JP2010517763A - 流動床スパージャー - Google Patents

Abstract

この発明は流動床の中に気体含有供給原料を注入するためのスパージャーに関する。ディフューザー管は、ディフューザー管を出る気体の速度ｖが４５．７ｍ／秒未満の場合は鉛直から少なくとも約１２．５°の角度がつけられ、そしてディフューザー管を出る気体の速度ｖが４５．７ｍ／秒以上の場合は鉛直から少なくとも約１２．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］の角度がつけられている。
【選択図】なし

Description

本発明は、流動床反応器または処理装置の分野に関し、特におよび該反応器への供給流体の送出のための装置および方法に関する。

流動床反応器は、典型的には、床の中の要望される位置にプロセス供給原料または流動化流体（たとえば気体）を送り出す少なくとも１つの流体分配器、所望により熱の除去または追加のための内部コイルおよび所望により触媒の随伴流出（carryover）を最小限にするための外部または内部のサイクロンを装備した垂直円筒状容器である。反応器によっては、粒子の随伴流出を最小限にする目的で気体速度を減らすためにおよび／または望まれない希薄相反応を防止するために、頂部に拡張部を有するものもある。微粒子固体物質（たとえば触媒粒子）は分配器からの流体で流動化され、そして流体と粒子の間の密接な接触は、気相と固相の間の良好な熱／物質移動を保証し、その結果、流動床反応器中の均一な温度が得られる。反応熱は、沈められたコイル、水ジャケット、流動化する流体自体、または他の熱伝達媒体によって、除去しまたは加えることができる。

気−固流動床においては、（米国特許第４，５８８，７９０号明細書に示されるように）若干量の液体（たとえば凝縮液）を分配器を通して気体とともに供給することができるが、分配器は一般に「気体分配器」と呼ばれる。通常、流動床反応器中に気体分配器は、安定した流動化を確立するために、反応器の全断面積にわたって均一に床の中に気体を導入するように、または側面供給装置または主でない分配器のような、床の中のある位置にある種の供給原料を送り出すように意図されている。気体分配器は、閉塞、破壊、または他の種類の機械的破損なしに長期間（たとえば数年）操業することができ、分配器の上流への固体粒子の移動または逆流を最小限にすることができ、床物質の摩滅を最小限にすることができ、そして（ある種類の分配器については）操業中に床物質の質量を機械的に支持することができることが好ましい。

流動床反応器に用いることができる多くの種類の分配器がある。通常の分配器は、流動床物質の質量をも支持する分配器板／格子、および流動床物質の質量を機械的に支持しないスパージャー（多管分配器としても知られている。）を含む（クニイ（Kunii）およびレベンスピール（Levenspiel）著、「流動化工学（Fluidization Engineering）」、第２版、ブットワース・ヘイネマン（Buttworth-Heineman）、１９９１年）。板／格子の中には、孔あき板、多孔質板（たとえば焼結金属板）、バブルキャップを有する板、円錐形の格子およびその他のものがある。

クニイおよびレベンスピールは、下向きノズル（ディフューザー管）からの気体が下向き噴流（初期噴流とも呼ばれる。）の状態で床の中に入ることを、第１００頁に記述し、図７（ｂ）に示している。噴流は、ノズルの下流に、ある距離で粒子床の中に侵入し、その後、変形し、そして比較的小さな気泡（「初期気泡」と呼ばれる。）に変化する。初期気泡および他のすべての気泡は常に上方へ移動する。上に行く途中、初期気泡は、周囲から気体を吸収し、および／または圧力が下がってより大きくなる。

制御されまたは最小限にされた気泡の成長が望ましい。相対的に大きな気泡はそれらの内部により多くの気体を有するので、気体は周囲の粒子（たとえば触媒粒子）と接触する機会がより少なくなる。相対的に大きな気泡は、また、より小さな気泡より速く上に移動し、その結果、床中の気体滞留時間がより短くなり、そして次には気相と固相の間の接触が減少する。ときには、気泡は、それらをより小さくするために故意に（たとえばじゃま板で）壊してもよい。

