JP2021501686A - 触媒プロセスの特性評価のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、並列配置された２つ以上の反応ストランドを有する反応システムを含む、触媒プロセスの特性評価方法に関し、個々の反応ストランドは、直列接続された複数の反応チャンバまたは単一の反応チャンバを有する。ＣＰＣ法とも呼ばれる本方法では、各反応ストランドに反応物ストリームが供給される。反応ストランドに供給された反応物ストリームは、異なる反応ストランドの異なる数の処理段階に供される。反応ストランドから排出された生成物ストリームは、分析的特性評価に供され、特性評価で得られたデータは、ここで好ましくは、差の形成を含む相対的な用語で表される。ＣＰＣ法は、非常に汎用性の高いやり方で使用することができ、非常に高い精度を特徴とする。マスバランスは、±１０質量％以下の標準偏差を達成する。さらに、本発明は、ＣＰＣ法を実施するための装置、または複数のＣＰＣ法を同時に実施するための装置に関する。したがって、本発明は、高スループット研究の分野にも関する。

Description

本発明は、以下でＣＰＣ法と呼ばれる触媒プロセスの特性評価の多段階方法、好ましくは実験室法に関する。ＣＰＣ法は、触媒の開発、および、対象プロセスに特に適した触媒の特定に向けられている。ＣＰＣ法を使用することにより、実験室試験に基づいて、工業用統合プロセスを最適化することが可能となり、その結果、収率、生産性、および触媒の耐用年数を向上させることができる。さらに、ＣＰＣ法は、コンピュータアシストされた方法と組み合わせることができ、あるいは、高精度の実験データを提供するため、コンピュータアシストされたシミュレーションの改善に貢献することができることにも留意すべきである。本発明の方法は、並列に配置された少なくとも２つの反応ストランド（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｓｔｒａｎｄ）を有する少なくとも１つの反応システムを含む。少なくとも１つの反応ストランド、第１の反応ストランドは、２つ以上の反応チャンバの直列配置を含む。少なくとも１つのさらなる反応ストランドは、反応チャンバの直列配列を含み、反応チャンバの数は、第１の反応ストランドよりも少なくとも１つ少ない。好ましくは触媒で充填された反応システムにおける並列配置の反応チャンバは、反応物ストリーム（単数又は複数）と接触している。反応物ストリームは、物質の単相の気体または液体の流れであってもよいし、気体および／または液体の多相の組み合わせであってもよい。多段階方法の異なる処理段階に由来する反応システム内で生成された生成物ストリームは、分析的特性評価を受ける。本発明の方法が実施される装置は、好ましくは、反応システムの一群を備えている。このような実施形態では、本方法は、多数の反応システムで並行して実施することができる。このように、本発明の一態様は、好ましい実施形態において、及び反応器システムの並列化と併せて、ハイスループット研究の分野にも関する。本発明の装置および本発明の方法により、産業関連の処理条件下で複雑な触媒プロセスを研究することが可能であるため、本装置および方法は、大きな産業的に関心事である。

従来技術は、触媒プロセスまたは化学プロセスの研究のための多段式装置および方法を開示している。これらの一例は、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｆ．ＢａｕｍａｎらによるＰＣＴ出願 ＷＯ ２００８／０８０３６５ Ａ１であって、該出願は、不純物の割合が高い供給原料（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ）の触媒水素化および処理のための多段階反応管配置を記載している。比較的不揮発性の供給原料の処理との組合せで、供給原料の段階的品質向上を実施するためには、多段階処理および異なる触媒の使用は重要である。

ＰＴＱ Ｍａｇａｚｉｎｅ ２０１５年第１四半期号（１２１〜１２７頁）「水素化分解と水素化処理の触媒試験（Ｃａｔａｌｙｓｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｈｙｄｒｏｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｔｒｅａｔｉｎｇ）」と題された論文の中において、Ｊｏｃｈｅｎ Ｂｅｒｇらは、高スループット装置を用いて、産業関連の条件下での水素化処理に関する研究の性能を説明している。また、この論文では、個々の管状反応器の中に積層配置で導入された触媒で、同一の供給原料条件で試験された触媒の事例研究も示している。高スループット装置は、並列配置の複数の管状反応器からなり、異なる処理段階が、個々の管状反応器の積層配置内で実行される。全体的な処理は、次の３つの処理段階：１．常圧油蒸留残留物の脱金属（ＨＤＭ）、２．中程度のＨＤＳ活性での脱硫（ＨＤＳ）、３．高ＨＤＳ活性での脱硫（ＨＤＳ）、で構成されている。

Ｇｏｄｉｎｉらは、Ｊｏｕｒｎａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（２０１２）、ｖｏｌ．５１、ｎｏ．２２（７７４７〜７７６１頁）において、酸化メタンカップリングの化学プロセスを最適化する方法を記載している。該プロセスは、直列接続された１つまたは２つの反応チャンバを備えた２つの反応ストランドの最適化された実施形態で構成されている。反応ストランドと反応チャンバの数および操作関係が、全処理の出力を最大化するために作用する。反応チャンバ特に２つの反応ストランドに配置された第１の反応チャンバ、固定床反応器（ＦＢＲ）、および従来型充填膜反応器（ＣＰＢＭＲ）が、ここでの異なる機能を満たし、異なる処理段階を構成している。処理の最適化は、３つの反応チャンバ間の操作関係の理論的評価に基づいている。３つの反応チャンバの個々の性能に関連する情報は、記載された処理間の操作関係なしに３つの反応チャンバの個別の研究から得られたものである。

ＷＯ ２００８／０８０３６５ Ａ１

Ｊｏｃｈｅｎ Ｂｅｒｇら、Ｃａｔａｌｙｓｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｈｙｄｒｏｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｔｒｅａｔｉｎｇ、ＰＴＱ Ｍａｇａｚｉｎｅ ２０１５年第１四半期号（１２１〜１２７頁） Ｇｏｄｉｎｉら、Ｊｏｕｒｎａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（２０１２）、ｖｏｌ．５１、ｎｏ．２２（７７４７〜７７６１頁）

本発明の根底にある課題は、触媒試験を高精密かつ高精度で実行できる方法を提供することである。解決されるさらなる課題は、個々の処理段階が異なる触媒システムおよび／または個別調整可能な反応条件を必要とするような特性の多段階反応シーケンスを研究するために使用できることもできる方法を構成することである。

ここで述べた課題は、異なる数の反応チャンバを有する２つ以上の反応ストランドを並列配置で有し、単一の反応ストランドは複数の直列接続された反応チャンバまたは単一の反応チャンバを有している、反応システムを含む触媒プロセス特性評価（以下、ＣＰＣ法と呼ぶ）を提供することによって解決され、該方法は以下のステップ：
ｉ） 反応ストランドの個々の反応チャンバが触媒材料で充填されるステップ、
ｉｉ） 各反応ストランドに、反応物ストリームが供給されるステップ、
ｉｉｉ） 反応ストランドに供給された反応物ストリームが、個々の処理段階が一つの反応タイプまたは所与の反応において一つの変換率のどちらかを有する、異なる反応ストランドの異なる数の処理段階に供給されるステップ、
ｉｖ） 並列配置された反応ストランドから排出された生成物ストリームが、分析的特性評価に供されるステップ、
ｖ） 生成物ストリームの分析的特性評価における異なる反応ストランドから得られたデータが相対的用語で表されるステップ、
によって特徴づけられる。

さらなる好ましい実施形態では、各反応システムが、並列配置で、異なる数の反応チャンバを有する２つ以上の反応ストランドを有し、単一の反応ストランドが複数の直列接続の反応チャンバまたは単一の反応チャンバを有することがＣＰＣ法の特徴になっており、該方法は以下のステップ：
ｉ） 反応ストランドの個々の反応チャンバが触媒材料で充填されるステップ、
ｉｉ） 各反応ストランドに、反応物ストリームが供給されるステップ、
ｉｉｉ） 反応ストランドに供給される反応物ストリームが、個々の処理段階が一つの反応タイプまたは所与の反応における一つの変換率のどちらかを有する、異なる反応ストランドの異なる数の処理段階に供給されるステップ、
ｉｖ） 並列配置の反応ストランドから排出された生成物ストリームが、分析的特性評価に供されるステップ、
ｖ） 生成物ストリームの分析的特性評価における異なる反応ストランドから得られたデータが相対的用語で表され；ステップｉ）〜ｖ）またはステップｉｉ）〜ｖ）が２つ以上の反応システムで同時に実行される、ステップ、
によって特徴づけられる。

