JP3732226B2 - Ｆｃｃ触媒ストリッパー - Google Patents

Description

本発明は、一般的には流動接触分解（ＦＣＣ）、特に触媒ストリッピングに関する。
接触分解は多くの製油所の主力をなしている。これは、大きな分子をより小さな分子へ触媒分解することによって、重質供給材料をより軽質な生成物へ変えるものである。接触分解は、高い水素分圧で実施する水添分解とは対照的に、水素を添加することなく低温で実施する。接触分解は、分解工程の際、実際に非常に少ない油で操作するので本来安全なものである。
接触分解には次の２つの主な方法がある：移動床法、およびこれよりはるかに一般的かつ効率的な流動床法。
流動接触分解（ＦＣＣ）では、食卓塩および胡椒より粒子サイズが小さく、色が似ている触媒が、分解反応器と触媒再生器との間を循環する。反応器中で、炭化水素供給材料は熱再生触媒と接触する。熱触媒は供給材料を４２５〜６００℃、通常は４６０〜５６０℃で気化、分解する。分解反応では炭質炭化水素またはコークスが触媒に付着し、これによって触媒は失活する。分解生成物はコークス化触媒から分離される。コークス化触媒は、触媒ストリッパー中で、通常は蒸気で、揮発性物質をストリップされる。次に、ストリップされた触媒は再生される。触媒再生器は酸素含有ガス、通常は空気で、コークスを触媒から燃焼させる。脱コークス化は触媒活性を回復させ、同時に触媒を例えば５００〜９００℃、通常は６００〜７５０℃に加熱する。この加熱触媒は分解反応器へ再循環されて、新しい供給材料をさらに分解する。再生器でのコークスの燃焼によって形成された煙道ガスは、粒状物質の除去のためにおよび一酸化炭素の交換のために処理され、その後、通常は大気中に廃棄される。
接触分解は吸熱性であり、熱を消費する。分解のための熱は第１に再生器からの熱再生触媒によって供給される。結局、供給材料の分解に必要な熱を供給するのは供給材料である。供給材料のいくらかはコークスとして触媒に付着し、このコークスの燃焼が再生器中で熱を発生し、熱触媒の形で反応器へ再循環される。
接触分解は４０年代以来大きく発展してきた。ＦＣＣ法の発展傾向はいずれも上昇管分解およびゼオライト触媒に対するものであった。
上昇管分解は、密集床分解よりも、有価生成物の収量が高い。たいていのＦＣＣ装置は現在、いずれも上昇管分解を用い、上昇管内の炭化水素滞留時間は１０秒未満、さらに５秒未満である。
活性および選択性の高いゼオライト系触媒がたいていのＦＣＣ装置に現在用いられている。これらの触媒は、非晶質触媒での操作と較べて、精製装置の処理量および変換率を高める。ゼオライト触媒は、特に上昇管反応器を用いたとき、反応器部分に生じる障害を効果的に防ぐ。
ＦＣＣ再生器に生じる障害を防ぐ別の開発が行われた − ＣＯ燃焼促進剤。ＦＣＣ触媒を低い残留炭素レベルに再生するために、精製装置へ加える空気の量は制限された。コークスを燃焼してＣＯおよびＣＯ₂にするが、空気の添加は、再生器におけるあと燃えおよび温度のずれを防ぐために制限された。米国特許第４，０７２，６００号および第４，０９３，５３５号は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＲｕおよびＲｅを０．０１〜５０ｐｐｍの濃度で加えると、ＣＯ燃焼が再生器中の触媒の密集床内で生じると教示している。ＣＯの放出はなくなり、再生器は他の何よりも空気ブロアー容量によって制限されることになった。
手短に述べると、ゼオライト触媒は分解反応器の容量を増加させた。ＣＯ燃焼促進剤は、コークスを燃焼する再生器の容量を増加させた。ＦＣＣ装置の容量はより大きくなり、質のより悪い供給材料を処理したり、または変換率をより高くするのに用いることができるようになった。操作上の制約、特にすでに稼動中の装置に対する制約は、湿式ガス圧縮機、主要塔等のような装置の別の場合に移った。
精製装置に新規な反応器および再生器容量を利用した１つの方法は、より重質でありそして金属および硫黄含有量がより高い供給材料を処理することであった。これらのより重質でより汚染された供給材料は再生器に負担をかけ、再生器における既存の問題（蒸気および温度に関する）を悪化させた。これらの問題は再生器において生じ、以下にさらに詳しく述べる。
蒸気はＦＣＣ触媒を失活させる。蒸気は再生器へ意図的に加えないが、通常は触媒の蒸気ストリッピングから吸収されたまたは取り込まれた蒸気として、あるいは再生器内に形成された燃焼水として、常に存在する。
ストリッピングが不十分であると、第１に吸収されたまたは取り込まれた蒸気から、そして第２に不十分な触媒ストリッピングにより触媒上に残った”固着コークス”または炭化水素から、再生器に蒸気が二重に加えられることになる。これらの水素を含有するストリップされなかった炭化水素は再生器中で燃焼すると、水を形成し、触媒を蒸気処理して、失活させる。
ディーン他の米国特許第４，３３６，１６０号では、再生を多段式にすることによって触媒の蒸気処理を減じている。これは大きな資本的支出が必要である。
再生器が熱くなるにつれて、より高い温度が蒸気による失活を促進するので、蒸気処理はさらに問題となる。
