JP7345649B2 - 流動接触分解フィードインジェクター - Google Patents

Description

本明細書の実施形態は、流動接触分解（「ＦＣＣ」）に関する。より具体的には、本明細書の実施形態は、その導管を通してオイルが供給され得るＦＣＣ装置内のフィードインジェクターまたはフィードノズルに関する。本明細書で提供されるフィードインジェクターまたはフィードノズルは、炭化水素フィードの分散を補助することができる。

流動接触分解（「ＦＣＣ」）は、触媒を使用して大きな分子から新規の小さな分子を生成し、ガソリンや留出燃料などの精製品を製造する化学プロセスである。ＦＣＣ装置は、石油原油の炭化水素留分をガソリン、オレフィンガス、およびその他製品に変換する。さらに、精製プロセスに使用する触媒は様々な物質で構成されており、結晶性ゼオライト、マトリックス、バインダー、およびフィラーの固体混合物等が挙げられる。例えば、反応性が高い様々な物質を使用することで反応速度を大幅に上げ、効果的な触媒を形成することができる。通常、ゼオライトおよびマトリックスは活性成分であり、バインダーおよびフィラーは触媒を補強して完全性を付与する。ＦＣＣ装置は触媒と熱を利用して、軽油の大きな分子をガソリン、留分、およびブタンやプロパンなどの高価値製品の原料となる小さな分子に分解することができる。

従来の方法では、ＦＣＣ装置への炭化水素の供給に様々なフィードインジェクターまたはフィードノズルを使用している。例えば、特許文献１は、ライザーの底部に位置する上方に延びる複数のノズルであって、制御されたオイルストリームおよび蒸気ストリームが各ノズルにおいて混合されるノズルを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献２は、通常、ライザーの周辺に均等に配置された５つのインジェクターを使用するライザーインジェクターシステムであって、オイルストリームの出口導管の各ノズルパイプ内に螺旋状羽根型スプレーノズルを導入し、均一な円錐形スプレーを形成することで、オイルフィードの霧化を改善するシステムを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献３も、液体導管の端部に螺旋状のスプレー構成を有することで液体の霧化を促進するスプレーノズルを開示している（その教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献４は、円筒状の内側蒸気導管および環状の外側油導管を含むフィードノズルであって、蒸気および炭化水素油を混合するために内側蒸気導管の出口端に第１ノズルチップを固定的に取り付け、蒸気および炭化水素油の混合物を霧化するために第２ノズルチップを外側油導管に取り付けたフィードノズルを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献５は、多孔管スパージャを用いて蒸気を液体中に拡散し、アトマイザーシステムにおいてオイルフィードを霧化することを開示している（その教示全体は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献６は、複数の異なる霧化セクションを採用することによって炭化水素オイルフィードを霧化するフィードノズルシステムであって、最初に半径方向外側から内側へ霧化用ガスをオイルストリームに供給し、その後、当該混合物を環状拡張領域の衝突プラグに排出し、オリフィス出口から噴射するシステムを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献７は、オイルの霧化を促進するベンチュリー管を備えた注入装置を開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献８は、突出したボスを有する放射状に配置されたオリフィスを用いて流体を噴霧することでオリフィスの浸食を防止することを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献９は、アニュラスから外部の蒸気をオリフィス孔を用いてオイル導管に導入してオイルと蒸気を混合し、オリフィス板インピンジャーを介して混合物を分散させて霧化することを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。特許文献１０は、スパイラル装置を使用してオイルストリームを噴霧し、外部で蒸気と混合してオイルを霧化することを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。ＦＣＣ以外の用途では、特許文献１１は、半径方向に切り欠いた円形吐出オリフィスを用いて、ノズルによって形成される噴霧パターンの表面対体積比を改善することを開示している（その教示全体は参照により本明細書に組み込まれる）。さらに、特許文献１２は、蒸気と炭化水素を混合してエマルジョンを形成し、これをガイドエッジに衝突させて薄膜を形成し、ガスジェットを使用してせん断することを開示している（その全教示は、参照により本明細書に組み込まれる）。

米国特許第４６５０５６６号明細書 米国特許第５１０８５８３号明細書 米国特許第５２４０１８３号明細書 米国特許第５７９４８５７号明細書 米国特許第６１７９９９７号明細書 米国特許第５３０６４１８号明細書 米国特許第７１７２７３３号明細書 米国特許第８０２５７９２号明細書 米国特許第５９４８２４１号明細書 米国特許第５６９２６８２号明細書 米国特許出願公開第２０１６０１７８７２２号明細書 国際特許出願番号ＰＣＴ／ＩＮ２０１６／０５０１７１

ここでは、以下の詳細な説明でさらに説明される概念の一部について述べる。ここでの概要は、特許請求の範囲に記載された対象の重要なまたは必須の特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求の範囲に記載された対象の範囲を限定する際の補助として使用することを意図したものでもない。

