JPH0250156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の分野 本発明は炭化水素の流動接触分解に関する。よ
り詳しくは、本発明は立ち管式反応器において、
加熱された触媒粒子の流れの中に液体炭化水素供
給物を分散させ、高温の触媒粒子表面と微細に分
解された液体小滴との間に触媒作用を促進する改
良方法に関する。 本発明の特定的な目的は、微細に分割された炭
化水素液体小滴が触媒上の液体表面又は液体から
発するガスに接触するのでなくて、高温触媒粒子
表面に直接接触するようにすることである。液滴
と熱触媒との間のこのような接触は、立ち管反応
器内へ吐き出すための少なくとも１個のミスト発
生用の炭化水素スプレーノズルを配設することに
よつて促進される。本発明によれば、このミスト
化用ノズルは旋回又は遠心チヤンバーを有する。
このチヤンバーは、旋回チヤンバー又はそれに連
結する炭化水素液体供給ラインの直径及び面積よ
りも実質的に小さな直径を有するフルフロー面積
のオリフイスに直接隣接している。前記の供給ラ
イン及びチヤンバーの軸に対して少なくとも20゜
のピツチを有する少なくとも１対の羽根が、チヤ
ンバーに流入する液体に対して旋回又は遠心回転
を起こさせ、その際オリフイスの直径が小さいこ
と以外には流れをさえぎるものはないようにし、
それにより全供給物をミストに変えて立ち管反応
器に供給するのが望ましい。オリフイスの面積
は、羽根を通り抜ける流れの面積に実質的に等し
いことが望ましい。立ち管反応器の周囲に複数個
のこの種のノズルが等間隔で配置され、触媒の流
域から凹んだところに置かれてノズルに浸食と熱
触媒による直接加熱とが防止されるようにするが
望ましい。しかしながら、このように立ち管式反
応器の壁体内に凹ませて配設することは、オリフ
イスから触媒流の中への流体の流れ、又は流れを
微細分割液体粒子に分散させて所望のミストを形
成することが壁体によつて妨げられないときにお
いてのみ有効である。このような微細分割液滴
は、加熱された触媒粒子との直接的接触によつて
液体からガスへ、より迅速に気化されるので、炭
化水素の熱分解よりもガスと触媒表面との間の接
触反応の方が優先する。特にゼオライトを含む触
媒を用いたときの触媒−炭化水素の相互作用は主
として気相分解法であるため、このような接触反
応により中間沸点範囲の炭化水素生成物が優先的
に得られる。これに対し、液体炭化水素と触媒と
の反応は主として熱分解であり、ガス及びコーク
ス生成が優先する。従つて、経済的魅力に富む中
間（沸点）範囲の炭化水素−ペンタン及びそれ以
上に高分子量の液体−が生成される。また、供給
物の小液滴がより完全に気化されて接触転化し、
立ち管式反応器から取出した後の塔頂蒸気から分
離した際、触媒粒子上に残留する液体が少量であ
るために、使用ずみの触媒上に形成される「コー
クス」が有意に増加することなしに所望の炭化水
素の生成量が高められる。 発明の背景 先行技術 重質石油留分の流動接触分解は、原油又は一部
精製した石油を有用製品、例えば内燃機関用燃料
や暖房用の油に転化する主要精製法の一つであ
る。このような流動接触分解（「FCC」として広
く知られている）においては、立ち管式又はトラ
ンスフアー・ライン式の反応器内で高分子量の炭
化水素液体を高温の微細に分割された固形の触媒
粒子と接触させる。反応器は通常立ち管の形式で
あり、そして物質の接触時間は１〜10秒といつた
数秒程度であつて、一般に約３秒以下である。ガ
ソリン及び中間沸点留分の生成を最適にするため
には、このように接触時間を短縮しなくてはなら
ない。温度及び反往時間を適切に選ぶことによつ
て接触反応が「急冷」され、この種の反応の経済
的に望ましくない最終生成物のメタン及び炭素の
生成量が最低に抑えられ、望ましい生成物である
ガソリン及び中間沸点油の生成量が最高になる。
この短い反応時間の間に、減圧軽油、サイクル油
等の形態であることが多い、約149〜427℃の初期
温度を有する炭化水素供給物が約593〜760℃の温
度を有する触媒上に噴霧される。すでに述べたと
おり、本発明は熱触媒上にこのような供給物を均
一にミスト化するシステムに関するもである。 一般に、混合物は水蒸気、及び熱触媒に接触し
て気化する炭化水素供給物から生じる炭化水素ガ
スによつて流動化される。混合物の反応は、大容
量のガス状炭化水素の本質的には瞬時的発生によ
る反応である。炭化水素蒸気と触媒との混合物は
立ち管から分離槽へ流れこむ。分離槽内におい
て、使用ずみ触媒は、主として触媒上に作用する
