JP2011528985A - 少なくとも１つの流体のための噴霧器 - Google Patents

Abstract

一例示的実施形態は、容器内の少なくとも１つの流体を分配するための噴霧器でありうる。噴霧器は、第１の表面と、第２の表面とを有する第１の部材であって、それを貫通する少なくとも１つの開口を形成する第１の部材を含むことができる。一般に、少なくとも１つの開口は、容器内の少なくとも１つの流体を分配するために、第１の部材の中央を通る実質的に垂直な軸に対して斜めにされる。
【選択図】なし

Description

[0001]本発明は、一般に、少なくとも１つの流体のための噴霧器に関する。

[0002]化学処理、石油精製及び他の産業では、流体、特に、液体の混合相流体及び気体を床又はトレーの上に分配するために、様々な容器を使用することができる。１つの特定の容器は、触媒脱ろう（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｗａｘｉｎｇ）、脱水、水素化脱硫、水素化精製及び水素化分解のような処理において使用できる細流反応器（ｔｒｉｃｋｌｅ ｆｌｏｗ ｒｅａｃｔｏｒ）のような反応器でありうる。一般に、１つ又は複数の液体及び気体を含む流体のような供給物は、下方流反応器（ｄｏｗｎｆｌｏｗ ｒｅａｃｔｏｒ）内の充填床内に容れられた微粒子触媒上に流れることができる。いくつかの脱水工程において、硫化水素及びアンモニアのような気相の追加成分を生成できる化学反応が起こりうる。そのような気体は、液体から分離し、反応器の頂部まで上昇し、上方出口で流出することができる。液体は、典型的には、充填床を通って下方に流れ、底部出口で流出する。

[0003]反応を促進するように、床の上部に流体を一様、有効及び効率的に分配するために、各床の上方に分配器板又はトレーがある状態で、複数の床内に固体触媒が配列される。

[0004]一般に、トレーは、下にある床全体にわたって均等に分割された流れを提供するために分配器を備えることができる。しかし、例えば、理想的な状態が与えられず、不均衡な液体の分配が発生したとき、これらの分配器には欠点がありうる。一例として、非理想的な分配状態は、例えば保守が実施された後、ユニットの始動中にありうる。これらの非理想的な状態は、分配器の下方の触媒床の濡れを非効率にする恐れがある。この不均一な濡れは、１つ又は複数の、短い触媒寿命のポケットをもたらす触媒床中のホットスポットを生じる恐れがある。加えて、液体の不均一な流れが、床を通ってチャネリングを生じる恐れがある。結果として、これらの欠点を回避し、触媒寿命を延長するために、下にある触媒床のより良好で安定した濡れを提供する分配器を提供することが望まれる。

[0005]一例示的実施形態は、容器内の少なくとも１つの流体を分配するための噴霧器とすることができる。噴霧器は、第１の表面と、第２の表面とを有する第１の部材であって、それを貫通する少なくとも１つの開口を形成する第１の部材を含むことができる。全体的に、少なくとも１つの開口は、容器内の少なくとも１つの流体を分配するために、第１の部材の中央を通る実質的に垂直な軸に対して斜めにされる。

[0006]他の一例示的実施形態は、少なくとも１つの流体を分配するための容器とすることができる。容器は、分配器と、分配器の下方に配置される複数の粒子を含む充填床とを含むことができる。加えて、一般に、分配器が、少なくとも１つの空隙を形成するトレーと、空隙の周囲のトレーに結合され、それを貫通する導管と、導管の底端部の直近に結合された噴霧器とを含む。更に、噴霧器は、それを貫通して複数の発散開口を形成し、第１の表面と第２の表面とを有する第１の部材を含むことができる。

[0007]更なる一例示的実施形態は、少なくとも１つの炭化水素の流体を分配するための工程とすることができる。工程は、噴霧器へ導管を通って少なくとも１つの炭化水素の流体を送ることを含むことができる。更には、噴霧器は、複数の発散開口を形成し、第１の表面と第２の表面とを有する第１の部材を含むことができる。

