JPS5973022A - 蒸気から粒状固体を分離する方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は固体と蒸気を分離する技術に関し、詳しくは炭
化水素を処理するプロセスでの固体−蒸気分離技術に係
る。特に本発明は、触媒と油とがライザー反迅帯域内で
ある期間接触した後に、解放空間内で分離される流動接
触分解プロセスに関係するものである。

〔先行技術〕

本発明に関連する先行技術は、流動化転化プロセス、特
に流動接触分解プロセスを包含する技術分野に、これを
見ることができる。

ある場合には、触媒と油の接触時間を実質的に短縮する
ことが望ましいことが当業界で知られている。ちなみに
、製油所では、製品の品質低下の原因となる有害な副反
応を、できるだけ抑制するために、ライザー型分解プロ
セスが使用されている。接触時間を短縮する手段として
特許文献に見られるものは、ライザーに接続したサイク
ロンを使用し、所謂「急速クエンチ」ライザーを採用し
て、油蒸気が触媒からできるだけ早く、且つ完全に解放
されるよう、ライザー出口のデザインや位置を工夫する
ことに集中している。このような特許文献を例示すれば
、米国特許第３７８５９６２号、同第４０９７２４３号
、同第４２１９４０７号、同第４２９５９６１号及び同
第４３１３９１０号などがある。

上記の特許文献で繰返えされているテーマは、垂直なラ
イザー内を上昇して来た蒸気と粒子の混合流を、上昇流
の防害となる表面に衝突させてその流れ方向を１８００
変化させてから、円筒状の部屋からなる解放帯域に放出
することである。衝突面はライザー頂部をｒＴＪ字形に
することができ、これによれば上昇流は分割爆れてＴ字
の対向するアームに流れ、各アームから下向に放出され
る。

上記米国特許の最後のものは、衝突面を下向きに傾斜さ
せた曲面又は傾斜角度が異なる二つの曲面にした変形丁
字形が教示されており、これによればライザー内の混合
流の流れ方向を、垂直上昇流から水平流に、次いで下降
流に急変させることができるので、粒子流に遠心性の動
きを付与して粒子を衝突面の上側に集めることがでべろ
。従って、粒子と蒸気は少なくとも部分的に遠心的に分
離されて解放空間に放出され、ここで蒸気は上向きに流
れ、サイクロン分離器を通過し、一方粒子は解放帯域底
部の濃厚相に落下する。しかしながら、従来技術では粒
子と蒸気とがまだ望ましくない接触を起し、解放帯域で
再混合されてし甘う問題がある。

本発明者は上述した下向き傾斜の衝突面を改良し、解放
効率に積極的な効果を発揮する改善手段を見い出した。

〔発明の要約〕

本発明の一具体例は、垂直に延びた接触帯域を混合状態
で通過した蒸気と粒状固体との混合流から、粒状固体を
分離する方法である。この方法は前記の混合流を接触帯
域から解放帯域の主たる部分に下向きに放出することか
らなる。

解放帯域は円筒状の内面を有し、その円筒の軸は実質的
に垂直である。混合流の流れ方向は混合流が接触帯域か
ら放出される時に変えられるが、その方向は内部表面の
曲率に沿って下向きで、且つ垂直に対して正の角度を持
つ。従って粒状固体は解放帯域の底部に落下し、蒸気は
その上部に上昇する。

本発明の他の具体例は、蒸気と粒状固体の混合流から粒
状固体を分離するのに有用な装置である。その装置は、
０混合流が通過できる放出口を持つ垂直なライザー導管
、（ｂ）円筒軸が垂直で、前記の放出口からの混合流が
容器の主たる部分に放出されるよう当該放出口を包含し
だ円筒状容器、（ｃ）前記放出口からの混合流が前記容
器の内面の曲率に沿って下向きに１．且つ垂直に対して
正の角度で偏向するよう前記放出口に関して並置した曲
面からなる偏向手段、との組合わせからなる。

本発明の他の具体例は、本発明の装置の様々の要素の機
能及び配置に関する詳細を包含するが、これらは以下の
説明で明らかになろう。

〔図面に基づく説明〕

本発明の有用性が最もよく現われるのは、第１図に示す
ような流動接触クラッキング装置に於てであって、その
装置はライザー反応管１、供給原料分配器２、炭化水素
導入管３、再生触媒導入管４、円筒状の解放容器６、サ
イクロン分離器１２及び使用済み触媒排出管１６を具え
ている。炭化水素供給原料、例えば沸点約６５０″Ｆ′
〜約１２００″Ｆ′の粗軽油は、炭化水素導入管３から
装置内に導入される。この炭化水素供給原料は装置に導
入せしめる以前に、火焔ヒータ又は熱交換器（いずれも
図示なし）で予熱しておくことができ、また炭化水素循
環流を供給原料と共に装置内に導入することもできる。

