(57)【要約】本発明は、反応器の運転寿命を延ばすための一つ以上のバイパス装置を有する固定床反応器（５１）に関する。バイパス装置は、固定触媒床（５６）内に配置され、床（５６）を、第一の頂部床（５８）と第二の仮想床（５９）に分割しうる。バイパス装置の一実施形態は、固定触媒床（５６）がファウリングした際に、流体原料が、固定触媒床（５６）の第一の頂部床（５８）をバイパスして、バイパス流にファウラントが含まれていれば、第二の仮想床（５９）の隙間よりも、第二の仮想床（５９）の頂部表面上での析出が促進される条件下で、第二の仮想床（５９）に入ることを可能とする。他の実施形態は、固定床の連続する層がファウリングした際に、流体原料がそれらをバイパスすることが可能である多段バイパスに関する。本発明はまた、本発明のバイパス装置を含む改良された固定床反応器、および本発明のバイパス装置を用いる、固定床反応器の運転寿命を延ばす方法に関する。【選択図】図１
2004535289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
そこを通って流れる原料を処理するための反応器であって、前記原料を処理するための少なくとも一つの固定床、および少なくとも一つのボトムレスバイパス装置を含み、
前記少なくとも一つのボトムレスバイパス装置は、前記少なくとも一つの固定床内に配置されたケージを含み、前記ケージは、頂部壁、側壁および実質的に開口した下端を有し、前記ケージは、前記少なくとも一つの固定床を、第一の頂部床と第二の仮想床に分割し、
前記ケージと流体連通したバイパスチューブは、前記ケージから前記少なくとも一つの固定床の上に突出し、前記固定床がファウリングした際に、前記バイパスチューブを通って前記ケージ中に、更に前記ケージから前記開口した下端を通って前記第二の仮想床の頂部表面上にバイパスする前記頂部床周りの前記原料の量を増大させ、
前記ケージは、前記バイパスチューブより実質的に大きな断面を有する
ことを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記バイパスチューブは、開口上端および開口下端を有し、前記ケージは更に、前記ケージ内に固定されたデフレクター板を、前記バイパスチューブの下端近くに含むことを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
そこを通って流れる原料を反応させるための反応器であって、
前記原料を処理するための少なくとも一つの固定床；および
前記少なくとも一つの固定床内に配置され、前記固定床がファウリングした際に、前記少なくとも一つの固定床の連続する二つ以上の層をバイパスするための少なくとも一つの多段バイパス装置
を含むことを特徴とする反応器。
【請求項４】
前記少なくとも一つの多段バイパス装置は、
前記少なくとも一つの固定床内に配置されたケージであって、互いに流体連通した連続する複数の室を有し、前記室は、各々複数の貫通孔を有することを特徴とするケージ；および
前記ケージの少なくとも一つの室と流体連通したバイパスチューブであって、前記ケージから前記少なくとも一つの固定床の上に突出し、前記バイパスチューブを通って前記ケージの少なくとも一つの室中に、更に前記ケージの少なくとも一つの室から、前記貫通孔を通って前記固定床の非ファウリング層中にバイパスする、前記固定床のファウリング層周りの前記原料の量を増大することを特徴とするバイパスチューブ
を含むことを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記少なくとも一つの多段バイパス装置は、
前記少なくとも一つの固定床内に配置されたケージであって、前記ケージの部材は、互いに流体連通した連続する複数の室、およびバイパスされた原料があれば固定床の非ファウリング層に排出するための複数の貫通孔を有することを特徴とするケージ；および
前記ケージと流体連通したバイパスチューブ
を含むことを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項６】
前記少なくとも一つの多段バイパス装置は、
前記少なくとも一つの固定床内に固定され、少なくとも一つの内部板を有し、前記ケージを、流体連通装置を通して互いに流体連通した少なくとも二つの室に分割するケージ部材；および
前記ケージ部材と流体連通したバイパスチューブ
を含むことを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項７】
前記多段バイパス装置は、
頂部壁、側壁、底壁、前記側壁の少なくとも一部にある複数の貫通孔、および内部を少なくとも上部室と下部室の二室に分割する少なくとも一つの内部板を含むケージであって、前記少なくとも一つの前記内部板は、流体連通装置を含み、少なくとも二つの前記室間の流体連通が可能となることを特徴とするケージ；および
前記ケージと流体連通し、前記ケージから前記少なくとも一つの固定床の上に突出し、前記バイパスチューブを通って前記ケージ中に、更に前記ケージから前記貫通孔を通って少なくとも一つの前記固定床の非ファウリング層中にバイパスする、前記固定相のファウリング層周りの前記原料の量を増大するためのバイパスチューブ
を含むことを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項８】
前記バイパスチューブは、ケージ頂部壁を通って突出し、ケージ頂部壁よりも上にある開口上端と、前記上部室内にある開口下端で終わることを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項９】
前記流体連通装置は、上部室に対応する第一の床の層がファウリングしていなければ、前記上部室に入ったバイパス流が下部室に入るのを防止し、前記第一の床の層がファウリングしていれば、前記上部室に入ったバイパス流が、前記流体連通装置を通って第二の室に入ることを可能にするのに有効な圧力損失を提供することを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項１０】
前記バイパスチューブは、ケージ頂部壁を通って突出し、その上端はケージ頂部壁の上で終わり、開口下端は前記下部室内で終わり、更に前記上部室内に配置された中間開口部を有することを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項１１】
前記バイパスチューブは、床が清浄であればバイパスを最少にし、床の前記頂部層がファウリングしていれば、原料の流れをそらし、前記頂部層をバイパスさせて前記上部室に入れるのに有効な全圧力損失を有することを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項１２】
固定床反応器の運転寿命を延ばす方法であって、
少なくとも一つの固定床を含む反応器を提供する工程；
固定床を、連続する少なくとも二つの層に分割する工程；および
原料を固定床中に導入し、連続する各層がファウリングした際に、ファウリングしていない次の層にバイパスする原料の量を増大する工程
を含むことを特徴とする運転寿命の延長方法。
【請求項１３】
前記バイパス工程は、多段バイパス装置を固定床内に配置する工程を含み、前記多段バイパス装置は、
前記少なくとも一つの固定触媒床内に配置されたケージであって、互いに流体連通した連続する複数の室を有し、前記室は、各々複数の貫通孔を有することを特徴とするケージ；および
前記ケージの少なくとも一つの室と流体連通したバイパスチューブであって、前記ケージから前記少なくとも一つの固定床の上に突出し、前記バイパスチューブを通って前記ケージの少なくとも一つの室中に、更に前記ケージの少なくとも一つの室から、前記貫通孔を通って前記固定床の非ファウリング層中にバイパスする、前記固定床のファウリング層周りの前記原料の量を増大するバイパスチューブ
を含むことを特徴とする請求項１２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、固定床反応器の運転寿命を延ばすための一つ以上のバイパス装置を備えた固定床反応器に関する。本発明の一態様は、固定床および前記床内に固定されたバイパス装置を含む反応機に関する。前記バイパス装置は、固定床を、少なくとも第一（または頂部）の層（または床）と第二（または底）の層（または床）に分割する。また前記バイパス装置は、前記固定床がファウリングした際に、床に入り、第一の層をバイパスする流体原料の量を増大させ、第二の非ファウリング層に分配することを可能にする。
