(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給材料と供給材料分配装置とが接触する接触カラムのセクションであって、
前記セクションの内部への少なくとも１つの供給材料導入口と、
前記接触カラムの前記内部に位置する少なくとも１つの前記供給材料分配装置と、を備え、
各供給材料分配装置は、その間に空隙を備える複数のプレートによって形成されており、
第１供給材料分配装置が、少なくとも第１供給材料導入口の前方に配置されており、
前記複数のプレートの少なくともいくつかは、その面が前記供給材料導入口と対面し、その縦方向の寸法が前記供給材料導入口の直径よりも大きく、且つ、その水平方向の寸法が前記供給材料導入口の直径よりも小さく設定されており、平面視において、直線、スタガ線状、規則的な円弧、不規則な円弧、Ｖ字状となる形態から成るグループから選択される形態で少なくとも１つの前記供給材料導入口の前に配置されており、
前記複数のプレートが前記第１供給材料導入口からの供給材料流の少なくとも一部を垂直方向に偏向させることが可能で、かつ、前記プレート間の前記空隙が前記第１供給材料導入口から導入された供給材料流の別の部分が、偏向角無しで前記第１供給材料分配装置を通過することを許容することが可能である接触カラムのセクション。
【請求項２】
単数又は複数の第２供給材料分配装置が、一連のそのような装置において、前記第１供給材料分配装置から分離して、かつ、それに対して平行又は同心状に配置されている請求項１に記載の接触カラムのセクション。
【請求項３】
前記第１供給材料分配装置と列を成す、前記単数又は複数の第２供給材料分配装置の前記プレートは、前記第１供給材料分配装置の前記空隙と少なくとも部分的に一列に配置されている請求項２に記載の接触カラムのセクション。
【請求項４】
前記単数又は複数の供給材料分配装置の上方および／又は下方に分離セクションが設けられている請求項１〜３の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項５】
前記第１供給材料導入口は、各供給材料分配装置から分離している請求項１〜４の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項６】
前記分離セクションは、分離、蒸留、熱伝導、抽出、洗浄処理又は吸収のいずれかのためのセクションである請求項４に記載の接触カラムのセクション。
【請求項７】
前記セクションは、互いに１８０度以下の角度で分離された二つの供給材料導入口を有し、前記少なくとも１つの供給材料分配装置は、前記供給材料導入口の両方の前方に位置するための形態でかつ十分な水平方向の寸法で配置されている請求項１〜６の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項８】
前記少なくとも１つの供給材料分配装置の前記プレートは、前記第１供給材料導入口から前記セクションに導入される供給材料の少なくとも一部分を、前記供給材料導入口によって規定されるその元の方向から、この元の方向に対して鉛直で、かつ、前記カラムの壁に対して平行な方向へと偏向するように配置されている請求項１〜７の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項９】
前記セクションは、蒸留カラム、真空蒸留カラム、剥離カラム、吸収カラム、抽出カラム、洗浄カラム、又はそれらの組み合わせのカラム、に使用される請求項１〜８の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項１０】
前記セクションは、前記供給材料がフラッシュ供給材料であるカラムに使用され、前記少なくとも１つの供給材料分配装置の前記プレートは、前記供給材料導入口の上方の前記分離セクションに入る前記フラッシュ供給材料の少なくとも一部分の局所的速度の大きさを減少させるように配置されている請求項１〜９の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項１１】
前記供給材料分配装置は、前記供給材料導入口の前方に、前記供給材料が、前記カラムセクションの中心に対してよりも前記供給材料導入口により近い位置において、前記供給材料分配装置の少なくとも一部分に出会うように配置されている請求項１〜１０の何れか一項に記載の接触カラムのセクション。
【請求項１２】
供給材料と供給材料分配装置とが接触する接触カラムを運転する方法であって、
前記接触カラムが、壁と、少なくとも１つの分離セクションと、前記カラムのセクションへの少なくとも１つの供給材料導入口とを備えるものにおいて、前記方法は、供給材料流を、供給材料導入口を介して前記カラムの前記セクションに導入する工程と、
前記供給材料分配装置を使用して、前記少なくとも１つの供給材料分配装置に接触する前記供給材料流の一部分を偏向させる工程と、を有し、
そのような方法で方向付けられ、その間に空隙を備える複数のプレートから構成される分配装置を、前記プレートが前記供給材料流の少なくとも一部分を垂直方向に偏向し、かつ、前記プレート間の空隙が、偏向角無しで第１供給材料導入口から導入される前記供給材料流の別の部分が前記供給材料分配装置を通過することを許容するように使用し、
前記供給材料分配装置は、その間に空隙を備える複数のプレートによって形成されており、
前記複数のプレートの少なくともいくつかは、その面が前記供給材料導入口と対面し、その縦方向の寸法が前記供給材料導入口の直径よりも大きく、且つその水平方向の寸法が前記供給材料導入口の直径よりも小さく設定されており、平面視において、直線、スタガ線状、規則的な円弧、不規則な円弧、Ｖ字状となる形態から成るグループから選択される形態で少なくとも１つの前記供給材料導入口の前方に配置されている、接触カラムを運転する方法。
【請求項１３】
