JPH0314496B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明装置は並流多相反応体装入原料を接触反
応する反応器における反応体相分離−流れ分散装
置に関する。特に本発明は反応体流の液相及びガ
ス状相を分離し、反応体降流を反応器触媒粒子床
上へ均一に分散するための反応体相分離−流れ分
散装置に関する。

精油所または石油化学合成工場における炭化水
素類あるいは他の有機物質の処理に際して種々の
接触法例えばゼオライト触媒を用いた水素化分
解、Co、NiまたはMoの１種または２種以上含有
触媒を用いた水素化脱硫処理等が使用される。し
ばしばこれらの方法は固定床反応器中多相反応体
装入原料混合物を用いて行なわれ、該装入原料混
合物は触媒床上へ降流式並流のために反応器上部
で導入される。

従来の反応器において液体の分散は反応器本体
内に備えられ、且つ触媒床上に液体を均一に散布
するための送り穴、越流せきあるいは多数の導管
を有する水平トレー等で達成された。

先行技術及び本発明に好都合に使用する代表的
な反応器本体は反応体が垂直軸方向に流れる円筒
状形態を持つ。しかし長い多角形状あるいは楕円
状本体のような他の反応器もまた使用される。接
触水素化法に使用される型の圧力容器は過圧に耐
えなければならず、したがつて圧力容器は反応体
ガスの所望の分圧に依存して数気圧から数百気圧
までの内部圧力に耐えるために組み立てられてい
る。代表的な水素化反応器は溶接した304ステン
レス鋼及び炭素鋼等で構成されている。

化学製造合成工場が異なる方法の設備を収容す
るように変更される時接触反応器を改装すること
が望ましい。多くの汎用の加圧反応器は長さ；直
径（Ｌ：Ｄ）比約２：１〜10：１、好ましくは
４：１〜６：１を持ち、溶接した鋼で構成されて
いる。これらの反応器は上部及び下部で溶接して
作製した半球状端部区域にボルト締めして封止さ
れている。流体装入口及び排出口、保守用開口あ
るいは他の配管または計器用開口等が備えられて
いる。

装入ガス及び液体反応体は混合相流の形態で簡
単な装入管を通つて反応器上部で導入され、多孔
質反応器床を通つて降流する。反応器横断面全体
に均一な流れを保つために反応体は触媒床の上部
表面上に分散される。デール（Derr）らの米国
特許第4126539号及びバラード（Ballard）らの
米国特許第3218249号に開示されているような若
干の先行技術反応器では分散器トレーは分散させ
る蒸気及び液体反応体を受入れるために触媒床上
に設置された。この型の内部配置は新規に設備を
設置する時には満足なものであるが、既存の反応
器本体に設置することは困難である。この困難は
溶接あるいは他の設置技法の間反応器本体を弱め
るためである。内部分散器要素を現場溶接し、得
られた構造体を焼鈍して圧力容器を完全な状態に
保つことは技術的に可能であるとしても、そのよ
うな改変は高価であり、時間を浪費する。

石油化学プラントのための反応器改変は多段階
法のための一段階装置改造あるいは他の内部構造
物の変更及びまたは配管の再設置を必要とする。
現存の装置のそのような改変は方法転換を促進
し、新しい設置方法のコストを減ずる。周知の流
れノズル方式は単一相液体あるいはガス分散のた
めに、あるいは高圧力降下がさしつかえない時に
適当である。しかし並流反応器において混合され
たガス及び液体装入原料のための低圧力降下分散
器を設置することは非常に困難であることを見出
だした。

並流降流式接触反応器用の改善された反応体流
分散装置が設計された。この装置は既存の上部装
入口を備えた垂直反応器本体を改装設置するため
に特に適している。該装置はまた封止反応器本体
に含まれる触媒粒子の多孔質床を備えた固定床接
触反応器における炭化水素の水素化処理法に特に
好都合である。

