JP5932017B2 - １つ又は複数の流体を接触させるためのプロセス及びそれに関連する反応器 - Google Patents

Description

先の国内出願の優先権主張
[0001]本出願は２０１１年３月２３日に出願された米国特許出願第１３／０６９，５３５号に対する優先権を主張する。

[0002]本発明は一般に、１つ又は複数の流体を接触させるためのプロセス、及びそれに関連する反応器に関する。

[0003]多くの場合に、反応器は、その中に種々の内部機構を含む。通常、複数のベッドを有する反応器は、混合デバイス及び分配トレイのような、１つの触媒ベッドから次の触媒ベッドに送る流出液を混合し、再分配する機構も含むことができる。

[0004]上方のベッドから落下する流出液を冷却するために、通常、触媒ベッド間に外部消滅ガスが導入される。消滅ガス及び流出液は混合され、温度及び組成を均等に分配する。一般的に、その密度が異なることに起因して、気相と液相が混在する場合の混合は、より難しい。混合の質は、２つの相の接触時間及び面積によって決まる場合がある。通常、気体及び液体はトレイから混合ボックスに流れ込み、その後、接線方向に流れ、それにより、渦を生成する。気体及び液体は中央出口を通って混合ボックスから出ることができる。

[0005]残念なことに、トレイからの気体及び液体の流れは、気体と液体との間に大きな密度差があることに起因して、直ちに分離する傾向がある。理論に縛られることは望まないが、気体は主に渦の内側部分にあり、一方、液体は周辺に押し出され、それゆえ、液体と気体との間の接触は非常に限られる可能性があると考えられる。それゆえ、異なる相をより効率的に混合することが望ましい。

[0006]１つの例示的な実施形態は、容器内の１つ又は複数の流体を接触させるためのプロセスとすることができる。そのプロセスは、オーバーヘッドトレイからチャンバ内に１つ又は複数の流体を送り込むことと、チャンバの外部に導管を設けることであって、導管及びチャンバ内部の接触時間を長くし、接触面積を大きくするために、導管はそれぞれの排出路をそれぞれの穴に結合する、設けることとを含むことができる。通常、チャンバは、少なくとも１つの穴を形成する１つ又は複数の側壁を形成し、オーバーヘッドトレイは少なくとも１つの排出路を形成する。

[0007]別の例示的な実施形態は、容器内で蒸気及び液体を含む、１つ又は複数の流体を接触させるためのプロセスとすることができる。通常、そのプロセスは、１つ又は複数の流体を反応器に入れることと、１つ又は複数の流体を第１の触媒ベッドに与えることと、１つ又は複数の流体を収集トレイ上に回収することであって、収集トレイは少なくとも１つの排出路を形成する場合がある、回収することと、少なくとも１つの導管を設けることと、１つ又は複数の流体を、混合チャンバ下に、かつ第２の触媒ベッドの上方に配置される分配トレイに与えることとを含む。一般的に、少なくとも１つの導管はエルボーにおいて結合される第１のアーム及び第２のアームを含み、第１のアームは少なくとも１つの排出路の周囲において収集トレイに結合され、第２のアームは、１つ又は複数の流体を収集トレイから混合チャンバに流通させるように終端する。

[0008]さらに別の例示的な実施形態は、反応器とすることができる。通常、反応器は第１の触媒ベッドと、第１の触媒ベッド下に配置される排出路を形成する収集トレイと、底部部材及び１つ又は複数の側壁を有する混合チャンバと、排出路と穴とを連通する管を形成する導管とを含むことができる。通常、１つ又は複数の側壁は底部部材の外縁部に結合され、１つ又は複数の側壁は穴を形成する。

