(57)【要約】触媒を反応容器中に効率的に充填するための方法、装置、およびプロセス。特に、触媒充填性能を改善し、それによって計画された運転条件において触媒床を通過する流動分布を改善するために、誘発された振動エネルギーを利用する、触媒を固定床反応器中に効率的に充填するための方法、装置、およびプロセス。本発明の方法は、垂直に向けられた二相水素化処理固定床反応器の新規または既存の触媒床構成の性能の改善に特に有効である。
2015530919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を反応容器中に充填する方法であって、
−  反応容器の触媒床区画中に触媒を充填することと、
−  少なくとも、前記触媒床区画中に前記触媒を充填する過程中又は後、又はその両方で、前記反応容器触媒床区画中に振動を生じることを含み、
前記反応容器が少なくとも１フィートの内径を有する、方法。
【請求項２】
前記振動を機械的又は音響的に前記反応容器中に生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記振動を機械的に生じ、前記振動を生じるための機械的手段が電気／機械的装置および空気圧／機械的装置から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記振動を音響的に生じ、前記振動を生じるための音響的手段が空気圧で作動するホーンおよび電磁的に作動するホーンから選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記振動を機械的に生じ、前記振動によって発生するエネルギーが、前記触媒の充填密度を増加させるのに十分である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記振動を機械的に生じ、前記振動によって発生するエネルギーが、前記触媒の前記充填密度の半径方向均一性を増加させるのに十分である、請求項１〜３および５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記振動を音響的に生じ、前記振動によって発生するエネルギーが、前記触媒の充填密度を増加させるのに十分である、請求項１、２、および４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記振動を音響的に生じ、前記振動によって発生するエネルギーが、前記触媒の前記充填密度の半径方向均一性を増加させるのに十分である、請求項１、２、４、および７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記振動を約６０〜約４２０Ｈｚの周波数で生じる、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒が、均一にペレット化または押出成形された触媒形状である、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記触媒が、球形  回転楕円体、環、円筒形、三葉、および四葉の形状から選択される、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒のＬ／Ｄ比が１〜８である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記反応容器が水素化処理反応器である、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記反応容器が入口ディストリビューターをさらに含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記反応容器が少なくとも３フィートの内径を有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記反応容器が垂直反応器であり、少なくとも５のＬ／Ｄ比を有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記反応容器の材料が鋼および鋼合金から選択される、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記反応容器が二相炭化水素水素化処理用に設計される、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記振動を生じるための前記機械的手段が、以下の反応容器部品：反応器壁、触媒床支持梁、内部構造支持リング、出口コレクター、容器フランジ、容器の人用通路、および容器外部支持体の少なくとも１つに取り付けられる、請求項３、５、６、および９〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記振動を生じるための前記機械的手段が手持ち式振動装置である、請求項３、５、６、および９〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記振動を生じるための前記音響的手段が、以下の反応容器部品：触媒床支持梁、内部構造支持リング、ディストリビュータートレイ、容器フランジ、および容器の人用通路の少なくとも１つに取り付けられる、請求項４および７〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記触媒の前記反応容器中への前記充填が、触媒投げ落とし充填方法または触媒ソック充填方法のいずれかによって行われる、請求項１〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記触媒の前記反応容器中への前記充填が触媒回転高密度充填方法によって行われる、請求項１〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも、前記触媒を前記反応容器中に充填する過程中に、前記振動を機械的に生じる、請求項３、５、６、９〜２０、２２、および２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記触媒の少なくとも一部を前記反応容器中に充填する過程の後に前記振動を生じ、連続的であれば前記振動の振幅を増加させ、次に減少させる請求項１〜２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記反応容器の前記触媒床区画の外径が、前記反応容器の内径と実質的に同じである、請求項１〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
振幅を増加させるステップの後、振幅を減少させるステップで、前記反応容器の前記触媒床区画中に前記振動を生ずる、請求項１〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記触媒床区画中に前記触媒を充填する過程の終了後、振幅を増加させるステップの後、振幅を減少させるステップで、前記反応容器の前記触媒床区画中に前記振動を生じる過程を行う、請求項１〜２７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
触媒を反応容器中に効率的に充填するための方法、装置、およびプロセス。特に、固定床二相水素化処理反応器の触媒床に触媒を効率的に充填するための方法、装置、およびプロセス。
