JP4916315B2 - スラリーから固形物を分離する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、特にスラリーが加圧下にあり、固形粒子及び液状成分を含むスラリー成分を分離する方法及び装置に関する。更なる態様では、本発明は、固形触媒粒子及び液体からなるスラリーを含有する３相スラリー反応装置中で、水素と一酸化炭素の混合物の接触を含む炭化水素類の製造プロセスにおける上記方法の使用に関する。

３相スラリー反応装置は当業者によく知られている。３相スラリー反応装置中で行われる化学的プロセスの代表的な例は、固形触媒粒子を利用し、少なくとも１種のガス状反応物質を使用して、反応条件下に液体である生成物を生成するというものである。このような３相反応の多くは著しい発熱を伴う。かかるプロセスの例としては、水素化方法、ヒドロホルミル化反応、アルカノール合成、一酸化炭素を使用する芳香族ウレタンの製造、コルベル−エンゲルハルト（Ｋｏｌｂｅｌ−Ｅｎｇｅｌｈａｒｄｔ）合成、ポリオレフィン合成、フィッシャー−トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成等が挙げられる。

フィッシャー−トロプシュ合成は、従来から合成ガスとして知られている水素及び一酸化炭素をベースとしたガス混合物から、炭化水素類を製造する技術である。フィッシャー−トロプシュ合成反応に関する幾つかの研究の概要が、「フィッシャー−トロプシュ合成と関連するプロセスの文献目録」の表題で非特許文献１に掲載されている。一般に、フィッシャー−トロプシュ技術は、気相反応物質が液中の触媒固形物のスラリー中に泡立つ３相系で行われる化学反応用の反応装置の使用に基づく。気相は、Ｈ_２／ＣＯのモル比が少なくとも約０．５〜約３の範囲で変化する合成ガス、即ち水素と一酸化炭素の混合物から構成される。反応装置内の分散液相は、反応生成物を含み、熱媒体として機能する。固相は、種々の形態で存在する触媒固形物で代表される。

次の文献は、スラリーから炭化水素及び／又は固形成分を分離する様々なシステム及び装置に関する。１９８９年３月７日発行のデウィツ（Ｄｅｗｉｔｚ）の特許文献１；１９９９年５月４日発行のエンゲル（Ｅｎｇｅｌ）等の特許文献２；２０００年５月３０日発行のベンハム（Ｂｅｎｈａｍ）等の特許文献３；２０００年８月１日発行のクレリシ（Ｃｌｅｒｉｃｉ）等の特許文献４；２００２年２月１９日発行のマレット（Ｍａｒｅｔｔｏ）等の特許文献５；２００２年１２月５日公開のファング（Ｈｕａｎｇ）等の特許文献６；２００２年１０月３１日公開のケトレイ（Ｋｅｔｌｅｙ）等の特許文献７。
Ｈ．Ｃ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｌ．Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ａ．Ｎｅｗｅｌｌ，ｔｈｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｍｉｎｅｓ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，５４４（１９５５） 米国特許第４，８１０，２６４号明細書 米国特許第５，９００，１５９号明細書 米国特許第６，０６８，７６０号明細書 米国特許第６，０９６，７８９号明細書 米国特許第６，３４８，５１０号明細書 米国特許出願公開２００２／０１８３４０３号公報 米国特許出願公開２００２／０１６１０６０号公報

反応装置から放出されるフィッシャー−トロプシュ反応生成物は、液相反応生成物から固形触媒を分離する際に処理しなければならないスラリーから構成される。更に、反応装置のスラリーを一定のレベルに維持し、反応装置内の活性化された触媒を所望の容量に維持するために、液状反応生成物から触媒を分離し、分離された触媒を反応装置に再循環させるべく、スラリーの一部を反応装置から連続的又は間欠的に取り除くことができる。しかしながら、液状炭化水素生成物から触媒粒子を分離する際に典型的に直面する困難性がある。本発明は、フィッシャー−トロプシュ合成で生成する炭化水素のスラリーから触媒固形物の分離に関する。フィッシャー−トロプシュ・ワックスから触媒粒子を分離する幾つかの方法が報告されている。そのテーマについての報告書が、「フィッシャー−トロプシュ・スラリーの反応装置／触媒とワックスの分離技術の現状と再検討」という表題で、Ｐ．Ｚ．ゾウ（Ｚｈｏｕ）、バーンズ（Ｂｕｒｎｓ）及びロー（Ｒｏｅ）サービシーズ社により１９９１年２月に米国エネルギー省ピッツバーク・エネルギー工学センター向けに作成された。この報告書にはフィルタ、磁気分離器及び沈降装置が記載され、これらの大部分は、失敗に終わるか、あるいは商業的に実施可能とは認められなかった。

本発明はスラリー成分の分離装置を提供する。分離器装置は、液状及び固形成分を含むスラリーを受け入れる液体サイクロンを備える。液体サイクロンは、スラリー入口、下層流出口、溢流出口及び断面形状が環状の内壁を有するサイクロン分離器からなる。好ましくは、液体サイクロンの下層流出口は、調整可能な開口を含むであろう。分離器装置は、更に、液体サイクロンの溢流出口から液状成分及びガスの少なくとも一部を受け入れるように構成された生成物容器と、生成物容器と液体サイクロンの下層流出口の間を流体連通する手段とを備える。液体サイクロンは、分離されるスラリーを受け入れる反応装置、好ましくは炭化水素合成反応装置の下流に配置されることが好ましいであろう。
流体連通手段は、液体サイクロン及び生成物容器の双方を囲繞する共通のハウジングを備えることができ、その場合、生成物容器と液体サイクロンの下層流出口とがハウジングの内部に開口する。好ましくは、このような実施の形態において、上記装置は、ハウジング内部の圧力を所望の圧力に制御する手段を更に備え、より好ましくは、かかる手段はハウジング内を高圧又は陽圧に維持できるであろう。

