KR20080009268A - 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법 - Google Patents

삼상 슬러리 반응기의 작동 방법 Download PDF

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KR20080009268A
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안드레 피터 스테인베르그
베르트홀트 베렌트 브레만
데르크 빌렘 프레데릭 브릴만
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사솔 테크놀로지(프로프라이어터리) 리미티드
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Abstract

삼상 슬러리 반응기의 작동 방법은 적어도 하나의 기체상 반응물을 현탁액에 떠 있는 고체 입자들의 수직으로 연장하는 슬러리 몸체 내로 낮은 높이에서 공급하는 단계를 포함하며, 상기 슬러리 몸체는 공통의 반응기 쉘 내의 다수의 수직으로 연장하며 수평 방향으로 배치되어 있는 슬러리 채널들에 수용되며, 상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치되는 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에 형성되며, 각각의 슬러리 채널은 높이와 세로 폭(breadth)이 가로 폭(width)보다 훨씬 크도록 높이, 가로 폭 및 세로 폭을 가진다. 상기 기체상 반응물이 상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체를 통하여 상향으로 통과할 때 상기 기체상 반응물이 반응하도록 함으로써 비기체상 및/또는 기체상 생성물을 형성하도록 한다. 기체상 생성물 및/또는 비반응 기체상 반응물은 헤드 스페이스의 슬러리 몸체로부터 상기 슬러리 몸체 위로 이탈되는 것이 허용된다.
슬러리 작동 방법, 삼상 슬러리 반응기, 슬러리 채널, 분할기 벽, 슬러리 흐름 교통, 열전달 매체 흐름 공간.

Description

삼상 슬러리 반응기의 작동 방법{METHOD OF OPERATING A THREE-PHASE SLURRY REACTOR}
본 발명은 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법과 삼상 슬러리 반응기에 관한 것이다.
규모의 경제의 이득을 얻기 위하여 파일롯 플랜트 스케일(pilot plant scale)로부터 상업적 플랜트 스케일까지로 공업 기술의 스케일이 커질 때 상당한 위험에 직면하게 된다. 삼상 슬러리 반응기(three-phase slurry reactor)들은 전형적으로 스케일 의존적 거시 혼합 효과(scale-dependent macro-mixing effect)를 보이며 따라서 전술한 위험이라는 것은 삼상 슬러리 반응기들의 스케일이 커질 때 적용될 수 있다. 따라서 삼상 슬러리 반응기들의 스케일을 키우는 것과 연관된 위험을 상당히 감소시킬 수 있는 방법을 얻을 수 있다면 바람직할 것이다. 또한 상기 반응기 내의 혼합 패턴들을 실험으로부터 보다 손쉽게 모델링할 수 있거나 예상할 수 있는 반응기 디자인은 대개 바람직하지 않은 역혼합(back-mixing)의 정도가 제한될 수 있음으로써 잠재적으로 바람직한 플러그 흐름 특성(보통 양호한 생산성과 양호한 선택성)과 충분한 혼합(well-mixed)의 특성(종종 바람직한 고체 분배 및 균등한 온도 프로파일을 위해 요구됨)의 이상적인 조합을 가능하게 하는 이점을 가진 다.
제안되었던 해결책은 특징적인 작은 직경을 가지는 반응기의 거동을 효율적으로 재현하는 반응기의 구역을 생성하는 것이다. 이러한 방식으로 대형 스케일의 반응기의 거동이 어느 정도 예측될 수 있는데, 그 이유는 상기 반응기의 거동이 효율적인 파일롯 플랜트 스케일(pilot plant scale)의 다수의 소형 반응기를 합산 것으로 효과적으로 구성되기 때문이다. 그러나 여전히 특징적인 작은 직경을 가지는 반응기에 확립된 거시 혼합 패턴(macro-mixing pattern)들의 범위 내에서 작동하는 것에 크게 의존하고 있다. 따라서 삼상 슬러리 반응기에 확립된 혼합 패턴들을 제어하기 위하여 최소한 어느 정도의 추가적인 설계상 자유를 허용하는 방법을 찾을 수 있다면 바람직할 것이다.
삼상 슬러리 반응기들은 일반적으로 상기 반응기의 훌륭한 열 제거 특성 때문에 고발열 반응(highly exothermic reaction)을 위하여 사용된다. 그러나 더욱 반응성이 좋은 촉매를 도입하고 반응기 체적을 보다 밀도 있게 사용하면 삼상 슬러리 반응기의 열 제거 능력조차도 평가되게 된다.
따라서 위에서 기술된 것의 관점에서, 상기 반응기의 혼합 패턴들을 어느 정도 제어할 수 있는 추가적인 설계상 자유를 허용함으로써 삼상 슬러리 반응기의 스케일일 키우는 것과 관련된 위험을 상당히 줄이는 한 편 상기 반응기의 열 제거 능력을 증가시키는 방법을 찾을 수 있다면 바람직할 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면,
적어도 하나의 기체상 반응물을 현탁액(suspension liquid)에 떠 있는 고체 입자들의 수직으로 연장하는 슬러리 몸체 내로 낮은 높이(level)에서 공급하는 단계로서, 상기 슬러리 몸체가 공통의 반응기 쉘 내의 다수의 수직으로 연장하며 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 슬러리 채널들에 수용되며, 상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 분할기 벽(divider wall)들 또는 플레이트들 사이에 형성되며 각각의 슬러리 채널은 높이와 세로 폭(breadth)이 가로 폭(width)보다 훨씬 크도록 높이와 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 단계와,
상기 기체상 반응물이 상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체를 상향으로 통과할 때 상기 기체상 반응물이 반응하도록 허용함으로써 비-기체상 생성물 및/또는 기체상 생성물을 형성하도록 하는 단계와,
기체상 생성물 및/또는 비반응(unreacted) 기체상 반응물이 상기 슬러리 몸체 위의 상기 헤드 스페이스(head space)에서 상기 슬러리 몸체로부터 이탈할 수 있게 하는 단계와,
기체상 생성물 및/또는 비반응 기체상 반응물을 상기 헤드 스페이스로부터 회수하는 단계와,
필요한 경우, 존재한다면 비-기체상 생성물을 포함하여 슬러리 또는 현탁액을 회수함으로써 또는 슬러리 또는 현탁액을 추가함으로써 상기 슬러리 몸체를 원하는 높이에서 유지하는 단계를 포함하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법이 제공된다.
상기 방법은 상기 반응기 쉘 내의 하나 이상의 강하로 구역(downcomer zone) 또는 강하로들을 사용하여 상기 슬러리 몸체의 높은 높이로부터 낮은 높이로 하향으로 슬러리를 통과하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬러리 채널의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 상부 단부들 위에서 슬러리 흐름 교통(slurry flow communication) 상태에 있을 수 있다.
상기 슬러리 채널들의 적어도 일부의 분할기 벽들 또는 플레이트들은 인접한 열전달 매체 흐름 공간으로부터 상기 슬러리 채널들을 분리할 수 있다. 상기 방법은 상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체와는 간접적으로 열을 교환하기 위하여 열전달 매체를 상기 열전달 매체 흐름 공간을 통해서 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로 상기 분할기 벽들 또는 플레이트들의 열전달 표면과 같은 상기 반응기의 열전달 표면들은 매끈한 분할기 벽들 또는 플레이트들의 열전달 표면에 비해서 열전달 계수를 향상시키거나 또는 열전달 표면의 면적을 증가시키도록 형성되거나 또는 무늬 조직을 가질 수 있다. 형태 형성(shaping) 또는 텍스쳐링(texturing)은 당업자에게 알려진 다른 방법들 중에서 움푹 팬(dimpled), 골진(ribbed) 또는 핀형(finned) 벽들 또는 플레이트들의 사용을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면,
적어도 하나의 기체상 반응물을 현탁액(suspension liquid)에 떠 있는 고체 입자들의 수직으로 연장하는 슬러리 몸체 내로 낮은 높이에서 공급하는 단계로서, 상기 슬러리 몸체가 공통의 반응기 쉘 내의 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 슬러리 채널들에 수용되며, 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위에서 슬러리 흐름 교통 상태에 있으며 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들로부터 상기 슬러리 채널들을 분리하는 벽에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 단계와,
상기 기체상 반응물이 상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체를 상향으로 통과할 때 상기 기체상 반응물이 반응하도록 허용함으로써 비-기체상 생성물 및/또는 기체상 생성물을 형성하도록 하는 단계와,
상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체와 간접적으로 열을 교환하기 위하여 열전달 매체를 상기 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들을 통해서 통과시키는 단계와,
상기 반응기 쉘 내의 하나 이상의 강하로 구역(downcomer zone) 또는 강하로들을 사용하여 상기 슬러리 몸체의 높은 높이로부터 낮은 높이로 하향으로 슬러리를 통과하도록 하는 단계와,
기체상 생성물 및/또는 비반응(unreacted) 기체상 반응물이 상기 슬러리 몸체 위의 상기 헤드 스페이스(head space)의 상기 슬러리 몸체로부터 이탈할 수 있게 하는 단계와,
기체상 생성물 및/또는 비반응 기체상 반응물을 상기 헤드 스페이스로부터 회수하는 단계와,
필요한 경우, 존재한다면 비-기체상 생성물을 포함하여 슬러리 또는 현탁액을 회수함으로써 또는 슬러리 또는 현탁액을 추가함으로써 상기 슬러리 몸체를 원하는 높이에서 유지하는 단계를 포함하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법이 제공된다.
바람직하게는 상기 슬러리 채널들은 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들과 개방된 하부 단부들 사이에서 서로 격리되며, 또한 바람직하게는 열전달 매체 흐름 공간들에 의해서 서로 분리된다. 즉, 상기 방법은 바람직하게는 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들과 하부 단부들 사이의 모든 높이에서 슬러리 흐름 교통을 방지하는 단계를 포함하며, 따라서 상기 슬러리 채널들은 서로 떨어져 있으며 완전히 개별화된 반응 챔버들을 형성한다.