したがつて本発明は上述のような反応器に有用
な新規な反応体相分離及び流れ分散装置に関し、
炭化水素留出油流の水素化処理用反応器に有用で
ある。こうして、本発明は頂部口及び頂部取付け
装置２２４を備え且つガス−液体多相反応体装入
原料用装入装置２２２の下方に設けられた触媒粒
子の水平固定床を備えてなる既存の垂直反応器中
における特に改装に適した改善された反応体相分
離−流れ分散装置であつて、前記反応体相分離−
流れ分散装置が反応器頂部取付け装置２２４へ取
付け自在で、且つ前記多相反応体装入原料を受入
れるための中空受入れ装置；反応器頂部取付け装
置２２４と同軸の、間隔を置いて配置された周縁
ガス放出口を備えたガス放出上部分離区域２４
２；及び前記ガス放出上部区域２４２と液体分散
装置２６２の間に動作可能に接続された液体収集
低部分離区域２５０；を備え、前記ガス放出上部
分離区域２４２は比較的低い圧力降下で前記ガス
放出上部分離区域からガスを放出させるのに充分
な全放出口開口断面積を備え、前記液体収集低部
区域２５０は液体流が前記液体分散装置２６２を
通つて流れるのに十分な静力学圧力を与えること
より成る改善された反応体相分離及び流れ分散装
置に関する。

本発明による相分離−流れ分散装置を備える反
応器は封止反応器本体中に接触粒子の一般に水平
に設置された多孔質床を含む固定床接触反応器よ
り成る。該反応器はガス状及び液体成分両方から
なる混合反応体流を導入して降流させるための装
入口装置、前記混合反応体流を受け入れ、分離
し、次に分散するための本発明の相分離−流れ分
散装置、及び反応器本体からガス状及び液体状生
成物を回収する装置を備え、且つ前記相分離−流
れ分散装置は装入口装置と多孔質触媒床との間に
おいて反応器本体内に設置される。本発明の反応
体相分離−流れ分散装置は多数のガス放出口を含
む有孔質壁によつて形成された上部区域を備え
る。該ガス放出口は反応体装入原料の実質上ガス
状相を相分離装置から外へすなわち触媒床上の反
応器上部へ放出することを可能にする。反応体相
分離−流れ分散装置はまた反応体装入原料の実質
上液相区分流を受入れ、該液相区分を多孔質触媒
床の上部に向かつて導かれる間隔を距てた液体流
に分割する液体分散装置より成る低部区域を備え
る。

本発明の相分離−流れ分散装置は、前述のよう
に上部装入口装置と取付け装置を備え且つガス−
液体多相反応体装入原料の装入口装置の下方にお
いて反応器内に水平に設置された触媒粒子固定床
を有する既存の垂直式反応器を改装するために特
に適している。該相分離−流れ分散装置は多相装
入原料を受け入れるための、反応器上部取付け装
置へ取付自在な中空受入れ装置、間隔を置いて配
置された周縁ガス放出口を備えた同軸のガス放出
上部分離区域及び前記ガス放出上部分離区域と液
体分散装置の間に動作可能に接続された液体収集
低部分離区域を備え、前記ガス放出上部分離区域
は比較的低い圧力降下で前記ガス放出上部分離区
域からガスを放出させるのに充分な総放出口断面
積を備え、前記液体収集低部区域は液体流が前記
液体分散装置を通つて触媒上に流れるのに十分な
静力学圧力を与える。

本発明の反応体相分離−流れ分散装置は例えば
炭化水素留出油の水素化処理用の封止反応器本体
内に通常水平に設置された触媒粒子の多孔質床を
備えた固定床接触反応器中で使用される。この水
素化処理は(a)反応器本体頂部における装入口装置
に水素含有ガス状相及び炭化水素含有液相からな
る混合反応体流を下降式に導入し；(b)装入口装置
と多孔質触媒床の間の反応器本体内に設置された
本発明の反応体相分離−流れ分散装置に混合反応
体流を受入れ；(c)混合反応体流の実質上ガス相区
分を反応体分離−流れ分散装置の上部区域を形成
し且つ多数のガス放出口を備えた有孔質壁を通つ
て分離装置から外側の反応器上部区域へ流出さ
せ；(d)反応体流の実質上液相区分の流れを上部分
離区域から相分離−流れ分散装置の低部区域へ流
し；(e)低部分離区域の液相区分を触媒床に向かつ
て導かれる多数の間隔を置いて距てた液体流に分
割し；(f)触媒粒子床を接触する水素含有ガスと接
触反応させて炭化水素液を転化し；(g)反応器から
ガス状及び液体反応生成物を回収する工程より成
る。

