(57)【要約】液体供給原料を合成気体と他の非凝縮性気体生成物へ触媒転化するためのリアクタシステムを提供する。リアクタシステムは、液体供給原料と気体生成物をダウンフロー方向に並流で流すことを可能とするよう構成された熱交換リアクタを具える。リアクタシステムは、特に、水相改質を用いてバイオマス由来の含酸素炭化水素から水素及び軽質炭化水素を生成するために有用である。生成された気体は、ＰＥＭ燃料電池、固体酸化物燃料電池、内燃機関、又はガスタービン発電を介してエネルギを生成する燃料源として用いられるか、あるいは追加の生成物を生成する他の化学的なプロセスで用いられると理解されてもよい。気体生成物は精製され収集され、続いて使用されるか分配されてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不均一触媒を用いて、液体供給原料を非凝縮性気体生成物に転化する並流ダウンフローリアクタにおいて、当該リアクタが：
内部に不均一触媒を有する少なくとも１の反応管を具える反応チャンバと；
圧力Ｐｉを有し、前記反応チャンバの上側部分に前記液体供給原料を供給するよう構成された入口と；
圧力Ｐｏを有し、前記反応チャンバの下側部分から前記非凝縮性気体生成物と排出物流動とを排出するよう構成された出口とを具え、ＰｉがＰｏより大きいことを特徴とするリアクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のリアクタにおいて、前記反応チャンバが、各々が内部に触媒を具える複数の反応管と、当該反応管の少なくとも一部を封入するよう構成された外部シェルと、前記反応管を加熱するために、熱媒体を前記シェルに導入するように構成された加熱システムとを具えることを特徴とするリアクタ。
【請求項３】
請求項１に記載のリアクタにおいて、前記触媒が、少なくとも１の第ＶＩＩＩＢ族金属を具え、前記供給原料が、水と少なくとも１のＣ２＋水溶性含酸素炭化水素とを含むことを特徴とするリアクタ。
【請求項４】
請求項３に記載のリアクタにおいて、前記第ＶＩＩＩＢ族金属が、プラチナ、ニッケル、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、鉄、これらの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択され、前記含酸素炭化水素がＣ２−６の含酸素炭化水素であることを特徴とするリアクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のリアクタにおいて、前記触媒がさらに、第ＶＩＩＩＢ族金属、第ＶＩＩＢ族金属、第ＶＩＢ族金属、第ＶＢ族金属、第ＩＶＢ族金属、第ＩＩＢ族金属、第ＩＢ族金属、第ＩＶＡ族金属、第ＶＡ族金属、これらの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択される第２の触媒物質を具えることを特徴とするリアクタ。
【請求項６】
請求項５に記載のリアクタにおいて、前記第２の触媒物質がレニウムであり、前記第ＶＩＩＩＢ族遷移金属が、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、これらの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とするリアクタ。
【請求項７】
請求項３に記載のリアクタにおいて、前記触媒が、炭素、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素アルミナ、アルミナ、酸化ジルコニウム、チタニア、セリア、バナジア、及びこれらの混合物から成る群から選択される１又はそれ以上の材料から作られた支持体に接着されることを特徴とするリアクタ。
【請求項８】
請求項１に記載のリアクタにおいて、前記非凝縮性気体生成物が、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブタン、ペンタン、及びペンテンから成る群から選択される１又はそれ以上の気体を含むことを特徴とするリアクタ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のリアクタと、燃料として前記非凝縮性気体生成物を用いるよう構成されたエネルギ生成装置とを具えることを特徴とするエネルギ生成システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のエネルギ生成システムにおいて、当該エネルギ生成装置が、内燃機関、ＰＥＭ燃料電池、固体酸化物燃料電池、ガスタービン発電から成る群から選択される部材であることを特徴とするエネルギ生成システム。
【請求項１１】
非凝縮性気体の製造方法において、当該方法が：
１又はそれ以上の第ＶＩＩＩＢ族金属を具える不均一触媒を用いて、約８０℃乃至３００℃の間の温度で、且つ前記非凝縮性気体と排出物を生成するのに好適な反応圧力で、水と少なくとも１のＣ２＋水溶性含酸素炭化水素とを含む液体供給原料を反応させるステップを具え、圧力勾配が、前記液体供給原料、排出物、及び非凝縮性気体の並流ダウンフローを提供することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記第ＶＩＩＩＢ族金属が、プラチナ、ニッケル、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、鉄、これらの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、前記触媒がさらに、第ＶＩＩＢ族金属、第ＶＩＢ族金属、第ＶＢ族金属、第ＩＶＢ族金属、第ＩＩＢ族金属、第ＩＢ族金属、第ＩＶＡ族金属、第ＶＡ族金属、これらの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択される第２の触媒物質を具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記第２の触媒物質がレニウムであり、前記第ＶＩＩＩＢ族金属が、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、これらの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、前記触媒が、炭素、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素アルミナ、アルミナ、酸化ジルコニウム、チタニア、セリア、バナジア、及びこれらの混合物から成る群から選択される１又はそれ以上の材料