【背景技術】
【０００２】
石油および石油化学精製産業（すなわち、当「産業」）において、原油または中間石油系供給材料を、より価値の高い燃料および化学製品および基油に向上させるために、数十年の間、触媒固定床反応器が使用されてきた。現在、水素化処理では、製油および石油化学産業における稼働では最大数の固定床反応器が使用されている。長年にわたって、当産業における経済および競争のため、既存の製油所の水素化処理の、さらにより効率的な設備構成およびプロセスが追求され続けている。これに応じて製油業者は、１）処理量を最大化するため、２）操業コスト（供給材料、触媒など）を最小限にするため、および／または３）そのような水素化処理作業から得られる製品リストの価値を最大化するために、水素化処理作業を最適化しようと試みてきた。
【０００３】
しかし、経済が逼迫し、既存の設備の修理／交換のコストが高く（このような関連設備の長い休止期間を含む）、新しい建造の許可がますます困難で厳格になっているため、製油産業は、上記の３つの目的が達成され、同時に新規資本コスト、出費が最小限となり、休止期間が限定される新規でより良い方法の発見が要求されている。さらに、米国または他の場所のいずれにおいても建設中の製油所または新しい石油水素化処理装置はごくわずかであるので、全体的として大部分の製品製造の品質および量の改善は、既存の水素化処理設備の使用によって制限される物理的およびプロセス的変更によって実現する必要がある。
【０００４】
新規な水素化処理反応器は、あらゆる製油所における改善の問題で非常にコストのかかる選択肢であるので、既存の石油精製水素化処理作業の有用な改善のほとんどは、１）触媒の改善、２）既存のプロセス／基本設備の効率を増加させるための水素化処理反応器内部の変更、または３）床の数の増加のいずれかである。これらの作業によって、水素化処理設備（すなわち、既存の反応器および関連設備）の主要な資本部分を改良されたシステム中に使用することができ、それによって資本コストを最小限で維持することができる。
【０００５】
石油／石油化学水素化処理精製に使用される多くの従来のまたは伝統的な触媒反応器は、単一の床反応器であり、これらのプロセスの多くは１つの反応器中に２つ以上の床を「積層床」構成で有する。これらの水素化処理反応器のほとんどは垂直配列で配置され、反応器の基本的形状は円筒形であり、その円筒軸が垂直方向に向けられる。積層床構成では、触媒床は、典型的には互いに垂直に積層され、そのため供給材料の流れが反応器床を連続して通過する。複数の触媒床は、セグメント化されて、または（すなわち、円筒軸から見下ろして反応器直径の平面図から）互いに放射状に配置される方向で反応器を配置することができるが、石油／石油化学水素化処理反応器中の触媒床の圧倒的に大部分は、垂直反応器の円筒軸と直交する面から見た場合に１つの分割されていない触媒床を有する。
【０００６】
化学物質の水素化処理反応器は、典型的には、通常１０ｆｔ以下であり、典型的には３〜６フィートである直径を有する。しかし精製水素化処理反応器の直径は典型的には約３フィート、または約６フィートを超える直径となり、約２４フィート以上までの範囲となることができるが、より典型的には直径は約８〜約３０フィートの範囲内であり、さらにより典型的には直径は約８〜約１８フィートの範囲内である。そのように限定されるものではないが、本発明が最も有益に適用されるのは、より大きな直径の反応容器である。これらの固定床水素化処理反応器は、典型的には直径が約６インチ未満の小型の「管型」反応器を使用する改質作業（気相、たとえば水素改質）または化学工業（エチレンクラッカーなど）に通常使用される「管状」反応器とは非常に異なる。
【０００７】
石油および石油化学精製産業において、前述のこれらの固定床反応器の触媒充填のために３つの方法が使用されており、どちらも当業者には周知である。第１の方法は通常、「投げ落とし充填」（ダンプ・ローディング：dump loading）方法と呼ぶことができる。この場合、触媒は反応器中に単純に投げ落とされる（個別の触媒容器またはバケツなどの装置によって）。ここで、容器が十分大きい場合は、容器内の触媒の分散を促進するために、触媒充填中および／または触媒充填完了後に、内部作業者が容器中にいることができる（必要ではない）。第２の方法は、当産業において触媒「ソック充填」（ソック・ローディング：sock loading）方法と通常呼ばれている。この方法においては、可撓性ホース（すなわち、「ソック」）が触媒ホッパーに接続されて、反応器中まで下ろされ、そこで、触媒の床へのむらのない均一な充填（すなわち、設置された触媒床中の「棚つり」などの空隙率およびむらの減少）を実現するためにホースから触媒が供給されるように、作業者が内部の触媒床の周囲にホースの排出ラインを移動させる。過去数十年で、これらの大型触媒床反応器の触媒充填の第３の方法が使用されており、これは「高密度充填」（デンス・ローディング：dense loading）（または「高密度床充填」（デンス・ベッド・ローディング：dense bed loading））と呼ばれる。ここで、触媒充填プロセス中に反応器中に一時的に設置される回転装置が使用されて、触媒ホッパーから触媒が供給され、充填中に触媒床中に放射状パターンで触媒が実質的に噴霧される。このプロセスの基礎となる重要な点は、触媒（通常は、１を超えるＬ／Ｄ比を有する均一な押出成形された触媒）が、触媒床内で均一に配向および分布し、それによってむらおよび空隙率が減少することである。当産業においては、「高密度充填」プロセスによって、典型的には、「投げ落とし充填」または「ソック充填」方法のいずれかを使用して得られる空隙率よりも数パーセントポイント小さい最終空隙率を有する触媒床充填結果が得られることが注目されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これら３つのプロセスが当産業の標準となっている。通常実現される最良の触媒床充填（特により大きな直径の触媒床において）は「高密度充填」プロセスによる場合である。しかし、最新の高度な高密度充填技術を使用した場合でも、工業用水素化処理反応器中で不十分で不均一な操作がよく起こることが、本発明において発見された。工業用水素化処理反応器における改善された触媒充填プロセスが、当産業において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、反応容器中に触媒を充填する方法であって、
−  反応容器の触媒床区画中に触媒を充填することと、
−  触媒床区画中に触媒を充填するプロセス（又は過程）の少なくとも最中または後、あるいはその両方において、反応容器の触媒床区画中に振動を生ずる（引き起こす、誘発する又は誘導する）ことを含み、
反応容器が少なくとも１フィートの内径を有する方法に関する。
【００１０】
好ましくは、振動は、機械的にまたは音響的に反応容器中に生じさせられる。
【００１１】
一実施形態においては、振動は機械的に生じ、振動を生ずるための機械的手段は、電気／機械的装置、および空気圧／機械的装置から選択される。別の一実施形態においては、振動は音響的に生じさせられ、振動を生ずるための音響的手段は、空気圧で作動するホーンおよび電磁的に作動するホーンから選択される。
【００１２】
好ましい実施形態においては、振動によって発生したエネルギーは、触媒充填密度を増加させるために十分である。さらに別の好ましい実施形態においては、振動は機械的に生じさせられ、振動によって発生するエネルギーは、触媒の充填密度の半径方向均一性を増加させるのに十分である。
