JP2012518528A - ガス反応システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
該当なし
本発明は、一般的にガス反応を介した所望の生成物の生成に関する。更に具体的には、本発明は、遠心分離を介したガス反応に関する。なおも更に具体的には、本発明は、触媒遠心分離を介したガス反応の向上に関する。
化学反応の速度及び範囲は、反応速度論及び熱力学の法則によって限定される。反応速度は、時間、温度及び圧力を含む多くのことによって決まる。触媒反応の場合、反応物の触媒との接触時間と、触媒が、更なる反応物に触媒作用を及ぼし得るようにするために、反応生成物が触媒表面から除去される時間の追加の律速因子がある。
本明細書で使用されるような、用語「反応遠心分離機」及び「触媒遠心分離機」は、本開示の装置に関連して使用される時、装置が、触媒機能性により遠心分離を統合するように構成されることを示すために使用される。
I.概説。所望の生成物を生成するために、ガス状成分を反応させるシステム及び方法が、本明細書に記載される。開示されたシステム及び方法は、触媒による遠心分離の統合を提供し、所望の生成物を生成するために気相反応を向上させる。多孔質触媒ロータに関して以下に記載されるが、応用において、遠心分離自体が、所望の反応を可能にするためには十分であり、かつかかる場合に、多孔質ロータは、触媒で作られないか、又は触媒を内部に含まなくても良いことが予想される。システム及び方法は、反応物が気相で提供でき(又は反応装置内でそれに変換され)、かつ/又は適切な触媒が利用できる、いかなる数の多種多様な反応にも応用できる。高剪断反応装置の回転の供給を介して磨耗触媒を含む非均質触媒を導入することは、反応装置部品の重度の磨耗を引き起こし得る。この開示のシステムは、実施態様において、キャビテーション条件が存在する可能性が高い地点に、触媒表面を置くことによって、供給の流れ内の磨耗触媒の必要性を取り除く、又は最小限に抑えることによってこれを克服する。
水素化脱窒素、水素化脱硫又は水素化脱酸素のための触媒ロータを含む触媒遠心分離機を含むシステムが、供給ガスを脱硫、脱窒素、及び/又は脱酸素するために使用できる。
実施態様において、触媒ロータは、改質触媒を含む。例えば、ロータは、メタン改質に有用な触媒、又は蒸気メタン改質に有用な触媒を含み得る。適切な触媒は、例えばニッケル銅触媒又はニッケルシリカ触媒であっても良い。かかる実施態様において、メタン及び二酸化炭素、又はメタン、二酸化炭素及び蒸気を含む供給ガスは、合成ガスを生成するために改質できる。
蒸気、メタン、及び二酸化炭素を含む供給ガスは、アルコール、アルデヒド又は他の所望の生成物を生成するために使用できる。沸点を超えた水(すなわち蒸気)の存在は、この及び他の反応に酸素及び水素を提供することに役立ち得る。
実施態様において、触媒遠心分離機の触媒ロータは、水素化触媒を含む。このようにして、開示されたシステム及び方法は、例えばアセチレンをエチレンに水素化、又はプロパジエンを他のオレフィン及び/又はパラフィンに水素化するために使用できる。アセチレン及びジエンは、エタン、プロパン及び高分子量の炭化水素のクラッキングで生成される望ましくない生成物である。芳香族化合物も、ナフタレンの高温クラッキングで生成される。これら芳香族化合物の幾つかは、開示されたシステム及び方法を介して酸化炭素に酸化、又は水素化できる。
世界的に、酢酸は、メタノールからカルボニル化によって生成される。すなわち、ルテニウムを主成分とする触媒を使用した、メタノールと、二酸化炭素である。(コバルトが使用される時、圧力は、約6000psiであるが、ルテニウム触媒に関して、圧力は1500psiに減少する。)実施態様において、本開示のシステム及び工程は、メタノール及び二酸化炭素の反応を介して酢酸を生成するために使用される。
二酸化炭素及び水素とのメタノールの反応によるエタノール生成も、現在開示されたシステム及び工程の使用の恩恵を受け得る。
更に高分子量の生成物を生成するためのオレフィン、ジエン、又は芳香族化合物とのメタンの反応。
糖類を生成するための水(蒸気)との二酸化炭素の反応。
オレフィン、並びに/又はジェット燃料、ケロシン、ガソリン及び/若しくはディーゼル燃料のような合成燃料に特有な更に高分子量の炭化水素を生成するためのアルコール、アルデヒド及び/又はケトンの反応。更に具体的な例は、触媒、SAPO−34を使用することによる、エチレン及びプロピレンのような低分子量オレフィンに変換されるメタノールである。H−ZSM−5及び適切な温度の使用、ガソリン及びディーゼル燃料は、メタノールから生成され得る。
