JPH03505992A - 下降流反応器のための分散系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 下降流反応器のための分散系 本発明は多くの重ね合わされた反応床を含む下降流反応器のための分散系に関す る。この種の反応器は、接触脱ロウ、水素化処理、水素化仕上げおよび水素化ク ラッキングのような種々の反応を行うための化学および石油精製産業において使 用される。本発明の分散器系は液体および気体間の混合相反応の実施に特に有用 である。

液体または混合相液体／気体混合物を特定の固体の充填床を通過させるために化 学、石油精製および他の産業で使用される反応器が、種々の異なるプロセスにお いて用いられる。石油精製産業におけるそのようなプロセスの典型は、接触脱ロ ウ、水素化処理、水素化脱硫、水素化仕上げおよび水素化クラッキングである。

これらのプロセスにおいて、液相が典型的にガス相すなわち気相と混合され、混 合物は下降流反応器の充填床内に維持された粒状触媒を流通する。

それ自体が水素化処理プロセス中に気相中に更なる成分、例えば硫化水素および アンモニアを製造し得る化学反応が起き、そのような反応が気相反応体の一部を 消費し得るので、更なる気体反応体、例えば、水素を反応体経路に沿った種々の 位置において添加することがしばしば必要である。他の反応は熱交換手段を用い ることかでき、例えば、クエンチ水素が装置の異なる位置において添加または取 り出される。これを行うために、床の頂部において反応体相を良好に分散させ、 少なくとも床の頂部において床を通過する流れが均一になるように、連続的な各 床の上に分散器プレートを有する重ね合わせられた床に接触固体が一般的方法に より配される。反応体を良好に分散させることにより、床が最も効果的および効 率的に使用され、最も予想される方法で所望の反応が起こり、望ましくない発熱 または池の問題となる条件が生ずる可能性が減少する。

多くの異なる種類の分散ブ１／−トが知られている。一部のものは単純であり、 貫通または溝付ブレー１・にすぎない。他のものは、所望の反応体流均一性を促 進し、良好な液体／気体接触を達成するための種々の形状の堰または池の仕掛け を有する。例えば、接触水素化脱硫（（ｊ（Ｄ）反応器に用いるための分散器プ レートを記載している米国特許第４．１２６．＋３９号が参照される。

一つの種類の系は、触媒床の上側面における液体の均一な広がりを容易にする二 つの分散器）・１／イ・＼の反応器に液体を送るための液体分散器トラフおよび スブラッンユプレートと結合した入口円錐形そらせ板を含む。分散器１・１／イ は、二つの機能を有する一連の間隔をあけたライザーを含む。それにより気体が トレイを下方に通過することができ、それは液体下方流導管としても作用し、液 体がライザーの側部の堰溝を通過する。しかしながら、堰を通過する液体流の性 質が、この種の設計を、組み立てまたは取付中に導入されるトレイの非平坦性に 対して非常に敏感にする。

分散器のもう一つの例は、広範囲の液体供給速度を含むことを主目的とした米国 特許第３，５２４．７３１号の充填床のための混合相流れ分散器である。液体流 は通常、液体下降パイプを通過するが、液体速度が非常に高いと、一部の液体は 溢れ出して三角堰を通過して気体煙突に入る。し５かしながら、通常の操作中、 煙突は液体を輸送せず、それ故に床に入る液体流の数に寄与（、ない。液体を輸 送する期間においても、管を通過する流れと比べて煙突を通過する液体流の変化 は大きい。

米国特許第３．３５３．９２４号は幾分異なる手段を開示している。

すなわぢ、液体管への流れがさらに一対の切込み堰を通過し、上記不利益かその 系についても適用される。気体煙突中には液体流が存在せず、従ってトレイの上 に配され得る均一な間隔をおいた液体流の数が制限される。

この種の系が、例えば、米国特許第４，１２６．．５３９号に示されている。液 体流は、穴および堰の流れの組み合わせにより、気体降下管のみを通過する。降 下管間のトレイ領域は液体分散に使用されず、順流の使用により分散形式がトレ イ上の流体の高さの変化に影響を受は易くなる。

他の手段が、液体が降下管の穴しか流通しない米国特許第４，１２６．５４０号 および同第４，１４０．６２Ｓ号に見られる。降下管の間の）・レイ領域を利用 する試みは無く、降下管の大きさが、トレイの機械的安全性を維持する必要性と 合わさって、触媒床に入る液体流の数が最大になることを防止する。

