JPH055875B2 - - Google Patents

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JPH055875B2
JPH055875B2 JP1493389A JP1493389A JPH055875B2 JP H055875 B2 JPH055875 B2 JP H055875B2 JP 1493389 A JP1493389 A JP 1493389A JP 1493389 A JP1493389 A JP 1493389A JP H055875 B2 JPH055875 B2 JP H055875B2
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catalyst
gas
reactor
separator
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Jei Gaatosaido Robaato
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Stone and Webster Engineering Corp
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Publication of JPH055875B2 publication Critical patent/JPH055875B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

発明の分野 本発明は炭化水素原料からのオレフインおよび
芳香族炭化水素の製造に関する。特に本発明は炭
化水素を触媒分解のみ、又は接触分解し、ついで
脱水素化することによるオレフインおよび芳香族
炭化水素の製造に関する。さらに本発明は3又は
それ以上の炭素原子を有するオレフインを優先的
に製造するために、および/又は芳香族炭化水
素、特にベンゼンを製造するために、熱担持固形
触媒の連行流の存在下において炭化水素を短い滞
留時間で熱分解する方法に関する。 発明の背景 天然の炭化水素は高温で分解されて、エチレン
およびプロピレンのような有益なオレフイン物質
を生成することは公知である。 エチレンベースのプラスチツク需要に比べてプ
ロビレンベースのプラスチツク需要が増大してい
ることは炭化水素をオレフインに分解する場合、
プロピレン収量を改善するのに有益に作用してい
る。さらに高級オレフイン、例えばC4オレフイ
ンは高オクタン混合成分を供給するための重要な
前駆物質である。即ち、C4オレフインはMTBE
の生産およびアルキル化のための前駆物質であ
る。 しかしながら重炭化水素原料がオレフインに非
触媒的に分解される時、需要に適合する所望の連
産品比率を達成することは事実上不可能である。
即ちエチレンに対するプロピレンの収率はほとん
ど0.55より大きくはない。 再生費用を増大させ、供給を低下させるような
低炭化水素転換においてのみ高い収率が達成可能
である。周知の非触媒分解法の一つは水蒸気の存
在下において高温度で一般的に生ずる熱分解であ
る。オレフインを熱分解によつて得るための機構
は遊離基の点から説明される。高温度において、
ラジカルの開始は炭素−炭素結合のホモリシスに
よつて起こる。いつたん開始すると、遊離基は2
つの主要な反応を経験する。即ち第1はラジカル
のベータ位置での分断であり、第2は水素の引き
抜きによる反応の停止である。ベータ位置におけ
る分断はメチル基が90%の頻度で生成する点まで
続くであろう。メチル基は他の分子から水素原子
を抽出して、メタンおよび他の遊離基を生成する
であろう。エチレンとメタンはこのような遊離基
熱分解反応からの代表的な生成物である。長鎖ラ
ジカルは約10%の頻度で分子から水素を抽出して
C3〜C7パラフインとオレフインを生成する。し
たがつて最初の炭化水素原料中で枝分かれした炭
化水素の結果として主に生じた高級オレフインに
比べて、熱分解はエチレンを高収率で生成する。 C3およりこれより高級のオレフインの生産を
増大させるために、少なくとも1つのアルカンを
含有する軽質炭化水素が硫化水素およびシリカを
含む固体接触物質の存在下で熱分解することがお
こなわれている。[コルツ(Klolts)、米国特許No.
4,471,151]。採用される接触物質、例えばシ
リカゲル、は好ましくは大表面積、即ち、少なく
とも50m2/gmを有している。アルカン原料に対
して0.1〜10モル%のH2S濃度が一般的に前記方
法で採用される。クラツキングの増大はH2Sを分
解する触媒として作用する前記高表面物質に基づ
くものであることが前記米国特許中で推論されて
いる。その結果、転化レベルは向上し、所望の生
成物に対する改良された選択性が得られる。しか
しプロピレンに対する改良された選択性はn−ブ
タンを分解する時にのみ実証された。 前記米国特許で採用された固体接触物質は固定
床操作のためにのみ適するが、極めて機械的安定
性が低いため流動床操作には適さない。したがつ
て前記米国特許の固体触媒は固定床用に設計され
た一般的な触媒脱水素触媒の欠点を持ち続ける。
これらの脱水素触媒は大寸法の拡散が限定された
触媒であつて、循環輪システムにおける連続再生
は不可能である。流動化接触分解(FCC)装置
もC3およびそれより高級な化合物を触媒的に製
造するために採用されてもよい。FCC装置は遊
離基熱分解反応機構に比較されるカルボニウムイ
オン機構に基づいてC3〜C7化合物の生産を増大
させるために酸性分解触媒を使用する。しかしな
がら触媒の酸性分解活性は分解と異性化を増大さ
せることに加えて、急速な水素移動を促進させ、
その結果オレフインよりもパラフインの収量が増
大する。されに接触分解装置自体の性質はパラフ
インの製造に適している。接触分解操作における
滞留時間の典型的定義は供給原料が触媒自体と接
触している時間である。この定義は熱反応が感知
できる程度に生じないほど温度が低い場合に受け
入れることができる。しかしながら熱および触媒
反応は平行して進行する。触媒分離が反応の触媒
部分を終わらせる間、熱反応(熱分解)は反応速
度が微少(消失)になる水準まで温度が低下する
まで続く。この状況において、総計の運動滞留時
間は炭化水素を装置に導入する時から反応物から
固形物を分離することを含む流出物の急冷までの
時間として定義される。したがつて転化の合計は
触媒反応(触媒との接触時間)と熱反応(反応温
度における時間)の和である。 代表的なFCC反応環境は固形物分離のための
時間(通常は1秒より大きい)を含む比較的長い
滞留時間を有しており、そして急冷を含まない。
分野は上記長い滞留時間のもとで低温度で生ず
る。転化は触媒との接触が延長することに基づく
上記低い温度で達成される。熱反応は上記低温度
で最少になり、したがつて流出物を急冷する必要
性を減少させる。熱分解に比べてC3およびこれ
より高級な化合物が多く生成するが、流出物は増
大した水素移送活性のための不均衡に高濃度のパ
ラフインを有する。オレフイン製造のための好ま
しい条件、特に高温度と短滞留時間、は反応触媒
又は熱を開始させ、そして維持するために高温度
を必要とするLPGとナフサのような軽質原料を
処理する場合、特に達成が困難である。 上述の方法は全て炭化水素をオレフインに分解
することを改善する。しかしながらこれらの方法
は固定床操作と硫化水素希釈に基づく多量の資本
と操業費用を必要とするか、又は所望のオレフイ
ンの収量を低下させる。また希釈剤として使用さ
れる硫化水素はその極めて高い毒性のため環境お
よび健康上の問題を生ずる。 高次オレフイン、即ち、プロピレン、ブテン、
等は酸性分解触媒単独又は貴金属酸化物脱水素化
触媒の組合せの存在下で、短い滞留時間の流動化
固形物分解環境において炭化水素を分解すること
によつて高収率で得られることが見い出された。
この短い滞留時間は低滞留時間の反応器と、極め
て短い滞留時間の分離システムと、生成物の急冷
との組合せによつて達成される。 したがつて本発明の目的は炭化水素が接触分解
されて、オレフインと芳香族炭化水素を生成し得
る方法を提供することである。 本発明の他の目的は炭化水素を優先的に分解し
てC3〜C5オレフインおよび/又は芳香族炭化水
素を得る方法を提供することである。 本発明の他の目的は触媒システムを変えること
によつて炭化水素を所望の生成物に分解すること
のできる方法を提供することである。 本発明のその他の目的は生成物の熱劣化を回避
しながら炭化水素を優先的に分解してC3〜C5オ
レフインおよび/又は芳香族炭化水素を得る急冷
工程を含む反応システムを提供することである。 発明の概要 本発明は一般的に炭化水素を優先的に分解して
オレフイン、好ましくはC3〜C5オレフイン、お
よび芳香族炭化水素を触媒固形物の酸部位に生成
させ、場合により、生成したパラフイン異性体を
触媒的に脱水素化してオレフインを生成させるた
めの方法に関する。 炭化水素の酸性接触分解は熱分解の遊離基機構
とは違つて、カルボニウムイオン機構によつて進
行する。カルボニウムイオンは炭素−水素結合か
らヒドリドイオンを抽出することにより生成す
る。ヒドリドイオンの抽出およびカルボニウムイ
オンの生成は触媒固形物上の酸部位によつて触媒
作用を受ける。 カルボニウムイオン分解はまたベータ位置で生
じ、これによつてオレフインと第1カルボニウム
イオンを生成させる。第1カルボニウムイオンは
急速なイオンシフト(異性化)を受けて、第2又
は第3のカルボニウムイオンを生成する。これは
ベータ分解規制と組合されて多量のエチレンを同
時に生成することなく、プロピレンを高収率で生
成させる。生成物中に見られるエチレンは競合す
る遊離基分解ルートの結果である。異性化のため
のカルボニウムイオン機構の提供に加えて、触媒
上の酸部位は水素移動を促進させる。本発明が意
図する温度において、熱力学的平衡状態はパラフ
インよりもオレフインに有利であるが、増大した
水素移動活性はパラフインの収量を不均衡に大き
くする。これはイソブチレのような分岐異性体に
対して特に該当する。これらの例において、もし
特定の脱水素化触媒が酸性分解触媒と組合されて
用いられた場合、収量分布は熱力学的平衡の方向
に変動し、所望のオレフインが高濃度で得られ
る。 本発明において、運動(kinetic)滞留時間は
炭化水素が反応領域に導入される点から分解生成
物が急冷される点までの、中間の分離工程の時間
を含んだ合計時間として定義される。これは滞留
時間の測定が分離と急冷の時点の前に終了するよ
うな他の方法から本発明の方法を区別する。これ
は特に重要である。なぜなら炭化水素の接触分解
は常に熱分解と平行して進行するからである。生
成物が触媒的に又は熱的に生成する程度は触媒活
性、触媒の使用量、触媒滞留時間、反応温度分
布、および熱−触媒環境における合計運動滞留時
間の関数である。例えば、高温度における弱酸性
触媒活性は熱分解によつて得られる炭素生成物の
割合を実質的に変えることなくジオレフインの生
成をパラフインとオレフインにシフトさせるため
に使用できる。また、極めて高活性の酸性分解触
媒は熱経路を最少にするために、そして酸性触媒
生成物分布を最大にするためにかなり低温度で使
用できる。さらに接触脱水素化触媒は反応をオレ
フイン製造に適するようにシフトさせるために酸
性分解触媒と組合されて用いられることが発見さ
れた。 本発明はC4〜C7パラフイン、ナフサ、および
軽質ガス油のような炭化水素原料を3〜5の炭素
原子を有する高次オレフインおよび/又は芳香族
炭化水素に熱分解するのに特に適している。しか
しながら本発明の方法は軽質留出物から重質残油
までの広範囲の炭化水素を分解するために広く用
いられることに注目すべきである。 本発明の方法は予熱された炭化水素原料と蒸気
(スチーム)を下降流管状反応器(リアクター)
の頂部へ供給することによつて進行する。同時に
熱触媒固形形はリアクターの頂部に導入され、炭
化水素、蒸気、および触媒固形物は合流して反応
器領域、分離領域および急冷領域を通過し、その
間炭化水素は低い過酷さ、および短い滞留時間で
分解され、そして流出物は品質劣化を防ぐために
安定化される。 管状リアクターは約900〜1500〓、好ましくは
1000〜1300〓そして約10〜100pisaの圧力で操作
され、合計運動滞留時間は約0.05〜2.0秒、好ま
しくは約0.10〜0.5秒である。 分解された流出物から分解された後、触媒固形
物は残留炭化水素を取り除かれ、再生され、そし
て移送ライン内で再加熱されて前記管状リアクタ
ーに戻されて分解工程を続ける。 本発明は短滞留時間の流動化固形物分解装置お
よび短滞留時間の分離装置を使用するのに極めて
良好に適合しており、これらの装置は米国特許
No.4370303(Woebcke他)、米国特許No.4433984
(Gartside他)、および米国特許出願No.084328
(Gartside他)に記載されている。 具体的な触媒固形物および炭化水素に対する触
媒の比率は原料の性質および所望の生成物分布に
基づいて選ばれる。触媒活性および触媒充填は本
発明で採用される短滞留時間での操作温度を規定
し、したがつて接触反応と熱分解反応との間の境
い目を決定するであろう。触媒の形式、酸性分解
触媒のみ又はこれと貴金属酸化脱水素触媒の組合
せはオレフインとパラフイン間の生成物分布をさ
らに決定するであろう。 発明の詳細な記述 上述したように本発明の方法は特にC3〜C5の
オレフインおよび/又は芳香族炭化水素に対する
高選択性を有するオレフインを製造するために、
触媒的に活性な熱担持固形物の存在下で炭化水素
原料を熱分解する手段に向けられている。 原料として用いられる炭化水素は高沸点物のガ
ス油、常圧ガス油、ナフサ、およびC4〜C7パラ
フインを含む。しかしながら本発明は広範囲の炭
化水素を接触分解して所望のオレフインおよび/
又は芳香族炭化水素を製造するために一般的に用
いられる。 図面を参照して、まず、第1図に示すように、
本発明の方法は管状のリアクター2、リアクター
供給器4、分離器6、急冷手段24、および固形
物ストリツパー8を具備する短滞留時間流動化固
形物クラツキングシステム1(以下、QCシステ
ム)内で実施される。 前記システム1はまた反応後、分解生成物から
分離された触媒固形物を再生する手段を含む。図
示された前記システムは連行床(entrained bed)
加熱器10、輸送路12、および流動床容器14
を含む。加熱器において、触媒固形物は再生さ
れ、そして再加熱される。流動床容器14におい
て、触媒固形物は燃焼ガスから除去された後、再
度リアクター2に分配される。 操作する場合、熱触媒固形物は流動床容器14
からリアクター供給器4に入り、ライン16を通
つて入る蒸気と混合する。炭化水素原料はライン
18を通つて予熱器20に入り、ついでライン2
2を通つて管状リアクター2の上部領域に入る。
予熱された炭化水素原料と触媒固形物およびリア
クター供給器4からの蒸気は管状リアクター2を
通つて移動する。熱触媒固形物、蒸気、および予
熱された炭化水素ははリアクター内で密接に接触
し、分解が急速に進行する。 管状リアクター2を出た後、分解された炭化水
素流出物および蒸気は分離器6内で触媒固形物か
らただちに分離され、そして分解された流出生成
物は頂部から急冷領域24に移行し、ここで分解
生成物は蒸気又は急冷ライン26を通つて急冷領
域24に移送される軽質炭化水素によつてただち
に急冷される。これによつて混合物の温度は実質
的な熱反応が生じる温度未満に低下する。管状リ
アクター2を出て分離器6内で触媒固形物から分
離された分解生成物の混合体は触媒(脱水素)活
性を有する固形物床を通過することによつて急冷
されてもよい。脱水素反応は吸熱反応であるか
ら、通過する混合物は反応の進行と共に冷却され
るであろう。この場合、反応条件を改良するため
に蒸気が導入されてもよい。第5図に示すように
このような急冷の好ましい方法として、触媒反応
器25を使用する方法があり、この反応器は分離
器6のすぐ下流に位置して、触媒固形物床を含有
し、ここで急冷が生ずる。急冷された生成物はサ
イクロン28に送られ、ここで少量の触媒固形物
が除去され、そしてライン30を通つて固形物ス
トリツパー8へ送られ、ここでライン32を通つ
て分離器6から送られる大部分の固形物と合体す
る。固形物ストリツパー8において、触媒固形物
はライン34を通つて固形物ストリツパー8に供
給される蒸気、窒素、又は他の不活性ガスによつ
て残余の炭化水素を除去される。 触媒固形物(これは管状リアクター2において
蓄積した炭素又はコークス沈澱物を有する)は次
に加熱器10へ送られる。ライン36を通つて加
熱器10へ供給された空気が加熱器10内の触媒
固形物と混合され、この混合物は触媒固形物を流
動床容器14へ移送するために輸送路12中へ供
給される。ライン36から供給される空気の存在
下で触媒固形物上の炭素沈殿物は燃焼により除去
