(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石油常圧蒸留塔からのボトムストリームの分留に用いられ、該ボトムストリームから生じる蒸気ストリームから同伴した液体石油残留物を分離するための脱同伴デバイスを備えた減圧蒸留塔であって、
（ａ）上側および下側表面を有するトレイ・デッキを備えており、該蒸留塔においてフラッシュゾーンの上方に設けられる脱同伴トレイ；
（ｂ）少なくとも一部が前記トレイ・デッキの上側表面から垂直方向上向きに延びる複数のライザーであって、各ライザーは、前記トレイ・デッキ側の下側ライザー開口部と上側のライザー開口部とを有し、孔を有さないライザー壁によって規定されており、該ライザー壁は上側ライザー開口部を包囲するライザー壁リップにて終端している複数のライザー；
（ｃ）下側部分及び上側部分を有する複数の液体ダウンカマーであって、該下側部分は前記トレイ・デッキを通過してその下側のフラッシュゾーンへ延びるダウンカマー端部にて終端し、該上側部分は前記トレイ・デッキの上側表面の上方で各ライザーをそれぞれ包囲して前記上側ライザー開口部と液体が流通するように連絡する複数の液体ダウンカマー；ならびに
（ｄ）前記フラッシュゾーンから各下側ライザー開口部へ入る蒸気ストリーム及び同伴した液体石油残留物を含んでなる流体ストリームに回転する流れを付与する手段であって、該流体ストリームを上向きに回転する形態でライザー壁に向かって案内することにより、液体石油残留物を蒸気ストリームから分離させ、該石油残留物に、ライザー壁に沿ってライザー壁リップへ向かう上向きの流れ、及び前記上側ライザー開口部を越えて前記液体ダウンカマーへ流入する流れを生じさせる手段
を有してなる脱同伴デバイスを備えた減圧蒸留塔。
【請求項２】
前記回転する流れを付与する手段が、ライザーの下側開口部の近くの部位に配されている請求項１記載の減圧蒸留塔。
【請求項３】
ライザーの下側開口部が、トレイ・デッキの下側表面の垂直方向下側の部位に配されている請求項１又は２記載の減圧蒸留塔。
【請求項４】
トレイ・デッキの上側において、複数の液体ダウンカマーの上側部分が内側ダウンカマー壁および外側ダウンカマー壁を有しており、該内側ダウンカマー壁はライザー壁によって形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の減圧蒸留塔。
【請求項５】
上側ライザー開口部の上方から流下してくる洗液が上側ライザー開口部の中へ流入することを防止するように、各ライザーの上側ライザー開口部の垂直方向上側にライザーハットが設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の減圧蒸留塔。
【請求項６】
液体ダウンカマーの上側開口部が前記ライザーハットの垂直方向下側に配されている請求項５記載の減圧蒸留塔。
【請求項７】
ライザー壁は少なくとも実質的に円筒形状である請求項１〜６のいずれかに記載の減圧蒸留塔。
【請求項８】
石油常圧蒸留塔からのボトムストリームの分留に用いられ、該ボトムストリームから生じる蒸気ストリームから同伴した液体石油残留物を分離するための脱同伴デバイスを備えた減圧蒸留塔であって、
（ａ）液体導管によって分けられる上側表面および下側表面を有するトレイ・デッキを備えており、蒸留塔においてフラッシュゾーンの上方に設けられる脱同伴トレイ；
（ｂ）少なくとも一部が前記トレイ・デッキの上側表面から垂直方向上向きに延びる複数のライザーであって、各ライザーは、前記トレイ・デッキ側の下側ライザー開口部と上側のライザー開口部とを有し、孔を有さないライザー壁によって規定されており、該ライザー壁は上側ライザー開口部を包囲するライザー壁リップにて終端している複数のライザー；
（ｃ）前記トレイ・デッキの上側において、各ライザーをそれぞれ包囲して、各ライザーの上側開口部と液体が流通するように連絡する開口部を有する複数の上側液体ダウンカマーであって、該開口部から液体導管まで下向きに延びて、前記液体導管と液体が流通するように連絡している複数の上側液体ダウンカマー；
（ｄ）前記トレイ・デッキの下側のフラッシュゾーンへ延び、該フラッシュゾーン内に配される端部にて終端する複数の下側液体ダウンカマーであって、それぞれ前記液体導管と液体が流通するように連絡している複数の下側液体ダウンカマー；
（ｅ）前記フラッシュゾーンから各ライザーの下側開口部に入る蒸気ストリーム及び同伴した液体石油残留物を含む流体ストリームに回転する流れを付与する手段であって、該流体ストリームを上向きに回転する形態でライザー壁に向かって案内することにより、液体石油残留物を蒸気ストリームから分離させ、該石油残留物に、ライザー壁に沿ってライザー壁リップへ向かう上向きの流れ、及び前記上側ライザー開口部を越えて前記液体ダウンカマーへ流入する流れを生じさせる手段
を有してなる脱同伴デバイスを備えた減圧蒸留塔。
【請求項９】
前記回転する流れを付与する手段が、ライザーの下側開口部の近くの部位に配されている請求項８記載の減圧蒸留塔。
