JP2010516843A - マイクロチャネルプロセス技術を用いて天然ガスを分子量の高くなった炭化水素に変換するためのプロセスおよび装置 - Google Patents

マイクロチャネルプロセス技術を用いて天然ガスを分子量の高くなった炭化水素に変換するためのプロセスおよび装置 Download PDF

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Abstract

開示される発明は、天然ガスを分子量の高くなった炭化水素に変換するためのプロセスおよび装置に関する。プロセスは、合成ガスを形成させる水蒸気改質と、それに続いて合成ガスを分子量の高い炭化水素に変換するフィッシャー・トロプシュ反応とを含む。改質反応およびフィッシャー・トロプシュ反応は、マイクロチャネル反応器の中で行われる。分子量の高くなった炭化水素はさらに処理されて中間留分燃料、潤滑油および類似物などの炭化水素生成物を形成してよい。装置は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器およびフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含む槽を含む。オレフィンとパラフィンとの混合物を含む組成物が開示される。
【選択図】図１

Description

本出願は、２００７年１月１９日出願の米国特許仮出願第６０／８８５，７３５号の優先権を主張する。該出願の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明は、マイクロチャネルプロセス技術を用いて天然ガスを１つ以上の分子量の高くなった炭化水素生成物に変換するためのプロセスおよび装置に関する。
天然ガスを合成ガスに変換するための水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）プロセスが提案されてきた。合成ガスを分子量の高くなった炭化水素に変換するためのフィッシャー・トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）プロセスが提案されてきた。ＳＭＲ反応およびフィッシャー・トロプシュ反応を行うためのマイクロチャネル反応器が示唆されてきた。
天然ガスを分子量の高くなった炭化水素に変換するためにＳＭＲ反応とフィッシャー・トロプシュ反応とを組み合わせる提案されたプロセスには問題がある。これらは、高いレベルの排出物の生産、高いレベルの水消費の必要性、大量の廃水の生産およびプロセスの効率の悪さを含む。プロセスの効率の悪さは、天然ガス原料中の炭素の量と比較したときの最終フィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素の量に限界を生み出しがちである。本発明は、これらの問題への解決策を提供する。
一実施態様では、本発明は、（Ａ）ＳＭＲ原料をＳＭＲマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上のＳＭＲ触媒と接触させて第１の中間生成物を形成させ、ＳＭＲ原料はメタンおよび水蒸気を含み、第１の中間生成物はＣＯおよびＨ２を含み；ＳＭＲマイクロチャネル反応器は複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよび複数の燃焼チャネルを含み；ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは１つ以上のＳＭＲ触媒を含み、メタンおよび水蒸気はプロセスマイクロチャネルの中で１つ以上のＳＭＲ触媒と接触し；第１の中間生成物からＨ２の一部を分離して第２の中間生成物を形成させ、第２の中間生成物はＣＯおよびＨ２を含み；燃焼チャネルは１つ以上の燃焼触媒を含み、分離されたＨ２は酸素または酸素源と一緒にされて燃焼反応混合物を形成し；燃焼反応混合物は１つ以上の燃焼触媒と接触し、燃焼反応を行い、熱および燃焼排気を発生させ；燃焼チャネルからＳＭＲプロセスマイクロチャネルへ熱を移動させる工程と、（Ｂ）第２の中間体生成物をフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含むフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含み；フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、第２の中間生成物はフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程と、を含むプロセスに関する。
本発明のプロセスの上記実施態様では、工程（Ｂ）で形成されるフィッシャー・トロプシュ生成物は、ＣＯおよびＨ２を含む気体混合物をさらに含んでよく、生成物流をさらに処理するために第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を上記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器と組み合わせて用いてよい。この気体混合物をフィッシャー・トロプシュ生成物から分離してよい。分離された気体混合物を、第３の中間生成物と呼んでよい。プロセスは、（Ｃ）第３の中間生成物を第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上の第２のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含む第２のフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数の第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の第２の熱交換チャネルを含み；第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは１つ以上の第２のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、第３の中間生成物は第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で１つ以上の第２のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから第２の熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程をさらに含んでよい。
生成物流をさらに処理するために、一実施態様では１以上、一実施態様では１から約１０、一実施態様では１から約７、一実施態様では１から約５、一実施態様では１から約３のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を上記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器および第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器と組み合わせて用いてよい。従って、例えば、工程（Ｃ）で形成された第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、ＣＯおよびＨ２を含む気体混合物をさらに含んでよい。この気体混合物を第２のフィッシャー・トロプシュ生成物から分離してよい。分離された気体混合物を第４の中間生成物と呼んでよい。プロセスは、（Ｄ）第４の中間体生成物を第３のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上の第３のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含む第３のフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；第３のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数の第３のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の第３の熱交換チャネルを含み；第３のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは１つ以上の第３のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、第４の中間生成物は第３のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で１つ以上の第３のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；第３のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから第３の熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程をさらに含んでよい。
本発明のプロセスの上記実施態様では、工程（Ｄ）で形成された第３のフィッシャー・トロプシュ生成物は、ＣＯおよびＨ２を含む気体混合物をさらに含んでよい。この気体混合物を第３のフィッシャー・トロプシュ生成物から分離してよい。分離された気体混合物を第５の中間生成物と呼んでよい。プロセスは、（Ｅ）第５の中間体生成物を第４のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上の第４のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含む第４のフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；第４のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数の第４のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の第４の熱交換チャネルを含み；第４のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは１つ以上の第４のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、第５の中間生成物は第４のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で１つ以上の第４のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；第４のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから第４の熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程をさらに含んでよい。
本発明のプロセスの上記実施態様では、工程（Ｅ）で形成された第４のフィッシャー・トロプシュ生成物は、ＣＯおよびＨ２を含む気体混合物をさらに含んでよい。この気体混合物を第４のフィッシャー・トロプシュ生成物から分離してよい。分離された気体混合物を第６の中間生成物と呼んでよい。プロセスは、（Ｆ）第６の中間体生成物を１つ以上の第５のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、第５のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含む第５のフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；第５のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数の第５のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の第５の熱交換チャネルを含み；第５のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは１つ以上の第５のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、第６の中間生成物は、第５のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で１つ以上の第５のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；第５のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから第５の熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程をさらに含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第１の中間生成物の中のＨ２の約５から約５０体積％を第１の中間生成物から分離してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよい。テールガスの一部を燃料として用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でプロセス水を形成させてよく、プロセス水の少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でプロセス水を形成させ、天然ガス原料と一緒にしてよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよい。天然ガス原料、プロセス水およびテールガスを飽和装置の中で一緒にしてよく、飽和装置はＳＭＲマイクロチャネル反応器の上流にあってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよい。テールガスの一部を燃料として用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でプロセス水を形成させてよく、プロセス水の少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でプロセス水を形成させ、天然ガス原料と一緒にしてよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部が天然ガス原料と一緒にしてよい。天然ガス原料、プロセス水およびテールガスを飽和装置の中で一緒にしてよく、飽和装置はＳＭＲマイクロチャネル反応器の上流にあってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料は１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含んでよく、プロセスは、ＳＭＲ原料および水蒸気を予備改質装置の中に流してＳＭＲ原料の中の分子量の高くなった炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換することをさらに含んでよく、予備改質装置はＳＭＲマイクロチャネル反応器の上流にあってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料は１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含んでよく、プロセスは、ＳＭＲ原料および水蒸気を予備改質装置の中に流してＳＭＲ原料の中の分子量の高くなった炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換することをさらに含んでよく、予備改質装置はＳＭＲマイクロチャネル反応器と一体化され、燃焼チャネルからの熱によって加熱されてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料は１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含んでよく、プロセスは、ＳＭＲ原料および水蒸気をＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中にＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第１の部分における第１の温度で流してＳＭＲ原料の中の分子量の高くなった炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換し、結果として得られる生成物はメタンを含む改質されたＳＭＲ原料を含み、改質されたＳＭＲ原料をＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第２の部分の中に第２の温度で流して改質されたＳＭＲ原料を第１の中間生成物に変換することをさらに含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、燃焼チャネルに隣接して段階添加チャネルを配置してよく、酸素の酸素源は、段階添加チャネルを通って燃焼チャネルへ流れてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、燃焼排気は蒸気および液体を含んでよく、蒸気−液体分離装置の中で蒸気を液体から分離してよく、液体は水を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスはＨ２、ＣＯ、ＣＯ２および１つ以上の炭化水素を含んでよく、テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとを提供してよく、炭素豊富テールガスを天然ガス原料と一緒にしてよく、Ｈ２豊富テールガスを燃料として用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスはＮ２を含んでよく、テールガスは、テールガスからＮ２を分離する窒素分離装置を通って流れてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスは、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２および１つ以上の炭化水素を含んでよく、テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとを提供してよく、炭素豊富テールガスはＮ２を含んでよく、炭素豊富テールガスは、Ｎ２が炭素豊富テールガスから分離される窒素分離装置を通って流れてよく、炭素豊富テールガスは天然ガス原料と一緒にしてよく、Ｈ２豊富テールガスを燃料として用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスは、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２および１つ以上の炭化水素を含んでよく、テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとを提供してよく、炭素豊富テールガスを天然ガス原料と一緒にしてよく、Ｈ２豊富テールガスを燃料として用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスはＮ２を含んでよく、テールガスは、テールガスからＮ２を分離する窒素分離装置を通って流れてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスは、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２および１つ以上の炭化水素を含んでよく、テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとを提供してよく、炭素豊富テールガスはＮ２を含んでよく、炭素豊富テールガスは、炭素豊富テールガスからＮ２を分離する窒素分離装置を通って流れてよく、炭素豊富テールガスを天然ガス原料と一緒にしてよく、Ｈ２豊富テールガスを燃料として用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の圧力は、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の圧力と異なってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２の中間生成物を工程（Ｂ）の前に圧縮してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよく、テールガスの該少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にする前に圧縮してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、熱交換チャネルの中の熱交換流体は、熱交換チャネルの中で少なくとも部分的に蒸発してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、熱交換チャネルの中の熱交換流体は水であってよく、水は、熱交換チャネルの中で少なくとも部分的に水蒸気に変換されてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料を天然ガス原料から誘導してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよく、テールガスの該少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にする前に圧縮してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２の熱交換チャネルの中の熱交換流体は、少なくとも部分的に蒸発してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２の熱交換チャネルの中の熱交換流体は水であってよく、水は、第２の熱交換チャネルの中で少なくとも部分的に水蒸気に変換してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料の形成において天然ガスを用いてよい。天然ガスは、メタンを含んでよい。天然ガスは、エタン、プロパンおよび／またはブタンをさらに含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料の中のメタンに対する水蒸気のモル比は、約０．５から約６の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第１の中間生成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約１から約４の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２の中間生成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約１から約４の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第３の中間生成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約０．０１から約５の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中のＣＯの反応率は、約１０から約９９％の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物の中のメタンへの選択率は、最大約２５％であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中のＣＯの反応率は、約１０から約９０％の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物の中のメタンへの選択率は、最大約１５％であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物は、大気圧において約３０℃から約１７５℃の範囲内の温度で沸騰する１つ以上の炭化水素を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物は、大気圧において約１７５℃より高温で沸騰する１つ以上の炭化水素を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物は、約５から約１００の炭素原子の１つ以上のパラフィンおよび／または１つ以上のオレフィンを含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物は、１つ以上のオレフィン、１つ以上のノルマルパラフィン、１つ以上のイソパラフィン、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物は、オレフィンおよびパラフィンを含んでよく、パラフィンに対するオレフィンの比は、約０．０１から約０．８の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物を、水素化分解法、水素化異性化法または脱ロウ法を用いてさらに処理してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物をさらに処理して潤滑性粘度の油または中間留分燃料を形成させてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料の形成において天然ガスを用いてよく、天然ガス中の炭素と比べたフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素のパーセントは、約５０から約７０％の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、大気圧で３０℃から約１７５℃の範囲内の温度で沸騰する１つ以上の炭化水素を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、大気圧で約１７５℃以上の温度で沸騰する１つ以上の炭化水素を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、約５から約１００の炭素原子の１つ以上のパラフィンおよび／または１つ以上のオレフィンを含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、１つ以上のオレフィン、１つ以上のノルマルパラフィン、１つ以上のイソパラフィン、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、オレフィンおよびパラフィンを含んでよく、パラフィンに対するオレフィンのモル比は約０．０１から約０．８の範囲であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物を、水素化分解法、水素化異性化法または脱ロウ法を用いてさらに処理してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ生成物をさらに処理して潤滑性粘度の油または中間留分燃料を形成させてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ原料の形成において天然ガスを用いてよく、天然ガス中の炭素と比較した第１および第２のフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素の合計パーセントは少なくとも約７５％である。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器内の圧力は、約５から約２５気圧の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器内の温度は、約６００から約１０００℃の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器内の接触時間は、最大約１００ミリ秒の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、各ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは少なくとも１つの伝熱壁を有してよく、ＳＭＲマイクロチャネル反応器内の熱交換の熱流束は、伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワットの範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、各ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、温度が約１５０から約４００℃の範囲内であってよい第１の部分と、温度が約６００から約１０００℃の範囲内であってよい、第１の部分の下流にある第２の部分とを有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒は傾斜触媒であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器の品質指数因子は、約５０％未満であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空塔速度は、少なくとも約０．０１ｍ／秒であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の自由流速度は、少なくとも約０．００１ｍ／秒であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の圧力降下は、メートルあたり最大約１０気圧であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中のメタンの反応率は、約１０％から約１００％であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中の流体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中の圧力は、約１０から約５０気圧の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中の温度は、約１８０から約３００℃の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル内の接触時間は、最大約２０００ミリ秒であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、各フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは少なくとも１つの伝熱壁を有してよく、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器内の熱交換の熱流束は、伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワットの範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルへの入口における温度は、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの出口における温度から約８０℃の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒は傾斜触媒であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の品質指数因子は、約５０％未満であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空塔速度は、少なくとも約０．０１ｍ／ｓであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の自由流速度は、少なくとも約０．００１ｍ／ｓであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の圧力降下は、メートルあたり最大約１０気圧であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の流体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器内の圧力は、約１０から約５０気圧の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル内の温度は、約１８０から約３００℃の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル内の接触時間は、最大約２０００ミリ秒の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルのそれぞれは少なくとも１つの伝熱壁を有してよく、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器内の熱交換の熱流束は、伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワットの範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルへの入口における温度は、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの出口における温度から約８０℃の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は傾斜触媒であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の品質指数因子は、約５０％未満であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空塔速度は、少なくとも約０．０１ｍ／ｓであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の自由流速度は、少なくとも約０．００１ｍ／ｓであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の圧力降下は、メートルあたり最大約１０気圧であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の流体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００の範囲内であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、１つ以上の複数流熱交換器がＳＭＲ原料と第１の中間生成物との間、ならびに燃焼反応混合物のＨ２および酸素または酸素源と燃焼排気との間の熱交換を提供してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器は、上下に積層されるかまたは横並びに配置された複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよび複数の燃焼チャネルを含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中の燃焼チャネルに隣接して段階添加チャネルを配置してよく、段階添加チャネルは燃焼チャネルの中への酸素または酸素源の流れを提供してよい。ＳＭＲ槽の中に複数のＳＭＲマイクロチャネル反応器を配置してよく、ＳＭＲ槽は、ＳＭＲ原料をＳＭＲプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルから第１の中間体生成物を流すためのマニホルド、Ｈ２を燃焼チャネルに流すためのマニホルド、酸素または酸素源を段階添加チャネルに流すためのマニホルド、および燃焼チャネルから燃焼排気を流すためのマニホルドを備えてよい。各ＳＭＲマイクロチャネル反応器は約１００から約５０，０００のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含んでよく、ＳＭＲ槽は１から約１０００のＳＭＲマイクロチャネル反応器を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は、上下に積層されるかまたは横並びに配置された複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、複数のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器をフィッシャー・トロプシュ槽の中に配置してよく、フィッシャー・トロプシュ槽は、第２の中間体生成物をフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルからフィッシャー・トロプシュ生成物を流すためのマニホルド、熱交換流体を熱交換チャネルに流すためのマニホルド、および熱交換チャネルから熱交換流体を流すためのマニホルドを備えてよい。各フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は約１００から約５０，０００のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルを含んでよく、フィッシャー・トロプシュ槽は１から約１０００のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は、上下に積層されるかまたは横並びに配置された複数の第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の第２の熱交換チャネルを含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、複数の第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を第２のフィッシャー・トロプシュ槽の中に配置してよく、第２のフィッシャー・トロプシュ槽は、第３の中間体生成物を第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから第２のフィッシャー・トロプシュ生成物を流すためのマニホルド、熱交換流体を第２の熱交換チャネルに流すためのマニホルド、および第２の熱交換チャネルから熱交換流体を流すためのマニホルドを備えてよい。第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器のそれぞれは約１００から約５０，０００の第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルを含んでよく、第２のフィッシャー・トロプシュ槽は１から約１０００の第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、最大約１０メートルの範囲内の長さを有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体は、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中の表面構成要素と接触してよく、表面構成要素の接触は、流体に撹乱流を付与してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、燃焼チャネルはマイクロチャネルであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、燃焼チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、各燃焼チャネルは、Ｈ２が燃焼チャネルに入ることを可能にするための原料入口と、酸素または酸素源が燃焼チャネルに入ることを可能にするための少なくとも１つの段階添加入口とを有してよく、該少なくとも１つの段階添加入口は原料入口の下流にあってよい。各燃焼チャネルは、燃焼チャネルの中のＨ２のバルク流れ方向に延在する長さを有してよく、該少なくとも１つの段階添加入口は、各燃焼チャネルの長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の段階添加入口を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、段階添加チャネルはマイクロチャネルであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、段階添加チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、石英、真ちゅう、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最大約１０メートルの範囲内の長さを有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、インコネル、鋼、モネル、石英、真ちゅう、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体は、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の表面構成要素と接触してよく、表面構成要素の接触は、流体に撹乱流を付与してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、熱交換チャネルはマイクロチャネルであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、熱交換チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最大約１０メートルの範囲内の長さを有してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、重合体とガラス繊維とを含む複合材料、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体は、第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の表面構成要素と接触してよく、表面構成要素の接触は、流体に撹乱流を付与してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２の熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２の熱交換チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いて第１の中間生成物からＨ２を分離してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、炭素豊富テールガスをＨ２豊富テールガスから分離するために温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、Ｎ２をテールガスから分離するために温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、Ｈ２をテールガスから分離し、Ｎ２を炭素豊富テールガスから分離するために温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒は、Ｌａ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｗ、および／またはそれらの酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。ＳＭＲ触媒は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、またはそれらの２つ以上の混合物をさらに含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、燃焼触媒は、Ｐｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｃｕ、および／またはそれらの酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。燃焼触媒は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、またはそれらの２つ以上の混合物をさらに含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、および／またはそれらの酸化物の１つ以上、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、周期律表のＩＡ族、ＩＩＡ族、ＩＩＩＢ族またはＩＩＢ族からの金属および／またはそれらの酸化物、ランタニド金属および／またはその酸化物、アクチニド金属および／またはその酸化物の１つ以上、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｅまたはＴｈ、および／またはそれらの酸化物の１つ以上、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フッ化アルミニウム、フッ化物化アルミナ、ベントナイト、セリア、酸化亜鉛、シリカ−アルミナ、炭化ケイ素、モレキュラーシーブの１つ以上、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、耐熱性酸化物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、式
ＣｏＭ１ ａＭ２ ｂＯｘ
式中、Ｍ１は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの２つ以上の混合物、
Ｍ２は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの２つ以上の混合物、
ａは、ゼロから約０．５の範囲内の数、
ｂは、ゼロから約０．５の範囲内の数、
ｘは、存在する元素の原子価要件を満たすために必要な酸素の数、
によって表される組成物を含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、アルミナ上に担持されたＣｏを含んでよく、Ｃｏ担持率は、少なくとも約５重量％であってよい。フィッシャー・トロプシュ触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含んでよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、触媒金属および担体を含んでよく、触媒は、
（Ａ）触媒金属を含む組成物を担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、
（Ｂ）工程（Ａ）で形成された中間触媒生成物を焼成する工程、
（Ｃ）工程（Ｂ）で形成された、焼成された中間生成物に触媒金属を含む別の組成物を含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および
（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された別の中間触媒生成物を焼成して触媒を提供する工程
によって作ってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒は、固体粒子の形であってよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒をチャネルの内壁上に被覆するか、チャネルの内壁上に成長させるか、またはフィン構造体上に被覆してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒を、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金を含む材料で作られた担持構造体に担持させてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒を、側流構成、貫流構成または蛇行構成を有する担持構造体上に担持させてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒を、発泡体、フェルト、詰め物、フィンまたはそれらの２つ以上の組み合わせの構成を有する担持構造体上に担持させてよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または第２のフィッシャー・トロプシュ触媒を、少なくとも１つのフィンを含むフィンアセンブリの形の担持構造体上に担持させてよい。フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを含んでよい。
前述の本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスはＨ２および１つ以上の炭化水素を含んでよく、テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとを提供してよく、炭素豊富テールガスを天然ガス原料と一緒にしてよく、Ｈ２豊富テールガスを燃料として用いてよい。
前述の本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスはＨ２、Ｎ２および１つ以上の炭化水素を含んでよく、テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとを提供してよく、炭素豊富テールガスはＮ２を含んでよく、炭素豊富テールガスは炭素豊富テールガスからＮ２を分離する窒素分離装置を通って流れてよく、炭素豊富テールガスを天然ガス原料と一緒にしてよく、Ｈ２豊富テールガスを燃料として用いてよい。
前述の本発明のプロセスの任意の実施態様において、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスを形成させてよく、テールガスの少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にしてよく、テールガスの該少なくとも一部を天然ガス原料と一緒にする前に圧縮してよい。
本発明のプロセスの任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ生成物および／または第２のフィッシャー・トロプシュ生成物を、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器および／または第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器と直列に動作している水素化分解装置の中で水素化分解させてよい。
本発明は、ＳＭＲ槽の中に配置された複数のＳＭＲマイクロチャネル反応器を含む装置であって、各ＳＭＲマイクロチャネル反応器は複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、複数の燃焼チャネルおよび複数の段階添加チャネルを含み、各燃焼チャネルは少なくとも１つの段階添加チャネルに隣接し、ＳＭＲ槽は、ＳＭＲ原料をＳＭＲプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルからＳＭＲ生成物を流すためのマニホルド、燃料を燃焼チャネルに流すためのマニホルド、酸素または酸素源を段階添加チャネルに流すためのマニホルド、および燃焼チャネルから燃焼排気を流すためのマニホルドを備える装置に関する。
本発明の装置の任意の実施態様において、各ＳＭＲマイクロチャネル反応器は約１００から約５０，０００のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含んでよく、ＳＭＲ槽は１から約１０００のＳＭＲマイクロチャネル反応器を含んでよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有してよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、最大約１０メートルの範囲内の長さを有してよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、真ちゅう、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルは、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルの中を流れる流体に撹乱流を付与するための内部表面構成要素を含んでよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、燃焼チャネルは、マイクロチャネルであってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、燃焼チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、セラミックス、真ちゅう、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、各燃焼チャネルは、燃料が燃焼チャネルに入ることを可能にするための原料入口と、酸素または酸素源が燃焼チャネルに入ることを可能にするための少なくとも１つの段階添加入口とを有してよく、該少なくとも１つの段階添加入口は、原料入口の下流にあってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、各燃焼チャネルは、燃焼チャネルの中の燃料のバルク流れ方向に延在する長さを有してよく、該少なくとも１つの段階添加入口は、各燃焼チャネルの長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の段階添加入口を含んでよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、段階添加チャネルは、マイクロチャネルであってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、段階添加チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明は、フィッシャー・トロプシュ槽の中に配置された複数のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含む装置であって、各フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含み、フィッシャー・トロプシュ槽はフィッシャー・トロプシュ原料をフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルからフィッシャー・トロプシュ生成物を流すためのマニホルド、熱交換流体を熱交換チャネルに流すためのマニホルド、および熱交換チャネルから熱交換流体を流すためのマニホルドを備える装置に関する。
本発明の装置の任意の実施態様において、各フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は約１００から約５０，０００のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルを含んでよく、フィッシャー・トロプシュ槽は１から約１０００のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含んでよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有してよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最大約１０メートルの範囲内の長さを有してよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、インコネル、鋼、モネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体に撹乱流を付与するための内部表面構成要素を含んでよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、熱交換チャネルは、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、任意の前述の金属の合金、鋼、モネル、インコネル、真ちゅう、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
本発明の装置の任意の実施態様において、フィッシャー・トロプシュ槽は、フィッシャー・トロプシュ槽の中のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器と直列に動作するのに適する水素化分解用装置と組み合わせてよい。
本発明は、約５から約１００の炭素原子、一実施態様では約５から約５０の炭素原子、一実施態様では約５から約３０の炭素原子、一実施態様では約５から約２０の炭素原子、一実施態様では約５から約１０の炭素原子のオレフィンとパラフィンとの混合物を含んでよい組成物に関する。パラフィンに対するオレフィンのモル比は、約０．０１から約０．８の範囲内、一実施態様では約０．１から約０．８の範囲内、一実施態様では約０．２から約０．８の範囲内であってよい。
本発明の一利点は、生産されるＮＯｘ、ＣＯおよびＣＯ２などの放出物を比較的低いレベルにして本プロセスを実行してよいことである。プロセスのための新水原料の需要をなくすかまたは非常に低いレベルに減らすことができる。プロセスの炭素効率、すなわち天然ガス原料中の炭素と比較したフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素の比を比較的高くすることができる。
本発明のプロセスの一利点は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で製造した第１の中間生成物または合成ガス生成物からＨ２の一部を分離し、Ｈ２豊富燃料としてＳＭＲマイクロチャネル反応器の中の燃焼チャネルにリサイクルして戻してよいことである。炭素含有成分をほとんどまたはまったく用いないでＨ２豊富燃料を生成させることによって、燃焼排気からの水をプロセスのための水原料として経済的に捕集することができ、それによって新水原料への需要をなくすかまたは劇的に低減することができる。Ｈ２豊富燃料を用いることによって、ＣＯおよびＣＯ２放出物のレベルを低くしてプロセスを動作させることができる。
本発明のプロセスの一利点は、プロセスが比較的高いレベルの炭素利用率を提供することを特徴とし得ることである。本発明のプロセスの以下の態様、すなわち（ａ）一体化された燃焼を含むＳＭＲマイクロチャネル反応器の使用、（ｂ）プロセス内の他の箇所での使用のための水蒸気を製造する１つ以上のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の使用、（ｃ）ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で製造した合成ガスから分離したＨ２のＳＭＲマイクロチャネル反応器の燃焼チャネルへのＨ２豊富燃料としてのリサイクル、（ｄ）フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器からＳＭＲマイクロチャネル反応器のための原料へのテールガスのリサイクル、（ｅ）フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で形成されたテールガスからのＨ２および／またはＮ２の分離、および／または（ｆ）フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の熱交換チャネルからＳＭＲマイクロチャネル反応器への水蒸気のリサイクルは、高いレベルの炭素利用率を提供することに寄与し得る。マイクロチャネル水蒸気改質およびマイクロチャネルフィッシャー・トロプシュ処理によって天然ガスを炭化水素液体に変換するプロセスにおいて約７５％より大きな炭素利用を実現するために、これらの利点の１つ以上をさまざまに組み合わせて用い得る。本発明のプロセスの一利点は、酸素のための源として空気の使用を利用するプロセス流を用いることによって、純酸素または酸素濃縮空気を用いる従来技術プロセスと比較したとき、高くなった生産コストを回避すると同時に比較的安全な運転を提供することが可能になり得ることである。別の利点は、他の使用のために電気をプロセスから外部に取り出すことが可能になり得ることである。別の利点は、水素化処理または水素化分解などの生成物の品質向上および／または水素化脱硫などの原料精製のためのＨ２必要量を供給するために、第１の中間生成物から分離した過剰のＨ２を必要に応じて利用し、および／または精製し得ることである。
添付の図面において、同様な部品および構成要素は同様な参照符号を有する。複数の図面が概略図であり、概略図は必ずしも一定の比率で描かれていないことがある。
本発明のプロセスおよび装置において用いてよいマイクロチャネルの概略図である。 特定の形の本発明のプロセスを例示するフローシートである。プロセスは、順番に動作する２つのフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中のフィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）プロセスと組み合わせた水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）マイクロチャネル反応器中のＳＭＲを用いて天然ガスを１つ以上の分子量の高くなった炭化水素に変換することを含む。このプロセスにおいては、ＳＭＲマイクロチャネル反応器の上流に配置した予備改質装置を用いる。 図２に示したプロセスと同様なプロセスのフローシートである。図３に例示するプロセスは、飽和装置の追加、およびフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器から飽和装置へのプロセス水の再循環を含む。飽和装置の中で天然ガス原料を再循環プロセス水と一緒にする。プロセスのこの実施態様は、溶解した有機物を除去するためにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で製造されたプロセス水を処理する工程をなくす利点を提供し得る。 図３に示したプロセスと同様なプロセスのフローシートである。図４に例示するプロセスは、第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器から飽和装置へテールガスをリサイクルすることを含む。この実施態様では、炭素利用率を高め得る。 図４に示したプロセスと同様なプロセスのフローシートである。図５に例示するプロセスは、ＳＭＲマイクロチャネル反応器と一体化した予備改質装置を提供する。この実施態様は、別個の予備改質装置の削除の結果として、改善された熱効率および資本費用の低減の利点を提供し得る。 図６に例示するプロセスが別個の予備改質装置の削除を提供する点を除けば、図５に示したプロセスと同様なプロセスのフローシートである。このプロセスは、熱効率を高め、システムを単純化し、資本費用を低減する利点を提供し得る。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中でＳＭＲ原料の予備改質を行ってよく、ＳＭＲ原料を、プロセスマイクロチャネルの第１の部分の中で第１の温度で、次にＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第２の部分の中で第２の高くなった温度で処理してよく、第２の部分は第１の部分の下流にあってよい。 図６に示したプロセスと同様なプロセスのフローシートである。図７に例示するプロセスは、燃焼排気を液体と蒸気とに分割することを含む。液体は水を含んでよい。この実施態様は、プロセスへの新水原料の需要を減らすかまたはなくす利点を提供し得る。 図６に示したプロセスと同様なプロセスのフローシートである。図８に例示するプロセスは、テールガスを炭素豊富テールガスとＨ２豊富テールガスとに分割することを含む。この実施態様は、ＣＯおよびＣＯ２放出を非常に低くしてプロセスを動作させる利点を提供し得る。 図６に示したプロセスと同様なプロセスの例を示すフローシートである。図９に例示するプロセスは、テールガスからＮ２を分離することを含む。この実施態様は、ＮＯｘ放出をきわめて低くしてプロセスを動作させる利点を提供し得る。 ＳＭＲマイクロチャネル反応器の流体の流れを示すフローシートである。ＳＭＲ原料と第１の中間生成物との間、および燃焼反応混合物のＨ２および酸素または酸素源と燃焼排気との間で熱を交換するために用いる５本流熱交換器を提供する。図１０では、ＳＭＲ原料は天然ガス、フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）リサイクルおよび水蒸気の混合物として特定される。図１０では、第１の中間生成物は生成物の合成ガスとして特定される。図１０で特定される酸素源は空気である。 図１１に例示するフローシートがＳＭＲマイクロチャネル反応器と一体化した予備改質装置を示す点を除けば、図１０に提供されたフローシートと同様なフローシートである。図１１では、予備改質装置は「Ｐｒｅ−Ｒｅｆ」として特定される。 複数のＳＭＲマイクロチャネル反応器を収容するために用いるＳＭＲ槽の概略図である。５つのＳＭＲマイクロチャネル反応器を示している。 複数のＳＭＲマイクロチャネル反応器を収容するために用いるＳＭＲ槽の概略図である。５つのＳＭＲマイクロチャネル反応器を示している。 図１２および１３に示したＳＭＲ槽と同様なＳＭＲ槽の中へのおよび外への流体の流れ、ならびにそのような流体の流れのための制御装置を示すフローシートである。図１４に示すＳＭＲ槽は、９つのＳＭＲマイクロチャネル反応器を含む。 ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位のそれぞれは、燃焼チャネルおよび１つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含む。図１５に例示する燃焼チャネルは、酸素または酸素源を燃焼チャネルの中に流すための段階添加チャネルを含む。図１５は、Ｍ字形燃焼チャネルと隣接する上下逆のＵ字形ＳＭＲプロセスマイクロチャネルを例示する。チャネルは、分りやすさのために、互いから離間しているように例示するが、実際には、チャネルは、互いに上下に積層されるかまたは横並びに配置され、チャネルの間には間隔がないと考えられる。チャネルは、チャネル界面において共通壁を共有してよい。 ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位のそれぞれは、燃焼チャネルおよび１つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含む。図１６に例示する燃焼チャネルは、酸素または酸素源を燃焼チャネルの中に流すための段階添加チャネルを含む。図１６は、Ｍ字形燃焼チャネルと隣接する単一のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを例示する。チャネルは、分りやすさのために、互いから離間しているように例示するが、実際には、チャネルは、互いに上下に積層されるかまたは横並びに配置され、チャネルの間には間隔がないと考えられる。チャネルは、チャネル界面において共通壁を共有してよい。 ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位のそれぞれは、燃焼チャネルおよび１つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含む。図１７に例示する燃焼チャネルは、酸素または酸素源を燃焼チャネルの中に流すための段階添加チャネルを含む。図１７は、２つのＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよびＭ字形燃焼チャネルを例示する。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの一方はＭ字形燃焼チャネルと隣接し、他方のＳＭＲプロセスマイクロチャネルは最初に挙げたＳＭＲプロセスマイクロチャネルと隣接し、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは両方とも燃焼チャネルと熱接触している。チャネルは、分りやすさのために、互いから離間しているように例示するが、実際には、チャネルは、互いに上下に積層されるかまたは横並びに配置され、チャネルの間には間隔がないと考えられる。チャネルは、チャネル界面において共通壁を共有してよい。 ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位のそれぞれは、燃焼チャネルおよび１つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含む。図１８に例示する燃焼チャネルは、酸素または酸素源を燃焼チャネルの中に流すための段階添加チャネルを含む。図１８は、単一の燃焼チャネル、燃焼チャネルの一方の側に配置された段階添加チャネル、燃焼チャネルの他方の側に配置されたＳＭＲプロセスチャネルを例示する。チャネルは、分りやすさのために、互いから離間しているように例示するが、実際には、チャネルは、互いに上下に積層されるかまたは横並びに配置され、チャネルの間には間隔がないと考えられる。チャネルは、チャネル界面において共通壁を共有してよい。 ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位のそれぞれは、燃焼チャネルおよび１つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを含む。図１９に例示する燃焼チャネルは、酸素または酸素源を燃焼チャネルの中に流すための段階添加チャネルを含む。図１９は、図１９に例示する繰り返し単位の中のＳＭＲプロセスマイクロチャネルが上下逆のＵ字形マイクロチャネルの形状である点を除けば、図１８に例示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位を例示する。チャネルは、分りやすさのために、互いから離間しているように例示するが、実際には、チャネルは、互いに上下に積層されるかまたは横並びに配置され、チャネルの間には間隔がないと考えられる。チャネルは、チャネル界面において共通壁を共有してよい。 本発明のプロセスで用いる複数のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を収容するために用いてよいフィッシャー・トロプシュ槽の概略図である。 図２０に例示したフィッシャー・トロプシュ槽の断面の側面図である。 図２１に例示したフィッシャー・トロプシュ槽の断面図である。 第１のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器および第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器への、およびからのプロセス流体の流れを示すフローシートである。図２３に例示するＦＴ反応器アセンブリは、図２〜９に例示したフローシートにおいてＦＴ＃１およびＦＴ＃２として特定されている。 フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で用いてよい繰り返し単位の概略図である。図２４に例示する繰り返し単位のそれぞれは、固体粒子の床の形である触媒を含むフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル、および隣接する熱交換チャネルを含む。触媒床を反応区域と呼んでよい。図２４に例示する熱交換チャネルの中を流れる熱交換流体は、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して交差流となる方向に流れる。プロセスマイクロチャネルの異なる区間と熱接触する熱交換チャネルの数を調節することによって、および／または熱交換チャネルの中の熱交換流体の流量を調節することによって、これらの実施態様のそれぞれに調整された熱交換プロフィルを提供してよい。これらの調整された熱交換プロフィルによって、プロセスマイクロチャネルのいくつかの部分の中でプロセスマイクロチャネルの他の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。例えば、反応区域への入口またはその近くで反応区域の下流の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流速を調節することによって熱交換プロフィルを調整してよい。例えば、反応区域への入口と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的高い速度を、反応区域の下流の区間と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的低い速度と組み合わせて用いてよい。 フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で用いてよい繰り返し単位の概略図である。