JP2024012398A - 容器内の流れを促進するための処理要素の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】化学プロセスに使用される容器に流入する流れの流量分配を改善するための方法を提供する。【解決手段】固体のプロセス材料４５，６５の床を含む少なくとも２つのプロセス区域４０，６０と、前記プロセス区域の間に少なくとも１つの再分配処理区域５０を配置し、前記再分配処理区域は、流れの流路形成を低下させて再分配処理区域を通る流れの流量を再分配する処理要素５５を含み、前記再分配処理区域の上流に配置されたプロセス区域内のプロセス材料は、前記再分配処理区域内に移動し、該再分配処理区域内で処理要素と混じり合って、プロセス材料と処理要素との両方を含む組み合わせ区域を形成することができる、流れの流量分配を改善するための方法である。【選択図】図２Ａ

Description

本発明の主題は、化学プロセス産業に使用される容器内の流れを促進する工程に関する。

本願は、それぞれの内容がそれらの全体を、参照により本明細書に取り込まれる、２０１６年３月２８日出願の米国特許仮出願第６２／３１４，０６９号、２０１６年２月１２日出願の同第６２／２９４，７６８号、および２０１６年９月１４日出願の米国特許出願第１５／２６５，４０５号明細書の利益および優先権を主張する。

産業界で、設置されそして作動している床容器（ｂｅｄ ｖｅｓｓｅｌｓ）の総数は全世界で数万基に上る。床容器は通常大型で、４ないし１８フィート（１．２ないし５．５ｍ）の直径および１０ないし１００フィート超（３．０５ないし３０．４８ｍ超）の高さを有する。このような床容器の容積は実質的に床容器の内容物（ｉｎｔｅｒｎａｌｓ）で満たされる。毎年、停止され、または建設され、受託される床容器の数は数百に上る。これらの床容器の設計寿命は典型的には数十年の単位で測定される。業界で使用される床容器は、意図される化学プロセス運転を容易にさせる固体のプロセス材料（訳注：材料は、ｍａｔｅｒｉａｌの訳であり、助剤、素材、マテリアルを含む）要素（ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）の１つ以上の層（床）（ｂｅｄ）を含む場合がある、適当な内容物を含む。このような固体のプロセス材料要素は例えば、反応促進触媒と、ふるいおよび吸着剤（ｓｏｒｂｅｎｔｓ）を含む物質移動（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ）促進剤とを含む場合がある。床容器およびそれらの内容物は、床容器の所有者による非常に膨大な投資である。

「オン・オイル（ｏｎ ｏｉｌ）」運転サイクル（容器の始動から容器の停止まで）の典型的な床容器の定常期間（ｎｏｒｍａｌ ｌｅｎｇｔｈ）は、数カ月または数年単位で測定される。定常運転は通常、床容器の内容物が性能の限界に到達するか、または温度もしくは圧力のような床容器の稼働条件が稼働限界を超えるときに、停止される。このような停止の次に、典型的には、床容器の内容物の再生、修復および／または交換とその後の運転再開が続く。

当該技術分野において、床容器に流入する流れの流量分配を促進するために適切な材料を使用することが知られている。このような分配の目的は、流れを、床容器のプロセス材料との、流れの接触を改善する細流に準分割することである。三次元的網状体は、流れの分配を促進することが知られている。例えば、特許文献１、２および３はそれぞれ、このような網状体化材料（ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）につき記載している（特許文献１、２、３参照）。

多くの床容器は、床容器内に設置された固体のプロセス材料要素の床上および床全体にわたる、有効で効率的な流れの流量分配を含む、床容器の内容物の有効で効率的な利用の維持に関連したチャレンジに直面する。不適切な流れの流量分配は、より大きい流れ中への小さい流れの細流の合流をもたらし、それが、床容器のプロセス内容物の一部の迂回をもたらす場合がある流れの流路形成（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）をもたらす。

床容器内の流れの流路形成は、運転条件（例えば、供給流の変化する組成）、運転の混乱（例えば、電力サージ／遮断、ポンプの故障、等）、床容器の内容物の自然のまたは加速された老化、等における変動により、時間の経過とともに発生し、変化する場合がある
。流路形成は、相互に接しているより細い流動体流により、または他の床容器の内容物もしくは床容器自体との接触により、合流が促進されるときに発生する場合がある。流路形成は、曝露の少ないそして利用の少ない床容器の内容物材料の領域と、過剰曝露材料の領域とをもたらすために、望ましくない。前者は床容器の生産性および採算性の有意なロスをもたらす場合がある。後者は、そこで急な温度勾配が、容器およびその内容物に損傷を引き起こす、いわゆる「ホットスポット」をもたらす場合がある。

これらの状況に対処する１つのアプローチは、中程度の床容器の性能低下を許容して、性能が許容できないレベルに劣化するまで容器を稼働することであった。そのようなときには、床容器の内容物は、それらを調整し（ａｄｊｕｓｔｅｄ）、再生し（ｒｅｊｕｖｅｎａｔｅｄ）または交換する（ｒｅｐｌａｃｅｄ）ことが可能なように停止される。この運転モードは、「オンオイル」運転時間の短縮をもたらし、床容器の生産性および採算性の付随するロスを伴う。