[0008]本明細書に開示される実施形態は、安定した充分な液体分配を提供することによって、充填床内のホットスポット及びチャネリングを防止できる噴霧器を提供できる。噴霧器は、特定の容器のために適切な噴霧を提供するように適応できるいくつかの設計上の形状構成を有することができる。そのようなものとして、万一、一噴霧器が、例えば、閉塞によって動作不能になった場合でも、複数の噴霧器は、重なり合い及び重複を提供できる。加えて、噴霧器の高められた有効性は、特定の容器について要求される噴霧器の数を削減できる。従って、改良された噴霧器は、触媒の寿命を短くし、且つ／又は、反応器を有効性のより低いものにする恐れのあるホットスポット又はチャネリングを防止することによって触媒寿命を延長することができる。
定義
[0009]本明細書では、用語「流体」は、１つ又は複数の気体、及び／又は、１つ又は複数の液体を表すことができる。

[0010]本明細書では、用語「気体」は、単一の気体、又は、複数の気体の溶体を表すことができる。加えて、用語「気体」は、１つ又は複数の気体中の、同じか又は異なる物質の、１つ又は複数の液体粒子、及び／又は、１つ又は複数の固体粒子の、例えば、蒸気又はエーロゾルのような溶体又は懸濁を含むことができる。

[0011]本明細書では、用語「液体」は、単一の液体、或いは、１つ又は複数の気体及び／又は固体粒子を伴う１つ又は複数の液体の溶体又は懸濁を表すことができる。

[0012]本明細書では、用語「吸収剤」及び「吸収体」は、吸収剤及び吸収体をそれぞれ含み、それだけには限らないが吸収及び／又は吸着に関連する。

[0013]本明細書では、用語「リッチである」は、流れの中の一化合物又は化合物のクラス（ｃｌａｓｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）の、概ね、少なくとも約５０モル％、及び、好ましくは、約７０モル％の量を表すことができる。

[0014]本明細書では、用語「周辺部」は、概ね対象物又は領域の境界を意味し、円形、楕円形、正方形、斜方形、矩形又は不規則形状のようなあらゆる適切な形状でありうる。

[0015]本明細書では、用語「結合される」は、２つの物品が直接又は間接的に接合され、固締され、関連付けられ、接続され、又は、型押し、成形若しくは溶接を含む工程によって化学的又は機械的な手段によって一体に形成されることを表すことができる。更には、２つの物品は、機械的ファスナ、例えば、ねじ、釘、ステープル若しくはリベット、又は接着剤、又ははんだのような第３の構成要素の使用によって結合できる。

[0016]例示的容器の直立側面図である。 [0017]例示的噴霧器の上部平面図である。 [0018]例示的噴霧器の底部平面図である。 [0019]例示的噴霧器の側面直立図である。 [0020]例示的噴霧器の直立側面図である。 [0021]例示的収集装置の概略的上部平面図である。 [0022]分配パターンの比較を示すグラフである。

[0023]図１を参照すると、容器１００が、入口１１０と、第１の出口１２０と、第２の出口１３０とを有して示される。容器１００は供給物を受容できる。供給物は、入口１１０を通る液体、又は、１つ又は複数の液体及び気体のような混合相流体を含む流体であってよい。一般に、容器は、触媒のような粒子の固定床を容れる容器内に供給物を分配できる。本明細書に反応器が開示されるが、吸収体、又は、質量の伝送容器のような他のタイプの容器が、本明細書に開示される実施形態を使用することができ、吸収剤のような他の材料を、触媒の代わりに、又は、触媒に加えて容れることができることを理解されたい。

