【発明の詳細な説明】
接触分解システム
技術分野
本発明は接触分解触媒を使用して炭化水素を接触分解するためのシステムに関
する。特に、本発明は、炭化水素及び触媒混合物が反応システムを進行するとき
この混合物の速度を調節することによって、この混合物中の炭化水素の接触分解
を調節することに関する。
背景技術
接触分解反応システムに於いて、転化率を最大にするために炭化水素と接触分
解触媒との接触を最大にすることが重要である。しかしながら、接触時間が長す
ぎると、炭化水素の過分解が起こり、過剰の炭素質物質の析出物、即ちコークス
が触媒に付着する。過剰のコークスが形成されると、触媒の再生及び再利用が非
常に困難になる。
接触分解システムに於ける接触時間を短縮する一つの方法は、反応が起こるシ
ステムの断面積を減少させることである。この面積の減少は閉鎖サイクロンシス
テム内で行われてきた。このようなシステムに於いては、サイクロンが反応容器
内に配設され、サイクロン入口が炭化水素及び触媒混合物との直接接触を維持す
るように配置されている。
米国特許第4,043,899号には、閉鎖サイクロンシステムを包含する接触分解シ
ステムが開示されている。米国特許第4,043,899号に示されているような閉鎖サ
イクロンシステムに於いては、典型的に炭化水素流の
約９０％以上が立ち管出口から直接進み、内部反応サイクロンを通過して、反応
容器自体の中に進むことなく充気室まで進む。ストリッピング区域から分離した
蒸気及び反応容器に伴出される全てのその他の蒸気は、一般にサイクロンシステ
ムのポート又は穴を通って充気室に入る、又は伴出される蒸気を捕捉するために
特別に使用される追加のサイクロンが存在している。
米国特許第4,588,558号及び同第4,749,471号には、接触分解反応容器内にある
閉鎖サイクロンシステムが開示されている。これらの特許に示されている閉鎖シ
ステムにはサイクロンの捕集導管からの立ち管を分離する環が含まれている。こ
の立ち管及び捕集導管は反応容器の全体に亘って本質的に一定の寸法を維持して
いる。
従来技術の閉鎖サイクロン設計を含む接触分解システムに於ける固有の課題は
、供給される炭化水素供給物と接触分解触媒とが激しく混合せず、炭化水素と触
媒との間の接触が不十分になることである。従来技術の閉鎖サイクロン設計はま
た、蒸気が反応容器の希釈相に蓄積し、蒸気が希釈相に長時間滞留する点で問題
になる。このことは触媒中に同伴される炭化水素のストリッピング、生成物収率
及び生成物全体の品質に悪影響を与える。それで、本発明の目的は公知の接触分
解システムに固有の課題の多くを克服することである。
発明の要約
先行技術に固有の課題を克服するために、本発明は、炭化水素及び接触分解触
媒の供給流を供給すること、炭化水素を接触分解触媒で接触分
解して比較的一定の速度を有する反応流を形成すること（但し、反応流は炭化水
素、分解炭化水素及び接触分解触媒の混合物からなる）、反応流内の炭化水素及
び分解炭化水素の接触分解触媒に対する速度を低下させて、負滑り速度を有する
反応流を形成すること、負滑り速度の反応流内の炭化水素及び分解炭化水素の接
触分解触媒に対する速度を上昇させて、正滑り速度を有する反応流を形成するこ
と、正滑り速度の反応流を捕集すること、正滑り速度の反応流内の炭化水素及び
分解炭化水素の接触分解触媒に対する速度を低下させて、炭化水素を接触分解触
媒で分解すること並びに分解炭化水素を分離し回収することからなる接触分解方
法を提供する。
本発明はまた、炭化水素及び接触分解触媒からなる供給流を連続的に供給する
こと、炭化水素を接触分解触媒で接触分解して、炭化水素、分解炭化水素及び接
触分解触媒の混合物からなる反応流を形成すること（但し、反応流は比較的一定
の速度を有する）、反応流内の炭化水素及び分解炭化水素の接触分解触媒に対す
る速度を低下させて、負滑り速度を有する反応流を形成すること、負滑り速度の
反応流内の炭化水素及び分解炭化水素の接触分解触媒に対する速度を上昇させて
