(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換及び／又は物質移動コラム用のガス分配器であって、前記コラム内に配置され、前記ガス分配器内側の内部開放領域への少なくとも１つの開口及び壁セグメントを備える実質的に垂直な内部円筒形偏向器壁へ供給ガスを垂直に導くように、前記コラムの長手方向軸に対して実質的に垂直である前記コラムのシェル壁を通して延びる少なくとも１つの供給ガス注入ノズルと、前記内部円筒形偏向器壁を延長してなる、前記シェル壁の形状と同形である底部セクションであって、前記コラム内の円柱状の槽への底部セクション開口を備える、前記底部セクションと、前記内部円筒形偏向器壁と前記シェル壁との間で、前記供給ガス注入ノズルの上方にある概ね水平な天井であって、前記シェル壁と前記内部円筒形偏向器壁との間に形成される概ね円周状のガス流れチャネルを画定し、少なくとも１つの開口を備える天井とを具備する、前記ガス分配器。
【請求項２】
熱交換及び／又は物質移動コラムが主精留装置コラムである、請求項１に記載のガス分配器。
【請求項３】
底部セクションが円錐形であり、コラムのシェル壁の形状と同形である、請求項１又は２に記載のガス分配器。
【請求項４】
コラムが、ガス分配器の上方に充填物及び／又はトレイをさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項５】
天井が少なくとも１つの天井セクションを備える、請求項１〜４のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項６】
少なくとも１つの天井セクションが、少なくとも１つの穿孔及び／又はチムニを有する平板である、請求項５に記載のガス分配器。
【請求項７】
少なくとも１つのチムニが高さのある帽子を有する、請求項６に記載のガス分配器。
【請求項８】
天井セクションが、少なくとも１インチ離隔して配置されたロッドを備える、請求項５に記載のガス分配器。
【請求項９】
天井セクションが、波形であり、少なくとも１つの穿孔及び／又はチムニを有する、請求項５に記載のガス分配器。
【請求項１０】
天井と内部円筒形偏向器壁との間、及び前記天井とシェル壁との間に複数の開口がある、請求項１〜９のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項１１】
天井セクションが、少なくとも１つの穿孔及び／又はチムニを有する平板、少なくとも１インチ離隔して配置されたロッドを備えるセクション、並びに少なくとも１つの穿孔及び／又はチムニを有する波形天井セクションからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項５に記載のガス分配器。
【請求項１２】
開口がベント窓である、請求項１〜１１のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項１３】
底部セクションが、少なくとも１つのオーバフロー開口をさらに備える、請求項１〜１２のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項１４】
壁セグメントが、マンウェイを通すのに適するように寸法設定されている、請求項１〜１３のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項１５】
天井セクションが、マンウェイを通すのに適するように寸法設定されている、請求項５に記載のガス分配器。
【請求項１６】
底部セクションが、底部セクションセグメントを備える、請求項１〜１５のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項１７】
底部セクション開口と流体接続している排出パイプをさらに備える、請求項１〜１６のいずれかに記載のガス分配器。
【請求項１８】
熱交換及び／又は物質移動コラム内に供給ガスを分配する方法であって、
前記コラムのシェル壁を通して延びる供給ガス注入ノズルを通して、概ね円周状のガス流れチャネルに過熱供給ガスを送り込むステップであって、前記円周状ガス流れチャネルが、前記シェル壁、底部セクション及び前記コラム内部の内部開放領域への少なくとも１つの開口を有する内部円筒形偏向器壁、及び前記シェル壁と前記内部円筒形偏向器壁との間の前記注入ノズルの上方にある、複数の開口を有する天井の間に形成される、ステップと、
液体が前記天井の前記複数の開口を通って前記円周状ガス流れチャネルに流れ込むときに、前記過熱供給ガスが前記液体の向流と接触することによって前記ガスを冷却するステップと、
前記液体が前記複数の天井開口を通過した後の前記液体の向流によって、前記円周状ガス流れチャネルを形成する前記内部円筒形偏向器壁及び前記シェル壁の内側を濡らすステップと、
前記コラム内に前記過熱供給ガスの実質的に均一な分布を実現するために、前記過熱供給ガスを、前記内部円筒形偏向器壁の前記少なくとも１つの開口及び前記天井の前記複数の開口を通して、前記コラム内の前記天井の上方の領域及び前記内部開放領域へ排出するステップと
を含む、前記方法。
【請求項１９】
供給ガス流量が、ガス流れチャネルに入る時の５００，０００Ｋｇ／ｈから、天井の複数の開口及び内部円筒形偏向器壁の少なくとも１つの開口から出る時の１，２００，０００Ｋｇ／ｈへ増加する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
供給ガス温度が、ガス流れチャネルに入る時の５６０℃から、天井の複数の開口及び内部円筒形偏向器壁の少なくとも１つの開口から出る時の４２０℃へ低下する、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
天井と内部円筒形偏向器壁との間、及び天井とシェル壁との間に複数の開口がある、請求項１８〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
底部セクションが円錐形である、請求項１８〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
コラムが主精留装置コラムである、請求項１８〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
コラムが、ガス分配器の上方に充填物及び／又はトレイをさらに備える、請求項１８〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
天井が少なくとも１つの天井セクションを備える、請求項１８〜２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの天井セクションが平板である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
天井セクションが、少なくとも１つのチムニを備える、請求項１８〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
天井セクションが、少なくとも１インチ離隔して配置されたロッドを備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
天井セクションが、波形である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
天井と内部円筒形偏向器壁との間、及び前記天井とシェル壁との間に複数の開口がある、請求項１８〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
天井セクションが、少なくとも１つのチムニを有する平板、少なくとも１インチ離隔して配置されたロッドを備えるセクション、並びに少なくとも１つのチムニを有する波形天井セクションからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
円筒形偏向器壁の開口がベント窓である、請求項１８〜３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
底部セクションが、少なくとも１つのオーバフロー開口をさらに備える、請求項１８〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
セグメント化内部円筒形偏向器壁セグメントが、マンウェイを通すのに適するように寸法設定されている、請求項１８〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
天井セクションが、マンウェイを通すのに適するように寸法設定されている、請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
底部セクションが、底部セクションセグメントを備える、請求項１８〜３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
チムニが高さのある帽子を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
