(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油等の液体とその重質油を気化させる触媒等の粒体とを混合する装置において、
前記粒体を、重力方向に沿って延在する複数の配管に均等に分配する粒体分配器を設け、その粒体分配器の下方に、前記複数の配管が上部をそれぞれ貫通して内部上方まで延出し、これら配管から粒体が内部を落下する混合器を設け、該混合器の内部であって各配管の下方に、配管から落下する粒体を径方向外方に分散させる分散板を配設し、かつ、混合器内の複数の配管の外周部に、それら配管から落下する粒体群の外周近傍であってその周方向全域から重力方向下方に向けて前記液体を噴射して、分散板により分散した粒体と噴射された液体とを衝突させる液体供給部を設けたことを特徴とする混合装置。
【請求項２】
重質油等の流体とその重質油を気化させる触媒等の粒体とを混合する装置において、
前記粒体を、重力方向に沿って延在する複数の配管に均等に分配する粒体分配器を設け、その粒体分配器の下方に、前記複数の配管が上部をそれぞれ貫通して内部上方まで延出し、これら配管から粒体が内部を落下する混合器を設け、該混合器の内部であって各配管の下方に、配管から落下する粒体を径方向外方に分散させる分散板を配設し、かつ、混合器の内部に、配管から落下する粒体群の外周にその周方向全域に亙って前記流体を噴射する液体供給部を設けたことを特徴とする混合装置。
【請求項３】
前記流体供給部が、スチーム、空気等の噴射媒体を用いて液体を噴射する噴射器である請求項１乃至２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４】
前記粒体が、３００℃以上の高温であると共に、前記流体供給部に、噴射される流体への高温粒体の熱影響を防止すべく流体供給部を囲繞するように断熱手段を設けた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記混合器の内部であって前記分散板の下方に、それら分散板から分散して下方に落下する粒体をさらに分散させる分散板を少なくとも粒体の落下密度が多い箇所にそれぞれ設けた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は重質油等の流体とその重質油を気化させる触媒等の高温の粒体とを混合する混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒子状の固体を触媒または熱媒体とし、反応物と接触させる反応系は古くから知られている。このような反応系の内の一つである流動床式反応器の中には例えば濃厚流動層（気泡流動層）を用いるもの、高速移動層（高速流動層）を用いるものがある。このうち、固体と気体の接触時間を短くする必要のある反応（短接触時間反応）には高速移動層が用いられている。現在、重質油等を原料油としてガソリンを製造する流動接触分解装置においてはライザーと呼ばれる上昇流型高速移動層反応器が主流となって用いられている。この反応器は触媒性能の向上に伴い接触時間を短くすることが可能であり、これによってガソリン等の好ましい生成物の選択性が上がり、好ましくない過分解反応を抑制することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年においてはガソリンのさらなる選択性の向上あるいは軽質オレフィンの選択性の向上が要求要望されるようになり、上昇流型高速移動層反応器の特性である触媒の逆混合現象が、これらの選択性向上に悪影響を及ぼしていることから、逆混合現象が発生しない下降流型高速移動層反応器が検討され始めている。
既存の上昇流型高速移動層反応器を持つ、重質油等を原料油としてガソリンを製造している流動接触分解装置における接触反応時間は数秒であるが、軽質オレフィンを指向する場合の接触反応時間は０.１〜１.５秒程度に短くする必要がある。このような短接触時間反応を行うには反応器入口において原料油と触媒の迅速な混合・気化が不可欠となる。さらに、反応時間の短縮に伴う転化率の低下を補うために触媒循環量の増加が余儀なくされる。このような背景から反応器入口において原料油と触媒の迅速な混合・気化が行え、しかも既存の上昇流型高速移動層反応器を持つ、重質油等を原料油としてガソリンを製造している流動接触分解装置の触媒循環量（ｃａｔ／ｏｉｌ比５〜８）の数倍の触媒循環量を可能とする原料油・触媒供給混合装置が要望されている。
