(57)【要約】本発明は、２相流入ストリーム（４１）を２つ以上の流出ストリーム（４２，４３）に分割するためのデバイス（３０）である。かかるデバイスは、流出ストリームの各々の気体／液体比が略一定に維持されるように設計できる。デバイスへと流入するストリームは、流入パイプ（３２）を介して分離ベッセル（３１）へと入れられる。ベッセルに設けられた流入パイプ入口の下方には、緩衝プレート（３３）が設けられている。緩衝プレート（３３）によって、流入ストリームの速い速度が弱められ、流れがセパレーターの内壁へと向けられるので、セパレーターの内壁に液体が衝突して、液体が気体相から分離されることになる。セパレーター・ベッセルでは液体相と気体相とが分離されている。セパレーター内には、２つの垂直な吸引チャンネル（３４，３５）が配置されている。かかる吸引チャンネルは、流出ストリームをセパレーターから排出する２つの流出パイプ（４４，４５）と流体連通している。吸引チャンネルの下端部は、液体相（３９）に浸漬されている。吸引チャンネルの側壁には開口部（３６）が設けられている。気体は、セパレーター内の液面よりも上方に位置する開口部の一部から吸引チャンネルに流入する。このように開口部から気体が流入すると、吸引チャンネルの壁にわたって圧力降下が生じ、その結果、液体が吸引チャンネル内に吸い上げられることになる。吸引チャンネル内では液体と気体とが混合される。得られる２相混合物は、チャンネルを通るように上方へと流れ、流出パイプを介して、セパレーターおよび２相ストリーム・スプリッターから排出されることになる。
2007533419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽相流体および重相流体から成る１またはそれよりも多い２相流入ストリーム、例えば２相の気体／液体混合物を、所望の軽相／重相比を各々有する２またはそれよりも多い２相流出ストリームに分けるためのストリーム分割デバイスであって、
相分離ベッセルまたは相分離コンテナー、および
該流出ストリームの各々に対して少なくとも１つ設けられる、２またはそれよりも多い吸引チャンネルまたは吸引導管
を有して成り、
該相分離ベッセルまたは相分離コンテナーは、
−該流入ストリームのための１またはそれよりも多い流入ストリーム入口、
−重相収集領域、および
−該重相収集領域よりも高いレベルに位置する軽相収集領域
を有して成り、また
該吸引チャンネルまたは吸引導管は、
−該重相収集領域と連通する少なくとも１つの重相入口、
−該軽相収集領域と連通し、該少なくとも１つの重相入口よりも高いレベルに位置する少なくとも１つの軽相入口、および
−デバイスの下流側の流出ストリーム流れ導管と連通する少なくとも１つの流出ストリーム出口
を有して成り、
該少なくとも１つの軽相入口が、該少なくとも１つの重相入口と該少なくとも１つの流出ストリーム出口との間に配置されている、ストリーム分割デバイス。
【請求項２】
吸引導管は、１またはそれよりも多い開口部が設けられた壁部によって規定されている長尺管状要素から成り、該管状要素が例えば円形断面または矩形断面を有するパイプまたはダクトである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記管状要素の下方端部は開口している、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記１またはそれよりも多い開口部の形状は、円形、楕円形、オーバル形、矩形および三角形から成る群から選択される形状である、請求項２または３に記載のデバイス。
【請求項５】
軽相入口および重相入口は、相当に垂直に延びた単一の開口部から構成され、好ましくは前記吸引導管の長手方向に延在するスロットから成る、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記スロットの幅は前記流出ストリーム出口に向かう方向に増加している、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記スロットの幅が実質的に一定である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
軽相入口で前記軽相の圧力降下が増加するように、流れ制限手段が前記吸引導管内に設けられている、請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記流れ制限手段は、１またはそれよりも多いオリフィスが設けられた横断プレートを有して成り、該１またはそれよりも多いオリフィスに対して吸引導管内の流れが導かれるようになっている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
流れ緩衝手段が前記流入ストリーム入口の近くに設けられており、前記流入ストリームが該流れ緩衝手段に衝突するようになっている、請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記１またはそれよりも多い重相入口の最下部と前記１またはそれよりも多い軽相入口の最上部との間の垂直距離は、少なくとも約１００ｍｍで、かつ、大きくとも約１５００ｍｍであり、好ましくは４００ｍｍ〜６００ｍｍであり、最も好ましくは約５００ｍｍである、請求項１〜１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
２相ストリームを用いる物理的処理または化学的処理が実施される装置、および、請求項１〜１０のいずれかに記載のストリーム分割デバイスを有して成り、該ストリーム分割デバイスと該装置の入口または出口とが相互に接続されている、処理設備。
【請求項１３】
前記装置が、前記流出ストリーム出口に接続された一組の炉管を有して成る炉を有して成る、請求項１２に記載の処理設備。
【請求項１４】
前記装置が、前記流出ストリーム出口に接続された並列熱交換器を有して成る、請求項１２に記載の処理設備。
【請求項１５】
前記装置が、前記流出ストリーム出口に接続された並列化学リアクターを有して成る、請求項１２に記載の処理設備。
【請求項１６】
前記装置が、前記流出ストリーム出口に接続された並列エアークーラーを有して成る、請求項１２に記載の処理設備。
【請求項１７】
請求項１〜１０のいずれかに記載のストリーム分割デバイスを有して成る、例えばトリクルベッド・リアクターまたは触媒リアクター等の２相リアクター。
【請求項１８】
外側シェルを有して成り、前記相分離ベッセルが該外側シェル内に配置されている、請求項１７に記載の２相リアクター。
【請求項１９】
請求項１〜１０のいずれかに記載のストリーム分割デバイスを有して成る、熱交換器。
【請求項２０】
外側シェルを有して成り、前記相分離ベッセルが該外側シェル内に配置されている、請求項１９に記載の熱交換器。
【請求項２１】
軽相流体および重相流体から成る１またはそれよりも多い２相流入ストリーム、例えば２相の気体／液体混合物を、所望の軽相／重相比を各々有する２またはそれよりも多い２相流出ストリームに分けるための方法であって、
−流入ストリームを、相境界面よりも下方の重相領域に位置する重相部と、その相境界面よりも上方の軽相領域に位置する軽相部とに少なくとも部分的に分ける工程、および
−該軽相領域の２またはそれよりも多い箇所にて、該重相部からの重相流体と該軽相部からの軽相流体とを混合することによって、該２またはそれよりも多い２相流出ストリームを形成する工程
を含んで成る、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、軽相流体（または軽い相から成る流体）および重相流体（または重い相から成る流体）から成る２相流入ストリーム（例えば、気体と液体とから成るストリーム）を２またはそれよりも多い流出ストリームに分けるためのデバイスに関する。本デバイスでは、各々の流出ストリームの気体／液体比が所望なものとなる。各々の流出ストリームの流速は、必ずしも同じにする必要はない。限定するものではないが、本発明は、並列な熱交換器、炉管（または煙管）、空気冷却器、化学反応器または配管設備に供給されるようにパイプまたはチャンネル内を流れる２相プロセス・ストリームを分割するのに適している。
【０００２】
関連技術
２相ストリームを分けるには多くの処理ユニットが必要とされ、シンプルな対称的なパイピング・スプリット（または配管スプリット、ｐｉｐｉｎｇ  ｓｐｌｉｔ）またはＴ字管を使用するレベルから、より高性能な２相ストリーム・スプリッターを使用するレベルまで種々の手段が従来から用いられている。
【０００３】
２相プロセス・ストリームを分けるためのデバイスは、一般的には６種類に分けることができる。
【０００４】
タイプ１：標準的なＴ字管を使用した対称的なパイピング・スプリット
常套的に、２相ストリームを分けるに際しては、標準的なＴ字管を使用して対称的なパイプ・スプリットを構成したり、相に応じて各々の分岐管へと２相ストリームを均等に分配したりしている。２相ストリームを４つの流出ストリームへと分ける対称的なパイピング・スプリットの例を、図１の等角投影図で示す。２相流入ストリームは、流入パイプ１内を流れている。
【０００５】
２相ストリームは、パイプ１によって第１Ｔ字管へと送られており、第１Ｔ字管で２相ストリームが２つの流出ストリームへと分けられている。図示する例では、Ｔ字管３の上流側には９０°エルボ２が配置されている。液体に作用する遠心力に起因して、液体はエルボの内壁の外側近傍を流れる傾向がある一方、気体はエルボの内壁の内側近傍を流れる傾向がある。従って、エルボによって相分離が引き起こされ、気体と液体とがパイプの断面にわたって不均一に分布することになる。なお、上流側エルボ２によってもたらされるＴ字管３の分離機能への悪影響を最小限にするには、図示するＴ字管３で規定される面に対して垂直にパイプ１を設ける必要がある。Ｔ字管３によって分けられた２つの流出ストリームは、それぞれ、Ｔ字管５ａおよび５ｂで更に２つの流出ストリームに分けられる。Ｔ字管５ａの上流側にエルボ４ａが設けられており、Ｔ字管５ｂの上流側にエルボ４ｂが設けられている。上流側エルボ２の場合と同様に、上流側エルボ４ａおよび４ｂによってもたらされるＴ字管５ａおよび５ｂの分離性能への悪影響を最小限にするには、図示するＴ字管５ａおよび５ｂで規定される２つの面に対して垂直にパイプ７を設ける必要がある。このように、対称的なパイピング・スプリットを用いることによって、パイプ１内の流入ストリームが、パイプ６ａ，６ｂ，６ｃおよび６ｄ内を流れる４つ生成物ストリームへと分割されることになる。
【０００６】
