温度から動作温度に加熱されるとき、ライザーは、熱膨張を起こす。ライザーが動作温度から非動作温度に冷却されるとき、ライザーは、熱収縮を起こす。ライザーの不可逆的成長は、複数の加熱及び冷却サイクルにわたって起こってもよく、上部ライザー部分の下部セクションの長さは、熱膨張と、下部ライザー部分及び上部ライザー部分の周期的な熱膨張からの不可逆的成長との両方に適応するようにサイズ決定されている。
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、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。追加的に、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述され、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、ライザーの立面図を概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、別のライザーの立面図を概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、下部ライザー部分と上部ライザー部分との間にすき間を有するライザーの立面図を概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、下部ライザー部分と上部ライザー部分との間に閉塞されたすき間を有するライザーの立面図を概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、出口を有するライザーの立面図を概略的に示す。
本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、閉塞された出口を有するライザーの立面図を概略的に示す。
図面は、本質的に概略的であり、限定なしに、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用いら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が理解されるべきである。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など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。
本明細書には、ライザー及びライザーを動作させるための方法の１つ以上の実施形態が記載される。本明細書に開示されるいくつかの実施形態では、ライザーは、再生セクションも含む反応器システムの反応器セクションで使用するために開示される。そのような実施形態は、流動床においてリサイクルされた固体触媒を利用してもよい。特定の例示的な実施形態は、軽質オレフィン、又はスチレンなどのアルキル芳香族オレフィンを形成するように設計された脱水素反応システムでの使用におけるライザーを開示する。しかしながら、本明細書に開示されるライザーは、多種多様な化学プロセス及びシステムに利用され得ることが理解されるべきである。当業者によって理解されるように、本明細書に開示される技術は、ライザーを利用する化学処理システムの機械的設計に対して幅広い適用性を見出すことができる。
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、又はライザー壁などのシステム装置の部分は、炭素鋼、３０４Ｈステンレス鋼、３２１ステンレス鋼、３７４ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００Ｈ（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００ＨＴ（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ６１７（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、又はクロムなどの金属材料を含み得る。加えて、様々なシステム装置の壁は、同じシステム装置の他の部分又は別のシステム装置に取り付けられる部分を有し得る。時には、取り付け又は接続の点は、本明細書では「取り付け点」と称され、限定なしに、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、溶接などの取り付け点で「直接接続」され得ることが理解されるべきである。互いに「近接する」２つの構成要素は、コネクタ又は接着剤材料などの比較的小さい中間部品がそれらを接続するように、互いに直接接触しているか、又はすぐ近くにあることが更に理解されるべきである。
一般に、本明細書に記載される任意のシステム装置の「流入ポート」及び「流出ポート」とは、システム装置の開口部、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、流入ポートは、特定のシステム単位への材料の流入を可能にし、流出ポートは、特定のシステム装置からの材料の流出を可能にする。一般に、流出ポート又は流入ポートは、パイプ、導管、チューブ、ホース、移送ライン、又は同様の機械的特徴が取り付けられるシステム装置の領域、又は別のシステム装置が直接取り付けられる、システム装置の一部分を画定する。流入ポート及び流出ポートは、操作中に機能的に本明細書に記載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。他のポートは、他のシステム装置が直接取り付けられる所与のシステム装置内の開口部を備え得る。
本明細書に記載されるように、ライザーは、炭化水素供給原料ストリームから軽質オレフィンを生成するための反応器システム内で利用することができる。軽質オレフィンを生成するための反応器システム及び方法が、ここで詳細に考察される。ここで、図１を参照すると、例示的な反応器システム１００が概略的に示されている。反応器システム１００は、一般に、反応器セクション２００及び再生器セクション３００などの複数のシステム装置を備える。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ストリームから分離される反応器システム１００の部分を指す。１つ以上の実施形態では、粒子状固体は消費されてもよく、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、再生器セクション３００は、一般に、粒子状固体が燃焼などを通して再生され、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ガス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、外部ライザーセグメント２３２及び内部ライザーセグメント２３４を含むライザー２３０、並びに粒子状固体分離セクション２１０を含む。再生器セクション３００は、一般に、粒子状固体処理容器３５０、外部ライザーセグメント３３２及び内部ライザーセグメント３３４を含むライザー３３０、並びに粒子状固体分離セクション３１０を含む。一般に、粒子状固体分離セクション２１０は、例えば直立パイプ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、例えば直立パイプ１２４及び移送ライザー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、炭化水素供給原料及び流動粒子状固体を反応容器２５０の中に供給し、炭化水素供給原料を流動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動作させることができる。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、ライザー２３０を通って、粒子状固体分離セクション２１０内のガス／固体分離デバイス２２０に送られてもよく、そこで、粒子状固体がオレフィン含有生成物から分離されてもよい。次いで、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に移送されてもよい。粒子状固体処理容器３５０内で、粒子状固体は、化学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、酸素含有ガスとの接触によって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、及び粒子状固体を加熱するための補助燃料を燃焼させることのうちの１つ以上によって再生することができる。次いで、粒子状固体は、粒子状固体処理容器３５０から出て、ライザー３３０を通って、ライザー終端デバイス３７８に送られてもよく、そこで、ライザー３３０からのガス及び粒子状固体が部分的に分離される。ライザー３３０からのガス及び残留粒子状固体は、粒子状固体分離セクション３１０内のガス／固体分離デバイス３２０に移送され、そこで、残留粒子状固体が再生反応からのガスから分離される。ガスから分離された粒子状固体は、固体微粒子収集領域３８０に送られ得る。次いで、分離された粒子状固体は、固体微粒子収集領域３８０から反応容器２５０に送られ、そこで、粒子状固体が更に利用される。したがって、粒子状固体は、反応器セクション２００と再生器セクション３００との間を循環することができる。
