JP2006341248A - 分配器装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】煙突から下る流れにおいて、反応器の水平方向横断面にわたり改善された均一性と、後続する触媒床との接触前に第二分配器トレーに入るガス及び液体の改善された混合とを提供する。
【解決手段】ガス及び液体の混合物が通過するダウンフロー触媒反応器であって、後続する触媒床間の領域が後続する触媒床と接触する前に、ガス及び液体の混合物を分配するための分配器システムを備えており、前記分配器システムが、（ａ）ガスインジェクションラインと、（ｂ）回収トレー４と、（ｃ）余水路回収器５と、（ｄ）混合室６と、（ｅ）混合室の下方の衝突板７と、（ｆ）前記衝突板の下方に配置された第一分配器トレー８と、（ｇ）前記第一分配器トレーの下方に配置された第二分配器トレー１０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多数の触媒床を備えたダウンフロー触媒反応器内の触媒床間の領域内でガスと液体の分配と混合を改善するための分配器装置に関する。さらに、特に本発明は、後続する触媒床の頂部の上方にある最終分配器板に入るガスと液体の分配と混合を改善するための分配器装置に関する。本分配器装置は特に特に石油精製操業における水素化精製及び水素添加分解用に使用される、ガス−液体の混合が固体触媒粒子の床を通過させられる触媒反応器に特に適している。
ダウンフロー反応器においては、ガス及び液体が触媒床に入る前に、反応器の水平横断面にわたり適切に混合されることが必要である。多数の触媒床は反応器の内部に配置され、ガス及び液体を適切に混合するための分配器システムは後続する二つの触媒床の間の領域内に配置されている。この領域は通常触媒床の下側にガス噴射ラインを備えており、これにより余分なガスは、例えば水素を噴射することにより前の触媒床内で、あるいはクエンチガスとしてすでに消費されたガスを補償するために噴射される。上方に配置された触媒床から下方に向かって落下する液体は、多数の余水路を用いて蓄積することが許され、この多数の余水路は回収トレー内に配置されかつガス噴射ラインの高さの下方あるいは上方に位置決めされている。一定の高さに達した後、液体は余水路を通過して混合室内に入り、そこで液体の渦運動が生じる。これにより液体を十分に混合し、それにより液体の温度条件を均一にすることができる。混合室からの液体は偏向板あるいは衝突板上に下方に向かって落下し、それにより流れは液体を通過させるための多数のダウンフロー開口部を有する第一分配器トレー上に向け直される。このトレーにおいて、反応器にわたるガス及び液体の大まかな分配が行われる。液体の溜りはこのトレー内で蓄積し、かつガスの通過が妨げられるように開口部を覆う。前記第一分配器トレーからのガスの通過は多数の煙突を配設することにより可能になる。次いで二つの相はガス及び液体が流れのための多数の管状の降下管を有する第一及び最終分配器トレー内の下流で混合される。このトレーは後続する触媒床の頂部を覆う反応器水平横断面にわたりほぼ対称にガス及び液体を際分配するために専用となっている。
反応器にわたり蒸気及び液体の分配と混合の均一性を改善するために、特許文献１は上記に説明したような触媒床間の領域内における分配器システムを記載している。この分配器システムにおいて、余水路の出口は混合室に入るので、液体に渦運動を与えるのに適合している。第一分配器トレーに接続された蒸気の下向きの通路のための煙突は各々、前記第一分配器トレーの上方へ延びている頂部の開いた管を備え、かつその下側端部において開口した板を有する。混合室内にいきわたっている高い速度と渦運動は煙突内で下流に現れ、結果煙突を出る流れは反応器の中心へ向かうのに比べて反応器の壁に向かって大きな流速を有する。従って煙突から下方へ向かう流れは、第二（最終）分配器トレー内において不均一に分配され、ガス及び液体は下側にある触媒床と接触する場合、反応器の水平横断面にわたり最適には混合されない。
米国特許第４，８３６，９８９号明細書
したがって本発明の課題は、煙突から下る流れにおいて、反応器の水平方向横断面にわたり改善された均一性と、後続する触媒床との接触前に第二分配器トレーに入るガス及び液体の改善された混合とを提供することである。
本発明の他の課題は、ガスと液体の流れ及び混合におけるこのような改善された均一性を提供する一方で、同時に煙突の上方の混合室内で生じる渦運動をそのままにしておくことである。