そこで、本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、その目的は、液体と固体粒子からなる粒体を迅速に均一混合することが可能となる混合装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の混合装置は、重質油等の液体とその重質油を気化させる触媒等の粒体とを混合する装置において、前記粒体を、重力方向に沿って延在する複数の配管に均等に分配する粒体分配器を設け、その粒体分配器の下方に、前記複数の配管が上部をそれぞれ貫通して内部上方まで延出し、これら配管から粒体が内部を落下する混合器を設け、この混合器の内部であって各配管の下方に、配管から落下する粒体を径方向外方に分散させる分散板を配設し、かつ、混合器内の複数の配管の外周部に、それら配管から落下する粒体群の外周近傍であってその周方向全域から重力方向下方に向けて前記液体を噴射して、分散板により分散した粒体と噴射された液体とを衝突させる液体供給部を設けたものである。
【０００５】
また、本発明の混合装置は、重質油等の流体とその重質油を気化させる触媒等の粒体とを混合する装置において、前記粒体を、重力方向に沿って延在する複数の配管に均等に分配する粒体分配器を設け、その粒体分配器の下方に、前記複数の配管が上部をそれぞれ貫通して内部上方まで延出し、これら配管から粒体が内部を落下する混合器を設け、この混合器の内部であって各配管の下方に、配管から落下する粒体を径方向外方に分散させる分散板を配設し、かつ、混合器の内部に、配管から落下する粒体群の外周にその周方向全域に亙って前記流体を噴射する液体供給部を設けたものである。
【０００６】
前記流体供給部が、スチーム、空気等の噴射媒体を用いて液体を噴射する噴射器であることが好ましい。また前記液体が、３００℃以上の高温であると共に、前記流体供給部に、噴射される流体への高温粒体の熱影響を防止すべく流体供給部を囲繞するように断熱手段を設けることが好ましい。さらに前記混合器の内部であって前記分散板の下方に、それら分散板から分散して下方に落下する粒体をさらに分散させる分散板を少なくとも粒体の落下密度が多い箇所にそれぞれ設けることが好ましい。
【０００７】
ところで、短接触時間反応を行うには反応器入口において例えば原料油と粒体（触媒）の迅速な均一混合・気化が不可欠である。そのためには原料油を微細な液滴（噴霧体）とすること、および触媒である固体粒子群から成る粒体の均一分散を行うことが前提条件となる。次に噴霧体と均一混合が行われなければならない。この均一混合を行うには広い空間があれば可能となるが限られた空間内においては十分には行えない。このため、それに代わる手段を得るために研究開発した結果、次のような結論に至った。
すなわち、噴射ノズル等によりある程度の液滴の微細化を行い、次にこの噴射体を粒体に衝突させ、その衝撃力によりさらなる微細化を行い、同時に粒体との均一混合を行うことである。
【０００８】
したがって、流体が複数の配管に均等に分配され、これら配管から落下する粒体が分散板により分散し、この分散した粒体と噴射された液体とが衝突し、液体がさらに微細化されるので、効率よく固液接触を行え、粒体と液体との混合を迅速にほぼ均一に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１において、１は重質油等の流体とその重質油を気化させる触媒等の粒体とを混合させる混合装置を示す。
この混合装置１は、前記粒体を、重力方向に沿って延在する複数の配管２に均等に分配する粒体分配器３を設け、その粒体分配器３の下方に、前記複数の配管２が上部をそれぞれ貫通して内部上方まで延出し、これら配管２から粒体が内部を落下する混合器４を設け、この混合器４の内部であって配管２の下方に、前記配管２から落下する粒体を径方向外方に分散させる分散板５を配設し、かつ、混合器４内に重質油等の原料油などの流体を噴射して粒体と液体とを混合させる突させる流体供給部６を設けて主になるものである。