【０００２】
本発明の一態様は、単一の固定床内に配置されたバイパス装置を有し、単一の固定床内に、固定床を最適に使用するための第二の仮想の床をもたらす固定床反応器に関する。本発明の更に他の実施形態は、多段バイパス装置を用いる。これは、単一の固定床を連続する複数の層（または床）に分割し、それらがファウリングした際に、反応器の原料が、固定床の連続する層をバイパスすることを可能にする。本発明はまた、固定床反応器と共に用いるのに適切なバイパス装置、および本発明のバイパス装置を用いて、固定床反応器の運転寿命を延ばす方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
固定床反応器の運転に際し、固定床の頂部はしばしば、固定床中に流れる流体原料内に含まれるファウリング物質（微粒子、微粒子不純物またはファウラントとも呼ばれる）の析出によってファウリングしたり、閉塞したりする。ファウリング物質の例には、有機金属化合物、重合物質、炭素質物質、有機微粒子および無機微粒子が含まれる。固定床の閉塞は、圧力損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｒｏｐ）の増大をもたらし、これが運転停止、処理量の低下並びに時間を要する修理および保全を伴うこともある。
【０００４】
この問題を克服するために、多くのバイパス装置および方法が考案された。あるものでは、各反応器に一つより多い固定床を備え、ファウリングした固定床を完全にバイパスすることを必要とする。このような方法の例は、特許文献１および特許文献２に記載されている。このような方法の欠点の一つは、バイパス可能な予備の固定床を必要とすることである。従って、上記の方法を単一固定床の反応器に適用することは容易でない。
【０００５】
他の方法には、トラッシュバスケットの使用が含まれる。例えば、特許文献３および特許文献４には、保護用メッシュ材（ｓｃｒｅｅｎ  ｍｅｓｈ  ｍａｔｅｒｉａｌ）からなり、固定触媒床中に伸びる中空トラッシュバスケットを有する固定触媒床反応器が記載されている。微粒子不純物は、固定触媒床中に流れる流体ストリームから、中空トラッシュバスケットによって除去される。
【０００６】
トラッシュバスケットは、流体原料内に含まれるファウリング物質をいくらか除去するが、ファウリングによる圧力損失の増大を最小にする効果は、一般にごく小さなものでしかない。これは、部分的には、ファウリング物質がトラッシュバスケットの壁を短時間で閉塞するからである。従って、流体原料の流路が閉塞され、トラッシュバスケットが用いられない場合よりいくらか遅い速度ではあるが、圧力損失は上昇し始める。一般には、固定床反応器を長期間、しばしば数年間、圧力損失を実質的に増大させることなく通油状態に保持することが望ましい。従って、トラッシュバスケットを含む方法は、圧力損失の増大を適切に防止するものではなく、固定床反応器の運転寿命を更に延ばす他の方法が必要である。固定床反応器の運転寿命を延ばすための既存の方法は、他の問題を伴っている。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第３，５０９，０４３号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，３１３，９０８号明細書
【特許文献３】
米国特許第３，９９２，２８２号明細書
【特許文献４】
米国特許第３，８８８，６３３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、そこを通って流れる原料を処理するための反応器に関する。前記反応器には、前記原料を処理するための少なくとも一つの固定床、および少なくとも一つのバイパス装置が含まれる。バイパス装置の一実施形態には、前記固定床内に配置されたケージが含まれる。前記ケージは、頂部壁、側壁および実質的に開口または完全に開口した下端を有する。前記ケージは、前記固定床を、第一の頂部床と第二の仮想床に分割する。バイパス装置にはまた、前記ケージと流体連通するバイパスチューブが含まれる。バイパスチューブはケージ内に配置され、前記ケージから前記固定床の頂部表面上に突出し、前記固定床がファウリングした際に、バイパスする前記第一の頂部床周りの原料の量を増大させる。バイパスチューブは、バイパス装置を通るバイパス流を制御するようなサイズである。バイパスチューブは、好ましくは、床の頂部層がファウリングしていなければ、いかなる有意なバイパス流も防止するのに充分な圧力損失を提供するサイズである。これにより、頂部床のより良好な使用が提供される。頂部層がファウリングすると、バイパス流は、前記バイパスチューブを通って前記ケージ中に向かい、更にケージから、その貫通孔、その開口した下端またはそれらの組み合わせを通って出て、前記第二の仮想床の頂部表面上に向かう。ケージは、実質的にバイパスチューブより大きな断面を有し、バイパス流がチューブを出た際に、その速度が有効に低減される。
【０００９】
ボトムレスバイパス装置には、実質的に開口または完全に開口した下端が含まれ、第二の仮想床（バイパスされたいかなるファウラントもここで析出しうる）の頂部表面積を最大にしていてもよい。
【００１０】
本発明の他の態様は、多段バイパス装置を有する固定床反応器に関する。多段バイパス装置には、互いに流体連通した連続する複数の室を有するケージが含まれる。各室は、室に入るバイパス流があれば、それが室を出て、室の周囲の清浄な床の層に入ることが可能となるよう、複数の貫通孔を有していてもよい。各室はまた、ファウリングした層で囲まれた室に入るバイパス流があれば、それを次の室中に送ることを可能にするための流体連通装置を有していてもよい（ケージ内の最後の室を除く）。この過程は、バイパス流が最後の室に入り、その室から、側部および／または底部貫通孔を通って出て、床の最後のファウリングしていない層に至るまで繰り返される。好ましくは、ケージの最後の室は、固定床内に仮想の第二の床をもたらす、実質的に開口または完全に開口した下端を有していてもよい。
【００１１】
多段バイパス装置はまた、前記ケージの少なくとも一つの室と流体連通したバイパスチューブを含んでいてもよい。バイパスチューブは、ケージから固定床の上に突出し、固定床のファウリング層周りのバイパスする原料の量を増大するものであってよい。バイパス流を、バイパスチューブを通ってケージの室中に送り、更にその室の貫通孔を通してその室から出し、清浄な床の層中に送ることができる。多段バイパス装置は、有効に、単一の床を多層に分割する。これは、一般に、ケージ内の室の数に対応する。
【００１２】
本発明の更に他の態様は、固定床反応器の運転寿命を延ばす方法に関する。この方法は、固定床を連続する少なくとも二つの層または床に分割する工程、炭化水素原料を固定床中に導入する工程、および連続する各層がファウリングした際に、ファウリングしていない次の層にバイパスする原料の量を増大する工程を含む。この方法では、本発明のボトムレスおよび／または多段バイパス装置の一つ以上を用いることができる。
【００１３】
本発明のバイパス装置の一つ以上を固定床反応器に用いることにより、固定床反応器の圧力損失の増大が実質的に低減することが、意外にも見出された。完全に開口した下端を有するケージを有するバイパス装置を用いる方法および装置系が好ましい。しかし、機械的制約や、他の反応器に特有の制約から、ケージ下端を完全に開口させることができない場合もある。また、仮想の床の頂部表面積を有意にふさぐものでない限り、ケージ下部において、流れに対してほぼ完全にまたは実質的に開口するワイヤメッシュまたはグリッドを用いてもよい。
【００１４】
単一のより大きなケージ、または数個のより小さなケージを用いて、第二の仮想床をもたらし、更にこの仮想床の頂部表面積を最大にしてもよい。またケージのいくつかは、一つ以上の室および一つ以上のバイパスチューブを有していてもよい。その他種々の変形を行って、第二の仮想床をもたらし、更にその頂部表面積（これをファウラントの析出に利用可能）を最大にしてもよい。
【００１５】