前記供給材料分配装置は請求項１〜１１のいずれかの供給材料分配装置である請求項１２に記載の接触カラムを運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離カラム、特にその供給材料が気体、液体又は気体/液体混合物である蒸留カラム、に関する。そのようなカラムは、単数又は複数の導入口から供給材料流がその内部に向けられるカラムのセクションを備えている。より詳しくは、本発明は、そのようなセクションでの供給材料流の分配の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
供給材料流の少なくとも一つが気体/液体混合物である蒸留カラムにおいては、気体の大部分がこの蒸留カラムの上流の気化手段によって生成されることから、気体を供給材料流位置の上方の分離セクションに導くことが必要である。通常、気体から液体を多かれ少なかれ完全に分離することが望ましい。更に、前記混合物の気体部分の流れ方向を変えることが望ましい。非常に多くの場合、気相の流れ方向を、水平な流れから垂直又は上方への流れに変える必要がある。又、この気体流を受け取る分離セクションも、気体がこの分離セクションの全断面領域に渡って均一に分配される場合に最も運転が良好になる。
【０００３】
真空圧で作動する気体/液体混合接触装置において、この接触装置に入る混合物は、高い速度を有することが多い。そして、この高い速度によって流れの方向を急に変えることが困難となる。気体流の位置の上方の断面への混合物の気体部分の分配が理想から外れていることは、気体流が接触セクションに入るときに高い局所的な垂直方向速度成分ピークを有することと相関する。
【０００４】
これらのストリームの高い速度は、気体/液体接触装置の設計に対する課題を作り出す。接触装置の製造コストを適度に抑えるためには、供給材料導入口とその上方の分離セクションとの間の垂直方向の距離を最小限にとどめなければならない。更に、このポイント/部分における接触装置の高さの増大は、それによってそれらをより大きな容量パラメータ（ポンプヘッドなど）用に設計することが必要となることから、ポンプなどの補助装置のコスト高にもなる。接触装置の高さの増加によって影響を受けるその他のコスト要因として構造スチール、ケーブル配線、土台等がある。
【０００５】
上述した条件が一般的である気体/液体接触装置の一つの分野は、石油精製所、特に、大気圧原油蒸留装置、大気原油底のための真空蒸留装置、種々のその他の蒸留カラムの分野である。他の蒸留サービスにおける一つの具体的な箇所は、カラムへの再沸騰装置戻し構造であって、そこでは、気体/液体混合物が、多くの場合、気化手段として作用する供給材料フラッシング流として再沸騰装置からカラムへと導入される。
【０００６】
当業者は、上述した状態が、供給材料が装置に導入される全ての接触装置において少なくともある程度は、存在することを理解するであろう。
【０００７】
特許文献１，２は、供給材料からの上昇蒸気が不純物又は汚染物を混入させる、混入という別の問題に、供給材料導入口の位置と配置とを変化させることによって取り組んでいる。これに加えて、それらは、供給材料導入口の領域に混入防止装置を導入しており、この装置は、その中心部に導管を備えた状態でストップト・ファン（stopped fan）のように単数又は複数の径方向に連続配置されたプレートから構成されている。これらの装置の目的は、本発明の装置と異なり、供給材料流がプレートの表面に沿って流れてより純度の高い気体流を作り出すように前記プレートを供給材料流導入口に対して実質的に平面状に配置することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００７／０８９８８８号パンフレット
【特許文献２】米国特許第５，９７２，１７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、少なくとも、供給材料流分配装置が、それ自身で、導入カラムセクション内において供給材料流分布を作り出し、供給材料流導入口の配置を変えることを必要とせず、圧力低下が最小限になり、かつ、設計がはるかに単純でシステムの供給材料流体力学を容易に計算しモデル化することが可能であると理由から、従来技術を改善するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの課題は、接触装置カラムに導入される時の供給材料流の分配を容易にすることにある。
【００１１】
前記課題は、カラムセクションにここに記載されクレームされる供給材料分配装置を備えさせることによって達成される。
【００１２】
より具体的には、供給材料分配装置無しでの分配と比較して、供給材料の気体又は蒸気部分を供給材料位置の上方の分離セクションの断面領域に沿ってより均等に分配するために使用可能な供給材料分配装置を提供することを課題とする。もう一つの課題は、それ自身で、又は供給材料のより均等な分配と共に、前記供給材料位置の上方の分離セクションに導入される供給材料の少なくとも一部の局所速度の最大量を低減するために前記供給材料分配装置を使用することにある。
【００１３】
本発明の更に別の課題は、システムにおいて大きな圧力低下を引き起こすことなく供給材料を分配するための解決手段を提供することにある。
【００１４】
上述した諸課題は、供給材料分配装置として知られる、間に空隙を備える少なくとも一列のプレートを単数又は複数の供給材料導入口の前方に配置することによって達成される。前記プレート列は、導入される供給材料の流れが、供給位置の上方の分離セクションの断面領域に沿ってより均等に分配され、分離セクションに入る供給材料流の最大局所速度が低減されるように、注入される供給材料の流れを十分に変化させるような位置と形態で構成される。
【００１５】
