JP7102429B2 - 混合デバイスを備えるマルチベッド触媒反応器 - Google Patents

Description

本発明は混合デバイスを備える反応器に関し、より詳細にはマルチベッド水素化処理反応器に関する。具体的には、混合デバイスは、粒子状触媒物質の垂直方向に重ね合わされる充填ベッドを有する下降流触媒反応器で使用されるためのものであり、ここでは、液体、液体および気体の混合物、または蒸気が充填ベッドを通って下流するときに処理される。この種類の反応器は、硫黄および窒素の変換（ＨＤＳ／ＨＤＮ）；オレフィンの水素化（ＨＹＤ）および芳香族化合物の水素化（ｈｙｄｒｏｄｅａｒｏｍａｔｉｓａｔｉｏｎ‐ＨＤＡ）、金属除去（水素化脱金属‐ＨＤＡ）、酸素変換（水素化脱酸素‐ＨＤＯ）、ならびに水素化分解（ＨＣ）、などの、種々の触媒反応を実行するための石油化学処理産業で使用される。

水素化分解は、重油留分を軽油留分へと変質させるためのプロセスである。水素化処理が、水素化処理ユニットの重要な要素である水素化処理触媒反応器内で行われる。水素化処理触媒反応器が単一のまたは複数の触媒ベッドを有することができる。特定の反応器に対していずれの選択肢が選択されるかは、供給物質を所望の特性を有する製品へと変質させるのに必要となる触媒の量に左右される。水素化処理反応の多くは発熱反応であり、供給物質が触媒ベッドを通過するときに熱が発生する。触媒を必要以上に高温にさらさないようにするために、ひいては触媒の非活性化を加速させないようにするために、必要なボリュームの触媒が複数のベッドへと分割され、ベッドの間に冷却ゾーン（急冷セクション）が設置される。「急冷パイプ」を通るように低温水素ガスを導入することにより冷却が達成される。急冷ゾーンは、冷却に加えて、このセクションからラバーベッド（ｌｏｖｅｒ ｂｅｄ）までの液相の種類（ｓｐｅｃｉｅｓ）／温度の空間一様性を獲得しなければならない。この目的のために、混合チャンバがこのセクション内に設置される。

冷却・混合ステージの後、流体が下方のベッドの触媒上に一様に分配されなければならない。この目的のために、分配トレーが混合チャンバの下方かつ下側のベッドの触媒の上方に設置される。分布の質を最高にするのを達成するために、分配トレーがその感度限界の範囲内で動作することが保証されなければならない。ディストリビュータ・トレーは、トレーの端から端までにおけるディストリビュータ・トレー上の液深の差が１０ｍｍ以下である限りにおいて、所望される通りに動作することができる。したがって、混合チャンバから出る流体の流れパラメータが多様な手段によりしばしば変化させられ、ディストリビュータ・トレーの最良性能のために必要である値にされる。

上記の説明から分かるように、最新の構成の急冷セクションは：急冷パイプ、混合チャンバ、スプラッシュ・プレート、ラフ・カット・トレー（ｒｏｕｇｈ ｃｕｔ ｔｒａｙ）（任意選択）、およびディストリビュータ・トレーから構成される。一部の手法では、上側のベッドの触媒を保持する触媒支持グリッド、さらには触媒グリッド支持ビームが、急冷セクションの一部とみなされる。

これらの要素は、それ自体の体積を理由として、さらには要素の設置、取り外し、保守管理、および洗浄を目的として各々の要素にアクセスするのに必要な要素間の自由容積を理由として、反応器空間を大きく占有する。

急冷セクションの高さは、下側のベッドの触媒から上方のベッドの触媒までの距離である。急冷セクションによって占有されるボリュームは、「非アクティブ」反応器ボリュームであり、アクティブ反応器ボリュームの拡大を達成する場合には、このボリュームを低減することが最需要事項である。急冷セクションの高さを低減することによって節約される空間が、追加の触媒を装填するのに使用され得るか（改良する）、または反応器の全高を低減するのに利用され得る（新しい反応器）。

既知の技術の混合器が、効果的な混合という課題に対しての、および混合器のための空間要求に対しての解決策を提案している。米国特許第８０１７０９５号（特許文献１）が、圧力低下を増大させることなく触媒反応器の高さの制限される層間スペース内で気体および流体を混合するのを実現するための手段を開示している。具体的には、このデバイスが、二相系の気相および液相を混合することにおける既存の混合容積の効果を向上させる。米国特許第８０１７０９５号（特許文献１）によると、混合デバイスが、入ってくる流出物に対しての高度に弓形である流れと、触媒反応器の制限層間スペース内での高度な混合とを実現するのを補助する。

設置、取り外し、および保守管理の要求事項のために、さらには急冷セクションのすべての要素の洗浄のために、要素のうちの任意の要素に対してのフル・アクセス（ｆｕｌｌ ａｃｃｅｓｓ）のための十分なスペースを提供することが重要である。反応器内での作業の複雑さを最小にするために、セクションのすべての要素のすべての労働者専用通路を便利におよび迅速に開く／閉じるのを可能にすることが必要となる。

