(57)【要約】  蒸気および液体の流れを分散させるための装置および方法が開示される。分散器トレイを水平でない状態で配置することによる不均衡分布の問題に、キャップおよび／またはキャップの開口の高さに変化を付けて、液面の上昇により生じる液体流のプロフィール（分布）を制御することによって対処する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気および液体を分散させるためのプロセスにおいて、トレイの上面の上へと延び、上部開口または少なくとも１つの側面開口を有する複数の細長いキャップに蒸気および液体を通過させるステップを含み、少なくとも第１のキャップが、少なくとも第２のキャップの最も高い開口と比較して、前記トレイの前記上面の上のより高い高さに、最も高い開口を有し、前記第１のキャップの前記最も高い開口および前記第２のキャップの前記最も高い開口が上部開口または別個の側面開口のいずれかである、プロセス。
【請求項２】
請求項１に記載のプロセスにおいて、前記第１のキャップの前記最も高い開口が、前記第２のキャップの前記最も高い開口と比較して、前記トレイの前記上面の上のより高い高さまで延びる、プロセス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプロセスにおいて、前記第１のキャップの前記最も高い開口が、前記第２のキャップの前記最も高い開口と比較して、全体が、前記トレイの前記上面の上のより高い高さにある、プロセス。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、複数の高くしたキャップが、複数の低くしたキャップの最も高い開口と比較して、前記トレイの前記上面の上のより高い高さに、最も高い開口を有する、プロセス。
【請求項５】
請求項４に記載のプロセスにおいて、前記複数の高くしたキャップおよび前記複数の低くしたキャップが、前記トレイの前記上面の少なくとも一部分の周りでパターンにして置かれている、プロセス。
【請求項６】
請求項５に記載のプロセスにおいて、前記複数の高くしたキャップおよび前記複数の低くしたキャップが、前記トレイの前記上面の少なくとも一部分の周りで交互に並べた列に置かれている、プロセス。
【請求項７】
請求項１に記載のプロセスにおいて、複数のキャップが、前記トレイの前記上面の少なくとも一部分の周りで、前記トレイの中心からの径方向距離が増加するにつれて減少または増加する前記トレイの前記上面の上の高さに、最も高い開口を有する、プロセス。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、前記複数のキャップの前記最も高い開口の、前記トレイの前記上面の上の前記高さが、前記トレイの前記上面の少なくとも一部分の周りで、前記トレイの中心からの径方向距離が増加するとともに増加する、プロセス。
【請求項９】
請求項８に記載のプロセスにおいて、前記複数の高くしたキャップの前記最も高い開口が、前記トレイの前記上面の少なくとも前記部分の周りで、上下が逆さまのドーム形状を画定する、プロセス。
【請求項１０】
中にトレイが置かれた縦に細長い容器であって、前記トレイが、前記容器の横断面領域を覆うとともに、複数の細長いキャップを備えており、前記キャップが、前記トレイの上面の上へ延びるとともに、上部開口または少なくとも１つの側面開口を有する容器を備え、少なくとも第１のキャップが、少なくとも第２のキャップの最も高い開口と比較して、前記トレイの前記上面の上のより高い高さに、最も高い開口を有し、前記第１のキャップの前記最も高い開口および前記第２のキャップの前記最も高い開口が、上部開口または別個の側面開口である、蒸気−液体接触装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
国内先願の優先権主張
[0001]本願は、２０１０年９月２７日出願の米国特許出願第１２／８９０，９８８号に対する優先権を主張する。
【０００２】
[0002]本発明は、蒸気および液体を分散させるための装置、および、この装置を使用するプロセスに関する。この装置では、異なる細長いキャップ（ｃａｐ）を通る流体流のための、それぞれの最も高いまたは最も低い開口（例えば、上部および／または側面開口）が、そこからキャップが延びているトレイ（ｔｒａｙ）より上の異なる高さにある。これにより、流体の不均衡分布は、例えばトレイが完全に水平でないときに、少なくなる、または、なくなる。
【背景技術】
【０００３】
[0003]蒸気相および液相を分散させるためのデバイスは、石油精製プロセスおよび石油化学製品製造プロセスを含む幅広い範囲の工業的用途で使用される。例えば、それぞれ主に水素および炭化水素を含み、下流へ流れる蒸気相および液相を分散させるためのデバイスは、精油所の水素化処理（ｈｙｄｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）工程において、とりわけ、水素化分解反応器や水素化精製（ｈｙｄｒｏｔｒｅａｔｉｎｇ）反応器において、頻繁に使用される。
