JP6840079B2 - 粒子分離触媒化学反応器及び粒子分離器 - Google Patents
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Description
本発明は、粒子分離による触媒化学反応器に関する。より詳細には、本発明は、運動粒子分離を使用する分離器を有する反応器に関する。さらに本発明は、運動粒子分離器に関する。該反応器は、粒状触媒材料が垂直に重ねられた充填床を含むダウンフロー触媒反応器であることができる。このタイプの反応器は、様々な触媒反応、例えば、硫黄転化及び窒素転化（ＨＤＳ／ＨＤＮ）；オレフィンの水素化（ＨＹＤ）及び芳香族物質の水素化（水素化脱芳香族化−ＨＤＡ）、金属除去（水素化脱金属化−ＨＤＭ）、酸素転化（水素化脱酸素化−ＨＤＯ）及び水添分解（ＨＣ）を実施するために石油産業及び化学処理産業で使用されている。あるいは、反応器はラジアルコンバータであって、そのデッキの要素は反応器に固定されなければならない。この反応器は、触媒材料の充填床を横切る放射状の流れを有し、そして、典型的には、接触改質及びアンモニア合成のような触媒反応を行うために石油及び化学処理産業で使用される。
粒子の分離と分類は、化学産業、製薬産業、鉱物産業及び食品産業にとって必要であることが十分に調査されている。一定の製品の品質を向上させるために、工業プロセスにおける粒子の分類が必要な場合がある一方で、流体流を浄化する、又はプロセス機器に対する問題を避けるために、粒子の分離が必要な場合があります。時には粒子を意図的にプロセス流中に存在させる。これは、例えば、微粉化された燃料に基づく燃焼プロセス又は粉末技術を用いた医薬品や特殊化学品の製造の場合である。他の場合、粒子の存在は意図的ではない。これは、例えば、製油所のいくつかのストリーム、流動床からの流出物、フィッシャー・トロプシュ反応器からの生成物流の場合である。粒子は様々な起源を有することができ、それらは元の原料及び他の反応物流の一部である場合、又はそれらはプロプロセス機器中で生じた及びそこから収集された、例えば、浸食生成物である場合がある。粒子は、固体又は液体である場合があり、炭化物、コークス及びガムのような有機性、又は鉄成分としての塩、破片又は腐食成分及び浸食成分、又は触媒粒子の破片のような無機性である場合がある。それらは液体、水性ミストであることができ、そして細菌のような生きた不純物を含み得る。形状とサイズも大きく変わり得る−球状乃至フレーク状、ミリメートル乃至数ミクロン以下。粒子が下流のプロセスで望ましくない場合、しばしば、当技術分野で知られているフィルター又は他の適切な粒子分離技術は、精密機器に先だってこれらの粒子の大部分を除去する。しかしながら、ある種のプロセスでは、例えば、侵食及び腐食が関与している場合など、時間の経過とともに問題が現れたり、あるいはさらに深刻化したりする場合がある。場合によっては、精密機器に先立って、粒子除去装置を独立したユニットオペ−ションとして設置することは、実際には不可能である。
ナフサ水素化処理では、粒子によって生ずる問題の具体的な一例が見られる。水素化処理反応器への供給には時には粒子が含まれている。粒子含有供給物が水素化処理反応器に導入されると、粒状物又は触媒上で粒子が急速に増大する傾向がある。従って、反応器内の圧力低下の増加を抑制するために、反応器は、床の影響を受けた層を頻繁なスキミングを必要とする場合がある。５〜６ヶ月に１回のスキミング、又は２〜３ヶ月に１回のスキミング頻度でさえ珍しくない。
ナフサ水素処理装置に影響を及ぼす粒子の特徴付けはほとんど利用できない。実際、粒子は、ナフサ原料又はプロセスに関連する問題（錆、塩、ゴムなど）に依存する。粒子のオンストリーム収集は典型的に利用できない。したがって、粒子の特徴付けは、粒子の凝集及び酸化による大きな不確実性の影響をうける事後分析に依存する。
同様に、ＦＣＣ（流動接触分解）触媒の再生から生じるプロセスガスは、しばしば触媒粒子及び触媒デブリを含む。そのようなガスは、元素の硫黄として回収するための硫黄回収装置、最も一般的にはクラウスプラント、又は濃硫酸として硫黄を回収するためのＷＳＡプラントに搬送することができる。これらは、粒子を含む供給原料に曝された場合に目詰まりしやすい触媒固定床反応器である。ＦＣＣ再生器の出口に通常存在する粒子は、一般に、２〜２０ミクロンのサイズの範囲又はそれ以下である。
米国特許出願公開第２００９１７７０２３号明細書（特許文献１）は、気体及び液体の並流下降流による、固定床反応器のためのろ過トレイを開示している。
この装置は、ろ過媒体を含む特定の分配トレイを使用して、ガス及び液体の並流の下降流モードで機能する反応器に供給される液体原料に含まれる目詰まり粒子を捕捉することができる。該装置は、アセチレン化合物及びジエン化合物を含有する供給物の選択的水素化に特に適用される。
欧州特許第０３５８９２３号明細書（特許文献２）は、固体のガス化から生じる粗ガスを精製するための方法及び装置を開示している。粒状及び埃状の固体粒子を含有する、固体のガス化からの生ガスを浄化するためのプロセス及び装置において解決法が見出されており、その解決法によって、下流の冷却装置に入る前に任意の大きさの固体粒子がその生ガスから大部分除去される。これは、ガス保持空間の方向において一直線上に、生ガスがガス化ゾーンから第一の精製段階を通過するときに達成され、それにより、粒状固体粒子はガス保持空間の底部に沈降し、次いで第二の精製段階において、部分的に精製された生ガスはガス保持空間から横方向に偏向され、そして、少なくとも３倍速度が低下するような変化を受け、さらなるガス偏向後に、固体フィルターを通って実質的に垂直方向に通過し、そこで、埃状の固体粒子は生ガスから除去される。
上述した公知の技術にもかかわらず、粒子分離器を有する反応器に対して、反応器へのインレット流体流中の粒子不純物にかかわらず、その反応器の長期有効運転を確実にする必要性が存在する。
本発明は、粒子分離システム、運動粒子分離器を含む新規な触媒化学反応器を記載する。軽微な変更により、本発明は、特定の空気力学的直径を有する粒子を選択的に分離するために使用することができ、プロセスはまた、粒子又は粉末の分類として知られている。粉末の分類は、粒子のサイズが最重要である、化学、鉱物、医薬品又は食品産業における製造プロセスの性能を改善するために必要である。研究目的のための粉末分類の適用もまた当該分野で公知である。