【００１３】
本特許または出願書類は、カラーで描かれた少なくとも１つの図面を有する。カラーの図面を有する本特許または特許出願書類の複写は、請求し必要な料金を支払えば特許庁（ｔｈｅ  Ｏｆｆｉｃｅ）より提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】製油産業において最良の１つとして認識される技術で高密度充填した実際の工業用水素化処理反応器触媒床の構成を示している。灰色領域は、触媒床中の上部および下部熱電対リングの位置を示している。
【図２】図２Ａ及び２Ｂは、図１の触媒床中の上部（図２Ａ）および下部（図２Ｂ）熱電対リングの実際の測定値を示している。
【図３】振動を発生させる点源から振動エネルギーがどのように触媒床を伝達するかを示している。
【図４】必要な振動エネルギーを触媒床中に発生させるために触媒床の上方の位置から音響振動装置（「音響ホーン」）が使用される本発明の一実施形態を示している。
【図５】本明細書に記載の本発明の実施例とともに使用できるような市販の音響振動発生装置を示している。
【図６】本明細書において提供される実施例の試験に使用したコールドフローマイクロリアクター装置の概略図である。
【図７Ａ】本明細書において提供される実施例におけるマイクロリアクター装置に使用される高効率液体／気体供給システムの構成の詳細である。
【図７Ｂ】図７Ａに示される高効率液体／気体供給システムのディストリビュータートレイ部品の近接詳細図である。
【図８Ａ】触媒床出口の液体供給のデータを収集するためにマイクロリアクター中で使用した出口パターンコレクターの詳細を示している。
【図８Ｂ】図８Ａ中に示される出口パターンディストリビューター中に使用された６１個の個別のフローセルの概略図を示している。
【図９】実施例１により種々の液体および気体流量で運転した高密度充填触媒床用のマイクリアクターからの触媒床出口における液体分布結果をグラフで示している。
【図１０】比較例２による最新技術と比較した本発明の実施形態の結果をグラフで示している。
【図１１】図１１Ａ〜１１Ｃは、比較例２に記載され、さらに説明される振動エネルギー発生装置の部品およびそれらの設置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書における好ましい実施形態に記載されるような本発明は、「大型」固定床反応器中の触媒充填を改善するための方法および装置を含む。好ましくは、これらの反応器は垂直方向に配列される。より好ましくは、これらの反応器は、本質的に円筒形である。本発明の方法とともに使用される「大型」固定床反応器は、内径が少なくとも１フィート、より好ましくは少なくとも３フィートである。用語「垂直」は、容器の長手方向軸（すなわち、その最長寸法の軸）が実質的に垂直方向にあることを意味する。たとえば、反応器の基本形状が円筒形である場合、円筒の軸が垂直方向に向けられる。本明細書において反応容器が用いられる状況で用語「直径」が使用されうる場合、他の記載がない限りは用語「内径」を表すことを意味する。また、本明細書において触媒床が用いられる状況で用語「直径」が使用され得る場合、他の記載がない限りは用語「外径」を表すことを意味する。
【００１６】
本明細書における本発明は、実質的に円筒形の反応器触媒床における使用が好ましい。前述したように、本発明において使用される場合、１つの反応器中に１つ以上の個別の触媒床が存在してよい。これらは典型的には積層床構成で存在し、ある床は、別の１つまたは複数の床に対して垂直方向でより高い位置にあり、床は反応器の円筒軸に沿って配置される。用語「積層」は、ある床が別の床の上部にあるように床が配置されることのみを意味する。個別の触媒床は、個別の触媒床の支持体および／または別の内部反応器装置によって支持されるなど、互いに物理的な空間で間隔を開ける場合も開けない場合もある。
【００１７】
積層床構成では、触媒床は、通常、互いに垂直に積層され、それによって供給材料の流れが反応器床を連続して通過する。複数の触媒床は、セグメント化されて、または（すなわち、円筒軸から見下ろして反応器直径の平面図から）互いに放射状に配置される方向で反応器を配置することができるが、製油および化学工業において最も古い固定床反応器は単一の床反応器であり、垂直反応器の円筒軸と直交する面から見た場合に１つの分割されていない触媒床が使用される。
【００１８】
本発明の方法は、大型で円筒形の垂直に向けられた触媒床（すなわち、触媒床の外径が、反応容器の内径、すなわち内壁と実質的に同じ）の充填に特に適しているが、それに限定されるものではないことに留意すべきである。本発明の方法は、（反応器の垂直軸と直交する面から見た場合に）触媒床が種々の区画にセグメント化される場合、たとえば円筒形垂直反応器（ある面から見た場合に触媒床領域が円形領域となる）の例では、触媒床が４つの触媒床の四半分、またはたとえば２つの環状の触媒床のリングにセグメント化される場合に使用することができる。この場合も、触媒床の外径が反応容器の内径（すなわち、内壁）と実質的に等しい構成が好ましいが、このことは、気体または液体供給材料を注入するための環状リングが触媒床の中央または外径などに存在する反応器などにおいては、異なりうる。さらに、本明細書に記載の方法は、垂直に向けられた反応器に限定されるものではない。本明細書に記載の方法は、たとえば水平反応器、すなわち容器の長手方向軸（すなわち、その最長寸法の軸）が実質的に水平方向にある場合にも好適となる。この場合、本明細書に記載の方法と本明細書に記載の触媒「ソック充填」充填方法との組み合わせが特に有益となりうる。この段落で使用される用語「実質的に同じ」は、触媒床の外径が、反応容器の内径の少なくとも９５％であることを意味する。
【００１９】
本明細書に記載の本発明とともに使用される用語「大型反応器触媒床」および同様のものは、直径が１フィート未満である反応器および反応器触媒床、および複数の個別の内部反応器管（一般にそのような個別の管は２〜４インチ未満である）を含む反応器／反応器シェルが特に除外されることに留意されたい。このような反応器は、一般に、特殊な化学物質の生成に特化されており、本発明と併用される本明細書に記載の反応器／反応器触媒床の範囲には含まれない。
【００２０】
前述のように、石油および石油化学精製産業において、３つの主要な方法が、記載のこれらの大型固定床反応器の触媒充填に使用されており、どちらも当業者には周知である。第１の方法は通常、「投げ落とし充填（ダンプ・ローディング：dump loading）」方法と呼ぶことができる。この場合、触媒は反応器中に単純に投げ落とされる（個別の触媒容器またはバケツなどの装置によって）。ここで、容器が十分大きい場合は、容器内の触媒の分散を促進するために、触媒充填中および／または触媒充填完了後に、内部作業者が容器中にいることができる（必要ではない）。第２の方法は、当産業において触媒「ソック充填（ソック・ローディング：sock loading）」方法と通常呼ばれている。この方法においては、可撓性ホース（すなわち、「ソック」）が触媒ホッパーに接続されて、反応器中まで下ろされ、そこで、触媒の床へのむらのない均一な充填（すなわち、設置された触媒床中の「棚つり」などの空隙率およびむらの減少）を実現するためにホースから触媒が供給されるように、作業者が内部の触媒床の周囲にホースの排出ラインを移動させる。本明細書において使用される場合、用語「空隙率」は、触媒床中の単位体積当たりの空隙（すなわち、触媒によって占められない空間）のパーセント値を測定するための当技術分野における標準的な用語である。本明細書において使用される場合、用語「充填密度」は、触媒床中の単位体積当たりの触媒密度を測定するための当技術分野において標準的な用語である。