供給ガス注入ノズルが、コラムの長手方向軸に対して実質的に垂直である前記コラムのシェル壁を通して延び、供給ガスを内部円筒形偏向器壁へ垂直に導き、前記内部円筒形偏向器壁が、実質的に垂直な内部円筒形偏向器壁であり、底部セクションが、前記内部円筒形偏向器壁を延長してなり、前記シェル壁の形状と同形であり、前記底部セクションが、前記コラム内の円柱状の槽への底部セクション開口を備え、前記注入ノズルの上方にある天井が、前記シェル壁と前記内部円筒形偏向器壁との間に形成される、概ね円周状のガス流れチャネルを画定する概ね水平な天井である、請求項１８〜３７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、熱交換及び／又は物質移動コラム内に均一なガス流れ（uniform gas flow）を形成する「Ｆ−フルート（F-Flute）」設計によるガス分配器に関し、具体的には、流動接触分解装置（ＦＣＣＵ，fluid catalytic cracking unit）設備の主精留装置（ＭＦ，Main Fractionator）コラム（column）のトレイ又は充填物（packing）への均一なガス流れを形成するガス分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量精留塔内に均一な蒸気分布を形成することは、高性能コラムの設計において最も難しい局面の一つである。当業界の従来の装置では、注入供給ガスをＭＦコラムの供給ノズルの直接上方のセクションに一様に分配することを試みてきた。例えば、蒸気ホーン（Vapor Horn）及びショーペントータ（Schoepentoeter）は、それぞれ、気体／液体混合物を容器又はコラムに導き入れる、独自の蒸気注入ホーン及びベーンタイプの注入装置である。しかし、これら装置は、供給ガスが両装置の内部で冷却されるので、最も重い成分、例えばアスファルテンが凝結を始め、装置の冷却表面に堆積又は固着するために、問題を生じることが分かっている。高温供給ガスがさらに連続して接触することによって、より軽い物質を堆積物から剥離させ、それに加え、重合アスファルテンから水素原子を脱離させて堆積物をコークに変化させる。時間と共に、コークの堆積がかなりの大きさに成長し、ガスの流れを阻害するようになり、その結果、装置を、ＭＦコラムから取り外す必要が生じる。
【０００３】
良好な混合及び一様な分布（even distribution）を確保する課題に対処することを試みてきた代表的な従来技術による装置が下記に開示されている。すなわち、Lee et al.への米国特許第８，２８６，９５２号明細書は、気体−液体接触コラム用の蒸気分配器を開示し、Kooijman et al.への米国特許第８，０２５，７１８号明細書は流体注入装置を開示し、Kurukchi et al.への米国特許第７，７４４，０６７号明細書は３相蒸気分配器を開示し、Christiansen et al.への米国特許第７，４５９，００１号明細書はベーンディフューザを開示し、Jacobs et al.への米国特許第７，２８１，７０２号明細書は、流体を混合し分配する方法及び装置を開示し、Laird et al.への米国特許第７，１０４，５２９号明細書は、蒸気分配器装置を記載し、その装置の蒸気ホーンが、蒸気分配器の注入ノズルからの距離と共に大きさが増加する一連のベーンを備え、米国特許第６，９９７，４４５号明細書は、半径方向供給式円筒精留コラムに液体−蒸気混合物を導き入れる方法及び装置を開示し、Lee et al.への米国特許第６，９４８，７０５号明細書は、ガス流れ、例えば蒸気が、環状蒸気ホーンを経由してコラム内に供給される気体−液体接触装置を記載し、Laird et al.への米国特許第６，８８９，９６１号明細書は、供給物の旋回を減少させ、それによって分布を改善するために、下側中間移行セクションにバッフルを有する改変蒸気分配器を記載し、Laird et al.への米国特許第６，８８９，９６２号明細書は、注入供給物を循環させて、液滴を同伴から離脱させ、同時にコラム全体に注入流れをより一様に分布させる環状注入蒸気ホーンを開示し、Lanting et al.への米国特許第６，３０９，５５３号明細書は、多数の分離ユニットを有する相分離器、上方流リアクタ装置、及び相分離の方法を開示し、Moserへの米国特許第６，３４１，７６５号明細書は、装置への流体の送り込みに関する方法を開示し、Yeoman et al.への米国特許第５，６３２，９３３号明細書は、注入蒸気流れをコラムの幅全体に分配するために、ハウジングの内壁に複数の出口、及び一連の流れ配向ベーンを有する環状２方向ガス流れ装置を記載し、Hsieh et al.への米国特許第５，６０５，６５４号明細書は、蒸気流れを分散させるように送り出すための一連の出口を有する環状ハウジングを有する蒸気分配器を開示し、Gohara et al.への米国特許第５，５５８，８１８号明細書は、注入された排ガスが一様に分配される湿式排ガス洗浄装置を開示し、Yeomanへの米国特許第５，６３２，９３３号明細書は、物質移動及び熱交換コラム内に蒸気を分配する方法及び装置を開示し、Lee et al.への米国特許第５，１０６，５４４号明細書は、３６０度の環状ハウジングを有する注入ホーンと流れ配向ベーンとの組合せを記載し、Pielkenroodへの米国特許第４，４３５，１９６号明細書は、気密及び耐圧タンクを備える、不混和性の気体、液体、及び／又は固体成分の混合物を処理する多相分離装置を開示し、Miuraへの米国特許第３，６５１，６１９号明細書は、ガスを浄化するための装置を開示し、Henbyへの米国特許第３，３４８，３６４号明細書は、液体分離器を有するガス洗浄装置を開示する。
【０００４】
上記の問題に対処することを試みた他のいくつかの従来技術の装置には以下が含まれる。すなわち、Laird et al.への米国特許出願公開第２００５／０１４６０６２号明細書は、物質移動及び熱交換コラム内の蒸気の均一な分布を容易にする方法及び装置を開示し、Laird et al.への米国特許出願公開第２００５／００２９６８６号明細書は、物質移動コラム用の流体流供給装置を開示し、Laird et al.への米国特許出願公開第２００３／０１８８８５１号明細書は、物質移動及び熱交換コラム内の均一な分布に関する方法及び装置を開示する。
【０００５】
これに関するさらに別の従来技術の参考文献には以下が含まれる。すなわち、McPherson, L.J.: "Causes of FCC Reactor Coke Deposits Identified"; O&GJ, September 10, 1984, pp 139と、NPRA Question and Answer Session, 1986,（議事録）Heavy Oil Processing, Question 12, pp 45と、Lieberman, N.P.: "Shot Coke: its origins and prevention": O&GJ, July 8, 1985. pp 45と、Christopher Dean et.al. "FCC Reactor Vapor Line Coking," Petroleum Technology Quarterly Autumn 2003と、Christopher Dean et.al. "Process Equipment Specification and Selection," Petroleum Technology Quarterly Autumn 2004と、Hanson D.W. et.al. "De-Entrainment and Washing of Flash-Zone Vapor in Heavy Oil Fractionators," HCP, July 1999, 55-60と、Scott W. Golden et.al. "Correcting Design Errors can Prevent Coking in Main Fractionators," Oil & Gas J. Nov. 21, 1994, 72-82と、Dana G. Laird. "Benefit of Revamping a Main Fractionator," Petroleum Technology Quarterly; Winter 2005と、David Hunt et.al.; "Minimizing FCC Slurry Exchanger Fouling," Petroleum Technology Quarterly Winter 2008と、Mark Pilling et.al.; "Entrainment Issues in vacuum Column Flash Zones," Petroleum Technology Quarterly; Winter 2010とである。
【０００６】
蒸気ホーンを使用する大多数の装置において、注入流れが、蒸気供給に渦流作用を伴う一方向であることに留意されたい。このようなタイプの装置では、注入流の旋回流れを方向転換し又は崩すために、バッフル（baffles）又はベーン（vanes）が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，２８６，９５２号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０２５，７１８号明細書
【特許文献３】米国特許第７，７４４，０６７号明細書
【特許文献４】米国特許第７，４５９，００１号明細書
【特許文献５】米国特許第７，２８１，７０２号明細書
【特許文献６】米国特許第７，１０４，５２９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，９９７，４４５号明細書
