強い発熱反応を利用した、気体、固体、液体の流動床リアクタ用の新しい内部熱交換器
【課題】取り扱い操作を簡素化し、監査およびメンテナンス段階を最適化する。
【解決手段】ジャケットからなる三相流動床リアクタの内部に含まれ、反応流体の導入手段と、冷却流体の導入手段と、部分的に蒸発した前記冷却流体の排出手段とを備えた、熱交換器の管群は、少なくとも２段の同一モジュールを含み、各モジュールが、考慮されたモジュールと、各段の管群で当該モジュールと垂直に並べられるモジュール集合とに共通する中央管の周囲に配分された、同一ピンの集合を含み、前記中央管が、モジュールのピンに冷却流体を供給すると同時に、これらのピンから出る部分的に蒸発した冷却流体を回収する役割を果たすものである。
【解決手段】ジャケットからなる三相流動床リアクタの内部に含まれ、反応流体の導入手段と、冷却流体の導入手段と、部分的に蒸発した前記冷却流体の排出手段とを備えた、熱交換器の管群は、少なくとも２段の同一モジュールを含み、各モジュールが、考慮されたモジュールと、各段の管群で当該モジュールと垂直に並べられるモジュール集合とに共通する中央管の周囲に配分された、同一ピンの集合を含み、前記中央管が、モジュールのピンに冷却流体を供給すると同時に、これらのピンから出る部分的に蒸発した冷却流体を回収する役割を果たすものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィッシャー・トロプシュ合成反応、メタノール合成、ベンゼンの水素化反応、エチレンの重合、芳香族または脂肪族のアルキル化等の、強い熱作用がある反応を利用可能な、三相流動床で動作する工業リアクタに装備するための新型の内部熱交換器に関する。上記の例は、三相流動床リアクタで利用可能な、強い熱作用がある各種の反応の単なる例として挙げられているにすぎない。
【０００２】
三相リアクタとは、細かい触媒固体粒子の懸濁物を含む液相を気泡が通り、反応媒質が、主に、こうした液相から構成されるリアクタを意味する。
【０００３】
固体粒子が、液相中で均質に分散されるように十分に細かい場合、反応媒質は、一般に、当業者によって「スラリー」（「ｓｌｕｒｒｙ」：気体、固体、液体を含む三相の懸濁物を意味する英語）と呼ばれている。固体粒子の寸法がもっと大きくて、液相と共に多少ともはっきりした境界面を有する流動床を形成する場合、一般に、これを三相流動床と呼んでいる。
【０００４】
本発明は、上記の二つのカテゴリーに適用され、以下、本文では、本発明が関与するリアクタを、「スラリー」タイプのリアクタを含めて、三相流動リアクタと呼ぶことにする。
【０００５】
本発明が目的とする熱交換管群により、また、取り扱い操作を簡素化し、監査およびメンテナンス段階を最適化することができる。
【０００６】
特に、本発明が対象とする熱交換管群は、モジュール式に形成され、たとえば修理の場合には管群の任意の一部を引き抜くことができ、全体を分解する必要はない。
【０００７】
熱交換管群によりもたらされる熱交換面積は、リアクタの容積全体に均質に配分されて、完全な温度制御が行われる。また、この配分は、管群の一部を隔離した場合でも均質に保持され、あるいはできるだけ均質に保持される。
【背景技術】
【０００８】
三相流動床リアクタまたは「スラリー」リアクタは、たとえばフィッシャー・トロプシュ合成反応またはベンゼンの水素化反応のような強い熱作用を持つ化学反応を実施する場合、一般にはリアクタ内部に熱交換器を装備されて、化学反応により発生する熱を排出するようにされている。
【０００９】
通常、この熱交換器は、給水部から平均的な圧力で水蒸気を発生可能である。しかし、本発明の範囲を制限することなく、他の流体も使用可能である。
【００１０】
上記の反応のような強い発熱反応の場合、非常に広い熱交換面積を設けることが必要な場合があり、一般には、熱交換管群が複雑化する。管群は、特に、フィッシャー・トロプシュ合成を実施可能なリアクタの場合のような大型サイズの装置では、取り扱いを簡単にできるように、複数モジュールに分割されることがよくある。
【００１１】
このようなタイプの管群は、たとえば、２段式の攪拌装置を備えた分配器を用いる従来の供給方式によるモジュール構成について開示した、特許文献１に記載されている。
【００１２】
熱を排出するために設置すべき反応媒質の熱交換面積は、約４〜３０ｍ２／ｍ３であり、好適には４〜２０ｍ２／ｍ３で、さらに好適には４〜１５ｍ２／ｍ３である。
【００１３】
反応媒質の容積は、リアクタの容積から、熱交換管群が占有する容積と、場合によっては前記リアクタが含む可能性のある内部構造とを引いた容積として定義される。
【００１４】
反応媒質中に存在する気泡は、熱交換管群に振動を発生することがあるので、本発明は、適切な場所に補剛材を設置して、熱交換器の様々な構成部分を保持するようにしている。
【００１５】
補剛材とは、ピンの位置、ピンの間、あるいはモジュール間で、管群の複数部分を結合可能にするあらゆる支持体を意味する。
【特許文献１】米国特許第２００５／００８０１４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、たとえばフィッシャー・トロプシュ合成反応またはベンゼンの水素化反応のような強い熱作用を持つ化学反応を実施するための、三相流動床で動作するリアクタ内部に含まれるモジュラー設計の熱交換管群に関する。
【００１７】
三相流動床リアクタは、一般に、上部ドームで上部が閉じられ、反応流体の導入手段を備える下部ドームで下部が閉じられた、円筒形のジャケットから構成され、上部ドームは、冷却液の導入手段と、部分的に蒸発した前記冷却液の排出手段とを有する。
【００１８】
三相流動床リアクタに装備される内部熱交換器は、反応媒質中に含浸される熱交換管群から構成される。
【００１９】
前記熱交換管群は、一般に、一段のモジュールを形成するリアクタの一区間に均質に配分された、複数個の同一モジュールから構成される。
【００２０】
管群は、少なくとも２段の同一モジュールを含み、各モジュールが、同一のピンからなる１個の集合を含み、このピンの集合は、各段の管群で当該モジュールに垂直に並べて配置されたモジュール集合に共通する中央管の周囲に、配分される。
【００２１】
前記中央管は、モジュールのピンに冷却液を供給すると同時に、この同じピンから出る部分的に蒸発した冷却液を回収する役割を果たす。
【００２２】
一つのモジュールのピンおよび、共通の中央軸を起点として当該モジュールと垂直に並べられる複数モジュールのピンは、様々な方法で供給可能であり、好適には、後述する詳細な説明の中でこの表現に与えられる意味において交互に行われる。
【００２３】
本発明が対象とする管群は、一般に、同一モジュールの集合から構成され（リアクタの壁に隣接する有限数のモジュールを除く。これについては後述する。）、これらのモジュールは、一段のモジュールを形成するリアクタの一区間に均質に配分される一方で、共通の中央管の周囲に垂直にまとめられることによって、各段に配分される垂直モジュール群を形成する。
【００２４】
従って、管群の全体は、垂直モジュール群を増やすことによって得られ、垂直モジュール群の各々が、同一の中央管の周囲にまとめられる。
【００２５】
垂直モジュール群としてのこうした配置は、関与する段がどの段であろうと、また、たとえリアクタの下段であっても、一つのモジュールから一つまたは複数のピンを引き抜くのに必要な作業を行う時に、特に有効である。
【００２６】
前記ピンまたは前記モジュールへのアクセス手順については本発明に記載され、本発明の一部をなす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、三相流動床リアクタの全体図であって、図の下から上に向かって複数の段１、２、３、４に配分された熱交換管群の一般構成を示し、リアクタの内部に入る管Ｆ１、Ｆ２は、試薬の入口に対応するものである。
【００２８】
図２は、リアクタ上部を示し、管群への冷却液の供給（Ｌ）と、部分的に蒸発した冷却液の排出（Ｖ）とを行う中央管（Ｔｃ）の先端を示すものである。
【００２９】
図３は、本発明による管群の上面を示し、複数のモジュールと中央管（Ｔｃ）との位置を示し、垂直出入管（Ｖｔ）を有するモジュールもあれば、水平出入管（Ｈ）を有するモジュールもあり、出入管の大半、好適には全体が、図１に示したように、上部ドーム位置でリアクタに入るか、または出ているものである。
【００３０】
図４は、モジュール上部の斜視図であって、１個のモジュールを構成して中央管を囲むピンと、独立した２つの循環路（Ｌ１／Ｖ１、Ｌ２／Ｖ２）への中央管の分割とを示すものである。図４は、また、中央管（Ｔｃ）の慣性を増すことができる第一の層（Ｆｐ）および第二の層（Ｆｓ）と、幾つかの補剛要素（Ｒｇ）とを示している。