反応物ストリームが異なる反応ストランドの異なる数の処理段階に供給されるという事実の意味するものは、全数の処理段階が一つの反応ストランドで実行され、全数の処理段階で実行される多段階処理よりも少ない少なくとも１つの処理段階を有する減少された数の処理段階が少なくとも一つの反応ストランドで実行されるということである。

好ましい実施形態では、各処理段階が別個の反応チャンバ内で実行され、各反応ストランドはその反応ストランドで実行される処理段階の数に対応する数の反応チャンバを有しているということが、本発明の方法の特徴になっている。たった１つの処理段階が１つの反応ストランドで実行される場合、該対応する反応ストランドは、たった１つの反応チャンバを含むことが好ましい。

好ましい実施形態では、ＣＰＣ法は、２〜４０の範囲の処理段階数を有している。処理段階数は、本明細書の文脈においてはＡ_ＰＳと呼ばれる。「処理段階」という用語は、一つの反応タイプまたは所与の反応の１つの変換率に関する。変換率に基づく処理段階は、以下に定めるような特徴的な方法で他の変換率と異なる変換率に関する。反応タイプは化学的変換の方法を表し、変換率は変換された反応物の量または生成物の量を表す。各々の処理段階を構成する反応タイプの例としては、水素化、分解プロセス、異性化、アルキル化、脱硫、脱窒が挙げられる。反応タイプおよび／または変換率は、処理段階を記述する特徴である。処理段階で得られる生成物ストリームは、定性的および定量的に特徴付けられ、したがって処理段階の特徴になっている。処理段階は、温度および触媒を含む多数のパラメータに依存する。重要なことは、処理段階の実行後に、生成物ストリームにおいて分析的に測定可能な変化が得られるということである。本発明の方法は、実質的に同一の条件下で比較試験を同時に実行するという利点を供する。処理段階が一つの処理段階であるためには、生成物ストリームが反応物ストリームから化学変化を有することが必要である。反応タイプの変換率に関して、それぞれの場合の所望の変換率は、研究対象の検査されている化学方法に依存し得る。例えば、ＣＰＣ法は、脱窒と分解を含む２段階の処理を検査するために使用することができる。実施例では、窒素含有の反応物ストリームが使用されている。分解に使用される触媒は、窒素に対してわずかな抵抗しか有していない。したがって、窒素含有反応物ストリームの脱窒は、最初に行われるべきであり、それは最初の処理段階で行われる。脱窒後の生成物ストリーム中の窒素含有量がしきい値以下になったときに、生成物ストリームが分解触媒を汚染することなく下流の処理段階で使用されるように、所望の変換率が達成される。

さらに好ましくは、処理段階数は、２〜２０の範囲であり；最も好ましくは、処理段階数は、３〜１０の範囲である。処理段階数は、本発明の方法の複雑さに影響を与える。あるいは、言い換えれば、本発明の方法の複雑さの特徴は、如何なる反応システムの総数、如何なる個々の反応システム内の処理段階数が検討されているかである。これのもう一つの理由は、本方法の管理性が反応器数の管理性によって制限されているということである。実用性の理由から、本発明の方法に使用される反応器の総数は、１００個までの反応器の範囲内であり、好ましくは６〜８０個の反応器の範囲内であり、さらに好ましくは８〜６０個の反応器の範囲内であることが有利である。本明細書の文脈では、「反応段階」、「方法段階」および「処理段階」なる用語は同義語として使用されている。しかしながら、本発明の好ましい態様はまた、方法の条件および反応器の加熱に関し、特に好ましいのは、第１の処理段階の反応器が同じ温度で保たれている場合の方法であり、さらに好ましいのは、第１の処理段階の反応器が同じ加熱要素によって加熱されている場合であり、これは反応器温度のより正確な熱制御および調節を確実にすることができるからである。これは、データの比較可能性をさらに高めることができる。

ＣＰＣ法の実行において、ステップｉｉ）における反応ストランドに供給される反応物ストリームは、それぞれ同じ化学組成を有していることが好ましい。ステップｉｉ）では、各反応ストランドに反応物ストリームが供給されるか、または、それぞれの反応ストランドの第１反応チャンバに反応物ストリームが供給されるかである。

好ましくは、反応ストランドに供給される反応物ストリームが、モル流量、体積流量、質量流量からなる群から選択される少なくとも１つの流量パラメータに対応していることが、本ＣＰＣ法の特徴である。さらに好ましくは、反応ストランドに供給される反応物ストリームは、２つの流量パラメータに対応し；またさらに好ましくは、反応ストランドに供給される反応物ストリームは、３つの流量パラメータに対応している。

さらに好ましい実施形態では、ステップｉｉｉ）の実行において、一つの反応システム内の個々の反応ストランドの下流の反応チャンバに反応物ストリームが追加的に供給され、具体的には、各下流の反応チャンバに同じ組成で同じ量が供給されることが、本ＣＰＣ方法の特徴になっている。

本ＣＰＣ法の好ましい実施形態では、反応システムの反応チャンバは、−２５℃〜９００℃の範囲の制御された温度でそれぞれ個別に保たれる。このような温度制御モードは、隣接する反応チャンバ間の障害（ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）を防止する。障害は、環境中で制御されない温度効果を生じる著しく異なる発熱を伴う隣接する反応チャンバで進行する処理段階から生じ得る。これは、例えば、非常に発熱性の高いプロセスにおいてあり得る。

好ましくは、本ＣＰＣ法は、反応システムの異なる処理段階の反応チャンバが異なる温度で保たれ、反応システムの同一の処理段階が同じ温度で保たれるような方法で実行され、ここで、温度は−２５℃から９００℃の範囲内にあり、好ましくは０℃から８００℃の範囲内にある。また、ここで特に有利なことは、同じ処理段階の反応チャンバが、加熱要素を備えた同じ加熱ブロック内に保管され、それによって温度設定において非常に高い精度を可能にすることである。結果として、個々の処理段階の比較可能性は特に正確であり、これは本発明の一態様に関連している。好ましい加熱システムの選択は、それぞれの研究の対象である化学的方法の性質と、管状反応器の寸法の双方に依存する。化学的方法が高い発熱を伴う場合は、各管状反応器のための個別の加熱装置が有利である。しかし、より具体的には、高い熱が発生しその結果管状反応器が互いに障害を生じることがない場合に限り、同じ処理段階を有する反応システムの管状反応器の温度は共通の加熱装置によって制御されることが有利もあり、これは温度制御に関して実質的に同一の条件を確かにすることができるからである。

これも好ましい本ＣＰＣ法の一実施形態では、反応チャンバは、撹拌タンク反応器として構成される。この実施形態では、反応チャンバが攪拌タンク反応器として構成され、ステップｉ）は、触媒が均一触媒またはスラリー触媒の形態で反応物ストリーム中に供給される反応物ストリーム中に存在することに置き換えられ、ステップｉｉ）の個々の反応ストランドが、液体形態である反応物ストリームによって集合的に供給されるということも好ましい。さらなる実施形態では、反応物ストリームは、多相形態であり、例えば、気体／液体、液体／液体、または気体／液体／固体である。好ましくは、撹拌タンク反応器は、連続運転で使用される。

本ＣＰＣ法は、多数の実施形態および可能な適用を提供している。一実施形態では、本ＣＰＣ法は、反応チャンバとして管状反応器を使用して、均一触媒化反応を研究するために使用される。管状反応器は、攪拌タンク反応器の代わりに使用される。さらなる実施形態では、本ＣＰＣ法は、均一および不均一に触媒化される処理段階を含む処理を研究するために使用される。均一および不均一に触媒化される処理段階を含む処理の研究に関連して、好ましい実施形態では、処理ストランド内の異なるタイプの反応チャンバが、管状反応器が攪拌タンク反応器に接続されるやり方で結合される。該処理によれば、第１の処理段階は、管状反応器または撹拌タンク反応器内で実行され、この場合、異なる構成の反応チャンバが該処理段階の下流に接続される。

