(57)【要約】  平衡条件におけるメタノール製造のための触媒反応器の向上された設計によって、形成されたメタノールが、メタノール触媒の触媒活性が低下されることなく反応器中で気相から液相中へ分離される。これは、触媒粒子と間接的に接触する液体冷却剤の沸点を調整し、そして触媒床容積と冷却表面との特定の比を設けることによって達成される。それにより、気相中での形成されたメタノールの凝縮は、反応器内及び非常に限定された触媒床内で均一に分布するよう配置された冷却表面において行われる。
2011515333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のシェル内に、複数の触媒管であって、それら触媒管の管側面に、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む合成ガスの転化のための触媒粒子が据え置かれた、前記複数の触媒管と、前記触媒管のシェル側に対して圧力が加えられた状態で、次の等式１に従って０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＢＷ）を有する液体冷却剤とを含み、そして前記据え置かれた触媒粒子の嵩容積と前記触媒管の表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２に従って０．４〜５の値Ｌを有し、そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２７（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；
そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
メタノール製造のための反応器。
【請求項２】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒チャージを保持する触媒床であって、該合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、該触媒床と、該触媒チャージ内の熱交換ユニットとを含んでなり、該熱交換ユニットが、その触媒チャージ中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器からなり、該熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、ここで、該冷却剤の沸点温度が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）を有し、そして、前記触媒チャージの嵩容積と、前記熱交換ユニットの表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜５の値Ｌが得られるように調節され、そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０４５（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；
そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
メタノール製造のための反応器。
【請求項３】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒粒子を含む触媒床であり、該合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、該触媒床と、前記反応器のシェルの軸に対して垂直方向で合成ガスを流す手段と、前記触媒床の内部に配置される熱交換ユニットとを含んでなり、前記熱交換ユニットが、前記触媒床中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器からなり、該熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、ここで、前記冷却剤の沸点温度が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）を有し、そして、前記触媒粒子の嵩容積と、前記熱交換ユニット表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜５の値Ｌが得られるように調節されており、そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２０（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
メタノール製造のための反応器。
【請求項４】
共通するシェル内に、前記触媒粒子の温度を、メタノールの露点より上に、加熱剤を用いて間接的に適合させる加熱手段を含み、該加熱手段が、その手段の表面と前記冷却手段との比が０．３〜３．０になるような表面を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のメタノール製造のための反応器。
【請求項５】
共通のシェル内に、複数の触媒管であって、それらの触媒管の管側面に触媒粒子が据え置かれ、前記固定された触媒粒子の嵩容積と、前記触媒管の表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２に従った０．４〜５の値Ｌを有し、前記合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、前記複数の触媒管を含む反応器中で、メタノール合成ガスを転化するステップ、及び
前記合成ガスを、触媒管のシェルへの加圧下に、液体冷却剤の存在下で反応させるステップであり、ここで前記液体冷却剤が次の等式１に従った結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）に調節された、該ステップを含み、
そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２７（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