再生器は今やより高温の状態で操作される。たいていのＦＣＣ装置では熱の釣り合いをとっており、分解の吸熱は、触媒上に付着したコークスの燃焼によって供給される。質の悪い供給材料では、分解反応に必要とされる以上により多くのコークスが触媒に付着する。再生器はより熱く働くので、余分の熱は高温煙道ガスとして捨てよい。現在、再生器温度は、装置が許容しうる滞留量および高ＣＣＲ供給材料の点で多くの精製装置を制限している。高い温度は多くの装置の冶金学的問題であるが、さらに重要なことは、触媒に対する問題である。再生器中で、コークスおよびストリップされなかった炭化水素の燃焼により、測定された密集床または希薄相温度よりも、触媒表面温度は高くなる。これについては、Ｄｕａｌ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｍｉｘｔｕｒｅ，１２章，Ｆｌｕｉｄ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｒａｃｋｉｎｇ，ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ ３７５，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ワシントンＤ．Ｃ．，１９８８でオセリー他が述べている。
温度が高いとバナジウムはより動きやすくなり、ゼオライト構造を攻撃する酸性成分の形成を促し、活性を失うことになる。再生器の温度を制御しようとする努力が今や見直されるであろう。
再生器内のＣＯ／ＣＯ₂比を調整することにより、再生器の温度はある程度制御可能である。コークスを部分的にＣＯに燃焼すると、ＣＯ₂へ完全燃焼するよりも、熱の発生は少ない。しかしながら、場合によっては、この制御は不十分となり、またＣＯ放出が増加することになり、ＣＯボイラーを存在させないと問題となる。
従来法では、再生器から離れたかつ外側にある密集または希薄相再生器熱除去帯域または熱交換機を用いて、熱再生触媒を冷却して再生器へ戻していた。そのような解決法は役立つが、経費かかかり、装置によっては触媒冷却機を加えるスペースがない。
これらの問題は再生器に生じるが、これらは再生不十分が原因ではなく、むしろ新しい欠点がＦＣＣ法において明らかになったことを示している。
反応器および再生器の容量は、触媒の変化により劇的に増加する。古い設備でもさらに容量を増すことができる。
ゼオライト分解触媒のおかげで、反応器側の分解はより効率的に行われるようになった。いくつかの精製装置は、上昇管分解にすることで反応器容量がさらに減少した。Ｐｔのおかげで、再生器はあと燃えを恐れることなく、より熱い状態で操作することができるようになった。大型の多くの既存の再生器は、活性ゼオライト触媒のために無駄なチャンバーとなった。
ストリッピング技術の改良は、反応器および再生器に行われる改良と釣り合わなかった。増加した触媒および油の流れは、反応器および再生器によって容易にかつ有利に処理されたが、ストリッパーではそうではなかった。不十分な触媒ストリッピングは今や、ＦＣＣ再生器に見られる多くの問題の原因となった。
我々は病気ではなく症状を治療することを回避したい。もっぱら最後の頼りとして、精製業者は、再生器から冷却機で過剰の熱を取り出したり、あるいはある程度の触媒再生がより乾燥した雰囲気で行われるように多段階再生に向かうはずである。
重要なことは、廃棄物を減少させなければならないことである。再生器における望まれない熱放出にかかわるのではなく、再生器内で燃焼されたストリップされない炭化水素量を減じるのがよい。次のことが特に必要である：
使用済み触媒からより多くの水素を除去して、再生器中での熱水分解を最少限にすること；
再生前に、使用済み触媒からより多くの硫黄含有化合物を除去して、煙道ガス中のＳＯ_xを最少限にすること；および
再生器温度をある程度低くすること。
ストリッピング設計について多くの研究がなされてきたが、効率よりも確実性が重要視されてきた。たいていのストリッパーにはストリッピングを促す比較的大きな傾斜プレートがある。すなわち、多くのＦＣＣストリッパーでは、触媒／ストリッピング蒸気の接触を改善するために、３０〜６０°の角度の山形プレート、上屋型トレーまたは傾斜トレーが用いられている。ＦＣＣ触媒の水平流れ特性が不十分であるので、そして大きなコンクリート状および／またはドーム状コークス片がストリッパーに落下するので、急な角度および大きな開口を必要とする。
精製業者はバブルキャップトレーに用いられるような水平面を避けようとする。平らな面は、触媒がコンクリートのように”硬化”しうる停滞部分を生じる。平らな面では、熱い分解蒸気の泡が熱反応を引き起こす。
精製業者はストリッパー内では急な角度を採用している。触媒は円滑にストリッパーを通り抜けるが、ガスの接触がしばしば不足する。一般的な設計では、環状ストリッパーに上昇管反応器が配置されており、中心上昇管反応器のまわりに円周状に分配された状態で、上方に流れるガスを下方に流れる触媒と接触させるようにしている。
現在の多くのストリッピング設計は不十分であり、ストリッピング蒸気の増加はストリッピングを改善しない。ある装置では、加えたストリッピング蒸気によって使用済み触媒を再生器へ希薄相輸送させている。ストリッパーのすぐ上で使用済み触媒をよりうまく沈降または脱気するならば、ストリッピングはさらに改善される。
過負荷ＦＣＣ触媒ストリッパーを有する精製装置は従って重大な問題を有する。予想される解決法はどれも魅力がない。
期待される触媒流量を扱うより大きなストリッパーにおける明らかな解決は、妥当なコストで行うことはできない。ストリッパーは、通常は反応容器の一部として、残りのＦＣＣとしっかり一体化されており、変更には経費がかかる。反応容器は円筒形から少しはずれた形となり、ストリッパーは大きくなり、その結果、これを反応容器のより大きなＩＤ部分と結合させるので、ぴったり合わせるのに広範な作業を必要とする。
