(57)【要約】  本発明は、ＦＣＣの原料噴射域に関する。原料噴射域は、非円形の形状である。これにより、原料噴射域での原料および触媒の間の最適浸透が可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動化粒子と、流体炭化水素原料油流れとを、流動接触分解装置の原料噴射域において混合する方法であって、
（ａ）粒子導管に流動化粒子を流通させ、
（ｂ）粒子導管および非円形導管が実質的に一定の断面積を有している場合、粒子導管からの流動化粒子を、非円形導管を備える原料噴射域に導入し、
（ｃ）前記非円形導管に位置される複数の原料噴射器を通して、流体炭化水素原料を原料噴射域に噴射することを特徴とする混合方法。
【請求項２】
非円形導管は、楕円形状、矩形状、正方形状、または半円形状もしくは半楕円形の端部の平行な二つの辺であることを特徴とする請求項１に記載の混合方法。
【請求項３】
非円形導管が楕円形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合方法。
【請求項４】
非円形導管が矩形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合方法。
【請求項５】
原料噴射器は、噴射域における触媒の軸流方向に垂直な面に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の混合方法。
【請求項６】
原料噴射器は、噴射ノズルであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の混合方法。
【請求項７】
原料ノズルからの流れの方向は、触媒の軸流に対して垂直（９０度）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の混合方法。
【請求項８】
原料噴射ノズルの角度は、流れの方向に対して２０〜９０度であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の混合方法。
【請求項９】
原料噴射域は、原料の最適な浸透性を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の混合方法。
【請求項１０】
原料噴射域内に噴射された原料は、０．３３Ｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅに等しい浸透性を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動接触分解装置の原料噴射域に関する。特に、原料および触媒の最適混合を得るために、原料噴射域の幾何学的配置が、当該原料噴射域が非円形となるように変更されている。
【背景技術】
【０００２】
高沸点炭化水素をより軽質の炭化水素に転化する流動接触分解方法においては、流動化状態の触媒粒子は、少なくとも一つの接触域において炭化水素と接触される。炭化水素と触媒との接触の態様は、流動接触分解装置（「ＦＣＣ」）の性能に著しい影響を与えることができる。もし、ＦＣＣのライザー中の触媒粒子を、原料混合域において炭化水素と完全にかつ瞬間的に混合することができれば、それは大きな利点となる。しかしながら、これは物理的に不可能である。ＦＣＣの性能を向上させるために、炭化水素と触媒との混合を最適化するための多大な努力が続けられてきた。
【０００３】
原料混合域における混合を向上させるための努力は、原料を噴射するために用いられる噴射ノズルおよび触媒と原料とが混合される態様に集中している。噴射ノズルの一つの目的は、できるだけ微細な原料の分散体を形成することである。微細な油滴の形成方法は、流体噴霧として知られており、オリフィス寸法、圧力の損失並びに流体密度および粘度などの要因により影響される。
【０００４】
原料および触媒の混合に影響する一態様においては、原料の調製に注目している。例えば原料は、噴霧される前にガスストリームに混合されてもよい。原料は、触媒に接触する前に、オリフィスを通じて混合チューブ内に吐出されてもよい。原料、触媒またはこの両者は、混合される前に加速されてもよい。ライザー中において、触媒粒子を加速させるためにリフトガスを用いてもよい。