一態様において、本明細書に記載の実施形態は、フィードインジェクタ―であって、外壁および内壁を有する本体；上記外壁と上記内壁との間に形成され、霧化用ガスを受け取るように構成された第１導管；上記内壁によって形成され、液体を受け取るように構成された第２導管であって、上記第１導管と上記第２導管とは、上記内壁によって分離されている導管；上記第１導管の出口および上記第２導管の出口に位置する混合チャンバーであって、上記第１導管からの上記霧化用ガスおよび上記第２導管からの上記液体が混合チャンバー内で衝突および／または混合して、液滴および上記霧化用ガスと上記液体との混合物を形成するチャンバー；上記第２導管内に第１端部を有し、上記混合チャンバー内に第２端部を有するフローコーン；上記第２導管の上記内壁と上記フローコーンの外面との間に位置し、上記第２導管の出口への液体経路を形成する環状経路であって、上記第２導管の出口は、上記内壁の端部と上記フローコーンの上記第２端部との間の空隙によって形成され、上記フローコーンの上記第２端部の突起は、上記フィードインジェクターの中心軸から０～９０度の角度が付けられている経路；ならびに上記フローコーンとは反対側の上記混合チャンバーの端部に位置する排出チャネル、を備えることを特徴とする、フィードインジェクターに関する。

別の態様において、本明細書に記載の実施形態は、垂直に配置されたライザー反応器；上記垂直に配置されたライザー反応器に流体結合され、触媒またはホットパーティクルを上記垂直に配置されたライザー反応器に供給するよう構成された再生器；上記垂直に配置されたライザー反応器内に配置された１つ以上のフィードインジェクター、を含む流動接触分解装置であって、上記フィードインジェクターは、外壁および内壁を有する本体；上記外壁と上記内壁との間に形成され、霧化用ガスを受け取るように構成された第１導管；上記内壁によって形成され、液体フィードを受け取るように構成された第２導管であって、上記第１導管と上記第２導管とは、上記内壁によって分離されている導管；上記第１導管の出口および上記第２導管の出口に位置する混合チャンバーであって、上記第１導管からの上記霧化用ガスおよび上記第２導管からの上記液体が混合チャンバー内で衝突および／または混合して、液滴および上記霧化用ガスと上記液体との混合物を形成するチャンバー；上記第２導管内に第１端部を有し、上記混合チャンバー内に第２端部を有するフローコーン；上記第２導管の上記内壁と上記フローコーンの外面との間に位置し、上記第２導管の出口への液体経路を形成する環状経路であって、上記第２導管の出口は、上記内壁の端部と上記フローコーンの上記第２端部との間の空隙によって形成され、上記フローコーンの上記第２端部の突起は、上記フィードインジェクターの中心軸から０～９０度の角度が付けられている経路；ならびに上記フローコーンとは反対側の上記混合チャンバーの端部に位置する排出チャネル、を備え、上記液滴および上記霧化用ガスと上記液体との上記混合物は、上記１つ以上のフィードインジェクターの上記排出チャネルを通って、上記垂直に配置されたライザー反応器に入る、流体接触分解装置に関する。

さらに別の態様では、本明細書に開示される実施形態は、フィードインジェクタ―の第１導管を通して霧化用ガスを流す工程；上記フィードインジェクターの第２導管を通して液体を流す工程であって、上記第１導管と上記第２導管とは、上記フィードインジェクター内の壁によって分離されている工程；上記フィードインジェクター内において上記壁とフローコーンの外面との間の環状経路により形成される液体経路を通して液体を導く工程であって、上記液体は、上記第２導管内に位置する上記フローコーンの第１端部から上記フィードインジェクターの上記混合チャンバー内に位置する上記フローコーンの第２端部まで移動する工程；上記壁の端部と上記フローコーンの上記第２端部との間の空隙によって形成された上記第２導管の出口を通して上記混合チャンバー内に上記液体を流出させる工程；上記フィードインジェクターの中心軸から０度～９０度の角度が付けられた、上記フローコーンの上記第２端部の突起を使用して、上記混合チャンバー内に上記液体を分配する工程；上記第１導管の出口を通して上記混合チャンバーに上記霧化用ガスを流出させる工程；上記第２導管からの上記液体と上記第１導管からの上記霧化用ガスとを上記混合チャンバー内で合わせて液滴を形成し、上記霧化用ガスと上記液滴との混合物を形成する工程；および上記フローコーンとは反対側の上記混合チャンバーの端部に位置する上記フィードインジェクタ―の排出チャネルを通して上記霧化用ガスと上記液滴との上記混合物を排出する工程、を含む方法に関する。

本明細書の実施形態は、ＦＣＣ装置内の流体の分散が改善され、ＦＣＣ性能を高めることができる利点を有する。本明細書のいくつかの実施形態に係るフィードインジェクターまたはフィードノズルが、従来技術に開示された構造よりも優れた分散特性を提供し得るというさらなる利点も有する。他の態様および利点は、以下の説明および添付した特許請求の範囲から明らかになるであろう。

図１は、本開示の１つ以上の実施形態に係る流体接触分解フィードインジェクタ―の概略断面図である。 図２Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係るフィードインジェクターの概略断面図である。 図２Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係るフィードインジェクターの概略断面図である。 図２Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態に係るフィードインジェクターの概略断面図である。 図２Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態に係るフィードインジェクターの概略断面図である。 図３は、本開示の１つ以上の実施形態に係る流動接触分解装置内に配置されたフィードインジェクターの概略図である。

本開示の実施形態を、添付の図を参照して以下に詳細に説明する。一貫性を持たせるため、各図中の同様の要素は同様の参照数字で表すことがある。さらに、以下の詳細な説明では、特許請求の範囲の主題をより完全に理解するために、具体的な詳細を多数記載する。しかしながら、説明する実施形態がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、当業者には明らかであろう。また、不必要に複雑な記述を避けるべく、周知の特徴は詳細に記述しない。