対称的なパイピング・スプリットは、２相流入ストリームを２つ以上の流出ストリームに分割する方法として最も広く用いられているものと考えられる。しかしながら、これまでのところ、そのような対称的なパイピング・スプリットの原理は、各々の流出ストリームに対して液体および気体を等しく分配できておらず、多くの場合、流出ストリームの各々の気体／液体比は同じになっていなかった。標準的なＴ字管を有する対称的なパイピング・スプリットの主たる問題は、ストリームの分割性能は、上流パイプ内の流れ機構（ｆｌｏｗ  ｒｅｇｉｍｅ）に依存していることであり、また、関連する全ての条件で所望の分散流機構が維持されるとは限らないことである。分散流機構とは、フロー・チャンネルまたはパイプ内に存在する流れ機構であって、気体の連続相に小さい液滴が均一に分布する流れ機構、または、液体の連続相に小さい気泡が分布する流れ機構（気泡流）である。また、対称的なパイピング・スプリットの性能は、スプリットの上流側に設けられた配管に依存し得る。対称的なパイピング・スプリットの主な制限は、流出ストリームの各々の気体／液体比が大きく異ならないように、流出ストリームの流速を相互に同じにしなければならないことである。その他の制限としては、２つ，４つ，８つ，１６つ・・・の流出ストリームにしか分けることしかできず、対称的に２相ストリームが分けられるにすぎない。従って、かかる対称的なパイピング・スプリットでは、３つ，５つ，６つ，７つ，９つ・・・の流出ストリームへと分けることができない。
【０００７】
標準的なＴ字管を有する対称的なパイピング・スプリットの性能は、そのスプリットの上流側にて液体の表面張力を減少させる化学物質を加えると、向上するものと考えられる。液体の表面張力が減少すると、分散流機構がより遅い流速で達成することになる。そのため、広範囲の気体流速および液体流速にわたって、対称的なパイピング・スプリットの許容される性能が達成される。その一例は米国特許第５１９０１０５号に記載されている。米国特許第５１９０１０５号では、飽和蒸気および水の２相ストリームを分割するスプリットの上流側にて、界面活性剤を複数の注入ウェルから注入しており、それによって、各々の注入ウェルにおける品質（蒸気の割合）を同一にし、オイル・リザーバーから回収されるオイルを向上させている。
【０００８】
タイプ２：羽根、バッフルまたはスタティック・ミキサー等の特別なインターナルが用いられたＴ字管
羽根、バッフル（または邪魔板）およびスタティック・ミキサー等のパイプ・インターナル（または挿入物、ｉｎｓｅｒｔ）を使用することによって、標準的なＴ字管の分割性能を向上させる試みが為されている。
【０００９】
第１の例は、米国特許第４３９６０６３号に記載されている。米国特許第４３９６０６３号では、Ｙ分岐管から成るＴ字管の上流にスタティック・ミキサーが配置されている。各々の流出ストリームでの気体／液体比が同一となる良好な分割性能を得るためには、分散流を用いることが好ましい。分散流機構では、２相混合物が多少なりとも単一相流体として機能する。小さい液滴は、ほぼ同じ速度で気体流れに追随することになるか、または、気体流れが小さい液滴に追随することになる。それゆえ、分散流機構では、しばしばＴ字管で良好な分割性能が達成されることになる。Ｔ字管の上流側にスタティック・ミキサーが用いられており、それによって、流れ方向と垂直な突出領域を流入パイプの表面に形成している。そのような表面に液体が作用すると、液体と気体とが分離される。それゆえ、スタティック・ミキサーが用いられると、所望の分散流機構（存在するならば・・）が乱されることになり、その結果、望ましくない液体と気体とが分離が生じてしまう。また、スタティック・ミキサーが用いられることによって、プロセス系に付加的な圧力降下が生じるので、ポンプおよび／またはコンプレッサーの消費電力が増加して付加的な操作コストが生じてしまう場合がある。また、スタティック・ミキサーは、スケールおよび腐食生成物などの汚染物質に起因した汚れの影響を受けやすい。
【００１０】
第２の例は、米国特許第４８２４６１４号に記載されている。米国特許第４８２４６１４号の流れスプリッターでは、Ｔ字管１４の上流側の流入パイプにスタティック・ミキサー２２が配置されている。Ｔ字管１４で、流入ストリーム３０が２つの流出ストリーム７４および７６へと分割される。スタティック・ミキサー２２とＴ字管１４との間には、水平なストラティファイアー（または層形成領域、ｓｔｒａｔｉｆｉｅｒ）２４が設けられている。ストラティファイアーでは、６つの異なるエレベーション（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）から得られる液体が相互に合わせられる。例えば、最も低い位置の第１エレベーションから得られる流体は流出ストリーム７６へと送られ、第２エレベーションから得られる流体は流出ストリーム７６へと送られることになる。第１の例のミキサーと同様に、第２の例のミキサーは、望ましくない液体と気体との分離が生じてしまう傾向がある。また、スタティック・ミキサーに起因して、操作コストが増加したり、汚れの影響を受けたりする場合がある。実際の用途ではあまりないが、パイプ断面にわたって気体と液体とが均一に分布している場合にのみ、このような流体が合わせられるストラティファイアーが機能することになる。米国特許第５８１００３２号には、水蒸気／水フィールドを用いてミキサー／ストラティファイアー・アッセンブリについての試験を行っている。その試験結果では、ミキサー／ストラティファイアー・アッセンブリを用いた場合よりも標準的な緩衝Ｔ字管（ｉｍｐａｃｔｉｎｇ  ｔｅｅ）を用いた場合の方が、蒸気と水とをより良好に分けることができることが分かった。
【００１１】
第３の例は、米国特許第５８１００３２号に記載されている。米国特許第５８１００３２号では、実験室において空気および水を用いることによって、標準的なＴ字管に用いられる種々のインターナルについての試験が行われている。また、水蒸気／水混合物を分割して並列の注入ウェルへと導いてオイル・リザーバーでのオイル回収率を向上させる種々のインターナルについて現場にて試験が行われている。なお、標準的なＴ字管の上流側に設けられたスタティック・ミキサー、標準的なＴ字管の上流側に設けられた垂直フロー・バッフル、および、標準的なＴ字管の２つの流出分岐部に用いられたフロー制限部（ｆｌｏｗ  ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）またはノズルと３種類の一般的なパイプ・インサートに対して試験が行われた。また、かかる３種類のインターナルの組合せに対しても試験を行っている。その結果、スタティック・ミキサーおよび垂直バッフルの場合にだけ分割効率が僅かに向上することが分かった。２つの流出分岐部でフロー制限部またはノズルを使用した場合では、試験に用いられた流れ機構に対しては分割効率が幾分向上したものの、流入パイプの断面にて不均一に分布する液体および気体の場合において、ノズルおよび流出分岐に液体を均一に分布させる推進力が何なのかが明確になっていない。分散流機構または気泡流機構（気体の連続相中の液滴が存在するもの又は液体の連続中に気泡が存在するもの）に関しては、実験室で流れ実験を行っていない。評価された流れ機構は、層流、波状層流、スラグ流および環状流であり、それらは、オビット・ベイカー氏（Ｏｖｉｄ  Ｂａｋｅｒ）によって２相流マップを用いることで予測されるものである（「ハウ・ツー・サイズ・プロセス・パイピング・フォー・ツー−フェース・フロー（Ｈｏｗ  ｔｏ  ｓｉｚｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｐｉｐｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ  ｆｌｏｗ）」、ハイドロカーボン・プロセッシング（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、１９６９年１０月、第１０５頁〜第１１６頁）。このように、流速が低く液体の割合が少ない場合では、インターナルを備えた標準的なＴ字管またはインターナルを備えていない標準的なＴ字管の分割性能が向上することのみが見出されている。流速が大きい好ましい機構、即ち、分散流および気泡流では試験が行われていない。仮に分散流および気泡流で試験が行われた場合では、結果が異なることが考えられる。
【００１２】
標準的なＴ字管で特別なインターナルを用いる代わりに、Ｔ字管を大きく改良した例が示唆されている。改良したＴ字管の例は、日本国特許（ＪＰ−Ａ２）第６２０５９３９７号、米国特許第４５２８９１９号および米国特許第４５１２３６８号に記載されている。
【００１３】
タイプ３：スプリットの上流で形成される流れ機構に依存するデバイス
産業上利用される流れ機構を予測することは、流れ機構マップ（ｆｌｏｗ  ｒｅｇｉｍｅ  ｍａｐ）が正確さを欠くために困難である。ほとんどの流れ機構は、径が小さいパイプ（２インチ未満の径を有するパイプ）内に供された空気および水に対する２相流れ機構データに主に基づいている。それゆえ、例えばハイドロプロセッシング・ユニット（ｈｙｄｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）等の高温・高圧の炭化水素／水素系では、流れ機構マップが不正確となってしまう。
【００１４】
流れ機構マップの不正確に加えて、液体および気体の量および性質を予測する熱力学モデルもまた不正確である。このことは、例えば、炭化水素が擬似成分（ｐｓｅｕｄｏ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の使用によって特徴付けられる複雑な炭化水素系、および、蒸発程度および流体性質を予測するのに状態式が用いられる複雑な炭化水素系にとって重要な意味を成す。
【００１５】
また、処理プラントの配管系（ｐｉｐｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）は、エキスパンション、コントラクション、エルボ、チェックバルブ等のパイプ・フィッティングを有しており、しばしば複雑となっている。２相ストリームがかかるパイプ・フィッティングを通過すると、一般的な流れ機構が分配されるため、一般的な流れ機構を再度形成するには、長いまっすぐな配管が必要とされる。例えば、上述したように、密度の高い液体相がエルボの内壁の外側近傍を流れ、軽い液体相がエルボの内壁の内側近傍を流れるように、エルボでは相が分離する傾向がある。
【００１６】
かかる３つの理由から、パイプまたはフロー・チャンネルの実際の流れ機構を正確に予測するのは通常困難である。従って、温度、圧力、流速、流体の化学成分等の操作条件の変動に起因して、処理ユニットの関連する全ての操作条件で流れ機構を１つに維持するのは通常困難である。それにもかかわらず、多くの２相ストリーム・ストリッパーは、１つの流れ機構に対してのみ機能するように設計されている。
【００１７】
