JPH01207388A - 触媒クラッキング反応器の中に炭化水素装入物を噴射する装置 - Google Patents

触媒クラッキング反応器の中に炭化水素装入物を噴射する装置

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JPH01207388A JP63259290A JP25929088A JPH01207388A JP H01207388 A JPH01207388 A JP H01207388A JP 63259290 A JP63259290 A JP 63259290A JP 25929088 A JP25929088 A JP 25929088A JP H01207388 A JPH01207388 A JP H01207388A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に流動床型の触媒クラッキング反応器の中
に炭化水素装入物を噴射する装置に関するものである。
〔従来技術と問題点〕
当業界においてＦ、　　Ｃ，Ｃ，法と呼ばれる流動床型
触媒クラッキング法において、炭化水素装入物が塔式反
応器の中に噴射され、この反応器の中において触媒が懸
濁状態に保持され、本質的に上昇流路に沿って移動しく
その場合に、反応器は「ライザー」と呼ばれる）、また
は本質的に下降流路に沿って移動する（その場合に、反
応器は「ドロッパー」と呼ばれる）。
下記において説明の便宜上、上昇流路型反応器につ１ハ
て説明するが、当業者には明らかなように、下降流路型
反応器に転用できることができ、本発明の目的をなすイ
ンゼクターはもちろん両方の型の反応器に適応する。
「ライザー」においては、再生触媒が担体ガスと同時に
熱い（６５０−８５０℃）流動状態で反応器底部の炭化
水素装入物噴射区域の下方に導入される。炭化水素装入
物は実質的に液状の８０〜３００℃の温度で反応器の中
に導入される。
装入物の噴射区域と反応器の頂部との間において、触媒
がその熱量の一部を装入物に伝達し、装入物は蒸発され
て軽質炭化水素に分解される。その結果、急速にガス量
が増大し、ガスが触媒を反応器頂部まで加速度的に搬送
し、そこで触媒は炭化水素から分離される。炭化水素−
触媒粒子混合物は、ライザー出口において、通常４７０
〜５３０℃の範囲の平衡温度に達する。
このような工程中に、装入物の小部分（一般に３乃至１
２重量％）が触媒粒子上に炭化水素の固体付着物すなわ
ち「コークス」を形成し、これが触媒の活性を低下させ
、揮発性生成物への装入物の転化率を低下させる。従っ
て、触媒を次のクラッキングサイクルのために反応器の
中に導入する前に、この付着物を燃焼することによって
触媒を再生する必要がある。
一般に触媒上のコークス付着物は、噴射される装入物が
重質で難揮発性であるほど多くなる。その場合、揮発し
なかった部分が触媒上にコークスと重質炭化水素とから
なる膜を形成する。
従って、このような現象を防止するためには、炭化水素
装入物の液状部分が蒸発されて分解される前に、触媒と
の接触を防止する事が重要であり、故に装入物の蒸発時
間を短縮する必要がある。
さらに、処理される装入物を反応器中に高速で非常に微
細な小滴状で噴射する利点は、業界において公知である
（米国特許第２．８９１．０００号および第２，９９４
，６５９号）。
そのため、ベンチュリー管を含む装入物インゼクターを
使用する方法が提案されている（フランス特許節２，１
０２，２１６号、米国特許第３，２４０，２５３号およ
び 第４，５２３，９８７号、ならびに欧州特許１５７，６
９１参照）。しかし、この方法は、反応器中に流動床と
して噴射するレベルで多くの問題を生じる。実際に、ベ
ンチュリー管の狭窄部分のレベルの速度がインゼクター
の壁体から脈流を離脱させ、循環流を生じ、インセクタ
ー中に触媒粒子を進入させ、従って、インゼクターの顕
