(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の内壁に沿って円周方向に複数配置され、それぞれ内部で粒子と流体を接触させるための改良型スカラップ状導管(10)において、
ａ）第１の半径（Ｒ１）の円周上にほぼ均一に配置された複数の縦方向に延びたプロフィール・ワイア(13)によって決められる第１の横方向曲率半径（Ｒ１）を有し、複数の横方向に延びたサポート・バー(15)によって保持され、上記プロフィール・ワイア(13)とサポート・バー(15)が前側部材上部に複数の貫通穴を形成しており、同時に上記前側部材(12)の幅によって隔てられ、上記前側部材(12)の長さ全体に延びた１対の第１の縦方向に延びた端部(18)を形成している軸方向に延びた前側部材(12)と、
ｂ）上記第１の半径（Ｒ１）より大きな横方向曲率半径（Ｒ２）を有し、後側部材(14)の幅によって隔てられ、上記後側部材(14)の長さ全体に亘って延びた１対の第２の縦方向に延びた端部(17)を形成している軸方向に延びた後側部材(14)と、
ｃ）それぞれ上記第２の縦方向に延びた端部(17)の一方から基本的に垂直方向に延び、上記第１の縦方向に延びた端部(18)を保持して各第１の縦方向に延びた端部(18)を上記後側部材(14)から離している１対の接続フラップ(16)と、によって構成されている事を特徴とする改良型スカラップ状導管。
【請求項２】
各第１の縦方向に延びた端部(18)が上記後側部材(14)から少なくとも３mm隔てられている事を特徴とする請求項１に記載のスカラップ状導管。
【請求項３】
上記接続フラップ(16)が上記横方向半径（Ｒ１）より小さな移行半径（Ｒ３）を通じて連続的に移行しつつ上記第２の縦方向に延びた端部(17)から突き出ている事を特徴とする請求項１又は２に記載のスカラップ状導管。
【請求項４】
上記サポート・バー(15)が上記導管の内部を通じて延びている事を特徴とする請求項１に記載のスカラップ状導管。
【請求項５】
上記横方向に延びたサポート・バー(15)が上記第１の縦方向に延びた端部(18)の長さの0.1％〜10％の範囲の距離で均等に隔てられている事を特徴とする請求項１に記載のスカラップ状導管。
【請求項６】
上記サポート・バー(15)が対角線方向の長さがプロフィール・ワイア(13)の厚みの0.5〜２倍である長方形断面を有している事を特徴とする請求項１に記載のスカラップ状導管。
【請求項７】
請求項１の改良型スカラップ状導管を含む粒子と流体を接触させるためのラジアル・フロー装置において、
ａ）流体取入れ口(62)と流体取出し口(72)を有する垂直方向に延びた容器(60)と、
ｂ）上記容器の内壁に沿って円周方向に複数配置され、それぞれ請求項１のスカラップ状導管によって構成された複数の垂直方向に延びた外側導管(58)と、
ｃ）上記容器(60)の中心に配置され、流体取入れ口(62)及び外側導管(58)とは連通していない流体取出し口(72)と連通した穴をあけた中央導管(70)と、そして
ｄ）上記中央導管(70)と外側導管(58)の間の空間として容器(60)内に形成され、中央導管(70)の複数の穴と連通した粒子保持空間(52)と、によって構成されている事を特徴とするラジアル・フロー装置。
【請求項８】
上記後側部材(14)が穴のあけられていない表面を形成している事を特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
上記流体取入れ口(62)が上記外側導管(58)の内部と連通しており、上記中央導管が流体取出し口(72)と連通していて、粒子保持空間を通じて放射状内向きの流路をつくっている事を特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
