(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交差流れシステム内の粒状固体を支持するための装置であって、
前記装置は入口仕切り部（１０）を有し、前記入口仕切り部は、前記入口仕切り部に形成された開口（２０）を備え、前記各開口（２０）は下縁（１１０）および上縁を備え、
前記装置はさらに、出口仕切り部（１００）を有し、前記出口仕切り部は、前記出口仕切り部に形成された開口（１２０）を備え、前記各開口（１２０）は、下縁および上縁を備え、前記入口仕切り部（１０）と前記出口仕切り部（１００）とは、粒状固体を保持するために、粒子保持容積部を画定するように隔てられ、
前記装置はさらに、少なくとも１つのルーバ（３０）を有し、各ルーバ（３０）は上縁（６０）および下縁（７０）を備え、前記ルーバの前記上縁（６０）は、入口開口（２０）の上のところで前記入口仕切り部（１０）に取り付けられ、且つ、１°から８５°の間の角度θで前記粒子保持容積空間内に延び、前記ルーバの下縁（７０）は少なくとも前記入口開口（２０）の下縁（１１０）まで延び、
前記ルーバの下縁（７０）は、少なくとも
式  ｄ＝Ｌ×ｓｉｎ（θ）×ｔａｎ（φ）
により表される距離ｄよりも前記開口の下縁（１１０）の下に位置し、Ｌは前記ルーバの長さ、θは前記入口仕切り部（１０）から離れる方向に延びるルーバ（３０）の角度、φは前記粒状固体の安息角であり、
前記入口仕切り部（１０）および前記出口仕切り部（１００）は円筒形構造であり、前記入口のルーバ（３０）は前記入口仕切り部（１０）の円周の周りに延び、
前記入口ルーバ（３０）の少なくとも１つは、螺旋形状のルーバ（３０）を備え、前記螺旋形状のルーバ（３０）は前記入口仕切り部（１０）の周りに巻きつけられ、且つ、０．５°から１０°の間の傾き角を持つ、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ルーバは横縁（８０）を備え、前記装置はさらに、一対の延長部（９０）を有し、前記各延長部（９０）は、前記ルーバの１つの縁および前記入口仕切り部（１０）に取り付けられる、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記装置は、内側表面および外側表面を備える半径流反応器であり、前記入口仕切り部（１０）は前記内側表面を画定し、前記出口仕切り部（１００）は前記外側表面を画定する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記装置は、内側表面および外側表面を備える半径流反応器であり、前記入口仕切り部（１０）は前記外側表面を画定し、前記出口仕切り部（１００）は前記内側表面を画定する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記入口ルーバ（３０）の前記角度θは、垂直方向から１０°から５０°の間の角度である、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、最上部の前記入口ルーバ（３０）は、垂直方向から１°から２０°の間の角度で配置される、装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置であって、前記装置はさらに、入口羽根（１５０）を備え、前記入口仕切り部（１０）は粒子側およびガス側を備え、前記入口羽根（１５０）は上縁（１６０）および下縁（１７０）を備え、前記入口羽根の下縁（１７０）は、前記入口仕切り部の開口の下縁（１１０）のところで前記入口仕切り部（１０）の前記ガス側に取り付けられる、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性粒子接触の分野および流体と粒子とを接触させる装置に関する。より詳細には、本発明は、交差流れ流体の粒子の移動床に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類のプロセスは、流体と固体との接触を提供するために半径流反応器を用いる。固体は通常は触媒物質を有し、そこで流体が生成物を生成するように反応する。このプロセスは、炭化水素転化、ガス処理、分離のための吸収を含む範囲のプロセスを含む。
【０００３】
