JPS61196164A - 流動接触分解試験装置に対する残渣油の供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、残渣油の流動接触分解試験装置に対する残渣
油の供給方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来１石油の流動接触分解反応モデルを研究するために
、実験室規模の流動接触分解試験装置が用いられるが、
このような試験装置のうち、実装置との反応相関性の良
いものとして、米国のＡＲＣＯ社が開発したもの（米国
特許第３５０２５７４号）が知られている。この試験装
置は、流動接触分解反応器と触媒再生反応器とを備え、
触媒が流動接触分解反応器と触媒再生反応器との間を循
環するもので。

原料油は、流動接触分解反応器の底部に設けた圧力室に
対し、スチーム導入管とは別個に設けた供給管を介して
連続相として供給される。

ところで、このような試験装置においては、残液分のカ
ットされた留出油、例えば、減圧軽油等に対しては良好
な試験結果を与えるものの、蒸圧蒸留残渣油や、減圧蒸
留残渣油等の高沸点の重質成分を含む残渣油に対しては
良好な試験結果を与えるものではなかった。即ち、この
場合には、流動接触分解反応器でのコーク析出が激しく
、析出コークが器壁に付着したり、また触媒再生反応器
での触媒再生に困難が生じ、結局、短時間（通常、０．
５〜１時間程度）で運転を中止しなければならないとい
う問題があった。

〔目　　的〕

本発明は、従来の流動接触分解試験装置に見られる前記
欠点を克服することを目的とする。

〔構　　成〕

即ち、本発明によれば、流動接触分解反応器と触媒再生
反応器とを備え、触媒が流動接触分解反応器と触媒再生
反応器との間を循環する流動接触分解試験装置に対して
残渣油を供給する方法において、該流動接触分解反応器
の底部に設けた循環触媒を含む圧力室に、内管と該内管
を包囲する外管とからなる２流体ノズルの先端をそのノ
ズルの中心軸が該流動接触分解反応器の中心軸とほぼ一
致するように挿入すると共に、該内管に残渣油を供給し
、該外管にスチームを供給することによって、該残渣油
を、該ノズルの先端から該流動接触分解反応器方向に液
滴の形でスチームと共に噴出させることからなり、その
際、該ノズルの先端から噴出するスチームの流速及び該
スチームに対する残渣油の供給割合を調節し、該圧力室
から該流動接触分解反応器へ給送される触媒粒子に保持
される油分量を、触媒の細孔容積以下に保持することを
特徴とする流動接触分解試験装置に対する残渣油の供給
方法が提供される。

本発明においては、残渣油の供給に、内管と該内管を包
囲する外管とからなる２流体ノズルを用いる。第１図に
、この２流体ノズルの断面説明図を示す。

第１図に示したノズル１０において、１は内管、２は内
管１を包囲する外管であり、内管及び外管の先端には開
孔５及び６がそれぞれ設けられている。

また、内管１の端部には、残渣油導入管３が設けられ、
一方、外管２にはスチーム導入管４が設けられ、外管２
の後端は封止されている０本発明で用いる２流体ノズル
においては１例えば、残渣油供給量が５〜２０ｇ／分程
度の場合には、２流体ノズルの内管１の内径は１〜４ｍ
ｍ、好ましくは１〜１．５１であり、外管２の内径は３
〜６■■、好ましくは４〜５■諺である。

また、内管１の先端の開口は直径０．１〜０．８■■、
好ましくは０．３〜０．６■■であり、外管２の先端の
開口は０．１〜１１１１１、好ましくは０．５〜０．８
■曹である。内管１の先端と外管２の先端との距離は短
い方が好ましく、通常は５■以下である。ノズル先端か
らの噴出物の分散角度は２０度以下に設定するのがよい
。

本発明においては、この２流体ノズルは、流動接触分解
反応器の底部に設けた循環触媒を含む圧力室に、その先
端を挿入して使用されるが、この場合、２流体ノズルは
、その中心軸が流動接触分解反応器の中心軸とほぼ一致
するように配設される。