上記容器(60)が円筒形であり、上記第２の半径（Ｒ２）が容器(60)の半径の少なくとも３分の２に等しい事を特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体粒子接触においてガスを放射状に分散又は集中させるための導管の設計形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒子とガス状流体との接触を行わせるために多数のプロセスにおいてラジアル・フロー・リアクタが用いられている。これらのプロセスとしては炭化水素転化、吸着、及び排ガス処理などがある。これらのリアクタは垂直に延びた粒子の環状床を有しており、それを通じてガスが内向き、あるいは外向きに放射状に流れるようになっている。この環状床はその粒子床の外径に沿って配置された外側スクリーン要素と粒子床の内径に沿って配置された内側スクリーン要素によって形成されている。外側スクリーン要素は一連の、粒子床の外側を取り囲み粒子保有容器の内側との境となっている長楕円形の断面を有する閉鎖導管で構成されている場合が多い。この長楕円形導管のひとつの良く知られた形状はスカロップ形状の断面を有しており、そうした導管を以下においてスカロップと称する。スカロップは他の多くの連続スクリーン設計形状と比較してそのコストがより低いこと及び設計形状が単純であることから、多くの装置で好まれて使用されている。これらの導管は長楕円形又はスカロップ形状を有しているので、導管の背部は容器の壁面にぴったり貼り付けられ、それによって、導管背部と容器との間の体積を最小限にすると同時に、容器の中央床体積を最大限化するようになっている。
【０００３】
ラジアル・フロー・リアクタで用いられている共通のタイプのスカロップ設計形状は米国特許出願No.5366704に述べられている。この開示は望ましい形状に圧延され、そのスカロップがラジアル・フロー・リアクタ内部で通常の位置に向けられた時に垂直方向に延びる接合部に溶着される１枚の板状の材料から加工されるスカロップに向けられている。このスカロップはほぼ放射状に流れているガスと環状触媒保持空間内部に保持されている触媒粒子とが接触できるようにするために穴があけられている。一般的には「穴あけ板」あるいは「パンチされた板」と呼ばれるこの設計形状のひとつの非常に好ましい特徴はスカロップと触媒粒子、リアクタの壁部、及びその他のリアクタ内部構造との間の熱膨張係数の違いに関連したかなりの半径方向応力を受けとめることができる能力である。ラジアル・フロー・リアクタは昇温を必要とする（触媒改質などのような）プロセスで非常に多く用いられているので、熱膨張は主要な関心事である。一過性の処理状態中（例えば、運転開始や運転停止時、あるいはプラントにおける突発事態など）、穴あけ板スカロップは半径方向に向いた熱応力を吸収すると同時に、素材の性質に変化を起こさないままその最初の形状から変形させることができる。こうした柔軟性なしでは、他の内部リアクタ構造あるいは触媒粒子自体もかなり破損すると思われる。
【０００４】
スカロップにかかる半径方向応力は、例えば断続的に運転されている場合のラジアル・フロー・リアクタの断続的な加熱及び冷却からも発生する。リアクタが通常の運転で加熱された場合、それは軸方向と半径方向の両方に膨張する。半径方向での膨張はリアクタ容器の断面積を増大させ、触媒床を構成する触媒粒子が重力で密着する。その後、運転の中断中にリアクタが冷却されると、触媒床が圧縮されて、それによってスカロップに対して半径方向の力がかかる。一般的に、触媒粒子はリアクタ構成部品よりかなり低い熱膨張係数を有しており、従って、加熱しても寸法はほとんど変化しない。特にラジアル・フロー・リアクタを用いた触媒改質に関連した技術分野で知られているように、穴をあけた板スカロップはしばしば縦方向における必要な頑丈さに欠けている。その結果、これらのタイプのスカロップは通常の操作でかかる半径方向応力と軸方向応力との組み合わせの下で崩壊あるいは崩れ落ちてしまう傾向がある。軸方向の応力は、半径方向の応力と同様に主に熱膨張で発生し、垂直方向に「成長する」スカロップとそのスカロップの外面と接触している触媒粒子との間の摩擦抵抗をもたらす。この崩れ落ち現象は恐らく通常の空のアルミニウム飲料潅缶を用いて最もよく説明することができる。通常のそうした容器は軸方向ではかなりの負荷（例えば、平均的な人の体重）を支えることができる。にもかかわらず、この垂直方向の応力と合わせてその缶の側面に小さな半径方向の力が加わっただけでも、その缶は簡単につぶれてしまう。
【０００５】
