(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域に浮遊させる海洋ライザと、
前記海洋ライザの頂部に挿入するように構成され、内部に１つ以上の触媒を含むチューブであって、前記チューブの内部に配置された１つ以上の触媒の少なくとも１つとの供給原料の接触により、合成炭化水素由来産物が生産されるように供給原料を該チューブの頂部で受容するように構成されたチューブと、
前記生産された合成炭化水素由来産物を受容するように構成された円環部と
を含む、合成炭化水素由来産物を生産するための装置であって、
前記触媒の接触によって発生された熱は、前記円環部から前記合成炭化水素由来産物の生産時に前記水域へ放出される装置。
【請求項２】
前記円環部は、前記チューブの外壁と前記ライザの内壁との間にあり、前記合成炭化水素由来産物及びその生成時に発生された水は、前記チューブの底部から流出し、前記円環部を上方へと通過して該円環部の表面まで移動する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記合成炭化水素由来産物に変換されなかったいずれの供給原料も、前記円環部を上方へと通過して該円環部の表面まで移動し、前記変換されなかった供給原料は再処理されて再注入される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記供給原料及び前記触媒は、フィッシャー・トロプシュプロセス、乾燥二酸化炭素改質プロセス、炭化水素分解プロセス、及び水蒸気改質プロセスからなる群から選択されるプロセスを実行するために使用される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記海洋ライザは、生産井である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記海洋ライザは非自噴井に設置される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記チューブの周囲に配置された他のチューブを更に含み、
前記装置は、冷却流体を前記他のチューブと前記ライザの内壁との間の円環部へと上方に循環させ、ここで前記冷却流体は前記合成炭化水素由来産物と混合し、前記円環部の表面において前記冷却流体は分離され、再注入のために冷却される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記チューブは、前記チューブの外壁にコーティングされた他の触媒を更に含み、前記他の触媒との前記生産された合成炭化水素由来産物の接触により、更なる合成炭化水素由来産物が生産される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
水域に配置された海洋ライザと、
前記海洋ライザに挿入されるように構成されたチューブと、
前記チューブ内側の端から端にかけて分布させることが出来る１つ以上の触媒と、
前記チューブに結合された加圧ユニットであって、前記加圧ユニットは、前記チューブが前記海洋ライザに挿入されている時前記チューブ内で下方に向かって供給原料を加圧することが出来、前記触媒の少なくとも１つとの前記供給原料の接触によって、合成炭化水素を含む混合物が生産される加圧ユニットと
を含む、合成炭化水素を生産するためのシステムであって、
前記触媒と前記供給原料との接触により熱を発生し、前記発生された熱は、前記海洋ライザの円環部内で前記生産された混合物に伝達され、次に、前記海洋ライザの外壁に伝達される、システム。
【請求項１０】
水域に浮遊させた海洋ライザの頂部にチューブを挿入させるステップであって、前記チューブ内には触媒が含まれるステップと、
前記チューブの頂部に供給原料を注入するステップと、
合成炭化水素を形成するのに十分な条件にて前記触媒と前記供給原料を接触させるステップと、
前記チューブの底部から前記海洋ライザの円環部へ合成炭化水素を送り込むステップと、
前記海洋ライザの円環部から前記合成炭化水素を得るステップと
を含む、合成炭化水素を生産するための方法であって、
前記供給原料と前記触媒との接触から発生された熱は、前記合成炭化水素が生産されるにつれて前記水域内へ放出される、方法。
【請求項１１】
前記供給原料の注入圧力は、前記海洋ライザの円環部から前記水域の水面へ前記合成炭化水素を出すのに十分である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記海洋ライザの円環部から前記合成炭化水素には変換されなかった残留供給原料を分離するステップと、
前記合成炭化水素に変換されなかった供給原料を全て再処理及び再注入するステップと、
を更に含み、
前記供給原料及び前記触媒は、ハーバープロセス、ハーバーボッシュプロセス、アンモニア又は合成ガスを工業的に生産するために使用されるプロセス、クラウスプロセス、ガス脱硫プロセス、気体硫化水素から元素硫黄を回収するために使用されるプロセス、ベルギウスプロセス、高温高圧下での高揮発性瀝青炭の水素化により、合成燃料として使用するための液体炭化水素を生成するために使用されるプロセス、ディーコンプロセス、ディーコン・ルブランプロセス、サバティエプロセス、サバティエ・サンドランプロセス、水素化プロセス、酸化プロセス、アンモニア酸化プロセス、アンドルソフ合成、水素化分解プロセス、アルキル化プロセス、水素処理プロセス、触媒改質プロセス、コーク形成、ナフタ改質プロセス、芳香族の形成、改質及び機能化のためのプロセス、ｃｙｃｌａｒプロセス、Ｍ２−形成プロセス、触媒脱蝋プロセス、異性化プロセス、イソプロピルアルコール形成、アセトン形成、ビスフェノール−Ａ形成、クメン形成、塩化ビニル形成、オキシ塩素化プロセス、ブタジエン及びスチレンからの合成ゴムの形成、ブタン又はブテンからのブタジエンの形成、スチレン生産、ナイロン生産、ナイロン中間物の生産、アジピン酸の形成、ヘキサメチレンジアミンの形成、ナイロンポリマーの形成、Ｓｎｉａ−Ｖｉｓｃｏｓａプロセス、ヒドロホルミル化及びカルボニル化プロセス、オレフィンのメタセシス、シェル高級オレフィンプロセス、ポリエチレン形成、ポリプロピレン形成、アンモニア合成ガスの形成、供給原料精製プロセス、水素化脱硫プロセス、塩素除去のためのプロセス、硫黄吸着、水蒸気改質、一酸化炭素除去、一酸化炭素変換、並びにメタン化、メタノール合成ガスの形成、ＯＸＯ合成ガスの形成、水素生産、還元ガスの水蒸気改質のためのプロセス、都市ガス生産、自己熱改質プロセス、クロードプロセス、揮発性有機化合物除去のためのプロセス、フィッシャー・トロプシュプロセス、乾燥二酸化炭素（ＣＯ2）改質プロセス、炭化水素分解プロセス、及び水蒸気改質プロセスからなる群から選択されるプロセスを実行するために使用される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記海洋ライザは、生産ライザであって、前記方法は、前記海洋ライザの円環部から生産物を生成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記海洋ライザは非自噴井に配置された、方法であって、
前記非自噴井と前記海洋ライザとの間の円環部内で冷却流体を循環させ、前記冷却流体が前記チューブを通過して前記合成炭化水素と混ざり合うステップと、
前記合成炭化水素との混合物から前記冷却流体を分離し、前記分離は前記円環部の表面にて発生するステップと、
前記冷却流体を再冷却するステップと、
前記再冷却された流体を再注入するステップと
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記チューブは、前記チューブの外壁にコーティングされた他の触媒を更に含み、前記方法は、更なる合成炭化水素を生成するために前記他の触媒と前記生成された合成炭化水素を接触させるステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連案件の相互参照
本出願は、２０１２年６月１６日出願の米国仮特許出願第６１／６６０７０９号と２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第１３／８３９８２５号の優先権を主張するものである。これら２つの米国特許出願は、本出願の内容となる。