したがって本発明によれば、多数の触媒床を有しており、この触媒床においてガス及び液体の混合物が通過するダウンフロー触媒反応器であって、後続する触媒床間の領域が後続する触媒床と接触する前に、ガス及び液体の混合物を分配するための分配器システムを備えており、前記分配器システムが、
（ａ）触媒支持トレーの下方に配置されたガス噴射ラインと、
（ｂ）前記ガス噴射ラインの下方に配置され、かつガス及び液体を収容するのに適合した回収トレーと、
（ｃ）前記回収トレーの高さよりも上方へ延び、かつガス及び液体を通過させるための出口開口部を備えた余水路回収器と、
（ｄ）前記余水路回収器から下るガス及び液体の渦運動を収容しかつ維持するのに適合した混合室と、
（ｅ）流れを前記混合室から半径方向へ向けるのに適合した前記混合室の下方の衝突板と
、
（ｆ）前記衝突板の下方に配置された第一分配器トレーと、
（ｇ）前記第一分配器トレーの下方に配置された第二分配器トレーとを備え、
前記出口開口部が出口側のガス及び液体に渦運動を与えるのに適合しており、
前記前記第一分配器トレーが、液体が下って通過するのを可能にするための多数の開口部と、ガスが下って通過するのを可能にするための多数の煙突とを有しており、
前記第二分配器トレーが多数の細長い管を有しており、前記細長い管が後続する触媒床と接触する前にガス及び液体の再分配に備えており、
少なくとも一つの煙突が煙突室を少なくとも二つの室に分割することができる分配器装置を備えていることを特徴とするダウンフロー触媒反応器が提供される。
従って簡単な方法により、煙突内部の液体の回転運動が妨害され、それにより煙突から下る流れの速度分布は均一にされ、流れは反応器の水平横断面部分にわたって均一に分配される。
分配器装置は煙突室を少なくとも二つのほぼ等しい室に分割するように板により形成されているのが好ましい。分配器装置は煙突室を少なくと四つのほぼ等しい室に分割するように互いに交差している二枚の板により形成されているのがさらに好ましい。分配器装置は単純であり、従って煙突内部で組立てやすくかつ取付けし易い。煙突を四つの個別室に分割することにより、渦運動の停止は良好に行なわれる。さらに他の形状も可能であることが明らかであり、例えば煙突室は大きさが異なっていてもよく、分配器装置は煙突室を六つあるいはそうより多くの個別室に分割するように形成されていてもよい。分割された煙突室の数が増えるにつれて圧力降下が顕著になるので、煙突は四つの煙突室に分割されるのが好ましい。煙突室は大きさは同じであるのが好ましい。板は固い金属板であるのが好ましく、この金属板は煙突室間液体を交換しかつ圧力を減少させることができるようにオリフィスすなわち開口部を備えていてもよい。
分配器装置は煙突の長さの２５％を超えるまで、好ましくは煙突の長さの５０％を越えるまで、煙突の底部から上方へ延びている。少なくとも一つの煙突の底部の高さはガス及び液体の大まかな分配に備えた第一分配器トレーの高さに相当しているが、煙突はさらに第一分配器トレーの高さの下方に延びている。
本発明によるダウンフロー触媒反応器において、少なくとも一つの煙突、好ましくは煙突全てが液体及びガスを別々に入れるための個別の側面開口部を有する閉じた頂部を備えており、その際ガス流のための開口部は混合室のオリフィス孔と反対の方向を向いている。これにより混合室から落下する液体は煙突を流れる直接の流入物により、後続する触媒床の上方の最終あるいは第二トレー上へ直接バイパスするのを妨げることができる。液体の混合室からのバイパスにより第一分配器トレー上の液体の高さはかなり低くなり、それにより前記第一分配器トレーの上方から第二分配器トレーへの圧力勾配が移動する危険が増大する。
煙突は通常、反応器の中心の回りの円内に配置されており、反応器の中心からの距離は反応器の半径の約半分に相当する。反応器の中心の回りの円あるいは輪内に煙突を配置する主たる目的は、第一分配器トレー上に生じるいかなる圧力勾配をも保証することである。煙突は反応器の中心の回りに配置されているのが好ましく、反応器の中心から煙突の任意の場所までの距離は反応器の半径の約２５％〜７５％，８５％あるいは９０％に相当する。本件で使用されるような反応器の半径は、反応器の中心から−液体の出口のための混合室のオリフィス孔の位置により大まかに与えられているが−反応器の内壁までの距離に相当する。