米国特許出願第２０１５３２８６１０号（特許文献２）が、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器内の２つの触媒ベッドの間に設置される混合デバイスを開示している。混合デバイスが反応器の内壁に対応する円形外側リムを有し、さらに、上流の触媒ベッドから流体を収集するための収集セクションと、収集した流体を混合するための混合セクションと、混合した流体を下流の触媒ベッドまで排出するための排出セクションとを有する。収集セクション、混合セクション、および排出セクションが、反応器の円形断面の中心部の外側に配置される。

しかし、遠心力および重力の影響により混合を困難なものとするような、流体が液相および気相の両方を含むような状況では特に、さらに効果的な混合デバイスが必要とされる。

既知の混合器と比較して、特には垂直方向において、反応器空間をより占有しないが、圧力低下を制限しながら効果的に混合を行う、効率の向上した混合器を提供することの必要性が存在する。

米国特許第８０１７０９５号 米国特許出願第２０１５３２８６１０号

本発明は、反応器容積を最小限に占有しながらおよび圧力損失を制限しながら高効率の混合および再分配を実現し、また、設置、保守管理、および洗浄に関連する上で列記したすべての他の要求事項も満たす。

本発明の請求項１による、円筒形状を有する新規のマルチベッド反応器が、流体を混合するための混合デバイスを備え、混合デバイスが、マルチベッド触媒反応器内の２つの触媒ベッドの間に設置される。混合デバイスが、反応器の内壁に対応する円形外側リムを有する。混合デバイスの外側リムが、反応器壁により混合器の外壁を提供するようにするために反応器壁の一体化される部分であってよいか、あるいは反応器から独立して、反応器に接続されるかまたは反応器壁の内側に隣接して配置される壁であってもよい。混合デバイスが、上流の触媒ベッドから流体を収集するための収集セクション内に配置される収集手段と、収集した流体を混合するための混合セクション内に配置される混合手段と、混合した流体を下流の触媒ベッドまで排出するための排出セクション内に配置される排出手段と、を備える。具体的には、収集セクション、混合セクション、および排出セクションが、反応器の円形断面の中心部の外側に配置される。このようにして、混合器の中心部が、反応器内部および混合器自体の修理および保守管理のために使用され得る自由空間となり、それでも、効果的な混合のための大きい面積および長い距離が確保される。その理由は、反応器の断面の最も大きい領域および最も長い円周の距離が、反応器の断面領域（円）およびひいては混合器の中心部の外側に領域にあるからである。したがって、混合デバイスがドーナツ形状を有し、収集セクション、混合セクション、および排出セクションが、外側の部分であるドーナツ・リング内に配置され、対して中心の部分が自由空間となる。さらに、混合手段が、流体を混合するための延長通路を備え、それのみではなくさらに、案内羽根および案内傾斜面を備える。案内羽根さらには案内傾斜面の各々が第１の端部および第２の端部を有し、流体を完全にかつより効率的に混合するために、また特には液体流体を気体流体と混合するために、少なくとも混合セクションの中に設置される。案内傾斜面および案内羽根を有さない場合、液体流体および気体流体が均質に混合することが困難である可能性があり、その原因が遠心力であり、遠心力は円弧形状の混合セクションの径方向外側部分まで最も重い流体を押し込む傾向を有する。案内羽根および案内傾斜面が、遠心力および重力に逆らって、混合セクション内で内側におよび上方に移動させるように液体流体を押し込む。

本発明の実施形態では、混合セクションの垂直方向下側部分の中にある、混合セクションの床、つまり混合セクションの壁が、案内羽根を備える。

本発明の別の実施形態では、混合セクションの径方向外側壁が案内傾斜面を備える。

遠心力および重力を理由として、円弧形状の混合セクションの下側・外側部分が、比較的重い液体流体が到達しようとする傾向を有するような場所となる。したがって、案内羽根および案内傾斜面が、混合セクションの床および外壁の上に位置する場合に、混合デバイス内での流体の混合効果を最大にすることになる。

