JPH0221858B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気液接触装置に関する。例えば、本
装置は、固定床において反応する液体−固体混合
物に対して用いることができる。また、本発明
は、並流する気液流れを用いて操作される充填吸
収塔に応用することもできる。

固定床式水素油精製反応器の通常の操作では、
触媒床の頂部は、有機金属化合物、重合体物質、
炭素質付着物及び粒状物によつてしばしば汚染又
は詰まつた状態になる。この触媒床の詰まりは、
望ましくないものである。と云うのは、生じる圧
力降下の増大は、費用のかさむ装置の運転休止を
伴ない、且つ時間を要する補修を必要とするから
である。

この問題を解決しようとして、各反応器に１個
以上の触媒床を設けたり、また反応器の運転寿命
を伸ばすために詰まつた床を迂回させるような多
くの方法が考えられてきた。

１つのかかる迂回法は、米国特許第3509043号
に記載されている。この反応器では、初めの触媒
床が汚れた状態になつたときに、また反応器内で
予定の圧力降下に達したときに触媒床のバイパス
管が破裂して開くように設計されている。通常の
状況下では、このバイパス設計は、反応器の運転
性を延長するための作用手段を提供する。しかし
ながら、かゝる装置系は、反応物質の供給流量の
急激な変動に対して特に敏感である。これらの変
動は、破裂板（ラブチユアーデイスク）の早期破
裂を引き起す場合がある。

破裂板の使用を示す他の米国特許は、米国特許
第3796655号で例示される。

この装置系では、迂回された物質は、追い出し
用逆流を提供しかくして外皮ができた又は記まつ
た触媒床を浄化するために上方に向けられる。

これらの及び他の発明のバイパス設定法によれ
ば、汚れた触媒床は、低い圧力降下で迂回され
る。高い圧力降下を伴なう迂回法は望ましくな
い。と云うのは、高い圧力降下は、反応器を通る
物質の流量を維持するポンプや圧縮器に対して負
担をかけるからである。バイパスにおける低い圧
力降下は、破裂板の如き可動又は破裂可能な部材
を用いることによつて達成される。これらの可動
又は破裂型部材は、信頼性がなく、そして作動し
ない場合があり又は早期に作動する場合もある。

本発明の１つの目的は、評価し得る長い運転寿
命を有する気液二相固定床式接触装置例えば反応
器を提供することである。

本発明の他の目的は、詰まつた又は汚れた床か
ら他の床へと低い圧力降下でもつて物質迂回を行
なうことのできる装置を提供することである。

本発明は、気液混合物を固定床で反応させるた
めの反応器を包含する。この反応器は、液体及び
ガスの両方が導入されるところの反応容器からな
る。反応器は、その中に配置された本床と、該本
床の上方に配置された少なくとも１つの補助床と
を有する。補助床は、該補助床を貫通して伸びる
相対的に異なる長さの中空管からなる別個の液体
バイパス及びガスバイパスを有する。ガスバイパ
ス管は、液体バイパス管よりも高く補助床の上方
に突出している。この管配置は、補助床が汚れた
状態になつたときに液体及びガスの両方に対して
本床への低圧降下バイパスを提供する。

反応器は、通常、反応体を全床に均一に分配さ
せるために各床の上方に流れ分配器を追加的に収
容する。

本発明の典型的な反応器は、異なる石油留分を
水素ガスで処理する水素処理反応器であつてよ
い。水素処理反応器内にある固体粒子の床は、コ
バルト、モリブデン及びニツケルの群から選定さ
れる金属又は金属混合物をアルミナ担体上に担持
させてなる触媒であつてよい。この反応は、例え
ば、水素化脱硫反応によつて硫黄の如き下純物を
除去することができる。水素処理反応器で行われ
る他の重要な反応としては、水素化、水素化脱窒
素、水素処理、ハイドロフイニツシング及び水素
化分解を挙げることができる。また、本発明は、
吸収塔に応用することもできる。

