JP2014514955A - モジュール式触媒床支持体 - Google Patents
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Abstract
Description
触媒床を反応器に追加するための構造及び方法を以下に説明する。
石油精製用反応器は、数十年の間、構造的観点から存続し続けることが可能である。しかし、この長い期間に、精製技術の進歩により、元々の反応器の構造に合致しない設計又は方法の改良が導かれ得る。より古い反応器を拡張してより新しい技術を利用できるようにするシステム及び/又は方法は、反応器を廃棄して新しい構造を建造することに比べ、相当なコスト削減を結果的に生じさせることが可能である。
本発明の一態様は、反応器の壁に溶接されていないモジュール式触媒床支持体(又は組み立て式触媒床支持体(modular catalyst bed support))に関し、当該モジュール式触媒床支持体は、
複数の格子開口を有する格子構造と、
格子スカートを形成するために前記格子構造に取り付けられる複数のエンドキャップ部品と、
前記格子開口内に挿入される複数のモジュールと
を備え、
モジュールが、
上面であって、前記複数のモジュールの上面が触媒支持面を形成する上面と、
下面と、
リップを含む中間面(又はインテリア面)であって、格子開口内にモジュールが挿入されるときに前記リップが前記格子構造の1つ以上の縁部に重なり、前記複数のモジュールの中間面が流れ分配器を形成する中間面と
を備え、
前記モジュール式触媒床支持体が、約28インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される。
複数の格子開口を有する格子構造を形成するために共に結合することが可能な複数の格子部品と、
格子スカートを形成するために前記格子構造に取り付けることが可能な複数のエンドキャップ部品と、
前記格子開口内に挿入することが可能な複数のモジュールと
を備え、
モジュールが、
上面であって、前記複数のモジュールの上面が、組み立てられたときに触媒支持面を形成する、上面と、
下面と、
リップを含む中間面であって、モジュールが格子開口内に挿入されるときに前記リップが前記格子構造の1つ以上の縁部に重なり、前記複数のモジュールの中間面は、組み立てられたときに流れ分配器を形成する、中間面と
を備え、
当該モジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキットは、約28インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される。
約28インチ以下の直径を有する開口を通じて複数のモジュール式触媒床支持体のコンポーネント(又は構成要素)を反応器内に送るステップ(又は工程)であって、前記反応器が、第1の触媒床容積を有し、前記モジュール式触媒床支持体のコンポーネントが、格子コンポーネント(又は格子構成要素)と複数のモジュールとを含むステップと、
前記モジュール式触媒床支持体のコンポーネントを用いてモジュール式触媒床支持体を前記反応器内に構築するステップ(又は工程)と、
前記モジュール式触媒床支持体を複数の床支持ハンガーで支持するステップ(又は工程)と、
下側触媒床容積に下側触媒床を装填するステップ(又は工程)と、
前記モジュール式触媒床支持体を前記下側触媒床上に支持するステップ(又は工程)と、
上側触媒床容積に前記モジュール式触媒床支持体により支持される上側触媒床を装填するステップ(又は工程)と
を含み、
前記上側触媒床容積および前記下側触媒床容積のうちの少なくとも一方の長さ:直径の比は、約4:1以下である。
概説
様々な実施形態において、有益にも既存の反応器とともに用いることが可能なモジュール式触媒床支持体が設けられる。例えば、モジュール式触媒床支持体の追加により、単一の触媒床を有する反応器を2つの触媒床を有する反応器に転換することが可能である(そして、2つ以上の床支持体の使用により、多数の触媒床を有する反応器を結果的に得ることが可能であると考えられる)。モジュール式触媒床支持体は、メッシュ又はワイヤーグレーチングなど、触媒床を支持するために適した上面を有することが可能である。モジュール式触媒床支持体の下部は、上側の触媒床を上面により支持することが可能であるように、下側の触媒床上に載るために適したものであることが可能である。モジュール式触媒床支持体を反応器に追加することにより、流れ分配器(分配器トレイなど)及び/又は急冷システムを反応器に追加することが可能である。流れ分配器及び/又は急冷システムは、モジュール式触媒床支持体の上面と下面との間に形成された空間に追加することが可能である。分配器トレイの追加により、反応器内における流体流を改善することが可能であり、触媒の見掛けの活動における対応する増加を結果的に生じさせることが可能である。
