KR20080078673A - 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하기위한 방법 - Google Patents

하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하기위한 방법 Download PDF

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Abstract

하나 이상의 촉매 성분을 갖는 고체 촉매의 존재하에서 하나 이상의 기상 반응물로부터 적어도 하나의 응축상 생성물을 생성하기 위한 방법으로서, 고체 촉매는 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간이 상이한 둘 이상의 영역을 갖는 방법.

Description

하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하기 위한 방법{PROCESS FOR PRODUCING CONDENSED-PHASE PRODUCT FROM ONE OR MORE GAS-PHASE REACTANTS}
본 발명은 비균질 촉매반응, 더 구체적으로는 고체 촉매의 존재하에서 하나 이상의 기상 반응물을 응축상 생성물로 전환시키기 위한 향상된 방법에 관한 것이다.
피셔-트롭쉬 합성 (Fischer-Tropsch synthesis) 이 합성가스 (일산화탄소와 수소의 혼합물) 로부터 탄화수소를 생성하기 위한 공지된 반응이며, 합성가스는 비균질 촉매와 접촉하여 탄화수소의 혼합물을 생성한다. 합성가스는 전형적으로 석탄 또는 천연 가스의 증기 개질과 같은 공정에 의해, 또는 천연 가스의 부분 산화로부터 생성되고, 또한 바이오매스로부터 생성될 수도 있다. 피셔-트롭쉬 합성은 연료로서 사용될 수도 있는 탄화수소 액체 및/또는 왁스의 생성 또는 수소화분해와 같은 공정을 통한 연료의 생성에 응용된다.
탄화수소의 피셔-트롭쉬 합성을 위한 비균질 촉매반응 공정 동안, 반응 조건하에서 액체 또는 고체인 탄화수소 생성물은 촉매 표면에 응축될 수 있고, 이는 합성가스 반응물과 촉매 표면의 접촉을 막아 반응물의 전환을 감소시킨다.
지금까지는, 반응 조건하에서 기상 상태인 반응물 및 생성물을 포함하는 공정에서 반응 온도를 제어하기 위한 가변 직경 반응기가 설명되었다. 예컨대, WO 03/011449 는 열 전달 재료를 지니는 성형된 인서트의 사용에 의해 고체 촉매 층의 단면적이 그 종방향 축선을 따라 증가하는 장치를 설명하며, DE 2 929 300 은 열 전달 재료를 지니는 인서트의 형상이 그 길이를 따라 변하는 흡열 반응 또는 발열 반응에서 촉매의 온도를 제어하기 위한 가변 직경 반응기를 설명한다. 그러나, 거기서 설명되는 공정은 반응 조건하에서 응축상 상태인 생성물을 생성하지 않고, 따라서 응축상 생성물이 고체 촉매를 덮는 문제를 설명하지 않는다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하기 위한 방법이 제공되고, 이 방법은 하나 이상의 반응물을 반응기에 공급하는 단계를 포함하며, 상기 반응기에서 하나 이상의 반응물이 하나 이상의 촉매 성분을 갖는 고체 촉매의 존재하에서 기상 상태로 반응하여 적어도 하나의 응축상 생성물을 생성하는데, 고체 촉매는 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간이 상이한 둘 이상의 영역을 갖는 것이 특징이다.
본 발명에 있어서, 하나 이상의 기상 반응물과 고체 촉매의 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간은 고체 촉매의 둘 이상의 영역에서 상이하다. 각각의 영역에서 접촉 시간이 상이하기 때문에, 하나 이상의 기상 반응물의 응축상 생성물로의 전환은 각각의 영역에서의 하나 이상의 촉매 성분에 대한 적어도 하나의 응축상 생성물의 비 (이하, 응축상 생성물 대 촉매 성분 비라 함) 를 소정 범위의 값으로 유지시킴으로써 최적화될 수 있다.