【０００４】
[0004]蒸気相および液相の流れを伴う多くの用途において、均一な流量（例えば、押出し流れ）および温度プロフィールを流れ方向に垂直な横断面にわたって維持することは、例えば、触媒粒子の固定床があるところで流れている蒸気および液体の間の反応を伴う全体プロセスにとって非常に重要である。さらに、これらの流量および温度プロフィールは、蒸気または液体の流れのいずれかの不均衡分布が温度プロフィールの変化を生じる、または、その逆が生じることがあるので、相互に作用することがある。この相互作用は、精油所の水素化処理反応器、または、触媒を一度詰めただけで長期間作動させることが望まれる他の種類の反応器の長期操業を成功させるのに非常に重要である。水素化分解反応、および、水素化精製（例えば、水素化脱硫）反応を含む他の水素化処理反応は非常に発熱し、下流へ流れる蒸気および液体の反応物の温度が、反応が完了した程度に伴ってかなり高くなるほどである。さらに、触媒の性能、特に、所望の生成物への変換を可能な限り高い収量で、可能な限り長い期間にわたって促進するという触媒の能力は、触媒を作用させる温度に大きく依存する。したがって、反応の、発熱するという性質は、触媒の性能および全体プロセスに影響する。
【０００５】
[0005]反応している蒸気相および液相の不均衡分布および／または不十分な混合は、局所的な温度逸脱（「ホットスポット（ｈｏｔ  ｓｐｏｔ）」）を引き起こす可能性があり、このホットスポットは、選択していない生成物（例えば、メタンのような非常に軽くて価値が低い炭化水素、および、コークスやコークス前駆体のような非常に重く、触媒の上に堆積して残り、触媒の活性を下げる炭化水素）が形成されるために、所望生成物収量および触媒安定性において手に負えない損失をもたらす。蒸気および／または液体の流れの不均衡分布は、それ故に、所望の生成物に対する選択性および／または触媒の活性（つまり、所与の温度での変換）を全体的に減少させる可能性があり、所望の変換を（選択性を犠牲にして）達成するために反応器をより高い温度で作動させること、または、所望生成物収量を達成するために反応器に供給する流量を制限することが必要となることがある。いずれにしても、所望の生成物についてのプロセスの全体的な生産能力は低くなり、全体プロセスの経済性は悪くなる。
【０００６】
[0006]さらに、局所的な温度逸脱の結果、触媒のコークス形成が加速すると、触媒の寿命が早く短くなるので、プロセスの運転を停止して、使用済み触媒を新しいまたは再生した触媒と交換することがより頻繁に必要となることがある。このことは、さらなる負の影響をプロセスの経済性に与える。なぜならば、水素化処理反応器の運転停止、再充填、および、再始動は、いずれも複雑で、時間がかかる作業であって、水素化処理ユニットのみならず、関連する上流および下流のユニットの運転も止める可能性があるからである。精油所全体の処理能力が悪影響を受けることもある。反応器の運転停止が早いことに加え、最適状態に及ばない製品品質および／または運転能力は、全て、石油精製所の運転に著しい負の経済効果がある。
【０００７】
[0007]流体流の不均衡分布に関連したこれらの著しい欠点を考慮して、従来技術は、蒸気相と液相を均一に混合し、例えば、水素化処理反応器、または、他の炭化水素変換反応器、特に、下降流反応器（ｄｏｗｎｆｌｏｗ  ｒｅａｃｔｏｒ）を横断面にわたって均等に分散させるための装置を提供することに少なからぬ努力を費やしている。流れを分散および／または混合するためのさまざまな装置が、特に、装置が触媒床の上流または触媒床の間で使用される触媒反応器に関して、例えば、米国特許第３，８２４，０８０号、米国特許第３，８２４，０８１号、米国特許第４，１４０，６２５号、米国特許第５，１５８，７１４号、米国特許第５，２３２，２８３号、米国特許第５，６９０，８９６号、米国特許第５，８３７，２０８号、米国特許第５，９４２，１６２号、米国特許第６，１８３，７０２号、および、米国特許第６，７６９，６７２号に記載されている。このような分散器は、一般に、個々の分散器アセンブリ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ  ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）が装備された多数の通路がある分散トレイ（プレート）を備えることがある。分散器アセンブリは、例えば、円筒管やバブルキャップ（ｂｕｂｂｌｅ  ｃａｐｓ）であり、最大限分散および／または混合することを目標として、流体の流れを特定の方法で誘導する。
【０００８】
[0008]理想的な条件の下では、これら従来技術による装置は、一般に、蒸気相および／または液相のある程度均等な分布をトレイ近傍の横断面領域にわたって提供する。理想的な状態は、例えば、トレイが水平で、各分散器アセンブリが同じ高さに据え付けられていて、取り囲む液体の深さが同じ状態で、蒸気および液体のトレイへの設計通りの流量で作動させられることを含む。しかしながら、理想的な状態からの逸脱は、実施時には常に起こり、とりわけ、トレイが一般には完全に水平ではなく、実際には、トレイの一方の側から他方まで１．３ｃｍ（０．５インチ）以上の水平からのずれがある状態で据え付けられることもある商業運転の場合には常に起こる。
