JP5615812B2 - スプレーノズルを使用した改善された急冷ゾーン設計 - Google Patents

Description

[0001]本発明は、流体を反応器ベッドの横断面一面に一様に分配するためのデバイスに関する。デバイスは２つの反応器ベッドの間にあり、上のベッドからの流れが収集され、下のベッドの上面一面に再分配される。

[0002]多種多様なプロセスは、流体と個体との接触を提供するために、並流反応器、または粒子材料の個体ベッド一面に流れる単相流体がある反応器を使用する。反応器では、個体は、通常、触媒材料を含み、流体はその触媒材料に反応して生成物を形成する。流体は液体、蒸気、または液体と蒸気の混合物でよく、流体は反応して液体、蒸気、または液体と蒸気の混合物を形成する。これらのプロセスは、炭化水素転換、ガス処理、および分離のための吸着を含めて、様々なプロセスを含む。

[0003]固定ベッドを有する並流反応器は、反応器が、流体が反応器ベッド一面に流れることができるようにするように構成される。流体が液体または液体および蒸気である場合は、流体は、通常、反応器を通って下方に流れるように向けられる。流体と個体との良好な接触を提供するための多くの態様がある。反応器シェルの中で反応器ベッドが次々に積み重ねられているマルチベッド反応器もしばしば使用される。通常、反応器ベッドはベッド間に何らかの空間があるように積み重ねられる。

[0004]マルチベッド反応器では、ベッド間の空間は便利な混合ゾーンである。ベッド間空間は、しばしば、プロセス流体の冷却、プロセス流体の加熱、またはプロセス流体の再混合および再分配など、プロセス流体の中間処理を提供するために使用される。

[0005]発熱触媒反応では、温度の制御は重要であり、マルチベッドシステムは、急冷ガスの注入に便利な場所を提供する。炭化水素処理では、急冷ガスは、しばしば冷たい水素流である。しかし、混合および分配を制御せずに流体を冷却することは、その後の反応器ベッドにおける一様でない加熱および反応につながる。さらに、複雑な混合および分配システムは、複数の反応器ベッドを保持する反応器室内の貴重な空間を占めてしまう。

[0006]これらの弱点を克服するための反応器の設計は、反応器の中の貴重な空間をかなり節減することができ、反応器室をよりうまく利用することができる。反応器を保持するためのハードウェア、反応器シェルは、高価であり、実施に移す前に設計し作成するのにかなりの時間がかかる。反応器シェルの中の空間の利用を改善する新しい反応器の内部構造は、かなりのコスト節減を提供し、新しい反応器シェル構成要素の必要をなくし、同時に反応器全体を取り換えるためのダウンタイムを防止することができる。

[0007]本発明は、反応器ベッドの上面一面に流体を収集し再分配するのに必要とされる空間を低減するための新規のデバイスを提供する。このデバイスは、デバイスの上方の反応器ベッドから液体を収集するための液体収集トレイを備える。収集トレイは、液体を混合室内に渦を巻きながら吐出するように適応された出口ポートを通して混合室に液体を送る。混合室は液体を混合し、液体収集トレイと液体分配トレイとの間の空間によって画成される。混合された液体は液体分配トレイ一面に広がる。液体分配トレイは、複数の出口を有するトレイを備える。デバイスは複数のスプレーノズルを含み、スプレーノズルは液体分配出口ごとに１つずつつけられ、液体を触媒ベッドの上面一面に吐出する。液体は、液体分配トレイを通して引き出されるので、比較的、レベルはずれのトレイの影響を受けにくい。

[0008]他の実施形態では、デバイスは複数の蒸気管を含み、各蒸気管は、液体分配トレイの下方の蒸気空間と流体連通している開口、および液体収集トレイの上方の蒸気空間と流体連通している開口を有する。これは、液体レベルが混合室の中で一様でない場合でも、蒸気が、引出しによって、分配トレイ開口のそれぞれを通して一様な液体流を保証するための原動力を提供するための手段を提供する。

[0009]本発明の他の目的、利点、および用途は、以下の詳細な説明および図面から当業者には明らかになるであろう。

[0010]液体を反応器ベッドの上面一面に分配するためのデバイスの概略図である。 [0011]液体を混合室に向けるための液体収集プレートの概略図である。 [0012]蒸気をデバイスの上方から分配トレイ内の各ノズルに送るための蒸気管の使用を含む、液体を分配するためのデバイスの概略図である。