著な侵食とその性能の急速な低下を生じる。
また、装入物の噴霧のために機械的手段を使用する衝撃
型噴射装置（米国特許 第４，４３４，０４９号）が提案されているが、同一エ
ネルギー消費量において装入物の噴霧品質が著しく低下
する。
〔発明の目的および効果〕
本発明は、噴射圧の低下が僅かであって、インゼクター
の腐蝕およびインゼクター下流の触媒粒子の粉砕のおそ
れなく装入物を非常に微細な小滴に粉砕し、反応器の中
に高速で噴射することのできる触媒クラッキング反応器
中への炭化水素装入物噴射装置を提供することによって
、前記の欠点を解決することを目指している。
そのため本発明の目的は、装入物の移動方向において上
流から下流に向って、液状炭化水素装入物と水蒸気の導
入−混合系と、前記導入−混合系に接続された集中部分
を有するベンチュリー管と、このベンチュリー管の拡大
部分に連結され反応器中に装入物を噴射するオリフィス
を有する保護キャップとを含む触媒クラッキング反応器
の中に炭化水素装入物を噴射する装置において、前記ベ
ンチュリー管は、液状装入物−水蒸気混合物がベンチュ
リー管内部の狭窄部分において音速状態に達するｈうな
寸法を有し、前記直線狭窄部分は拡大部分と集中部分と
の間に配置されて、これらの部分に対してそれぞれ曲線
輪郭によって連続的に接続され、この曲線輪郭はベンチ
ュリー管軸線に対してそれぞれ約５°および約１５°以
上の角度をなすことなく、また、前記保護キャップの噴
射オリフィスはベンチュリー管の狭窄部分の面積の１．
５乃至１０倍、好ましくは２乃至５倍の範囲内にあるよ
うになされた装置にある。
後述のように、このような特性組合わせの結果、装入物
を平均３０μのオーダの非常に小径の小滴状に粉砕し、
これを１５０ＩＩｌ／ｓに達する高速で反応器中に噴射
することができ、しかもベンチュリー管の侵食と寿命の
短縮を生じるような触媒粒子の戻りのおそれがない。
さらに詳しくは、拡大部分末端に配置された保護キャッ
プは、狭い噴射オリフィスを有するので、噴射装置内部
への触媒粒子の進入の危険性が制限される。さらにベン
チュリー管の曲線輪郭と、前述の拡大部分と集中部分の
角度の制限とによって、脈流の離脱を防止することがで
きる。触媒粒子がベンチュリー管中に進入しても、循環
流によって同伴されることなく、装入物と共に直ちに反
応器中に戻される。
故に本発明の装置は従来の装置に対して下記のような利
点を有する。
一触媒粒子による摩損の減少の結果、寿命が延長される
、 一層１０〜５０μの粒径を有する装入物小滴が６０乃至
１５０ｉ／ｓの速度で噴射されるので、効率が向上する
、 −インゼクターのレベルでの装入物損失が比較的少ない
、 一ベンチュリー管の狭窄部分のレベルで高速を生じる音
速条件の故に閉塞の危険性が低い、−反応器中で装入物
がほとんど瞬間的に蒸発するのでクラッキング効率が向
上し、触媒粒子上のコークス付若量が減少する。
装入物は反応器中に、大体に触媒移動方向に、この方向
と２０乃至４０″の角度をなしてジェット状で導入され
る。
装入物の噴射速度が高い程、流動床状態の触媒と噴射さ
れた装入物との混合が容易にまた緊密に実施される。本
発明による噴射装置の場合、この噴射速度は通常の流動
床型触媒クラッキング工程の場合よりもはるかに高い。
炭化水素小満の粒径が小であるので、伝熱作用と蒸発作
用がほとんど瞬間的となる。さらに、触媒と蒸発炭化水
素との接触時間を一層よく制御できる。これは、この接
触時間を数秒ないしは１秒の数分の１に制限しようとす
る場合に重要である。
好ましくは、反応器中への装入物の噴射は、反応器の同
一水準においてその外周に沿って規則的に配置された複
数のインゼクターによって実施される。例えば、流動床
型反応器の特性に対応して、２乃至１２個のインゼクタ
ーを使用することができる。
装置の保護キャップのオリフィスの形状は、反応器のゼ