【０００２】
本開示は一般に、合成炭化水素由来産物の生産に関する。より具体的には、本開示は、触媒を含む配管を備えたガスリフト装置を用いて合成炭化水素由来産物を生産できる方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００３】
ガスを液体石油に変換するために使用されるプロセスは、フィッシャー・トロプシュ触媒を用いて達成できる。１９２０年代にＫａｉｓｅｒ  Ｗｉｌｈｅｌｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅに勤務していたＦｒａｎｚ  Ｆｉｓｃｈｅｒ、Ｈａｎｓ  Ｔｒｏｐｓｃｈによるオリジナルのプロセスの発明以来、このプロセスには多くの改良及び調整が加えられてきた。「フィッシャー・トロプシュ」という用語は現在では、極めて幅広い同様のプロセスに対して使用される（フィッシャー・トロプシュ合成又はフィッシャー・トロプシュ化学反応）。Ｆｉｓｃｈｅｒ及びＴｒｏｐｓｃｈは、例えば特許文献１といった、本プロセスに関連する多数の特許を出願している。
【０００４】
フィッシャー・トロプシュプロセスは、多様な炭化水素（ＣnＨ(2n+2)）が得られる一連の化学反応を伴う。有用な反応からはアルカンが得られる：
（２ｎ＋１）Ｈ2＋ｎＣＯ→ＣnＨ(2n+2)＋ｎＨ2Ｏ      （１）
ここで「ｎ」は正の整数を表す。メタン（ｎ＝１）の形成は通常望ましくない。生成されるアルカンの大半は直鎖炭化水素となる傾向があり、これはディーゼル燃料としての使用に適している。アルカンの形成に加えて、競合反応によって少量のアルケン、アルコール及びその他の酸素化炭化水素が得られる。
【０００５】
Ｈ2／ＣＯ比を調整するために、いくつかの反応が使用される。もっとも重要なのは水性ガスシフト反応であり、これは一酸化炭素を使用して水素源を提供する。
Ｈ2Ｏ＋ＣＯ→Ｈ2＋ＣＯ2      （２）
【０００６】
メタンを供給原料として使用するフィッシャー・トロプシュプラントに関して、別の重要な反応は水蒸気改質であり、これはメタンをＣＯ及びＨ2に変換する。
Ｈ2Ｏ＋ＣＨ4→ＣＯ＋３Ｈ2      （３）
【０００７】
ＣＯからアルカンへの変換は、ＣＯの水素化、Ｃ−Ｏ結合の水素化分解（Ｈ2による分割）、Ｃ−Ｃ結合の形成を伴う。このような反応は、表面結合金属カルボニルの初期形成によって進行すると考えられる。ＣＯリガンドは、恐らく酸化物及び炭化物リガンドへの分離を経るものと推測される。その他のあり得る中間物は、ホルミル（ＣＨＯ）、ヒドロキシカルベン（ＨＣＯＨ）、ヒドロキシメチル（ＣＨ2ＯＨ）、メチル（ＣＨ3）、メチレン（ＣＨ2）、メチリジン（ＣＨ）、水酸化メチリジン（ＣＯＨ）を含む様々なＣ−１断片である。更に、液体燃料の生産にとって重要なのは、移動性挿入等のＣ−Ｃ結合を形成する反応である。関連する多くの化学量論的反応が、別個の金属クラスタにおいてシミュレートされているが、均質なフィッシャー・トロプシュ触媒の開発は不十分であり、また商業上の重要性が殆どない。
【０００８】
フィッシャー・トロプシュプロセスは一般に１５０〜３００℃（３０２〜５７２Ｆ°）で行われる。これより温度が高いと通常、反応及び変換率が高くなるが、メタンの生産に好都合となる傾向もある。このため、温度は通常、上記範囲の下方から中央に維持される。圧力を上昇させると変換率が高くなり、また長鎖アルカンの形成に好都合となり、これらはいずれも望ましい。典型的な圧力範囲は１〜２０気圧である。圧力を高くすると反応温度を低下させることができ、これによりフィッシャー・トロプシュプロセスは、殆どの油田における作業に適合したものとなる。
【０００９】
様々な合成ガス組成物を使用できる。コバルト系触媒に関して最適なＨ2：ＣＯ比は約１．８〜２．１である。鉄系触媒は、水性ガスシフト反応を促進する。従って、鉄系触媒は低いＨ2：ＣＯ比を許容できる。比較的低いＨ2：ＣＯ比（＜１）を有する傾向がある石炭又はバイオマス由来の合成ガスにとって、反応性は重要であり得る。
【００１０】
一般に、フィッシャー・トロプシュプロセス中に形成される炭化水素の産物分布は、Ａｎｄｅｒｓｏｎ−Ｓｃｈｕｌｚ−Ｆｌｏｒｙ分布に従い、以下の式で表される。
Ｗｎ／ｎ＝（１−α）２αｎ−１      （４）
ここでＷｎは、ｎ個の炭素原子を含有する炭化水素分子の重量画分である。「α」は、鎖成長蓋然性、即ち分子がより長い鎖を形成するために反応を継続する蓋然性を表す。一般にαは、触媒及び具体的なプロセス条件によってその大部分が決定される。
【００１１】
式（４）の考察により、αが０．５未満である限り、メタンが常に最大の単一産物となることが分かる。しかしながら、αの値を約１まで増加させることにより、形成されるメタンの総量を、様々な長鎖産物全ての合計に対して最小化できる。αを増加させると、長鎖炭化水素の形成が増大する。極めて長鎖の炭化水素は蝋であり、これは室温では固体である。従って、液体輸送燃料の生産のために、フィッシャー・トロプシュ産物のうちのいくらかを分解する必要があり得る。これを回避するために、幾人かの研究者は、ある特徴的なサイズ（通常ｎ＜１０）より長い炭化水素の形成を制限できる固定サイズの細孔を有する、ゼオライト又はその他の触媒基材を使用することを提案してきた。このようにして反応を駆動することで、長鎖炭化水素を多量に生産することなくメタンの形成を最小化できる。このような努力はごく限られた成功しかもたらしていない。
【００１２】
フィッシャー・トロプシュプロセスには多様な触媒を使用できるが、最も一般的なのは遷移金属のコバルト、鉄、ルテニウムである。コバルト、ニッケル、鉄、モリブデン、タングステン、トリウム、ルテニウム、レニウム、白金は、合成ガスから炭化水素及びその酸素化誘導体への変換において、単独で又は組み合わせた状態で触媒として活性であることが公知である。上記の金属：コバルト、ニッケル、鉄は最も広く研究されている。ニッケルはメタン形成（「メタン化（ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ）」）に好都合となる傾向がある。一般に、金属は担体材料と組み合わせて使用され、最も一般的な担体材料はアルミナ、シリカ、炭素である。
【００１３】
コバルト系触媒は活性が高いが、鉄は水性ガスシフト反応を促進させるため、石炭由来のもの等の水素含有量が低い合成ガスにより適したものとなり得る。活性金属に加えて、触媒は典型的には、カリウム及び銅を含む多数の「プロモータ（ｐｒｏｍｏｔｅｒ）」を含有する。カリウムを含む１族アルカリ金属は、コバルト触媒に対して有害ではあるが、鉄触媒にとってはプロモータである。触媒は、シリカ、アルミナ又はゼオライト等の、高表面積バインダ／担体上に担持される。コバルト触媒は、供給原料が天然ガスである場合に、フィッシャー・トロプシュ合成に対してより高い活性を示す。天然ガスは高い水素：炭素比を有するため、コバルト触媒のための水性ガスシフト反応は不要である。鉄触媒は、石炭又はバイオマス等の低品質供給原料に好適である。
【００１４】
このプロセスに使用する、合成中に金属状態のままである他の金属（Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ）とは異なり、鉄触媒は反応中に、様々な酸化物及び炭化物を含む多数の相を形成する傾向がある。これらの相転移の制御は、触媒活性を維持して触媒粒子の破壊を防止するにあたって重要であり得る。
【００１５】
フィッシャー・トロプシュ触媒は、硫黄含有化合物による汚染に対する感受性が高い。硫黄に対する触媒の感受性は、鉄触媒に比べてコバルト系触媒の方が高い。
【００１６】
プロモータはまた、活性に重要な影響を及ぼす。アルカリ金属酸化物及び銅は一般的なプロモータであるが、その形成は一次金属に左右される。コバルト触媒上のアルカリ酸化物は一般に、アルカリの添加量が極めて低い場合でさえ、重篤な活性の低下を引き起こす。Ｃ2+及びＣＯ2選択性が上昇する一方で、メタン及びＣ2−Ｃ4選択性が低下する。更に、オレフィン：パラフィン比が上昇する。
【００１７】