【０００５】
また、原料噴射器の向きも原料の混合に影響する可能性がある。ある場合には、原料は、ライザーの外周周辺に配置されたノズルを通じて放射方向に方向付けられる。その他の、ノズルの配設および噴射方法は、ベンチュリ効果を発生させることに集中されている。これは、触媒、原料またはその両方の導管に制限を設けることにより達成される。他の方法および装置は、混合域の異なる断面を含む、制限された開口の側面から、交差するよう原料が噴射される原料噴射構成を含んでいる。
【０００６】
触媒を加速させることにより入力されるエネルギーが圧力損失をもたらすと共に触媒循環を制限するので、触媒を加速させることに依存することなく、ＦＣＣ装置の混合域を最適化する利点がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、触媒および原料の混合を向上させるための方法に関する。したがって、本発明は、流動化粒子と流体炭化水素原料油流れとを、流動接触分解装置の原料噴射域において混合する方法に関し、
（ａ）粒子導管に流動化粒子を流通させ、
（ｂ）粒子導管および非円形導管が実質的に一定の断面積を有している場合、粒子導管からの流動化粒子を、非円形導管を備える原料噴射域に導入し、
（ｃ）前記非円形導管に位置される複数の原料噴射器を通して、流体炭化水素原料を原料噴射域に噴射することを特徴とする。
【０００８】
他の実施形態においては、本発明は、流動化粒子と流体炭化水素原料油流れとを、流動接触分解装置の原料噴射域において混合する方法に関し、
（ａ）粒子導管に流動化粒子を流通させ、
（ｂ）粒子導管および矩形導管が実質的に一定の断面積を有している場合、粒子導管からの流動化粒子を、矩形導管を備える原料噴射域に導入し、
（ｃ）前記矩形導管に位置される複数の原料噴射器を通して、流体炭化水素原料を原料噴射域に噴射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
非円形導管を使用することにより、導管の側面から噴射された原料の噴流が、より効果的に触媒粒子のストリームに浸透することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ＦＣＣ方法は、通常、流動接触分解反応器および再生器を含んでなる。ＦＣＣ反応器は、原料噴射域と、これに続く、予熱された流動化触媒粒子が炭化水素原料に接触させられる反応域とを含む原料ライザーを包含する。反応域からの廃触媒粒子がストリッピング域を流過され、およびストリップされた触媒が再生器に移送される。原料噴射域は、一般的には、円形触媒ダクトについて離間した複数の原料噴射器を含んでなり、一方、反応域は一般的には、原料噴射域の下流にあるライザーまたはパイプライン状コンタクターである。
【００１１】
ＦＣＣ反応器に対する原料としては、減圧および常圧軽油、軽質分解軽油、コーカー軽油、減圧および常圧蒸留装置からの残油、ホールおよび抜頭原油、アスファルトおよびアスファルテン、循環油などの熱分解由来のオイル、タールサンドおよびコール由来のオイル、シェール油、合成のクルード並びにその他を含む原料の個別のものまたは混合物とすることができる。原料は、望ましくない成分を除去するため、例えば水素化処理または溶媒処理などにより前処理されてもよい。
【００１２】
ＦＣＣ触媒は、シリカ−アルミナなどの非晶質、結晶質またはこれらの混合物とすることができる。結晶質触媒は、モレキュラーシーブ（分子篩）、好ましくはゼオライト類である。ゼオライト類の例としては、Ｘ型、Ｙ型、ＲＥＹ、ＵＳＹ、ベータおよびその他が含まれる。触媒におけるゼオライトの含量は、一般的には、触媒に基づいて１５〜４０重量％の範囲にある。触媒は、普通、５０〜２００μｍの範囲内の平均粒子サイズで微細に分割されている。
【００１３】
一般的なＦＣＣ反応域条件は、温度４２７〜７３２℃（８００〜１３５０°Ｆ）、圧力１３５〜５１５ｋＰａ（５〜６０ｐｓｉｇ）、触媒接触時間０．５〜１５秒、および触媒の原料に対する重量比０．５〜１０を含む。原料は、１７７〜４５４℃（３５０〜８５０°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００１４】