本発明による、供給物をその成分に分離するための分離カラムのセクションは、前記カラムセクションの内部への少なくとも一つの供給材料導入口と、この少なくとも一つの供給材料導入口の実質的に前方に配置された少なくとも1つの供給材料分配装置とを有する。前記供給材料分配装置の好適な寸法は、各プレートの縦寸法が少なくとも供給材料導入口の縦寸法であり、プレート列とプレート間の空隙の水平方向寸法が少なくとも供給材料導入口の横寸法であるような寸法である。但し、各プレートの縦寸法は、この縦寸法が設計の前記目的を達成するのに十分なものである限りにおいて、少なくとも供給材料導入口の縦寸法である必要はない。同じことはプレート列とプレート間の空隙の水平方向寸法にも当てはまる。
【００１６】
運転中、前記少なくとも１つの供給材料分配装置のプレートは、前記第1供給材料導入口から前記セクションに導入される供給材料流の少なくとも一部を、前記供給材料導入口によって規定されるその元の方向から、別の方向、典型的には、前記カラムの壁に対して実質的に平行な方向、即ち、垂直方向、に近づく方向へと偏向させる。前記供給材料流の別の部分は、偏向角度無く、又は、遥かに小さな偏向角で、前記空隙を通るように向けられる。これにより、供給材料導入口の前方に供給材料分配装置を持たない状況と比較して、供給材料導入口の上方の分離セクションへの流れのより均等な分配が達成される。
【００１７】
一実施例によれば、前記分離カラムは、フラッシングされる供給材料を前記カラムの下部又は底部に導入する再沸騰装置からの少なくとも1つの供給材料導入口と、前記フラッシング供給材料の流路に位置する少なくとも1つの供給材料分配装置とを有する。
【００１８】
本発明による、分離カラムおよび／又は気体/液体接触カラムへの導入供給材料の流れ特性を変化させる方法は、蒸気部分を有する供給材料を、この供給材料流の通路に実質的に位置する供給材料分配装置を備える分離カラムのセクションに、前記供給材料導入口の上方の分離セクションに向けられる前記供給材料流の少なくとも一部がその最大局所速度の大きさが低減され、かつ、前記供給材料流の前記部分が前記分離セクションの断面領域に遥かにより均等に分配されるように導入する工程を有する。
【００１９】
上述した特許文献１，２に開示の構成と異なり、本発明の前記供給材料分配装置は、流れを偏向、拡散、分配するように構成される。好ましくは、非フラッシング流又はフラッシング流とすることができる前記流れは、元の供給材料流から離間し、かつ、混入防止装置の場合のように元の流れに対して実質的に平行ではない角度で偏向される。
【００２０】
より具体的には、本発明は、請求項１と１３との特徴部分に記載のものによって特長付けられる。
【００２１】
本発明の手段によって大きな利点が達成される。供給材料がシステムに導入されるポイントへの単数又は複数の供給材料分配装置の追加によって、システムの内部に対して有害な供給材料流特性、主として、高速度、を軽減することができる。更に、流れの方向をそれが前記供給材料分配装置の上方の分離セクションの断面領域に均等に分配されるように変化させることによって前記分離セクションの効率が増大し、それと同時に、カラムセクションの縦方向の寸法を最小限にすることが可能となる。カラムセクションの縦方向の寸法を最小限にすることによって、よりコスト効率的なカラム設計とメンテナンスが可能になる。本発明のその他の利点は、問題のカラムセクションの上方に位置する分離セクションに向けられる供給材料の一部の実質的に均等な分配を維持し、かつ、前記カラムセクションにおける圧力損失を最小限にとどめながら、所望の場合、メンテナンスと設計の目的のために複数の供給材料導入口を互いにより近く位置させることが可能となることである。
【００２２】
前記供給材料分配装置は、通常、前記カラムの長手軸心に沿って配向される長手プレートと空隙とを有する。
【００２３】
前記カラムは、好ましくは、蒸留、真空蒸留、剥離、吸収、抽出、洗浄カラム、又はこれらの組み合わせのいずれかである。
【００２４】
一実施例に拠れば、前記分配装置の前記プレート、或いは、列状に設けられる複数の装置の場合は、供給材料分配装置のそれぞれは、直線状形態、即ち、直線に沿って、配設される。或いは、前記形態(フォーメーション)は、スタガ線状（staggered line）、規則的な円弧、不規則な円弧、或いは、例えばＶ字状形態であってもよい。シミュレーションとテストによれば、特に有利な形態(フォーメーション)は、供給材料導入口から離間する曲線の中心を有する円弧状である。
【００２５】
一実施例に拠れば、第１供給材料分配装置に加えて、この第１供給材料分配装置とは別に、かつ、これに対して直列、並列又は同心状に少なくとも１つの第２供給材料分配装置が設けられる。前記第１供給材料分配装置と直列の前記単数又は複数の第２供給材料分配装置のプレートは、好ましくは、前記第１供給材料分配装置の空隙に対して少なくとも部分的に一列（in-line）状に配設される。即ち、これらの装置は、前記供給材料導入口から見て供給材料流の方向と一列の少なくとも一つの空隙を有する。
【００２６】
一実施例に拠れば、前記単数又は複数の供給材料分配装置の上方および／又は下方に分離セクションが設けられる。この分離セクションは、分離、蒸留、熱伝達、抽出、洗浄作業又は吸収用のものとすることができる。
【００２７】
一実施例に拠れば、前記セクションは、その導入方向が前記カラムの丁度反対側には位置しない二つの供給材料導入口を有する。これにより、それらは180度以下の角度で互いに分離されたものとなる。これら両方の供給材料導入口の前方に、本発明による供給材料分配装置が配設される。或いは、両方の供給材料導入口の実質的に前方となるのに十分な水平方向のサイズを有する本発明による単一の供給材料分配装置が使用される。
【００２８】
一好適実施例に拠れば、前記供給材料導入口は、前記カラムへのフラッシング供給材料を作り出す、再沸騰装置などの装置の出口に接続される。前記少なくとも1つの供給材料分配装置のプレートは、フラッシング供給材料の一部を偏向しその速度の大きさを低減するように配設される。本発明は、さもなくば供給材料導入口の上方の分離セクションへ不均等な流れ分布を作り出し、それによって分離効率を低下させるフラッシング供給材料の場合に特に有利である。
