JP2013512103A - 反応器用急冷装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】反応器用急冷ゾーン装置を提供すること。
【解決手段】本発明の急冷装置は、急冷部及び混合部を含んでなり、前記急冷部は、急冷流体を噴射させるために中心部から放射状に分岐された流体分配管が設置され、底面には一つ以上の第１流体排出口が設けられ、前記混合部は、前記第１流体排出口の下方にそれぞれ位置する傾斜バッフル(baffle)と、前記傾斜バッフルが前記混合部の外壁と内壁との間で分割された空間に位置するように設けられた一つ以上の仕切りと、前記傾斜バッフル及び前記仕切りによって混合された流体が排出される第２流体排出口とを備えることを特徴とし、さらに第２流体排出口にガイドを設けて追加渦流を形成し、気液接触を極大化させる効果を得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、反応器の反応熱を除去するための急冷装置に関する。
精油工程の大部分の反応が発熱反応であるから、生成される反応熱を除去するために、一般に触媒層の間に急冷領域(quenching zone)を備えている。急冷領域は、上端の触媒層から降りてくる高温のガス及び液体が、急冷領域へ注入される冷却流体と混合され、特定の温度以下に均一に冷却するようにする役目をする。
一般に、急冷領域は、大きくは急冷ボックスと混合ボックスから構成される。急冷ボックスでは、上層触媒層から落ちる流体を、急冷リング(Quench Ring)または急冷パイプ(Quench Pipe)を用いて急冷させ、急冷流体(Quench Fluid)を噴射して１次混合によって温度を低める。
より高い効率のために、前記流体と前記急冷流体を混合ボックスへ流した後、２次混合を行う。現在、急冷領域の動向は、前記急冷流体の滞留時間を最大限長くして流体との接触がより多く起こるようにする。これを実現するために、渦流(swirl)を誘発する機構学的メカニズムを利用している。
通常の急冷領域混合装置の例として、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示された装置を挙げることができる。これらの装置のうち、一部はその構造が複雑であり且つ詰まり現象が頻繁に起こる。また、これらの装置のうち、他の一部は所望の程度の混合のために相当な空間が要求され、或るものは大きい圧力降下を発生させるので使用が不適である。
米国特許第３，３５３，９２４号明細書 米国特許第３，５４１，０００号明細書 米国特許第４，６６９，８９０号明細書 米国特許第５，１５２，９６７号明細書
そこで、本発明の目的は、向上した急冷性能を有する急冷装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、急冷部及び混合部を備える急冷装置において、前記急冷部は、急冷流体を噴射させるために中心部から放射状に分岐された流体分配管が設置され、底面には一つ以上の第１流体排出口が設けられ、前記混合部は、前記第１流体排出口の下方にそれぞれ位置する傾斜バッフル(baffle)と、前記傾斜バッフルが前記混合部の外壁と内壁との間で分割された空間に位置するように設けられた一つ以上の仕切りと、前記傾斜バッフル及び前記仕切りによって混合された流体が排出される第２流体排出口とを備えることを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記流体分配管は反応器の外部から流体を導入する流体導入管に連結されたことを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記放射状に分岐された形状の流体分配管は、一端部が放射状の中心部に位置し、他端部が前記中心部より高く形成されたことを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記傾斜バッフルは前記第１流体排出口から直下した流体が接触しながら下方に流れるように傾設されたことを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記急冷部は底面に多数のバッフルが設置されたことを特徴とする。
本発明の一具体例では、相対的に流体の水位を高める必要がある場合、前記急冷部は下方に行くほど断面積が減ることを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記混合部は底面に多数のバッフルが設置されたことを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記一つ以上の第１流体排出口は前記混合部の内壁と外壁との間の空間に位置することを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記一つ以上の第１流体排出口は前記急冷部の外壁と同心円をなして配置されることを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記流体分配管はその長手方向に沿って多数の流体排出孔が設けられたことを特徴とする。
