JP7025526B2 - 下降流容器内での流体接触のための方法及び器具 - Google Patents

Description

（優先権の陳述）
本出願は、２０１７年７月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／５３８，３３２号からの優先権を主張するものであり、その引用された出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、並流容器内の流体を接触させるための方法及び器具に関する。より具体的には、本発明は、下流容器内の２つの床間で液体及び蒸気を接触させるための方法及び器具に関する。

多種多様なプロセスで、流体と固体粒子との間の接触をもたらすために、流体（複数の場合あり）が粒子状物質の固体床上を流れる並流反応器が使用される。反応器において、固体は、流体が反応して生成物を形成する触媒材料を含み得る。流体は、液体、蒸気、又は液体と蒸気との混合物であり得、流体は、反応して液体、蒸気、又は液体と蒸気との混合物を形成する。これらのプロセスは、炭化水素変換、ガス処理、及び分離のための吸着など、様々なプロセスを網羅する。

固定床を有する並流反応器は、反応器が触媒床上での流体の流れを可能にするように構築される。流体が液体か、又は液体と蒸気との混合物である場合、流体は通常、反応器を通って下方に流れるように方向付けられる。反応器床が反応器シェル内で互いに積み重ねられている多床反応器も、頻繁に使用される。典型的には、これらは、床間にある程度の空間をもって積み重ねられる。

床間空間は、多くの場合、冷却、加熱、混合、及び再分配などのプロセス流体の中間処理を提供するように作られる。

発熱触媒反応では、流体温度及び分配の制御が重要である。上部触媒床から及び反応器の外側からの流体の温度及び組成は、下方の触媒床に分配される前に十分に混合されるべきである。触媒床の上部での初期の不十分な温度及び組成の分配は、プロセス流体が反応器を下方に移動するにつれて持続又は拡大し得る。ホットスポットが発生し、触媒の急速な失活を引き起こし、反応器サイクル長を短縮させ得る。触媒床間の空間は、クエンチガス又は液体の注入のため、並びに流体の混合及び分配のためにある。炭化水素処理では、クエンチガスは多くの場合、冷却水素／炭化水素流である。しかしながら、混合及び分配を制御することなく流体を冷却することは、後続の反応器床における不均一な反応及び不均一な温度の分配をもたらす。また、複雑な混合及び分配システムは、複数の触媒床を保持する反応器チャンバ内の貴重な空間を占める。

反応器床間の空間の高さの制約により、クエンチ流体を導入し、クエンチ流体と共に蒸気及び液体を混合するための空間の量は限られる。特に、既存の水素処理反応器では、触媒床間の空間は既に設定されており、時には、触媒床の高さを低減することなく、既存の床間空間内の流体の混合を改善するために新たに内部を設置することは困難である。新たな反応器についても、多くの場合、加工工場における設備投資及び反応器のプロファイルを低減するために、反応器の全体的なサイズを低減することが望まれる。したがって、比較的低い床間空間内で、隣接する触媒床間の流体の良好な混合を提供することが望ましい。

これらの制限を克服するための以前の試みには、概して、混合に影響を及ぼす方法で流体の流れをまとめて提供することを含む、渦型又は乱流型ミキサーが含まれてきた。渦型ミキサーの一例は、米国特許第８，０１７，０９５号に記載されている。円筒形混合装置４０は、収集トレー上に位置付けられ、入口５０及び５５と、底壁の底部中央に単一の出口８０とを含む。流体及び液体は、入口５０及び５５を通って共に装置に入る。これらの装置には、混合が、液体上の蒸気を伴う、装置内での全体的に同じ方向への流体の乱流又は旋回の影響を受けるという点で制限がある。

これらの制限を克服するための反応器内部の設計は、反応器内の貴重な空間を有意に節約し得る。反応器シェル内の空間の利用を改善する新たな反応器内部は、触媒充填を最大化することができ、新たな反応器シェル構成要素の必要性を排除し、並びに反応器全体を交換するためのダウンタイムを阻止することができる。

様々な実施形態による、多床触媒反応器内に位置する混合装置の断面側面図である。 様々な実施形態による、混合装置の断面上面図である。 様々な実施形態による、図２の混合装置の蒸気導管の側面図である。 様々な実施形態による、混合装置の部分斜視図である。 様々な実施形態による、代替的な混合装置の部分斜視図である。 様々な実施形態による、多床触媒反応器内に位置する代替的な混合装置の断面側面図である。 様々な実施形態による、代替的な混合装置の断面上面図である。 様々な実施形態による、代替的な混合装置の部分斜視図である。 様々な実施形態による、混合装置より下方にオフセットされた分配器底部トレーを有する、多床触媒反応器ハンド内に位置する代替的な混合装置の断面側面図である。 様々な実施形態による、上部プレートを示す混合装置の断面側面図である。 様々な実施形態による、上部プレートを示す混合装置の断面上面図である。 様々な実施形態による、上部プレートの堰の側面図である。