各トレーをより短くすることによって、既存の傾斜プレートストリッパーの触媒容量を増加させることも可能である。これは、ディスクおよびドーナツ型ストリッパーを、ストリッパー環の内面および外面上にスピードバンプの層が交互にあるものに変えることで想像することができる。これによって触媒流のための領域はさらに増えるが、ストリッパーのバイパス（蒸気は上へ、触媒は下へ）を促進することになる。別の問題は、トレーを短くするのに経費がかかり、完全に置き換えるか（ぴったり合わせる問題が生じる）、あるいは適所において広範囲に変更する必要がある。これらの変更にはトレーの切り込み、切断したものに代わる新しい蒸気分散穴を加えること、および新しいトレーリップの溶接が含まれる。
既存のトレー部分の多くまたは全てを維持したまま現在のストリッパーの設計を変更することによって、コークス化ＦＣＣ触媒をよりうまくストリッピングする方法をこのたび見いだした。
基本的には、変更は比較的大きな”降下管”を従来のストリッパートレーに加えることである。降下管は気／液精留塔に用いられるものと似ているが、機能は同じではない。すなわち、”降下管”という用語は実際にはやや誤った名称である。精留塔において、降下管は液体を上のトレーから下のトレーへ移し、降下管の底は蒸気がトレーを通って上へ行かないようにシールされている。
我々は、向流の触媒および蒸気流のための十分な領域を提供するために降下管を用いる。我々は、液体を高い所から低い所へ単に移動するのではなく、十分なストリッピングを行うために降下管を用いる。我々の降下管と精留塔降下管との唯一の共通点は、我々の降下管が、トレーの下に存在する圧力の静的落差を保つのに役立つことである。我々のストリッパー”降下管”の機能は異なっているが、この用語は当分解業者に容易に理解され、本発明の改良点の説明に役立つであろう。
１つの装置の態様において、本発明は、炭化水素供給材料の流動接触分解のための装置を提供するものであって、これは、炭化水素供給材料のための、および再生容器から取り出した再生触媒のための、基部における入り口、並びに分解蒸気生成物および使用済み触媒のための出口を有する反応器；該反応器から排出された該分解蒸気生成物および使用済み触媒を受け入れかつ分離し、そして蒸気のための出口および使用済み触媒のための低部の出口を有する反応器容器；触媒がストリッパーを通って下へ進むにつれて、触媒が水平および垂直移動するための、複数の高さにある傾斜したまたは逆”Ｖ”形の多数のトレー、但し、各トレーは、より上のトレーからのまたは該反応器容器の該使用済み触媒出口からの使用済み触媒を受け入れる上流部分、使用済み触媒をトレー端またはリップから下方のトレーへ送り出す下流部分、並びに上面および下面を有する；ストリッピング蒸気のための該ストリッピング容器の低部にある少なくとも１つの入り口；ストリップした触媒を排出するための該ストリッピング容器の低部にある少なくとも１つの出口；ストリッパー蒸気を排出するための該ストリッピング容器の上部にある少なくとも１つの出口；並びに、該トレーの上面と流体接続している該トレーを通り抜ける一緒になった使用済み触媒入り口および蒸気出口、該トレーの該下面の少なくとも一部より低く、かつ該トレーリップまたは端より高い位置にある一緒になった使用済み触媒出口および蒸気入り口を含む少なくともいくつかのトレー内の垂直導管、但し、一般的な垂直導管は、該一緒になった入り口および出口内で終わる上部と、該一緒になった出口および入り口内で終わる下部とを有する；該ストリップされた触媒出口に接続された入り口および該再生器容器に接続された出口を有するストリップされた触媒の移動手段；並びに、該ストリップされた触媒の移動手段に接続された使用済み触媒のための入り口、再生ガス入り口、該反応器に接続された再生触媒のための出口、および少なくとも１つの煙道ガス出口を有する該触媒再生器容器を含む。
別の態様では、本発明は上記装置を使用するＦＣＣ法を提供する。
図１（従来技術）は、従来のストリッパーを有するＦＣＣ装置の略図である。
図２（本発明）は、降下管傾斜トレーを有するＦＣＣストリッパーの側面図である。
図３（本発明）は、単一降下管の細部を示す図である。
図４（本発明）は、降下管を有するストリッパーの実験室試験の組み立ての詳細を示す図である。
図５（本発明）は、降下管の立面図と共に、図４のストリッパーの断面の詳細を示す図である。
図６は、従来のストリッパーと”降下管”を有するストリッパー（本発明）の比較試験についてのグラフである。
まず従来技術のＦＣＣ装置の略図である図１について述べ、次に、好ましいタイプの商業的に入手しうる充填材料、および本発明のＦＣＣストリッパーについて述べる。
従来のＦＣＣ（図１）は、Ｏｉｌ ＆ Ｇａｓ Ｊｏｕｒｎａｌの１９９０年１月８日版のＦｌｕｉｄ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｒｅｐｏｒｔの図１７に示されているケロッグ ウルトラ オルソフロー コンバーター モデルＦに類似のものである。
ガス油のような重質供給材料である真空ガス油を、供給材料噴射ノズル２により上昇管反応器６へ加える。分解反応は、頂部のエルボ１０で向きを９０°変える上昇管反応器内で完了する。上昇管反応器から排出された使用済み触媒および分解生成物は、ほとんどの使用済み触媒を分解生成物から効率的に分離する上昇管サイクロン１２を通過する。分解生成物は解放装置１４に排出され、最後は上部サイクロン１６および導管１８を経て精留塔へ移される。
使用済み触媒は上昇管サイクロン１２のディプレッグから触媒ストリッパーへ排出され、そこで１段階、好ましくは２段階以上の蒸気ストリッピングが行われる。ストリッピング蒸気はライン１９および２１によって送られる。ストリップされた炭化水素およびストリッピング蒸気は解放装置１４に送られ、上部サイクロン１６を通過後、分解生成物と共に取り出される。
