JPS6125413B2 - - Google Patents

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
ライザー反応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180゜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「Ｔ」字形にすることがで
き、これによれば上昇流は分割されて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Ｔ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きる。従つ
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まう問
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
部表面の曲率に沿つて不向きで、且つ垂直に対し
て正の角度を持つ。従つ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、(a)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た円筒状容器、
(c)前記放出口からの混合流が前記容器の内面の曲
率に沿つて下向きに、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ツキング装置に於て
であつて、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〓〜約1200〓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
触クラツ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つて反応管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
れた蒸気はデイツプレツグ１３を介して濃厚床１
０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基しか示されていな
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
通過してバツフル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ツピング媒体の向流的流れ
によりストリツプされる。ストリツピング媒体は
入口１５から容器６の下部に導入される。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ポンド／立方フ
イート未満）と呼ばれる部分であつて、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30ポンド／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トリツピングガスを除けば、
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
成される分離は稀薄相で生起する。 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
つ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に沿つて流れると、その混合流は垂直
に対して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に沿つて流れ、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され
るので、触媒が容器６の内壁の周線に沿つて流れ
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相で生
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、稀薄相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
つて、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。従つて、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は垂直な第１面と同じ
く垂直な第２面が交差することで形成される鋭角
として定義され、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
に於いて、その内面に接する垂直面を意味し、ま
た第２面とはアーム７から容器の内面に向う混合
流の流れ線を事実上含む垂直面を意味する（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は好しくは約15゜ないし約45゜の範囲にあ
る。第２図には角度βも示され、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
つて、地点１８で測定して０゜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、従つ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ンデイツプレツグを摩耗から
保護し、反応器直径の縮少、従つて建設費の削減
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６の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の内面に沿つ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
ツクモデル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
ける衝突点での当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。

【表】 ポンド〓〓^２−秒
Rx稀薄速度、〓〓秒 5.8 6
上記の結果は解放効率が従来の標準的Ｔ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％である。ライザー速度とライザーフラ
ツクスが大きいこと（モデルを商業的装置では条
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
つて、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。プラスチツクモ
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15゜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
角度であつて、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。

【表】 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０゜（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。従つ
て最適な操作角度は０゜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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素転化プロセスで垂直に長い接触帯域
   を上向きに通過した炭化水素蒸気と流動触媒との
   混合物を、接触帯域の上端から実質的に垂直円筒
   状内面を有する径の大きい解放帯域に放出し、粒
   状固体触媒を前記の混合流から分離する方法に於
   いて、前記の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きに放出し、混合流が解
   放帯域の垂直軸に関して実質的にヘリカル軌道を
   描いて下降するよう混合流の流れを変換させるこ
   とにより、触媒粒を解放帯域の底部に落下させ、
   炭化水素蒸気を解放帯域の上部に上昇させるよう
   にした上記の分離方法。 ２ 混合流が円筒状内面と衝突する地点に於い
   て、その内面に接する垂直な面と、混合流の軌道
   を含む垂直な面とで形成される鋭角が約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角度が０゜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
   に配置された少なくとも２個の放出口を有し、各
   放出口から解放帯域の内面に沿つて流れる混合流
   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するだけで密閉され、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) 炭化水素蒸気と粒状固体触媒の混合流が
   通過できる放出口を有する垂直なライザー導
   管、 (b) 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する軸が
   垂直な円筒状容器、 (c) 前記の放出口に並置された湾曲面からなり、
   放出口を通過した混合流が前記容器の垂直軸に
   関して実質的にヘリカル状軌道を描いて下降す
   るよう混合流を偏向させるための偏向手段、 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 混合流が円筒状内面と衝突する地点に於い
   て、その内面に接する垂直な面と、混合流の軌道
   を含む垂直な面とで形成される鋭角が約15゜〜45
   ゜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角度が０゜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
   沿つ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
   れに解放した特許請求の範囲第７項記載の装置。