【００３１】
図５は、１個のモジュールの上面図であって、連続する２段ＮおよびＮ＋１で、第一の循環路（図５ａ）と、第二の循環路（図５ｂ）とによるピンの供給を説明可能とし、第一の循環路および第二の循環路の概念については、詳細な説明の中で述べる。図５では、時計の針の方向にピンＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と記した。
【００３２】
図６は、モジュールの全体図であって、各補剛要素（Ｒｇ）の位置を設定可能にする管群をなし、寸法Ｌ（モジュールの高さ）およびＷ（モジュールの幅）を規定するものである。
【００３３】
図７は、中央管の間に補剛システム（Ａｇ）を取り付け可能にする段と段の間のスペースを示すものである。
【００３４】
図８は、いわゆる「交互」供給モードを含むことができる連続する２段ＮおよびＮ＋１において、管群のピンを概略的に示すものである。
【００３５】
本発明が対象とする熱交換器の管群は、壁に隣接するモジュールで異なるタイプである可能性があるものを除いて、モジュラー構造を有し、すなわち、大半が同じユニットから構成される。
【００３６】
各モジュールは、中央管を囲む一定数の同じピンを含み、前記中央管が、モジュールのピンに冷却液を供給し、また、この同じピンから出る部分的に蒸発した冷却液を収集する役割を果たす。中央管は、この管が示されている各図でＴｃと記す。
【００３７】
各モジュールのピンは、ピンへの供給を行う中央管の周囲に規則正しく配分されている。各ピンは、好適には、垂直に延びて何回かの垂直の往復を行う円筒形のダクトからなり、各往路が、Ｕ字形の部分により各復路に接合されている。当業者は、一回の往復全体を、一般に、パスという用語で呼んでいる。
【００３８】
図５ａ、５ｂに、中央管を囲む４個のピンの構成を示した。各ピンは、この場合には、時計の文字盤に対応する中央管の周囲のスペースを規則正しく占有するように、垂直の往復路として展開されている。従って、図５ａ、５ｂでは、時計の針の方向にＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と図示されたピンに対応する４個のフレームが区別される。
【００３９】
所定の１個のピンへの冷却液の供給は、中央管の区域から行われ、部分的に蒸発した冷却液は、供給区域とは異なる中央管の別の区域で収集される。
【００４０】
所定の１段の複数モジュールの集合は、一般にリアクタの区域を被覆して、複数モジュールからなる１段を形成する。一般に、各段のモジュール数は４個から８０個であり、好適には４０個から７０個で、さらに好適には４５個から６５個である。
【００４１】
所定のリアクタの場合、各段のモジュール数は、モジュールの大きさによって決まる。
【００４２】
好適には、各モジュールのピンの数は偶数であり、２、４、６、または８個である。
【００４３】
これらのピンは、たとえば、外側の全体の断面が正方形であるので、全部で４個のときは全体断面が四辺形になるモジュールを形成する。
【００４４】
また、ピンの外側の全体断面を三角形にすることもでき、全部で６個のときは外側の全体断面が六角形のモジュールを形成し、あるいは全部で８個のときは八角形のモジュールを形成する。
【００４５】
特に、４個のピンからなるモジュールの場合、各段のモジュール数は、リアクタの断面一平方メートル当たり０．４〜０．７個であり、好適には、リアクタの断面の１平方メートル当たり０．４５〜０．６５個となる。
【００４６】
モジュールは、一般には１から１０段、好適には１から６段、さらに好適には２から４段の各段に配分され、さらに、リアクタの高さ全体を覆うことができる４段に配分される。
【００４７】
段は、０．８メートル〜１．５メートルの高さの空洞スペースにより分離される。
【００４８】
このスペースにより、モジュールの溶接ポイント全体を点検できる。
【００４９】
メンテナンスを停止する間、作業者は、段と段の間に入り、溶接部分を点検し、分解せずにその位置でちょっとしたメンテナンス作業を実施すればよい。
【００５０】
段Ｎに属するモジュールの中央管は、次の段Ｎ＋１に延長されるので、中央管は、同じ鉛直線方向に沿って各段に配置されるモジュール全体に共通である。このように垂直に並べられたモジュールの集合を垂直モジュール群と呼ぶ。
【００５１】
そのため、直径が一定の円筒形のリアクタの場合、各段の管群は、好適には、一定数の同一の複数モジュール、いわゆる標準モジュールから構成される。ただし、標準モジュールよりも少ないピンを含む、リアクタの壁に隣接する幾つかのモジュールを除く。しかしながら、特定の内部構造が円筒形のリアクタに組み込まれる場合、すなわち前記リアクタが、その高さ全体に沿って直径または形状が変わる部分を含む場合には、異なるモジュールを使用してもよい。
【００５２】
その場合、好適には、各段の標準モジュールが並列動作し、一定数の同一ピンを含む。
【００５３】
非標準モジュールは、一般に、リアクタの壁に沿って配置される。これらの壁の形状が円筒形であるために、非標準モジュールが含むピンは、標準モジュールよりも少ない。たとえば、４個のピンを含む標準モジュールの場合、非標準モジュールは、３個、２個、さらには１個のピンを含むことがある。非標準モジュールの各ピンに共通の中央管により各ピンに供給を行う原理は、依然として適用される。標準モジュールの一部をなすピンと、非標準モジュールの一部をなすピンとの間に実質的な差はない。
【００５４】
非標準モジュールは、一般に、モジュール全体の３５％未満であり、大抵は３０％未満である。非標準モジュールの一般構造は、標準モジュールと同型であり、単に、各モジュールのピン数が少ないだけである。非標準モジュールは、標準モジュールの場合に好ましい交互供給の原理を遵守しなくてもよい。
【００５５】
１個のモジュールのピンと、このモジュールと垂直に並べられる複数モジュールのピンとは中央管から供給され、この供給は、同一モジュールの内部または２個の隣接段の間において、好適には２個の隣接ピンの間で交互に行われる。
【００５６】
中央管は、モジュールを機械的に支持するとともに、ピンに冷却液を供給し、部分的に蒸発した前記冷却液をピンの出口で収集する。従って、中央管は、機械的な機能と流体的な機能との二つの機能を有する。
【００５７】
機械的な観点から、中央管は、好適には、様々な供給循環路を画定可能にする内部隔壁により補強される。図４から分かるように、その慣性は、同じく好適には、内部隔壁を外側に延長して前記中央管の全長に沿って延びる第一の層（Ｆｐ）により大きくされる。第一の層（Ｆｐ）は、中央管（Ｔｃ）の円筒壁に垂直で前記壁に沿って溶接される層から構成される。
【００５８】
中央管（Ｔｃ）に隣接する第一の層（Ｆｐ）は、場合によっては、図４に示したような別の垂直要素すなわち第二の層（Ｆｓ）により延長し、第一の層（Ｆｐ）と共にＴ字形を形成することができる。
【００５９】
第一の層（Ｆｐ）と第二の層（Ｆｓ）とからなる全体によって、中央管の慣性を増し、従って、中央管が含浸される反応媒質のために中央管が場合によっては被る振動の振幅を制限できる。
【００６０】
一般に、隔壁のある中央管および第一の層は、垂直に配置された４つの層から構成され、連続する２つの層の間に配置される四分の一の円筒形を、この４つの層の全長に溶接する。
【００６１】
４個の四分の一の円筒形を互いに並べて適切に位置決めすることで、中央管が形成される。中央管の内部にある４個の層部分は、中央管の内部隔壁を形成し、中央管の外部の４個の層部分は、第一の層を形成する。１個のモジュールを構成する複数個のピンを、図６に示したような補剛要素（Ｒｇ）によって互いに結合できる。
【００６２】
同様に、補剛要素（Ａｇ）は、図７に示したように、段の間のスペースで２個の中央管を互いに結合できる。
【００６３】
本発明は、１個のモジュールの各部分を相互結合する要素を用いた他のあらゆる補剛システムに適合する。
【００６４】
好適には、これらの中央管の大部分がリアクタの上部ドームに構成される一方で、中央管は、一般に熱膨張現象に関連する中央管とリアクタとの間の相対移動をガイドするために、リアクタ基部の外被内で摺動する。
【００６５】
好適には、他の中央管がリアクタの下部ドームに溶接され、この場合、熱膨張作用は、適正に寸法決定されて中央管の上部に位置決めされる膨張継手の設置により管理される。
【００６６】
以下、本発明の特定の実施形態について、４個のピンを含む標準モジュールおよび４段構成のリアクタに関して説明する。
【００６７】
所定の１個のモジュールの中央管は、各ピンの内部に供給流体を導入して、この同じピンから出る部分的に蒸発した供給流体を回収可能な連通手段により、前記モジュールのピンに接続される。
【００６８】