本明細書に開示されるライザー及びライザーを動作させるための方法は、図１に表示される反応器システム１００に限定されないことが理解されるべきである。例えば、図１は、湾曲ライザーセグメント及び傾斜ライザーセグメントを備えるライザー２３０並びに３３０を示す。本明細書に記載されるライザーは、湾曲セグメントを備えてもよく、傾斜セグメントを備えてもよく、水平セグメントを備えてもよく、垂直セグメントを備えてもよいことが理解されるべきである。追加的に、本明細書で企図されるライザーは、湾曲セグメント、傾斜セグメント、及び水平セグメントがなくてもよく、実質的に垂直に配向されてもよい。追加的に、図１に示されるライザーは、粒子状固体分離セクション２１０及び３１０の側壁を通って、粒子状固体分離セクション２１０及び３１０に入る。しかしながら、本明細書で企図されるライザーは、追加的に、ライザーが湾曲セグメントを備えていない実施形態では、粒子状固体分離セクション２１０及び３１０の底部を通って、粒子状固体分離セクション２１０及び３１０に入ってもよい。更に、本明細書で企図されるライザーは、図１に開示されるものとは異なる化学処理システムで使用されてもよい。
ここで、図２及び３を参照すると、ライザー５００の実施形態が示されている。１つ以上の実施形態では、ライザー５００は、反応器セクション２００又は再生器セクション３００のいずれかにおける反応器システム１００に存在し得る。１つ以上の実施形態では、図２及び３に示されるライザー５００は、図１に示されるような内部ライザーセグメント２３４又は３３４の一部分であり得ることが企図される。追加的に、ライザー５００は、反応器システム１００に限定されず、そのようなライザーが好適である任意のシステムで利用され得ることが理解されるべきである。そのため、ライザー５００は、反応器システム１００の文脈において記載されるが、そのような反応器システムでの使用に限定されない。
一般に、ライザー５００は、図１の反応容器２５０又は粒子状固体処理容器３５０から、図１に示されるような粒子状固体分離セクション２１０若しくは３１０内に収容されたガス／固体分離デバイス２２０又は３２０に、反応物、生成物、及び／又は粒子状固体を移送するように作用し得る。１つ以上の実施形態では、ライザー５００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、若しくは、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形、又は他の多角形、あるいは閉曲線状、又はこれらの組み合わせの断面形状を有する角柱状等、非円筒形であってもよい。
図２及び図３を参照すると、ライザー５００は、下部ライザー部分５１０及び上部ライザー部分５２０を備え得る。下部ライザー部分５１０は、内部表面５１１及び外部表面５１６を備えるライザー壁５１５を備え得る。下部ライザー部分５１０の内部表面５１１は、耐火材料５１４で裏打ちされ得る。そのため、耐火材料５１４は、ライザー壁５１５の内部表面５１１に直接接続され得る。例えば、耐火材料５１４は、耐火材料５１４をライザー壁５１５の内部表面５１１に保持するための、六角メッシュ、ステアアンカー、又は他のそのような手段などのアンカーで、ライザー壁５１５の内部表面５１１に取り付けられ得る。１つ以上の実施形態では、下部ライザー部分５１０の外部表面５１６の少なくとも一部分は、耐火材料（図示せず）で裏打ちされ得る。下部ライザー部分５１０は、上端５１３を備える上部セクション５１２を備え得る。下部ライザー部分５１０は、上部セクション５１２の上端５１３で終端し得る。１つ以上の実施形態では、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２は、実質的に一定の直径を有し得る。本明細書に記載されるように、直径が「実質的に一定」であるとき、直径は、５％を超えて、３％を超えて、又は更には１％を超えて変動しない。
上部ライザー部分５２０は、内部表面５２１及び外部表面５２７を備えるライザー壁５２６を備え得る。上部ライザー部分５２０の内部表面５２１は、耐火材料５２４で裏打ちされ得る。そのため、耐火材料５２４は、ライザー壁５２６の内部表面５２１に直接接続され得る。例えば、耐火材料は、耐火材料５２４をライザー壁５２６の内部表面５２１に保持するための、六角メッシュ、ステアアンカー、又は他のそのような手段などのアンカーで、ライザー壁５２６の内部表面５２１に取り付けられ得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の外部表面５２７の少なくとも一部分は、耐火材料（図示せず）で裏打ちされ得る。上部ライザー部分５２０は、上部セクション５２２及び下部セクション５２３を備え得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２は、実質的に一定の直径を有し得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２は、出口５２８を備え得る。
１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、実質的に一定の直径を有し得る。上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の直径の１０１％～１５０％であり得る。例えば、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の直径の１０１％～１５０％、１０１％～１４０％、１０１％～１３０％、１０１％～１２０％、１０１％～１１０％、１１０％～１５０％、１２０％～１５０％、１３０％～１５０％、１４０％～１５０％、又はこれらの範囲の任意の組み合わせ若しくは部分的組み合わせであり得る。そのため、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２及び上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３が下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の周りに配置されるように、互いに垂直に重なり合う。
ここで図２を参照すると、１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０は、実質的に一定の直径を有し得る。そのため、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径及び上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径は、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径が上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径の５％以内であるように、実質的に同じであり得る。