以下に第１〜６図を使用して本発明を説明す
る。

石油化学工業あるいは精油工業において接触転
化に使用される代表的な反応装置を第１図に示
す。該反応装置は頂部及び底部に半球形の封止区
域１２，１４を備えた垂直の円筒状物より成る鋼
製反応器本体１０を備える。

装入口装置２０は装入原料導管からガス−液体
多相反応体装入原料を下降式に導入するための装
置である。頂部口２２には後述のように装入原料
導管及び相分離装置をそれぞれ結合するためのフ
ランジ付取付け装置が備えられる。

反応器中央区域３０は球面ビード、押出成形
物、ポリローバル造形物のような触媒粒子３２固
定床を備える。

一示例として提示した第１図の配置において
ZSM−５／アルミナからなる触媒３２の固定床
は生成物収集室７２のまわりの穿孔邪魔板生成物
取出し装置７０上の格子３６及び格子装置（格子
支持部材層）３８上のそれぞれ大粒径底部層、中
粒径中央層及び小粒径上部層より成るセラミツク
ボール３４の組合わせによつて支持される。反応
器１０の低部区域内に位置する同軸の導管７４は
セラミツクボールの上部あるいは底部の位置から
触媒及びセラミツクボールを反応器から空にする
ための手段を与えるために収集室７２の下の所ま
で延びている。操作の間、導管７４は触媒の稼動
を防止するために不活性物質を満たし、また操作
の間液体及び蒸気の稼動を防止するために封止さ
れる。

頂部に円形の封止部を有する円筒状の穿孔邪魔
板生成物取出し装置７０により形成される円筒状
の生成物収集室７２は格子支持部材層に対して触
媒床の種々の半径方向の区域から中央にある生成
物収集室７２への物質の流れに固有の圧力降下を
最少限にするようはな大きさをもち、且つ配置さ
れる。円筒状の生成物収集室７２は生成物分離装
置（図示せず）へ生成物を送るために生成物取出
し導管７６（部分的に示す）へ接続される。

上述の配置及び少なくとも３種の粒径より成る
セラミツクボールは種々の粒子径の触媒層より成
る上述の触媒床を支持する。不活性セラミツクボ
ール頂部層３５は反応器の水平断面に実質上均一
な流体分散を達成し、且つ触媒粒子３２を所定の
個所に保持する。

第１図に示す本発明の反応体相分離−流れ分散
装置４０（相分離装置４０とも略記する）は取付
けリング２４に同軸的に接続することができる反
応体相分離−流れ分散装置上部区域（相分離装置
上部区域）４２を備え、該上部区域は装入口装置
の下方へ伸びる。相分離装置上部区域４２は一般
の円筒状有孔質壁の周縁に間隔を置いて配置され
た一連のガス放出口４４を持ち、相分離装置４０
から外側の反応器の上部区域へ反応流中の実質上
ガス状相区分を放出する放出口を形成される。

相分離装置は多相装入原料を受け入れるための
中空受器として作用する。低部液体収集区域５０
は後に詳細に述べるように上部ガス流出区域と液
体分散装置６０の間に動作可能に接続される。

相分離装置の一層完全な理解は第２図によつて
得られ、第２図中点線矢印及び実線矢印はそれぞ
れ装入原料流２６から改善された相分離装置４０
へ入るガス（点線矢印）及び液体（実線矢印）混
合装入原料である。この装置は第１図の反応器の
取り付けリング２４上の合わせ部と係合するため
の上部保持フラジン４６を持つ円筒状スリーブの
ような内部構造として組み立てられる。

