JP2000288410A - バッフル付き流動床における段階的触媒再生 - Google Patents
バッフル付き流動床における段階的触媒再生Info
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Abstract
を行う為の再生器及び方法を提供すること。 【解決手段】 流動接触分解(FCC)ユニット内を循
環する使用済みFCC触媒から炭素を除去するための触
媒再生器であって、それぞれ再生器の上方部分と下方部
分とに配置された、希薄相流動触媒床と濃厚相流動触媒
床とを含む再生器と;該再生器に該濃厚相流動触媒床の
頂部に隣接して使用済み触媒フィードを分配するための
使用済み触媒分配器と;酸素含有エアレーション流体を
該再生器中に導入するための、該濃厚相流動触媒床の底
部に隣接して配置されたエアグリッドと;使用済み触媒
分配器と該エアグリッドとの間に配置されたバッフルで
あって、該濃厚相流動触媒床中の少なくとも40%の触
媒が該バッフルの垂直中点より上に配置されている前記
バッフルと;該希薄相からエアレーション流体を放出す
るために該再生器の上方部分に接続したラインと;濃厚
相から再生済み触媒を引き出すために該再生器の下方部
分に接続したラインとを含む前記触媒再生器。
Description
トにおける触媒再生に関し、より詳しくは、二段階触媒
再生のためにバッフル付き流動床を用いる再生器システ
ムに関する。
おける改良は、この慣用的な耐久力のあるプロセスをさ
らに信頼できる、より営利的なものにするために続けら
れている。最近数年間は、FCC開発における研究活動
の大部分は該プロセスの反応側に集中している。しか
し、再生器設計を改良することの重要性は、残留物含有
(resid−containing)フィードストッ
クを処理する製油業者が多くなり、放出物に対する環境
規制が厳しくなるにつれて、高まりつつある。
る重要な要素である。これは触媒上に付着したコークス
を燃焼することによって触媒活性を連続的に修復し、該
プロセスに必要な熱を供給する。高残留物(high−
resid)フィードストックを処理するFCCユニッ
トでは、再生器はまたフィード(feed)中の汚染物
によって生じる高いコークス形成によって発生する過剰
な熱を除去しなければならない。
を最小にし、反応器収率を最適化するように触媒活性と
選択性とを維持するような状況において達成することが
理想的である。粒状物とNOx放出物に対する環境規制
が付加的な制約を与える。理想的な再生システムは触媒
を均一に低炭素レベルにまで再生し、触媒不活化を最小
にし、バナジウム移動度を低下させ、触媒毒を限定し、
粒状物放出を減少し、操作的フレキシビリティを与え、
高い機械的信頼性を提供し、複雑さと資本費用とを最小
にする。再生器設計における重要な原理は、プロセスの
性能基準を満たすことと両立するように、再生器及びそ
の内部のサイズと機械的複雑さとを最小にすることであ
る。
Cユニットはニッケル、バナジウム及びConrads
on Carbon Residue(CCR)を多く
含有する重質フィード成分を効果的に処理する必要があ
る。これらの汚染物の各々はユニットの性能に種々な意
味で影響を与え、後者の2つは再生器設計に対する重要
なチャレンジを提示する。フィード中のCCRはコーク
ス形成を増加させ、過度に高い再生器温度をもたらす可
能性がある。許容可能な高さの触媒−対−オイル比率を
得るため、及び再生器の金属学的温度限界を超えること
を避けるために系から熱を除去しなければならない。1
つのオプションは再生器を部分CO燃焼モードで操作す
ることによって、再生器における熱放出を制限すること
である。CO燃焼の熱は下流のCOボイラーにおいて放
出される。他のオプションは触媒冷却器を設置すること
である。過剰な熱は触媒から直接除去され、高圧スチー
ムを発生させるために用いられる。
定量的に付着するけれども、ニッケルは安定な化合物を
形成し、この化合物は触媒の外面上に留まる。最も古い
触媒粒子は最高レベルのニッケルを含有する。バナジウ
ムはニッケルよりも非常に大きく破壊的である。高温、
過剰な酸素及びスチームの存在下で、バナジウムは存在
する触媒全体上に再分布され、新しい触媒と古い触媒の
両方を汚染し、触媒活性を破壊する。触媒活性の大部分
は最も新しい触媒粒子に由来するので、この現象はユニ
ット全体(unit inventry)の平衡活性を
低下させる。バナジウム移動性を特徴とする反応は次の
通りである:
る: V2O5 + 3H2O → 2VO(OH)3
ジウム及びCCR含量を有するフィードストックを処理
する場合には、再生器におけるCO部分燃焼を設計する
ことが賢明である。バナジウム移動性を制限することに
よって、新鮮な触媒の早期不活化が防止され、触媒は特
定の金属レベルに関してより高い活性で平衡する。
とは、(1)再生器におけるバナジウム移動性と触媒の
バナジウム誘導不活化とを制限することによって触媒補
充速度を低下させ;(2)中等度に汚染されたフィード
を処理する場合に触媒冷却器の必要性を除去することが
できるか、又は重度に汚染したフィードのために必要と
される触媒冷却器のサイズを縮小することができ;
(3)再生器とエアブロアーとのサイズを減じ;そして
(4)NOx放出を減ずるので、魅力的なオプションで
ある。
作では、触媒から炭素の総てを焼却することが困難であ
る。残留炭素は触媒活性に不利な影響を与える可能性が
ある。(本明細書と特許請求の範囲のために、“きれい
に燃焼した触媒”とは≦0.1重量%炭素を含有するも
のとして定義する。)約3.5:1のCO2/CO比率
では、慣用的な一段階再生器からの再生済み触媒は0.