図２５に例示する繰り返し単位のそれぞれは、固体粒子の床の形である触媒を含むフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル、および隣接する熱交換チャネルを含む。触媒床を反応区域と呼んでよい。図２５に例示する熱交換チャネルの中を流れる熱交換流体は、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して並流または向流となる方向に流れてよい。プロセスマイクロチャネルの異なる区間と熱接触する熱交換チャネルの数を調節することによって、および／または熱交換チャネルの中の熱交換流体の流量を調節することによって、これらの実施態様のそれぞれに調整された熱交換プロフィルを提供してよい。これらの調整された熱交換プロフィルによって、プロセスマイクロチャネルのいくつかの部分の中でプロセスマイクロチャネルの他の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。例えば、反応区域への入口またはその近くで反応区域の下流の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流速を調節することによって熱交換プロフィルを調整してよい。例えば、反応区域への入口と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的高い速度を、反応区域の下流の区間と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的低い速度と組み合わせて用いてよい。 フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で用いてよい繰り返し単位の概略図である。図２６に例示する繰り返し単位のそれぞれは、固体粒子の床の形である触媒を含むフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル、および隣接する熱交換チャネルを含む。触媒床を反応区域と呼んでよい。図２６に例示する熱交換チャネルは、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して交差流となる方向の熱交換流体の流れを提供する。図２６に例示する熱交換チャネルは、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の反応区域の長さの一部だけを含む熱交換区域を提供する。プロセスマイクロチャネルの異なる区間と熱接触する熱交換チャネルの数を調節することによって、および／または熱交換チャネルの中の熱交換流体の流量を調節することによって、これらの実施態様のそれぞれに調整された熱交換プロフィルを提供してよい。これらの調整された熱交換プロフィルによって、プロセスマイクロチャネルのいくつかの部分の中でプロセスマイクロチャネルの他の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。例えば、反応区域への入口またはその近くで反応区域の下流の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流速を調節することによって熱交換プロフィルを調整してよい。例えば、反応区域への入口と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的高い速度を、反応区域の下流の区間と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的低い速度と組み合わせて用いてよい。 フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で用いてよい繰り返し単位の概略図である。図２７に例示する繰り返し単位のそれぞれは、固体粒子の床の形である触媒を含むフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル、および隣接する熱交換チャネルを含む。触媒床を反応区域と呼んでよい。図２７に例示する熱交換チャネルは、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して交差流となる方向の熱交換流体の流れを提供する。図２７に例示する熱交換チャネルは、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の反応区域の長さの一部だけを含む熱交換区域を提供する。プロセスマイクロチャネルの異なる区間と熱接触する熱交換チャネルの数を調節することによって、および／または熱交換チャネルの中の熱交換流体の流量を調節することによって、これらの実施態様のそれぞれに調整された熱交換プロフィルを提供してよい。これらの調整された熱交換プロフィルによって、プロセスマイクロチャネルのいくつかの部分の中でプロセスマイクロチャネルの他の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。例えば、反応区域への入口またはその近くで反応区域の下流の部分と比較してより多くの冷却を提供してよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流速を調節することによって熱交換プロフィルを調整してよい。例えば、反応区域への入口と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的高い速度を、反応区域の下流の区間と熱接触する熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れの比較的低い速度と組み合わせて用いてよい。 本発明のプロセスにおいて用いるプロセス流体からＨ２および／またはＮ２を分離するために用いてよいマイクロチャネル分離装置の概略図である。図２８に例示するマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい分離技法は、温度スイング吸着（ＴＳＡ）技法または圧力スイング吸着（ＰＳＡ）技法を含んでよい。 本発明のプロセスにおいて用いるプロセス流体からＨ２および／またはＮ２を分離するために用いてよいマイクロチャネル分離装置の概略図である。図２９に例示するマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい分離技法は、温度スイング吸着（ＴＳＡ）技法または圧力スイング吸着（ＰＳＡ）技法を含んでよい。 ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で用いてよい触媒または触媒担体の概略図である。図３０は、図２８および２９に例示したマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい収着材料またはそのような収着材料のための担体の例も示す。図３０に例示する触媒または収着材料は、固体粒子の床の形である。 ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で用いてよい触媒または触媒担体の概略図である。図３１は、図２８および２９に例示したマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい収着材料またはそのような収着材料のための担体の例も示す。図３１に例示する触媒または収着材料は、側流設計を有する。 ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で用いてよい触媒または触媒担体の概略図である。図３２は、図２８および２９に例示したマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい収着材料またはそのような収着材料のための担体の例も示す。図３２に例示する触媒または収着材料は、貫流構造体である。 ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で用いてよい触媒または触媒担体の概略図である。図３３は、図２８および２９に例示したマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい収着材料またはそのような収着材料のための担体の例も示す。図３３は、触媒または収着材料を担持するために用いてよいフィンアセンブリの概略図である。 ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で用いてよい触媒または触媒担体の概略図である。図３４は、図２８および２９に例示したマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい収着材料またはそのような収着材料のための担体の例も示す。図３４は、触媒または収着材料を担持するために用いてよいフィンアセンブリの概略図である。 ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中で用いてよい触媒または触媒担体の概略図である。図３５は、図２８および２９に例示したマイクロチャネル分離装置の中で用いてよい収着材料またはそのような収着材料のための担体の例も示す。図３５は、触媒または収着材料を担持するために用いてよいフィンアセンブリの概略図である。 本発明のプロセスにおいて用いるＳＭＲマイクロチャネル反応器とともに用いてよい複数流マイクロチャネル熱交換器の例を示す。 本発明のプロセスにおいて用いるＳＭＲマイクロチャネル反応器とともに用いてよい複数流マイクロチャネル熱交換器の例を示す。 本発明のプロセスにおいて用いるＳＭＲマイクロチャネル反応器とともに用いてよい複数流マイクロチャネル熱交換器の例を示す。 通常の処理法を用いて製造されたフィッシャー・トロプシュ生成物と比較したときの本発明のプロセスによってフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で製造されたフィッシャー・トロプシュ生成物の場合の高くなったパラフィンに対するオレフィンの比を示すグラフである。 本発明のプロセスにおいて用いるＳＭＲマイクロチャネル反応器およびフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で使用するチャネルの中で用いてよい表面構成要素の概略図である。 本発明のプロセスにおいて用いるＳＭＲマイクロチャネル反応器およびフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で使用するチャネルの中で用いてよい表面構成要素の概略図である。
用語「マイクロチャネル」は、最大約１０ミリメートル（ｍｍ）、一実施態様では最大約５ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍ、一実施態様では最大約１ｍｍの高さまたは幅の少なくとも一方の内部寸法を有するチャネルを指してよい。マイクロチャネルは少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを含んでよく、少なくとも１つの入口は少なくとも１つの出口とは異なっていてよい。マイクロチャネルは、単にオリフィスでないことがある。マイクロチャネルは、単にゼオライトまたはメソ多孔質材料の中のチャネルでないことがある。図１に、本開示のプロセスでプロセスマイクロチャネル、燃焼マイクロチャネル、段階添加マイクロチャネルおよび／または熱交換マイクロチャネルとして用いてよいマイクロチャネルの例が示される。図１を参照すると、マイクロチャネル１００は、高さ（ｈ）、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有する。矢印１０２および１０４で示す方向にマイクロチャネルを通って流体が流れてよい。高さ（ｈ）および幅（ｗ）はともに、図１において矢印１０２および１０４で示すマイクロチャネルを通る流体のバルク流れの方向に対して垂直である。長さ（ｌ）は、高さ（ｈ）または幅（ｗ）の少なくとも約２倍、一実施態様では高さ（ｈ）または幅（ｗ）の少なくとも約５倍、一実施態様では高さ（ｈ）または幅（ｗ）の少なくとも約１０倍であってよい。マイクロチャネルの高さ（ｈ）または幅（ｗ）は、約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲内であってよい。高さ（ｈ）または幅（ｗ）のうちの他方の寸法は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートルであってよい。マイクロチャネルの長さ（ｌ）は、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであってよい。図１に例示するマイクロチャネルは長方形である断面を有するが、マイクロチャネルは、例えば正方形、円形、半円、台形等の任意の形状を有する断面を有してよいと理解されるべきである。マイクロチャネルの断面の形状および／またはサイズはその長さにわたって変化してよい。例えば、高さまたは幅は、マイクロチャネルの長さにわたって相対的に大きな寸法から相対的に小さな寸法へ、またはその逆に傾斜していてよい。
用語「マイクロチャネル反応器」は、プロセスを実行してよい複数のプロセスマイクロチャネルを含む装置を指してよい。プロセスは、ＳＭＲ反応プロセスまたはフィッシャー・トロプシュ反応プロセスであってよい。プロセスマイクロチャネルは、並行に動作してよい。マイクロチャネル反応器は、プロセスマイクロチャネルの中への流体の流れを提供するためのヘッダまたはマニホルドアセンブリ、およびプロセスマイクロチャネルから出る流体の流れを提供するためのフッタまたはマニホルドアセンブリを含んでよい。マイクロチャネル反応器は、プロセスマイクロチャネルに隣接し、および／またはプロセスマイクロチャネルと熱接触している１つ以上の熱交換チャネルを含んでよい。熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネルの中の流体のための加熱および／または冷却を提供する。熱交換チャネルは、燃焼チャネルであってよい。熱交換チャネルおよび／または燃焼チャネルは、マイクロチャネルであってよい。
用語「プロセスマイクロチャネル」は、プロセスが行われるマイクロチャネルを指してよい。プロセスは、水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）反応またはフィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）反応を行うことに関してよい。
プロセスマイクロチャネル内の体積に関する用語「体積」は、プロセス流体が中を通って流れるかまたは横を通って流れてよいプロセスマイクロチャネルの中のすべての体積を含んでよい。この体積は、プロセスマイクロチャネルの中に配置され、貫流方式または側流方式の流体の流れに適するようになっていてよい表面構成要素内の体積を含んでよい。
１つのチャネルの位置を別のチャネルの位置と比べて指定するときの用語「隣接する」は、単数または複数の壁がこれらの２つのチャネルを隔てるように直接隣接することを意味してよい。一実施態様では、２つのチャネルは共通壁を有してよい。共通壁は厚さが変化してよい。しかし、「隣接する」チャネルは、これらのチャネルの間の熱伝達を妨げ得る介在チャネルによって隔てられてはならない。１つのチャネルは、別のチャネルの寸法の一部の区間でだけ別のチャネルに隣接してよい。例えば、プロセスマイクロチャネルは、１つ以上の隣接する熱交換チャネルより長くてよく、１つ以上の隣接する熱交換チャネルを超えて延在してよい。
用語「熱接触」は、互いに物理的接触状態にないかまたは互いに隣接していないことがあるが、それでも互いと熱を交換する２つの実体、例えば２つのチャネルを指してよい。別の実体と熱接触している１つの実体は、相手実体を加熱しても冷却してもよい。
用語「流体」は、気体、液体、気体と液体との混合物、または分散した固体、液滴および／または気泡を含む気体または液体を指してよい。液滴および／または気泡は、不規則形状または規則形状を有してよく、同様なサイズまたは異なるサイズであってよい。
用語「気体」および「蒸気」は、同じ意味を有してよく、時には区別なく用いられる。
用語「滞留時間」または「平均滞留時間」は、その空間の中を流れる流体によって占有されるチャネル内の空間の内部体積を、その空間の中を流れる流体の用いられる温度および圧力における平均体積流量で除した商を指してよい。
用語「上流」および「下流」は、チャネルまたはプロセスフローシート中の流体の流れの方向に対する、チャネル（例えばプロセスマイクロチャネル）内またはプロセスフローシート中の位置を指してよい。例えば、その位置に向かって流れる流体流の一部分がまだ到着していないチャネルまたはプロセスフローシート内の位置は、流体流のその一部分の下流となるであろう。その位置から流れ去る流体流の一部分が既に通過したチャネルまたはプロセスフローシート内の位置は、流体流のその一部分の上流となるであろう。本明細書において用いられるチャネルは水平、垂直、またはある傾き角度で配向してよいので、用語「上流」および「下流」は、必ずしも垂直位置を指さない。
用語「シム」は、平面のまたは実質的に平面のシートまたはプレートを指してよい。シムの厚さは、シムの最も小さな寸法であってよく、最大約４ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲内であってよい。シムは、任意の長さおよび幅を有してよい。
用語「表面構成要素」は、マイクロチャネル内の流れを撹乱するチャネル壁の中のくぼみおよび／またはチャネル壁からの突起を指してよい。図４５および４６に、用いてよい表面構成要素設計を例示する。表面構成要素は、円形、球形、円錐形、楕円形、正方形、長方形、菱形、格子形、Ｖ字形、翼形、エアフォイル形、波形および類似形ならびにそれらの２つ以上の組み合わせであってよい。表面構成要素は、副構成要素を含んでよく、表面構成要素の主壁は、刻み目形、波形、ギザギザ形、孔形、バリ形、格子形、扇形および類似形であってよい小さな構成要素をさらに含む。表面構成要素は、深さ、幅を有してよく、非円形表面構成要素の場合には長さを有してよい。表面構成要素は、本開示のプロセスに従って用いられるプロセスマイクロチャネル、熱交換チャネルおよび／または燃焼チャネルの内壁の１つ以上の上または中に形成されてよい。表面構成要素を受動表面構成要素または受動混合構成要素と呼んでよい。流れを撹乱（例えば層流の流線を撹乱）し、バルク流れ方向に対してある角度の移流を生成させるために表面構成要素を用いてよい。
用語「熱交換チャネル」は、熱を提供し、および／または熱を吸収する熱交換流体を中に有するチャネルを指してよい。熱交換チャネルは、隣接するチャネル（例えばプロセスマイクロチャネル）、および／または熱交換チャネルに熱接触している１つ以上のチャネルから熱を吸収するかまたは熱を提供してよい。熱交換チャネルは、互いに隣接しているが、熱交換チャネルに隣接していないチャネルから熱を吸収するかまたは熱を提供してよい。一実施態様では、１、２、３以上のチャネルが互いに隣接し、２つの熱交換チャネルの間に配置されてよい。
用語「伝熱壁」は、プロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換チャネルとの間の共通壁を指してよい。共通壁を通って一方のチャネルから他方のチャネルへ熱が移動する。
用語「熱交換流体」は、熱を放出し、および／または熱を吸収し得る流体を指してよい。
用語「バルク流れ方向」は、流体がチャネルの中の開放通路の中を移動してよい方向のベクトルを指してよい。
用語「バルク流れ領域」は、マイクロチャネル内の開放区域を指してよい。連続するバルク流れ領域は、顕著な圧力降下なしにマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れを可能にしてよい。一実施態様では、バルク流れ領域の中の流れは、層流であってよい。バルク流れ領域は、マイクロチャネルの内部体積および／または断面積の少なくとも約５％、一実施態様では約５％から約１００％、一実施態様では約５％から約９９％、一実施態様では約５％から約９５%、一実施態様では約５％から約９０％、一実施態様ではマイクロチャネルの内部体積および／または断面積の約３０％から約８０％を含んでよい。
用語「開放チャネル」または「側流チャネル」または「開放通路」は、流体が流れに対する障壁に遭遇することなくチャネルを通って流れることができるように、チャネルを通って全体に延在する少なくとも約０．０１ｍｍの隙間を有するチャネル（例えばマイクロチャネル）を指してよい。隙間は、最大約１０ｍｍの大きさであってよい。
用語チャネル（例えばプロセスマイクロチャネル）の「断面積」は、チャネルの中の流体のバルク流れの方向に垂直に測定された面積を指し、存在してよい任意の表面構成要素を含むチャネル内のすべての面積を含んでよいが、チャネル壁を含まない。長さに沿って湾曲するチャネルの場合、断面積は、長さと平行し、チャネルの中心（面積で）にある直線上の選ばれた点におけるバルク流れの方向に垂直に測定されてよい。高さおよび幅の寸法は、１つのチャネル壁から反対側のチャネル壁へ測定されてよい。これらの寸法は、壁の表面への被覆物の塗布によって変化しないことがある。これらの寸法は、表面構成要素、表面粗さおよび類似物によって引き起こされる変動を考慮した平均値であってよい。
用語チャネル（例えばプロセスマイクロチャネル）の「開放断面積」は、チャネル中の流体の流れのバルク流れの方向に垂直に測定されたチャネル中のバルク流体の流れのために開いている面積を指してよい。開放断面積は、存在してよい表面構成要素および類似物などの内部障害物を含まないことがある。
チャネルの中を流れる流体の速度に関する用語「空塔速度」は、チャネルの入口温度および圧力における流体の体積流量をチャネルの断面積で除した結果としての速度を指してよい。
用語「自由流速度」は、速度が最大値となるようにチャネルの側壁から十分離れて、チャネルの中を流れる流の速度を指してよい。チャネルの中を流れる流の速度は、滑りなし境界条件が適用可能なら側壁においてゼロであるが、側壁からの距離が増加するにつれて一定の値に到達するまで増加する。この一定の値が「自由流速度」である。
本明細書では、用語「プロセス流体」は、プロセスマイクロチャネルの中を流れてよい反応体、生成物および任意の希釈剤または他の流体を指すために用いてよい。
用語「反応区域」は、化学反応が起こるかまたは少なくとも１つの化学種の化学変換が起こるマイクロチャネル内の空間を指してよい。反応区域は１つ以上の触媒を含んでよい。
用語「収率」は、マイクロチャネル反応器から出る生成物のモル数をマイクロチャネル反応器に入る反応体のモル数で除した商を指してよい。
用語「サイクル」は、マイクロチャネル反応器を通る反応体の一回の通過を指してよい。
用語「傾斜触媒」は、触媒活性の１つ以上の勾配を有する触媒を指してよい。傾斜触媒は、触媒活性金属の変化する濃度または表面積を有してよい。傾斜触媒は、触媒活性部位の変化するターンオーバー速度を有してよい。傾斜触媒は、距離の関数として変化する物理的性質および／または形を有してよい。例えば、傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルへの入口で相対的に低く、プロセスマイクロチャネルの出口の近くでより高い濃度に増加するか、またはその逆である活性金属濃度、あるいは、プロセスマイクロチャネルの中心（すなわち中点）に近いほど低い濃度、プロセスマイクロチャネル壁に近いほど高い濃度、または逆である触媒活性金属、等を有してよい。傾斜触媒の熱伝導率は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ変化してよい。傾斜触媒の表面積は、一定表面積担体上の触媒的に活性な金属部位のサイズを変化させることによって、または担体の表面積を変化させる、例えば担体の種類または粒子サイズを変化させることによって、変化させてよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルの種々の部分で担体の体積に対する表面積の比が高くなるかまたは低くない、続いてすべての部分で同じ触媒被覆物を塗布する、多孔質担体を有してよい。これまでに記載した実施態様の２つ以上の組み合わせを用いてよい。傾斜触媒は、単一触媒成分または複数触媒成分（例えば二元金属触媒または三元金属触媒）を有してよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ徐々にその性質および／または組成を距離の関数として変化させてよい。傾斜触媒は、各粒子内に触媒的に活性な金属の「卵殻」分布を有する周縁型粒子を含んでよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿った軸方向に傾斜しても横方向に傾斜してもよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ変化してよい種々の触媒組成、種々の担持率および／または活性触媒部位の数を有してよい。触媒活性部位の数は、触媒構造の多孔度を変化させることによって変化させてよい。これは、さまざまな量の触媒物質を析出させるウォッシュコートプロセスを用いて実現されてよい。一例は、それによってより多くの活性が必要とされるところほど厚い多孔質構造が残されてよい、プロセスマイクロチャネルの長さに沿ったさまざまな多孔質触媒厚さの使用であってよい。一定のまたは可変の多孔質触媒の厚さの場合の多孔度の変化も用いてよい。流れのための開放区域または隙間に隣接して第１の細孔サイズが用いられてよく、プロセスマイクロチャネル壁に隣接して少なくとも１つの第２の細孔サイズを用いてよい。
用語「鎖成長」は、新しい分子構造の付加（例えばフィッシャー・トロブシュ合成における炭化水素鎖へのメチレン基の付加）によって分子が成長する反応の結果である分子中の成長を指してよい。
用語「炭化水素」は、純粋に炭化水素の化合物、すなわち脂肪族化合物（例えばアルカン、アルケンまたはアルキン）、脂環式化合物（例えばシクロアルカン、シクロアルキレン）、芳香族化合物、脂肪族および脂環式置換芳香族化合物、芳香族置換脂肪族化合物、芳香族置換脂環式化合物および類似物を指してよい。例は、メタン、エタン、プロパン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、トルエン、エチルベンゼン等を含んでよい。用語「炭化水素」は、置換炭化水素化合物、すなわち非炭化水素置換基を含む炭化水素化合物を指してよい。非炭化水素置換基の例は、ヒドロキシル、アシル、ニトロ等を含んでよい。用語「炭化水素」は、ヘテロ置換炭化水素化合物、すなわち他のものとしては炭素原子を含む鎖または環の中に炭素以外の原子を含む炭化水素化合物を指してよい。ヘテロ原子は、例えば、窒素、酸素、硫黄および類似元素を含んでよい。
用語「分子量の高くなった炭化水素」は、２以上の炭素原子、一実施態様では３以上の炭素原子、一実施態様では４以上の炭素原子、一実施態様では５以上の炭素原子を有する炭化水素を指してよい。分子量の高くなった炭化水素は、最大約１００の炭素原子、一実施態様では最大約９０の炭素原子、一実施態様では最大約８０の炭素原子、一実施態様では最大約７０の炭素原子、一実施態様では最大約６０の炭素原子、一実施態様では最大約５０の炭素原子、一実施態様では最大約４０の炭素原子、一実施態様では最大約３０の炭素原子を有してよい。分子量の高くなった炭化水素は脂肪族炭化水素であってよい。例は、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカンおよび類似物を含んでよい。
用語「水蒸気メタン改質」または「ＳＭＲ」は、反応
Ｈ２Ｏ＋ＣＨ４ → ＣＯ＋３Ｈ２
を指してよい。この反応は吸熱性であり、ＳＭＲ触媒の存在下で行ってよい。ＣＯ＋Ｈ２の生成物混合物を合成ガスまたはシンガス（ｓｙｎ ｇａｓ）と呼んでよい。この反応を実現させるために必要な熱は、燃料（例えばＨ２）と酸素または酸素源（例えば空気または酸素富化空気）との混合物の燃焼反応によって提供してよい。燃焼反応は発熱性であり、燃焼触媒の存在下で行ってよい。
用語「フィッシャー・トロプシュ」または「ＦＴ」は、式
ｎＣＯ＋２ｎＨ２ → （ＣＨ２）ｎ＋ｎＨ２Ｏ
によって表される化学反応を指してよい。この反応は、フィッシャー・トロプシュ触媒の存在下で行ってよい発熱反応である。
用語「Ｃｏ担持率」は、触媒中のＣｏの重量を触媒の全重量、すなわちＣｏプラス任意の助触媒または促進剤ならびに担体の全重量で除した商を指してよい。触媒が発泡体、フェルト、詰め物またはフィンなどの加工された担体構造物上に担持されるなら、そのような加工された担体構造物の重量は計算に含まなくてよい。同様に、触媒がチャネル壁に接着されるなら、チャネル壁の重量は計算に含まなくてよい。
用語「炭素利用率」は、プロセスにおいて用いる天然ガス原料の中の炭素の量と比較するかまたはこれを基準とする本発明のプロセスによって製造されるフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素のパーセントを指してよい。炭素利用率は、プロセスへの酸素の持ち込みまたはプロセスからの電力の持ち出しを含まない。
用語「フィッシャー・トロプシュ生成物」または「ＦＴ生成物」は、大気圧において３０℃以上の沸点を有する、フィッシャー・トロプシュプロセスによって作られた炭化水素生成物を指してよい。
用語「テールガス」は、大気圧において３０℃未満の沸点を有する、フィッシャー・トロプシュ法によって作られた気体生成物を指してよい。
用語「ｍｍ」は、ミリメートルを指してよい。用語「ｎｍ」は、ナノメートルを指してよい。用語「ｍｓ」は、ミリ秒を指してよい。用語「μｓ」は、マイクロ秒を指してよい。用語「μｍ」は、ミクロンまたはマイクロメートルを指してよい。用語「ミクロン」と「マイクロメートル」とは同じ意味を有し、区別なく用いてよい。
特に断らない限り、すべての圧力は絶対圧によって表される。
次に、図面を参照して、本発明のプロセスを説明する。図２を参照すると、プロセスは、予備改質装置１２０、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、Ｈ２分離装置１４０、フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）マイクロチャネル反応器１５０、コンプレッサ１６０、第２のフィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）マイクロチャネル反応器１７０ならびに分離装置１５７および１７７を用いて行ってよい。例示する実施態様は順に用いられる２つのフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の使用を開示しているが、単一のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を用いてよく、または３つ以上のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を順に用いてよく、例えば３つ、４つ、５つ、６つ等のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を順に用いてよいと理解するべきである。従って、例えば１つ以上、一実施態様では１から約１０、一実施態様では１から約７、一実施態様では１から約５、一実施態様では１から約３のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器をフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０とともに順に用いてよい。
天然ガスは、ＳＭＲ原料の中に含まれているとＳＭＲマイクロチャネル反応器の中で炭素析出物を形成する傾向があり得る分子量の高くなった炭化水素（例えばエタン以上）を含んでよい。これらの炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換することによってＳＭＲ原料の中の分子量の高くなった炭化水素のレベルを減らすために予備改質装置１２０を用いてよい。メタンでは、炭素析出物を形成する傾向は低くなる。分子量の高くなった炭化水素が天然ガス原料中になければ、予備改質の使用を回避してよい。
予備改質装置１２０は、通常の改質装置またはマイクロチャネル改質装置であってよい。通常の改質装置は、ニッケルＳＭＲ触媒などのＳＭＲ触媒を使用する固定床反応器の形であってよい。マイクロチャネル予備改質装置１２０は、プロセスマイクロチャネルの中の炭素／コーク析出物の形成を回避するためにマイクロチャネル予備改質装置１２０をＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０より低い温度で動作させることがある点を除けば、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０と同じかまたは同様であってよい。例えば、予備改質装置１２０は約４００から約６００℃の範囲内の温度で動作させてよく、一方、ＳＭＲマイクロチャネル反応器は下記に示すようにこれらの温度以上の温度で動作させてよい。予備改質装置１２０中で、分子量の高くなった炭化水素すなわち２つ以上の炭素原子の炭化水素の濃度を、これらの炭化水素をメタンに変換することによって低くしてよい。予備改質装置１２０の中でメタンに変換される分子量の高くなった炭化水素の百分率は、分子量の高くなった炭化水素の約８０から約１００体積％の範囲内、一実施態様では約９８から約９９％体積の範囲内であってよい。予備改質装置１２０内の動作圧力は約５から約２５気圧の範囲内、一実施態様では約１５から約２０気圧の範囲内であってよい。予備改質装置１２０は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中で用いるものと同様な燃焼チャネルを用いて加熱してよい。ライン１２３および１２４で示すように予備改質装置１２０に空気および燃料が入り、燃焼触媒と接触し、燃焼反応を行い、熱および排気を発生させる。排気は、ライン１２５で示すように予備改質装置１２０を出る。燃焼チャネルは、マイクロチャネルであってよい。燃料は、分離装置１４０から取ったＨ２豊富燃料、分離装置１７７の中で分離したテールガス、天然ガス、またはそれらの２つ以上であってよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、複数の燃焼チャネルおよび複数の段階添加チャネルを含んでよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、任意の所望の数のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび段階添加チャネル、例えば、それぞれの約１００から約５０，０００、一実施態様ではそれぞれの約１０００から約１０，０００を含んでよい。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、１つ以上のＳＭＲ触媒を含んでよい。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、Ｕ字形または上下逆のＵ字形（図１５および１９参照）であってよく、反応体はマイクロチャネル反応器の片側でプロセスマイクロチャネルに入り、生成物はマイクロチャネル反応器の同じ側でＳＭＲプロセスマイクロチャネルから出る。あるいは、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、直線形のチャネルの形（図１６〜１８参照）であってよく、反応体はマイクロチャネル反応器の一方の側でプロセスマイクロチャネルに入り、生成物はマイクロチャネル反応器の他方の側でプロセスマイクロチャネルから出る。燃焼チャネルは、１つ以上の燃焼触媒を含んでよい。各燃焼チャネルは、少なくとも１つの段階添加チャネルに隣接している。段階添加チャネルは、燃焼チャネルと異なる長さを有してよい。燃焼チャネルおよび段階添加チャネルは、マイクロチャネルであってよい。燃焼チャネルは、Ｕ、上下逆のＵ、ＷまたはＭの形（図１５〜１７参照）であってよく、Ｈ２豊富燃料はマイクロチャネル反応器の一方の側で燃焼チャネルに入り、燃焼排気は同じ側から出る。あるいは、燃焼チャネルは、直線形のチャネルの形（図１８および１９参照）であってよく、Ｈ２豊富燃料は反応器の一方の側でＳＭＲマイクロチャネル反応器に入り、燃焼排気はマイクロチャネル反応器の他方の側で出る。燃焼チャネルは、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中の流体の流れに対して並流、向流または交差流となる、燃焼チャネルの中の流体の流れを提供するように整列してよい。ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび段階添加チャネルは、上下に積層されるかまたは横並びに配置されてよい。各燃焼チャネルと組み合わされて２つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネルを用いてよい。例えば、各燃焼チャネルを２つのＳＭＲプロセスマイクロチャネルと組み合わせて用いてよく、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの一方が燃焼チャネルに隣接し、他方のＳＭＲプロセスマイクロチャネルが最初に挙げたＳＭＲプロセスマイクロチャネルに隣接して配置され、燃焼チャネルと熱接触している（図１５，１７および１９参照）。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中への反応体、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルからの生成物、燃焼チャネルの中へのＨ２豊富燃料、段階添加チャネルの中への酸素または酸素の、および燃焼チャネルからの燃焼排気の流れを提供する適切なヘッダおよびフッタまたはマニホルドを備えてよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０のそれぞれは、上下に積層されるかまたは横並びに配置された複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含んでよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０はそれぞれ、任意の所望の数のプロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネル、例えば約１００から約５０，０００のそれぞれ、一実施態様では約１０００から約１０，０００のそれぞれを含んでよい。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは直線形のチャネル（図２４〜２７参照）であってよく、反応体はマイクロチャネル反応器の一方の側でプロセスマイクロチャネルに入り、生成物はマイクロチャネル反応器の反対側でプロセスマイクロチャネルから出る。一実施態様では、反応体は、下降流れパターンが確立されるようにチャネルの上部で入り、生成物はチャネルの下部で出てよい。熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネルの中の流体の流れに対して並流、向流および／または、交差流となる熱交換流体の流れを提供するように配置されてよい。各熱交換チャネルと組み合わせて２つ以上のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルを用いてよい。例えば、各熱交換チャネルを２つのフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルと組み合わせて用いてよく、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの一方は熱交換チャネルに隣接し、他方のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、最初に挙げたフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルに隣接し、熱交換チャネルと熱接触している。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器のそれぞれは、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中への反応体、プロセスマイクロチャネルからの生成物、および熱交換チャネルの中へのおよびからの熱交換流体の流れを提供する適切なヘッダおよびフッタまたはマニホルドを備えてよい。生成物マニホルドは、生成物混合物がフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器槽４００（図２０〜２２参照）を出るまで生成物混合物の温度を維持する加熱ジャケットを含んでよい。水蒸気、電気または他の技法によって熱を供給してよい。
