(57)【要約】  基板（１０）と、基板（１０）から基板（１０）に対して垂直なそれぞれの略平行軸（Ａ）に沿って縦方向に突出し、基板（１０）内に形成されたそれぞれの開口部（１５）と連通するそれぞれの略凹状の内側空洞（１７、３７）を有する、複数の中空のカップ形状部材（１１、１１Ａ）とを有する尿素反応器トレイ（４）であって、複数の第１のカップ形状部材（１１）を有し、その各々が、開口部（１５）を有する開放上端部（２１）と、閉鎖底端部（２２）との間を軸方向に延び、軸（Ａ）と略交差する貫通穴（２５）を備えた横方向壁（２３）と、閉鎖底端部（２２）を閉鎖し、穴を有さない底壁（２４）とを有する、トレイ（４）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの基板（１０）と、前記基板（１０）から前記基板（１０）に対して垂直なそれぞれの略平行軸（Ａ）に沿って縦方向に突出し、前記基板（１０）内に形成されたそれぞれの開口部（１５）と連通するそれぞれの略凹状の内側空洞（１７、３７）を有する複数の中空のカップ形状部材（１１、１１Ａ）とを備える尿素反応器トレイ（４）であって、前記開口部（１５）を有する開放上端部（２１）と、閉鎖底端部（２２）との間で軸方向に各々が延在する、複数の第１のカップ形状部材（１１）を備え、各々の第１のカップ形状部材（１１）が、前記軸（Ａ）と略交差し、気相および／または液相の優先的な貫通流のための貫通循環穴（２５）を備えた横方向壁（２３）と、前記閉鎖底端部（２２）を閉鎖し、循環穴を有さない底壁（２４）とを備えること特徴とする、尿素反応器トレイ（４）。
【請求項２】
各々の第１のカップ形状部材（１１）の前記横方向壁（２３）が、主に気相の貫通流のための第１の循環穴（２５Ａ）と主に液相の貫通流のための第２の循環穴（２５Ｂ）とを有し、前記第１の循環穴と前記第２の循環穴の全てが前記軸（Ａ）と略交差し、前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）より前記開放上端部（２１）の近くに位置する、請求項１に記載の反応器トレイ。
【請求項３】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）とはサイズが異なる、請求項２に記載の反応器トレイ。
【請求項４】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）より小さい、請求項２または３に記載の反応器トレイ。
【請求項５】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記開放上端部（２１）近くの前記カップ形状部材（１１）の上部領域（２６）内に位置し、前記第２の穴（２５Ｂ）が、前記閉鎖底端部（２２）近くの前記カップ形状部材（１１）の底部領域（２７）内に位置する、請求項２から４のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項６】
前記第１の穴（２５Ａ）が、およそ２〜２０ｍｍ、好ましくは約２〜４ｍｍの直径（Ｄ１）を有し、前記第２の穴（２５Ｂ）が、およそ４〜３０ｍｍ、好ましくは約４〜８ｍｍの直径（Ｄ２）を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項７】
前記第１の穴（２５Ａ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、前記開放上端部（２１）に最も近い列が、前記基板（１０）の底面（１４）から、およそ１ｍｍ以上、好ましくは約１５〜２０ｍｍの距離を離して位置する、請求項２から６のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項８】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記横方向壁（２３）に対して傾斜する請求項２から７のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項９】
前記第２の穴（２５Ｂ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、前記閉鎖底端部（２２）に最も近い列が、前記底壁（２４）から、０ｍｍ以上の距離を離して位置する、請求項２から８のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１０】
前記第１および第２の穴（２５Ａ、２５Ｂ）のサイズおよび数、ならびに、前記第１のカップ形状部材（１１）の数は、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ０％から２０％の間、好ましくはおよそ０％から４％の間の範囲であり、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ１％から２０％の間、好ましくはおよそ１％から５％の間の範囲となるものである、請求項２から９のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１１】
それぞれの第１のカップ形状部材（１１）と位置合わせされその上に重ね合わされ、前記基板（１０）の上方のそれぞれの閉鎖上端部（３１）と、それぞれの開口部（１５）と連通するそれぞれの開放底端部（３２）との間で前記基板（１０）から上方向に突出する複数の第２のカップ形状部材（１１Ａ）を備え、前記第２のカップ形状部材（１１Ａ）の各々が、前記軸（Ａ）と略交差する、前記基板（１０）の上方に位置する第３の貫通循環穴（２５Ｃ）を備えた横方向壁（３３）と、前記軸（Ａ）に対して略垂直であり、前記閉鎖上端部（３１）を閉じ、循環穴を有さない上部端壁（３４）とを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１２】
各々の第１のカップ形状部材（１１）および前記それぞれの重ね合わされた第２のカップ形状部材（１１Ａ）が、前記基板（１０）内の前記開口部（１５）の１つを通って嵌合された管状本体（３６）の、前記基板（１０）の下方および上方それぞれに突出するそれぞれの部分（３５）を画定する、請求項１１に記載の反応器トレイ。