重力及び慣性力によつて分離され、下方へ向けて
ストリツパー部分を通過して再生装置へ戻され
る。流動化用の水蒸気も一般に流下触媒の中を上
へ向けて流れ、使用ずみ触媒から炭化水素蒸気を
ストリツプするのに役立つ。再生槽内の使用ずみ
触媒床を通して酸素を流すことにより、使用ずみ
触媒上の主として炭素からなるコークスを燃焼し
てプロセス用の熱を得る。次に再生及び加熱され
た触媒を立ち管式反応器に再循環させる。所望の
生成物である炭化水素蒸気を塔頂で回収する。一
般的に、この回収はプレナムチヤンバースは共通
パイプに連結し、蒸留塔に直接配管された１基又
はそれ以上のサイクロン式分離装置を用いて行わ
れる。サイクロン式分離装置からの蒸気流は、残
留又は同伴触媒微粉を抽出する。この触媒微粉
は、分離槽の底部又は下方にあつて、ストリツパ
ーに連結した「デイツプレツグ」を通る間に回収
されて再生装置に戻される。 炭化水素蒸気の初期発生における特定の問題
は、炭化水素液体が反応器立上り管内に噴射され
た際に直接触媒と接触しない場合、接触反応より
も熱分解反応が優先することであろう。このよう
な熱分解はメタン及びコークスからなる最終生成
物を生じやすい。すなわち、中間沸点の炭化水素
留分よりもガス及びコークスに供給物中の炭化水
素が完全に転化してしまう。分離槽へ送りこまれ
た後の気化していない液体炭化水素と触媒との長
期接媒によつてさらに熱分解が起こり、前記の最
終反応が特に高速度で起きやすい。また、このよ
うな触分解は本来気相反応であるため、炭化水素
の蒸気が触媒に接触することが必須条件である。 立ち管式反応器内にミスト化又は微細液適化用
のノズルを用いることが従来提案されているが、
一般にこのような微細な分散は、水蒸気又は他の
気化用物質を用いることによつて得られ、その場
合二相系の流体が形成される。このような二相系
の流体に付随する問題は、いずれか一方の流体相
単体の場合に較べ、スペレーノズルを通過すると
きの圧力低下が大きいことである。ノズルの寸法
及び供給物の流速が一定であるときのノズルの前
後における圧力低下は、ノズルによつて形成され
る小液適の大きさに著るしい影響を与えるので、
この圧力降下は重要である。炭化水素供給物に付
加的水蒸気を添加することももちろん望ましくな
い。このように添加された水蒸気は、塔頂の蒸留
塔で回収しなくてはならないし、一般に「サワ
ー」水処分の問題をひきおこす。なぜかという
と、回収された炭化水素蒸気中の硫黄、窒素及び
炭素の酸化物が水と化合して酸を形成するからで
ある。このように問題があるのに拘らず、水蒸気
が今まで使われてきたのは、炭化水素の分圧がそ
れによつて低下され、従つて触媒による供給物流
の気化に対する抵抗が低減されるためである。 シヤープ（Sharp）らの米国特許第3152065号、
スナイダー（Snyder）の同第3812029号、グリツ
フエル（Griffel）らの同第3654140号、及びマク
マホン（McMahon）らの同第3071540号は、炭
化水素供給ノズルの周辺の環状領域から水蒸気又
は水を炭化水素供給物と並流的に噴射する流動接
触分解システム用の供給ノズルを例示するもので
ある。これらの特許は、触媒流中に炭化水素供給
物を噴霧するために立ち管式反応器内に直接配設
されたノズルの周囲に水蒸気の「シユラウド」を
用いると有利であると開示している。シヤープら
によると、オリフイスを通して混合物を放出する
前に、混合チヤンバーに開口している、炭化水素
液体用の直線フローバイプの周囲に設けたらせん
式の羽根によつて水蒸気を旋回させ、炭化水素供
給物のミスト化を促進している。このノズルは触
媒流の中に位置している。シヤープらは、同心ノ
ズルを通る液体とガス流とを交換させ、水蒸気が
中心部を流れ、液体が水蒸気の周囲で旋回するこ
とによつて混合物を混合及び放出する別法も教示
している。スナイダーが開示するところによる
と、炭化水素供給物は周囲の水ノズルの中を通つ
て流れ、該水ノズルは並流的に供給物ノズルを冷
却してコークス化を防ぐと共に、水と供給物との
混合物を微細な小液滴に分散させる。グリツフエ
ルらの開示するところによると、水蒸気と炭化水
素供給物との併合流用に立ち管反応器内に配設さ
れたノズルとして作用するベンチユリーを供給ラ
イン内で利用している。別法として、スナイダー
らは炭化水素供給ノズル自体の中にらせん部材を
用いると共に水蒸気による周囲流を利用して流動
炭化水素供給物を小液滴に分散させることも開示
している。 マクマホンらが開示した配列においては、水蒸
気及び炭化水素液体がノズル配列を通つて並流的
