JP2755647B2 - 炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭化水素装入物の流動床触媒クラッキング装
置に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、再
生された触媒をクラッキング塔の中に噴射する条件を改
良するため、通常前記の用途に使用される装置の改良に
関するものである。

〔従来技術〕

周知のように、石油工業においては、高分子量−高沸
点の炭化水素分子を、所要の用途に適した低温領域で蒸
留する事のできる低分子量分子に分割する転化法が一般
に使用されている。

現在この目的でもっとも一般に使用されている方法
は、いわゆる流動状態での触媒クラッキング法（英語
で、Fluid Gatalyitic Cracking法、すなわちFCC法）で
ある。この方法においては、炭化水素装入物はクラッキ
ング触媒と高温接触させる事によって蒸発され、この触
媒クラッキングはその蒸気によって懸濁状態に保持され
る。触媒クラッキングによって所望の分子量範囲に達し
た後に、触媒を生成物から分離し、ストリッピングし、
反応中に形成したコークスの燃焼によって再生し、再び
クラッキングされる炭化水素装入物と接触させる。

この型の方法においては、制御された触媒−熱反応の
結果として沸点の所望の低下が生じるので、この方法は
当然に転化区域が熱平衡するように実施される。言い換
えれば、再生された熱い触媒の供給は反応部分の下記の
種々の熱要件に対応するように実施されなければならな
い。すなわち、 −液状装入物の予熱、 −この装入物の蒸発、 −全体として吸熱性である反応によって必要とされる熱
量の供給、および −システムの熱損。

前記の熱平衡をできるだけ急速に達成するためには、
反応区域中に400℃の温度の炭化水素装入物を噴霧する
のみならず、高温（600〜950℃）の再生触媒を噴射する
事によって必要熱量を加える必要があり、この触媒粒子
によって含有される熱量はクラッキング反応中に堆積し
たコークスの燃焼による。例えば、この点について欧州
特許第191,695号を参照されたい。

このような工程は、通常、下部に調整量の触媒粒子を
供給される装入物エレベータまたは「ライザ」と呼ばれ
る管状反応装置を含む。

触媒は、水蒸気または軽質炭化水素をデフューザによ
って噴射する事によって均質希釈相で管状反応管中に送
入され、このデフューザは反応塔底部に、再生炭化水素
装入物の導入管の下方に配置される。

クラッキングされる炭化水素装入物は、反応塔のこれ
より高いレベルにインゼクタまたはインゼクタ組立体に
よって導入される。

前記反応塔の上端はこれと同心のケーシングの中に開
き、このケーシング内部において、弾道セパレータによ
ってガス流体と触媒とを分離し、他方において使用ずみ
触媒のストリッピングを実施する。ケーシング中に配置
されたサイクロン装置によって反応生成物を触媒から分
離し、ケーシングの上端から生成物を排出させるが、触
媒粒子はケーシングの底部に捕集される。ケーシングの
底部に配置されたデフューザがストリッピングガス、一
般に水蒸気を供給される。

このようにしてストリッピングされた触媒粒子はケー
シングの底部から、１つまたは２つの燃焼室を有する再
生器に排出される。

再生器中において触媒粒子は酸化性流体によって流動
床として保持され、この流体が触媒上に堆積したコーク
スの燃焼を保証する。

再生された熱い触媒粒子は再生器から触媒クラッキン
グ塔の底部に循環させられ、再び新しいサイクルに入
る。

触媒クラッキング塔と触媒再生器との間の循環はこれ
らの容器間の圧力と水準の差異とによって、他方ではこ
の工程を実施するために噴射されるガス流によって保証
される。

触媒クラッキングプラントにおいて、再生された触媒
の循環のための触媒再生器と反応塔との接続は常に最重
要点であった。実際に、触媒が触媒再生器の底部に滞留
する事なく、急速に流動床状態に安定化され再均質化さ
れる事がもっとも重要である。従って触媒の転送を容易
にするための種々の形状が提案されたが、これらの方法
は一般にクラッキング工程の最適化よりは機械的考慮に
基づくものである。実際に、送入管の冶金学的条件か
ら、熱い管外壁をもって操作する必要があり、従ってそ
の膨張の問題を生じ、従って「通気型」と呼ばれる膨張
継手を使用しなければならず、これは触媒粒子の循環に
とって有害であり、あるいは膨張継手の使用を避けまた
は制限する事のできる継手形状を選択しなければならな
かった。

