(57)【要約】  本開示及び本発明は、フィッシャー・トロプシュプロセスにおいて有用な反応器及び方法に関し、当該反応器は、第１の１つまたは複数の触媒保持領域を含む反応器であって、第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の内面を有し、第１の内面が、第１の内部空間を定義し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の長軸を有し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、第１の内面が、第１の末端から第２の末端にかけて、第１の長軸に向かって狭くなり、ならびに第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される反応器などである。【選択図】図１
2018501084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の１つまたは複数の触媒保持領域を含む反応器であって、
前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の内面を有し、前記第１の内面が、第１の内部空間を定義し、
前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の長軸を有し、
前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、
前記第１の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、前記第１の長軸に向かって狭くなり、ならびに
前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、発熱反応を実施するように構成されている、前記反応器。
【請求項２】
前記反応器が、第２の１つまたは複数の触媒保持領域をさらに含み、
前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第２の内面を有し、前記第２の内面が、第２の内部空間を定義し、
前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第２の長軸を有し、
前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、
前記第２の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、前記第２の長軸から遠ざかって狭くなり、ならびに
前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、発熱反応を実施するように構成されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記反応器が、２つ以上の第１の触媒保持領域を含む、請求項１または請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記反応器が、２つ以上の第２の触媒保持領域を含む、請求項２または請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記反応器が、２〜５０，０００個の第１の触媒保持領域を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項６】
前記反応器が、２〜５０，０００個の第２の触媒保持領域を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項７】
前記第１の末端及び前記第２の末端における前記第１の内面が、円形である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項８】
前記第１の末端及び前記第２の末端における前記第２の内面が、円形である、請求項２〜７のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項９】
前記第１の末端における前記第１の内面の直径が、前記第２の末端における前記第１の内面の直径と比較して、少なくとも１０％長い、請求項７または請求項８に記載の反応器。
【請求項１０】
前記第２の末端における前記第２の内面の直径が、前記第１の末端における前記第２の内面の直径と比較して、少なくとも１０％長い、請求項８または請求項９に記載の反応器。
【請求項１１】
前記第１の末端における前記第１の内面によって定義される空間域が、前記第２の末端における前記第１の内面の直径と比較して、少なくとも１０％大きい、請求項７または請求項８に記載の反応器。
【請求項１２】
前記第２の末端における前記第２の内面によって定義される空間域が、前記第１の末端における前記第２の内面の直径と比較して、少なくとも１０％大きい、請求項８または請求項９に記載の反応器。
【請求項１３】
前記第１の末端における前記第１の内面から前記第１の長軸までの距離が、前記第２の末端における前記第１の内面から前記第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも１０％長い、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１４】
前記第２の末端における前記第２の内面から前記第２の長軸までの距離が、前記第１の末端における前記第２の内面から前記第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも１０％長い、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１５】
前記第１の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、一定して狭くなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１６】
前記第２の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、一定して狭くなる、請求項２〜１１のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１７】
前記反応器が、１つまたは複数の冷却部をさらに含む、請求項２〜１６のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１８】
前記反応器が、２つ以上の冷却部をさらに含む、請求項２〜１６のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１９】