【特許文献８】米国特許第６，９４８，７０５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，８８９，９６１号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，８８９，９６２号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，３０９，５５３号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，３４１，７６５号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６３２，９３３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，６０５，６５４号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，５５８，８１８号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，１０６，５４４号明細書
【特許文献１７】米国特許第４，４３５，１９６号明細書
【特許文献１８】米国特許第３，６５１，６１９号明細書
【特許文献１９】米国特許第３，３４８，３６４号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００５／０１４６０６２号明細書
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００５／００２９６８６号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００３／０１８８８５１号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】McPherson, L.J.: "Causes of FCC Reactor Coke Deposits Identified"; O&GJ, September 10, 1984, pp 139
【非特許文献２】NPRA Question and Answer Session, 1986,（議事録）Heavy Oil Processing, Question 12, pp 45
【非特許文献３】Lieberman, N.P.: "Shot Coke: its origins and prevention": O&GJ, July 8, 1985. pp 45
【非特許文献４】Christopher Dean et.al. "FCC Reactor Vapor Line Coking," Petroleum Technology Quarterly Autumn 2003
【非特許文献５】Christopher Dean et.al. "Process Equipment Specification and Selection," Petroleum Technology Quarterly Autumn 2004
【非特許文献６】Hanson D.W. et.al. "De-Entrainment and Washing of Flash-Zone Vapor in Heavy Oil Fractionators," HCP, July 1999, 55-60
【非特許文献７】Scott W. Golden et.al. "Correcting Design Errors can Prevent Coking in Main Fractionators," Oil & Gas J. Nov. 21, 1994, 72-82
【非特許文献８】Dana G. Laird. "Benefit of Revamping a Main Fractionator," Petroleum Technology Quarterly; Winter 2005
【非特許文献９】David Hunt et.al.; "Minimizing FCC Slurry Exchanger Fouling," Petroleum Technology Quarterly Winter 2008
【非特許文献１０】Mark Pilling et.al.; "Entrainment Issues in vacuum Column Flash Zones," Petroleum Technology Quarterly; Winter 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、供給分配器装置内部に付着物及びコークを堆積させることなく、ＭＦコラムへの高速の過熱供給ガスを冷却することができ、そのガスを、スラリ充填セクションの底部に一様に分配することができるガス分配器装置が提供されれば、現況技術の進歩になり、当技術分野で長く待たれた必要性を解決することになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱交換及び／又は物質移動コラム用のガス分配器を対象とする。ガス分配器は、コラム内に配置され、ガス分配器内側の環状内部開放領域への少なくとも１つの開口を備える実質的に垂直な内部円筒形偏向器壁（interior cylindrical deflector wall）へ供給ガスを導くようにコラムのシェル壁を通して延びる少なくとも１つの供給ガス注入ノズルを備える。ガス分配器は、内部円筒形偏向器壁を延長してなる、シェル壁の形状と同形である底部セクションをさらに備える。底部セクションは、コラム内の円柱状の槽（コラムサンプ；column sump）への開口を備え、概ね水平な天井が、内部円筒形偏向器壁とコラムシェル（column shell）との間で、供給ガス注入ノズルの上方にあり、その天井が、シェル壁と内部円筒形偏向器壁との間に形成される概ねに円周状のガス流れチャネルを画定し、前記天井が少なくとも１つの開口を備える。
【００１１】
さらに、本発明は、熱交換及び／又は物質移動コラム内に供給ガスを分配する方法を対象とする。その方法は、コラムのシェル壁を通して延びる供給ガス注入ノズルを通して、概ねに円周状のガス流れチャネルに過熱供給ガスを送り込むステップであって、円周状ガス流れチャネルが、シェル壁と、底部セクション、及びコラム内部の環状内部開放領域への少なくとも１つの開口を有する内部円筒形偏向器壁と、シェル壁と内部円筒形偏向器壁との間で注入ノズルの上方にある天井との間に形成され、前記天井が複数の開口を有する、ステップと、液体が天井の複数の開口を通って円周状ガス流れチャネルに流れ込むときに、過熱供給ガスが液体の向流と接触することによって、ガスを冷却するステップと、液体が複数の天井開口を通過した後の液体の向流によって、円周状ガス流れチャネルを形成する内部円筒形偏向器壁及びシェル壁の内側を濡らすステップと、コラム内に過熱供給ガスの実質的に均一な分布を実現するために、過熱供給ガスを、内部円筒形偏向器壁の少なくとも１つの開口及び天井の複数の開口を通して、コラム内の天井の上方の領域及び環状内部領域へ排出するステップとを含む。
【００１２】
本特許請求ガス分配器は、単純な設計であり、コラムに流入するガスの均一な水平方向及び垂直方向分布を実現するために、コラム内に容易に設置することができる。本特許請求Ｆ−フルートガス分配器は、有利には、以下のことを実現する。すなわち、Ｆ−フルートガス分配器の天井から降り注ぐスラリ液と緊密に接触させることによって、過熱されたリアクタ供給多相ガスをＦ−フルートガス分配器の内部で冷却することと、供給ガス温度を即座に低下させて、主精留装置のシェルの表皮温度が設計温度を超えて上昇する可能性を低減することと、Ｆ−フルートガス分配器が、供給ノズルとスラリ充填セクションとの間の必要な距離を約２．５メートル以上減少させ、塔全体のＴ−Ｔ長さを短くすることと、改修において、Ｆ−フルートガス分配器を使用することは、供給ノズル、及び耐火内張りが施されたガス移送ラインの両方の大きさを増加させることに対して、費用効果のある代案であることと、完全に濡らされるＦ−フルートガス分配器内部は、コークの堆積及び成長の原因となる乾燥ホットスポットを防止することと、スラリ充填セクションへのガス分布不良を無くすことにより、液体を充填物上により一様に分布させることに効果があり、スラリセクションでのより効率的な熱移動を生じさせ、その結果、必要なスラリ充填セクションの長さが短くなることと、スラリ充填セクションでの一様なガス分布が、油洗浄セクションへのスラリ液の同伴を減少させ、油洗浄セクションの必要性を全く無くすことができることとである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本特許出願書類は、色付きの少なくとも１つの図面を含む。この特許又は特許出願公開の色付き図面を有するコピーは、要請及び必要な料金の支払いがあれば、米国特許局によって提供される。
【図１Ａ】熱交換及び／又は物質移動用のコラム内に全体的に示された、Ｆ−フルート設計を有する本特許請求ガス分配器の一実施形態の断面図である。
【図１Ｂ】Ｆ−フルートガス分配器の３Ｄ斜視図であり、穿孔平板天井セクション及びチムニと高さのある帽子とを有する穿孔平板天井セクション、並びに内部円筒形偏向器壁セグメント、ベント窓、及び内部円筒形偏向器壁を延長してなる底部セクションを有する本発明の一実施形態の図である。
【図１Ｃ】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の一実施形態の、チムニ及び高さのある帽子を有する穿孔平板天井セクションの３Ｄ図である。