から作られた支持体に接着されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、前記含酸素炭化水素がＣ１−６の含酸素炭化水素であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記含酸素炭化水素が、糖及び糖アルコールから成る群から選択される要素であることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の方法において、前記反応の温度が約１５０℃乃至約２７０℃の間であり、前記反応圧力が約７２ｐｓｉｇ乃至約１３００ｐｓｉｇの間であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載の方法が、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の前記リアクタを用いることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１１に記載の方法において、前記非凝縮性気体が、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブタン、ペンタン、及びペンテンから成る群から選択される１又はそれ以上の気体を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１１に記載の方法において、前記圧力勾配が、０．５乃至３ｐｓｉｇの範囲であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスレファレンス
本書は、参照によって盛り込まれている２００６年１２月２０日に出願した仮出願番号第６０／８７６，０１５の優先権を主張する。
【０００２】
連邦支援調査又は研究
本発明は、ＤＥ−ＦＧ３６−０５ＧＯ１５０４６の下、米国エネルギ省によって授与されている米国政府の支援によって行われている。米国は本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
不均一触媒システムを用いて、供給原料を液体又は気体生成物に転化する多くの技術及びプロセスがある。このようなプロセスは、典型的に、供給原料（反応物）および／または生成物が、単一相（固体、気体、又は液体）あるいは前述の２又はそれ以上を含む多相であるかどうかに基づいて分類される。また、プロセスは、供給原料及び生成物が触媒を介して流れるフローパターン、すなわち、供給原料及び生成物の両方が、同じ方向に流れる並流構成か、供給原料及び生成物が互いに反対方向に公差して流れる逆流構成のいずれかであるかに基づいても分類される。また、プロセスは、供給原料及び生成物が触媒床を介して重力によって流れ落ちるダウンフローと、供給原料及び生成物が触媒床を介して重力に対して逆流するアップフローに分類される。
【０００４】
あらゆる特定のプロセスに利用されるリアクタシステムのタイプは、供給原料及びその結果得られる生成物の性質に依存する。例えば、並列のダウンフローリアクタは、気体反応物を気体生成物へ、又は液体反応物を液体生成物へ触媒転換する反応において、又は互いに反応して所望の生成物を生成する気体及び液体反応物の並列フローを伴うトリクルベッドリアクタにしばしば用いられる。並列のダウンフローリアクタは、一般的に、通常、流体力学的フローパターンが液体反応物と気相生成物の密度及び浮力の間の変化による不規則性を予測できなくなるような、液体供給原料を気体生成物に変化させる反応に使用されることはない。不規則性又は予測不可能なフローパターンによって、ベーパロックと他の流体力学的問題がもたらされるので、フローパターンが重要となる。多管式リアクタシステムにおいても、ベーパロックと他の流体力学的問題が液体供給原料の不均衡分布又は他の否定的な効果（例えば、ホットスポット、選択制の問題、リアクタ性能など）をもたらすのでそれが重要となる。さらに、連続して、所望しない反応が起こることを防止するために、リアクタシステムから気体生成物を迅速に除去することが所望される。その結果、並列のアップフローシステムを使用して液体反応物を気体生成物へ触媒転換する反応において、このプロセスは、フラデッドフローと呼ばれる。
【０００５】
従来のシステムと異なる１のプロセスが、Ｔｅｒｌｏｕｗらによる欧州特許出願番号８８２０２８７１．５（公開番号０３２３６６３Ａ２）に開示されている。この開示されているプロセスは、一般的に、実質的に等温条件下で反応を起こすことによって、２又はそれ以上の反応物間の触媒反応の発熱を制御することに関するものである。反応混合物は、混合物中に、他の化合物より低い沸点を有する少なくとも１の化合物を含んでおり、そしてその一の化合物は、その蒸発によって、混合による発熱反応によって発生する熱を消費するのに十分な量で含まれている。等温状態を達成するために、リアクタは、その一の化合物の沸騰による圧力で、液相及び気相の並列のダウンフローを提供する方法で動作し、気相は、最低の沸点を有する一の化合物が蒸発した態様である。このプロセスは、気体又は蒸気相が液相から蒸発した成分からなる従来の固定層リアクタと異なる。蒸気相が実質的に液相が蒸発した成分であるということはシステムの機能性にとって重要である。そこで、ベーパロックと流体力学の考慮事項は、液体に再び凝結し、システム内に封入されて連続的に使用されるか、システムから除去されるかいずれかの任意の蒸気性能によって制限される。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、液体供給原料を非凝縮性気体生成物に転化するためのリアクタシステムを提供する。リアクタシステムは、内部に充填された触媒を具える少なくとも１の反応管を具える反応チャンバと、液体供給原料を導入するために反応チャンバの上側に位置する入口と、非凝縮性気体生成物と排出物流動とを排出するために反応チャンバの下側に位置する出口とを具える。入口の圧力は出口の圧力よりも大きく、これによって、液体供給原料、非凝縮性気体生成物、及び排出物をダウンフロー方向に並流で流すようにする。一実施例では、システムは、複数の反応管と、反応管を囲む外部シェルと、熱媒体をシェルに導入するための熱媒体システムとを具える多管式リアクタを具える。触媒は、単一で、又は第ＶＩＩＢ族金属、第ＶＩＢ族金属、第ＶＢ族金属、第ＩＶＢ族金属、第ＩＩＢ族金属、第ＩＢ族金属、第ＩＶＡ族金属、第ＶＡ族金属と組み合わせて、例えば第ＶＩＩＩＢ族金属など、水相改質条件の下で非凝縮性気体を生成できる１又はそれ以上の材料を具える不均一触媒であることが好ましい。
【０００７】
