JPH08323186A

JPH08323186A - 反応器及びその使用方法

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Publication number: JPH08323186A
Application number: JP12564095A
Authority: JP
Inventors: Willem J Deelen; ウイレム・ヨハンネス・デーレン; Els Augustinus C C Van; アウグスチヌス・コルネリス・カロルス・ウアン・エルス; Vliet Willem Van; ウイレム・ウアン・ヴリート
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-12-10
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: CN1115687A; CA2148069C; CA2148069A1; DE69503173D1; DE69503173T2; JP3774249B2

Abstract

(57)【要約】【目的】特に炭化水素油の水素化処理で使用するのに
適している反応器及びその使用方法を提供する。【構成】本発明の反応器は、（ａ）気体及び／又は液
体用の少なくとも一つの入口と、（ｂ）反応器流出物用
の少なくとも一つの出口と、（ｃ）少なくとも一つの固
体物質床とを有する通常は垂直に延びる容器を含み、各
固体物質床が前記容器内で水平に固定された支持層上に
載置され、前記支持層が正規の操作中はブレークプレー
トによって閉鎖される少なくとも一つの開口を備えてい
る。正規の操作中は、気体及び液体が連続的触媒層に迂
回しないように、支持層の開口をブレークプレートによ
って閉鎖する。反応器からの触媒の取り出しは、ケーク
化触媒を小片に切断し、ブレークプレートを破壊し、そ
の結果得られた開口を介して触媒片を除去することによ
り実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反応器及びその使用方
法に関する。より特定的には、本発明は、炭化水素油の
（水素化）処理に特に適している反応器、及びこの種の
反応器の使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化水素油の水素化処理（ｈｙｄｒｏｐ
ｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）に使用される反応器は通常、触媒
床を載置することができる水平に固定された支持層を一
つ以上含む。触媒活性が十分ではなくなった時は、触媒
を新しい又は再生した触媒と交換しなければならない。
炭化水素油の水素化処理は通常、触媒粒子を凝集させて
一つの固体塊にするコークスの形成を生起するため、使
用済み触媒の除去にはかなりの労力が必要とされるのが
普通である。ケーク化した触媒を除去する方法は色々知
られている。一つの方法は、支持層に開口を設け、触媒
を小片に切断した後これらの開口を介して除去できるよ
うにすることからなる。その後、同じ開口を介して、触
媒床に新しい又は再生した触媒を再充填し得る。米国特
許出願第５，０２８，３１４号には、固定触媒床を用い
て水素の存在下で金属混入重質炭化水素油を脱硫する水
素化脱硫方法が開示されている。触媒床は、反応器内で
実質的に水平な支持層によって支持される二つ以上の連
続した床を一組にして、反応器の容器内に配置される。
触媒は、反応器の容器の軸に沿って垂直に延びる軸に沿
って触媒床を貫通する中央開口を水（流体）力によって
設け（ｈｙｄｒｏｄｒｉｌｌｉｎｇ）、ケーク化触媒
床を水（流体）力によって小片に切断し（ｈｙｄｒｏｃ
ｕｔｔｉｎｇ）、これらの小片を反応器の下部の開口を
介して取り出すことにより、反応器から定期的に除去す
る。その後、反応器の容器に新しい触媒を再充填する。
使用済み触媒の小片の除去を可能するために、触媒床を
担持する支持層は、好ましくは中央に位置する特定の直
径の穴を有する。

【０００３】この米国特許出願第５，０２８，３１４号
に記載の反応器の欠点は、支持層の開口を介して、正規
の操作の間に液体及び気体が一つの床から次の床へと下
方に向かって迂回する現象が不可避的に起こることにあ
る。このように、液体及び気体が操作中に床から床へと
迂回する現象は望ましくない。なぜなら、プロセスの制
御がかなり難しくなり、そのため最終的に得られる生成
物の品質に悪影響が及ぼされるからである。また、支持
層の開口の存在は、支持層上に載置される触媒床の安定
した設置（ｓｅｔｔｌｉｎｇ）に悪影響を与え、従って
触媒床全体にわたる触媒粒子の分布の均一性にも悪影響
を及ぼす。特に開口の周囲の部分では、設置が均等にな
らない。欧州特許出願第０，５６２，９１３号には、入
口と出口を有し、その間に一連の固体物質床が配置さ
れ、各連続固体物質床対が、固体物質床の支持も行う層
によって分離される反応器が開示されている。各支持層
には、両側で固体物質床を接続する管状シャフトが具備
されている。各管状シャフトは遠隔制御できる閉鎖手段
を備えている。このような遠隔制御には、管状シャフト
の内側に配置されている可動閉鎖プレートに接続された
鎖又は手綱のような機械的手段が使用される。前記プレ
ートを動かして管状シャフト内に開口を明けるために
は、これらの鎖又は手綱を引っ張らなければならない。
閉鎖プレートは、管状シャフトの頂部から幾らかの距離
をおいて前記シャフトの内部に配置される。この反応器
は、石油留分の水素化処理で、特に一つの反応器内で種
々の触媒の床を使用する場合に使用するのに適している
と記述されている。この先行技術の反応器は、原則とし
て、反応器からの触媒の取り出しを触媒床毎に行うこと
が可能であり、それによって取り出し時に種々の触媒床
の触媒粒子が混合するのを防止している。