本発明は、添附図面と関連させて行なう次の詳
細な説明を参照すれば更によく理解されそして明
らかになるであろう。

以下、液体及びガスを接触且つ反応させる装置
に関して特に水素処理に関して本発明を説明する
ことにする。

一般的に言つて、第１図に概略的に示される形
式の固定床式水素処理反応器は、第１ａ図に示さ
れるように床が供給原料中に含有される不純物及
び粒状物によつて汚れた又は詰まつた状態になる
につれて触媒床１１における圧力降下の増大によ
つてそれらの運転がしばしば制限されることがあ
る。

反応器１０は、容器又は反応室１２からなる。
供給原料一般には石油留分は、矢印１４によつて
示されるように水素の如き処理ガスと一緒に容器
１２の入口１３に供給される。触媒床１１の上方
に設けられる流れ分配器１５によつて液体及びガ
スが分配され、しかして触媒床１１は均一に飽和
される。反応生成物は、矢印１７によつて示され
るように出口１６を経て容器１２を出る。

第１ａ図は、外皮でおおわれた床１１の頂部１
８によつて例示されるように触媒床１１が詰まま
つた状態になつている第１図の反応器を示す。反
応器１０の閉塞には、先に述べたように圧力降下
の急速な増大が伴なう。

こゝで第２図及び第２ａ図を説明すると、簡潔
にするために同様の部材には同じ参照数字が与え
られている。反応器１０′は、先に述べたように、
入口１３及び出口１６を有する反応容器１２より
構成される。本発明は、図示されるように触媒本
床２１と該床２１の上方に配置された補助触媒床
２２とを有する。各床２１及び２２の上方には、
分配器１５がそれぞれ設置される。補助触媒床２
２は、それを貫通して伸びる異なる長さの中空管
２３及び２４を含む。長い方の管２３は、補助床
の上方に管２４よりも高く突出する。

触媒床２２が汚れていない又は詰まつていない
ときには、床２２はバイパス管２３及び２４の抵
抗と比較して流れに対する低い抵抗を有し、そし
て流入する物質の実質的部分が床２２を通つて床
２１に入る。しかし、少量の物質は、床２１に入
る前に管２３及び２４を通る。

床２２が詰まつた状態になりそして流れに対す
る床２２の抵抗が増大するにつれて、流入する液
体は、抵抗が最つとも少ない流路に行きそして短
かい方の管２４を通つて流下する。何故ならば、
液体は、その最とも近いレベル即ち床２２の頂部
及び隣りの短かい管２４に行くからである。この
とき、流入する処理ガスは、別個の態様で、長い
方の管２３を自由に流れる。かくして、液体及び
気体は、それぞれ別個の管２４及び２３を経て触
媒本床２１に流入し、そこで反応する。

この本発明の配置の結果として、反応器の運転
寿命は、反応容器１０′が上方触媒床２２の汚れ
にもかかわらず作動し続けるために延長されるこ
とになる。

本発明の重要な特徴は、液体及び気体がそれぞ
れの管２４及び２３を別個に流れることに附随す
る低い圧力降下である。この圧力降下は、もし管
が床２２の上方で同じ長さ及び高さを有しそして
液体及び気体がバイパス管を通る混合流れの形を
とるならば、高くなるであろう。この特徴のたま
に、反応器の運転寿命は数倍延長される。

一例として、補助床２２の高さを３ftと仮定す
る。工業的な水素処理反応器で用いられる典型的
な気体及び液体流れの下では、汚れていない高さ
３ftの触媒床を横切る圧力降下は約1psiである。
管２３及び２４は、もし全部の気体が短管２４及
び長管２３を流通するならば管の圧力降下が汚れ
ていない床２２の圧力降下よりもずつと高くなる
ように寸法決めされる。一例として、また説明の
ために、管の圧力降下を10psi（汚れていない触媒
床２２の圧力降下の10倍）と仮定する。触媒床２
２が汚されていないときには、物質の大半が触媒
床２２を流通する。管２３及び２４を流れる少量
の気体は、目立つた不平等配分問題をもたらさな
い。流れの不平等配分は、床２１の上方に配置さ
れた分配器１５によつて修正される。

