KR20040006024A - 슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법,탄화수소 생성물의 생산 증대 방법 및 슬러리 탄화수소합성 방법 - Google Patents

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Abstract

리브의 종횡비가 5미만인 리브식 열교환 튜브는, 유동하는 가스 기포 또는 미립자 고체, 및 유동하는 가스 기포가 분산된 액체상을 포함하는 슬러리내에서 사용되는 경우, 핀을 갖거나 또는 갖지 않는 종래의 열교환 튜브보다 큰 간접 열교환을 제공한다. 리브, 및 전형적으로 또한 열교환 튜브의 종축은 가스 기포 유동 방향에 평행한 방향으로 또는 그 종축을 따라 나선형으로 정렬된다. 이것은 ① 반응장치내의 온도의 증가 없이 슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 반응장치의 생산성을 증가시키거나, 또는 ② 소정의 공급물 전환에서 반응 온도를 낮춤으로써 높은 분자량 탄화수소의 생산을 증대하는데 유용하다.

Description

슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법, 탄화수소 생성물의 생산 증대 방법 및 슬러리 탄화수소 합성 방법{INCREASED HEAT EXCHANGE IN TWO OR THREE PHASE MEDIUM}
① 가스 기포 또는 ② 가스 기포 및 미립자 고체가 분사되거나 부유된 슬러리 액체를 포함하는 2상 또는 3상의 슬러리를 생성하는 화학 공정은, 공지되어 있으며, 반응물이 탄화수소 공급물 및 또는 다른 공급물과 반응되어 공급물의 적어도일부의 분자 구조를 전환시키는 전환 반응(conversion reaction)을 포함하는 많은 적용에 있어서의 사용이 알려져 있다. 전형적으로, 이들 반응은 촉매하에서 수행된다. 이러한 반응장치는, 상승 유동하는 가스 및/또는 액체가 다양한 반응을 위한 공급물(예를 들면, 석탄 액화), 촉매 또는 다른 입자중 어느 성분을 포함할 수 있는 미립자 고체를 팽창시키거나 분사시키도록 작용하는 현탁 기포탑 반응장치(ebullating bed reactor)로 종종 불려진다. 이것은, 수소 및 일산화탄소의 기포가 탄화수소 슬러리 액체내의 피셔-트롭시 촉매하에서 반응하여 탄화수소를 형성하는 슬러리 탄화수소 합성 반응을 포함한다. 이러한 적용에 있어서, 반응장치내의 슬러리에서 열을 제거하거나 또는 그것에 열을 가하는 간접 열교환 수단과 슬러리 사이의 열전달 제한은 반응 효율을 감소시키고 또한 반응장치 생성물을 소정 온도로 제한할 수 있다. 예를 들면, 피셔-트롭시 탄화수소 합성 반응은 높은 발열 반응이다. 이것은 반응장치 내측의 슬러리와, 그에 침적된 간접 열교환 냉각 수단 사이의 열전달 제한으로 인해 탄화수소 생성물을 소정 온도로 제한할 수 있다. 전형적으로, 이러한 열전달 수단은, 반응 동안에 열을 슬러리로부터 제거하기 위한 수단으로서, 그것을 통해 흐르는 냉각수가 증기로 전환되는 핀식(finned) 또는 베어(bare) 증기 튜브이다.
발명의 요약
슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 반응장치내의 3상 슬러리와 같은 2상 또는 3상 슬러리와의 간접 열교환을 위한 열교환 수단으로서 리브식 튜브 또는 도관을 사용함으로써, 종래의 핀식 또는 플레인(plain) 열교환 튜브보다 큰 열전달을제공한다는 것을 발견하였다. 슬러리 탄화수소 합성 반응에 있어서, 슬러리와의 열교환을 증대시킴으로써, ① 합성 반응으로부터의 보다 큰 분자량의 탄화수소 생성물의 생성을 최대화하도록 반응장치가 소정 CO 전환에서 저온으로 작동하게 하거나, ② 반응장치의 생산성을 증대하도록 보다 높은 CO 전환을 허용하거나, ③ ①과 ②의 조합을 허용한다. 리브식 튜브는 하나 또는 그 이상의 튜브 또는 도관 열교환 수단의 각각의 외면으로부터 외향으로 연장 또는 돌출하는 비교적 얕고 낮은 종횡비의 열교환 돌출부(이하, "리브"로 칭함)를 갖는 하나 또는 그 이상의 중공형 열교환 튜브 또는 도관을 지칭한다. 리브는 슬러리내의 가스 기포의 유동 방향에 실질적으로 평행하게, 또는 그것을 따라 나선형으로 정렬된다. 또한, 하나 또는 그 이상의 튜브 또는 도관의 종축은 전형적으로 슬러리를 통과하는 가스 기포의 전반적인 유동 방향에 대체로 평행한 방향으로 정렬될 것이다. 도관의 종축이 가스 기포의 유동 방향에 평행하게 정렬되는 경우, 그에 의해 리브는 도관의 종축에 평행하게 또는 그것을 따라 나선형으로 정렬된다. 가스 기포가 상향으로 유동하는 반응장치내의 슬러리에 있어서, 이것은, 각 열교환 도관이 그것의 종축에 대하여 실질적으로 수직으로 정렬되고, 또한 리브가 도관의 수직 종축에 실질적으로 평행하게 또는 그것을 따라 나선형으로 정렬된다는 것을 의미한다. 가스 기포의 유동 방향 또는 도관의 종축을 따라 나선형으로 정렬된다는 것은 리브가 가스 기포의 유동 방향으로부터 45° 미만의 각도, 바람직하게는 도관의 종축으로부터 45° 미만의 각도로 나선형으로 정렬된다. 따라서, 본 발명의 수단에 유용한 돌출부 또는 리브는 열교환 수단의 종축 및 가스 기포의 유동 방향 모두에 대해 축방향 또는 나선형으로 정렬되는 것이 전형적이고 바람직할 것이다. 2상 또는 3상 슬러리는 ① 가스 기포 또는 ② 가스 기포 및 미립자 고체가 분산되거나 부유된 연속 슬러리 액체를 의미한다. 슬러리내의 가스 기포는 혼합, 배플 등으로 인해 2개 이상의 방향으로 유동될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 가스 기포 유동은 하기에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 하나의 방향으로 주로 이루어진다.