【００２９】
次に、本発明の実施例を添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】一つの供給材料導入口と一つの供給材料分配装置とを備えるカラムのセクションの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのセクションの３−Ｄ表示の図である。
【図２Ａ】一つの供給材料導入口と二つの並列の供給材料分配装置とを備えるカラムのセクションの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのセクションの３−Ｄ表示の図である。
【図３】一つの供給材料導入口と二つの同心の供給材料分配装置とを備えるカラムのセクションの平面図である。
【図４】不規則な円弧として構成された一つの供給材料分配装置を備えるカラムのセクションの３−Ｄ表示である。
【図５】二つの供給材料導入口と二つの同心の供給材料分配装置とを備えるカラムのセクションの平面図である。
【図６Ａ】供給材料分配装置の前面図である。
【図６Ｂ】水平部分を有する供給材料分配装置の前面図である。
【図７Ａ】供給材料分配装置の種々の形態と配置を図示した図である。
【図７Ｂ】供給材料分配装置の種々の形態と配置を図示した図である。
【図７Ｃ】供給材料分配装置の種々の形態と配置を図示した図である。
【図７Ｄ】供給材料分配装置の種々の形態と配置を図示した図である。
【図７Ｅ】供給材料分配装置の種々の形態と配置を図示した図である。
【図８Ａ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図８Ｂ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図８Ｃ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図８Ｄ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図８Ｅ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図８Ｆ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図８Ｇ】一つ以上の供給材料導入口を備えるカラムセクションにおける供給材料分配装置の種々の形態と配置を示した図である。
【図９】蒸留カラムの略図である。
【図１０】二つの供給材料導入口を備える蒸留カラムの底部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
様々なタイプ、バリエーションの接触装置カラムが存在する。標準的な接触装置カラムのいくつかは、蒸留カラム、剥離カラム、吸収カラム、抽出カラム及び洗浄カラムである。単一目的のカラムの他に、多くの接触カラムは、二つ以上の標準的な処理（即ち、蒸留と吸収）の組み合わせである。更に、充填カラムや真空カラムなどのカテゴリーが存在する。当業者は、本発明が、特に具体的に列記されないが当該技術において認識されているものの他に、前記全てのタイプ、バリエーションの接触装置カラムに適用可能であることを理解するであろう。
【００３２】
一実施例に拠れば、前記接触装置カラムは、少なくとも1つの供給材料導入口と、当該カラムにおいて分離される供給材料のそれぞれの部分のための少なくとも二つの取り出し口とを有する。カラムからストリームが取り出される流れループが存在する多くの場合、前記ストリームは加熱され、次ぎに、このストリームはカラムに再導入される。この再導入されるストリームも、供給材料と見なされる。システムに供給材料を導入する供給材料導入口が存在する接触装置カラムのいかなるセクションにおいても、供給材料導入口の上方のセクションへの供給材料の気体部分の不均一な分配と、上記セクションに対して障害となる、又は理想的でない供給材料の気体部分の局所的速度の可能性が存在する。そのような供給材料導入口部分に供給材料分配装置を配置することによって、接触装置カラムがより効率的に作動することが可能となり、よりコスト効率の高い接触装置カラム設計が可能となる。
【００３３】
図１Ａは、接触装置カラム１０の当該接触装置カラムの内部を取り囲む側壁と、供給材料導入口１２と、当該供給材料導入口の実質的に前方に位置する供給材料分配装置１４とを図示し、前記供給材料分配装置１４は、黒線で示される６枚のプレートと、これらプレート間において直線状に配置された５つの空隙とを有する。図１Ｂは、同じセクションを図示し、前記供給材料分配装置１４のプレートが前記供給材料導入口１２の直径よりも大きな縦方向の寸法を有して延出していることを図示している。更に、前記供給材料分配装置の水平方向の寸法は、前記パイプの直径のそれよりも大きい。実際には、前記供給材料分配装置の縦方向と水平方向の寸法は、前記パイプの直径よりも大きなものとする必要はない。前記供給材料分配装置の前記供給材料導入口の実質的前方の位置とは、この装置が、供給材料導入口から出る流れが供給材料分配装置の少なくとも一部分、即ち、前記プレート又はこれらプレート間の空隙、に接触するということを意味する。尚、前記装置は、図１Ａ及び１Ｂに図示されているように、供給材料導入口の直接前方に位置させてもよいし、供給材料導入口の実質的に前方に留まりながら、この供給材料導入口から距離を置いて配置されてもよい。更に、図１Ａ及び１Ｂに図示されているように、プレートと空隙の列を有する前記供給材料分配装置の面が供給材料導入口に対して提示されるように、供給材料分配装置が供給材料導入口の実質的前方に向けられることが好ましいが、これは必ずしも必要ではない。
【００３４】