【請求項１０】
ライザーの下側開口部が、トレイ・デッキの下側表面の垂直方向下側の部位に配されている請求項８又は９記載の減圧蒸留塔。
【請求項１１】
トレイ・デッキの上側において、液体ダウンカマーの一部は内側ダウンカマー壁および外側ダウンカマー壁を有し、該内側ダウンカマー壁はライザー壁によって形成されている請求項８〜１０のいずれかに記載の減圧蒸留塔。
【請求項１２】
ライザー壁は少なくとも実質的に円筒形状である請求項８〜１１のいずれかに記載の減圧蒸留塔。
【請求項１３】
ライザーの下側液体ダウンカマーに対する比は１：１よりも大きい請求項８記載の減圧蒸留塔。
【請求項１４】
上側ライザー開口部の上方から流下してくる洗液が上側ライザー開口部の中へ流入することを防止するように、各ライザーの上側ライザー開口部の垂直方向上側にライザーハットが設けられている請求項８〜１３のいずれかに記載の減圧蒸留塔。
【請求項１５】
液体ダウンカマーの上側開口部が前記ライザーハットの垂直方向下側に配されている請求項１４記載の減圧蒸留塔。
【請求項１６】
石油常圧蒸留塔からのボトムストリームを減圧蒸留するために用いられる減圧蒸留塔内のフラッシュゾーンから生じる蒸気ストリーム及び同伴した液体石油残留物を含む流体ストリームから液体石油残留物を脱同伴する方法であって、
（ａ）フラッシュゾーンの上方に位置する脱同伴トレイの開口部を通して流体ストリームを上向きに案内すること；
（ｂ）前記流体ストリームに回転運動を付与し、その後、脱同伴トレイに連絡するライザーの中で該流体ストリームを上向きに回転する流れのパターンにてライザー壁に向かって案内することにより、液体石油残留物を蒸気ストリームから分離させ、蒸気はライザーから該ライザーの上側開口部を通して上方へ通過させ、液体石油残留物は該ライザーの上側開口部を越えさせて該ライザーとそれを包囲する壁部との間の環状の液体ダウンカマーを通して下方へ案内し、フラッシュゾーンへ戻させること、並びに
（ｃ）分離した蒸気を塔の中を通して上方に流れさせること
を含んでなる方法。
【請求項１７】
流体ストリームがライザーの中に入る際に、該流体ストリームに回転運動を付与する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ライザーの中で、分離された液体石油残留物が回転する形態にてライザー壁に沿って上方へ流れる請求項１６又は１７記載の方法。
【請求項１９】
ライザーの下側開口部の近くの部位に配される回転ベーンによって回転運動が付与される請求項１６〜１８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、分離装置において、フラッシュゾーンの上方で用いるための改良されたトレイの構成、特に、フラッシュゾーンから出る蒸気ストリーム中に同伴された液体の小滴をより効率的に分離するためのトレイの構成に関する。
分離装置、例えば、常圧蒸留装置、減圧蒸留装置および生成物ストリッパーは、石油精製において主要な処理装置である。常圧蒸留装置または減圧蒸留装置は、原油を沸点に応じて各フラクションに分離し、下流側の処理装置、例えば水素処理装置または改質装置などが特定の規格に適合するフィード原料を処理できるようにするものである。原油の分離は２段階において行われ、第１の段階では、原油全体が本質的に常圧にてフラクション化（分画）され、次に第２の段階では、常圧蒸留装置から、一般に８００°Ｆ（４２７℃）以下の初留点を有する高沸点炭化水素のボトムストリームが、常圧を下回る圧力にて操作され、「減圧」蒸留処理と称される処理装置へ送られる。常圧蒸留装置からのボトムストリームはトッピングされた粗油(topped crude)としても知られている。
減圧蒸留装置は、一般に、常圧蒸留装置から送られてくるボトムストリームを、４２０〜６１０°Ｆ（２１６〜３２０℃）の範囲の沸点を有する軽質ガスオイル、６１０〜８００°Ｆ（３２０〜４２７℃）の範囲の沸点を有する重質ガスオイル、８００〜１０５０°Ｆ（４２７〜５６６℃）の範囲の沸点を有する減圧ガスオイル、および１０５０°Ｆ（５６６℃）以上の沸点を有する減圧蒸留残油として分類される種々のガスオイル蒸気ストリームに分けられる。減圧蒸留残油は、残留物としても知られており、液体ボトムストリームとして減圧蒸留装置から排出される。蒸留に関するその他の情報は、Petroleum Refining Technology and Ecoomice,Gary,J.H.およびHandwerk, G.E., pp.31−51, Marcel Dekker, Inc. (1975)から得られる。
減圧によって、蒸留装置は常圧蒸留装置のボトムを、分離が常圧で行われる場合よりも低い温度にて複数のフラクションに分離することができる。常圧蒸留装置ボトムを常圧にて気化させるのに必要な高い温度は熱分解を引き起こし、気体が生成することによりＣ５＋成分の収率に損失をもたらし、生成物を着色させ、およびコーク分の生成のために装置が損傷を受け易い。