본 발명의 열교환 수단을 포함하는 도관 및 리브는 열전도성 재료, 전형적으로 금속으로 제조된다. 또한, 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단 또는 리브식 튜브는 리브의 높이대 폭 비(이하, "종횡비"라 함)가 5미만, 바람직하게 3미만, 보다 바람직하게 2미만인 것을 특징으로 한다. 리브를 포함하지 않는 튜브 또는 도관의 외경("베이스 외경")대 리브 높이의 비가 10보다 큰 것이 바람직하다. 이것은 튜브 또는 도관의 외측 열교환 표면에 리브식 외형을 제공하며, 전형적으로 종횡비가 5보다 크고 베이스 튜브 외경대 리브 높이가 10미만인 리브와 일반 열교환 핀의 구별 기준이 된다. 단면이 원형이 아닌 도관의 경우에, 그것의 베이스 외경은 그것의 단면적이 비원형 도관의 단면적과 동일한 원형 단면을 갖는 도관의 외경으로 간주한다. 이것은 등가 외경으로 공지되어 있다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 리브간의 간격 또는 채널의 폭으로 나누어진 도관의 베이스 외경은 10보다 크다. 또다른 바람직한 실시예에 있어서, 도관을 결합시키는 리브간의 간격 또는 채널의 폭으로 나누어진 리브의 두께는 1보다 크고, 바람직하게는 1보다 크다. 단면에서 본 경우, 이들 리브는 종래 기술의 비교적 높고 전형적으로 편평한 핀보다는 오히려 짧고 폭이 넓은 성곽 모양, 기어 치형 모양, 또는 굵고 편평한 사각 절두형 나사산 모양의 외형을 보다 많이 갖는다. 종래 기술의 핀은 전형적으로 ① 핀의 폭 및 ② 핀간의 거리보다 실질적으로 큰 거리를 베이스 도관 또는 튜브로부터 외측으로 연장한다. 리브식 튜브의 열전달 특성은, 핀을 갖거나 또는 그렇지 않은 종래의 열교환 튜브보다, 연속 액체상내에 유동 가스 기포를 포함하는 2상 또는 3상 슬러리에서 양호하다고 알려졌다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은, 슬러리내에 위치된 수단과의 간접 열교환에 의해, 연속 슬러리 액체상을 포함하고 ① 가스 기포와, ② 가스 기포 및 미립자 고체가 분산되거나 부유된 슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 수단은 유입되는 열교환 유체를 주위 슬러리와 간접 열교환 관계로 수용하는 하나 또는 그 이상의 중공형 도관을 포함하며, 하나 또는 그 이상의 도관은 외면에 부착되고 외면으로부터 외측으로 연장되며 상기 가스 기포의 유동 방향을 따라 종방향으로(유동 방향에 실질적으로 평행하게) 또는 나선형으로 정렬되는 다수의 리브 또는 돌출부를 구비하며, 상기 리브는 종횡비가 5미만, 바람직하게는 3미만, 보다 바람직하게는 2미만이다. 하나 또는 그 이상의 튜브 또는 도관의 베이스 외경대 리브 높이의 비는 10보다 크다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 도관의 베이스 외경대 리브간의 채널 또는 간격의 폭의 비는 10보다 크다. 또다른 바람직한 실시예에 있어서, 도관의 베이스 외경 또는 외면과의 접합부에서 리브간의 채널 또는 간격의 폭으로 나눈 리브의 두께는 1보다 크다. 본 발명의 실시에 따른 방법은 슬러리를 수용하는 반응장치 또는 다른 용기내에서 발생하는 화학 반응 또는 다른 공정을 포함할 수 있으며, 열교환 수단은 슬러리와 간접 열교환 관계로 슬러리내에 침적되어 있다. 슬러리가 가스 기포 및 고체 촉매 입자가 분산된 연속 액체상을 포함하는 3상 슬러리인 피셔-트롭시 슬러리 탄화수소 합성 공정에 있어서, 합성 반응은 발열 반응이며, 본 발명의 열교환 수단을 통해 유동하는 냉각액은 열을 슬러리로부터 제거한다.
본 발명은 가스 기포를 포함하는 2상 또는 3상의 액체 연속 슬러리에서의 열교환의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 리브식 튜브 열교환기를 사용함으로써 2상 또는 3상의 액체 연속 슬러리의 내부로 또는 그의 외부로의 간접 열전달을 증대시키는 것에 관한 것이며, 여기서 리브는 대체로 튜브의 종축을 따라 그리고 가스 기포의 전반적인 유동 방향에 평행하게 정렬되며, 리브의 종횡비(aspect ratio)가 5보다 작고, 베이스 튜브 외경(O.D.)대 리브 높이 비는 10보다 크다. 이것은 슬러리 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch) 탄화수소 합성 반응장치의 생산성을 증대시키는데 유용하다.
도 1은 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단에 내장되는 슬러리 탄화수소 합성 반응장치의 단순한 단면 개략도,
도 2는 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단의 일부의 사시도로서, 튜브의 종축에 평행하게 정렬된 리브를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단의 일부의 사시도로서, 리브가 튜브의 종축을 따라 나선형으로 정렬된 도면,
도 4a 내지 도 4c는 각각 리브가 종축에 횡방향으로 정렬된 전형적인 종래 기술의 핀식 튜브의 열교환 수단의 평면도, 개략 측면도 및 사시도,
도 5a 및 도 5b는 각각 도 2에 도시된 것과 유사하게 리브가 종축에 평행하게 정렬된 것으로, 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단의 펼쳐진 섹션의 부분 평면도 및 측단면도,
도 6a 및 도 6b는 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 유사한 것으로, 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단의 펼쳐진 섹션의 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 7a는 도 3에 도시된 것과 같이 리브가 열교환 수단의 축을 따라 나선형으로 정렬된 것으로, 본 발명의 방법에 유용한 열교환 수단의 다른 실시예의 펼쳐진 부분의 부분 평면도 및 측단면도,
도 8a 및 도 8b는 각각 도 4a 내지 도 4c에 도시된 타입의 전형적인 핀식 종래 기술의 열교환 수단의 펼쳐진 섹션의 부분 평면도 및 측단면도로서, 핀이 종축을 따라 정렬된 도면.
