JPH0199643A - 改良された流動用ガス分配装置 - Google Patents

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】 ［発明の分野］ 本発明はＦＣＣ（流動接触分解）のような炭化水素転化
プロセスで使用するガス分配装置に関するものであって
、さらに詳しくは、固定粒子の流動層に流動化ガスを均
一に分配するための装置に関する。

［発明の背景］ 流動浮遊又は流動輸送の形式に固体粒子の流動層を使用
するプロセスは公知である。このようなプロセスの特に
良く知られた一例は、ガスオイルや重質炭化水素を軽質
炭化水素に転化するための流動接触分解（ＦＣＣ）プロ
セスである。

半径が大きい容器または導管に流動化粒子が閉じ込めら
れている状況下では、容器又は導管の横断面全体に、ガ
ス状の流動化媒体が良好に分配されることが重要である
。ガスを良好に分配することは、流動層が輸送の利用さ
れている場合には、粒子を均等に運搬する上で必要であ
る。

また、流動化粒子のベットにガス状反応物、典型的には
酸素を導入する場合にも、ガスを均一に分配する必要が
ある。酸素の分配が良好でないと、容器各部で反応速度
が変動する不都合を助長し、不完全反応や不均一な温度
プロフィルを惹起させる。特に密な流動層に於いてこの
傾向が著しい。

ＦＣＣ装置は典型的には再生塔を備え、その再生塔の多
くは、触ｆｆ粒子の密な流動層を有し、この流動層には
空気のような再生用ガスが、コークを燃焼させる目的で
通過する。コークはクラッキング操作の副生成物として
形成され、これを除去することで触媒は再生される。普
通の再生塔の構成では、再生塔容器の底蓋を通して空気
のような再生用ガスが再生塔の底部域に導入される。ガ
ス分配装置はガスを分割し、ガスが良好に分配されるよ
うこれを多数のポイントから触媒床に注入する。ガスの
導入点より下位で触媒粒子を取り出す必要がない限り、
ガス室を覆う多孔板または多孔ドームのような簡単なガ
ス分配装置にて、再生塔にとって充分に有効で確実なガ
ス分配を提供することができる。

しかし、成る種のＦＣＣプロセスのフロー様式では、再
生塔の底蓋から触媒を除去する必要がある。このような
態様ではガス分配装置の設計を複雑にする。そして、再
生塔を通常は７０５℃（１３００下）を越える温度で操
作することが、信頼性あるガス分配装置の設計を一層複
雑にする。

上記のような高温は、ガス分配装置を製造する材料の強
度を大幅に弱めるからである。

再生塔の底部にガスを導入し、底部から触媒を取り出す
ことができるガス分配装置には、様々な設計の装置が使
用されている。その一つは一枚板のドーム型ガス分配装
置を変形したものであって、その装置はガス分配室まで
延びて底蓋上の触媒排出点と、ドーム上の触媒収集点と
を連通させる導管を備えている。この形式では導管がド
ームを貫通している。導管用開口部周辺でのガス漏れと
触媒漏れを防止するために、ドームと導管外壁との間の
開口はシールされる。

しかし、触媒が誘発する侵食と微細な触媒粒子の累積は
、このシールを無効にする傾向がある。

グリッド上部に触媒収集領域を設けた場合には、これが
分配装置横断面のかなりの部分を遮断するので、ガスの
分配が妨害される。

シールに付随する問題を解消し、ガス分配点以下に位置
する排出点に固体粒子を自由に通過させるために、間隔
を置いてガス噴出ノズルを有する水平なパイプ群を平面
上に並べた網又はグリッドからなる分配装置が使用され
ている。

これらのパイプ型グリッドには、しばしば構造上の難点
があり、その難点としては、溶接部の亀裂、金属腐食、
パイプの歪曲並びにパイプの完全脱落などがある。パイ
プ型グリッドの強度強化を図る試みもなされているが、
未だこれに成功していない。上記のような問題を解決す
る上でパイプが有効でないことは、パイプの歪曲及び亀
裂を惹起する応力が、パイプに於ける温度差によって典
型的には生ずることに起因する。

