(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接接触分解システムを使用して、未蒸留および未分画の炭化水素原料を炭化水素生成物に転化する方法であって、方法は、移動床反応器供給物が移動触媒床反応器内の複数の触媒反応帯中に含有される直接分解触媒と混合するように、前記移動床反応器供給物を前記直接接触分解シテムの前記移動触媒床反応器に導入する工程であって、前記移動床反応器供給物は、蒸気ならびに未蒸留および未分画の炭化水素原料を含む、工程と；前記直接分解触媒を前記移動触媒床反応器の前記触媒反応帯に導入する工程と；内部温度プロファイルが前記移動触媒床反応器の動作長に沿って維持されるように、前記直接分解触媒を含む移動触媒床が前記触媒反応帯中に維持されるように、前記炭化水素原料が前記直接分解触媒の存在下で生成炭化水素に転化し、前記直接分解触媒が前記触媒反応帯中で使用済み直接分解触媒に転化するように、前記使用済み直接分解触媒が前記触媒反応帯から触媒再生システムに移動するように、かつ前記炭化水素生成物が前記移動触媒床反応器から生成され、前記炭化水素生成物が軽質オレフィンおよびＣ６−８芳香族を含むように、前記直接接触分解システムを動作させる工程であって、前記直接接触分解システムは移動触媒床反応器および触媒再生システムを含み、移動触媒床反応器は、前記触媒反応帯を有し、かつその動作長に沿って、前記移動触媒床反応器に対する前記内部温度プロファイルを維持するように動作する、工程と、を含み、
前記移動触媒床反応器内の各触媒反応帯が固定温度帯を有し、
前記炭化水素生成物中の前記軽質オレフィン対前記Ｃ６−８芳香族の重量比は、２〜２０の範囲内である、方法。
【請求項２】
前記蒸気対前記炭化水素原料の重量比は、０．１〜２の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動床反応器供給物はさらに酸素を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記移動床反応器供給物はさらに水素を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記移動床反応器供給物はさらに再利用可能な炭化水素原料を含み、前記再利用可能な炭化水素原料対前記炭化水素原料の重量比は０．１〜０．７５の範囲内である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記再利用可能な炭化水素原料は生成炭化水素を含み、前記生成炭化水素対前記炭化水素原料の重量比は０．２〜０．７５の範囲内である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記軽質オレフィンはエチレンおよびプロピレンの両方を含み、前記炭化水素生成物中の前記エチレン対前記プロピレンの重量比は１：５〜５：１の範囲内である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記内部温度プロファイルは、前記移動床反応器供給物のための導入位置と前記炭化水素生成物のための通過位置との間の温度勾配として維持され、前記温度勾配における最低温度は前記導入位置に近接し、最高温度は前記通過位置に近接している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記温度勾配は前記移動触媒床反応器の前記動作長に沿って固定および一定であり、前記温度勾配の前記最低温度は、前記移動床反応器供給物のための前記導入位置にあり、前記温度勾配の前記最高温度は、前記炭化水素生成物のための前記通過位置にある、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記内部温度プロファイルは、前記移動床反応器供給物のための導入位置と前記炭化水素生成物のための通過位置との間の２つ以上の固定温度帯として維持され、第１の温度を有する第１の固定温度帯は、前記導入位置に近接して位置付けられ、第２の温度を有する第２の固定温度帯は、前記通過位置に近接して位置付けられ、前記第２の温度は前記第１の温度よりも高い、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応器の前記動作長に沿って、前記第２の温度は前記最高温度であり、前記第１の温度は前記最低温度である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
直接分解触媒を使用して、未蒸留および未分画の炭化水素原料を、軽質オレフィンおよびＣ６−８芳香族の混合物を含む炭化水素生成物に転化するように動作する、直接接触分解システムであって、前記未蒸留および未分画炭化水素原料を含む移動床反応器供給物を受容するように、かつ軽質オレフィンおよびＣ６−８芳香族の混合物を含み前記軽質オレフィン対前記Ｃ６−８芳香族の重量比が２〜２０の範囲内である炭化水素生成物を通過させるように動作し、複数の触媒反応帯を有する、移動触媒床反応器であって、前記触媒反応帯が前記直接分解触媒を受容するように、移動触媒床の形態で前記直接分解触媒の量を含有するように、かつ使用済み直接分解触媒が前記移動触媒床反応器から出るように動作し、前記移動触媒床反応器の前記動作長さの少なくとも一部分に沿って、前記移動触媒床中の前記直接分解触媒と前記炭化水素との混合を可能にするように動作し、かつその動作長さに沿って、前記移動触媒床反応器のための内部温度プロファイルを維持するように動作する、移動触媒床反応器と；前記直接接触分解システムが、前記直接分解触媒を触媒再生システムから前記触媒反応帯に導入するように動作し、かつ前記使用済み直接分解触媒を前記触媒反応帯から前記触媒再生システムに導入するように動作し、酸素源を使用して、前記使用済み直接分解触媒を、前記直接分解触媒に導入するための転化するように、前記移動触媒床反応器に連結する、触媒再生システムと、を備え、
前記移動触媒床反応器内の各触媒反応帯は固定温度帯を有する、直接接触分解システム。
【請求項１３】
前記内部温度プロファイルは、前記移動触媒床反応器の前記動作長さに沿った温度勾配である、請求項１２に記載の直接接触分解システム。
【請求項１４】
前記温度勾配は固定温度勾配である、請求項１３に記載の直接接触分解システム。
【請求項１５】
前記内部温度プロファイルは、前記移動触媒床反応器の前記動作長さに沿って２つ以上の固定温度帯を有する、請求項１２に記載の直接接触分解システム。
【請求項１６】
前記移動触媒床反応器はさらに炭化水素を、前記移動触媒床反応器の第１の部分から前記移動触媒床反応器の第２の部分に通過させるように動作し、前記第２の部分は、第１の位置より前記移動床反応器供給物が導入される位置により近接している、請求項１２〜１５にいずれか１項に記載の直接接触分解システム。
【請求項１７】
前記第１の部分は第１の温度を有し、前記第２の部分は第２の温度を有し、前記第１の温度は前記第２の温度よりも高い温度で維持される、請求項１６に記載の直接接触分解システム。
【請求項１８】
前記システムは、前記移動床反応器供給物の一部として、前記炭化水素生成物の一部分を前記移動床反応器に導入するように動作する、請求項１２〜１７にいずれか１項に記載の直接接触分解システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の属する技術分野は、未蒸留および未分画の炭化水素原料を生成炭化水素に転化するための方法およびシステムに関する。より具体的には、本技術分野は、炭化水素原料、特に未蒸留および未分画の原油を、軽質オレフィンおよびＣ６−８芳香族の混合物を含む炭化水素生成物に転化するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送燃料を作成するための基礎として、原油、ガス凝縮物、天然ガスを含む、再生不能な資源を我々が使用することに関連した世界的規模の意識が高まるにつれて、ガソリンおよびディーゼル燃料の使用の長期的な上昇傾向は、世界人口の増加を考慮しても、今後数十年で最終的には横ばい状態になり、低下する可能性さえある。しかしながら、石油化学製品、または部分的に炭化水素原料を源とする化学製品の全体的な需要は、高まり続ける。人間社会およびその連続的な技術の進歩は、基礎的、中間的、および先進的な石油化学系製品、特に芳香族およびポリマを必要とする。