他のアプローチは、床容器内の適切な位置に、１基以上の従来の構造化工学装置を設置して、床容器内そしてその断面を横切る流量の再分配を促進し、そうすることにより、床容器の内容物（固体のプロセス材料の床を含む）と流れとの接触を増加し、そして流れの流路形成の不都合な結果を低下させることであった。このような従来の装置は、典型的には床容器の内側にぴったり沿った、そして床容器内で１０フィート（３．０５ｍ）の深さまで占拠する場合がある工学装置の構造物を含む。このような装置は、設計し、組み立て、設置し、運転しそして維持するためにコストがかかり、それを実施するための特別に訓練された要員を要する。これらの従来の装置はまた、他の床容器の内容物からの隔離を確保するための、複雑なモニターおよび封じ込めシステムを要する。触媒リアクターの実施例において、これは、「触媒封じ込め」装置および手段による、従来の再分配装置を触媒から隔離する工程に当たる。触媒封じ込めのどんなロスも、化学プロセスおよび安全性のリスクをもたらす場合がある。触媒封じ込めを確保するためにかなりの手段が採られ、また床容器のスペースが費やされる。このような従来の再分配および封じ込め装置の存在自体並びにそれらの安定な、制御された運転維持の困難が、床容器自体の破壊を導く可能性をもつ床容器シェルのホットスポットの発生までの、そしてその発生を含む課題につながる場合がある。

このような従来の構造化工学装置の存在自体が、これさえなければ、触媒のような、より生産的で、より採算性のよい床容器の内容物にふりむけることができると考えられるスペースを費やす。このような構造化工学装置および、流量分配装置としてのその使用の一例は、イリノイ州Ｄｅｓ ＰｌａｉｎｅｓのＵＯＰ，ＬＬＣに対して２００８年１月１日に特許付与された特許文献４に示されている（特許文献４参照）。

本技術分野における改善が望まれる。

米国特許第６，２５８，９００号明細書 米国特許第６，２９１，６０３号明細書 米国特許第７，２６５，１８９号明細書 米国特許第７，３１４，５５１号明細書

本発明の主題に従う、容器内の１本以上の流れの流量（ｆｌｏｗ）の分配および再分配を促進する方法の様々な具体的実施態様が提供される。流れは、液体流および蒸気流、それら２種の組み合わせ物および２種の混合物を含む場合がある。容器は化学プロセスのた
めに使用される固体材料の床を含むもの（以後「床容器」と呼ぶ）を含む場合がある。

特定の具体的実施態様において、床容器内の１本以上の流れの流量の分配および再分配を改善する方法が提供される。床容器は、１つの最上流の化学プロセス区域と、最上部の化学プロセス区域の下流に配置された１つ以上の化学プロセス区域とを有する床容器内で、相互に対して垂直に配置された２つ以上の化学プロセス区域を有するように設計される場合がある。プロセス区域は固体のプロセス材料要素の床を含む場合がある。上流のプロセス区域から流出し、前記の下流のプロセス区域に流入する流れの流量の、有効で効率的な再分配を促進するために、再分配処理区域は、上流のプロセス区域の下流でかつ下流のプロセス区域の上流に配置される場合がある。このような再分配処理区域の１つの主要な目的は、上流のプロセス区域から流出して、下流のプロセス区域に流入する流れの、下流のプロセス区域の断面積を横切る分散を促進することである。再分配処理区域から流出し、下流のプロセス区域に流入する流れは、細い個別の流れの細流に準分割される場合があり、それは上流のプロセス区域から再分配処理区域に流入する流路形成流よりも改良点である。分散された流れの細流は、下流のプロセス区域に含まれる固体のプロセス材料要素の床との接触および稼働性の改善をもたらす。床容器の稼働性および性能は、前記の再分配処理区域の存在を除外する床容器の構成の稼働性および性能に比較して、著しく改善される場合がある。

特定の具体的実施態様において、床容器内のまたは床容器全体の様々な部位における１本以上の流れに対する、流量分配を改善する方法が提供される。１本以上の流れは、床容器内の上流のプロセス区域と下流のプロセス区域とを通過する場合がある。上流のプロセス区域と下流のプロセス区域とはそれぞれ、固体のプロセス材料要素の１つ以上の床を含む場合がある。１本以上の流れはまた、上流のプロセス区域と下流のプロセス区域との間に位置する、少なくとも１つの再分配処理区域を通過する場合がある。再分配処理区域は１本以上の流れの流量を再分配する処理材料を含む場合がある。上流のプロセス区域内の固体のプロセス材料要素の床は、透過性バリヤーにより、隣接する下流の再分配区域内の処理材料から分離される場合がある。あるいはまた、上流のプロセス区域からの固体のプロセス材料要素は、隣接する下流の再分配処理区域内の処理材料と少なくとも一部は混じり合って、固体のプロセス材料要素と処理材料との両方を含み、そして化学プロセス機能性および流れ分配処理機能性の両方を有する組み合わせ区域を形成することができるように、それらの間にどんな物理的装置またはバリヤーをも伴わずに、上流のプロセス区域の助剤が、隣接する下流の再分配処理区域内の処理材料に直接隣接してそれらと接触する場合がある。このような移動は典型的には、再分配処理区域の材料の、最初の数インチの深さに限定される。固体のプロセス材料要素は、固体のプロセス材料要素がその中に移動した再分配処理区域内に含まれる処理材料の層の、その部分の体積の少なくとも２０％を占める場合がある。