請求項１又は４のいずれかに記載の反応器中でのメタノールの製造方法。
【請求項６】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒チャージを保持する触媒床と、該触媒チャージ内の熱交換ユニットとを含んでなる反応器であって、前記交換ユニットが、その触媒チャージ中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器からなり、そして前記熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、前記合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、前記反応器中でメタノール合成ガスを転化するステップを含み、その際、前記液体冷却剤の沸点温度が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような温度（ＴＷＢ）に調節され、そして、前記触媒チャージの嵩容積と、前記熱交換ユニットの表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜５の値Ｌが得られるように調節されており、
そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０４５（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と異なる寸法の触媒粒子とを有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
請求項２又は４に記載の反応器中でメタノールを製造する方法。
【請求項７】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒粒子を含む触媒床と、前記触媒床内に配置される熱交換ユニットとを含んでなり、前記熱交換ユニットが、前記触媒床中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器を含んでなる反応器中でメタノール合成ガスを転化するステップと、
前記合成ガスを、前記反応器のシェルの軸に対して垂直に流れる方向で前記触媒床を通過させるステップとを含み、前記合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含み、前記熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、ここで、該冷却剤が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）を有し、そして、前記触媒粒子の嵩容積と、前記熱交換ユニット表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜１５の値Ｌが得られるように調節されており、
そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
請求項３又は４に記載の反応器中でメタノールを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタノール合成触媒の存在下に、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有する合成ガスを転化することによる、メタノールの工業的製造に関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、向上されたメタノール反応平衡状態を可能にし、それによって合成ガスから形成されたままのメタノールの、原位置での分離（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）により、合成ガスの再循環を低減又は排除できる反応器に関する。
【背景技術】
【０００３】
メタノールの製造は、次の３つの平衡反応に基づく。
（１）  ＣＯ＋２Ｈ２＜＝＞ＣＨ３ＯＨ
（２）  ＣＯ２＋３Ｈ２＜＝＞ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ
（３）  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＜＝＞ＣＯ２＋Ｈ２
【０００４】
平衡に起因して、ごく少量の合成ガスだけがメタノールに転化されないため、合成ガスのその残部は再循環させなければならない。原位置における合成ガスからのメタノールの分離は、米国特許第４，７３１，３８７号明細書（特許文献１）中に記載されている。気固細流反応器（ｇａｓ  ｓｏｌｉｄ  ｔｒｉｃｋｌｅ  ｆｌｏｗ  ｒｅａｃｔｏｒ）中で、メタノールを吸収材料によって除去し、それにより平衡状態が向上する。反応器を通過させた後、メタノールをその吸収材料から脱離し、そして吸収材料を反応器インレットへ再利用する。そのようなシステムの欠点は、システムの複雑さにあり、これは、操作を困難にし、そして投資費用がより高くなるという結果を招く。
【０００５】
平衡の制限を克服する別の方法が、米国特許第５，２６２，４４３号明細書（特許文献２）に記載されており、その場合、触媒作用反応器は、製造されたメタノールの一部が触媒床中で凝縮する温度と圧力で作動される。この発明を適用することにより、高価な合成ガスの再循環を低減または排除することが可能となる。しかしながら、この方法には作動による二つの欠点が次のように存在する。
【０００６】
ガスの露点以下で作動させるためには、触媒温度を触媒反応のための最適温度レベルより下に低下させなければならない。温度が低くなればなるほど活性はますます低くなり、これは必要な触媒の体積及び反応器の費用を増大させる。
【０００７】
第二の問題は、多孔質の触媒中でメタノールを濃縮することに関連する。合成ガスは、触媒反応を開始させるために細孔系を通って触媒中に拡散されなければならない。この細孔がメタノールで塞がれた場合、拡散速度及び触媒活性は激しく低下する。
【０００８】