常圧または減圧蒸留において、より軽質の炭化水素は気化し、比較的重質の炭化水素から分離される。重質の炭化水素は気化しないが、同伴されるために、軽質の炭化水素の中に連行され得る。このことは、常圧蒸留塔からのボトム・ストリームを処理するために用いられる、工業的に操作される減圧蒸留塔において多く見出される。減圧蒸留装置へのフィード・ストリームは一般に、乱流条件下にあり、従って、残油は入ってくるフィード・ストリームからフラッシュ・オフされる蒸気の中に比較的容易に同伴され得る。
同伴されるより重質の炭化水素は、一般に金属、例えばバナジウムまたはニッケルなどにより汚染されているので、同伴は望ましいものでない。これらの金属は、下流側の軽質の炭化水素の一部が一般に供給される触媒による処理、例えば水素処理、水素化分解または流動接触分解処理などにおいて有害となり得る。下流側の触媒を用いる処理の大部分は、触媒材料が入っている固定床または流動床を用いる。例えば、減圧蒸留塔または常圧蒸留塔からのガスオイル生成物は、その後流動接触分解装置へ供給され得る。固定床水素転化処理へのフィードの中に含まれる金属、例えば可溶性または有機金属化合物などが含まれる場合、床は一般に、金属が触媒に堆積するので、その金属によってしだいに閉塞される。これらの金属は、触媒粒子同士の間の隙間の空間に堆積し、圧力降下の増大を生じ得る。更に、付着した金属は触媒の活性をも低下させる。従って、触媒選択性および触媒寿命に悪影響をもたらし得る金属、特にニッケルおよびバナジウムを減らすことが望まれている。
これらの汚染物質となる金属は、軽質炭化水素、例えばガスオイルの中に、（１）気化および（２）ガスオイル蒸気による同伴の２通りのルートを通って入り得る。有機化合物は有限の蒸気圧を有するが、その蒸気圧は非常に低く、金属化合物の大部分はボトムの非常に重質のフラクションの中に存在するため、同伴され得る。同伴を排除することは、第２のルートによってガスオイル中に存在する金属を除去することしかできない。しかしながら、金属化合物の低い揮発性のために、同伴を減らすことによって、軽質の炭化水素中の金属含量を大きく低下させ、従って、下流側の触媒装置の性能を向上させる必要がある。
減圧蒸留において、常圧蒸留装置により原油から分離されたボトム・ストリームは、減圧蒸留装置の下側部分にあるフラッシュゾーンへ供給される。軽質の炭化水素、例えばガスオイルに伴われるフラッシュゾーンからの残留物の同伴を減らすために、デミスター(demister)または金網パッドが、フラッシュゾーンとガスオイル引き出し部との間のいずれかの部分にしばしば設けられる。しかしながら、デミスターまたは金網パッドは多くの理由からあまり満足できるものではない。その理由は、（１）多くの場合の同伴が著しく減少するということが見出されていないこと；（２）パッドは重質油および他の物質により閉塞される傾向を有すること；および（３）パッドは腐食を受けやすく、腐食の結果孔を生じることなどである。
ガスオイルの中への残留物などの同伴を減らすために、ミスト防止パッド以外の方法も従来においては試みられているが、それらの方法は非常に限られた成功を治めたにすぎない。フラッシュゾーンの上方にて、常套のバブル・キャップ・トレイを用いると、バブル・キャップ・トレイの上の液体の中に蒸気を通過させることができるが、それによって蒸気は液体の小滴を再び同伴し得る。これらの再同伴された小滴はより高い沸点の成分をほとんど含まないが、蒸気ストリーム中にそれらが存在すると、良好なフラクションネーション（分留）および下流側での処理に悪影響を生じ得る。更に、バブル・キャップ・トレイは圧力降下をもたらし、従ってバブル・キャップ・トレイを通過させて蒸気を推進させるのに必要なフラッシュゾーンの圧力が増大する。圧力が増大すると、フラッシュゾーンのより高い温度が必要となり、より精密なフラクショネーションが阻害されるため、圧力の増大は望ましいものではない。
バブル・キャップは、孔を有するプレートに取り付けられている複数のライザーおよび各ライザーの頂部へ取り付けられているバッフルを有している標準的な煙突型のトレイと置きかえることができる。煙突型トレイは、２回の９０度の方向変換−１つの９０度の方向変換はライザーからのストリームがバッフルと接触する場合であり、もう１つの方向変換はストリームがチムニー（煙突）を出るときである−を用いるものである。これらの標準的なチムニーは、バブル・キャップの場合よりも圧力降下の程度は小さいが、同伴の程度は増大している。
最初の常圧蒸留塔からのボトム・ストリームを処理するために用いられる減圧蒸留塔において使用する大部分の脱同伴(de-entrainment)デバイスには更なる問題点が存在する。ボトム・ストリームは減圧蒸留塔のフラッシュゾーンの中へ送られ、そこでストリームの一部は気化され、残りの気化されない部分（残留物または「残油(resid)」と称される部分）は、塔のボトム部分にて液体成分として集められる。蒸気ストリームは塔の中を通って上方へ送られ、脱同伴トレイを通過した後、洗浄床（wash bed）の中を通り、そこでは蒸気は上方のトレイからの洗液(wash liquid)と接触する。洗液は脱同伴トレイの上へ流下し、そこで脱同伴された残留物質と混合される。脱同伴トレイ上に集められた残留物質は、そのトレイの上で同様に集められる洗液の品質を低下させる。