様々な実施形態において、モジュール式触媒床支持体は、格子構造を含むことが可能である。格子構造は、モジュールの間の横方向接続を提供することにより、モジュール式触媒床支持体のための安定化構造として役立つことが可能である。また、格子構造は、挿入後のモジュールの場所の維持を補助することも可能である。格子構造は、例えば、反応器の動作に先立ってモジュール式触媒床支持体を下方にある触媒床上に降下させる間における、モジュールの横方向移動の削減/防止を助けることが可能である。反応器の動作中、モジュール式触媒床支持体は、下にある触媒床上に載る可能性がある。触媒床に接触している間にモジュールが横方向に移動すると、触媒床のための表面が凸凹になり、このため、モジュール式触媒床構造のための配向が傾く可能性がある。水平な配向は、モジュール式触媒床支持体におけるモジュールの中間面により形成される流れ分配器などの流れ分配器のために重要なものである可能性がある。
モジュール式触媒床支持体のための別の種類のコンポーネントは、触媒床モジュールである可能性がある。格子構造における開口は、触媒床モジュールを格子開口内に挿入することにより充填することが可能である。触媒床モジュールは、幾つかの表面を含むことが可能である。触媒床モジュールの上面は、触媒床を支持するために適した表面であることが可能である。触媒床モジュールを格子開口内に組み付けた後、モジュールの上面は、(殆どの)触媒粒子が連続面を通過することを防止する連続面を形成することが可能である。触媒床モジュールの上面は、触媒粒子の平均的なサイズよりも小さいサイズを有するメッシュ又はグリッドなど、触媒粒子の床を支持するための何れかの都合のよい材料から形成することが可能である。
触媒床において、触媒床を通って流れる流体は、種々の理由により不均等な分配を有し得る。触媒床の長さが1つの要因であり、床がより長いことにより、典型的には、流れの分配の問題の可能性が増加する。追加又は代替の問題は、床を通じた液体の質量流束が低いことであり、単位面積及び単位時間当たりに床を通って流れる液体の量が少なすぎるため、均一な流れ特性を提供できない可能性がある。不十分な流れの分配に寄与する可能性がある他の追加又は代替の要因は、床内における流れのブリッヂング、触媒床内への触媒の装填不足、及び/又は液体の詰まりに関する可能性がある。更なる追加又は代替の要因は、触媒床を通って流れる流体が、不均等な分配で床に進入し得るということである。更なる追加又は代替の要因は、流体が反応器において処理される際の触媒床における触媒の変化に関する可能性がある。例えば、幾つかの水素化処理反応の結果、触媒粒子上に「コークス」が形成される可能性がある。「コークス」の形成又は反応中の触媒粒子の形状の他の変化により、流体流のために利用可能な空間が変化し得る、及び/又は触媒床においてランダムなチャネリングが生じる可能性がある。更なる追加又は代替の可能性は、触媒床において「ホットスポット」が局所的に形成されることにより、床を通じた流体の流れが変化し得るということである。
触媒の装填及び装填解除を容易にするため、モジュール式触媒床支持体は、複数の床支持ハンガーを含むことが可能である。床支持ハンガーは、触媒の交換中にモジュール式触媒床支持体の重量のための支持を提供することが可能である。幾つかの実施形態において、触媒の交換中、モジュール式触媒床支持体の上方の触媒を、モジュール式触媒床支持体の下方の触媒の前に除去することが可能である。これにより、床支持ハンガーは、触媒粒子によるいずれの余分な重量もなく、モジュール式触媒床支持体自体の重量のみを支持する必要があるようにすることが可能である。
加えて又は代替として、本発明は、以下の実施形態の1つ以上を含むことが可能である。
反応器の壁に溶接されていないモジュール式触媒床支持体であって、前記モジュール式触媒床支持体が、
複数の格子開口を有する格子構造と、
格子スカートを形成するために前記格子構造に取り付けられる複数のエンドキャップ部品と、
前記格子開口内に挿入される複数のモジュールと
を備え、
モジュールが、
上面であって、前記複数のモジュールの上面が触媒支持面を形成する上面と、
下面と、
リップを含む中間面(又はインテリア面)であって、格子開口内にモジュールが挿入されるときに前記リップが前記格子構造の1つ以上の縁部に重なり、前記複数のモジュールの中間面が流れ分配器を形成する中間面と
を備え、
前記モジュール式触媒床支持体が、約28インチ以下、好ましくは24インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される、
モジュール式触媒床支持体。
前記複数のモジュールの下面が、前記モジュール式触媒床支持体の重量を支持するのに適している、および/または前記格子構造における前記開口の大部分が、多角形パターン配列を形成する形状に対応する、実施形態1のモジュール式触媒床支持体。
前記格子構造が、必要に応じて、溶接することなくインターロック部品から組み立てられ、少なくとも2つの形状の格子開口を含み、前記格子構造が、好ましくは六角形の形状、1/2の六角形の形状、および2/3の六角形の形状を含む、上記実施形態のいずれか1つのモジュール式触媒床支持体。
