JP2685074B2 - 触媒クラッキング反応器の中に炭化水素装入物を噴射する装置 - Google Patents

触媒クラッキング反応器の中に炭化水素装入物を噴射する装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に流動床型の触媒クラッキング反応器の
中に炭化水素装入物を噴射する装置に関するものであ
る。
〔従来技術と問題点〕
当業界においてF.C.C.法と呼ばれる流動床型触媒クラ
ッキング法において、炭化水素装入物が塔式反応器の中
に噴射され、この反応器の中においては触媒が懸濁状態
に保持され、本質的に上昇流路に沿って移動し（その場
合に、反応器は「ライザー」と呼ばれる）、または本質
的に下降流路に沿って移動する（その場合に、反応器は
「ドロッパー」と呼ばれる）。
下記において説明の便宜上、上昇流路型反応器につい
て説明するが、当業者には明らかなように、下降流路型
反応器に転用できることができ、本発明の目的をなすイ
ンゼクターはもちろん両方の型の反応器に適応する。
「ライザー」においては、再生触媒が担体ガスと同時
に熱い（650−850℃）流動状態で反応器底部の炭化水素
装入物噴射区域の下方に導入される。炭化水素装入物は
実質的に液状の80〜300℃の温度で反応器の中に導入さ
れる。
装入物の噴射区域と反応器の頂部との間において、触
媒がその熱量の一部を装入物に伝達し、装入物は蒸発さ
れて軽質炭化水素に分解される。その結果、急速にガス
量が増大し、ガスが触媒を反応器頂部まで加速度的に搬
送し、そこで触媒は炭化水素から分離される。炭化水素
−触媒粒子混合物は、ライザー出口において、通常470
〜530℃の範囲の平衡温度に達する。
このような工程中に、装入物の小部分（一般に３乃至
12重量％）が触媒粒子上に炭化水素の固体付着物すなわ
ち「コークス」を形成し、これが触媒の活性を低下さ
せ、揮発性生成物への装入物の転化率も低下させる。従
って、触媒を次のクラッキングサイクルのために反応器
の中に導入する前に、この付着物を燃焼することによっ
て触媒を再生する必要がある。
一般に触媒上のコークス付着物は、噴射される装入物
が重質で難揮発性であるほど多くなる。その場合、揮発
しなかった部分が触媒上にコークスと重質炭化水素とか
らなる膜を形成する。
従って、このような現象を防止するためには、炭化水
素装入物の液状部分が蒸発されて分解される前に、触媒
との接触を防止する事が重要であり、故に装入物の蒸発
時間を短縮する必要がある。
さらに、処理される装入物を反応器中に高速で非常に
微細な小滴状で噴射する利点は、業界において公知であ
る（米国特許第2,891,000号および第2,994,659号）。
そのため、ベンチュリー管を含む装入物インゼクター
を使用する方法が提案されている（フランス特許第2,10
2,216号、米国特許第3,240,253号および第4,523,987
号、ならびに欧州特許157,691参照）。しかし、この方
法は、反応器中に流動床として噴射するレベルで多くの
問題を生じる。実際に、ベンチュリー管の狭窄部分のレ
ベルの速度がインゼクターの壁体から脈流を離脱させ、
循環流を生じ、インゼクター中に触媒粒子を進入させ、
従って、インゼクターの顕著な侵食とその性能の急速な
低下を生じる。
また、装入物の噴霧のために機械的手段を使用する衝
撃型噴射装置（米国特許第4,434,049号）が提案されて
いるが、同一エネルギー消費量において装入物の噴霧品
質が著しく低下する。
〔発明の目的および効果〕
本発明は、噴射圧の低下が僅かであって、インゼクタ
ーの腐蝕およびインゼクター下流の触媒粒子の粉砕のお
それなく装入物を非常に微細な小滴に粉砕し、反応器の
中に高速で噴射することのできる触媒クラッキング反応
器中への炭化水素装入物噴射装置を提供することによっ
て、前記の欠点を解決することを目指している。
そのため本発明の目的は、装入物の移動方向において
上流から下流に向って、液状炭化水素装入物と水蒸気の
導入−混合系と、前記導入−混合系に接続された集中部
分を有するベンチュリー管と、このベンチュリー管の拡
大部分に連結され反応器中に装入物を噴射するオリフィ
スを有する保護キャップとを含む触媒クラッキング反応
器の中に炭化水素装入物を噴射する装置において、前記
ベンチュリー管は、液状装入物−水蒸気混合物がベンチ
ュリー管内部の狭窄部分において音速状態に達するよう
な寸法を有し、前記直線狭窄部分は拡大部分と集中部分
との間に配置されて、これらの部分に対してそれぞれ曲
線輪郭によって連続的に接続され、この曲線輪郭はベン
チュリー管軸線に対してそれぞれ約５゜および約15゜以
上の角度をなすことなく、また、前記保護キャップの噴
射オリフィスはベンチュリー管の狭窄部分の面積の1.5
乃至10倍、好ましくは２乃至５倍の範囲内にあるように
なされた装置にある。