본 발명의 제2 태양에 따른 방법에서 사용된 슬러리 채널들은 수직으로 연장하는 관(tube)들에 의하여 관판(tube sheet) 사이에서 형성될 수 있으며, 상기 열전달 매체 흐름 공간은 상기 관판과 상기 관 사이에서 형성되며 상기 관을 둘러싼다. 전형적으로 상기 관은 적어도 약 10 cm의 직경을 가진다.
대신, 상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성될 수 있으며, 열전달 매체 흐름 공간들 또한 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에서 형성되며, 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 공통의 또는 공유된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의해서 인접한 열전달 매체 흐름 공간들로부터 분리된다.
상기 분할기 벽들 또는 플레이트들은 서로 평행할 수 있으며, 높이와 세로 폭이 전형적으로 가로 폭보다 훨씬 크도록 높이, 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 열전달 매체 흐름 공간들과 슬러리 채널들을 형성한다. 즉, 각각의 분할기 벽은 상당한 높이와 세로 폭을 가지며, 상대적으로 작은 두께는 인접한 분할기 벽으로부터 상대적으로 가깝게 배치되며, 따라서 다른 두 치수보다 한 치수가 훨씬 작은 수직으로 연장하는 평행 육면체(parallelipipedal) 채널들 또는 공간들을 형성한다.
선택적으로 상기 분할기 벽들 또는 플레이트들 또는 관들의 열전달 표면과 같은 상기 반응기의 열전달 표면들은 매끈한 분할기 벽들 또는 매끈한 원통형 관에 비해서 열전달 계수를 향상시키거나 또는 열전달 표면의 면적을 증가시키도록 형성되거나 또는 무늬 조직을 가질 수 있다. 형태 형성(shaping) 또는 텍스쳐링(texturing)은 당업자에게 알려진 다른 방법들 중에서 움푹 팬(dimpled), 골진(ribbed) 또는 핀형(finned) 벽들 또는 플레이트들 또는 관들의 사용을 포함할 수 있다.
상기 슬러리 채널들이 분할기 벽들에 의하여 형성되는 경우, 상기 슬러리와 열전달 매체는 번갈아 가면서 배열된 열전달 매체 흐름 공간들과 슬러리 채널들에 존재할 수 있다. 따라서 각각의 슬러리 채널은, 아마도 반경 방향으로 외측의 슬러리 채널들의 경우를 제외하고는, 두 개의 열전달 매체 흐름 공간들에 의해서 측면에 있을 수 있으며 또는 두 개의 열전달 매체 흐름 공간 사이에 끼워질 수 있다.
강하로 구역들 또는 강하로들에서 슬러리 하향 흐름이 충분히 많기 때문에에 상기 슬러리 채널들에서는 실질적으로 슬러리 하향 흐름이 존재하지 않는다.
상기 방법이 적어도 원칙적으로 보다 광범위한 적용례를 가질 수 있다고 생각되며 한 편, 상기 고체 입자들은 보통은 상기 기체상 반응물 또는 기체상 반응물들의 액체 생성물 및/또는 기체상 생성물로의 반응을 촉진시키기 위한 촉매 입자가 될 것이라고 생각된다. 상기 현탁액은 보통은 그러나 항상 필수적인 것은 아니나 액체 생성물이며, 따라서 액상(liquid phase) 또는 슬러리는 상기 슬러리 몸체를 원하는 높이에서 유지하기 위하여 상기 슬러리 몸체로부터 회수된다.
더욱이 상기 방법이 원칙적으로 보다 광범위한 적용례를 가질 수 있다고 또한 생각되며 한 편, 상기 방법이 액체 탄화수소 생성물 및 선택적으로 기체상 탄화수소 생성물을 형성하기 위하여 기체상 반응물들이 상기 슬러리 몸체에서 촉매 작용으로 발열적으로 반응할 수 있는 탄화수소 합성에서의 특정의 적용례를 가진다고 생각된다. 특히 상기 반응 또는 탄화수소 합성은 피셔-트로프슈 합성(Fischer-Tropsch synthesis)일 수 있으며, 상기 기체상 반응물들은 주로 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성 기체 흐름의 형태이며, 액체 탄화수소 생성물들과 기체상 탄화수소 생성물들 모두 생산되며 상기 열전달 매체는 냉각 매체, 예를 들어 보일러 공급수(boiler feed water)이다.
탄화수소 합성을 위해서, 상기 슬러리 채널은 전형적으로 적어도 0.5 m, 바람직하게는 적어도 1 m, 보다 바람직하게는 적어도 2 m의 높이를 가지나 4 m 또는 그 이상일 수도 있다. 상기 슬러리 채널은 전형적으로 적어도 2 cm, 바람직하게는 적어도 3.8 cm, 보다 바람직하게는 적어도 5 cm의 가로 폭을 가진다. 상기 슬러리 채널의 가로 폭은 전형적으로 50 cm를 초과하지 않으며, 보다 바람직하게는 상기 가로 폭은 25 cm를 초과하지 않으며, 보다 바람직하게는 상기 가로 폭은 15 cm를 초과하지 않는다. 상기 슬러리 채널들은 전형적으로 약 0.2 m 내지 1 m 범위의 세로 폭을 가진다. 상기 반응기 쉘은 전형적으로 적어도 1 m의 직경을 가지며, 바람직하게는 적어도 2.5 m, 보다 바람직하게는 적어도 5 m의 직경을 가지나, 본 발명의 목적은 반응기 거동에 대한 반응기 직경의 영향을 중립화하는 것이 아님을 주의하여야 한다.
이해되는 바와 같이, 각각의 슬러리 채널은, 분할기 벽들 사이에서 형성되든지 또는 관에 의하여 형성되든지 간에 상기 반응기 쉘로부터 독립적으로 기능하며 상당 정도 다른 슬러리 채널들로부터 독립적으로 기능하도록 구성될 수 있다. 하나의 슬러리 채널 또는 파일롯 스케일의 슬러리 채널의 작은 서브 그룹의 디자인과 시험이 가능하며, 다음으로 다수의 상기 슬러리 채널을 포함하는 상업적 스케일의 반응기로 스케일을 키우는 것은 꽤 쉬워지며 스케일 의존적 거시 혼합 효과가 적절히 관리된다면 위험이 적어진다.
또한, 실질적으로 상기 슬러리 채널의 슬러리 하향 흐름이 존재하지 않도록 충분한 하향 슬러리 흐름과 함께 강하로 또는 강하로 구역이 채용되는 경우에, 상기 슬러리 상의 형성된 하향 및 상향 구역에 의해 보여지는 것 이외에 거시 혼합 패턴의 확립은 실질적으로 불가능하다.
상기 공정은 액체 생성물, 예를 들어 액체 탄화수소들과 반응수(reaction water)를 응축하기 위하여 상기 헤드 스페이스로부터의 기체를 냉각하는 단계, 테일 기체(tail gas)를 제공하기 위하여 상기 액체 생성물을 상기 기체들로부터 분리하는 단계, 및 상기 테일 기체의 적어도 일부를 재순환 기체 흐름으로서 상기 슬러리 몸체로 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들은 상기 반응기 쉘 내에 형성될 수 있으며, 각각의 수평 방향으로 배치된 반응기 구역은 다수의 슬러리 채널과 선택적으로 하나 이상의 열전달 매체 흐름 공간을 포함한다. 상기 방법은 인접한 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들 사이의 슬러리 흐름 교통과 수평 방향으로 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널들의 상부와 하부의 개방된 단부를 사이의 모든 높이의 슬러리 흐름 교통을 방지하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들에 수직으로 연장하는 측벽들을 제공함으로써 또는 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들 중 한 구역의 단부 분할기 벽(end divider wall)이 사실상 인접한 수평 방향으로 배치된 반응기 구역을 위한 측벽을 형성하도록 상기 분할기 벽을 인접한 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들에 직각으로 배열함으로써 달성될 수 있다.
상기 방법은 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역들에 슬러리 몸체를 수용하는 단계를 포함할 수 있으며 상기 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역 각각은 다수의 슬러리 채널과 선택적으로 하나 이상의 열전달 매체 흐름 공간을 포함한다. 중간 슬러리 구역은 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역들 사이에 형성될 수 있다.
상기 방법은 두 개의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역 사이의 중간 구역에 적어도 하나의 기체상 흐름을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기체상 흐름은 재순환 기체 흐름일 수 있다. 필요하다면 상기 반응기의 횡단면 면적의 일부에 기체상 흐름으로 기체가 공급되도록 상기 기체상 흐름이 공급될 수 있다.
하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로는 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 이들 위에서부터, 또는 상부의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널들로부터, 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들로 또는 이들 아래로, 또는 바닥의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널들로 연장할 수 있다.
대신, 하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로는 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 이들 위에서부터, 상기 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널의 개방된 하부 단부들로 또는 이들 아래로, 종종 상기 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역 아래의 중간 구역으로 연장할 수 있다. 보다 낮거나 높은 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역은 유사한 강하로 구역 또는 강하로를 포함할 수 있으며, 이것은 평면에서 봤을 때 위 또는 아래의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기의 강하로 구역 또는 강하로로부터 서로 엇갈리게 배치될 수 있으며(staggered), 또는 위 또는 아래의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 강하로 구역 또는 강하로와 정렬(in register)될 수 있다.
필요하다면, 강하로 구역은 상기 현탁액으로부터 고체 입자들을 분리하기 위한 필터 및/또는 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들을 포함할 수 있다.
