JP3088736B2 - 冷却組立体 - Google Patents

冷却組立体

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、流体の温度や組成の精密な制御が望まれる
分離された一連の触媒床において流体を処理するのに特
に適した冷却組立体に関する。
[従来技術] 多くの触媒工程が分離された一連の触媒床を含む反応
炉において実施されてきた。かかる工程では、冷却ボッ
クスのような混合手段がしばしば触媒床の間に配置され
る。冷却ボックスの目的は、流体の流れが、ある触媒床
から次ぎの触媒床に進むときに、反応炉で処理される流
体の流れを迅速にかつ効率的に混合することある。容易
に認識されるように、良く混合すればするほど、温度と
反応はより良く制御され、それゆえ、反応炉全体の性能
が良くなる。
かかる冷却ボックスの例は、米国特許第3,480,407
号、第3,723,072号、第3,880,961号、及び第3,895,919
号に見出される。
[発明が解決しようとする課題] これら先行技術の冷却ボックスは他のそのとき知られ
ていた冷却ボックスよりも優れた特有の利点を備えてい
たが、冷却流体を導入した後の触媒床への流体の温度と
流れの均一性は、所望の程度までは達成されていないこ
とが経験から示された。その結果、冷却流体を導入した
後の触媒床への流体流れの温度均一性を改善する改良し
た冷却組立体の必要性が残されていた。
[課題を解決するための手段] この発明によれば、改良した混合効率を有する冷却組
立体が、一連の混合帯域、すなわち冷却流体入口帯域
と、冷却混合帯域と、ジェット撹拌混合帯域と、分散帯
域とからなる。冷却流体入口帯域では、上の触媒床から
の反応物質の流体に冷却流体が導入される。冷却流体は
冷却管の孔を通して導入され、冷却流体のジェットを作
り、上の床からの典型的には部分的に反応した反応物質
の流体に冷却流体は流入し混合する。この混合帯域は、
中央開口部を有する水平に配置された板で冷却混合帯域
から隔てられる。反応流体と冷却流体は、2つの帯域を
隔てた板の中央開口部を通って冷却混合帯域に入り、冷
却混合帯域の底板に衝突し、ここでガスは半径方向外方
に向きを変えられて一連のバッフルのまわりを通る。冷
却ガス及びプロセス流体をジェット撹拌混合帯域に導入
するために、複数の管が冷却混合帯域の底板の周囲近く
に環状リングに配置される。かくして、冷却混合帯域を
出る流体の流れは、環状のジェット撹拌混合帯域に渦巻
き方向に導入され、ここで流体は相互同伴によって更に
混合される。次いで、流体は、ジェット撹拌帯域を分散
帯域から隔てた板の中央開口部を通って下方に向きを変
える。分散帯域には、流体を下の触媒床に分散させるた
めの分散トレイが設けられる。
本発明のこの特徴及びその他の特徴は、添付図面と一
緒に詳細な説明を読むことによって一層良く理解されよ
う。
[実施例] 第1図をまず参照すると、多床触媒反応炉を全体的に
参照番号10て示し、この反応炉は複数の触媒床を囲むほ
ぼ円筒形の側壁11を有する。触媒床12、13を第1図に示
す。触媒床は、孔開き板、網でカバーされた格子、等の
ような、流体が床の底を出ることができる触媒床支持体
14によって支持される。当業界で知られるように、ガス
が床に入るときガスの分散を助長するために、そして又
容器に触媒を詰めたとき触媒を置いた位置から触媒粒子
を散乱させないために、複数のセラミックボール、ラッ
シヒリング等を、触媒床の頂部に配置する。第1図の実
施例では、セラミックボール15を触媒床13の頂部に示
す。
かくして、反応炉内の多床触媒床の各々は、触媒粒
子、下部支持床及び被覆床からなる。
冷却組立体が次々の触媒床の間に介在され、この冷却
組立体は冷却流体を冷却組立体の上の触媒床から出る若
干反応した流体に導入するためのものである。プロセス
流体が次の触媒床に入るとき、すなわちプロセス流体が
反応炉の中を下方に流れるとき、プロセス流体の温度と
組成を調整するために冷却流体が導入される。
既に示したように、本発明の冷却組立体は、4つの帯
域、すなわち冷却流体入口帯域と、冷却混合帯域と、ジ
ェット混合帯域と、流体分散帯域とからなる。冷却流体
入口帯域は、触媒床支持体14の下の領域と、冷却ボック