[0024]容器１００は、分配器２００と、触媒のような粒子の充填床４００とを含むことができる。分配器２００は、少なくとも１つの孔２２４と、少なくとも１つの空隙２２８とを形成するトレー２２０を含むことができる。この例示的実施形態において、１つのトレー２２０及び１つの充填床４００だけが示されるが、容器１００は、任意の数のトレー２２０及び充填床４００を容れることができることを理解されたい。加えて、供給物が分配されると論じているが、容器１００内部への中間の流れ、又は、循環される流れを含めて、任意の流れ又は流体を分配させることができる。一般に、分配器２００は、少なくとも１つのライザ２４０と、液体又は混合相流体のような流体の通過を可能にする少なくとも１つの導管すなわち降流管２６０とを更に含む。この例示的実施形態において、２つのライザ２４０及び３つの降流管２６０が示されるが、任意の数のライザ２４０及び／又は降流管２６０が利用できる。少なくとも１つのライザ２４０は、第１のライザ２４２と、第２のライザ２４４とを含むことができ、少なくとも１つの降流管２６０は、第１の降流管２６２と、第２の降流管２７２と、第３の降流管２８２とを含むことができる。一般に、１つ又は複数の気体は、ライザ２４０を通って上昇し、１つ又は複数の液体がリッチである流体を含む１つ又は複数の流体は、降流管２６０を通って下方に流れる。ライザ２４０及び降流管２６０は、上昇する気体の流れとの相互作用による液膜流又は噴霧の障害を最小化するために、間隔を開けて配置できる。

[0025]例示的実施形態における容器１００は、並流又は逆流に適合させることができる。一例示的実施形態において、気体及び液体は、脱水容器のように、下方への並流内に存在できる。このような場合、ライザ２４０は、単一のユニットとして降流管２６０と一体化でき、気体及び液体は、充填床４００へ下降できる。代替的に、ライザ２４０は省略でき、気体及び液体は、降流管２６０を通って下方に流れることができる。

[0026]本明細書に示されるように、一般に、トレー２２０内で、ライザ２４０はそれぞれの孔２２４を取り囲み、降流管２６０は、それぞれの空隙２２８を取り囲む。降流管２６０は、それぞれの噴霧器３００を含むことができる。特に、各降流管２６２、２７２及び２８２は、それぞれの第１の噴霧器３１０、第２の噴霧器３１２及び第３の噴霧器３１４を含むことができる。一般に、降流管２６０の分配及び密集度は、隣接する降流管２６０からの液膜又は液滴噴霧が重なり合うようなものである。従って、降流管２６０は、好ましくは、トレー２２０全体にわたって均一に分配される。一例として、分配器２００は、トレー２２０の１平方メートル当たり少なくとも２５個の降流管２６０を有することができる。

[0027]降流管２６０及び対応する噴霧器３００は、同じでも、異なってもよいが、この例示的実施形態において、各降流管２６０及び各噴霧器３００は、それぞれ、他の降流管２６０及び噴霧器３００と実質的に類似している。そのため、降流管２６２及びそのそれぞれの噴霧器３１０だけが本明細書でより詳細に述べられる。

[0028]降流管２６２は孔２６４を形成でき、底端部２６６を有する。降流管２６２は、概ね管状又は円筒状の形状を有することができるが、降流管２６２は、角柱形状のようなあらゆる適切な形状であってよいことを理解されたい。一般に、供給物は、入口１１０から、実質的に水平なトレー２２０へ流れる。トレー２２０上に収集された液体は上昇し、孔２６４に入り、トレー２２０下方の充填床４００へ噴霧器３１０を通って下方に流れることができる。