炭化水素供給流は気相、液相又は気液混相のいずれでも
差支えないが、典型的な流動接触クラッキング法では供
給流は液相である。炭化水素導入管３は分配器２に接続
されており、炭化水素供給流はここを通って反応管１の
下部域に於て、再生帯域（図示なし）からの熱い再生触
媒と混合せしめられる。再生触媒は流量調節手段５を有
する再生触媒導入管４を経て反応管１に導入される。炭
化水素供給流と再生触媒の混合物が、容器６の底部から
垂直上向に容器内の解放空間８まで延びた反応管１内を
上昇する間に、炭化水素供給流は実質的に完全に蒸発し
、再生触媒が存在する転化条件下で供給流が転化する。

反応生成物は未反応供給物が存在すればそれと共に、反
応管１の上端に位置するアーム７を経て、容器６内の解
放空間８に放出される。炭化水素蒸気と触媒は解放空間
６内で分離される。分離された使用済み触媒は、界面９
を有する濃厚床１０に落下する。解放空間８内に存在す
る炭化水素蒸気と同伴触媒その他は、入口１１からサイ
クロン分離器１２に入り、触媒と蒸気は再度分離される
。そして分離された蒸気はディップレッグ１３を介して
濃厚床１０に降下し、蒸気はサイクロン分離器１２を出
て蒸気導管１７を経て容器６から取出される。第１図で
はサイクロン分離器が１基しが示されていないが、蒸気
流の容量や負荷及び所望する分離の程度に応じて、２個
以上のサイクロン分離器を直列又は並列に使用できるこ
とはもちろんである。濃厚床１０内の触媒は流下し、容
器下部の頚状部を通過してノ々ツフル１４上を流れ、触
媒に吸着された炭化水素及び触媒粒間の炭化水素が、一
般にはスチームであるストリッピング媒体の向流的流れ
によりストリップされる。ストリッピング媒体は入口１
５から容器６の下部に導入源れる。使用済み触媒は導管
１６を経て容器６から取出されて再生装置（図示なし）
に送られ、ここで使用済み触媒に付着したコークが酸化
されて再生触媒が得られる。

解放帯域は一般に二つの相を含有する。その一つは当業
界で稀薄相部（密度約３０ボンド／立方フイート未満）
と呼ばれる部分であって、解放帯域の上部に存在し、他
の一つは解放帯域の下部に存在する濃厚相部（密度約３
０ボンド／立方フイート以上）である。この濃厚相部に
は部分的に被毒した触媒の流動床が存在する。

多くの場合、前記の流動床を通過したス）　ＩＪツビン
グガスを除けば、ここには炭化水素が存在しないので、
触媒は飛散することなく床の境界内に残留する。本発明
で達成きれる分離は稀薄用で生起する。

反応管１の開口部から排出される流れを受けるアーム７
には、下向きに傾斜し、且つ垂直に曲がった衝突面で構
成される本発明の必須の要素が組み込まれている。アー
ム７は閉じた管である必要はない。すなわち、このアー
ムは反応管から排出された実質的にすべての触媒と接触
してその流れ方向を変えるだけの面積を持つ湾曲面を具
えていることが唯一の要件である。触媒と蒸気の混合流
がアーム７に沿って流れると、その混合流は垂直に対し
である角度をなして下向きに流れを変え、その状態で容
器６の円筒状内壁と衝突する。それ故、当該混合流がア
ーム７に沿って流れ、アームを離れると大部分の蒸気は
触媒から分離されるのである。上述した従来技術とは対
照的に、本発明ではアームで水平方向の運動量が触媒に
付与てれるので、触媒が容器６の内壁の周線に沿って流
れる結果、遠心力が触媒に付与されることになり、その
ために蒸気と固体の分離が一層助長される。つまり、触
媒粒には接線方向の速度成分と下向き半径方向の速度成
分が与えられる訳であるが、こうした事態はアームから
放出された触媒粒が解放空間の垂直軸の回りをヘリカル
状軌道で下向きに進むよう、アーム７をヘリカル状に曲
げることで実現される。