一態様において、本明細書に開示される実施形態は、流動接触分解（ＦＣＣ）用のフィードインジェクターまたはフィードノズルに関する。本明細書において、「結合」または「結合され」、「接続」または「接続され」は、直接的または間接的な接続の確立を示す場合があるが、そのように明示されない限り、そのどちらにも限定されない。本明細書において流体とは、液体、気体、および／またはそれらの混合物を指す場合がある。図中、可能な限り共通または同一の参照数字を用いて共通または同一の要素を識別する。図は必ずしも一定の縮尺ではなく、明確にする目的で、特定の特徴および特定図をその縮尺において誇張表示する場合がある。

本明細書の実施形態に係るフィードインジェクターは、壁の間に配置され、それぞれが液体および気体を流す複数の導管を含む装置である。また、フィードインジェクターの導管にフローコーンを備え、当該導管内の液体を別の導管からの気体と接触させるように分配してもよい。さらに、各管路からの液体と気体とを接触させるための混合チャンバーを備えてもよい。非限定的な例では、本明細書の実施形態に係るフィードインジェクターを使用して、蒸気と接触する炭化水素オイルの分散を改善し、ＦＣＣ装置内のライザーの底部で触媒ストリームに噴霧する油滴を小さく均一に形成し得る。フィードインジェクターは、ＦＣＣ装置においてライザーにフィードを導入するための重要な部品であり得る。ＦＣＣプロセスでは、再生器から出たスチームなどの高温の触媒は、再生器スタンドパイプを通り、ライザーの底部に流れる。オイルなどの液体をフィードノズルを通して供給して小さな油滴を形成し、高温の触媒粒子に接触させる。油滴の大きさと分布、オイル噴霧パターン、および触媒との接触は、オイルフィードの蒸発と、その結果のライザーでの反応性能とに大きく影響する。１つ以上の実施形態において、複数のフィードインジェクターをライザーの底部に設置し、高温の触媒に接触する油滴をライザー内に最適に分配することで、反応性能を高めてもよい。

図１～図２Ｄを参照すると、本明細書の実施形態は、ＦＣＣ装置のライザーに流体を供給するための第１導管１０１および第２導管１０２を有し得るフィードインジェクター１００を含む。いくつかの実施形態では、第１導管１０１から出る流体が混合チャンバー１０４に分配されて第２導管１０２から出る流体に接触するように、フィードインジェクター１００にフローコーン１０３を設けてもよい。さらに、排出チャネル１０５を混合チャンバー１０４と並べて流体をフィードインジェクター１００から出すことも想定される。内壁１０６ｂは、第１導管１０１を第２導管１０２から分離することができる。さらに、内壁１０６ｂとフローコーン１０３との空間的関係により、第２導管１０２内の流体が通過して混合チャンバー１０４に出ていくための流体経路を形成することができる。フィードインジェクター１００の流路、触媒の接触、流体の混合・分散、流体の分布は、フィードインジェクター１００における内壁１０６とフローコーン１０３との空間的関係により決定されてもよい。フローコーン１０３は、内壁１０６ｂの端部から延びるまたは近接する１つ以上の接続部（図示せず）を介して内壁１０６ｂの端部から吊り下げられ、かつ離間していてもよい。

図１は、本開示の１つ以上の実施形態に係るフィードインジェクター１００を示す。フィードインジェクター１００は１つしか図示しないが、本願の範囲から逸脱しない限り複数のフィードインジェクターを配置して複数のストリームを纏めてもよい。いくつかの実施形態では、フィードインジェクター１００は、外壁１０６ａ及び内壁１０６ｂを有する本体１０６を備えてもよい。本体１０６は、第１端部１０７から第２端部１０８まで延びてもよい。さらに、第２端部１０８は、丸みを帯びた端部の頂点に開口部（すなわち、排出チャネル１０５）を有するように丸められることが想定される。図１では第２端部１０８が丸みを帯びているが、本開示の範囲から逸脱しない限り第２端部１０８が任意の形状であってよいことを、当業者であれば理解するであろう。また、開口部（すなわち、排出チャネル１０５）は、本開示の範囲から逸脱しない限り、丸みを帯びた端部の頂点以外の本体１０６上の他の位置にあってもよい。フィードインジェクター１００は、本開示の範囲から逸脱しない限り２つ以上の開口部を有してよいことも想定される。排出チャネル１０５は、フィードインジェクター１００がライザーに油滴を噴霧する出口であってもよい。

１つ以上の実施形態において、外壁１０６ａは、本体１０６を円筒とするために円筒形状を有していてもよい。フィードインジェクター１００の本体１０６が、本願の範囲から逸脱しない限り円筒以外の任意の多角形状であってよいことを、当業者であれば理解するであろう。外壁１０６ａは、第１導管１０１が外壁１０６ａと内壁１０６ｂとの間で第１ストリームを形成するように第１導管１０１を囲んでもよい。さらに、内壁１０６ｂは、内壁１０６ｂ内に第２ストリームが形成され、かつ第２導管１０２から第１導管１０１を分離するように第２導管１０２を囲んでもよい。非限定的な例では、フィードノズルに入るこれら２つの別々のストリームのうち、一方のストリームで液体フィード（例えば、炭化水素）を、他方のストリームで霧化用ガス（例えば、蒸気）を流すことができる。また、外壁１０６ａおよび内壁１０６ｂは、フィードインジェクター１００の中心軸と同軸に配置してもよいことが想定される。