、正滑り速度を有する反応流を形成すること、正滑り速度の反応流を捕集するこ
と、正滑り速度の反応流内の炭化水素及び分解炭化水素の接触分解触媒に対する
速度を低下させて、炭化水素を接触分解触媒で分解すること、分解炭化水素を分
離し回収すること、接触分解触媒から同伴する炭化水素をストリッピングするこ
と並びにストリッピングされた炭化水素を正滑り速度の反応流と一緒にすること
からなる連続接触分解方法を提供する。
本発明は更に、反応容器；炭化水素、分解炭化水素及び接触分解触媒の混合物
からなる反応流を、反応容器に比較的一定の速度で供給するための立ち管；反応
流の速度を低下させて負滑り速度を有する反応流を形成するための立ち管に沿う
滑り速度低下手段；負滑り速度の反応流の滑り速度を上昇させて正滑り速度を有
する反応流を形成するための、速度低下手段の下流の滑り速度上昇手段（但し、
滑り速度上昇手段は立ち管出口手段を反応容器内に形成する）；立ち管出口手段
から正滑り速度の反応流を捕集し且つ滑り速度を低下させて炭化水素を接触分解
触媒と反応させるための捕集及び速度低下手段並びに捕集手段内にある分解炭化
水素を分離し且つ回収するための捕集及び速度低下手段の下流の手段からなる流
体接触分解反応器を提供する。
図面の簡単な説明
本発明は、添付する図面を参照して下記の記載からより良く理解されるであろ
う。
図１は滑り速度上昇手段及び滑り速度低下手段を含む接触分解システムの好ま
しい態様を示す。
図２Ａ−Ｃは立ち管出口からの反応流を捕集しその滑り速度を低下させるため
の捕集及び速度低下手段の好ましい態様を示す。
実施例の詳細な説明
本発明の好ましい態様を図面を参照して記載する。図面は好ましい態様の記述
についての例示した支持を与えるものであり、特許請求の範囲
に記載したものから本発明を更に制限するために使用すべきものではない。他に
記載しない限り、用語「速度」は平均速度を指す。
図１には、本発明の接触分解システムの好ましい態様が示されている。この接
触分解システムには反応容器５及びストリッピング手段１０が含まれている。供
給流は立ち管入口９５及び立ち管出口３５−１１０を有する立ち管５０を通って
接触分解システムに供給される。供給流には炭化水素及び炭化水素の分解を制御
するために使用される接触分解触媒の混合物が含まれている。
炭化水素分解は石油精製の技術分野でよく知られている用語であり、一般的に
少なくとも１個の炭素−炭素結合を切断することによって大きい炭化水素分子を
より小さい炭化水素分子にする分解を指す。例えば、大きいパラフィン分子をパ
ラフィンとオレフィンとに分解することができ、大きいオレフィン分子を２個又
は３個以上のより小さいオレフィン分子に分解することができる。芳香環又はナ
フテン環に存在する場合がある長い側鎖分子も分解することができる。本発明に
於いて、炭化水素は石油留出油、更に好ましくは６００〜１１００°Ｆで沸騰す
る石油留出油からなることが好ましい。重質残渣が留出油中に存在していてもよ
い。
当該技術分野で公知のように、炭化水素分解反応を触媒的に制御するために接
触分解触媒を使用することができる。しかしながら、このシステム内では熱分解
反応も生じる。更に、多数の副反応が分解反応に伴われる。他の反応には、脱水
素、環化、オリゴマー形成、重合、水素転移及び触媒上のコークス形成が含まれ
る。制御した接触分解反応の結果、
主として炭化水素、分解炭化水素及び接触分解触媒の混合物である反応流が形成
されることになる。しかしながら、炭化水素分解反応で本来生じる多数の副反応
のために、少量の他の生成物も存在するであろう。接触分解触媒もまた副反応の
程度に依存して部分的に又は完全にコークス化され得る。
本発明の接触分解触媒は流動接触分解ユニット（ＦＣＣＵ）で使用することが
できる全ての公知の触媒であることが好ましい。好ましくは、この触媒は当該技
術分野で公知の高活性結晶性ゼオライトである。
立ち管５０内に供給される炭化水素は液状であってよいが、立ち管の内部に入
ると実質的に蒸発する。しかしながら、蒸発は完全でなくてもよく、高沸点供給
