JP2859670B2 - 下降流反応器のための分散系 - Google Patents

下降流反応器のための分散系

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多くの重ね合わされた反応床を含む下降流反
応器のための分散系に関する。この種の反応器は、接触
脱ロウ、水素化処理、水素化仕上げおよび水素化クラッ
キングのような種々の反応を行うための化学および石油
精製産業において使用される。本発明の分散器系は液体
および気体間の混合相反応の実施に特に有用である。
液体または混合相液体／気体混合物を特定の固体の充
填床を通過させるために化学、石油精製および他の産業
で使用される反応器が、種々の異なるプロセスにおいて
用いられる。石油精製産業におけるそのようなプロセス
の典型は、接触脱ロウ、水素化処理、水素化脱硫、水素
仕上げおよび水素化クラッキングである。これらのプロ
セスにおいて、液相が典型的にガス相すなわち気相と混
合され、混合物は下降流反応器の充填床内に維持された
粒状触媒を流通する。それ自体が水素化処理プロセス中
に気相中に更なる成分、例えば硫化水素およびアンモニ
アを製造し得る化学反応が起き、そのような反応が気相
反応体の一部を消費し得るので、更なる気体反応体、例
えば、水素を反応体経路に沿った種々の位置において添
加することがしばしば必要である。他の反応は熱交換手
段を用いることができ、例えば、クエンチ水素が装置の
異なる位置において添加または取り出される。これを行
うために、床の頂部において反応体相を良好に分散さ
せ、少なくとも床の頂部において床を通過する流れが均
一になるように、連続的な各床の上に分散器プレートを
有する重ね合わせられた床に接触固体が一般的方法によ
り配される。反応体を良好に分散させることにより、床
が最も効果的および効率的に使用され、最も予想される
方法で所望の反応が起こり、望ましくない発熱または他
の問題となる条件が生ずる可能性が減少する。
多くの異なる種類の分散プレートが知られている。一
部のものは単純であり、貫通または溝付プレートにすぎ
ない。他のものは、所望の反応体流均一性を促進し、良
好な液体／気体接触を達成するための種々の形状の堰ま
たは他の仕掛けを有する。例えば、接触水素化脱硫（CH
D）反応器に用いるための分散器プレートを記載してい
る米国特許第4,126,539号が参照される。
一つの種類の系は、触媒床の上側面における液体の均
一な広がりを容易にする二つの分散器トレイへの反応器
に液体を送るための液体分散器トラフおよびスプラッシ
ュプレートと結合した入口円錐形そらせ板を含む。分散
器トレイは、二つの機能を有する一連の間隔をあけたラ
イザーを含む。それにより気体がトレイを下方に通過す
ることができ、それは液体下方流導管としても作用し、
液体がライザーの側部の堰溝を通過する。しかしなが
ら、堰を通過する液体流の性質が、この種の設計を、組
み立てまたは取付中に導入されるトレイの非平坦性に対
して非常に敏感にする。
分散器のもう一つの例は、広範囲の液体供給速度を含
むことを主目的とした米国特許第3,524,731号の充填床
のための混合相流れ分散器である。液体流は通常、液体
下降パイプを通過するが、液体速度が非常に高いと、一
部の液体は溢れ出して三角堰を通過して気体煙突に入
る。しかしながら、通常の操作中、煙突は液体を輸送せ
ず、それ故に床に入る液体流の数に寄与しない。液体を
輸送する期間においても、管を通過する流れと比べて煙
突を通過する液体流の変化は大きい。
米国特許第3,353,924号は幾分異なる手段を開示して
いる。すなわち、液体管への流れがさらに一対の切込み
堰を通過し、上記不利益がその系についても適用され
る。気体煙突中には液体流が存在せず、従ってトレイの
上に配され得る均一な間隔をおいた液体流の数が制限さ
れる。
この種の系が、例えば、米国特許第4,126,539号に示
されている。液体流は、穴および堰の流れの組み合わせ
により、気体降下管のみを通過する。降下管間のトレイ
領域は液体分散に使用されず、堰流の使用により分散形
式がトレイ上の流体の高さの変化に影響を受け易くな
る。
他の手段が、液体が降下管の穴しか流通しない米国特
許第4,126,540号および同第4,140,625号に見られる。降
下管の間のトレイ領域を利用する試みは無く、降下管の
大きさが、トレイの機械的安全性を維持する必要性と合
わさって、触媒床に入る液体流の数が最大になることを
防止する。
液体分散も他の情況において関心事である。例えば、
米国特許第2,924,441号の開示は、充填塔における蒸留
の気体吸収におけるような気／液相用の液体分散器の設
計に関する。記載された分散器は、並流の下降流接触反
応器において見られる良好な初期液体分散を求める特別
の要求に取り組もうとはしていない。