슬러리가 강하로 구역 또는 강하로에서 하향으로 통과하도록 하는 것은 기체상 반응물 또는 반응물들이 강하로 구역에 들어가는 것을 예를 들어 배플(baffle)을 제공함으로써 방지하거나 방해하는 것을 포함할 수 있으며, 이것은 예를 들어 상기 강하로 구역 또는 강하로의 상부 단부에 기체 제거기(degasser)를 제공함으로써 상기 강하로 구역 또는 강하로의 슬러리에서 기체를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 하나 이상의 중간 구역의 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들 사이, 및/또는 슬러리 채널의 개방된 하부 단부 아래의 반응기 바닥의 수평 방향으로 배치된 반응기 구역 사이의 슬러리 흐름 교통을 허용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 반응기 전체 길이에 걸려서 상기 고체 입자들의 축 방향 혼합을 제한하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 하나의 반응 구역의 길이에 걸쳐 있는 강하로들과 수직으로 배치된 반응 구역들의 선택을 통해서 달성될 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 따르면,
사용 시에 현탁액에 떠 있는 고체 입자들의 슬러리를 포함하게 되는 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 슬러리 채널을 포함하는 반응기 쉘로서, 상기 슬러리 채널은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에서 형성되며 각각의 슬러리 채널은 높이와 세로 폭이 가로 폭보다 훨씬 크도록 높이, 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 반응기 쉘과,
기체상 반응물 또는 기체상 반응물들을 상기 반응기로 도입하기 위한 반응기 쉘의 기체 흡입구와,
상기 슬러리 채널들 위의 반응기 쉘의 헤드 스페이스로부터 기체를 회수하기 위한 상기 쉘의 기체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기(three-phase slurry reactor)가 제공된다.
상기 분할기 벽들 또는 플레이트들 중 적어도 일부는 열전달 매체 흐름 공간들 또는 채널들을 형성할 수 있다. 상기 열전달 매체 흐름 채널들은 또한 높이와 세로 폭이 가로 폭보다 훨씬 크도록 높이, 세로 폭과 가로 폭을 가질 수 있다.
선택적으로 상기 분할기 벽들 또는 플레이트들의 열전달 표면과 같은 상기 반응기의 열전달 표면들은 열전달 계수를 향상시키거나 또는 열전달 표면의 면적을 증가시키도록 형성되거나 또는 무늬 조직을 가질 수 있다. 형태 형성(shaping) 또는 텍스쳐링(texturing)은 당업자에게 알려진 다른 방법들 중에서 움푹 팬(dimpled), 골진(ribbed) 또는 핀형(finned) 벽들 또는 플레이트들의 사용을 포함할 수 있다.
상기 채널들은 위에서 기술된 바와 같을 수 있다.
따라서 상기 슬러리 채널들은 상기 반응기 쉘 내의 슬러리 구역에 위치된다. 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부가 개방된 상부 단부들 위에서 슬러리 흐름 교통 상태에 있을 수 있도록 상기 슬러리 구역은 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위에 통상의 슬러리 높이를 가질 수 있다.
상기 반응기는 하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로를 포함할 수 있으며, 사용 시에 이것을 통해서 슬러리는 슬러리 구역의 높은 높이로부터 낮은 높이로 통과할 수 있다.
본 발명의 제4 태양에 따르면,
사용 시에 현탁액에 떠 있는 고체 입자들의 슬러리를 포함하게 되는 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 슬러리 채널을 포함하는 반응기 쉘로서, 상기 슬러리 채널은 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부가 개방된 단부들 위에서 슬러리 흐름 교통 상태에 있도록 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위에 통상의 슬러리 높이를 가지는 반응기 쉘 내의 슬러리 구역에 위치되는 반응기 쉘과,
열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들로서, 사용 시에 간접적인 열전달 관계의 열전달이 상기 슬러리 채널들의 슬러리와 상기 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들의 열전달 매체와의 사이에서 일어나도록 상기 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들로부터 상기 슬러리 채널들을 분리하는 슬러리 채널들의 벽에 의하여 형성되는 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들과,
하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로로서, 이를 통해서 슬러리 구역의 높은 높이로부터 낮은 높이로 슬러리가 통과할 수 있는 하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로와,
기체상 반응물 또는 기체상 반응물들을 상기 반응기로 도입하기 위한 반응기 쉘의 기체 흡입구와,
상기 슬러리 채널들 위의 쉘의 헤드 스페이스로부터 기체를 회수하기 위한 상기 쉘의 기체 배출구와,
필요하다면, 상기 반응기로 슬러리 또는 현탁액을 추가하거나 또는 상기 반응기로부터 슬러리 또는 현탁액을 회수하기 위한 액체 흡입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기가 제공된다.
상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 아래에서 슬러리 흐름 교통 상태에 있을 수 있다. 상기 슬러리 채널들은 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 및 하부 단부들을 통하지 않은 상기 슬러리 채널들로부터 또는 상기 슬러리 채널들로의 슬러리 흐름을 방지하도록 구성된 벽들을 가질 수 있다. 즉, 상기 벽들은 전형적으로 슬러리 채널들 사이의 반경 방향 또는 가로 방향의 슬러리 흐름을 방지하며, 따라서 상기 슬러리 채널들은 완전히 개별화된 반응 챔버들이다.
본 발명의 제4 태양에 따른 반응기의 슬러리 채널들은 관판 사이에서 수직으로 연장하는 관에 의해서 형성될 수 있으며, 상기 열전달 매체 흐름 공간은 상기 관판 사이에서 형성되며 상기 관을 둘러싼다. 전형적으로 상기 관은 적어도 약 10 cm의 직경을 가진다.
대신, 상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성될 수 있으며, 열전달 매체 흐름 공간들 또한 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에서 형성되며, 적어도 일부의 슬러리 채널들은 공통의 또는 공유된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의해서 인접한 열전달 매체 흐름 공간들로부터 분리된다.
상기 분할기 벽들 또는 플레이트들은 서로 평행할 수 있으며, 앞에서 기술된 바와 같은 열전달 매체 흐름 공간들과 슬러리 채널들을 형성한다. 전형적으로 상기 분할기 벽들 또는 플레이트들은 평면으로 봤을 때 원기둥 모양의 반응기 쉘의 코드(chord)와 대응한다.
상기 슬러리 채널들이 분할기 벽들에 의하여 형성될 때, 상기 슬러리 채널들과 열전달 매체 흐름 공간들은 번갈아 가면서 배치될 수 있다. 따라서 각각의 슬러리 채널은, 아마도 반경 방향으로 외측의 슬러리 채널들의 경우를 제외하고는, 두 개의 열전달 매체 흐름 공간들에 의해서 측면에 있을 수 있으며 또는 두 개의 열전달 매체 흐름 공간 사이에 끼워질 수 있다.
선택적으로 상기 분할기 벽들 또는 플레이트들 또는 관들의 열전달 표면과 같은 상기 반응기의 열전달 표면들은 매끈한 분할기 벽들 또는 매끈한 원통형 관에 비해서 열전달 계수를 향상시키거나 또는 열전달 표면의 면적을 증가시키도록 형성되거나 또는 무늬 조직을 가질 수 있다. 형태 형성(shaping) 또는 텍스쳐링(texturing)은 당업자에게 알려진 다른 방법들 중에서 움푹 팬(dimpled), 골진(ribbed) 또는 핀형(finned) 벽들 또는 플레이트들 또는 관들의 사용을 포함할 수 있다.
상기 슬러리 채널들은, 선택적으로는 하나 이상의 열전달 매체 흐름 공간들과 함께, 반응기 모듈들 또는 서브 반응기(sub-reactor)들에서 함께 그룹으로 모여 있을 수 있다. 서브 반응기들은 상기 반응기 쉘의 횡단면 영역을 가로 질러 수평 방향으로 배치될 수 있다. 서브 반응기는 서브 반응기를 인접한 수평 방향으로 배치된 서브 반응기로부터 분리하는 수직으로 연장하는 측벽들을 가질 수 있다. 상기 수직으로 연장하는 측벽은 인접한 수평 방향으로 배치된 서브 반응기들의 슬러리 채널들의 상부 및 하부의 개방된 단부들 사이의 모든 높이에서 인접한 수평 방향으로 배치된 서브 반응기들 사이의 슬러리 흐름 교통을 방지하도록 구성될 수 있다.
수평 방향으로 배치된 또는 수평으로 간격을 두고 있는 인접한 서브 반응기들의 슬러리 채널들은 각기 세로 폭 축(breadth axis)을 가질 수 있으며, 이때 상기 슬러리 채널은 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성되며, 인접한 수평 방향으로 배치된 서브 반응기들의 슬러리 채널들의 세로 폭 축들은 평행하다. 대신, 인접한 수평 방향으로 배치된 서브 반응기들의 세로 폭 축들은 수직일 수 있다. 이러한 실시예에서, 서브 반응기의 단부 분할기 벽은 따라서 상기 서브 반응기들을 수평 방향으로 배치된 인접한 서브 반응기로부터 분리하는 측벽을 형성할 수 있다.
상기 반응기는 수직으로 간격을 두고 있는 서브 반응기들 또는 반응기 모듈들을 포함할 수 있으며, 하부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들은 상부 서브 반응기 또는 반응기들의 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 아래에 있다.
상기 반응기는 상부 서브 반응기(들)와 하부 서브 반응기(들) 사이의 중간 구역을 포함할 수 있다. 상기 중간 구역은 상부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들과 흐름 교통 상태에 있을 수 있으며 그리고 하부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들과 흐름 교통 상태에 있을 수 있다. 즉, 상기 중간 구역의 슬러리의 가로 또는 수평 흐름 또는 혼합은 상기 중간 구역으로 외측으로 개방하는 슬러리 채널들의 개방된 단부들 사이의 가로 방향 흐름을 방지하는 장애물이 상기 중간 구역에 없도록 함으로써 가능해질 수 있다.
