JPH0453579B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、均一な流れ分布の気体／液体混合物
を反応装置の沸騰床に供給するための流れ配装置
に関するものである。特に、本発明は、流れが最
初にほぼ均一に混合されかつ沸騰触媒床中にほぼ
均一に分配されるように、石油流または石炭−油
スラリ流と気体流とを取り扱うための、上述のよ
うな流れ分配装置に関するものである。

Ｈ−オイル法およびＨ−コール法で用いられる
パイロツトプラントおよび商業的反応装置を運転
した際の経験から、反応装置の充気室における入
口流れの分布の設計が不適当な場合には、充気室
内でのコークス生成、触媒床内での流れ分布の不
良、触媒床の局部的沈下および触媒床におけるコ
ークス生成のような運転上の困難な問題を起こす
ことがあることが判明した。これらの問題のため
に触媒は十分利用されず、その結果反応装置をし
ばしば運転停止することになり、運転期が短くな
つた。

流動床接触反応装置におけるこのような流れ分
布の問題に適切な解決を与える従来技術は明らか
に知られていない。例えば、ジヨハンソン
（Johanson）は米国特許第3197288号明細書にお
いて、入口供給液体および再循環液体を反応装置
の充気室（plenum）に導入するための簡単な導
管を用いた接触反応装置の構造を示し、キース
（Keith）らは米国特許第3202603号明細書におい
て、反応装置の下端部に複式スパージヤーを使用
することを示している。又、ウオルク（Wolk）
らは米国特許第3540995号明細書において、供給
液体流および再循環液体が流れ分配格子手段の下
方に位置する反応装置下端部の充気室内に導入さ
れる沸騰触媒床反応装置を用いる石炭水素化方法
の操作を一般的に開示している。しかし、上述の
気体流および液体流を反応装置の充気室内に高速
で導入するには、これらの流れを適切に混合しか
つ均一に分配するための一層特別な装置が必要で
ある。そのために、反応装置の充気室内に望まし
い均一な流れパターンを与える改善された流れ分
配装置の設計が開発されている。

発明の要約 本発明は、液体炭化水素またはスラリと気体と
を均一に反応装置の充気室内に供給し、反応装置
の沸騰触媒床中に上向きに供給するための流れ分
配装置を提供する。

本発明は、均一な流れ分布の気体液体混合物を
反応装置の沸騰床に供給するための流れ分配装置
において、 (a) 前記反応装置の下部に設けられ、かつ前記反
応装置の下端部と側壁と前記反応装置内で前記
沸騰床の下に位置する分配格子とによつて形成
された充気室と、 (b) 前記反応装置の外側から前記充気室内に突出
し、かつ内端部が前記充気室内で下方に向いて
いる前記気体／液体混合物輸送用の導管と、 (c) 前記充気室内の前記導管の内端部に固着され
かつ前記反応器の下側壁部に向けて下方を向い
たそらせ板付きノズルであつて、該そらせ板付
きノズルは互いに離間した少なくとも２個のほ
ぼ平行なそらせ板を有し、その最内側のそらせ
板はむく板からなり、少なくとも１個の他のそ
らせ板は中央開口を有しかつ前記むく板のそら
せ板の上流に位置し、これによつて前記そらせ
板付きノズルは前記導管を経て前記充気室に供
給される気体物質と液体物質とを混合し、かつ
前記分配格子と組み合わせて配置されていてほ
ぼ均一な流れ分布の気体／液体混合物を均一に
上方に向けて前記沸騰床に供給するように構成
されているそらせ板付きノズルとを備えたこと
を特徴とする沸騰床反応装置用の流れ分配装置
である。