[0009]本明細書において開示される実施形態は、容器内で流体を効率的に混合するための導管を提供することができる。特に、それらの導管は、通常、第１の触媒ベッド後に、反応器内のトレイ上に集まる流体を流通させることができ、チャンバの内部又は外部に存在することができる導管を通して流体を送ることができる。１つの例示的な実施形態では、導管内での混合を容易にするために、導管内に１つ又は複数の羽根を配置することができる。したがって、本明細書における実施形態は、蒸気−液体接触面積を大きくし、導管及びチャンバ内の接触時間を長くすることができる。
定義
[0010]本明細書において用いられるときに、用語「ゾーン」は、１つ又は複数の設備構成機器、及び／又は１つ又は複数のサブゾーンを含むエリアを指すことができる。設備構成機器は、１つ又は複数の反応器又は反応器容器、ヒータ、交換器、パイプ、ポンプ、圧縮器、コントローラを含むことができる。反応器、乾燥器又は容器のような設備構成機器はさらに、１つ又は複数のゾーン又はサブゾーンを含むことができる。

[0011]本明細書において用いられるときに、用語「豊富な」は、流れの中の化合物又は或る種類の化合物のうちの、モル比で少なくとも概ね５０％、好ましくは７０％の量を意味することができる。

[0012]本明細書において用いられるときに、用語「実質的には」は、流れの中の化合物又は或る種類の化合物のうちの、モル比で少なくとも概ね８０％、好ましくは９０％、最適には９９％の量を意味することができる。

[0013]本明細書において用いられるときに、用語「結合される」は、２つの部分が、化学的又は機械的手段によって、スタンピング、成形又は溶接を含むプロセスによって、直接的又は間接的に、接合されるか、固定されるか、関連付けられるか、接続されるか又は一体に形成されることを意味することができる。さらには、２つの部分は、機械的ファスナ、例えば、ネジ、釘、ステープル若しくはリベット、接着剤又はハンダのような第３の構成要素を使用することによって結合することができる。

[0014]本明細書において用いられるときに、用語「流体」は液体又は気体を意味することができる。
[0015]本明細書において用いられるときに、用語「複数の流体」は、１つ又は複数の液体及び／又は気体を意味することができる。

[0016]本明細書において用いられるときに、用語「蒸気」は、水素及び１つ若しくは複数の炭化水素を含むか、又は水素及び１つ若しくは複数の炭化水素からなる場合がある気体又は分散系を意味することができる。多くの場合に、蒸気は、炭化水素液滴を含有する気体を含むことができる。

[0017]内部構成要素を表す例示的な容器の概略的な立面図である。 [0018]例示的なチャンバの斜視図である。 [0019]例示的なチャンバに結合される例示的な収集トレイの斜視図である。 [0020]導管及びチャンバを透視して表す、例示的な収集トレイの平面図である。 [0021]別の例示的なチャンバに結合される別の例示的な収集トレイの斜視図である。 [0022]導管及びチャンバを透視して表す、別の例示的な収集トレイの平面図である。 [0023]その中に１つ又は複数の羽根を有する例示的な排出路の平面図である。

[0024]図１を参照すると、例示的な容器又は反応器１００が入口１０４と出口１０８とを含むことができる。通常、容器１００は水素化処理反応のために利用することができ、多数の流体を収容することができる。多くの場合に、容器１００は、１つの液体と、１つ又は複数、通常は複数の蒸気を収容することができる。一般的に、容器又は反応器１００は、例えば、米国特許第４，９３７，０５１号において開示されるような、任意の適切な水素化処理反応器とすることができる。

[0025]容器１００は、第１の分配又は粗分配トレイ１１０と、第２の分配トレイ又は再分配トレイ１２０と、複数の下降管１３０と、種々の高さにある一連の支持ビーム又はトラス１４０と、第１の触媒ベッド１５０と、消滅及び／又は混合ゾーン２００と、第２の触媒ベッド３２０とを含むことができる。一般的に、容器１００は、第１の触媒ベッド１５０と第２の触媒ベッド３２０との間に消滅及び／又は混合ゾーン２００を含むことができる。２つの触媒ベッド１５０及び３２０が示されるが、任意の数の触媒ベッドを用いることができ、オプションで対応する消滅及び／又は混合ゾーンをその間に配置することができることは理解されたい。さらに、流体が入口１０４から第１の触媒ベッド１５０に直接与えられるか、又は触媒ベッドが上方の消滅及び／又は混合ゾーン２００から流体を受け取るような、他の容器構成を使用できることは理解されたい。