【０００４】この欧州特許出願第０，５６２，９１３号
に開示されている反応器は、閉鎖プレートが、二つの連
続触媒床を接続する管状シャフトの頂部から距離をおい
て配置されているために生じる欠点を有する。即ち、前
記プレートがこのような位置にあるために、触媒粒子が
管状シャフト内で直接閉鎖プレート上に存在することに
なる。重質炭化水素油の水素化処理中に触媒粒子のケー
ク化がほぼ必然的に生じるという事実を考えれば、管状
シャフト内でのケーク化によって前記シャフトが閉塞さ
れ、おそらくは閉鎖プレートの制御も著しく妨害される
であろうことは明らかである。更に、管状シャフト内の
閉鎖プレートを操作するための機械的手段の使用は、操
作の観点から望ましくないことである。なぜなら、炭化
水素油の水素化処理中に形成されたコークスが管状シャ
フト内の閉鎖手段に付着して、該閉鎖手段の開放を不可
能ではないにしても極めて困難にするからである。欧州
特許出願第０，５６２，９１３号に記載の反応器はコス
ト面でも望ましくない。反応器内の各管状シャフトが専
用の閉鎖プレート制御手段を必要とし、各々が別個に制
御されなければならないからである。

【０００５】

【本発明が解決すべき課題】本発明の目的は、前述の先
行技術の欠点を改善することにある。本発明は、操作及
び触媒取り出しをかなり容易に且つ比較的低いコストで
実施するとこができ、炭化水素油の水素化処理に使用す
るのに適している反応器を提供することも目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、（ａ）
気体及び／又は液体用の少なくとも一つの入口、（ｂ）
反応器流出物用の少なくとも一つの出口、及び（ｃ）少
なくとも一つの固体物質床を有する通常は垂直に延びる
容器を含み、各固体物質床が前記容器内で水平に固定さ
れた支持層上に載置され、前記支持層が正規の操作中は
ブレークプレート（ｂｒｅａｋｐｌａｔｅ）によって閉
鎖される少なくとも一つの開口を備えている反応器を提
供する。

【０００７】「正規の操作（ｎｏｒｍａｌｏｐｅｒａ
ｔｉｏｎ）」という表現は、供給材料が入口で反応器内
に入り、固体物質床で生起する特定の処理及び／又は変
換反応に適していることが知られている条件下で、固体
物質との接触中に所望通りに処理及び／又は変換され、
その後処理及び／又は変換された供給材料が出口で反応
器から流出する状況を意味する。好ましい具体例では、
反応器は少なくとも二つの連続的固体物質床を有する。
本発明の反応器は、正規の操作中に、気体及び液体が支
持層の開口を介して連続的固体物質床に迂回することが
ないという利点を有する。これは、正規の操作中は、ブ
レークプレートが支持層の開口を完全に閉鎖するからで
ある。一方、触媒交換が必要なために操作を停止した時
は、ケーク化触媒をかなり容易に除去することができ
る。ケーク化触媒は、例えば前出の米国特許出願第５，
０２８，３１４号に記載のように、水の噴射（ｈｙｄｒ
ｏｊｅｔｔｉｎｇ）又は穿孔のような公知の技術を用
いて小片に切断し得る。次いで、例えばケーク化触媒を
小片に切断するためにも使用される水の噴射又は穿孔を
用いて、十分に大きい圧力差をブレークプレートに加え
ることによりブレークプレートを破壊する。その結果、
支持層の開口が解放され、これらの開口を介して触媒片
を反応器から除去することが可能になる。