穴のあいたプレート・スカロップの場合、この技術分野で知られているように、こうした崩れ落ち抵抗を向上させることは、単に製造において厚めの金属シートを用いればよいというような問題ではない。それは、金属シートの厚みが増大すると、スカロップ製造プロセスに耐えることができるいわゆる「パンチ・アンド・ダイ」製造機器に関する構造的要求が大変になる。さらに、必要な隣接溝領域に対する溝のパンチング中にずれてしまう金属の移動によって必要な溝付き穴がふさがれてしまう。従って、実際的な制約として、穴のあいたプレート・スカロップのために用いられるシート状金属の厚みは溝開口部のそれよりも大きくすることができない。また、溝の幅はスカロップ境界面でのガス状反応物と触媒との分離を確実に行わせるために、通常は約1.2mmである最小触媒粒子サイズによって決められる。従って、スカロップ製造のための金属の実際的な金属の厚みを得るためには18ゲージの金属が用いられる。
【０００６】
ところで、最近では崩れ落ち事故を防ぐためにスカロップの軸方向強度を改良するという課題に対しては、より平板な金属の後部に接合された穴のあいたスカロップ前側を構成するためにプロフィル・ワイアの湾曲した部分を用いていろいろな試みが行われている。こうした目的のためのプロフィル・ワイアは業界ではJohnson Screen（U.S.Filter社、st．Paul，MN）あるいは世界中の他の業者から入手できるプロフィール・ワイアとして知られている。プロフィール・ワイア・スクリーンはプロフィール・ワイア部分の外面と触媒粒子との接触による閉塞（詰まり）に対して抵抗性を有する高度に規則的に溝がつけられた表面を提供してくれる。さらに、プロフィール・ワイア部分の頑丈さは、その溝か開口部には関係なく、それぞれの並行に延びたプロフィール・ワイアを接合させるために用いられるサポート・バーの間隔及び厚みによって調節することができる。通常、サポート・バーはプロフィール・ワイア・スクリーンの内面、つまり、触媒粒子と直接接触していない面で各プロフィール・ワイアに溶着されている。サポート・バーとプロフィール・ワイアは通常は相互に直角方向に取り付けられる。「通常のプロフィール・ワイア・スカロップ」と称するこれらの新しいスカロップは商業的に用いられ、軸方向あるいは垂直方向での崩れ落ちに対する抵抗の強化で多少の成果を与えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら先行技術に基づく設計形状の望ましい半径方向の柔軟性は問題があることが分かっている。言い換えると、軸方向の硬さは達成されるが、その代わりにそれに対応して横方向の応力に対する抵抗が望ましい程度には増強されていない。こうした設計形状で起こりえるひとつの問題点はプロフィール・ワイアで構成されたスカロップを用いると、それらが半径方向での柔軟さを欠いているので、触媒と内側スクリーン又は中央導管との間に押しつぶし力が発生する場合がある。スカロップと中央導管との間には触媒粒子が存在しており、そして触媒は通常基本的には非圧縮性であるので、軸方向の負荷は中央導管に簡単に伝わってしまう可能性がある。最終的に、中央導管はそうした応力負荷によってつぶされてしまい、内部の触媒が失われてしまう可能性が生じる。特にいくつかのラジアル・フロー・リアクタが垂直方向に積み重ねられた構成となっている触媒改質操作に関連している場合、通常、導管の破損に関連した保守及び修理コストはかなりのものに達する。こうした状況では、破損したリアクタ内部構造では、いくつかのリアクタと取り外すことが必要になる。さらに、触媒内容物が失われた場合には下流の機器にいくつかの破損が生じることが予想され、触媒粒子が取出し口ガス流と共にリアクタから出て行ってしまう可能性がある。すなわち、前述した先行技術においては縦方向の応力が存在している場合に崩れ落ちに対する十分な抵抗性と半径方向に向けられた応力の存在下での優れた柔軟性の両方を示すスカロップ設計形状が提供されていない。
【０００８】
本発明は半径方向の応力に柔軟に対応し、軸方向の応力の存在下での崩れ落ち又は崩壊に抵抗することができるラジアル・フロー装置及び炭化水素の触媒改質に適した改良型ラジアル・フロー・リアクタを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この新しいスカロップの後ろ側は通常金属シートで構成され、垂直に向けられ、基本的には円筒形の容器の内壁の湾曲と基本的に合致するように湾曲される。接続フラップはその後ろ側の各端部から連続的に変化しつつ延びている。これらの接続フラップは半径方向応力の存在下で優れた柔軟性を示し、同時に、各スカロップの両端のそれぞれを接合している。