【図２Ａ】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の一実施形態のロッド−プレート天井セクションの３Ｄ図である。
【図２Ｂ】Ｆ−フルートガス分配器の３Ｄ斜視図であり、ロッド−プレート天井セクション、並びに内部円筒形偏向器壁セグメント、ベント窓、及び内部円筒形偏向器壁を延長してなる底部セクションを有する本発明の一実施形態の図である。
【図３Ａ】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の一実施形態の穿孔平板天井セクションの３Ｄ図である。
【図３Ｂ】Ｆ−フルートガス分配器の３Ｄ斜視図であり、穿孔平板天井セクション、並びに内部円筒形偏向器壁セグメント、ベント窓、及び内部円筒形偏向器壁を延長してなる底部セクションを有する本発明の一実施形態の図である。
【図４Ａ】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の一実施形態の穿孔波板天井セクションの３Ｄ図である。
【図４Ｂ】Ｆ−フルートガス分配器の３Ｄ斜視図であり、穿孔波板天井セクション、並びに内部円筒形偏向器壁セグメント、ベント窓、及び内部円筒形偏向器壁を延長してなる底部セクションを有する本発明の一実施形態の図である。
【図５】充填物入口、ガス分配器出口（すなわちフルート出口）、及びガス分配器入口（すなわちフルート入口）での、過熱供給ガス及びスラリ液の温度（℃）並びに過熱供給ガス及び液体のｋｇ／ｈｒでの流量のグラフである。
【図６】３つの異なる大きさの主精留装置塔、すなわち３７ＫＢＰＤシステム、９０ＫＢＰＤシステム、及び２連ダクトを有する１２５ＫＢＰＤシステムを本特許請求Ｆ−フルートガス分配器を用いて改修することに関する費用比率のグラフである。
【図７】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が組み込まれていない、充填物入口の下方の主精留装置コラムの断面内のガス分布速度コンタの数値流体力学シミュレーションの色付きの図である。
【図８】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が組み込まれている、充填物入口の下方の主精留装置コラムの断面内のガス分布速度コンタの数値流体力学シミュレーションの色付きの図である。
【図９】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が組み込まれていない、充填物入口の下方の主精留装置の断面内のガス分布垂直速度コンタの数値流体力学シミュレーションの色付きの図である。
【図１０】本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が組み込まれている、充填物入口の下方の主精留装置の断面内のガス分布垂直速度コンタの数値流体力学シミュレーションの色付きの図である。
【図１１】供給ガス注入ノズルの高さでの、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が組み込まれているガス分布速度コンタの数値流体力学シミュレーションの色付きの図である。
【図１２】ミリメートルでの例示的寸法、並びに高高液体レベル（ＨＨＬＬ，high high liquid level）、高液体レベル（ＨＬＬ，high liquid level）、及び低液体レベル（ＬＬＬ，low liquid level）位置を示す標示を有する、Ｆ−フルート設計の本特許請求ガス分配器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本特許請求発明は、供給ガス流からコラムの内部にガスを一様に分配する、熱交換及び／又は物質移動コラムで使用するためのガス分配器を対象とする。詳細には、本発明は、供給ガス流からのガスがコラムの内周内部に一様に分配されるように、高流入速度の過熱供給ガス流を取り扱うガス分配器に関する。
【００１５】
本特許請求ガス分配器は、ＦＣＣＵリアクタ生成物の沸点成分が露点の極めて近くまで冷却されるときのコーク（coke）形成の防止において特に効果的である。これら生成物は、コールドスポットがあるところでは凝結し得、或いは、一部の反応生成物成分は、重合して、供給ガス注入温度で気化しなくなる大きな分子を形成し得る。コールドスポットは、不十分な断熱、又はフランジなどの取付具近傍の大きな熱損失に起因し得、凝結を助長する。これら沈積液体が、容器の固体面上に十分な時間滞留すると、コークが、移送ラインの内側及び容器の壁に堆積し始める。一旦コークが形成されると、さらなるコークがより容易に成長する面になる。
【００１６】
ＦＣＣリアクタへの供給原料中のナフテンは、ＦＣＣ触媒によって効果的に分解されず、高温リアクタ排出ガスと共にＭＦコラムへ運ばれる。近年のＦＣＣ触媒調製は、高水素転移反応触媒をより多く使うようになってきており、より高い反応温度で働き、それが、より多くのオレフィンの生成に有利に働き、より重い芳香族化合物原料が関わって、より高い沸点の多核芳香族化合物（ＰＮＡｓ，polynuclear aromatics）を生成する傾向にあり、その多核芳香族化合物は、ＭＦコラムへの流入箇所で凝結する可能性がより高い。一旦これらＰＮＡｓが、コラム内の固体面上に凝結すると、容易にコークを形成する。高希土類ゼオライトＦＣＣ触媒は、副次的水素転移作用の結果としてナフテンから芳香族化合物を形成する傾向がある。これら芳香族化合物は、さらに熱反応を経てコークを形成し得る。
【００１７】
コークの形成は、下記の２つの独立したメカニズムによって説明されてきた。すなわち、（ｉ）溶融油が熱的に分解され、残存する大きなアスファルテン及びレジン分子が析出して、形態を大きく変えることなく、固体構造（コーク）を形成するとき、「アスファルト性コーク」が形成され、（ii）「熱的コーク」が、芳香族化合物の環が架橋することによって生成される。
【００１８】
ガス分配器への過熱リアクタ供給ガス流から最初に凝結する液滴は、おそらく、アスファルテン及びレジンに富む重油である。この物質が、ＭＦコラムの低速度領域の粗い金属面に達した場合、そこに長時間滞留すると、溶媒油が徐々に蒸発し、析出によってコークを形成する可能性があり得る。一旦コークが堆積すると、そのコークは、さらに多くの凝結液滴がその粗い面上に堆積し、コーク部位を成長させる絶好の場所になる。
【００１９】
本発明において使用される、コーク形成を最低限に抑える基本原理は２つあり、その第１は、露出金属面からの熱損失を防止することによってデッドスポットを回避することであり、第２は、固体面を濡れた状態に保つことである。本発明では、リアクタ排出物（すなわちガス分配器への過熱供給ガス）は、主コラムに流入し、ポンプアラウンド(pumparound)する低温のスラリと直接接触することによって冷却される。ＭＦコラムは、充填物、シェッド（バッフル）(shed (baffle))、又は輪状円板トレイ（trays）を使用して、２つの流れ、すなわち供給ガス流からのガスとスラリ液とを接触させる。充填物／トレイは、高温ガスが通過しなければならない液体の層を形成することによって働く。理想的には、ガス及び液体は均一に分布される。しかし、実際には、この均一なガス及び液体の分布は生じない。液体及びガスの分布が一般に十分ではなく、それによって、充填物、シェッド、又は輪状円板トレイが、定格容量のかなり下でフラッド（flood）を起こす。
【００２０】
従来技術の装置での液体及びガスの不十分な分布により、場合によっては、ＭＦコラム注入ノズルが５０％を超えてコークによって閉塞され、ガス速度を７０ｍ／ｓｅｃをかなり超えるまで上昇させ、それは設計速度の２倍になる。したがって、より多くのガスが、注入ノズルから１８０度で、すなわち注入ノズルから正反対のコラムの領域でコラムを流れ上がり、それによって、高速度ガス領域における充填物又はシェッド（バッフル）トレイの局所化されたフラッディングが生じ得る。頂部の充填物／トレイの最初の液体分布が均一であったとしても、諸充填物／トレイを出ていくガス温度は、ガスの分布不良によって、注入ノズルから１８０度でより高くなる。充填物／トレイの上方のガス空間内に配置され、注入ノズルの直接上方及び注入ノズルから１８０度に配向されたサーモカップルを取り付けたコラムでは、最大５０℃の温度差を有する。一旦充填物トレイがフラッドを起こすと、低温スラリが、スラリ充填セクションの直接上方に位置する洗浄油トレイに同伴される。その結果、洗浄油トレイ中での圧力降下が増加し、さらには装置の圧力バランスに影響する。
【００２１】
供給ガス注入の上方のスラリセクションにおける上述のガス及び液体の分布不良が、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器によって解決される。本ガス分配器は、スラリポンプアラウンド床に入る、より均一な流れを形成し、高温腐食環境に耐え、損傷及びコーキングを食い止める。
【００２２】
従来の接線方向分配器（例えば、蒸気ホーン、ベーン注入装置（Vane Inlet Device）、及びＶ−バッフル（V-Baffle））及び半径流れ複数ベーン分配器（例えばショーペントータ）は両方とも、コーキング、腐食、又はその両方のためにＦＣＣＵ主精留装置では使えないことが分かってきた。不充分な設計の分配器は、ガス流れが閉塞される程にまでコークが生じ、早期運転停止に追い込まれた。
