JP2008532758A

JP2008532758A - 流動床反応器を動作させる方法

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Publication number: JP2008532758A
Application number: JP2008501480A
Authority: JP
Inventors: アンドレペーターステインベルク、; バートホールドベレンドブレマン、; デークウィレムフレデリックブリルマン、
Original assignee: サソールテクノロジー（プロプライエタリー）リミテッド
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: NL2000030A1; CN101155631B; ZA200707990B; ITMI20060493A1; US20080146683A1; CA2601510A1; US8283386B2; DE112006000625T5; CN101155631A; WO2006097904A3; NO20075303L; RU2007138256A; US20130071293A1; WO2006097904A2; GB0719799D0; RU2391132C2; BRPI0608541A2; CA2601510C; JP5674271B2; BRPI0608541B1

Abstract

低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、スラリー体が、共通反応器シェル内に収容された、少なくとも２つの垂直に延在するシャフト内に収容され、各シャフトが、少なくともいくつかがスラリー流連通する、複数の垂直に延在する流路に分割され、スラリー体が、流路の少なくともいくつかに存在する工程を含む、三相スラリー反応器を動作させる方法。気体反応物は、シャフトの流路の少なくともいくつかに存在するスラリー体を通って上方に進むときに反応させられ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する。存在する場合気体生成物、および／または未反応の気体反応物が、スラリー体の上のヘッド空間内で、スラリー体から離脱される。

Description

本発明は、流動床反応器を動作させる方法、および流動床反応器に関する。

規模の経済性の利益を得るために、技術がパイロットプラント規模から商業プラント規模にスケールアップされるとき、かなりのリスクに直面する。三相スラリー反応器および二相流動床反応器などの流動床反応器は、典型的には、規模依存マクロ混合効果を示し、したがって、流動床反応器がスケールアップされるとき、上述のリスクがあてはまる。したがって、流動床反応器のアップスケールと関連するリスクを著しく低減することができる方法を見出すことができる場合、有利であろう。さらに、反応器の内側の混合パターンを、実験から、より容易にモデル化または予測することができる反応器設計が、通常望ましくない逆混合の程度を制限することができ、それにより、おそらく、望ましい栓流特徴（通常、良好な生産性および良好な選択性）および十分な混合特徴（しばしば、望ましい固形分分布およびさらには温度プロファイルに必要とされる）の最適な組合せを可能にするという利益を有する。

本発明の一態様によれば、二相流動床反応器を動作させる方法であって、
低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する固体粒子の流動体（ｆｌｕｉｄｉｓｅｄｂｏｄｙ）中に供給する工程であって、流動体が、共通反応器シェル内に収容された、少なくとも２つの垂直に延在するシャフト内に収容され、各シャフトが、少なくともいくつかが流れ連通する、複数の垂直に延在する流路に分割され、流動体が、流路の少なくともいくつかに存在する工程と、
気体反応物を、シャフトの流路の少なくともいくつかに存在する流動体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、気体生成物を形成する工程と、
気体生成物および／または未反応の気体反応物を、流動体の上のヘッド空間内で、流動体から離脱させる工程と、
存在する場合には、気体生成物および未反応の気体反応物を、ヘッド空間から取出す工程とを含む方法を提供する。

典型的には、取出された気体生成物および未反応の気体反応物は、流動体からの固体粒子を含む。したがって、本方法は、たとえばサイクロンによって、ガスから固体粒子を分離する工程を含むことができる。本方法はまた、分離された固体粒子を流動体に戻す工程を含むことができる。

本方法は、たとえばニューマチック方法によって、固体粒子を加えるか除去することによって、流動体を望ましいレベルに維持する工程を含むことができる。好ましくは、固体粒子が流動体に加えられるべきである場合、固体粒子を流動化するために、テールガスが、そのようなニューマチック方法に使用される。

本発明は、以下で説明されるような三相スラリー反応器を動作させる方法に及ぶ。本発明をさらに説明する際に、したがって、流動体の代わりにスラリー体（ｓｌｕｒｒｙｂｏｄｙ）に言及する。しかし、スラリー体またはスラリーに関する本発明について述べられることが、流体床反応器の当業者によってあてはまらないとはっきり理解されない限り、固体粒子の流動体に関する本発明にもあてはまることが理解されるべきである。

したがって、本発明の別の態様によれば、三相スラリー反応器を動作させる方法であって、
低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、スラリー体が、共通反応器シェル内に収容された、少なくとも２つの垂直に延在するシャフト内に収容され、各シャフトが、少なくともいくつかがスラリー流連通する、複数の垂直に延在する流路に分割され、スラリー体が、流路の少なくともいくつかに存在する工程と、
気体反応物を、シャフトの流路の少なくともいくつかに存在するスラリー体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、非気体または気体生成物を形成する工程と、
存在する場合には気体生成物、および／または未反応の気体反応物を、スラリー体の上のヘッド空間内で、スラリー体から離脱させる工程と、
存在する場合には気体生成物、および／または未反応の気体反応物を、ヘッド空間から取出す工程と、
必要に応じて、存在する場合には非気体生成物を含む懸濁液を取出すことによって、または、懸濁液を加えることによって、スラリー体を所望のレベルに維持する工程とを含む方法を提供する。