本発明は、液体供給原料から水素と軽質炭素、及び他の非凝縮性気体など合成気体を生成する方法を伴う。この方法は、（ａ）第１の圧力で、入口を介して反応チャンバへ液体供給原料を導入するステップと；（ｂ）非凝縮性気体と排出物流動を生成するために効率的な温度及び圧力で、不均一触媒にわたって液体供給原料を反応させるステップと；（ｃ）第１の圧力よりも小さい第２の圧力、及び液体供給原料、気体、及び排出物の並流ダウンフローを提供する方法で、非凝縮性気体と排出物流動を反応チャンバから除去するステップとを具える。液体供給原料は、水と、様々な、多価アルコール、糖、糖アルコール、アルコール、スターチ、リグニン、セルロース、及び水溶性サッカライドのうちの任意の一つなど少なくとも２つの炭素原子を有する含酸素炭化水素とを含むことが好ましい。触媒は、単一で、又は第ＶＩＩＢ族金属、第ＶＩＢ族金属、第ＶＢ族金属、第ＩＶＢ族金属、第ＩＩＢ族金属、第ＩＢ族金属、第ＩＶＡ族金属、第ＶＡ族金属と組み合わせて、例えば第ＶＩＩＩＢ族金属など、水相改質条件の下で非凝縮性気体を生成できる１又はそれ以上の材料を具える不均一触媒であることが好ましい。
【０００８】
得られる気体は、ＰＥＭ燃料電池、固体酸化物燃料電池、内燃機関、又はガスタービン発電を介してエネルギを生成する燃料源として用いられるか、あるいは追加の生成物を生成する他の化学的なプロセスで用いられてもよい。気体生成物は精製され収集され、続いて使用されるか分配されてもよい。
【０００９】
本発明の一態様は、不均一触媒を用いて、液体供給原料を非凝縮性気体生成物に転化するための並流ダウンフローリアクタであり、当該リアクタは、内部に不均一触媒を具える少なくとも１の反応管を具える反応チャンバと；圧力Ｐｉであり、前記反応チャンバの上側部分に前記液体供給原料を供給するよう構成された入口と；圧力Ｐｏであり、前記反応チャンバの下側部分から前記非凝縮性気体生成物と排出物流動とを排出するよう構成された出口とを具え、ＰｉがＰｏより大きい。
【００１０】
リアクタの一実施例では、前記反応チャンバが、各々が内部に触媒を具える複数の反応管と、当該反応管の少なくとも一部を封入するよう構成された外部シェルと、前記反応管を加熱するために、熱媒体を前記シェルに導入するように構成された加熱システムとを具える。
【００１１】
リアクタの別の例示的な実施例では、前記触媒が、少なくとも１の第ＶＩＩＩＢ族金属を具え、前記供給原料が、水と少なくとも１のＣ２＋水溶性含酸素炭化水素を具える。
【００１２】
リアクタの別の例示的な実施例では、前記第ＶＩＩＩＢ族金属が、プラチナ、ニッケル、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、鉄、これらの合金、又はこれらの混合物であり、前記含酸素炭化水素がＣ２−６の含酸素炭化水素である。
【００１３】
リアクタの別の例示的な実施例では、前記触媒がさらに、第ＶＩＩＩＢ族金属、第ＶＩＩＢ族金属、第ＶＩＢ族金属、第ＶＢ族金属、第ＩＶＢ族金属、第ＩＩＢ族金属、第ＩＢ族金属、第ＩＶＡ族金属、第ＶＡ族金属、これらの合金、又はこれらの混合物である第２の触媒物質を具える。
【００１４】
リアクタの別の例示的な実施例では、前記第２の触媒物質がレニウムであり、前記第ＶＩＩＩＢ族遷移金属が、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、これらの合金、又はこれらの混合物である。
【００１５】
リアクタの別の例示的な実施例では、前記触媒が、炭素、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素アルミナ、アルミナ、酸化ジルコニウム、チタニア、セリア、バナジア、又はこれらの混合物である１又はそれ以上の材料から作られた支持体に接着される。
【００１６】
リアクタの別の例示的な実施例では、前記非凝縮性気体生成物が、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブタン、ペンタン、及びペンテンである１又はそれ以上の気体を含む。
【００１７】
本発明の別の態様は、本書に説明するリアクタと、燃料として前記非凝縮性気体生成物を用いるよう構成されたエネルギ生成装置とを具えるエネルギ生成システムである。
【００１８】
エネルギ生成システムの例示的な実施例において、エネルギ生成装置は、内燃機関、ＰＥＭ燃料電池、固体酸化物燃料電池、又はガスタービン発電である。
【００１９】
本発明の別の態様は、本書に説明する本発明のリアクタのいずれか一つを用いる非凝縮性気体の製造方法であり、当該方法が、１又はそれ以上の第ＶＩＩＩＢ族金属を具える不均一触媒を用いて、約８０℃乃至３００℃の間の温度及び前記非凝縮性気体と排出物を生成するのに好適な反応圧力で、水と少なくとも１のＣ２＋水溶性含酸素炭化水素とを含む液体供給原料を反応させる動作又はステップを具え、圧力勾配が、前記液体供給原料、排出物、及び非凝縮性気体の並流ダウンフローを提供する。
【００２０】
製造方法の例示的な実施例では、前記第ＶＩＩＩＢ族金属が、プラチナ、ニッケル、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、鉄、これらの合金、又はこれらの混合物である。
【００２１】
製造方法の別の例示的な実施例では、前記触媒がさらに、第ＶＩＩＢ族金属、第ＶＩＢ族金属、第ＶＢ族金属、第ＩＶＢ族金属、第ＩＩＢ族金属、第ＩＢ族金属、第ＩＶＡ族金属、第ＶＡ族金属、これらの合金、又はこれらの混合物である第２の触媒物質を具える。
【００２２】
製造方法の別の例示的な実施例において、前記第２の触媒物質がレニウムであり、前記第ＶＩＩＩＢ族金属が、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、これらの合金、又はこれらの混合物である。
【００２３】
製造方法の別の例示的な実施例において、前記触媒が、炭素、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素アルミナ、アルミナ、酸化ジルコニウム、チタニア、セリア、バナジア、又はこれらの混合物である１又はそれ以上の材料から作られた支持体に接着される。
【００２４】
製造方法の別の例示的な実施例において、含酸素炭化水素がＣ１−６の含酸素炭化水素である。
【００２５】
製造方法の別の例示的な実施例において、含酸素炭化水素が、糖又は糖アルコールである。
【００２６】
製造方法の別の例示的な実施例において、反応の温度が約１５０℃と約２７０℃の間であり、前記反応圧力が約７２ｐｓｉｇと約１３００ｐｓｉｇの間である。
【００２７】