本発明の別の実施形態では、天井、つまり混合チャンバの垂直方向上側壁が案内羽根を備える。

本発明の実施形態では、案内羽根が、流れ方向で見て、収集セクションから排出セクションまでの内向きの進行経路（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ）を有する。したがって、流体が、収集セクションから、混合セクションを通って、排出セクション上まで、円形に移動するように流れるとき、案内羽根が、反応器の中心部の方に向かわせるように内側に螺旋状に移動させるように、流体の特には比較的重い液体部分の一部分を案内することになり、それにより円形混合器の外側境界部分の方に向かわせるように液体を移動させる傾向を無効にする。対応して、本発明の実施形態では、案内傾斜面が、流れ方向で見て、収集セクションから排出セクションまでの上向きの進行経路を有し、それにより、混合デバイス内で上方へと螺旋状に移動させるように、流体の特には比較的重い液体部分を案内することになり、それにより重力を無効にし、乱流を誘発し、混合を強化する。強化される混合は、混合デバイス内での圧力低下を増大させるという犠牲を伴うトレード・オフである。過度の圧力低下を回避するために、案内羽根の長さに対する上記の内向きのおよび上向きの進行経路が１：２未満である。これは、案内羽根または案内傾斜面の長さが例えば２メートルである場合にその内向きのおよび上向きの進行経路が１メートル未満となる、ことを意味する。本発明の別の実施形態では、案内羽根の高さが混合セクションの断面高さの３分の１未満であり、案内傾斜面の高さが混合セクションの断面幅の３分の１未満であることから、圧力損失も考慮している。

本発明の実施形態では、案内羽根および案内傾斜面がプレート材料から作られ、プレートの厚さが０．２５ｍｍ～４ｍｍであることから、重量および材料コストが考慮されており、混合デバイスの構造強度との釣り合いもとれている。羽根および傾斜面を緩やかな曲線とするように成形することも考えられ、それにより、直線形状を有する羽根および傾斜面と比較して強度およびスティフネスを高める。案内羽根の混合機能を向上させるために、案内羽根の第１の端部が、流体の流れ方向で見る場合、混合セクションの外壁に隣接するようにまたは接触するように配置され得、対して、案内羽根の第２の端部が混合セクションの内壁に隣接するようにまたは接触するように配置され得る。同様に、案内傾斜面の第１の端部が混合セクションの床に隣接するように配置され得、対して、案内羽根の第２の端部が混合セクションの天井に隣接するように配置され得る。案内羽根および案内傾斜面の数は２～２００であってよく、混合を強化しながら、製造コスト、材料コスト、および圧力損失の釣り合いをとる。プロセス・パラメータおよび流体の組成を考慮する場合、一般に、羽根の数が増えるとより効率的な混合となるが、圧力低下が増大する。

本発明の実施形態では、収集セクション、混合セクション、および排出セクションが、反応器の円形断面領域の３分の１で中心部の外側に配置され、好適には反応器の円形断面領域の半分で中心部の外側に配置される。したがって、反応器の高さを基準として、大きい面積および長い距離が混合器のために確保され、さらには修理および保守管理のための大きい中央自由空間が確保される。

上述の本発明の実施形態では、混合デバイスが、収集手段、混合手段、および排出手段に、水平方向において１つのセクションを別のセクションから分割するかまたは１つのセクションを反応器の円形断面の中心部から分割する円弧分割壁を備えるチャンネルを備えさせるように、構成される。混合器メイン・ボディがドーナツ形状であり、円弧分割壁によって分割され、円弧分割壁が、混合器を、接続される３つのセクション：収集セクション、混合セクション、および排出セクション、へと分割する螺旋構造を実質的に形成する（内側に向かって螺旋状になっている）。混合器の上方の触媒ベッドからの気体および液体の流出物が混合器の頂部のところに収集され、反応器／混合器の最大径のところに配置される収集チャンネルまで誘導される。収集した液体および気体が、収集チャンバおよび混合チャンバを接続する開口部の方に誘導される。気体および液体が混合チャンネルに入った後、気体および液体が混合器内で円弧状に動くように移動／回転し、その後、排出チャンネルに入る。液体および気体が、この目的のために設計される開口部を通して混合器から排出される。気相および液相のための排出方向が反応器中心部の方を向く。混合器から出る気体および液体の流れパターンを制御することにより達成される、ディストリビュータ・トレーの上方の一様な圧力プロフィールが、ディストリビュータ・トレーの上の液体の一様な活発性に寄与する。これは、結果として、トレーの下方のベッド内の触媒に対しての気体および液体の分配を一様することを目的とする。

本発明の実施形態では、混合デバイスの収集手段が、上流の触媒ベッドから流体を収集するための１つの入口を有する。また、別の実施形態では、混合デバイスが、収集した流体に急冷流体を加えるための急冷入口をさらに備え、上記急冷入口が収集セクション内に配置される。実施形態では、急冷入口が、収集チャンネルの開口部から約１８０°のところに位置する気体管であってよい。急冷気体管が収集チャンネルの中に挿入され得、例えば低温の水素ガスが混合器に直接に導入され得る。急冷リングは必要ない。

本発明のこの第１の態様の別の実施形態では、収集セクションが混合セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置され、混合セクションが排出セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置される。混合器の活性領域の上方で、収集セクション、混合セクション、および排出セクションが円形領域の外側部分に配置され、この外側部分で円周の距離が最大になっており、それにより長い流れ経路が確保され、それにより圧力損失を低減しながら効率的な混合および一様な排出が可能となり、同時に検査および修理作業のいらない混合器の中央の部分も残し、これらのすべてが本発明の主要な目的および利点である。

