JP3273043B2 - 下降流型反応器用の二相分配装置 - Google Patents
下降流型反応器用の二相分配装置Info
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- JP3273043B2 JP3273043B2 JP50245796A JP50245796A JP3273043B2 JP 3273043 B2 JP3273043 B2 JP 3273043B2 JP 50245796 A JP50245796 A JP 50245796A JP 50245796 A JP50245796 A JP 50245796A JP 3273043 B2 JP3273043 B2 JP 3273043B2
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
- B01D3/008—Liquid distribution
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
- B01D3/26—Fractionating columns in which vapour and liquid flow past each other, or in which the fluid is sprayed into the vapour, or in which a two-phase mixture is passed in one direction
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、１又はそれ以上の固形物固定層を有する下
降流型反応器用の気液分配装置に関する。本発明の分配
装置は、固体触媒上における液体と蒸気との間の混合相
の反応を行わせるために特に有用である。
降流型反応器用の気液分配装置に関する。本発明の分配
装置は、固体触媒上における液体と蒸気との間の混合相
の反応を行わせるために特に有用である。
固定層反応器は、一般的に、微粒固形物の触媒から成
る１又はそれ以上の層（触媒層）を備えており、該触媒
層の上を気体（ガス）、液体、又は、気液混合物が下降
流として通過する。反応器の最適な性能は、総ての触媒
が単数又は複数のプロセス流体と完全に接触した場合に
得られる。
る１又はそれ以上の層（触媒層）を備えており、該触媒
層の上を気体（ガス）、液体、又は、気液混合物が下降
流として通過する。反応器の最適な性能は、総ての触媒
が単数又は複数のプロセス流体と完全に接触した場合に
得られる。
固定層反応器においては、容器を垂直方向に通過する
ように配列された複数の固形物層を採用し、各対の固定
層の間に気体又は液体を注入するのが一般的である。層
間注入は、欠乏した反応物質を補充したり、発熱反応の
後のプロセス流体を急冷したり、あるいは、別の供給流
を導入したりするために必要となる。固定層が異なる触
媒を含む場合には、単一の容器の中に幾分異なる反応帯
を段階的に設けることができる。いずれの場合において
も、各々の触媒層の頂部に流体を良好に分配することが
重要である。
ように配列された複数の固形物層を採用し、各対の固定
層の間に気体又は液体を注入するのが一般的である。層
間注入は、欠乏した反応物質を補充したり、発熱反応の
後のプロセス流体を急冷したり、あるいは、別の供給流
を導入したりするために必要となる。固定層が異なる触
媒を含む場合には、単一の容器の中に幾分異なる反応帯
を段階的に設けることができる。いずれの場合において
も、各々の触媒層の頂部に流体を良好に分配することが
重要である。
固定層反応器用の分配装置すなわちディストリビュー
タの設計は、一般的に、２つの目的を有している。第１
の目的は、カバー範囲（受け持ち範囲）の完全性であ
り、これは通常、ディストリビュータがそこから流体を
触媒の上に分散させる点の数を極力多くすることを含
む。第２の目的は、カバー範囲の均一性であり、これ
は、各々の点から分散される流体の量が反応器を横断す
る方向において等しくなることを必要とする。上記２つ
の目的の中でも、カバー範囲の均一性を達成することが
より困難であり、その理由は、商業的な反応器において
は、ディストリビュータの水平を完全に確保することが
事実上不可能であるからである。製造精度及び据え付け
精度は、一般的に、商業的な容器の直径を横断するディ
ストリビュータの高さにおいて、3.18mm（1/8インチ）
乃至12.7mm（1/2インチ）の変動（偏差）を生じさせ、1
9.1mm（3/4インチ）までの大きな変動が測定されてい
る。当初すなわち最初には、完全な水平を得ることがで
きたとしても、反応器の内部が熱膨張を受けたり、大き
な静荷重を受けるので、運転の間に上述の完全な水平は
損なわれる傾向がある。一般的に、ディストリビュータ
の設計は、高さすなわちレベルの基準変動を許容し、そ
のような変動に可能な限り影響を受けないように装置を
工夫することである。
タの設計は、一般的に、２つの目的を有している。第１
の目的は、カバー範囲（受け持ち範囲）の完全性であ
り、これは通常、ディストリビュータがそこから流体を
触媒の上に分散させる点の数を極力多くすることを含
む。第２の目的は、カバー範囲の均一性であり、これ
は、各々の点から分散される流体の量が反応器を横断す
る方向において等しくなることを必要とする。上記２つ
の目的の中でも、カバー範囲の均一性を達成することが
より困難であり、その理由は、商業的な反応器において
は、ディストリビュータの水平を完全に確保することが
事実上不可能であるからである。製造精度及び据え付け
精度は、一般的に、商業的な容器の直径を横断するディ
ストリビュータの高さにおいて、3.18mm（1/8インチ）
乃至12.7mm（1/2インチ）の変動（偏差）を生じさせ、1
9.1mm（3/4インチ）までの大きな変動が測定されてい
る。当初すなわち最初には、完全な水平を得ることがで
きたとしても、反応器の内部が熱膨張を受けたり、大き
な静荷重を受けるので、運転の間に上述の完全な水平は
損なわれる傾向がある。一般的に、ディストリビュータ
の設計は、高さすなわちレベルの基準変動を許容し、そ
のような変動に可能な限り影響を受けないように装置を
工夫することである。
固定層反応器における流体の分配が劣化することは、
重大な問題になることがある。微視的な分配（すなわ
ち、各々の分配点の領域における局部的な分散）の劣化
は、反応物質問の接触、並びに、未使用の固形物の領域
に対する反応物質の接触を遅延させる。巨視的な分配
（すなわち、反応器を横断する絶対的な分配）の劣化
は、水平方向の温度勾配を生じると共に、相分離を生ず
る可能性があり、固定層を更に下降する反応物質を制約
する欠点を生ずる。いずれのタイプの不均一分配（分散
不良）の全体的な影響も、触媒の活動のロスであること
は明らかであり、また、製品の仕様を満たすことができ
ない可能性がある。また、慢性的な不均一分配は、固形
物層の一部を閉塞させて、過度の圧力降下及び早期の運
転停止を生ずることがある。
重大な問題になることがある。微視的な分配（すなわ
ち、各々の分配点の領域における局部的な分散）の劣化
は、反応物質問の接触、並びに、未使用の固形物の領域
に対する反応物質の接触を遅延させる。巨視的な分配
（すなわち、反応器を横断する絶対的な分配）の劣化
は、水平方向の温度勾配を生じると共に、相分離を生ず
る可能性があり、固定層を更に下降する反応物質を制約
する欠点を生ずる。いずれのタイプの不均一分配（分散
不良）の全体的な影響も、触媒の活動のロスであること
は明らかであり、また、製品の仕様を満たすことができ
ない可能性がある。また、慢性的な不均一分配は、固形
物層の一部を閉塞させて、過度の圧力降下及び早期の運
転停止を生ずることがある。
大きさの異なるタイプの分配手段が知られている。最
も簡単な分配手段は、穴又はスロットが形成されたプレ
ートだけを備えている。他の分配手段は、種々の形態の
オリフィス、堰、スロット、又は、気液流（ガス／液体
の流れ）の所望の均一性を促進するためのより複雑な装
置を備えている。
も簡単な分配手段は、穴又はスロットが形成されたプレ
ートだけを備えている。他の分配手段は、種々の形態の
オリフィス、堰、スロット、又は、気液流（ガス／液体
の流れ）の所望の均一性を促進するためのより複雑な装
置を備えている。
米国特許第2,898,292号は、複数の開口した垂直パイ
プを備え、これらパイプの上方の周縁部に液体をオーバ
ーフローさせるためのノッチ（切欠部）が形成されてい
る、分配手段を教示している。気体及び液体が、固形物
の表面を乱さないように、9.2m/秒（30フィート／秒）
を超えない速度で、触媒層の上に導かれる。
プを備え、これらパイプの上方の周縁部に液体をオーバ
ーフローさせるためのノッチ（切欠部）が形成されてい
る、分配手段を教示している。気体及び液体が、固形物
の表面を乱さないように、9.2m/秒（30フィート／秒）
を超えない速度で、触媒層の上に導かれる。
米国特許第3,146,189号は、分配トレイを開示してお
り、この分配トレイにおいては、液体は、短いパイプを
通って固形物層の上に通過し、一方、気体は、下方へ伸
長して固形物層の中に入っている、より大きくより長い
パイプを通過する。このタイプのディストリビュータ
は、混合相用の反応器としては劣っており、その理由
は、そのようなディストリビュータは、気体及び液体を
混合物として触媒上に導くのではなく、そのような気体
及び液体を分離するように作用するからである。
り、この分配トレイにおいては、液体は、短いパイプを
通って固形物層の上に通過し、一方、気体は、下方へ伸
長して固形物層の中に入っている、より大きくより長い
パイプを通過する。このタイプのディストリビュータ
は、混合相用の反応器としては劣っており、その理由
は、そのようなディストリビュータは、気体及び液体を
混合物として触媒上に導くのではなく、そのような気体
及び液体を分離するように作用するからである。
米国特許第3,353,924号は、その側部に垂直方向の長
いスロットを有するパイプを備えた気液ディストリビュ
ータであって、当該ディストリビュータを通る液体の流
量は、トレイ上の液体レベル（液位）が増大するに連れ
て増大するようになされている気液ディストリビュータ
を提示している。そのような装置の簡単な流体力学的な
解析は、上記パイプを通る流量は、下式に従って、液体
の高さ（液体レベル）と共に変化することを示してい
る。
いスロットを有するパイプを備えた気液ディストリビュ
ータであって、当該ディストリビュータを通る液体の流
量は、トレイ上の液体レベル（液位）が増大するに連れ
て増大するようになされている気液ディストリビュータ
を提示している。そのような装置の簡単な流体力学的な