本発明によれば、準静的な流れの領域内で粒子を捕捉することによって、高速流動する流体流から粒子が分離される。粒子の捕捉は、準静的な、気体速度の高い領域から低い領域へ粒子の運動量を転換するために、粒子の慣性特性を考慮して、必要に応じて、様々なステップ及び方法で強制通風を適用することによって達成される。
産業的に作動するユニットでは、運動量の転換による粒子捕捉の原理は、当技術分野で使用される他の原理と組み合わせてもよいし、組み合わせなくてもよい。
本発明の特徴：
１．反応器へのインレット流体流から粒子を分離するための運動粒子分離器を含む、化学反応のための粒子分離触媒反応器であって、該運動粒子分離器が、少なくとも一つの加速チャネル、分流セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、上記の粒子分離触媒反応器。
２．粒子分離反応器が、インレット流体流から粒子を一次分離するための少なくとも一つの粒子沈降セクションをさらに含み、該粒子沈降セクションが、運動粒子分離器の上流に位置している、上記の１の特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
３．粒子沈降セクションが、有孔インレットディフューザーを含んでいる、上記の１又は２の特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
４．前記沈降セクションが、反応器流体入口の下流かつ運動粒子分離器の上流に配置された初期運動粒子分離器を含む、上記の１〜３のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
５．前記沈降セクションが、前記流体流を前記沈降セクションから前記運動粒子分離器に移送するための少なくとも一つの移送煙突を含む、上記の１〜４のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
６．前記少なくとも一つの移送煙突が円弧状である、上記の１〜５のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
７．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットである、上記の１〜６のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
８．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記の１〜７のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
９．前記減速チャンバが、分離された粒子を減速チャンバから収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を含む、上記の１〜８のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１０．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイヤータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記の１〜９のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１１．前記加速チャネルが、変更可能な横断面積を有する、上記の１〜１０のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１２．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記の１１の特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１３．前記運動粒子分離器が、使用中に、収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、上記の１〜１２のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１４．反応器本体が、反応器の頂部と底部との間の部分において円筒形状であり、そして、複数の運動粒子分離器の少なくとも一つ、好ましくは二つのクラスタセクションが、反応器の直径の近傍で一列に配置されている、上記の１〜１３のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１５．少なくとも一つの加速チャネル、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、運動粒子分離器。
１６．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、上記の１５の特徴に記載の運動粒子分離器。
１７．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記の１５又は１６の特徴に記載の運動粒子分離器。
１８．前記減速チャンバが、分離された粒子を前記減速チャンバから前記収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を備える、上記の１５〜１７のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
１９．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイヤータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するために、加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記の１５〜１８のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