米国特許第４，１９８，２１０号明細書は、石炭ガス化プロセスにおける石炭粒子の床のような流動床に高温気体の気体分配のための内張りした吐出ノズルを有するガス化炉について記載している。ノズルは、あらかじめ決められた長さについて均一の直径のオリフィス孔を有し、その後、接続するノズル管まで延び、内径はノズル管の端までずっと末広がりになっている。ノズルは、軸方向に整列し、分配器主軸を通る鉛直面に対しある角度（たとえば１５〜４５°）で放射状に配置されている。ノズルは、気体引入れ管の下部に沿って反対側に互い違いに配列されている。この特許によれば、「ノズルは、良好な気体分配を達成し、そしてまた流動化する気体の流れが終わりまたは止められたときに固体が気体分配器管に逆流する可能性を減らすために、水平面に対して流動床から離れて下方へ角度をつけて配置されている」。末広ノズル管に適した長さは、約１／２〜約２インチの範囲にあるノズル出口端直径の４〜８倍である。適切なノズルを出る気体の速度は記載されておらず、気体の速度とノズルの角度の関係も記載されていない。

米国特許第５，３９１，３５６号明細書は、多数の間隔を置いて離れた位置から間隔を置いて配置された多数の放出導管を含む流動床反応器中の流れ分配器に関する。鉛直の流れディフューザーが、導管の中、出口の上流に配置されているが、角度がつけられたディフューザーについては記載されていない。それらのディフューザー管の長さおよびそれらのディフューザー管の間の距離を計算するために方程式が提供されているが、それらの流れディフューザーはマニホールドアームに接続する代わりに、流れの分配のために、導管の中、出口の上流に配置されている。

米国特許第３，２９８，７９３号明細書は、触媒を支持するための底板および気体分配のために板の上に据え付けた水平なマニホールドスパージャーを有する触媒反応器を開示している。オリフィスを出る気体の速度を減らすことを意図したいくつかの装置が記載されている。スパージャーは、均一分布パターンで配置された多くのオリフィスを有する。オリフィスより大きな直径を有するディフューザー管は、気体を底板に向け、固体を流動化する。あるいは、ディフューザー管は、孔を有する格子板である底板に取り付けられる。ディフューザー管は格子板の孔より大きな直径を有する。ディフューザー管は、最初に格子板から上方へ延び、その後、格子板に向かって鉛直下方へ気体を向けるように曲がっている。設計代案では、ディフューザー板が、格子板から上に向かって延び、気体を横方向に格子板の表面に向ける穿孔されたキャップを有する。この形態では、細かい固体が格子板より下の充気空間（plenum）に入るのを防ぐために、粒の粗い物質（濾床）がディフューザー板およびキャップのまわりに充填される。しかし、板の上に据え付けられていない独立型のスパージャーは、この特許には言及されていない。

米国特許第４，２２３，８４３号明細書は、高圧空気に接続された円筒状ハウジング上のヘッダー環にノズルが据え付けられた、流動接触分解（「ＦＣＣ」）流動床再生器用の空気分配装置である。各ノズルは、半角が７度未満の末広がりすなわち裾広がりの口径を有する。この特許に記載された唯一の型のスパージャーは、ヘッド環で支持されたスパージャーである。

米国特許第４，４４３，５５１号明細書は、ノズルの中への粒子の「ドロー・アップ（draw up）」を減らすことによってノズルの中の内部浸食を減少させ、そして電力消費を減らした、特にＦＣＣ流動床再生器中の使用済みの触媒床に、空気を送る装置および方法について記載している。その方法は、空冷環を通して高速度気体を供給し、そして空冷環に取り付けられたノズルを通して、空冷環中の空気の流れに対して３０〜７５度の角度で気体を下向きにそらすことを含む。

米国特許第４５８８７９０号明細書 米国特許第４１９８２１０号明細書 米国特許第５３９１３５６号明細書 米国特許第３２９８７９３号明細書 米国特許第４２２３８４３号明細書 米国特許第４４４３５５１号明細書