触媒活性金属として、担体と組み合わせてコバルトを使用することについては、例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に記載されている。例えば特許文献２は、１００ｐｂｗのシリカ、アルミナ又はシリカ−アルミナに対して（i）３〜６０ｐｂＷのコバルト、（ii）０．１〜１００ｐｂｗのジルコニウム、チタン、ルテニウム又はクロムを含み、（iii）混練及び含浸によって調製された触媒の使用について開示している。
【００１８】
特許文献７は、合成ガスから炭化水素への変換のための触媒として、還元活性化後に使用するための組成物について記載しており、この組成物は主要構成要素として（i）元素金属、酸化物、又は元素金属若しくは酸化物へと熱分解可能な化合物の形態のコバルトと、（ii）酸化物又は酸化物へと熱分解可能な化合物の形態の亜鉛とを含む。得られる触媒は、従来技術の多くのコバルト含有触媒と比較して、Ｃ５−Ｃ１２０の炭化水素に対する感受性が高く、また蝋質の炭化水素産物に対する選択性が極めて高くなり得る。これらの触媒はまた、プロモータとして、以下の金属のうちの１つ又は複数を元素形態又は酸化物形態で含有してよい：適切には細孔１５％ｗ／ｗのクロム、ニッケル、鉄、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ガリウム、トリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、レニウム、パラジウム又は白金。例示的な組成物は、プロモータとしてクロム、ジルコニウム、ガリウム、ルテニウムを含んでいた。
【００１９】
特許文献８は、Ｃ１−Ｃ３脂肪族炭化水素の合成に使用するための、コバルト酸化物及び亜鉛酸化物を含有する触媒について記載している。
【００２０】
特許文献９は、合成ガスから炭化水素への変換において、還元活性化の後に触媒として使用するための、コバルト及び亜鉛酸化物を含む触媒を調製するプロセスについて記載している。この触媒は、可溶性亜鉛塩及び可溶性コバルト塩の溶液を、水酸化アンモニウム又は炭酸アンモニウム等の沈殿剤と混合して、沈殿物を回収することによって調製される。この特許文献に記載の方法では、炭酸塩：金属の比が高く、これが触媒の強度に悪影響を及ぼすことが分かった。
【００２１】
特許文献１０は、例えばケトンの水素化によるアルコールの調製のための、アルミナに対するＣｕ−−Ｚｎ触媒に関する。比較例ではアルミナに対するＣｕ−−Ｚｎ−−Ｃｏ触媒について記載されており、ここではソーダ灰を使用する。しかしながら、ソーダ灰の使用は、触媒の強度に潜在的に悪影響を及ぼすことが分かっている。特許文献１０に記載のＣｕ−−Ｚｎ−−Ｃｏ触媒の体積の９０％を包含する粒径分布範囲は、特定されていない。しかしながら、触媒の調製にソーダ灰を使用すると、粒径分布が広がると予測される。
【００２２】
特許文献１１、１２は、亜鉛酸化物担体上に、例えばコバルトであるVIII族金属の触媒組成物が存在する条件でのフィッシャー・トロプシュプロセスについて記載している。このような触媒は、まず、亜鉛塩及びその他の成分の溶液をアルカリ重炭酸塩溶液に添加することによって担体を調製し、続いて濾過によって重炭酸塩溶液から沈殿物を分離して、後に乾燥及びか焼してVIII族金属を添加できる濾過ケークを形成することによって作製される。触媒材料を錠剤形態とし、この錠剤を粉砕して２５０〜５００μｍの粒子を形成すると、フィッシャー・トロプシュプロセスに使用できる。良好な強度特性を有する触媒粉体を得るために、粉砕等の追加の後処理が必要である。しかしながら、得られる上述の平均粒径は、それでも比較的大きい。更に、粉砕によって粒径分布が広くなり、このような大きな粒径及び広い粒径分布を有する触媒は、気泡塔、スラリー相反応器又はループ反応器を利用するプロセスにはあまり適していない。
【００２３】
特許文献１３は、フィッシャー・トロプシュプロセスを実施するための３段階システムについて記載しており、このシステムでは、高剪断混合領域において液体媒体中の触媒懸濁液を気体反応物と混合した後、混合後領域において混合物を排出する。従って物質移動は増加したと言える。適切な触媒としては特に、亜鉛酸化物等の無機担体上のコバルト触媒が挙げられる。これら公知の触媒の調製に使用される担体の表面積は、１００ｇ／ｍ2未満である。このような従来技術のコバルト系触媒は、含浸の方法論によって、亜鉛酸化物担体等の適切な担体上にコバルトを堆積させることによって調製できる。その他の従来の調製方法としては、沈殿ルートが挙げられ、これは、触媒調製プロセスから得られた触媒材料の硬質の濾過ケークを小さな粒子に粉砕することを含む。
【００２４】
特許文献１４は、特定の堆積平均粒径及び粒径分布を有するコバルト及び亜鉛の共沈殿物の粒子を含む、フィッシャー・トロプシュ触媒について記載している。この触媒は基本的にはコバルト及び亜鉛酸化物からなるが、ルテニウム、ハフニウム、白金、ジルコニウム、パラジウム、レニウム、セリウム、ランタン又はこれらの組み合わせ等、フィッシャー・トロプシュ触媒において一般的に使用されるその他の構成要素を含有してもよい。このようなプロモータが存在する場合には、プロモータは典型的には、コバルト：プロモータの原子比率が最大１０：１となるように使用される。
【００２５】
特許文献１５は、ジルコニウムで活性を高めた鉄、ニッケル又はコバルト、及び更に周期表のVIII族の貴金属といった金属構成要素を含む、担持触媒について記載している。この触媒は、一酸化炭素及び水素から炭化水素を調製するのに適している。好ましい貴金属としては白金又はパラジウムがあり、また最も適切には、触媒はシリカ又はアルミナ上に担持される。
【００２６】
石炭又は同類の固体供給原料（炭素源）に関連するフィッシャー・トロプシュプラントは、まず固体燃料を気体反応物、即ちＣＯ、Ｈ2、アルケンに変換しなければならない。この変換はガス化と呼ばれる。石炭のガス化から得られる合成ガスのＨ2／ＣＯ比は、理想的な比である約２に対して約０．７となる傾向がある。この比は水性ガスシフト反応によって調整される。石炭系フィッシャー・トロプシュプラントは、ガス化プロセスのエネルギ源に応じて変動する量のＣＯ2を生産し得る。しかしながら、殆どの石炭系プラントは、フィッシャー・トロプシュプロセスのエネルギ要求全ての供給を、供給される石炭に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第１７４６４６４号
【特許文献２】欧州特許第１２７２２０Ａ号
【特許文献３】欧州特許第１４２８８７Ａ号
【特許文献４】イギリス特許第２１４６３５０Ａ号
【特許文献５】イギリス特許第２１３０１１３Ａ号
【特許文献６】イギリス特許第２１２５０６２Ａ号
【特許文献７】欧州特許第２６１８７０号
【特許文献８】米国特許第４０３９３０２号
【特許文献９】米国特許第４８２６８００号
【特許文献１０】米国特許第５３４５００５号
【特許文献１１】米国特許第５９４５４５８号
【特許文献１２】米国特許第５８１１３６５号
【特許文献１３】国際公開第０１／３８２６９号
【特許文献１４】国際公開第０３／０９０９２５号
【特許文献１５】欧州特許２２１５９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
要するに、フィッシャー・トロプシュプロセスは水素及び一酸化炭素を触媒上で強制的に反応させることによって実施される。複数のガスが、水及びディーゼルからパラフィンまでの範囲であり得る石油産物へと再結合する。このプロセスでは熱及び水も生成される。現在、このプロセスの効率を改善する必要が生じている。本開示は、触媒プロセスの効率を改善する方法及び装置を提示する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本開示は一般に、合成炭化水素を生産するための、ガスリフト配管設備を用いる方法及び装置を提供する。いくつかの実施形態では、本方法及び装置は、フィッシャー・トロプシュプロセスを用いて合成炭化水素を生産する。ガスリフト配管設備では、配管は適切な触媒によって充填及び／又はコーティングされ、ガスリフトプロセスと同様の様式で水素及び一酸化炭素が配管の頂部に注入される。ガスが触媒を通過して移動するにつれて、合成炭化水素が形成され、熱が遮断される。合成炭化水素及び流体は、配管の底部から流出し、円環部を上方へと通過して表面まで移動する。また、合成炭化水素に変換されなかったいずれのガスも、円環部を上方へと通過して表面まで移動し、ここで再処理及び再注入される。いくつかの実施形態では、このプロセスを採収井（ｗｅｌｌ）中又は生産ライザ中で実施する。採収井又は生産ライザでは、この井から円環部を上方へと流れる生産物により、合成炭化水素が冷却される。更なる代替実施形態では、このプロセスを非自噴井において使用できる。この場合、冷却流体は円環部を上方へと循環し、ここで新たに形成された石油産物と混合され、そして表面において、再注入のために流体を分離及び冷却する。