도 1을 참조하면, 3상 슬러리(14)내에 수납되는 수직의 원통형 용기(12), 열교환 수단(16) 및 액체 필터(18)를 포함하는 슬러리 탄화수소 합성 반응장치(10)의 간략한 개략 단면도가 도시되어 있다. H2및 CO의 혼합 가스를 포함하는 합성 가스는 라인(20)을 통해, 위로 플리넘(plenum) 영역(22)내로 그리고 슬러리 바닥부에서 가스 분배기[점선(24)으로 간단하게 도시됨]를 통해 반응장치내로 공급된다. 슬러리(14)는 반응장치내의 조건에서 액상인 합성 반응의 탄화수소 생성물을 포함하는 슬러리 액체내에 분산된 적합한 탄화수소 합성 촉매의 가스 기포 및 입자를 포함한다. 기포는 반응 조건에서 기상인 합성 반응의 생성물 및 합성 가스의 기포를 포함한다. 필터(18)는 반응장치로부터 라인(26)을 통해 합성된 탄화수소 액체를 제거할 수 있다. 합성 가스가 슬러리를 통과하여 상승할 때, 합성 가스는 촉매 입자하에서 반응하여 반응장치내의 반응 조건에서 액상인 탄화수소와, 후단 가스를 형성한다. 액상 탄화수소는 슬러리 액체를 형성하며, 반응장치로부터 라인(26)을 통해 연속적으로 또는 간헐적으로 제거된다. 후단 가스는 기상 탄화수소, 수증기, CO2및 미반응 합성 가스를 포함한다. 후단 가스는 슬러리 위의 가스 공간(28)내에 모이며, 반응장치로부터 라인(30)을 통해 제거된다. 탄화수소 합성 반응은 높은 발열 반응이며, 반응장치의 내부는 간접 열교환으로 냉각수와 같은 냉각제로 냉각되어야 한다. 냉각수는 라인(32)을 통해 열교환 수단(16)내로 통과되며, 이 열교환 수단은, 이러한 예에서, 본 발명의 실시에 유용한 다수의 동일 리브식 열교환 튜브(34)를 포함하며, 이 열교환 튜브는 도시된 바와 같이 상부 및 하부에서 연결되어 연속 도관을 형성한다. 중간 압력의 증기는 라인(34)을 통해 열교환 수단(16)을 빠져나간다. 이러한 증기는 전형적으로 펌프, 압축기 및 다른 설비를 작동시키기 위한 발전용으로 사용된다. 간략화를 위해 7개의 튜브(34)만이 도시되어 있다. 실제로, 그룹으로 배열된, 반응장치내에 수직으로 정렬된 수백의 리브식 열교환 튜브가 있으며, 각 그룹은 별도의 냉각수 입구 및 별도의 냉각수 출구를 갖는다. 도시된 바와 같이, 반응장치내의 가스 유동은 반응장치에서의 수직 정렬로 인해 각 튜브의 종축에 평행하다. 수직의 리브식 열교환 튜브(35)는, 도 2에 도시된 바와 같이 각 튜브의 수직의 종축에 평행하게 정렬되거나, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 각 튜브의 수직의 종축을 따라 그리고 그 주위에 나선형으로 배열될 수도 있는 리브를 구비한다. 모든 경우에서, 리브의 정렬이 튜브의 종축과, 본 경우에 수직 상향으로 향하는 가스 유동의 전반적 방향 모두에 평행하거나 또는 나선형이다는 것이 명백하다. 또한, 난류로 인해 반응장치내의 수평 가스 유동의 양이일부 있을 것이다. 그러나, 주요하고 전반적인 가스 유동 방향은 수직(수직 상향)이다. 본 발명의 리본식 튜브를 사용함으로써, 반응장치의 냉각기를 작동시켜 메탄 제조를 감소시키고, 특히 코발트 촉매 성분을 포함하는 촉매에 의해 합성된 탄화수소의 분자량을 크게 한다. 본 발명의 열교환 수단을 사용함으로써, 반응장치내로의 합성 가스 공급 속도를 빠르게 하여, 종래 기술의 전형적인 열교환 튜브와 비교하여 온도 증가 없이 반응장치 생산성을 높게 한다. 탄화수소 합성 공정에 있어서, 물은 전형적으로 반응장치내의 열교환 수단의 냉각액으로서 사용되며, 열교환의 결과로서 증기로 변화된다. 본 발명의 또다른 장점은, 본 발명의 실시에 사용된 열교환 수단으로부터 달성되는 높은 열전달로 인해, 보다 높은 압력의 증기가 냉각수로부터 생성될 수 있다는 것이다. 슬러리 탄화수소 합성 반응장치에서, 이것은 예를 들어 15psia 정도 증가될 수 있으며, 중간 압력의 증기(예를 들면, 150psia 이하)에서, 이것은, 특히 증기가 동력 터빈과 같은 설비에 사용될 경우, 중요한 특징이다.
도 2는 본 발명의 실시에 유용한 전형적인 리브식 열교환 튜브의 사시도를 도시하며, 여기서 리브는 튜브의 종축에 평행하게 정렬된다. 따라서, 튜브(34)는 중공형이고 원통형이며 가늘고 긴 것으로 도시되어 있으며, 튜브의 외면(38)으로부터 반경방향 외측으로 연장하는 10개의 리브(36)를 가지며, 튜브 내부의 보어(40)는 냉각수용 유동 도관을 제공한다. 도 3은 도 2와 유사한, 본 발명의 실시에 유용한 열교환 수단의 사시도지만, 여기서 리브는 튜브의 종축을 따라 나선형으로 정렬되어 있다. 이러한 예에 있어서, 나선 각도는 도면에 도시되고 지시된 바와 같이, 튜브의 종축으로부터 30°이다. 따라서, 튜브(37)는 종축(본 예에서 수직으로 배향됨)에 대해 30°각도로 튜브(35)의 주위를 나선형으로 감고 있다. 참조부호(39)는 베이스 튜브의 외면과 튜브의 접합부에서 각 리브 사이의 간격을 나타낸다. 이러한 접합부는 리브를 포함하지 않는 튜브의 외경인 튜브의 베이스 외경에 생긴다. 보어(40)는 튜브를 관통하여 수직으로 연장한다. 대조적으로, 도 4a 내지 도 4c는, 본 발명의 방법에 유용하지 않은, 전형적인 종래 기술의 원통형이고 중공형이며 가늘고 긴 핀식 열교환 튜브(42)의 평면도, 개략 측면도, 사시도를 도시한다. 튜브(42)는 반경방향 외측으로 연장하고, 튜브의 종축에 수직하게 튜브 외면 주위에 원주방향으로 정렬된 다수의 리브 또는 핀(44)을 구비한다. 보어(46)는 튜브를 관통하여 연장한다. 간략화를 위해, 핀을 포함하지 않는 튜브의 외경(베이스 외경)은 참조부호(43)로서 한번만 표시된다. 이러한 경우에 있어서, 튜브(42)의 종축은 기대되는 가스 기포의 유동 방향에 평행한 방향으로 정렬되지만, 핀은 기대되는 전반적인 가스 유동 방향에 대해 횡방향으로 튜브상에 정렬된다. 이것은 본 발명의 범위 밖이다. 또한, 핀이 튜브의 종축에 평행하게 정렬된 전형적인 종래 기술의 핀식 열교환 튜브도 본 발명의 범위 밖에 있다.