ストリップされた触媒は、使用済み触媒立て管２６を経て触媒再生器２４へ送り出される。触媒の流れは使用済み触媒栓弁３６で制御される。
このストリッパーの設計は、その一般的な大きさに対して部品が大きいため、現代のＦＣＣ装置の中で最も効率的なものの１つである。たいていのＦＣＣは、上昇管反応器に環状床として配置されたストリッパーを有し、図１に示す設計のように触媒流のための断面積は多くない。
触媒は、図示されていない空気ラインおよび空気グリッド分配器により加えられる空気との接触によって再生器２４で再生される。必要ならば、触媒冷却機２８を設け、熱を再生器から除去してもよい。再生触媒は再生触媒栓弁アセンブリー３０から取り出され、側部３２を経て上昇管反応器６の底に送り出され、前記のようにインジェクター２により導入された新しい供給材料と接触し、これを分解する。煙道ガス、およびいくらか取り込まれた触媒は再生器２４の上部の希薄相部分に送り出される。取り込まれた触媒はサイクロン４の多段階で煙道ガスから分離され、煙道ガスは出口８を経てプレナム２０へ排出され、ライン２２を経てフレアへ排出される。
従って、図１は、本発明の方法を実施する環境が従来のＦＣＣ法であることを明らかにしている。ＦＣＣストリッピング、および本発明の”降下管”または垂直触媒／ガス含有手段については、図２〜５、その後の実験室ストリッパーにおける比較試験（図６）、および本発明の実際の商業的試験と関連させて、さらに詳しく述べる。
図２（本発明）は、降下管傾斜トレーを有する環状ストリッパー１０８を通り抜けるＦＣＣ上昇管反応器１０６の側面図の細部を示す図である。内側の傾斜トレー１４０および外側の傾斜トレー１４２の多数の層がある。内側のトレー１４０は上昇管反応器に固定され、外側の傾斜トレー１４２はストリッピング容器１０８の壁に固定されている。蒸気または他のストリッピング媒質は分配手段１１９、一般にはストリッパーの底の環を経て導入する。
図３（本発明）は、単一の降下管装置の細部を示す図である。傾斜トレー１４０は、底１５０では水平に、頂部１６０ではリップ１６５が設けられるように浅い角度で切断されたある長さのパイプを含む。傾斜トレーのより低い端１７０は、降下管１４５の底１５０よりいくらか下の高さで終わっているのが示されている。これによって、傾斜トレー１４０の下に存在するより高圧のガスの泡への降下管のタップが可能となり、いくらかの静的落差が生じて降下管を通るガスの上方への流れが促進される。リップ１６５は下方へ流れる使用済み触媒を下降管１４５へそらすのに役立つたり、あるいはリップ１６５が占めるスペースによってストリッピング蒸気の早期排出を少なくとも妨げうる。
図４（本発明）は、降下管を有するストリッパーの実験室試験の組み立ての詳細を示す図である。ストリッパー４０８は連続操作用に設計された。
触媒はストリッパー４０８の頂部に入り、一連の交互になった右バッフル４４２および左バッフル４４０を通過する。ガス分配手段４１９を経て入れられたストリッピングガスは下方に流れる触媒に対して向流状に進む。蒸気はストリッパー４０８の上部から取り出され、ストリップされた触媒は出口４０５を経て取り出される。触媒は図示されていない手段によって再循環される。
全てのバッフルはほぼ対称である。一般的な左バッフル４４０は降下管４４５を含み、円筒部分は底４５０では水平に、その上部ではこれがトレー４４０を通り抜けて伸びてリップ４６５が設けられるようにある角度で切断されている。すわなち、降下管がトレー４４０の最も高い部分を貫通するところでは降下管の上部はトレー４４０と同一平面にあり、降下管がトレー４４０の最も低い部分を貫通するところでは降下管はトレー表面に較べて高くなっている。
図５（本発明）は、図４のストリッパーの線５−５に沿った断面の詳細を示す図である。降下管４４２のこの立面図は、降下管４４５の環状の輪郭を示している。
図６は、従来のストリッパー（降下管なし）と降下管を有するストリッパー（本発明）の比較試験についてのグラフである。
本発明を、図に示された態様、プロセスの異なる部分のさらに詳しい議論、および本発明の装置に関して述べる。本発明の多くの構成要素は一般的なもの（例えば、分解触媒）でよいので、そのような構成要素についての説明は少なくする。
ＦＣＣ供給材料はどのような一般的なものでも用いることができる。供給材料は石油蒸留物または残留物のような一般的なもの（新しいまたはある程度精製されたもの）から、石炭油および頁岩油のような一般的でないものまでに及ぶ。供給材料には、すでに分解された軽質および重質循環油のような再循環炭化水素が含まれていてもよい。好ましい供給材料はガス油、真空ガス油、大気圧残留物および真空残留物である。
市販のどのようなＦＣＣ触媒も使用しうる。触媒は１００％非晶質のものでもよいが、好ましくはシリカ−アルミナ、クレー等のような多孔質耐火性マトリックス中にいくらかのゼオライトが含まれるものである。ゼオライトは通常、触媒の５〜４０重量％であり、残りはマトリックスである。一般的なゼオライトにはＸおよびＹゼオライトが含まれ、極めて安定なまたはシリカが比較的高含有率のＹゼオライトが好ましい。脱アルミニウム化Ｙ（ＤＥＡＬ Ｙ）および超疎水性Ｙ（ＵＨＰ Ｙ）ゼオライトを使用してもよい。ゼオライトは希土類元素、例えば０．１〜１０重量％の希土類元素で安定化してもよい。