本発明の特定の実施形態では、収集セクション、混合セクション、および排出セクションの各々が、反応器の概略円形断面領域のうちの少なくとも１２０°の扇形の中に配置され得る。少なくとも１２０°ということにより、３つのプロセスの各々が長い経路内で効果的に実施されることが保証される。３つの経路は必ずしも等しい長さではなく、具体的には、混合セクションが、有利には、圧力損失を低減しながら効果的な混合を保証するために１２０°を超える扇形の中に配置され得、排出セクションが、有利には、混合器の円全体の中で流体を一様に排出するのを保証するために約３６０°で配置され得る。

反応器および混合器の流体が、気相、液相、および蒸気相のいずれも含むことができる。本発明の実施形態では、排出手段に、流体の液相のためのスピリング・ブリム（ｓｐｉｌｌｉｎｇ ｂｒｉｍ、流出縁部）を提供する内側円弧分割壁を備えさせるように、混合器を構成することにより、一様な混合がさらに改善される。これには、気相および液相の両方が混合器の円全体および反応器の断面領域全体にわたって一様に分配されるという効果がある。本発明の別の実施形態では、代わりに、外側スピリング・ブリムが存在してもよく、あるいは本発明の別の実施形態では、流体の液相を一様に分配するために内側スピリング・ブリムおよび外側スピリング・ブリムの両方が存在してもよい。

反応器および中にある１つまたは複数の混合器の構成を最適化するために、１つまたは複数の混合デバイスが、反応器の触媒ベッド支持体の一体化される部分を形成することができる。これには、別個の構成の混合器および支持体と比較して、構成全体の建物高さが低減され得るという利点がある。また、構成の材料コストも低減され得る。したがって、本発明の実施形態では、混合デバイスが、反応器の軸方向を基準として、１ｍ未満の高さを有し、好適には０．５ｍ未満の高さを有する。

本発明の別の実施形態は、反応器の上側の触媒ベッドと下側の触媒ベッドとの間で触媒反応器の内側を流れる流体を混合する方法である。このプロセスの第１のステップで、流体を収集するために、上側の触媒ベッドからの流体の流れの断面領域が、反応器の断面領域内において、反応器の概略円形断面領域の１２０°～３６０°の扇形の径方向において外側の３分の１の中に配置される収集セクションへと絞られる。これは、例えば断面領域の中心部に配置されるプレートを用いて断面領域の中心部を流体が下流するのを防止することによって実現される。

次いで、収集した流体が、混合セクション内で円形混合器の外側部分を接線方向に流れるように混合デバイスによって案内される。本発明の別の実施形態では、流体が２つの接線方向に流れるように案内され得、流体が、混合器の１つの入口からまたは混合器の複数の入口から１つまたは２つの接線方向に流れ始めることができる。

流体が混合セクション内を円形に移動するように流れ、その間、流体が混合され、含有量、蒸気、温度、および速度に関して均質な流体となる。流体が混合距離つまり円周が最大であるような混合器の円形断面の外側部分を流れることを理由として、効率的な混合が達成される。さらに、混合が、上述したように混合デバイスに含まれる、案内羽根または案内傾斜面、あるいは案内羽根および案内傾斜面の両方によって強化される。混合デバイスの中心の部分では混合が行われず、つまり混合は反応器の円形断面の中心部の外側で行われ、中心部は自由空間として空いたままである。

流体が混合された後、流体が混合デバイスの排出セクションの上までさらに流れ、排出セクションにおいて流体が下側の触媒ベッドへと排出され、その間、流体の少なくとも一部分が少なくとも１つの接線方向に流れる。排出セクションも反応器の円形断面の中心部の外側に配置され、それにより、排出が長い円周の距離にわたって実施されることを理由として、栓流として排出が一様に実施され得る。

流体の排出流れが円形に移動するように接線方向に流れる間、流体の排出流れは、排出セクションから下にある触媒ベッドに向かって流れるときに、径方向内側または径方向外側のいずれか、または径方向内側および径方向外側の両方にも動く。排出セクションが少なくとも１つのスピリング・ブリムを有することができ、スピリング・ブリム（流出縁部）が縁部を形成し、その縁部の上を液相が流れることができ／流出（ｓｐｉｌｌ）することができ、そのときに液滴を形成し、液滴が混合デバイスから排出される気相と混ざり合い、栓流を形成する。スピリング・ブリムが混合デバイスからの液相の一様な排出を保証するのを補助する。

触媒反応器の内部を流れる流体を混合する上述の方法では、流体が気相および液相を含むことができ、また可能性として蒸気相を含むことができる。

触媒反応器の内部を流れる流体を混合する方法の実施形態では、流体が、収集セクションから排出セクションまで流れるときに反応器を基準として軸方向の下向きに移動する。したがって、流体が、収集セクションから混合セクションまで、さらには排出セクションまで流れるとき、下向きに螺旋状に動く。