解析は、上記パイプを通る流量は、下式に従って、液体
の高さ（液体レベル）と共に変化することを示してい
る。
Ｑ＝Ｃ×ｈ1.5 （Ｉ） 上式において、 Ｑは、パイプを通る体積流量であり、 ｈは、スロットの底部から上方の液体の高さであり、 Ｃは、定数である。
液体の高さに依存する上述のべき数1.5は、ディスト
リビュータを水平度の変動に大きく影響されるようにす
るので、望ましくない。また、上記装置は、気体が流れ
るための別個の大きな煙管を用いており、そのような煙
管は、上記トレイに対する液体の湿潤点の数を制限す
る。
リビュータを水平度の変動に大きく影響されるようにす
るので、望ましくない。また、上記装置は、気体が流れ
るための別個の大きな煙管を用いており、そのような煙
管は、上記トレイに対する液体の湿潤点の数を制限す
る。
米国特許第3,524,731号は、直線的な側部を有するス
ロットではなく、逆三角形状のノッチを用いた、ある種
のパイプディストリビュータを教示している。この方法
によれば、下の流量式が得られる。
ロットではなく、逆三角形状のノッチを用いた、ある種
のパイプディストリビュータを教示している。この方法
によれば、下の流量式が得られる。
Ｑ＝Ｃ×ｈ （II） 上式において、 Ｑは、パイプを通る体積流量であり、 ｈは、ノッチの底部から上方の液体の高さであり、 Ｃは、定数である。
この装置は、上記米国特許のべき数1.5の依存性より
も改善されているが、依然として、非水平度（水平でな
い度合い）の影響が強い。液体の高さに関する正確なべ
き数は、三角形のノッチの底辺の幅に対する高さの比に
依存する。更に、液体流は通常、パイプを通るが、液体
は、その流量が大きい時には、通常はガス流のために設
けられている別個の煙管を通ってオーバーフローする。
そのような運転の間には、パイプ及び煙管を通る液体流
量は、全く異なる。
も改善されているが、依然として、非水平度（水平でな
い度合い）の影響が強い。液体の高さに関する正確なべ
き数は、三角形のノッチの底辺の幅に対する高さの比に
依存する。更に、液体流は通常、パイプを通るが、液体
は、その流量が大きい時には、通常はガス流のために設
けられている別個の煙管を通ってオーバーフローする。
そのような運転の間には、パイプ及び煙管を通る液体流
量は、全く異なる。
米国特許第3,685,971号は、どのような種類のスロッ
ト又はノッチも持たないパイプディストリビュータを提
示している。これは、最も効果的ではないタイプのパイ
プディストリビュータであり、その理由は、水平ではな
いトレイの上では、液体流は、他のパイプが殆どないト
レイの最下方のパイプを好むことになるからである。液
体のオーバーフローを計量するためにパイプの頂部に設
けられる何等かのタイプのスロット又はノッチを用いる
ことは、パイプの完全に滑らかな周縁部に比較して、改
善されている。
ト又はノッチも持たないパイプディストリビュータを提
示している。これは、最も効果的ではないタイプのパイ
プディストリビュータであり、その理由は、水平ではな
いトレイの上では、液体流は、他のパイプが殆どないト
レイの最下方のパイプを好むことになるからである。液
体のオーバーフローを計量するためにパイプの頂部に設
けられる何等かのタイプのスロット又はノッチを用いる
ことは、パイプの完全に滑らかな周縁部に比較して、改
善されている。
米国特許第4,126,539号は、パイプディストリビュー
タを備える気液分配装置を開示しており、上記パイプデ
ィストリビュータは、その上方の周縁部に三角形のノッ
チを有すると共に、上記周縁部とトレイのデッキ（棚
板）との間に円形の穴を有している。この米国特許は、
パイプの頂部の三角形のノッチ（堰）が、トレイの上の
液体レベルを決定し、液体レベルがノッチの下まで下が
った場合に、上記円形の穴が、トレイのパイプを通る流
れを確保することを意図している。従って、この米国特
許は、分配装置が、上述の米国特許第3,353,924号の装
置と同様な態様で、堰として機能することを意図してい
る。
タを備える気液分配装置を開示しており、上記パイプデ
ィストリビュータは、その上方の周縁部に三角形のノッ
チを有すると共に、上記周縁部とトレイのデッキ（棚
板）との間に円形の穴を有している。この米国特許は、
パイプの頂部の三角形のノッチ（堰）が、トレイの上の
液体レベルを決定し、液体レベルがノッチの下まで下が
った場合に、上記円形の穴が、トレイのパイプを通る流
れを確保することを意図している。従って、この米国特
許は、分配装置が、上述の米国特許第3,353,924号の装
置と同様な態様で、堰として機能することを意図してい
る。
上記米国特許第4,126,539号に開示されるタイプのデ
ィストリビュータは、パイプの上方の周縁部の上記三角
形のノッチよりも低い液体の高さ、及び、上記円形の穴
よりも高い液体の高さにおいて、作動することができ
る。そのような作動は、上述の従来技術に比較して、大
幅な改善であり、その理由は、液体流は、垂直方向下方
に流れる気体によって剪断されるシェット（噴流）とし
て、上述の穴を通過することになるからである。上述の
剪断作用は、液体を破壊し、これにより、流体が触媒層
に到達する前の気液接触を改善する。この場合には、上
記円形の穴に関する液体流量と液体レベルとの間の関係
は、下式で表すことができる。
ィストリビュータは、パイプの上方の周縁部の上記三角
形のノッチよりも低い液体の高さ、及び、上記円形の穴
よりも高い液体の高さにおいて、作動することができ
る。そのような作動は、上述の従来技術に比較して、大
幅な改善であり、その理由は、液体流は、垂直方向下方
に流れる気体によって剪断されるシェット（噴流）とし
て、上述の穴を通過することになるからである。上述の
剪断作用は、液体を破壊し、これにより、流体が触媒層
に到達する前の気液接触を改善する。この場合には、上
記円形の穴に関する液体流量と液体レベルとの間の関係
は、下式で表すことができる。
Ｑ＝Ｃ×ｈ0.5 （III） 上式において、 Ｑは、パイプを通る体積流量であり、 ｈは、穴の中心線から上方の液体の高さであり、 Ｃは、定数である。
ここで議論する技術の中でも、上記米国特許第4,126,
539のディストリビュータのそのような使用は、レベル
すなわち高さの変動の液体流量に対する影響が極めて小
さくなる。矩形状のノッチを用いた場合には、全流量を
穴を通して搬送できない時に、液体流量が異常に高くな
る。上述のディストリビュータのそのような使用の欠点
は、トレイ上の液体レベルが穴の頂部と底部との間まで
低下する、液体流量が少ない時に生ずる。そのような条
件の下では、上述の流量式IIIは最早適用することがで
きず、米国特許第3,353,924号のスロット付きのパイプ
に関して上に説明したのと同様な態様で、液体の高さ1.
5乗が、ディストリビュータに対する水平度の変動の影
響を大きくする。低い液体レベルは、上述の円形の穴の
寸法を小さくすることにより、極力小さくすることがで
きるが、約6.35mm（1/4インチ）よりも小さい穴の直径
は、閉塞の可能性があるので、実際的ではない。従っ
て、ある与えられた反応器に関して、穴を有する下降パ
イプが効果を有する最小の液体流量が存在し、該最小の
液体流量よりも小さい値では、良好な分布を保証するこ
とができない。
539のディストリビュータのそのような使用は、レベル
すなわち高さの変動の液体流量に対する影響が極めて小
さくなる。矩形状のノッチを用いた場合には、全流量を
穴を通して搬送できない時に、液体流量が異常に高くな
る。上述のディストリビュータのそのような使用の欠点
は、トレイ上の液体レベルが穴の頂部と底部との間まで
低下する、液体流量が少ない時に生ずる。そのような条
件の下では、上述の流量式IIIは最早適用することがで
きず、米国特許第3,353,924号のスロット付きのパイプ
に関して上に説明したのと同様な態様で、液体の高さ1.
5乗が、ディストリビュータに対する水平度の変動の影
響を大きくする。低い液体レベルは、上述の円形の穴の
寸法を小さくすることにより、極力小さくすることがで
きるが、約6.35mm（1/4インチ）よりも小さい穴の直径
は、閉塞の可能性があるので、実際的ではない。従っ
て、ある与えられた反応器に関して、穴を有する下降パ
イプが効果を有する最小の液体流量が存在し、該最小の
液体流量よりも小さい値では、良好な分布を保証するこ
とができない。
トレイ上の液体レベルを制御するためにその側部に穿
孔された穴を有する垂直な下降パイプを備えた気液分配
装置すなわち気液ディストリビュータを設計することは
周知である。しかしながら、そのようなパイプは、同じ
寸法及び同じ箇所に同じ数の穴が形成され、従って、液
体流量が非常に少ない場合には、上述の劣った性能を生
ずることになる。
孔された穴を有する垂直な下降パイプを備えた気液分配
装置すなわち気液ディストリビュータを設計することは
周知である。しかしながら、そのようなパイプは、同じ
寸法及び同じ箇所に同じ数の穴が形成され、従って、液
体流量が非常に少ない場合には、上述の劣った性能を生
ずることになる。
固定層反応器用の気液分配は、多年にわたって研究さ
れ且つ改善されてきたが、商業的な反応器の中の反応物
質の誤分配の証拠が観察されるのが依然として一般的で
ある。発熱反応プロセスにおける温度の誤分配は一般
に、固定層のある部分において他の部分よりも大きな流
体流量を示すことになる。急速な圧力降下の形成は、停
滞流又は不十分な反応物質の領域によって生ずる、固定
層のコーキングすなわちコークス化を生じさせることが
多い。２又は３年の運転の後に固定層ユニットの保守を
行うと、新しい（変色していない）触媒が発見されるこ
とがあり、これは、流れのバイパスがあることを示して
いる。そのような発見は、気液分配装置における流体の
流動の少なくとも幾つかの特徴が良く理解されていない
ことを示している。また、石油精製業界及び他の産業に
おいては、大衆の需要及び政府の規制が、化学製品から
ある種の化合物を除去することを要請しており、これに
より、より厳しい運転、並びに、最適且つ信頼性のある
反応器の性能の必要性を高めている。反応器の中の効果
的な分配は、そのような要求を満たすために重要であ
る。
れ且つ改善されてきたが、商業的な反応器の中の反応物
質の誤分配の証拠が観察されるのが依然として一般的で
ある。発熱反応プロセスにおける温度の誤分配は一般
に、固定層のある部分において他の部分よりも大きな流
体流量を示すことになる。急速な圧力降下の形成は、停
滞流又は不十分な反応物質の領域によって生ずる、固定
層のコーキングすなわちコークス化を生じさせることが
多い。２又は３年の運転の後に固定層ユニットの保守を
行うと、新しい（変色していない）触媒が発見されるこ
とがあり、これは、流れのバイパスがあることを示して
