JP4242927B2 - 抑制渦巻第３段階分離機による、流体接触分解法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は重質炭化水素供給原料の流動化接触分解及び蒸気流れから微細な固体を分離するためのサイクロンに関する。
接触分解は多くの製油所の主力である。これは、大きな分子をより小さな分子へと触媒で分解することによって、重質の供給原料をより形質な生成物へと転化する。接触分解は、高い水素分圧で操作される水素添加分解と対照的に、水素の添加なしに低圧で操作される。分解操作の間に実際に非常に少ない油で操作するので、接触分解は本来安全である。
接触分解法の２つの主な変形、すなわち移動床及びはるかに通常的で効率的な流動床法がある。
流動接触分解（ＦＣＣ）法において、食卓塩及びこしょうに似た粒子サイズ及び色を有する触媒が分解反応器と触媒再生機との間を循環する。反応器内で、炭化水素供給原料は熱い再生された触媒ソースと接触する。この熱い触媒は４２５〜６００℃、通常は４６０〜５６０℃において供給原料を蒸気化しかつ分解する。分解反応は炭質炭化水素またはコークスを触媒上に付着させ、それによって触媒を不活性化する。分解された生成物はコークスが付いた触媒から分離される。コークスが付いた触媒は触媒ストリッパー中で揮発物を除去され（通常水蒸気によって）、次にストリッピングされた触媒が再生される。触媒再生機は酸素含有ガス、通常は空気によって触媒からコークスを燃やして除く。脱コークスは触媒活性を回復し、そして同時に触媒を５００℃〜９００℃、通常は６００℃〜７５０℃へ加熱する。この加熱された触媒は分解反応器へ再循環されてさらに新しい供給原料を分解する。再生機内でコークスを燃やすことによって形成される煙道ガスを粒子の除去のために及び一酸化炭素の転化のために処理でき、通常はその後に煙道ガスを大気中に放出する。
接触分解は吸熱的（すなわち熱を消費する）である。分解のための熱は最初に再生機からの熱い再生触媒によって供給される。最終的にはそれは供給原料を分解するために必要な熱を供給する供給原料である。いくらかの供給原料はコークスとして触媒上に付着し、そしてこのコークスの燃焼は再生機内で熱を発生し、これは熱い触媒の形態で反応器へ再循環される。
接触分解は４０年代からの進歩的な開発を経験してきた。近代の流動接触分解（ＦＣＣ）装置はゼオライト触媒を使用する。ゼオライトを含む触媒は、再生後の触媒上のコークスが０．１重量％未満、好ましくは０．０５重量％未満であるとき最も良好に働く。
再生機内でＦＣＣ触媒をこの低い残留炭素レベルへと再生し、かつＣＯを完全にＣＯ₂へと燃やすため（熱を保存し空気の汚染を減じるために）に、多くのＦＣＣ操作者はＣＯ燃焼促進剤を添加する。米国特許第４，０７２，６００号及び４，０９３，５３５号はＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ及びＲｅのような燃焼−促進金属を分解触媒中に全触媒を基準として０．０１−５０ｐｐｍの濃度で使用することを教示する。
多くのＦＣＣ装置は全てライザー（ｒｉｓｅｒ）分解装置である。これは密（ｄｅｎｓｅ）床分解よりも選択的である。精製機はライザー分解の利点を、より短い滞留時間及びより高い温度にすることによって最大化する。より高い温度はある程度の熱分解を生じ、もしこれを継続させると全ての供給原料をコークスと乾燥ガスへと転化するであろう。より短い滞留時間は理論上熱分解を減じるが、最近の装置と関連するより高い温度は供給原料を熱的に分解するのに必要な条件をつくり出す。我々は、供給原料の接触転化を最大化しかつ供給原料の熱分解を最小化する上で、精製機は反応器内の望まれる結果を達成する条件を行使するが、計画にない運転停止に通じる他の問題を引き起こすと考えた。
緊急の運転停止は航空機の車輪の上がった着陸によく似ている。生命の損失はないが、経済的な損失はかなりのものである。現代のＦＣＣ装置は、有益であるために高い処理量で運転しなければならず、そして運転停止なしに長年運転しなければならない。ＦＣＣの生産量の多くは下流の加工装置において必要であり、そして精製機のガソリンのプールの多くは通常ＦＣＣ装置から直接誘導される。長期間の間装置が信頼して働き、そして非常に重質の供給原料を含む種々の供給原料と調和できることが重要である。装置は汚染物質または粒子についての局部的な限界を越えることなく働かなくてはならない。触媒は幾分高価であり、そしてほとんどの装置は数百トンの触媒を有する。ほとんどのＦＣＣ装置は何十トン／分の触媒を循環し、そして供給速度が大きく、かつ分解される油の１トンあたりおおよそ５〜７トンの触媒が必要であるので大きな循環が必要である。
重質の炭化水素生成物が触媒及び微粒子（ｆｉｎｅｓ）に混入しないように、触媒は分解生成物から除去しなければならない。触媒及び微粒子は再生機から放出される煙道ガスからも除去しなければならない。再生機サイクロンによって回収されなかった触媒は、静電沈澱機、バッグハウスまたはある種の除去段階をかなりの経費をかけて加えられない限り煙道ガスと共にある。再生機を出るほとんどのＦＣＣ煙道ガス流れの量は、再生機煙道ガス流れ中のエネルギーのいくらかを回復することを試みるためにパワー回復システムが取り付けられいると、タービンの羽根の激しい浸食を引き起こすのに十分なものである。