前記発熱反応が、フィッシャー・トロプシュ反応である、請求項２〜１６のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項２０】
炭化水素の生産方法であって、
ａ）請求項１〜１８のいずれか１項に記載の反応器を提供する工程であって、前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の前記第１及び／または第２の内部空間が、発熱反応を触媒するのに適した触媒を含む、工程と、
ｂ）前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の前記第１及び／または第２の内部空間を通って、前記第１の末端から前記第２の末端へと合成ガスを流動させることにより、合成ガスを、発熱反応触媒を触媒するのに適した触媒と接触させる工程と、
ｃ）前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の前記第２の末端で第１の生産物を回収する工程であって、前記第１の生産物が、炭化水素を含む、工程と、
を含む、前記生産方法。
【請求項２１】
前記触媒が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の全体にわたって分布している、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記合成ガスが、０．３ＭＰａ〜２．５ＭＰａ（３バール〜２５バール）の圧力範囲で流動する、請求項２０または請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前期第１の生産物が、炭化水素を少なくとも５０％含む、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の生産物が、ワックスを５％未満含む、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記合成ガスの少なくとも３０％が、前記第１の生産物へと変換される、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記発熱反応が、フィッシャー・トロプシュ反応である、請求項２０２０〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出現は、２０１４年１１月１４日に出願の米国出願第６２／０７９，６４７号の利益を主張し、当該文献は、参照によって、その全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
合成ガス（水素（Ｈ2））及び一酸化炭素（ＣＯ）の混合物）は、当該技術分野においてよく知られる方法によって、石炭またはメタン（天然ガス）のいずれからも容易に生産することができ、世界中で広く商業的に用いられる。よく知られた工業プロセスの多くが、さまざまな含酸素有機化合物の生産を目的として、合成ガスを使用している。合成ガスから炭化水素を触媒的に生産することを目的とするフィッシャー・トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）触媒プロセスは、１９２０年代に最初に発見及び開発され、自動車用燃料として、ガソリンの範囲に入る炭化水素を生産するために、南アフリカにおいて長年使用された。フィッシャー・トロプシュ触媒プロセスを効率的に実施する反応器及び方法が望まれている。
【０００３】
したがって、フィッシャー・トロプシュ触媒プロセスを効率的に実施する反応器及び方法が本明細書に開示される。
【発明の概要】
【０００４】
第１の１つまたは複数の触媒保持領域を含む反応器が本明細書に開示され、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の内面を有し、第１の内面は、第１の内部空間を定義し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の長軸（longitudinal axis）を有し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、第１の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、第１の長軸に向かって狭くなり、ならびに第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される。
【０００５】
炭化水素の生産方法もまた本明細書に開示され、当該方法は、ａ）本明細書に開示の反応器の提供段階であり、第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の第１及び／または第２の内部空間が、発熱反応の触媒に適した触媒を含む提供段階と、ｂ）第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の第１及び／または第２の内部空間を通って、第１の末端から第２の末端へと合成ガスが流動することによる、合成ガスと、発熱反応の触媒に適した触媒と、の接触段階と、ｃ）第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の第２の末端での、第１の生産物の回収段階であり、第１の生産物が、炭化水素を含む回収段階と、を含む。
【０００６】
以下に続く説明において、さらなる利点が部分的に示されることになり、その一部は、説明から自ずと明らかになるか、または以下に記載の態様を実施することによって理解することができる。以下に記載の利点は、添付の特許請求の範囲において具体的に示される化学的な組成物、方法、及びそれらの組み合わせを使用した手段によって実現及び達成されることになる。前述の一般的な説明及び以下に続く詳細な説明は両方共、例示的及び説明的なものにすぎず、限定的なものではないと理解されることになる。
【０００７】
添付の図は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであり、態様をいくつか例示し、説明と共に本発明の原理を説明するために役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の触媒保持領域の非限定的な図を示す。
【図２】第１の触媒保持領域、第２の触媒保持領域、及び１つの冷却部（cooling section）を有する反応器の非限定的な図を示す。
【図３】第１の触媒保持領域、第２の触媒保持領域、及び２つの冷却部を有する反応器の非限定的な図を示す。
【図４】触媒保持領域を含む多管式反応器の非限定的な図を示す。