本発明の一具体例では、前記混合部の内壁に位置した第２流体排出口には流体が渦流を起こすようにするガイドが設けられていることを特徴とする。
本発明の急冷装置の使用によって、単一平面ではなく急冷領域の３次元空間全体で渦流を形成することができ、混合ボックスでも乱流の極大化を誘発してより効率的な混合を実現することができる。
また、混合ボックスの内部壁面に排出口を形成し、これを通過しながら混合されるようにすることができるとともに、排出口の円筒形ホールの内部にもガイドを形成し、流体を、渦流運動をしながら落ちるようにすることにより、気・液の接触を極大化させることができる。
本発明に係る急冷部を概略的に示す図である。 本発明に係る混合物を概略的に示す図である。 本発明に係る急冷装置が適用された反応器を概略的に示す図である。 本発明に係る急冷装置が適用された反応器を概略的に示す断面図である。 本発明に係る円錐台状の急冷部が適用された急冷装置を概略的に示す図である。
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。
また、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
以下、添付図面を参照して本発明をより明確に説明する。
従来では一般に単純にリング状又は単一パイプ状の急冷流体噴射機が使用されたが、本発明の急冷装置は、急冷パイプを使用し、気・液接触時間を増やすために渦流効果を実現するように設計した。
図１は本発明に係る急冷部を概略的に示す。
本発明の急冷装置は、急冷流体が導入され、上部の触媒層を通過した反応物に接触する急冷部３１と、前記急冷流体及び前記触媒層を通過した反応物がよりさらに混合されるようにする混合部４１とを備える。
前記急冷部は、急冷流体を噴射させるために、中心部から放射状に分岐された流体分配管３３が設置され、底面には一つ以上の第１流体排出口が設けられる。
前記流体分配管３３は、急冷部の中心部分から多数、好ましくは２つ以上の分岐に分けられた放射状に枝分かれした形状である。言い換えれば、２つ以上のパイプが流体分配管の中心部から分岐されて延長された形状である。
前記放射状に分岐された形状の流体分配管は、一端部が放射状の中心部に位置し、他端部が前記中心部より高く形成されたことを特徴とする。
すなわち、前記分岐された流体分配管３３の各分岐は、急冷部の水平面に対して特定の勾配をもって上方へ延長された形状である。このように、本発明の流体分配管３３は、平面ではなく３次元空間全体で延長された形状を持つことにより、急冷部の全体領域で渦流を生じさせることができるようにし、急冷流体がより長時間反応物と接触して温度を低めることを容易にする。
また、前記流体分配管３３には、その長手方向に沿って多数の流体噴出孔が設けられている。一般に、流体分配管の一端のみから流体が排出される場合は、流体間の接触時間が短くなるという問題点がある。また、流体間の接触時間も短くなって混合性能が低下し、所望の急冷効果を得るにも不適である。よって、前記流体分配管３３の長手方向に沿って多数の流体噴出孔を設けることにより、最大限広い領域で急冷流体を急冷部へ導入させることにより、流体間の接触面積及び接触時間を向上させることができる。したがって、通常の場合より優れた急冷効率を得ることができる。
特に、本発明の急冷装置の急冷部の設計と通常の急冷部の設計との相違点は、次のとおりである。通常の技術に係る急冷部は、単一平面で渦流効果を誘発し、限られた領域でのみ流体間の接触が起こるが、これに対し、本発明の急冷流体導入パイプは、多数の分岐パイプが一定の角度をなして相手に延長された形状を持つことにより、急冷部の３次元空間全体で急冷流体の噴出を可能とし、結果として急冷部全体に対して渦流を誘発することができるという利点がある。
また、前記急冷部の底面には多数のバッフル３４が設置できる。バッフルの形状は多様な形状、例えば円形、多数の角付き直線形などであってもよい。
また、相対的に流体の水位を高める必要性がある場合、前記急冷部を円錐台状にして流体の水位を相対的に調節することができる。これは流体の水位を調節しようとするとき、すなわち流量が相対的に少なくて水位を所望の程度に高めることができない場合、前記急冷部を下方に行くほど断面積が減る形状に形成すると、少ない流量の場合でも所望するだけ水位を高めることができる。説明のために「円錐台」という用語を使用したが、下方に行くほど断面積が減る形状の急冷部であればいずれでも構わない。
本発明の一具体例では、急冷部の底面におけるバッフル３４の配置は、前記第１流体排出口と前記急冷部の外壁３６との間に位置し、２つ以上のバッフルが一定の間隔をおいて第１流体排出口を取り囲む形であってもよい。
