JPS60161739A - 三層流動反応器 - 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】 本発明は気体、液体、固体の三相流動反応装置に関する
ものであり、更に詳しくは反応装置内に充填された固体
層が、上方に流動化しつつ流動する気体及びもしくは液
体流により一定層高に膨張し維持される三相流動反応装
置の流動固体層（以下沸騰相という）の上部に設置され
る気体・液体混合物と固体の分離装置に関するものであ
る。

一般に気体、流体、固体の三相流動反応は、三相のｊχ
触効率が良好であり、かつ気、液、固相の々見合がよい
ことから、反応装置として使用されている。特に同相と
して触媒を用いる重質炭化水素の水素化分解反応に水素
化精製反応に有効であり、本反応にて脱窒素、脱硫黄、
その他きよう雑物の除去が達成される。重質炭化水素と
しては・残渣油、軽油、タールサンド、ビチューメン、
天然アスファルト、石炭、液化油及びリグニン、油脂等
があり、これらきよう雑物とし、てバナジウム、ニッケ
ル等の重金属や窒素、硫負及び酸素化合物等及びシリカ
、アルミナ等を主体とする砂や灰分がある。

また本反応に使用される触媒は、アルミナ担体゛−及び
／又はアルミナ、シリカ担体にＶｌ族及び■■族の担持
金族よシ構成されておシ、これらの反応条件としては反
応温度３００〜４５０℃、反応圧力４０〜３００気圧、
ＬＨ５ｉ　Ｖとしテ０．２５　ｈｒ−’　以上であり、
これらの反応においては大きな発熱反応であり、かつ反
応物質が重質且きよう雑物を多く含むため下記する三相
流動反応装置としての特徴が際立ってくるものである。

（１）沸騰和尚温度の均一化 三相流動反応装置の沸騰相においては、沸騰相内を上昇
する気体による逆混合及び沸騰相内外を多量に循環液体
により沸騰相内の温度分布は程んどなく、沸騰相下部の
温度差（Δｔｂ）は数℃である。

他方同一操作条件下における固定相反応器における温度
差（△ｔｂ）は数１０℃であり、明らかに三相流動反応
装置の方が固定相反応器に比べ反応器内の温度が均一で
あり、触媒層内のヒートスポットを現出しにくいため、
触媒劣化が少ないといえる。

（２）運転制御が容易 沸騰相内の温度分布が程んどないことにより、三相流動
゛反応装置は温度制御すなわち運転制御性が良好である
。つまり三相流動反応装置の昇ｉ温時（系のスタートア
ップ、シャットダウン）の運転が容易であり、且定常運
転時においても運転が容易である。

（３）運転操作時間の延長、触媒寿命の長期化固定相反
応器においては、反応液体の偏流に反応熱の蓄積により
触媒層内にヒートスポットが現出し、触媒寿命を短期化
するコーキングが触媒表面にて生起する。壕だ反応液体
が重質炭化水素であるため、これら流体に同伴される灰
分が触媒層内に堆積し触媒の有効利用率の低下や偏流の
原因となるため、触媒が流動化している三相流動反応に
比べ触媒寿命が短い。

また三相流動層反応器は運転期間中に触媒が出し入れ可
能であり、触媒寿命がつきた際に触媒を連続的に入れ換
えることにより運転休止なしに連続運転ができるといっ
た特徴がある。

・また三相流動反応器では沸騰相内の温度分布が小さく
、温度制御性が良好であるといったことより、従来の固
定相反応器では反応の暴走や触媒のコーキングというト
ラブルのだめに運転が不可能であった。４００℃以上の
高温域における運転が不能となったためよシ一層の触媒
使用が可能となった。その理由は重質油の水添反応や、
重、質油の直税といった反応操作において、触媒の劣化
により反応率が低下すると反応温度を上昇させて反応率
が一定となるように操作している。よってよシ高塩の運
転が可能であればそれだけ見掛けの触媒寿命が長期化し
たことになる。

すなわち三相流動層反応器においては触媒分布の長期化
と運転時間の延長が可能である。

以上述べた三相流動層反応器においては、触媒層は静止
時層高の１．１〜２．０倍の適度の膨張と気体、液体の
均一混合が不可欠であり、これらの定常的に維持するこ
とが操作上不可欠−である。特にこれらの安全運転要素
のうちの従来の触媒層高の維持は、気体、流体の上昇速
度の制御により触媒のキャリオーバを防止することによ
シ達成していた訳であるが、触媒（固体）の流動化に起
因する触媒の摩耗、損耗による触媒粒径の微小化があり
、触媒サイズ変化によシ気体、流体上昇後に同伴する微
小触媒粒子が増加する。つまり触媒のキャリオーバは触
媒の三相流動反応器内の滞留時間の減少−すなわち見掛
は触媒寿命゛の短期化−１ひいては三相流動反応器ボリ
ュームの増加を引起したり、製品油中への触媒粒子の混
合を引起したり、また液体ｍＷ水ポンプ損耗（一般に触
媒の担体がシリカ、アルミナ系であシ、高゛硬度である
。）が生起し７、触媒のキャリオーバ防止が不可欠であ
る。