クニイ（Kunii）およびレベンスピール（Levenspiel）著、「流動化工学（Fluidization Engineering）」、第２版、ブットワース・ヘイネマン（Buttworth-Heineman）、１９９１年

流動床反応器または他の流動床装置において気体含有供給原料を分配するための改善された装置に対するニーズが当技術分野にある。好ましくは、改善された装置の使用は、反応器中の気体含有供給原料のより均一な供給、より低い触媒摩滅、初期気泡のより少ない合体およびスパージャーマニホールドアームおよびディフューザー管の外表面のような沈められた反応器内装品のより少ない浸食をもたらすであろう。

本発明は、流動床の中に気体含有供給原料を注入するためのスパージャーを含む。スパージャーは、気体含有供給原料源に接続された主管、および気体含有供給原料を導くための主管に接続された少なくとも１つのマニホールドアームを含む。マニホールドアームは、気体含有供給原料をマニホールドアームからスパージャーの外側に位置する流動床へ導くための、マニホールドアームに接続された少なくとも１つのノズルを有する。ノズルはオリフィスおよびディフューザー管を含む。気体含有供給原料は、ある流量でノズルの中を通り、そして気体含有供給原料は、気体含有供給原料速度ｖでディフューザー管を出る。ディフューザー管を出る気体含有供給原料の速度ｖが４５．７ｍ／秒未満の場合は、ディフューザー管は鉛直から少なくとも約１２．５°の角度がつけられている。ディフューザー管を出る気体含有供給原料の速度ｖが４５．７ｍ／秒以上の場合は、ディフューザー管は鉛直から少なくとも約１２．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］の角度がつけられている。

本発明の１つの実施態様においては、スパージャーは少なくとも２つのディフューザー管を有し、そして各ディフューザー管は先端を有する。任意の２つのディフューザー管の先端の間の最小水平距離は、

に等しいかまたはそれより大きい。ただし、ｕ_oは床の底における表面気体速度であり、ｕ_mfは流動化開始速度であり、ｋ₁の値は約０．５〜約２．５であり、そしてｋ₂の値は約１〜約２．２５である。別の実施態様においては、ノズルの中を通る気体含有供給原料の流量がノズル１本当たり０．０００３ｍ³／秒以上である場合は、ｋ₁の値は約０．５５〜約１．１であり、ｋ₂の値は約１〜約１．２５であり、そしてノズルの中を通る気体含有供給原料の流量がノズル１本当たり０．０００３ｍ³／秒未満である場合は、ｋ₁の値は約２．４〜約５．１であり、ｋ₂の値は約２〜約２．２５である。オリフィスは約１〜約３０ｍｍの寸法を有する。本発明の別の態様においては、ディフューザー管の先端を出る気体含有供給原料の速度は、約７５ｍ／秒以下、好ましくは約４７．５ｍ／秒以下、より好ましくは約２１．３ｍ／秒以下である。

本発明の別の実施態様においては、少なくとも１つのディフューザー管は、ディフューザー管を出る気体含有供給原料の速度ｖが４５．７ｍ／秒未満の場合は、鉛直から少なくとも約１８．５°の角度がつけられ、そしてディフューザー管を出る気体含有供給原料の速度ｖが４５．７ｍ／秒以上の場合は、鉛直から少なくとも約１８．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］の角度がつけられている。

１つの実施態様においては、１つ以上のディフューザー管が表面硬化処理法によって処理されている。別の実施態様においては、少なくとも１つのディフューザー管の長さは、２２°の円錐角でオリフィスの中心点から広がる気体流れ（diverging gas flow）の衝突長さ（impingement length）の約１〜約２倍である。１つの実施態様においては、スパージャー中の圧力損失は流動床中の圧力損失の約１０％〜約１００％である。

１つの態様においては、スパージャーは、泡立ち流動様式（bubbling fluidization regime）または乱流流動様式（turbulent fluidization regime）で操業される流動床に用いられる。