図１に示すように、１つ以上の実施形態において、フィードインジェクター１００の第１端部１０７に位置する液体入口１０９から第２導管１０２内にオイルを導入してもよい。オイルは、液体入口１０９から第２導管１０２に入る方向（矢印Ｏ参照）に流れてもよい。第２導管１０２を通過する際、オイルは、内壁１０６ｂとフローコーン１０３との間の空隙１１０によって形成される液体流路を通ってもよい（矢印Ｏ’を参照）。オイルは、液体流路（すなわち、空隙１１０）を通って第２導管１０２から混合チャンバー１０４へ出てもよい（矢印Ｏ’’を参照）。液体流路（すなわち、空隙１１０）を通してオイルを流して混合チャンバー１０４内に均一にオイルを分布させることでオイルの霧化を促進する方法は、当業者であれば理解できるであろう。

いくつかの実施形態において、フィードインジェクター１００の第１端部１０７と第２端部１０８との間のガス入口１１１から第１導管１０１内に蒸気を導入してもよい。蒸気は、ガス入口１１１から第１端部１０７に入る方向（矢印Ｓ参照）に流れてもよい。第１端部１０７を通って流れることで、蒸気は第１導管１０１を出て混合チャンバー１０４に入り（矢印Ｓ’を参照）、第２導管１０２からのオイルと混合および／または分散１１２することができる。混合チャンバー１０４内のオイルに接触する蒸気によって、オイルが霧化１１３するプロセスは、当業者であれば理解するであろう。蒸気でオイルを霧化１１３することで、油滴を混合チャンバー１０４から流出（矢印ＯＤ参照）させ、排出チャネル１０５を通してフィードインジェクター１００から噴霧（矢印ＯＤＳ参照）してもよい。さらに、排出チャネル１０５は、ＦＣＣ装置のライザーに油滴を供給してもよいことが想定される。

図２Ａ～２Ｄは、１つ以上の実施形態における、図１の混合チャンバー（破線ボックス）の拡大図であり、フィードインジェクター１００内のフローコーン１０３を示す。フローコーン１０３は、第２導管１０２内の第１端部１０３ａから混合チャンバー１０４内の第２端部１０３ｂまで延びてもよい。さらに、フローコーン１０３の外面２００は、フローコーンの幅が第１端部１０３ａで最小となり、かつ第２端部１０３ｂで最大となるように、第１端部１０３ａから第２端部１０３ｂまで拡大してもよい。さらに、外面２００は、異なるまたは同一の角度もしくは傾斜を有する様々な長さ（２００ａ、２００ｂ、２００ｃ）を有してもよいことが想定される。非限定的な例では、外面２００は、第１端部１０３ａから第２長さ２００ｂの始点まで延びる第１長さ２００ａを有してよく、第２長さ２００ａは第３の長さ２００ｃまで延びている。第３の長さ２００ｃは、第２長さ２００ａの終点からフローコーン１０３の第２端部１０３ｂに位置する突出部２０１まで延びてよい。

オイルがフローコーン１０３の外面２００に沿って液体流路（すなわち、ギャップ１１０）を通過すると、オイルストリームは均一に分布され、薄い油膜、リガメント、その後油滴を形成することによって液体流路（すなわち、ギャップ１１０）の下流で容易に分解することを、当業者であれば理解するであろう。液体流路（すなわち、ギャップ１１０）は、第２導管１０２の内壁１０６ｂとフローコーン１０３の外面２００との間の環状経路によって形成されてもよい。この環状経路はフローコーン１０３の外面２００の様々な長さ（２００ａ、２００ｂ、２００ｃ）の角度または傾斜を異ならせることによって変化させることができ、それにより出て行くオイルの速度及び分布を異ならせることができる。

１つ以上の実施形態において、第２導管１０２の出口２０２は、フローコーン１０３の第２端部１０３ｂと内壁１０６ｂの端部２０３との間の空隙により形成されてもよい。さらに、空隙を変化させることで出て行く油膜／リガメントの厚さを調節し、オイルフィード（すなわち、第２導管１０２）と霧化用蒸気（すなわち、第１導管１０１）との接触面積を最大化してもよいことが想定される。非限定的な例では、オイルが混合チャンバー１０４に導入されて霧化用ガスと直接衝突または混合し、慣性力とせん断力によって油滴の形成を促進できるように、フローコーン１０３の第２端部１０３ｂの突起２０１に中心軸ＣＡから角度を付けてもよい。突起２０１の角度Ａは、本開示の範囲から逸脱しない限り０度～９０度の間の任意の角度であってよく、３０度～９０度の範囲であってもよく、４５度～７５度であってもよい。さらに、霧化用蒸気は、第２導管１０２の出口２０２に到達する前に、出口２０５を通って第１導管１０１を出てもよい。フローコーン１０３の配置および大きさを変更して第２導管１０３からのオイルフィードが内壁１０６ｂと接触する態様を修正し、それにより液体流路（すなわち、ギャップ１１０）にどのようにオイルを流すかを決定することで、最適な霧化、所望の運動エネルギー、および最小エネルギー損失を実現する方法は、当業者であれば理解できるであろう。