상기 반응기는 상부 및 하부 서브 반응기들 사이의 중간 구역으로의 기체 흡입구를 포함할 수 있다. 상기 기체 흡입구는 재순환 기체 흡입구일 수 있다. 상기 기체 흡입구는 기체를 상기 반응기 쉘의 횡단면 영역의 일부로만 도입하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 기체 흡입구는 사용 시에 상기 반응기의 선택된 횡단면 영역에만, 예를 들어 특정 서브 반응기들 또는 특정 슬러리 채널들에만 기체를 공급하도록 배열될 수 있다.
하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로는 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 또는 상부 서브 반응기의 슬러리 채널들에서부터 또는 이들 위에서부터, 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 또는 하부 서브 반응기의 슬러리 채널들로 또는 그 아래까지 연장할 수 있다.
대신, 하나 이상의 상기 강하로 구역 또는 강하로는 서브 반응기의 슬러리 채널의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 그 위에서부터, 상기 서브 반응기의 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들까지 또는 그 아래까지, 종종 상기 서브 반응기 아래의 중간 구역으로 연장할 수 있다. 수직으로 배치된 서브 반응기들의 강하로 구역들 또는 강하로들은 평면에서 봤을 때 서로 엇갈리게 배치될 수 있으며 또는 정렬(in register)될 수 있다.
강하로 또는 강하로 구역은 강하로 또는 강하로 구역으로서 기능하기에 적합한 슬러리 채널들에 의하여 형성될 수 있다. 그러한 적합한 슬러리 채널은 예를 들어 배플과 같은 기체 발생 방지 장치(gassing prevention device)를 가질 수 있거나 또는 이와 결합될 수 있으며 또한 이것은 상부 단부에 기체 제거기(degasser)를 구비할 수 있거나 또는 이와 결합될 수 있다.
강하로 구역 또는 강하로는 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들을 포함할 수 있으며 그리고/또는 이것은 고체 입자들을 현탁액으로부터 분리하기 위한 여과기를 포함할 수 있다.
열전달 매체 흐름 공간들은 채널들의 형태일 때 단부가 밀폐되며, 열전달 매체 흡입구와 배출구 장치가 제공된다. 상기 열전달 매체 흡입구와 배출구 장치는 밀폐된 단부를 통해서 상기 채널들로 외측으로 즉, 축 방향으로 또는 수직으로 개방될 수 있으며 또는 상기 열전달 매체 흐름 채널들 또는 공간들은 가로 방향으로 또는 수평으로 흐름 교통 상태에 있을 수 있고, 흐름 공간이 하나 걸러 하나씩 흐름 교통 상태에 있는 플레이트 열 교환기(plate heat exchanger)와 유사하며, 한 편 사이에 낀 흐름 공간들로부터 밀봉된다.
본 발명은 이하에서 첨부된 도식적인 도면들을 참고하여 예시로서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 일 실시예의 정면의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 또 다른 실시예의 정면의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 일부 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들 및 강하로들 또는 강하로 구역들의 개략적인 사시도.
도 4는 도 3의 반응기 모듈들과 강하로들의 위에서 본 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 일부의 상부 및 하부 반응기 모듈 또는 서브 반응기들 및 강하로들의 개략적인 사시도.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 여러 실시예에 있어서 강하로가 있는 경우와 없는 경우의 정면의 개략적인 단면도.
도 10 내지 도 12는 기체의 단별 도입(stage instruction)과 여러 강하로 장치를 가지고 있는 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기들의 여러 실시예의 정면의 개략적인 단면도.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기들의 분할기 벽들의 여러 장치들의 개략적인 평면도.
도 17 내지 도 20은 여러 강하로 장치를 도해하는 본 발명에 따른 여러 삼상 슬러리 반응기들의 개략적인 단면도.
도 21 내지 도 28은 수평 방향으로 배치된 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들과 강하로 구역들의 여러 장치들을 도해하는 본 발명에 따른 여러 삼상 슬러리 반응기들의 개략적인 단면도.
도 1과 관련하여, 인용 부호 10은 대체적으로 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 일 실시예를 가리킨다. 상기 반응기(10)는 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 평행한 분할기 벽들 또는 플레이트들(14)을 수용하는 반응기 쉘(12)을 포함한다. 상기 플레이트들(14)은 다수의 슬러리 채널(16)을 형성한다.
상기 쉘(12)은 원기둥 모양이며 상기 플레이트들(14)은 평면으로 봤을 때 상기 쉘(12)의 코드와 대응하거나 또는 상기 코드 위로 떨어진다. 각각의 슬러리 채널(16)은 상대적으로 작은 즉 높이와 세로 폭에 비해서 작은 상기 플레이트들(14) 사이의 간격인 가로 폭을 가지며, 세로 폭은 도면이 도시된 페이지 수직한 축을 따라 측정된다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 분할기 벽들 또는 플레이트들(14)의 적어도 일부는 열전달 계수를 향상시키거나 또는 열전달 표면의 면적을 증가시키도록 형성되거나 또는 무늬 조직을 가질 수 있다. 형태 형성(shaping) 또는 텍스쳐링(texturing)은 당업자에게 알려진 다른 방법들 중에서 움푹 팬(dimpled), 골진(ribbed) 또는 핀형(finned) 벽들 또는 플레이트들의 사용을 포함할 수 있다.
또한 상기 반응기(10)는 상기 슬러리 채널(16) 아래의 분사기(sparger) 장치)(20)로 인도하는 기체 흡입구(18)를 포함한다. 상기 슬러리 채널들(16) 위의 헤드 스페이스(24)와 흐름 교통되는 기체 배출구(22가 제공된다. 액체 배출구(26)는 상기 슬러리 채널들(16) 아래의 상기 반응기(10)의 바닥으로부터 유도하지만 임의의 편한 높이에 있을 수 있다.
상기 반응기(10)는 상기 반응기(10)의 바닥으로부터 인용 부호 28과 30으로 표시된 통상의 슬러리 높이까지 연장하는 슬러리 구역을 구비한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 통상의 슬러리 높이(28)는 따라서 상기 슬러리 채널들(16)의 개방된 상부 단부들 아래에 있을 수 있거나 또는 상기 통상의 슬러리 높이(30)는 상기 슬러리 채널들(16)의 개방된 상부 단부들 위에 있을 수 있으며, 따라서 사용 시에 완벽하게 상기 플레이트들(14)을 잠기게 한다.
상기 반응기(10)와 같은 슬러리 반응기에서는 슬러리 채널들이 상기 반응기(10)의 바닥으로 외측으로 개방되는 상기 슬러리 채널들(16) 사이에 상호 작용이 제한되거나 실질적으로 없다. 상기 슬러리 채널들(16)에 의해서 형성되는 반응 공간들은 본질적으로 2 차원이며 그리고 상기 슬러리 채널들이 본질적으로 서로 독립적으로 작동된다면 상기 반응기 쉘(12)의 직경에 대한 의존성은 크게 또는 완전히 없어진다. 이것은 스케일 향상(scale-up)을 용이하게 하며, 따라서 하나 또는 몇몇 슬러리 채널을 구성하는 대표 유닛이 상업적 스케일의 반응기의 치수와는 별도로 독립적으로 연구될 수 있다.
상기 플레이트들(14)이 상기 슬러리 몸체에 완전히 잠기지 않는 때, 즉 상기 통상의 슬러리 높이가 인용 부호 28의 높이인 때, 상기 반응기(10)는 본질적으로 다수의 평행하고 수직으로 연장하는 2 차원의 삼상 슬러리 칼럼(column)으로서 거동한다. 이러한 2 차원 칼럼과 종래의 3 차원 칼럼 사이의 차이점은 혼합, 기체 잔류분(gad hold-up) 및 열 및 질량 이동과 관련되어 있으며 바람직하게 이용될 수 있다.
완전히 잠긴 플레이트(14)의 경우에, 즉 상기 통상의 슬러리 높이가 인용 부호 30으로 표시된 높이일 때, 훨씬 많은 기회가 생긴다. 상기 슬러리 채널(16)의 여러 상(phase)의 경우의 개선된 플러그(plug) 흐름 특성과 상기 슬러리에 걸친 보다 균일한 고체 분배와 보다 높은 열전달 계수를 고려하면서, 상기 슬러리 채널들(16) 상의 슬러리 순환 흐름 패턴이 확립될 수 있다(열전달 장치를 구비한 반응 기들은 이하에서 보다 상세히 설명된다).
도 2와 관련하여, 인용 부호 100은 대체적으로 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 또 다른 실시예를 가리킨다. 상기 반응기(100)는 여러 면에서 반응기(10)와 유사하며 따라서 달리 표시되지 않는다면 동일한 인용 부호가 동일하거나 유사한 부분 또는 형상부를 가리키기 위하여 사용된다. 상기 반응기(100)에서, 열전달 매체 채널들(32) 또한 일부의 상기 플레이트들(14) 사이에서 형성된다. 상기 열전달 매체 채널들(32)은 밀폐된 하부 단부와 상부 단부를 가지고 있으나 단부에서 서로 흐름 교통 상태에 있으며 열전달 매체 흡입구와 배출구 장치(도시되지 않음)와 흐름 교통 상태에 있는다. 사용 시에, 열전달 매체는 따라서 상향 또는 하향으로 상기 열전달 매체 채널(32)을 통과하도록 될 수 있다.
상기 슬러리 채널들(16)과 상기 열전달 매체 채널들(32)은 번갈아 가면서 배열되며, 따라서 각각의 슬러리 채널(16)은 상기 반응기(100)의 특정 구성에 따라서 아마도 반경 방향으로 외측의 슬러리 채널들(16)의 경우를 제외하고는, 두 개의 열전달 매체 채널들(32)에 의해서 측면에 있으며 또는 두 개의 열전달 매체 채널들(32) 사이에 끼워진다.