触媒反応器の内部を流れる流体を混合する方法の別の実施形態では、流体が、収集セクションから排出セクションまで流れるときに反応器を基準として径方向内側の方向に移動する。したがって、流体が、収集セクションから混合セクションまで、さらには排出セクションまで流れるとき、円の内側に螺旋状に動く。

説明される方法の別の実施形態では、流体が、収集セクションから混合セクションまで、さらには混合デバイスの排出セクションまで流れるとき、説明した２つの動きの組み合わせで流れることができ、つまり円の内側におよび下方に螺旋状に動く。

本発明の別の実施形態では、上述の実施形態のうちのいずれかの実施形態による混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器が、硫黄および窒素の変換（ＨＤＳ／ＨＤＮ）；オレフィンの水素化および芳香族化合物の水素化、金属除去、酸素変換、ならびに水素化分解のために使用され得る。
本発明の特徴

１．円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、前記反応器内の２つの触媒ベッドの間に設置される混合デバイスを備え、上記混合デバイスが、反応器の内壁の中に嵌合されるように適合される円形外側リムを有し、混合デバイスが、
上流の触媒ベッドから流体を収集するための収集セクション内に配置される収集手段と、
収集した流体を混合するための、床、天井、ならびに内壁および外壁を備える混合セクション内に配置される混合手段と、
混合した流体を下流の触媒ベッドまで排出するための排出セクション内に配置される排出手段と、
を備え、
混合デバイスがドーナツ形状を有し、収集セクション、混合セクション、および排出セクションが、反応器の円形断面の中心部の外側に配置され、上記混合手段が、第１の端部および第２の端部を有する案内羽根、または第１の端部および第２の端部を有する案内傾斜面を備えるか、あるいは上記案内羽根および上記案内傾斜面を備える。

２．特徴１による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記混合セクションの床が案内羽根を備える。

３．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記混合セクションの外壁が案内傾斜面を備える。

４．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記混合セクションの天井が案内羽根を備える。

５．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記案内羽根が、流れ方向で見て、収集セクションから排出セクションまでの内向きの進行経路を有し、内向きの進行経路が案内羽根の長さに対して１：２未満である。

６．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記案内傾斜面が、流れ方向で見て、収集セクションから排出セクションまでの上向きの進行経路を有し、上向きの進行経路が案内羽根の長さに対して１：２未満である。

７．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記案内羽根が、上記混合セクションの断面幅の３分の１未満の高さを有する。

８．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記案内傾斜面が、上記混合セクションの断面高さの３分の１未満の高さを有する。

９．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、案内羽根および案内傾斜面が０．２５ｍｍから４ｍｍの間の厚さを有するプレートから作られる。

１０．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、各案内羽根の第１の端部が上記混合セクションの外壁に隣接するように配置され、各案内羽根の第２の端部が上記混合セクションの内壁に隣接するように配置される。

１１．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、各案内傾斜面の第１の端部が上記混合セクションの床に隣接するように配置され、各案内傾斜面の第２の端部が上記混合セクションの天井に隣接するように配置される。

１２．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、案内羽根の数が２から２００である。

１３．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、案内傾斜面の数が２から２００である。

１４．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、上記混合デバイスの外側リムが反応器壁の一体化される部分である。

１５．特徴１による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、収集セクション、混合セクション、および排出セクションが、反応器の円形断面領域の３分の１で中心部の外側に配置され、好適には反応器の円形断面領域の半分で中心部の外側に配置される。

１６．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、収集手段、混合手段、および排出手段が、水平方向において、１つのセクションを別のセクションから分割するかまたは１つのセクションを反応器の円形断面の中心部から分割する円弧分割壁を備えるチャンネルを備える。

１７．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有する、マルチベッド触媒反応器であって、混合デバイスが、収集した流体に急冷流体を加えるための急冷入口をさらに備え、上記急冷入口が収集セクション内に配置される。

１８．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、収集セクションが、排出セクションを基準として反応器の上流側の一定の軸方向高さに配置される。

１９．特徴１から１７までのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、収集セクションが混合セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置され、混合セクションが排出セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置される。

２０．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、収集セクション、混合セクション、および排出セクションの各々が、反応器の概略円形断面領域のうちの少なくとも１２０°の扇形の中に配置される。

２１．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、排出手段が、流体の液相のためのスピリング・ブリムを提供する内側円弧分割壁を備える。

２２．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、混合デバイスが、反応器の触媒ベッド支持体の一体化される部分を形成する。

２３．上記特徴のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、混合デバイスが、反応器の軸方向を基準として、１ｍ未満の高さを有し、好適には０．５ｍ未満の高さを有する。