オメトリ、インゼクターの数、その配置などによって決
定される。このオリフィスは場合に応じて、円形、楕円
形、またはスリット状とすることができる。望ましくは
、この保護キャップは半球形を有し、分離される装入物
のジェットの形状を反応器内部で形成できるように公知
のリップを備える。場合によっては、このオリフィスは
単数または複数の管によって構成することができ、その
場合に全断面がベンチュリー管の狭窄部分の断面の１．
５乃至１０倍となる。本発明の好ましい実施態様によれ
ば、これに限定されるものではないが、小滴の排出オリ
フィスは、キャップの対称面に配置された１個のスリッ
トとし、その場合に、反応器内部へのジェットは平らな
三角形をなし、これは分解される装入物と触媒との急速
均一な接触に役立つ。このジェットの開口角度は望まし
くは６０乃至９０°とする。
前述のように、本発明の装置は、炭化水素装入物と霧化
ガスとの導入−混合系をなし、この霧化ガスは水蒸気ま
たはその他適当なガス体とすることができる。この系は
、例えば２本の同心管からなり、その中心管が水蒸気を
導入し、管状スペースが装入物を通過させることができ
、またはその逆に、外側管のベンチュリー管に接続され
、中心管がベンチュリー管の上流またはその集中部分の
レベルに開くことができる。
ベンチュリー管壁面からの装入物−水蒸気混合物流の剥
離を防止し、従って、インゼクター中への触媒の進入を
除くため、ベンチュリー管は鋭い稜を示さず、その集中
部分と拡大部分は曲率半径２〜３メートルの連続曲線輪
郭をもって狭窄部分に接続する。拡大部分はベンチュリ
ー管軸線に対して大体に約３°の角度をなし、集中部分
は約１２°の角度をなす。
ベンチュリー管の直線狭窄部分の直径は、過熱水蒸気と
炭化水素装入物の供給条件（流量と圧）とを考慮して、
インゼクターが臨界状態で作動するように、すなわち全
体流量がベンチュリー管の上流と下流との差圧には依存
せず上流の圧のみに依存するように選定される。このよ
うにして液状装入物を非常に微細な小滴状に霧化するこ
とができ、その直径は従来装置の５００μに対して３０
μとなる。他のすべての条件を同一として、実験の示す
ように、このような小粒径の小滴は反応器の中において
約３ミリ秒以下で蒸発できるのに対して、同一条件で通
常のインゼクターの５００μの滴の蒸発には２３０ミリ
秒が必要である。このようにして質量移動−伝熱区域は
１５０ｃ＋ｎから３印に短縮され、それだけ液状炭化水
素が蒸発またはクラッキング前に触媒上に付着する可能
性が減少する。
また、実験の示すように、ベンチュリー管の出口におい
て得られた小滴の直径は、水蒸気の流量とベンチュリー
管の最小断面Ｓｃ（狭窄部分）との比に逆比例する。
液状装入物の流量と霧化ガスの流量が一定であれば、狭
窄部分の直径は狭窄部分の上流圧と液体−ガス混合物の
流量との比から算出される。
原則として、装入物の呼称流量は外部要件（方法の特性
値、ユニットのその他の機器の容量など）によって決定
され、霧化蒸気の流量は装入物の流量に依存する。
ベンチュリー管の拡大部分の下流末端の直径は、キャッ
プが拡大部分から出る水蒸気＋炭化水素混合物を再加速
する際にジェットによる懸濁触媒の粉砕を防止するため
に、この混合物ジェットの速度が３０乃至１５０ｍ／ｓ
、好ましくは３０乃至１２０ｍ／ｓの範囲内に含まれる
ように決定される。
ベンチュリー管の狭窄部分の長さは、一般にその直径の
１〜１０倍の範囲内に選定される。
・ベンチュリー管、供給−混合系、キャップのその他の
寸法特性は本発明によるインゼクターの下記の詳細な説
明において記載されている。
このインゼクターは、新しい流動床型触媒クラッキング
反応器についても、更新されたユニットについても使用
することができる。これらの更新されたユニットについ
て装入物および水蒸気の圧は新しいユニットの場合より
低いが、なお非常に満足な性能（１２０μ以下の粒径）