【請求項１３】
各々の第２のカップ形状部材（１１Ａ）の前記横方向壁（３３）内の前記第３の穴（２５Ｃ）が、前記第１のカップ形状部材（１１）内の、主に液相の貫通流のための前記第２の穴（２５Ｂ）と形状および配置において類似するまたは同一である、請求項１１または１２に記載の反応器トレイ。
【請求項１４】
前記カップ形状部材（１１、１１Ａ）が、略円筒状である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１５】
前記第１および第２のカップ形状部材（１１、１１Ａ）が、およそ２Ｄから５／２Ｄの間の範囲の間隔で前記基板（１０）上に格子パターンで配置され、この場合Ｄは、前記第１および第２のカップ形状部材（１１、１１Ａ）の直径である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１６】
縦方向軸（Ｘ）に沿って実質的に延在し、反応室（３）を画定するシェル（２）と、前記シェル（２）の内側に相互離間された関係で収容された複数の反応器トレイ（４）とを備える尿素反応器（１）であって、前記トレイ（４）が、請求項１から１５のいずれか一項に記載されたものであることを特徴とする、尿素反応器。
【請求項１７】
各々のトレイ（４）が、前記基板（１０）を前記軸（Ｘ）に対して略垂直にして配置され、各々の第１のカップ形状部材（１１）は、前記基板（１０）から下方向に突出し、前記底端部（２２）は、前記反応室（３）の内側のプロセス流体の正常な流れ方向に実質的に対応する縦方向の軸方向の上方向では、前記開放上端部（２１）より前にある、請求項１６に記載の反応器。
【請求項１８】
前記軸（Ｘ）に沿って異なる高さのトレイ（４）が、主に気相および液相それぞれの貫通流のためのそれぞれの第１の穴（２５Ａ）および第２の穴（２５Ｂ）を有し、前記気相および液相のそれぞれの合計流れ断面を規定する合計面積が、前記反応器（１）の内側の前記トレイ（４）の場所に応じて異なり、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて低減し、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて増大する、請求項１６または１７に記載の反応器。
【請求項１９】
アンモニアを含む液相および二酸化炭素を含む気相を、反応器の内側で、トレイ（４）によって分離されたコンパートメント（７）を通して同じ上方向に供給することによって、前記反応器（１）の内側でアンモニアと二酸化炭素との反応を引き起こすステップを含む尿素生成方法であって、前記気相および液相が、１つのコンパートメント（７）から次のコンパートメントへと、各々のトレイ（４）からそれそれぞれの軸（Ａ）に沿って、それぞれの開放上端部（２１）とそれぞれの閉鎖底端部（２２）との間に下方向に突出する複数の中空の第１のカップ形状部材（１１）の横方向壁（２３）を貫通して形成された横断方向穴（２５）を通って流れ、前記第１のカップ形状部材（１１）が、穴を有さない底壁（２４）によって閉鎖されたそれぞれの底端部（２２）を有し、そのために前記相は前記横断方向穴（２５）を通って専ら前記軸（Ａ）に交差する方向に各々の第１のカップ形状部材（１１）に流入することを特徴とする、方法。
【請求項２０】
前記気相を、前記第１のカップ形状部材（１１）の前記横方向壁（２３）を貫通して形成された第１の穴（２５Ａ）を主に通して供給するステップと、
前記液相を、前記第１のカップ形状部材（１１）の前記横方向壁（２３）を貫通してこれもまた形成され、前記横方向壁（２３）を貫通する前記第１の穴（２５Ａ）より低い位置にある第２の穴（２５Ｂ）を主に通して供給するステップと
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）とはサイズが異なる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）より小さい、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の穴（２５Ａ）が、およそ２〜２０ｍｍ、好ましくは約２〜４ｍｍの直径（Ｄ１）を有し、前記第２の穴（２５Ｂ）が、およそ４〜３０ｍｍ、好ましくは約４〜８ｍｍの直径（Ｄ２）を有する、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の穴（２５Ａ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、前記開放上端部（２１）に最も近い列が、前記基板（１０）の底面（１４）からおよそ１ｍｍ以上、好ましくは約１５〜２０ｍｍの距離を離して位置する、請求項２０から２３のいずれか一項に方法。
【請求項２５】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記横方向壁（２３）に対して傾斜する請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の穴（２５Ｂ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、前記閉鎖底端部（２２）に最も近い列が、前記底壁（２４）から０ｍｍ以上の距離を離して位置する、請求項２０から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１および第２の穴（２５Ａ、２５Ｂ）のサイズおよび数ならびに第１のカップ形状部材（１１）の数が、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ０％から２０％の間、好ましくはおよそ０％から４％の間の範囲であり、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ１％から２０％の間、好ましくはおよそ１％から５％の間の範囲となる、