複数の床支持ハンガーを更に備える、上記実施形態のいずれか1つのモジュール式触媒床支持体。
床支持ハンガーの少なくとも一部が、前記格子スカートの下方にある、実施形態5のモジュール式触媒床支持体。
前記格子スカートの一部を取り囲む充填材料を更に備え、前記充填材料が、前記格子スカートに接触するとともに、前記反応器の内壁にも接触する、上記実施形態のいずれか1つのモジュール式触媒床支持体。
前記複数のモジュールが、前記上面と前記中間面との間に開放容積(又はオープンボリューム)を更に含む、上記実施形態のいずれか1つのモジュール式触媒床支持体。
前記格子構造における前記格子開口が、前記モジュール式触媒床支持体の部品が前記反応器に進入するために通過する開口よりも小さい面積を有する、上記実施形態のいずれか1つのモジュール式触媒床支持体。
反応器の壁に溶接されていないモジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキットであって、前記キットが、
複数の格子開口を有する格子構造を形成するために共に結合することが可能な複数の格子部品と、
格子スカートを形成するために前記格子構造に取り付けることが可能な複数のエンドキャップ部品と、
前記格子開口内に挿入することが可能な複数のモジュールと
を備え、
モジュールが、
上面であって、前記複数のモジュールの上面が、組み立てられたときに触媒支持面を形成する、上面と、
下面と、
リップを含む中間面であって、モジュールが格子開口内に挿入されるときに前記リップが前記格子構造の1つ以上の縁部に重なり、前記複数のモジュールの中間面は、組み立てられたときに流れ分配器を形成する、中間面と
を備え、
前記モジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキットが、約28インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される、
モジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキット。
前記キットが、約24インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成され、および/または前記格子構造が、溶接することなくインターロック部品から組み立てられる、実施形態9のモジュール式触媒床支持体キット。
触媒床プラットフォームを反応器の壁の構造部分に溶接することなく反応器内において触媒床を分割するための方法であって、前記方法が、
約28インチ以下の直径を有する開口を通じて複数のモジュール式触媒床支持体のコンポーネントを反応器内に送るステップ(又は工程)であって、前記反応器が、第1の触媒床容積を有し、前記モジュール式触媒床支持体のコンポーネントが、格子コンポーネントと複数のモジュールとを含むステップと、
前記モジュール式触媒床支持体のコンポーネントを用いてモジュール式触媒床支持体を前記反応器内に構築するステップ(又は工程)と、
前記モジュール式触媒床支持体を複数の床支持ハンガーで支持するステップ(又は工程)と、
下側触媒床容積に下側触媒床を装填するステップ(又は工程)と、
前記モジュール式触媒床支持体を前記下側触媒床上に支持するステップ(又は工程)と、
上側触媒床容積に前記モジュール式触媒床支持体により支持される上側触媒床を装填するステップ(又は工程)と
を含む、方法。
前記反応器の触媒床容積の前記モジュール式触媒床支持体を挿入する前の長さ:直径の比が少なくとも約6:1であり、前記上側触媒床容積および前記下側触媒床容積のうちの少なくとも一方の長さ:直径の比が約2.5:1以下である、実施形態11の方法。
上側触媒床を装填するステップが、前記上側触媒床の装填中に複数の発泡要素(又は発泡エレメント)を挿入するステップ(又は工程)、前記上側触媒床の装填中に不活性粒子の層を挿入するステップ(又は工程)、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態11又は実施形態12の方法。
モジュール式触媒床支持体を構築するステップが、
前記格子コンポーネントから格子構造を構築するステップ(又は工程)であって、前記格子構造が複数の開口を含むステップと、
前記モジュールを前記複数の開口内に挿入するステップ(又は工程)と、
必要に応じて、格子スカートを形成するために前記格子構造の周りに複数のエンドキャップを組み立てるステップ(又は工程)と、
必要に応じて、前記格子スカートと前記反応器の内壁との間の間隙に充填材料を挿入するステップ(又は工程)と
を含む、実施形態11〜13のいずれか1つの方法。
前記下側触媒容積に前記下側触媒床を装填するステップが、
前記モジュール式触媒床支持体を前記反応器内において一定の高さに支持するステップ(又は工程)と、
前記下側触媒床を前記モジュール式触媒床支持体の下方に装填するステップ(又は工程)と、
前記触媒床支持体の下面が前記下側触媒床に接触するように前記モジュール式触媒床支持体を降下させるステップ(又は工程)と
を含む、実施形態11〜14のいずれか1つの方法。
