流体分散媒体を含む容器
媒体の外面に組み込まれた流体分散流路を有する不規則な方向を向いたセラミックの媒体の床を含む容器が開示される。流路は流体を取り込みかつ向け直し、それによって容器内の流体の分散を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００９年２月１６日に出願された米国特許仮出願第６１／１５２，９１２号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、全般的に、流体が床を通って通過する際、流体を次第に広い領域上に向け直すことにより流体の分散を向上させるために使用される不規則な方向を向いたセラミックの媒体の床に関する。特に、本発明は、化学反応器の格納容器の一端に位置して、触媒的に活性な材料、吸着剤または活性炭などの材料を含みうる構成要素の層全体に流体を再分散する床トッピング媒体に関する。
【背景技術】
【０００３】
化学反応器における流体の不均一分散を低減するために使用されうる流体分散材料を開示する特許の１つの例は米国特許第６，２９１，６０３号明細書である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体の床の上に配置される流入する流体の流れの改良された再分散を、媒体の外面に流体分流路を組み込むことにより提供する。流路は、流体が床を通って流れる際、流体の一部を取り込み、次いで、向け直すように構成されている。いくつかの状況において、媒体は、流入する流体の初期方向に対して流体を垂直に流れさせてもよい。
【０００５】
一実施形態において、本発明は、流体入口点および床からなる容器を含む。床は、その中に配置される複数の単一要素からなる第１の層を含む。第１の層内の要素の少なくとも大部分は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体を含む。セラミックの媒体は、その中に形成される１つまたは複数の流体分流路を有する外面を含む。床はまた、大部分の構成要素がセラミックの媒体とは物理的に異なる構成要素からなる第２の層を含む。床の第１の層は第２の層と流体入口点との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の容器を含む化学反応器の横断面図である。
【図２】図１に示される第１の層において有用なセラミックの媒体の第１の実施形態の斜視図である。
【図３】図１に示される第１の層において有用なセラミックの媒体の第２の実施形態の端面図である。
【図４】流体分散パターンの理論上の断面図である。
【図５】液体分散試験デバイスの概略図である。
【図６】図５に示される試験デバイスの中心、中間および外側領域の図である。
【図７】圧力損失対質量速度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書で使用する「化学処理装置」という文言は、１つまたは複数の原料を受容し、次いでそれを、化学的におよび／または物理的に転化させ、１つまたは複数の最終生成物にして装置から排出する、タンク、燃焼器、燃焼室、管等などの設備を表すことを意図するものである。転化は、触媒を使用して原料を最終生成物に転化する化学反応と、脱着または吸着と、原料の物質の状態に対する物理的変化（例えば、液体から気体へ）および／または原料の温度の上昇または低下、を伴ってもよい。化学反応器は種々の目的から化学製造業で広く使用されており、相化学処理装置という文言の一部であると考えられている。化学反応器には、その中で転化プロセスが起こる容器を含んでもよい。
【０００８】
その中で２つ以上の反応体を反応させて最終生成物を生成することができる反応領域を有する容器を設けることにより最終生成物を生成する化学反応器はまた、反応領域の一端に位置する床トッピング材の層および反応領域の反対端に位置する床支持材の層を含んでもよい。市販されている床トッピング材の例には、セラミックの球体および網状の発泡体がある。床トッピング材の１つの機能は、床トッピング材の層の固定領域に配置される、流入する流体を受容し、次いで、流体が床トッピング層を通過して出る際に、流体をより広い領域上に向け直すことである。流入する流体は、１つまたは複数のノズルを含んでもよい分散器として一般に公知である、機械的なデバイスにより床トッピング層上に配置されてもよい。本明細書中で、分散器は「流体入口点」として記載されうる。「流体入口点」という用語はまた、１つまたは複数の流体を床トッピング層上に集合的にまたは個別に配置する単一管または複数の管を表してもよい。流入する流体が床トッピングに接触すると、流体は流入する流体分散パターンを本質的に形成する。流体はトッピング材の床を出ると、流体は本質的に最終流体分散パターンを形成する。セラミックの球体でできた床トッピングは流入する流体の適度な再分散を提供することが公知であるが、球体を使用して再分散を大幅に増加させるという目下の要求は実現されていない。同様に、網状のセラミック発泡体でできた床トッピングは、セラミック材料を通る流れの通路を画定する複数の網部材を含んでもよい。網部材は、流入する流体を、次に反応器を通って流れる、複数のより小さな流体の流れに細分する。より大きな単一の流れを、多くのより小さな流れに細分することは、いくつかの工業上の工程において適切となりうる一方で、化学反応器の操作が１つまたは複数の流体の広範な均一分散に依存する場合、流入する流体の分散パターンよりもさらに大きな領域上に、流体を横方向に再分散することが必要とされうる。
【０００９】
ここで図、特に図１を参照すると、容器１２と、機械的な分散器１４と、排出管１６と、を含む、化学反応器１０の断面図が示されている。容器は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体２２の第１の層２０を含む床１８と、セラミックのペレットの表面上に配置された触媒的に活性な金属を含む構成要素２６の第２の層２４と、床支持媒体３０の第３の層２８と、を収容する。本明細書中に使用されるように、セラミックの媒体が流体分流路を有し、構成要素が流体分流路を有しない場合、第１の層内のセラミックの媒体は、第２の層内の構成要素とは物理的に異なるものであると考えられる。さらに、第１の層内の少なくとも大部分の要素が不規則な方向を向いたセラミックの媒体であれば、第１の層２０には、不規則な方向を向いたセラミックの媒体でない要素を含んでもよい。第１の層内の要素のすべてが、その中に組み込まれた流体分流路を有するセラミックの媒体であることが好ましい。同様に、第２の層を構成するセラミックの構成要素はすべて外面に流体分流路がなく、したがって、第１の層内の媒体とは異なる。しかしながら、本発明の利点は、少なくとも大部分の第２の層の構成要素が第１の層内のセラミックの媒体と物理的に異なる場合であっても実現されうる。再度図１を参照すると、第２の層はまた、反応領域として表されうる。床１８は既知高さを有し、かつ第１の層は床の高さの２０％未満を占める。第２の層は床の高さの５０％を超えて占めてもよい。所望であれば、第３の層は第２の層の下に位置するスクリーンと入れ替えることも可能である。商標ｄｅｌｔａＰ（商標）により特定される、市販されている適切な床支持媒体は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＮｏｒＰｒｏ（Ｓｔｏｗ、Ｏｈｉｏ、ＵＳＡ）から入手することができる。