物を使用すると、大量の液滴が供給物中に存在するか又は液体供給物は触媒と共
に集塊を形成する。炭化水素が蒸発し接触分解触媒と混合すると、液状懸濁物が
形成される。この懸濁物が立ち管を通って移動するとき、炭化水素の大部分は分
解され、前記定義したような反応流が形成される。
好ましくは、立ち管内の炭化水素は約８００〜１２００°Ｆ、更に好ましくは
約８５０〜１０５０°Ｆの温度で分解される。一般に、炭化水素の約７０〜９５
％が立ち管内で分解炭化水素に分解される。好ましくは、炭化水素の約９０％が
立ち管内で分解される。
立ち管内での分解の程度は温度によって制御されるばかりでなく、滞留時間に
よっても制御される。立ち管内での炭化水素及び接触分解触媒の滞留時間は典型
的に約２〜１０秒、好ましくは約３〜５秒である。
反応流は望ましくは比較的一定の速度、好ましくは約３０〜１００フ
ィート／秒で立ち管５０を通って移動する。反応流が立ち管５０を通って移動す
るとき、反応流は滑り速度低下手段４５に遭遇し、この手段４５は触媒成分の速
度に対する反応流内の蒸気成分の速度を著しく低下させるように作用する。これ
らの速度間の差を滑り速度によって測定する。ここで滑り速度は、反応流中の蒸
気部分の速度マイナス反応流中の触媒部分の速度として定義する。
滑り速度低下手段４５に遭遇した後、反応流の速度は、負滑り速度を有する反
応流が形成されるように低下する。この負滑り速度の反応流は好ましくは約−１
０〜−５０フィート／秒、更に好ましくは約−１５〜−３０フィート／秒の滑り
速度を有する。
負滑り速度の反応流を形成する一つの方法は、立ち管出口の前に拡張手段を設
けることである。この拡張手段はどのような形状のものであってもよいけれども
、構造が比較的簡単であるために円錐形拡張手段が好ましい。好ましいパラメー
ターは立ち管投影から測定した角度で約３０度より小さい角度を有する円錐形拡
張手段を用いて得ることができる。更に好ましくは、円錐形拡張手段は約５〜１
０度の角度を有する。円錐形拡張手段が立ち管の直径の約１．２〜２．５倍の最
大直径を有することも好ましい。好ましくは、望ましい滑り速度は約０．０５〜
５秒、更に好ましくは約０．１〜０．２秒内で得られる。
反応流が滑り速度低下手段４５を通過した後、滑り速度上昇手段４０に遭遇す
る。滑り速度上昇手段４０は、速度低下手段４５から追い出された位置にあり、
更に立ち管出口３５を規定する。滑り速度上昇手段４０は負滑り速度の反応流の
平均速度及び滑り速度の両方を上昇させる。
更に、滑り速度上昇手段４０は反応流内の成分の激しい混合を促進する。この激
しい混合は、負滑り速度の反応流が滑り速度上昇手段４０を通過するとき発現す
る高い正滑り速度によって反映される。反応流が滑り速度上昇手段４０を通過し
て加速されるとき、反応流の蒸気部分の速度は著しく上昇し、一方、反応流中の
触媒の速度は僅かに影響を受けるのみである。
高い正滑り速度が反応流中の成分の激しい混合をもたらすのみでなく、高い正
滑り速度を形成する前に負滑り速度を発達させることが大きい触媒集団及び未反
応炭化水素の大きい液滴の破壊を強め、その結果接触分解反応を更に促進する。
好ましくは、滑り速度上昇手段４０は約５０〜２８５フィート／秒の正滑り速度
を与える。更に好ましくは、滑り速度上昇手段４０は約１００〜１６０フィート
／秒の正滑り速度を与える。
好ましい態様に於いて、滑り速度上昇手段４０は、少なくとも１個の穴が設け
られた格子板である。それぞれの穴は、オリフィスとして機能し、流れ阻害を作
り、反応流の滑り速度の上昇を引き起こす。それぞれの穴を規定する手段は、円
い角縁形状を有する手段、円いフローノズル形状を有する手段又はベンチュリ型
手段のようなどのような形状のものであってもよい。
滑り速度上昇手段４０に続いて、正滑り速度の反応流は捕集され、その速度は
捕集及び速度低下手段１５によって低下する。捕集及び速度低下手段１５内で、
正滑り速度の反応流の高い正滑り速度は、接触分解触媒と未反応炭化水素とが互