均一触媒の供給は、本ＣＰＣ法が、酸触媒または酵素触媒処理の研究に利用できることを意味している。スラリー触媒の供給は、本ＣＰＣ法が、触媒スラリー処理、例えば、残渣の品質向上、フィッシャー・トロプシュ合成（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、または脂肪酸の水素化（脂肪水素化）の研究に利用できることを意味している。したがって、本ＣＰＣ法が非常に汎用性の高い方法で使用できることは明らかである。

本発明のさらなる実施形態では、反応チャンバは、連続流動床反応器の形態で構成される。ステップｉ）では、反応ストランドの個々の反応チャンバが触媒材料で充填され、ステップｉｉ）では、各反応ストランドは反応物ストリームを供給される。

好ましい実施形態では、本ＣＰＣ法は、管状反応器に導入される固体触媒の研究に使用され、したがって、反応チャンバは管状反応器として構成されていることが好ましい。「管状反応器」という用語は、直径の少なくとも２倍の長さの線形軸を有し、該線形軸に沿って空洞を有するすべての物体に関する。該物体の一端は、空洞へのアクセスを形成し、物体の一端は、空洞への出口を形成する。管状反応器を形成する物体は、好ましくは円筒形である。管状反応器は、好ましくは金属材料を含み；管状反応器は、さらに好ましくは金属材料としてステンレス鋼を含む。さらに、管状反応器はまた、セラミックインレイ、好ましくはセラミックインレイ管を含んでよい。

本発明の本明細書において、「管状反応器」という用語が使用されるのは、それが最も好ましい実施形態であるためである。しかしながら、管状反応器は、攪拌タンク反応器に置き換えられてもよく、その場合、管状反応器に関して述べた特徴は、攪拌タンク反応器と関連して実施されてもよいことにも留意すべきである。一例として、管状反応器の温度を制御するための装置が挙げられるが、該装置は同様に、撹拌タンク反応器の温度を制御するために使用することもできる。このように、管状反応器に関して言及した技術的特徴の開示は、当業者の技術的観点から実施可能であれば、他の反応器に関連して適用することもできる。

さらに、反応チャンバは、２〜５０ｍｍの範囲の内径および５〜１５０ｃｍの範囲の長さを有する管状反応器として構成されることが好ましい。さらに好ましくは、管状反応器の内径は３〜２５ｍｍの範囲であり、管状反応器の長さは５〜１５０ｃｍの範囲である。好ましくは、管状反応器の長さは、１５ｃｍ〜８０ｃｍの範囲である。個々の管状反応器が同じ内径と同じ長さを有することがさらに好ましい。好ましくは、内径は３〜２５ｍｍの範囲であり、長さは好ましくは１５ｃｍ〜８０ｃｍの範囲である。管状反応器は反応管であるか、または管状反応器は、その中に触媒材料を固定するための要素が存在し得る少なくとも１つの反応管を有する。反応器の構造および触媒床の固定は、当業者に知られている。

さらに好ましい実施形態では、反応システムの同じ処理段階の管状反応器がそれぞれ同じ触媒を含むことは、本ＣＰＣ法の特徴である。好ましくは、触媒は粒子形状であり、粒径は１〜１００００μｍ、好ましくは５０〜５０００μｍ、さらに好ましくは１００〜４０００μｍの範囲である。粒子が非球状粒子である場合は、「粒径」という用語は、６＊粒子体積／粒子表面積として計算される、同じ比表面積を有する球の等価直径をいう。使用される触媒粒子は、当業者に知られているあらゆる方法で製造することができる。例えば、触媒を製造するために使用される方法は、沈殿、乾燥、含浸、ふるい分け、ペレット化、押出、噴霧乾燥、焼成などの工程を有する方法を含むことができる。

ここで、触媒粒子が１００００μｍ超のサイズオーダーを有し、押出物の形態であることを排除するものでは決してない。しかし、もちろん、触媒材料の寸法に適合するように使用される反応管のサイズを選択することは必要である。本ＣＰＣ法の利点の１つは、少量の試験が可能であるということである。したがって、小さな反応チャンバで研究される小粒子を使用することも好ましい。

本ＣＰＣ法の好ましい実施形態では、反応システム内で、同じ処理段階の管状反応器はそれぞれ同じ触媒（単数又は複数）を有し、該触媒は不活性材料で希釈され、１つの処理段階の触媒は、不活性材料に対する触媒の質量比が０．０１：１００から１００：１の範囲、好ましくは１：１０から１０：１の範囲であることを特徴とする不活性材料での同程度の希釈を含む。この場合、不活性材料は１〜１０，０００μｍの範囲、好ましくは５０〜４，０００μｍの範囲の粒径を有し、不活性材料の粒径に対する反応器内部の直径の比が２５：１より大きいことが好ましい。不活性材料での希釈は、分析精度をさらに向上させることができる。これはまた、不活性材料の存在下における本ＣＰＣ法の実行は、従来技術で知られている方法によってはこのやり方ではこれまで達成されなかった精度の向上に関連する相乗効果をもたらすことを意味する。不活性材料の使用は、特に、触媒を用いて実行される反応が、反応から生じる反応器温度の上昇が１℃を超える発熱を有する場合、または触媒粒径に対する反応器内径との比が２５：１未満である場合に有利である。非球状粒子の場合、「直径」とは、当該粒子と、６＊粒子体積／粒子表面積として計算される同じ比表面積を有する球が有する等価直径を意味する。不活性材料の粒径に対する反応器の内径の比は、好ましくは２５：１超である。不活性材料がゼロ触媒活性または有意な触媒活性がないことが、不活性材料の特徴である。不活性材料は好ましくは、砂（ＳｉＯ_２）、石英、コランダム及びＳｉＣの群から選択される材料を含む。

ステップｉｖ）では、並列配置された反応ストランドから排出された生成物ストリームは、分析的な特性評価に供され、異なる生成物ストリームの分析結果は、相対的な用語で表される。好ましくは、相対的な用語による表現は、差の形成を含み、マスバランス（ｍａｓｓ ｂａｌａｎｃｅ）は±１０質量％の標準偏差を特徴とし、好ましくは、マスバランスは±５質量％の標準偏差を特徴とし、さらに好ましくは、±２質量％の標準偏差を特徴とし、さらにもっと好ましくは、±１質量％の標準偏差を特徴とする。マスバランスはまた、それぞれの処理パラメータによって部分的に決定される。本発明の方法と関連して、中間サンプリングを部分的に、好ましくは全体的に省くことが可能であることは有利である。これにより、さもなければ中間サンプリングの結果として発生する反応システムの障害が排除される。障害は、例えば、サンプル流を採取するための弁切り替え時の圧力変動、流れの排出に伴うエラーによるマスバランスの障害、触媒変換の障害、またはサンプル流の排出に伴う触媒活性の不可逆的損害が含まれる。

例示的な実施形態は、本発明の方法の有利な態様を詳細に説明するためのものである。詳細には、炭化水素系燃料または油（炭化水素相）を水素化処理する方法に関する。反応システムには、液相の形態であるか、または反応システム内において気相を伴う液相の形態である炭化水素相を含む反応物ストリームが供給される。さらに、反応物ストリームは、気相反応物としての水素を含む。反応システムへの炭化水素相の供給において、ＬＨＳＶは１ｈ^−１である。反応システムの総触媒容量が５ｍＬであるとすると、これは５ｍＬ／ｈの液体反応物流量に相当する。比較すると、総触媒容量が５０ｍＬと５００ｍＬであるとすると、反応物流量はそれぞれ５０ｍＬ／ｈと５００ｍＬ／ｈである。

個々の反応段階を特性評価するのに十分な量の液体サンプルを得るためには、一定の最小量のサンプルを得る必要がある。本発明の方法の実行において、サンプリング量は、例えば、１つのサンプルあたり５〜１０ｍＬの範囲であることを要する。従来技術に従って実行される反応チャンバ間でのこの量のサンプルの採取は、システムへの障害とみなされる方法の介入をもたらし、障害の程度および関連する障害期間の詳細な決定を行うことがあり得る。

本明細書の文脈において「障害期間」という用語は、サンプリング時間のために、下流の反応チャンバに液体反応物ストリームが供給されず、その結果、下流反応の反応条件が変更され、化学平衡に障害がもたらされる期間を意味するものと理解される。障害の存在と障害期間の継続は、本発明の方法の精度および正確性を損なうことになる。