２相ストリーム・スプリッターの第１の例が、米国特許第４５１６９８６号に記載されている。かかるスプリッターは、主パイプに挿入された内部パイプ１２を有して成る。内部パイプと主パイプとの間に設けられた環状領域には、バッフル１３が配置されている。主パイプで意図される流れ機構は、パイプ壁付近の環状リング部を液体が流れ、かつ、パイプの中心部を気体が速い速度で流れるような環状流れ機構である。パイプ壁付近を流れる液体の一部は、閉鎖された端部空間１４に集められることになる。閉鎖した端部空間１４から流出する液体は、制御バルブ２３を通るように外部ライン１５を流れる。バッフル１３の下流の環状気体空間３０から得られた気体は、分岐パイプ１１を通るように送られる。分岐パイプ１１で、気体と制御バルブからの液体とが合わせられることになる。分岐パイプ１１の２相ストリームに供される流量計２０は、液体流れを制御するのに用いられる。しかしながら、流量計で気体／液体比をどのように正確に測定できるのかについては記載されていない。通常、気体／液体比を測定するには、気体流れと液体流れとを別個に測定しなければならない。環状流れ以外の他の流れ機構、例えば、スラグ流では、デバイスの分割性能が悪くなり得る。主パイプ１０で支配的な流れ機構が環状流れである場合であっても、スプリッターの上流側のエルボ等のパイプ・フィッティングによって流れが乱されることになる。そのため、まっすぐな配管部が必要とされるが、かかる配管部は、処理ユニットで付加的なスペースを占めてしまう。また、流速範囲には限界がある。全流速が設計値を下回ると、バッフル１３における圧力降下が急に減少し、制御バルブ２３において供される圧力降下が減少することになる。あるポイントでは、制御バルブが充分に開いて、液体速度を制御できなくなる場合がある。機器や制御バルブが用いられると、システムは他の２相流スプリッターほどシンプルで丈夫なものでなくなり、スプリッターでの圧力降下が増加してしまう。圧力降下が大きくなると、処理ユニットの移送（またはポンピング）および／または圧縮に関するコストが通常増加してしまう。本願特許明細書では、２つの流出ストリームをどのように発生させるのかについて記載している。３つ以上の流出ストリームが必要とされる場合、直列に設けられた２つ以上の分割システムがおそらくは必要とされるであろう。多くの流出ストリームが必要とされる場合では、分割システムがやや複雑になり、必要とされる圧力降下が過大になり得る。
【００１８】
２相ストリーム・スプリッターの第２の例が、米国特許第４８００９２１号に記載されている。米国特許第４８００９２１号では、水平ヘッダー１６に流出枝管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…が設けられている。上流側の流出枝管は、より高い位置に設けられており、下流側へと向かうにつれ流出枝管の高さが徐々に低くなるようになっている。ヘッダー内の流れ機構が環状流れである場合、種々の高さを有する各々の流出枝管ポイントで、環状液体リング部の厚さが略同じ厚さとなるようにしなければならず、そのため、各々の分岐ストリームでの気体／液体比が同じとなることが求められる。上述したように、関連する全ての操作条件において流れ機構が１つのある流れ機構に維持されるということは考えにくい。更に、主ライン内にて環状流れを維持することができた場合であっても、気体／液体比が各分岐ラインにおける流速が全体的に影響を受けることが予測される。分岐ラインでの流速が速くなればなるほど、より多くの気体がパイプに吸い込まれることになるので、気体と液体との比が高くなってしまう。ある操作モードの流れ機構が、例えば層流等の予測されるものと異なる場合では、相が著しく不均衡に流出分岐部に配分されることになる。
【００１９】
２相ストリーム・スプリッターの第３の例は、米国特許第４５７４８３７号に記載されている。米国特許第４５７４８３７号に記載されている水平な主パイプ１０での或る相分離は既知であるものと考えられる。主パイプには種々の高さの開口部が設けられているので、流体は環状チャンバー１２を流れた後に分岐パイプ１３を流れることになる。パイプ１０の上部および底部に設けられた開口部の適切な流れ領域を選択することによって、分岐パイプにおけるストリームの気体／液体比が設定される。パイプの底部の開口部の流れ領域よりも上部の開口部の流れ領域の方がより速い流れになると、分岐パイプでは、液体に対する気体の割合がより多くなる。かかるデバイスは、層流機構および波状層流機構に対してのみ機能する。また、かかるデバイスでは、主パイプ内の液体レベルが予め分かる場合にのみ、ストリームを所望の気体／液体比で分割することができる。結果的に、デバイスは、遅い流速に対してのみ機能し得、また、決められた気体／液体比および性質に対してのみ機能し得る。ほとんどの工業的用途は、流速が速く、気体／液体比および性質が大きく変動する特徴を有している。
【００２０】
ストリーム・スプリッターの他の例は、米国特許第４５７４８２７号および米国特許第５４３７２９９号に記載されている。米国特許第４５７４８２７号および米国特許第５４３７２９９号に記載されているスプリッターは、スプリットの上流側に形成される或る流れ機構に依存している。
【００２１】
タイプ４：遠心力を利用したデバイス
米国特許第５０５９２２６号には、遠心力を利用した２相流れスプリッターが記載されている。遠心力スプリッターは、渦流室２３へとつながる流体入口２８を接線方向に有している。渦流室の底部には、旋回する気体および液体を出口開口部３６を介して出口チャンネル３７へと導く中央ハブ３８および羽根部（ｖａｎｅ）３９が設けられている。しかしながら、液体相を分配する推進力が何であるかは容易に理解することができない。また、デバイスの一方の側部に１つだけ入口２８が設けられており、流体の入口が対称的にはなっていない。渦流室の内壁に沿って液体が旋回するものの、非対称な設計に起因して、流れおよび液体層／フィルムの厚さが一様になることを期待することはできない。結果的に、ある羽根部３９が他の羽根部３９よりも多くの液体を集めることになるので、液体が出口チャンバー３７へと最適には分配されない。
【００２２】
タイプ５：外部エネルギーを用いて流れを分散させるデバイス
外部エネルギーを用いて流れを分散させるデバイスの一例が、欧州特許（ＥＰ−Ｂ１）第０００３２０２号に記載されている。流入ストリームを出口チャンネル４ａ，４ｂおよび４ｃへと分割するスプリットの上流には、シャフト２８に設けられた回転攪拌機およびモーター３２が用いられており、それらによって、液体と気体との混合物を分散させている。かかるデバイスでは、シャフト２８に対して加えられた機構によって分散流れ機構を発生させているので、デバイスは、流速および流体性質の変動にかかわらず機能するものと考えられる。このようなタイプのデバイスに関連する主な問題は、水素化分解（３００バールまで）等の高い圧力が用いられる場合では、シャフト２８とパイプ／ベンド２１との間での良好なシールを容易に達成できないことである（コスト的に安い設計ができない）。また、イニシャル・コスト、回転機のメンテナンス・コストおよびモーターの消費電力のコストも高い問題もある。
【００２３】
タイプ６：流入ストリームの気体と液体とを分けた後に気体相および液体相とをそれぞれ流出ストリームへと分配するデバイス
図２に、常套的な気体／液体セパレーターおよび常套的な計装機を用いて、２相流入ストリームを３つの流出ストリームへと分割する流れスプリッターの第１の例を示す。気体相は、気体流出ライン１４を介して、並列に設けられた制御バルブ１５ａ，１５ｂおよび１５ｃへと移送される。制御バルブの位置またはリフト（またはバルブの開き）をフロー・コントローラー１６ａ，１６ｂおよび１６ｃによって制御することによって、各々の制御バルブを通る気体が所望の流速となるようにしている。ΔＰトランスミッター（ΔＰ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）とオリフィス板またはベンチュリ管等とを組み合わせたような常套の手法を用いて、流れが測定されている。フロー・コントローラーは、圧力コントローラー１７とつながっている。セパレーター１０で所望の圧力が維持されるように、圧力コントローラーはフロー・コントローラー１６ａ，１６ｂおよび１６ｃについてのフロー設定値を変化させている。液体相１３は、液体流出ライン１８を介して、並列に設けられた制御バルブ１９ａ，１９ｂおよび１９ｃへと移送される。制御バルブの位置またはリフト（またはバルブの開き）は、フロー・コントローラー２０ａ，２０ｂおよび２０ｃによって制御され、各々の制御バルブを通る液体が所望の流速となるようにしている。ΔＰトランスミッター（ΔＰ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）と例えばオリフィス板とを組み合わせたような常套の手法を用いて、流れが測定されている。フロー・コントローラーは、圧力コントローラー２１とつながっている。セパレーター１０内で所望のレベルが維持されるように、レベル・コントローラーは、フロー・コントローラー１９ａ，１９ｂ，１９ｃについてのフロー設定値を変化させている。バルブ１５ａ，１５ｂおよび１５ｃから移送される気体ストリームと、バルブ１９ａ，１９ｂおよび１９ｃから移送される液体ストリームとが組み合わされることによって、３つの２相流出ストリーム２２，２３および２４が得られることになる。
【００２４】
図２に示すような２相ストリーム・スプリッターに用いられる計装機は、やや複雑なものである。なぜなら、トランスミッター、制御バルブおよびコントローラー等の構成要素が複雑であり、それらの数が多いだけでなく、故障および不具合となる可能性があるからである。制御システムが故障または不具合を起こした場合、液体に対する気体の割合が高すぎたり又は低すぎたりすると、下流ストリーム・システムが損なわれてしまうことになる。例えば、配管内を流れるストリームにおける液体に対する気体の割合が急に増加すると、配管が過熱されるため、配管が裂けたり、炉管にてコークスが蓄積したりする可能性がある。また、例えば、液体に対する気体の割合が低い状態でリアクターが操作されると、並列に設けられた触媒水素処理リアクターでコークスが急に蓄積する可能性があり、その結果、たとえ短い時間であっても水素が足りなくなってしまう。更に、制御システムが複雑になって、セパレーター・ベッセル１０のサイズが大きくなると、スプリッターのコストが高くなってしまうことになる。
【００２５】