【００２１】
「高密度充填（デンス・ローディング：dense loading）」（または「高密度床充填」デンス・ベッド・ローディング：dense bed loading）と呼ばれる、これらの大型触媒床反応器の触媒充填の第３の方法が使用されている。ここで、触媒充填プロセス中に反応器中に一時的に設置される回転装置が使用されて、触媒ホッパーから触媒が供給され、充填中に触媒床中に放射状パターンで触媒が実質的に噴霧される。このプロセスの基礎となる重要な点は、触媒（通常は、１を超えるＬ／Ｄ比を有する均一な押出成形された触媒）が、触媒床内で均一に方向的に配向および分布し、それによってむらおよび空隙率が減少することである。当産業においては、「高密度充填」プロセスによって、典型的には、「投げ落とし充填」または「ソック充填」方法のいずれかを使用して得られる空隙率よりも数パーセントポイント小さい最終空隙率を有する触媒床充填結果が得られることが注目されている。
【００２２】
これら３つの方法は、最も高い均一性が得られる当産業における標準であり、高密度の大型垂直触媒床の充填は、前述の高密度充填方法によって達成される。
【００２３】
触媒高密度充填方法でさえも、工業用水素化処理反応器において非効率的で不均一な作業となることが多いことが、本発明において発見された。反応器の不均一な流動分布によって、触媒の変換率および選択性効率の低下、安全性の問題（温度暴走が生じうるよりも高温の反応器のホットスポットなど）、触媒寿命の短縮、ならびに触媒反応からの規格外生成物などの多くの問題が生じる。不十分な触媒床充填と関連するこれらの問題によって、製油業者は１年当たり数百万ドルの利益損失が生じることがあり、計画外のプロセス／設備の停止、および／または安全性事故が発生しうる。これより分かるように、これらの高い潜在的コスト／損失のため、製油業者は、通常、反応器の床中の触媒の限界まで高く（より高密度で）より均一な充填をまさに実現するために、ソック触媒充填方法よりも高密度触媒充填方法によって充填された触媒層を有することを重視している。しかし、本発明者らは、多くの工業用反応器は、触媒を高密度触媒充填方法によって充填した場合でさえも、作業中に顕著な流動の不均一分布が生じて、ここでも前述のような大きな利益損失が生じうることを見いだした。
【００２４】
本明細書に記載の方法は、反応容器中、または実施形態においては反応容器の特定の部分（たとえば、触媒床支持構造）に振動を生ずる（引き起こす、誘発する又は誘導する）手段を、そのような反応器（または特に、このような反応器触媒床の容積）に触媒が充填される最中および／または後のいずれかに使用することを含む。この方法は、特に、前述の３つの触媒充填の工業的方法、すなわち、前述の議論の「投げ落とし充填」、「ソック充填」、または「高密度充填」の触媒充填方法のいずれとも組み合わせて使用することができる。主要な違いの１つは、本発明の実施形態が「投げ落とし充填」または「ソック充填」方法とともに使用される場合は、触媒充填プロセス中に反応容器中に作業者が使用される場合には、触媒床の少なくとも一部に充填された後に、振動エネルギーを触媒床中に生ずることが好ましいことである。しかし、これは、容器の外側にいる作業者による遠隔操作で容器中に移動できるソックの使用によって改善することができ、そのような場合、または容器が触媒の投げ落とし充填が可能となるのに十分小さな直径である場合には、触媒床が充填の過程にあるときに、振動エネルギーを触媒床中に生ずることができる。
【００２５】
高密度充填方法によって均一に押出成形された触媒を注意深く充填した反応器床でさえも、顕著な流動の不均一分布が生じうることが分かった。本明細書の図１は、高密度充填された実際の工業用水素化処理反応器の媒床の構成を示している。反応器触媒床は、１６．４フィートの外径（ｏｕｔｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）ＯＤ、および２５フィートの触媒床高さ（ｈｅｉｇｈｔ）Ｈを有する。これは二相反応器（すなわち、二相の気体および液体の供給流）であり、二相供給流はフローディストリビューター（図示せず）を介して触媒床の上部に入り、図示されるように、供給流は触媒床の上部全体に均等に供給され、床を軸方向に流れて（水素化処理された生成物およびガスを介して）触媒床底部から排出される。
【００２６】
水素処理プロセスは発熱を伴い、プロセス中、触媒床を通過する不適切に分布下流れは、触媒床中に放射状および円周状に配置された床熱電対によって示される温度で見ることによって明確に示すことができる。図２Ａは、操作中の反応器触媒床の上部付近の種々の位置における実際の床温度（単位℃）を示しており、一方、図２Ｂは、操作中の反応器触媒床の底部付近の種々の位置における実際の床温度（単位℃）を示している。反応器の直後で測定した温度は処理されて、プロセスおよび触媒活性の概要が定常状態まで示される。図２Ａに見ることができるように、触媒床の上部において、温度は、約１．５℃未満の平均偏差で非常に均一である。図２Ａ中、外側上部リング（ｏｕｔｅｒ  ｕｐｐｅｒ  ｒｉｎｇ）ＯＵＲ熱電対の温度が、内側上部リング（ｉｎｎｅｒ  ｕｐｐｅｒ  ｒｉｎｇ）ＩＵＲ熱電対の温度とともに示されている。これは、ディストリビュータートレイ上部に設置された内部混合が非常に効率的であり、触媒床全体の上部にわたって均一な温度分布が得られることを示している。
【００２７】
図２Ｂ中、外側下部リング（ｏｕｔｅｒ  ｌｏｗｅｒ  ｒｉｎｇ）ＯＬＲ熱電対の温度が、内側下部リング（ｉｎｎｅｒ  ｌｏｗｅｒ  ｒｉｎｇ）ＩＬＲ熱電対の温度とともに示されている。上部リング熱電対とは対照的に、触媒床の底部付近で図２Ｂからの同時温度読取値を見ると、熱電対の内部リング内の温度差は約２℃未満であるが、触媒床の底部付近の内部熱電対リングおよび外部熱電対リングの間の温度の間の差は約１３℃と大きな差であることが分かる。これは、触媒床の高密度充填の後でさえも、触媒床中に流動の非常に不均一分布が存在したことを示している。さらに、データは、高密度充填プロセスによる触媒充填の均一性が、固有の「半径方向不均一分布」の側面を有することを示している。すなわち、触媒充填均一性（またはその不足）は、床全体で半径距離の関数として変化すると思われる。これによって、触媒床の内側部分と外側部分との間で気体および液体の流動の不均一分布が存在することを示唆しているという点で、反応器中で環状流の不均一分布の問題が生じる。あるいは供給流の２つの相は、触媒床に沿って半径方向に優先的に「分離」されうる。いずれの場合も、これによって、非効率的な水素化処理反応器操作および最適化されない生成物の変換が生じる。
【００２８】