これら二つの問題は、従来のメタノール合成法で得られる触媒活性と比較して数倍触媒活性を減少させる。活性が減少した結果、凝縮反応器の寸法を大きくしなければならず、それによって、合成ガスの再循環を伴う従来の反応器よりも、反応器がさらに高価になるという結果を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，７３１，３８７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２６２，４４３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、一般に、平衡条件でのメタノール製造用の触媒的方法及び反応器の向上された設計を提供するものであり、ここで、メタノールは形成されたままの状態で、反応器中でガス相から液相中へと、メタノール触媒の触媒活性を減少させることなく分離される。これは、触媒粒子と間接的に接触する液体冷却剤の沸点又は温度を調整し、そして触媒床体積と冷却表面積との特定の比を設けることによって達成される。それにより、ガス相中で形成されたままの状態のメタノールの凝縮が、反応器内で均等に分布して配置された冷却面で生じる。
【００１１】
より詳細には、本発明は、請求項１〜３に記載のメタノール製造用の反応器である。
【００１２】
この反応器の特定の実施形態が、請求項４に定義される。
【００１３】
本発明は、さらに、請求項５〜７に記載のメタノールの製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の特定の実施形態は、以下の発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１５】
一般に、本発明で使用されるタイプの反応器は、あまり重要でない。液体冷却剤に要求される温度又は沸点は、いずれの反応器のタイプに関しても同じであり、そして冷却表面に対する触媒体積は、別の幾何学的配列に対する補正後には同一となる。
【００１６】
液体冷却剤の“温度”は、平均温度であり、伝達された全熱量の半分を受けた後の冷却剤温度と定義される。水蒸気上昇反応器に関しては、この平均温度は、液体冷却剤の沸点温度に近いものとなる。
【００１７】
最も有用なメタノール反応器は、水蒸気上昇タイプの反応器である。原則的な水蒸気上昇メタノール反応器の三つのタイプとは次のものである：
【００１８】
反応器タイプ１：触媒床の最上部から合成ガスが入り、そして触媒床が、液体冷却剤及び合成ガスで間接的に取り囲まれており、そして凝縮された液体メタノールが下方に向かって同時に移動する。そのような反応器の例を図面の中の図８に示す。
【００１９】
反応器タイプ２：触媒床の最上部から合成ガスが入り、そして液体冷却剤が、触媒床で間接的に取り囲まれており、そして合成ガス及び凝縮された液体が、下方に向かって同時に移動する。そのような反応器の例を図９に示す。
【００２０】
反応器タイプ３：円筒状の反応器の軸に対して垂直に合成ガスが入り、そして液体冷却剤が、触媒床及び合成ガスで間接的に取り囲まれており、そして凝縮された液体メタノールが反応器を放射状に通過する。そのような反応器の例を図１１に示す。
【００２１】
上述ならびに以下における“間接的に取り囲まれた”という用語は、間接熱交換について共通して知られる原理に関するものであり、その場合、冷却剤又は加熱剤は、例えば、管の壁部や熱交換器のプレートのような形態の熱伝達面によって冷却剤／加熱剤から分離された別の流体と間接的に熱接触する。
【００２２】
本発明に従って触媒床中で、形成されたままの状態でのメタノールの凝縮を、冷却面で実質的に生じさせるためには、次の二つの矛盾する手段が満たされなければならない：
１．  触媒床中において十分に高温を有するために、熱流束が小さくなければならない。これは、冷却面積を減少させるか、あるいは冷却剤の温度を高めることによって達成できる。
２．  十分に高い温度には、高熱の生成又は高い反応速度が必要である。メタノール合成ガスが、メタノールと熱力学平衡にある場合、触媒反応は停滞してしまい、そのため、熱の生成が消滅することになる。従って、生成されたメタノールを確実に高速で冷却面に輸送する必要がある。これは、液体冷却剤の冷却面積を増大させるか、あるいは冷却剤の温度を低下させることによって達成できる。
【００２３】
本発明により、以下でより詳細に説明するように、液体冷却剤の特定の温度と共に、触媒体積と冷却表面積との間の比を調節することによって凝縮を避けることにより、触媒活性が高く維持される。
【００２４】
反応熱がある温度まで高まるほど、触媒床中のメタノール濃度が適当に低くなるような長さに、触媒床中で生成されるメタノールの輸送経路の長さを調節し、その際、ある温度とは、触媒床中で生成されるメタノールの輸送経路の長さと同じ輸送長さ分だけ取り除かれる熱量を反応熱が補償するような温度である。それと同時に、冷却表面の温度は、確実に凝縮が生じるのに十分に低い温度であり、そして触媒床の温度が、触媒上での凝縮が回避され、かつ高い反応速度が維持されるほど高い。
【００２５】
この効果は、冷却面の特定の温度で達成される。反応器から取り除く必要のある熱は、実用的な理由から、蒸発熱によって又は液体冷却剤との熱交換によってしか除去できないような大きさのものである。冷却領域の表面温度は、液体冷却剤の温度に近い。
【００２６】
触媒床中でメタノールが凝縮するのを回避するためには、触媒体積と冷却表面積との比を増加させて冷却領域上で取り除かれる熱を補償するほど、生成熱は十分に高くなければならず、かつ、触媒体積と冷却表面積との比は、生成されたメタノール水蒸気を冷却面へ輸送するのに適していなければならない。
【００２７】
液体メタノールの再飛散（ｒｅ−ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）が実質的に低減または回避されることが好ましい。図１〜図７に示すように、下流で流れる粗製メタノールの、冷却面に対する流れ抵抗を低減すること、例えば、０．００２ｍを超える相当直径を有する触媒粒子を採用することによって、及び／又は液体フィルム安定剤を利用することによって、液体の再飛散を回避することができる。
【００２８】
