JPH11514700A - 流動床反応器を利用した炭化水素の変換方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 気体または液体炭化水素供給材料を循環流動床反応器に通して、流動化状態に維持された粒状物質の影響下で高温で変換し、変換した炭化水素生成物をガス相で反応器から除去する、炭化水素の変換プロセス。粒状物質をガス相反応生成物から分離するために軸線方向に延びた環状断面形状の循環流動床反応器(1-3,41-43)を用い、この循環流動床反応器に複数の入口を有するサイクロン(14,17;52,63)を取り付ける。反応空間は２つの同心状に位置した円筒形および／または円錐形の包絡面の間に形成されるインターシェルライザースペース(13,50)で構成する。粒状物質はルーバー羽根(14;63)を備えた複数孔サイクロンを用いてガス相反応生成物から分離する。

Description

【発明の詳細な説明】 流動床反応器を利用した炭化水素の変換方法および装置 本発明は請求項１の前提部分に記載の炭化水素の変換方法に関するものである 。 本発明では、流動化状態に維持された循環固体を有する反応器（以下「流動床 反応器」という）に処理すべき気体または液体の炭化水素供給材料を導入し、こ の流動床反応器内で変換プロセスのエネルギーバランスを安定化させて流動化さ れた固体媒体の存在下で高温度で変換を行う。 本発明はさらに、請求項11の前提部分に記載の炭化水素を処理および変換する 装置に関するものである。 一般に炭化水素の変換プロセスでは流動床反応器が用いられる。熱交換および 流動化に適した触媒またはその類似粒状物質は気体の炭化水素の上向き流によっ て流動化状態に維持される。一般に、最小流動化流は予備流動化ガス、例えば生 成ガス流または再循環流によって与えられる。最小流動化流量付近に調節された 媒体の線形流量で運転される従来の流動床反応器では、かなりの量の粒状物質が 炭化水素流と一緒に反応器から出ずに、反応器の流動床内に残留する。逆に、最 小流動化流量よりかなり大きい流量では、流動床の上側表面は無くなり、実際に は鉛直方向軸線に沿って固体含有率が減少する領域が形成される。十分に高速な 流速ではこの効果によって炭化水素の流れ一緒に全ての粒状物質が流動化状態を 維持しながら溢流してしまう。また、固体はサイクロンを用いて反応器から出る 炭化水素出口流れから分離し、直接または再生器を介して再循環して反応器の底 部に戻さなければならない。 こうした系は循環流動床(ＣＦＢ)または化学反応が懸濁した固体中で生じる場 合には循環流動床反応器(ＣＦＢＲ)とよばれる。 炭化水素の接触分解技術で最も広く用いられている反応系はＦＣＣ設備である 。この主要構成要素は高速流動流状態で運転されるライザーパイプ（反応 器）と、希釈された懸濁液相で運転される反応生成物から触媒を分離するサイク ロンと、流動床状態で運転される大容量の再生器とである。このＦＣＣ設備の例 は米国特許第4,957,617号に記載の実施例に示されている。 接触流動床反応器を利用する他の応用としては例えば下記がある： (1) 接触改質 (2) 無水フタル酸または無水マレイン酸の調製 (3) メタンの酸化二量化 (4) フィッシャー‐トロプシュ法 (5) 脱水素化 (6) メタン、エタンおよびそれに類似のアルカンの塩素化および臭素化 (7) メタノールのオレフィンまたはガソリンへの変換 流動床反応器を用いる非触媒方法他の応用としては例えば下記がある： (1) 熱分解 (2) 触媒再生法 (3) ガス化法 物理的プロセスの応用としては例えば下記がある： (1) 乾燥 (2) ２つのガス間の熱交換 (3) 吸着 上記プロセスの中で非常に経済的価値のあるプロセスは接触分解、脱水素化、 フィッシャー‐トロプシュ法、オレフィンへのメタノール変換法(ＭＴＯ)であり 、実験段階であるメタンの酸化二量化もその可能性がある。 従来の反応環境には幾つかの主要な欠点がある。例えば、従来の流動床反応器 の反応時間は制御が困難で、触媒／固体は浸食され、反応構造は主要設備が複雑 である。上記問題は短い滞留時間と高いプロセス温度とを組み合わせたプロセス の場合に特に大きくなる。スケール設計を利用した化学反応器ではガスおよび固 体の双方の滞留時間は変化してはならないが、径の大きい反応器を用いた場合は 、反応器内の固体の滞留時間は長くなりやすい。これは壁付近の固体の還流が増 加するためである。この作用に逆らうために流量 を増加しなければならず、従って、ガス滞留時間を変化させないためにさらに高 い反応器が必要になる。 