응축상 생성물 대 촉매 성분 비에 대한 소정 값의 범위는 예컨대 실험적인 관찰 또는 이론적인 모델로부터의 결과에 기초할 수도 있다. 전형적으로, 상기 범위는 예컨대 반응물 전환이 낮은 영역에서는 응축상 생성물 대 촉매 성분 비를 낮게 유지시키거나, 전환이 감소될 필요가 있는 곳에서는 생성물 대 촉매 성분 비를 높게 유지시킴으로써 공정의 효율을 최적화시키도록 선택될 것이다. 상기 비에 대한 값의 범위는 촉매의 각 영역에서의 응축상 생성물 농도의 변동성에 의존할 것이다.
예컨대, 응축상 생성물이 많은 고체 촉매의 영역에서는, 적어도 하나의 응축상 생성물에 의한 촉매의 덮임률 또한 높아 반응물 전환이 낮아진다. 그러므로, 반응물 전환은 고체 촉매의 해당 영역에서 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간을 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 반대로, 응축상 생성물이 적은 고체 촉매의 영역에서는, 응축상 생성물 대 촉매 성분 비가 낮을 것이고, 따라서 촉매 덮임률이 낮을 것이며, 전환은 높을 수 있다. 그러므로, 접촉 시간을 감소시켜, 전환을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 고체 촉매의 각 영역에서 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간은 고체 촉매의 영역이 상이한 농도의 촉매 성분을 갖게 하며 그리고/또는 고체 촉매의 영역이 상이한 단면적 및 부피를 갖게 함으로써 변화될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 고체 촉매는 농도가 상이한 하나 이상의 촉매 성분을 갖는 영역을 포함한다. 고체 촉매의 단면적 및/또는 부피는 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간을 상이하게 하기 위해서 고체 촉매의 상이한 영역에서 동일할 수도 있다. 따라서, 단면적 및 부피는 동일하지만 농도가 상이한 하나 이상의 촉매 성분을 갖는 둘 이상의 영역을 갖는 고체 촉매는 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간이 상이할 것이다. 따라서, 농도가 상이한 하나 이상의 촉매 성분을 갖는 둘 이상의 영역을 갖는 고체 촉매가 각 영역에서 하나 이상의 촉매 성분에 대한 적어도 하나의 응축상 생성물의 비를 소정 범위의 값으로 독립적으로 유지시키도록 사용될 수도 있다.
추가적으로는 또는 선택적으로는, 고체 촉매의 둘 이상의 영역은 상이한 단면적 및 부피를 갖고, 이 결과 고체 촉매의 상이한 영역에서 기상 반응물의 상이한 공간 속도가 나타나게 된다. 고체 촉매의 각 영역에서 하나 이상의 촉매 성분의 농도는 동일하거나 상이할 수도 있기 때문에, 고체 촉매의 둘 이상의 영역에서의 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간은 상이하다. 바람직하게는, 고체 촉매의 각 영역에서의 하나 이상의 촉매 성분의 농도는 고체 촉매 전체에서 균일하고, 이는 반응기에 촉매를 넣는 일의 복잡성을 감소시킬 수 있다.