本発明の方法による炭化水素系燃料または油を水素化処理するための方法の実行は、数時間、数日、または数週間の期間を含む。例えば、２４時間、４８時間、１００時間または１５０時間、場合によっては１００日以上でさえあり得る。

以下に示す推定は、障害期間の持続について与えられ、これは、本発明の方法の実施で使用される触媒使用量を用いて決定される。推定は、１ｈ^−１のＬＨＳＶと１つのサンプルあたり５〜１０ｍＬのサンプリング容量を用いた方法の実施に基づいている。

触媒容量が５ｍＬの場合、障害期間は１サンプリングあたり１〜２時間の範囲内である。触媒容量が５０ｍＬの場合、障害期間は１サンプリングあたり６〜１２分の範囲内である。

触媒容量が５００ｍＬの場合、障害期間は１サンプリングあたり３６〜７２秒の範囲内である。

触媒容量が５００ｍＬを超えるパイロットプラントである場合、反応チャンバ間のサンプリングに起因する障害期間は、数秒の範囲内である。本発明において好ましい反応チャンバでは、下流反応チャンバでの反応を損なう障害期間は、数分〜数時間の範囲である。ここで、本発明の方法の特定の利点が明らかであることは、実施例から明らかになる。本発明の方法の特定の利点が明らかであることは、実施例から明らかになる。

好ましくは、本発明の方法は、液体生成物ストリームが形成される処理、または気体生成物ストリームの存在下での液体生成物ストリームが形成される処理の特性評価に関する。本ＣＰＣ法が並列に行われることがさらに好ましく、好ましくは、本ＣＰＣ法の実施は、並列配置された少なくとも２つの反応システムを有し、さらに好ましくは、並列配置された少なくとも４つの反応システムを有し、さらにもっと好ましくは並列配置された８つの反応システムを有する。さらに好ましくは、各反応システムにおいて、少なくとも１つの液体サンプルが、反応ストランドごとに、および、試験日ごとに採取され、個々の液体サンプルの容量は、好ましくは１ｍＬより多く、さらに好ましくは２ｍＬより多く、さらに好ましくは４ｍＬより多いということが本方法の特徴になっている。

好ましくは、反応システムに供給される反応物ストリームが、天然ガス（Ｃ１〜Ｃ４炭化水素）、原油、ナフサ、ガソリン、ケロシン、ディーゼル、中間留分、真空ガスオイル、常圧または真空残渣油、鉱物油、バイオベースオイル、水素または合成ガスからなる群から選択されるということが本ＣＰＣ法の特徴になっている。本ＣＰＣ法により行われる反応は、好ましくは、石油精製セクター、石油化学または合成ガス化学からの反応である。石油精製セクターからの反応は、水素化、分解処理、異性化、脱硫、脱窒、脱芳香族化、脱酸素、脱金属、脱塩素化からなる群から選択されてよい。石油化学からの反応は、改質、アルキル化、トランスアルキル化、水素化、脱水素化、異性化、マイルド分解処理、メタセシス、オリゴマー化、天然ガス（Ｃ１〜Ｃ４）から芳香族への処理、の群から選択されてよい。合成ガス化学からの反応は、フィッシャー・トロプシュ合成、メタノールおよびジメチルエーテルの合成（ＤＭＥ）、メタン化、高級アルコールの合成、メタノールからオレフィンへの処理（ＭＴＯ）、メタノールからガソリンへの処理（ＭＴＧ）、メタノールから芳香族ものへの処理（ＭＴＡ）、からなる群から選択されてよい。好ましい実施形態は、上記の反応タイプのうちの２種類以上の組み合わせ、例えば、脱金属、脱硫および脱窒の組み合わせ、石油化学製品、鉱物油および燃料の製造のための真空ガスオイルの分解を含む。さらなる例は、脱金属、脱硫および脱窒、分解、異性化および最終水素化による残渣油からの鉱物油の生産を含む。本ＣＰＣ法のこの好ましい実施形態において、記載されている処理は、異なる反応温度で直列接続された反応器内で互いに別々に行われる。

好ましい実施形態では、反応が１〜５００バールの範囲の圧力で行われ、液体反応物が０．０５〜２０ｈ^−１の範囲のＬＨＳＶで供給され、気体が１０〜５０，０００ｈ^−１の範囲のＧＨＳＶで供給されるということが本ＣＰＣ法の特徴になっている。本ＣＰＣ法は、好ましくは、１〜２５０バールの範囲の圧力で行われる。単位バールは、絶対圧力を指す。好ましくは、本ＣＰＣ法の実施において、管状反応器が使用され、同じ処理段階で使用される管状反応器はそれぞれ、好ましくは同じ体積および同じ直径を有する。

本ＣＰＣ法の利点は、多段階処理における個々の反応器段階の生成物ストリームが同時に、かつ障害を生じることなく、生成され、分析され、差分形成を介して比較されることである。液体反応物が０．０５〜２５ｈ^−１、さらに好ましくは０．１〜２０ｈ^−１の範囲のＬＨＳＶで供給され、気体が１０〜７５０００ｈ^−１、さらに好ましくは１００〜５００００ｈ^−１の範囲のＧＨＳＶで供給されることが好ましくは本方法の特徴である。好ましくは、反応物ストリームは、同じ供給ユニットを介して、好ましくは、液体の計量添加のために高圧ポンプを使用して、反応システムの管状反応器に供給される。

本発明のさらなる態様は、一群のＣＰＣ法が同時に行われる方法であって、同時に行われるＣＰＣ法の数が２〜２０の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、同時に行われるＣＰＣ法の数は、４〜１０の範囲である。好ましくは、各反応システムには、同じ化学組成の少なくとも２つの反応物ストリームが供給される。並列化の程度に関しては、より高い並列化の程度は、研究および試験を加速させる有利な効果をもたらすということができる。また、反応の研究は技術的な観点から非常に厳しい条件で行われることにも留意すべきである。本方法がより高度な並列化を伴って操作されることも考えられるが、その場合の方法の技術的複雑さおよび管理性もまたより高いものとなる。

本発明はまた、ここで与えられた説明の範囲内のＣＰＣ法による触媒処理の特性評価ための装置、または、複数のＣＰＣ法を同時に実施するための装置であって、１つ以上の反応システムを有し、各反応システムは並列配置され、反応ストランド内に異なる数の反応チャンバが備えられた反応チャンバを有する少なくとも２つの反応ストランドを有する特徴を有する装置に関する。

ＣＰＣ法を実施するための装置が２つの処理段階（すなわち、Ａ_ＰＳ＝２）を有する場合、装置は２つの反応ストランドを有する反応システムであり、そこでは、１つの反応ストランドは直列接続された２つの反応チャンバを有し、１つの反応ストランドは単一の反応チャンバを有する。３つの処理段階（Ａ_ＰＳ＝３）を有するＣＰＣ法を実施するための装置の場合、装置は少なくとも２つの反応ストランドを有する反応システムを有し、そこでは、１つの反応ストランドは、直列接続された３つの反応チャンバを有し、少なくとも１つの反応ストランドは、３つ未満の反応チャンバ数を有する。

好ましい実施形態では、反応ストランド内の反応チャンバがそれによって接続される個々の接続導管には、１つ以上の温度制御ユニットが設けられており、個々の接続導管は、接続導管の上流に位置する反応チャンバのそれぞれ対応する温度に加熱されるということが装置の特徴になっている。

反応ストランドに直列配置された反応チャンバ間の接続部が、切換弁への操作可能な接続部を有さないか、または操作可能な接続部が切換弁を備えており、接続導管に接続された構成要素は、流体ストリームが供給される供給要素であるという特徴を有するＣＰＣ法を実施するための装置が好ましい。

好ましくは、反応チャンバは、管状反応器の形態であり、管状反応器は垂直に整列しており、装置は、反応ストランドの直列接続された管状反応器の長手方向軸が共通の軸線に沿って位置するか、または反応ストランドの管状反応器の長手方向軸が平行に配置される特徴を有する；該管状反応器の並列配置は、Ｕ字型またはＳ字型の接続要素が設けられており、Ｕ字型の接続要素によって接続された管状反応器を通る交互の流れが達成され、Ｓ字型の接続要素によって管状反応器を通る整列した流れが達成されることが可能である。