この地点に残る固体は回収することが極めて困難であり、数段階の高度に効率的なサイクロンを通るにもかかわらず首尾よく捕捉を逃れる。この固体は非常に小さく、本質的に全ての固体が２０μｍ未満であり、そしてかなりの量のサブミクロンから５μｍのサイズの物質を含む。
このような固体の収集はほぼ１世紀に間挑戦されている。技術の現状の調査がＰｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ中の「ダスト−収集装置」（以下に概説）に記述されている。重力沈降チャンバーが使用できるが、直径約４０ミクロン以上の粒子について働くに過ぎない。小さな粒子は長い沈降時間を有し、そして装置が大きな段面積を有しない限り沈降する前に流れ出る。ハワード（Ｈｏｗａｒｄ）ダスト室は、ダストがそれほど落ちる必要がないように室内に多段水平板を与えて問題を少し解決した。この装置はＰｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋの第６版、２０〜８２頁において議論されており、ハワードダスト室は「ヒュームアレスター」と称される１９０８特許の対照であった。大量の再生機空気及び大量の微粒子及びダストを有するＦＣＣ再生機のためには、メインの分別機を含むＦＣＣ装置よりも大きな沈降室が必要とされるであろう。
衝突分離機は、慣性力を使用して粒子を押しやってガス流れ中の収集ボディー上に衝突させるためにすこしは問題を改善する。これらは２０μｍよりを越える粒子についてよく働き、そしてＦＣＣ再生機煙道ガス中のダストにはほとんど効果がない。
サイクロン分離機は沈降室であり、この中では重力加速度が遠心加速度によって置換される。ＦＣＣ再生機は大きなサイクロン分離機を使用し、そして本質的に１５μｍよりも大きい粒子を効率的に回収できる。収集効率は１５μｍのサイズの粒子よりも小さなものについては悪く、そして５または１０μｍよりも小さいものについてはさらに悪い。ＦＣＣ再生機サイクロン中での収集効率を増すために、精製機は、サイクロンへ入ってくるガスの速度を増すことによって、高い圧力を受け入れる。
精製機は、機械的制約及び圧力降下の問題によって、典型的には２〜８の第１、及び２〜８の第２サイクロンをそのＦＣＣ再生機中に使用する。これらのサイクロンはかなり大きな直径を有し、これは達成できる遠心加速度の量を制限する。
したがって、ＦＣＣ再生機は本来、大量の微粒子及びダスト（１５μｍ範囲未満）を煙道ガスと共に出ていかせる。この物質は、大気中に煙道ガスを放出する前に、またはパワー回収タービンを通過する前に煙道ガスから除去されなければならない。
一般に、触媒の積込を減じ、そしてタービンの羽根を保護し、または煙道ガスの大気への放出を許すために第３段階分離機が、タービンの上流に取り付けられる。これらは２０、５０、１００またはもっと小さな直径のサイクロンであることができる。この第３段階分離機は、ＦＣＣ再生機の内部になく、またはその一部ではないので、多数の小さなサイクロンを使用できる。同じガス速度及び圧力降下のためにそれより大きいサイクロンより非常に良好な微粒子の収集を与えるので、小直径のサイクロンが使用される。Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋの第６版は、表２０〜３３において、５〜２０μｍのダスト混合物について、サイクロンの直径が減るにつれてダスト収集が有意に増大し、１５２、２２８及び６１０ｍｍ（６、９及び２４インチ）のサイクロンの収集効率がそれぞれ９０％、８３％及び７０％である。
いくつかの売主（Ｐｏｌｕｔｒｏｌ及びＥｍｔｒｏｌ）は、多くの小直径の、水平に取り付けられ、接近して連結された、そして中央ガス出口のまわりに半径方向に分布するサクロンを有するシステムを供給している。一般的なダスト除去のための多数、小、水平に取り付けられたサイクロンの使用も既知である。例えばＰｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ第６版の図２０〜図１０８に示されるダステックス（Ｄｕｓｔｅｘ）ミニチュアコレクターアセンブルを参照されたい。ガスは多数の概ね水平に取り付けられたサイクロンに対して接線方向に加えられる。精製されたガスは接線入口（これは減じられた直径を有してもよいが密閉されていない）の近くの中央ガス出口を介して引き抜かれ、一方ダストはサイクロンの反対側から除かれた。
このような第３段階分離機は非常に助けになるが、望まれるほどには決して効率的ではなく、そしていくつかの精製機は、微粒子の放出を減じるために静電集塵機またはバッグハウスを第３段階分離機の下流に取り付けなければならなかった。