必要に応じて、分離器装置は、液体サイクロンの溢流出口と生成物容器の間を流体連通する導管の他に、液体サイクロンの下層流出口から固形物に富むスラリーを受け入れるように構成された固形物容器、及び／又は下層流出口と固形物容器の間を直接流体連通する導管を備えることができる。分離器装置が、溢流出口と生成物容器の間を流体連通する導管、下層流出口から固形物に富むスラリーを受け入れるように構成された固形物容器、及び下層流出口と固形物容器の間を直接流体連通する導管を備える場合は、代替の流体連通手段として、生成物容器と固形物容器を接続するガス循環導管を備えることが好ましい。このような実施の形態において、分離器装置は、固形物容器内の圧力を調整又は制御する手段、ガス循環導管及び／又は生成物容器を更にを備えることができ、より好ましくは、上記手段はこれらの内部を高圧又は陽圧に維持できるであろう。
必要に応じて、液体サイクロンのスラリー入口は、反応装置からスラリーを受け入れるために、反応装置に、好ましくは高圧の炭化水素合成反応装置に接続される。更に、脱気されたスラリーを受け入れるために脱ガスユニットに、又は体積流量が高められたスラリーを受け入れるためにポンプに、スラリー入口を接続することができる。

プロセスの態様において、本発明はスラリーから成分を分離する方法を提供する。その方法は、下層流出口及び溢流出口を有する液体サイクロン内に液状及び固形成分を含むスラリーを導入し、分離された液状成分及びガスを溢流出口を介して生成物容器内に導き、生成物容器と下層流出口の間に流体連通を提供する工程を含む。任意ではあるが、スラリーは、好ましくは少なくとも約２５０ｐｓｉｇ（約１．７２×１０^６Ｐａ・Ｇ）に昇圧された状態、又は好ましくは約２５０°Ｆ〜約６００°Ｆ（約１２１．１℃〜約３１５．６℃）の温度に昇温された状態にあるか、あるいはこれらの圧力及び温度状態が組み合わされることが好ましい。
任意ではあるが非常に好ましいプロセスの態様において、本発明の方法は、特に液体サイクロン内に導入されるスラリーが高圧下にあるときは、液体サイクロンを平衡モードで作動させる工程を更に含む。液体サイクロンは、分離器の下層流出口の大きさを調整するか、分離器内に導入されるスラリーの体積流量を調整するか、あるいはこれらの組み合わせにより、平衡モードで作動することができる。

生成物容器と下層流出口の間の流体連通を提供する工程は、液体サイクロンの下層流出口及び生成物容器を共通のハウジングで囲繞することによりもたらされる。このような実施の形態において、液体サイクロンを平衡モードで作動させることが好ましい。かかる方法は、ハウジング内の圧力を調整する工程を更に含むことができる。液体サイクロン内に導入されるスラリーが高圧の状態にある場合は、ハウジング内の圧力を高圧に調整することができる。
本発明の方法は、固形物に富むスラリーを下層流出口を介して固形物容器内に導く工程を更に含むことができる。このような実施の形態において、液体サイクロンを平衡モードで作動させることが好ましい。かかる方法において平衡圧力とする工程は、生成物容器と固形物容器の間を流体連通することにより行われる。かかる方法は、固形物容器内の圧力を調整する工程を更に含むことができる。より具体的には、液体サイクロン内に導入されるスラリーが高圧の状態にある場合は、固形物容器内の圧力を高圧に調整することができる。

添付の図面と共に以下の説明を参照することによって、本発明を理解することができる。
本発明は各種の変形及び代替の形態の余地があるものの、その特定の実施の形態が、一例として図面に示され、本明細書に詳細に説明される。しかし、本明細書中の特定の実施の形態の説明は本発明を開示された特定の形態に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の精神及び範囲内にある全ての変形、均等物及び代替物を包含するものと理解すべきである。

以下に、本発明の実施態様を説明する。明確性の都合上、必ずしも実際の実施の形態の特徴が全て本明細書に説明されていない。かかる実際のあらゆる実施の形態を展開するには、例えばシステム関連及びビジネス関連の制約の順守など、１つの実施から別の実施へと変化するであろう開発者の特定の目標を達成するために、数多くの「実施−特定の決定」をしなければならないことが勿論認識されよう。しかも、開発努力は、複雑かつ時間を要するが、にもかかわらず本明細書の開示の利益を受ける当業者には日常的な取り組みであろうことが認識されよう。

本発明の分離器装置は、様々なプロセスの流れから液状及び固形成分の分離に使用できる。しかし、本発明は、スラリーの流れが高圧及び／又は高温状態にある特別の使用に役立ち得ることが想定される。本発明の好ましい実施の形態において、フィッシャー−トロプシュ炭化水素合成反応装置に由来するスラリーから液状炭化水素及び触媒固形物を分離する際に、分離器装置を使用することができる。フィッシャー−トロプシュ反応装置に由来するスラリーは、恐らく温度が約２５０°Ｆ〜約６００°Ｆ（約１２１．１℃〜約３１５．６℃）の範囲にあり、圧力が約２５０ｐｓｉｇ〜約７００ｐｓｉｇ（約１．７２×１０^６Ｐａ・Ｇ〜約４．８３×１０^６Ｐａ・Ｇ）の範囲にあるであろう。以下に述べるように、本発明の装置は、これらの条件下でスラリーから前記成分を分離できることを目的する。
本発明の分離器装置は、液状及び固形成分を含むスラリーを受け入れる液体サイクロンを備える。本発明の装置及び方法に用いられる好適な液体サイクロンは、スラリー入口、下層流出口、溢流出口及び断面形状が環状の内壁を有する。分離器装置は、更に、分離された液状成分及びガスの少なくとも一部を溢流出口から受け入れるように構成された生成物容器を備える。更に、分離器装置は、生成物容器と下層流出口の間に流体連通手段を備える。

