(57)【要約】【課題】回転流を誘導するための改良クエンチ注入を有する多相混合装置を提供する。【解決手段】新規なクエンチ注入手段を用いることにより、多相混合を向上する混合システムが開示される。本混合システムは、水平のコレクショントレー、コレクショントレーの下に配置された混合室、およびコレクショントレーを通って混合室中に伸びる少なくとも一つの通路を含む。混合室およびコレクショントレーは、二相混合容積を定める。通路は、流体を、コレクショントレーの上から混合室に導く。混合室には、好ましくは、少なくとも一つの出口開口が含まれて、流体が下方向に送られる。特に、クエンチがコレクショントレーの上の領域に導入され、コレクショントレー上に回転流が引起こされるように、クエンチ注入の好ましい方向が選択された際に、クエンチ流体の混合は有意に向上される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器全域に蒸気および液体を分配するための混合システムであって、
（ａ）反応器壁によって定められた反応器槽、
（ｂ）蒸気および液体を受取るためのコレクショントレー、
（ｃ）該コレクショントレーの下の少なくとも一つの混合室、および
（ｄ）クエンチ流体を、該コレクショントレーの上の場所で、該混合室中に導入するための少なくとも一つのクエンチインジェクター
を含み、
該少なくとも一つのクエンチインジェクターは、複数のクエンチ流体出口を含み、該クエンチ流体に付随の回転流成分が誘導されることを特徴とする混合システム。
【請求項２】
前記クエンチ流体に付随の前記回転流成分は、前記反応器槽の縦軸に実質的に垂直な平面内にあることを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項３】
前記少なくとも一つのクエンチインジェクターは、クエンチインジェクター環を含むことを特徴とする請求項２に記載の混合システム。
【請求項４】
前記クエンチインジェクター環は、円形であることを特徴とする請求項３に記載の混合システム。
【請求項５】
前記クエンチインジェクター環は、前記平面内における前記反応器槽断面の幾何形状と同じ幾何形状を含むことを特徴とする請求項３に記載の混合システム。
【請求項６】
前記クエンチ流体の回転方向は、前記混合室に通じる主混合装置によって誘導された回転方向と同じものであることを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項７】
前記クエンチ流体は、横方向のプロセス流体流の方向と対向する方向で注入されることを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項８】
前記コレクショントレーの下に配置された少なくとも一つの垂直のバッフルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項９】
前記クエンチ流体出口は、前記クエンチインジェクター環の上部から出る複数のパイプを含むことを特徴とする請求項３に記載の混合システム。
【請求項１０】
前記パイプは、少なくとも一つの曲り部を含み、かつ、前記平面と実質的に平行に終わることを特徴とする請求項９に記載の混合システム。
【請求項１１】
前記クエンチインジェクター環は、前記クエンチ流体出口を含む２０個のパイプを含み、該パイプは、該クエンチインジェクター環周りに均等に間隔をおいて配置されることを特徴とする請求項３に記載の混合システム。
【請求項１２】
前記クエンチ流体出口は、前記クエンチインジェクター上の種々の点に配置された複数の孔を含むことを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項１３】
前記孔は、前記クエンチインジェクター上部の周りに配置されることを特徴とする請求項１２に記載の混合システム。
【請求項１４】
前記クエンチ流体出口は、注入されたクエンチ流体の流れを方向付けるためのフードをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の混合システム。
【請求項１５】
総クエンチ流体は、過流運動で注入されることを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項１６】
前記クエンチ流体は、前記反応器槽内で水平に注入されることを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項１７】
第二の混合室をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の混合システム。
【請求項１８】