上流のプロセス区域からの特定の固体のプロセス材料要素が、再分配処理区域中に移動して、その中で混ざり合った固体のプロセス材料要素と処理材料との両方を有する組み合わせ区域（ｃｏｍｂｏ－ｚｏｎｅ）を形成するように、再分配処理区域は、上流のプロセス区域の下流にあり、そしてそれに直接隣接する場合がある。特定の具体的実施態様において、上流の処理区域と隣接する下流の処理区域との間の容器内には、どんな物理的装置またはバリヤーも配置されていない。上流の処理区域内の固体のプロセス材料要素は、隣接する下流の再分配処理区域内に含まれる処理材料の層中に移動する場合がある。このような移動は典型的には、再分配処理区域の材料の最初の数インチに限定される。固体のプロセス材料要素は、固体のプロセス材料要素がその中に移動した再分配処理区域内に含まれる処理材料の層の、その部分の体積の少なくとも２０％を占める場合がある。特定の具体的実施態様において、固体のプロセス材料要素は、共混合が他の区域からの移動の必要なく達成されるように、最初に処理区域内の材料と混合される。

再分配処理区域は、１フィート（３０．４８ｃｍ）以下の深さを有する場合がある。再分配処理区域は、２フィート（６１ｃｍ）以下の深さを有する場合がある。再分配処理区域は、４フィート（１２２ｃｍ）以下の深さを有する場合がある。

再分配処理区域は、処理材料（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む場合がある。このような材料は、床容器の内側の寸法に適合する少なくとも１層の、固定され、ぴったり合わされた材料を含む場合がある。繊維のメッシュのような、このようなぴったり合わされた材料は、流れの再分配を促進する多孔質の構造物を提供する。あるいはまた、処理材料は、複数の処理要素（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む場合がある。処理要素は、個別の処理要素の場合がある。処理要素は、層状に配置される場合がある。処理要素は、ランダムに充填された処理要素の場合がある。１個以上の処理要素がセラミックの網状体の場合がある。１個以上の処理要素は、擬似長円体形（ｑｕａｓｉ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の処理要素は、三軸の（ｔｒｉａｘｉａｌ）長円体形を有する場合がある。１個以上の処理要素は、上下に偏平な偏球体形（ｏｂｌａｔｅ ｓｐｈｅｒｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の処理要素は、上下に偏長な偏球体形（ｐｒｏｌａｔｅ ｓｐｈｅｒｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の処理要素は、練炭形（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の処理要素は、非対称的偏球体形を有する場合がある。１個以上の処理要素は、非球状の（ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ）長円体形を有する場合がある。１個以上の処理要素は、その中に少なくとも１個の開口が形成される場合がある。１個以上の処理要素は、それを通して少なくとも１つの開口が形成される場合がある。１個以上の処理要素は、それらの表面上に１個以上の隆起（ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）が形成される場合がある。隆起は、溝、羽根、突っ張り（ｓｔｒｕｔｓ）、フィラメント、スパイク状体（ｓｐｉｋｅｓ）または毛髪状体のうちの１個以上を含む場合がある。

特定の具体的実施態様において、複数の処理要素を含む再分配処理区域がプロセス区域の隣接する下流に配置されている床容器中の、そしてその全体にわたる、１本以上の流れの流量分配を改善する方法が提供される。このような構成において、上流のプロセス区域内の固体のプロセス材料要素は、再分配処理区域内に移動して、再分配処理区域内の処理要素と混じり合って、固体のプロセス材料要素と処理要素との両方およびそれらの機能性を含む組み合わせ区域を形成する場合がある。

特定の具体的実施態様において、複数の処理要素を含む再分配処理区域がプロセス区域の隣接する下流に配置されている床容器内の、そしてその全体にわたる、１本以上の流れの流量分配を改善する方法が提供される。このような構成において、上流のプロセス区域内の、固体のプロセス材料要素は、再分配処理区域内の処理要素と混じり合って、固体のプロセス材料要素と処理要素との両方およびそれらの機能性を含む組み合わせ区域を形成する。

図１Ａは、本発明の主題の具体的実施態様に従う、複数の区域を有する床容器の部分的側面断面図である。 図１Ｂは、複数の区域を有する床容器の部分的側面断面図で、本発明の主題の具体的実施態様に従う、前記区域の間に透過性バリヤーを有する床容器内の隣接区域の拡大図を伴う。 図２Ａは、本発明の主題の具体的実施態様に従う、複数の区域を有する床容器の部分的側面断面図である。 図２Ｂは、本発明の主題の具体的実施態様に従う、床容器内の２つの隣接区域の間の組み合わせ区域の拡大図を伴う、複数の区域を有する床容器の部分的側面断面図である。 図３は本発明の主題の具体的実施態様に従う、空の試験容器に対する流れの再分配試験の結果を示すグラフである。 図４は本発明の主題の具体的実施態様に従う、ランダムに充填された３／４”（１．９ｃｍ）のサポートボールの試験要素の床に対する、流量の再分配試験の結果を示すグラフである。 図５は本発明の主題の具体的実施態様に従う、ランダムに充填された処理要素の床に対する、流量の再分配試験の結果を示すグラフである。