プロセス設備の基本的部分を構成する固体／触媒粒状物質からガスを分離する 装置にはさらに下記の点が問題になる： 反応器から出た粒状物質および生成ガスは遠心力を利用したサイクロン分離器 で互いに分離され、一般には単一孔構造を有するサイクロンすなわち粒状物質懸 濁液用に１つの入口ノズルのみを有するサイクロンが用いられるが、単一孔サイ クロンの最大径は約１ｍであるため、流れ容量を満たすためには複数のサイクロ ンを並行に２つまたは３つのサイクロンをガス流の方向と直列に接続しなければ ならない。 サイクロンは15μｍ径以下の小さな粒子をガス流から分離できる場合に有効で ある。一般に、サイクロン分離器は螺旋構造を有する。粒状物質懸濁液は接線方 向の流れとしてサイクロンの円筒形部分へ向けられ、流れはサイクロン内で一般 に7〜9回転し、サイクロンの連続部分を形成する円筒形部分と円錐形部分の内部 で循環し、固体が遠心力で分離される。また、軸流サイクロンも公知である。こ の軸流サイクロンではパイプを通って流れるガスが羽根によって強制的に循環運 動し、それによって遠心力で固体はパイプ壁に突き当たってガス流からパイプ壁 上に分離される。最も公知な型のサイクロンはサイクロンの種々の部分の比率が 標準化されたＺenzサイクロンである。このサイクロンではグラフおよび計算式 を用いて設計することができる。サイクロンの分離効率はサイクロンチャンバー 内の流れ回転数を多くし、入口ノズルでの流量を大きくし、固体を高密度化し、 入口ノズル孔の断面形状を小さくし、ガスを低速にすることによって高くできる 。 従来の単一孔サイクロンでは、固体流は流れが高速な均質ガス懸濁ジェットと してサイクロンの内壁に衝突する。第１のサイクロン流速は一般に20〜25ｍ/秒 の範囲、第２のサイクロンは約35ｍ/秒、第３のサイクロンは約40ｍ/秒である。 サイクロン入口ノズル幅（ジェット幅）は一般に、例えば標準化Ｚenzサイクロ ンでサイクロンの径の約1/4であるので、衝突ジェットの流量は大きくなければ ならない。さらに、固体を分離するには、粒状物質がサイ クロン内壁付近の衝突ジェットの幅全体に渡るようにしなければならない。この 型のサイクロンでは、浸食を最も受ける点は懸濁固体ジェットの衝撃を受けるサ イクロンの内壁部分である。 本発明の目的は、従来技術の上記欠陥を克服し、横方向混合の効率を最大化し た新規な型の流動床反応器で流動化を実施することにある。本発明はさらに、反 応後の固体が最大速度および最大効率で生成ガスから分離される反応器構造を提 供する。 本発明では、炭化水素の変換を循環流動床反応器で実施する。反応空間すなわ ち反応器の流動化空間は２つの同心状に位置した円筒または円錐形の軸線方向に 延びた環状断面形状のインターシェルスペースで構成される。このスペースでは 一般に液体相である供給材料が最初に蒸発し、次いで粒状物質の存在下で上昇し た温度で反応生成物に変換する。さらに触媒特性を追加することもできる。供給 材料をガス相にすることができる。反応器から出た反応生成物は一般に他のプロ セスで有用な留分に希釈または精製される。本発明の新規な反応器は接触分解、 熱分解、脱水素化およびメタンの酸化二量化に適している。 本発明ではさらに、粒状物質は軸線方向に延びた環状の反応器ライザースペー スの上側に直接配置された複数の入口を有するサイクロン（以下、複数孔サイク ロン）によって反応ガスから分離される。複数孔サイクロンは単一孔サイクロン に比べて粒状物質をより速く、より有効に反応ガス流から分離するので、反応の 滞留時間を短縮することができる。サイクロンからの粒状物質は固体戻し通路ま たは下方戻し通路を介して２つの同心状に位置した円筒または円錐形の軸線方向 に延びる環状断面形状のインターシェルスペースによって形成された再生器に再 循環することができる。 本発明プロセスは特に請求項１の特徴的部分に記載の特徴を有する。 本発明装置は特に請求項11の特徴的部分の記載の特徴を有する。 以下の説明では「滞留時間」という用語は反応器の供給点からサイクロン出口 パイプまでの炭化水素分子の滞留時間を意味する。この時間は0.05〜10秒、一般 に0.1〜5秒の範囲で変化する。また、「上昇した温度」という用語 は100〜1000℃の温度を意味する。反応器は接触分解および熱分解、脱水素化、 フイッシャー‐トロプシュ法、無水マレイン酸の調製およびメタンの酸化二量化 およびその他のプロセスに適している。 「反応生成物」という用語は上記プロセスから得られた生成物を意味する。従っ て、反応生成物は例えば軽質オレフイン、例えばプロペン、n-ブテン、イソブテ ンおよびアミレンを主成分とする分解および脱水素化生成物を含むことができる 。 「固体」という用語は反応空間で懸濁液を形成する粒状物質を意味する。反応器 が触媒反応用である場合は、粒状物質は一般に固体触媒粒子である。反応器が熱 プロセスに用いられる場合は、粒状物質は熱または物質を反応空間に、または反 応空間から輸送する役目をする不活性粒子によって形成される。