さらに後続する触媒床間の領域内の分配器システムは穿孔板を備え、この穿孔板は第一分配器トレーの下方に配置されており、かつ下方に配置された第二分配器トレーの横断面のほぼ全体をカバーする。さらにこれが第二及び最終トレーに入る前に、煙突と第二分配器トレーからのダウンフローの分配を可能にし、かつ同時に第二（最終）分配器トレー上に穏やかな流体面を形成する。少なくとも一つの煙突のちょうど下側の板の領域内にある前記穿孔板には何の開口部もないのが好ましい。これにより煙突から第二分配器トレー上への下る液体の分配が改善でき、かつ第二トレーの細長い管内へ入る直接の流入ガス及び液体を中断させることができる。
本発明の別の実施形態において、少なくとも一つの煙突の外径とほぼ同じ直径の水平な板は、前記煙突の下方でかつ第二分配器トレーをカバーしている穿孔板の上方に置かれている。
本発明のさらに別の実施形態において、穿孔板は除かれ、少なくとも一つの煙突の外径とほぼ同じ直径の水平な板は、前記煙突の下方でかつ前記第二分配器トレーの上方に置かれている。
前記ほぼ水平な板は第二分配器トレーの近接した細長い管上で支持されていてもよく、例えば水平な板は第二分配器トレーの近接した細長い管の頂部上へ下向きに突出している垂直アームにより支持されていてもよい。さらにこれが煙突から第二分配器トレー上へ下る液体の分配を改善し、かつ煙突から第二分配器トレーの直下の細長い管上への液体の直接の流入を妨げることができる。ほぼ水平の板は混合を改善するためにさらに適した他の形状に適合し、水平な板は例えばその端部において下方に曲がっていてもよい。
本発明に伴う長所は煙突の底部高さと第二（最終）分配器トレーの間の距離を短縮できることであり、それにより反応器の設計をさらにコンパクトにすることができる。
さらに本発明はダウンフロー反応器内の存在するクエンチ部分の修繕あるいは改造にも適しており、それにより分配器システムの煙突は本発明の装置を少なくとも一つの煙突内に単に挿入あるいは固定することにより、分配器装置を便宜上備えていてもよい。このことは迅速かつ効率的に行うことができ、それにより反応器の操業においてコスト的に休止時間が削減される。
後続する触媒床間の領域はこの明細書においてはクエンチ部分として選択的にみなされている。流体という用語はガスあるいは液体あるいは双方の混合物を含んでいる。ガスと蒸気は互換的に使用されており、ガス噴射ラインとクエンチリングも同様に使用されている。さらにこの明細書に使用されているような第二（最終）トレー内の細長い管は蒸気上昇管とみなされている。
本発明の他の特徴と長所は、後で述べる実施例の記載に基づき図と関連して説明する。
図１において、ダウンフロー反応器１は、クエンチガス、通常水素を噴射するためのクエンチリング３を有する触媒トレー２下方のクエンチ部分と、前記クエンチリング下方に配置された前記回収トレー４と、余水路５と、渦巻き混合室６と、衝突板７と、第一分配器トレー８と、穿孔板９と、蒸気上昇管（ＶＬＴ）再分配器トレーの形の第二すなわち最終トレー１０とを備えている。
一溜りの液体は回収トレー４内に蓄積し、かつ余水路５に搬送される。この余水路は流出流体に回転運動を与える出口を備えている。渦巻き混合室６は反応流体を液体が互いに旋回する区画室内へ混合する。流体は堰内でオーバーフローにより渦巻き混合室６を出て、底部において中央オリフィスを通過する。次いで流体は衝突板７上に落下し、この衝突板は混合室６の下方で流れを軸方向に再び向ける。衝突板７は流体の自由流れを下方に供給するために第一分配器トレーの上方で間隔をおいて設置されている。
次に流体は第一分配器トレー８上に落下するが、この第一分配器トレーは流体がガスと液体に分離するための粗分配器として使用される。この第一分配器トレー８はＶＬＴトレー１０の横断面を下方に横切る流体を分配するための多数の開口部を備えている。第一分配器トレー８は反応器の中心付近の円内に設けられた多数の煙突１１を有している。煙突は各々、液体とガスが別々に入るための側方開口部１３を有する閉鎖した頭部１２を備えている。側方開口部１３は大きさが徐々に変化する孔であってもよく、液体オーバーフローのための最大孔は衝突板７と同じ高さに設けられている。蒸気上昇トレー１０上に直接バイパスされる液体を除去するために、ガス流用の煙突１１の開口部１３は、流体の出口用の混合オリフィス孔とは別の方向に面しているように設計されている。