本発明の主題は好適な実施態様と関連して説明されるが、本発明の主題をその実施態様に限定することは意図されないことが理解されるであろう。その反対に、添付の特許請求の範囲により規定される通りに、本発明の主題の趣旨および範囲内に含まれる可能性があるように、すべての代替発明、改変発明および均等発明を網羅することが意図される。

本発明の主題の具体的実施態様に従う、床容器内の１本以上の流れの流量の再分配および側方への再分散を促進するための方法の、様々な具体的実施態様が提供される。

本発明の主題において記載される「再分配」の概念は、床容器内に含まれる内容物を横切る、またその全体にわたるプロセス流の分割および分散に関する。このような分割および分散は、不都合な流れの合流効果に対抗するために配置される再分配処理区域により促進される。該合流効果は、流れの流路形成（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）を誘発し、そして最善でも、床容器内に設置されたプロセス区域の目的とされた性能の達成を妨げ、そして最悪なら、運転のリスクを増大させる危険な運転環境を誘発する。

特定の具体的な実施態様において、このような床容器内に、内部材料および構造物並びに複数の運転区域が配置される。１つのタイプの運転区域は、固体のプロセス材料（プロセス助剤）（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）の１つ以上の床からなる含むプロセス区域の場合がある。第２のタイプの運転区域は、処理区域の場合がある。処理区域は、プロセス区域から流出し、またはそれに流入する１本以上の流れの分配および分散を促進する場合がある。分配は、流れと、プロセス区域内に含まれる固体のプロセス材料要素の床との間の接触を促進する場合がある。上流のプロセス区域と下流のプロセス区域との間に配置される処理区域はまた、再分配処理区域と呼ばれる場合もある。

特定の具体的な実施態様において、再分配処理区域は床容器内に使用される場合がある。再分配処理区域は、固体のプロセス材料要素の下流のプロセス区域の床を横切りそしてその全体にわたる、所望される流れの流量再分配および再分散を促進するのに十分な深さおよび部位に処理材料を含む場合がある。

特定の具体的な実施態様において、再分配処理材料は、床容器の内部寸法に適合する少なくとも１層の、固定されぴったり合う材料を含む場合がある。あるいはまた、再分配処理材料は、ランダムにまたはそうではなく処理区域の層内に充填された、複数の、個別の処理要素の形態の場合がある。

特定の具体的な実施態様において、個別の再分配処理要素は、ディスク、球、リング、車輪、中空管、等を含む様々な形状とサイズを有する場合がある。１個以上の再分配処理要素は、その中のそして／またはそれを通る少なくとも１個以上の開口を有する場合がある。１個以上の再分配処理要素は、限定されずに、溝（ｆｌｕｔｅｓ）、羽根（ｆｉｎｓ）、突っ張り（ｓｔｒｕｔｓ）、フィラメント、スパイク状体または毛髪状体を含む場合がある１つ以上の隆起（ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）がそれらの表面上に形成される場合があ
る。１つ以上の再分配処理要素は、セラミックの網状体（ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｓ）の場合がある。網状体は、要素内のそしてそれを通る、複数の、相互連絡された流動体流の経路を形成する１つ以上の開放セル（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ）を有することを特徴とする。このような経路は、曲がりくねった（ｔｏｒｔｕｏｕｓ）幾何学構造を有する場合がある。それらの開口、隆起および相互連絡された内部の流動体流の経路を含むこのような再分配処理要素は、流れの分割および再分配を促進する広い表面積を有する。このような再分配処理要素は以後、「処理要素」と呼ぶこととする。

特定の具体的な実施態様において、１個以上の処理要素は、擬似長円体形（ｑｕａｓｉ
ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。例えば、１個以上の擬似長円体形の処理要素は、三軸の長円体形を有する場合がある。１個以上の擬似長円体形の処理要素はまた、上下に偏平な偏球体形（ｏｂｌａｔｅ ｓｐｈｅｒｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の擬似長円体形の処理要素はまた、上下に偏長な偏球体形（ｐｒｏｌａｔｅ ｓｐｈｅｒｏｉｄ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の擬似長円体形の処理要素はまた、練炭形（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ ｓｈａｐｅ）を有する場合がある。１個以上の擬似長円体形の処理要素はまた、非対称的長円体形を有する場合がある。１個以上の擬似長円体形の処理要素はまた、非球形の長円体形を有する場合がある。

特定の具体的な実施態様において、上下に偏長な、上下に偏平なおよび非対称的形態の擬似長円体形は、すべて３種の形態に一般化できる、１つの数学的模型を有する場合がある。例えば、上下に偏平なおよび上下に偏長な形態の偏球体は、以下の式：

に従う、包括的な非対称的長円体（ａ＝ｂ、ｂ＝ｃもしくはａ＝ｃ）またはこのような形状に実質的に類似した形状の、特別の例の場合がある。

特定の具体的な実施態様において、練炭形は、各円筒の長円形の面の主軸が同一面上にある２種以上の長円形の円筒、またはこのような形状に実質的に類似の形状の体積測定交差物（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ）と定義される場合がある。

特定の具体的な実施態様において、床容器内の再分配処理区域は、１フィート（３０．５ｃｍ）以下の深さを有する場合がある。あるいはまた、再分配処理区域は、２フィート（６１ｃｍ）以下の深さを有する場合がある。あるいはまた、再分配処理区域は、４フィート（１２２ｃｍ）以下の深さを有する場合がある。

