特許 7150015 流動触媒分解の構成要素のための浸食監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-29

(45)【発行日】2022-10-07

(54)【発明の名称】流動触媒分解の構成要素のための浸食監視システム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/22 20060101AFI20220930BHJP

   B01J 8/24 20060101ALI20220930BHJP

   C10G 11/18 20060101ALI20220930BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20220930BHJP

【ＦＩ】

G01B11/22 G

B01J8/24

C10G11/18

G01B21/00 W

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020520300

(86)(22)【出願日】2018-10-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-24

(86)【国際出願番号】 IB2018057969

(87)【国際公開番号】W WO2019077467

(87)【国際公開日】2019-04-25

【審査請求日】2021-10-11

(31)【優先権主張番号】102017000116434

(32)【優先日】2017-10-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】520121267

【氏名又は名称】レモーザ・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＭＯＳＡ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン・アルジョーラス

【審査官】飯村 悠斗

(56)【参考文献】

【文献】特表平０９－５１２４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０７６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７６３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０２３２１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－１３４１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第７１５４０８１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２３１１１０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００－２１／３２

Ｂ０１Ｊ ８／２４

Ｃ１０Ｇ １１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくともバルブ（１０）と、
少なくともサイクロン（２０）と、
を備え、
少なくとも前記バルブ（１０）および前記サイクロン（２０）は浸食に曝され、
光ファイバーセンサ（７'）の束（７）をさらに備え、光ファイバーセンサ（７'）は１以上のブラッグ格子と処理ユニットを設けられ、
光ファイバーセンサ（７'）が束（７）から離れ、浸食摩耗に晒され、監視対象の構成要素（１０、２０）に属する壁に対して直交するように配置されている、流動触媒システム。

【請求項2】

前記光ファイバーセンサ（７'）の束（７）は、耐浸食コーティング（３）の支持構造（１１、１８）の適切な空洞（１１'、１９）を通過して、浸食摩耗に晒される壁に到達するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記光ファイバーセンサ（７’）は、毛細管内に収容されて、浸食摩耗を受ける壁の近くの前記毛細管に接着により拘束される、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記光ファイバーセンサ（７’）の束（７）は、バルブ（１０）のシャッター（４）に対して直交するように入口ダクト（６）の内側でシャッター（４）に対向し、開口（２０）を設けた着脱式有孔板（１）の表面まで収容される、請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項5】

前記光ファイバーセンサ（７'）の束（７）は、バルブ本体（１０）の壁（２）に対して直交するように、バルブ（１０）の着脱式有孔板（１）の支持体プレート（１'）まで入口ダクト（８）の内部に収容される、請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項6】

前記着脱式有孔板（１）および／または前記支持体プレート（１'）は、金属ブラケット（１１）によって支持された耐浸食コーティング（３）によって覆われ、耐浸食コーティング（３）が固定された金属製ブラケット（１１）に支持され、特別なスクラップ（１１'）が、光ファイバーセンサ（７'）の通過を可能にするために、前記金属製ブラケット（１１）上で認識されている、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記光ファイバーセンサ（７’）の束（７）は、バルブ（１０）の溝（９）を通って前記支持体プレート（１'）に到達するように構成されている、請求項５または６に記載のシステム。

【請求項8】

前記光ファイバーセンサ（７’）の束（７）は、着脱式有孔板（１）および／または支持体プレート（１'）の周囲と、着脱式有孔板（１）および／または支持体プレート（１'）の周囲に沿って等間隔に配置されたブラケット（１１）の配置に続く個々の光ファイバーセンサ（１'）の周囲とに配置されている、請求項５に記載のシステム。

【請求項9】

ＦＣＣ再生器エア格子または反応器の装入物の供給噴射ノズルを備え、前記サイクロン（２０）内、ＦＣＣ再生器エアグリッド内、または反応器の装入物の供給噴射ノズル内の光ファイバーセンサ（７'）の束（７）は、外側のコーティングシート（２２）と内側の耐浸食コーティング（３）の間で、前記サイクロン（２０）の壁（２１）、分配器またはノズル自体の全長の内側に収容されている、請求項２に記載のシステム。

【請求項10】

前記光ファイバーセンサ（７'）は耐浸食コーティング（３）内に均一に間隔を置いて配置され、六角形メッシュ支持構造（１８）は前記光ファイバーセンサ（７'）自体が通過するための溝（１９）を有する、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記光ファイバーセンサ（７'）の構造は、少なくとも１つの不均一なブラッグ格子または少なくとも１つの一連の均一なブラッグ格子を備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項12】