【０００９】
[0009]分散器が水平から外れて配置される据え付け異常では、トレイ上の液面が不均等になる可能性がある。別の状況でも、流れる蒸気相および液相によって作動中に発生した力で、同じように、分散器トレイ上の液面に不均等が生じる可能性がある。例えば、水素化処理反応器では、これらの力が、高圧および高温と相まって、著しい応力を支持部や反応器の他の内部部品に引き起こす傾向がある。応力は、普通、分散器および／または混合器の支持梁によって吸収されるが、それでもトレイにいくらかの撓みが生じる可能性がある。液体の高さの勾配はまた、降下する液体がトレイに、少数の隔たった位置でのみ落ち、この結果、この液体の影響で、局所的な液面の乱れおよび凹凸が引き起こされる場合に生じる可能性がある。重要なことは、均一に構成された流体流経路分配アセンブリがトレイ上の異なる液面にさらされた場合、蒸気および液体がとる経路がもはや均一でないことである。例えば、１つのアセンブリの周りでより低い位置にある液体は、より長い距離を、このアセンブリにある開口を通って出ることができる高さに達する前に移動しなければならない。それ故に、このような状況の下では、アセンブリの各々は、たとえ均一に構成されていても、同じ流量の蒸気および液体を意図されたように送ることはない。トレイより下（例えば、触媒床の中）の横断面領域の端から端までの蒸気および液体の不均衡分布は、トレイ上で液面が均一でない結果として大きくなる。
【００１０】
[0010]不均衡分布のさらなる原因は、特定の設計の分散器または混合器が有効である作動範囲外の流量の蒸気および／または液体を使用することに関係している。このような装置は、標準の作動条件の下で最適に機能するように設計されているが、例えば水素化処理反応器を通る蒸気および液体の流量が、時間とともに、反応器の作動温度（または、他の作動条件）、供給原料の組成、生成物の仕様、および／または、異なる触媒の使用に応じて、変化することが多いと理解される。例えば、水素化分解反応器での変換が増加すると、炭化水素の気化が増加するようになるが、これは、生成物の分子量が減り、結果として、揮発性が増すからである。この場合、トレイ上の平均液面は下がることがある。一般に、分散器トレイへの液体の流量を変化させる作動の変化は、分散器トレイの設計しだいではあるが、そのトレイに保持される液体の高さを変化させる可能性がある。液体の不均衡分布は、液面に加えて、蒸気および液体の流れが、特定の装置についての設計値以外の値であるときに生じる可能性がある。
【００１１】
[0011]蒸気および液体を分散させるためのプロセスおよび装置は、それ故に、理想的には、トレイのさまざまな部分に設置された個々の分散器アセンブリを取り囲む液体の深さの違いを効果的に補うことができなければならない。これらのプロセスおよび装置はまた、蒸気および／または液体の流量変化から比較的影響を受けにくいものでなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[0012]本発明は、トレイの表面に対する、表面の上へ延びる細長いキャップの開口の不均一な高さを利用することで得られる利点の発見と関係がある。例えば、均一な開口の高さを使用して作動させた場合に比べ、トレイ上の液体が、蒸気および液体をキャップに通すために使用される開口の高さに対応する高さで平衡状態を保とうとする傾向が減少した。一般に、液面が所与の開口の高さまで上がり、この開口を覆うと、トレイにわたる圧力降下が増加する。大きな反応器プレートは一般に水平からずれているという事実を考慮すると、広範囲の液体流量では、不均衡な量の平衡状態の液相が反応器の１つの側にある開口の高さに、または、その近くにある状態で作動するようになり、これにより、流れの不均衡分布が生じる。
【００１３】
[0013]この問題は、蒸気および液体の流れが、反応器のような蒸気−液体接触装置の横断面領域を覆う分散器トレイから延びる複数の細長いキャップを通るときに見られることがある。液体の流量が、液面を、キャップの最も高い開口に届かせるのに十分なものであり、これら最も高い開口が、全て、トレイ表面の上の同じ高さにある場合は、（例えば、トレイが水平でない状態で据え付けられているために）より低い（押し下げられた）絶対高さに配置されたキャップは、高くした（持ち上げられた）絶対高さに配置されたキャップよりも、著しく多い液体流を通す。さらに、所与の液体流量で液面が開口を覆うと、トレイにわたる全圧力降下が増加し、液体流がさらに増加しても、必ずしも液面が著しく、さらに増加することが起きなくなる。言い換えれば、増加した圧力降下および液体流量は、トレイの押し下げられた領域において、キャップの開口近くで液面を安定化させる、または、平衡状態に保つ結果となる。この問題は、液体流量が変更された場合では、簡単には解決されないが、これは、より高い流量は、トレイの持ち上げられた領域においてキャップの開口を覆うであろうより高い液面をもたらさないからである。