触媒は、分解触媒の各粒子とは別の添加剤粒子または混合した形の１種以上の添加剤を含有していてもよい。添加剤を加えると、オクタンの増加（形状選択ゼオライト、すなわち、束縛指数が１〜１２のもの、例えばＺＳＭ−５、および類似結晶構造を有する他の材料）、ＳＯ_xの吸収（アルミナ）、ＮｉおよびＶの除去（ＭｇおよびＣａ酸化物）を行うことができる。米国特許第４，０７２，６００号および第４，２３５，７５４号に記載のようなＣＯ燃焼促進剤を用いてもよい。装置内の触媒に０．１〜１０ｐｐｍ（重量）の白金を存在させると非常に良好な結果が得られる。
ＦＣＣ触媒組成物自体は本発明の一部をなすものではない。
従来のＦＣＣ反応器条件を用いうる。反応器は上昇管分解装置または密集床装置またはこれらの両方を用いてもよい。上昇管分解が非常に好ましい。一般的な上昇管分解反応条件には触媒＼油比率が０．５：１〜１５：１、好ましくは３：１〜８：１、触媒接触時間が０．５〜５０秒、好ましくは１〜２０秒、上昇管頂部温度が４８２〜６４９℃（９００〜１２００°Ｆ）、好ましくは５１０〜５６５℃（９５０〜１０５０°Ｆ）であることが含まれる。
ＦＣＣ反応器条件それ自体は一般的であり、本発明の一部を形成するものではない。
触媒ストリッパーは一般に既存のものであり、多くのまたは全ての既存傾斜トレーまたは傾斜プレートは、降下管または他の同等の垂直ガス／固体接触手段を組み込むことによって改良される。
ストリッピングは多段階でも単一段階でもよい。ストリッピング蒸気はストリッパーの多数のレベルで加えてもまたは底付近のみで加えてもよい。
ストリッパーの寸法は従来の基準で設定することができる。たいていの装置では、既存のストリッパーは図に示すような降下管を加えることによって改良される。
１〜４０％の解放部分（降下管への入り口におけるストリッパーの水平断面積に基づいて）を加えた降下管を用いて操作することができる。ストリッパーの断面積の２〜３０％、最も好ましくは５〜２０％の内部解放部分を有する降下管を用いて操作するのが好ましい。多くの商業的ＦＣＣ触媒ストリッパーでは、ストリッパーの水平断面積の１０％の断面積を有する降下管または垂直移動／接触手段を加えると、非常にすぐれた結果が得られる。
これらの面積は、必要ならば適当に計算しなおして、傾斜トレー面積の％で表すこともできる。傾斜トレーは、トレーで覆われたストリッパーの水平断面積よりはるかに大きな面積を有する。
降下管は一般に多段式にして、バイパスを最少限にすべきである。降下管の出口は降下管の入り口へ直接排出すべきではない。降下管は垂直であるべきであるが、これらは、降下管が結合している傾斜トレー表面と一致した傾斜入り口部分を一般に有する。
降下管の各傾斜トレーにおける位置は、降下管トレーの各側の部分を無造作に分けるような位置が好ましい。環状ストリッパーの場合、降下管は均一に放射状に分布しているのが好ましい。各トレーの表面は内側表面と外側表面との２つの部分に分けるべきであり、分割ラインは各降下管の中心を通って引いた円周である。
各降下管の頂部は、これが結合している傾斜トレーの傾斜とほぼ一致させるべきである。降下管の頂部で、降下管の使用済み触媒入り口の下流すなわち最も低い部分上にわずかなリプまたは延長部があると好ましい。傾斜トレーが垂線から４５°のところにあるなら、降下管を形成するパイプの頂部は、垂線から５０〜５５°の角度をなすように切断されていて、降下管の頂部の最も低い部分が傾斜トレーの上にいくらか延びている。降下管の頂部の最も上の部分は傾斜トレーに対して同一面に取り付けることができ、一方、最も低い部分は、例えば０．６〜２．５ｃｍ（１／４〜１″）またはそれ以上延びている。
使用済み触媒入り口の下流側のこのリップは、傾斜トレーを流れ落ちる触媒の動的落差をいくらか用いて、触媒を降下管へ向けようとするものである。
触媒入り口のリップを用いて触媒の動的落差を増すと、降下管を流れ落ちる触媒の分配が不均衡になる。下で述べるように、この動的落差の増加と、傾斜トレーの下の静的落差によって生じる片寄った蒸気流とを組み合わせるのが好ましい。降下管の底すなわち触媒の出口は、好ましくは水平であり、かつ好ましくは降下管が結合している傾斜トレーの最も低い端よりも先に延びていない。いくつかの傾斜トレーはリップを有し、これはトレーの延長部として作用する。好ましくは、降下管触媒出口は、これが各傾斜トレーの下にあるより高圧のストリッピング蒸気の溜めをタップするように配置する。このようにするには、降下管の底は、傾斜トレーの下のより高圧の領域内で終わらせるべきであり、この領域内で形成する”泡”は、ストリッパーの内壁または外壁および傾斜トレーによって捕らえられる。これは、ストリッパーを使用済み触媒が下方に流れそしてストリッピングガスが上方に流れるにつれ、自然の流体力学的力によって形成されたいくらかより高圧の領域である。降下管の底をこの局所的高圧領域に配置すると、ガスが降下管を通り抜けて上方への流れるのを促進する駆動力として利用しうるいくらかの圧力差が生じる。降下管出口の底を、傾斜トレーの最も低い端または底リップより約１．２〜１２．５ｃｍ（１／２〜５″）、好ましくは２．５〜１０ｃｍ（１〜４″）奥まった所に置くと、理想的な静的落差が生じて降下管は活性的な接触帯域となると考える。
本発明の降下管には垂直円筒管を用いるのが好ましいが、これは必須のことではない。必ずしも同じ結果とはならないが、他の形も用いうる。降下管の水平断面は長方形、三角形、楕円形等である。
かなり大きな降下管を使用するのが好ましい。そうであると頑丈な設計となり、詰まる可能性はなく、そして傾斜トレーに加えなければならない降下管の数が減少するので実際の製造コストが少なくなる。直径が２″の小さなパイプも使用しうるが、詰まる心配がある。降下管の直径は、傾斜トレーの水平足跡の９０％を越えるべきではない。たいていの商業装置では、直径１０〜３０ｃｍ（４″〜１２″）のパイプを用いると良好な結果が得られ、好ましいのは直径１５〜２５ｃｍ（６″〜１０″）のパイプである。多くの精製装置では、多くのそしてそのように大きな孔／降下管を傾斜トレーストリッパーに取り付けることになると思う。