図面は、本発明の１つの形態を、例として図式的で説明するものであり、本発明を限定するものではなく、複数の図において対応する部分は同じ参照数字で示される。

図１は、本発明のスパージャーの実施態様を含む流動床反応器の図式的な断面図である。
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ平面から見たスパージャーの概略断面図である。
図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ平面に沿って示されたマニホールドアームおよびノズルの側面図である。
図３は、本発明のノズルの１つの実施態様の概略断面図である。
図４は、オリフィスの中心点から２２°の円錐角で広がる気体流れの衝突長さの概略図である。

多くの種類のスパージャーは本発明から利益を得ることができ、特に、粒径、粒径分布、密度および球形度のような異なる粒子特性で操業される流動床に用いられるスパージャーは本発明から利益を得ることができる。気体−固体の流動床反応器に用いられる本発明のスパージャーは、均質流動化、気泡流動化、乱流流動化、スラッギングおよび高速流動化のような異なる流動様式で操業することができる（非特許文献１参照）。本発明のスパージャーは、商用濃厚相流動床反応器に通常用いられる、気泡および乱流流動様式での使用に特に関係がある。

本発明のスパージャーを用いることができる反応の例は、化学触媒反応（たとえば塩素化炭化水素の酸化、接触オキシ塩素化、アクリロニトリルを製造するプロピレンの接触アンモ酸化）、石油の流動接触分解（ＦＣＣ）、石炭の燃焼およびガス化、ならびに重合である。

本発明のスパージャーは、気体含有供給原料源に接続された少なくとも１つの主管（「主マニホールド」としても知られている。）を、少なくとも１つ、通常は多数の、気体含有供給原料を多数の流れに分けるために主管に接続された分岐マニホールド（「マニホールドアーム」としても知られている。）とともに、含む。ノズルは、床の中に気体含有供給原料を送り出す分岐マニホールドに沿って存在する。ノズルの一部として、ディフューザー管またはシュラウド管として知られている相対的に小さな管が、マニホールドの壁の孔（または「オリフィス」）の下流に配置されている。ディフューザー管は、オリフィスからの気体含有供給原料の流れを安定させ、粒子がマニホールド管の中に引き込まれるのを防ぐ。

各ディフューザー管の先端からの気体含有供給原料は、流動床中の気体含有供給原料速度より実質的に高い速度で、気体噴流または気泡の状態で床に入る。床に入る噴流および気泡は、それらが接触する表面の上に強い「砂ブラスチング」または浸食効果を加え得る。したがって、ディフューザー管の角度によって制御される気体含有供給原料の注入の角度は、ディフューザー管（特に外表面）、スパージャーの他の部分および反応器壁の浸食の程度を決める。

スパージャー型気体分配器を有する流動床において、隣接するノズル間またはそれらのディフューザー管間の水平距離は気泡の大きさを決定するのに重要である。２つのディフューザー管が非常に接近している場合、それらからの初期の気泡はそれらの形成の後すぐに合体することができ、その結果、気泡は、初期の気泡の合体していないものより大きくなるであろう。より大きな気泡は、小さな気泡より速く上に移動する。したがって、大きな気泡の相対的に大きな運動量は、次には、スパージャー（外表面）およびすぐそばの沈められた表面の浸食の激しさを増加させる。隣接するディフューザー管間の距離が大きすぎると、気体含有供給原料の（断面積における）分布の均一性が減少する。気体から固体への物質移動が気泡内の「接触しない」気体の相対的に大きな量によって減らされ、より多くの気体が固相と十分に接触することなしに大きな気泡として床を「バイパス」し得るので、過度の気泡合体から生じる相対的に大きな気泡は反応器中の化学反応にも悪影響を与える。