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記軸（Ｘ）に沿って異なる高さのトレイ（４）が、前記第１の穴（２５Ａ）および第２の穴（２５Ｂ）の異なる合計面積を有し、このため前記気相および前記液相の異なる合計流れ断面を有し、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて低減し、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて増大する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１のカップ形状部材（１１）に流入した後、前記気相および液相が、それぞれの第１のカップ形状部材（１１）と位置合わせされその上に重ね合わされた第２のカップ形状部材（１１Ａ）内へと上方向に流れ、前記第２のカップ形状部材（１１Ａ）が、穴を有さない端壁（３４）によって閉鎖されたそれぞれの上端部（３１）を有し、前記軸（Ａ）と略交差する、前記基板（１０）の上方に位置する第３の貫通穴（２５Ｃ）を有し、そのために、前記相は、専ら前記軸（Ａ）と交差する方向に前記第２のカップ形状部材（１１Ａ）から流出する、請求項１９から２８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素反応器トレイ、反応器、および生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、尿素は、二酸化炭素とアンモニアを反応させて、尿素および水に分解するカルバミン酸アンモニウムを形成する方法を用いて工業的に生成される。
【０００３】
したがって、一般的な反応器は、加圧された反応室の内側で並流で流れる気相および液相を含む。
【０００４】
アンモニアおよび二酸化炭素の炭酸アンモニウム、最終的には尿素への変換は、トレイ反応器を用いて強化され、すなわち尿素の発生量を増大させるように強化される。
【０００５】
尿素トレイ反応器は、通常は縦方向の軸に沿って実質的に延在する、通常は円筒状のシェルを実質的に含み、内側に要素すなわちトレイが嵌合される。トレイは、反応室をコンパートメントに分割し、反応器の内側に物質特有の通路を形成するように成形された、および／または、穿孔された、それぞれの金属セクションによって画定される。
【０００６】
トレイは通常、反応器の縦方向軸に対して垂直であり、軸に沿って反応器の全高さまで等しく離間される。
【０００７】
トレイは穿孔されることが非常に多い。すなわち、さまざまに配置され、場合によって異なる形状および／またはサイズのものである穴を有する。
【０００８】
トレイは、好ましくは、反応器に通常設けられるマンホールを通って挿入されるように設計され、そのためこれらはまた、既存の反応器に嵌合させ、および／または取り外し、取り換えることができる。そうした理由のため、トレイは、通常、一緒に嵌合する複数の部分で構成される。
【０００９】
トレイは、さまざまな機能を有し、特に、
−軽（より速い）相の保持時間を最大化し、
−反応器セクションに沿って反応剤をできるだけ等しく分配して「逆混合」を防止し、
−気相および液相の混合を強化し、
−「泡サイズ」を低減して二酸化炭素中のアンモニアの拡散を向上させる。
【００１０】
数多くの尿素反応器トレイの設計および形状が、知られている。
【００１１】
穿孔されたトレイを備えた尿素反応器は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４に記載されている。
【００１２】
他の用途の他のトレイ設計は、特許文献５および特許文献６に記載されている。
【００１３】
既知の構成、特に尿素を生成するように特別に設計された上記の文献のものは、実際に、逆混合および負荷損失を低減することによって、２つの相の各々に優先的通路を設けることにより軽（気）相および重（液）相を確実にほぼ等しく分配することによって、及び、１つのトレイと別のトレイの間の非侵入型（非衝撃型）の混合を可能にすることによって、発生量を増大させることを実現する。
【００１４】
しかしながら、既知の解決策は、依然として改良の余地を残している。
【００１５】
一般的に言えば、既知の解決策は、（いずれも超臨界流体からなる）軽相および重相の完全な混合を実現することはできず、これらの相は、密度の相違により、トレイの設計および配置によって、特にトレイ内の穴の形状、場所、およびサイズによって画定された別個の優先的通路に沿って流れる傾向がある。
【００１６】
この欠点はまた、反応剤の最終的変換も損ない、したがって尿素の発生量を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】欧州特許第４９５４１８号明細書
【特許文献２】欧州特許第７８１１６４号明細書
【特許文献３】米国特許第６４４４１８０号明細書
【特許文献４】米国特許第６１６５３１５号明細書
【特許文献５】米国特許第３０７０３６０号明細書
【特許文献６】米国特許第３２２２０４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明の目的は、既知の技術の上記の欠点を解消するように設計され、特に、気相および液相の完全な混合および高い尿素発生量を実現する尿素反応器トレイ、反応器、および生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、したがって、請求項１で実質的に定義された尿素反応器トレイに関する。
【００２０】
本発明はまた、請求項１６および１９それぞれで実質的に定義された尿素反応器および尿素生成方法にも関する。
【００２１】
本発明のさらなる優先的特性は、従属請求項に示される。
【００２２】
本発明による反応器トレイの形状は、尿素反応器および尿素生成方法において気相および液相を完全に混合し、そのため尿素発生量を大きく増大させることを実現する。
【００２３】
本発明による反応器トレイおよび反応器は、概して、製造および設置が極めて容易でもある。
【００２４】
