JP5823911B2 - 流動接触分解装置における原料と触媒を混合する混合装置 - Google Patents
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Description
前記触媒を鉛直方向へ落下させて連続的に供給するための円筒状の反応容器と、
前記反応容器の外周に沿って配置され、前記反応容器外側から前記反応器内側に前記原料を供給する複数の原料噴射ノズルを有する原料供給部と、
前記反応容器の内部に設置され、前記原料噴射ノズル近傍の前記触媒の流れを整流する触媒整流体を備え、
前記触媒整流体は、原料供給機能を有さず且つ前記原料噴射ノズル近傍において前記反応容器と同軸に中空筒状の触媒流を形成するように設置される前記混合装置が提供される。
CFDおよび反応解析の前提条件は以下のとおりである。前提における移動層反応器10を図1に示した。原料として、中東系原油を由来とする脱硫減圧軽油を用い、この脱硫減圧軽油の性状は以下の通りであった。15℃における密度0.897g/cm3、残炭0.2質量%、硫黄分0.13質量%、窒素分0.04質量%、初留温度346℃、50%留出温度463℃、90%留出温度557℃。また、触媒として、重質油から軽質オレフィンおよびガソリンを製造するための流動接触分解用触媒(SiO2:80重量%、Al2O3:20重量%)を用いた。この触媒の嵩密度は0.73g/mlであり、表面積は280m2/gであった。これらの原料油、触媒におけるCFDおよび反応解析の妥当性は、実験により別に確かめた。
移動層反応器10の反応容器5の下流側部分5bの直径Dを0.5m、触媒整流体7の直径dを0.17mとした以外は、実施例1と同様の触媒、原料、反応条件として、CFDおよび反応解析を行った。すなわち、この実施例では、触媒整流体7の水平断面の面積は、実施例1と同様に、反応容器5の下流側部分5bの水平断面の面積の12%であった。このときの計算結果を図5の表に示す。
移動層反応器10の反応容器5の下流側部分5bの直径Dを0.1m、触媒整流体7の直径dを0.068mとした以外は、実施例1と同様の触媒、原料、反応条件にて、CFDおよび反応解析を行った。すなわち、この実施例では、触媒整流体7の水平方向の断面積は、反応容器5の下流側部分5bの水平断面の面積の46%であった。このときの計算結果を図5の表に示す。
移動層反応器10の反応容器5の下流側部分5bの直径Dを0.5m、触媒整流体7の直径dを0.17m、触媒整流体7の先端を外部原料供給ノズル6aの先端を含む水平面から0.1m上方に設置した以外は、実施例1と同様の触媒、原料、反応条件にて、CFDおよび反応解析を行った。すなわち、この実施例では、触媒整流体7の水平断面の面積は、反応容器5の下流側部分5bの水平断面の面積の12%であった。このときの計算結果を図5の表に示した。
移動層反応器10の反応容器5の下流側部分5bの直径Dを0.1m、触媒整流体7の直径dを0.006mとした以外は、実施例1と同様の触媒、原料、反応条件にて、CFDおよび反応解析を行った。すなわち、この実施例では、触媒整流体7の水平断面の面積は、反応容器5の下流側部分5bの水平断面の面積の0.3%であった。このときの計算結果を図5の表に示した。実施例1と比較すると、分解率が低く、分解生成物のうち軽質ガスとコークの収率が増加している。CFDの計算結果から、触媒整流体7の水平断面積の反応容器5の下流側部分5bの水平断面積に対する割合が極めて小さいために、触媒整流体7の作用が発現していないことが明らかになっている。実施例1、2及び4の結果と比較すると、触媒整流体7の水平断面積の反応容器5の下流側部分5bの水平断面積に対する割合d/Dとしては、10%以上、特には12%以上が好ましい。
移動層反応器10の反応容器5の下流側部分5bの直径Dを0.1m、触媒整流体7の直径dを0.09mとした以外は、実施例1と同様の触媒、原料、反応条件にて、CFDおよび反応解析を行った。すなわち、この実施例では、触媒整流体7の水平断面の面積は、反応容器5の下流側部分5bの水平断面の面積の81%であった。このときの計算結果を図5の表に示した。実施例1と比較すると、分解率が低く、分解生成物のうち軽質ガスとコークの収率が増加した。CFDの計算結果から、触媒整流体7の水平断面積の反応容器5の下流側部分5bの水平断面積に対する割合が大きいために、混合状態が良好ではないことが明らかになっている。実施例3の結果と比較すると、触媒整流体7の水平断面積の反応容器5の下流側部分5bの水平断面積に対する割合d/Dとしては、50%以下、特には46%以下が好ましい。このことより、10%≦d/D≦50%が好ましいと言える。