図８では、連続する２段ＮおよびＮ＋１に延びる中央管を概略的に示した。各モジュールは、時計の針の方向にＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と示した４個のピンを含んでいる。
【００６９】
中央管は、一般に、十字形の内部隔壁または、少なくとも２個の独立循環路を構成可能な他のあらゆる分割装置により、２個の独立循環路に分割されている。たとえば、これは、前記中央管の内部に配置されて垂直隔壁により二つに分割された、中央管の同軸管とすることができ、中央管と内部管との間に含まれる環状部分は、それ自体が、２個の垂直隔壁により二つに分割されている。このような装置は、また、内部管による第一の循環路と、内部管と中央管との間に含まれる環状領域による第二の管との、２個の独立循環路を決定する。
【００７０】
本発明は、複数の独立循環路を画定できる各区域への中央管の分割手段によって制限されるものではない。
【００７１】
本発明は、以下の説明で当該表現に与えられる意味において、ピンの「交互」供給面を常に画定可能である限り、２個以上の独立循環路数にも適合する。
【００７２】
中央管を２個以上、たとえば３個の独立循環路に分割し、それに伴って、１個のモジュールを形成する複数ピンに供給方式を適合させることも、もちろん、本発明の範囲に入るが、説明では、分かりやすくするために２個の独立循環路について述べる。
【００７３】
以下、本文では、十字形の内部隔壁が、中央管の高さ全体に延びて２個の独立循環路を画定する４個の等しい区域を決定し、こうした十字形の内部隔壁から分割手段を構成する特定の事例について説明する。この場合、好適には、中央管１個当たりの独立循環路数が２個である。
【００７４】
そのため、十字形の内部隔壁は、中央管の内部容積を４個の同一区域に分割し、これらの区域は、第一の循環路に対しては（Ｌ１）／（Ｖ１）が対にされ、第二の循環路に対しては（Ｌ２）／（Ｖ２）が対にされている。第一の循環路（Ｌ１）／（Ｖ１）の場合、部分（Ｌ１）は、液体の冷却液の供給路に対応し、部分（Ｖ１）は、部分的に蒸発した冷却液の復路に対応する。
【００７５】
部分（Ｌ１）および（Ｖ１）は、中央管の位置で連通していない。部分（Ｌ１）は、液状の冷却液の方向に垂直に下降し、部分（Ｖ１）は、部分的に蒸発した冷却液の方向に垂直に上昇する。
【００７６】
同様に、第二の循環路（Ｌ２）／（Ｖ２）の場合、部分（Ｌ２）は、液状の冷却液の供給路に対応し、部分（Ｖ２）は、部分的に蒸発した冷却液の復路に対応する。以下、簡素化のために、第一の循環路を示すときは循環路Ｌ１と呼び、第二の循環路を示すときは循環路Ｌ２と呼ぶ。
【００７７】
概略図８を参照すれば、説明はいっそう分かりやすいであろう。
【００７８】
本発明のこの特定の実施形態によれば、第一の循環路Ｌ１は、段Ｎにある２個のピン１と３を供給し、第二の循環路Ｌ２は、同じ段の別の２個のピンすなわちピン２と４を供給する。次の段Ｎ＋１では、第一の循環路Ｌ１が２個のピン２と４を供給し、第二の循環路Ｌ２型の２個のピン１と３を供給する。
【００７９】
従って、連続する段ＮおよびＮ＋１で、中央管と、この中央管を囲むモジュールのピンとを結合するこの実施形態では、垂直モジュール群の各ピン、すなわち一つの段と次の段との間で垂直に並べられた各ピンを考慮した場合、これらのピンが循環路Ｌ１と循環路Ｌ２によって交互に供給されるという意味で、交互供給を実施できることが分かる。
【００８０】
同様に、各モジュールでは、ピンの半分が循環路Ｌ１により供給され、他の半分は循環路Ｌ２により供給される。この例では、対角線上にある２個のピンを同じ循環路で供給することを選択しているが、これは好適な構成に対応する。
【００８１】
しかし、たとえば２個の隣接ピン１と２を循環路Ｌ１で供給し、ピン３と４を循環路Ｌ２で供給することも、依然として本発明の範囲に入る。その場合、次の段では、循環路Ｌ１がピン３と４を供給し、循環路Ｌ２がピン１と２を供給することになる。
【００８２】
一般に、中央管は、その２個の独立循環路によって、第一の循環路によりピンの半分を供給し、別の循環路によりピンのもう半分を供給可能であり、ピンの半分は、任意に決めることができる。
【００８３】
好適には、「交互」供給方式により、段Ｎで循環路Ｌ１により供給される２個のピンが、段Ｎ＋２で同じ循環路Ｌ１により供給され、段Ｎで循環路Ｌ２により供給される他の２個のピンが段Ｎ＋２で同じ循環路Ｌ２により供給されるという意味で、交互の供給を実施可能である。
【００８４】
各中央管に２個の独立循環路を配置することによって、また、必要な場合には循環路を閉じることができる。この結果、所定の一段のピンの半分で循環が行われず、他の半分のピンで循環が保持される。
【００８５】
このように一つの段と次の段との間で交互に実施することで、リアクタの容積全体でのピンの動作分配に一定の均質性が保持される。循環路Ｌ１またはＬ２の隔離は、場合によっては、これらの循環路の各々に配置されるバルブを操作することによって、リアクタの外部から実施可能である。１個のピンに漏れがある場合、装置の通常作動を続けながら、このピンを供給する循環路Ｌ１またはＬ２を隔離できる。循環路Ｌ１とＬ２において、各段の間に負圧発生部材（organe deprimogene）を設置して、各モジュール間で冷却液の流量を同じにすることができる。
【００８６】
特定の事例について行われた上記の説明を一般化するために、所定の１個のモジュールの各ピンＥｉｊを識別する２個の指数による記号表記を用いる。第一の指数ｉは、所定の１個のモジュールの一部をなすピンの番号、または（図８に示すように）時計の針の方向に１、２、３、４とされたピンの位置を示し、第二の指数ｊは、リアクタの下から上に向かって、考慮された段１、２、３、４の番号を示す（図１参照）。
【００８７】
所定の一段に配置された標準モジュールが同等である場合、管群の全てのピンをさすのに２個の指数による識別番号で十分である。たとえば、ピンＥ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１は、位置１に配置されるピンを起点として、第一の段の所定のモジュールに配置される４個のピンを時計の針の方向に沿って示す。
【００８８】
ピンＥ１１、Ｅ１２、Ｅ１３、Ｅ１４は、段１、２、３、４を連続して通過する場合、位置１における垂直に並べられた４個のピンを示す。
【００８９】
このようにして、各ピンＥｉｊに供給循環路Ｌ１またはＬ２を割り当てて、表１から供給面を決定する。循環路Ｌ１により供給されるピンは、循環路Ｖ１で回収される少なくとも部分的に蒸発した流体を発生する。簡素化のために、循環路Ｌ１といっているが、循環路一式は、供給循環路Ｌ１と、部分的に蒸発した流体を収集する循環路Ｖ１による収集路とを含む。循環路Ｌ２およびＶ２についても同様である。
【００９０】
かくして、本発明の好適な実施形態による供給表１では、所定の１個のモジュールの内部で時計の針の方向にあるか、または段と段との間で垂直方向にある２個の連続ピンが、同じ循環路からは決して供給されないという意味で、供給循環路Ｌ１とＬ２が交互に作動されることがわかる。
【００９１】
交互供給という表現は、上記の意味であることを明確に理解しなければならない。この好適な実施形態では、本発明による熱交換管群のピンの供給は、同一モジュールの内部または２個の連続段の間において、２個の隣接ピンの間で交互に行われる。
【表１】
【００９２】
リアクタから１個のピンを引き抜くことが必要な場合、モジュールの垂直に並んだ配列は特に有効である。何故なら、リアクタの任意の一段に配置される１個のピンを考慮することによって、同じレベルまたは下位レベル（上からの引き抜き）または上のレベル（下からの引き抜き）に配置される管群の他のピンにさわらずに、考慮されたピンの沿直線方向に配置される一つまたは複数のピンを引き抜けばよいからである。
【００９３】
さらに、所定の１個のモジュールに流体の循環を課したい場合、一方の循環路Ｌ１またはＬ２を閉じて、他方の循環路を動作させることができ、その結果、各モジュールで半分のピンの動作を保持して、ピンの動作配分の均質性を尊重できる。
【００９４】
以下、リアクタの下位段（図１の段１参照）に配置される１個のピンを分解する場合に、実施すべき各操作の一例について説明する。
【００９５】
リアクタの上部に、クレーン、ウインチ、または他のあらゆるリフト設備を設置する。
【００９６】
リアクタのヘッドとリフト設備とを分離する距離は、１個のピンの長さよりも長くする。開口部の寸法が１個のピンの幅よりも大きいマンホールに、リアクタの上部ドームまたは下部を取り付ける。
【００９７】
このようにして、たとえば、リアクタの上部から１個のピンを抜き出す場合、常設ビームにリアクタの上部を取り付け、このビームと上部ピンのヘッドとを隔てる距離を、１個のピンの長さよりも長くする。