前記パイプは、前記平面と形成する角度が３０゜未満となる方向で終わることを特徴とする請求項１０に記載の混合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、プロセスガスおよび液体を混合するためのシステム、より詳しくは床間クエンチおよび混合システムを含む等流および向流ダウンフロー反応器に関する。これは、固定ハードウェア機器を用いる。
【背景技術】
【０００２】
下向流反応器は、化学および精製工業によって種々のプロセスで用いられる。例えば、水素化、水素仕上げ、および水素化分解である。典型的な下向流反応器は、円筒形の外壁を有し、触媒床が反応器内に配置される。触媒床は、一般に、反応器内に水平に配置された触媒支持グリッド上にあり、また反応器の全直径に広がる。触媒支持グリッドは、外壁と連携して、触媒または他の微粒子物質を正しい位置に保持する。分配トレーは、触媒床の上の場所で、反応器内に水平に配置され、プロセス流体が触媒上に均等に分配される。触媒支持グリッド、外側反応器壁および分配トレーは、触媒床の容積を定める。
【０００３】
多床反応器は，一般に用いられる。それらは、二つ以上のそのような触媒床を、反応器の縦軸に沿って間隔を置いて配置することによって形成される。連続する触媒床の間の領域は、床間混合域を定める。二つ以上の触媒床を有する反応器が用いられる場合には、反応体流体は、最上位の触媒床の上で反応器に導入される。反応体流体（典型的には液体および蒸気の両相からなる）は、最上位の触媒床を通って流れる。
【０００４】
最上位の触媒床から、未反応の反応体流体、および触媒との相互作用で誘導された関連流体生成物が床間混合域に入る。床間混合域には、典型的には、混合室が含まれる。混合室を含むこの床間混合域は、数種の目的を果す。第一に、床間混合域は、さらなる反応体および／または温度クエンチ物質が流体生成物中に導入されうる好都合な場所として機能する。上記反応器装置においては、ガスと液体成分の間の反応（触媒上で生じる）の結果として、熱が放出される。これは、温度を、床の下方への距離と共に増大させる。多くの場合には、低温水素リッチガスが、床間に導入されて、温度上昇が抑制され、また反応によって消費された水素が補給される。第二に、床間混合域は、流体生成物を混合するための領域を提供する。より低い触媒床における反応の前に、流体生成物を混合することは、より均質かつ効率的な反応を確実にする。加えて、接触反応が発熱性であり、また温度制御が処理および安全性の臨界的な要件である場合には、流体生成物内の局部的な高温度領域解消するのに、混合室における流体生成物の混合を用いうる。
【０００５】
クエンチをプロセスガスおよび液体に導入し、混合することは、床間空間（槽の全直径に広がるが、しばしば槽の一半径より短い）で行なわれなければならない。支持梁、配管および他の障害物もまた、床間領域を占め、その結果、制約された容積にしかならないところで効率的な二相混合を行なうために、特別のハードウェア装置が求められる。
【０００６】
クエンチ域の不十分な性能は、それ自体を二つの点で明示する。第一には、クエンチ域は、先行する床の出口における横方向温度差を解消しないか、または最悪の場合には、それらを増幅する。効果的なクエンチ域は、５０〜７５゜Ｆまたはそれより高い横方向温度差を有するプロセス流体を受入れ、それらを、差が次の床の入口で５゜Ｆを越えないように十分に均質化することが可能であるべきである。不十分な性能の第二の兆候は、クエンチガス速度の上昇と共に、クエンチ域の後の入口温度差が増大することである。これは、冷却ガスと、高温のプロセス流体との不適切な混合を示す。
【０００７】
不十分なクエンチ域の性能により、反応器の操作が種々の点で制約される。床間混合が温度差を解消できない場合には、プロセス流体が反応器の下方向に移動する際に、これらはそのまま持続するか、または増大する。いかなる床における高温個所も、その領域における触媒の急速な失活をもたらす。これは、反応器の全サイクル期間を短縮する。生成物の選択性は、典型的には、より高い温度でより劣る。高温領域は、色相、粘度、および他の品質が規格外れである原因となりうる。また、いずれかの点において温度が或る値（典型的には８００〜８５０゜Ｆ）を越える場合には、発熱反応は、自己加速的になりうる。これは、触媒、槽、または下流の装置を損傷しかねない暴走を導く。これらの障害を認識すれば、不十分な内部ハードウェア装置を用いる製油所の操作は、収率または処理量を犠牲にして、これらの温度制約を回避しなければならない。設計をはるかに超える原料速度で水素処理装置が稼動することを求める今日の製油所の経済においては、最適クエンチ域の設計は、価値ある低コストのボトルネック解消法である。
【０００８】
クエンチ域の全混合効率について、一つの重要な態様は、クエンチ流体をプロセス流体と混合するシステムの能力である。クエンチ混合効率の最も臨界的な構成要素は、クエンチ流体がシステムに導入される方法論である。クエンチをシステムに導入するための物理的手段、および操作上の配慮の両者に関しては、種々の改良があった。
【０００９】
