JP3776995B2

JP3776995B2 - 炭化水素装入物の噴射装置

Info

Publication number: JP3776995B2
Application number: JP29679396A
Authority: JP
Inventors: ゴーチュエテュエリー; ボニファイレジー
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: TW402580B; DE69609390D1; JPH09169983A; MY123734A; AR004148A1; FR2741086B1; KR100449549B1; FR2741086A1; EP0773276B1; ES2150649T3; DE69609390T2; US6645437B1; EP0773276A1; KR970025686A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴射のみに限定するものではないが、特に噴射に関し、特に流動床接触分解反応器中への炭化水素装入物の噴射に関する。
【０００２】
【従来の技術】
当業界でＦＣＣプロセスとして公知の流動床接触分解法においては、炭化水素装入物が塔式反応器中に噴射され、触媒はこの反応器中で懸濁状態に保持され、実質的に上昇流に乗って移動（この場合、反応器は「ライザー」と呼ばれる）するか、又は実質的に下方流に乗って移動（この場合、反応器は「ドロッパー」と呼ばれる）する。
【０００３】
説明の便宜上、以下にライザーのケースについて説明するが、ドロッパーに転用できることは当業者には明らかなことであり、したがって、本発明の目的である装入物インジェクターは、もちろん両方の型の反応器に使用できる。
【０００４】
ライザーにおいては、再生触媒は担体ガスと同時に熱い（６５０〜８５０℃）流動化状態で炭化水素装入物噴射域下方の反応器底部に導入される。この装入物は、実質的に液状で一般に８０〜３５０℃の温度で反応器中に導入される。
【０００５】
装入物噴射域と反応器の頂部との間において、触媒はそのエネルギーの一部を装入物に伝達し、ついで装入物が蒸発して軽質炭化水素に分解される。その結果、急速にガスの容積が増大し、ガスが触媒を反応器頂部まで加速度状態で搬送し、そこで触媒が炭化水素から分離される。炭化水素と触媒粒子の混合物は、ライザーの出口で通常４７０〜６００℃の範囲の平衡温度に達する。
【０００６】
これらの操作中に、装入物の少量部分（一般に３〜１２重量％）が触媒粒子上に炭化水素の固体沈着物すなわち「コークス」を形成し、これが触媒の活性を低下させ、価値を引出し得る製品への装入物の転化を制限する。したがって、触媒を次の分解サイクルのために反応器中に再導入する前に、このコークス沈着物を燃焼させて触媒を再生することが必要である。
【０００７】
触媒上のコークス沈着物のサイズは、一般に噴射装入物の重量に比例する。
【０００８】
さらに、接触分解における最近の進歩により、分解反応における重要因子は、装入物が触媒粒子と接触状態に置かれる速度と均一性、したがったこの装入物が反応領域中に噴射されるときの噴霧化と蒸発の性能であることがわかった。
【０００９】
接触分解反応器の反応域中に炭化水素装入物を噴射するための多数のシステムが先行技術に記載されている。
【００１０】
アメリカ特許４，０９７，２４３は、例えば、流動するすべての触媒粒子上に装入物を分散させるように、円すいの端に配置した一連の管を含む、噴射システムについて記載している。しかしながら、このようなシステムは液体装入物の一部が反応器の壁と接触を起し、有害なコークス生成が甚だしいという不利な点がある。
【００１１】
アメリカ特許３，８１２，０２９は、装入物の微細粒子を得るための特殊なインジェクターを記載している。しかしながら、このインジェクターは液滴の良好な分散ができないため、炭化水素の蒸発が少なくコーキングが甚しい。さらに、重質の装入物を使用するときには、このインジェクターはしばしば、かつ、急速に閉塞してしまう。
【００１２】
ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−２２０，３４９は、装入物が反応域の壁と接触するもを少なくとも部分的に避ける一方、およそ３５０ミクロン（３５×１０^ー5メートル）未満の平均直径の液滴を得るための渦巻きを有する特殊なインジェクターについて記載している。しかしながら、これらインジェクターの近傍における装入物液滴の渦の生成は触媒粒子の流れに支障を来たし、このプロセスの適正な操作には好ましくない逆混合減少の増加をもたらす。
【００１３】
処理すべき装入物を高速かつ極めて微細な液滴状で反応器中に噴射することの有用性は、先行技術でよく知られている（アメリカ特許２，８９１，０００及び２，９９４，６５９参照）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術による炭化水素装入物の噴射法の欠点を克服し、特に重質装入物の分解の場合に、噴射域において微細な液滴状での均質かつ瞬間的な噴霧化により炭化水素と触媒粒子との間に最適な接触を得ることである。
【００１５】
さらに詳しくは、本発明は、ベンチュリの頸部において同等の通過断面を有し、同じ条件下で操作する、単頸のベンチュリインジェクターで生成される液滴よりも小さい液滴をつくり出すことができる。
【００１６】
換言すれば、本発明はインジェクター中でガス相と液相との間の接触効率を増加させることによってベンチュリ型インジェクターの性能を改善するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は外筒（１）、主供給管（３）および補助ガス流体用入口（２）を含む、接触分解反応器に炭化水素装入物を噴射するための装置であって、主供給管（３）は、外筒（１）内で、該装入物が均一に分配されるように設計された少なくとも２ケの副流路（４）に分けられること、各副流路（４）はベンチュリ型のエレメント（７）の上流で終ること、および該補助ガス流体が、該ベンチュリ（７）の入口に位置する混合室において、該装入物と混合することを特徴とする同装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
このベンチュリインジェクターは、接触分解法における炭化水素の噴射に特によく適合している。それは、最低、炭化水素装入物及び噴霧化ガスが低速度で導入される混合室、液相及びガス相が並流状で混合される収束部、ガスと液が均質に流れる末広部からなり、液は微細な液滴に噴霧されている。このインジェクターは、低パーセントのガスを用いて炭化水素を噴霧化して微細液滴とする。
【００１９】
さらに、本発明はコークスの生成を少なくできる。
【００２０】
所望の液滴サイズに対して必要なガスの消費量が少ない。これに伴う運転コストの低下は、利用者により高く評価される。
【００２１】
本発明の他の利点は、機器がコンパクトとなることに関する。以下に示す比較データによりこの利点がよりよく分かるであろう。
【００２２】
したがって本発明は、特に外筒、主ガス供給管、及び補助ガス流体のための入口を有する接触分解反応器中に炭化水素装入物を噴射するための装置に関する。
【００２３】
本発明によれば、この装入物供給管は、この装入物を均一に分散するように設計された少なくとも２本の副流路に外筒内で分けられ、各副流路はベンチュリ型のエレメント上流で終り、補助ガス流体はこのベンチュリの入口に位置する混合室で装入物と混合される。
【００２４】
特に、このベンチュリ型エレメントは外筒内で互いに平行に配置される。
【００２５】
本発明の１つの実施態様によれば、補助流体の入口は前記副流路の少なくとも１つと平行に配置される。この少なくとも１つの副流路は、その通過断面の内側に流路量制限部材（邪魔板）をつけることができる。本発明の１つの実施態様によれば、このベンチリ型エレメントはその収束部で延長部を有する。
【００２６】
効果的には、この外筒は、ベンチリの下流に位置して装入物と補助流体の混合物を外筒の外側の反応域に向けるように設計した開口部を有するマウスピースを設けることができる。このマウスピースはフラットなジェット流をつくり出すように配置できる。さらに詳しくは、マウスピースの開口部の壁がおよそ３０〜７５°の範囲の角αに限定される。
【００２７】