個々の処理段階を通る反応物ストリームの流れ方向は、個々の管状反応器を通る流れが上流方向、下流方向、または交互になるように選択することができる。管状反応器の並列配置の場合、反応物ストリームの案内は、接続要素または接続導管（０２）の構成によって決定される。ここでは、管状反応器を通る流れが下流方向であることが好ましい。流れの方向と関連する質量流方向の仕様では、装置内の管状反応器の垂直方向の配置も含まれることに留意すべきである。管状反応器はまた、垂直配置からのわずかな変移を有することを排除するものではないが、その変移は、好ましくは４５°以下である。管状反応器の並列配置または管状反応器の横方向面の配置は、既存の高スループット装置を本発明の装置に変換することができるという利点を提供する。したがって、既存の装置を適切な方法で改造してＣＰＣ法に適合させれば、既存の装置で本発明の方法を行うことも可能である。

好ましい実施形態では、反応システムの各反応ストランドの末端管状反応器または反応システムの末端管状反応器が圧力保持装置を備えており、好ましくは反応システムの各反応ストランドの末端管状反応器が共通の圧力保持装置を備えていることが、本発明の装置の特徴になっている。

さらに、本発明はまた、装置のプログラムコントローラに存在するソフトウェアコントローラも含む。該ソフトウェアコントローラは、１つのＣＰＣ法のみが実施される単一の装置におけるＣＰＣ法の実施、または、複数のＣＰＣ法が同時に行われる並列装置におＣＰＣ法の実施を可能にする。ソフトウェアコントローラは、装置の制御および／または調整を可能にし、該制御および／または調整は、半自動または全自動で実行可能である。

本ＣＰＣ法の利点は、適切な数の管状反応器および関連する処理段階を有する多段階の並列実施が障害の傾向が低いことである。例えばＰＣＴ出願ＷＯ ２００８／０８０３６５ Ａ１に記載されているような、多段階反応器管配置を有する当該技術分野で既知の方法は、管状反応器の直列配置から進められ、生成物ストリームは中間サンプリングによって導出される。本発明の方法は、反応器間の接続導管からの生成物流体のサンプリングに生じるそれらの障害的な影響を排除する。好ましくは、本発明の方法は、個々の管状反応器がそれぞれ０．１〜１００ｇの触媒量で充填されている管状反応器に対して意義があり、その触媒量は、好ましくは、管状反応器あたり０．５〜８０ｇの範囲である。

本発明の方法は、管状反応器あたりの触媒の量が、例えば１０００ｇより大であるパイロットプラント運転および／または生産運転で実施される処理には関係しないことに留意されたい。本発明の方法は、中間サンプリングを省く。本発明の方法により、反応システムの主要な管状反応器群（メインストランドと呼ばれる）を形成する管状反応器群よりも少ない処理段階数を有する並列配置の管状反応器または管状反応器群によって、生成物ストリームの特性評価からの情報をシミュレートすることが可能となる。より高い処理段階は、接続導管からサンプルを採取する場合のように、流体負荷を奪われることはない。有利な実施態様において本発明の方法と関連して使用される触媒が少量の場合には、サンプル流体の採取を省くと、反応平衡の遵守に関して著しく良好な反応条件を達成することが可能である。直列配置された反応器の接続導管からのサンプル流体の採取に起因し得る障害は、平衡化または再平衡化のための時間を０．２５〜４８０分の範囲内で引き起こすことがあり得る。それとは別に、反応特性への障害が、装置のオペレータに気づかれないまま、下流の触媒への可逆的または不可逆的な損傷にまで及ぶこともあり得る。障害は平衡位置のシフトを伴い、それはもはや以前の平衡状態には戻ることはない。これらは、実際にはオペレータに気づかないままの、および／または触媒または選択された処理条件に起因する、系統的な障害である。本ＣＰＣ法が、技術的に既知の方法と比較して、精度と正確さの向上を達成できることは全く予想外であった。この改善は、実際の試験条件下での実際の反応システムの試験を、当技術分野で既知の方法によって可能であるよりも、より良好に行うことを可能にする。したがって、従来パイロットプラントで使用される触媒の量と比較して、本発明の方法によって使用される触媒の量の規模を最小にすることも可能である。本発明の方法は、１つの反応チャンバあたり１００ｇ以下の量の触媒の使用に関する。パイロットプラントでは、使用される触媒の量は１００ｇ超の範囲にある。少量の触媒を使用して本発明の方法によって提供される改善されたデータ品質のおかげで、多量の触媒を使用するパイロットプラント試験の数を減らすことが可能である。本発明の方法は、試験データの向上した品質によってより少ないパイロットプラントテストが必要となるため、エネルギーおよび資源の節約を可能にする。

好ましい実施形態では、それぞれの反応システムに供給される少なくとも２つの反応物ストリームが、これらの少なくとも２つの反応物ストリームが、モル流量、体積流量および質量流量の群からの少なくとも１つの流量パラメータに対応するように、好ましくは２つの流量パラメータに対応するように、さらに好ましくは３つの流量パラメータに対応するように選択されるということが、本発明のＣＰＣ方法の特徴になっている。並列配置された反応システムの管状反応器が、全く同じ量の反応物を供給されることができ、したがって、反応管内に存在する触媒が、非常に正確に比較可能な条件にさらされるということが、重要かつ有利である。これは、反応システムの各反応ストランドに１つの反応物ストリームが供給されることを意味し、ここで、これらの反応物ストリームは一つの面で対応していることが好ましい。

さらに好ましくは、反応システムの第１の反応段階の管状反応器がそれぞれ前処理触媒、好ましくは同一の前処理触媒で充填されていることは本ＣＰＣ法の特徴になっている。本方法は、複数の処理段階を含む複雑で多段階の処理を研究するのにも特に適していることに留意されたい。

好ましい実施形態において、本発明の方法は、少なくとも１つの反応システムに供給される反応物ストリームが、天然ガス−その特性の点で軽油、中質油および／または重油−原油、ナフサ、ガソリン、ケロシン、ディーゼル、中間留分、減圧ガスオイル、常圧または真空残渣油、鉱油、バイオベース油、水素または合成ガスからなる群から選択され、および、本方法によって行われる反応が、石油精製セクター、石油化学または合成ガス化学からの反応であることを特徴とする。石油精製セクターからの反応は、水素化、分解処理、異性化、脱硫、脱窒、脱芳香族化、脱酸素、脱金属、脱塩素化の群から選択されてよい。石油化学からの反応は、改質、アルキル化、トランスアルキル化、水素化、脱水素化、異性化、マイルド分解処理、メタセシス、オリゴマー化、天然ガス（Ｃ１〜Ｃ４）から芳香族への処理、の群から選択されてもよい。合成ガス化学からの反応は、フィッシャー・トロプシュ合成、メタノールおよびジメチルエーテル（ＤＭＥ）合成、メタン化、高級アルコールの合成、メタノールからオレフィンへの処理（ＭＴＯ）、メタノールからガソリンへの処理（ＭＴＧ）、メタノールから芳香族ものへの処理（ＭＴＡ）、からなる群から選択されてもよい。好ましい実施形態は、上記反応タイプのうちの２種類以上の組み合わせ、例えば、脱金属、脱硫および脱窒の組み合わせ、石油化学製品、鉱油および燃料の製造のための真空ガスオイルの分解を含む。さらなる例は、脱金属、脱硫および脱窒、分解、異性化および最終水素化による残渣油からの鉱油の製造を含む。本ＣＰＣ法のこの好ましい実施形態において、記載されている処理は、異なる反応温度で直列接続された反応器で互いに別々に行われる。これにより、個々の処理段階ごとに個別の温度制御が可能になる。同時に、上流の処理段階からの現実的な反応物ストリームが下流の処理段階に計量され、つまり、ある処理段階から次の処理段階への中間の流れの提供やシミュレーションは必要ない。各処理段階の上流の追加の反応物ストリームの計量添加の可能性は、産業処理段階のシミュレーションを、現実に最も忠実に改善する。本発明の方法の別の利点は、多段階処理における個々の反応器段階の生成物ストリームが同時に、かつ障害を生じることなく、生成され、分析され、差分形成を介して比較されることである。好ましくは、本方法は、液体反応物が０．０５〜２５ｈ^−１、さらに好ましくは０．１〜２０ｈ^−１の範囲のＬＨＳＶで供給され、気体が１０〜７５０００ｈ^−１、さらに好ましくは１００〜５００００ｈ^−１の範囲のＧＨＳＶで供給されることを特徴とする。好ましくは、反応物ストリームは、同じ供給ユニットを介して、好ましくは、液体の計量添加のために高圧ポンプを使用することにより、反応システムの管状反応器に供給される。天然ガスは、軽質天然ガス、中質天然ガス、または重質天然ガスの形態であってよい。軽質天然ガスは、より高級の炭化水素（Ｃ２〜Ｃ４）を５体積％含む。中程度の重質天然ガスには、より高級の炭化水素を１０〜１２体積％含み、重質天然ガスは、より高級の炭化水素を約２０〜２５体積％を含む。