スの水平配置の頂部板16とを備える。管すなわち導管17
が、冷却流体入口帯域の反応炉10の直径に亘って延び、
かつ複数の外方に向いた孔18を有し、冷却流体のジェッ
トをこの孔から冷却流体入口帯域の中へ上の触媒床12か
ら出る流体の下向きの流れにほぼ垂直に噴出される。か
くして、冷却入口管17の孔18から出た冷却流体によって
形成されたジェットは、上の触媒床から流れる流体に同
伴し、これと混合する。
図示のように、水平配置の板16は、冷却流体入口帯域
を冷却混合帯域から分離する。図からわかるように、板
16は中央開口部を有し、冷却入口帯域からの流体が冷却
組立体の中を進むときこの流体はこの中央開口部を通過
する。容易に認識されるように、板16の中央開口部の寸
法は、板の前後の許容圧力降下の関数である。
約350mmAq(0.5psi)から3500mmAq(5psi)の範囲の
圧力降下についての一般的ガイドとして、開口面積は反
応炉の横断面積の約1%から約4%の範囲である。冷却
混合帯域は又、容器10に水平配置の下部板29を備える。
板29は、板29の周囲の環状列に配置された複数の開口部
21を有する。これらの開口部21は、第2図及び第3図で
最もよくわかる。かくして、板16の中央開口部の中を冷
却混合帯域に入った流体は、板29の中実の中央帯域に衝
突し、ここで流体は向きを変えて板29の開口部21に向か
って半径方向外方に流れる。
複数の混合バッフル24が、板29の冷却混合帯域に位置
決めされる。この混合バッフルは板29の中心と板29の外
周の開口部21との間に実質的に同心円に配置される。こ
れらのバッフル24は、板29と板16の間の距離より短い距
離、垂直方向上方に延びる。例えば、バッフルは冷却混
合帯域の高さの1/3から2/3延びるのがよく、冷却混合帯
域の高さの約半分延びるのが好ましい。第3図に示すよ
うに、最も内側の環状列のバッフルは、各々の内側のバ
ッフルの中心が位置する円の接線に関して所定の角度に
配置される。基本的には、バッフルに衝突した流体の流
れから生じた流れの渦が、次ぎの環状列のバッフルに衝
突するように差し向けられる。実際上、外周に向かって
半径方向外方に流れる流体の少なくとも一部がバッフル
に衝突する。
第1図に戻り、かつ第2図も参照すると、ジェット撹
拌混合帯域は冷却混合帯域の下に位置決めされる。この
ジェット撹拌混合帯域は基本的には板29と板26とによっ
て構成される。第1図でわかるように、板26は、板26の
本体を板29から隔てる垂直に延びた環状リングすなわち
アーム部分40を有する。又、板26は大きい中央開口部を
有する。この開口部は全体的に、反応炉の全横断面積の
約25%から約75%の範囲であり、約50%が好ましい。管
22が、板26の周囲に配置され、開口部21と連通し、かつ
板29から下方に延びる。管22は、流体の流れる開口部す
なわち溝孔23を有する。これらの溝孔23は、流体をジェ
ット混合帯域に半径方向に差し向けるように内方に開口
している。しかし、本発明の実施において、管22から出
る流体を渦巻き方向に、例えば反時計回りに噴出するよ
うに溝孔23を半径方向の線に関してある角度に向け、こ
れにより、相互同伴によって混合を更に促進するのが特
に好ましい。かくして、溝孔23を半径方向線に対して0
゜から90゜の角度に向けるのが良く、約15゜から約75゜
が好ましく、45゜の向きが最も好ましい。
流体は、ジェット撹拌混合帯域で混合され回転された
後、板26の中央開口部から出て、流体分散帯域に入る。
流体分散帯域は上のジェット撹拌混合帯域の板26と反応
炉に亘って水平に延びかつ複数の開口部30を含む板28と
によって構成され、この開口部30から上方に延びた導管
31には分散帯域を通る流体の流れを制御するための一般
的なバブルキャップ32が設けられている。
本発明の別の実施例では、冷却入口管17は、もちろ
ん、第4図のリング47のような環状散布器リング装置で
あってもよい。
なお第5図に示す本発明の別の実施例では、冷却入口
管は、中央マニホールド57から延びた複数の横方向アー
ム58からなる。破線と矢印で示すように、冷却管の開口
部は冷却流体を触媒床を出る流体流れにほぼ垂直に噴出
するように配置されるのが好ましい。
又、冷却組立体は、当業界で知られた従来技術によっ