前記供給材料の流れパラメータによっては、供給材料導入口の実質的前方に複数の供給材料分配装置を設けることが有利でありうる。図２Ａは、接触装置カラムの内部を包囲する接触装置カラム２０の側壁と、供給材料導入口２２と、二つの供給材料分配装置２４Ａ及び２４Ｂを図示している。図１Ａと同様に、各供給材料分配装置は、前記供給材料導入口の実質的に前方に位置し、６枚のプレートと５つの空隙とを有している。更に、両供給材料分配装置は、第２の装置２４Ｂのプレートが第１の装置２４Ａのプレートにアラインメントされた状態で、互いに対して平行に一連に配置されている。図２Ｂは同じシステムの別の図面を示している。
【００３５】
図３は、図２に類似して、接触装置カラムの内部を取り囲む接触装置カラム３０の側壁と、供給材料導入口３２と二つの供給材料分配装置３４Ａ及び３４Ｂを図示している。図２と異なり、前記供給材料分配装置３４Ａ及び３４Ｂは、それぞれ、その径が一定ではない不規則な円弧の形態で、かつ、全体として一連の同心状円弧とし配置されている。図４は、供給材料導入口４２の実質的に前方で、かつ、接触装置カラム４０によって形成される接触装置の内部に、３４Ａ及び３４Ｂに類似の不規則円弧の形態で配置された単一の供給材料分配装置４４を図示している。
【００３６】
接触装置カラムにおいては、二つ以上の供給材料導入口によって接触装置カラムの単一のセクションに複数の供給材料の流れを導入することが一般的である。そのような状況においては、単一の供給材料導入口システムの前述した問題が誇張される可能性がある。例えば、図５は、接触装置カラムの内部を取り囲む側壁と、二つの供給材料導入口５２Ａと５２Ｂと、一連の同心状の不規則円弧状に配置された二つの供給材料分配装置５４Ａ及び５４Ｂを図示している。二つの供給材料導入口は、図に示すように、１８０度以下の角度の分離を有して互い非対称状に配置することができる。これらの場合において、前記セクションに入る供給材料導入口５２Ａ及び５２Ｂからの流れは、理想的には流れず、それによって、供給材料導入口の上方の分離セクションの断面領域において均一でない分布が生じる。この例では、供給材料分配装置５４Ａ及び５４Ｂは、同時に両方の供給材料導入口の実質的に前方に位置するのに十分な水平方向の寸法を有する。
【００３７】
供給材料分配装置の一例６２が図６Ａに図示されている。各供給材料分配装置は、一連のプレート６８Ａ−Ｆから構成されている。これらプレート列の間には一連の空隙６６Ａ−Ｅが形成されている。この例において、列状の空隙の数は列状のプレートの数よりも１つ少ない。前記プレートの材料は、接触装置カラムのパラメータ、供給材料の構成（make-up）、供給材料の流れパラメータ、運転コスト、などに基づいて設計者によって選択することができ、全てのプレートについて均一なものとしてもよいし、一つの供給材料分配装置中においてプレート間で異なるものとしてもよい。これらのプレートは中実構造としてもよいし、開口を有するものとしてもよい。これらのプレートは、平坦な面を有するものとしてもよいし、その片面又は両面にテクスチャ又は意匠（デザイン）を有するものであってもよい。個々のプレートの水平方向、縦方向および厚み方向の寸法は、供給材料分配装置内において、又、複数の供給材料分配装置間において、前記カラムに流入し最終的にこの供給材料分配装置のプレートに当たる高速供給材料流によって起こされる物理的応力に応じて、変えることができる。
【００３８】
図６Ｂは、垂直プレートを互いに接続するとともに、各空隙を二つの部分６６Ａ’−Ｅ’及び６６Ａ”−Ｅ”に分離する水平片６４Ａ−Ｅを追加した前のものと同じ供給材料分配装置を図示している。これらの水平プレートは、供給材料分配装置の安定性のため、又は、供給材料の拡散と分配を改善するために、設けることができる。ここでは複数の水平片として記載されているが、供給材料分配装置中の全てのプレート、又は、その一部のみを接続する一つの水平片のみを設けることも可能である。更に、異なる垂直位置において単一のプレートに接続された複数の水平片を設けることも可能である。
【００３９】
接触装置カラムには様々なタイプ、及び種々の供給材料の構成があるので、各供給材料分配装置のプレートを、システムの要件に応じて異なる形態で配置すると有利である。図７Ａ−Ｅは、単一及び複数の供給材料分配装置配置の様々な形態を有する、一つの供給材料導入口を備える複数のセクションを図示している。
【００４０】
図７Ａは、それぞれの供給材料分配装置のプレートが互いに対して平行に直線状に配置された、列状に配置された三つの供給材料分配装置を図示している。中間の供給材料分配装置のプレートは、前方及び後方の供給材料分配装置の両方の空隙と一列になるように配置されていることが判る。特定の供給材料流の拡散と分配のために、一つの供給材料分配装置のプレートを、供給材料導入口から見た時に、第２供給材料分配装置の空隙の少なくとも一部と一列状に配置することが多くの場合有利である。又、それが設けられる場合、一連の複数の供給材料分配装置の水平部分についても同様である。更に、複数の供給材料分配装置のそれぞれの間の間隔、第１供給材料分配装置と供給材料導入口との間の間隔、更に、最後の供給材料分配装置と壁の反対側部分との間の間隔は、変えることができ、これは、システムの設計パラメータによって決められる。又、図面から、各供給材料分配装置の遠端部と壁の隣接部分との間の間隔も変えることが可能であることも理解できる。
【００４１】
図７Ｂは、スタガ線状に配置されたプレートを有する一つの供給材料分配装置を図示している。
【００４２】
図７Ｃは、供給材料導入口に向くＶ形態に配置されたプレートを有する一つの供給材料分配装置を図示している。単一のＶ形態として記載するが、二つの別々の供給材料分配装置をそれらが全体として多かれ少なかれＶ形状を形成するようにそれらの間に角度を有して配置することも可能である。
【００４３】
図７Ｄは、一定の半径を有する規則的形態でそれぞれ配置された二つの同心の供給材料分配装置を図示している。