本発明の非限定的な実施形態が、添付の図を参照して例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態による尿素反応器の部分的概略図である。
【図２】図１の反応器の拡大詳細図である。
【図３】図２の詳細な上面図である。
【図４】図１の反応器で使用可能なトレイの概略平面図である。
【図５】図１の反応器で使用可能なトレイの概略平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による尿素反応器の部分的概略図である。
【図７】図６の反応器の拡大詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、尿素反応器１、特にトレイ反応器の内部を示している。
【００２７】
反応器１は、縦方向軸Ｘに沿って実質的に延在し、反応器１の内側に反応室３を画定するシェル２と、シェル２の内側に収容された複数のトレイ４（図１では１つのみが示される）とを備える。
【００２８】
簡単にするために、本発明に関連しない反応器１の他の既知の構成要素部分、例えば反応剤、ならびに製品装填および排出システム、加熱および加圧システムなどは示されない。
【００２９】
シェル２は、横方向の、例えば、略円筒状の壁５と、横方向壁５のそれぞれの対向する軸方向端部にある２つの端部分（図示せず）とを有する。
【００３０】
トレイ４は、例えばブラケット６または他の支持具によって横方向壁５に嵌合される。
【００３１】
図１は１つのトレイ４のみを示しているが、反応器１は複数のトレイ４を収容し、トレイ４は、軸Ｘに対して略垂直であり、軸Ｘに沿って離間されて、反応室３をコンパートメント７に分割し、反応室３の内側に物質のための通路を画定する。
【００３２】
各々のトレイ４は、有利には、ただし必ずしもそうではないが、適切な締結装置９によって互いに連結された複数の取り外し可能なモジュラーセクション８を備える。
【００３３】
図２および図３も参照すれば、各々のトレイ４は、例えば円形ディスクの形態の基板１０と、基板１０から下方向に突出する複数のカップ形状部材１１とを備える。
【００３４】
より詳細には、基板１０は、互いに対向する、例えば略平坦で平行である上面１３および底面１４を有する。
【００３５】
上面１３は、好ましくは上面１３と同一平面のそれぞれの縁１６によって境界付けられた複数の開口部１５を有する。
【００３６】
カップ形状部材１１は、基板１０の底面１４から下方向に突出する。
【００３７】
各々のカップ形状部材１１は、中空であり、軸Ｘに対して略平行の軸Ａに沿って縦方向に延在し、それぞれの開口部１５と連通する略凹状の内側空洞１７を画定し、開口部１５を備えた開放上端部２１と閉鎖底端部２２との間を軸方向に延在する。
【００３８】
より詳細には、各々のカップ形状部材１１は、横方向壁２３および底壁２４を備える。
【００３９】
図１から図３の非限定的な例では、ただし必ずしもそうではないが、カップ形状部材１１は、略円筒状である。横方向壁２３は、略円筒状であって軸Ａの周りに延在し、底壁２４は、略円形であって軸Ａに対して垂直である。
【００４０】
しかしながら、カップ形状部材１１は、例として説明し示したものとは異なって成形されてよい。より詳細には、これらは、軸Ａに対して傾斜したおよび／または（軸Ａに対して垂直な）円形断面以外の横方向壁２３を有することができる。図示しない他の実施形態では、カップ形状部材１１は、略円錐台形状、角柱、角錐台形状などでよく、および／またはさまざまな形状、例えば略円形または多角形、また、軸Ａに沿って一定または可変の断面を有することができる。図示する例のように中央で線対称であるのとは対照的に、カップ形状部材１１は、（軸Ａに対して垂直な）水平軸に沿って長手方向に細長くてもよい。これらは、例えば、平面図において、略矩形または楕円形、または基本的に細長い形状を有することができ、横方向壁２３は、軸Ａに対して略平行でよく、または軸Ａに対してさまざまに傾斜してよく、それによって例えば複数の平行のまたはさまざまに配置された突出部を基板１０の底面１４の下方に画定することができる。
【００４１】
しかしながら、一般的に言えば、各々のカップ形状部材１１は、以下で説明するように、開口部１５を備えた開放上端部２１と、実質的に穴を有さない底壁２４によって閉鎖された底端部２２とを有する。
【００４２】
カップ形状部材１１の位置、より詳細には開放端部２１および閉鎖端部２２の位置は、反応室３の内側のプロセス流体の正常の流れ方向によって決定される。尿素をアンモニアおよび二酸化炭素から生成するためのほとんどの反応器のように、反応器１内を循環するプロセス流体は、気相、またはいわゆる軽相と、液相、またはいわゆる重相とを実質的に含む。いずれの相も、略上方向に流れる。
【００４３】
したがって、反応室３の内側のプロセス流体の流れ方向に実質的に対応する（軸Ａおよび軸Ｘに対して平行な）略軸方向では、各々のカップ形状部材１１の閉鎖端部２２は、開放端部２１より前にある。
【００４４】
横方向壁２３は、その形状に関係なく、液相および／または気相の優先的な貫通流を可能にするように設計された貫通循環穴２５を有する。
【００４５】
したがって、各々のカップ形状部材１１は、軸Ａと略交差する循環穴２５を有し、この穴は、図示する例では、軸Ａに対して略径方向である。
【００４６】
各々のカップ形状部材１１は、さまざまなサイズの穴２５を有し、より詳細には、開放上端部２１近くの上部領域２６内の気（軽）相の貫通流のためのより小さい穴２５Ａと、閉鎖底端部２２近くの底領域内２７の液（重）相の貫通流のためのより大きい穴２５Ｂとを有する。
【００４７】
穴２５は、必ずしも円形ではなく、いかなる形状でもよい。例えば、これらは、スロットまたはスリットの形態の、円形、多角形、楕円形、略矩形などでよい。
【００４８】
（図１の概略図より詳細な穴２５の図を示す）図２の例では、穴２５は円形であり、カップ形状部材１１は、上部領域２６内の直径Ｄ１の穴２５Ａの第１のグループと、底領域２７内の、直径Ｄ１より大きい直径Ｄ２の穴２５Ｂの第２のグループとを備える。