Ｈ２分離装置１４０は、マイクロチャネル分離装置または通常の分離装置であってよい。Ｈ２分離装置１４０は、温度スイング吸着（ＴＳＡ）分離装置、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）分離装置、膜分離装置またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。
分離装置１５７および１７７は、液体炭化水素、炭化水素および水を、これらの物質を含む混合物から分離するのに適している任意の分離装置を含んでよい。分離装置は、マイクロチャネル分離装置であってもよく、通常の分離装置であってもよい。分離装置１５７および１７７は、高温および／または低温蒸気−液体分離装置、または低圧分離装置、あるいはそのような分離装置の２つ以上の組み合わせを含んでよい。
動作時、ライン１１８で示すように天然ガス原料が予備改質装置１２０に入る。天然ガス原料は、予備改質装置１２０の中で水蒸気と混合され、反応を行い、天然ガス原料の中にあってよい分子量の高くなった炭化水素（すなわちエタン以上）の少なくとも一部はメタンに変換される。予備改質装置１２０からの生成物は、ＳＭＲ原料としてＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中に流れる。これをライン１２２で示す。ＳＭＲ原料は、メタンおよび水蒸気を含む気体混合物を含む。
ＳＭＲ原料は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中で水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）反応を行い、その結果はＣＯおよびＨ２を含む第１の中間生成物の形成である。この第１の中間生成物を合成ガスまたはシンガスと呼んでよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０内の温度は約６００℃から約１０００℃、一実施態様では約７００℃から約９５０℃の範囲内であってよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器内の圧力は約５から約２５気圧、一実施態様では約１５から約２０気圧の範囲内であってよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中のメタンの反応率は約１０から約１００％の範囲内、一実施態様では約６０から約１００％、一実施態様では約６０から約９０％の範囲内であってよい。ＣＯへの選択率は約１０から約９０％の範囲内、一実施態様では約３０から約８０％の範囲内、一実施態様では約４０から約７５％であってよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中のＣＯの収率はメタンのモルあたり約０．５から約１．５モルのＣＯの範囲内、一実施態様ではメタンのモルあたり約０．９から約１．２モルのＣＯの範囲内であってよい。
第１の中間生成物は、ライン１３２で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０からＨ２分離装置１４０に流れる。Ｈ２分離装置１４０の中で、第１の中間生成物からＨ２の一部が分離され、ライン１４２で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０へ流れるかまたはリサイクルされる。低くなったＨ２濃度を有する第１の中間生成物の残りは、第２の中間生成物を含み、ライン１４４で示すようにＨ２分離装置１４０からフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０に流れる。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０にリサイクルされる、第１の中間生成物の中のＨ２の量は、第１の中間生成物の中のＨ２の約５％から約５０体積％、一実施態様では約１５％から約５０％。一実施態様では約１５％から約３５%、一実施態様では約２５％から約３５体積％であってよい。第１の中間生成物から分離されたＨ２の一部は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０へ流れるＨ２から、矢印１４５で示すように分流されてよい。分流されたＨ２は、他のユーティリティのための燃料として、または他のプロセス動作、例えば水素化分解、水素化処理、水素化脱硫、触媒再生および類似プロセスのための化学原料として用いてよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０にリサイクルされる、分離されたＨ２は、Ｈ２豊富燃料を含む。Ｈ２豊富燃料は、少なくとも約８０体積％のＨ２、一実施態様では少なくとも約９０体積％のＨ２、一実施態様では少なくとも約９２体積％のＨ２、一実施態様では少なくとも約９５体積％のＨ２、一実施態様では少なくとも約９７体積％のＨ２を含んでよい。Ｈ２豊富燃料は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器の中の燃焼チャネルの中を流れる。図２に例が示される実施態様では酸素源として用いられる空気は、ライン１３３で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の段階添加チャネルに入り、段階添加チャネルから燃焼チャネルの中へ流れる。燃焼チャネルの中で、空気はＨ２豊富燃料と接触し、混合される。結果として得られる燃料−空気混合物は、燃焼チャネルの中の１つ以上の燃焼触媒と接触し、燃焼反応を行い、熱および燃焼排気を発生させる。燃焼排気は、ライン１３４で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０から出、熱交換器１３５を通って流れ、そこで、下記に示すように他のプロセス流に熱交換を提供してよく、ライン１３６で示すように熱交換器１３５から流れ出る。燃焼排気は、水または水蒸気を含む。ＳＭＲマイクロチャネル反応器に入るＨ２豊富燃料に追加の燃料を加えるためにメークアップ（補充）ライン１４３を用いてよい。メークアップ燃料は、Ｈ２を含んでよい。メークアップ燃料は、メタン、天然ガスまたはプラント燃料気体混合物を含んでよい。
ＣＯおよびＨ２を含む第２の中間生成物は、ライン１４４で示すように水素分離装置１４０から第１のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０に流れる。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０の中で、第２の中間生成物はフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルを通って流れ、１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し、反応して分子量の高くなった炭化水素、水ならびにＣＯおよびＨ２を含む気体混合物を含むフィッシャー・トロプシュ生成物を形成する。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０内の温度は、約１８０から約３００℃、一実施態様では約２００から約２６０℃の範囲内であってよい。圧力は、約１０から約５０気圧、一実施態様では約１２から約１８気圧の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルへの入口における温度は、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルからの出口における温度から約８０℃の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０の中のＣＯの反応率は、約１０から約９９％の範囲内、一実施態様では約５０から約９９％の範囲内、一実施態様では約５０から約９０％。一実施態様では約７０から約８５％の範囲内、一実施態様では約８０％であってよい。メタンへの選択率は、最大約２５％の範囲内、一実施態様では約１から約１５％の範囲内、一実施態様では約３から約１５％の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュ生成物の収率は、ＣＯ原料のモルあたり約０．０２から約０．２モルのフィッシャー・トロプシュ生成物、一実施態様ではＣＯ原料のモルあたり約０．０４から約０．１モルのフィッシャー・トロプシュ生成物の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュ生成物は、分離装置１５７の中で水および気体混合物から分離される。フィッシャー・トロプシュ生成物は、図面の中で「ＦＴ生成物」として示される。プロセス水は、ライン１１３で示すように分離装置１５７から流れ出る。プロセス水は、廃棄してもよく、ライン１１５（図３〜９参照）で示すように飽和装置１１０にリサイクルしてもよい。分離された気体混合物を第３の中間生成物と呼んでよい。
第３の中間生成物は、ライン１６１で示すように分離装置１５７からコンプレッサ１６０へ流れる。第３の中間生成物はコンプレッサ１６０の中で圧縮され、ライン１６２で示すように第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０に流れる。代替実施態様では、コンプレッサ１６０をライン１３２に配置し、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０から流れる第１の中間生成物を圧縮するために用いてよい。あるいは、コンプレッサ１６０をライン１１６に配置し、分離装置１７７から飽和装置１１０に流れるテールガスを圧縮するために用いてよい（図４〜９参照）。
第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０の中で、第３の中間生成物はフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルを通って流れ、１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し、反応して１つ以上の分子量の高くなった炭化水素ならびにプロセス水およびテールガスを含む第２のフィッシャー・トロプシュ生成物を形成する。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０内の温度は、約１８０から約３００℃、一実施態様では約２００から約２６０℃の範囲内であってよい。圧力は、約１０から約５０気圧、一実施態様では約２２から約２６気圧の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネルへの入口における温度は、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネルからの出口における温度から約８０℃の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０の中のＣＯの反応率は、約１０から約９０％の範囲内、一実施態様では約３０から約９０％の範囲内、一実施態様では約４０から約７０％。一実施態様では約８０％であってよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の両方の中のＣＯの全体反応率は、約５０％から約９９％の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の両方が８０％反応率で運転されるとき、両方の反応器の全体反応率は９６％であってよい。メタンへの選択率は、最大約２５％の範囲内、一実施態様では最大約１５％。一実施態様では約３から約１５％の範囲内、一実施態様では約５から約１０％の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュ生成物の収率は、ＣＯ原料のモルあたり約０．０２から約０．３モルのフィッシャー・トロプシュ生成物、一実施態様ではＣＯ原料のモルあたり約０．１から約０．２モルのフィッシャー・トロプシュ生成物の範囲内であってよい。生成物混合物は、矢印１７２で示すようにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０から分離装置１７７へ流れ、そこで、図面で「ＦＴ生成物」として特定されるフィッシャー・トロプシュ生成物がプロセス水およびテールガスから分離される。
テールガスはカロリー加熱値を有してよく、エネルギーを回収し、炭化水素放出を回避するかまたは最小限にするために燃焼システムの中で燃焼させてよい。テールガスは廃棄するか、ライン１１６で示すようにプラント燃料ガスシステムにリサイクルするか、または飽和装置１１０にリサイクルしてよい（図４〜９参照）。テールガスの一部を、ライン１１７で示すようにリサイクルラインから分離し、プロセスの外部でユーティリティおよび類似物を動作させるための燃料として用いてよい（図４〜９参照）。図９に例示されるＮ２分離工程の別の利点は、テールガス流の中のＮ２濃度が低下してよく（Ｎ２分離を用いない場合の濃度と比べて）、テールガスを用いる任意の燃焼システムからのＮＯｘ放出が低くなる結果となり得ることである。テールガス中のＮ２濃度は、Ｎ２分離装置を通る通過あたり約５０％から約９０体積％低下してよい。
プロセス水は廃棄するか、またはライン１１５で示すように飽和装置１１０にリサイクルしてよい（図３〜９参照）。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中で行うフィッシャー・トロプシュ反応は発熱反応である。これらの反応は、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中の熱交換チャネルの中を流れる熱交換流体によって冷却される。図２において特定される熱交換流体は、水である。熱交換流体は、熱交換チャネルの中で蒸発するかまたは部分的に蒸発してよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中で熱交換流体として用いる水は、部分的に蒸発して水蒸気と水との混合物を形成してよい。ライン１５１で示すようにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０の中に水が流れる図２にこれを示す。水は、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０の中の熱交換チャネルの中を流れ、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネルから熱を吸収し、熱交換チャネルの中で水蒸気と水との混合物に変換される。水蒸気と水との混合物（図において「水蒸気」として示す）は、ライン１５２で示すようにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０から流れ出る。同様に、ライン１５３で示すようにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０に水が入り、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０の中の熱交換チャネルの中を流れ、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネルから熱を吸収し、熱交換チャネルの中で水蒸気と水との混合物に変換され、ライン１５４で示すようにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０から流れ出る。水蒸気の一部または水蒸気と水との混合物の一部は、ライン１５５で示すように予備改質装置１２０（図２〜４）、一体化されたＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０Ａ（図５）、またはＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０（図６〜９）に流れてよい。水蒸気の一部または水蒸気と水との混合物の一部は、ライン１５６で示すようにプロセスから外部に出され、プロセスの外でユーティリティおよび類似物を動作させるために用いてよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器から発生した水蒸気は、本発明のプロセスならびに同じプラントの中で運転してよい他のプロセスの動作に柔軟性および経済性を提供するためにプラントユーティリティ水蒸気システムに組み入れてよい。プラントユーティリティ水蒸気システムは、フィッシャー・トロプシュ発生水蒸気を経済的な方法で用い、フィッシャー・トロプシュ発生水蒸気が利用可能でない場合に立ち上げおよびＳＭＲ運転のために必要な水蒸気を提供することを可能にすることができる。
図３に例示するプロセスは、図２に例示したプロセスと同様である。図３に例示するプロセスは、飽和装置１１０、およびライン１１５で示すフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０から飽和装置へのプロセス水の再循環を含む。飽和装置１１０は、天然ガス原料およびプロセス水を受け入れ、混合することができる任意の槽を含んでよい。天然ガス原料は、飽和装置１１０の中で再循環されたプロセス水と一緒にされる。プロセスのこの実施態様は、溶解した有機物を除去するためにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中で製造されたプロセス水を処理する要件をなくす利点を提供し得る。天然ガス原料およびプロセス水をテールガスと混合するために飽和装置１１０を用いてよい（図４〜９参照）。飽和装置１１０は、加圧可能な槽であってよい。飽和装置１１０内の温度は、５０から約４００℃、一実施態様では約５０から約３００℃。一実施態様では約５０から約２５０℃。一実施態様では約１４０から約１８０℃の範囲内であってよい。飽和装置１１０内の圧力は、約１から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１０から約３０気圧の範囲内であってよい。
図４に例示するプロセスは、図３に示したプロセスと同様である。図４に例示するプロセスは、ライン１１６で示す分離装置１７７から飽和装置１１０へのリサイクル用テールガスを含む。テールガスの一部は、ライン１１７で示すようにプロセスから外に出され、プロセスの外でユーティリティおよび類似物を動作させるために用いてよい。この実施態様では、テールガスを飽和装置１１０にリサイクルする結果として炭素利用率を高め得る。
図５に例示するプロセスは、図４における予備改質装置１２０およびＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０が図５においては予備改質装置およびＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０Ａとして一緒に一体化されている点を除けば、図４に例示したプロセスと同様である。予備改質装置およびＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０Ａは、予備改質装置およびＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０Ａでは、予備改質装置を動作させるために必要な熱がＳＭＲマイクロチャネル反応器の中の燃焼チャネルの中で行われる燃焼反応によって供給されることを可能にするように予備改質装置とＳＭＲマイクロチャネル反応器とを組み合わせる点を除けば、予備改質装置１２０とＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０との組み合わせと同じである。
図６に例示するプロセスは、予備改質と水蒸気メタン改質との両方がＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中で行われる点を除けば、図５に例示したプロセスと同じである。この実施態様では、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、存在するなら分子量の高くなった炭化水素をメタンに変換し、次にメタンをＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中で水蒸気メタン改質するように構築され、動作させる。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中で、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第１の部分において分子量の高くなった炭化水素のメタンへの変換を実現させる低目の動作温度、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第１の部分の下流のＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第２の部分において高目の動作温度を提供する、調整された温度プロフィルを使用してよい。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第１の部分における温度は、約１５０℃から約４００℃の範囲内、一実施態様では約２５０から約３５０℃の範囲内であってよい。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第１の部分は、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの全体の長さの約１から約４０％、一実施態様では全体の長さの約１０から約２５％を含んでよい。第１の部分の下流のＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第２の部分におけるＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中の温度は、水蒸気メタン改質を実現させるのに十分な範囲内であってよい。この温度は、約６００℃から約１０００℃、一実施態様では約７００から約９５０℃の範囲内であってよい。
図７に例示するプロセスは、図７に例示されるプロセスが蒸気−液体分離装置１８０を含む点を除けば、図６に例示したプロセスと同様である。蒸気−液体分離装置１８０は、燃焼排気が熱交換器１３５を通って流れた後に燃焼排気を処理するために用いてよい。燃焼排気は、ライン１３６で示すように熱交換器１３５から蒸気−液体分離装置１８０に流れる。蒸気−液体分離装置１８０の中で、燃焼排気は、ライン１８２で示す蒸気流と、ライン１８４で示す液体流とに分離される。液体流は、水を含んでよく、水は、飽和装置１１０にリサイクルしてよく、あるいはボイラー供給水または他のユーティリティ需要のためのメークアップとして用いてよい。これは、プロセスのための新水原料の要件を低減するかまたはなくす利点を提供し得る。
図８に例示するプロセスは、図８に例示するプロセスがＨ２分離装置１９０を含む点を除けば、図６に例示したプロセスと同様である。テールガスは、ライン１１６で示すように分離装置１７７からＨ２分離装置１９０に流れる。Ｈ２分離装置１９０の中で、テールガスはＨ２豊富テールガスと炭素豊富テールガスとに分割される。Ｈ２豊富テールガスは、ライン１９２で示すようにＨ２分離装置１９０から流れ出る。Ｈ２豊富テールガスは、プロセスの外のユーティリティおよび類似物の燃料として、またはＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０のための燃料メークアップとして用いてよい。Ｈ２豊富テールガスは、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０にリサイクルするか、またはＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０のための燃料メークアップとして用いてよい。Ｈ２豊富テールガスからのＨ２は、他のプロセス動作、例えば水素化分解、水素化処理、水素化脱硫、触媒再生および類似操作のための化学原料として用いてよい。炭素豊富なテールガスは、ライン１９４で示すように飽和装置１１０に流すかまたはリサイクルするか、あるいは飽和装置１１０を用いないときはＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０に流すかまたはリサイクルする。Ｈ２分離装置１９０の中で行う分離は、温度スイング吸着法（ＴＳＡ）、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いて行ってよい。これは、ＣＯおよびＣＯ２放出のレベルを極めて低くしてプロセスを動作させる利点を提供し得る。
図９に例示するプロセスは、テールガスがＮ２排除プロセスに付される点を除けば、図６に例示したプロセスと同じである。テールガスは、ライン１１６で示すように分離装置１７７から出てＮ２排除装置１９５に流れる。Ｎ２排除装置１９５の中で、ライン１９６で示すようにテールガスからＮ２が分離される。次に、テールガスはライン１１６で示すように飽和装置１１０に流すかまたはリサイクルし、あるいは飽和装置１１０を用いないときはＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０に流すかまたはリサイクルする。テールガスの一部はライン１１７で示すようにテールガスリサイクルから分離し、プロセスの外でユーティリティおよび類似物を動作させるための燃料としてまたはＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０のための燃料メークアップとして用いることができる。Ｎ２排除プロセスは、温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いて行ってよい。これは、ＮＯｘ放出のレベルを極めて低くしてプロセスを動作させる利点を提供し得る。
図には示していないが、一実施態様では、ライン１１６の中のテールガスからＨ２およびＮ２の両方を分離してよい。これは、温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いて実現してよい。Ｈ２分離装置に続いてＮ２分離があってもよく、逆であってもよい。Ｈ２分離装置およびＮ２分離装置を一緒に一体化してよい。これは、極めて低いレベルのＣＯ、ＣＯ２およびＮＯｘ排出物を排出するプロセスの利点を提供し得る。
一実施態様では、本発明のプロセスの立ち上げのために以下の手順を用いてよい。
（１）ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中のＳＭＲ触媒を、１時間あたり５０℃の速度で触媒を４５０℃に加熱し、Ｎ２中１０体積％のＨ２を触媒と接触させて流すことによって活性化させる。
（２）飽和装置１１０への天然ガスの供給を開始する。高圧窒素を用いてＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０を加圧する。反応器が使用可能になるまで、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の燃料として天然ガスを用いる。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０への水蒸気および天然ガスの流れを開始する。
（３）希薄なＨ２燃料を用いる触媒燃焼を開始させ、１時間あたり５０℃の速度で加熱を続ける。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０から流れる生成物をボイラーに迂回させ、第１の中間生成物（すなわち合成ガス）への部分的な変換が確立されるまでそこで燃料として用いる。
（４）Ｈ２分離装置１４０の中のＨ２分離を開始する。１時間あたり５０℃でＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の加熱を続ける。Ｈ２分離装置の中でＨ２を分離する。分離されたＨ２は、燃焼チャネルの中の燃焼およびフィッシャー・トロプシュ触媒活性化のためのＨ２を提供する。
（５）フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中のフィッシャー・トロプシュ触媒をＨ２によって４００℃で活性化する。フィッシャー・トロプシュ触媒の温度を２３０℃に下げる。ＳＭＲマイクロチャネル反応器の加熱は８５０℃の温度が実現されるまで１時間あたり５０℃の速度で続ける。
（６）２３０℃でのフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の運転を開始する。冷却水を循環させる。フィッシャー・トロプシュ反応器１５０および１７０からフィッシャー・トロプシュ生成物を取り出し、次の段階に利用可能とする。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０が８５０℃の運転温度を実現するまでテールガスを燃料として用いる。
（７）飽和装置１１０へのテールガスリサイクルの流れを開始させることによって、プロセスを安定化させる。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は８５０℃の温度になっている。炭素に対する水蒸気の比は３．０である。
（８）ＳＭＲマイクロチャネル反応器の温度を９００℃に上げる。炭素に対する水蒸気の比を１．５などの標準動作条件に下げる。流量を所望のレベルに設定する。
本発明のプロセスの効率を、プロセス流体と熱交換流体との間で熱を交換する１つ以上の複数流熱交換器を用いて促進してよい。５本流熱交換器を例示する図１０および１１にこれを示す。この熱交換器は、ＳＭＲ原料流と第１の中間生成物流との間、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０へ流れるＨ２流および酸素または酸素源流と燃焼排気との間の熱交換を提供する。図１１に例示するプロセスは、図１１に例示するプロセスが、ＳＭＲマイクロチャネル反応器と一体化された予備改質装置を用い、予備改質装置はＳＭＲマイクロチャネル反応器の中の燃焼チャネルからの熱を用いて加熱されることに関するという点で、図１０に例示したプロセスと区別することができる。５流熱交換器は、マイクロチャネル熱交換器であってよい。
図３６〜３８に、ＳＭＲ原料（反応体）と、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中で製造した第１の中間生成物（生成物）との間で熱を交換するための複数流熱交換器を示している。この実施態様では、予備改質装置流出流は、個別の（一体化されていない）予備改質装置、すなわち予備改質装置１２０に加えられる。この小型の熱交換器は、熱交換容量が約１７の通常のシェルおよびチューブ熱交換器と同等であってよいが、空間（体積）、重量および配管要件で顕著な利点を提供し得る。図３７に示す各モジュールは、８．５×４７．０×８５．１インチ（２１．６×１１９．４×２１６．２ｃｍ）の寸法を有する。図３７に例を示す４つのモジュールの合計体積は、１３５，６６０立方インチ（２．２２３×１０６ｃｍ３）である。図３８に示す熱交換アセンブリは、８×１０×１０フィート（２．４４×３．０５×３．０５メートル）の寸法を有してよい。
参照によって本明細書に組み込まれる国際公開第２００４／０１６３４７号明細書に、用いてよい複数流マイクロチャネル熱交換器の例が開示されている。
コンプレッサ１６０および分離装置１５７および１７７と組み合わせたフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の動作を、図２３にさらに詳しく示す。図２３は、ポンプ、フィルタ、槽、バルブおよびフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０、コンプレッサ１６０および分離装置１５７および１７７を動作させるための制御手段を示すフローシートである。
天然ガス原料は、任意の源から取ってよい。天然ガス原料は、約２５から約９９体積％のメタン、一実施態様では約４０から約９９体積％のメタン、一実施態様では約６５％から約９９体積％のメタン、一実施態様では約９０から約９９体積％のメタンを含んでよい。天然ガス原料は、分子量の高くなった気体炭化水素、例えば２から約５の炭素原子の炭化水素をさらに含んでよい。天然ガス原料中のこれらの分子量の高くなった気体炭化水素の濃度は、最大約２０体積％の範囲内、一実施態様では約１から約２０体積％の範囲内、一実施態様では約２から約１０体積％であってよい。天然ガス原料は、最大約２０体積％、一実施態様では約０．１から約５体積％の範囲内の濃度のＮ２を含んでよい。天然ガス原料は、ＣＯ２、ＣＯ、水蒸気、天然ガス液体、酸素および水素を含む他の成分を最大約４０体積％の濃度で含んでよい。ＣＯ２の濃度は、約０．１から約４０体積％の範囲内であってよい。