本発明の１つの実施態様によれば、ベンチリ型エレメントは１０〜４５°の範囲の角度を有する収束部と、２〜１４°の範囲の角度を有する末広部とを有する。
【００２８】
本発明装置の第１の実施態様によれば、各副流路は、実質的に同時でベンチュリの上流で終る少なくとも１つのオリフィスを有する。
【００２９】
本発明装置の第２の実施態様によれば、各副流路は、その端でふさぐことができ、その周囲に配置して装入物を第２の流体に対して交差して運ぶように設計した、複数のオリフィス又はスロットを有する。これらのオリフィス又はスロットはベンチュリの上流で終り、ここで装入物を、好ましくは第２の流体の流れに実質的に垂直に吐出する。
【００３０】
本発明による装置は、重質炭化水素装入物の接触分解に使用できる。
【００３１】
本発明の他の特徴、詳細及び利点などは、添付図面を参照して、限定することなく例示した以下の記載からさらに明らかになるであろう。
【００３２】
本発明による装置の好ましい態様は、図１の縦方向断面および図２の（Ａ）および（Ｂ）に示されている。
【００３３】
図３はこの発明の他の態様の縦方向断面である。
これらの図によると、細長い形の外筒１は一端末に補助ガス流体用入口２を有する。主供給管３は、入口２の中を通り、外筒内でｎケの副流路４に分配される。
【００３４】
各副流路４は、この中を通る流体が均一に分布するように流量制限部材（邪魔板）５を管中に設けることが好ましい。さらに各副流路４はベンチュリ７の入口６で同軸方向に終っている。ベンチュリ７の特徴については後で詳細に述べる。
【００３５】
ベンチュリ７の他の端すなわち出口８は外筒１の出口の近くで終っている。
【００３６】
好ましくは、外筒１の出口は、特殊な形をしたマウスピース９を有する。図１よるマウスピース９は、その壁の角度αが約３０°から７５°の間に限定された開口を有する。
【００３７】
とりわけＦＣＣに適用される場合は、分解される装入物は主供給管３を経て導入され、一方補助ガス流体（一般に水蒸気または他の好ましいガス状物）が、入口２を経て導入される。装入物はｎケの副流路４に分けられ、その副流路には流量制限部５が設けられている。
【００３８】
添付の図面による例によれば、４ケの副流路が設けられている。現実には２ないし１０ケのベンチュリをもった装置が想定される。さらに、図１の例によれば、これら副流路の軸は図２の（Ａ）に示されるように同一平面上にある。外筒の一般的な形状は、したがって、扁平である。
【００３９】
副流路４は、その終端は封鎖されることができ、補助ガス流体の流れを横切って装入物を輸送するように設計したスロットまたはオリフィスを備えることもできる。各副流路のストッパー（図示されていない）はこの２種の流体を混合させるように円錐形であることができる。
【００４０】
４ケのベンチュリ７は、４ケの副流路４と同軸であって、したがって装入物と補助ガス流体すなわち副流路４から来る装入物と、副流路４をとりまく流体の混合物をその場所で形成されるような入口６を有する。
【００４１】
このようにして形成された混合物は、それゆえ、各ベンチュリにおいて非常にスピードが上げられる。この配置により液体のラインは微細な粒子に分割され、そしてほとんど同時に霧状になる。このように本発明はプレ混合物に各ベンチュリの上昇流を引きおこさせる。これは、ガスの流れと共に来る液の剪断効果によって液とガス間の接触をより密接にさせる結果となる。
【００４２】
とりわけ、ベンチュリの収束部の角度は１０°から４５°の間であり、その末広部の角度は２°から１４°の間である。出口８における各ベンチュリの直径は、その懸濁物の実際の流量が２０ないし１５０ｍ／ｓ、好ましくは５０ないし１００ｍ／ｓの間にあるように計算される。
【００４３】
各ベンチュリは、収束部と末広部との間に、直線ゾーン（頸部）を有することができるが、この特徴については限定するものではない。
【００４４】
ベンチュリの長軸方向で測定された頸部の長さＩは好ましくはベンチュリの直径Ｄの０ないし５倍である。
【００４５】
各末広部の長さＬは、１ケの頸のインジェクターのものに関連して限定することができる。Ｎケのオリフィスを持ったインジェクターの各末広部の長さＬ１は、その頸部の通路断面積が多頸インジェクターの頸部の通路断面積の和と対応する単頸インジェクターの末広部の長さＬ２よりも小であるからである。
