JP6438884B2 - 水素化処理反応器用固定床触媒支持体 - Google Patents

Description

本発明は、水素化処理反応器用の固定床触媒支持体を対象としている。このような水素化処理反応器は、石油化学処理産業で、高温および高圧において水素が存在する中で炭化水素系原料油の触媒反応を実施するために用いられる。例示の反応には、水素化処理、水素化仕上げ、水素化分解、および、水素化脱蝋が含まれる。

固定床水素化処理反応器では、ガスおよび液体の反応物（例えば、水素と炭化水素系原料油）が、固体触媒押出成形品の１つまたは複数の床を通って下方へと流れる。反応物が触媒床を通って下方へと流れるとき、反応物は反応して所望の生成物を生成する。水素などの気相の反応物が消費され、熱が触媒反応によって発生する。

図１は、１９７４年７月１６日に発行されたSmithらへの米国特許第３，８２４，０８０号明細書に開示されているものなどの、従来の鉛直な下降流反応器の断面概略図である。反応器１は、上側および下側触媒区域３、４と、それらの間の急冷区域５とを有する反応器容器２を備えている。

液体炭化水素系原料油が、配管６を介し、入口ノズル７を通って容器２へと導入される。原料油は撥ね板８に当たり、原料油を上側触媒区域３の上部に均一に噴霧するようにされたノズル分配組立体９にわたって原料油が分配される。

上側触媒区域３からの流出物は、急冷区域５へと流れる。原料油が触媒区域３、４を通って下方へと流れるとき、原料油は触媒押出成形品に接触し、所望の生成物を生成するよう反応する。水素などの気相の反応物が消費され、熱が触媒反応によって発生する。

原料油が容器２を通って下方へと移動するときに原料油の温度を制御することは、生成物の収率・収量の品質および量を目標生成物に向けて最大化することを確保するために重要である。これらの機能は、（１）水素急冷ガスが配管１０を介して容器２へと注入され、（２）急冷水素ガスが、混合装置１１を用いて、上側触媒区域３から流れ落ちる液体流出物と混合され、（３）急冷区域ノズル分配組立体１２が、急冷された原料油を、下側触媒区域４の上部に均一に噴霧する、急冷区域５で達成される。

急冷された原料油は、第２の触媒区域４を通って下方へと流れ、そこでは、反応物が追加的な触媒反応を受ける。第２の反応区域４からの流出物は、従来の出口キャップ１３へと入り、反応流出物は、配管１４を介して反応器容器２から出て行く。

図１に示した反応器などの従来の反応器では、最も下方の、または底の触媒床は、水平な触媒トレイ（図１に要素１５として示されている）を用いて出口の上方で支持され得る。しかしながら、このような設計は、反応器の底に何もない空間またはデッド・スペースを作り出してしまう。また、下方の触媒床に搭載され得る活性触媒の量が、水平なトレイの静荷重限界によって限定されてしまう。入手可能な原料油がますます劣悪になってさらなる水素化処理を必要とし、これがより多くの触媒材料を既存の反応器に搭載することをさらに必要とするため、この限定は重要である。

他の従来の反応器では、不活性セラミック球体など、不活性材料の床が、下方の床の水平触媒トレイの代わりに用いられている。（２００６年７月２７日に公開された、Mullerへの米国特許出願公開第２００６／０１６３７５８号明細書の図１の描画要素１３を参照。）不活性材料を下方の触媒床支持体として使用することで、従来の水平トレイと比較して、より多くの活性触媒を下方床に搭載することが可能になるが、このような不活性床支持体は、実質的な追加コストをもたらすことになる。また、不活性材料は時間とともに破壊し、反応器の下流で回収し除去しなければならない微粒子を作り出し、さらに、不活性材料の定期的な交換を必要とする。

米国特許第３，８２４，０８０号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１６３７５８号明細書

したがって、従来の水素化処理反応器の底の何もない空間またはデッド・スペースを削減または排除する下方触媒床支持システムの必要性が引き続き存在する。また、時間とともに劣化し、精油所に著しい運転コストを付加する不活性触媒支持粒子床を使用することなく、精製者がより多くの量の触媒材料を反応器へと搭載することができる触媒床支持システムの必要性が引き続き存在する。

本発明は、水素化処理反応器用の上向きに凸状の固定床触媒支持体を対象としている。触媒床支持体は、反応器内側表面とつながっている外側端と、取り外し可能な作業者用通路カバー組立体とつながっている内側端とを有する上向きに凸状の環状板を備える。

作業者用通路カバー組立体は、板内側縁に強固に取り付けられた作業者用通路カバー支持バンドに、取り外し可能に取り付けられる。再生作業の間、作業者用通路カバー組立体を取り外すことで、作業員は、触媒床支持体を通って、触媒床支持体の下の反応器の区域へとアクセスすることができる。