【００１０】
図２は、図１に示すような容器１２の第１の層２０内で使用されるのに適するであろうセラミックの媒体２２の一実施形態の斜視図を開示する。媒体は、外周壁３２と、第１の端部３４と、第２の端部３６と、第１の端部から第２の端部へ延在する４つの流体分流路３８、４０、４２および４４と、を含む。この実施形態において、４つの流体分流路は同じ断面形状を有する。図３に示されるように、流路の形状を変えてもよい。適切な媒体の任意の特徴である開口部４６は、媒体を通る内部通路を画定し、また、第１の端部から第２の端部へと延在する。形状、サイズおよび開口部４６の存在は、流体分流路の性能に影響することなく、大幅に変えてもよい。
【００１１】
図３に示されるのは、第１の層２０内での使用に適した媒体４８の別の実施形態の端面図である。図３に示されるように、流体分流路の断面形状は、流路が媒体の外周面に接触する部分の流体を（矢印５０を参照のこと）効果的に取り込みかつ分流し、次いで、外周壁の曲線面上から少なくとも流体の一部が媒体の端部に向け直される１つまたは複数の流体分流路内に流れ込むのであれば（矢印５２および５４を参照のこと）変形させてもよい。外周壁に垂直な角度で衝突し、次いで、流体分流路に流れ込みかつ通過し、それによって流体の流れの方向を変える流体は、本明細書中において、横向きに移動する流体と定義される。本明細書中に記載される、流体分流路を有する複数の不規則な方向を向いた媒体により、流体が媒体を通って流れ、流体の流れの初期方向に対して９０°も急激に分流する。分流は、流体が第１の媒体に接触し、次いでそれを出て、次いで第２の媒体に接触してそれを出て、次いで第３の媒体に接触してそれを出る等の際に、繰り返し発生する。
【００１２】
図１に示すように、容器内に、外面に形成される流体分流路を有する媒体が使用され、媒体が流体の入口と構成要素の第２の層との間に配置される第１の層を形成する場合、そのときはセラミックの媒体内の流体分流路は協働して第１の層を通過する多くの流体拡散通路を設ける。流体拡散通路には、入口を過ぎた後および第２の層に接触する前にそれを通って流体が流れる、２つ以上の媒体内に形成される２つ以上の流路を含む。流体が、第１の媒体内の流体分流路を通って流れ、次いで、第２の媒体内の別の流体分流路を通って流れる場合、そのとき流体は流体拡散通路を通って流れてきたと考えられる。流体が最初に第１の層を通り、次いで、第２の層に流れるのであれば流体が流れる方向は重要ではない。ダウンフロー型の化学反応器では、重力によって、流体が分散器から第１の層および次いで第２の層を通って下方向に流れる。アップフロー型の化学反応器では、流体の入口点は容器の底近辺に位置し、第１の層は第２の層の下に位置する。第１の層および次いで第２の層を通って流体を上方に押し出すために類似のデバイスのポンプが使用される。
【００１３】
図４に示すように、流体が複数の媒体を通って流れる際にそれにより生じる流体分散パターンの理論上の断面図は、円錐形状帯域に類似してもよく（矢印５６および５８を参照のこと）、ここで円錐の上部６０は、流体６２が媒体の上部面に接触する点であり、円錐の底６４は、流体が複数の媒体の底から出る際に作られるパターンである。媒体の流体分流路は２つの目的を同時に達成してもよい。第１に、媒体を通って流れる流体は、流体が媒体の床を通過する際にさらにより広範な領域上に向け直される。垂直移動の単位あたりの横方向の移動の量は、図４の円錐の中心を画定する線６６などの線と、矢印５６により示されるような円錐の最も近い側部との間の角度として画定される媒体床の流体分散角度を計算するために測定され、かつ使用されてもよい。１５°以上の大きな流体分散角度の方が、１０°以下の小さい流体分散角度よりも好ましい。大きな流体分散角度を有することに加えて、その中に組み込まれた流体分散流路を有する媒体は、有利に、円錐形状の拡散帯内に流体の均一分散を行う。円錐形状帯内に流体を均一分散することと、大きな流体分散角度との両方を達成することの方が、大きな分散角度および円錐内の不均一分散、または円錐内の均一分散および小さい流体分散角度のいずれかを達成することよりも好ましい。
【００１４】
流体が複数の媒体を通って移動する際、流体をさらにより広範なパターンに効果的に分流するため、媒体の流体分流路および複数の媒体の物理的特性などのパラメータは、個別にまたは好ましくは互いに合わせて変更してもよい。変更して流体の横方向の移動に影響を与えてもよい流路の特性には、流路の幅と、流路の深さと、流路の長さと、流路の断面形状と、を含む。同様に、変更して流体の横方向の移動に影響を与えてもよい媒体の特性には、流路の中心線間の回転角度および媒体の最大直径とその長さとの比を含む。変更して流体の横方向の移動に影響を与えてもよい床の特性の１つは、床の深さである。
【００１５】
流路に関しては、いくらかの流体が容易に流路に入り、次いで、流体が流路を通って媒体の一端に移動するまで少なくとも流体の一部が流路から漏れるのを阻止することを可能にするよう流体分流路が構成されてもよい。図３の流路の深さ６８は媒体の最大直径Ｄｍａｘの約１７％である。流路の深さは媒体の最大直径の１５％〜２５％の間であってもよい。媒体の最大直径の１０％〜４５％の間の深さを有する流路が実施可能である。流路７０を画定する壁などの、互いにほぼ並行する対向壁により画定される流路では、流路の幅は対向壁７２と７４との間の距離を測定することにより決定される。ほぼ並行する壁を有する流路に対し、流路７６などの流路は、流路の開口部のサイズを低減する張出し部７８を有するように設計されてもよい。張出し部を含む流路では、開口部の幅は、張出し部の対向部分の間の距離である。張出し部部分８０および８２を参照のこと。流路の上部から流路の底へと流路の幅が次第に細くなる場合、そこで流路の幅は、流路の深さの２分の１における対向壁間の幅として画定される。図３の流路８４の矢印８６を参照のこと。適切に機能する流路は、１．２：１．０と３．０：１．０の間の深さと幅の比を有していてもよい。深さと幅の比が１．２：１．０より小さい流路は、流体を流路内に保持するには浅すぎる可能性がある。適切に機能する流路は、２：１〜２０：１の間の長さと幅の比を有していてもよい。
【００１６】
上に示されたように、媒体の流体分散能力に影響力を有する媒体の特性の１つは、流路間の回転角度である。回転角度は、流路６８の中心線９０と、隣接する流路７０の中心線９２との交点８８により形成される角度として画定される。図３に示すように、流路は、媒体が４つの流路を有するように互いから９０°に配置されてもよい。等間隔で配置された最低３つの流路を実現可能な一方、等間隔で配置された４つの流路が好適である。等間隔で配置された５つまたは６つの流路を有する媒体は実施可能である。図２に示すように、１つの媒体の各流路の断面形状は同じであってもよい。しかしながら、図３に示すように、流路の断面形状は、各流路において同じである必要はない。さらに、媒体の層の媒体すべてが同一である必要はない。
【００１７】
容器内のセラミックの媒体の層の流体分散を向上させるために変更してもよい別の媒体の特性は、本明細書中に媒体の長さとその直径の比であるＬ：Ｄ比として定義され、０．５：１．０〜２．５：１．０までの範囲にわたってもよい。比が０．５：１未満の場合、媒体は、流体の流れに垂直な端部の方を向く傾向があり、流体を横方向に拡散する流路の能力に悪影響を及ぼす。媒体の長さと直径の比が２．５：１．０よりも大きい場合、媒体の大多数が最初の流体の流れの方向に対して垂直に向く傾向があり、床内の圧力損失を過度に増加させる可能性がある。床内の圧力損失が許容できるレベルを超えて増加した場合、そこで反応器を停止しなければならない。