【０００３】
現代の石油化学精製装置設計は、石油バレルの実質的にすべての分画からのモータ燃料の生成に重点を置く。天然ガス、液体凝縮物、および原油は、ＬＰＧ、天然ガソリン、ナフサ、ケロシン、常圧軽油、および真空軽油を含む、精製中間体を作製するために有用な炭化水素分画を有する。次に、下流過程は、これらの精製中間体を、ガソリン、ジェット、ディーゼル、および重質な輸送燃料のための燃料成分に転化する。精製装置はまた、一次あるいは二次過程生成物として、エチレンおよびプロピレン等のオレフィン、ならびにキシレン等の芳香族を含む、化学原料を作製する。しかしながら、原油および他の炭化水素原料源の分画から化学原料を作製するための現在の過程は、多くのエネルギー、時間、および資本を必要とする。
【０００４】
炭化水素原料の分画は、化学製品製造のための原料としての機能を果たす。一般的な炭化水素原料の分画としては、エタン、ＬＰＧ、ナフサ、および軽油が挙げられる。化学製品製造業者らは、下流での使用のための「軽質（ｌｉｇｈｔ）」オレフィン（例えば、エチレンおよびプロピレン）を生成するために、これらの分画を使用する。アルカンからオレフィンを作成するための２つの主な技術としては、水蒸気分解過程および流動接触分解（ＦＣＣ）過程が挙げられる。「分解（Ｃｒａｃｋｉｎｇ）」とは、炭化水素原料中に存在する炭素−炭素結合の破壊である。
【０００５】
蒸気または「熱（ｔｈｅｒｍａｌ）」分解は、非触媒石油化学転化過程である。水蒸気分解は、エタンおよび重質ナフサを含む種々の液体および蒸気炭化水素原料から、エチレン、プロピレン、およびブテンを含む単純オレフィン；ブタジエン；ＢＴＥＸ化合物（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンの３つの異性体）を含む芳香族を生成することができる。例えば、希釈剤および熱エネルギーを供給するものの両方としての機能を果たす過熱蒸気とナフサ原料を混合し、それを約７００〜９００℃の範囲で動作する改質炉中に導入することで、ナフサ原料中のパラフィン系材料の分解から、オレフィンおよび水素を生成する。
【０００６】
熱分解は、軽質オレフィンを生成するために広く認識および使用されている過程である；
しかしながら、それはまた、石油化学産業において最大のエネルギー消費過程のうちの１つでもある。蒸気分解装置の熱分解部分は、施設の過程エネルギーの約６５％を消費し得る。それはまた、過程中の全エネルギー損失の約７５％を占め得る。完全に熱ベースの過程の使用を回避することで、オレフィンおよび芳香族を生成するための継続的なエネルギー必要量を有意に低減することができる。
【０００７】
流動接触分解（ＦＣＣ）過程は、熱および接触過程反応過程の両方を利用する。上記過程は、固体触媒の流動床が形成されるように、増大する流量の蒸発した供給炭化水素中で混合および懸濁される触媒を採用する。予熱された炭化水素供給物、通常、軽油は、供給ノズルを介してライザーパイプの基部中に噴霧される。熱流動触媒は、供給物が蒸気中に流れるように炭化水素供給物と接触する。蒸気状態で、炭化水素は、オレフィンおよび芳香族ならびにより低炭素のパラフィンおよびシクロパラフィンに接触分解する。分解した炭化水素生成物は、ＦＣＣユニットから出る。下流のシステムは、水素ガスから燃料油に分解した生成物を冷却および区分し、それらは次いで、さらなる処理のために種々の他のシステムに分配される。接触分解過程の副生成物は、触媒上の残留炭素の形態である「コークス（ｃｏｋｅ）」である。ＦＣＣ過程中の第２のユニットは、コークス化または「使用済み（ｓｐｅｎｔ）」触媒を収集し、蒸気、次いで酸素源を使用し、ＦＣＣ中で再び使用するために触媒を「再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｓ）」する。ＦＣＣ過程は、触媒を予熱し、再生された触媒をライザー中に再導入し、分解サイクルを反復する。
【０００８】
「コークス（ｃｏｋｅ）」および派生用語（すなわち、「コーキング（ｃｏｋｉｎｇ）」）は、主に高分子量の炭素質固体を指しているが、炭素原子単独で作られているわけではない。残留コークスは、ほとんどの場合、多核芳香族およびアスファルテン状材料の凝縮を含む、高処理温度で導入された炭化水素原料からの水素のストリッピングから形成される。コークスは、それを酸素に曝露し、酸化炭素を形成した後に除去される。
【０００９】
ＦＣＣ過程は、蒸気分解よりもはるかにエネルギー効率がよい；しかしながら、ＦＣＣ過程はまた、コークス、酸、および特定の重金属を含むある特定の種類の汚染物質しか処理することができない。窒素含有および硫黄含有化合物は、既知のＦＣＣ触媒毒である。
【００１０】
熱およびＦＣＣ過程の両方の設計および機能は、一次供給物としての全沸点範囲の原油を処理することができない。これらの過程のいずれかの使用を妨げる全沸点範囲の炭化水素供給物を分解することにおいて、２つの主な課題がある。コークスの形成及び未分画の炭化水素供給物中に存在する重金属および活性を低下させる物質からの触媒汚染による急速な触媒失活は、触媒ベースのシステムに困難を引き起こす。「分解可能な（ｃｒａｃｋａｂｌｅ）」原油成分が分解する幅広い温度は、完全な熱過程に対して、過程制御および長期的なシステム保全（すなわち、温度／時間によるストレス故障）の問題を引き起こす。
【発明の概要】
【００１１】
直接接触分解システムは、未蒸留および未分画の炭化水素原料を炭化水素生成物に転化するために有用である。炭化水素生成物は、軽質オレフィンおよびＣ６−８芳香族を含み、それはベンゼン、キシレン、エチルベンゼン、およびトルエンを含む。直接接触分解システムは、１つ以上の触媒反応帯を有する移動触媒床反応器を含み、反応器の内部温度を維持するように動作可能である。直接接触分解システムはまた、触媒再生システムを含む。
【００１２】
直接接触分解システムの一実施形態は、移動触媒床反応器の動作長に沿って、直線的な温度勾配を維持するように動作可能である、移動触媒床反応器を含む。直接接触分解システムの一実施形態は、移動触媒床反応器の動作長さに沿って、２つ以上の内部固定温度帯を維持するように動作可能である、移動触媒床反応器を含む。
【００１３】
直接接触分解システムを使用して、未蒸留および未分画の炭化水素原料を炭化水素生成物に転化する方法は、蒸気ならびに未蒸留および未分画の炭化水素原料を含む移動床反応器供給物を、直接接触分解システムに導入する工程を含む。方法の一実施形態は、酸素、水素、再生炭化水素、蒸留および分画された炭化水素原料、廃棄炭化水素原料、およびこれらの組み合わせを導入することを含む。転化する方法は、移動触媒床反応器の触媒反応帯中に、直接分解触媒を導入する工程を含む。転化する方法は、直接分解触媒の存在下で導入された炭化水素原料が反応し、生成炭化水素を形成するように、直接接触分解システムを動作させる工程を含み、生成炭化水素は、軽質オレフィンおよびＣ６−８芳香族を含む。転化する方法は、直接接触分解システムから生成炭化水素を通過させる工程を含む。
【００１４】
方法の一実施形態は、直接接触分解システムが移動触媒床反応器の動作長さに沿って、直線的な内部温度勾配を維持するように、移動触媒床反応器の内部温度を調節することを含む。方法の一実施形態は、直接接触分解システムが移動触媒床反応器の動作長に沿って、少なくとも１つの内部固定温度帯を維持するように、移動触媒床反応器の内部温度を調節することを含む。
【００１５】
化学供給原料として有用な炭化水素生成物への炭化水素原料の直接転化は、炭化水素原料の予分画または精製を必要としない。直接転化はまた、大型の分画施設の資本経費、および燃料を生成するためにそれらを動作させるために必要とされるエネルギーを防ぐ。オレフィンおよび芳香族等の有用な化学物質への直接転化は、再生不能な炭化水素原料にとって最良かつ最も有益な使用を確実にする。
【００１６】
直接接触分解システムは、直接炭化水素分解触媒を含有する移動触媒床反応器を含む。移動触媒床反応器は、システムが連続動作中に活性を低下させる物質およびコークスに対して触媒を処理する点で、固定床触媒システムに比べて改善されたものである。移動触媒床反応器はまた、炭化水素原料と触媒による長期間の接触を提供する。より長い接触時間は、ＦＣＣ型システムに対して、より低い温度で移動触媒床反応器を動作させることを可能にする。より低い動作温度自体は、直接分解触媒上のコークス形成の回避を補助する。