반응물 전환이 낮은 영역에서는 고체의 단면적 및 부피를 증가시켜, 응축상 생성물 대 촉매 성분 비가 감소되게 하며, 그 결과 촉매 덮임률이 감소되고 반응물 전환이 향상된다. 반대로, 단면적 및 부피를 감소시켜, 응축상 생성물에 의한 하나 이상의 촉매 성분의 덮임률이 증가되게 할 수 있고, 그 결과 해당 영역에서 반응물 전환을 감소시킬 수 있다. 이 후자의 경우는, 예컨대 촉매의 손상 또는 비활성화를 회피하기 위해서 고체 촉매의 영역의 발열의 정도가 감소되는 것이 바람직한 발열 반응에 대해 바람직할 수도 있다. 따라서, 단면적 및 부피가 상이한 둘 이상의 영역을 갖는 고체 촉매가 각 영역에서 하나 이상의 기상 반응물에 대한 적어도 하나의 응축상 생성물의 비를 소정 범위의 값으로 독립적으로 유지시키기 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 이러한 실시예의 다른 이점은, 하나 이상의 촉매 성분에 대한 적어도 하나의 응축상 생성물의 비가 감소되는 것이 바람직한 영역에서는 더 큰 부피의 촉매가 존재할 수 있고, 또한 더 큰 비가 필요한 영역에서는 더 작은 부피의 촉매가 존재할 수 있도록 고체 촉매가 반응기 내에 분포될 수 있기 때문에, 고체 촉매의 이용을 향상시킨다는 것이다. 고체 촉매의 단면적은 단면적 및 부피가 상이한 영역 사이에서 연속적으로 변할 수 있거나, 대안적으로는 불연속적이고 단계적으로 변할 수도 있어, 촉매 층의 각 영역은 단면적의 뚜렷한 계단식 변화에 의해 정해진다.
고체 촉매는 예컨대 모노리스 (monolith), 섬유질 재료의 층 또는 메쉬와 같은 성형 인서트, 또는 구, 비드 (bead), 미립 또는 압출물과 같은 고체 입자의 층을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 고체 촉매는 팩형 (packed) 촉매 입자를 포함하는데, 이는 이 입자가 반응기에 쉽게 삽입될 수 있어 직경 변화에 적합하기 때문이다.
고체 촉매는 하나 이상의 기상 반응물의 적어도 하나의 응축상 생성물로의 전환을 촉매하는 하나 이상의 촉매 성분을 포함한다. 예컨대, 전이 금속 또는 전이 금속 화합물과 같은 하나의 촉매 성분이 있을 수도 있고, 추가적인 공촉매 또는 촉매 촉진제와 같은 둘 이상의 촉매 성분이 있을 수도 있다. 하나 이상의 촉매 성분은 지지되거나 지지되지 않을 수도 있다.
고체 촉매의 영역의 하나 이상의 촉매 성분의 농도는, 예컨대 하나 이상의 촉매 성분을 포함하는 입자와 인서트 입자를 촉매반응식으로 혼합함으로써 변화될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로는, 하나 이상의 촉매 성분이 지지체상에 있을 때, 고체 촉매의 상이한 영역은 하나 이상의 촉매 성분이 지지체상에 상이하게 실려 있는 영역을 포함할 수도 있다.
반응기는 하나 이상의 인서트를 포함할 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 반응기는 단면적 및 부피가 변하는 둘 이상의 영역을 가지면서 종방향으로 배치되는 하나 이상의 인서트를 포함한다. 고체 촉매는 하나 이상의 인서트, 또는 하나 이상의 인서트와 반응기의 내벽 사이의 반응기 공간에 있을 수도 있다. 촉매가 어느 곳에 위치하는지에 따라, 인서트와 반응기의 내벽 사이의 무촉매 영역, 또는 인서트는 반응기 내의 온도를 제어하도록 열교환 매체를 운반하는데 사용될 수도 있다. 열교환 매체는 하나 이상의 기체 반응물의 유동에 대해 병행류로 또는 하나 이상의 기체 반응물의 유동에 대해 대향류로 흐를 수 있다.
