WO2024111562A1 - 熱交換器型炭化水素合成用反応器 - Google Patents

熱交換器型炭化水素合成用反応器 Download PDF

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崇 鈴木
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住友重機械工業株式会社
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    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/83—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
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    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00—Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon

Definitions

  • FT synthesis is a reaction in which a mixed gas of carbon monoxide and hydrogen is reacted in the presence of a catalyst to produce a hydrocarbon mixture.
  • the FT synthesis reaction is a gas-solid contact reaction in which synthesis gas is reacted using a solid catalyst, and initially a fixed-bed reactor was used as the reaction device.
  • Other types of reactors include slurry and circulating fluidized bed reactors.
  • Patent Document 1 describes that the use of a catalyst composition containing iron, cobalt, and ruthenium as the main catalyst and a non-zeolitic silico-aluminum phosphate molecular sieve as an auxiliary catalyst/carrier increases the selectivity and conversion rate of liquid hydrocarbons from hydrocarbons having a carbon number of 5 (hereinafter referred to as C5) to gasoline-equivalent fractions up to 420°F (216°C).
  • Patent Document 2 describes an example in which a manganese oxide carrier containing an alkali metal (potassium in the example) added to a ruthenium-based catalyst, which was originally intended for use in a fixed-bed reactor, is used to apply the catalyst to a liquid-phase slurry process, thereby increasing the olefin selectivity and conversion rate of the olefin/paraffin ratio in the produced hydrocarbons.
  • the present invention aims to provide a manufacturing device that includes an FT reaction catalyst that can efficiently convert carbon dioxide into hydrocarbons in the FT reaction of a raw material gas that contains carbon dioxide.
  • the present inventors have found that by using, as a reaction apparatus for carrying out the FT reaction, an FT synthesis reaction apparatus comprising a reaction vessel and a plate-shaped heat exchanger having an uneven surface, it is possible to precisely maintain the reaction temperature within an appropriate range, thereby increasing the conversion rate to hydrocarbons by the FT reaction, and have completed the present invention. That is, the present invention provides an FT synthesis reaction apparatus and an FT synthesis reaction method characterized as follows.
  • the FT synthesis reactor of the present invention which has been made to solve the above problems, is characterized by comprising a reaction vessel and a plate-shaped heat exchanger having an uneven surface. According to this feature, it is possible to increase the heat transfer surface area, and by efficiently removing heat generated by the FT reaction in the reaction vessel, it is possible to precisely maintain the reaction temperature within an appropriate range, thereby increasing the conversion rate of the FT reaction to hydrocarbons.
  • one embodiment of the FT synthesis reaction apparatus of the present invention is characterized in that the temperature inside the reaction vessel during the FT synthesis reaction is 200 to 270°C. This feature makes it possible to further increase the conversion rate and selectivity to hydrocarbons in the FT reaction.
  • one embodiment of the FT synthesis reaction apparatus of the present invention is characterized in that the volume of the reaction vessel is 1000 L or less. This feature allows the entire FT synthesis reactor to be made compact, saving space. This also gives more freedom in the installation location, and considering the possibility of future biomass raw materials, it is possible to provide a compact facility that brings the raw material supply point and the user closer together.
  • One embodiment of the FT synthesis reaction apparatus of the present invention is characterized in that the internal pressure during the reaction in the reaction vessel is 1000 kPa or less. According to this feature, since the FT reaction can be carried out at a relatively low pressure, the reaction vessel can be made light and simple, and this also increases the degree of freedom in choosing the installation location of the equipment.
  • One embodiment of the FT synthesis reactor of the present invention is characterized in that the raw synthesis gas supplied to the reaction vessel contains carbon dioxide. According to this feature, by making effective use of carbon dioxide, it can contribute to carbon recycling, which has become an issue in recent years, and can also be used for the purpose of addressing environmental issues.
  • one embodiment of the FT synthesis reaction apparatus of the present invention is characterized in that it has a reaction catalyst containing at least one selected from yttrium, cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, holmium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and copper.
  • This feature makes it possible to improve the carbon conversion rate to hydrocarbons compared to conventional catalysts, and to perform an efficient FT reaction. Furthermore, this feature makes it possible to efficiently convert not only carbon monoxide but also carbon dioxide to hydrocarbons.
  • the FT synthesis reaction method of the present invention for solving the above problems is characterized in that heat exchange is carried out using a plate-shaped heat exchanger having uneven surfaces. According to this feature, it is possible to increase the heat transfer surface area, and by efficiently removing heat generated by the FT reaction in the reaction vessel, it is possible to precisely maintain the reaction temperature within an appropriate range, thereby increasing the conversion rate of the FT reaction to hydrocarbons.
  • the present invention provides a manufacturing device that includes an FT reaction catalyst that can efficiently convert carbon dioxide into hydrocarbons in the FT reaction of a raw material gas that contains carbon dioxide.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the configuration of an FT synthesis reaction apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing a heat exchange section in the FT synthesis reactor of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an existing FT synthesis reaction apparatus.
  • the present invention relates to an FT reaction apparatus which efficiently performs an FT reaction by precisely controlling heat generated during the reaction in an apparatus for producing liquid hydrocarbons through an FT synthesis reaction.
  • the FT synthesis reaction apparatus and the FT synthesis reaction method according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
  • the FT synthesis reaction catalyst and the FT synthesis reaction method described in the embodiments are merely exemplified to explain the FT synthesis reaction apparatus, and are not limited thereto. Furthermore, the FT synthesis reaction method is replaced by the explanation of the FT synthesis reaction apparatus.
  • the FT reaction apparatus 100 of the first embodiment is an apparatus in which a raw synthesis gas 20 is blown into a medium oil 14 in which a fine powder-like FT reaction catalyst 10 is suspended, to cause a reaction, and the converted hydrocarbon fraction 30 is extracted as a product gas 31 and a product liquid 32, and is generally a bubble column reaction vessel.
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an FT reactor 100 according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the FT reactor according to the first embodiment includes an FT reaction catalyst 10, a raw synthesis gas 20, a reaction vessel 40 forming the outer shell of the FT reactor 100, and a heat exchanger 50 for controlling the reaction temperature in the FT reaction. Each component will be described in detail below.