２０．前記加速チャンネルが、変更可能な横断面積を有する、上記の１５〜１９のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
２１．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記の２０の特徴に記載の運動粒子分離器。
２２．前記運動粒子分離器が、使用中に収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集部からの、共通の使用可能な出口を含む、上記の１５〜２１のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
２３．上記の１〜１１のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器を含む粒子分離触媒反応器の、水素化処理のための使用。
１．反応器へのインレット流体流から粒子を分離するための運動粒子分離器を含む、化学反応のための粒子分離触媒反応器であって、該運動粒子分離器が、少なくとも一つの加速チャネル、分流セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、上記の粒子分離触媒反応器。
２．粒子分離反応器が、インレット流体流から粒子を一次分離するための少なくとも一つの粒子沈降セクションをさらに含み、該粒子沈降セクションが、運動粒子分離器の上流に位置している、上記の１の特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
３．粒子沈降セクションが、有孔インレットディフューザーを含んでいる、上記の１又は２の特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
４．前記沈降セクションが、反応器流体入口の下流かつ運動粒子分離器の上流に配置された初期運動粒子分離器を含む、上記の１〜３のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
５．前記沈降セクションが、前記流体流を前記沈降セクションから前記運動粒子分離器に移送するための少なくとも一つの移送煙突を含む、上記の１〜４のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
６．前記少なくとも一つの移送煙突が円弧状である、上記の１〜５のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
７．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットである、上記の１〜６のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
８．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記の１〜７のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
９．前記減速チャンバが、分離された粒子を減速チャンバから収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を含む、上記の１〜８のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１０．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイヤータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記の１〜９のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１１．前記加速チャネルが、変更可能な横断面積を有する、上記の１〜１０のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１２．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記の１１の特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１３．前記運動粒子分離器が、使用中に、収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、上記の１〜１２のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１４．反応器本体が、反応器の頂部と底部との間の部分において円筒形状であり、そして、複数の運動粒子分離器の少なくとも一つ、好ましくは二つのクラスタセクションが、反応器の直径の近傍で一列に配置されている、上記の１〜１３のいずれか一つの特徴に記載の粒子分離触媒反応器。
１５．少なくとも一つの加速チャネル、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、運動粒子分離器。
１６．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、上記の１５の特徴に記載の運動粒子分離器。
１７．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記の１５又は１６の特徴に記載の運動粒子分離器。
１８．前記減速チャンバが、分離された粒子を前記減速チャンバから前記収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を備える、上記の１５〜１７のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
１９．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイヤータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するために、加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記の１５〜１８のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