[0013]炭化水素処理の改善は、現在使用中の装置の利用を改善することを含む。利用を改善する一態様は、処理室の中の機能のための空間の容積を低減することである。炭化水素処理の一実施例では、しばしば、処理のために複数の反応器ベッドが順次積み重ねられる。反応器ベッドは急冷ゾーンによって分離され、急冷ゾーンは、上方の反応器ベッドからの反応器流を冷却するように、および場合によっては凝縮するように設計される。反応器流は急冷ガスまたは液体によって急冷され、流れは混合され、下方の反応器ベッドに送られる。流れは、流れを急冷ゾーンの下方の反応器ベッドに送る前に、流れ内の温度勾配および濃度勾配を最小化するように混合される。急冷ゾーンのために反応器ベッド間にかなりの空間があり、急冷ゾーンに必要とされる空間の量の低減は、より多くの反応器ベッドに対応することができ、これは、装置の高価な部分である処理列全体を取り換えることなしに処理を改善する。

[0014]良くない分配は一様でない温度上昇などの悪い影響につながるので、反応器ベッド一面に液体をうまく分配することは重要である。一様でない温度上昇は、触媒の短寿命化、反応器の中のホットスポット、または局部温度上昇による不安定な反応につながる可能性がある。多くの市販の反応ユニットは、半径方向に、しばしば６℃から２７℃までの間の、かなり大きい温度勾配を有する。本発明は、半径方向温度勾配を２℃から３℃に低減するように設計される。

[0015]本発明は、隣接する反応器ベッド間の間隔または高さを低減する新しい急冷ゾーンデバイスを提供する。これは、反応器装置のサイズ全体を低減するかまたは既存の反応器シェル内により多くの反応器ベッド容積を作り出すために使用されることが可能であり、反応器ベッド一面への液体の改善された分配を提供する。液相と蒸気相を相互に熱平衡状態にしておく必要がないことを理解することにより、半径方向にベッド全体にわたって事実上一様な温度を提供するために、液体は混合され、反応器ベッド一面に分配されることが可能である。

[0016]現在、発熱触媒反応に関するシステムでは、冷たい急冷ガスは、中心軸に近い位置で注入され、収集トレイの上方で外向きの半径方向にスプレーされる。噴霧は、急冷ゾーンの上方の反応器ベッドから下方に流れる蒸気および液体に接触する。２つのガス間の熱伝達は、２つの蒸気流間の運動量交換に依存するガス混合にかかわる問題である。液体への熱伝達は、液滴表面積全体にわたる熱の伝達による。

[0017]上方のベッドからの混合された急冷ガスおよび蒸気が分配デバイスに一様に分配され、液体も一様に分配された場合は、蒸気と液体の温度が同じになるのに十分な界面面積が作り出されるので、蒸気と液体は同じ温度である必要はないはずである。しかし、蒸気を混合室に入れる必要はなく、これは設計の柔軟性を可能にする。

[0018]本発明は、図１に示されているように、反応器ベッドの上面一面に液体を分配するためのデバイス１０を備える。デバイス１０は、デバイス１０の上方に配置された反応器ベッド３０から液体を収集し、次いで、液体を混合し、液体をデバイス１０の下に配置された反応器ベッド３２に分配する。デバイス１０は、液体収集トレイ１２、およびトレイ１２から液体分配トレイ１８への出口１４を有する。液体収集トレイ１２と液体分配トレイ１８との間の空間は混合室１６を形成し、液体収集トレイ１２から入る液体は渦巻きにされ、混合される。液体分配トレイ１８は、複数の開口を有し、各開口には液体スプレーノズル２２がつけられている。

[0019]ノズル２２は、分配トレイ１８一面に一様なパターンで分配され、９０度から１５０度までの間のスプレー角度を有し、好ましくは、スプレー角度は１０５度から１１５度までの間である。一様なパターンは、分配トレイ１８一面に任意の一様な密度のスプレーノズル２２を含むことが意図され、長方形配列または三角形配列のノズルを含む。ノズル２２と反応器ベッド３２の上面との間の距離を最小化するのに十分なノズル２２を有することが好ましい。好ましい距離は１０ｃｍから３０ｃｍまでの間（４インチから１２インチまで）であり、より好ましい距離は１０ｃｍから１８ｃｍまでの間（４インチから７インチまで）である。液体分配トレイ一面に分配された三角形配列のノズルは、何らかのオーバーラップを提供し、反応器の上面一面への液体の一様な分配を提供するはずである。この実施形態では、ノズルは二相ノズルであり、液体および蒸気の両方をスプレーすることが好ましい。スプレーノズル２２は、バブルキャップのドリブルフローを介して触媒ベッドの上面に液体のより一様な分配を提供する。