また、本発明は、均一な流れ分布の気体液体混
合物を反応装置の沸騰床に供給するための流れ分
配装置において、 (a) 前記反応装置の下部に設けられ、かつ前記反
応装置の下端部と側壁と前記反応装置内で前記
沸騰床の下に位置する分配格子とによつて形成
された充気室と、 (b) 前記反応装置の外側から前記充気室内に突出
し、かつ内端部が前記充気室内で下方に向いて
いる前記気体／液体混合物輸送用の導管と、 (c) 前記充気室の下端部に位置する円錐形流れ偏
向装置であつて、該流れ偏向装置はその底面が
充気室の下端部に固着され、その頂点が前記導
管の前記内端部に向き、前記流れ偏向装置の中
心線が前記導管の内端部の中心線とほぼ一線に
配置され、これによつて前記流れ偏向装置が前
記導管を経て前記充気室に供給された気体物質
と液体物質とを混合し、かつ前記分配格子と組
み合わせて配置されていてほぼ均一な流れ分布
の気体／液体混合物を均一に混合し上方に向け
て前記沸騰床に供給するように構成されている
円錐形流れ装置とを備えたことを特徴とする沸
騰床反応装置用の流れ分配装置である。

本発明は、石油および石炭スラリーのような炭
化水素供給流を水素ガスと共に、沸騰触媒床反応
装置内で均一に分配されるように取り扱うのに特
に有用であり、供給導管中の見かけ速度が約
2.4m／秒（8ft／sec）を超える場合に特に有用で
ある。従つて、ここに「気体／液体混合物」とい
う用語は、微細粒子状固体物質を含有する気体／
液体スラリ混合物をも含むものとする。

発明の説明 本発明においては、石炭から得た液体スラリと
水素との混合物のような供給流を343〜510℃
（650〜950°F）の温度および35〜211Kg／cm²ゲージ
圧（500〜3000psig）の条件下に、導管および円
盤−ドーナツ型そらせ板付きノズルのような整流
器を経て、反応装置の下端部に位置する充気室内
に送る。導管の内端部は下方に向いており、充気
室内のそらせ板付きノズルは充気室内の導管の内
端部に位置し、反応装置の下壁部に向けて下方に
向いている。そらせ板付きノズルは通常導管の内
端部内に前記導管の軸線に対し45〜90°の角度を
なすほぼ平行な離間した一連のそらせ板を有し、
このそらせ板付きノズルは充気室内で流れを横方
向、すなわち半径方向に外方に偏向させる。気体
−液体−固体物質から成る流動床を用いた反応装
置の充気室用の入口流れ分配器すなわちそらせ板
付きノズルは、充気室に供給される流動する流体
の運動エネルギーを分散させる汚れることのない
流れ分配器を提供する。そらせ板付きノズルは液
体及び気体の再循環流の充気室内への噴出を防止
し、液体の流れを充気室内に均一に分散させる。

反応装置の運転条件および充気室内の有効空間
によつて、そらせ板付きノズルは種々の形状にす
ることができる。液体流れ用のそらせ板付きノズ
ルは、再循環液体用導管の出口に位置する少なく
とも２個の好ましくは円形のそらせ板から構成す
ることができる。ノズルが充気室内の中央に位置
している場合には、これのそらせ板を互いに等距
離離間させるのが普通である。そらせ板付きノズ
ルの底板はむく板であり、入口流れを横方向に偏
向させて液体が充気室の底に直接衝突するのを防
止する。このそらせ板付きノズルの他のそらせ板
すなわち分散板は中央開口を有し、その大きさは
液体流の一部を遮り、かつ横方向すなわち半径方
向に外方に充気室内に偏向させる大きさとする。
これらの横方向流れの流路は充気室の底部を掃過
してよどみ区域を無くすような方向をとり、気
体／液体（または気体／液体固体物質スラリ）を
良好に混合し、流れ分配格子の開口を上向きに通
つて沸騰床に入る流れをほぼ均一にする。

各そらせ板間の間隔から半径方向に外方に流れ
る全物質の割合はそらせ板付きノズルの寸法を選
択することにより変えることができるが、通常流
れの一層大きい割合を最も下の間隔から流出させ
る。代表的なそらせ板付きノズルの設計において
は、入口液体流れの約40〜45％を最内側の底板で
偏向させ、約25〜35％を中間の板で偏向させ、残
りの流れを第１の板で半径方向に外方に偏向させ
る。充気室に片側から入つているが充気室の縦軸
線上に位置していないそらせ板付きノズルの場合
には、そらせ板を隣接そらせ板と約０〜10°の変
動する角度をなすように配置して充気室内で気
体／液体流れを均一に分散させる。