반응 과정 동안, 하나 이상의 생성물이 형성되고, 이들 중 적어도 하나는 반응 조건하에서 응축상 상태에 있다. 본 발명은 생성물이 반응 조건하에서 액상인 공정에 특히 적합한데, 이는 액체 생성물이 왁스질 생성물 또는 다른 고체 생성물에 비해 고체 촉매로부터 더 쉽게 분리되기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서, 두 개의 기상 반응물이 반응기에 병행류로 공급되어, 균일한 농도의 촉매 성분을 갖는 고정된 촉매층 위로 지나가며, 기상 반응물은 반응하여 액상 생성물을 생성한다. 두 개의 기상 반응물과 고체 촉매층의 접촉의 최초 지점에서, 액상 생성물의 농도는 낮다. 액상 생성물의 농도는 반응이 진행됨에 따라 증가하고, 기상 반응물이 고체 촉매층을 따라 지나감에 따라 더 농후해진다. 이로 인해, 기상 반응물의 유동 방향에 대해 고체 촉매의 하류 영역에서는 액상 생성물에 의한 고체 촉매의 덮임율이 더 커질 수 있다. 하류 영역에서는 고체 촉매의 단면적 및 부피가 증가됨으로써, 하나 이상의 촉매 성분에 대한 액체 생성물의 비는 감소되어, 촉매의 덮임율이 작아지게 되고 또한 이 영역에서 기상 반응물과 고체 촉매의 접촉 시간은 증가된다. 따라서, 더 큰 단면적 및 부피를 갖는 영역에서 반응물 전환이 향상된다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 고체 촉매의 단면적 및 부피는 하나 이상의 기상 반응물과의 접촉의 최초 지점에 인접한 영역에서 감소된다. 이 실시예는, 예컨대 하나 이상의 반응물과 고체 촉매의 최초 접촉과 발열 반응의 개시 사이에 지연이 있는 반응에서 바람직할 수 있다. 따라서, 처음에는 반응물과 하나 이상의 촉매 화합물의 접촉 시간을 증가시키고 반응의 개시를 촉진하기 위해 고체 촉매에 대한 반응물의 유동 속도는 느린 것이 바람직하다. 일단 반응이 시작되고, 반응 속도가 증가하면, 발열에 의해 발생되는 열은 잠재적으로 촉매의 손상 또는 비활성화를 초래할 수 있고, 원하는 생성물에 대한 선택도를 감소시키고 촉매 수명을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 고체 촉매의 인접한 하류 영역의 단면적 및 부피를 감소시킴으로써, 촉매에 대한 반응물의 유동 속도를 증가시키며, 이는 반응물과 고체 촉매와의 접촉 시간을 감소시켜 반응물 전환 및 반응 속도를 감소시킬 수 있다. 추가적으로는, 단면적 및 부피를 감소시킴으로써, 하나 이상의 촉매 성분에 대한 응축상 생성물의 비는 증가될 수 있으며, 이는 나아가서 하나 이상의 기상 반응물의 전환을 감소시키도록 작용한다. 선택적으로는, 더 하류에 있는 고체 촉매의 영역은 전환을 향상시키도록 증가된 단면적 및 부피를 가질 수도 있으며, 그렇지 않은 경우에는 액체 생성물에 의한 고체 촉매의 덮임율이 증가될 수 있다. 대안적으로는, 더 하류에 있는 고체 촉매의 영역은 훨씬 더 작은 단면적 및 부피를 가질 수도 있다.
고체 촉매는 촉매가 없는 부분 또는 간극을 포함할 수도 있다. 예컨대, 고체 촉매가 입자를 포함하고, 고체 촉매의 상이한 영역이 상이한 농도의 촉매 성분(들)을 갖는 본 발명의 실시예에서, 상이한 촉매 영역은 상이한 영역에서의 입자의 교차혼합을 방지하도록 그리드에 의해 분리될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 그리드 사이의 공간은 예컨대 입자의 침전의 결과로 촉매 및 불활성 입자로 완전히 채워지지 않을 수도 있다.
둘 이상의 기체 반응물이 있는 경우, 반응물은 따로따로 또는 예비혼합되어 반응기에 공급될 수도 있다. 반응물은 처음에 고체 촉매의 동일한 부분에서 고체 촉매와 모두 접촉할 수 있거나, 고체 촉매의 상이한 위치에서 첨가될 수도 있다. 하나 이상의 반응물과 고체 촉매와의 최초 접촉 지점은 모든 반응물이 기상 상태로 그리고 고체 촉매의 존재하에서 서로 최초로 접촉하는 지점이다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 반응물은 고체 촉매 위를 병행류로 흐른다.