モジュール式触媒床支持体の例
以下の実施例は、本発明の実施形態によるモジュール式触媒床支持体の様々な部品(キットを形成してもよい)を概略的に説明する。かかる部品を本発明の実施形態によるモジュール式触媒床支持体に組み立てる方法についても、以下で概略的に説明する。
本実施例において、モジュール式触媒床支持体を用いて、触媒床を水素化処理反応器に追加することが可能である。本実施例の目的のため、単一の触媒床を元々有する反応器を用いることが可能である。触媒の入れ替え中、モジュール式触媒床支持体を反応器内に構築することが可能である。次いで、反応器に、2つの床の触媒を装填することが可能である。第1の水素化処理触媒を下側の(元々の)触媒床に装填することが可能であり、一方、第2の水素化処理触媒を新しい触媒床プラットフォーム上に装填することが可能である。第1及び第2の水素化処理触媒は、同じであることも異なることも可能である。必要に応じて、第1及び第2の水素化処理触媒は、触媒システムであることが可能であり、互いに積層された一連の触媒を備えることが可能である。第1及び第2の水素化処理触媒は、水素化処理、接触脱ろう、水素化仕上、及び/又は他の水素化処理機能のための何れかの都合のよい触媒/システムから選択することが可能である。
モジュール式触媒床支持体を追加する潜在的な理由の1つは、追加の流れ分配器を反応器に導入することである可能性がある。追加の流れ分配器により、反応器における触媒の使用の効率を向上させることが可能である。幾つかの反応器において、反応器における触媒の反応性は、小規模の試験に基づいて期待されるものよりも低いものである可能性がある。これは、流体が反応器において分配される方法における非効率によるものである可能性がある。非効率の一部が反応器内における液体の不十分な分配によるものである場合、流れ分配器により液体の触媒との接触を改善することが可能である。
水素化処理触媒の非効率な使用の追加又は代替の潜在的な原因は、触媒床内における利用可能な水素の欠如である可能性がある。水素化処理の間、所望される水素化処理反応は、反応環境における水素の利用可能性に依存する可能性がある。触媒床における水素の量が局所領域において枯渇した場合、その局所領域を通って流れる供給材料は、所望される反応条件に曝されないかもしれない。むしろ、供給材料は、反応しないかもしれず、及び/又は供給材料は、コークスを形成するなど、望ましくないように反応するかもしれない。
Claims (20)
- 反応器の壁に溶接されていないモジュール式触媒床支持体であって、前記モジュール式触媒床支持体が、
複数の格子開口を有する格子構造と、
格子スカートを形成するために前記格子構造に取り付けられる複数のエンドキャップ部品と、
前記格子開口内に挿入される複数のモジュールと
を備え、
モジュールが、
上面であって、前記複数のモジュールの上面が触媒支持面を形成する上面と、
下面と、
リップを含む中間面であって、格子開口内にモジュールが挿入されるときに前記リップが前記格子構造の1つ以上の縁部に重なり、前記複数のモジュールの中間面が流れ分配器を形成する中間面と
を備え、
前記モジュール式触媒床支持体が、約28インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される、
モジュール式触媒床支持体。 - 前記複数のモジュールの下面が、前記モジュール式触媒床支持体の重量を支持するのに適している、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 前記格子構造における前記開口の大部分が、多角形パターン配列を形成する形状に対応する、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 前記格子構造が、必要に応じて、溶接することなくインターロック部品から組み立てられ、六角形の形状、1/2の六角形の形状、および2/3の六角形の形状のうちの少なくとも1つに対応する少なくとも2つの形状の格子開口を含む、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 複数の床支持ハンガーを更に備え、床支持ハンガーの少なくとも一部が、前記格子スカートの下方にある、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 前記モジュール式触媒床支持体が、約24インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 前記格子スカートの一部を取り囲む充填材料を更に備え、前記充填材料が、前記格子スカートに接触するとともに、前記反応器の内壁にも接触する、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 前記複数のモジュールが、前記上面と前記中間面との間に開放容積を更に含む、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 前記格子構造における前記格子開口が、前記モジュール式触媒床支持体の部品が前記反応器に進入するために通過する開口よりも小さい面積を有する、請求項1に記載のモジュール式触媒床支持体。