他の形状の分散器が米国特許第3,541,000号に示され
ている。この系は、各下降管に溢流が入る前にプレート
の上に所望の高さの液体を維持し、下側の床への気体の
流通も許容しなくてはならない液体降下管を備えたプレ
ートを用いる。この系は、二つの不利益を有する。第１
は、完全に水平な位置に組み立ておよび取り付けられて
いなければ、降下管の頂部の構造がプレートを通過する
液体流速をかなり変化させることである。降下管内への
液体速度は、堰の下方端部の上側の液体の高さが高くな
ると激増し、プレートが水平でなければ、プレートの一
端における液体の高さが高くなると、プレートの低い側
の液体流が大きく増加し高い側は減少する。液体および
気体流のための降下管の使用は、気体が液体中を下方に
通過して沈んでいる開口に達するということはないの
で、この問題を悪化させる。すなわち、プレートの低い
側の堰が沈むと、液体流が増加するのみならず、気体流
が完全に遮断され得る。すなわち、所望の反応が少なく
とも反応床の一つの側ではほとんど完全に妨げられ得
る。
本発明は、反応器を通過する分散の改良された均一性
および改良された液相と気相との混合を提供する下降流
反応器のための分散器プレートを提供する。これは、液
体流を気体流と独立に流すことができ、高さの誤りに比
較的敏感である。したがって、これは他の多くの種類の
分散器より非常に容易に組み立ておよび取り付けること
ができる。
本発明によれば、多段床下降流反応器の床間に用いる
ための分散器系は、 （ｉ）気体および液体を受ける収集トレイ、 （ii）収集トレイの下側の混合チャンバー、 （iii）収集トレイの上側から混合チャンバー内への気
体および液体の流路を提供する放出路、 （iv）液体の下降流のための開口および気体の下降流の
ための煙突を有する、混合チャンバーの底部の第１の分
散器トレイ、および （ｖ）その側部に液体が入る開口を有する直立頂部開放
管を有してなる液体および気体の下降流のための降下管
を有する第２の分散器トレイ を含んでなる。
分散器系を気体が床の間に射出される反応器に使用す
る場合、射出位置は収集トレイの上側または下側に設け
ることができるが、最良の気体／液体接触を得るために
は、収集トレイの上側に設けることが好ましい。
第１の分散トレイの煙突は、液体および気体流を、両
者が予想される速度で流れるようにこの位置において分
離することができる。さらに、このトレイは、分散器の
下側の床を通過する流れに高度の均一性を提供する第２
のおよび最終トレイに粗い初期液体分散を提供する。第
１の分散器トレイの気体煙突は、好ましくは、第１のト
レイから第１のトレイ上に存在する液面を越える高さま
で上方に延びている穴のあいていない頂部解放管であ
る。液体が通常より高い位置まで上昇する場合、これら
の管の頂部に、液体流の堰を提供するために溝を設けて
よい。煙突を下降する液体を散らせて第２の分散器トレ
イ中に分散させるために、管の底部の周囲に気体出口が
設けられるように開口プレートを管の底部に取り付けて
もよい。
触媒床における均等な分散を保証するために、第２の
分散器トレイはトレイに均等に配置された多数の組み合
わせ気体／流体降下管を有する。これらの降下管は、ト
レイ上に液体プールが維持されるようにトレイから上方
に延びている直立管である。各降下管は液体流が降下管
に入るように側部に開口を有する。開口はいかなる都合
のよい形状であってもよく、好ましくは円形であるが、
通常の操作においてトレイ上の液体プールの最上面の下
側となるような大きさおよび位置であることが好まし
い。これにより降下管に提供される流れを予想すること
さえできる。これらの側部開口への流れは開口より上側
の液体の深さの平方根に比例するので、開口が全て沈ん
でしまうと、降下管への液体流速は液体の高さの変化に
比較的敏感である。この理由から、本発明の分散器系は
絶対的水平を必要としないので組み立ておよび取り付け
が容易である。
降下管は、好ましくは、第１のトレイから下降する液
体が直接降下管に入ることを防止し、予想できない流速
の変化を提供するために、解放頂部端の上にバッフルを
有する。それらは、トレイ上の液面高さが通常より高い
場合、液体流の堰を提供するために上端に溝を設けるこ
とも好ましい。
添付の図面において、第１図は、本発明の分散器系を
示す多段床反応器の部分的垂直断面図であり、第２図
は、第１図の２−２′部分の平面図である。
第１図は、多段床下降流反応器の床間の断面を簡単に
示す。下降流反応器の構造は一般的なものであり、グリ
ッドおよび分散器プレートの支持体の詳細はわかり易く
するために示さない。反応器の壁10および触媒支持グリ
ッド11が、反応体としてまたは反応生成物として含まれ
る気体と一緒に液体がそこを流れる触媒または他の粒状
接触固体の上方床を支持する。明瞭のために、触媒は示
さない。支持グリッドは一般的な種類のものであってよ