我々は第３段階サイクロンの操作を改善することを望む。小直径の水平に据え付けられたサイクロンの観察及び試験に基づき、我々はこれらのサイクロンの性能を改善するため方法は、これらをさらに使用することでもより小さい直径の装置を使用することでもなく、それらはむしろそのような装置を使用することにいくつかの固有の問題を含むことに気付いた。
我々は、ミクロン及びサブミクロン粒子を除くために充分な遠心力を与えるのと同じ高速度及び高遠心力が収集室内で、分離された粒子を再同伴する乱流を起こすことを観察した。我々はこれらの装置の利点である高い遠心力（流れているガス流からサブミクロン粒子を置換できる）を保持することを望む。この装置を改善するために、我々は、慣性分離を引き起こすが高エネルギー流れが再同伴を引き起こすのを防止するために、収集室内に生じる高エネルギー渦巻を維持することを必要とした。
我々は、小直径の水平に取り付けられたサイクロンの操作が、高エネルギー渦巻が固体出口を通り過ぎて伸びることを可能にするための手段をこの装置の収集室内に与えることによって改善されることを発見した。好ましくは、水平サイクロン内に形成された渦巻に平行なスロット付（ｓｌｏｔｔｅｄ）固体出口が与えられる。この方法で、我々は渦巻を含め、そして渦巻から収集された固体を保護し、そして収集された粒子の再同伴を減じる。
本発明は、一定の直径と水平または水平の３０°以内に配置された円筒軸とを有する第１円筒サイクロンボディーを含んで成る水平サイクロン分離機であって、該第１サイクロンボディーは、
蒸気と同伴固体との渦巻を形成するための、蒸気流れ及び同伴固体のための接線方向蒸気入口を有する開口端部分；開口端部分内の円筒蒸気出口チューブであって、円筒蒸気出口チューブは第１円筒サイクロンボディー内に伸びる入口と、第１円筒サイクロンボディーの円筒軸と整列された（ａｌｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ）蒸気出口チューブ円筒軸とを有する；蒸気及び同伴固体のための第１円筒サイクロンボディーの反対の端の渦巻出口であって、該渦巻出口は円筒蒸気出口チューブと軸が整列した中心を有する環状開口を含んで成り、ここで該渦巻出口は第１円筒サイクロンボディーの直径以下の直径を有する；一定の長さ及び接線方向入口において第１円筒サイクロンボディーの直径よりも小さい直径の円筒側壁を有する渦巻収納（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）円筒ボディー、該渦巻収納円筒ボディーは第１円筒サイクロンボディーと軸が整列した円筒軸を有し、そしてガスと同伴固体との渦巻が入るのを許すための第１円筒サイクロンボディーの渦巻出口と連結した開口端、該開口端からの円筒ボディーの反対の端に位置する密閉端部分、並びに渦巻収納円筒ボディーの側壁内の固体及びガス出口スロットを含んで成り、ここで該出口スロットは渦巻収納円筒ボディー低部内にあり、渦巻収納円筒ボディーの軸に平行であり、かつ渦巻収納円筒ボディーの長さの少なくとも５０％の長さを有する；を有する、
前記の水平サイクロン分離機を与える。
他の態様において、本発明は、流動化接触分解法であって、
重質供給原料が分解反応器内で再生された分解触媒との接触によって接触分解されてより軽質の生成物を生成しかつ触媒を使用し、そして使用された触媒は、煙道ガスから触媒と微粒子とを回収するための第１及び第２分離機を含む触媒再生手段内で再生されて同伴触媒微粒子を含む煙道ガス流れを生成し、そして第３段階分離機は煙道ガスから触媒微粒子の少なくとも一部を除去するために使用され、
この第３段階分離機は、一定の直径と水平または水平の３０°以内に配置された円筒軸とを有する第１円筒サイクロンボディーを含んで成る少なくとも５０の水平サイクロンを含んで成り、該第１円筒サイクロンボディーは、蒸気と同伴固体との渦巻を形成するための、蒸気流れ及び同伴固体のための接線方向蒸気入口を有する開口端部分；開口端部分内の円筒蒸気出口チューブであって、該円筒蒸気出口チューブは第１円筒サイクロンボディー内に伸びる入口と、第１円筒サイクロンボディーの円筒軸と整列された蒸気出口チューブ円筒軸とを有する；蒸気及び同伴固体のための第１シリンダーの反対の側の渦巻出口であって、該渦巻出口は円筒蒸気出口チューブと軸が整列した中心を有する環状開口を含んで成り、ここで渦巻出口は第１円筒サイクロンボディーの直径以下の直径を有する；一定の長さ及び接線方向入口において第１円筒サイクロンボディーの直径よりも小さい直径の円筒側壁を有する渦巻収納円筒ボディーであって、ここで渦巻収納円筒ボディーは第１円筒サイクロンボディーと軸が整列した円筒軸を有し、そしてガスと同伴固体との渦巻が入るための第１円筒サイクロンボディーの渦巻出口と連結した開口端；該開口端からの渦巻収納円筒ボディーの反対の端の密閉端部分；並びに渦巻収納円筒ボディーの側壁内の固体及びガス出口スロットを含んで成り、ここでスロットは渦巻収納円筒ボディーの低部内にあり、渦巻収納円筒ボディーの軸に平行であり、そして渦巻収納円筒ボディーの長さの少なくとも５０％の長さを有する；を有する、
前記の流動化接触分解法を提供する。