例えば、特許文献１には、プロセス流体の回転流がスロット付き入口によって引起こされる環状の混合ボックスを組込んだシステムが開示される。クエンチ流体は、実質的に槽の中心に配置された環状の環を通って導入される。この環にはノズルが取付けられ、クエンチ流体が、放射状の通路に沿って外方向に方向付けられる。他の装置（特許文献２に開示される）は、混合ボックス内に回転流を生じる。しかし液体は、実質的に混合容積内に滞留しない。この設計のクエンチ流体は、槽の中心にある簡単な垂直の入口を通して導入される。これは、流入するクエンチが水平のデフレクターに衝突して、クエンチ流体を放射状に外方向に押しやるように配置される。
【００１０】
クエンチの導入技術の説明を含む他の特許には、特許文献３が含まれる。この特許においては、渦流装置が、ガスを混合するのに用いられ、また数種の案内通路が、液体を混合するのに用いられ、その後それらを、コレクショントレーと最終分配器トレーの間に配置された予備分配トレー上に送出する。クエンチは、槽の外壁の近くに配置された環状の環を通して導入され、多数のノズルが、流れを放射状に内方向に方向付ける。さらに、特許文献４には、床間混合システムが開示される。そこでは、環状の混合トラフが、液体を、コレクショントレー上で収集混合するのに用いられる。ガス混合、およびさらなる液体混合は、中心に配置された混合ボックス内で達成される。流体はそこで、コレクショントレーの中心開口に向かってらせん形通路を流れる。クエンチは、環状の混合トラフ内に配置された二つの放射状に外方向に配向されたノズルを通って、液相に導入される。
【００１１】
上記されたシステムは、プロセス流体の混合効率に関して、実質的な向上をもたらしうるものの、理想的なクエンチ混合効率には及ばないという欠点がある。例えば、上記特許文献１および２はいずれも、コレクショントレーを貫通する少なくとも一つの開口（このような開口は、実質的に槽の中心にある）を通るプロセス流を制約し、またクエンチをトレーの中心の上の空間に導入する。結果として、これらの設計においては、クエンチは、槽中の非常に高い横方向速度が予想される領域に注入される。本発明に関して以下に議論されるように、この形態は、比較的低効率のクエンチガス混合をもたらす。
【００１２】
特許文献３でもまた、コレクショントレーの中心開口を通して流れを押しやるが、これでは、クエンチ注入手段を実質的に槽の壁に近くに配置し、多数のノズルは、クエンチを放射状に内方向に方向付ける。本発明でもそうであるが、この設計においては、クエンチは低速度領域には適切に配置されうる。しかし、クエンチ流体が槽に入って、プロセス流体の横方向速度に対して反対方向に流れ、それ自体で、プロセス流体とクエンチ流体の間の混合を促進することはない。またこの設計においては、クエンチの配置される場所が槽の壁に近すぎ、不適切な混合容積を注入点と壁の間に残す可能性があると考えられる。
【００１３】
特許文献４もやはり、コレクショントレーの中心開口を通して流れを押しやる。しかし、トレー上に置かれたバッフルの結果として、流れは概略らせん形の通路にしたがって開口に押しやられる。クエンチは、１８０゜離れたトレー上の二つの場所で注入される。この設計のクエンチインジェクターの多くても一つは、混合効率に好都合な低速度領域内にあると考えられる。さらに、このシステムのクエンチインジェクターは、流体を、放射状に外方向に方向付ける。これは、プロセス流体の横方向速度に対向するというより、むしろプロセス流体の横方向速度に垂直である。
【００１４】
特許文献５に開示された他のシステムもまた、床間空間内でのクエンチガスとプロセス流体の混合を高める。このシステムは、二つの反応体のそれぞれに対して、別個の混合域を用いる。これは、圧力損失、同様に空間および容積の要求を最小にしつつ、混合条件の融通性を与える。しかし、この装置の効率は、床間の入口で達成された相分離の程度に敏感であり、したがって全ての条件下で、また特定の反応体特性に関して、望まれるようには機能しない恐れがある。
【００１５】
上記および他の知られた混合システムは、一般に、混合室内の空間が、強度の二相混合を促進するのに不十分であるという事実を欠点として有する。これは、これらのシステムについて、クエンチ流体をプロセス流体と均質化し、さらに反応器の異なる部位からの流体間の温度差を解消するための能力を制約する。したがって、依然として、強度の二相混合を促進する混合システムを提供する必要性がある。好ましいシステムはまた、蒸気相が液相とは別個に混合するのに充分な容積を提供すべきである。示された混合システムは、上記の基準を満足しながらも、反応器内の圧力損失を最小にし、また既存の反応器の空間的な制約を、比較的容易に改装することを可能にすることが好ましい。
【００１６】