【図５】図２に示される反応器のモデル化温度プロファイルを、従来の多管式固定床反応器と比較したものを示す。
【図６】図３に示される反応器のモデル化温度プロファイルを、図２に示される反応器と比較したものを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に続く説明において、本発明のさらなる利点が部分的に示されることになり、その一部は、説明から自ずと明らかになるか、または本発明を実施することによって理解することができる。本発明の利点は、添付の特許請求の範囲において具体的に示される要素及び組み合わせを使用した手段によって実現及び達成されることになる。前述の一般的な記載及び以下に続く詳細な説明は両方共、例示的及び説明的なものにすぎず、請求される本発明を限定するものではないと理解されることになる。
【００１０】
詳細な説明
開示の方法及び組成物に使用することができるか、それらと併せて使用することができるか、それらの準備に使用することができるか、またはそれらに由来する生産物である材料、化合物、組成物、及び成分が本明細書に開示される。こうした材料の組み合わせ、部分集団、相互作用、群等が開示されるとき、こうした化合物のさまざまな個々及び集団的な組み合わせ及び置き換えのそれぞれの特定参照を明示的に開示することはできないが、それぞれが具体的に企図され、本明細書に記載されると理解されることになる。例えば、触媒成分が開示され、議論されるのであれば、別段の相反する記載がない限り、その成分の固体状態にある多くの代替形態が議論され、その触媒成分及び固体状態にある可能な形態の組み合わせ及び置き換えのそれぞれ及びあらゆるものが具体的に企図される。この概念は、限定はされないが、開示の組成物の調製方法及び使用方法における段階を含む、本開示の態様のすべてに対して適用される。したがって、実施することができるさまざまな追加段階が存在するのであれば、こうした追加段階のそれぞれを、開示方法の態様の任意の特定の態様または組み合わせを用いて実施することができ、そのような組み合わせのそれぞれが、具体的に企図され、開示されると考えるべきであると理解される。
【００１１】
１．定義
本明細書及び後に続く特許請求の範囲では、下記の意味を有すると定義される多くの用語に対する参照がなされることになる。
【００１２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲では、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」という単数形は、文脈から明らかでない限り、複数の参照対象を含むことに留意されなくてはならない。したがって、例えば、「触媒」に対する参照は、触媒の混合物を含む。
【００１３】
本明細書では、範囲は、１つの特定の値である「」から、及び／または別の特定の値である「」までとして示され得る。そのような範囲が示されるとき、別の態様は、一方の特定の値から、及び／またはもう一方の特定の値までを含む。同様に、「、」という前件（ａｎｔｅｃｅｄｅｎｔ）を使用することによって、値が近似として示されるとき、特定の値が別の態様を形成すると理解されることになる。範囲のそれぞれの端点は、もう一方の端点との関連においては共に有意であり、もう一方の端点とは独立しているとさらに理解されることになる。
【００１４】
本明細書及び最終的な特許請求の範囲では、組成物または物品における特定の要素または成分の重量部に対する参照は、組成物または物品において、重量部が示される要素または成分と、任意の他の要素または成分と、の重量関連性を示す。したがって、２重量部の成分Ｘ、及び５重量部の成分Ｙを含む化合物では、Ｘ及びＹは、２：５の重量比で存在し、化合物中の追加含有成分の有無とは無関係に、そのような比で存在する。
【００１５】
成分の重量割合は、別段の相反する記載がない限り、成分が含まれる配合物または組成物の総重量に基づく。
【００１６】
本明細書では、空時収量（「ＳＴＹ」）という用語は、触媒の体積当たり、単位時間当たりに生産される生産物のトンまたはｋｇを指す。
【００１７】
２．反応器
フィッシャー・トロプシュプロセスなどの発熱プロセスは、よく知られている。フィッシャー・トロプシュ触媒プロセスは、合成ガスから液体炭化水素（Ｃ２〜Ｃ１０）を生産するものである。この技術は、一般に、ワックスを生産するために使用されるが、現在の開発においては、オレフィンの生産において使用することができる、軽質炭化水素（Ｃ２〜Ｃ５）などの、より有用な炭化水素の生産に重点が置かれている。フィッシャー・トロプシュプロセス中のワックス形成を最小化する（またはワックス形成をなくす）ことは、難易度の高いことである。フィッシャー・トロプシュプロセス中のワックス形成は、既に生成した炭化水素が触媒に再吸着する結果として起こり得る。本明細書に開示の反応器及び方法は、既に生成した炭化水素が触媒に再吸着する確率を低減し、それによって、ワックス生成を最小化する。
【００１８】
毎時重量空間速度「ＷＨＳＶ」因子（式１）は、触媒反応器を説明するものであり、反応物の質量流量を、反応器における触媒の質量で割った商で示される。
式１
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【００１９】
ＷＨＳＶは、反応物の変換率と相関し、触媒の質量が同一であるとき、ＷＨＳＶが高ければ、変換率は低くなる。これは、滞留時間が減少するためである。
【００２０】
管型反応器などの触媒反応器では、反応物の量（モル）は、反応器を通過して反応が進行するにつれて減少する。したがって、触媒量が、反応器全体にわたって一定のままであれば、ＷＨＳＶは、触媒床に沿って減少する。言い換えれば、反応物の流動（モル）は、触媒床に沿って減少し、反応物に対する触媒の活性部位のモル比は、床の長さに沿って増加する。このように比が増加すると、炭化水素生成物が、活性部位に再吸着する確率が増加し、それによって、重質炭化水素及びワックスなどの、より長い炭化水素が生成する。重質炭化水素の形成は、触媒床に沿って、同一比（触媒の質量：反応物のモル）を維持することで、反応物の滞留時間を制御することによって、本明細書に開示の反応器及び方法によって最小化することができる。
【００２１】
触媒利用率は、反応物のモルを、触媒の質量で割った商で示され、改変ＷＨＳＶとも呼ぶことができるものであり、式２で示される。
式２
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【００２２】
式２で、存在する反応物のモルが少ないのであれば、触媒利用率を一定に保つためには、触媒の重量を少なくすることが必要である。したがって、反応物のモルが、反応器の初期段階で消費されるのであれば、触媒利用率を一定にとどめるためには、反応器の後の段階で、触媒の重量を少なくすることが必要である。