床２２が汚れ始めるにつれて、気体流れの一部
分が少しずつ増えながら管２３及び２４に向けら
れる。床２２がひどく汚されるまで、液体は床２
２を流れ続ける。何故ならば、液体はその最とも
低いレベルに行くからである。床２２がひどく汚
されて液体がもはやそれを流通できなくなると、
液体流れは短管２４に向けられる。長い方の管２
３だけが気体流れに対して利用できる状態になつ
ているので、圧力降下は10psiよりも高い。この
例では、圧力降下は例えば25psiである。もしす
べての管が床の上方で同じ高さを有しそして気体
及び液体が二相気−液混合物として管を流れるな
らば、バイパスでの圧力降下は25psiよりもずつ
と大きくなることに注目されたい。

かくして、汚れた触媒床は、僅か25psiの圧力
降下で迂回される。もしこの汚れた触媒床が迂回
されないと、圧力差が急速に増大して装置が運転
停止される。

第２ａ図は、第２図に示される本発明の他の具
体例を例示する。この具体例では、第２図の単一
の補助触媒床２２は、参照数字２２ａ及び２２ｂ
に示す少なくとも２つの補助触媒床によつて置き
かえられている。これらの床の各々は先に記載し
たと同じ態様で作動し、そして各補助床はそれ自
身の能力で反応器の運転寿命を増長する。この態
様で、反応器１０′の運転寿命は、第２図に示さ
れる如き唯１個の補助床及びバイパス配置に付随
する数倍の増長の何倍にも延長させることができ
る。

こゝで第５図及び第５ａ図に示される具体例を
説明すると、再び、同様な部材には簡潔のために
同じ参照数字が付けられている。反応器１０′は、
先に記載したように、入口１３及び出口１６を有
する反応容器１２から構成される。本発明は、図
示されるように触媒本床２１と該床２１の上方に
配置された補助触媒床２２とを有する。

第５図の補助触媒床２２は、それを貫通して伸
びる相対的に異なる長さの中空管２３及び２４を
含む。管２４は、その頂部に流れ受器２６を有す
る。

補助床２２の上方には、第５図に示されるよう
に液体を液体流れ受器２６へ均一に分配させるた
めに流れ分配器２７に設置される。

分配器２７は、二相気液流れと共に固定床式反
応器で用いられる多くの形式の分配器から選定す
ることができる。特に好適である１つのかかる分
配器は、米国特許第3524731号に記載されている。

また、本床１２の上方には、分配器１１５も設
置される。

補助床２２が汚されたり又は詰まつていないと
きには、補助床２２は、バイパス管２３及び２４
と比較して流れに対して低い抵抗を示す。汚れの
ない状態下では、液体の極めて少部分だけが管２
４に入る。液体の大半は、矢印２９によつて示さ
れるように流れ受器２６からこぼれそして触媒床
２２を通過する。同様に、気体の大半は、汚され
ていない床２２を通過する。何故ならば、気体バ
イパス管２３は、汚れていない床２２と比較して
流れに対して高い抵抗を示すからである。気体は
全く液体バイパス管２４を通過しない。何故なら
ば、流れ受器２６から液体がこぼれそしてこれら
の流れ受器の内部の液体は管２４を通る気体の迂
回を妨げる液シールを提供するからである。流れ
受器２６からこぼれる液体は、その最とも低いレ
ベルに行きそして補助床２２を流通する。それ故
に、気体だけが気体バイパス管２３を自由に流れ
る。

触媒床２２が汚れるにつれて、床２２を横切る
圧力降下が増大する。増大する圧力降下によつ
て、液体はバイパス管２４にそして気体はバイパ
ス管２３へ強制的に送られる。かくして、液体及
び気体は、それぞれ別個の管２４及び２３を経て
本床２１に入る。