【００１４】
[0014]したがって、蒸気および液体の分散システムは、液面が、トレイの局所的な押し下げられた部分または側部にあるキャップの開口のみ、または、少なくともその大部分を覆う作動状況にとどまる傾向を示す。この問題を液面を変えることによって直すことは、前述した圧力降下の変化によって引き起こされる固有の「慣性」のために困難である。同じ挙動は、流体を通すのを援助するために、キャップの底部液体出口開口を、上部および側面の開口と合わせて使用する場合にも見られる。容器の内部部品は、多くの場合に水平から外れた状態で据え付けられる、または、多くの場合に水平から外れるようになり、トレイの最も押し下げられた部分またはへりから最も持ち上げられた部分またはへりまで少なくとも１．３ｃｍ（０．５インチ）のずれがあるので、液面がキャップの開口の高さまたはその近くにある場合、大部分の液体が押し下げられた領域にあり、押し下げられた領域を通って流れる。よって、底部液体出口開口が使用されても、使用されなくても、トレイの押し下げられた領域での液体の不均衡な流れは、蒸気流および液体流の両方の不均衡分布を生じ、全体プロセス（例えば、水素化精製または水素化分解）に損失を与える。
【００１５】
[0015]本発明による装置およびプロセスは、これらの欠点を、キャップおよび／またはキャップの開口の高さに変化を付けて、液面が上がるにつれてできる液体流プロフィール（分布）を制御することによって、都合よく克服する。例えば、一部の実施形態によれば、上部開口を有する（つまり、端部が開口したキャップの場合の）キャップの高さに、トレイの上面の上で変化が付けられる。他の実施形態では、端部が閉じたキャップにおいて、側面開口などの最も高い開口の高さに変化が付けられる。端部が開口したキャップと、端部が閉じたキャップとの組み合わせもまた使用でき、主な考慮事項は、トレイの上面からの距離に対するキャップの最も高い開口（例えば、上部または側面開口）が全てのキャップで均一ではないということである。この非均一性は、最も高い開口にランダムな、または、ランダムでない変化を付けることによって達成できる。後者の場合、最も高い開口を交互に並べること、最も高い開口のパターン、または、最も高い開口のほぼ対称的な構成（例えば、最も高い開口の高さがトレイの中心からの径方向距離が増すとともに徐々に増加または減少する）が可能である。これらの戦略のどれでも、トレイを横切る蒸気および液体の流れが不均衡分布となる可能性を軽減し、液面が開口の高さまで上がったときに、圧力降下および流量が急に変化するのを抑えるために採用できる。前述した「慣性」は、液面が開口の高さに達したら、液面の変化に抵抗する傾向があるが、これもまた、キャップの最も高い開口の高さに変化を付けることによって小さくなる。
【００１６】
[0016]よって、本発明の実施形態は、蒸気および液体を分散させるためのプロセスを対象としている。代表的なプロセスは、蒸気および液体を、トレイの上面の上へ延びる複数の細長いキャップに通すことを含む。キャップは、端部が開口していても、端部が閉じていてもよく、これらのタイプの組み合わせが使用されてもよい。いずれにしても、キャップは最も高い開口を、端部が開口したキャップの上部、または、端部が閉じたキャップの側面のどちらかに有する。開口の高さに変化を付けるために、少なくとも第１のキャップ（つまり、高くしたキャップ）が、少なくとも第２のキャップ（つまり、低くしたキャップ）の最も高い開口と比較して、より高い高さに、最も高い開口を有する。開口の高さは、トレイの上面に関してのものであり、トレイは、前述したように、トレイ表面に対する高さが異なる開口が、実際は、基準面（ｇｒａｄｅ  ｌｅｖｅｌ）に対して実質的に同じ鉛直位置にあることができるように、水平から外れていてもよい。
【００１７】
[0017]他の実施形態によれば、キャップは、最も高い開口について前述した方法で、トレイの上面に対する高さに変化を付けることができる最も低い開口（必ずしも底部液体出口開口ではない）を有する。
【００１８】
[0018]本発明の別の実施形態は、蒸気−液体接触装置（例えば、水素化処理反応器）を対象としており、この装置は、中にトレイが置かれた、縦に細長い容器を備え、このトレイは、容器の円形横断面領域などの横断面領域の全部または一部を覆い、トレイの上面の上へ延び、前述したように、開口の高さに変化が付けられた複数のキャップを備える。
【００１９】
[0019]本発明のさらに別の実施形態は、トレイと、トレイの上面の上へ延びるキャップとを備えた蒸気−液体分散器を対象としている。キャップは、前述したように、開口の高さに変化が付けられている。
【００２０】
[0020]本発明のさらに別の実施形態は、蒸気および液体を分散させるためのプロセスを対象としており、このプロセスは、蒸気および液体を並流または向流のいずれかで蒸気−液体接触装置、または、蒸気−液体分散器に前述したように通すことを含む。
【００２１】