【００１８】
多くの流体の適切な分散を達成するために変化させてもよい床の特性に関して、床の平均深さは、媒体の長さの少なくとも５倍とするべきである。いくつかの用途において、床の平均深さは、媒体の長さの少なくとも１０倍としてもよい。床の最低深さが浅すぎる場合、媒体は流体の分散にほとんど影響しない。
【００１９】
図２および３に示されるセラミックの媒体を含む、本発明の容器に有用なセラミックの媒体は、媒体に十分な強度を提供し、かつ使用される流体に適合するあらゆるセラミック材料で形成してもよい。例えば、自然粘土または合成粘土、長石、ゼオライト、コーディエライト、アルミナ、ジルコニア、シリカまたはこれらの混合物などの原料を使用してもよい。粘土は一般的にアルミナとシリカの混合酸化物であり、カオリン、ボールクレー、耐火粘土、チャイナクレー等などの原料を含む。ボールクレーおよび耐火粘土などの高塑性粘土が適した粘土である。粘土は約１１〜１３ｍｅｑ／１００ｇｍのメチレンブルー指数（「ＭＢＩ」）を有してもよい。本明細書中において用語「長石」は、ソーダ、カリおよび石灰を含むアルミナのケイ酸塩類を記載するために使用される。石英、ジルコンサンド、長石質粘土、モンモリロナイト、霞石閃長岩等などの他の成分もまた、微量の別のセラミック形成成分内に存在しうる。
【００２０】
セラミックの床トッピング媒体を生成するために一緒に焼成される材料は、微粉形態で供給されてもよく、水および／または押出し成形工程を助けるための、結合剤、押出し助剤、潤滑材等などの加工助剤の添加により成形可能な混合物が作製されてもよい。混合物は、所望の形状を得るための押出し成形または幹式プレス技術を使用したプレス加工などのいくつかの異なる技術を使用して加工されうる。例えば、初期押出し成形工程に続くのは、押出し成形の方向に垂直に切断して所望の長さにすることであってもよい。水を飛ばすために初期乾燥が使用されてもよい。これにより相対的に弱い生地の構造を破壊することを回避することができ、約１２０℃未満、一実施形態においては約７０℃未満で実施してもよく、約５時間継続してもよい。次いで、成形体を、例えば、１１００℃〜１４００℃の最高温度、一実施形態においては少なくとも１２００℃、別の実施形態においては約１２５０℃で高温で加工して、通常１．５％未満の見掛け気孔率、一実施形態においては、０．７％未満の見掛け気孔率を有する緻密成形体を形成してもよい。しかしながら、いくつかの用途において気孔率は約１５％まででもよい。焼成温度は要素の組成にある程度依存してもよく、概して、材料のバルクでは低気孔率を達成するのに十分である。これは、一般に３０〜８０％までの見掛け気孔率または材料内の空隙を有し、したがって媒体の材料内の空隙に流体を通過させるよりもむしろ、流体分流路内に流体を取り込むのに適さない可能性のある、網状のセラミック成形体とは対照的である。
【００２１】
セラミックの媒体を、おもに酸化ケイ素と酸化アルミニウムからなる合成体（アルミノケイ酸塩）を形成するために、粘土と長石とその他副材の混合物から製作してもよい。例えば、要素を形成するのに使用される混合物は、少なくとも約９０％のセラミック形成材料と、残りに（通常約１０％まで）加工助剤と、を含んでもよい。セラミック形成材料は、２０〜９９％の酸化アルミニウムと０〜８０％の酸化ケイ素からなってもよい。加工助剤は大半が焼成時に揮発してもよい。乾燥材料は、混合物を所望の形に成形し、焼成時にその形を保持することを可能にするような十分な量の水を添加する前に、完全に混合されてもよい。概して、添加する水の量は、乾燥材料の混合物１００ｇｍあたり１２〜３０ｍｌであってもよい。成形可能な混合物は、次いで成形または押出し成形され所望の形状を形成してから、その形状を炉内で１１００℃〜１４００℃の最高温度まで焼成することができる。炉内の温度は５０〜９０℃／ｈｒの割合で上昇させてもよく、かつ炉を周囲温度まで冷却させる前の、か焼温度での滞在時間は１時間〜４時間であってもよい。
【００２２】
セラミックの媒体が押出し成形または幹式プレス工程により生成される場合、それらは要素の対称軸となる１つの軸方向に沿って本質的に均一な断面を有することができる。
【００２３】
図２に示される媒体を含む、様々な床トッピング媒体の流体分散特性を評価するため、図５に示される液体分散試験デバイスが組み立てられ、ここで記載されるように操作された。試験デバイスには、両端において開口し、かつ媒体１０２の床を収容する、垂直方向を向き、かつ管状の形状の保持壁１００と、床の上方に位置する機械的な分散器１０４と、両リングが床の下に位置し、かつ容器の中心と同心円状に並ぶ、第１の仕切りリング１０６および第２の仕切りリング１０８と、リングの下に位置する複数の流体捕集ビン１１０、１１２、１１４、１１６および１１８と、が含まれた。図６は試験デバイスの頂面図である。リングは第１の仕切りリングが中心領域１２０を画定し、第２の仕切りリングと第１の仕切りリングが協働して中間領域１２２の境界を画定し、第２の仕切りリングと保持壁が外側領域１２４の境界を画定するよう慎重に配置された。各領域は床の表面領域の３分の１を占めていた。図２に示される十分な量の媒体は、粘土と、長石と、約２５重量パーセントのアルミナおよび６８重量パーセントのシリカと水との混合物を含む有機押出し助剤と、の混合物を形成することにより作製された。混合物の一部は金型を通して押出し成形され、長さが切断され、約１，２００℃の温度で焼成されてセラミックの媒体が形成された。評価試験は複数の媒体を試験デバイスに充填することにより開始された。媒体は１８ｃｍの一定深さまで充填され、約５ｍｍ×５ｍｍの画定された矩形の形状の開口部を有する金網支持スクリーン１２６の上部に載せられた。分散器は、図５に示すように、連結管１２８と、連結管１２８に固定され、かつ試験デバイスの中心１０９から半径方向に分散される８個の横方向のアーム１３０（図６を参照）とを含む。８つの横方向のアームのそれぞれが３つの開口部１３２を含み、それによってアームに沿って一定の間隔をおいて配置され、かつノズルとして機能する合計２４個の開口部となった。２４個の開口部のうち１６個が中心領域の上方に配置された。２４個の開口部のうち８個が中間領域の上方に配置された。開口部のいずれも外側領域の上方に配置されなかった。各開口部１３２の直径はほぼ８ｍｍであった。各領域内の水流の量を測定し、それによって流体分散パターンを決定する前に、水が床から流れる際に取り込むことも水の量を測定することもなく、分散器に水を通し、媒体の床の上部の上に約３０分間流れることを可能にすることにより、媒体が十分に接液状態になることを可能とした。媒体が接液した後、流体は媒体床上に１８．９ｌ／ｍｉｎ（毎分５ガロン）の速度で流れることが可能となった。各ノズルを通る水の平均流量は約０．７９ｌ／ｍｉｎ（毎分０．２０８ガロン）であった。上述のように、水は媒体の床の個々の部材に接触すると、水は媒体の流体分散流路により分流されたため、水はさらにより広範な領域上に流れた。水が媒体の床を出て、金網スクリーンを通って流れた後、水はそれぞれ中心領域、中間領域および外側領域に対応する円形の樋の列１３４、１３６および１３８に集められた。各樋内の液体の量が測定され、各樋内の液体の重量百分率が次いで計算された。