半径流反応器は、反応器が環状構造を備えるように構成され、また、環状分配装置および環状収集装置が存在するように構成される。分配および収集のための装置は、ある種のスクリーン面を備える。スクリーン面は、触媒床を所定位置に保持するためのもので、また、反応器床を通る半径流れを促進するために反応器の表面上の圧力を分配するのを支援するためのものである。このスクリーンは、メッシュまたはワイヤその他の材料であり、あるいは穴空き板とすることができる。移動床において、スクリーンまたはメッシュは、固体触媒粒子が失われるのを防止する障壁を提供し、また一方で床を通る流体の流れを許容する。固体触媒粒子は頂部に加えられ、装置を通って流れ、底部で取り除かれる。その間、触媒粒子は触媒への流体の流れを許容するスクリーン囲いを通過する。好ましくは、スクリーンは非反応性材料で構成されるが、現実には、スクリーンは腐食によりしばしばいくつかの反応を起こし、経時的な問題が腐食されたスクリーンまたはメッシュから生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触媒粒子を床内に保持するために用いられるスクリーンまたはメッシュは、粒子が通過しないように十分に小さな開口を備えるように寸法決めされる。重要な問題は、触媒床を所定位置に保持するためおよび反応器床を通る反応物の分配に用いられるメッシュまたはスクリーンの腐食である。腐食はスクリーンまたはメッシュの開口を塞いで流体が流れないデッドボリュームを形成することがある。また、腐食は大きな開口を形成し、ここで触媒粒子が流体とともに触媒床から流出してしまい、プロセスから失われコストを増大させることがある。これは、触媒の許容できない損失を生じさせ、追加の触媒を生成する必要が生じるのでコストを増大させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの制限を克服するための反応器の設計は、炭化水素処理のコストの有意な部分である、修理のための中断時間および触媒の損失を有意に省くことができる。
上述の問題の解決策は、流体が自由に触媒床を流れることができ、一方で、触媒が触媒保持容積部内に維持される、触媒保持装置を設計することである。本発明は、粒状固体の支持するための装置である。この装置は、ガスが流入することができる開口を備える入口仕切り部と、ガスが流出することができる開口を備える出口仕切り部とを有し、入口仕切り部と出口仕切り部とは粒状固体を保持する容積部を画定する。この装置はさらに、少なくとも１つのルーバを備え、このルーバは、入口開口の上に位置し、固体を保持するための容積部内に延びる。ルーバは下方に延びて入口開口を覆い、固体が入口開口を通過するのを防止する。ルーバは上縁および下縁を備え、入口開口は上縁および下縁を備える。ここで、ルーバの上縁は、ルーバの上縁が少なくとも入口開口の上縁と同程度の高さになり且つルーバの下縁が固体を保持する容積部内に延びて少なくとも入口開口の下縁と同程度の低さになるような位置で、入口仕切り部に取り付けられる。ルーバは、入口仕切り部から１°から８５°の間で延びる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の装置の入口仕切り部の一部を示す図である。
【図２】延長部を含むルーバを示す図である。
【図３】本発明の入口仕切り部を備える半径流反応器の垂直断面図である。
【図４】触媒閉じ込め構造を備える半径流反応器の第２の実施形態の垂直断面図である。
【図５】半径流反応器の内側入口仕切り部の周りの螺旋ルーバの実施形態を示す図である。
【図６】本発明の装置上の入口羽根の使用形態を示す図である。
【図７】粒子保持容積部から離れて外側に延びるルーバを備える本発明の装置の入口仕切り部の一部を示す図である。
【図８】ルーバが粒子保持容積から外側に延びる、本発明の装置の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
触媒が環状領域に流れ、触媒床または粒状固体を保持するための粒子保持容積部を画定する環状領域が内部スクリーン仕切り部および外部スクリーン仕切り部により画定される、半径流反応器には問題がある。通常はガスである流体は、仕切り部および触媒床を横切って流れ、通常はガスである生成物を生成するために触媒とともに反応する。スクリーン仕切り部には、触媒粒子が通過しない程度に十分に小さい穴が必要であるが、しかし、この穴は塞がれてガスが通過できないデッドスペースを形成しやすく、また、仕切り部は腐食および浸食されて触媒が流れ出す穴を形成しやすい。
【０００８】