[0021]本発明に関連するこれらの、および、他の実施形態および態様は、以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】[0022]蒸気−液体分散器の２つの代表的なキャップの側面図である。端部が閉じたキャップの最も高い開口は、トレイの上面から同じ高さに延びており、トレイは傾斜に対して水平から外れている。
【図２】[0023]本発明の実施形態による蒸気−液体分散器の２つの代表的なキャップの側面図であって、トレイの押し下げられた領域におけるキャップの最も高い開口が、トレイの持ち上げられた領域におけるキャップの最も高い開口と比べて、トレイの上面の上のより高い高さにある図である。
【図３】[0024]トレイの上面でランダムでない変化が付けられたキャップの最も高い開口の構成を示す側面図である。
【図４】[0025]複数のキャップを有するトレイの上面図であって、トレイの押し下げられた領域において、キャップの開口を不均衡に覆う液面と関連する流れの不均衡分布を示す図である。
【図５】[0026]複数のキャップを有するトレイの上面図であって、さまざまな高さに開口を有するキャップと関連する改善された流れの分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0027]図１〜５で言及した特徴は、必ずしも一定の縮尺で描写されておらず、本発明および／または必然的に含む原理の例示を示すものと理解されるべきである。描かれた特徴の一部は、説明と理解を容易にするために、他に比べて拡大されている、または、歪められている。蒸気−液体分散器、この分散器を使用する蒸気−液体接触装置、および、この分散器または装置を使用する蒸気−液体分散または接触プロセスは、本明細書に開示されるように、意図される用途、さらには、これらが使用される環境によってある程度決まる構成、構成要素、および、作動パラメーターを有することになる。
【００２４】
[0028]蒸気−液体の分散および接触のための装置および方法が、本明細書に、特に、反応混合物の蒸気および液体の反応物が均一に分布していることが重大である用途に関して記載されている。このような用途は水素化処理を含み、水素化処理は水素化分解および水素化精製プロセスを包含し、これらは、一般に、非常に発熱するものであり、「ホットスポット」や暴走反応（ｒｕｎａｗａｙ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）さえも回避することに著しい注意を向ける必要がある。ホットスポットや暴走反応は、多くの場合、流れの不均衡分布に関連している。もっとも、本明細書に記載される装置および方法は、蒸気と液体が接触し、これらの相の間が反応し、または、反応せずに新しい生成物を形成することを伴ういくつもの用途に広く適用可能である。このような用途は、製油および石油化学生産工程を含み、これらの工程は、改質、異性化、水素化、脱水素化、アルキル化、環化、不均化、重合などを含む。さらなる用途は、蒸留、吸収、および、ストリッピング（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）など、蒸気−液体接触に頼るが、必ずしも反応には頼らないものを含む。
【００２５】
[0029]本装置および方法は、蒸気相と液相の間の並流接触（ｃｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ）を伴う用途にとりわけ適しており、特に、これらの相が両方とも下向きに流れて、トレイの上面の上にある複数の細長いキャップの中を通る用途に適している。下方の流れとは、すなわち、以下により詳細に記載されるように、トレイの上面の上で、上向きに延びるキャップとの関係でのことである。水素化処理の用途の場合、蒸気は一般に水素を含み、大部分が水素のこともあり、一方で、液体は一般に炭化水素を含み、特に、直留原油常圧または真空蒸留（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｒｕｎ  ｃｒｕｄｅ  ｏｉｌ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｏｒ  ｖａｃｕｕｍ  ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）など、原油から抽出された炭化水素を含む。もっとも、他の実施形態による分散および／または接触は、トレイ表面からキャップが延びる方向に対し逆方向に蒸気相および液相が並流する流れを伴うことが可能である。（例えば蒸留を伴う）さらに別の実施形態は、蒸気が上方へ流れ、液体が下方へ流れる、またはこの逆の、蒸気相と液相との間の向流接触を伴うことが可能である。したがって、「上部」、「底部」、「高くした」、「低くした」、「持ち上げた」、「押し下げた」、「最も高い」、「最も低い」等への言及は、さまざまな具体的な実施形態による相対的な位置および方向を示し、また、理解を促進しようとするものである。しかし、これらの用語は、本発明を限定しようとするものではない。
【００２６】