様々な態様によれば、本明細書に開示される混合装置及びシステム、並びにその使用方法は、並流容器内の床間の空間内に配設される。説明を容易にするために、以下に、２つ以上の離間した触媒床を含む下降流反応器に関して説明するが、本明細書に記載される混合装置及びシステム、並びに方法はまた、吸着分離チャンバ内の吸着床を含むが、これに限定されない、異なるタイプの処理床を有する他の炭化水素処理容器に使用及び適用されてもよい。反応器内の触媒床は、流体のクエンチ、混合、及び分配のための空間によって分離され、混合ゾーンは、上記の触媒床から流出液を冷却／加熱、混合、及び時には凝縮するように設計される。一実施例では、図１に示すように、混合装置及びシステムは、水素処理下降流反応器５内に含まれてもよく、流体は、上位触媒床１０から下位触媒床１５に流れる。流体は、蒸気、液体、又は蒸気と液体との混合物を含んでもよい。反応器流体は、クエンチ流体分配器２０からのクエンチガス又は液体（本明細書では「クエンチ流体」と総称される）でクエンチされてもよく、流体は混合され、次いでクエンチゾーン２５内の下位触媒床１５に分配される。本明細書で使用するとき、用語「流体」は、液体及び蒸気のいずれか又は両方を指すことに留意されたい。流体は、クエンチゾーンより下の下位触媒床１５に分配される前に、温度及び組成の差を最小化するように混合される。現在のシステムでは、クエンチ及び混合のために反応器床間にかなりの空間が存在する。これらの機能に必要とされる空間の量の低減は、反応器５内の最大触媒充填を有利に提供して、反応器全体を交換することなく処理及び性能を改善し得る。同様に、新たな反応器は、クエンチゾーンの高さが最小化されれば、より小さいプロファイル及びより小さい設備投資で設計することが可能である。

触媒床上での液体の良好な分配は、触媒床内の不均一な温度上昇及びホットスポットなどの悪影響を避けるために重要である。触媒床に生じるホットスポットは、触媒寿命の短縮又は生成物の品質低下につながり得る。本明細書に記載される方法及び装置は、流体混合及び分配性能を犠牲にすることなくクエンチゾーンの高さを低減するように設計される。

一態様によれば、システム３０は、並流反応器５内の触媒床間のクエンチゾーンにおける蒸気－液体接触のために提供される。一実施例では、反応器５は、概ね円筒形の下降流反応器であってもよい。システム３０は、反応器５内の支持構造体、例えば、支持リング又は図示されていない他の構造体によって支持され得る液体収集トレー３５を含む。液体収集トレー３５は、好ましくは、実質的に反応器５の領域にわたって延在して、流体が混合ゾーン３０を通過することを制限し、典型的には、下位触媒床１５への流体の分配を可能にするために、液体収集トレー３５を貫通する開口部が設けられる。液体収集トレー３５の少なくとも一部は、上位触媒床１０から下方に移動する流体をそこに収集する。

図１～図３を参照すると、クエンチゾーン２５内で液体及び蒸気を混合するための混合装置４０が提供される。混合装置は、好ましくは、液体収集トレーによって支持され、それより上方に位置付けられるが、混合装置４０は、液体収集トレーより下方に位置付けられてもよく、又は液体収集トレー３５より上方若しくは下方にその一部を有してもよい。一態様によれば、混合装置４０は、液体収集トレー３５上に支持され、液体収集ゾーン５０から混合装置４０を分離する外壁４５を含む。外壁４５は、図示のように概ね円形であってもよく、又は多角形若しくは別の好適な形状であってもよい。液体収集ゾーン５０は、外壁４５と、外壁４５の周囲全体又はその少なくとも一部に延在する反応器壁５との間に間隙を含んでもよい。動作中、上位触媒床１０からの液体は、液体収集ゾーン５０内に収集される。一実施例では、液体収集ゾーンが既存の反応器シェルアタッチメント、混合装置の設置、及びクエンチ分配器２０の収容に十分な空間を提供するために、外壁４５は、反応器壁から５～２０インチに位置付けられる。別の実施例では、反応器壁から１０～１５インチである。１つのアプローチによれば、バッフル５１は、液体収集ゾーンにわたって延在して、混合装置の外壁４５の周りの単一方向の流れを促進し、液体の予混合を改善する。図４に示すように、混合装置４０内に追加の混合領域を提供するため、一態様によれば、外壁４５は、反応器壁５に近接して又は隣接して位置付けられてもよい。１つのアプローチでは、外壁４５は、反応器壁から０～５インチに位置付けられる。液体収集に十分な領域を提供するために、このアプローチでは、液体収集ウェル５５が外壁４５内の間隙に設けられてもよい。

混合装置４０は、蒸気と液体とを混合するための混合チャネル６０を含む。混合チャネル６０は、液体及び蒸気の流れを促進するために１つ以上の細長いチャネルを含んでもよい。蒸気は混合チャネル６０を貫流するため、混合チャネル６０の少なくとも一部は、混合中に混合チャネル６０内の蒸気を維持するために実質的に密閉される。図２Ａに示すように、混合チャネル６０は、反応器５及び／又は混合装置４０の中心軸を中心に延在する細長い、概ね環状のチャネルである。環状混合チャネル６０は、図示のような円形、多角形、又は他の形状であってもよい。一態様では、混合チャネル６０は、外壁４５と内壁６５との間に形成される。外壁４５及び内壁６５は、液体収集トレーの一部であり得る、混合チャネル底壁７０から上方に延在するバッフルによって形成されてもよい。外壁４５及び内壁６５は、図２Ａに示すような２つ以上の別個のバッフル、又は内側に旋回するパターンで延在する単一のバッフルを含んでもよい。