特定の具体的な実施態様において、複数の、ランダムに充填された個別の処理要素を含む再分配処理区域は、２つの区域の間にどんなバリヤーをも伴わずに、上方のプロセス区域に隣接する下流に配置される場合がある。このような構成においては、上方のプロセス区域内の個別の固体のプロセス材料要素は、下流の再分配処理区域内の処理要素の層の上部の数インチ中に移動して、これらの要素と混じり合う場合がある。特定の具体的な実施態様において、典型的な処理要素はそれぞれ、個別の固体のプロセス材料要素の５０倍までのサイズを有する。特定の具体的な実施態様において、幾つかの固体のプロセス材料要素においては、処理要素は、個別の固体のプロセス材料要素の１００倍超のサイズを有する場合がある。特定の具体的な実施態様において、幾つかの固体のプロセス材料要素にお
いては、処理要素は個別の固体のプロセス材料要素の２００倍超のサイズを有する場合がある。

特定の具体的な実施態様において、下流の再分配処理区域の処理要素との、上方のプロセス区域からの、個別の、固体のプロセス材料要素の混じり合い（ｃｏｍｍｉｎｇｌｉｎｇ）は、前記の固体のプロセス材料要素がその中に移動した再分配処理区域のその部分の体積の、少なくとも２０％を）占める固体のプロセス材料要素をもたらす。混じり合った固体プロセス材料要素と処理要素とを含むこのような区域は、本明細書で「組み合わせ区域（ｃｏｍｂｏ－ｚｏｎｅ）」と呼ぶこととし、そこで、固体のプロセス材料要素は混合され、そして／または再分配処理区域中に移動し、そして処理区域内に存在する処理要素と混じり合わされる。組み合わせ区域は、それらが中程度の床の深さを占拠し、そして同時にまた安価に、床容器内で実施される化学プロセス機能および再分配機能の両方を改善するので、それらは特に有益である。

組み合わせ区域の材料の混合を促進するために、床容器の材料の充填法は連続的充填、例えば、再分配区域内に含まれる処理材料の一部の部分的充填、次に固体のプロセス材料要素の部分的充填、次に処理要素そして次のプロセス材料要素の更なる部分的充填、を必要とする場合がある。特定の具体的な実施態様において、この方法における充填は、容器内の１つの区域から他の区域への材料の移動および、化学プロセス運転中の組み合わせ区域内の前記材料の混合を促進すると考えられる。特定の具体的な実施態様において、容器内の１つの区域から他の区域へ移動するためにどんな材料の必要もなく、組み合わせ区域内での材料の混合が最初に達成されるように、材料はまた、充填期間中に混合されてもよい。

再分配処理区域は、再分配処理区域から流出し、その下流のプロセス区域に流入する流動体流の流量再分配および再分散を有効に促進することにより、隣接する下流のプロセス区域の稼働性（ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）および性能を改善するのに十分な深さおよび部位を有する場合がある。

再分配処理区域は、高価で、危険な従来の構造化工学装置の必要を除去して、価値ある容器の体積（すなわち、床の深さ）を更なるプロセス材料（例えば、触媒）のようなより生産的用途のために解放することができる。

特定の具体的な実施態様において、床容器の内容物は、複数のプロセス区域、処理区域および／または組み合わせ区域を含むように設計される場合がある。全体的な床容器の性能は各区域の適切な性能に左右される。化学プロセス機能性をもつ区域は、該プロセス区域を通過する流れがプロセス区域内の固体のプロセス材料要素と有効に相互反応する程度に応じて、それらの目的とする機能を果すことができる。処理機能性をもつ区域は、適切に分配された流れが化学プロセス機能性をもつ区域に送達されることを担保する場合がある。床容器自体の寸法の制約内で、床容器の性能を最大化することは、処理材料により占拠される空間（すなわち、床の深さ）を最小化し、そしてプロセス材料要素により占拠される空間（すなわち、床の深さ）を最大化することにより達成されるのが典型的な場合がある。例えば、特定の具体的な実施態様における本発明の主題は、そのサイズが米粒のサイズからトウモロコシの粒までばらつく、比較的小型の個々の要素からなる固体のプロセス材料要素のプロセス区域に関する。

従来の対策と比較して、本発明の主題は、（ｉ）計画、化学プロセス、設置、運転、そして維持するのに、より安価で、かつ複雑でない、（ｉｉ）更なる固体のプロセス材料要素のような、より生産性の高い床容器の内容物で、より良く充填される場合がある床容器内の自由な体積（すなわち、床の深さ）を有する、（ｉｉｉ）「閉じ込め関連施設に伴う
運転のリスクを回避する、そして（ｉｖ）流れと床容器のプロセス材料との間の増加した接触および相互作用により、床容器の性能および採算性を改善する：という流れの流量再分配の選択肢を提供する点で有利である。

本明細書には、床容器内の１本以上の流れの流量を再分配する方法の様々な具体的な実施態様が提供される。今度は図１Ａにおいて、その中に２つのプロセス区域４０、６０が配置されている床容器１０が示されている。床容器１０は下降流構成で示されているので、１本以上の流入流１００は入口２０で床容器１０に流入し、そして１本以上の生成物流６００は出口７０で床容器１０から流出するであろう。