に供給される。これは、スナイダーが開示した水
と炭化水素液体とが並流的に供給される装置と同
じである。同心的ノズルが立ち管式反応器の中心
に位置し、ノズルの周りを触媒粒子の環状流が包
囲している。 バルソリツク（Bartholic）の米国特許第
4097243号明細書には、中心ノズルと複数個の周
辺末広ノズルとが末広円錐ヘツダーによつて供給
される炭化水素供給物分配装置が開示されてい
る。この供給物分配装置又はヘツダーは、立ち管
式反応器の中心に配設され、触媒流がノズルの周
辺を取巻いている。 フライバツク（Fryback）の米国特許第
3848811号明細書には、炭化水素供給物を複数個
の別個の同心流として立ち管式反応器内へ噴射す
るための流体吐出しノズルが開示されている。複
数個の円周状に間を置いた孔がノズルを通る流れ
の方向に対して外側へ向けて広がり、丁度流れの
方向に一列にならんだ１対の截頭円錐部材として
作用する。截頭円錐部材の一つは付加的な開口部
を有し、そのため一般的に供給物は多数のノズル
からすべて外側及び上方へ向けて噴霧されて立ち
管内に送りこまれる。ノズルは立ち管式反応器の
中心に位置し、ノズル上に流下する触媒と接触
し、水蒸気は上に向かつて流れるのでノズルの周
辺で触媒と接触する。 発明の概要 前述した特許明細書に記載の立ち管に炭化水素
流体を供給するノズルと特に区別されるごとく、
本発明の特定的な目的は、ノズルを通るときの二
相圧力低下、水蒸気もしくは水との並流的ノズル
通過、又は多重的な流れ通路を用いることなし
に、炭化水素供給物の実質的な全流体力学的エネ
ルギーを単一の流れ通路内で用いることによつて
供給物の流れを確実にミスト寸法の小液滴に分散
させることである。このような小滴液の寸法によ
り、立ち管内における高温触媒粒子による液体炭
化水素小滴の殆ど瞬間的な気化が実現され、その
ため、触媒と炭化水素との相互作用による、主と
して中間留出物、すなわち低沸点の炭化水素液体
が優先的に得られる気相接触反応が起きる。本発
明によれば、単一のフルフローの遠心又はらせん
式加速チヤンバー内に偏向羽根を通して液体流を
送りこむことによつて単一供給物流をミスト化し
うることが見いだされた。前記のテヤンバーの終
点部にはオリフイスが設けられ、該オリフイス
は、立ち管式反応器内の触媒流中に直接液体炭化
水素を供給するのであるが、実質的にはチヤンバ
ーによりも小さな直径を有している。このような
遠心チヤンバー及びオリフイスの配列は、炭化水
素供給物をミスト寸法の小液滴に分散させるのに
特に効果的である。触媒中へのミスト化粒子の拡
散及びスプレー角度をさらに高めるためには、オ
リフイス開口部の面積をらせん流が形成される羽
根のスロートの開口面積と実質的に等しくする。
前記の両開口部は、この種の液体流を供給する供
給流ライン及び遠心又はらせん加速チヤンバーの
各断面積よりも実質的に面積が小さい。面積がせ
ばめられたオリフイスから供給物を放出する前に
供給物流をらせん又は遠心状に回転させる羽根部
材は、流れの軸に対して浅い角度（shallow
angle）で配設され、それによつて供給ライン内
及びオリフイスの前後において生じる圧力低下を
できるだけ小さくする。 好ましい形態においては、、円筒形又はらせん
形の旋回チヤンバー及び出口オリフイスは、炭化
水素供給ラインの軸方向に配列され、それによつ
てノズルを通つて流れる流体の圧力低下を極力小
さくする。オリフイス出口スロートが、遠心旋回
チヤンバーの長さよりも実質的に短い方がよい。
そうすることにより、流動する流体中の実質的に
すべての流体力学的エネルギーは、小液滴の分散
又はミスト化に変換される。 また施回用の羽根及び出口オリフイスを通る開
口部面積が大きいことは、従来技術のノズル設計
に較べて有利である。なぜならば、面積が広いと
ノズル閉塞の問題が低減し、特に立ち管式反応器
の壁体内に凹ませたノズルにあつては、その上を
流れる高温触媒にする摩耗及び直接加熱が回避さ
れ、オリフイスから送り出される供給物のミスト
化又は分散フローパターンが妨げられないですむ
からである。本発明の好ましい形態においては、
触媒流が触媒と炭化水素物質との混合物に変わる
立ち管式反応器の遷移部分の周囲を取巻いて、同
じ間隔で複数個のノズルが分布される。 上記に述べた以外の本発明の目的及び利点は、
本明細書の重要な一部を構成する図面を参照にし
た以下の詳細記述から明らかになるであろう。 発明の好ましい態様 図面、特に第１図には、本発明が適用された流
動接触分解装置が示されている。このシステムは
一般に立ち管式反応器１０からなり、その中で再