く、直接または液体もしくは気体を触媒の上方床から下
方に流しグリッドを通って下側の分散器系に送らせる支
持ボールにより触媒を支持する。上側触媒床から出てく
る液体を収集するために触媒支持グリッド11の下側に収
集トレイ12が設けられる。射出気体の均一な初期分散を
得るために気体射出ライン14に連結されたスパイダー13
により、蒸気射出点が提供される。例えば、接触水素化
脱硫（CHD）のような水素化処理反応器において、水素
がこの点においてクエンチとして射出される。他の気体
射出装置も使用することができ、要すれば、この位置に
おいて気体を取り出すこともできる。
放出路を通過して下側の混合チャンバー16に入る前に
液体プールをトレイ12の上側に蓄積されるように、複数
の放出路15を収集トレイ12に提供する。放出路は、下降
液体および気体の通路17を提供する直立降下管を含んで
なる。放出路は収集トレイ12の下側に、横方向に面し液
体が環状混合チャンバー100に接して入るような出口18
を有する。環状混合チャンバー100は、収集トレイ12お
よび環状混合チャンバー100内に液体プールを提供する
ための直立リム21を有する下側の管状トレイ20に接合さ
れた円筒状垂直壁部分19を有する。放出路15の横方向に
面する出口18は環状混合チャンバー100内の液体に回転
または渦巻き運動を付与し、その点における良好な内部
混合および液体の温度平衡を促進する。液体はエッジま
たはリム21を越えて溢れ、環状混合チャンバー16の中心
開口の下側に直接設けられたそらせ板22の上に流れ落ち
る。
それせ板22は、液体および気体を反応器において最初
に粗く分散させる第１の粗分散トレイ30に固定される。
第１の分散器プレート30には、中心のそらせ板22の回り
の領域に多数の液体下降流開口31（明瞭のために一部の
みを第２図に示す）が設けられている。通常、液体プー
ルがトレイ30の上に蓄積され、そこを通過する気体の流
れが妨げられるようにこれらの開口を覆う。反応器の下
方部分に気体を流入させるために、好適には反応器流れ
領域を二つに等分する円の円周近くの位置において、ト
レイの回りに輪を形成するように複数の気体煙突32を提
供する。気体煙突の数は従来のように所望の流速および
他の条件により選択される。各気体煙突は、第１の分散
器トレイ30から上方に突き出ている頂部解放穴無し直立
管33を有してなる。溢出を防止するために更なる反応器
流通が必要な位置までトレイ30上の液面が達する場合、
各煙突管の頂部周囲に、液体流のための堰として作用す
る多くの溝が設けられる。この溝はいかなる構造のもの
でもよく、例えば、図に示すように側面および底面が真
っすぐなものまたはアーチ状のものであってよく、ある
いは、煙突を下る溢流液を制御するために煙突の頂部の
下側に開口を形成してよい。煙突を流下するいかなる液
体も均一に分散されるように、煙突は、好ましくは、液
体開口36が形成されたプレート35からなる分散プレート
をトレイ30の下側のその下方端部に有する。気体を煙突
から流出させるために、煙突の下方端回りに気体出口37
が提供され、大量の液体が煙突を流下する場合、これら
の出口は液体を流通させる。
第２のおよび最後の分散器トレイ40は、下側の触媒床
（図示せず）における気体および液体が分散する多くの
点を提供するために多くの気体／液体降下管を有する平
面プレート41を有してなる。各降下管は、プレート41か
ら上方に延びる直立管42を有してなる。各管は、通常の
操作中にプレート41上に形成される液体プールの最上面
の下側に位置する一またはそれ以上の開口43をその横側
に有する。降下管中の全ての開口の数および寸法は、所
望の流速により選択され、通常、第２の分散器プレート
の高さの変化に拘わらず液体流の最大の均一性が達成さ
れるように開口全部が沈むことが好ましい。上述したよ
うに、液体の各開口への流入速度は開口の上側の液体の
高さの平方根に比例して変化し、従って下降管への流入
速度は分散器プレート40の高さの変化に比較的影響され
ない。しかしながら、このトレイ上の液体高さが開口が
部分的に覆われない位置まで下がると、トレイの水平高
さの変化は反応器を通過する流速を比較的大きく変化さ
せる。この理由のために、開口を完全に沈めた操作が好
ましい。気体を入れて下側の触媒床に流下させるために
降下管は頂部が解放されているが、第１の粗い分散器プ
レートからの液体が降下管に直接入ることを防止し設計
流速からの予期できない相異を提供するために、バッフ
ル44が降下管の解放頂部の上側に配される。更に、第２
のトレイの液面が通常の高さより高くなる場合、降下管
は、更なる液体流を提供するために、頂部に液体堰を有
する。気体煙突の場合と同様に、堰は任意の都合の良い
形状であってよいが、溝45により提供される直線的溝付
堰が好適である。降下管の底部は気体および液体を下側