この本発明の配置の結果として、反応器の運転
寿命は、反応容器１０′が上方触媒床２２の汚れ
にもかかわらず作動し続けるために延長されるこ
とになる。

本発明の重要な特徴は、液体及び気体がそれぞ
れの管２４及び２３を別個に流れることに附随す
る低い圧力降下にある。汚れた触媒床２２を迂回
するための圧力降下は、もしバイパス管２４及び
２３がそれらを流通する気体−液体混合物を有す
るならば高くなるであろう。この特徴のために、
反応器の運転寿命は何倍も延長される。

一例として、補助床２２の高さを３ftと仮定す
る。工業的な水素処理反応器で用いられる典型的
な気体及び液体流量の下では、汚れていない高さ
３ftの触媒床を横切る圧力降下は約1psiである。
管２４及び２３は、もしすべての液体及び気体が
それぞれの管２４及び２３を流れるならば管の圧
力降下が汚れていない床２２の圧力降下よりもず
つと高くなるように寸法決めされる。

一例として、また説明のために、もしすべての
液体が管２４を流れるならば、管２４を横切る圧
力降下を20psiとし、そしてもしすべての気体が
管２３を流れるならば、管２３を横切る圧力降下
を20psi（汚れていない触媒床２２の圧力降下の20
倍）と仮定する。触媒床２２が汚れていないと、
気体及び液体の大半が触媒床２２を流通する。液
体の極めて少部分だけが管２４を通過する。流れ
受器２６におけるシールのために、気体は全く管
を流通しない。また、気体の少部分だけが管２３
を通過する。

床２２が汚れ始めるにつれて、気体及び液体の
少部分が少しずつ増加してそれぞれの管２３及び
２４に向けられるようになる。完全に詰まつた床
２２は、20psiの圧力降下の下に迂回されよう。
もし床２２が迂回されないと、圧力降下が急速に
増大して装置が運転停止されることになる。

第５ａ図は、第５図に示される本発明の他の具
体例を例示する。この具体例では、第５図の単一
の補助触媒床２２が、参照数字２２ａ及び２２ｂ
で示される少なくとも２つの補助触媒床によつて
置きかえられている。これらの床の各々は先に記
載したと同じ態様で作動し、そして各補助床はそ
れ自身の能力で反応器の運転寿命を増長する。こ
の態様で、反応器１０′の運転寿命は、第５図に
示される如き唯１つの補助床及びバイパス配置に
付随する数倍の増長の何倍にも延長させることが
できる。

第６図は、本発明の他の具体例を例示する。こ
の具体例では、補助触媒床２２は、液体バイパス
管２４のみを有する。気体バイパス管２３は、あ
る条件下では必要でない場合がある。例えば、汚
れた触媒床２２に気体がそれを流通するのに十分
な透過性が保持されているような場合である。こ
のような情況は、極めて低い気体対液体比で作動
する反応器に存在するだろう。床２２が汚された
後、液体は管２４を通つて迂回する。気体は、汚
れた床それ自体を通過する。

第６ａ図は、第６図に示される如き本発明の別
の具体例の変形例を例示する。この変形した具体
例では、第６図の単一の補助触媒床が少なくとも
２つの補助触媒床２２ｃ及び２２ｄによつて置き
かえられているが、この各々は図示されるように
液体バイパス管２４のみを有する。反応器の運転
寿命は、先に述べたように唯１つの補助床に付随
する数倍の増長の何倍にも延長させることができ
る。

本発明を水素処理反応器に関して説明したけれ
ども、本発明は必ずしもかゝる反応器に限定され
るものではない。本発明は、他の液体及び気体混
合物が触媒又は固形物の固定床で反応するところ
の他の反応器を包含する。また、本発明は、同様
の流れ配置を使用する装置も包含する。同様の流
れ配置を用いることのできる例は、気体及び液体
の並流流れを用いる充填吸収塔である。この例で
は、固形物の固定又は充填床は、触媒的役割を果
さない。固形物の固定床は、気体と液体との間の
接触を促進するだけである。