도 5a 내지 도 8b 모두는, 본 발명의 실시에 유용한 열교환 수단(도 5a 내지 도 7b)과, 전형적인 종래 기술의 ① 핀식 튜브(도 8a 내지 도 8b), 또는 핀 또는 다른 돌출부를 갖지 않는 플레인 증기 튜브(도시되지 않음) 사이의 차이점을 보다 더 나타내기 위해, 열교환 튜브의 펼쳐진 섹션을 나타낸다. 따라서, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 2에 도시된 것과 유사한 튜브의 펼쳐진 섹션(50)은 그것의외면(펼쳐진 섹션에서 상부면) 또는 베이스 표면(52)을 가로질러 배열된 다수의 평행 리브(54)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 튜브(50)의 외면과 그 베이스 외경에서 결합하는 리브의 바닥부의 근접 간격으로 인해, 튜브(50)의 베이스 외경 표면은 쉽게 분간할 수 없다. 인접 리브의 측벽이 베이스와 만나는 곳인 참조부호(52)에서 약간의 필릿(fillet) 또는 만곡부가 존재한다. 따라서, 각각의 다수의 리브(54)는 베이스 외경 표면(52)의 일부를 형성하며, 베이스 외경 표면(52)으로부터 내측으로 연장한다. 이것은 도 2와 유사한 리브식 튜브의 펼쳐진 섹션이다. 이러한 경우에 있어서, 도 2에 도시된 리브식 튜브의 반경방향 외측으로 연장하고 그 튜브의 종축에 평행한 리브(36)로 도시된 바와 같이, 돌출부(54)는 튜브의 외경으로부터 반경방향 외측으로 연장하며, 튜브의 종축에 평행하다. 펼쳐진 섹션에서의 이들 리브의 최외측 부분 사이에 나타낸 간격은 튜브의 만곡으로부터 기인하는 거리의 증가로 인해 튜브상에 있는 것보다 작다. 이것은 이하의 표 및 예에 설명된 타입 A의 평행 리브식 튜브를 나타낸다.
또한, 도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 것과 유사한 튜브의 펼쳐진 섹션을 도시하지만, 도 5a 및 도 5b의 튜브와 비교하여 하기의 표에서 축방향 B 타입의 리브식 튜브에 보다 유사하며, 여기서 리브는 도 5a 및 도 5b에서의 리브보다 짧고 보다 멀리 이격되어 있다. 이러한 경우에 있어서, 튜브의 베이스 외경인 상부면(60)은 그 표면과의 접합부에서 리브의 간격이 보다 넓기 때문에 쉽게 분간할 수 있다. 축적이 정확하지 않지만, 도 5a 내지 도 8b에 도시된 크기는, 축방향 A, 축방향 B 및 나선형 B 타입의 리브식 튜브와, 종래의 핀식 튜브의 핀 사이의 치수 차의 크기(하기의 표 및 예에 특정화됨)를 나타내도록 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시된 것과 유사한 튜브의 펼쳐진 섹션을 도시하며, 여기서 리브는 튜브의 종축에 대해 30°의 각도를 이룬다. 30°의 리브 정렬 각도 이외에는, 리브의 높이 및 간격은 도 6a 및 도 6b의 축방향 B 타입의 펼쳐진 섹션에 대한 것과 동일하다. 도 7a 및 도 7b에 있어서, 섹션(72)의 편평한 상부면(68)으로부터 위로 연장하는 리브(68)는 도면에서 도시된 중심선으로 표시된 튜브의 종축으로부터 30°의 각도로 정렬되어 있는 것으로 나타나 있다. 단면에서, 리브의 상부(74)는 전체 섹션을 가로질러 연장하는 것으로 도 7b에서 보여진다.
이들 특정 실시예에 있어서, 종래 기술의 전형적인 열교환 튜브와 비교하여, 본 발명의 수단의 리브의 측벽이 리브가 놓여있는 표면에 대해 90 미만의 각도로 반경방향 외측으로 연장한다는 것을 알 수 있다. 또한, 인접 리브의 인접 측면은 외측 방향으로 서로 멀리 경사져 있다. 따라서, 각 리브의 두께가 튜브 또는 도관의 외면(베이스 외경)과 적어도 최외측부(전체 외경)의 접합부에서 가장 두껍다는 것을 또한 알 수 있다. 이러한 특정 리브 구조가 본 발명의 방법에 영향을 미친다는 것이 알려졌고 가스 기포 및 미립자 고체가 분산된 액체상을 포함하는 3상 슬러리와 함께 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 그에 한정되는 것은 아니다.
도 8a 및 도 8b는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 것과 유사한 전형적인 종래 기술의 핀식 튜브의 펼쳐진 섹션(84)의 단순한 평면도 및 측단면도를 각각 도시하지만, 여기서 핀(80)은 튜브의 종축에 평행하게 정렬되어 있다. 이것은 하기의 표에서 지칭되는 전형적인 종래 기술의 핀식 튜브에 대응한다. 본 발명의 실시에 유용한 3개의 튜브에 대한 리브에 비하여, 핀(80)이 실질적으로 보다 크고, 동시에 종횡비도 크다는 것이 도면으로부터 바로 명확해진다. 표면(82)은 핀이 놓여있는 튜브의 베이스 외경 표면이다.
공지된 바와 같이, 도 1에 간단하게 개략적으로 도시된 슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 반응 및 반응장치에 관하여, 슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 공정에 있어서, H2및 CO의 혼합물을 포함하는 합성 가스 공급물은, H2및 CO가 탄화수소, 바람직하게 대부분 액상 탄화수소를 형성하기에 효과적인 반응 조건에서 적합한 촉매하에서 반응하는 슬러리내로 위로 버블링된다. 슬러리 탄화수소 합성 고정 반응 조건은 촉매 및 소망의 생성물에 따라 다소 변한다. 지지 코발트 성분을 포함하는 촉매를 이용하는 슬러리 탄화수소 합성 공정에서, 대부분 C5+파라핀(예를 들면, C5+-C200) 및 바람직하게 C10+파라핀을 포함하는 탄화수소를 형성하기에 효과적인 일반 조건은, 예를 들어 약 320℉ 내지 600℉, 80psi 내지 600psi의 범위의 합성 반응 온도 및 압력과, 시간당 촉매의 체적당 CO 및 H2가스 혼합물의 표준 체적으로 표현되는 100V/시간/V 내지 40,000V/시간/V 범위의 합성 가스 공급물의 시간당 가스 공간 속도를 포함한다. 촉매 코발트 성분을 포함하는 촉매는 탄화수소를 생성하는 것으로 알려져 있으며, 이 탄화수소의 대부분은 상온 및 상압에서 액상 및 고상이지만 반응 조건에서는 액상이다. 가스중 수소대 일산화탄소의 몰비는 약 0.5 내지 4의 넓은 범위일 수 있으며, 슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 반응에서의 화학양론적 소비 몰비는 불변 조건하에서 수행되는 슬러리 탄화수소 합성공정에서 보통 약 2.1이다. 공지된 바와 같이, 화학양론적 H2대 CO 몰비 이외의 합성 가스가 사용될 수도 있으며, 그에 대한 논의는 본 발명의 범위를 벗어나며, 합성 가스 공급물의 제조도 마찬가지이다.
