JP6301940B2 - 接触分解反応器用の供給ノズルアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、反応容器中に気体及び液体を供給するため、特に水蒸気のような分散ガス及び液体供給材料を接触分解反応器中に供給するための供給ノズルアセンブリに関する。
流動接触分解ユニット及び同様のプロセスにおいては、重質の石油フラクションを分散ガスと共に反応器、一般にライザー反応器に供給して、炭化水素供給材料を再生された粒子状固体触媒と接触させるために、供給ノズルアセンブリを用いることができる。原油中に見られる大きな鎖状の炭化水素分子を、分解触媒を用いてガソリン及びディーゼル範囲の炭化水素のようなより小さくより価値のある商品に分解する。触媒は、主として所望の炭化水素生成物を生成させる所望の分解反応を選択的に促進する。
供給ノズルアセンブリの一例がＷＯ２０１２／０４１７８２に開示されている。この供給ノズルは、水蒸気流路を画定する内管、及び内管の周りに同軸状に配置されて環状の炭化水素流路を画定する外管を含む。かかる供給ノズルアセンブリは、通常は、反応器ライザー中への液体炭化水素供給材料の主要噴射点として用いられる。
バイオマスのような再生可能なエネルギー源は、原油に対する代替物として益々重要になっている。接触分解プロセスを用いてバイオマスから炭化水素燃料を製造することができる。バイオマスを原油の供給材料又は他のタイプの液体炭化水素主供給材料と一緒に分解すると良好な結果が達成される。しかしながら、接触分解反応器のリフトポットアセンブリ又はライザーに第２又は更なる供給ノズルを付加することは、高コストの構造的な改造が必要である。バイオマスは通常は粒子状材料を含んでおり、このために、これをオイルと予め混合してライザー反応器に供給すると供給ライン及びバルブの閉塞を引き起こす可能性があるので、供給ノズルの上流でバイオマス供給材料を炭化水素供給材料と混合することは有力な代替案ではない。更に、バイオマスは、一般に炭化水素供給ライン内において付着物を生じさせ得る成分を含む可能性がある。更に、バイオマスは、炭化水素供給温度に長時間曝露すると分解する可能性がある。
ＷＯ２０１２／０４１７８２
したがって、本発明の目的は、分解反応器のリフトポットアセンブリ、ライザー、又は他の部品のコストのかかる改造を必要とすることなく、原油及びバイオマスのような異なる複数の炭化水素供給材料を混合して分解することを可能にすることである。
この目的のために、気体及び液体を反応容器中に供給するための供給ノズルアセンブリを開示する。供給ノズルアセンブリは、
・液体供給材料入口とノズル出口の間に伸びている外管；
・気体出口を有する下流部分を有する内管（ここで、内管の下流部分は、環状の流路を画定するように外管内に配されており、外管のノズル出口は内管の気体出口と直線をなして下流に配されている）；
・第２の液体供給材料入口に接続されている一端及び出口を有する反対端を有する第３の管（出口は気体出口の上流の環状の流路内に配されている）；
を含む。
主要炭化水素供給材料、通常は原油を、環状流路を通して反応器に供給して、そこで第３の管を通して供給される第２の炭化水素供給材料、例えばバイオマスの流れと混合することができる。次に、混合供給材料を気体供給材料によって分散させて反応器中に噴霧することができる。バイオマスはノズルにおいて炭化水素供給材料中に注入する。これによって、バイオマス供給材料と炭化水素供給材料との間の短い接触時間が確保される。
また、第３の管は、サワーウォーターのような任意の他のタイプの液体を供給するために用いることもできる。サワーウォーターは、酸性の石油精製プロセス水、例えばラジカルの中でも硫化水素を含む流動接触分解（ＦＣＣ）プロセスからのプロセス水である。サワーウォーターをライザー中に注入することによって、触媒冷却器を用いないでユニットのエネルギーバランスを操作することが可能になり、ライザー反応器における圧力降下を減少させることによって触媒循環率の増加が促進される。
他の液体又は気体を、第３の管を通して供給することもできる。所望の場合には、任意に、更なる供給材料のタイプを供給するために更に追加の管を与えることができる。
場合によっては、第３の管は、パージガス供給源にも接続する。バイオマス供給が中断する場合には、気体流をパージすることによってバイオマス供給管及びその出口からデブリスを取り除いて閉塞を回避する。パージガスは、例えば使用される分散ガスと同じガス、例えば水蒸気であってよい。
具体的な態様においては、第３の管は、内管に平行、例えば同軸状に配置される下流部分を有することができる。例えば、第３の管は、ＷＯ２０１２／０４１７８２において提案されているマフラー管のような、環状流路内の平行な管部分の列の一部であってよい。マフラー管は内管の振動を減少させ、例えば内管軸に垂直で、それぞれ第３の管及びマフラー管に適合した開口を有する環状プレートによって所定位置に保持することができる。マフラー管の数は、供給ノズルアセンブリの第３の管を含めて例えば３〜１５であってよい。管は、環状流路の断面にわたって均一に分配することができる。