製造方法の別の例示的な実施例において、非凝縮性気体が、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブタン、ペンタン、及びペンテンである１又はそれ以上の気体を含む。
【００２８】
製造方法の別の例示的な実施例において、圧力勾配が、０．５乃至３ｐｓｉｇの範囲である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、単一チャンバリアクタシステムを示す図である。
【図２】図２は、例示的な多管式リアクタシステムの概略図である。
【図３】図３は、例示的な多管式リアクタシステムの上面図である。
【図４】図４は、エネルギ生成装置又は機械と連結した単一チャンバリアクタシステムの例示的な実施例の基本システムの概略図である。
【図５】図５は、一体化した一の例示的な実施例に従ったリアクタシステムを説明するブロック図である。
【図６】図６は、実施例１で使用した単管式リアクタシステムの説明図である。
【図７】図７は、グリセロールから合成気体を生成中の、単管式リアクタの長さに沿った触媒床の温度を示す図である。
【図８】図８は、リアクタの長さに沿った多相遷移を示す図である。
【図９】図９は、ＥＰ出願第０３２３６６３号に開示されるトリクルベッドリアクタシステムと比較した本発明の例示的な実施例の気体濃度勾配を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、リアクタシステムと液体の供給原料を用いて、例えば水素及び軽質炭化水素などの非凝縮性気体の転化を対象としている。リアクタシステムは、供給原料の溶液、結果的に得られる気体生成物、及び任意の排出物が並列でダウンフロー方向に流れるように構成されている従来のシステムとは異なるものである。生成された気体は、ＰＥＭ燃料電池、固体酸化物燃料電池、内燃機関、又はガスタービン発電（gensets）を介してエネルギを生成する燃料源として有用であるか、あるいは追加の生成物を生成する他の化学的なプロセスで用いられる。気体生成物は精製され収集され、続いて使用されるか分配されてもよい。
【００３１】
図１を参照すると、供給原料水溶液は、入口４を通って反応チャンバ２に導入され、ここで、非凝縮性気体及び排出物の流動を作るために有効な圧力及び温度で不均一触媒６にわたって反応する。非凝縮性気体及び排出物は、並列のダウンフロー方向に出口８へ流れ、これらは、ここでダウンストリーム処理又は使用のために収集され、および／または運ばれる。並列のダウンフローは、出口８の圧力（Ｐｏ）より大きいレベルで、入口４の圧力（Ｐｉ）を維持して、反応チャンバ２の長さに沿って圧力勾配を提供することによって達成される。効率を最大にするために、反応チャンバ２の水平面にわたって実質的に同じ圧力を保ち、リアクタ及び出口８を通る気体生成物の連続的なフローにわたって供給原料、気体生成物、及び排出物を均等に分布させることが望ましい。
【００３２】
リアクタシステムは、特に、水相改質を用いてバイオマス由来の含酸素炭化水素から軽質炭化水素（例えば、Ｃ１−４パラフィン及びオレフィン）及び水素を生成するために有用である。水相改質（ＡＰＲ）は、含酸素化合物と液体水の低温での反応によって、軽質炭化水素（例えば、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、１−ブテン、ペンタン、１−ペンテン、２−ペンテン、ヘキサンなど）、一酸化炭素、二酸化炭素、および／または水素を生成する触媒改質プロセスである。ＡＰＲプロセスの鍵となる発展は、改質が、液相中及び温度（例えば１５０℃乃至２７０℃）で行うことができることであり、ここで、水性−気体のシフト反応を有益なものとして、これによって単一の化学リアクタにおいて少量のＣＯを用いて水素を生成できることである。水素を生成する場合には、反応が吸熱性である傾向もあるため、これによって発熱反応に関する考慮事項を回避している。ＡＰＲを行う様々な方法及び技術が、米国特許番号６，６９９，４５７；６，９６４，７５７及び６，９６４，７５８；及び米国特許出願番号１１／２３４，７２７（すべて、「Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、Ｃｏｒｔｒｉｇｈｔらによる）；及び米国特許番号６，９５３，８７３（「Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題されたＣｏｒｔｒｉｇｈｔらによる）；及び同じ所有に係る同時係属の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８０３０（「Ｃａｔａｌｙｓｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」と題され、Ｃｏｒｔｒｉｇｈｔによる）に開示されており、これらの全てが本書に参照によって盛り込まれている。
【００３３】
水相改質の他さらに、本発明は、また、非凝縮性気体を液体供給原料から生成する他のシステムにおいて有用である。非凝縮性気体は、一般的に、標準温度及び圧力で気相として存在する気体に分類される。以下の表１で、様々な非凝縮性気体を例示しており、これらの沸点、臨界圧、及び臨界温度を示している。
【００３４】
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【００３５】
動作において、液体供給原料は、反応チャンバに入って触媒と接触する。液体供給原料は、反応チャンバを進み続け、触媒と反応して、気体生成物と、水、未反応供給原料、及び他の副産物を含む排出物を生成する。その結果、リアクタの初期部分に液相ゾーンがあり、続いて、気体生成物及び排出物の両方を含む２相ゾーン、さらに次に、いくつかの適用例では、排出物が蒸発して完全に転化した気相がある（図８）。リアクタの長さ方向の下方で反応が開始するとき、気体生成物の生成によって、触媒床の温度の上昇（図７）と、気体生成物の濃度に連続的な上昇（図９）がもたらされる。気体反応物がリアクタ長にわたって消費され、気体濃度が減少するトリクルベッドリアクタ又は、希釈液としてシステムを直に通過する場合とそれを比較している（図９）。
【００３６】
本発明は、ダウンフローの構成を使用する従来技術と異なる。ダウンフローは、気体の除去、ベーパロック、及びフローの不均衡分布という問題を有するため、特に気体生成物の濃度が上昇するときに所望されないフロー機構である。液体フローが減少するか、無くなって続いて反応活性が失速する場合、ヒートシンクがもはや存在しないため、停滞とシステムの過熱が起こる。このように、気体生成物を液体供給原料から生成するためにダウンフロー構成は望ましくない。