[0029]図１から５を参照すると、第１の噴霧器３１０は、中央３０４と、実質的に垂直な軸３０８と、第１の部材３２０と、第２の部材３６０と、少なくとも１つ又は複数の足部３８０とを含むことができる。典型的には、第１の部材３２０は、第２の部材３６０から間隔を開けて配置される。第１の部材３２０は、錐体３２２の形状を有することができ、第１の表面３３０と、第２の表面３４０とを有する。一般に、第１の表面３３０及び第２の表面３４０は、実質的に平行であり、直径３３２及び直径３４２をそれぞれ有する。第２の表面３４０は、周辺部３４４を形成できる。一般に、周辺部３４４は、実質的に円形３４６であってよいが、矩形又は正方形のようなあらゆる適切な形状でありうる。実質的に円形である周辺部３４６は、例えば、供給物の分配を補助するために、鋸歯状の縁部３４８を形成できる。しかし、鋸歯状の縁部３４８は、液体の分配を補助するために、他の形状を取ることができることを理解されたい。典型的には、実質的に垂直な軸３０８に対して、第１の部材３２０は、そこを貫通する少なくとも１つの開口３５０、好ましくは、複数の発散開口３５０を形成する。この好ましい実施形態において、第１の部材３２０は、１２個の開口３５０を形成するが、第１の部材３２０は、任意の数の開口３５０を形成できる。通常、各開口３５０は、実質的に垂直なアクセス３０８に対して斜めにでき、実質的に円形であり、直径３５２を有することができる。斜めにされた開口３５０は、他と関係なく、同じでも、異なってもよい。斜めにされた開口３５０は、液体の分散において補助できる。加えて、第１の部材３２０の直径は、トレー２２０の降流管の直径及びピッチの相関的要素である。第１の部材３２０の第２の表面３４０の直径３４２の比率は、少なくとも１つの開口３５０の１つの直径３５２に対して、約１０：１から約４５：１、好ましくは約２０：１から約２５：１でありうる。この例示的実施形態において、第１の表面３３０の直径３３２は、第２の表面３４０の直径３４２に対して、約１：１．１から約１：４、好ましくは約１：１．５から約１：３で、最適には約１：２である。

[0030]第２の部材３６０は実質的に円筒形状３６４であってよいが、第２の部材３６０は、あらゆる適切な形状を形成でき、少なくとも１つのスロット３６８を形成する。この例示的実施形態において、第２の部材３６０は、３つのスロット３６８を形成できるが、任意の数の１つ又は複数のスロット３６８が形成できる。各スロット３６８は、他と関係なく、同じでも、異なってもよいが、好ましくは同じである。典型的には、第２の部材３６０は降流管２６２の底端部２６６を結合するようになされる。特に、降流管２６２は、噴霧器３１０を結合するためにそれぞれのスロット３６８内に受容される、その底端部２６６から突出する１つ又は複数のねじ又は他のタイプの機械的ファスナを有することができる。代替的に、第２の部材３６０は、溶接のようなあらゆる適切な手段を使用して、降流管２６２を結合できる。

[0031]加えて、少なくとも１つの又は複数の足部３８０は、第１の部材３２０及び第２の部材３６０を結合できる。好ましくは、複数の足部３８０は、第１の足部３８２と、第２の足部３８４と、第３の足部３８６と、第４の足部３８８とを含むことができるが、任意の数の１つ又は複数の足部３８０が利用できる。各足部３８０は、それぞれの長さ３９０を有することができ、同じでも、異なってもよい。典型的には、第１の部材３２０、第２の部材３６０及び複数の足部３８０は、溶接のような任意の適切な手段によって、一体に形成される。単一の足部３８０の長さ３９０は、第２の表面３４０の直径３４２に対して、約１：２から約１：１５、好ましくは約１：５から約１：１０、最適には約１：７の足部の長さ：直径比率を有することができる。

[0032]一般に、噴霧装置３１０は、あらゆる適切な降流管２６２と結合するように設計される。特に、噴霧器３１０は、いくつかの種類の降流管に結合できる。更に、噴霧器３１０は、液滴の分散噴霧を排出する間、降流管を貫く圧力降下を最小化するように設計できる。錐体形の第１の部材３２０、鋸歯状の縁部３４８、及び、複数の発散開口３５０のような噴霧器３１０の独特な幾何学的形状は、実質的に圧力を上昇することなく、液体の分散を促進できる。加えて、一般に、第１の部材３２０の錐体３２２の形状は、液体の分散を更に補助する。この形状の組合せは、下方の充填床４００への流体の放散及び分散を確実にすることができる。第１の部材３２０の寸法、開口３５０の数及びそれらの角度方向、鋸歯状の縁部３４８に沿った刻みの数、並びに、錐体３２２の直径及び角度は、全て、例えば、閉塞によって機能不全になった場合でも、充分な液体分配を得るために、隣接する噴霧器の噴霧を重ね合わせるように、噴霧パターンを最適化するように設計できる。そのようにして、これらの寸法は、傘形状の膜又は噴霧の広範な分配を提供するように設計できる。