後述のように、このような特性組合わせの結果、装入
物を平均30μのオーダの非常に小径の小滴状に粉砕し、
これを150m/sに達する高速で反応器中に噴射することが
でき、しかもベンチュリー管の侵食と寿命の短縮を生じ
るような触媒粒子の戻りのおそれがない。
さらに詳しくは、拡大部分末端に配置された保護キャ
ップは、狭い噴射オリフィスを有するので、噴射装置内
部への触媒粒子の進入の危険性が制限される。さらにベ
ンチュリー管の曲線輪郭と、前述の拡大部分と集中部分
の角度の制限とによって、脈流の離脱を防止することが
できる。触媒粒子がベンチュリー管中に進入しても、循
環流によって同伴されることなく、装入物と共に直ちに
反応器中に戻される。
故に本発明の装置は従来の装置に対して下記のような
利点を有する。
−触媒粒子による摩損の減少の結果、寿命が延長され
る、 −約10〜50μの粒径を有する装入物小滴が60乃至150m/s
の速度で噴射されるので、効率が向上する、 −インゼクターのレベルでの装入物損失が比較的少な
い、 −ベンチュリー管の狭窄部分のレベルで高速を生じる音
速条件の故に閉塞の危険性が低い、 −反応器中で装入物がほとんど瞬間的に蒸発するのでク
ラッキング効率が向上し、触媒粒子上のコークス付着量
が減少する。
装入物は反応器中に、大体に触媒移動方向に、この方
向と20乃至40゜の角度をなしてジェット状で導入され
る。
装入物の噴射速度が高い程、流動床状態の触媒と噴射
された装入物との混合が容易にまた緊密に実施される。
本発明による噴射装置の場合、この噴射速度は通常の流
動床型触媒クラッキング工程の場合よりもはるかに高
い。炭化水素小滴の粒径が小であるので、伝熱作用と蒸
発作用がほとんど瞬間的となる。さらに、触媒と蒸発炭
化水素との接触時間を一層よく制御できる。これは、こ
の接触時間を数秒ないしは１秒の数文の１に制限しよう
とする場合に重要である。
好ましくは、反応器中への装入物の噴射は、反応器の
同一水準においてその外周に沿って規則的に配置された
複数のインゼクターによって実施される。例えば、流動
床型反応器の特性に対応して、２乃至12個のインゼクタ
ーを使用することができる。
装置の保護キャップのオリフィスの形状は、反応器の
ゼオメトリ、インゼクターの数、その配置などによって
決定される。このオリフィスは場合に応じて、円形、楕
円形、またはスリット状とすることができる。望ましく
は、この保護キャップは半球形を有し、分離される装入
物のジェットの形状を反応器内部で形成できるように公
知のリップを備える。場合によっては、このオリフィス
は単数または複数の管によって構成することもでき、そ
の場合に全断面がベンチュリー管の狭窄部分の断面の1.
5乃至10倍となる。本発明の好ましい実施態様によれ
ば、これに限定されるものではないが、小滴の排出オリ
フィスは、キャップの対称面に配置された１個のスリッ
トとし、その場合に、反応器内部へのジェットは平らな
三角形をなし、これは分解される装入物と触媒との急速
均一な触媒に役立つ。このジェットの開口角度は望まし
くは60乃至90゜とする。
前述のように、本発明の装置は、炭化水素装入物と霧
化ガスとの導入−混合系をなし、この霧化ガスまたは水
蒸気またはその他適当なガス体とすることができる。こ
の系は、例えば２本の同心管からなり、その中心管が水
蒸気を導入し、管状スペースが装入物を通過させること
ができ、またはその逆に、外側管のベンチュリー管に接
続され、中心管がベンチュリー管の上流またはその集中
部分のレベルに開くことができる。
ベンチュリー管壁面からの装入物−水蒸気混合物流の
剥離を防止し、従って、インゼクター中への触媒の進入
を徐くため、ベンチュリー管は鋭い稜を示さず、その集
中部分と拡大部分は曲率半径２〜３メートルの連続曲線
輪郭をもって狭窄部分に接続する。拡大部分はベンチュ
リー管軸線に対して大体に約３゜の角度をなし、集中部
分は約12゜の角度をなす。
ベンチュリー管の直線狭窄部分の直径は、過熱水蒸気
と炭化水素装入物の供給条件（流量と圧）とを考慮し
て、インゼクターが臨界状態で作動するように、すなわ
ち全体流量がベンチュリー管の上流と下流との差圧には
依存せず上流の圧のみに依存するように選定される。こ
のようにして液状装入物を非常に微細な小滴状に霧化す
ることができ、その直径は従来装置の500μに対して30
μとなる。他のすべての条件を同一として、実験の示す
ように、このように小粒径の小滴は反応器の中において
約３ミリ秒以下で蒸発できるのに対して、同一条件で通
常のインゼクターの500μの滴の蒸発には230ミリ秒が必
要である。このようにして質量移動−伝熱区域は150cm
から3cmに短縮され、それだけ液状炭化水素が蒸発また
はクラッキング前に触媒上に付着する可能性が減少す
る。
また、実験の示すように、ベンチュリー管の出口にお
いて得られた小滴の直径は、水蒸気の流量とベンチュリ