２０．前記加速チャンネルが、変更可能な横断面積を有する、上記の１５〜１９のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
２１．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記の２０の特徴に記載の運動粒子分離器。
２２．前記運動粒子分離器が、使用中に収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集部からの、共通の使用可能な出口を含む、上記の１５〜２１のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器。
２３．上記の１〜１１のいずれか一つの特徴に記載の運動粒子分離器を含む粒子分離触媒反応器の、水素化処理のための使用。
本発明を、本発明の実施形態の例を示す添付の図面によりさらに説明する。
図３及び図４を参照すると、加速チャネル０３では、粒子を含む流体（例えば、ガス）がスクリーニング面、背後に粒子減速セクション０５が配置されている積層構造１０に向かって加速される。加速チャネルの出口では、流体と粒子は積層構造に向かって押される。その積層構造の背後では、ガスは粒子減速セクションに存在している。粒子が、慣性によりスクリーニング面を通って粒子減速セクション中に移動を継続する間、ガス流のラインは、ラビリンス形状のチャンバ内で急激に方向を変えて開放通路に追従するように強制される（流れ分割セクション０４）。ガスの流れは、方向において複数の変化を経る。
ガスによって運ばれる粒子は、ガスよりも高い慣性を有する。特定のカットオフ空気動力学的な直径よりも小さい粒子は、慣性が小さすぎてガス流のラインに追従してしまう。運動粒子分離器０１システムは、これらの粒子に対して有効ではない。カットオフ空気力学的な直径よりも大きい粒子はその動きを継続し、遮蔽壁に入る。
粒子はスクリーニング壁の背後の減速セクションから、収集チャンバ０６内へ運ばれる。輸送は重力とガス抜きによって行われる。粒子がガス中に再混入して、減速チャンバから出て流れ分割チャンバに戻る危険を避けるために、小さな粒子が減速セクションから速やかに導出されるのを確実にするために、ガス抜きが必要である。
収集チャンバ内の粒子又はそれらの凝集物は、チャンバの底部に重力によって落下する。
ガス抜きは、多くの方法で起こすことができる。一実施形態では、収集チャンバに穴を、すなわち、収集チャンバを加速セクションに接続するベイラータイプの流体接続部１２を設けることによって、ガス抜きが生ずる。加速チャネル内で高速で流れるガスは、壁における圧力下で生ずる。吸引により、ガスは収集チャンバから加速チャンバに移動し、収集チャンバ及び粒子減速チャンバ内でドラフトが生じる。デバイスの分離効率を決定する際の重要な設計の詳細は、すべての段落に記載されている。
・ 加速セクションの設計により、スクリーニング壁での粒子の速度が決定する。一般に、分離され得る粒子の空気力学的な直径は、スクリーニング壁における粒子速度に反比例する。
・ ラビリンスの設計は、スクリーニング壁でのガスの速度を決定する。一般に、気体中に再混入し得る粒子の空気力学的な直径は、このセクションにおける気体速度ベクトルの大きさに直接関係する。
・ スクリーニング壁は、ラビリンスを減速チャンバから分離する目的を有する。該スクリーニング壁は、減速チャンバへの粒子の通過を可能にするが、粒子を再混入してそれらをラビリンスに戻すことができる渦又は掃流の形成を最小にする。流体力学の他に、スクリーニング壁の設計は、物理的粒子特性、例えば、システムの操作性を困難にする可能性を有する粘着性を考慮しなければならない。
・ ラビリンスの設計は、スクリーニング壁でのガスの速度を決定する。一般に、気体中に再混入し得る粒子の空気力学的な直径は、このセクションにおける気体速度ベクトルの大きさに直接関係する。
・ スクリーニング壁は、ラビリンスを減速チャンバから分離する目的を有する。該スクリーニング壁は、減速チャンバへの粒子の通過を可能にするが、粒子を再混入してそれらをラビリンスに戻すことができる渦又は掃流の形成を最小にする。流体力学の他に、スクリーニング壁の設計は、物理的粒子特性、例えば、システムの操作性を困難にする可能性を有する粘着性を考慮しなければならない。
減速チャンバは、粒子がチャンバの壁に衝突しないように寸法決めされる。ここでは、粒子が壁に衝突する前に、慣性力下の粒子の動きが減速し、ガス抜きと重力によってそれる。粒子が減速チャンバの後壁に衝突する場合、これは粒子を収集チャンバに下向きに衝突させるために角度１１を付けることができる。
収集チャンバの容積は、捕捉すべき粒子の量に関連して寸法決めされる。収集チャンバの重要な特徴は次のとおりである：
（ａ）粒子が速やかに減速チャンバから転送されることを確実にするドラフトの生成。
（ｂ）収集チャンバを加速チャンバ又はラビリンスに接続するいずれかの開口部に向かう粒子の動きを妨げるデバイスの存在。
（ｃ）蓄積された粒子（図示せず）の容易な回収を可能にする開口部。
（ａ）粒子が速やかに減速チャンバから転送されることを確実にするドラフトの生成。
（ｂ）収集チャンバを加速チャンバ又はラビリンスに接続するいずれかの開口部に向かう粒子の動きを妨げるデバイスの存在。
（ｃ）蓄積された粒子（図示せず）の容易な回収を可能にする開口部。
ガスの粘度及びガス密度を考慮して、セクション及びガスの速度プロファイルの設計が行われ、これらは、分離され得る粒子の空気力学的直径（カットオフ直径）の決定に寄与する。カットオフ直径は、絶対的な意味ではなく、むしろ確率的に与えられてもよい。
運動粒子分離器によって除去され得る粒子のサイズは、流れ分割セクション内の気体の速度に依存して、速度が高ければ高いほど、粒子はより小さくなる。しかしながら、装置全体の圧力降下を増加させなければ、加速セクションを通る高速度が得られないことがある。
特定の用途、例えば水素化処理装置に対する粒子含有ナフサ供給原料などの場合、捕捉される粒子のサイズ及び性質は、事前には分かっていない。したがって、非常に小さな粒子を捕捉するように装置を設計することは、装置全体にわたって不必要な圧力降下をもたらす。理想的には、不必要に圧力降下を増加させることなく、反応器が完全なサイクルを実行できるのに十分な粒子を収集するように設計されるべきである。