【００１７】
直接分解触媒は、分解効率を改善し、移動触媒床反応器の動作条件における触媒上のコークスの形成を低減する。コークス形成速度および特定の炭化水素種の分解速度の両方が、温度に応じる。炭化水素、例えばエタンおよびブタンといったより低温の沸点分画は、コークスの傾向がより低い；しかしながら、それらは、オレフィンに分解するためにはより高い温度を必要とする。常圧軽油および真空軽油中に含有されるものを含む、高温の沸点分画は、より小さい化合物およびオレフィンに容易に分解する；しかしながら、コーキングの傾向もまたより高い。
【００１８】
直接接触分解システムの動作は、コークスおよび金属不純物の分解触媒を定期的にパージおよび再生する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の好適な実施形態の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面を考慮するとよりよく理解される。
【００２０】
【図１】本発明の直接接触分解システムの一実施形態の全体フロー概略図である。
【００２１】
【図２】本発明の直接接触分解システムの別の実施形態の全体フロー概略図である。
【００２２】
添付の図面中、同様の構成要素もしくは特徴または両方は、同一または同様の参照ラベルを有し得る。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明の概要、図面の簡単な説明、および発明を実施するための形態を含む本明細書、ならびに添付の特許請求の範囲は、本発明の特定の特徴（過程または方法工程を含む）を指す。当業者は、本発明が本明細書に記載される特定の特徴の全ての可能な組み合わせおよび使用を含むことを理解する。当業者は、本発明が本明細書に示される実施形態の記載に、またはそれによって限定されないことを理解する。本発明の主題は、本明細書および添付の特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて認められる。
【００２４】
当業者はまた、特定の実施形態を記載するために使用される用語が本発明の範囲または幅を制限しないことを理解する。本明細書および添付の特許請求の範囲の解釈において、全ての用語は、各用語の文脈と一致した最大限広範な方法で解釈されるべきである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される全ての技術および科学用語は、別段の定義がない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。
【００２５】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の言及を含む。動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」およびその同語源の形は、包括的な方法で要素、構成要素、または工程を指すものとして解釈されるべきである。参照された要素、構成要素、または工程は、明確に参照されていない他の要素、構成要素、または工程と共に存在してもよく、利用されてもよく、または組み合わされてもよい。動詞「連結する（ｃｏｕｐｌｅ）」およびその同語源の形は、２つ以上の前は未結合であった物体から単一の物体を形成するための、電気的、機械的、流体を含む、全てのいかなる種類の必要な連結を意味する。第１のデバイスが第２のデバイスに連結する場合、接続は、直接あるいは一般的なコネクタを通して生じ得る。「任意に（Ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」およびその種々の語型は、その後に記載される事象または状況が生じても生じなくてもよいことを意味する。本記載は、その事象または状況が生じる場合、およびそれが生じない場合を含む。「動作可能である（Ｏｐｅｒａｂｌｅ）」およびその種々の語型は、その適切な機能に適しており、その使用目的に使用されることが可能であることを意味する。「関連した（Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」およびその種々の語型は、それらが一緒に生じるために、何かが別の何かと接続されること、または一方が他方をもたらすことを意味する。
【００２６】
空間的用語は、ある物体または物体の群の別の物体または物体の群に対する相対位置を説明する。空間関係は、縦軸および横軸に沿って適用される。「〜より上（ａｂｏｖｅ）」および「〜より下（ｂｅｌｏｗ）」、「上（ｕｐ）」および「下（ｄｏｗｎ）」、「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」および「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」、ならびに他の同様の用語を含む、配向および関係を示す用語は、説明の便宜上であり、別段の指示がない限り限定的ではない。
【００２７】
本明細書または添付の特許請求の範囲がある範囲の値を提供する場合、その区間が、上限および下限だけではなく、上限と下限との間に位置する各値を包含することが理解される。本発明は、特定の排除が行われることで、上記区間をより狭くした範囲を包含し、その境界を含む。
【００２８】
本明細書および添付の特許請求の範囲が２つ以上の定義された工程を含む方法を参照する場合、定義された工程は、文脈がその可能性を除外する場合を除き、任意の順序で、または同時に実施され得る。
【００２９】
［図１］
図１は、直接接触分解システムの一実施形態の全体フロー概略図である。図１およびその説明は、直接接触分解システムおよび使用方法のよりよい理解を促す。図１は、本発明の範囲を決して限定または定義するものではない。
【００３０】
直接接触分解システム１００は、移動床反応器供給物１０２の導入を受容するように動作可能であり、移動床反応器供給物１０２は、炭化水素原料供給物１０４、蒸気供給１０６、任意の水素供給１０８、および任意の酸素供給１１０の含有物を含む。直接接触分解システム１００はまた、新鮮な直接分解触媒供給物１１２の導入を受容するように動作可能である。酸素源である熱風１１４の導入は、コークスおよび分解残渣の燃焼を支持する。直接接触分解システム１００はまた、２つの主要な生成物流：生成炭化水素１１６および触媒残渣オフガス１１８を有する。
【００３１】
直接接触分解システム１００は、移動触媒床反応器１２０を含む。図１は、部分的に内部を露呈した移動触媒床反応器１２０を示す。移動触媒床反応器１２０は、底部１２２および頂部１２４を有する。内部では、移動触媒床反応器１２０は、炭化水素原料を、パラフィン、オレフィン、および芳香族を含むより小さい炭化水素に転化するために、移動触媒床反応器１２０中で維持される条件で動作可能な量の直接分解触媒１２６（トリ体によって表される；実寸ではない）を含有する。
【００３２】
移動触媒床反応器１２０は、いくつかの内部有孔収集漏斗１２８を有する。内部有孔収集漏斗１２８は、再循環のために直接分解触媒１２６を収集するように動作可能である。内部有孔収集漏斗１２８は、不均一触媒を含む、固体ではない炭化水素原料を含む流体が通過することを可能にするように動作可能である。重力により、直接分解触媒１２６は、移動触媒床反応器１２０から除去されるまで、内部有孔収集漏斗１２８の頂部および中に凝集する。一般的な実施において、直接分解触媒１２６は、特に触媒反応帯１３０内で、移動触媒床反応器１２０の可動範囲の大部分を満たす。
【００３３】
内部有孔収集漏斗１２８は概して、反応帯の境界を定める。例えば、触媒反応帯１３０に対する移動触媒床反応器１２０内で、下方境界は、反応帯下方境界１３２（点線によって表される）に存在し、それは、接触分解反応が生じ得る反応帯に対する最低部の垂直点を表す。上方境界は、最高部の触媒反応帯１３０すなわち頂部１２４に対する内部有孔収集漏斗１２８に沿った最上位置にある、反応帯上方境界１３４（破線によって表される）に存在する。各触媒反応帯１３０は、反応帯下方境界１３２と反応帯上方境界１３４との間にある。図１の移動触媒床反応器１２０は、３つの触媒反応帯を有する。各触媒反応帯１３０は、内部有孔収集漏斗１２８の物理構成によって互いに垂直に重なり合う。