[0030]図１に描かれている分散器では、蒸気相および液相の両方が、矢印１０の向きで示されるように、下方へ流れる。蒸気および液体は、第１および第２の細長いキャップ１２ａ、１２ｂを通り抜け、キャップ１２ａ、１２ｂは、端部が開口していてもよいし（つまり、上部開口を有する）、または反対に、図１の実施形態に示されるように端部が閉じていてもよい。第１および第２のキャップ１２ａ、１２ｂは、トレイ１６の上面１４より上へ延びており、トレイ１６は、反応器または他のタイプの蒸気−液体接触装置の横断面領域（例えば、円形横断面領域）を覆っている。トレイ１６は、一般に、横断面領域全体を覆うが、実施形態によっては、この領域を部分的にのみ覆っていてもよい。端部が閉じた第１および第２のキャップ１２ａ、１２ｂは、図１に示されるように、最も高い、および、最も低い側面開口１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを有し、第１および第２のキャップ１２ａ、１２ｂのそれぞれの最も高い側面開口１８ａ、１８ｂがトレイ１６の上面１４より上の実質的に同じ高さにある。
【００２７】
[0031]図１において、水平から外れた状態で据え付けられているというトレイ１６の特性は、不完全な据え付けおよび／または運転中に生じる機械的応力のために商業的実務では一般的であるように、基準点線（ｄａｓｈｅｄ  ｇｒａｄｅ  ｌｉｎｅ）２５と、トレイ１６の上下面１４、１５との間の角度によって図示されている。示されているように、キャップ１２ａおよびキャップ１２ａの最も高い側面開口１８ａは、絶対高さにおいて、キャップ１２ｂおよびキャップ１２ｂの最も高い側面開口１８ｂに比べ、若干押し下げられている。したがって、液面２４（基準点線２５に平行）は、トレイ１６の上面１４に形成されたときに、押し下げられた部分にある第１のキャップ１２ａの最も高い側面開口１８ａを、持ち上げられた部分にある第２のキャップ１２ｂの最も高い側面開口１８ｂを覆うよりもより完全に覆う。トレイが水平より外れている程度によるが、液面は、押し下げられた部分におけるキャップの最も高い開口をすっかり覆い、持ち上げられた部分におけるキャップの最も高い開口を全く覆わないこともある。
【００２８】
[0032]いずれにしても、トレイ１６が完全な水平から若干でも逸脱していると、トレイ１６の横断面領域上の流れ、特に液体流の分布に著しい影響を与える可能性がある。特に、かなり不均衡な液体流がトレイ１６の押し下げられた部分で生じる可能性がある（例えば、液体の７５％よりも多くがトレイ１６の横断面領域の押し下げられた半分を横切って流れる）。これに伴って起こるトレイ１６より下（例えば、水素化分解触媒の床）での液体および／または蒸気の流れの不均衡分布は、前述したように、生成物収量、生産能力、および／または、触媒寿命が悪くなるという点で、全体プロセスに悪影響を及ぼす可能性がある。これらの結果の全てが、全体プロセスの経済性に相当影響する。さらに、前述した理由から、液面の調整が不均衡分布の問題を簡単に取り除くということは示されていない。例えば、液面２４は、随意の底部液体出口開口３０ａ、３０ｂを用いて下げ、キャップ１２ａ、１２ｂを通る液体流量を増やすことができる。例えば、図１に示されている蒸気−液体分散器を使用すれば、底部液体出口開口３０ａ、３０ｂの直径を大きくすることで、液面２４を、最も低い側面開口２０ａ、２０ｂ近くまで下げることが可能である。しかしながら、この位置では、液体流の同じ不均衡分布が見られ、液面２４は、押し下げられた部分において、第１のキャップ１２ａの最も低い側面開口２０ａを、持ち上げられた部分において、第２のキャップ１２ｂの最も低い側面開口２０ｂを覆うよりも完全に覆う。さらに、この位置での液面は、前述したように、トレイでの圧力降下に関係があるシステムの「慣性」のために、液体流量をさらにどんなに調整しても、比較的影響を受けにくい。
【００２９】
[0033]本発明の態様は、トレイの上面の上の最も高い開口の高さに変化を付けることにより、分布を改善することを対象としている。このような変化する高さは図２に図示されおり、ここでは、第２のキャップ１２ｂの最も高い開口１８ｂと比較して、トレイ１６の上面１４上のより高い高さに、第１のキャップ１２の最も高い開口１８がある。この場合、「高くした」キャップ１２は、トレイ１６の押し下げられた部分にあるが、液面２４が「低くした」キャップ１２ｂの最も高い開口１８ｂに接近するにもかかわらず、液体流がキャップ１２の最も高い開口１８を通って入ることはない。
【００３０】
[0034]別のキャップに対して「高くした」または「低くした」といったキャップの描写は、それぞれのキャップにおける最も高い開口の高さの比較に基づいたものである。最も高い開口とは、開口（例えば、円形もしくは楕円形の穴、または、軸方向もしくは周方向に細長い溝穴）がトレイの上面の上で到達する高さをいう。一部の実施形態によれば、高くした第１のキャップの最も高い開口は、（例えば、溝穴開口の場合、）低くした第２のキャップの最も高い開口と比較して、トレイの上面の上の、より高い高さまで延びていてもよい。他の実施形態によれば、高くした第１のキャップの最も高い開口は、（例えば、穴状開口の場合、）低くした第２のキャップの最も高い開口と比較して、トレイの上面の上のより高い高さに全体があってもよい。端部が開口したキャップの場合、最も高い開口は、普通、キャップの上部にあり、このキャップは、最も低い開口を含む１つまたは複数のさらなる開口をキャップの側面に沿って有していてもよい。端部が閉じたキャップの場合、最も高い開口は、穴など、キャップの縦の高さの内側に完全にある、別個の開口であってもよい（つまり、キャップの底部から上へ延びていたり、キャップの上部から下へ延びていたりしない）。