ここで図３を参照すると、１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径は、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径の１０５％～１２５％であり得る。例えば、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径は、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径の１０５％～１２５％、１０５％～１２０％、１０５％～１１５％、１０５％～１１０％、１１０％～１２５％、１１５％～１２５％、１２０％～１２５％、又はこれらの範囲の任意の組み合わせ若しくは部分的組み合わせであり得る。追加的に、１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径は、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径が下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の直径の５％以内であるように、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の直径と実質的に同じであり得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の直径の１００％以上であり得る。
なお、図３を参照すると、上部ライザー部分５２０は、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２を上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３に接続する遷移セクション５２５を備え得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の遷移セクション５２５は、一定の直径を有していなくてもよく、遷移セクション５２５の直径は、遷移セクション５２５の高さにわたって、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の直径から上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２の直径まで変化してもよい。そのため、遷移セクション５２５は、錐台形状を備え得る。１つ以上の実施形態では、遷移セクション５２５は、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２と下部セクション５２３との間に配置され得る。したがって、１つ以上の実施形態では、遷移セクション５２５は、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３、又はその両方に直接接続され得る。
１つ以上の実施形態では、下部ライザー部分５１０及び上部ライザー部分５２０は、互いに直接接続されない。例えば、下部ライザー部分５１０のライザー壁５１５の外部表面５１６は、上部ライザー部分５２０のライザー壁５２６の内部表面５２１を裏打ちする耐火材料５２４に直接接続されない。理論に束縛されることを望むものではないが、下部ライザー部分及び上部ライザー部分が互いに接続されていないとき、ライザーの熱膨張及び収縮中にライザー上にかかる応力が小さくなり得ると考えられる。例えば、上部ライザー部分５２０は、上部ライザー部分５２０の上方の追加のシステム構成要素に直接接続されてもよく、下向きに膨張してもよい。同様に、下部ライザー部分５１０は、下部ライザー部分５１０の下方の追加のシステム構成要素に直接接続されてもよく、上向きに膨張してもよい。上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０が直接接続された場合、ライザー部分５２０及び５１０の熱膨張からの反対方向の応力は、ライザー５００を損傷させる場合がある。
１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の周りに同心円状に配置され得る。１つ以上の実施形態では、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２は、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０の偏心を低減するガイドを備え得る。ガイドは、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の外表面５１６に直接接続され得る。通常の操作条件下では、ガイドは、一般に、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３に接触していない。しかしながら、いくつかの操作条件下では、ガイドは、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３に接触していてもよい。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０の偏心を低減するガイドを備え得る。ガイドは、上部ライザー部５２０のライザー壁５２６の内部表面５２１に直接接続され得る。通常の操作条件下では、ガイドは、一般に、下部ライザー部分５１０のライザー壁５１５の外部表面５１６に接触していない。しかしながら、いくつかの操作条件下では、ガイドは下部ライザー部分５１０のライザー壁５１５の外部表面５１６に接触していてもよい。代替的に、ガイドは、上部ライザー部分５２０のライザー壁５２６の内部表面５２１を裏打ちしている耐火材料５２４に直接接続され得る。ガイドは、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０が熱膨張及び収縮を起こすときに、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０が適切に位置合わせされることを確実にすることができる。そのため、下部ライザー部分のライザー壁５１５の外部表面５１６は、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０が膨張及び収縮するときにガイドに沿って摺動することができる。そのようなガイドの例は、代理人整理番号：ＤＯＷ ８３８０４ ＭＡに開示されており、この全体が参照により本明細書に組み込まれる。
１つ以上の実施形態では、ライザー壁５１５及び５２６は、１つ以上の金属又は合金を含み得る。例えば、ライザー壁５１５及び５２６は、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル－クロム合金、及びクロムのうちの１つ以上を含み得る。１つ以上の実施形態では、ライザー壁５１５及び５２６は、３０４Ｈステンレス鋼、３２１ステンレス鋼、３７４ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００Ｈ（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００ＨＴ（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ６１７（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、又はクロムのうちの少なくとも１つを含み得る。Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００Ｈ（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ８００ＨＴ（登録商標）、Ｉｎｃｏｌｏｙ ６１７（登録商標）、及びＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）は、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である。しかしながら、他の等価な合金もまた、本明細書に開示されるライザーに使用され得ることが企図される。任意の好適な金属又は合金がライザー壁５１５及び５２６に使用され得ることも理解されたい。