いる。そのような発見は、気液分配装置における流体の
流動の少なくとも幾つかの特徴が良く理解されていない
ことを示している。また、石油精製業界及び他の産業に
おいては、大衆の需要及び政府の規制が、化学製品から
ある種の化合物を除去することを要請しており、これに
より、より厳しい運転、並びに、最適且つ信頼性のある
反応器の性能の必要性を高めている。反応器の中の効果
的な分配は、そのような要求を満たすために重要であ
る。
本発明は、小流量におけるレベルの変動に対する極め
て高い感受性（影響を受ける度合い）を排除することに
より、通常の分配トレイの問題を解消する。非感受性
（影響を受ける度合いがない若しくは少ないこと）は、
同じトレイにおいて、気体及び液体が流れるための穴の
数が異なる、少なくとも２つの異なるタイプの降下パイ
プを設け、これにより、極めて小流量においては、一部
のパイプだけが液体を通過させるようにすることによ
り、達成される。異なる組のパイプの穴の寸法を計画的
に変えることにより、一部のパイプだけが作動している
時でさえ、反応器の一部及び全体にわたって、均一な液
体の分散が維持される。
て高い感受性（影響を受ける度合い）を排除することに
より、通常の分配トレイの問題を解消する。非感受性
（影響を受ける度合いがない若しくは少ないこと）は、
同じトレイにおいて、気体及び液体が流れるための穴の
数が異なる、少なくとも２つの異なるタイプの降下パイ
プを設け、これにより、極めて小流量においては、一部
のパイプだけが液体を通過させるようにすることによ
り、達成される。異なる組のパイプの穴の寸法を計画的
に変えることにより、一部のパイプだけが作動している
時でさえ、反応器の一部及び全体にわたって、均一な液
体の分散が維持される。
本発明の気液分配装置は、通常のパイプディストリビ
ュータに比較して、気体及び液体のミクロ的（微視的）
な及びマクロ的（巨視的）な分配又は分布を良好な状態
に維持しながら、液体のターンダウン能力を高める。タ
ーンダウンとは、反応器の設計性能を下回る運転を意味
している。本明細書で使用する「ターンダウン」又は
「液体ターンダウン」は、通常の設計流量の50％又はそ
れ以下の流量を意味しており、そのような状態は、別の
ユニットにおけるプロセスの不調、又は、ユーティリテ
ィのロスにより生じ、あるいは、熱放出又は圧力降下の
如き運転上の制約を解消するためにも生ずる。液体ター
ンダウンは、例えば、コーキングにより生ずる触媒の変
質を補償するためにも使用される。本発明は、総ての降
下パイプが同一の寸法の穴を有している通常のトレイで
可能な処理能力よりも大幅に小さい液体処理能力の条件
において、分配トレイの平均液体レベルを高く維持す
る。液体レベルが高いということは、触媒層に対する流
れの分配又は分布がより均一になることを意味する。
ュータに比較して、気体及び液体のミクロ的（微視的）
な及びマクロ的（巨視的）な分配又は分布を良好な状態
に維持しながら、液体のターンダウン能力を高める。タ
ーンダウンとは、反応器の設計性能を下回る運転を意味
している。本明細書で使用する「ターンダウン」又は
「液体ターンダウン」は、通常の設計流量の50％又はそ
れ以下の流量を意味しており、そのような状態は、別の
ユニットにおけるプロセスの不調、又は、ユーティリテ
ィのロスにより生じ、あるいは、熱放出又は圧力降下の
如き運転上の制約を解消するためにも生ずる。液体ター
ンダウンは、例えば、コーキングにより生ずる触媒の変
質を補償するためにも使用される。本発明は、総ての降
下パイプが同一の寸法の穴を有している通常のトレイで
可能な処理能力よりも大幅に小さい液体処理能力の条件
において、分配トレイの平均液体レベルを高く維持す
る。液体レベルが高いということは、触媒層に対する流
れの分配又は分布がより均一になることを意味する。
本発明によれば、分配トレイと、該トレイを貫通し端
部が開口された複数の垂直な降下パイプとを備える下降
流型の反応器の固形物の固定層の表面を通して、気体及
び液体を均一に導くための分配装置が提供される。第１
の列の降下パイプは、トレイのレベルの上方に位置し垂
直方向に隔置された、複数の穴の高さを有している。第
２の列の降下パイプは、上記第１の列のパイプの上方の
穴の高さの１つと実質的に同じ高さに位置する、少なく
とも１つの穴の高さを有している。しかしながら、第２
の列は、上記第１の列のパイプの最下方の穴の高さ（他
の下方の穴の高さが存在する場合にはそのような穴の高
さ）に相当する穴の高さを全く持っていない。第２の列
のパイプに最下方の穴が存在しないことにより、液体の
高さが第１の列の底部から二番目の穴の高さよりも下方
まで下がった時に、ある液体の高さにおいて分配トレイ
を通過する液体流量が減少する。これにより、最下方の
穴よりも上方の液体の高さが極力高くなり、分配装置の
レベルがある点から他の点へ変動した場合でも、良好な
分配が維持される。
部が開口された複数の垂直な降下パイプとを備える下降
流型の反応器の固形物の固定層の表面を通して、気体及
び液体を均一に導くための分配装置が提供される。第１
の列の降下パイプは、トレイのレベルの上方に位置し垂
直方向に隔置された、複数の穴の高さを有している。第
２の列の降下パイプは、上記第１の列のパイプの上方の
穴の高さの１つと実質的に同じ高さに位置する、少なく
とも１つの穴の高さを有している。しかしながら、第２
の列は、上記第１の列のパイプの最下方の穴の高さ（他
の下方の穴の高さが存在する場合にはそのような穴の高
さ）に相当する穴の高さを全く持っていない。第２の列
のパイプに最下方の穴が存在しないことにより、液体の
高さが第１の列の底部から二番目の穴の高さよりも下方
まで下がった時に、ある液体の高さにおいて分配トレイ
を通過する液体流量が減少する。これにより、最下方の
穴よりも上方の液体の高さが極力高くなり、分配装置の
レベルがある点から他の点へ変動した場合でも、良好な
分配が維持される。
本発明の特定の特徴によれば、第１及び第２の列の降
下パイプは、小流量の条件において第１の列から出る液
体のスプレーパターンの重なり合いすなわちオーバーラ
ップを最適化するように、トレイ上で配列され、これに
より、両方の列のパイプが液体を通過させている状態に
おいて、反応器を通る液体の分配を実質的に同じにす
る。第１の列のパイプだけが液体を通過させている時に
は、本発明の好ましい実施例は、固定層すなわちベッド
のカバー範囲が、両方の列が液体を通過させている時の
カバー範囲の少なくとも約80％から約95％までとなるよ
うにする。本発明のこの特徴を得るために、降下パイプ
は、発散するすなわち末広がりの形状の円錐形の出口ス
プレーを得るように、寸法決めされなければならない。
適正に寸法決めされた場合には、降下パイプから出る流
動パターンは、ガスの中に分散された液滴の円錐形のス
プレーを少なくとも実質的に均一にし、10乃至40゜の円
錐角度を形成する。
下パイプは、小流量の条件において第１の列から出る液
体のスプレーパターンの重なり合いすなわちオーバーラ
ップを最適化するように、トレイ上で配列され、これに
より、両方の列のパイプが液体を通過させている状態に
おいて、反応器を通る液体の分配を実質的に同じにす
る。第１の列のパイプだけが液体を通過させている時に
は、本発明の好ましい実施例は、固定層すなわちベッド
のカバー範囲が、両方の列が液体を通過させている時の
カバー範囲の少なくとも約80％から約95％までとなるよ
うにする。本発明のこの特徴を得るために、降下パイプ
は、発散するすなわち末広がりの形状の円錐形の出口ス
プレーを得るように、寸法決めされなければならない。
適正に寸法決めされた場合には、降下パイプから出る流
動パターンは、ガスの中に分散された液滴の円錐形のス
プレーを少なくとも実質的に均一にし、10乃至40゜の円
錐角度を形成する。
本明細書で使用される「穴の高さ」という用語は、特
定の第１の列又は第２の列の降下パイプが、１又はそれ
以上の穴を有する特定の列の各々の降下パイプと交差す
る水平面を意味する。
定の第１の列又は第２の列の降下パイプが、１又はそれ
以上の穴を有する特定の列の各々の降下パイプと交差す
る水平面を意味する。
第１及び第２の列の降下パイプの数は、等しくても異
なっていても良い。また、第１及び第２の列は、どのよ
うなピッチでも配列することができる（例えば、方形
状、三角形状又は別の形状で）。しかしながら、好まし
い配列は、各々の列が均一な反復パターンを有するよう
な配列である。例えば、チェス盤の黒及び白の碁盤目に
相当する配置を有する方形状のピッチを考えると、第１
の列は、総ての白の碁盤目に配置され、第２の列は、総
ての黒の碁盤目に配列される。従って、２つのパイプの
中の１つは、少なくとも下方の穴の高さを有していな
い。例えば、第１の列を、総ての白の碁盤目及び１つ置
きの黒の碁盤目とし、第２の列を残りの黒の碁盤目とす
ることができる。この場合には、４つのパイプの中の１
つが、幾つかの穴を欠くことになる。カバー範囲の有効
性は、第２の列のパイプの割合が、全パイプの50％を超
した場合に、低下する。反対に、液体ターンダウンの向
上は、第２の列のパイプの割合が約15％よりも少なくな
ると、減少する。従って、好ましい配列においては、２
つの中の１つから７つの中の１つが第２の列のパイプで
ある。換言すれば、第１の列降下パイプの数は、全降下
パイプの数の50％から86％である。７つの中の１つが第
２の列のパイプである配列は、三角形状のピッチとして
容易に達成され、その場合には、第２の列の各々のパイ
プは、第１の列の６つのパイプによって形成される六角
形の中央に位置することになる。
なっていても良い。また、第１及び第２の列は、どのよ
うなピッチでも配列することができる（例えば、方形
状、三角形状又は別の形状で）。しかしながら、好まし
い配列は、各々の列が均一な反復パターンを有するよう
な配列である。例えば、チェス盤の黒及び白の碁盤目に
相当する配置を有する方形状のピッチを考えると、第１
の列は、総ての白の碁盤目に配置され、第２の列は、総
ての黒の碁盤目に配列される。従って、２つのパイプの
中の１つは、少なくとも下方の穴の高さを有していな
い。例えば、第１の列を、総ての白の碁盤目及び１つ置
きの黒の碁盤目とし、第２の列を残りの黒の碁盤目とす
ることができる。この場合には、４つのパイプの中の１
つが、幾つかの穴を欠くことになる。カバー範囲の有効
性は、第２の列のパイプの割合が、全パイプの50％を超
した場合に、低下する。反対に、液体ターンダウンの向
上は、第２の列のパイプの割合が約15％よりも少なくな
ると、減少する。従って、好ましい配列においては、２
つの中の１つから７つの中の１つが第２の列のパイプで
ある。換言すれば、第１の列降下パイプの数は、全降下