【００２４】
上述の試験デバイスは、２つの市販されている床トッピング媒体および図２に示される媒体の流体分散特性を評価するために使用された。２つの市販されている媒体は、一般に１９ｍｍのＰｅｎｔａｒｉｎｇおよび１９ｍｍのセラミックボールとして公知である。両Ｐｅｎｔａｒｉｎｇおよびセラミックボールは、Ｓａｉｎｔ−ＧｏｂａｉｎＮｏｒＰｒｏ（Ｓｔｏｗ、ＯＨ、ＵＳＡ）より市販されている。Ｐｅｎｔａｒｉｎｇは、一端から見ると、中心に位置するハブおよび５つの等間隔で配置された、ハブから外周壁へ半径方向に延在するスポークを有する、貨車の車輪に類似するセラミックの媒体である。スポークと壁とは、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇ媒体を通る５つの三角形の形状の開口部を画定する。Ｐｅｎｔａｒｉｎｇは高さが１０ｍｍおよび直径が１９ｍｍであった。以下の表１に示されるのは、上述の床トッピングのそれぞれが評価された場合の、中心領域と、中間領域と、外側領域とに流れ込んだ、ｋｇ／ｍｉｎとして測定された水の量である。中心領域と中間領域とに流れ込んだ水の量の間のパーセント偏差が表の右側の列に示される。
【００２５】
【表１】
【００２６】
このデータは、媒体の外面に組み込まれた流体分流路を有する媒体が、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇよりもセラミックボールよりも、水のさらなる横方向への分散を提供したことを明確に示す。その理由は、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇおよびセラミックボールの中心領域と中間領域との間のパーセント偏差が、それぞれ１４．７％および３７．５％であった一方、図２に示される媒体の中心領域と中間領域との間のパーセント偏差は８．６％であったからである。このデータは、同じ床深さで評価された場合、流体分散流路を有する媒体が、床トッピング媒体の他の両者よりも広い横方向の移動を提供したという結論を支持する。本発明の容器で使用されるのに適した媒体は、試験デバイスの中心領域とその中間領域の分散の間に１２％未満の差を有する。その差は１０％未満であることが好ましい。
【００２７】
流体が第１の層を通過する際に流体の横方向への再分散を提供することに加えて、第１の層内のセラミックの媒体は、床トッピングの第１の層がない床全域の圧力損失と比較して、床全域の圧力損失に本質的に影響を与える。しかしながら、外面に組み込まれた流体分散流路を有するセラミックの媒体では、有利には、１９ｍｍのセラミックの球体または１９ｍｍのＰｅｎｔａｒｉｎｇからなる第１の層よりも圧力損失の増加が少なくなる。図７に示されるのは、セラミックの球体と、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇと、図２に示されるセラミックの媒体の圧力損失対質量速度のグラフである。線１３８は、球体のみを測定した際に得られたデータを示す。同様に、線１４０および１４２は、それぞれＰｅｎｔａｒｉｎｇと図２に示されるセラミックの球体のみを測定した際に得られたデータを示す。グラフは、圧力損失は球体において最も急激に、および外面に流体分散流路を有するセラミックの媒体において最も緩やかに増加するという結論を支持する。相対的に低い圧力損失と、それがセラミックの媒体の床を通過する際の、広範な、流体の均一な横方向の分散との組み合わせが、化学反応器の運転のための望ましい特性となりうる。
【００２８】
上記は特定の実施形態のものにすぎないとみなされる。当業者および本発明を作成または使用する者は、本発明の改良物を思いつくであろう。したがって、図に示されたおよび上述した実施形態は説明の目的のみのためであり、特許法の原則に従い解釈されるような以下の請求項によって定義される本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００９年２月１６日に出願された米国特許仮出願第６１／１５２，９１２号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、全般的に、流体が床を通って通過する際、流体を次第に広い領域上に向け直すことにより流体の分散を向上させるために使用される不規則な方向を向いたセラミックの媒体の床に関する。特に、本発明は、化学反応器の格納容器の一端に位置して、触媒的に活性な材料、吸着剤または活性炭などの材料を含みうる構成要素の層全体に流体を再分散する床トッピング媒体に関する。
【背景技術】
【０００３】
化学反応器における流体の不均一分散を低減するために使用されうる流体分散材料を開示する特許の１つの例は米国特許第６，２９１，６０３号明細書である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体の床の上に配置される流入する流体の流れの改良された再分散を、媒体の外面に流体分流路を組み込むことにより提供する。流路は、流体が床を通って流れる際、流体の一部を取り込み、次いで、向け直すように構成されている。いくつかの状況において、媒体は、流入する流体の初期方向に対して流体を垂直に流れさせてもよい。
【０００５】
一実施形態において、本発明は、流体入口点および床からなる容器を含む。床は、その中に配置される複数の単一要素からなる第１の層を含む。第１の層内の要素の少なくとも大部分は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体を含む。セラミックの媒体は、その中に形成される１つまたは複数の流体分流路を有する外面を含む。床はまた、大部分の構成要素がセラミックの媒体とは物理的に異なる構成要素からなる第２の層を含む。床の第１の層は第２の層と流体入口点との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の容器を含む化学反応器の横断面図である。
【図２】図１に示される第１の層において有用なセラミックの媒体の第１の実施形態の斜視図である。
【図３】図１に示される第１の層において有用なセラミックの媒体の第２の実施形態の端面図である。
【図４】流体分散パターンの理論上の断面図である。
【図５】液体分散試験デバイスの概略図である。
【図６】図５に示される試験デバイスの中心、中間および外側領域の図である。
【図７】圧力損失対質量速度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書で使用する「化学処理装置」という文言は、１つまたは複数の原料を受容し、次いでそれを、化学的におよび／または物理的に転化させ、１つまたは複数の最終生成物にして装置から排出する、タンク、燃焼器、燃焼室、管等などの設備を表すことを意図するものである。転化は、触媒を使用して原料を最終生成物に転化する化学反応と、脱着または吸着と、原料の物質の状態に対する物理的変化（例えば、液体から気体へ）および／または原料の温度の上昇または低下、を伴ってもよい。化学反応器は種々の目的から化学製造業で広く使用されており、相化学処理装置という文言の一部であると考えられている。化学反応器には、その中で転化プロセスが起こる容器を含んでもよい。
【０００８】