【００９８】
リアクタが停止し、慣性がなくなり、大気中に開放されたら、仮設ビームをリアクタに設置する。仮設ビームは、リアクタのこの区域を被覆する一種のグリッドを形成し、常設ビームと協働する。このグリッドにより、仮設リフト設備（たとえばホイストまたはウインチ）をリアクタに設置して、モジュールの上の水平面で移動させることができる。
【００９９】
リアクタの奥に配置される故障ピン、たとえばピンＥ１１を分解する場合は、予め、このピンの上にあるピン、すなわちピンＥ１４、次いでＥ１３およびＥ１２を分解しなければならない。そのため、当業者は、たとえば吊り索を用いて、内部に配置されるリフト手段にピンＥ１４を連結する。
【０１００】
第二のステップで、ピンＥ１４を中央管に結合す溶接部を切断する。下部および上部の支持要素の溶接部もまた切断する。リアクタ内部にあるリフト設備により、ピンＥ１４をもとのモジュールから取り出す。熱交換器全体から引き抜いたら、ウインチおよびピンを仮設ビームからなるグリッドに移動させて、リアクタ上部のマンホールの下にピンを配置する。この位置で、外部リフトシステムによりピンＥ１４をリアクタから引き抜くことができる。ピンＥ１３は、同じ手順に従ってリアクタから取り外せる。ピンＥ１２も同じ手順に従ってリアクタから取り外せる。ピンＥ１１へのアクセス経路があいたら、ピンＥ１４、Ｅ１３、Ｅ１２と同じ手順に従ってピンＥ１１を取り外せる。
【０１０１】
その後、故障した最初のピンＥ１１を場合によっては新しいピンに交換し、特に、リアクタの動作を再開する前にピンＥ１２〜Ｅ１４を再び配置するために、必要であれば上記プロセスを逆に行うことができる。
【０１０２】
従って、本発明は、また、本発明の説明による熱交換管群を含む三相流動床リアクタからピンＥ１１を抜き出す方法に関し、この方法は、
ａ）段４でピンＥ１１の鉛直線上に配置されたピンＥ１４を、吊り索を用いて、リアクタ内部に配置されるリフト手段に結合するステップと、
ｂ）対応するモジュールの中央管にピンＥ１４を結合する溶接部を切断し、ピンＥ１４を囲む下部および上部の要素の溶接部もまた切断するステップと、
ｃ）リアクタ内部のリフト設備により最初のモジュールからピンＥ１４を取り出して、前記ピンを、仮設ビームからなるグリッドで移動させ、リアクタ上部のマンホールの下に配置するステップと、
ｄ）外部リフトシステムを用いてリアクタのピンＥ１４をこの位置から引き抜くステップと、
ｅ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１３を引き抜くステップと、
ｆ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１２を引き抜くステップと、
ｇ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１１を引き抜くステップとを含む。
【実施例】
【０１０３】
以下の例は、下記の操作条件でベンゼンの水素化を実施するための三相流動床の工業リアクタに関する。
【０１０４】
温度：２００℃
圧力：４ＭＰａ（４０バール、１バール＝１０５パスカル）
粒径１〜５０ミクロンの個体粒子の形状を取るラネーニッケル触媒
処理すべき負荷流量：１６００ｋｇ／時
水素流量：１６５ｋｇ／時
平均圧力（１．５Ｍｐａ）の蒸気を発生させるための蒸発水量：２２００ｋｇ／時
１個のモジュールが４個のピンを備え、各ピンが、６個の垂直往復路を形成する垂直ダクトからなり、各往復路が、Ｕ字形のダクト部分により分離されている。各往路（または復路）の長さは３メートルである。
【０１０５】
各垂直ダクトは、外径６０．３ｍｍ、内径５２．５ｍｍの管からなる。１個のモジュールの全体の外径寸法は、高さ３．５メートル、幅１．５メートルである。
【０１０６】
１個のモジュールの中央管は、外径１１４．３ｍｍ、内径１０２．３ｍｍである。各段に８個の同一モジュールがあり、約４００ｍ２の熱交換面積全体を画定する１０個の段により、放出される熱を排出できる。
【０１０７】
ピンの供給面は、詳細な説明の表１に記載された交互供給面である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】三相流動床リアクタの全体図である。
【図２】リアクタ上部を示す図である。
【図３】本発明による管群の上面図である。
【図４】モジュール上部の斜視図である。
【図５】１個のモジュールの上面図である。
【図６】モジュールの全体図である。
【図７】段と段の間のスペースを示す図である。
【図８】管群のピンを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１〜４ 段
Ｅ１〜Ｅ４ ピン
Ｅ１１〜Ｅ１４ ピン
Ｆｐ 第一の層
Ｆｓ 第二の層
Ｔｃ 中央管
Ａｇ 補剛要素
Ｒｇ 補剛要素
Ｌ１、Ｖ１ 第一の循環路
Ｌ２、Ｖ２ 第二の循環路
Ｌ 冷却液
Ｖｔ 垂直出入管
Ｈ 水平出入管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィッシャー・トロプシュ合成反応、メタノール合成、ベンゼンの水素化反応、エチレンの重合、芳香族または脂肪族のアルキル化等の、強い熱作用がある反応を利用可能な、三相流動床で動作する工業リアクタに装備するための新型の内部熱交換器に関する。上記の例は、三相流動床リアクタで利用可能な、強い熱作用がある各種の反応の単なる例として挙げられているにすぎない。
【０００２】
三相リアクタとは、細かい触媒固体粒子の懸濁物を含む液相を気泡が通り、反応媒質が、主に、こうした液相から構成されるリアクタを意味する。
【０００３】
固体粒子が、液相中で均質に分散されるように十分に細かい場合、反応媒質は、一般に、当業者によって「スラリー」（「ｓｌｕｒｒｙ」：気体、固体、液体を含む三相の懸濁物を意味する英語）と呼ばれている。固体粒子の寸法がもっと大きくて、液相と共に多少ともはっきりした境界面を有する流動床を形成する場合、一般に、これを三相流動床と呼んでいる。
【０００４】
本発明は、上記の二つのカテゴリーに適用され、以下、本文では、本発明が関与するリアクタを、「スラリー」タイプのリアクタを含めて、三相流動リアクタと呼ぶことにする。
【０００５】
本発明が目的とする熱交換管群により、また、取り扱い操作を簡素化し、監査およびメンテナンス段階を最適化することができる。
【０００６】
特に、本発明が対象とする熱交換管群は、モジュール式に形成され、たとえば修理の場合には管群の任意の一部を引き抜くことができ、全体を分解する必要はない。
【０００７】
熱交換管群によりもたらされる熱交換面積は、リアクタの容積全体に均質に配分されて、完全な温度制御が行われる。また、この配分は、管群の一部を隔離した場合でも均質に保持され、あるいはできるだけ均質に保持される。
【背景技術】
【０００８】
三相流動床リアクタまたは「スラリー」リアクタは、たとえばフィッシャー・トロプシュ合成反応またはベンゼンの水素化反応のような強い熱作用を持つ化学反応を実施する場合、一般にはリアクタ内部に熱交換器を装備されて、化学反応により発生する熱を排出するようにされている。
【０００９】
通常、この熱交換器は、給水部から平均的な圧力で水蒸気を発生可能である。しかし、本発明の範囲を制限することなく、他の流体も使用可能である。
【００１０】
上記の反応のような強い発熱反応の場合、非常に広い熱交換面積を設けることが必要な場合があり、一般には、熱交換管群が複雑化する。管群は、特に、フィッシャー・トロプシュ合成を実施可能なリアクタの場合のような大型サイズの装置では、取り扱いを簡単にできるように、複数モジュールに分割されることがよくある。
【００１１】
このようなタイプの管群は、たとえば、２段式の攪拌装置を備えた分配器を用いる従来の供給方式によるモジュール構成について開示した、特許文献１に記載されている。
【００１２】
熱を排出するために設置すべき反応媒質の熱交換面積は、約４〜３０ｍ２／ｍ３であり、好適には４〜２０ｍ２／ｍ３で、さらに好適には４〜１５ｍ２／ｍ３である。
【００１３】
反応媒質の容積は、リアクタの容積から、熱交換管群が占有する容積と、場合によっては前記リアクタが含む可能性のある内部構造とを引いた容積として定義される。
【００１４】
反応媒質中に存在する気泡は、熱交換管群に振動を発生することがあるので、本発明は、適切な場所に補剛材を設置して、熱交換器の様々な構成部分を保持するようにしている。
【００１５】
補剛材とは、ピンの位置、ピンの間、あるいはモジュール間で、管群の複数部分を結合可能にするあらゆる支持体を意味する。