次に、本発明を図面によりさらに説明する。

第２図は、本発明の流動接触分解試験装置の説明図であ
り、この図において、１０は２流体ノズル。

１１は循環触媒を含む圧力室、１２は流動接触分解反応
器、１３は固気分離器、３０は冷却器、２１は触媒再生
反応器、２７は触媒輸送管をそれぞれ示す。

残渣油は、ラインＦから２流体ノズル１０の内管に供給
され、スチームはラインＳから２流体ノズルの外管に供
給され、残渣油は、ノズル１０の先端から、液滴となっ
てスチームと共に、圧力室１１に噴出される。圧力室１
１に噴出された液滴状の残渣油とスチームは、圧力室工
１内の循環触媒と共に、流動接触分解反応器１２を上昇
する。この場合、必要に応じ、残渣油は、プレヒータ９
により加熱することができる。

流動接触分解反応器１２において、残渣油は流動触媒と
接触して分解反応を受け１分解反応生成物は、スチーム
及び触媒と共に、流動接触分解反応器の上部に設けた固
気分離器１３に入り、ここで気体成分と固体成分とに分
離され、気体成分は、触媒トラップ１４を介して排出管
１５から取出され１回収される。一方、固体成分として
の触媒は、ストリッパー１６を落下し、ストリッパー下
部の屈曲部３１を介して圧力室１７に入り、ストリッパ
ー１２の下部の屈曲部３１に設けたガス導入口１９から
、スチームと窒素ガスとの混合ガスが導入され、この混
合ガスの導入により、触媒の圧力室１７への移動が促進
され、また、触媒に随伴してきた残渣油の分解生成物が
触媒から分離され、固気分離器１３に返還される。

圧力室１７には導入管１８を介して窒素ガスが導入され
、この窒素ガスの導入によって、触媒は、上昇管２０内
を上昇し、導入管２２から触媒再生反応器２１に送られ
る。３０は冷却器であり、必要に応じ、触媒温度を所定
の温度まで冷却する。

触媒再生反応器２１に入った触媒は、その中を下方に移
動し、その間に再生反応を受ける。即ち。

触媒再生反応器２１においては、触媒は、その下部の導
管２５．２６から導入される再生ガスとしての空気及び
／又は酸素と接触し、触媒表面に付着したコークや炭素
質物質は燃焼除去される。燃焼ガスは、導管２３から抜
出され、必要に応じて、その中に含まれる酸素量が測定
される。触媒再生反応器２１で再生された触媒は、屈曲
部３２を介し、触媒輸送管２７を通り、圧力室１１に循
環される。

触媒再生反応器２１の内部には、垂直方向に移動可能な
中空の操作棒２４が挿入され、ラインＮから窒素ガスが
導入される。この操作捧２４の下端の位置は調節可能に
なっている。この操作捧の下端の位置を調節することに
より、触媒再生反応器内における触媒流動層の深さを調
節することができ、操作棒の下端より上部において触媒
流動層が形成される。その操作棒の下端より下方の屈曲
部３２において、触媒充填層が形成される。即ち、操作
捧を引上げると、触媒流動層の深さは減少する。そして
、これに応じて、屈曲部３２における触媒充填層の長さ
は増加する。このため、触媒再生反応器２１の底部と流
動接触分解反応器１２との圧力差は減少され、屈曲部３
２における触媒充填層の圧力室１１へ向う触媒流量は減
少する。

なお、操作棒の垂直方向への移動により、流動層の深さ
及び触媒再生反応器２１の底部と流動接触分解反応器１
２との圧力差を調節し得る理由１次の通りである。即ち
、操作棒下端から触媒再生反応器２１内の触媒層に窒素
ガスを供給することにより。

操作捧下端より上部の触媒層は流動層を形成し。

操作棒下端より下部は触媒充填層となる。従って、操作
棒下端の位置を変えることにより、触媒再生反応器内の
流動層の深さ及び触媒充填層の長さを変えることができ
る。そして、この場合、流動層深さが大きくなれば触媒
再生反応器底部に加わる圧力は大きくなる。それに反し
て、触媒充填層長さが大きくなると、触媒再生反応器か
ら流動接触分解反応器への圧力の伝達が阻害され、触媒
再生反応器底部と流動接触分解反応器との間の差圧は小
さくなる。

前記装置において、屈曲部３１及び３２には触媒が堆積
し、触媒充填層が形成されるが、この触媒充填層は、ガ
スシールの役割を果し、流動接触分解反応器１２と触媒
再生反応器２１との間のガスの流通を実質上制止する。