従って触媒クラッキング反応塔と同一レベルに配置さ
れた触媒再生器との間にＵ形接続部分を配置する方法が
提案された。しかし触媒の循環を制御して、底部、特に
Ｕ形管の底部の触媒の堆積の形成を防止する事が困難で
あり、従って添加流体の噴入を必要とする。この流体が
空気であれば、触媒クラッキング反応塔中の安全性の問
題を生じる。水蒸気であれば、特に高温の触媒の安定性
にとって有害である。不活性ガスを使用すれば、特に乾
燥ガスのコンプレッサのレベルでユニットの制御の問題
が生じる。

従って、触媒クラッキング反応塔の頂上より下方レベ
ルに触媒再生器を配置し、再生された触媒を排出して触
媒クラッキング反応塔のケーシングの中に導入するため
の導管を備えたＪ形循環系が提案された。これらの垂直
導管と触媒クラッキング反応塔は、Ｊ形の底部を成す約
60゜の上昇傾斜を有する第３導管によって接続される。
この構造も、その上昇部分の中に多量のベクトルガスを
噴射する必要がある。さらにこのガスと熱触媒との接触
時間が比較的長く、３秒以上である。さらにこの構造に
おいては、炭化水素装入物の噴射は回路の上昇部分の上
端より高いレベルで実施され、これは炭化水素装入物の
最適霧化にとって有害である。最適霧化はできるだけ高
い噴射圧を前提とするからである。

現在稼働中の大多数のクラッキングユニットにおいて
は、触媒再生器と「ライザ」との間のいわゆるＹ形接続
回路を使用する（前記のEP191695参照）。触媒再生器の
排出導管は実質的に垂直であって、約140〜150゜傾斜し
た導管に接続され、この導管が垂直ライザの下部に接続
されているので、Ｙ形の名称が与えられる。管状触媒ク
ラッキング反応塔との接続部分に十分な強度を与えるた
め強力な補強材を使用しなければならず、この補強材は
膨張を補償するために特殊鋼を使用しなければならな
い。この型の構造はそのほか下記の欠点を有する。

−傾斜導管上に全体的に通気された膨張継手を使用する
ので、触媒懸濁液が部分的に不流動化し、ガスが導管断
面の上部に集まり、その結果として密封欠陥と静圧損失
が生じる。

−流量調整滑り弁がこの膨張継手の下流に配置され、傾
斜姿勢で作動するので、弁体の摩耗と曲げの問題が生じ
る。

−傾斜導管と垂直クラッキング反応塔との傾斜継手の故
に、これらの２要素は同一直径を有せず、触媒クラッキ
ング反応塔の断面が大であるから、これは、規定速度の
制御にとって有害である。

−また傾斜継手は触媒方向を急激に変換させ、これは触
媒の炭化水素装入物との混合前の上昇流中の再均質化を
非常に困難に成し、また継手底部の浸食の危険性を伴
う。

公知技術のプラントのこれらの欠点は、主として使用
される導管の膨張によるものであり、これらの導管は高
温触媒と直接接触する（いわゆる熱壁体導管）。従って
これらの導管は大肉厚を有し、これはその顕著な湾曲を
禁止する。

〔発明の目的および効果〕

本発明は従来技術と異なるテクノロジーを使用し、触
媒再生器をライザと接続する導管の内側面を耐火性−耐
摩性ライニングによって被覆する事によってこれらの導
管の表面温度を常温に近く、すなわち好ましくは150℃
を超えない温度に保持する。

