JP2006508783A - 変化する断面を有する反応装置、その製造方法および局所的接触時間を変化させて反応を行う方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 断面積が変化する化学チャンネル内で化学反応を行なわせ、このチャンネルを反応物質が流れるにともなって局所的接触時間が変化するような方法を採用する。さらには、断面積が変化する反応チャンネルを有する反応装置を採用する。好ましい実施例では、反応チャンネル部分が入口から出口へ向けて広くなるような台形を備える。
Description
“チャンネル”という用語は一般的に受け入れられている意味で使用されており、流体の流れを方向付ける導管や他の手段を含むものである。本発明のチャンネルは、入口と出口を備えた少なくとも1つの開口を含み、その他の開口を含んでいてもよい。以下に説明する種々の実施態様においてわかるように、チャンネル内では単なる移送の他に種々の機能を生じさせることができる。反応チャンネル(反応マイクロチャンネルを含む)は、入口または出口バルブ、または入口または出口オリフィスを含まない(勿論、入口および出口オリフィス、バルブ等は反応チャンネルに接続することができるが、これらは反応チャンネルそれ自体の一部とは考えない)。
フィッシャー−トロプシュ合成(“FTS”)は極めて発熱的な反応であるため、本発明の概念を確認するのに良好なモデル系である。FTSは、過剰なメタン生成と触媒の失活を避けるために、一般的に狭い範囲での温度制御を必要とする。種々のプロセス条件における反応動力学データを収集するために、ジャケットを付けた能動冷却システムを備えた、直線状チャンネルおよび台形チャンネルを有するマイクロチャンネル反応装置を用いることができる。触媒物質を含有する多孔質媒体をマイクロチャンネル反応装置に充填する。石英ウールの薄い層を充填することによって触媒を支持し、表1に記載した寸法を有する直線状チャンネルの両端は金属発泡体により保持した。触媒充填量は0.22gである。この実験用の触媒は以下のようにして調製した。先ず、酸性γ−アルミナ支持体粉末(エンゲルハルト)を粉砕し、80メッシュと100メッシュの間(150−180ミクロン)に篩い分けし、350℃で3時間カ焼する(安定化させる)。次いでこの粉末に、硝酸コバルト6水和物、三塩化ルテニウム水和物(または硝酸ニトロシルルテニウム)および硝酸ランタンの前駆体類を含有する溶液を含浸させる。このときの濃度は、20質量%のコバルト、1.37質量%のルテニウムおよび3質量%のランタンをアルミナに担持している触媒が得られるような濃度とする。この前駆体溶液は、アルミナ支持体の細孔容積を飽和し、かつアルミナ支持体を過度に飽和させないようにして調製する。次いでこの粉体を真空乾燥機中で110℃、12時間乾燥し、さらに350℃で少なくとも3時間加熱してカ焼する。供給ガス混合物中の一酸化炭素に対する水素のモル比は2である。原料は反応装置入口温度(248℃)まで予備加熱する。2種類の反応装置は、248℃、295psig、接触時間0.3秒の平均条件で運転する。
モデリング実験においては、最適な温度分布を得るために、台形断面の寸法を変化させることができる。この実験では、触媒床長さを、直線状チャンネル反応装置と同じに維持した。台形の上底を0.04インチ(0.1cm)、下底を0.08インチ(0.2cm)とした。触媒床の寸法を表1に示す。
Claims (26)
- 入口と出口を有しかつ触媒を含む反応マイクロチャンネルからなり、前記反応マイクロチャンネルの断面は反応触媒を含むマイクロチャンネル部分の流路に沿って変化することを特徴とする触媒的化学反応装置。
- 前記反応装置は複数のシートを積層することにより作製されていることを特徴とする請求項1記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルの断面は連続的に変化することを特徴とする請求項1又は2記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルの断面は段階的に変化することを特徴とする請求項1又は2記載の反応装置。
- 前記断面は高さと幅を有し、高さは前記流路に沿って一定であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルは台形を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記触媒は、前記反応マイクロチャンネルのチャンネル壁の間に延びる多孔質物質からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記断面積は固体の固定床触媒で実質的に満たされていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルは容量を有し、この反応マイクロチャンネルの全容量が固体触媒で実質的に満たされていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