種々の改良が為されたものの、上記先行システムはすべて、結局、臨界的な混合工程のためのある種の形態の過流室によること、および全混合性能は、この室内に生じる回転運動量に直接関係付けられることが解されるであろう。全てでないにしても、殆どの先行システムは、ある種のタイプの接線方向またはらせん形のバッフル、表面または斜面を用い、一つまたは両相が過流室に導入される。流れの方向を概略放射状の軌跡から混合室内で望まれる円運動に変えるのは、これらのバッフル、表面または斜面である。
【００１７】
これにもかかわらず、殆どの先行システムは、クエンチ流体に実質的に放射状成分（放射状に内方向または外方向のいずれか）のみを生じるクエンチインジェクターを用いる。クエンチおよびプロセスガスを予混合するとクレームされているバッフルを含むシステムにおいてさえ、回転成分は、流体が主混合室に入るまで導入されない。
【００１８】
本発明の譲受人は、「改良されたクエンチ注入を有する多相混合装置（Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｑｕｅｎｃｈ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）」と題する同時係属特許出願（特許文献６）を出願した。そこに開示された発明のクエンチ導入手段は、壁およびコレクショントレーを通るプロセス流体出口に比較して好ましい、槽の水平断面内の、流体コレクショントレー上におけるクエンチ流体注入の場所の範囲を規定する。加えてこの発明は、好ましい注入方向（これにより、クエンチが槽内の低速度領域に放出される）が求められる、クエンチ注入の方法論および装置を教示する。開示された方法および装置は、技術的に有意な改良を示すものの、特許文献６に開示されたシステムは、回転成分を有するクエンチ注入を用いず、したがってそれによって達成される結果から恩恵を得ない。さらに、特許文献６に提供された教示は、さらなる改良および相乗作用のために、本明細書に含まれた教示と組合わされるであろう。
【００１９】
一般に、上記の議論から推量されるであろうように、現在の技術には、ダウンフロー反応器におけるクエンチ流体とプロセス流体の混合に関して、さらなる混合効率および性能に対する余地がある。
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５，１５２，９６７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４６２，７１９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６３５，１４５号明細書
【特許文献４】米国特許第５，６９０，８９６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１８０，０６８号明細書
【特許文献６】ＥＭドケット＃９９−ＰＬ−０３２明細書
【特許文献７】米国特許出願第１０／３４１，１２３号明細書
【特許文献８】米国特許出願第１０／３５８，７６０号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、クエンチ流体およびプロセス流体を、反応器槽内でより効果的に混合するための新規な手段を提供する。本発明の教示によれば、一つ以上のクエンチ注入手段が、一つ以上の付随されたクエンチ注入場所を、主混合ボックスまたは室の上の領域に定めるように選択される。本発明の教示によれば、クエンチ注入の好ましい方向は、水平面内の回転流を、コレクショントレー上に引起こすように選択される。この流れは、次には、流体混合のメカニズムをもたらす。これは、クエンチ域の主混合室内に続いて誘導された回転流に対して、極めて補完的なものである。
【００２２】
本発明の教示によれば、水平のコレクショントレー、コレクショントレーの下に配置された混合室、およびコレクショントレーを通って混合室中に伸びる少なくとも一つの通路を含む混合システムを有するような混合システムが示される。混合室およびコレクショントレーは、二相混合容積を定める。通路は、流体を、コレクショントレーの上から混合室に導く。好ましくは、混合室には少なくとも一つの出口開口が含まれて、流体が下方向に送られる。「バッフルを有する改良多相混合装置（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｂａｆｆｌｅｓ）」と題する本出願人の同時係属出願（特許文献７）に開示されるような、一つ以上のバッフルを混合室内に導入することは、任意に、本明細書に開示された混合システムにしたがって実行され、その結果その特許出願に開示された利点が得られるであろう。
【００２３】