メタンの部分酸化を行うことができ、かつ触媒及び反応条件に応じて、種々の生成物が、生成できる。主にエチレンが、メタンの酸化カップリングとして特許及び公開文献で参照される反応によって生成され得る。更に異なる一連の条件及び触媒で、メタノールが生成できる。
適切な触媒、並びに一連の反応温度、圧力、及び滞留時間の使用による、エチレン及び/又は酢酸を生成するための、エタンの部分酸化。
Claims (27)
- 回転軸に対して対称的に位置決めされ、かつ第1内部空間を囲む第1円筒形多孔質触媒ロータであって、第1触媒を含む第1円筒形多孔質触媒ロータと、
環状空間によって前記ロータと分離される外部ケーシングと、
回転軸の周りで前記ロータを回転させるように構成されたモータと、
供給流入管路と、
前記環状空間と流体接続された第1流出管路とを有する装置。 - 前記供給流入管路が、前記第1内部空間と流体接続される請求項1に記載の装置。
- 前記ロータが、実質的に管状である請求項1に記載の装置。
- 前記第1多孔質触媒ロータが、選択透過性材料から作られるか、又は当該選択透過性材料を有する請求項1に記載の装置。
- 前記選択透過性材料が、触媒により作られるか、含浸されるか、又はコーティングされる請求項4に記載の装置。
- 前記選択透過性材料が、焼結金属又はセラミックを有する請求項4に記載の装置。
- 前記供給流入管路が、前記第1内部空間に伸長する請求項2に記載の装置。
- 前記供給流入管路が、前記第1内部空間の鉛直方向に中央部に伸長する請求項7に記載の装置。
- 前記供給流入管路が、前記回転軸の近位の前記第1内部空間内の位置に伸長する請求項8に記載の装置。
- 前記第1多孔質触媒ロータが、4インチ(10.2cm)から12インチ(30.5cm)の範囲の直径を有する請求項1に記載の装置。
- 前記第1多孔質触媒ロータが、8インチ(20.3cm)から20インチ(50.8cm)の範囲の長さを有する請求項10に記載の装置。
- 前記モータが、少なくとも毎分7500回転までの前記ロータの回転数を提供することが可能である請求項1に記載の装置。
- 前記第1多孔質触媒ロータと同心であり、かつ第2内部空間を囲む第2多孔質触媒ロータを更に有し、当該第2多孔質触媒ロータは第2触媒を有する請求項1に記載の装置。
- 前記供給流入管路が、前記第1内部空間と流体接続される請求項13に記載の装置。
- 第2流出口を更に含み、第2流出管路が、前記第2内部空間と流体接続される請求項14に記載の装置。
- 前記第1触媒及び前記第2触媒が同一である請求項13に記載の装置。
- 前記第1触媒及び前記第2触媒が異なる請求項13に記載の装置。
- 請求項1に記載の複数の装置を含むシステム。
- 第1装置の多孔質触媒ロータが、第2装置の多孔質触媒ロータと異なる触媒機能性を有する請求項18に記載のシステム。
- ガス反応の生成物を生成する方法であって、
多孔質触媒ロータの流入口側から前記ロータに、少なくとも1種のガス反応物を有する供給ガスを通過させ、前記多孔質触媒ロータが、少なくとも1種のガス反応物に対して透過性であり、かつ第1反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は当該触媒を有すること、及び
前記ロータの前記流出口側から第1の所望の生成物を抽出することを有する方法。 - 回転軸の周りで前記多孔質触媒ロータを、ある回転数で回転させることを更に含む請求項20に記載の方法。
- 前記ロータが、円筒形である請求項20に記載の方法。
- 前記多孔質触媒ロータが、焼結金属又はセラミックを有する請求項20に記載の方法。
- 前記焼結金属又はセラミックが、触媒により作られるか、含浸されるか、又はコーティングされる請求項23に記載の方法。
- 第2多孔質触媒ロータの流入口側から前記第2多孔質触媒ロータに、所望の生成物を通過させることを更に有し、前記第2多孔質触媒ロータが、前記第1の所望の生成物に対して透過性であり、かつ第2の所望の反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は当該触媒を有する請求項20に記載の方法。
- 前記第1多孔質触媒ロータ及び前記第2多孔質触媒ロータが、単一の装置内に含まれる
請求項25に記載の方法。 - 前記第1多孔質触媒ロータ及び前記第2多孔質触媒ロータが、2つの別個の装置内に含まれる請求項26に記載の方法。
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