従って１両者の反応器はそれぞれ異った圧力により操作
することができる。

第２図に示した装置において、圧力室１１．流動接触分
解反応器１２や、触媒再生反応器２１等の個所は、電気
ヒータ等により、必要に応じ加熱することができる。

本発明においては、流動接触分解反応器１２におけるコ
ーク析出を防止し、残渣油の円滑な接触分解を行うため
に、残渣油及びスチームの供給に、前記した２流体ノズ
ル１０を使用すると共に、ノズルの先端から噴出するス
チームの流速と、該スチームに対する残渣油の供給割合
を調節し、圧力室１１から流動接触分解反応器１２に供
給される触媒に保持される油分量を、触媒の細孔容積以
下に規定する。この場合、２流体ノズルは、残渣油を微
小液滴状で圧力室１１に供給させる作用を示すと共に、
残渣油の流速を高め、残渣油が流動接触分解反応器１２
に入るまでの時間を短かくし、流動接触分解反応器に入
るまでのツーキングの発生を防止する作用を示す、また
、残渣油を圧力室１１内に微小液滴状で供給することは
、圧力室１１内において、微粒子状の循環触媒と接触し
た時に、残渣油が触媒によって迅速に触媒内部に吸収さ
れることとなり。

触媒表面の残渣油による濡れが防止され、触媒の円滑な
流動化が達成されると共に、コーキングの発生が防止さ
れる。即ち、触媒は、その内部に細孔を有し、残渣油と
接触した時にこれを毛管現象により吸収する作用を有す
るが、この場合、残渣油を微小液滴状でなく、連続相の
液体状で触媒と接触させると、触媒表面はこの残渣油に
よって濡れを生じ、触媒粒子の相互付着が起り、触媒の
流動化が阻害されるなどの不都合を生じる。しかも。

残渣油は、高沸点（ｉｏｏｏ″Ｆ以上）の重質成分を含
み。

この高沸点の重質成分は流動接触分解反応器に入っても
触媒表面から気化することなく、触媒表面上に残留し、
そのまま非接触的な熱分解を受ける。

このような理由により、残渣油を連続相の液体として圧
力室を介して流動接触分解反応器に導入する時には、そ
の反応器底部に著しいコーキングが起るようになる。こ
れに対し、残渣油を微小液滴状で圧力室を介して流動接
触分解反応器に供給する時には、その残渣油は触媒に迅
速に吸収されて、触媒表面には残渣油による濡れは生じ
ない、従って、触媒の流動化は何ら阻害されず、また高
沸点の重質成分は反応器内においては触媒内部で接触的
に分解されるようになり、前記のようなコーキングトラ
ブルの発生は回避される。

本発明において、残渣油による触媒粒子表面の濡れの防
止は、２流体ノズル１０から噴出させる残渣油の液滴を
できるだけ微小なものにし、圧力室１１から流動接触分
解反応器１２八給送される触媒粒子に保持される油分量
を、触媒粒子の細孔容積以下に保持することによって達
成されるが、この場合、残渣油の液滴径は、２流体ノズ
ル１０から噴出させるスチームの流速及び残渣油のスチ
ームに対する供給割合によって調節することができる。

スチームの流速を増加させると、同じ残渣油／スチーム
比においても、得られる残渣油の平均液滴径は小さくな
り、また、スチームの流速が同じであっても、残渣油／
スチーム比を減少させることにより、得られる残渣油の
平均液滴径は小さくなる。

２流体ノズル■０から噴出された残渣油の液滴は。

圧力室１１において循環触媒粒子と接触するが、この場
合、圧力室１１は高温、例えば４７０〜５３０℃程度に
加熱されているため、残渣油に含まれる圧力室１１の温
度以下の沸点成分は気化するので、その分残渣油の液滴
径は減少する。従って、実際に触媒粒子と接触する際の
残渣油の液滴径は、ノズルから噴出された直後の液滴径
に比して減少する６本発明の場合、一般的には、ノズル
から噴出させる残渣油の液滴径は、佐賀弁等の式（「化
学工業誌」１９６９年、第３３巻、第６号、第５３９頁
参照）により求められる平均液滴径で表わして、触媒粒
子の平均粒径以下にすれば、圧力室１１から流動接触分
解反応器１２に給送される触媒粒子に保持される油分量
は、触媒の細孔容積以下になり、残渣油による触媒表面
の濡れを効果的に防止することができる。