【００４９】
いずれのグループの穴２５も、好ましくは、横方向壁２３上では等しく離間され、例えば、等しく軸方向に離間された複数の連続する列内に配置される。隣接する列内の穴２５は、（より大きい穴２５Ｂによって示すように）位置合わせされてよく、または（より小さい穴２５Ａによって示すように）交互に配列されてよい。
【００５０】
例として、（より小さい）第１のグループの穴２５Ａは、およそ２〜２０ｍｍ、好ましくは約２〜４ｍｍの直径Ｄ１を有し、グループ内の上列（すなわちカップ形状部材１１の開放上端部２１および基板１０の面１４に最も近い列）内の穴２５Ａは、基板１０の底面１４からおよそ１ｍｍ以上、好ましくは約１５〜３０ｍｍの距離を離して位置する。
【００５１】
上記の測定値は単に示唆的なものであり、円形穴２５以外の場合、この測定値は、穴の直径とは対照的に、相当直径または水力直径、すなわち同じ面積の円形断面が有するであろう直径を指すことができる。
【００５２】
第１のグループ内の穴２５Ａは、横方向壁２３に対して、より詳細には約３０°内向きに、好ましくは横方向壁２３に対して垂直という点で下方向に随意に傾斜する。この傾斜は制限するものではなく、穴２５Ａは、横方向壁２３に対して垂直という点で上方向に傾斜することもできる。穴２５Ａの傾斜はまた、横方向壁２３の厚さによって決まり、実質的にかつ主に気相のみが穴２５Ａを流れ抜けること、およびカップ形状部材１１の内側で相が完全に混合することを確保する働きをする。
【００５３】
（より大きい）第２のグループ内の穴２５Ｂは、およそ４〜３０ｍｍ、好ましくは約４〜８ｍｍの直径Ｄ２を有し、底端部２２に最も近い穴２５Ｂの列は、底壁２４から、０ｍｍ以上の距離を離して位置して、液相の貫通流を確保する。
【００５４】
気相穴２５Ａの上列（すなわち基板１０の底面１４に最も近い列）の基板１０からの距離は、均一な気相「フード」を形成することによって、トレイ４の下方に、すなわち基板１０の底面１４の下方に、確実に気相を等しく分布させるために重要である。
【００５５】
換言すれば、各々のコンパートメント７内では、プロセス流体の気相および液相の両方は、（軸Ｘに対して平行な）略軸方向に上方向に流れ、気（軽）相はトレイ４の底面１４に接して堆積して、基板１０の底面１４と穴２５Ａの上列の間の距離に等しい高さのヘッドを形成する。したがって、カップ形状部材１１の軸Ａに対して略径方向に、またはいずれにせよ反応器１の縦方向軸Ｘと略交差して、気相が主として穴２５Ａを流れ抜ける。十分なヘッドに到達すると、より重い液相もまた、反応器１の縦方向軸Ｘと略交差する方向に、穴２５Ａより低い穴２５Ｂを流れ抜ける。液相および気相の両方は、空洞１７に沿って流れて上昇し、ここでこれらが局所的に混合され、開口部１５を通って次のコンパートメント７に流れる。
【００５６】
このため、本発明の形状により、プロセス流体は、穴２５によって画定された強制通路によって、径方向に各々のカップ形状部材内に流れさせられる。したがって、カップ形状部材１１は、２つの相の完全な混合を確保する局所混合器として作用する。
【００５７】
図４および図５における非限定的な例では、カップ形状部材１１（および開口部１５）は、規則的なパターンで、例えば格子パターンで等しく離間されて基板１０上に配置される。より詳細には、カップ形状部材１１は、およそ１．５Ｄ以上、好ましくは約２Ｄから５／２Ｄ（この場合Ｄは、カップ形状部材１１の直径である）の間隔Ｌだけ離間されて置かれ、セクション８の製造が簡易化される。図示しない他の実施形態では、カップ形状部材１１は、他の不規則なパターン、および／または、図示するもの以外の間隔を有して、基板１０上に配置される。
【００５８】
例として、カップ形状部材１１の直径Ｄは、およそ２０ｍｍ以上であり、好ましくは約１００〜１６０ｍｍである。
【００５９】
カップ形状部材１１は、穴２５の数に応じて、好ましくは、１平方メートルあたり３６個より少ない数になり、より好ましくは、１平方メートルあたり１２個から１８個の間の範囲である。
【００６０】
２つのグループ（すなわち２つの相用）の穴２５の数は、トレイ４上のカップ形状部材１１の数に応じて選択される。カップ形状部材１１の数は、反応器１の内側のトレイ４の直径および場所にしたがって選択される。一般的に言えば、トレイ４の形状（特に、穴２５のサイズおよび数ならびにカップ形状部材１１の数）は、ここでも反応器１の内側のトレイ４の場所に応じて、合計気相流断面（すなわち穴２５Ａの合計面積）が、トレイ４の合計面積のおよそ０〜２０％、好ましくは約０〜４％であり、合計液相流断面（すなわち穴２５Ｂの合計面積）が、トレイ４の合計面積のおよそ１〜２０％、好ましくは約１〜５％になるように選択される。
【００６１】
一般的に言えば、気相流断面および液相流断面の合計（すなわち穴２５Ａおよび２５Ｂの合計面積）は、反応器１の内側のトレイ４の場所に応じて変化する。反応器１の内側の異なる高さにあるトレイ４は、異なる合計気相流断面および合計液相流断面を有してよく、好ましくは有する。より詳細には、１つのトレイ４から次のトレイへ上方向に作用すると、合計気相流断面は低減し（上部トレイ４においては実際的にゼロにさえなり）、一方で合計液相流断面は、増大するかほぼ一定のままである。
【００６２】
２つの相の優先的通路を作り出すことを回避するために、トレイ４（すなわち基板１０）の表面内、またはカップ形状部材１１の底壁２４内には、循環穴、すなわち、１つのコンパートメント７から別のコンパートメントへの直接的な流体の流れを可能にする循環穴は存在しない。
【００６３】
トレイ４の表面および／またはカップ形状部材１１の底壁２４は、腐食を結果として生じさせ得る滞留気体ポケットの形成を防止するために、滞留穴２８を有することができる。（図１では一部のみが概略的に示されている）滞留穴２８は、ここでも優先的通路を作り出すことを回避するために、気相および液相の流れ穴２５の直径Ｄ１およびＤ２の両方より直径が小さく、好ましくは約２〜３ｍｍの直径であり、さらに、穴２５の数よりもおよそ少なくとも１桁分少ない。
【００６４】