既述した通り、上記の分離はすべて稀薄用で生起するこ
とが最良である。その理由のひとつは、望ましくない反
応を避けるうえで、炭化水素蒸気と触媒の接触を最小に
する必要があるからである。ちなみに、炭化水素蒸気と
触媒の接触の度合は、稀薄用でよりも濃厚相の方がはる
かに大きい。もうひとつの理由は求心加速度の影響を最
大にするためには、解放帯域の内壁に衝突する混合流の
流速ができるだけ速い方が望ましいからであって、もし
混合流が濃厚相を流れることになるとその流速は急激に
弱まることになる。従って、アーム７は本発明の効果が
充分発揮されるよう、界面９より充分高い位置になけれ
ばならない。

第２図には垂直に関して湾曲したアーム７の一例が示さ
れている。角度αは下記の第１面と第２面が交差するこ
とで形成される直線の沿直に対する角度で定義されるが
、ここで言う第１面とはアーム７からの混合流が容器６
の内面に衝突する地点１８に於て、その内壁に接線で接
する面を意味し、第２面とは前記第１面と直交し、且つ
アーム７からの混合流の内面に向う流れ線を事実上含む
面を意味する（この流れ線は重力加速度のため僅かにカ
ーブする）。角度αは第１面中で垂直に対して測定てれ
、この角度は好ましくは約１５°ないし約４５°の範囲
にある。

第２図には角度βも示きれ、この角度はアーム７からの
混合流の流れの水平に対する角度であって、地点１８で
測定してＯｏを越え、４５°未満の範囲で変わり得る。

角度αと角度βとは余角の関係にない。すなわち両者は
同一平面上にない。

第３図にはライザー１の上部全体を覆う垂直円筒状の仕
切り１９が示され、その上端はサイクロン分離器１２の
入口１１と連通する以外は密閉され、下端は流動固体床
１０の濃厚相まで解放状態のまま延び、当該固体床１０
で密閉される。この仕切りは触媒と生成物蒸気との再混
合を抑制するのにも寄与し、従って熱分解を減少させて
ガソリン収率を向上させる。さらにこの仕切りは触媒流
を仕切り内に閉じ込めることで、反応器内を、特に内壁
及びサイクロ：／ディツゾレッグを摩耗から保護し、反
応器直径の縮少、従って建設費の削減を可能にする。

ライザーすなわち接触帯域１は図示の好ましい具体例で
は、解放容器６０円筒軸と実質的に同軸にあり、少なく
とも２本のアームがライザーの上端の周りに水平面上等
間隔で、図示の例では１８０°の間隔で２本のアームが
設けられている。アームが３本の場合は１２０°の間隔
で設けられる。複数本の各アームから出たそれぞれの混
合流が、解放容器６の内面に沿って流れる流れ方向は、
下方外向きの実質的にヘリカル状に方向付けられる。

実施例１ 図面に示した構成に対応する小規模なプラスチックモデ
ルＦＣＣ反応器を用いて、本発明を従来技術と対比した
。従来技術の装置構成と本発明のそれとの相違点は、本
発明の装置では下向きに傾斜してカーブしたアームが湾
曲している（上から見て時計方向）だけである。湾曲の
程度は、アームを離れて解放帯域と構成する円筒状容器
の内面に衝突する触媒と空気の混合流について、先に定
義した角度αを１５°とした。

また、容器内面に於ける衝突点での轟該混合流の流れ方
向が水平面に対してなす角度は、４５゜より僅かに小さ
い。触媒と空気との混合流は商業的ＦＣＣ装置での模擬
流として使用した。また本例のモデルはＦＣＣ装置に上
記した仕切りを採用して反応室の直径を従来の商業的装
置よりも小さくした模擬装置でもある。このモデルの詳
細を典型的な商業的装置と比較して次に示す。

モデル　　商業的装置 ２イザ一速度、１１７秒　　　　　　５０７０ライザ一
密度、ポンド：／ｆ　ｔ’　　　　　　　２．４　　　
　　２．４２イザーフラツクス、ポンド／ｆｔ２−秒　
　２８　　　　　１６４Ｒｘ稀薄速度、１１７秒　　　
　　　　５．８６上記の結果は解放効率が従来の標章的
丁字形デザインでは７９％であるのに対し、本発明の設
計によれば９０％であることを示している。

標準的なＴ字形デザインを施した最近の商業的装置でも
解放効率は７９％でおる。ライザー速度と２イザーフラ
ツクスが大きいこと（モデルと商業的装置では条件が若
干相違する）の解放効率に及ぼす影響は無視できるので
、本発明の設計を商業的装置に採用しても９０％の解放
効率が得られることが解る。従って、本例は本発明の有
効性を実証するものである。