第２の例が、米国特許第４２９３０２５号に記載されている。米国特許第４２９３０２５号に記載されている２相流れスプリッターは、２相入口ノズル１１を備えたセパレーター・ベッセル１０を含んでいる。入口ノズルの下方に緩衝プレート１４が配置されているので、速い速度で供給される流入ストリームが弱められる。セパレーターには２つ以上のチムニー（ｃｈｉｍｎｅｙ）１２が設けられている。チムニーの上端部は開口しており、気体がチムニーに流入できるようになっている。また、チムニーには、液体がチムニーに流入できるような開口部１３が設けられている。チムニーの上端部の上方にはキャップ１６が配置されており、チムニー上端部から液体が直接導かれないようになっている。各々のチムニーに供給される液体流れは、開口部よりも上方の液体ヘッドおよび開口部の流れ面（または流れ面積）によって決められる。ベッセル内の液体レベルが所定のレベルの場合では、各々のチムニーへと流れる液体流れは略一定となる。そのため、かかる２相ストリーム・スプリッターは、液体を並行な流出ストリームへと分配する推進力が液体ヘッドとなっており、そのようなスプリッターでは、気体／液体比が一定というよりもむしろ、各々の流出ストリームでは液体流れが一定となっている。分配する推進力が液体ヘッドであるストリーム・スプリッターに関連した別の問題としては、液体流れの範囲が制限されていることが挙げられる。開口部１３の面積は、設計された液体流速で液体レベルが中間となる大きさにする必要がある。ある操作モードにて液体流速が例えば５０％速くなると、液体レベルは、設計された液体レベルよりも約２．２５倍高くなるので、液体がチムニーから流出して、流出ストリームへと液体が望ましく分配されないことになる。液体流れが設計された液体流れよりも例えば５０％遅くなると、液体レベルは、予測された液体レベルのわずか約２５％になってしまう。液体レベルが低いと、波に対する大きい感度、平らでない装置および他の製作公差に起因して、液体分配性能が低下してしまう。より高い位置に開口部を設けると、スプリッターの液体流れ範囲を広くすることができるものの、設計ポイントでの液体分配性能が、ある１つの高さにのみ開口部を備えたスプリッターと比べて減じられることになる。
【００２６】
液体を均一に各々の流出ストリームへと分配する推進力が液体レベルとなっているスプリッターの他の例は、米国特許第４６６２３９１号、日本国特許（ＪＰ−Ａ２）第０３１１３２５１号および日本国特許（ＪＰ−Ａ２）第０２１９７７６８号に開示されている。
【００２７】
液体相と気体相とを分離するストリーム・スプリッターの第３の例が、米国特許第５２５０１０４号に開示されている。かかる例では、パイプ１４内を流れる２相混合物が、セパレーター１２で分離される。気体相は、Ｔ字管２０で２つのストリームに分割される。２つの気体ストリームは、それぞれオリフィス２２および２４を通る。オリフィスを通過する際の気体流れの圧力降下ΔＰＶは、気体の体積流速の２乗にほぼ比例する。液体ライン３２および３４を通過する際の液体流れの圧力降下ΔＰＬは、サンプ（または水溜め部）３０の液体レベルと液体チューブ端部４０，４２の液体レベルとの高さの違いに起因した静的な項ΔＰＳＬ、および、摩擦の項ΔＰＦＬとから成るものである。ΔＰＦＬは、液体の体積流速にほぼ比例する。スプリッター内に設けられた気体および液体の通路は平行な通路であるために、圧力降下は同一となる：
【００２８】
【数１】
2007533419.tif 000003
【００２９】
気体オリフィスおよび液体チューブの流れ面は、或る気体流速ＱＶおよび或る液体流速ＱＬに対して大きさを有するものである。ある操作モードに際して例えば実際の気体流れが５０％速くなると、ΔＰＶは予想よりも多く１２５％となる。液体流れが変化しないので、ΔＰＦＬもまた変化しない。式（１）を満たすために、１．２５×ΔＰＶの分だけΔＰＳＬを増加させる必要がある。そのため、サンプ３０の液体レベルをかなり減じる必要があり、ある時点ではサンプに液体レベルが存在しないことがあり、気体および液体の双方が液体ライン３２および３４に入ってしまうことになる。このような場合、並列なライン３２および３４への液体の分配が不充分となってしまう。その一方、気体流れが、ある操作モードに際して設計された気体流れよりも例えば５０％低下すると、ΔＰＶは予想よりも少なく７５％となる。このような場合、サンプ３０の液体レベルは相当に上昇するので、サンプからオーバーフローが生じて、液体がオリフィス２２および２４に流れ、不均一な分配となる。かかるスプリッターは、気体流速および液体流速が設計された（または意図された）流速の場合にのみ適切に機能することになる。大抵の工業用途は、液体流速および気体流速の変動が大きく、密度、粘度および表面張力などの液体特性ならびに気体特性の変動が大きいという特徴を通常有しているので、かかるスプリッターの液体流れおよび流速流れの範囲では不充分である。
【００３０】
発明の要旨
本発明は、２相流入ストリームを２つ以上の流出ストリームに分けるデバイスである。かかるデバイスは、流出流体の各々の気体／液体比（または液体に対する気体の割合）をほぼ一定とするように設計できる。
【００３１】
ある態様の本発明のスプリッターを図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃに示す。流入ストリームは、流入パイプを介してセパレーター・ベッセルへと送られる。ベッセルの流入パイプの入口の下方には、緩衝プレート（または衝突プレート、ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  ｐｌａｔｅ）が設けられている。緩衝プレートによって、ストリームの速い速度が弱められ、セパレーターの内壁へとストリームが導かれ、その結果、セパレーターの内壁に液体が衝突して、液体と気体相とが分離される。セパレーター・ベッセルでは、液体相と気体相とが分離されている。
【００３２】
セパレーターの内側には、垂直に設けられた２つの吸引チャンネルが配置されている。かかる吸引チャンネルは、２つの流出パイプと流体連通している。流出ストリームは、かかる流出パイプを介してセパレーターから排出されることになる。吸引チャンネルの下端部は、液体相に浸漬されている。吸引チャンネルの側壁には開口部が設けられている。気体は、セパレーター内の液体レベル（または液体の液面）よりも上方に位置する開口部を通るように流れる。気体がかかる開口部を通過すると、吸引チャンネル壁部に圧力降下が生じることになる。その結果、液体は、吸引チャンネル内へと吸い上げられ、吸引チャンネル内の気体と混合される。得られる２相混合物は、チャンネル内を上方へと流れ、流出パイプを介してセパレーターおよび２相ストリーム・スプリッターから排出される。
【００３３】
セパレーター内の液体レベルは、ベッセルに入る気体の流速によって主に決められる。気体の流速が遅いと液体レベルが高くなり、気体の流速が速いと液体レベルが低くなる。液体の流速によっては、液体レベルはあまり影響を受けない。
【００３４】
上述したような従来技術とは違って、本発明は以下のような有利な点を有している：
Ａ）本発明のスプリッターでは、流出ストリームの各々の気体／液体比をほぼ一定に維持することができる。別法にて、本発明のスプリッターでは、流出ストリームの各々の気体／液体比が特定の異なる値となるように設計することができる。
Ｂ）本発明のスプリッターでは、意図する分割比がどのような分割比であっても設計することができる。また、本発明では、ある操作状態における現実の分割比が意図された分割比と異なる場合であっても、スプリッターは機能し得る。
Ｃ）本発明のスプリッターは、流入パイプ内の流れ機構がどのようなものであっても等しく好ましく機能する。
Ｄ）本願発明のスプリッターは、配管系の上流または下流のレイアウトに対してセンシティブ（または敏感）ではない。例えば、スプリッターの上流側のエルボまたはバルブ等のパイプ・フィッティングによって性能が影響を受けることはない。
Ｅ）本発明のスプリッターを使用すると、複数の流出ストリームを形成することができる。緩衝Ｔ字管（ｉｍｐａｃｔ  ｔｅｅ’ｓ）を用いた対称的なパイピング・スプリットによって、２つの流出ストリーム，４つの流出ストリームまたは８つのストリーム，・・・等を形成することができるものの、本発明では、３つの流出ストリーム，６つの流出ストリーム，７つのストリームまたは９つのストリーム，・・・等を形成することができる。
Ｆ）本発明のスプリッターは、シンプルで丈夫な設計を有している。器具が使用されておらず、可動部を有していない。僅かなメンテナンスで済み、プラント作業者が注意を払う必要性もない。
Ｇ）本発明のスプリッターは、オープン・システム（ｏｐｅｎ  ｓｙｓｔｅｍ）であり、汚れの影響はほとんど受けない。処理ユニットでスプリッターを使用しても、過圧保護する考え方が影響を受けるようなことはない。水素処理ユニットでは、スプリッターの下流側に配置されたリリーフバルブ（または安全弁）によって、スプリッターの上流側に配置された機器が過圧から保護されている。
Ｈ）下流側の圧力降下がどんなに大きくても、スプリッターの圧力降下は小さい（設計条件において〜０．０５バールである）。
Ｉ）本発明のスプリッターは、コンパクトであり、コスト的に効率の良い設計となっている。
【００３５】
発明の背景
種々の工業プロセス機器の上流側では、流出流体の各々の気体／液体比が同じになるように２相ストリームを２つ以上の流出ストリームに分けることが求められている。例えば以下の事柄が挙げられる：
・プロセス用炉においては、炉管の直径が過度に大きくなるのを回避し、かつ、経済的な炉の設計ができるように、プロセス流体に対して、並列な炉管が最もよく用いられている。そのため、炉の上流側に設けられた並列な炉管に供給ストリームを分割して供給する必要がある。
・最近の処理プラントでは、組み合わされたシェル＆チューブ式熱交換器などの並列に連結された熱交換器がしばしば用いられる。このように並列に連結された熱交換器を用いるのは、管束直径が過度に大きくなるのを回避するためであり、および／または、処理プラントでの熱統合（ｈｅａｔ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を最適化するためである。
・束状のエアークーラーは並列に配置される場合が多い。これは、束サイズに制限があるからであり、また、流入ヘッダーの長さが過度に長い場合では、並列なエアークーラー管への流体の分配が不充分となるからである。
・トリクルベッド・リアクター（または散水ろ床リアクター、ｔｒｉｃｌｅ  ｂｅｄ  ｒｅａｃｔｏｒ）等の化学リアクターは並列に構成され得る。高圧用途では、並列に構成すると、リアクター直径を減じることができ、全体的なリアクター・コストを下げることができる。より多くの触媒を既存のプラントに加える必要がある処理プラントを改造（または改良）する際には、経済的な観点から、既存の化学リアクターに新しい化学リアクターを直列に加えるよりも並列に加える方がしばしば非常に魅力的である。なぜなら、既存のリアクターに新しいリアクターを直列に加える場合では、全リアクターの圧力降下が相当に大きくなってしまい、ポンプおよび／またはコンプレッサーの取替え／アップグレードが必要となりコストが高くなってしまう。その一方、新しい化学リアクターを並列に加える場合では、圧力降下が実際には減少することになり、同じポンプおよびコンプレッサーであってもプラントの処理量を高くすることができる。