図２Ａでは突起２０１の角度Ａが４５度、図２Ｂ～２Ｄでは突起２０１の角度Ａが９０度である。さらに図２Ｃに示すように、フローコーン１０３は、外面２００の一部に複数のスワールベーン２０６を有してもよい。複数のスワールベーン２０６は、オイルストリームの方向をスムーズに変え、かつオイルストリームをより小さなジェット／シートに分割することができる。複数のスワールベーン２０６により、横方向やせん断方向ではなく、より衝突方向や垂直方向に、第２導管１０２からのオイルを第１導管１０１からの個々の霧化用蒸気と直接衝突または接触させることができる。複数のスワールベーン２０６によりオイル分解および霧化を改善し、より微細な油滴サイズにできることを、当業者であれば理解するであろう。また、複数のスワールベーン２０６の角度及び方向を最適化することで、可能な圧力損失と霧化との所望のバランスに応じて様々な出口速度および角度を得られることが想定される。さらに複数のスワールベーン２０６に加えて、第１導管１０１の出口２０５に角度を付けることで第２導管１０２から出る薄いオイルジェット／フィルムに直接接触して霧化する効果およびエネルギー損失を最小化する効果を最適化できる。非限定的な例では、第１導管１０１の出口２０５に、０～９０度の迎え角Ｘ（すなわち、霧化用蒸気が出口２０２から流れる油膜に向かう角度）で角度を付けてもよい。さらに、攻撃距離Ｙは、第１導管１０１の出口２０５から、霧化用蒸気がオイルに接触する位置までの可変距離であってよい。複数のスワールベーン２０６を設けることで、フィードインジェクター１００の稼働寿命中に、動作上の混乱もしくは疲労または侵食などの長期的影響による第２導管１０２の出口２０２の変化または影響を防いで機械的安定性を得て、それによりフィードインジェクター１００の運転性能を維持できることは、当業者であれば理解するであろう。

１つ以上の実施形態において、図２Ｄは、１つ以上の追加のストリームを第２導管１０２に加えて、第２導管１０２内で予備混合できることを示す。非限定的な例では、内壁１０６ｂは、開口部２０７を含んでもよい。開口部２０７は、第１導管１０１内を流れる霧化用蒸気の一部が、第１導管１０１の出口２０５に到達する前に第１導管１０１を出て第２導管１０２に入ることを可能にしてもよい。また、第２導管１０２内のフローコーン１０３の上流にガスフロー２０８ができるように、１つ以上の追加ストリームを直接追加してもよいことが想定される。

図２Ａ～２Ｄに示すように、霧化用ガスとして機能する蒸気を、本体１０６の外壁１０６ａと内壁１０６ｂとの間の環状空間内の第１導管１０２から導入してもよい。非限定的な例では、第２導管から出るオイルは、高速蒸気である第１導管１０２からの蒸気と接触し、２つのストリーム間の高い相対速度及びせん断力により液体分解され、気液分散を起こし得る。さらに、第１導管１０２内の蒸気経路の配置を変更してガスがオイルに衝突する／せん断する速度に影響を与え、その結果、オイルの混合／分解に影響を与えてもよいことが想定される。

図２Ａ～２Ｄはまた、１つ以上の実施形態において、外壁１０６ａから突出し、混合チャンバー１０４内に延び得る１つ以上の衝突プレート２０４をフィードインジェクター１００に設けてもよいことを示す。１つ以上の衝突プレート２０４により、より大きな液滴のより微細なサイズへの分解を促進できることは、当業者であれば理解するであろう。さらに、１つ以上の衝突プレート２０４の位置、高さおよび角度を変化させて、混合物がプレートに衝突して最終的な分解を引き起こす速度に影響を与えてもよいことが想定される。非限定的な例では、１つ以上の衝突プレート２０４に、フローコーン１０３の突起２０１の角度Ａに一致する角度Ａ’で外壁１０６ａから角度を付けてもよい。さらに、図２Ａ～２Ｄで説明したフィードインジェクター１００内の複数の配置態様をまとめて、または異なる組み合わせで用いて、これにより最も細かい液滴の形成と均質な分布とを実現することができる。

図３は、１つ以上の実施形態において、ＦＣＣ装置５００のライザー５０１の底部に図１～図２Ｄで説明したフィードインジェクター１００を１つ以上配置することを示す。さらに、当技術分野で公知の溶接、圧着、接着剤、または機械的ファスナーで、１つ以上の供給インジェクター１００をライザー５０１に固定または取り外し可能に取り付けしてもよい。図３はＦＣＣ装置５００における１つ以上のフィードインジェクター１００を示すが、これは単に非限定的な例示の目的のみの図である。本開示の範囲から逸脱しない限り、１つ以上のフィードインジェクター１００をＦＣＣ用途以外の多種多様な用途で使用し得ることを、当業者であれば理解するであろう。

さらに図３は、本明細書に開示される実施形態に係る、炭化水素を分解して軽質オレフィンを製造するプロセスの簡略化プロセスフロー図を示す。ライザー反応器３の底部付近に配置した、図１～図２Ｄのいずれか１つに示すインジェクターなどの１つ以上のフィードインジェクター２を通して、軽油などの炭化水素フィードを注入する。炭化水素フィードは、Ｊ－ベンド１を通して導入された高温の再生触媒に接触する。触媒としては、例えば、Ｙ型ゼオライト系触媒を挙げることができ、単独で用いてもよく、ＺＳＭ－５、ＺＳＭ－１１などの他の触媒と組み合わせて用いてもよい。

フィードの気化および／またはフィードの温度を所望の反応器温度、例えば５００℃～約７００℃の範囲に上げるために必要な熱、および吸熱（反応熱）に必要な熱は、再生器１７から送られる高温の再生触媒から得ることができる。第１ライザー反応器３内の圧力は、典型的には、約１ｂａｒｇ～約５ｂａｒｇの範囲である。