生装置１２から供給される加熱された触媒を液体
炭化水素と反応させる。触媒は再生装置１２から
Ｕ字管１４を通つて立ち管式反応器１０に流れ
る。Ｕ字管１４の長さに沿つて設けられた一連の
ノズル環１３によつて供給されるガス、好ましく
は水蒸気によつて触媒はＵ字管１４内で一部流動
化される。再生装置１２内の取入口１５から重力
によつて供給された触媒は、水蒸気によつて飛沫
同伴されて一部流動化され、立ち管式反応器１０
へ搬送される。 炭化水素液体に流れは、バルブ２２による制御
下にライン２１によつて立ち管式反応器１０に供
給される。第２図に示すごとく、ライン２１は環
状のヘツダー２３に連結した供給ノズル２０の輪
につながつている。触媒粒子の直径が20〜120μ
の程度であるため、液体の小液滴の緊密な接触及
び実質的に瞬間的な気化を達成するためには、ラ
イン２１及びヘツダー２３からの液体供給物を極
力均一に分配し、かつ、適切な液滴寸法にするこ
とが重要である。熱触媒粒子と炭化水素液滴との
間の接触によつて所望の低沸点範囲の液体を生成
する気相接触反応時間が１〜10秒の程度であるた
め、前記の条件は必須条件である。ガス又はコー
クスでなく、中間沸点の炭化水素を生じる最滴接
触反応には、１〜３秒、そしてしばしば約１秒と
いう反応時間がいつそう適切である。 ミスト化された炭化水素の小液滴と加熱された
触媒粒子との実質上瞬間的な反応によつて大容積
の炭化水素蒸気が発生し、該蒸気によつて混合物
はまず流動化され立ち管式反応器１０へ向けて上
方に運びこまれ、直ちに分離槽２４内で排出及び
分離される。反応ずみの炭化水素及び触媒は、本
発明の譲受人に譲渡された、共同未決米国特許出
願第238380号（1981年２月26日付）、同第335458
号（1982年12月29日付）及び同第363946号（1982
年３月31日付）各明細書に記載の方法によつて槽
２４の上部で分離される。本発明を適用しうる適
当な流動接触分解システムの総合的構造及び配
列、それに特に本発明の特許請求の対象であるミ
スト化用供給ノズルについての前記出願の明細書
の開示事項は、本明細書の一部として参照すべき
ものとする。前記の各明細書に記載のごとく、触
媒は立ち管式反応器１０から放出又は吐出されて
から慣性及び重力の作用で蒸気から分離される。
槽２４の下部に付いているか、又は下部内に設け
られたストリツプ部分３２内で使用ずみ触媒は回
収される。発生した蒸気は塔頂で回収され、蒸留
塔（図示せず）内で凝縮される。 分離工程で回収された触媒には、使用ずみ触媒
に付着した或る量の残留炭化水素が本来炭素であ
るコークスの形で含まれている。このような炭素
又はコークスを含む使用ずみ触媒をストリツパー
要素３２を経て再生装置１２へ戻す。使用ずみ触
媒からの残留炭化水素蒸気の除去は、ライン３４
からの水蒸気をストリツパー３２の下部末端を供
給ノズルから供給することによつてストリツパー
３２内で行われる。ストリツパー３２は一般に複
個のじやま板又はひ道（図示せず）を含むことに
より、使用ずみ触媒の滞留時間を長びかせる。帰
路Ｕ字管３８に沿つた一連のノズル管３６から水
蒸気を導入することにより、再生装置１２へ戻る
触媒の進行を助ける。ライン４０から酸素を加
え、グリツド４２上に支持された使用ずみ触媒を
燃焼して酸化させることにより、使用ずみ触媒の
再生を行う。これによつてシステム内を循環する
触媒に熱が付与され、加熱された触媒は取入口５
を通つて床４７から立ち管式反応器１０へ戻る。
コークスを燃焼させた生じるオフガスは、サイク
ロン及び煙道パイプ（図示せず）を通つて再生装
置１２から排出される。 すでに述べたごとく、本発明は立ち管式反応器
１０内において液体炭化水素供給物をできるだけ
迅速に気化させることにより、反応混合物が１〜
10秒、最も好ましくは１〜３秒という割当てられ
た時間内に立ち管式反応器１０を通り抜ける間に
気化された気相の炭化水素と触媒との間の本質的
反応を進行させる方法に関するものである。 反応時間がこのように短いため、液体供給物の
すべてが実質上瞬間的にガスに変換し、必要な触
媒−気相反応を達成することが必須条件である。
このような反応により、重質の炭化水素分子は中
間沸点炭化水素に分解される。このような急速ガ
ス化を達成するためには、流動化された触媒流中
へ送りこまれる液体供給物の流れパターンは、適
正な適用規模における流速及び圧力下において液
滴の大きさと分布とが共に均一でなくてはならな
い。また、このようなパターンを有する流れを創
り出すノズルは、閉塞を起こしたり（ノズル内を
流れる高温炭化水素からのコークス形成により）、