従って、グリッドを強化することは応力を高めるだけで
あって、問題を一層厄介にする。

ガスグリッドの改良を失敗に終わらせている応力は、熱
によって発生することが分かって以来、より適応性ある
ガス分配装置の設計が求められている。そのような設計
の一つでは、再生塔の横断面全体にガスが分配されるよ
う、ドームと半径方向に延びた枝パイプの組合せが使用
されている。この設計は再生塔容器の半径より小さい半
径の浅い皿型部材を、ドームとして使用することにより
適応性を持たせている。このドームはドームの直径を再
生塔の底部に付いた小直径断面まで減少させる切頭円錐
部の漸縮管（ｒｅｄｕｃｅｒ）で支持される。比較的薄
い壁領域と切頭円錐部のテーパ部分は、温度勾配及び膨
張比の変化によって起こるドーム内及び漸縮管領域内で
の熱膨張差を許容するものである。漸縮管領域はまた、
切頭円錐部の直径外側と再生塔の底蓋との間に解放空間
を与え、これにより流動化粒子はドームの周辺から触媒
排出点に流れることができる。ドームの上に等間隔で配
置されたオリフィス又はノズルは、ドームの上に位置す
る再生塔横断面にガスを均一に分配する。

ドームの上でない再生塔の残りに横断面は、半径方向に
延びた枝パイプを通って均一に分配されたガスを受は入
れる。オリフィス又はノズルはガスの出口用に、枝パイ
プに沿って間隔を置いて設けられている。枝パイプはド
ームと切頭円錐部との間に位置して垂直に延びる円筒状
バンドから突き出ている。部材間の鋭角的な曲がり角、
すなわち幾何学的に不連続な接合部分では、熱的又は圧
力で惹起する応力が倍加する。

垂直なバンドとドームまたは漸縮管領域との間に上記の
ような不連続部分が生じないようにするために、大きな
半径変移領域、すなわちナックルが各接合部分に設けら
れている。ドーム及び枝パイプ型のガス分配装置は、分
配装置に通常伴う構造上の問題を軽減したものであるが
、バンドとドームの間及びバンドと枝パイプの間の接合
部分に小さい亀裂が生ずると言う問題が残されている。

これに加えて、ドームと枝パイプが侵食される問題もあ
る。このような侵食が起こる原因の一つは、枝パイプの
出口とドーム上部の出口との間の圧力差により、触媒が
枝パイプの開口部及びドームの孔を通してドーム内に吸
引されることにあると考えられる。

ドーム及び枝パイプ型ガス分配装置での枝パイプの接合
に関して、新規な方法が開発された。

この新接合様式は、バンドとドーム及びバンドと枝パイ
プとの接合部分に見られる亀裂問題を軽減すると共に、
ドームの出口に関してパイプの出口を上昇させことで、
上記した固体粒子の吸引を防止するものである。

［発明の概要］ 本発明はガス分配装置の改良に関するもので、そのガス
分配装置は固体粒子の流動層の横断面全体にガスを均一
に分配し、且つガス分配点より下に固体粒子を流すため
の中央ドームと、放射状に突き出た一連の枝パイプを有
している。

本発明による改良点は、ドームとその支持部材との間に
位置するナックル部に、枝パイプを接続するために外側
上向きに延びたセグメントを有する成型された連結部を
使用することにある。

分配装置のナックル部に突出し連結部を設置すると、枝
パイプの高さはドームに関して上昇する。突出し連結部
の出口は出口開口の水平面に関して成る上向き角度をと
る中心線を持つ、出口の中心線を水平方向に戻すための
パイプエルボの使用は、ドームの出口に関する枝パイプ
の相対的な高さをさらに増大させる。ナックルの突出し
連結部の出口はまた、ナックルから枝パイプ連結部に渡
る滑らかな幾何学的変移を実現させ、また過去の分配装
置に亀裂などの問題を生じさせる応力増大を軽減させる
。同時に１本発明の枝パイプ連結部はドームと枝パイプ
の出口をほぼ同じ高さに位置させることで、侵食問題を
解消させる。

従って、本発明の目的の一つは、固体粒子のベットにガ
スを一様に分配するための信頼できる装置を提供するこ
とにある。

本発明のさらに別の目的は、ＦＣＣ再生塔での空気のよ
うな再生用ガスを分配させる装置について、その構造上
の完全性を改良することにある。

さらに本発明の他の目的は、ＦＣＣ再生塔で使用される
ドーム及び枝パイプ型の空気分配装置で生起する亀裂及
び侵食の問題を軽減することにある。

一具体例に於いて、本発明は固体粒子の流動層にガスを
分配するための改良された装置を提供する。そのガス分
配装置は、所定の配列でガス分配孔を有する中央ヘッド
と、このヘッドを支持し、ヘッドの内部に流動化ガスを
運ぶための部材からなる。ヘッドを支持する部材には、
ヘッドの外周に接続されたドーナツ状のナックルが含ま
れる。放射状水平に延びる一連の枝パイプは、ヘッドを
支持する部材に接続されてヘッド内部と連通している。