液相物質の実質上すべて及び蒸気相物質の一部
は上部有孔質区域から下方の密実の円筒状壁より
なる低部液体収集区域５０及び分散区域へ通過す
る。低部及び上部区域は現場で完成用の組立式の
上部区域と下部区域とが一体に形成すなわち作製
されたものでもよい。第２図及び第３図に示す分
離装置は間隔をおいて配置された結合用孔を有す
る合わせ部内側縁部より成る結合装置５２によつ
て上部及び下部区域をボルト締めされている。

液体は低部液体収集区域に集められ、液体の上
部水準は液体分散装置の大きさ、静水頭及び上部
分離区域と相分離装置をとり囲む上部反応器室と
の圧力差によつて決定される。

液体放出口及び低部液体収集区域の底は最も下
のガス放出口の下に少なくとも管直径１本分〜２
本分の間隔があるのが好ましく、それによつて液
頭を維持し且つ適当な分離帯域が設けられる。一
般に全ガス放出口面積は多相装入原料装入口の断
面積以下で、好ましくは50〜100％である。しか
し、装入原料中のガス含量が小割合の時は恐らく
ガス放出面積は25％であつてもよい。他の場合、
例えば装入原料の非常に大きな割合が蒸気相であ
り、且つ低圧力降下が望まれる時、150％までの
孔面積が使用される。

上部有孔質分離壁は相分離装置の低部区域中に
実質上ガスを含まない液体が維持され同時にガス
相は放出されるのに充分な孔面積／封止部面積比
を持つ。個々の装置において使用される特定の比
は混合装入原料流中のガス／全液体体積比に適応
させる。

液体は相分離装置の下部から触媒床の上に分散
するための多数の流れに分かれて流れる速度及び
静水頭下に流れる。好適な液体分散装置は相分離
装置４０の底部に設置されたガス相から分離され
た液体と連通する多管配列６０である。放射状水
平管６２は間隔をあけて配置された放出口６４
（第１図）から液体を放出するための「スパイダ
ー（spider）」形に支持され、放出口６４は放射
状水平管の長さに沿つて穴を空めて造つてもよ
い。

放射状水平管６２はその外端で周縁の導管へ接
続することが好都合であり、それによつてスポー
ク付車輪形を形成する。この構造は放射状水平管
にさらに支持構造体が設けることになり、また周
縁導管放出口を通る別の液体分散流を生ずること
を可能となす。さらに別の液体放出口６６は低部
分離装置の底部平面に穴を空けることにより造ら
れる。他の液体分散装置はカツセル（Kassel）
による米国特許第2860955号及びハーリス
（Harris）らによる米国特許第3791525号に開示
されている。

他の相分離装置を第３図に示す。この実施態様
において上部有孔質壁１４２は内部円筒状スリー
ブ１４３によつて装入原料流から分離され、内部
円筒状スリーブ１４３は低部液体収集区域（図示
せず）に向かつてガス放出口を通過する混合ガス
及び液体装入原料を下方に導く。この構造は外壁
に沿う液体の被膜生成を防止し、放出口１４４を
外側へ通過するガス流によつて液体の過量の飛沫
同伴を防止することによつて相分離を増強する。
この設計においてガスは流れの方向にさからつて
流れて遮へい壁孔１４５を通過し、上部反応器室
に入る前に環状室１４６へ入る。この実施態様は
比較的低いガス／液体比を持つ混合物に有利であ
る。

第４図はフラジンを付けた層分離装置上部区域
４２の上部保持フラジン４６が取付けリング２４
のくぼみへどのように合わせられるかを説明す
る。装入原料装入管４８は反応器へ接続し、オー
リングシール４９により流体損失が防止される。
フラジンは従来と同様にボルト締めされ、保守組
立を容易に行うことができる。

第５図に示す実施態様においては、円筒状反応
器本体１２０の頂端部はフラジン付中央開孔２２
４がある。取付けリングが垂直装入管２２２を接
続し、装入管２２２に隣接し且つ軸方向に心合わ
せされた反応体相分離−流れ分散装置（相分離装
置と略記する）２４０を取付ける適当な手段を与
える。装入管の相対的な大きさ及び形態及び上部
相分離区域は設計上の選択の問題である；しかし
同じ内径を持つかあるいは装入管と上部相分離区
域２４２の中間に乱流を生じないように外へ張出
した首区域２４１を持つ円形導管を使用すること
が好ましい。もし細い装入管を使用すれば第３図
のように同軸相分離装置へ部分的に延長すること
ができる。