슬러리 탄화수소 합성 공정에 의해 제조된 탄화수소는 전형적으로 생성물의 전부 또는 일부를 분별 증류 및/또는 전환에 의해 얻음으로써 보다 유용한 생성물로 업그레이딩(upgrading)될 수 있다. 전환은 탄화수소의 적어도 일부의 분자 구조가 변화되는 하나 또는 그 이상의 조작을 의미하며, 수소 또는 다른 공반응물(coreactant)이 있는 상태 또는 없는 상태로 소량이 적합한 촉매와 접촉되는 촉매 처리 및 비촉매 처리[예를 들면, 수증기 분해(steam cracking)] 모두를 포함한다. 수소가 반응물로서 존재하는 경우, 이러한 공정 단계는 전형적으로 수소화전환(hydroconversion)으로 지칭되며, 예를 들어 수소화이성질체화(hydroisomerization), 수소화분해(hydrocracking), 수소화정제(hydrorefining), 및 수소화처리(hydrotreating)로 지칭되는 보다 엄격한 수소화정제를 포함한다. 업그레이딩에 의해 형성된 적합한 생성물의 예시적이지만 비제한적인 예는, 합성 원유, 액체 연료, 올레핀, 솔벤트, 윤활유, 산업용 또는 의학용 오일, 함랍 탄화수소(waxy hydrocarbon), 수소 및 산소 함유 화합물 등중 하나 또는 그 이상을 포함한다. 액체 연료는 자동차 가솔린, 디젤 연료, 제트 연료 및 등유중 하나 또는 그 이상을 포함하며, 윤활유는 예를 들어 자동차, 제트기, 터빈 및 금속 작동유를 포함한다. 또한, 산업용 오일은 드릴링액(drillingfluid), 농업용 오일, 열전달 유체 등을 포함한다.
따라서, 일 실시예에 있어서, 본 발명은 슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 공정에 관한 것이며, 여기서 합성 가스의 기포는 슬러리 반응장치내의 3상 슬러리내로 위로 또한 슬러리를 관통 통과되며, 슬러리는 탄화수소 슬러리 액체내에 가스 기포 및 미립자 촉매 입자를 포함하며, 합성 가스내의 CO 및 H2는 반응하여 탄화수소를 형성하며, 이 탄화수소의 적어도 일부는 반응 조건에서 액상이고 슬러리 액체를 포함하며, 발열 합성 반응으로부터의 열은 슬러리내에 침적된 본 발명의 열교환 수단에 의해 반응장치로부터 제거된다. 반응장치내의 합성 가스의 기포는 슬러리의 바닥부로부터 상부로 주로 위로 유동한다. 반응의 가스 및 증기 생성물은 또한 상부로 상승하는 기포를 형성한다. 아주 조금 측방향 가스 기포 유동이 일부 있을 수 있지만, 반응장치에서의 전반적인 가스 기포의 유동은 수직 상향이다. 따라서, 열교환 수단의 종축은 실질적으로 수직이며, 상기 수단의 리브는 이 수단을 포함하는 하나 또는 그 이상의 도관의 수직 종축에 실질적으로 평행하거나, 또는 그 종축을 따라 나선형으로 정렬된다. 그러나, 일부 경우에 있어서, 슬러리 탄화수소 합성 반응장치에 대한 것 이외에, 슬러리는 주로 수평 방향으로 반응장치 또는 다른 용기를 통과하여 흐를 수도 있다. 용기를 관통하여 실질적으로 수평으로 흐르는 슬러리에 대한 예시적이지만, 비제한적인 예로써, 본 발명의 도관 수단이 실질적으로 수평으로 정렬되고, 그에 따라 슬러리의 주요 유동 방향에 평행하게 정렬되는 것이 바람직하다. 리브는 하나 또는 그 이상의 도관의 수평축에 평행하게 또는 그수평축을 따라 나선형으로 정렬될 것이다.
슬러리 피셔-트롭시 탄화수소 합성 공정을 보다 구체적으로 참조하면, 본 발명은 H2및 CO의 혼합물을 포함하는 합성 가스와, 탄화수소 슬러리 액체내의 촉매 및 가스 기포를 포함하는 슬러리내의 미립자 탄화수소 합성 촉매를 접촉시키는 단계를 포함하며, 여기서 H2및 CO는 합성 가스 반응으로부터 탄화수소 및 열을 형성하는데 효과적인 반응 조건하에서 반응하며, 합성된 탄화수소의 적어도 일부는 반응 조건에서 액상이며, 슬러리 액체를 형성하며, 가스 기포는 슬러리를 통과하여 상승하며, 열은, 유입되는 열교환 유체를 주위 슬러리와 간접 열교환 관계로 수용하는 하나 또는 그 이상의 중공형 도관을 포함하며, 하나 또는 그 이상의 도관은 외면에 부착되고 외면으로부터 외측으로 연장하는 다수의 리브 또는 돌출부를 구비하며, 상기 하나 또는 그 이상의 도관 각각은 종축을 갖고 슬러리내의 수직 상향으로의 가스 기포의 유동 방향을 따라 수직으로 배향되며, 상기 리브는 도관의 종축에 평행하게 또는 그 종축을 따라 나선형으로 정렬되며, 리브는 5미만의 종횡비를 갖는다.
하기의 예를 참조하면, 본 발명이 보다 잘 이해될 것이다.