オリフィスおよびディフューザー管の各々の直径もまた重要である。適切なオリフィス直径は主にスパージャー中の全圧力損失を決定し、一方、ディフューザー管の直径は床に入る噴流速度に影響する。ディフューザー管の直径が小さすぎると、出てくる気体含有供給原料流れは、粒子摩滅を引き起こすことができる非常に高い初期速度を有する。他方、オリフィス直径およびディフューザー管直径の両方が大きすぎ、それによってスパージャー中の小さな圧力損失を発生させる場合は、スパージャーは不安定になる場合があり、そして気体含有供給原料の分配は反応器の断面積にわたって均一でなくなる場合がある。さらに、ディフューザー管の直径が大きすぎると、スパージャーは床への気体注入の十分な運動量を提供しないかもしれず、それは気相と固相の間の所望の密な接触に悪影響を及ぼす。この場合、床中の熱および物質移動が減少する。

ディフューザー管の長さもまたスパージャー性能に影響する。非常に短いディフューザー管は、気体含有供給原料の噴流を安定させない。粒子がディフューザー管に入り、そしてオリフィスに接近することができ、それは粒子摩滅を増加させる。ディフューザー管が長すぎる場合、気体含有供給原料の噴流のそれ以上の安定化はなく、そして、マニホールドアームと接触する気泡は望ましい大きさよりも大きくなるかもしれない。粒子は、また、渦によってディフューザー管の中に運び戻されるかもしれない。理想的なディフューザー管の長さは気体含有供給原料の噴流を安定させる（すなわちディフューザー管の出口で十分に発達した乱流に達する）のに十分な長さである。

さて、図面そして最初に図１について詳しく言及すると、流動床反応器は、参照番号１によって通常示される。流動床反応器１は、反応容器２を含み、その中で気体−固体、液体−固体または気体−液体−固体接触プロセスが起こる。反応器の中で、細かく分けられた固体の粒子（たとえば流動床触媒）３の床は、スパージャー４を通って入ってきたプロセス流体（気体、液体、または気体−液体混合物）によって持ち上げられそして浮遊させられる（「流動化させられる」）。

本発明のプロセス供給原料は気体含有供給原料であり、それは供給原料の少なくとも約５１質量％を気体状態で含む供給原料である。

図２ａに関して、反応容器２は、その中に配置された、気体含有供給原料の送出のための、本発明に従って構成された典型的なスパージャー４を有する。スパージャー４は、主マニホールド５、壁７を有する１つ以上のマニホールドアーム６、およびマニホールドアームの上に１つ以上のノズル８を含む。

図２ｂについて言及すると、気体含有供給原料（１２）は、主マニホールド５を通って供給され、分散のためのマニホールドアーム６の中へ流れ、オリフィス１０を通って、ディフューザー管８の中に出て行き、容器２中の含まれる流動触媒床３の中に出て行く。好ましくは、気体含有供給原料の速度は、主マニホールドまたはマニホールドアームのいかなる部分でも、２４ｍ／秒を超えない。２４ｍ／秒を超える速度は、マニホールドアーム中の過度の圧力損失、増加した触媒摩滅およびスパージャーの浸食をもたらす場合がある。

図２ａに描かれているように、マニホールドアーム６は、多数のノズル８を含む。図３に示されるように、各ノズルはオリフィス１０の下流にディフューザー管９を有する。流動床反応器２の中に横に気体含有供給原料を分配するためにオリフィス１０からの気体含有供給原料流れを導くために、マニホールドアームにノズルのディフューザー管が（たとえば溶接によって）取り付けられている。ディフューザー管の各々は先端１１で終わる。各ディフューザー管は内壁１５および外壁１６を有する。オリフィスは、典型的には、小さな丸い孔であり、真っすぐでも裾広がり（flared）でもよく、直径は約１〜約３０ｍｍの範囲である。ディフューザー管は、表面硬化処理法によって処理されたもののような、腐食および浸食に対する高い耐性を有する金属で好ましくは作られる。図２ｂに示されるように、マニホールドアーム６は主マニホールド５から外に横に延びている。すなわち、マニホールドアーム６は、主マニホールド５に対して、垂直に、またはＴ字形に、または「魚の骨」の形に、延びている。１つの実施態様（図示せず）においては、マニホールドアームはそれに接続された少なくとも１つの第２段階または多数段階のマニホールドアームを有する。それらのマニホールドアームは同一の大きさであってもよいし、異なる大きさであってもよい。１つの実施態様においては、スパージャーは主マニホールド、いくつかのマニホールドアーム、および各マニホールドアームの上にいくつかのノズルを含む。