２４．触媒反応器の上側の触媒ベッドと下側の触媒ベッドとの間で円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器の内側を流れる、気相および液相、ならびに可能性として蒸気相を含む流体を混合する方法であって、上記方法が、反応器内にあるドーナツ形状の混合デバイス内で実施され、ドーナツ形状の混合デバイスが上記反応器の内壁の中に嵌合されるように適合される円形外側リムを有し、この方法が、
・流体を収集するために、上側の触媒ベッドからの流体の流れの断面領域を、反応器の断面領域内において、反応器の概略円形断面領域の１２０°～３６０°の扇形の径方向において外側の３分の１の中に配置される収集セクションへと絞るステップと、
・収集した流体を少なくとも１つの接線方向に流すステップと、
・反応器の円形断面の中心部の外側に配置される混合セクション内で流体が少なくとも１つの接線方向に流れる間において混合手段により流体を混合するステップであって、混合手段が、案内羽根または案内傾斜面を備えるか、あるいは案内羽根および案内傾斜面を備える、ステップと、
・反応器の円形断面の中心部の外側に配置される排出セクション内で流体が少なくとも１つの接線方向に流れる間において流体を下側の触媒ベッドへと排出するステップと
を含む。

２５．硫黄および窒素の変換（ＨＤＳ／ＨＤＮ）；オレフィンの水素化および芳香族化合物の水素化、金属除去、酸素変換、ならびに水素化分解のための、特徴１～２３のうちのいずれか１つの特徴による、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器の使用。

本発明の実施形態の例を示す添付図面により本発明をさらに説明する。

本発明の実施形態によるマルチベッド触媒反応器（図示せず）内にある混合デバイスを示す上面等角図である。 本発明の実施形態によるマルチベッド触媒反応器（図示せず）内にある混合デバイスの一部分を示す直径に沿った切断図（ｄｉａｍｅｔｒｉｃ ｃｕｔ ｖｉｅｗ）である。 本発明の実施形態によるマルチベッド触媒反応器（図示せず）内にある混合デバイスを示す直径に沿った上開き等角断面図（ｄｉａｍｅｔｒｉｃ， ｔｏｐ－ｏｐｅｎ ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ ｃｕｔ ｖｉｅｗ）である。

０１ 混合デバイス
０２ 円形外側リム
０３ 混合セクション
０４ 排出セクション
０５ 反応器の円形断面の中心部
０６ チャンネル
０７ 円弧分割壁
０８ スピリング・ブリム
０９ 案内羽根
１０ 案内傾斜面

以下で、図面を参照しながら本発明の複数の実施形態をより詳細に説明する。

図１に提示される等角図が、マルチベッド触媒反応器（図示せず）内にある触媒ベッドの間に含まれる混合デバイス０１の上面／側面図を示す。混合デバイスが円筒形の反応器の円形内壁に対応するような円形状を有し、円筒形の反応器の中に混合デバイスが設置されることになる。具体的には、混合デバイスの外側リム０２が円形である。外側リムが反応器の内壁に適合する。反応器壁が混合デバイスの外壁を形成するか、または図１に示される実施形態のように、混合デバイスがそれ自体で外壁を特徴として有する。外側リムと反応器壁との間の小さい隙間が、例えば溶接により、密閉され得る。収集セクションが混合デバイスの外壁と円弧分割壁０７との間に形成される。ここで、上方にある触媒ベッド（図示せず）から流れる流体が収集される。流体は、入口のみを介して、下にある次の触媒ベッドまで、さらには収集セクションまで、流れることができる。その理由は、断面領域の残り部分が例えば中央プレート（図示せず）によって閉鎖されるからである。本発明の実施形態では、冷却用の急冷流体を流体ストリームに加えるための急冷入口（図示せず）が収集セクション内に配置され得る。

混合セクション０３が収集セクションと等しい水平レベルのところに同様の程度で形成される。したがって、流体が直接に収集セクションから流れて同じ円形チャンネル０６内の混合セクションの中まで流れる。気体を、また可能性として液体および蒸気を混合することが混合チャンネル内で行われ、これが混合デバイスのほぼ最大径であるところの円弧内を移動するときに行われ、その後で壁内のスロット開口部を通って排出セクション０４に入る。混合セクション内での混合が、示されるような案内羽根０９および案内傾斜面１０によって強化される。これらの羽根は、特には、重力および遠心力に逆らって流体の比較的重い液体フラクションを上昇させて案内するのに有効であり、重力および遠心力はそれ以外の場合では一様な混合を無効にする。排出セクションでは、混合ガスならびに可能性として液体および蒸気が一様な流れで混合器から出る。スピリング・ブリム０８が、蒸気上昇原理を介して、排出セクション内で一様なレベルの液体を保留し；気体が液体の液滴を上昇させて液滴を収集セクションから持ち出して混合デバイスの開いている空間の中央の部分（反応器０５の円形断面の中心部でもある）の方に向かわせ、さらには下方の触媒ベッド（図示せず）の方に向かわせる。排出セクションは、混合デバイス（図示せず）の外径の方に流体を排出するのを可能にするようにも構成され得る。下方の触媒ベッドへの流体の分配をさらに一様にするために、当技術分野で既知の分配トレー（図示せず）が、混合デバイスの下方に、および下流の触媒ベッドの上方に、設置され得る。