【００３４】
移動触媒床反応器１２０は、導入された炭化水素原料と直接分解触媒１２６との相互作用から炭化水素生成物を形成する。移動触媒床反応器１２０は、底部１２２に近接した移動床反応器供給物１０２の導入を受容する。いったん移動触媒床反応器１２０中に導入されると、炭化水素原料、蒸気、および他の任意の材料の組み合わせは、底部１２２に近接した位置から頂部１２４に向かって、概して上向きの方向（黒ベタの矢印１３６によって表される）に流動する。入口流量、移動触媒床反応器１２０にわたる圧力差、種々の導入および処理流体の密度、ならびに移動触媒床反応器１２０の温度勾配の全ては、炭化水素原料および炭化水素生成物の全体的な上方移動に寄与する。炭化水素生成物は、移動触媒床反応器１２０から頂部１２４における生成炭化水素１１６を通過する。
【００３５】
移動触媒床反応器１２０は、各触媒反応帯１３０の頂部に近接した触媒注入ライン１４０を通して、固体の直接分解触媒１２６の導入を受容するように動作可能である。直接分解触媒１２６が移動触媒床反応器１２０に入ると、それは、各触媒反応帯１３０の中へ分散し、各触媒反応帯１３０は、炭化水素原料、炭化水素分解中間体、および炭化水素生成物、ならびに活性および使用済み分解触媒を含有する。各触媒反応帯１３０中の直接分解触媒１２６は最終的に、重力の影響下で下方に移動し、内部有孔収集漏斗１２８または他の直接分解触媒１２６の頂部に沈殿し、移動触媒床１４２を形成する。触媒除去ライン１４４は、移動触媒床１４２から直接分解触媒１２６の一部分を除去し、移動触媒床１４２の含有物を連続的に移動させ、移動触媒床１４２の形状およびサイズが安定したままである下向きの方向に移す。
【００３６】
移動触媒床反応器１２０は、内部温度勾配（縞状の矢印１４６によって表される）を維持する。流体および固体の両方の温度は、移動触媒床反応器１２０中の高さ（底部１２２から頂部１２４）に応じて上昇する。温度調節システム（図示せず）は、移動触媒床反応器１２０の動作長に沿って、底部１２２と頂部１２４との間の直線的な温度勾配を維持する。
【００３７】
導入後、炭化水素原料、酸素、水素、ならびにヘテロ有機および有機金属化合物を含む他の反応種は、直接分解触媒１２６と密接に接触および混合する。反応物および反応種が共に各触媒反応帯１３０の周囲ならびに移動触媒床１４２中を自由に移動しているとき、直接分解触媒１２６と接触する。移動触媒床１４２中、上方に移動可能な炭化水素原料が、直接分解触媒１２６の個々の粒子間に形成される空間に入り、囲み、通過して移動する。
【００３８】
底部１２２に近接した初期導入後、炭化水素原料および反応生成物は、移動触媒床反応器１２０を通って上方に移動し（黒ベタの矢印１３６の全体の方向に）、直接分解触媒１２６と密接に相互作用し続ける。反応物および生成物が、移動触媒床反応器１２０の動作長に沿って進行するにつれて、移動触媒床反応器１２０内部の温度は、動作長に沿って（縞状の矢印１４６）上昇する。内部温度が上昇するにつれて、直接分解触媒および炭化水素原料中の様々な種類の炭化水素の両方は、より活性化する。温度および活性が高まるにつれ、直接分解反応が徐々に小さくなる炭化水素によって生じる。
【００３９】
直接接触分解を使用して、ますます小さくなっていく炭化水素化合物量が多く作られる動向は、炭化水素生成物が移動触媒床反応器１２０から生成炭化水素１１６を通過するまで継続する。炭化水素生成物は、種々の量の水素、酸性ガス、燃料ガス、ＬＰＧ、オレフィン、パラフィン、および芳香族を含む。
【００４０】
反応器再循環流１４８は、流体流動を支持し、追加の分解生成物のための原料を提供するために、生成炭化水素１１６の一部分を底部１２２へと供給し戻す。
【００４１】
直接接触分解システム１００はまた、触媒再生器１５０も含む。触媒再生器１５０は、直接分解触媒１２６をパージおよび再生するために、熱風１１４からの酸素を使用する。触媒再生器１５０は、触媒注入ライン１４０および触媒除去ライン１４４を通って移動触媒床反応器１２０に連結する。直接接触分解システム１００は、移動触媒床反応器１２０から、触媒除去ライン１４４を通して触媒再生器１５０中に、直接分解触媒１２６を導入する。触媒再生器１５０は、酸化コークス反応生成物を触媒残渣オフガス１１８を介して排出する。直接接触分解システム１００は、触媒注入ライン１４０を通して移動触媒床反応器１２０中に、今や再生された直接分解触媒１２６を導入する。
【００４２】
直接接触分解システム１００はまた、新鮮な直接分解触媒供給物１１２を通して補給触媒を受容する。新鮮な直接分解触媒供給物１１２は、新しい直接分解触媒１２６を導入するために、触媒注入ライン１４０に連結する。
【００４３】
［図２］
図２は、直接接触分解システムの別の実施形態の全体フロー概略図である。直接接触分解システム２００は、図１の直接接触分解システム２００と多くの同様の態様を有する。図１と２との間の同様の流れおよび装置は、同様の番号を共有する。図２およびその説明は、直接接触分解システムおよび過程のよりよい理解を促す。図２は、本発明の範囲を決して限定または定義するものではない。
【００４４】
直接接触分解システム２００は、直接接触分解システム１００に対していくつかの違いを有する。移動触媒床反応器２２０は、１つの触媒反応帯２３０のみを有する。移動床反応器供給物２０２および新鮮な直接分解触媒供給物２１２の両方は、触媒反応帯２３０中に供給物を直接導入する。移動触媒床反応器２２０に沿った移動床反応器供給物２０２の位置は、底部２２２に近接していない。
【００４５】
直接接触分解システム２００はまた、直接接触分解システム１００とは異なる再循環構成を有する。図１では、反応器再循環流１４８は、生成炭化水素１１６から分離し、頂部１２４を通過した材料を再循環させる。図２では、移動触媒床反応器２２０の構成は、底部再循環２５０が流体流動の一部分を底部２２２の近接から移動床反応器供給物２０２へと方向付けて戻す、底部材料再循環を行う。底部材料は、温度がより高温であり移動触媒床反応器２２０の高い位置に再循環される。
【００４６】
上記の過程フローの違いの他に、移動触媒床反応器２２０はまた、異なる温度管理および制御装置を有する。移動触媒床反応器２２０は、２つ以上の内部固定温度帯を有する。移動触媒床反応器２２０の４つの異なる内部温度帯は、温度帯１（２６０）、温度帯２（２６２）、温度帯３（２６４）、および温度帯４（２６６）である。破線２６８は、各内部固定温度帯の上方および下方境界を定める。直接接触分解システム２００は、温度帯全体を通して一定温度で各内部固定温度帯中の温度を維持する。
【００４７】
移動触媒床反応器２２０中の望ましい接触分解反応を促進するために、各内部固定温度帯中の温度は、移動床反応器供給物２０２の導入位置からの距離に関係づけながら連続的により高くなる。例えば、直接接触分解システム２００は、温度帯２（２６２）の温度に対してより低い温度で、温度帯１（２６０）の温度を維持する。温度帯４（２６６）で維持された温度は、４つの所与の温度帯のうち最高である；すなわち、温度帯１（２６０）で維持された温度は、４つの所与の温度帯のうち最低である。
【００４８】
［移動床反応器供給物］
直接接触分解システムは、移動床反応器供給物を含む。移動床反応器供給物は、炭化水素原料および蒸気を含む。任意に、移動床反応器供給物は、水素、酸素、または両方を含む。移動床反応器供給物はまた、転化効率を改善するために、直接接触分解システムの別の部分から再循環流を組み込むことができる。
【００４９】
移動床反応器供給物は、気化された、ガス状、または飽和蒸気であり；すなわち、液体または二相原料である。方法の一実施形態は、蒸気として移動床反応器供給物を導入することを含む。蒸気共供給または予熱器は、移動床反応器供給物のまだ蒸気状態ではない部分を蒸発させるための熱エネルギーを提供する。
【００５０】
方法の一実施形態は、移動触媒床反応器中の炭化水素の液空間速度（ＬＨＳＶ）が約０．１時間−１〜約５０時間−１の範囲であるように、移動床反応器供給物を導入することを含む。
【００５１】
［炭化水素原料］
炭化水素原料は、未分画および未蒸留の原油を含む。炭化水素原料は、未分画および未蒸留の液体凝縮物または天然ガスを含むことができる。
【００５２】