また、装置は粒状固体吸着剤上を流れる流体からの成分を吸着するための吸着装置とすることができる。これは、吸着剤が装填され、吸着剤が吸着装置を通って流れずに入口仕切り部および出口仕切り部により所定位置に保持され、流体が粒状の吸着剤を通って流れる装置を含む。本発明の装置は、ガスが交差して流れるとともに装置を通る固体が下側に、すなわち重力の方向に流れるように向いている。従って、下方および上方という語を用いる場合、重力の方向に対する方向である。
【０００９】
本願の半径流反応器の改良は、スクリーンのない（スクリーンレス）入口仕切り部１０を用いることにより、反応器を改良する方法を提供する。入口仕切り部の断面が図１に示されており、ここで本発明は、１つの開口２０、開口２０を覆うルーバ３０とともに入口仕切り部１０に関して説明される。ルーバ３０は長さＬであり、粒子保持領域に角度θで延びる。角度θは符号４０で示されている。ルーバは、粒子保持領域にＬ×ｓｉｎ（θ）の距離だけ突き出しており、仕切り部の方向に沿って下方にＬ×ｃｏｓ（θ）の距離だけ延びている。開口は下縁１１０を備え、ルーバは下縁７０を備える。ここで、ルーバの下縁７０は、少なくとも開口の下縁１１０まで入口仕切り部に沿って延びる。
【００１０】
反応器の充填工程の間、固体は粒子保持空間を充填し、固体の一部は入口仕切り部１０とルーバ３０との間に形成される空隙容積部に流れる。触媒が入口開口２０を通って流れることが可能であれば、この容積部の埋め戻し（backfilling）は触媒の損失を与える。触媒は石油精製において最も有意にコストがかかるものの１つであるので、触媒の損失を防ぐことは重要なコスト削減である。開口の下縁がルーバの下縁よりも、粒状の触媒の安息角φにより決定される距離だけ高い位置にあれば、開口２０を通る触媒の流出は避けられる。安息角は符号５０で表されており、粒子状の固体の性質による。大量の粒子を水平面上に流すと円錐形の山が形成され、この山の縁と水平面との間の角度が安息角として知られている。この角度は、粒子のサイズおよび形状、密度、粒子の摩擦係数などの材料の物理的性質に関係する。
【００１１】
好ましくは、ルーバの下縁の上の開口の下縁の距離または高さは、以下の式、すなわち
ｄ＝Ｌ×ｓｉｎ（θ）×ｔａｎ（φ）    （１）
により決定される。この式において、Ｌはルーバの長さ、θは入口仕切り部から延びるルーバの角度、φは粒状の固体の安息角である。ルーバの長さＬは、入口仕切り部１０に取り付けられたルーバの上縁６０から粒子保持容積部内に延びるルーバの下縁７０にわたる長さである。
【００１２】
角度４０、すなわちθは垂直方向から１０°から５０°の間であり、好ましくは１５°から３５°の間であり、より好ましくは１５°から２５°の間である。ルーバの角度は、流入ガスとルーバの下でさらされる粒状固体の床の表面との接触面積が、スクリーン開口の表面積と同じかまたはそれより大きくなるように選択されることが好ましい。
【００１３】
ルーバ３０の角度４０は、固体が装置を流れるときに、粒状固体の停滞を最小化するように選択される。最上部のルーバは、装置のより下方の連続するルーバよりも急勾配であると好ましいことが分かった。好ましくは、この最上部のルーバは、垂直方向から１°から２０°の間の角度を向いているとよい。
【００１４】
開口２０は円形の穴または概ね水平方向を向いたスロットとすることができる。あるいは、開口２０は、式（１）により決定される距離だけ、ルーバの下縁よりも開口の下縁１１０が上にくるような任意の寸法および形状としてもよい。開口が非直線形の下縁を備える場合、参照する下縁は開口の下縁に沿って最も下の位置である。
【００１５】
一実施形態において、ルーバ３０は入口仕切り部１０の幅方向に延び、または放射状の反応器の場合、ルーバ３０は入口仕切り部１０を取り囲み、あるいは円筒形の入口仕切り部１０に取り付けられたリングを形成し、各ルーバ３０が複数の開口を覆う。長いルーバの場合、開口２０は、概ね水平方向を向いた細長いスロットすることができる。
【００１６】
他の実施形態において、ルーバ３０は入口仕切り部の幅方向に延びずに開口の上に延び、さらに、図２に示すような延長部を備える。ルーバは横縁８０および延長部９０を備え、延長部９０は、ルーバ３０の横縁８０から入口仕切り部１０まで延び、開口２０の上に効果的にシュラウドを形成する。
【００１７】