本発明の実施形態の運動粒子分離器は、加速チャンバ内の流れの横断面における可撓性を可能にする機械的な構成を含む。この目的を達成するにはいくつかの方法がある。一実施形態では、加速チャンバは、より小さい加速チャンバのクラスタによって設けることができる。全体的な加速横断面は、加速チャンバの特定の割合（図示せず）を開放することによって調節することができる。それにより、ラビリンス内のガスの速度を変更することができる。この技術により、装置の性能を現場で調整し、スケールキャッチ性能と装置全体の圧力降下との間の最適なバランスを確保することができる。
スクリーニング壁及び減速チャンバの設計に依存して、これらの要素は、運動分離器に入る粒子があまりにも粗大な場合に、操作性能を損なうおそれがある。これらの粒子は、当技術分野で公知の方法によって運動分離器の上流で都合よく収集することができる。
図１に示す一実施形態では、粗大粒子の分離は、最初の初期運動粒子分離器０８での沈降によって行うことができる。この実施形態では、ガスは、有孔インレットディフューザー０７を通して導入される。該インレットディフューザーは、ガス流がトレイ形状の運動粒子分離器に対して平行な方向に流れるように特別な態様で設計される。また、ガスが低速で流れることで、粒子沈降部０２の下の貯蔵空間に粗大粒子が沈降する。ガスは、ダウンカマーを、煙突０９を経て運動粒子分離器に向かって流れる。これらは、この実施形態のように、当該技術分野において慣用的に使用される煙突のような形状、または半月のような形状であってもよい。ダウンカマーの形状は、流体力学的考慮及び他の制約によって決定される。例えば、既存の反応器に本発明の粒子分離器を後付けすると、トレイ全体の高さｐｆが制限されることがある。
本明細書に記載された目的のために使用されるインレットディフューザーは、流体力学的考慮事項に関して特に設計され、正しい速度プロファイルが保証される。さらに、この設計は、粒子の存在及びインレットディフューザー内部の粒子の沈降及び蓄積の可能性を考慮する必要がある。
現在の知識によれば、さらなる処理に影響を及ぼす粒子は、１ミクロン〜１０００ミクロンまでのサイズ、７００〜４０００ｋｇ／ｍ３の密度、及び球状からフレーク状及び針状の範囲の形状を有する。
図２及び図６において、運動粒子分離器は、加速チャネル、積層構造、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネル１３をそれぞれが含む単一セクションを複数含む二つのクラスタ、トレイとして形成されている。これらのクラスタ／トレイのうちの１つのより詳細な図を図５に示す。
実施例
１）第１の例では、本発明は、ナフサ水素化処理反応器中の運動粒子分離器として実施される。目標とする空気力学的カットオフ直径は５ミクロンであり、密度は２０００ｋｇ／ｍ３であり、スケールキャッチャーにわたり、２０００Ｐａの最大圧力降下を有する。調節可能な数の加速チャンバは、これらの要求を３０ミクロンの空気力学的カットオフ直径及び２０００ｋｇ／ｍ３の密度に近づけることを可能にする。運動粒子分離器は、支持ビーム上の又は自立支持構造上のトレイの形状に構築され、それにより、機械的強度を保証し、粒子の収集に使用される体積に寄与するのに必要な空間を最小にすることができ、そして、それは支持リングによって反応器の内部に設置される。
１）第１の例では、本発明は、ナフサ水素化処理反応器中の運動粒子分離器として実施される。目標とする空気力学的カットオフ直径は５ミクロンであり、密度は２０００ｋｇ／ｍ３であり、スケールキャッチャーにわたり、２０００Ｐａの最大圧力降下を有する。調節可能な数の加速チャンバは、これらの要求を３０ミクロンの空気力学的カットオフ直径及び２０００ｋｇ／ｍ３の密度に近づけることを可能にする。運動粒子分離器は、支持ビーム上の又は自立支持構造上のトレイの形状に構築され、それにより、機械的強度を保証し、粒子の収集に使用される体積に寄与するのに必要な空間を最小にすることができ、そして、それは支持リングによって反応器の内部に設置される。
２）第２の例では、本発明は、第１の例と同様のプロセス特性を有する水素化処理反応器で再度実施される。しかしながら、本発明はインレット分配器に組み込まれ、屋根部から吊り下げられている。
３）第３の例では、本発明は、終端速度分離の原理と運動量インパクションとを統合することによって実行される。この実施形態は、反応器に向けられた粒子が、ラビリンスを通るガスの通過を妨害し得るラビリンスのチャネルに匹敵するサイズの粗い成分を有する場合に特に重要である。
４）第４の実施例では、本発明は、例えば、流動接触クラッキングプロセス（Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）において、触媒の再生器の下流で使用される硫黄酸化物への硫黄の酸化のための反応器上のトレイ又はインレット分配器として実施される。目標とする空気力学的カットオフ直径は０．５ミクロンであり、そして密度は７００ｋｇ／ｍ３である。移動可能な屋根部は、これらの要求を空気力学的カットオフ直径２ミクロン及び密度１３００ｋｇ／ｍ３にすることを可能にする。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
１．反応器へのインレット流体流から粒子を分離するための運動粒子分離器を含む、化学反応のための粒子分離触媒反応器であって、該運動粒子分離器が、少なくとも一つの加速チャネル、分流セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、上記の粒子分離触媒反応器。
２．粒子分離反応器が、インレット流体流から粒子を一次分離するための少なくとも一つの粒子沈降セクションをさらに含み、該粒子沈降セクションが、運動粒子分離器の上流に位置している、上記１に記載の粒子分離触媒反応器。
３．粒子沈降セクションが、有孔インレットディフューザーを含んでいる、上記１又は２に記載の粒子分離触媒反応器。