従来のストリッピング条件を用いてもよい。本発明の方法では、これまでよりも少ないストリッピング蒸気で精製装置を操作することが可能となる。蒸気割合を単に減じるだけでなく、触媒流量を増すと、本発明は最適なものとなると考える。
触媒の流量が少ないと、我々の設計は、従来の設計よりも有意に良好ではない。我々の設計で重要なことは、より良好なストリッパー性能が高い触媒通過量で得られることである。
一般的なＦＣＣストリッパーは、だいたい上昇管出口温度が通常は、４８２〜５９９℃（９００〜１１００°Ｆ）、一般に５１０〜５６５℃（９５０〜１０５０°Ｆ）の触媒で操作する。触媒は、１０００重量部当たり０．５〜１０重量部の蒸気、好ましくは１０００重量部当たり１〜５重量部の蒸気でストリップしうる。
ＦＣＣ装置では、単一の密集床再生器から高速流動床設計に至るまでのどのようなタイプの再生器も使用しうる。触媒を再生するいくつかの手段は欠くことができないが、再生器の形は限定されない。
温度、圧力、酸素流量等は、ＦＣＣ再生器に適していることが分かっている広い範囲内のもの、特に再生器内でＣＯをＣＯ₂に完全燃焼させて操作する温度、圧力、酸素流量等である。

必要ならば、触媒冷却機を使用してもよい。そのような装置は、重質供給材料を処理するときに有用であるが、多くの装置はそれらなしで操作する。触媒をより効果的にストリッピングすると、再生器中で燃焼させなければならない燃料（ストリップされなかった炭化水素）の量は減少するので、一般に、本発明を実施するとき触媒冷却機はあまり必要ではない。より良好なストリッピングではまた、再生器内の蒸気分圧が下がるため（ストリッパー内の使用済み触媒上の水素に富む”固着コークス”が一層除去されることによる）、触媒はややより高い再生器温度に耐えることができる。
Ｈｅトレーサーがかかわる冷流試験で開始し、稼働中の精製装置における商業的試験で終わる何組かの実験を行った。
使用試験装置は基本的には図４および５（本発明）に示したもの、および従来の傾斜トレーを用いて操作する同じ装置（降下管なし）であった。装置の断面積寸法は２．８×５．３ｃｍ（１１″×２１″）、高さは約１２．２ｍ（４０フィート）であった。触媒循環は、触媒を上昇管へ移す、ストリッパーの下の単一スライド弁によって制御した。これは触媒を３段階のサイクロンへ再循環させ、ダイプレッグをストリッパーの頂部へ送り出す。様々な配置の試験に２．５トン／分（ｔｐｍ）の触媒循環速度を用いた。ヘリウムをトレーサーとして使用して、ストリッパー性能をチェックした。Ｈｅはストリッパーの頂部で第１のサイクロンダイプレッグに注入した。Ｈｅ濃度を装置の底で調べて、ストリッパーの効果を測定した。
試験は従来のＦＣＣストリッパーにおける固体−ガス流にシミュレートさせた条件で行った。安全および都合上、空気を”ストリッパーガス”として表面蒸気速度０．４３ｍ／秒（１．４フィート／秒）で用いた。試験は、商業的ＦＣＣ装置で通常用いられる高い温度ではなく、ほぼ周囲温度、従って、”冷流”で行った。
ストリッパーの断面積の１３．６〜５４．２（触媒１０〜４０ポンド／フィート²）の様々な触媒流量を試験した。ＦＣＣ条件に換算すると、これは多くのＦＣＣ装置を商業的に操作した場合、すなわち適度に速いストリッピング蒸気速度および低い〜かなり高い物質流量の場合をシミュレートしたことになる。
効果は、ストリッパー内に注入したＨｅトレーサーのストリップされた百分率である。１００％は全てのＨｅがストリップされたことを意味し、９７％はストリップされなかったヘリウムが３％あったことを意味する。これは優れた実験室法であるが、例えば、ストリップ可能な炭化水素が使用済み触媒から９７％除去されたことには相当しない。
冷流試験結果は図６にグラフで示す。これらの結果は、低触媒流量では、従来のストリッパー設計と降下管を有する本発明のストリッパーとの間にほとんど差はない。両設計とも十分に働く。大きな直径の降下管を有する傾斜トレーを通り抜けるためペナルティーはない。
ほとんどの精製装置がその間ずっと働く、あるいは任意に働くような場合に相当する高触媒流量では、本発明の設計は従来のストリッパーよりもはるかに優れている。予想されるように、本発明の設計をより高流量で用いるといくらか効率にロスがあるが、従来のストリッパー設計に生じるようなストリッピング効果の有意なロスはない。従来のストリッパーは高触媒流量での効果が著しく減少する。
商業的なＦＣＣにおけるストリッパーは、ストリッパートレーに降下管を組み込むことによって変更した。ストリッパーは降下管を含めることによって変更した環状ストリッパーであり、図２に示した環状ストリッパーに似ている。
ストリッパーの内径は２．１３ｍ（７″）であった。上昇管トレーの半径は１．７５ｍ（５．７５″）であった。内側トレーの降下管の中心を取り囲む円周半径は１．５ｍ（４．９２″）であった。従来の蒸気抜きおよび蒸気抜き穴は、降下管を取り付けた前後にあった。上昇管反応器の半径は１．１７ｍ（３．８４″）であった。内側トレーの降下管は、ＯＤが２７．３１ｃｍおよびＩＤが２５．４５ｃｍの長さ２５ｃｍ（１０″）のパイプ１８個であった。これらは半径１．４２ｍ（４．６７″）の円周のまわりに均一の間隔を保っていた。外側トレーの降下管は、半径１．９４ｃｍ（６．３８″）の円周のまわりに均一の間隔を保っている長さ２５ｃｍのパイプ１８個であった。外側トレーのＯＤは２．１３ｃｍ（７．０″）ＯＤ、ＩＤは１．７１ｃｍ（５．６２５″）であった。