また本発明の目的は、この冷壁体技術を使用して、触
媒再生器とライザとを接続する導管の肉厚を減少させ、
公知技術と異なる輪郭に沿ってこれらの導管を湾曲させ
て再生された触媒粒子の移動を促進し、触媒粒子の速度
低下と圧力損失を防止するにある。

また本発明の目的は、冷壁体導管の使用によって、触
媒再生器とライザとの接続導管上に膨張継手を使用する
事を避けるにある。

本発明の他の目的は、再生触媒粒子の流れの調整弁を
ライザ底部の噴射区域にできるだけ近く、粒子回路の垂
直導管上に配置できるようにするにある。

また本発明の目的は、触媒クラッキング反応塔の直径
に近い直径の再生触媒転送導管を使用するにある。

最後に本発明の目的は、触媒の再均質化を促進し粒子
の摩耗を防止できる曲線に沿って前記転送導管を触媒ク
ラッキング反応塔に接続するにある。

そのため、本発明の目的は、実質的に垂直な上昇流型
管状反応塔と、クラッキングされる装入物を前記反応塔
の中に噴射する手段と、触媒粒子を流動床状態に保持す
る少なくとも１種のガスを前記反応塔の下部に導入する
手段と、反応塔の上部において触媒粒子とクラッキング
された炭化水素とを弾道分離する手段と、触媒粒子上に
堆積したコークスの燃焼によって触媒粒子を再生する手
段と、触媒粒子を前記反応塔から前記再生手段まで送る
手段と、再生された触媒粒子を前記再生手段からまたは
補助緩衝ケーシングから反応塔の下部まで循環させる手
段とを含む炭化水素装入物の流動床クラッキングプラン
トにおいて、再生された触媒粒子を反応塔に供給するた
め循環させる前記手段は、上流から下流に向かって、再
生手段から再生された触媒粒子を排出する実質的に垂直
な導管と、前記垂直導管に接続されこの垂直導管から反
応塔の下部まで斜方向に下降してこの反応塔下部に接続
された実質的に直線の導管とを含み、前記下降導管は前
記垂直導管と前記反応塔下部に対して、触媒粒子の軌道
の尖点または導管直径の急激な変動を有しない湾曲部分
によって接続される流動床クラッキングプラントを提供
するにある。

望ましくは、前記下降導管の軸線と前記垂直導管の軸
線の成す角度、および前記下降導管の軸線と前記管状反
応塔の下部の軸線の成す角度がそれぞれ150゜乃至120゜
および30゜乃至60゜の範囲内にある。好ましい実施態様
においては、これらの角度はそれぞれ約135゜および約4
5゜に等しい。

好ましくは、前記下降導管と反応塔下部との接続湾曲
部分はその接続される反応塔下部の直径と実質的に等し
い直径を有し、また前記下降導管と前記垂直導管との接
続湾曲部分の下側母線に沿って接線方向にベクトルガス
の噴射を実施して、触媒の流動相保持を促進し、また触
媒が反応区域中においてクラッキングされる装入物と接
触する前に、触媒に前進方向の均一加速を加える。

この構造は、反応塔下部の触媒の循環速度を従来技術
の一般に9.6〜1.2m/sの速度以上に増大させる事ができ
る。本発明の装置によればこの速度は、0.6〜3m/s、さ
らに望ましくは1.2〜3m/sの範囲内に含まれる。この速
度範囲は、1.0〜6m/sの範囲の速度を有する反応区域中
の触媒の「急速流動化」と呼ばれる上昇状態に移行する
ために有効である。

本発明による導管は任意適当な素材によって製造でき
るが、好ましい実施態様によれば、導管の外側面温度が
常温に近くなるような厚さの断熱素材のライニング層に
よって金属壁体の内側面を被覆する。このようにして、
導管の壁体の厚さを減少させ、導管を問題なく湾曲させ
る事ができ、湾曲部分に所望の輪郭を与える事ができ
る。また下降導管を管状反応塔の下部に対して直径の急
激な変動なしで接続する事が可能となる。