特定の具体的な実施態様において、流入流１００は容器に流入して、要素３５を含む「上部の床」区域３０を通過する。上部の床区域は、プロセス区域４０の断面を横切る流入流１００の分配を促進する場合がある。上部の床区域はまた、流入流１００内に含まれる粒状汚染物の瀘過を促進する場合がある。上部の床区域はまた、流入流１００内に含まれる望ましくない化合物を低減（低下：mitigate）させる場合がある。「上部の床」区域３０から流出する流れ２００は、プロセス区域４０に流入する前に、これらの望ましい特性を有すると考えられる。

特定の具体的な実施態様において、プロセス流２００はプロセス区域４０内で化学プロセスされ、そして生成されるプロセス流３００は区域４０から流出する。処理要素５５を含む再分配処理区域５０は、第１のプロセス区域４０の下流の床容器１０内に提供される場合がある。特定の具体的な実施態様において、１本以上の流れ３００の流量は、下流のプロセス区域６０に導入される前に、再分配処理区域５０内で分割、再分配される場合がある。

図１Ｂは、プロセス区域４０と６０との間に配置された、処理要素５５を含む再分配区域５０の拡大図を示す。この実施態様においては、流れ３００を、区域４０から５０にまだ通過させながら、再分配処理区域５０からプロセス区域４０を分離し、そしてプロセス区域の材料４５の移動を妨げるために、プロセス区域４０と再分配区域５０との間に透過性バリヤー８０が配置されている。言い換えると、再分配処理区域５０は上流のプロセス区域４０に直接隣接し、そして、区域４０からのプロセス材料４５は区域５０中に移動することはできないが、流れはバリヤー８０を通過することができるように、区域５０と４０との間に透過性バリヤー８０が配置されている。特定の具体的な実施態様において、透過性バリヤー８０はワイアの篩目（ｓｃｒｅｅｎ ｍｅｓｈ）の場合がある。

図２Ａおよび２Ｂは、図１Ａおよび１Ｂにおけるものに類似の床容器の構成を示す。しかし、図２Ｂの拡大図に示されるように、上方のプロセス区域４０と再分配処理区域５０との間にはバリヤーは配置されていない。このような実施態様において、プロセス区域の材料（助剤）４５の個々の要素は、再分配区域の処理要素５５の上部の数インチの層中に移動して、それと混じり合う場合がある組み合わせ区域を形成する場合がある（図２Ｂに示されるように）。

プロセス区域と再分配処理区域との間にバリヤーの制約をもたない、このような組み合わせ区域の構成は、以下の利点を有する。（ｉ）このようなバリヤーのデザイン、化学プロセス、設置、運転および維持のコストの必要性を除外し、（ｉｉ）このようなバリヤーを設置するために要する空間を節約し、（ｉｉｉ）所望の流れの再分配を達成するために要する空間を最小にし、（ｉｖ）バリヤーの不在により増加される空間中のプロセス区域の材料の添加によるプロセス区域の性能の増加を可能にし、（ｖ）組み合わせ区域内のプロセス区域の材料の存在により、更なるプロセス区域の性能を増大し、そして（ｖｉ）流れと容器のプロセス区域の材料との間の相互作用を増加することにより、床容器の性能お
よび採算性を増加すること：
特定の具体的な実施態様において、組み合わせ区域は、再分配処理区域５０の最初の数インチの深さを含むと考えられる。これは、実質的に容器を充填する運転区域を含む、１００フィート（３０．４８ｍ）以上の高さを有する場合がある床容器の状況下にある。特定の具体的な実施態様において、組み合わせ区域は、再分配処理区域５０の深さの、最初の約２インチ（５．０８ｃｍ）を含むと考えられる。特定の具体的な実施態様において、組み合わせ区域は、再分配処理区域５０の深さの、最初の約６インチ（１５．２４ｃｍ）を含むと考えられる。特定の具体的な実施態様において、組み合わせ区域は、再分配処理区域５０の深さの、最初の約１２インチ（３０．４８ｃｍ）を含むと考えられる。

特定の具体的な実施態様において、図１Ａに示すように、再分配処理区域５０は、プロセス区域４０からプロセス区域６０中そして／または、容器１０内の他の、下方に位置する区域中へのプロセス流の再分配を促進するために、容器１０の上方領域にまたはその近位に配置される場合がある。これに関して、図１Ａに示されるような区域から下流に配置される容器１０内の流れ５００と６００との間に配置された１つ以上のプロセス区域および再分配区域が存在する場合がある。

特定の具体的な実施態様において、流れの再分配は、主として、流れを再分配区域の処理要素の表面と接触させることにより促進される。これらの表面は処理要素の外面と処理要素の内面とを含む。処理要素の内部の幾何学構造は、開口、隆起および複数の相互連絡した内部の流動体流の経路により形成される広い表面積を形成する。

特定の具体的な実施態様において、個々の処理要素の表面積は、７０％ないし９０％の内部表面積であり、残りは外部表面積の場合がある。その結果、処理要素の特定の体積に対して、より密に充填する処理要素の形状は、より緩く充填する処理要素の形状より広い表面積を提供する。従って、充填される処理要素の体積当りの流れの流量再分配能は、充填密度が増加するに従って増加する。これは、充填密度が増加するに従って減少する、充填される処理要素の間の外部の空の空間にも同様に当てはまる。