【００１０】
粒体分配器３は、前記複数の配管（スタンドパイプ）２に均等に粒体を分布することができるならばどのように構成してもよく、例えば図１に示す例では流動層を利用するものである。
粒体分配器３を構成する流動層炉（触媒等量供給室）７は、竪型の横断面円形状、多角形状、矩形状等に形成され、図示例では円筒状に形成され、この内部下方に多孔板型分散器、パイプグリッド型分散器等の分散器例えば多孔板８が設けられている。流動層炉７の側壁には、高温の粒体（例えば固体粒子径が１〜５００μmの高温（４５０〜７００℃）のシリカアルミナ触媒粒子）を流動層用分散板８上に供給するための供給管９が接続されている。流動層炉７の下部には、流動ガス供給管１０が接続されており、スチーム、空気、不活性ガス等の流動ガスが多孔板８を介して炉７内に供給され、粒体が流動化して粒体の流動層１１が形成される。流動層炉７の底部には、重力方向に沿って延在する複数の配管２が貫通し、これら配管２の先端が多孔板８をさらに貫通して流動層炉７の内部中央まで延出している。
これら配管２の数は特に限定しないが、好ましくは３〜３０本がよく、さらに好ましくは３〜７本が望ましい。配管２の配置は、流動層炉７内にほぼ均等に配置するようにする。例えば、図２に示すように、配管２が７本の場合は６本を円周方向に所定の間隔（６０°）をおいて配置してその中心に残りの１本を配置する。配管２の径（直径）は粒体の供給量等により任意に決まるが、反応管１２の直径及び配管２の数が一定である条件において粒体の供給量が多い場合には径を大きくし、逆に少ない場合には小さくすることは勿論のことである。触媒の循環量のｃａｔ／ｏｉｌ比は５〜５０が好ましく、より好ましくは２０〜３０である。ｃａｔ／ｏｉｌ比が５未満であると、例えば触媒と原料油の接触時間が短く、つまり反応を十分に行えず、５０を越えると圧力損失、エーロージョン等の問題を生じることがある。
【００１１】
流動層炉７の下方には混合器４が配設され、この混合器４の上部を前記複数の配管２がそれぞれ貫通して配管２の下端が内部上方まで延出し、混合器４内の上方から下部に流体が落下するようになっている。混合器（原料触媒混合室）４は、例えば竪型の円筒状に形成され、その下部に混合器４と同径の反応管（垂直下降流反応管）１２が接続されている。
混合器４内の中央部であって各配管２の下方には、配管２から落下する粒体を径方向外方に分散させる分散板５がそれぞれ設けられている。これら分散板５は、同一水平面上に配置され、落下する粒体を径方向外方に分散させるものならばどんなものでもよく、例えば、配管２下端の径と同じかまたはそれ以上の径の円板、中央部が外周縁部よりも下方に窪んだ円板、皿状の円板、円錐体等である。
また、これら分散板５の下方には、分散板５から分散して下方に落下する粒体をさらに分散させる分散板１３が複数同一水平面上に設けられている。これら分散板１３の配置は、少なくとも粒体の落下密度が多い箇所に設けるようにする。例えば、上方の分散板５の間に相当する位置に設けるようにする。これら下方の分散板１３は上方の分散板５と同じものでも異なるものでもよい。分散板５、１３の段数は図示例では２段に設置したが、この段数は特に限定しないが、段数があまり多くなると混合効率が上がるが逆に圧力損失が大きくなるので、好ましくは１〜５段にするのが望ましい。
【００１２】
混合器４内の配管２の外周部には、重質油等の原料油などの流体を噴射する流体供給部６が設けられている。流体供給部６は、流体を配管２から落下する粒体群（例えば円柱状流体群）の外周全域を囲繞するように噴射するものであり、このように噴射されるならばどのように構成してもよい。この噴射角度は０°（水平方向に平行）〜９０°（重力方向下方）であり、図１の例では９０°で、図４では０°である。すなわち、図１に示す流体供給部６は、それら配管２から落下する粒体の外周近傍であってその周方向全域から重力方向下方に向けて液体を噴射して、分散板５、１３により分散した粒体と噴射液体とを衝突させるように構成されている。
【００１３】
