(57)【要約】  スラリー泡カラム反応器（６０）で使用するための降下管（６１）が、上部（６２）と、細長い平板状の中間部（６３）と、低部（６４）とを備えている。上部（６２）は、スラリーがそれを通って降下管（６１）に入ることができるスラリー入口（６６）と、スラリーからガス泡を分離するように整えられたガス分離手段（６５）と、分離されたガスがそこを通って逃れることのできるガス出口とを有する。中間部（６３）は、使用時に鉛直方向に伸び、そこをスラリーが下方に通過できる。低部（６４）は、スラリー出口（７１）を有する。このスラリー出口（７１）は、中間部（６３）の縦軸に対して傾斜している壁（６９）によって規定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー泡カラム反応器に用いるための降下管であって、
スラリーがそれを通って前記降下管に入ることができるスラリー入口と、分離されたガスがそこを通って逃れることのできるガス出口とを有する上部と、
使用時に鉛直方向に伸び、そこをスラリーが下方に通過できる、前記上部の下の、細長い筒状の中間部と、
スラリー出口を有する、前記中間部の下の低部とを備え、
該スラリー出口は、前記中間部の縦軸に対して傾斜している壁によって少なくともその一部が規定され、該壁の中で前記スラリー出口は、前記中間部に対する開口を規定する穴で終止し、該開口は、前記中間部の前記軸に対して直交する平面上の、前記穴から前記中間部までの開口領域であり、該開口は、前記中間部の横断面積の２／３未満を表し、それにより、使用時に、上方に移動するガス泡が、前記スラリー出口を通って前記降下管中に入ることを制限することを特徴とする降下管。
【請求項２】
請求項１に記載の降下管であって、前記上部は、前記スラリーからガス泡を分離するように整えられたガス分離手段を有することを特徴とする降下管。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の降下管であって、前記開口は、前記中間部の前記横断面積の５０％未満をあらわすことを特徴とする降下管。
【請求項４】
請求項３に記載の降下管であって、前記開口は、前記中間部の前記横断面積の２５％未満をあらわすことを特徴とする降下管。
【請求項５】
請求項４に記載の降下管であって、前記開口は、前記中間部の前記横断面積の０％をあらわすことを特徴とする降下管。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の降下管であって、前記中間部の前記軸に垂直な平面上での前記低部の幾何学的な突起が、前記中間部の前記横断面積の１１０％未満であることを特徴とする降下管。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の降下管であって、前記出口は、截頭円錐壁部により形成され、それにより該出口は前記中間部の前記横断面積よりも小さな面積を有することを特徴とする降下管。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の降下管であって、前記出口の周囲は、前記中間部の前記軸に対してある傾斜角度で傾斜していることを特徴とする降下管。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の降下管であって、前記出口の前記周囲は、前記中間部の前記軸に対して平行であることを特徴とする降下管。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の降下管であって、前記出口は、前記中間部の前記軸の方向から見たときに、前記中間部からずれていることを特徴とする降下管。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の降下管であって、前記降下管の前記壁の全ての実質的部分が、一般的な条件下で触媒粒子の安息角より険しい傾きを有し、それにより、そのような場所での触媒の堆積を防止することを特徴とする降下管。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の降下管であって、前記中間部は、使用時に前記中間部の中をガスが上に移動することを制限するための手段を有することを特徴とする降下管。
【請求項１３】
請求項１２に記載の降下管であって、前記ガスの移動を制限する手段は、前記中間部の内側に水平に配置された円板を備え、該円板が、前記中間部の前記横断面積の少なくとも２０％を覆うことを特徴とする降下管。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の降下管であって、前記中間部は、前記スラリー泡カラム反応器の使用時に前記スラリー中のガス泡を集めるための手段を有することを特徴とする降下管。