【００２３】
本発明者は、千鳥配列パイププレート分配器が、運転を通してコークが付着することなしに、ガスを大まかに分布させることができるガス分配器であることを注記する。千鳥配列パイププレート分配器は、供給ノズルの上方に、ガスが流れ上がる方向の角度でコラム内に配置された楕円形リング上に配置された千鳥配列パイプを備え、そこでは、供給ガスとスラリ充填セクションからのスラリ液とが分配器を通って向流として流れる。コーキングとの戦いにおけるこの分配器の成功は、分配器パイプ上に凝結するアスファルテン液滴を、流れるスラリ液によって即座に連続的に洗い流す作用による。しかし、この分配器は、上方の充填セクションへのガス分布の改善に限界がある。
【００２４】
スラリポンプアラウンドセクションが適切に設計されるならば、極めて僅かな液滴同伴しかなく、洗浄セクションを有する必要がない。他方、液滴同伴が多いときは、正しい解決策は、液滴同伴を減少させるようにスラリポンプアラウンドセクションを修正することである。それにより、洗浄油セクションは、果たす目的がなくなり、無くすことができる。
【００２５】
洗浄油セクションのコーキングを引き起こす２つの主要なメカニズムがある。第１は、洗浄油セクションへのスラリポンプアラウンド液の液滴同伴であり、第２は、洗浄油トレイ上の局所高温領域である。ある場合には、同時に両方が起こり、急速なコーク形成を生じ、遂には計画外運転停止を生じる。
【００２６】
スラリポンプアラウンド液がガスによってポンプアラウンドセクションから液滴同伴されるようになり、洗浄油トレイの負荷が高く、又はブローイング（blowing）（すなわち高ガス流量及び低液体流量）が生じているために脱液することができないと、コークが形成される。同伴液体は、長時間滞留する必要があり、比較的高い局所温度に曝される必要があるので、液滴同伴のみでは問題ではない。さらに、局所温度は、液体流量が極端に低くなると同時に極めて高くなり得、それによって、コークを形成する理想的状態が生じる。
【００２７】
蒸気ホーン及びショーペントータなどの従来技術の装置は、ＭＦコラムの供給ガス注入ノズルの直接上方のセクションに供給ガス流を一様に分布させることに成功していない。これは、供給ガス流がこれら装置内で冷え、アスファルテンを含む最も重い成分が、凝結を始め、装置の低温面上に堆積／固着するからである。高温供給ガスとの連続的接触によって、堆積物からより軽い物質の脱離が生じる。さらに、重合アスファルテンからの水素原子の脱離が、アスファルテンをコークに変化させる。時間と共に、コーク堆積物が、かなりの大きさに成長し、ガスの流れを妨害する原因になる。その結果、装置をＭＦコラムから取り外さねばならなくなる。
【００２８】
供給ガス流のガスとスラリ液との間に起きる熱交換及び物質移動の効率を向上させるために、特にガスが充填物に流入する下側のガス−液体接触箇所でのコラムの水平断面全体に均一にガスを分布させることが重要である。ガス分配器なしで、供給ガス注入ノズルから充填物の下方のコラム内に供給ガス流を導入すると、ガスの運動量が、充填物に流入する前のガスの望ましい水平分布を阻害し得る。
【００２９】
さらに、主精留装置コラムのスラリ充填セクションの最適な作動には、液体薄膜、及び充填物を通るガスの一様な分布が必要である。適切な液体分布の役割には決して異論はなかったが、従来技術の装置は、コラム内の初期ガス分布を軽視してきた。短い底部セクションを有する大きいコラム直径及び圧力降下のより小さい充填物が注目されるにつれて、コラム内の初期ガス分布の重要性が、より明白になってきた。したがって、本Ｆ−フルートガス分配システムは、例えば、過熱ＦＣＣリアクタガス（すなわち過熱供給ガス流）をコラムに導き入れ、コラムの断面全体に亘って一様に分布させる。
【００３０】
これを達成するために、供給ガス流の速度を、供給ガス注入ノズルと上方の充填物及び／又はトレイセクションとの間の短い距離の中で減少させる必要がある。同時に、供給ガス注入ノズルは、不適切にコラム断面を塞ぎ、又は過度の圧力降下を生じてはならない。経済的理由のために、ノズルと充填物／トレイとの間の距離を最小限に抑えることが望まれ、したがって効果的なガス分配器装置が高度に望ましい。
【００３１】
本特許請求ガス分配器は、従来技術の装置の問題点に対する解決策を提供する。本ガス分配器は、熱交換及び／又は物質移動コラム用である。本Ｆ−フルート設計は、概ね垂直な中心軸を有する開放内部シェルコラムを使用して、過熱供給ガス流の一様な分配を行う。少なくとも１つのガス注入ノズルが、コラムシェル壁を通して延び、過熱供給ガス流を、供給ガス注入ノズルから半径方向内側に離隔配置された概ね環状で垂直な内部円筒形偏向壁の方へ導き、その結果、供給ガスは円周方向に流れる。ガス分配器は、さらに、内部偏向壁とコラムシェルとの間に延在して実質的に頂部を閉鎖する天井と、分配器の底を円筒又は円錐形の底部セクションとしてコラムサンプへ延長する底部とを備える。したがって、Ｆ−フルートガス分配器は、供給ガスが上方の充填セクションへ直接バイパスすることを防止する。
【００３２】
本特許請求ガス分配器は、ガス分配器の上方のコラムスラリセクションからのスラリ液の向流と供給ガス流を接触させることによって供給ガス流を冷却する「Ｆ−フルート」設計を有する。そのようにして、スラリ液が、供給ガス流と接触すると部分的に蒸発して、供給ガス流を冷却する。下方へ流れるスラリ液は、固体触媒細粒が供給ガス流内に存在すれば、それを「洗浄し」解放する。
【００３３】
供給ガス流の冷却されたガスは、Ｆ−フルートガス分配器から円周状内部円筒形偏向器壁のベント窓及びＦ−フルートガス分配器の天井のガス開口の両方を通って出ていく。Ｆ−フルートガス分配器の天井（すなわち屋根）は、実質的に垂直な円周状内部円筒形偏向器壁の頂部とコラムシェルの内壁との間の空間を塞ぐ。したがって、天井は、供給ガス流れチャネルの上端を画定し、コラム内で、供給ガス流れチャネルをＦ−フルートガス分配器上方の内部全体断面開放領域から分離する。内部全体断面開放領域の上方の充填セクションからスラリ液が、天井のタイプに応じて、天井の上面に約２５ｍｍ〜約５０ｍｍのレベルまで部分的に溜まる。様々な手段によって、本明細書に後段でより充分に説明されるように、スラリ液は、供給ガス流れチャネル内の供給ガス流れ上に滝のように落ち、又は供給ガス流れチャネル内の供給ガス流れの中に「雨のように降り注ぎ」落ちてゆく。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、Ｆ−フルートガス分配器の天井は、平板セクション上に一様に分布された複数の約１インチ〜約１．５インチの穿孔、すなわち穴を有する平らな金属板から製作された穿孔平板セクション又はセグメントを備える。セクション又はセグメントは、一体に取り付け又は連結して、概ね環状の円周状内部円筒形偏向器壁とコラムシェル壁の内側との間に天井を形成するように設計されている。天井を形成するセクションは、例えば、円周状リムに溶接することができる。穿孔平板セクション又はセグメントは、供給ガス流の冷却ガス及びスラリ液の両方が穿孔（穴）を通って流れることを可能にし、天井の上面に溜まるスラリ液の量を減少させる。具体的には、天井の穴は、ガスとスラリ液とが同じ穿孔を交互に通過することを可能にし、迅速な洗浄効果をもたらす。そうでなければガスによって運ばれることになる形成されたコーク粒子が、液体に接触することによって捕捉され、流れるスラリ液によって下方へ洗い流される。これに関連して、天井の複数の穴は、下方に流れるスラリ液をシャワータイプの態様で散布し、液体の大きな表面接触面積を生成して、供給ガス流の上方へ流れるガスとの熱／物質移動相互作用を高める。穿孔平板セクションを使用すると、屋根上の液体の維持（ホールドアップ；hold up）が減少し、又は最小限になる。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、Ｆ−フルートガス分配器の天井は、複数の穴に加えて、供給ガス流れチャネル内の供給ガスからの冷却ガスを、ガス分配器の上方で充填物トレイスラリセクションの下方のコラムの内部全体断面開放領域へ流入させることができるガスチムニ（gas chimneys）を備え得る。天井のチムニは複数の天井穴によって囲まれ、スラリ充填セクションからのスラリ液が天井の上面に溜まり、同時に、スラリ液は、複数の穴を通過して供給ガス流に降り注ぐ。
【００３６】
本発明の別の実施形態によれば、Ｆ−フルートガス分配器の天井は、少なくとも約１インチ離隔して配置され、周辺リムに溶接された千鳥配列ロッドを備えるロッド−プレートセクション、又はセグメントによって形成することができる。ロッド−プレートセクションは、ガス及びスラリ液の両方が千鳥配列ロッド間の隙間を通って流れることを可能にする。この設計は、上方へ流れるガスを下方に流れるスラリ液と緊密に接触させ、それによってロッド−プレートセクションの上面のフロス（froth）の形成を増大させるが、ロッドの上面に溜まり又はホールドアップ（holding up）するスラリ液の量が最小限になる。
【００３７】
さらに、本発明の別の実施形態によれば、Ｆ−フルートガス分配器の天井は、周辺リムに溶接された穿孔金属波板から製作された穿孔波板セクション又はセグメントを備える。波板の穿孔（すなわち穴）は、ガスとスラリ液との両方が交互に通過することを可能にする。さらに、波板は、ガス及び液体の両方が天井を通り抜けるための表面及び開口面積を増加させる（すなわちより多くの穴）。さらに、波板は、屋根上に溜まり又はホールドアップする液体を最小限に抑える。