されて、分解反応に必要な熱を供給する。もし追
加の燃料が必要な場合には燃料源(図示せず)か
ら加熱器10内に加えられてもよい。 本質において、本発明の方法は炭化水素の温度
が約800〜900〓に上昇される予熱器20へ線18
を通つて、ナフサ、常圧ガス油、又はこれらの混
合物等の炭化水素を供給することにより実施され
る。同時に、流動床容器14からの触媒固形物は
リアクター供給器4(第2図に最も良く示されて
いる)に送られ、ここで触媒固形物はライン16
を通つて供給された蒸気と混合され、ついでリア
クター2へ1000〜1600〓の温度で送られる。炭化
水素に対する触媒固形物の供給比は使用される触
媒の重量に基づいて1〜60:1である。水蒸気/
炭化水素の供給比は0対1.0、好ましくは0.0対0.3
である。 場合により、接触分解法はオレフインおよび遊
離基を形成するためにエタンのようなアルカンを
注入ライン16を通つて管状リアクター2中に注
入することにより開始されてもよい。これはカル
ボニウムイオンを形成することによつて異性化を
増大させ、そして生成した遊離基と競合すること
により重質炭化水素の生成を安定化させる傾向を
示す。このようなアルカンは炭化水素原料22の
すぐ上流に加えられる。 この発明に適切な触媒固形物は、シリカゲル、
アルミナ、粘土のような酸特性を有する一般に利
用可能な支持体の一つであり得る。触媒固形物
は、それをもつて他の触媒活性を有する物質と関
係することが可能である。代わりに、使用した触
媒系は、従来のゼオライト系FCC触媒、または
高活性ZSM−5の1種、または希土類ゼオライ
ト系触媒であり得る。また、使用した触媒は、シ
リカルアルミナのような適当な支持体上に担持さ
れた貴金属酸化物(鉄、クロム、白金の酸化物
等)からなる脱水素触媒を含むこともできる。代
わりに、特別な収率分布を達成するために、触媒
は前述の触媒の混合物であり得る。 管状リアクター2内において、混成炭化水素原
料を800ないし1100〓に、そして触媒固形物を
1200ないし1700〓に加熱する。炭化水素に対する
固型物の割合は、熱バランスおよび所望の触媒活
性によつて設定される。 管状リアクター2からの流出分解生成物および
触媒固型物流出物は、セパレーター6(第3図に
詳細に示した)に直接流入する。このセパレータ
ー6においては、気体生成物相および触媒固型物
相への分離が行なわれる。気体生成物はライン2
4を経て除去され、触媒固型物はライン32を通
り固型物ストリツパー8に送られる。気体生成物
のインライン急冷は、急冷域24において、急冷
ライン26を通して準備される。冷固型物、水、
蒸気、軽炭化水素類、および回収油が、適当な急
冷材の例である。代わりに、触媒リアクター25
(第5図参照)内において、生成物を触媒床に通
すことによつて急冷を行ない、固型物の存在なし
に追加の反応を行なう。 管状リアクター2への炭化水素の導入の時点か
ら急冷域24(触媒リアクター25を任意に含
む)における急冷の時点までの総滞留時間は、好
ましくは0.1ないし0.3秒である。 固型物ストリツパー8において、ライン34を
通して送られた蒸気、窒素または不活性ガスの気
流によつて、触媒固型物から不純物ガスを追い出
す。蒸気は、ライン30を通して固型物ストリツ
パー8から除去する。 ガスを追出した触媒固型物は、ライン38を通
してストリツパー8から除去する。炭素が堆積し
た管状リアクター2から触媒固型物は、エントレ
インドベツドヒーター(entrained bed heater)
10に送る。このヒーター10では、ライン36
を通して空気が送られ、触媒固型物の再生に必要
な雰囲気が提供される。触媒固型物はヒーター1
0内に連行され、そして輸送ライン12を通して
流動床容器14に戻される。輸送ライン12で
は、引き続き触媒固型物の再生が行なわれる。加
えて、触媒固型物の再生は、触媒を流動床容器1
4に移送する前に、触媒固型物の温度を約1200な
いし1700〓に引き上げる。 反応体フイーダー4の詳細は、Gartsideらの米
国特許4338187号により充分に記述されており、
それは参考としてここに組み込まれている。
Gartsideらの反応体フイーダーは、炭化水素原料
および触媒固型物を速やかに混合する能力を有す
る。第2図に示すように、反応体フイーダー4
は、触媒固型物を、固型物容器または流動床容器
70から垂直に配置された導管72を通して管状
リアクター2に移送し、同時に炭化水素原料を、
導管72を出た触媒固型物の進路にある角度で入
れることによつて管状リアクター2に移送する。
ドーナツ型の供給ライン76からなる単一の通路
によつて炭化水素が供給される環状チヤンバー7
4は、角度をつけた開口78で終わつている。ミ
キシングバツフルまたはプラグ80もまた、炭化
水素原料および触媒固型物の迅速かつ本質的な混
合を有効に助けている。角度をつけた開口78の
縁79は、導管72のリアクター側端部の縁79
のように収束的に傾斜していることが好ましい。
このようにすると、チヤンバー74からの気体状
炭化水素流が混合領域に角度をつけて注入され、
導管72から流れる触媒固型物相を遮る。ガスの
投影は点線77で示す円錐を形成し、その渦は固
型物の流路の下方にある。気体状炭化水素相を角
度をつけて導入することにより、2つの相は迅速
かつ均一に混合し、均質な反応相を形成する。 固相と気相との混合は、固型物および気相の間
のせん断面(shear surface)と流れ面積(flow
area)との関数である。流れ面積に対するせん
断面の割合(S/A)が無限大である場合を完全
な混合であると定義する。これに大して、最も悪
い混合は、固型物が反応領域の壁に導入された場
合に起こる。この発明のシステムにおいて、気体
流は環状に固型物に導入され、それは大きいせん
断面を保障する。好ましい態様に記述したよう
に、環状供給手段を通して横に気体流を加えるこ
とによつても相の浸透が得られ、さらに速い混合
が結果として起こる。複数の環状ガス供給点およ
び複数の固型物供給導管を使用することにより、
さらに優れた混合がより迅速に推進される。これ
は、一定の固型物流れ面積に対する、流れ面積に
対するせん断面の割合が増加するためである。混
合はまた、混合領域の直径に対する長さの割合の
公知の関数である。グラフは、長さLを一定に保
つたまま直径Dを有効に減少させる。このため、
混合が増加する。 プラグ80は流れ面積を減少させ、分離した混
合領域を形成する。各々の固型物供給点の周囲に
加えられた環状ガスおよび制限された分離混合領
域の組合わせは、混合の条件を大きく高める。こ
の好ましい態様を使用した場合には、反応領域内
に本質的に均質な反応相を得るために必要な時間
は大変短い。したがつて、この好ましいガスおよ
び固型物の添加方法は、1秒未満の滞留時間を有
する反応系に使用することができ、100ミリ秒未
満の滞留時間を有する反応系にさえ使用すること
ができる。環状リアクター2および反応体フイー
ダー4の環境のために、壁はセラミツク材のイン
ナーコア81で裏打ちされている。 第3図に示すように、QCシステムのセパレー
タ6は、管状反応器2から排出する生成物と触媒
の固体を迅速に及び別々に分離する際にも用いる
ことができる。セパレータ6への入口は、多量の
触媒固体92をチヤンバー93内に集める直角コ
ーナー90の直上にある。直角コーナー90の下
流にある任意に設けらるせき94は、特に商業規
模の生産より小さい規模で運転する場合に、固体
92の塊を堆積するのを助ける。セパレータ6の
ガス流出口24は、セパレータ ガス−固体流入
口96から180°の方向に設置され、固体出口ライ
ン32は、ガス流出口24に直接対向し、ガス流
出口ライン24とせき94の両者の下流にある。 操作中、遠心力は、チヤンバー93の流入口9
6に対面した壁に触媒固体を進ませ、一方、運動
量の小さいガス部をチヤンバー93の気体域に流
す。始めに、触媒固体が流入口96に対面した壁
に衝突し、次に堆積して固体92の固体床を形成
する。この固体床は円のおよそ90°の曲線弧の表
面形状を形成する。床92に衝突した固体は、曲
線弧に沿つて固体出口95に移動する。それは、
重力による固体の下方の流れによつて方向付けさ
れることが好ましい。弧の正確な形状は、特別な
セパレータの形及び速度、質量流量、かさ密度、
粒径のような入口流のパラメータによつて決定さ
れる。流入した固体に付与された力が、セパレー
タ6自身よりもむしろ固体床92に対して向けら
れるので、浸蝕は僅かである。したがつて、流出
口97を通して送り出されるガス相からの固体除
去として定義するセパレータ効率は、150ft./
sec.までの高流入速度によつて逆に影響されず、
セパレータ6は、広範囲の稀薄相密度、好ましく
は、0.1ないし10lbs./ft.にわたつて操作可能であ
る。この発明のセパレータ6は、約90%の効率を
達成でき、好ましい態様では、触媒固体の除去率
97%以上が得られる。 チャンバー93に与えられた高さHに対して、
流入口96と流出口97の180°U字形ベンドの間
隔が流入口96の幅に接近するにつれて効率は増
加することが分つている。このように、与えられ
た高さHに対してセパレータ6の効率は、流路が
減少し、従つて、滞留時間が減少することによつ
て増加する。流出口96の内径Diとすると、流
入口96と流出口97の中心線間の距離CLは、
4.0(Di)をこえないことが好ましく、最も好まし
い前記中心線間の距離は、1.5ないし2.5(Di)で
ある。1.5(Di)より小さい場合は、より良い分離
ができるが、大抵製作上の困難性がこの態様の魅
力を減少させる。もし、後者の態様が望ましいな
らば、流入口96と流出口97が接近しすぎて互
いに溶接製造ができないので、単一の鋳型設計を
する必要があるかもしれない。 高さHは、少なくとも1.5×Diに等しい値か又
は4インチの高さのどちらか大きい方にするべき
であることが分つた。もしHがDi又は4インチ
より小さいならば、流入する流れが、床固体92
を妨害し、それによつて流出口97を通つて送り
出されるガス生成物に再び固体が入り込みがちに
なる。高さHは、より一層大きい分離効率を得る
ためにDiの2倍であることが好ましい。特に限
定されないが、高さHが大きすぎると、結局は実
質的に効率が増加することなく単に滞留時間が増
加するだけである。第4図に示す流路の幅Wは、
好ましくはDiの0.75ないし1.25倍、最も好ましく
は0.9ないし1.10(Di)である。 流出口97は、どのような大きさの内径
(Dog)でもよい。しかしながら、75ft./sec.よ
り大きい速度の場合ガス中に入り込む残存固体の
ために浸蝕を生ずる。流出口97の内径Dogは、
固体出口路32中で固体の静的高さが形成される
ように、第1図に示す固体ストリツパー8とセパ
レータ6間に圧力差が存在するような大きさにす
るべきである。固体出口路32中の固体の静的高
さは、固体ストリツパー8にガスの入るのを防ぐ
積極的なシールを形成する。固体ストリツパー8
とセパレータ6間の圧力差の大きさは、流路32
中の固体の高さと同様に固体流出口95にバルク
流中の固体を動かすのに必要な力によつて決定さ
れる。その差が増加すると、固体ストリツパー8
への正味のガスの流れが減少する。重力の運動量
を有する固体は、その差に打勝ち、一方ガスは優
先的にガス流出口97を通つて送り出される。ガ
ス流出口97の内径Dogは、一つの流出口を使用
する場合に、流出口の速度を流入口の速度より小
さいか又は同じにするために、流入口96の内径
と同じにすることが好ましい。 第4図は、第3図の4−4断面に沿つたセパレ
ータ6の断面図である。縦側壁101,102は
直線であるかまたは、点線101aと102aに
よつて示されるように僅かに弧状であることが必
要である。このように、セパレータ6を通る流路
は、実質的に第4図に示すように高さHと幅Wを
有する矩形横断面である。第4図に示す態様で
は、壁101,102の被膜幅を調節することに
よつて流路の形状を規定している。若しくは、バ
ツフル、挿入板、せき、又は他の手段が使用され
得る。同様に、流路を横切る壁103及び104
の形状は、同様であつてもよいが、これは不可欠
なものではない。 セパレータのシエル及び内部通路は、もし固体
が高速で衝突するならば必要となる耐浸蝕性被膜
105で被覆されることが好ましい。通常に市販
されている耐浸蝕性被膜用の材料には、カーボラ
ンダム プレキヤスト カーボフラツクス
(Carborundum Precast Carbofrax)D、カー
ボランダム プレキヤスト アルフラツクス
(Alfrax)201またはそれと等価なものが含まれ
る。セパレータ6が高温で使用される場合に、熱
絶縁性被膜106を、シエルと被膜105の間、
及び内部通路とれらの各々の耐浸蝕性被膜の間に
施してもよい。 セパレータ6の詳細は、米国特許第4288235号
公報において充分に記載されているが、その内容
はここに含めておく。 この発明の実行に際して使用された装置の別の
態様は、前述の米国特許出願第084328号において
開示されているが内容はここに含めておく。 図面、特に第6図〜第9図を参照すると、そこ
には、反応器システム204、固体再生装置20
8、及び固体排出システム210を包含するシス
テム202が記述されている。 第7図に示すように、反応器システム204
は、集中混合部211、細長い反応部212、細
長い反応部212の下流の広がり部213、セパ
レータ206、及び急冷システム(第8図に示
す)を包含する。混合部211は、弧状下部表面
215を有する断面で示されるプラグ部214で
形成される。水平に載置されたプレート217を
栓部214と間隔をあけてプラグ部214の上部
に配置して、混合部211の内部への固体流入路
219を形成する。固体流入路219は、断面が
直角の角部を有する形状であり、矩形開口部22
5で終わつていて、そこを固体粒子が混合部21
1に固体の幕226の形で通る。水平流入口22
5は、各々の炭化水素供給口の直上にある。ベン
チユリーの形状を有する通路203は、固体流入
通路219から炭化水素供給口228に伸びてい
る。 スチームプレナム(図示せず)が、水平流入路
225の各々の縦方向の縁に沿つて配置され、ノ
ズル(図示せず)から前加速ガス(スチーム)を
水平開口部225を通して幕状固体226中に排
出する。ノズル加圧下で、通常スチーム又は軽質
炭化水素であるガスを放出するために、ガス放出
路(図示せず)が設けられている。ノズルは水平
に対して下方45°の角度で配置される。前加速ガ
スは、反応器内の圧力より3から5psi高い圧力で
プレナムに排出され、同じ相対圧力で、約150フ
イート/秒の速度でノズルを通して放出される。
前加速ガスは、水平開口部225を通る固体の流
れを、固体と前加速ガスの混合のためわずか3か
ら6フイート/秒から、約50フイート/秒に加速
する。より詳細な説明は、米国特許出願第084328
号の中でされている。 炭化水素供給口228は、幕状固体226に垂
直又は幕状固体226に対して上方30°の角度の
いずれかで設置された反応器壁に位置する。炭化
水素原料は、ライン224を経てマニホルド22
3に放出される。第7図で分るように、供給口ノ
ズル228は、同一水平面において、互いに全く
正反対に対向している。反応器の混合域211
は、矩形であつて、細長い反応部212にいおて
管状反応器に転移させる形状を持つ。 ノズル228を通して混合ゾーン211に入つ
た原料は、直ちに固形物カーテンと衝突し、原料
と熱粒状固形物との所望の混合が生ずる。ノズル
228の対向するセツトにより、対向する原料ジ
エツトと固形物カーテン226から同伴する固形
物はプラグセクシヨン214の正確な輪郭によつ
て方向づけられ、混合ゾーン211のほぼ垂直な
中心線において互いに衝撃を与えるであろう。気
−固混合相炭化水素がノズルを通して供給される
とき、ノズル228は固形物カーテン226と90
度の角度に配列される。炭化水素原料がガスであ
るとき、ノズルは固形物カーテンに対し30度上向
きに配列される。水平入口219を通して反応器
システム204の混合ゾーン211に入る固形物
の量の大部分は、反応器システム204の混合ゾ
ーン211と、水平入口219の直ぐ上の固形物
コントロールホツパー231内の固形物貯槽21
8の上のチヤンバー231aとの圧力差により制
御される。圧力差を測定するために、圧力プロー
ブ233および235が、それぞれ反応器システ
ム204の混合ゾーン211とコントロールホツ
パーチヤンバー231aとの中に位置する。反応
器システム204の混合ゾーン211とコントロ
ールホツパーチヤンバー231aとの圧力差を制
御し、固形物コントロールホツパー231から混
合ゾーン211への流れを促進又は中断するため
に、加圧力下のガス(スチーム)がライン230
を通してコントロールホツパーチヤンバー231
aに放出される。 第7図に示すように、セパレーター206は、
混合相入口232、水平チヤンバーセクシヨン2