触媒はこのプロ セスに適したものを選択する。従って、接触分解は一般に天然または合成の珪酸 アルミニウム、ゼオライトおよびアルミナを用いる。従来のゼオライトはランタ ニドによって安定化されたゼオライトＸおよびＹを含む。脱水素化プロセスは例 えばクロム−アルミニウム酸化触媒を用いる。 一般に、本発明は滞留時間の短縮が要求される高温の吸熱および発熱プロセス 、例えば接触分解または熱分解、脱水素化、フィッシャー‐トロプシュ法、ＭＴ Ｏおよびメタンの酸化二量化への応用に最も適している。好ましい第１実施例で は、本発明の反応器は接触分解に用いられ、反応器供給物は軽質オレフィンおよ び／またはガソリンを製造するために軽質ガスオイル、重質ガスオイルまたは軽 質残油にすることができる。分解では、プロセス温度は約520〜650℃、滞留時間 は0.5〜5秒である。 好ましい第２実施例では、本発明の反応器は熱分解に用いられ、残油または他 の重質炭化水素が反応器に供給され、軽質炭化水素留分に分解される。プロセス 温度は650〜1000℃、滞留時間は0.2〜0.5秒である。 好ましい第３実施例では、本発明の反応器は脱水素化に用いられ、供給物はペ ンタン、イソブタン、n-ブタン、プロパンまたはこれらの混合物を含み、プロセ ス温度は650〜750℃、滞留時間は0.4〜2秒で、アミレン、イソブテ ン、n-ブテン、プロペンまたはこれらの混合物の製造用いられる。 好ましい第４実施例では、本発明の反応器は天然ガス供給物中のメタンの酸化 二量化に用いられ、プロセス温度は800〜900℃、滞留時間は0.08〜0.3秒である 。 好ましい第５実施例では、炭化水素を含む反応器供給物を空気または他の酸素 含有気体を用いて合成ガス、すなわち少なくとも一酸化炭素および水素を含むガ スをガス化すなわち部分酸化する。熱的部分酸化は1000〜1300℃、触媒部分酸化 は700〜1000℃、化学反応平衡を得るのに基本的に十分な滞留時間で起こる。生 成した合成ガス中での水素の比率を増加させ、熱平衡を得るために、反応に蒸気 を追加導入することもできる。 本発明は添付図面を参照した実施例によってよりよく理解できよう。 図１は接触分解および熱交換プロセスに特に適した好ましい実施例の装置の側 面図。 図２は本発明の実施例の単純化した反応器の基本構造の側面図。 循環床反応器内で供給材料の炭化水素、一般にはパラフィン系炭化水素を変換 するのに適した本発明の反応器は基本的に２つの同心状に位置された垂直な円筒 または円錐形の反応空間を有し、この反応空間および下方戻し通路は軸線方向に 延びた環状断面形状を有する。供給（インフィード）ノズルは反応空間の底部に 設置され、液体（特定の場合には気体）の供給材料はこの中を通って反応器内に 入る。供給ノズルは通常上方を向いている。不活性固体または触媒は反応器を取 り囲む軸線方向に環状の下方戻し通路に沿って反応器の底部に運搬され、反応器 の外側シェルに設けられた１つの環状孔または反応器外側シェルに形成された多 くの小さい開口を通過する。 反応器への固体の流量は反応器外側シェルに被せた円筒を用いて制御でき、こ の円筒の回転または上昇によって固体入口孔の流れを抑えることができる。下方 戻し通路から反応器へ戻される固体流を制御するために従来の弁を用いることも できる。 本発明の好ましい実施例では、本発明の反応器が接触分解に用いられ、反応器 は別の反応器と同心状に配置される。さらに、２つの反応器の内側反応 器は分解反応器として用いられ、外側反応器は触媒を再生して所望温度に加熱す る再生器の役目をする。触媒は適当な反応器から軸線方向の環状出口通路または 下方戻し通路および反応器の流動化空間に形成した通路を介して再生器に送られ る。下方戻し通路は反応器に触媒を戻す通路として公知であり、軸線方向に延び た環状断面形状の空間を形成する。 固体は固体入口孔を介して反応空間に流れ、反応器の軸線方向に延びた環状な ライザー内を上方へ流れる予備流動化ガス流と混合される。予備流動化ガス流は 軸線方向に延びた環状のライザー内を通って供給入口ノズルの高さまで固体を運 搬する。本明細書では、小さな液体粒子の形で噴霧された液体供給物は高温の粒 状物質の上向き流と接触して反応温度に加熱され、蒸発する。供給材料の蒸発に よって固体の流速は加速する。流速が最小流動化速度よりかなり速くなると、ガ ス流特許一緒に固体が流れる。その流速はガスの流速よりわずかに遅い。反応空 間の上端部に配置された複数孔を有する反応器サイクロンからなる分離ユニット は固体懸濁液から粒状物質を分離する。サイクロンからの固体は再生後に反応器 ライザーを取り囲む軸線方向に延びた環状な下方戻し通路を介して反応器に戻さ れる。反応生成ガスはサイクロンの中央パイプを介して抜き出される。 