原油は、油回収システムから生じる炭化水素系液体（大気温度および大気圧の）である。原油の蒸留または分画は必要とされない。未分画および未蒸留の原油は通常、アスファルテンおよびタールを含む、ある程度の量の浮遊固体を含有する。
【００５３】
天然ガス源は通常、ガス生成と同時に液体凝縮物を生成する。表面状態において液体状の炭化水素である未分画および未蒸留の液体凝縮物は、ＢＴＥＸ芳香族、シクロパラフィン、および長鎖パラフィンを含む広範な範囲の軽質炭化水素を含有する。液体凝縮物は、原油中に存在する最も軽質の炭化水素分画と同様の炭化水素を有する（パラフィンおよび芳香族の両方を含むＣ５〜約Ｃ２０の範囲）。
【００５４】
天然および関連ガス（すなわち、天然ガス）は、表面状態においてガス状の炭化水素原料である。天然および関連ガスは、水素、メタン、エタン、プロパンブタン、ペンタン、およびヘキサンを含有する。天然および関連ガスはまた、窒素、希ガス、酸素、酸化炭素、水、および硫化水素を含む、他の非炭化水素ガスも含有し得る。
【００５５】
用語「炭化水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）」および変化語型は、水素および炭素原子のみを有する原料に加えて他の原料を含む。未処理および未蒸留の炭化水素原料は、酸素、硫黄、および窒素を含む、ヘテロ有機化合物を含有するアルカンおよびシクロアルカンスルフィド、メルカプタン、ジスルフィド、ポリスルフィド、およびチオフェンが含まれる。炭化水素はまた、バナジウム、銅、およびニッケルを含む、有機金属化合物も含む。炭化水素原料は、その源に基づき、最大で数重量％のヘテロ有機化合物を含有することができる。加えて、炭化水素原料はまた、無機イオンおよび塩を含むことができる。
【００５６】
方法の一実施形態は、すでに処理、蒸留、または分画された炭化水素を有する炭化水素原料を含有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。これは、大気圧沸点原油分画を含む。炭化水素原料を補うのに有用な蒸留または分画された炭化水素材料の例としては、ナフサ、ケロシン、ディーゼル軽油、真空蒸留物、パラフィン油、ならびにある程度の量のアスファルテンおよびマルテンを含有する分画が挙げられる。
【００５７】
方法の一実施形態は、精製装置の他の部分、石油化学過程、および使用済み廃棄物からの廃棄物および回収流体流を有する、炭化水素原料を含有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。ガス状廃棄物流は、オフガス、廃ガス、および排ガスを含む。液体廃棄物流は、汚染された及び再生された重油、並びに他の精製装置または石油化学過程からの廃棄物流を含む。炭化水素原料はまた、植物および動物油を含む「ファストフード（ｆａｓｔｆｏｏｄ）」の食用油、車両用油、使用済み炭化水素溶媒、および熱伝導流体を含む。直接接触分解システムは、廃棄物材料中に存在するオレフィンおよび芳香族原料を利用し、さらなる芳香族およびオレフィン原料を作成する。廃棄物原料は、入手並びに炭化水素原料とのブレンドが比較的安価になり得る。
【００５８】
［蒸気］
蒸気は、湿潤、乾燥、または過熱蒸気であってもよい。方法の一実施形態は、過熱蒸気を含有する移動床反応器供給物を導入することを含む。
【００５９】
移動床反応器供給物は、供給物中の炭化水素分子を希釈し、それらの炭化水素の分圧を低下させるために、蒸気を含む。より低い炭化水素の分圧は、移動触媒床反応器中のオレフィンおよび芳香族の形成を増強する。蒸気は、触媒またはコークス形成において炭素蒸着速度を低下させる。蒸気は、移動床反応器供給物中の炭化水素原料を水素化処理および水素化分解するのに有用である、原位置水素源としての機能を果たす。
【００６０】
蒸気は、熱を移動床反応器供給物に提供する。方法の一実施形態は、約１５０℃〜約８００℃の範囲の温度を有する蒸気を導入することを含む。蒸気からの熱は、移動床反応器供給物が移動触媒床反応器に入る前に、それを部分的に蒸発させることができる。炭化水素原料の内容物に応じて、最も重質の炭化水素種のいくつかはまた熱分解することができるが、これは目的ではない。
【００６１】
方法の一実施形態は、約０．１〜約２の範囲の蒸気対炭化水素原料の重量比を有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。
【００６２】
［酸素］
方法の一実施形態は、酸素を含有する移動床反応器供給物を導入することを含む。移動触媒床反応器の動作温度の酸素は、大きい芳香族および脂肪族炭化水素分子と反応し、それらをより小さいものに分解するように動作可能である、ラジカルイオンを形成する。加えて、酸素は、酸化炭素が形成されるように直接分解触媒の表面上で炭素と反応することができ、触媒の表面から固体を除去する。酸素はまた、有機金属不純物と金属酸化物を形成することもでき、金属／有機化合物からそれらを放出し、それらが直接分解触媒を害することを防止する。
【００６３】
導入された酸素は、純酸素の形態であるか、混合物としての形態であってもよい；しかしながら、空気または「富化空気（ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ａｉｒ）」は使用されない。空気の回避は、過程中に形成される副生成物ＮＯｘ化合物の量を低減する。方法の一実施形態は、乾燥モルに基づき少なくとも９０％酸素の純度を有する酸素を含有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。方法の一実施形態は、約０．０１〜約１の範囲の酸素対炭化水素原料の重量比を有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。
【００６４】
［水素］
方法の一実施形態は、水素を含有する移動床反応器供給物を導入することを含む。水素は、炭化水素原料中に存在する硫黄および窒素ヘテロ有機化合物を含む、ある特定の汚染物質の除去を促進する。導入された水素は純粋または混合物である。ブレンドとして、水素は、酸化炭素またはメタンを含む、無機あるいは有機化合物を含有する、水素が豊富な流れの中にあってもよい。水素生成システムからのパージ流は、有用な水素源である。方法の一実施形態は、乾燥モルに基づき少なくとも９０％水素の純度を有する水素を含有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。方法の一実施形態は、約０．０１〜約１の範囲の水素対炭化水素原料の重量比を有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。
【００６５】
［再生炭化水素原料］
方法の一実施形態は、再利用可能な炭化水素原料を含有する移動床反応器供給物を導入することを含む。再生炭化水素原料は、オレフィンおよび芳香族への転化に好適な再利用可能な炭化水素を含有する。
【００６６】
炭化水素生成物流は、再利用可能な炭化水素原料のための源である。生成物流は、パラフィンおよびシクロパラフィン、オレフィンおよび芳香族を含有し、それらは、より小さく、より望ましく、移動触媒床反応器中でさらなる分解を受けた、パラフィン、オレフィンおよび芳香族の源である。直接接触分解システムの一実施形態は、移動床反応器供給物の一部として、移動床反応器に炭化水素生成物の一部を導入するように動作可能である。
【００６７】
移動触媒床反応器自体は、再利用可能な炭化水素原料のための源である。再循環流は、移動触媒床反応器の一部分から移動床反応器供給物に炭化水素を通過させることができる。直接接触分解システムの一実施形態は、移動触媒床反応器が、移動触媒床反応器の第１の部分から移動触媒床反応器の第２の部分に、炭化水素を通過させるようにさらに動作可能であり、第２の部分が、第１の位置よりも移動床反応器供給物が導入される位置により近接している。直接接触分解システムの一実施形態において、第１の部分は、第１の温度を有し、第２の部分は、第２の温度を有し、第１の温度は、第２の温度よりも高い温度で維持される。移動触媒床反応器の異なる部分へ／からの炭化水素の連続的な再循環は、特に、複数の触媒反応帯を有する移動触媒床反応器を有する直接接触分解システムの実施形態において、移動触媒床反応器中の炭化水素の分解を最適化する。連続的な反応器再循環はまた、最も重質な導入された炭化水素原料に対して「回復できなくなるまでの再循環（ｒｅｃｙｃｌｅ  ｕｎｔｉｌ  ｏｂｌｉｖｉｏｎ）」を引き起こさせることができ、全ての導入された材料は最終的に、炭化水素生成物、水素、およびコークスに転化される。