상기 반응기(100)에서, 상기 슬러리 채널들(16)과 상기 열전달 매체 채널들(32)은 상부 플레이트 뱅크(plate bank) 또는 서브 반응기(34)를 형성하는 상부 그룹과 하부 플레이트 뱅크 또는 서브 반응기(36)를 형성하는 하부 그룹으로 그룹 지어질 수 있다. 상기 상부 서브 반응기(34)는 상기 상부 서브 반응기(34)의 슬러리 채널들(16)의 개방된 하부 단부들이 상기 하부 서브 반응기(36)의 슬러리 채널 들(16)의 개방된 상부 단부들 위에 있도록 상기 하부 서브 반응기(36)와 수직으로 간격을 두고 있다. 상기 상부 서브 반응기(34)와 하부 서브 반응기(36) 사이에는 중간 구역(38)이 형성된다. 인용 부호 40으로 표시되고 재순환 기체 흡입구인 기체 흡입구는 상기 반응기(100)의 두 개의 대각선 방향 반대편으로부터 중간 구역(38)에 들어간다. 각각의 재순환 기체 흡입구(40)는 분사기 시스템(42)과 결합된다.
기체 제거기(46)와 함께 강하로(44)가 상기 반응기 쉘(12)의 중앙에 제공되며 상기 상부 서브 반응기(34)의 슬러리 채널들(16)의 개방된 상부 단부들 뒤로부터 상기 상부 서브 반응기(34)의 슬러리 채널들(16)의 개방된 하부 단부들 아래로, 즉 중간 구역(38)으로 연장한다. 상기 하부 서브 반응기(36)의 플레이트들(14)과 상기 반응기 쉘(12) 사이에는 환상의 강하로 구역(48)이 형성된다. 인식되는 바와 같이, 상기 분사기 장치 상기 강하로(44)에 기체를 공급하지 않도록 형성되며 상기 분사기 장치(18)는 상기 강하로 구역(48)에 기체를 공급하지 않도록 형성된다. 이해되는 바와 같이, 상기 강하로(44)는 사실 상기 강하로 구역(48)에 대해서 서로 엇갈리게 배치되며 화살표 50으로 표시된 바와 같은 슬러리 재순환 또는 재분해 흐름을 보장한다.
상기 반응기(100)는 원칙적으로, 삼상 슬러리 반응기를 필요로 하고 슬러리로의 열전달과 슬러리로부터의 열전달을 요구하는 다수의 공정에 적합하다. 그러한 오직 하나의 용도, 즉 탄화수소 합성만이 이하에서 기술된다.
사용 시에, 기체상 반응물들로서 수소와 일산화탄소를 주로 포함하는 새로운 합성 기체는 상기 기체 흡입구(18)와 상기 분사기 장치(20)를 통해서 상기 반응 기(100)의 바닥으로 공급된다. 상기 분사기 장치(20)에 의해서 상기 합성 기체는 상기 반응기(100)의 바닥에 존재하는 슬러리 전체에 걸쳐서 균일하게 분배된다. 동시에 전형적으로 수소, 일산화탄소, 메탄 및 이산화탄소를 포함하는 재순환 기체 흐름(전형적으로 냉각됨)은 재순환 기체 흡입구(40)와 상기 분사기 장치(42)를 통해서 상기 반응기(100)로 되돌려진다. 모든 재순환 기체 흐름은 상기 재순환 기체 흡입구들(40)에 의해서 상기 중간 구역(38)으로 공급될 수 있으며 또는 필요하다면 상기 재순환 기체 흐름의 일부는 상기 기체 흡입구(18)에 의해 상기 반응기(100)의 바닥으로 되돌려질 수 있다.
상기 분사기 장치(42)에 의해서, 상기 상부 서브 반응기(34)의 슬러리 채널들(16)은 재순환 기체와 함께 구체적으로 목표가 정해지며, 상기 강하로(44)는 회피된다. 따라서 재순환 기체 흡입구들(40)을 사용함으로써 상기 재순환 기체의 일부가 상기 분사기 장치(42) 아래의 반응기(100)의 일부에 위치한 슬러리를 우회하도록 하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 상기 반응기(100) 내의 전체적인 기체 잔류분이 감소될 수 있음으로써 상기 반응기의 용량을 크게 증가시킨다.
새로운 합성 기체와 임의의 재순환 기체를 포함하는 기체상 반응물들은, 상기 상부 및 하부 서브 반응기들(34, 36)의 슬러리 채널들(16)을 점유하고 상기 반응기(100)의 바닥으로부터 상기 높이(30)로 연장하는 슬러리 몸체(52)를 통해서 상향으로 통과한다. 상기 슬러리 몸체(52)는 피셔-트로프슈 촉매 입자들, 전형적으로 액체 생성물(대부분 왁스)에 떠 있는 철계 촉매 또는 코발트계 촉매를 포함한다. 상기 슬러리 높이(30)가 상기 상부 서브 반응기(34)의 슬러리 채널들(16)의 개방된 상부 단부들 위에 있으면서 상기 기체 제거기(46) 위에 있도록 상기 슬러리 몸체(52)가 제어된다.
상기 슬러리 몸체(52)를 통과하는 합성 기체 기포들로서, 상기 기체상 반응물은 내부에서 촉매 작용으로 발열적으로 반응하여 액체 생성물을 형성하며, 상기 액체 생성물은 따라서 상기 슬러리 몸체(52)의 일부를 형성한다. 때때로 또는 계속적으로 액체 생성물을 포함하는 슬러리 또는 액상은 상기 액체 배출구(26)를 통해서 회수되며, 따라서 상기 슬러리 높이(30)는 제어된다. 상기 촉매 입자들은 적절한 내부 또는 외부 분리 시스템에서, 예를 들어 여과기들(도시되지 않음)을 사용하여 상기 액체 생성물로부터 분리된다. 상기 분리 시스템이 상기 반응기(100) 외부에 위치된다면 이 때 분리된 촉매 입자들을 상기 반응기(100)로 되돌리기 위한 추가적 시스템(도시되지 않음)이 제공된다.
새로운 합성 공급 기체와 재순환 기체는 상기 반응기(100) 내의 모든 촉매 입자들을 침전 없이 교반하고 부유시키기에 충분한 속도로 상기 반응기(100)로 도입된다. 기체 흐름 속도는 슬러리 농도, 촉매 밀도, 부유 매체 밀도와 점성, 및 사용되는 특정 입자 크기에 따라서 선택된다. 적절한 기체 흐름 속도들은 예를 들어서 약 5 cm/s에서 약 50 cm/s까지를 포함한다. 그러나 약 85 cm/s까지의 기체 속도가 기포탑에서 시험되었다. 보다 높은 속도를 사용하게 되면 촉매 함유 슬러리를 수용하는 공간을 상대적으로 작게 하는 보다 많은 반응기의 기체 잔류분의 문제점을 동반하게 되는 단점이 있다. 그러나 기체 흐름 속도가 무엇으로 선택되는 간에 기체 흐름 속도는 상기 반응기들(100) 내에서 입자 침전과 응집을 피하는 데 충분 하여야 한다.
일부 슬러리는 연속적으로 상기 강하로(44)와 상기 강하로 구역(48)을 화살표(50)로 표시된 바와 같이 하향으로 통과함으로써 상기 슬러리 몸체(52) 내에서 촉매 입자들의 재분배를 달성하고 상기 슬러리 몸체(52) 전체에 걸쳐서 균등한 열의 재분배를 증대시킨다. 이해되는 바와 같이, 상기 강하로들 또는 강하로 구역들의 배열에 따라서, 상기 반응기(100)의 선택된 수직으로 연장하는 영역들 위의 슬러리 재분배가 가능하게 된다.
상기 반응기(100)는, 상기 슬러리 채널들(16)의 슬러리 몸체(52)가 이질의 또는 교반 난류(churn-turbulent) 흐름 영역에 있으며 그리고 플러그 흐름 방식으로 실질적으로 상기 슬러리 몸체(52)를 가로지르는 기체상 생성물과 기체상 반응물들의 신속하게 상승하는 대형 기포로 구성되는 묽은 상(dilute phase)과 액체 생성물, 고체 촉매 입자들, 및 기체상 반응물들 및 기체상 생성물의 동반 운반된(entrained) 소형 기포로 구성되는 농축 상(dense phase)을 포함하도록 작동된다. 상기 슬러리 채널들(16)의 사용에 의해서 전체 반응기(100)의 플러그 흐름 거동이 증진되는데 왜냐하면 각각의 슬러리 채널(16)이 높이와 가로 폭이 고려될 때, 상기 반응기 쉘(12)의 가로세로비(aspect ratio)를 충분히 초과하는 높은 가로세로비를 가지기 때문이다.
바람직하게는, 강하로 구역들(44, 48)의 슬러리의 하향 흐름 속도는 충분히 빨라서 상기 슬러리 채널들(16)의 슬러리 하향 흐름이 실질적으로 없다. 이러한 방식으로, 강하로 구역들(44, 48)에서의 하향과 상기 슬러리 채널들(16)에서의 상향 이 아닌 거시 혼합 패턴의 확립은 대체적으로 배제된다.
상기 슬러리 몸체(52)는 상기 상부 서브 반응기(34)와 상기 하부 서브 반응기(36)의 하나씩 걸러 있는 개방 단부의 슬러리 채널들(16)에 존재한다. 냉각 매체로서 보일러 공급수는 발열 반응의 열을 제거하기 위하여 밀폐 단부의 열전달 매체 채널들(32)을 통해서 순환된다. 이해되는 바와 같이 상기 플레이트들(14)은 상기 슬러리 몸체(52)로부터 간접적 열전달에 의해서 상기 보일러 공급수로 열을 이동하기 위한 넓은 열전달 표면 면적을 제공한다.