パイプの数の50％から86％である。７つの中の１つが第
２の列のパイプである配列は、三角形状のピッチとして
容易に達成され、その場合には、第２の列の各々のパイ
プは、第１の列の６つのパイプによって形成される六角
形の中央に位置することになる。
また、降下パイプは、第１の列において少なくとも２
つの穴の高さを有し、また、第２の列において１つの穴
の高さを有することができ、第２の列の穴の高さは、第
１の列の最上方の穴の高さに対応する。更に、第１の列
は、３以上の穴の高さを有することができ、第２の列
は、第１の列よりも少なくとも１つ少ない穴の高さを有
する。液体ターンダウン能力を拡張する必須的な特徴
は、最下方の穴の高さが、第１の列のパイプにしか存在
しないようにすることである。また、各々の高さは、パ
イプの周囲に適宜に配列された１又はそれ以上の穴を有
することができ、その理由は、後に説明するように、穴
の特定の配列ではなく、ある高さの穴の全面積が、流動
の挙動を決定するからである。
つの穴の高さを有し、また、第２の列において１つの穴
の高さを有することができ、第２の列の穴の高さは、第
１の列の最上方の穴の高さに対応する。更に、第１の列
は、３以上の穴の高さを有することができ、第２の列
は、第１の列よりも少なくとも１つ少ない穴の高さを有
する。液体ターンダウン能力を拡張する必須的な特徴
は、最下方の穴の高さが、第１の列のパイプにしか存在
しないようにすることである。また、各々の高さは、パ
イプの周囲に適宜に配列された１又はそれ以上の穴を有
することができ、その理由は、後に説明するように、穴
の特定の配列ではなく、ある高さの穴の全面積が、流動
の挙動を決定するからである。
下の表は、どの穴の高さが第１の列及び第２の列に存
在するかという意味において、本発明の可能な実施例を
示している。この表は、５又はそれ以上の穴の高さを含
むように容易に拡張することができる。いずれの場合に
おいても、穴の高さの番号１は、底部すなわち最下方に
位置する。
在するかという意味において、本発明の可能な実施例を
示している。この表は、５又はそれ以上の穴の高さを含
むように容易に拡張することができる。いずれの場合に
おいても、穴の高さの番号１は、底部すなわち最下方に
位置する。
表 第１の列 第２の列 1,2 ２ 1,2,3 2,3 1,2,3 ３ 1,2,3 ２ １、２、３、４ 2,3,4 １、２、３、４ 3,4 １、２、３、４ 2,4 １、２、３、４ ４ １、２、３、４ ３ １、２、３、４ ２ 本発明の好ましい実施例は、与えられた反応器の役割
に関して予測される液体及びガスの流量範囲に依存す
る。一般的には、最大液体ターンダウンは、第２の列の
穴の高さ第１の列の最上方の穴の高さに対応する時に生
ずる。これは、例えば、穴が４つの場合には、第２の列
は、高さ２及び４、高さ２だけ、又は、高さ３だけに対
して、高さ３及び４、あるいは、高さ４だけを有する。
しかしながら、そのような例の１つは、通常の液体流量
において第１及び第２の列を通る流れを良好にバランス
させる場合、特に、小流量の運転の継続時間が限定され
ると予測される場合のような、二次的な考慮事項として
採用することができる。
に関して予測される液体及びガスの流量範囲に依存す
る。一般的には、最大液体ターンダウンは、第２の列の
穴の高さ第１の列の最上方の穴の高さに対応する時に生
ずる。これは、例えば、穴が４つの場合には、第２の列
は、高さ２及び４、高さ２だけ、又は、高さ３だけに対
して、高さ３及び４、あるいは、高さ４だけを有する。
しかしながら、そのような例の１つは、通常の液体流量
において第１及び第２の列を通る流れを良好にバランス
させる場合、特に、小流量の運転の継続時間が限定され
ると予測される場合のような、二次的な考慮事項として
採用することができる。
本発明の分配装置は、水素が炭化水素と反応して燃料
又は潤滑剤製品を生ずる、新規な又は革新的な液体処理
設備において、特に有用である。そのような設備は、一
般的に、一回の触媒の充填で、数ヶ月間乃至数年間にわ
たって運転され、触媒の活動度は、運転開始時から運転
終了時までに減少するので、温度及び水素の循環流量を
共に増大させて、反応速度を維持する。温度が高くな
り、また、水素の流量が増大すると、運転が継続される
にしたがって、反応器の中の気体の割合が徐々に大きく
なり、分配装置を通過する液体流量が減少する。液体処
理反応器の極めて熱いベッド（固定層）が、運転サイク
ルの終了時近くで、気体が100％に達することは珍しい
ことではない。本発明は、そのような設備に直接応用す
ることができ、トレイ上の液体レベルが低下した時に分
配の状態が悪くなるという従来技術の問題を解消し、こ
れにより、漸増的な流動時間が極めて価値がある場合
に、サイクルの終了時付近でも、触媒を最大限使用する
ことができる。
又は潤滑剤製品を生ずる、新規な又は革新的な液体処理
設備において、特に有用である。そのような設備は、一
般的に、一回の触媒の充填で、数ヶ月間乃至数年間にわ
たって運転され、触媒の活動度は、運転開始時から運転
終了時までに減少するので、温度及び水素の循環流量を
共に増大させて、反応速度を維持する。温度が高くな
り、また、水素の流量が増大すると、運転が継続される
にしたがって、反応器の中の気体の割合が徐々に大きく
なり、分配装置を通過する液体流量が減少する。液体処
理反応器の極めて熱いベッド（固定層）が、運転サイク
ルの終了時近くで、気体が100％に達することは珍しい
ことではない。本発明は、そのような設備に直接応用す
ることができ、トレイ上の液体レベルが低下した時に分
配の状態が悪くなるという従来技術の問題を解消し、こ
れにより、漸増的な流動時間が極めて価値がある場合
に、サイクルの終了時付近でも、触媒を最大限使用する
ことができる。
図面において、図１は、固定層反応器の頂部の垂直方
向の断面図であって、本発明の分配装置の実施例を示し
ており、 図２は、図１の線II−IIに沿って取った分配装置の断
面図であり、 図３は、図１の実施例に使用される２つの分配降下パ
イプの詳細図である。
向の断面図であって、本発明の分配装置の実施例を示し
ており、 図２は、図１の線II−IIに沿って取った分配装置の断
面図であり、 図３は、図１の実施例に使用される２つの分配降下パ
イプの詳細図である。
図１に示す如き代表的な固定層型の液体処理反応器に
おいては、予熱されたオイル流10が水素含有ガス12と混
合され、入口パイプ15を介して下降流型反応器14の頂部
に供給される。サイクルの開始時には288℃乃至316℃
（550゜F乃至600゜F）程度とすることのできる、原料の
入口温度においては、原料／水素の混合物は、通常、二
相流（２つの相を含む流れ）である。気相は、一般的
に、水素、並びに、該水素と共に循環されるメタン及び
エタンの如き軽いガスを含んでおり、更に、原料オイル
10から蒸発した非常に軽い炭化水素を含んでいる。反応
器14に入る混合相流における正確な気体／液体比（気体
対液体の比）は、運転温度及び運転圧力、導入される水
素含有ガスの量、並びに、原料炭化水素のタイプ及び沸
点範囲に依存する。そのようなファクタは総て、運転サ
イクルの間に変動するので、入口の気体割合は、その流
れに関して時間と共に大きく変動する。代表的な液体処
理反応器に関するサイクル終了時の温度は、サイクル開
始時の温度よりも、約56℃乃至111℃（100゜F乃至200゜
F）高くなることがある。
おいては、予熱されたオイル流10が水素含有ガス12と混
合され、入口パイプ15を介して下降流型反応器14の頂部
に供給される。サイクルの開始時には288℃乃至316℃
（550゜F乃至600゜F）程度とすることのできる、原料の
入口温度においては、原料／水素の混合物は、通常、二
相流（２つの相を含む流れ）である。気相は、一般的
に、水素、並びに、該水素と共に循環されるメタン及び
エタンの如き軽いガスを含んでおり、更に、原料オイル
10から蒸発した非常に軽い炭化水素を含んでいる。反応
器14に入る混合相流における正確な気体／液体比（気体
対液体の比）は、運転温度及び運転圧力、導入される水
素含有ガスの量、並びに、原料炭化水素のタイプ及び沸
点範囲に依存する。そのようなファクタは総て、運転サ
イクルの間に変動するので、入口の気体割合は、その流
れに関して時間と共に大きく変動する。代表的な液体処
理反応器に関するサイクル終了時の温度は、サイクル開
始時の温度よりも、約56℃乃至111℃（100゜F乃至200゜
F）高くなることがある。
入口パイプ15に入った二相流は、垂直要素16に支持さ
れたターゲットプレート13に衝突し、気相が液相から分
離するラフカット・ディストリビュータと呼ばれる時間
帯に、フラッシュパン17から半径方向に分散する。ター
ゲットプレート13は、そうでなければフラッシュパン17
に磨耗を生じさせることになる、原料流の流入運動量に
耐えるように作用する。その上に液体を有するフラッシ
ュパン17の周辺部は、複数のロッド20によって支持さ
れ、また、その中心の下側は、垂直要素22によって支持
されている。フラッシュパン17と反応器の壁部との間に
は、取付具が全く設けられておらず、これにより、フラ
ッシュパン17の周辺部の周囲の気体（蒸気）の流れを阻
害していないが、フラッシュパン17の垂直壁28が、液体
の同様な流れを阻止している。フラッシュパンすなわち
ラフカット・ディストリビュータ17は、他の形態を取る
ことができ、あるいは、用途に応じて完全に省略するこ
とができる。原料混合物の液体部分は、フラッシュパン
の周辺部の周囲に設けられていてディストリビュータ・
トレイすなわち分配トレイ18に通じている複数の降下パ
イプ30を通って、下方に流れる。気体の一部も、上記液
体と共に、上記降下パイプ30を通過し、一方、残りの流
れは、壁部28の上並びにフラッシュパン17の周辺部の周
囲を流れる。このように、両方の相は、トレイ18上の液
体の表面に過剰の泡及び波を生じることなく、分配トレ
イ18へ静かに運ばれる。降下パイプ30は、また、分配ト
レイ18に着座しているので、フラッシュパン17に対する
サポートも提供している。降下パイプ30の下方部分は、
気液混合物を分配トレイ18へ通過させるための垂直方向
のノッチ31を有している。
れたターゲットプレート13に衝突し、気相が液相から分
離するラフカット・ディストリビュータと呼ばれる時間
帯に、フラッシュパン17から半径方向に分散する。ター
ゲットプレート13は、そうでなければフラッシュパン17
に磨耗を生じさせることになる、原料流の流入運動量に
耐えるように作用する。その上に液体を有するフラッシ
ュパン17の周辺部は、複数のロッド20によって支持さ
れ、また、その中心の下側は、垂直要素22によって支持
されている。フラッシュパン17と反応器の壁部との間に
