JP4187525B2 - 廃触媒分配器 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、流動接触クラッキングユニットの再生器内への廃触媒（ｓｐｅｎｔ ｃａｔａｌｙｓｔ）及び輸送ガスの分配を改良する方法及び装置に関する。
【０００２】
Ｈｅｄｒｉｃｋの米国特許第５，５６２，８１８号に示されるような、再生器、上昇管反応器及びストリッパーからなる典型的な流動接触クラッキングユニット（ＦＣＣＵ）において、細かく分割された再生触媒は再生器直立管を通して再生器から抜き取られ、そして炭化水素供給物と反応器上昇管の下部にて接触する。炭化水素供給物及び水蒸気は供給ノズルを通して上昇管に入る。約２００℃〜約７００℃の温度を有する供給物、水蒸気及び再生触媒の混合物は、上昇管反応器を上向きに通過して、供給物を軽質生成物へ変換するが、コークス層が触媒の表面に沈着し、少しの間に触媒を失活させる。それから上昇管の頂部からの炭化水素蒸気及び触媒は、サイクロンを通過し、炭化水素蒸気生成物流から廃触媒を分離する。廃触媒はストリッパーに入り、そこで水蒸気が導入され触媒から炭化水素生成物を除去する。それから廃触媒は廃触媒輸送ラインを通過して再生器に入る、そこで、廃触媒上のコークス層は空気の存在下かつ約６２０℃〜約７６０℃の温度にて燃やされ、触媒活性を回復させる。それから再生触媒は、再生器直立管を通して再生器流動床から抜き取られ、先に述べたサイクルの繰返しで、より下部の上昇管における供給物と接触する。
【０００３】
触媒再生はＦＣＣＵ操作における重要な段階である。この段階の成功は、再生器内の廃触媒と酸素含有ガスとの接触効率に依存する。単一の触媒入口開口を有するＦＣＣＵの操作は長年受け入れられてきたが、再生器内の触媒分配を改善することの潜在的な利益が、より最近に明らかになった。触媒分配のために理想的な条件は、触媒の分配及び混合のための時間がコークス燃焼よりも短くなるべきであることである。再生器の径が増加する場合、触媒の半径方向の混合時間は長くなる。同時に、再生温度が増加する場合、燃焼に必要な時間は短くなる。それゆえ、廃触媒分配を改良する利点は、より大きな径の再生容器を含みかつより高い温度で再生が行われるＦＣＣＵのために重要である。
【０００４】
廃触媒分配の他の重要な面は、再燃焼をコントロールすることであり、それは再生器の希釈相における実質的な温度増加により特徴付けられる。廃触媒とともに来る輸送ガス、最も一般的には空気が、良好に分配されない場合、廃触媒分配器の排出においてガスが大きな泡を形成し、燃焼の短い時間で濃厚流動床を通って素早く上昇し、酸素に富むガスを希釈相中に放出する。これは再燃焼と濃厚床における輸送ガスの乏しい燃焼効率とを導く。
【０００５】
再生器中の廃触媒分配を改良するために種々のデザインを使用する多数の先行技術の装置がある。図４は、先行技術の廃触媒分配器の概略図を表す。それは廃触媒が、廃触媒上昇管１０の上端において、側壁上の複数の別個のスロット４３を通って排出されることを示す。この分配器の１つの欠点は、触媒が小さい半径方向速度でスロットを出て行き、再生器における不十分な触媒分配を導くことである。他の欠点は、輸送ガスが上昇管の頂部にて触媒からまさに分離され、そして触媒と再混合する時間がほとんど無く、再生用の輸送ガスの乏しい使用量及びより多くの再燃焼を導くことである。
【０００６】
ＵＳ−Ａ−４５９５５６７は、廃触媒上昇管の上端において、触媒をＦＣＣ再生器へ空気／触媒分配グリッドの形態で分配する装置であって、半径方向に広がるグリッドのセクションの長さに沿ってノズルのような複数の別個の開口を有する該装置を開示する。Ｊ．Ｗ．Ｗｉｌｓｏｎによる“Ｆｌｕｉｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ" の１４５頁に開示されるように、この型の分配器グリッドは腐食ダメージの傾向があることが公知である。
【０００７】