ー管の最小断面Sc（狭窄部分）との比に逆比例する。
液状装入物の流量と霧化ガスの流量が一定であれば、
狭窄部分の直径は狭窄部分の上流圧と液体−ガス混合物
の流量との比から算出される。
原則として、装入物の呼称流量は外部要件（方法の特
性値、ユニットのその他の機器の容量など）によって決
定され、霧化蒸気の流量は装入物の流量に依存する。
ベンチュリー管の拡大部分の下流末端の直径は、ギャ
ップが拡大部分から出る水蒸気＋炭化水素混合物を再加
速する再にジェットによる懸濁触媒の粉砕を防止するた
めに、この混合物ジェットの速度が30乃至150m/s、好ま
しくは30乃至120m/sの範囲内に含まれるように決定され
る。
ベンチュリー管の狭窄部分の長さは、一般にその直径
の１〜10倍の範囲内に選定される。
ベンチュリー管、供給−混合系、キャップのその他の
寸法特性は本発明によるインゼクターの下記の詳細な説
明において記載されている。
このインゼクターは、新しい流動床型触媒クラッキン
グ反応器についても、更新されたユニットについても使
用することができる。これらの更新されたユニットにつ
いて装入物および水蒸気の圧は新しいユニットの場合よ
り低いが、なお非常に満足な性能（120μ以下の粒径）
が得られた。
本発明のインゼクターは、通常のインゼクターのよう
に、断熱材を介してスリーブによって反応器壁体に対し
て固着される。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明
する。
第１図に図示の装入インゼクター１は反応器の壁体２
を貫通し、この壁体上にスリーブ３と断熱材４によって
固着されている。
インゼクター１は本質的に下記の３部分からなる。
−供給−混合系５、 −ベンチュリー管６またはその他任意の集中−狭窄−拡
大組立体、 −キャップ７。
第２図に図示の供給−混合系５は、処理される液状炭
化水素装入物を装入するための中心管８と、外側管９と
からなり、この外側管９はその側面10から過熱水蒸気を
受けて管８と９の間を循環させる。
この混合系は二重の目的を有する。
−装入物と水蒸気の混合を保証する。これは、装入物の
乱流と損失とを最小限になす。
−冷たい装入物との接触による水蒸気の凝縮の問題を避
けるため、この系に接続されたベンチュリー管６の集中
部分10の近傍において前記の混合を実施する。
装入物の導入管８はベンチュリー管６の中に進入し、
その集中部分10のすぐ上流に開く。
外側管９とベンチュリー管６は、それぞれのフランジ
11と12によって相互に組立られている。リブ８がフラン
ジ11のレベルにおいて中心管８の定心を保証する。
管８、９の寸法を決定するためには、一般に１〜10m/
sの範囲の炭化水素装入物の流速および10〜80m/sの範囲
内の水蒸気流速とを考慮しなければならない。
集中部分10、直線狭窄部分13および拡大部分14を含む
ベンチュリー管６は、本発明によるインゼクターの重要
部分をなす。このベンチュリー管の目的は、過熱水蒸気
と混合された液状装入物を狭窄部分13のレベルで擬臨界
速度まで加速し、約120ミクロン以下の、平均直径30〜5
0ミクロンの極微小滴状に分割するにある。さらに、こ
れらの小滴と水蒸気の混合物に対して、拡大部分14の出
口において混合物に対して30/150m/sの範囲の速度を与
えなければならない。
好ましくは、狭窄部分の長さｘはその直径ｄの実質的
に５倍とする。
集中部分10と拡大部分14は、曲率半径２〜3mの曲線輪
郭に沿って狭窄部分13に連続的に接続し、ベンチュリー
管の内側面からの流体脈流の剥離を生じる不連続部分を
有しないようにする。このような脈流の剥離は乱流を生
じて、触媒粒子の進入を促進し、その結果として拡大部
分14の壁体を侵食する。
集中部分10の角度は大体10〜15゜であり、拡大部分14
の角度は大体２〜５゜とする。
拡大部分14の末端に半球形のキャップ７を備え、この
キャップは直径面においてスリット16を備え、このスリ
ットは反応器の中に、炭化水素小滴装入物を円錐形また
は平らなブラシ状で噴射するためのものである。もちろ
んインゼクターから噴射されるジェットの角度は、それ
自体公知のように、スリットおよび噴射区域のゼオメト
リ、および反応器の操作条件および使用されるインゼク
ター数に依存している。
炭化水素小滴がキャップから出る速度は、好ましくは
30〜120m/sの範囲とし、これらの小滴が反応器の横断面
をできるだけ均一にカバーするように反応器の中に噴射
されることが好ましい。一般にまたそれ自体公知のよう
に、２乃至12のインゼクターを反応器の同一水準に配置
し、触媒床の移動方向（第１図の矢印Ｆ）に配向し、反
応器の軸線と約20−90゜の角度をなす。
装入物の高噴射速度と、炭化水素小滴の非常に微細な