ライザーのＦＣＣ反応域においては、流動化された加熱触媒粒子が噴霧化された原料に接触させられる。原料は、急速に気化されて、ガソリン、ディーゼル、ジェット、ケロシン、加熱用オイルおよびその他などのより軽質の生成物に、分解される。気化された生成物および廃触媒は、反応器の上部分離セクションで分離される。廃触媒粒子は、一般的には、水蒸気によりストリップされて、追加の生成物が回収される。このストリップされた触媒粒子は、コークが燃焼されている再生器に移送される。そして、再生された触媒は、ライザーへ再循環される。
【００１５】
一般的なＦＣＣライザーにおいては、原料噴射域は円形であり、流動化された触媒が上方向に流れて、触媒は、円形原料噴射域の外周周辺部に位置されたノズルを通じて噴射された噴霧化原料に接触される。原料および触媒の混合を向上させるために、噴射域の直径が変更されてもよく、および／またはノズルの設計／向きが変更されてもよい。ＦＣＣ反応器を通じる総設計処理量（触媒流量）が増加すると、一般的には、ライザーおよび原料域の断面積および円周が大きくなる。設計供給速度が増大すると、噴射ノズルの数および／またはサイズが増加される。原料噴射器は、一般的には、原料噴霧について高度に適正化されており、並びに、ある特定のノズルに係る流量および排出条件の範囲は、これらの設計上の考察により制限されている。多くの場合、原料噴流と触媒ストリームとの間の噴流混合は、触媒ストリームの特性およびライザーの寸法での最適な浸透および混合を可能とするために、原料噴流の特性を変えることができないという理由から最適化されていない、または最適化することができない。
【００１６】
異なる直径の円形ダクトを流れる流体を混合させるときの流体挙動を予測するために混合理論を用いることができる。図１は、直径Ｄ２およびｄ１のダクトを通じて、互いに角度θ＝９０度で流れる二つの噴流の間における、噴流の混合を簡略図で示す。噴流は、多様な質量流量、密度および流速を有する流体よりなる。二つの噴流の最適な混合は、特性速度、密度、流速、およびダクト径に関する式により特徴づけることができる。二つの噴流の間の相対角度θ＝９０度である場合における例を示す。二つのダクト１Ａおよび２Ａを流れる二つの流体１および２が相互に接触される、図１に示される状態においては、Ｍ１およびＭ２は、それぞれ、流体１および２の質量速度、ρ１およびρ２はそれぞれの密度、ｕ１およびｕ２はそれぞれの流速、Ｄ２は大型ダクト２Ａの有効または同等直径およびｄ１は小型ダクト１Ａの有効または同等直径、並びにθは、流体１および２による二つの噴流の間の接触角である。θ＝９０°である噴流については、Ｙｍａｘ／Ｄ１＝１．２５（（ρ１ｕ１２／ρ２ｕ２２）０．５）（Ｍ１／（Ｍ２＋Ｍ２））である。ここで、Ｙｍａｘは、大型ダクトに流れる小型噴流の浸透限界である。流体１および２の最適混合については、Ｙｍａｘ＝０．３３Ｄ２、すなわち、大型ダクトの直径の０．３３倍であることが示されている。二相にガスを噴霧化する原料噴射器を具えているＦＣＣ原料噴射の場合には、噴射域における触媒密度ρ２は、１０〜３５ｌｂ／ｆｔ３の範囲となり、並びに、原料噴射域に進入する触媒の速度ｕ２は、２〜１０ｆｔ／ｓの範囲となるであろう。原料噴流の密度ρ１は、５〜２０ｌｂ／ｆｔ３の範囲となり、並びに原料噴流の速度ｕ１は、７５〜３００ｆｔ／ｓの範囲となるであろう。触媒ダクトの直径Ｄ２は、１〜４ｆｔとなり、並びに原料噴射器ダクトの直径Ｄ１は、０．０５〜０．７５ｆｔとなるであろう。質量速度Ｍ２およびＭ１のそれぞれは、触媒ストリームについては３３０〜３３００ｌｂ／ｓおよび個別の原料噴射器噴流については１０〜５０ｌｂ／ｓであろう。密度、流速、質量速度、および原料噴流直径の種々の値が式に代入されると共にＹｍａｘについて解かれた場合、これがＤ２と比較される。Ｙｍａｘ＝０．３３Ｄ２であるとき、最適混合が生じることが実験的に判明した。
【００１７】