  • the catalyst 10 causes the FT reaction by contacting with the raw synthesis gas 20 .
  • the catalyst 10 is a fine powder consisting of a main catalyst 11, an auxiliary catalyst 12, and a carrier 13, and is suspended in a medium oil .
  • the main catalyst 11 is a main component of the catalyst 10 that causes the FT reaction by contacting with the raw synthesis gas 20 .
  • a metal catalyst selected from cobalt, ruthenium, and iron is used as the main catalyst for the FT reaction. Iron is inexpensive but has relatively low catalytic activity, while ruthenium is a precious metal with high catalytic activity but is extremely expensive.
  • the products of the FT reaction using iron-based catalysts are characterized by a high naphtha content and also contain oxygen-containing compounds. For this reason, cobalt is most preferably used to obtain middle distillates such as diesel, jet fuel, and kerosene.
  • the main catalyst used is a catalyst containing one selected from cobalt, ruthenium and iron, and preferably a catalyst containing cobalt.
  • the amount of the main catalyst (cobalt, etc.) is preferably 5% by weight or more and 25% by weight or less, based on the weight of the main catalyst metal in the catalyst. More preferably, it is 7.5% by weight or more and 17% by weight or less, and even more preferably, it is 8% by weight or more and 15% by weight or less.
  • the reaction proceeds easily, but if the upper limit of this range is exceeded, the activity of the FT reaction with respect to the increase in the amount of support tends to saturate, and the technical significance in terms of cost becomes weak. On the other hand, if it is less than the lower limit of this range, the activity per amount of catalyst decreases, which is not preferable.
  • the auxiliary catalyst 12 is added to the main catalyst 11 to enhance the catalytic activity of the FT reaction.
  • the present invention is characterized in that, in addition to the main catalyst, the auxiliary catalyst contains at least one rare earth element selected from the group consisting of yttrium, cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, and holmium, at least one alkali metal selected from the group consisting of sodium, potassium, rubidium, and cesium, at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium, and copper.
  • the auxiliary catalyst contains at least one rare earth element selected from the group consisting of yttrium, cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, and holmium, at least one alkali metal selected from the group consisting of sodium, potassium, rubidium, and cesium, at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of beryll
  • yttrium, cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, holmium, and copper are preferred, yttrium, cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, and holmium are more preferred, and yttrium is the most preferred. It is believed that the addition of the auxiliary catalyst increases the amount of carbon monoxide and carbon dioxide adsorbed on the catalyst surface, and also increases the number of reaction active sites.
  • auxiliary catalyst is preferably 1/30 to 1/3 of the weight of the main catalyst (such as cobalt), and more preferably 1/20 to 1/5.
  • the support 13 supports the main catalyst 11 and the auxiliary catalyst 12 .
  • a carrier containing at least one of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and zeolite (aluminosilicate) is used.
  • silica is chemically stable and therefore does not affect the main catalyst or auxiliary catalyst. This allows the chemical properties of the main catalyst and auxiliary catalyst to be fully exhibited.
  • the specific surface area is large, the contact efficiency with the raw material gas (substrate) is high, and the FT reaction can be efficiently carried out.
  • the medium oil 14 is a liquid medium for suspending the catalyst and filling the reaction vessel for the gas-liquid contact reaction.
  • liquid hydrocarbons are used as the medium oil 14, and it is preferable to use paraffin-based liquid hydrocarbons having 10 to 20 carbon atoms. A fine powder catalyst, which will be described later, is suspended in this.
  • the liquid hydrocarbons filled at the beginning of the reaction are replaced by liquid hydrocarbons, which are the product, as the reaction progresses.
  • the raw synthesis gas 40 serves as a raw material for producing hydrocarbons by the FT reaction.
  • the feed gas for a normal FT reaction consists of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), but in the present invention, carbon dioxide (CO 2 ) is contained in the feed gas 4. Since the rate of the FT reaction depends on the hydrogen partial pressure, a certain degree of H2 partial pressure is necessary, and the partial pressure ratio (molar ratio) of hydrogen to the total of (carbon monoxide + carbon dioxide) in the feed gas of the present invention is appropriately 0.6 to 2.7, preferably 0.8 to 2.5, and more preferably 1 to 2.3.
  • the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide can be varied depending on the purpose, and the ratio of carbon dioxide is increased for the purpose of carbon recycling, and the ratio of carbon monoxide is increased to increase the conversion rate to hydrocarbons.
  • the ratio of carbon dioxide to carbon monoxide is not particularly limited, but the proportion of carbon dioxide to the total amount of carbon monoxide and carbon dioxide must be 1 volume % or more. It is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, and even more preferably 40% or more.
  • Other components such as sulfur, organic nitrogen, and phosphorus are obviously harmful, but as long as they do not interfere with the reaction, there is no problem if substances other than the main components mentioned above are mixed in.
  • the hydrocarbon fraction 30 is a hydrocarbon fraction having a wide range of distribution produced by the FT synthesis reaction, and contains not only paraffins but also olefins and the like.
  • the product gas 31 is a hydrocarbon fraction 30 that has a relatively low boiling point and a low carbon number, for example, C1 to C4 hydrocarbons, specifically, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, butene, etc.
  • the product liquid 32 is a hydrocarbon fraction 30 that has a relatively high boiling point and a high carbon number, and is, for example, a middle fraction such as a heavy naphtha fraction (crude gasoline), kerosene, or diesel.
  • a middle fraction such as a heavy naphtha fraction (crude gasoline), kerosene, or diesel.
  • the reaction vessel 40 is a pressure-resistant vessel for use in a gas-liquid contact reaction, and is intended to be filled with an oil medium 14 in which a catalyst 10 is suspended, and to cause the reaction to proceed at the gas-liquid interface by blowing in a raw synthesis gas 20 from the bottom.
  • a liquid hydrocarbon oil medium 14 in which a fine powder catalyst 10 is suspended is used as the liquid, and the raw synthesis gas 20 is blown in the form of fine bubbles from the bottom of the reactor to aerate the reaction.