一態様によれば、混合チャネル６０は、その入口端部８０に液体入口７５と、その出口端部９０に出口８５とを含む。１つのアプローチでは、液体入口７５は、入口端部８０において混合チャネル６０の外壁４５又は他の壁の側面に開口部９５を含む。本明細書で使用するとき、用語「開口部」は、限定するものではないが、孔、ノズル、穿孔、スロット、管、及びスパウトを含む、流体の通過を提供することができる任意のタイプの開口部又は他の構造体を指すことに留意されたい。液体入口開口部９５は、混合チャネル６０の下部に位置付けられてもよい。この点に関して、液体収集トレー３５に収集された液体は、開口部９５から入り得るが、開口部９５の低位置は、液体が蒸気よりも優先的に貫流することを可能にする。この目的のために、液体入口開口部９５は、液体収集トレー３５より上方の予期される作動液位の近く又はそれより下に頂部９６を備えて形成され得る。一実施例では、開口部は、混合チャネル６０の高さの底部７０％に位置付けられる。別の実施例では、開口部は、混合チャネル６０の高さの底部５０％、及び別の実施例では混合チャネル６０の高さの底部３０％に位置付けられる。一実施例では、液体入口開口部９５の開放領域の少なくとも８０％は、混合チャネル６０の高さの底部５０％にあり、別の実施例では混合チャネルの高さの底部３０％にある。このようにして、液体入口を貫流する流体は、実質的に液体で構成される。１つのアプローチでは、開口部の少なくとも４０％は液体流用である。別の実施例では、開口部の少なくとも８０％は液体流用である。

液体入口９５に入る液体は、混合チャネル６０を通って、出口８５に向かって概ね下流方向に移動する。一態様によれば、混合装置は、上部触媒床から及び反応器の外側から混合チャネル６０内に蒸気を通すための１つ以上の蒸気入口を含む。１つのアプローチでは、蒸気入口１００は、混合チャネル６０を通過する液体と蒸気との接触を改善するために、混合チャネル６０に沿って液体入口７５の下流に位置付けられる。蒸気入口開口部１０５は、混合チャネルの外壁４５内に設けられてもよく、混合チャネル６０を貫流する液位が比較的低い場合でも、蒸気が蒸気入口開口部１０５から入る際の蒸気－液体接触を改善するために、混合チャネル６０の底部に位置付けられてもよい。１つのアプローチでは、混合チャネルの堰１０６は、混合チャネル６０の一部にわたって延在してもよい。堰１０６は、例えば始動時又は停止時に少量の液体しか混合チャネル６０を貫流しない場合でも、蒸気が液体に接触するように、混合チャネルに最小量の液体を維持する。堰は、液体混合を改善するために、混合チャネルに対して様々な角度で位置付けられ得る。一実施例では、開口部１０５は、混合チャネル６０の高さの底部７０％に位置付けられる。別の実施例では、蒸気入口開口部１０５は、混合チャネル６０の高さの底部５０％、及び別の実施例では混合チャネル６０の高さの底部１０％に位置付けられる。一実施例では、蒸気入口開口部１０５の開放領域の少なくとも８０％は、混合チャネル６０の高さの底部５０％にあり、別の実施例では混合チャネル６０の高さの底部１０％にある。

一態様によれば、蒸気導管１１０は、蒸気入口開口部１０５を取り囲む。蒸気導管１１０は、収集トレーから上方に延在する導管壁を含み、かつ蒸気入口開口部１０５を通って導管１１０に入る蒸気の通過を提供するための上部導管入口又は開口部１１５を含む。蒸気導管開口部１１５は、導管１１０の最上部にあってもよく、又は導管壁を貫通する孔であってもよい。指定されない限り、本明細書で使用するとき、上部開口部は、底壁又は液位、例えば、液体収集トレー３５又は混合装置４０の一部の底壁よりも高い、１つ以上の開口部を指し、限定するものではないが蒸気導管の上部又は側部の開口部を含んでもよい。開口部１１５は好ましくは、液体が蒸気と共に蒸気入口１００から導管１１０に入ることを制限するために、通常の作動液位より上方の液体収集トレー３５より上方の高さに位置付けられる。一実施例では、蒸気入口１００に入る流体の少なくとも６０％は蒸気である。別の実施例では、蒸気入口１００に入る流体の少なくとも８０％は蒸気である。