図４に示す流体供給部６は、噴射角度が０°すなわち水平面に平行に噴射され、流体例えば液体の噴射を噴霧媒体（気体、スチーム等）を用いて行うものであり、いわゆる媒体噴霧方式の噴射ノズルの一例を示している。
この流体供給部６には、図４に示すように、断熱手段１４も備えられている。混合器４内の上部の配管２の間および配管２と混合器内壁との間には、重力方向に沿って積層するように、上から断熱スチームトレイ１５、噴霧スチームトレイ１６、原料油トレイ１７、断熱噴霧スチームトレイ１８が設けられている。前記複数の配管２はこれらトレイ１５、１６、１７、１８を貫通した構造となっている。これら配管２の外周には、配管２を囲繞するように軸方向に沿って円筒状の空間（クリアランス）１９が設けられ、この空間１９の上方が断熱スチームトレイ１５と連通し、配管２の外周を配管２に沿って下向きに断熱用のスチームが流れて、高温の配管２と原料油との断熱が行われるようになっている。
断熱噴霧スチームトレイ１８の下方（配管２下端部より下方でもある位置）には、水平方向に延在する断熱用の仕切板２０が設けられ、この仕切板２０は配管２の下端の下方に臨むように形成されている。つまり、この仕切板２０は、配管２に相当する部分に円状の開口部（配管２からの粒体が通過し得る開口部）が設けられた円板である。この仕切板２０と断熱噴霧スチームトレイ１８との間にクリアランス２１が設けられ、このクリアランス２１を断熱噴霧スチームトレイ１８からのスチームが径方向内方に流れて、高温の混合器４内と原料油との断熱が行われるようになっている。この断熱と前記断熱とで断熱手段１４が構成されている。この断熱手段１４は、原料油を高温の配管２等から断熱することができるならばどのように構成してもよい。
【００１４】
前記配管２の外周に設けられたクリアランス１９の外周には、クリアランス１９を囲繞するように軸方向に沿って円筒状の原料油（液体）の噴霧室２２が設けられている。この噴霧室２２の上部は、噴霧スチームトレイ１６に連通し、噴霧室２２内を上方から下方に高速に噴霧媒体であるスチームが流れるようになっている。噴霧室２２の原料油トレイ１７との側壁には、多数の噴射ノズル（噴射孔）２３が設けられ、原料油トレイ１７から原料油が噴霧室２２に噴射されてスチームと混合し、これが前記断熱用の仕切板２１に衝突して原料油は噴霧体となり、この噴霧体が配管２からの粒体の外周にその周方向全域に亙って水平方向に平行に噴霧されるようになっている。噴霧体の噴霧角度は、０°（水平方向に平行）〜９０°（重力方向下方）であり、好ましくは０°〜４５°がよく、仕切板２１の角度を変更することにより変えられる。図示例では噴霧角度は、０°である。また、噴射ノズル２３は、図５に示すように、噴霧室全体に原料油が噴霧されるように側壁にその周方向に所定の間隔をおいて複数配設されるもので、その数は噴霧室２２全体に原料油が噴霧されるならば任意に決められる。この噴射ノズル２３の段数、すなわち高さ方向に所定の間隔をおいて設ける段数（図示例では２段）は特に限定しないが、好ましくは１〜６段で、より好ましくは１〜３である。
【００１５】
さて、この混合装置１を用いて原料油（重質油）と高温（４５０〜７００℃）のシリカアルミナ触媒粒子とを混合する場合について述べる。
触媒粒子は供給管９から連続的に流動層炉７内の多孔板８上に供給され、そこで流動ガスにより流動化されて触媒粒子の流動層１１が形成される。このように流動層１１が形成されることにより、一部分に過剰の粒子が供給されても、流動化するうちに少ない部分に粒子が分散して、水平方向の粒子密度が均一化される。
流動層１１の層高が高くなると、粒子の一部が配管２の上端を越えてその周方向全域からそれぞれの配管２内に溢流する。このように、粒子の水平方向の密度が均一になり、この状態で流動層１１の層高が上がると、各配管２にはほぼ等量の粒子がそれぞれ流入するので、複数の配管２にほぼ均一に粒子が分配されることになる。
【００１６】
配管２に入った粒子は管２内を下方へと落下移動し、そして配管２の下端開口部から混合器４内に至る。