軸線方向に延びた環状断面形状のライザー通路は例えば２つの同心な回転円筒 面の間に形成することができる。外側円筒形シェルの内側表面は反応空間の外壁 を形成し、内側円筒形シェルの外側表面は反応空間の内壁を形成する。従って、 ２つの同心に位置した垂直な円筒シェルからなる本発明の反応器構造によってコ ンパクトで丈夫な取付け容易な反応器構造が得られる。 鉛直方向に軸線方向に延びた環状断面形状の反応器ライザースペースを一定に 形成することができるので、垂直な円筒形または円錐形シェルからなる反応壁の 空間は反応器ライザーの高さ全体に渡って変化しない。また、反応器断面形状を 高さの座標の関数で変えることができる。このオプションは反応器の流動化特性 を変えるために利用できる。 必要な場合には、反応器ライザースペースは軸線方向で同心なセグメントに分 けることができる。このセグメント区分は２つの同心な円筒形シェルの 間に形成された反応空間内に追加の同心な円筒形または螺旋状のバッフル板を取 付けることによって実施することができる。螺旋状のバッフル板を用い、バッフ ル板のピッチを小さくすることでライザー通路内の触媒が反応器の所定高さの場 合に炭化水素の滞留時間を長くすることができる。バッフル板は反応器構造の補 強材として必要となる場合もある。 また、平行な複数（例えば6〜20）のパイプを軸線方向に円形に等間隔に配置 して反応器ライザースペースを作っても同じ結果が得られる。 上記から明らかなように「軸線方向に延びた環状断面形状」という用語は反応 器ライザーの断面形状を形成する要素が少なくとも軸線方向に延びた環状な反応 器ライザーの周囲に沿って配置される任意の実施例を含むということは理解でき よう。反応器の軸線方向断面形状は必ずしも連続円である必要はないが、連続円 が有利であると考えられる。特に、軸線方向に延びた環状の反応器ライザーを連 続した軸線方向に延びる環状断面形状の空間にするか、例えばバッフル板または パイプによって軸線方向に延びる平行な上向きに延びるライザーセグメントに区 分することもできる。 反応器ライザーの上部には反応生成流から粒状物質を除去する固体分離ユニッ トの役目をする複数孔のサイクロンが連結されている。このサイクロンでは処理 すべき固体懸濁液が複数の入口孔を介してサイクロンチャンバーに導入される。 入口孔は鉛直軸線を中心とする円に沿って互いに対称または非対称的に配置する ことができる。反応器ライザー通路は軸線方向に延びた環状断面形状であり、ラ イザー通路の断面形状での流れパターンは均一であるので、サイクロンの孔は対 称に配置するのが好ましい。サイクロンは遠心分離に必要な渦を発生させる羽根 を有し、一般に、この羽根はサイクロンチャンバーの周りに円形に配置され、複 数の平行なガス入口孔を有するルーバーを形成する。 本発明は非常に多くの利点を有する。軸線方向に延びた環状の反応器の上側に 設けた複数孔サイクロンは単一孔サイクロンを用いた従来の配置のものに比べて 、流体力学および処理プロセスに重要な利点を与える。サイクロンは従来の複数 孔サイクロンと同じ方式で作ることができるが、環状のルーバ ー入口を用いるのが最も有利である。それによって環状の入口孔面積の最大部分 にガス懸濁固体流を導入することができる。軸線方向に延びた環状断面形状を有 するライザーとこれに連結された複数孔サイクロンとの双方を有する本発明の構 造の利点は後で説明する。 既に述べたように、本発明装置では従来の管状ライザーより短い距離上での固 体の横方向混合が起こる。その結果、温度差および濃度差は管状反応器より均質 になり、急速に平衡化される。これは化学流動床反応器の重要な設計目標である 。一例として、外径が約1.67ｍで、内径が約1.35ｍである現実の軸線方向に延び た環状のライザーでの横方向混合距離は160ｍｍである。逆に、同じ断面積形状 （0.76ｍ2）のパイプ反応器は内径（横方向混合距離）が983ｍｍであり、これは 1/6である。パイプ反応器の横方向混合距離が短かくしたい場合には、反応器の 高さを非常に高くしなければならない。 横方向混合距離が短いので、反応器の断面形状上の供給材料流は均一にするこ とができる。供給点より前に流れを安定化した予備流動化領域も上記の理由によ って浅くすることができる。 本発明の軸線方向に延びた環状のライザーは管状ライザーより緩やかな流速で 運転され、反応器内の構造材料の浸食を減らし、設備のスケーリングを容易にで きる。さらに、この設備は低い高さで実現でき、それによって構造設計および熱 膨張に関連する問題が減る。 本発明の好ましい実施例の装置は、２つの同心状に位置された円筒形シェルの 間に形成される軸線方向に延びた環状断面形状のライザースペースを有する内側 反応器と、これを取り囲む、汚染された触媒固体または冷却された熱伝達粒子を 再生してプロセスに戻す外側再生器とで構成される。