［液体サイクロン］
液体サイクロンは分離が遠心力場で行われる機械分離装置として分類できる。液体サイクロンは、管形遠心分離器と同様の方法で作動するが、液体サイクロンが非回転本体を有し、かつ、遠心力場が接線方向に向いた入口により創り出される給液の旋回流によってもたらされる点で異なる。液体サイクロンの全般的な概説は、ウルマンの工業化学百科事典（Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）第５版、Ｂ２巻、１１−１９頁〜１１−２３頁（１９８８年）により利用可能である。
本発明の装置及び方法に用いられる液体サイクロンは、断面形状が環状の内壁と、内壁に沿ってスラリーの旋回流を維持するためにスラリーの流れを接線方向に導入するように方向付けられたスラリー入口とを有する。このような文脈において、「断面形状が環状」とは、スラリーの旋回流を促進するようにスラリー入口付近に環状の断面形状を有する構造体をいうものと解釈すべきである。その結果、かかる構造体の大凡の形状は、断面が円筒形、円錐形又はこれらの組み合わせを包含する。

渦測定器が液体サイクロンの上部に配置され、溢流出口が渦測定器内に位置して、スラリーから分離されるより低密度、即ちより軽い成分の出口が設けられる。液体サイクロン底部の下層流出口には、より重くより高密度の成分用の出口が設けられる。本発明で用いられる液体サイクロンのより詳細な説明は、次の文献を参照されたい。１９７９年３月１３日発行のクワレク（Ｃｈｗａｌｅｋ）等の米国特許第４，１４４，０８７号明細書；１９８０年１０月７日発行のレーム（Ｒｅｈｍ）の米国特許第４，２２６，７２６号明細書；１９８１年８月１１日発行のベスト（Ｂｅｓｔ）の米国特許第４，２８３，２３２号明細書；１９８１年１２月１日発行のモロ（Ｍｏｒｏ）等の米国特許第４，３０３，５２６号明細書；１９９３年１２月２８日発行のツズコ（Ｔｕｓｚｋｏ）等の米国特許第５，２７３，６４７号明細書。これらの開示は本明細書に援用される。

液体サイクロンは、典型的には、下層流出口が位置する先端部で終端する円錐状下部を有する。下層流出口の開口の大きさを調整して、以下に詳細に説明するように、操作員が液体サイクロンを平衡モードでより容易に作動できることが好ましい。下層流出口の開口の調整は、出口開口周囲の絞り位置を調整して行うことができる。調整可能な環状堰を有する液体サイクロンがこの目的のために好適であろう。その他の調整可能な開口の説明は、次の文献を参照されたい。１９７９年１月１６日発行のトラウィンスキー（Ｔｒａｗｉｎｓｋｉ）の米国特許第４，１３４，８２８号明細書；１９７９年１１月１３日発行のマーチン（Ｍａｒｔｉｎ）の米国特許第４，１７４，２７５号明細書；１９８９年１月１０日発行のマシエレウィツ（Ｍａｃｉｅｒｅｗｉｃｚ）の米国特許第４，７９７，２０３号明細書；１９８９年８月２２日発行のサイモン（Ｓｉｍｏｎ）等の米国特許第４，８５９，３４７号明細書。これらの開示は本明細書に援用される。下層流出口の開口の大きさを調整するいかなる機構も、液体サイクロン内に蒸気すなわちガスのコアを形成しない程度にサイフォン作用をその機構が阻害しないならば、本発明の装置及び方法に有利に採用することができる。

前述のように、スラリーを高流量で液体サイクロンに接線方向に流入させることにより、液体サイクロン内に旋回運動が生じる。スラリーの経路は、先端部に近い少なくともよどみ点の箇所までは円筒状内壁面に螺旋状に降下する。この下向きの螺旋は一次渦（ｐｒｉｍａｒｙ ｖｏｒｔｅｘ）と称される。好ましくは、一次渦は、先端部の下層流出口を介してガスを液体サイクロンに引き込むサイフォン作用を創り出するであろう。この流入ガスは、液体サイクロン内に中心蒸気すなわちガスのコアを形成する。蒸気コアの直径は、スラリーの体積流量に応じて変動する。流量が少なすぎると、いかなる蒸気コアも形成せず、スラリー中の液体及び固体の全てが液体サイクロンから出て下層流出口から流出する流れとなる。流量が多いすぎると、蒸気コアが広がって下層流出口を閉塞し、スラリー成分の全ては溢流出口を通って液体サイクロンから流出せざるを得なくなる。