他の態様において、本発明は、
一定の直径と水平または水平から３０°以内に配置された円筒軸とを有する第１円筒サイクロンボディーを含んで成る水平サイクロン分離機であって、
該第１サイクロンボディーは、蒸気と同伴固体との渦巻を形成するための蒸気流れと同伴固体とのための接線方向蒸気入口を有する開口端部分；開口端部分内の円筒蒸気出口チューブであって、該円筒蒸気出口チューブは第１円筒サイクロンボディー内に伸びる入口と、第１円筒サイクロンボディーの円筒軸と整列された蒸気出口チューブ円筒軸とを有する；蒸気と同伴固体とのための第１シリンダーの反対の端の渦巻出口、該渦巻出口は円筒蒸気出口チューブと軸が整列した中心を有する環状開口を含んで成り、そして渦巻出口は第１円筒サイクロンボディーの直径以下の直径を有する；渦巻出口と流動的に連結された、縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部であって、該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部は、一定の半径、高度及び縦軸を有する直円筒の表面の上側の半分を含んで成り、ここで該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の半径は第１円筒サイクロンボディーの半径未満であり、該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の高度は第１円筒サイクロンボディー内に伸びる円筒蒸気出口チューブの入口と同じかまたはそれより大きく、そして該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の円筒軸は円筒蒸気出口チューブと軸が整列している；を有する、
水平サイクロン分離機を提供する。
他の好ましい態様は、完全に水平のサイクロンの使用、直径６５〜９０ｍｍ及びサイクロンボディーの内部の長さ１２５〜１５０ｍｍの出口チューブ、並びに５００ｍｍ長さの半分に切断または分割された８”スケジュール４０パイプの延長部のような好ましい形態及びサイズに関する。
図面において、図１（従来技術）は従来技術のＦＣＣ装置の単純化された略図である。
図２は従来技術の第３段階分離機の単純化された略図である。
図３（本発明）は本発明の出口改良を有する１個のサイクロンを備えた第３段階分離機の断面図である。
図４（本発明）は「渦巻き形」固体出口を備えたサイクロンの断面図である。
図５及び６（本発明）は線ＡＡに沿ってとった図４のサイクロンの断面図である。
図７（本発明）は「その縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形」固体出口を備えたサイクロンの断面図である。
図８（本発明）は線ＡＡに沿ってとった図７のサイクロンの断面図である。
図９（本発明）は図７のサイクロンの３次元スケッチである。
図１０は異なったタイプのサイクロンについての入口速度の関数としてのサイクロン効率のグラフを示す。
図１１（本発明）は図４〜６に示されたサイクロンの等大図である。
本発明は、慣用のライザー分解ＦＣＣ装置と一緒に検討することによってよりよく理解できる。図１は従来技術の流動接触分解システムを示し、これはＯｉｌ ＆ Ｇａｓ Ｊｏｕｒｎａｌの１９９０年１月８日版の流動接触分解レポートの図１７として示されるケロッグウルトラオルトフローコンバーターモデルＦに類似している。本発明の方法から利益を得ることができる多くの他のＦＣＣ装置があるが、本発明の方法はこのタイプのＦＣＣ装置と共に非常に良好に働く。
ガス油、真空ガス油のような重質供給原料を、供給原料注入ノズル２を介してライザー反応器４に加える。分解反応はライザー反応器内でほとんど完了し、ライザー反応器はエルボ１０において反応器の頂部で９０°曲がっている。使用された触媒及び分解された生成物は、使用されたほとんどの触媒を分解生成物から効率的に分離するライザーサイクロン１２を通ってライザー反応器から排出される。分解生成物は装置１４内に排出され、最終的に上側サイクロン１６及び導管１８を介して分別（精留）機へと移動する。
使用された触媒はライザーサイクロン１２のディップレッグ（ｄｉｐｌｅｇ）から触媒ストリッパー８へと下へ排出され、ここで手段１９により入るストリッピング蒸気によって、１または２あるいはそれ以上の段階の蒸気ストリッピングが起こる。ストリッピングされた炭化水素及びストリッピング蒸気はディスエンゲージャー１４内に通り、そして上側サイクロン１６を通過した後に分解生成物と共に取り出される。
ストリッピングされた触媒は、使用済触媒直立管２６を介して触媒再生機２４内に排出される。触媒の流れは使用済触媒プラグバルブ３６で制御される。