液体メタノールの触媒床中への再飛散は、触媒床の温度をメタノールの露点より高く維持する加熱領域を反応器中に導入することによってもまた防ぐことができる。この加熱領域は、熱生成が触媒温度を露点より高く維持するのに不十分な場合にもまた、触媒温度を露点より高く保つ。加熱領域は、冷却領域に関して、触媒床中の強制的な温度勾配を得るために、触媒床内で均一に分布されるべきである。熱生成が、反応器のアウトレット側と比較して、反応器の合成ガスのインレット側の方がより高いため、この加熱領域は、反応器のインレット領域において触媒床を冷却し、そして反応器のアウトレット領域中の触媒床を単独で加熱することができる。合成ガスとの並流方向に冷却剤を導入することが好ましい。それにより、反応器のアウトレット領域を、インレット領域からの過熱によって再加熱することができる。加熱領域中で使用される加熱剤は、好ましくはボイラー供給水、水蒸気、またはこれらの混合物である。加熱剤の圧力は、好ましくは約２．３ＭＰａ〜約６．４ＭＰａである。
【００２９】
本発明の方法及び反応器の主たる利点とは、反応器中でのメタノール合成ガスの高い転化率であり、これは、形成された状態のメタノールを、凝縮によって冷却面上でガス相から液相へと、連続的に転移させることによって得られる。従って、メタノールプロセスは、転化されていない合成ガスを再循環させない方法（ｍｏｄｅ）により一度で遂行することができる。
【００３０】
従来の沸騰水型メタノール反応器と比較した、本発明の利点とは、凝縮熱が反応器中で水蒸気の生成に利用されることによって増大した水蒸気の生成であり、そのため、凝縮熱は、典型的には、後続の水冷型凝縮器中で除去される。反応熱が加熱ボイラーの供給水によって除去される場合、ボイラー供給水を、外部フラッシュドラム中で形成された水蒸気をフラッシュすることによってその後すぐに冷却することができる。
【００３１】
従来のメタノールプロセスにおいてはいくつかの副生成物が形成され、これらにはアセトン及びメチルエチルケトンがあって、それらは蒸留によって除去するのが困難である。水素化反応は非常に速いため、反応器中の所与の温度においてケトン類は熱力学的平衡にある。これらのケトン類は、冷却面で凝縮された粗製メタノール中に大部分が溶解し、そこではこの熱力学的平衡が、それらのケトン類が対応するアルコール類へと転化する方向へと、より好ましく向かう。この結果、生成されたメタノール中のケトン含有量は、従来的に操作されたメタノール反応器と比較して低いものとなる。
【００３２】
上述のプロセスパラメーター並びに反応器の設計及び寸法形状は、以下の等式（等式１〜等式３）及び所定の値を利用して計算できる：
【００３３】
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧である。
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量である。
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度である。
【００３４】
等式１：
Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）
【００３５】
（式中：
ＴＢＷは冷却剤の平均温度であり、総転移熱の半分を受けた後の冷却剤温度と定義される。
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
（インレットガスモジュール）
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
（不活性成分（ｉｎｅｒｔｓ）の割合）
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
（ＣＯとＣＯ２との比）
であり、Ｍが２．０未満の場合には、Ｃ＝１．０、さもなければＣ＝Ｅｘｐ（０．２＊（Ｍ−２．０））；
（Ｅｘｐは自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である。）
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｌｎは、底を２．７１８２８とする自然対数である。）
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）。
【００３６】
液体冷却剤の平均温度を計算することによって、等式２により、０．４〜５の数を有する設計値Ｌを用いて、触媒体積と冷却面積との比を計算することができる。
【００３７】
等式２：
ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）
【００３８】
（式中、
Ｍが２．０超の場合、Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））であり、さもなければ、Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）であり；
Ｇ＝ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｋは、採用した前述のような反応器のタイプ１〜３に依存する幾何学的定数である。
反応器タイプ１：Ｋ＝０．０２７；反応器タイプ２：Ｋ＝０．０４５；反応器タイプ３：Ｋ＝０．０２、
そして、
ＤＥＱ［ｍ］は、触媒粒子ＤＥＱ＝（６＊（粒子の体積［ｍ３］）／３．１４）０．３３と同じ体積を有する球体の径として計算される触媒ペレットの相当直径である。１つより多くのペレットサイズが採用される場合、重量平均相当直径が計算され、ＤＥＱ＝（Σｗ（ｉ）＊（ＤＥＱ（ｉ）３））０．３３である（式中、ｗ（ｉ）は、ＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する粒子の重量割合である。）；
ＶＣＡＴ［ｍ３］は、反応器中の固定された触媒の嵩容積であり；そして
ＡＣＯＯＬ［ｍ２］は、メタノールの凝縮が生じる冷却面の熱転移面積である。
【００３９】
反応器タイプ１に関しては、ＡＣＯＯＬは触媒管の総内部面積である。触媒管が長手方向内部フィンを有する場合、ＡＣＯＯＬは、フィンが設けられた管によって囲まれた最大円筒形の外側面積である。
【００４０】
反応器タイプ２及びタイプ３に関しては、ＡＣＯＯＬは平均温度ＴＢＷを有する液体冷却剤を含む冷却管の外側総面積である。触媒管が長手方向フィンを有する場合、ＡＣＯＯＬは、フィンを設けた管を囲む最小円筒形の外側面積である。