【請求項１５】
請求項１４に記載の降下管であって、前記ガス泡を集めるための手段は、その下端にフレアスカートを有する管を備えたことを特徴とする降下管。
【請求項１６】
請求項１５に記載の降下管であって、前記管は、前記降下管の上端まで延びていることを特徴とする降下管。
【請求項１７】
その中に固定された、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の降下管を有するスラリー泡カラム反応器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の反応器であって、前記降下管の鉛直方向の長さが、使用時の、スラリー泡カラム中の前記スラリーの意図した深さの３０〜１２０％の範囲内にあることを特徴とする反応器。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の反応器であって、前記スラリーの上部にガス相を有し、前記上部からの前記ガス出口が前記ガス相と連通していることを特徴とする反応器。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の反応器であって、前記降下管は、前記スラリーの最上部の領域から前記反応器の底部の領域まで延びていることを特徴とする反応器。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の反応器であって、複数の降下管を有することを特徴とする反応器。
【請求項２２】
請求項１７〜２１のいずれか１項に記載されたスラリー泡反応器の用途であって、フィッシャー−トロプシュ合成反応を行なうことを特徴とする反応器の用途。
【請求項２３】
フィッシャー−トロプシュ合成反応を行なう方法であって、水素ガスと一酸化炭素ガスとを、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の反応器中のフィッシャー−トロプシュ触媒を含むスラリーに供給するステップを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスラリー泡カラム反応器用降下管に関する。
【背景技術】
【０００２】
降下管は、スラリー相の鉛直方向での触媒粒子のより適切で一様な分布と、スラリー泡カラム反応器（ＳＢＣＲ）内のより一様な温度とを達成するために、ＳＢＣＲの中で使用される。一般に、降下管は、ＳＢＣＲの中で鉛直に位置された管状構造で、ガス分離手段と、生成するガス泡の降下管構造の下端への進入の制限のための手段とを備えている。
【０００３】
ＷＯ９８／５０４９４は、降下管の上部に位置したガス分離帯を備えた降下管を開示している。降下管の底部の下の円錐形をしたバッフルが、上方に移動するガス泡が降下管中に入り込むのを防ぐ。
【０００４】
ＥＰ０６７４６１０中に、両端が開口され、スラリー相中に完全に沈められた降下管が示されている。この降下管の下端部は、ＳＢＣＲの底部からガス泡をそらせるバッフル装置により、降下管の下端部にガス泡が入り込むことから防護される。このバッフル装置は、ＷＯ９８／５０４９４のそれに類似した円錐形をしてもよい。
【０００５】
本発明の課題は、ＳＢＣＲの中の触媒粒子のより一様な鉛直分布を達成することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、上部と、細長い筒状の中間部と、低部とを備えた、スラリー泡カラム反応器で使用するための降下管が提供される。上部は、スラリーがそれを通って降下管に入ることができるスラリー入口と、分離されたガスがそこを通って逃れることのできるガス出口とを有する。中間部は、使用時に鉛直方向に伸び、そこをスラリーが下方に通過できる。低部は、スラリー出口を有する。このスラリー出口は、中間部の縦軸に対して傾斜している壁によって少なくともその一部が規定され、その壁の中でスラリー出口は、中間部に対する開口を規定する穴であり、この開口は、中間部の軸に対して直交する平面上の、穴から中間部までの開口領域である。この開口は、中間部の横の断面積の２／３未満に相当し、それにより、使用時に、上方に移動するガス泡が、スラリー出口を通って降下管中に入ることを制限する。
【０００７】
上部は、スラリーからガス泡を分離するように整えられたガス分離手段を有することが望ましい。