本発明の方法の実施形態において、触媒床充填プロセス中および／または後に、触媒床および支持構造中に振動を生ずる場合に、触媒均一性および触媒床流動均一性が改善されうることを発見した。これは、特定の触媒床が複数ステップ（段階又は手順）で充填される場合、または別個の触媒が１つの床に充填され、一方が他方の上部に位置する場合に、触媒床充填プロセスの一部で行うこともできる。これらの後者の場合、プロセスはそれぞれの触媒充填「ステップ」または「区画」の最中および／または後に行うことができる。「投げ落とし充填又はダンプ・ローディング（dump loading）」、「ソック充填又はソック・ローディング（sock loading）」、または「高密度充填又はデンス・ローディング（dense loading）」の触媒充填方法などの触媒充填プロセスのあらゆる従来方法または新規方法を本発明の方法とともに使用することができる。
【００２９】
本発明の実施形態において、このような振動は、反応器に接続される、または反応容器の特定の部品に優先的に接続される装置によって、機械的（電気的または空気圧で作動）、音響的、またはその両方のいずれかで生ずることができる。このような振動を生ずるために１つの装置を使用することができるが、好ましくは、触媒床全体に振動エネルギーをより均等に分散させるために、２つ以上の装置を反応器に取り付けられる。振動エネルギーを反応器触媒床中に誘発するための好ましい機械的装置としては、電気／機械的および空気圧／機械的振動装置が挙げられる。これらの装置は、反応器のシェルまたは別の構造部品、たとえば触媒床支持体に直接取り付けることができるし、あるいはこれらは、振動を誘導するために触媒床に挿入できる手持ち式装置（振動棒など）であってもよい。振動エネルギーを反応器触媒床中に誘発するための好ましい音響的装置としては、エアホーン、音波ホーン、および音響ホーンが挙げられる。空気圧で作動するホーンが好ましいが、音波ホーンおよび音響ホーンの選択は、別の選択肢として、電磁的に作動するホーンの選択を含むことができる。好ましい実施形態においては、振動エネルギーを誘発する機械的装置は、振動周波数約３０〜約６００Ｈｚ、より好ましくは約６０〜約４２０Ｈｚを発生する。選択される振動エネルギー誘発装置の振幅およびエネルギーは、触媒床の形状および体積、ならびに本発明の実施に利用される装置の数および位置に依存して変化させることができる。
【００３０】
図３は、通常はどのように振動エネルギーが点源から触媒床および／または反応器構造を通過するかを示している。図示されるこのような振動エネルギーは、機械的または音響的のいずれによっても発生させることができる。図から分かるように、１つの振動源（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）ＶＳから発せされる「振動円錐」（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｃｏｎｅ）ＶＣによって、振動エネルギーが触媒床（すなわち、粒子の床）を通って移動し、それによって触媒床（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｂｅｄ）ＣＢの高さＨを振動エネルギーが通過する。振動エネルギーは、触媒床支持体（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｂｅｄ  ｓｕｐｐｏｒｔ）ＣＢＳ（図３中に示される）などの反応器構造の一部を通過することもでき、これによって振動エネルギーを触媒床の全面および全体により均一に分散させることができる。本発明の好ましい方法の１つは、触媒充填プロセスの最中および／または後に触媒床中に振動エネルギーを均等に分散させるために、反応器の内部構造、たとえば触媒床支持体に、または反応器の壁に沿って均等に、機械的振動発生装置を取り付けること、および／またはそれらに音響的振動発生装置を向けることである。別の好ましい方法の１つは、触媒床中の振動エネルギーの分布をより均一にするために、「振動円錐」が重なり合うように複数の振動発生装置の向きを決定することである。
【００３１】
本発明のある実施形態においては、電気／機械的および／または空気圧／機械的振動装置は、振動棒などの手持ち式装置であってよく）、これらは振動を誘発するために触媒床に挿入することができる。ここで、容器内部で作業する作業者は、触媒床の個別の区画内に直接振動を誘発するために、この装置を使用することができる。これは、触媒床の充填が行われているとき、触媒床の区画の充填完了後、および／または触媒床の充填完了後に行うことができる。
【００３２】
好ましい実施形態においては、振動装置は、反応器のシェルに直接取り付けられる、および／または反応器の他の構造部品、たとえば、限定するものではないが触媒床支持体、内部構造支持リング、または外部の容器支持体自体に取り付けることができる。振動を誘発する機械的手段が使用される場合、その装置を、以下の反応容器部品、すなわち、反応器壁、触媒床支持梁、内部構造支持リング、出口コレクター、容器フランジ、容器の人用通路、および容器外部支持体の少なくとも１つに取り付けることが好ましい。あるいは、振動を誘発するための機械的手段は、反応容器または部品には取り付けないが、反応容器内で作業者が使用する手持ち式振動装置であってもよい。振動を誘発するための音響的手段が使用される場合、その装置を、以下の反応容器部品、すなわち、触媒床支持梁、内部構造支持リング、ディストリビュータートレイ、容器フランジ、および容器の人用通路の少なくとも１つに取り付けることが好ましい。
【００３３】
図３に示されるように、振動エネルギーを誘発するために好ましい位置は、触媒床支持構造の底部上である。ここで、装置は、触媒床の充填開始前に取り付けることができ、容器壁または下端部に位置する人の通路から容易に後に取り外すことができる。逆に、反応器が複数の積層された床の区画を有する場合、振動装置は、標的の触媒床の上方の触媒床支持構造に取り付けたり、その場所に配置したりすることができる。この構成の一例が図４に示されており、ここで音響ホーン（ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  ｈｏｒｎ）ＳＨが、上部床触媒支持構造上に取り付けられ示されており、下部触媒床中の下方に向かっている。逆に、上部触媒床の場合、このような音響ホーンは、人の通路から容器の上端部に配置することができ、他の開口部は上部触媒床の上方の反応容器の上部区画の内側で支持される。本明細書に記載の方法によって触媒充填を終了した後、好ましくは、最上部の触媒床の上方に配置された反応器フローディストリビューターを再設置する前に、振動装置を取り外すことができる。
【００３４】
本明細書における図５は、本発明とともに使用することができるような市販の音響ホーンの１つを示している。音響ホーンの使用に関する利点の１つは、それらは反応器内での取り付けおよび利用が容易であり、本発明と関連して改善された触媒充填を達成するために必要となる必要振動エネルギーを触媒床中に誘発するために、触媒床または関連の支持構造と物理的に接触させる必要がないことである。図５は、「エアホーン」、「音響ホーン」、または「音波ホーン」である音響的ホーンの特に好都合な種類を示している。ホーンは、ダイアフラム５０２を作動させる圧縮空気入口５０１、および高レベルの音響エネルギーを発生させるドライバ５０３の組立体を含む。この種類の振動装置による大きな利点の１つは、小型の装置中で非常に高レベルの振動エネルギーを発生可能なことである。また空気で作動することで、反応容器中への設置は単純および安全の両方が得られる。図５中の図を続けると、エアホーンはベル５０４および出口５０５をさらに含み、これらは、本発明の使用に有益となる音響振動エネルギーの伝達を増幅し方向的に集中させるのに役立つように設計されている。