分解反応の主要部分が終了すると、生成物、未変換の供給蒸気、および使用済み触媒の混合物は、サイクロン格納容器８に収容された２段式サイクロンシステムに流入する。２段式サイクロンシステムは、使用済み触媒を蒸気から分離するための第１サイクロン４を含む。第１サイクロンのディップレッグ５を介して使用済み触媒をストリッパー９に排出する。第１サイクロン４からの分離済み蒸気に含まれる微細な触媒粒子は、第２サイクロン６で分離する。回収した触媒を、ディップレッグ７を介してストリッパー９に排出する。第２サイクロン６からの蒸気を、プレナム１１に接続された第２サイクロン出口を通して排気し、その後、所望のオレフィンを含む生成物を回収するために反応器蒸気ライン１２ｂを通して主分留器／ガスプラント（図示せず）に導く。必要に応じて、分配器ライン１２ａを介してライトサイクルオイル（ＬＣＯ）または蒸気をクエンチ媒体として導入することにより、生成蒸気をさらに冷却する。

ストリッパー床９において、分配器１０を介してストリッパー９の底部に導入した蒸気と向流接触させることで間質蒸気（触媒粒子間の炭化水素蒸気）を除去するストリッピングをディップレッグ５、７を介して回収した使用済み触媒に対して行う。その後、使用済み触媒を、使用済み触媒スタンドパイプ１３ａおよびリフトライン１５を介して再生器１７に移送する。使用済み触媒スタンドパイプ１３ａに設置された使用済み触媒スライドバルブｌ３ｂを用いて、ストリッパー９から再生器１７への触媒フローを制御する。使用済み触媒のスムーズな移送を促進するため、分配器１４を通して少量の燃焼用空気を導入する。

コークス化した触媒または使用済み触媒を，高密度再生器床２４の中心に位置する使用済み触媒分配器１６から排出する。燃焼用空気を、再生器床２４の下部に設置された空気分配器１８を使って導入する。その後、燃焼用空気と反応させることで、触媒上に堆積したコークスを再生器１７で燃焼させる。再生器１７は、例えば、約６４０℃～約７５０℃の範囲の温度および約１ｂａｒｇ～約５ｂａｒｇの範囲の圧力で稼働させることができる。排ガス中の触媒微粉末は、第１段サイクロン１９と第２段サイクロン２１とで回収し、それぞれのディップレッグ２０，２２を通して再生器触媒床へ排出する。第２段サイクロン２１の出口から回収した排ガスは、再生器プレナム２３を介して排ガスライン２４に送り、下流で廃熱回収および／または電力回収する。

再生触媒は、再生器１７および再生触媒スタンドパイプ２７と流路連通している取出ライン２５を介して再生触媒（ＲＣＳＰ）ホッパー２６に取り出す。ＲＣＳＰホッパー２６内の触媒床は、再生器１７床レベルで浮遊する。その後、Ｊベンド１と流路連通する再生触媒スタンドパイプ２７を介してＲＣＳＰホッパー２６からライザー反応器３へ再生触媒を移送する。再生器１７からライザー反応器３への触媒フローは、再生触媒スタンドパイプ２７に設置されたＲＣＳＰスライドバルブ２８で調節可能である。スライドバルブ２８の開口を調整することで、触媒フローを制御し、ライザー反応器３内の所望の頂部温度を維持する。

また、Ｊベンド１からライザー反応器３へスムーズに再生触媒を移送するため、リフト蒸気に加えて、Ｙ部に配置されたガス分配器１ａを介して、Ｃ４オレフィンやナフサなどの外部のフィードストリームをリフト媒体としてＪベンド１へ供給してもよい。インジェクター１ａは、図１～図２Ｄのいずれかに示したインジェクターなど、本明細書の実施形態に係るインジェクターであってよい。さらなるフィードインジェクターのＪ－ベンド１は、０．５～５０ｈ^－１のＷＨＳＶ、６４０℃～７５０℃の温度、および３～１０秒の滞留時間など、上述した反応に好ましい条件でＣ４オレフィンストリームおよびナフサストリームを軽質オレフィンに分解するための高密度床反応器として機能してもよい。Ｊ－ベンド１の直径（Ｄ３）や大きさを変化させることで、これらの条件を達成する。Ｊベンドの直径は、例えば、典型的な再生触媒スタンドパイプの直径の１倍～３倍の間で変更してよい。図示しないが、インジェクター１ａおよび２に供給する蒸気および炭化水素は、当技術分野で公知のように、蒸気発生器、貯蔵タンク等から供給してよい。

図３は、ライザー反応器３に取り付けられたフィードインジェクター２（１００）を示すが、本開示の範囲を逸脱しない限り、本開示のフィードインジェクターの数または位置を１つのみに限定せず、追加のフィードインジェクターを配置してよいことを、当業者であれば理解するであろう。さらに、複数のフィードインジェクター１００は、同一または異なる構造（図１～図２Ｄに示す構成）を有してよく、インジェクター内で処理されるフィード（例えば、ナフサ、軽サイクル油、軽油など）を考慮して構成を最適化し得る。さらに、フィードインジェクターの位置は、ライザー反応器において様々な高さに変更可能である。

さらに、本開示の方法は、ＦＣＣ装置に液滴を供給するためのフィードインジェクター１００および図１～３に示すフィードインジェクタ―などの他の構造の使用を含んでもよい。本明細書に開示した方法はいずれの実施形態にも適用され得ることから、異なる実施形態間の番号の混乱を避けるために、参照番号は参照しない。