34、複数の分解ガス出口236及び粒状固形物
出口238を具備する。第1の実施態様で説明し
た相対直径(Di,Dog,Dos)、チヤンバーの高
さ(H)および長さ(L)に関する基本原理がこ
こにも適用できる。セパレーター206は、長く
伸びた分解ゾーン212および反応器システム2
04の広がりセクシヨン213と連結して配置さ
れている。広がりセクシヨン213は、水平セク
シヨン234の頂部に中央に設けられたパレータ
ー混合相入口232で終わつている。セパレータ
ー206を含む複合反応システムの構成の結果と
して、固相242は水平セクシヨン234の床2
40に広がり、相242の断面輪郭243は、混
合相の気体および固形物が移動する曲線を形成す
る。広がりセクシヨン213における固形物およ
び分解ガスの膨張はセパレーター206に入る固
体−ガス混合物の熱移動および速度を促進する。 固形物は水平セクシヨンの側端部246に送ら
れ、固形物出口238を通して下方に排出され
る。分解ガスは180度の通路を通り、固形物との
分離後、側端部246を介して水平セクシヨン2
34の頂部に位置するガス出口236を通して排
出される。複数の固形物出口238およびガス出
口236は、分離ゾーンにおける最少時間および
最大固−気分離の双方を同時に準備する。 分離又は急冷システム207はまた、第8図に
示すように、それぞれのガス出口254の直ぐ下
流に通常のサイクロンセパレーターを具備する。
それぞれのサイクロンセパレーター250への入
口ライン254は、ガス出口236に対し90度の
角度に配列されており、サイクロンセパレーター
250は、このシステムに垂直に配置されてい
る。サイクロンセパレーター250は、セパレー
ター206から排出された同伴固体粒子を回収す
るのに役立つ。デイツプレツグライン349は固
形物粒子を再生アセンブリー208に戻し、分解
ガスをガス出口251を通して下流に送る。 分解ガス出口236からサイクロン250へと
伸びるそれぞれのサイクロン入口ライン254に
は、直接急冷ライン252が設けられている。下
流蒸溜塔からの、通常100−400〓留分である急冷
オイルは、分解ガスの反応を終了させるため、直
接急冷ライン252を通してサイクロン250に
導入させる。 第9図に示すように、再生アセンブリー208
は、ストリツパー253、リフトライン255、
および再生固形物容器260とを具備している。 ストリツパー253は、セパレーター206か
らの固形物粒子が、セパレーター238から、お
よびサイクロンデイツプレツグ249から伸びる
固形物出口レツグを通してその中に放出される管
状容器である。ノズル口264を有するチング2
62は、ストリツパー253の底部に設けられて
いる。ストリツピングガス、典型的にはスチーム
は、ノズル264を通して排出されるためのリン
グ262に放出される。ストリツピングスチーム
は、固形物粒子の表面から不純物を除去するため
に、固形物粒子の層を通して上昇する。ストリツ
ピングスチームおよび同伴不純物は、ストリツパ
ー523内の固形物粒子を通して上昇し、(図示
しない)ベントラインを通して分解ガスラインに
排出される。 ストリツプされた固形物は、同伴層ヒーター2
58に放出されるためのコントロールホツパー2
55内に蓄積される。コントロールホツパー25
5は、固形物が立ちパイプ266を通してそこに
入り、そこから出口ライン273が固形物を同伴
層ヒーター258に放出するために伸びる回収容
器である。コントロールホツパー255および立
ちパイプ266の組合せは、落下層固形物移動シ
ステムを準備する。コントロールホツパー内の落
下層表面268と出口ライン273の出口との間
の圧力差は、コントロールホツパー255と同伴
層ヒーター258との間の固形物流量を決定す
る。加える圧力下のスチームをコントロールホツ
パー255に選択的に導入して圧力差を調整する
ために、ライン272が設けられている。圧力差
をモニターし、スチームライン272にあるバル
ブ265を調整するために、プローブ267およ
び269が、それぞれコントロールホツパー25
5および同伴層ヒーター258に置かれている。 同伴層ヒーター258は、基本的には管状の構
成である。燃料ライン263により供給されたそ
れぞれ独立の燃料ノズル261の列は、同伴層ヒ
ーター258の下部傾斜面275にほぼ対称に配
置されている。加圧空気は、空気を同伴層ヒータ
ー258を通して軸方向に上昇させるように配置
されたノズル277を通して、同伴層ヒーター2
58に入る。空気ジエツトは、固形物粒子を同伴
層ヒーター258を通して再生固形物容器260
に上昇させるための駆動力、および燃焼に必要な
空気を提供する。燃料は、空気の存在下での固形
物との接触により発火する。 リフトライン257を通して上昇する燃焼ガ
ス/固形物混合物は、燃焼ガスを固形物から分離
するため、接線方向に、好ましくはリフトライン
と90度の角度で再生固形物容器260に入る。第
6図に示すように、システムの分離効率を改善す
るサイクロン運動をもたらすように、ガス出口ノ
ズル286内にデイスチユーブ285を有してい
る。 再生固形物容器260は、第7図に示すよう
に、反応器ホツパー231に伸びる立ちパイプ2
71を具備してい。第9図に示すように、再生固
形物容器260の構造は、落下層260の蓄積を
もたらし、その落下層260の上では、圧力は再
生固形物粒子の反応器ホツパー231への制御さ
れた放出を可能とする。 第6,7,9図に示す上部回収容器260は、
ストリツピングリング279を有する下部として
のストリツピングセクシヨンを含み、固形物放出
システム210を形成する。リング271の上で
は、固形物は流動化し、リング271の下では、
固形物は落下し、第7図に示す立ちパイプ271
に供給される。立ちパイプ271は第7図に示す
ように、コントロールホツパー231内の落下層
に供給する。固形物は、立ちパイプ271を通し
て反応器ホツパー231へ流れ、反応器204に
流れていた固形物を置換する。いつたんホツパー
231への入口が覆われると、エアレートされて
いない固形物(落下した固形物)は反応器ホツパ
ー231に流れ続けないであろう。このように、
入口231の位置はホツパー231内の固形物の
レベルを定義している。固形物が、層218上の
チヤンバー231a内の上記スペースと混合ゾー
ン211との間の圧力差によりホツパーから流れ
るに従つて、入口282は覆われず、ホツパー2
31への追加の固形物の流れを許容する。 第1図に示す本発明の1実施態様は、以下の比
較実施例(表)によつて説明される。この例で
は、軽質FCCナフサが、通常の管式熱分解によ
り、通常の活性触媒を用いた1秒以上のFCC滞
留時間での通常の接触分解により、(0.9秒)の
FCC滞留時間で高い活性触媒による接触分解に
より、および同様の高い活性触媒による非常に短
い滞留時間の分解プラス急冷(QCシステム)に
より分解された。高い活性の触媒を用いた2つの
ケースが、オレフインの収率に対する滞留時間の
効果を示すために表されている。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to the production of olefins and aromatic hydrocarbons from hydrocarbon feedstocks. In particular, the present invention relates to the production of olefins and aromatic hydrocarbons by catalytic cracking alone or catalytic cracking of hydrocarbons followed by dehydrogenation. Furthermore, the present invention provides for preferentially producing olefins having 3 or more carbon atoms and/or for producing aromatic hydrocarbons, in particular benzene, in the presence of an entrained flow of a thermally supported solid catalyst. This invention relates to a method for thermally decomposing hydrocarbons in a short residence time. BACKGROUND OF THE INVENTION It is known that natural hydrocarbons are decomposed at high temperatures to produce valuable olefinic materials such as ethylene and propylene. The increased demand for propylene-based plastics compared to ethylene-based plastics means that when hydrocarbons are broken down into olefins,
Beneficially acting to improve propylene yield. Additionally, higher olefins, such as C4 olefins, are important precursors for providing high octane blending components. That is, C4 olefin is MTBE
is a precursor for the production and alkylation of However, when heavy hydrocarbon feedstocks are cracked non-catalytically to olefins, it is virtually impossible to achieve the desired co-product ratio to meet demand.
That is, the yield of propylene to ethylene is rarely greater than 0.55. High yields are achievable only in low hydrocarbon conversions that increase regeneration costs and reduce supply. One well-known non-catalytic cracking method is pyrolysis, which generally occurs at high temperatures in the presence of water vapor. The mechanism for obtaining olefins by pyrolysis is explained in terms of free radicals. At high temperatures,
Radical initiation occurs by homolysis of carbon-carbon bonds. Once started, the free radicals are 2
experience two major reactions. That is, the first is the fragmentation of the radical at the beta position, and the second is the termination of the reaction by abstracting hydrogen. Cleavage at the beta position will continue to the point where methyl groups are generated 90% of the time. Methyl groups will extract hydrogen atoms from other molecules, producing methane and other free radicals. Ethylene and methane are typical products from such free radical pyrolysis reactions. Long-chain radicals extract hydrogen from molecules about 10% of the time.
Produces C3-C7 paraffins and olefins. Pyrolysis therefore produces ethylene in high yields compared to the higher olefins produced primarily as a result of branched hydrocarbons in the initial hydrocarbon feedstock. In order to increase the production of C3 and higher olefins, light hydrocarbons containing at least one alkane have been pyrolyzed in the presence of solid catalysts containing hydrogen sulfide and silica. [Klolts, U.S. Patent No.
4,471,151]. The contact material employed, for example silica gel, preferably has a large surface area, ie at least 50 m 2 /gm. H2S concentrations of 0.1 to 10 mole percent relative to the alkane feedstock are generally employed in the process. It is speculated in the US patent that the increased cracking is due to the high surface material acting as a catalyst to decompose H2S. As a result, conversion levels are increased and improved selectivity for the desired product is obtained. However, improved selectivity to propylene was demonstrated only when cracking n-butane. The solid contact materials employed in said US patent are suitable only for fixed bed operations, but are not suitable for fluidized bed operations due to their extremely low mechanical stability. Therefore, the solid catalyst of said US patent continues to have the disadvantages of typical catalytic dehydrogenation catalysts designed for fixed beds.
These dehydrogenation catalysts are large size, diffusion limited catalysts and cannot be continuously regenerated in a circulating wheel system. Fluidized catalytic cracking (FCC) units may also be employed to catalytically produce C3 and higher compounds. FCC devices use acidic decomposition catalysts to increase the production of C3-C7 compounds based on a carbonium ion mechanism compared to a free radical pyrolysis reaction mechanism. However, the acidic decomposition activity of the catalyst, in addition to increasing decomposition and isomerization, promotes rapid hydrogen transfer and