本方法は、熱伝達媒体を、シャフトの流路のいくつかを通過させる工程を含むことができ、シャフトの熱伝達媒体収容流路は、流れ連通する。

シャフトの流路は、平行な平面内にあることができ、かつ、スラリー体および熱伝達媒体を交互に収容することができる。

代わりに、本方法は、シャフトの流路を熱伝達媒体で囲む工程を含むことができる。したがって、流路は、垂直に延在するチューブの形態であることができ、シャフトは、反応器を分割する垂直に延在する側壁によって画定される。側壁は、シェルが円筒形であるとき、かつ、水平断面で見ると、シェルの弦を形成することができる。

チューブおよび／または側壁の熱伝達表面などの、反応器の熱伝達表面を、任意に、滑らかな円筒形チューブまたは滑らかな側壁のものと比較して、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付チューブまたはプレートの使用を含むことができる。

シャフト内の流路の間のスラリー流連通は、好ましくは、そのような流路の上端および／または底端で生じるだけである。

理解されるように、流路を有する各シャフトは、スラリー気泡反応器または三相スラリー反応器として（または、流動床反応器の場合、二相流動床反応器として）作用する。パイロット規模の１つのシャフトの設計およびテストが実行可能であり、そこで、商業規模反応器が複数のシャフトを含み、それにより、スケールアップのリスクを実質的に低減する。

本発明の第２の態様による方法は、少なくとも原理的には、より広い用途を有することができると考えられるが、固体粒子が、通常、１つまたは複数の気体反応物の、生成物、すなわち、液体生成物および／または気体生成物への反応を触媒するための触媒粒子であると予想される。懸濁液は、常にそうとは限らないが通常、液体生成物であり、したがって、液相がスラリー体から取出されて、スラリー体を所望のレベルに維持する。

さらに、原理的には、本発明の第２の態様による方法は、より広い用途を有することができると考えられるが、それが炭化水素合成における特定の用途を有し、気体反応物が、スラリー体中で触媒作用によって発熱を伴って反応して、液体炭化水素生成物、および任意に気体炭化水素生成物を形成することができると予想される。特に、反応または炭化水素合成は、フィッシャー−トロプシュ合成であることができ、気体反応物は、主として一酸化炭素と水素とを含む合成ガス流の形態であり、液体炭化水素生成物および気体炭化水素生成物の両方が生成され、熱伝達媒体は、冷却媒体、たとえば、ボイラ供給水である。

本方法は、シャフト内の１つ以上の流路を使用して、スラリーを、スラリー体中の高いレベルから、そのより低いレベルに下方に進ませる工程を含むことができる。これは、たとえば、バッフルを設け、それにより、これらの流路が下降管として作用することを可能にすることによって、１つまたは複数の気体反応物がシャフト内の１つ以上の流路に入ることを防止する工程を含むことができ、および／または、それは、たとえば、デガッサを流路の上端に加えることによって、流路内のスラリーを脱ガスする工程を含むことができる。

本方法は、ヘッド空間からのガスを冷却して、液体生成物、たとえば液体炭化水素および反応水を凝縮する工程と、液体生成物をガスから分離して、テールガスを提供する工程と、テールガスの少なくとも一部を、リサイクルガス流としてスラリー体にリサイクルする工程とを含むことができる。

少なくともいくつかの個別のシャフトは、各々、気体反応物入口を有することができる。本方法は、１つまたは複数の気体反応物、またはリサイクルガスを、これらの個別のシャフトに供給する工程を含むことができる。１つまたは複数の気体反応物を、別のシャフト、特に同じ高さにおける別のシャフトへの供給から独立して供給することができる。

シャフトの少なくともいくつかは、各々、スラリーもしくは懸濁液出口またはスラリーもしくは懸濁液入口を有することができる。本方法は、液体入口または液体出口を通して、スラリーまたは懸濁液を加えるか取出すことによって、これらのシャフト内のスラリー体レベルを維持する工程を含むことができる。懸濁液またはスラリーを、別のシャフト、特に同じ高さにおける別のシャフトから独立して、シャフトに加えるかシャフトから取出すことができる。

シャフトの少なくともいくつかは、各々、反応器からの液相の除去のための濾過ゾーンを含むか画定することができる。液相を、別のシャフトから独立して、シャフトから取出すことができる。

垂直に延在するシャフトの少なくとも２つを、垂直に隔置することができ、下部シャフトの上端は、上部シャフトの下端の下に位置する。本方法は、スラリーを、上部シャフト内のスラリー体中の高いレベルから、そのより低いレベルに下方に進ませる工程を含むことができ、本方法は、スラリーを、下部シャフトのスラリー体中の高いレベルから、そのより低いレベルに下方に進ませる工程を含むことができる。したがって、本発明の方法は、反応器の垂直に延在する選択された領域にわたるスラリー再分配またはリサイクルを可能にし、これは、栓流挙動に対して、総反応器高さにわたるスラリーリサイクルよりも弊害が少ない。同時に、流路の使用の結果として、反応器のための高アスペクト比（長さ／直径比）の望ましい特徴が実現される。しかし、必要に応じて、本方法は、たとえば、下降管として作用する、垂直に位置合せされたか、流れ連通するように垂直に連結された流路を有することによって、スラリーを、上部シャフト内のスラリー体中の高いレベルから、下部シャフト内のスラリー体中の低いレベルに下方に進ませる工程を含むことができる。