15〜0.25%炭素を含有しうる。図1は触媒活性と
再生済み触媒上の炭素との関係を示す。この例では、炭
素レベルが0.25%から0.10%に低下すると、M
AT活性は約3〜4体積%上昇する(ASTM D−3
907による)。
的を達成する1方法は、当該技術分野で二段階再生と呼
ばれる方法である。このタイプの設計では、複数個の再
生器がカスケーディング式又は分離式のいずれかの煙道
ガス列によって連続的に操作される。第1段階は部分燃
焼で操作され、第2段階は完全燃焼で操作される。これ
らの再生器は低レベルの触媒付着炭素を達成することが
できるが、これらの二段階設計は一段階再生器よりも機
械的に複雑であり、より費用がかかり、操作がより困難
である。
92号は、完全燃焼モードで操作される再生器における
触媒床レベルの下方2〜4フィートの水平バッフルデバ
イス又はサブウェイ格子を開示している。このバッフル
デバイスは触媒分配トラフ及びエアレーターの必要性を
除去するといわれる。
3,785,620号;Bunn、Jr等への第4,0
51,069号;Murphy等への第4,150,0
90号;Johnsonへの第4,888,156号;
Luckenbachへの第5,156,817号;M
iller等への第5,635,140号;及びBus
ey等への第5,773,378号を包含する。EPA
94−201,077は再生器の触媒床中への流体の放
射状分配を開示している。
再生器を用いてのみ達成されることができた、不完全燃
焼の環境下で操作しながら、単一再生器で使用済み流動
接触分解触媒から炭素質付着物の完全な除去を達成する
再生系を、本発明者らは研究してきた。さらに、本発明
の系は再生器の希薄相中への触媒伴出を低減し、したが
って、再生器サイクローン時の粒状物放出と機械的摩耗
とを減ずる。これらの利点は、再生器内にバッフルを配
置して、流動床の上方区分と下方区分との間での逆混合
(backmixing)を減ずることによって、達成
される。上方床の頂部にわたって触媒を均一に分配する
使用済み触媒分配器も、本発明の重要な部分である。
動接触分解(FCC)ユニット内で循環するFCC触媒
から炭素を除去するための触媒再生器を提供する。この
触媒再生器(regenerator)は、それぞれ再
生器(vessel)の上方部分と下方部分とに配置さ
れた、希薄相流動触媒床と濃厚相流動触媒床とを含む再
生器(vessel)を包含する。該濃厚相流動触媒床
の頂部に隣接した該再生器中に使用済み触媒フィード
を、好ましくは中心管又は孔から外方に放射状に分配す
るために、使用済み触媒分配器が備えられる。酸素含有
エアレーション流体を該再生器中に導入するために、該
濃厚相流動触媒床の底部に隣接してエアグリッドが配置
される。使用済み触媒分配器と該エアグリッドとの間
に、バッフルが配置される。該バッフルは該濃厚相床を
上方段階と下方段階とに分割することができ、上方段階
を出るエアレーション流体はCOを含有し、分子状酸素
を本質的に含まず、下方段階を出るエアレーション流体
は分子状酸素を含有し、COを本質的に含まない。該濃
厚相流動触媒床中の触媒の少なくとも40%、より好ま
しくは少なくとも60%が該バッフルの垂直中点より上
に配置されている。バッフルを通る触媒の逆混合流量
(flux)が、バッフルを下方へ通る触媒の正味流量
又はバルク流量よりもほぼ等しいか又は少ないことが好
ましい。該希薄相からエアレーション流体を放出するた
めに該再生器の上方部分にラインが接続する。該濃厚相
から再生済み触媒を引き出すために該再生器の下方部分
にラインが接続する。
COを含有し、分子状酸素を本質的に含まないことが好
ましい。使用済み触媒分配器は、中心管又は孔(wel
l)から外方に放射状に伸びる複数個の曝気(aera
ted)トラフアーム(trougharms)を包含
することができる。該バッフルは好ましくは波形角度的
片寄り(corrugated angularly
offset)金属シートから製造された構造化バッフ
ルである。該バッフルは好ましくは少なくとも6インチ
厚さ、より好ましくは2フィート以上である。
を循環するFCC触媒の再生方法を提供する。この方法
は、上述した触媒再生器の使用済み触媒分配器に、上部
に付着した炭素を含有する使用済みFCC触媒を供給す
る工程と、該触媒再生器を部分CO燃焼モードで操作す
る工程とを包含する。バッフルの垂直中点は濃厚相触媒
床を上方段階と下方段階とに分割することができ、下方
段階は過剰な酸素状態で操作され、上方段階は部分CO
燃焼モードで操作されるので、放出されるエアレーショ
ン流体はCOを含有し、分子状酸素を本質的に含まな
い。バッフルと使用済み触媒分配器とは上方段階と下方
段階との逆混合を好ましくは少なくとも約80%抑制す
る。この触媒再生器の操作は触媒冷却を本質的に含まな
いことができる。再生器から引き出された再生済み触媒
は好ましくは0.05重量%未満の炭素を含有する。
器のそれぞれ上方部分と下方部分とに配置された、希薄