【００３６】
これまでのところ、２相ストリームを液体／気体比が相互に等しい複数の流出ストリームに分割することは殆どできていなかった。流出ストリームの液体／気体比が等しくならないと以下のような結果がもたらされる：
【００３７】
炉
気体の熱容量が液体の熱容量よりも大きいので、液体に対して気体の割合が多いストリームを受け入れる炉管は、液体に対して気体の割合が少ないストリームを受け入れる炉管よりも熱くなる。そのため、最大許容管材料温度は、炉に対して見積もられている熱交換量さえ下回ることになり得る。この場合、炉によって、当初意図された熱を伝えることができなくなり、結果的に、処理ユニットの生産速度が低くなってしまう。炭化水素処理では、管金属温度がより高くなると、管の壁部におけるコークス生成速度が増加することになる。その結果、炉管のコークスを除去するユニットを早期に停止する必要がある。また、自動制御システム（流れ制御バルブ）で気体および液体を各々並列な炉管へと分配する場合では、制御システムが故障すると、１つ以上の炉管が液体流れを急に通さなくなってしまう可能性があり、結果的に、炉管が過熱状態となって破裂する場合がある。
【００３８】
熱交換器およびエアークーラー
並列な熱交換器およびエアークーラーで気体／液体比が等しくないと、全伝熱能力が相当に減少してしまう。このことは、低温ストリームの温度と高温ストリームの温度とが非常に近いクリティカルな用途の場合に特に当てはまる。例えば、伝熱システムが２つの並列な熱交換器Ａおよび熱交換器Ｂから構成されており、熱交換器Ａが、液体に対する気体の割合が高いストリームを受容し、熱交換器Ｂが、液体に対する気体の割合が低いストリームを受容する場合を考えてみる。熱交換器Ａの推進力ΔＴは、ストリームのより低い熱容量に起因して、より低くなるので、熱交換器Ａでの伝熱交換量はより少なくなる。熱交換器Ｂの推進力ΔＴは、ストリームのより高い熱容量に起因して、より高くなるので、熱交換器Ｂでの伝熱交換量はより多くなる。この場合、熱交換器Ｂでのより多い伝熱は、熱交換器Ａでのより低い伝熱を補うほどに充分に多いものではなく、全体的には、熱交換器で伝えられる全熱量が減ってしまうことになる。熱交換器で予測される伝熱よりも伝熱が少なくなると、プロセスの生産速度が遅くなり、経済的に厳しい結果となり得る。
【００３９】
ある場合では、並列な熱交換器に液体が不均一に分配されると、汚れ、閉塞および／または腐食が生じることがある。例えば、１つの例としては、液体を気化させる並列な熱交換器を用いる場合が挙げられる。通常、気化が生じないプロセス・ストリームでは汚染が生じることがないので、熱交換器内で完全に気化（または蒸発）しないように処理プラントが設計されている。即ち、「乾点」に至らないようになっている。熱交換器のある箇所で「乾点」が生じると、液体中に元から溶解または分散していた汚染物は、液体が無くなってしまうために、伝熱面に蓄積されてしまう。並列な熱交換器の１つが、見込みを相当に下回る液体を受容している状態では、プラント設計の時点で予測されない場合でも、かかる熱交換器では乾点が生じてしまうことになる。その結果、熱交換器での汚れおよび／または閉塞の問題は悪化することになり、引き続いて、伝熱速度が低下し、熱交換器を洗浄するユニットを早期に停止しなければならなくなる。
【００４０】
その他の例としては、水素処理ユニットで生成物用の束状エアークーラーを用いる場合が挙げられる。リアクター流出物が冷却されると、ＮＨ４ＣｌおよびＮＨ４ＨＳ等のアンモニア塩が蓄積し、深刻な腐食の問題および閉塞の問題が生じてしまう場合がある。そのため、かかるアンモニア塩を溶かすべく洗浄水が加えられている。洗浄水を含んだプロセス・ストリームを並列な束状エアークーラーに分割して供給した場合では、洗浄水の分配が不充分となる場合があり、洗浄水が殆どまたは全く供給されないエアークーラーの束では腐食および閉塞の問題が生じてしまう。
【００４１】
化学リアクター
水素処理ユニットに設けられた並列な化学リアクター（例えば、トリクルベッド・リアクター）では、各々のリアクターの入口で同じ気体／液体比となることが極めて重要である。固体触媒存在下にて炭化水素成分と水素とが反応する水素処理リアクター（例えば、水素化分解リアクター）では、リアクターに供給されるフィードにおいて液体に対する気体の割合が少ないと、リアクター内での水素分圧が低くなる。その結果、反応速度が低くなったり、コークス蓄積速度が速くなったり、また、触媒が不活性化してしまうことになる。また、リアクターに供給されるフィードにおいて液体に対する気体の割合が少ないと、短い操作時間であっても、リアクターの触媒分子の高価な装填が損なわれる結果となる。
【００４２】
詳細な説明
本発明のスプリッターは、必要とされる分割比（または配分割合）が得られるように設計することができる。分割比は、流出ストリームの全質量流を流入ストリームの全質量流で割ったものとして規定される。例えば、本発明では、分割比を５０％／５０％となるように設計できるだけでなく、分割比を５％／９５％となるように設計することもできる。２相スプリッターは、制御バルブを用いておらず、全体の圧力降下が少ないオープン・システムである。そのため、分割比を決めるのは、２相スプリッター自体ではなく、下流の流れ系の水力性能（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｃａｐａｃｉｔｙ）である。分割比が２相スプリッターで意図された分割比からずれた場合であっても、スプリッターを適当に設計することによって、流出ストリームの各々において、ほぼ同じ気体／液体比を得ることができる。その理由は以下の通りである：
【００４３】
例えば、吸引チャンネルＡおよび吸引チャンネルＢに対して２相流入ストリームがそれぞれ３０％／７０％の分割比となるように２つの流出ストリームへと分割されるように、ストリーム・スプリッターが設計されている場合を例に挙げて説明する。一般的には、かかる設計では、２つの吸引チャンネルの開口部が異なるサイズを有しており、２つの吸引チャンネルの断面積は異なっている。ある操作モードでは、分割比は、２相スプリッターで意図された３０％／７０％とではなく４０％／６０％となる場合がある。この場合、当初の見込みを上回る量の気体が、側部に設けられた開口部から吸引チャンネルＡに流入することになる。そのため、吸引チャンネルＡの外側から内側までの圧力降下がより大きくなり、その結果、より多くの液体が吸引チャンネル内へと吸い込まれることになる。また、分割比がより低いことに起因して、当初の見込みを下回る量の気体が、吸引チャンネルＢの側部の開口部を通って吸引チャンネルＢに流入することになり、吸引チャンネルＢの外側から内側までの圧力降下がより小さくなる。その結果、より少ない液体が吸引チャンネル内へと吸い込まれることになる。このようにして、異なる分割比を補うような設計が為されている。
【００４４】
ある操作モードにおける所定の吸引チャンネルに対する分割比が見込みを上回る場合では、気体がより多く流れることによって、液体がより多く流れることになる。同様に、所定の吸引チャンネルに対する分割比が見込みを下回る場合では、気体がより少なく流れることによって、液体がより少なく流れることになる。結果的に、出口パイプにおける液体に対する気体の割合は、分割比の変化によってはあまり影響を受けることはない。
【００４５】
図４では、並列に設けられた熱交換器、計装機および炉管を備えた処理システムのプロセス・フロー図が示されているが、図４は、流出ストリームの各々で同一の気体／液体比が維持される性能について第１の例を示している。高温ストリーム５８および６５が流れ込む熱交換器、ならびに、炉６１が用いられることによって、低温の２相供給ストリーム５０が加熱されている。まず、本発明のスプリッター５１によって、低温ストリーム５０は３つのストリーム５２，５３および５４へと分けられる。流出ストリーム５２は、シェル＆チューブ式熱交換器５５ａ，５５ｂ，５５ｃおよび５５ｄのシェル側ならびに炉６１の管路６７から成るトレインＡを流れる。流出ストリーム５３は、シェル＆チューブ式熱交換器５６ａ，５６ｂ，５６ｃおよび５６ｄのシェル側ならびに炉６１の管路６８から成るトレインＢを流れる。流出ストリーム５４は、シェル＆チューブ式熱交換器５７ａ，５７ｂおよび５７ｃのチューブ側ならびに制御バルブ６９から成るトレインＣを通過する。流出ストリーム６２、流出ストリーム６３および流出ストリーム６０は、それぞれ組み合わされて生成物ストリーム６４となる。スプリッター５１で設計されている気体および液体の流速および性質を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2007533419.tif 000004
【００４７】
スプリッター５１は、トレインＡ、トレインＢおよびトレインＣに対する分割比がそれぞれ４０％／４０％／２０％となるように設計されている。流出ストリーム５２，流出ストリーム５３および流出ストリーム５４の各々が同じ気体／液体比となることを目的としている。実際の分割比が４０％／４０％／２０％という設計された分割比と同じになる場合では、３つの流出ストリーム５２，５３および５４の気体／液体比がほぼ同じになる。しかしながら、トレインＡでの所定の流速の圧力降下が、見込みよりも２０％大きくなることが分かった。流れ抵抗の違いは、２つの並列なトレインＡおよびＢの異なる配管のレイアウトおよび僅かに異なる熱交換器および炉の設計に起因するものであった。また、トレインＣでの所定の流速の圧力降下は、当初の見込みよりも３０％大きくなることが分かった。トレイＣに対するより少ない流れ抵抗は、制御バルブ６９によって制御される流れ条件がより高いことに起因するものであった。並列な流れ系の異なる流れ抵抗によって、分割比は予測されるものと異なっていた。
【００４８】
以下では、トレインＡおよびトレインＣの見込まれた流れ抵抗が異なることによってもたらされる並列のトレインの各々の気体／液体比の相違を、気体および液体の流速を９セット用いて評価している。評価された気体および液体の流速のセットおよびその結果を表２に示す。気体流れおよび液体流れは、それぞれ、設計された気体流速および液体流速の５０％、１００％および２００％に相当する。評価から得られた結果、つまり、スプリッターにおけるΔＰ、３つのトレインにおけるΔＰ、ストリーム５２，５３および５４についての気体／液体比および％ＤＶＬＲについても表２に示す。なお、％ＤＶＬＲは、以下の式で規定される：
【００４９】
【数２】
2007533419.tif 000005
ここで、ＶＬｉおよびＶＬｆｅｅｄは、それぞれ、流出ストリームｉの気体／液体比（即ち液体に対する気体の体積割合）および流入供給ストリームの気体／液体比（即ち液体に対する気体の体積割合）であり、Ｎｓｐｌｉｔは、スプリッターから得られる流出ストリームの数である。