【００３５】
本明細書に記載の好ましい実施形態においては、振幅を増加させるステップ（段階又は手順）に続いて、振幅を減少させるステップで反応容器の触媒床区画中に振動エネルギーが誘発される。あるいは、段階的な方法とは対照的に連続的な方法で振幅を増加させ、続いて減少させることができる。本発明がこのように限定されるものではないが、この方法は、特定の触媒床に触媒が充填された後、または特定の触媒床の一部に触媒が充填された後のいずれかで使用される場合に、触媒床の設置、およびその結果得られる改善された流動分布特性のさらなる改善に特に有効であると考えられる。
【００３６】
本発明の方法は、好ましくは「大型」固定床反応器の触媒充填において使用される。これらは、典型的には少なくとも１〜３フィートの内径を有する反応器である。これらは、複数の触媒管または触媒が挿入される管の組を有する反応器である「管束」反応器とは区別される。これらの管束反応器の管は、外部から加熱されることが多く（水素改質中など）、触媒床中の半径方向の熱伝達は不十分である。管内部の流体と管外部の伝熱流体との間で必要な熱を伝達するためには、管の直径は典型的には３インチ未満であり、より一般的には１〜２インチ程度である。これらの管は、本発明の実施形態に記載されるようなより大型の反応容器において生じるような流動分布の問題は有さず、大型固定床反応器のための本明細書に記載されるようなソック充填技術および高密度充填技術のいずれも利用されない。これらの触媒充填方法はいずれも、管束反応器の充填には使用できない。本明細書における好ましい実施形態においては、反応容器の内径は少なくとも１フィート、または少なくとも３フィート、または少なくとも６フィート、または少なくとも１０フィート、または少なくとも１５フィートである。本発明の方法は、約３〜約６フィートの内径を有する反応容器、および少なくとも１５フィートの内径を有する反応容器に特に有効であることが分かった。特にこれらの範囲内のサイズの反応器において、前述の図１、２Ａ、および２Ｂで例示した既存の工業用反応器における発見とともに議論したように、高密度充填プロセスは、不均一な充填結果が得られ、特に半径方向で不均一となる傾向にあることが分かった。
【００３７】
流動の不均一分布は、非常に小さいか非常に大きいかのいずれかの反応器直径を有する反応器においてより頻繁に発生することが分かった。約３を超えるより大きな長さ／直径比（すなわち、「Ｌ／Ｄ比」）を有する反応器も、不均一に分布した触媒充填がより生じやすくなりうる。本明細書における反応容器との関連において用語「Ｌ／Ｄ」が使用される場合、Ｌ／Ｄ比は、反応容器の最長中心軸に沿って容器の接線間から求められる寸法Ｌと、Ｌ軸に対して垂直な軸に沿って測定される反応容器の最大内壁寸法として求められる寸法Ｄとを用いて測定される。各端部に楕円形の先端部を有する一般的な円筒形反応器の場合、寸法Ｌは、円筒形の軸に沿った２つの接線の間の反応器の長さであり、寸法Ｄは、円筒形の軸と直交する面内で測定される反応容器の内径である。好ましくは本発明において使用される方法は、約５を超え、さらにより好ましくは約７を超えるＬ／Ｄ比を有する反応容器で使用される。
【００３８】
好ましい実施形態においては、触媒はペレット化された触媒である（好ましくは押出成形される）。これらの触媒は、本発明の方法に特に好適である。好ましい触媒形状の一部の例は以下の通りである：球形  回転楕円体、環、円筒形、三葉、および四葉。好ましくは触媒粒子は細長い形態であり、すなわち触媒粒子の長さ／直径比（すなわち、「Ｌ／Ｄ比」）が１を超える。より好ましくは、触媒ペレットは平均Ｌ／Ｄ比が約１〜約８、さらにより好ましくは約２〜約６である。用語「Ｌ／Ｄ」が本明細書において触媒との関連で使用される場合、Ｌ／Ｄ比は、触媒の任意の軸に沿った触媒の最大寸法によって決定される寸法Ｌと、Ｌ軸と直交する軸によって測定される触媒の最大寸法として求められる寸法Ｄとを用いて測定される。約１を超える、またはさらに特に約２以上であるＬ／Ｄ比を有する触媒ペレットを使用する場合、特に、反応容器の内径が少なくとも約８フィート、さらには１２フィート以上である場合に、本発明の方法を高密度充填プロセスとともに使用することが好ましい。
【００３９】
本明細書に記載の本発明のこれらの方法は、二相固定床反応容器中の反応器触媒床の流動分布の改善に特に有益であると本明細書において考えられる。二相反応器プロセスでは、供給流は、少なくとも１つの気相成分と、少なくとも１つの液相成分との混合物である。このような流れ／供給流は、石油および石油化学製油所におけるベースおよび中間ストックの炭化水素供給流の処理に使用される大型水素化処理反応器において典型的なものである。このような処理としては、水素処理、水素化脱硫、水素化脱窒素、水素化脱金属、水素化、水素化異性化、および水素化分解のプロセスが挙げられる。これらのプロセス中、炭化水素系液体供給流を水素含有ガス流と混合し、次に反応容器中の触媒に曝露することで、改善された製品リストが得られる。通常、このようなプロセスは、硫黄およびその他の汚染物質の炭化水素供給流からの除去（たとえば、水素化脱硫、水素化脱窒素、または水素化脱金属プロセス）、炭化水素供給流の平均沸点の低下（たとえば、水素化分解プロセス）、および／または炭化水素供給流中の炭化水素化合物の改質（たとえば、水素化または水素化異性化プロセス）において有用である。これらのプロセスのそれぞれにおいて、供給流組成および探求される生成物組成によって、特定の種類の触媒が使用される。
【００４０】
本明細書における本発明の方法によって対象とされる反応容器の好ましい水素化処理運転条件は、以下の条件の１つ以上を有する二相流を含む：少なくとも約２６０℃の温度、たとえば少なくとも約３００℃；約４２５℃以下の温度、たとえば約４００℃以下または約３５０℃以下；少なくとも約０．１ｈｒ−１、たとえば少なくとも約０．３ｈｒ−１、少なくとも約０．５ｈｒ−１、または少なくとも約１．０ｈｒ−１の時間当たりの液空間速度（ＬＨＳＶ）；約１０．０ｈｒ−１以下、たとえば約５．０ｈｒ−１以下または約２．５ｈｒ−１以下のＬＨＳＶ；約２００ｐｓｉｇ（約１．４ＭＰａｇ）〜約３０００ｐｓｉｇ（約２０．７ＭＰａｇ）、たとえば約４００ｐｓｉｇ（約２．８ＭＰａｇ）〜約２０００ｐｓｉｇ（約１３．８ＭＰａｇ）の反応器中の水素分圧；約５００ｓｃｆ／ｂｂｌ（約８５Ｎｍ３／ｍ３）〜約１００００ｓｃｆ／ｂｂｌ（約１７００Ｎｍ３／ｍ３）、たとえば約１０００ｓｃｆ／ｂｂｌ（約１７０Ｎｍ３／ｍ３）〜約５０００ｓｃｆ／ｂｂｌ（約８５０Ｓｍ３／ｍ３）水素対供給材料比（水素処理ガス率）。
【００４１】
本明細書に含まれる実施例は、従来の触媒充填方法と本明細書における本発明の触媒充填方法の実施形態との比較試験に基づいて開発し実施した。本明細書に示される実施例は、本発明の実施形態が従来技術に対する利点を明確に示している。このような利点は、本明細書における実施例において示され、さらに詳細に説明される。
【００４２】
他の好ましい実施形態
さらに、またはこれとは別に、本発明は、以下の実施形態の１つ以上を含むことができる。
【００４３】
実施形態１。触媒を反応容器中に充填する方法であって、
−  反応容器の触媒床区画中に触媒を充填すること、