接続要素に関連して、これらは、好ましくは、反応チャンバの内部容積と比較して小さい内部容積を有し、その壁面に目立った触媒活性を有しない導管であることに留意されたい。接続導管の内部容積は、好ましくは、管状反応器の内部容積よりも５０％少なく；さらに好ましくは、接続導管の内部容積は管状反応器の内部容積よりも７５％少なく；さらにもっと好ましくは、接続導管の内部容積は管状反応器の内部容積よりも９０％少ない。生成物流体および反応物流体は、接続導管内で本発明の方法を損なう触媒反応が発生することなく、接続導管を通って案内される。

好ましい実施形態において、各反応システムの末端管状反応器が圧力保持装置を備え；各反応システムの末端反応器は、好ましくは共通の圧力保持装置装置を備え；各反応システムの末端反応器は、さらに好ましくは圧力保持装置と圧力調整装置を備えていることが、本発明の装置の特徴になっている。

同様に好ましいさらなる実施形態において、本発明の装置の特徴は、管状反応器群の管状反応器が接続されている個々の接続導管（０２）が、１つ以上の温度制御装置を設けられ；好ましくは、接続導管（０２）は、該接続導管の下流の管状反応器の温度に対応する温度に加熱され；接続導管（０２）の温度は、好ましくは−２５〜９００℃の温度範囲であり、さらに好ましくは０〜８００℃の温度範囲であることである。

傾斜した接続導管（０２）を使用することにより、本発明の方法を行うために、既存の高スループット装置を改造することが可能である。既存の高スループット装置では、多数の管状反応器が並列配置ですでに存在している。図４．ａおよび４．ｂの模式図から、管状反応器群における反応物ストリームの流れ方向は、交互（図４．ａに示すように）か又は同一（図４．ｂに示すように）かのいずれかであることがわかる。図４．ｂでは、反応物ストリームは、それぞれの場合において、触媒床に対して下方向に流れている。下方向の通過流を有する床を有する実施形態が好ましい。

さらなる好ましい実施形態において、本装置の特徴は、管状反応器群の管状反応器を接続する接続導管（０２）が、流体ストリームが導出される切換弁への操作可能な接続を有していないことである。流体サンプリングは、下流の反応段階における反応特性の障害をもたらし、下流の触媒に不可逆的な損傷を引き起こす可能性がある。サンプリングに起因する圧力サージもまた、先行する反応段階の反応特性を損なう可能性がある。さらなる実施形態では、本発明の装置は、流体ストリームがそれによって下流の反応段階に供給することができる切換弁に、操作可能な接続を有していてよい。もし下流の反応段階が、反応の進行のためにさらなる反応物を必要とし、該反応物が先行する反応段階では必要とされないか又は反応の進行に障害を生じさせるかの場合は、流体の追加が必要となる。さらに、このように、反応物ストリーム中の１つ以上の反応物の物質の流れを、各反応段階に個別に対応させることも可能である。例えば、水素化反応と分解反応を組み合わせた場合の水素流量は、特定のＧＨＳＶ条件を確立するために、または前の反応段階で消費された水素を補充し、水素欠乏を防止するために、反応段階に個別に適合される。反応段階の間に追加的に計量される反応物ストリームの数は、本発明の方法の複雑さに影響を与える。

本発明の装置は、データ技術手段を用いて制御され、本方法が完全に自動化された方法で行われることが好ましい。

さらに、本発明は、触媒を試験するための方法の実施を自動的に制御および／または調節するプログラムコントローラに存在するソフトウェアコントローラにも関する。

図１は、２つの反応システムを備え、各反応システムが３つの処理段階のために設計され、３つの反応ストランドを有する装置の概略図を示す。各反応システムには、処理段階ごとに１つの加熱装置を有する。 図２．ａは、２段階、３段階、および４段階反応システムの形態の３つの反応システムの概略図を示し、２段階反応システムは２つの反応ストランドを備え、３段階反応システムは３つの反応ストランドで構成され、４段階反応システは４つの反応ストランドを備えている。 図２．ｂは、図２．ａに示された３つの反応システムの概略図を示し、各個別の管状反応器は、それぞれの管状反応器を個別に加熱するための個別のヒータが設けられている。 図３．ａは、３段階、４段階、および６段階配置の形態の３つの反応システムの概略図を示す。３段階反応システムと４段階の反応システムは２つの反応ストランドを有し、６段階反応システムは、３つの反応ストランドを有し；各個々の反応ストランドはそれぞれ、管状反応器の直列配置から形成される。 図３．ｂは、個々の管状反応器が複数の加熱ゾーンを備えている２段階反応システムの概略図を示す。この図では、各管状反応器のための３つのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３が示されている。加熱ゾーンの数は、３つよりも多くてもよいし、少なくてもよい。 図４．ａは、個々の管状反応器群が、同一群の管状反応器が互いに水平面内で並んで配置されていることを特徴とする３段階の反応システムの概略図を示す。反応ストランドの管状反応器は、傾斜したまたは湾曲した接続要素（０２）によって操作可能に接続されている。ここで、管状反応器を通る流れは、第１段階では下流方向、第２段階では上流方向、第３段階では下流方向である。 図４．ｂは、すべての管状反応器を通る流れが下流方向に流れる３段階反応システムの概略図を示す。ここでの接続導管（０２）は、第１管状反応器の下部出口から隣接する管状反応器の上部入口へ流体ストリームを輸送するように構成されている。このようにして、直列接続された各反応器を通る流れは、上から下に向かって流れる。図４．ａに示された直列接続された反応器では、隣接する反応器内の流体の流れは異なる方向に流れる。 図４．ｃは、各反応ストランドの管状反応器に専用の加熱装置を備えている、図４．ａの図に対応する３段階反応システムの概略図を示す。図４．ａと同様に、管状反応器を通る流れは、第１段階では下流方向、第２段階では上流方向、第３段階では下流方向である。 図４．ｄは、全ての管状反応器を通る流れが下流方向である３段階反応システムの概略図を示す。この図は、図４．ｂの図に対応し、隣接する管状反応器を接続する反応ストランド内の接続導管が個別の加熱装置を有している。 図５は、３つの反応ストランドを備えた４段階反応システムの概略図示し、第２処理段階の反応器がそれぞれ、反応流体のための供給（０２１）、（０２２）、（０２３）に接続されている。さらに、第３反応ストランドの反応器（４２）、（４３）、（４４）は、それぞれ水素供給（０１４）、（０２４）、（０３４）を備えている。なお、第２反応ストランド及び第１反応ストランドの反応器への水素供給は示されていない。 図６は、縦方向軸が８つの反応ゾーンｘ１〜ｘ８に分割された産業用パイロット反応器（ＰＲ）及び、８つの処理段階と８つの反応ストランドで構成された反応システムによって該パイロット反応器（ＰＲ）内の処理をシミュレートするための実験構成の概略図を示す。