本発明の反応空間は種々の プロセスに適用でき、さらに上記と異なる再生器構造と組み合せることもできる ことは明らかである。しかし、本発明明細書の再生器の実施例は固体横方向移動 距離が大幅に短くなるので特に有利である。大きい再生器でも径に対して短い高 さで実現でき、それによって、必要とする敷地面積は小さくなり、再生器の熱膨 張問題は基本的に無くなり、反応器−再生器構造はコンパクトになり、丈夫で全 体の取付けが容易になる。 本発明構造は流体設計によって浸食の問題を解決することができる。すなわち 、複数孔サイクロンでは固体懸濁液の流れが単一な耐衝撃固体流として流入する のではなく、多くの小さな固体ジェットがサイクロン内側表面に衝突する。従っ て、構造の浸食問題は小さく且つ滑らかになる。本発明の反応器に連結されたサ イクロンは流体力学が改良されることによってサイクロンを浅い寸法にすること ができる（狭い入口孔による）ので、その高さを標準サイクロンの半分に減すこ とができる（滞留時間が半分になる）。 複数孔構造にすることによってサイクロン入口孔を狭くすることができ、それ によって触媒層は浅くなり、入口孔での流速は従来の単一孔サイクロンより基本 的に小さくなる。入口孔の幅の減少によって通路の高さが必要となり、その結果 より高いサイクロンが得られ、連絡通路を長くし、丈夫な形にする。減速したサ イクロン入口の流速は浸食速度を減速させる。浸食速度は流速の4〜5乗に比例す る。 ＦＣＣ予備分離サイクロンでは、試験の結果、ライザー頭部からサイクロン出 口までのガス滞留時間は約1.0〜2.0秒内であることが示されている。反応生成物 は分離槽内に上昇した温度下でさらに5〜40秒間滞在する。この間に貴重な化合 物は化学反応で失われる。これに対して、本発明構造では触媒はライザー頭部の 各点から同時にサイクロン内へ入るので反応時間を正確に制御でき、必要な場合 には生成物をサイクロン出口ノズルの出口点で直ぐに冷却することができ、分離 槽は必要ない。 複数孔サイクロンは従来のサイクロンに対して分離効率が大幅に向上するとい うことは下記実施例からも明らかである： 全領域に入口孔を有する直線状の羽根を有する465ｍｍ径のサイクロンを室温 で試験した。触媒の断面重量流量が200kg/ｍ²秒以上であるときに、5.6ｍ/秒の 入口流速での分離効率は99.99％であった。同等な寸法および流量を有する従来 のＺenzサイクロンでは粒径分率で計算した分離効率は99.10％であった。この分 離効率の比較によって、浸食の原因となる高い流速を避けることが設計の目的で ある場合は、複数の狭い入口孔を有する本発明の新規なサイクロンが優れた効率 を有することが分かる。 本発明装置に用いられる構造の詳細は添付図面から明らかである。下記実施例 では循環固体を略語「ＣＳ」で示した。実施したプロセスは供給材料として液体 炭化水素を用いる接触分解である。 図１に示した好ましい実施例では、本発明装置は中間シェル22によって互いに 分離された２つの同心状に配置された円筒形ＣＳ反応器で構成される。以下、内 側の反応器を「反応器」、外側の反応器を「再生器」とよぶことにする。 反応器ユニットは同心状に設けられた基本的に円筒形をした３つのパイプ1,2 および3で作られている。各パイプの間の空間は軸線方向に延びた環状断面形状 の空間20,19および13を形成している。これらの空間の中では空間13で反応を実 施するのが望ましい。各パイプは例えば鋼で作られ、鉛直に整合した縦方向軸線 を同心に有している。軸線方向環状ライザー空間13の上側には、パイプ2および3 の連続上で外壁に固定されたルーバー状の羽根14を有する複数孔サイクロン14,1 7が設けられている。サイクロンは生成ガスを除去するための中央パイプ21を備 え、輸送通路19,20はサイクロン内でガス相から分離された固体を除去するため の内側鋼パイプ3の内側空間に設けられている。 再生器ユニットは反応器外側シェル3の内側に同心状に設けられた基本的に円 筒形の３つのパイプ4,5および6（例えば鋼で作られた）で作られている。各パイ プの間の空間は軸線方向に延びた環状断面形状の空間29,28および24を形成して いる。これらの空間では空間24で触媒再生を実施する。圧力シェル6はシェル温 度を維持するために適度なシェル強度を維持するのに適した断熱材層7で内側か らラインニングされている。反応器内と同様に、軸線方向に延びた環状空間24の 上側には複数の孔を有するサイクロン25,26が設けられている。サイクロン25,26 の羽根は円筒形パイプ5または圧力シェル6に固定される。サイクロンは再生器内 で生成した煙道ガスを除去する中央パイプ30を有し、輸送通路28および29はサイ クロン内のガス相から分離された触媒固体を除去する鋼パイプ5および6によって 与えられる。 