したがって、底壁２４は、（プロセス流体が好ましくはそこを通って循環する）循環穴２５を有さないという意味で実質的には穴を有さず、任意に滞留穴２８のみを有する。用語「滞留穴」は、サイズおよび／または場所的に、循環穴に対して優先的な液相または気相の通路を形成しない穴を意味するように意図されている。
【００６５】
本発明による尿素生成方法を実施するために、アンモニアと二酸化炭素との反応は、適切な圧力および温度状態で反応器１の内側で引き起こされる。より詳細には、アンモニアを含む液相および二酸化炭素を含む気相は、反応室３の内側の同じ方向で上方向に、トレイ４によって分離された連続するコンパートメント７を通って循環される。
【００６６】
前述したように、各々のコンパートメント７内では、液相および気相の両方は、上方向に（Ｘに対して平行な）略軸方向に流れ、トレイ４の底面１４に接して堆積する。気相は、主として穴２５Ａを通ってカップ形状部材１１の空洞１７内に流れ、液相は、主として穴２５Ｂを通って空洞１７内に流れる。２つの相は、空洞１７の内側で局所的に混合され、次のコンパートメント７へと流れ続ける。
【００６７】
すでに説明したものと類似するまたは同一であるすべての詳細が、同じ参照番号を用いて示される図６および図７の実施形態では、各々のトレイ４は、基板１０と、図１から図３を参照して説明した、基板１０から（すなわち基板１０の底面１４から）下方向に縦方向に突出する複数の底部の第１のカップ形状部材１１と、基板１０から（すなわち基板１０の上面１３から）上方向に突出し、それぞれの第１のカップ形状部材１１と位置合わせされその上に重ね合わせられた複数の上部の第２のカップ形状部材１１Ａとを備える。
【００６８】
カップ形状部材１１Ａもまた中空であり、軸Ｘに対して略平行のそれぞれの軸Ａに沿って縦方向に延在する。より詳細には、各々のカップ形状部材１１Ａは、軸Ａに沿って、基板１０の上方に位置する閉鎖上端部３１と、開口部１５と連通する開放底端部３２との間に延在する。カップ形状部材１１Ａは、軸Ａの周りに延在し、軸Ａと略交差し，基板１０の上方に位置する貫通循環穴２５Ｃを有する横方向壁３３と、軸Ａに対して略垂直であり、閉鎖上端部３１を閉じ、実質的に穴を有さず、すなわち循環穴を有さない、上端壁３４とを備える。
【００６９】
換言すれば、軸Ａに沿って縦方向に重ね合わされた対向するカップ形状部材１１、１１Ａの対は、基板１０から突出し、各々の底部のカップ形状部材１１およびそれぞれの重ね合わされた上部カップ形状部材１１Ａは、基板１０内の開口部１５の１つを通って嵌合された管状本体３６の、基板１０の下方および上方それぞれに突出するそれぞれの部分３５を画定する。
【００７０】
各々のカップ形状部材１１Ａは、開口部１５およびその下方のカップ形状部材１１の１つの空洞１７と連通する略凹状の内側空洞３７を有する。
【００７１】
各々の上部カップ形状部材１１Ａの横方向壁３３内の穴２５Ｃは、例えば、それぞれの底部カップ形状部材１１の主に液相の循環穴２５Ｂと、形状および配置において類似しているまたは同一である。より詳細には、各々の上部カップ形状部材１１Ａの穴２５Ｃは、対応する底部カップ形状部材１１の穴２５Ｂの合計面積とほぼ等しい（カップ形状部材１１Ａを通る両方の相の合計の流れ断面を規定する）合計面積を有する。
【００７２】
例えば、穴２５Ｃのサイズ及び穴２５Ｃおよびカップ形状部材１１Ａの数は、両方の相の合計流れ断面（すなわち穴２５Ｃの合計面積）が、反応器１の内側のトレイ４の場所に応じて、トレイ４の合計面積のおよそ１〜２０％、好ましくは約１〜５％であるように選択される。
【００７３】
この変形例でも、アンモニアと二酸化炭素との反応は、適切な圧力および温度状態において反応器１の内側で引き起こされる。より詳細には、アンモニアを含む液相および二酸化炭素を含む気相は、反応室３の内側で、トレイ４によって分離された連続するコンパートメント７を通って上方向に同じ方向に循環される。
【００７４】
前述したように、各々のコンパートメント７内では、液相および気相の両方は、（軸Ｘに対して平行な）略軸方向に上方向に流れ、トレイ４の底面１４に接して堆積する。気相は、主として穴２５Ａを通ってカップ形状部材１１の空洞１７内に流れる。液相は、主として穴２５Ｂを通って空洞１７内に流れる。２つの相は、空洞１７の内側で局所的に混合される。
【００７５】
両方の相は、カップ形状部材１１の内側で略軸方向（縦方向）に上方向に流れ、それぞれのカップ形状部材１１と位置合わせされてその上に重ね合わされたカップ形状部材１１Ａ内に入り、穴２５Ｃを通って、すなわち軸Ａと略交差してカップ形状部材１１Ａから流出し、次のコンパートメント７へと流れ続ける。
【００７６】
この変形例でも、トレイ４（すなわち基板１０の）の表面内、またはカップ形状部材１１、１１Ａの端壁２４、３４内には、循環穴、すなわち１つのコンパートメント７から別のコンパートメントへの直接的な流れを可能にする循環穴は存在せず、それによって気相および／または液相のための優先的通路を作り出すことを回避する。
【００７７】
トレイ４の表面、および／または、底壁２４、および／または、端壁３４は、上記で説明したような任意の滞留穴２８を有する。
【００７８】
図１〜図５を参照して上記で参照された、例えば、循環穴およびカップ形状部材のサイズおよび配置に関する追加の特性もまた、図６および図７の変形例に適用される。
【００７９】
しかしながら、明らかなことに、本明細書で説明し図示した反応器トレイ、反応器、および方法には、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく変更が加えられてよい。
【図１】
2014525827.tif 000003
【図２】
2014525827.tif 000004
【図３】
2014525827.tif 000005
【図４】
2014525827.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014525827.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの基板（１０）と、