  • the reaction vessel 40 also includes a heat exchanger 50 that controls the reaction temperature in the FT reaction within the reaction vessel 40, a raw synthesis gas supply pipe L1 that introduces the raw synthesis gas 20, a product gas extraction pipe L2 that removes the gas produced by the FT reaction from the reaction vessel 40, and a product liquid extraction pipe L3 that removes the liquid produced by the FT reaction from the reaction vessel 40.
  • the reaction vessel 40 There are no particular limitations on the shape, capacity, and material of the reaction vessel 40. Chain growth in the FT reaction is pressure dependent. In the present invention, the reaction is carried out under conditions of normal pressure to 1000 kPa, preferably 100 kPa to 900 kPa, more preferably 200 kPa to 800 kPa, and even more preferably 400 kPa to 800 kPa. Moreover, the capacity of the reaction vessel 40 is preferably 1000 L or less. By making the capacity of the reaction vessel 40 1000 L or less, the entire FT synthesis reaction apparatus 100 can be made compact, and space can be saved.
  • a gas disperser 41 for dispersing the raw synthesis gas 20 into fine bubbles may be installed at the bottom of the reaction vessel 40. This makes it possible to increase the contact area between the catalyst 10 and the raw synthesis gas 20, thereby enabling the FT reaction to be carried out more efficiently.
  • the raw synthesis gas supply pipe L1 is a line that supplies the raw synthesis gas 20 into the reaction vessel 40.
  • the raw synthesis gas supply pipe L1 may be any type as long as it can supply the raw synthesis gas 20 into the reaction vessel 40.
  • the raw synthesis gas supply pipe L1 is provided at the bottom of the reaction vessel 40 so as to communicate with the reaction vessel 40. This allows the raw synthesis gas 20, which has a lighter specific gravity than the medium oil 14 in which the catalyst 10 is suspended, to rise in the reaction vessel 40 as raw synthesis gas bubbles 21. Therefore, the raw synthesis gas 20 can be brought into contact with the medium oil 14 in which the catalyst 10 is suspended over a wide area, making it possible to perform an efficient FT reaction.
  • the product gas extraction pipe L2 is a line for extracting the product gas generated by the FT reaction described later from inside the reaction vessel 40.
  • the product gas extraction pipe L2 is in communication with the inside of the reaction vessel 40, and is used to extract gaseous components such as light gas or volatile oil fractions from the products generated by the FT reaction and the hydrocarbons generated by the FT reaction from inside the reaction vessel 40.
  • the product gas extraction pipe L2 may be of any type as long as it can extract the product gas. It is preferable that the product gas extraction pipe L2 is provided in the upper part of the reaction vessel 40 so as to be in communication with the reaction vessel 40 as shown in FIG. 1. This makes it possible to efficiently extract the product gas having a relatively low boiling point outside the reaction vessel 40. The extracted product gas is separated and purified as appropriate.
  • the product liquid extraction pipe L3 is a line for extracting the product liquid generated by the FT reaction described later from inside the reaction vessel 40.
  • the product liquid extraction pipe L3 is in communication with the inside of the reaction vessel 40, and is used to extract liquid components such as light kerosene or wax components having a large number of chain carbon atoms generated by the FT reaction from inside the reaction vessel 40 among the products generated by the FT reaction.
  • the product liquid extraction pipe L3 may be of any type as long as it can extract the product liquid. It is preferable that the product liquid extraction pipe L3 is provided in the middle of the reaction vessel 40 so as to communicate with the reaction vessel 40 as shown in FIG. 1. This makes it possible to efficiently extract the product liquid having a relatively high boiling point outside the reaction vessel 40.
  • the product liquid is also appropriately fractionated and refined.
  • the heat exchange section 50 is intended to maintain the temperature inside the reaction vessel 40 within a predetermined range.
  • the heat exchange unit 50 is configured by closely stacking a number of heat exchange plates 51 each having an uneven shape with recesses 52.
  • the heat exchange unit 50 also includes a cooling medium inlet pipe L4 for introducing a cooling medium into the heat exchange unit 50, and a heating steam outlet pipe L5 for guiding heating steam from the heat exchange unit 50.
  • the existing FT reactor 200 uses a tubular or coiled cooling tube as the heat exchanger 60.
  • the heat exchange medium introduced from the bottom of the reactor passes through the cooling tube of the heat exchanger 60 and is turned into heated steam from the top and discharged from the system.
  • the heat exchanger 60 uses a plurality of cooling tubes that converge, there is a problem that sludge adheres between the tubes and the desired performance cannot be achieved. In addition, a lot of effort is required for maintenance such as scaling.
  • the heat exchange section 50 is a plate-shaped heat exchange plate 51, so that sludge is less likely to adhere to the heat exchange section 50 than in the existing FT reaction apparatus 200, which uses a heat exchange section in which multiple cooling pipes are converged.
  • the structure of the heat exchange section is simple, maintenance such as cleaning is also easy.
  • the heat exchange unit 50 of the present invention is characterized by having a plurality of heat exchange plates 51 having recesses 52 on the surface, resulting in an uneven shape. This makes it possible to increase the heat transfer surface area, and the reaction temperature using the catalyst 10 in the reaction vessel 40 can be maintained within a predetermined range.
  • reaction temperature The FT reaction is generally carried out at a temperature ranging from about 150°C to 300°C.
  • the reaction temperature of the catalyst 10 is less than 200°C, the conversion rate of CO and CO2 in the FT reaction tends to decrease, and if it is 270°C or higher, the product distribution becomes lighter, and the yield of middle distillates may decrease. Therefore, by setting the reaction temperature of the catalyst 10 of the present invention to the range of 200° C. to 270° C., carbon dioxide can be efficiently converted into liquid hydrocarbons. More preferably, the reaction temperature of the catalyst 10 is set in the range of 220° C. to 250° C.
  • reaction temperature By keeping the reaction temperature in this range, it is possible to maximize the capacity of the catalyst 10, and carbon dioxide can be converted into liquid hydrocarbons more efficiently.
  • the reaction temperature if the reaction temperature is below this range, the wax content in the product increases, and a step for removing the wax (de-waxing) becomes necessary, which is not preferable because the process configuration becomes complicated.
  • the reaction temperature exceeds this range, it is considered that the gas fraction such as LPG and methane tends to increase. Therefore, if gas such as LPG and methane increases in the unreacted raw material gas (synthesis gas and carbon dioxide), the partial pressure of the unreacted raw material gas may decrease significantly, which is not preferable.