本発明のこれらおよびその他の実施形態は、次の詳細な説明を参照し、以下に示される添付の図面と併せて考慮してよりよく理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態は特に、水素処理（または水素化）反応器などの固定触媒床反応器のサイクル寿命（または運転寿命）の増大に適用可能である。水素処理反応器により、多数の反応のうちいかなるものを行なって炭化水素を処理してもよい。本発明は、固定触媒床反応器に限定されず、あらゆる固定床反応器に、またコンタクターおよびフィルターなど、その他の固定床装置にも適用することができる。
【００１７】
例えば、固定触媒床反応器を用いて、炭化水素または化学原料を、水素含有処理ガスなどの気相の存在下で転化または処理することができる。本発明で用いうる反応器のより具体的な例には、重質石油原料のより低沸点の生成物への水素転化、留出油沸点範囲の原料の水素化分解、並びに軽質炭化水素、ナフサおよび留出油沸点範囲のストリームなど種々の石油原料の水素化に用いられる反応器が含まれる。本発明は、一つ以上の触媒床を有する反応器に適用可能であるが、特に固定触媒床をただ一つ有する反応器に有用である。これは、ファウリングした一つの触媒層、または多数のファウリングした触媒層をバイパスすることを、単一の固定触媒床において可能にするからである。
【００１８】
例えば、本発明のバイパス装置は特に、炭化水素原料のストリームを従来の改質または水素処理触媒と接触させるために用いられる固定触媒床のファウリング防止において、好都合なものとなりうる。バイパス装置の一実施形態は、ファウリングが生じた際に、原料が触媒床の上部または頂部層をバイパスすることを可能にする。これは、バイパス装置なしの運転に比べて、実質的により長時間の床運転を可能にする。既存または新規の反応器に一つ以上のバイパス装置を装備し、より長時間運転できるようにすることは容易に実施できる。
【００１９】
本発明の一実施形態は、複数の貫通孔または開口部を有する第一の伸長中空部材またはケージ、および一般にケージ内に配置され、ケージの頂部の上に突出した第二の伸長中空部材（「バイパスチューブ」とも呼ばれる）を含む、触媒床の単一層がファウリングした際に、その層をバイパスするためのバイパス装置（「単一層バイパス」とも呼ばれる）を提供する。ケージは、部分的にまたは完全に床内に埋設され、その結果、そこに開口部を有するケージの区画が、床内の、床頂部にあるファウリングした層の下の高所に、バイパスされた炭化水素原料を排出し、分配するものであってもよい。ケージは、第一の中空伸張部がそこを通って伸びる場所を除き、頂部で閉じていてもよい。しかし用途によっては、全ケージ部材（頂部壁、側壁および底壁を含む）は開口部を有していてもよい。好ましくは、ケージは実質的に開口した下端または完全に開口した下端を有する。例えば、図１は、頂部壁、側壁および底壁を有し、底壁および側壁の下部に開口部を有するケージを示す。図２、３および４は、底壁を全く有さないボトムレスバイパス装置を示す。
【００２０】
固定触媒床内のバイパス装置の配置は変動しうる。しかし好ましくは、ケージの頂部壁を触媒床の頂部表面より充分に低く配置し、また穿孔して、頂部触媒層を完全にファウラントの析出に用いることを可能とする。
【００２１】
バイパスチューブは、穿孔されたケージと流体連通し、また穿孔されたケージ頂部より上まで伸びる。バイパス装置を固定触媒床内に配置し、バイパスチューブの頂部が固定触媒床の頂部表面の上まで伸びるようにしてもよい。原料中の不純物のために触媒床の頂部層がファウリングし、流れ透過性を失った際には、頂部層をバイパスし、バイパスチューブを通ってケージに入り、ケージの貫通孔および／または開口下端を通ってケージから出て、触媒床の下部のファウリングしていない、またはファウリングのより少ない層に入る原料の量を増大する。
【００２２】
バイパスチューブは、床の清浄な頂部層を横切る圧力損失より充分に高いが、ファウリングした床（好ましくは床の頂部ファウリング層）を横切る圧力損失より低い圧力損失または流動抵抗を提供する。従って原料は、一般に、床の頂部層がファウリングしたときのみ、バイパスチューブを通って進む。頂部層がファウリングしていないときには、原料は有意なバイパス流なしに床を通って流れる。
【００２３】
ケージは、床のファウリングしていない層中へのバイパス流に、所望の出口速度を提供するサイズである。ケージおよびバイパスチューブの正確なサイズは変動しうるが、ケージは一般に、バイパスチューブより実質的に大きな断面を有する。ケージの断面積／バイパスチューブの断面積の正確な比は変動しうるものであり、また本発明の開示を読み、理解した当業者が、本発明のバイパス装置の所望の機能が達成されるようにこれを決定することは容易である。典型的には、この比を約１．１〜約２０、好ましくは約１．５〜約１６、より好ましくは約２〜約１０、最も好ましくは約３〜約６とすることができる。
【００２４】
各ケージ（示されない）に対し、一つ以上のバイパスチューブを用いることができる。例えば、一実施形態においては、単一の大きなケージ内に配置された複数のバイパスチューブを有する単一のボトムレスバイパス装置を用いることができる。好ましくは、ケージは、反応器の一方の側壁から他の側まで、実質的に固定床の全領域を覆う。
【００２５】
本発明の更に他の実施形態においては、図２、３および４に示されるように、ケージは頂部壁、側壁および開口した下端を含んでいてもよい。好ましくは、ケージは頂部および側壁に貫通孔を有する。バイパスチューブは、ケージの頂部壁を通って突出し、上部開口端がケージの頂部壁より上で終り、下部開口端がケージ内で終っていてもよい。バイパスチューブは、触媒床の頂部触媒層がファウリングしていなければバイパスを最少にし、また頂上層がファウリングしていれば、原料の流れをそらし、触媒床の頂部層をバイパスして、ケージに入れるのに有効な全圧力損失を提供する。
【００２６】
好ましくは、単一の固定床内に一つ以上のボトムレスバイパス装置を置き、床を第一の頂部床（または頂部床）と第二の下部床（また、第二の仮想床とも呼ばれる）に有効に分割する。第一の頂部床は、一般に、床のボトムレスバイパス装置の頂部壁より上にある部分である。第二の仮想床は、一般に、床のバイパス装置より下にある部分、より具体的には、床のボトムレスバイパス装置の開口した下端より下の部分である。触媒床の、連続する二つのバイパス装置の側壁間の部分およびバイパス装置と反応器の壁の間の部分もまた、ファウラントの析出に利用可能でありうるが、この領域を最少にすることが好ましい。ケージはまた、一般にバイパスチューブの下部開口端近傍に配置されるデフレクター板を含んでいてもよい。デフレクター板は、バイパス流の出口速度を低減し、仮想の第二の床の頂部表面に、バイパス流をより良好に分配する。ボトムレスケージおよびバイパスチューブの形状は変動しうる。好ましい形状は、ケージの頂部壁が最少に、ケージの開口下端の領域を最大になるものである。このような設計は、頂部床がファウリングする前には頂部床を良好に使用できるようにし、またファウラントが析出する第二の仮想床頂部の表面積を最大にする。
【００２７】
本発明の更に他の実施形態は、固定触媒床の連続する層がファウリングした際に、それらをバイパスするための多段バイパス装置に関する。多段バイパス装置は、ケージを少なくとも二つの区画または室（上部室および下部室）に分割する少なくとも一つの内部板を有する多孔ケージを含んでいてもよい。内部板は、多孔ケージの二つの室間の流体連通を可能にするための手段を含んでいてもよい。流体連通手段は、例えば開口部、オリフィス、チューブ、ばね調整バルブ、ラプチャーディスクその他、二つの室間の流体連通を可能にするいかなる装置でもよく、好ましくは開口部、オリフィスまたはチューブである。第一の室を第二の室に接続する連通手段を横切る圧力損失は、第一のケージ室に対応するファウリングしていない触媒層（第一の触媒層）を横切る圧力損失より充分に高いが、ファウリングした第一の触媒層を横切る圧力損失より低いように設計される。従って、第一のケージ室に入るバイパスされた原料があれば、一般に、第一のケージ室の側部貫通孔から出てファウリングしていない第一の触媒層中に入るが、第一のケージ室周りの触媒層がファウリングしていれば、連通装置を通って第二のケージ室に入るバイパスされた原料の量が増大する。
【００２８】
例えば、第一の内部板に配置された第一の連通手段は、一般に、第一の室に入るバイパス流を、第一の室の側壁に配置された貫通孔を通して押し出し、ケージの第一の室に対応する、触媒床の第一のファウリングしていない層（床の頂部層の下にある）に送るのに有効な圧力損失を提供する。この第一の層が徐々にファウリングするにつれて、側部貫通孔を横切る圧力損失が、第一の連通手段を横切る圧力損失より大きくなり、バイパスされた原料の流れは、第二のケージ室に向かう。