残渣油の液滴径が大きすぎると、即ち、液滴量が触媒の
細孔容積を越えるようになると、触媒粒子と接触した時
に、触媒による迅速な吸収が阻害され、触媒表面に残渣
油による濡れが生じるようになる。

本発明においては、前記したように、２流体ノズルは、
その中心軸が流動接触分解反応器の中心軸とほぼ一致す
るように配設したことから、噴出された残渣油の液滴は
、その反応器の中心軸方向に進むことから、圧力室や反
応器の壁部に付着することが少なく、その分コーキング
の発生が防止され、同時に、触媒の流動化方向とも一致
するため、反応器内における触媒の円滑な上昇が行われ
る。

本発明において用いる触媒は、一般的に、平均細孔容積
０．１’　〜０．５ｃｃ／ｇ、通常０．２〜０．４ｃｃ
／ｇを有するものであり、その平均粒径（直径）は、５
０〜８０μ−１通常６０〜７０μ−である。

本発明により、装置に対して残渣油の供給を行う場合、
スチームの流速は、一般的には、９０〜３５０■／秒、
好ましくは１００〜３００ｍ７秒であり、スチームに対
する残渣油の使用割合は、スチーム１重量部に対し。

１５重量部以下、好ましくは、５〜１４重量部の割合で
ある。２流体ノズルに供給するスチームの温度は、１５
０〜４００℃、好ましくは２００〜３００℃であり、残
渣油の温度は１００〜４００℃、好ましくは２００〜２
５０℃である。また、流動接触分解反応器の底部に設け
た圧力室の温度は４５０〜５５０℃、通常、４７０〜５
３０℃であり、流動接触分解反応器の温度は４５０〜５
５０℃１通常４７０〜５３０℃である。圧力室に供給さ
れる残渣油と循環触媒との割合は、定常運転における流
量で、残渣油１重量部に対し、循環触媒２〜４０重量部
、好ましくは３〜３０重量部である。

触媒再生反応器における一般的条件は、温度５５０〜８
００℃、好ましくは６００〜７６０℃である。再生ガス
としては、空気及び／又は酸素が用いられるが１本発明
の場合、酸素富化空気、通常、酸素濃度が２５〜６０％
に高められた空気を用いるのが好ましい、この触媒再生
反応器における触媒再生は。

十分に行うことが重要で、そのためには、再生ガスとし
て、酸素富化空気の使用は効果的である。

本発明者らの研究によれば、流動接触分解反応器でのコ
ーキング発生を防止するには、触媒再生反応器において
、得られる触媒が、新触媒の有していた平均細孔容積の
少なくとも９９％、好ましくは９９．５％以上が回復さ
れるように再生することが有効であることが見出された
。

なお、本発明で用いる残渣油とは、１０００°「以上の
高沸点炭化水素成分を１０重量％以上含む重質炭化水素
油を意味し、このようなものには、原油の常圧蒸留残渣
油や減圧蒸留残渣油１石炭液化油等が包含される。

〔効　　果〕

残渣油に対して適用困難であった従来の流動接触分解試
験装置に対し１本発明を適用することにより、残渣油を
、コーキングトラブルの発生を回避しながら、分解する
ことができ、試験装置の運転時間を著しく延長すること
ができる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例 第２図に示した試験装置を用いて残渣油の流動接触分解
を行った。この場合、残渣油としては、次の性状を有す
る蒸留残渣油を用いた。

表−１ 比　　　　　　　重　　　　　　　　　　　　：　　０
．９３窒素含量（！！量％）　　　　　　　　　　　：
　　１．７６イオウ含量（重量％）　　　　　　　　　
　：　０．３ｇコクラドソン残留炭素（重量％）　　　
　　：４．７１０００°「以上の重質炭化水素留分（容
量％）＝３６また。触媒として次の性状のゼオライト含
有触媒を用いた。

表−２ 平均粒径（μｍ）：６７ 平均細孔容積（ｃｃ／ｇ）　：　　　０．２７表面積（
イ／ｇ）　　　　：　　８６ また、第２図に示した試験装置の代表的運転条件は次の
通りである。