【００２３】
本明細書に開示の反応器は、１．強固な温度安定性、２．高オレフィン選択性、３．低ワックス形成、及び４．触媒利用率の最適化を提供する。
【００２４】
第１の１つまたは複数の触媒保持領域を含む反応器が本明細書に開示され、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の内面を有し、第１の内面は、第１の内部空間を定義し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の長軸を有し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、第１の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、第１の長軸に向かって狭くなり、ならびに第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される。発熱反応は、フィッシャー・トロプシュ反応であり得る。
【００２５】
１つの態様では、反応器は、第２の１つまたは複数の触媒保持領域をさらに含み得、第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第２の内面を有し、第２の内面は、第２の内部空間を定義し、第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第２の長軸を有し、第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、第２の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、第１の長軸から遠ざかって狭くなり、ならびに第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される。発熱反応は、フィッシャー・トロプシュ反応であり得る。
【００２６】
第１の１つまたは複数の触媒保持領域、及び第２の１つまたは複数の保持領域を含む反応器もまた本明細書に開示され、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の内面を有し、第１の内面は、第１の内部空間を定義し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の長軸を有し、第１の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、第１の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、第１の長軸に向かって狭くなり、第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第２の内面を有し、第２の内面は、第２の内部空間を定義し、第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第２の長軸を有し、第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、第２の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、第１の長軸から遠ざかって狭くなり、第１の１つまたは複数の触媒保持領域、及び第２の１つまたは複数の触媒保持領域はそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される。発熱反応は、フィッシャー・トロプシュ反応であり得る。
【００２７】
１つの態様では、第１の内部空間は、自遊空間を含む。１つの態様では、第２の内部空間は、自遊空間を含む。
【００２８】
Ｈ2及びＣＯは、本明細書に開示の触媒保持領域において、フィッシャー・トロプシュ反応で触媒的に反応する。したがって、第１の１つまたは複数の触媒保持領域、及び第２の１つまたは複数の触媒保持領域などの触媒保持領域は、１つまたは複数のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み得る。例えば、第１の１つまたは複数の触媒保持領域は、１つまたは複数のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み得る。別の実施例では、第２の１つまたは複数の触媒保持領域は、１つまたは複数のフィッシャー・トロプシュ触媒を含み得る。フィッシャー・トロプシュ触媒は、当該技術分野において知られており、例えば、Ｆｅに基づく触媒、及び／またはＣｏに基づく触媒、及び／またはＲｕに基づく触媒であり得る。そのような触媒は、米国特許第４，０８８，６７１号、及び米国特許第４，２０７，２４８号において説明されており、当該文献は、それらの全体が、特に、フィッシャー・トロプシュ触媒に関する開示を対象として、本明細書に組み込まれる。
【００２９】
本明細書に記載の混合領域において混合されるガスは、Ｈ2及びＣＯを含み得る。第１の混合領域に供給されるガスのＨ2／ＣＯモル比は、０．５〜４であり得る。例えば、Ｈ2／ＣＯモル比は、１．０〜３．０であり得、例えば、１．５〜３．０であるか、または別の実施例では、１．５〜２．５などである。Ｈ2／ＣＯモル比は、生産される炭化水素の選択性を制御し得ると理解されることになる。
【００３０】
本明細書に開示の反応器は、多管式固定床反応器に存在し得る。１つの態様では、反応器は、２つ以上の第１の触媒保持領域を含む。１つの態様では、反応器は、２つ以上の第２の触媒保持領域を含む。１つの態様では、反応器は、等しい数の第１の触媒保持領域及び第２の触媒保持領域を含む。
【００３１】
１つの態様では、本明細書に開示の反応器は、１，０００〜５０，０００個の第１の触媒保持領域を含む。例えば、反応器は、１０，０００〜３０，０００個の第１の触媒保持領域を含む。
【００３２】
１つの態様では、本明細書に開示の反応器は、２〜５０，０００個の第１の触媒保持領域を含む。例えば、本明細書に開示の反応器は、２〜３０，０００個の第１の触媒保持領域を含む。
【００３３】
１つの態様では、本明細書に開示の反応器は、２〜３０，０００個の第１の触媒保持領域、及び２〜３０，０００個の第２の触媒保持領域を含む。例えば、反応器は、１，０００〜２５，０００個の第１の触媒保持領域、及び１，０００〜２５，０００個の第２の触媒保持領域を含み得る。
【００３４】