蒸気入口開口部１０５は、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３に示すように、混合チャネル６０の外壁４５を貫通する１つ以上の開口部を含んでもよい。あるいは、様々な態様によれば、蒸気入口導管１１０は、混合チャネル６０内に延在してもよく、蒸気入口開口部１０５は、導管壁に形成されてもよい。いずれの場合も、開口部１０５は、混合チャネル６０と流体連通し、蒸気入口開口部１０５から混合チャネル６０に入る蒸気は、混合チャネル６０の中に、概ね混合チャネル６０にわたって導入され、そこを通る液体流の中に、かつ液体流にわたって導入され得る。このように液体流に向かって、かつ液体流にわたって蒸気を注入又は分散することは、液体の上に蒸気がある一般的な開口部を通して蒸気流及び液体流を一緒に混合チャネルに導入することと比較して、チャネル内の蒸気と液体との間の密接した接触の改善と、液体及び蒸気の混合の改善をもたらすことが確認されている。更に、蒸気導管内に十分な圧力低下を生じさせることにより、蒸気は、混合チャネル６０内に十分な速度及び運動量で分散されて、下流に向かう流体流を横断し、混合を改善する。一実施例では、蒸気導管１１０を通る圧力低下は、別の実施例では、０．２～２．５ｐｓｉ、０．３～２．０ｐｓｉ、更に別の実施例では０．５～１．５であってもよい。

更に、環状混合チャネルを中心に旋回する液体又は乱流を有する液体に蒸気を注入することで、蒸気が導入されて蒸気及び液体が一緒に流れることにより、更なる混合がもたらされる。蒸気は、混合チャネルに対して横方向に又は斜めに蒸気開口部を通って方向付けられてもよい。上述したように、一態様によれば、図２Ｂに示すように、蒸気入口は、液体収集トレー３５より上方の異なる高さに位置付けられた２つ以上の開口部１０５を含んでもよい。開口部１０５を異なる高さで提供することにより、蒸気と液体との間の最適な接触が可能になる。

蒸気を、貫流する液体流に対して直交又はほぼ直交するように導入することは、良好な混合をもたらすことが証明されてきたが、混合チャネルの外壁４５に対して斜め下流方向に蒸気を導入することは、下流方向への流体の流れによる中断を低減しながら良好な混合をもたらし得る。この点に関して、一態様によれば、バッフル１２０は、混合チャネルに入る蒸気を液体流の下流かつ斜めに方向付けるために設けられてもよい。バッフル１２０は、図７に示すように、開口部から外壁４５に対して鋭角に延在してもよい。一実施例では、バッフルは、混合チャネルの外壁４５に対して鋭角に、概ね下流に延在する。一実施例では、鋭角は、外壁４５から１０～６０度、別の実施例では２０～４５度である。

一態様では、蒸気入口開口部を有する１つ以上の追加の蒸気入口１２５は、第１の蒸気入口１００とは異なる下流距離で液体入口７５の下流に位置付けられる。混合チャネル６０に沿った異なる位置に２つ以上の蒸気入口を提供することは、液体流が混合チャネルを通過する際に蒸気を液体流内へと徐々に方向付けることによって、蒸気－液体接触を改善し得ることが確認されている。追加の蒸気入口１２５はまた、上部開口部を有する蒸気導管１３０を含んでもよい。異なる蒸気導管の上部導管開口部１１５及び１３５の高さは、動作中に液体収集トレー３５上に過剰な液体蓄積が生じた場合に、より低い開口高さを有する導管が、を蒸気入口から蒸気導管に液体をオーバーフローさせ得るように異なっていてもよい。トレー３５より高い上部導管開口部高さを有する他の導管を提供することによって、これらの導管は、蒸気と共に過剰な液体が導管に入ることを更に制限し、主に蒸気が導管を通過して混合チャネルに入り、そこでの蒸気－液体接触を維持することを可能にし得る。蒸気入口導管の上部開口高さの様々な組み合わせが可能であるが、好ましくは、上流導管は、下流導管（混合チャネルに沿って下流）よりも低い低部開口高さを有する。この点に関して、液体収集ゾーン内の液位が上昇すると、液体は、上流導管へとオーバーフローし得るが、蒸気は、なお下流導管を貫流して、液体開口部を迂回し、上流導管を介して混合チャネル６０に入った液体と接触する。

図４に関して以下に更に説明するように、一態様によれば、混合チャネルは、外部混合チャネル１３６と、外部混合チャネル１３６の内側に位置付けられた内部混合チャネル１３７とを含む。この態様によれば、内部混合チャネル１３７に蒸気を提供するために、１つ以上の内部蒸気入口１３８が混合チャネル内に設けられてもよい。内部蒸気入口１３８は、内部混合チャネル１３７の壁を通る、又は内部蒸気入口の導管１４２を通る導管蒸気開口部１３９を含む。蒸気入口１００と同様に、内部蒸気入口開口部１３９は、内部混合チャネル１３７の下部に位置付けられてもよく、その結果、開口部１３９を通って混合チャネル１３７に入る蒸気は、貫流する液体流に向かって方向付けられる。内部導管の上部開口部１４３は、蒸気が上部プレートの上方から導管１４２を通過して内部混合チャネル１３７に入ることを可能にするため、上部プレート１５０より上方に延在してもよい。１つのアプローチでは、導管開口部は、液体が蒸気と共に導管１４２に入ることを制限するために、上部プレート１５０の上面より上に位置付けられてもよい。