当業者には多くの変更修正が自然に思いつくで
あろう。例えば、米国特許第3524731号に記載さ
れるように、液体及び気体バイパス管の下側に水
平のスプラツシユプレート又はバフルを設けるこ
とができる。これらのスプラツシユプレートは、
迂回した物質を本床２１の広い面積にわたつて分
布させる。かくして、これらのスプラツシユプレ
ート又はバフルは、流れ分配器トレー１５の代役
をすることができる。同様に、上記の米国特許第
3524731号に記載されるように、液体が上方から
長い方の気体バイパス管２３に入るのを防止する
ために該管２３の上部にキヤツププレートを設置
することもできる。管２３又は２４は、同じ寸法
であつてはならない。

例 １ 反応器の連続運転時間の長さを改善するための
汚れた触媒の迂回を実験室での促進又は模擬汚れ
試験において実験した。水及び窒素供給物を使用
して、1/16in触媒押出物を充填した直径6inのカ
ラムで圧力降下の増大を測定した。触媒の汚れ
は、液体供給物にコークス又は重合体粒子をふり
かけることによつて起こされた。

初めの一連の実験では、供給物中の汚染物は、
コークス粒子であつた。第３図は、迂回を行わな
い場合で且つ本発明に従つて第２図に示される葭
き１つの補助触媒床を迂回させたときの圧力降下
の増大を示す。触媒を迂回させない場合には、曲
線Ａによつて示されるように、急速な圧力降下の
増大によつて反応器を30分で運転停止させなけれ
ばならなかつた。促進汚れ試験における30分の反
応器連続運転期間長さは、工業的反応器における
数週間〜数ケ月の連続運転期間長さに相当する。
触媒を迂回させた場合には、反応器は120分間運
転（曲線Ｂ）されたが、それ以上運転させること
もできた。圧力降下の水平化は、重いコークス粒
子が上部補助触媒床２２（第２図）の上方に沈降
したことに基因する。迂回した流れは汚染物であ
るコークス粒子を全く含有していないので、下方
の床２１は詰らずそして圧力降下は一定のままで
あつた。

第二の一連の実験では、供給物中の汚染物は重
合体粒子であつた。使用した重合体粒子は、水の
密度に極めて近い密度を有しそれ故に目立つた沈
降傾向を有していなかつた。かくして、迂回した
流れは、下方触媒床２１の汚れを生ぜしめた。第
４図は、触媒の迂回が反応器の連続運転期間長さ
に及ぼす有益な効果を示す。反応器の連続運転期
間長さは、13分（曲線Ｃ）から38.5分（曲線Ｄ）
へと３倍程増長した。

上記の図表は、例示的なものであつて本発明の
理解のために提供するものに過ぎない。

例 ２ 反応器の連続運転期間の長さを改善するための
汚れた触媒の迂回を実験室での促進又は模擬汚れ
試験において実施した。水及び窒素供給物を使用
して、アルミナ担体に担持させたコバルト及びモ
リブデンの1/16in触媒押出物を充填した直径6in
のカラムで圧力降下の増大を測定した。触媒の汚
れは、液体供給物に重合体粒子をふりかけること
によつて起こされた。重合体粒子は水の密度に極
めて近い密度を有するので、目立つた沈降傾向を
有しなかつた。

第７図は、触媒の迂回が反応器の連続運転期間
の長さに及ぼす有益な効果を示す。触媒を迂回さ
せない場合には、曲線Ａによつて示されるように
急速な圧力降下の増大によつて反応器を5.5分で
運転停止させなければならなかつた。促進汚れ試
験におけるこの5.5分の反応器連続運転期間長さ
は、工業的反応器における数週間〜数ケ月の連続
運転期間長さを相当する。本発明に従つて第３図
に示される如き１つの補助触媒床を迂回させたと
きには、反応器の連続運転期間長さは5.5分（曲
線Ａ）から21.0分（曲線Ｂ）へと約４倍程増長し
た。