下層流出口は小さいので、一次渦は、蒸気コア周辺に二次渦（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｖｏｒｔｅｘ）を形成する先端部近くで上向きに方向を変えざるを得ない。この二次渦は、一次渦と同じ方向に回転するが、前記先端部から液体サイクロンの上端に向かって螺旋状に上昇する。スラリーの相分離はこの二重渦流で行われる。より重くより高密度の懸濁した固形物は、その固形物が先端部の下層流出口方向に螺旋状に降下する、液体サイクロンの円筒状外壁に向って外側に移動する。この固形物に富むスラリー流は、下層流出口の開口又は下層流ノズルを通って液体サイクロンから流出する。下層流出口の開口は、蒸気コアと固形物に富むスラリー流の流出とにより流体力学的に閉塞される。この閉塞は、より軽くより低密度の液状成分を含む固形物激減のスラリー流の下層流出口からの流出を阻止する。それどころか、固形物激減のスラリー流は、二次渦を通って上方に移動せざるを得ず、溢流出口を介して液体サイクロンから流出する。

好ましくは、液体サイクロンを平衡モードで作動させることにより効率的な相分離が達成される。この文脈で用いられる「平衡モード」とは、液体サイクロン内に蒸気コア及び二重の渦流を創り出すように、スラリーの流量と下層流出口の開口との相互間で達成されるバランスをいう。平衡モードは、スラリー供給の体積流量の調整、下層流出口開口の大きさの調整又はこれらの組み合わせによって達成され、効率的な相分離を達成することができる。これらの変量の調整による平衡モードでの液体サイクロンの作動は、液体サイクロンの使用に精通した者の技量の範囲内にある。
本発明の装置のみならずその材質及び製造方法で用いられる液体サイクロンの選択は、そこで分離されるスラリーの組成、圧力及び温度特性を考慮すべきである。本発明の装置及び方法で使用される好適な液体サイクロンは、例えば、テキサス州コンロー（Ｃｏｎｒｏｅ）所在のトリ−フロ・インターナショナル社（Ｔｒｉ−Ｆｌｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．）など、広範な商業的供給源から入手できる。

［生成物容器］
本発明の分離器装置は、スラリーから分離され溢流出口を介して液体サイクロンから流出する、液状成分の少なくとも一部を受け入れるように構成された生成物容器を備える。更に、液体サイクロンに引き込まれて中心蒸気コアを形成するガスの少なくとも一部も、分離された液状成分と一緒に溢流出口を通過する。生成物容器の主な機能は液体及びガスの混合物を収集しかつ脱気することにあり、液状反応生成物を回収し、ガスを液体サイクロンの下層流出口への再循環に利用することができる。
生成物容器は、溢流出口から液状成分及びガスを受け入れ収容できる好適ないかなる容器、タンク又はドラムであってもよい。選択される容器は、液状及びガス成分を容器中で分離可能にするに十分な内部容量がなければならない。生成物容器の選択、その材質及び製造方法は、また、その中に収容される物質のみならず、これらの物質の予期される圧力及び温度特性も考慮に入れるべきである。好ましい実施の形態において、液体サイクロンの溢流出口を生成物容器に接続して、その間に単一のすなわち直接の流体連通を形成する導管又は配管が設けられる。更に、生成物容器は、任意ではあるが、以降の処理及び／又は使用のために容器から脱気された液状成分を取り出す液状生成物用出口を有することが好ましい。

更に、液体及びガスの流れを脱気するために液体サイクロンを使用することは、当該技術において公知である。そのようなものとして、液体サイクロンは、本発明の分離器装置において生成物容器としての使用に好適である。このような実施の形態において、溢流出口を介して液体サイクロンから流出する液体及びガスの流れと、下層流出口を介して液体サイクロンから流出する固形物に富むスラリー流とに、スラリーを分離する第一の液体サイクロンが用いられる。その際、液体及びガスの流れは、第一の液体サイクロンの溢流出口から、ガスが液体から分離される第二の液体サイクロンに導かれる。分離されたガスは、第一及び／又は第二の液体サイクロンの下層流出口への再循環に使用できる第二の液体サイクロンの溢流出口を通過する。液体サイクロンが生成物容器として使用される上記実施の形態において、以下に記載のＰ１は、第二の液体サイクロンの内部圧力というよりはむしろ当該液体サイクロンの溢流出口の圧力をいう。

［流体連通手段］
本発明の分離器装置は、更に、生成物容器と下層流出口の間に流体連通を提供する手段を備える。
好ましい実施の形態において、流体連通手段は、少なくとも下層流出口及び生成物容器がハウジング内部に開口する程度に、液体サイクロン及び生成物容器を囲繞する共通のハウジングを備える。このような実施の形態において、共通のハウジングは下層流出口と生成物容器の間に流体連通を提供するので、ガス循環経路には液体サイクロン内に蒸気コアを形成するガスの循環が創り出される。より具体的には、溢流出口を介して液体サイクロンから流出するガスは、生成物容器を通過してハウジング内の雰囲気中に流入する。ハウジング内部からのガスは、前述のサイフォン作用により、下層流出口を介して液体サイクロンに引き込まれる。

液体サイクロン及び生成物容器が共通のハウジング内に収容される実施の形態において、分離器装置は、任意ではあるが、ハウジング内の圧力を調整及び／又は制御する手段を含むことが好ましいであろう。かかる手段は、ガス供給源と、ハウジング圧力を検知し、かつハウジング内に又はハウジングからガスを導いて、ハウジング内を所望の圧力に調整及び維持するに必要とされる制御システムとを備えることができる。ガスは、窒素等の不活性ガスであってもよいが、合成ガス又は反応物質を含有するその他のガスとすることもできる。スラリーが上流の反応装置に再循環される触媒を含有する場合、選択されるガスは、触媒を著しく分解又は失活させないものが好ましいであろう。圧力を監視する１又はそれ以上の計測器を備え、かつハウジング内に又はハウジングからガスを導く弁機器を使用する制御システムは、全く手動とすることができる。ハウジング圧力を監視し信号を送信して弁機器を作動させる、処理装置を備えた自動制御が好ましいかも知れない。なお、当業者であれば、実質的に気密のハウジング内の圧力を制御する他の手段を認識するであろう。