【００４１】
熱板熱交換器を採用する場合、ＡＣＯＯＬは、熱交換器板を囲む最小矩形の外側総面積である。
【００４２】
触媒床中への液体の再飛散が生じる場合、あるいは、反応熱の発生が低すぎて触媒をメタノールの露点より高く維持できない場合、前記で定義したような反応器タイプ２及びタイプ３中に、第二の加熱領域ＡＲＥＨＥＡＴ［ｍ２］を導入するのが好ましい。この第二の加熱領域によって、確実に触媒温度がメタノールの露点より高く維持されることになる。この熱領域で使用される加熱剤は、ボイラー供給水、水蒸気、又はそれらの混合物であり、液体媒体の場合、２２０℃〜２８０℃の沸点を有し、また、水蒸気の場合には露点は２２０℃〜２８０℃でなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明において使用されるワイヤーメッシュ内部設備を示している。液体冷却媒体１は、鋼管２の外側上にある。冷却管は、その内壁上に、その壁から離間して円筒状のワイヤーメッシュ３（細部Ａ）が設けられている。管２は、固定触媒床４を保持する。ガス相中の床４内部で生成されるメタノールの凝縮物フィルム５は、管の内壁上でフィルムとして凝縮し、そして内壁とワイヤーゲージとの間で下方に向かって流れる。この配置は、冷却剤が、内側にあってワイヤーゲージシリンダーが感圧の外側にあり、そして触媒床がワイヤーゲージシリンダーの外側となるように逆にすることができる。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明において使用されるワイヤーメッシュ内部設備を示している。液体冷却媒体１は、鋼管２の外側上にある。冷却管は、その内壁上に、その壁から離間して円筒状のワイヤーメッシュ３（細部Ａ）が設けられている。管２は、固定触媒床４を保持する。ガス相中の床４内部で生成されるメタノールの凝縮物フィルム５は、管の内壁上でフィルムとして凝縮し、そして内壁とワイヤーゲージとの間で下方に向かって流れる。この配置は、冷却剤が、内側にあってワイヤーゲージシリンダーが感圧の外側にあり、そして触媒床がワイヤーゲージシリンダーの外側となるように逆にすることができる。
【図２】図２は、本発明で使用される鋼製のスパイラル状（ｓｐｉｒａｌ）の内部設備を示している。液体冷却剤１は鋼管２の外側にある。鋼製のスパイラル部３は、固定触媒床４を保持する管２内に配置されている。メタノール凝縮物フィルム５は、スパイラル部の下側上で下方に向かって流れる。
【図３】図３は、本発明で使用される鋼製のらせん状の内部設備を示している。液体冷却剤１は鋼管２の外側を流れる。鋼製のらせん部３は、固定触媒床４内に配置される。メタノール凝縮物フィルム５は、管の内壁上で下方に向かって流れており、そして管２を軸方向に通過する合成ガスの強制された回転によって生じた遠心力により、壁２に押し付けられる。管２には、らせんの向きが互いに１８０°異なる２つのらせん部３を設けることができる。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明で使用される多孔質繊維の内部設備を示している。液体冷却剤は、冷却管２の周囲を取り囲んでいて、この管２には、織られた繊維のシリンダー３またはセラミック結合された繊維マットのシリンダーがその管２の内壁上に装備されている。固定触媒床４は管２内に配置される。メタノール凝縮物フィルム５は、この多孔質繊維の内部設備の内側で下方に向かって流れる。この配置は、冷却剤が管２の内側にあり、そして設備３が管の外側で、かつ触媒床４が設備３の外側にあるように逆にすることができる。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明で使用される多孔質繊維の内部設備を示している。液体冷却剤は、冷却管２の周囲を取り囲んでいて、この管２には、織られた繊維のシリンダー３またはセラミック結合された繊維マットのシリンダーがその管２の内壁上に装備されている。固定触媒床４は管２内に配置される。メタノール凝縮物フィルム５は、この多孔質繊維の内部設備の内側で下方に向かって流れる。この配置は、冷却剤が管２の内側にあり、そして設備３が管の外側で、かつ触媒床４が設備３の外側にあるように逆にすることができる。
【図５】図５は、本発明において使用される、内側にフィンを設けた触媒管２の断面図である。液体冷却剤１は、長手方向にフィンを設けた鋼管２の外側であり、ここで、内側のフィンの数は、好ましくは、名目上の管の内径を触媒ペレットの相当直径で割った値を３．１４で乗じた値よりも大きい。この内側のフィンは、鋼壁と触媒床との間に空隙を形成し、それにより、メタノール凝縮物がより小さな抵抗で下方に流れるのを可能にする。固定触媒床３は管の内側に配置され、そしてメタノール凝縮物フィルム４は、管の内壁と触媒床４との間で下方に向かって流れる。
【図６】図６は、本発明において使用される、外部にフィンを設けた冷却管の断面図である。液体冷却剤１は、長手方向にフィンを設けた鋼管２の外側にあり、ここで、外部フィンの数は、好ましくは、名目上の管の外径を触媒ペレットの相当直径で割った値に３．１４を乗じた値よりも大きい。この外側のフィンは鋼壁と触媒床との間に空隙を形成し、それにより、メタノール凝縮物フィルム４がより小さい抵抗で管の内壁上を流れるのを可能にする。
【図７】図７は、本発明による、冷却領域として使用される波形板型熱交換器である。液体冷却剤１は、インレット１ａを介して導入され、導入された冷却剤１は、アウトレット２ａを介してガス形態２で熱交換器を離れる。固定触媒床３は、その板型熱交換器の周囲を取り囲んでいる。その熱交換器には、正弦（ｓｉｎｏｉｄａｌ）波形面４が設けられており、これは触媒粒子と熱交換器面との間に空隙を提供し、それにより、凝縮されたメタノール５がより小さい抵抗で面上を流れるのを可能にする。この正弦波形の波長は、触媒の相当直径よりも小さい。