相流動触媒床と濃厚相流動触媒床とを含む再生器(ve
ssel)と;(2)該濃厚相流動触媒床の頂部に隣接
した該再生器に使用済み触媒フィードを分配するための
使用済み触媒分配器と;(3)酸素含有エアレーション
流体を該再生器中に導入するための、該濃厚相床の底部
に隣接して配置されたエアグリッドと;(4)エアレー
ション流体を放出するために該再生器の上方部分に接続
したラインと;(5)再生済み触媒を引き出すために該
再生器の下方部分に接続したラインとを含む流動接触分
解(FCC)ユニット触媒再生器の改良方法を提供す
る。この改良方法は、該使用済み触媒分配器の下方でか
つ該エアグリッドの上方の濃厚相床中にバッフルを設置
することと;該バッフルの垂直中点より上方の濃厚相床
中に少なくとも40%、好ましくは少なくとも60%の
触媒が存在するように該触媒再生器(regenera
tor)を操作することを含む。
再生器を、改良後に、部分CO燃焼モードで操作するこ
とができる。改良前には触媒冷却器に結合して操作され
た触媒再生器を、改良後に、触媒冷却器なしで操作する
ことができる。改良前と同様に、改良後にも、0.05
重量%未満の炭素を含有する再生済み触媒を得るように
触媒再生器を操作することができる。触媒補充速度が改
良後には低下することが好ましい。引き出されたエアレ
ーション流体中のNOxが改良後には減少することが好
ましい。希薄相中の触媒伴出が改良後には減少すること
が好ましい。この方法は、下流COバーナーを設置し
て、引き出されたエアレーション流体中のCOをCO2
に転化することをさらに含むことができる。FCCユニ
ットに供給されるフィードストックは改良後には高い残
留物含量を有することができる。
装置と方法である。図2〜4に関しては、先行技術再生
器と本発明再生器の両方は、スタンドパイプ10とプラ
グバルブ12とを包含する。慣用的なストリッパー(図
7と8参照)からの使用済み触媒はスタンドパイプ10
を通って流れて、触媒プラグバルブ12を通過する。プ
ラグバルブ12を通過した後に、触媒は方向を変えて、
空気を流動化媒質として用いて使用済み触媒中心孔14
の環を通って上方に流れる。次に、触媒は複数個の使用
済み触媒分配器トラフアーム18を介して濃厚相触媒床
の頂部上に均一に分配される。濃厚流動床16は、当該
技術分野で慣用的である主燃焼エアグリッド20によっ
て供給される空気によって曝気される。エアレーション
空気がグリッド20から濃厚相床16を通って上方に移
動するにつれて、触媒上の炭素は燃焼されて、CO及び
/又はCO2を形成する。オフガスは慣用的には再生器
22からのオーバーヘッドで、セパレーター・サイクロ
ン(登録商標)とオーバーヘッドラインとを介して回収
される(図7と8参照)。典型的には、再生器22が部
分CO燃焼モードで操作されるときに、ラインが慣用的
COバーナー(図示せず)に接続されて、大気に放出す
る前にCOをCO2に転化する。
媒床16を上方段階26と下方段階28とに分割するよ
うに配置される(図4参照)。図4の二段階再生に比較
した、図2の先行技術再生器22の一段階触媒再生の操
作上の差異は、図6と7のフローチャートを比較すると
分かる。図6では、一般に連続撹拌タンク反応器(CS
TR)として類型化される触媒床16中に、使用済み触
媒は導入される。煙道ガスはオーバーヘッドで得られ
る。空気は触媒床16の底部から導入されて、再生済み
触媒もそこから引き出される。本発明による二段階操作
(図7)では、使用済み触媒は上方段階26の頂部に導
入され、上方段階26はバッフル24によって下方段階
28から分離されている(図4参照)。煙道ガスは上方
段階26からオーバーヘッドで得られる。再生済み触媒
は下方段階28の底部から引き出され、空気はバッフル
なしバージョンと同様に下方段階28の底部へ導入され
る。しかし、上方段階26はバッフル24によって下方
床から分離される。触媒は上方階段26から下方段階2
8へ移動し、空気は上方段階28からバッフル24を通
って上方段階26に移動する。このモデルは一部の触媒
が下方段階28から上方段階26に逆に移動するのを可
能にする触媒逆混合を包含する。
アーム18との組み合わせは、下方段階28から上方段
階26への触媒の逆混合を好ましくは、バッフルなし床
16に比べて少なくとも約80%抑制する。これは実際
の段階的燃焼を生じる。慣用的再生器の向流形態は、触
媒粒子の温度上昇とそれに付随する不活化とを最小にす
る充分なステージング効果を与えるが、床の上方部分と
下方部分との間の逆混合があまりにも大きいので、実際
の段階的燃焼が許されない。図6を参照すると、逆混合
流量が無限に近づくと、再生器22は一段階CSTR操
作に近づく(図5参照)。触媒逆混合流量が零に近づく
と、再生器22は実際の二段階操作に近づく(図6参
照)。
シェッドデッキ(shed deck)(単数又は複
数)等のような、任意の適当なバッフル構造を、これが
