JP2004524137A - 混合用渦巻き装置を含む混合装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は複数床下方流反応器において流体を混合する装置（５）であって、
（ｉ）実質的に水平な収集トレイ（６）；
（ｉｉ）収集トレイ（６）の下に配置される液体混合用渦巻きチャンバであって、収集トレイ（６）の上側表面（９）と直接流体連通する上端部とその下端に出口開口を有し、内径の少なくとも０．３５倍の長さを有する該渦巻きチャンバ（７）；及び
（ｉｉｉ）渦巻きチャンバ（７）の下側に位置する実質的に水平な分配トレイ（１３）であって、液体及び気体の下側フロー用の開口又は立下り管（１４）を備えた該トレイ；
を含む該装置に関する。本発明は、さらにこのような装置を含む複数床下方流反応器及び炭化水素精製におけるそのような反応器の使用に関する。

Description

【０００１】
本発明は、複数床下方流反応器における流体を混合するための混合装置、このような装置を含む複数床下方流反応器及び炭化水素精製におけるそのような反応器の使用に関する。
【０００２】
複数床下方流反応器は、重ねて配置した多数の反応床を通って、気体及び液体がともに下方に流れる反応器である。このような反応器は、化学及び石油精製工業において接触脱漏、水素化処理及び水素化熱分解のような種々のプロセスを行うために使用される。典型的には、これらの処理において液相は気相と混合され、そして混合された流体は反応床に維持される粒状触媒上を通過する。流体が反応床を同時に通るとき、反応床を横切る液体及び気体の分配は不均一になり、反応及び温度分配に関して悪影響を与える傾向がある。液体及び気体の並びに次の下側の反応床へ入る流体の温度の一様な分配を達成するために、多くの異なる型がある流体混合装置が、通常、反応床の間に配置される。これらの装置は液体−液体、気体−気体、及び気体−液体混合を行い、そして次の下側の反応床に対して、混合された流体の均質な分配を提供する。
【０００３】
このような液体混合装置は、当業界で公知である。公知の流体混合装置、例えばＥＰ ７１６ ８８１、ＷＯ９７／４６３０３及びＷＯ９９／２８０２４からのものは、比較的低い鉛直長さを有し、それにより装置に必要とされる空間及び容積を最小化する利点を有する。
【０００４】
しかし、これらの公知の短い長さの混合装置は、気体及び／又は液体充填量が正常値から大きく逸脱したものである場合に、すなわち高いターン−ダウン比において、流体混合が最適でないという欠点があることが見出された。正常値からの大きな逸脱は、例えば、反応器の改良、反応器が一部を形成するプロセスラインアップの改良、又は異なる目的のために存在する反応器の使用後に発生する。
【０００５】
それゆえ、当業界においては広範囲の気体及び液体充填量にわたり、すなわち高いターン−ダウン比における良好な流体混合作用を提供する流体混合装置の必要性がある。本発明の目的は、高いターン−ダウン比における混合装置の長さと流体混合作用との間の最適値を見出すことである。
【０００６】
広範囲の気体及び液体充填量、典型的には正常な充填量の３３％〜２００％にわたる良好な混合作用が、所定の長さと径との比を有する渦巻きチャンバ内において液体−液体混合が行われる混合装置を使用することにより達成できることを今般見出した。
【０００７】
従って、本発明は複数床下方流反応器において流体を混合する装置であって、
（ｉ）実質的に水平な収集トレイ；
（ｉｉ）収集トレイの下に配置される液体混合用渦巻きチャンバであって、収集トレイの上側表面と直接流体連通する上端部とその下端に出口開口を有し、内径の少なくとも０．３５倍の長さを有する該渦巻きチャンバ；及び
（ｉｉｉ）渦巻きチャンバの下側に位置する実質的に水平な分配トレイであって、液体及び気体の下側フロー用の開口又は立下り管（ｄｏｗｎｃｏｍｅｒ）を備えた該トレイ；
を含む該装置に関する。
【０００８】
特に高いターンダウン比における最適な流体混合のために、渦巻きチャンバは内径の少なくとも０．５倍の長さを有することが好ましく、より好ましくは内径の少なくとも０．６５倍の長さを有する。混合装置の長さ及びそれとともに反応器内を占有する容積を制限するために、長さは、通常、その内径の１．５倍よりも大きくはない。
【０００９】
本明細書中で、渦巻きチャンバの長さとは、入口の下点と出口開口間の鉛直距離をいう。多角形の渦巻きチャンバの場合、その内径とは、対向する側壁間のチャンバの中心軸を通る最大横断面距離をいう。
【００１０】
本発明の混合装置は、１以上の渦巻きチャンバを含むことができる。好ましくは、混合装置の中心縦軸に沿って配置される１つの渦巻きチャンバを有する。
【００１１】