の触媒床に入れるために解放されている。
この分散系は、クエンチ気体または他の気体の分散系
への射出を改良し、気体、液体および射出気体の混合を
改良し、反応器における分散を改良する。この系は、ス
パイダーの代わりに適当な射出手段を用いてクエンチ液
体と共に使用することもできる。更に、系は形状が比較
的コンパクトで、同程度の分散均一性を提供し得る他の
分散系と比べて反応器内で占める空間が比較的小さい。
第１の分散プレートで起こる別々の気体と液体の分散
は、二相分散において可能性のある問題を避け、分散プ
ロセスの最後においてのみ、最終分散トレイ上の気体／
液体降下管を通して液体が各気体流に射出される。さら
に、上述のような系は、組み立て中に導入される耐性変
化に比較的影響を受けず、種々の条件下での操作中に優
れた分散均一性および気体／液体接触を提供する。
この系は、長い触媒床における改良された液体混合お
よび液体と気体の再分散を提供するためにクエンチ射出
せずに用いることもできる。
フロントページの続き (72)発明者 ルイス、デイビッド・ウィリアム アメリカ合衆国 18940 ペンシルバニ ア、ニュータウン、ファーミントン・プ レイス 15番 (56)参考文献 特開 昭50−90576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−194432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−65735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−194431（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01J 8/00 - 8/46 C07B 61/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ｉ）気体および液体を受ける収集トレ
    イ、 （ii）気体および液体の下降通過のための第１の放出路
    を有する収集トレイの下側の混合チャンバー、 （iii）収集トレイの上側から混合チャンバー内への気
    体および液体の流路を提供する収集トレイ放出路、 （iv）液体の下降流のための開口、および第１の分散器
    トレイの上側に突き出ている頂部開放管を有してなり第
    １の分散器トレイの下側の開放管の下方端部に下方端部
    の周囲に気体出口を提供するような開口プレートを有し
    てなる気体の下降流のための複数の煙突を有する、混合
    チャンバーの底部の第１の分散器トレイ、および （ｖ）その側部に液体が入る開口を有する直立頂部開放
    管を有してなる液体および気体の下降流のための複数の
    管状降下管を有する第２の分散器トレイ を含んでなる、下降流反応器を通して気体および液体を
    分散させる分散システム。
  2. 【請求項２】収集トレイの上側に気体を射出する手段を
    有する請求項１記載の分散システム。
  3. 【請求項３】収集トレイ放出路が、収集トレイの上側に
    突き出ており収集トレイの上側の気体および液体をトレ
    イを通過させて収集トレイの下側の混合チャンバーに送
    るための入口を定める直立流通導管を有する請求項１記
    載の分散システム。
  4. 【請求項４】混合チャンバーが環状混合チャンバーから
    なり、第１の放出路がその中心に設けられている請求項
    ３記載の分散システム。
  5. 【請求項５】混合チャンバー内の液体を渦巻き状に動か
    すために混合チャンバーに接するような射出が行われる
    ように収集トレイ放出路の出口が配されている請求項４
    記載の分散システム。
  6. 【請求項６】第２の分散器トレイの降下管が、下降液体
    をそらせて管に入ることを防止するために開放頂部上に
    バッフルを有する頂部開放管からなる請求項１記載の分
    散システム。
  7. 【請求項７】降下管の頂部開放管の側部の開口が円形で
    ある請求項１記載の分散システム。
  8. 【請求項８】円形開口の最上部が第２の分散器トレイ上
    の液体の操作高さより低い位置に配されている請求項７
    記載の分散システム。
JP1503636A 1987-07-02 1989-05-18 下降流反応器のための分散系 Expired - Lifetime JP2859670B2 (ja)

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JPH03505992A JPH03505992A (ja) 1991-12-26
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