高さ２フィート以上の流動床については、スパージャーの圧力損失は、好ましくは、床の圧力損失の約１０％〜５０％である。高さ２フィート未満の流動床については、好ましいスパージャーの圧力損失は、床の圧力損失の約３０％〜１００％である。スパージャー中の十分な圧力損失は、１つ以上の注入器（injectors）および／または１つ以上の追加のスパージャーが第１のスパージャーの上方に配置されているような実施態様において、増加した役割を果たす。そのような実施態様においては、不十分な第１のスパージャーの圧力損失は、気体のバイパス、望まれない過度の気泡合体、チャネリング、より高い触媒摩滅および／またはより高い浸食速度をもたらす場合が多い。

図４は、広がる気体流れの衝突長さを示す。この長さ１３は、オリフィスから、オリフィスの中心１４から２２°の円錐角で伸びる直線がディフューザー管９の内壁１５と交差する点までの、ディフューザー管に沿った直線距離である。好ましいディフューザー管の長さは、衝突長さの少なくとも約１〜２倍である。最小のディフューザー管の長さは、２２°の円錐角で広がる気体流れの衝突長さより長い任意の長さであり、好ましくはその長さの少なくとも２倍の長さである。ディフューザー管の直径は、好ましくは、ディフューザー管の先端における要望される噴流速度に一致する。

比較的高い速度で上方へ移動しそして気泡とともに粒子を運ぶ気泡によって引き起こされるスパージャーの浸食を防ぐまたは減らすために、ディフューザー管を出る気体含有供給原料の速度ｖが４５．７ｍ／秒未満の場合は、ディフューザー管は鉛直から少なくとも約１２．５°、好ましくは少なくとも約１８．５°の角度がつけられる。ディフューザー管を出る気体含有供給原料の速度が４５．７ｍ／秒以上である実施態様においては、ディフューザー管は、好ましくは鉛直から少なくとも約１２．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］、より好ましくは鉛直から少なくとも約１８．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］の角度がつけられる。さらに、ディフューザー管の出口は、好ましくは、不必要な気泡合体を防ぎそして浸食を減らすために、隣接するディフューザー管の出口から十分な距離がおかれる。

噴流衝突を防ぎそしてそれにより触媒摩滅を減らすために、ディフューザー管は、お互いから離れて水平に十分な間隔を置かれる。任意の２つのディフューザー管の先端の間の最小の水平距離（すなわち最小の「互い違いに配置した間隔」）の相関関係は、次式により表わすことができる。

式中、ｕ_oは床の底における表面気体速度であり、ｕ_mfは流動化開始速度（粒子特性の関数）であり、ｋ₁は約０．５〜約２．５であり、そしてｋ₂は約１〜約２．２５である。好ましくは、ノズルを通過する気体の流量がノズル１個当たり０．０００３ｍ³／秒以上である場合は、ｋ₁は約０．５５〜約１．１であり、ｋ₂は約１〜約１．２５であり、そしてノズルを通過する気体の流量がノズル１個当たり０．０００３ｍ³／秒未満である場合は、ｋ₁は約２．４〜約５．１であり、ｋ₂は約２〜約２．２５である。

好ましい噴流速度（すなわちディフューザー管の先端を出る気体含有供給原料の速度）は、触媒の種類（たとえば耐摩滅性の触媒か摩滅しやすい触媒か）に依存して異なるであろう。粒子回収装置（たとえば密な床から浮遊して運ばれた粒子の大部分を戻すための内部または外部サイクロンおよび／または気体速度をさらに減らすための反応器の上方部のより大きな直径を有する拡張部）を用いたときでさえ、激しい摩滅は床物質の著しい損失をもたらす場合がある。一般に、耐摩滅性触媒の場合は、噴流速度は７５ｍ／秒を超えず、好ましくは４７．５ｍ／秒を超えず、最も好ましくは３０．５ｍ／秒を超えない。摩滅しやすい触媒の場合は、噴流速度は通常２１．３ｍ／秒を超えず、好ましくは１５ｍ／秒を超えない。ディフューザー管の直径は、要望される噴流速度を達成するために変更することができる。