渦巻きチャンバの上端部が収集トレイの最下点の上側表面と直接的に流体連通する場合、本発明の混合装置の実質的に水平な収集トレイは、湾曲した又は円錐形でも良い。本明細書中で実質的に水平なトレイとは、水平面に対し垂直な対称軸を有するトレイを意味する。好ましくは、収集トレイは平面である。
【００１２】
好ましくは、収集トレイはさらに、好ましくは収集トレイを通って延びる少なくとも１種の立下り管の形体の気体通過用手段を備え、立下り管は収集トレイの上に位置付けられる気体入口開口、及び収集トレイの下面のレベル又は下に位置する気体出口開口を備える。立下り管（単数又は複数）は、好ましくは気体入口開口上に位置する流体偏向板を備える。気体出口開口は、軸方向でも径方向でも良い。好ましくは、立下り管は圧力低下を最小化するために、半径方向の出口開口に気体を方向付ける湾曲板と半径方向の出口開口とを組み合わせて有する。
【００１３】
複数床下方流反応器の反応床間の流出物の冷却を行うために、混合装置はさらに収集トレイの上に位置する冷却流体を分配する手段を含むことができる。冷却流体を分配する手段は、当業界で公知であり、例えばＥＰ ４２７ ７３３、ＵＳ ３，７８７，１８９及びＵＳ ３，８５５，０６８号に記載される。
【００１４】
混合装置は、流体が下側反応床に入る前に均等に気体又は液体を分配するために、渦巻きチャンバの出口開口の下に分配トレイを有する。好適な分配トレイは、例えばＥＰ ７１６ ８８１、ＥＰ ７１５ ５４４及びＵＳ ５，９８９，５０２号により当業界で公知である。好ましい分配トレイはＥＰ ７１６ ８８１に記載されるものである。
【００１５】
本発明の混合装置は、渦巻きチャンバと分配トレイとの間に、さらに実質的に水平な予備分配トレイを含むことができる。このような予備分配トレイは当業界で公知である。予備分配トレイは円状、正方形、矩形であることができ、好ましくは分配トレイの径よりも小さい径を有する。好ましくは、予備分配トレイはその周囲にあふれ堰を装備する。トレイは複数の開口を有し、好ましくはそれは周囲の近くにに位置付けられる。予備分配トレイを有することの利点は、それが分配トレイ上に均等に液体を散布することを可能にし、そして液体−液体相互作用及びそれゆえ液体平衡を促進することを助けることである。
【００１６】
本発明は、さらに垂直に離れた反応床、好ましくは触媒粒子の床を含み、そして好ましくは隣接する反応床間に、上文に規定されたような混合装置を有する複数床下方流反応器に関する。
【００１７】
このような反応器は少なくとも１つの気体及び／又は液体用の入口、少なくとも１つの反応器流出物用の出口、並びに各床が支持トレイ上にある少なくとも２つの連続的な反応床、典型的には触媒粒子の床を有する。好適な支持トレイの構造は、当業界で公知である。例えば、一般的に適用される支持トレイは、支持ビームに支持される篩板のような１種又はそれ以上の浸透板を含む、それにより触媒床は前記浸透板上にある。触媒内で生じる反応において発生する気体及び液体生成物は、浸透性板を通り、次の触媒床又は反応器出口へと通過する。このような反応器は、典型的には炭化水素油の水素化精製において使用される。
【００１８】
さらなる態様において、本発明は前述のような炭化水素処理において、好ましくは接触脱漏、水素化処理，水素化熱分解又は水素化脱硫において規定される複数床下方流反応器に関する。
【００１９】
本発明の混合装置及び反応器を、概略図１及び２による例の方法により表す。異なる図の同様の部分は同じ参照番号が付される。
【００２０】
図１は本発明の反応器の一部の縦断面図であり、本発明の混合装置及び混合装置の上部及び下部に位置する触媒床を表す。
【００２１】
図２は図１に表される混合装置の気体用の立下り管の縦断面を表し、断面は、図１の図面の平面に垂直な平面における線ＩＩ−ＩＩを通る。
【００２２】
図１において、複数床反応器の側壁部分１及び２つの隣接する触媒床２ａ及び２ｂが表される。触媒床２ａ及び２ｂは、支持梁（図示せず）上に支持される篩板３上に支持される。本発明の混合装置５は触媒床２ａと２ｂとの間に配置される。混合装置５は、平面で水平な収集トレイ６及び収集トレイ６の下に配置される渦巻きチャンバ７を含む。渦巻きチャンバ７は、収集トレイ６の上側表面９と直接流体連通する開口上端８、その下端に下側開口１０、及びそれを通過する液体の渦巻動作を行わせる手段１１を有する。混合装置５は収集トレイ６を通って広がる気体用の３つの立下り管１２（１つの立下り管のみ図示する）の形体の気体通過用の手段を有する。複数の立下り管１４を備える分配トレイ１３は渦巻きチャンバ７の下に配置され、そしてあふれ堰１６及び複数の開口１７を含む予備分配トレイ１５は、渦巻きチャンバ７と分配トレイ１５との間に配置される。混合装置はさらに急冷リング１８を含む。
【００２３】