記触媒は前記反応マイクロチャンネルの少なくとも1つの壁に接触しかつ前記反応マイクロチャンネルの長さ全体にわたって延びる空間を残していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルは複数のマイクロチャンネル壁からなり、前記触媒は前記マイクロチャンネル壁に設けられた触媒コーティングからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルは少なくとも1つの熱交換器に隣接していることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルは熱交換器チャンネルの間に設けられていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルの断面は反応触媒を含むマイクロチャンネル部分の流路に沿って連続的に減少することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルの断面は反応触媒を含むマイクロチャンネル部分の流路に沿って連続的に増加することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応チャンネルの入口側の断面積は、前記反応チャンネルの出口側の断面積と異なることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記反応マイクロチャンネルは単一の出口を有することを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項記載の反応装置。
- 複数の前記反応マイクロチャンネルからなることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項記載の反応装置。
- 前記複数の反応マイクロチャンネルは、反応物質の少なくとも1つの供給源に接続されかつ1つの共通の入口ゾーンに位置させた各々の入口を有し、前記複数のマイクロチャンネルは前記共通の入口ゾーンから放射状に延びていることを特徴とする請求項18記載の反応装置。
- 反応物質の少なくとも1つの供給源に接続されかつ1つの共通の入口ゾーンに位置させた各々の入口を有する複数の反応チャンネルからなり、前記複数のマイクロチャンネルは前記共通の入口ゾーンから放射状に延びており、前記複数の反応チャンネルの少なくとも2つにおいて、反応チャンネルの断面積が反応触媒を含むチャンネル部分の流路に沿って実質的に変化することを特徴とする化学反応装置。
- 組成物を反応マイクロチャンネルの入口へ導入し、この反応マイクロチャンネルを通して通過させ、出口から排出させることからなり、前記反応マイクロチャンネルは入口側と出口側とを有し;
前記組成物が前記反応マイクロチャンネルを通過するとともに局所的接触時間が変化し;
前記反応マイクロチャンネルは少なくとも1つの熱交換器に隣接し、前記反応マイクロチャンネルから少なくとも1つの前記熱交換器までの熱伝達距離が前記入口側と出口側とで異なり、前記熱伝達距離は前記反応マイクロチャンネルを通る流れの方向に垂直な方向で測定されたものであることを特徴とする、発熱反応または吸熱反応を行わせる方法。 - 前記局所的接触時間は前記組成物が反応マイクロチャンネルを通過するとともに増加し、反応マイクロチャンネルから少なくとも1つの前記熱交換器までの前記熱伝達距離が前記出口側より前記入口側で小さいことを特徴とする請求項21記載の方法。
- 請求項1〜20のいずれか1項記載の反応装置の反応チャンネルの入口に組成物を導入し、出口から排出させることからなる、発熱反応または吸熱反応を行わせる方法。
- スラリーとして、液体としてまたは反応物質流に溶解して、触媒を前記反応チャンネルに導入することを特徴とする請求項21〜23のいずれか1項記載の方法。
- 反応が、アセチル化、付加反応、アルキル化、脱アルキル化、水素化脱アルキル化、還元的アルキル化、アミノ化、芳香族化、アリール化、自熱改質、カルボニル化、脱カルボニル化、還元的カルボニル化、カルボキシル化、還元的カルボキシル化、還元的カップリング、縮合、クラッキング、水素化クラッキング、環化、シクロオリゴマー化、脱ハロゲン化、二量体化、エポキシ化、エステル化、交換反応、フィッシャー−トロプシュ反応、ハロゲン化、水素化ハロゲン化、同族体化、水和、脱水、水素化、脱水素化、水素化カルボキシル化、ヒドロホルミル化、水素化分解、ヒドロメタル化、ヒドロシラン化、加水分解、ヒドロ処理(HDS/HDN)、異性化、メチル化、脱メチル化、複分解、硝化、酸化、部分酸化、重合、還元、改質、逆水性ガス転化、スルホン化、テロメリゼーション、エステル交換反応、三量体化および水性ガス転化からなる群から選ばれることを特徴とする請求項21〜24のいずれか1項記載の方法。
- 隣接する流体熱交換器により熱を伝達することを特徴とする請求項21〜25のいずれか1項記載の方法。
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