【０００８】本発明の反応器の別の利点は、支持層の開
口の閉鎖手段を制御する機械的手段の使用が回避される
ため、操作コストが比較的低いことにある。また、ブレ
ークプレートが開口の頂部に配置されて該開口を完全に
被覆するため、支持層の開口内での触媒粒子のケーク化
が起こり得ない。ブレークプレートの破壊は原則とし
て、ブレークプレートに対する圧力差をブレークプレー
トの破壊を生起するのに十分な大きさにできる、当業者
に公知の任意の方法で実施し得る。ブレークプレートを
破壊するために発生させるべき圧力差は、明らかに、正
規の操作中の圧力差より大きくなければならない。水素
化処理プロセスの場合は、正規の操作中のブレークプレ
ートに対する圧力差は通常０．１〜５０バールの範囲で
あり、より適切には０．１〜２０バール、最も適切には
０．５〜１０バールである。水素化処理プロセスで適用
される絶対圧力は通常５〜３００バール、適当には５０
〜２００バールである。ブレークプレートに対する圧力
差を該プレートの破壊を生起するのに十分な大きさに増
加する操作は、様々な方法で実施し得る。例えば、プレ
ートを押すか又は叩くといったように、ブレークプレー
トに機械的圧力を加えることによって実施する。機械的
穿孔及び水（流体）の噴射も適当な方法であり、ＣＯ₂
カートリッジ又は爆薬の使用も考えられ得る。

【０００９】本発明の反応器の容器は少なくとも一つの
固体物質床、好ましくは二つ以上の連続的固体物質床を
含み、各固体物質床は支持層上に載置される。適当な支
持層（一般にインターナル（ｉｎｔｅｒｎａｌ）とも呼
ばれる）の構造は当業者に公知である。例えば、一般に
使用される支持層又はインターナルは、支持ビームによ
って支持された透過性プレートを一つ以上含み、これら
の透過性プレート上に触媒床が載置される。触媒床で生
起する反応で生成された気体及び液体生成物は、透過性
プレートを通って次の触媒床又は反応器出口に到達す
る。インターナルは、注入ノズル、冷却もしくは加熱手
段及び気体旋回機（ｇａｓｓｗｉｒｌｅｒ）のような
付加的手段を含み得る。生成された気体及び／又は液体
生成物は、一つの触媒床から取り出して次の触媒床の上
方で反応器内に再導入することもでき、又は生成物とし
て回収することもできる。

【００１０】原則として、連続的触媒床の数は本発明の
概念の適用には無関係である。従って、連続的触媒床の
最大数は、実用及び経済上の観点によって決定される。

【００１１】支持層の開口は、支持層を垂直に貫通して
延びるシャフトで形成するのが適当である。前記シャフ
トは、ブレークプレートによって適切に閉鎖できる限
り、任意の幾何学的形態を有し得る。具体例としては、
円筒形、角形又は円錐形シャフトが挙げられる。支持層
の開口数は特に重要ではなく、反応器の容器の内径と各
開口の直径とに応じて１〜約４０の範囲で選択し得る。
好ましい開口数は１〜１０、より好ましくは１〜６であ
る。各開口の直径は、水の噴射又は普通のドリルでの切
断によって形成した触媒片が前記開口を通ることができ
るように、十分に大きくなければならない。従って、適
当な直径は５ｃｍ程度の小ささから１ｍにも及ぶ大きさ
に至る範囲で変化し得る。使用するブレークプレートの
大きさ及び重量に鑑みて、１５〜７５ｃｍの直径を有す
る開口を使用するのが好ましい。

【００１２】支持層の開口の位置は特に重要ではない。
しかしながら、これらの開口は、例えば水の噴射又は穿
孔を使用することにより、反応器の入口を介してブレー
クプレートを破壊することができるように配置するのが
好ましい。従って、特に二つ以上の触媒床が存在する場
合には、反応器の少なくとも一つの入口と連続的支持層
の開口とを同一垂直軸に沿って配置するのが好ましい。
このようにすれば、特に水の噴射又は穿孔を使用する場
合に、反応器からの触媒取り出しが容易になる。反応器
の出口も、入口及び連続的支持層の開口と同じ垂直軸に
沿って配置するのが好ましいが、これはさほど重要では
ない。自明のことであるが、反応器は、ブレークプレー
ト破壊手段を使用するのに適した入口及び／又は出口を
一つ以上有し得る。従って、反応器が一つ以上の入口を
有する場合は、各支持層の開口数を反応器の入口の数と
同じにするのが好ましい。しかしながら、本発明はこの
ような構造には限定されない。