- 反応器の壁に溶接されていないモジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキットであって、前記キットが、
複数の格子開口を有する格子構造を形成するために共に結合することが可能な複数の格子部品と、
格子スカートを形成するために前記格子構造に取り付けることが可能な複数のエンドキャップ部品と、
前記格子開口内に挿入することが可能な複数のモジュールと
を備え、
モジュールが、
上面であって、前記複数のモジュールの上面が、組み立てられたときに触媒支持面を形成する、上面と、
下面と、
リップを含む中間面であって、モジュールが格子開口内に挿入されるときに前記リップが前記格子構造の1つ以上の縁部に重なり、前記複数のモジュールの中間面が、組み立てられたときに流れ分配器を形成する、中間面と
を備え、
前記モジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキットが、約28インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される、
モジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキット。 - 前記モジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキットが、約24インチ以下の直径を有する開口を通過することが可能な部品から形成される、請求項10に記載のモジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキット。
- 前記格子構造が、溶接することなくインターロック部品から組み立てられる、請求項10に記載のモジュール式触媒床支持体を組み立てるためのキット。
- 触媒床プラットフォームを反応器の壁の構造部分に溶接することなく反応器内において触媒床を分割するための方法であって、前記方法が、
約28インチ以下の直径を有する開口を通じて複数のモジュール式触媒床支持体のコンポーネントを反応器内に送るステップであって、前記反応器が、第1の触媒床容積を有し、前記モジュール式触媒床支持体のコンポーネントが、格子コンポーネントと複数のモジュールとを含むステップと、
前記モジュール式触媒床支持体のコンポーネントを用いてモジュール式触媒床支持体を前記反応器内に構築するステップと、
前記モジュール式触媒床支持体を複数の床支持ハンガーで支持するステップと、
下側触媒床容積に下側触媒床を装填するステップと、
前記モジュール式触媒床支持体を前記下側触媒床上に支持するステップと、
上側触媒床容積に前記モジュール式触媒床支持体により支持される上側触媒床を装填するステップと
を含む、方法。 - 前記反応器の触媒床容積の前記モジュール式触媒床支持体を挿入する前の長さ:直径の比が少なくとも約6:1であり、前記上側触媒床容積および前記下側触媒床容積のうちの少なくとも一方の長さ:直径の比が約2.5:1以下である、請求項13に記載の方法。
- 上側触媒床を装填するステップが、前記上側触媒床の装填中に複数の発泡要素を挿入するステップを含む、請求項13に記載の方法。
- 上側触媒床を装填するステップが、前記上側触媒床の装填中に不活性粒子の層を挿入するステップを含む、請求項13に記載の方法。
- モジュール式触媒床支持体を構築するステップが、
前記格子コンポーネントから格子構造を構築するステップであって、前記格子構造が複数の開口を含むステップと、
前記モジュールを前記複数の開口内に挿入するステップと
を含む、請求項13に記載の方法。 - モジュール式触媒床支持体を構築するステップが、格子スカートを形成するために前記格子構造の周りに複数のエンドキャップを組み立てるステップを更に含む、請求項17に記載の方法。
- 前記モジュール式触媒床支持体を下側触媒床上に支持するステップが、前記格子スカートと前記反応器の内壁との間に間隙が形成されるように、前記格子スカートが前記反応器の内壁に接触することなく前記モジュール式触媒床支持体を支持するステップを含み、さらに前記格子スカートと前記反応器の内壁との間の間隙に充填材料を挿入するステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記下側触媒容積に前記下側触媒床を装填するステップが、
前記モジュール式触媒床支持体を前記反応器内において一定の高さに支持するステップと、
前記下側触媒床を前記モジュール式触媒床支持体の下方に装填するステップと、
前記触媒床支持体の下面が前記下側触媒床に接触するように前記モジュール式触媒床支持体を降下させるステップと
を含む、請求項13に記載の方法。
Applications Claiming Priority (5)
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