本方法は、リサイクルガスが、１つまたは複数の上部シャフトのみを通過し、１つまたは複数の下部シャフトを迂回するように、リサイクルガスを高いレベルでスラリー体中に供給する工程を含むことができる。

本方法は、同じ高さにおけるすべてのシャフトの間の、または隣接したシャフトの間のスラリー流連通を防止する工程を含むことができる。代わりに本方法は、シャフトの上端と下端との間の高さにおける隣接したシャフトの間のスラリー連通を可能にすることができる。あるいは本方法は、シャフトの下端におけるシャフト間の、特に下部シャフトの下端の間のスラリー流連通を可能にする工程を含むことができる。本方法はまた、１つの垂直領域内のシャフト間のスラリー流連通を可能にする工程を含むことができるが、同じシャフトの間の異なる垂直領域内のスラリー流連通を防止して、マクロ混合パターンの確立を妨げる。

本発明のさらなる態様によれば、二相流動床反応器であって、
各々が、複数の垂直に延在する流路を画定する、少なくとも２つの垂直に延在する副反応器（ｓｕｂ−ｒｅａｃｔｏｒｓ）を収容する反応器シェルであって、流路の少なくともいくつかが、流れ連通し、かつ、使用中、固体粒子の流動体を収容する流動床ゾーンを画定する、反応器シェルと、
１つまたは複数の気体反応物を反応器に導入するための反応器シェル内のガス入口と、
副反応器の１つ以上の上の反応器シェル内のヘッド空間からガスを取出すための反応器シェル内のガス出口とを含む二相流動床反応器を提供する。

流動床反応器は、固体粒子を、反応器に加えるか、または反応器から取出すための固体粒子入口または出口を含むことができる。

本発明のさらに別の態様によれば、三相スラリー反応器であって、
各々が、複数の垂直に延在する流路を画定する、少なくとも２つの垂直に延在する副反応器を収容する反応器シェルであって、流路の少なくともいくつかが、スラリー流連通し、かつ、使用中、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリーを収容するスラリーゾーンを画定する、反応器シェルと、
１つまたは複数の気体反応物を反応器に導入するための反応器シェル内のガス入口と、
副反応器の１つ以上の上の反応器シェル内のヘッド空間からガスを取出すための反応器シェル内のガス出口と、
必要に応じて、スラリーまたは懸濁液を、反応器に加えるか、または反応器から取出すための液体入口または液体出口とを含む三相スラリー反応器を提供する。

典型的には、スラリー反応器の副反応器の少なくともいくつかが、反応器からの液相の除去のための濾過ゾーンを含み、または画定する。

副反応器は、それらの間に、垂直に延在する流路を画定する、複数の垂直に延在する仕切り壁を含むことができる。副反応器の１つ以上の垂直に延在する側壁を、１つ以上の隣接した副反応器の仕切り壁によって画定することができる。

典型的には、流路の少なくともいくつかが、熱伝達媒体流流路であり、熱伝達表面を有する。

代わりに、副反応器は、複数の垂直に延在するチューブを含むことができ、各チューブは、流路を画定する。垂直に延在するバッフルまたは側壁が、副反応器の側部を画定することができる。２つの隣接した副反応器が、共通のバッフルまたは側壁を共有することができる。側壁は、上で説明された通りであることができる。

典型的には、チューブは少なくとも１０ｃｍの直径を有する。

副反応器が、それらの間に、垂直に延在する流路を画定する、複数の垂直に延在する仕切り壁を含む場合、流路の少なくともいくつかが、熱伝達媒体流流路であることができる。副反応器が、複数の垂直に延在するチューブを含む場合、熱伝達媒体流空間を、副反応器のバッフルまたは側壁の間に画定することができ、したがって、熱伝達媒体流空間は、チューブを囲む。

典型的には、熱伝達媒体流流路または熱伝達媒体流空間は、熱伝達媒体インレットアレイおよび熱伝達媒体アウトレットアレイと流れ連通する。熱伝達媒体インレットアレイおよび熱伝達媒体アウトレットアレイは、副反応器内の熱伝達媒体流流路のすべてのために働くことができる。１つの副反応器の熱伝達媒体インレットアレイまたはアウトレットアレイは、それぞれ、別の副反応器の熱伝達媒体インレットアレイまたはアウトレットアレイと流れ連通することができる。

熱伝達媒体流流路、およびスラリーゾーンまたは流動床ゾーンを画定する流路を、交互に配列することができる。

反応器は、シェル内のより低いレベルに配列された１つ以上の副反応器と、シェル内のより高いレベルに配列された１つ以上の副反応器とを含むことができ、上部副反応器の流路の下端が、下部副反応器の流路の上端の上に位置する。

反応器は、上部副反応器と前記下部副反応器との間の中間ゾーンを含むことができる。中間ゾーンは、１つまたは複数の上部副反応器のスラリーまたは流動床ゾーン流路と、および、１つまたは複数の下部副反応器のスラリーまたは流動床ゾーン流路と、流れ連通することができる。