  • the heat exchange medium introduction pipe L4 introduces a heat exchange medium into the heat exchange section 50.
  • the heat exchange medium is a gas or liquid medium introduced for the purpose of keeping the temperature inside the reaction vessel 40 within a predetermined range in order to perform an efficient FT reaction.
  • the temperature inside the reaction vessel 40 needs to be raised to a temperature required for the FT reaction to occur.
  • a high-temperature medium such as heated steam is introduced as a heat exchange medium through the heat exchange medium introduction pipe L4, and the temperature inside the reaction vessel 40 is raised to a temperature required for the FT reaction.
  • the heat exchange medium discharge pipe L5 discharges the heat exchange medium introduced from inside the reaction vessel 40 to the heat exchange section 50 to the outside of the heat exchange section 50.
  • the discharged heat exchange medium may be cooled or heated again and introduced again into the heat exchange section 50 through the heat exchange medium introduction pipe L4.
  • the reaction vessel 40 is filled with the medium oil 14 in which the catalyst 10 is suspended.
  • the raw synthesis gas 20 is introduced into the reaction vessel 40 from the raw synthesis gas inlet pipe L1.
  • the raw synthesis gas 20 is dispersed into minute bubbles by the gas disperser 41, and the raw synthesis gas bubbles 21 spread evenly throughout the medium oil 14 in which the catalyst 10 is suspended, which has been filled into the reaction vessel 40, and rise within the reaction vessel 40.
  • a high-temperature heat exchange medium such as heated steam is introduced from the heat exchange medium introduction pipe L4 into the heat exchange section 50.
  • the heat exchange plates 51 which have an uneven shape due to the recesses 52 and thus have an increased heat transfer surface area, can efficiently heat the medium oil 14 in which the catalyst 10 is suspended, and the temperature inside the reaction vessel 40 can be increased to a temperature required for the FT reaction.
  • product gas and product liquid are produced.
  • the product gas is constantly removed from the top of the reaction vessel 40 to the outside of the reaction vessel 40 through the product gas removal pipe L2
  • the product liquid is constantly removed from the middle of the reaction vessel 40 to the outside of the reaction vessel 40 through the product liquid removal pipe L3.
  • a low-temperature heat exchange medium such as cooling water is introduced into the heat exchange section 50 through the heat exchange medium inlet pipe L4.
  • the multiple heat exchange plates 51 which have an uneven shape due to the recesses 52 and therefore an increased heat transfer surface area, can efficiently cool the medium oil 14 in which the catalyst 10 is suspended, and lower the temperature inside the reaction vessel 40 to the temperature required for the FT reaction.
  • the heat exchange medium such as cooling water heated inside the heat exchange section 50 is then led out of the reaction vessel 40 through the heat exchange medium outlet pipe L5.
  • the above-mentioned embodiment shows an example of an FT reaction apparatus and an FT reaction method.