【００３７】
本発明は、リアクタ、特に多管式リアクタにわたって、実質的に同じ圧力勾配を維持し、これによって、浮力に勝るように気体生成物に十分な力を与えることによって、ベーパロック、フローの不均衡分布、及び気体の除去という問題を克服している。リアクタの長さに沿って圧力勾配を維持して得られるフローは、さらに、停滞及び気体除去の問題を克服するのに役立つ。圧力勾配は、入口の圧力が出口の圧力より大きい限りどんな範囲にしてもよく、主な変数である触媒の粒径やリアクタの直径に対する長さの比（Ｌ／Ｄ）とともにリアクタの流量を考慮することによって達成されてもよい。
【００３８】
気体供給原料が合成気体及び他の非凝縮性気体生成物に転化されるリアクタシステムとは異なり、本発明は、液体供給原料を所望される気体生成物に直接転化することを必要とする。この方法における転化は、気体から気体へのシステムと比較して、いくつかの利点を有する。特に、本発明は、気体式システムで必要とされる極度の温度又はシステム圧力を必要としない。より低い圧力（一般的に１５乃至５０ｂａｒ）で転化反応を行う性能によって、より効果的に気体生成物流動を精製することもでき、エネルギを消費する圧力システムの必要性を減らす。低温にすることによって、炭水化物が高い温度まで加熱されるときに一般的に起こる所望されない分解反応の発生を最小限にし、これによって、バイオマス由来の供給原料を使用できるようにもする。ダウンフロー構成は、プロセスの、選択性、安定性、及び効率を改良しうるものでもあり、所望される非凝縮性気体生成物への液体供給原料の全体的な転化を改良するという利点がある。生成をスケールアップする点に関し、運転開始後、リアクタシステムを制御されたプロセスにすることができ、反応を定常状態で進行させることができる。
【００３９】
液体供給原料を用いることで、ベーパロック、フローの不均衡分布、及び気体の除去という考慮事項を克服することにも役立つ。例えば、液体供給原料は、リアクタシステム、特に多管式リアクタシステムにわたる均等な分布を簡略化して、２相システムにおいて必要とされる複雑な構成要素、例えば、トリクルベッドリアクタで使用される液体・気体ミキサなどを必要としない。入口の単一の液相は、リアクタの後の２相部分で生成される浮力を有する気体生成物が入口まで浸透しないようにし、流入する供給原料が分布しないようにする蓋又はバリアとしても有用である。
【００４０】
本発明の一の適用例において、非凝縮性気体が、含酸素炭化水素を含む供給原料水溶液から生成される。含酸素炭化水素は、２又はそれ以上の炭素原子及び少なくとも１の酸素原子を有する任意の水溶性含酸素炭化水素にできる。含酸素炭化水素は、２乃至１２個の炭素原子を有することが好ましく、２乃至６個の炭素原子を有することがより好ましい。含酸素炭化水素の酸素・炭素比は、０．５：１乃至１．５：１の範囲にしてもよく、０．７５：１．０、１．０：１．０、１．２５：１．０、１．５：１．０、及びこれらの間の他の比を含む。例示的な実施例において、含酸素炭化水素の酸素・炭素比は、１：１である。水溶性含酸素炭化水素の非限定的な例として、エタンジオール、エタンジオン、酢酸、プロパノール、プロパンジオール、プロピオン酸、グリセロール、グリセルアルデヒド、ジヒドロキシアセトン、乳酸、ピルビン酸、マロン酸、ブタンジオール、ブタン酸、アルドテトロース、ｔａｕｔａｒｉｃ  ａｃｉｄ、アルドペントース、アルドヘキソース、ケトテトロース、ケトペントース、ケトヘキソース、アルジトール、糖、糖アルコール、セルロース誘導物、リグノセルロース誘導物、サッカライド、スターチ、多価アルコールなどを含む。一の例示的な実施例において、含酸素炭化水素は、糖、糖アルコール、サッカライド、及びグリセロールを含む。より具体的には、含酸素炭化水素は、グルコース、フルクトース、スクロース、マルトース、ラクトース、マンノース、又はキシロースなどの糖、又はアラビトール、エリスリトール、グリセロール、イソマルト、ラクチトール、マリトール、マンニトール、ソルビトール、又はキシリトールなどの糖アルコールである。
【００４１】
含酸素炭化水素は、水と結合して、所望される気体の生成物への転化に効果的な濃度の供給原料水溶液を提供する。モル基準の水・炭素比は、１：１、２：１、３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、１０：１、１５：１、及びこれらの間の任意の比を含む約０．５：１から約２０：１にすべきである。供給原料の溶液は、総溶液の少なくとも２０重量パーセント（ｗｔ％）の含酸素炭化水素を含む溶液として特徴付けられてもよい。例えば、溶液は、１又はそれ以上の含酸素炭化水素を含んで、溶液中の含酸素炭化水素の総濃度は、少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、又はより大きい重量パーセント、これらの間の任意のパーセンテージを含むようにしてもよく、使用する含酸素炭化水素に依存する。一の例示的な実施例において、供給原料溶液は、グルコース、フルクトース、スクロース、もしくはキシロースなどの糖、又はソルビトール、マンニトール、グリセロール、もしくはキシリトールなどの糖アルコール重量の少なくとも約２０％、３０％、４０％、５０％、又は６０％を含む。
【００４２】
温度及び圧力条件は、少なくとも供給原料の一部がリアクタ入口で液相で維持されるようにする。温度及び圧力条件は、蒸気相に所望の気体生成物をより好適に生成するように選択されてもよい。一般に、反応は、熱力学が好適な温度で伝えられるべきである。例えば、液相の供給原料の一部を維持するために必要とされる最小圧力は、反応温度によって変化しうる。温度が上昇するにつれ、一般的に、液相に供給原料を維持するためにより高い圧力が必要とされる。生成をスケールアップする点に関し、運転開始後、リアクタシステムを制御されたプロセスにすることができ、反応を平衡定常状態で進行させることができる。
【００４３】
反応温度は、約８０℃から約３００℃まで、反応圧力は、約７２ｐｓｉｇから約１３００ｐｓｉｇまでにしてもよい。一の例示的な実施例では、反応温度は、約１２０℃乃至約３００℃の間であるか、約１５０℃乃至約２７０℃の間である。反応圧力は、約７２乃至１２００ｐｓｉｇの間、又は約１４５乃至１２００ｐｓｉｇの間、約２００乃至７２５ｐｓｉｇの間、あるいは３６５乃至６７５ｐｓｉｇの間である。
【００４４】