[0026]第１の分配トレイ１１０は、機械的ファスナのような任意の適切な手段を用いて、一連の支持ビーム又はトラス１４０によって第２の分配トレイ１２０に結合することができる。複数の下降管１３０が管を形成することができ、第２の分配トレイ１２０の穴内に配置することができる。一般的に、入口１０４を通って入ってくる流体は、複数の下降管１３０を通って、第２の分配トレイ１２０を越えて分配することができる。６つの下降管１３０が示されるが、任意の数の下降管１３０を利用できることは理解されたい。他の例示的な実施形態では、下降管１３０は、第２の分配トレイ１２０上に対称に、かつ均一に配置することができる。

[0027]その後、流体は触媒支持トレイ１９０によって支持される第１の触媒ベッド１５０を通り抜けることができる。一般的に、反応体は、落下する生成物を生成することができる。通常、触媒支持トレイ１９０は、流体がその中を通り抜けられるようにするための開口部を有する。

[0028]消滅及び／又は混合ゾーン２００は、消滅分配器２１０と、支持体２１４と、収集トレイ２２０と、チャンバ又は混合チャンバ２７０と、第１のトレイ又は粗分配トレイ２９０と、第２のトレイ又は再分配トレイ３００と、複数の下降管３１０とを含むことができる。７つの下降管３１０が示されるが、任意の数の下降管３１０を利用できることは理解されたい。他の例示的な実施形態では、下降管３１０は、第２の分配トレイ３００上に対称に、かつ均一に配置することができる。

[0029]一般的に、収集トレイ２２０、混合チャンバ２７０、第１の分配トレイ２９０及び第２の分配トレイ３００は、一連の支持ビーム又はトラス１４０及び支持体２１４によって支持することができる。導管２３２及び２３６は、後に説明されるように、収集トレイ２２０から混合チャンバ２７０まで流体を流通させることができる。

[0030]通常、第１の触媒ベッド１５０から出た消滅ガス及び生成物は、混合又は消滅ゾーン２００を通り抜けて混合及び再分配されることができ、その後、第２の触媒ベッド３２０に進む。その後、第２の触媒ベッド３２０からの生成物は、出口１０８を通って出ることができる。他の例示的な実施形態では、生成物は、１つ又は複数の他の消滅及び／又は混合ゾーンを通り抜けることができ、その後、出口１０８から出ることができる。

[0031]図２〜図４を参照すると、例示的な混合チャンバ２７０は、任意の適切な形状を有することができ、通常は実質的に直円柱を形成する。図が異なると要素のうちの幾つかがわかりにくくなることから、図面においては、全ての図において全ての要素が示されるとは限らない。混合チャンバは開口部２７４を包囲する底部部材２７２と、１つ又は複数の側壁２８０とを含むことができる。通常、堰２７６が開口部２７４を包囲することができ、堰は通常円形である。底部部材２７２は、１つ又は複数の側壁２８０によって包囲される外縁部２７８を形成するか、又は有することができる。一般的に、１つ又は複数の側壁２８０は少なくとも１つの穴、通常は、第１の穴２８２、第２の穴２８４、第３の穴２８６及び第４の穴２８８を形成することができる。一般的に、混合チャンバ２７０は内部又は内側２６４と、外部又は外側２６８とを含むことができる。

[0032]通常、堰２７６及び１つ又は複数の側壁２８０は、機械的ファスナ又は溶接のような任意の適切な手段を用いて、底部部材２７２に結合することができる。さらに、混合チャンバ２７０は、機械的ファスナ又は溶接のような任意の適切な手段を用いて、収集トレイに結合することができる。通常、１つ又は複数の液相又は蒸気相のような流体が収集トレイ２２０の上面上に集まることができる。収集トレイ２２０は、実質的に円形とすることができ、少なくとも１つの排出路、すなわち、第１の排出路２２２、第２の排出路２２４、第３の排出路２２６及び第４の排出路２２８を形成することができる。

[0033]一般的に、１つ又は複数、例えば、複数の導管、すなわち、第１の導管２３２、第２の導管２３４、第３の導管２３６及び第４の導管２３８をそれぞれの排出路２２２、２２４、２２６及び２２８に結合することができ、それらの導管は、それぞれ第１の穴２８２、第２の穴２８４、第３の穴２８６及び第４の穴２８８において、収集トレイ２２０の上面と混合チャンバ２７０とを連通することができる。４つの導管２３２、２３４、２３６及び２３８が開示されるが、任意の適切な数の導管を用いることができる。導管は実質的に同一とすることができるので、本明細書では、第１の導管２３２のみが詳細に説明されることになる。導管は同じにすることができるか、又は異なることができることは理解されたい。