ガス入口は、１つまたは複数の気体反応物を、副反応器内の低い高さ位置で、副反応器の少なくともいくつかに直接供給するように配列することができる。典型的には、ガス入口は、１つまたは複数の気体反応物を、下部副反応器の各々に、これらの下部副反応器内の低い高さ位置で、直接供給するように配列される。

反応器は、リサイクルガス入口を含むことができる。リサイクルガス入口は、リサイクルガスを、副反応器の少なくともいくつかに直接供給するように配列することができる。リサイクルガス入口は、リサイクルガスを、下部副反応器の各々および／または上部副反応器の各々に直接供給するように配列することができる。リサイクルガスを、上部副反応器に直接供給するように配列される場合、リサイクルガス入口は、リサイクルガスを、中間ゾーンに供給するように配列することができる。

副反応器の１つ以上の流路が、下降管流路であることができる。下降管流路に、それの下端において、ガス供給防止デバイス、たとえばバッフルを設けることができ、および／または、それの上端において、デガッサを設けることができる。上部副反応器内の下降管流路が、下部副反応器内の下降管流路と位置合せされるか流れ連通することができる。代わりに、上部副反応器内の下降管流路を、上部副反応器のすぐ下の下部副反応器内の下降管流路から水平に隔置するか互い違いにすることができる。

好ましくは、各副反応器は、シェルに面するかシェルによって画定された、垂直に延在する側部を有する。これにより、各副反応器を出入りするパイプ配列が可能になる。

スラリーまたは流動体流連通に関する限り、シェル内の特定の高さにおける隣接した副反応器を、互いに隔離することができる。しかし、本発明の一実施形態において、隣接した副反応器間のスラリーまたは流動体流連通が、下部副反応器の下、すなわち、反応器の底部において行なわれる。また、本発明の一実施形態において、スラリーまたは流動体流連通が、上部副反応器の下であるが下部副反応器の上において、隣接した上部副反応器間で行なわれる。典型的には、これは、中間ゾーン内で、隣接した上部副反応器の間のスラリー流または流動体流を可能にすることによって達成される。

典型的には、同じ高さにおける副反応器間のスラリーまたは流動体流連通が許容されている場合、それらの間ではスラリーまたは流動体流連通は可能であるが別の高さに配置された副反応器と位置合せされた副反応器の間では、スラリーまたは流動体流連通は行なわれない。

典型的には、隣接した上部副反応器の上端の間のスラリーまたは流動体流連通が防止される。したがって、上部副反応器の上のヘッド空間が、上部副反応器に共通であるが、スラリーまたは流動体が、典型的には、たとえば、各上部副反応器内の標準スラリーレベルまたは流動床レベルより上のヘッド空間内に延在する副反応器の側壁によって、１つの副反応器の流路の上端から別の隣接した副反応器に流れることが防止される。

ここで、本発明を、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。

図面の図１および図２を参照すると、参照符号１０は、一般に、本発明による三相スラリー相反応器を示す。反応器１０は、合成ガスの形態の気体反応物が、生成物懸濁液と、触媒粒子とを含むスラリー体またはスラリー床中で反応されるプロセスにおける炭化水素合成に適している。

反応器１０は、２４の平行六面体副反応器１４を収容する反応器シェル１２を含む。副反応器１４は、各々１２からなるグループでグループ化され、参照符号１６によって一般に示された１つのグループが、下部副反応器であり、参照符号１８によって一般に示された別のグループが、上部副反応器である。上部副反応器は、下部副反応器から垂直に隔置され、上部副反応器１８と下部副反応器１６との間の中間ゾーン２０を残す。

各副反応器１４は、間に、垂直に延在する流路２４を画定する、複数の垂直に延在する金属仕切り壁またはプレート２２を含む。副反応器１４は、また、側壁２６を有する。図２にはっきり見ることができるように、副反応器１４のうちのいくつかの側壁２６が、隣接した副反応器１４の仕切り壁２２によって画定され、これらの２つの副反応器１４の仕切り壁２２は、直角に配列される。

図１および図２に示されていないが、仕切り壁またはプレート２２の少なくともいくつかを、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付プレートの使用を含むことができる。

反応器１０は、また、下部副反応器１６の下の低い高さ位置におけるガス入口２８と、高い高さ位置におけるガス出口３０とを含む。ガス出口３０は、上部副反応器１８の上のシェル１２内のヘッド空間３２と流れ連通する。リサイクルガス入口３４が、中間ゾーン２０内に通じ、液体出口またはスラリー出口３６が、下部副反応器１６の下から通じる。

各副反応器１４の流路２４は、交互に、スラリー流路および冷却流路である。換言すれば、使用中、副反応器１４の流路２４は、スラリー、または熱伝達媒体または冷却媒体としてのボイラ供給水を収容し、スラリーおよびボイラ供給水は、交互の流路内に存在する。したがって、各副反応器１４には、熱伝達媒体インレットアレイ（図示せず）および熱伝達媒体アウトレットアレイ（図示せず）が設けられる。副反応器１４の熱伝達媒体インレットアレイは、使用中、その一方の端部において、ボイラ供給水を副反応器１４の冷却流路のすべてに供給する。熱伝達媒体アウトレットアレイは、副反応器１４の他方の端部において、冷却流路のすべてからボイラ供給水を取出す。冷却流路を通るボイラ供給水の流れは、上方向または下方向であり、すなわち、スラリー流路を通って上昇する気体反応物および気体生成物気泡に対し、使用中、並流または向流であることができる。