一般的に、反応は、触媒にわたる供給原料溶液の滞留時間（ｔｒ）が、所望される気体生成物を生成するのに適切である条件下で生じるべきである。例えば、反応のＷＨＳＶは、1時間あたりの触媒のグラムあたりの含酸素炭化水素を少なくとも約０．２５グラム、又は少なくとも０．５グラム、あるいは、少なくとも５．０グラム、少なくとも１０．０グラム、少なくとも１００．０グラム、あるいは１時間あたりの触媒のグラムあたりの含酸素炭化水素を少なくとも約１０００．０グラムにしてもよい。
【００４５】
アルカリ又はアルカリ土類塩を供給原料溶液中に加えて、反応生成物中の水素比を最適化するようにしてもよい。好適な水溶性の塩類の例として、アルカリ又はアルカリ土類金属水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、又は塩化物塩からなる群から選択される１又はそれ以上を含む。例えば、アルカリ（塩基）塩類を追加して、約ｐＨ４．０乃至約ｐＨ１０．０のｐＨを提供することによって、水素の選択性を改良できる。
【００４６】
不均一触媒は、上述の状況下で、水と含酸素炭化水素の反応を引き起こして水素および／または炭化水素を形成することができる。例示的な触媒は、窒化物、又はカーバイド、あるいは少なくとも一の第ＶＩＩＩＢ族金属、及び任意の合金、又はこれらの混合物を含む。触媒は、さらに、第ＶＩＩＩＢ族、第ＶＩＩＢ族、第ＶＩＢ族、第ＶＢ族、第ＩＶＢ族、第ＩＩＢ族、第ＩＢ族、第ＩＶＡ族、又は第ＶＡ族金属から選択された少なくとも１の第２金属と組み合わせた、窒化物、又はカーバイド、あるいは少なくとも一の第ＶＩＩＩＢ族金属を含んでもよい。第ＶＩＩＢ族金属の例として、レニウム、マンガン、又はこれらの組合せを含む。第ＶＩＢ族金属の例として、クロミウム、モリブデン、タングステン、又はこれらの組合せを含む。第ＶＩＩＩＢ族金属の例として、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、又はこれらの組合せを含む。特定の例示としてＮｉ：Ｐｄ及びＰｔ：Ｒｅを含む。
【００４７】
第一次ＶＩＩＩＢ族金属の好適な装填は、炭素の０．２５ｗｔ％乃至２５ｗｔ％の範囲であり、重量パーセントは０．１０％及び０．０５％増加し、１．００％、１．１０％、１．１５％、２．００％、２．５０％、５．００％、１０．００％、１２．５０％、１５．００％、及び２０．００％などの間である。第２金属の好適な原子比率は、０．５０、１．００、２．５０、５．００、及び７．５０：１などの間の比率を含む、０．２５：１、１０：１の範囲にある。
【００４８】
一の例示的な触媒組成は、第ＩＩＩＢ族酸化物、及び関係する希土類酸化物を追加することによって達成される。このような場合、成分として、ランタン又はセリウムのいずれかの酸化物を含む。第ＩＩＩＢ族化合物の第一次ＶＩＩＩＢ族金属に対する原子比率は、０．５０、１．００、２．５０、５．００、及び７．５０：１などの間の比率を含む０．２５：１乃至１０：１の範囲でもよい。
【００４９】
別の例示的な触媒組成は、プラチナとレニウムを含むものである。プラチナ対レニウムの原子比率は、０．５０：１、１．００：１、２．５０：１、５．００：１、及び７．００：１などこれらの間の比率を含む０．２５：１、１０：１の範囲にあるようにしてもよい。プラチナのローディングは、０．２５ｗｔ％乃至５．０ｗｔ％の範囲であり、重量パーセントは、．３５％、．４５％、．７５％、１．１０％、１．１５％、２．００％、２．５０％、３．０％、及び４．０％などの間で、０．１０％及び０．０５％増加する。
【００５０】
触媒システムは、供給原料溶液中の触媒を懸濁するのに好適な支持体を具えても良い。支持体は、選択された触媒及び反応状態のための安定化プラットフォームを提供するものにすべきである。支持体は、所望のレベルで機能するように、選択された反応状態で安定化し、供給原料水溶液中で特に安定する任意の形態にしてもよい。このような支持体として、限定ではないが、炭素、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素アルミナ、アルミナ、酸化ジルコニウム、チタニア、セリア、バナジア、及びこれらの混合物を含む。ゼオライト、カーボン・ナノチューブ、又はカーボン・フラーレンのようなナノ多孔質支持体を使用しても良い。
【００５１】
一の例示的な触媒支持体は、炭素であり、特に、炭素支持体は、比較的大きい表面積を有する（１グラムあたり１００平方メートルより大きい）。このような炭素は、活性炭（粒状化された、粉末状の、又はペレット化された）、活性炭の布、フェルト又は繊維、カーボン・ナノチューブあるいはナノホーン、カーボン・フラーレン、高表面積ハニカム炭、カーボン・フォーム（網状化カーボン・フォーム）、及びカーボン・ブロックを含む。炭素は、泥炭、木、亜炭、石炭、ココナッツ・シェル、オリーブ種、及びオイルベースの炭素の化学的又は蒸気賦活のいずれかによって作られてもよい。別の指示体は、ココナッツから作られた粒状の活性炭である。一実施例では、触媒システムは、炭素とプラチナから構成され、プラチナは、さらにニッケル、ルテニウム、銅、鉄、又はレニウムとの合金であるか、混合される。
【００５２】
別の例示的な触媒支持体は、酸化ジルコニウムである。酸化ジルコニウムは、ゾル・ゲル処理又は任意の他の方法を用いて、ジルコニウム塩類から水酸化ジルコニウムを沈殿させることによって作られてもよい。酸化ジルコニウムは、４００℃以上の温度における前駆物質の焼成によって得られる結晶の形態で存在し、正方晶及び単斜晶相の両方を含んでもよい。修飾剤を添加して、酸化ジルコニウムのテクスチャ又は触媒特性を改良してもよい。修飾剤は、限定ではないが、硫酸塩、タングステン酸塩（tungstenate）、リン酸塩、チタニア、二酸化ケイ素、及び第ＩＩＩＢ族金属酸化物、特にセリウム、ランタン、又はイットリウムを含む。一実施例において、触媒システムは、一次正方晶の二酸化ケイ素修飾酸化ジルコニウムを覆うプラチナからなり、このプラチナは、ニッケル、ルテニウム、銅、鉄、レニウムとの合金であるか、又は混合されたものである。
【００５３】
別の例示的な触媒支持体は、チタニアである。チタニアは、ゾル・ゲル処理又は任意の他の方法を用いて、チタン塩類から沈殿させることによって作られてもよい。チタニアは、結晶の形態で存在し、鋭錐石とルチル結晶相の両方を含んでもよい。修飾剤を添加して、チタニアのテクスチャ又は触媒特性を改良してもよい。このような修飾剤は、限定ではないが、硫酸塩、二酸化ケイ素、及び第ＩＩＩＢ族金属酸化物、特にセリウム、ランタン、又はイットリウムを含む。
【００５４】
別の例示的な触媒支持体は、二酸化ケイ素である。二酸化ケイ素は、二酸化ケイ素アルミナ材を形成するために、アルミナと選択的に結合されてもよい。一実施例では、触媒システムは、二酸化ケイ素アルミナ又は二酸化ケイ素を覆うプラチナであり、このプラチナは、ニッケル、ルテニウム、銅、鉄、又はレニウムとの合金であるか、又は混合されたものである。別の実施例では、触媒システムは、二酸化ケイ素アルミナ又は二酸化ケイ素を覆うニッケルであり、このニッケルは、銅、レニウム、ルテニウム、又は鉄との合金であるか、又は混合されたものである。