加えて、本出願人の同時係属出願（特許文献６）に開示された教示は、一般に、本明細書の教示と組合わされるであろう。クエンチを、該同時係属出願の教示によって示された特定の場所で、および特定の方向に注入する結果として、混合効率の有意な向上が得られる。それらの教示は、本明細書に含まれる、回転流を誘導するように設計された教示と組合わされるであろう。特に、該教示との組合せにより、クエンチがコレクショントレーの上の領域に導入される際に、クエンチ流体の混合を有意に向上することが可能になる。その際、（ｉ）プロセス流体の横方向速度は低く、（ｉｉ）クエンチ流体がプロセス流体と混合するのに十分な容積が利用可能であり、さらに（ｉｉｉ）クエンチ注入は、回転流が、水平面上に有意に角速度成分を有して誘導されるように行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１には、簡略化された形態で、本発明による水素処理反応器カラムが示される。反応器の一般的な形態は、通常のものであり、グリッドおよび分配器板の支持体などの詳細は簡単のために示されない。反応器カラム１５は、外壁１６を有する一般に円筒形の室として形成される。反応器入口１７および反応器出口１８は、流体を、反応器カラム１５に導入し、またそれから排出するために提供される。反応器カラム１５は、さらに、反応器カラム１５の縦軸に沿って配置された一つ以上の触媒床２０を含む。触媒床２０のそれぞれは、触媒物質２１を含む。これは、好ましくは、触媒支持グリッド２２によって下で支持される。触媒支持グリッド２２は、外壁１６と共に、触媒物質２１を直接支持する。或いは、触媒支持グリッド２２は、一種以上のより大きな支持固体の層（これはまた、触媒２１を支持する）を保持することによって、触媒２１を間接的に支持するであろう。分配トレ−２３は、流体を触媒２１の上に均等に分配することを促進するが、これは、好ましくは、触媒物質２１の上に提供される。
【００２５】
触媒支持グリッド２２および分配トレー２３は、網目状または穴あき部分を含む。これは、流体がそこを通過可能であるように充分に大きな開口を有する。加えて、触媒支持グリッド２２の開口は、十分に小さく、そのために触媒２１が通過することを防止される。さらに、分配トレー２３の開口、および分配トレー２３の開口に付属されるであろういかなる流れ装置も、分配トレー２３上に送出された流体が、一般に、分配トレーを通過する前に、分配トレー２３の上に実質的に分散させられるように、寸法取りされ、また間隔が置かれるであろうことが理解されるであろう。
【００２６】
連続する触媒床の間の空間は、床間混合域を定める。床間混合域は、部分的には、反応体の均質な混合物を触媒床２０に提供するように機能する。加えて、床間混合域は、クエンチ流体および／または補足の反応体を、反応器カラム１５に導入するために好都合な位置を提供する。図１に示された実施形態は、三つの触媒床２０、および二つの床間混合域を含むものの、当業者には、本発明の反応器は、三つ超またはそれ未満の触媒床、および二つ超またはそれ未満の床間混合域を含むであろうことが理解されるであろう。
【００２７】
混合システムは、床間混合域の少なくとも一つの内部に配置される。混合システムは、一般に反応器カラム１５の縦軸に対して垂直に伸びたコレクショントレー２６を含む。コレクショントレー２６は、実質的に、反応器カラム１５の直径全域に広がり、その結果床間混合域は、上部および下部領域に分割される。したがって、コレクショントレー２６は、コレクショントレー２６の上に配置された触媒床２０を通過する流体を集める。
【００２８】
一つ以上の通路２９が、コレクショントレー２６に提供されて、床間混合域の上部および下部領域の間に流体連通が提供される。したがって、通路２９は、コレクショントレー２６の上に集められた蒸気および／または液体相が、床間混合域の下部領域に流下することを可能にする。示された実施形態においては、各コレクショントレー２６は、余水路として形成された二つの通路２９を含む。各余水路は、コレクショントレー２６内に、開口３０として形成される。第一の導管３１は、開口３０の上に形成されて、流体が開口３０を通って方向付けられ、第二の導管３２は、開口３０の下に形成されて、開口３０を通過した流体が開口３０から離れて方向付けられる。しかし、当業者には、他の設計が用いられるであろうことが理解されるであろう。例えば、通路は、コレクショントレー２６を通過する開口端を有するチューブを含むであろう。
【００２９】
混合室３５は、コレクショントレー２６の下に配置されて、通路２９を通過した流体が受取られる。図１に示された実施形態においては、混合室は円筒壁３６を含む。これはコレクショントレー２６の下部表面に取付けられ、それから離れて一般に垂直に伸びる。混合室３５は、さらに床３７を含む。これは、円筒壁３６から一般に水平に伸び、その上に流体が集まるであろう。床３７の端部に、混合室３５の床３７から垂直に上方向に伸びる保持壁として、堰４０が、一般に周縁に配置される。流体は、したがって、混合室３５を出る前に、堰４０を越えて流れなければならない。したがって、堰４０は、床３７上の流体のレベルが、堰４０の高さとほぼ同じか、またはそれより高くなるまで、流体が、混合室３５の床３７上に保持されるように機能する。