【００４４】
図７Ｅは、その第１のものがＶ形態で配置され、第２のものが直線状形態に配置されている、二つの供給材料分配装置を含むセクションを図示している。ここで複数の例を示したが、これらは限定的なものとして意図されるものではない。当業者は、あるセクションにおける特定の供給材料流又は供給材料流全体の分散及び分配において有効でありうる供給材料分配装置のその他様々な配置、形態及び組み合わせが存在することを認識するであろう。従って、これらは本発明の範囲に含まれるものである。
【００４５】
図８Ａ−Ｆは、単数及び複数の供給材料分配装置の形態例の、一つ以上の供給材料導入口を備える接触分配カラムの複数のセクションを図示している。
【００４６】
図８Ａは、それらの間に１８０度以下の角度を有する二つの供給材料導入口と、規則的な円弧の形態で配置された単一の供給材料分配装置とを有するセクションを図示している。この単一の供給材料分配装置の水平方向サイズ、又は長さは、両方の供給材料導入口の実質的前方に位置するのに十分なものである。
【００４７】
図８Ｂは、二つの供給材料導入口を備えるが、そのそれぞれが規則的な円弧の形態で配置され、かつ、それぞれがそれぞれの供給材料導入口の実質的前方に位置する、二つの別々の供給材料分配装置を備える類似のセクションを図示している。
【００４８】
図８Ｃは、その各供給材料導入口が平行直線状に配置されたそれ自身の組の二つの供給材料分配装置の有する二つの供給材料導入口を備えるセクションを図示している。これは、たとえば、二つ以上の供給材料導入口の場合、そのぞれの供給材料流れ特性に相違がある場合である。そのような場合、そのそれぞれの供給材料導入口の前方にある単数又は複数の供給材料分配装置の設計と配置を互いに異なるものとすることが有利でありうる。
【００４９】
図８Ｄは、そのＶ字形状の各辺が別の供給材料導入口の実質的に前方に位置するＶ形態に配置された単一の供給材料分配装置を図示している。
【００５０】
図８Ｅは、それぞれがそれらの間に角度を有して直線状に配置された二つの別々の供給材料分配装置を有するセクションを図示している。又、各供給材料分配装置が、カラムセクションの両半球において少なくとも部分的に位置していることがわかる。最後に、図８Ｆは、その各供給材料導入口がその前方に位置する供給材料分配装置の少なくとも一部分を有する、三つの供給材料導入口を備えるセクションを図示している。当業者は、二つ以上の供給材料導入口を有するあるセクションにおける特定の供給材料流又は供給材料流全体の分散及び分配において有効でありうる、供給材料分配装置のその他様々な配置、形態及び組み合わせが存在することを認識するであろう。従って、これらは本発明の範囲に含まれるものである。
【００５１】
図８Ｇは、０度と１８０度、即ち、互いに反対側に向けられた二つの供給材料導入口と、各供給材料導入口の実質的に前方に配置された一連の供給材料分配装置とを有するセクションを図示している。好ましくは、各列の第１供給材料分配装置は、供給材料の最適な分配を提供するべく、中心に対してよりも供給材料導入口に対してより近く位置している。互いに鏡面対称で二つの同じ列で４つの供給材料分配装置が図示されているが、その他多くの配置が考えられる。更に、図示されている別々の列を互いに接続して、カラムセクションの中心周りに、実質的に二つの円形又は楕円形のリングを形成することも可能である。
【００５２】
図７Ａ−８Ｇは、供給材料分配装置配置の多くの例を図示している。各配置は、接触カラムの断面領域の僅かな部分を占めるに過ぎない。更に、供給材料分配装置（単数又は複数）のプレートは、供給材料導入口からの供給材料の流れの一部を偏向するように配置されているが、カラムのセクションに入る供給材料流れの全体の制約は、供給材料流の一部が供給材料分配装置（単数又は複数）を邪魔されずに、又は、少なくとも実質的に邪魔されずに通過することを許容することによって最小化される。カラムセクションに入る供給材料流の全部の方向を変える、又は収束することがないことによって、供給材料流の速度は、供給材料分配装置（単数又は複数）に出会いカラムセクションに入るやいなや低減される。圧力低下は速度の二乗の大きさであるので、図面に図示し上に記載した供給材料分配装置の配置は、圧力を僅かなもの、又は、無視可能なまでにすることを可能にし、これは多くの分離カラム運転において有利である。
【００５３】
図９は、供給材料を、そのストリームのそれぞれが供給材料と異なり、かつ互いにも異なる、二つのストリームに分離するための内部を形成する外壁９１を備える真空蒸留カラム９０の全体構成を図示している。前記カラムは、このカラムの単一のセクションに供給するとともに、それら二つの間に９２度の角度を有する、二つの主供給材料導入口９２Ａ及び９２Ｂを有している。前記二つの主供給材料導入口のカラム上における垂直高さは互いに同じであっても良いし、互いに異なるものであってもよいが、そのそれぞれの供給材料を同じセクションに導入するものである。前記角度９２度は１８０度であってもよいが、それは、カラムとその周囲の設計パラメータに基づいて、多くの場合１８０度以内である。前記供給材料導入口が供給材料を導入するカラムのセクションは、カラム９１の外壁と、共に単数又は複数の充填床又は供給材料導入口の真上と真下の多数のトレーから成る上下セクション９３及び９３’とによって形成される。囲まれた三角形によって示されている各分離セクション９３又は９３’は、カラムの設計に応じて、分離、蒸留、熱伝達、抽出、洗浄作業又は吸収のためのものとすることが可能な、複数の分離セクションから構成するか、又は、そのような複数のセクションを含むものとすることができる。
【００５４】