【００１３】ブレークプレートは、正規の操作中に破壊
しないように、炭化水素油の水素化処理における正規の
操作条件に耐えることができる材料で形成しなければな
らない。従って、適当な材料としては、セラミック材
料、例えばシリカ、アルミナ又はシリカ−アルミナが挙
げられる。これらの材料は比較的廉価であり、入手が容
易であると共に、必要な挙動を示すからである。他の適
当な材料としては、金属、特に鋼、及び金属合金、硬化
クレー、セメント様材料又は煉瓦様材料が挙げられる。
セラミック材料の中で最も好ましいのは発泡アルミナで
ある。発泡アルミナは、空気又は窒素のような不活性ガ
スを加熱アルミナ中に吹き込むことによって製造し得
る。

【００１４】本発明の別の好ましい具体例では、前述の
反応器は細流反応器（ｔｒｉｃｋｌｅｆｌｏｗｒｅ
ａｃｔｏｒ）である。本発明の反応器に関して言えば、
これは、上方触媒床の上方に気体及び／又は液体分配手
段が存在することを意味する。該分配手段は当業者に公
知である。このような気体及び／又は液体分配手段は少
なくとも上方支持層中にも存在させるのが適当であり、
その後の総ての支持層にも存在させればより好都合であ
る。

【００１５】固体物質床を構成する固体物質は原則とし
て、反応器内で生起する反応のための触媒活性を有する
任意の物質であり得る。本発明の反応器は特に（残留）
炭化水素油の水素化処理に適しているため、前記固体物
質は炭化水素油を水素化処理するための触媒粒子からな
るのが好ましい。図１は本発明の反応器の具体例を示し
ている。該図の左半分は、空の又は充填されていない反
応器を示し、右半分は、操作に適した充填済み反応器を
示している。反応器（１）は、反応器の入口（２）と、
反応器の出口（９）と、後続の触媒床に流入液を分配す
る手段を含み得る層（３）に支持されている管（４）と
を含む。管（４）は新しい触媒の充填に使用し得る。反
応器（１）は更に、操作中はブレークプレート（６）に
よって閉鎖されている開口（５）を備えた支持層（７）
も含む。操作中は支持層（７）上に触媒床（８）が載置
され、これらの支持層（７）は気体及び／液体を分配す
る手段も含み得る。

【００１６】前述のような反応器の使用方法も本発明の
範囲に含まれる。従って本発明は、（ａ）正規の操作中
は支持層の総ての開口をブレークプレートによって閉鎖
し、（ｂ）正規の操作と固体除去操作との間にケーク化
触媒を小片に切断し、次いで破壊を生起するのに十分な
圧力差を各ブレークプレートに加え、（ｃ）ステップ
（ｂ）で形成された開口を介して固体物質片を反応器か
ら取り出すことからなる前記反応器の使用方法にも関す
る。既述のように、穿孔及び水の噴射はブレークプレー
トを破壊するのに極めて適した手段である。しかしなが
ら、最も好ましいのは、反応器の入口を介して水を噴射
させることによりブレークプレートに必要な圧力差を発
生させてブレークプレートを破壊する方法である。これ
に関しては、例えば米国特許出願第５，０２８，３１４
号に記載の方法が極めて有用である。

【００１７】本発明の反応器は、炭化水素油、適当には
残留炭化水素油の水素化処理で使用するのが好ましく、
この種の油の水素化脱硫、水素金属化（ｈｙｄｒｏｍｅ
ｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎ）又は水素化分解に使用するの
が最も適当である。反応器を完全に空にした後は、反応
器の入口を介して新しい触媒を容易に再充填できる。入
口に新しい触媒を充填することにより、最下部の触媒床
から出発して上方触媒床で終了するように、触媒床から
触媒床へと反応器の充填が行われる。一つの触媒床の充
填操作のたびに、まず新しいブレークプレートを固体粒
子床が載置されることになる支持層の開口の上に配置
し、次いで該固体粒子床に新しい触媒を充填する。固体
粒子床が充填されたら、次の支持層の開口をブレークプ
レートで覆い、固体粒子床の充填を行う。この操作を総
ての固体粒子床の充填が完了するまで続ける。