前記光ファイバーセンサ（７'）は、保護および／または挿通機能を有する１以上の鋼製の毛細管に収容される、請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項13】

前記処理ユニットは、ブラッグ格子分析器、ＯＳＡ分光計、または浸食センサによって反射された光を反射チャネルのリターンチャネルに向けて運ぶ循環手段と組み合わされた光ファイバフォトセル増幅器である、請求項１から１２のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項14】

前記光ファイバーセンサ（７'）は、互いに直交する２または３の軸に沿って配置され、前記処理ユニットは、１以上の光ファイバーセンサ（７'）からのデータを一度に１つずつ取得するように構成された光スイッチを備える、請求項１から１３のいずれか１項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流動触媒分解の構成要素のための浸食監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

本発明の主題は、英国の流動触媒分解（ＦＣＣ）で、流動触媒を備えたプラント、特に流動床接触分解プラント、すなわち最終製品における油留分の変換のためのプラントに使用される、摩耗に曝された構成要素の革新的な腐食監視システムである。そのようなプラントは、重質パラフィン系炭化水素分子を分解し、原油蒸留残渣から軽質パラフィン系炭化水素（例えば、ガソリン、ＬＰＧ）を得る処理を実行する。特に、本発明の目的は、そのような構成要素の耐火性材料および／または耐浸食性材料でコーティングされた壁の浸食を監視することである。

【0003】

公知のように、流動床接触分解は、製油所で使用される最も重要な変換プロセスの１つである。それは、石油粗炭化水素の高沸点、高分子量留分をガソリン、オレフィンガス、その他の同様な製品など、経済的価値の高い製品に変換するために広く使用されている。もともと熱分解で生成された石油炭化水素の分解は、オクタン価の高いガソリンを大量に生産するため、今日ではほぼ完全に接触分解に取って代わられている。接触分解はまた、副生成物として、オレフィン含有量がより高いガス状元素を得ることを可能とし、これはまた、熱分解によって生成されるものよりも重要である。

【0004】

一般に、接触分解プラントの装入物は、大気圧での初留点が３４０℃以上で、平均分子量が約２００～６００以上の原油の一部で構成されている。接触分解処理では、流動化粉末触媒を使用して、高温および中程度の圧力で、高沸点の液体炭化水素の長鎖分子を蒸発させ、はるかに短い分子に分解している。

【0005】

すべてのＦＣＣプラントと、流動化触媒を使用するすべてのプラントの内部には、浸食の影響を受けやすい部分があることは明らかであるものの、その浸食は外壁への熱の影響によって診断することはできない。実際、これらすべてのプラントでは、浸食を受けやすい壁は、浸食防止コーティングが強固に施された金属格子に支持された浸食防止材料でコーティングされている。熱の影響によって浸食を監視できないことは、サイクロンの壁などの浸食を受けやすい壁が外部環境と接していないことが原因である可能性がある。これは、浸食を受けやすい材料の厚さ、オリフィスやプラグなどの特定の構造、または一般にバルブの内部のいずれかが、環境との境界壁の温度にほとんど影響を与えずに、監視する必要のある浸食量をもたらすという事実が原因である可能性もある。特に、これは、触媒を含む流体で動作するバルブで発生する。このようなバルブの内部の浸食によって引き起こされる結果は、浸食をバルブの外部から熱の影響を検出できるかなり前に発生する。

【0006】

したがって、温度変化に基づかないＦＣＣプラントで浸食を受けやすい成分の壁の浸食を監視するための革新的なシステムを形成する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、光ファイバーの使用により、流体の通過による特定の摩耗を受けやすい構造の浸食の進行を監視することである。それは、１以上のブラッグ格子（ＦＢＧ）が存在する末端部分で、ＦＣＣシステムの典型的な高温（最大９００℃）に耐えることができる。また、それ自体が浸食に曝され、選択的な反射性により、浸食の深さに依存する光のスペクトルを反射し、ミリ単位の精度で測定できる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の主題は、複数の光ファイバーと、光ファイバーによって反射された光を分析および処理するためのユニットとを含む、ＦＣＣプラントにおける構成要素の浸食を監視するための革新的なシステムである。光ファイバーは、浸食を監視する壁面のすぐ下で終端し、壁自体と同じ浸食量を縮めるように、壁面に対して垂直に設置される。そして浸食の深さは、光ファイバー自体によって反射された光のスペクトルの変化に基づいて計算された光ファイバー自体の縮みとして測定される。光ファイバーは機械的に保護され、光ファイバーが通過する材料の熱膨張にほとんど影響されないようにする必要がある。したがって、適切な保護チューブと拘束システムを画定する必要がある。特に、制約は、浸食が監視される領域のすぐ近くの光ファイバーの遠位部分にのみ作用する必要があるが、光ファイバーの他のすべての部分は保護チューブ内を自由に流動する必要がある。