【００５５】
支持体は、その特性を強化するために処理されるか改良されても良い。例えば、支持体は、例えば水素及び水酸基などの表面修飾によって処理されて、表面部分を改良されても良い。表面の水素及び水酸基は、触媒効率に影響を及ぼす局所的なｐＨ変化をもたらすことができる。支持体は、硫酸塩、リン酸塩、タングステン酸塩、及びシランでそれを処理することによって改良してもよい。炭素支持体では、炭素は、蒸気、酸素（空気から）、無機酸、又は過酸化水素で前もって処理して、より良い表面の酸素部位を提供してもよい。前処理した炭素は、チタン、バナジウム、ジルコニウム、及びこれらの混合物の酸化物など第ＩＶＢ族及び第ＶＢ族の酸化物を添加して改良してもよい。
【００５６】
触媒システムは、単独又は互いに混合されるかのいずれかで、当業者に公知の従来の方法を用いて調製されてもよい。このような方法は、初期湿潤、蒸発含浸、化学蒸着、洗浄コーティング、マグネトロン・スパッタリング技術などを含む。触媒をつくるために選択される方法は、異なる触媒が異なる結果をもたらすという条件を有し、全体表面積、多孔性など考慮事項に依存する本発明の機能に特に重要というものではない。
【００５７】
図２及び３は、本発明を実施するのに有用な１のリアクタシステムの細部を示した概略図を提供している。多管式リアクタシステムを例示しているが、本発明は、単一の反応容器を有するリアクタシステムか、他の複数の反応容器を利用している他の構成に使用しても良い。
【００５８】
図２を参照すると、液体供給原料が、触媒を封入した反応管１６を具え、外部ハウジング１８によって規定される外側シェル領域を有するリアクタ２へ入口４で導入される。この液体供給原料は、開放式プレナム（図示せず）に入り、ここには、分配プレート１４があり、液体供給原料を多管式リアクタの管１６へ分配する。図３に示すように、液体供給原料は、ボルト穴３０を介するボルトによって圧縮される、シール面２８のガスケットによってリアクタ管１６のみを流れるように隔離されている。この密閉された環境が、リアクタの管の全てにわたって液体供給原料を均等に分布させるというさらなる利点を有しており、これによって、リアクタシステムにわたる均等な圧力分布を維持するのに役立つ。リアクタ管１６中を液体供給原料が触媒を通って流れると、ここで、それが反応し、非凝縮性気体と排出物流動を形成する。気体生成物と排出物は、出口８を通って排出される前に半球状の収集領域２６に収集される。
【００５９】
熱媒体が、外部シェル１８へ導入され、リアクタシステムの加熱プロセスを提供する。熱媒体は、熱交換リアクタにおいて一般的に使用される任意の種類にすることができ、所望する反応の特定の態様及び使用する熱交換機構に基づいて変えるようにしても良い。この媒体は、気体、液体、又は固体のいずれかにしても良く、限定ではないが、システムからの排気、空気、蒸気、加熱油、融解塩、砂、水、などを含むようにしてもよい。
【００６０】
この説明図では、シェル１８は、熱媒体の流動特性を改良するために内部特徴２０を具える。熱媒体は、２２から入り、２４からこのシステムを出るが、各フローパターンが、全体として、供給原料、触媒、及びこのシステムの全体的なエネルギの必要性に依存するという利点を有するときは、シェル領域１８を通って並流又は逆流方向に流れるようにしてもよい。シェルは、横ポート５４を有しても良く、これによって、エネルギ発生装置からの排気ガスがリアクタ管１６内の反応混合物へ横流で流れる。シェルは、垂直方向にセグメント化されて、複数の入口穴及び出口穴を設けても良く、これによって、様々な温度の熱媒体のセグメントを介した導入により、精密な温度制御が達成されても良い。
【００６１】
非凝縮性気体生成物は、意図される目的のために精製及び分離されるか、関連するダウンストリームプロセスへ直に供給されてもよい。例えば、気体生成物は、内燃機関へ直に供給されてもよい。燃料気体中のＨ２及びＣＯ２の存在が、内燃機関での燃焼に有益な効果をもたらすことが分かっている。他の炭化水素燃料それぞれが速い火炎速度を有して広範囲の燃焼性を有するとき、水素は、特に有益な添加物である。Ｈ２の従来の炭化水素燃料への添加は、燃焼を希薄燃焼へ拡張することがわかっており、これは、燃料比率に対しより多い空気、より低い燃焼温度、及び窒素酸化物（ＮＯＸ）の放出の減少を提供する。ＡＰＲ気体中に存在する二酸化炭素は、排気リサイクル（ＥＧＲ）で用いて燃焼温度を低くし、したがって、より窒素酸化物（ＮＯＸ）の放出を小さくすることができる。
【００６２】
特定の適用例では、はじめに、生成物流動を精製して、非凝縮性気体生成物を隔離することが所望されてもよい。リアクタが動作する圧力上昇は、ＰＳＡ又は膜など気体精製装置と組み合わせて使用されるときに共同作用的な結果も提供する。精製システムは、周知の技術であって、様々な相分離器と、膜と、気体蒸留塔とを具える。例えば、相分離器を用いて、反応物として水素を使用する様々な化学反応など、さらにダウンストリームプロセスにおいて使用するために水素を収集する。他の実施例において、分離膜を用いて、例えば水素燃料電池に使用するためなど、水素の適用例に直に使用するために、気体流動を精製して水素を捕獲してもよい。
【００６３】
リアクタが動作する圧力上昇は、例えば内燃機関又は燃料電池などのエネルギ発生装置と組み合わせて使用されるときに共同作用的な結果も提供する。炭化水素混合物中の高レベルの気体状又は高沸点の炭化水素によって、装置の流入圧力は約２ｐｓｉｇと１２０ｐｓｉｇの間にすべきである。リアクタシステムの圧力が所望される供給圧力よりも大きい場合、圧力を所望されるように減らすことができるが、さらに圧力を上げることもできる。
【００６４】
図４と、特に図５を参照して、含酸素化合物と水の混合物を貯蔵している供給タンク１０１は、供給ライン１０２を介してチャージポンプ１０３に供給する。チャージポンプ１０３は、液体供給原料溶液の圧力をリアクタシステム１０７で所望される反応圧力まで増加させる。チャージポンプ１０３の排出１０４は、リアクタ排出物から熱を奪うために予熱交換器１０５に供給し、ライン１０６を介してリアクタ管１０７ａ及びシェル１０７ｂを具えるリアクタ１０７へ供給される液体供給物を加熱する。リアクタ管１０７ａは、均一に混合されているか、連続的に詰められるようにしても良い所望の触媒で満たされている。
【００６５】