図２および図３では、案内羽根および案内傾斜面をより詳細に見ることができる。見られ得るように、案内羽根および案内傾斜面が比較的薄いプレート材料である。プレートの厚さが、必要な構造強度を考慮した上で、可能な限り薄く作られる。羽根の緩やかに湾曲する形状が構造強度を向上させる。案内羽根の第１の端部が混合セクションの外壁に隣接するように配置されて対して案内羽根の第２の端部がさらに内側に位置することを理由として、案内羽根が内向きの進行経路を有する。案内羽根の内向きの進行経路が、プロセス流体の特には比較的重い液体フラクションが円形混合デバイスの周縁部の方に到達しようとする傾向を無効にする。同様に、案内傾斜面の第１の端部が混合デバイスの床に隣接するように配置されて対して案内傾斜面の第２の端部が混合デバイスの天井の方へとさらに上方に配置されることを理由として、案内傾斜面が上向きの進行経路を有し、それにより液体の特には比較的重い液体フラクションに上方の移動性を与え、重力を無効にし、流体の一様な混合を強化する。見られ得るように、傾斜面および羽根が混合チャンネル断面のわずかな部分のみを常に閉鎖し、それによりチャンネル内の圧力損失に対する影響を非常に小さいものとする。

例
マルチベッド触媒反応器のための混合デバイス内で、螺旋構造（案内羽根および案内傾斜面）が混合デバイスの混合セクションの外壁および床の内側に沿うように配置される。すべて２５ｍｍの高さの、外壁に沿う２４個の案内傾斜面および床に沿う１２個の案内羽根が、混合デバイス内に配置される。

観測結果：
・「乱雑な」入口流れを理由として、混合セクション・チャンネルに入るところで、流体の液相の排出が観測される。
・さらに、すぐに、混合セクション内で、液体が混合セクションの天井および床の両方に近くに分配され始める。
・さらに、混合セクションの円に沿って約２２０°にわたって、混合セクションの端部に向かって、液相の良好な部分（ｇｏｏｄ ｆｒａｃｔｉｏｎ）が混合セクションの断面領域全体へと分配され、これが良好な分散を示している。
・結果：９０～１００％の濃度で捕捉された液体フラクションが、案内羽根および案内傾斜面を有さない混合器の３５．８％から、本事例での２４個の案内傾斜面および１２個の案内羽根を用いる場合の６．８％まで低減される。

Claims (26)