本明細書に記載されるように、「耐火材料」は、５００℃超の温度などの高温で化学的及び物理的に安定である材料を指す。１つ以上の実施形態では、耐火材料は、ＡｃｔＣｈｅｍ ８５、Ｒ－Ｍａｘ ＭＰ、Ｒｅｓｃｏｃａｓｔ ＡＡ２２Ｓ、又は他の高密度耐侵食性タイプの耐火物などの高密度侵食タイプの材料を含み得る。１つ以上の実施形態では、耐火材料は、六角メッシュアンカーシステムを更に備え得る。本明細書に記載されるように、「六角メッシュ」は、六角形又は実質的に六角形の開口部を備えるメッシュ構造である。三角形、正方形、五角形、八角形などを含む様々な他の形状の開口部を備えるメッシュ構造は、耐火材料中の高密度耐侵食性タイプの材料と併せて使用することができることも企図される。１つ以上の実施形態では、高密度侵食タイプの材料は、耐火材料５１４及び５２４を構成するように、六角メッシュのメッシュ構造内に存在し得る。一般に、耐火材料５１４及び５２６は多孔質であり得、コークス及び／又は粒子状固体が耐火材料５１４及び５２６中の細孔に入り、複数の熱サイクルにわたって蓄積し得る。追加的に、ライザー膨張によって、動作温度で耐火材料５１４及び５２６中に小さい亀裂が発現する場合がある。１つ以上の実施形態では、亀裂は、高密度耐侵食性タイプの材料中に、又は高密度耐侵食性タイプの材料と六角メッシュとの間に形成され得る。そのため、コークス及び／又は粒子状固体は、ライザー５００の動作中に、耐火材料５１４及び５２６中の亀裂内に蓄積し得る。
一般に、ライザー５００は、図１の反応容器２５０又は粒子状固体処理容器３５０から、粒子状固体分離セクション２１０若しくは３１０内に収容されたガス／固体分離デバイス２２０又は３２０に、反応物、生成物、及び／又は粒子状固体を移送するように作用し得る。１つ以上の実施形態では、ライザー５００は、反応物、生成物、及び／又は粒子状固体を含む混合物を、ライザー５００を通して送ることによって、非動作温度から動作温度に加熱され得る。代替的な実施形態では、ライザー５００は、窒素などの不活性ガス及び／又は粒子状固体を含む混合物を、ライザー５００を通して送ることによって、非動作温度から動作温度に加熱され得る。
ライザー５００は、繰り返し加熱及び冷却され得る。１つ以上の実施形態では、ライザー５００は、非動作温度から動作温度に加熱され、その後、動作温度から非動作温度に冷却され得る。一般に、ライザー５００は、ライザー５００が使用されていないとき、非動作温度であり得る。１つ以上の実施形態では、非動作温度は、周囲温度であり得る。ライザーは、ライザーが使用されているとき、例えば、反応器システム１００が動作しているとき、動作温度であり得る。１つ以上の実施形態では、ライザー５００の動作温度は、５００℃～９５０℃であり得る。例えば、ライザーの動作温度は、５００℃～９５０℃、５５０℃～９５０℃、６００℃～９５０℃、６５０℃～９５０℃、７００℃～９５０℃、７５０℃～９５０℃、８００℃～９５０℃、８５０℃～９５０℃、９００℃～９５０℃、５００℃～９００℃、５００℃～８５０℃、５００℃～８００℃、５００℃～７５０℃、５００℃～７００℃、５００℃～６５０℃、５００℃～６００℃、５００℃～５５０℃、又はこれらの範囲の任意の組み合わせ若しくは部分的組み合わせであり得る。
１つ以上の実施形態では、ライザー５００が非動作温度から動作温度に加熱されるとき、ライザー５００は熱膨張を起こし得る。そのような熱膨張は、ライザーの伸長又は成長をもたらし得る。例えば、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２が固定されているとき、上部ライザー部分は、下部ライザー部分５１０に向かって下向きに成長し得る。同様に、下部ライザー部分５１０は、上部ライザー部分５２０に向かって上向きに成長し得る。更に、ライザー５００が動作温度から非動作温度に冷却されるとき、ライザー５００は熱収縮を起こし得る。そのため、上部ライザー部分は、下部ライザー部分５１０から離れて収縮し得、下部ライザー部分５１０は、上部ライザー部分５２０から離れて収縮し得る。
１つ以上の実施形態では、ライザー５００が動作温度にあるとき、コークス及び／又は粒子状固体は、下部ライザー部分５１０の耐火材料５１４及び上部ライザー部分５２０の耐火材料５２４中に蓄積し得る。耐火材料中に蓄積されたコークス及び／又は粒子状固体は、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたってライザー５００の不可逆的成長をもたらし得る。理論に束縛されることを望むものではないが、ライザー５００が動作温度にあり、熱膨張を起こしたとき、耐火材料中の間隙及び／又は細孔も膨張し得る。反応物、生成物、及び粒子状固体がライザー５００を通過するにつれて、コークス、又は更には粒子状固体が、耐火材料中の間隙及び／又は細孔内に蓄積し得る。ライザー５００が動作温度から非動作温度に冷却されるとき、ライザー５００は、耐火材料並びにその中の間隙及び／又は細孔を含めて、熱収縮を起こす。複数の加熱及び冷却サイクルにわたって、十分なコークス及び／又は粒子状固体が、耐火裏打ち部の間隙及び／又は細孔内に蓄積して、ライザー５００を不可逆的に成長又は伸長させ得る。
例えば、ライザー５００が新しいとき、耐火材料５１４及び５２４の中に蓄積されたコークス並びに／又は粒子状固体はなく、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０は、各々元の長さを有する。ライザー５００がライザー５００を通過するガス及び粒子状固体によって動作温度にされるとき、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０は、各々第１の膨張長さへの熱膨張を起こし、コークス及び／又は粒子状固体耐火材料５１４及び５２４中に蓄積し得る。ライザー５００が冷却されるとき、耐火材料５１４及び５２４中に蓄積されたコークスは、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０が完全に収縮して元の長さに戻ることを阻止し得る。これは、ライザー壁５１５及び５２６の変形をもたらし得る。そのため、ライザー５００がその後に動作温度まで加熱されるとき、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０は、第１の膨張長さを超過して熱膨張する。このサイクルが継続するにつれて、追加のコークスが耐火材料中に蓄積されるため、上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０は、伸長し続けることができる。
１つ以上の実施形態では、ライザー５００は、サイクル当たり、ライザー１０フィート当たり０．０３インチ～０．３５インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的成長を起こすことができる。例えば、ライザー５００は、サイクル当たり、ライザー１０フィート当たり０．０３インチ～０．３５インチ、０．０５インチ～０．３５インチ、０．１０インチ～０．３５インチ、０．１５インチ～０．３５インチ、０．２０インチ～０．３５インチ、０．２５インチ～０．３５インチ、０．３０インチ～０．３５インチ、０．０３インチ～０．３０インチ、０．０３インチ～０．２５インチ、０．０３インチ～０．２０インチ、０．０３インチ～０．１５インチ、０．０３インチ～０．１０インチ、又は更には０．０３インチ～０．０５インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的成長を起こすことができる。１つ以上の実施形態では、ライザー５００は、ライザーの寿命にわたって、ライザー１０フィート当たり０．５インチ～５．０インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的熱成長を起こすことができる。例えば、ライザーは、ライザーの寿命にわたって、ライザー１０フィート当たり０．５インチ～５．０インチ、０．５インチ～４．５インチ、０．５インチ～４．０インチ、０．５インチ～３．５インチ、０．５インチ～３．０インチ、０．５インチ～２．５インチ、０．５インチ～２．０インチ、０．５インチ～１．５インチ、０．５インチ～１．０インチ、１．０インチ～５．０インチ、１．５インチ～５．０インチ、２．０インチ～５．０インチ、２．５インチ～５．０インチ、３．０インチ～５．０インチ、３．５インチ～５．０インチ、４．０インチ～５．０インチ、又は更には４．５インチ～５．０インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的熱成長を起こすことができる。本明細書に記載されるように、ライザーの寿命は、５～１００のサイクル数を指し得る。１つ以上の実施形態では、ライザーの寿命は、２０～１００寿命サイクル、５～５０寿命サイクル、又は２０～５０寿命サイクルであり得る。