As a result, the yield of paraffin is higher than that of olefin. However, the properties of the catalytic cracking unit itself are suitable for paraffin production. The typical definition of residence time in a catalytic cracking operation is the time that the feedstock is in contact with the catalyst itself. This definition is acceptable when the temperature is so low that no appreciable thermal reaction occurs. However, the thermal and catalytic reactions proceed in parallel. While catalyst separation terminates the catalytic part of the reaction, the thermal reaction (pyrolysis) continues until the temperature drops to a level where the reaction rate is negligible (disappearance). In this context, the total kinetic residence time is defined as the time from the time of introduction of the hydrocarbons into the apparatus to the quenching of the effluent, including the separation of solids from the reactants. The total conversion is therefore the sum of the catalytic reaction (time in contact with the catalyst) and the thermal reaction (time at reaction temperature). A typical FCC reaction environment has a relatively long residence time, including time for solids separation (usually greater than 1 second), and does not include quenching.
Field occurs at low temperatures under the above long residence times. Conversion is achieved at the lower temperatures due to extended contact with the catalyst. Thermal reactions are minimized at these low temperatures, thus reducing the need to quench the effluent. Although more C3 and higher compounds are produced compared to pyrolysis, the effluent has a disproportionately high concentration of paraffins due to increased hydrogen transport activity. Favorable conditions for olefin production, particularly high temperatures and short residence times, are particularly important when processing light feedstocks such as LPG and naphtha that require high temperatures to initiate and maintain the reaction catalyst or heat. difficult to achieve. All of the above methods improve the cracking of hydrocarbons into olefins. However, these processes either require large capital and operating costs due to fixed bed operations and hydrogen sulfide dilution, or reduce the yield of the desired olefin. Hydrogen sulfide used as a diluent also poses environmental and health problems due to its extremely high toxicity. Higher olefins, i.e. propylene, butene,
were found to be obtained in high yields by cracking hydrocarbons in a fluidized solids cracking environment with short residence times in the presence of acidic cracking catalysts alone or in combination with noble metal oxide dehydrogenation catalysts. It was.
This short residence time is achieved through a combination of a low residence time reactor, a very short residence time separation system, and quenching of the product. It is therefore an object of the present invention to provide a process by which hydrocarbons can be catalytically cracked to produce olefins and aromatic hydrocarbons. Another object of the present invention is to provide a method for preferentially cracking hydrocarbons to obtain C3-C5 olefins and/or aromatic hydrocarbons. Another object of the invention is to provide a method by which hydrocarbons can be cracked into desired products by varying the catalyst system. Another object of the present invention is to provide a reaction system that includes a quenching step to preferentially decompose hydrocarbons to obtain C3-C5 olefins and/or aromatic hydrocarbons while avoiding thermal degradation of the product. . SUMMARY OF THE INVENTION The present invention generally provides preferential decomposition of hydrocarbons to produce olefins, preferably C3-C5 olefins, and aromatic hydrocarbons at the acid sites of a catalyst solid, and optionally, the resulting paraffin isomers. The present invention relates to a method for catalytically dehydrogenating bodies to produce olefins. Acidic catalytic cracking of hydrocarbons proceeds by a carbonium ion mechanism, unlike the free radical mechanism of thermal decomposition. Carbonium ions are produced by extracting hydride ions from carbon-hydrogen bonds. Extraction of hydride ions and production of carbonium ions is catalyzed by acid sites on the catalyst solids. Carbonium ion decomposition also occurs at the beta position, thereby producing olefins and primary carbonium ions. The first carbonium ion undergoes a rapid ion shift (isomerization) to generate a second or third carbonium ion. This, combined with beta-decomposition regulation, produces high yields of propylene without simultaneously producing large amounts of ethylene. The ethylene found in the product is the result of competing free radical decomposition routes. In addition to providing a carbonium ion mechanism for isomerization, acid sites on the catalyst facilitate hydrogen transfer. At the temperatures contemplated by this invention, thermodynamic equilibrium favors olefins over paraffins, but increased hydrogen transfer activity results in a disproportionately large yield of paraffins. This is particularly true for branched isomers such as isobutylene. In these examples, if a particular dehydrogenation catalyst is used in combination with an acidic decomposition catalyst, the yield distribution shifts toward thermodynamic equilibrium and high concentrations of the desired olefin are obtained. In the present invention, kinetic residence time is defined as the total time from the point at which the hydrocarbons are introduced into the reaction zone to the point at which the cracked products are quenched, including the time for intermediate separation steps. This distinguishes the method of the invention from other methods in which the measurement of residence time is terminated before the point of separation and quenching. This is especially important. This is because catalytic cracking of hydrocarbons always proceeds in parallel with thermal cracking. The extent to which products are formed catalytically or thermally is a function of catalyst activity, catalyst usage, catalyst residence time, reaction temperature distribution, and total kinetic residence time in the thermo-catalytic environment. For example, mildly acidic catalyst activity at elevated temperatures can be used to shift the production of diolefins to paraffins and olefins without substantially changing the proportion of carbon products obtained by pyrolysis. Also, highly active acidic decomposition catalysts can be used at significantly lower temperatures to minimize thermal pathways and maximize acidic catalyst product distribution. Additionally, it has been discovered that catalytic dehydrogenation catalysts can be used in combination with acidic cracking catalysts to shift the reaction to suit olefin production. The present invention is particularly suitable for pyrolyzing hydrocarbon feedstocks such as C4 to C7 paraffins, naphtha, and light gas oils to higher olefins and/or aromatic hydrocarbons having 3 to 5 carbon atoms. It should be noted, however, that the process of the present invention is widely used to crack a wide range of hydrocarbons, from light distillates to heavy residual oils. The method of the present invention is to transfer preheated hydrocarbon feedstock and steam into a downflow tubular reactor.