この前側はサポート・バーによって位置決めされたプロフィール・ワイアの湾曲部分で構成されている。上に述べたように、プロフィール・ワイアは軸方向では十分に頑丈であるので、スカロップは垂直方向での崩れ落ちに対しては高い抵抗性を示す。このスカロップ設計形状は従って、軸方向及び半径方向の応力の存在下での崩壊と、触媒及び／又は内部リアクタ構造の損壊につながるような半径方向の柔軟性の不十分さの両方に関係した上に述べた問題を解決してくれる。従って、広義の実施例においては、本発明は容器の内部周辺の円周構成のスカロップ内で粒子と流体を接触させるための改良型スカロップ状導管である。複数の縦方向に延びたプロフィール・ワイアが導管の前側の湾曲の第１の横方向半径を形成しており、これらのプロフィール・ワイアは通常上記第１の半径の円周上でほぼ均等に間隔をおいて配置されている。複数の横方向に延びたサポート・バーがこれらのプロフィール・ワイアをしっかりと支えている。プロフィール・ワイアとサポート・バーとは上記前側上に複数の穴を形成しており、又、上記前側の幅で隔てられ、その全長にわたって延びている１対の第１の縦方向に延びた端部を形成している。上記第１の半径より大きな第２の横方向曲率半径を有する軸方向に延びた後側は上記後側の幅で相互に隔てられ、その全長に亘って延びた１対の第２の縦方向に延びた端部を形成している。接続フラップは上記の対を形成する第２の縦方向に延びた端部のそれぞれからほぼ垂直方向に突き出ており、上記第１の縦方向に延びた端部を保持すると同時に、上記の対を形成する第１の縦方向に延びた端部を上記後側から隔てている。
【００１０】
別の実施の形態において、本発明は粒子と流体を接触させるためのラジアル・フロー・リアクタ内で使用するための改良型スカロップである。この装置は流体取入れ口と流体取出し口、容器の内部周辺の円周状に構成された複数の垂直方向に延びた外部導管、容器の中央に配置された穴のあいた中央導管、そして容器内の粒子保持空間を有する垂直方向に延びた容器を含んでいる。各外部導管は上述したようにスカロップ型導管で構成されている。各外部導管は上記流体取入れ口又は取出し口の１つと連通した少なくとも１つの端部を有している。穴のあいた中央導管は上記導管と連通していない他方の流体取入れ口又は流体取出し口と連通している。上記容器、中央導管、外部導管の少なくともひとつは粒子保持空間を形成している。この粒子保持空間は上記複数の穴及び中央導管と連通している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は封入容器内、そして上記容器の壁面に近接して、あるいはそれと向き合って配置された粒子床からの流体を分散させたり集中させたりするための導管を用いるいずれの流体−粒子接触装置又はプロセスにでも適用できる。容器はリアクタであっても、いずれのタイプの接触用容器であってもよく、本発明はいずれの特殊なタイプのプロセスあるいは容器構成にも限定されない。この装置又はプロセスは容器内部に移行温度勾配あるいは温度変動が負荷されてこれら内部及び特定の反応を起こさせるために用いられる触媒粒子に対して応力を発生させるプロセスにおいて有用である。これらの応力は内部構造及び触媒に対して軸方向及び半径方向の力を加える場合があり、リアクタ容器内の材料間の熱膨張及び安定作動温度の違いから発生する。
【００１２】
これらの導管は粒子床を通じてのラジアル（半径方向）フローあるいは交差フローをつくりだすように容器内に配置することができる。これらの導管によってつくりだされるフローの方向に制限はない。しかしながら、通常、容器内部周辺に円周上に配置され、ガス流は導管から触媒保持空間を半径方向に横断して、容器中央に配置された穴のあいた中央導管内に入り込む。こうした構成においては、導管はリアクタ取入れ口と連通しており、中央導管はリアクタ取出し口と連通している。本発明を適用可能な分散／集中導管は種々の形状を取ることができる。長方形、長楕円形、正方形、あるいは円弧状断面を有する導管を流体分散あるいは集中のために用いることができる。通常用いられるひとつのタイプの導管はスカロップと呼ばれ、これは上に説明した。図１は軸方向に延びた前側又は前部12と軸方向に延びた後側又は後部14で構成された単一の垂直方向を向いたスカロップ10を示している。複数の縦方向に延び、ほぼ均等な間隔で相互に隔てられたプロフィール・ワイア13は前側12の湾曲面を形成している。好ましくは金属製の、硬い、又は穴のあいた平板が後側14の表面を形成している。複数の横方向に延びたサポート・バー15はプロフィール・ワイア13をしっかりと保持している。プロフィール・ワイア13とサポート・バー15は先行技術で知られているいずれかの技術、好ましくは溶着によって、相互にほぼ垂直に取り付け、固定されている。さらに、プロフィール・ワイア13とサポート・バー15は上記前側12上方で複数の穴を形成している。