が得られた。
本発明のインゼクターは、通常のインゼクターのように
、断熱材を介してスリーブによって反応器壁体に対して
固着される。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。
第１図に図示の装入インゼクタ−１は反応器の壁体２を
貝通し、この壁体上にスリーブ３と断熱材４によって固
着されている。
インゼクタ−１は本質的に下記の３部分からなる。
一供給一混合系５、 一ベンチュリー管６またはその他任意の集中−狭窄−拡
大組立体、 一キャップ７゜ 第２図に図示の供給−混合系５は、処理される液状炭化
水素装入物を装入するための中心管８と、外側管９とか
らなり、この外側管９はその側面１０から過熱水蒸気を
受けて管８と９の間を循環させる。
この混合系は二重の目的を有する。
−装入物と水蒸気の混合を保証する。これは、装入物の
乱流と損失とを最小限になす。
−冷たい装入物との接触による水蒸気の凝縮の問題を避
けるため、この系に接続されたベンチュリー管６の集中
部分１０の近傍において前記の混合を実施する。
装入物の導入管８はベンチュリー管６の中に進入し、そ
の集中部分１０のすぐ上流に開く。
外側管９とベンチュリー管６は、それぞれのフランジ１
１と１２によって相互に組立られている。
リブ８がフランジ１１のレベルにおいて中心管８の定心
を保証する。
管８．９の寸法を決定するためには、一般に１〜１０ｍ
／ｓの範囲の炭化水素装入物の流速および１０〜８０［
１／Ｓの範囲内の水蒸気流速とを考慮しなければならな
い。
集中部分１０、直線狭窄部分１３および拡大部分１４を
含むベンチュリー管６は、本発明によるインゼクターの
重要部分をなす。このベンチュリー管の目的は、過熱水
蒸気と混合された液状装入物を狭窄部分１３のレベルで
擬臨界速度まで加速し、約１２０ミクロン以下の、平均
直径３０〜５０ミクロンの極微小滴状に分割するにある
。さらに、これらの小滴と水蒸気の混合物に対して、拡
大部分１４の出口において混合物に対して３０／１５０
ｍ／ｓの範囲の速度を与えなければならない。
好ましくは、狭窄部分の長さＸはその直径ｄの実質的に
５倍とする。
集中部分１０と拡大部分１４は、曲率半径２〜３ｍの曲
線輪郭に沿って狭窄部分１３に連続的に接続し、ベンチ
ュリー管の内側面からの流体脈流の剥離を生じる不連続
部分を有しないようにする。
このような脈流の剥離は乱流を生じて、触媒粒子の進入
を促進し、その結果として拡大部分１４の壁体を侵食す
る。
集中部分１０の角度は大体１０〜１５°であり、拡大部
分１４の角度は大体２〜５°とする。
拡大部分１４の末端に半球形のキャップ７を備え、この
キャップは直径面においてスリット１６を備え、このス
リットは反応器の中に、炭化水素小滴装入物を円錐形ま
たは平らなブラシ状で噴射するためのものである。もち
ろんインゼクターから噴射されるジェットの角度は、そ
れ自体公知のように、スリットおよび噴射区域のゼオメ
トリ、および反応器の操作条件および使用されるインゼ
クター数に依存している。
炭化水素小滴がキャップから出る速度は、好ましくは３
０〜１２０ｍ／ｓの範囲とし、これらの小滴か反応器の
横断面をできるだけ均一にカバーするように反応器の中
に噴射されることが好ましい。
一般にまたそれ自体公知のように、２乃至１２のインゼ
クターを反応器の同一水準に配置し、触媒床の移動方向
（第１図の矢印Ｆ）に配向し、反応器の軸線と約２０−
９０°の角度をなす。
装入物の高噴射速度と、炭化水素小滴の非常に微細なサ
イズの故に、小滴を数ミリ秒で完全に蒸発させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるインゼクターの反応器上の取り付
は状態を示す断面図、また 第２図はインゼクターとその供給−混合系の断面図であ
る。 １・・・インゼクター、２・・・反応器壁体、５・・・
