JP2007534464A - 蒸気−液体分配トレー - Google Patents

Abstract

【解決手段】 本発明は、二相系の並流の下降流容器に使用するための液体−蒸気分配装置であって、平らな水平トレーに複数の穴が穿孔されており、水平トレーを貫通する各穿孔に蒸気上昇管が嵌合されており;
蒸上昇管が少なくとも1つの伸び上がった上昇流脚および１つの下降流脚で構成されて、１つまたは２つの上昇流域、下降流域および該上昇流域と該下降流領域との間に移行域を作り出し、蒸気上昇管の１つまたは２つの上昇流脚が下降流脚に沿って取り付けられて、各上昇流脚は下降流脚と非同心である、上記蒸気液体−蒸気分配装置において、ブルフボディーが移行域内および／または蒸気上昇管の移行域に隣接する上昇流域または下降流域の部分に配置されていることを特徴とする、上記装置に関する。

Description

本発明は二相系の並流の下降流容器で使用するための液体−蒸気分配装置に関する。特に本発明は、トレーの下の容器横断面域にわたって液体層および蒸気相の分配を改善して熱的および組成的平衡を達成する蒸気上昇管を装備しり液体分配トレーに関する。この装置は特にハイドロプロセシング反応器において特に有用である。

液体分配装置の公知の設計は五つのカテゴリーに分けられる。第一は液体が触媒床に接触する前に複数の流れに組織的に区分けするための一連の水槽および溢流堰である。この種類は液体コントラクター（contractors）または向流式吸収器においてしばしば使用される。この種類の例は米国特許第５，１９２，４６５号明細書に記載されている。

第二の液体分配装置は穿孔した水平トレーである。これは穿孔の回りにノッチ付きの堰を有していてもまたは有していなくてもよい。このトレーは蒸気流のためのチムニーを有していてもよい。この種類の分配装置は更に精巧な最終的な液体分配トレーと併用される粗雑な液体分配に使用することができる。この種類の例は米国特許第４，８３６，９８９号明細書に開示されている。

第三の一般的な種類の液体分配装置はチムニートレーである。この装置は水平トレー上に通常は規則正しい四角または三角のピッチパターンで設けられた沢山のスタンドパイプを使用する。このスタンドパイプは液体を通すために側部に複数の穴を有している。スタンドパイプの頂部は、チムニーの中心を蒸気が下降通過できるように開口している。幾つかの設計では大量の蒸気流を取り扱うために特別な蒸気下降管チムニーを用いている。この種類は米国特許第４，１２６，５４０号明細書および同第３，３５３，９２４号明細書から公知である。

第四の種類の液体分配装置はバブルキャップトレーである。この装置は水平トレーの上に規則的なピッチのパターンで設けられた沢山のバブルキャップを使用している。バブルキャップはスタンドパイプの上にキャップを同心的に中央に置くことで形成されている。キャップの側部には蒸気流の為のスロットが設けられている。液体はキャップの下を流れそして蒸気と一緒に環状の領域を上昇して流れそして次に、米国特許第５，１５８，７１４号明細書に記載される様にスタンドパイプの中央を下降する。

別の公知の種類の液体分配装置は、管内に上昇流域および下降流域を造り出す、１つまたは複数の短脚の上昇管が取り付けられた長脚の下降管の状態の蒸気上昇管を備えた穴あきトレーである。短脚の上昇管の側部には蒸気上昇管にスロットが設けられており、米国特許第５，９４２，１６２号明細書に更に説明されている様に、蒸気と同時に流れる液体が上昇域を上方に蒸気流によって押し上げられそして下にある触媒床に下降流域を通って蒸気と一緒に一様に分配される。

本発明は二相系の並流の下降流容器で使用するための改善された液体−蒸気分配装置に関する。本発明の最も広い実施態様に従う分配装置は穴が穿孔されている水平トレーで構成されている。各穿孔には少なくとも１つの伸び上がった上昇流脚部および一つの下降流脚部よりなる蒸気上昇管が嵌め込まれておりそして少なくとも１つの上昇流域および下降流域および該上昇流域と該下降流域との間に移行域を形成している。この装置の分配性能を改善するために、ブルフボディー（bluff body）が蒸気上昇管の移行域内におよび／または蒸気上昇管の移行域に隣接する上昇流または下降流の域に配置されている。

上記および以降で使用する“ブルフボディー”とは、顕著な流れ抵抗を生ずることなしに上昇流域から下降流域に移動する液体を導く造形体を意味する。

ブルフボディーは流れ安定性を改善し、それによってトレーの水平化に対して分配感度を低くするあらゆる形状で造ることができる。

ブルフボディーの有用な形状は、蒸気上昇管の脚部に向って凹曲する案内羽根および／または添付の図面に示した様なフェアリング（fairing）である。

本発明のトレーは容器中に水平に保持されている。このトレイは、組立式または一体式のどちらでもよい。組立式であっても一体式であっても、全てのトレイ端部はガスケットで締めつけられているかまたはシールされ、実質的に漏洩のない表面を形成する。