その中で２つ以上の反応体を反応させて最終生成物を生成することができる反応領域を有する容器を設けることにより最終生成物を生成する化学反応器はまた、反応領域の一端に位置する床トッピング材の層および反応領域の反対端に位置する床支持材の層を含んでもよい。市販されている床トッピング材の例には、セラミックの球体および網状の発泡体がある。床トッピング材の１つの機能は、床トッピング材の層の固定領域に配置される、流入する流体を受容し、次いで、流体が床トッピング層を通過して出る際に、流体をより広い領域上に向け直すことである。流入する流体は、１つまたは複数のノズルを含んでもよい分散器として一般に公知である、機械的なデバイスにより床トッピング層上に配置されてもよい。本明細書中で、分散器は「流体入口点」として記載されうる。「流体入口点」という用語はまた、１つまたは複数の流体を床トッピング層上に集合的にまたは個別に配置する単一管または複数の管を表してもよい。流入する流体が床トッピングに接触すると、流体は流入する流体分散パターンを本質的に形成する。流体はトッピング材の床を出ると、流体は本質的に最終流体分散パターンを形成する。セラミックの球体でできた床トッピングは流入する流体の適度な再分散を提供することが公知であるが、球体を使用して再分散を大幅に増加させるという目下の要求は実現されていない。同様に、網状のセラミック発泡体でできた床トッピングは、セラミック材料を通る流れの通路を画定する複数の網部材を含んでもよい。網部材は、流入する流体を、次に反応器を通って流れる、複数のより小さな流体の流れに細分する。より大きな単一の流れを、多くのより小さな流れに細分することは、いくつかの工業上の工程において適切となりうる一方で、化学反応器の操作が１つまたは複数の流体の広範な均一分散に依存する場合、流入する流体の分散パターンよりもさらに大きな領域上に、流体を横方向に再分散することが必要とされうる。
【０００９】
ここで図、特に図１を参照すると、容器１２と、機械的な分散器１４と、排出管１６と、を含む、化学反応器１０の断面図が示されている。容器は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体２２の第１の層２０を含む床１８と、セラミックのペレットの表面上に配置された触媒的に活性な金属を含む構成要素２６の第２の層２４と、床支持媒体３０の第３の層２８と、を収容する。本明細書中に使用されるように、セラミックの媒体が流体分流路を有し、構成要素が流体分流路を有しない場合、第１の層内のセラミックの媒体は、第２の層内の構成要素とは物理的に異なるものであると考えられる。さらに、第１の層内の少なくとも大部分の要素が不規則な方向を向いたセラミックの媒体であれば、第１の層２０には、不規則な方向を向いたセラミックの媒体でない要素を含んでもよい。第１の層内の要素のすべてが、その中に組み込まれた流体分流路を有するセラミックの媒体であることが好ましい。同様に、第２の層を構成するセラミックの構成要素はすべて外面に流体分流路がなく、したがって、第１の層内の媒体とは異なる。しかしながら、本発明の利点は、少なくとも大部分の第２の層の構成要素が第１の層内のセラミックの媒体と物理的に異なる場合であっても実現されうる。再度図１を参照すると、第２の層はまた、反応領域として表されうる。床１８は既知高さを有し、かつ第１の層は床の高さの２０％未満を占める。第２の層は床の高さの５０％を超えて占めてもよい。所望であれば、第３の層は第２の層の下に位置するスクリーンと入れ替えることも可能である。商標ｄｅｌｔａＰ（商標）により特定される、市販されている適切な床支持媒体は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＮｏｒＰｒｏ（Ｓｔｏｗ、Ｏｈｉｏ、ＵＳＡ）から入手することができる。
【００１０】
図２は、図１に示すような容器１２の第１の層２０内で使用されるのに適するであろうセラミックの媒体２２の一実施形態の斜視図を開示する。媒体は、外周壁３２と、第１の端部３４と、第２の端部３６と、第１の端部から第２の端部へ延在する４つの流体分流路３８、４０、４２および４４と、を含む。この実施形態において、４つの流体分流路は同じ断面形状を有する。図３に示されるように、流路の形状を変えてもよい。適切な媒体の任意の特徴である開口部４６は、媒体を通る内部通路を画定し、また、第１の端部から第２の端部へと延在する。形状、サイズおよび開口部４６の存在は、流体分流路の性能に影響することなく、大幅に変えてもよい。
【００１１】
図３に示されるのは、第１の層２０内での使用に適した媒体４８の別の実施形態の端面図である。図３に示されるように、流体分流路の断面形状は、流路が媒体の外周面に接触する部分の流体を（矢印５０を参照のこと）効果的に取り込みかつ分流し、次いで、外周壁の曲線面上から少なくとも流体の一部が媒体の端部に向け直される１つまたは複数の流体分流路内に流れ込むのであれば（矢印５２および５４を参照のこと）変形させてもよい。外周壁に垂直な角度で衝突し、次いで、流体分流路に流れ込みかつ通過し、それによって流体の流れの方向を変える流体は、本明細書中において、横向きに移動する流体と定義される。本明細書中に記載される、流体分流路を有する複数の不規則な方向を向いた媒体により、流体が媒体を通って流れ、流体の流れの初期方向に対して９０°も急激に分流する。分流は、流体が第１の媒体に接触し、次いでそれを出て、次いで第２の媒体に接触してそれを出て、次いで第３の媒体に接触してそれを出る等の際に、繰り返し発生する。
【００１２】
図１に示すように、容器内に、外面に形成される流体分流路を有する媒体が使用され、媒体が流体の入口と構成要素の第２の層との間に配置される第１の層を形成する場合、そのときはセラミックの媒体内の流体分流路は協働して第１の層を通過する多くの流体拡散通路を設ける。流体拡散通路には、入口を過ぎた後および第２の層に接触する前にそれを通って流体が流れる、２つ以上の媒体内に形成される２つ以上の流路を含む。流体が、第１の媒体内の流体分流路を通って流れ、次いで、第２の媒体内の別の流体分流路を通って流れる場合、そのとき流体は流体拡散通路を通って流れてきたと考えられる。流体が最初に第１の層を通り、次いで、第２の層に流れるのであれば流体が流れる方向は重要ではない。ダウンフロー型の化学反応器では、重力によって、流体が分散器から第１の層および次いで第２の層を通って下方向に流れる。アップフロー型の化学反応器では、流体の入口点は容器の底近辺に位置し、第１の層は第２の層の下に位置する。第１の層および次いで第２の層を通って流体を上方に押し出すために類似のデバイスのポンプが使用される。
【００１３】
図４に示すように、流体が複数の媒体を通って流れる際にそれにより生じる流体分散パターンの理論上の断面図は、円錐形状帯域に類似してもよく（矢印５６および５８を参照のこと）、ここで円錐の上部６０は、流体６２が媒体の上部面に接触する点であり、円錐の底６４は、流体が複数の媒体の底から出る際に作られるパターンである。媒体の流体分流路は２つの目的を同時に達成してもよい。第１に、媒体を通って流れる流体は、流体が媒体の床を通過する際にさらにより広範な領域上に向け直される。垂直移動の単位あたりの横方向の移動の量は、図４の円錐の中心を画定する線６６などの線と、矢印５６により示されるような円錐の最も近い側部との間の角度として画定される媒体床の流体分散角度を計算するために測定され、かつ使用されてもよい。１５°以上の大きな流体分散角度の方が、１０°以下の小さい流体分散角度よりも好ましい。大きな流体分散角度を有することに加えて、その中に組み込まれた流体分散流路を有する媒体は、有利に、円錐形状の拡散帯内に流体の均一分散を行う。円錐形状帯内に流体を均一分散することと、大きな流体分散角度との両方を達成することの方が、大きな分散角度および円錐内の不均一分散、または円錐内の均一分散および小さい流体分散角度のいずれかを達成することよりも好ましい。