【0009】

光ファイバーとそれが固定されている保護チューブとによって形成されたアセンブリは、浸食センサになる。

【0010】

光ファイバーの縮みにより、そこからの反射スペクトルの変化を最大化するために、光ファイバーの末端部分に１以上のブラッグ格子が設けられている。このため、ブラッグ格子または浸食によって破壊されたそれらの部分に特有の波長の反射スペクトルからの消失により、光ファイバーの縮みを検出できる。

【0011】

複数の浸食センサは、浸食により摩耗しやすい壁に到達し、壁自体の浸食防止コーティングのための支持構造の適切な空洞を通過するという利点がある。防食コーティングを塗布して乾燥させた後、浸食センサは完全にコーティングされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

次に、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面に従って本発明の利点を詳細に説明する。

【図1】ＦＣＣプラントの一般的なスキームの一部。

【図2】本発明の第１実施形態が適用される図１のプラントのバルブの断面図。

【図3】図２のバルブの斜視断面図。

【図4】図２のバルブの取り外し可能なオリフィスプレートの詳細断面図。

【図5】本発明の第２実施形態が適用される図１のプラントのバルブの断面図。

【図6】図５のバルブの斜視断面図。

【図7】本発明の第３実施形態が適用される図１のプラントのサイクロンの２箇所の断面図。

【図8】六角形メッシュの浸食防止コーティングの詳細図。

【図9】本発明のさらなる実施形態が適用される図５および図６のバルブの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１を参照すると、公知のタイプのＦＣＣプラントの一般的な機構の一部が示されている。例えば、バルブ１０およびサイクロン２０など、浸食を受けるいくつかの構成要素が示されている。図示しない他の構成要素は浸食現象にさらされており、それは一般にＦＣＣエア格子と呼ばれる再生器への空気のディフューザまたは原子炉フィードの噴射ノズルである。

【0014】

このようなプラントの場合、使用されるバルブは通常、プラントをブロックするための緊急閉鎖機能を備えたモジュレーションバルブであり、（通常はExxonプロセスの場合のみ）２つのモジュレーションおよびブロック機能が、ｎ個連なって配置された２つの異なるバルブに分かれている。これらのバルブは通常、ＦＣＣスライドバルブと呼ばれる。

【0015】

バルブ１０の本体は耐火コーティング２'を有し、シャッターディスク４は、上面と側面の全体と、下面の５０％以上が耐摩耗性材料でコーティングされた単一部品で構成されている。着脱式有孔板１の表面は、シャッター４に対向配置され、支持有孔板１'の表面は、有孔板１上に配置されている。それらは流れにさらされているため、通常、耐浸食性材料でコーティングされている。このようなラジアルブラケット１１は等間隔に配置され、ブラケット１１間の隙間を完全に埋める腐食防止コーティングが固着されている。特に、図２に示すように、バルブ１０は、壁２が耐火材２'であり、着脱式有孔板１の高さでは、耐浸食性コーティング３が施されている。着脱式有孔板１がタイロッドによって固定される有孔支持板１'上にも、同じ耐腐食性コーティングが対称に施されている。スライドガイド５と接触するシャッターの側面および下部は、コバルトベースのコーティングで硬化されている。

【0016】

本発明による発見は、公知の図示しないタイプの処理ユニット、例えば、浸食センサによってアンプのリターンチャンネルに向かって反射された光を運ぶ循環手段と組み合わせたブラッグ格子分析器、ＯＳＡ分光計または光ファイバー光電池増幅器を含む。換言すると、処理ユニットは、格子によって反射された光を分析し、適切なデータ処理コードと、浸食による摩耗を受けた壁に対して実質的に直角に配置された複数の光ファイバーセンサとを備える。光ファイバーには、１以上のブラッグ格子を備えた構造が設けられている。