スラリー流路は、端部が開いている。スラリー流路と異なり、冷却流路は、閉じた上端および下端を有するが、プレート熱交換器を連想させる類似の構造内で、それらの端部で互いに、および熱伝達媒体インレットアレイおよびアウトレットアレイと流れ連通する。

図１および図２に示された本発明の実施形態において、下部副反応器１６の側壁２６は、シェル１２まで下方に延在し、そこで、それらはシェル１２に対してシールされる。換言すれば、下部副反応器１６の流路２４の下で、下部副反応器１６は流れ連通しない。したがって、ガス入口２８は、下部副反応器１６の各々に個別に供給する。典型的には、気体反応物流制御装置（図示せず）が、下部副反応器１６の各々のために設けられる。同様に、液体出口３６は、下部副反応器１６の各々の下から個別に液体を取出すように配列される。典型的には、スラリー体またはスラリー床レベル制御装置（図示せず）が、下部副反応器１６からの液体またはスラリーの取出しを制御するために、上部副反応器１８の各々と関連する。

図面の図１に見ることができるように、中間ゾーン２０内で、また、中間ゾーン２０内でバリヤを形成する上部または下部副反応器１６、１８の側壁２６によって、下部副反応器１６間または上部副反応器１８間には、水平方向スラリー流連通がない。しかし、下部副反応器１６は、それらのすぐ上の上部副反応器１８とスラリー流連通する。換言すれば、下部副反応器であり、かつ上部副反応器である副反応器１４と垂直に位置合せされる副反応器１４は、上部副反応器と流れ連通する。

上部副反応器１８の側壁２６は、ヘッド空間３２内に上方に延在して、参照符号３８によって示された標準スラリーレベルを超えて上方に突出する。結果として、それらの上端で、上部副反応器１８は、また、水平方向スラリー流連通しないが、それらは共通ヘッド空間３２を共有する。

リサイクルガス入口３４は、図１に概略的に示されているように、各上部副反応器１８に個別に供給する。必要に応じて、リサイクルガス流制御装置を、上部副反応器１８の各々のために設けることができる。図１のリサイクルガス入口３４の配列は、概略的に示されているだけである。実際には、副反応器１４の各々が、典型的には、シェル１２に面する少なくとも１つの側壁２６を有することの結果として、上部副反応器１８の各々に、シェル１２を通って延在する個別のリサイクルガス入口を設けることが、一般に容易である。同様に、液体出口３６およびガス入口２８については、シェル１２の底部を通って入ることが望ましくない場合、これらのパイプ配列は、円筒形シェル１２を通って入ることができ、というのは、下部副反応器１６も、各々、シェル１２に面する少なくとも１つの側壁２６を有するからである。

上部副反応器１８および下部副反応器１６のスラリー流路２４の少なくともいくつかが、下降管流路として機能するように構成される。これらの流路には、それらの下端において、バッフル（図示せず）などのガス供給防止デバイスが設けられ、および／または、それらの上端において、デガッサ（図示せず）が設けられる。上部副反応器１６内の下降管流路は、下部副反応器１６の下降管流路のすぐ上に配置することができるか、下部副反応器１６の下降管流路と位置合せされることができる。必要に応じて、これらの２つの下降管流路を、また、互いに直接流れ連通するように、物理的に連結することができる。代わりに、上部副反応器１８内の下降管流路を、下部副反応器１６内の下降管流路から水平に隔置するか互い違いにすることができる。

反応器１０は、三相スラリー反応器を必要とする、およびスラリーへのまたはスラリーからの熱伝達を必要とする多くのプロセスに適している。しかし、ここで、１つの用途のみ、すなわち、炭化水素合成を説明する。

使用中、気体反応物としての、主として、一酸化炭素と、水素とを含む新しい合成ガスが、ガス入口２８を通って、反応器１０の底部内に供給される。合成ガスは、下部副反応器１６の各々に個別に供給され、典型的には、下部副反応器１６の各々の内側のスパージャシステム（図示せず）を通って均一に分配される。同時に、典型的には、水素と、一酸化炭素と、メタンと、二酸化炭素とを含むリサイクルガス流（典型的には冷却された）が、リサイクルガス入口３４を通って反応器１０に戻される。リサイクルガス流のすべてを、リサイクルガス入口３４によって、上部副反応器１８内に供給することができるか、必要に応じて、リサイクルガス流の一部を、ガス入口２８に入るライン３４．１によって示されているように、反応器１０の底部に戻すことができる。