  • the FT reaction apparatus and the FT reaction method according to the present invention are not limited to the above-mentioned embodiment, and the FT reaction apparatus and the FT reaction method according to the above-mentioned embodiment may be modified within the scope of the gist of the claims.
  • a heat exchange medium such as heated or cooled cooling water led out from the heat exchange medium lead-out pipe L5 may be used for heating or cooling another FT reactor 100. This makes it possible to operate a plurality of FT reaction devices 100 in an energy-saving manner.
  • the FT synthesis reaction apparatus and FT synthesis reaction method of the present invention can be used to produce a hydrocarbon mixture from a raw material gas that includes carbon dioxide.

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Abstract

本発明の課題は、二酸化炭素を含む原料ガスのＦＴ反応において、二酸化炭素を効率良く液状炭化水素に転換することができるＦＴ反応触媒を含む製造装置を提供すること。 上記の課題を解決するための本発明のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置は、反応容器と、プレート状で表面に凹凸を有する熱交換部を備えることを特徴とすることで、熱移動表面積を高めることが可能となり、反応温度をこの範囲に精度よく保つことが可能となるため、ＦＴ反応による炭化水素への転化率を高めることができることを特徴とする。

Description

熱交換器型炭化水素合成用反応器
　本発明は、フィッシャー・トロプシュ合成（以下ＦＴ合成）に関する。ＦＴ合成とは、一酸化炭素および水素の混合ガスを触媒の存在下で反応させ、炭化水素混合物を生成する反応である。
　ＦＴ合成反応は、固体触媒を用いて合成ガスを反応させる、気体－固体系の接触反応であり、その反応装置としては当初は固定床式反応器が使用された。その他、スラリー式、循環流動式等の流動床反応器、がある。
　特許文献１には、鉄、コバルト、ルテニウムを主要な触媒とし、さらに補助触媒／担体として非ゼオライト系シリコ－アルミニウムリン酸塩モレキュラーシーブを含有する触媒組成物を用いることで、炭素数５の炭化水素（以下Ｃ５のように記す）から４２０°Ｆ（２１６℃）までのガソリン相当留分の液状炭化水素の選択性と転化率が高められたとしている。
　また、特許文献２では、元々固定床式反応器で用いることを主眼としたルテニウム系触媒にアルカリ金属（実施例はカリウム）を加えたマンガン酸化物担体を用いることで、液相スラリー法に適用し、生成する炭化水素のオレフィン／パラフィン比のオレフィン選択性と転化率を高めた例が記載されている。
　また、ＦＴ合成反応において、一酸化炭素に加えて二酸化炭素を原料ガスとした場合、二酸化炭素の割合が多いと、二酸化炭素から炭化水素への転換が起こりにくく、Ｃベースでの原料転化転嫁率が低下し、一方でメタンの生成が増加することが知られている。
特表昭６１－５０２８９７号公報 特開２００２－１６１２７９号公報
　しかしながら、二酸化炭素を原料ガスに含めた場合に、その炭素原子を炭化水素に効率よく転換する技術の検討や有力な手段が未だ十分でないという問題がある。
　そこで、本発明は、二酸化炭素を含む原料ガスのＦＴ反応において、二酸化炭素を効率良く炭化水素に転換することができるＦＴ反応触媒を含む製造装置を提供することを課題とする。
　本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、ＦＴ反応を行う反応装置として、反応容器と、プレート状で表面に凹凸を有する熱交換部を備えるＦＴ合成反応装置を用いることにより、反応温度を適切な範囲に精度よく保つことが可能となるため、ＦＴ反応による炭化水素への転化率を高めることができることを見出して、本発明を完成した。
　すなわち、本発明は、以下を特徴とするＦＴ合成反応装置及びＦＴ合成反応方法である。
　上記課題を解決するための本発明のＦＴ合成反応装置は、反応容器と、プレート状で表面に凹凸を有する熱交換部を備えることを特徴とする。
　この特徴によれば、熱移動表面積を高めることが可能となり、反応容器内においてＦＴ反応による発熱を効率的に除熱することで、反応温度を適切な範囲に精度よく保つことが可能となるため、ＦＴ反応による炭化水素への転化率を高めることができる。
　また、本発明のＦＴ合成反応装置の一実施態様としては、上記に加えて、ＦＴ合成反応時の前記反応容器内の温度が２００～２７０℃であることを特徴とする。
　この特徴によれば、ＦＴ反応による炭化水素への転化率及び選択性をより高めることができる。
　また、本発明のＦＴ合成反応装置の一実施態様としては、上記に加えて、前記反応容器の容量が１０００Ｌ以下であることを特徴とする。
　この特徴によれば、ＦＴ合成反応装置全体をコンパクトなものとすることが可能となり、省スペース化を図ることができる。また、これにより設置場所の自由度が広がり将来のバイオマス化原料等の可能性を考慮すると、原料供給地点とユーザーとの距離を近づけたコンパクトな設備を提供することができる。
　また、本発明のＦＴ合成反応装置の一実施態様としては、反応容器における反応時の内部の圧力が１０００ｋＰａ以下であることを特徴とする。
　この特徴によれば、比較的低圧でＦＴ反応を行うことが可能となるため、反応容器を軽量簡易なものとすることができる。また、これにより、設備の設置場所の自由度が向上する。
　また、本発明のＦＴ合成反応装置の一実施態様としては、反応容器に供給する原料合成ガスにおいて、二酸化炭素を含有することを特徴とする。
　この特徴によれば、二酸化炭素を有用に利用することで、近年問題となっているカーボンリサイクルに寄与し環境問題対応の目的にも利用可能である。
　また、本発明のＦＴ合成反応装置の一実施態様としては、イットリウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ホルミウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及び銅から選択される少なくとも一種を含有する反応触媒を有することを特徴とする。
　この特徴によれば、従来の触媒と比較して炭化水素への炭素の転化率を向上することが可能となり、効率的なＦＴ反応を行うことができる。さらに、この特徴によれば、一酸化炭素のみならず二酸化炭素の効率的な炭化水素への転換を達成することができる。
　上記課題を解決するための本発明のＦＴ合成反応方法は、プレート状で表面に凹凸を有する熱交換器を用いて熱交換を行うことを特徴とする。