[0034]第１の導管２３２は、エルボー２４４において終端する第１のアーム２４２を含むことができ、エルボーは第２のアーム２４６に接続する。通常、エルボー２４４は、第１のアーム２４２を第２のアーム２４６に対して９０度の角度で配置することができるが、１８０度までの角度のような任意の適切な角度を用いることができる。したがって、エルボー２４４は、この例示的な実施形態では、第１のアーム２４２と第２のアーム２４６との間に実質的に９０度の角度を形成することができる。一般的に、第１のアーム２４２は、一端において第１の排出路２２２に隣接して結合され、第２のアーム２４６は、他端において第１の穴２８２に隣接して結合される。第１の導管２３２は、機械的ファスナ又は溶接のような任意の適切な手段を用いて、収集トレイ２２０及び混合チャンバ２７０に結合することができる。通常、第１の導管２３２は、収集トレイ２２０から１つ又は複数の液体を収集することができ、それらの流体を混合チャンバ２７０に流通させることができる。

[0035]動作の際に、１つ又は複数の液体は収集トレイ２２０上に集まり、第１の導管２３２に入ることができる。第１の導管２３２は、完全に混合チャンバ２７０の外部２６８に配置することができる。第１の導管２３２から出た１つ又は複数の液体は、１つ又は複数の側壁２８０に対して接線方向に流れ、内部２６４において混合し、堰２７６を越えて流れ、開口部２７４から出ることができる。

[0036]混合チャンバ２７０内での相間の混合を促進するために、蒸気及び消滅ガス並びに液体が、４つの排出路２２２、２２４、２２６及び２２８を通って、混合チャンバ２７０の底部に一緒に流れ込むことができる。蒸気−液体接触時間及び接触面積は、導管２３２、２３４、２３６及び２３８内の蒸気−液体並流と、混合チャンバ２７０内の蒸気−液体交差流とによって増加させることができる。気体密度は通常、液体密度よりも小さいので、気体は、循環する液体を通って、混合チャンバ２７０内で上昇することができ、それにより、蒸気−液体接触を増加させることができる。導管２３２、２３４、２３６及び２３８は、直線又は曲線のような、流体相の混合を促進する種々の形状をとることができる。導管２３２、２３４、２３６及び２３８の水平部分は長く、又は短くすることができるが、内部２６４における液体回転に及ぼす影響が最小限に抑えられるように、混合チャンバ２７０内の液体の流れに従うべきである。

[0037]図４に示される代替の実施形態では、第１の導管２３２を別のバージョンの導管３３４に置き換えることができる。この例示的なバージョンでは、導管３３４は、第１のアーム及び第２のアームを含むことに加えて、第２のアーム内に曲がり２４８を含むことができる。曲がり２４８は、少なくとも９０度のような、水平面において任意の適切な角度を成すことができる。導管とともに任意の適切な形状を利用できることは理解されたい。

[0038]図５を参照すると、収集トレイの別の例示的な実施形態４２０が、１つ又は複数の排出路、好ましくは、第１の排出路４２２、第２の排出路４２４、第３の排出路４２６及び第４の排出路４２８を含むことができる。収集トレイ４２０の寸法は、上記のような収集トレイ２２０と実質的に同じようにすることができる。この例示的な実施形態では、１つ又は複数の排出路４２２、４２４、４２６及び４２８は外縁部２７８内の混合チャンバ２７０上に形成することができる。したがって、１つ又は複数、例えば、複数の導管、すなわち、第１の導管４３２、第２の導管４３４、第３の導管４３６及び第４の導管４３８を設けることができる。それらの導管は同じにすることができるか、又は異なることができるが、この例示的な実施形態では、導管４３２、４３４、４３６及び４３８は実質的に同じにすることができ、先に論じられたような第１の導管２３２と概ね同じようにすることができ、例えば、導管４３２の場合、第１のアーム４４２及び第２のアーム４４６がエルボー４４４において結合されている。