再生器22の二段階操作を得るために逆混合を充分に抑
制する限り、バッフル24として用いることができる。
本明細書及び請求の範囲において用いる限り、“逆混合
を抑制する”とは、逆混合がバッフル24なしの、但し
使用済み触媒分配器とトラフアーム18とはまだ用いた
再生器22の操作に比べて逆混合が減少することを意味
する。バッフル24の特に好ましい構造は波形ラメラか
ら構成された1個以上のパッキング要素を用いるもので
あり、この場合隣接ラメラの波形は異なる方向に、好ま
しくは図5に示すように垂直から+45度と−45度に
配向している。これらの好ましいバッフル材は静的混合
に慣用的に用いられており、Huberへの米国特許第
3,785,620号に述べられている、この特許はそ
の全体において本明細書に援用される。バッフル24は
好ましくは少なくとも6インチ厚さ、より好ましくは少
なくとも1フィート厚さ、特に少なくとも2フィート厚
さである。より厚いバッフルは逆混合の抑制を容易に
し、再生器における触媒伴出率(catalyst e
ntrainment rate)を低減する。一般
に、大きい再生床は厚いバッフルを必要とする。
s、好ましくは2〜5ft/s、特に2.5〜3.5f
t/sの見掛けの蒸気速度に関して設計すべきである。
これより高い見掛けの蒸気速度は垂直逆混合速度を高め
て、触媒をきれいに燃焼させることができない。
る任意の慣用的デバイスでありうるが、好ましくは、曝
気触媒分配器である。特に好ましい自己曝気式触媒分配
器は、Miller等への米国特許第5,635,14
0号に述べられており、この特許はその全体において本
明細書に援用される。簡単に説明すると、Miller
等の分配器は中心孔14から外方に放射状に伸びる複数
個の穿孔トラフアーム18を包含し、トラフアーム18
は下方に突出する隣接リップを有して、エアレーション
空気を捕捉し、浮力により、捕捉されたエアレーション
空気が穿孔を通してトラフに押し込まれる。6〜8個の
トラフアーム18を用いることが好ましい。
点を用いた、上方段階26中触媒の下方段階28中触媒
に対する比率は少なくとも40%上方/60%下方、よ
り好ましくは60%上方/40%下方、及び特に65%
上方/35%下方であるべきである。一般に、上方段階
26中の存在量(inventory)が大きいと、再
生器22は操作されやすく、再生器22に対する使用済
み触媒フィード速度の異常又は突然の変化に対処するた
めのフレキシビリティを有する。上方段階中の触媒の存
在量は、触媒の燃焼速度を維持しうるほど充分に大きい
ものである必要がある;上方段階中の触媒存在量が低す
ぎるならば、燃焼を維持することがいっそう困難にな
る。これを超えると、上方段階中の存在量が多くなれば
なるほど、きれいに燃焼した触媒を得るために必要な逆
混合抑制が一般に低下することも判明している。例え
ば、50%上方/50%下方の床分割比率では、触媒を
きれいに燃焼させるために、逆混合流量の90%抑制が
必要であると考えられるが、65%上方/35%下方の
床分割比率では、73%抑制された逆混合流量が容認さ
れうる。
から出る煙道ガス中のCO2/COの低い比率は、熱放
出を低減し、その結果として再生器温度を減少させるの
で、有利である。他方では、再生器22を部分燃焼モー
ドで操作すると、低いCO2/CO比率が触媒上に残さ
れる残留炭素量を増加させる可能性がある。一般に、C
O2/CO比率が低ければ低いほど、触媒冷却の必要性
は低下する。好ましい実施態様では、触媒冷却器を完全
に省略することができる。他方では、CO2/CO比率
が高ければ高いほど、バッフル24を通って容認され、
しかもまだきれいな燃焼を達成することができる逆混合
流量は大きくなる。典型的に、CO2/CO比率は2以
下から約6まで、より好ましくは2.5から4まで変化
する。再生器22中の触媒存在量を高め、断面直径が小
さく、深い床16を用いることが、いっそうきれいな燃
焼を達成するために役立つことも判明した。
は、COからCO2への転化を促進するために一般に加
えられる、例えば白金のような触媒)の有無に拘わらず
操作することができる。好ましくは、再生済み触媒上の
低炭素を容易にするために、再生器22を触媒中にCO
プロモーターなしで操作する。COプロモーターなしの
操作が、高い逆混合流量の容認を可能にし、及び/又は
低い触媒存在量/床16高さを可能にすることが判明し
た。
却するための触媒冷却器の必要性を完全に除去すること
も、本発明では可能である。触媒冷却器仕事量(dut
y)が低くても又は無くても再生器22の二段階操作で
触媒を容易にきれいに燃焼させることができることが判
明した。他方では、触媒を冷却することは床16の温度
並びに触媒補充速度を低下させるために役立つ。触媒冷
却は上方段階26と下方段階28との温度差を減ずるた
めにも役立ちうる。典型的に、再生器は1250°F〜
1350°F(676.7〜732.2℃)、より好ま
しくは1275〜1325°F(690.6〜718.