【特許文献１】米国特許第２００５／００８０１４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、たとえばフィッシャー・トロプシュ合成反応またはベンゼンの水素化反応のような強い熱作用を持つ化学反応を実施するための、三相流動床で動作するリアクタ内部に含まれるモジュラー設計の熱交換管群に関する。
【００１７】
三相流動床リアクタは、一般に、上部ドームで上部が閉じられ、反応流体の導入手段を備える下部ドームで下部が閉じられた、円筒形のジャケットから構成され、上部ドームは、冷却液の導入手段と、部分的に蒸発した前記冷却液の排出手段とを有する。
【００１８】
三相流動床リアクタに装備される内部熱交換器は、反応媒質中に含浸される熱交換管群から構成される。
【００１９】
前記熱交換管群は、一般に、一段のモジュールを形成するリアクタの一区間に均質に配分された、複数個の同一モジュールから構成される。
【００２０】
管群は、少なくとも２段の同一モジュールを含み、各モジュールが、同一のピンからなる１個の集合を含み、このピンの集合は、各段の管群で当該モジュールに垂直に並べて配置されたモジュール集合に共通する中央管の周囲に、配分される。
【００２１】
前記中央管は、モジュールのピンに冷却液を供給すると同時に、この同じピンから出る部分的に蒸発した冷却液を回収する役割を果たす。
【００２２】
一つのモジュールのピンおよび、共通の中央軸を起点として当該モジュールと垂直に並べられる複数モジュールのピンは、様々な方法で供給可能であり、好適には、後述する詳細な説明の中でこの表現に与えられる意味において交互に行われる。
【００２３】
本発明が対象とする管群は、一般に、同一モジュールの集合から構成され（リアクタの壁に隣接する有限数のモジュールを除く。これについては後述する。）、これらのモジュールは、一段のモジュールを形成するリアクタの一区間に均質に配分される一方で、共通の中央管の周囲に垂直にまとめられることによって、各段に配分される垂直モジュール群を形成する。
【００２４】
従って、管群の全体は、垂直モジュール群を増やすことによって得られ、垂直モジュール群の各々が、同一の中央管の周囲にまとめられる。
【００２５】
垂直モジュール群としてのこうした配置は、関与する段がどの段であろうと、また、たとえリアクタの下段であっても、一つのモジュールから一つまたは複数のピンを引き抜くのに必要な作業を行う時に、特に有効である。
【００２６】
前記ピンまたは前記モジュールへのアクセス手順については本発明に記載され、本発明の一部をなす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、三相流動床リアクタの全体図であって、図の下から上に向かって複数の段１、２、３、４に配分された熱交換管群の一般構成を示し、リアクタの内部に入る管Ｆ１、Ｆ２は、試薬の入口に対応するものである。
【００２８】
図２は、リアクタ上部を示し、管群への冷却液の供給（Ｌ）と、部分的に蒸発した冷却液の排出（Ｖ）とを行う中央管（Ｔｃ）の先端を示すものである。
【００２９】
図３は、本発明による管群の上面を示し、複数のモジュールと中央管（Ｔｃ）との位置を示し、垂直出入管（Ｖｔ）を有するモジュールもあれば、水平出入管（Ｈ）を有するモジュールもあり、出入管の大半、好適には全体が、図１に示したように、上部ドーム位置でリアクタに入るか、または出ているものである。
【００３０】
図４は、モジュール上部の斜視図であって、１個のモジュールを構成して中央管を囲むピンと、独立した２つの循環路（Ｌ１／Ｖ１、Ｌ２／Ｖ２）への中央管の分割とを示すものである。図４は、また、中央管（Ｔｃ）の慣性を増すことができる第一の層（Ｆｐ）および第二の層（Ｆｓ）と、幾つかの補剛要素（Ｒｇ）とを示している。
【００３１】
図５は、１個のモジュールの上面図であって、連続する２段ＮおよびＮ＋１で、第一の循環路（図５ａ）と、第二の循環路（図５ｂ）とによるピンの供給を説明可能とし、第一の循環路および第二の循環路の概念については、詳細な説明の中で述べる。図５では、時計の針の方向にピンＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と記した。
【００３２】
図６は、モジュールの全体図であって、各補剛要素（Ｒｇ）の位置を設定可能にする管群をなし、寸法Ｌ（モジュールの高さ）およびＷ（モジュールの幅）を規定するものである。
【００３３】
図７は、中央管の間に補剛システム（Ａｇ）を取り付け可能にする段と段の間のスペースを示すものである。
【００３４】
図８は、いわゆる「交互」供給モードを含むことができる連続する２段ＮおよびＮ＋１において、管群のピンを概略的に示すものである。
【００３５】
本発明が対象とする熱交換器の管群は、壁に隣接するモジュールで異なるタイプである可能性があるものを除いて、モジュラー構造を有し、すなわち、大半が同じユニットから構成される。
【００３６】
各モジュールは、中央管を囲む一定数の同じピンを含み、前記中央管が、モジュールのピンに冷却液を供給し、また、この同じピンから出る部分的に蒸発した冷却液を収集する役割を果たす。中央管は、この管が示されている各図でＴｃと記す。
【００３７】
各モジュールのピンは、ピンへの供給を行う中央管の周囲に規則正しく配分されている。各ピンは、好適には、垂直に延びて何回かの垂直の往復を行う円筒形のダクトからなり、各往路が、Ｕ字形の部分により各復路に接合されている。当業者は、一回の往復全体を、一般に、パスという用語で呼んでいる。
【００３８】
図５ａ、５ｂに、中央管を囲む４個のピンの構成を示した。各ピンは、この場合には、時計の文字盤に対応する中央管の周囲のスペースを規則正しく占有するように、垂直の往復路として展開されている。従って、図５ａ、５ｂでは、時計の針の方向にＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と図示されたピンに対応する４個のフレームが区別される。
【００３９】
所定の１個のピンへの冷却液の供給は、中央管の区域から行われ、部分的に蒸発した冷却液は、供給区域とは異なる中央管の別の区域で収集される。
【００４０】
所定の１段の複数モジュールの集合は、一般にリアクタの区域を被覆して、複数モジュールからなる１段を形成する。一般に、各段のモジュール数は４個から８０個であり、好適には４０個から７０個で、さらに好適には４５個から６５個である。
【００４１】
所定のリアクタの場合、各段のモジュール数は、モジュールの大きさによって決まる。
【００４２】
好適には、各モジュールのピンの数は偶数であり、２、４、６、または８個である。
【００４３】
これらのピンは、たとえば、外側の全体の断面が正方形であるので、全部で４個のときは全体断面が四辺形になるモジュールを形成する。
【００４４】
また、ピンの外側の全体断面を三角形にすることもでき、全部で６個のときは外側の全体断面が六角形のモジュールを形成し、あるいは全部で８個のときは八角形のモジュールを形成する。
【００４５】
特に、４個のピンからなるモジュールの場合、各段のモジュール数は、リアクタの断面一平方メートル当たり０．４〜０．７個であり、好適には、リアクタの断面の１平方メートル当たり０．４５〜０．６５個となる。
【００４６】
モジュールは、一般には１から１０段、好適には１から６段、さらに好適には２から４段の各段に配分され、さらに、リアクタの高さ全体を覆うことができる４段に配分される。
【００４７】
段は、０．８メートル〜１．５メートルの高さの空洞スペースにより分離される。
【００４８】
このスペースにより、モジュールの溶接ポイント全体を点検できる。
【００４９】
メンテナンスを停止する間、作業者は、段と段の間に入り、溶接部分を点検し、分解せずにその位置でちょっとしたメンテナンス作業を実施すればよい。
【００５０】
段Ｎに属するモジュールの中央管は、次の段Ｎ＋１に延長されるので、中央管は、同じ鉛直線方向に沿って各段に配置されるモジュール全体に共通である。このように垂直に並べられたモジュールの集合を垂直モジュール群と呼ぶ。
【００５１】
そのため、直径が一定の円筒形のリアクタの場合、各段の管群は、好適には、一定数の同一の複数モジュール、いわゆる標準モジュールから構成される。ただし、標準モジュールよりも少ないピンを含む、リアクタの壁に隣接する幾つかのモジュールを除く。しかしながら、特定の内部構造が円筒形のリアクタに組み込まれる場合、すなわち前記リアクタが、その高さ全体に沿って直径または形状が変わる部分を含む場合には、異なるモジュールを使用してもよい。
【００５２】
その場合、好適には、各段の標準モジュールが並列動作し、一定数の同一ピンを含む。
【００５３】