蒸気ストリームの中に同伴される液体小滴を分離するための改良された脱同伴デバイスを設計する分野では、特に常圧蒸留塔および減圧蒸留塔において、フラッシュゾーンと分離トレイゾーンとの間において使用するための１つの要件が存在する。改良された脱同伴デバイスは、減圧蒸留装置において用いる場合に、蒸気体積が著しく減少したり、または所定の蒸気体積を維持するためにフラッシュゾーンの温度を上昇させたりする必要がないように、圧力降下をできるだけ小さくして、蒸気ストリームからの液体小滴の優れた分離を行うということである。同様に、改良された脱同伴デバイスは、脱同伴トレイから分離されるストリームの価値を向上させるように、塔内で用いられる洗液から脱同伴した残留物質を分離する機能を有することも必要とされる。
本発明は、蒸留塔内のフラッシュゾーンのすぐ上方において用いられる改良された脱同伴デバイスであって、蒸気ストリームの中に同伴される液体をより効率的に脱同伴させるデバイスを提供するものである。脱同伴デバイスは、蒸留塔内で、フラッシュゾーンの上方のカラム内に配される分離トレイ上に位置し、または分離トレイの中に組み込まれる。
１つの態様において、本発明の脱同伴デバイスは、トレイデッキおよびトレイデッキから垂直方向上向きに延びる複数のライザーを有する脱同伴トレイを有する構成となっている。ライザーは、トレイデッキから始まることが好ましいライザー壁により規定され、ライザー壁はライザーの底部にてトレイデッキの下側開口部を規定しており、ライザーの下側部分では下側開口部はライザー壁により囲まれている。ライザー壁は上側端部にて終端しており、ライザー壁リップを規定している。ライザー壁リップはライザーの上側端部にて上側開口部を規定している。ライザーの上側開口部は液体ダウンカマーにより囲まれており、液体ダウンカマーはライザー壁部リップおよびそれらと隣接する部分と液体が流通する状態となっており、ライザーからの液体の流れを受け入れることができるようになっている。液体ダウンカマーはトレイデッキの中を通り、およびその下側に延びており、ダウンカマー端部にて終端している。ダウンカマーの端部はトレイデッキの下側にあり、フラッシュゾーンの中にある。脱同伴デバイスは、更に、同伴された液体および蒸気ストリームを含む流体ストリームに、回転する流れを付与する手段を有している。流体ストリームはライザー底部の下側ライザー開口部の中へ入り、同伴された液体を蒸気ストリームから分離させ、ライザー壁に沿って、好ましくは回転する形態にて上方へ流れるのに十分なように、ライザー壁に対して、上向きの回転方向にて、ライザー内に入る流体ストリームを案内する。ライザー壁に沿って上方へ流れる脱同伴液体は、ライザー壁リップの上方の上側ライザー開口部から流れ出し、液体ダウンカマーの中へ入る。
本発明の方法は、塔のフラッシュゾーンから入ってくる流体ストリームを、フラッシュゾーンの上方に位置する分離トレイ内の開口部を通るように案内する（方向付ける）ことによって、液体が同伴される蒸気を含んでなる流体ストリームから液体を脱同伴させるための方法を含んでいる。液体ストリームには回転する動き（回転運動）が付与され、液体ストリームは分離トレイの上に設けられているライザーの中を通って上方へ、ライザーの壁部に沿って回転する流れのパターンにて送られる。同伴した液体は、重質の液体がライザー壁に対して衝突するように流体ストリームに付与される回転運動の力によって、ライザーの内部で蒸気から分離される。分離された液体はライザー壁に沿って上方へ流れ、液体ダウンカマーの中に集められ、液体ダウンカマーは分離トレイの開口部の上方の部分から液体をフラッシュゾーンの中へ戻す。同伴液体が分離された部分の大部分を含む蒸気は塔の中をライザーから上方へ送られる。
本発明の脱同伴デバイスは、フラッシュゾーンから蒸留塔の中を通って上昇する２つの成分としての蒸気ストリームから同伴液体を、より効率的に分離するための精製を行うことができる。同様に脱同伴デバイスの構成は、塔の内部で洗液を用い、脱同伴デバイスを用いるかまたは実施する分離トレイと接触させる場合に、洗液と接触させることなく、脱同伴液体を蒸気ストリームから分離させ、およびフラッシュゾーンへリサイクルすることができるものとなっている。そのようにすることにより、洗液の経済的な価値が、脱同伴された液体との混合などによって低下することが防止される。
図１は、本発明によるトレイの構成を用いる蒸留塔の断面図である。
図２は、本発明のトレイ上に位置する脱同伴デバイスの１つの態様を示す側断面図である。
図３は、本発明の回転方向ベーンの態様を示す平面図である。
図４は、プロセス・フロー・パスを示す本発明のトレイ上に配される脱同伴デバイスの１つの態様例における側断面図である。