【図８】図８は、本発明の特定の実施形態による多管状のメタノール反応器の長手方向の図である。この反応器には、その圧力シェル１４中に、合成ガスインレット１、マンホール２、液体冷却剤のインレット４、冷却媒体の液−水蒸気混合物のアウトレット５、転化されなかったガス及び液体の粗製メタノールのアウトレット９、及び液体トレーン１２が設けられている。反応器の最上部３には、上部管シート６があり、この最上部３は、任意に、触媒で部分的に充填されることができる。反応器のアウトレット領域中には、下部管シート７、不活性な球体８の支持床、及び不活性床を保持する穿孔された支持グリッド１１がある。複数の管１３はメタノール触媒で充填されおり、これらの管は、上述したように、それぞれが液体安定設備を保持することができる。これらの管は、三角ピッチで配置されている。管の内部で形成されるメタノールは冷却剤によって冷却されて、管の内壁上で凝縮し、そしてアウトレット９に向かって下方に流れる。
【図９】図９は、本発明の特定の実施形態による、触媒床８及びその触媒床内に配置された管状の熱交換器１１を備えたメタノール反応器の長手方向の図である。メタノール合成ガスは、インレット１を介して導入され、そして触媒床８を通過する。液体冷却剤は、インレットマニホールド４を介して管状の熱交換器１１中に導入され、水蒸気−液体混合物の形態でアウトレットマニホールド５を介して抜き出される。反応器の底部では、穿孔された支持グリッド６が、不活性球体の支持床９を保持している。触媒の主要部分は、複数の管、外面上に液体フィルム安定剤を備えた管、長手方向にフィンを設けた管、又は波形の熱交換板のいずれかからなる熱交換器１１の間に配置されている。触媒床内で形成されたメタノールは、そのまま熱交換器１１の表面上で凝縮し、アウトレット１０を通って液相中に抜き出される。
【図１０】図１０は、本発明の特定の実施形態による、メタノール触媒８の固定床が設けられたメタノール反応器の長手方向の図である。床８内には、管状の熱交換器１１の形態の冷却面、及び管状の熱交換器１５の形態の加熱面が取り付けられている。反応器の底部には、穿孔された支持グリッド６が不活性球体の支持床９を保持している。メタノール合成ガスは、インレット１を介して床８中に導入される。加熱剤は、インレットマニホールド１３を介して熱交換器１５中に導入され、そしてアウトレットマニホールド１４を介して抜き出される。液体冷却剤は、インレットマニホールド４を介して熱交換器１１中に導入されて、そしてアウトレットマニホールド５を介して抜き出される。床８中で形成されるメタノールは、熱交換器１１の冷却面上で凝縮し、そしてアウトレット１０を通って液相の状態で反応器から抜き出される。熱交換器１１の冷却面は、そこで粗製メタノールが凝縮する複数の管、外面上に液体フィルム安定剤を備えた管、長手方向にフィンを設けた管、又は波形の熱交換板のいずれかからなる。熱交換器１５は、触媒床の温度を、形成されたメタノールの露点より高く維持し、そして複数の管または熱交換板のいずれかからなる。
【図１１】図１１は、本発明の特定実施形態による、径方向の流れのメタノール反応器の断面図である。メタノール合成ガスは、インレット１を介して反応器中に導入される。合成ガスは、触媒床を保持し、そして、穿孔された中央管６へとインレット合成ガスを移動させることができる円筒状の穿孔されたシリンダー７を通って、反応器の外周から径方向に触媒床１４を通過し、そして上記の中央管６では、残余の合成ガス及び形成される液体の粗製メタノールが、アウトレット１３を通って抜き出すことができるように触媒と接触する。複数の管、外面上に液体フィルム安定剤を備えた管、長手方向にフィンを設けた管、又は波形の熱交換板のいずれかからなる熱交換器９の形態で、冷却面が触媒床１４内に配置される。液体冷却剤は、インレット４を通って熱交換器中に導入され、そしてアウトレット５を通って抜き出される。冷却剤は、環状のマニホールド１０によって熱交換器に分布され、そしてアウトレットマニホールド１１により、アウトレットにおいて熱交換器から集められる。
【図１２】図１２は、本発明によるメタノール製造のためのプロセスフロー図を示している。メタノール合成ガス１は、合成ガス圧縮機により圧縮され、そして現在産業界において典型的に採用されている従来の多管式ボイラー水反応器５に移動する。メタノール及び転化されていない合成ガスを含む反応器５からの流出物は、分離器９に移動して、合成ガスリッチ流１０と、メタノールリッチ流１７とに分離される。流１０は、本発明に従って設計されたメタノール反応器１１中に導入される。６０℃〜１６０℃の沸点を有する冷却剤は、インレット１３を介して反応器１１中に導入され、そしてアウトレット１２から抜き出される。加熱剤は、インレット１８を通って導入され、そしてアウトレット１９を通って抜き出される。液体メタノール及び転化されなかった合成ガスを含む反応器１１からの流出物は、分離器１５に移動し、そして合成ガス流１６と液体メタノール流２０とに分離され、この液体メタノール流は、ライン１７において反応器１９からのメタノール流と組み合わされる。
【実施例】
【００４４】
本発明の実施形態による上述のタイプ１についての方法及び反応器の設計及び製造条件は、次の所定の値に基づき以下の等式を用いて決定される。
合成ガスインレットにおける反応器圧、Ｐ＝１２．５５ＭＰａ；
反応器インレットにおける合成ガスの分子量、ＭＷ＝１８．８９ｋｇ／ｋｍｏｌ；
反応器インレットにおける合成ガスの組成：
Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＝０．２５５；Ｙ（Ｈ２）＝０．４３８；Ｙ（ＣＯ）＝０．１４８；Ｙ（ＣＯ２）＝０．０７５；Ｙ（Ｈ２Ｏ）＝０．００６；
触媒粒子の相当直径、ＤＥＱ＝０．００６ｍ
【００４５】
反応器タイプ１
所定の設計値、Ｈ＝１．０及びＬ＝１．１を有する、反応器内部のメタノールの最適な凝縮を伴う以下の反応器設計は、次のように決定される。
Ｍ＝１．６３
Ａ＝０．０７８
Ｂ＝１．９７
Ｃ＝１
Ｄ＝０．２６５６
Ｅ＝０．９７８８
上述の等式１による、Ｈ＝１におけるＴＢＷ＝１２５°Ｃ
Ｊ＝０．１８７
Ｇ＝１．９５８９
Ｋ＝０．０２７
（反応器タイプ１について）
ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ＝０．０３０８１ｍ（管の内径０．１２３３ｍに等しい）
【図１Ｂ】
2011515333.tif 000003
【図２】
2011515333.tif 000004
【図３】
2011515333.tif 000005
【図４ａ】
2011515333.tif 000006