天然ガス原料は硫黄を含んでよく、硫黄は水素化脱硫法を用いて本発明のプロセスの上流で除去されることができる。天然ガス原料流は、天然ガス中の有機硫黄含有化合物をＨ２Ｓに変換するために触媒床の中を通されてよい。次に、Ｈ２Ｓを含む天然ガス流は、Ｈ２Ｓを吸収する酸化亜鉛床の中を通されてよい。
ライン１１８（図３〜９）で示す、飽和装置１１０から流れ出る原料流は、約１から約９０体積％の範囲内、一実施態様では約１５から約５０体積％。一実施態様では約２０から約３０体積％の範囲内のメタン濃度を有してよい。水蒸気の濃度は、約１から約９９体積％の範囲内、一実施態様では約１０から約９０体積％、一実施態様では約２０から約７０体積％の範囲内であってよい。この原料流は、分子量の高くなった炭化水素、例えば２から約５の炭素原子の炭化水素を含んでよい。原料の中の分子量の高くなった炭化水素の濃度は、約０．１から約２０体積％の範囲内、一実施態様では約０．５から約５体積％の範囲内であってよい。原料は、最大約４０体積％の範囲内、一実施態様では約０．１から約１５体積％の範囲内の濃度でＣＯ２を含んでよい。原料は、さらに追加の成分、例えばＮ２、Ｏ２およびＣＯを含んでよい。これらの追加の成分の濃度は、最大約２０体積％の範囲内、一実施態様では約０．１から約５体積％の範囲内であってよい。水蒸気に対するメタンのモル比は、約１から約４の範囲内、一実施態様では約１から約３、一実施態様では約１．５から約２．５の範囲内であってよい。この流の温度は、約５０から約４００℃の範囲内、一実施態様では約１５０から約３００℃の範囲内であってよい。この原料流は約１から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１０から約３０気圧の範囲内の圧力であってよい。原料流が飽和装置１１０からＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０へ流れる図５〜９に例が示される実施態様の場合、この原料流をＳＭＲ原料と呼んでよい。
ライン１２２（図２〜４）で示すように予備改質装置１２０からＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０に流れるＳＭＲ原料は、約１から約９０体積％の範囲内、一実施態様では約１５から約５０体積％の範囲内、一実施態様では約２０から約３０体積％の濃度のメタンを有してよい。水蒸気の濃度は、約１から約９０体積％の範囲内、一実施態様では約３０から約８０体積％の範囲内であってよい。ＳＭＲ原料の中のメタンに対する水蒸気のモル比は、約０．５から約６の範囲内、一実施態様では約１から約４、一実施態様では約１から約３、一実施態様では約１．５から約２．５の範囲内であってよい。ＳＭＲ原料は、最大約１５体積％の範囲内、一実施態様では約０．０１から約１５体積％の範囲内、一実施態様では約０．１から約５体積％の範囲内の濃度で２から約５の炭素原子の分子量の高くなった炭化水素を含んでよい。ＳＭＲ原料は、最大約４０体積％の範囲内、一実施態様では約０．１から約１５体積％の濃度でＣＯ２を含んでよい。Ｎ２、Ｏ２およびＣＯを含む他の成分の濃度は、最大約２０体積％の範囲内、一実施態様では約０．０１から約５体積％の範囲内であってよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器に入るＳＭＲ原料の温度は、約１００から約４００℃の範囲内、一実施態様では約１５０から約３５０℃の範囲内であってよい。ＳＭＲ原料は、約１から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１０から約３０気圧の範囲内の圧力であってよい。
ライン１３２で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０を出る第１の中間生成物または合成ガスは、約１から約５０体積％の範囲内、一実施態様では約１０から約３０体積％の範囲内の濃度のＣＯを有してよい。第１の中間生成物の中のＨ２の濃度は、約１から約８０体積％の範囲内、一実施態様では約１０から約５０体積％の範囲内であってよい。第１の中間生成物は、約０．０１から約５０体積％、一実施態様では約１から約２０体積％の範囲内の範囲内の濃度でメタンを含んでよい。第１の中間生成物は、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２などの追加の成分を最大約３０体積％の範囲内、一実施態様では約０．００１から約２０体積％の範囲内の濃度で含んでよい。第１の中間生成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約１から約４の範囲内、一実施態様では約２から約３．５、一実施態様では約２．８から約３．２の範囲内、一実施態様では約３であってよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０から流れ出る第１の中間生成物の温度は、約１００から約５００℃の範囲内、一実施態様では約２００から約４００℃の範囲内であってよい。第１の中間生成物は、約１から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１０から約４０気圧の範囲内の圧力であってよい。
第１の中間生成物の中のＨ２の一部は、Ｈ２分離装置１４０の中で第１の中間生成物から分離され、ライン１４２で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中の燃焼チャネルに流れるかまたはＨ２豊富燃料としてリサイクルされる。Ｈ２分離装置１４０の中での中間生成物からのＨ２の分離は、温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いて実現されてよい。燃焼チャネルに入るＨ２豊富燃料の温度は、約２５から約８００℃の範囲内、一実施態様では約２００から約６００℃の範囲内であってよい。燃焼チャネルに入るＨ２豊富燃料は、約１から約２０気圧の範囲内、一実施態様では約１から約３気圧の範囲内の圧力であってよい。
酸素または酸素源は、酸素、空気、酸素富化空気、または酸素源として機能してよい窒素酸化物などの他の酸化剤を含んでよい。好ましくは、酸素源は、図２〜９において酸素源として示される空気である。酸素源は、二酸化炭素、一酸化炭素または過酸化物（例えば過酸化水素）を含んでよい。酸素と空気との混合物、あるいは酸素と不活性気体（例えばヘリウム、アルゴン等）または希釈気体（例えば二酸化炭素、水蒸気等）との混合物などの酸素を含む気体混合物を用いてよい。
ライン１３３で示すようにＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中の段階添加チャネルに入る酸素または酸素源の温度は、約２５から約８００℃の範囲内、一実施態様では約５０から約６００℃の範囲内であってよい。酸素または酸素源は、段階添加チャネルに入るとき約１から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１から約３気圧の範囲内の圧力であってよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の燃焼チャネルの中で行われる燃焼反応における酸素に対するＨ２のモル比は、約０．０１から約１の範囲内、一実施態様では約０．１から約０．６であってよい。
ライン１４４で示すようにＨ２分離装置１４０を出る第２の中間生成物は、約１から約５０体積％の範囲内、一実施態様では約１０から約４０体積％の範囲内のＣＯの濃度を有してよい。第２の中間生成物の中のＨ２の濃度は、約１０から約９０体積％の範囲内、一実施態様では約２０から約８０体積％の範囲内であってよい。第２の中間生成物は、約０．０１から約５０体積％の範囲内の濃度、一実施態様では約０．１から約２０体積％の範囲内でメタンを含んでよい。第２の中間体生成物は、Ｎ２、Ｏ２およびＣＯ２などの追加の成分を最大約２０体積％の範囲内、一実施態様では約０．００１から約５体積％の範囲内の濃度で含んでよい。第２の中間生成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約１から約４の範囲内、一実施態様では約１．５から約２．５、一実施態様では約２．０８から約２．１３の範囲内であってよい。Ｈ２分離装置１４０から流れ出る第２の中間生成物の温度は、約２５から約３００℃の範囲内、一実施態様では約５０から約２５０℃の範囲内であってよい。第２の中間生成物は、約１から約１００気圧の範囲内、一実施態様では約１０から約５０気圧の範囲内の圧力であってよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０のそれぞれに入るＣＯに対するＨ２のモル比を特定の値に調節して各フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器および／または本発明のプロセス全体のプロセス最適化および経済性最適化を提供することによって別の柔軟性を実現してよい。例えば、本発明のプロセスによって提供されるＨ２は正味過剰なので、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０とフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０との間でＣＯに対するＨ２の比を調節することが可能である。これによってフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０のそれぞれを最適化して所望の生成物の収率を最大にすることを可能にしてよい。これによってフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０の下流で用いてよい任意の追加のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器のための原料流のＣＯに対するＨ２の比を調節することも可能にしてよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０の中で製造される生成物は、フィッシャー・トロプシュ生成物、水、ならびにＣＯおよびＨ２を含む気体混合物を含んでよい。これらは、分離装置１５７の中で互いから分離される。気体混合物は、大気圧において約３０℃未満で沸騰する炭化水素を含んでよい。気体混合物を第３の中間生成物と呼んでよい。
第３の中間生成物は、約１から約５０体積％の範囲内、一実施態様では約１０から約４０体積％の範囲内のＣＯの濃度を有してよい。第３の中間生成物の中のＨ２の濃度は、約１から約５０体積％の範囲内、一実施態様では約１０から約４０体積％の範囲内であってよい。第３の中間生成物は約０．１から約２０体積％の範囲内、一実施態様では約１から約１５体積％の範囲内の濃度でメタンを含んでよい。大気圧において約３０℃未満で沸騰する炭化水素の濃度は、最大約１０体積％の範囲内、一実施態様では約２から約５体積％の範囲内であってよい。第３の中間生成物は、最大約２０体積％の範囲内、一実施態様では約０．０１から約５体積％の範囲内の濃度でＮ２、Ｏ２およびＣＯ２などの追加の成分を含んでよい。第３の中間生成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約０．０１から約５の範囲内、一実施態様では約０．５から約３の範囲内、一実施態様では約２．０５であってよい。第３の中間生成物の温度は、約１００から約４００℃の範囲内、一実施態様では約１５０から約２５０℃の範囲内であってよい。ライン１６１の中の第３の中間生成物は、約１から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１０から約３０気圧の範囲内の圧力であってよい。圧力は、コンプレッサ１６０を用いて増加させてよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０に入る第３の中間生成物の圧力は、約１０から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１５から約５０気圧の範囲内、一実施態様では約１５から約４０気圧の範囲内、一実施態様では約１５から約２５気圧の範囲内であってよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０の中で製造される生成物は、液体炭化水素画分、気体混合物およびプロセス水を含んでよい。気体混合物は、大気圧において約３０℃未満で沸騰する炭化水素を含んでよい。この画分をテールガスと呼んでよい。テールガスはリサイクルされてもよく、上記で考察されたように他の目的に用いられてもよい。液体炭化水素画分をフィッシャー・トロプシュ生成物と呼んでよい。フィッシャー・トロプシュ生成物は、約３０℃より高い温度で沸騰する炭化水素（例えば中間留分から重質パラフィンまで）を含んでよい。フィッシャー・トロプシュ生成物は、約５から約１００の炭素原子のパラフィンおよび／またはオレフィンならびにさらに高沸点の炭化水素を含んでよい。
炭素利用率、またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０中で製造されるフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素のパーセントは、天然ガス原料中の炭素と比較したとき約５０％から約７０％の範囲内であってよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０中で製造されるフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素のパーセントは、天然ガス原料中の炭素と比較したとき約１０％から約２０％の範囲内であってよい。全体としての炭素利用率、またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０中で製造されるフィッシャー・トロプシュ生成物中の炭素のパーセントは、天然ガス原料中の炭素と比較したとき少なくとも約７５％、一実施態様では約７５から約９０％の範囲内、一実施態様では約７７から約９０％の範囲内、一実施態様では約８０から約９０％であってよい。これらの数字は、プロセスへの酸素の持ち込みもプロセスからの電力の持ち出しもなしで実現することができる。
フィッシャー・トロプシュ生成物は、大気圧において約３０から約１７５℃の範囲内で沸騰する炭化水素画分を含んでよい。フィッシャー・トロプシュ生成物は、約１７５℃より高温で沸騰する画分を含んでよい。１７５℃より高温で沸騰する画分は、約３５０℃より高温で沸騰する１つ以上の画分を除いた後、約１７５℃から約３５０℃の範囲内で沸騰するワックス画分に分離してよい。ワックス画分は約２０から約５０の炭素原子の直鎖パラフィンと、比較的少量の高沸点分岐パラフィンとを含んでよい。分離は、分別蒸留を用いて実現してよい。
フィッシャー・トロプシュ生成物は、メタン、ワックスおよび他の重質の高分子量生成物を含んでよい。生成物は、エチレンなどのオレフィン、ノルマルパラフィンおよびイソパラフィン、ならびにそれらの組み合わせを含んでよい。これらは、ジェット燃料範囲またはディーゼル燃料範囲を含む溜出物燃料範囲の炭化水素を含んでよい。
フィッシャー・トロプシュ生成物は、約３５０°Ｆ（１７７℃）より高い、一実施態様では約４００°Ｆ（２０４℃）より高い５体積％沸点を有する炭化水素画分を含んでよい。一実施態様では、生成物の少なくとも約９０体積％は、約３００°Ｆ（１４９℃）から約１０５０°Ｆ（５６６℃）、一実施態様では約６００°Ｆ（３１６℃）から約１０００°Ｆ（５３８℃）の間の沸点範囲内に含まれてよい。
フィッシャー・トロプシュ生成物は、さらに処理されて１つ以上の留出生成物を形成してよい。留出生成物は、約２６０〜７００°Ｆ（１２７〜３７１℃）の範囲で沸騰する中間留出物画分を含んでよい。用語「中間留出物」は、ディーゼル燃料、ジェット燃料およびケロシン沸点範囲画分を含むものとする。用語「ケロシン」および「ジェット燃料」沸点範囲は２６０〜５５０°Ｆ（１２７〜２８８℃）の温度範囲を指すものとし、「ディーゼル」沸点範囲は約２６０から約７００°Ｆ（１２７〜３７１℃）の間の炭化水素沸点を指すものとする。留出生成物は、ガソリンまたはナフサ画分を含んでよい。これらは通常、Ｃ５から４００°Ｆ（２０４℃）終点画分であるとみなされる。
複数の最終用途において、特に、高められたオクタン価および／または低くされた流動点が望ましいとき、分岐させると有利なことがある。異性化の度合いは、ｎ−パラフィンのモルあたり約１モルのイソパラフィン、一実施態様ではｎ−パラフィンのモルあたり約３モルのイソパラフィンより大きくてよい。ディーゼル燃料組成物の中で用いられるとき、生成物は、少なくとも約６０のセタン価を有する炭化水素混合物を含んでよい。
一実施態様では、本発明のプロセスによって製造されるフィッシャー・トロプシュ生成物（すなわち第３の中間生成物または最終生成物）は、通常の（すなわち非マイクロチャネル）プロセスと比較してパラフィンに対する比が高くなったオレフィンを含んでよい。図３９にこれが示される。図３９では、反応器２（良好な除熱）は反応器１（良好でない除熱）と比較して高くなったオレフィンの比を示している。理論に束縛されることは望まないが、本発明のプロセスによれば、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０中の改善された温度調節および減少した接触時間が、通常のプロセスを用いて製造されるフィッシャー・トロプシュ生成物中に見いだされ得る他の構成分（エーテル、ケトンおよび／または有機酸）より多くのオレフィンが生成物混合物中に含まれることができるように、オレフィンの関与する二次反応を減少させ得ると考えられる。
フィッシャー・トロプシュ生成物中のパラフィンに対するオレフィンのモル比は約０．０１から約０．８の範囲内、一実施態様では約０．０３から約０．７の範囲内であってよい。一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ生成物は、パラフィンに対するオレフィンのモル比が約０．２から約０．８、一実施態様では約０．２５から約０．８、一実施態様では約０．３から約０．８の範囲内である約５から約１０の炭素原子のオレフィンとパラフィンとの混合物を含んでよい。一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ生成物は約１０の炭素原子のオレフィンとパラフィンとの混合物を含み、パラフィンに対するオレフィンのモル比は約０．１２より大きい。一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ生成物は約８の炭素原子のオレフィンとパラフィンとの混合物を含み、パラフィンに対するオレフィンのモル比は約０．１５より大きい。一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ生成物は約６の炭素原子のオレフィンとパラフィンとの混合物を含み、パラフィンに対するオレフィンのモル比は約０．２５より大きい。
フィッシャー・トロプシュ生成物中のオレフィンは、マイクロチャネルプロセスまたは通常（すなわち非マイクロチャネル）プロセスを用いてアルコール、酸、エステルおよび類似物を形成するためにさらに処理されてよい。
分子量の高くなった生成物、例えばワックスは、単離し、そのまま用いてもよく、反応させて分子量の低くなった生成物を形成させてもよい。例えば、分子量の高くなった生成物は、水素化分解して分子量の低くなった生成物を提供し、それによって液体可燃性燃料の収率を増加させてよい。水素化分解は通常、遊離水素の存在下で実行される触媒プロセスを指し、大きな炭化水素分子のクラッキングがこの操作の主目的である。水素化分解動作を実行する際に用いられる触媒は、当分野で公知である。例えば、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第４，３４７，１２１号および第４，８１０，３５７号明細書の水素化処理、水素化分解およびそれぞれのプロセスにおいて用いられている触媒に関する記載を参照すること。フィッシャー・トロプシュ生成物は、潤滑剤基油またはディーゼル燃料を形成するためにさらに処理してよい。例えば、フィッシャー・トロプシュ生成物は、水素化分解し、次に蒸留および／または触媒異性化に付して潤滑剤基油、ディーゼル燃料および類似物を提供してよい。
フィッシャー・トロプシュ生成物は、米国特許第６，１０３，０９９号明細書または第６，１８０，５７５号明細書に開示されているプロセスを用いて水素化異性化してよく、米国特許第４，９４３，６７２号明細書または第６，０９６，９４０号明細書に開示されているプロセスを用いて水素化分解および水素化異性化してよく、米国特許第５，８８２，５０５号明細書に開示されているプロセスを用いて脱ロウしてよく、または米国特許第６，０１３，１７１号明細書、第６，０８０，３０１号明細書または第６，１６５，９４９号明細書に開示されているプロセスを用いて水素化異性化および脱ロウしてよい。これらの特許は、フィッシャー・トロプシュ合成炭化水素を処理するためのプロセスおよびそのようなプロセスから作られた結果としての生成物の開示に関して、参照によって本明細書中に組み込まれる。
一実施態様では、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０と直列に水素化分解反応器が動作してよい。水素化分解反応器は、通常の反応器であってもよく、マイクロチャネル反応器であってもよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器および水素化分解反応器は、同じハードウェア内に配置してもよく、配管接続および水除去によって順に離してもよい。フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、フィッシャー・トロプシュ反応区域の下流に、水素化分解区域を含んでよく、そこで水素化分解を実現してよい。任意選択の構成によって、フィッシャー・トロプシュ生成物を冷却して水を除去し、次に高くなった温度に再加熱して水素化分解反応を推進する水の捕集を、一体化されたフィッシャー・トロプシュおよび水素化分解装置反応器の内部に含むことを提供してよい。水素化分解反応を促進するために、水素化分解装置反応器または水素化分解区域の中で追加のＨ２を用いてよい。追加のＨ２の源は、ライン１４５において分流された過剰のＨ２またはライン１９２からのＨ２豊富テールガスであってよい。
図１２および１３に例が示されている槽２００の中に複数のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０を収容してよい。図１２および１３を参照すると、槽２００は５つのＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０を含んでいる。これらは、図１２および１３において、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４および１３０−５として特定される。図面には５つのＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０が開示されているが、槽２００は、任意の所望の数のＳＭＲマイクロチャネル反応器を含んでよいと理解されよう。例えば、槽２００は、１から約１０００のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、一実施態様では約３から約５００のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、一実施態様では約３から約２５０のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、一実施態様では約３から約１５０のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、一実施態様では約５から約５０のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、一実施態様では約８から約１２のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０を含んでよい。一実施態様では、ＳＭＲ槽２００は、１から約５０のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０、一実施態様では１から約２０のＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０を含んでよい。槽２００は、加圧可能な槽であってよい。槽２００は、入口２０２、２０４および２０８ならびに出口２０６を含む。入口２０２は、ＳＭＲ原料をＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４および１３０−５の中のＳＭＲプロセスマイクロチャネルへ流すために提供されるマニホルドに接続されている。入口２０４は、Ｈ２豊富燃料をＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４および１３０−５の中の燃焼チャネルに流すために提供されるマニホルドに接続されている。出口２０６は、槽２００から出る、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４および１３０−５からの第１の中間生成物または合成ガスの流れを提供するマニホルドに接続される。入口２０８は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４および１３０−５の中の段階添加チャネルに酸素または酸素源（例えば空気）の流れを提供するマニホルドに接続される。槽２００は、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４および１３０−５からの排気ガスの流れを提供する出口（図面には示されていない）も含んでいる。
図１４に、槽２００Ａが例示されている。槽２００Ａは、槽２００Ａが９つのＳＭＲマイクロチャネル反応器、すなわちＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０−１、１３０−２、１３０−３、１３０−４、１３０−５、１３０−６、１３０−７、１３０−８および１３０−９を含む点を除けば、図１２および１３に例を示した槽２００と同じである。槽２００Ａへのおよび槽２００Ａからの流体の流れを提供するバルブおよび制御手段が図１４に示されている。槽２００Ａは、加圧可能な槽であってよい。
槽２００および２００Ａは、ＳＭＲマイクロチャネル反応器を動作させるために必要とされる圧力および温度下で動作するのに十分な任意の適当な材料から構築してよい。例えば、槽２００および２００Ａのシェルおよびヘッドは、鋳鋼で構築してよい。フランジ、カプリングおよびパイプは、ステンレス鋼または他の適当な合金で構築してよい。槽２００および２００Ａは、例えば約３０から約５００ｃｍ、一実施態様では約１００から約３００ｃｍの任意の所望の直径を有してよい。槽２００および２００Ａの軸方向長さは任意の所望の値、例えば約０．５から約５０メートル、一実施態様では約０．５から約１５メートル、一実施態様では約１から約１０メートルであってよい。
上記に示したように、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、上下に積層されるかまたは横並びに配置された複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび段階添加チャネルを含んでよい。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、図１２および１３に例を示したように立方体のブロックの形であってよい。これらの立方体のブロックのそれぞれが長さ、幅および高さを有し、長さは、約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。幅は、約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。高さは、約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、それぞれが１つ以上のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび段階添加チャネルを含む複数の繰り返し単位を含んでよい。用いてよい繰り返し単位は、図１５〜１９にそれぞれ例示する繰り返し単位３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃおよび３００Ｄを含む。ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０は、約１から約１０００の繰り返し単位３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃまたは３００Ｄ、一実施態様では約３から約７５０、一実施態様では約５から約５００、一実施態様では約５から約２５０、一実施態様では約１０から約１００の繰り返し単位を含んでよい。
図１５に例示した繰り返し単位３００は、ＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０および加熱区間３２０を含む。加熱区間３２０は、燃焼チャネル３３０ならびに段階添加チャネル３４０および３４０Ａを含む。プロセスマイクロチャネル３１０は、上下逆のＵ字形であり、ＳＭＲ触媒（図には示していない）が配置されている反応区域３１４を含む。ＳＭＲ原料は、矢印３１２で示すようにＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０に入り、ＳＭＲプロセスマイクロチャネルを通って流れ、反応区域３１４の中でＳＭＲ触媒と接触し、水蒸気メタン改質反応を行い、その結果はＣＯおよびＨ２を含む第１の中間生成物の形成である。この中間生成物は、矢印３１６で示すようにＳＭＲプロセスマイクロチャネルから流れ出る。燃焼チャネル３３０は、燃焼触媒（図には示していない）が配置されている反応区域３３４を含むＭ字形の燃焼チャネルである。燃焼チャネルは、酸素または酸素源が段階添加チャネル３４０および３４０Ａから燃焼チャネル３３０の中に流れることを可能にする開口区間３３８をその側壁の中に含む。Ｈ２豊富燃料は、矢印３３２で示すように燃焼チャネル３３０に入り、反応区域３３４の中に流れる。酸素または酸素源は、矢印３４２および３４２Ａで示すように段階添加チャネル３４０および３４０Ａに入り、開口区間３３８を通り、燃焼チャネル３３０の中の反応区域３３４の中に流れる。Ｈ２豊富燃料は、酸素または酸素源と混合され、燃焼触媒と接触し、熱および燃焼排気を発生する燃焼反応を行う。燃焼排気は、矢印３３６で示すように燃焼チャネル３３０から流れ出る。
図１６に例示した繰り返し単位３００Ａは、繰り返し単位３００Ａの中のＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０が上下逆のＵ字形マイクロチャネルではなく、直線形の貫流マイクロチャネルである点を除けば、繰り返し単位３００と同じである。
図１７に例示した繰り返し単位３００Ｂは、繰り返し単位３００Ｂが２つの隣接するＳＭＲプロセスマイクロチャネル、すなわちＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０および３１０Ａを含む点を除けば、繰り返し単位３００Ａと同じである。ＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０は、燃焼チャネル３３０に隣接している。ＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０Ａは、ＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０に隣接し、燃焼チャネル３３０と熱接触している。
図１８に例示した繰り返し単位３００Ｃは、図１８に例示した燃焼チャネル３３０がＭ字形のチャネルではなく、直線形のチャネルであり、１つの段階添加チャネル３４０しか用いられていない点を除けば、図１６に例示した繰り返し単位３００Ａと同じである。
図１９に例示した繰り返し単位３００Ｄは、繰り返し単位３００Ｄの中のＳＭＲプロセスマイクロチャネル３１０が直線形のマイクロチャネルではなく、上下逆のＵ字形のマイクロチャネルである点を除けば、図１８に例示した繰り返し単位３００Ｃと同じである。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は別々の槽４００の中に収容されてよく、各槽４００は図２０〜２２に例示する構成を有してよい。図２１を参照すると、槽４００は、図においてマイクロチャネル反応器１５０／１７０として特定される６つのフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または６つのフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０を含む。これらは、図２１においてフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０／１７０−１、１５０／１７０−２、１５０／１７０−３、１５０／１７０−４、１５０／１７０−５および１５０／１７０−６として特定される。図においては６つのマイクロチャネル反応器が開示されているが、槽４００は任意の所望の数のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含んでよいと理解されよう。例えば、槽４００は、約１から約１０００のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または１７０、一実施態様では１から約７５０、一実施態様では１から約５００、一実施態様では１から約２５０、一実施態様では１から約１００、一実施態様では約１から約５０、一実施態様では１から約２０のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または１７０を含んでよい。槽４００は、加圧可能な槽であってよい。槽４００は、入口４０２、４０４および４１０ならびに出口４０６、４０８および４１２を含む。入口４０２は、フィッシャー・トロプシュ原料（すなわちフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０のための第２の中間生成物、またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１７０のための第３の中間生成物）をフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または１７０の中のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルに流すために提供されるマニホルドに接続される。入口４０４は、熱交換流体（例えば飽和水蒸気および水）をフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または１７０の中の熱交換チャネルに流すために提供されるマニホルドに接続される。出口４０６は、槽４００から出るフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または１７０からの生成物の流れを提供するマニホルドに接続される。出口４０８は、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０または１７０から出る熱交換流体（例えば水蒸気）の流れを提供するマニホルドに接続される。槽４００は、槽４００の生成物円環部を加熱し、生成物マニホルドを通る流れを維持する過熱水蒸気の循環を提供するための入口４１０および出口４１２を含む。
槽４００は、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０を動作させるために必要とされる圧力および温度下で動作するのに十分な任意の適当な材料から構築してよい。例えば、槽４００のシェル４１４およびヘッド４１６は、鋳鋼で構築してよい。フランジ、カプリングおよびパイプは、３１６ステンレス鋼で構築してよい。槽４００は、例えば約１０から約１０００ｃｍ、一実施態様では約５０から約３００ｃｍの任意の所望の直径を有してよい。槽４００の軸方向長さは任意の所望の値、例えば約０．５から約５０メートル、一実施態様では約１から約２０メートルであってよい。