新しい合成ガスで行なわれるように、リサイクルガスは、上部副反応器１８の各々に個別に供給され、典型的には、上部副反応器１８の各々の内側のスパージャシステム（図示せず）によって、上部副反応器１８の内側に均一に分配される。リサイクルガス入口３４を使用することによって、リサイクルガスの一部が、下部副反応器１６内に配置されたスラリーを迂回するようにさせることが可能である。このように、反応器１０内の総ガスホールドアップを低減することができ、それにより、意外なことに、反応器の能力を向上させる。

新しい合成ガスと、あらゆるリサイクルガスとを含む気体反応物は、上部副反応器１８および下部副反応器１６のスラリー流路を占め、反応器１０の底部からレベル３８まで延在するスラリー体４０を通って上方に進む。スラリー体４０は、液体生成物中に懸濁された、フィッシャー−トロプシュ触媒粒子、典型的には鉄またはコバルト系触媒を含む。スラリー体４０は、上部副反応器１８のスラリー流路２４の開いた上端より上であるが、ヘッド空間３２内に延在する、上部副反応器１８の側壁２６の上端より下のスラリーレベル３８を有するように制御される。

合成ガスがスラリー体４０を通って泡立つとき、その中の気体反応物は、触媒作用によって、かつ発熱を伴って反応して、液体生成物を形成し、したがって、これはスラリー体４０の一部を形成する。ときどき、または連続的に、液体生成物を含む液相またはスラリーが、液体出口３６を通って取出され、したがって、上部副反応器１８の各々のスラリーレベル３８は、個別に制御される。触媒粒子は、たとえばフィルタ（図示せず）を使用する、適切な内部または外部分離システム内で、液体生成物から分離される。分離システムが反応器１０の外部に配置される場合、分離された触媒粒子を反応器１０に戻すための付加的なシステム（図示せず）が設けられる。

新しい合成供給ガスおよびリサイクルガスは、沈降を伴わずに、反応器１０の内側の触媒粒子のすべてを撹拌し懸濁させるのに十分な速度で、反応器１０に導入される。ガス流量は、用いられるスラリー濃度、触媒密度、懸濁媒体密度および粘度、ならびに特定の粒度によって選択される。適切なガス流量は、たとえば、約５ｃｍ／ｓから約５０ｃｍ／ｓを含む。しかし、約８５ｃｍ／ｓまでのガス速度が気泡塔においてテストされている。より高い速度の使用は、それが、触媒含有スラリーを収容するために比較的より小さい空間を残す、反応器内のより高いガスホールドアップを伴うという欠点を有する。いかなるガス流量がいかに選択されようとも、それは、副反応器１４内の粒子沈降および凝集を回避するのに十分でなければならない。

一部のスラリーが、下降管流路を通って下方に連続的に進み、それにより、スラリー体４０中の触媒粒子の再分配を達成し、かつ、スラリー体４０全体にわたる均一な熱再分配を促進する。理解されるように、上部副反応器１８およびそれらの関連した下部副反応器１６内の下降管流路の配列によって、反応器１０の垂直に延在する選択された領域にわたるスラリー再分配が可能である。

各副反応器１４は、その中のスラリー床４０が、不均質または撹拌乱流（ｃｈｕｒｎ−ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗ）領域内にあり、かつ、スラリー体４０を事実上栓流態様で横切る、速く上昇する気体反応物および気体生成物のより大きい気泡からなる希薄相と、液体生成物、固体触媒粒子、および同伴された気体反応物および気体生成物のより小さい気泡を含む高密度相とを含むように動作される。副反応器１４の使用によって、反応器１０全体の栓流挙動は促進され、というのは、各副反応器１４が、シェル１２のアスペクト比を十分に超える高アスペクト比を有するからである。

スラリー体４０は、各副反応器１４内の、交互の、または端部の開いた流路２４内に存在する。冷却媒体としてのボイラ供給水が、残りの、端部の閉じた流路２４を通って循環されて、発熱反応の熱を除去する。理解されるように、仕切り壁２２は、スラリー体４０から熱を除去するための大きい熱伝達表面積を提供する。

Ｃ_２０以下のフラクションなどの軽質炭化水素生成物が、反応器１０からガス出口３０を通って取出され、分離ユニット（図示せず）に送られる。典型的には、分離ユニットは、一連の冷却器と、気液分離器とを含み、任意に、さらなる冷却器および分離器、ならびに場合により、Ｃ_２０以下の炭化水素フラクションからの、水素、一酸化炭素、メタン、および二酸化炭素の除去のための極低温ユニットも含むことができる。膜ユニット、圧力スイング吸着ユニット、および／または二酸化炭素の選択的な除去のためのユニットなどの他の分離技術を用いることができる。窒素と、一酸化炭素と、他のガスとを含む分離されたガスは、圧縮機（図示せず）によって圧縮されリサイクルされて、リサイクルガス流を提供する。凝縮された液体炭化水素および反応水が、さらなる後処理（ｗｏｒｋｉｎｇ−ｕｐ）のため、分離ユニットから取出される。

示されているような反応器１０は、反応器１０へのガスのリサイクルを可能とするものであるが、必ずしもその態様には限られず、リサイクルガス流がすべての実施形態において使用されることが理解されるべきである。