図示された反応システムの構成は、それぞれの実施形態において本発明の方法を実行するために使用することができる。

図１は、３段階処理を実行するための２つの反応システムを備えられた装置の概略図を示している。したがって、Ａ_ＰＳ＝３である。各反応システムは、３つの反応ストランドを有する。したがって、ｎＳ＝３である。第２の反応システムでは、管状反応器は対応してプライム記号で示されている。各反応システムは３つの加熱装置を有し、加熱装置（０５）は第１段階の３つの反応器（１１’）、（２１’）、（３１’）を加熱する。加熱装置（０６）は、第２段階の２つの反応器（２２’）、（３２’）を加熱し、加熱装置（０７）は、第３段階の反応器（３３’）を加熱する。加熱装置（０５）が反応器（１１）、（２２）、（３３）を加熱することも可能である。２つの反応システムの末端管状反応器（すなわち、管状反応器（１１）、（２２）、（３３）または管状反応器（１１’）、（２２’）、（３３’））は、それぞれ、出口導管を介して弁（０４）に接続されている。個々の管状反応器（３１’）と（３３’）の間の接続導管については、例示として、参照符号（０２）が含まれている。接続導管（すなわち、参照符号（０２）によって示された導管、または表示されていない隣接する反応器間の導管）も加熱されることが好ましい。

好ましくは、生成物ストリーム中に存在する液体生成物および気体生成物は、分析的特性評価に先立って分離がされ、それぞれが別々の特性評価に供される。液体サンプルを分離するためのサンプル収集容器は、図１には示されていないが、各個別の末端管状反応器の下流に接続されてよい。サンプル収集容器は、好ましくは、反応器出口とマルチポート弁（０４）との間の接続導管内に配置される。サンプル収集容器の大きさは、それぞれの場合に実施される処理、処理条件、および反応器の大きさに依存する。好ましくは、個々のサンプル収集容器の内容積は、２５ｍＬ〜１０００ｍＬの範囲であり、さらに好ましくは５０ｍＬ〜２５０ｍＬの範囲である。サンプル収集容器の充填は、時間制御または充填レベルセンサによって制御することができる。液体サンプルは、定義されたサイクルで分析のために採取される。好ましくは、サンプル収集容器の内容物は、単位時間あたりに収集されたサンプル量が、選択された期間に収集された生成物ストリームの組成の特徴を示すように、周期的に空にされる。短い時間間隔の累積サンプリングによって、触媒方法の差分変化について結論を導き出すことが可能である。「短い時間間隔」とは、対象の特定のサンプル収集容器を空にして分析することが、０．２５〜２０時間の繰り返しの時間間隔で実施されることを意味すると理解され；好ましくは、それぞれのサンプル容器からの液体サンプルの分析が、０．５〜１０時間の時間間隔で行われる。ここで、生成物ストリームの中に液体および気体の生成物の両方を有する触媒処理の場合のサンプリングは非常に困難であり、障害を起こす傾向であることもここで強調されるべきである。適切な数の管状反応器を備えた管状反応器群または反応ストランドの並列配置を使用する本発明の方法は、中間サンプリングで発生する障害傾向の問題を解決する。これにより、研究の精度を向上させることができる。精度の向上を利用して方法のスケールを縮小することができ、スケールが縮小しても高い精度が保証さる。

マルチポート弁（０４）は、特定の出口導管および生成物ストリームを、オンラインの分析的特性評価の実施のための機器に接続された分析導管に導くことができる選択弁である。機器は、ＭＳ検出器、ＦＩＤ、ＡＡＳを備えた１つ以上のガスクロマトグラフであってもよい。特性評価のための選択導管に供給されない流体ストリームは、共通の出口を介して装置から排出することができる。

図２．ａに示された機構は、それぞれ２つ、３つ、および４つの反応ストランドをそれぞれ含む３つの異なる反応システムを示している。このように、示されている反応システムは、２つの配置により２段階の方法を実施し、３段階配置により３段階の方法を実施し、４段階配置により４段階の方法を実施するのに役立つ。図２．ｂは、各個別の管状反応器が、個別のヒータ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、．．．）を備え得ることを示している。同じ処理段階の管状反応器の温度が、加熱要素（０５）のための図１に示されるような同じ加熱システムによって制御される実施形態が好ましい。したがって、個々の処理段階の反応器が、個別のヒータを備えるか、またはそれぞれの処理段階のための１つの集合的ヒータを備えることが可能である。

反応システムはまた、管状反応器群の特定の選択から構成されてもよいことが図３．ａに示されている。例えば、図３．ａの左側には、２つの反応ストランドを備えた３段階処理を実施するための反応システムが示されている。中央には、２つの反応ストランドを備えた４段階処理を実施するための反応システムを示している。右側には、２つ、４つ、および６つの直列接続された管状反応器を備えた３つの反応ストランドが設けられた６段階処理を実施するための反応システムが示されている。

図３．ｂは、１つの管状反応器と１つの管状反応器群の並列配置を形成する３つの管状反応器を示しており、それぞれが反応器の複数の加熱ゾーンを可能にする特定の加熱ユニットを備えている。

図４．ａは、３つの処理段階のための反応システムの概略構成を示しており、ここで、管状反応器は並列に配置され、１つの群の管状反応器は、傾斜したまたは湾曲した接続導管（０２）によって操作可能に接続されている。管状反応器を通る流れは、第１段階では下流方向であり、第２段階では上流方向であり、第３段階では下流方向である。

図４．ｂは、すべての管状反応器を通る流れが下流方向に流れる３段階反応システムの概略図を示す。ここで接続導管（０２）は、最初の管状反応器（例えば、管状反応器（２１））の下部出口から隣接する反応器（すなわち、管状反応器（２２））の上部入口に、流体ストリームを導くように構成され、したがって、隣接する反応器（すなわち、反応器（２１）および（２２）、または他の反応器（３１）、（３２）および（３３））を通る下流方向の流れを可能にするように構成されている。

図４．ｃは、個々の反応ストランドの管状反応器群がそれぞれ別個の加熱装置を有することを除いて、図４．ａの図に対応する３段階反応システムの概略図を示す。図４．ａと同様に、管状反応器を通る流れは、第１段階では下流方向であり、第２段階では上流方向であり、第３段階では下流方向である。

図４．ｄは、全ての管状反応器を通る流れが下流方向である３段階反応システムの概略図を示す。この図は、図４．ｂの図に対応し、管状反応器群、個々の管状反応器、および接続導管は、それぞれ別個の加熱装置を有する。

本発明の方法のさらなる好ましい実施形態が図５に示されており、第２処理段階の反応器がそれぞれ新しい反応液を供給されるという特徴を有する。さらに、第４の反応ストランドの第２、第３および第４処理段階の反応器も、供給ユニット（００４）および水素供給（０１４）、（０２４）、（０３４）を介して、水素で供給される。水素供給（０１４）、（０２４）、（０３４）は、直列に配置された反応器を接続する接続導管に接続されている。図示されていないが、より高い処理段階の他の反応器への水素供給も存在することも好ましい。より高い処理段階の反応チャンバが同一の反応条件にさらされているという事実のおかげで、並列配置された反応ストランド内の条件は、データ品質に寄与する高精度の制御を受けることができる。ここで、直列に接続された個々の反応チャンバ間でのサンプリングは想定していない。

図６は、本発明の方法の好ましい実施形態によって如何にパイロット反応器（ＰＲ）がシミュレーションされるかを示すために、パイロット反応器（ＰＲ）と８つの処理段階を有する反応システムの比較を示す。８つの処理段階と８つの反応ストランドを有する特定の構成では、３６個の反応器が使用される。例では、各個別の反応器は、５グラムの触媒材料を充填されている。したがって、合計９０グラムの触媒材料が使用されて、大幅に多い量の触媒、具体的には１０〜５００キログラムの範囲の触媒を有するパイロット反応器（ＰＲ）内で実施される技術的な処理をシミュレートする。図６に示されていないのは、反応ストランドの個々の反応段階が異なる温度で加熱されることである。

それらを使用してＣＰＣ法を実施するために、既存の高スループット装置の改造が可能であることに留意されたい。改造は、既存の高スループット装置を、その中に多数の処理段階を有する反応システムを組み込むことによって、またはその中に少数の処理段階を有する複数の反応システムを組み込むことによって、改造するような方法で実施することができる。選択肢は、既存の高スループット装置の構造、管状反応器のための挿入位置の数、および既存の装置、特に温度制御ユニットおよび反応物ストリームを供給するためのコンポーネントの設計から生じる。

高スループット研究に関しては、ＣＰＣ法は高い柔軟性を有しており、その効果としてＣＰＣ法を多機能装置に統合することが可能である。多機能装置により、標準的なスクリーニング法とＣＰＣ法のいずれかを行うことが可能である。