は、取付具が全く設けられておらず、これにより、フラ
ッシュパン17の周辺部の周囲の気体（蒸気）の流れを阻
害していないが、フラッシュパン17の垂直壁28が、液体
の同様な流れを阻止している。フラッシュパンすなわち
ラフカット・ディストリビュータ17は、他の形態を取る
ことができ、あるいは、用途に応じて完全に省略するこ
とができる。原料混合物の液体部分は、フラッシュパン
の周辺部の周囲に設けられていてディストリビュータ・
トレイすなわち分配トレイ18に通じている複数の降下パ
イプ30を通って、下方に流れる。気体の一部も、上記液
体と共に、上記降下パイプ30を通過し、一方、残りの流
れは、壁部28の上並びにフラッシュパン17の周辺部の周
囲を流れる。このように、両方の相は、トレイ18上の液
体の表面に過剰の泡及び波を生じることなく、分配トレ
イ18へ静かに運ばれる。降下パイプ30は、また、分配ト
レイ18に着座しているので、フラッシュパン17に対する
サポートも提供している。降下パイプ30の下方部分は、
気液混合物を分配トレイ18へ通過させるための垂直方向
のノッチ31を有している。
分配トレイ18には、多数の気液降下パイプ36が設けら
れている。フラッシュパン（ラフカット・ディストリビ
ュータ）17が設けられていない場合には、各々の降下パ
イプ36は、その上縁部から上方に隔置されていて流入す
る液体の運動量を吸収するための、カップを有すること
ができる。降下パイプ36の位置は、均一なグリッド（格
子）を形成するが、幾つかのパイプの位置は、支持梁又
は他の内部部材を避けるために、そのようなグリッドか
ら離すことができる。降下パイプ36は、垂直方向に配列
された管であって、そのような管の直径あるいはそれ以
上の距離だけトレイ18の上方及び下方に伸長する開口端
を有している。総ての降下パイプ36の最下方の穴は、液
相と共に搬送されるスケール、スラッジ又は他の固形物
がトレイ18を通ってその下の固形物層へ入るのを防止す
るために、トレイ18の頂面から6.35mm（1/4インチ）乃
至数mm（数インチ）だけ上方にあるのが適正である（穴
の中心において）。従って、降下パイプ36は、トレイ18
上に液体のプールを確実に維持する。一般的には、降下
パイプ36の少なくとも最下方の穴、あるいは、より好ま
しくは、幾つかの穴が、液体の中に完全に埋まるのが好
ましい。
れている。フラッシュパン（ラフカット・ディストリビ
ュータ）17が設けられていない場合には、各々の降下パ
イプ36は、その上縁部から上方に隔置されていて流入す
る液体の運動量を吸収するための、カップを有すること
ができる。降下パイプ36の位置は、均一なグリッド（格
子）を形成するが、幾つかのパイプの位置は、支持梁又
は他の内部部材を避けるために、そのようなグリッドか
ら離すことができる。降下パイプ36は、垂直方向に配列
された管であって、そのような管の直径あるいはそれ以
上の距離だけトレイ18の上方及び下方に伸長する開口端
を有している。総ての降下パイプ36の最下方の穴は、液
相と共に搬送されるスケール、スラッジ又は他の固形物
がトレイ18を通ってその下の固形物層へ入るのを防止す
るために、トレイ18の頂面から6.35mm（1/4インチ）乃
至数mm（数インチ）だけ上方にあるのが適正である（穴
の中心において）。従って、降下パイプ36は、トレイ18
上に液体のプールを確実に維持する。一般的には、降下
パイプ36の少なくとも最下方の穴、あるいは、より好ま
しくは、幾つかの穴が、液体の中に完全に埋まるのが好
ましい。
一般的に、固形物層は、その頂部に数インチの不活性
材料40を有しており、この不活性材料は、触媒のレベル
を維持すると共に、触媒層43上へのプロセス流体の最初
の分配を促進する。
材料40を有しており、この不活性材料は、触媒のレベル
を維持すると共に、触媒層43上へのプロセス流体の最初
の分配を促進する。
パイプ36は、気体及び液体の両方の流れの実質的に総
てを搬送する。幾つかのトレイは、デッキに幾つかのド
レーン穴を有する特徴を備えており、そのようなドレー
ン穴は、少量の液体がトレイを直接通過することを許容
するが、そのようなドレーン穴を通過する流量は、一般
的に、下降パイプを通る流量に比較すると、無視し得る
程度のものである。ドレーン穴は、運転停止の間に液体
を完全に排液することができるように設けられており、
そのような排液は、いずれのパイプの最下方の穴もデッ
キから幾分上方に設けられているので、ドレーン穴がな
ければ不可能である。
てを搬送する。幾つかのトレイは、デッキに幾つかのド
レーン穴を有する特徴を備えており、そのようなドレー
ン穴は、少量の液体がトレイを直接通過することを許容
するが、そのようなドレーン穴を通過する流量は、一般
的に、下降パイプを通る流量に比較すると、無視し得る
程度のものである。ドレーン穴は、運転停止の間に液体
を完全に排液することができるように設けられており、
そのような排液は、いずれのパイプの最下方の穴もデッ
キから幾分上方に設けられているので、ドレーン穴がな
ければ不可能である。
商業的な液体処理反応器の直径は、一般的に、1.8m乃
至5.5m（６フィート乃至18フィート）である。図２に示
すように、極めて多くの場合に、分配トレイ18には、種
々の形状を有する複数のセクション24が形成されてお
り、これらセクションは、反応器14の中に組み込まれて
いて、反応器14の内周の周囲で隔置された支持脚26にボ
ルト止めされたフランジ付きの梁25によって支持されて
いる。トレイ18は、各セクション24として製造されて搬
送され、各々のセクションの１つの寸法は、反応器14の
上方端にある作業員通路45を通過できるように十分に小
さい。降下パイプ36は、一般的に、組み立て作業の間
に、各セクションの中に予め装着されて溶接される。各
セクション24は、容器の中に置かれた後に、梁25にガス
ケットを介してボルト止めされる。分配トレイ18は、容
器14の最初の組み立ての間に適所に溶接された単一の中
実の円形プレートを備えることもある。中実の分配トレ
イは、漏洩の可能性を排除するが、反応器の中へのアク
セス及び反応器のメンテナンス（保守）を大きく制限す
る。分配トレイ18を適所に設けた後に、フラッシュパン
17及びターゲットプレート13をその上で組み立てる。
至5.5m（６フィート乃至18フィート）である。図２に示
すように、極めて多くの場合に、分配トレイ18には、種
々の形状を有する複数のセクション24が形成されてお
り、これらセクションは、反応器14の中に組み込まれて
いて、反応器14の内周の周囲で隔置された支持脚26にボ
ルト止めされたフランジ付きの梁25によって支持されて
いる。トレイ18は、各セクション24として製造されて搬
送され、各々のセクションの１つの寸法は、反応器14の
上方端にある作業員通路45を通過できるように十分に小
さい。降下パイプ36は、一般的に、組み立て作業の間
に、各セクションの中に予め装着されて溶接される。各
セクション24は、容器の中に置かれた後に、梁25にガス
ケットを介してボルト止めされる。分配トレイ18は、容
器14の最初の組み立ての間に適所に溶接された単一の中
実の円形プレートを備えることもある。中実の分配トレ
イは、漏洩の可能性を排除するが、反応器の中へのアク
セス及び反応器のメンテナンス（保守）を大きく制限す
る。分配トレイ18を適所に設けた後に、フラッシュパン
17及びターゲットプレート13をその上で組み立てる。
図３は、一対の降下パイプ36を詳細に示している。こ
の実施例においては、第１の列の降下パイプ33は、方形
のグリッド上で１つ置きに設けられており、第１の列の
各々の降下パイプ33は、トレイ18の上方へ垂直方向に隔
置された２つの穴39、40を有しており、これら穴は、パ
イプ内部に連通している。第２の列の降下パイプ34も、
方形のグリッド上で交互に設けられているが、第２の列
の各々の降下パイプ34は、第１の列の降下パイプ33の上
方の穴39と実質的に同じ高さの穴41を有している。
の実施例においては、第１の列の降下パイプ33は、方形
のグリッド上で１つ置きに設けられており、第１の列の
各々の降下パイプ33は、トレイ18の上方へ垂直方向に隔
置された２つの穴39、40を有しており、これら穴は、パ
イプ内部に連通している。第２の列の降下パイプ34も、
方形のグリッド上で交互に設けられているが、第２の列
の各々の降下パイプ34は、第１の列の降下パイプ33の上
方の穴39と実質的に同じ高さの穴41を有している。
第１の列の降下パイプ33の上方の穴39、及び、第２の
列の降下パイプ34の穴41は、同じ寸法ではないのが好ま
しい。本発明は、両方の列の上方の穴が同じ寸法であれ
ば、通常のパイプ型の分配トレイよりも優れた、液体の
負荷及び分配を行うが、この好ましい実施例は、後に説
明する特殊な式に従って穴の寸法を決定することを含
む。
列の降下パイプ34の穴41は、同じ寸法ではないのが好ま
しい。本発明は、両方の列の上方の穴が同じ寸法であれ
ば、通常のパイプ型の分配トレイよりも優れた、液体の
負荷及び分配を行うが、この好ましい実施例は、後に説
明する特殊な式に従って穴の寸法を決定することを含
む。
従って、トレイ18上の液体の高さが穴の上方の高さま
で低下している間には、第２の列の降下パイプ34には、
下方の穴が設けられていないので、トレイ18上の液体の
高さは、与えられた液体流量において、トレイ18の総て
の降下パイプが同一の穴を有している場合に得られる液
体の高さよりも高くなる。
で低下している間には、第２の列の降下パイプ34には、
下方の穴が設けられていないので、トレイ18上の液体の
高さは、与えられた液体流量において、トレイ18の総て
の降下パイプが同一の穴を有している場合に得られる液
体の高さよりも高くなる。
本発明の１つの特徴は、降下パイプ36からの出口流
が、円錐形のスプレーとして発散するということであ
り、その理由は、そのような流れは、分配トレイ18と触
媒層43の上方に位置する不活性層40との間の比較的停滞
しているガスに運動量を与えるからである。上述の発散
する範囲は、液体及び気体の流量、流体の性質、及び、
降下パイプ36の寸法に依存する。代表的なピッチにおい
ては、各出口の円錐形のスプレーは、互いに重なり合う
か、あるいは、部分的に重なり合う。この理由により、
固形物層40の頂部における液体のカバー範囲は、１つの
穴しか持たない第２の列のパイプ34が液体を全く通過さ
せていない場合でも、最低限の妥協しか行わない。上記
カバー範囲は、一般的には、総ての降下パイプ36が液体
を通過させている場合に得られるカバー範囲の少なくと
も80％から95％であり、100％のカバー範囲に近づくこ
とができる。
が、円錐形のスプレーとして発散するということであ
り、その理由は、そのような流れは、分配トレイ18と触