1. 円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器であって、前記反応器内の２つの触媒ベッドの間に設置される混合デバイスを備え、前記混合デバイスが、前記反応器の内壁の中に嵌合されるように適合される円形外側リムを有し、前記混合デバイスが、
   上流の触媒ベッドから流体を収集するための収集セクション内に配置される収集手段と、
   収集した流体を混合するための、床、天井、ならびに内壁および外壁を備える混合セクション内に配置される混合手段と、
   混合した流体を下流の触媒ベッドまで排出するための排出セクション内に配置される排出手段と、
   を備え、
   前記混合デバイスがドーナツ形状を有し、円弧分割壁によって分割され、円弧分割壁が、混合器を、接続される３つのセクション：収集セクション、混合セクション、および排出セクション、へと分割する螺旋構造を実質的に形成し（内側に向かって螺旋状になっている）、
   収集セクションが混合セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置され、
   前記収集セクション、前記混合セクション、および前記排出セクションが、前記反応器の円形断面の中心部の外側に配置され、
   マルチベッド触媒反応器内の混合デバイス以外の断面領域の残り部分が中央プレートによって閉鎖され、
   前記混合手段が、第１の端部および第２の端部を有する案内羽根、または第１の端部および第２の端部を有する案内傾斜面を備えるか、あるいは前記案内羽根および前記案内傾斜面を備え、
   前記案内羽根および案内傾斜面がプレート形状であり、
   前記案内羽根が、流れ方向で見て、前記収集セクションから前記排出セクションまでの内向きの進行経路を有し、
   案内羽根の第１の端部が混合セクションの外壁に隣接するように配置され、案内羽根の第２の端部がさらに内側に位置することにより、案内羽根が内向きの進行経路を有し、
   前記案内傾斜面が、流れ方向で見て、前記収集セクションから前記排出セクションまでの上向きの進行経路を有し、
   案内傾斜面の第１の端部が混合デバイスの床に隣接するように配置されて対して案内傾斜面の第２の端部が混合デバイスの天井の方へとさらに上方に配置されることにより、案内傾斜面が上向きの進行経路を有する、
   マルチベッド触媒反応器。
2. 前記混合セクションの前記床が前記案内羽根を備える、請求項１に記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
3. 前記混合セクションの前記外壁が案内傾斜面を備える、請求項１または２に記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
4. 前記混合セクションの前記天井が案内羽根を備える、請求項１～３のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
5. 前記内向きの進行経路が前記案内羽根の長さに対して１：２未満である、請求項１～４のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
6. 前記上向きの進行経路が前記案内羽根の長さに対して１：２未満である、請求項１～５のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
7. 前記案内羽根が、前記混合セクションの断面幅の３分の１未満の高さを有する、請求項１～６のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
8. 前記案内傾斜面が、前記混合セクションの断面高さの３分の１未満の高さを有する、請求項１～７のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
9. 前記案内羽根および前記案内傾斜面が０．２５ｍｍから４ｍｍの間の厚さを有するプレートから作られる、請求項１～８のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
10. 各案内羽根の前記第１の端部が前記混合セクションの前記外壁に隣接するように配置され、各案内羽根の前記第２の端部が前記混合セクションの前記内壁に隣接するように配置される、請求項１～９のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
11. 各案内傾斜面の前記第１の端部が前記混合セクションの前記床に隣接するように配置され、各案内傾斜面の前記第２の端部が前記混合セクションの前記天井に隣接するように配置される、請求項１～１０のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
12. 前記案内羽根の数が２～２００である、請求項１～１１のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
13. 前記案内傾斜面の数が２～２００である、請求項１～１２のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
14. 前記混合デバイスの前記外側リムが反応器壁の一体化される部分である、請求項１～１３のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
15. 前記収集セクション、前記混合セクション、および前記排出セクションが、前記反応器の前記円形断面領域の３分の１で前記中心部の外側に配置され、前記反応器の前記円形断面領域の半分で前記中心部の外側に配置される、請求項１に記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
16. 前記収集手段、前記混合手段、および前記排出手段が、水平方向において、１つのセクションを別のセクションから分割するかまたは１つのセクションを前記反応器の前記円形断面の前記中心部から分割する円弧分割壁を備えるチャンネルを備える、請求項１～１５のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
17. 前記混合デバイスが、収集した流体に急冷流体を加えるための急冷入口をさらに備え、前記急冷入口が前記収集セクション内に配置される、請求項１～１６のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
18. 前記収集セクションが、前記排出セクションを基準として前記反応器の上流側の一定の軸方向高さに配置される、請求項１～１７のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
19. 前記収集セクションが前記混合セクションを基準として前記反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置され、前記混合セクションが前記排出セクションを基準として前記反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置される、請求項１～１７のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
20. 前記収集セクション、前記混合セクション、および前記排出セクションの各々が、前記反応器の前記概略円形断面領域のうちの少なくとも１２０°の扇形の中に配置される、請求項１９に記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
21. 前記排出手段が、前記流体の液相のための流出縁部を提供する内側円弧分割壁を備える、請求項１～２０のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
22. 前記混合デバイスが、前記反応器の触媒ベッド支持体の一体化される部分を形成する、請求項１～２１のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
23. 前記混合デバイスが、前記反応器の軸方向を基準として、１ｍ未満の高さを有する、請求項１～２２のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。
24. 触媒反応器の上側の触媒ベッドと下側の触媒ベッドとの間で円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器の内側を流れる、気相および液相を含む流体を混合する方法であって、前記方法が、前記反応器内にあるドーナツ形状の混合デバイス内で実施され、前記ドーナツ形状の混合デバイスが前記反応器の内壁の中に嵌合されるように適合される円形外側リムを有し、
    前記混合デバイスが円弧分割壁によって分割され、円弧分割壁が、混合器を、接続される３つのセクション：収集セクション、混合セクション、および排出セクション、へと分割する螺旋構造を実質的に形成し（内側に向かって螺旋状になっている）、
    収集セクションが混合セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置され、
    マルチベッド触媒反応器内の混合デバイス以外の断面領域の残り部分が中央プレートによって閉鎖され、
    前記方法が、
    前記流体を収集するために、上側の触媒ベッドからの流体の流れの断面領域を、前記反応器の断面領域内において、前記反応器の概略円形断面領域の１２０°～３６０°の扇形の径方向において外側の３分の１の中に配置される収集セクションへと絞るステップと、
    収集した流体を少なくとも１つの接線方向に流すステップと、
    前記反応器の円形断面の中心部の外側に配置される混合セクション内で流体が少なくとも１つの接線方向に流れる間において混合手段により流体を混合するステップであって、前記混合手段が、案内羽根または案内傾斜面を備えるか、あるいは案内羽根および案内傾斜面を備える、ステップと、
    前記反応器の円形断面の前記中心部の外側に配置される排出セクション内で流体が少なくとも１つの接線方向に流れる間において流体を前記下側の触媒ベッドへと排出するステップと
    を含む、方法。
25. 硫黄および窒素の変換（ＨＤＳ／ＨＤＮ）；オレフィンの水素化および芳香族化合物の水素化、金属除去、酸素変換、ならびに水素化分解のための、請求項１～２３のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器の使用。
26. 前記混合セクションが排出セクションを基準として反応器の概略円形断面領域のうちのより外側に配置される、請求項１～２３のいずれか一つに記載の、混合デバイスを備える、円筒形状を有するマルチベッド触媒反応器。

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