非標準モジュールは、一般に、リアクタの壁に沿って配置される。これらの壁の形状が円筒形であるために、非標準モジュールが含むピンは、標準モジュールよりも少ない。たとえば、４個のピンを含む標準モジュールの場合、非標準モジュールは、３個、２個、さらには１個のピンを含むことがある。非標準モジュールの各ピンに共通の中央管により各ピンに供給を行う原理は、依然として適用される。標準モジュールの一部をなすピンと、非標準モジュールの一部をなすピンとの間に実質的な差はない。
【００５４】
非標準モジュールは、一般に、モジュール全体の３５％未満であり、大抵は３０％未満である。非標準モジュールの一般構造は、標準モジュールと同型であり、単に、各モジュールのピン数が少ないだけである。非標準モジュールは、標準モジュールの場合に好ましい交互供給の原理を遵守しなくてもよい。
【００５５】
１個のモジュールのピンと、このモジュールと垂直に並べられる複数モジュールのピンとは中央管から供給され、この供給は、同一モジュールの内部または２個の隣接段の間において、好適には２個の隣接ピンの間で交互に行われる。
【００５６】
中央管は、モジュールを機械的に支持するとともに、ピンに冷却液を供給し、部分的に蒸発した前記冷却液をピンの出口で収集する。従って、中央管は、機械的な機能と流体的な機能との二つの機能を有する。
【００５７】
機械的な観点から、中央管は、好適には、様々な供給循環路を画定可能にする内部隔壁により補強される。図４から分かるように、その慣性は、同じく好適には、内部隔壁を外側に延長して前記中央管の全長に沿って延びる第一の層（Ｆｐ）により大きくされる。第一の層（Ｆｐ）は、中央管（Ｔｃ）の円筒壁に垂直で前記壁に沿って溶接される層から構成される。
【００５８】
中央管（Ｔｃ）に隣接する第一の層（Ｆｐ）は、場合によっては、図４に示したような別の垂直要素すなわち第二の層（Ｆｓ）により延長し、第一の層（Ｆｐ）と共にＴ字形を形成することができる。
【００５９】
第一の層（Ｆｐ）と第二の層（Ｆｓ）とからなる全体によって、中央管の慣性を増し、従って、中央管が含浸される反応媒質のために中央管が場合によっては被る振動の振幅を制限できる。
【００６０】
一般に、隔壁のある中央管および第一の層は、垂直に配置された４つの層から構成され、連続する２つの層の間に配置される四分の一の円筒形を、この４つの層の全長に溶接する。
【００６１】
４個の四分の一の円筒形を互いに並べて適切に位置決めすることで、中央管が形成される。中央管の内部にある４個の層部分は、中央管の内部隔壁を形成し、中央管の外部の４個の層部分は、第一の層を形成する。１個のモジュールを構成する複数個のピンを、図６に示したような補剛要素（Ｒｇ）によって互いに結合できる。
【００６２】
同様に、補剛要素（Ａｇ）は、図７に示したように、段の間のスペースで２個の中央管を互いに結合できる。
【００６３】
本発明は、１個のモジュールの各部分を相互結合する要素を用いた他のあらゆる補剛システムに適合する。
【００６４】
好適には、これらの中央管の大部分がリアクタの上部ドームに構成される一方で、中央管は、一般に熱膨張現象に関連する中央管とリアクタとの間の相対移動をガイドするために、リアクタ基部の外被内で摺動する。
【００６５】
好適には、他の中央管がリアクタの下部ドームに溶接され、この場合、熱膨張作用は、適正に寸法決定されて中央管の上部に位置決めされる膨張継手の設置により管理される。
【００６６】
以下、本発明の特定の実施形態について、４個のピンを含む標準モジュールおよび４段構成のリアクタに関して説明する。
【００６７】
所定の１個のモジュールの中央管は、各ピンの内部に供給流体を導入して、この同じピンから出る部分的に蒸発した供給流体を回収可能な連通手段により、前記モジュールのピンに接続される。
【００６８】
図８では、連続する２段ＮおよびＮ＋１に延びる中央管を概略的に示した。各モジュールは、時計の針の方向にＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と示した４個のピンを含んでいる。
【００６９】
中央管は、一般に、十字形の内部隔壁または、少なくとも２個の独立循環路を構成可能な他のあらゆる分割装置により、２個の独立循環路に分割されている。たとえば、これは、前記中央管の内部に配置されて垂直隔壁により二つに分割された、中央管の同軸管とすることができ、中央管と内部管との間に含まれる環状部分は、それ自体が、２個の垂直隔壁により二つに分割されている。このような装置は、また、内部管による第一の循環路と、内部管と中央管との間に含まれる環状領域による第二の管との、２個の独立循環路を決定する。
【００７０】
本発明は、複数の独立循環路を画定できる各区域への中央管の分割手段によって制限されるものではない。
【００７１】
本発明は、以下の説明で当該表現に与えられる意味において、ピンの「交互」供給面を常に画定可能である限り、２個以上の独立循環路数にも適合する。
【００７２】
中央管を２個以上、たとえば３個の独立循環路に分割し、それに伴って、１個のモジュールを形成する複数ピンに供給方式を適合させることも、もちろん、本発明の範囲に入るが、説明では、分かりやすくするために２個の独立循環路について述べる。
【００７３】
以下、本文では、十字形の内部隔壁が、中央管の高さ全体に延びて２個の独立循環路を画定する４個の等しい区域を決定し、こうした十字形の内部隔壁から分割手段を構成する特定の事例について説明する。この場合、好適には、中央管１個当たりの独立循環路数が２個である。
【００７４】
そのため、十字形の内部隔壁は、中央管の内部容積を４個の同一区域に分割し、これらの区域は、第一の循環路に対しては（Ｌ１）／（Ｖ１）が対にされ、第二の循環路に対しては（Ｌ２）／（Ｖ２）が対にされている。第一の循環路（Ｌ１）／（Ｖ１）の場合、部分（Ｌ１）は、液体の冷却液の供給路に対応し、部分（Ｖ１）は、部分的に蒸発した冷却液の復路に対応する。
【００７５】
部分（Ｌ１）および（Ｖ１）は、中央管の位置で連通していない。部分（Ｌ１）は、液状の冷却液の方向に垂直に下降し、部分（Ｖ１）は、部分的に蒸発した冷却液の方向に垂直に上昇する。
【００７６】
同様に、第二の循環路（Ｌ２）／（Ｖ２）の場合、部分（Ｌ２）は、液状の冷却液の供給路に対応し、部分（Ｖ２）は、部分的に蒸発した冷却液の復路に対応する。以下、簡素化のために、第一の循環路を示すときは循環路Ｌ１と呼び、第二の循環路を示すときは循環路Ｌ２と呼ぶ。
【００７７】
概略図８を参照すれば、説明はいっそう分かりやすいであろう。
【００７８】
本発明のこの特定の実施形態によれば、第一の循環路Ｌ１は、段Ｎにある２個のピン１と３を供給し、第二の循環路Ｌ２は、同じ段の別の２個のピンすなわちピン２と４を供給する。次の段Ｎ＋１では、第一の循環路Ｌ１が２個のピン２と４を供給し、第二の循環路Ｌ２型の２個のピン１と３を供給する。
【００７９】
従って、連続する段ＮおよびＮ＋１で、中央管と、この中央管を囲むモジュールのピンとを結合するこの実施形態では、垂直モジュール群の各ピン、すなわち一つの段と次の段との間で垂直に並べられた各ピンを考慮した場合、これらのピンが循環路Ｌ１と循環路Ｌ２によって交互に供給されるという意味で、交互供給を実施できることが分かる。
【００８０】
同様に、各モジュールでは、ピンの半分が循環路Ｌ１により供給され、他の半分は循環路Ｌ２により供給される。この例では、対角線上にある２個のピンを同じ循環路で供給することを選択しているが、これは好適な構成に対応する。
【００８１】
しかし、たとえば２個の隣接ピン１と２を循環路Ｌ１で供給し、ピン３と４を循環路Ｌ２で供給することも、依然として本発明の範囲に入る。その場合、次の段では、循環路Ｌ１がピン３と４を供給し、循環路Ｌ２がピン１と２を供給することになる。
【００８２】
一般に、中央管は、その２個の独立循環路によって、第一の循環路によりピンの半分を供給し、別の循環路によりピンのもう半分を供給可能であり、ピンの半分は、任意に決めることができる。
【００８３】
好適には、「交互」供給方式により、段Ｎで循環路Ｌ１により供給される２個のピンが、段Ｎ＋２で同じ循環路Ｌ１により供給され、段Ｎで循環路Ｌ２により供給される他の２個のピンが段Ｎ＋２で同じ循環路Ｌ２により供給されるという意味で、交互の供給を実施可能である。
【００８４】
各中央管に２個の独立循環路を配置することによって、また、必要な場合には循環路を閉じることができる。この結果、所定の一段のピンの半分で循環が行われず、他の半分のピンで循環が保持される。
【００８５】
このように一つの段と次の段との間で交互に実施することで、リアクタの容積全体でのピンの動作分配に一定の均質性が保持される。循環路Ｌ１またはＬ２の隔離は、場合によっては、これらの循環路の各々に配置されるバルブを操作することによって、リアクタの外部から実施可能である。１個のピンに漏れがある場合、装置の通常作動を続けながら、このピンを供給する循環路Ｌ１またはＬ２を隔離できる。循環路Ｌ１とＬ２において、各段の間に負圧発生部材（organe deprimogene）を設置して、各モジュール間で冷却液の流量を同じにすることができる。