各煙突の内部に設けられた専用の分配器装置１４は、渦遮断機として使用される。分配器装置は煙突の底部から上方に向かって、煙突の長さの約２５％まで、好ましくは煙突の長さの約５０％まで延びている。少なくとも一つの煙突の底部の高さは、ガス及び液体を大まかに分配することに備えた第一分配器トレーの高さに相当しているが、さらに煙突は第一分配器トレーの高さの下方に延びていてもよい。煙突１１及び第一分配器トレー８からの流体の流れは、ＶＬＴトレー１０のほとんどをカバーする穿孔板９を通って落下する。穿孔板９は煙突１１のちょうど下の穿孔板９の領域においては全く穿孔されていない（開口が全くない）のが有利である。この領域は煙突の横断面領域にほぼ相当する。代替的にほぼ水平な板１５は、流体をさらに分配しかつ蒸気上昇管トレー１０の細長い管内への直接流入を妨げるために、煙突１１とＶＬＴトレー１０の間に設けられている。ＶＬＴトレー１０は蒸気がアシストされるタイプのトレーであり、このトレーはこのような細長い管１６の形の多数の蒸気−液体降下管を備えている。蒸気−液体降下管は（図示していない）後続する触媒床の頂部にわたり液体と蒸気を再分配する。
この特別な実施形態の図２において、分配器装置１４は二つの板１４１，１４２により形成され、この二つの板は煙突室を四つのほぼ等しい室に分割するように互いに交差している。板は固い金属板であるのが好ましく、この金属板はさらに室間で流体を交換しかつ圧力を減少させることができるようにオリフィスを備えていてもよい。
本発明によるダウンフロー反応器のクエンチ部分の垂直断面図である。 本発明による分配器装置の特別な実施形態の概略図である。

Claims (8)

  1. 多数の触媒床を有しており、この触媒床においてガス及び液体の混合物が通過するダウンフロー触媒反応器であって、後続する触媒床間の領域が後続する触媒床と接触する前に、ガス及び液体の混合物を分配するための分配器システムを備えており、前記領域が、
    （ａ）触媒支持トレーの下方に配置されたガス噴射ラインと、
    （ｂ）ガス及び液体を収容するのに適合した回収トレーと、
    （ｃ）前記回収トレーの高さよりも上方へ延び、かつガス及び液体を通過させるための出口開口部を備えた余水路回収器と、
    （ｄ）前記余水路回収器から下るガス及び液体の渦運動を収容しかつ維持するのに適合した混合室と、
    （ｅ）流れを前記混合室から半径方向へ向けるのに適合した前記混合室の下方の衝突板と
    、
    （ｆ）前記衝突板の下方に配置された第一分配器トレーと、
    （ｇ）前記第一分配器トレーの下方に配置された第二分配器トレーとを備え、
    前記出口開口部が出口側のガス及び液体に渦運動を与えるのに適合しており、
    前記前記第一分配器トレーが、液体が下って通過するのを可能にするための多数の開口部と、ガスが下って通過するのを可能にするための多数の煙突とを有しており、
    前記第二分配器トレーが多数の細長い管を有しており、前記細長い管が後続する触媒床と接触する前にガス及び液体の再分配に備えており、
    少なくとも一つの煙突が煙突室を少なくとも二つの室に分割することができる分配器装置を備えていることを特徴とするダウンフロー触媒反応器。
  2. 分配器装置が煙突室を四つのほぼ等しい室に分割するように互いに交差している二枚の板により形成されていることを特徴とする請求項１記載のダウンフロー触媒容器。
  3. 少なくとも一つの煙突が液体及びガスを別々に入れるための個別の側面開口部を有する閉じた頂部を備えている、請求項１及び２に記載のダウンフロー触媒容器において、ガス流のための開口部が混合室のオリフィス孔と反対の方向を向いていることを特徴とする触媒容器。
  4. さらに穿孔板を備え、この穿孔板が第一分配器トレーの下方に配置されており、かつ下方に配置された第二分配器トレーの横断面のほぼ全体をカバーするように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のダウンフロー触媒容器。
  5. 少なくとも一つの煙突の外径とほぼ同じ直径のほぼ水平な板が、前記煙突の下方でかつ第二分配器トレーをカバーしている穿孔板の上方に置かれていることを特徴とする請求項４記載のダウンフロー触媒容器。
  6. 少なくとも一つの煙突のちょうど下側の領域内にある前記穿孔板には何の開口部もないことを特徴とする請求項４記載のダウンフロー触媒容器。
  7. 前記ほぼ水平な板が第二分配器トレーの近接した細長い管上で支持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のダウンフロー触媒容器。
  8. 反応器の中心から煙突の任意の場所までの距離が反応器の半径の約２５％〜７５％，８５％あるいは９０％に相当するように、煙突が反応器の中心回りに配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のダウンフロー触媒容器。
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