【００２９】
多段バイパス装置にはまた、バイパスチューブが含まれる。バイパスチューブは、ケージの第一または頂部室を通って突出し、ケージの頂部壁より上に伸びていてもよい。バイパスチューブは、清浄な床を横切る圧力損失より充分に高いが、ファウリングした床を横切る圧力損失より低い圧力損失または流動抵抗をもたらす。従って原料は、一般に、床の頂部層がファウリングしたときのみ、バイパスチューブを通って進む。頂部層がファウリングしていなければ、原料は有意なバイパス流なしに床を通って流れる。
【００３０】
本発明の更に他の実施形態においては、ケージは、頂部壁、側壁、底壁、前記側壁の少なくとも一部にある複数の貫通孔、および内部を少なくとも上部室と下部室の二室に分割する少なくとも一つの内部板を含んでいてもよい。内部板はまた、上部および下部室間の流体連通を可能にするための流体連通装置を含んでいてもよい。バイパスチューブは、ケージの頂部壁を通って突出し、上部開口端が上部室内で終わっていてもよい。バイパスチューブは、触媒層がファウリングしていなければ、バイパスを最少にし、頂部床がファウリングしていれば、原料の流れをそらし、触媒床の頂部層をバイパスさせて上部室に入れるのに有効な全圧力損失を提供する。流体連通装置は、上部室に対応する第一の触媒層がファウリングしていなければ、上部室に入ったバイパス流が下部室に入るのを防止するのに有効な圧力損失を提供する。これはまた、第一の触媒層がファウリングしていれば、上部室に入ったバイパス流が、流体連通装置を通って下部室に入ることを可能にする。
【００３１】
本発明の更に他の実施形態においては、バイパスチューブは、ケージの頂部壁を通って突出し、上部開口端がケージの頂部壁の上で終り、下部開口端が下部室内で終わっていてもよい。バイパスチューブは、上部室内に配置された中間開口部を有し、上部室周りの触媒層がファウリングしていなければ、バイパス流を上部室中に排出するものであってもよい。図６、７および８は、多段バイパス装置を示す。
【００３２】
好ましくは、多段バイパス装置のケージは、ケージの頂部壁を最少にし、ケージの開口下端を最大にする形状、例えば、図３の実施形態に示される逆カップの形状を有する。
【００３３】
ここで図１を参照すると、本発明の一実施形態の、固定触媒床５および触媒床５に埋設された単一層バイパス装置１０を有するファウリング耐性反応器６が示されている。バイパス装置は一つだけ示されているが、本発明は、触媒床全体に間隔をおいて配置された複数のバイパス装置を含んでいてもよい。各バイパス装置１０は、触媒床中に異なる床深さに伸びていてもよい。
【００３４】
バイパス装置１０には、頂部壁１０ａ、側壁１０ｂ、底壁１０ｃおよび一般にケージ２の下端または下部区画４近傍に配置された複数の貫通孔９を有する伸長中空部材２（ケージ部材またはケージとも呼ばれる）が含まれる。ただし、貫通孔の位置は変動しうる。例えば、全てのケージ壁が貫通孔を有していてもよい。バイパス装置１０には更に、ケージ２内に配置され、ケージ２の頂部壁１０ａから触媒床５より上に突出する他の伸長中空部材１（バイパスチューブとも呼ばれる）が含まれる。バイパスチューブ１は、触媒床５より上まで伸びる。ケージ２は、上部の囲包部分３（頂部壁および側壁上部）および下部の多孔部分４（底壁および側壁下部）を有する。バイパスチューブ１は任意に、その頂部端、または触媒床５より上に伸びた部分の上にキャップ７を有していてもよい。触媒床５内の、ケージ２の多孔区画４の周囲に、任意に不活性物質層８が配置されていてもよい。
【００３５】
伸長中空部材１および２は、管状部材であってよく、伸長中空部材１は、図１に示されるように、同心円の形態で、伸長中空部材２内に位置付けまたは配置されていてもよい。しかし、伸長中空部材１および２は、他の幾何学的形状および相対的形態を有しうることを理解すべきである。しかし、好ましくは、ケージ部材（ケージ）２は、バイパス部材１（バイパスチューブ）より実質的に大きな断面を有する。また好ましくは、ケージは、図２および３の実施形態に示されるように、開口端または下部を有する。
【００３６】
運転に際しては、バイパスチューブ１が原料の一部を受け入れてケージ２に送り、そこから原料を、ケージ２の貫通孔９を通して排出し、触媒床５のファウリングしていない下部層に送るようにすることができる。図１のバイパス装置の頂部壁は、床の頂部表面と同じ高さである。しかし、床内のバイパス装置の位置は変動しうる。好ましくは、バイパス装置１０は、ケージ２が床に埋もれるように、触媒床５中に挿入される。しかし、バイパス装置の位置および寸法は変動しうる。例えば、バイパス装置を触媒床内に埋めて、ケージ下部を触媒床内に含め、床の実質的なファウリングが生じた頂部層の下に配置された床の層に、バイパス流が分配されるようにしてもよい。典型的には、本発明のバイパス装置の配置により利益を得る可能性のある固定触媒床反応器には、石油精製で用いられる水素処理および改質反応器が含まれる。しかし、原料との接触、原料のろ過または原料の反応のために固形充填物を用いる固定床は、いずれも本発明のバイパス装置を用いることにより利益を得る可能性がある。典型的な商業規模の水素処理および改質反応器については、頂部層は床の頂部表面から約数インチ〜約５フィート（１５０ｃｍ）伸びていてもよい。従って、ファウリングした頂部層の下の触媒層に流れをバイパスするように、バイパス装置を設計してもよい。
【００３７】
図１に示される実施形態においては、第二の伸長部材は、第一の中空伸長ケージを通って伸び、実質的にケージの貫通孔を有する部分で終わる。しかし、他の形態は本発明の範囲内である。例えば、第二の伸長部材は、貫通孔の手前で終わってもよく、ケージの貫通孔を有する部分内の領域まで伸びていてもよい。ケージのボトムが封じられ、ケージの下部が、側壁のみに貫通孔を有していてもよい。一実施形態においては、ケージは床の表面の下の触媒床内に完全に埋設され、ケージの全長にわたって開口部を有する。頂部層のみがファウリングした触媒床においては、バイパスされた原料を、ファウリングした頂部層のすぐ下に送ることができる。
【００３８】
ケージの貫通孔９は、ケージの一部をメッシュ状材料で作製するなど、種々の方法によって作製することができる。ケージの開口部を有する領域は変動しうる。例えば、側壁のみが貫通孔を有していてもよく、頂部、底壁などのケージの他の領域が、同様に貫通孔を有していてもよい。或いは、ケージの全ての壁が穿孔されていてもよい。また、ケージの貫通孔のサイズも変動しうる。例えば、本発明の一実施形態においては、貫通孔を、バイパス流中に混入した微粒子が、少量でも、ケージを出て床中に分配されることが可能となるのに十分な、大きなものとすることができる。或いは、バイパスされたいかなるファウラント微粒子もケージ内に保持されるように、ケージの貫通孔９を十分に小さいものとしてもよい。しかし、好ましくは、ケージの貫通孔は、より大きなサイズの微粒子が保持され、より小さなサイズの微粒子がケージを出ることを可能にするサイズである。一般に、バイパスのファウラント微粒子は、炭化水素原料内に含まれる小さな粒子であり、バイパスチューブを通ってバイパスされ、触媒床のファウリングの一因となる。典型的には、ケージの開口部は、幅約１／８インチ（０．３１ｃｍ）〜約１／２インチ（１．２５ｃｍ）のサイズ範囲の穴またはスリットとすることができる。ケージ開口部周りの領域に、触媒粒子よりサイズの大きな固形物を充填し、触媒粒子が貫通孔を通ってケージ中に移行することを防止してもよい。
【００３９】
本発明のケージ設計におけるチューブ（チューブ−ケージバイパス）は、先行技術のバイパス装置に勝る多くの利点を提供する。例えば、「チューブ−ケージ」バイパスは一般に、触媒床中に入るバイパス流の出口速度をより低くすることを可能にするので、「チューブ−ケージ」バイパスにより触媒粒子の完全性が保持される。一般に、出口速度が高いと、床を侵食したり不調をきたし、その圧力損失を増大し、反応器の性能全体を悪化させる。本発明のバイパス装置においては、ケージは、実質的に、バイパスチューブより大きな断面を有し、バイパス流の出口速度を有効に低減することを可能にする。他の利点も存在する。例えば、より大きな断面のケージは、より大きな表面積を可能にし、バイパス流中に見出されるいかなるファウラントも析出する。また、より多くのバイパス流を、バイパスチューブを通してより高速で送ることができるので、チューブの断面を低減し、床の頂部表面を、ファウリングする前により良好に利用することを可能にする。