サイズの故に、小滴を数ミリ秒で完全に蒸発させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるインゼクターの反応器上の取り付
け状態を示す断面図、また 第２図はインゼクターとその供給−混合系の断面図であ
る。 １……インゼクター、２……反応器壁体、５……供給−
混合系、６……ベンチュリー管、７……保護キャップ、
８……中心管、９……外側管、10……集中部分、13……
狭窄部分、14……拡大部分、16……スリット。
フロントページの続き (72)発明者 ティエリー、パテュロー フランス国モンティビリエール、フォン テイヌ‐ラ‐マレ、リュ、デ、フレー ヌ、10 (72)発明者 ロバン、ルタティ フランス国ル、アーブル、リュ、ド、セ リ、29

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】装入物の移動方向において上流から下流に
    向かって、液状炭化水素装入物と水蒸気の導入−混合系
    （５）と、前記導入−混合系（５）に接続された集中部
    分（10）をもつベンチュリー管（６）と、このベンチュ
    リー管（６）の拡大部分（14）に連結され反応器中に装
    入物を噴射するオリフィス（16）をもつ保護キャップ
    （７）とを有する触媒クラッキング反応器の中に炭化水
    素装入物を噴射する装置において、前記ベンチュリー管
    （６）が、液状装入物−水蒸気混合物をベンチュリー管
    （６）内部の狭窄部分（13）において音速まで加速し、
    かつ平均直径30〜50ミクロンの極微小滴状に分割する寸
    法を有し、前記直線狭窄部分（13）が拡大部分（14）と
    集中部分（10）との間に配置されて、これらの部分（1
    0,14）に対してそれぞれ曲線輪郭によって連続的に接続
    され、この曲線輪郭がベンチュリー管軸線に対してそれ
    ぞれ２〜５゜および10〜15゜の角度をなし、また前記保
    護キャップ（７）の噴射オリフィス（16）の面積がベン
    チュリー管（６）の狭窄部分（13）の面積の1.5〜10倍
    の範囲内にあることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】前記導入−混合系が２本の同心管を有し、
    その一方が炭化水素供給源に接続され、他方が水蒸気供
    給源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  3. 【請求項３】前記内側管（８）が前記ベンチュリー管
    （６）の集中部分（10）の上流に開口することを特徴と
    する請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記ベンチュリー管（５）がその軸方向断
    面において尖った稜部分を有することなく、前記集中部
    分（10）、狭窄部分（13）および拡大部分（14）が２〜
    ３メートルの曲率半径を有し、前記集中部分（10）がベ
    ンチュリー管の軸線に対して10〜15゜の角度（α）をな
    し、前記拡大部分（14）がベンチュリー管（６）の軸線
    に対して２〜５゜の角度（β）をなすことを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記狭窄部分（13）の長さがその直径の１
    〜10倍の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至４
    のいずれか１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記ベンチュリー管の拡大部分（14）の下
    流末端の直径が、その内部の水蒸気−炭化水素小滴混合
    物の流速が30〜150m/sの範囲となるように選定されるこ
    とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
    装置。
  7. 【請求項７】前記キャップ（７）が半球形をなし、また
    前記キャップ（７）の噴射オリフィス（16）がこのキャ
    ップ（７）の直径面に沿って配置された溝穴の形状を有
    することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】前記溝穴が前記キャップの断面円の60〜90
    ゜の扇形を占めることを特徴とする請求項７に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】噴射装置の軸線が反応器の軸線に対して20
    〜90゜の角度をなすことを特徴とする請求項１乃至８の
    いずれか１項に記載の装置。
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