内径約1.5m（５フイート）未満の小直径反応装
置の場合には、供給する液体及び気体の流れを反
応装置の再循環液体と反応装置外で混合した後に
この混合物を反応装置の充気室内で、以下に説明
するように、第１図に示すそらせ板付きノズルを
使用して、均一に分布させるのが普通一層好都合
である。約1.8m（６フイート）より大きい直径を
有する反応装置の場合には、供給原料である液体
と気体との混合物を、反応装置の充気室内に別個
のそらせ板付きノズルを経て導入するのが普通望
ましい。例えば、円形または環状の有孔スパージ
ヤーリングを充気室上部に設置するのが普通であ
り、このスパージヤーリングは供給原料である気
体−液体混合物を反応装置の充気室内に均一に分
配するのに用いることができる。スパージヤーリ
ングによつて圧力低下を生じさせ、スパージヤー
リングからの気体−液体混合流を下方に向けて液
体における流れの運動エネルギーをほとんど消失
させることによつて、小気泡と供給液体とからな
る均一な流れが生成する。この運動エネルギー
は、充気室内における気体と液体との逆混合の強
さを増大させるのに利用される。スパージヤーリ
ングの開口による圧力低下は、代表的な重質原油
の改質および石炭液化のプロセスの場合には、通
常0.07〜1.05Kg／cm²（１〜15psi）の範囲である。

本発明の他の例においては、流れ分配器は導管
と円錐形流れ偏向装置とから成り、該流れ偏向装
置はその底面が充気室の下壁部に固着され、その
頂点が前記導管の内端部に向き、前記流れ偏向装
置の中心線が導管の内端部の中心線とほぼ一線に
配置されている。

上述の入口流れ分配器は、反応装置の分配格子
の上流において分配格子と組み合わせて使用さ
れ、沸騰触媒床反応装置用の優れた流れ分配装置
を提供する。定格流量におけるそらせ板付きノズ
ルによる圧力低下は、通常そらせ板付きノズルと
分配格子との両方による全圧力低下の５〜25％で
ある。分配格子は有孔板とすることができるが、
分配格子は多数の垂直管を備え、該垂直管はそれ
ぞれその上端部の上にキヤツプが設けられている
のが好ましい。本発明のこの流れ分配装置は、反
応装置の充気室内において、優れた気体と液体と
の接触および気体の混合を生じさせ、流体流れが
分配格子に直接衝突するという望ましくない現象
を無くし、充気室および分配格子上に支持されて
いる触媒床におけるコークス生成を最少にする。

本発明を第１図についてさらに説明する。第１
図に示すように、反応装置１４の充気室１２には
入口導管１０が挿入されている。導管１０はそら
せ板付きノズル型すなわち円盤−ドーナツツ型の
流れ分配器１６を備え、この分配器は充気室内で
下方を向いていて、液体と気体との混合物を充気
室に供給する。次いで、この混合物は均一に上向
きに流れ分配格子１８の開口１９を経て沸騰触媒
床２０内に進む。反応装置内の液体を沸騰触媒床
２０の上方から中央導管２４を経て再循環ポンプ
（図示せず）まで下向きに取り出し、これから前
記液体を新しい供給原料である液体をおよび気体
と共に入口導管１０を経てそらせ板付きノズル１
６に再循環させる。充気室１２は高さが導管１０
の内径の５〜10倍であり、流れ分配格子１８は直
径が導管１０の内径の４〜12倍であるのが好まし
い。