【００６８】
触媒再生器システムは、再利用可能な炭化水素原料のための源である。使用済み直接分解触媒の表面から再利用可能な炭化水素を捕捉するための抽出方法は、炭化水素溶媒または大気圧以下への曝露を含む。
【００６９】
方法の一実施形態は、約０．１〜約０．７５の範囲の再利用可能な炭化水素原料対炭化水素原料の重量比を有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。方法の一実施形態は、約０．２〜約０．７５の範囲の生成炭化水素対炭化水素原料の重量比を有する、移動床反応器供給物を導入することを含む。
【００７０】
［直接分解触媒］
直接分解触媒は、より大きいパラフィンおよび芳香族を、より小さいパラフィン、オレフィン、および芳香族に転化するように動作可能である。直接分解触媒は、炭化水素原料中の炭化水素の分解を助長し、それは、脂肪酸およびろう状パラフィン、アルキル芳香族、ナフテン、ならびに多核芳香族炭化水素を含む。炭化水素は、より小さい生成炭化水素化合物および水素に分解する。より小さい炭化水素が反応器の動作長を移動するにつれて、それらは、さらにより小さいパラフィン、オレフィン、および芳香族に分解する。
【００７１】
方法の一実施形態は、直接分解触媒として支持された不均一材料を使用することを含む。支持された不均一材料は、活性触媒材料を支持する固体基質を有する。方法の一実施形態は、直接分解触媒として固体均質材料を使用することを含む。固体均質材料は、全材料が直接分解剤として有用であるということである。直接分解触媒は、流体中で浮遊性ではないが、連続的なエントレインメントを通して一時的に浮遊性であることが可能である。直接分解触媒の構成は、凝集または機械的連結を防止し、それは移動触媒床反応器中の固体材料の「塊（ｃｌｏｔｓ）」または「小さな塊の集合体（ｃｌｕｍｐｓ）」の形成を回避する。
【００７２】
直接分解触媒は典型的に、新鮮なおよび再生された触媒の混合物を含む。再生された触媒は、コークスおよび金属不純物を除去するために処理されている、既に使用された（すなわち「使用済みの（ｓｐｅｎｔ）」）直接分解触媒である。再生された直接分解触媒は、新鮮な直接分解触媒と同様に有効である。移動触媒床反応器に供給される、および移動触媒床反応器中に供給される触媒は、大部分が再生された触媒である。触媒「補給（ｍａｋｅ  ｕｐ）」ラインは、損失および不活性化した触媒に取って代わるために、直接接触分解システムに新鮮な触媒を供給する。
【００７３】
移動触媒床反応器中への導入前に直接分解触媒を予熱することは、移動触媒床反応器の内部に直接潜熱を提供し、分解反応を支持する。
【００７４】
移動触媒床反応器中への触媒供給物は、単一または複数の流れの形態をとることができる。直接接触分解システムにおいて、少なくとも１つの触媒供給物流が、直接分解触媒を各触媒反応帯に導入する。直接接触分解システムを使用する方法の一実施形態は、２つ以上の触媒反応帯を有する移動触媒床反応器の第１の触媒反応帯にのみ新鮮な（すなわち、未使用の）直接分解触媒を導入することを含む。
【００７５】
直接接触分解システムの一実施形態は、２つ以上の触媒供給物流を有する単一の触媒反応帯を有する、移動触媒床反応器を含み、各触媒供給物流は、移動触媒床反応器の動作可能長に沿って、異なる位置に位置する。そのような実施形態は、反応器の動作長に沿ったそれらの位置における、直接接触分解活性を改善することができる。
【００７６】
［炭化水素生成物］
炭化水素生成物は、パラフィン系、オレフィン系および芳香族系炭化水素、特に、エチレンおよびプロピレンを含む「軽質（ｌｉｇｈｔ）」オレフィン、ならびに混合キシレンおよび特にパラ−キシレンを含むＢＴＥＸ芳香族の混合物として、移動触媒床反応器を通過する。加えて、水素はまた、炭化水素生成物の一部として通過する。直接接触分解システムからの下流分離システムは、有用な石油化学原料への更なる処理のために、水素、オレフィン、およびＢＴＥＸ芳香族を分割する。タイミングよく蒸発した炭化水素生成物流を冷却することは、オレフィンの更なる熱分解、重合、または他の副反応を防止し、石油化学用途のためにそれらを保っている。
【００７７】
方法の一実施形態は、炭化水素生成物中の軽質オレフィン対Ｃ６−８芳香族の重量比が約２〜約２０の範囲内であるように、移動触媒床反応器を動作させることを含む。方法の一実施形態は、炭化水素生成物中のエチレン対プロピレンの重量比が約１：５〜約５：１の範囲内であるように、移動触媒床反応器を動作させることを含む。
【００７８】
［使用済み直接分解触媒］
移動触媒床反応器は、使用済み直接分解触媒を通過させる。上記直接分解触媒は、直接分解触媒の不活性化形態である。固体および液体炭化水素ならびにコークスを含む分解反応の残渣は、使用済み直接分解触媒の表面を覆う。使用済み直接分解触媒はまた、未蒸留および未分画炭化水素原料と共に導入された非触媒金属を含有し得る。
【００７９】
直接接触分解システムは、ねじ駆動および窒素圧ブロワを含む、よく知られている伝達手段を使用して、固体またはゼラチン状スラリとして、移動触媒床反応器から触媒再生システムに、使用済み直接分解触媒を通過させる。
【００８０】
［移動触媒床反応器］
直接接触分解システムは、移動触媒床反応器を含む。移動触媒床反応器は、直接分解触媒を使用して、炭化水素原料を有用なオレフィンおよび芳香族に転化するように動作可能である。移動触媒床反応器は、移動床反応器供給物を受容し、かつ炭化水素生成物を通過させるように、動作可能である。導入された炭化水素原料は、反応器中に導入された場所から、炭化水素生成物が反応器から通過する場所へと移動する。
【００８１】
移動触媒床反応器の「動作長（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｌｅｎｇｔｈ）」とは、１つ以上の触媒反応帯を通って移動する炭化水素流体の流動軸に平行に並べられた長さである。移動触媒床反応器を通る炭化水素原料の全体的な流動方向と平行に並べられた、第１の触媒反応帯の最上流点と第２の触媒反応帯の最下流点との間の線は、反応器の動作長をもたらす。反応器の動作長が、移動触媒床反応器に対する累積した触媒反応帯の動作長と必ずしも同じ値ではないことに留意することが重要である。個々の触媒反応帯の動作長は、触媒反応帯構成により重なり合う可能性がある。
【００８２】
移動触媒床反応器の動作長に沿って、炭化水素原料は、直接分解触媒を含有する少なくとも１つの触媒反応帯を通過する。移動触媒床反応器は、移動触媒床反応器の動作長の少なくとも一部分に沿って、移動触媒床中の直接分解触媒と炭化水素の混合を可能にするように動作可能である。
【００８３】
移動床反応器供給物、直接分解触媒供給物、および再利用可能な炭化水素原料の導入がなされる、移動触媒床反応器に沿った位置は、異なり得る。同様に、使用済み直接分解触媒、炭化水素生成物、および再利用可能な炭化水素原料流のための抽出点も異なり得る。供給物および生成物流のいずれかまたは全部は、移動触媒床反応器に入る、またはそれから除去される単一または複数の位置を有することができる。移動触媒床反応器中の触媒反応帯の数および位置は、各触媒反応帯が少なくとも１つの触媒供給物ラインおよび少なくとも１つの使用済み触媒除去ラインを有するため、触媒供給物および除去ラインの位置に影響を与える。
【００８４】
［触媒反応帯］
移動触媒床反応器は、少なくとも１つの触媒反応帯を含む。触媒反応帯は、接触炭化水素分解反応が直接分解触媒の存在下で生じる、移動触媒床反応器の内部の一部分である。直接分解触媒、特に移動触媒床の凝集は、分解反応を促進する。
【００８５】
移動触媒床反応器は、少なくとも１つの触媒反応帯を含み、各触媒反応帯は、直接分解触媒を受容するように、移動触媒床状に規定量の直接分解触媒を含有するように、および使用済み直接分解触媒が反応器から出るように動作可能である。触媒床中の直接分解触媒の状態は、新鮮なものから使用済みのものまでさまざまである。移動触媒床反応器が複数の触媒反応帯を有する場合、各触媒反応帯は、隣接する帯中の直接分解触媒とは別にその帯中で直接分解触媒を維持する。