４．前記沈降セクションが、反応器流体入口の下流かつ運動粒子分離器の上流に配置された初期運動粒子分離器を含む、上記１〜３のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
５．前記沈降セクションが、前記流体流を前記沈降セクションから前記運動粒子分離器に移送するための少なくとも一つの移送煙突を含む、上記１〜４のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
６．前記少なくとも一つの移送煙突が円弧状である、上記１〜５のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
７．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、上記１〜６のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
８．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記１〜７のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
９．前記減速チャンバが、分離された粒子を減速チャンバから収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を含む、上記１〜８のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１０．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイラータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記１〜９のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１１．前記加速チャネルが、変更可能な横断面積を有する、上記１〜１０のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１２．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって横断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記１１に記載の粒子分離触媒反応器。
１３．前記運動粒子分離器が、使用中に、収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、上記１〜１２のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１４．反応器の本体が、反応器の頂部と底部との間の部分において円筒形状であり、そして、複数の運動粒子分離器の少なくとも一つ、好ましくは二つのクラスタセクションが、反応器の直径の近傍で一列に配置されている、上記１〜１３のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１５．少なくとも一つの加速チャネル、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、流体の流れから粒子を分離するための運動粒子分離器。
１６．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、上記１５に記載の運動粒子分離器。
１７．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記１５又は１６に記載の運動粒子分離器。
１８．前記減速チャンバが、分離された粒子を前記減速チャンバから前記収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を備える、上記１５〜１７のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
１９．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイラータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための、加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記１５〜１８のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
２０．前記加速チャンネルが、変更可能な横断面積を有する、上記１５〜１９のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
２１．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって横断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記２０に記載の運動粒子分離器。
２２．前記運動粒子分離器が、使用中に収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、上記１５〜２１のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
２３．上記１〜１１のいずれか一つに記載の運動粒子分離器を含む粒子分離触媒反応器の、水素化処理のための使用。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
１．反応器へのインレット流体流から粒子を分離するための運動粒子分離器を含む、化学反応のための粒子分離触媒反応器であって、該運動粒子分離器が、少なくとも一つの加速チャネル、分流セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、上記の粒子分離触媒反応器。
２．粒子分離反応器が、インレット流体流から粒子を一次分離するための少なくとも一つの粒子沈降セクションをさらに含み、該粒子沈降セクションが、運動粒子分離器の上流に位置している、上記１に記載の粒子分離触媒反応器。
３．粒子沈降セクションが、有孔インレットディフューザーを含んでいる、上記１又は２に記載の粒子分離触媒反応器。