図５は本発明のトレイ上に配される脱同伴デバイスの更に別の態様例を示す側方断面図である。
本発明は蒸気ストリーム内に浮遊する液体を含む流体ストリームから液体を脱同伴するための方法、およびその方法を実施するための脱同伴装置を提供することを目的とする。脱同伴デバイスは、分離塔、例えば蒸留塔または分留塔などの中の、新規な脱同伴内部構造を有しており、フラッシュゾーンと流体が流通するように連絡されており、フラッシュゾーンの上方に配される脱同伴トレイの中に含まれている。それらの塔は、減圧、常圧またはそれより高い圧力にて操作される塔であってよい。脱同伴デバイスは、流体ストリームが塔内においてフラッシュゾーンから上方へ運ばれる際に、蒸気ストリーム中に液体を含む流体ストリームに浮遊する液体、一般に小滴として存在する液体を分離および回収する機能を有する。本発明の脱同伴デバイスは、蒸気から液体のこのような分離を、脱同伴トレイに配される複数のライザーの中で液体ストリームに回転する流れを付与することによって達成するものである。ライザーの中で流体ストリームに付与される回転する力は、流体ストリームから液体を分離し、およびその後回収することに寄与する。液体はそれからダウンカマーを通ってフラッシュゾーンの中へ戻され、蒸気は蒸留塔の中を上方へ案内される。
本発明の脱同伴デバイスは、図面を参照することによって、より詳細に説明することができる。図１は本発明の脱同伴デバイスを用いる蒸留塔１０の模式図である。液体炭化水素フィードは、ライン１２を通って、一般に塔１０の下側部分１５にあるフラッシュゾーン１４の中へ送られる。フィードは種々の沸点を有する種々の炭化水素化合物を含んでおり、従ってこれらの種々の化合物は沸点に基づいて互いに分離することができる。典型的な蒸留プロセスの間、温度条件および圧力条件は、フィードが「フラッシュ(flash)」するかまたは急速に気化し、フラッシュゾーンから塔１０の上側部分１７へ向かって上昇するように、フラッシュゾーンの中で維持される。フィードの気化されなかった部分は液体の状態で残り、塔１０の底部１８に集められる。このようにして塔１０の中において一般に、フィードは、より重質の液体炭化水素成分およびより軽質の液体炭化水素成分に分離され、重質の液体炭化水素は底部のライン１９を通り、塔１０の外へ送られ、軽質の炭化水素は、代表的な例の場合について示すように、塔の上側領域１７の中を通って送られ、生成物ライン１６を通って塔１０から取り出される。しかしながら、フラッシュゾーンの中におけるより重質の液体炭化水素成分とより軽質の揮発性炭化水素との間での分離プロセスは、必ずしも完全なものではない。これは、フラッシュゾーンの限られた寸法、フラッシュゾーンの中の乱流条件、および急激に上昇する蒸気ストリームの体積などによるものである。従って、液体は上昇する蒸気ストリームの中に同伴され、塔１０の上側領域の中へ運ばれる。
塔１０が減圧蒸留塔として操作されるように、減圧取り出し機構(draw-off)２０が設けられている塔１０を用いる場合に、本発明は特に有利であり、その場合について、本明細書においてより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、フィードストリームがフラッシュされる、常圧蒸留塔にも適用することができ、他の炭化水素および非炭化水素の処理に適用することもできる。典型的な使用例には、接触水素脱硫操作（ＣＨＤ）生成物ストリッパー、ベンフィールド(Benfield)ＣＯ2除去装置におけるカーボネート再生装置、または他の生成物ストリッパーなどが含まれる。塔１０には、通常のトレイ２２または他の通常の塔の内部機構、例えばパッキン（図示せず）などが設けられていてもよい。
既に説明したように、フラッシュゾーン１４を出て上昇する蒸気ストリームの中に重質液体炭化水素が存在することは望ましいものではない。第１の常圧蒸留塔からのボトム・フローをフィード原料として用いる減圧蒸留プロセスに関して、同伴される液体または残留物は経済的価値がより低く、従って、蒸気ストリーム内にそれらが存在することによってそのストリームの価値は低下する。従って、本発明の目的は、蒸気ストリームから液体を効率的に分離することができる脱同伴デバイスを提供することである。特に、同伴液体、例えば残留物はフラッシュゾーンへリサイクルすることが好ましい。
本発明の塔１０はフラッシュゾーン１４の上方に配され、フラッシュゾーン１４と液体が流通するように連絡する脱同伴トレイ２４を有しており、蒸気ストリームおよび同伴液体を含む液体ストリームは、塔１０の中を上方へ流れる。脱同伴トレイ２４はトレイデッキ２６を有しており、トレイデッキは、上昇する流体ストリーム内に含まれる蒸気ストリームから液体を脱同伴する作用を有する、複数の脱同伴内部機構（デバイス）２８を有している。図１において、トレイ２４の上には脱同伴内部デバイス２８は３つだけ示されているが、実際には、そのようなトレイはより多くのデバイスを有するのが一般的である。