触媒は再生機２４内で空気ライン及び空気ディストリビューター（示さず）を介して加えられる空気との接触によって再生される。必要であれば再生機から熱を除去するために触媒冷却機２８が与えられる。再生された触媒は、再生触媒用プラグ弁アセンブリー３０を介して再生機から引き抜かれ、そしてライザー反応器４の基部（ｂａｓｅ）内に排出されて、上述したようにインジェクター２を介して注入された分解用の新しい供給原料を接触する。煙道ガス及びいくらかの同伴触媒は再生機２４の上側部内の希釈層領域内に排出される。同伴触媒はサイクロン２２の多段において煙道ガスから分離され、そして出口２９を介して、ライン３を介する煙道ガスラインへの排出のために、プレナム（充気）２０内に排出される。
この再生機は本発明の実施のために理想的である。そのような再生機内のバブリング緻密床は優秀な水平混合を示し、そして熱交換機２８は重質供給原料によってさえも完全なＣＯ燃焼操作を許容する。
図１は第３段階分離機を示していない。ほとんどの製油所においてライン３はいくつかのタイプの第３段階分離機（示さないが、１つが通常５０または１００（あるいはそれ以上）の小直径水平サイクロンを含む）へと移動する。精製された煙道ガスは次に所望のパワー回収タービン（示さず）を通過し、次にＳＯｘスクラバーまたは静電沈殿機のようないくつかの煙道ガス清浄化装置を介して大気に放出するために排気筒へと移動する。
図２（従来技術）は、Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９７６年３月、１４１頁の「接触分解装置煙道ガスのための改善された熱ガスエキスパンダー」の図１に類似している。
第３段階分離機２００は微粒子を含むＦＣＣ煙道ガスを入口２１０を介して受け入れる。ガスはプレナム２２０を介して、渦巻羽根（示さず）を含む複数の小直径のセラミックチューブ２３５の入口に配送される。微粒子はチューブ２３５の壁上に集まり、そして該チューブの基部から固体の環状流れ２３０として排出される。清浄なガス流れは出口チューブ２３９を介して引き抜かれて出口２９０を介して容器から取り出される。固体は固体出口２６５を介して除去される。
図３（本発明）は第３段階分離機の略図を示す。単一の渦巻き形出口が示され、そして１００を越えるサイクロンのために置かれているが、実際には各サイクロンが渦巻き形出口をもつであろう。
煙道ガスと同伴微粒子との混合物は第３段階分離機３００の入口３１０に入る。この混合物は壁３００によって定義されるプレナムを通って流れて複数の水平サイクロン３２５へ接線方向に入る。一つのサイクロンに加えられた渦巻き形出口段階３３５が、本発明の改良された固体出口が存在する第３段階分離機にどのように組み込まれるかを例示するために示されている。サイクロンから放出された固体は第３段階分離機の基部内の円錐コレクター３４０を通って下に通過し、そして固体出口３５０を介して除去される。清浄化されたガスはサイクロン出口チューブ３１４を通って、複数の開口４１４内へ、出口チューブ３８０内へと通過する。
図４及び５は渦巻き形の固体出口を有する、本発明のサイクロンを示す。
熱い蒸気及び同伴触媒はガス入口４１２を介してサイクロン４１０に入り、これは図３に示す水平渦巻き形出口段階３３５に相当する。入ってきたガス流れはこのサイクロンに接線方向に入り、そして出口チューブ４１６の回りを渦巻く。触媒は壁４１８へ投げつけられ、一方ガスはチューブ４１６を通ってガス出口４１４を上に通過する。出口チューブの壁とサイクロンの壁４２０は典型的には浸食を軽減するために耐火性コーティングで内張りされている。円筒サイドウォール４１８に投げ付けられた触媒は先細りになっている部分４２０（この部分も耐火性コーティングで内張りされていてもよい）を通って渦巻き形出口部分４３０へと通過する。スクロール出口部分は水平サイクロン４１０の通常の部分の上をスリップする開口端４３５を有する。この渦巻き形出口は水平サイクロン４１０の一体部分として、溶接、ボルト締め、または注型されていてもよい。渦巻き形出口４３０は密閉端４４０を有し、これは単なるプレートまたはシート、あるいはキャップ、円錐部分、半球等であってよい。
水平サイクロンの部分４１０内に入ってきたガスによって形成された強い渦巻は水平延長部分４３０内に伸びる。固体は、先細りになっている壁または切頭円錐部分４２０から流れて、円筒内壁４５０に対して循環する。先細りになっている壁４２０が示されているが、サイクロンは先細りになっている必要はないことに注意すべきである。
図５は図４を線ＡＡに沿ってとった断面図を示し、蒸気出口端よりも固体出口端を向いている。固体はスロット４６０を介して引き抜かれ、このスロットは好ましくは、開口入口端４３５から密閉端４４０へと、部分４３０の長さに沿って伸びる。好ましくはスロットはフロー回転の方向にスロットのベベルで切断される。スロットは固体のための出口であり、そして幅Ｗが望まれる量の固体の引き抜きのためにスロット内に十分な断面積を与えると同時に効率的に渦巻を含むために十分に狭いようにサイズ決めされる。
図６は図４を線ＡＡに沿ってとった断面図を示し、固体出口端よりも蒸気出口端を向いており、そして図５の断面と異なった渦巻き形態を有する。
入ってくるガス及び同伴固体は接線入口６８５を介してサイクロンの円筒外壁４１０へと入れられる。減じられた固体含量の蒸気は蒸気出口チューブ４１６を介して引き抜かれる。固体はスロット６２０（好ましくは先細りになっている端部を有する）を介して排出される。