[0039]動作に関して、これ以降、第１の導管４３２のみが論じられることになる。１つ又は複数の液体が収集トレイ４２０上に集まり、第１の導管４３２に入ることができる。第１の導管４３２は、完全に混合チャンバ２７０の内部２６４に配置することができる。第１の導管４３２から出た１つ又は複数の流体は、１つ又は複数の側壁２８０に対して接線方向に流れ、内部２６４において混合し、堰２７６を越えて流れ、開口部２７４から出ることができる。

[0040]図６を参照すると、混合チャンバ２７０及び収集トレイ４２０の別の図が示される。導管４３６は導管５３２で置き換えられている。導管５３２は、上記のような導管３３４に実質的に類似であり、すなわち、導管５３２の第２のアーム５４４が、導管３３４の曲がり２４８に類似の曲がり５４８を形成する。

[0041]図３及び図７を参照すると、導管は中空にすることができるか、又は１つ若しくは複数の羽根又は固定混合器のような、混合を促進する１つ又は複数のデバイスを含み、蒸気−液体接触をさらに増加させることができる。１つ又は複数の羽根、すなわち、第１の羽根２５０、第２の羽根２５２、第３の羽根２５４、第４の羽根２５６、第５の羽根２５８、第６の羽根２６０及び第７の羽根２６２を、排出路２２２に隣接して導管２３２内に配置することができる。１つ又は複数の羽根は、平板から形成することができるか、又は溶接若しくは機械的ファスナのような任意の簡単な手段を用いて芯材２６８に結合することができる。この例示的な実施形態では、芯材２６８は、実質的に円形とすることができる。このようにして、羽根２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０及び２６２は、導管２３２内で任意の適切な距離だけ延在し、流体の混合を促進することができる。さらに、１つ又は複数の羽根は、例えば、排出路２２２又は穴２８２に隣接する等の、導管内の任意の所望の場所に配置することができる。

[0042]さらに詳述することなく、当業者は、これまでの説明を用いて、本発明を最大限に利用できると考えられる。それゆえ、これまでの好ましい具体的な実施形態は、単なる例示と見なされるべきであり、多少なりとも本開示の残りの部分を制限すると見なされるべきではない。

[0043]これまでの説明から、当業者は、本発明の不可欠の特徴を容易に確認することができ、その精神及び範囲から逸脱することなく、種々の使用法及び条件に適応させるように、本発明に種々の変形及び変更を加えることができる。

Claims (10)

1. 種類および相のうちの少なくとも一方が異なる２つ以上の流体を容器内で接触させるためのプロセスであって、
   Ａ）収集トレイからチャンバ内に前記２つ以上の流体を送り込むステップであって、前記チャンバは少なくとも１つの穴を形成する１つ又は複数の側壁を形成し、前記収集トレイは少なくとも１つの排出路を形成するステップと、
   Ｂ）前記チャンバの外部に導管を設けるステップと
   を含み、
   前記導管及び前記チャンバ内での前記２つ以上の流体の接触時間を長くし、接触面積を大きくするために、前記導管の一端がそれぞれの排出路に接続され、前記導管の他端がそれぞれの穴に接続される、２つ以上の流体を容器内で接触させるためのプロセス。
2. 前記２つ以上の流体は液体及び蒸気を含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記チャンバは開口部を形成する底部部材を備え、前記開口部は堰によって包囲される、請求項１又は２に記載のプロセス。
4. 前記底部部材は外縁部を形成する、請求項３に記載のプロセス。
5. 前記チャンバは直円柱を形成する、請求項３に記載のプロセス。
6. 前記導管はエルボーにおいて結合される第１のアーム及び第２のアームを備える、請求項１又は２に記載のプロセス。
7. 前記エルボーは前記第１のアームと前記第２のアームとの間に９０度の角度を形成する、請求項６に記載のプロセス。
8. 前記導管は曲がりを形成する、請求項７に記載のプロセス。
9. 前記収集トレイは円形である、請求項１又は２に記載のプロセス。
10. 前記容器は複数の導管を備える、請求項９に記載のプロセス。

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