【００５０】
表２から分かるように、所定のスプリッター設計では、下流系の流れ抵抗が当初の見込みとは異なる場合であっても、幅広い範囲の気体流速および液体流速にわたって優れた性能が示された。
【００５１】
気体／液体比は１．３から２１．５までの間で変化し、トレインでの圧力降下は１．３バールから２０．９バールまで変化する。トレインＡの２０％より多い流れ抵抗およびトレインＢの３０％より少ない流れ抵抗によってもたらされる％ＤＶＬＲの平均は、２．９７％と低いものである。
【００５２】
【表２】
2007533419.tif 000006
【００５３】
スプリッターの性能は、スプリッターの製造および設置に際する機械的誤差によって影響を受ける場合がある。特に、スプリッターの性能は、吸引チャンネルの相対的な高さおよび吸引チャンネルの開口部の流れ面によって影響を受ける。
【００５４】
本発明のスプリッターの用途の第２の例を図５のプロセス・フロー図に示す。１９０ｍ３の触媒粒子が充填された既存のトリクルベッド７５は、所望の速度で所望の生成物を得るには小さすぎる。そのため、付加的に９０ｍ３触媒を加える必要がある。既存なリアクターに対して直列に新しい触媒を設ける代わりに、既存のリアクター７５に対して並列に新しいリアクター７４が設けられる。２相供給ストリーム７０をリアクター７５および７４へとそれぞれ送られる２つの流出ストリーム７２および７３へと分けるために、本発明のスプリッター７１が用いられている。リアクター７４およびリアクター７５へとそれぞれ分けられる分割比は、３２％／６８％である。リアクターの下流では、リアクター７４からの流出ストリーム７６とリアクター７５からの流出ストリームとが組み合わされて、生成物ストリーム７８が得られる。スプリッター７１の吸引チャンネル同士は同じ高さになることが意図されているものの、かかる第２の例では、ストリーム７２に対応する吸引チャンネルＡは、ストリーム７３に対応する吸引チャンネルＢよりも１０ｍｍ高くなっている。また、吸引チャンネルＡの開口部の流れ面は、意図された面積よりも２％大きくなっており、また、吸引チャンネルＢの開口部の流れ面は、意図された面積よりも２％小さくなっている。吸引チャンネルＡおよび吸引チャンネルＢの高さおよび開口部の流れ面積が異なることによって、液体に対する気体の割合は、ストリーム７３よりもストリーム７２の方が多くなる。
【００５５】
スプリッター７１は、表３に示すような気体流速および液体流速ならびに気体特性および液体特性に対して設計されている。
【００５６】
【表３】
2007533419.tif 000007
【００５７】
以下では、上述のような製造および設置に際する誤差によってもたらされる気体／液体比および％ＤＶＬＲ（式（２）によって規定される）の相違を、幅広い操作条件で評価している。評価される操作条件（表４に示す）は、それぞれ、気体および液体の意図された流速の５０％、１００％および２００％に相当する。評価から得られる結果、つまり、スプリッターにおけるΔＰ、リアクターにおけるΔＰ、ストリーム７２および７３についての気体液体比（体積比）ならびに％ＤＶＬＲを表４に示す。
【００５８】
【表４】
2007533419.tif 000008
【００５９】
表４から分かるように、製造および設置に際する誤差がある場合であっても、気体流速および液体流速の幅広い範囲にわたって優れた分割性能が示された。
【００６０】
図４および図５に示される２つの例では、各々が同じ気体／液体比を有する流出ストリームが形成されるようにスプリッターが設計されているが、気体／液体比が各々の異なる流出ストリームが形成されるようにストリーム・スプリッターを設計することもできる。例えば、分割比が２０％／２０％／６０％となるように、また、気体／液体比（体積比）が１０／１２／２０となるように、２相流入ストリームを３つの流出ストリームへと分割するスプリッターを設計することができる。なお、２相ストリーム・スプリッターが用いられる大抵の工業用途では、流出ストリームの各々の気体／液体比が同じとなることが望ましいとされている。
【００６１】
本発明のセパレーターで行われる気体と液体との分離は、常套の相セパレーターと同様であることは必ずしも必要でない。気体から液体のバルク部分を分離することで充分である。気体が均等に分配されるので、気体に伴って送られるより小さい液体が吸引チャンネルへと分配されることになる。そのため、常套の相セパレーターよりも気体の線速度が速く、かつ、断面積が小さくなるように、２相スチーム・スプリッターのセパレーターを設計することができる。また、２相ストリーム・スプリッターのセパレーターで必要とされる液体の滞留時間は、図２に示すような計装機を備えた常套のセパレーターで必要とされる液体の滞留時間よりも相当に短くなっている。計装機を備えた常套のセパレーターは、５〜２０分の液体滞留時間を有しているため、レベル制御システムに対する応答時間を許容しており、また、自動制御システムが故障した場合の作業員による手動操作を可能にしている。２相ストリーム・スプリッターでは、レベル（または液面）は、ある程度迅速に修正され、また、気体充填量によって主に設定されるものである。それゆえ、２相ストリーム・スプリッターのセパレーターにおける液体の滞留時間は、５秒と短くなっている。全体的には、２相ストリーム・スプリッターのセパレーターは、装置産業で用いられている常套の相セパレーターよりも非常にコンパクトとなる。例えば、表１に示す気体および液体の流速および特性に対して設計されている図４のスプリッター５１の圧力ベッセルのサイズおよびコストを、図２に示すような常套の相セパレーターの圧力ベッセルの場合と比較した。なお、この常套の相セパレーターは、表１に示すような気体流れおよび液体流れおよびそれらの特性に対して設計されているものである。結果を表５に示す。
【００６２】
【表５】
2007533419.tif 000009
【００６３】
表５に示すコストは、吸引チャンネルなどのインターナルが設けられたベッセルのコストである。基礎工事、据え付け、断熱作業、配管および計装等の設置コストは含まれていない。従って、一般的には、トータルの設置コストは、表５に示す設備コストの３〜４倍になる。表５から分かるように、本発明のスプリッターは、常套の相セパレーターを使用する場合と比べて、コンパクトであって、コストが低くなっている。
【００６４】
図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ，図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ，図７Ｂおよび図８は、本発明のスプリッターの別の構造を示している。かかる図面は、本発明およびその代替的な態様を単に示すのに用いているに過ぎないので、図面は、本明細書に開示する発明の概念を限定したり、施工図として用いられたりするものではない。つまり、図面は、本発明の範囲を制限しない。図面に示されている相対的な次元は、商業的または工業的な態様と等しいものでもなく、そのような商業的または工業的な態様に比例するものでもない。
【００６５】
次に、本発明の態様が示された図面について言及する。図３Ａ，図３Ｂおよび図３Ｃに示すスプリッター３０は、流入ストリーム４１を２つの流出ストリーム４２，４３へと分けるスプリッターである。スプリッター３０は、流入パイプ３２および２つの流出パイプ４４，４５を備えたベッセル３１から成る。流入パイプ３２は、ベッセル３１の壁部に接続されており、流体のリークを防ぐシールが形成されている。パイプ３２の下端部は開口しており、流入ストリーム４２がベッセル３１内に入ることができるようになっている。緩衝プレート３３および側壁４０は、フロー・チャンネルを構成するようになっている。かかるフロー・チャンネルでは、流入ストリーム４１が２つのストリームに分けられるので、２つのストリームがベッセル３１の円筒壁部に向かって導かれることになる。各々の吸引チャンネルは、開口した上端部および下端部を有する円管から成る。吸引チャンネルの下端部は、液体３９に浸漬されている。吸引チャンネル３４の上端部または出口は、流出パイプ４４と接続され、また、吸引チャンネル３５の上端部または出口は、流出パイプ４５に接続されており、ベッセル３１から排出される２つのフロー・チャンネルが形成されている。流体のリークを防ぐシールは、ベッセル３１の壁部と流出パイプ４４，４５との間に形成されている。吸引チャンネル３４にはパイプの側部に開口部３７が設けられており、吸引チャンネル３５にはパイプの側部に開口部３６が設けられている。
【００６６】
運転（または操作）中では、２相流入ストリーム４１は、パイプ３２を介してベッセル内に流入する。かかる２相噴流は、緩衝プレート３３に衝突するので、それによって、ストリームの速い速度が弱められ、ストリームがベッセルの円筒形壁部の方向へと導かれ、ベッセル３１内で液体相３９と気体相３８とが分離される。液体相はベッセルの底部の重相収集領域（ｈｅａｖｙ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）に集められる一方、気体相はベッセルの上部の軽相収集領域（ｌｉｇｈｔ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）に集められる。そして、気体３８は、液面よりも上方に位置する吸引チャンネルの側部の開口部３６，３７の一部を通って流れる。このように開口部を通って気体が流れるために、吸引チャンネルの外側から吸引チャンネルの内側に向かって圧力降下が生じ、液体が吸引チャンネル内へと吸い上げられることになる。液体３９は、吸引チャンネル３４，３５の開口した下端部を通って流れたり、また、ベッセル３１の液面よりも下方に位置する開口部３６，３７の一部を通って流れたりする。吸引チャンネルでは液体と気体とが混合される。得られる２相混合物は、吸引チャンネル内にてその出口の方向に上方へと流れるので、流出パイプ４４，４５を介してベッセル３１から２相混合物が排出されることになる。
【００６７】
流入する入口は、図３Ａに示すように、吸引チャンネルの間にて対称的に配置されていることが好ましい。そのように対称的に配置されていると、気体／液体分離に必要とされるベッセルの断面積が最小限となり、気体通路をより均等に占めるように小さい液滴が配給されることになる。供給される流入ストリームが図３Ｂおよび図３Ｃに示すようなプレートおよび壁部に衝突するように、スプリッターが設計されていることが好ましい。供給される流入ストリームがプレートおよび壁部に衝突すると、液体と気体相とが分離し易くなり、また、速度の速い流入噴流がベッセルの液面へと到達するので、液体が再度エントレイメントを伴ったり、波打ったりすることになる。
【００６８】