ハウジング圧力は、大部分が、スラリーの供給源、プロセスの流れにおける分離器装置の位置、及び分離された成分の使用方法に依存するであろう。例えば、１種又はそれ以上のスラリー成分を分離して上流の反応装置に再循環する場合、分離器装置及び内部ハウジングの圧力は、上流の反応装置の圧力と同じであるか又は実質的に同じであることが好ましい。かかる圧力は、大気圧より大きく、好ましくは約７５ｐｓｉｇ（約５．１７×１０^５Ｐａ・Ｇ）より大きく、より好ましくは約１５０ｐｓｉｇ（約１．０３×１０^６Ｐａ・Ｇ）より大きく、更に好ましくは約２５０ｐｓｉｇ（約１．７２×１０^６Ｐａ・Ｇ）より大きくすることができる。スラリーがフィッシャー−トロプシュ反応装置に由来し、分離された触媒をその反応装置に再循環する場合には、ハウジング内の圧力を調整及び／又は制御する手段は、内部ハウジング圧力を約２５０ｐｓｉｇ〜約７００ｐｓｉｇ（約４．８３×１０^６Ｐａ・Ｇ）に維持するように、圧力を調整可能とすることが好ましい。

［固形物容器］
任意ではあるが、本発明の分離器装置の非常に好ましい構成部材は、液体サイクロンの下層流出口の下流に配置される固形物容器である。固形物容器は、下層流出口から固形物に富むスラリーを受け入れるように構成及び配置される。固形物に富むスラリーは、上流地点に再循環するための反応装置等の容器下部の出口を介して固形物容器から取り出されるか、あるいは更なる処理又は使用のために下流に導くことができる。好ましい実施の形態において、固形物に富むスラリーは、分離器装置から上流のフィッシャー−トロプシュ反応装置に再循環する触媒固形物を含むであろう。更に、固形物容器の位置及び構造は、液体サイクロンの下層流出口へのガスの流れを阻止しないようなものとすべきである。
液体サイクロン及び生成物容器が共通のハウジングに収容される実施の形態においては、ガスが下層流出口に流れることを可能にするように、固形物容器を下層流出口より下方に離間させることができる。好ましくは、かかる固形物容器は、下層流出口から放出される固形物に富むスラリーを受け入れる開口を有する。このような形態では、固形物容器は、液体サイクロン及び生成物容器を囲繞するハウジング内に全体又は一部が取り囲まれるであろう。ハウジングは、生成物容器と液体サイクロンの下層流出口の間にガス循環経路を設けるために、下層流出口、生成物容器及び少なくとも固形物容器の開口を取り囲むことが好ましい。

代替の実施の形態において、下層流出口と固形物容器の間に直接の流体連通を存在させるために、固形物容器を液体サイクロンに接続することができる。この接続は固形物容器を液体サイクロンの下部に付設することにより行われ、下層流出口が固形物容器の一部に完全に包囲される。これに代えて、下層流出口と固形物容器の間の上記直接の流体連通は、下層流出口を固形物容器に接続する導管を設けることにより行うことができる。これらの実施の形態のいずれかにおいて、生成物容器と下層流出口の間を流体連通する手段は、生成物容器を固形物容器と接続するガス循環導管を含む。より好ましくは、このガス循環導管は生成物容器の上部を固形物容器の上部と接続し、これにより両者の容器間にガス循環経路を形成する。
このような形態では、液体サイクロンの溢流出口から流出するガスが生成物容器中の液状成分から分離される。分離されたガスは、その後、ガス循環導管を通って固形物容器の上部に流れ込むことができる。ここで、放出された固形物に富むスラリーの上方の空間は、下層流出口を介して液体サイクロン内に分離されたガスを引き込むのに利用できる。このようにして、液体サイクロンと、生成物容器と、固形物容器との間にガス循環ループが形成される。

固形物容器が液体サイクロンに接続されて、下層流出口と固形物容器の間に直接の流体連通が存在する実施の形態においては、分離器装置は、任意ではあるが、ガス循環ループ内の圧力を調整及び／又は制御する手段を含むことが好ましいであろう。かかる手段は、ガス供給源と、圧力を検知し、かつガス循環ループ内に又は同ループからガスを導いて、所望の圧力を達成及び維持するに必要とされる制御システムとを備えることができる。ガスは、窒素等の不活性ガスであってもよいが、合成ガス又は反応物質を含有するその他のガスとすることもできる。スラリーが上流の反応装置に再循環される触媒を含有する場合、選択されるガスは、触媒を著しく分解又は失活させないものが好ましいであろう。圧力を監視する１又はそれ以上の計測器を備え、かつ上記ループ内に又はループからガスを導く弁機器を使用する制御システムは、全く手動とすることができる。ループ圧力を監視し信号を送信して弁機器を作動させる、処理装置を備えた自動制御が好ましいかも知れない。