【０００８】
開口は、降下管の下の表面の領域として考えられる。この表面は、中間部の軸に平行な方向中の降下管の内部を進行する光により照明され、また、中間部の軸に対して垂直である。
【０００９】
傾斜部は、滑らかで曲がった形状を有することが望ましく、管状の湾曲部の一部であってよい。
【００１０】
出口は、截頭円錐形の壁部により形成でき、それにより出口は、中間部の横断面積よりも小さい面積を有する。出口の周囲は、中間部の軸に対してある傾斜角で傾いてよく、あるいはそれに平行であってよい。出口は、中間部の軸方向から見たときに、中間部から偏っていてよい。
【００１１】
降下管の壁のどんな実質的な部分も、一般的な条件下で触媒粒子の安息角より険しい傾きを有し、それにより、降下管のそのような場所での触媒の堆積を防止することが望ましい。
【００１２】
中間部は、使用時に中間部の中をガスが上に移動することを制限するための手段を有することが望ましい。ガスの移動を制限する手段は、中間部の内側に水平に配置された円板を備え、この円板が、中間部の横断面積の少なくとも２０％を覆うことが望ましい。
【００１３】
中間部は、スラリー泡カラム反応器の使用時にスラリー中のガス泡を集めるための手段を有することが望ましい。ガス泡を集めるための手段は、その下端にフレアスカートを有する管を備えることが望ましい。この管は、降下管の上端まで延びることが望ましい。
【００１４】
本発明は、スラリー泡カラム反応器等の、上述したような一以上の降下管を有する反応器にまで及ぶ。降下管の鉛直方向の長さは、使用時の、スラリー泡カラム中のスラリーの意図した深さの３０〜１２０％の範囲にあることが望ましい。スラリーの上部にはガス相があり、上部からのガス出口がガス相と連通していることが望ましい。
【００１５】
本発明は、フィッシャー−トロプシュ合成反応を行なう反応器等の使用まで及ぶ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、種々の方法で実施することができ、添付の図面を参照して例示する方法でいくつかの実施の形態を以下に説明する。
【００１７】
図１に示される実施の形態は、本発明の原理と動作とを示す、一つの特別な実験的設定を表す。この実施の形態は、実物大の産業上の適用には対応しないことがあり得る事を理解すべきである。
【００１８】
降下管１１の低部は７．６２ｃｍ（３インチ）の管で形成され、底部に湾曲部１２を有し、湾曲部１２は穴１３を規定する。穴１３は、管の軸に対して４５°に設定されている。実際上、この設計は十分に機能した。
【００１９】
図２では、降下管２１を形成する管が１２７ｍｍ（５インチ）の径を有する。それは、管の軸に平行な穴２３を規定する肘継ぎ手２２を有する。降下管を通る流速は低かったが、この設計は実際上十分に機能した。
【００２０】
図３に示した設計は図２のものと類似しているが、この管は、穴３３の上方約５０ｃｍの降下管３１の内側に円板３４を追加的に有する。円板３４は降下管３１の断面積の約半分を占める。再び、この設計は十分に作用したが、円板３４が、断面積のほぼ１／４を占め、穴３３の上方１５０ｃｍに位置する小さな円板に置き換えられると、降下管の性能は不満足なものであった。
【００２１】
図４に示す降下管４１は図２のものとやはり類似しているが、穴４３の上方に位置し、上方に伸びてスラリー相の最上部の上で開口する管４５に接続された倒置した煙突４４を有する。
【００２２】
図５の降下管５１は、再び図２と類似しているが、この場合は、下部が、管の軸に平行な小穴５３を規定する円錐台５４中で終端している。
【００２３】
図４及び図５の両実施の形態とも十分に機能した。
【００２４】
ここで、図６及び図７を参照すると、穴により規定される開口の概念は、増幅されるであろう。図１に関して説明したように、降下管１１は、穴１３を規定する湾曲部１２で終始する。管の輪郭は、図７の円１４のように示され、一方楕円形状１５は穴１３の輪郭を表わす。円１４と楕円形状１５の２個の扇形により縁取られた領域１６が開口である。図２，図３，図４，図５，図８，図９，図１２及び図１３に示された配置中で開口は０の値を有することであろうことが理解されるであろう。
【００２５】
図８及び図９は、スラリー泡カラム反応器６０中に鉛直に伸びている降下管６１を示す。実際には反応器中に数本の降下管が存在する確立が高いことが理解されるであろう。
【００２６】
降下管６１は、上部６２、中間部６３及び低部６４を備えている。
【００２７】