ＵＳ−Ａ−４１５００９０は、再生器の中央において軸方向を向く廃触媒上昇管を含み、再生器床の表面近くに触媒を排出する複数の半径方向に広がる流動触媒分配器トラフにより終結する（ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）装置を開示する。トラフは実質的にＵ−形状の断面を有し、そしてトラフの底はトラフの長さに沿った流動化ガス注入を有し、下方にスロープする。ＵＳ−Ａ−５６３５１４０はＵＳ−Ａ−４１５００９０の改良であり、同様の分配トラフを有するが、トラフが自己吸気される改良を伴う。
【０００８】
ＵＳ−Ａ−５１５６８１７は、廃触媒上昇管の上端にて、逆ｖ型部分により閉じ込められる複数のチャネルを通して触媒を供給する装置を開示する。触媒は隣接する端において閉じられるチャネルの長さに沿って、下方に排出される。その装置は異なる長さの複数のチャネルを含み、そして単一の供給導管からのファン形成において発散し、再生器のほとんど直径をカバーする最も長いチャネルを有する。
【０００９】
ＵＳ−Ａ−５７７３３７８は、廃触媒直立管の下端にて廃触媒を分配させる装置を開示する。該直立管は床レベルの頂部近くの側壁から再生器に入り、水平導管を通して再生器の中央に触媒を運び、続けてデフレクタープレート末端キャップを有する鉛直下向きの導管を通し、そして鉛直導管の下側壁における複数の別個の半径方向のスロットを通して触媒を排出する。
【００１０】
ＥＰ−Ｂ−６２２１１６は、並列の水平運搬導管と連結するジャンクションで終結し、そして水平導管の末端にて別個の分配点に触媒を排出する中央の廃触媒上昇管により廃触媒を分配する装置を開示する。
【００１１】
これらの先行技術の廃触媒分配器の主な欠点は：
― 別個の排出による不完全な適用範囲―先行技術の廃触媒分配器は、複数の分配アーム又は廃触媒の単一のソースからの別個のスロットのいずれかを使用する。いずれの場合においても、再生器内の廃触媒の初期分配は、分配アーム又は別個のスロット間で数種の領域をカバーされないままにする；
― 輸送ガスの乏しい分配―先行技術の廃触媒分配器は、輸送ガスの分配にはほとんど注意を払わない。これは再生用輸送ガスの乏しい有用性及びより多くの再燃焼を導くものである；
― かさばる機械構造―先行技術の廃触媒分配器は、再生器の乱流環境において信頼性の無い長い水平アームを有する。これらのかさばる構造も、それらを改装のために既存の再生器に適合させることを難しくする；
ことを含む。
【００１２】
再生器における廃触媒の分配を改良することが本発明の目的である。他の目的は、同時に再生器中の輸送ガスの分配を改良することである。さらに他の目的は、このような分配をコンパクトで、丈夫で及び既存のＦＣＣＵにおいて容易に実行できる単純な機械装置を通じて達成することである。
【００１３】
本発明は、廃触媒及び輸送ガスの、流動接触クラッキングユニットの再生器内ヘの分配を改良するための、請求項１の改良方法及び請求項２の装置に関する。廃触媒及び輸送ガスは、廃触媒上昇管を上向きに通過し、そしてデフレクターコーンにより半径方向外側に向きを変えられる。触媒及び輸送ガスは、それらが分配器の外側縁（周囲）から再生器内へ実質的に均一な半径方向に排出される前に、２つのディスク間を放射状に外側に移動するときに、再混合される。分配器は、再生器の全体断面をカバーするようにその周囲からの連続的な排出を提供すべく適応する。さらに有利かつ好ましい具体例を以下に記載する。
【００１４】
図１は、廃触媒を分配するための好ましい方法及び装置を表す。
図２は、図１の好ましい方法及び装置の上面図を表す。
図３Ａ及び３Ｂは、廃触媒分配器の好ましい具体例の詳細を表す。
図４は、先行技術の廃触媒分配器の概略図を表す。
【００１５】
触媒再生はＦＣＣＵ操作における重要な段階である。この段階の成功は、再生器内の廃触媒と空気との間の接触効率に依存する。触媒分配のための理想的な条件は、廃触媒の分配及び混合のための時間がコークス燃焼よりも少なくならなければならないというものである。鉛直方向における流動化は流動床における半径方向における混合に比べ比較的早いことは、流動化の分野において公知である。本発明は、半径方向の分配及び混合を改良することに第一に集中する。
【００１６】