特定の具体的な実施態様において、床容器内の所望レベルの流れの流量再分配を達成するために処理区域内に要する材料の量は、主として、処理要素に対して外部の空隙を含まない材料の総体積の関数である。円筒網状体と比較して、擬似長円体形の処理要素は個々の要素の間に、より少ない空隙空間を伴って充填される傾向をもつ。例えば、擬似長円体形の処理要素の処理区域は、円筒網状体の処理区域に対する４０ないし５５％と比較して、２５ないし３５％の外部空隙空間を有する場合がある。所望レベルの流れの流量再分配を達成するために、これは、同量の円筒網状体により形成されるものより深さの浅い、擬似長円体形の処理要素の処理区域をもたらす場合がある。これは床容器内の空間を節約する。

更に、１本以上のプロセス流の流量を再分配する、個々の処理要素の処理区域の能力は、一部は、各処理要素がその近隣の要素と接触する接点の数に左右される。接点を最大にすると処理区域を通る流れの流量再分配を促進する。擬似長円体形の処理要素の処理区域は、円筒状または球状網状体の均等な層よりも６０ないし９０％多くこれらの接点を有する場合がある。

本発明の主題の、より良い理解を促進するために、特定の実施態様の特定の局面の、以下の実施例が与えられる。以下の実施例は絶対に、本発明の主題の範囲を限定または規定するものと解釈されてはならない。

本発明の主題の特定の具体的な実施態様に従う、上流の床容器のプロセス区域から流出しそして床容器の再分配処理区域を横断し／通過する（ｔｒａｎｓｉｔ／ｐａｓｓｉｎｇ）プロセス流の流路形成の低下／除外／破壊／減少を含む、プロセス流の再分配を示すための実験を実施した。

約１２インチ（３０．４８ｃｍ）の直径および３６インチ（９１．４４ｃｍ）超の高さを有する、垂直な円筒状容器を含む、試験構造物を組み立てた。容器の中心点の上方に位置するノズルを使用して、容器中に液体を通過させた。円筒状容器は、３６インチ（９１．４４ｃｍ）の深さまでの、ランダムに充填された試験要素の床のための十分な空間を提供した。それぞれ１／４”（０．６２ｃｍ）の直径を有する、３００を超える孔を、容器の底部を通る規則的な格子形に設けた。各孔は、孔を通って容器から流出する液体を回収し、測定するために使用されるプラスチック管に個々に接続された。これらの孔は容器の断面積の二次元の格子区域を表わす。各孔を通して回収される液体は、容器の断面積を横切る流入液体の分布を示す。

液体を容器中にノズルを通してポンプで送った。液体の流れは市販の床容器のプロセス区域に生じる流路形成流を模倣している。１つのテストラン（ｔｅｓｔ ｒｕｎ）において、容器は空であった。他のテストランにおいて、様々なタイプおよび深さの試験要素を容器に入れた。各テストランにおいて、容器の底部の、管で接続された孔を介して、液体の代表的な量を得るのに十分な時間を経過させた。データの収集および分析により、試験要素の床を通る液体を側方に分散させ、そして容器の底部の孔を通って容器から流出する試験要素の能力を示すグラフプロットを作成した。

試験要素を容器内に入れる典型的な実験において、液体が試験要素の周囲およびその中を流動するときに液体は分散されて、格子区域の孔を通って容器から流出し、そして下方の管中に回収される。各管中に回収される水量が測定され、要素が流量の再分配を促進する程度を示すグラフが作成される。

流れの再分配試験の結果のグラフプロットは図４ないし６に示される。容器の格子区域における孔に接続された管を通って回収された液体の量が示される。図４は空の試験容器に対する流量の再分配試験の結果を示す。図５はランダムに充填された３／４”（１．９ｃｍ）のサポートボールの試験要素の床に対する流れの再分配試験の結果を示す。図６は本発明の主題に従う、ランダムに充填された処理要素の床に対する結果を示す。

図４において、容器内に試験要素は存在せず、液体が空の円筒中に流入したときは、管の土手は、結果Ｌ_factにより測定されたように、５％超だけの液体が側方に分配されたことを示す。５％超の結果は、実質的にすべての液体が、容器の格子区域の中心またはその近位の孔を通して容器から流出したことを示す、容器の中心線の孔を通過した液体を含む。図５において、ランダムに充填されたサポートボールの床は、容器の格子区域を横切って、液体の５５％超だけの側方分配を達成した。図６において、本発明の主題に従うランダムに充填された処理要素の床を使用するテストランは、容器の格子区域を横切って液体の９２％超の側方の分配を達成した。

これらの試験結果から、本発明の主題に従う処理要素の床は、上流のプロセス区域から流出する流路形成された液体流の再分配を促進する場合があることが認められるはずである。次に前記の再分配流は、下流のプロセス区域内で、流れとプロセス区域の要素との間の改善した接触を提供する側方分散流として下流のプロセス区域に流入する場合がある。

明白な改変発明および均等発明は当業者に対して明白であろうから、本発明の主題は、図示され、説明された構成、運転、正確な材料または実施態様の正確な詳細に限定される
べきではないことは理解されるはずである。従って、本発明の主題は、添付する特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