混合器４内では、配管２からの粒子がその下方に落下する。この落下は連続的に行われるため、粒子の量にもよるがほぼ円柱状になって落下し、落下した粒子のほとんど全部が分散板５上にぶつかり、径方向外方に分散する。例えば、分散板５が円板や皿の場合には、図４に点線で示すように、分散板５上に例えば２０度前後の安息角を持つ山（円錐状）となり、この上に粒子が落下すると粒子がその山の斜面を径方向外方に移動する。また、分散板５として中央部が外周縁部よりも下方に窪んだ円板や皿等を用いると、分散板の中央に溜まった触媒粒子が落下してくる触媒のクッションになり落下の衝撃がやわらかくなるので、エロージョンに対して有利となる。
このように、複数の配管２から粒子を落下させ、各配管に対応する分散板５でそれら粒子を径方向外方に分散するので、粒子の分散を良好に行える。
【００１７】
一方、原料油は流体供給部６から、図１に示す場合には、配管２から落下する粒体群の外周近傍であってその周方向全域から重力方向下方に向けて噴射される。この際、流体供給部６には図４に示すように断熱手段１４が備えられているため、噴射される原料油が高温（４５０〜７００℃）の触媒粒子の熱から断熱されるので、原料油はコーキングすることなく噴射される。
このように、落下する粒子群の外周を囲繞するように原料油が噴射されることにより、粒子が分散板５にぶつかって径方向外方に分散して重質油と衝突し、この衝突により重質油がさらに微細化して飛び散るので、原料油の分散が良好になる。これにより、粒子と原料油の混合を迅速にほぼ均一に行える。また、粒子と原料油との接触効率も向上し、原料油の気化も十分に行える。さらに、分散板５、１３が複数段設けられていると、再び粒子が分散すると共に、この分散した粒子と重質油とが衝突（接触）するので、粒子と重質油との接触効率がさらに良くなると共に、より一層粒子と重質油の混合が良好になる。そして、この混合体が反応管１２内を下方に移動する。
【００１８】
また、流体供給部６が図４に示すように構成されている場合には、噴霧スチームトレイ１６からのスチームが噴霧室２２内の上方に流入し、その内部を上方から下方に高速に流れると共に、原料油が原料油トレイ１７を介して噴射ノズル２３から噴霧室２２に噴射されてスチームと混合し、これが断熱用の仕切板２１に衝突して原料油が噴霧体となる。この噴霧体が断熱・噴霧スチームトレイ１８からのスチームと共に配管２からの粒体の外周にその周方向全域に亙って水平方向に平行に噴霧される。すなわち、配管２から落下する触媒粒子群（円柱状粒子）に対して、落下方向と直角に原料油が噴霧される。
噴霧された原料油は粒子と衝突して微細化し、落下する粒子群の外周近傍に飛び散り、下方に落下する。そして、粒子が分散板５により径方向外方に分散して、微細化した原料油と衝突し、さらに原料油が微細化して飛び散るので、一層原料油の分散が良好になる。また、粒子と重質油の接触効率も一層向上する。さらに、原料油と共に気体（スチーム）が噴射されると、このスチームが粒子の拡散を促進するため、より一層粒子の分散状態が良好になる。
【００１９】
したがって、触媒粒子を複数の配管２に均等に分配し、これら配管２から落下する粒子を分散板５により分散させると共に、この分散した粒子と原料油が衝突して原料油が微細化して飛び散るので、粒子と原料油の混合を迅速にほぼ均一に行うことができると共に、効率よく触媒粒子と原料油が接触する。また、触媒粒子を複数の配管２に均等に分配し、各配管２の粒子を分散して粒子と重質油の混合を行い、粒子と原料油の混合が迅速にほぼ均一に行われるので、粒体の割合が大きい場合（粒体重量／液体重量が最大５０まで）にも適用することが可能となる。
さらに、短接触時間反応をより短時間で行えると共に、反応の均一化も図れるので、例えば接触反応時間を０.１〜１.５秒程度に短くすることが可能となる。これにより、ガソリンを製造する際にはさらに一層好ましくない過分解反応の抑制を図れ、より品質のよいガソリンを製造することが可能となる。
これによって、本発明の混合装置は既存の上昇流型高速移動層反応器を持つ、重質油等を原料油としてガソリンを製造している流動接触分解装置の触媒循環量(ｃａｔ／ｏｉｌ比５〜８）の数倍の触媒循環量のｃａｔ／ｏｉｌ比５０までを可能とする。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