【００４０】
炭化水素などの触媒床５において反応すべき原料１１を、所望により水素などのあらゆる適切な処理ガスおよび化学物質と共に導入することによって、反応器６を運転することができる。原料１１は、液体、ガスまたはこれらの混合物であってよい。反応器６は、適切ないかなるプロセス条件で運転してもよい。このような条件は当該技術において公知であり、一般に、本発明のバイパス装置を用いることによって変更されない。原料１１は、触媒床を通って移動する際に、所望のいかなる化学反応を起こしてもよい。触媒床５が清浄であり、床頂部にファウラントが全く、またはわずかしか析出していない初期には、流れは大部分、バイパス装置１０でなく触媒床５を通って進む。これは、バイパスチューブ１が、清浄な床に比べてより高い圧力損失を有するサイズであるからである。従って流れは、ファウリングしていない触媒床５を通って最小抵抗の流路をとる。一般にバイパスチューブ１は、ファウリング前のファウリング頂部層の圧力損失の約２〜約１００倍、好ましくは約５〜約８０倍、より好ましくは約１０〜約５０倍の圧力損失を提供するサイズとすることができる。運転中に、床の頂部がファウリングにつれて、床を通る流れに対する抵抗が増大し、流れのうち、バイパス装置１０を通って床の頂部をバイパスする分が増大する。
【００４１】
例えば、典型的な商業規模の水素処理反応器において、触媒床の清浄な（ファウリングしていない）４フィートの頂部層を通る圧力損失は、典型的には２ｐｓｉとすることができる。このような反応器については、運転法にもよるが、バイパスチューブ１は、チューブ１内の全原料流に対して約５〜約２００ｐｓｉ、好ましくは約１０〜１６０ｐｓｉ、より好ましくは約２０〜約１００ｐｓｉの流動抵抗を有するサイズとすることができる。一般に、一つ以上のバイパス装置を用いることによって、床の頂部４フィートの区画を通る圧力損失が、長時間に亘って約５０ｐｓｉを超えないようにすることができる。本発明のバイパス装置１０を用いない場合、ファウリング時の圧力損失は５０ｐｓｉより有意に高くなり、反応器の運転停止または処理量の低下が必要となりうる。
【００４２】
本発明のバイパス装置は、反応器の運転条件に適合するいかなる物質から作製してもよい。適切な物質には、例えば炭素鋼、ステンレス鋼などの金属、セラミック物質および炭素繊維強化材などその他の複合材物質が含まれる。
【００４３】
バイパスチューブ１は、そこを通って原料がバイパスされるが、その直径または幅は、触媒床のファウリングしていない層へのバイパス流の量および速度、並びに所望の圧力損失に応じて、いかなる値であってもよい。このような直径は、当業者が容易に決定することができる。例えば、典型的には、バイパスチューブ１の直径は、約０．２５インチ（０．６２５ｃｍ）〜約１２インチ（３０ｃｍ）、より好ましくは約０．５インチ（１．２５ｃｍ）〜約６インチ（１５ｃｍ）、最も好ましくは約０．５インチ（１．２５ｃｍ）〜約３インチ（７．５ｃｍ）とすることができる。ケージ２も同様にいかなる直径を有していてもよいが、床中に入るバイパス流の出口速度を充分に低くして、床の過度の撹乱を防止することを可能にするため、一般には、バイパスチューブ１より実質的に大きな直径または断面を有する。例えば、ケージの直径は、約３インチ（７．５ｃｍ）〜約２０インチ（５０ｃｍ）、より好ましくは約４インチ（１０ｃｍ）〜約１２インチ（３０ｃｍ）、最も好ましくは約４インチ〜約１０インチとすることができる。
【００４４】
バイパス装置は一つ以上用いることができる。用いるバイパス装置の数は、一般に、反応器のサイズおよび反応器内の原料の流速によるものとしうる。バイパス装置の設計および数は、バイパス装置が、清浄な床より高い流動抵抗およびファウリングした床より低い流動抵抗を提供しうるものとする。バイパス装置の数および配置を決定する際、当業者はとりわけ、局部的な速度、滞留時間および温度分布を考慮することがある。任意の反応器に対するバイパス装置の数および配置は、装置の全体的な性能を保持するように選択しうる。
【００４５】
ケージ２の区画４は、バイパスされた原料を触媒床中に分配する。ケージの貫通孔９を取巻く領域は、バイパスされて触媒床を通る原料の分配を補助するサイズの充填物８の層を含んでいてもよい。充填物の使用は任意である。充填物８は、バイパス装置１０中に流れる微粒子があれば、それがケージの貫通孔９を出る際に分散することを可能にするものであってもよい。適切な充填物質８は、アルミナ球などいかなる不活性物質であってもよく、典型的には、触媒粒子を固定床内に支持するのに用いられるものである。充填物質８はまた、他のいかなる物質であってもよく、貫通孔９より大きなサイズのものであれば、触媒粒子であってもよい。従って、充填物質８として触媒粒子を選択する場合、好ましくは、バイパスされる原料を分配するのに適切なサイズのものとする。典型的には、粒子は、サイズが約０．２５インチ（０．６２５ｃｍ）〜約４インチ（１０ｃｍ）である。アルミナ球に加えて、いくつかの他の充填物質（典型的には、充填塔に用いられるものなど）もまた用いることができる。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態において、バイパスチューブ１は頂部に、図１に示されるように、バイパスされた炭化水素原料からの微粒子の分離を促進する装置またはキャップ７を有していてもよい。反応器入口から下向きに移動する炭化水素原料は、上向きに移動し、次いでバイパス装置１０に入れるように、キャップ７によってその方向を変えられる。原料の流れの方向はキャップ７によって変えられるが、これらの微粒子の慣性のため、微粒子の流れの方向は変わらない。これらの微粒子は分離されて、床頂部に蓄積する。従ってキャップ７は、相当数の微粒子を除去し、床内部の区画のファウリングを最小にすることができる。分離キャップ７（または分離装置）は一般に、より大きなサイズの微粒子を除去する。流入する微粒子のサイズによっては、非常に小さな微粒子のいくらかが、分離キャップ７によって分離されないこともある。これらの微粒子は、サイズが非常に小さく、そのため触媒床５を閉塞することなく通過することが多い。ケージの貫通孔９を取り巻く不活性充填物８は、これらの小さいサイズの微粒子を不活性物質の層内に分散しやすくし、更に圧力損失の増大を最小にするものとすることができる。他の分離装置も用いることができる。適切な分離装置の例には、小さな遠心分離装置や、各バイパスチューブ１の頂部に取り付けられたサイクロンが含まれうる。
【００４７】
図２に示される本発明の一実施形態においては、固定床５６および複数のボトムレスバイパス装置５０を含む固定床反応器５１が提供される。各バイパス装置５０には、ボトムレスケージ５４内に配置されたバイパスチューブ５３が含まれる。ボトムレスケージ５４は、頂部壁５０ａおよび側壁５０ｂを有するが、底壁を有しない。即ち、ケージ５４は、開口下端５７を有する。ボトムレスケージ５４の側壁５０ｂは貫通孔を有し、バイパス流の少なくともいくらかが、二つの連続バイパス装置５０の間、およびバイパス装置５０と反応器５１の側壁５１ｂとの間にある床の領域に排出される。好ましくは、複数のボトムレスバイパス装置５０は、単一の触媒床５６内に埋設され、仮想の第二の床５９が、単一の触媒床５６内にもたらされる。第一の頂部床５８は、一般に、バイパス装置５０の頂部壁５０ａの上にある触媒床として定められ、第二の仮想床５９は、バイパス装置５０の開口下端５７の下にもたらされる。バイパス装置の間、およびバイパス装置と反応器５１の壁５１ｂとの間にある触媒床の領域は、一般に、ファウラントの析出にも有用である。しかし、この領域を最小にし、そのためバイパス流がケージ５４を、その開口下端５７を通って出ることが好ましい。デフレクター板６０は、好ましくは、バイパスチューブ５３の下部開口端５３ｂ近傍に配置されて、バイパス流の出口速度が低減され、それが仮想の第二の床５９の頂部表面により良好に分配される。この形態は、バイパス流内に含まれるファウラントがあれば、第二の仮想床５９中の隙間よりも、第二の仮想床５９の頂部表面上に析出するのを促進する。任意に、図１の実施形態におけるように、バイパスチューブ５３の頂部端５３ａを覆って、キャップ６１を配置してもよい。
【００４８】