C20 및 그 이하 부분과 같은 경량 탄화수소 생성물들은 상기 기체 배출구(22)를 통해서 상기 반응기(100)로부터 회수되며 분리 유닛(도시되지 않음)으로 통과된다. 전형적으로 상기 분리 유닛은 일련의 냉각기들과 증기-액체 분리기를 포함하며 선택적으로 또 다른 냉각기 및 분리기를 포함할 수 있으며 또한 수소, 일산화탄소, 메탄 및 이산화탄소를 C20 및 이하의 탄화수소 부분으로부터 제거하기 위한 극저온 유닛(cryogenic unit)을 포함하는 것도 가능하다. 멤브레인 유닛(membrane unit), 압력 회전 흡착 유닛(pressure swing adsorption unit) 및/또는 이산화탄소의 선택적 제거를 위한 유닛들과 같은 다른 분리 기술이 채용될 수 있다. 질소, 일산화탄소 및 다른 기체들을 포함하는 분리된 기체들은 재순환 기체 흐름을 제공하기 위하여 압축기(도시되지 않음)에 의해서 압축되며 재순환된다. 응축된 액체 탄화수소와 반응수는 또 다른 작업을 위하여 분리 유닛으로부터 회수된다.
도시된 바와 같이 상기 반응기(100)는 상기 반응기(100)로의 기체의 재순환 을 고려하고 있음에도 불구하고 재순환 기체 흐름이 모든 실시예에서 채용되는 것이 필수적인 것이 아님을 알 수 있다.
상기 플레이트들(14)의 존재의 결과로서, 상기 슬러리 채널들(16) 사이의 슬러리 흐름 교통과, 상기 채널의 개방된 상부 단부들과 개방된 하부 단부들 사이의 모든 높이에서의 슬러리 흐름 교통이 가능하지 않다. 그러나 상기 상부 서브 반응기(34)의 슬러리 채널들(16)의 개방된 상부 단부들 위에서는, 슬러리 흐름의 제한은 없다. 유사하게 상기 중간 구역(38)에서와 상기 하부 서브 반응기(36)의 슬러리 채널(16)의 개방된 하부 단부들 아래에서도 슬러리 흐름의 제한은 없다.
본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기는 다수의 수평 방향으로 배치된 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들을 포함할 수 있으며, 따라서 이것은 상기 반응기 쉘(12) 내부의 동일 높이에 위치하나 상기 반응기 쉘(12)의 횡단면 영역을 가로질러 배치된다. 도 3과 도 4에서, 몇몇의 이러한 수평 방향으로 배치된 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들 또는 플레이트 뱅크(plate bank)들이 도시되고 있으며 인용 부호 60으로 표시되고 있다. 인용 부호 62로 표시된 강하로 구역들은 상기 서브 반응기들(60)과 결합된다. 분사기 장치(64)는 상기 서브 반응기들(60)과 강하로 구역들(62) 아래에 제공된다.
주지되는 바와 같이, 또한 상기 강하로 구역들(62)은 상기 서브 반응기들(60)과 동일한 방식으로 다수의 수직으로 연장하는 분할기 벽들 또는 플레이트들(14)을 포함한다. 그러나 상기 분사기 장치(64)는 상기 강하로 구역들(62)에 기체를 공급하지 않으며, 상기 구역들(62)이 서브 반응기 또는 수직관(riser)으로서 가 아닌 강하로로서 기능할 수 있게 한다.
상기 서브 반응기들(60)과 같이, 상기 강하로 구역들(62)은 반복적으로 배열되는 슬러리 채널들과 열전달 매체 채널들을 구비한다.
도 3 및 도 4에서, 상기 서브 반응기들(60)과 상기 강하로 구역들(62)의 높이는 동일하게 도시되었다. 그러나 이들이 높이, 가로 폭 및 채널 세로 폭에서 상이할 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 4에서 십자 화살표들(61)에 의해서 표시된 바와 같이, 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위와 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 아래를 제외하고는, 상기 서브 반응기들(60) 사이 또는 상기 서브 반응기들(60)과 상기 강하로 구역들(62) 사이에는 슬러리 교환이 없다.
플레이트 뱅크 또는 서브 반응기의 평행한 플레이트들은 도 13에 도시된 바와 같이 개방된 측부를 가진 채널들(16)을 형성할 수 있으며 또는 상기 서브 반응기들은 도 14에 도시된 바와 같이 측벽들(63)을 가질 수 있다. 상기 채널들(16)의 측부들이 도 14에 도시된 바와 같이 측벽들(63)에 의해서 밀폐되는 경우에, 상기 측벽들(63)에 개구부가 제공되지 않는다면, 그러한 하나의 서브 반응기의 채널들(16)의 슬러리 사이에서뿐만 아니라 인접한 서브 반응기의 채널들(16)의 슬러리 사이에는 상호 작용이 있을 수 없다. 자연스레, 측벽들은 하나 이상의 서브 반응기 또는 플레이트 뱅크를 에워쌀 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 측벽들이 없는 경우에 두 개의 서브 반응기들이 플레이트들(14)이 평행하게 배열될 때, 하나의 서브 반응기의 채널들(16)의 슬러리는 인접한 서브 반응기의 채널들(16)의 슬러리와 상호 작용할 수 있다. 도 16에 도 시된 바와 같이 인접한 서브 반응기들의 플레이트들(14)이 직교하는 때에는, 하나의 서브 반응기의 단부 플레이트가 사실 측벽을 형성하며, 두 개의 서브 반응기들의 채널들(16)의 슬러리 사이의 상호 작용을 방지한다.
도 5와 관련하여, 두 개의 강하로 또는 강하로 구역(62)뿐만 아니라 상부 서브 반응기들(34)과 하부 서브 반응기들(36)이 도시되었다. 상기 상부 서브 반응기들(34) 아래에 하나 그리고 상기 하부 서브 반응기들(36) 아래에 하나가 있는 두 개의 분사기 장치(64)가 또한 도시되고 있다. 도 5에 도시된 반응기 레이아웃에서, 상기 강하로들 또는 강하로 구역들(62)은 상기 상부 서브 반응기들(34)의 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들로부터 상기 중간 구역(38)을 통과해서 상기 하부 서브 반응기들(36)의 개방된 하부 단부들 아래로 및 실질적으로 하부 분사기 장치(64) 아래로 연장한다. 이러한 장치에 의해서 공지의 제어된 패턴의 슬러리의 대규모 축 방향 순환이 달성될 수 있다. 또한 인접한 서브 반응기들(34.a와 34.b 또는 36.a와 36.b) 사이의 제한된 슬러리 교환을 고려할 수 있다. 이해되는 바와 같이, 상기 슬러리 채널들은 원하는 열전달 표면 면적, 수력 직경(hydraulic diameter) 등을 가지도록 디자인될 수 있다. 필요하다면, 추가의 기체 분사 장치가 상기 중간 구역(38)의 수직으로 배치된 서브 반응기들 사이에 설치될 수 있으며 그리고 내부 여과 장치들이 상기 강하로들 또는 강하로 구역들(62) 중의 하나 또는 상기 중간 구역(38)에 설치될 수 있다. 강하로 또는 강하로 구역에 여과기와 같은 내부 장치(internal)를 배치하는 것의 한 장점은 기체 잔류분이 감소하고 강하로 구역에서 직면하는 속도가 상대적으로 빠르다는 것이다. 상기 강하로들 또는 강하 로 구역들(62)의 위치를 선택하고 이들을 상기 반응기 쉘(12)의 횡단면 영역의 개개의 위치에 배치함으로써, 원하는 목적을 달성하기 위하여 대규모 슬러리 순환에많은 영향을 미칠 수 있다.
강하로들 또는 강하로 구역들은 삼상 슬러리 반응기 높이에 걸친 고체 잔류분 프로파일(hold-up profile)과 온도 프로파일을 고르게 하는 데(levelling) 도움이 될 수 있다. 그러나 동시에 강하로들 또는 강하로 구역들은 때때로 바람직하지 않을 수 있는 축 방향 혼합을 유발한다. 디자인에 의해서 상기 축 방향 혼합은 증가될 수 있고(결과적으로 일종의 수직관-강하로 모드의 작동이 됨) 또는 이것은 상기 반응기를 위하여 플러그 흐름 특성을 증가시키기 위하여 억제될 수 있다.
도 6 내지 도 9는 여러 강하로 장치들을 구비한 본 발명에 따른 삼상 슬러리 반응기의 여러 실시예들을 보여준다. 도 6에서 상기 반응기는 네 개의 수직으로 배치된 서브 반응기들 또는 플레이트 뱅크들을 구비하고 있으며 강하로는 없다. 도 3에서는 상기 서브 반응기들 또는 플레이트 뱅크들을 통과하여 선형으로 축 방향으로 연장하는 상부에서 바닥으로의 강하로가 채용될 수 있다는 점이 나타내지고 있다. 도 8은 평면에서 봤을 때 강하로들이 상부 및 하부 서브 반응기들 또는 플레이트 뱅크들 사이에서 서로 엇갈게 배치되도록 각 서브 반응기 또는 플레이트 뱅크의 강하로들이 배열될 수 있는 방법을 도해하고 있다. 도 9는 바닥 영역으로부터 헤드 스페이스 영역으로 상기 반응기의 전체 길이에 걸쳐서 실질적으로 연장하는 분할기 벽들 또는 플레이트들과, 헤드 스페이스로부터 바닥 영역으로 연장하는 단일의 강하로를 구비하는 삼상 슬러리 반응기를 도해한다.