【００１３】
図２はスカロップの全体的な断面形状を示しており、この前側12は横方向に延びたサポート・バー15に取り付け固定された複数のプロフィール・ワイア13によって形成された横方向曲率半径Ｒ１を有している。延びた後側14は前側12の横方向曲率半径Ｒ１より大きな横方向曲率半径Ｒ１を有している。プロフィール・ワイア及びサポート・バーは１対の、上記前側12の長さで相互に隔てられた第１の縦方向に延びた端部18を形成している。同様に、後側14は１対の、後側14の長さで隔てられた第２の縦方向に延びた端部17を形成している。接続フラップ16は上記第２の縦方向に延びた端部17からその後側14に対してほぼ垂直な方向に延びている。この接続フラップ16はそれへの取り付けによって上記第１の縦方向に延びた端部18を距離Ａだけずらし、間隔をあけ、あるいはそのずらした位置で保持するように機能する。距離Ａは少なくともう約３mmであり、好ましくはスカロップの寸法と前側の望ましい硬さに応じて約６mm〜約25mmの範囲である。この硬さ特性は導管あるいはスカロップ10が使用される特定の目的やプロセスに関連している。
【００１４】
本発明による設計形状によれば、１対の接続フラップ16は前部12と後部14とを接合させ、スカロップ10が半径方向の応力を受けたときに損傷しないで変形できるようにする柔軟性を提供している。さらに具体的に言えば、この接続フラップ16は通常頑丈に設計された前側12の導管の後側14への直接の接続を防いでいる。このようにして得られるずれＡによって、柔軟な移行が確実に行われ、前側12を容器の壁面に押し付ける半径方向の応力を効果的に減らしてくれる。こうしたやり方で、この接続フラップは導管10が破損しないでそうした応力に耐えられるようにしている。前側12は均等に間隔をおいて配置された穴20を形成しているプロフィール・ワイア13で構成されており、導管内部のガス状供給物を固体触媒粒子から分離している。このプロフィール・ワイアで構成された前側12は個々のワイアを必要な均一状態で固定しているサポート・バー15を用いて頑丈にされている。
【００１５】
プロフィール・ワイア13とサポート・バー15はこのように、この技術分野では雑多な触媒反応、吸着、あるいは処理操作において触媒を供給原料及び生成物ストリームから分離するのに特に適していると理解されている一種のプロフィール・ワイア・スクリーンを形成している。穴のサイズあるいは隣接プロフィール・ワイアを隔てている距離が導管10の内部への粒子の移動を防せぐのに十分なほど小さく維持されている場合に、触媒の有効な分離が行われる。プロフィール・ワイア・スクリーンはさらに、穴サイズがプロフィール・ワイア13と触媒との界面で最も小さく導管内部に進むにつれて大きくなるので、触媒粒子のつまりに対して抵抗性を示すように設計されている。間隔と厚みが適切であれば、プロフィール・ワイア・サポート・バー15はその導管が受ける処理条件に関連した必要な半径方向の柔軟性を得られるようにする導管の構造的性能を提供してくれる。好ましくは、サポート・バー15は前側12の縦方向に延びた端部18の長さの約0.1％〜約10％の距離で均等に間隔をおいて配置されている。またサポート・バー15は通常は矩形断面を有しており（基本的にはどんな形状の断面でも可能であるが）、その対角線の長さは横方向で測った場合プロフィール・ワイアの厚みの約0.5〜約２倍である。サポート・バー15はプロフィール・ワイア13を前側12の外面上に取り付け固定させることができる。しかしながら、固体触媒粒子が載せられる滑らかな面を得るためには、通常、横方向に延びたサポート・バー15を前側12の内部表面に取り付けるのが好ましい。こうした構成で、サポート・バー15はスカロップ10の内部に配置される。
【００１６】