て反応炉内に支持される。かくして、第1図に示すよう
に、板28は環状棚34によって支持され、一方、板16、29
は、それぞれ棚36、38によって支持され、棚36、38の各
々はその棚から支持される板まで立ち上がった一般的な
支持体37、39を有する。
明らかに、本発明の冷却組立体の種々の帯域、開口
部、導管等の正確な寸法は、許容圧力降下、冷却ボック
スに利用できる反応床の間の空間、等のような種々の要
因に依存する。
容易に認識されるように、本発明はもちろん、材料の
温度プロフィール又はその組成、或いはその両方を制御
するように、反応物質、すなわち若干反応した反応物質
と冷却流体を均一に混合する種々の触媒工程において使
用するのに適している。流体は、反応炉内で行なわれる
工程の性質に応じて、すべてガスでも、ガスと液体でも
よい。従って、本発明による冷却ボックスの構成におい
て多くの変形があり、かつ本発明は多くの触媒工程にお
いて広い応用性があることが容易に認識されよう。従っ
て、本発明は、もっぱらを特許請求の範囲によって限定
されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による冷却ボックスを有する多床触媒
反応炉の垂直断面図であり、 第2図は、本発明による冷却ボックス出口管の詳細図で
あり、 第3図は、本発明の冷却混合帯域の周囲の孔とバッフル
レイアウトの配置とを示す冷却混合帯域の底板の平面図
であり、 第4図は、この発明の冷却ボックスに冷却流体を導入す
るためのリング散布器の略図であり、 第5図は、この発明の冷却ボックスに冷却流体を導入す
るための別の散布器の略図である。 10……反応炉、 11……側壁、 12、13……触媒床、 14……触媒床支持体、 15……セラミックボール、 16……頂部板、 17……冷却入口管、 21……開口部、 23……溝孔、 24……バッフル、 29……下部板、 31……導管、 32……バルブキャップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ マニュエル エンジェル ペ ルイェーロ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 モーリス プレインズ ドラムリン ド ライヴ 17 (72)発明者 ジョン セオドア ワイアット アメリカ合衆国 ニュージャージー州 フローラム パーク オーチャード ロ ード 28 (72)発明者 フィローズ マネック バーガット アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ウエストフィールド オルデン アベニ ュー 519 (72)発明者 ルットン ディンショー パテル アメリカ合衆国 ニュージャージー州 バークレー ハイツ グリーンブリア ドライヴ 71 (56)参考文献 特開 昭54−92578(JP,A) 特開 昭56−100110(JP,A) 特公 昭45−23121(JP,B1) 特公 昭53−9589(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 8/00 - 8/46

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷却流体を導入する手段を含み触媒床から
    の流体の流れを受入れるようになっている冷却流体入口
    帯域と、 頂部板の中央開口部によって前記冷却流体入口帯域と連
    通した冷却混合帯域とを備え、前記冷却混合帯域は、周
    囲に環状列をなした複数の開口部をもった下部板を有
    し、前記冷却混合帯域に入る流体は、前記複数の開口部
    を経て出る前に前記下部板によってそらされ、外方かつ
    半径方向に移動され、 更に、前記下部板の中心と周囲の開口部の環状列との間
    で前記下部板に環状列に位置決めされたバッフルと、 冷却混合帯域の下でその下部板と板とによって構成され
    たジェット攪拌混合帯域と、 周囲の開口部と連通し、前記冷却混合帯域の前記下部板
    から下方に延び、前記冷却混合帯域から出る流体を前記
    ジェット攪拌混合帯域に導入するためにジェット攪拌混
    合帯域の半径方向の線に関して所定の角度に向けられた