【００８６】
特に複数の触媒反応帯を有する移動触媒床反応器中の触媒反応帯は、構造上の障害を最小限に抑えながら、流体が移動触媒床反応器を通って移動する流れを可能にするように動作可能である。各触媒反応帯中の移動触媒床は、直接分解触媒との直接接触を促進することに幾分の流動障害をもたらし、炭化水素分解反応を助長する。
【００８７】
複数の触媒反応帯を有する移動触媒床反応器において、隣接する触媒反応帯は、少なくとも１つの中間固体分離デバイスを通して互いと流体連結する。固体分離デバイスは、最小限の流体流動抵抗を提供するが、固体粒子、特に直接分解触媒への障壁である。網目スクリーン、有孔プレート、および流体フィルタは、有用な固体分離デバイスの例である。固体分離デバイスの位置は、触媒反応帯内での使用済み直接分解触媒の集合ならびに移動触媒床の形成および維持を可能にする。
【００８８】
触媒反応帯の動作長は、触媒反応帯を通る炭化水素流体流動と平行な線に沿って測定される、第１の動作端部から第２の動作端部への触媒反応帯の差分の長さである。２つの動作端部は概して、直接分解触媒が炭化水素に到達し、分解を促進することができる触媒反応帯中の最遠点を反映する、触媒反応帯の対向する部分にある（例えば、頂部および底部端部；上流および下流；近位および遠位）。
【００８９】
例えば、垂直に配向された移動触媒床反応器中の触媒反応帯は、円形容器頂部および下向きに傾斜した触媒収集プレートの炭化水素流動軸に沿って境界を有することができる。上記の触媒反応帯の動作長は、垂直方向である、炭化水素流体と平行の軸の長さに沿って測定される、最高点（円形頂部の内表面の最頂部分に沿った）と最低点（触媒が炭化水素流体となお接触することができる、触媒プレート表面の最底部分に沿った）との間の距離である。
【００９０】
単一の触媒反応帯を有する移動触媒床反応器において、触媒反応帯の動作長は通常、反応器の構造内部長よりも短い。動作長は、ノズル、漏斗、および触媒床支持プレートを含む、内部触媒収集、管理、および分配構造により、容器内部長さよりも短い可能性が高い。これらの構造は、固体触媒の移動を制限する。
【００９１】
移動触媒床反応器の一実施形態は、動作長を含み、移動触媒床反応器内の各触媒反応帯の位置は、各内部固定温度帯の位置と関連する。
【００９２】
［触媒反応帯中の触媒移動］
直接接触分解システムは、連続的、半連続的、または周期的な方法のいずれかで、移動触媒床反応器の触媒反応帯中に直接分解触媒を導入する。移動触媒床反応器への直接分解触媒の供給速度は、移動触媒床の長さが比較的一定に保たれるように、使用済み直接分解触媒の除去速度と協調する。そうすることで、任意の所与の時点における反応器中に存在する直接分解触媒の量は、本質的に一定である。
【００９３】
いったん移動触媒床反応器中に導入されると、各直接分解触媒粒子は、炭化水素の中に入り通り抜けていく。その炭化水素は反応器中に存在する分解前および後の炭化水素を含む。やがて、個々の直接分解触媒粒子は、触媒反応帯を通って移動し、それがその帯中の移動触媒床に組み込まれ、かつその一部になるように導入される。直接接触分解システムが連続的に、移動触媒床反応器から使用済み直接分解触媒を除去し、移動触媒床反応器中へと直接分解触媒を導入すると、個々の触媒粒子は、それが再循環のために除去される触媒反応帯中の位置に向かって、移動床の一部として移動し続ける。
【００９４】
直接接触分解システムの一実施形態は、より低密度の流体を通って流動する高密度固体物体への重力の効果を利用する、移動触媒床反応器を含む。そのような移動触媒床反応器において、直接分解触媒の導入は、触媒反応帯中の高い位置で生じる。固体直接分解触媒は概して、上方に流動している炭化水素と密接に混合しながら、下向きの方向に移動する。触媒反応帯のより低い部分に到達すると、直接分解触媒は、それが反応器から通過するまで、固体抑制プレート、容器壁上、または移動触媒床中に沈殿する。まだ触媒反応帯中にある間に、直接分解触媒は、概して上方に流動している炭化水素と混合し続ける。直接接触分解システムを使用する方法の一実施形態は、移動触媒床反応器中の直接分解触媒に対する平均滞留時間が約０．５〜約５時間の範囲であるように、移動触媒床反応器を動作させることを含む。
【００９５】
直接分解触媒の協調的な添加および除去からの移動触媒床中の直接分解触媒の移動およびシフトは、流動チャネル、空間、および間隙を連続的に形成、変化、および崩壊させる。この動的流体流動環境は、固体直接分解触媒とその周囲を流動する炭化水素との間の連続的な衝突を生む。触媒活性があり、適切な動作温度範囲である場合、直接分解触媒は、より大きい炭化水素をより小さい炭化水素に転化する。
【００９６】
任意の触媒反応帯中の移動触媒床の長さは、動作する触媒反応帯長以下である。移動触媒床長は、触媒反応帯を通る炭化水素流体流と平行な線に沿って測定される、上流部分から下流部分まで（または頂部から底部まで；近位から遠位まで）の移動触媒床の差分の長さである。
【００９７】
［移動触媒床反応器の内部温度プロファイル］
直接接触分解システムは、移動床反応器供給物の導入位置と炭化水素生成物が通過する位置との間に温度差が存在するように、移動触媒床反応器を維持するように動作可能である。移動触媒床反応器の動作長に沿った温度差は、反応器の全体の動作長に沿って直接分解を促進する。温度の徐々な直線的上昇を通して、あるいは異なる固定温度帯を通過することによって、動作長の機能に応じて上昇する内部温度プロファイルは、移動触媒床反応器を通る全ての位置で、直接分解触媒上のコークスの形成を制限する。
【００９８】
移動触媒床反応器の内側の温度は、直接分解触媒の存在下での分解反応を促進することを補助する。炭化水素分解は、本質的には吸熱性であり、外部源および移動床反応器供給物の両方から提供される熱は、反応器の動作長にわたった炭化水素の連続分解を助長する。
【００９９】
所与の温度において、より大きい炭素数を有する炭化水素は、より小さい炭素数を有する炭化水素の前に反応する傾向がある。例えば、導入された炭化水素原料の炭化水素成分としてのｎ−ヘプタンは、移動触媒床反応器への初期導入によって分解しない場合がある。より大きい分子、例えば、導入点付近でＣ８〜３０範囲およびより低い動作温度のパラフィン、アルキル芳香族、および不飽和炭化水素の存在は、Ｃ８＋化合物の一部分またはＣ８＋化合物のみがより小さい化合物に接触分解する環境を助長する。
【０１００】
「より小さいオレフィン（ｓｍａｌｌｅｒ  ｏｌｅｆｉｎｓ）」または「より小さい芳香族（ｓｍａｌｌｅｒ  ａｒｏｍａｔｉｃｓ）」等の用語「より小さい（ｓｍａｌｌｅｒ）」、およびその反対の「より大きい（ｌａｒｇｅｒ）」の相対的な使用に関して、「より小さい（ｓｍａｌｌｅｒ）」および「より大きい（ｌａｒｇｅｒ）」は、１つ以上の生成化合物（複数を含む）に対する元の反応化合物中の炭素−炭素結合の数の比較、または反応物とその生成物との間の比較を示す。直接接触分解反応は、反応炭化水素分子のある特定の炭素−炭素結合を分解し、得られた炭化水素分子を形成し、生成物としての炭化水素分子を形成する。各生成分子は、反応化合物よりも少ない炭素原子を有するが、合わせると反応物と生成物との間で同数の炭素原子を有する。例えば、通常のドデカンＣ１２の直接接触分解は、生成物として通常のブタンＣ４、および１−オクテンＣ８の形成をもたらし得る。炭素原子の総数は変化していないが、各生成物が個々にその反応物質源よりも少ない炭素原子を有するため、ｎ−ブタンおよび１−オクテンの両方が、ｎ−ドデカン「よりも小さい（ｓｍａｌｌｅｒ）」。例を続けるために、生成物１−オクテンは、それがｎ−ブテンよりも大きい数の炭素原子を有するため、ｎ−ブタン「よりも大きい（ｌａｒｇｅｒ）」。
【０１０１】
炭化水素が移動触媒床反応器の動作長に沿って移動するにつれて、温度は、反応器の内側で上昇する。上昇する内部温度は、前出の例を使用すると、条件がｎ−ヘプタンの分解に有利に働くようになるまで、徐々に小さくなる炭化水素の分解に対し有利に働く。
【０１０２】