第２図に一層詳細に示すように、そらせ板付き
ノズル１６は少なくとも一枚の頂部環状そらせ板
３０を備え、環状板３０は中央開口３１を有し、
開口３１はむくの底部円形板３２の上流に位置
し、これらのすべては円周方向に等間隔に配置し
た３個の構造棒３３により一体に保持されてい
る。構造棒３３はそらせ板の外端縁に位置するの
が好ましい。通常次第に小さくなる中央開口３５
を有する追加の環状そらせ板３４を頂部そらせ板
３２と底部そらせ板３２との中間に位置させて、
導管１０からの流れを一層半径方向に分布させる
のに好ましいそらせ板付きノズルの構造にするこ
とができる。流れの一層多い割合を最も下の間隔
から流出させるのが好ましく、これは流体が分配
格子１８に達するまでに充気室１２内を一層長い
距離移動するからである。３枚の板を有するそら
せ板付きノズル１６の場合には、板の寸法は流体
の流れの約40〜45容量％が底部そらせ板３２によ
り半径方向に外方に偏向し、約25〜35容量％が第
２そらせ板３４により外方に偏向し、残りの流れ
が頂部そらせ板３０により半径方向に偏向するよ
うに選定するのが好ましい。所要に応じて、少な
くとも１枚の整流羽根（flow straightening
vane）３６を導管１０の内側中央に縦方向に配
置して、そらせ板付きノズル１６に達する流れパ
ターンをほとんど指向性のないようにすることが
できる。このような整流羽根３６は、どうにゆ管
１０内を流れる流体の偏向角が約30°を超える場
合に特に有用である。

第３図は本発明の流体の流れ分配装置の他の例
を示す。この例ではそらせ板付きノズル１６（破
線円内、第２図に相応する）を分配格子１８の下
の充気室１２の底部分において中央に位置させ、
下方に向け、反応装置の充気室１２の底から入口
導管１０の内径の1.0〜2.0倍の距離だけ上方に位
置させる。分配格子１８は内径1.91〜3.81cm
（0.75〜1.5インチ）の多数の垂直管２６を有し、
且つ垂直管２６はその内径の４〜10倍の距離だけ
格子の下方に突出しているのが好ましい。垂直管
２６は分配格子からこの管の内径の約1.5〜４倍
の距離だけ上方に突出させる。垂直管２６のそれ
ぞれの上端部の上には円筒形のキヤツプ２８を垂
直管２６から間隔をおいて設け、キヤツプ２８を
適当な構造部材（図示せず）によつて垂直管２６
から強固に支持する。キヤツプ２８は、運転の混
乱時あるいはプロセスの運転停止時に起こること
があるような、垂直管２６を通る上方への流体の
流れが存在しない場合でも常に触媒固体粒子２２
が沸騰床から垂直管２６内に入ることがないよう
に配置する。

円形または環状のスパーシヤーリング４０をそ
らせ板付きノズル１６の上方に設けて充気室の上
側部分１２ａにおいて気体および液体の流れを均
一に分布させる。スパージヤーリング４０はその
下側に一定間隔で離間する開口４１を有するスパ
ージヤーリング４０は下降導管２４を取囲んでお
り、スパージヤーリング４０は内径約2.4m（８フ
イート）を超えるような大直径の反応装置に特に
有用である。スパージヤーリング４０の多数の離
間する。開口４１は均一な圧力低下が生じるよう
な大きさとし、流れを下方に向けてその運動エネ
ルギーがほとんど消失しかつ充気室１２内におけ
る気体と液体との逆混合作用が増大するように位
置させる。

第４図に本発明のさらに他の例を示す。この例
では、流れ分配器は導管１０と円錐形の流れ偏向
装置４６とからなり、流れ偏向装置４６は充気室
１２の底部分内の中央に位置し、その底面は充気
室の底壁４９に固着されている。流れ偏向装置４
６の頂点４８は入口導管１０の下向き端１１の中
心線と一線に配置されていて、導管１０からの流
れを充気室１２の底壁に向かつてほぼ均一に半径
方向に外方に偏向させる。流れ偏向装置４６の円
錐表面はまつすぐにするか又は下端で外方に彎曲
させて充気室内の気体／液体混合物の流れが徐々
に外方に偏向し易くすることができる。従つて、
流れ偏向装置４６はそらせ板付きノズル１６の場
合と同様に作用し、これにより全体の流れは充気
室の壁に向かつて半径方向に外方に流れる。円形
または環状のスパージヤーリング４０を第３図の
構造の場合と同様に充気室１２の中央に流れ偏向
装置４６より上方に設け。