Proceed by feeding the mixture to the top of the tube. At the same time, hot catalyst solid forms are introduced into the top of the reactor, and the hydrocarbons, steam, and catalyst solids combine and pass through the reactor zone, the separation zone, and the quench zone, during which the hydrocarbons undergo low severity and short residence times. It decomposes in time and the effluent is stabilized to prevent quality deterioration. Tubular reactor is about 900~1500〓, preferably
1000-1300〓 and operated at a pressure of about 10-100 pisa, the total motion residence time is about 0.05-2.0 seconds, preferably about 0.10-0.5 seconds. After being cracked from the cracked effluent, the catalyst solids are stripped of residual hydrocarbons, regenerated, and reheated in a transfer line and returned to the tubular reactor to continue the cracking process. The present invention is extremely well suited for use with short residence time fluidized solids crackers and short residence time separation devices, which devices are disclosed in U.S. Pat.
No. 4370303 (Woebcke et al.), U.S. Patent No. 4433984
(Gartside et al.), and U.S. Patent Application No. 084328
(Gartside et al.). The specific catalyst solids and catalyst to hydrocarbon ratio are selected based on the nature of the feedstock and the desired product distribution. Catalyst activity and catalyst loading will define the operating temperature at the short residence times employed in this invention, and thus determine the boundary between catalytic and pyrolysis reactions. The type of catalyst, acidic decomposition catalyst alone or in combination with noble metal oxidative dehydrogenation catalyst, will further determine the product distribution between olefins and paraffins. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As mentioned above, the process of the invention is particularly suitable for producing olefins with high selectivity towards C3-C5 olefins and/or aromatic hydrocarbons.
The present invention is directed to a means of pyrolyzing hydrocarbon feedstocks in the presence of catalytically active heat-bearing solids. Hydrocarbons used as feedstocks include high boiling gas oils, atmospheric gas oils, naphtha, and C4 to C7 paraffins. However, the present invention enables catalytic cracking of a wide range of hydrocarbons to produce desired olefins and/or
or commonly used to produce aromatic hydrocarbons. Referring to the drawings, first, as shown in Figure 1,
The method of the present invention is carried out in a short residence time fluidized solids cracking system 1 (hereinafter referred to as QC system) comprising a tubular reactor 2, a reactor feeder 4, a separator 6, a quenching means 24, and a solids stripper 8. It will be carried out in The system 1 also includes means for regenerating the catalyst solids separated from the decomposition products after the reaction. The illustrated system is an entrained bed.
Heater 10, transport path 12, and fluidized bed vessel 14
including. In the heater, the catalyst solids are regenerated and reheated. In the fluidized bed vessel 14, the catalyst solids are removed from the combustion gases and then distributed again to the reactor 2. In operation, the hot catalyst solids are placed in a fluidized bed vessel 14.
from the reactor feeder 4 and mixes with the steam entering through line 16. The hydrocarbon feed enters preheater 20 through line 18 and then into line 2.
2 into the upper region of the tubular reactor 2.
Preheated hydrocarbon feedstock and catalyst solids and steam from reactor feed 4 travel through tubular reactor 2 . The hot catalyst solids, steam, and preheated hydrocarbons are in intimate contact within the reactor and cracking proceeds rapidly. After leaving the tubular reactor 2, the cracked hydrocarbon effluent and vapors are immediately separated from the catalyst solids in the separator 6, and the cracked effluent passes from the top to the quench zone 24, where it is The cracked products are immediately quenched by steam or light hydrocarbons which are transferred to quench zone 24 through quench line 26. This reduces the temperature of the mixture below the temperature at which a substantial thermal reaction occurs. The mixture of cracked products leaving the tubular reactor 2 and separated from the catalyst solids in the separator 6 may be quenched by passing through a bed of solids with catalytic (dehydrogenation) activity. Since the dehydrogenation reaction is endothermic, the mixture passing through will be cooled as the reaction progresses. In this case steam may be introduced to improve the reaction conditions. A preferred method of such quenching, as shown in FIG. Rapid cooling occurs here. The quenched product is sent to cyclone 28 where small amounts of catalyst solids are removed and sent through line 30 to solids stripper 8 where it is sent from separator 6 through line 32. Combines with most solids. In solids stripper 8, the catalyst solids are stripped of residual hydrocarbons by steam, nitrogen, or other inert gas fed to solids stripper 8 through line 34. The catalyst solids (which have carbon or coke deposits accumulated in the tubular reactor 2) are then sent to the heater 10. Air supplied to heater 10 through line 36 is mixed with the catalyst solids in heater 10 and this mixture is fed into transport channel 12 to transfer the catalyst solids to fluidized bed vessel 14. . The carbon precipitate on the catalyst solids is removed by combustion in the presence of air supplied from line 36 to provide the necessary heat for the cracking reaction. If additional fuel is required, it may be added into heater 10 from a fuel source (not shown). In essence, the method of the present invention involves a line 18 to a preheater 20 in which the temperature of the hydrocarbon is raised to about 800-900°C.
This is carried out by feeding a hydrocarbon, such as naphtha, atmospheric gas oil, or a mixture thereof, through the reactor. At the same time, catalyst solids from fluidized bed vessel 14 are sent to reactor feed 4 (best shown in FIG. 2) where catalyst solids are transferred to line 16.
It is mixed with the steam supplied through the reactor 2 and then sent to reactor 2 at a temperature of 1000 to 1600 °C. The feed ratio of catalyst solids to hydrocarbon is from 1 to 60:1 based on the weight of catalyst used. water vapor/
The feed ratio of hydrocarbons is 0:1.0, preferably 0.0:0.3
It is. Optionally, the catalytic cracking process may be initiated by injecting an alkane such as ethane through injection line 16 into tubular reactor 2 to form olefins and free radicals. This increases isomerization by forming carbonium ions and tends to stabilize the production of heavy hydrocarbons by competing with the generated free radicals. Such alkanes are added immediately upstream of the hydrocarbon feedstock 22. Catalyst solids suitable for this invention include silica gel,
It can be one of the commonly available supports with acidic properties such as alumina, clay. The catalytic solids can be associated with other catalytically active substances. Alternatively, the catalyst system used may be a conventional zeolite-based FCC catalyst, or one of the highly active ZSM-5, or a rare earth zeolite-based catalyst. The catalyst used can also include a dehydrogenation catalyst consisting of a noble metal oxide (such as an oxide of iron, chromium, platinum, etc.) supported on a suitable support such as silica alumina. Alternatively, the catalyst can be a mixture of the aforementioned catalysts in order to achieve a particular yield distribution. In tubular reactor 2, the mixed hydrocarbon feedstock is 800 to 1100 ml and the catalyst solid is
Heat to 1200 to 1700℃. The ratio of solids to hydrocarbons is set by the thermal balance and the desired catalyst activity. The effluent cracked products and catalyst solids effluent from tubular reactor 2 flows directly into separator 6 (detailed in FIG. 3). In this separator 6, separation into a gaseous product phase and a catalyst solids phase takes place. Gaseous products are line 2
4 and the catalyst solids are sent through line 32 to solids stripper 8. In-line quenching of the gaseous product is provided in quench zone 24 through quench line 26 . Cold solids, water,
Steam, light hydrocarbons, and reclaimed oil are examples of suitable quenching materials. Instead, the catalytic reactor 25
(see Figure 5), quenching is effected by passing the product through a catalyst bed and further reactions are carried out without the presence of solids. The total residence time from the time of introduction of the hydrocarbons into the tubular reactor 2 to the time of quenching in the quench zone 24 (optionally including the catalytic reactor 25) is preferably between 0.1 and 0.3 seconds. In the solids stripper 8, impurity gases are removed from the catalyst solids by a stream of steam, nitrogen or inert gas sent through line 34. Steam is removed from solids stripper 8 through line 30. The degassed catalyst solids are removed from the stripper 8 through line 38. The catalyst solids from the tubular reactor 2 with carbon deposits are transferred to an entrained bed heater.
Send to 10. In this heater 10, line 36
Air is passed through to provide the atmosphere necessary for regeneration of the catalyst solids. The catalyst solid is heater 1
0 and returned through transport line 12 to fluidized bed vessel 14. In the transport line 12, the catalyst solids are subsequently regenerated. In addition, regeneration of the catalyst solids can be carried out by transferring the catalyst to the fluidized bed vessel 1.
4, the temperature of the catalyst solids is raised to about 1200-1700°C. The details of reactant feeder 4 are fully described by Gartside et al., US Pat. No. 4,338,187;
It is incorporated herein by reference.
The reactant feeder of Gartside et al. has the ability to rapidly mix hydrocarbon feedstock and catalyst solids. As shown in FIG.
transfers the catalyst solids from a solids vessel or fluidized bed vessel 70 to the tubular reactor 2 through a vertically arranged conduit 72, and at the same time transfers the hydrocarbon feedstock to the tubular reactor 2.
It is transferred to the tubular reactor 2 by entering the path of the catalyst solids leaving the conduit 72 at an angle.
An annular chamber 7 fed with hydrocarbons by a single passage consisting of a toroidal feed line 76
4 terminates in an angled aperture 78. A mixing baffle or plug 80 also effectively aids in rapid and substantial mixing of the hydrocarbon feedstock and catalyst solids. The edge 79 of the angled opening 78 is connected to the edge 79 of the reactor end of the conduit 72.
It is preferable to have a convergent slope as shown in FIG.
In this manner, the gaseous hydrocarbon stream from chamber 74 is injected into the mixing region at an angle;
The catalyst solids phase flowing from conduit 72 is intercepted. The projection of the gas forms a cone indicated by dotted line 77, the vortex of which is below the solids flow path. By introducing the gaseous hydrocarbon phase at an angle, the two phases mix rapidly and uniformly to form a homogeneous reaction phase. Mixing of the solid and gas phases is determined by the shear surface and flow area between the solid and gas phases.
area). A case where the ratio of shear surface to flow area (S/A) is infinite is defined as complete mixing. By far the worst mixing occurs when solids are introduced into the walls of the reaction zone. In the system of this invention, the gas flow is introduced into the solid body in an annular manner, which ensures a large shear surface. As described in the preferred embodiment, phase infiltration is also obtained by adding a lateral gas flow through the annular feed means, resulting in even faster mixing. By using multiple annular gas supply points and multiple solids supply conduits,
Better mixing is promoted more quickly. This is because, for a constant solid flow area, the ratio of shear surface to flow area increases. Mixing is also a known function of the length to diameter ratio of the mixing region. The graph effectively reduces the diameter D while keeping the length L constant. For this reason,
Mixing increases. Plug 80 reduces the flow area and creates a separate mixing region. The combination of annular gas added around each solids feed point and a restricted separate mixing area greatly enhances the mixing conditions. Using this preferred embodiment, the time required to obtain an essentially homogeneous reaction phase within the reaction zone is very short. Therefore, this preferred gas and solids addition method can be used for reaction systems with residence times of less than 1 second, and even for reaction systems with residence times of less than 100 milliseconds. can. For the environment of the annular reactor 2 and reactant feeder 4, the walls are lined with an inner core 81 of ceramic material. As shown in FIG. 3, the separator 6 of the QC system can also be used to rapidly and separately separate the product and catalyst solids exiting the tubular reactor 2. The inlet to the separator 6 is directly above a right corner 90 that collects a large amount of catalyst solids 92 into a chamber 93. An optional weir 94 downstream of right angle corner 90 assists in depositing mass of solids 92, particularly when operating at a scale smaller than commercial scale production. The gas outlet 24 of the separator 6 is oriented 180° from the separator gas-solids inlet 96, and the solids outlet line 32 is directly opposite the gas outlet 24, with both the gas outlet line 24 and the weir 94 downstream of. During operation, centrifugal force is applied to the inlet 9 of the chamber 93.
The catalyst solids are allowed to advance to the wall facing the chamber 6, while the gas portion with low momentum is allowed to flow into the gas region of the chamber 93. Initially, the catalyst solids impinge on the wall facing the inlet 96 and then deposit to form a solid bed of solids 92. This solid bed forms a surface profile of approximately a 90° curved arc of a circle. The solids that hit the bed 92 move along a curved arc to the solids outlet 95. it is,
Preferably, it is directed by the downward flow of solids due to gravity. The exact shape of the arc depends on the particular separator shape and velocity, mass flow rate, bulk density,
Determined by inlet flow parameters such as particle size. Erosion is minimal because the force exerted on the incoming solids is directed against the solid bed 92 rather than on the separator 6 itself. Therefore, the separator efficiency, defined as solids removal from the gas phase pumped through outlet 97, is 150 ft./ft.
not adversely affected by high inflow velocities up to sec.