【００３０】
更なる実施形態では、配管の外側を、生産物流中のＣＯ2をＣＯ及びＨ2Ｏに変換する水性逆シフト触媒でコーティングする。いくつかの実施形態では、触媒又は触媒の濃縮物を配管の全長に沿って分布させ、配管に沿って変換率又は生産歩留まりを制御する。具体的な実施例では、触媒を配管に沿って分布又は分離させることによって、ガス流の様々な重質分（Ｃ２−Ｃ６）を、粗油と混合できる液体に変換する。
【００３１】
代替実施形態では、２種類以上の触媒を配管の全長に沿って分布させる。いくつかの実施形態では、触媒を配管に沿って、複数の分離した領域に分布させる。本装置及び方法は、配管に沿って複数の分離した領域に分布させた複数の触媒を用いて、第１の供給原料を最終産物に変換するために使用できる。例えば、第１の領域の第１の触媒を用いて、第１の供給原料を第１の産物に変換する。第１の領域からの第１の産物は、第２の領域の第２の供給原料となり、この第２の領域において、第２の供給原料を第２の触媒によって第２の産物に変換する。このプロセスを複数の領域に亘って実施して、最終産物を得ることができる。
【００３２】
更なる実施形態では、触媒と供給原料との間の相互作用により、発熱反応が起こる。この場合、ガスリフト設備は、この発熱反応から生成されたエネルギを用いて、生産物（油、ガス又は両方）が流れる円環部における水和物の形成を阻止する。
【００３３】
ここまで、本発明の特徴及び技術的利点をかなり大まかに概説したが、これは以下に続く本発明の詳細な説明をより良好に理解できるようにするためである。本発明の請求範囲の主題を形成する本発明の更なる特徴及び利点について、以下に説明する。以下に開示する概念及び具体的実施形態は、本発明と同一の目的を実現するために改造又は他の構造の設計を行うための基礎として容易に利用できることは、当業者には理解できるであろう。また、このような均等構成は、添付の請求項に記載の本発明の精神及び範囲から逸脱するものではないことも、当業者には理解できるであろう。以下の説明を添付の図面と関連させて考えれば、その構成及び動作方法の両方に関して本発明を特徴づけるものであると考えられる新規の特徴を、更なる目的及び利点と併せてよりよく理解できるであろう。しかしながら、各図は例示及び説明のみを目的として提供されるものであり、本発明の限定範囲の定義を意図したものではないことは、はっきりと理解しておくべきである。
【００３４】
本発明をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、海洋ライザにおけるフィッシャー・トロプシュプロセスを示す。
【図２】図２は、ダミーウェル（ｄｕｍｍｙ  ｗｅｌｌ）におけるフィッシャー・トロプシュプロセスを示す。
【図３】図３は、海洋ライザにガスリフト配管を設置するコイル配管用具の一例である。
【図４】図４は、ガスリフトストリングダイバータバルブを通したガスリフトプロセスの一例である。
【図５】図５は、ガスリフトストリングのノズルを示す。
【図６】図６は、ライザ／フローラインに配置されたガスリフトストリングの一例である。
【図７】図７は、インジェクタとダイバータとの間のガスリフト設置装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
油井及び深海生産ライザにおいて、井又はライザの底部又は底部付近を走る管を通してガスを注入して、生産物流体を表面へと持ち上げる場合がある。このプロセスはガスリフトと呼ばれ、これを行うための設備が一般的に使用されている。ガスリフト装置は一般に、少なくともガスリフト管及び円環部からなる。管（ガスリフトストリング）の長さは様々であるが、典型的には３０００〜５０００フィートであり、１〜３．５インチ径のパイプから作製される。
【００３７】
ガスリフトは、井を形成するための貯蔵圧力が不十分である井から油又は水を人工的に持ち上げるために使用される多数のプロセスの１つである。通常のガスリフトプロセスは、配管を通してガスを注入し、円環部を昇るように戻すことを伴う。油井の円環部とは、いずれのパイプ、配管又はケーシングと、これを近接して取り囲むパイプ、配管又はケーシングとの間のいずれの空隙を指す。
【００３８】
注入したガスは流体に空気を含ませて、その密度を低下させる。ここで地層圧は、柱状の油を持ち上げて流体を坑井から流出させるのに十分なものである。井の生産特性及びガスリフト設備の構成に応じて、ガスを連続的に又は断続的に注入できる。
【００３９】
油生産を最大化するために必要な注入ガス量は、井の状態及びジオメトリに基づいて変動する。注入されるガスが多過ぎる、又は少な過ぎると、生産量は最大量未満となる。最適な注入ガス量は一般に、注入速度を変化させて液体生産物（油や、場合によっては水）を測定する井の試験によって決定される。
【００４０】
後の分離段階において油からガスを回収するが、プロセスは、ガスを再注入できるレベルまでガスの圧力を上昇させるためのコンプレッサを駆動するためのエネルギを必要とする。
【００４１】
コイル配管用具１２は、水中７０００フィートにある生産設備に配置してよく、生産物は内径８．５インチの５つの別個のスティールカテナリライザ（ｓｔｅｅｌ  ｃａｔｅｎａｒｙ  ｒｉｓｅｒ：ＳＣＲ）を介してここに到達する。このコイル配管用具は、海洋生産ライザ１４内にガスリフトストリングを配置するために使用できる。図３は、コイル配管用具１２の一例を提供する。
【００４２】
コイル配管用具１２の一般的な使用は、測定深さ（ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｄｅｐｔｈ：ＭＤ）約８０００フィートの海洋ライザ１４内にガスリフトストリングを配置することである。コイル配管のサイズは２−３／８〜３−１／２インチであり、最大３０００万立方フィート／日（３０ｍｍｓｃｆｄ）以上のリフトガスを扱う。典型的な注入圧力は、２５００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）である。コイル配管１３は、図４に示すものと同様のダイバータバルブまで管継手で接続されたＢＯＰを通して、インジェクタ１５によって配置される。
【００４３】
簡素なコイル配管ガスリフトストリングは、ガスリフトバルブを用いずに使用される場合がある。図５Ａ、５Ｂは、内側ストリング上のノズルを示す。いくつかの実施形態では、振動を低減して流体の効果的な混合を提供するために、ジェットサブを使用してよい。このサブの形状及びジェットの方向により、ストリングの底部をライザに対して押し付ける。いくつかの実施形態では、コイル配管用具が運搬するものの１つに代えて関節式ガスリフトストリングを利用する。
【００４４】
リフトガスは、ガスを２５００ｐｓｉで送達できる送出用コンプレッサを用いて注入されることがある。いくつかの実施形態では、専用のコンプレッサを用いてリフトガスを送達する。
【００４５】
コイル配管用具を設置すると、ガスリフトストリングを１日以内に配置する又は引き回すことができる。
【００４６】
７０００フィートの位置にある典型的なスティールカテナリライザは、１２°の頂部角度を有し、懸架されたライザの長さは８８００フィートである、例えば図６は、カテナリ湾曲を有するライザ／フローライン１９に配置されたガスリフトストリング１３の一例を示す。いくつかの実施形態では可撓性ホースライザ、又は浮力を受けるスティール若しくは可撓性ライザを使用して、第２のカテナリ湾曲を生成する（緩波状ライザ（ｌａｚｙ−ｗａｖｅ  ｒｉｓｅｒ）と呼ばれることもある）。
【００４７】
配管ハンガをガスリフトストリングの頂部に走らせる場合がある。このハンガは弁体内に吊り下げられ、弁体の下部を上部から封鎖する。リフトガスは圧力によって上記上部に注入され、ここでガスリフトストリングに入る。リフトガスはガスリフトストリングの底部から出て、円環部内の生産物と混合される。混合物は管状体を上方へ、弁体の下部まで戻り、生産設備から出る。この弁体はダイバータバルブと呼ばれることもある。