【００１４】
流体が複数の媒体を通って移動する際、流体をさらにより広範なパターンに効果的に分流するため、媒体の流体分流路および複数の媒体の物理的特性などのパラメータは、個別にまたは好ましくは互いに合わせて変更してもよい。変更して流体の横方向の移動に影響を与えてもよい流路の特性には、流路の幅と、流路の深さと、流路の長さと、流路の断面形状と、を含む。同様に、変更して流体の横方向の移動に影響を与えてもよい媒体の特性には、流路の中心線間の回転角度および媒体の最大直径とその長さとの比を含む。変更して流体の横方向の移動に影響を与えてもよい床の特性の１つは、床の深さである。
【００１５】
流路に関しては、いくらかの流体が容易に流路に入り、次いで、流体が流路を通って媒体の一端に移動するまで少なくとも流体の一部が流路から漏れるのを阻止することを可能にするよう流体分流路が構成されてもよい。図３の流路の深さ６８は媒体の最大直径Ｄｍａｘの約１７％である。流路の深さは媒体の最大直径の１５％〜２５％の間であってもよい。媒体の最大直径の１０％〜４５％の間の深さを有する流路が実施可能である。流路７０を画定する壁などの、互いにほぼ並行する対向壁により画定される流路では、流路の幅は対向壁７２と７４との間の距離を測定することにより決定される。ほぼ並行する壁を有する流路に対し、流路７６などの流路は、流路の開口部のサイズを低減する張出し部７８を有するように設計されてもよい。張出し部を含む流路では、開口部の幅は、張出し部の対向部分の間の距離である。張出し部部分８０および８２を参照のこと。流路の上部から流路の底へと流路の幅が次第に細くなる場合、そこで流路の幅は、流路の深さの２分の１における対向壁間の幅として画定される。図３の流路８４の矢印８６を参照のこと。適切に機能する流路は、１．２：１．０と３．０：１．０の間の深さと幅の比を有していてもよい。深さと幅の比が１．２：１．０より小さい流路は、流体を流路内に保持するには浅すぎる可能性がある。適切に機能する流路は、２：１〜２０：１の間の長さと幅の比を有していてもよい。
【００１６】
上に示されたように、媒体の流体分散能力に影響力を有する媒体の特性の１つは、流路間の回転角度である。回転角度は、流路６８の中心線９０と、隣接する流路７０の中心線９２との交点８８により形成される角度として画定される。図３に示すように、流路は、媒体が４つの流路を有するように互いから９０°に配置されてもよい。等間隔で配置された最低３つの流路を実現可能な一方、等間隔で配置された４つの流路が好適である。等間隔で配置された５つまたは６つの流路を有する媒体は実施可能である。図２に示すように、１つの媒体の各流路の断面形状は同じであってもよい。しかしながら、図３に示すように、流路の断面形状は、各流路において同じである必要はない。さらに、媒体の層の媒体すべてが同一である必要はない。
【００１７】
容器内のセラミックの媒体の層の流体分散を向上させるために変更してもよい別の媒体の特性は、本明細書中に媒体の長さとその直径の比であるＬ：Ｄ比として定義され、０．５：１．０〜２．５：１．０までの範囲にわたってもよい。比が０．５：１未満の場合、媒体は、流体の流れに垂直な端部の方を向く傾向があり、流体を横方向に拡散する流路の能力に悪影響を及ぼす。媒体の長さと直径の比が２．５：１．０よりも大きい場合、媒体の大多数が最初の流体の流れの方向に対して垂直に向く傾向があり、床内の圧力損失を過度に増加させる可能性がある。床内の圧力損失が許容できるレベルを超えて増加した場合、そこで反応器を停止しなければならない。
【００１８】
多くの流体の適切な分散を達成するために変化させてもよい床の特性に関して、床の平均深さは、媒体の長さの少なくとも５倍とするべきである。いくつかの用途において、床の平均深さは、媒体の長さの少なくとも１０倍としてもよい。床の最低深さが浅すぎる場合、媒体は流体の分散にほとんど影響しない。
【００１９】
図２および３に示されるセラミックの媒体を含む、本発明の容器に有用なセラミックの媒体は、媒体に十分な強度を提供し、かつ使用される流体に適合するあらゆるセラミック材料で形成してもよい。例えば、自然粘土または合成粘土、長石、ゼオライト、コーディエライト、アルミナ、ジルコニア、シリカまたはこれらの混合物などの原料を使用してもよい。粘土は一般的にアルミナとシリカの混合酸化物であり、カオリン、ボールクレー、耐火粘土、チャイナクレー等などの原料を含む。ボールクレーおよび耐火粘土などの高塑性粘土が適した粘土である。粘土は約１１〜１３ｍｅｑ／１００ｇｍのメチレンブルー指数（「ＭＢＩ」）を有してもよい。本明細書中において用語「長石」は、ソーダ、カリおよび石灰を含むアルミナのケイ酸塩類を記載するために使用される。石英、ジルコンサンド、長石質粘土、モンモリロナイト、霞石閃長岩等などの他の成分もまた、微量の別のセラミック形成成分内に存在しうる。
【００２０】
セラミックの床トッピング媒体を生成するために一緒に焼成される材料は、微粉形態で供給されてもよく、水および／または押出し成形工程を助けるための、結合剤、押出し助剤、潤滑材等などの加工助剤の添加により成形可能な混合物が作製されてもよい。混合物は、所望の形状を得るための押出し成形または幹式プレス技術を使用したプレス加工などのいくつかの異なる技術を使用して加工されうる。例えば、初期押出し成形工程に続くのは、押出し成形の方向に垂直に切断して所望の長さにすることであってもよい。水を飛ばすために初期乾燥が使用されてもよい。これにより相対的に弱い生地の構造を破壊することを回避することができ、約１２０℃未満、一実施形態においては約７０℃未満で実施してもよく、約５時間継続してもよい。次いで、成形体を、例えば、１１００℃〜１４００℃の最高温度、一実施形態においては少なくとも１２００℃、別の実施形態においては約１２５０℃で高温で加工して、通常１．５％未満の見掛け気孔率、一実施形態においては、０．７％未満の見掛け気孔率を有する緻密成形体を形成してもよい。しかしながら、いくつかの用途において気孔率は約１５％まででもよい。焼成温度は要素の組成にある程度依存してもよく、概して、材料のバルクでは低気孔率を達成するのに十分である。これは、一般に３０〜８０％までの見掛け気孔率または材料内の空隙を有し、したがって媒体の材料内の空隙に流体を通過させるよりもむしろ、流体分流路内に流体を取り込むのに適さない可能性のある、網状のセラミック成形体とは対照的である。
【００２１】