液体分散も他の情況において関心事である。例えば、米国特許第２．９２４，４ ４１号の開示は、充填塔における蒸留の気体吸収におけるような気／液相用の液 体分散器の設計に関する。記載された分散器は、並流の下降流接触反応器におい て見られる良好な初期液体分散を求める特別の要求に取り組もうとはしていない 。

他の形状の分散器が米国特許第３，５４１．．０００号に示されている。この系 は、各降下管に溢流が入る前にプレートの上に所望の高さの液体を維持１−１下 側の床への気体の流通も許容しなくてはならない液体降下管を備えたプレートを 用いる。この系は、二つの不利益を有する。第１は、完全に水平な位置に組み立 ておよび取り付けられていなければ、降下管の頂部の構造がプレートを通過する 液体流速をかなり変化させることである。降下管内への液体流速は、堰の下方端 部の上側の液体の高さが高くなると激増し、プレートが水平でなければ、プレー トの一端における液体の高さが高くなると、プレートの低い側の液体流が大きく 増加し高い側は減少する。液体および気体流のための降下管の使用は、気体が液 体中を下方に通過して沈んでいる開口に達するということはないので、この問題 を悪化させる。すなわち、プレートの低い側の堰が沈むと、液体流か増加するの みならず、気体流が完全に遮断され得る。すなわち、所望の反応が少なくとも反 応床の一つの側でほとんど完全に妨げられ得る。

本発明は、反応器を通過する分散の改良された均一性および改良された液相と気 相との混合を提供する下降流反応器のための分散器プレートを提供する。これは 、液体流を気体流と独立に流すことができ、高さの誤りに比較的鈍感である。し たがって、これは他の多くの種類の分散器より非常に容易に組み立ておよび取り 付けることができる。

本発明によれば、多段床下降流反応器の床間に用いるための分散器系は、 （１）気体および液体を受ける収集ト１／イ、（１１）収集トレイの下側の混合 チャンバー、（ｉｉｉ　）収集トレイの上側から混合チャンバー内への気体およ び液体の流路を提供する放巴路、 （１〜・）液体の下降流のための開口および気体の下降流のための煙突を有する 、混合チャンバーの底部の第１の分散器トレイ、および（ｖ）その側部に液体が 入る開口を有する直立頂部開放管を有してなる液体および気体の下降流のための 降下管を有する第２の分散器トレイ を含んでなる。

分散器系を気体が床の間に射出される反応器に使用する場合、射呂位置は収集ト レイの上側または下側に設けることができるが、最良の気体／液体接触を得るた めには、収集トレイの上側に設けることが好ましい。

第１の分散トレイの煙突は、液体および気体流を、両者が予想される速度で流れ るようにこの位置において分離することができる。

さらに、このトレイは、分散器の下側の床を通過する流れに高度の均一性を提供 する第２のおよび最終トレイに粗い初期液体分散を提供する。第１の分散器トレ イの気体煙突は、好ましくは、第１のトレイから第１のトレイ上に存在する液面 を越える高さまで上方に延びている穴のおいていない頂部解放管である。液体か 通常より高い位置まで上昇する場合、これらの管の頂部に、液体流の堰を提供す るために溝を設けてよい。煙突を下降する液体を散らせて第２の分散器ト１／イ 中に分散させるために、管の底部の周囲に気体出口が設けられるように開口ブレ ートを管の底部に取り付けてもよい。

触媒床における均等な分散を保証するために、第２の分散器トレイはトレイに均 等に配置された多数の組み合わせ気体／液体降下管を有する。これらの降下管は 、トレイ上に液体プールが維持されるようにトレイから上方に延びている直立管 である。各降下管は液体流が降下管に入るように側部に開口を有する。開口はい かなる都合のよい形状であってもよく、好ましくは円形であるが、通常の操作に おいてトレイ上の液体プールの最上面の下側となるような大きさおよび位置であ ることが好ましい。これにより降下管に提供される流れを予想することさえてき る。これらの側部開口への流れは開口より上側の液体の深さの平方根に比例する ので、開口が全て沈んでしまうと、降下管への液体流速は液体の高さの変化に比 較的敏感である。この理由から、本発明の分散器系は絶対的水平を必要としない ので組み立ておよび取り付けか容易である。

降下管は、好ましくは、第１のトレイから下降する液体が直接降下管に入ること を防止し７、予想できない流速の変化を提供するために、解放頂部端の上にバッ フルを有する。それらは、トレイ上の液面高さが通常より高い場合、液体流の堰 を提供するために上端に溝を設けることも好ましい。