導管10の前側の向き合った端部18はこの技術分野で知られているいずれかの適切な方法、好ましくは溶着を用いて接合される。接続フラップ16は好ましくは半径Ｒ３を有する２つの小半径ナックル部17を通じて連続的に移行しつつ後側14に接続している。スカロップ導管構成においては、Ｒ３はＲ１あるいはＲ２と比較してずっと小さい。スカロップとそれらが通常その内部で用いられる封入容器の形状は一般的にはスカロップの背部と容器壁面との間に比較的小さな間隔をもってつくられてきている。ほとんどすべてのそうした構成で、スカロップの背部は容器壁面から５センチ以下であり、通常は容器壁面から３センチ以下である。こうした許容誤差を維持するためには、スカロップの後側横方向曲率半径Ｒ２は容器の半径の少なくとも３分の２程度でなければならない。スカロップの少なくとも前側に穴をあけるのが流体−固体接触装置における通常のやり方である。本発明のスカロップ設計においては、後側に穴をあけることは通常は必要ではない。後側が例えば金属シートで構成されているような場合にパンチングされたプレート形状など、この技術分野で知られた方法に従って後側に穴をあけるのは本発明の範囲内である。しかしながら、穴あけは通常は導管の接続フラップまでは行われない。接続フラップは高い応力を吸収するように設計されており、従って、接続フラップに穴あけが行われないのは構造上の配慮からである。
【００１７】
分散／集中導管の構成及び修正と、流体の集中あるいは分散において得られる利点とを炭化水素改質用の装置及びプロセスとの関連でさらに以下に述べる。
炭化水素供給原料と水素を多量に含むガスは予備加熱されてから、通常は２つから５つのリアクタで直列構成された改質ゾーンに充填される。改質ゾーンに充填される炭化水素供給ストリームはガソリン範囲内で沸騰するナフテン及びパラフィンで構成されている。改質プロセスで用いられる操作条件は、通常、約100〜約7000kPaの範囲で選択される絶対圧力と、約315℃〜約600℃の範囲を含んでいる。本発明における改質条件では、通常、その改質ゾーンに入る炭化水素供給原料の１モルあたり約１〜約20モルの量を提供するのに十分な水素を含んでいる。改質で用いられる液体時間空間速度（ＬＨＳＶ）は約0.1〜約10毎時の範囲で選択される。触媒性改質においては、加熱分解及びアイソマー化のための酸性個所を提供する多孔性無機酸化物基質上に金属性水素化−脱水素化成分を含んでいる多機能性触媒複合物が用いられる。ほとんどの改質触媒は平均粒子直径又は平均断面積直径が１/16インチ〜約３/16インチの球又は円筒状の形状をしている。プラチナ又は高度に純化されたアルミナを含んだ触媒がこの技術分野では特によく知られている。当業者であればプラチナ−触媒改質操作で生成物の収率と触媒寿命を向上させてくれるレニウム、イリジウム、及びゲルマニウムなどの金属性修正材についてもよく承知している。
【００１８】
多くの改質部は一連のラジアル・フロー・リアクタを通じて触媒粒子を連続的に加えたり引き出したりしながら運転される。図４は炭化水素改質のためのそうした反応部を示している。この反応部は積層リアクタ容器24内に垂直方向に配置された直列構成の４つのリアクタを含んでいる。個々のリアクタを番号Ｉ−IVで示す。触媒粒子は触媒移送ライン26を通じて積層リアクタ構成の上部に入り込み、重力の作用で直列構成の４つのリアクタを通過する。各リアクタ部を通過した後、触媒粒子が１つ又は複数の引出しライン28を通じてリアクタIVの底部から引き出される。ライン28によって引き出される触媒は再生ゾーン内でコークス堆積物を酸化、除去することによって再生される。再生後、触媒粒子はライン26を通じて再度プロセスに戻される。
水素及び炭化水素供給原料は４つのリアクタを通過する。供給原料は最初にライン30を通じてプロセスに入り、ヒーター32を通過して反応ゾーンＩに入る前にその温度を上昇させる。部分的に改質された供給原料はライン34によって反応ゾーンＩの上部から回収され、中間ヒーター36を通過させられ、その後、反応ゾーンIIに導入される。中間リアクタ・ライン38及び40は反応ゾーンIII及びIVを通じて部分的に改質された供給原料を移送し、中間ヒーター42と44はその内部での反応のための熱を供給する。改質生成物は生成物ライン46を通じて反応ゾーンIVから回収される。
【００１９】