また、ガス循環ループ内の圧力を調整するために、実質的に気密の容器内の圧力を制御及び／又は調整する代替の手段を有利に用いることができる。更に、任意に用いられる上記圧力制御は、固形物容器からガスを導入する又は引き出すことにより行われると、時折本明細書に記載されているものの、スラリー又は分離されたスラリー成分にかかる圧力を制御するために、一般にガス循環ループに沿った１箇所又はそれ以上の位置からガスを導入及び／又は引き出し得ることが、当業者であれば認識されるであろう。
分離器装置内の圧力は、大部分が、スラリーの供給源、プロセスの流れにおける分離器装置の位置、及び分離された成分のその後の使用方法に依存するであろう。例えば、１種又はそれ以上のスラリー成分が分離されて上流の反応装置に再循環される場合、分離器装置及び固形物容器は、上流の反応装置の圧力と同一であるか又は類似していることが好ましい。かかる圧力は、大気圧より大きく、好ましくは約７５ｐｓｉｇより大きく、より好ましくは約１５０ｐｓｉｇより大きく、更に好ましくは約２５０ｐｓｉｇより大きいであろう。スラリーがフィッシャー−トロプシュ反応装置に由来し、分離された触媒固形物をその反応装置に再循環する場合には、圧力を調整及び／又は制御する手段は、目標の圧力を約２５０ｐｓｉｇ〜約７００ｐｓｉｇに維持するように、圧力を調整できることが好ましい。

［加熱ユニット］
本発明の分離器装置は、スラリー成分を高温ならびに高圧で分離する際に使用されることができる。スラリーの流れが高温の供給源に由来する場合は、スラリー及び／又は分離された成分を高温に維持して、効率的な分離を達成し、プロセスの流れの温度変動をできるだけ小さくすることが望ましいと思われる。
例えば、スラリー流の組成は、その流れを所定の温度以上に維持して、所定の成分を液相又は気相中に維持することが必要であると思われる。フィッシャー−トロプシュ反応装置に由来するスラリー中の触媒固形物から液状反応生成物を分離する際に、分離器装置が用いられる好ましい実施の形態において、液状反応生成物は液相中に炭化水素系ワックスを含むであろう。これらの炭化水素類がその融点以下に冷却すると、炭化水素類は、分離器装置に流入する前に、分離器装置内又はスラリー流中の触媒固形物と共に凝集する可能性がある。更に、１種又はそれ以上の分離された成分が高温の反応装置に再循環される場合、かかる成分を高温に維持して、当該反応装置内の温度変動をできるだけ小さくすることが望ましいと思われる。

そのようなものとして、本発明の分離器装置は、必要に応じて、スラリー又は分離されたスラリー成分を所定の温度以上に維持する１又はそれ以上の加熱ユニットを含んでもよいことが想定される。フィッシャー−トロプシュ反応装置に由来するスラリーから成分を分離する際に、分離器装置が用いられる好ましい実施の形態において、用いられるあらゆる加熱ユニットは、フィッシャー−トロプシュ反応装置に典型的に含まれる温度範囲内に、スラリー及び分離されたスラリー成分を維持することが可能でなければならない。そのため、このような実施の形態においては、スラリー及び分離されたスラリー成分は、約２５０°Ｆ〜約６００°Ｆ（約１２１．１℃〜約３１５．６℃）の範囲、より好ましくは約３００°Ｆ〜約５５０°Ｆ（約１４８．９℃〜約２８７．８℃）、更に好ましくは約４００°Ｆ〜約５００°Ｆ（約２０４．４℃〜約２６０℃）の温度に維持されることが望ましい。上記温度に維持するに必要と思われる加熱ユニットの数及び配設位置は、主として、例えば高温スラリーの供給源に関連して、プロセスの流れにおける分離器装置の位置と、スラリーの組成と、分離された成分のその後の処理又は使用の望ましい相とに依存するであろう。

［任意の上流側の構成部材］
至る所で述べたように、本発明の分離器装置は、高圧及び／又は高温反応装置に由来するスラリー成分を分離する当該反応装置の下流のプロセスの流れに位置することが想定される。従って、本発明の装置における液体サイクロンのスラリー入口は、反応装置からスラリーを受け入れる上記反応装置に接続されることが想定される。反応装置ポートとスラリー入口の間の中間部材は、１又はそれ以上の任意の構成部材とすることができる。具体的には、かかる任意の構成部材としては、前記項目で取り上げたような加熱ユニット、脱ガスユニット、ポンプ等を挙げることができる。
上記反応装置からのスラリー流が気相中に生成物及び未反応物質を含有する場合は、スラリー入口が脱気されたスラリーを受け入れるように、脱ガスユニットで上記成分を除去することが望ましいと思われる。脱ガス装置は当該技術において周知であり、脱ガス装置としては、好ましくはスラリー流に大きな圧力降下を強いることなく、スラリーから大部分のガスを除去するあらゆる容器、タンク、ドラム、液体サイクロン等を挙げることができる。

前述のように、平衡モードでの液体サイクロンの作動は、液体サイクロンのスラリー入口でスラリーの体積流量の調整を必要とすることがあり、この流量の制御に１又はそれ以上のポンプを有利に使用することができる。しかし、スラリー流が分離器装置の上流に位置する高圧反応装置から加圧下にある場合、反応装置と分離器装置の圧力差を利用して、ポンプを使用することなく、分離器装置を通してスラリーを移動させるに十分な静水圧をスラリーに生み出すことができる。このように、スラリーの供給源と分離器装置の圧力差を巧みに利用して、分離器装置への又はこれを通過するスラリーの体積流量を制御することもできる。スラリーの供給源と分離器装置の間の圧力損失が極力抑えられる場合には、分離器装置へのスラリーの体積流量を制御する１又はそれ以上のポンプの使用が好ましい。液体サイクロンへのスラリーの体積流量を制御する他の方法及び手段については、後に取り上げる。