次に本発明を実施例について説明するが、本発
明はこれらの実施例によつて限定されるものでは
ない。

実施例 内径1.5m（５フイート）の沸騰触媒床反応装置
を備え、石炭液化用Ｈ−ロール法を用いる石炭水
素化プラント（200トン／日、カトレツブルグ
（Cutlettsburg）Ｈ−コールパイロツトプラント
反応装置）において、反応装置の外で供給原料で
ある石炭スラリーおよび気体を沸騰床からの再循
環流体流れと混合した。次いで、この一緒にした
流れ全体を、本発明装置の一例である第１図に示
すように、充気室内に側方から入る導管の下方を
向いた内端部に固定され、３枚の傾斜そらせ板が
装着され、下方を向いているノズルを経て分布さ
せた。充気室内にそらせ板付きノズルを配置した
結果、反応装置の沸騰触媒床内の流れ分布の不良
に起因する触媒床内におけるコーキングはほとん
どなくなつた。

内径3.4m（11フイート）の商業的Ｈ−コールプ
ラント（18000トン／日）の反応装置において、
反応装置の充気室内に、充気室内に側方から入る
導管の下方を向いた内端部に固定され、再循環液
体のスラリーの流れを分散させる３枚の傾斜そら
せ板が装着され、下方を向いているノズルと、該
ノズルの上方に位置し供給原料である液体スラリ
ーおよび気体を分配する円形スパージヤーリング
を設置した。