【００３８】
本発明は、さらに、前述の天井設計の組合せ、例えば穿孔波板セクションを、チムニに加えて、穿孔平板セクション及びロッド−プレートセクションと組み合わせることを考える。さらに、本発明は、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が、極めて滑らかであり及び／又は研磨された金属面によって構成され、コークの堆積を防止するためにスラリ液によって完全に濡れた面をもたらす点において、従来技術のガス分配装置とは異なる。
【００３９】
Ｆ−フルートガス分配器は、分配器の上方のスラリ充填セクションへのガスに、今まで見たことのない均一で一様な分布を実現する。本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の利点を、本明細書に添付の諸図面についての以下の説明によってより完全に理解することができる。
【００４０】
図１Ａは、本発明の一実施形態を示す。図１Ａでは、Ｆ−フルートガス分配器１０が、全体として、熱交換及び／又は物質移動用のコラム１内に示されている。コラム１は、それらに限定されないが、主精留装置、蒸留塔、吸収塔、放散塔、油急冷及び／又は水急冷塔、脱コーク塔、超精留装置を含む、熱交換及び／又は物質移動用のいかなるタイプのコラムでもよい。コラム１は、それらに限定されないが、円形、楕円形、正方形、長方形、又は他の多角形断面を含むいかなる所望の形状でもよい。図１Ａのコラム１は、内部開放シェルであり、概ね垂直な中心軸及び概ね環状の形状を有する。Ｆ−フルート分配器１０は、いかなる熱移動及び／又は物質移動コラムのいかなる形状にも対応するように設計することができる。
【００４１】
図１Ａでは、供給ガス流れチャネル１４が、コラム１のシェル壁１５の内側と、内部円筒形偏向器壁１２と、天井１１との間に形成されている。Ｆ−フルートガス分配器１０は、コラムシェル壁１５の形に対応する円錐形であり得る底部セクション１３をさらに備える。高速過熱供給ガス３０が、少なくとも１つのガス注入ノズル２０を通ってコラム１の高さにほぼ垂直な方向で供給ガス流れチャネル１４に導入される。過熱供給ガス３０流れは、供給ガス流れチャネル１４の中を、遠心力、及び過熱供給ガス３０がＦ−フルートガス分配器１０に導入される高い速度によって、外側の概ね円筒形のコラム１のコラムシェル壁１５に沿って円周状に流れる。
【００４２】
Ｆ−フルートガス分配器１０の内部円筒形偏向器壁１２及び天井１１は、当業者には周知の、揮発性化学物質、液体、及び固体粒子の高速過熱ガス３０流れによる劣化を生じにくい、熱及び／又は物質移動プロセスに適するいかなる高温鋼材から製作してもよい。
【００４３】
図１Ａに示されるように、過熱供給ガス３０は、Ｆ−フルートガス分配器１０内をガス流れチャネル１４を廻って円周状に流れる。ガス注入ノズル２０からの過熱供給ガス３０は、ガス流れチャネル１４を通って流れ、そのガス流れチャネル１４の中で、過熱ガスが冷却されるにつれて、固体及び液体が分離される。過熱供給ガス３０のガスは、複数の手段によって供給ガス流れチャネル１４から取り除かれる。第１の手段は、内部円筒形偏向器壁１２に設けられたベント窓２１を備える。ベント窓２１は、冷却されたガスが供給ガス流れチャネル１４から出ていくことを可能にする。本発明の一実施形態では、ベント窓２１の数は、約１０〜約３０の範囲にある。ベント窓２１は、約１メートル×０．６メートルまでのいかなる大きさでもよい。供給ガス流れチャネル１４からベント窓２１を通って出てきたガスは、内部円筒形偏向器壁１２の円筒形状及びＦ−フルートガス分配器１０の環状構造によって形成された内部開放領域２３に流れ込む。ガスは、次いで、コラム１の内部全体断面開放領域２５、並びにＦ−フルートガス分配器１０の上方に位置するコラム１の接触充填物及び／又はトレイ４０の方へ、上方に進む。
【００４４】
過熱供給ガス３０からガスがそれによって分離され、Ｆ−フルートガス分配器１０の上方のコラム１の内部全体断面開放領域２５へ導入される、図１Ａに示されるさらに別の手段が、Ｆ−フルートガス分配器１０の天井１１に配置されている。本発明の一実施形態によれば、天井１１は、過熱供給ガス３０からの冷却ガスが、コラム１の内部全体断面開放領域２５、並びにＦ−フルートガス分配器１０の上方に位置するコラム１の接触充填物及び／又はトレイ４０の方へ、上方に進むことを可能にするチムニ２４を備える。
【００４５】
チムニ２４には、多相過熱供給ガス３０からのガスがチムニ２４を通ってガス流れチャネル１４から出てくることができる度合を調節するために、高さのある帽子４１（図１Ｃ参照）を設置することができる。本発明の一実施形態によれば、チムニ２４の数は、供給ガス流れチャネル１４の長さ１メートル当たり約１〜約３個の範囲にある。チムニ２４は、約０．１〜約０．４ｍ２の範囲の断面積を有し、高さのある帽子４１は、チムニ２４の上方約１００ｍｍ〜約３００ｍｍに設置され、約０．１〜約０．４ｍ２の範囲又はそれより大きい断面積を有する。
【００４６】
図１Ａは、Ｆ−フルートガス分配器１０の円錐形底部セクション１３を示し、その底部セクション１３は、底部セクション開口１６と、Ｆ−フルートガス分配器１０の直接下方に位置するコラム１のコラムサンプ２８に注ぎ込む少なくとも１つのオーバフロー開口２７とを備える。オーバフロー開口２７は、内部開放領域２３内又はその上方でガスから分離した液体のコラムサンプ２８内への排出を行う。本発明の一実施形態によれば、オーバフロー開口２７の数は、約４〜６個の範囲にある。オーバフロー開口２７は、Ｆ−フルートガス分配器１０の内部開放領域２３内に注がれ又は落ちてくる全ての液体を受け入れるような大きさになっており、底部セクション開口１６と流体連通する排出パイプ１８が詰まった場合にオーバフロー排出路として働く。図１Ａは、高高液体レベル（ＨＨＬＬ）、正常液体レベル（ＮＬＬ）、及び低液体レベル（ＬＬＬ）位置を示す標示をさらに表している。
【００４７】
図１Ｂは、コラム１を除いたＦ−フルートガス分配器１０の斜視３Ｄ図であり、天井セクション２９Ａ及び２９Ｃ（２９Ｂ、２９Ｄは図１Ｂには示されていない）を備える天井１１と、当業者には知られている従来の技法によって、内部円筒形偏向器壁１２を形成するように環状形態に一体に連結された壁セグメント１２Ａから構成された内部円筒形偏向器壁１２とを含む。図１Ｂは、Ｆ−フルートガス分配器１０の円錐形底部セクション１３をさらに示す。本発明の一実施形態では、内部円筒形偏向器壁１２は、所与のマンウェイ（manway）を通すことができる幅が設けられるように寸法設定されている壁セグメント１２Ａを備える。ベント窓２１は、内部円筒形偏向器壁１２周りの複数の壁セグメント１２Ａに配置されている。ベント窓２１は、壁セグメント１２Ａ又は内部円筒形偏向器壁１２に切り込むことができる。内部円筒形偏向器壁１２を形成するためにセグメント１２Ａが使用されるとき、セグメント１２Ａは、Ｆ−フルートガス分配器１０の内部開放領域２３を形成するまで、ベント窓２１を含んで環状形態で連続する。供給ガス流れチャネル１４を形成するセグメント１２Ａは、全体として、大きさ、すなわち高さ及び幅が均一である。
【００４８】
図１Ｂは、天井セクション２９Ａ、２９Ｃを備える天井１１を示し、天井１１は、１又は２以上の無垢の金属板（図示せず）、穿孔金属平板セクション２９Ｃ、並びにガスをＦ−フルートガス分配器１０から流し出しコラム１の内部全体断面開放領域２５に流れ込ませることができるチムニ及び高位置帽子を有する穿孔平板セクション２９Ａ（図１Ｃも参照）を備え得る。
【００４９】
図１Ｃに示されているように、チムニ及び高位置帽子を有する各穿孔平板セクション２９Ａには、少なくとも２つのチムニ２４及び複数の穿孔、すなわち穴４２が設けられている。穴４２は、チムニ間に穿孔され、ガスシールを形成するのにちょうど十分な液体をホールドアップするように寸法設定されている。
【００５０】
図１Ａ及び図１Ｂでは、Ｆ−フルートガス分配器１０の円錐形底部セクション１３は、コラム１の下側部分に対応して円錐形に成形されており、コラムサンプ２８内へ送液する。さらに、円錐形底部セクション１３は、底部セクションセグメント１３Ａを備え得、その底部セクションセグメント１３Ａは、一体に連結されて、内部円筒形偏向器壁１２を円錐形に形成しながら供給ガス流れチャネル１４の下側部分まで延長させ、同時にさらにコラム１の形状に対応させる。図１Ａ及び１Ｂに示されているＦ−フルートガス分配器１０の底部セクション１３は円錐形になっているが、熱交換及び／又は物質移動コラムの下側部分に対応し、液体及び固体粒子をコラムサンプへ送り込むために内部円筒形偏向器壁１２を延長するのに必要ないかなる形状をも用いることができることに留意されたい。円錐形底部セクション１３のセグメントは、マンウェイを通すことができる幅が設けられるように寸法設定されている。
【００５１】
円錐形底部セクション１３は２つの目的を果たす。すなわち、供給ガス注入ノズル２０からのガスが、Ｆ−フルートガス分配器１０の開口、すなわちベント窓２１及びチムニ２４をバイパスすることを防止することと、Ｆ−フルートガス分配器１０の内部開放領域２３への降下物を液体同伴の可能性なしにコラムサンプ２８へ排出することを容易にすることである。言い替えれば、ガスが、Ｆ−フルートガス分配器の外部を落ちる滴下物から分離される。円錐形は、塔のスエージ加工（swage）セクションの形状を倣い、液体の迅速な排出を可能にし、蒸気流中への液体の再同伴を防止するのに役立つ。