機械的摩耗を生じたり（流動化された触媒粒子の
摩耗作用により）しないで長時間使えるものでな
くてはならない。 炭化水素供給物の流れを微粒化するための主要
分散剤流体として水蒸気又は水を用いることが今
までに提案されたことはさきに述べたとおりであ
るが、本発明によれば水蒸気を添加しなくてもす
ぐれた結果が得られることを見いだした。本発明
においては、単一の旋回チヤンバーを有するノズ
ルが用いられる。該チヤンバーは、フルフローの
液体供給ラインと、旋回チヤンバーの出口末端部
に形成され、面積がせばめられたオリフイスとの
間に位置を占めて、らせん又は遠心加速コンパー
トメントとして作用する。この目的のため、第３
図に示すごとく、旋回チヤンバー５１の直径は流
れノズル２０の完全内径と実質的に同じである。
ノズル２０は、遷移部分１７において立ち管式反
応器１０の流路中に突出しないで、壁体１１及び
絶縁−摩耗層（insulation−abrasion layer）１
９の厚さだけ凹んでいるのが望ましい。図から判
るとおり、そうすることにより、遷移部分１７に
おける触媒の流路内での分散パターンが確立され
るまで、オリフイス５４を通り抜けた液体流は分
散しないでフルフローの状態を保つことができ
る。オリフイス５４の直径及び深さ又は長さに対
比しての羽根５３のピツチならびにチヤンバー５
１の寸法及び長さは、ノズル２０からの分散角度
が調節され、分散パターンが適切寸法の小液滴を
生じ、かつ、オリフイスから少し離れた地点で分
散が起きるように選択される。この方法により、
オリフイス末端部を含めてのノズルは反応器立ち
管の側壁内に凹ませ、それにより、小液滴は立ち
管式反応器１０の側壁と接触しないので、立ち管
式反応器１０内を流れる触媒と接触するようにな
る。 また、ノズル２０を通る炭化水素供給物からの
実質的にすべての流体力学的エネルギーを利用し
て供給物に旋回又は遠心作用を与えることが重要
である。そうすることにより、第３図に模式的に
示すように、1.27〜５cmといつた短い距離だけオ
リフイスと実質的に同じ直径を有する直線円柱状
の流れが構成され、次いで小液滴の広角円錐スプ
レーに前記の流れが完全に分散するという望まし
いパターンが得られる。このようなパターンの流
れを得るためには、図３および４に示したとお
り、１対の偏向羽根５３をノズル２０からの流れ
の軸に交差し、かつ、角度を有するように配設す
る。流通する液体に回転又はらせん運動を起こさ
せる羽根５３がこのようなパターンを生み出す。
これらの羽根は、供給ライン及びチヤンバー５１
の軸に対して15゜〜45゜のピツチを有する。ピツチ
角度は25゜〜35゜であるのが好ましく、約30゜である
のが最も好ましい。羽根５３にこのような角度が
あるため、二つの流れの面積を合計した面積を出
口オリフイス５４の流れ面積と実質的に等しくす
ることができる。これにより、供給ラインの全圧
力をチヤンバー５１内における流れの回転に適用
することが可能となり、次いで液体を所要のパタ
ーンで放出できる。 図に示すとおり、旋回又は遠心作用は、流れの
方向に対して交差し、かつ、円形であるため、オ
リフイス５４のせばめられたスロートから出る前
にノズル内を通る流れ全体による完全回転が得ら
れる。図ではオリフイス５４を単一の円形又は円
筒形の開口部として示したが、この開口部は種々
の他の形状、例えば末端壁５６の円柱状表面５５
内の鋸歯切欠きであつてもよい。図示するとお
り、表面５５の長さは、オリフイス５４から短い
距離に亘つて中実流が形成されるのに充分であれ
ば足りる。このような距離は、耐食性の被覆を含
めての立ち管式反応器１０の側壁内へノズルを凹
ませることを可能ならしめ、しかも広角円錐状分
散パターンの形成をなんら妨げないですむ。実際
には、このような円錐又は放物線領域の先端の角
度Ａは90゜をこえるべきであり、好ましくは第３
図のごとく約120゜である。 第２図に示すごとく、ノズル２０は立ち管式反
応器１０の周に等間隔で分布させることができ
る。ノズルの数は立ち管の直径及びその中を通る
触媒の流速によつて変動するが、１もしくは２個
から多数個、例えば第２図のように６個、又は12
〜15個といつたそれよりも多い個数であつてもよ
い。図に示すとおり、ノズル軸の角度は、立ち管
式反応器の軸に対して20゜〜70゜、そしてより望ま
しくは30゜〜50゜であり、それによつて触媒−炭化
水素混合物の流れの方向に液体粒子を分散させや
すくする。 本発明においては、供給物全体が炭化水素液体
であることを意図しているものの、炭化水素液体