図１および図２に示された本発明の実施形態において、同じ高さにおいては、副反応器１４間で、スラリー流連通が可能でない。しかし、反応器１０の内側で選択された高さにおいて横方向または水平方向スラリー流連通を得るために、反応器挙動を修正することが、非常に容易である。したがって、たとえば、下部副反応器１６の側壁２６の、下部副反応器１６の下に下方に延在する部分を除去または修正することによって、反応器１０の底部内で下部副反応器１６間のスラリー流連通を可能にすることが可能である。同様に、下部副反応器１６間のまたは上部副反応器１８間のスラリー流連通もまた、中間ゾーン２０内に確立することができる。

図面の図３および図４を参照すると、本発明による三相スラリー反応器の別の実施形態が、参照符号１００によって一般に示されている。反応器１００は、反応器１０と同じ概念を具体化し、したがって、多くの同じまたは同様である部分または特徴を含む。これらの部分または特徴は、特に明記しない限り、図３および図４において、図１および図２と同じ参照符号によって示されている。

反応器１００において、図４にはっきり見ることができるように、各副反応器の側壁２６はシェル１２の弦を画定する。反応器１０の仕切り壁２２と同様の仕切り壁を有する代わりに、反応器１００は、副反応器１４の各々において、上部チューブプレート１０４と下部チューブプレート１０４との間に配列された複数の垂直に延在するチューブ１０２を有する。側壁２６間に、およびチューブ１０２を囲んで、熱伝達媒体流空間（ボイラ供給水流空間）１０６が画定される。

反応器１００は反応器１０と同様に動作され、スラリー体４０はチューブ１０２内を占める。図３および図４に示された実施形態において、反応器１０の場合と同様に、反応器１００の底部において、隣接した下部副反応器１６間で、または、ヘッド空間３２において上部副反応器１８の上で、隣接した上部副反応器１８間で、スラリー流連通は行なわれない。しかし、中間ゾーン２０内で、隣接した副反応器１４間のスラリー流連通が可能となる。

図３および図４に示されていないが、チューブ１０２の少なくともいくつかを、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付チューブの使用を含むことができる。

使用中、ボイラ供給水が、ボイラ供給水流空間１０６を通って循環され、典型的には、低い高さ位置で各副反応器１４に入り、高い高さ位置で出る。

反応器１０で行なわれるように、反応器１００の各副反応器１４には、容易に、パイプ配列を設けることができ、というのは、各副反応器１４は、シェル１２によって画定された側壁を有するからである。

示されているような反応器１０、１００は、パイロットプラント規模から商業プラント規模にスケールアップすることのリスクを実質的に低減する設計であり、低減された規模依存マクロ混合効果を示すと考えられる。これらの反応器設計を、実験から、より容易にモデル化または予測することができ、反応物および生成物の望ましい栓流特徴および十分な混合特徴のより良好な組合せを可能にするとも考えられる。パイロット規模の１つの副反応器の設計およびテストが可能であり、スケールアップはここで、副反応器を加えることを伴うだけである。示された反応器設計はまた、大きい熱伝達表面積、および使用可能な副反応器に対する濾過などの共有サービスを提供する。これらの設計はまた、垂直にステージ化された下降管を可能として、反応器全体の高さにわたって作用する下降管の栓流挙動への悪影響を低減することができる。触媒を、本出願人に公知の先行技術の反応器設計より大きい程度に、垂直に分離することもできる。これを有利に、特に鉄触媒のために用いて、触媒活性に悪影響を及ぼす高水分圧を有する反応器内の領域に曝される触媒をより少なくして、反応器生産性を増加させることができる。

本発明による三相スラリー反応器の断面立面図を概略的に示す。図１のスラリー反応器の断面上面図を示す。本発明による三相スラリー反応器の別の実施形態の断面立面図を示す。図３のスラリー反応器の断面上面図を示す。