3℃)において操作される。一般に、触媒冷却器は中又
は低△炭素(delta carbon)(例えば、≦
1重量%△炭素)を生じるフィードストックの処理のた
めには不必要であるが、高△炭素(例えば、1.4重量
%△炭素)を生じるフィードストックの処理のためには
望ましいと考えられる。“△炭素”とは当該技術分野で
は、再生器22に供給される使用済み触媒から再生済み
触媒上への、触媒の重量%として表現される、炭素含量
の変化として理解される。
28への触媒流動に干渉しないで、逆混合(即ち、下方
段階28から上方段階26への流動)を制限することも
判明した。バッフル24が溢流又は他の何らかの触媒流
動問題を引き起こすという徴候はない。さらに、密度プ
ロフィルはバッフル24によって影響されない。バッフ
ル24の使用は、触媒存在量を高めずに、部分燃焼操作
できれいな触媒燃焼を可能にする。触媒のこのきれいな
燃焼は、単一の簡単な再生器において達成され、この達
成は従来の再生テクノロジーでは不可能である。バッフ
ル24の使用は触媒伴出も減少させ、再生器22からの
粒状物放出を減じ、再生器サイクロン時の摩耗を低減す
る。
0°F(704.4℃)以下に維持することができ、過
剰な酸素存在下での滞留時間を最小にするので、触媒上
へのバナジウム再分布を最小にするという利益をも有す
る。さらに、上方段階26と下方段階28との間の逆混
合を抑制することは、下方段階28の過剰な酸素環境中
の水蒸気の存在を最小にする。
動再生器モデルを用いて、静的混合−要素バッフルの効
果を試験した。定性的に、この小規模試験は、該バッフ
ルが上方段階から下方段階への触媒流動に干渉しない
で、逆混合を制限することを示した。この小規模試験は
また、溢流又は他の何らかの触媒流動問題が存在しない
こと、及び密度プロフィルがバッフルによって影響され
ないことをも実証した。
再生器性能を実証した。この再生器は約5フィートの直
径と、13フィート〜15フィートの床高さとを有し、
約20トンの触媒存在量を維持し、約10,000sc
fmの空気速度を必要とした。使用済み触媒ライザーの
頂上にトレーサーを注入して、下方段階中のその濃度を
時間の関数として測定することによって、その場での固
体混合を測定した。再生器下方段階中のトレーサー濃度
を時間の関数としてプロットする図9において、典型的
なデータの例を示す。これらの未加工データを2−CS
TR機械的モデルにおいて分析して、逆混合流量を算出
した。図9に示すように、2−CSTRモデルはデータ
の良好な適合を示して、バッフル付き床の水力学的特徴
についての本発明者らの推定を実証した。粒子速度は二
重ファイバー光学プローブ相互相関方法によって測定し
た。約0.3体積%でエアレーションエアグリッド中に
1〜2秒間注入されたヘリウムトレーサーを用いて、ガ
ス混合を測定した。希薄相中の触媒の伴出をサイクロン
・ジプレグ(cyclone dipleg)中の蓄積
率(accumulation rate)と、圧力変
換器系とによって測定した。床密度及び密度プロフィル
も圧力変換器系によって測定した。
た;これは希薄相中の触媒の伴出を低減した。反復試験
によって、この伴出がバッフルなしの触媒分配器のみに
比べて57%減少したことを確証した。触媒伴出のこの
有意な低下は、再生器からの触媒損失と、再生器サイク
ロン摩耗の両方を低減すると予想することができる。伴
出の減少に関する機構は完全には理解されていないが、
床の表面に噴出する気泡がバッフル設置によって有意に
小さくなったことが観察された。小さい気泡は、希薄相
中に放出される触媒量を少なくすることができる。
ッフルが触媒循環に干渉しないことを示した。これを広
範囲な触媒循環速度と見掛けの空気速度とにわたって、
試験した。バッフルは触媒密度プロフィルに影響を与え
ず、小規模モデルにおける観察を確証した。商業的な操
作において経験される触媒循環速度よりも充分に大きい
触媒循環速度においても、バッフルを溢流させること
も、触媒流動を如何なる意味でも中断させることもでき
なかった。好ましいバッフルは、その特有の設計が逆混
合を効果的に制限し、気泡サイズを限定するが、非情に
高い割合の開放面積(90%より大きい)を有し、これ
がバッフルに優れた流動特性を与える。
ートするために他の試験を行った。これらの条件下で、
触媒はバッフルから迅速に流出した。反復試験において
床の再流動化は問題なく達成された。バッフルは機械的
に頑丈であり、再生器の内側に容易に取り付けることが
できる。
基いて、Sapre等、“FCC再生器 流動モデ
ル”、Chemical EngineeringSc
ience、45巻、8号、2203〜2209頁(1
990)に述べられている再生器モデルを用いて、バッ
フル付き再生器の燃焼性能をシュミレートした。この精
密な動的モデルは再生器を任意の数の段階又は“セル”
に分割することを可能にし、セル間のガス及び触媒の流
動を完全に明確化することを可能にする。モデル予測を
商業的操作に比較して、このモデルが再生器設計と分析
との両方のために有用なツールであることが判明してい
る。
作データが入力されたならば、このモデルは例えば再生
済み触媒上の炭素、床と希薄相との温度、及び煙道ガス
組成のような重要なパラメーターを予測するために適当