【００４８】
図７は、コイル配管用具のインジェクタ１６とダイバータ弁体２１との間のガスリフト設置装置の構成を示す。図７に示すように、インジェクタはＢＯＰスタックを介してダイバータバルブに接続されている。この構成は、コイル配管ガスリフトストリングを設置するためのものである。別の実施形態は関節式ガスリフトストリングを使用し、異なるタイプの用具を用いて設置される。
【００４９】
本発明はこのプロセスを改変する。この改変されたプロセスは、触媒で充填された及び／又は触媒でコーティングされたガスリフト配管を利用する。具体的実施形態では、ガスリフト配管をフィッシャー・トロプシュ触媒で充填する。他の実施形態では、配管をフィッシャー・トロプシュ触媒でコーティングする。本明細書に記載するガスリフト配管構成では、フィッシャー・トロプシュプロセスによって合成ガス又はＨ2及びＣＯを炭化水素に変換するのに適したいずれのフィッシャー・トロプシュ触媒を用いてよい。
【００５０】
この改変されたプロセスは、複数の利点を提供し、また当該産業分野全体の複数の問題に解決策を提供する。例えばこの装置及びプロセスは、配管の内側に蒸着した触媒により、配管を取り外すだけで触媒を容易に変更及び除去できるという事実を利用する。また第１の触媒を含有する配管を取り外して、第１の触媒とは異なる触媒である第２の触媒を有する第２の配管を挿入するだけで、第２の供給原料を特定の産物中に輸送できるようにプロセスを改変できる。これは、コイル配管を交換できるという簡便さ、並びに触媒及び／又はプロセスを変更できるという簡便さを実証している。この構成により、はるかに高い圧力で化学反応を行うこともできるようになる。通常の反応器では、最高圧力は約１５０ｐｓｉである。しかしながら、この改変されたガスリフトストリングを使用することにより、製油分野の標準的な設備を用いて、反応圧力を１００００ｐｓｉ以上に上昇させることができる。圧力が高くなると、（フィッシャー・トロプシュプロセスのように）反応から比較的少ない分子が得られる場合であっても、化学反応の効率が上昇する。これはルシャトリエの原理と呼ばれる。また、圧力が高くなると反応温度が低下することになる。
【００５１】
特に、ガスリフトストリング（又は配管）を走らせるためにＢＯＰを使用する。ガスリフトストリングを所定の位置に配置したら、ＢＰＯを取り外す。ダイバータバルブは、配管ハンガを設置できる内側容器を有する多弁体からなる。ハンガは、弁体の円環部を封鎖して配管を支持する。この封鎖部の下側には流出口バルブがあり、混合生産物（産物）及び注入ガス（供給原料）がこれを通って弁体から出る。ガスはハンガの頂部において注入され、封鎖部はガスリフトストリング（配管）の底部からこのガスを出す。
【００５２】
このプロセスでは、適切なフィッシャー・トロプシュ触媒で充填された配管の頂部へと、水素及び一酸化炭素を注入する。また、ガスは配管を通して注入され、合成炭化水素は配管の底部から流出して、円環部を上方へと通過して表面まで移動する。ガス（Ｈ2及びＣＯ）が触媒を通過して移動するにつれて、合成炭化水素が形成されて熱が生産される。いくつかの実施形態では、冷却水又は冷却油を用いてプロセスを制御する。合成炭化水素及び水が配管の底部から流出し、円環部を上方へと通過して表面まで移動する際、合成炭化水素に変換されなかったいずれのガス（Ｈ2及びＣＯ）も円環部を上方へと通過して表面まで移動し、ここで再処理されて配管を通して再注入される。
【００５３】
いくつかの実施形態では、本プロセスは生産井又は生産ライザ内で実施される。生産井又は生産海洋ライザでは、円環部を上方へと流れる井からの生産物は合成炭化水素を冷却する。更なる代替実施形態では、このプロセスを非自噴井において使用できる。この場合、冷却水又は冷却油は円環部を上方へと循環し、ここで新たに形成された石油産物と混合され、そして表面において、再注入のために流体を分離及び冷却する。
【００５４】
配管は、フィッシャー・トロプシュプロセスに加えて他のプロセスを実施するために適合させることができる。例えばこれらのプロセスは、以下を含むがこれらに限定されない：ハーバープロセス；ハーバーボッシュプロセス；アンモニア又は合成ガスを工業的に生産するために使用されるプロセス；クラウスプロセス；ガス脱硫プロセス；気体硫化水素から元素硫黄を回収するために使用されるプロセス；ベルギウスプロセス；高温高圧下での高揮発性瀝青炭の水素化により、合成燃料として使用するための液体炭化水素を生成するために使用されるプロセス；ディーコンプロセス；ディーコン・ルブランプロセス；サバティエプロセス；サバティエ・サンドランプロセス；水素化プロセス；酸化プロセス；アンモニア酸化プロセス；アンドルソフ合成；水素化分解プロセス；アルキル化プロセス；水素処理プロセス；触媒改質プロセス；コーク形成；ナフタ改質プロセス；芳香族の形成、改質及び機能化のためのプロセス；ｃｙｃｌａｒプロセス；Ｍ２−形成プロセス；触媒脱蝋プロセス；異性化プロセス；イソプロピルアルコール形成；アセトン形成；ビスフェノール−Ａ形成；クメン形成；塩化ビニル形成；オキシ塩素化プロセス；ブタジエン及びスチレンからの合成ゴムの形成；ブタン又はブテンからのブタジエンの形成；スチレン生産；ナイロン生産；ナイロン中間物の生産；アジピン酸の形成；ヘキサメチレンジアミンの形成；ナイロンポリマーの形成；Ｓｎｉａ−Ｖｉｓｃｏｓａプロセス；ヒドロホルミル化及びカルボニル化プロセス；オレフィンのメタセシス；シェル高級オレフィンプロセス；ポリエチレン形成；ポリプロピレン形成；アンモニア合成ガスの形成；供給原料精製プロセス；水素化脱硫プロセス；塩素除去のためのプロセス；硫黄吸着；水蒸気改質；一酸化炭素除去；一酸化炭素変換；並びにメタン化；メタノール合成ガスの形成；ＯＸＯ合成ガスの形成；水素生産；還元ガスの水蒸気改質のためのプロセス；都市ガス生産；自己熱改質プロセス；クロードプロセス；並びに揮発性有機化合物除去のためのプロセス。これらの例示的なプロセスは公知であり、これらのプロセスのうちのいずれかを実施するために、適切な供給原料及び必要な触媒を選択できることは、当該技術分野の範囲内である。本明細書に記載の装置及び方法は、上述の各プロセスを実施するために改造できる。これらのプロセスは当業者に公知である。Ｌａｗｒｉｅ  Ｌｌｏｙｄ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃａｔａｌｙｓｔ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  ２０１１）には、これらのプロセスそれぞれに関して、適切な供給原料、触媒、得られる産物が記載されている。上記文献は参照によりその全体が本出願に援用される。
【００５５】
特に、本明細書で開示する装置及び方法は、フィッシャー・トロプシュプロセス、乾燥二酸化炭素（ＣＯ2）改質、炭化水素類の炭化水素分解及び／又は水蒸気改質を実施できる。
【００５６】
二酸化炭素改質
二酸化炭素（ＣＯ2）改質（乾燥改質としても知られる）は、二酸化炭素とメタン等の炭化水素との反応から合成ガス（水素と一酸化炭素との混合物）を生産する方法である。合成ガスは従来、水蒸気改質反応によって生産されている。メタン二酸化炭素改質反応は、以下の式で表すことができる。
ＣＯ2＋ＣＨ4→２Ｈ2＋２ＣＯ      （５）
【００５７】
いくつかの実施形態では、ガスリフト配管は、二酸化炭素改質に適した触媒を含有する。この実施形態では、二酸化炭素及びメタン（又はその他の炭化水素）が供給原料であり、水素及び一酸化炭素がこのプロセスの産物である。
【００５８】
炭化水素分解
分解（ｃｒａｃｋｉｎｇ）は、前駆体の炭素−炭素結合を破壊することにより、ケロージェン又は重炭化水素等の複合有機分子を、軽炭化水素等のより単純な分子に分解するプロセスである。分解速度及び最終産物は、温度及び触媒の存在に大きく左右される。分解は、大きなアルカンを、より小さくより有用なアルカンとアルケンとに分解することである。簡単に言うと、炭化水素分解は、長鎖炭化水素を短鎖炭化水素に切断するプロセスである。
【００５９】
ここでは一例としてブタンＣＨ3−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ3の分解を挙げる。