Ｌ１の長さは
【００４６】
【外１】

よりも小である。
【００４７】
長さＬ２は一般に頸部の直径の０ないし２０倍であるから、単頸インジェクターの通路断面に等しい全通路断面を有する４ケのオリフィスから成る多頸インジェクターは、その対応する単頸インジェクターの末広部の長さの半分よりも小さい長さＬの末広部の長さを有するであろう。
【００４８】
ベンチュリの諸元は勿論装入物のスピードと流量、および蒸気（補助ガス流体）のスピードと流量とによってきめられるであろう。
【００４９】
装入物の導入される場所の温度はその組成および採用されるプロセスに依るが、８０°と２５０°の間であり得る。
【００５０】
反応器に入れられる全装入物の流量は一般に１０，０００トン／日よりも小さい。平均して装入物の流量は約５０００トン／日である。本発明によれば、装入物は若干のインジェクター、１ないし２０、好ましくは３ないし１２のインジェクターに分けられる。
【００５１】
本発明による装置において装入物の好適な霧状化に用いられる補助ガス流体は、通常水蒸気または水素または水素化された化合物に比較的富むガス状の流体である。
【００５２】
例として、もし水蒸気が使われるとすると、その蒸気のパーセンテージは、装入物の１から１０％の間、好ましくは２ないし６％である。
【００５３】
ベンチュリ頸部で、混合物の流量は一般に２０００ないし１０，０００ｋｇ／ｓ／ｍ² である。
【００５４】
図３には、図１と異なる本発明の態様を示している。その相違はベンチュリ型のエレメント７が収束部において、延長部１０を有することである。延長部１０は、副流路４の間を通って混合室に入りこんでいる、これによって混合物をよりよく分けることに役立つ。
【００５５】
延長部１０の、長さ方向の軸の方向で測定した長さＬｐは好ましくは混合室の長さＬｍの１／２よりも短い。
【００５６】
すでに述べたように、この発明の好ましい適用場面は炭化水素装入物の接触分解（クラッキング）に関する。本発明は、例えば水素処理し、またはしない常圧蒸留塔のボトムからの少なくとも１留分を含む装入物のような、５００℃を越える沸点をもつ装入物が、少なくとも１０重量％あることが特徴である重い成分の装入物のクラッキングに対して特に適当である。
【００５７】
触媒と装入物との比は、操作や装置の大きさに依る。一般に３と１５の間、好ましくは４と８の間である。
【００５８】
Ｌｃはインジェクターの長軸の方向に測った収束部の長さとすると、副流路４は、収束部の最大断面をもつところで終るか、または収束部６の最大断面から最大でＬｃ／２離れた収束部の外側で終ることができる。
【００５９】
装入物および触媒のインジェクターの位置および配置により、装入物と触媒が接触するところのインジェクションゾーンにおいて、この２つの触体が併流かまたは向流の循環をすることになる。フランス特許２，５８５，０３０は、装入物と触媒は向流で循環する接触式分解法および装置を示し、一方フランス特許２、６４４、７９５は併流循環を開示している。
【００６０】
本発明は、両方の型の操作に対しても適用できる。
【００６１】
一例として、本発明に従うインジェクターを使うことのできる接触式分解反応器は想定する能力に従って３０ｃｍと２ｍの間の直径を持つことができる。
【００６２】
本発明に従う装置は、シード密度が１０００ｋｇ／ｍ³ と２０００ｋｇ／ｍ³ の間で、触媒の再生温度が６００°と９００°の間であるような反応器で特にうまく操業できる。
【００６３】
本発明に従うプロセスに使うことのできる触媒は、結晶性のアルミノシリケイト型およびある種のシリカ−アルミナ，シリカ−マグネシアまたはシリカ−ジルコニウム型のクラッキング触媒を含み、これらはすべて比較的高いクラッキング活性を有している。結晶性アルミノシリケイトは天然物でも合成により調製してもよく、その技術は当業者によく知られている。これらは合成ゼオライトおよびホージャサイトのようなクレー、ある種のモルデナイト、モントモリロナイト、ブリッジドクレー、アルミノホスフェイト等から選ぶことができる。
【００６４】
【実施例】
単頸インジェクターとの比較のために以下の２つの実施例を示す。
実施例１