セラミックの媒体を、おもに酸化ケイ素と酸化アルミニウムからなる合成体（アルミノケイ酸塩）を形成するために、粘土と長石とその他副材の混合物から製作してもよい。例えば、要素を形成するのに使用される混合物は、少なくとも約９０％のセラミック形成材料と、残りに（通常約１０％まで）加工助剤と、を含んでもよい。セラミック形成材料は、２０〜９９％の酸化アルミニウムと０〜８０％の酸化ケイ素からなってもよい。加工助剤は大半が焼成時に揮発してもよい。乾燥材料は、混合物を所望の形に成形し、焼成時にその形を保持することを可能にするような十分な量の水を添加する前に、完全に混合されてもよい。概して、添加する水の量は、乾燥材料の混合物１００ｇｍあたり１２〜３０ｍｌであってもよい。成形可能な混合物は、次いで成形または押出し成形され所望の形状を形成してから、その形状を炉内で１１００℃〜１４００℃の最高温度まで焼成することができる。炉内の温度は５０〜９０℃／ｈｒの割合で上昇させてもよく、かつ炉を周囲温度まで冷却させる前の、か焼温度での滞在時間は１時間〜４時間であってもよい。
【００２２】
セラミックの媒体が押出し成形または幹式プレス工程により生成される場合、それらは要素の対称軸となる１つの軸方向に沿って本質的に均一な断面を有することができる。
【００２３】
図２に示される媒体を含む、様々な床トッピング媒体の流体分散特性を評価するため、図５に示される液体分散試験デバイスが組み立てられ、ここで記載されるように操作された。試験デバイスには、両端において開口し、かつ媒体１０２の床を収容する、垂直方向を向き、かつ管状の形状の保持壁１００と、床の上方に位置する機械的な分散器１０４と、両リングが床の下に位置し、かつ容器の中心と同心円状に並ぶ、第１の仕切りリング１０６および第２の仕切りリング１０８と、リングの下に位置する複数の流体捕集ビン１１０、１１２、１１４、１１６および１１８と、が含まれた。図６は試験デバイスの頂面図である。リングは第１の仕切りリングが中心領域１２０を画定し、第２の仕切りリングと第１の仕切りリングが協働して中間領域１２２の境界を画定し、第２の仕切りリングと保持壁が外側領域１２４の境界を画定するよう慎重に配置された。各領域は床の表面領域の３分の１を占めていた。図２に示される十分な量の媒体は、粘土と、長石と、約２５重量パーセントのアルミナおよび６８重量パーセントのシリカと水との混合物を含む有機押出し助剤と、の混合物を形成することにより作製された。混合物の一部は金型を通して押出し成形され、長さが切断され、約１，２００℃の温度で焼成されてセラミックの媒体が形成された。評価試験は複数の媒体を試験デバイスに充填することにより開始された。媒体は１８ｃｍの一定深さまで充填され、約５ｍｍ×５ｍｍの画定された矩形の形状の開口部を有する金網支持スクリーン１２６の上部に載せられた。分散器は、図５に示すように、連結管１２８と、連結管１２８に固定され、かつ試験デバイスの中心１０９から半径方向に分散される８個の横方向のアーム１３０（図６を参照）とを含む。８つの横方向のアームのそれぞれが３つの開口部１３２を含み、それによってアームに沿って一定の間隔をおいて配置され、かつノズルとして機能する合計２４個の開口部となった。２４個の開口部のうち１６個が中心領域の上方に配置された。２４個の開口部のうち８個が中間領域の上方に配置された。開口部のいずれも外側領域の上方に配置されなかった。各開口部１３２の直径はほぼ８ｍｍであった。各領域内の水流の量を測定し、それによって流体分散パターンを決定する前に、水が床から流れる際に取り込むことも水の量を測定することもなく、分散器に水を通し、媒体の床の上部の上に約３０分間流れることを可能にすることにより、媒体が十分に接液状態になることを可能とした。媒体が接液した後、流体は媒体床上に１８．９ｌ／ｍｉｎ（毎分５ガロン）の速度で流れることが可能となった。各ノズルを通る水の平均流量は約０．７９ｌ／ｍｉｎ（毎分０．２０８ガロン）であった。上述のように、水は媒体の床の個々の部材に接触すると、水は媒体の流体分散流路により分流されたため、水はさらにより広範な領域上に流れた。水が媒体の床を出て、金網スクリーンを通って流れた後、水はそれぞれ中心領域、中間領域および外側領域に対応する円形の樋の列１３４、１３６および１３８に集められた。各樋内の液体の量が測定され、各樋内の液体の重量百分率が次いで計算された。
【００２４】
上述の試験デバイスは、２つの市販されている床トッピング媒体および図２に示される媒体の流体分散特性を評価するために使用された。２つの市販されている媒体は、一般に１９ｍｍのＰｅｎｔａｒｉｎｇおよび１９ｍｍのセラミックボールとして公知である。両Ｐｅｎｔａｒｉｎｇおよびセラミックボールは、Ｓａｉｎｔ−ＧｏｂａｉｎＮｏｒＰｒｏ（Ｓｔｏｗ、ＯＨ、ＵＳＡ）より市販されている。Ｐｅｎｔａｒｉｎｇは、一端から見ると、中心に位置するハブおよび５つの等間隔で配置された、ハブから外周壁へ半径方向に延在するスポークを有する、貨車の車輪に類似するセラミックの媒体である。スポークと壁とは、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇ媒体を通る５つの三角形の形状の開口部を画定する。Ｐｅｎｔａｒｉｎｇは高さが１０ｍｍおよび直径が１９ｍｍであった。以下の表１に示されるのは、上述の床トッピングのそれぞれが評価された場合の、中心領域と、中間領域と、外側領域とに流れ込んだ、ｋｇ／ｍｉｎとして測定された水の量である。中心領域と中間領域とに流れ込んだ水の量の間のパーセント偏差が表の右側の列に示される。
【００２５】
【表１】
【００２６】
このデータは、媒体の外面に組み込まれた流体分流路を有する媒体が、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇよりもセラミックボールよりも、水のさらなる横方向への分散を提供したことを明確に示す。その理由は、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇおよびセラミックボールの中心領域と中間領域との間のパーセント偏差が、それぞれ１４．７％および３７．５％であった一方、図２に示される媒体の中心領域と中間領域との間のパーセント偏差は８．６％であったからである。このデータは、同じ床深さで評価された場合、流体分散流路を有する媒体が、床トッピング媒体の他の両者よりも広い横方向の移動を提供したという結論を支持する。本発明の容器で使用されるのに適した媒体は、試験デバイスの中心領域とその中間領域の分散の間に１２％未満の差を有する。その差は１０％未満であることが好ましい。
【００２７】
流体が第１の層を通過する際に流体の横方向への再分散を提供することに加えて、第１の層内のセラミックの媒体は、床トッピングの第１の層がない床全域の圧力損失と比較して、床全域の圧力損失に本質的に影響を与える。しかしながら、外面に組み込まれた流体分散流路を有するセラミックの媒体では、有利には、１９ｍｍのセラミックの球体または１９ｍｍのＰｅｎｔａｒｉｎｇからなる第１の層よりも圧力損失の増加が少なくなる。図７に示されるのは、セラミックの球体と、Ｐｅｎｔａｒｉｎｇと、図２に示されるセラミックの媒体の圧力損失対質量速度のグラフである。線１３８は、球体のみを測定した際に得られたデータを示す。同様に、線１４０および１４２は、それぞれＰｅｎｔａｒｉｎｇと図２に示されるセラミックの球体のみを測定した際に得られたデータを示す。グラフは、圧力損失は球体において最も急激に、および外面に流体分散流路を有するセラミックの媒体において最も緩やかに増加するという結論を支持する。相対的に低い圧力損失と、それがセラミックの媒体の床を通過する際の、広範な、流体の均一な横方向の分散との組み合わせが、化学反応器の運転のための望ましい特性となりうる。
【００２８】