【００６０】
第１の起こり得る機序は推定４８％のブタン分解産物の原因となり、ここではＣＨ3−ＣＨ2結合の切断が発生して、以下のラジカル産物が得られる：ＣＨ3＊、ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ3。特定の回数のステップの後、アルカン及びアルケンが得られる：ＣＨ4＋ＣＨ2＝ＣＨ−ＣＨ3。
【００６１】
第２の起こり得る機序は推定３８％のブタン分解産物の原因となり、ここではＣＨ2−ＣＨ2結合の切断が発生して、以下のラジカル産物が得られる：ＣＨ3−ＣＨ2＊、＊ＣＨ2−ＣＨ3。特定の回数のステップの後、アルカン及びアルケンが得られる：ＣＨ3−ＣＨ3＋ＣＨ2＝ＣＨ2。
【００６２】
第３の起こり得る機序は推定１４％のブタン分解産物の原因となり、ここではＣ−Ｈ結合の切断が発生する。特定の回数のステップの後、アルケン及び水素が得られる：ＣＨ2＝ＣＨ−ＣＨ2−ＣＨ3＋Ｈ2。これは、触媒が使い果たされず、更なる炭化水素の分解に使用できるため、極めて有用である。
【００６３】
この触媒分解プロセスは、酸触媒（通常はシリカ−アルミナ及びゼオライト等の固体酸）の存在を必要とし、この酸触媒は、通常炭素陽イオンと、極めて不安定な水素化物陰イオンとである反対の電荷のイオンの対が得られる、結合の異方性（非対称性）切断を促進する。炭素局在化フリーラジカル及び陽イオンは共に極めて不安定であり、鎖転位、切断と同様のβ位におけるＣ−Ｃ分裂、分子内及び分子間水素移動又は水素化物移動を受ける。これら２つの種類のプロセスでは、対応する反応中間物（ラジカル、イオン）は恒常的に再生され、従ってこれらは自己成長鎖機構によって進行する。反応の連鎖は最終的に、ラジカル又はイオンの再結合によって終了する。
【００６４】
いくつかの実施形態では、ガスリフト配管は炭化水素分解に適した触媒を含有する。この実施形態では、炭化水素（即ち２〜４５個及び／又は２〜４５に含まれるいずれの範囲若しくは特定の個数の炭素を含有する炭化水素）が供給原料であり、アルカン、アルケン及び／又は水素がこのプロセスの産物である。
【００６５】
水蒸気改質
天然ガス又は合成ガスの水蒸気改質は、水蒸気メタン改質（ｓｔｅａｍ  ｍｅｔｈａｎｅ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ：ＳＭＲ）と呼ばれることもあり、これは市販のバルク水素及びアンモニアの工業的合成に使用される水素を製造する最も一般的な方法である。高温（７００〜１１００℃）及び金属系触媒（ニッケル）の存在下で水蒸気がメタンと反応し、一酸化炭素及び水素が得られる。これら２つの反応は本質的に可逆性である。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ⇔ＣＯ＋３Ｈ2      （６）
【００６６】
生産された一酸化炭素との低温ガスシフト反応により、更なる水素を回収できる。この反応は以下のようにまとめられる。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2      （７）
【００６７】
第１の反応は強い吸熱性を有し（熱を消費し）、第２の反応は穏やかな発熱性を有する（熱を生産する）。
【００６８】
いくつかの実施形態では、ガスリフト配管は水蒸気改質に適した触媒を含有する。この実施形態では、メタン及び水が供給原料であり、一酸化炭素及び水素がこのプロセスの第１段階の産物である。このプロセスの第２段階については、一酸化炭素及び水が供給原料であり、二酸化炭素及び水素が産物である。
【００６９】
更なる実施形態では、乾燥改質プロセスは、油流中にＣＯ2及びＣＨ4が存在する円環部で行われる。この実施形態では、触媒が配管の外側をコーティングし、使用される特定の触媒は乾燥改質触媒である。このアプローチは、乾燥改質によって炭素が形成されるという基本的な問題を解決する。従来の設定では、数時間で炭素が反応器に詰まり、プロセスの実施が不可能になる。本明細書で開示する装置では、粗油によって触媒から炭素が洗い流され、プロセスの続行が可能になる。
【００７０】
改質された水素及び一酸化炭素を回収したら、これらを配管のイニシエータにポンプで送り、ここでこれらを水素化する。代替実施形態では、本方法及び装置は、溶媒を作製する配管の一部に触媒を組み込んでよく、これら新規に形成された溶媒によって配管外側の洗浄を補助できる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、ガスリフト装置の配管の内側及び外側の両方をコーティングするのが最も実用的である。例えばガスリフト装置を、円環部において比較的重質の油を熱分解によって分解できるよう適合させることができる。この実施例では、配管の外側をコーティングしている触媒により、特に配管内部で発生する内部発熱触媒プロセスからの熱を用いて配管が加熱された場合に、このプロセスを促進できる。
【００７２】
本明細書に記載の装置及び方法を使用すると、多くの利点が得られる。例えば、プロセスを直線構成で実施するため、本装置及び方法の実施に使用するフットプリントは小さい。本装置の直線構成により、触媒を配管に沿って多段階に分割して、このプロセスを促進できる。別の利点は、本装置及び方法は熱交換器の必要性を排除できる点である。最も重要な利点の１つは、本プロセスは、全ての生産物を組み合わせて未精製の粗生産物と混合するため、生成物を正確に送達する必要がなく、殆どいずれの液体炭化水素を利用できる点である。上述のように、別の利点は、触媒を容易に変更できる点である。更に本方法及び装置は、高圧下で実行できる。また本方法及び装置は、水和物軽減システムとして使用でき、海洋ライザ用の高コストな隔離を排除できる。
【００７３】
本開示のプロセスは、本明細書に記載の（１つ又は複数の）方法及び装置を用いて実施してよい。これらの方法は、当業者が応用できるような化学工学、機械工学、石油化学、有機化学及び／又はポリマー化学の原理及び技術を用いて更に改変及び最適化できる。これらの原理及び技術は例えば、Ｌａｗｒｉｅ  Ｌｌｏｙｄ'ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃａｔａｌｙｓｔ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  ２０１１）に教示されており、この文献は参照によりその全体が本出願に援用される。
【００７４】
代替プロセスを実施するために改変されたガスリフト装置の一例として、エテンをエタノールに変換できる。一般に、その他のガス（合成ガス以外のガス）が配管に注入されている場合、上記その他のガスを他の有用な生産物に変換できる。例えば、配管内に充填された触媒上に、又は触媒コーティング壁を有する配管を通して、エテンを通過させることによって、ガス流中のエテン成分をエタノールに変換できる。
【００７５】
代替実施例として、配管の外側又は内側を、産物流中のＣＯ2をＣＯ及びＨ2Ｏに変換するために使用される水性シフト触媒でコーティングしてよい。
【００７６】
いくつかの実施例では、供給原料を所望の産物に変換する率を制御する必要がある場合がある。この変換率は、配管に沿って分布する触媒の濃度を変更することによって制御できる。例えば、配管に沿った触媒組成物を分割して、配管に沿った異なる地点において、ガス流（Ｃ２−Ｃ６）の異なる重質成分を液体に変換できる。この分割により、変換率のより良好な制御、及び得られる産物のより良好な制御を可能にすることができる。続いて、より厳密に定義されたこれらの産物を粗油と混合できる。いずれの供給原料又はガス流成分を所望の材料に変換する場合にも同じことが当てはまる。
【００７７】
触媒を配管内で分割することによる更なる利点は、同一の配管を多段階変換に使用できる点である。例えば、配管を２つ以上のセクションに分割できる。第１のセクションでは、特定の変換のために第１の種類の触媒を使用してよい。第２のセクションでは、第２の種類の触媒は、第１のセクションで行った変換の産物を第２の種類の変換の供給原料として使用できる。この種のタンデム型変換を同一の配管内で使用できると、この種の動作を実施するために必要な工業的フットプリントを削減するにあたって極めて有益かつ有用である。