装入物の微粒の大きさに関するもので、表１に示すように本発明により、より微細化された。
【００６５】
【表１】

【００６６】
実施例２
補助ガス流体の消費量に関するもので表２に示すように、消費量は本発明により削減された。
【００６７】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一例を示す縦方向の模式的断面図である。
【図２】図１の横断面図で、（Ａ）はＡ−Ａ断面を（Ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す。
【図３】本発明の装置の他の例を示す縦方向の模式的断面図である。
【符号の説明】
１外筒
２補助ガス流体用入口
３主供給管
４副流路
５流量制限部材
６ベンチュリ入口
７ベンチュリ（ベンチュリ型エレメント）
８ベンチュリ出口
９マウスピース
１０延長部

Claims

外筒（１）、主供給管（３）および補助ガス流体用入口（２）を含む、接触分解反応器に炭化水素装入物を噴射するための装置であって、主供給管（３）は、外筒（１）内で、該装入物が均一に分配されるように設計された少なくとも２ケの副流路（４）に分けられること、各副流路（４）はベンチュリ型のエレメント（７）の上流で終ること、および該補助ガス流体が、該ベンチュリ（７）の入口に位置する混合室において、該装入物と混合することを特徴とする同装置。
複数のベンチュリ型エレメント（７）が外筒（１）内でお互いに平行に配列されている請求項１記載の装置。
補助ガス流体用入口（２）が前記副流路（４）の少なくとも１つと平行に配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
前記副流路（４）の少なくとも１つが、その内部に流路断面の流量制限部材（５）を備えていることを特徴とする請求項１、２または３記載の装置。
ベンチュリ型エレメント（７）がその収束部（６）において延長部材（１０）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。
該延長部材（１０）の、インジェクターの長軸方向で測った長さＬｐが混合室の長さＬｍの半分よりも小さいことを特徴とする請求項５記載の装置。
外筒（１）が、ベンチュリ（７）の下流に位置し、装入物と補助ガス流体の混合物が外筒の外部の反応ゾーンに向うように設計されている開口を有するマウスピース（９）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の装置。
マウスピース（９）が扁平な噴射を創り出すように配置されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
マウスピース（９）の開口の壁が約３０°と７５°の間の角αに限定されていることを特徴とする請求項７または８記載の装置。
ベンチュリ型エレメント（７）が１０°と４５°の間の角度をもった集束部（６）と、２°と１４°の間の角度をもった末広部とを有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の装置。
４つの副流路（４）を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の装置。
副流路（４）の軸が一つの同じ平面上にあることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の装置。
各副流路（４）は、ベンチュリの上流で終り、そのベンチュリ（７）と実際上同軸の少なくとも１つのオリフィスを有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の装置。
各副流路（４）が、その外周に配置され、装入物を副流路の流れに対して横断するように運ぶように設計されたオリフィスまたはスロットを有し、そのオリフィスまたはスロットはベンチュリ（７）の上流で終ることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の装置。
請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の装置の重質炭化水素装入物の接触分解への適用。