触媒バーナ１３４からの熱い排気１３５は、リアクタ１０７のシェル領域１０７ｂに向けられて、リアクタ管１０７ａを所望の温度まで加熱する。リアクタ生成物を含むリアクタ排出物は、ライン１０８を通ってリアクタ予熱交換器１０５へ入り、次いでライン１０９を通って、余剰燃焼空気１１３を加熱する復熱装置１１０へ、そしてバーナ１３４へ送られる。送風機１１１は、ライン１１２を介して復熱装置へ必要な燃焼空気を提供する。冷却されたリアクタ排出物（ライン１１４）は、液体冷却熱交換器１１５を使用してさらに冷却される。このシステムでは冷却された空気は、冷却液を熱交換器１１７へ供給する再循環ポンプ１１６によって提供される。結果的に得られる加熱された液体は、ライン１１８を介して熱交換器１１７から出ていく。
【００６６】
非凝縮性気体生成物と液体水を含んでいる冷却されたリアクタ排出物１１９は、水・蒸気分離器１２０に供給される。この分離器の水のレベルは、分離器の排出物ライン１２１の弁を制御するレベルコントローラへ信号を送るレベルセンサ（図示せず）を用いて監視されている。蒸気相の生成物は、ライン１２２を介して水・蒸気分離器を出る。分離器１２０の圧力とリアクタ１０７のアップストリームは、ライン１２２の機械的な背圧調節器１２３によって制御される。次いで、気体は、気体状リアクタ生成物を貯蔵でき、システムが変化する事象において緩衝器として機能する一連のサージタンク１２４に供給される。
【００６７】
図５に示した例において、内燃機関（ＩＣＥ）１２９は、エネルギを作り出す燃料として気体生成物を使用するために用いている。非凝縮性気体は、ライン１２５を通って、ＩＣＥ１２９に供給するために必要な圧力まで圧力を減らす前方圧力調節器１２６へ移動する。気体は、ライン１２８からの外気と混合されて、燃焼し、エンジンが電気を作り出す発電装置１３０を回転させる。別の実施例では、ＩＣＥ１２９は、直接、関連機械を動かす駆動シャフトに連結されてもよい。
【００６８】
説明した実施例では、エンジン１２９からの燃焼排気生成物は、ライン１３１を通って移動し、システム周囲でライン１３７及び１３８を経由して外気へと向けられる。代替的に、排気は、ライン１１３の予熱送風空気と混合されるライン１３２へ向けられても良い。排気及び空気の混合物は、触媒バーナ１３４を通過する。さらなる加熱をリアクタ１０７に必要とする場合、追加的な気体を、制御弁１４０を介してサージタンク１２４から触媒バーナ１３４へ供給することができる。
【００６９】
実験例
以下の実験例は、本発明の様々な態様の実施例を考慮するべきであり、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではなく、添付したクレームによって規定される。
【００７０】
実験例１
単一のリアクタシステムを使用して、効率性と供給原料の気体生成物への転化におけるフローパターンの効果の比較を行った（アップフロー対ダウンフロー）。単一のリアクタシステム（図６に示す）に、Ｃａｌｇｏｎ  ２０６  ＣＡＴ  Ｐ  ８０ｘ１２０（１０３１−０２３−１）支持体上に５％Ｐｔ、Ｐｔ：Ｒｅ０．２５の触媒を約１４０グラム、装填した。リアクタ管は、外径が１ｉｎｃｈであり、総長が約２４ｉｎｃｈであった。グリセロールの供給原料水溶液（水に対してグリセロール３２．６ｗｔ％）を、重量空間速度（ＷＨＳＶ）、１時間あたり触媒１グラムあたりグリセロール１．０グラムでリアクタに供給した。反応条件は、並流の熱媒体空気流を４００℃にするとともに、６２５ｐｓｉｇ、２５０℃（予熱）に設定した。入口から出口までの圧力勾配は、１ｐｓｉｇ乃至２．５ｐｓｉｇまでの範囲とした。図７は、単一のダウンフロー条件でのリアクタの長さに沿った触媒床の温度を図示している。
【００７１】
2010514548.tif 000004
【００７２】
表２に示すように、ダウンフロー構成は、特に低温において、気体生成物への転化がより大きく、効率がより大きいことを示した。表３に示すように、ダウンフロー構成は、気体生成物への転化と、時間経過における効率性との安定性を高めることを示した。気体生成物への転化は、気体生成物流動における炭素と、同じ時間にシステムに供給される炭素のモル比率として規定される。プロセスの効率は、生成物の流量と触媒リアクタへ伝えられる加熱割合に対する気体生成物流動の低位発熱量との比率として規定される。
【００７３】
表３のデータは、動作後１ヵ月のリアクタ性能を示す。図示されているように、ダウンフロー動作中の気体生成物への転化及び効率性に関し、著しい増加が明らかである。
【００７４】
2010514548.tif 000005
【００７５】
実験例２
図２及び３に示されているダウンフローの多管式リアクタシステムを用いて、グリセロールから合成ガスを生成した。４７個のリアクタ管を具えるリアクタシステムは組み合わせて、Ｃａｌｇｏｎ  ２０６  ＣＡＴ  Ｐ  ８０ｘ１２０支持体上に５％Ｐｔ  Ｐｔ：Ｒｅ０．５０の触媒、総計約６，４６０グラムを装填した。リアクタ管は、外径が１ｉｎｃｈであり、触媒を充填した総長が約２４ｉｎｃｈであった。グリセロールの供給原料水溶液（水に対してグリセロール３６．２ｗｔ％）を、ＷＨＳＶ、１時間あたり触媒１グラムあたりグリセロール０．５乃至１．０グラムでリアクタに供給した。反応条件は、６００ｐｓｉｇ、２５０℃（予熱）に設定した。並流の熱媒体空気流を気流速度９０ＳＣＦＭ、条件によって約３５０℃から４１５℃まで可変温度で供給した。リアクタにわたる入口から出口までの圧力勾配は、０．５ｐｓｉｇ乃至３ｐｓｉｇまでの範囲とした。
【００７６】
システムの性能と、同じように動作させた単管式リアクタとの比較データを以下の表４に示している。多管式リアクタの性能は、同じ５％Ｐｔ  Ｐｔ：Ｒｅ０．５０の触媒を装填し、同じ条件で動作した実験例１で用いた単管式リアクタの性能と、水素への転化とダウンフロー構成における軽質炭化水素及び水素収率が生じることに関し、極めて近似しており、ダウンフロー構成が、ほとんど又は全く多管式リアクタにおける流動分布にマイナス効果を有していないことを示している。水素収率は、生成物流動中の水素量と、化学量論的な選択性を有して反応が進行した場合に存在しうる水素量の比率として規定される。
【００７７】
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【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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【国際調査報告】
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