また、前記バッフルは、反応物及び流体の流れを妨害する方向に設置されることが好ましい。これは急冷流体と反応物との混合がよりよく起こるようにするためである。
図２は本発明に係る混合物を概略的に示す。図２を参照すると、本発明に係る急冷装置において、混合部は、前記第１流体排出口の下方にそれぞれ位置する傾斜バッフルと、前記傾斜バッフルが前記混合部の外壁と内壁との間で分割された空間に位置するように設けられた一つ以上の仕切りと、前記傾斜バッフル及び前記仕切りによって混合された流体が排出される第２流体排出口とを備えることを特徴とする。
通常、混合部は、ボックス形状をし、単一円形のシリンダータイプである。ここでも、円形のシリンダータイプの混合部について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
通常の混合部は、上部の急冷部から落ちる流体が導入される流体導入部と、ボックス内を満たしている急冷流体が混合されるように前記流体導入部と向かい合う方向に流体排出口を配置したように設計されている形である。このような通常の混合ボックスは、形状が単純であるという利点はあるが、効率性の観点からはＷｅｌｌ−Ｍｉｘｉｎｇが起こっていると必ずしも保障することはできない。
したがって、混合の効率性を高めるために、本発明の混合部は、一つの混合部が多数の区域、好ましくは２つ以上の区域、より好ましく６つの区分された区域に分割される。このような区域分割のために、前記混合部の内部には仕切り４２が設けられている。
また、前記混合部の区分された区域毎に、導入された流体の乱流を起こすために、底面にバッフル（図示せず）が設けられてもよい。このようなバッフルは、前記混合ゾーンの底面から一定の高さをもって設けられ、垂直形態の薄い板状である。前記バッフルは、一定の角度をなして折り曲げられてもよく、丸い形状をしてもよい。
前記混合部の前記傾斜バッフルは、前記第１流体排出口から直下した流体が接触しながら下方に流れるように傾設されたことを特徴とする。
言い換えれば、前述したような底面から所定の高さを持つバッフルと共に或いは単独で、前記混合ゾーンは、前記急冷部の第１流体排出口３５の下部方向に前記混合部の底面と所定の角度をなして設けられた多数の傾斜バッフル４３を備えることができる。
すなわち、導入された流体の乱流性の極大化誘発のために滑り台のようなバッフルを設置し、前記急冷部から導入される流体が該バッフルに乗って流下し、混合ボックスの壁面にぶつかってＷｅｌｌ−Ｍｉｘｉｎｇを誘発するように設計した。
このような傾斜バッフルは、前記急冷部３１の第１流体排出口３５それぞれの下部に位置し、流体導入の際に滑りを誘発するようにした。
それだけでなく、前記混合ボックスは、前記急冷部の第１流体排出口３５の下部毎に区分されたそれぞれの区域が設けられ、それぞれの傾斜バッフル４３を有する形であってもよい。このような場合、前記急冷部からそれぞれの第１流体排出口３５を介して前記混合物へ流体が排出される。
前記混合部に導入された流体は、それぞれの第１流体排出口３５の下部に設けられた傾斜バッフル４３に沿って滑って乱流を起こし、前記混合ゾーンのそれぞれの区分された区域で仕切り４２、外壁４８、及びバッフルなどにぶつかりながらさらい混合を起こすことにより、混合性能の向上をもたらす。
前記混合部の内壁４４には、混合された流体が反応器の追加反応又は反応物の排出が行われるように流体を下方に排出させるための第２排出口４５が設けられる。このような内壁４４に設けられた第２排出口４５を介して、前記混合された流体は下部へ排出されるが、同心円状の円筒形ホール４７を介してさらに混合が起こり得る。
排出口を内部壁面に開けてこれを通過しながら混合が行われるようにした。
前記内壁４４によって定義された中央の円筒形ホール４７に落ちるときにも、ガイド４６を形成して流体が渦流運動をしながら落ちるようにすることにより、気液接触を極大化するようにした。よって、このようなガイド４６によってよりさらに優れた混合能力を持つことができる。
図３及び図４はそれぞれ本発明に係る急冷装置が適用された反応器、及び本発明に係る急冷装置が適用された反応器の一断面を概略的に示す図である。
これらの図から分かるように、本発明に係る急冷装置によって、反応器の上部から本発明の急冷部へ導入される反応物は、傾いた流体分配管３３から噴出される急冷流体と急冷部の全体部分で接触できる。
また、第１流体排出口３５を介して前記混合部４１へ急冷流体及び反応物が導入されると、傾斜バッフル４３によって滑り落ちながら渦流などが誘発されてさらに混合が行われるなどの効果を得ることができる。
図５は本発明の急冷部が前述したように円錐台の形状であることを示す。
図５において、前記急冷部５１は、２つ以上の急冷流体分配管５３、急冷流体導入管５２、２つ以上のバッフル５４、及び一つ以上の第１流体排出部５５を備えることは、前述した本発明の急冷部と同様である。但し、急冷部の外壁５６は、前述した急冷部とは異なり、下方に行くほどその断面積が減る形状を有する。