上記は特定の実施形態のものにすぎないとみなされる。当業者および本発明を作成または使用する者は、本発明の改良物を思いつくであろう。したがって、図に示されたおよび上述した実施形態は説明の目的のみのためであり、特許法の原則に従い解釈されるような以下の請求項によって定義される本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口点と、
床と、を含み、
前記床は、
その中に配置される複数の単一要素を含む第１の層であって、
前記第１の層内の要素の少なくとも大部分は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体を含み、
前記セラミックの媒体は、その中に形成される１つまたは複数の流体分流路を有する外面を含む、第１の層と、
構成要素を含む第２の層であって、前記構成要素の大部分は、前記セラミックの媒体とは物理的に異なる、第２の層と、を含み、
前記床の前記第１の層は、前記第２の層と前記流体入口点との間に配置される、
容器。
【請求項２】
前記第１の層内の前記セラミックの媒体のみが、その中に形成される流体分流路を有する外面を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記第１の層の媒体は、第１の端部と、第２の端部と、それらの間に延在する前記流体分流路と、を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項４】
前記第１の層の媒体はそれぞれ、前記端部の間に延在する外周壁を含み、前記流体分流路は前記外周壁内に形成される、請求項２に記載の容器。
【請求項５】
前記外周壁は前記媒体の最大直径を画定し、かつ前記流体分流路の深さは前記媒体の最大直径の１０パーセントを超える、請求項４に記載の容器。
【請求項６】
各流体分流路の前記深さは前記媒体の最大直径の１５パーセントを超える、請求項５に記載の容器。
【請求項７】
各流体分流路の前記深さは前記媒体の最大直径の４０パーセントを超えない、請求項５に記載の容器。
【請求項８】
各流体分流路の前記深さは前記媒体の最大直径の２５パーセントを超えない、請求項６に記載の容器。
【請求項９】
各流体分流路は長さおよび幅を有し、前記流路の長さと幅の比は２：１を超え、かつ２０：１を超えない、請求項１に記載の容器。
【請求項１０】
各流体分流路は深さおよび幅を有し、前記流路の深さと幅の比は１．２：１．０を超え、かつ３．０：１．０を超えない、請求項１に記載の容器。
【請求項１１】
前記媒体の大部分は長さおよび断面直径を有し、前記媒体の長さと直径の比は０．５：１．０を超え、かつ２．５：１．０を超えない、請求項１に記載の容器。
【請求項１２】
前記床は床深さを画定し、かつ前記第１の層は前記床深さの２０パーセント未満を占める、請求項１に記載の容器。
【請求項１３】
前記媒体の大部分はほぼ同じ長さを有し、かつ前記第１の層の最低深さは前記媒体の長さよりも少なくとも５倍大きい、請求項１に記載の容器。
【請求項１４】
前記第２の層の構成要素は、触媒的に活性な金属、吸着剤、物質移動媒体、伝熱媒体およびろ過媒体からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項１】
流体入口点と、
床と、を含み、
前記床は、
その中に配置される複数の単一要素を含む第１の層であって、
前記第１の層内の要素の少なくとも大部分は、不規則な方向を向いたセラミックの媒体を含み、
前記セラミックの媒体は、その中に形成される１つまたは複数の流体分流路を有する外面を含む、第１の層と、
構成要素を含む第２の層であって、前記構成要素の大部分は、前記セラミックの媒体とは物理的に異なる、第２の層と、を含み、
前記床の前記第１の層は、前記第２の層と前記流体入口点との間に配置される、
容器。
【請求項２】
前記第１の層内の前記セラミックの媒体のみが、その中に形成される流体分流路を有する外面を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記第１の層の媒体は、第１の端部と、第２の端部と、それらの間に延在する前記流体分流路と、を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項４】
前記第１の層の媒体はそれぞれ、前記端部の間に延在する外周壁を含み、前記流体分流路は前記外周壁内に形成される、請求項２に記載の容器。
【請求項５】
前記外周壁は前記媒体の最大直径を画定し、かつ前記流体分流路の深さは前記媒体の最大直径の１０パーセントを超える、請求項４に記載の容器。
【請求項６】
各流体分流路の前記深さは前記媒体の最大直径の１５パーセントを超える、請求項５に記載の容器。
【請求項７】
各流体分流路の前記深さは前記媒体の最大直径の４０パーセントを超えない、請求項５に記載の容器。
【請求項８】
各流体分流路の前記深さは前記媒体の最大直径の２５パーセントを超えない、請求項６に記載の容器。
【請求項９】
各流体分流路は長さおよび幅を有し、前記流路の長さと幅の比は２：１を超え、かつ２０：１を超えない、請求項１に記載の容器。
【請求項１０】
各流体分流路は深さおよび幅を有し、前記流路の深さと幅の比は１．２：１．０を超え、かつ３．０：１．０を超えない、請求項１に記載の容器。
【請求項１１】
前記媒体の大部分は長さおよび断面直径を有し、前記媒体の長さと直径の比は０．５：１．０を超え、かつ２．５：１．０を超えない、請求項１に記載の容器。
【請求項１２】
前記床は床深さを画定し、かつ前記第１の層は前記床深さの２０パーセント未満を占める、請求項１に記載の容器。
【請求項１３】
前記媒体の大部分はほぼ同じ長さを有し、かつ前記第１の層の最低深さは前記媒体の長さよりも少なくとも５倍大きい、請求項１に記載の容器。
【請求項１４】
前記第２の層の構成要素は、触媒的に活性な金属、吸着剤、物質移動媒体、伝熱媒体およびろ過媒体からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５１７３４７（Ｐ２０１２−５１７３４７Ａ）
【公表日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５０２４２（Ｐ２０１１−５５０２４２）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２３９７４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９３８４１
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５９３１５０８６３）サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド (139)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２３９７４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９３８４１
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５９３１５０８６３）サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド (139)
【Ｆターム（参考）】
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