上部６２は、高さ約２６０ｃｍで、頂部が開口しており、１１．２ｃｍの内径を有する。上部６２の底部は７８ｃｍで、２１ｃｍの増大した内径を有し、脱気帯６５を構成する。脱気帯６５は、脱気帯６５の底部の上約５０ｃｍに位置する降下管の内部に対する一連のスラリー入口６６を有する。スラリー入口６６の面積は脱気部６５の断面積の１．９倍で、降下管６１の中間部６３の断面積の６．７倍である。
【００２８】
中間部６３は管であり、高さ１２００ｃｍ、径１１．２ｃｍである。
【００２９】
低部６４は、径１１．２ｃｍの管６８及び湾曲部６９を有し、穴７１で終止する。穴７１は降下管６１の軸に平行である。全体として、低部６４は約９７ｃｍの高さを有する。
【００３０】
反応器６０は、約１６００ｃｍの高さ、５０ｃｍの内径を有し、降下管６１の開いた頂点の水準より下にある約１５５０ｃｍの高さ７３までスラリー液７２を含んでいる。このことは、液７２の上のガス空間７４を帰結する。反応器６０の頂点にガス出口７５が存在する。
【００３１】
反応器６０の底部の近傍に、ガス入口７６とガス分配器７７とが存在する。降下管６１とガス入口７６との相対位置は図９に示されている。反応器６０も（図示しない）スラリー出口を有する。
【００３２】
本発明は、ここで、以下の実施例において更に説明される。使用される装置は図８及び図９に関して説明されたものである。商業的装置では、降下管は、以下の実施例中で参照する降下管とは異なる寸法を持ち得ることを理解すべきである。
【００３３】
実施例１
ガス速度の効果
上記図８及び図９中に示す降下管を有するカラムは、水で満たされ、空気は、反応器の底部の近傍に注入された。表面のガス速度ｕｇを変化させた。スラリー入口面積Δｈｔｏｐの頂部の上方の拡張した液体の液面はほぼ一定に保たれた。以下の表の中で、降下管中の対応する液体の速度ｕ１が報告される。降下管の内部と外部の圧力差ΔＰも含まれ、この媒介変数と液体速度との関係を示す。その結果は表１に示され、図１０にもグラフ化して示される。
【００３４】
【表１】
2007526114.tif 000003
【００３５】
これらの結果は、降下管の効率が、ガス速度の増加に伴って減少することを示している。しかしながら、降下管の機能が軸方向の触媒濃度特性を減少させることを心に留めておくべきである。この特性もガス速度の増加に伴い減少する。したがって、降下管が低いガス速度でよい効率を持つことが最も重要である。
【００３６】
実施例２
他の可能な降下管の出口形状
降下管の出口部は、ガス泡が降下管に入るのを防止する助けとなる。図８及び図９に示す９０°湾曲部以外の幾つかの形状が可能である。図８及び図９に示すカラムのより短い形（６．６ｍの高さ）が、１２．７ｃｍ（５インチ）径の降下管とともに用いられ、他の３つの可能な形状が調査された。それらは、
＊スラリー出口に湾曲部がなく、出口径が減少され、その結果、出口の断面積が５０％だけ減少したもの、
＊１３５°湾曲部、スラリー出口領域の上半分が塞がれたもの、
＊９０°湾曲部、断面領域の半分を覆う煙突の形の中の内側のガス捕集装置を備えたものである。これらは、図１１、図１２及び図１３に示される。
【００３７】
この結果は、図１４中に見られ、異なった選択肢に対して、降下管の性能の差は実際上存在しないことを示している。
【００３８】
不十分な降下管性能を齎した降下管の出口に対する他の選択肢も試験された。これらの試験において、ΔＰの測定値は、流量計よりも、性能を示すように用いられた。試験された設計は、
＊スラリー出口に湾曲部がなく、出口径の減少がないもの、
＊４５°Ｃの湾曲部で、図１６よりも大きな開口面積を有するものである。
【００３９】
最後の選択肢を用いた実験の結果を以下の表２に示す（０に近いΔＰの値は、降下管中に液流が存在しないか、非常に低速の液流が存在することを表す）。
【００４０】
【表２】
2007526114.tif 000004
【００４１】
実施例３
脱気部の上部の効果
ＥＰ０６７４６１０において、スラリー相中に完全に沈められた降下管が用いられる。この実施例において、このようなスラリー入口を有する降下管が、沈められておらず、スラリー入口が脱気部側にある降下管と比較される。スラリー入口の下の降下管部だけが使用されたことを除いて、図８及び図９に示す降下管を有するカラムが用いられた。スラリー入口面積Δｈｔｏｐの頂部の上の拡張した液体の液面がほぼ一定に保たれた。以下の表３において、降下管中の対応する液体速度ｕ１が示される。表３に示された結果は、沈められておらず、脱気部の側にスラリー入口を有する（即ち、本発明）降下管を用いて得られた結果と図１５中で比較される。
【００４２】
【表３】
2007526114.tif 000005
【００４３】