枝パイプは流動化ガスを固体粒子のベツドに分配させる
。このガス分配装置はナックルに一連の枝パイプ連結部
を設けることで改良される。各枝パイプ連結部はヘッド
の内部と連通ずる出口を有し、枝パイプをナックルに確
保固定する手段を提供する。装置の構造上の完全性を改
良するために、各枝パイプ連結部の幾何学的形状は連続
曲面をとる。

本発明の他の目的、具体例等は以下に詳述するところか
ら明らかになろう。以下に示す好ましい具体例の内容は
、本発明をこれに限定するものではない。

［好ましい具体例の詳細な説明］ 第１図には、円筒状シェル１２、上部ヘッド１４゜円錐
状底蓋１６を有する再生塔１０が示されている。

使用済の触媒からなる固体粒子は、導管１８を通って再
生塔１０に入る。空気からなる圧縮された流動化ガスは
、導管２０を流れて枝パイプ架空気分配装＠２２の内部
に流れる。空気分配装置の頂部のドーム２４と、半径方
向に突き出た一連の枝パイプ２６は、再生塔の水平断面
全体に空気を分配する。空気は上昇し、触媒上のコーク
のような炭素質析出物と反応する。炭素析出物の酸素に
よる燃焼は、少なくとも６５０℃（１２００下）以上の
、典型的には７０５℃（１３００下）以上の温度を発す
るので、ドーム及び枝パイプの上に直接猛烈な熱帯域が
発生する。空気は導管１８とシェル１２との合流点付近
まで流動層が維持されるような容量で導入される。空気
が上昇し続けるに連れて、大部分の触媒粒子は解放され
て触媒の密なベットに戻る。空気に同伴された残余の触
媒と、煙道ガスと呼ばれるガス状の燃焼生成物は、入口
３０から一組のサイクロン分離器２８内に入る。

サイクロン分離器２８は遠心力を利用した２段分離で、
軽いガスから重い触媒粒子を解放にする。

分離器は導管３２を通して触媒粒子を下方向に移動させ
て密なベツドに戻し、一方ガスを導管３４から再生塔外
に放出する。再生された触媒粒子（すなわち、導管１８
から入った粒子に比較してコーク濃度が減少した粒子）
は、枝パイプ２６間の間隙を通り、再生済み触媒導管３
６から再生塔外に取り出される。

空気分配装置の詳細は第２図に示される。空気分配装置
の底部は下部導管３８であって、この導管は底蓋１６に
接続される。切頭円錐領域４０は導管３８の頂部に接続
された小径端を有する。ドーナツ形のナックル４２は、
領域４０の下端を導管３８と接続し、もう一つのドーナ
ツ形のナックル４４は、領域４０の頂部をドーム２４の
ナックル４６に接続する。ドーナツ形ナックル４２及び
４４は、領域４０と導管３８との接合部及び領域４０と
ドーム２４との接合部に、滑らかな変移を与えている。

ナックル４２及び４４は、大きいドーナツ直径の５〜１
５％に相当する曲げ半径Ｒ□を有している。下部導管３
８、ナックル４２及び切頭円錐領域４０は、比較的薄い
壁材で構成される。上部ナックル４４は、円錐部分とさ
らに厚いドーム２４とナックル４６との間で、厚さが徐
々に変化するような厚みを有している。

ドーム２４とナックル４６は空気分配装置の頂部に当る
皿状ヘッドを構成する。このタイプのヘッドはフランジ
ヘッド又は皿状ヘッドとして通常知られている。ヘッド
の幾何学的形状はドーム中央部の孔と、ドーム外縁部の
孔の高さの差が最少になるよう浅い形状にある。分配装
置のドームの直径が小さい場合、ドームの中央部分には
平板状領域が時として使用されることがある。しかし、
空気分配装置からの空気の流れが停止されると、再生塔
内の触媒はドームの頂部に堆積し、触媒の荷重がここに
かかる。従って、触媒の荷重がかかった時の強度を増大
させるために、ドームは若干湾曲していることが通常好
ましい。ドームの直径Ｄ工は再生塔容器の直径Ｄ２の通
常４０〜７０％である。ヘッドの曲率半径Ｒ２は、ドー
ム直径の１００〜２００％の範囲であることが好ましい
。ナックル４６の曲率Ｒ１は通常ヘッド直径Ｄ１の５〜
２５％の範囲にある。ドーム２４とそのナックル４６は
、円錐領域４０よりも実質的に厚く造られている。ドー
ムが触媒荷重のような外部荷重を支えられるよう、ドー
ムの厚さは厚くされており、またドームには空気分配孔
周辺部を強化する目的で、適当な補強材を収容すること
もある。