前記基板（１０）から前記基板（１０）に対して垂直なそれぞれの略平行軸（Ａ）に沿って縦方向に突出し、前記基板（１０）内に形成されたそれぞれの開口部（１５）と連通するそれぞれの略凹状の内側空洞（１７、３７）を有する複数の中空のカップ形状部材（１１、１１Ａ）と、
を備える尿素反応器トレイ（４）であって、
前記基板（１０）の底面（１４）から下方向に突出し、前記開口部（１５）を有する開放上端部（２１）と閉鎖底端部（２２）との間で軸方向に各々が延在する、複数の第１のカップ形状部材（１１）を備え、
各々の第１のカップ形状部材（１１）が、
前記軸（Ａ）と略交差し、気相および／または液相の優先的な貫通流のための貫通循環穴（２５）を備えた横方向壁（２３）と、
前記閉鎖底端部（２２）を閉鎖し、循環穴を有さない底壁（２４）とを備え、
各々の第１のカップ形状部材（１１）の前記横方向壁（２３）が、主に気相の貫通流のための第１の循環穴（２５Ａ）と主に液相の貫通流のための第２の循環穴（２５Ｂ）とを有し、前記第１の循環穴と前記第２の循環穴の全てが前記軸（Ａ）と略交差し、
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）より前記開放上端部（２１）近くに位置し、前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）より小さいことを特徴とする尿素反応器トレイ（４）。
【請求項２】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記開放上端部（２１）近くの前記カップ形状部材（１１）の上部領域（２６）内に位置し、
前記第２の穴（２５Ｂ）が、前記閉鎖底端部（２２）近くの前記カップ形状部材（１１）の底部領域（２７）内に位置する請求項１に記載の反応器トレイ。
【請求項３】
前記第１の穴（２５Ａ）が、およそ２〜２０ｍｍ、好ましくは約２〜４ｍｍの直径（Ｄ１）を有し、
前記第２の穴（２５Ｂ）が、およそ４〜３０ｍｍ、好ましくは約４〜８ｍｍの直径（Ｄ２）を有する請求項１または請求項２に記載の反応器トレイ。
【請求項４】
前記第１の穴（２５Ａ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、
前記開放上端部（２１）に最も近い列が、前記基板（１０）の底面（１４）からおよそ１ｍｍ以上、好ましくは約１５〜２０ｍｍの距離を離して位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項５】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記横方向壁（２３）に対して傾斜する、請求項１から４のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項６】
前記第２の穴（２５Ｂ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、
前記閉鎖底端部（２２）に最も近い列が、前記底壁（２４）から０ｍｍ以上の距離を離して位置する、請求項１から５のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項７】
前記第１および第２の穴（２５Ａ、２５Ｂ）のサイズおよび数、ならびに、前記第１のカップ形状部材（１１）の数は、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ０％から２０％の間、好ましくはおよそ０％から４％の間の範囲であり、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ１％から２０％の間、好ましくはおよそ１％から５％の間の範囲となるものである、請求項１から６のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項８】
それぞれの第１のカップ形状部材（１１）と位置合わせされその上に重ね合わされ、前記基板（１０）の上方のそれぞれの閉鎖上端部（３１）とそれぞれの開口部（１５）と連通するそれぞれの開放底端部（３２）との間で前記基板（１０）から上方向に突出する複数の第２のカップ形状部材（１１Ａ）を備え、前記第２のカップ形状部材（１１Ａ）の各々が、前記軸（Ａ）と略交差する、前記基板（１０）の上方に位置する第３の貫通循環穴（２５Ｃ）を備えた横方向壁（３３）と、前記軸（Ａ）に対して略垂直であり、前記閉鎖上端部（３１）を閉じ、循環穴を有さない上部端壁（３４）とを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項９】
各々の第１のカップ形状部材（１１）および前記それぞれの重ね合わされた第２のカップ形状部材（１１Ａ）が、前記基板（１０）内の前記開口部（１５）の１つを通って嵌合された管状本体（３６）の、前記基板（１０）の下方および上方それぞれに突出するそれぞれの部分（３５）を画定する請求項８に記載の反応器トレイ。
【請求項１０】
各々の第２のカップ形状部材（１１Ａ）の前記横方向壁（３３）内の前記第３の穴（２５Ｃ）が、前記第１のカップ形状部材（１１）内の、主に液相の貫通流のための前記第２の穴（２５Ｂ）と形状および配置において類似するまたは同一である請求項８または９に記載の反応器トレイ。
【請求項１１】
前記カップ形状部材（１１、１１Ａ）が、略円筒状である請求項１から１０のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１２】
前記第１および第２のカップ形状部材（１１、１１Ａ）が、およそ２Ｄから５／２Ｄの間の範囲の間隔で前記基板（１０）上に格子パターンで配置され、この場合Ｄは、前記第１および第２のカップ形状部材（１１、１１Ａ）の直径である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応器トレイ。
【請求項１３】
縦方向軸（Ｘ）に沿って実質的に延在し、反応室（３）を画定するシェル（２）と、前記シェル（２）の内側に相互離間された関係で収容された複数の反応器トレイ（４）とを備える尿素反応器（１）であって、