Ｙｍａｘ＝０．３３Ｄ２であるとき、二つの流体の間における混合が最適化され、すなわち、これは、二つのダクトを流れ、９０度の接触角で一緒に混合される二つの流体の間の最適な浸透限界である。これは、二つの流体の温度が異なる場合、または一方の流体が気化などの相変化を経た場合に、大型ダクトおよび噴射点の下流にわたる温度分布を計測することにより実験的に明らかにすることができる。相対角度が９０度である、流体の単独の噴流について記録されたある特定の場合は、最速で温度が平衡化したことによりＹｍａｘ＝０．３３Ｄ２である場合に最良の混合が得られることが示されている。浸透限界が０．３３Ｄ２を超える場合、またはそれ未満である場合には、混合の発生には、より時間がかかり、並びに温度の平衡化により時間がかかった。
【００１８】
上記の流体混合概念は、ＦＣＣライザーでの触媒流に対する噴射域からの原料の噴霧に対して適用可能である。この概念は、触媒ストリームの軸に対する原料噴射器による噴流の角度の値が９０度以外である場合に適用することもできる。この場合には、Ｙｍａｘは、触媒流の軸および原料噴射器による噴流の軸の間の角度シータ（θ）の関数となり、並びに、最適な噴流混合に対するＹｍａｘの値は、この角度シータ（θ）の関数となるであろう。複合噴射点を具えた従来の円形ダクトにおいては、この最大最適浸透値を達成するためにシステムを設計できないかもしれない。しかしながら、非円形システムにおいては、上記混合モデルに基づいて二つの流体としての触媒および原料の間で最適浸透を達成するようシステムを設計することが可能である。
【００１９】
本方法は、最適混合を達成するために原料噴射域の幾何学的配置を変更するものである。特に、原料噴射域は、噴射域に至る原料ライザーのセクションおよび噴射域自体の断面積が実質的に同一であることを条件として、非円形域の幾何学的配置を含む。換言すると、本方法は、原料ノズル効率を向上させるのではなく、または原料／噴射域の断面積を変更若しくはノズル効率を向上させることによるベンチュリ効果および圧力損失のいずれにも依存することなく、噴射域自体の幾何学的配置を利用することにより、混合を向上するものである。非円形幾何学的配置とは、噴射域が、平面図上において楕円形状、正方形状、矩形状または半円形状もしくは半楕円形の端部の二つの辺よりなる形状であってもよいことを意味する。好ましい非円形幾何学的配置は、楕円形状、矩形状または半円形状もしくは半楕円形の端部の二つの辺を含む。好ましい楕円形状は、主軸副軸比が１．２〜５．０のものである。
【００２０】
非円形原料噴射域は、原料を流体化された触媒に噴射するための複数の噴射ノズルを包含する。好ましいノズルは、最高度の原料噴霧を実現できるものである。これらのノズルは、噴射域の触媒の軸流の方向に垂直な面に配設されていてもよい。原料ノズルからの流れの方向は、触媒の軸流に対して垂直（９０度）、または、この流れの方向に対して２０〜９０度の角度とされてもよい。
【００２１】
図２および３は、噴射域の、一般的な大型および小型の円形噴射域の断面をそれぞれ示す。図２は、流動している触媒を含む大型ダクトが一連の放射状原料噴射ノズルを有する、一般的な大径ＦＣＣ原料噴射域の断面の平面図を示す。質量速度、密度、流速、およびダクト寸法の間の関係が最適でない場合には、流動している触媒ストリームに対する原料噴流の浸透が、確実に最適な混合および二つのストリームの接触を行うのには不十分であることがある。図３は、流動している触媒含む、大型ダクトが一連の放射状原料噴射ノズルを有する、一般的な小径ＦＣＣ原料噴射域の断面の平面図を示す。質量速度、密度、流速、およびダクト寸法の間の関係が最適でない場合には、流動している触媒ストリームに対する原料噴流の浸透が、確実に最適な混合および二つのストリームの接触を行うのに必要とされる度合いを超えてしまうことがある。
【００２２】
図２において、符号１２が付された直径Ｄ２の大径円形ＦＣＣ原料噴射域１０の断面には、複数の原料噴射ノズル１４が含まれている。Ｙｍａｘは、最大原料浸透１８の距離１６である。接触角θ＝９０°である場合には、Ｙｍａｘが０．３３Ｄ２未満であると、浸透不足および非最適噴流混合が生じることとなる。
図３では、符号２２が付された直径Ｄ２の小径円形ＦＣＣ原料噴射器２０の断面には、複数の原料噴射ノズル２４が含まれている。Ｙｍａｘは、円形断面２０および最大原料浸透２８の間の距離２６である。接触角θ＝９０°である場合には、Ｙｍａｘが０．３３Ｄ２を超えると、過剰浸透および非最適噴流混合が生じることとなる。