【００３１】
[0035]本発明のさらなる実施形態によれば、別のキャップに対して「高くした」または「低くした」といったキャップの描写は、このキャップの最も低い開口のそのキャップに対する相対的な高さに基づいたものである。最も低い開口は、通常、側面開口であり、多くの場合に、キャップは最も高い開口（例えば、端部が開口したキャップの場合には上部開口）と、最も低い側面開口の両方を有する。多くの場合に、このようなキャップは、蒸気および液体の流れを分散させる作業の間、液面が、これら最も高いおよび最も低い開口の間に、少なくとも一部のキャップ（例えば、少なくともキャップの２５％）について維持され、トレイを横切る所望の流量が達成されるように設計される。
【００３２】
[0036]高くしたキャップは、したがって、特定の実施形態によれば、低くしたキャップのそれぞれの最も低い側面開口および最も高い開口の両方よりも、トレイの上面の上のより高い高さにある最も低い側面開口を、最も高い開口に加えて有することがある。最も低い開口は、キャップを高くしたまたは低くしたと特徴づけるという目的に関しては、一般に最も低い側面開口よりはるか下に設置される底部液体出口開口を含めようとするものではない。これらの液体出口開口は、高くしたキャップまたは低くしたキャップのいずれかの場合、必ずしもではないが一般的に、最も高いおよび／または最も低い側面開口よりも大きな表面積を有する。
【００３３】
[0037]したがって、最も低い開口とは、キャップ全長の、一般に底部１０％にない（または、底部の中へと延びていない）、通常は底部２５％にない、そして、多くの場合に底部５０％にない、キャップの側面開口をいう。複数のキャップの場合、高くしたキャップの最も高い（または、最も低い）開口の、トレイの上面の上の高さは、低くしたキャップの最も高い（または、最も低い）開口の高さを、水平から外れているトレイについて前述した問題を効果的に打ち消す高さの差だけ超えていてもよい。したがって、一部の実施形態によれば、高くしたキャップの最も高い（または、最も低い）開口は、低くしたキャップの最も高い（または、最も低い）開口の、トレイの上面の上の高さよりも、一般に少なくとも０．２ｃｍ（０．０８インチ）、通常は少なくとも０．５ｃｍ（０．２０インチ）、そして、多くの場合に少なくとも１ｃｍ（０．３９インチ）高い、トレイの上面の上の高さにある。
【００３４】
[0038]図２は、代表的なキャップを２つだけ描いており、当然のことながら、一般に、トレイの押し下げられた部分にあるキャップの全てが高くされるのではない。しかしながら、このように高くしたキャップが少なくともいくつかあると、これらキャップの押し下げられた部分におけるランダムな、または、ランダムでない変動または配置のために、持ち上げられた部分に少なくともいくつかの低くしたキャップがあることもあって、トレイでの圧力降下における変化を、液面に応じて和らげることに役立つ。さらに重要なことに、高くしたキャップおよび低くしたキャップの使用は、流れの分布の問題、とりわけ、水平でない分散器のトレイに関連した問題を著しく軽減する。したがって、本発明の特定の実施形態によれば、複数の高くしたキャップが、複数の低くしたキャップの最も高い（または、最も低い）開口と比較して、トレイの上面の上のより高い高さに、最も高い（または、最も低い）開口を有する。複数の高くしたキャップは、複数の低くしたキャップと同様に、本明細書に記載されるような蒸気−液体の分散のための所定のトレイでは、一般に合わせて少なくとも５個あり、通常は少なくとも１０個あり、そして、多くの場合に少なくとも２０個ある。
【００３５】
[0039]高くしたキャップおよび低くしたキャップは、トレイの横断面表面領域でランダムに配置されてもよいが、より多くの場合に、キャップは、ランダムでない方法で配置され、トレイの上面の少なくとも一部分で、あるパターンで、例えば、この上面で交互に並んだ列に配置される。端部が開口したキャップの場合、高くしたキャップとは、より短く、低くしたキャップと比べて、単により長いキャップであってもよい。端部が開口したより長いキャップおよびより短いキャップが交互に並んだ列の使用は、それ故に、高くしたキャップおよび低くしたキャップがランダムでない方法で配置された１つの具体的な実施形態を与えるものである。別の状況、例えば、端部が閉じたキャップの場合は、高くしたキャップおよび低くしたキャップ（つまり、前述のように、キャップの最も高いまたは最も低い開口に関して定義される）を交互に並べた列が、ランダムでない配置を同様に達成する。一般に、高くしたキャップをトレイの外縁（例えば、据え付けたときの容器の壁部の近く）に配置して、前述したように、押し下げた部分で液体流の不均衡分布を有することの有害な影響を打ち消すことが望ましい。