[0033]作動において、トレー２２０に収集された供給物は上昇し、降流管２６２の孔２６４を通過することができる。その後、流体は、第２の部材３６０の近くまで、第１の噴霧器３１０に入ることができる。第１の部材３２０は、流体が第１の部材３２０の第１の表面３３０へ自由に落下できるように、第２の部材３６０から間隔を開けて配置される。その結果、流体は運動量を得ることができ、衝突の際に、流体は広範な膜又は液滴噴霧を形成できる。隣接する噴霧器からの膜及び／又は噴霧の重なり合いは、分配の高い一様性を提供することができる。

[0034]以下の実施例は、開示される実施形態を更に例示することが意図されている。実施形態のこれらの例示は、請求項をこれらの実施例の特定の詳細に限定するものではない。これらの実施例は、工学的計算、及び、類似する工程の実際の作業経験に基づくものでありうる。

[0035]以下の実験は、噴霧器から分散される液体のような流体の空間的放散を定量的に測定することによって、本明細書に開示される噴霧器の有効性を実証できる。排出された液体は、噴霧器の下方の特定の範囲上に収集できる。排出部分は、細かく分割された範囲内に収集でき、噴霧器の有効性を評価するために使用できる。

[0036]図６を参照すると、収集器具５００は、仮想的に示される管状の降流管５６２の下方に配置できる。収集器具５００は、降流管５６２の下方に直接位置付けられる、概ね逐次増加する直径の３つの同心管５２０と、５３０と、５４０とを含む１つ又は複数の管５１０であってよい。管５２０は、１３センチメートル（ｃｍ）の直径を有し、スケジュール番号４０のパイプから構築され、管５３０は、２０ｃｍの直径を有し、スケジュール番号８０のパイプから構築され、管５４０は、２５ｃｍの直径を有し、スケジュール番号４０のパイプから構築される。各管５１０は、ある収集量を提供するために、４６ｃｍの長さであってよい。これらの管５１０は、４つのゾーン、すなわち、管５２０の内側のゾーンＡ、管５２０と５３０との間のゾーンＢ、管５３０と５４０との間のゾーンＣ、及び、管５４０の外側のゾーンＤを生じる。ゾーンＡ、Ｂ及びＣの各々の収集範囲は約１３０平方センチメートルである。各管５１０の下方端部は、ゾーンＡ、Ｂ又はＣのそれぞれ対応する３つの排出オリフィスを形成する板によって閉止できる。オリフィスは、ある量の液体を排出するために、例えば、水では、各ゾーンＡ、Ｂ又はＣの内側に収集された水のヘッドに依存して、校正できる。流量は、各それぞれの管５１０の下方端部上の圧力ポートに接続された差圧計によって、各ゾーンＡ、Ｂ又はＣ内の水の高さを測定することによって計算できる。

[0037]トレー上に据えられる分配器は、約１１ｃｍの三角形のピッチを有する。降流管からの噴霧は、最外部の管５４０を超えて広がることができる。ゾーンＤ内の水の量は、降流管５６２を通って流れた水の量から、ゾーンＡからＣ内の水の量を差し引くことによって算出される。

[0038]降流管は、ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ及びＤ内に収集される量がほぼ等しいように、流体の均一な分配を提供することが一般に望ましい。従って、全４つのゾーン内の、水のような流体の均一な分配は、一般に、降流管の好ましい特徴であろう。