【図４ｂ】
2011515333.tif 000007
【図５】
2011515333.tif 000008
【図６】
2011515333.tif 000009
【図７】
2011515333.tif 000010
【図８】
2011515333.tif 000011
【図１１】
2011515333.tif 000012
【図１２】
2011515333.tif 000013
【図１Ａ】
2011515333.tif 000014
【図９】
2011515333.tif 000015
【図１０】
2011515333.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月6日(2009.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のシェル内に、複数の触媒管であって、それら触媒管の管側面に、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む合成ガスの転化のための触媒粒子が据え置かれた、前記複数の触媒管と、前記触媒管のシェル側に対して圧力が加えられた状態で、次の等式１に従って０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＢＷ）を有する液体冷却剤とを含み、そして前記据え置かれた触媒粒子の嵩容積と前記触媒管の表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２に従って０．４〜５の値Ｌを有し、そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊（０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２７（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；
そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
メタノール製造のための反応器。
【請求項２】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒チャージを保持する触媒床であって、該合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、該触媒床と、該触媒チャージ内の熱交換ユニットとを含んでなり、該熱交換ユニットが、その触媒チャージ中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器からなり、該熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、ここで、該冷却剤の沸点温度が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）を有し、そして、前記触媒チャージの嵩容積と、前記熱交換ユニットの表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜５の値Ｌが得られるように調節され、そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊（０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０４５（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；
そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
メタノール製造のための反応器。
【請求項３】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒粒子を含む触媒床であり、該合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、該触媒床と、前記反応器のシェルの軸に対して垂直方向で合成ガスを流す手段と、前記触媒床の内部に配置される熱交換ユニットとを含んでなり、前記熱交換ユニットが、前記触媒床中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器からなり、該熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、ここで、前記冷却剤の沸点温度が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）を有し、そして、前記触媒粒子の嵩容積と、前記熱交換ユニット表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜５の値Ｌが得られるように調節されており、そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊（０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２０（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
メタノール製造のための反応器。
【請求項４】
共通するシェル内に、前記触媒粒子の温度を、メタノールの露点より上に、加熱剤を用いて間接的に適合させる加熱手段を含み、該加熱手段が、その手段の表面と前記冷却手段との比が０．３〜３．０になるような表面を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のメタノール製造のための反応器。
【請求項５】
共通のシェル内に、複数の触媒管であって、それらの触媒管の管側面に触媒粒子が据え置かれ、前記固定された触媒粒子の嵩容積と、前記触媒管の表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２に従った０．４〜５の値Ｌを有し、前記合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、前記複数の触媒管を含む反応器中で、メタノール合成ガスを転化するステップ、及び