【００３６】
[0040]高くしたキャップおよび低くしたキャップがランダムでない方法で配置される他のこのような実施形態によれば、複数のキャップの最も高い（または、最も低い）開口の、トレイの上面の上の高さは、普通、緩やかに増加または減少する。例えば、高さの増加または減少は、トレイの上面の少なくとも一部分で、（例えば、円形の横断面形状を有する）トレイの中心から増加する径方向距離に関するものでもよい（または、径方向距離に応じるものでもよい）。高さが増加する場合、キャップの最も高い（または、最も低い）開口の高さは、トレイの中心で、または、この近くで最小の値で、トレイの中心からの径方向距離が増加するにつれ大きくなってもよい。例えば、最も高い（または、最も低い）開口は、上下が逆さまのドーム形状を規定してもよい。キャップのランダムではない配置の例となる別の特定の実施形態では、上下が逆さまのドーム形状を画定する最も高い（または、最も低い）開口が、径方向において介在する最も高い（または、最も低い）開口であって、ドーム形状を画定する全ての開口の高さよりも高い一定の高さのものを有していてもよい。この特定の実施形態の例が図３に描かれており、最も高い開口１８のこのような構成は、水平でないトレイに起因する流れの分布の問題が、液面の面が開口に接近する方向によらず軽減されることから望ましい。キャップの最も高い開口の高さの間の最大距離Ａは、最も低い開口にも代わりに適用できるが、高くしたキャップおよび低くしたキャップの間の高さの差に関して上記に与えた範囲の値を一般に有する。
【００３７】
[0041]図４および５は、トレイを通る流れの分布における改善であって、高くしたキャップおよび低くしたキャップのランダムでない配置で、この場合は図５の交互に並んだ列に置かれたものを使用した結果得られる改善を図示している。これらの図は、１から３７までのキャップが上面に均一に置かれた代表的なトレイの上で上昇する液面のシミュレーションをすることにより製作された。シミュレーションでは、トレイが水平でなく、左側のキャップがトレイの押し下げられた部分にあるとした。キャップ番号の周りの影付きの枠は、上昇する液面によって覆われたキャップを示すのに使用された。図４において、キャップ開口は、全て、トレイの上面から同じ高さにあり、結果として、トレイの配置が水平でないために、基準面からのさまざまな高さにあった。キャップ開口のだいたい半数を覆う液面では、図４から明らかなように、覆われた開口の全てがトレイの押し下げられた部分にあり、結果として、液体流がこの部分に制限され、著しい流れの不均衡分布が生じる。しかしながら、図５では、キャップ開口の高さに、高くしたキャップおよび低くしたキャップを使用することによって、上記に規定したような変化を付けて、交互に並んだ列にすると、流れの分布に著しい改善が生じた。示されているように、開口の半数を覆う液面では、液体流が、トレイが水平から逸脱しているにもかかわらず、トレイの横断面領域によく分散される。
【００３８】
[0042]結局、本発明の態様は、蒸気−液体接触装置（例えば、反応器または蒸留塔）における蒸気および液体の流れの分布を改善するための装置および方法および装置を対象としている。特定の装置は、縦に細長い容器を備え、この容器は、本明細書に記載したように蒸気−液体分散器が中に置かれている。蒸気−液体分散器は、容器の横断面領域（例えば、円形）を実質的にまたは完全に覆うトレイを備え、また、複数の細長く、端部が開口した、または、端部が閉じたキャップをさらに備え、キャップは、トレイの上面（底面の反対側）より上へ延び、上部開口、または、少なくとも１つの側面開口を有する。少なくとも第１の（高くした）キャップは、少なくとも第２の（低くした）キャップの最も高い（または、最も低い）開口と比較して、トレイの上面の上のより高い高さに、最も高い（または、最も低い）開口を有する。特定の方法は、蒸気および液体を並流または向流のいずれかでこの装置に通過させることを含む。本開示を考慮すれば、いくつかの利点を達成でき、他の有益な結果を得られることが分かるであろう。当業者は、本開示から獲得した知識で、上記の装置および方法を、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまに変更できることが分かるであろう。理論的または観察された現象または結果を説明するために使用された仕組みは、説明のためだけのものであり、添付した特許請求の範囲の範囲を決して限定しないものと解釈しなければならない。
【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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【国際調査報告】
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