媒層43の上方に位置する不活性層40との間の比較的停滞
しているガスに運動量を与えるからである。上述の発散
する範囲は、液体及び気体の流量、流体の性質、及び、
降下パイプ36の寸法に依存する。代表的なピッチにおい
ては、各出口の円錐形のスプレーは、互いに重なり合う
か、あるいは、部分的に重なり合う。この理由により、
固形物層40の頂部における液体のカバー範囲は、１つの
穴しか持たない第２の列のパイプ34が液体を全く通過さ
せていない場合でも、最低限の妥協しか行わない。上記
カバー範囲は、一般的には、総ての降下パイプ36が液体
を通過させている場合に得られるカバー範囲の少なくと
も80％から95％であり、100％のカバー範囲に近づくこ
とができる。
第１の列及び第２の列の降下パイプ36は、流量が異常
に大きい期間の間に液体を搬送するための、１又はそれ
以上のノッチ38を頂縁部に有するのが好ましい。大きな
流量は、設計供給流量よりも大きな流量の期間、計画し
ていない流入液体のピーク期間の間に生ずることがあ
り、また、可能性はより低いが、降下パイプの大部分の
穴が閉塞することにより、トレイ上の液体レベルが全体
的に上昇した場合に生ずることもある。トレイが、上縁
部にノッチを形成しない場合よりも不完全に水平化され
た場合に、上述のノッチは、液体の高さの液体流量に対
する影響を低下させる。上述のノッチは、矩形状、三角
形状、半円形状、あるいは、他の種々の形状にすること
ができ、また、独立していて降下パイプのいずれの穴に
も接続されない。
に大きい期間の間に液体を搬送するための、１又はそれ
以上のノッチ38を頂縁部に有するのが好ましい。大きな
流量は、設計供給流量よりも大きな流量の期間、計画し
ていない流入液体のピーク期間の間に生ずることがあ
り、また、可能性はより低いが、降下パイプの大部分の
穴が閉塞することにより、トレイ上の液体レベルが全体
的に上昇した場合に生ずることもある。トレイが、上縁
部にノッチを形成しない場合よりも不完全に水平化され
た場合に、上述のノッチは、液体の高さの液体流量に対
する影響を低下させる。上述のノッチは、矩形状、三角
形状、半円形状、あるいは、他の種々の形状にすること
ができ、また、独立していて降下パイプのいずれの穴に
も接続されない。
本発明においては、第１の列及び第２の列の降下パイ
プ36が種々の直径を有することができ、また、各々の列
は、種々の直径のパイプを有することができる。また、
いずれの列のパイプの穴が、円形状、楕円形状、方形
状、矩形状、三角形状、又は他の形態を含むどのような
形状を有することも、本発明の範囲内である。同様に、
名高さの穴の数及び配置も、降下パイプの周囲に適宜な
態様で１又はそれ以上の数及び位置に設けることができ
る。後に述べる式においては、ある高さに設けられる穴
の全面積だけが、問題である。ある高さにおける全面積
が決定されると、任意の数、及び、任意の形状の穴を、
降下パイプの壁部の任意の位置に設けることができる。
プ36が種々の直径を有することができ、また、各々の列
は、種々の直径のパイプを有することができる。また、
いずれの列のパイプの穴が、円形状、楕円形状、方形
状、矩形状、三角形状、又は他の形態を含むどのような
形状を有することも、本発明の範囲内である。同様に、
名高さの穴の数及び配置も、降下パイプの周囲に適宜な
態様で１又はそれ以上の数及び位置に設けることができ
る。後に述べる式においては、ある高さに設けられる穴
の全面積だけが、問題である。ある高さにおける全面積
が決定されると、任意の数、及び、任意の形状の穴を、
降下パイプの壁部の任意の位置に設けることができる。
２又はそれ以上の位置の穴を有する第１の列又は第２
の列の降下パイプに関しては、必須的な要件ではない
が、ある穴を、その直ぐ上及び／又は下の穴から角度座
標において幾分ずらすのが好ましい。例えば、底部すな
わち最下方の穴を上から見て０゜又は180゜の角度に位
置させる場合には、その上方の穴を、10゜及び170゜の
間、又は、190゜及び350゜の間の角度に位置させるのが
好ましい。徐々に高くなる穴をパイプの周囲で可能な限
り均一に分布させるべきである。２つの高さの穴だけが
設けられる場合には、第２の位置の穴を、第１の高さの
穴に対して、上から見て90゜又は270゜だけ角度的に隔
置させるのが最も好ましい。
の列の降下パイプに関しては、必須的な要件ではない
が、ある穴を、その直ぐ上及び／又は下の穴から角度座
標において幾分ずらすのが好ましい。例えば、底部すな
わち最下方の穴を上から見て０゜又は180゜の角度に位
置させる場合には、その上方の穴を、10゜及び170゜の
間、又は、190゜及び350゜の間の角度に位置させるのが
好ましい。徐々に高くなる穴をパイプの周囲で可能な限
り均一に分布させるべきである。２つの高さの穴だけが
設けられる場合には、第２の位置の穴を、第１の高さの
穴に対して、上から見て90゜又は270゜だけ角度的に隔
置させるのが最も好ましい。
図１は、固定層反応器の頂部層に適用された本発明を
示しているが、本発明は、多段層反応器のいずれか２つ
の層の間にも等しく適用することができ、その際には、
気体又は液体がそのような層の間に供給されるかあるい
はそのような層の間から引き出されるかには関係ない。
一般的には、プロセス流体の中の液体及び気体の割合
は、反応器の頂部から底部まで変化する。そのような変
化が大きい場合には、多段層ユニット全体にわたって、
種々のトレイに異なる寸法を有する降下パイプ及び穴を
用いるのが好ましい。この好ましい構成を採用する場合
には、異なる形状のトレイを設けるにはコストが大きく
なること、また、適正なトレイを各位置に装着するため
に追加の注意が必要となることを考慮しなければならな
い。
示しているが、本発明は、多段層反応器のいずれか２つ
の層の間にも等しく適用することができ、その際には、
気体又は液体がそのような層の間に供給されるかあるい
はそのような層の間から引き出されるかには関係ない。
一般的には、プロセス流体の中の液体及び気体の割合
は、反応器の頂部から底部まで変化する。そのような変
化が大きい場合には、多段層ユニット全体にわたって、
種々のトレイに異なる寸法を有する降下パイプ及び穴を
用いるのが好ましい。この好ましい構成を採用する場合
には、異なる形状のトレイを設けるにはコストが大きく
なること、また、適正なトレイを各位置に装着するため
に追加の注意が必要となることを考慮しなければならな
い。
気液下降流用のディストリビュータを考える際には、
一般的に、全ガス流量及び全液体流量によって各々特定
される一組のケースが生ずるように、２以上の運転モー
ドが考慮される。流体流量は、一般的な温度及び圧力に
おいて適用可能な熱力学を用いて、また、ガス密度、ガ
ス粘度、液体密度、液体粘度、及び、液体の表面張力の
如き流体特性を用いて、プロセス条件において決定しな
ければならない。
一般的に、全ガス流量及び全液体流量によって各々特定
される一組のケースが生ずるように、２以上の運転モー
ドが考慮される。流体流量は、一般的な温度及び圧力に
おいて適用可能な熱力学を用いて、また、ガス密度、ガ
ス粘度、液体密度、液体粘度、及び、液体の表面張力の
如き流体特性を用いて、プロセス条件において決定しな
ければならない。
容器の直径は、流体の分配以外の要件（例えば、使用
可能なスペース）によって固定され、トレイの設計プロ
セスの最初に既知であると仮定する。この直径に基づい
て、降下パイプの概略の数をピッチ間隔を用いて決定す
る。カバー範囲を最大にするためには、上記ピッチは、
一般的に、実際的に可能な限り小さく選択する。すなわ
ち、降下パイプは、製造が許容する範囲内で、互いに接
近して配置する。一般的なピッチは、カバー範囲を最大
化する重要性に応じて、0.3m乃至0.6m（１フィート乃至
２フィート）から数cm（数インチ）まで変化する。許容
可能なピッチは、一般的に、トレイのサポート梁及び他
の内部部材の位置によって制限される。降下パイプの数
を知った後に、この時点においては総ての降下パイプが
同様であると考えて、１つの降下パイプ当たりの気体及
び液体の流量を計算する。
可能なスペース）によって固定され、トレイの設計プロ
セスの最初に既知であると仮定する。この直径に基づい
て、降下パイプの概略の数をピッチ間隔を用いて決定す
る。カバー範囲を最大にするためには、上記ピッチは、
一般的に、実際的に可能な限り小さく選択する。すなわ
ち、降下パイプは、製造が許容する範囲内で、互いに接
近して配置する。一般的なピッチは、カバー範囲を最大
化する重要性に応じて、0.3m乃至0.6m（１フィート乃至
２フィート）から数cm（数インチ）まで変化する。許容
可能なピッチは、一般的に、トレイのサポート梁及び他
の内部部材の位置によって制限される。降下パイプの数
を知った後に、この時点においては総ての降下パイプが
同様であると考えて、１つの降下パイプ当たりの気体及
び液体の流量を計算する。
決定すべき次の寸法は、降下パイプの直径である。直
径が大き過ぎると、分配トレイのパイプの数を制限す
る。直径が小さ過ぎると、分配トレイの前後に過剰な圧
力降下が生ずる。一般的には、そのような限界値の間に
直径があり、その範囲は、数cm（数インチ）から1.3cm
（約1/2インチ）よりも小さい値までである。便宜的な
パイプの寸法を一回目の計算に関して選択し、その後そ
のような直径を微調整することができる。同じトレイに
対して複数の直径を用いることもできる。
径が大き過ぎると、分配トレイのパイプの数を制限す
る。直径が小さ過ぎると、分配トレイの前後に過剰な圧
力降下が生ずる。一般的には、そのような限界値の間に
直径があり、その範囲は、数cm（数インチ）から1.3cm
（約1/2インチ）よりも小さい値までである。便宜的な
パイプの寸法を一回目の計算に関して選択し、その後そ
のような直径を微調整することができる。同じトレイに
対して複数の直径を用いることもできる。
第１の列の降下パイプ、すなわち、総ての穴を有する
降下パイプが、最大の液体流量を有する設計ケースを用
いて、最初に設計される。後に示す式は、２つの位置す
なわち高さに穴を有する降下パイプに関して提示される
ものであるが、そのような式は、３又はそれ以上の高さ
に穴を有するパイプに対して容易に拡張することができ
る。上述のように、ある位置における穴の全面積が計算
され、この全面積は、その高さにおいて当該降下パイプ
の壁部を通過するどのような数の穴によっても実現する
ことができる。従って、本明細書で用いる「穴」は、降
下パイプの特定の高さに設けられる１又はそれ以上の穴
を意味する。
降下パイプが、最大の液体流量を有する設計ケースを用
いて、最初に設計される。後に示す式は、２つの位置す
なわち高さに穴を有する降下パイプに関して提示される