第５図に示す装置は特に重油、灯油のような石
油留分の接触水素化脱ロウのために意図される。
記述したことを除いて第１図及び第２図と実質上
同じである。低部液体収集区域２５０は流体流通
式に６本の放射状管２６２を持つ液体分散装置へ
接続し、該放射状管は相分離へ螺接あるいは溶接
され、補強板部材２５２によつて補強される。そ
れぞれの放射状管２６２の中間に円形の補強棒２
６８を取り付けることによつてさらに別に構造的
に保全される。液体分散放出口２６４及び２６６
は液体収集区域の底部に間隔を置いて及びそれぞ
れの放射状管に沿つてそれぞれの底部に１〜３個
の孔が（第６図）間隔をあけて穿穴されている。

相分離装置は18−８型316ステンレス鋼あるい
は他の適当な構造用材料で組み立てられる。第５
図及び第６図に示した図は相分離装置に416mm
（16インチ）パイプスケジユールナンバー10S〔メ
カニカルエンジニアース（Mechanical
Engineers）、マツクグローヒル（Mc Graw
Hill）刊８−156頁〜８−161頁参照〕を使用し、
416mm（16インチ）×208mm（８インチ）の径違い
継手を介して208mm（８インチ）パイプスケジユ
ールナンバー20の装入管へ取り付けられる。有孔
質壁は44mm等辺のピツチで26mm（１インチ）の直
径の孔319個を空けられている。放射状分散管は
第６図に示すように12〜14mmの間隔をあけて孔を
空けられた78mm（３インチ）パイプスケジユール
ナンバー40Sの管である。この相分離装置は現存
の内径2.286ｍの反応器本体内の触媒床の45cm上
に設置することが適当である。

相分離装置のガス放出口の数及び大きさは維持
される背圧を決定する。有孔質壁の全放出口断面
積は首区域２４１の上部分離装置の断面積の普通
約25〜150％に等しい。装入原料中のガスの体積
割合が非常に大きい時は相分離装置における非常
に大きな圧力降下を防止するために比較的大きな
全放出口面積を必要とする。これに対して装入原
料中に液体の割合が大きい時は液体分散装置にお
ける適当な圧力降下を維持するために比較的小さ
い全放出口面積を必要とする。

処理のための混合装入原料は比較的低いガス／
液体体積比のものであつてもよい。例えば加圧水
素から本質的になる比較的純粋なガス相は液体区
分と等しいかあるいは少なくてもよい。しかしよ
り代表的な状態はより大きな割合のガス相を含
み、その場合、反応体ガスは乏しく、不活性ガス
及び気化された炭化水素を混合している。そのよ
うな場合においてガス／液体体積比は１／１より
大きく、５／１〜500／１あるいはそれ以上であ
る。若干の装置において装入原料中10〜90重量％
液体を普通液体軽質成分の気化のために高温で操
作することが意図される。

ガス放出及び液体分散口は円形、三角形、長方
形等であり；また液体導管は均一分散を達成する
ために適当な形態であればよい。

炭化水素添加方法のための多相装入原料流にお
いては種々の液体及び蒸気成分を含むことができ
る。石油留分は蒸気相でならびに液相で存在する
比較的揮発性のガソリンあるいは灯油範囲の炭化
水素類である。留出油中の重質炭化水素類あるい
は重質軽油液相には高分子量芳香族あるいは脂肪
族分子、ロウ質パラフイン質成分等を含む。ガス
状相は水素のような反応体ガスあるいは窒素のよ
うな不活性ガスと低分子量炭化水素ガスとの混合
物を含む。