【００２３】
図４は、触媒について非円形（矩形状）ダクトを用いた本発明の実施形態の利点を示すものである。この場合には、ダクトの断面積は、上流の円形触媒ダクトに対して一定に維持することができ、従って、触媒ストリームについてほとんど摩擦による圧力損失がなく、および触媒を加速させるのにエネルギーを必要としない。しかしながら、原料噴流と触媒ストリームとの間の最適混合に必要とされる特性寸法Ｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅは、断面積が一定に維持されるようダクトの幅Ｗを変化させることにより、いかなる上流のダクト直径Ｄ２についても得ることができる。
【００２４】
図４においては、複数のノズルが、矩形形状の原料噴射域の触媒の軸流に垂直な面に配設されている。矩形状の断面３０は、長さ（Ｌ）３２およびＤｅｆｆｅｃｔｉｖｅに同等の幅（Ｗ）３４を有している。複数の原料噴射器３６は、この原料噴射域の両方の長辺側に沿って位置されている。Ｙｍａｘは、端部４２と最大原料浸透４０との間の距離である。
この場合には、角度シータが９０°であると仮定すると、Ｙｍａｘは０．３３Ｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅとなり、矩形状噴射域で最適噴流混合を実現することができる。幅３２×Ｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅに等しいいかなる望ましい触媒流面積に対しても、噴流混合を最適化するために寸法Ｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅを特定づけることができ、そして、流れ断面積が維持されるように、並びに流れている触媒ストリームに著しい圧力損失が生じることのないように、必要な面積を得るためにダクト幅を変更することができる。噴射角度が９０°以外であるとき、ダクト長さおよび幅は、最適な浸透が得られるように必要な流れ断面を維持しつつ調整することができる。
【００２５】
噴射域の断面の形状が最適でない場合には、噴流混合は最適化されることがなく、および原料と触媒との間の接触性が劣ることとなる。原料および触媒の不良混合は、収率選択性の悪化をもたらすと共に収益性の損失をもたらす。例えば、断面円形原料噴射域においては、混合を向上させることにより、選択性を向上させることができることが示されている。表１は、コークの混合の向上による効果並びに断面円形ライザーでの原料に対するガス選択性および転化率を示す。表１は、原料噴射器噴流の有効直径ならびに流れている触媒ストリームに係る速度、質量速度、および噴射角度を変更したときの、市販のユニットの性能比較を表すものである。この場合、触媒ダクトの寸法および触媒ストリーム特性は変更されていない。
表１から明らかなように、Ｃ２−乾燥ガス選択性［二次選択性＝収率／（転化率／（１００−転化率））］が１６％低減され、ボトム選択性が１４％低減され、また、コーク選択性が６％低減された。
【００２６】
【表１】
2007510780.tif 000002
【００２７】
データによれば、噴流浸透および最適混合の重要性が提示される。噴射域の幾何学的配置を変更することによって、更なる向上でさえも得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】互いに角度θ＝９０度で流れる二つの噴流の間における、噴流の混合を示す概略図である。
【図２】一般的な大径ＦＣＣ噴射域の断面の平面図である。
【図３】一般的な小径ＦＣＣ原料噴射域の断面の平面図である。
【図４】非円形ＦＣＣ原料噴射域の断面の平面図であり、触媒について非円形ダクトを用いることによる利点を明示する。
【図１】
2007510780.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007510780.tif 000007
2007510780.tif 000008