降下管は内側および外側の各トレーに補われており、そのため下のトレー上の降下管の中心線は、上のトレー上の２つの隣接降下管の中心線間の弧の中途にある。従って、補われた実際の距離は、降下管が均一の間隔を保って配置されている円周半径による。これは、触媒が降下管を通って流れるので、触媒の混合をある程度促す。
変更前および後の操作結果は次表に示す。通常のおよびかなり厳しい２種類のストリッピング操作を検討した。かなり厳しいということは、より多くのストリッピング蒸気を加えたことを意味する。

これらのデータは商業装置から得たものであり、従って、変化にはプラント操作における通常の変化によるものがあるかもしれない。これを考慮しても、データは、再生器へ送られるストリッピング蒸気およびストリップされない炭化水素（ＵＳＨＣ）の非常に著しい減少を示していて有意である。
通常の厳しさでは、従来の設計は１，１９８ｇ／ｓ（９，５００＃／時間）の有価生成物を再生器で燃焼させた。本発明の変更した設計では、この廃棄物を５４２ｇ／ｓ（，３００＃／時間）に減少させることができ、６５６ｇ／ｓ（５，２００＃／時間）の生成物の節約となる。
かなり厳しい場合、従来の設計では１００ｇ／ｓ（８，０００＃／時間）の潜在的に回収可能な炭化水素を燃焼させた。本発明の変更ストリッパー設計では、同様な条件で、４０４ｇ／ｓ（３，２００＃／時間）を燃焼させただけであり、これは６０５ｇ／ｓ（４，８００＃／時間）の節約となる。
従来のストリッパーはストリッピング蒸気の２０％をストリッパーへ送るだけであり、残りは再生器へ行く。ストリッパーを降下管を取り付けるように変更を加えた後は、ストリッピング蒸気の６０〜７０％がストリッパーを通過するようになった。
精製装置の厳しさをますと、コークスの選択性が改善されるという利点が得られ、変換率が著しく上昇し、またより重質の供給材料を処理することができるようになった。
さらに、触媒再生器は、ストリッパーから加えられる蒸気がより少なくなり、再生器中で形成される燃焼水がより少なくなるので、より乾燥した状態で操作される。これから得られる利点は触媒の補給率の減少および／または活性度の増加である。
本発明の方法は、ＦＣＣ触媒ストリッピングをいくつかの方法で改良するものである。改良点は主に、ストリッパー容積のより活性化、より良好な場合、および容量の増加である。精製業者は、ＦＣＣ装置へのより速い油材料供給速度、より重質かつより安価な油供給材料の処理、またはより厳しい状態での装置の操作を含めた多くの改良利点を得ることができる。厳しさが増すと、ガソリンのような希少生成物の収量が増加する。各改良点を簡単に見直すると、本発明のストリッパーに新しいタイプの向流触媒が生じているのではないかという議論に至る。
ストリッパー容積をより活性にすることにより、ストリッパーにおいてまあまあではあるが即座の改良が得られる。ストリッピングの従来の対策では、比較的よどんだ部分（主に触媒の分配および再分配に用いられるプレートの下に）が生じていた。
本発明のストリッピングの対策は、トレーの下のよどんだ部分を、降下管内でより活性な触媒が行われるようにするものである。これによって、ストリッピング効率が適度に改良される。
このストリッパー設計では、ストリッパーに小さなまたは大きな流れの崩壊はない。これは商業装置においてまれなことであり、本発明の降下管によって生じる余分な混合段階および増加解放部分が、円筒形ストリッパーからのすこしのずれまたは完全に水平ではないトレーによって生じる迂回を減少させるのかもしれない。分配されない所がいくらかなお生じるかもしれないが、触媒がストリッパーを通り抜けるとき、より多くの混合段階または個所があり、そのような流れの非配分は改善される。
たいていの商業装置の触媒ストリッパーは非常に過負荷されている。本発明の設計は、触媒ストリッパーの容量を大幅に増加させるものである。従って、極めて多量の触媒流量をストリッパーに通過させることができ、同時に、ほとんどのストリッピング蒸気を再生器へではなく、ストリッパーへ送り続けることができる。
トレーの解放部分が増加するため、容量は増す。降下管内での接触が良好であるため、効率を著しく低下させることなく通過量を大きく改善することができる。
本発明の新しいストリッピング設計にかかわるメカニズムについての次の議論に縛られたくはないが、本発明の設計がそのようにうまく働く理由を議論することは有益であると考える。
ガスと触媒との間の相互作用は次のようにまとめることができる。その最も単純な態様において、有効な接触器である降下管内の触媒流量をかなりの量にすることによって、ストリッピングが著しく改良されると考える。これはさらに、降下管の頂部にリップがなく、そして降下管の底が傾斜トレーの底とほぼ同一平面にあることで生じるのであろうと考える。この平面において、本発明は、効果的な固体／蒸気接触領域に、さらに触媒が流れる部分を提供する。
その好ましい態様では（リップは触媒を頂部で降下管に向け、そして降下管出口は、傾斜トレーの下の比較的より高圧のガスの泡へタップを行うように、奥まった所にある）、降下管に使用済み触媒を入れ、より多量のストリッピング蒸気を向流で通過させる。使用済み触媒入り口上のリップは、余分の触媒を降下管に向け、そして各々の少しの動的落差を用いて触媒が降下管へ取り込まれるのが確実となるように助ける。我々は降下管の底の使用済み触媒出口を高くして、より多くのガスが降下管を通って上に流れるようにしている。