次の実施例は本発明を説明するために提供されるが、本発明の範囲を限定するものではない。

実施例１（本発明の一部ではなく、比較例）
流動床の中の粒子がゲルダート粒子分類（Geldart Particle Classification）（ゲルダート、１９７２年）のグループＡに属する摩滅しやすい触媒粒子である商業規模流動床反応器の中で、塩素化炭化水素の接触酸化を行い、気体の酸化体を、マニホールド管を多数のマニホールドアームとともに含むスパージャーを通して床の中に供給した。反応器は、泡立ち流動様式で、約０．２ｍ／秒の表面気体速度で運転した。

マニホールドアームは、肉厚が約６．３５ｍｍの多数の鉛直下向きのディフューザー管を装備していた。ディフューザー管の長さは、オリフィスの中心点から２２°の円錐角で広がる気体流れの衝突長さの約５．９倍である。２つの隣接するディフューザー管間の中心−中心距離は、任意の２つのディフューザー管の間の最小の水平距離の約２．１倍である。適切に床が流動化するように、スパージャーを通る気体含有供給原料を制御した。ディフューザー管の先端における気体含有供給原料の速度は、約２４ｍ／秒を超えていた。６か月の操業の後に反応器を開けて検査したところ、多くのディフューザー管が、ディフューザー管壁を貫通する孔のような、浸食損傷を受けていることが分かった。ディフューザー管の取り替えが必要であった。触媒の損失が測定された。２段階サイクロンシステムの使用にもかかわらず、操業中の触媒損失速度は、床断面積１平方メートル当たり毎時約１．８４ｋｇであり、主に粒子摩滅によるものであった。

実施例２：本発明のスパージャー装置の１つの実施態様
実施例１のスパージャーの代わりに本発明の１つの実施態様のスパージャーを用いた以外は、実施例１と同じ反応器および運転条件を用いて、塩素化炭化水素の接触酸化を行った。スパージャーのディフューザー管は鉛直から２０度であり、そしてディフューザー管の先端における気体含有供給原料の速度は約９ｍ／秒であった。ディフューザー管の長さは、オリフィスの中心点から２２°の円錐角で広がる気体流れの衝突長さの約３．４倍であった。２つの隣接するディフューザー管間の中心−中心距離は、任意の２つのディフューザー管間の最小水平距離の約２．３倍であった。６か月の操業の後、反応器を開放して検査したところ、浸食によるディフューザー管の最も激しい肉厚減少が高々０．８ｍｍであることが分かった。触媒損失も測定した。操業中の触媒損失は、粒子摩滅の減少のために、床断面積１平方メートル当たり毎時約０．７４ｋｇであった。

この明細書中（特に特許請求の範囲中）の用語「１つの」および「その」ならびに類似の表現の使用は、別段の指摘がない限りまたは文脈によって明白に否定されない限り、単数と複数の両方を含むと解釈すべきである。この明細書中の値の範囲の記載は、別段の指摘がない限り、その範囲内にある各々の個別の値を個々に指すための簡単明瞭な言い方としての役割を果たすものであり、各々の個別の値は、あたかもそれが別々にこの明細書中に記載されているかのように、明細書中に組み入れられる。別段の指摘がない限りまたは文脈によって明白に否定されない限り、ここに記述された方法はすべて、任意の適切な順序で行なうことができる。ここに提供されるすべての例または例を示す言語（たとえば「のような」）の使用は、単に、発明をより良く説明するためのものであり、別段の指摘がない限り、本発明の範囲を限定するものではない。この明細書中の言語のいずれも特許請求の範囲に記載されていない要件が本発明の実施に不可欠なものであることを示すものではないと解釈すべきである。