하나 이상의 기상 반응물은 기상으로, 또는 대안적으로는 반응기에서 기화되어 기상 상태로 고체 촉매에 접촉하는 응축상으로 반응기에 공급될 수도 있다.
본 발명의 공정은 선택적으로는 직렬로 배치된 복수의 반응기를 포함할 수도 있어, 제 1 반응기로부터 제거된 임의의 혼합물이 제 2 반응기에 공급되고, 제 2 반응기로부터 제거된 조성물이 제 3 반응기에 공급되는 등의 형태가 된다. 이러한 실시예에 있어서, 각각의 반응기로부터 제거된 조성물은 응축상 생성물 및 미반응 반응물을 포함한다. 선택적으로는, 응축상 생성물의 적어도 일부는 반응기 사이의 일 지점에서 제거되어 예컨대 정화 구역으로 공급된다. 이러한 실시예에서, 각각의 반응기는 고체 촉매를 포함하고, 적어도 제 1 반응기는 상기와 같이 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간이 상이한 둘 이상의 영역을 갖는 고체 촉매를 구비할 것이다.
하나 이상의 반응기로부터 제거된 하나 이상의 생성물 함유 스트림은 전형적으로 정화 영역에 공급되며, 여기서 미반응 반응물 및 바람직하지않은 부산물은 제거되어 선택적으로 반응기 또는 임의의 하나 이상의 반응기로 재순환된다.
본 발명은 피셔-트롭쉬 합성에 의한 합성가스로부터의 탄화수소의 비균질 촉매반응 생성, 예컨대 디젤 연료나 항공기 연료 또는 이들의 전구체의 생성에 적합하다. 합성가스로부터의 탄화수소의 피셔-트롭쉬 합성을 이하의 식 1 로 나타낼 수도 있다.
mCO + (2m+1)H2 → mH2O + CmH2m +2 (식 1)
공정은 적형적으로 탄소 수의 범위가 특히, 합성가스의 CO:H2 비, 처리 조건 및 촉매에 따라 달라지는 탄화수소를 포함하는 생성물을 만들어낼 것이다. 탄화수소 또는 이들의 혼합물은 반응 조건하에서 액체인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 탄화수소 수는 주로 식 1 의 값 "m" 이 5 보다 큰 범위에 있다.
합성가스 반응물에서 수소 대 일산화탄소 (H2:CO) 의 부피 비는 바람직하게는 0.5:1 ~ 5:1, 더 바람직하게는 1:1 ~ 3:1, 가장 바람직하게는 1.8:1 ~ 2.2:1 이다. 하나 이상의 기체 반응물은 또한 질소, 이산화탄소, 물, 메탄, 및 다른 포화 및/또는 불포화 경질 탄화수소와 같은 다른 기체 성분을 포함할 수도 있고, 이 각각의 성분은 30 부피% 미만의 농도로 존재하는 것이 바람직하다.
피셔-트롭쉬 반응의 온도는 바람직하게는 100 ~ 400 ℃, 더 바람직하게는 150 ~ 350 ℃, 그리고 가장 바람직하게는 150 ~ 250 ℃ 이다. 압력은 바람직하게는 1 ~ 100 bar (0.1 ~ 10 ㎫), 더 바람직하게는 5 ~ 75 bar (0.5 ~ 7.5 ㎫), 가장 바람직하게는 10 ~ 40 bar (1.0 ~ 4.0 ㎫) 이다.
또한, 하나 이상의 기체 반응물은 정화 동안 탄화수소 생성물로부터 분리된 미반응 반응물과 같이 공정의 어떤 곳에서 추출되는 재순환 재료를 포함할 수도 있다.