混合装置は図４に示す形態のものを用い、透明塩ビで製作した。その主要寸法を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003662710.tif 000002
【００２３】
粒体には、重質油からガソリンを製造する流動接触分解装置に使用されている触媒を用いた。この触媒の平均粒径は６３ミクロン、カサ比重は０．８５ｇ／ｃｍ3である。また、ノズルから噴射する流体は原料油の代わりに常温の空気を用いた。
実験条件は実装置において６００℃の触媒に原料油を噴射して混合・気化が完了した瞬間で、反応はまだ起こっていない状況を想定して設定した。この設定に基づく実験条件は触媒供給量が５０ｋｇ／ｍｉｎから３５０ｋｇ／ｍｉｎ、空気供給量は２０ｍ3／ｈから１２０ｍ3／ｈまで変化させた。さらに空気は２段目および３段目、４段目の３ヶ所から注入し、それらの割合を種々変化させた。混合状態の観察はビデオ撮影および目視により行った。
その結果を以下に示す。
（１）触媒等量供給室（分配器）からの触媒は７本のスタンドパイプ（配管）にほぼ均等に流れることを確認した。
（２）トレイからの空気を供給しないで触媒等量供給室の分散用空気のみで触媒を落下させても２段の分散板の効果により、かなり良好な分散状態が得られた。
（３）トレイからの全空気供給量は多いほど分散状態は良くなる。
（４）全空気供給量一定においては４段目トレイから水平方向に噴射する空気量の割合を増加すると、それに伴い混合状態は良くなる。
【００２４】
（実施例２）
混合装置は図４に示す形態の二次元モデルを用い、透明塩ビで製作した。各部の寸法を実施例１のものと同一であるが厚みは１ｃｍである。
触媒供給量および空気供給量は実施例１とのモデルの断面積比から実施例１の１／１５とした。混合状態の観察は実施例１と同様にビデオ撮影および目視により行った。
その結果を以下に示す。
（１）触媒等量供給室からの触媒は７本のスタンドパイプにほぼ均等に流れることは実施例１と同様であった。但し、触媒等量供給室の流動層の液面からスタンドパイプに流れ込んだ触媒は触媒量が少ない場合にはスタンドパイプの外側に多く流れる傾向を示した。
（２）トレイからの空気を供給しないで触媒等量供給室の分散用空気にみで触媒を落下させた場合には２段の分散板の効果はあるものの分散状態は十分ではなかった。トレイからの空気供給量を増加すると、それに伴い混合状態は非常に良くなる。
（３）全空気供給量一定においては４段目トレイから水平方向に噴出する空気量の割合を増加すると、実施例１と同様に混合状態は良くなる。
（４）スタンドパイプからの触媒は分散板の上に落下するが、落下した触媒は分散板に２０度前後の安息角を持つ山型を形成する。本モデルの分散板は浅い皿型であり皿の内部に溜まった触媒はスタンドパイプから落下してくる触媒のクッションになっており衝撃がやわらいでいることが確認された。この現象はエロージョンに対して有利となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、液体と固体粒子からなる粒体を迅速に均一混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の混合装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】本発明の混合器の要部を示す概略図である。
【図５】図４中のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１  混合装置
２  配管
３  粒体分配器
４  混合器
５  分散板
６  液体供給部
【図１】
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【図２】
0003662710.tif 000004
【図３】
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【図４】
0003662710.tif 000006
【図５】
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