更に、カラムの垂直長さに対する供給材料導入の位置に応じて、前記上部又は下部分離セクションは、カラムの内部の末端部であってよい。カラムの底部には、出力ストリームの一部がシステムを出る一つのストリームのための取り出し口９４が設けられ、前記出力ストリームの第２の部分は、再沸騰装置９４’への入力であり、十分に加熱された流れは、供給材料導入口９４”を備えるカラムに導入される。前記カラムからの出力ストリームは、前記再沸騰装置で加熱されてシステムに再導入されて、通常は、前記主供給材料導入口よりも低い垂直位置において、分離に必要とされる熱を提供する。
【００５５】
更に、前記再沸騰装置からの再導入された供給材料の組成と、このポイントにおけるその流れ特性は、通常、前記カラムによって達成される分離により、前記主供給材料導入口のそれらと異なる。同様に、前記カラムの上部の前記出力ストリーム９５は、カラムにおける分離作用によって作り出される気体のためのものである。前記出力ストリームは、このストリームを少なくとも部分的に凝縮し、同時に、カラムを通して分離によってカスケード（連鎖伝達）される熱を除去するために、凝縮装置９５’で冷却される。この凝縮装置９５’から出てくるストリーム９５”’は、オーバーヘッドドラム９６に入り、ここで、ストリーム９５”’の気体部分と液体部分とが互いに分離される。前記ストリーム９５”’の気体部分は、生成物ストリーム９７として取り出される。前記ストリーム９５”’の飽和又はサブクール液体部分は、供給材料導入口９５”によってカラムに再導入される。
【００５６】
カラムの供給材料導入口において支配的な圧力に晒された時に少なくとも部分的に気化する供給材料導入口ストリームについて、上の分離セクションへの供給材料流れと分配が理想的でなくなる可能性がある。ある種の場合においては、上および／又は下のセクションへ供給材料を拡散および／又は分配するために供給材料導入口が存在するセクションに単数又は複数の供給材料分配装置を追加することが有利になる。前記二つの主供給材料導入口９２Ａ及び９２Ｂを含むセクションに供給材料分配装置９８Ｂ及び９８Ｃが配置されている。これらの供給材料分配装置の配置と形態は、そのセクションに存在するパラメータ及びその他の設計要件に応じて、システムの設計者の望むようにいかなるものとすることも可能である。
【００５７】
カラムの設計及び有用性の必要性に応じて、供給材料分配装置は多かれ少なかれ恒久的に取り付けてもよいし、或いは、取り外し、交換可能なように接続してもよい。供給材料分配装置９８Ｂ及び９８Ｃは上方及び下方分離セクション９３および９３’間に位置するものとして図示されている。異なる供給材料組成と、供給材料導入口９２Ａ，９２Ｂ，９４”，９５”の間の流れ特性と、カラムにおけるそれら各々の位置とに応じて、前記供給材料分配装置９８Ｂ−Ｄは、類似の、または互いに異なる形態と配置にすることができる。供給材料分配装置９８Ｄは、最下方分離セクション９３’の下方に位置するものとして図示されている。
【００５８】
完全性のために、上記実施例の供給材料は供給材料分配装置９８Ａの位置においてフラッシングされていないが、その位置にそのような供給材料分配装置を設けることも勿論可能であることが銘記できる。
【００５９】
いくつかの場合において、供給材料９２Ａおよび９２Ｂによって示される最初の供給材料導入口からの供給材料入力はフラッシングされることになる。カラムに入る前の実際の供給材料は、気体、液体又はそれらの混合物であるが、一旦カラムに入ると、それは気体と液体との混合物となる。同様に、供給材料９４”は、気体、液体又はそれらの混合物であってよいが、実際には、それはフラッシング供給材料であり、従って、それが一旦カラムに入ると、供給材料は気体と液体との混合物が存在する。供給材料９５”は通常、還流であって、従って、カラムに入る時は液体だけである。但し、供給材料９５”がフラッシング供給材料であって還流ではない場合、供給材料分配装置９８Ａが有用である。
【００６０】
図９の真空蒸留カラムは二つの出口ストリームのみを有するが、これに対して、二つ以上の出口ストリームと記載した数以上の供給材料導入ストリームを設けることも可能である。出口及び入口ストリームの数の如何に関わらず、供給材料分配装置を、供給材料導入口を有する任意のセクションに設けることが可能であると考えられる。
【００６１】
図９は、カラムの中央に向かって垂直に位置する主又は第１供給材料導入口と、各端部に設けられるループ、即ち、再沸騰用の一つのループと凝縮用の第２のループ、とを有する一般的な真空蒸留カラムを図示している。但し一部の用途においては、特に、潤滑油とその誘導体の精製処理においては、底部ループを、そのそれぞれがカラムの底部へ戻るそれ自身の供給材料導入口を備える、二つの平行なループに分割される必要がある。各供給材料導入口は、真空蒸留カラムへの再沸騰装置の出力ストリームを搬送する。
【００６２】
カラム１０１のそのような底セクション１００が、図１０に図示されており、ここでは、二つの並列の再沸騰装置に接続されたループからの二つの供給材料導入口１０２及び１０３からの供給材料がカラムに導入される。二つの供給材料導入口は、図示されているように、互いから１８０度に反対側に配置することが好ましいが、１８０度以下の角度も使用可能である。供給材料分配装置無しでは、通常、これらの供給材料導入口の上方の分離セクションへの理想に近い気体流分配を容易にするために大きな空の垂直方向高さが提供される。理想的な気体流は、その気体流が流れ１０９に面する分離セクションの断面に対して均等に分配されるものである。但し、高さの追加を必要とするこの構成は、これらの供給材料導入口の上方の分離セクションへの均等に分配された合流気体流を提供するには十分ではない。各供給材料導入口の前方に図８Ｇ（反対側端部の入口）のように配置されるように二つの供給材料分配装置１０８を配置することによって、気体流の分配を大幅に改善することが可能である。
【００６３】