【００３０】
フラッシュパン４４は、任意に、混合室３５の下に、床間混合域内に配置される。フラッシュパン４４は、床と、その外辺部を一回して実質的に垂直に上方向に伸びる保持壁を含む。フラッシュパン４４はまた、任意に、流体をフラッシュパン４４の床を通して運ぶための開口、または直立したパイプを含む。フラッシュパン４４は、流体が混合室３５から排出された際にそれを受取り、その結果流体が分配トレー２３の表面全体に均等に分配されるように提供されうる。
【００３１】
加えて、一つ以上のクエンチ供給ライン４６が、反応器カラム１５の壁１６を通って、床間混合域内の一つ以上のクエンチインジェクター５５中に伸びる。インジェクター５５は、流体を、一つ以上の床間混合域に注入することを可能にする。クエンチ供給ライン４６はまた、反応器カラム１５の上部またはボトムの末端を通って入り、触媒床２０および分配トレー２３を通過して、床間混合域内のインジェクター５５に達しうる。例えば、水素処理反応器においては、水素はクエンチ流体および反応体の両方として注入されうる。一般に、クエンチ流体は、ガス，液体、またはガスと液体の混合物でありうる。インジェクター５５は、本明細書にさらに説明されるように、クエンチ流体を均質に初期分配すべきものである。
【００３２】
本発明に関して必要とされないものの、図１には、さらに、混合室３５内にバッフル４２が示される。本出願人の同時係属出願（特許文献７）（これは、本明細書に引用して含まれる）に開示されるように、バッフル４２は、混合室３５内の流体混合を促進する。図１においては、バッフル４２は、コレクショントレー２６の底部から垂直に下方向に伸びる。
【００３３】
本発明の特定の教示によれば、反応器カラム１５内でのクエンチの導入に関する新規な手段によって、クエンチ流体の混合は有意に向上される。図２および３に示すように、クエンチ注入は、コレクショントレー２６上に回転流が引起こされるように配置される。これは、次いで、流体混合をもたらす。これは、コレクショントレー２６の下の混合室３５内に誘導された回転流に対して高度に補足的なものである。
【００３４】
特に、全てではないとしても殆どのダウンフロー反応器内に、コレクショントレー２６上に配置されたバッフル、斜面および表面などの種々の構成物が存在し、またこれらの構成物は、流体流を、ほぼ放射状の軌道から円運動（混合室３５内で望ましいものと類似である）に変化させる傾向にあることから、本明細書に教示されるように、クエンチ注入が実質的な角速度成分を含むように達成されることは好都合である。図１に示される典型的な実施形態において、導管３１は、コレクショントレー２６上のそのような一構成物である。これは、流体がコレクショントレー２６の開口３０を通って混合室３５内に送られる際に、回転流体流を引起こす傾向にある。
【００３５】
本明細書の教示は、クエンチ流体を有意な角速度成分を提供する方向に注入することが二つの利点を有するという理解に基づく。第一に、注入されたクエンチの回転流を経て設定された流れによって、コレクショントレー２６上の同じ相の流体の予混合が顕著に向上される。第二に、混合室３５に続くバッフル、表面または斜面に流入する流体が衝突する前に、これにいくらかの角速度を提供することによって、混合室３５内で主体である回転運動量が増大される。いずれの利点も、クエンチ域により良好な全混合性能をもたらす。
【００３６】
ここで、具体的に図２および３を引用して、本発明のクエンチ注入手段の構造が示される。クエンチ流体は、クエンチ流体入口ライン４６を経て反応器１５に供給される。クエンチ流体入口ライン４６は、クエンチインジェクター環５５に接続され、その結果クエンチ流体が、入口ライン４６から直接クエンチインジェクター環５５に流れる。クエンチインジェクター環５５は、多数のクエンチ出口９５を含み、クエンチ流体はこれを通って、クエンチインジェクター環５５を出て、コレクショントレー２６の上の反応器１５に入りうる。本発明の一実施形態においては、クエンチ出口９５は、クエンチインジェクター環５５の上部から出る複数の小さなパイプを含み、各パイプは、垂直から水平に９０゜の曲り部、および短い直線距離（やはりパイプとして）を有して、流れを渦巻き状に方向付ける。当業者に自明であろうように、本明細書に教示されるように、水平面内の回転流が誘導される限り、９０゜から数度の種々の角度でパイプを曲げうる。本発明の一実施形態においては、クエンチインジェクター環５５には、クエンチインジェクター環５５の周りに等間隔で配置された２０個のパイプが含まれる。
【００３７】