上述したように、混合チャネル６０は、流体通路を画定するための内壁６５及び外壁４５を含む。混合チャネル６０は、底壁１４０及び上壁１４５を更に含む。底壁１４０は、混合チャネルの下方の液体収集トレー３５の一部を含み得る。上壁１４５は、混合チャネル６０の少なくとも一部を覆う上部プレート又はトレー１５０の形態で提供されてもよい。１つのアプローチでは、内壁６５及び外壁４５は、液体収集トレー３５に取り付けられ、そこから上方に延在する１つ以上のバッフルを含む。好ましくは、１つ以上のバッフルの上部１５１及び１５２は、液体収集トレーより上方の類似の高さにあり、上部プレート１５０は、上部１５１及び１５２に近接して又はそれらに接触して位置付けられて、概ね密閉された混合チャネル６０を提供し得る。上部プレート１５０は、少なくとも部分的にバッフル上に支持されてもよく、又は他の構造体によって支持されてもよい。この点において、上部プレートを支持する、及び／又は取り付けるため、上部１５１及び１５２にフランジが設けられてもよい。

図１～図３に示すように、一態様によれば、外壁４５は、反応器５の中心部の周りに延在し、かつ反応器壁から離間しているバッフル１５５を含む。内壁６５は、外壁４５の内側表面に隣接するか又は接触し、そこから延在する別のバッフル１６０によって形成されてもよい。それぞれのバッフルは、単一片の材料、又は互いに接合された２片以上の材料から形成されてもよいことに留意されたい。別の態様によれば、図４に示すように、外壁４５は反応器壁に近接して位置付けられ、バッフル１６５は、バッフル１６５が混合チャネル６０の内壁６５及び外壁４５の両方として機能するように、反応器の中央部１５３に向かって内向きのらせんパターンで延在する。更に別の実施例では、図５～図８に示すように、内壁６５は、外壁４５を形成するバッフル１７５とは別個の、バッフル１７５から内側に離間したバッフル１７０から形成されてもよい。このアプローチでは、セパレータバッフル１８０が、入口端部８０を混合チャネル６０の出口端部９０から分離してもよい。セパレータバッフル１８０はまた、流体が混合チャネル６０を出て混合装置４０の分配ゾーン１９０に入る前に、混合チャネル６０を通る流体の旋回流を遮るための接触面として機能して、そこからの蒸気及び液体の分離及び分配を促進することもできる。

前述したように、一態様によれば、混合チャネル６０は、図４に示すように、外部チャネル部分１３６とそこから内側に位置付けられた内部チャネル部分１３７とを有する内向きのらせんチャネルを含み得る。中間壁１９１は、外壁４５と内壁６５との間に位置付けられてもよく、外壁及び内壁を形成する１つ以上のバッフルと同じ又は異なるバッフルで形成されてもよい。あるいは、外壁４５は、図４に示すように、反応器壁にごく近接して位置付けられ、単一の混合チャネル６０のみでより広い混合チャネルを提供し得る。

一態様によれば、混合システム３０は、混合装置から最終蒸気及び液体分配トレー２１０に流体を分配するための分配ゾーン１９０を更に含む。分配ゾーン１９０は、混合チャネル６０の出口端部９０と流体連通する入口部分１９５を含んでもよい。分配ゾーン１９０は、混合装置４０の全体高さ、及び上位触媒床１０と下位触媒床１５との間に必要とされる必須の床間空間を低減するために、混合チャネル４０と概ね同一平面上にあってもよい。典型的なこととして、最終分配トレー２１０は、下位触媒床１５にわたって高品質の流体分配を提供するため、分配ゾーン１９０を含む混合装置より下方に含まれてもよい。

一態様によれば、分配ゾーン１９０は、１つ以上の液体分配器２００及び１つ以上の蒸気分配器２０５を含む。１つのアプローチでは、液体分配器２００は、分配ゾーン１９０の底部、例えば分配ゾーン底壁２１５を貫通する開口部２０１を含む。蒸気分配器２０５は、１つ以上の開口部又は蒸気分配導管２２０を含んでもよい。蒸気分配導管２２０は、導管２２０を通る液体の流れを制限するための外壁と、導管の中及び下方への蒸気の通過を可能にする上部開口部とを含む。蒸気分配導管２２０は、蒸気が下方に通過することを可能にするために、分配ゾーン底壁２１５を貫通する底部開口部２２５を含む。分配ゾーン底壁２１５は、分配ゾーン１９０より下方に延在する液体収集トレー３５の一部によって形成されてもよい。一態様によれば、混合装置４０は環状混合チャネル６０を含み、分配ゾーン１９０は、混合装置４０の中央部に向かって混合チャネルの内側に位置付けられ、分配ゾーン１９０の入口部分１９５は、混合チャネル出口部分９０と流体連通している。

一態様によれば、分配ゾーン１９０は、図２～図４に示すような液体分離及び分配ゾーン２３０を含む。ゾーン２３０は、液体及び蒸気を分離し、液体を下方に分配するために設けられてもよい。ゾーン２３０は、外壁２４０と内壁２４５との間にチャネル２３５を含む。チャネル２３５は、弓状若しくは環状の構成、又は例えば多角形などの他の好適な形状を有してもよく、かつ環状混合チャネル６０内に位置付けられてもよい。この点に関して、混合チャネルの内壁６５は、底壁及び／又は液体収集トレー３５から上方に延在する共通のバッフルを介して提供されるように、チャネルの外壁２４０の全て又は一部を形成してもよい。中央蒸気分配導管２５５は、チャネルの内壁２４５を形成する導管壁を有してもよい。理論に束縛されるものではないが、流体が混合チャネル６０の出口からチャネル２３５を通過する際、流体が液体分離チャネル２３５の周りで旋回するときに流体に作用する遠心力は、より重い液体を蒸気から分離させると考えられる。液体分配器２００は、液体が底壁２５０上に収集され、分配器２００を通じて下方に分配されるように、液体分離チャネルの底壁２５０に提供されてもよい。