Separator 6 is operable over a wide range of dilute phase densities, preferably from 0.1 to 10 lbs./ft. The separator 6 of this invention can achieve an efficiency of about 90%, and in a preferred embodiment, the removal rate of catalyst solids is
More than 97% is obtained. For the height H given to the chamber 93,
It has been found that efficiency increases as the spacing of the 180° U-bends of inlet 96 and outlet 97 approaches the width of inlet 96. Thus, for a given height H, the efficiency of the separator 6 is increased by reducing the flow path and therefore the residence time. If the inner diameter of the outlet 96 is Di, then the distance CL between the center lines of the inlet 96 and the outlet 97 is:
Preferably, the distance between the center lines is not more than 4.0 (Di), and most preferably the distance between the center lines is between 1.5 and 2.5 (Di). Less than 1.5 (Di) allows for better separation, but fabrication difficulties often reduce the attractiveness of this embodiment. If the latter embodiment is desired, a single mold design may be necessary since the inlet 96 and outlet 97 are too close to be welded together. It has been found that the height H should be at least equal to 1.5 x Di or 4 inches high, whichever is greater. If H is less than Di or 4 inches, the incoming flow
, thereby tending to reintroduce solids into the gaseous product being pumped through outlet 97. The height H is preferably twice Di to obtain even greater separation efficiency. Although not particularly limited, if the height H is too large, the residence time will simply increase without any substantial increase in efficiency. The width W of the flow path shown in FIG.
Preferably it is 0.75 to 1.25 times Di, most preferably 0.9 to 1.10 (Di). Outlet 97 may have any size internal diameter (Dog). However, velocities greater than 75 ft./sec. result in erosion due to residual solids entering the gas. The inner diameter Dog of the outlet 97 is
The dimensions should be such that a pressure difference exists between the solid stripper 8 and the separator 6 shown in FIG. 1 so that a static height of the solids is created in the solids outlet passage 32. The static height of the solids in the solids outlet passage 32 forms a positive seal that prevents gas from entering the solids stripper 8. solid stripper 8
The magnitude of the pressure difference between the flow path 32 and the separator 6 is
The height of the solids therein is determined by the force required to move the solids in the bulk stream to the solids outlet 95. As the difference increases, the solid stripper 8
The net gas flow to is reduced. The solid body with gravitational momentum overcomes the difference, while the gas is preferentially pumped through the gas outlet 97. The inner diameter Dog of the gas outlet 97 is preferably the same as the inner diameter of the inlet 96 in order to make the velocity of the outlet less than or the same as the velocity of the inlet when one outlet is used. . FIG. 4 is a sectional view of the separator 6 taken along section 4-4 in FIG. The vertical side walls 101, 102 need to be straight or slightly arcuate as shown by dotted lines 101a and 102a. The flow path through the separator 6 is thus substantially rectangular in cross-section with a height H and a width W as shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 4, the shape of the flow path is defined by adjusting the coating width of the walls 101, 102. Alternatively, buffles, insert plates, weirs, or other means may be used. Similarly, walls 103 and 104 across the channel
may be similar in shape, but this is not essential. The separator shell and internal passages are preferably coated with an erosion-resistant coating 105, which is necessary if solids are impacted at high speeds. Commonly commercially available materials for corrosion-resistant coatings include Carborundum Precast Carbofrax D, Carborundum Precast Alfrax 201, or equivalents. When the separator 6 is used at high temperatures, a thermally insulating coating 106 is placed between the shell and the coating 105.
and the internal passageways and their respective erosion-resistant coatings. Details of separator 6 are fully described in US Pat. No. 4,288,235, the contents of which are included here. Additional aspects of the apparatus used in the practice of this invention are disclosed in the aforementioned US patent application Ser. No. 084,328, the contents of which are incorporated herein. Referring to the drawings, particularly FIGS. 6-9, there is shown a reactor system 204, a solids regenerator 20
8, and a system 202 that includes a solids evacuation system 210 is described. As shown in FIG. 7, reactor system 204
includes a central mixing section 211, an elongated reaction section 212, an extension 213 downstream of the elongated reaction section 212, a separator 206, and a quench system (shown in FIG. 8). The mixing section 211 is formed by a plug section 214 shown in cross section with an arcuate lower surface 215 . A horizontally placed plate 217 is placed above the plug part 214 with a space therebetween to form a solid inflow path 219 into the mixing part 211 . The solid inflow channel 219 has a cross section with right-angled corners, and has a rectangular opening 22.
5, where the solid particles enter the mixing section 21
1 in the form of a solid curtain 226. Horizontal inlet 22
5 is directly above each hydrocarbon feed port. A passage 203 having the shape of a ventilate extends from the solids inlet passage 219 to the hydrocarbon feed port 228 . A steam plenum (not shown) is disposed along the longitudinal edge of each horizontal inlet passageway 225 to direct preaccelerated gas (steam) from nozzles (not shown) through the horizontal openings 225 into the solid curtain 226. to be discharged. A gas discharge channel (not shown) is provided for discharging gas, usually steam or light hydrocarbons, under nozzle pressure. The nozzle is placed at a downward 45° angle to the horizontal. The preacceleration gas is discharged into the plenum at a pressure of 3 to 5 psi above the pressure within the reactor and is discharged through the nozzle at the same relative pressure at a rate of about 150 feet/second.
The preacceleration gas accelerates the flow of solids through the horizontal opening 225 from as little as 3 to 6 ft/sec to approximately 50 ft/sec due to mixing of the solids and preacceleration gas. A more detailed description can be found in U.S. Patent Application No. 084328
It has been in the issue. The hydrocarbon inlet 228 is located in the reactor wall located either perpendicular to the solid curtain 226 or at an angle of 30° above the solid curtain 226 . The hydrocarbon feedstock is transferred to manifold 22 via line 224.
It is released in 3. As can be seen in FIG. 7, the supply nozzles 228 are diametrically opposed to each other in the same horizontal plane. Reactor mixing zone 211
is rectangular and has a shape that is transferred to the tubular reactor in the elongated reaction section 212. The feedstock entering the mixing zone 211 through the nozzle 228 immediately impinges on the solids curtain, resulting in the desired mixing of the feedstock and hot particulate solids. Opposing sets of nozzles 228 cause opposing feedstock jets and entrained solids from solids curtain 226 to be directed by the precise contours of plug section 214 and impact each other at a generally vertical centerline of mixing zone 211. will give. When gas-solid mixed phase hydrocarbons are fed through the nozzle, the nozzle 228 connects the solids curtain 226 and 90
Arranged in degrees. When the hydrocarbon feedstock is a gas, the nozzle is oriented 30 degrees upward relative to the solids curtain. The majority of the amount of solids entering the mixing zone 211 of the reactor system 204 through the horizontal inlet 219 is in the mixing zone 211 of the reactor system 204 and in the solids control hopper 231 immediately above the horizontal inlet 219. Storage tank 21
8 and the upper chamber 231a. Pressure probes 233 and 235 are located in mixing zone 211 and control hopper chamber 231a, respectively, of reactor system 204 to measure pressure differences. The gas under pressure ( Steam) is line 230
Control hop perch yambar 231 through
released into a. As shown in FIG. 7, the separator 206 is
Mixed phase inlet 232, horizontal chamber section 2
34, with a plurality of cracked gas outlets 236 and particulate solids outlets 238. The basic principles regarding relative diameters (Di, Dog, Dos), chamber height (H) and length (L) described in the first embodiment are also applicable here. Separator 206 includes an elongated cracking zone 212 and reactor system 2
It is arranged in connection with the widening section 213 of 04. The flare section 213 terminates in a parator mixing phase inlet 232 centrally located at the top of the horizontal section 234. As a result of the configuration of the complex reaction system including separator 206, solid phase 242 is separated from bed 2 of horizontal section 234.
40, the cross-sectional profile 243 of phase 242 forms a curve along which the gases and solids of the mixed phase move. Expansion of the solids and cracked gas in expansion section 213 promotes heat transfer and velocity of the solid-gas mixture entering separator 206. The solids are routed to the side ends 246 of the horizontal section and are discharged downwardly through the solids outlet 238. The cracked gas passes through a 180 degree path and, after separation from the solids, passes through the side end 246 to the horizontal section 2.
is exhausted through a gas outlet 236 located at the top of 34. Multiple solids outlets 238 and gas outlets 236 simultaneously provide for both minimum time and maximum solid-gas separation in the separation zone. Separation or quenching system 207 also includes a conventional cyclone separator immediately downstream of each gas outlet 254, as shown in FIG.
The inlet line 254 to each cyclone separator 250 is oriented at a 90 degree angle to the gas outlet 236, and the cyclone separator 250 is oriented perpendicular to the system. Cyclone separator 250 serves to collect entrained solid particles discharged from separator 206. Diplets grain line 349 returns solid particles to regeneration assembly 208 and sends cracked gas downstream through gas outlet 251. Each cyclone inlet line 254 extending from cracked gas outlet 236 to cyclone 250 is provided with a direct quench line 252 . The quench oil, typically a 100-400 fraction, from the downstream distillation column is introduced directly into cyclone 250 through quench line 252 to terminate the reaction of the cracked gases. As shown in FIG.
is stripper 253, lift line 255,
and a recycled solids container 260. Stripper 253 is a tubular vessel into which solid particles from separator 206 are discharged through solids outlet legs extending from separator 238 and from cyclone dipleg 249. Ching 2 with nozzle opening 264
62 is provided at the bottom of the stripper 253. Stripping gas, typically steam, is discharged into ring 262 for exhaust through nozzle 264. Stripping steam rises through the layer of solid particles to remove impurities from the surface of the solid particles. The stripping steam and entrained impurities rise through the solid particles in the stripper 523 and are discharged through a vent line (not shown) to the cracked gas line. The stripped solids are transported to the entrained layer heater 2
Control hopper 2 for discharge to 58
55. control hopper 25
5 is a collection vessel into which the solids enter through standpipe 266 and from which an outlet line 273 extends to discharge the solids to entrained bed heater 258. The combination of control hopper 255 and standpipe 266 provides a falling bed solids transfer system. The pressure difference between the falling bed surface 268 in the control hopper and the outlet of the outlet line 273 determines the solids flow rate between the control hopper 255 and the entrained bed heater 258. A line 272 is provided to selectively introduce steam under pressure into the control hopper 255 to adjust the pressure differential. Probes 267 and 269 are respectively connected to control hopper 25 to monitor the pressure differential and adjust valve 265 in steam line 272.
5 and entrained layer heater 258. Entrainment layer heater 258 is essentially of tubular construction. Rows of independent fuel nozzles 261 supplied by fuel lines 263 are arranged approximately symmetrically on the lower sloped surface 275 of entrainment layer heater 258 . The pressurized air is passed through the entrainment layer heater 2 through a nozzle 277 arranged to cause the air to rise axially through the entrainment layer heater 258.
Enter 58. The air jet transports the solid particles through an entrainment bed heater 258 and into a recycled solids container 260.
It provides the driving force to raise the fuel, and the air necessary for combustion. The fuel ignites upon contact with solid matter in the presence of air. The combustion gas/solids mixture rising through lift line 257 enters regenerated solids container 260 tangentially, preferably at a 90 degree angle with the lift line, to separate the combustion gases from the solids. As shown in FIG. 6, a distube 285 is included within the gas outlet nozzle 286 to provide a cyclonic motion that improves the separation efficiency of the system. The recycled solids container 260 is connected to a standpipe 2 extending to the reactor hopper 231, as shown in FIG.
Equipped with 71. As shown in FIG. 9, the construction of the recycled solids container 260 provides for the accumulation of a falling layer 260, above which pressure is applied to the controlled release of recycled solids particles into the reactor hopper 231. is possible. The upper collection container 260 shown in FIGS. 6, 7, and 9 is
It includes a stripping section as a lower part with a stripping ring 279 to form the solids release system 210. Above the ring 271, the solids are fluidized and below the ring 271,
The solid material falls and the standpipe 271 shown in FIG.
is supplied to The standpipe 271 supplies a falling layer within the control hopper 231, as shown in FIG. The solids flow through standpipe 271 to reactor hopper 231, displacing the solids that were flowing to reactor 204. Once the entrance to the hopper 231 is covered, unaerated solids (fallen solids) will not continue to flow into the reactor hopper 231. in this way,
The location of inlet 231 defines the level of solids within hopper 231. As solids flow from the hopper due to the pressure difference between the space in the chamber 231a above the layer 218 and the mixing zone 211, the inlet 282 is uncovered and the hopper 2
Allow additional solids flow to 31. One embodiment of the invention shown in FIG. 1 is illustrated by the following comparative example (table). In this example, light FCC naphtha was processed by conventional tube pyrolysis to (0.9 seconds) by conventional catalytic cracking using a conventional active catalyst with an FCC residence time of greater than 1 second.