脱同伴内部デバイス２８を、図２に拡大図として示している。トレイデッキ２６の中には、液体ストリームがフラッシュゾーン１４から塔１０の中を通って上昇するためのアクセス経路を提供する開口部３０が設けられている。脱同伴内部デバイス２８は、開口部３０の上方に位置し、好ましくはトレイデッキ２６から上方に延び、ライザー壁リップ３６において終端するライザー壁３４によって規定されるライザー３２を有する。ライザー３２はいずれの幾何学的形状を有していてもよいが、完全ではないとしても、少なくとも実質的に、その壁部３４によって規定されるような円筒形状（シリンダー形状）であるのが好ましい。ライザー壁リップ３６は上側のライザー開口部３８を規定している。ライザー壁３４は内側表面３３および外側表面３５を有している。
図２に示すように、脱同伴デバイスは、ライザー３２の底部３１が、トレイデッキ２６の下側表面２７と同じレベルとなるような構成とするのが好ましいと考えられている。しかしながら、ライザー壁３４は、ライザー３２の底部３１がトレイデッキ２６の下側表面２７よりも垂直方向下側に位置するように延びる構成とすることもできる。同様に、ライザー３２またはトレイデッキ２６は、ライザー３２の底部３１がトレイデッキ２６の下側表面２７の垂直方向上側に位置するように構成することもできる。
脱同伴内部デバイス２８は、外側壁４２および内側壁により規定される液体ダウンカマー４０をも有しており、図２に示すこの態様において、内側壁はライザー壁３４と共存している。液体ダウンカマー４０は、その中を液体が脱同伴トレイ２４のトレイデッキ２６の上方（従って、開口部３０の上方）からフラッシュゾーン１４の中へ戻るように流れることができる空間または体積を規定する液体導管４４を形成している。液体導管４４は、ライザー壁３４を越えて流れる液体を集めるように、ライザー壁リップ３６に隣接する領域を取り囲んでいる。図２に示すように、液体導管４４はライザー壁３４の長さで延びてはいるものの、トレイデッキ２６の下側へ延びる必要は必ずしもなく、また、当業者であれば、この導管は同じ部分における導管がトレイデッキ２６の下側へ、およびフラッシュゾーン１４の中へ導いたりすることができる限りにおいて、その部分の手前で先すぼまりとなるテーパー状とすることができる。ライザー・ハット５０は、一般に、脱同伴内部デバイス２８の一部を構成しており、脱同伴内部デバイスに物理的に結合される必要はないが、液体、例えば洗液が塔１０の上側領域１７からトレイデッキ２６の上へ流下するように、液体の流れの向きを変えさせる。ライザー・ハット５０は、常套の手段（図示せず）によって、脱同伴内部デバイス２８へ、またはトレイデッキ２６へ取り付けられていてもよい。
図２において、液体ダウンカマー４０の外側壁４２は、ライザー壁リップ３６により規定されるライザー３２の頂部にある開口部３８の上を延びるように示されている。これは本発明についての１つの態様例であり、外側壁４２は開口部３８の上を延びるものでないように構成することもでき、実際には、ライザー壁リップ３８の水平方向下側の部分において延びるようにすることもできるが、そのような構成は、外側ライザー壁４２は液体がライザー３２から出る際に液体を集めるのに有用であり得るという理由のみによって好ましくないとされる。いずれの構成であっても、ライザー・ハット５０は、塔１０の上側領域１７からの洗液がダウンカマー４０の中へ入ることを防止するように、ダウンカマー４０の開口部４６を覆って延びる必要がある。このように、洗液は脱同伴液体から効率的に分離することができ、それにより脱同伴液体が存在することによる洗液の経済的価値の低下を防止することができる。
脱同伴内部デバイス２８は、図２に示すように、回転ベーン６０を有しており、これは開口部３０のところでライザー３２の導入部の近くに配されることが好ましい。回転ベーン６０は、フラッシュゾーン１４から上昇してくる流体ストリームに、液体ストリームがライザー３２の底部から入る際に、スピンまたは回転運動を付与する。この回転運動またはスピンは、従って、通過する流体ストリームを回転させながら上昇させて、ライザー壁３４に対して接線方向に接触させる。従って、ライザー３２の底部において回転する力が形成され、それによって流体ストリーム中のより重質の液体がライザー壁３４に対して推進される。ライザー３２の中を上昇する流体ストリームの力は液体にライザー３２の中を上方へ流れる流れを形成させ、一般にライザー壁３４の内側表面３３においてライザー３２の周りを円形態にて回る流れとする。回転ベーン６０は、ベーン６０の少なくとも一部をライザー壁３４の内側表面３３に固定することにより、脱同伴内部デバイス２８に取りつけることができる。