これらの導管を構成する金属または合金は、特殊鋼よ
り安価な、また湾曲、形成、溶接しやすい通常炭素鋼と
する事ができる。導管のライニングの断熱材は耐摩性断
熱材とする事ができる。好ましくは、このライニングを
「流し込み−振動」法によって単一層として施用し、ま
たこの層は、特殊の固定手段を必要とする事なくアーチ
効果のみで導管上に定置保持される。

本発明による流動床クラッキングプラントの第１の利
点は、再生触媒を反応塔に供給する導管上に膨張継手を
使用する必要のない事である。

本発明の第２の利点は、一般に滑り弁型の、再生触媒
の流量を調整するための弁を垂直位置に配置できる事に
ある。好ましくはこの弁は、触媒再生器から触媒を排出
する垂直導管の下部または補助緩衝ケーシングの下部に
配置される。本発明による導管と同様に、この弁も「冷
壁体」型とし、すなわち断熱性耐火材のライニングで内
側面を被覆された鋼またはその他の合金あるいは金属と
する事ができる。この弁のスライダなどの内部部材のみ
が熱い触媒と直接に接触させられ、ステンレス鋼または
耐熱表面処理鋼から成る。この弁の受ける熱応力が非常
に低下するので、触媒温度の限度を上昇させてこの弁を
従来技術の約785℃でなく900℃で連続使用する事ができ
る。

本発明の他の利点は、弁の内部要素がこの弁を取り付
けた導管の直径と連続する事ができ、触媒の流動性を保
持し保証するために特定角度の耐火性移行円錐部分を備
える事ができるにある。

前述のように、傾斜導管と管状反応塔との接続部分の
レベルにおいて触媒粒子を加速するために、添加ベクト
ルガスを使用する事ができる。このようにしてこれらの
接続部分の下方母線のレベルにおいて空気マットを形成
する事ができ、特にこのために水蒸気を使用する事がで
きるが、触媒が非常に熱くても触媒を不活性化する恐れ
はない。この空気マットはそれ自体公知のように、「有
孔」プレート型または空気導入口を下方に配置した複数
のみぞ穴を有する型のデフューザによって形成する事が
できる。また、デフューザは、単に断熱層の内側面にお
いて切断され適当な形状に例えば五点形に配置された導
管によって構成する事もできる。

このようにして、導管１と２の内部の触媒密度を少な
くとも640kg/m³の値まで上昇させる事ができる。

本発明の構造は特に、炭化水素装入物噴射圧が一般に
低くまた炭化水素装入物の予熱回路を全体的に変更する
事なしには容易に改造できない旧式の流動床クラッキン
グプラントを新式にする場合に好適である。

〔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。

この図に示すように、再生された触媒粒子は触媒再生
器（図示されず）から、垂直導管１によって排出され、
この垂直導管は他の導管２に接続され、この導管２の軸
線は導管１の軸線に対して約135゜傾斜され、導管２の
下端は、炭化水素挿入物の垂直エレベータ３または「ラ
イザ」の底部に直接に接続されている。導管１およびラ
イザ３の底部３に対する傾斜導管２の接続湾曲部は鋭い
隅部を有しない湾曲輪郭を有し、また導管２はライザ３
の底部に対して直径の不連続なしで接続されている。導
管２の長さはできるだけ短くする必要があり、この場合
この長さは、この導管２の直径の約４倍である。垂直導
管１と下降導管２の軸線の成す角度α１は約135゜であ
り、これに対して下降導管２とライザの軸線の角度α２
は約45゜である。

導管１および２とライザ３の内側面に耐熱性耐火材料
層４のライニングを備え、このライニングの故に、導管
は常温に近い表面温度を有し、また炭素鋼などの比較的
通常の金属または合金を使用しても導管の肉厚を減少さ
せる事ができる。従って、本発明による湾曲接続部の形
状を得るように管を容易に湾曲させる事が可能になる。

垂直管１の下部に、再生された触媒の流量調整弁５が
配置される。従って滑り弁を使用する事ができ、その本
体を案内部材の上に対称的に支持させて、弁本体の摩耗
または曲げの問題を生じないようにする。この弁５は装
置の他の部分と同様に、断熱性物質の内部に収容され
る。