【0017】

完全に非限定的な本発明の第１実施形態によれば、光ファイバーセンサ７'の束７は、図２および３ではバルブ１０のシャッター４を横切る入口ダクト６の内側に挿入される。しかし、光ファイバーの曲率半径を最大にするため、より適切な傾斜を持つことができる。光ファイバーセンサ７'の束７は開口部２０を通過して、シャッター４に対向する着脱式有孔板１の表面に到達する。開口部２０は、入口ダクト６と共に、光ファイバーの曲率半径を最大にし、光ファイバーについて可能な限り直線的な経路を得るために傾斜させてもよい。開口部２０が交差すると、光ファイバーは、図４に示すように、着脱式有孔板１の口に到達し、光ファイバーの通過のための特別な面取り１１'を設けたプレート１２が点在する特別な溝を通過する。溝は、プレート自体によって支えられた腐食防止材料でコーティングされている。

【0018】

本発明のさらに非限定的な実施形態によれば、光ファイバーセンサ７'の束７は、バルブ１０の本体の壁２を横切る入口ダクト８に挿入される（図５および６）。光ファイバーセンサ７'の束７は、着脱式有孔板１の支持板１'に到達する。束７は、バルブ自体の溝９を通って支持板１'に到達する。

【0019】

２つの実施形態は、代替的または補足的であり得る。したがって、同じバルブ１０で、着脱式有孔板１のレベルと支持板１'のレベルの両方で浸食を監視することが可能である。

【0020】

両方の実施形態において、光ファイバーの束７は、着脱式有孔板１および／または支持板１'の周りに延び、個々の光ファイバー７'は、図４の詳細Ｇに示すように、着脱式有孔板１と、それらが溶接される有孔板１、１'の通路領域の周囲に沿って配置された特定のブラケット１１の配置に続く支持板１'とに挿入される。光ファイバー７'がブラケット１１を通過し、流体通過領域の全周囲に沿ってそれらを配置できるようにするために、ブラケット１１は、ファイバー７'を通過させる専用の特別な面取り１１'を有していなければならない。この面取り１１'は、耐浸食性コーティングの支持体用として市場で通常入手可能なブラケットには存在しない。光ファイバーセンサ７'のバンドルと個々の光ファイバー７'がブラケット１１の壁に接着して正しく配置されると、着脱式有孔板１および/または支持板１'は、浸食防止コーティングで覆われるブラケット１１によって支持されているので、それらの隙間が埋められる。

【0021】

図７に示すように、本発明の主題である浸食を監視するシステムは、ＦＣＣプラントのサイクロン２０にも適用される。そのようなサイクロン２０では、光ファイバーセンサ７'の束７は、シート２２の外側コーティングと内側耐浸食性コーティング３の間の壁２１の全長を通過する。ＢＢ断面の詳細図は、個々の光ファイバー７'が、どのようにして腐食防止コーティング３内で等間隔に配置されているかを示す。六角メッシュ１８（図８）を備えた支持構造には、光ファイバー７'自体を通過させるための溝１９があり、その溝１９は通常、腐食防止材を固定するためのメッシュには現れない。これは、再生器の空気分配器や反応器への供給噴射ノズルなどのその他の構成要素の表面や、一般に耐腐食コーティングで保護された表面にも当てはまる。またこれは、耐摩耗性材料の支持体の他の変形例にも適用され、実際に、支持体が固定されて通常は溶接されている表面に付着するこれらの支持体の基部に光ファイバーが延び、それらが監視される表面に直交して現れる。耐摩耗性材料の支持体には、耐摩耗性材料および／または耐火性材料の塗布および乾燥の前に光ファイバーをそれらの固定ベースで停止させ、正確に配置できるように、適切な溝を設けるのが好ましい。

【0022】

図９は、図５および図６によって説明された監視システムの他の実施形態を示し、これにより、およびアンカープロファイルに沿って通常「Ｖ字型」の方法で配置された光ファイバーにより、耐火物２’を支持するために常に存在し、耐火物２’でコーティングされたバルブ本体１０の円錐部分の浸食を監視することも可能である。耐火材料は通常鋳造によって堆積されるという事実により、この特定の領域では、鋳造中の光ファイバー７'の破損または変位を防止するために、適切に固定された毛細管に光ファイバーを導入する必要がある。

【0023】

問題のシステムのすべての構成において、光ファイバー用に選択された特定の経路は、耐腐食性または耐火性材料に浸されている領域では、光ファイバー７'は常に少なくとも１つの壁または管の金属表面に付着することを可能にする。これにより、腐食防止３と耐火物２'の適用中および動作中の両方において機械的保護が強化される。しかし、金属表面に付着している場合であっても、光ファイバーおよび/または光ファイバーの束がスライドできる鋼合金のキャピラリーチューブの使用を検討できる。