１つ以上の実施形態では、ライザー５００は、本明細書中に記載された不可逆的成長を考慮に入れて設計される。ライザーは、温度変化を介した可逆的熱膨張だけでなく、例えば、耐火材料中に蓄積するコークス及び／又は粒子状固体からの複数サイクルにわたる不可逆的成長も起こす場合があることが理解される。これを考慮に入れるとき、上部ライザー部５２０と下部ライザー部分５１０との間隔は、一般に、この不可逆的成長を考慮に入れない場合よりも大きく設計される。つまり、不可逆的成長を考慮しない場合、当業者は、下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間の不十分な間隔を設計し、ライザーの連続動作（すなわち、通常動作からの熱循環）の後に軽減又は補正するのに費用がかかる機械的問題を引き起こし得る。一方、本明細書に記載される不可逆的成長を考慮して、設計者は、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との間に追加の間隔を設けることができる。本明細書に記載されるように、図２及び図３の実施形態は、不可逆膨張に鑑みて設計することができる。
そのため、１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の長さは、下部ライザー部分５１０及び上部ライザー部分５２０の周期的な熱膨張からの不可逆的成長に適応するようにサイズ決定されている。上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の上端５１３と上部ライザー部分５２０の上部セクション５２３との間に距離を提供することによって、熱膨張と、周期的な熱膨張からの不可逆的成長との両方に適応することができる。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２の上端５１３と上部ライザー部分５２０の遷移セクション５２５との間に距離を提供することによって、熱膨張と、周期的な熱膨張からの不可逆的成長との両方に適応することができる。例えば、距離は、予測される熱膨張、並びにライザーの寿命にわたる上部ライザー部分５２０及び下部ライザー部分５１０の周期的な熱膨張からの不可逆的成長よりも大きくてもよい。
１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２が通常動作中に上部ライザー部分５２０の遷移セクション５２５と接触しないことを確実にするようにサイズ決定され得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２が上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２と重なり合わず、そのため、上部ライザー部分５２０の上部セクション５２２内のいかなる出口も遮断しないように、サイズ決定され得る。１つ以上の実施形態では、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、ライザー５００が不可逆的成長を起こしたときでも、ガスがライザー５００に入ることを可能にするのに十分なすき間が下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間で開放されたままであるように、サイズ決定され得る。
理論に束縛されることを望むものではないが、ライザー５００の設計中に、ライザー５００の周期的な熱膨張からの不可逆的成長が考慮されない場合、次いで、ライザー５００の熱膨張に加えて不可逆的成長が、ライザー５００が動作温度にあるときに、ライザー５００が適切に機能することを阻止する場合があると考えられる。例えば、不可逆的成長が考慮されない場合、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、上部ライザー部分５００と下部ライザー部分５１０との間のすき間５３０が閉鎖され、ガスがライザー５２０に送られるのを阻止することができる。図４Ａは、ライザー５００が動作温度にあるときでも、及び更にはライザー５００が不可逆的成長を起こしたときでも、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との間にすき間５３０が存在するライザー５３０を示す。図４Ｂは、不可逆的成長を起こしたライザー５００を示しており、ライザー５００が動作温度にあるとき、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との間にすき間５３０はもはや存在していない。
追加的に、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、下部ライザー部分５１０及び上部ライザー部分５２０は、上部ライザー部分５２０内の出口が下部ライザー部分５１０によって部分的に又は完全に遮断される程に重なり合っていてもよい。図５Ａは、ライザー５００が動作温度にあり、不可逆的成長を起こしたときでも、上部ライザー部分５２０内の出口５２８が下部ライザー部分５１０によって閉塞されていないライザー５００を示す。一方、図５Ｂは、ライザー５００が動作温度にあり、不可逆的成長を起こしたとき、上部ライザー部分５２０内の出口５２８が下部ライザー部分５１０によって完全に閉塞されているライザー５００を示す。
上述のように、ライザーは、脱水素化反応器、例えば、図１に示される脱水素化反応器システム１００に使用することができる。そのような実施形態では、ライザー５００は、後述のプロセス条件下での動作に好適であり得る。
１つ以上の実施形態では、反応容器２５０及びライザー２３０における形状、大きさ、及び温度及び圧力などの他の処理条件に基づいて、反応容器２５０は、高速流動床、乱流床、又はバブル床反応器などの、等温であるか又は等温に近づく方式で動作することができ、一方、ライザー２３０は、希薄相ライザー反応器などの、より大きなプラグ流方式で動作することができる。例えば、反応容器２５０は、高速流動床、乱流床、又はバブル床反応器として動作することができ、ライザー２３０は、希薄相ライザー反応器として動作することができ、その結果、平均触媒及びガス流は、同時に上向きに移動する。本明細書で使用する用語として、「平均流」とは、一般に流動粒子の挙動に特有であるように、純流動、すなわち、総上向き流から後退流又は逆流を差し引いた流動を指す。本明細書に記載されるように、「高速流動」反応器とは、ガス相の空塔速度が窒息速度よりも大きく、動作中は半密であり得る流動化レジームを利用する反応器を指すことができる。本明細書に記載されるように、「乱流」反応器とは、空塔速度が窒息速度よりも小さく、高速流動化レジームよりも密度が高い流動化レジームを指すことができる。本明細書に記載されるように、「バブル床」反応器とは、高密度床内の明確に定義された気泡が２つの別個の相に存在する流動化レジームを指すことができる。「窒息速度」とは、垂直搬送ラインで固体を希薄相モードに維持するために必要な最小速度を指す。本明細書に記載されるように、「希薄相ライザー」とは、移送速度で動作するライザー反応器を指すことができ、ガス及び触媒は、希薄相でほぼ同じ速度を有する。
１つ以上の実施形態では、反応容器２５０内の圧力は、絶対平方インチ当たり６．０～１００ポンド（ｐｓｉａ、約４１．４キロパスカル、ｋＰａ～約６８９．４ｋＰａ）の範囲であり得るが、いくつかの実施形態では、１５．０ｐｓｉａ～３５．０ｐｓｉａ（約１０３．４ｋＰａ～約２４１．３ｋＰａ）等、より狭い選択範囲を用いることができる。例えば、圧力は、１５．０ｐｓｉａ～３０．０ｐｓｉａ（約１０３．４ｋＰａ～約２０６．８ｋＰａ）、１７．０ｐｓｉａ～２８．０ｐｓｉａ（約１１７．２ｋＰａ～約１９３．１ｋＰａ）、又は１９．０ｐｓｉａ～２５．０ｐｓｉａ（約１３１．０ｋＰａ～約１７２．４ｋＰａ）であり得る。本明細書では、標準（非ＳＩ）式からメートル（ＳＩ）式への単位変換には、変換の結果としてメートル（ＳＩ）式に存在し得る切り上げを示す「約」が含まれる。