　この特徴によれば、熱移動表面積を高めることが可能となり、反応容器内においてＦＴ反応による発熱を効率的に除熱することで、反応温度を適切な範囲に精度よく保つことが可能となるため、ＦＴ反応による炭化水素への転化率を高めることができる。
　本発明によれば、二酸化炭素を含む原料ガスのＦＴ反応において、二酸化炭素を効率良く炭化水素に転換することができるＦＴ反応触媒を含む製造装置を提供することができる。
本発明のＦＴ合成反応装置の構成を示す概略説明図である。 本発明のＦＴ合成反応装置における熱交換部を示す概略説明図である。 既存のＦＴ合成反応装置を示す概略説明図である。
　本発明は、ＦＴ合成反応による液状炭化水素の製造装置における反応時の発熱を精度よくコントロールすることで、効率よくＦＴ反応を行うＦＴ反応装置に関するものである。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係るＦＴ合成反応装置及びＦＴ合成反応方法について詳細に説明する。
　なお、実施態様に記載するＦＴ合成反応用触媒及びＦＴ合成反応方法については、ＦＴ合成反応装置について説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。また、ＦＴ合成反応方法については、ＦＴ合成反応装置の説明において置き換えるものとする。
［第１の実施態様］
　第１の実施態様のＦＴ反応装置１００は、微粉末状のＦＴ反応用触媒１０を懸濁させた媒体油１４中に原料合成ガス２０を吹き込んで反応させ、転換された炭化水素留分３０を、生成気体３１及び生成液体３２として取り出す装置であり、一般的には気泡塔反応容器である。
　図１は本発明の第１の実施態様におけるＦＴ反応装置１００の構成を示す概略説明図である。図１に示すように、第１の実施態様におけるＦＴ反応装置は、ＦＴ反応用触媒１０、原料合成ガス２０の他、ＦＴ反応装置１００の外郭をなす反応容器４０、ＦＴ反応における反応温度をコントロールする熱交換部５０を備えている。
　以下、各構成について詳細に説明する。
［触媒］
　触媒１０は、原料合成ガス２０と接触することでＦＴ反応を生じさせるものである。
　本実施態様においては、触媒１０は主触媒１１、補助触媒１２、担体１３からなる微粉末であり、媒体油１４内に懸濁している。
＜主触媒＞
　主触媒１１は原料合成ガス２０と接触することでＦＴ反応を生じさせる触媒１０の内、主な成分である。
　ＦＴ反応の主触媒としては、コバルト、ルテニウム、鉄から選ばれる一種の金属触媒が用いられる。鉄は安価であるが、触媒活性は相対的に低く、ルテニウムの触媒活性は高いが極めて高価な貴金属である。鉄系触媒によるＦＴ反応の生成物には、ナフサ分が多い特徴があるほか、含酸素化合物が含まれる。このため、軽油、ジェット燃料、灯油などの中間留分を得るためにはコバルトが最も好ましく用いられる。コバルトも比較的高価であり、触媒の寿命や、少量の触媒量で反応性を高める研究等がおこなわれている。
　本発明においても、主触媒としては、コバルト、ルテニウム、鉄から選ばれる一種を含む触媒が用いられ、好ましくはコバルトを含む触媒が用いられる。
　また、（コバルト等）主触媒の量としては、前記触媒中の主触媒金属の重量基準担持量として、５重量％以上２５重量％以下であることが好ましい。より好ましくは、７．５重量％以上、１７重量％以下であり、さらに好ましくは、８重量％以上１５重量％以下である。担持量多いと反応が進みやすいが、本範囲の上限を超過すると担持量増加に対するＦＴ反応の活性が飽和する傾向があり、コストの面で技術的意義が希薄になる。一方、本範囲の下限未満では、触媒量あたりの活性が低下するため好ましくない。
＜補助触媒＞
　補助触媒１２は、主触媒１１の添加することにより、ＦＴ反応の触媒活性を高める働きを担うものである。
　本発明では、主触媒の他に補助触媒として、希土類元素であるイットリウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、及びホルミウムからなる群から選ばれる少なくとも一種、アルカリ金属であるナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種、アルカリ土類金属であるベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選ばれる少なくとも一種、および銅を含有することを特徴とする。この中では、イットリウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ホルミウムおよび銅が好ましく、イットリウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、およびホルミウムがより好ましく、イットリウムが最も好ましい。
　上記補助触媒を添加することにより、触媒表面での一酸化炭素及び二酸化炭素の吸着量が増加するほか、反応活性点が増加しているものと考えられる。銅の場合には触媒の（コバルト等）主触媒と銅の間で電荷移動（ｃｈａｒｇｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ）が起こり、主触媒の酸化数が僅かに下がり（δ－）、ＣＯ及びＣＯ２の水素化反応の一種であるＦＴ反応の活性点における反応頻度（ＴＯＦ（ｔｕｒｎｏｖｅｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ））の向上効果が期待できる。
　補助触媒の量としては、（コバルト等）主触媒の重量基準担持量の１／３０から１／３の補助触媒を含有することが好ましい。さらに好ましくは、１／２０以上、１／５以下である。
＜担体＞
　担体１３は、主触媒１１及び補助触媒１２を担持するものである。
　本発明の触媒担体１３としては、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ゼオライト（アルミノケイ酸塩）の少なくとも１種を含む担体が用いられる。その中でも、シリカを含むことが好ましい。シリカは化学的に安定であるため、主触媒や補助触媒に対して影響を与えにくい。このため、主触媒や補助触媒の持つ化学特性を充分に発揮させることができる。また、比表面積が大きいため、原料ガス（基質）との接触効率が高く、ＦＴ反応を効率的に進めることができる。
＜媒体油＞
　媒体油１４は、気体－液体系の接触反応のために、触媒を懸濁させて反応容器を満たすための液媒体である。例えば、媒体油１４としては、例えば、液状炭化水素が用いられるが、炭素数１０～２０のパラフィン系液状炭化水素を用いることが好ましい。この中に、後述する微粉末状の触媒を懸濁させる。反応初期に充填した液状炭化水素は、反応の進行とともに、生成物である液状炭化水素に置換されて行く。
［原料合成ガス］
　原料合成ガス４０は、ＦＴ反応により炭化水素を生成するための原料となるものである。
　通常のＦＴ反応の原料ガスは、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）から成るが、本発明では原料ガス４に二酸化炭素（ＣＯ２）を含有する。ＦＴ反応の速度は水素分圧に依存するので、ある程度のＨ２分圧が必要であり、本発明の原料ガスの水素の（一酸化炭素＋二酸化炭素）合計に対する分圧比（モル比）は、０．６～２．７が適当であり、好ましくは０．８～２．５、より好ましくは１～２．３である。