添付の図面において、第１図は、本発明の分散器系を示す多段床下降流の部分的 垂直断面図であり、第２図は、第１図の２−２゛部分の平面図である。

第１図は、多段床下降流、反応器の床間の断面を簡単に示す。下降流反応器の構 造は一般的なものであり、グリッドおよび分散器ブ１／−トの支持体の詳細はわ かり易くするために示さない。反応器の壁１０および触媒支持グリッド１１が、 反応体としてまたは反応生成物として含まれる気体と−・緒に液体かそこを流れ る触媒または他の粒状接触固体の上方床を支持する。明瞭のために、触媒は示さ ない。

支持グリッドは一般的な種類のものであってよく、５直接または液体もしくは気 体を触媒の上方床から下方に流しグリッドを通って下側の分散器系に送らせる支 持ボールにより触媒を支持する。上側触媒床から出てくる液体を収集するために 触媒支持グリッド１１の下側に収集ト１／イ】２が設けられる。射出気体の均一 な初期分散を得るために気体射出ライン１４に連結されたスパイダー１３により 、蒸気射出点が提供される。例えば、接触水素化脱硫（ＣＨＤ）のような水素化 処理反応器において、水素がこの点においてクエンチとして射出される。他の気 体射出装置も使用することができ、要すれば、この位置において気体を取り出す こともできる。

放出路を通過１５て下側の混合チャンバー］６に入る前に液体ブー・・ルをトレ イ１２の上側に蓄積させるように、複数の放出路１５を収集）　１／イ］２に提 供する。放出路は、下降液体および気体の通路１７を提供する直立降下管を含ん でなる。放出路は収集１□　ｌ／イ１２の下側に、横方向に面し流体が管状混合 チャンバー１６に接して入るような出口］８を有する。混合チャンバー１６は、 収集トレイ１２および混合チャンバー内に液体プールを提供するための直立リム ２１を有する下側の管状ト１／イ２０に接合された円筒状垂直壁部分１９を有す る。放出路〕５の横方向に面する出口１８は混合チャンバー１６内の液体に回転 または渦巻き運動を付与し、その点における良好な内部混合および液体の温度平 衡を促進する。液体は工、ジまたはリム２１を越えて溢れ、環状混合チャンバー １６の中心開口の下側に直接設けられたそらせ板２２の上に流れ落ちる。

それ仕板２２は、液体および気体を反応器において最初に粗く分散させる第１の 粗分散トレイ３０に固定される。第１の分散器プレート３０には、中心のそらせ 板２２の回りの領域に多数の液体下降流間口３］（明瞭のために一部のみを第２ 図に示す）が設けられている。通常、液体プールがトレイ３０の上に蓄積され、 そこを通過する気体の流れが妨げられるようにこれらの開口を覆う。反応器の下 方部分に気体を流入させるために、好適には反応器流れ領域を二つに等分する円 の円周近くの位置において、］・レイの回りに輪を形成するように複数の気体煙 突３２を提供する。気体煙突の数は従来のように所望の流速および他の条件によ り選択される。各気体煙突は、第１の分散器トレイ３ｏから上方に突き出ている 頂部解放穴無し直立管３３を有してなる。濡出を防止するために更なる反応器流 通が必要な位置までトレイ３０上の液面が達する場合、各煙突管の頂部周囲に、 液体流のための堰として作用する多くの溝が設けられる。

この溝はいかなる構造のものでもよく、例えば、図に示すように側面および底面 が真っすくなものまたはアーチ状のものであってよく、あるいは、煙突を下る溢 ａ液を制御するために煙突の頂部の下側に開口を形成してよい。煙突を流下する いかなる液体も均一に分散されるように、煙突は、好ましくは、液体開口３６が 形成されたプレート３５からなる分散プレートをトレイ３０の下側のその下方端 部に有する。気体を煙突から流出させるために、煙突の下方端回りに気体出口３ ７が提供され、大雪の液体が煙突を流下する場合、これらの出口は液体を流通さ せる。

第２のおよび最後の分散器トレイ４ｏは、下側の触媒床（図示せず）における気 体および液体が分散する多くの点を提供するために多くの気体／液体降下管を有 する平面プレート４１を有してなる。