従来の水素化処理反応器の断面図である。 本発明の触媒床支持体の、反応器に設置された状態の、断面図である。 本発明の触媒床支持体の、反応器に設置された状態の、別の断面図である。 触媒床支持体の一部を形成する環状有孔板の一部の上方からの展開図である。 環状有孔板の開口部のピッチパターンの図である。 環状有孔板および作業者用通路カバー組立体の平面図である。 環状有孔板および作業者用通路カバー組立体の断面図である。 作業者用通路カバー組立体の平面図である。 本発明の触媒床支持体の、反応器に設置された状態の、別の断面図である。

本発明の上向きに凸状の多孔固定床触媒支持体が、当技術分野で知られている触媒床支持システムを超える恩恵を与えることが分かった。このような恩恵には、従来の水素化処理反応器の底の何もない空間またはデッド・スペースの削減または排除、触媒の搭載能力の増加、および、コスト削減が含まれ、これらに限定されるものではない。具体的な実施例および恩恵は、本明細書で提供される詳細な説明から明らかである。しかしながら、詳細な説明および具体的な実例は、好ましいとされるもののうちの実施例を示しているのであるが、例示の目的のためだけに意図されており、本発明の範囲を限定するようには意図されていないことを理解されたい。

本発明は、水素化処理反応器用の上向きに凸状の多孔固定床触媒支持体を対象としている。図２を参照すると、固定床下降流反応器１０の下方部の断面図が示されている。

反応器１０は、内壁１４を有する容器シェル１２と、本発明の上向きに凸状の触媒床支持体１８上に支持された充填触媒押出成形品を含む触媒床１６とを備えている。凸状の触媒床支持体１８は、容器シェルの内壁１４に取り付けられている。反応器１０は、さらに、商用運転中に生成物流出物を反応器１０から放出するための出口２０と、再生作業中に使用済みの触媒押出成形品を除去するための触媒排出管２１とを備えている。図２に示すように、触媒排出管２１は、およそ４０°の角度で反応器１０の底から、触媒床支持体１８の上方の位置において、下向きに延びている。図２に示していない他の実施例では、排出管２１は、反応器１０の底から、３０°から９０°の間の角度で下向きに延びている（９０°では、排出管は反応器１０の底から下向きに鉛直に延びる）。

図２に示すように、触媒床支持体１８は、反応器出口２０に隣接して、反応器１０における最下の触媒床１６を鉛直方向に支持している。

図３を参照すると、容器シェル内壁１４とつながっている、上向きに凸状の触媒床支持体１８の断面図が示されている。この触媒床支持体１８は、反応器内側表面とつながっている外側端２４と、作業者用通路カバー組立体３０が取り外し可能に取り付けられた作業者用通路カバー支持バンド２８に取り付けられた内側端２６とを有する、上向きに凸状の環状有孔板２２を備える。好ましくは、環状有孔板２２は一体部材として構成される。

図４Ａに示すように、環状有孔板２２は、支持体１８を多孔性とする、縁２２ａによって画定された複数の開口部を有しており、液体およびガス状の反応物が支持体を通過することができる一方で、反応器１０の内部の支持体１８の上方に、触媒押出成形品を実質的に保持することができる。開口部は、２５から４０パーセントの間、典型的には３０から３５パーセントの間の板開口面積を全体として画定するピッチパターンで配置されている。図４Ｂに示した一実施例では、このピッチパターンは６０°ピッチパターンであり、リガメント部（リガメント部は、隣接する板開口部の中心同士の間を延びる仮想線ａである）同士の間の内角が６０°である。

図３を再び参照すると、触媒支持スクリーン３２が、板２２の上部に位置付けられ、板２２の上表面全体にわたって拡がっている。図５に示した一実施例では、スクリーン３２は、複数の径方向に延びるスクリーン部分品３４から構成されており、そのそれぞれは、径方向に延びる長手縁３６と、反応器内部面１４に隣接する外側周方向縁３８と、作業者用通路カバー組立体３０に隣接する内側周方向縁４０とを有している。各々のスクリーン部分品３４は、それぞれの長手縁３６に沿って、隣接するスクリーン部分品に当接している。

図６を参照すると、作業者用通路カバー組立体３０の断面図が示されている。作業者用通路カバー組立体３０は、板内側端２６に強固に取り付けられている作業者用通路カバー支持バンド２８に取り外し可能に取り付けられている。反応器の保守、触媒の除去および交換などを含む再生作業の間、作業者用通路カバー組立体３０を取り外すことで、作業員は、触媒床支持体１８を通って、支持体１８の下の反応器の区域へとアクセスすることができる。