上記に示したように、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、上下に積層されるかまたは横並びに配置された複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルを含んでよい。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、立方体のブロックの形であってよい。これらの立方体のブロックのそれぞれが長さ、幅および高さを有してよく、長さは、約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約２０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。幅は、約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約２０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。高さは、約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約２０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０はそれぞれ複数の繰り返し単位を含んでよく、繰り返し単位のそれぞれは１つ以上のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび１つ以上の熱交換チャネルを含む。用いてよい繰り返し単位は、図２４〜２７にそれぞれ例示する繰り返し単位５００、５００Ａ、５００Ｂおよび５００Ｃを含む。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、約１から約１０００の繰り返し単位５００、５００Ａ、５００Ｂまたは５００Ｄ、一実施態様では約１０から約５００のそのような繰り返し単位を含んでよい。繰り返し単位５００〜５００Ｄのそれぞれに例示する触媒は固体粒子の固定床の形であるが、触媒は、下記に記載されるさまざまな触媒構造物を含む任意の形であってよいと理解するべきである。
図２４に、繰り返し単位５００を例示する。図２４を参照すると、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル５１０は、熱交換チャネル５２２を含む熱交換層５２０に隣接して配置されている。熱交換チャネル５２２はマイクロチャネルであってよい。共通の壁５１５がプロセスマイクロチャネル５１０を熱交換層５２０から隔てている。プロセスマイクロチャネル５１０の中に触媒５３０を充填する。触媒床５３０を反応区域と呼んでよい。一実施態様では熱交換層５２０の長さは反応区域の長さの最大約２００％であり、一実施態様では熱交換層５２０の長さは反応区域の長さの約５０から約１７５％であり、一実施態様では熱交換層５２０の長さは反応区域の長さの約７５から約１５０％である。反応体組成物（すなわち第２の中間生成物または第３の中間生成物）は、プロセスマイクロチャネル５１０の中の触媒５３０の充填床の中を矢印１４４／１６２で示す方向に流れ、触媒５３０と接触し、反応して所望の生成物を形成する。生成物（すなわち第３の中間生成物または最終生成物）は、矢印１５１／１７２で示すようにプロセスマイクロチャネル５１０から流れ出る。プロセスマイクロチャネル５１０の中の反応体組成物および生成物の流れに対して交差流となる方向に熱交換チャネル５２２を通って熱交換流体が流れる。プロセスマイクロチャネル５１０の中で行われるフィッシャー・トロプシュ反応は発熱であり、熱交換流体は、この反応のための冷却を提供する。
あるいは、プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは、繰り返し単位５００Ａの中に提供されているように整列してよい。図２５に例示した繰り返し単位５００Ａは、熱交換チャネル５２２が９０°回転し、熱交換チャネル５２２を通って流れる熱交換流体がプロセスマイクロチャネル５１０の中の反応体および生成物の流れに対して向流、またはプロセスマイクロチャネル５１０の中の反応体および生成物の方向に対して並流となってよい方向に流れる点を除けば、図２５に例示した繰り返し単位５００と同一である。
あるいは、プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは、繰り返し単位５００Ｂの中に提供されているように整列してよい。図２６に繰り返し単位５００Ｂを例示する。図２６を参照すると、プロセスマイクロチャネル５１０ａは、熱交換層５２１に隣接して配置されている。熱交換層５２１は互いに平行に整列した複数の熱交換チャネル５２２を含み、各熱交換チャネル５２２はプロセスマイクロチャネル５１０ａの長さ方向に対して直角の長さ方向に延在する。熱交換層５２１は、プロセスマイクロチャネル５１０ａより長さが短い。熱交換層５２１は、プロセスマイクロチャネル５１０ａの反応区域５１４への入口５１３またはその近くからプロセスマイクロチャネル５１０Ａの長さに沿って反応区域５１４の出口５１６より手前の点５１７まで長さ方向に延在する。一実施態様では熱交換層５２１の長さは反応区域５１４の長さの最大約９０％、一実施態様では熱交換層５２１の長さは反応区域５１４の長さの約５から約９０％、一実施態様では熱交換層５２１の長さは反応区域５１４の長さの約５から約５０％、一実施態様では熱交換層５２１の長さは反応区域５１４の長さの約５０から約９０％である。プロセスマイクロチャネル５１０ａの幅は、熱交換層５２１の末端５１７の下流の区域においてに拡大されるかまたは拡張される。あるいは、熱交換層５２１は、反応区域５１４の出口５１６の近くに配置してよい。
あるいは、プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは、繰り返し単位５００Ｃの中に提供されるように整列してよい。図２７に例示した繰り返し単位５００Ｃは、繰り返し単位５００Ｃが熱交換層５２１とはプロセスマイクロチャネル５１０ａの反対側でプロセスマイクロチャネル５１０ａに隣接する熱交換層５２１ａを含む点を除けば、図２６に例示した繰り返し単位５００Ｂと同一である。熱交換層５２１ａは、上記で考察した熱交換チャネル５２２とサイズおよび設計が同じであるかまたは同様である複数の平行な熱交換チャネル５２２ａを含む。熱交換層５２１ａは、プロセスマイクロチャネル５１０ａの反応区域５１４への入口５１３またはその近くから長さ方向にプロセスマイクロチャネル５１０ａの長さに沿って熱交換層５２１の末端５１７の手前の点５２３まで延在する。熱交換層５２１ａの長さは熱交換層５２１の長さの最大約９０％であってよく、一実施態様では熱交換層５２１ａの長さは熱交換層５２１の長さの約５から約９０％であってよく、一実施態様では熱交換層５２１ａの長さは熱交換層５２１の長さの約５から約５０％であってよく、一実施態様では熱交換層５２１ａの長さは熱交換層５２１の長さの約５０％から約９０％であってよい。プロセスマイクロチャネル１３２ａの幅は、熱交換層５２１および５２１ａの末端５１７および５２３のそれぞれの下流の区域において拡大される。あるいは、熱交換層５２１および５２１ａは、反応区域５１４の出口５１６の近くに配置してよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の設計および動作において、反応を最適化するためにプロセスマイクロチャネルの長さに沿って調整された熱交換プロフィルを提供すると有利なことがある。これは、プロセスマイクロチャネルの中で行われるフィッシャー・トロプシュ反応によって放出される熱の局所的な放出を、マイクロチャネル反応器の中の熱交換チャネル中の熱交換流体によって提供される除熱または冷却と整合させることによって実現してよい。プロセスマイクロチャネルの中の反応区域の前部または上流区間におけるフィッシャー・トロプシュ反応の程度、および反応によって提供される結果としての熱放出は、反応区域の後部または下流区間と比較して高くなってよい。従って、冷却整合要件は、反応区域の上流区間において反応区域の下流区間と比べて高くなってよい。反応区域の下流の区間と比べて多くの熱交換または冷却チャネル、従ってより多くの熱交換または冷却用流体の流れをプロセスマイクロチャネルの中の反応区域の上流区間と熱接触させて提供することにより、調節された熱交換を実現してよい。これは、熱交換層５２１および５２１ａが反応区域５１４への入口５１３から反応区域５１４からの出口５１６の手前の点５１７および５２３までプロセスマイクロチャネル５００Ｂおよび５００Ｃの長さ方向に沿った長さ方向に延在する図２６および２７に示される。あるいは、またはさらに、熱交換チャネルの中の熱交換流体の流量を変化させることによって、調節された熱交換プロフィルが提供されてよい。追加の熱交換または冷却が望まれる区域における熱交換流体の流量は、より少ない熱交換または冷却が必要とされる区域と比較して増加してよい。例えば、プロセスマイクロチャネルの中の反応区域の上流区間と熱接触している熱交換チャネルの中では、反応区域の下流区間と熱接触している熱交換チャネルと比較してより高い速度の熱交換流体の流れが有利になってよい。従って、例えば、図２４を参照すると、プロセスマイクロチャネル５００への入口の近くの熱交換チャネル５２２においては、流量がより少なくてよいプロセスマイクロチャネルの出口の近くの熱交換チャネル５２２と比較して、高くなった流れの速度を用いてよい。最適な熱交換チャネル寸法および／または個別または集団の熱交換チャネルあたりの熱交換流体の流れの速度を選ぶことによって、最適な性能のためのプロセスマイクロチャネルから熱交換チャネルへの熱移動を設計してよい。熱交換を調整するための別の代替設計は、プロセスマイクロチャネル内の特定の位置におけるフィッシャー・トロプシュ触媒の選択および設計（粒子サイズ、触媒調合法、充填密度、傾斜触媒の使用あるいは他の化学的または物理的特性など）に関することであってよい。これらの代替設計は、プロセスマイクロチャネルからの熱放出ならびに熱交換流体への熱移動の両方に影響してよい。熱移動のための推進力を提供してよいプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとの間の温度差分は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿って変化してよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中の燃焼チャネルおよび段階添加チャネル、ならびにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中の熱交換チャネルはマイクロチャネルであってもよく、マイクロチャネルとはみなされないような寸法を有してもよい。例えば、これらのチャネルは、最大約５０ｍｍ、一実施態様では最大約２５ｍｍ、一実施態様では最大約１５ｍｍの内部高さまたは幅を有してよい。ＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよびフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、マイクロチャネルである。マイクロチャネルのそれぞれは、任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。各マイクロチャネルは、最大約１０ｍｍ、一実施態様では最大約５ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍの内部高さを有してよい。一実施態様では高さは約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍの範囲内であってよい。これらのマイクロチャネルのそれぞれの幅は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。各マイクロチャネルの長さは任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであってよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１５０の中のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび段階添加チャネル、ならびにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは、長方形の断面を有し、横並びの垂直に配向した平面、または水平に配向した積層平面として整列してよい。これらの平面は、水平面から傾斜した角度に傾いていてよい。これらの構成を平行平面構成と呼んでよい。スケールアップのために、モジュール化された小型装置の中にこれらのチャネルを配置してよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０ならびにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、本発明のプロセスの動作を可能にするために十分な強度、寸法安定性および熱伝達特性を提供する任意の材料で作ってよい。これらの材料は、鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真ちゅう、任意の前述の金属の合金、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０ならびにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、ワイヤ放電加工法、通常の機械加工法、レーザー切断法、光化学加工法、電気化学加工法、成形法、ウォータージェット法、スタンプ法、エッチング法（例えば化学エッチング法、光化学エッチング法またはプラズマエッチング法）、およびそれらの組み合わせを含む既知の技法を用いて作製してよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０ならびにフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、流れの通過が可能になる、一部を除去したシムを形成させることによって構築してよい。拡散ボンディング法、レーザー溶接法、拡散ロウ付け法、および一体化したデバイスを形成する類似の方法によってシムの積層体を組み立ててよい。マイクロチャネル反応器は、シムまたは薄板、および部分シートまたは細片の組み合わせを用いて組み立ててよい。この方法では、必要な材料の量を減らすために、細片または部分シートを組み立てることによってチャネル区域または空洞区域を形成させてよい。
ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルは、プロセスマイクロチャネルの１つ以上の内壁の中のくぼみおよび／または内壁からの突起の形の１つ以上の表面構成要素を含んでよい。図４０および４１に例を示す。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中の熱交換チャネルもそのような表面構成要素を含んでよい。表面構成要素は、チャネルの中を流れる流体の流れを撹乱するために用いてよい。流れの中のこれらの撹乱は、混合および／または熱移動を促進してよい。表面構成要素は、パターン化された表面の形であってよい。ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は、複数のシムを一緒に貼り合わせることによって作ってよい。シムの一方または両方の主表面は、表面構成要素を含んでよい。あるいは、ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は、デバイスを構築するために必要な金属の総量を減らすために、いくつかのシートまたはシム、およびいくつかの細片、または部分シートを用いて組み立ててよい。一実施態様では、表面構成要素を含むシムは、表面構成要素を含む別のシムと対にしてよい（マイクロチャネルの対向する側同士で）。対にすることによって一方の主表面上にしか表面構成要素のないチャネルと比較すると、より良好な混合または熱移動促進が作り出され得る。一実施態様では、パターン化は、実質的にマイクロチャネル表面の幅全体にわたって配置された斜めのくぼみを含んでよい。壁のパターン化された表面構成要素区域は、マイクロチャネル表面の一部または長さ全体を占めてよい。一実施態様では、チャネル表面の長さの少なくとも約１０％、一実施態様では少なくとも約２０％、一実施態様では少なくとも約５０％、一実施態様では少なくとも約８０％にわたって表面構成要素を配置してよい。それぞれの斜めのくぼみは、流れの方向に対して１つ以上の角度を含んでよい。連続するくぼんだ表面構成要素が他のくぼんだ表面構成要素に対して同様な角度または代りの角度を含んでよい。
２つ以上のマイクロチャネル壁の上または中に表面構成要素が配置されてよい実施態様では、１つの壁の上または中の表面構成要素は、第２の壁の上に見いだされるものと同じ（または同様）であるが、主チャネル平均バルク流れ方向の中心線の周りに回転したパターンを有してよい。反対側の壁の上または中に表面構成要素があってよい実施態様では、一方の壁の上または中の表面構成要素は、反対側の壁の上の構成要素のほぼ鏡像であってよい。２つ以上の壁の上または中に表面構成要素がある実施態様では、１つの壁の上または中の表面構成要素は、第２の壁の上で見いだされるものと同じ（または同様な）パターンであってよいが、主チャネル平均バルク流れ方向に直交する軸の周りに回転してよい。言い換えると、表面構成要素は、主チャネル平均バルク流れ方向に対して１８０度反転し、主チャネル平均バルク流れの中心線の周りに回転してよい。反対側の壁または隣接する壁の上または中の表面構成要素は、互いに直接整列してもよく整列しなくてもよいが、壁の長さの少なくとも一部の間、壁に沿って連続的に繰り返されてよい。チャネルの３つ以上の内部表面の上に表面構成要素を配置してよい。三角形、長円形、楕円形、円形および類似形など、３つ以下の側面を有するチャネル幾何構造の場合については、表面構成要素は、マイクロチャネルの周辺部の約２０％から約１００％を覆ってよい。
一実施態様では、パターン化された表面は、互いの上に積層された複数のパターンを含んでよい。孔のパターンまたは配列を伝熱壁に隣接して配置してよく、表面構成要素の斜めの配列などの第２のパターンを流れのための開放チャネル上に、および隣接させて積層してよい。開いた隙間に隣接するシートが、シートを通って流れが下のパターンの中に通過することができるように、シートの厚さ全体にわたるパターンを有してよい。移流または拡散の結果として流れが生じてよい。一例として、スルーホールの配列を有する第１のシートを伝熱壁の上に配置し、斜めのスルースロットの配列を有する第２のシートを第１のシートの上に配置してよい。これによって、触媒を接着させるためのより多くの表面積を作り出すことができる。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルの少なくとも１つの他の壁の上でパターンを繰り返してよい。パターンは、反対側の壁の上で位置がずれてよい。最も内側のパターン化表面（流れチャネルとの境界となる表面）は、斜め配列などのパターンを含んでよい。斜めアレイは、両方が流れの方向「に」配向してもよく、または一方の側が流れの方向に配向し、反対側が流れの方向「に向かって」配向してよい。反対側の壁の上の表面構成要素を変化させることによって、中心および開放隙間を移動して下ってゆく流体の中にさまざまな流れの場および渦巻きの度合いを生じさせてよい。
表面構成要素は、チャネルを通る流れの方向に対してある角度で配向してよい。表面構成要素は、流れの方向に対して約１°から約８９°、一実施態様では約３０°から約７５°の角度で整列してよい。配向角度は、傾斜した角度であってよい。角度のある構成要素は、流れ方向に沿って、または流れの方向に反して整列してよい。表面構成要素と接触する流体の流れは、他の流体は表面構成要素の上を流れてよいが、流体の一部を表面構成要素の中のくぼみの中に押し込むことができる。表面構成要素内の流れは、表面構成要素に順応し、チャネル中のバルク流れの方向に対してある角度になってよい。流体は、表面構成要素から出るとき、バルク流れがｚ方向にあるｘ，ｙ，ｚ座標系のｘおよびｙ方向に運動量を及ぼすことがある。これは、結果として、流体の流れの中に撹拌または回転を生じさせることがある。このパターンは、混合のために有用なことがある。
第１の表面構成要素領域と、それに続いて異なる流れパターンを用いてよい少なくとも１つの第２の表面構成要素領域とを用いて流体の混合を実現することができるように、プロセスマイクロチャネル内に２つ以上の表面構成要素領域を直列に配置してよい。
表面構成要素は、上下に積み重ねられるかまたは三次元パターンで絡み合った２つ以上の層を有してよい。それぞれの個別の層の中のパターンは同じであっても異なっていてよい。各層の中または１層の中だけで流れが回転してもよく、移流してもよい。追加の表面積を作り出すために、チャネルのバルク流路に隣接していなくてよい副層を用いてよい。流れは、表面構成要素の第１のレベルの中で回転し、２つ目以降の副層の中に分子拡散して反応を促進してよい。三次元表面構成要素は、金属キャスト法、光化学加工法、レーザー切断法、エッチング法、アブレーション法、またはその他のプロセスによって作ってよく、さまざまなパターンを上下に積み重ねられたかのように、個別の面に分けてよい。マイクロチャネル内のバルク流路に隣接して三次元表面構成要素を設けてよく、表面構成要素はさまざまな深さ、形状および／または位置を有し、さまざまな深さ、形状および／または位置のパターンを有する副構成要素を伴っている。
３次元表面構成要素構造体の一例は、マイクロチャネルのバルク流路に隣接する界面にあるくぼんだ傾斜した角度またはＶ字体を含んでよい。Ｖ字体の下に、バルク流路に隣接する表面構成要素につながっているがさまざまな形状、深さおよび／または位置の構造体から作られた一連の３次元構造体があってよい。マイクロチャネル内のバルク流路に隣接する開放表面構成要素の下に直接入るのではなく、１つ以上の蛇行する２次元または３次元通路を通ってつながった副層通路を提供するとさらに有利なことがある。この手法は、狭い滞留時間分布でなく広い滞留時間分布を有することが望ましい場合に、調整された滞留時間分布をマイクロチャネルの中に作り出すために有利なことがある。
表面構成要素の長さおよび幅は、チャネルの長さおよび幅と同様に定義してよい。深さは、表面構成要素がマイクロチャネル表面の中に沈み込むかまたはマイクロチャネル表面の上に高くなる距離であってよい。表面構成要素の深さは、シート表面の上または中に形成された表面構成要素を有し、積層し、接合したマイクロチャネルデバイスを積層する方向に対応してよい。表面構成要素の寸法は、表面構成要素の最大寸法を指してよく、例えば丸形の溝の深さは最大深さ、すなわち溝の底の深さを指してよい。
表面構成要素は、最大約５ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍ、一実施態様では約０．０１から約５ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０１から約２ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０１から約１ｍｍの範囲内である深さを有してよい。表面構成要素の幅は、ほぼマイクロチャネルの幅に及ぶのに十分であってよい（例えば魚骨（杉綾）設計）が、一実施態様では（充填構成要素など）、マイクロチャネルの幅の約６０％以下、一実施態様では約５０％以下、一実施態様では約４０％以下、一実施態様ではマイクロチャネルの幅の約０．１％から約６０％、一実施態様ではマイクロチャネルの幅の約０．１％から約５０％、一実施態様ではマイクロチャネルの幅の約０．１％から約４０％に及んでよい。表面構成要素の幅は、約０．０５ｍｍから約１００ｃｍの範囲内、一実施態様では約０．５ｍｍから約５ｃｍの範囲内、一実施態様では約１から約２ｃｍの範囲内であってよい。
１つ以上のマイクロチャネルの壁の中にさまざまな深さでくぼんだ表面構成要素を含む、複数の表面構成要素または表面構成要素の領域がチャネル内に含まれてよい。くぼみの間の間隔は、約０．０１から約１０ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．１から約１ｍｍの範囲内であってよい。表面構成要素は、マイクロチャネルの長さ全体にわたって、またはチャネルの一部または領域に存在してよい。表面構成要素を有する部分または領域は、所望の混合または単位操作（例えば分離、冷却等）を調整された区域の中で促進するように断続してよい。例えば、チャネルの１センチメートルの区画が間隔の詰まった表面構成要素のアレイを有し、続く４センチメートルは構成要素のない平坦なチャネルであり、続く２センチメートルは間隔の空いた表面構成要素の区画であってよい。用語「間隔の空いた表面構成要素」は、表面構成要素の幅の約５倍より大きなピッチまたは構成要素から構成要素の距離を有する表面構成要素を指すために用いてよい。
表面構成要素は、実質的にチャネルの軸方向長さ全体にわたって延在する１つ以上の表面構成要素領域の中に配置してよい。一実施態様では、チャネルは、その軸方向長さの約５０％以下、一実施態様ではその軸方向長さの約２０％以下にわたって延在する表面構成要素を有してよい。一実施態様では表面構成要素はチャネルの軸方向長さの約１０％から約１００％、一実施態様では約２０％から約９０％、一実施態様では約３０％から約８０％、一実施態様ではマイクロチャネルの軸方向長さの約４０％から約６０％にわたって延在してよい。
各表面構成要素レグ（ｌｅｇ）は、バルク流れ方向に対して斜めの角度であってよい。構成要素スパン（ｓｐａｎ）長さまたはスパンは、構成要素配向に垂直になるように定義してよい。一例として、１つの表面構成要素は、０．３８ｍｍの開口またはスパンまたは構成要素スパン長さ、および５．６ｍｍの構成要素ラン（ｒｕｎ）長さを有する、主チャネル中のバルク流れの平均方向に直角な平面に対して４５度の角度の斜めのくぼみであってよい。ラン長さは、最長方向の表面構成要素の一端から他端への距離であってよく、一方スパンまたは構成要素スパン長さは、最短方向（深さではない）であってよい。表面構成要素深さは、主チャネルから離れる距離であってよい。不均一な幅（スパン）を有する表面構成要素の場合、スパンはラン長さにわたって平均した平均スパンであってよい。
表面構成要素は、表面構成要素の基底部または表面構成要素の頂上部における投影面積によってくぼみを含むことも突起物を含むこともある。表面構成要素の頂上部の面積が表面構成要素の基底部の面積以上なら、表面構成要素はくぼんでいるとみなしてよい。表面構成要素の基底部の面積が表面構成要素の頂上部の面積より大きければ突起であるとみなしてよい。この記載の場合、表面構成要素はくぼんでいると記載してもよいが、表面構成要素のアスペクト比を変化させることによって代って突起物として定義してもよいと理解するべきである。表面構成要素の頂上部だけと交わる壁によって定義したプロセスマイクロチャネルの場合、特に平坦なチャネルの場合、すべての表面構成要素はくぼんでいると定義してよく、表面構成要素の基底部を含む断面を有するチャネルの基底部から表面構成要素を突き出させることによって、同様なチャネルを作り出すことができるであろうと理解するべきである。
ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルは、少なくとも約２０％、一実施態様では少なくとも約３５％、一実施態様では少なくとも約５０％、一実施態様では少なくとも約７０％、一実施態様では少なくとも約９０％（長さに対して垂直すなわちチャネルを通る正味の流れの方向に対して垂直な断面において測定して）の表面構成要素を含むチャネルの内部表面を有してよい。表面構成要素は、少なくとも約１ｃｍ、一実施態様では少なくとも約５ｃｍの連続する長さを覆ってよい。閉じたチャネルの場合、表面構成要素被覆の百分率は、表面構成要素の基底部または頂上部のどちらかから均一に延在する閉じたチャネルまたは両者の中間の一定値と比べた、表面構成要素で被覆された断面の割合であってよい。後者は、平坦なチャネルであってよい。例えば、チャネルがそれぞれ横０．９ｃｍ（幅）のパターン化された上部および下部表面ならびに高さが０．１ｃｍであるパターン化されていない側壁を有するならば、チャネルの表面の９０％が表面構成要素を含むであろう。
ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、すべての側面で閉じていてよく、一実施態様では、チャネルは全体として正方形または長方形の断面を有してよい（長方形のチャネルの場合、両方の主面の上に表面構成要素パターンを配置してよい）。全体として正方形または長方形のチャネルの場合、チャネルは２つまたは３つの側面でだけ閉じていてよく、上記に記載の百分率表面構成要素の計算においては、これら２つまたは３つの壁のある側面だけを用いてよい。一実施態様では、軸方向に一定のまたは変化する断面を有する円筒形のチャネルの上に表面構成要素を配置してよい。
表面構成要素パターンのそれぞれは、チャネルの１つの面に沿って繰り返してよく、表面構成要素の間の間隔はチャネルのバルク流れの方向に変化してもよく、規則的であってもよい。いくつかの実施態様は各表面構成要素に単一のレグしかなく、他の実施態様は複数のレグ（２、３またはそれ以上）を有してよい。広幅チャネルの場合、複数の表面構成要素または繰り返される表面構成要素の列をチャネルの幅に沿って互いに隣接して配置してよい。表面構成要素パターンのそれぞれについて、構成要素の深さ、幅、スパンおよび間隔は、主チャネルの中のバルク流れの方向に沿ってパターンを繰り返すとき、可変であってもよく一定であってもよい。２つのレグを異なる角度でつなぐ頂点を有する表面構成要素幾何構造は、表面構成要素レグが頂点においてつながっていないことがある代替実施態様も有してよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０の中の燃焼チャネル３３０の開口区間３３８の中の開口部は、開口区間３３８を通る酸素または酸素源の流れを可能にするのに十分なサイズであってよい。開口を細孔と呼んでよい。開口区間３３８は約０．０１から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０１から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０１から約２ｍｍの範囲内の厚さを有してよい。開口は最大約５０００ミクロンの範囲内、一実施態様では最大約１０００ミクロン、一実施態様では最大約５００ミクロン、一実施態様では約１０から約５００ミクロンの範囲内の平均直径を有してよい。
開口区間３３８は、プロセスの動作を可能にするのに十分な強度および寸法安定性を提供する任意の材料で構築してよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の前述の金属の合金、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。開口部は、レーザー穿孔法、マイクロエレクトロ加工システム（ＭＥＭＳ）、リソグラフィー電着および成型法（ＬＩＧＡ）、電気スパークリング法、あるいは電気化学エッチング法または光化学エッチング法などの既知の技法を用いて形成させてよい。
ＳＭＲ触媒は、任意のＳＭＲ触媒を含んでよい。ＳＭＲ触媒は、Ｌａ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｗ、および／またはそれらの酸化物、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。一実施態様では、ＳＭＲ触媒は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、またはそれらの２つ以上の混合物をさらに含んでよい。一実施態様では、ＳＭＲ触媒は、約０．２５ｍｍの厚さおよび約９０％の多孔率を有するＦｅＣｒＡｌＹフェルトのウォッシュコーティングを用いて調製したＦｅＣｒＡｌＹ合金の金属フェルト上の１３．８％−Ｒｈ／６％−ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３を含んでよい。一実施態様ではＳＭＲ触媒はＬａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏの水溶液から誘導してよい。一実施態様ではＳＭＲ触媒はＰｔ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２の溶液から誘導してよい。一実施態様ではＳＭＲ触媒はＡｌ２Ｏ３の１つ以上の層の上に析出したＬａ（ＮＯ３）の溶液およびＲｈ（ＮＯ３）から誘導してよい。
燃焼触媒は、Ｐｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｃｕ、および／またはそれらの酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。一実施態様では燃焼触媒はＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、またはそれらの２つ以上の混合物をさらに含んでよい。一実施態様では燃焼触媒はＡｌ２Ｏ３の層の上に析出したＰｄ（ＮＯ３）２の溶液から誘導してよい。一実施態様では燃焼触媒は硝酸塩の形の前駆体を用いるＰｒおよびＰｄの層、およびＰｔ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２の溶液を用いるＰｔの層を含んでよい。
フィッシャー・トロプシュ触媒は、任意のフィッシャー・トロプシュ触媒を含んでよい。フィッシャー・トロプシュ触媒は、少なくとも１つの触媒的に活性な金属、またはその酸化物を含んでよい。一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ触媒は、触媒担体をさらに含んでよい。一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ触媒は、少なくとも１つの促進剤をさらに含んでよい。触媒的に活性な金属は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。担体材料は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フッ化アルミニウム、フッ化物化アルミナ、ベントナイト、セリア、酸化亜鉛、シリカ−アルミナ、炭化ケイ素、モレキュラーシーブ、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。担体材料は、耐熱性酸化物を含んでよい。促進剤は、ＩＡ族、ＩＩＡ族、ＩＩＩＢ族またはＩＶＢ族金属またはその酸化物、ランタニド金属または金属酸化物、あるいはアクチニド金属または金属酸化物を含んでよい。一実施態様では、促進剤は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｅまたはＴｈ、またはそれらの酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物である。用いてよい触媒の例は、米国特許第４，５８５，７９８号明細書、第５，０３６，０３２号明細書、第５，７３３，８３９号明細書、第６，０７５，０６２号明細書、第６，１３６，８６８号明細書、第６，２６２，１３１号明細書、第６，３５３，０３５号明細書、第６，３６８，９９７号明細書、第６，４７６，０８５号明細書、第６，４５１，８６４号明細書、第６，４９０，８８０号明細書、第６，５３７，９４５号明細書、第６，５５８，６３４号明細書、ならびに米国特許出願公開第２００２／００２８８５３号明細書、第２００２／０１８８０３１号明細書、および第２００３／０１０５１７１号明細書に開示されているものを含み、これらの特許および特許公開公報はフィッシャー・トロプシュ触媒およびそのような触媒を調製するための方法についてのそれらの開示に関して参照によって本明細書に組み込まれる。