本発明のさらなる実施形態では、高スループット装置は、装置の個々のモジュールがプラグ接続の形態で互いに結合されるモジュール形態で提供される。装置モジュールの組み立てに基づいて、本発明の装置を、１つ以上のＣＰＣ法の同時実施およびスクリーニング法の実施に適しているように構成することが可能である。

０１ 反応物ストリームのための供給
０２ ２つの管状反応器または反応チャンバ間の接続導管
０３ 反応チャンバ出口側の導管
０４ ６つの供給を備えたマルチポート弁；選択導管と共通の出口は表示されていない。
０５ 第１段階の加熱装置
０６ 第２段階の加熱装置
０７ 第３段階の加熱装置
０８ 圧力調整器？
０９ 多数の生成物流体の分析装置
０９’ 単一の生成物流体の分析装置
００１ 反応物供給
０２１ 反応器（２１）への反応物ストリームの供給
０２２ 反応器（３２）への反応物ストリームの供給
０２３ 反応器（４２）への反応物ストリームの供給
００４ 水素供給ユニット
０１４ 反応器（４２）への水素供給
０２４ 反応器（４３）への水素供給
０３４ 反応器（４４）への水素供給
ＰＲ パイロット反応器
ｘ１〜ｘ８ パイロット反応器の長手方向に沿った８つの反応ゾーン
５５１ 個別のヒータを備えた反応器（単数又は複数）への挿入
５５２〜５５８ 個別のヒータを装備した反応器（単数又は複数）への挿入
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，．．． 管状反応器または反応チャンバ用の個別ヒータ
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ 個々の管状反応器または反応チャンバの領域を加熱するための加熱ゾーン
２桁の数字 右側の数字は、各処理段階の反応器の番号を示す。左側の数字は反応ストランドの数を示す。反応チャンバの数が最も少ない反応ストランドに番号１が与えられるようにカウントする。
ＹＺ’ プライム記号の付いた２桁の数字は、並列に配置された反応システムを示す。

Claims (15)

1. 異なる数の反応チャンバを有する２つ以上の反応ストランドを並列配置で有する反応システムを含み、単一の前記反応ストランドが複数の直列接続された反応チャンバまたは単一の反応チャンバを含む、ＣＰＣ法と呼ばれる触媒プロセスの特性評価方法であって、以下のステップ：
   ｉ） 前記反応ストランドの個々の前記反応チャンバが触媒材料で充填されるステップ、
   ｉｉ） 各反応ストランドに、反応物ストリームが供給されるステップ、
   ｉｉｉ） 前記反応ストランドに供給された前記反応物ストリームが、個々の処理段階が一つの反応タイプおよび／または所与の反応において一つの変換率のどちらかを有する、異なる反応ストランドの異なる数の処理段階に供給されるステップ、
   ｉｖ） 並列配置された前記反応ストランドから排出された生成物ストリームが、分析的特性評価に供されるステップ、
   ｖ） 前記生成物ストリームの分析的特性評価における異なる反応ストランドから得られたデータが相対的用語で表されるステップ、
   によって特徴付けられる、触媒プロセスの特性評価方法。
2. ２以上の反応システムを有し、各反応システムが並列配置で異なる数の反応チャンバを有する２つ以上の反応ストランドを含み、単一の反応ストランドが複数の直列接続された反応チャンバまたは単一の反応チャンバを含む方法であって、以下のステップ：
   ｉ） 前記反応ストランドの個々の前記反応チャンバが触媒材料で充填されるステップ、
   ｉｉ） 各反応ストランドに、反応物ストリームが供給されるステップ、
   ｉｉｉ） 前記反応ストランドに供給された前記反応物ストリームが、個々の処理段階が一つの反応タイプおよび／または所与の反応において一つの変換率のどちらかを有する、異なる反応ストランドの異なる数の処理段階に供給されるステップ、
   ｉｖ） 並列配置された前記反応ストランドから排出された生成物ストリームが、分析的特性評価に供されるステップ、
   ｖ） 前記生成物ストリームの分析的特性評価における異なる反応ストランドから得られたデータが相対的用語で表され；ステップｉ）〜ｖ）またはステップｉｉ）〜ｖ）が２つ以上の反応システムで同時に実行されるステップ、
   によって特徴付けられた、請求項１に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
3. 前記ステップｉｉ）は、反応システム内の各の個別の反応ストランドのそれぞれの最初の反応チャンバに供給された個別の反応物ストリームは、化学組成を有し、および／または、前記個別の反応物ストリームは、モル流量、体積流量、質量流量からなる群からの少なくとも１つの流量パラメータに対応している、特徴を有している、請求項１または請求項２に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
4. 前記処理段階の数Ａ_ＰＳが２〜４０の範囲であり、および／または、同時に実施される前記ＣＰＣ法の数が２〜２０の範囲である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
5. 前記ステップｉｉｉ）は、反応システム内の個々の反応ストランドの下流の反応チャンバに前記反応物ストリームが追加的に供給され、具体的には、各下流の反応チャンバに同じ組成かつ同じ量が供給される、さらなる特徴を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
6. 反応システムの異なる処理段階の前記反応チャンバが異なる温度に保たれ、反応システムの同一の処理段階が同じ温度で保たれ、前記温度は−２５℃から９００℃の範囲である、請求項１から５のいずれか１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
7. 前記反応チャンバが、２〜５０ｍｍの範囲の内径と５〜１５０ｃｍの範囲の長さを有する管状反応器として構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
8. 反応システムの同じ処理段階の前記管状反応器がそれぞれ同じ触媒を含む、請求項又は請求項１０〜１１のいずれかに１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
9. 反応システムの同じ処理段階の前記管状反応器がそれぞれ同じ触媒、同じ量の触媒を含み、前記触媒は好ましくは粒子の形態であり、粒径が１〜１００００μｍの範囲であり、および／または、前記触媒が不活性材料で希釈されており、処理段階の前記触媒は、触媒と不活性材料の質量比が０．０１：１００から１００：１の範囲であることを特徴とする不活性材料による同じ希釈度を有している、請求項１〜８のいずれかに１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
10. 前記生成物ストリームの前記組成が分析され、異なる前記生成物ストリームの分析結果が差を形成することを含む相対的な用語で表され、マスバランスが±１０質量％の標準偏差を特徴とする、請求項１〜９のいずれかに１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
11. 少なくとも１つの前記反応システムに供給される前記反応物ストリームは、天然ガス−軽油、中質油または重質天然ガスの形態で−原油、ナフサ、ガソリン、ケロシン、ディーゼル、中間留分、真空ガスオイル、常圧または真空残渣油、鉱油、バイオベース油、水素または合成ガスの群から選択され、前記方法によって行われる反応が、石油精製セクター、石油化学または合成ガス化学からの反応である、請求項１〜１０のいずれかに１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
12. 前記方法は、１〜５００バールの範囲の圧力で実施され、液体反応物は０．０５〜２０ｈ^−１の範囲のＬＨＳＶで供給され、気体は１０〜５０，０００ｈ^−１の範囲のＧＨＳＶで供給される、請求項１〜１１のいずれかに１項に記載の触媒プロセスの特性評価方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のＣＰＣ法を使用することを特徴とする触媒プロセスの特性評価のための装置であって、
    該装置は１つ以上の反応システムを有し、各反応システムは、反応ストランド内に異なる数の反応チャンバが備えられた反応チャンバを有する、並列配置された少なくとも２つの反応ストランドを有し、前記反応ストランドに直列配置された前記反応チャンバ間の接続は、接続導管を有するか、または該接続導管は切替弁を備えているかが好ましく、前記接続導管に接続された前記切換弁は、流体ストリームがそれによって供給される供給要素である、触媒プロセスの特性評価のための装置。
14. 前記反応システムの各反応ストランドの末端管状反応器または前記反応システムの末端管状反応器が、圧力保持装置を備えられており、好ましくは前記反応システムの各反応ストランドの前記末端管状反応器が共通の圧力保持装置を備えられている、請求項１３に記載の触媒プロセスの特性評価のための装置。
15. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の触媒の試験方法の実施を自動的に制御および／または調節する、請求項１３および１４のいずれか１項に記載の装置のプログラムコントローラに存在するソフトウェアコントローラ。

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