本開示の実施形態によれば、蒸気などの霧化用ガスは、第１導管の入口を通してフィードインジェクターに供給してもよい。その後、霧化用ガスはフィードインジェクターの第１導管を流れる。第１導管への蒸気の供給と同時またはその前に、原料タンクなどから第２導管の入口を通してフィードインジェクタ―に炭化水素オイルなどの液体を供給することができる。液体は、フィードインジェクターの第２導管を流れる。さらに、フィードインジェクター内の壁とフローコーンの外面との間の環状経路によって形成される液体経路に第２導管内の液体を流してもよい。液体は、第２導管内に位置するフローコーンの第１端部から、フィードインジェクターの混合チャンバー内に位置するフローコーンの第２端部まで移動することができる。

いくつかの実施形態では、フローコーンの外面の一部に設けた複数のベーンで、液体経路内で液体フローの方向を変更してもよい。その後、壁の端部とフローコーンの第２端部との間の空隙によって形成された第２導管の出口を通して混合チャンバーに液体を出すことができる。さらに、フィードインジェクターの中心軸から０度～９０度の任意の角度を付けたフローコーンの第２端部の突起を用いて、液体を混合チャンバーに分配してもよいことが想定される。同時に、第１導管の出口から混合チャンバーに霧化用ガスを流し出すことができる。液体と霧化用ガスの両方がそれぞれの導管から出ると、液体と霧化用ガスが混合チャンバー内で合わさって混合し、液滴および霧化用ガスと液体との混合物を形成する。

さらに、フローコーンとは反対側の混合チャンバーの端部に位置するフィードインジェクターの排出チャネルを通して、形成された液滴および霧化用ガスと液体との混合物を排出してもよい。１つ以上の実施形態において、液滴および霧化用ガスと液体との混合物を、例えば、垂直に配置されたライザー反応器に排出してもよい。

従来のフィードインジェクターまたはフィードノズルと比較して、本明細書の実施形態が以下の利点のうちの１つ以上を有することを、当業者であれば理解するであろう。
・他の設計におけるオリフィスやその他の急激な変化に代えて、フローコーン上を流れることによるスムーズなフロー遷移を実現することで、オイル導管の入口の乱流が減少し、液体側の圧力損失が減少する。
・導管から出て噴流または均一な環状薄膜を形成するオイルにより、オイルと霧化用ガスとの接触面積が大幅に増加し、一次霧化またはオイル分解が容易になる。同時に、霧化用ガスがオイルリガメントに衝突する角度を最適化することで、最適なオイル分解と微細な油滴を得ることができる。その結果、本明細書の実施形態は、従来のフィードインジェクターまたはフィードノズルと比較して、同じ霧化性能を達成するのに必要な圧力損失および／または霧化用ガスをより低減することができる。
・オイルと蒸気を別々に導入し、かつ、より良好なオイル／蒸気接触により両フローの流量をより低減または増加させることができるため、より良いターンダウン率を達成し、油滴の大きさを要件内に保ちつつ、本明細書の実施形態における特徴を組み合わせることができる。
・液滴の微細化および／または反応器性能の向上。
・液体側の圧力損失の低下ならびに設備投資および運転コストの削減。

要約すると、本明細書の実施形態は、流動接触分解（「ＦＣＣ」）に有用な新規のフィードインジェクターまたはフィードノズルに関する。新規のフィードインジェクターまたはフィードノズルは、通常、炭化水素の存在下、液体／液体、気体／液体または気体／気体の並流または向流の装置に使用できる。また、新規のフィードインジェクターまたはフィードノズルを、ＦＣＣ以外の異なる産業における他の液体注入用途に使用することも想定される。非限定的な例では、Ｌｕｍｍｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣ（テキサス州ヒューストン）から入手可能なＥ－ＧＡＳ技術などで、新規のフィードインジェクターまたはフィードノズルを水急冷ノズルとして使用することができる。

限られた数の実施形態を示して本開示を説明したが、本明細書に記載される開示の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案され得ることを、本開示の利益を享受する当業者であれば理解するであろう。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (20)