勿論、いくつかの他のパイプ数、およびパイプ間の間隔についていくつかの他のタイプを用いることは可能であり、これは本発明の範囲および精神の範囲内にある。加えて、クエンチ流体がクエンチインジェクター環５５を出ることを可能にするための手段に関し、種々の他の配置が可能である。例えば、クエンチインジェクター環５５上部の開孔（フードを上部に有して、各孔からの流れが、回転を促進する方向に方向付けられる）もまた、別の実施形態として用いうる。クエンチインジェクター環５５を離脱するためのクエンチ出口もまた、各注入点から続く導管の最終部位が、クエンチ流を渦巻き状に方向付ける限り、クエンチインジェクター環５５上の種々の点（例えば、環の底部、或いは環の外側または内側など）に配置されうる。流体がクエンチインジェクター環５５から出ることを可能にする形態が種々あるにも関わらず、全ての出口における流量は出来る限り同じであることを確実にすることが好ましい。
【００３８】
必須ではないが、各クエンチ流は、クエンチインジェクター環５５の面に平行でない方向とは対照的に、反応器内で水平に方向付けられることが好ましい。そのような面に関して０〜３０゜の角度は、有意な回転運動量が発生することを可能にするであろう。そのような面に関して３０゜を超える角度は、あまり望ましくない。何故なら、クエンチ流体の運動量の成分が、コレクショントレー２６上およびその上の流体に、角運動量として有意に付与されないからであり、また触媒支持グリッド、コレクショントレーおよび／または他の内部部材へのクエンチジェットの望ましくない衝突の危険性のためである。注入されたクエンチ流体の速度は、最も実質的な流れがコレクショントレーの上に誘導されるように、出来る限り高度に実際的なものであり、一方、クエンチインジェクターの磨耗、内部表面上へのジェットの衝突、振動、または他の有害な機械的現象を回避するように設計された適切な限界を超えないものとすべきである。
【００３９】
本発明の教示によれば、クエンチインジェクターによって誘導された渦流は、主混合室への渦流入口流を好都合に補足する。図３を引用して、渦流入口は、主混合室中に通じる余水路である。さらなる渦流入口または装置を含むクエンチ域の設計（特許文献８（２００３年２月５日出願）、すなわち「多段ガス注入を有する改良多相混合装置（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｓｔａｇｅｄ  Ｇａｓ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）」と題する本出願人の同時係属特許出願明細書に開示され、図４に概略して示されるものなど）においては、クエンチインジェクターによって誘導された渦流はまた、第二の渦流室または装置への入口流を好ましく補足する（これらのさらなる渦流装置が、主混合室における回転と同じ方向の回転を生じる場合）。多数の渦流装置を有するクエンチ域に適用される場合、本発明は、それ自体、不相応な混合効率の向上をもたらすであろう。
【００４０】
本発明の教示は、特許文献６の教示（その全明細書は、引用して本明細書に含まれる）と組合わされうる。その出願の教示によれば、一つ以上のクエンチ注入点が、（ｉ）領域におけるプロセス流体の、付随する横方向速度が遅く、（ｉｉ）クエンチ流体がプロセス流体と混合するのに十分な容積が利用可能であり、さらに（ｉｉｉ）クエンチはプロセス流体の横方向速度のそれに主として対向する速度で導入されるように選択される。プロセス流体がどこでコレクショントレー２６を通過するかを確認すること、およびプロセス流体が、コレクショントレー２６の開口に近づく際に移動する通路を調べることによって、付随するインジェクターの最良の配置を、本明細書の教示にしたがって決定しうる。殆どの現行のダウンフロー反応器においては、コレクショントレー２６の開口は、反応器１５の中心またはその近くにある。そのような場合には、触媒支持グリッドを通って下方向に出るプロセス流体は、一般に、コレクショントレー２６に沿って、またはその上を、コレクショントレー２６の開口に向かって水平に移動するに違いない。さらに、コレクショントレー２６の上の空間が、障害物のない殆ど空の容積である場合には、流路は開口に向かって直接的に進む。コレクショントレー２６の上部表面上にバッフルが存在する場合には、流路は、バッフルによって定められたより間接的な経路で開口に向かって進む。
【００４１】
プロセス流体流の通路が落ちる点により、前記同時係属出願に開示された発明の第一および第三の基準にしたがって、クエンチが注入される。その際、プロセス流体は低い相対速度で移動し続け、クエンチは、プロセス流体流のそれに対向する方向で注入される。一般に、これは、クエンチが、反応器１５の壁１６のより近くで、および外方向の方向で注入されることを示す。しかし、前記発明の第二の基準にしたがって、混合効率が最大にされるように、注入点と反応器の壁１６の間に十分な混合空間を確保することもまた好ましい。
【００４２】