前記トレイ（４）が、請求項１から１２のいずれか一項に記載されたものであることを特徴とする尿素反応器。
【請求項１４】
各々のトレイ（４）が、前記基板（１０）を前記軸（Ｘ）に対して略垂直にして配置され、
各々の第１のカップ形状部材（１１）は、前記基板（１０）から下方向に突出し、
前記底端部（２２）は、前記反応室（３）の内側のプロセス流体の正常な流れ方向に実質的に対応する縦方向の軸方向の上方向では、前記開放上端部（２１）より前にある請求項１３に記載の反応器。
【請求項１５】
前記軸（Ｘ）に沿って異なる高さのトレイ（４）が、主に気相および液相それぞれの貫通流のためのそれぞれの第１の穴（２５Ａ）および第２の穴（２５Ｂ）を有し、
前記気相および液相のそれぞれの合計流れ断面を規定する合計面積が、前記反応器（１）の内側の前記トレイ（４）の場所に応じて異なり、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて低減し、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて増大する請求項１３または１４に記載の反応器。
【請求項１６】
アンモニアを含む液相および二酸化炭素を含む気相を、反応器の内側で、トレイ（４）によって分離されたコンパートメント（７）を通して同じ上方向に供給することによって、前記反応器（１）の内側でアンモニアと二酸化炭素との反応を引き起こすステップを含む尿素生成方法であって、
前記気相および前記液相が、１つのコンパートメント（７）から次のコンパートメントへと、各々のトレイ（４）からそれそれぞれの軸（Ａ）に沿って、それぞれの開放上端部（２１）とそれぞれの閉鎖底端部（２２）との間に下方向に突出する複数の中空の第１のカップ形状部材（１１）の横方向壁（２３）を貫通して形成された横断方向穴（２５）を通って流れ、
前記第１のカップ形状部材（１１）が、穴を有さない底壁（２４）によって閉鎖されたそれぞれの底端部（２２）を有し、そのために前記液相及び前記気相は前記横断方向穴（２５）を通って専ら前記軸（Ａ）に交差する方向に各々の第１のカップ形状部材（１１）に流入し、
前記気相を、前記第１のカップ形状部材（１１）の前記横方向壁（２３）を貫通して形成された第１の穴（２５Ａ）を主に通して供給するステップと、
前記液相を、前記第１のカップ形状部材（１１）の前記横方向壁（２３）を貫通してこれもまた形成され、前記横方向壁（２３）を貫通する前記第１の穴（２５Ａ）より低い位置にある第２の穴（２５Ｂ）を主に通して供給するステップと
を含み、
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記第２の穴（２５Ｂ）より小さい尿素生成方法。
【請求項１７】
前記第１の穴（２５Ａ）が、およそ２〜２０ｍｍ、好ましくは約２〜４ｍｍの直径（Ｄ１）を有し、前記第２の穴（２５Ｂ）が、およそ４〜３０ｍｍ、好ましくは約４〜８ｍｍの直径（Ｄ２）を有する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の穴（２５Ａ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、
前記開放上端部（２１）に最も近い列が、前記基板（１０）の底面（１４）からおよそ１ｍｍ以上、好ましくは約１５〜２０ｍｍの距離を離して位置する請求項１６または請求項１７に方法。
【請求項１９】
前記第１の穴（２５Ａ）が、前記横方向壁（２３）に対して傾斜する請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の穴（２５Ｂ）が、１つまたは複数の軸方向に連続する列内に配置され、
前記閉鎖底端部（２２）に最も近い列が、前記底壁（２４）から０ｍｍ以上の距離を離して位置する請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の穴（２５Ａ、２５Ｂ）のサイズおよび数ならびに第１のカップ形状部材（１１）の数が、前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ０％から２０％の間、好ましくはおよそ０％から４％の間の範囲であり、前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、前記トレイ（４）の合計面積のおよそ１％から２０％の間、好ましくはおよそ１％から５％の間の範囲となる請求項１６から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記軸（Ｘ）に沿って異なる高さのトレイ（４）が、前記第１の穴（２５Ａ）および第２の穴（２５Ｂ）の異なる合計面積を有し、このため前記気相および前記液相の異なる合計流れ断面を有し、
前記第１の穴（２５Ａ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて低減し、
前記第２の穴（２５Ｂ）の合計面積が、上方向に１つのトレイ（４）から別のトレイにかけて増大する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のカップ形状部材（１１）に流入した後、前記気相および液相が、それぞれの第１のカップ形状部材（１１）と位置合わせされその上に重ね合わされた第２のカップ形状部材（１１Ａ）内へと上方向に流れ、
前記第２のカップ形状部材（１１Ａ）が、穴を有さない端壁（３４）によって閉鎖されたそれぞれの上端部（３１）を有し、前記軸（Ａ）と略交差する、前記基板（１０）の上方に位置する第３の貫通穴（２５Ｃ）を有し、
前記気相および前記液相は、専ら前記軸（Ａ）と交差する方向に前記第２のカップ形状部材（１１Ａ）から流出する請求項１６から２２のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2014525827.tif 000010
2014525827.tif 000011
2014525827.tif 000012