ボトムレスケージ５４の形状は変動しうる。例えば、ケージは、切頭円錐形、切頭角錐形または円柱形とすることができる。一つの別設計を図３に示す。ここでは、各ボトムレスケージ６４は、逆さにした円錐形カップ状である。この設計は、ケージ６４の開口下端６７の表面積、従ってファウラントの析出に利用できる第二の仮想床６９の頂部表面積を最大にする。好ましくは、ケージ６４は、穿孔された頂部６４ａおよび側壁６４ｂを有する。貫通孔の量、サイズおよび位置は変動しうる。図２、３および４の実施形態は、単一の固定床内に、ファウラントが析出するための仮想の第二の床を提供する。バイパス流にファウラントが含まれていれば、床の隙間に析出することなく第二の仮想床の頂部表面に析出する。また、図２、３および４に示される実施形態におけるように、デフレクター板７０およびキャップ７１を用いてもよい。
【００４９】
図４は、本発明の更に他の実施形態を示す。これには、固定床８６および二つのボトムレスバイパス装置８０を含む反応器８１が含まれる。各バイパス装置８０には、ボトムレスケージ８４内に固定されたバイパスチューブ８３が含まれる。ボトムレスケージ８４は、頂部壁８０ａ、側壁８０ｂおよび完全に開口した下端８７を有する。側壁８０ｂおよび頂部壁は穿孔される。ケージ８４は、実質的に固定床の全領域を覆い、ケージ間および各ケージと反応器８１の側壁８１ｂの間に、わずかな空間しか残していない。従って、バイパス流は実質的に全て、ケージ８４を、その開口下端８７を通って出る。またバイパス装置８０には、図２、３および４の実施形態におけるように、デフレクター板９０およびキャップ９１が含まれる。
【００５０】
ボトムレスケージバイパス装置により、圧力増大が低減することが、意外にも見出された。本発明を限定することを望むものではないが、いずれにしろボトムレスケージは、触媒粒子間の隙間空間よりも、床の表面におけるファウラントの析出を促進することが理論づけられる。図５は、実験室規模の固定触媒床反応器で得られた圧力損失の増大データを示す。微細に破砕したクルミ殻を用いてガス原料を汚染することによって、反応器をファウリングさせた。破砕したクルミ殻は、市販原料に見出されるファウラントの典型的なサイズを模して、平均粒子サイズを約２５０μｍとした。反応器は、バイパス装置を含まない。図５は、初期において、ファウラント粒子が床頂部近傍の隙間を満たすと、圧力損失が急速に増大することを示す。後に、床頂部近傍の触媒床の隙間が満たされ、粒子が床の上に析出し始めると、圧力損失の増大の速度は、劇的に低減した。
【００５１】
ボトムレスバイパス装置は、図１に示されたバイパス装置とは異なり、底壁を全く有さない。ボトムレスバイパス装置の例は、図２および３に示される。複数のボトムレスバイパス装置を用いることにより、仮想の第二の床を単一床の反応器内にもたらすことが可能である。ボトムレスバイパス装置は、バイパス流に含まれるファウラントの析出を、床の隙間よりも、仮想床の頂部表面上において可能にする。一般に、ボトムレスバイパス装置を用いて得られる圧力損失の増大は、ある程度遅いものとなりうる。従って、反応器のはるかに長い運転期間が達成されうる。
【００５２】
ボトムレスバイパス装置の長さは変動しうるが、好ましくは、図２および３に示されるように、床の全長未満である。典型的には、ボトムレスバイパス装置の長さは、数インチ〜約５〜８フィートとすることができる。
【００５３】
図６を参照すると、二つの多段バイパス装置６２１を有するファウリング耐性反応器６２０の側断面図が提供される。反応器６２０は、単一または複数の固定触媒床を有する、多くの周知の固定床触媒反応器のいかなるものでもよい。好ましくは、多段バイパス装置は、第一の触媒床６２２ａ内に埋設される。しかし、バイパス装置６２１を、必要に応じて第二の触媒床６２２ｂ内に埋設してもよいことを理解すべきである。バイパス装置６２１を、図６に示されるように、ケージ部材６２４の頂部壁が、触媒床の頂部表面と実質的に同一平面上にあるようにして埋設してもよい。しかし、好ましくは、各バイパス装置６２１を床６２２ａ内に埋設し、ケージ部材６２４の頂部壁を触媒層の頂部表面より下にする。バイパス装置６２１を一つだけ用いてもよいが、好ましくは、触媒床の全断面を実質的に覆う複数のバイパス装置を用いる。各バイパス装置６２１のケージ６２４は、触媒床６２２ａの深さ全体に伸びていてもよく、触媒床６２２ａ内のある望ましい深さで終わっていてもよい。ケージ６２４は、ケージを複数の室（開口部７３８（図７に示される）その他、何らかの連通手段（チューブ、ラプチャーディスク、ばね調製弁など）を通して互いに流体連通である）に分割する一つ以上の内部板６２５を含んでいてもよい。バイパスチューブ６２３はケージ６２４に固定され、ケージ６２４の第一の室と流体連通である。バイパスチューブ６２３の長さおよび直径は、床の頂部層がファウリングしていなければいかなる有意なバイパス流も防止するが、床の頂部層がファウリングした際にはバイパス流を可能にするのに有効な、チューブを横切る圧力損失を提供するよう変動しうる。キャップ６２７その他の分離装置も用いてよい。多段バイパス装置は、有効に、触媒床を連続する複数の層に分割しうる。例えば、多段バイパス装置を触媒床内に埋めると、次の層が認められうる。即ち、一般にバイパス装置のケージ頂部壁より上にある頂部層、および多段バイパス装置の室に対応する複数の触媒層（例えば、一般にケージの第一の室周りの触媒層と呼ばれる第一の層、一般にケージの第二の室周りの触媒層と呼ばれる第二の層など）である。
【００５４】
図７を参照すると、多段バイパス装置７２０の一実施形態が提供される。多段バイパス装置には、ケージ７２４内に配置されたバイパスチューブ７２３が含まれる。ケージ７２４は、ケージ７２４を三つの室（７２４ａ、７２４ｂおよび７２４ｃ）に分割する二つの内部板または壁７２５を有する。バイパスチューブ７２３は、ケージ７２４の頂部壁を通って突出し、上部開口端７３６はケージ７２４の頂部壁より上で終わり、下部開口端７３７はケージ７２４の第一の室７２４ａ内で終わる。板７２６を、バイパスチューブ７２３の開口端７３７近傍に配置し、バイパスチューブ７２３を出る際に、バイパス流を偏向させてもよい。各内部板は、開口部７３８を有する。これは、室周りの触媒層がファウリングした際に、バイパス流を一つの室から次の室に向けるのに有効な圧力損失を提供するサイズである。従って、運転中、頂部触媒層がファウリングした際には、より多くの原料流がバイパスチューブ７２３を通過し、バイパスチューブ７２３の開口端７３７を通って第一の室７２４ａに入る。バイパス流は、側部貫通孔７３３ａを通って第一の室７２４ａを出て、第一の室７２４ａの側壁周りに配置された第一の触媒層に入る。第一の触媒層がファウリングした際には、より多くのバイパス流が、第一の開口部７３８を通って第二の室７２４ｂに入り、更に第二の室の側部貫通孔７３３ｂを通ってそこを出て、第二の室７２４ｂに対応する第二の触媒層に入る。同様に、第二の触媒層がファウリングした際には、より多くのバイパス流が、第二の開口部７３８を通って第三の室７２４ｃに向かい、更に第三の室７２４ｃの側部および下部貫通孔７３３ｃを通ってそこを出て、ケージ７２４を出て残りの触媒床に入る。分離キャップ７２７や何らかの分離装置を用いて、バイパス炭化水素ストリーム７２９ａからの大きな微粒子７３９の分離を促進してもよい。
【００５５】
例えば、４フィートの頂部層において、ファウリングしていなければ約２ｐｓｉの圧力損失を有する触媒床については、好ましくは、多段バイパス装置７２０を、約２０〜約８０ｐｓｉのチューブ７２３を横切る圧力損失、および約１０〜約４０ｐｓｉの各開口部７３８を横切る圧力損失を有し、バイパス装置７２０を横切る全圧力損失が約４０〜約１６０ｐｓｉとなるように設計される。
【００５６】