(예)
직경이 9.25인치인 중공 원통형 칼럼(column)이 Plexiglass(등록상표)로 구성되었다. 이 칼럼은 바닥부에 소결 유리로 제조된 다공성 가스 분배기 플레이트를 가지며, 그 위에는 평가될 열교환 튜브가 그내에 부유되어 있는 2상 또는 3상 슬러리가 있다. 가스 분배기는 약 45㎛의 평균 미공 크기로 가스를 통과시키지만 물을 통과시키지 않는다. 가스 유동을 도입하기 전에, 가스 분배기 플레이트 위의 칼럼에서 액체, 또는 액체 및 유리 구슬 혼합물의 정적 높이는 약 60인치였다. 칼럼은 모두 2상 및 3상 슬러리 모드로 조작되었다. 가스 기포 및 미립자 고체를 함유하는 액체 연속상을 포함하는 3상 슬러리는 종종 간단하게 슬러리로 불려진다. 가스는 다공성 분배기 플레이트 바로 아래의 플리넘 섹션으로부터 액체내로 도입되며, 이 분배기 플레이트로부터 액체내로, 액체를 통과하여 그리고 액체의 상부 외부로 가스가 상방으로 버블링되었다.. 3상 슬러리 조작 모드에 있어서, 유리 구슬에 물이 추가되어 25중량%의 유리 구슬과 75중량%의 물의 혼합물을 형성하였다. 가스를 도입하기 전의 물, 또는 물 및 유리 구슬 혼합물의 정적 높이는 약 60인치였다. 칼럼내로의 공기 유동 속도는 로터미터(rotameter)를 사용하여 측정되었다. 각 운전에 대해, 동일한 타입의 열전달 튜브의 2개의 직선 섹션이 사용되었으며, 각 튜브는, 수직 종축을 따라, 길이가 약 80인치이며, 중심간의 측방향 이격 거리가 약 4인치이다. 2개의 섹션은 2개의 엘보우 및 짧고 매끄러운 튜브에 의해 바닥부에서 결합되며, 바닥부에서 가스 분배기 플레이트 위에 6인치 간극을 갖고 칼럼내에 배치되었다. 약 85℃의 온도로 가열된 물은 고온 물 저장소로부터 튜브내로 펌핑되고 튜브를 통과한 후 다시 저장소내로 복귀된다. 사용 및 평가된 열전달 튜브의 타입 및 치수가 하기의 표 1에 기재되어 있다. 모든 경우에 있어서, 리브 또는 핀은 튜브의 종축을 따라 수직으로 정렬되거나, 또는 그것을 따라 30° 벗어나수직 방향으로 나선형으로 정렬되며, 칼럼을 통과하는 상향의 가스 유동 방향에 평행하게 정렬되었다. 이전 실험에서, 리브 또는 핀이 상향의 가스 유동 방향 및 수직 튜브의 종축 모두에 실질적으로 직교(예를 들면, 45° 이상 및 전형적으로 90°)하여 정렬되면, 모든 경우에서 만족스럽지 않게 낮은 열교환이 나타나는 것을 측정되었다.
튜브 타입 튜브 내경(인치) 튜브의베이스 외경(인치) 전체 외경(인치) 리브수/인치[베이스외경] 튜브당리브수
1" 증기파이프 1.049 1.315 1.315 없음 없음
리브식-축방향 A 0.912 1.115 1.25 11 38
리브식-나선형 B 0.784 0.930 1.0 11 32
리브식-축방향 B 0.784 0.930 1.0 11 32
종래 0.8 1.0 1.75 5.1 16
※ 베이스 외경은 리브 또는 핀을 포함하지 않는 베이스 튜브만의 외경을 지칭한다. 전체 외경은 리브식 튜브상의 리브 및 종래의 핀식 튜브상의 핀을 포함한 전체 외경을 지칭한다. 종래는 핀을 포함하지 않는 튜브 외경이 10"이고 핀이 축방향으로 정렬된 종래의 핀식 열교환 튜브를 지칭한다.
2개의 축방향 B 튜브는 동일한 치수를 가지며, 차이점은 나선형 B 튜브상의 리브가 종축을 따라 30° 벗어나 수직 방향으로 나선형으로 정렬되었다는 것이다.축방향 A 튜브상의 리브는 튜브의 종축을 따라 수직으로 정렬되었지만, 리브 및 튜브의 치수는 나타낸 바와 같이 축방향 B 튜브와 상이하다. 종래의 핀식 튜브는 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 브라운 핀튜브 컴퍼니(Brown Fintube Company)로부터 입수 가능하다. 축방향 A 타입의 리브식 튜브는 UOP 컴퍼니로부터 입수가능하다. 나선형 B 및 축방향 B 타입의 리브식 튜브는 미국 오클라호마주 오클라호마 시티 소재의 핀튜브 컴퍼니(Fintube Company)로부터 주문가능하고 입수가능하다. 온도 측정은 열전쌍을 사용하여 수행되었다. 모든 조작 모드의 온도 분포를 보여주는 예비 시험결과가 칼럼 전체에 걸쳐 균일하였다. 열교환 튜브의 표면 온도는 각 튜브를 따라 6개의 축방향(수직방향)으로 이격된 위치에서 밀링된 홈내에 접합된 열전쌍에 의해 측정되었다. 또한, 실험 결과는 돌출부의 구조가 튜브 표면을 지나는 슬러리 및 가스 기포의 거시적 유동 구조에 크게 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다. 하기의 표 2 내지 표 7은 튜브당 동일 단위 길이에 근거하며, 열전달률은 단위 길이당, 각 튜브의 열전달 계수와 총 외면 면적의 곱(H×A)에 근거한 비율이다.
3상 슬러리 조작 모드
3상 슬러리 조작 모드에서 여러 리브식 및 종래의 열교환 튜브에 대한 평균 열전달 계수(H) 및 열전달률(H×A)은 하기의 표 1 및 표 3에 주어진다. 이러한 모드에 있어서, 칼럼은 물, 유리 구슬 및 상승하는 공기 기포를 포함하는 3상 슬러리를 수용하였다. 결과는 가스 속도(Ug)의 함수로서 표시된다.
열전달 계수*
가스 속도Ug(cm/초) 1" 파이프 리브식축방향 A 리브식나선형 B 리브식축방향 B 종래축방향
Ug=5cm/초 4.0 4.0 4.8 3.9 1.3
Ug=15cm/초 5.0 5.3 6.2 5.0 1.5
Ug=25cm/초 5.0 6.0 7.3 5.5 1.8
* Kw/㎡℃
열전달률*
1" 파이프 리브식축방향 A 리브식나선형 B 리브식축방향 B 종래축방향
Ug=5cm/초 0.42 0.60 0.53 0.43 0.50
Ug=15cm/초 0.52 0.79 0.68 0.55 0.58
Ug=25cm/초 0.52 0.90 0.80 0.61 0.69
* Kw
2상 조작 모드
3상 슬러리 조작 모드 동안에 고체의 존재가 열전달 계수(H) 및 열전달률(H×A) 모두에 상당한 차이점을 만든다는 것을 발견하였다. 이것은 하기의 표 4 및 표 5에 나타나있고, 여기서 실험은 유리 구슬을 수납한 3상 슬러리 모드에서와 동일한 조건으로 동일 튜브에 대해 실시되지만, 본 경우에는 유리 구슬이 전혀 존재하지 않는다. 상기와 같이, 결과값은 가스 속도(Ug)의 함수로서 표시된다.
열전달 계수*
가스 속도Ug(cm/초) 1" 파이프 리브식축방향 A 리브식나선형 B 리브식축방향 B 종래축방향
Ug=5cm/초 4.2 6.6 4.5 4.2 1.5
Ug=15cm/초 4.5 8.8 5.5 4.5 1.8
Ug=25cm/초 4.6 9.5 6.5 5.0 2.0
* Kw/㎡℃
열전달률*
가스 속도Ug(cm/초) 1" 파이프 리브식축방향 A 리브식나선형 B 리브식축방향 B 종래축방향
Ug=5cm/초 0.44 0.99 0.50 0.46 0.58
Ug=15cm/초 0.47 1.32 0.61 0.50 0.69
Ug=25cm/초 0.48 1.42 0.72 0.55 0.77
* Kw
양 모드에 대해 표준화된 열전달률
플레인 표면식 증기 튜브 및 종래의 핀식 열교환 튜브와 비교하여 리브식 튜브에 의해 달성된 실제 증대는 각 튜브의 실제 열전달 능력 면에서 고찰되어야 한다. 이것은 각 튜브가 반응장치내에서 점유하는 단면적의 크기에 근거한다. 따라서, 특정 튜브의 전체 단면적이 작을수록, 보다 많은 튜브가 소정의 반응장치내에 사용될 수 있다. 그러므로, 하기의 표 6 및 표 7에 주어진 모든 값은 1" 외경의 증기 파이프*에 대해 표준화된 평균 증대 열전달률이다.