　一方、一酸化炭素と二酸化炭素の比率は、その目的により変動させることができ、カーボンリサイクルの目的では二酸化炭素の比率を高くし、炭化水素への転化率を高くするには一酸化炭素の比率を高くする。本発明では、二酸化炭素１００％で一酸化炭素を使用しなくてもよい。両者を併用する場合の二酸化炭素の一酸化炭素に対する比率は、特に制限はないが、一酸化炭素と二酸化炭素の合計量に対する二酸化炭素の割合が１体積％以上である必要がある。好ましくは１０%以上、より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは４０％以上である。
　この他の成分として、例えば硫黄分、有機窒素分、リン分などは明らかに有害だが、反応を妨げない限りにおいては、上記主成分以外の物質が混入されていても差し支えない。
［炭化水素留分］
　炭化水素留分３０は、ＦＴ合成反応により生成した広範囲の分布を持つ炭化水素であり、パラフィンはもとよりオレフィン等も含むものである。
　＜生成気体＞
　生成気体３１は、炭化水素留分３０の内、比較的低沸点の低炭素数からなる炭化水素であり、例えば、よりＣ１からＣ４の炭化水素で、具体的には、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブテン等である。
　＜生成液体＞
　生成液体３２は、炭化水素分３０の内、比較的高沸点の高炭素数からなる炭化水素であり、例えば、ヘビーナフサ留分（粗ガソリン）、灯油、軽油等の中間留分である。
［反応容器］
　反応容器４０は、気体－液体系の接触反応に用いるための耐圧容器であって、内部に触媒１０が懸濁した媒体油１４を満たし、下部から原料合成ガス２０を吹き込み、気－液界面で反応を進行させることを目的とするものである。また、本発明においては、液体として微粉末の触媒１０が懸濁した液状炭化水素の媒体油１４を用い、反応器の底部から原料合成ガス２０を微細な泡状にして吹き込んで通気することで反応を進行させるものである。
　また、反応容器４０は、反応容器４０内にＦＴ反応における反応温度をコントロールする熱交換部５０、原料合成ガス２０を導入する原料合成ガス供給管Ｌ１、ＦＴ反応により生成された気体を反応容器４０外へ取り出す生成気体取出管Ｌ２、ＦＴ反応により生成された液体を反応容器４０外へ取り出す生成液体取出管Ｌ３を備えている。
　反応容器４０の形状、容量、材質については特に制限はない。
　ＦＴ反応の連鎖成長には圧力依存性があり、本発明においては、反応は常圧から１０００ｋＰａの条件下で行われるが、好ましくは１００ｋＰａ以上９００ｋＰａ以下、さらに好ましくは２００ｋＰａ以上８００ｋＰａ以下であり、４００ｋＰａ以上８００ｋＰａ以下がより好ましい。
　また、反応容器４０の容量は、１０００Ｌ以下であることが好ましい。反応容器４０の容量が１０００Ｌ以下であることにより、ＦＴ合成反応装置１００全体をコンパクトなものとすることが可能となり、省スペース化を図ることができる。また、これにより設置場所の自由度が広がり将来のバイオマス化原料等の可能性を考慮すると、原料供給地点とユーザーとの距離を近づけたコンパクトな設備を提供することができる。
　また、反応容器４０の底部に、原料合成ガス２０を微小な気泡にするガス分散器４１を設置してもよい。これにより触媒１０と原料合成ガス２０との接触面積を増やすことが可能となるため。より効率よくＦＴ反応を行うことができる。
＜原料合成ガス供給管＞
　原料合成ガス供給管Ｌ１は、反応容器４０内に原料合成ガス２０を供給するラインである。原料合成ガス供給管Ｌ１は、反応容器４０内に原料合成ガス２０供給することができればどのようなものであってもよい。好ましくは、図１に示すように反応容器４０の底部において、反応容器４０と連通するように設けられるのがよい。これによれば、触媒１０が懸濁した媒体油１４よりも、比重の軽い原料合成ガス２０を原料合成ガス気泡２１として反応容器４０内を上昇させることができる。そのため、触媒１０が懸濁した媒体油１４に対して広範囲に原料合成ガス２０を接触させることができるため、効率のよいＦＴ反応を行うことが可能となる。
＜生成気体取出管＞
　生成気体取出管Ｌ２は、反応容器４０内から、後述するＦＴ反応によって生成された生成気体を取り出すためのラインである。生成気体取出管Ｌ２は、反応容器４０内部と連通しており、ＦＴ反応により生成された生成物の内、ＦＴ反応により生成した炭化水素の内、軽質ガス又は揮発油留分等の気体分を反応容器４０内から取り出すものである。生成気体取出管Ｌ２は、生成気体を取り出すことができればどのようなものであってもよい。好ましくは、図１に示すように反応容器４０の上部において、反応容器４０と連通するように設けられるのがよい。これによれば、比較的沸点の低い生成気体を、効率よく反応容器４０外へ取り出すことが可能となる。
　また、取り出された生成気体は、適宜分離・精製される。
＜生成液体取出管＞
　生成液体取出管Ｌ３は、反応容器４０内から、後述するＦＴ反応によって生成された生成液体を取り出すためのラインである。生成液体取出管Ｌ３は、反応容器４０内部と連通しており、ＦＴ反応により生成された生成物の内、ＦＴ反応により生成した連鎖炭素数の多い軽灯油分又はワックス分等の液体分を反応容器４０内から取り出すものである。生成液体取出管Ｌ３は、生成液体を取り出すことができればどのようなものであってもよい。好ましくは、図１に示すように反応容器４０の中程において、反応容器４０と連通するように設けられるのがよい。これによれば、比較的沸点の高い生成液体を、効率よく反応容器４０外へ取り出すことが可能となる。また、生成液体は適宜分留・精製される。
［熱交換部］
　熱交換部５０は反応容器４０内の温度を所定の範囲に保つことを目的とするものである。
　また、熱交換部５０は、凹部５２を備えることにより凹凸形状を有する複数の熱交換板５１を多数ち密に重ね合わせて構成されている。また、熱交換部５０は、熱交換部５０に冷却用媒体を導入する冷却媒体導入管Ｌ４、熱交換部５０より加熱蒸気を導出する加熱蒸気導出管Ｌ５を備えている。
　ＦＴ反応は発熱反応であるため、熱交換能に優れた熱交換部を反応容器内に設置する必要がある。
　ここで、図３に示すように既存のＦＴ反応装置２００は、熱交換部６０として管状又はコイル状の冷却管を用いている。ここで、反応器下部から導入された熱交換媒体は、熱交換部６０の冷却管の中を通水し、上部から加熱蒸気となって系外に出るものである。しかし、熱交換部６０として複数の冷却管を収束したものを用いているため、管の間にスラッジが固着し所定の性能を発揮できないという問題がある。また、スケーリング等のメンテナンスに多大な労力を要する。
　これに対して、図１に示すように、本実施態様のＦＴ反応装置１００では、熱交換部５０を板状の熱交換板５１とすることにより、熱交換部として複数の冷却管を収束したものを用いる既存のＦＴ反応装置２００と比べてスラッジが固着しにくい。また、熱交換部の構造がシンプルなため、清掃などのメンテナンスも容易である。
　また、図２に示すように、本発明における熱交換部５０は、表面に凹部５２を備えることにより凹凸形状を有する熱交換板５１を複数備えることを特徴とする。これによれば、熱移動表面積を高めることが可能となり、反応容器４０内の触媒１０を用いた反応温度を所定の範囲に保つことができる。
［反応温度］
　ＦＴ反応は一般に１５０℃から３００℃程度の範囲の温度で行われる。
　ここで、触媒１０の反応温度は２００℃未満では、ＦＴ反応におけるＣＯ，ＣＯ２の転化率が低下する傾向があり、また２７０℃以上では生成物の分布が軽質化し、中間留分の収率が低下するおそれがある。
　そこで、本発明の触媒１０の反応温度を２００℃から２７０℃の範囲とすることで、二酸化炭素を効率良く液状炭化水素に転換することができる。
