JPH0549333B2 - - Google Patents

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
ものであつて、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
のベツトにガス状反応物、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
均一な温度プロフイルを惹起させる。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、触媒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。コークはクラツキ
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
にとつ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、或る種の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
〓）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つ
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。グリツド上部に触媒
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ツト
からなる分配装置が使用されている。これらのパ
イプ型グリツトには、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。パイプ型グリツト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つて典型的には生
ずることに起因する。従つて、グリツトを強化す
ることは応力を高めるだけであつて、問題を一層
厄介にする。

ガスグリツドの改良を失敗に終わらせている応
力は、熱によつて発生することが分かつて以来、
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つて起こるド
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イス又はノズルは、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つて均一に分配され
たガスを受け入れる。オリフイス又はノズルはガ
スの出口用に、枝パイプに沿つて間隔を置いて設
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、すなわちナツ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
置するナツクル部に、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。分配装置のナツ
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或る上向き角度
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。ナツクルの突出し連結部の出口はまた、ナ
ツ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、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。

従つて、本発明の目的の一つは、固体粒子のベ
ツ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
孔を有する中央ヘツドと、このヘツドを支持し、
ヘツドの内部に流動化ガスを運ぶための部材から
なる。ヘツドを支持する部材には、ヘツドの外周
に接続されたドーナツ状のナツクルが含まれる。
放射状水平に延びる一連の枝パイプは、ヘツドを
支持する部材に接続されてヘツド内部と連通して
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ツクルに一
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ツドの内部と連通する出口
を有し、枝パイプをナツ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、円筒状シエル１２、上部ヘツド１
４、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を通つて再生塔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
プ型空気分配装置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〓）
以上の、典型的には705℃（1300〓）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とシエル
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
ツトに戻る。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３
０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から入つ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３６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であつて、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
ーナツ形のナツクル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ツク
ル４４は、領域４０の頂部をドーム２４のナツク
ル４６に接続する。ドーナツ形ナツクル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。ナツクル４２及び４４は、大きいド
ーナツ直径の５〜15％に相当する曲げ半径R₁を
有している。下部導管３８、ナツクル４２及び切
頭円錐領域４０は、比較的薄い壁材で構成され
る。上部ナツクル４４は、円錐部分とさらに厚い
ドーム２４とナツクル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とナツクル４６は空気分配装置の頂
部に当る皿状ヘツドを構成する。このタイプのヘ
ツドはフランジヘツド又は皿状ヘツドとして通常
知られている。ヘツ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。従つて、触媒の荷重がかか
つ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
D₁は再生塔容器の直径D₂の通常40〜70％である。
ヘツドの曲率半径R₂は、ドーム直径の100〜200
％の範囲であることが好ましい。ナツクル４６の
曲率R₃は通常ヘツド直径D₁の５〜25％の範囲に
ある。ドーム２４とそのナツクル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の線に沿つ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エツト
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
よつて、孔の全開口面積が決められる。ドームで
の圧力降下が1/2〜2psi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
数の開口によつ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
れる大きいジエツ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
る空気ジエツトが、その直ぐ上に位置する開口５
０の入口でのガス圧を増大させるので、グリツド
の中央部に於いて空気の流速を高める結果とな
る。

ナツクル部分４６は別に形成し、ドームに溶接
して分配装置のヘツドを形成させることもでき、
またヘツドと一体に形成することもできる。いず
れにしても、このナツ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、ナツクル４６は枝パイプ２６を
取付けるための開口を持つ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ツクルの材料か
ら突出している。このナツ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
によつて、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雄雌ダイが使
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、通常ナツ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５
４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。従つ
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Ｔ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Ｔ
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つて、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５４は一般に1/2インチ〜１
インチの大きさを有している。この開口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５
４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の中央からナツクルの上部接合部近くまで
一定の間隔で並んでいる。ドームとナツクルを溶
接で接合した場合、当該接合部が弱くならないよ
うに、ドームのナツ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。従つて、枝パイプから流動化ガスを受けるベ
ツトの面積は、ドームによつて流動化されるベツ
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倍であつて、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、突出し連結部の詳細
では、突出し部の内側半径がR₄で、外側半径が
R₅で示される。これら半径は突出し部形成法に
よつて決まり、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E₁
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1/2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、グリツ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。 １０……再生塔、１２……再生塔シエル、１４
……ヘツド、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……ナツクル、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ツドと、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、前記のヘツドと枝パイプを
   支持し、且つヘツド及び枝パイプの内部に流動化
   ガスを運ぶ装置を有し、その装置が前記ヘツドの
   周辺を囲むドーナツ状ナツ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、前記のナツク
   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ツ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
   でナツ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、前記ナツクルに
   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。