It was cracked by catalytic cracking with a high activity catalyst at FCC residence time and by very short residence time cracking plus quenching (QC system) with a similar high activity catalyst. Two cases with high activity catalysts are presented to show the effect of residence time on olefin yield.

【表】 表において、実施例Aは、典型的な熱分解温
度および滞留時間で操作した通常の熱分解を用い
て得た収率を示す。実施例Bは、実施例Aの熱分
解よりも長い滞留時間および低い温度を用いた通
常の接触立上がり反応器を示す。表に示すよう
に、通常の触媒による転化率は、実施例Aの熱分
解分解において用いたものより実質的に低い。こ
の低い転化率は、この比較的軽質の原料に対する
不充分な触媒活性によるより低い温度操作(816
℃に対する516℃)の結果である。しかし、この
ような低い転化率においてさえ、トータルのC3
およびC4化合物は、カルボニウムイオン機構の
結果として、熱分解の場合よりも高い。更に、
C3オレフインに対するC4オレフインの比は、酸
性分解触媒の水素移動活性により、実質的に増加
する。 実施例Cは、急冷なしに、低いFCC滞留時間
または高いQC滞留時間で高い活性の酸性触媒を
用いることにより得られるであろう生成物の収率
を示す。実施例Cの選択された操作条件は、実施
例Aに比較してメタンおよびエチレンの収率の低
下をもたらすであろう。転化率は、増加した活性
のために、より低温(565℃に対し510℃)におい
てすら実施例Bに比較して増加している。酸性分
解触媒の結果としてのトータルのC3生成物の実
質的な増加があるが、しかしC4の収率は増加し
た転化率のために減少する。更に、より長い滞留
時間のため、実施例AまたはBのいずれかに比較
して受入れがたい高いC3パラフイン/オレフイ
ンにより証拠づけられる実質的な量の水素移動が
ある。 実施例Dは、非常に短い滞留時間のQCシステ
ムにおける本発明の方法を採用することによるオ
レフイン収率の顕著な改良を示している。表に
示すように、反応器の温度が約30℃増加し、トー
タルの運動滞留時間即ち分解反応プラス分離プラ
ス急冷がやあく0.15秒に減少するとき、、C3オレ
フイン収率の約100%の増加がある。加えて、パ
ラフイン/オレフイン比は、実施例Cのより長い
滞留時間において得られたものの半分より低く減
少する。この場合のパラフイン/オレフイン比
は、触媒の水素移動活性の結果として、同様の滞
留時間で熱分解の場合よりも高い。しかし、メタ
ン収率は実施例Cのより低いレベルより低く、か
つC4の収率は約100%改善され、このことは、急
冷および短い滞留時間の反応により、より少ない
二次分解を示している。 本発明の他の態様において、QCシステムは、
芳香族特にベンゼンの製造を促進するために用い
られる。表は、70%の固定された転化率におい
てn−ヘキサンの分解から芳香族の製造を促進す
るためにQCシステムを使用することを示してい
る。QCシステムの二つの例は、即ち一つは高活
性触媒を用いる例であり他は失活ゼオライト触媒
を用いる例であるが、通常の熱分解に匹敵し得
る。
TABLE In the table, Example A shows the yield obtained using conventional pyrolysis operated at typical pyrolysis temperatures and residence times. Example B shows a conventional catalytic start-up reactor using longer residence times and lower temperatures than the pyrolysis of Example A. As shown in the table, the conversion with the conventional catalyst is substantially lower than that used in the pyrolytic cracking of Example A. This low conversion is due to insufficient catalytic activity on this relatively light feedstock (816
516℃). However, even at such low conversion rates, the total C3
and C4 compounds are higher than for thermal decomposition as a result of the carbonium ion mechanism. Furthermore,
The ratio of C4 to C3 olefins is substantially increased due to the hydrogen transfer activity of the acidic cracking catalyst. Example C shows the yield of product that would be obtained by using a high activity acidic catalyst at low FCC residence time or high QC residence time without quenching. The selected operating conditions for Example C will result in reduced methane and ethylene yields compared to Example A. Conversion is increased compared to Example B even at lower temperatures (510°C versus 565°C) due to increased activity. There is a substantial increase in total C3 products as a result of the acidic decomposition catalyst, but the C4 yield decreases due to increased conversion. Additionally, due to the longer residence time, there is a substantial amount of hydrogen transfer as evidenced by the unacceptably high C3 paraffin/olefin compared to either Examples A or B. Example D shows a significant improvement in olefin yield by employing the method of the present invention in a very short residence time QC system. As shown in the table, when the reactor temperature increases by about 30℃ and the total kinetic residence time, i.e., decomposition reaction plus separation plus quenching, decreases to barely 0.15 seconds, the C3 olefin yield increases by about 100%. There is. In addition, the paraffin/olefin ratio is reduced to less than half of that obtained at the longer residence time of Example C. The paraffin/olefin ratio in this case is higher than in the case of pyrolysis at similar residence times as a result of the hydrogen transfer activity of the catalyst. However, the methane yield was lower than the lower level of Example C, and the C4 yield was improved by about 100%, indicating less secondary decomposition due to rapid cooling and short residence time reaction. . In other embodiments of the invention, the QC system comprises:
Used to facilitate the production of aromatics, especially benzene. The table shows the use of a QC system to accelerate the production of aromatics from the decomposition of n-hexane at a fixed conversion of 70%. Two examples of QC systems, one with a highly active catalyst and the other with a deactivated zeolite catalyst, are comparable to conventional pyrolysis.

【表】 表の実施例1において、730℃の反応器出口
温度と0.2秒の滞留時間において、70%の炭化水
素原料の転化率が得られることがわかる。表に
示すように、熱分解は実質量のオレフインを生成
するが、パラフインと芳香族の量は僅かである。
QC分解条件において、純アルミナのような完全
に不活性な固体を用いたときにも同様な結果が得
られる。 高い活性の酸性分解触媒を用いたQCシステム
にいおては、550℃の低い温度および0.2秒の滞留
時間(実施例2)において、70%の炭化水素転化
率が得られる。エチレンの生成は押えられるが、
C3オレフインとパラフインの収率は促進される。
更に、極少量の芳香族が生成される。 もし、高い活性の触媒の代わりに失活ゼオライ
ト触媒を用いるならば、全く異なつた収率スペク
トルが得られる(実施例3)。ゼオライト触媒の
失活は、通常、セオライトのマトリツクスを崩壊
させる高温とスチームに長期間さらした結果であ
る。このことは、触媒表面積従つて触媒活性の実
質的減少をもたらす。ゼオライト触媒を用いる
FCCユニツトにおいては、触媒固形物が除かれ、
活性を維持するため新しい触媒が加えられる。そ
のような使用済みの固形物は、失活触媒として好
適に用いられる。 必要な反応温度は、低い活性により、熱分解転
化を達成するに必要な温度と同様である。しか
し、全く予想外のことに、芳香族(特にベンゼ
ン)生成の実質的増加と、C3およびC4オレフイ
ン生成の減少がある。エチレンの収率は、これら
の温度におけるフリーラジカルクラツキング反応
が支配的な熱分解により得たものと同様である。
しかし、失活触媒はこれらのより高い温度におけ
る促進された芳香族化活性をもたらし、C3およ
びC4オレフインおよびパラフインの消費のもと
で芳香族が形成される。 これらの予想外の結果は、所望の生成物、入手
出来る原料および触媒の選択に応じて、本発明に
従つて、高いC3−C5オレフイン生成または高い
芳香族生成のいずれかを選択するように、オペレ
ーターがQCシステムの操作条件を変化すること
を可能とする。 本発明の他の態様では、脱水素触媒が酸性分解
触媒と組合わされる。 下記表に示す実施例は、ミナスナフサ原料を
用いており、接触分解と熱分解とを比較してい
る。接触分解の場合は、与えられた転化率を達成
するため、より低い温度を必要とし、この場合、
熱分解生成物(C1およびC2化合物)のわずか75
%である。カルボニウムイオン分解は、収率スペ
クトルをC3およびC4化合物を好むようにシフト
させるであろう。 下記表に示すように、酸性触媒のみの使用
は、分解のイオン性により、トータルのイソC4
(パラフイン+オレフイン)の実質的増加をもた
らす。しかし、イソ化合物の多くは、イソパラフ
インであり、熱力学的平衡は、パラフインではな
くオレフインの生成を好んでいる。コイル熱分解
の場合には、イソおよびノルマルのC4は87%の
オレフイン性であり、平衡への接近を示してい
る。しかし、ノルマル化合物は70%のオレフイン
性であり、イソ化合物は29%のオレフイン性であ
る。
[Table] It can be seen that in Example 1 of the table, a conversion rate of 70% of the hydrocarbon feedstock was obtained at a reactor outlet temperature of 730° C. and a residence time of 0.2 seconds. As shown in the table, pyrolysis produces substantial amounts of olefins, but only minor amounts of paraffins and aromatics.
Similar results are obtained when using completely inert solids such as pure alumina in QC cracking conditions. In a QC system using a highly active acidic cracking catalyst, a hydrocarbon conversion of 70% is obtained at a temperature as low as 550° C. and a residence time of 0.2 seconds (Example 2). Ethylene production can be suppressed, but
The yield of C3 olefin and paraffin is promoted.
Additionally, very small amounts of aromatics are produced. If a deactivated zeolite catalyst is used instead of a highly active catalyst, a completely different yield spectrum is obtained (Example 3). Deactivation of zeolite catalysts is usually the result of prolonged exposure to high temperatures and steam that disrupt the zeolite matrix. This results in a substantial reduction in catalyst surface area and therefore catalyst activity. Using zeolite catalyst
In the FCC unit, catalyst solids are removed and
Fresh catalyst is added to maintain activity. Such used solid matter is suitably used as a deactivated catalyst. The required reaction temperature is similar to that required to achieve thermal decomposition conversion due to the low activity. However, quite unexpectedly, there is a substantial increase in aromatic (particularly benzene) production and a decrease in C3 and C4 olefin production. Yields of ethylene are similar to those obtained by pyrolysis dominated by free radical cracking reactions at these temperatures.
However, deactivated catalysts lead to accelerated aromatization activity at these higher temperatures and aromatics are formed under consumption of C3 and C4 olefins and paraffins. These unexpected results suggest that depending on the desired product, available feedstock, and catalyst selection, one may choose between high C3-C5 olefin production or high aromatics production according to the present invention. Allows the operator to change the operating conditions of the QC system. In other embodiments of the invention, a dehydrogenation catalyst is combined with an acidic decomposition catalyst. The examples shown in the table below use minas naphtha feedstock and compare catalytic cracking and thermal cracking. Catalytic cracking requires lower temperatures to achieve a given conversion;
Only 75% of thermal decomposition products (C1 and C2 compounds)
%. Carbonium ion decomposition will shift the yield spectrum in favor of C3 and C4 compounds. As shown in the table below, the use of only acidic catalysts reduces the total isoC4 due to the ionic nature of the decomposition.
resulting in a substantial increase in (paraffin + olefin). However, many of the isocompounds are isoparaffins, and thermodynamic equilibrium favors the formation of olefins rather than paraffins. In the case of coil pyrolysis, iso and normal C4 are 87% olefinic, indicating an approach to equilibrium. However, the normal compound is 70% olefinic and the iso compound is 29% olefinic.