前記の説明から明らかなように、これらの導管上に膨
張型継手を使用する必要がなく、これらはこの種の継手
に特有の問題を排除する。

この場合、触媒クラッキング塔の中に均質希釈層の再
生された触媒を噴射するため、クラッキング触媒インゼ
クタ７の上流において、ライザの底部３の中に配置され
たデフューザ（図示されず）に対して導管６から水蒸気
を供給する。またフランス特願第2,584,732号に記載の
ようにこのインゼクタ７の下流に配置されたインゼクタ
８から、循環生成物を反応塔の中に導入する事ができ
る。またクラッキング装入物インゼクタ７はライザ３の
中において、滑り弁５のレベルよりできるだけ低い位置
に、好ましくは傾斜導管２との接続部からこの導管２の
直径の約1.5〜５倍、好ましくは約２〜４倍の距離に配
置される。

当然ながら、傾斜管２の中において、またこの傾斜導
管２とライザの底部３との接続湾曲部のレベルにおいて
再生触媒の懸濁液の不流動化を防止する必要がある。こ
のような不流動化は、ベクトルガスをこれらの要素の上
部において集合させ、触媒粒子をその下部に堆積させる
事になるであろう。そのために、この傾斜導管２とライ
ザ３の底部および垂直導管１との接続湾曲部のレベル
に、添加流体、例えば水蒸気を好ましくは接線方向に噴
射するガスインゼクタ９を備える。このような添加ガス
は触媒粒子に対して前進方向に均一な加速度を加え、従
ってこれらの粒子を流動状態に保持するのに役立つ。さ
らに、このように噴射されたガスは、傾斜導管２と湾曲
部の内側面の母線に沿って空気クッションを形成し、粒
子の局部的な堆積を完全に防止する。流動床の均質化効
果を得るため、インゼクタ９のオリフィスは望ましくは
耐火物ライニング４の内側面上に五点形に配置される。

前記のように、ライザ３の底部に対して触媒粒子を0.
6〜3m/sの速度で、好ましくは1.2〜3m/sの速度で、すな
わち従来技術の通常速度以上の速度で噴射する事ができ
る。これは特に、反応区域における上昇状態、いわゆる
急速流動化（fast fluidization）に移行するのに適し
ている。このような急速流動化は１〜6m/sのオーダの速
度によって成立し、下記のような特性を示す。

−殆んどまたは全く泡を伴わない準連続ガス相、 −触媒粒子の非常に不安定な凝結体の形成。これは内側
面に沿ったデッドゾーンの出現を防止し、滞留境界層が
殆んどまたは全く形成されない。

−流動床内部において強い逆混合を生じ、その結果とし
て最適熱交換を伴い、噴射された液体装入物を非常に短
い行程で非常に急速に蒸発させ、また最終反応温度を規
定温度の±1.5℃以下に制御する事ができる。

従って本発明によるプラントは触媒の急停止なしの流
れを保証し、従って触媒の摩滅の危険性を防止し、また
は制限する事ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による流動床クラッキングプラントの部分
垂直断面図である。 １……垂直導管、２……傾斜導管、３……炭化水素装入
物反応塔、４……ライニング、５……触媒流量調整用滑
り弁、６……水蒸気導入管、７……炭化水素装入物イン
ゼクタ、８……循環生成物インゼクタ、９……ガスイン
ゼクタ。