吸引チャンネルの開口部の全面積は、ベッセル内の液体レベルが所望のレベルとなるように選択される。開口部の面積が大きくなると、気体の圧力降下が低下する。その場合、その低下した圧力降下が、液体を吸引するのに必要な垂直方向高さと適合するように、液体レベルがより高くなる。それとは逆に、開口部の面積が小さくなると、液体レベルが低下する。吸引チャンネルから得られる流出ストリームの気体／液体比を設定するのに、各々の吸引チャンネルの開口部の面積を用いることができる。吸引チャンネルＡの開口部の面積が、吸引チャンネルＢの開口部の面積よりも大きい場合では、吸引チャンネルＡから得られる流出ストリームの気体／液体比が、吸引チャンネルＢから得られる流出ストリームの気体／液体比よりも大きくなる。各々の吸引チャンネルの断面積および形状は、ベッセル内の液体レベル、および、各流出ストリームの気体／液体比に影響を及ぼすことになる。
【００６９】
図３Ａに示す吸引チャンネルの開口部は円形の穴である。しかしながら、この開口部は、垂直スロット（または垂直方向に延在したスロット、ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｓｌｏｔ）であってもよい。あるいは、開口部は、Ｖ形状、三角形状、矩形状、多角形状および楕円形状などの他の形状を有していてもよい。開口部領域は、吸引チャンネルの高さ方向に均等に延在していなくてもよい。例えば、底部付近の開口部をより小さい面積とし、上端部付近の開口部をより大きい面積とするように吸引チャンネルを設けてもよい。
【００７０】
図３Ａおよび図３Ｂに示す吸引チャンネルは、円形断面を有するものの、三角形、矩形、楕円形および多角形などの他の種々の断面形状を有するものであってもよい。また、吸引チャンネルの断面は、吸引チャンネルの長さに沿って変化するものであってもよい。
【００７１】
図３Ａに示す吸引チャンネルの底部は、液体が流れるように開口している。しかしながら、大抵の場合、吸引チャンネルの底部を閉鎖し、液面の下方に位置する吸引チャンネルの側部の開口部から全ての液体を流入させると、分割性能を向上させることができる。
【００７２】
図３Ａおよび図３Ｂに示すスプリッターの吸引チャンネルは垂直に設けられている。しかしながら、吸引チャンネルは全体的に垂直でなくてもよい。吸引チャンネルは、垂直要素を有していれば充分である。即ち、液体が、気体が流入する開口部領域を上方に向かって通りすぎ、その後に、液体が、流出パイプ４４および４５の一方につながる吸引チャンネルの出口へと流れれば充分である。
【００７３】
図３Ａ，図３Ｂおよび図３Ｃのスプリッターのベッセル３１は、楕円形に近い上端部を備えた円筒形ベッセルであり、水平に設けられている。しかしながら、本発明のセパレーターまたはベッセルは、どのような形状および幾何学的配置を有していてよい。ベッセルの形状および幾何学的配置の例としては、垂直な円筒形ベッセル、球形状ベッセル、矩形断面を有したボックス型ベッセルなどである。
【００７４】
図３に示すように、流入ストリームおよび流出ストリームは、ベッセル３１の上壁部を介して流入および流出する。しかしながら、流入ストリームおよび流出ストリームが、底壁部または側壁部などの他の壁部を介して流入および流出するようにしてもよい。
【００７５】
本発明の改良例としてのスプリッターを、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃに示す。スプリッター８０は、垂直な円筒形ベッセルから成る。かかるスプリッターでは、ベッセル８１の側壁部からパイプ８７を介して流入ストリーム８８が流入する。垂直なスプラッシュ・プレート（ｓｐｌａｓｈ  ｐｌａｔｅ）８６は、流入ストリーム８８が流入する入口の下流側に設けられている。スプリッターは、３つの流出ストリーム９１，９２および８５を有している。流出ストリーム９１は、流出パイプ９９を介してベッセル３１の上部から流出する。流出パイプ９９は、リークが生じないように吸引チャンネル８２に接続されている。吸引チャンネル８２は、円形の断面を有し、チャンネルの断面が下方向に向かって減少するようにテーパーが付けられている。吸引チャンネル８２には、４つのスロット９４が垂直に設けられている。吸引チャンネル８２の底部は、液体が流れるように開口している。流出ストリーム９２は、流出パイプ９８を介してベッセル３１の側部から流出する。９０°ベンド９７が用いられており、リークが生じないように流出パイプ９８が吸引チャンネル８３に接続されている。吸引チャンネル８３は、正方形状の断面を有している。吸引チャンネル８３には、Ｖ形状スロット９３が設けられている。吸引チャンネル８３の底部は、液体が流れるように開口している。流出ストリーム８５は、流出パイプ１００を介してベッセル３１の底部から流出する。１８０°ベンド９６が用いられており、リークが生じないように流出パイプ１００が吸引チャンネル８４に接続されている。吸引チャンネル８４は、円形断面を有し、また、正方形の開口部９５を備えている。吸引チャンネル８４の底部は液体が流れないように閉鎖されているので、全ての液体は、正方形の開口部９５を通って流入することになる。
【００７６】
運転（または操作）中では、２相流入ストリーム８８は、パイプ８７を介してベッセル８１内に流入する。かかる２相噴流は、スプラッシュ・プレート８６に衝突し、それによって、ストリームの速い速度が弱められ、相分離が幾分生じることになる。ベッセル８１の内では液体相９０と気体相８９とが分離している。液体相はベッセルの底部に集められる一方、気体相はベッセルの上部へと集められる。気体は、吸引チャンネル８２，８３および８４の側部にそれぞれ設けられた開口部９４，９３および９５を通って流入する。このように開口部を通って気体が流れるために、吸引チャンネルの外側から吸引チャンネルの内側に向かって圧力降下が生じ、液体が吸引チャンネル内に吸い込まれることになる。液体９０は、吸引チャンネル８２および８３の開口した下端部から流入したり、ベッセル８１内の液面よりも下方に位置する開口部９４，９３および９５の一部から流入したりする。吸引チャンネルでは、液体と気体とが混合され、２相混合物が得られる。そして、吸引チャンネル内を流れる２相混合物は、流出パイプ９８，９９および１００を通ってベッセル８１から排出される。
【００７７】
％ＤＶＬＲ（式（２）で規定される）として定量化された本発明の分割性能は、液体に対する気体の割合が高い用途では減少することになる。液体に対する気体の割合が高い用途では、吸引チャンネル内にインターナルを設けて、吸引チャンネル内の２相流れの圧力降下を増加させることによって、本発明の分割性能を相当に改善することができる。インターナルによって圧力降下を増加させて分割性能を向上させる例としては、吸引チャンネルにオリフィスを１つ以上用いることが挙げられる。なお、吸引チャンネル内にインターナルを用いると、吸引チャンネルの２相流れパターンが影響を受けることになる。例えば、オリフィスを使用すると、望ましくないスラグ流が回避することができる。ちなみに、スラグ流が発生すると、液体スラグおよび気体ポケット（ｖａｐｏｒ  ｐｏｃｋｅｔ）が周期的に吸引チャンネル内を流れることになる。吸引チャンネルにインターナルを設けると、液体に対する気体の割合が高い用途に対して分割性能が改善されるだけでなく、液体に対する気体の割合がより低い用途に対しても、分割性能が幾分改善されることになる。ちなみに、例えば、図４および図５にそれぞれ示すスプリッター５１および７１は、分割性能を向上させるインターナルが吸引チャンネルに含まれていないスプリッターである。
【００７８】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃに示すスプリッター３０，５１，７１および８０は、全て、別個にセパレーターまたはベッセルを有している。しかしながら、本発明は、例えばシェル＆チューブ式熱交換器および化学リアクター等の他のプロセス機器と一体的に用いてもよい。
【００７９】
図７Ａおよび図７Ｂは、化学的なトリクルベッド１１０と一体化された本発明のスプリッターの例を示している。図７Ａは、トリクルベッドの底部を示している。半球ヘッド１０２を備えた円筒形の圧力シェル１０１内には触媒粒子１０３が充填されており、触媒支持グリッドまたはスクリーン１０４によって触媒粒子１０３が支持されている。触媒粒子がスクリーンを通過しないようにしつつも、気体および液体がスクリーンを通過するように、触媒支持グリッド／スクリーンが設計されている。触媒支持グリッド／スクリーンの下方には、２つの垂直な吸引チャンネル１０７が配置されている。各々の吸引チャンネルには、スロット１０８が８つ設けられている。また、吸引チャンネルにはインターナルが設けられており、吸引チャンネルの圧力降下を増加させている。かかるインターナルは、吸引チャンネルに各々設けられた４つのオリフィス１０９，１１０，１１１および１１２から構成されている。各々の吸引チャンネル１０７は、リークが生じないように、ベンドを備えたチャンネル１０６によって流出ノズル１０５と接続されている。
【００８０】
運転（または操作）中では、気体および液体は、触媒粒子１０３から成る床および触媒支持グリッド／スクリーン１０４を通るように下方に同時に流れる。触媒支持グリッド／スクリーン１０４の下方には、液体相１１３と気体相１１４とが分離されるスペースが設けられている。液体相１１３は、リアクターの底部に集められる。気体は、液面の上方のスロット１０８の一部から流入する。気体がスロットから流入することによって、吸引チャンネルの外側から吸引チャンネルの内側に向かって圧力降下が生じ、液体が吸引チャンネル内へと吸い上げられることになる。液体１１３は、下方のオリフィス１１２の開口部から流入したり、液面よりも下方のスロット１０８の一部から流入したりする。吸引チャンネル内にて液体と気体とが混合される。得られた混合物は、吸引チャンネルおよびオリフィスを通って流れた後、ノズル１０５を介してリアクター１１０から排出されることになる。
【００８１】
図８は、シェル＆チューブ式熱交換器１２０と一体化された本発明のスプリッターの例を示している。シェル＆チューブ式熱交換器は、次のような要素から構成されている：
・カバー・プレート１２８、チューブ側の入口ノズル１２９およびチューブ側の出口ノズル１３０が設けられたヘッド１２２
・入口ノズル１３１および２つの流出ノズル１２５が設けられたシェル１２１
・Ｕ字管１２４、チューブ・シート１３５および１３個のフロー・バッフル１３２から成るＵ字管束。
【００８２】
本発明の２相スプリッターのためのスペース（最後のフロー・バッフルよりも下流側に設けられたシェルの側部のスペースであって、Ｕ字管１２４の１８０°ベントよりも下流側に設けられたスペース）を設けるために、通常の熱交換器の設計の場合よりもシェル１２１の長さが僅かに長くなっている。スプリッターは、壁部に穴１２７が備えた実質的に垂直な２つの吸引チャンネル１２６から構成されている。吸引チャンネル１２７の底部は開口しており、液体が流れることができるようになっている。