追加の実施形態では、開示されたプロセスの単位時間当たりの重量空間速度（ＷＨＳＶ）は、反応器内の触媒１ｌｂ当たり１時間（ｈ）当たり０．１ポンド（ｌｂ）～１００ｌｂの化学供給原料（ｌｂ供給原料／時間／ｌｂ触媒）の範囲であり得る。例えば、反応器が、高速流動床、乱流床、又はバブル床反応器として動作する反応容器２５０、及びライザー反応器として動作するライザー２３０を備える場合、空塔ガス速度は、反応容器２５０で、２フィート／秒（約０．６１ｍ／秒）～１０フィート／秒（約３．０５ｍ／秒）などの、秒当たり２フィート（フィート／秒、秒当たり約０．６１メートル、ｍ／秒）～８０フィート／秒（約２４．３８ｍ／秒）、ライザー２３０で、３０フィート／秒（約９．１４ｍ／秒）～７０フィート／秒（約２１．３１ｍ／秒）の範囲であり得る。追加の実施形態では、完全にライザー種である反応器構成は、単一の高空塔ガス速度で、例えば、いくつかの実施形態では、全体を通して少なくとも３０フィート／秒（約９．１５ｍ／秒）で動作することができる。
追加の実施形態では、反応容器２５０及びライザー２３０内の供給原料ストリームに対する触媒の比率は、重量対重量（ｗ／ｗ）ベースで５～１００の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、比率は、１２～３６、又は１２～２４等、１０～４０の範囲であり得る。
追加の実施形態では、触媒流動は、反応容器２５０で、平方フィート秒当たり１ポンド（ｌｂ／ｆｔ２秒）（約４．８９ｋｇ／ｍ２秒）～３０ｌｂ／ｆｔ２秒（約１４６．５ｋｇ／ｍ２秒まで）、また、ライザー２３０で、１０ｌｂ／ｆｔ２秒（約４８．９ｋｇ／ｍ２秒）～２５０ｌｂ／ｆｔ２秒（約１２２１ｋｇ／ｍ２秒）であり得る。
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ライザー部分の不可逆的成長を考察する。
実施例１：不可逆的ライザー成長の測定
パイロット規模の操作で使用したライザーの高さを測定した。ライザーは、垂直に配向され、直線であった。言い換えれば、ライザーは、任意の非垂直セグメントを含んでいなかった。測定値を、ライザーの元の完成図における測定値と比較した。ライザーを設置し、第１の組の測定値を、ライザーが５回の熱サイクルを受けた３ヶ月のプラント運転時間後に取った。第２の組の測定値を、ライザーが２回の熱サイクルを受けた３ヶ月の運転時間後に取り、第３の組の測定値を、ライザーが１回の熱サイクルを受けた追加の３ヶ月の運転時間後に取った。ライザーの全成長を表１にまとめている。
パイロット規模の操作で使用したライザーの高さを測定した。ライザーは、垂直に配向され、直線であった。言い換えれば、ライザーは、任意の非垂直セグメントを含んでいなかった。測定値を、ライザーの元の完成図における測定値と比較した。ライザーを設置し、第１の組の測定値を、ライザーが５回の熱サイクルを受けた３ヶ月のプラント運転時間後に取った。第２の組の測定値を、ライザーが２回の熱サイクルを受けた３ヶ月の運転時間後に取り、第３の組の測定値を、ライザーが１回の熱サイクルを受けた追加の３ヶ月の運転時間後に取った。ライザーの全成長を表１にまとめている。
表１に示されるように、ライザーは、９ヶ月にわたって、ライザー１０フィート当たりおおよそ０．９４インチの不可逆的成長を起こした。その時間の間に、ライザーは、８回の熱サイクルを起こした。そのため、ライザーは、熱サイクル当たり、ライザー１０フィート当たりおおよそ０．１２インチの速度で成長した。
実施例２：不可逆的成長を考慮するようなライザーの設計
ライザーを、熱膨張、及び周期的な熱膨張による不可逆的成長の両方を考慮するように設計した。ライザー５００は、ライザーが非動作温度にあるとき、９２５インチの全長を有する。上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、ライザーが非動作温度にあるとき、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２と約４インチ重なり合う。ライザーが動作温度にされるとき、ライザーは約１２インチの熱膨張を起こし、７００℃での通常の熱膨張であるとき、ライザー１０フィート当たり１．５５６インチの成長であると仮定される。そのため、ライザー５００の熱膨張、及び下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間の重なりに適応するために、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の長さは、少なくとも１６インチである。更に、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の長さは、ガスが上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との間のすき間を通ってライザー５００に入るための空間を可能にするために、約２インチの追加の長さを含む。そのため、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との重なり、ライザー５００の熱膨張、及び下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間のすき間を考慮するように、約１８インチの長さを有する。
ライザーを、熱膨張、及び周期的な熱膨張による不可逆的成長の両方を考慮するように設計した。ライザー５００は、ライザーが非動作温度にあるとき、９２５インチの全長を有する。上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、ライザーが非動作温度にあるとき、下部ライザー部分５１０の上部セクション５１２と約４インチ重なり合う。ライザーが動作温度にされるとき、ライザーは約１２インチの熱膨張を起こし、７００℃での通常の熱膨張であるとき、ライザー１０フィート当たり１．５５６インチの成長であると仮定される。そのため、ライザー５００の熱膨張、及び下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間の重なりに適応するために、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の長さは、少なくとも１６インチである。更に、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の長さは、ガスが上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との間のすき間を通ってライザー５００に入るための空間を可能にするために、約２インチの追加の長さを含む。そのため、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３は、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との重なり、ライザー５００の熱膨張、及び下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間のすき間を考慮するように、約１８インチの長さを有する。
ライザー５００の不可逆的熱成長を考慮するために、上で考察されるように、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との重なり、ライザー５００の熱膨張、及び下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間のすき間だけでなく、ライザー５００がライザー５００の寿命にわたって不可逆的に成長する量も考慮しなければならない。不可逆的熱成長の速度がサイクル当たり、ライザー１０フィート当たり０．１インチであると仮定され、その寿命の間にライザー５００が５０サイクルを受けると予想されるとき、ライザー５００の不可逆的熱成長は、ライザー５００の寿命にわたって、約３９インチであると予想される。そのため、ライザー５００の不可逆的熱成長、ライザー５００の熱膨張、上部ライザー部分５２０と下部ライザー部分５１０との重なり、及び下部ライザー部分５１０と上部ライザー部分５２０との間のすき間に適応するために、上部ライザー部分５２０の下部セクション５２３の長さは、少なくとも５７インチである。本開示に記載されるライザーは、この実施例で開示される寸法に限定されず、そのこの実施例は、熱膨張だけでなく、周期的な熱膨張による不可逆的成長にも適応するようにライザーを設計するプロセスを単に例示していることが理解されるべきである。