図８を参照すると、他の実施形態の、ケージ８４４内に配置されたバイパスチューブ８４３を含む多段装置８４０が提供される。ケージ８４４は二つの内部壁８４５を有する。これは、ケージ８４４を三つの室（８４４ａ、８４４ｂおよび８４４ｃ）に分割する。バイパスチューブ８４３は、ケージ８４４の頂部壁を通って突出し、上部開口端８４６はケージ８４４の頂部壁より上で終わり、下部開口端８４７はケージの下部室８４４ｃ内で終わる。またバイパスチューブ８４３は、二つの中間開口部８４８ａおよび８４８ｂを有する。一方の中間開口部８４８ａは、第一の上部室８４４ａ内に配置され、もう一方の中間開口部８４８ｂは、第二の室８４４ｂ内に配置される。中間開口部８４８ａおよび８４８ｂは、上部室周りの触媒層がファウリングした際に、バイパス流をそらし、バイパスチューブ８４３を通って上部室から次の下部室に入れるのに有効な圧力損失を提供するサイズである。従って、運転中、頂部触媒層がファウリングした際には、より多くの原料流がバイパスチューブ８４３ａの第一区域を通過し、更に第一の中間開口部８４８ａを通って、ケージ８４４の第一の室８４４ａに入り、第一の室８４４ａの側部貫通孔８４９ａを通ってそこを出て、ケージ８４４の第一の室８４４ａに対応する第一のファウリングしていない触媒層に入る。第一の触媒層がファウリングした際には、バイパス流は次いで、バイパスチューブ８４３ｂの第二区域を通過し、更に第二の中間開口部８４８ｂを通って、ケージ８４４の第二の室８４４ｂに入り、第二の室８４４ｂの側部貫通孔８４９ｂを通ってそこを出て、第二の室８４４ｂに対応する第二のファウリングしていない触媒層に入る。
【００５７】
同様に、第二の触媒層がファウリングした際には、バイパス流はバイパスチューブ８４３の最終区域８４３ｃを通ってケージの下部室８４４ｃ中に向かい、室８４４ｃの側部および下部貫通孔８４９ｃを通ってそこを出て、ケージ８４４を出て残りの触媒床に入る。
【００５８】
バイパスチューブ区域８４３ｂは、第一の室８４４ａに対応する第一の触媒層がファウリングしていなければ、殆どのバイパス流が第二の室８４４ｂに入らないようにするが、第一の触媒層がファウリングした際には、殆どのバイパス流が第二の室８４４ｂに入るようにするのに有効な圧力損失を有するように設計される。一般に、バイパスチューブ区域８４３ｂは、第一の触媒層がファウリングしていなければ、第一の中間開口部８４８ａ、および第一の室８４４ａの側部貫通孔８４９ａを横切る全圧力損失より十分に高く、第一の触媒層がファウリングした際には、同流路を横切る圧力損失より充分に低い圧力損失を提供する。同様に、バイパスチューブ区域８４３ｃは、第二の室８４４ｂに対応する第二の触媒層がファウリングしていなければ、第二の中間開口部８４８ｂ、および第二の室８４４の側部貫通孔８４９ｂを横切る全圧力損失より十分に高い圧力損失を提供する。バイパスチューブ区域８４３ｃの圧力損失はまた、第二の触媒層がファウリングした際には、同流路を横切る圧力損失より十分に低い。
【００５９】
本発明の更に他の態様は、固定床反応器の運転寿命を伸ばす方法に関する。前記方法には、固定床を頂部層および下層に分割する工程が含まれる。固定床の頂部層を横切る圧力損失は、原料の処理中、ファウリングに起因して増大する。前記方法には、更に、炭化水素原料を触媒物質の固定床中に導入する工程、および固定床の頂部層がファウリングした際に、本発明のバイパス装置を用いて、固定床の下層にバイパスする原料の量を増大する工程が含まれる。
【００６０】
本発明の更に他の実施形態は、固定床反応器を提供する工程および固定床を連続する複数の層に分割する工程を含む、固定床反応器の運転寿命を伸ばす方法に関する。前記方法には、更に、原料を固定床中に導入する工程、および連続する各層がファウリングした際に、ファウリングしていない次の層にバイパスする原料の量を増大する工程が含まれる。特定の一実施形態においては、バイパス工程には、本発明の多段バイパス装置の少なくとも一つを固定床内に配置する工程が含まれていてもよい。
【００６１】
上記の例示的実施形態に対し、当業者によって、当然に、多くの変更が添付された請求の範囲から逸脱することなく行われる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態の、単一層バイパス装置を有するファウリング耐性固定触媒床反応器を示す。
【図２】本発明の他の実施形態の、複数のボトムレスバイパス装置を有するファウリング耐性固定触媒床反応器を示す。
【図３】本発明の他の実施形態の、複数のボトムレスバイパス装置を有するファウリング耐性固定触媒床反応器を示す。
【図４】本発明の更に他の実施形態の、二つのボトムレスバイパス装置を有するファウリング耐性固定触媒床反応器を示す。
【図５】実験室規模の反応器で得られた圧力損失の増大データを示す。
【図６】本発明の他の実施形態の、多段バイパス装置を有するファウリング耐性固定触媒床反応器を示す。
【図７】本発明の一実施形態の多段バイパス装置を示す。
【図８】本発明の他の実施形態の多段バイパス装置を示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月29日(2003.5.29)
【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】
そこを通って流れる原料を処理するための反応器であって、前記原料を処理するための少なくとも一つの固定床、および少なくとも一つのバイパス装置を含み、
前記少なくとも一つのバイパス装置は、前記少なくとも一つの固定床内に配置されたケージを含み、前記ケージは、頂部壁、側壁および実質的に開口した下端を有し、前記ケージは、前記少なくとも一つの固定床を、第一の頂部床と第二の仮想床に分割し、
前記ケージと流体連通したバイパスチューブは、前記ケージの頂部壁を通って突出し、前記ケージの頂部壁より上で終わる開口上端および前記ケージ内で終わる開口下端を有し、前記固定床がファウリングした際に、前記バイパスチューブを通って前記ケージ中に、更に前記ケージから前記開口した下端を通って前記第二の仮想床の頂部表面上にバイパスする前記頂部床周りの前記原料の量を増大させ、
前記ケージは、前記バイパスチューブより実質的に大きな断面を有する
ことを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記ケージは更に、前記ケージ内に固定されたデフレクター板を、前記バイパスチューブの下端近くに含むことを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
そこを通って流れる原料を反応させるための反応器であって、
前記原料を処理するための少なくとも一つの固定床；および
前記少なくとも一つの固定床内に配置され、前記少なくとも一つの固定床の連続する二つ以上の層がファウリングした際に、前記連続する二つ以上の層をバイパスするための少なくとも一つの多段バイパス装置
を含み、
前記多段バイパス装置は、
頂部壁、側壁、底壁、前記側壁の少なくとも一部にある複数の貫通孔、および内部を少なくとも上部室と下部室の二室に分割する少なくとも一つの内部板を含むケージであって、前記少なくとも一つの前記内部板は、流体連通装置を含み、少なくとも二つの前記室間の流体連通が可能となることを特徴とするケージ；および
前記ケージと流体連通し、前記ケージから前記少なくとも一つの固定床の上に突出し、前記バイパスチューブを通って前記ケージ中に、更に前記ケージから前記貫通孔を通って少なくとも一つの前記固定床の非ファウリング層中にバイパスする、前記固定相のファウリング層周りの前記原料の量を増大するためのバイパスチューブ
を含み、
前記バイパスチューブは、ケージ頂部壁を通って突出し、その上端はケージ頂部壁の上で終わり、開口下端は前記下部室内で終わり、更に前記上部室内に配置された中間開口部を有する。
ことを特徴とする反応器。
【請求項４】
前記流体連通装置は、上部室に対応する第一の床の層がファウリングしていなければ、前記上部室に入ったバイパス流が下部室に入るのを防止し、前記第一の床の層がファウリングしていれば、前記上部室に入ったバイパス流が、前記流体連通装置を通って第二の室に入ることを可能にするのに有効な圧力損失を提供することを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記バイパスチューブは、床が清浄であればバイパスを最少にし、床の前記頂部層がファウリングしていれば、原料の流れをそらし、前記頂部層をバイパスさせて前記上部室に入れるのに有効な全圧力損失を有することを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項６】
固定床反応器の運転寿命を延ばす方法であって、
少なくとも一つの固定床を含む反応器を提供する工程；
請求項１または３のバイパス装置を用いて、固定床を、連続する少なくとも二つの層に分割する工程；および
原料を固定床中に導入し、連続する各層がファウリングした際に、ファウリングしていない次の層に前記バイパス装置を用いてバイパスする原料の量を増大する工程
を含むことを特徴とする運転寿命の延長方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