[0020]液体収集トレイ１２は、図２に示されているように、収集トレイ１２の周囲に円周的に配列された複数のみぞ１４を通して液体を混合室１６に吐出するはずである。各みぞ１４は、液体の流れを半径方向に対して直角の方向に向け、したがって、流れは下向きの構成要素によって円周的になる。流れは、混合室１６において渦巻き流を生成し、液体を混合し、液体全体にわたる熱勾配および組成勾配を最小化する。

[0021]デバイス１０は、触媒ベッド３０、３２の間の空間への急冷ガス注入をさらに含む。急冷ガス注入がある場合は、液体収集トレイ１２の上方の蒸気空間に急冷ガスを注入することが好ましい。急冷ガスは、反応器の中心線軸上のまたはその近くの位置で注入される。急冷ガスは、急冷ガスの流れが反応器ベッド３０からの液体および蒸気の流れを横切るように半径方向に注入される。急冷ガスの注入では、注入は、スプレーヘッドの周囲に円周的に配列された複数の開口を有するスプレーヘッドを備える。

[0022]前述の実施形態では、スプレーノズル２２は、単相液体ノズルであり、蒸気は中心余水路２６を通過する。混合室内の渦巻き流は、液体と蒸気を分離するのに十分である。液体レベルは液体分配トレイ１８一面に勾配を形成し、最も低い液体レベルはトレイ１８の中心の方にある。

[0023]他の実施形態では、液体分配トレイ１８は、任意選択の中心余水路２６を含むことができる。中心余水路２６は、あるレベルの液体を保持するための堰を有し、液体はノズル２２を通してスプレーされる。蒸気は、中心余水路２６を通って、液体分配トレイ１８と下の反応器ベッド３２との間の空間に行く。

[0024]中心余水路２６の代替実施形態では、デバイス１０は、蒸気が混合室１６をバイパスするために蒸気管を含むことができる。蒸気管（図示せず）は、液体分配トレイ１８の下方の空間と流体連通している出口、および液体収集トレイ１２の上方の空間と流体連通している入口を有する管である。

[0025]蒸気管２４を含む他の実施形態が図３に示されている。各ノズル２２は、スプレーノズル２２を通して液体を引き出すための蒸気管２４を含み、各蒸気管２４は、液体分配トレイ１８の下方の空間と流体連通している第１の開口、および液体収集トレイ１２の上方の空間と流体連通している第２の開口を有する。蒸気管２４の使用は、混合室１６の高さを最小化し、デバイス１０のサイズ全体の低減を容易にする。この実施形態では、液体分配トレイ１８はまた、任意選択の中心余水路２６を含むことができる。中心余水路２６は、あるレベルの液体を保持するための堰を有し、液体はノズル２２を通してスプレーされる。中心余水路２６は、蒸気の一部分が中心余水路２６を通り抜け、ノズル２２をバイパスし、液体分配トレイ１８と下の反応器ベッド３２との間の空間に行くことができるようにする。これは、蒸気管２４を通る蒸気の流速を制御するために使用されることが可能であり、これは、ノズル２２を通る液体の流れを調節するのに役立つ。

[0026]本発明は、好ましい実施形態と現在考えられることに関して説明されてきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるのではく、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれる様々な変更形態および同等の構成形態を含むことが意図されることが理解されるべきである。

Claims (3)

1. 反応器ベッドの上面一面に液体を分配するためのデバイス（１０）であって、
   上面および底面を有し、そこに出口ポート（１４）を有する液体収集トレイ（１２）と、
   前記収集トレイ出口ポート（１４）と流体連通しており、前記液体収集トレイ（１２）の前記底面に取り付けられ、それによって前記収集トレイ（１２）と液体分配トレイ（１８）との間に混合室（１６）を作り出す液体分配トレイ（１８）であって、前記底面に複数の開口を有する液体分配トレイ（１８）と、
   各ノズル（２２）が前記液体分配トレイの開口に配置される、複数の液体スプレーノズル（２２）と、
   前記液体分配トレイ（１８）の下方の空間と流体連通している出口、および前記液体収集トレイ（１２）の上方の空間と流体連通している入口を有する蒸気管（２４）と、
   を備えるデバイス。
2. 前記スプレーノズル（２２）は、前記液体分配トレイ（１８）一面に一様なパターンで分配される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記液体スプレーノズル（２２）はそれぞれ、スプレーノズル（２２）と流体連通している第１の開口、および前記液体収集トレイ（１２）の上方の前記空間と流体連通している第２の開口を有する蒸気管（２４）を含む、請求項１に記載のデバイス。

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