多相装入原料は普通熱交換あるいは反応器装入
口から上昇流式に備えられた炉を通して均一の反
応温度で導入される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明反応体相分離−流れ分散装置を
備えた接触反応器の垂直断面図、第２図は本発明
の反応体相分離−流れ分散装置の好適な実施態様
を示す垂直断面図、第３図は上部相分離装置の一
部側面を切り取つた図、第４図は代表的な反応器
取り付け装置の垂直断面図、第５図は代表的な反
応器上部区域及び反応体相分離−流れ分散装置の
垂直断面図、第６図は第５図の直線６から上を見
る反応体相分離−流れ分散装置の水平断面図であ
る。図中： １０……反応器本体、１２……（頂部）封止区
域、１４……（底部）封止区域、２０……装入口
装置、２２……頂部口、２４……取付けリング
（頂部取り付けリング）、２６……装入原料流、３
０……反応器中央区域、３２……触媒床（触媒粒
子）、３４……セラミツクボール、３５……不活
性セラミツクボール頂部層、３６……格子、３８
……格子装置、４０……反応体相分離−流れ分散
装置（相分離装置）、４２……反応体相分離−流
れ分散装置上部区域（相分離装置上部区域）、４
４……ガス放出口（放出口）、４６……上部保持
フラジン、４８……装入原料装入管、４９……オ
ーリングシール、５０……低部液体収集区域、５
２……結合装置、６２……放射状水平管、６４，
６６……液体放出口（放出口）、７０……穿孔邪
魔板生成物取出し装置、７２……生成物収集室、
７４，７６……導管、１４３……内部内筒状スリ
ーブ、１４４……ガス放出口（放出口）、１４５
……遮へい壁孔、１４６……環状チエンバー、２
１０……円筒状反応器本体、２２２……垂直装入
管、２２４……フラジン付け中央開孔、２４０…
…反応器相分離−流れ分散装置（分離装置）、２
４１……首区域、２４２……上部相分離区域、２
５０……低部液体収集区域、２６２……放射状
管、２６４，２６６……液体分散放出口（放出
口）、２６８……補強棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 頂部口及び頂部取付け装置２２４を備え且つ
   ガス−液体多相反応体装入原料用装入装置２２２
   の下方に設けられた触媒粒子の水平固定床を備え
   てなる既存の垂直反応器中における特に改装に適
   した改善された反応体相分離−流れ分散装置であ
   つて、前記反応体相分離−流れ分散装置が 反応器頂部取付け装置２２４へ取付け自在で、
   且つ前記多相反応体装入原料を受入れるための中
   空受入れ装置；反応器頂部取付け装置２２４と同
   軸の、間隔を置いて配置された周縁ガス放出口を
   備えたガス放出上部分離区域２４２；及び前記ガ
   ス放出上部区域２４２と液体分散装置２６２の間
   に動作可能に接続された液体収集低部分離区域２
   ５０；を備え、前記ガス放出上部分離区域２４２
   は比較的低い圧力降下で前記ガス放出上部分離区
   域からガスを放出させるのに充分な全放出口開口
   断面積を備え、前記液体収集低部区域２５０は液
   体流が前記液体分散装置２６２を通つて流れるの
   に十分な静力学圧力を与えることより成る改善さ
   れた反応体相分離及び流れ分散装置。 ２ ガス放出上部分離区域２４２が混合ガス反応
   体及び液体反応体装入原料をガス放出口１４４を
   通つて下方へ向けて液体収集低部分離区域２５０
   に導き、それによつてガス放出口１４４を通つて
   外側へガスにより液体が過度に同伴されるのを防
   止するための内部円筒状スリーブ１４３を備えて
   なる特許請求の範囲第１項記載の反応体相分離及
   び流れ分散装置。 ３ ガス放出上部分離区域２４２が円筒状を呈
   し、反応器頂部取付け装置を取付けるための上部
   取付けフラジン４６を備える特許請求の範囲第１
   項記載の反応体相分離及び流れ分散装置。 ４ ガス放出上部分離区域４２，２４２のガス放
   出口４４，１４４が多相反応体装入装置２０の断
   面積の25％〜150％の全放出口開口断面積を備え
   る特許請求の範囲第１項記載の反応体相分離及び
   流れ分散装置。 ５ ガス放出口４４，１４４の全放出口開口断面
   積が多相反応体装入装置２０の断面積より小さい
   特許請求の範囲第４項記載の反応体相分離及び流
   れ分散装置。