ものであるが、そのような式は、３又はそれ以上の高さ
に穴を有するパイプに対して容易に拡張することができ
る。上述のように、ある位置における穴の全面積が計算
され、この全面積は、その高さにおいて当該降下パイプ
の壁部を通過するどのような数の穴によっても実現する
ことができる。従って、本明細書で用いる「穴」は、降
下パイプの特定の高さに設けられる１又はそれ以上の穴
を意味する。
いずれかの単一の高さにおいて、液体の高さ対液体流
量の関係式は、以下の通りである。
量の関係式は、以下の通りである。
ｈ＝Ｈ＋ｆ（A,ρＬ）QL 2＋ｇ（A,ρL,ρG,QG）QL（I
V） 上式において、 ｈは、トレイの頂面から上方の液体の高さであり、 Ｈは、トレイの頂面から上方の穴の中心の高さであ
り、 Ａは、ある高さにおける単数又は複数の穴の全面積で
あり、 QL及びQGは、それぞれ、１つの降下パイプ当たりの液
体体積流量及び気体体積流量であり、 ｆ及びｇは、降下パイプの穴における圧力バランスに
よって容易に得られる関数である。
V） 上式において、 ｈは、トレイの頂面から上方の液体の高さであり、 Ｈは、トレイの頂面から上方の穴の中心の高さであ
り、 Ａは、ある高さにおける単数又は複数の穴の全面積で
あり、 QL及びQGは、それぞれ、１つの降下パイプ当たりの液
体体積流量及び気体体積流量であり、 ｆ及びｇは、降下パイプの穴における圧力バランスに
よって容易に得られる関数である。
関数ｆ及びｇを決定する物理的な制約は、２つの高さ
における液体及び気体の間の圧力が等しいことであり、
上記２つの高さは、液体の頂面、及び、各相が圧力平衡
に戻るパイプの内側の点である。
における液体及び気体の間の圧力が等しいことであり、
上記２つの高さは、液体の頂面、及び、各相が圧力平衡
に戻るパイプの内側の点である。
２つの穴を有する降下パイプ33の如き、２位置型のパ
イプを設計する際には、式（IV）は、上方の穴に39に関
して一回書き直し、また、下方の穴40に関して一回書き
直される。すなわち、Ｈの異なる値、並びに、恐らくＡ
の異なる値を用いて、４つの未知hTOP、QL TOP、h
BOTTOM、及び、QL BOTTOMを含む２つの式を作る。系を
閉じるために必要な他の２つの式は以下の通りである。
イプを設計する際には、式（IV）は、上方の穴に39に関
して一回書き直し、また、下方の穴40に関して一回書き
直される。すなわち、Ｈの異なる値、並びに、恐らくＡ
の異なる値を用いて、４つの未知hTOP、QL TOP、h
BOTTOM、及び、QL BOTTOMを含む２つの式を作る。系を
閉じるために必要な他の２つの式は以下の通りである。
hTOP＝hBOTTOM （Ｖ） QL TOP＋QL BOTTOM＝QL （VI） 式（Ｖ）は、上方及び下方の穴を支配する液体の高さ
が同じであることを要求しており、また、式（VI）は、
上方及び下方の穴を通る液体流量の合計が降下パイプ当
たりの全液体流量に等しいことを要求している。第１の
列のパイプの設計は、トレイを通過する予想最大液体流
量に関する、上方の穴39及び下方の穴40の面積（Ａ）及
び高さ（Ｈ）の値を選択する工程と、式（IV）及び（V
I）を試行錯誤法を解いて、トレイ上の液体の高さ
（ｈ）を決定する工程と、液体の高さ（ｈ）が満足され
るまで、すなわち、上方の穴よりも上方の所定レベルに
位置するまで、穴の面積（Ａ）及び高さ（Ｈ）を調節す
る工程とを含む。
が同じであることを要求しており、また、式（VI）は、
上方及び下方の穴を通る液体流量の合計が降下パイプ当
たりの全液体流量に等しいことを要求している。第１の
列のパイプの設計は、トレイを通過する予想最大液体流
量に関する、上方の穴39及び下方の穴40の面積（Ａ）及
び高さ（Ｈ）の値を選択する工程と、式（IV）及び（V
I）を試行錯誤法を解いて、トレイ上の液体の高さ
（ｈ）を決定する工程と、液体の高さ（ｈ）が満足され
るまで、すなわち、上方の穴よりも上方の所定レベルに
位置するまで、穴の面積（Ａ）及び高さ（Ｈ）を調節す
る工程とを含む。
第２の列の降下パイプ34の穴は、２つの穴を有するパ
イプ33と同じ液体の高さ（ｈ）で、同じ液体量（QL）を
通過させるに必要な各々のパイプの穴44の面積（Ａ）に
関して、式（IV）を解くことにより、その寸法が決定さ
れる。この計算も、総ての降下パイプが液体を通過させ
ると予測した時の、最も大きな液体流量を有するケース
に特定のものである。これも、試行錯誤法の計算であ
り、その理由は、面積（Ａ）は、式（IV）の２つの項に
おいて複雑であるように思われるからである。
イプ33と同じ液体の高さ（ｈ）で、同じ液体量（QL）を
通過させるに必要な各々のパイプの穴44の面積（Ａ）に
関して、式（IV）を解くことにより、その寸法が決定さ
れる。この計算も、総ての降下パイプが液体を通過させ
ると予測した時の、最も大きな液体流量を有するケース
に特定のものである。これも、試行錯誤法の計算であ
り、その理由は、面積（Ａ）は、式（IV）の２つの項に
おいて複雑であるように思われるからである。
分配トレイに対する液体流量が最大であると予想され
るケースに関する穴の寸法決めの次に、液体流量が最小
であると予想されるケースに関して、装置を評価して、
どの降下パイプを第２の列にし、従って、下方の穴を除
去するかを決定する。この評価は、式（IV）を第１の列
のパイプに適用し、どのような降下パイプ当たりの液体
流量が、下方の穴よりも上方で且つ上方の穴よりも下方
の好適な液体の高さを生ずるかを決定する。その値は、
降下パイプ当たりの実際の流量QLよりも大きい何等かの
値QL'になる。実際値QL対目標値QL'の比は、第１の列を
構成しなければならないパイプの割合である。残りのパ
イプは、第２の列に指定される。この工程は、通常、何
回かの繰り返しを必要とするが、その理由は、第２の列
のパイプの割合は、グリッドの均一な間隔に対応するの
が好ましいからである。この工程の間に、穴の寸法の微
調整を必要とすることが多い。また、第２の列のパイプ
の一定の割合を都合の良いグリッドの間隔に対応させ、
許容できる液体レベルをチェックすることが好ましい場
合がある。
るケースに関する穴の寸法決めの次に、液体流量が最小
であると予想されるケースに関して、装置を評価して、
どの降下パイプを第２の列にし、従って、下方の穴を除
去するかを決定する。この評価は、式（IV）を第１の列
のパイプに適用し、どのような降下パイプ当たりの液体
流量が、下方の穴よりも上方で且つ上方の穴よりも下方
の好適な液体の高さを生ずるかを決定する。その値は、
降下パイプ当たりの実際の流量QLよりも大きい何等かの
値QL'になる。実際値QL対目標値QL'の比は、第１の列を
構成しなければならないパイプの割合である。残りのパ
イプは、第２の列に指定される。この工程は、通常、何
回かの繰り返しを必要とするが、その理由は、第２の列
のパイプの割合は、グリッドの均一な間隔に対応するの
が好ましいからである。この工程の間に、穴の寸法の微
調整を必要とすることが多い。また、第２の列のパイプ
の一定の割合を都合の良いグリッドの間隔に対応させ、
許容できる液体レベルをチェックすることが好ましい場
合がある。
各々の列の降下パイプの数を固定して、穴の寸法を知
ると、一回目の設計が完了する。一回目の設計に対して
調節を行う必要があるが、その理由は、上述の計算は、
第１の列及び第２の列の降下パイプを通る気体流量が等
しいという仮定に基づいており、これは一般的には正確
ではないからである。気体流の分割すなわち分配は、第
２の列の降下パイプの前後の圧力降下に対する第１の列
の降下パイプの前後の圧力降下によって決定される。両
方の列の降下パイプが液体を通過させている時には、各
々の列を構成するパイプの前後の圧力降下は、同一では
ないが似通っている。その理由は、２つのタイプのパイ
プの液体ジェット（液体の噴流）の数が異なるので、剪
断の程度が幾分異なるからである。第１の列の降下パイ
プだけが液体を通過させている時に、気体流は、第２の
列のパイプを好む。その理由は、第２の列のパイプの有
効な流動面積は、その中に液体が存在しないので、大き
いからである。以下に述べる圧力降下式（VII）が、ガ
ス流を分析する。
ると、一回目の設計が完了する。一回目の設計に対して
調節を行う必要があるが、その理由は、上述の計算は、
第１の列及び第２の列の降下パイプを通る気体流量が等
しいという仮定に基づいており、これは一般的には正確
ではないからである。気体流の分割すなわち分配は、第
２の列の降下パイプの前後の圧力降下に対する第１の列
の降下パイプの前後の圧力降下によって決定される。両
方の列の降下パイプが液体を通過させている時には、各
々の列を構成するパイプの前後の圧力降下は、同一では
ないが似通っている。その理由は、２つのタイプのパイ
プの液体ジェット（液体の噴流）の数が異なるので、剪
断の程度が幾分異なるからである。第１の列の降下パイ
プだけが液体を通過させている時に、気体流は、第２の
列のパイプを好む。その理由は、第２の列のパイプの有
効な流動面積は、その中に液体が存在しないので、大き
いからである。以下に述べる圧力降下式（VII）が、ガ
ス流を分析する。
Δｐ＝Φ（AP,QG,ρG,μＧ） ＋Ψ（AP,QG,QL,ρG,ρL,μG,μL,σＬ） （VII） 上式において、 Δｐは、降下パイプの全長の前後の圧力降下であり、 APは、降下パイプの流動断面積であり、 QL及びQGは、それぞれ、降下パイプ当たりの液体及び
気体の体積流量であり、 ρＬ及びρＧは、それぞれ、液体及び気体の密度であ
り、 μＬ及びμＧは、それぞれ、気体及び液体の粘度であ
り、 σＬは、液体の表面張力であり、 Φは、上縁部と最上方の穴との間の降下パイプの長さ
における圧力損失であり、 Ψは、降下パイプの最上方の穴と下縁部との間の降下
パイプの二相部分における圧力損失である。
気体の体積流量であり、 ρＬ及びρＧは、それぞれ、液体及び気体の密度であ
り、 μＬ及びμＧは、それぞれ、気体及び液体の粘度であ
り、 σＬは、液体の表面張力であり、 Φは、上縁部と最上方の穴との間の降下パイプの長さ
における圧力損失であり、 Ψは、降下パイプの最上方の穴と下縁部との間の降下
パイプの二相部分における圧力損失である。
式VIIにおいて、Φは、上縁部と上方の穴との間の降
下パイプの長さにおける圧力損失を示す関数であって、
上縁部のノッチの数及びタイプに特定のものである。関
数Ψは、降下パイプの上方の穴と底端部との間の二相部
分における圧力損失を表す関数であって、穴のパイプ外
周の数、高さ、及び、相対的な位置に特定のものであ
る。各々のタイプの降下パイプに対するガス流すなわち
気体流は、第１の列の降下パイプに関して一回、及び、
第２の列の降下パイプに関して一回、式（VII）を書き
換えることにより、与えられた設計ケースに対して決定