内径3.0ｍ（10フイート）の商業的Ｈ−オイル
プラント（5565Kl／日（35000バーレル／日））
の反応装置において、反応装置の充気室内に、入
口流れ分配装置として、沸騰床からの再循環液体
流れを分散させる３枚の水平板が装着され中央に
位置する垂直ノズルと、該ノズルの上方に位置し
供給原料である液体および気体の流れを均一に分
配するスパージヤーリングとを設置した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一例の縦断面図、第２
図は、本発明装置の備えるそらせ板付きノズルの
他の例の拡大断面図、第３図は、供給原料流と再
循環流とが別個の流れ装置を経て導入される本発
明装置の他の例の縦断面図、第４図は、第３図と
同様であるが、中央に位置する円錐形流れ偏向装
置を備える本発明装置のさらに他の例の縦断面図
である。 １０……入口導管、１１……入口導管の下向き
端、１２……充気室、１２ａ……充気室の上側部
分、１４……反応装置、１６……そらせ板付きノ
ズル（流れ分配器）、１８……分配格子、１９…
…開口、２０……沸騰触媒床（沸騰床）、２２…
…触媒固体粒子、２４……中央導管（下降導管）、
２６……垂直管、２８……キヤツプ、３０……頂
部環状そらせ板（上側の第１のそらせ板）、３１
……中央開口、３２……むくの底部円形そらせ板
（最下側の第３のそらせ板）、３３……構造棒、３
４……追加の環状そらせ板（中間の第２のそらせ
板）、３５……中央開口、３６……整流羽根、４
０……スパージヤーリング、４１……開口、４６
……円錐形流れ偏向装置、４８……頂点、４９…
…底壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 均一な流れ分布の気体／液体混合物を反応装
   置の沸騰床に供給するための流れ分配装置におい
   て、 (a) 前記反応装置の下部に設けられ、かつ前記反
   応装置の下端部と側壁と前記反応装置内で前記
   沸騰床の下に位置する分配格子とによつて形成
   された充気室と、 (b) 前記反応装置の外側から前記充気室内に突出
   し、かつ内端部が前記充気室内で下方に向いて
   いる前記気体／液体混合物輸送用の導管と、 (c) 前記充気室内の前記導管の内端部に固着され
   かつ前記反応器の下側壁部に向けて下方を向い
   たそらせ板付きノズルであつて、該そらせ板付
   きノズルは互いに離間した少なくとも２個のほ
   ぼ平行なそらせ板を有し、その最内側のそらせ
   板はむく板からなり、少なくとも１個の他のそ
   らせ板は中央開口を有しかつ前記むく板のそら
   せ板の上流に位置し、これによつて前記そらせ
   板付きノズルは前記導管を経て前記充気室に供
   給される気体物質と液体物質とを混合し、かつ
   前記分配格子と組み合わせて配置されていてほ
   ぼ均一な流れの分布の気体／液体混合物を均一
   に上方に向けて前記沸騰床に供給するように構
   成されているそらせ板付きノズル とを備えたことを特徴とする沸騰床反応器用の流
   れ分配装置。 ２ 前記離間したそらせ板を前記導管の内端部内
   に前記導管の軸線に対し45〜90°の角度で配置し
   た特許請求の範囲第１項記載の流れ分配装置。 ３ 前記そらせ板付きノズルを前記充気室の中央
   に位置させ、前記充気室に入る前記導管の軸線が
   前記充気室および反応装置の垂直中心線と45〜
   90°の角度をなすようにした特許請求の範囲第１
   項記載の流れ分配装置。 ４ 前記ノズルが３個の円形または環状のそらせ
   板からなり、上側の第１のそらせ板が中央開口を
   有し、中間の第２のそらせ板が前記上側の第１の
   そらせ板の開口より小さい中央開口を有し、最下
   側の第３のそらせ板がむく板である特許請求の範
   囲第１項記載の流れ分配装置。 ５ 前記上側の第１のそらせ板の中央開口が前記
   導管の内径の0.6〜0.75倍の直径を有し、前記中
   間の第２のそらせ板の中央開口が前記導管の内径
   の0.4〜0.5倍の直径を有する特許請求の範囲第１
   項記載の流れ分配装置。 ６ 前記そらせ板を前記導管の内径の0.3〜0.5倍
   に等しい距離だけ離間させた特許請求の範囲第１
   項記載の流れ分配装置。 ７ 前記そらせ板付きノズルによる流体圧力低下
   が前記そらせ板付きノズルおよび前記分配格子に
   よる全流体圧力低下の５〜25％である特許請求の
   範囲第１項記載の流れ分配装置。 ８ 前記導管が前記そらせ板付きノズルの上流に
   位置する少なくとも１個の整流羽根を備える特許
   請求の範囲第１項記載の流れ分配装置。 ９ 前記分配格子は多数の垂直管を備え、該垂直
   管はそれぞれ該管の上端部がキヤツプで覆われて
   いる特許請求の範囲第１項記載の流れ分配装置。 １０ 円形または環状のスパージヤーが前記充気
   室内で前記整流格子の下方かつ前記導管の上方に
   設けられている特許請求の範囲第１項記載の流れ
   分配装置。 １１ 均一な流れ分布の気体／液体混合物を反応
   装置の沸騰床に供給するための流れ分配装置にお
   いて、 (a) 前記反応装置の下部に設けられ、かつ前記反
   応装置の下端部と側壁と前記反応装置内で前記
   沸騰床の下に位置する分配格子とによつて形成
   された充気室と、 (b) 前記反応装置の外側から前記充気室内に突出
   し、かつ内端部が前記充気室内で下方に向いて
   いる前記気体／液体混合物輸送用の導管と、 (c) 前記充気室の下端部に位置する円錐形流れ偏
   向装置であつて、該流れ偏向装置はその底面が
   充気室の下端部に固着され、その頂点が前記導
   管の前記内端部に向き、前記流れ偏向装置の中
   心線が前記導管の内端部の中心線とほぼ一線に
   配置され、これによつて前記流れ偏向装置が前
   記導管を経て前記充気室に供給された気体物質
   と液体物質とを混合し、かつ前記分配格子と組
   み合わせて配置されていてほぼ均一な流れ分布
   の気体／液体混合物を均一に混合し、上方に向
   けて前記沸騰床に供給するように構成されてい
   る円錐形流れ偏向装置 とを備えたことを特徴とする沸騰床反応装置用の
   流れ分配装置。 １２ 前記導管が前記流れ偏向装置の上流に位置
   する少なくとも１個の整流板を備える特許請求の
   範囲第１１項記載の流れ分配装置。 １３ 前記分配格子は多数の垂直管を備え、該垂
   直管はそれぞれ該管の上端部がキヤツプで覆われ
   ている特許請求の範囲第１１項記載の流れ分配装
   置。 １４ 円形または環状のスパージヤーが前記充気
   室内で前記整流格子の下方かつ前記導管の上方に
   設けられている特許請求の範囲第１１項記載の流
   れ分配装置。