一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ触媒は、担体上に担持されたＣｏ、および任意選択として助触媒および／または促進剤を含んでよく、Ｃｏ担持率は、少なくとも約５％重量、一実施態様では少なくとも約１０重量％、一実施態様では少なくとも約１５重量％、一実施態様では少なくとも約２０重量％、一実施態様では少なくとも約２５重量％、一実施態様では少なくとも約２８重量％、一実施態様では少なくとも約３０重量％、一実施態様では少なくとも約３２重量％、一実施態様では少なくとも約３５重量％、一実施態様では少なくとも約４０重量％である。一実施態様ではＣｏ担持率は約５から約５０重量％、一実施態様では約１０から約５０重量％、一実施態様では約１５から約５０重量％、一実施態様では約２０から約５０重量％、一実施態様では約２５から約５０重量％、一実施態様では約２８から約５０重量％、一実施態様では約３０から約５０重量％、一実施態様では約３２から約５０重量％であってよい。触媒の触媒的に活性な金属（すなわち、Ｃｏおよび任意選択として助触媒および／または促進剤）の金属分散度は、約１から約３０％、一実施態様では約２から約２０％、一実施態様では約３から約２０％の範囲内であってよい。助触媒は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの酸化物、あるいはそれらの２つ以上のもの混合物であってよい。促進剤は、ＩＡ族、ＩＩＡ族、ＩＩＩＢ族またはＩＶＢ族金属またはその酸化物、ランタニド金属または金属酸化物、あるいはアクチニド金属または金属酸化物であってよい。一実施態様では、促進剤は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの２つ以上のものの混合物である。助触媒は、触媒の総重量（すなわち触媒、助触媒、促進剤および担体の重量）を基準として最大約１０重量％、一実施態様では約０．１から約５重量％の濃度で使用してよい。促進剤は、触媒の総重量を基準として最大約１０重量％、一実施態様では約０．１から約５重量％の濃度で使用してよい。
一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ触媒は、アルミナに担持したＣｏを含んでよく、Ｃｏの担持率は、少なくとも約２５％重量、一実施態様では少なくとも約２８重量％、一実施態様では少なくとも約３０重量％、一実施態様では少なくとも約３２重量％であり、Ｃｏ分散度は少なくとも約３％、一実施態様では少なくとも約５％、一実施態様では少なくとも約７％である。
一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ触媒は、式
ＣｏＭ１ ａＭ２ ｂＯｘ
によって表される組成物を含んでよく、式中、Ｍ１は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの混合物であり、一実施態様ではＭ１は、ＲｕまたはＲｅあるいはそれらの混合物であり、Ｍ２は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの２つ以上の混合物であり、ａは、ゼロから約０．５、一実施態様ではゼロから約０．２の範囲内の数であり、ｂは、ゼロから約０．５、一実施態様ではゼロから約０．１の範囲の数であり、ｘは、存在する元素の原子価要件を満たすために必要な酸素の数である。
一実施態様では、フィッシャー・トロプシュ触媒は、各含浸工程の間に中間焼成工程を行う多段含浸工程を用いて作ってよい。そのような手順を用いると、少なくとも一実施態様において、そのような中間焼成工程を使用しない手順による場合より高いレベルの触媒金属、および任意選択として促進剤の担持率を有する触媒の形成が可能になる。一実施態様では、以下の工程、すなわち（Ａ）触媒金属および任意選択として助触媒および／または促進剤を含む組成物を担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、（Ｂ）工程（Ａ）において形成された中間触媒生成物を焼成する工程、（Ｃ）（Ｂ）において形成された焼成された中間生成物に触媒金属および任意選択として助触媒および／または促進剤を含む別の組成を含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および（Ｄ）工程（Ｃ）において形成された別の中間触媒生成物を焼成して所望の触媒生成物を提供する工程、の並びを用いて触媒金属（例えばＣｏ）、任意選択として助触媒（例えばＲｅまたはＲｕ）および／または促進剤を担体（例えばＡｌ２Ｏ３）上に担持させる。触媒金属、任意選択の助触媒および／または促進剤は、初期湿式含浸プロセスを用いて担体上に含浸させてよい。工程（Ｃ）および（Ｄ）は、触媒金属、任意選択の助触媒および／または促進剤の所望の担持率が実現されるまで、１回または２回以上さらに繰り返してよい。触媒金属を含む組成物は、金属の硝酸塩溶液、例えば硝酸コバルト溶液であってよい。このプロセスは、触媒金属（すなわちＣｏ）が、約２０重量％以上、一実施態様では約２５重量％以上、一実施態様では約２８重量％以上、一実施態様では約３０重量％以上、一実施態様では約３２重量％以上、一実施態様では約３５重量％以上、一実施態様では約３７重量％以上、一実施態様では約４０重量％以上の担持率レベルを実現するまで続けてよい。焼成工程のそれぞれは、約１００℃から約５００℃、一実施態様では約１００℃から約４００℃、一実施態様では約２５０℃から約３５０℃の範囲の温度で約０．５から約１００時間、一実施態様では約０．５から約２４時間、一実施態様では約２から約３時間、触媒を加熱することを含む。温度は、約１〜２０℃／分の速度で焼成温度まで昇温させてよい。焼成工程の前に、約７５から約２００℃、一実施態様では約７５℃から約１５０℃の温度で約０．５から約１００時間、一実施態様では約０．５から約２４時間、触媒を乾燥させる乾燥工程を設けてよい。一実施態様では触媒は、約９０℃で約１２時間、次に、約０．５〜１℃／分の速度で温度を９０℃から１１０〜１２０℃に昇温し、約１１０〜１２０℃で約１〜１．５時間乾燥させてよい。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、単一の反応区域に配置してよく、あるいはプロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネルの中の２つ以上の反応区域に配置してよい。各反応区域において同じ触媒または異なる触媒を用いてよい。触媒は、傾斜触媒であってよい。各反応区域において、反応区域に隣接しているかまたは反応区域と熱接触している１つ以上の熱交換区域（単数または複数）の長さは寸法が変化してよい。例えば、一実施態様では、これらの熱交換区域の１つ以上の長さは、各反応区域の長さの約５０％未満であってよい。あるいは、１つ以上の熱交換区域は、各反応区域の長さの約５０％より長く、最大で各反応区域の長さの約１００％の長さを有してよい。
ＳＭＲ触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、プロセスマイクロチャネルの中に適合する任意のサイズおよび幾何構成を有してよい。触媒は、約１から約１０００μｍ（ミクロン）、一実施態様では約１０から約５００μｍ、一実施態様では約２５から約２５０μｍの中央値粒子直径を有する固体粒子（例えばペレット、粉体、繊維および類似物）の形であってよい。一実施態様では、触媒は固体粒子の固定床の形である。
一実施態様では、ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、固体粒子（図２４〜２７および３０に示される）の固定床の形であってよい。固体粒子の中央値粒子直径は小さくてよく、各プロセスマイクロチャネルの長さは比較的短くてよい。中央値粒子直径は、約１から約１０００μｍ、一実施態様では約１０から約５００μｍであってよく、各プロセスマイクロチャネルの長さは、最大約５００ｃｍ、一実施態様では約１０から約５００ｃｍ、一実施態様では約５０から約３００ｃｍの範囲内であってよい。
図３０を参照すると、プロセスマイクロチャネル６０２の中に固体粒子床の形である触媒６００が含まれている。矢印６０４で示すように反応体が固定床に入り、反応し、矢印６０６で示すように固定床から生成物が流れ出る。
ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、発泡体、フェルト、詰め物、またはそれらの組み合わせなどの多孔質担持構造体の上に担持させてよい。本明細書では、用語「発泡体」は、全体にわたって細孔を定める連続壁を有する構造体を指すために用いる。本明細書では、用語「フェルト」は、間に隙間の空間を有する繊維の構造体を指すために用いる。本明細書では、用語「詰め物」は、スチールウールのようにもつれ合った糸の構造物を指すために用いる。触媒は、ハニカム構造物上に担持させてよい。触媒は、隣接する隙間を有するフェルト、隣接する隙間を有する発泡体、隙間を有するフィン構造物、任意の挿入基材上のウォッシュコート、または流れのための対応する隙間を有する、流れの方向に平行なガーゼなどの側流担持構造体の上に担持させてよい。
図３１に側流構造物の例を示す。図３１において、触媒６１０は、プロセスマイクロチャネル６１２内に含まれている。開放通路６１４が矢印６１６および６１８で示すようにプロセスマイクロチャネル６１２を通る流体の流れを可能にする。反応体は触媒と接触し、反応を行って生成物を形成する。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、発泡体、詰め物、ペレット、粉体またはガーゼなどの貫流担持構造物上に担持させてよい。図３２に貫流構造物の例を示す。図３２において、貫流触媒６２０は、プロセスマイクロチャネル６２２の中に含まれ、反応体は、矢印６２４および６２６で示すように触媒６２０を通って流れ、反応を行って生成物を形成する。
貫流触媒のための担持構造体は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料から形成させてよい。一実施態様では、担持構造体を金属などの熱伝導材料で作って触媒へのまたは触媒からの熱の移動を促進してよい。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、プロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネルの内壁上に直接ウォッシュコートするか、溶液からチャネル壁上に成長させるか、またはフィン構造体上に被覆させてよい。触媒は、多孔質連続材料の単一片、または物理的に接触する多数の片の形であってよい。一実施態様では、触媒は、連続材料を含み、分子が触媒の中に拡散することができるように連続多孔性を有してよい。この実施態様では、流体は、触媒の周りではなく触媒を通って流れる。一実施態様では、触媒の断面積は、プロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルの断面積の約１から約９９％、一実施態様では約１０から約９５％を占めてよい。触媒は、ＢＥＴ法で測定したとき約０．５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約２ｍ２／ｇより大きな表面積を有してよい。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、多孔質担体、多孔質担体上の界面層、および界面層上の触媒材料を含んでよい。界面層は、担体上に溶液析出させてよく、あるいは化学蒸着法または物理蒸着法によって析出させてよい。一実施態様では、触媒は、多孔質担体、緩衝層、界面層および触媒材料を有する。上述の層のどれも連続であってよく、あるいはスポットまたはドットの形、あるいは隙間または孔を有する層の形のように不連続であってよい。多孔質担体は、水銀ポロシメトリーで測定して少なくとも約５％の多孔率、および約１から約１０００ミクロンの平均細孔サイズ（細孔直径の総和を細孔の数で除した商）を有してよい。多孔質担体は、多孔質セラミックまたは金属発泡体であってよい。用いてよい他の多孔質担体は、炭化物、窒化物および複合材料を含む。多孔質担体は、約３０％から約９９％、一実施態様では約６０％から約９８％の多孔率を有してよい。多孔質担体は、発泡体、フェルト、詰め物、またはそれらの組み合わせの形であってよい。金属発泡体の開放小胞は、インチあたり約２０細孔（ｐｐｉ）から約３０００ｐｐｉ、一実施態様では約２０から約１０００ｐｐｉ、一実施態様では約４０から約１２０ｐｐｉの範囲内であってよい。用語「ｐｐｉ」は、インチあたりの細孔の最大数を指す（等方性物質中では測定の方向は無関係であるが、異方性物質中では細孔数が最大になる方向で測定を行う）。
存在するとき、緩衝層は、多孔質担体および界面層の両方と異なる組成および／または密度を有してよく、一実施態様では、多孔質担体の熱膨張係数と界面層の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有してよい。緩衝層は、金属酸化物または金属炭化物であってよい。緩衝層は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２またはそれらの組み合わせを含んでよい。Ａｌ２Ｏ３は、α−Ａｌ２Ｏ３、γ−Ａｌ２Ｏ３またはそれらの組み合わせであってよい。緩衝層は、組成の異なる２つ以上の副層で形成させてよい。例えば、多孔質担体が金属、例えばステンレス鋼発泡体のとき、組成の異なる２つの副層で形成させた緩衝層を用いてよい。第１の副層（多孔質担体と接触する）はＴｉＯ２であってよい。第２の副層はＴｉＯ２の上に配置したα−Ａｌ２Ｏ３であってよい。一実施態様では、α−Ａｌ２Ｏ３副層は、下にある金属表面の保護を提供する高密度層である。次に、アルミナなどの密度の低くなった大表面積界面層を触媒活性層のための担体として析出させてよい。
多孔質担体は、界面層の熱膨張率と異なる熱膨張率を有してよい。そのような場合、２つの熱膨張率の間のつなぎとして緩衝層が必要なことがある。緩衝層の熱膨張率は、その組成を調節することによって調整し、多孔質担体および界面層の膨張率と適合する膨張率を得ることができる。緩衝層は、下にある担体の優れた保護を提供するために、開口部やピンホールをなくすべきである。緩衝層は、非多孔質であってよい。緩衝層は、多孔質担体の平均細孔サイズの半分未満の厚さを有してよい。緩衝層は、約０．０５から約１０μｍ、一実施態様では約０．０５から約５μｍの厚さを有してよい。
一実施態様では、緩衝層なしで適切な接着性および化学安定性を得ることができる。この実施態様では、緩衝層を省いてよい。
界面層は、窒化物、炭化物、硫化物、ハロゲン化物、金属酸化物、炭素、またはそれらの組み合わせを含んでよい。界面層は、高表面積を提供し、および／または担持触媒のための望ましい触媒−担体相互作用を提供する。界面層は、触媒担体として通常用いる任意の材料で構成してよい。界面層は、金属酸化物を含んでよい。用いてよい金属酸化物の例は、α−Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、酸化タングステン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、ランタン系列元素酸化物（単数または複数）、ゼオライト（単数または複数）、およびそれらの組み合わせを含む。界面層は、上にそれ以上の触媒活性材料を析出させずに触媒活性層として働いてよい。界面層は、触媒的に活性な層と組み合わせて用いてよい。界面層は、２つ以上の組成的に異なる副層で形成させてよい。界面層は、多孔質担体の平均細孔サイズの半分未満の厚さを有してよい。界面層の厚さは、約０．５から約１００μｍ、一実施態様では約１から約５０ミクロンの範囲内であってよい。界面層は、結晶質または非晶質のどちらであってもよい。界面層は、少なくとも約１ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有してよい。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、界面層の上に析出させてよい。あるいは、触媒物質は、界面層と同時に析出させてよい。触媒層は、界面層上に密に分散してよい。触媒層が界面層「の上に分散した」または「の上に析出した」とは、担体層（すなわち界面層）表面上に、担体層の中の裂け目の中に、および担体層の中の開口細孔の中に微視的な触媒粒子が分散されたという通常の理解を含む。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、プロセスマイクロチャネル内に配置した１つ以上のフィンのアセンブリ上に担持させてよい。図３３〜３５に例を示す。図３３を参照すると、フィンアセンブリ６３０は、プロセスマイクロチャネル６３８の基壁６３６の上にあるフィン担体６３４の上に取り付けられたフィン６３２を含む。フィン６３２は、フィン支持体６３４からプロセスマイクロチャネル６３８の内部へ突き出ている。フィン６３２は、プロセスマイクロチャネル６３８の上部壁６４０の内部表面に伸び、接触してよい。フィン６３２の間のフィンチャネル６４２は、反応体および生成物がプロセスマイクロチャネル６３８を通ってその長さと平行に流れるための通路を提供する。フィン６３２のそれぞれは、その側面のそれぞれの上に外部表面を有する。外部表面は、触媒のための担体基材を提供する。反応体はフィンチャネル６４２を通って流れ、フィン６３２の外部表面上に担持された触媒と接触し、反応を行って生成物を形成する。図３４に例を示すフィンアセンブリ６３０ａは、フィン６３２ａがマイクロチャネル６３８の上部壁６４０の内部表面まで延在しない点を除けば、図３３に例を示したフィンアセンブリ６３０と同様である。図３５に例を示すフィンアセンブリ６３０ｂは、フィンアセンブリ６３０ｂの中のフィン６３２ｂが台形の形の断面を有する点を除けば、図３３に例を示したフィンアセンブリ６３０と同様である。フィンのそれぞれは、約０．０２ｍｍから最大でプロセスマイクロチャネル６３８の高さ、一実施態様では約０．０２から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍの範囲内の高さを有してよい。各フィンの幅は、約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲内であってよい。各フィンの長さは、最大でプロセスマイクロチャネル６３８の長さ、一実施態様では最大約１０ｍ、一実施態様では約０．５から約１０ｍ、一実施態様では約０．５から約６ｍ、一実施態様では約０．５から約３ｍの任意の長さであってよい。フィンのそれぞれの間の隙間は、任意の値であってよく、約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネル６３８の中のフィンの数は、プロセスマイクロチャネル６３８の幅のセンチメートルあたり約１から約５０のフィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３０のフィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約１０のフィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約５のフィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３のフィンの範囲内であってよい。フィンのそれぞれは、図３３または３４に例を示したように長方形または正方形、あるいは図３５に例を示したように台形の形の断面を有してよい。長さ方向から見られるとき、各フィンは、直線状またはテーパ状であってよく、あるいは蛇行構成を有してよい。フィンアセンブリは、プロセスマイクロチャネルが意図されている動作を可能にするのに十分な強さ、寸法安定性および熱移動特性を提供する任意の材料で作ってよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真ちゅう、任意の前述の金属の合金、重合体（例えば熱硬化樹脂）、セラミックス、ガラス、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。フィンアセンブリは、Ａｌ２Ｏ３形成材料またはＣｒ２Ｏ３形成材料で作ってよい。フィンアセンブリは、Ｆｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金、またはＮｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金で作ってよい。
ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、組成に傾斜のある、または熱伝導性の不活性材料によって傾斜を作った粒子床の形であってよい。熱伝導性の不活性材料は、活性な触媒と相互に分散してよい。用いてよい熱伝導性の不活性な材料の例は、ダイヤモンド粉体、炭化ケイ素、アルミニウム、アルミナ、銅、黒鉛および類似物を含む。触媒床の比率は、約１００重量％の活性触媒から約５０重量％未満の活性触媒の範囲内であってよい。触媒床の比率は、約１０％から約９０重量％、一実施態様では約２５％から約７５重量％の活性触媒の範囲内であってよい。代替実施態様では、熱伝導性の不活性材料は、触媒の中央または触媒粒子内に配備されてよい。活性触媒は、熱伝導性の不活性材料を含む複合体構造物の外側、内側または中間に析出させてよい。結果として得られる触媒複合体構造物は、プロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネルの中に配置したとき、少なくとも約０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、一実施態様では少なくとも約１Ｗ／ｍ／Ｋ、一実施態様では少なくとも約２Ｗ／ｍ／Ｋの有効熱伝導率を有してよい。
ＳＭＲ触媒床、フィッシャー・トロプシュ触媒床および／または燃焼触媒床は、プロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネルの中で局所的にしか傾斜がなくてよい。例えば、プロセスマイクロチャネルは、第１の反応区域および第２の反応区域を有する触媒床を含んでよい。触媒床の上部または底部（あるいは前部または後部）は、組成に傾斜があり、それによって第１または第２の反応区域の全部または一部において多くなった活性触媒または少なくなった活性触媒を使用してよい。１つの反応区域の中で低くなった組成は、単位体積あたり少なくなった熱を発生し、従って、ホットスポット、およびフィッシャー・トロプシュ反応におけるメタンなどの望ましくない副生成物の生産の可能性を低下させ得る。触媒は、第１および／または第２の反応区域の中で全体的にまたは部分的に不活性材料によって傾斜付けされてよい。第１の反応区域は触媒または不活性材料の第１の組成を含んでよく、第２の反応区域は触媒または不活性材料の第２の組成を含んでよい。
傾斜触媒床を提供するために、プロセスマイクロチャネルのさまざまな軸方向領域の中でさまざまな粒子サイズを用いてよい。例えば、第１の反応区域の中で非常に小さな粒子を用いてよく、一方第２の反応区域の中で大きくなった粒子を用いてよい。平均粒子直径は、プロセスマイクロチャネルの高さまたは隙間の半分より小さくてよい。非常に小さな粒子は、プロセスマイクロチャネルの高さまたは隙間の４分の１未満であってよい。大きな粒子ほどプロセスマイクロチャネルの単位長さあたり低い圧力降下の原因となり、触媒有効性を低下させ得る。触媒床の有効熱伝導率は、大きなサイズの粒子の場合ほど低くなる可能性がある。触媒床の全体にわたって改善された伝熱が求められる領域においてはより小さな粒子を用いてよく、あるいは、局所的な熱発生速度を低下させるために大きくなった粒子を用いてよい。
触媒のために必要な拡散通路を制限することによって、比較的短い接触時間、所望の生成物への高い選択率、および比較的低い触媒の不活性化速度を実現してよい。これは、触媒が金属発泡体などの加工された担体上、またはプロセスマイクロチャネルの壁の上の薄層の形であるとき、実現することができる。これは、増大した空間速度を可能にする。触媒の薄層は、化学蒸着法を用いて作り出してよい。この薄層は、最大約１ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．１から約１ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．１から約０．５ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．２５ミクロンの厚さを有してよい。これらの薄層は、拡散路を短くすることによって、反応体が活性触媒構造内にある時間を短縮させることができる。これによって、反応体が触媒の活性部分の中で費やす時間を短くすることができる。結果は、生成物へ選択率の増加と、望ましくない副生物の低下とであってよい。この触媒配備モードの利点は、触媒の活性部分が不活性な熱伝導率の低いバインダの中に閉じ込められてしまう従来の触媒と異なり、活性な触媒の膜が加工構造体またはプロセスマイクロチャネルの壁と密接に接触している点である。これによってマイクロチャネル反応器の中で実現可能な高い熱移動速度に影響が及び、温度の密接な制御が可能になり得る。この結果、望ましくない副生物の生成を促進することなく増加した温度で動作し（反応速度が速くなる）、従って高くなった生産性および収率を生み出し、触媒寿命を長くする能力となり得る。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０および／またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の構成は、反応速度と調和するように調整してよい。プロセスマイクロチャネルの第１の反応区域の入口または上部の近くで、マイクロチャネルの高さまたは隙間は、プロセスマイクロチャネルの出口または底部の近くの第２の反応区域におけるより小さくてよい。あるいは、反応区域は、プロセスマイクロチャネルの長さの半分未満であってよい。例えば、プロセスマイクロチャネルの長さの最初の２５％、５０％、７５％または９０％で、第１の反応区域のための第１のプロセスマイクロチャネル高さまたは隙間を用いてよいが、第１の反応区域から下流にある第２の反応区域では大きくなった第２の高さまたは隙間を用いてよい。この構成は、フィッシャー・トロプシュ合成反応を行うために適したものとすることができる。プロセスマイクロチャネル高さまたは隙間の他のグラデーションを用いてよい。例えば、マイクロチャネルの入口の近くで第１の高さまたは隙間を用いる第１の反応区域を提供してよく、第１の反応区域の下流で第２の高さまたは隙間を用いる第２の反応区域を提供してよく、マイクロチャネルの出口の近くで第３の高さまたは隙間を用いる第３の反応区域を提供してよい。第１および第３の高さまたは隙間は、同じであっても異なっていてもよい。第１および第３の高さまたは隙間は第２の高さまたは隙間より大きくても小さくてもよい。第３の高さまたは隙間は第２の高さまたは隙間より小さくても大きくてもよい。第２の高さまたは隙間は第３の高さまたは隙間より大きくても小さくてもよい。
一実施態様では、ＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒は、プロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルを通し、触媒と接触させて再生用流体を流すことによって再生させてよい。再生用流体は、水素流または希釈水素流を含んでよい。希釈媒は、窒素、アルゴン、ヘリウム、メタン、二酸化炭素、水蒸気、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。再生用流体の温度は、約５０から約４００℃、一実施態様では約２００から約３５０℃であってよい。この再生工程の間のチャネル内の圧力は、約１から約４０気圧、一実施態様では約１から約２０気圧、一実施態様では約１から約５気圧の範囲内であってよい。チャネルの中の再生用流体の滞留時間は、約０．０１から約１０００秒、一実施態様では約０．１秒から約１００秒の範囲内であってよい。
触媒がフィッシャー・トロプシュ触媒であるとき、反応体組成物の中のＣＯに対するＨ２のモル比を少なくとも約２．５：１、一実施態様では少なくとも約３：１に増加させること、結果として得られる調節された原料構成物を約１５０℃から約３００℃の範囲内、一実施態様では約１８０℃から約２５０℃の範囲内の温度で約０．１から約１００時間の範囲内、一実施態様では約０．５から約２０時間の範囲内の時間、触媒と接触させてプロセスマイクロチャネルを通して流し、再生された触媒を準備することによって、触媒を再生してよい。原料組成は、水素を除くすべての原料気体の流れを遮断し、水素を触媒と接触させてプロセスマイクロチャネルを通して流すことによって調節してよい。Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物の場合に用いるのと同じ接触時間を提供するようにＨ２の流れを増加させてよい。調節された原料組成物はＨ２を含んでよく、ＣＯがないことを特徴とする。触媒が再生されたら、再生された触媒をＨ２とＣＯとを含む元の反応体組成物と接触させることによってフィッシャー・トロプシュプロセスを続けてよい。
一実施態様では、ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルは、バルク流路を有することを特徴としてよい。用語「バルク流路」は、プロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネル内の開放通路（連続するバルク流れ領域）を指す。連続するバルク流れ領域は、大きな圧力降下なくチャネルを通る迅速な流体の流れを可能にする。一実施態様では、バルク流れ領域の中の流体の流れは層流である。各プロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネル内のバルク流れ領域は、約０．０５から約１０，０００ｍｍ２、一実施態様では約０．０５から約５０００ｍｍ２、一実施態様では約０．１から約２５００ｍｍ２の断面積を有してよい。バルク流れ領域は、プロセスマイクロチャネルまたは燃焼チャネルの断面の約５％から約９５％、一実施態様では約３０％から約８０％を含んでよい。
反応体とＳＭＲ触媒、フィッシャー・トロプシュ触媒および／または燃焼触媒との接触時間は、最大約２０００ミリ秒（ｍｓ）、および約１０から約２０００ｍｓの範囲内、一実施態様では約１０ｍｓから約１０００ｍｓ、一実施態様では約２０ｍｓから約５００ｍｓの範囲内であってよい。一実施態様では接触時間は最大約３００ｍｓ、一実施態様では約２０から約３００ｍｓ、一実施態様では約５０から約１５０ｍｓ、一実施態様では約７５から約１２５ｍｓの範囲、一実施態様では約１００ｍｓであってよい。一実施態様では接触時間は最大約１００ｍｓ、一実施態様では約１０から約１００ｍｓであってよい。
ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび／または燃焼チャネルの中の流体の流れの空間速度（または気体毎時空間速度（ＧＨＳＶ））は、少なくとも約１０００ｈｒ−１（原料のノルマルリットル／時／プロセスマイクロチャネル内の体積のリットル）または少なくとも約８００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（時間）であってよい。空間速度は、約１０００から約１，０００，０００ｈｒ−１、または約８００から約８００，０００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）の範囲内であってよい。一実施態様では、空間速度は、約１０，０００から約１００，０００ｈｒ−１、または約８，０００から約８０，０００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）の範囲内であってよい。
流体がＳＭＲプロセスマイクロチャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび／または段階添加チャネルの中を流れるときの圧力降下は、チャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧（ａｔｍ／ｍ）、一実施態様では最大約５ａｔｍ／ｍ、一実施態様では最大約３ａｔｍ／ｍの範囲内であってよい。
ＳＭＲプロセスマイクロチャネル、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル、燃焼チャネルおよび／または段階添加チャネルの中の流体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一実施態様では約１００から約２０００の範囲内であってよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の熱交換チャネルに入る熱交換流体は、約１００℃から約４００℃、一実施態様では約２００℃から約３００℃の温度であってよい。熱交換チャネルから出る熱交換流体は、約１５０℃から約４５０℃、一実施態様では約２００℃から約３５０℃の範囲の温度であってよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の滞留時間は、約１から約２０００ｍｓ、一実施態様では約１０から約５００ｍｓの範囲であってよい。熱交換流体が熱交換チャネルを通って流れるときの圧力降下は、最大約１０気圧／ｍ、一実施態様では約１から約１０気圧／ｍ、一実施態様では約２から約５気圧／ｍの範囲であってよい。熱交換流体は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一実施態様では約１００から約２０００であってよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中の熱交換チャネルの中で用いられる熱交換流体は、フィッシャー・トロプシュ発熱反応を冷却するのに適する任意の熱交換流体であってよい。これらは、空気、水蒸気、液体水、気体窒素、不活性気体を含むその他の気体、一酸化炭素、鉱油などの油、およびダウ−ユニオン・カーバイド（Ｄｏｗ−Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）から入手可能なダウサームＡ（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ Ａ）およびサーミノール（Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ）などの熱交換流体を含んでよい。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中で用いられる熱交換チャネルは、吸熱プロセスが行われるプロセスチャネルを含んでよい。これらの熱交換プロセスチャネルは、マイクロチャネルであってよい。熱交換チャネルの中で実行してよい吸熱プロセスの例は、水蒸気改質反応および脱水素反応を含む。約２００℃から約３００℃の範囲内の温度で起こるアルコールの水蒸気改質は、用いてよい吸熱プロセスの例である。改善された吸熱源を提供する同時吸熱反応の組み込みによって、対流冷却熱流束より大体一桁大きな典型的な熱流束が可能になる。
熱交換流体は、フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の熱交換チャネルの中を流れるとき部分相変化または全体相変化を受けてよい。この相変化が、対流冷却によって提供されるものに加えてプロセスマイクロチャネルからの追加の除熱を提供してよい。蒸発する液体熱交換流体の場合、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから移動する追加の熱は、熱交換流体によって要求される蒸発潜熱からの結果として生じてよい。そのような相変化の例は、図２〜９に示されているように水蒸気に変換される水であってよい。一実施態様では熱交換流体の約５０重量％が蒸発してよく、一実施態様では約３５重量％が蒸発してよく、一実施態様では約２０重量％が蒸発してよく、一実施態様では約１０重量％が蒸発してよい。一実施態様では、約１０重量％から約５０重量％が蒸発してよい。
ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０およびフィッシャー・トロプシュ反応器１５０および１７０の中の熱交換の熱流束は、マイクロチャネル反応器の中の１つ以上のプロセスマイクロチャネルの表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワット（Ｗ／ｃｍ２）、一実施態様では約０．１から約２５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１２５Ｗ／ｃｍ２の範囲内であってよい。マイクロチャネル反応器の中の対流熱交換の熱流束は、約０．０１から約２５０Ｗ／ｃｍ２の範囲内、一実施態様では約０．１から約５０Ｗ／ｃｍ２の範囲内、一実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２であってよい。熱交換流体の相変化および／または、発熱反応もしくは吸熱反応の熱流束は、約０．０１から約５００Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約２５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲内であってよい。