このような形状に急冷部がデザインされており、相対的に流体の水位を高める必要性がある場合、流量が相対的に少ない場合でも流体の水位を相対的に調節することができるという利点がある。
説明のために「円錐台」という用語を使用したが、下方に行くほど断面積が減る形状の急冷部であればいずれでも構わない。
また、前記急冷部１の下には混合部６１が位置する。前記混合部６１は前述した本発明の混合部と同様の形態である。すなわち、前記急冷部５１で一次的に急冷流体と混合された流体が第１流体排出部５５を介して混合部６１へ導入され、導入された流体は傾斜バッフル６３によって滑ってそれぞれの分割された領域でさらに混合される。一つ以上の分割された領域は仕切り６２によって分けられている。それぞれの分けられた領域で混合された流体は、混合部の外壁６８と同心円をなす内壁６４に設けられた一つ以上の第２流体排出部６５を介して排出される。この際、円筒形ホール６７にガイド６６が設けられていてもよい。前記ガイド６６は、第２流体排出部６５を介して排出された流体が渦流を形成するようにしてさらに混合できるようにし、本発明の急冷装置がより優れた混合性能を持つことができるようにする。
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲より明確になるであろう。
３１、５１ 急冷部
３２、５２ 流体導入パイプ
３３、５３ 流体分配管
３４、５４ 急冷部バッフル
３５、５５ 第１流体排出口
３６、５６ 急冷部の外壁
４１、６２ 混合部
４２、６２ 仕切り
４３、６３ 傾斜バッフル
４４、６４ 混合部の内壁
４５、６５ 第２流体排出口
４６、６６ ガイド
４７、６７ 円筒形ホール
４８、６８ 混合部の外壁

Claims (12)

  1. 急冷部及び混合部を備える急冷装置において、
    前記急冷部は、急冷流体を噴射させるために、中心部から放射状に分岐された流体分配管が設置され、底面には一つ以上の第１流体排出口が設けられ、
    前記混合部は、前記第１流体排出口の下方にそれぞれ位置する傾斜バッフルと、前記傾斜バッフルが前記混合部の外壁と内壁との間で分割された空間に位置するように設けられた一つ以上の仕切りと、前記傾斜バッフル及び前記仕切りによって混合された流体が排出される第２流体排出口とを備えることを特徴とする、急冷装置。
  2. 前記流体分配管は反応器の外部から流体を導入する流体導入管に連結されたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  3. 前記放射状に分岐された形状の流体分配管は、一端部が放射状の中心部に位置し、他端部が前記中心部より高く形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  4. 前記傾斜バッフルは前記第１流体排出口から直下した流体が接触しながら下方に流れるように傾設されたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  5. 前記流体分配管は２つ以上の分岐に分けられたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  6. 前記急冷部は底面に多数のバッフルが設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  7. 前記混合部は底面に多数のバッフルが設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  8. 前記一つ以上の第１流体排出口は前記混合部の内壁と外壁との間の空間に位置することを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  9. 前記一つ以上の第１流体排出口は前記急冷部の外壁と同心円をなして配置されることを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  10. 前記流体分配管はその長手方向に沿って多数の流体排出孔が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  11. 前記急冷部は下方に行くほど断面積が減ることを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
  12. 前記混合部の内壁に位置した第２流体排出口には、流体が渦流を起こすようにするガイドが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の急冷装置。
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