図１５は、スラリー中に完全に沈められた降下管よりも、本発明がより高い液体速度を与えることを示している。
【００４４】
実施例４
触媒濃度特性の効果
図８及び図９に示す降下管を備えたカラムが、この実施例に対しても用いられた。水に加えて、このカラムは、ここで、粒子で満たされていた。用いられた粒子はＳｉＣであり、ほぼ７５μｍの平均粒子径を有していた。粒子の濃度はほぼ２００ｇ／ｌだった。スラリー入口領域Δｈｔｏｐの頂部より上で拡張された液体の液面がほぼ一定に保たれた。降下管中の対応する液体速度ｕ１が表４及び図１６に示される。
【００４５】
【表４】
2007526114.tif 000006
【００４６】
各ガス速度において、スラリーの標本がカラムから引き出され、触媒濃度が決定された。そして、降下管入口が封止され、すべての三つのガス速度に対して実験が繰り返された。使用時に降下管を用いる場合と用いない場合との実験における触媒濃度特性が図１７、図１８及び図１９に異なるガス速度に対して示される。これらの図は、明らかに降下管の効果を示している。降下管が用いられた場合、触媒濃度は、降下管を用いない場合に比べて触媒濃度はカラムを介してより均一であった。（注：図１７、図１８及び図１９のｘ軸上の数字はガス分配器の上の距離を参照する。負の数は、標本がこの水準より下に引き出されたことを意味する。）
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る降下管の下端の実施の一形態を示す図である。
【図２】本発明に係る降下管の下端の別の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明に係る降下管の下端の更に別の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明に係る降下管の下端の更に別の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明に係る降下管の下端の更に別の実施の形態を示す図である。
【図６】図１の実施の形態の拡大図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図８】本発明に係る降下管を有する反応器の縦断面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図１０】ガス速度の降下管の動作に関する効果を示すグラフである。
【図１１】降下管の出口の一形状を示す図である。
【図１２】降下管の出口の別の形状を示す図である。
【図１３】降下管の出口の更に別の形状を示す図である。
【図１４】図１１〜図１３の異なる形状の効果を示すグラフである。
【図１５】スラリー上のガス空間と降下管の連通の効果を示す図である。
【図１６】液体中に存在する粒子を有する場合の図１０に類似したグラフである。
【図１７】あるガス速度での触媒濃度特性を示すグラフである。
【図１８】別のガス速度での触媒濃度特性を示すグラフである。
【図１９】更に別のガス速度での触媒濃度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１１、２１、３１、４１、５１、６１    降下管
１２、６９    湾曲部
１３、２３、３３、４３、７１    穴
１４    円
１５    楕円形状
１６    領域
２２    肘継ぎ手
３４    円板
４４    煙突
４５、６８    管
５３    小穴
５４    円錐台
６０    スラリー泡カラム反応器
６２    上部
６３    中間部
６４    低部
６６    スラリー入口
６９    壁
７１    スラリー出口
７２    スラリー液
７４    ガス空間
７５    ガス出口
７６    ガス入口
７７    ガス分配器
【図１】
2007526114.tif 000007
【図２】
2007526114.tif 000008
【図３】
2007526114.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2007526114.tif 000020
【図１５】
2007526114.tif 000021
【図１６】
2007526114.tif 000022
【図１７】
2007526114.tif 000023
【図１８】
2007526114.tif 000024
【図１９】
2007526114.tif 000025
【国際調査報告】
2007526114.tif 000026
2007526114.tif 000027