が立ち管式反応器１０へ送りこまれた後のその分
圧を低下させるために、供給液体に水蒸気を直接
添加することも意図されている。しかしながら、
流体がノズル２０に導入される前に、そのような
水蒸気と炭化水素との混合物をすませること、及
びチヤンバー５１内で混合物を一緒に回転させて
オリフイス５４から吐出させることが必須条件で
ある。そうすることによつてノズルを通り抜ける
間の圧力低下を最低限に抑えることができ、混合
物は最高の有効流体力学的圧力下におけるフルフ
ローを有意に低減せず、オリフイ５４からの流れ
が分散した後、所望の粒度を有する小液滴に変わ
ることができる。このようにして、立ち管中に所
望のミストが形成され、従つて加熱された触媒粒
子と接触するこの種の小液滴は直ちに、かつ、完
全に気化される。 すでに述べたとおり、炭化水素流体と触媒との
初期反応に水蒸気を用いることは、流動接触分解
では一般に望ましくないことである。その理由
は、槽２４で回収された蒸気と共に水蒸気が塔頂
部を通り抜け、凝縮した炭化水素生成物と共に処
理されなくてはならないからである。そのような
凝縮により「サワー」水処置の問題が生じるが、
それは凝縮物の水溶性物質、特に硫黄、窒素及び
炭素の酸化物が酸性の水を処分する問題を招くか
らである。また、凝縮物中の「サワー水」を回収
及び処分する必要性は転化工程の効率低下に直結
し、システムの操業費用を高める結果となる。 本発明においては、538〜760℃、好ましくは約
649〜704℃の温度に触媒粒子が加熱されるものと
意図される。最高1500〓といつた、それよりも高
い温度で殆ど瞬間的なミスト化及び気化を本発明
のシステムでは生成させるのであるが、このよう
な高温度における操作が可能な商用の接触分野シ
ステムは未だ一般的でない。にも拘らず、本発明
はこのような高温操作に特に適しているのは、一
般的にいつて普通ならコークス化条件下に置かれ
るべき炭化水素流体のフルフローがノズル内で保
護されるからである。ノズルを通過する流速を高
く保つには、このようにコークス化を特に回避す
べきである。従つて、周囲雰囲気中に水蒸気のシ
ユラウドを用いるか、又はその逆に水蒸気を中心
軸とするかによつて従来行われたコークス化の回
避策は、炭化水素供給物をミスト状の小液滴に分
散させる本発明のノズル操作によつて解決され
る。 新しい形式の流動接触分解法における典型的な
触媒は、分子篩のごとき結晶性物質と無定形物質
との組合せからなる。この種の分解性触媒の主要
成分はシリカ及びアルミナであり、シリカ中に約
10〜60％の重量比でアルミナが含まれている。
種々の組合せにおける希土元素も含ませることが
できる。シリカ−マグネシアその他の混合酸化物
触媒も用いることができる。使用される触媒は、
広範囲の自由沈降速度範囲を有する粒子を含むも
のであつてよい。市販されているクラツキング用
触媒粉末は、20〜120μの範囲内に60〜90重量％
の粒径分布を有している。 流動接触分解が特に有利である点は、広範囲に
亘る炭化水素供給原料をこの種の方法で精製しう
ることである。これらの原料には直留石油留分、
石油の釜残留分、脱瀝油、炭化水素油及びそれら
の混合物が包含される。他の石油系炭化水素留
分、すなわち、316℃及びそれ以上の沸点を有す
るものを沸点が低い、さらに価値のある炭化水素
生成物に有利に転化することができる。このよう
な反応においては、供給原料の温度は一般に周囲
温度から175℃又は205℃までである。立ち管式反
応器内を流動する再生された高温触媒粒子の流れ
の中に放出する前に供給物を気化させることもで
きるが、経済的な面からすれば、炭化水素を熱触
媒との接触によつて主として気化させるのが望ま
しい。広範囲に亘る触媒対油供給物の重量比を用
いうるが、触媒対油供給物重量比を約２：１〜約
20：１とし、炭化水素−触媒接触時間を１〜約10
秒とするのが好ましく、接触時間を１〜３秒とす
るのが最も好ましい。 本発明による円筒形の旋回チヤンバーと、該チ
ヤンバーよりも直径が小さく、そしてスロートも
短いオリフイスとの配列が、供給物を所望のパタ
ーンに気化させるのになぜさほどにまで有効であ
るのか、その理由は完全には理解できない。しか
しながら、ノズルによるミスト化作用は、圧力低
下度が低く、そしてオリフイスの面積にほぼ等し
い流れ面積を有する回転羽根の通路を通る間に、
軸方向の流れから環状又は遠心流に変わる流体に
よつて達成されるものと考察される。従つて、比
較的短いオリフイスを通つて旋回チヤンバーから
送り出される全体のスプレーは縮流として水力学
において知られる短い円柱状の流れ部分を急速に