移動触媒床反応器中の動作条件において、触媒は、脂肪酸およびろう状パラフィン、アルキル芳香族、ナフテン、ならびに多核芳香族炭化水素を含む、移動床反応器供給物中にすでに含有されている炭化水素原料の直接接触分解を促進する。炭化水素原料中の炭化水素は、パラフィン、オレフィンおよび芳香族を含む、より小さい炭化水素に分解する。水素もまた生成物である。これらのより小さい炭化水素もまた、移動触媒床反応器中の別の場所で、さらにより小さいパラフィン、オレフィン、および芳香族に分解することができ、最終的に生成炭化水素が生じる。
【０１０３】
［内部温度プロファイル］
移動触媒床反応器は、その動作長に沿って、移動触媒床反応器に対する内部温度プロファイルを維持するように動作可能である。反応器の動作長に沿って、内部温度は、特に移動床反応器供給物の導入位置と炭化水素生成物の通過点との間で比較すると、異なる位置において異なる。反応器の動作長に沿った種々の位置における内部反応器の温度は、内部温度プロファイルを特徴付ける。
【０１０４】
直接接触分解システムを使用する方法の一実施形態は、内部温度プロファイルが約２００℃〜約１０００℃の範囲内で維持されるように、移動触媒床反応器を動作させることを含む。方法の一実施形態は、内部温度プロファイルが約３００℃〜約８５０℃の範囲内で維持されるように動作させることを含む。方法の一実施形態は、内部温度プロファイルが約３５０℃〜約７５０℃の範囲内で維持されるように動作させることを含む。
【０１０５】
［内部温度勾配］
直接接触分解システムの一実施形態は、移動触媒床反応器の動作長に沿って、固定温度勾配を有する内部温度プロファイルを維持するように動作可能である、移動床反応器を含む。直接接触分解システムを使用する方法の一実施形態は、内部温度プロファイルが温度勾配として反応器の動作長に対して維持されるように、移動触媒床反応器を動作させることを含む。そのような方法の間、内部温度は動作長に対して徐々に上昇し、最低温度は、移動床反応器供給物が導入される場所に近接し、最高温度は、炭化水素生成物が通過する場所に近接する。
【０１０６】
移動触媒床反応器は、炭化水素原料を含有する、移動床反応器供給物の導入点において、分解反応を支持するのに好適な温度を維持するように動作可能である。炭化水素原料が移動触媒床反応器の動作長を移動するにつれて、移動触媒床反応器の内部温度は、導入位置と関連して上昇する。
【０１０７】
方法の一実施形態は、移動触媒床反応器の動作長に沿って、温度勾配が固定および一定である場合を含み、温度勾配の最低温度は移動床反応器供給物に対する導入位置であり、温度勾配の最高温度は、炭化水素生成物の通過位置である。
【０１０８】
種々の伝熱システムは、移動触媒床反応器の内部温度勾配を維持および調節するように動作可能である。例えば、移動触媒床反応器に連結され、かつその外部を包囲する外部伝熱流体ジャケットは、その外部シェルを通して移動触媒床反応器中に熱を伝達することができる。
【０１０９】
［内部固定温度帯］
直接接触分解システムの一実施形態は、移動触媒床反応器の動作長に沿って、２つ以上の固定温度帯を有する内部温度プロファイルを維持するように動作可能である、移動床反応器を含む。直接接触分解システムを使用する方法の一実施形態は、内部温度プロファイルが、移動触媒床反応器の動作長に沿って、むしろ２つ以上の固定温度帯として、反応器の動作長に対して維持されるように、移動触媒床反応器を動作させることを含む。そのような一実施形態において、第１の温度を有する第１の固定温度帯は、移動床反応器供給物に対する導入位置に近接して位置付けられ、第２の温度を有する第２の固定温度帯は、生成炭化水素の通過位置に近接して位置付けられる。第２の温度は、第１の温度よりも高い。方法の一実施形態は、反応器の動作長に沿って、第２の温度が最高温度であり、第１の温度が最低温度である場合を含む。
【０１１０】
直接接触分解システムは、炭化水素および直接分解触媒が温度帯を通って移動しても、本質的に効果的に等温であるように、動作長に沿って、移動触媒床反応器内で内部固定体積の少なくとも一部分を維持する。直接接触分解システムの一実施形態は、移動触媒床反応器内で２つ以上の内部固定温度帯を維持するように動作可能である、移動触媒床反応器を有することを含み、下流温度帯中で維持される温度は、隣接する上流温度帯中で維持される温度よりも高く、上流および下流は、移動床反応器供給物の導入点に対して定義される。直接接触分解システムを使用する方法の一実施形態は、約１０℃〜約１００℃の範囲の隣接する温度帯間の温度差を維持することを含む。固定温度帯を維持することは概して、ある特定の種類の炭化水素が、移動触媒床反応器の動作長に沿って分解する位置を調節することができる。
【０１１１】
直接接触分解システムの一実施形態は、反応器内の各触媒反応帯が固定温度帯と関連する、移動触媒床反応器を含む。したがって、第１の触媒反応帯は、第１の温度帯と対になり、第２の触媒反応帯は、第２の温度帯を有する等である。移動触媒床の内部温度を調節するために内部固定温度帯を使用する一方で、分解反応管理は比較的より容易であり、コークス形成はより制御される。一致した温度および触媒帯を有する仮説に基づく接触移動床反応器において、炭化水素の直接接触分解は、温度が一定であるとき、ある特定の平衡まで進行し、それ以上は進行しない。炭化水素が、異なる移動触媒床を有する、異なるより高い温度帯中に流入するとき、炭化水素分解反応が開始し、新しい平衡が形成されるまで継続する。加えて、固体材料で作られる触媒は通常、吸着熱を保持し、内部固定温度帯中の温度を維持するのを補助する。
【０１１２】
直接接触分解システムの一実施形態は、各固定温度帯が約１メートル〜約５０メートルの範囲の、移動触媒床反応器の動作長に沿って測定される長さを有する、移動触媒床反応器を含む。
【０１１３】
［触媒再生システム］
直接接触分解システムは、触媒再生システムを含む。触媒再生器は、直接接触分解システムが触媒供給物ラインを通して、触媒再生システムから少なくとも１つの触媒反応帯に、直接分解触媒を導入するように動作可能であるように、移動触媒床反応器に連結する。触媒再生器は、直接接触分解システムが、少なくとも１つの触媒反応帯から触媒再生システムに、使用済み直接分解触媒を導入するように動作可能であるように、移動触媒床反応器に連結する。
【０１１４】
触媒再生システムは、使用済み直接分解触媒を再生された直接分解触媒に転化するように動作可能である。炭化水素の直接接触分解は、より低い温度でさえ、最終的に直接分解触媒の表面上にコークスを収集する。コークスおよび他の残留炭素は、直接分解触媒の表面を汚染し、その表面細孔を詰まらせ、触媒活性表面を遮断する。加えて、金属および非金属は、直接分解触媒の選択性および効率を低下させ得る。再生された直接分解触媒は、新しい触媒と同様の動作有効性を有した移動触媒床反応器の動作条件で、炭化水素を分解するように動作可能である。
【０１１５】
触媒再生システムは、酸素源を使用して、使用済み触媒から再生された触媒に転化するように動作可能である。使用済み触媒を処理するために、高温の空気または酸素を使用することは既知である。高温で送達される酸素は、直接分解触媒の表面上のコークスならびに存在する任意の残留炭化水素を酸化させる。酸化反応は、酸化炭素を生成する。直接接触分解システムは、再生システムからの酸化炭素オフガスを送る。酸化反応はまた、使用済み直接分解触媒を有する任意の触媒毒および金属を、金属および非金属酸化物に転化する。これらの酸化物は、再生された直接分解触媒と共に残り、もはや機能的な阻害物質としての機能を果たさなくなるか、あるいはオフガスと共に放出される。
【０１１６】
［支持装置］
実施形態は、記載された器具、過程、方法、およびシステムを動作可能にする、多くの追加の標準的な構成要素または装置を含む。当業者に既知の多くの追加の標準的な装置の例としては、熱交換、ポンプ、ブロワ、リボイラ、蒸気生成、凝縮物処理、膜、単および多段圧縮機、分離および分画装置、弁、スイッチ、制御装置、ならびに圧力、温度、レベル、および流量検知デバイスが挙げられる。
【０１１７】
過程または方法の一部分または全工程の動作、制御、および性能は、人間の相互作用、予めプログラムされたコンピュータ制御および応答システム、またはそれらの組み合わせを通して生じ得る。
【図１】
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【図２】
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