図７（本発明）は改良された固体出口である「縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形」延長部を有するサイクロンを示している。この延長部は文字どおり、その縦軸に沿って半分に切断された８”スケジュール４０パイプの部分から造られていることができるように設計されている。サイクロンの全ての他の部品は同じであることができ、縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形固体出口のための詳細な説明のみが与えられる。
パイプ７３０の長さ（その長さに沿って半分に分割または切断されている）はサイクロン７００の円錐部分７２０上の延長部としてのフランジ７３５によって、適合されている。蒸気及び固体は開口７８５を介して接線方向に加えられ、蒸気は出口チューブ７１６を介して取り出される。固体は縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部７３０の開口端７４０から自由に離れるか、または７３０の下に単に落ち得るので、固体出口は定義するのがやや困難である。
図８（本発明）は線ＡＡに沿ってとった図７の断面図を示し、固体出口端よりも蒸気出口端を向いている。入ってくるガス及び同伴固体は円錐部分７２０を含むサイクロン７００内に接線方向入口７８５を介して入る。固体濃度が減じられた蒸気は蒸気出口チューブ７１６を介して引き抜かれる。固体は縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部７３０の下の渦巻として排出される。
図９（本発明）は図７及び８に示したハーフパイプ延長部を有する水平第３段階サイクロンの３次元図である。
ＦＣＣ法及び新しいサイクロン設計を概説してきたが、ＦＣＣ法と好ましいサイクロン分離機のさらに詳細な検討を以下に示す。
ＦＣＣ供給原料
どのような慣用のＦＣＣ供給原料でも使用できる。この供給原料は典型的な石油蒸留物または残留素材（バージンまたは部分的に精製されたもののいずれか）から、灯油及びシェール油までの範囲であることができる。この供給原料はしばしば、既に分解された軽質及び重質サイクル油のような再循環炭化水素を含む。好ましい供給原料はガス油、真空ガス油、常圧残油（ｒｅｓｉｄｓ）、及び真空残油である。ほとんどの供給原料は約６５０°Fを越える初期沸点を有する。
ＦＣＣ触媒
どのような商業的に入手できるＦＣＣ触媒でも使用できる。この触媒は１００％非晶質であることができるが、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を含む。ゼオライトは通常、触媒の５〜４０重量％であり、残りがマトリックスである。慣用のゼオライトはＸ及びＹゼオライトであり、超安定または比較的高シリカのＹゼオライトが好ましい。脱アルミニウムＹ（ＤＥＡＬ Ｙ）及び超疎水性Ｙ（ＵＨＰ Ｙ）ゼオライトが使用し得る。ゼオライトは稀土類元素、例えば０．１〜１０重量％のＲＥによって安定化できる。
触媒は１種以上の添加剤を、別々の添加剤粒子としてかまたは分解触媒の各粒子と混合して含むことができる。添加剤はオクタン価を高め（ＺＳＭ−５によって代表される形態選択ゼオライト、及び類似した結晶構造を有する他の物質）、ＳＯＸを吸収し（アルミナ）、またはＮｉ及びＶを除去する（Ｍｇ及びＣａの酸化物）。ＦＣＣ触媒組成物はそれ自体は本発明の部分ではない。
ＦＣＣ反応器条件
慣用の分解条件が使用し得る。典型的なライザー分解反応条件は０．５：１〜１５：１、好ましくは３：１〜８：１の触媒／油・比、及び０．１〜５０秒、好ましくは０．５〜５秒、最も好ましくは０．７５〜４秒の触媒接触時間、及び４８２〜５６６℃（９００〜約１０５０°F）のライザー頂部温度を含む。
必須ではないが、ライザー反応器の基部において噴霧供給原料混合ノズルを使用することが好ましい。このようなノズルのＦＣＣ処理における使用の詳細は米国特許第５２８９９７６号に開示されている。
必須ではないが、ライザーの基部にライザー触媒促進帯域を有することが好ましい。
必須ではないが、使用した触媒からの分解生成物の迅速で効率的な分離のために、ライザー反応器が密閉サイクロンシステム内へ排出することが好ましい。密閉サイクロンシステムはＨａｄｄａｄらの米国特許第５０５５１７７号に開示されている。
必須ではないが、熱触媒ストリッパーを使用することが好ましく、これは使用された触媒に熱い再生された触媒を加えることによって使用された触媒を熱する。熱ストリッパーは米国特許第３８２１１０３及び４８２０４０４号に示されている。
ＦＣＣ反応器及びストリッパーの条件それ自体は通常のものであることができる。
触媒の再生
本発明の方法及び装置は通常のＦＣＣ再生機を使用できる。ほとんどの再生機はバブリング密床または高効率のいずれかである。再生機それ自体は本発明の一部を形成しない。
第３段階分離機