第３の管を第２の供給材料供給源に接続するために、第３の管に、外管の壁と交差する管屈曲部のような部分を与えることができる。
第３の管は、例えば、バイオマス、好ましくは流体バイオマスのような炭化水素供給材料の供給源と機能的に接続することができる。好適なバイオマス供給材料としては、例えば農業廃棄物、森林残渣、木材チップ、麦藁、籾殻、穀物、芝類、トウモロコシ、トウモロコシ皮、雑草、水生植物、干草、及び任意のセルロース含有生物材料又は生物由来の材料のようなリグノセルロース材料（都市ゴミも含まれる）から誘導される流体バイオマス材料を挙げることができる。好適なバイオマス供給材料は、例えば上記のリグノセルロース材料から誘導される熱分解油であってよい。かかる熱分解油は、リグノセルロース材料を熱分解し、場合によっては得られる熱分解生成物を完全か又は部分的に水素化脱酸素することによって得ることができる。リグノセルロース材料の熱分解方法、及び得られる熱分解生成物を部分的に水素化脱酸素する任意の方法の例が、ＥＰ−Ａ−２３２５２８１に記載されている。
供給ノズルアセンブリを流動接触分解反応器と一緒に用いるために、内管は例えば分散ガスの供給源と機能的に接続することができ、一方で、外管は液体炭化水素フラクションの供給源と機能的に接続する。分散ガスは、例えば水蒸気及び／又は窒素及び／又は任意の他の好適な分散ガスであってよく、又はこれらを含んでいてよい。液体炭化水素フラクションは、例えば原油であってよい。
したがって、供給ノズルアセンブリは、接触分解反応器、特にＦＣＣ反応器のために特に有用である。かかる反応器には、１以上の供給ノズルアセンブリを、例えばサイドエントリー型供給ノズルアセンブリとして含ませることができる。通常は、かかる反応器はライザーを含み、そこで原油フラクションの霧化した液滴を再生した油分解触媒の固体粒状物と接触させる。ライザーの下端は、触媒リフトポット又はＪ型屈曲構造体に接続することができ、ここに１以上の供給ノズルアセンブリを配することができる。
供給ノズルアセンブリは接触分解プロセスと共に用いることができ、原油又は重質石油のような液体炭化水素主要フラクションを分散ガス、特に水蒸気中に分散させて、１以上の供給ノズルアセンブリを通して接触分解反応器中に噴射する。バイオマスのような１以上の更なる炭化水素フラクション、及び／又はサワーウォーターを同じ供給ノズルアセンブリに供給して、炭化水素主要フラクションと一緒に分散させることができる。
ここで、添付の図面を参照して本発明を例としてより詳細に記載する。
図１は、本発明の供給ノズルアセンブリの縦断面を示す。 図２は、図１の供給ノズルを含む流動接触分解反応器を図示する。
図１は、水蒸気、原油、及びバイオマスを接触分解反応器中に供給するための供給ノズルアセンブリ１を示す。供給ノズルアセンブリ１は、円筒形の内管２及び円筒形の外管３を含む。内管２は、気体流路を画定し、分散ガス入口４と、１以上のオリフィス５を有する分散ガス出口との間に伸びている。外管３は、液体入口６と、内管２の１以上の気体オリフィス５と整列しているノズル出口７との間に伸びている。１以上の気体オリフィス５はノズル出口７の上流に配されている。
外管３の外側端は、ノズル出口７を含む半球状の端壁８によって縁取られている。同様に、内管２の外側端は、分散ガスオリフィス５を含む半球状の端壁９によって縁取られている。２つの半球状の端壁８、９によってチャンバー１１が画定される。
内管２は、外管３の内部に同軸状に配置されて環状の液体流路１３を画定する。等距離に配されている平行の管１４の列が、環状の流路１３内に配されている。管１４は、内管及び外管２、３の縦軸に対して垂直に伸びている環状プレート１６内に固定される。環状プレート１６は、内管２を保持する中心の開口１７、及び管１４を保持する開口１８の円形の列を含む。
内管２は、管屈曲部１９を介して半径方向に伸びている分散ガス入口４に接続されている上流端を有する。管屈曲部１９は外管３の壁２１に交差している。このように分散ガス入口４を供給ノズルアセンブリ１中に半径方向でサイドエントランスさせることによって、供給ノズルアセンブリ１の内部により良好に導入することが可能になる。別の態様においては、分散ガス入口４をノズルと直線をなして同軸状に配置する一方で、液体入口６を半径方向に配置することができる。
管１４は、液体炭化水素フラクションの流れを環状の流路１３に通すことを可能にするマフラー管２２、及び管屈曲部２４によってバイオマス用の半径方向に伸びている入口２６に接続されている少なくとも１つのバイオマス管２３を含む。管屈曲部２４は、外管３の壁２１に交差している。バイオマス管２３は、出口５、７の上流の環状流路１３内に出口２７を有する。