４．前記沈降セクションが、反応器流体入口の下流かつ運動粒子分離器の上流に配置された初期運動粒子分離器を含む、上記１〜３のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
５．前記沈降セクションが、前記流体流を前記沈降セクションから前記運動粒子分離器に移送するための少なくとも一つの移送煙突を含む、上記１〜４のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
６．前記少なくとも一つの移送煙突が円弧状である、上記１〜５のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
７．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、上記１〜６のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
８．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記１〜７のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
９．前記減速チャンバが、分離された粒子を減速チャンバから収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を含む、上記１〜８のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１０．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイラータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記１〜９のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１１．前記加速チャネルが、変更可能な横断面積を有する、上記１〜１０のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１２．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって横断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記１１に記載の粒子分離触媒反応器。
１３．前記運動粒子分離器が、使用中に、収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、上記１〜１２のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１４．反応器の本体が、反応器の頂部と底部との間の部分において円筒形状であり、そして、複数の運動粒子分離器の少なくとも一つ、好ましくは二つのクラスタセクションが、反応器の直径の近傍で一列に配置されている、上記１〜１３のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
１５．少なくとも一つの加速チャネル、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、流体の流れから粒子を分離するための運動粒子分離器。
１６．前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、上記１５に記載の運動粒子分離器。
１７．前記運動粒子分離器が、前記加速チャネルと前記減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備える、上記１５又は１６に記載の運動粒子分離器。
１８．前記減速チャンバが、分離された粒子を前記減速チャンバから前記収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を備える、上記１５〜１７のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
１９．前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイラータイプの流体接続部を含み、それにより、減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための、加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、上記１５〜１８のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
２０．前記加速チャンネルが、変更可能な横断面積を有する、上記１５〜１９のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
２１．前記変更可能な横断面積が、ガイドによって横断面の一部を閉鎖することによって提供される、上記２０に記載の運動粒子分離器。
２２．前記運動粒子分離器が、使用中に収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、上記１５〜２１のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
２３．上記１〜１１のいずれか一つに記載の運動粒子分離器を含む粒子分離触媒反応器の、水素化処理のための使用。
０１ 加速チャンネル、０３
０２ 積層構造、１０
０３ 加速チャンネル
０４ 流れ分割セクション
０５ 収集チャンバ、０６
０６ ガス出口チャンネル、１３
０７ 有孔インレットディフューザー
０８ 初期運動粒子分離器
０９ 移送煙突
１０ 積層構造
１１ 傾斜した衝突壁
１２． ベイラータイプの流体接続部
１３． 出口チャンネル
０２ 積層構造、１０
０３ 加速チャンネル
０４ 流れ分割セクション
０５ 収集チャンバ、０６
０６ ガス出口チャンネル、１３
０７ 有孔インレットディフューザー
０８ 初期運動粒子分離器
０９ 移送煙突
１０ 積層構造
１１ 傾斜した衝突壁
１２． ベイラータイプの流体接続部
１３． 出口チャンネル
Claims (19)