ここで図１を参照すると、本発明の一実施形態の、固定触媒床５および触媒床５に埋設された単一層バイパス装置または機器１０を有するファウリング耐性反応器６が示されている。バイパス装置は一つだけ示されているが、本発明は、触媒床全体に間隔をおいて配置された複数のバイパス装置を含んでいてもよい。各バイパス装置１０は、触媒床中に異なる床深さに伸びていてもよい。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
バイパス装置１０には、頂部壁１０ａ、側壁１０ｂ、底壁１０ｃおよび一般にケージ２の下端部または下部区画４近傍に配置された複数の貫通孔９を有する伸長中空部材２（ケージ部材またはケージとも呼ばれる）が含まれる。ただし、貫通孔の位置は変動しうる。例えば、全てのケージ壁が貫通孔を有していてもよい。バイパス装置１０には更に、ケージ２内に配置され、ケージ２の頂部壁１０ａから触媒床５より上に突出する他の伸長中空部材１（バイパスチューブとも呼ばれる）が含まれる。バイパスチューブ１は、触媒床５より上まで伸びる。ケージ２は、上部の囲包部分３（頂部壁および側壁上部）および下部の多孔部分４（底壁および側壁下部）を有する。バイパスチューブ１は任意に、その頂部端、または触媒床５より上に伸びた部分の上にキャップ７を有していてもよい。触媒床５内の、ケージ２の多孔区画４の周囲に、任意に不活性物質層８が配置されていてもよい。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
ボトムレスケージ５４の形状は変動しうる。例えば、ケージは、切頭円錐形、切頭角錐形または円柱形とすることができる。一つの別設計を図３に示す。ここでは、各ボトムレスケージ６４は、逆さにした円錐形カップ状である。この設計は、ケージ６４の開口下端６７の表面積、従ってファウラントの析出に利用できる第二の仮想床６９の頂部表面積を最大にする。好ましくは、ケージ６４は、穿孔された頂部６４ａおよび側壁６４ｂを有する。貫通孔の量、サイズおよび位置は変動しうる。図２、３および４の実施形態は、単一の固定床内に、ファウラントが析出するための仮想の第二の床（それぞれ５９、６９および８９）を提供する。バイパス流にファウラントが含まれていれば、床の隙間に析出することなく第二の仮想床の頂部表面に析出する。また、図２、３および４に示される実施形態におけるように、デフレクター板７０およびキャップ７１を用いてもよい。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図４は、本発明の更に他の実施形態を示す。これには、固定床８６および二つのボトムレスバイパス装置８０を含む反応器８１が含まれる。各バイパス装置８０には、ボトムレスケージ８４内に固定されたバイパスチューブ８３が含まれる。ボトムレスケージ８４は、頂部壁８０ａ、側壁８０ｂおよび完全に開口した下端８７を有する。側壁８０ｂおよび頂部壁は穿孔される。ケージ８４は、実質的に固定床の全領域を覆い、ケージ間および各ケージと反応器８１の側壁８１ｂの間に、わずかな空間しか残していない。従って、頂部床８８がファウリングした際には、バイパス流は実質的に全て、バイパスチューブ８３の開口部８３ａを通ってバイパス装置８１に入り、ケージ８４を、その開口下端８７を通って出る。またバイパス装置８０には、図２、３および４の実施形態におけるように、デフレクター板９０およびキャップ９１が含まれる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図７を参照すると、多段バイパス装置７２０の一実施形態が提供される。多段バイパス装置には、ケージ７２４内に配置されたバイパスチューブ７２３が含まれる。ケージ７２４は、ケージ７２４を三つの室（７２４ａ、７２４ｂおよび７２４ｃ）に分割する二つの内部板または壁７２５を有する。バイパスチューブ７２３は、ケージ７２４の頂部壁を通って突出し、上部開口端７３６はケージ７２４の頂部壁より上で終わり、下部開口端７３７はケージ７２４の第一の室７２４ａ内で終わる。板７２６を、バイパスチューブ７２３の開口端７３７近傍に配置し、バイパスチューブ７２３を出る際に、バイパス流を偏向させてもよい。各内部板は、開口部７３８を有する。これは、室周りの触媒層がファウリングした際に、バイパス流を一つの室から次の室に向けるのに有効な圧力損失を提供するサイズである。従って、運転中、頂部触媒層がファウリングした際には、より多くの原料流がバイパスチューブ７２３を通過し、バイパスチューブ７２３の開口端７３７を通って第一の室７２４ａに入る。バイパス流は、側部貫通孔７３３ａを通って第一の室７２４ａを出て、第一の室７２４ａの側壁周りに配置された第一の触媒層に入る。第一の触媒層がファウリングした際には、より多くのバイパス流が、第一の開口部７３８を通って第二の室７２４ｂに入り、更に第二の室７２４ｂの側部貫通孔７３３ｂを通ってそこを出て、第二の室７２４ｂに対応する第二の触媒層に入る。同様に、第二の触媒層がファウリングした際には、より多くのバイパス流が、第二の開口部７３８を通って第三の室７２４ｃに向かい、更に第三の室７２４ｃの側部および下部貫通孔７３３ｃを通ってそこを出て、ケージ７２４を出て残りの触媒床に入る。分離キャップ７２７や何らかの分離装置を用いて、バイパス炭化水素ストリーム７２９ａからの大きな微粒子７３９の分離を促進してもよい。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図８を参照すると、他の実施形態の、ケージ８４４内に配置されたバイパスチューブ８４３を含む多段装置８４０が提供される。ケージ８４４は二つの内部壁８４５を有する。これは、ケージ８４４を三つの室（８４４ａ、８４４ｂおよび８４４ｃ）に分割する。バイパスチューブ８４３は、ケージ８４４の頂部壁を通って突出し、上部開口端８４６はケージ８４４の頂部壁より上で終わり、下部開口端８４７はケージの下部室８４４ｃ内で終わる。またバイパスチューブ８４３は、二つの中間開口部８４８ａおよび８４８ｂを有する。一方の中間開口部８４８ａは、第一の上部室８４４ａ内に配置され、もう一方の中間開口部８４８ｂは、第二の室８４４ｂ内に配置される。中間開口部８４８ａおよび８４８ｂは、上部室周りの触媒層がファウリングした際に、バイパス流をそらし、バイパスチューブ８４３を通って上部室から次の下部室に入れるのに有効な圧力損失を提供するサイズである。従って、運転中、頂部触媒層がファウリングした際には、より多くの原料流がバイパスチューブ８４３の第一区域８４３ａを通過し、更に第一の中間開口部８４８ａを通って、ケージ８４４の第一の室８４４ａに入り、第一の室８４４ａの側部貫通孔８４９ａを通ってそこを出て、ケージ８４４の第一の室８４４ａに対応する第一のファウリングしていない触媒層に入る。第一の触媒層がファウリングした際には、バイパス流は次いで、バイパスチューブ８４３の第二区域８４３ｂを通過し、更に第二の中間開口部８４８ｂを通って、ケージ８４４の第二の室８４４ｂに入り、第二の室８４４ｂの側部貫通孔８４９ｂを通ってそこを出て、第二の室８４４ｂに対応する第二のファウリングしていない触媒層に入る。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
バイパスチューブ区域８４３ｂは、第一の室８４４ａに対応する第一の触媒層がファウリングしていなければ、殆どのバイパス流が第二の室８４４ｂに入らないようにするが、第一の触媒層がファウリングした際には、殆どのバイパス流が第二の室８４４ｂに入るようにするのに有効な圧力損失を有するように設計される。一般に、バイパスチューブ区域８４３ｂは、第一の触媒層がファウリングしていなければ、第一の中間開口部８４８ａ、および第一の室８４４ａの側部貫通孔８４９ａを横切る全圧力損失より十分に高く、第一の触媒層がファウリングした際には、同流路を横切る圧力損失より充分に低い圧力損失を提供する。同様に、バイパスチューブ区域８４３ｃは、第二の室８４４ｂに対応する第二の触媒層がファウリングしていなければ、第二の中間開口部８４８ｂ、および第二の室８４４ｂの側部貫通孔８４９ｂを横切る全圧力損失より十分に高い圧力損失を提供する。バイパスチューブ区域８４３ｃの圧力損失はまた、第二の触媒層がファウリングした際には、同流路を横切る圧力損失より十分に低い。




【国際調査報告】
2004535289.tif 000053
2004535289.tif 000054