    溝孔を有する複数の管と、 前記ジェット攪拌混合帯域の板の中央開口部と、 前記ジェット攪拌混合帯域の前記板の前記中央開口部と
    連通した分散帯域とを備えた、改良した混合効率を有す
    る冷却組立体。
  2. 【請求項2】前記バッフルは、下部板の中心を中心とす
    る円の接線に関して所定の角度に配列される、請求項第
    (1)項に記載の冷却組立体。
  3. 【請求項3】バッフルに衝突した流体の流れから生じた
    流れの渦が次ぎの環状列のバッフルに衝突するように差
    し向けるために、前記バッフルは、前記下部板に複数の
    環状列に配置される、請求項第(1)項に記載の冷却組
    立体。
  4. 【請求項4】前記冷却混合帯域は前記開口部を有する前
    記頂部板によって前記冷却流体入口帯域から隔てられ、
    前記バッフルは前記下部板から冷却流体入口帯域と冷却
    混合帯域を隔てる前記頂部板までの距離の約1/3から3/4
    までの距離、垂直方向上方に延びる、請求項第(3)項
    に記載の冷却組立体。
  5. 【請求項5】冷却流体を冷却流体入口帯域に導入する手
    段は、流体インゼクタである、請求項第(1)項に記載
    の冷却組立体。
  6. 【請求項6】前記流体インゼクタは、冷却流体を前記冷
    却流体入口帯域に前記触媒床からの流体流れにほぼ垂直
    に噴出させるように配置された開口部を有する、請求項
    第(5)項に記載の冷却組立体。
  7. 【請求項7】前記ジェット攪拌混合帯域に導入された流
    体を渦巻き方向に導入するように、前記管の開口部は、
    前記ジェット攪拌混合帯域の半径方向の線に関してある
    角度に向けられる、請求項第(1)項に記載の冷却組立
    体。
  8. 【請求項8】前記管の開口部は、前記冷却ボックスの半
    径に関して約15゜から約75゜の角度に向けられる、請求
    項第(7)項に記載の冷却組立体。
  9. 【請求項9】前記ジェット攪拌混合帯域は、前記冷却混
    合帯域の下部板と、中央開口部及び上方に延びた環状リ
    ングを有する水平に配置された板とによって定められ、
    前記水平に配置された板は前記下部板の下に配置されて
    いる、請求項第(1)項に記載の冷却組立体。
  10. 【請求項10】2つの触媒床の間に挟まれた少なくとも
    1つの冷却ボックスを有する形式の触媒反応炉におい
    て、前記冷却ボックスが一連の混合帯域からなり、前記
    混合帯域は、本質的に、 冷却流体入口帯域と、 冷却混合帯域と、 ジェット攪拌混合帯域と分散帯域とを備え、 前記冷却流体入口帯域は触媒床からの流体の流れを受け
    入れるようになっており、かつ冷却流体のジェットを前
    記触媒床からの流体の前記流れにほぼ垂直に導入する手
    段を含み、 前記冷却混合帯域は、前記冷却流体入口帯域の下に配置
    され、かつ中央開口部を有する水平に配置された頂部板
    によって隔てられ、 前記冷却混合帯域は、周囲に環状列をなした複数の開口
    部をもった下部板を有し、前記冷却混合帯域に入る流体
    は前記複数の開口部を経て出る前に前記下部板によって
    そらされ、外方かつ半径方向に移動され、 更に、前記下部板の中心と周囲の開口部の環状列との間
    で前記下部板に環状列に位置決めされたバッフルを備
    え、 前記ジェット攪拌混合帯域は前記冷却混合帯域の下に配
    置され、かつ中央開口部を有する下部板を含み、 更に、周囲開口部と連通した前記冷却混合帯域の前記下
    部板から下方に延びた複数の管を備え、前記管は、前記
    冷却混合帯域から出る流体を前記ジェット攪拌混合帯域
    に導入するために、ジェット攪拌混合帯域の半径方向の
    線に関して所定の角度に向けられた溝孔を有し、 前記分散帯域は、流体が分散帯域を通って触媒床の下に
    流れるように、前記ジェット攪拌混合帯域の下に配置さ
    れ、かつ複数の開口部を有する水平に配置された板を含
    む、 ことからなる触媒反応炉における冷却組立体。
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