ノズル出口７には、任意の好適な外形の１以上の開口又はオリフィス、例えば細長いスリットを含ませることができる。水蒸気出口５には、例えばオリフィス又は開口の１以上の列、より具体的には１〜８個の列、又は１〜６個の列を与えることができる。
内管２はパージオリフィス２８を含む。これらのパージオリフィス２８によって、例えば緊急時に炭化水素液の供給が停止する場合に、分散ガスの一部が環状流路１３を通って流れることが確保される。加える分散ガスを最大限に使用するために、パージオリフィス２８は外管３の内部に配置されている内管２の上流の半分の中に配置することができる。
図２は、図１の供給ノズルアセンブリ１を含む流動接触分解反応器３０の概要図を示す。反応器３０はライザー反応器３１を含む。ライザー反応器３１内において、霧化した液体供給材料を、所望の分解反応を触媒する粒子状固体触媒と接触させる。使用された触媒はライン３２を通して再生器３３に供給して、ここで触媒を再生する。再生された触媒は、再使用のために戻りライン３４を通してライザー反応器３１に戻す。図１に示すタイプの供給ノズルアセンブリ１が、ライザー反応器３１の壁上に、サイドエントリー供給ノズルとして取り付けられている。供給ノズルアセンブリ１は、縦型のライザー反応器の壁に鋭角で上向きに向けられている。ライザー全体への油の均一な分配を与えるために、複数のサイドエントリー型供給ノズルを、同じか又は異なるレベルでライザーの外周上に配置することができる。ライザーの外周の周りに複数のノズルを配置することの更なる有利性は、触媒がライザー壁に移動する傾向を弱める傾向があることである。
供給ノズルアセンブリ１の通常運転中においては、分散ガス、一般に水蒸気を分散ガス入口４から内管２を通して供給し、一方、炭化水素供給材料、一般に原油を、入口６を通して環状の液体流路１３に供給する。バイオマスのような第２の炭化水素液の供給材料を、第３の管２３を通して供給する。水蒸気オリフィス５から排出される水蒸気は、バイオマスと一緒に原油を分散させる。混合炭化水素供給材料は、ノズル出口７において流動接触分解反応器中に噴霧する。
流動接触分解反応器のライザー３１内において、炭化水素供給材料を気化し、再生された高温の触媒の作用下でより小さい分子に分解する。触媒は、例えば少なくとも６００℃の温度を有していてよい。分解生成物蒸気は、サイクロンを用いて消費された触媒から分離する。炭化水素供給材料は、一般に、供給ノズル及びライザー反応器に供給する前に好ましくは１５０〜３００℃の温度に加熱する。

Claims (8)

  1. ・第１の液体供給材料入口（６）とノズル出口（７）の間に伸びている外管（３）；
    ・パージオリフィス（２８）をその上流の半分の中に含む内管（２）であって、気体出口（５）を有する下流部分（１２）を有し、該下流部分が環状の流路（１３）を画定するように該外管内に配されている内管（２）、ここで、該外管のノズル出口は該内管の気体出口（５）と直線をなして下流に配されている；
    ・第２の液体供給材料入口（２６）に接続されている一端と、出口（２７）を有する反対端とを有し、少なくとも該出口が気体出口（５）の上流の環状の流路（１３）内に配されている第３の管（２３）；
    を含む、気体及び液体を反応容器中に供給するための供給ノズルアセンブリ（１）。
  2. 第３の管（２３）が内管（２）に対して平行である、請求項１に記載の供給ノズルアセンブリ。
  3. 第３の管（２３）が外管（３）の壁（２１）と交差する管屈曲部（２４）に接続されている、請求項１又は２に記載の供給ノズルアセンブリ。
  4. 第３の管（２３）が環状の流路（１３）内の平行な管（１４）の列の一部である、請求項１又は２に記載の供給ノズルアセンブリ。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の１以上の供給ノズルアセンブリを含む接触分解反応器。
  6. 供給ノズルアセンブリ（１）の少なくとも１つがサイドエントリー型の供給ノズルアセンブリである、請求項５に記載の接触分解反応器。
  7. 第１の液体炭化水素フラクションを分散ガス中に分散させて、１以上の請求項１に記載の供給ノズルアセンブリ（１）を通して接触分解反応器（３０）中に噴射し、１以上の更なる炭化水素フラクションも供給ノズルアセンブリに供給して第１の炭化水素フラクションと一緒に分散させる接触分解方法。
  8. 第１の液体炭化水素供給材料がオイルであり、１以上の更なる炭化水素フラクションが少なくとも１つのバイオマスフラクションを含む、請求項７に記載の接触分解方法。
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