前記合成ガスを、触媒管のシェルへの加圧下に、液体冷却剤の存在下で反応させるステップであり、ここで前記液体冷却剤が次の等式１に従った結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）に調節された、該ステップを含み、
そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊（０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２７（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
請求項１又は４のいずれかに記載の反応器中でのメタノールの製造方法。
【請求項６】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒チャージを保持する触媒床と、該触媒チャージ内の熱交換ユニットとを含んでなる反応器であって、前記交換ユニットが、その触媒チャージ中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器からなり、そして前記熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、前記合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含む、前記反応器中でメタノール合成ガスを転化するステップを含み、その際、前記液体冷却剤の沸点温度が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような温度（ＴＷＢ）に調節され、そして、前記触媒チャージの嵩容積と、前記熱交換ユニットの表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜５の値Ｌが得られるように調節されており、
そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊（０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０４５（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と異なる寸法の触媒粒子とを有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
請求項２又は４に記載の反応器中でメタノールを製造する方法。
【請求項７】
共通のシェル内に、合成ガスをメタノールへ転化するための触媒粒子を含む触媒床と、前記触媒床内に配置される熱交換ユニットとを含んでなり、前記熱交換ユニットが、前記触媒床中に均一に分布されて冷却面を形成する、複数の管、又はフィンを設けた管、又は複数の板型熱交換器を含んでなる反応器中でメタノール合成ガスを転化するステップと、
前記合成ガスを、前記反応器のシェルの軸に対して垂直に流れる方向で前記触媒床を通過させるステップとを含み、前記合成ガスが、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を、それぞれがインレットモジュール値Ｍを与えるような量で含み、そして極僅かな不活性物Ａを含み、前記熱交換ユニットが、加圧された液体冷却剤によって冷却され、ここで、該冷却剤が、次の等式１を用いて計算された結果０．５〜１．８の値Ｈが得られるような沸点温度（ＴＷＢ）を有し、そして、前記触媒粒子の嵩容積と、前記熱交換ユニット表面との比（ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ）が、次の等式２を用いて計算された結果０．４〜１５の値Ｌが得られるように調節されており、
そしてその際、
等式１：Ｈ＝Ｅ＊Ｅｘｐ（−３９７８／（ＴＢＷ［℃］＋２７３）＋１２．３）＊（１＋３９７８＊Ｅ＊（２２０−ＴＢＷ［℃］）／（（ＴＢＷ［℃］＋２７３）２））／（Ｄ＊Ｐ＊９．８７）；
等式２：ＶＣＡＴ／ＡＣＯＯＬ［ｍ３／ｍ２］＝Ｋ＊Ｌ＊（（Ｇ＊ＤＥＱ［ｍ］＊（２２０−ＴＢＷ））０．５）、
（式中、
Ｍ＝（Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２））／（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））；
Ａ＝１．０-Ｙ（ＣＯ）−Ｙ（Ｈ２）−Ｙ（ＣＯ２）−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）−Ｙ（Ｈ２Ｏ）；
Ｂ＝Ｙ（ＣＯ）／Ｙ（ＣＯ２）；
Ｃ＝１．０（Ｍが２．０未満の場合）、さもなければ、
Ｃ＝Ｅｘｐ（−０．２＊（Ｍ−２．０））；
Ｄ＝（０．０７２＊Ｌｎ（Ｂ）＋０．２４４）＊Ｃ＊（１．１２５−２．５＊Ａ）＊（０．４７８＋Ｐ／２５．２）；
Ｅ＝Ｅｘｐ（（Ｐ−１３．２）／３０．１）；
Ｋ＝０．０２（幾何学定数）；
Ｇ＝（ＭＷ−Ｙ（ＣＨ３ＯＨ）＊３２−１５．５＊Ｊ）／（（１-Ｄ）＊２９＊Ｊ）；
Ｊ＝（Ｙ（ＣＯ）＋Ｙ（ＣＯ２））（Ｍが２．０超の場合）、さもなければ
Ｊ＝Ｙ（Ｈ２）＊（Ｂ＋１）／（２＊Ｂ＋３）；
ＤＥＱ１＝（６＊（メタノール合成触媒の粒子の体積［ｍ３］／３．１４）０．３３
であり、ここで同じ寸法の触媒粒子と、異なる寸法の触媒粒子を有する）；
ＤＥＱ２＝（Σｗ（ｉ）＊ＤＥＱ（ｉ）３）０．３３（式中、ｗ（ｉ）はＤＥＱ（ｉ）［ｍ］の相当直径を有する触媒粒子の重量割合である。）；
及び、
Ｐ：［ＭＰａ］は、反応器インレットにおける合成ガスの絶対圧であり；
ＭＷ：［ｋｇ／ｋｍｏｌ］は、反応器インレットにおける合成ガスの平均分子量であり；
Ｙ（ｘ）：［ｍｏｌａｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ］は、反応器インレットにおける各成分の濃度であり；
ＬＮは、底を２．７１８２８とする自然対数であり；そして、
Ｅｘｐは、自然真数又は底を２．７１８２８とする指数関数である、
請求項３又は４に記載の反応器中でメタノールを製造する方法。
【国際調査報告】
2011515333.tif 000017
2011515333.tif 000018
2011515333.tif 000019