本開示の第１の態様では、ライザーは、動作温度と非動作温度との間でライザーを繰り返し加熱及び冷却することを含む方法によって動作させることができる。ライザーは、内部表面と、上端を備える上部セクションと、を備える下部ライザー部分を備える。下部ライザー部分は、下部ライザー部分の上部セクションの上端で終端する。ライザーは、内部表面、上部セクション、及び下部セクションを備える上部ライザー部分を更に備える。上部ライザー部分の下部セクションの直径は、下部ライザー部分の上部セクションの直径の１０１％～１５０％である。下部ライザー部分の上部セクション及び上部ライザー部分の下部セクションは、上部ライザー部分の下部セクションが下部ライザー部分の上部セクションの周りに配置されるように、互いに垂直に重なり合う。下部ライザー部分及び上部ライザー部分は、互いに接触又は接続されていない。ライザーが非動作温度から動作温度に加熱されるとき、ライザーは、熱膨張を起こす。ライザーが動作温度から非動作温度に冷却されるとき、ライザーは、熱収縮を起こす。ライザーの不可逆的成長は、複数の加熱及び冷却サイクルにわたって起こってもよく、上部ライザー部分の下部セクションの長さは、熱膨張と、下部ライザー部分及び上部ライザー部分の周期的な熱膨張からの不可逆的成長との両方に適応するようにサイズ決定されている。
本開示の第２の態様は、ライザーが動作温度にある間、コークス若しくは粒子状固体又はその両方が、下部ライザー部分及び上部ライザー部分の耐火材料中に蓄積し、耐火材料中に蓄積されたコークス若しくは粒子状固体又はその両方が、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたってライザーの不可逆的成長をもたらす、第１の態様を含み得る。
本開示の第３の態様は、上部ライザー部分の下部セクションの直径が、上部ライザー部分の上部セクションの直径の１０５％～１２５％であり、上部ライザー部分が、上部ライザー部分の上部セクションを上部ライザー部分の下部セクションに接続する遷移セクションを備える、第１又は第２の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第４の態様は、距離が、下部ライザー部分の上部セクションの上端と、上部ライザー部分の遷移セクションとの間に設けられ、距離が、予想される熱膨張、並びにライザーの寿命にわたる上部ライザー部分及び下部ライザー部分の周期的な熱膨張からの不可逆的成長よりも大きい、第３の態様を含み得る。
本開示の第５の態様は、遷移セクションが、錐台形状を備える、第３又は第４の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第６の態様は、上部ライザー部分が、実質的に一定の直径を有する、第１～第３の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第７の態様は、上部ライザー部分の上部セクションが、出口を更に備え、ライザーが動作温度にある間、下部ライザー部分の上部セクションが、出口を遮断しない、第６の態様を含み得る。
本開示の第８の態様は、ライザーが、ライザーの寿命にわたって、ライザー１０フィート当たり０．５インチ～５．０インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的成長を起こす、第１～第７の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第９の態様は、ライザーが、サイクル当たり、ライザー１０フィート当たり０．０３～０．３５インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的成長を起こす、第１～第８の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第１０の態様は、ライザーが、不活性ガス及び粒子状固体を含む混合物を、ライザーを通して送ることによって、非動作温度から動作温度に加熱される、第１～第９の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第１１の態様は、ライザーの動作温度が、５００℃～９５０℃である、第１～第１０の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第１２の態様は、ライザーの非動作温度が、周囲温度である、第１～第１１の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第１３の態様は、下部ライザー部分のライザー壁、及び上部ライザー部分のライザー壁が、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル－クロム合金、及びクロムのうちの１つ以上を含む、第１～第１２の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第１４の態様は、ライザーが、実質的に円形の断面形状を備える、第１～第１３の態様のいずれかを含み得る。
本開示の第１５の態様では、ライザーは、動作温度と非動作温度との間でライザーを繰り返し加熱及び冷却することを含む方法によって動作させることができる。ライザーは、内部表面と、上端を備える上部セクションと、を備える下部ライザー部分を備える。下部ライザー部分の内部表面は、耐火材料で裏打ちされている。下部ライザー部分は、下部ライザー部分の上部セクションの上端で終端する。ライザーは、内部表面、上部セクション、及び下部セクションを備える上部ライザー部分を更に備える。上部ライザー部分の内部表面は、耐火材料で裏打ちされている。上部ライザー部分の下部セクションの直径は、下部ライザー部分の上部セクションの直径の１０１％～１５０％である。下部ライザー部分の上部セクション及び上部ライザー部分の下部セクションは、上部ライザー部分の下部セクションが下部ライザー部分の上部セクションの周りに配置されるように、互いに垂直に重なり合う。下部ライザー部分及び上部ライザー部分は、互いに接触又は接続されていない。ライザーが非動作温度から動作温度に加熱されるとき、ライザーは、熱膨張を起こす。ライザーが動作温度にある間、コークス若しくは粒子状固体又はその両方は、下部ライザー部分及び上部ライザー部分の耐火材料中に蓄積する。ライザーが動作温度から非動作温度に冷却されるとき、ライザーは、熱収縮を起こす。耐火材料中に蓄積されたコークス若しくは粒子状固体又はその両方が、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたってライザーの不可逆的成長をもたらす。上部ライザー部分の下部セクションの長さは、熱膨張と、下部ライザー部分及び上部ライザー部分の周期的な熱膨張からの不可逆的成長との両方に適応するようにサイズ決定されている。
本開示の主題は、特定の実施形態を参照して詳細に記載されている。実施形態の構成要素又は特徴のいかなる詳細な説明も、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するものではないことが理解されるべきである。更に、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、記載した実施形態に様々な修正及び変更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。