触媒が隣接積層リアクタを通過すると、各リアクタ内で触媒床内に保留される。触媒床を形成しガスと固体の接触を起こさせる内部構造の構成を図５に示す。図５は反応IIIの断面図を示しているが、同時に中間反応ゾーンIIについても示している。触媒粒子（図示せず）は一連の移送導管50を通じて粒子保有空間48から反応ゾーンIII内部の粒子保有空間52内部に送り込む。触媒粒子の床は移送導管50の下部領域のすぐ下の保有空間52内に形成されている。中間容器間仕切り、あるいは頭部54は保有空間52と触媒床の下部領域を形成している。スカロップ58と積層リアクタ24の壁面24は保有空間52内の触媒床の外部領域を形成している。触媒粒子は積層リアクタから最終的に取り出すために粒子を反応ゾーンIV内に移送させる別の一連の移送導管56を通じて保有空間の底部から引き出される。
【００２０】
反応物ストリームはノズル62を通じて反応ゾーンIIIに入り、分散室64に流入する。カバー・プレート62は室64の底部全体を横断して延びており、それを保有空間52から隔離している。室14はカバー・プレート66を通じて延びている一連の昇流管68を通じてスカロップ内部に反応物を送り込む。反応物は保有空間52を通過して、触媒床の内部境界を形成している中央導管70によって回収される。従って、中央導管70と外部導管あるいはスカロップ58は通常は環状断面を有する触媒保有空間52を形成している。導管70は閉鎖された底部を有しており、処理液蒸気を保有空間52から上方に移送させ、ノズル72を通じて積層リアクタ24の外部に送り出す。
スカロップを保持するための手段が容器の壁面に向き合った場所に設けられている。この手段はスカロップの少なくとも一部を壁面に向けて押し付けることができ、或はスカロップを容器の壁面から少し放すサポートに押し付けることができる。これらのサポートはスカロップを５cm以下、より多くの場合は３cm以下の距離で容器壁面から離す。好ましい形状の場合、底部サポート73と拡張リング74はスカロップをその場所に保持している。サポート73はスカロップ底部のための頑丈なサポートを形成している。昇流管68（スカロップの上部）とカバー・プレート66との間には通常滑りばめが設けられるが、摩擦力がスカロップ58と容器壁面60との間の相対的な動きを拘束してしまう場合がある。リアクタ容器の最初の立ち上がり時に、反応ゾーンに入り込む熱い蒸気は先ずスカロップと接触する。その結果、スカロップは急速に加熱される。対照的に、容器の壁面は直接蒸気と接触したとしてもそれは少量で、ずっとゆっくり加熱される。加熱速度における違いは上にも述べたようにリアクタとスカロップとの間の膨張の違いをもたらす。
【００２１】
図６にも示されているように、スカロップ58は容器壁面60の内部を取りまいている。膨張リング74はスカロップの前部12と係合し、そしてスカロップを容器壁面に押し付けている。図６のスカロップの深さは上記リングと容器壁面との間の半径方向距離と等しい。図６は又、スカロップ14の背部が容器壁面60の曲率とどのように密接に合致し、それでスカロップの背部と容器壁面との間に以下に空隙が少ないかを示している。図６はスカロップ間に見られる通常の間隔76も示している。ここで、本発明者は先行技術のスカロップ・タイプ導管の設計形状、つまり上に述べたパンチされたプレート及び通常のプロフィール・ワイアと本発明のスカロップ設計形状とを、機械的テストで比較した。本実施例においては、パンチ・プレート・スカロップ、通常のプロフィール・ワイア・スカロップ、及び本発明によるスカロップを以下においてはそれぞれ『タイプＰＰＬ』、『タイプＣＰＷ』及び『タイプＰＲＩ』スカロップと称する。サイズ、形状、厚み、及び構造材料のタイプなどのスカロップの特性、及び性能比較データに実質的に影響を及ぼすと考えられるその他の要素はテストされた３つの設計形状において同じであった。本発明によるタイプＰＲＩスカロップは延長接続フラップを介してより平坦な後側にフレキシブルに接続されたプロフィール・ワイアの湾曲した前側あるいは前部で構成されていた。
従って、タイプＰＲＩスカロップのプロフィール・ワイア前側は前側を接続フラップの外面に溶着することによって、後側から12mmの距離で、隔てられ、あるいはその距離で保持されていた。対照的に、タイプＣＰＷスカロップの前側と後側との間には基本的にずれはなかった。
【００２２】
水圧あるいは適切な測定技術を用いて、各スカロップが恒久的な変形なしに耐えることができる最大半径方向応力負荷と最大半径方向ずれの両方について判定した。図７のグラフは３回の機械的テストで得られた平均的相対値を示す。