であった。
バッフルが1300°F(704.4℃)の床温度と
2.66のCO2/CO比率とを有する部分燃焼再生器
における逆混合を81%より大きく減じたことを示す。
このレベルの逆混合では、再生器の動的モデルは系が単
一再生器において段階的燃焼を達成し、部分燃焼モード
において触媒をきれいに燃焼することを実証する。
道ガス中のNOxの低減であった。バッフルによる操作
はバッフルなし再生器に比べて50%より大きくNOx
放出を低減した。
ル付きで及び2フィート厚さバッフルなしで種々な見掛
けのガス速度において操作して、再生器における逆混合
流量を測定した。結果は表1に示す。
の固体垂直逆混合速度が再生器設計操作条件(3.3f
t/s;バッフルなし)において基準(base)の1
00%であったが、見掛けのガス速度が1.6ft/s
に低下すると、逆混合速度が基準の79%に低下したこ
とを示す。バッフルなし再生器のデータが、大きい気泡
と高い圧力変動とのために、バッフル付き再生器におけ
るよりも大きく散乱していることが考えられる。バッフ
ル付き再生器における逆混合は約1.8〜3ft/sの
設計ガス見掛けの速度範囲にわたって基底の約18〜1
9%であり、再生器床を通って下方への触媒のバルク又
は正味の流量と同じオーダーであった。ガス見掛けの速
度が3ft/sから1.8ft/sに変化するときのバ
ッフル付き再生器における逆混合流量のごく僅かな減少
は、固体逆混合に対するガス混合の影響をバッフルが弱
める可能性によって説明することができる。ガス速度が
上昇するときの逆混合の増加は、当該技術分野において
報告された他のデータと一致する。
t)”挙動を実証するために、“頑強度(Robust
ness)”試験を実施例2の大型再生器モデルにおい
て行った。標準設計の操作条件において、24”深さバ
ッフル付き再生器床への空気を瞬間的に停止させた。床
が完全に流動停止した後に(約10分間)、床を3fp
sの標準操作見掛け速度になるように再始動させた。再
生器中の床密度を、床をスランプさせる前とコンプレッ
サーを再始動させた後に記録した。
から下方段階に流出したことが判明した。軸方向の床密
度プロフィルは同じであり、床が完全に再流動化されう
ること及び系がこれに関して頑強であることを実証す
る。実施例2の大型5フィートユニットにおいても実施
例1の小型8インチユニットにおいても、例えばバッフ
ルによる溢流、チャンネリング又は閉塞のような、他の
流動問題が生じないことも確認された。
65%上部/35%下部とを実施例3のシミュレーター
モデルを用いてシミュレートした。このシミュレーショ
ンのために用いた再生器形状と操作条件とを以下の表2
に示す:
したCRC(再生済み触媒上炭素)レベル対逆混合速度
を示す。50%上部/50%下部の床分割比率では、触
媒をきれいに燃焼させる(CRCレベル<0.1重量
%)ために90%の逆混合流量抑制が必要であった。し
かし、上部床触媒存在量が65%に達したときに、6.
33のCO2/CO比率で触媒をきれいに燃焼させるた
めに、逆混合流量の73%抑制のみが容認されることが
できる。そこで、触媒をきれいに燃焼させるために、上
部床に65%より多くの触媒を有する位置にバッフルを
設置することが最も好ましい。
くの試験のシミュレーション結果は、バッフル系が簡単
な二段階、単一再生器/部分CO燃焼モードでのFCC
触媒再生という技術的目的を上首尾に達成することがで
きるという結論を引き出すために充分な定量的データを
与えた。本発明のバッフル付き再生器によって、再生器
を部分CO燃焼モードで操作しながら触媒をきれいに燃
焼させることができる。次のシミュレーションに用いた
下部床直径は24ftであり、床レベルは17ftであ
った。しかし、典型的な慣用的完全燃焼再生器床は27
ft下部床直径と、13ft床レベルとを有することが
できる。表3は、バッフル付き(部分燃焼)及びバッフ
ルなし(完全燃焼)再生器の設計に用いた、好ましい再
生器形態と操作条件とを示す。
1.5〜約3.5ft/sの範囲である見掛けの蒸気速
度によって操作した。希薄相中の触媒伴出は再生器サイ
クロン入口近くでのマノメーターによって測定した。再
生器モデルは使用済み触媒分配器(SCD)のみによっ
て、24インチバッフルのみによって、及びバッフルと
SCDとの両方によって操作した。結果は図12にグラ
フによって示す。バッフルとSCDとの両方を用いる場
合には、バッフル又はSCDのいずれかを単独で用いて
達成されるよりも伴出が予想外に低下する。
て、部分燃焼モード(CO2/CO比率2.66)での
再生器操作をシミュレートして、バッフルと使用済み触
媒分配器(SCD)を共に用いる、バッフルのみを用い
る、及びSCDのみを用いる操作を比較した。触媒床レ
ベル、触媒存在量、燃焼空気速度、見掛け蒸気速度、バ
ッフル/SCDケースとバッフルのみケースとにおける
床分割比率(65%上部/35%下部)及び触媒循環速
度は3種類のシミュレーションの総てにおいて同じであ
った。触媒冷却器は不必要であった。バッフル/SCD
シミュレーションは触媒を再生済み触媒上炭素(CR
C)0.05重量%まできれいに燃焼させることができ
たが、バッフルのみとSCDのみとは、それぞれ、0.