本発明のサイクロンは、好ましくは再生機煙道ガスから触媒及び微粒子を除去する第３段階分離機（ＴＳＳ）として使用される。この装置の通常の部分はいくつかの売主、例えばＰｏｌｕｔｒｏｌ、Ｓｈｅｌｌ及びＥｍｔｒｏｌから入手できる。我々はＰｏｌｕｔｒｏｌのＴＳＳ及びＥｍｔｒｏｌ’ＣｙｔｒｏｌのＴＳＳを好む。
サイクロンの設計の多くは通常のもの、例えば入口のサイズ決め、出口チューブの内径（ＩＤ）の他の寸法に対する比率の設定等である。他の詳細事項及び命名の慣習は、Ｒｏｂｅｒｔ Ｈ．Ｐｅｒｒｙ及びＤｏｎ ＧｒｅｅｎのＰｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ第６版に見いだすことができる。ガス−固体分離、２０−７５〜２５−７７、図２０−１０６、２０−１０７及び２０−１０８における術語の議論を参照する。
スロット面積（図５の４６０）は予期される固体流れを取り扱うのに十分に大きくサイズ決めされるべきであり、典型的には出口チューブ４１４の断面積の１０〜２００％またはそれ以上である。スロットは好ましくは、装置の内部からのスロットを通る流体流れが図５示すように接線方向であるように傾斜している。
スロットは単にパンチ孔あけまたはドリル孔あけされていてもよく、または固体出口の内部からスロットを通って循環する固体をそらすためにわずかに盛り上がったリップを有していてもよい。
スロット出口は好ましくは単独の固体出口であるが、装置は２つの出口、すなわちキャップ４４０内の孔（単数または複数）であることができる出口とスロット４６０とによって働く。好ましくはキャップ４４０内の孔のサイズ及び役割は、従来技術装置におけるその役割に比較して、及びスロット４６０の断面積に比較して減じられる。
サイクロンの寸法
第３段階分離機内のサイクロンの直径は、ＦＣＣ再生機または反応機内に使用されるサイクロンの直径よりも常にかなり小さい。
典型的には、第３段階の、水平に取り付けられたサイクロンは１５２〜６１０ｍｍ（６〜２４インチ）、好ましくは２０３〜４５７ｍｍ（８〜１８インチ）、最も好ましくは２５４〜３０５ｍｍ（１０〜１２インチ）の直径を有する。
この装置の種々の部分の好ましい寸法を、図４において使用した数を引用した命名の慣習によって以下に概説する。
チューブ４１８直径 ＝ Ｄｂ
チューブ４１８長さ ＝ Ｌｃ（円錐部分４２０を含む）
スロット４１２長さ ＝ Ｌｗ
スロット４６０幅 ＝ Ｗ
出口４１４直径 ＝ Ｄｏ
円錐４２０直径 ＝ Ｄｃ
シリンダー４５０長さ ＝ Ｌｓ
シリンダー４５０直径 ＝ Ｄｓ
好ましい比率は次のように規定されることができる。
Ｄｓ／Ｄｃ ≧ １
出口面積（Ｉ／４ Ｄｏ²）／入口面積（Ｌｗ×Ｉｗ） ≧ ０．４
Ｌｓ／Ｌｃ ≦ １
Ｌｃ／Ｄｂ ≧ ２．５
Ｉ１／Ｉｗ ≧ ２
（Ｌｓ×Ｗ）／（Ｉ／４ Ｄｃ²） ≦ １
実施例
９０及び６５ｍｍの出口チューブ直径を使用して２％のアンダーフローで、種々のサイズの小直径サイクロンによっていくつかの試験を行った。
３つのタイプのサイクロンを試験した。
１．従来技術のサイクロン（固体出口上の延長なし）
２．渦巻き形固体出口（本発明）−図６
３．縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形固体出口（本発明）−図９
概して２４〜４３ｍ／秒（８０〜１４０フィート／秒、ｆｐｓ）の範囲の種々の入口速度において、使用されたＦＣＣ触媒を用いてこれらのサイクロンを試験した。サイクロン効率を多数の入口速度において測定して図１０に示したデータをつくった。図１０は異なったタイプのサイクロンについて入口速度の関数としてのサイクロン効率を示す。
この図は一定の基準で評価するために示されている。６５及び９０ｍｍの両方の出口チューブ直径を試験した。出口延長部は長さ５００ｍｍであり、渦巻き形及び縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の両方のために８”スケジュール４０パイプから加工された。
渦巻き形延長部について、スロット幅は２０ｍｍであり、スロットを誘導回転（ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｏｔａｔｉｏｎ）によって配向させた。接線方向入口６８５の幅は６８５ｍｍであり、一方接線方向入口の長さは１３０ｍｍであるか、またはサイクロンボディー内の出口チューブの長さよりもわずかに短い。
図１０にプロットした試験結果は次の表にも示される。示したデータは各条件における２つの試験の平均である。

論議
この新しいサイクロン設計は慣用の技術を使用して容易に加工できる。本装置は微小ダスト、すなわち０〜５μｍの粒子の除去を有意に改善する。この新しいサイクロン設計はパワー回復タービン羽根の浸食を減じ、そして粒子の放出をも減じる。我々の装置は小直径の水平に取り付けられたマルチ−サイクロンユニットの商業的な装置に容易に改善を施して、効率を有意に高める。
含まれる主経費は最小限であり、そしてこのような改善に関連す操作経費はほとんどない。サイクロンの小さな圧力降下がある。そのようなサイクロンにおいて消費されるエネルギーのほとんどは、ガスが高エネルギー渦巻を形成するのを促進するために使用される。