【００７８】
更に、本明細書に開示する装置は、触媒変換の発熱特性によって生成される熱／エネルギを使用して他のプロセスを阻害又は促進できるよう構成されるため、極めて効率的である。例えば、触媒でコーティングされた配管又は触媒を充填した配管（ここで触媒は発熱反応を起こす）を使用することにより、この発熱反応から生成されたエネルギを、生産物（油、ガス又はこれら両方）が流れる円環部における水和物形成を阻害するために使用できるようになる。
【実施例】
【００７９】
以下の実施例は、本発明の好ましい実施形態を実証するために挙げるものである。以下の実施例において開示する技術は、本発明を実施するにあたって良好に機能することを本発明者らが発見した技術を指し、従って本発明を実施するための好ましい態様を構成するものと見做すことができることは、当業者には理解できるであろう。しかしながら、本開示に基づいて、本明細書が開示する具体的実施形態に対して多くの変更を施し、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく同様又は同一の結果を得ることができることを、当業者には理解されたい。
【００８０】
実施例１
この実施例は、合成炭化水素を生産するための例示的な方法を提供する。本明細書に開示するいかなる及び全ての選択的な方法実施形態は、いずれの開示された装置を用いて、開示されたいかなる及び全ての方法実施形態を実施できるよう修正改変してよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、合成炭化水素を生産するための方法は：（１）水素及び一酸化炭素をガスリフト装置に注入するステップ；並びに（２）合成炭化水素をガスリフト装置から出すステップを含む。またこの方法は、ガスリフト装置が配管及び円環部を備え、この配管部にはフィッシャー・トロプシュ触媒が充填され、またこの配管は、水素及び一酸化炭素が上記フィッシャー・トロプシュ触媒を通過して移動し、合成炭化水素を形成するように構成されるよう、修正改変される。
【００８２】
更なる実施形態では、本装置は、合成炭化水素及び水が配管の底部から流出して、円環部を上方へと通過して表面まで移動するよう構成される。
【００８３】
更なる実施形態では、本方法は、以下の追加のステップ：（１）ガスリフト装置から出された合成炭化水素から水素又は二酸化炭素を分離するステップ；及び（２）合成炭化水素に変換されなかったいずれの水素又は二酸化炭素を再処理して再注入するステップを含んでよい。
【００８４】
具体的実施形態では、合成炭化水素を生産するための方法は生産井において実施される。この実施形態では、生産井からの生産物が円環部を上方へと流れて合成炭化水素を冷却するよう、本方法を改変できる。
【００８５】
代替実施形態では、合成炭化水素を生産するための方法は生産ライザにおいて実施される。この実施形態では、生産ライザからの生産物が円環部を上方へと流れて合成炭化水素を冷却するよう、本方法を改変できる。
【００８６】
更なる及び／又は代替実施形態では、合成炭化水素を生産するための方法は、非自噴井において実施される。
【００８７】
上述の各実施形態では、以下の追加のステップ：（１）冷却流体を円環部へと上方に循環させ、ここで冷却流体を新たに形成された合成炭化水素と混合するステップ；（２）新たに形成された合成炭化水素から冷却流体を分離するステップ（この分離ステップは表面において行われる）；（３）冷却流体を再冷却するステップ；及び（４）再冷却した冷却流体を再注入するステップを含むことによって本方法を改変できる。
【００８８】
図１は、生産井における低温高圧フィッシャー・トロプシュプロセスを示す。図１に示すように、ＣＯ及びＨ2である供給原料１を２５００ｐｓｉで注入する。ＣＯ及びＨ2が、２インチのコバルト充填配管２まで移動すると、ガス及び水（２５０Ｆ°）が円環部４を通して上方へと押し出される。図１は、どのように合成ガスが生産され、生産物５と混合されるかの一例を提供する。井は、１２ｍｍｓｃｆｄ、２００Ｆ°、１８００ｐｓｉで１２０００ＢＢＬＤの油３を生産し、これは油、メタン、水の混合物である。図１に示すように、触媒を含有する配管の長さは約５０００フィートである。
【００８９】
図２は、ダミーウェル（ｄｕｍｍｙ  ｗｅｌｌ）におけるフィッシャー・トロプシュプロセスを示す。図２に示すように、ＣＯ及びＨ2である供給原料６を、１．２ｍｍｓｃｆｄの割合で２５００〜３０００ｐｓｉで注入する。ＣＯ及びＨ2が、２インチのコバルト充填配管７まで移動すると、合成油、高温の油及び水（２５０Ｆ°）が円環部１１から押し出される。また図２では、冷却油９が冷却用ケーシング１０を通って循環し、円環部８において合成炭化水素産物と混合され、この円環部を上方へと流れて、円環部１１から９０ガロン／分（ｇｐｍ）の割合で６０Ｆ°で流出する。
【００９０】
実施例２
この実施例は、合成炭化水素を生産するための例示的な装置を提供する。本明細書に開示するいかなる及び全ての選択された装置実施形態は、いかなる及び全ての開示された装置実施形態を用いて、開示された１つ又は複数の方法を実施できるよう修正改変してよい。
【００９１】
合成炭化水素を生産するための装置は、少なくとも配管及び円環部を備える。例えば、合成炭化水素を生産するための装置は、フィッシャー・トロプシュ触媒で充填された配管を備える。この配管は、水素及び一酸化炭素を配管の頂部に注入し、水素及び一酸化炭素がフィッシャー・トロプシュ触媒を通過して移動することで、合成炭化水素が生産され、合成炭化水素が生産されるにつれて熱が遮断されるよう構成される。
【００９２】
いくつかの実施形態では、配管の底部から出て円環部を昇り表面に到達するように合成炭化水素及び水を配向するよう、配管を構成するように、本装置を改変してよい。
【００９３】
更なる実施形態では、合成炭化水素に変換されなかったいずれの水素又は一酸化炭素が円環部を上方へと通過して表面まで移動し、ここでこれら変換されなかった水素又は一酸化炭素を再処理して再注入するよう、本装置を改変してよい。
【００９４】
いくつかの実施形態では、本装置は生産井内に配置される。このような実施形態では、生産井からの生産物が円環部を上方へと流れて合成炭化水素を冷却する。
【００９５】
更なる及び／又は代替実施形態では、本装置は生産ライザ内に配置される。このような実施形態では、生産ライザからの生産物が円環部を上方へと流れて合成炭化水素を冷却する。
【００９６】
更なる及び／又は代替実施形態では、本装置は非自噴井内に配置される。これらの実施形態、及び実施例２の上述の実施形態のいずれにおいて、本装置は、冷却水を円環部へと上方に循環させ、ここで冷却水を新たに形成された合成炭化水素と混合し、表面において冷却水を分離して、再注入のために再冷却できる。
【００９７】
実施例３
いくつかの実施形態では、合成炭化水素由来産物を生産するための方法は：（１）供給原料をガスリフト装置に注入するステップ；及び（２）合成炭化水素由来産物をガスリフト装置から出すステップを含む。ガスリフト装置は配管及び円環部を備え、配管は更に触媒を含む。またこの配管は、供給原料が触媒を通過して移動することで合成炭化水素由来産物が形成されるよう構成される。
【００９８】
具体的実施形態では、配管を触媒でコーティング及び／若しくは充填する、並びに／又は装置を、合成炭化水素由来産物が配管の底部から流出して円環部を上方へと通過して表面まで移動するように構成する。
【００９９】
いくつかの実施形態では、本方法は：（１）ガスリフト装置から出された合成炭化水素由来産物から残留供給原料を分離するステップ；及び（２）合成炭化水素由来産物に変換されなかったいずれの供給原料を再処理して再注入するステップを更に含む。
【０１００】