（１）供給スチーム（ラインＳ） 流量（ｇ／分）：　　１．２ 温度（℃）　　：　２８８ （２）供給残渣油（ラインＦ） 流量（ｇ／分）：　　１０．０ 温度（”Ｃ）　　：　３０ｇ （３）ノズル１０の条件 スチームの流速（１１秒）　　　　　　　：　　１９３
残渣油／スチームの重量比　　　　：８．３残渣油の噴
霧液滴の平均粒径（μｍ）：　　３４（４）圧力室１１
の条件 温度（’Ｃ）　　　　　　　：　　５００圧力（ｋｇ／
＋ＪＧ）　　　　　：　　　０．０循環触媒流量（ｇ／
分）ニア、５ 触媒／残渣油の重量比ニア、５ （５）流動接触分解反応器１２の条件 温度（”ｃ）　　　：　　ｓｏ。

圧力（ｋｇ／ＪＧ）　：　　　０．０ （６）触媒再生反応器２１の条件 温度（’Ｃ）　　　　　　　　　　：　　６００・圧力
（ｋｇ／ａＪＧ）　　　　　　　　：　　ｏ、。

酸素富化空気（酸素濃度４８％）の流量（ＮＱ／分）　
：　４．６（７）再生触媒の性状（触媒輸送管２７）平
均細孔容積（ｇ／ｃｃ）　：　０．２７以上のような条
件で、６時間運転しても、コーキングトラブルの発生は
なく１円滑に装置の運転を行うことができた。また、４
時間口の流動接触分解反応結果は次の通りであった。

表−３ 生成ガス収率（重量％）　　　　　　　　　　：　１３
．８分解生成油の収率（重量％）　　　　　　　　ニア
７．２コーク収率（重量％）　　　　　　　　　　　：
　９．０分解生成油の性状 比重　　　　　　　　　　　　　　　　：　０．８１８
窒素含量（重量％）　　　　　　　　　　　：　０．１
４イオウ含量（重量％）　　　　　　　　　　：　０．
０２コンラドソン残留炭素（重量％）　　　　　：　　
Ｏ，５Ｏ１０００°「以上の重質炭化水素成分（重量％
）：２．６次に、前記した試験装置の運転において、ス
チーム及び残渣油の供給条件を変化させて運転を行った
。その結果を次表に示す。

なお１表−４において、噴霧残渣油の液滴径は。

前記した佐賀弁等の式によって測定されたもので、ノズ
ルから噴出直後の液滴径を示す、また、残渣油による触
媒表面の濡れの有無は、圧力室１１から流動接触分解反
応器に入る触媒をサンプリングして判定したものであり
、残渣油による表面温れのないものは、触媒に保持され
る油分量がその触媒の細孔容積以下であることを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は２流体ノズルの断面説明図であり、第２図は流
動接触分解試験装置の説明図である。 １・・・内管、２・・・外管、３・・・残渣油導入管、
４・・・スチーム導入管、１０・・・２流体ノズル、１
１・・・圧力室、１２・・・流動接触分解反応器、１３
・・・固気分離器、２１・・・触媒再生反応器、２４・
・・操作棒、２５・・・空気導入ライン、２６・・・酸
素導入ライン、２７・・・触媒輸送管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動接触分解反応器と触媒再生反応器とを備え、
   触媒が流動接触分解反応器と触媒再生反応器との間を循
   環する流動接触分解試験装置に対して残渣油を供給する
   方法において、該流動接触分解反応器の底部に設けた循
   環触媒を含む圧力室に、内管と該内管を包囲する外管と
   からなる２流体ノズルの先端を、そのノズルの中心軸が
   該流動接触分解反応器の中心軸とほぼ一致するように挿
   入すると共に、該内管に残渣油を供給し、該外管にスチ
   ームを供給することによって、該残渣油を、該ノズルの
   先端から該流動接触分解反応器方向に液滴の形でスチー
   ムと共に噴出させることからなり、その際、該ノズルの
   先端から噴出するスチームの流速及び該スチームに対す
   る残渣油の供給割合を調節し、該圧力室から該流動接触
   分解反応器へ給送される触媒粒子に保持される油分量を
   、触媒の細孔容積以下にすることを特徴とする流動接触
   分解試験装置に対する残渣油の供給方法。