1. フィードインジェクターであって、
   外壁および内壁を有する本体；
   前記外壁と前記内壁との間に形成され、霧化用ガスを受け取るように構成された第１導管；
   前記内壁によって形成され、液体を受け取るように構成された第２導管であって、前記第１導管と前記第２導管とは、前記内壁によって分離されている導管；
   前記第１導管の出口および前記第２導管の出口に位置する混合チャンバーであって、前記第１導管からの前記霧化用ガスおよび前記第２導管からの前記液体が混合チャンバー内で衝突および／または混合して、液滴および前記霧化用ガスと前記液体との混合物を形成するチャンバー；
   前記第２導管内に第１端部を有し、前記混合チャンバー内に第２端部を有するフローコーン；
   前記第２導管の前記内壁と前記フローコーンの外面との間に位置し、前記第２導管の出口への液体経路を形成する環状経路であって、前記第２導管の出口は、前記内壁の端部と前記フローコーンの前記第２端部との間の空隙によって形成され、前記フローコーンの前記第２端部の突起は、前記フィードインジェクターの中心軸から０～９０度の角度が付けられている経路；ならびに
   前記フローコーンとは反対側の前記混合チャンバーの端部に位置する排出チャネル、
   を備えることを特徴とする、フィードインジェクター。
2. さらに、前記フローコーンの前記外面の一部に複数のベーンを備える、請求項１に記載のフィードインジェクター。
3. 前記複数のベーンが、前記液体経路内において前記液体の方向を変えるように構成されている、請求項２に記載のフィードインジェクター。
4. さらに、前記混合チャンバー内で前記外壁から前記中心軸に向かって延びる１つ以上の衝突プレートを備える、請求項１に記載のフィードインジェクター。
5. 前記１つ以上の衝突プレートは、前記外壁から特定の角度が付けられ、前記特定の角度は、前記空隙の角度に等しい、請求項４に記載のフィードインジェクター。
6. 前記フローコーンの前記外面は、前記液体経路が前記フローコーンの前記第１端部から前記フローコーンの前記第２端部まで次第に小さくなるように角度が付けられている、請求項１に記載のフィードインジェクター。
7. 前記突起の角度が９０度である、請求項１に記載のフィードインジェクター。
8. 前記突起の角度が４５度である、請求項１に記載のフィードインジェクター。
9. 前記霧化用ガスは蒸気である、請求項１に記載のフィードインジェクター。
10. 前記液体は炭化水素である、請求項１に記載のフィードインジェクター。
11. さらに、前記排出チャネルとは反対側の端部に、前記第２導管の入口を備える、請求項１に記載のフィードインジェクター。
12. さらに、前記第２導管の入口と前記排出チャネルとの間に、前記第１導管の入口を備える、請求項１１に記載のフィードインジェクター。
13. 前記第１導管の入口は前記中心軸に垂直であり、前記第２導管の入口は前記中心軸に平行である、請求項１２に記載のフィードインジェクター。
14. 前記外壁、前記内壁、前記第１導管、および前記第２導管は、前記中心軸と同軸である、請求項１に記載のフィードインジェクター。
15. 前記第１導管の出口は、前記霧化用ガスの迎え角を０～９０度の間で形成するように角度が付けられている、請求項１に記載のフィードインジェクター。
16. 垂直に配置されたライザー反応器；
    前記垂直に配置されたライザー反応器に流体結合され、触媒またはホットパーティクルを前記垂直に配置されたライザー反応器に供給するよう構成された再生器；
    前記垂直に配置されたライザー反応器内に配置された１つ以上のフィードインジェクター、を含む流動接触分解装置であって、
    前記フィードインジェクターは、
    外壁および内壁を有する本体；
    前記外壁と前記内壁との間に形成され、霧化用ガスを受け取るように構成された第１導管；
    前記内壁によって形成され、液体を受け取るように構成された第２導管であって、前記第１導管と前記第２導管とは、前記内壁によって分離されている導管；
    前記第１導管の出口および前記第２導管の出口に位置する混合チャンバーであって、前記第１導管からの前記霧化用ガスおよび前記第２導管からの前記液体が混合チャンバー内で衝突および／または混合して、液滴および前記霧化用ガスと前記液体との混合物を形成するチャンバー；
    前記第２導管内に第１端部を有し、前記混合チャンバー内に第２端部を有するフローコーン；
    前記第２導管の前記内壁と前記フローコーンの外面との間に位置し、前記第２導管の出口への液体経路を形成する環状経路であって、前記第２導管の出口は、前記内壁の端部と前記フローコーンの前記第２端部との間の空隙によって形成され、前記フローコーンの前記第２端部の突起は、前記フィードインジェクターの中心軸から０～９０度の角度が付けられている経路；ならびに
    前記フローコーンとは反対側の前記混合チャンバーの端部に位置する排出チャネル、
    を備え、
    前記液滴および前記霧化用ガスと前記液体との前記混合物は、前記１つ以上のフィードインジェクターの前記排出チャネルを通って、前記垂直に配置されたライザー反応器に入る、流体接触分解装置。
17. 前記１つ以上のフィードインジェクターは、前記垂直に配置されたライザー反応器の底部付近に配置されている、請求項１６に記載の流体接触分解装置。
18. フィードインジェクタ―の第１導管を通して霧化用ガスを流す工程；
    前記フィードインジェクターの第２導管を通して液体を流す工程であって、前記第１導管と前記第２導管とは、前記フィードインジェクター内の壁によって分離されている工程；
    前記フィードインジェクター内において前記壁とフローコーンの外面との間の環状経路により形成される液体経路を通して液体を導く工程であって、前記液体は、前記第２導管内に位置する前記フローコーンの第１端部から前記フィードインジェクターの混合チャンバー内に位置する前記フローコーンの第２端部まで移動する工程；
    前記壁の端部と前記フローコーンの前記第２端部との間の空隙によって形成された前記第２導管の出口を通して前記混合チャンバー内に前記液体を流出させる工程；
    前記フィードインジェクターの中心軸から０度～９０度の角度が付けられた、前記フローコーンの前記第２端部の突起を使用して、前記混合チャンバー内に前記液体を分配する工程；
    前記第１導管の出口を通して前記混合チャンバーに前記霧化用ガスを流出させる工程；
    前記第２導管からの前記液体と前記第１導管からの前記霧化用ガスとを前記混合チャンバー内で合わせて液滴を形成し、前記霧化用ガスと前記液滴との混合物を形成する工程；および
    前記フローコーンとは反対側の前記混合チャンバーの端部に位置する前記フィードインジェクタ―の排出チャネルを通して前記霧化用ガスと前記液滴との前記混合物を排出する工程、
    を含む方法。
19. さらに、前記フローコーンの外面の一部に備える複数のベーンを用いて、前記液体経路内において液体フローの方向を変える工程を含む、請求項１８に記載の方法。
20. さらに、前記フローコーンの上流に位置する前記第２導管内で、前記霧化用ガスの一部を前記液体と予混合する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
    

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