11重量%と0.20重量%のCRCレベルを生じた。
バッフルのみケースとSCDのみケースとの再生済み触
媒は、相応して、バッフル/SCD再生済み触媒よりも
非情に低い活性(MAT)を有すると考えられる(図1
参照)。
て、VGOフィードストックを処理するように本来設計
された既存のFCC再生器を試験した。この再生器は使
用済み触媒分配器(SCD)を有したが、バッフルは有
さなかった。この再生器を完全燃焼モードで操作して、
きれいに燃焼した触媒を得た。FCCユニットを構成し
た後に、製油業者はフィードストック中のConrad
sonCarbon含量を1%から3%に高め、エアブ
ロアーはその最大限界まで高められた。この基準ケース
操作は以下の表4の第1欄に示す。
さらに、例えば5%高めるためには、ユニットを完全C
O燃焼モードから部分燃焼モードに切り替えることが必
要である。表4の第2欄には、重質フィードストックを
処理し、ユニットを部分燃焼モードに切り替えたならば
何が起こるかを示す。再生済み触媒上の炭素は約0.2
0重量%に上昇する。これは再生済み触媒の触媒活性を
約4体積%低下させ、このことは活性の重要な損失であ
り、例えばガソリンのような所望の生成物の収量に不利
に影響を及ぼす。
フルを加え、ユニットを中央欄に示した条件と同じ条件
で操作したならば何が起こるかを示す。バッフルの添加
は、第1欄にモデル化された軽質フィードストックによ
って既に達成された炭素レベルと同じ炭素レベルに触媒
を燃焼させることを可能にする。
するものであり、本発明の範囲を限定するものと見なす
べきではない。上記開示を考慮するならば、種々な改変
が当業者に自明になると思われる。特許請求の範囲及び
要旨に含まれる、このような改変の総てが本発明に包含
されるように意図される。
触媒活性(MAT)のプロットを示す。
ための典型的な再生器の下方部分を示す(先行技術)。
ように改変された図2の再生器を示す。
触媒再生の概略フローチャートを示す(先行技術)。
再生器の動的モデル化に関する触媒再生の概略フローチ
ャートを示す。
って改変された、ストリッパーの直ぐ下に配置された再
生器を有するFCCユニットを示す。
よって改変された、ストリッパーの片側に配置された再
生器を有するFCCユニットを示す。
時間の関数としてプロットする現場固体混合データの例
を示す。
炭素対逆混合流量をプロットする。
−◆)、バッフルのみ(■−■−■)及びバッフル/S
CD共に(▲−▲−▲)によって、見掛けの蒸気速度の
関数として、再生器希薄相中への触媒の相対的伴出をプ
ロットする。
4)
触媒活性(MAT)のプロットを示す。
ための典型的な再生器の下方部分を示す(先行技術)。
触媒再生の概略フローチャートを示す(先行技術)。
再生器の動的モデル化に関する触媒再生の概略フローチ
ャートを示す。
間の関数としてプロットする現場固体混合データの例を
示す。
素対逆混合流量をプロットする。
◆)、バッフルのみ(■−■−■)及びバッフル/SC
D共に(▲−▲−▲)によって、見掛けの蒸気速度の関
数として、再生器希薄相中への触媒の相対的伴出をプロ
ットする。
8)
触媒活性(MAT)のプロットを示す。
ための典型的な再生器の下方部分を示す(先行技術)。
ように改変された図2の再生器を示す。
触媒再生の概略フローチャートを示す(先行技術)。
再生器の動的モデル化に関する触媒再生の概略フローチ
ャートを示す。
って改変された、ストリッパーの直ぐ下に配置された再
生器を有するFCCユニットを示す。
よって改変された、ストリッパーの片側に配置された再
生器を有するFCCユニットを示す。
時間の関数としてプロットする現場固体混合データの例
を示す。
炭素対逆混合流量をプロットする。
−◆)、バッフルのみ(■−■−■)及びバッフル/S
CD共に(▲−▲−▲)によって、見掛けの蒸気速度の
関数として、再生器希薄相中への触媒の相対的伴出をプ
ロットする。
Claims (23)
- 【請求項1】 流動接触分解(FCC)ユニット内を循
環する使用済みFCC触媒から炭素を除去するための触
媒再生器であって、 それぞれ再生器の上方部分と下方部分とに配置された、
希薄相流動触媒床と濃厚相流動触媒床とを含む再生器と
(vessel);該濃厚相流動触媒床の頂部に隣接し
た該再生器に使用済み触媒フィードを分配するための使
用済み触媒分配器と;酸素含有エアレーション流体を該
再生器中に導入するための、該濃厚相流動触媒床の底部
に隣接して配置されたエアグリッドと;使用済み触媒分
配器と該エアグリッドとの間に配置されたバッフルであ
って、該濃厚相流動触媒床中の少なくとも40%の触媒
が該バッフルの垂直中点より上に配置されている前記バ
ッフルと;該希薄相からエアレーション流体を放出する
ために該再生器の上方部分に接続したラインと;該濃厚
床から再生済み触媒を引き出すために該再生器の下方部
分に接続したラインとを含む前記触媒再生器。 - 【請求項2】 放出されたエアレーション流体がCOを
含み、本質的に分子状酸素を含まない、請求項1記載の
触媒再生器。 - 【請求項3】 使用済み触媒分配器が中心管又は孔から
外方に放射状に伸びる複数個の曝気トラフアーム(tr
ough arms)を含む、請求項1記載の触媒再生
器。 - 【請求項4】 該濃厚相触媒床における触媒の少なくと