［本発明の方法］
本発明の分離方法は、下層流出口及び溢流出口を有する液体サイクロン内に液状及び固形成分を含むスラリーを導入する工程と、分離された液状成分及びガスを溢流出口を介して生成物容器内に導く工程と、生成物容器と下層流出口の間に流体の連通を提供する工程とを含む。
好ましくは、本発明の分離方法は、液体サイクロンを平衡モードで作動させる工程を更に含む。下層流出口の大きさを調整するか、液体サイクロン内に導入されるスラリーの体積流量を調整するか、又はこれらの組み合わせにより、分離器を平衡モードで作動させることができる。既述のように、下層流出口周囲に調整可能な開口又は環状堰を有する分離器を利用して、下層流出口の調整を行うことができる。

前述のポンプの使用を通じて、分離器に流入するスラリーの体積流量の調整を直接行うことができる。間接的には、上流の反応装置と分離器内の圧力との圧力差を生み出し、これを巧みに利用して、スラリーの体積流量を制御することができる。更に、プロセスの流れの設計とこのプロセスの流れ内の液体サイクロンの相対的な配設位置とを通じて、スラリーに静水圧を生み出すことにより、スラリーの体積流量について制御を行うことができる。一例として、脱ガスユニットが分離器装置より上流で用いられる場合は、脱ガスユニット下方のスラリー・カラムの静水圧が液体サイクロンの適切な作動に必要とされるものとなるように、脱ガスユニットを分離ユニット上方に十分な間隔を置いて高くすることが好ましい。同様に、スラリーが反応装置から取り出される反応装置ポート下方に、スラリー入口を間隔を置いて位置させることにより、静水圧を生み出すことができる。液体サイクロンに流入するスラリーの流量を制御及び調整する他の手段は公知である。

生成物容器と下層流出口の間に流体連通を提供する工程は、少なくとも、液体サイクロンの一部及び生成物容器を共通のハウジングで囲繞することにより行うことができる。液体サイクロンの下層流出口がハウジング内に包囲されていても、スラリー成分の効率的な分離を達成するために、液体サイクロンは好ましくは平衡モードで作動されることに留意されたい。液体サイクロン内に導入されたスラリーが高圧状態にある場合、前記方法は、また、ハウジング内の圧力を調整してスラリーにかかる圧力を高圧にする工程を含むことができる。囲繞するハウジング内の圧力は、大気圧より大きく、好ましくは約７５ｐｓｉｇより大きく、より好ましくは約１５０ｐｓｉｇより大きく、更に好ましくは約２５０ｐｓｉｇより大きくすることができる。先により詳細に記載したように、ハウジングからガスを導入又は除去することにより、ハウジング圧力を調整することができる。

本発明の方法は、固形物に富むスラリーを下層流出口を介して固形物容器内に導く工程を更に含むことができる。このような実施の形態において、生成物容器と下層流出口の間に流体連通を提供する工程は、また、生成物容器と固形物容器の間を流体連通することにより行うことができる。かかる方法は、また、液体サイクロンを平衡モードで作動させる工程を含むことが好ましい。固形物に富むスラリーを固形物容器内に導き、液体サイクロン内に導入されるスラリーが高圧状態にある場合、前記方法は、固形物容器内の圧力を調整してスラリーにかかる圧力を高圧にする工程を更に含むことができる。固形物容器内の圧力は、大気圧より大きく、好ましくは約７５ｐｓｉｇより大きく、より好ましくは約１５０ｐｓｉｇより大きく、更に好ましくは約２５０ｐｓｉｇより大きくすることができる。先により詳細に記載したように、固形物容器からガスを導入又は除去することにより圧力を調整することができる。

更に、囲繞するハウジング内又はガス循環ループ内であろうとなかろうと、分離器装置内の圧力の調整は、当業者にとって公知の他の手段により行われ得ることに留意すべきである。例えば、単一のすなわち直接の流体連通が、液体サイクロンと固形物容器の間及び固形物容器と生成物容器の間の導管によりもたらされる場合には、単に固形物容器だけを通じて圧力制御を強いる必要はないが、圧力制御は、ガス循環導管内、生成物容器内、又は、液体サイクロンと、生成物容器と、固形物容器との間に形成されるガス循環ループの別の構成要素内の圧力操作を通じても制御され得る。
好ましいプロセスの実施の形態において、本発明の方法は、高圧及び／又は高温でフィッシャー−トロプシュ反応装置に由来するスラリーから触媒固形物を分離して、清澄な液状反応生成物と反応装置に再循環される固形物（触媒）に富むスラリーとを得る方法に用いられる。典型的には、かかるスラリーは、約２５０ｐｓｉｇ〜約７００ｐｓｉｇの反応装置の圧力下にある。更に、かかるスラリーは、約２５０°Ｆ〜約６００°Ｆ、より好ましくは約３００°Ｆ〜約５５０°Ｆ、更に好ましくは約４００°Ｆ〜約５００°Ｆの高温状態とすることができる。このように、本発明の分離方法は、スラリー又は成分を所望の状態又は相に維持するために、スラリー及び／又は１種又はそれ以上の分離された成分を加熱する工程を更に含むことができる。

図面の詳細な説明
図１を参照して、反応容器１０は、固体触媒、液状及びガス状反応生成物、ならびに未反応のガス反応物質を含むスラリー床（図示せず）を収容するフィッシャー−トロプシュ反応装置である。反応装置のスラリーの一部は、反応容器１０から配管８を経由して周期的又は連続的に取り出されると共に、ガス状成分がスラリーから除去されて反応装置１０に再循環される脱ガスユニット１８に導かれる。脱気されたスラリーは、次に、配管２０を経由して分離器装置２２に導かれる。脱気されたスラリーは、スラリー入口２６を介して液体サイクロン２４内に導かれる。液体サイクロン２４内では、スラリーは固形物に富むスラリー流と固形物激減のスラリー流とに分離される。固形物激減のスラリー流は、液状反応生成物と下層流出口２８を介して液体サイクロン内に引き込まれるガスとを含む。固形物激減のスラリー流は、溢流出口３０を介して液体サイクロンから流出し、生成物容器３２内に導かれる。生成物容器３２内では、固形物激減のスラリー流を清澄な液状反応生成物とガスに分離することが可能である。分離された液状反応生成物３６は出口３４を介して生成物容器から流出し、分離されたガス成分は出口３８を介して生成物容器３２から流出する。