構成し、その流れ部分が大きな円錐部分に広がる
わけである。このパターンは、単に触媒による適
切な大きさの小液滴からガスへの供給物の急速変
換に有効であるのみならず、最も重要なこととし
て、ノズルを立ち管の側壁内に凹ませることが可
能となり、それによつて触媒の摩耗及び熱触媒に
よるノズルの直接加熱を防止することもできる。
供給物が広角円錐パターンとして微細に分割され
た粒子に急速に膨張するので、高温小液滴と高温
触媒とが接触した場合には、炭化水素蒸気の大量
生成によつて高度に乱流的なガス流が生じる。触
媒流中へのノズルオリフイスからの流れの合流
は、Ｕ字管１４から立ち管式反応器１０へ遷移す
るために面積が大となつて触媒の流れがややゆる
やかになつた地点で行われるのが望ましい。遷移
部分１７は、このような断面積が増加する領域を
提供し、炭化水素と高温触媒との反応で生じる蒸
気による供給物と触媒との混合物の急速加速化を
助ける。 所望の炭化水素がこのように急速、かつ、より
完全にガスとして膨張する理由を完全に理解する
ことはできない。しかしながら、ミスト化噴霧を
得るための工作が施されていない慣用のノズルが
用いられた商用の流動接触分解システムと、本発
明による供給物を気化させるためのノズルが用い
られた流動分解接触システムとの比較は特に感動
的である。改良された水素化分解システムから得
られた炭化水素流体の収率におけるそのような変
化を次表に示す。

【表】 本発明によるノズルを用いることにより、炭素
数４又はそれ以下の炭化水素、例えばブタン、プ
ロパン又はエタンは有意に減少する一方、C₅か
ら約343℃の沸点を有するまでの範囲内の炭化水
素は実質的に増加することが第１表から明らかで
あろう。また、コークスの増加又は触媒のコーク
ス化を示す、それよりも重質であつて沸点が343
℃＋の炭化水素の生成量も減少していることが判
ると思う。上記の比較に基づいて商用プラントの
完全操業を想定した場合、本発明によるノズル配
列を用いて得られる所望の生成物の価値増加は、
3785cm³（ガロン）当り25セントの割合で評価する
と１日当り2500ドルの利潤となる。１年間に換算
すると、生成物の価値における正味利得は750000
〜900000ドル／年になる。 本発明の二三の態様を記述するにとどめたが、
当業者であれば、本発明の精神から逸脱すること
なしに、前記に開示された操作原理及び構造に基
づいて本発明に種々の変更及び修正を加えうるこ
とができることは明らかであろう。前記の特許請
求の範囲に帰属するそれらの変更及び修正はすべ
て本発明の範囲内に包含されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の供給ノズルシステムが適用
された流動接触分解システムの下方部分の正面図
であり、加熱された触媒が再生装置から供給され
る立ち管式反応器及び使用ずみ触媒が分離槽から
再生装置へ流れて戻る復路ラインが概略的に示さ
れている。第２図は、第１図の矢印２〜２の方向
における断面図であり、本発明に従つて構成され
た複数個の供給ノズルの配列状況が示されてい
る。このような機構により、炭化水素供給物が円
形のヘツダーから立ち管式反応器のまわりに分布
された複数個のミスト化用ノズルに送りこまれ
る。第３図は、第２図に示すノズルの一つについ
ての矢印３〜３の方向における断面図である。こ
のノズルは本発明に従つて構成されたものであ
り、流動化された触媒流のラインの側壁の中から
炭化水素のフルフローをミストとして立ち管式反
応器内へ確実に供給することができる。第４図
は、第３図の矢印４〜４の方向における断面図で
あつて羽根部材を特に示したものである。これら
の羽根部材は、炭化水素供給物が流入した際に、
該供給物の流れに遠心又はらせん運動を起こさ
せ、またノズルの先端の直径が小さくなつたオリ
フイスを通して供給物を触媒へ直接送りこむ。 図中、１０……立ち管式反応器、１２……触媒
再生装置、１３及び３６……ノズル環、１４及び
３８……Ｕ字管、１５……再生触媒取入口、１７
……遷移部分、２０……原料供給ノズル、２３…
…ヘツダー、２４……分離槽、３２……ストリツ
パー、５１……旋回（遠心）チヤンバー、５３…
…羽根部材、５４……オリフイス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立ち管式反応器内に加熱された触媒を循環さ
   せ、水又は水蒸気を含み、又は含まない液体炭化
   水素供給物と接触させる流動接触炭化水素分解方
   法において、 最初に該液体供給物の流れの軸の周りに遠心回