反応器の流動化ガス流は参照番号8で示されている。ガス流8は流動化底12 を通って反応空間に入り、この上側で先ず最初に戻し通路20から弁31を介して入 る触媒と混合され、次いで供給パイプ16の噴霧ノズル17を介して注入された供給 流10と一緒に反応器ライザー内を上昇し、供給物は反応空間内で蒸発する。混合 ガス流8および10は軸線方向に延びた環状ライザー13に沿ってガス相で移動する と同時に随伴する触媒を反応器サイクロンの羽根14へ運ぶ。触媒は熱を供給材料 の蒸発とライザー13内で生じる反応とに放出して温度が下がる。ガスおよび随伴 した触媒固体は羽根14から反応器サイクロンチャンバー17の内部に接線方向から 入る。チャンバー17の内部では触媒固体はサイクロン内壁18に衝突して固体輸送 通路19および20内に落下することによって分離される。必要な場合には触媒固体 の一部をオーバフローとして軸線方向に延びた環状通路19を介して反応器の底部 へ戻すことができる。この通路19は装置の機能に必須でないが、反応に有利な場 合がある。この通路20では触媒固体は高密度の相で下方へ落ち、それによって固 体輸送通路20を介した反応器と再生器との間のガス流の混合は防止される。反応 器のサイクロンに流入するガス流11は内側サイクロンの中央パイプ21を介して反 応器から出る。反応器から再生器への触媒固体の流れは円筒形制御要素を備えた 弁31を介して制御される。この弁31は棒32で機械的に駆動できる。 再生器は高密度相の触媒固体で充填された輸送通路29によってこのユニットが 互いに離れるように反応器に設けられている。再生器は反応器と同じ方式で装置 のシェルとシェル内に設けられた反応器のパイプとで形成される２つの円筒形包 絡面の間に維持されたインターシェルライザースペース内に配置される。反応器 パイプと反応器の外側円筒形シェル構造物との間には固体輸送通路29を有する円 筒形壁がさらに設けられている。酸素含有ガス流9は流動化分配器底23を介して 再生器に入り、軸線方向に環状のライザー通路24内を上昇する。すれと同時にガ ス流と一緒に流入した触媒固体を再生器サイクロンの羽根25へ運搬する。再生器 では、触媒固体の表面に蓄積するコークスと触媒固体の孔に入った有機化合物と がライザー通路24で酸化すなわち燃焼され、それによって触媒の温度が上がる。 再生器サイクロンチャンバー26は反応器の上側に配置される。サイクロンチャン バー26では固体がサイクロ ン壁27に衝突して分離され、次いで通路28、29内に落ちる。戻し通路29は触媒固 体を反応器に戻す。戻し通路に入ることができない固体の過剰な部分はオーバフ ローとして通路28を介して再生器の底部分に戻る。触媒または類似の粒状物質が 内側戻し通路を通過する間は流動化状態に維持するのが有利である。それによっ て制御弁は余分になる。再生器の煙道ガス12は再生器サイクロンの中央パイプ30 を介して排出される。戻し通路29内で高密度の相特許なって緩やかに下方へ落ち る固体によって反応器と再生器との間のガス空間の連絡は阻止される。再生器か ら反応器への固体の流量は弁33に連結した棒34によって機械的に駆動可能な円筒 形の制御要素を備えた弁33で制御される。 図２に示す装置は基本的に垂直な縦方向軸線を有する細長い反応器41で構成さ れる。反応器の最内部には同心状に配置された基本的に円筒形の２つのパイプ42 および43が設けられている。各パイプの間の空間は軸線方向に延びた環状断面形 状の空間50を形成している。空間50は反応器のライザーの役目をする。この軸線 方向環状空間の上側にはパイプ42および43の連続として外壁に固定されたルーバ ー羽根63を有する複数孔のサイクロン52が設けられている。このサイクロンは生 成ガスを除去するための中央パイプ57を備え、内側パイプ43はサイクロン内でガ ス相から分離された汚染された触媒を貯蔵するための中間貯蔵サイロの役目と、 固体輸送通路54との役目をする。外側パイプ42と反応器シェル41との間には再生 した触媒を戻すための軸線方向に延びた環状断面形状の戻し通路60が形成されて いる。反応器外側シェル41の底部には反応器ライザー50と連絡する予備流動化ガ ス入口ノズル44と、サイクロン中央パイプ57に連結された生成ガス排出ノズル45 と、液体炭化水素供給ノズル46と、再生した触媒の戻し通路に連結された触媒固 体供給ノズル47と、再生した触媒と一緒に再生器から運搬されたガスが除去され る再生煙道ガスの排出ノズル49とが連結されている。戻し通路60の上部には、触 媒戻しチャンバー61をさらに連結することができる。この触媒戻しチャンバー61 はサイクロン、例えば、再生した触媒を触媒と一緒に運ばれたガスから分離して 戻し通路に均一に再分布するサイクロンにすることができる。