【0024】

本発明の主題であるシステムの構成のすべてにおいて、光ファイバー７'は、反射波長の漸進的な値を有する１以上の不均一なブラッグ格子を備える。これに代えて、長さが０．５ｍｍの均一なブラッグ格子の少なくとも１つのシーケンスを含む光ファイバーを使用してもよい。このようにして、監視される壁の外面に最も近い格子から始まり、ファイバーに沿って後方に進むことにより、プログレッシブ反射波長を得るために、一連の均一なブラッグ格子を配置することができる。一連の均一なブラッグ格子の全長は、不均一な格子が持つことができる長さに等しく、通常、有孔板１および１'に適用する場合は５０ｍｍ、サイクロン壁に適用する場合は約２５ｍｍである。

【0025】

通常は７６０℃であり、９００℃まで到達できる高温が原因の異常な状態では、１以上のブラッグ格子を含む光ファイバーをこれらの温度用に特別に設計する必要がある。特に、光ファイバー７'は被覆または保護されなければならない。

【0026】

光ファイバーを機械的に保護し、光ファイバーが通過する材料の熱膨張の影響を受けないようにするために、光ファイバーは、特に細い毛細管内、例えば、ゲージサイズ２４ＲＷ、ＩＤ０．３１ｍｍ、ＯＤ０．５６ｍｍの毛細管内に設置する必要がある。光ファイバーは、浸食を監視する領域のすぐ近くの終端部近傍の小さな部分でのみそのようなチューブに拘束する必要があるが、光ファイバーの他のすべての部分は、毛細管内で自由にスライドできる必要がある。ファイバーと毛細管の間のこの制約を解決するために、例えば、ＡＴＥＭＣＯ ＣＥＲＡＷＡＢＯＮＤ ６１８Ｎ－ＶＦＧなどのアルミナベースのセラミック接着剤を使用できる。

【0027】

光ファイバーの束が長い経路をたどることを考慮して、ブラッグ格子の完全な浸食を、ある時点で光ファイバーに起こり得る破損と区別することが適切である。均一なサブミリメートルのブラッグ格子は、ファイバーの破裂の診断を目的とする場合があり、このため、浸食にさらされる距離よりもはるかに長い距離に配置されるという利点がある。このようにして、光ファイバーによって反射された光の完全な欠如は、ファイバーが破損した場合にのみ発生し、監視される部分が完全に浸食された場合には発生しない。

【0028】

浸食の連続測定用のブラッグ格子分析器のコストは非常に高いため、本発明は、限界値を超えるなどの浸食のオン／オフ測定にも使用できるという利点がある。この場合、単一のブラッグ格子を限界深度に配置して使用できる。すなわち、限界浸食の到達が、光循環手段でブラッグ格子に接続され、可能であればアンプ自体に統合される、経済的な光ファイバー光電池増幅器で簡単に検出できる反射光がないことにより通知される。

【0029】

好ましい実施形態によれば、光ファイバーは、複数の軸、例えば、互いに直交する２または３の軸に沿って配置されてもよい。実際には、１以上のブラッグ格子を含む光ファイバーは、単一軸に沿った浸食の深さを監視できる。

【0030】

浸食現象の遅さを考慮して、単一の中央光分析器、ファイバーブラッグ格子分析器または循環手段を備えたフォトセルアンプのいずれかを備えた光スイッチを使用することにより、浸食が大きく変化するのに必要な時間よりもはるかに短い単一ポイントのサンプリング間隔で、一度に多数の光ファイバーセンサに対応できる。

【0031】

少なくとも１つの例示的な実施形態が要約および詳細な説明に提示されているが、本発明の保護の範囲内に含まれる多数の変形が存在することを理解しなければならない。さらに、提示された１以上の実施形態は、本発明、その用途またはその構成の保護の範囲を必ずしも限定することを意図しない単なる例であることを理解しなければならない。むしろ、簡単な説明および詳細な説明は、少なくとも１つの例示的な実施形態を実施するための便利なガイドを熟練技術者に提供する。添付の特許請求の範囲およびそれらの技術的および法的同等物によって本発明の保護の範囲が確立される。

【符号の説明】

【0032】

１ 脱着式有孔板
１' 有孔支持板
２ 壁
２' 耐火コーティング（耐火物）
４ シャッターディスク
５ スライドガイド
６ 入口ダクト
７ 束
７' 光ファイバー（光ファイバーセンサ）
８ 入口ダクト
１０ バルブ
１１ ラジアルブラケット
１１' 面取り
１２ プレート
２０ サイクロン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】