図１～図３に示すように、一態様によれば、中央蒸気分配導管２５５は、液体分離チャネル２３５の内側に位置付けられてもよく、上述のように、液体分離チャネル２３５の内壁を形成してもよい。蒸気分配導管２５５は、分配ゾーン底壁２８０の底壁より上方に延在する導管壁２６０を有してもよい。分配導管は、上部開口部２６５を含む。蒸気導管は、液体の流れを制限しながら、蒸気が上部開口部を通過することを可能にする。一態様によれば、蒸気分配導管壁２６０は、上部プレート又は別個の壁の一部であり得る、分配ゾーンの上壁に向かって途中まで上方に延在する。この点に関して、上部開口部は、分配導管壁２６０の上部と上部プレート１５０との間に設けられる。図１に示すように、スペーサ２７０は、上方の上部プレート１５０を支持するため、導管壁２６０より上の、その上部と上部プレート１５０との間に設けられてもよい。スペーサ２７０は、蒸気導管にわたって延在する１つ以上のバー又は他の障害物を含んでもよい。一実施例では、概ねＸ字形状の支持体２７５は、上部プレート１５０を支持するために、蒸気分配導管２５５と上部プレート１５０との間に位置付けられる。この支持体は、分配ゾーン１９０内の蒸気の流れを有利に停止させ得る。

別の態様によれば、図５～図６に示すように、分配ゾーン１９０は、内部に複数の液体出口２００を有する底壁を含んでもよい。この態様による出口２００は、底壁２８０を通る複数の開口部２０１を含んでもよい。液体流用の開口部２０１は、これらの開口部からの液体流が、下方の蒸気－液体分配トレー上の分配器の上に落ちないような場所に、優先的に位置付けられる。底壁２８０は、液体収集トレー３５の一部を含んでもよい。１つ以上の蒸気分配導管２２０は、底壁２８０から上方に延在してもよい。それぞれの蒸気分配導管２２０は、液体が蒸気分配導管２２０に入ることを制限するための蒸気導管壁２９０及び上部蒸気導管開口部２９５を含む。蒸気分配導管２２０は、底壁２８０を貫通する開口部２２５を密閉して、蒸気は開口部を通過し、下方に分配される。

一態様によれば、液体分配器底壁２８０は、液体収集トレー３５の一部を形成するか、又は少なくとも概ね同一平面上にある。別の態様によれば、底壁２８０は、図８に示すように、液体収集トレー３５より下方にオフセットされた下部トレー３０５を含んでもよい。下部トレーは、分配ゾーン１９０を越えて、混合チャネル６０の少なくとも一部より下に延在してもよい。このように、底部トレー３０５は、可能なより大きい断面積を有し、底壁２８０は、そこからの改善された分配を提供するため、液体収集トレー３５と同一平面上にある。拡張された粗液体分配ゾーンは、下方の蒸気－液体分配トレーでの液高勾配及び液体運動量流束を低減することになる。このアプローチでは、分配ゾーンは、流体を下部トレー３０５に通すための少なくとも１つの開口部３１０を含んでもよい。一態様によれば、１つ以上の蒸気分配導管２２０は、下部トレー３０５から開口部３１０を通って分配ゾーン１９０内へと上方に延在してもよい。この点に関して、下部トレー３０５は、なお十分な蒸気分配導管壁の高さを提供する一方、液体収集トレー３５に近接して離間してもよい。一実施例では、下部トレーは、液体収集トレー３５から１～５インチ、別の実施例では２～４インチ、更に別の実施例では１．５～３インチ離間している。分配ゾーンはまた、分配ゾーンが液体収集トレーと同一平面上になるように、収集トレーより上の混合チャネルの底部を上昇させることによって、混合チャネルの底部に拡張され得る。

前に説明したとおり、混合装置４０は、混合チャネル６０及び／又は分配ゾーン１９０のカバーを提供するための上部プレート１５０を含んでもよい。上部プレート１５０は、上位触媒床１０の底部近くに位置付けられてもよい。本明細書で使用するとき、上位触媒床１０及び下位触媒床１５という用語は、当業者に概ね理解されるように、触媒床システムの支持体及び任意の他の部分を含む、混合段階より上の触媒床システム及び混合段階より下の触媒床システムを指すことに留意されたい。上部プレート１５０は、そこから下降する流体の流れを制限しないように、好ましくは、上位触媒床１０の底部から離間している。この点に関して、下降する流体は、上部プレート１５０の上面３０６に接触及び／又は蓄積してもよい。

上部プレート１５０は、所望の方法で流体を方向付けるように構成されてもよい。例えば、上部プレートは、液体収集ゾーン５０又は液体収集ウェル５５内に流体を方向付けるための堰、傾斜面、又は他の好適な機構を含んでもよい。例えば、図４を一時的に参照すると、流体の通過を可能にする開口部又は空間が、ウェル５５より上の上部プレート１５０に提供されてもよい。