汚染された触 媒は伝達通路54から排出ノズル64を介して再生器に通る。 上記反応器は下記のようにして分解を行う： 流動化ガスはノズル44および流動化分布器底48を介して軸線方向に延びた環状 断面形状の反応器ライザー50に送られる。この反応器ライザー50では流動化ガス に開口62を介した戻し通路60からの再生触媒が最初に混合され、次に噴霧ノズル を介して注入される炭化水素供給材料46が混合される。液体炭化水素供給材料は 高温の触媒に接触して即時に蒸発する。触媒はライザー50内の触媒の熱を液体炭 化水素供給材料の蒸発と分解反応に解放する。それによって触媒の温度は下がる 。混合ガス流は軸線方向に延びた環状ライザー50に沿ってガス相で上方へ送られ る。触媒は反応器サイクロンの羽根に運ばれ、ガスおよび流入した触媒粒子は羽 根51から反応器サイクロンチャンバー52の内部に接線方向に入る。チャンバー52 の内部で触媒粒子はサイクロンチャンバー壁53に衝突して汚染された触媒を捕集 するサイロおよび輸送通路54内に落ちて分離される。汚染された触媒は排出ノズ ル64を介して輸送通路54から除去し、再生することができる。必要な場合には、 汚染された触媒の一部を弁55で制御される開口56を介して反応器に戻すことがで きる。戻し開口56は装置の機能に必須でないが、汚染された触媒の一部を反応器 に戻すことによって反応を促進することができる場合がある。輸送通路54では汚 染された触媒は高密度の相になって下方へ移動する。触媒輸送通路54によって反 応器のガス流と再生器のガス流との連絡は阻止される。ガスはサイクロンの中央 パイプ57とノズル45とを介して反応器サイクロンから除去される。ノズル47を介 して再生器から反応器へ流入する触媒の流れは戻し通路60を通る。触媒流が流動 化状態である場合には、溢流したガスは触媒戻しチャンバー61で触媒から分離さ れる。開口62を介した反応器への触媒の流れは弁58によって制御される。円筒形 制御要素を有する弁58はこの要素に連結されたバー59を介して機械的に移動する 。機械的弁の代わりに空気圧弁を用いることもできる。 本発明の反応器は下記の反応およびその他の反応で用いることができる：接触分解 反応 吸熱 プロセス温度 520〜650℃ 反応時間 0.5〜5秒 触媒 一般的または最新のＦＣＣ触媒 供給材料 軽質ガスオイル、重質ガスオイル、軽質残油 生成物 軽質オレフィン、ガソリン熱分解 反応 吸熱 プロセス温度 650〜950℃ 反応時間 0.2〜0.5秒 固体 不活性粒状物質（できれば触媒作用を有する） 供給材料 残油、揮発性留分を多量に含む他の重質炭化水 素供給材料 生成物 軽質オレフィン、ガソリン、ガスオイル脱水素化 反応 吸熱 プロセス温度 600〜750℃ （Ｃ4は約650℃、Ｃ3は約700℃、Ｃ2は約750℃） 反応時間 0.4〜2秒 固体 脱水素化触媒 型：Ｃr-Ａl2Ｏ3、Ｖ-ＣaまたはＶ-Ｚr 供給材料 イソブタン、n-ブタン、プロパン、エタン 生成物 イソブテン、ブテン、プロペン、エテンメタンの酸化二量化 反応 発熱 プロセス温度 800〜9000℃ 反応時間 0.08〜0.3秒 固体 Ｚr-Ｌa-Ｓr、Ｌa2Ｏ3-ＣaＯ 供給材料 天然ガス、酸素 生成物 エテンガス化 反応 発熱または自熱 プロセス温度 1000〜1300℃（熱的部分酸化） 700〜1000℃（触媒部分酸化） 圧力 10〜40bar（熱的部分酸化） 1〜10bar（触媒部分酸化） 供給材料 炭化水素含有物質、例えば天然ガス、石炭、 残油および／またはバイオマス 生成物 水素および一酸化炭素含有合成ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．下記工程(a)および(b)： (a) 気体または液体炭化水素供給材料を循環流動床反応器に通して流動化状態に 維持された粒状物質の影響下で高温で変換し、 (b) 変換した炭化水素生成物をガス相で反応器から除去する を含む炭化水素の変換方法において、 下記(c)を特徴とする方法： (c) 軸線方向に延びた環状断面形状を有し且つガス相の反応生成物から粒状物を 分離するための複数の入口を有するサイクロン(14,17;52,63)を備えた循環流動 床反応器(1-3,41-43)を用いる。 ２．反応空間が２つの同心状に位置した円筒形および／または円錐形の包絡面の 間に形成されたインターシェルライザースペース(13,50)からなる請求項１に記 載の方法。 ３．滞留時間を0.05〜10秒にする請求項１または２に記載の方法。 ４．粒状物質をガス相反応生成物から分離するためにルーバー羽根(14;63)を備 えた複数孔サイクロンを使用する請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。。 ５．軽質ガスオイル、重質ガスオイルおよび／または軽質残油を含む供給材料に 対してプロセス温度520〜650℃、滞留時間0.5〜5秒で接触分解を実施して、軽質 オレフィン、例えばプロペン、ブテンまたはアミレンおよび／またはガソリンを 調製する請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。 ６．汚染された触媒を反応器から再生器へ移送し、再生後に再生器から反応器へ 戻す請求項５に記載の方法。 ７．汚染された触媒を炭化水素供給材料の変換に使用する反応器と同心状に設け た別の軸線方向に延びる環状断面形状の循環流動床反応器で再生する請求項６に 記載の方法。 ８．残油を含む供給材料および／または揮発性留分をかなりの含有量で含む重質 炭化水素含有供給材料に対してプロセス温度650〜950℃、滞留時間0.2〜0.5秒で 熱分解を実施して軽質炭化水素を調製する請求項１〜４のいずれか一項に記載に 記載の方法。 ９．ペンタン、イソブタン、n-ブタン、プロパンおよび／またはエタンを含む供 給材料に対してプロセス温度500〜750℃、滞留時間0.4〜2秒で脱水素化を実施し てアミレン、イソブテン、ブテン、プロペンまたはエテンを調製する請求項１〜 ４のいずれか一項に記載に記載の方法。 10．酸素を用いてプロセス温度800〜900℃、滞留時間0.08〜0.3秒で天然ガスを 酸化してメタンを二量化する請求項１〜４のいずれか一項に記載に記載の方法。 11．炭化水素含有供給材料に対してプロセス温度700〜1300℃で熱または触媒で ガス化をして合成ガスを調製する請求項１〜４のいずれか一項に記載に記載の方 法。 12．下記(a)〜(g)： (a) 基本的に垂直な縦方向軸線を有する反応空間(13,50)と、 (b) 予備流動化ガスを反応器に送る反応空間(13,50)の底部に連結されたノズル( 8,44)と、 (c) 予備流動化ガスを反応空間に送る流動化分配器底(12,48)と、 (d) 流動化流を形成する粒状物質を予備流動化ガス流に供給する反応空間 (13,50)に連結された第１の供給ノズル(31,52)と、 (e) 処理すべき炭化水素原料を反応空間に供給する反応空間の底部に連結された 一連の第２の供給ノズルと、 (f) 反応空間(13,50)の上端部に設けられた、反応ガスから粒状物質を分離する 分離手段(14,17;52,63)と、 (g) 反応器から生成ガスを除去するための反応ガス排出ノズル(30,45)と を有し、炭化水素原料は反応空間(13,50)内で予備流動化ガスおよび流動化され た粒状物質の上方流と迅速に混合され、反応空間内の高温下で変換される、流動 化状態の高温の粒状物質の影響下で炭化水素を変換するための反応器において、 下記(h)および(i)を特徴とする反応器： (h) 反応空間(13,50)が軸線方向に延びた環状断面形状のライザースペースによ って形成され、 (i) 粒状物質分離手段(14,17;52,63)が複数孔サイクロンである。 13．軸線方向に延びた環状断面形状のライザースペース(13,50)が２つの同心状 に位置した円筒形および／または円錐形の包絡面の間に形成されたインターシェ ルライザースペースを有する請求項12に記載の反応器。 14．ライザースペース(13,50)が仕切りルーバー板によって平行な部分流に分れ る請求項12または13に記載の装置 15．平行な部分流が２つの同心状に設けられた円筒形包絡面の間に反応器の縦方 向軸線に基本的または完全に平行なルーバー板を設けることによって形成される 請求項14に記載の反応器。 16．ルーバー板が縦方向軸線または反応器ライザーに沿って螺旋状に延びる請求 項15に記載の反応器。 17．軸線方向に延びた環状断面形状の反応器ライザースペースが円形式に等距離 間隔で配置された平行なパイプによって形成される請求項14に記載の反応器。 18．サイクロンの羽根(14;63)がライザー通路の内側で部分的または完全にサイ クロンチャンバー(17,52)の周囲を中心とした円形ルーバー状に設けられて、ガ ス流を入れる複数の平行な入口通路を形成するルーバーの役目をする請求項12〜 17のいずれか一項に記載の反応器。 19．サイクロン(14,17)が下方へ向かう中央パイプ(21)を有する請求項12〜18の いずれか一項に記載の反応器。 20．反応器(13)が環状通路(20)を介して反応空間を同心状に取り囲む軸線方向に 延びた環状断面形状の再生器(24)に連結されている請求項12〜19に記載の反応器 。 21．軸線方向に延びた環状断面形状の再生器通路(24)が２つの円筒形または円錐 形のシェルの間に維持されるインターシェルライザースペースによって形成され る請求項20に記載の反応器。