강하로들과 강하로 구역들의 여러 장치가 도 17 내지 도 20에 도시되고 있으며 상기 도면에서는 상기 강하로들 또는 강하로 구역들이 인용 부호 70으로 표시되고 있다. 도 17에서, 상기 강하로 구역(70)은 상기 반응기 쉘(12)의 횡단면 영역에 걸쳐서 분포된다. 도 18에서 상기 강하로 구역(70)은 상기 반응기 쉘(12)과 인접하며, 평면에서 봤을 때 거의 환상이다. 도 19에서 강하로 구역(70)은 상기 반응기 쉘(12)의 일 측에 마주하여 위치하며 도 20에서는 상기 강하로 구역(70)이 중심에 위치된다.
서브 반응기들과 강하로 또는 강하로 구역들을 위하여 선택된 장치에 의해서, (상기 슬러리 채널들에 의하여 형성된) 상기 반응기의 서로 다른 상향 흐름 구역 사이의 슬러리 흐름 상호 작용을 허용 또는 방지하는 것과, (강하로들 또는 강하로 구역들에 의하여 형성된) 이러한 상향 흐름 구역들과 하향 흐름 구역들 사이의 상호작용을 방지 또는 금지하는 것이 가능하다. 따라서 상기 반응기(100)와 같은 반응기에서, 여러 구성이 도 2의 인용 부호 72에 의해 표시된 높이와 같은 특정 높이에서 가능하며, 그 중 일부는 도 21 내지 도 28에 도시되어 있다.
도 21에서 강하로 구역들(70)은 상기 반응기 쉘(12)의 측부를 마주하여 위치한다. 인용 부호 74로 표시된 각각의 서브 반응기는 측벽을 가짐으로써 상기 슬러리 반응기들(74) 사이 또는 상기 서브 반응기들(74)과 상기 강하로 구역들(70)과의 사이의 슬러리 상호 작용을 방지한다.
도 22에서 상기 서브 반응기들(74)은 측벽을 가지지 않으며 인접한 서브 반응기들(74)의 슬러리 채널들은 평행하다. 이러한 슬러리 채널들의 슬러리는 따라서 상호 작용할 수 있다. 반대로, 도 23에서 인접한 서브 반응기들(74)의 슬러리 채널들은 수직으로 배열된다. 25 개의 서브 반응기의 그룹이 측벽(76)을 구비함에도 불고하고 개개의 서브 반응기들(74)은 측벽을 가지지 않는다. 상기 서브 반응기들(74)은 좁은 간격을 두고 있으며, 인접한 서브 반응기들(74) 사이의 제한된 슬러리 상호 작용을 허용하나 상기 플레이트들의 수직 배열은 인접한 서브 반응기들(74) 사이에서 보다 자유로운 슬러리 상호 작용은 방지된다. 상향 흐름 구역들, 즉 상기 서브 반응기들(74)과 상기 강하로 구역들(70) 사이의 슬러리 상호 작용은 허용되지 않는다.
도 24에서, 상기 서브 반응기들(74)에는 모두 측벽들이 제공되고 상기 강하로 구역들(70)이 분포된다. 따라서 서브 반응기들(74) 사이 또는 서브 반응기들(74)과 강하로 구역들(70) 사이에는 슬러리 상호 작용이 없다. 반대로 도 25에서는 서브 반응기들(74)은 측벽을 가지지 않고 강하로 구역들(70)은 단지 상기 쉘(12)에 인접한다. 서브 반응기들(74) 사이와 서브 반응기들(74)과 강하로 구역들(70) 사이의 실질적인 슬러리 상호 작용이 발생할 수 있다. 도 26에서는 서브 반응기들(74)은 다시 측벽들이 없으며 그러나 인접한 서브 반응기들(74)의 슬러리 채널들에 수직인 슬러리 채널을 구비한 다수의 서브 반응기들이 배열된다. 따라서 인접한 서브 반응기들(74) 사이와 서브 반응기들(74)과 강하로 구역들(70) 사이의 상호 작용이 일부 있음에도 불구하고, 슬러리 상호 작용은 도 25에 도시된 반응기의 경우에서 보다 제한된다.
도 27은 도 26에 도시된 반응기와 유사한 반응기를 보여주고 있으며, 그러나 도 27의 반응기의 경우에서 강하로 구역들(70)이 반응기의 횡단면 영역을 가로질러 배치된다.
도 28에서, 강하로 구역(70)은 상기 반응기 쉘(12)의 일 측을 마주하여 위치된다. 서브 반응기들이 직각으로 배열됨에도 불구하고 서브 반응기들(74) 사이의 미세한 공간 때문에 서브 반응기들(74) 사이에 슬러리 상호 작용이 제한된다. 장애물 또는 측벽(76)은 서브 반응기들(74)의 슬러리와 강하로 구역(70)의 슬러리 사이의 슬러리 상호 작용을 실질적으로 방지한다.
여러 기체 분사 전략이 도 10 내지 도 12에 도시되어 있다. 도 10에서는 기체가 2 단으로 도입되며, 상기 기체의 일부는 상기 반응기의 바닥 영역으로 들어가며 기체의 또 다른 부분은 두 서브 반응기 또는 플레이트 뱅크 사이의 중간 구역으로 들어간다. 도 11과 도 12에서는 강하로들 또는 강하로 구역들과 함께 기체 분사기가 도시되고 있다. 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 상기 바닥과 상기 중간 구역 모두에서, 상기 반응기의 횡단면 영역의 일부에만 기체를 공급하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명의 방법과 장치는 슬러리 흐름 반응기 디자인의 스케일을 키울 때 많이 감소된 위험을 고려하는데, 이것은 슬러리 채널이 존재함으로 인해서 거시 스케일 혼합 패턴들의 형성이 크게 방지되기 때문이다. 또한 그리고 특히 강하로들 내지 강하로 구역들을 포함한 디자인을 위해서, 상기 반응기 구역은 알져진 상향의 외견상 액체 흐름 속도와 알려진 상향의 외견상 기체 속도가 존재하는 다수의 슬러리 채널들로 구성된다. 이러한 슬러리 채널들은 파일롯팅(piloting)과 모델링(modelling)으로 수정이 가능하며 설계자에게 대규모 반응기 혼합 패턴을 제어하 는데 있어 보다 큰 자유를 제공한다. 또한, 상기 슬러리 채널들은 열 교환기 표면들에 의하여 형성된다. 이것은 서펜타인 냉각 코일(serpentine cooling coil)이 채용되는 표준 디자인보다 훨씬 개선된 이와 같은 디자인을 위한 열 제거 성능을 가져온다. 이용 가능한 열 제거 표면 면적이 증가될 뿐만 아니라 상기 반응기 상에서 보다 균일하게 분포된다.

Claims (32)

  1. 적어도 하나의 기체상 반응물을 현탁액(suspension liquid)에 떠 있는 고체 입자들의 수직으로 연장하는 슬러리 몸체 내로 낮은 높이(level)에서 공급하는 단계로서, 상기 슬러리 몸체는 공통의 반응기 쉘 내의 다수의 수직으로 연장하며 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 슬러리 채널들에 수용되며, 상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 분할기 벽(divider wall)들 또는 플레이트들 사이에 형성되며 각각의 슬러리 채널은 높이와 세로 폭(breadth)이 가로 폭(width)보다 훨씬 크도록 높이와 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 단계와,
    상기 기체상 반응물이 상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체를 상향으로 통과할 때 상기 기체상 반응물이 반응하도록 허용함으로써 비-기체상 생성물 및/또는 기체상 생성물을 형성하도록 하는 단계와,
    기체상 생성물 및/또는 비반응(unreacted) 기체상 반응물이 상기 슬러리 몸체 위의 상기 헤드 스페이스(head space)에서 상기 슬러리 몸체로부터 이탈할 수 있게 하는 단계와,
    기체상 생성물 및/또는 비반응 기체상 반응물을 상기 헤드 스페이스로부터 회수하는 단계와,
    필요한 경우, 존재한다면 비-기체상 생성물을 포함하여 슬러리 또는 현탁액을 회수함으로써 또는 슬러리 또는 현탁액을 추가함으로써 상기 슬러리 몸체를 원 하는 높이에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 상부 단부들 위에서 슬러리 흐름이 교통되는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 일부의 상기 슬러리 채널의 분할기 벽들 또는 플레이트들은 인접한 열전달 매체 흐름 공간들로부터 상기 슬러리 채널들을 분리하며,
    상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체와 간접적으로 열을 교환하기 위하여 열전달 매체를 상기 열전달 매체 흐름 공간들에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  4. 적어도 하나의 기체상 반응물을 현탁액(suspension liquid)에 떠 있는 고체 입자들의 수직으로 연장하는 슬러리 몸체 내로 낮은 높이에서 공급하는 단계로서, 상기 슬러리 몸체는, 공통의 반응기 쉘 내의 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 슬러리 채널들에 수용되며, 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위에서 슬러리 흐름 교통 상 태에 있으며 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들로부터 상기 슬러리 채널들을 분리하는 벽에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 단계와,
    상기 기체상 반응물이 상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체를 상향으로 통과할 때 상기 기체상 반응물이 반응하도록 허용함으로써 비-기체상 생성물 및/또는 기체상 생성물을 형성하도록 하는 단계와,
    상기 슬러리 채널들에 존재하는 슬러리 몸체와 간접적으로 열을 교환하기 위하여 열전달 매체를 상기 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들을 통해서 통과시키는 단계와,
    상기 반응기 쉘 내의 하나 이상의 강하로 구역(downcomer zone) 또는 강하로들을 사용하여 상기 슬러리 몸체의 높은 높이로부터 낮은 높이로 하향으로 슬러리를 통과하도록 하는 단계와,
    기체상 생성물 및/또는 비반응(unreacted) 기체상 반응물이 상기 슬러리 몸체 위의 상기 헤드 스페이스(head space)에서 상기 슬러리 몸체로부터 이탈할 수 있게 하는 단계와,
    기체상 생성물 및/또는 비반응 기체상 반응물을 상기 헤드 스페이스로부터 회수하는 단계와,
    필요한 경우, 존재한다면 비-기체상 생성물을 포함하여 슬러리 또는 현탁액을 회수함으로써 또는 슬러리 또는 현탁액을 추가함으로써 상기 슬러리 몸체를 원하는 높이에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기 의 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 아래에서 슬러리 흐름이 교통되며,
    상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부와 개방된 하부 단부들 사이의 모든 높이에서 슬러리 흐름 교통을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은 관판(tube sheet)들 사이의 수직으로 연장하는 관들에 의해서 형성되며, 상기 열전달 매체 흐름 공간은 상기 관판들 사이에서 형성되며 상기 관들을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성되며,
    열전달 매체 흐름 공간들 또한 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에서 형성되며,
    상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 공통의 또는 공유된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 인접한 열전달 매체 흐름 공간들로부터 분리되며,
    상기 분할기 벽들 또는 플레이트들의 적어도 일부는 서로 평행하며, 높이와 세로 폭(breadth)이 가로 폭(width)보다 훨씬 크도록 높이, 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 열전달 매체 흐름 공간들과 슬러리 채널들을 형성하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강하로 구역들 또는 강하로들에서 슬러리의 하향 흐름이 충분히 많아서 상기 슬러리 채널들에서는 실질적으로 슬러리의 하향 흐름이 없는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 입자들은 상기 기체상 반응물 또는 기체상 반응물들의 액체 생성물 및/또는 기체상 생성물로의 반응을 촉진하기 위한 촉매 입자들이며,
    상기 현탁액은, 만일 존재한다면, 상기 액체 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반응은 피셔-트로프슈 탄화수소 합성(Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis)인 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은 적어도 0.5 m의 높이를 가지며,