いに最適に再接触して接触分解反応が継続するように低下させられる。正滑り速
度の低下は所望の接触分解の程度に
よって決定される。好ましくは、反応流の正滑り速度は捕集手段１５内で約０．
１〜３．０秒の反応時間が得られるように低下させられる。更に好ましくは、反
応流は捕集手段１５内で約０．４〜１．０秒の反応時間が得られるように低下さ
せられる。この結果好ましくは捕集及び速度低下手段１５内で約１〜２０フィー
ト／秒、更に好ましくは約２〜１０フィート／秒の滑り速度になる。
捕集及び速度低下手段１５内での分解の程度はまた、温度並びに滞留時間によ
って制御することができる。しかしながら、捕集手段内の温度は立ち管５０内の
温度に近似していることが好ましい。
捕集及び速度低下手段１５にはサイクロン７０に接続された導管２５が設けら
れていてよい。導管２５とサイクロン７０との間の接続は反応容器５内で閉鎖サ
イクロンシステムを形成する。
捕集及び速度低下手段１５はどのような形状のものであってもよい。しかしな
がら、好ましい態様に於いて、捕集及び速度低下手段１５の入口は、滑り速度上
昇手段４０の断面積よりも大きい断面積を有している。他の好ましい態様に於い
て、捕集及び速度低下手段１５の入口は、導管２５の断面積が入口の最大断面積
よりも小さい縮小円錐形を形成している。導管２５の断面積は捕集及び速度低下
手段１５内で所望の滞留時間が得られるように変えることができる。
分解炭化水素の実質的な部分並びに反応流中の全ての蒸気成分の実質的な部分
は、サイクロン７０によって反応流から分離される。分解炭化水素はサイクロン
出口８５を通ってサイクロン７０から出て、充気室８０内に蓄積する。この分解
炭化水素は反応容器から充気室出口１００を
通って回収される。
分解炭化水素及びその他の蒸気成分が反応流サイクロン７０から分離された後
、反応流の残りはサイクロン７０からサイクロン浸漬脚(dipleg)６５を通って出
る。サイクロン浸漬脚６５によって出た反応流の残りは、主に伴出された未分解
炭化水素及び分解炭化水素を伴う接触分解触媒である。この触媒と伴出された炭
化水素成分との混合物は次いでストリッピング手段１０を通過する。ストリッピ
ング手段１０に於いて、同伴する炭化水素成分はストリッピング方法によって接
触分解触媒から分離される。
ストリッピング方法に於いては、ストリッピング流体が一般にストリッピング
流体入口３５−１１０によってストリッピング手段１０に供給される。ストリッ
ピング流体は典型的にスチーム又は不活性ストリッピングガスである。ストリッ
ピング流体は炭化水素成分を反応容器５内に追いやるに十分な正の力を供給する
。反応システム内で形成され得る全ての接触分解触媒微粒子も反応容器５内に追
いやられ得る。触媒微粒子は典型的な触媒摩耗の結果として形成される非常に小
さい触媒粒子である。
ストリッピング流体により加えられる力は、接触分解触媒出口１１５の方に向
かう接触分解触媒の流れが影響を受けないようなものである。この出口から、接
触分解触媒は再生され、立ち管入口９５に循環される。当該技術分野で公知のど
のような種々の接触分解触媒再生方法も使用することができる。
炭化水素成分及びストリッピング方法で分離された全ての無関係な触
媒微粒子は、滑り速度上昇手段４０と捕集及び速度低下手段１５との間にある排
出手段３０によって反応容器５から除去することができる。滑り速度上昇手段４
０は、排出手段３０を通って捕集及び速度低下手段１５の中にストリッピングさ
れた炭化水素成分を駆動するために十分な力を与える。
好ましい態様に於いて、排出手段３０は滑り速度上昇手段４０と捕集及び速度
低下手段１５との間に形成される環である。炭化水素成分が排出手段３０を通過
するとき、この成分は滑り速度上昇手段４０からの反応流と混合し、捕集及び速
度低下手段１５の中を通過し、そこで更に分解が生じる。
ストリッピングされた炭化水素成分を排出手段３０を通過させるために、捕集
及び速度低下手段１５の外側にも正の力を与えることができる。一つの態様に於