図１は、本発明の再生器内部の廃触媒を分配するための好ましい方法及び装置を表す。廃触媒及び輸送ガス、最も一般的には空気、は上昇導管１０を通って、複数の空気分配リング１３を有しかつ流動床レベル１４を形成する再生器１２内に上向きに入る。廃触媒及び輸送ガスは、導管１０の上端へ上向きに通過し、そして流動床レベル１４の下方において、分配器１５を通って、矢印１６により表されるように実質的に均一な半径方向に、一緒に出て行く。廃触媒及び輸送ガスの両方が、流動床１４内で半径方向に急速に混合し、再生プロセスを開始する。燃焼ガスは再生器１２の上部１８を通って流動床１４を出る、そして再生された触媒は導管１７を通って出る。
【００１７】
図２は、図１の好ましい方法及び装置の上面図を表す。廃触媒及び輸送ガスは導管１０を通って昇り、そして分配器１５の周囲にて、実質的に均一な半径方向１６に出ていく。分配器１５はその周囲からの連続的な円周方向の排出を提供し、そして下記のように再生器１２全体をカバーすべく適応する。
【００１８】
図３Ａ及び３Ｂは、それぞれ図１及び２において示される分配器１５の好適な具体例の側面図及び上面図の詳細を表す。分配器１５は下側ディスク３１及び上側ディスク３２を含む。分配器１５を形成するディスク３１及び３２の径は、再生器１２の径と比べて小さい。分配器／再生器の径の比は０．１０（１０％）〜０．５０（５０％）の範囲であるが、好ましくは０．２０（２０％）〜０．３５（３５％）の範囲である。下側ディスク３１は導管１０に固定連結する。ディスク３１は水平であるように見えるが、それは上に又は下に傾斜していてもよい。この傾斜角の範囲は、水平から約３０°上方〜約３０°下方であることができるが、好ましくは水平から約１５°上方〜約１５°下方である。上側ディスク３２は、複数のスペーサー３４により下側ディスク３１と固定連結する。ディスク３２は、下に傾斜しているように表されるが、上に傾斜してもよい。この傾斜角の範囲は水平から約３０°上方〜約４５°下方であるが、好ましくは水平から約１０°上方〜約３０°下方である。ディスク３２の径は、図中ではディスク３１のものと同じに表されているが、２つの径の比は０．８〜１．２５の範囲であることができる。図３Ｂに表されるように、スペーサー３４は分配器１５の周囲に届く前に終結する。これは触媒と輸送ガスがスペーサー３４を通過した後に再合流し、再びそのギャップを満たすことができるようにする。それゆえ、図３Ａ及び３Ｂの好適な具体例において、分配器１５は周囲から触媒及び輸送ガスの連続的かつ実質的に均一な排出を、再生器１２の断面全体をカバーするように提供すべく適応できる。しかし、スペーサー３４が分配器１５の周囲まで拡張されれば、分配器１５の基本的なデザインは、再生器がカバーしていない小さな部分以外は、なおも作用する。上側ディスク３２もディスク３２の中央にて固定連結するデフレクターコーン３３を含む。上昇導管１０に対するデフレクターコーン３３の径の比は、約０．３０（３０％）〜約１．００（１００％）の範囲であるが、好ましくは０．４０（４０％）〜０．８０（８０％）の範囲である。廃触媒と輸送ガスとの混合物は、導管１０を通り上に向かって通過する、そして実質的に均一に、デフレクターコーン３３により半径方向外向きに放散する。デフレクターコーン３３の機能は、流れ方向の変化を補助するものである。分配器１５の基本的な機能は、デフレクターコーン３３無しでもなお作用するが、２つのディスク間の触媒と輸送ガスとの再混合は効率が低くなり、そして分配器１５を通した全体の圧力低下は大きくなる。
【００１９】
流動化の技術において公知であるように、鉛直上方から導管１０の上端における半径方向外向きへの流れ方向の突然の変化により、触媒と輸送ガスとの間のある程度の分離は生じる。触媒の速度も流れ方向の変化により減少する。図３Ａ及び３Ｂにおいて示されるように、好適な具体例は、上側ディスク３２及び下側ディスク３１間に形成する空間内の輸送ガスにより触媒を再促進化させ、そして輸送ガスは分配器１５の周囲から再生器流動床１４内へ排出される前に一緒に半径方向外側に移動する。
【００２０】