【００５２】
本発明の一実施形態によれば、過熱供給ガス３０は、Ｆ−フルートガス分配器１０の供給ガス流れチャネル１４内部を循環しているときに、天井セクションの穴４２から落ちるコラムスラリセクション液からのスラリ液の「液滴」の向流の流れによって冷却される。この作用は、ガス分配器を有さないコラムと比較すると、Ｆ−フルートガス分配器１０内部でより大きな熱移動をもたらす。その理由は、（ｉ）Ｆ−フルートガス分配器１０内部の過熱供給ガス３０の速度は、コラム内のガスの速度より高い（スラリ液滴を通過する過熱供給ガス３０の速度が増加するこの効果が、熱移動率を向上させる）。（ii）過熱供給ガス３０のこのより高い速度及び乱流が、Ｆ−フルートガス分配器１０内部のスラリ液滴を空気力学的に分解する傾向にあり、熱及び物質移動のためのそれら液滴の界面面積を増加させる。（iii）Ｆ−フルートガス分配器１０は、より大きな対流熱伝達のためのより大きな濡れ面積を形成する。（iv）Ｆ−フルートガス分配器１０は、充填物へのガスの一様な分布を形成し、中空の塔内へのノズル噴流によって生じる液滴及びガスの偏在を防止する。全てのこれら利点の有益な結果は、Ｆ−フルートガス分配器は、ガスからスラリ液滴への熱伝達率を増大させ、これによって、所与の量の熱及び物質移動のためにより長さの短い塔／コラムが可能になることである。
【００５３】
別法として、本発明のＦ−フルートガス分配器１０の天井１１は、図２Ａに示されているロッド−プレートセクション２９Ｂから形成することができる。図２Ａに示されたロッド−プレートセクション２９Ｂは、最低限約１〜１−１／２インチ離隔配置され、周辺リムに溶接することができる千鳥配列のロッド４３を備える。千鳥配列ロッド４３は、図２Ｂに示されているように、例えば矢筈、斜め模様など、１つ又は様々なパターンの組合せで配置することができる。ロッド−プレートセクション２９Ｂは、ガス及びスラリ液の両方がロッド間の隙間を通って流れることを可能にする。これが、供給ガス流れチャネル１４から上向きに流れるガスを下向きに流れるスラリ液と緊密に接触させ、それによって、ロッド−プレートセクション２９Ｂの上面でのフロスの形成を増大させる。千鳥配列ロッド４３上には少量のスラリ液のホールドアップがある。しかし、図２Ｂの天井設計は、図１Ｂに示されたチムニ及び高位置ハットを有する穿孔平板セクションのスラリ液のホールドアップと比較して、天井セクション上のスラリ液のホールドアップを減少させる。
【００５４】
図３Ａは、Ｆ−フルートガス分配器１０に対する別の代替形態を示し、天井セクションが穿孔平板セクション２９Ｃを備える。穿孔平板セクション２９Ｃには、穴４２が穿孔されている。穿孔平板セクション２９Ｃは、金属板から製作し、周辺リムに溶接することができる。穿孔平板セクション２９Ｃの穴４２は、ガスとスラリ液との両方を交互に通過させることができる。同じ穿孔を交互に通るガスと液体との向流の流れが、形成されてガスによって運ばれるコーク粒子を迅速に洗い流す効果をもたらす。固体粒子は、接触する液体によって捕捉され、流れるスラリ液と共に下方へ洗い流される。図３Ｂに示された穿孔平板セクション２９Ｃは、構成するのが最も簡単であり、天井１１の上面の液体のホールドアップを最小限に抑える。
【００５５】
図３Ｂは、コラム１を除いたＦ−フルートガス分配器１０の斜視３Ｄ図であり、天井セクション２９Ｃ（２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｄは図３Ｂには示されていない）を備える天井１１と、当業者には知られている従来の技法によって、内部円筒形偏向器壁１２を形成するように環状形態に一体に連結された壁セグメント１２Ａから構成された内部円筒形偏向器壁１２とを含む。図３Ｂは、Ｆ−フルートガス分配器１０の円錐形底部セクション１３をさらに示す。内部円筒形偏向器壁１２は、壁セグメント１２Ａを備え、ベント窓２１が、内部円筒形偏向器壁１２を廻って複数の壁セグメント１２Ａに配置されている。供給ガス流れチャネル１４を形成するセグメント１２Ａは、全体として、大きさ、すなわち高さ及び幅が均一であり、ガスが内部開放領域２３に流入することを可能にする。
【００５６】
図４Ａは、穿孔波板セクション２９Ｄを有するＦ−フルートガス分配器１０の天井１１のさらに別の代替タイプを表す。図４Ａでは、穿孔波板セクション２９Ｄは、金属板から製作し、周辺リムに溶接することができる。波板の穿孔（すなわち穴４２）は、ガスとスラリ液との両方が交互に通過することを可能にする。穿孔波板セクション２９Ｄの波板は、ガス及び液体の両方が屋根を通過する有効面積を増加させる。同じ波板穴を交互に通るガスと液体との向流の流れが、形成されてガスによって運ばれるコーク粒子を迅速に洗い流す効果をもたらす。そのような粒子は、接触する液体によって捕捉され、コラムサンプ２８へ流れるスラリ液と共に下方へ洗い流される。又、穿孔波板セクション２９Ｄは、屋根上の液体のホールドアップを最小限に抑える。穿孔波板セクション２９Ｄを有する、図４Ｂに示されたこのタイプのＦ−フルートガス分配器１０は、コークによる汚れに対して最も高い抵抗力を発揮するので、主精留装置コラムでの使用に関し好ましい選択肢になる。
【００５７】
本特許請求Ｆ−フルートガス分配器１０発明は、前述の天井セクションのいかなる組合せについても使用することができる。
【００５８】
図５は、過熱供給ガス及びスラリ液の温度（℃）及び流動量（すなわち、ガス及び液体のｋｇ／ｈｒでの流量）のグラフである。温度及び流量が、Ｆ−フルートガス分配器の注入領域、すなわち図１Ａのガス注入ノズルでの過熱供給ガスから充填物注入位置まで評価される。Ｆ−フルートガス分配器に入り、及びそこから出るスラリ液（図１Ａのスラリ液分配器４４を通ってコラム１に入る）及び過熱ガス流の両方のシミュレートされた流動量及び温度が示されている。グラフは、過熱供給ガスが、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器に約５６０℃の温度で流入し、スラリ液を蒸発させることによって、Ｆ−フルートガス分配器の供給ガス流れチャネル内部で約４２０℃まで即座に急冷されることを示す。それによって、ガスの質量流量が、約５００，０００ｋｇ／ｈｒから約１，６００，０００ｋｇ／ｈｒの最大値まで増加し、同様に、液体流量が、約１，１００，０００ｋｇ／ｈｒから１，５５０，０００ｋｇ／ｈｒへ増加し４５０，０００ｋｇ／ｈｒへ減少する。過熱供給ガスからのガスは、約１，２００，０００ｋｇ／ｈｒの流量及び約４１０℃の温度でＦ−フルートガス分配器（フルート出口）を出ていく。
【００５９】
図６は、３つの異なる大きさの主精留装置塔を図１Ａの本特許請求Ｆ−フルートガス分配器を用いて改修することに関する費用比率のグラフである。既存の主精留装置塔の従来の改修では、塔供給ノズルを交換することと、供給ノズルの直径の５〜７倍に相当する長さの、供給ノズルに至る耐火内張りが施された移送ラインの全長の一部分を、改修／原設計容量の比率に比例する断面積にスエージ加工することとが必要になる。この手の込んだ工事を、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器を組み込むことによって回避することができ、それは、Ｆ−フルートガス分配器が、供給ノズルの上方の充填物の下に急冷された過熱供給ガスの一様な分布を形成するからである。供給ノズルを交換し移送ラインダクトをスエージ加工する工事と比較して、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器を使用すると、図６に示された費用の利点は著しく、すなわち、１日当たり３万７千バレル（「ＫＢＰＤ，thousand barrels per day」）の装置では約１００％の費用節減になり、９０ＫＢＰＤの装置では４００％を超える費用節減になり、２連ダクトの１２５ＫＢＰＤの装置では約４００％の費用節減になる。
【００６０】
図１Ａの本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の改善されたガス分布を示すために、数値計算力学（ＣＦＤ，computational fluid dynamics）シミュレーションが行われ、その結果が図７〜１１に示されている。図７〜１１の数値流体力学シミュレーションは、主精留装置コラムの断面内の３次元ガス分布速度コンタ（gas distribution velocity magnitude contours）を示す。図７〜１０に示されたシミュレーションは、それぞれ、充填物入口の下方５ｃｍの主精留装置コラムの断面内の、Ｆ−フルートガス分配器有り、及び無しでのガス分布を示す。供給ガス注入ノズルは、各図、すなわち図７〜１１の左側に配置されている。数値流体力学シミュレーションは、図１２に示されるミリメートル（ｍｍ）での寸法を有する本特許請求Ｆ−フルートガス分配器に基づいた。ただし、ガス分布は、本特許請求Ｆ−フルート設計ガス分配器が容器に対応して釣り合っていれば、いかなる大きさの容器に関しても改善することができる。
【００６１】