一態様によれば、クエンチガスを提供し、上位触媒床１０と下位触媒床１５との間の蒸気及び液体を混合するためのシステムは、図２に示すようにクエンチガス分配器２０を含む。クエンチガス分配器２０は、反応器壁内に位置付けられ、上位触媒床１０から下降する流体に向かってクエンチガスを分配して、流体を冷却するように構成されてもよい。クエンチガス分配器は、クエンチガス源（図示せず）と連通しているクエンチガス線３２０を含んでもよい。分配器は、反応器５の内部の少なくとも一部の周りに延在する線、管又はパイプ３２５を含んでもよい。

図２に示すように、クエンチガス分配器は、反応器壁６と混合装置４０との間の反応器壁の内面に沿って延在する弓状パイプを含む。パイプ３２５は、クエンチガスを分配するための複数のクエンチガス出口又はノズル３３０を含む。ノズル３３０は、任意の好適な出口を含んでもよい。一態様によれば、ノズルは、液体がノズルに入らないように、液体収集トレー３５の作動液位より上に位置付けられる。ノズルに入る炭化水素液は、システムが遮断して炭化水素液が冷えると硬化し、将来の使用のためにノズルを塞ぎ得ることが確認されている。１つのアプローチでは、ノズル３３０は、上位触媒床１０の底部近くに位置付けられる。ノズル３３０は、上部触媒床１０から下降する流体に接触するように、反応器にわたって概ね水平にクエンチガスを方向付けるように構成されてもよいが、ノズルはまた、他の方向にクエンチガスを方向付けてもよい。１つのアプローチでは、ノズルは、上部プレート１５０の上面と触媒床との間に流体を方向付けるように構成される。このようにして、クエンチガスと下降する流体との間の密接な接触がなされ得る。

別の実施例では、図８～図１０に示すように、クエンチガス分配器２０は、上部プレート１５０から流れる流体に向かってクエンチガスを方向付けるように位置付けられてもよい。例えば、クエンチガス分配器は、上部プレート１５０から流れ落ちる流体に接触するよう、クエンチガスを混合チャネルの外壁４５に向かって方向付けるように位置付けられてもよい。１つのアプローチでは、図９及び図１０に示すように、堰３３５は、上部プレート１５０の少なくとも一部の周りに設けられてよい。堰３３５は、流体が開口部３４０を通って方向付けられるように、開口部３４０を含んでもよい。ノズル３３０は、クエンチガスと流体との間の接触量を増加させるために、クエンチガスを開口部３４０に向かって方向付けるように構成されてもよい。開口部は、堰内の１つ以上の孔、堰内の間隙、堰の低部、又は流体の流れを促進する任意の他のタイプの開口部を含んでもよい。１つのアプローチでは、開口部は、図１１に示すジグザグパターンなどの不規則な上部を有する堰３３５の低部３４５を含んでもよい。

クエンチガス分配器２０は、図５及び図６に示すように、液体収集ゾーン５０内に位置付けられてもよく、又は図２及び図８に示すように反応器の一部の周りにのみ延在してもよい。

図５及び図６に示す別の実施例では、クエンチガス分配器は、液体収集トレー３５内の液体に向かってクエンチガスを下方に方向付けるように構成されてもよい。また、図５及び図６に示すように、クエンチガス分配器２０は、クエンチガスと液体収集トレー３５上の液体との間の接触を改善するために、液体収集トレー３５上の液体に部分的又は完全に浸漬されてもよい。しかしながら、上述のように、炭化水素流体が冷却されたときにクエンチガス分配器ノズル３３０内で硬化しないよう、注意すべきである。

一態様によると、最終分配トレー２１０は、液体を下位触媒床１５に最終的に分配するために、混合装置４０より下方に位置付けられてもよい。好適な最終分配トレーは市販されており、そのようなトレーの１つは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，５０６，８６１号に記載されている。

この説明は、特定の実施形態に関して提供されてきたが、この説明は、開示される実施形態に限定するものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図することを理解されたい。

（特定の実施形態）
以下を特定の実施形態と併せて説明するが、この説明は、前述の説明及び添付の特許請求の範囲を例示するものであり、限定するものではないことが理解されるであろう。