【００８６】
特定の事例について行われた上記の説明を一般化するために、所定の１個のモジュールの各ピンＥｉｊを識別する２個の指数による記号表記を用いる。第一の指数ｉは、所定の１個のモジュールの一部をなすピンの番号、または（図８に示すように）時計の針の方向に１、２、３、４とされたピンの位置を示し、第二の指数ｊは、リアクタの下から上に向かって、考慮された段１、２、３、４の番号を示す（図１参照）。
【００８７】
所定の一段に配置された標準モジュールが同等である場合、管群の全てのピンをさすのに２個の指数による識別番号で十分である。たとえば、ピンＥ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１は、位置１に配置されるピンを起点として、第一の段の所定のモジュールに配置される４個のピンを時計の針の方向に沿って示す。
【００８８】
ピンＥ１１、Ｅ１２、Ｅ１３、Ｅ１４は、段１、２、３、４を連続して通過する場合、位置１における垂直に並べられた４個のピンを示す。
【００８９】
このようにして、各ピンＥｉｊに供給循環路Ｌ１またはＬ２を割り当てて、表１から供給面を決定する。循環路Ｌ１により供給されるピンは、循環路Ｖ１で回収される少なくとも部分的に蒸発した流体を発生する。簡素化のために、循環路Ｌ１といっているが、循環路一式は、供給循環路Ｌ１と、部分的に蒸発した流体を収集する循環路Ｖ１による収集路とを含む。循環路Ｌ２およびＶ２についても同様である。
【００９０】
かくして、本発明の好適な実施形態による供給表１では、所定の１個のモジュールの内部で時計の針の方向にあるか、または段と段との間で垂直方向にある２個の連続ピンが、同じ循環路からは決して供給されないという意味で、供給循環路Ｌ１とＬ２が交互に作動されることがわかる。
【００９１】
交互供給という表現は、上記の意味であることを明確に理解しなければならない。この好適な実施形態では、本発明による熱交換管群のピンの供給は、同一モジュールの内部または２個の連続段の間において、２個の隣接ピンの間で交互に行われる。
【表１】
【００９２】
リアクタから１個のピンを引き抜くことが必要な場合、モジュールの垂直に並んだ配列は特に有効である。何故なら、リアクタの任意の一段に配置される１個のピンを考慮することによって、同じレベルまたは下位レベル（上からの引き抜き）または上のレベル（下からの引き抜き）に配置される管群の他のピンにさわらずに、考慮されたピンの沿直線方向に配置される一つまたは複数のピンを引き抜けばよいからである。
【００９３】
さらに、所定の１個のモジュールに流体の循環を課したい場合、一方の循環路Ｌ１またはＬ２を閉じて、他方の循環路を動作させることができ、その結果、各モジュールで半分のピンの動作を保持して、ピンの動作配分の均質性を尊重できる。
【００９４】
以下、リアクタの下位段（図１の段１参照）に配置される１個のピンを分解する場合に、実施すべき各操作の一例について説明する。
【００９５】
リアクタの上部に、クレーン、ウインチ、または他のあらゆるリフト設備を設置する。
【００９６】
リアクタのヘッドとリフト設備とを分離する距離は、１個のピンの長さよりも長くする。開口部の寸法が１個のピンの幅よりも大きいマンホールに、リアクタの上部ドームまたは下部を取り付ける。
【００９７】
このようにして、たとえば、リアクタの上部から１個のピンを抜き出す場合、常設ビームにリアクタの上部を取り付け、このビームと上部ピンのヘッドとを隔てる距離を、１個のピンの長さよりも長くする。
【００９８】
リアクタが停止し、慣性がなくなり、大気中に開放されたら、仮設ビームをリアクタに設置する。仮設ビームは、リアクタのこの区域を被覆する一種のグリッドを形成し、常設ビームと協働する。このグリッドにより、仮設リフト設備（たとえばホイストまたはウインチ）をリアクタに設置して、モジュールの上の水平面で移動させることができる。
【００９９】
リアクタの奥に配置される故障ピン、たとえばピンＥ１１を分解する場合は、予め、このピンの上にあるピン、すなわちピンＥ１４、次いでＥ１３およびＥ１２を分解しなければならない。そのため、当業者は、たとえば吊り索を用いて、内部に配置されるリフト手段にピンＥ１４を連結する。
【０１００】
第二のステップで、ピンＥ１４を中央管に結合す溶接部を切断する。下部および上部の支持要素の溶接部もまた切断する。リアクタ内部にあるリフト設備により、ピンＥ１４をもとのモジュールから取り出す。熱交換器全体から引き抜いたら、ウインチおよびピンを仮設ビームからなるグリッドに移動させて、リアクタ上部のマンホールの下にピンを配置する。この位置で、外部リフトシステムによりピンＥ１４をリアクタから引き抜くことができる。ピンＥ１３は、同じ手順に従ってリアクタから取り外せる。ピンＥ１２も同じ手順に従ってリアクタから取り外せる。ピンＥ１１へのアクセス経路があいたら、ピンＥ１４、Ｅ１３、Ｅ１２と同じ手順に従ってピンＥ１１を取り外せる。
【０１０１】
その後、故障した最初のピンＥ１１を場合によっては新しいピンに交換し、特に、リアクタの動作を再開する前にピンＥ１２〜Ｅ１４を再び配置するために、必要であれば上記プロセスを逆に行うことができる。
【０１０２】
従って、本発明は、また、本発明の説明による熱交換管群を含む三相流動床リアクタからピンＥ１１を抜き出す方法に関し、この方法は、
ａ）段４でピンＥ１１の鉛直線上に配置されたピンＥ１４を、吊り索を用いて、リアクタ内部に配置されるリフト手段に結合するステップと、
ｂ）対応するモジュールの中央管にピンＥ１４を結合する溶接部を切断し、ピンＥ１４を囲む下部および上部の要素の溶接部もまた切断するステップと、
ｃ）リアクタ内部のリフト設備により最初のモジュールからピンＥ１４を取り出して、前記ピンを、仮設ビームからなるグリッドで移動させ、リアクタ上部のマンホールの下に配置するステップと、
ｄ）外部リフトシステムを用いてリアクタのピンＥ１４をこの位置から引き抜くステップと、
ｅ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１３を引き抜くステップと、
ｆ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１２を引き抜くステップと、
ｇ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１１を引き抜くステップとを含む。
【実施例】
【０１０３】
以下の例は、下記の操作条件でベンゼンの水素化を実施するための三相流動床の工業リアクタに関する。
【０１０４】
温度：２００℃
圧力：４ＭＰａ（４０バール、１バール＝１０５パスカル）
粒径１〜５０ミクロンの個体粒子の形状を取るラネーニッケル触媒
処理すべき負荷流量：１６００ｋｇ／時
水素流量：１６５ｋｇ／時
平均圧力（１．５Ｍｐａ）の蒸気を発生させるための蒸発水量：２２００ｋｇ／時
１個のモジュールが４個のピンを備え、各ピンが、６個の垂直往復路を形成する垂直ダクトからなり、各往復路が、Ｕ字形のダクト部分により分離されている。各往路（または復路）の長さは３メートルである。
【０１０５】
各垂直ダクトは、外径６０．３ｍｍ、内径５２．５ｍｍの管からなる。１個のモジュールの全体の外径寸法は、高さ３．５メートル、幅１．５メートルである。
【０１０６】
１個のモジュールの中央管は、外径１１４．３ｍｍ、内径１０２．３ｍｍである。各段に８個の同一モジュールがあり、約４００ｍ２の熱交換面積全体を画定する１０個の段により、放出される熱を排出できる。
【０１０７】
ピンの供給面は、詳細な説明の表１に記載された交互供給面である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】三相流動床リアクタの全体図である。
【図２】リアクタ上部を示す図である。
【図３】本発明による管群の上面図である。
【図４】モジュール上部の斜視図である。
【図５】１個のモジュールの上面図である。
【図６】モジュールの全体図である。
【図７】段と段の間のスペースを示す図である。
【図８】管群のピンを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１〜４ 段
Ｅ１〜Ｅ４ ピン
Ｅ１１〜Ｅ１４ ピン
Ｆｐ 第一の層
Ｆｓ 第二の層
Ｔｃ 中央管
Ａｇ 補剛要素
Ｒｇ 補剛要素
Ｌ１、Ｖ１ 第一の循環路
Ｌ２、Ｖ２ 第二の循環路
Ｌ 冷却液
Ｖｔ 垂直出入管