供給−混合系、６・・・ベンチュリー管、７・・・保護
キャップ、８・・・中心管、９・・・外側管、１０・・
・集中部分、１３・・・狭窄部分、１４・・・拡大部分
、１６・・・スリット。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、装入物の移動方向において上流から下流に向かって
    、液状炭化水素装入物と水蒸気の導入−混合系（５）と
    、前記導入−混合系に接続された集中部分（１０）を有
    するベンチュリー管（６）と、このベンチュリー管の拡
    大部分（１４）に連結され反応器中に装入物を噴射する
    オリフィス（１６）を有する保護キャップ（７）とを含
    む触媒クラッキング反応器の中に炭化水素装入物を噴射
    する装置において、前記ベンチュリー管（６）は、液状
    装入物−水蒸気混合物がベンチュリー管内部の狭窄部分
    （１３）において音速状態に達するような寸法を有し、
    前記直線狭窄部分（１３）は拡大部分（１４）と集中部
    分（１０）との間に配置されて、これらの部分に対して
    それぞれ曲線輪郭によって連続的に接続され、この曲線
    輪郭はベンチュリー管軸線に対してそれぞれ約５゜およ
    び約１５゜以上の角度をなすことなく、また前記保護キ
    ャップ（７）の噴射オリフィス（１６）はベンチュリー
    管の狭窄部分の面積の１．５乃至１０倍の範囲内にある
    ことを特徴とする装置。 ２、前記導入−混合系は２本の同心管を含み、その一方
    は炭化水素供給源に接続され、他方は水蒸気供給源に接
    続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３、前記内側管（８）は前記ベンチュリー管（６）の集
    中部分（１０）の上流に開くことを特徴とする請求項２
    に記載の装置。 ４、前記ベンチュリー管（５）はその軸方向断面におい
    て尖った稜部分を有することなく、前記集中部分（１０
    ）、狭窄部分（１３）および拡大部分（１４）は２乃至
    ３メートルの曲率半径を有し、前記集中部分（１０）は
    ベンチュリー管の軸線に対して約１０乃至１５゜の角度
    （α）をなし、前記拡大部分（１４）はベンチュリー管
    の軸線に対して約２乃至５゜の角度（β）をなすことを
    特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置
    。 ５、前記狭窄部分（１３）の長さはその直径の１乃至１
    ０倍の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至４の
    いずれかに記載の装置。 ６、前記ベンチュリー管の拡大部分（１４）の下流末端
    の直径は、その内部の水蒸気−炭化水素小滴混合物の流
    速が３０乃至１５０ｍ／ｓの範囲となるように選定され
    ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
    装置。 ７、前記キャップ（７）が半球形をなし、また前記キャ
    ップの噴射オリフィス（１６）がこのキャップの直径面
    に沿って配置されたみぞ穴の形状を有することを特徴と
    する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。 ８、前記みぞ穴が前記キャップの断面円の ６０乃至９０゜の扇形を占めることを特徴とする請求項
    ７に記載の装置。 ９、インゼクターの軸線が反応器の軸線に対して２０乃
    至９０゜の角度をなすことを特徴とする請求項１乃至８
    のいずれか１項に記載の装置。
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