[0039]図７を参照すると、分配パターンは、降流管５６２に結合されたスプラッシュ板、図１から５に示されるような降流管５６２に結合された噴霧器３１０、及び、末端の噴霧器を伴わない降流管５６２について比較される。スプラッシュ板は、袖口部に接続でき、袖口部の下方端部から約１．５ｃｍの間隔を開けて配置できる。スプラッシュ板は、滑らかな縁部を有する形状で、約１１ｃｍの直径を伴う円形であってよい。スプラッシュ板は、３７個の均一に間隔を開けられた非発散、すなわち、直角な軸に平行な穴を形成でき、各穴は、約０．５ｃｍの直径を有することができる。噴霧器３１０の第２の表面３４０は約１１ｃｍの直径を有することができる。スプラッシュ板を伴った状態、噴霧器３１０を伴った状態、及び、噴霧器を伴わない状態で試験するために、おおよそ等しい量の水が降流管５６２内に提供される。図７に示されるように、収集された毎分リットル（ｌｐｍ）による流量が、スプラッシュ板を有する降流管５６２、噴霧器３１０を有する降流管５６２、噴霧器を有さない降流管５６２について、各ゾーンにおいて比較される。スプラッシュ板は、傘を連想させるパターン、すなわち、ゾーンＡ内の中央の流れ、及び、ゾーンＤ内に分配される液滴に液体を分配する。ゾーンＢ及びＣには分配がほとんどないか、又は、存在しない。噴霧器３１０は、ゾーンＡ、Ｂ、及びＤ内に比較的多い量、及び、ゾーンＣ内に少ない量によって、空間の連続体にわたってより均一に間隔を開けた分配を提供する。噴霧器を欠く降流管５６２は、ゾーンＡ内にほとんど全ての水を分配する。

[0040]更なる苦心を伴わずに、当業者は、前記の説明を使用し、本発明をその最大限まで利用できることは考えられる。前記の好ましい特定の実施形態は、従って、単に例示であり、どのようなやり方であれ、開示の残りについて制限的ではないと解釈されなくてはならない。

[0041]前述の説明から、当業者は、この発明の主要な特徴を容易に解明でき、その精神及び範囲から逸脱することなく、様々な利用及び条件に適応するように本発明の様々な変更及び改良を行うことができる。

Claims (10)

1. 容器１００内の少なくとも１つの流体を分配するための噴霧器３１０において、
   １）第１の表面３３０と、第２の表面３４０とを有する第１の部材３２０であって、それを貫通する少なくとも１つの開口３５０を形成し、前記少なくとも１つの開口３５０は、前記容器１００内の前記少なくとも１つの流体を分配するために、前記第１の部材３２０の中央３０４を通る実質的に垂直な軸３０８に対して斜めにされる、第１の部材３２０
   を備える噴霧器３１０。
2. 前記第１の部材３２０は、概して錐体３２２を形成する、請求項１に記載の噴霧器３１０。
3. 前記少なくとも１つの開口３５０は、複数の開口３５０を備える、請求項１に記載の噴霧器３１０。
4. 前記複数の開口３５０は、前記軸３０８から外側へ拡がる、請求項３に記載の噴霧器３１０。
5. 前記第１の表面３３０及び前記第２の表面３４０は、実質的に平行である、請求項１に記載の噴霧器３１０。
6. 前記第２の表面３４０は、周辺部３４４の周囲に鋸歯状の縁部３４８を形成する、請求項５に記載の噴霧器３１０。
7. 前記周辺部３４４は、実質的に円形３４６である、請求項６に記載の噴霧器３１０。
8. 前記第１の部材３２０に結合された第２の部材３６０であって、前記第１の部材３２０と第２の部材３６０は、間隔を開けて配置されている、第２の部材３６０を更に備える請求項１に記載の噴霧器３１０。
9. 前記第２の部材３６０は、実質的に円筒形状３６４である、請求項８に記載の噴霧器３１０。
10. 前記第２の部材３６０は、少なくとも１つのスロット３６８を形成する、請求項９に記載の噴霧器３１０。

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