このトレイには、表面上に等しく間隔を置いた穴が穿孔されている。この穴は、丸形、正方形、長方形またはその他の幾何学的形状であることができる。この穴は、正方形、三角形、放射状またはその他の対称的なパターンのいずれかで最適に間隔をあけて設けられる。この水平トレイが組み立て式である場合には、この穿孔はそれぞれのトレイセクションに最適に設けることができる。全ての場合において、最適化したパターンは、全ての穿孔相互の間にほとんど等しい間隔を設けるために、および水平トレイ全体にわたって水平トレイ面積と穿孔部面積との比率をほとんど等しくするために使用される。

本発明の一つの実施態様においては、各穿孔にガイド羽根および／またはフェアリングが装備されたＭ字型蒸気上昇管が嵌合されている。この蒸気上昇管は漏洩のないようにトレイに取り付けられる。

別の一つの実施態様においてはこの蒸気上昇管は逆Ｕ字型に成形されている。

トレイの下側には、ドリップエッジがそれぞれの穿孔に設けられる。これは、トレイを貫通して蒸気上昇管の下降流脚（downcomer leg）を伸び上がらせることによってまたは別個の管部品をトレイに取り付けることによって達成される。更にドリップエッジは、トレイ上に押し出すことによって、またはその他の等価の手段によって形成される。

図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは本発明の蒸気上昇管の第一の実施態様のそれぞれ側面立面図、正面立面図および頂部図である。

図２は本発明の別の実施態様の断面図である。

図３ａ、３ｂ、４および５図は本発明の特別な実施態様に従うブルフボディーの色々な形状の断面図を示している。

図１に示す本発明の特別な実施態様に従う蒸気上昇管においては、Ｍ字型蒸気上昇管の下降流脚１は支持トレー２の穿孔の上にまたは貫通して取り付けられている。上昇流脚３ａおよび３ｂは下降流脚１の各側壁に取り付けられておりそして脚１よりも短く、トレー２の表面より上に脚３ａおよび３ｂの入口開口７ａおよび７ｂを上げている。上昇流脚３ａおよび３ｂおよび下降流脚１は上昇流域４ａおよび４ｂをそして下降流脚１は下降流域８をもたらしている。移行域５が脚３ａ、３ｂと１との間に形成されている。移行域５にはガイド羽根６が取り付けられている。この様に形成された蒸気上昇管は入口末端７ａおよび７ｂを通って短い上昇流脚３ａおよび３ｂの壁内の上昇流域４ａおよび４ｂへの垂直流れ方向の流路を提供している。次いでこの流れは移行域５において水平方向にそして下降流域８において垂直方向に強制的に向けられる。最後に蒸気および液体の流れはトレー２の底面で下降流脚８の下部から出口末端９を通って放出される。

垂直なスロット１１（図１Ａ）が、脚部１の反対側において脚部３ａおよび３ｂの側壁に切り込まれている。スロット１１の頂部は、移行域５と同じ高さか、または下にある。この代わりに、長脚部１の近傍または反対側の脚部３ａおよび３ｂの側壁に２つ以上のスロットを切り込むことができる。

蒸気の管の操作の際に、液面がトレイ２上に確立される。蒸気上昇管上の液面は、脚部３ａ、３ｂの入口７ａ、７ｂの上であるが、スロット１１の頂部より下である。蒸気は、スロットを通って流れ、上昇流域４ａ、４ｂと蒸気上昇管の外側との間で圧力損失が生じる。蒸気上昇管の内側の低い圧力のために、液面は、蒸気上昇管の外側よりも上昇流域の方が高い。蒸気および液体は、上昇流域４ａ、４ｂで混合され、その際蒸気は液体を上昇させて移行域５まで上方に向って流れる。液体は部分的に解放され、脚部３ａ、３ｂと１との接続壁面上を流れそして下降流域８を下に流れる。領域８の出口９において、液体がドリップエッジ１０から排出され、かつ液体および蒸気はさらに解放される。

図２に示した実施態様において。蒸気上昇管は逆Ｕ字型の形状である。この管は一つの上昇流脚３およびトレー２に取り付けられた下降流脚１を備えている。これらの脚部は一つの上昇流域３ａ、移行域５および下降流域８をもたらしている。移行域５にはガイド板４が装備されている。この実施態様は特に分配トレーに液体および蒸気を少ない量で供給する際に特に有用であり、一方図１に示す上述の蒸気上昇管は広範囲にわたって蒸気−液体を供給して運転するのに設計することができる。