実施例２ 本例は触媒−空気混合流が解放帯域の内面に衝突する地
点での水平面に対する最適角度を決定する実験手順とそ
のデータを示す。プラスチックモデルは図示のアーム７
と同様なアームを接触帯域の出口に取付けた。このアー
ムを「渦巻きアーム」と呼ぶ。このアームは水平に関し
て角度調節が可能である。モデルは２本のアームそれぞ
れを水平に対して１５０ずつ増大させて操作した。得ら
れたデータを下表に示す。表示の角度はアームの角度で
あって、触媒−空気混合流の実際の衝突角度ではないが
、アーム出口から衝突点までに重力の影響で流れ方向角
度が大幅に変わることがないので、表示の角度は実際の
衝突角度にほぼ等しい。

上表から解放効率の低下が約４５°から起こることが解
る。渦巻きアームの角度が００　（水平）であるのは、
アーム出口が衝突点に近づくと著しい摩耗が起ると考え
られるので望ましくない。

従って最適な操作角度はＯｏより大きく、４５’より小
さいと認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した流動接触分解装置の側面図で
ある。 第２図は本発明の特徴部分が明示されるよう第１図に示
す装置の一部切欠き図である。 第３図は第１図に示す装置に任意的な仕切りを設けた装
置の一部切欠き図である。 １１６− Ｆｉｇ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、垂直に延びた接触帯域を通過した蒸気と粒状固体の
   混合流から粒状固体を分離するに際し、円筒軸が実質的
   に垂直で円筒状内面を有する解放帯域の主たる部分に、
   前記の接触帯域からの混合流を下向に放出し、その放出
   にあたって混合流の流れを前記の内面の曲率に沿って下
   向きに、且つ垂直に対して正の角度に方向変換させ、固
   体を解放帯域の底部に落下させて蒸気をその上部に上昇
   させるようにした前記の混合流から粒状固体を分離する
   方法。 ２、垂直に対する正の角度が約１５°〜約４５°である
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　混合流が円筒状内面に衝突する地点に於ける当該
   混合流の水平に対する流れ方向角度がＯｏを越え４５°
   未満である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、　接触帯域が円筒状内面と実質的に同軸上にあり、
   その接触帯域はその周りに等間隔で水平面上に配置てれ
   た少なくとも２個の放出口を有し、各放出口から解放帯
   域の内面に沿って流れる混合流の各流れ方向が実質的に
   ヘリカル状に方向付けられている特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ５、接触帯域が流動接触分解法のライザー反応器であり
   、粒状固体が触媒でアリ、蒸気が炭化水素である特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ６、解放帯域がライザーの少なくとも上部を包含する垂
   直な円筒で仕切られ、その上端はサイクロン分離器の入
   口と連通ずるだけで密閉され、下端は固体の濃厚流動床
   まで延びて開放されている特許請求の範囲第５項記載の
   方法。 ７、　　（ａ）　　蒸気と粒状固体の混合流が通過でき
   る放出口を有する垂直なライザー導管、 Φ）円筒軸が垂直で、前記の放出口からの混合流が容器
   の主たる部分に放出てれるよう当該放出口を包含する円
   筒状容器、 （Ｃ）　　前記の放出口を通過した混合流が前記容器の
   内面の曲率に沿って下方向に、且つ垂直に対して正の角
   度で偏向するよう前記放出口に関して並置された曲面か
   らなる偏向手段、との組合わせからなる蒸気−粒状固体
   混合流から粒状固体を分離する装置。 ８、　垂直に対する角度が約１５°から約４５°の範囲
   である特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９゜　混合流が円筒状内面に衝突する地点に於ける当該
   混合流の水平に対する流れ方向角度がθ°を越え４５°
   未満である特許請求の範囲第７項記載の装置。 １０、　　ライザー導管を円筒状容器と同軸とし、その
   導管の周りに少なくとも２個の放出口を等間隔で水平面
   上に配置し、各放出口から容器の内面に沿って流れる混
   合流の流れ方向が実質的にヘリカル状に方向付けられる
   よう各放出口にそれぞれ偏向手段を並置させた特許請求
   の範囲第７項記載の装置。 １１、　　円筒状容器がライザー導管の少なくとも上部
   を囲む空間を仕切り、当該円筒の上端を密閉してサイク
   ロン分離器の入口と連通させ、下端を分離された固体が
   集まる濃厚流動床まで延ばしてこれに開放した特許請求
   の範囲第７項記載の装置。