上記の図表は、例示的なものであつて本発明の
理解のために提供するものに過ぎない。

上記の実施例の両方において、液体質量速度は
2600lb／hr・ft²でありそして気体質量速度は
75lb／hr・ft²であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単一固定床を有する典型的な公知の
水素処理反応器の概略図であつて、本発明のバイ
パス装置を設けていないものである。第１ａ図
は、第１図の公知反応器の概略図であつて、床の
汚れを示す。第２図は、本発明の反応器及びバイ
パス装置を示す概略図である。第２ａ図は、第２
図に示される装置の別の具体例を示す概略図であ
る。第３及び４図は、第２図に示す本発明の反応
器及びバイパス装置の長い運転時間を第１図の従
来技術の反応器と比較して示すグラフである。第
５図は、本発明の他の反応器及びバイパス装置を
示す概略図である。第５ａ図は、第５図に示され
る装置の別の具体例を示す概略図である。第６図
は、本発明の更に他の具体例を示す概略図であ
り、第６ａ図は、第６図に示す別の具体例の更に
変形例を示すものである。第７図は、第６図に示
される本発明の反応器及びバイパス装置の長い運
転時間を第１図の従来技術の反応器と比較して示
すグラフである。本発明の装置の主要部を示す参
照数字は、次の通りである。 １２：反応容器、１５，２７，１１５：分配
器、２１：本床、２２，２２ａ，２２ｂ：補助
床、２３：気体バイパス管、２４：液体バイパス
管、２６：受器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二相気液混合物の接触装置において、 容器と、 前記容器に液体及び気体の両方を導入するため
   の手段と、 前記容器内に配置された固形物の少なくとも１
   つの本床と、 前記本床の上方に配置されそして別個の液体バ
   イパス及び気体バイパスを有する少なくとも１つ
   の補助床と、 を含み、しかも、前記液体バイパス及び気体バイ
   パスは前記補助床を貫通して伸びる相対的に異な
   る長さの中空管からなり、そして該ガスバイパス
   管は、前記補助床が汚れた状態になつたときに前
   記液体及び気体の両方を前記本床に送るための低
   圧力効果バイパスを提供するために該液体バイパ
   スよりも高い高さで前記補助床の上方に突出して
   いることからなり、更に、前記容器から液体及び
   気体の両方を取り出すための手段を含むことから
   なる二相気液混合物の接触装置。 ２ 本床の上方に少なくとも２つの補助床を段々
   に配置する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 各床の上方に流れ分配器を更に含む特許請求
   の範囲第１〜２項のいずれかに記載の装置。 ４ 床が少なくとも１種の触媒を含む特許請求の
   範囲第１〜３項のいずれかに記載の装置。 ５ 触媒が、コバルト、モリブデン及びニツケル
   をアルミナ担体上に担持させてなるものである特
   許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 二相気液混合物の接触装置において、 容器と、 前記容器に液体及び気体の両方を導入するため
   の手段と、 前記容器内に配置された固形物の少なくとも１
   つの本床と、 前記本床の上方に配置されそして管状通路から
   なる気体バイパス及び少なくとも１つの液体バイ
   パスを有する少なくとも１つの補助床と、 を含み、しかも、前記液体バイパスは前記補助床
   を貫通して伸びる中空管の頂部に液体受器を付設
   してなるものであり、前記液体受器は、前記容器
   に導入された液体を受け入れ、そして前記補助床
   が汚れていないときには該液体が該補助床に越流
   するのを許容し、また前記補助床が汚れた状態に
   なつたときに液体が前記本床に流れるように前記
   液体バイパスへのガスの通過に対する液シールと
   して作用することからなり、更に、前記容器から
   液体及び気体の両方を取り出すための手段を含む
   ことからなる二相気液混合物の接触装置。 ７ 管状通路が補助床を貫通して伸びる相対的に
   異なる長さの中空管からなる特許請求の範囲第６
   項記載の装置。 ８ 本床の上方に少なくとも２つの補助床を段々
   に配置する特許請求の範囲第６項記載の装置。 ９ 各床の上方に流れ分配器を更に含む特許請求
   の範囲第６〜８項のいずれかに記載の装置。 １０ 床が少なくとも１種の触媒を含む特許請求
   の範囲第６〜９項のいずれかに記載の装置。 １１ 触媒が、コバルト、モリブデン及びニツケ
   ルをアルミナ担体上に担持させてなるものである
   特許請求の範囲第１０項記載の装置。