本開示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／又は「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、定量的表現が記述された基準から変動し得る程度を表現する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。本技術を定義する目的で、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では、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では、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％、又は更には少なくとも９９％のその第２の成分（％は、重量％又はモル％であり得る）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。追加的に、「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質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。
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、所与の特性の全ての記述された定量値から形成された範囲の全ての組み合わせが、本開示において企図されることが理解されるべきである。
Claims (15)
- ライザーを動作させるための方法であって、
動作温度と非動作温度との間でライザーを繰り返し加熱及び冷却することを含み、前記ライザーが、
内部表面を備えるライザー壁と、上端を備える上部セクションと、を備える下部ライザー部分であって、前記下部ライザー部分の前記上部セクションの前記上端で終端する、下部ライザー部分と、
内部表面を備えるライザー壁と、上部セクションと、下部セクションと、を備える上部ライザー部分であって、前記上部ライザー部分の前記下部セクションの直径が、前記下部ライザー部分の前記上部セクションの直径の１０１％～１５０％であり、前記上部ライザー部分の前記下部セクションが前記下部ライザー部分の前記上部セクションの周りに配置されるように、前記下部ライザー部分の前記上部セクション及び前記上部ライザー部分の下部セクションが、互いに垂直に重なり合う、上部ライザー部分と、を備え、
前記下部ライザー部分及び上部ライザー部分が、互いに直接接続されておらず、
前記ライザーが非動作温度から動作温度に加熱されるとき、前記ライザーが、熱膨張を起こし、
前記ライザーが動作温度から非動作温度に冷却されるとき、前記ライザーが、熱収縮を起こし、
前記ライザーの不可逆的成長が、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたって起こり、
前記上部ライザー部分の前記下部セクションの長さが、前記熱膨張と、前記下部ライザー部分及び前記上部ライザー部分の繰り返される加熱及び冷却サイクルからの周期的な熱膨張からの前記不可逆的成長との両方に適応するようにサイズ決定されている、方法。 - 前記ライザーが動作温度にある間、コークス若しくは粒子状固体又はその両方が、前記下部ライザー部分及び前記上部ライザー部分の耐火材料中に蓄積し、
前記耐火材料中に蓄積された前記コークス若しくは粒子状固体又はその両方が、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたって前記ライザーの不可逆的成長をもたらす、請求項１に記載の方法。 - 前記上部ライザー部分の前記下部セクションの前記直径が、前記上部ライザー部分の前記上部セクションの前記直径の１０５％～１２５％であり、
前記上部ライザー部分が、前記上部ライザー部分の前記上部セクションを前記上部ライザー部分の前記下部セクションに接続する遷移セクションを備える、請求項１又は２に記載の方法。 - 距離が、前記下部ライザー部分の前記上部セクションの前記上端と、前記上部ライザー部分の前記遷移セクションとの間に設けられ、前記距離が、予想される熱膨張、並びに前記ライザーの寿命にわたる前記上部ライザー部分及び前記下部ライザー部分の周期的な熱膨張からの不可逆的成長よりも大きい、請求項３に記載の方法。
- 前記遷移セクションが、錐台形状を備える、請求項３又は４に記載の方法。
- 前記上部ライザー部分が、実質的に一定の直径を有する、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記上部ライザー部分の前記上部セクションが、出口を更に備え、前記ライザーが動作温度にある間、前記下部ライザー部分の前記上部セクションが、前記出口を遮断しない、請求項６に記載の方法。
- 前記ライザーが、前記ライザーの寿命にわたって、ライザー１０フィート当たり０．５インチ～５．０インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的成長を起こす、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザーが、サイクル当たり、ライザー１０フィート当たり０．０３～０．３５インチの速度で、周期的な熱膨張からの不可逆的成長を起こす、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザーが、不活性ガス及び粒子状固体を含む混合物を、前記ライザーを通して送ることによって、前記非動作温度から前記動作温度に加熱される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザーの前記動作温度が、５００℃～９５０℃である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザーの前記非動作温度が、周囲温度である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記下部ライザー部分の前記ライザー壁、及び前記上部ライザー部分の前記ライザー壁が、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル－クロム合金、及びクロムのうちの１つ以上を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライザーが、実質的に円形の断面形状を備える、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
- ライザーを動作させるための方法であって、
動作温度と非動作温度との間でライザーを繰り返し加熱及び冷却することを含み、前記ライザーが、
内部表面を備えるライザー壁と、上端を備える上部セクションと、を備える下部ライザー部分であって、前記下部ライザー部分の前記内部表面が、耐火材料で裏打ちされており、前記下部ライザー部分が、前記下部ライザー部分の前記上部セクションの前記上端で終端する、下部ライザー部分と、
内部表面を備えるライザー壁と、上部セクションと、下部セクションと、を備える上部ライザー部分であって、前記上部ライザー部分の前記内部表面が、耐火材料で裏打ちされており、前記上部ライザー部分の前記下部セクションの直径が、前記下部ライザー部分の前記上部セクションの直径の１０１％～１５０％であり、前記上部ライザー部分の前記下部セクションが前記下部ライザー部分の前記上部セクションの周りに配置されるように、前記下部ライザー部分の前記上部セクション及び前記上部ライザー部分の下部セクションが、互いに垂直に重なり合う、上部ライザー部分と、を備え、
前記下部ライザー部分及び上部ライザー部分が、互いに直接接続されておらず、
前記ライザーが非動作温度から動作温度に加熱されるとき、前記ライザーが、熱膨張を起こし、
前記ライザーが動作温度にある間、コークス若しくは粒子状固体又はその両方が、前記下部ライザー部分及び前記上部ライザー部分の前記耐火材料中に蓄積し、
前記ライザーが動作温度から非動作温度に冷却されるとき、前記ライザーが、熱収縮を起こし、
前記耐火材料中に蓄積された前記コークス若しくは粒子状固体又はその両方が、繰り返される加熱及び冷却サイクルにわたって前記ライザーの不可逆的成長をもたらし、
前記上部ライザー部分の前記下部セクションの長さが、前記熱膨張と、前記下部ライザー部分及び前記上部ライザー部分の繰り返される加熱及び冷却サイクルからの周期的な熱膨張からの前記不可逆的成長との両方に適応するようにサイズ決定されている、方法。
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