   転を付与することによつて立ち管式反応器内を流
   れる加熱された触媒と接触するように前記の液体
   供給物を該反応器内に導入し（但し、該遠心回転
   は、立ち管式反応器に供給物を供給する少なくと
   も１本の導管内に設けられた円筒形チヤンバーを
   通る液体の流れによつて付与される）、そして次
   に該立ち管反応器の側壁内の開口部内に位置した
   オリフイスを通して前記の流れを送り出し（但
   し、該オリフイスは該チヤンバーの直径よりも小
   さい直径と該チヤンバーの長さよりも実質的に短
   いスロートとを有する）、それにより、供給ライ
   ンを通つて流れる供給物の流体力学的圧力が該供
   給物を前記の反応器側壁内の開口部内のオリフイ
   スから流出する円柱形の流れに変換するように
   し、そして次に前記の立ち管式反応器内におい
   て、均一な円錐容積上に液滴の均一なミストを分
   散させて前記の加熱された触媒粒子と接触させ
   る、 ことを特徴とする流動接触炭化水素分解方法。 ２ 前記の立ち管式反応器内の触媒の流れと炭化
   水素−触媒混合物の流れとの間の遷移部分の周囲
   に均一に分布された複数個の位置から前記の液体
   供給物が送りこまれる、特許請求の範囲１に記載
   の流動接触炭化水素分解方法。 ３ 立ち管式反応器内に加熱された触媒を循環さ
   せ、水又は水蒸気を含み、又は含まない液体炭化
   水素供給物と接触させる流動接触炭化水素分解方
   法において、 液体粒子の均一なスプレー状態にある炭化水素
   供給物に加熱された炭化水素分解用の触媒粒子の
   流れを接触させ、その際炭化水素流体供給ライン
   と該処理システム内の立ち管式反応器の流路との
   間に遠心加速チヤンバーを有するノズルを位置さ
   せることによつて該液体粒子を創り出し、該チヤ
   ンバーは、前記の供給ラインを構成する導管と同
   軸であり、かつ、該チヤンバーの末端壁体内に形
   成され、チヤンバーよりも小さな直径を有する出
   口オリフイスを有し、該出口オリフイスは該反応
   器立ち管の側壁の内部に配設され、そして該オリ
   フイスの流路は該チヤンバーの面積よりも実質的
   に小さな面積を有し、前記のノズルは炭化水素供
   給ラインと前記遠心チヤンバーとの間に少なくと
   も１対の羽根を含み、その羽根への流路の合計面
   積は前記オリフイスの面積と実質的に等しく、そ
   れにより、流体供給物が前記の側壁を通り抜ける
   ソリツドストリームの流れとして送りこまれるこ
   とを特徴とする、加熱された触媒と粒子のミスト
   として接触するための広角の円錐容積に分散する
   パターンを有しているために、低沸点範囲の炭化
   水素流体の生産量が高くなり、一方該炭化水素流
   体がガスやコークスに変換することが低減され
   る、 前記の方法。 ４ 立ち管式反応器内に加熱された触媒を循環さ
   せ、水又は水蒸気を含み、又は含まない液体炭化
   水素供給物と接触させる流動接触炭化水素分解装
   置において 該流動接触炭化水素分解の立ち管式反応器中に
   液体炭化水素の供給物を噴霧するための少なくと
   も一つのノズル装置が配設され、 該ノズル装置を該立ち管式反応器の壁体内に凹
   ませ、そして該ノズル装置が円筒形の旋回チヤン
   バーを液体炭化水素供給導管と該チヤンバーから
   の出口オリフイスとの間に有すると共に、該供給
   ラインと該チヤンバーとの間に固定羽根部材を有
   することによつて前記のオリフイス及びチヤンバ
   ーの流れの軸に対して遠心的な回転が前記の液体
   に付与され、前記の出口オリフイスは前記の旋回
   チヤンバーよりも直径が小さく、そして長さが実
   質的に短く、しかも該オリフイス及び該チヤンバ
   ーの両者がそれらの全円柱容積全体に亘るフルフ
   ローに対して開口状態にある、 ことを特徴とする前記の装置。 ５ 前記反応器の遷移部分の周囲に実質的に均一
   に複数個のノズルが分布している、特許請求の範
   囲４に記載の装置。 ６ 前記の立ち管式反応器の軸に対して20゜〜70゜
   の角度で前記のノズルが配設されている、特許請
   求の範囲４に記載の装置。 ７ 前記の固定羽根が前記チヤンバーの軸に対し
   て15゜〜45゜の角度を有している、特許請求の範囲
   ４に記載の装置。 ８ 前記の角度が25゜〜35゜である、特許請求の範
   囲７に記載の装置。 ９ 前記の角度が15゜〜約30゜である、特許請求の
   範囲７に記載の装置。