本方法の具体的実施形態では、供給原料及び触媒は、以下からなる群から選択されるプロセスを実行するのに適している：ハーバープロセス；ハーバーボッシュプロセス；アンモニア又は合成ガスを工業的に生産するために使用されるプロセス；クラウスプロセス；ガス脱硫プロセス；気体硫化水素から元素硫黄を回収するために使用されるプロセス；ベルギウスプロセス；高温高圧下での高揮発性瀝青炭の水素化により、合成燃料として使用するための液体炭化水素を生成するために使用されるプロセス；ディーコンプロセス；ディーコン・ルブランプロセス；サバティエプロセス；サバティエ・サンドランプロセス；水素化プロセス；酸化プロセス；アンモニア酸化プロセス；アンドルソフ合成；水素化分解プロセス；アルキル化プロセス；水素処理プロセス；触媒改質プロセス；コーク形成；ナフタ改質プロセス；芳香族の形成、改質及び機能化のためのプロセス；ｃｙｃｌａｒプロセス；Ｍ２−形成プロセス；触媒脱蝋プロセス；異性化プロセス；イソプロピルアルコール形成；アセトン形成；ビスフェノール−Ａ形成；クメン形成；塩化ビニル形成；オキシ塩素化プロセス；ブタジエン及びスチレンからの合成ゴムの形成；ブタン又はブテンからのブタジエンの形成；スチレン生産；ナイロン生産；ナイロン中間物の生産；アジピン酸の形成；ヘキサメチレンジアミンの形成；ナイロンポリマーの形成；Ｓｎｉａ−Ｖｉｓｃｏｓａプロセス；ヒドロホルミル化及びカルボニル化プロセス；オレフィンのメタセシス；シェル高級オレフィンプロセス；ポリエチレン形成；ポリプロピレン形成；アンモニア合成ガスの形成；供給原料精製プロセス；水素化脱硫プロセス；塩素除去のためのプロセス；硫黄吸着；水蒸気改質；一酸化炭素除去；一酸化炭素変換；並びにメタン化；メタノール合成ガスの形成；ＯＸＯ合成ガスの形成；水素生産；還元ガスの水蒸気改質のためのプロセス；都市ガス生産；自己熱改質プロセス；クロードプロセス；揮発性有機化合物除去のためのプロセス；フィッシャー・トロプシュプロセス；乾燥二酸化炭素（ＣＯ2）改質；炭化水素類の炭化水素分解；並びに水蒸気改質。
【０１０１】
本方法のより具体的な実施形態では、供給原料及び触媒は、以下からなる群から選択されるプロセスを実行するのに適している：フィッシャー・トロプシュプロセス；乾燥二酸化炭素（ＣＯ2）改質；炭化水素類の炭化水素分解；及び水蒸気改質。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、本方法は生産井において実施される。また、生産井（ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｗｅｌｌ）からの生産物は、円環部を上方へと流れて合成炭化水素由来産物を冷却する。
【０１０３】
更なる実施形態では、本方法は生産ライザにおいて実施される。また、生産ライザからの生産物は、円環部を上方へと流れて合成炭化水素由来産物を冷却する。
【０１０４】
代替実施形態では、本方法は非自噴井（ｎｏｎ−ｆｌｏｗｉｎｇ  ｗｅｌｌ）において実施される。
【０１０５】
更なる実施形態では、本方法は：（１）冷却流体を円環部へと上方に循環させ、ここで冷却流体を新たに形成された合成炭化水素由来産物と混合するステップ；（２）新たに形成された合成炭化水素由来産物から冷却流体を分離するステップ（この分離ステップは表面において行われる）；（３）冷却流体を再冷却するステップ；及び（４）再冷却した冷却流体を再注入するステップを更に含む。
【０１０６】
実施例４
いくつかの実施形態では、合成炭化水素由来産物を生産するための装置は、（１）配管及び（２）円環部を備える。配管は触媒で充填又はコーティングされる。またこの配管は、（１）供給原料を配管の頂部に注入し、（２）供給原料が触媒を通過して移動することで、合成炭化水素由来産物が生産され、（３）合成炭化水素由来産物が生産されるにつれて熱が遮断されるよう構成される。
【０１０７】
特定の実施形態では、配管は、合成炭化水素由来産物及び水が配管の底部から流出して、円環部を上方へと通過して表面まで移動するよう構成される。
【０１０８】
いくつかの実施例では、合成炭化水素由来産物に変換されなかったいずれの供給原料は、円環部を上方へと通過して表面まで移動し、ここで上記変換されなかった供給原料を再処理して再注入する。
【０１０９】
特定の実施形態では、供給原料及び触媒は、以下からなる群から選択されるプロセスから得られる炭化水素由来産物を生産するのに適している：ハーバープロセス；ハーバーボッシュプロセス；アンモニア又は合成ガスを工業的に生産するために使用されるプロセス；クラウスプロセス；ガス脱硫プロセス；気体硫化水素から元素硫黄を回収するために使用されるプロセス；ベルギウスプロセス；高温高圧下での高揮発性瀝青炭の水素化により、合成燃料として使用するための液体炭化水素を生成するために使用されるプロセス；ディーコンプロセス；ディーコン・ルブランプロセス；サバティエプロセス；サバティエ・サンドランプロセス；水素化プロセス；酸化プロセス；アンモニア酸化プロセス；アンドルソフ合成；水素化分解プロセス；アルキル化プロセス；水素処理プロセス；触媒改質プロセス；コーク形成；ナフタ改質プロセス；芳香族の形成、改質及び機能化のためのプロセス；ｃｙｃｌａｒプロセス；Ｍ２−形成プロセス；触媒脱蝋プロセス；異性化プロセス；イソプロピルアルコール形成；アセトン形成；ビスフェノール−Ａ形成；クメン形成；塩化ビニル形成；オキシ塩素化プロセス；ブタジエン及びスチレンからの合成ゴムの形成；ブタン又はブテンからのブタジエンの形成；スチレン生産；ナイロン生産；ナイロン中間物の生産；アジピン酸の形成；ヘキサメチレンジアミンの形成；ナイロンポリマーの形成；Ｓｎｉａ−Ｖｉｓｃｏｓａプロセス；ヒドロホルミル化及びカルボニル化プロセス；オレフィンのメタセシス；シェル高級オレフィンプロセス；ポリエチレン形成；ポリプロピレン形成；アンモニア合成ガスの形成；供給原料精製プロセス；水素化脱硫プロセス；塩素除去のためのプロセス；硫黄吸着；水蒸気改質；一酸化炭素除去；一酸化炭素変換；並びにメタン化；メタノール合成ガスの形成；ＯＸＯ合成ガスの形成；水素生産；還元ガスの水蒸気改質のためのプロセス；都市ガス生産；自己熱改質プロセス；クロードプロセス；揮発性有機化合物除去のためのプロセス；フィッシャー・トロプシュプロセス；乾燥二酸化炭素（ＣＯ2）改質；炭化水素類の炭化水素分解；並びに水蒸気改質。
【０１１０】
具体的な実施形態では、供給原料及び触媒は、以下からなる群から選択されるプロセスから得られる炭化水素由来産物を生産するのに適している：フィッシャー・トロプシュプロセス；乾燥二酸化炭素（ＣＯ2）改質；炭化水素分解；及び水蒸気改質。
【０１１１】
いくつかの実施例では、本装置は生産井に配置される。また、生産井からの生産物は、円環部を上方へと流れて合成炭化水素由来産物を冷却する。
【０１１２】
他の実施例では、本装置は生産ライザに配置される。生産ライザからの生産物は、円環部を上方へと流れて合成炭化水素由来産物を冷却する。
【０１１３】
代替実施例では、本装置は非自噴井に配置される。また本装置は、冷却水を円環部へと上方に循環させ、ここで冷却水を新たに形成された石油産物と混合し、表面において冷却水を分離して、再注入のために再冷却できる。
【０１１４】
参考文献
本明細書において言及した全ての特許及び刊行物は、本発明に関係する当業者のレベルの指標である。全ての特許及び刊行物は、個々の刊行物それぞれが参照により援用されるものであることを明確にかつ別個に表示されているかのように、参照によりその全体が同じ程度に本出願に援用される。
【０１１５】
本発明及びその利点について詳細に説明したが、添付の請求項によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換、修正を行うことができることを理解されたい。更に、本明細書に記載のプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法及びステップの特定の実施形態に本出願の範囲を限定することは意図されていない。本発明の開示から当業者は容易に理解できるだろうが、本発明に従って、本明細書に記載の対応する実施形態と実質的に同一の機能を果たす、又は実質的に同一の結果を達成する、既存の又は今後開発されることになるプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法又はステップを利用できる。従って添付の請求項は、上記のようなプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法又はステップをその範囲内に含むことを意図したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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