も60%が該バッフルの垂直中点より上に配置されてい
る、請求項1記載の触媒再生器。 - 【請求項5】 該バッフルが波形角度的片寄り金属シー
ト(corrugated angularly of
fset metal sheets)から作製された
構造化バッフルを含む、請求項1記載の触媒再生器。 - 【請求項6】 該バッフルが少なくとも8インチ厚さで
ある、請求項5記載の触媒再生器。 - 【請求項7】 該バッフルが2フィート以上の厚さを有
する、請求項5記載の触媒再生器。 - 【請求項8】 流動接触分解(FCC)ユニット内を循
環するFCC触媒の再生方法であって、 その上に炭素が付着した使用済みFCC触媒を請求項1
で定義した触媒再生器の使用済み触媒分配器に供給する
工程と;触媒再生器を部分CO燃焼モードで操作する工
程とを含む前記触媒再生方法。 - 【請求項9】 バッフルの垂直中点が濃厚相触媒床を上
部段階と下部段階とに分割し、下部段階が酸素過剰条件
下で操作され、上部段階が部分CO燃焼モードで操作さ
れ、それにより、放出されるエアレーション流体がCO
を含有し、分子状酸素を本質的に含まない、請求項8記
載の方法。 - 【請求項10】 バッフルと使用済み触媒分配器とが、
上部段階と下部段階との間の逆混合を少なくとも約80
%防止する、請求項8記載の方法。 - 【請求項11】 触媒再生器の操作が触媒冷却を本質的
に含まない、請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 再生器から引き出された再生済み触媒
が0.05重量%未満の炭素を含有する、請求項9記載
の方法。 - 【請求項13】 (1)再生器のそれぞれ上方部分と下
方部分とに配置された、希薄相流動触媒床と濃厚相流動
触媒床とを含む再生器と;(2)該濃厚相流動触媒床の
頂部に隣接した該再生器に使用済み触媒フィードを分配
するための使用済み触媒分配器と;(3)酸素含有エア
レーション流体を該再生器中に導入するための、該濃厚
相流動触媒床の底部に隣接して配置されたエアグリッド
と;(4)エアレーション流体を放出するために該再生
器の上方部分に接続したラインと;(5)再生済み触媒
を引き出すために該再生器の下方部分に接続したライン
とを含む、流動接触分解(FCC)ユニット触媒再生器
の改良方法であって、 該使用済み触媒分配器の下方でかつ該エアグリッドの上
方の濃厚相流動触媒床中にバッフルを設置することと;
該バッフルの垂直中点より上方に少なくとも40%の該
濃厚相流動触媒床中の触媒が存在するように該触媒再生
器を操作することを含む前記方法。 - 【請求項14】 触媒再生器を、改良前に完全燃焼モー
ドで操作し、改良後に部分CO燃焼モードで操作する、
請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 触媒再生器を、改良前には触媒冷却器
に結合して操作し、改良後に触媒冷却器なしで操作す
る、請求項13記載の方法。 - 【請求項16】 改良前と同様に、改良後にも、0.0
5重量%未満の炭素を含有する再生済み触媒を得るよう
に触媒再生器が操作される、請求項13記載の方法。 - 【請求項17】 触媒補充速度が改良後には低下する、
請求項13記載の方法。 - 【請求項18】 引き出されたエアレーション流体中の
NOxが改良後には減少する、請求項13記載の方法。 - 【請求項19】 希薄相流体中の触媒伴出(entra
inment)が改良後には減少する、請求項13記載
の方法。 - 【請求項20】 下流COバーナーを設置して、引き出
されたエアレーション流体中のCOをCO2に転化する
ことをさらに含む、請求項13記載の方法。 - 【請求項21】 FCCユニットに供給されるフィード
ストックが改良後には高い残留物含量を有する、請求項
13記載の方法。 - 【請求項22】 流体接触分解(FCC)ユニット内を
循環する使用済みFCC触媒から炭素を除去するための
触媒再生器であって、 再生器のそれぞれ上方部分と下方部分とに配置された、
希薄相流動触媒床と濃厚相流動触媒床とを含む再生器
(vessel)と;該濃厚相流動触媒床の頂部に隣接
した該再生器に使用済み触媒フィードを分配するための
使用済み触媒分配器と;酸素含有エアレーション流体を
該再生器中に導入するための、該濃厚相流動触媒床の底
部に隣接して配置されたエアグリッドと;使用済み触媒
分配器と、該濃厚相床を上部段階と下部段階とに分割す
る該エアグリッドとの間に配置されたバッフルであっ
て、上部段階を出るエアレーション流体が、COを含
み、かつ、本質的に分子状酸素を含まず、下部段階を出
るエアレーション流体が、分子状酸素を含み、かつ、C
Oを本質的に含まない前記バッフルと;該希薄相からエ
アレーション流体を放出するために該再生器の上方部分
に接続したラインと;該濃厚床から再生済み触媒を引き
出すために該再生器の下方部分に接続したラインとを含
む前記触媒再生器。 - 【請求項23】 バッフルを通る逆混合流量がバッフル
を下方に通過する触媒の正味流量にほぼ等しいか又はそ
れ未満である、請求項22記載の再生器。
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