一実施態様では、ＳＭＲ反応プロセスおよびフィッシャー・トロプシュ反応プロセス時の熱交換の制御は、そのような追加の冷却および／または加熱がより高い活性化エネルギーを有する望ましくない併発反応由来の望ましくない副生物の生成を低減させるかまたはなくすことがあるという事実によって、所望の生成物への選択性を制御するために有利になることがある。
フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０の中の各個別熱交換チャネル内の圧力を、受動構造体（例えば妨害物）、オリフィスおよび／または熱交換チャネルの上流またはチャネルの中の機構を用いて制御してよい。各熱交換マイクロチャネル内の圧力を制御することによって、各熱交換マイクロチャネル内の温度を制御することができる。受動構造体、オリフィスおよび／または機構が圧力を所望の圧力に低下させる場合、各熱交換流体について高くなった入口圧力を用いてよい。各熱交換チャネル内の温度を制御することによって、フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネル中の温度を制御することができる。従って、例えば、各フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネルに隣接するかまたは熱接触する熱交換チャネルの中で特定の圧力を使用することによって、所望の温度で動作させることができる。これは、各フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルのために精密に制御された温度の利点を提供する。各フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルのために精密に制御された温度を用いると、調整された温度プロフィルおよびプロセスのためのエネルギー必要量の全体的な低減の利点を提供する。
スケールアップデバイスにおいて、ある種の用途の場合、プロセス流体の質量をマイクロチャネルの中に均一に分布させることが必要になることがある。そのような用途は、プロセス流体が隣接する熱交換チャネルによって加熱されるかまたは冷却されることが必要になるときであってよい。平行なマイクロチャネルから別のマイクロチャネルへと断面積を変化させることによって均一な質量の流れの分布を得ることができる。質量の流れの分布の均一性は、下記に示す品質指数因子（Ｑ−因子）によって定義してよい。０％のＱ因子は、絶対的な一様分布を意味する。
Figure 2010516843
 断面積の変化が、結果として壁の上のせん断応力の差となり得る。一実施態様では、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０および／またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および／または１７０のＱ−因子は約５０％未満、一実施態様では約２０％未満、一実施態様では約５％未満、一実施態様では約１％未満であってよい。
ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の空塔速度は、少なくとも毎秒約０．０１メートル（ｍ／ｓ）、一実施態様では少なくとも約０．１ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０１から約１００ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．０１から約１ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．１から約１０ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約１から約１００ ｍ／ｓの範囲内であってよい。
ＳＭＲおよび／またはフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中を流れる流体の自由流速度は、少なくとも約０．００１ｍ／ｓ、一実施態様では少なくとも約０．０１ｍ／ｓ、一実施態様では約０．００１から約２００ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．０１から約１００ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．０１から約２００ｍ／ｓの範囲内であってよい。
一実施態様では、Ｈ２分離装置１４０、Ｈ２分離装置１９０および／またはＮ２分離装置１９５の中の分離を実現するために温度スイング吸着法（ＴＳＡ）または圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）を用いてよい。図２８を参照すると、ＴＳＡまたはＰＳＡプロセスは、マイクロチャネル分離装置コア６０２、プロセスヘッダ６０４、プロセスフッタ６０６、熱交換ヘッダ６０８および熱交換フッタ６１０を含むマイクロチャネル分離装置６００を用いて行ってよい。マイクロチャネル分離装置コア６０２は、複数のプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含む。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。プロセスマイクロチャネル内に収着媒が含まれる。プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは、互いに重ね合わされるかまたは横並びに層状に整列してよい。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルの各層は、２層の熱交換チャネルの間に配置され、熱交換チャネルの層の一方は加熱のために用いられ、熱交換チャネルの他方の層は冷却のために用いられる。プロセスヘッダ６０４は、流体が一様なまたは実質的に一様なプロセスマイクロチャネルへの流れの分布でプロセスマイクロチャネルの中へ流れるための通路を提供する。プロセスフッタ６０６は、流体が比較的高い流れの速度で迅速にプロセスマイクロチャネル６０４から流れるための通路を提供する。熱交換流体が矢印６１６で示すように熱交換ヘッダ６０８の中へ流れ、熱交換ヘッダ６０８からマイクロチャネル分離装置コア６０２の中の熱交換チャネルを通って熱交換フッタ６１０に流れ、方向矢印６１８で示すように熱交換フッタ６１０から流れる。熱交換流体は、プロセスマイクロチャネルを加熱し、冷却するために用いてよい。Ｈ２またはＮ２を含む流体混合物が矢印６１２で示すようにマイクロチャネル分離装置６００の中に流れ、プロセスヘッダ６０４を通った後、マイクロチャネル分離装置コア６０２の中のプロセスマイクロチャネルの中に流れ、そこで収着媒体と接触する。流体混合物は、Ｈ２またはＮ２の少なくとも一部が収着されるかまたは流体混合物の残りの部分が収着媒体によって収着されるまで収着媒体と接触してプロセスマイクロチャネルの中に保持される。次に、流体混合物の非収着部分は、プロセスマイクロチャネルから、矢印６０７で示すようにマイクロチャネル分離装置６００から取り出される。次に、収着された材料の収着媒体からの脱着を提供するために、ＴＳＡプロセスの場合にはプロセスマイクロチャネル内の温度、またはＰＳＡプロセスの場合には圧力を変化させる。次に、脱着された材料を、矢印６０７で示すようにプロセスマイクロチャネルから、マイクロチャネル分離装置６００から取り出す。
図２９に例を示すＴＳＡまたはＰＳＡプロセスは、並行に動作する２つのマイクロチャネル分離装置６００および６３０の使用を含む。この配置は、マイクロチャネル分離装置６３０の中で脱着工程を行っている間にマイクロチャネル分離装置６００の中で収着工程を行ってよく、その反対であってもよい逐次的な動作を可能にする。マイクロチャネル分離装置６００は、図２８を参照して上記で説明したものと同じである。マイクロチャネル分離装置６３０は、マイクロチャネル分離装置６００と構造および動作が同じであるかまたは類似している。マイクロチャネル分離装置６３０は、マイクロチャネル分離装置コア６３２、プロセスヘッダ６３４、プロセスフッタ６３６、熱交換ヘッダ６３８および熱交換フッタ６４０を含む。マイクロチャネル分離装置コア６３２は、複数のプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含む。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。プロセスマイクロチャネルの内部に収着媒体を含む。プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは、互いに重ね合わされるかまたは横並びに層状に整列してよい。矢印６４６で示すように熱交換流体が熱交換ヘッダ６３８の中に流れ、熱交換ヘッダ６３８からマイクロチャネル分離装置コア６３２の中の熱交換チャネルを通って熱交換フッタ６４０へ流れ、矢印６４８で示すように熱交換フッタ６４０から流れ出る。矢印６１２および６４２で示すようにライン６１１からＨ２またはＮ２を含む流体混合物がマイクロチャネル分離装置６００および６３０の中に流れる。流体混合物は、上記で考察したようにマイクロチャネル分離装置６００の中で処理される。流体混合物は、プロセスヘッダ６３４を通ってマイクロチャネル分離装置６３０の中を流れ、次に、マイクロチャネル分離装置コア６３２の中のプロセスマイクロチャネルの中に流れ、そこで収着媒体と接触する。流体混合物は、Ｈ２またはＮ２のどちらかの少なくとも一部が収着されるまでまたは流体混合物の残りの部分が収着媒体によって収着されるまで収着媒体と接触してプロセスマイクロチャネルの中に保持される。次に、流体混合物の非収着部分を矢印６３７で示したようにマイクロチャネル分離装置６３０から取り出す。次に、収着された物資の収着媒体からの脱着を提供するために、ＴＳＡプロセスの場合にはプロセスマイクロチャネルの中の温度、ＰＳＡプロセスの場合には圧力を変化させる。次に、脱着された物質を、矢印６３７で示したようにマイクロチャネル分離装置６３０から取り出す。
参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６，５０８，８６２号および第６，６５２，６２７号、ならびに米国特許出願公開第２００５／００４５０３０号に、上記の分離に用いてよいマイクロチャネル技術を使用するＴＳＡおよびＰＳＡプロセスが開示されている。
一実施態様では、Ｈ２分離装置１４０、Ｈ２分離装置１９０および／またはＮ２分離装置１９５の中の分離を実現するために膜を用いてよい。このプロセスは、処理される流の中のＨ２またはＮ２と成分の残部との間の透過速度の差異にもとづく。透過は、２つの逐次的な機構を含む。すなわち、気相成分は最初に膜の中に溶解し、次に膜を通って透過物側へ拡散しなければならない。異なる成分は、異なる溶解性および透過速度を有する。前者は、主として膜の化学的な組成に依存し、後者は膜の構造に依存する。気体は、高い溶解性、高い拡散係数、または両者によって高い透過速度を有することができる。絶対透過速度は、膜の種類に依存して変化してよい。溶解および拡散の両方のための推進力は、原料側と透過物側との間の膜をはさんだ分圧差である。透過性を有する成分の欠乏によってより低い透過性を有する気体が膜の非透過物の側に濃縮される一方で、より高い透過性を有する気体を膜の透過物側に濃縮することができる。膜を通って透過する気体の最初の部分は、主として最も高い透過性を有する成分からなってよい。原料気体のより大きな比率が透過することが可能になるので、透過物流の中のより低い透過性を有する成分の相対量の増加が起こり得る。従って、Ｈ２またはＮ２分離の場合、高い純度のＨ２またはＮ２ほど低い回収率につながり、低い純度のＨ２またはＮ２ほど高い回収率につながり得る。高いＨ２またはＮ２の回収率ほど、多くの膜面積が準備されることを必要とし得る。一定の原料組成およびシステム圧力レベル下で必要とされる膜面積は、Ｈ２またはＮ２回収率の高いレベルでは指数関数的に増加し得る。特定の膜システムの性能、すなわち所定の流体流に関する生成物純度に対する回収率の関係は、透過物に対する原料の比に依存し、絶対圧レベルにはあまり依存しないことがある。しかし、面積要件は、原料圧力に逆比例し得る。従って、必要とされる圧力の比を実現するために、透過流が小さくなったとしても、透過物でなく、処理される気体流を圧縮することが望ましいことがある。
Ｈ２またはＮ２分離のために有用になり得る２種類の膜がある。すなわち非対称膜および複合膜である。非対称膜は、２つの単一重合体の層で構成することができる。分離を実行する高密度の層と、機械的支持を提供することが役目のマイクロ多孔質基板層とがある。複合膜は、２つの異なる重合体を有し、支持重合体の上に分離重合体が被覆される。これによって機械的特性の如何によらず透過特性にもとづく分離重合体の選択が可能になる。さらに、比較的少量の分離重合体しか必要でないことがある。従って、入手しやすさが限られている高価な重合体を用いてよい。膜は、中空繊維または平らなシートとして製造してよい。どちらの種類の膜もモジュールとしてパッケージ化してよい。中空繊維膜システムは、所定の数のモジュールの中により大きな表面積をパッケージすることができる利点を有し得る。
一実施態様では、テールガスから炭素成分を選択的にリサイクルするＴＳＡ、ＰＳＡ、膜、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いると、テールガスリサイクルへの炭素選択率が６０％の場合に、プロセスの炭素効率が約１０％増加し得る。炭素効率は、約４０％から約８０％への炭素選択率に対応して約６％から約１３％に増加し得る。ＣＯ２放出を最小限にするために選択的炭素リサイクルを用いてよい。
一実施態様では、ＴＳＡマイクロチャネル分離装置を加熱し、および／または冷却するために、ＳＭＲマイクロチャネル反応器１３０および／またはフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および／または１７０からのプロセス流および／または熱交換流を用いてよい。
ケムキャド（Ｃｈｅｍ ＣＡＤ）を用いるプロセスシミュレーションを実行する。プロセスは、炭素豊富テールガスから（図８のライン１１６）のＮ２およびＨ２排除を両方とも用いる点を除けば、図８に例を示したものと同じである。ＳＭＲマイクロチャネル反応器は、９００℃の温度および１６．５バールの圧力で動作させる。炭素に対する水蒸気のモル比は１．６であり、メタンの反応率は８０．６％である。フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器１５０および１７０は、それぞれ２３０℃の温度および７０％のＣＯ反応率で動作させる。結果を表１に提示する。表１において、流１９６は、テールガスからのＮ２排除を指す（図９のライン１９６参照）。
Figure 2010516843
本実施例は、リサイクルしたテールガス流からＮ２およびＨ２を排除するとき、約９０％の炭素利用率を実現することができることを示す。これは、リサイクルしたテールガスからのＮ２およびＨ２の排除を使用しないときに観測される約７８〜８０％の炭素利用率と比較される。これらの数字の両方が、通常の（すなわち非マイクロチャネル）気体から液体へのプロセスの場合に報告されている約７０〜７２％の炭素利用率に対する顕著な改善を表す。
さまざまな実施態様と関連させて本発明を説明してきたが、本明細書を読めばそれらのさまざまな変更形が当業者には自明となり得ると理解するべきである。従って、本発明は、添付の請求項の範囲内に属し得るすべてのそのような変更形を含むものと理解するべきである。

Claims (47)

  1. （Ａ）ＳＭＲ原料をＳＭＲマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上のＳＭＲ触媒と接触させて第１の中間生成物を形成させ、前記ＳＭＲ原料はメタンおよび水蒸気を含み、前記第１の中間生成物はＣＯおよびＨ２を含み；前記ＳＭＲマイクロチャネル反応器は複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネルおよび複数の燃焼チャネルを含み；前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは前記１つ以上のＳＭＲ触媒を含み、前記メタンおよび水蒸気は前記プロセスマイクロチャネルの中の前記１つ以上のＳＭＲ触媒と接触し、前記Ｈ２の一部を前記第１の中間生成物から分離して第２の中間生成物を形成させ、前記第２の中間生成物はＣＯおよびＨ２を含み；前記燃焼チャネルは１つ以上の燃焼触媒を含み、前記分離されたＨ２は酸素または酸素源と一緒にされて燃焼反応混合物を形成し；前記燃焼反応混合物は前記１つ以上の燃焼触媒と接触し、燃焼反応を行い、熱および燃焼排気を発生し；前記燃焼チャネルから前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルへ熱を移動させる工程と、
    （Ｂ）前記第２の中間体生成物をフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含むフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は、複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含み；前記フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは前記１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、前記第２の中間生成物は前記フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の前記１つ以上のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；前記フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから前記熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程と
    を含むプロセス。
  2. 工程（Ｂ）において形成された前記フィッシャー・トロプシュ生成物は、ＣＯおよびＨ２を含む気体混合物をさらに含み、前記気体混合物は前記フィッシャー・トロプシュ生成物から分離され、前記分離された気体混合物は第３の中間生成物を含む請求項１に記載のプロセスであって、
    （Ｃ）前記第３の中間体生成物を前記第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中に流し、１つ以上の第２のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させて１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含む第２のフィッシャー・トロプシュ生成物を形成させ；前記第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は複数の第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の第２の熱交換チャネルを含み；前記第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは前記１つ以上の第２のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み、前記第３の中間生成物は前記第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の前記１つ以上の第２のフィッシャー・トロプシュ触媒と接触し；前記第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルから前記第２の熱交換チャネルの中の熱交換流体へ熱を移動させる工程
    をさらに含むプロセス。
  3. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスの少なくとも一部は前記天然ガス原料と一緒にされる、請求項１から２のいずれか１項に記載のプロセス。
  4. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でプロセス水が形成され、前記プロセス水の少なくとも一部は前記天然ガス原料と一緒にされる、請求項１から３のいずれか１項に記載のプロセス。
  5. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でプロセス水が形成され、前記天然ガス原料と一緒にされ、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスの少なくとも一部は前記天然ガス原料と一緒にされる、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセス。
  6. 前記天然ガス原料、プロセス水およびテールガスは飽和装置の中で一緒にされ、前記飽和装置は前記ＳＭＲマイクロチャネル反応器の上流にある、請求項５に記載のプロセス。
  7. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスの少なくとも一部は前記天然ガス原料と一緒にされる、請求項２から６のいずれか１項に記載のプロセス。
  8. 前記ＳＭＲ原料は、１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含み、前記プロセスは、前記ＳＭＲ原料および水蒸気を予備改質装置の中に流して前記ＳＭＲ原料中の前記分子量の高くなった炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換する工程をさらに含み、前記予備改質装置は前記ＳＭＲマイクロチャネル反応器の上流にある、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセス。
  9. 前記ＳＭＲ原料は、１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含み、前記プロセスは、前記ＳＭＲ原料および水蒸気を予備改質装置の中に流して前記ＳＭＲ原料中の前記分子量の高くなった炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換する工程をさらに含み、前記予備改質装置は前記ＳＭＲマイクロチャネル反応器と一体化され、前記燃焼チャネルからの熱によって加熱される、請求項１から８のいずれか１項に記載のプロセス。
  10. 前記ＳＭＲ原料は、１つ以上の分子量の高くなった炭化水素を含み、前記プロセスは、前記ＳＭＲ原料および水蒸気を前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの中に前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第１の部分の中の第１の温度で流して前記ＳＭＲ原料の中の前記分子量の高くなった炭化水素の少なくとも一部をメタンに変換し、前記結果として得られた生成物はメタンを含む改変されたＳＭＲ原料を含み、前記改変されたＳＭＲ原料を前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルの第２の部分の中に第２の温度で流して前記改変されたＳＭＲ原料を前記第１の中間生成物に変換する工程をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のプロセス。
  11. 前記燃焼チャネルに隣接して段階添加チャネルが配置され、酸素の前記酸素源は前記段階添加チャネルを通って前記燃焼チャネルの中へ流れる、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセス。
  12. 前記燃焼排気は蒸気および液体を含み、前記蒸気は蒸気−液体分離装置の中で前記液体から分離され、前記液体は水を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載のプロセス。
  13. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスはＨ２、ＣＯ、ＣＯ２および１つ以上の炭化水素を含み、前記テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスおよびＨ２豊富テールガスを提供し、前記炭素豊富テールガスは前記天然ガス原料と一緒にされ、前記Ｈ２豊富テールガスは燃料として用いられる、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセス。
  14. 前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスはＮ２を含み、前記テールガスは窒素分離装置を通って流れ、そこで前記テールガスからＮ２が分離される、請求項１から１３のいずれか１項に記載のプロセス。
  15. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスはＨ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２および１つ以上の炭化水素を含み、前記テールガスはＨ２分離装置を通って流れて炭素豊富テールガスおよびＨ２豊富テールガスを提供し、前記炭素豊富テールガスはＮ２を含み、前記炭素豊富テールガスは窒素分離装置を通って流れ、そこで前記炭素豊富テールガスからＮ２が分離され、前記炭素豊富テールガスは前記天然ガス原料と一緒にされ、前記Ｈ２豊富テールガスは燃料として用いられる、請求項１から１４のいずれか１項に記載のプロセス。
  16. 前記第２のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の前記圧力は、前記フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルの中の前記圧力と異なる、請求項２から１５のいずれか１項に記載のプロセス。
  17. 前記第２の中間生成物は、工程（Ｂ）の前に圧縮される、請求項１から１６のいずれか１項に記載のプロセス。
  18. 前記ＳＭＲ原料は天然ガス原料から誘導され、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器の中でテールガスが形成され、前記テールガスの少なくとも一部は前記天然ガス原料と一緒にされ、前記テールガスの前記少なくとも一部は前記天然ガス原料と一緒にされる前に圧縮される、請求項１から１７のいずれか１項に記載のプロセス。
  19. 前記熱交換チャネルの中の前記熱交換流体は、前記熱交換チャネルの中で少なくとも部分的に蒸発する、請求項１から１８のいずれか１項に記載のプロセス。
  20. 前記フィッシャー・トロプシュ生成物は、約５から約１００の炭素原子の１つ以上のパラフィンおよび／または１つ以上のオレフィンを含む、請求項１から１９のいずれか１項に記載のプロセス。
  21. 前記フィッシャー・トロプシュ生成物はオレフィンおよびパラフィンを含み、パラフィンに対するオレフィンの前記比は約０．０１から約０．８の範囲内である、請求項１から２０のいずれか１項に記載のプロセス。
  22. 前記フィッシャー・トロプシュ生成物は、水素化分解法、水素化異性化法または脱ロウ法を用いてさらに処理される、請求項１から２１のいずれか１項に記載のプロセス。
  23. 前記ＳＭＲ原料の前記形成において天然ガスが用いられ、前記天然ガスの中の炭素に対する前記フィッシャー・トロプシュ生成物の中の炭素の前記パーセントは、約５０から約７０％の範囲内である、請求項１から２２のいずれか１項に記載のプロセス。
  24. 前記ＳＭＲ原料の前記形成において天然ガスが用いられ、前記天然ガスの中の炭素に対する前記第１および第２のフィッシャー・トロプシュ生成物の中の炭素の前記合計パーセントは、少なくとも約７５％である、請求項２から２３のいずれか１項に記載のプロセス。
  25. 各ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは少なくとも１つの伝熱壁を有し、前記ＳＭＲマイクロチャネル反応器内の熱交換のための前記熱流束は、前記伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワットの範囲内である、請求項１から２４のいずれか１項に記載のプロセス。
  26. 各ＳＭＲプロセスマイクロチャネルは、前記温度が約１５０から約４００℃の範囲内にある第１の部分、および前記温度が約６００から約１０００℃の範囲内にある、第１の部分の下流にある第２の部分を有する、請求項１から２５のいずれか１項に記載のプロセス。
  27. 各フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルは少なくとも１つの伝熱壁を有し、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器内の熱交換のための前記熱流束は、前記伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワットの範囲内にある、請求項１から２６のいずれか１項に記載のプロセス。
  28. １つ以上の複数流式熱交換器が前記ＳＭＲ原料と第１の中間生成物との間、および前記燃焼反応混合物の前記Ｈ２および前記酸素または酸素源と前記燃焼排気との間の熱交換を提供する、請求項１から２７のいずれか１項に記載のプロセス。
  29. 温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせを用いて前記第１の中間生成物からＨ２が分離される、請求項１から２８のいずれか１項に記載のプロセス。
  30. 前記炭素豊富テールガスを前記Ｈ２豊富テールガスから分離するために温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせが用いられる、請求項１３に記載のプロセス。
  31. 前記Ｎ２を前記テールガスから分離するために温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせが用いられる、請求項１４記載のプロセス。
  32. 前記テールガスからＨ２を分離するためおよび前記炭素豊富テールガスからＮ２を分離するために温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法、膜法、またはそれらの２つ以上の組み合わせが用いられる、請求項１５に記載のプロセス。
  33. 前記ＳＭＲ触媒は、Ｌａ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｗ、および／またはそれらの酸化物、またはそれらの２つ以上の混合物を含む、請求項１から３２のいずれか１項に記載のプロセス。
  34. 前記ＳＭＲ触媒は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、またはそれらの２つ以上の混合物をさらに含む、請求項３３に記載のプロセス。
  35. 前記燃焼触媒は、Ｐｄ、Ｐｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｃｕ、および／またはそれらの酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含む、請求項１から３４のいずれか１項に記載のプロセス。
  36. 前記燃焼触媒は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、またはそれらの２つ以上の混合物をさらに含む、請求項３５に記載のプロセス。
  37. 前記フィッシャー・トロプシュ触媒は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、および／またはそれらの酸化物の１つ以上、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含む、請求項１から３６のいずれか１項に記載のプロセス。
  38. 前記フィッシャー・トロプシュ触媒は、周期律表のＩＡ族、ＩＩＡ族、ＩＩＩＢ族またはＩＩＢ族からの１つ以上の金属および／またはそれらの酸化物、ランタニド金属および／またはその酸化物、アクチニド金属および／またはその酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含む、請求項１から３７のいずれか１項に記載のプロセス。
  39. 前記ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、固体粒子の前記形である、請求項１から３８のいずれか１項に記載のプロセス。
  40. 前記ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、前記チャネルの内壁上に被覆されるか、前記チャネルの内壁上に成長するか、またはフィン構造体上に被覆される、請求項１から３９のいずれか１項に記載のプロセス。
  41. 前記ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、側流構成、貫流構成または蛇行構成を有する担持構造体上に担持されている、請求項１から４０のいずれか１項に記載のプロセス。
  42. 前記ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、発泡体、フェルト、詰め物、フィン、またはそれらの２つ以上の組み合わせの前記構成を有する担持構造体上に担持されている、請求項１から４１のいずれか１項に記載のプロセス。
  43. 前記ＳＭＲ触媒、燃焼触媒および／またはフィッシャー・トロプシュ触媒は、少なくとも１つのフィンを含むフィンアセンブリの前記形の担持構造体上に担持されている、請求項１から４２のいずれか１項に記載のプロセス。
  44. 前記フィッシャー・トロプシュ生成物および／または第２のフィッシャー・トロプシュ生成物は、前記フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器および／または第２のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器と直列に動作している水素化分解装置の中で水素化分解される、請求項１から４３のいずれか１項に記載のプロセス。
  45. ＳＭＲ槽の中に配置された複数のＳＭＲマイクロチャネル反応器を含む装置であって、各ＳＭＲマイクロチャネル反応器は、複数のＳＭＲプロセスマイクロチャネル、複数の燃焼チャネルおよび複数の段階添加チャネルを含み、各燃焼チャネルは、少なくとも１つの段階添加チャネルに隣接しており、
    前記ＳＭＲ槽は、ＳＭＲ原料を前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、前記ＳＭＲプロセスマイクロチャネルからＳＭＲ生成物を流すためのマニホルド、燃料を前記燃焼チャネルへ流すためのマニホルド、酸素または酸素源を前記段階添加チャネルに流すためのマニホルド、および前記燃焼チャネルから燃焼排気を流すためのマニホルドを備えている
    装置。
  46. フィッシャー・トロプシュ槽の中に配置された複数のフィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器を含む装置であって、各フィッシャー・トロプシュマイクロチャネル反応器は、複数のフィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルおよび複数の熱交換チャネルを含み、
    前記フィッシャー・トロプシュ槽は、フィッシャー・トロプシュ原料を前記フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルに流すためのマニホルド、前記フィッシャー・トロプシュプロセスマイクロチャネルからフィッシャー・トロプシュ生成物を流すためのマニホルド、熱交換流体を前記熱交換チャネルに流すためのマニホルドおよび前記熱交換チャネルから熱交換流体を流すためのマニホルドを備えている
    装置。
  47. 約５から約１００の炭素原子のオレフィンとパラフィンとの混合物を含み、パラフィンに対するオレフィンの前記モル比は約０．０１から約０．８の範囲内である組成物。
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