図１に示される混合装置の通常の運転中に、触媒床２ａからの流出物は急冷リング１８からの急冷流体により冷却される。液体流出物は収集トレイ６上に収集され、その開口上端８を通して渦巻きチャンバ７に入る。渦巻きチャンバ７において、渦巻き手段１１により液体に渦巻きの動作を行わせる。流体に渦巻き動作を行わせる好適な手段、例えば渦巻きチャンバ等の側壁の内表面に取り付けられた接線方向入口開口、渦巻き羽又はそらせ板は当業界で公知である。液体に強制される渦巻き動作と渦巻きチャンバの長さとの組合せは、広範囲の液体及び気体処理量にわたり良好な液体−液体混合を生じる。本発明の利点は、渦巻きチャンバ７において達成される液体−液体混合の程度が実際の気体充填量に依存することである。混合された液体は、出口開口１０を経由して渦巻きチャンバ７を出る。好ましくは、渦巻きチャンバ７は、出口開口１０の近くに羽等（図示せず）を備え、液体の渦巻き動作を停止し、そしてそれゆえ乱流を増加させ、液体−液体混合を改善する。
【００２４】
触媒床２ａからの流出気体は、気体用の立下り管１２を経由して収集トレイ６を通過する。流出気体の一部は、渦巻きチャンバ７を経由して収集トレイ６を通過することができる。とりわけ流出気体のどの部分が気体通過用手段を通過し、そして流出気体のどの部分が渦巻きチャンバを通過するのかは、気体及び液体の充填量並びに渦巻きチャンバ入口及び気体通過用手段の気体入口開口の大きさ、形状及び位置に依存することが分かる。
【００２５】
代わりに、本発明の混合装置は気体通過用の分離した手段を含まず、その場合は全ての流出気体が渦巻きチャンバを経由して収集トレイを通過する。
【００２６】
本発明の混合装置において、気体気体混合は、気体及び／又は渦巻きチャンバ７用の立下り管１２を通る気体の冷却及び通過により行われる。
【００２７】
渦巻きチャンバ７を出る液体は、予備分配トレイ１５上に収集され、そこで開口１７を通過して又はしばしばあふれ堰１６を破り、分配トレイ１３に向かって真下に通過する。気体は予備分配トレイ１５により方向を変えられ、分配トレイ１３へ流れる。
【００２８】
分配トレイ１３において、気体及び液体相の平衡が生じる。分配トレイ１３は２つの目的を有する。第一に、それは流体が下側反応床２ｂに入る前に、液体及び気体を分配し、そして第二に液体及び気体間の接触をさせ、液体−気体相互作用を提供することである。
【００２９】
図２において、図１の気体用の立下り管１２の１つが非常に詳細に示される。立下り管１２は収集トレイ６の上に位置する気体入口開口１９、収集トレイ６の下に位置する径方向気体出口開口２０、気体入口開口１９の上に位置する流体偏向板２１、及び立下り管を通って通過する気体を径方向出口開口を通過する気体を向ける湾曲板２２を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の反応器の一部の縦断面図である
【図２】図２は図１に表される混合装置の気体用の立下り管の縦断面である。
【符号の説明】
１ 側壁部分
２ａ 触媒床
２ｂ 触媒床
３ 篩板
５ 混合装置
６ 収集トレイ
７ 渦巻きチャンバ
８ 開口上端
９ 上側表面
１０ 出口開口
１２ 立下り管
１３ 分配トレイ
１４ 立下り管
１５ 予備分配トレイ
１６ あふれ堰
１７ 開口
１８ 急冷リング

Claims (7)

  1. 複数床下方流反応器において流体を混合する装置であって、
    （ｉ）実質的に水平な収集トレイ；
    （ｉｉ）収集トレイの下に配置される液体混合用渦巻きチャンバであって、収集トレイの上側表面と直接流体連通する上端部とその下端に出口開口を有し、内径の少なくとも０．３５倍の長さを有する該渦巻きチャンバ；及び
    （ｉｉｉ）渦巻きチャンバの下側に位置する実質的に水平な分配トレイであって、液体及び気体の下側フロー用の開口又は立下り管を備えた該トレイ；
    を含む該装置。
  2. 渦巻きチャンバの長さが内径の少なくとも０．５倍、好ましくは内径の少なくとも０．６５倍の長さを有する請求項１の混合装置。
  3. 収集トレイが、さらに収集トレイを通って延びる少なくとも１種の立下り管の形体の気体通過用手段を備え、立下り管が収集トレイの上に位置付けられる気体入口開口、及び収集トレイの下面のレベル又は下に位置する気体出口開口を備える請求項１又は２の混合装置。
  4. さらに急冷流体を分配する手段を含み、該手段が収集トレーの上に配置される請求項１〜３のいずれか１項の混合装置。
  5. 渦巻きチャンバと分配トレイとの間に、さらに実質的に水平な予備分配トレイを含む請求項１〜４のいずれか１項の混合装置。
  6. 垂直に離れた反応床、好ましくは触媒粒子の床を含み、そして好ましくは隣接する反応床間に、請求項１〜５のいずれか１項に規定されたような混合装置を有する複数床下方流反応器。
  7. 炭化水素処理における、請求項６に規定される複数床下方流反応器の使用。
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