半径方向のずれ測定で、タイプＰＲＩスカロップは構造的な事故を伴わずに先行技術によるプロフィール・ワイア・スカロップ設計形状（タイプＣＰＷ）よりかなり柔軟に対応できることが明らかになった。従って、典型的な市販されているラジアル・フロー・リアクタ操作においては、多少の半径方向応力負荷はタイプＰＲＩスカロップによって吸収され、リアクタ・カウンターパイプまたは中央導管などの他の内部構造に伝達されない。こうした特性はタイプＣＰＷスカロップより大きな設計形状上の利点を提供してくれる。さらに、最終的な負荷、あるいは修復不可能な破損が起きる半径方向の応力はタイプＣＰＷスカロップと比較してタイプＰＲＩスカロップの方が低くなっている。従って、より高価なリアクタ内部が半径方向負荷で破壊される前に、タイプＰＲＩ設計形状を用いるとスカロップの事故がおきる可能性がある。従って全体的に言うと、タイプＰＲＩスカロップの挙動は半径方向の応力を受けると、タイプＰＰＬ（穴をあけたプレート）スカロップの挙動とぴったり一致し、同時に軸方向で頑丈なプロフィール・ワイア・スクリーンを組み込む利点は保持される。
【００２３】
タイプＰＰＬ、タイプＣＰＷ、及びタイプＰＲＩスカロップに対する最終的な軸方向応力負荷の比較を図８のグラフに示している。この場合も、データは上に詳細に述べたようにこれら３つのスカロップ設計形状のそれぞれの３回のトライアル運転の平均値を示している。本発明のスカロップ設計形状であるタイプＰＲＩはプロフィール・ワイア・スクリーン前部を有しているので、タイプＰＰＬスカロップよりかなり大きな軸方向の頑丈さが示されている。従って、軸方向応力がかかった場合に、タイプＰＲＩスカロップはタイプＰＰＬスカロップをかなり上回り、タイプＣＰＷスカロップのそれとほぼ同等の崩れ落ちに対する抵抗性を有している。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、容器内部周辺の円周上構造の導管内部で粒子と流体を接触させるための改良型スカラップ状導管において、ａ）第１の半径（Ｒ１）の円周上にほぼ均一に配置された複数の縦方向に延びたプロフィール・ワイアによって決められる第１の横方向曲率半径（Ｒ１）を有し、複数の横方向に延びたサポート・バー(15)によって頑丈に保持され、上記プロフィール・ワイア(13)とサポート・バー(15)が前側上部に複数の貫通穴を形成しており、同時に上記前側(12)の幅によって隔てられ、上記前側(12)の長さ全体に延びた１対の第１の縦方向に延びた端部(18)を形成している軸方向に延びた前側(12)と、ｂ）上記第１の半径（Ｒ１）より大きな横方向曲率半径（Ｒ２）を有し、後側(14)の幅によって隔てられ、上記後側(14)の長さ全体に亘って延びた１対の第２の縦方向に延びた端部(17)を形成している軸方向に延びた後側(14)と、ｃ）それぞれ上記縦方向端部(17)の一方から基本的に垂直方向に延び、上記縦方向に延びた端部(10)を保持して各第１の縦方向に延びた端部(18)を上記後側(14)から離している１対の接続フラップ(16)とによって構成されているので、熱的に誘発される応力が一過性及び断続的操作から発生する触媒改質などのプロセスに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単一、スカロップ状、分散／集中導管を示す斜視図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】スカロップの一部を示す等角投影図である。
【図４】積層リアクタ・システムを示す概要図である。
【図５】積層リアクタ・システムを示す概要図である。
【図６】スカロップ構成の平面図を示す図５の６−６分割断面図である。
【図７】３次元導管設計形状の構造的失敗個所での相対的半径方向負荷及び相対的ずれを示す説明図である。
【図８】３次元導管設計形状の構造的失敗個所での相対的軸方向負荷を示す説明図である。
【符号の説明】
10  導管
12  プロフィール・ワイア前側
16  接続フラップ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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