図７及び図８は、それぞれ、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器有り、及び無しでの、充填物入口の下方５ｃｍの主精留装置コラムの断面内のガス分布のガス分布速度コンタ（すなわちガス分布パターン）のＣＦＤシミュレーションモデルを示す。比較は、ピーク対平均速度（ＰＡＶ，peak to average velocity）レベルを用いて評価することができる。図７及び８に関し、ＰＡＶレベルは０．００〜８．３８の数値範囲にある。中空のコラム、すなわちＦ−フルートガス分配器無しの図７は、平均速度レベルの８．３８倍のＰＡＶ量を有する。図７は、供給ガス注入ノズルから出て精留装置コラムの反対側へ向かう高いＰＡＶレベルを有する大きな楕円コンタによって表される突出した速度コンタを示す。大きな楕円コンタは、低いＰＡＶレベルを有する狭い速度コンタによって分離されている。図７の速度コンタのパターンは、コラムの断面内のガスの極度に不均一な速度分布を示す。しかし、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器を有するコラムのシミュレーション、すなわち図８は、中空のコラムより４７％低い４．４５のＰＡＶ量を有する。図８に表された、コラムの断面内の実質的に一様な速度コンタは、表示されたコンタの均一性及び高ＰＡＶレベルが無いことによって示されている。
【００６２】
図９及び１０は、コラムの充填物の下方５ｃｍでの垂直ガス分布速度コンタ（すなわちガス分布パターン）のＣＦＤシミュレーションモデルである。図９は、中空のコラム、すなわち本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の無いコラムに関する垂直ガス分布速度コンタを示し、図１０は、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が組み込まれているコラムに関する垂直ガス分布速度コンタを表す。ＰＡＶレベルは−０．５０〜２．８１の数値の範囲にある。図９の中空のコラムのシミュレーションは、供給ガス注入ノズルを出て精留装置コラムの反対側へ向かう高ＰＡＶレベルを有する顕著な楕円速度コンタによって示される、平均速度レベルの２．８倍のＰＡＶ垂直成分を示す。これら垂直速度コンタは、コラムの充填物の下方のガスの極度に一様でない速度分布を示す。他方、Ｆ−フルートガス分配器を有する図１０のコラムは、中空のコラムより２５％低い２．１のＰＡＶ垂直成分を示す。シミュレーションモデルは、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器が、装備されると、速度の均一性を向上させ、それによって充填物領域へのガス分布を改善することを明らかに示す。
【００６３】
図１１は、供給ガス注入ノズル高さでの本特許請求発明のＦ−フルートガス分配器内部の過熱供給ガス速度コンタ（すなわちガス分布パターン）を示すＣＦＤシミュレーションモデルである。このシミュレーションは、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器の供給ガス流れチャネル及び内部開放領域の大部分に亘る均一な速度コンタを明らかに示す。
【００６４】
さらに、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器は、液滴分布のザウタ平均粒径（ＳＭＤ，Sauter mean diameter）を減少させることによって、熱及び物質の移動を増大させる。空気力学的細粒化に基づく推定は、Ｆ−フルートガス分配器内の液滴のＳＭＤはＦ−フルートガス分配器無しのコラム内より３３％小さいことを示す。これが、液体とガスとの間の界面面積を増加させて、熱及び物質の移動を増加させる。
【００６５】
下記の表１は、図１ＡのＦ−フルートガス分配器有り及び無しでのＳＭＤ及び熱移動の推定差異を表す。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
Ｆ−フルートガス分配器の複数のベント窓が、内部円筒形偏向器壁全体に亘って配置され、チムニが天井全体に亘って配置され、それによって、冷却され分離された過熱供給ガスが分配器から出て、大いに減速され且つ均一な速度でコラムの内部全体断面開放領域に入って、コラム内でＦ−フルートガス分配器の上方に位置する充填物又はトレイへ分配されることが可能になる。
【００６８】
Ｆ−フルートガス分配器の壁、すなわち、内部円筒形偏向器壁、内部円筒形偏向器壁を延長してなる円錐形底部セクション、及びＦ−フルートガス分配器の外壁を構成するコラムシェル壁の内側は、スラリ液によって完全に濡らされる。天井が、内部円筒形偏向器壁、及びコラムシェル壁の内側に、ダウエル（dowel）、円形リム（rim）、溶接ロッド又はブラケット（bracket）などのような連結具を介して、複数の開口を備えるように連結され、その結果、スラリ液が、内部円筒形偏向器壁、底部セクション、及びコラムシェル壁の内側を垂直に下り降り、それらを濡れた状態に保つことができるので、内部円筒形偏向器壁、底部セクション、及びコラムシェル壁の内側は、完全に濡れている。
【００６９】
Ｆ−フルートガス分配器内の過熱供給ガス成分の高沸点成分の凝結が、液体スラリ相内で生じ、ＭＦコラムのコラムサンプへ流れているスラリ液と即座に混合し洗い下される。これが、従来技術のガス分配装置に不具合を起こさせたコーク粒子の形成及び成長の主要な原因である、アスファルテンを含有する過熱供給ガスの凝結液滴が固体壁面に固着し、高温過熱供給ガスに非常に長い間曝されることを防止する。
【００７０】
さらに、供給ガス注入ノズルからの過熱供給ガスの膨張が、Ｆ−フルートガス分配器内に天井セクションから降り注ぐスラリ液と共に、固体触媒細粒を過熱供給ガスから分離させ、コラム壁及び内部に腐食問題を生じさせずに、スラリ液の大量の流れによってコラムサンプへ運び下すための手段を形成する。固体触媒細粒及びコーク粒子が、コラムへの流入箇所で過熱供給ガスから効果的に分離されず、過熱供給ガスと共にスラリ充填セクションへ通過し、スラリ充填セクションの充填物上に堆積すると、供給ガスを冷却するコラムの効率が低下する。さらに、コラムが、固体触媒細粒及びコーク粒子を除去するためにより頻繁な掃除を必要とする。
【００７１】
さらに、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器は、Ｆ−フルートガス分配器の上方に位置するコラムの部分で充填物の下方、すなわち内部全体断面開放領域の冷却過熱供給ガスの最大局所ガス速度を著しく低減させることが示されてきた。この局所ガス速度の低減は、上方コラムセクションにおけるガス圧力のより均一な分布、及び最終的にスラリセクションでのより効率的な熱移動、並びにより良好な精留を生じる。充填物及びトレイのガスの一様な分布は、適切な熱及び物質移動に決定的に重要である。本発明のＦ−フルートガス分配器を使用することによって、より高度な熱交換及び精留のために一様な分布を達成することができ、それによって、所与の物質及び／又は熱移動コラム／ＭＦコラムの通常設計の容量プロフィールが、従来受容されている限界を遥かに超えることが可能になる。これは、本発明のガス分配装置を採用していない同様な装置に対して、同じコラム内の容量をより高くすることになる。本発明のＦ−フルートガス分配器は、コラム内の充填物又はトレイの下方の最大局所速度を著しく低減させ、したがって、充填物／トレイの下方の速度プロフィールを改善する。
【００７２】
本発明は、さらに、スラリ充填セクションに、より一様な分布と共に、より低い温度のガス流れをもたらし、これら２つの要因が、必要なコラム直径を減少させる結果になる。上方の塔セクションへの底部ガスのより一様な分布が、熱及び物質移動に関するコラム内部効率を改善し、コラム全体高さの減少に至らせる。
【００７３】
本発明の新規な特徴が、既知の従来技術のガス分配器より高いレベルのこの均一なガス圧力分布を形成することが示されてきた。本特許請求Ｆ−フルートガス分配器は、Ｆ−フルートガス分配器内部のコラムへの入口で、先ず降り注ぐスラリ液によって供給ガスを冷却することによって、低いコラム表皮温度を実現する。
【００７４】
本特許請求ガス分配器は、過熱供給ガスが、それによってコラム壁に当たってドライスポットを生じさせ、コラムシェルの設計温度を超える温度にコラム壁を至らせる、過熱供給ガスの「噴流」を減少させ又は無くす。これに関連して、本特許請求Ｆ−フルートガス分配器は、又、連続的に高速でコラム壁に衝突し、供給ノズルの正反対側の領域のコラムシェルを局部的に腐食し及び／又は薄くする腐食性触媒細粒を含有する過熱供給ガスの噴流作用を無くすことによってコラムシェル（すなわち壁）の腐食を防止する。本特許請求Ｆ−フルートガス分配器を用いると、Ｆ−フルートガス分配器内の降り注ぐスラリ液によって触媒細粒が除去され、コラムシェル壁との過熱供給ガスの直接の接触が無くなる。
【００７５】
本発明が、そのある種のバージョンに関してかなり詳細に説明されてきたが、他のバージョンが可能であり、示されたバージョンの代替形態、変更形態、同等形態が、本明細書を読み、図面を検討することによって当業者には明らかになるであろう。又、本明細書のバージョンの様々な特徴を様々な態様で組み合わせて、本発明のさらに別のバージョンを形成することができる。さらに、特定の用語が、説明を明瞭にするために使用されてきたが、本発明を限定するものではない。したがって、添付のいかなる特許請求の範囲も、本明細書に含まれている好ましいバージョンの説明に制約されるべきでなく、本発明の真の主旨及び範囲に包含されるような全ての代替形態、変更形態、同等形態を含むべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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