各降下管は、プレート４１から」ニガに延びる直立管４２を何してなる。容管は 、通常の操作中にプレート４１上に形成される液体プールの最上面の下側に位置 するーまたはそれ以上の開口４３をその横側に有する。降下管中の全ての開口の 数および寸法は、所望の流速により選択され、通常、第２の分散器フッ−１への 高さの変化に拘わらず液体流の最大の均一性が達成されるように開口全部が沈む ことが好ましい。上述したように、液体の各開口への流入速度は開口の」二側の 液体の高さの平方根に比例して変化し、従って降下管への流入速度は分散器プレ ート４０の高さの変化に比較的影響されない。

しかしながら、このトレイ上の液体高さか開口が部分的に覆われない位置まで下 がると、］・レイの水平高さの変化は反応器を通過する流速を比較的大きく変化 させる。この理由のために、開口を完全に沈めた操作が好ま（、い。気体を入れ て下側の触媒床に流下させるために降下管は頂部か解放されているが、第１の粗 い分散器プＩ／−１−からの液体が降下管に直接入ることを防止し設計流速から の予期できない相異を提供するために、パンフル４４が降下管の解放頂部の上側 に配される。更に、第・２のトレイの液面か通常の高さより高くなる場合、降下 管は、更なる液体流を提供するために、５頂部に液体堰を有する。気体煙突の場 合と同様に、堰は任意の都合の良い形状であってよいが、溝４５により提供され る直線的溝付堰が好適である。降下管の底部は気体および液体を下側の触媒床に 入れるために解放されている。

この分散系は、クエンチ気体または他の気体の分散系への射出を改良し１、気体 、液体および射出気体の混合を改良し、反応器における分散を改良する。この系 は、スパイダーの代わりに適当な対比手段を用いてクエンチ液体と共に使用する こともできる。更に、系は形状が比較的コンパクトで１．同程度の分散均一性を 提供し得る他の分散系と比べて反応器内で占める空間か比較的小さい。第１の分 散プレートで起こる別々の気体と液体の分散は、二相分散において可能性のある 問題を避け、分散プロセスの最後においてのみ、最終分散トレイ上の気体／液体 降下管を通して液体か各気体流に射出される。さらに、上述のような系は、組み 立て中に導入される耐性変化に比較的影響を受けず、種々の条件下での操作中に 優れた分散均一性および気体／液体接触を提供する。

この系は、長い触媒床における改良された液体混合および液体と気体の再分散を 提供するためにクエンチ射出せずに用いることもできる。

ＦＩＧ、２ 国際調査報告 国際調査報告 ＬＩＳ　８９０２１８４ Ｓ＾　２９１１５

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．（ｉ）気体および液体を受ける収集トレイ、（ｉｉ）気体および液体の下降 通過のための第１の放出路を有する収集トレイの下側の混合チャンバー、 （ｉｉｉ）収集トレイの上側から混合チャンバー内への気体および液体の流路を 提供する収集トレイ放出路、 （ｉｖ）液体の下降流のための開口、および第１の分散器トレイの上側に突き出 ている頂部開放管を有してなり第１の分散器トレイの下側の開放管の下方端部に 下方端部の周囲に気体出口を提供するような開口プレートを有してなる気体の下 降流のための煙突を有する、混合チャンバーの底部の第１の分散器トレイ、およ び（ｖ）その側部に液体が入る開口を有する直立頂部開放管を有してなる液体お よび気体の下降流のための管状降下管を有する第２の分散器トレイ を含んでなる、下降流反応器を通して気体および液体を分散させる分散器系。
2. ２．収集トレイの上側に気体を射出する手段を有する請求項１記載の分散器系。
3. ３．収集トレイ放出路が、収集トレイの上側に突き出ており収集トレイの上側の 気体および液体をトレイを通過させて収集トレイの下側の混合チャンバーに送る ための入口を定める直立流通導管を有する請求項１記載の分散器系。
4. ４．混合チャンバーが環状混合チャンバーからなり、第１の放出路がその中心に 設けられている請求項３記載の分散器系。
5. ５．混合チャンバー内の液体を渦巻き状に動かすために混合チャンバーに接する ような射出が行われるように収集トレイ放出路の出口が配されている請求項４記 載の分散器系。
6. ６．第２の分散器トレイの降下管が、下降液体をそらせて管に入ることを防止す るために開放頂部上にパッフルを有する頂部開放管からなる請求項１記載の分散 器系。
7. ７．降下管の頂部開放管の側部の開口が円形である請求項１記載の分散器系。
8. ８．円形開口の最上部が第２の分散器トレイ上の液体の操作高さより低い位置に 配されている請求項７記載の分散器系。