予め決められたパターンの空気排出口は、空気分配装置
のドーム部分に配置されている。この開口は半径Ｒ２の
線に沿って放射状に配列される。これらの孔の大きさは
典型的には１／２インチ〜１−３／４インチの範囲にあ
る。この開口はドームの頂部を単純に穿孔した孔でも差
し支えなく、またドームの頂部の孔に合致するノズルで
構成させても差し支えない。ノズルの使用は空気のジェ
ット流形成に寄与し、出口付近で触媒が循環することに
原因する侵食から出口を保護する役割を果たす。流動化
ガスと許容圧力降下についての要件によって、孔の全開
口面積が決められる。ドームでの圧力降下が１７２〜２
　ｐｓｉの範囲に維持されることが通常望ましい。ドー
ムの開口の直径は、充分な数の開口によって空気を良好
に分配できるに必要な開口孔面積をドームが保持するよ
う選ばれる。

穴のあいた邪魔板５３はドームの内側に懸垂されており
、これは導管２０から入る空気で形成される大きいジェ
ット流を破壊する役割を果たす。

もしこれを破壊しないと、導管２０から形成される空気
ジェットが、その直ぐ上に位置する開口５０の入口での
ガス圧を増大させるので、グリッドの中央部に於いて空
気の流速を高める結果となる。

ナックル部分４６は別に形成し、ドームに溶接して分配
装置のヘッドを形成させることもでき、またヘッドと一
体に形成することもできる。いずれにしても、このナッ
クルの主たる役割はドーム支持部材、図示の例では切頭
円錐領域４０とドームとの間に滑らかな接合を提供する
ことにある。本発明によれば、ナックル４６は枝パイプ
２６を取付けるための開口を持って規則的に配置された
一連の枝パイプ連結部４８を有している。

好ましい態様では、これらの連結部はナックルの材料か
ら突出している。このナックルは通常分配装置のドーム
部分と同じ厚さに造られる。

この厚さは突出し部形成に必要な材料を提供するので、
突出し部４８の形成の助けとなる。突出し部は金属成型
技術の通常の知識を有する者に知られている方法によっ
て、形成することができる。そのような突出し部を成型
する典型的な方法では推理ダイか使用され、穿孔された
孔周囲の材料をノズルの形に段階的に変形させる。　。

枝パイプを連結する開口部は、通常ナックルの曲率の中
心にあり、こうすることで出口の中心線に上向きの傾斜
を持たせている。突出しノズルの入口側は、空気分配装
置の内部と連通される。突出し部の出口端は枝パイプの
湾曲部、すなわちエルボ５２を支持する。

パイプの湾曲部５２は上向き傾斜の突出し部を、水平に
延びる枝パイプ２６に接続する。図示の例では、パイプ
の湾曲部５２が単純なパイプエルボとして示されている
が、これ以外の各種のパイプ要素で湾曲部５２を構成す
ることもできる。そうした要素に必要な条件は、枝パイ
プの開口５４がドームの開口とほぼ同じ高さに位置する
よう、枝パイプの高さを維持することである。従って、
湾曲部５２用に適当な要素は、第３図に示すように、エ
ルボ５８と１部材６０を組合せた横型分岐連結具を包含
する。第３図のエルボ５８と１部材６０は、ドームに関
して枝パイプの高さの調節が容易であるという利点があ
る。

各枝パイプは再生塔の内壁に対してほぼ水平に延びてい
る。空気は枝パイプの内部を通って、枝パイプの底部に
並んだ開口５４を経て再生塔に入る。枝パイプの開口５
４は一般に１／２インチ〜１インチの大きさを有してい
る。この間口５４には、既にドームの開口に関して説明
し、また第２図で示したように、ノズルが使用される。

開口５４の数と大きさは、枝パイプを通して所望量の空
気が供給できるように設定される。枝パイプとドームと
の間の空気の分割比は、枝パイプ及びドームが占める横
断面積の比になるのが通例である。

第４図には、ドームと枝パイプが再生塔の横断平面図で
示されている。ドームの開口５０はドーム２４の中央か
らナックルの上部接合部近くまで一定の間隔で並んでい
る。ドームとナックルを溶接で接合した場合、当該接合
部が弱くならないように、ドームのナックル領域にまで
開口５０を設けないことが好ましい。このような配置で
は、ドームは再生塔の直径のほぼ半分に等しい直径を持
つ。従って、枝パイプから流動化ガスを受けるベットの
面積は、ドームによって流動化されるベットの面積より
もかなり大きい。