潤滑油を精製するための真空蒸留カラムの場合、カラム１０１の底部セクション１００は、図１０に図示されているように、その直径を５メートル以上にすることができる。供給材料導パイプ１０２及び１０３は約１−２メートルの直径を有することができる。そのような状況において、供給材料導入口と、第１分離セクションの下方の支持格子１０９との間の必要な空間は（或いは１０９は分離トレーであってもよい）、高さが２−３メートルの供給材料分配装置１０８により、僅か１メートルにすることができる。これは、供給材料分配装置無しでの必要な高さから大幅に改善される。
【００６４】
時に、物理的制約又はメンテナンスの必要性により、供給材料導入口を理想的な１８０度の分離で配置することは必ずしも可能ではない。二つの供給材料導入口間の角度が１８０度以下、例えば、３０−９０度、例えば、６０度しかない分離になってしまうように供給材料導入口の一つが移動される場合には、これら供給材料導入口上方の分離セクションへの二つの供給材料流の総合的な供給材料分配は最適なものとはならず、真空蒸留カラム全体の効率は低下してしまう。ここでも、二つの供給材料分配装置を図５に図示されているように（６０度分離されている二つの入口と７Ｄの供給材料分配装置）を使用することによって、気体流の分布を大幅に改善することができる。
【００６５】
供給材料分配装置を、それらによって入口を完全にブロックすることがなく各フラッシュ供給材料の一部がそれらに当たるように、二つの供給材料導入口の実質的前方に配置することによって、その結果、供給材料の元の不均一に分配される気体部分は、上方の分離セクションの断面領域に実質的により均一に分配されるようになり、分離効率が増大し、フラッシュ供給材料流の少なくとも一部分の局所的速度が低下し、設計要件、即ち、供給材料導入口を含むセクションの上部での空（empty）の高さ、が軽減される。これら二つのフラッシュ供給材料流からの気体流の方向は、供給材料導入口によって規定される元の、実質的に水平な方向から、この元の方向に対して実質的に垂直で、かつ、カラム壁の方向に対して平行である、その好適な垂直方向へと大幅に迅速に向けられ、それによって、カラムの最も底部のセクションの必要な高さが減少する。そのようなカラムにおいて本発明の供給材料分配装置を使用することの前記利点に基づき、カラムを圧力低下の少ないより短いものとすることが可能となる。このことは、製造、運転及びメンテナンスが安価なカラムに直接相関する。
【００６６】
そのような供給材料分配装置は、二つの供給材料導入口を必ずしも互いに１８０度反対側に配置することなく構成することを可能とする。更に、そのような供給材料分配装置は、非対称な供給材料導入口を備える既存のカラムを、効率を高め運転コストを低下させるべく改良することを可能にする。
【００６７】
本発明の供給材料分配装置のもう一つの利点は、その相対的な単純性である。他の利用可能な供給材料分配装置と異なり、上述したプレートと空隙との単純な構成は、低ないし中程度の計算リソースを使用して正確で詳細な流動力学的分析を提供するために計算及びモデリングソフトウエアに容易に移すことができる。単数又は複数の導入口が導入される分離カラムのセクションに存在するコンディションは複雑である。複雑な構造を追加することは現在の計算及びモデリングソフトウエア、更に、ハードウエアに対して大きく、また多くの場合制御不能な負担をかける。このことにより、所与の構成がどの程度有効であるかを判断するために複雑な装置を容易かつ正確にモデリングすることは多くの場合実行可能ではない。
【００６８】
しかしながら、ここに記載したプレートと空隙の比較的単純性により、そのような装置を備えるカラムのセクションにおける流動力学及び特性を正確にモデリングすることが極めて実行可能になる。予想される流動力学を正確にモデリングすることが可能になることによって、特定の用途における特定の設計の効果を容易かつ効率的に判定し、利用可能な供給材料分配装置とそれに関連するカラムの高さと特性を最適化することが可能となる。これによって、効率的で低コストなカラムを構築することが可能となる。更に、最も改善された効率的運転を可能とする供給材料分配装置構成を選択するために、既存のカラムに同じ計算及びモデリングを適用することが可能である。この分離効率の増大によって運転及びメンテナンスコストが低下する。
【００６９】
このように、特定の実施例に対する特定の詳細を含む本発明の具体的実施例について記載した。当業者は、ここに明示的には記載されていない供給材料分配装置における、異なる形態、構成、位置、組成及びプレートの接続、も、本発明の範囲及び発明概念から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。
【図１Ａ】
0006038019.tif 000002
【図１Ｂ】
0006038019.tif 000003
【図２Ａ】
0006038019.tif 000004
【図２Ｂ】
0006038019.tif 000005
【図３】
0006038019.tif 000006
【図４】
0006038019.tif 000007
【図５】
0006038019.tif 000008
【図６Ａ】
0006038019.tif 000009
【図６Ｂ】
0006038019.tif 000010
【図７Ａ】
0006038019.tif 000011
【図７Ｂ】
0006038019.tif 000012
【図７Ｃ】
0006038019.tif 000013
【図７Ｄ】
0006038019.tif 000014
【図７Ｅ】
0006038019.tif 000015
【図８Ａ】
0006038019.tif 000016
【図８Ｂ】
0006038019.tif 000017
【図８Ｃ】
0006038019.tif 000018
【図８Ｄ】
0006038019.tif 000019
【図８Ｅ】
0006038019.tif 000020
【図８Ｆ】
0006038019.tif 000021
【図８Ｇ】
0006038019.tif 000022
【図９】
0006038019.tif 000023
【図１０】
0006038019.tif 000024