−  少なくとも、触媒床区画中に触媒を充填するプロセス（又は過程：process）中または後、あるいはその両方に、反応容器触媒床区画中に振動を生じる（引き起こす、誘発する又は誘導する：induce）ことを含み、
反応容器が少なくとも１フィートの内径を有する、方法。
【００４４】
実施形態２。振動を機械的にまたは音響的に反応容器中に生じる、実施形態１の方法。
【００４５】
実施形態３。振動を機械的に生じ、振動を生じるための機械的手段が電気／機械的装置および空気圧／機械的装置から選択される、実施形態２の方法。
【００４６】
実施形態４。振動を音響的に生じ、振動を生じるための音響的手段が空気圧で作動するホーンおよび電磁的に作動するホーンから選択される、実施形態２の方法。
【００４７】
実施形態５。振動を機械的に生じ、振動によって発生するエネルギーが、触媒の充填密度を増加させるのに十分である、実施形態１〜３のいずれかの方法。
【００４８】
実施形態６。振動を機械的に生じ、振動によって発生するエネルギーが、触媒の充填密度の半径方向均一性を増加させるのに十分である、実施形態１〜３および５のいずれかの方法。
【００４９】
実施形態７。振動を音響的に生じ、振動によって発生するエネルギーが、触媒の充填密度を増加させるのに十分である、実施形態１、２、および４のいずれかの方法。
【００５０】
実施形態８。振動を音響的に生じ、振動によって発生するエネルギーが、触媒の充填密度の半径方向均一性を増加させるのに十分である、実施形態１、２、４、および７のいずれかの方法。
【００５１】
実施形態９。振動を約６０〜約４２０Ｈｚの周波数で生じる、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５２】
実施形態１０。触媒が均一にペレット化または押出成形された触媒形状である、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５３】
実施形態１１。触媒が、球形  回転楕円体、環、円筒形、三葉、および四葉の形状から選択される、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５４】
実施形態１２。触媒のＬ／Ｄ比が１〜８である、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５５】
実施形態１３。反応容器が水素化処理反応器である、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５６】
実施形態１４。反応容器が入口ディストリビューター（又は分配器）をさらに含む、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５７】
実施形態１５。反応容器が少なくとも３フィートの内径を有する、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５８】
実施形態１６。反応容器が垂直反応器であり少なくとも５のＬ／Ｄ比を有する、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００５９】
実施形態１７。反応容器材料が鋼および鋼合金から選択される、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００６０】
実施形態１８。反応容器が二相炭化水素水素化処理用に設計される、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００６１】
実施形態１９。振動を生ずるための機械的手段が、以下の反応容器部品：反応器壁、触媒床支持梁、内部構造支持リング、出口コレクター、容器フランジ、容器の人用通路、および容器外部支持体の少なくとも１つに取り付けられる、実施形態３、５、６、および９〜１８のいずれかの方法。
【００６２】
実施形態２０。振動を生ずるための機械的手段が手持ち式振動装置である、実施形態３、５、６、および９〜１８のいずれかの方法。
【００６３】
実施形態２１。振動を生ずるための音響的手段が、以下の反応容器部品：触媒床支持梁、内部構造支持リング、ディストリビュータートレイ、容器フランジ、および容器の人用通路の少なくとも１つに取り付けられる、実施形態４および７〜１８のいずれかの方法。
【００６４】
実施形態２２。反応容器中への触媒の充填が、触媒投げ落とし充填（ダンプ・ローディング：dump loading）方法または触媒ソック充填（ソック・ローディング：sock loading）方法のいずれかによって行われる、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００６５】
実施形態２３。反応容器中への触媒の充填が触媒回転高密度充填（ロータリー・デンス・ローディング：rotary dense loading）方法によって行われる、実施形態１〜２２のいずれかの方法。
【００６６】
実施形態２４。少なくとも、触媒を反応容器中に充填するプロセス（又は過程：process）中に振動を機械的に生じる、実施形態３、５、６、９〜２０、２２、および２３のいずれかの方法。
【００６７】
実施形態２５。触媒の少なくとも一部を反応容器中に充填するプロセス（又は過程）の後に振動を生じ、連続的であれば振動の振幅を増加させ、次に減少させる、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００６８】
実施形態２６。反応容器の触媒床区画の外径が、反応容器の内径と実質的に同じである、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００６９】
実施形態２７。振幅を増加させるステップ（段階又は手順：step）の後、振幅を減少させるステップで、反応容器の触媒床区画中に振動を生じる、いずれかの先行する実施形態の方法。
【００７０】
実施形態２８。触媒床区画中に触媒を充填するプロセス（又は過程）の終了後、振幅を増加させるステップ（段階又は手順）の後、振幅を減少させるステップで、反応容器の触媒床区画中に振動を生じるプロセスが行われる、いずれかの先行する実施形態の方法。
【実施例】
【００７１】
試験装置
本発明の実施形態の概念を試験するために、実験室規模のコールドフロー反応器ユニットを製造した。これらの実施例に関連する試験に使用した反応器ユニットを概略的に図６に示す。このユニットは、触媒床６０２を収容する実験室規模のコールドフロー反応器（「反応器」）６０１を含んだ。全体的な反応器の高さは約４メートル（ｍ）（約１５７．５インチ、ｉｎ）であり、反応器の直径は約５６センチメートル（ｃｍ）（約２２インチ（ｉｎ））であった。反応器は、四葉の特徴的な形状および約１．３ｍｍの公称サイズを有する典型的な押出成形された水素化処理触媒を含んだ。この反応器はコールドフロー試験（すなわち、流動分布試験）のためにのみ使用したので、使用される実際の触媒の触媒材料組成は、この試験とは無関係である。
【００７２】