Ｈ 水平出入管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャケットからなる三相流動床リアクタの内部に含まれ、反応流体の導入手段と、冷却流体の導入手段と、部分的に蒸発した前記冷却流体の排出手段とを備えた、熱交換器の管群であって、前記管群が、少なくとも２段の同一モジュールを含み、各モジュールが、考慮されたモジュールと、各段の管群で当該モジュールと垂直に並べられるモジュール集合とに共通する中央管の周囲に配分された、同一ピンの集合を含み、前記中央管が、モジュールのピンに冷却流体を供給すると同時に、これらのピンから出る部分的に蒸発した冷却流体を回収する役割を果たす、熱交換器の管群。
【請求項２】
前記管群のピンの供給が、１個の同一モジュールの内部または連続する２段の間で、２個の隣接ピンの間で交互に行われる、請求項１に記載の熱交換器の管群。
【請求項３】
反応媒質の容積単位あたりの熱交換面積が、約４〜３０ｍ２／ｍ３であり、好適には４〜２０ｍ２／ｍ３で、さらに好適には４〜１５ｍ２／ｍ３である、請求項１または２に記載の熱交換器の管群。
【請求項４】
各モジュールのピンの数が２、４、６、または８個である、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項５】
段の数が、２から６個である、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項６】
各モジュールのピンの数が４個である、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項７】
各段のモジュール数が４から８０個である、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項８】
中央管が、冷却液の供給循環路と、部分的に蒸発した冷却液の回収循環路との２個の独立した循環路を決定可能な、４個の等しい垂直区間を決定する十字形の内部隔壁によって分割される、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項９】
各モジュールのピンが、一定数の垂直軌道またはパスを含み、この数が１０から５０である、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項１０】
１個のモジュールの各中央管が、前記中央管の外壁に沿って溶接された第一の層を含み、この第一の層が、前記外壁の全長に延びて慣性を増すようにした、請求項１から９のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項１１】
各中央管が、さらに、複数個の第一の層と、前記第一の層に溶接されてこの第一の層と組み合わせてＴ字形を構成するようにされた第二の層とを備える、請求項１０に記載の熱交換器の管群。
【請求項１２】
ａ）段４でピンＥ１１の鉛直線上に配置されたピンＥ１４を、吊り策を用いて、リアクタ内部に配置されるリフト手段に連結するステップと、
ｂ）対応するモジュールの中央管にピンＥ１４を結合する溶接部を切断し、ピンＥ１４を囲む下部および上部の支持要素の溶接部もまた切断するステップと、
ｃ）リアクタ内部のリフト設備により最初のモジュールからピンＥ１４を取り出して、前記ピンを、仮設ビームからなるグリッドで移動させ、リアクタ上部のマンホールの下に配置するステップと、
ｄ）外部リフトシステムを用いてリアクタのピンＥ１４をこの位置から引き抜くステップと、
ｅ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１３を引き抜くステップと、
ｆ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１２を引き抜くステップと、
ｇ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１１を引き抜くステップとを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱交換器の管群のピンＥ１１の引き抜き方法。
【請求項１】
ジャケットからなる三相流動床リアクタの内部に含まれ、反応流体の導入手段と、冷却流体の導入手段と、部分的に蒸発した前記冷却流体の排出手段とを備えた、熱交換器の管群であって、前記管群が、少なくとも２段の同一モジュールを含み、各モジュールが、考慮されたモジュールと、各段の管群で当該モジュールと垂直に並べられるモジュール集合とに共通する中央管の周囲に配分された、同一ピンの集合を含み、前記中央管が、モジュールのピンに冷却流体を供給すると同時に、これらのピンから出る部分的に蒸発した冷却流体を回収する役割を果たす、熱交換器の管群。
【請求項２】
前記管群のピンの供給が、１個の同一モジュールの内部または連続する２段の間で、２個の隣接ピンの間で交互に行われる、請求項１に記載の熱交換器の管群。
【請求項３】
反応媒質の容積単位あたりの熱交換面積が、約４〜３０ｍ２／ｍ３であり、好適には４〜２０ｍ２／ｍ３で、さらに好適には４〜１５ｍ２／ｍ３である、請求項１または２に記載の熱交換器の管群。
【請求項４】
各モジュールのピンの数が２、４、６、または８個である、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項５】
段の数が、２から６個である、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項６】
各モジュールのピンの数が４個である、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項７】
各段のモジュール数が４から８０個である、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項８】
中央管が、冷却液の供給循環路と、部分的に蒸発した冷却液の回収循環路との２個の独立した循環路を決定可能な、４個の等しい垂直区間を決定する十字形の内部隔壁によって分割される、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項９】
各モジュールのピンが、一定数の垂直軌道またはパスを含み、この数が１０から５０である、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項１０】
１個のモジュールの各中央管が、前記中央管の外壁に沿って溶接された第一の層を含み、この第一の層が、前記外壁の全長に延びて慣性を増すようにした、請求項１から９のいずれか一項に記載の熱交換器の管群。
【請求項１１】
各中央管が、さらに、複数個の第一の層と、前記第一の層に溶接されてこの第一の層と組み合わせてＴ字形を構成するようにされた第二の層とを備える、請求項１０に記載の熱交換器の管群。
【請求項１２】
ａ）段４でピンＥ１１の鉛直線上に配置されたピンＥ１４を、吊り策を用いて、リアクタ内部に配置されるリフト手段に連結するステップと、
ｂ）対応するモジュールの中央管にピンＥ１４を結合する溶接部を切断し、ピンＥ１４を囲む下部および上部の支持要素の溶接部もまた切断するステップと、
ｃ）リアクタ内部のリフト設備により最初のモジュールからピンＥ１４を取り出して、前記ピンを、仮設ビームからなるグリッドで移動させ、リアクタ上部のマンホールの下に配置するステップと、
ｄ）外部リフトシステムを用いてリアクタのピンＥ１４をこの位置から引き抜くステップと、
ｅ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１３を引き抜くステップと、
ｆ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１２を引き抜くステップと、
ｇ）ステップａ）からｃ）と同じ方式でリアクタからピンＥ１１を引き抜くステップとを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱交換器の管群のピンＥ１１の引き抜き方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２９２４５２（Ｐ２００７−２９２４５２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１２４６８（Ｐ２００７−１１２４６８）
【出願日】平成１９年４月２３日（２００７．４．２３）
【出願人】（５９１００７８２６）イエフペ (261)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２３日（２００７．４．２３）
【出願人】（５９１００７８２６）イエフペ (261)
【Ｆターム（参考）】
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