前述のように触媒のキャリオーバ防止の一策として、気
体、流体の上昇速度の制御があるが装置の安定運転、経
済運転を達成するにはその運転範を大きく変化させるこ
とは困難であるといえる。

また触媒のキャリオーバを防止するためだけの目的にお
いて触媒サイズを大きくするこころみもあるが、触媒サ
イズの巨大化は気体、液体上昇速度の向上、触媒単体体
積あたりの上も表面積の低下による触媒有効利用率の低
下といつだ不経済面があり好ましくない。

本発明は触媒のキャリオーバを効果的に防止することを
目的とする。

本発明を添付図面の実施例により説明する〇三相流反応
器１内は、濃厚触媒層１２及び希薄触媒層１３、ガス層
１４によシ構成され、さらに濃厚触媒層１２と希薄触媒
層１３との境界相６（以下触媒界面６と呼ぶ）及び希薄
触媒層１３とガス層１４との境界相７（以下液界面７と
呼ぶ）よりなる。濃厚触媒層１２は主体的に触媒粒子（
２０〜３２５メツシユ）が自由に流動化し、原料油が水
添処理される領域であり、希薄触媒層１３はほとんどが
反応液体とガスより構成され、これら流体に一部のキャ
リオーバした触媒粒子が浮遊している領域であり、ガス
層１４は反応用ガスの水素ガス、反応生成ガスの軽質炭
化水素ガス、硫化水素、アンモニア、水蒸気の混合物で
構成された領域である。

丑た三相流動反応器１では触媒のキャリオーバを防止す
る目的で触媒界面６を明瞭にするように運転条件を決定
している。本三相流動反応器１は、ノズル８より供給さ
れる原料油及び水素ガスならびに循環ポンプ３よりノズ
ル２を経て循環される多量の液体が触媒流動化を効率よ
く行なわせる為の流動化板１１より上昇流となり、濃厚
触媒層１２が自由に流動化され、触媒は触媒界面６を構
成させるように循環ポンプ３流量が決定される。また循
環ポンプに供給される液体は触媒、ガス相分離器５（以
下サクションマウス５と呼ぶ）より効果的にガス、触媒
が分離され、ノズル４を経て循環ポンプ３に循環される
。またガスはノズル９を経て系外へ抜かれ、反応生成油
は液界面７が一定となるようノズル１０を経て一定量抜
出される。

本３相流動反応器の運転において、特に重要な点は、触
媒界面６レベルをサクションマウス５に付属するダンパ
１７より下に維持し、且液界面７をサクションマウス５
側板を構成するパンチングメタル１６ａ、　１６ｂ、　
１６ｃの上端〜下端間に存在するように運転することが
触媒のキャリオーバ防止を効果的に実施するだめ不可決
である。すなわち触媒界面６が触媒ダンパ１７よシ上部
にあるとサクションマウス５内にて捕集された触媒の触
媒ダンパ１７からの排出が円滑にいかない。

第６図、第７図に示すよちにノズル４の上端の支持体１
８に触媒ダンパ１７ａ−ｃを枢着しておく、触媒が底板
２０上に僅か堆積しても触媒ダンパー７に遮けられて落
下しない。然し触媒が底板２０上に多量に堆積すると触
媒ダンパ１７を押して触媒が触媒ダンパ１７と底板２０
との隙間から落下し、触媒が落下すればダンパ１７は元
に戻り底板２０に接触する。

三相流動反応器１の上部内面より吊具１５を介してザク
ジョンマウス５を懸垂し、さらに固定治具２１を介して
パンチングメタル１６ａ、　１６ｈ＋、１６ｃを支持し
、パンチングメタル１６ａの下部により底板２０を支持
する。

なお中央のノズル４は分りションマウス５とはフリーで
ポンプ３によシ支持されている。

壕だ液界面７のレベルがパンチングメタル１６ａ１１６
ｂ、　１６ｃより下にあれば循環液が不足するため循環
ポンプ１３の運転不良を引き起す原因となる。

まだ液界面７がパンチングメタル１６ａ、　１６ｂ、　
１６ｃより上になるとパンチングメタル１６ａ、　１６
ｂ、’　１６ｃによる触媒の捕捉効果が極端に悪くなる
ため、液界面７の制御が重要である。すなわち希薄触媒
層１３を−Ｌ昇してくる液、気体は触媒微粒子を同伴キ
ャリオーバしてくるが、上昇流がサクションマウス５に
流入するために横向き流れとなり、流れは第３図に示す
ようにパンチングメタル１６ａの穴１９より流入し、パ
ンチングメタル１６ｂに衝突して触媒粒子は重力慣性支
配となり沈降分離される。分離効率をあげるためにはパ
ンチングメタルの数を増設すれば対応できるわけであり
、経済性に対応してその数を増減できる。ノ（ンチング
メタル１６　（］　−、ｉ、　６　ｂ　−、１６ｃによ
り沈降分離された触媒粒子は前記した如くサクションマ
ウス５の底板２０に沿って触媒ダンパ１７の所まで沈降
降下する。