移動層反応器10の触媒整流体7の先端7aを外部原料供給ノズル6aの噴射口60を含む水平面から0.3m上方に設置した以外は、実施例4と同様の触媒、原料、反応条件にて、CFDおよび反応解析を行った。このときの反応成績を図5の表に示した。実施例4を比較すると、分解率は同等であったものの、分解生成物のうちの軽質ガスとコークの収率が増加した。CFDの計算結果から、原料噴射ノズルの噴射口60の上方に比較的広い空間が存在することにより原料や発生したガスが巻き上がり、原料と触媒の接触時間が増したことが明らかになっている。
図4に示した移動層反応器40を用いる前提として、実施例1と同様の計算を行った。この移動層反応器40は、実施例1で用いた触媒整流体7の代わりに、原料供給機能を備える内部原料供給器42を用いた点で実施例1の移動層反応器10と異なる。内部原料供給器42は、内部流路を有する屈曲した管42aを備え、管42aの下流側の端部42bに複数の原料噴射ノズル42cを有し、管42aの上流側の端部42dが反応容器5の拡張部5aの側壁を貫通して、外部原料供給部6から供給される原料と同じ原料を供給する原料供給源(不図示)に接続される。反応容器5の下流側部5bの直径Dが0.1mであり、内部原料供給器42の管42aの直径(d)が0.034mであった。前提とした原料、触媒、反応条件は実施例1と同じである。このときの計算結果を図5の表に示した。表の結果より、比較例1の分解率および生成物収率分布は、実施例1の結果とほぼ同等であることが分かる。しかしながら、図4に示した移動層反応器40は内部原料供給器42を要する複雑な構造であり、また、その構造上メンテナンスが容易ではないことが分かるであろう。
実施例1で用いた移動層反応器10において、触媒整流体7を除去した以外は、実施例1と同じ構造・寸法の移動層反応器10を用い、原料、触媒、反応条件も実施例1と同様にして、CFDおよび反応解析を行った。計算結果を図5の表に示した。比較例2を実施例1と比較すると、分解率が低く、分解生成物のうち軽質ガスとコークの収率が増加していることが分かる。
反応容器5の下流側部5bの直径を0.5m、内部原料供給器42の管42aの直径を0.017mに変更した以外は、比較例1の移動層反応器40を用いて、比較例1と同様にCFDおよび反応解析を行った。この比較例は実施例2と対比することができる。計算結果を図5の表に示した。分解率および生成物収率分布は実施例2とほぼ同等であった。このことからすれば、実施例2では、簡単な構造であるにもかかわらず、内部原料供給部を有する移動層反応器と同等の性能が得られることが分かる。
実施例2で用いた移動層反応器10において、触媒整流体7を除去した以外は、実施例2と同じ構造・寸法の移動層反応器10を前提として、原料、触媒、反応条件も実施例1と同様にしてCFDおよび反応解析を行った。計算結果を図5の表に示した。実施例2と比較すると、分解率が低く、分解生成物のうち軽質ガスとコークの収率が増加した。
5 反応容器
5a 拡張部
5b 下流部側部分
5c 上流側部分
6 外部原料供給器
6a 原料噴射ノズル
7 触媒整流体
7a 触媒整流体下端
8 分散板
12 反応領域
10 40 下降流型移動層反応器
25 触媒整流体
42 内部原料供給部
60 噴射口
Claims (6)
- 流動接触分解装置に使用される原料と触媒を混合する混合装置であって、
前記触媒を鉛直方向へ落下させて連続的に供給するための円筒状の反応容器と、
前記反応容器の外周に沿って配置され、前記反応容器外側から前記反応器内側に前記原料を供給する複数の原料噴射ノズルを有する原料供給部と、
前記反応容器の内部に設置され、前記原料噴射ノズル近傍の前記触媒の流れを整流する触媒整流体を備え、
前記触媒整流体は、原料供給機能を有さず且つ前記原料噴射ノズル近傍において前記反応容器と同軸に中空筒状の触媒流を形成するように設置される前記混合装置。 - 前記触媒整流体の水平方向の断面積が、前記反応容器の水平方向の断面積に対して10〜50%であることを特徴とする請求項1に記載の混合装置。
- 前記触媒整流体の下部先端が、前記原料噴射ノズルの先端の鉛直方向位置よりD/4(Dは反応容器の内径)高い位置より下方に存在することを特徴とする請求項1または2に記載の混合装置。
- 前記円筒状の反応容器の中心から、水平方向において、前記触媒整流体、前記原料と前記触媒が反応する反応部、前記反応容器の内壁及び原料供給部が順に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の混合装置。
- 前記触媒整流体が、耐摩耗耐火性材料から形成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装置。
- 前記原料噴射ノズルが3〜12本であり、原料噴射ノズルの水平面に対する噴射角度をθとしたときに、θ=30〜60°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装置。
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