図６および図７に示すように、作業者用通路カバー組立体３０は、水平に位置決めされた複数の格子柵４４を強固に支持するための格子柵支持バンド４２を備えており、格子柵４４は、支持バンド４２の内縁４６にしっかりと取り付けられる短い端４４ａを有している。格子柵支持バンド４２には、作業者用通路カバー組立体３０を作業者用通路カバー支持バンド２８の上縁で支持するための水平支持バンドフランジ４８が設けられている。

格子柵支持バンド４２の上縁から上向きに延びるスクリーン保持リップ５０が、格子柵４４および支持バンド４２によって作業者用通路カバー組立体３０の上部で支持される水平触媒支持スクリーン５２の水平方向の動きを抑制するために設けられている。

支持バンドフランジ４８に強固に取り付けられて上向きに延びる１つまたは複数の持ち上げ用ラグ５４が、作業者用通路カバー組立体３０の設置および除去を容易にするために設けられている。反応器１０が運転中でないとき、作業者用通路カバー組立体３０は取り外し可能であり作業者用通路カバーとして機能して、これにより、作業員は触媒支持体１８を通って支持体１８の下の区域へとアクセスすることができる。

図８を参照すると、反応器内壁１４とつながっている環状板外側端２４の断面図が示されている。支持隆起５６が、反応器容器内壁１４から突出しており、水平支持表面５８を有している（図３も参照）。支持隆起５６は、従来の肉盛溶接技術を用いて、反応器容器内壁１４に形成される。

触媒床支持バンド６０は、環状板外側端２４に強固に取り付けられており、支持隆起の水平支持表面５８によって鉛直方向に支持された底面６２を有している。触媒床支持バンド６０は、好ましくは、反応器触媒支持隆起５６に取り付けられる。

一実施例では、複数の支持隆起取り付け支柱６４が、水平支持表面５８から上向きに固定されて延びており、ナット６８などの雌ネジ部材を受け入れるようにされたネジ式の上端６６が設けられている。支持システム１８が反応器に取り付けられているときは、取り付け支柱６４は、対応するように位置づけられた、縁７０によって画定された支持バンド孔を通って延びており、触媒支持体１８を反応器触媒支持隆起５６に取り付けている。支持バンド孔７０は、触媒床支持バンド６０が、典型的には、触媒床支持バンド６０より低い熱膨張率を有する反応器触媒支持隆起５６に対して径方向に動くことができるように、細長くされている（slotted）か、または過大にされている。

本発明の好ましい実施例の上記の説明は、主に例示の目的のためであり、本発明の本質を依然具体化する多くの変形が使用され得ることは、認識されよう。したがって、本発明の範囲の決定においては、以下の請求項が参照されるべきである。

Claims (8)

1. 内部表面を有する反応器容器と、
   前記反応器内部表面とつながっている、上向きに凸状の多孔触媒床支持体と
   を備える反応器であって、
   前記触媒床支持体が、前記反応器内側表面とつながっている外側縁と、作業者用通路カバー組立体とつながっている内側縁とを有する上向きに凸状の環状板を備え、
   前記作業者用通路カバー組立体が、
   前記環状板の内側縁とつながっている格子柵支持バンドと、
   前記格子柵支持バンドにしっかりと取り付けられた短い端を各々が備える、水平に位置決めされた複数の格子柵と
   を備える、
   反応器。
2. 前記触媒床支持体が固定床触媒支持体である、請求項１に記載の反応器。
3. 前記環状板が、２５から４０パーセントの間の板開口面積を全体として規定する複数の開口部を備える、請求項２に記載の反応器。
4. 前記上向きに凸状の環状板の前記内側縁が作業者用通路カバー支持バンドに取り付けられ、
   前記作業者用通路カバー組立体が前記作業者用通路カバー支持バンドと取り外し可能につながっている、請求項１に記載の反応器。
5. 前記環状板が、２５から４０パーセントの間の板開口面積を全体として規定する複数の開口部を備える、請求項４に記載の反応器。
6. 前記作業者用通路カバー組立体が、前記格子柵と前記格子柵支持バンドとによって前記作業者用通路カバー組立体の上部に支持された水平触媒支持スクリーンをさらに備える、請求項４に記載の反応器。
7. 前記格子柵支持バンドが、水平触媒支持スクリーンの水平方向の動きを抑制するために、前記格子柵支持バンドの上縁から上向きに延びるスクリーン保持リップをさらに備える、請求項６に記載の反応器。
8. 前記反応器が、前記反応器容器内壁から突出した、水平支持表面を有する支持隆起をさらに備え、
   前記触媒床支持体が、前記環状板外側端に強固に取り付けられた触媒床支持バンドであって、前記支持隆起水平支持表面によって鉛直方向に支持された底面を有する触媒床支持バンドをさらに備える、請求項４に記載の反応器。

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