【００８３】
運転（または操作）中では、チューブ側に供された流体は、ノズル１２９から熱交換器に流入し、Ｕ字管内を通るように流れた後、ノズル１３０を介して熱交換器から排出される。シェルの側に供された流体は、ノズル１３１から熱交換器に流入する。このシェルの側に供された流体は、単一相ストリームであってもよく、または、２相ストリームであってもよい。シェルの側に供された流体は、Ｕ字管の外側を流れる。フロー・バッフル１３２によって、直交流れセクションが幾つか形成されているので、シェルの側に供された流体は、フロー・バッフル１３２では、チューブに対して直交な方向に流れることになる。最後に設けられているフロー・バッフルを通過した後、２相ストリームは、分離スペースに流入し、そこで、液体１３３と気体１３４とが分離されることになる。液体相１３３は、シェル１２１の底部に集められる。気体１３４は、液面より上方に位置する穴１２７の一部を介して吸引チャンネルに流入する。そのような穴から気体が流入するので、吸引チャンネルの外側から吸引チャンネルの内側に向かって圧力降下が生じ、液体が吸引チャンネル内へと吸い上げられることになる。液体１３３は、吸引チャンネル１２６の開口した底端部から流入したり、また、液面よりも下方に位置する穴１２７の一部から流入したりする。吸引チャンネルでは、液体と気体とが混合される。得られた混合物は、吸引チャンネルおよびオリフィスを通って流れた後、ノズル１２５を介して熱交換器１２０から排出されることになる。
【００８４】
図４および図５に示す例では、並列に設けられた下流側の配管システムおよびプロセス機器へと２相流入ストリームが分割されることになる。しかしながら、プロセス機器内で本発明を用いてもよく、その場合には、機器に設けられた並列な通路に対して気体および液体を均等に分配することができる。例えば、熱交換器またはエアークーラーの流入ヘッダー（または入口ヘッダー）内にて本発明を用いることができ、その場合には、熱交換器に設けられた並列な管へと気体および液体を均等に分配することができる。
【００８５】
本明細書で説明した本発明の全ての例では、１つの流出パイプに対して吸引チャンネルが１つだけ接続されている。しかしながら、１つの流出ストリームに対して１つ以上の吸引チャンネルを設けてもよい。１つの流出ストリームに対して吸引チャンネルを１つ以上設ける場合、流出ストリームに設けられる吸引チャンネルは、必ずしも同じである必要はない。例えば、２相流入ストリームを２つの流出ストリームに分けるように設計されたスプリッターでは、３つの吸引チャンネルが全て第１流出ストリームに接続され、別の２つの吸引チャンネルが第２流出ストリームに接続されるように、全部で５つの異なるサイズの吸引チャンネルを用いてもよい。場合によっては、同じ流出ストリームに対して異なる吸引チャンネルを用いることによって、分割性能が向上し得る。
【００８６】
本明細書で説明した本発明の用途についての全ての例では、スプリッターに供される流入ストリームは１つだけとなっている。しかしながら、スプリッターの分離ベッセルに供される流入ストリームが１つ以上であってもかまわない。また、かかる流入ストリームは、気体のみをもたらす単一相流入物または液体のみをもたらす単一相流入物を用いてもかまわない。
【００８７】
本発明のスプリッターは、２相気体−液体混合物を分ける性能を有しているものの、それ以外の用途にも用いてよい。例えば、不混和性液体の２相混合物（例えば、炭化水素液体相と水性液体相との２相混合物）を、オイル／水比が各々所望となった２つ以上の流出ストリームへと分けるために本発明のスプリッターを用いることができる。
【００８８】
一般的に、本発明に関しては以下の事項が挙げられる：
【００８９】
本発明は、軽相および重相から成る２相流入ストリームを、各々が所望の軽相／重相比を有する２つ以上の流出ストリームへと分ける分割デバイスに関している。分割デバイスは、１つ以上の分離ベッセルまたは分離コンテナーから構成されている。ベッセルでは、軽相および重相が部分的または完全に分離する。ベッセルには、下端部および開口した上端部を備えた中空の吸引チャンネルが少なくとも２つ設けられている。
【００９０】
各々の吸引チャンネルの側部に設けられている複数の開口部は、下端部と上端部との間にて少なくとも異なる高さで設けられている。かかるチャンネルの下端部は重相に浸漬される一方、吸引チャンネルの開口した上端部は軽相に浸漬されることになる。吸引チャンネルの開口した上端部は、フロー・チャンネルによって、リークが生じないように下流のシステムと接続されている。
【００９１】
操作に際して開口部領域の少なくとも一部が界面レベルよりも上方に位置するように、吸引チャンネルが垂直な要素を有していなければならない。操作に際して、界面レベルよりも上方に位置する開口部領域の一部から軽相が吸引チャンネルに流入するので、吸引チャンネルの外側から吸引チャンネルの内側に向かって圧力降下が生じることになる。従って、かかる圧力降下に起因して、開口した下端部および界面レベルよりも下方に位置する開口部を介して重相が吸引チャンネル内に吸い上げられることになる。吸引チャンネルでは、重相と軽相とが混合されることになる。２相ストリームは吸引チャンネルおよび上記フロー・チャンネルを通って下流システムへと流れることになる。
【００９２】
圧力降下を増加させ、吸引チャンネル内の２相流れ機構を変えるために、吸引チャンネルの内部に、インターナルまたは流れ制限部を設けてもよい。
【００９３】
インターナルは、円形状の流れ開口部を備えたオリフィスであってもよい。
【００９４】
吸引チャンネルの底部は閉鎖されていてよく、その場合には、界面レベルよりも下方に位置する吸引レベル側部の開口部から全ての重相が流入することになる。
【００９５】
ベッセルまたはコンテナーは、ストリームを分割する目的に加えて、化学反応または熱交換を行うなどの他の目的のために使用される他のプロセス機器に対して用いられてもよい。
【００９６】
上記の下流システムは、スプリッターが一体化して設けられている機器の並列な流れ管であってもよい。
【００９７】
また、上記の下流システムは、配管、計装機および機器から成る処理設備であってもよい。
【００９８】
吸引チャンネルは、円形断面を有するものであってもよい。
【００９９】
吸引チャンネルの側部に設けられた開口部は、円形穴または矩形スロットであってよい。
【０１００】
吸引チャンネルの底部から、最も高い位置にある開口部までの垂直方向の距離は１００ｍｍ〜１５００ｍｍであることが好ましい。
【０１０１】
吸引チャンネルの上端部におけるノースリップ２相流速は、少なくとも１つの操作モードにて、０．５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓであることが好ましい。
【０１０２】
１つ以上の吸引チャンネルが各下流システムと接続されていてもよい。
【０１０３】
本発明のデバイスは、２相気体／液体混合物を分割して、並列熱交換器に供給するのに有利に用いることができる。
【０１０４】
本発明のデバイスは、２相気体／液体混合物を分割して、並列炉管に供給するのに有利に用いることができる。
【０１０５】
本発明のデバイスは、２相気体／液体混合物を分割して、並列化学リアクターに供給するのに有利に用いることができる。
【０１０６】
本発明のデバイスは、２相気体／液体混合物を分割して、並列エアークーラーに供給するために有利に用いることができる。
【０１０７】
本発明のデバイスは、２相熱交換器またはエアークーラーに設けられた並列な熱交換チューブまたは熱交換チャンネルへと気体および液体を分配するのに有利に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】図１は、従来技術を表している。図１は、対称的なパイピング・スプリットが用いられた配管系の等角図であり、３つの標準的なＴ字管を用いることによって、流入ストリームが４つの流出ストリームに分けられている。
【図２】図２は、従来技術を表している。図２は、流入ストリームを３つの流出ストリームへと分けるために用いられる計装機を備えた気体／液体スプリッターのプロセス・フロー図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の１つ態様を表しており、線Ａ−Ａで切り取られた態様の側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の１つ態様を表しており、線Ｂ−Ｂで切り取られた態様の側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の１つ態様を表しており、線Ｃ−Ｃで切り取られた態様の側面図である。
【図４】図４は、本発明のスプリッターの用途の一例を示すプロセス・フロー図である。スプリッターは、２相ストリームを３つに分割し、熱交換器、計装機および炉管から成る３つの並列に設けられたシステムへと送るために用いられている。
【図５】図５は、本発明のスプリッターの用途の一例を示すプロセス・フロー図である。スプリッターによって、２相ストリームが２つに分割され、２つのトリクルベッド・リアクターへと送られる。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の更なる態様および代替的な吸引チャンネル設計を表している（線Ａ−Ａで切り取った断面図）。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の更なる態様および代替的な吸引チャンネル設計を表している（線Ｂ−Ｂで切り取った側面図）。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の更なる態様および代替的な吸引チャンネル設計を表している（線Ｃ−Ｃで切り取った側面図）。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の更なる態様を表しており、化学リアクターと一体化したスプリッターを示している（化学リアクターの底部の側面図）。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の更なる態様を表しており、化学リアクターと一体化したスプリッターを示している（図７Ａの吸引チャンネルを線Ａ−Ａで切り取った断面図）。
【図８】図８は、本発明の更なる態様を表しており、シェル＆チューブ式熱交換器と一体化したスプリッターを示している（熱交換器およびスプリッターの側面図）。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【国際調査報告】
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