【００１８】

【実施例】ブレークプレートを形成する材料としての発
泡アルミナの有用性を以下の実施例によって明らかにす
る。実施例１水の噴射により発泡アルミナブロックに圧力を加えた。
６００バールの水圧を加えることにより発泡アルミナブ
ロックに穴をあけることができた。該ブロックは８００
バールの水圧レベルで破壊した。実施例２この実施例の目的は、反応器の条件がブロックプレート
材料に与え得るあらゆる効果を確認することにある。寸
法１３×１３×１１３ｍｍ（幅×高さ×長さ）、質量２
５ｇ、密度１．４ｇ／ｃｍ³の発泡アルミナバーを、卓
上規模反応器内で１週間にわたり実際の水素化脱硫反応
器条件（水素圧１５０バール、Ｈ₂Ｓ、長残油供給材
料）に暴露した。次いで、「汚れた」バーを反応器から
取り出した。汚れたバー及び対応する清浄なバーの弾性
率及び破壊強さを測定した。結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に示した結果から、発泡アルミナの機
械的特性は反応器の条件によって劣化しないと結論でき
る。従って、実施例１及び２の結果から、発泡アルミナ
は本発明の反応器で使用すべきブレークプレートの適当
な材料であると結論できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反応器の具体例を示す説明図である。

【符号の説明】

１反応器６ブレークプレート７支持層８触媒床

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｇ 47/00 9547−4ＨＣ１０Ｇ 47/00 49/00 9547−4Ｈ 49/00 (72)発明者アウグスチヌス・コルネリス・カロルス・ウアン・エルスオランダ国 2596 エイチ・アール、ハーグ、カレル・ウアン・ビラントラーン 30 (72)発明者ウイレム・ウアン・ヴリートオランダ国 2596 エイチ・アール、ハーグ、カレル・ウアン・ビラントラーン 30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）気体及び／又は液体用の少なくと
も一つの入口と、（ｂ）反応器流出物用の少なくとも一
つの出口と、（ｃ）少なくとも一つの固体物質床とを有
する通常は垂直に延びる容器を含み、各固体物質床が前
記容器内で水平に固定された支持層上に載置され、前記
支持層が正規の操作中はブレークプレートによって閉鎖
される少なくとも一つの開口を備えている反応器。
【請求項２】少なくとも二つの連続的固体物質床を含
む請求項１に記載の反応器。
【請求項３】開口が、支持層を垂直に貫通して延びる
シャフトによって形成されている請求項１又は２に記載
の反応器。
【請求項４】反応器の少なくとも一つの入口と連続的
支持層の開口とが同一の垂直軸に沿って配置されている
請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項５】ブレークプレートがセラミック材料で形
成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の反
応器。
【請求項６】セラミック材料が発泡アルミナである請
求項５に記載の反応器。
【請求項７】上方床の上方に気体及び／又は液体分配
手段が存在する請求項１から６のいずれか一項に記載の
反応器。
【請求項８】少なくとも上方支持層も気体及び／又は
液体分配手段を備えている請求項７に記載の反応器。
【請求項９】固体物質が残留炭化水素油の水素化処理
用の触媒粒子からなる請求項１から８のいずれか一項に
記載の反応器。
【請求項１０】（ａ）正規の操作中は支持層の総ての
開口をブレークプレートによって閉鎖し、（ｂ）正規の
操作と固体除去操作との間にケーク化触媒を小片に切断
し、次いで破壊を生起するのに十分な圧力差を各ブレー
クプレートに加え、（ｃ）ステップ（ｂ）で形成された
開口を介して固体物質片を反応器から取り出すことから
なる請求項１から９のいずれか一項に記載の反応器の使
用方法。
【請求項１１】ブレークプレートを、反応器の入口を
介する水の噴射により必要な圧力差を発生させることに
よって破壊する請求項１０に記載の使用方法。
【請求項１２】炭化水素油の水素化処理における請求
項１０又は１１に記載の使用方法。
【請求項１３】水素化処理が水素化脱硫である請求項
１２に記載の使用方法。
【請求項１４】水素化処理が水素金属化である請求項
１２に記載の使用方法。
【請求項１５】水素化処理が水素化分解である請求項
１２に記載の使用方法。