1" 외경의 증기 파이프*에 대해 표준화된 평균 증대 열전달률
1" 증기파이프 리브식축방향 A 리브식나선형 B 리브식축방향 B 종래축방향
B S B S B S B S B S
Ug=5cm/초 0.44 0.42 1.04 0.83 0.66 0.70 0.61 0.57 0.44 0.36
Ug=15cm/초 0.47 0.52 1.39 0.61 0.80 0.89 0.66 0.72 0.52 0.44
Ug=25cm/초 0.48 0.52 1.49 0.95 0.95 1.05 0.72 0.80 0.56 0.52
※ 주 : HA 값과 증기 튜브 외경을 곱하고 전체 리브식 외경으로 나눈 값
(예를 들면, HA×(1.315/외경) = 평균 증대 HA)
B = 2상 슬러리
S = 3상 슬러리
1" 외경의 증기 파이프*에 대해 표준화된 평균 증대 열전달률(%)
1" 증기파이프 리브식축방향 A 리브식나선형 B 리브식축방향 B 종래축방향
B S B S B S B S B S
Ug=5cm/초 0 0 136 50 50 67 28 36 0 -14
Ug=15cm/초 0 0 196 60 70 71 40 39 11 -15
Ug=25cm/초 0 0 210 83 98 102 50 54 17 0
※ 주 : (상기) 표 6의 데이터에 근거함
이들 결과는 단위 단면적당 열전달의 면에서 동일한 전체 외경에서 종래의 핀을 갖는 열교환 튜브 및 플레인 증기 튜브보다 훨씬 우수하다는 것을 명확하게 보여준다. 리브식 튜브를 사용함으로써, 단위 단면적당 보다 많은 튜브의 사용을 허용하며, 그 결과 반응장치 또는 다른 용기내에서 훨씬 우수한 전제 열교환을 허용하며, 여기서 열전달은 가스 기포, 또는 가스 기포 및 미립자 고체를 함유하는 연속 액체상을 포함하는 2상 또는 3상 슬러리 환경에서 소망된다.
리브식 수단의 기본적 특징의 평가
표 8은, 베이스 및 전체 튜브 외경과, 리브 또는 핀의 치수에 중점을 두고, 본 연구에 사용된 튜브상의 리브 및 핀의 치수를 나타낸다.
튜브 타입 전체외경에서리브 폭 베이스에서리브 폭 리브 높이 채널 폭
B T 평균
3/4" 강철파이프 - - - - - -
리브식-축방향 A 0.040 0.090 0.070 0.00175 0.0633 0.033
리브식-나선형 B 0.040 0.070 0.035 0.022 0.0581 0.040
리브식-축방향 B 0.040 0.070 0.035 0.022 0.0581 0.040
종래 0.035 0.35 0.375 0.161 0.309 0.253
※ B는 튜브의 베이스 외경에 있는 리브 바닥부에서의 리브 사이의 간격이다. T는 리브 또는 핀을 추가한 베이스 튜브의 전체 외경에 있는 리브의 상부에서의 리브 사이의 간격이다.
상기 표들에 주어진 데이터에 근거하여, 표 9 및 표 10에 나타낸 상대 무차원 비율이 본 발명의 방법에 유용한 리브식 튜브와, 종래 기술의 평활한 표면 및 핀식 표면 튜브를 구별하는 다른 특징을 나타낸다.
튜브 타입 종횡비(베이스 thk) 종횡비(상부 thk) 종횡비평균 베이스 외경÷리브 높이
1" 증기 파이프 - - - -
리브식 - 축방향 A 0.778 1.75 1.264 15.9
리브식 - 나선형 B 0.5 0.875 0.688 26.6
리브식 - 축방향 B 0.5 0.875 0.688 26.6
종래 10.7 10.7 10.7 2.67
※ 종횡비는 핀 또는 리브의 높이를, 상부에서의 그것의 폭으로 나눈 값(상부 thk)과, 리브 또는 핀이 리브 또는 핀의 바닥부에서 베이스 외경에 결합하는 곳에서의 그것의 폭으로 나눈 값(베이스 thk)이다.
튜브 타입 베이스 외경÷채널 폭 리브 두께÷채널 폭
바닥부 상부 바닥부 상부
1" 증기 파이프
리브식 - 축방향 A 634 17.5 51.4 0.63
리브식 - 나선형 B 42.3 16.0 3.2 0.69
리브식 - 축방향 B 42.3 16.0 3.2 0.69
종래 6.2 3.2 0.22 0.11
모든 경우에 있어서, 본 발명에 유용한 튜브의 무차원 비율과 종래 기술의 무차원 비율 사이에 명확하고 특징적인 차이점이 있다. 가장 큰 차이점은 튜브 표면으로부터 멀리 반경방향으로 연장하는 열교환 돌출부의 종횡비에 있다. 그러나, (돌출부를 고려하지 않은) 튜브의 베이스 외경대 리브 또는 핀 높이의 비율뿐만 아니라, 베이스 외경대 특히 그 바닥부에서 리브 또는 핀 사이의 채널 폭 또는 간격의 비율도 또한 중요하며 간과되지 않아야 한다. 후자의 2개의 무차원수는 튜브 크기 및 리브 간격에 대한 돌출부의 무차원 차이를 고려한 것이다.
본 발명의 실시에 있어서 다양한 다른 실시예 및 변형예가 전술된 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 기술분야에 숙련된 자(당업자)에게 자명할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수 있다는 것으로 해석된다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위가 전술된 엄밀한 설명에 제한되는 것을 의도하지 않고, 도리어 청구범위는, 본 발명에 속하는 특허가능한 신규성의 특징 모두를 포함하는 것으로 구성되어, 본 발명이 관련된 당업자에 의해 그 동등물로서 취급되는 모든 특징 및 실시예를 포함한다.