Claims (27)

1. 化学プロセス容器内の１本以上の流れの流量分配を改善する方法であって、
   １本以上の流れを、前記プロセス容器内の上流のプロセス区域と下流のプロセス区域とを通って通過させる工程と、
   １本以上の流れを、上流のプロセス区域と下流のプロセス区域との間に位置する再分配処理区域を通って通過させる工程とを含み、
   前記上流のプロセス区域と前記下流のプロセス区域とはそれぞれ、プロセス材料の１つ以上の床を含み、前記再分配処理区域は処理要素を含み、該再分配処理区域は、前記上流のプロセス区域から流出する流れの流路形成を低下させ、前記下流のプロセス区域内の１本以上の流れの流量の側方への再分配に影響を与える、方法。
2. 前記上流のプロセス区域からの特定のプロセス材料が再分配処理区域中に移動して、プロセス区域の機能性と処理区域の機能性との両方を有する組み合わせ区域を形成することができるように、前記再分配処理区域は、前記上流のプロセス区域に直接隣接している、請求項１の方法。
3. 前記再分配処理区域は、前記上流のプロセス区域に直接隣接し、透過性膜が前記再分配処理区域と前記上流のプロセス区域との間に配置され、前記上流のプロセス区域からのプロセス材料は前記再分配処理区域中に移動することはできないが、前記流れは前記膜を通過することができる、請求項１の方法。
4. 前記上流のプロセス区域と前記下流の再分配処理区域との間の前記容器内に、いかなる物理的装置も配置されていない、請求項２の方法。
5. 前記プロセス材料は、前記再分配処理区域内に含まれる処理要素の層中に、数インチの深さまで移動する、請求項２の方法。
6. 前記プロセス材料は、その中にプロセス材料が移動した再分配処理区域内に含まれる処理要素の層の、その部分の体積（ｖｏｌｕｍｅ）の少なくとも２０％を占拠する、請求項２の方法。
7. 前記再分配処理区域は、１フィート（３０．５ｃｍ）以下の深さを有する、請求項１の方法。
8. 前記再分配処理区域は、２フィート（６１ｃｍ）以下の深さを有する、請求項１の方法。
9. 前記再分配処理区域は、４フィート（１２２ｃｍ）以下の深さを有する、請求項１の方法。
10. 前記再分配処理区域は複数の処理要素を含む、請求項２の方法。
11. 前記処理要素は個別の処理要素である、請求項１０の方法。
12. 前記個別の処理要素は前記床容器の内側の寸法に適合された形態である、請求項１１の方法。
13. 前記処理要素はランダムに充填された処理要素である、請求項１０の方法。
14. 前記１つ以上の処理要素はセラミックの網状体である、請求項１０の方法。
15. 前記１つ以上の処理要素は擬似長円体形を有する、請求項１０の方法。
16. 前記１つ以上の処理要素は三軸の長円体形を有する、請求項１０の方法。
17. 前記１つ以上の処理要素は上下に偏平な偏球体形を有する、請求項１０の方法。
18. 前記１つ以上の処理要素は上下に偏長な偏球体形を有する、請求項１０の方法。
19. 前記１つ以上の処理要素は練炭形を有する、請求項１０の方法。
20. 前記１つ以上の処理要素は非対称的偏球体形を有する、請求項１０の方法。
21. 前記１つ以上の処理要素は非球状の長円体形を有する、請求項１０の方法。
22. 前記１つ以上の処理要素には該処理要素の中に少なくとも１つの開口が形成されている、請求項１０の方法。
23. 前記１つ以上の処理要素には該処理要素を貫通する少なくとも１つの開口が形成されている、請求項１０の方法。
24. 前記１つ以上の処理要素には該処理要素の表面上に１つ以上の隆起が形成されている、請求項１０の方法。
25. 前記隆起は、溝、羽根、突っ張り、フィラメント、スパイク状体または毛髪状体の１つ以上を含む、請求項２４の方法。
26. 固体のプロセス材料の床を含む少なくとも２つのプロセス区域が配置されたプロセス容器内の１本以上の流れの流量分配を改善する方法であって、
    前記プロセス区域の間に少なくとも１つの再分配処理区域を配置する工程を含み、
    該再分配処理区域は、運転可能な複数の処理要素を含み、前記流れの流路形成を低下させて再分配処理区域を通る流れの流量を再分配し、
    前記プロセス材料は、前記再分配処理区域内で前記処理要素と混ざり合って、前記プロセス材料と前記処理要素との両方を含む組み合わせ区域を形成する、方法。
27. プロセス容器内の１本以上の流れの流量分配を改善する方法であって、
    プロセス区域の間に少なくとも１つの再分配処理区域を配置する工程を含み、
    前記プロセス容器には、その中に固体のプロセス材料の床を含む少なくとも２つのプロセス区域が配置され、前記再分配処理区域は、運転可能な複数の処理要素を含み、流れの流路形成を低下させて再分配処理区域を通る流れの流量を再分配し、前記再分配処理区域の上流に配置されたプロセス区域内のプロセス材料は、前記再分配処理区域内に移動し、該再分配処理区域内で処理要素と混じり合って、プロセス材料と処理要素との両方を含む組み合わせ区域を形成することができる、方法。

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