フェアリングを備えた本発明の一つの実施態様を図３ａおよび３ｂに図示する。この実施態様においてフェアリング１２は下降流域（図３ａ）かまたは上昇流域（図３ｂ）のどちらかの移行域５の近傍域で下降流脚部１の上に配置されている。

図４は下降流脚部１の頂部にフェアリング１２とガイド羽根６の両方を有する実施態様を図示している。

図５は移行域５に取り付けられている衝突板１３を有する実施態様を図示している。

本発明の有利な一つの実施態様においては、水平トレー２には沢山の多数の小さな穿孔を設けられており、それぞれの穿孔は１ｃｍ^２から２５ｃｍ^２の穴面積を有している。全体の穿孔面積は、水平トレイ表面積の４％から３３％である。周辺長に対する上昇流域断面積の比が、摩擦圧力損失および壁面作用を低減するために４ｍｍ以上であるのが有利である。

本発明の分配装置が使用される反応器、例えば水素化反応器および方法においては、ターンダウン操作の間中およびその際に蒸気および液相割合および物理的特性において広範囲の変化が可能である。組立の寛容性および取り付け方のために、分配トレイの水平性に避けられない変化が生じる。分配器入口または急冷帯域ミキサーから分配トレイ上に供給される液体は均一には分配されず、そして飛散、波または水圧頭(hydraulic head)のためにトレイを横切る液高勾配を生じる。本発明の技術思想を用いた最適化された液体分配器設計は、他の種類の分配器の最適な設計から得られるものよりも、トレイの下の液体分配を良好にする。

反応器の断面積全体にわたって液体反応物を均一に分配することによって、与えられた高さにおいて全ての触媒が均一に湿潤される。従って、与えられた高さにおいて全ての触媒が同一の効率で操作され、これによって反応器の全体の効率が上昇する。さらに、均一な液体分配により、反応器の均一な放射状の温度分布が維持される。これにより、反応器温度ピークが最少化され、コーキングおよび触媒失活速度を低減する。従って、反応器は、より効率的にそしてより長いサイクルで操作される。

本発明の蒸気上昇管は米国特許第５，９４２，１６２号明細書に記載の蒸気上昇管の改良であり、反応器中の分配トレーの水平配置に対しての感度を低減する。

米国特許第５，９４２，１６２号明細書に記載されている蒸気上昇トレーと本発明の蒸気上昇トレーとの比較試験を、１０〜３０トン／時／ｍ^２の液体装入範囲で実施した。本発明の蒸気上昇トレーは該公知のトレーを用いた場合と同じ運転条件のもとで３０％以上の感度改善をもたらす。この試験では、同じ寸法のＭ字型蒸気上昇管を、本発明の管においてガイド羽根状のブルフボディーを上述の様に配置したことを除いて使用した。

の１Ａ、１Ｂおよび１ＣはＭ字型蒸気上昇管のそれぞれ側面立面図、正面立面図および頂部図である。 は逆Ｕ字型蒸気上昇管の断面図である。 の３ａ、３ｂは特別な実施態様に従うブルフボディーの断面図を示している。 は別の特別な実施態様に従うブルフボディーの断面図を示している。 は別の実施態様に従うブルフボディーの断面図を示している。

符号の説明

１…下降流脚
２…支持トレー
３ａ、３ｂ…上昇流脚
４Ａ、４ｂ…上昇流域
５…移行域
６…ガイド羽根
７ａ、７ｂ…蒸気上昇管の入口
８…下降流脚
９…出口末端
１０…ドリップエッジ
１１…スロット
１２…フェアリング

Claims (5)

1. 二相系の並流の下降流容器に使用するための液体−蒸気分配装置であって、平らな水平トレーに複数の穴が穿孔されており、水平トレーを貫通する各穿孔に蒸気上昇管が嵌合されており;
   蒸上昇管が少なくとも1つの伸びた上昇流脚および１つの下降流脚で構成されて、少なくとも１つの上昇流域および上昇流域と下降流域との間の下降流域を作り出している、上記蒸気液体−蒸気分配装置において、ブルフボディーが移行域内および／または蒸気上昇管の移行域に隣接する上昇流域または下降流域の部分に配置されていることを特徴とする、上記装置。
2. ブルフボディーが蒸気上昇管の脚部の方向に凹曲するガイド羽根として形成されている、請求項１に記載の液体−蒸気分配装置。
3. ブルフボディーがフェアリングとして形成されている、請求項１に記載の液体−蒸気分配装置。
4. １つ以上のフェアリングが管の移行域に隣接する下降流脚部に配置されている、請求項３に記載の液体−蒸気分配装置。
5. ブルフボディーが衝突部材として形成されている、請求項１に記載の液体−蒸気分配装置。

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