２種のディスク間における触媒の再促進化並びに触媒及び輸送ガスの再混合は、重要である。分配器１５は比較的小さな径を有するので、それは、廃触媒及び輸送ガスを再生器１２内へ分配するための分配器１５の周囲からの排出の実質的に半径方向のジェットに依る。再促進プロセスが、分配器１５を出る前に、触媒に半径方向におけるモーメントを回復させることが見出された。これは触媒を分配器から実質的な距離へ排出させ、それゆえ再生器１２の均一な適用範囲を必須に提供する。それは、この再促進化プロセスの間に、触媒により輸送ガスが再分散されることが見出された、それゆえ分配器１５の出口点（周囲）において、より小さな泡を作成する。廃触媒及び輸送ガスの両方が、実質的なモーメントを有し半径方向にて分配器１５を出て行く。これは再生器流動床１４内の廃触媒及び輸送ガスの半径方向の混合を改良する。より小さな泡とより早い混合の組合せ効果は、再生のための輸送ガス使用量の有効性を改良する。輸送ガスが導管１０の上端において分離され、そして触媒と再混合しない場合は、分配器１５の周囲に大きい泡が形成する。大きい泡は非常に早く上昇するので、輸送ガス中の酸素は再生流動床１４内で燃焼するための時間をほとんど有さない。これは、再生のための輸送ガス適用の有効性を減少させ、そして床レベル１４の上での酸素に富むガスの放出は、再燃焼を導く。
【００２１】
上述より、本発明の方法及び装置が先行技術の廃触媒分配器及びその使用に勝る数種の利点を提供することが例証された、すなわち、
（ａ）連続的な排出による完全な適用範囲―本発明は、分配器１５の周囲から、再生器１２断面全体をカバーするように、連続的で実質的に均一な周囲の排出を提供すべく適応する。先行技術の廃触媒分配器は、複数の分配アーム又は別個のスロットのいずれか使用する。これらの場合のいずれかにおいて、廃触媒の初期の分配は、再生器の一部しかカバーできず、分配アーム又は別個のスロットの間においては領域の一部がカバーされないままである；
（ｂ）同時の輸送ガスの分配―輸送ガスは分配器１５内で、それらの周囲を出る前に再混合される。これは分配器１５の出口（周囲）における泡をより小さくし、かつ輸送ガスの燃焼有効性を改良しそして再燃焼を減少させる；
（ｃ）再生器流動床における早い半径方向の混合―廃触媒及び輸送ガスの両方が実質的なモーメントを伴い半径方向に分配器１５を出る。これは再生器流動床１４内の廃触媒と輸送ガスとの混合を改良する、及び輸送ガスの燃焼有効性を改良する；
（ｄ）コンパクトな機械構造―本発明の好ましい具体例は、比較的小さな径を有する。それは丈夫で、ほとんどの再生器に容易に取り付けできるコンパクトな構造を有する。先行技術の分配器は、再生器の乱流環境において信頼性の無い長い水平アームを有する。それらのかさばる構造は、改装のために既存の再生器に適応させることを難しくする；
である。
【００２２】
図３Ａ及び３Ｂに示される廃触媒分配システムの本発明は、図４に表されるデザインを有する先行技術の分配器の代わりに、出願人のＦＣＣＵの１つに取り付けられた。廃触媒及び輸送ガスは図４に表され、エンドキャップ４２で終結する導管１０を上向きに通過する。廃触媒及び輸送ガスは、上端において導管１０の側壁の複数のスロット４３を通して排出される。
【００２３】
以下の限定されない例において結果を示す。
例
例中において、図３Ａ及び３Ｂの本発明の廃触媒分配器の１つの具体例の取り付け前後において、再生器で動作試験を行った。図４は、本発明の具体例に置きかえられた先行技術の廃触媒分配器を表す。下の表１は導入の前後の数種の動作パラメーターの比較を表す。
【００２４】

【００２５】
再生器内における廃触媒及び輸送ガスの改良された分配の利点は、大多数の方法により有利に利用できることである。上述の例証具体例において、オペレーターは実質的に少ない補足酸素を用いて運転でき、及び再生触媒上の炭素を減少させることができるが、必要なコークス燃焼能力は維持する。これらの両方の利点は、実質的な経済的な利益をオペレーターにもたらす。廃触媒上昇間及び分配器における圧力低下を減少させることは、増加から廃触媒輸送ガスブローワーにおける重量を維持するのに所望である。触媒：油比を減少させることは、オペレーターが流動接触クラッカー内を循環する触媒の全てのポンドについて油のより多くのバレルを処理することを可能にする。総合的には、コークスを焼却することにおいて、循環された再生器の有効性は、本発明の方法及び具体例の使用により２５％近く改良された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、廃触媒を分配するための好ましい方法及び装置を表す。