本発明に関して上記された教示は、首尾一貫した（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）反応器幅の渦流が生じる注入システムをもたらす。この流れは、混合室３５中に通じる主混合装置（余水路または渦流羽根）によって誘導された渦流と合致して、予混合工程がもたらされなければならない。すなわち、余水路、渦流羽根その他の主混合室への入口が、時計廻りの回転流を誘導する場合には、本発明は、クエンチインジェクターが、コレクショントレー２６の上およびその上の空間に時計周りの回転流を誘導するように方向付けられることを教示する。主混合室内の渦流が反時計廻りである場合には、クエンチインジェクターは、反時計廻りの流れを誘導しなければならない。クエンチ注入環５５は、横方向速度の低い領域にあるが、依然として、それ自体と反応器の壁１６の間に混合空間を残し、多少、横方向（放射状に内方向）のプロセス流体に対向して注入するので、本発明に開示された形態の注入点の配置は、前記同時係属出願の教示と一致する。本発明の好ましい実施形態においては、コレクショントレー２６の上に、予備渦流の不相応な利点が得られるよう、放射状方向に関して、約１２０〜１３５゜の角度（これはまた、横方向プロセス流体流の主方向である）で注入することが好ましく、さもなければ、横方向プロセス流体流に完全に対向する方向（１８０゜）でクエンチを注入することが好ましい。
【００４３】
上記に引用された同時係属出願に含まれた教示と組合わされた本発明の教示によれば、注入点の最適位置を決定し、最適クエンチ流パターンを提供する工程もまた、床間システムに適用されうる。その際、コレクショントレー２６の上部表面上の実質的に垂直なバッフル（首尾一貫した反応器幅の流れが誘導されるのを妨げるほど高く伸びていなければ）が、プロセス流体がコレクショントレー２６の開口への直線的な放射状通路を進むことを防止する。例えば、上記に引用された特許文献４におけるように、らせん形バッフルの場合には、流体は、中央開口へのより長い通路を進むように押しやられ、そのためにコレクショントレー２６上の平均滞留時間が増大される。結果として、反応器１５の異なる領域からの流体間の接触の拡張が達成される。触媒支持グリッドの下側と、らせん形バッフルの上部の間に十分な空間が存在する場合には、介在空間内にクエンチ注入手段を設計するのに本発明の教示を用いうる。これは、らせん形バッフルによって誘導された流れと同じ方向の渦流を生じ、クエンチ域の混合効率が高められる。
【００４４】
本発明の上記の考察は、注入を、最適場所および最適方向で提供するクエンチ入口の最適配置を説明する。しかし当業者には、本発明の教示は、それに限定されるものでなく、本発明は、一つまたは数個の入口導管を、配置された複数の入口に接続するのに、何らかの接続手段が用いられる用途に適用しうることが理解されるであろう。本発明の教示は、当業者には明らかであろうが、各入口からのクエンチ流が実質的に等しいことが好ましい点を配慮することを除いて、接続手段が対称であること、または何らかの特定の方式で配置されることを必要としない。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態について、前述の開示は、例証および説明の目的のために示された。それは、網羅的なもの、または本発明を開示された正確な形態に限定するものとは解されない。本明細書に開示された実施形態についての多くの変更および修正は、上記の開示に照らして当業者には自明であろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその等価物によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】反応器カラムの概略側面立面図である。これは、断面図で示される。
【図２】本発明の混合システムの平面図である。これは、本明細書の教示によるクエンチインジェクターの構造および配置を示す。
【図３】本発明の混合システムの立面図である。これは、本明細書の教示によるクエンチインジェクターの構造および配置を示す。
【図４】第二の過流室が用いられる第二の実施形態による、本発明の混合システムの立面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１５  反応器カラム、反応器
１６  外壁
１７  反応器入口
１８  反応器出口
２０  触媒床
２１  触媒物質、触媒
２２  触媒支持グリッド
２３  分配トレー
２６  コレクショントレー
２９  通路
３０  開口
３１  第一の導管
３２  第二の導管
３５  混合室
３６  円筒壁
３７  床
４０  堰
４２  バッフル
４４  フラッシュパン
４６  クエンチ供給ライン、クエンチ流体入口ライン
５５  クエンチインジェクター、インジェクター、クエンチインジェクター環
９５  クエンチ出口
【図１】
2004337853.tif 000002
【図２】
2004337853.tif 000003
【図３】
2004337853.tif 000004
【図４】
2004337853.tif 000005