Claims

二相流動床反応器を動作させる方法であって、
低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する固体粒子の流動体中に供給する工程であって、前記流動体が、共通反応器シェル内に収容された、少なくとも２つの垂直に延在するシャフト内に収容され、各シャフトが、少なくともいくつかが流れ連通する、複数の垂直に延在する流路に分割され、前記流動体が、前記流路の少なくともいくつかに存在する工程と、
前記気体反応物を、前記シャフトの流路の少なくともいくつかに存在する前記流動体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、気体生成物を形成する工程と、
気体生成物および／または未反応の気体反応物を、前記流動体の上のヘッド空間内で、前記流動体から離脱させる工程と、
存在する場合には、気体生成物および未反応の気体反応物を、前記ヘッド空間から取出す工程とを含む方法。
三相スラリー反応器を動作させる方法であって、
低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、前記スラリー体が、共通反応器シェル内に収容された、少なくとも２つの垂直に延在するシャフト内に収容され、各シャフトが、少なくともいくつかがスラリー流連通する、複数の垂直に延在する流路に分割され、前記スラリー体が、前記流路の少なくともいくつかに存在する工程と、
前記気体反応物を、前記シャフトの流路の少なくともいくつかに存在する前記スラリー体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する工程と、
存在する場合には気体生成物、および／または未反応の気体反応物を、前記スラリー体の上のヘッド空間内で、前記スラリー体から離脱させる工程と、
存在する場合には気体生成物、および／または未反応の気体反応物を、前記ヘッド空間から取出す工程と、
必要に応じて、存在する場合には非気体生成物を含むスラリーまたは懸濁液を取出すことによって、または、スラリーまたは懸濁液を加えることによって、前記スラリー体を所望のレベルに維持する工程とを含む方法。
シャフトの流路が、平行な平面内にあり、熱伝達媒体が、前記シャフトの流路のいくつかを通過する、請求項１または請求項２に記載の方法。
前記流路が、垂直に延在するチューブの形態であり、前記シャフトが、前記反応器を分割する垂直に延在する側壁によって画定され、シャフトの流路が、熱伝達媒体によって囲まれる、請求項１または請求項２に記載の方法。
前記流動体または前記スラリー体を収容するシャフト内の流路の間のスラリー流連通が、かかる流路の上端および／または底端でのみ生じる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記固体粒子が、前記１つまたは複数の気体反応物の、生成物への反応を触媒するための触媒粒子である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記反応がフィッシャー−トロプシュ炭化水素合成である、請求項６に記載の方法。
少なくともいくつかの個別のシャフトが、各々、気体反応物入口を有し、前記方法が、前記１つまたは複数の気体反応物、またはリサイクルガスを、別のシャフトへの供給から独立して、これらの個別のシャフトに供給する工程を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記垂直に延在するシャフトの少なくとも２つが、垂直に隔置され、下部シャフトの上端が、上部シャフトの下端の下にある、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
前記反応器が三相スラリー反応器であり、スラリーを、前記上部シャフト内の前記スラリー体中の高いレベルから、前記上部シャフトのより低いレベルに下方に進ませる工程を含み、および／または、スラリーを、前記下部シャフトのスラリー体中の高いレベルから、前記下部シャフトのより低いレベルに下方に進ませる工程を含む、請求項９に記載の方法。
リサイクルガスを、前記１つまたは複数の上部シャフトのみを通過して、前記１つまたは複数の下部シャフトを迂回するように、高いレベルで前記反応器内に供給する工程を含む、請求項９または請求項１０に記載の方法。
二相流動床反応器であって、
各々が、複数の垂直に延在する流路を画定する、少なくとも２つの垂直に延在する副反応器を収容する反応器シェルであって、前記流路の少なくともいくつかが、流れ連通し、かつ、使用中、固体粒子の流動体を収容する流動床ゾーンを画定する、反応器シェルと、
１つまたは複数の気体反応物を前記反応器に導入するための前記反応器シェル内のガス入口と、
１つ以上の前記副反応器の上の前記反応器シェル内のヘッド空間からガスを取出すための前記反応器シェル内のガス出口とを含む二相流動床反応器。
三相スラリー反応器であって、
各々が、複数の垂直に延在する流路を画定する、少なくとも２つの垂直に延在する副反応器を収容する反応器シェルであって、前記流路の少なくともいくつかが、スラリー流連通し、かつ、使用中、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリーを収容するスラリーゾーンを画定する、反応器シェルと、
１つまたは複数の気体反応物を前記反応器に導入するための前記反応器シェル内のガス入口と、
１つ以上の前記副反応器の上の前記反応器シェル内のヘッド空間からガスを取出すための前記反応器シェル内のガス出口と、
必要に応じて、スラリーまたは懸濁液を、前記反応器に加えるか、または前記反応器から取出すための液体入口または液体出口とを含む三相スラリー反応器。
前記副反応器の少なくともいくつかが、それらの間に、前記垂直に延在する流路を画定する、複数の垂直に延在する仕切り壁を含む、請求項１２または請求項１３に記載の反応器。
前記流路の少なくともいくつかが、熱伝達媒体流流路である、請求項１４に記載の反応器。
前記副反応器が、複数の垂直に延在するチューブを含み、各チューブが、流路を画定し、垂直に延在するバッフルまたは側壁が、前記副反応器の側部を画定する、請求項１２または請求項１３に記載の反応器。
熱伝達媒体流空間が、副反応器のバッフルまたは側壁の間に画定され、したがって、前記熱伝達媒体流空間が、前記チューブを囲む、請求項１６に記載の反応器。
前記シェル内においてより低いレベルに配列された前記副反応器の１つ以上と、前記シェル内においてより高いレベルに配列された１つ以上の副反応器とを含み、上部副反応器の流路の下端が、下部副反応器の流路の上端の上にあるようになっている、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の反応器。
前記上部副反応器と前記下部副反応器との間の中間ゾーンを含み、前記中間ゾーンが、１つまたは複数の上部副反応器のスラリーまたは流動床ゾーン流路と、および１つまたは複数の下部副反応器のスラリーまたは流動床ゾーン流路と流れ連通する、請求項１８に記載の反応器。
前記ガス入口が、１つまたは複数の気体反応物を、前記副反応器内の低い高さ位置で、前記副反応器の少なくともいくつかに直接供給するように配列される、請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の反応器。
各副反応器が、前記シェルに面するか前記シェルによって画定された、垂直に延在する側部を有する、請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の反応器。
隣接した副反応器の上端間の、または、存在する場合には少なくとも隣接した上部副反応器の上端間の、スラリーまたは流動体流連通が防止される、請求項１２〜２１のいずれか一項に記載の反応器。