回転ベーン６０は種々の形態に構成することができる。回転ベーン６０は、上昇する流体ストリームのすべての力が、ライザー３２の中を流れる際に、そのストリームに回転運動を付与するために用いられるような静止デバイスとして構成することが好ましい。脱同伴トレイ２４を横切る際の圧力降下をより小さくするように、最も空力学的に優れる構成を減圧蒸留塔の中で用いることが好ましい。図２に示すように、この態様例に示す回転ベーン６０は中央ボティ部６２を有している。ベーン（翼板）６４は、中央ボディ部６２から延びるようにボディ部分６２に取り付けられている。ベーン６４は、フラッシュゾーン１４から入って来る流体ストリームをライザー３２の内側表面３３に対して回転する形態にて上昇するように力を及ぼすことができる構成であれば、いずれの幾何学的形状であってもよい。図２に示す態様において、ベーン６４は、一般にトレイ２４と同じ水平面内にあるボディ部分６２の水平軸に対して角度付けされている。一般に、ベーン６４は水平軸から、１０°〜８０°、好ましくは２０°〜７０°、およびより好ましくは３０°〜６０°にて角度付けすることができる。ベーン６４の表面６６も角度付けしたり、または凹面形状もしくは凸面形状もしくはその他の表面形状の輪郭を描くように設けることができる。回転ベーン６０についてのベーン６４の数は、一般に、回転ベーン６０に対して３〜１２個、好ましくは４〜１０個のベーン６４となるように変化させることができる。
回転ベーン６０は、トレイ２４からフラッシュゾーン１４の中へ突出して、回転ベーン６０へ向上した空力特性を付与するノイズ・コーン６８を有することもできる。ノイズ・コーン６８の形状は種々に変化させることができ、図２に示すように丸味を帯びた頂面であってもよいし、図４に示すようによりとがっている頂面であってもよい。
図２に示す回転ベーン６０の態様例において、フラッシュゾーン１４から上向きに見た様子を図３に示している。この図では、中央ボディ部はノイズ・コーン６８によって隠されている。ベーン６４は６５の部分において中央ボディ部６２に取り付けられている。回転ベーンの一般的な構成において、回転ベーン６０のすべての部分を金属または合金、例えば鋼により形成することもできるし、そのような塔に用いるのに好適なその他の材料により形成することもできる。ベーン６４の取り付けは、溶接によって行うこともできるし、または回転ベーン６０の全体を、例えばモータ付きの水上ボートのプロペラ状の形態に、一体品として形成することもできる。図３に示すように、ベーン６４は、図２に示すようにライザーの底部に配される場合に、一部がフラッシュゾーン１４の中へ延び、一部が逆向きにライザー３２の中へ延びるように角度付けされている。ベーン６４の面６６は平坦であってもよいが、湾曲していてもよい。矢印５５は回転ベーン６０に当たって変更された流体の流れ経路を示している。
塔１０を操作する方法について本発明を用いる例として、図１、２および４を参照すると、塔１０は、フィードとして常圧原油蒸留塔からのボトムフラクションを取り扱う減圧蒸留塔である。塔１０は、０．０５〜１気圧（atm）の範囲の減圧にて一般的に取り扱われる。炭化水素フィードはライン１２を通りフラッシュゾーン１４の中へ入る。炭化水素フィードは、一般に、６１０°Ｆ（３２０℃）よりも高い沸点を有している。このフィードストリームはフラッシュゾーン１４の中でフラッシュされ液体ストリーム５４、一般にガスオイル蒸気および同伴される減圧蒸留残油の小滴を有してなる液体ストリーム５４を形成する。一般に、ガスオイル蒸気は、４２０〜６１０°Ｆ（２１６〜３２０℃）の範囲の沸点を有する軽質ガスオイル、６１０〜８００°Ｆ（３２０〜４２７℃）の範囲の沸点を有する重質ガスオイルおよび８００〜１０５０°Ｆ（４２７〜５６６℃）の範囲の沸点を有する減圧ガスオイルを含む。減圧蒸留残油は少なくとも１０５０°Ｆ（５６６℃）の沸点を有する。減圧蒸留残油は、残留物（または残油）としても知られており、液体ボトムストリーム１９として減圧蒸留塔から排出されるように設計される。
流体ストリーム５４は塔１０の下側部分１５の中を上方へ送られる。図示しないが、フラッシュゾーン１４の中および脱同伴トレイ２４の下側に、デミスターまたは金網パッドを取り付けることができる。流体ストリーム５４は上昇して、トレイデッキ２６の下側表面２７と接触する。圧力ヘッドにより、流体ストリーム５４は、トレイデッキ２６に設けられている開口部３０の中を通ってライザー３２の中へ上昇して流れる。
ライザー３２の開口部において、流体ストリーム５４は回転ベーン６０を通過する。上昇する流体ストリーム５４の力は、ストリームが回転ベーン６０を通過する際に、流体ストリーム５４へスピンまたは回転運動を付与する。回転運動は、一般に、ライザー３２内において矢印５５により示されている。ここでの効果は、流体ストリーム５４がライザーの中をらせん状に上方に流れ始め、重質液体５６はライザー壁３４に向かって突き当たるということである。流体ストリーム５４の速度によって、脱同伴液体５６にはライザー壁３４に沿って円形の螺旋状の形態で上方へ推進される駆動力がもたらされる。より軽質の蒸気ストリーム５８はライザー３２内で重質の液体５６から分離されて上方へ流れ、開口部３８を通りライザー３２の頂部から外部へ流れる。このように、流体ストリーム５４は、ライザー３２内において、その２つの構成要素、液体５６と蒸気ストリーム５８とに分けられる。