される。最大流量のケースに関しては、QLの値は、各列
のパイプに関して実質的に等しいが、他の設計ケースに
関しては、特に、流量が少ないケースに関しては、QLの
値は、大きく異なる。使用すべきQGの値は、液体の高さ
に関して式（IV）で使用したものであって、最初の計算
の間には、第１及び第２の列に関して等しい。式（VI
I）を用いて、第１の列及び第２の列の降下パイプの前
後の圧力降下が計算される。圧力降下が等しいと、設計
が一致して完全である。
下パイプの長さにおける圧力損失を示す関数であって、
上縁部のノッチの数及びタイプに特定のものである。関
数Ψは、降下パイプの上方の穴と底端部との間の二相部
分における圧力損失を表す関数であって、穴のパイプ外
周の数、高さ、及び、相対的な位置に特定のものであ
る。各々のタイプの降下パイプに対するガス流すなわち
気体流は、第１の列の降下パイプに関して一回、及び、
第２の列の降下パイプに関して一回、式（VII）を書き
換えることにより、与えられた設計ケースに対して決定
される。最大流量のケースに関しては、QLの値は、各列
のパイプに関して実質的に等しいが、他の設計ケースに
関しては、特に、流量が少ないケースに関しては、QLの
値は、大きく異なる。使用すべきQGの値は、液体の高さ
に関して式（IV）で使用したものであって、最初の計算
の間には、第１及び第２の列に関して等しい。式（VI
I）を用いて、第１の列及び第２の列の降下パイプの前
後の圧力降下が計算される。圧力降下が等しいと、設計
が一致して完全である。
しかしながら、一回目の計算の後に、圧力降下が等し
くならないことがある。その理由は、ガス流量すなわち
気体流量は、第２の列の降下パイプが不作動である流量
が少ないケースの場合でも、等しいと仮定したからであ
る。従って、外部繰り返しループを実行して、第１の列
の降下パイプに対するガス流量を推測しなければなら
ず、第２の列の降下パイプに対するガス流量は、上記推
測した第１の列のガス流量と全ガス流量との差として得
られ、上述の総ての計算は、ガスの分割すなわち分配の
程度が、総ての設計ケースに関して、液体の高さ及び圧
力降下の式が調和するまで、繰り返される。この手順
は、手計算では実際的ではなく、ディジタルコンピュー
タによって行うのが好ましい。そのような式を解くため
の適宜な数値計算技術は、ニュートンラフソン法（Newt
on−Raphson method）である。式（Ｉ）乃至（VII）
は、無次元であることに注意する必要がある。すなわ
ち、どのような一致した組の単位でも用いることができ
る。
くならないことがある。その理由は、ガス流量すなわち
気体流量は、第２の列の降下パイプが不作動である流量
が少ないケースの場合でも、等しいと仮定したからであ
る。従って、外部繰り返しループを実行して、第１の列
の降下パイプに対するガス流量を推測しなければなら
ず、第２の列の降下パイプに対するガス流量は、上記推
測した第１の列のガス流量と全ガス流量との差として得
られ、上述の総ての計算は、ガスの分割すなわち分配の
程度が、総ての設計ケースに関して、液体の高さ及び圧
力降下の式が調和するまで、繰り返される。この手順
は、手計算では実際的ではなく、ディジタルコンピュー
タによって行うのが好ましい。そのような式を解くため
の適宜な数値計算技術は、ニュートンラフソン法（Newt
on−Raphson method）である。式（Ｉ）乃至（VII）
は、無次元であることに注意する必要がある。すなわ
ち、どのような一致した組の単位でも用いることができ
る。
上記設計手順は、降下パイプの直径及び位置、穴の寸
法及び高さ、並びに、上述の他の要素が、総ての設計ケ
ースに関して穴の下方位置よりも上の液体の高さ、及
び、可能な限り多くの設計ケースにおける穴の上方位置
よりも上の液体の高さを与えた時に、成功裏に完了す
る。本発明の最大の利益を実現するための基本的な要件
は、第１の列の下方の穴が、総てのケースにおいて浸漬
すべきこと、及び、第２の列のパイプが不作動の場合
に、第１の列の降下パイプが最大のカバー範囲をもたら
すように配列されるべきことである。
法及び高さ、並びに、上述の他の要素が、総ての設計ケ
ースに関して穴の下方位置よりも上の液体の高さ、及
び、可能な限り多くの設計ケースにおける穴の上方位置
よりも上の液体の高さを与えた時に、成功裏に完了す
る。本発明の最大の利益を実現するための基本的な要件
は、第１の列の下方の穴が、総てのケースにおいて浸漬
すべきこと、及び、第２の列のパイプが不作動の場合
に、第１の列の降下パイプが最大のカバー範囲をもたら
すように配列されるべきことである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォルフェンバーガー，ジュリアン・ア レックス アメリカ合衆国ペンシルバニア州19348, ケネット・スクエア，イースト・ドー・ ラン・ロード 153 (56)参考文献 実開 昭61−4739（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−14546（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平４−505885（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 8/00 C10G 11/00 C10L 1/00
Claims (15)
- 【請求項１】気体及び液体を固形物の固定層の表面を通
して下方に導くための二相分配装置であって、 分配トレイと、 端部が開口されていて前記トレイを貫通する複数の垂直
な降下パイプと、 前記トレイのレベルの上方で垂直方向に隔置された複数
の穴の高さを有する、第１の列の降下パイプと、 前記トレイのレベルから上方で前記第１の列の穴の高さ
の中の少なくとも１つの穴の高さと実質的に同じ高さに
ある穴の高さを有すると共に、前記第１の例の最下方の
穴の高さに相当する穴の高さを全く有していない、第２
の列の降下パイプとを備え、 与えられた液体の高さにおいて前記分配トレイを通る液
体流量が、前記液体の高さが前記第２の列の最下方の穴
の高さの下方まで下がった時に減少し、これによって前
記分配トレイ上の流体のレベルを、第１の列及び第２の
列の降下パイプが同一の位置に穴を有するとしたときの
流量によってもたらされるレベルよりも大きい所定の流
量によってもたらされる高いレベルになすようにしたこ
と、を特徴とする二相分配装置。 - 【請求項２】請求項１の二相分配装置において、前記第
１の列の降下パイプは、垂直方向に隔置された２つの穴
を有しており、また、前記第２の列の降下パイプは、前
記第１の列の降下パイプの最上方の穴の高さと同じ中心
線の高さに位置する１つの穴の高さを有していることを
特徴とする二相分配装置。 - 【請求項３】請求項２の二相分配装置において、各々の
降下パイプには、前記第１の列の前記垂直方向に隔置さ
れた各々の高さ、及び、前記第２の列の前記１つの高さ
に、単一の穴が設けられることを特徴とする二相分配装
置。 - 【請求項４】請求項３の二相分配装置において、前記第
１の列の各々の降下パイプの最下方の穴は、上方から見
たときに、最上方の穴から、10゜から170゜、あるい
は、190゜から350゜だけ円周方向にずれていることを特
徴とする二相分配装置。 - 【請求項５】請求項１の二相分配装置において、前記第
１の列の降下パイプは、垂直方向に隔置された少なくと
も３つの穴の高さを有することを特徴とする二相分配装
置。 - 【請求項６】請求項５の二相分配装置において、前記第
１の列の降下パイプは、垂直方向に隔置された少なくと
も３つの穴の高さを有しており、前記第２の列の降下パ
イプは、前記第１の列の最上方の穴の高さと同じ中心線
の高さに位置する１つの穴の高さを有していることを特
徴とする二相分配装置。 - 【請求項７】請求項５の二相分配装置において、前記第
１の列の降下パイプは、垂直方向に隔置された３つの穴
の高さを有しており、前記第２の列の降下パイプは、前
記第１の列の降下パイプの最上方の２つの穴の高さとそ
れぞれ同じ中心線の高さに位置する２つの穴の高さを有
していることを特徴とする二相分配装置。 - 【請求項８】請求項１の二相分配装置において、前記第
１の列及び第２の列の降下パイプの穴は、液体の高さが
前記第２の列の降下パイプの最上方の穴の高さよりも上
方にある時に、前記分配トレイの総ての降下パイプを通
る液体の流れが実質的に等しくなるように、寸法決めさ
れることを特徴とする二相分配装置。 - 【請求項９】請求項１の二相分配装置において、前記第
１の列の降下パイプの数は、全降下パイプの50％から86
％であることを特徴とする二相分配装置。 - 【請求項１０】請求項１の二相分配装置において、前記
第１の列は、全降下パイプの50％を含み、前記第１及び
第２の列の降下パイプは、チェス盤の黒及び白の碁盤目
に相当する位置で方形の格子上に設けられることを特徴
とする二相分配装置。 - 【請求項１１】請求項１の二相分配装置において、前記
第１の列の降下パイプは、全降下パイプの75％を含んで
いて、チェス盤の白の碁盤目及びこれと交互に設けられ
る黒の碁盤目に相当する位置で方形状の格子上に設けら
れており、前記第２の列の降下パイプは、全降下パイプ
の25％を含んでいて、前記チェス盤の残りの黒の碁盤目
に相当する位置で前記方形状の格子上に設けられている
ことを 特徴とする二相分配装置。 - 【請求項１２】請求項１の二相分配装置において、前記
降下パイプの穴は、円形状又は楕円形であることを特徴
とする二相分配装置。 - 【請求項１３】請求項１の二相分配装置において、前記
降下パイプは、10゜乃至40゜の円錐の角度を形成する気
体の中に分散された液滴から成る、少なくとも実質的に
均一な円錐形のスプレーを有する出口の流動パターンを
もたらすように、寸法決めされることを特徴とする二相
分配装置。 - 【請求項１４】請求項１の二相分配装置において、前記
降下パイプは、前記トレイ上の液体レベルが前記第２の
列の降下パイプの最下方の穴の高さよりも下方に下がっ
た時に、前記固形物の固定層の表面において少なくとも
部分的に重なり合う円錐形のスプレーをもたらすよう
に、寸法決めされ且つ隔置されることを特徴とする二相
分配装置。 - 【請求項１５】下降流型の液体処理反応器であって、少
なくとも１つの触媒の固定層と、水素含有ガスと混合さ
れ且つ予熱されたオイル流を当該反応器の上方部分に供
給して、気体及び液体の混合物を形成する手段と、請求
項１乃至14のいずれかの二相分配装置とを備えることを
特徴とする下降流型の液体処理反応器。
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