本発明の第１の実施形態は、下降流容器内での流体接触のための装置であり、液体収集トレーと、密閉された細長い混合チャネルと、液体収集トレーと混合チャネルとの間に流体連通を提供する液体入口と、蒸気に、混合チャネルの中へ、その内部を貫流する液体流にわたって通過させるための、液体入口の下流にある混合チャネルの蒸気入口と、を含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、蒸気入口を取り囲み、液体収集トレーより上方の第１の高さに蒸気導管の上部導管開口部を有する、蒸気導管を更に含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、液体入口から第１の蒸気入口とは異なる下流距離に位置付けられた混合チャネルの第２の蒸気入口を取り囲む第２の蒸気導管と、液体収集トレー上の液位が第２の高さを超えて上昇した場合に溢出するため、第１の高さより低い液体収集トレーより上方の第２の高さにある、第２の蒸気導管の第２の上部導管開口部と、を更に含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、蒸気入口は、蒸気入口を通過する蒸気を、混合チャネルを貫流する流体に向かって方向付けるため、混合チャネルの外壁の下部に位置付けられた開口部を含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、蒸気入口は、液体収集トレーより上方の異なる高さに位置付けられた混合チャネルの少なくとも２つの開口部を含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、蒸気入口は、蒸気を下流方向に方向付けるため、開口部と、開口部から混合チャネルの中へと下流方向に斜めに延在するバッフルと、を含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、導管は、混合チャネルを貫流する流体と接触するための比較的高速の蒸気流を提供するため、導管を通る蒸気の圧力低下が０．２～２．５ｐｓｉとなるように構成されている。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、液体入口は、液体入口から入る蒸気の量を低減するため、混合チャネルの底部に位置付けられた混合チャネルの壁に少なくとも１つの開口部を含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、混合チャネルは、液体及び蒸気を接触させるため、内部を通る流体の旋回を提供するように概ね環状に延在している。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、混合チャネルは環状に延在し、バッフルは、混合チャネルの入口端部と出口端部とを分離するため、及び出口端部から内側分配器に向かって流体を方向付けるため、入口端部と出口端部との間に延在している。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、混合チャネル内の液位を維持するため、第１の高さ及び蒸気入口の下流に混合チャネルにわたって延在する堰を更に含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、少なくとも混合チャネルを覆う上部トレーと、中に液体を収集するための液体収集トレーの液体収集ウェルと、上部トレーの上面と液体収集ウェルとの間の連通を提供する上部トレーの空間と、を更に含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、上部トレーは、上部トレーの上面上の流体を上部トレーの空間に向かって付勢するように構成されている。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、混合チャネルの外壁は、液体収集トレーの縁部から離間配置され、液体はその間に収集される。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、混合チャネルの外壁は、液体収集トレーの縁部に近接しており、液体収集ウェルは、液体を中に収集するための、混合チャネルの外壁の間隙を含む。

本発明の第２の実施形態は、下降流容器内で流体を接触させ、その流体を下方に分配するための装置であり、液体収集トレーと、出口を有する密閉された概ね環状の混合チャネルと、液体が混合チャネルに入ることを可能にするため、混合チャネルの底部に開口部を有する、混合チャネルの液体入口と、混合チャネルの下流にあり、混合チャネルを貫流する液体にわたって蒸気を方向付けるため、混合チャネルの底部に蒸気入口開口部を有する蒸気入口と、混合チャネルから下位段階に流体を分配するために、混合チャネルの出口と流体連通し、その半径方向内側に位置付けられた液体分離及び分配ゾーンと、を含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、液体分離及び分配ゾーン並びに混合チャネルは、液体収集トレーより上方に位置付けられ、装置の全体高さを低減するために互いに概ね同一平面上にある。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、液体分離及び分配ゾーンは、液体及び蒸気を分離するため、弓状外壁を有する分離チャネルと、その外壁沿いかつ外壁から半径方向内側の分離チャネルの底壁を貫通する複数の開口部と、を更に含む。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、混合チャネルは、液体入口からその出口まで概ね内向きのらせん形である。本発明の一実施形態は、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てであり、分離及び分配ゾーンは、液体及び蒸気の分離と、分離チャネル開口部を通る液体の少なくとも一部分の通過のため、弓状外壁を有する分離チャネル、及び分離チャネルの外壁沿いかつ半径方向内側の収集トレーを貫通する複数の開口部と、蒸気が分配器蒸気導管を通過することを可能にするための上部開口部を有する分離チャネル内の分配器蒸気導管と、を更に含む。

更に説明することなく、前述の説明を用いて、当業者が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明を最大限に利用し、本発明の本質的な特性を容易に確認でき、本発明の様々な変更及び修正を行い、様々な使用及び条件に適合させることができると考えられる。したがって、先行する好ましい特定の実施形態は、単なる例示として解釈されるべきであり、いかなるようにも本開示の残りを限定するものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものである。

上記では、全ての温度は摂氏度で記載され、全ての部及び百分率は、別途記載のない限り、重量基準である。

Claims (3)

1. 下降流容器内での流体接触のための装置であって、
   液体収集トレーと、
   密閉された細長い混合チャネルと、
   前記液体収集トレーと前記混合チャネルとの間に流体連通を提供する液体入口と、
   前記混合チャネルに沿って前記液体入口の下流に位置付けられ、前記混合チャネルを通過する流体流に蒸気を注入するための蒸気入口と、
   を備え、
   前記蒸気入口が、前記液体収集トレーより上方の異なる高さに位置付けられた前記混合チャネルの少なくとも２つの開口部を含む、
   装置。
2. 前記蒸気入口を取り囲み、前記液体収集トレーより上方の第１の高さに蒸気導管の上部導管開口部を有する、蒸気導管を更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記液体入口から前記蒸気入口とは異なる下流距離に位置付けられた前記混合チャネルの第２の蒸気入口を取り囲む、第２の蒸気導管と、
   前記第１の高さより低い前記液体収集トレーより上方の第２の高さに、前記液体収集トレー上の液位が前記第２の高さを超えて上昇した場合に溢出するために、前記第２の蒸気導管の第２の上部導管開口部と、を更に備える、請求項２に記載の装置。

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