それ故に、再生塔の外側直径まで空気を良好に分配する
には、ドームを周りに多数のパイプを使用することが好
ましい。突出し部間の間隙を最少にするための要請は、
ドーム周辺の枝パイプ間隔と制限する。典型的には、枝
パイプのセンターライン同志の最少間隔は、枝パイプ直
径の２倍であって、これよりわずかに広いことが好まし
い。

第５図に見られるように、突出し連結具の詳細では、突
出し部の内側半径がＲ４で、外側半径がＲｓで示される
。これら半径は突出し部形成法によって決まり、できる
だけ大きくすることが好ましい。第５図はまた分岐連結
具４８の出口に溶接されたパイプエルボ５２を示してい
る。

通常、突出し部の形成は分岐連結具に小さい突出し部Ｅ
工を与えるだけであるので、パイプエルボ５２は通常別
の成分である。しかし、可能ならば、突出し部と分岐部
分５２を一つの素材で形成することが望ましい。

ＦＣＣプロセスで遭遇する高温を考慮して、空気分配装
置は典型的には高合金材料で製造される。空気分配装置
用の適当な高合金材料としては、冶金学的に好ましいと
されているＡＳＴＭスタンダードで規定されるステンレ
ススチール３０４Ｈがある。

第２図及び第５図は空気分配装置の殆ど全体をカバーし
ている耐熱性材料５６を示している。

この耐熱性材料は比較的薄く、通常は１７２インチ〜１
−１／２インチの厚さを持つ。耐熱性材料５６は空気分
配装置の金属を侵食から保護すると共に、熱から絶縁す
るので、グリッドに熱応力を発生させる局部的な温度勾
配を平均化するものである。薄い耐熱性材料とその固定
手段を採用することは、炭化水素処理プロセス及び化学
処理プロセスの分野で良く知られている。好ましくは、
耐熱性材料は装置の母材に溶接された金属網又は短い固
定具にて空気分配装置に保持される。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦＣＣ再生塔の断面図である。 第２図は本発明のガス分配装置の縦断面図である。 第３図は本発明のガス分配装置の部分詳細図である。 第４図は第１図の４−４線での再生塔部分平面図である
。 第５図は枝パイプ用成型接合部の拡大図である。 ＩＯ＝再生塔　１２：再生塔シェル　１４：ヘッド１６
：底蓋　１８：使用済触媒導入管　２０：空気導入管　
２２：空気分配装置２４：ドーム　２６：枝パイプ２８
：サイクロン分離器　３６：再生済触媒排出管３８：下
部導管　４０：切頭円錐領域　４２，４４，４６：ナッ
クル　４８：枝パイプ連結部　５０：開口　５２：エル
ボ　５４：開口　５６：耐熱材料　５８：エルボ６０：
Ｔ部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体粒子の流動層の中央部にガスを分配するための
   孔開き中央ヘッドと、前記流動層の環状領域にガスを分
   配するために放射状に水平に延びた複数本の枝パイプと
   、前記のヘッドと枝パイプを支持し、且つヘッド及び枝
   パイプの内部に流動化ガスを運ぶ装置を有し、その装置
   が前記ヘッドの周辺を囲むドーナツ状ナックルを有して
   いる形式の流動層用ガス分配装置に於いて、前記のナッ
   クルに一連の枝パイプ連結部が形成され、各枝パイプ連
   結部は前記中央ヘッドの内部と連通する出口を有すると
   共に、連続曲面からなる幾何学的形状を有し、前記の枝
   パイプの各々が枝パイプ連結部でナックルに確保されて
   いることを特徴とする流動用ガス分配装置。 ２、前記の出口それぞれが上向きに傾斜した中心線を有
   する請求項１記載の装置。 ３、前記の出口が枝パイプと同じ直径を有する請求項１
   記載の装置。 ４、パイプエルボが前記の出口と枝パイプを接続する請
   求項１記載の装置。 ５、パイプエルボの近端が前記の出口に固定されて遠端
   が上方に向き、水平方向に主軸を持つＴ型パイプが前記
   の遠端に接続され、Ｔ型パイプの外向き端に枝パイプが
   接続された請求項４記載の装置。 ６、枝パイプの直径の最少値が、前記ナックルにある枝
   パイプ連結部の出口の間にある請求項１記載の装置。