　より好ましくは、触媒１０の反応温度を２２０℃から２５０℃の範囲とすることである。反応温度をこの範囲に保つことで、触媒１０の能力を最大に高めることが可能となり二酸化炭素をより効率良く液状炭化水素に転換することができる。本発明の触媒１０において、反応温度がこの範囲未満では、生成物中のワックス分などが多くなり、ワックス分を取り除く（ｄｅ－ｗａｘｉｎｇ）工程が必要になるなどプロセス構成が複雑になるなどため好ましくない。逆にこの範囲を超過した場合には、ＬＰＧやメタンなどのガス留分が多くなる傾向が考えられる。このため、未反応原料ガス（合成ガスおよび二酸化炭素）中にＬＰＧやメタンなどのガスが多くなると未反応原料ガスの分圧低下が著しくなる可能性があるため好ましくない。
［熱交換媒体導入管］
　熱交換媒体導入管Ｌ４は、熱交換部５０に熱交換媒体を導入するものである。ここで、熱交換媒体とは、効率の良いＦＴ反応を行うため、反応容器４０内の温度を所定の範囲に収める目的で、導入される気体又は液体による媒体である。
　例えば、ＦＴ反応装置１００が停止状態から稼働状態へと始動させる場合、反応容器４０内の温度をＦＴ反応を起こすために必要な温度まで上昇される必要がある。この場合、熱交換媒体として、熱交換媒体導入管Ｌ４より加熱蒸気等の高温の媒体を導入し、ＦＴ反応に必要な温度まで、反応容器４０内の温度を上昇される。対して、ＦＴ反応により反応容器内の温度が、効率のよいＦＴ反応に必要な温度を超える場合には、熱交換媒体導入管Ｌ４より冷却水等の低温の媒体を導入し、効率よくＦＴ反応が行える温度まで、反応容器４０内の温度を下げる。
［熱交換媒体導出管］
　熱交換媒体導出管Ｌ５は、反応容器４０内部から熱交換部５０に導入された熱交換媒体を熱交換部５０の外へ取り出すものである。ここで、取り出される熱交換媒体は、再度冷却又は加熱されて、熱交換媒体導入管Ｌ４より再び熱交換部５０へ導入するものとしてもよい。
　［ＦＴ反応装置１００の動作］
　本実施態様におけるＦＴ反応装置１００の動作について説明する。
　まず、反応容器４０内に触媒１０が懸濁した媒体油１４を満たす。そして、原料合成ガス導入管Ｌ１から、原料合成ガス２０を反応容器４０内に導入する。ここで、原料合成ガス２０は、ガス分散器４１によって微小な気泡に分散され、原料合成ガス気泡２１として反応容器４０内に満たされた触媒１０が懸濁した媒体油１４に中に満遍なく広がり、反応容器４０内を上昇する。
　次に、熱交換媒体導入管Ｌ４から、加熱蒸気等の高温の熱交換媒体を熱交換部５０へ導入する。それにより、凹部５２を備えることにより凹凸形状を有することにより、熱移動表面積を高められた複数の熱交換板５１が触媒１０が懸濁している媒体油１４を効率よく加熱し、反応容器４０内の温度をＦＴ反応に必要な温度まで上昇させることができる。
　そして、ＦＴ反応が生じることで、生成気体と生成液体が生成される。ここで、生成気体は反応容器４０上部から生成気体取出管Ｌ２より反応容器４０外に随時取り出され、生成液体が反応容器４０中部から生成液体取出管Ｌ３より反応容器４０外に随時取り出される。
　次にＦＴ反応が進むことで、反応容器４０内の温度が飛躍的に上昇する。この時、最適なＦＴ反応に必要な温度範囲を超えてしまうのを防ぐため、熱交換媒体導入管Ｌ４より冷却水などの低温の熱交換媒体を熱交換部５０へ導入する。これにより、凹部５２を備えることにより凹凸形状を有することで、熱移動表面積を高められた複数の熱交換板５１が触媒１０が懸濁している媒体油１４を効率よく冷却し、反応容器４０内の温度をＦＴ反応に必要な温度まで低下させることができる。そして、熱交換部５０内で加熱された冷却水等の熱交換媒体は、熱交換媒体導出管Ｌ５により反応容器４０外へ導出される。
　なお、上述した実施態様はＦＴ反応装置及びＦＴ反応方法の一例を示すものである。本発明に係るＦＴ反応装置及びＦＴ反応方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係るＦＴ反応装置及びＦＴ反応方法を変形してもよい。
　例えば、熱交換媒体導出管Ｌ５より導出された加熱又は冷却された冷却水等の熱交換媒体を、別のＦＴ反応装置１００の加熱又は冷却のために用いることが挙げられる。
　これによれば、複数のＦＴ反応装置１００を省エネルギーで運転することが可能となる。
　本発明のＦＴ合成反応装置及びＦＴ合成反応方法は、二酸化炭素を含めた原料ガスから炭化水素混合物を生成することに利用することができる。
１０　触媒、１１　主触媒、１２　補助触媒、１３　担体、１４　媒体油、２０　原料合成ガス、２１　原料合成ガス気泡、３０　炭化水素留分、３１　生成気体、３２　生成液体、４０　反応容器、４１　ガス分散器、５０、６０　熱交換部、５１　熱交換板、５２　凹部、Ｌ１　原料合成ガス導入管、Ｌ２　生成気体取出管、Ｌ３　生成液体取出管、Ｌ４　熱交換媒体導入管、Ｌ５　熱交換媒体導出管、１００、２００　ＦＴ反応装置
 

Claims (10)

  1. 　反応容器と、プレート状で表面に凹凸を有する熱交換部を備えることを特徴とする、フィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  2. 　フィッシャー・トロプシュ合成反応時の前記反応容器内の温度が２００～２７０℃であることを特徴とする、請求項１に記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  3. 　前記反応容器の容量が１０００Ｌ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフィッシャー・トロプシュ反応装置。
  4. 　前記反応容器における反応時の内部の圧力が１０００ｋＰａ以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  5. 　前記反応容器に供給する原料合成ガスにおいて、二酸化炭素を含有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  6. 　前記反応容器内に、イットリウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、及びホルミウムからなる群から選択される少なくとも一種を含有する反応触媒を有することを特徴とする、請求項１～５に記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  7. 　前記反応容器内に、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムからなる群から選択される少なくとも一種を含有する反応触媒を有することを特徴とする、請求項１～５に記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  8. 　前記反応容器内に、銅を含有する反応触媒を有することを特徴とする、請求項１～５に記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  9. 　前記反応容器内に、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムからなる群から選択される少なくとも一種を含有する反応触媒を有することを特徴とする、請求項１～５に記載のフィッシャー・トロプシュ合成反応装置。
  10. 　プレート状で表面に凹凸を有する熱交換器を用いて熱交換を行うことを特徴とする、フィッシャー・トロプシュ反応方法。
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