Claims (21)

  1. 슬러리내에 위치된 수단과의 간접 열교환에 의해, 액체상, 및 ① 유동하는 가스 기포와, ② 유동하는 가스 기포 및 미립자 고체중 적어도 하나를 포함하는 슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법에 있어서,
    상기 수단은 유입되는 열교환 유체를 상기 주위의 슬러리와 간접 열교환 관계로 수용하는 하나 또는 그 이상의 중공형 도관을 포함하며, 각각의 상기 하나 또는 그 이상의 도관은, 외면에 부착되고 외면으로부터 외측으로 연장되며 상기 가스 기포의 유동 방향을 따라 종방향으로 또는 나선형으로 정렬되는 다수의 리브를 구비하며, 상기 리브는 5미만의 종횡비를 갖는
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 도관 및 상기 리브가 열전도성인
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 튜브 또는 도관의 베이스 외경대 상기 리브의 높이의 비가 10보다 큰
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 상기 도관은 상기 가스 기포의 유동 방향에 평행하게 정렬된 종축을 갖는
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 종횡비가 3미만인
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스 외경대 상기 리브 사이의 간격 또는 상기 채널의 폭 비가 10보다 큰
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 리브의 두께를, 상기 리브 사이의 간격 또는 상기 채널의 폭으로 나눈 값이 1보다 큰
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 종횡비가 2미만인
    슬러리에 열을 가하거나 그로부터 열을 제거하는 방법.
  9. 슬러리가 슬러리 탄화수소 액체내에 미립자 촉매 및 유동하는 가스 기포를 포함하는 슬러리 탄화수소 합성 반응장치에서 탄화수소 합성 반응으로부터의 높은 분자량의 탄화수소 생성물의 생산을 증대시키는 방법에 있어서,
    상기 슬러리내의 열전도성 열교환 수단을 사용하여 상기 슬러리내에서 간접 열교환을 증대시킴으로써, 상기 반응장치내로 통과되는 CO 공급물의 전환을 감소시키지 않고 반응 온도를 낮추는 단계를 포함하며, 상기 수단은 유입되는 열교환 유체를 상기 주위의 슬러리와 간접 열교환 관계로 수용하는 하나 또는 그 이상의 중공형 도관을 포함하며, 각각의 상기 하나 또는 그 이상의 도관은, 외면에 부착되고 외면으로부터 외측으로 연장되며 상기 가스 기포의 유동 방향을 따라 종방향으로 또는 나선형으로 정렬되는 다수의 리브를 구비하며, 상기 리브는 5미만의 종횡비를 가지며, 상기 합성된 탄화수소의 적어도 일부는 하나 또는 그 이상의 업그레이딩 조작에 의해 업그레이딩되는
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도관은 상기 슬러리내에 실질적으로 수직으로 정렬되며, 상기 리브는상기 도관의 종축에 실질적으로 평행하게 또는 그 종축을 따라 나선형으로 정렬되는
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 튜브 또는 도관의 베이스 외경대 상기 리브의 높이의 비가 10보다 큰
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 베이스 외경대 상기 리브 사이의 간격 또는 상기 채널의 폭 비가 10보다 큰
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 종횡비가 3미만인
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 리브의 두께를, 바닥부에서의 상기 리브 사이의 간격 또는 상기 채널의폭으로 나눈 값이 1보다 큰
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  15. 슬러리가 슬러리 탄화수소 액체내에 미립자 촉매 및 유동하는 가스 기포를 포함하는 슬러리 탄화수소 합성 반응장치에서 탄화수소 합성 반응으로부터의 탄화수소 생성물의 생산을 증대시키는 방법에 있어서,
    상기 슬러리내에 위치된 열전도성 열교환 수단을 사용하여 상기 슬러리내에서 간접 열교환을 증대시킴으로써, 소정의 반응 온도에서 상기 반응장치내로 통과되는 CO 공급물의 전환을 증대시키는 단계를 포함하며, 상기 수단은 유입되는 열교환 유체를 상기 주위의 슬러리와 간접 열교환 관계로 수용하는 하나 또는 그 이상의 수직이고 가늘고 긴 중공형 도관을 포함하며, 각각의 상기 하나 또는 그 이상의 도관은, 외면에 부착되고 외면으로부터 외측으로 연장되며 상기 가스 기포의 수직 유동 방향을 따라 수직으로 또는 나선형으로 종방향으로 정렬되는 다수의 리브를 구비하며, 상기 리브는 5미만의 종횡비를 가지며, 상기 합성된 탄화수소의 적어도 일부는 하나 또는 그 이상의 업그레이딩 조작에 의해 업그레이딩되는
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 튜브 또는 도관의 베이스 외경대 상기 리브의 높이의 비가 10보다 큰
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 베이스 외경대 상기 리브 사이의 간격 또는 상기 채널의 폭 비가 10보다 큰
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 종횡비가 3미만이며, 상기 리브의 두께를, 바닥부에서의 상기 리브 사이의 간격 또는 상기 채널의 폭으로 나눈 값이 1보다 큰
    탄화수소 생성물의 생산 증대 방법.
  19. 슬러리 탄화수소 합성 방법에 있어서,
    ⓐ H2및 CO의 혼합물을 포함하는 합성 가스와 미립자 탄화수소 합성 촉매를, 탄화수소 합성 반응장치내의 연속상 탄화수소 슬러리에서의 상기 촉매의 입자 및 가스 기포를 포함하는 슬러리체에서 접촉시키는 단계로서, 상기 H2및 CO는 발열 합성 반응에 의해 생성된 열과 함께 상기 합성 가스로부터 탄화수소를 형성하는데 효과적인 반응 조건하에서 반응하며, 상기 합성된 탄화수소의 적어도 일부는 반응 조건에서 액상이며, 상기 촉매는 적어도 하나의 Group Ⅷ 촉매 금속 성분을 포함하는, 상기 접촉 단계와,
    ⓑ 상기 합성된 탄화수소의 적어도 일부를 상기 반응장치로부터 제거한 후에, 하나 또는 그 이상의 업그레이딩 조작에 의해 그것의 적어도 일부를 업그레이딩하는 단계와,
    ⓒ 상기 반응열의 적어도 일부를 상기 슬러리내에 침적된 열교환 수단에 의해 상기 반응장치로부터 제거하는 단계를 포함하며, 상기 열교환 수단은 유입되는 열교환 유체를 상기 주위의 슬러리와 간접 열교환 관계로 수용하는 하나 또는 그 이상의 수직이고 가늘고 긴 중공형 도관을 포함하며, 각각의 상기 하나 또는 그 이상의 도관은, 외면에 부착되고 외면으로부터 외측으로 연장되며 상기 가스 기포의 수직 유동 방향을 따라 수직으로 또는 나선형으로 정렬되는 다수의 리브를 구비하며, 상기 리브는 5미만의 종횡비를 갖는
    슬러리 탄화수소 합성 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 촉매는 촉매 코발트 성분을 및 지지 성분을 포함하는
    슬러리 탄화수소 합성 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 도관의 베이스 외경대 상기 리브의 높이의 비가 10보다 큰
    슬러리 탄화수소 합성 방법.
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