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に垂直な上昇流型管状反応塔と、ク
   ラッキングされる装入物を前記反応塔の中に噴射するイ
   ンゼクタ手段（７）と、触媒粒子を流動床状態に保持す
   る少なくとも一種のガスを前記反応塔の下部（３）に導
   入する手段（６）と、反応塔の上部において使用済み触
   媒粒子とクラッキングされた炭化水素とを弾道分離する
   手段と、使用済み触媒粒子上に堆積したコークスの燃焼
   によって触媒粒子を再生する手段と、使用済み触媒粒子
   を前記反応塔から前記再生手段まで送る手段と、再生さ
   れた触媒粒子を前記反応塔または補助緩衝ケーシングか
   ら反応塔の下部まで循環させる手段（１、２）とを有す
   る炭化水素装入物の流動床クラッキングプラントにおい
   て、再生された触媒粒子を反応塔に供給するために循環
   させる手段は、上流から下流に向かって再生手段から再
   生された触媒粒子を排出するための垂直導管（１）と、
   この垂直導管（１）に接続されこの垂直導管（１）から
   反応塔の下部（３）まで斜め方向に下降して反応塔下部
   （３）に接続された下降導管（２）とを有し、下降導管
   （２）は、垂直導管（１）と反応塔下部（３）に対し
   て、触媒粒子の軌道の尖点または導管直径の急激な変動
   を示さない湾曲部分によって接続され、下降導管（２）
   と垂直導管（１）との接続湾曲部分の下側母線、または
   下降導管（２）と管状反応塔の下部（３）との接続湾曲
   部分の下側母線に沿って接線方向に開く少なくとも１つ
   の添加ガスインゼクタ（９）を有することを特徴とする
   炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
2. 【請求項２】添加ガスインゼクタ（９）は複数であり、
   これら添加ガスインゼクタ（９）のオリフィスは接続湾
   曲部分に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の
   炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
3. 【請求項３】下降導管（２）の軸線と垂直導管（１）の
   軸線との成す角度（α１）は、150゜と120゜の間の角度
   であり、下降導管（２）の軸線と管状反応塔の下部
   （３）の軸線との成す角度（α２）は、30゜と60゜の間
   の角度であることを特徴とする請求項１または２に記載
   の炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
4. 【請求項４】下降導管（２）の軸線と垂直導管（１）の
   軸線との成す角度（α１）は135゜であり、下降導管
   （２）の軸線と管状反応塔の下部（３）の軸線との成す
   角度（α２）は45゜であることを特徴とする請求項３に
   記載の炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
5. 【請求項５】下降導管（２）と反応塔下部（３）との接
   続湾曲部分は接続される反応塔下部の直径にほぼ等しい
   直径であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
   に記載の炭化水素装入物の流動床クラッキングプラン
   ト。
6. 【請求項６】再生触媒の流量調整のための少なくとも１
   つのスライダ型弁（５）を垂直導管（１）の下部に配置
   したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
   の炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
7. 【請求項７】接続湾曲部分は、断熱性素材の少なくとも
   １層のライニング層（４）を内面に備えた金属壁体を有
   することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
   の炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
8. 【請求項８】接続湾曲部分と断熱性素材のライニング層
   （４）は、導管および接続湾曲部分の表面温度を常温に
   ほぼ等しい温度、好ましくは150℃を超えない温度に保
   つように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の
   炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
9. 【請求項９】接続湾曲部分の金属壁体は炭素鋼から成る
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の炭化水素装
   入物の流動床クラッキングプラント。
10. 【請求項１０】金属壁体の内面を内張りする断熱素材の
    ライニング層（４）は、流し込み振動法により形成され
    ることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の
    炭化水素装入物の流動床クラッキングプラント。
11. 【請求項１１】断熱素材ライニング層（４）は、他の固
    定手段なしでアーチ効果によって定置されることを特徴
    とする請求項10に記載の炭化水素装入物の流動床クラッ
    キングプラント。
12. 【請求項１２】垂直導管（１）と下降導管（２）は膨張
    継手を有していないことを特徴とする請求項１乃至11の
    いずれかに記載の炭化水素装入物の流動床クラッキング
    プラント。
13. 【請求項１３】クラッキングされる装入物を反応塔の中
    に噴射するインゼクタ手段（７）は、スライダ弁（５）
    より下方の位置で、反応塔の底部（３）と下降導管
    （２）との接続湾曲部分から下降導管（２）の直径の1.
    5乃至５倍、好ましくは２乃至４倍の距離に配置された
    ことを特徴とする請求項１乃至12のいずれかに記載の炭
    化水素装入物の流動床クラッキングプラント。