    상기 슬러리 채널들은 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성되며,
    상기 슬러리 채널들은 2 cm 내지 50 cm 범위의 가로 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은 0.2 m 내지 1 m 범위의 세로 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 반응기 쉘은 적어도 1 m의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  14. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들이 상기 반응기 쉘 내에 형성되며,
    각각의 수평 방향으로 배치된 반응기 구역은 다수의 슬러리 채널들과 선택적 으로 하나 이상의 열전달 매체 흐름 공간들을 포함하며,
    인접한 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들 사이와 수평방향으로 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널들의 개방된 상부 및 하부 단부들 사이의 모든 높이에서 슬러리 흐름 교통을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    슬러리 채널들은 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성되며,
    수평 방향으로 배치된 반응기 구역들은, 상기 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들 중의 한 구역의 단부 분할기 벽 또는 플레이트가 실제로 상기 인접한 수평방향으로 배치된 반응기 구역을 위한 측벽을 형성하도록, 인접한 수평 방향으로 배치된 반응기 구역들의 분할기 벽들 또는 플레이트들을 직각으로 배열함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  16. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역들 내에 상기 슬러리 몸체를 포함하며 상기 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역들 각각은 다수의 슬러리 채널들과 선택적으로 하나 이상의 열전달 매체 흐름 공간들을 포함하며,
    상기 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역들 사이에는 중간 슬러 리 구역이 형성되는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  17. 제4항 및 제16항에 있어서,
    하나 이상의 상기 강하로 구역들 또는 강하로들은 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 이들 위로부터, 또는 존재한다면 상부의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널들로부터, 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들로 또는 이들 아래로, 또는 존재한다면 바닥의 수직 방향으로 간격을 두고 배치된 반응기 구역의 슬러리 채널들로 연장하며,
    그리고/또는, 하나 이상의 상기 강하로 구역들 또는 강하로들은 반응기 구역의 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 이들 위로부터, 상기 반응기 구역의 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들로 또는 이들 아래로 연장하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기의 작동 방법.
  18. 사용 시에 현탁액에 떠 있는 고체 입자들의 슬러리를 포함하게 되는 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 슬러리 채널을 포함하는 반응기 쉘로서, 상기 슬러리 채널은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에서 형성되며 각각의 슬러리 채널은 높이와 세로 폭이 가로 폭보다 훨씬 크도록 높이, 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 반응기 쉘과,
    기체상 반응물 또는 기체상 반응물들을 상기 반응기로 도입하기 위한 반응기 쉘의 기체 흡입구와,
    상기 슬러리 채널들 위의 쉘의 헤드 스페이스로부터 기체를 회수하기 위한 상기 쉘의 기체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기(three-phase slurry reactor).
  19. 제18항에 있어서,
    상기 분할기 벽들 또는 플레이트들의 적어도 일부는 열전달 매체 흐름 공간들 또는 채널들을 적어도 부분적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 슬러리 구역은, 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부가 상기 슬러리 채널들의 상부 단부들 위에서 슬러리 흐름이 교통되도록, 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위에 통상의 슬러리 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  21. 사용 시에 현탁액에 떠 있는 고체 입자들의 슬러리를 포함하게 되는 다수의 수직으로 연장하고 수평 방향으로 배치된 슬러리 채널을 포함하는 반응기 쉘로서, 상기 슬러리 채널은 상기 슬러리 채널들의 적어도 일부가 개방된 단부들 위에서 슬러리 흐름 교통 상태에 있도록 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들 위에 통 상의 슬러리 높이를 가지는 반응기 쉘 내의 슬러리 구역에 위치되는 반응기 쉘과,
    열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들로서, 사용 시에 간접적인 열전달 관계의 열전달이 상기 슬러리 채널들의 슬러리와 상기 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들의 열전달 매체와의 사이에서 일어나도록 상기 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들로부터 상기 슬러리 채널들을 분리하는 슬러리 채널들의 벽에 의하여 형성되는 열전달 매체 흐름 공간 또는 공간들과,
    하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로로서, 이를 통해서 슬러리 구역의 높은 높이로부터 낮은 높이로 슬러리가 통과할 수 있는 하나 이상의 강하로 구역 또는 강하로와,
    기체상 반응물 또는 기체상 반응물들을 상기 반응기로 도입하기 위한 반응기 쉘의 기체 흡입구와,
    상기 슬러리 채널들 위의 쉘의 헤드 스페이스로부터 기체를 회수하기 위한 상기 쉘의 기체 배출구와,
    필요하다면, 상기 반응기로 슬러리 또는 현탁액을 추가하거나 또는 상기 반응기로부터 슬러리 또는 현탁액을 회수하기 위한 액체 흡입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들의 적어도 일부는 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 아래에서 슬러리 흐름이 교통되며,
    상기 슬러리 채널들은, 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들과 개방된 하부 단부를 통하지 않는 상기 슬러리 채널들로부터의 슬러리 흐름 또는 상기 슬러리 채널들로의 슬러리 흐름을 방지하도록 형성된 벽들을 구비하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 반응기의 슬러리 채널들은 관판들 사이에서 수직으로 연장하는 관들에 의하여 형성되며,
    상기 열전달 매체 흐름 공간은 상기 관판들 사이에서 형성되며 상기 관들을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성되며,
    상기 열전달 매체 흐름 공간들 또한 수직으로 연장하고 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 분할기 벽들 또는 플레이트들 사이에 형성되며,
    상기 분할기 벽들 또는 플레이트들의 적어도 일부는 서로 평행하며, 높이와 세로 폭이 가로 폭보다 훨씬 크도록 높이, 가로 폭 및 세로 폭을 가지는 열전달 매체 흐름 공간들과 슬러리 채널들을 형성하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은, 선택적으로는 하나 이상의 열전달 매체 흐름 공간들과 함께 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들에서 그룹으로 함께 모여 있는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들은 상기 반응기 쉘의 횡단면 영역을 가로질러 수평 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 서브 반응기들은 상기 서브 반응기들을 인접한 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 서브 반응기들로부터 분리하는 수직으로 연장하는 측벽들을 가지며,
    상기 수직으로 연장하는 측벽들은 상기 인접한 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 서브 반응기들의 슬러리 채널들의 개방된 상부 및 하부 단부들 사이의 모든 높이의 인접한 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 서브 반응기들 사이에서 슬러리 흐름 교통을 방지하기 위하여 형성되는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 슬러리 채널들은, 상기 인접한 서브 반응기들 각각이 세로 폭 축을 가지도록 각각의 서브 반응기 내에서 평행한 분할기 벽들 또는 플레이트들에 의하여 형성되며,
    인접한 수평 방향으로 배치된 서브 반응기들의 세로 폭 축들은 직교하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직 방향으로 배치된 반응기 모듈들 또는 서브 반응기들을 포함하며,
    하부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들은 상부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들 아래에 있는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  30. 제29항에 있어서,
    상부 서브 반응기(들)와 하부 서브 반응기(들) 사이에 중간 구역을 포함하며,
    상기 중간 구역은 상부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들과 흐름이 교통되며 또한 하부 서브 반응기 또는 서브 반응기들의 슬러리 채널들과 흐름이 교통되는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  31. 제30항에 있어서,
    상부 및 하부 서브 반응기들 사이의 상기 중간 구역으로의 기체 흡입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
  32. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 강하로 구역들 또는 강하로들은 상기 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 이들 위에서부터 또는, 존재한다면, 상부 서브 반응기의 슬러리 채널들로부터, 상기 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들로 또는 이들 아래로 또는, 존재한다면, 하부 서브 반응기의 슬러리 채널들로 연장하며,
    그리고/또는, 하나 이상의 강하로 구역들 또는 강하로들은 서브 반응기의 슬러리 채널들의 개방된 상부 단부들에서부터 또는 이들 위에서부터, 상기 서브 반응기의 슬러리 채널들의 개방된 하부 단부들로 또는 이들 아래로 연장하는 것을 특징으로 하는 삼상 슬러리 반응기.
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