これはストリッピングに対する特異な対策であり、静的落差（泡の中のストリッピング蒸気）を用いて、動的落差（降下管へ向けられた使用済み触媒の流れ）を相殺する。
我々のプレキシグラスモデルで見た観察によると、ガスおよび触媒流のパルスおよび変動は著しい量である。見たところリップはそれほど大きな活躍をしていないが、その存在は、触媒の流れを”降下管”に少なくとも時々向けるのに、そしてガスおよび触媒のパルスが垂直導管から噴き出たときの早期排出を防止するのにやはり有用であると考えられる。
本発明の方法および装置は、傾斜型または上屋型トレーを使用するＦＣＣストリッパーのどのような種類のものにも用いることができ、触媒は分配トレー（傾斜型トレーまたは上屋型トレー）から流れ落ち、分配トレーから、下にあるが位置が横にずれた受け入れトレー（別の傾斜または上屋型トレー）の上部に向かう。分配トレーは簡単な傾斜型トレーでも、または２つの受け入れトレーへ分配する逆”Ｖ”形のトレーでもよい。
トレーはその長さに沿ってストリッパー容器の壁に固定することによって支持しても（環状ストリッパーの場合のように）、あるいはトレーの端を容器の壁に溶接または固定してもよい（上屋型トレー設計）。下方のトレーが上方のトレーを支持しても、あるいは上記のいずれの組み合わせでもよい。
本発明の方法および装置は、ＦＣＣ処理、ＦＣＣストリッパーにおける非効率的な最後に残った部分の１つを改良するものである。精製業者の悩みは、潜在的に回収可能な生成物が大量に使用済み触媒上に残るストリッパー、あるいはより多くのストリッピング蒸気がストリッパーの上方へよりも再生器に送られるストリッパーに悩んできた。本発明が、この問題を解決し、傾斜型トレーおよび上屋型トレーＦＣＣ触媒ストリッパーの容量を著しく増加するものであることは、商業および実験室試験から明らかである。

Claims (10)

1. 下記のものを含む、炭化水素供給材料の流動接触分解のための装置：
   炭化水素供給材料のためのかつ再生器容器から取り出された再生触媒のための底部にある入り口、および分解された蒸気生成物および使用済み触媒のための出口を有する反応器；
   該反応器から排出された該分解された蒸気生成物および使用済み触媒を受け入れかつ分離する、蒸気のための出口および使用済み触媒のための低部にある出口を有する反応器容器；
   下記のものを含むストリッピング容器中の触媒ストリッパー：
   触媒が該ストリッパーを通って下へ進むにつれて、触媒が水平および垂直移動するための、複数の高さにある傾斜したまたは逆”Ｖ”形の複数のトレー、但し、各トレーは次のものを有する：
   使用済み触媒を上方のトレーからまたは該反応器容器の該使用済み触媒出口から受け入れる上流部分、
   トレー端またはリップから下方のトレーに使用済み触媒を送り出す下流部分、そして
   上面および下面；
   ストリッピング蒸気のための、該ストリッピング容器の低部にある少なくとも１つの入り口；
   ストリップされた触媒を排出するための、該ストリッピング容器の低部にある少なくとも１つの出口；
   ストリッパー蒸気を排出するための、該ストリッピング容器の上部にある少なくとも１つの出口；並びに
   次のものを含む少なくともいくつかの傾斜トレー内の降下管；
   該トレーの該上面と流体接続している、該トレーを通り抜ける一緒になった使用済み触媒入り口および蒸気出口、
   該トレーの該下面の少なくとも一部より低く、かつ該傾斜トレーの低端より高い位置にある、一緒になった使用済み触媒出口および蒸気入り口、
   但し、降下管は、該一緒になった該入り口および出口で終わる上部と、
   該一緒になった出口および入り口で終わる下部とを有する；
   該ストリップされた触媒出口に接続された入り口および該再生器容器に接続された出口を有するストリップされた触媒の移動手段；並びに
   該ストリップされた触媒の移動手段に接続された使用済み触媒のための入り口、再生ガス入り口、該反応器に接続された再生触媒のための出口、および少なくとも１つの煙道ガス出口を有する該触媒再生器容器。
2. 該降下管触媒出口が、これが取り付けられている傾斜トレーの低端部分まで下方に伸びている、請求項１に記載の装置。
3. 該傾斜トレーの垂直高さが１５〜１５０ｃｍであり、該降下管の垂直部分の高さが、該傾斜トレーの該垂直高さの５０〜１１０％である、請求項１に記載の装置。
4. 該傾斜トレーが垂線から１５〜７５°傾斜している、請求項１に記載の装置。
5. 該傾斜トレーが垂線から３０〜６０°傾斜している、請求項１に記載の装置。
6. 該降下管入り口が該傾斜トレーと同一平面にある、請求項１に記載の装置。
7. 該傾斜トレーの垂直軸から測定した角度Ｘが４０〜６５°であり、該降下管の該入り口の垂直軸から測定した角度Ｙが４２．５〜１５０°であり、かつ該角度Ｘより少なくとも２．５°大きく、該降下管入り口がより高い部分およびより低い部分を有し、該より高い部分は該傾斜トレーの上方の面と同一平面にあり、該より低い部分は該傾斜トレーより上に延びている、請求項１に記載の装置。
8. 該降下管出口が、該傾斜トレーの該低端より１５〜１５０ｃｍ上の高さにある、請求項１に記載の装置。
9. 該降下管出口が、該傾斜トレーの該低端より２．５〜１０ｃｍ上の高さにある、請求項１に記載の装置。
10. 請求項１に記載の装置中で、２０〜１００ミクロンの大きさの粒子からなる循環流動可能な接触分解触媒と接触させることによって、炭化水素を含む重質炭化水素供給材料をより軽質の生成物へ接触分解する流動接触分解方法。

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