半径流反応器において、反応器は内側表面および外側表面を有し、円筒形構造を形成する内側表面と外側表面との間に触媒が配置される。所望の流れ特性に応じて、内側表面は位置口仕切り部とすることができ、外側表面は出口仕切り部とすることができる。代替的に、外側表面を入口仕切り部とし、内側表面と出口仕切り部としてもよい。考えられる選択する特性は、これに限定するわけではないが、流体の流量を含む。流量は、流体の温度変化とともに、流体中の化学成分のモル数の増減により流体が膨張するか収縮するかを含む。図３に半径流反応器の垂直断面図が示されており、ここで、外側表面は入口仕切り部１０であり、内側表面は出口仕切り部１００である。触媒が、粒子保持容積部内で反応器の下方に流れるときに、ガスは入口仕切り部１０を通る。ルーバ３０は粒子保持容積部内に延び、ルーバの下縁７０は、入口開口の下縁１１０の下方に延びる。出口仕切り部１００は、触媒粒子を保持するために、固体粒状粒子が粒子保持容積部から通過することを防ぐ寸法の穴を備えたスクリーンとすることができ、または、上述または図４に示されているように、入口仕切り部１０のようなスクリーンレスルーバシステムとすることができる。ここで、出口仕切り部１００は、そこに画定される開口１２０を備え、開口１２０は、ルーバ１３０で覆われ、ルーバ１３０は粒子容積保持部内に下方向に延びる。一変形例として、出口仕切り部は、全体を、触媒の通過を防止する程度に十分に小さい寸法の穴を備えたスクリーンで形成することができる。出口ルーバ１３０は、下縁１４０および上縁１５０を備え、ここで上縁１５０は、覆われた出口開口１２０の上方で出口仕切り部１００に取り付けられる。出口ルーバの下縁１４０は、上で定義した距離ｄだけ、出口開口の最下縁の下に所定距離だけ延びる。ここでルーバ１３０は、垂直方向から角度θで延び、粒状固体は安息角φを持つ。外側ルーバ１３０の角度は、１０°から５０°の間であり、好ましくは１５°から３５°の間の角度である。最上部の外側ルーバ１３０の角度は、１°から２０°の間の角度とすることができる。
【００１８】
大きな交差流量を持つ反応器の場合、外側ルーバの縁は、好ましくは、出口仕切り部開口の下縁よりも下に所定距離だけ延び、この距離は、入口ルーバの下縁が位置口仕切り部の開口の下縁の下に延びる距離よりも大きい。
【００１９】
好ましい実施形態は半径流反応器であるが、本発明は、入口仕切り部および出口仕切り部が実質的に平行面構造である、反応器または吸着装置に応用することができる。
本発明は、多くの可能な設計を提供する。このような一実施形態は、反応器の内側に入口仕切り部を備える半径流反応器である。入口仕切り部１０は、実質的に円筒形の構造を形成し、ルーバ３０は、入口仕切り部の粒子保持容積部側で、入口仕切り部の周りに螺旋構造状に配置される。ルーバは、図５に示すように入口仕切り部１０に取り付けられて入口仕切り部１０の周りに螺旋状に巻きつけられ、ここで螺旋の傾き角度１４０は、０．５°から１０°の間である。ルーバ３０は、単一のルーバ３０が入口仕切り部１０の周りに巻きつけられている限り、入口仕切り部１０に巻きつけられた単一の部材または複数の部材とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、入口仕切り部１０に対するルーバの変更可能な角度θを提供する。ルーバ３０が入口仕切り部に対して形成するこの角度は、随意選択として、反応器の入口仕切り部１０の長さの下方の位置に応じて変更してもよい。最上部の角度が入口仕切り部において、ルーバの最も急勾配の傾斜を提供する最小の角度であり、最上部のルーバに対して下方に位置するルーバ３０がより大きな角度であることが好ましい。この角度は徐々に大きくしてもよく、また、一度に大きくして入口仕切り部１０の下方でその角度のままにしてもよい。これは、１つまたはそれ以上の螺旋ルーバを備える設計においても当てはまり、単一の螺旋ルーバ３０の場合、ルーバ３０は小さな初期角度を持ち、入口仕切り部１０の周りに巻きつけられた各螺旋においてルーバ３０の角度が増加する。この角度θは、１°から５０°まで変更可能である。
【００２１】
本発明の装置はさらに、反応器の頂部に、粒子保持容積部内での粒状固体粒子の下方への流れを促進する流体入口を備えることができる。
本発明の他の実施形態は、図６に示すように入口羽根を備える。入口羽根１５０は、入口仕切り部１０のガス側に、粒子保持容積部側から離れるように配置される。入口羽根１５０は上縁１６０および下縁１７０を備え、入口羽根は、入口羽根の下縁１７０が入口仕切り部１０の開口の下縁１１０の下になるように、入口仕切り部に取り付けられる。入口羽根１５０の、入口仕切り部１０に対する角度は、１０°から５０°の間である。入口羽根１５０は様々な構成とすることができ、限定しないがルーバ状の形状であり且つ複数の入口開口の上に延びる構成することができ、あるいは、各入口開口が入口羽根を備える丸い形状とすることもできる。