反応器は、二相供給材料（液体および気体）の触媒床６０１上部への非常に均等な混合および流動分布を確実にするためのディストリビュータートレイ６０３を有する高効率の液体／気体流供給システムを含んだ。触媒床の圧力低下を監視するために、反応器の種々の高さに床内プローブ６０４を設置した。床内プローブからのデータを連続的に監視し、データ収集システム６０５に送った。液体流の分布を半連続的に監視し、反応器底部に取り付けられた出口パターンコレクター６０６によって記録した。出口パターンコレクター６０６によって、それぞれが同一の断面正方形領域（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎａｌ  ｓｑｕａｒｅ  ａｒｅａ）（図８Ｂに示されるように）を有する６１個の個別のフローセルによって触媒床を通過するリアルタイムの液体流分布を監視した。これら６１個の個別のフローセルを通過したリアルタイムの液体流分布は、半連続的に監視し、データ収集システム６０５に送った。
【００７３】
気相流は、反応器出口リザーバー６０７の上部で収集し、試験中に気体再循環コンプレッサーループ６０８によって戻して再循環させた。類似の方法で、液相流を反応器出口リザーバー６０７の底部で収集し、試験中に液体再循環ポンプループ６０９よって戻して再循環させた。試験中、供給材料の気相成分として窒素を使用し、供給材料の液相成分としてイソパラフィン炭化水素溶媒混合物を使用した。
【００７４】
図７Ａは、反応器中で使用されるディストリビュータートレイ（すなわち、図６中の要素６０３と同じ）を有する高効率の液体／気体流供給システムの構成の詳細を示しており、一方、図７Ｂはディストリビュータートレイの構成要素の近接図を示している。ここで、液相７０１および気相７０２のそれぞれは、供給システムの上部に供給された。液体は、管７０３およびトレイ７０４の配列を通って供給され、一方、気相は、管とディストリビュータートレイとの間の間隙を通って供給された。このようにして、非常に均一な二相流分布が反応器触媒床の入口（すなわち上部）で実現された。
【００７５】
図８Ａは、反応器中で使用される出口パターンコレクター（すなわち、図６に示される要素６０６と同じ）の構成の詳細を示しており、一方、図８Ｂは、６１個の個別のコレクターフローセルの概略図を示している。反応器触媒床の出口からの流動分布を正確に測定するために、これらの６１個の個別のコレクターフローセルのそれぞれは同じ断面積を有する。
【００７６】
本明細書に記載の以下の全ての実施例でこの試験装置を使用した。
【００７７】
実施例１（反応器ユニットの流動試験／分析）
この実施例では、工業用の高密度充填方法によって、１メートル（ｍ）（３９．４インチ（ｉｎ））の床高さまで反応器中に触媒を充填した。反応器システムを種々の二相流動条件で運転し、液体流は９ｇｐｍ、１４．１ｇｐｍ、および３５ｇｐｍで変化させ（図９中の横軸）、気体流は７５ｓｃｆｍ、１６８ｓｃｆｍ、および２１５ｓｃｆｍで変化させた（図９中の縦軸）。したがって、合計９種類の種々の運転を標準触媒高密度充填条件下で行った。
【００７８】
これらの試験の結果を図９に示している。これらの図のそれぞれは、触媒床の出口における液体流分布をグラフで示している。図中、赤色の領域は高流量の区画を示しており、一方、青色の領域は低流量の区画を示している。均一な着色（すなわち、床出口全体にわたり一貫した緑色／黄色）は、実質的に均一な流動分布を示している。
【００７９】
図から分かるように、最適化されない高密度触媒充填液体流動の不均一分布の効果による、流量の関数としてさらに現れており、流量で高いほど液体流動不均一分布の効果が少なくなることが示されている。それぞれの場合で示される相対標準偏差（ＲＳＤ）は、触媒床の出口に位置する出口パターンコレクターの６１個の個別のフローセルのそれぞれを通過する流れに基づいて標準偏差（ＳＴＤＥＶ）を平均流量（ＭＥＡＮ）で割ったものに等しい。
【００８０】
比較例２（本発明の比較実施形態）
この比較例では、触媒充填の最中および／または後に振動を誘発するために、図１１Ａに示されるような空気で作動する機械的（すなわち、空気圧／機械的）振動誘発装置をユニットに取り付けて振動を誘発したことを除けば、実施例１と同じ構成でユニットを設定した。振動誘発装置は、空気入口、中心のバランスが取れていないホイール（図１１Ｂ参照）、および保護筐体からなった。この振動誘発装置を（図１１Ｃに示されるように）反応器のシェルに取り付け、振動装置の空気入口に空気ホースを取り付けた。この実施例における４つの場合のそれぞれで、１メートル（ｍ）（３９．４インチ（ｉｎ））の床高さまで触媒を反応器中に充填した。
【００８１】
第１の場合においては、振動を誘発せずに「ソック充填」方法によって触媒を反応器中に充填した。この場合に関する反応器コールドフロー試験の結果を図１０の左上に示している。
【００８２】
第２の場合（本発明の実施形態）においては、「ソック充填」方法によって触媒を反応器中に充填し、次に従来の充填プロセスの終了後に振動を誘発させた。これは、ソック充填プロセスを促進する作業者が容器中にいるときに振動を誘発できない工業的運転を模倣するために行った。この場合に関する反応器コールドフロー試験の結果を図１０の右上に示している。
【００８３】
第３の場合においては、振動を誘発せずに「高密度充填」方法によって触媒を反応器中に充填した。この場合に関する反応器コールドフロー試験の結果を図１０の左下に示している。
【００８４】
第４の場合（本発明の実施形態）においては、「高密度充填」方法によって触媒を反応器中に充填し、この従来の充填プロセス中に振動を誘発した。これは、高密度充填プロセスの進行中に振動を誘発することができる工業的運転を模倣するために行った。前述のように、高密度充填プロセスは、反応容器内に作業者を配置せずに遠隔操作で運転される。この場合に関する反応器コールドフロー試験の結果を図１０の右下に示している。
【００８５】
この実施例の４つ全ての場合で、１４．１ｇｐｍの液体流、１６８ｓｃｆｍの気体流（前述の実施例１の範囲の中央）における１つの二相流条件下で反応器システムを運転した。
【００８６】
図１０に示されるコールドフロー反応器システムの比較結果から分かるように、振動によって、両方の場合（第２および第４の場合）の液体流動分布が明確に大幅に改善された。ソック充填に関連する振動の誘発に関連するより小さな改善が、ソック充填プロセスに起因するか、充填プロセス完了後に振動を誘発したことに起因するかは明らかでない。本明細書においては、同時にソック充填および振動の誘発を行うことで（すなわち、遠隔制御されるソック充填のように）、さらにより改善された結果が示されると考えている。
【００８７】
振動エネルギーと高密度充填とを同時に使用する場合に、反応器の流動分布に顕著な改善が得られたことが分かる。図１０の下側の２つの比較図に示されるように、高密度充填プロセスの間に振動エネルギーを使用することで、反応器の流動不均一分布が約半分に減少した。これは従来技術に対する顕著な改善である。
【００８８】
特定の実施形態を参照することによって本発明を説明し例証してきたが、本発明が本明細書において必ずしも例証されていない本発明の変形形態が可能であることは当業者には理解されよう。この理由から、本発明の実施可能な範囲を決定するためには、添付の特許請求の範囲のみを参照すべきである。
【図１】
2015530919.tif 000003
【図２Ａ】
2015530919.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015530919.tif 000008
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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