합성가스는 전형적으로 100 ~ 10000 h-1 (표준 온도 및 압력으로 전환된 기체 부피), 바람직하게는 250 ~ 5000 h-1, 250 ~ 3000 h-1, 및 더 바람직하게는 250 ~ 2000 h- 1 의 기체 시간 공간 속도 (gas hourly space velocity : GHSV) 로 촉매층을 지나간다.
촉매는 전형적으로 입자 고정층 촉매이고, 피셔-트롭쉬 촉매반응에 활성인 금속을 포함한다. 바람직한 금속은 코발트, 철, 루테늄, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 및 레늄 중 하나 이상, 바람직하게는 코발트 및/또는 철, 훨씬 더 바람직하게는 코발트로부터 선택된다. 바람직하게는, 금속은 예컨대 실리카, 알루미나, 실리카/알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화세륨 또는 산화아연 중 하나 이상을 포함하는 지지체에 지지된다. 바람직하게는, 지지체는 알루미나 및/또는 산화아연, 더 바람직하게는 산화아연이다. 가장 바람직하게는, 촉매는 산화아연 지지체상의 코발트를 포함한다. 피셔-트롭쉬 공정 및 본 발명에 적합한 촉매 조성물이 예컨대 EP-A-0 261 870 및 EP-A-0 209 980 에 기재되어 있다.
이제 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 것이다.
도 1 은 동일한 고체 촉매를 포함하는 두 개의 상이한 반응기의 세 개의 상이한 영역에서 응축상 생성물의 농도를 보여주는 두 개의 반응기의 종방향 단면의 개략도이다.
도 2 는 촉매를 채운 인서트를 포함하는 본 발명에 따른 반응기의 종방향 단면의 개략도이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 반응기의 연속적인 횡단면을 도시한다.
도 1 은 단면적 및 부피가 일정하고, 하나 이상의 촉매 성분의 농도가 균일한 영역을 갖는 고체 촉매를 구비하는 반응기 A, 및 동일한 고체 촉매를 갖는 고체 촉매를 구비하지만 단면적 및 부피는 상이한 영역을 구비하는 반응기 B 의 세 영역에서의 응축상 생성물의 농도의 차를 도시한다. 그러므로, 반응기 A 의 고체 촉매는 본 발명을 따르지 않고, 반응기 B 의 고체 촉매는 본 발명에 따른다. 두 반응물 (1, 2) 이 병행류로 하방으로 각각의 반응기에 공급되고 고체 촉매 (비도시) 의 존재하에서 기상 상태로 반응하여 응축상 생성물 (4) 을 생성한다. 반응기 내의 응축상 생성물 (3) 의 농도를 음영의 정도로 나타내었으며, 밝은 음영은 응축상 생성물의 농도가 낮은 것을 나타내고 어두운 음영은 응축상 생성물의 농도가 높은 것을 나타낸다. 반응기 A 에서, 고체 촉매의 각 영역의 부피는 동일하다. 생성물 농도가 영역 1 로부터 영역 3 까지 증가하기 때문에, 각 영역에서의 하나 이상의 촉매 성분에 대한 응축상 생성물의 비는 증가한다. 반응기 B 에 있어서, 연속적인 영역에서 단면적 및 부피가 증가하기 때문에, 상기 비는 고체 촉매의 세 개의 모든 영역에서 일정하게 유지된다. 따라서, 반응기 B 의 고체 촉매의 세 영역에서의 반응물 전환은, 하나 이상의 촉매 성분에 대한 응축상 생성물의 비가 감소하기 때문에 응축상 생성물에 의한 촉매의 덮임율의 정도가 감소되어 최적화된다.