いて、正の力を与える手段はバリヤー入口流体である。このバリヤー入口流体は
バリヤー流体入口１０５により反応容器の上部に供給される。この反応容器５の
上部は一般的に希釈相帯域９０と呼ばれている。何某かの炭化水素及び接触分解
触媒が希釈相帯域９０に蓄積すると、望ましくない軽いガス蓄積及びコークス析
出が時間の経過と共に生じる。これらの望ましくない成分の除去は一般に非常に
困難である。この帯域内にバリヤー流体を供給することによって、炭化水素並び
に全ての蓄積された接触分解触媒を強制的に排出手段３０を通過させることがで
きる。バリヤー流体は窒素のような不活性ガス又はスチーム、水素、メタン若し
くは天然ガスのような炭化水素相溶性流であってよい。
他の態様に於いて、ストリッピングされた炭化水素及び触媒が希釈相
帯域９０内に捕集されるのを防ぐために固体バリヤー２０を使用することもでき
る。固体バリヤー２０は膜又は邪魔板のような種々の設計で作ることができる。
好ましくは、固体バリヤー２０は邪魔板であり、この邪魔板には、圧力が上昇す
る間に蒸気を上方に流すように釣り合いをとった少なくとも１個の揚げ蓋式構造
が設けられていてよい。少なくとも１個の揚げ蓋は、スチーム又はパージガスの
ような蒸気を下向き方向に流すように配置することもできる。邪魔板は好ましく
は排出手段３０の上に保持され、ストリッピングされた炭化水素及び無関係な接
触分解触媒の除去を容易にする。
更に好ましい態様に於いて、邪魔板は釣り合いをとった揚げ蓋を使用する。こ
の揚げ蓋によってストリッピング手段３０内に圧力が形成される。所定の圧力に
達した際に、揚げ蓋は開いて、炭化水素及び無関係な触媒が排出手段３０を通過
できるようにする。
バリヤー入口流体、固体バリヤー又は両方を使用する場合、排出手段３０を通
過する炭化水素成分流の速度は約１〜２０フィート／秒である。更に好ましくは
、この速度は約２〜１０フィート／秒である。
図２Ａ〜Ｃは捕集手段１５のための多数の可能な態様の幾つかを示す。図２Ａ
に於いて、捕集及び速度低下手段１５は全体が一定断面積のものであり、導管部
分２５を含んでいる。捕集及び速度低下手段１５は反応流が所望の速度で貫流す
るように形成されている。図２Ａの態様は、捕集及び速度低下手段１５の入口を
滑り速度上昇手段４０の下に延ばすことができることを示している。これは反応
容器５内の希釈相帯域９０を速度上昇手段４０の下に維持させている。
図２Ｂは、捕集及び速度低下手段１５の導管部分よりも大きい断面積を有する
ものである入口を有する捕集及び速度低下手段１５を示している。この形式の設
計によって、捕集及び速度低下手段１５の入口の拡張した断面積のために、反応
流の速度の低下が可能になる。更に、捕集及び速度低下手段１５の導管部分の断
面積の減少によって、捕集及び速度低下手段１５内の反応物の滞留時間を調節す
る際に大きな柔軟性が可能になる。
図２Ｃは、捕集及び速度低下手段１５の入口が滑り速度上昇手段４０よりも僅
かに上にある以外は、図２Ａに示すものと同様である捕集及び速度低下手段１５
を示している。この形式の設計に於いて、排出手段３０は滑り速度上昇手段４０
に対して比較的上の位置に形成される。これによって伴出される蒸気の除去が可
能になるばかりでなく、保全の際に比較的容易に近づくことが可能になる。
本発明を完全に記載したことによって、本発明又はその全ての態様の精神又は
範囲から逸脱することなく広範囲の等価の組成及び条件のパラメーター内で同じ
ものを実施できることが、当業者によって認められるであろう。
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ
(72)発明者 シェロウスキー・グレゴリー・スティーブ
ン
アメリカ合衆国、ニュージャージー州
07981、ウィパニー、フェアチャイルドプ
レイス 77
(72)発明者 ホルムズ・フィリップ
イギリス国、サーレイ ケーティー24 ６
エイチエイチ、ウエスト ホースレイ、グ
レタ バンク、オカリナ（番地なし)