- 反応器へのインレット流体流から粒子を分離するための運動粒子分離器を含む、化学反応のための粒子分離触媒反応器であって、該運動粒子分離器が、少なくとも一つの加速チャネル、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルならびに前記加速チャネルと前記粒子減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造を含み、
前記の流れ分割セクションが、流体流に複数の方向変化をもたらすように形成されており、前記粒子減速セクションが、分離された粒子を該粒子減速セクションから前記収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を含み、
粒子を含む流体が、前記加速チャネルにおいて、下流に粒子減速セクションが配置されている前記積層構造に向かって加速され、流体流は、上流に加速チャネルが配置され下流に積層構造が配置されている前記流れ分割セクションにおいて複数の方向変化を受け、ガス出口チャネルを介して前記運動粒子分離器から放出されるが、流体中の粒子は、慣性により前記積層構造を通って前記粒子減速セクション中に移動し、当該粒子減速セクションから収集チャンバ内へ運ばれる、
上記の粒子分離触媒反応器。 - 粒子分離反応器が、インレット流体流から粒子を一次分離するための少なくとも一つの粒子沈降セクションをさらに含み、該粒子沈降セクションが、運動粒子分離器の上流に位置している、請求項１に記載の粒子分離触媒反応器。
- 粒子沈降セクションが、有孔インレットディフューザーを含んでいる、請求項１又は２に記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記沈降セクションが、反応器流体入口の下流かつ運動粒子分離器の上流に配置された初期運動粒子分離器を含む、請求項１〜３のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記沈降セクションが、前記流体流を前記沈降セクションから前記運動粒子分離器に移送するための少なくとも一つの移送煙突を含む、請求項１〜４のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記少なくとも一つの移送煙突が円弧状である、請求項１〜５のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、請求項１〜６のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイラータイプの流体接続部を含み、それにより、粒子減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための、加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、請求項１〜７のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記加速チャネルが、変更可能な横断面積を有する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記変更可能な横断面積が、ガイドによって横断面の一部を閉鎖することによって提供される、請求項９に記載の粒子分離触媒反応器。
- 前記運動粒子分離器が、使用中に、収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 反応器の本体が、反応器の頂部と底部との間の部分において円筒形状であり、そして、複数の運動粒子分離器の少なくとも一つのクラスタセクションが、反応器の直径の近傍で一列に配置されている、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器。
- 少なくとも一つの加速チャネル、流れ分割セクション、粒子減速セクション、収集チャンバ及びガス出口チャネルを含む、流体の流れから粒子を分離するための運動粒子分離器であって、前記加速チャネルと前記粒子減速セクションとの間に位置する少なくとも一つの積層構造をさらに備え、
前記の流れ分割セクションが、流体流に複数の方向変化をもたらすように形成されており、前記粒子減速セクションが、分離された粒子を該粒子減速セクションから前記収集チャンバに案内するための傾斜した衝突壁を含み、
粒子を含む流体が、前記加速チャネルにおいて、下流に粒子減速セクションが配置されている前記積層構造に向かって加速され、流体流は、上流に加速チャネルが配置され下流に積層構造が配置されている前記流れ分割セクションにおいて複数の方向変化を受け、ガス出口チャネルを介して前記運動粒子分離器から放出されるが、流体中の粒子は、慣性により前記積層構造を通って前記粒子減速セクション中に移動し、当該粒子減速セクションから収集チャンバ内へ運ばれる、
運動粒子分離器。 - 前記運動粒子分離器が、クラスタ内に配置された複数の粒子分離器ユニットを含む、請求項１３に記載の運動粒子分離器。
- 前記加速チャンネルが、変更可能な横断面積を有する、請求項１３または１４に記載の運動粒子分離器。
- 前記加速チャネルが、加速チャネルから収集チャンバへのベイラータイプの流体接続部を含み、それにより、粒子減速セクションから収集チャンバへの粒子の流れを誘導するための、加速チャネルに対する収集チャンバ内のより低い圧力が提供される、請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
- 前記変更可能な横断面積が、ガイドによって横断面の一部を閉鎖することによって提供される、請求項１５に記載の運動粒子分離器。
- 前記運動粒子分離器が、使用中に収集された粒子を除去するための少なくとも一つの収集セクションからの、共通の使用可能な出口を含む、請求項１３〜１７のいずれか一つに記載の運動粒子分離器。
- 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の粒子分離触媒反応器の、水素化処理のための使用。
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