本発明を実施するために本発明者が知っているベストモードを含む本発明の好ましい実施態様がここに記載されている。もちろん、好ましい実施態様の変形は、前述の説明で当業者に明らかになるであろう。本発明者は、必要に応じて当業者がそのような変形を用いることを期待し、そして本発明者はここに具体的に記載されたもの以外の方法で本発明が実施されることを意図している。従って、本発明は、準拠法によって許容されるように、ここに添付された特許請求の範囲に記載された主題のすべて修正および均等物を含む。さらに、別段の指摘がない限りまたは文脈によって明白に否定されない限り、すべての可能な変形における上記の構成要件の任意の組合わせも、本発明に包含される。

Claims (12)

1. 流動床の中に気体含有供給原料を注入するためのスパージャーであって、
   該スパージャーは、
   気体含有供給原料源に接続された主管、
   気体含有供給原料を導くための、主管に接続された少なくとも１つのマニホールドアーム、
   気体含有供給原料をマニホールドアームからスパージャーの外側に位置する流動床へ導くための、マニホールドアームに接続された少なくとも１つのノズル
   を含み、
   少なくとも１つのノズルはオリフィスおよびディフューザー管を含み、
   気体含有供給原料はある流量でノズルの中を通り、
   気体含有供給原料は気体速度ｖでディフューザー管を出、そして
   ディフューザー管は、ディフューザー管を出る気体速度ｖが４５．７ｍ／秒未満の場合は鉛直から少なくとも約１２．５°の角度がつけられ、ディフューザー管を出る気体速度ｖが４５．７ｍ／秒以上の場合は鉛直から少なくとも約１２．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］の角度がつけられている、
   スパージャー。
2. 少なくとも２つのディフューザー管があり、ディフューザー管は各々先端を有し、そして任意の２つのディフューザー管の先端の間の最小水平距離が
   

   

   （式中、ｕ_oは床の底における表面気体速度であり、ｕ_mfは流動化開始速度であり、ｋ₁の値は約０．５〜約２．５であり、ｋ₂の値は約１〜約２．２５である。）
   以上である、請求項１に記載のスパージャー。
3. ノズルの中を通る気体の流量がノズル１個当たり０．０００３ｍ³／秒以上の場合は、ｋ₁の値が０．５５〜１．１であり、ｋ₂の値が約１〜約１．２５であり、そしてノズルの中を通る気体の流量がノズル１個当たり０．０００３ｍ³／秒未満である場合は、ｋ₁の値が約２．４〜約５．１であり、ｋ₂の値が約２〜約２．２５である、請求項２に記載のスパージャー。
4. 流動床が泡立ち流動様式または乱流流動様式で運転される、請求項３に記載のスパージャー。
5. オリフィスが約１〜約３０ｍｍの大きさを有する、請求項１に記載のスパージャー。
6. ディフューザーが表面硬化処理法によって処理されている、請求項１に記載のスパージャー。
7. スパージャー中の圧力損失が流動床中の圧力損失の約１０％〜約１００％である、請求項１に記載のスパージャー。
8. ディフューザー管の先端を出る気体の速度が約７５ｍ／秒以下である、請求項１に記載のスパージャー。
9. ディフューザー管の先端を出る気体の速度が約４７．５ｍ／秒以下である、請求項８に記載のスパージャー。
10. ディフューザー管の先端を出る気体の速度が約２１．３ｍ／秒以下である、請求項９に記載のスパージャー。
11. 少なくとも１つのディフューザー管の長さが、オリフィスの中心点から２２°の円錐角で広がる気体流れの衝突長さの約１〜２倍である、請求項１に記載のスパージャー。
12. 少なくとも１つのディフューザー管は、ｖが４５．７ｍ／秒未満である場合は鉛直から少なくとも約１８．５°の角度がつけられ、そしてｖが４５．７ｍ／秒以上である場合は鉛直から少なくとも約１８．５°ｅｘｐ［０．００１３１ｖ］の角度がつけられている、請求項１に記載のスパージャー。