【図２】 図２は、図１の好ましい方法及び装置の上面図を表す。
【図３】 図３Ａ及び３Ｂは、廃触媒分配器の好ましい具体例の詳細を表す。
【図４】 図４は、先行技術の廃触媒分配器の概略図を表す。
【符号の説明】
１０ 導管
１２ 再生器
１３ 空気分配リング
１４ 再生器流動床
１５ 分配器
１７ 導管
３１ 下側ディスク
３２ 上側ディスク
３３ デフレクターコーン

Claims (13)

1. 流動接触ユニットの再生器内で使用するための廃触媒分配器であって：
   前記再生器内に廃触媒と輸送ガスとの混合物を導入するための導管であって、再生器内に到達する開口を有する該導管；
   前記再生器内の前記導管の最上端にて前記導管の開口を囲む第一ディスク；
   前記第一ディスクから上方に一定の間隔をあけ及び前記第一ディスクと固定連結し、それによりそれらの間に実質的に開いた空間を形成する第二ディスク；
   底面にて前記第二ディスクに取り付けられ、下方を向きそして前記導管の出口上の中央に位置するデフレクションコーンであって、前記廃触媒及び前記輸送ガスを前記第一ディスク及び第二ディスク間に形成する空間を通して実質的に均一に半径方向外側に方向づけ、それにより前記第一ディスク及び第二ディスク間に形成する空間の外側円周から前記再生器内へ実質的に均一に半径方向外側へ前記廃触媒と前記輸送ガスとの混合物の連続的な円周方向の排出を提供する該デフレクションコーン、
   を含む該廃触媒分配器。
2. 前記第一ディスクが水平である請求項１の分配器。
3. 前記第一ディスクが、前記水平位置から３０°上方〜３０°下方の範囲で傾斜する請求項１の分配器。
4. 前記第一ディスクが、前記水平位置から１５°上方〜１５°下方の範囲で傾斜する請求項３の分配器。
5. 前記第二ディスクが水平である請求項１〜４のいずれか１項の分配器。
6. 前記第二ディスクが、前記水平位置から３０°上方〜４５°下方の範囲で傾斜する請求項１〜４のいずれか１項の分配器。
7. 前記第二ディスクが、前記水平位置から１０°上方〜３０°下方の範囲で傾斜する請求項６の分配器。
8. 前記再生器の径に対する前記第一ディスクの径の比が、０．１０〜０．５０の範囲である請求項１〜７のいずれか１項の分配器。
9. 前記再生器の径に対する前記第一ディスクの径の比が、０．２０〜０．３５の範囲である請求項８の分配器。
10. 前記第二ディスクの径に対する前記第一ディスクの径の比が、０．８０〜１．２５の範囲である請求項１〜９のいずれか１項の分配器。
11. 前記導管の径に対する前記デフレクターコーンの底面の径の比が、０．３０〜１．００の範囲である請求項１〜１０のいずれか１項の分配器。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項の廃触媒分配器を使用して、流動接触クラッキングユニットの再生器を操作する方法であって、
    廃触媒及び輸送ガスを、前記再生器内部に到達する導管に上向きに通過させ；
    前記廃触媒及び前記輸送ガスを、前記導管の上端において実質的に均一に半径方向外側に向け；
    分配器内の前記廃触媒及び前記輸送ガスを再混合し；
    前記廃触媒と前記輸送ガスとの前記混合物を、前記分配器の周囲から、前記再生器内へ実質的に均一に半径方向外側へ排出し；及び
    前記分配器の外側円周から前記廃触媒と前記輸送ガスとの混合物の連続的で実質的に均一な円周方向の排出を行う、
    段階を含む流動接触クラッキングユニットの再生器の操作方法。
13. 前記輸送ガスが空気である請求項１２の方法。

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