サイクロン分離の改善された効率は激しい渦巻形成のより少ない使用を可能とし、そして結果としてサイクロンを通過するためにより小さい圧力降下しか必要しないので、本発明の渦巻き形固体出口は圧力降下の有意な減少を可能にしさえし得る。

Claims (10)

1. 一定の直径と水平または水平の３０°以内に配置された縦軸とを有する第１円筒サイクロンボディーを含んで成る水平サイクロン分離機であって、該第１円筒サイクロンボデイーは、
   蒸気と同伴固体との渦巻を形成するための、蒸気流れ及び同伴固体のための接線方向蒸気入口を有する開口端部分；
   開口端部分内の円筒蒸気出口チューブであって、該円筒蒸気出口チューブは第１円筒サイクロンボディー内に伸びる入口と、第１円筒サイクロンボディーの縦軸と整列された蒸気出口チューブ縦軸とを有する；
   蒸気及び同伴固体のための第１円筒サイクロンボディーの反対の端の渦巻出口であって、該渦巻出口は円筒蒸気出口チューブと軸が整列した中心を有する環状開口を含んで成り、ここで該渦巻出口は第１円筒サイクロンボディーの直径以下の直径を有する；
   一定の長さ及び接線方向入口において第１円筒サイクロンボディーの直径よりも小さい直径を有する円筒側壁を有する渦巻収納円筒ボディーであって、該渦巻収納円筒ボディーは第１円筒サイクロンボディー縦軸と軸が整列した縦軸を有し、そしてガスと同伴固体との渦巻が入るのを許すための第１円筒サイクロンボディーの渦巻出口と連結した開口端、該開口端からの渦巻収納円筒ボディーの反対の端に位置する密閉端部分、並びに渦巻収納円筒ボディーの側壁内の固体及びガス出口スロットを含んで成り、ここで該出口スロットは渦巻収納円筒ボディーの低部内にあり、渦巻収納円筒ボディーの軸に平行であり、かつ渦巻収納円筒ボディーの長さの少なくとも５０％の長さを有する；を有する、
   前記の水平サイクロン分離機。
2. 出口スロットが渦巻収納円筒ボディーの長さと等しい長さを有する、請求項１に記載のサイクロン分離機。
3. 出口スロットが渦巻収納円筒ボディーからの固体及びガスの接線方向除去のための斜角エッジを有する、請求項２記載のサイクロン分離機。
4. 第１円筒サイクロンボディー及び渦巻収納円筒ボディーが水平に取り付けられている、請求項１記載のサイクロン分離機。
5. 出口スロットが渦巻収納円筒ボディーの軸の下にある、請求項４に記載のサイクロン分離機。
6. 側壁上の出口スロットの開口面積が固体出口の開口面積の１０％〜１００％である、請求項１に記載のサイクロン分離機。
7. 渦巻収納円筒ボディーの直径が接線方向入口における第１円筒サイクロンボディーの直径の１００〜１５０％である、請求項１に記載のサイクロン分離機。
8. 切頭円錐部分が第１円筒サイクロンボディーと渦巻収納円筒ボディーとを連結する、請求項７に記載のサイクロン分離機。
9. 渦巻収納円筒ボディーが第１円筒サイクロンボディー内の円筒蒸気出口チューブの長さと少なくとも等しい長さを有する、請求項１に記載のサイクロン分離機。
10. 一定の直径と水平または水平から３０°以内に配置された縦軸とを有する第１円筒サイクロンボディーを含んで成る水平サイクロン分離機であって、該第１円筒サイクロンボディーは、
    蒸気と同伴固体との渦巻を形成するための蒸気流れと同伴固体とのための接線方向蒸気入口を有する開口端部分；
    開口端部分内の円筒蒸気出口チューブであって、該円筒蒸気出口チューブは第１円筒サイクロンボディー内に伸びる入口と、第１円筒サイクロンボディーの縦軸と整列された蒸気出口チューブ縦軸とを有する；
    蒸気と同伴固体とのための第１円筒サイクロンボディーの反対の端の渦巻出口、該渦巻出口は円筒蒸気出口チューブと軸が整列した中心を有する環状開口を含んで成り、そして渦巻出口は第１円筒サイクロンボディーの直径以下の直径を有する；
    渦巻出口と流動的に連結された、縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部であって、該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部は、一定の半径、高度及び縦軸を有する直円筒の表面の上側の半分を含んで成り、ここで該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の半径は第１円筒サイクロンボディーの半径未満であり、該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の高度は第１円筒サイクロンボディー内に伸びる円筒蒸気出口チューブの入口と同じかまたはそれより大きく、そして該縦軸に沿って半分に切断されたパイプ形延長部の縦軸は円筒蒸気出口チューブと軸が整列している；を有する、
    水平サイクロン分離機。

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