すなわちパンチングメタル１６ｂ、　１６ｃは触媒粒子
がその下端と底板２０の間隙を移動できるだけの間隙を
有することが必要であり、よってパンチングメタル１６
を支持するための吊具１５及び固定治具２１ａ〜２１ｄ
が備わっている。

サクションマウス５内で捕捉された触媒は触媒ダンパ１
７の前面に堆積し、その堆積量類ダンパ支持体１８に回
転支持された触媒ダンパ１７の抵抗を超え次場合に触媒
ダンパが回転し底板２０との隙間より落下する。落下し
た触媒は濃厚触媒層１２に混入する。よってキャリオー
バする触媒は効果的にパンチングメタル１６ａ、　１６
ｂ、　１６ｃ　により捕捉され、触媒ダンパ１７ａ〜１
７ｄより効率的にサクションマウス５系外に排出される
ことで、触媒界面を長時間一定に保持することが可能と
なった。

実験例１（従来装置による） パンチングメタル、を有さないサクションマウスを有す
る従来型のものを使用し、流体として灯油、ガスとして
窒素ガス、触媒はシリカ／アルミナ、触媒担体であって
そのサイズは１／１６インチの押出成型品を冷間テスト
装置に８．５を投入し、ガス及び灯油の空塔基準の流速
をそ゛れぞれ３ｃｕｙ菊ｃ、　２ｃｍ／Ｓｅｃとして常
温、常圧にて連続運転を実施した。

その際供給液量と循環流量の比を８０倍とし液界面７を
サクションマウス５より上に維持するように制′呻しミ
　５０１１ｒ　、−１ｏｏ　１１ｒ、２５０ｈｒの触媒
層高（静止）よす冷間テスト装置内の触媒残存量をめた
。

上の結果、初期に投入した触媒の２０％が２５０　ｈｒ
後に系外に排出されていた。

実験例２（本発明による） 第２図に示すパンチングメタル１６を具えるサ　。

クションマウス５を有する冷間テスト装置にて来験例１
と同様の条件で連続テストを実施した。ただし本テスト
における液界面７゛はパンチングメタル１６ａ、　１６
ｂ、　１６ｃの上端と下端の間に位置するように液レベ
ルを保持した。テスト結果を下記に示す。

その結果２５Ｏｈｒ後・の触媒残存率は９６％（実験例
１では８０％）とほとんど触媒はキャリオーバに′より
排出されていなかった。またその後１５０ｈｒ（通算４
ｏｏｈｒ）の運転を継続したが触媒残存量は２５０ｈｒ
時と同様の８．２ｔ（残存率９６％）であり、本発明の
優位性が実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の三相流動反応器の縦断正面図、第２図
は第１図の上部の拡大図、第３図はパンチングメタルの
作用説明図、第４図はサクションマウス拡大正面図、第
５図はサクションマウスの平面図、第６図は触媒ダンパ
と底板との関係を示す平面図、第７図は同正面図である
。 １・・三相流動反応機、４・・ノズル、５・・サクショ
ンマウス１．１５・・吊具、１６ＩＩ１１パンチングメ
タル、１７・一番触；Ｍｔダ・ンパ、１８・・ダンパ支
持体、１９・・穴、２０・・底板、２１・・固定治具。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 触媒反応の固体触媒、液、ガスが連続的に接触しつつ反
   応する反応帯域において固体触媒層を液及びガスが上昇
   流にて流通し、もって固体触媒層が流動する円筒型反応
   器において、前記固体触媒の系外への溢流を防止する邪
   魔板を設け、当該邪魔板が反応器軸芯と同軸の同筒であ
   ってその最外側が反応器軸芯と同軸のじょうご状の底板
   を有し且つその内側の円筒にあっては最外側の円筒のじ
   ょうご状の底板とは接しないだけの距離を隔てて反応器
   軸芯と同軸に複数個配置したこと、前記円筒は液を流通
   させる多数の穴を有し且つこれら多数の穴を相互に貫通
   しない位置に設置したこと、および前記底板の最下端に
   備けられた触媒ダンパにより逐次系外に排出するように
   したことを特徴とする三層流動反応器。