脱同伴された液体５６はライザー壁３４に沿って上方へ流れ、最終的にライザー壁リップ３６を越えて流れ落ちる。この液体は、減圧蒸留塔の例の場合には、主として脱同伴された残留物質であり、液体ダウンカマー４０の中に集められる。図４に示すように液体５６は液体導管４４の中を通って流下し、フラッシュ・ゾーン１４の中へ移送されて戻る。図４に示すように、ダウンカマー４０にはシール・パン５９が設けられており、シール・パン５９は流体ストリーム５４がライザー３２の中を通らずに脱同伴トレイ２４を通ることを防止する機能を果たしている。脱同伴液体５６はシール・パン５９の中に溜められ、それによってダウンカマー４０の底部への液体シールが形成される。脱同伴液体５６はシール・パン５９のエッジを越えて流れフラッシュゾーン１４へ戻される。
図４に示すように、ライザー３２の頂部の開口部３８を通って外へ出る蒸気ストリーム５８は、例えば蒸気の流れ線７０にて示すように、ダウンカマー４０の外側壁４２を越えて流れ、脱同伴内部デバイス２８の外側へ流れ出し、ライザー・ハットを通過し、塔１０の中を上昇する。
上述のような炭化水素ストリームを処理する減圧蒸留塔についての一般的な方法においては、パッキングまたは積み重ねたグリッドからなる洗浄床が脱同伴トレイの上方に設けられている。洗浄床の上方の塔領域から集められる液体は、洗浄床の頂部へ供給および分配され、洗浄床を通って下方へ流れ落とされる。脱同伴トレイから上昇する蒸気ストリームは、洗浄床内において、洗液と接触する。洗浄床の内部において、蒸気ストリームの揮発性の低い成分が凝縮され、同伴された液体の小滴も集められる。これらの液体は、その後、洗浄床から脱同伴トレイへ下向きに送られる。洗浄床から流下する洗液は、ライザー・ハット５０によって脱同伴内部デバイス２８の中を通って降下すること、ならびにフラッシュゾーン１４へ入ることが防止される。図４に示すように、洗液７２はライザー・ハット５０の上を流れ、ダウンカマー４０の外側に沿って降下する。洗液７２はトレイデッキ２６の上側表面２５に集められる。洗液７２は、トレイデッキに集められた後、常套の手段、例えば図１に示すように、トレイ２４のエッジ部にトレイ・ダウンカマー２３を設けることなどによって、ライン２１を通してトレイデッキ２６から取り出すことができる。ライザー・ハット５０は、洗液７２の下向きの流れを、ライザー３２の頂部開口部３８からそらし、ならびにダウンカマー４０の入り口からそらすように配置および構成されており、従って、同伴液体と混合されることによって洗液７２の品質が低下することはない。
脱同伴トレイ２４における脱同伴内部デバイス２８の構成は、液体ダウンカマーによって規定される液体導管が１またはそれ以上のライザー３２を共有するような形態で連絡するように変更することもできる。この構成の１つの別の態様例を図５に示しており、そこでは脱同伴トレイを形成するプレートは上側表面２６ａおよび下側表面２６ｂを有しており、液体通路８５がそれらの間に設けられている。液体通路８５は、複数の液体導管４４がダウンカマー４０の下側部分８２の中に流入するように、隣接する液体ダウンカマー４０からの液体導管４４を連絡することができる。ダウンカマー４０は上側部分８０および下側部分８２に分けられており、上側部分８０はトレイ２４の上側表面２６ａの上方に配され、下側部分８２はトレイ２４の下側表面２６ｂの下方に配されている。このような構成は、ある態様においては、ライザー３２から出てくる脱同伴液体の回収に寄与する。図５は単に２次元形態を示しているが、液体ダウンカマー４０の下側部分およびライザー３２のレイアウトは、それらがトレイ２４の表面においてまっすぐな列をなすようにすることは必ずしも必要でなく、従ってダウンカマー４０の１つの下側部分８２へ複数の液体導管４４が合流できるような構成とすることができる。
脱同伴内部デバイス２８は、トレイ２４上において種々の様式に配することができる。内部デバイス２８の寸法は、使用する蒸留塔の寸法に関して、ならびに蒸留塔内での流量に応じて変更することができる。一般に、脱同伴内部デバイス２８は、１０〜３６インチ（２５〜９０センチメートル）の高さ、および８〜２４インチ（２０〜６１センチメートル）の最大内部寸法を有するように形成することができる。ダウンカマー４０は、トレイ２４の下側表面の下方にて、フラッシュゾーン１４の中へ少なくとも６インチ（１５センチメートル）だけ延びるようにするのが一般的である。脱同伴内部デバイス２８の種々の部分を形成するのに用いる材料は、回転ベーン６０について説明したものとほぼ同様であり、蒸留塔を操作する場合の特定の条件に耐え得るものであれば、例えば金属もしくは合金、例えば鋼、またはその他のいずれかの適当な材料であってよい。
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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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