ガス循環経路４０が生成物容器３２と下層流出口２８の間に設けられ、両者間に流体連通が提供される。ガス循環経路４０は、分離されたガス成分を液体サイクロン２４の下層流出口２８に戻しながら循環させることが可能であり、当該液体サイクロンにおいて、上記ガス成分を分離器内に引き込むことが可能であると共に、ガス成分は液体サイクロンの平衡モードでの作動を容易にする。固形物に富むスラリー流は、下層流出口２８を介して液体サイクロン２４から流出し、スラリー戻し配管４２を経由して反応装置のスラリー床に再循環される。

図２は好ましい実施例を示し、分離器装置の構成部材が共通のハウジング内に囲繞されていて、液体サイクロンを平衡モードで作動させることがやはり可能であり、かつ、生成物容器３２と下層流出口２８の間を流体連通することが可能でありながら、スラリー及び分離された成分を高圧に維持する。図示のように、液体サイクロン２４、生成物容器３２及び固形物容器６０は全て、ハウジング５６内に収容されている。固形物激減のスラリー流を溢流出口３０から生成物容器３２に移送する導管３１が設けられている。ハウジング５６は、ハウジング内部５２の圧力を調整する圧力調整手段７８を有する。生成物容器３２は、分離されたガス成分がハウジング内部５２に拡散できる開口５４を有する。同様に、固形物容器６０は、ハウジング内部５２のガスが液体サイクロン２４の下層流出口２８に流入できる開口６４を有する。

図３に示す代替の実施例において、液体サイクロン２４、生成物容器３２及び固形物容器６０の間にガス循環ループが形成されている。このガス循環ループは、溢流出口３０と生成物容器３２の間を直接流体連通する溢流導管３１と、生成物容器３２と固形物容器６０の間を流体連通するガス循環導管７０と、固形物容器６０内の下層流出口２８の包囲とによって、密閉されている。図示のように、固形物容器６０及び上記ガス循環ループ内の圧力を制御する圧力調整手段７８が設けられている。

実施の形態と異なっていても、本明細書の教示の利益を受ける当業者にとって明らかな均等な方法で、本発明を変形したり実施することができるので、前述の特定の実施の形態は一例にすぎない。更に、添付の特許請求の範囲に記載された事項以外に、本明細書に示された構成又は構造（ｄｅｓｉｇｎ）の詳細にわたるいかなる限定も目的とするものではない。それ故に、前述の特定の実施の形態を変更又は変形でき、このような全ての変化が本発明の範囲及び精神にあるとみなされることは明らかである。従って、本明細書で求められる保護は、添付の特許請求の範囲に記載されている通りである。

本発明の分離器装置が組み込まれた反応装置系の概略図である。 本発明の分離器装置の好ましい実施例の概略図である。 本発明の分離器装置の好ましい実施例の概略図である。

Claims (10)

1. スラリー入口、下層流出口、溢流出口及び断面形状が環状の内壁を備え、液状及び固形成分を含むスラリーを受け入れる液体サイクロンと、
   上記溢流出口から液状成分及びガスの一部を受け入れるように構成された生成物容器と、
   上記生成物容器と下層流出口の間を流体連通する手段と
   を含み、前記流体連通する手段が液体サイクロン及び生成物容器を囲繞するハウジングを含み、該ハウジングの内部に生成物容器及び下層流出口が開口していて、それにより生成物容器と下層流出口との間に流体連通する手段を提供するスラリー成分の分離装置。
2. 前記ハウジングの内部の圧力を調整する手段を更に含む請求項１に記載された装置。
3. 下層流出口及び溢流出口を有する液体サイクロン内に液状及び固形成分を含むスラリーを導入する工程と、
   分離された液状成分及びガスを上記溢流出口を介して生成物容器内に導く工程と、
   上記生成物容器と下層流出口の間に流体の連通を提供する工程と
   を含み、生成物容器と下層流出口の間の前記流体の連通が、液体サイクロン及び生成物容器を共通のハウジングで囲繞することにより提供されるスラリー成分の分離方法。
4. 前記液体サイクロンを平衡モードで作動させる工程を更に含む請求項３に記載された方法。
5. 前記液体サイクロンが、下層流出口の大きさを調整するか、液体サイクロン内に導入されるスラリーの体積流量を調整するか、又はこれらの組み合わせにより、平衡モードで作動される請求項４に記載された方法。
6. 前記ハウジング内の圧力を調整する工程を更に含む請求項３に記載された方法。
7. 固形物に富むスラリーを下層流出口を介して固形物容器内に導く工程を更に含む請求項３に記載された方法。
8. 前記スラリーが、高圧又は高温の状態にあるか、あるいはこれらの組み合わせからなる請求項３に記載された方法。
9. 前記スラリーが約２５０ｐｓｉｇ（約１．７２×１０ ^６ Ｐａ・Ｇ）以上の圧力にある請求項８に記載された方法。
10. 前記スラリーが約２５０°Ｆ〜約６００°Ｆ（約１２１．１℃〜約３１５．６℃）の温度にある請求項８に記載された方法。

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