【００２２】
他の実施形態において、本発明の装置は、開口２０を備える入口仕切り部１０と、開口を備える出口仕切り部１００とを備える。ここで、入口および出口の仕切り部は、粒状固体を保持するために、仕切り部の間に粒子保持容積部を画定する。また、各入口開口２０は、上縁１８０および下縁１１０を備える。この実施形態の装置の入口仕切り部１０の一部が図７に示されている。この装置はさらに少なくとも１つのルーバ３０を備え、各ルーバは上縁６０および下縁７０を備える。各入口開口は、入口仕切り部に取り付けられたルーバ３０を備え、ここで、ルーバの下縁７０は、入口開口２０の下縁１１０のところで入口仕切り部１０に取り付けられる。また、ルーバの下縁７０は、粒子保持容積空間から、１°から８５°の間の角度θで離れる方向に延びる。また、ルーバの上縁６０は、上述の式（１）に従って、開口の上縁１８０から上方に所定距離ｄだけ延びる。ここで、Ｌはルーバの長さであり、θは入口仕切り部から離れる方向に延びるルーバの角度であり、φは粒状固体の安息角である。
【００２３】
他の実施形態として、開口は横縁を備え、ルーバ３０は横縁を備える。ルーバ３０は一対の延長部を備え、ここで、延長部はルーバの横縁に取り付けられ、延長部は入口仕切り部とルーバとの間を延びる。各延長部は、ルーバと入口仕切り部との間の横ギャップを閉じるために、開口の横縁に取り付けられる。延長部は、触媒が反応器から流出することを防止するためのさらなる手段を提供する。
【００２４】
好ましくは、ルーバ３０は、入口仕切り部１０から離れる方向に１０°から５０°の間の角度で延び、より好ましくは１５°から３５°の間の角度で延びる。装置を通る粒状固体の流れを促進するために、最上部のルーバ３０は、入口仕切り部１０から離れる方向に１°から２０°の間の角度で延びることが好ましい。
【００２５】
第１の実施形態に関して、この実施形態では、出口仕切り部１００はスクリーン開口を備え、ここでスクリーンは、装置を通って流れる固体粒状粒子の通過を防止できる程度に十分に小さな開口を備える。代替的に、本装置は、図８に示されるように、入口仕切り部１０および出口仕切り部１００を備えてもよい。ここで入口仕切り部１０は、入口仕切り部に画定される開口を備え、また、入口開口の下縁のところで入口仕切り部に取り付けられるルーバ３０を備える。また、ここで出口仕切り部１００は、出口仕切り部に画定される開口を備え、また、出口開口の下縁ところで出口仕切り部１００に取り付けられるルーバ１３０を備える。この実施形態において、ルーバ３０、１３０は粒子保持容積部から離れる方向に延びる。
【００２６】
本発明は、随意選択の設計および可能性を有する。このような、本発明のもとで可能な一設計は、入口開口２０を覆うための円錐形状部または角錐形状部の利用である。ここで円錐形状部は、円錐形状の頂点が上方向を指すように入口仕切り部１０に取り付けられ、円錐形状部の下縁は、上述のように開口の下縁の下方に所定距離だけ延びる。本発明の文脈においては、上方は重力と反対の方向である。
【００２７】
随意選択として、ガス流の流れを変え、さらに仕切り部の開口を通って固体粒子が流出するのを防止するのに役立つように、ルーバを修正してもよい。このような修正の１つは、バッフルの追加を含む。このバッフルはルーバの下側に取り付けられ、ルーバからガス流に実質的に垂直に、しかしルーバの下縁の上に突き出す。好ましくは、バッフルは、ルーバの上縁からルーバの下縁までの距離の１０％から９０％の間の位置で、ルーバ上に配置される。追加的に、バッフルは、入口仕切り部に追加されてもよく、ここで、入口仕切り部のバッフルは、ルーバの下に且つ入口開口の下に、しかし粒状固体が位置口仕切り部に接触する位置より上に配置される。この入口仕切り部上のバッフルは、一般に、ルーバの下縁の上方に位置する。バッフルはさらに、ガス流れを触媒床へ再分配するために、触媒の面の上に位置するスクリーンを含むことができる。
【００２８】
本発明は、現在において好ましいと考えられる実施形態とともに説明されてきたけれども、本発明は開示した実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲内で、様々な修正形態や均等な構成を含むことが意図されていることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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