【表】【table】

【表】 このことは、触媒の水素移動活性が熱力学より
も反応速度論に基づく新しい平衡関係をもたらす
ためである。イソ化合物は、ノムマル化合物より
も酸性触媒の存在下における水素移動を行なう大
きな傾向を示している。 流れる酸性分解触媒に貴金属酸化物触媒が加え
られるとき、酸性部位において生成されたパラフ
インは、脱水素化されてオレフインとされる。こ
の反応が生ずる程度は、脱水素触媒の濃度と活性
に依存する。表では、スズおよびクロムの酸化
物が酸性分解触媒と混合されて、イソ化合物につ
いては平衡への80%の接近を達成し、ノルマル化
合物については平衡への87%の接近を達成する。
表に示すように、ノルマルおよびイソの価値あ
るC4オレフインの生成が実質的に増加する。同
じ原料からのイソブチレンの生成は、フアクター
3以上増加し、ノルマルブチレンの生成は、フア
クター2以上増加する。混合触媒系の使用は、触
媒プロセスに対し、追加の生成物分布の柔軟性を
もたらす。脱水素触媒と酸性分解触媒とを混合
し、例えばスチームを用いて急冷して混合反応を
行なわせることよりも、むしろセパレーター6に
おける主分離の下流に位置する接触反応器25内
の充填層に、脱水素触媒を位置させることが出来
る。酸性触媒との接触により形成されたパラフイ
ンは、オレフインに脱水素されるであろう。
[Table] This is because the hydrogen transfer activity of the catalyst leads to a new equilibrium relationship based on reaction kinetics rather than thermodynamics. Iso compounds show a greater tendency to undergo hydrogen transfer in the presence of acidic catalysts than normal compounds. When a noble metal oxide catalyst is added to the flowing acidic decomposition catalyst, the paraffins produced in the acidic sites are dehydrogenated to olefins. The extent to which this reaction occurs depends on the concentration and activity of the dehydrogenation catalyst. In the table, tin and chromium oxides are mixed with acidic decomposition catalysts to achieve 80% approach to equilibrium for iso compounds and 87% approach to equilibrium for normal compounds.
As shown in the table, the production of normal and iso valuable C4 olefins is substantially increased. The production of isobutylene from the same raw material increases by a factor of 3 or more, and the production of normal butylene increases by a factor of 2 or more. The use of mixed catalyst systems provides additional product distribution flexibility to the catalytic process. Rather than mixing the dehydrogenation catalyst and the acidic decomposition catalyst and causing a mixed reaction by quenching, for example using steam, a packed bed in the contact reactor 25 located downstream of the main separation in the separator 6 is used. A dehydrogenation catalyst can be located. Paraffins formed upon contact with acidic catalysts will be dehydrogenated to olefins.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のプロセスの模式図、第2図は
本発明の装置に用いられる反応器フイーダーの縦
断面図、第3図は本発明で採用されるセパレータ
ーの縦断面図、第4図は第3図の4−4断面図、
第5図は本発明の急冷プロセスの模式図、第6図
は本発明の1実施態様の全体のシステムの正面
図、第7図は本発明で採用される反応器および気
−固セパレーターの縦断面図、第8図は第7図の
8−8断面図、および第9図は本発明で採用され
る固形物再生アセンブリーの正面図である。 1……クラツキングシステム、2……反応器、
4……反応器フイーダー、6……セパレーター、
8……ストリツパー、10……ヒーター、12…
…輸送ライン、14……流動層容器、20……プ
レヒーター。
Fig. 1 is a schematic diagram of the process of the present invention, Fig. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a reactor feeder used in the apparatus of the present invention, Fig. 3 is a longitudinal cross-sectional view of a separator employed in the present invention, and Fig. 4 is a 4-4 sectional view in Figure 3,
FIG. 5 is a schematic diagram of the quenching process of the present invention, FIG. 6 is a front view of the entire system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a longitudinal cross-section of the reactor and gas-solid separator employed in the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 8-8 of FIG. 7, and FIG. 9 is a front view of the solids recycling assembly employed in the present invention. 1... cracking system, 2... reactor,
4... Reactor feeder, 6... Separator,
8... Stripper, 10... Heater, 12...
...Transportation line, 14...Fluidized bed container, 20...Preheater.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炭化水素原料を接触分解してオフレイン、芳
香族化合物又はそれらの組合せを製造する方法で
あつて、 (a) 前記炭化水素原料を分解リアクターに導入
し、 (b) 同時に熱酸性分解触媒固形物を前記リアクタ
ーに移送し、 (c) 前記炭化水素原料を前記熱触媒固形物から供
給される熱によつて接触分解して分解生成物を
生成し、 (d) 前記分解生成物を前記熱触媒固形物から分離
し、および (e) 前記分離された分解生成物を急冷する 各工程を含み、前記工程(a)から工程(e)までの前
記炭化水素原料の滞留時間は約0.1〜2.0秒の範
囲内にあることを特徴とする方法。 2 前記滞留時間は約0.05秒〜0.5秒である請求
項1に記載の方法。 3(f) 前記分離された触媒固形物をストリツパー
に移送して残留分解ガス生成物を除去し、 (g) 前記分離された触媒固形物を燃焼させ、これ
によつて炭素堆積物を除去すると共に前記スト
リツピングされた触媒固形物を加熱して再生触
媒固形物を生成し、および (h) 前記再生された触媒固形物を前記分解リアク
ターに移送する各工程をさらに含む請求項1に
記載の方法。 4 前記触媒固形物の一部は脱水素触媒を含む請
求項1に記載の方法。 5 前記脱水素触媒は不活性担体上の貴金属酸化
物から選ばれる請求項4に記載の方法。 6 前記触媒分解反応の温度は約900〜1500〓で
あり、炭化水素原料に対する触媒固形物の重量比
は1〜60である請求項1に記載の方法。 7 前記触媒分解反応の温度は約1000〓〜1300〓
であり、滞留時間は0.1〜0.3秒である請求項6に
記載の方法。 8 前記オレフインは3〜5の炭素原子を有し、
前記芳香族化合物は6〜8の炭素原子を有してい
る請求項1に記載の方法。 9 前記炭化水素原料はC4〜C7パラフイン、ナ
フサ、および軽質軽油から選ばれる請求項1に記
載の方法。 10 前記活性酸性触媒固形物はゼオライト系触
媒である請求項1に記載の方法。 11 前記不活性担体はシリカゲル、シリカーア
ルミナ、粘度、およびこれらのいずれかの混合物
から成る群から選ばれる請求項10に記載の方
法。 12 前記分解生成物は主にモノー芳香族化合物
であり、前記酸性触媒固形物は熱的に失活されて
いる請求項11に記載の方法。 13 前記炭化水素原料流および熱触媒固形物を
管状の熱再生分解リアクターに供給器を通して移
送し、前記供給器は前記分解リアクターおよび熱
固形物容器内の熱固形物に連通する縦通路を有し
てあり、前記縦通路の上方で前記熱触媒固形物を
局部的に流動化させ、前記炭化水素原料を前記熱
再生リアクターに前記熱再生リアクターに入る前
記触媒固形物の通路に対し角度をもつて供給する
工程を含む請求項1に記載の方法。 14 前記熱触媒固形物および分解生成ガスを分
離器内で分離する工程を含み、前記触媒固形物お
よび分解生成ガスは分離器入口を通つて分離器内
に入り、そして90度方向を変えた後、前記生成ガ
スはさらに90度方向を変えて、その結果、生成ガ
スは前記入口から180度方向を変え、一方前記触
媒固形物は前記入口から90度方向を変えられた通
路内に滞在し、その後、この触媒固形物の通路は
下方に向けられ、前記分離された生成ガスは急冷
されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 15 前記触媒固形物および分解されたガスを分
離器内から分離する工程を含み、前記分離器は前
記固形物とガスとの混合物から前記固形物を約80
%急速に分離するための室を含み、この室は直線
で囲まれた縦側壁を有し、この側壁は断面がほぼ
長方形で高さHおよび巾Wの流路を形成し、前記
室または前記混合物のための内径Diの入口、ガ
ス出口、および固形物出口を有し、前記入口は前
記室の一端において前記高さHの流路に垂直に配
置され、この高さHは少なくとも前記内径Diに
等しいかこれよりも4インチ大きく、前記巾Wは
0.75Di〜1.25Diであり、前記固形物出口は前記室
の対向端に位置して重力により固形物を下方に排
出させるように配置されており、前記ガス出口は
各中心線から測定して前記入口から4Dより少な
い距離に位置し、そしてガス流の方向を180度変
えるように配置され、その結果生じる遠心力は流
入する前記触媒固形物の流れを前記入口と反対方
向の側壁の方向に向け、そして固形物の実質的な
静止床を維持し、前記静止床の表面は前記固形物
出口へ固形物を流出させるために、円の約90度の
アークの曲線路を形成することを特徴とする請求
項1に記載の方法。
[Scope of Claims] 1. A method for producing an offrein, an aromatic compound, or a combination thereof by catalytically cracking a hydrocarbon feedstock, comprising: (a) introducing the hydrocarbon feedstock into a cracking reactor; (b) simultaneously transferring a thermally acidic decomposition catalyst solid to the reactor; (c) catalytically cracking the hydrocarbon feedstock using heat supplied from the thermally acidic catalyst solid to produce a decomposition product; and (d) decomposing the hydrocarbon feedstock. the residence time of the hydrocarbon feedstock from step (a) to step (e), including the steps of separating products from the thermal catalyst solids and (e) quenching the separated cracked products; is within a range of about 0.1 to 2.0 seconds. 2. The method of claim 1, wherein the residence time is about 0.05 seconds to 0.5 seconds. 3(f) transferring said separated catalyst solids to a stripper to remove residual cracked gas products; and (g) combusting said separated catalyst solids, thereby removing carbon deposits. 2. The method of claim 1, further comprising the steps of: heating the stripped catalyst solids to produce regenerated catalyst solids; and (h) transferring the regenerated catalyst solids to the cracking reactor. . 4. The method of claim 1, wherein a portion of the catalyst solids comprises a dehydrogenation catalyst. 5. The method of claim 4, wherein the dehydrogenation catalyst is selected from noble metal oxides on an inert support. 6. The method of claim 1, wherein the temperature of the catalytic decomposition reaction is about 900-1500°C, and the weight ratio of catalyst solids to hydrocarbon feedstock is 1-60°. 7. The temperature of the catalytic decomposition reaction is about 1000~1300
The method according to claim 6, wherein the residence time is 0.1 to 0.3 seconds. 8 the olefin has 3 to 5 carbon atoms,
2. The method of claim 1, wherein the aromatic compound has 6 to 8 carbon atoms. 9. The method of claim 1, wherein the hydrocarbon feedstock is selected from C4-C7 paraffin, naphtha, and light gas oil. 10. The method of claim 1, wherein the active acidic catalyst solid is a zeolitic catalyst. 11. The method of claim 10, wherein the inert carrier is selected from the group consisting of silica gel, silica alumina, viscosity, and mixtures of any of these. 12. The method of claim 11, wherein the decomposition products are primarily monoaromatic compounds and the acidic catalyst solid is thermally deactivated. 13 transferring the hydrocarbon feed stream and thermal catalyst solids to a tubular thermal regeneration cracking reactor through a feeder, the feeder having a longitudinal passage communicating with the cracking reactor and the thermal solids in a thermal solids vessel; to locally fluidize the thermal catalyst solids above the longitudinal passageway and transport the hydrocarbon feedstock into the thermal regeneration reactor at an angle to the path of the catalyst solids entering the thermal regeneration reactor. 2. The method of claim 1, including the step of providing. 14 separating the thermal catalyst solids and cracked product gas in a separator, wherein the catalyst solids and cracked product gas enter the separator through a separator inlet and after changing direction by 90 degrees; , the product gas is further redirected by 90 degrees, such that the product gas is redirected by 180 degrees from the inlet, while the catalyst solids remain in a passage redirected by 90 degrees from the inlet; A method according to claim 1, characterized in that the passage of the catalyst solids is then directed downwards and the separated product gas is quenched. 15 separating the catalyst solids and decomposed gas from within a separator, wherein the separator separates the solids from the mixture of solids and gas by about 80%;
% rapid separation, the chamber having vertical side walls surrounded by straight lines, the side walls being approximately rectangular in cross-section and forming a flow channel of height H and width W, and the chamber or the It has an inlet of internal diameter Di for the mixture, a gas outlet, and a solids outlet, said inlet being arranged at one end of said chamber perpendicular to said flow channel of said height H, said height H being at least said internal diameter Di. 4 inches greater than or equal to
0.75Di to 1.25Di, said solids outlets are located at opposite ends of said chamber and are arranged to force solids to drain downwardly by gravity, and said gas outlets are arranged to located at a distance of less than 4D from the inlet and arranged to change the direction of gas flow by 180 degrees, the resulting centrifugal force directing the flow of said incoming catalyst solids in the direction of the side wall opposite said inlet. , and maintaining a substantially stationary bed of solids, the surface of said stationary bed forming a curvilinear path of about a 90 degree arc of a circle to flow the solids to said solids outlet. The method according to claim 1.
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