도 2 는 피셔-트롭쉬 촉매 (18) 의 입자를 포함하는 복수의 인서트 (12) 를 구비하는 반응기 (11) 를 도시한다. 냉각제가 입구 (14) 를 통해 인서트 사이의 반응기 공간 (13) 에 공급되고 출구 (15) 를 통해 제거된다. 합성가스 (16) 가 입구 (17) 를 통해 촉매 포함 인서트에 공급되고, 인서트 내의 고체 촉매 (18) 와 접촉한다. 응축상 탄화수소 생성물 및 미반응 반응물이 출구 (19) 를 통해 촉매 포함 인서트로부터 제거된다. 인서트의 직경은 반응물 기체가 먼저 촉매와 접촉하는 고체 촉매층의 상부로부터 고체 촉매층의 하부까지 점진적으로 증가하여, 상이한 단면적을 갖는 고체 촉매층의 개별 영역을 형성하게 된다. 고체 촉매층의 부피는 단면적의 증가와 함께 증가한다.
도 3 은 도 2 의 반응기 (11) 를 면 A-A', B-B', C-C' 및 D-D' 에서 자른 네 개의 단면을 도시한다. 인서트 (12), 및 그 내부의 고체 촉매층 (18) 의 단면적은 상이한 깊이에서 상이한 직경 Z 를 갖는다. 인서트 사이의 공간 (13) 은 냉각제로 채워진다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 반응물을 반응기에 공급하는 단계를 포함하며, 상기 반응기에서 하나 이상의 반응물이 하나 이상의 촉매 성분을 갖는 고체 촉매의 존재하에서 기상 상태로 반응하여 적어도 하나의 응축상 생성물을 생성하는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법에 있어서, 고체 촉매는 하나 이상의 기상 반응물과 하나 이상의 촉매 성분의 접촉 시간이 상이한 둘 이상의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 고체 촉매의 각 영역은 농도가 상이한 하나 이상의 촉매 성분을 갖는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고체 촉매의 둘 이상의 영역은 상이한 단면적 및 부피를 갖는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 고체 촉매는 구, 비드 (bead), 미립 또는 압출물과 같은 입자를 포함하는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 고체 촉매는 실리카, 알루미나, 실리카/알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화세륨 또는 산화아연 중 하나 이상으로부터 선택되는 지지체를 포함하는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 촉매 성분은 코발트, 철, 루테늄, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 및 레늄 중 하나 이상으로부터 선택되는 피셔-트롭쉬 합성에 활성인 금속인, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 합성가스가 반응물이고, 적어도 하나의 응축상 생성물은 반응 조건하에서 액체인 탄화수소의 혼합물을 포함하는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기는 하나 이상의 인서트를 포함하는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 하나 이상의 인서트는 고체 촉매를 포함하고, 인서트 사이의 공간은 열전달 매체에 의해 둘러싸이는, 하나 이상의 기상 반응물로부터 응축상 생성물을 생성하는 방법.
  10. 고체 촉매의 둘 이상의 영역에서 하나 이상의 촉매 성분에 대한 적어도 하나의 응축상 생성물의 비를 소정 범위의 값으로 독립적으로 유지시키기 위해, 하나 이상의 기상 반응물로부터 적어도 하나의 응축상 생성물을 생성하기 위한 방법에서 사용되는, 하나 이상의 촉매 성분을 포함하며 농도가 상이한 하나 이상의 촉매 성분을 갖는 둘 이상의 영역을 구비하는 고체 촉매의 용도.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 2 항에 따른 방법, 또는 제 3 항에 종속될 때는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 사용되는, 고체 촉매의 용도.
  12. 고체 촉매의 각 영역에서 하나 이상의 촉매 성분에 대한 적어도 하나의 응축상 생성물의 비를 소정 범위의 값으로 독립적으로 유지시키기 위해, 하나 이상의 기상 반응물로부터 적어도 하나의 응축상 생성물을 생성하기 위한 방법에서 사용되는, 하나 이상의 촉매 성분을 포함하며 단면적 및 부피가 상이한 둘 이상의 역역을 구비하는 고체 촉매의 용도.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 3 항에 따른 방법, 또는 제 3 항에 종속될 때는 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 사용되는, 고체 촉매의 용도.
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