１つの態様では、反応器は、工業規模の反応器である。例えば、反応器は、少なくとも０．５リットル、１リットル、２リットル、５リットル、１０リットル、２０リットル、５０リットル、１００リットル、２５０リットル、５００リットル、１，０００リットル、１０，０００リットル、または２０，０００リットルの体積を有し得る。例えば、反応器は、１リットル〜５００リットルの体積を有し得、例えば、１リットル〜２０リットルなどである。別の実施例では、反応器は、５００リットル〜２０，０００リットルの体積を有し得、例えば、１，０００リットル〜１０，０００リットルなどである。
【００３５】
１つの態様では、本明細書に記載の触媒保持領域は、反応器であり得る。例えば、触媒保持領域は、少なくとも１ｍＬ、５ｍＬ、２５ｍＬ、１００ｍＬ、５００ｍＬ、１，０００ｍＬ、５リットル、２０リットル、１００リットル、または１，０００リットルの体積を有し得る。例えば、触媒保持領域は、１ｍＬ〜５リットルの体積を有し得、例えば、２５ｍＬ〜１０００ｍＬなどである。別の実施例では、触媒保持領域は、１ｍＬ〜５リットルの体積を有し得、例えば、５リットル〜１０００リットルなどである。
【００３６】
フィッシャー・トロプシュ反応は、高度に発熱性である。温度プロファイルは、本明細書に開示の第２の触媒保持領域を利用することによって、本明細書に開示の反応器において制御することができる。第２の触媒保持領域の第１の末端に存在する触媒量を、第１の触媒保持領域と比較して少なくすることで、反応器全体にわたって温度プロファイルを安定化することができ、それによって、より効率的な反応器が創出される。
【００３７】
第１の末端及び第２の末端における第１の内面の形状は、同一であり得、例えば、円形、正方形、または長方形である。１つの態様では、第１の末端及び第２の末端における第１の内面は、円形である。
【００３８】
第１の末端及び第２の末端における第２の内面の形状は、同一であり得、例えば、円形、正方形、または長方形である。１つの態様では、第１の末端及び第２の末端における第２の内面は、円形である。
【００３９】
１つの態様では、第１の内面及び第２の内面は、お互いに隣接する。
【００４０】
１つの態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、少なくとも１０％長い。別の態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、少なくとも１５％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、少なくとも２０％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、少なくとも３０％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、少なくとも５０％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、少なくとも１００％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面の直径は、第２の末端における第１の内面の直径と比較して、１０％〜１００％長く、例えば、２０％〜５０％長いなどである。
【００４１】
１つの態様では、第２の末端における第２の内面の直径は、第１の末端における第２の内面の直径と比較して、少なくとも５０％長い。別の態様では、第２の末端における第２の内面の直径は、第１の末端における第２の内面の直径と比較して、少なくとも７５％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面の直径は、第１の末端における第２の内面の直径と比較して、少なくとも１００％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面の直径は、第１の末端における第２の内面の直径と比較して、少なくとも１５０％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面の直径は、第１の末端における第２の内面の直径と比較して、少なくとも２００％長い。１つの態様では、第２の末端における第２の内面の直径は、第１の末端における第２の内面の直径と比較して、５０％〜２００％長い。
【００４２】
１つの態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも１０％長い。別の態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも１５％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも２０％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも３０％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも５０％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも１００％長い。さらに別の態様では、第１の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離は、第２の末端における第１の内面から第１の長軸までの距離と比較して、１０％〜１００％長く、例えば、２０％〜５０％長いなどである。
【００４３】
１つの態様では、第２の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離は、第１の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも５０％長い。別の態様では、第２の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離は、第１の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも７５％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離は、第１の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも１００％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離は、第１の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも１５０％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離は、第１の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも２００％長い。さらに別の態様では、第２の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離は、第１の末端における第２の内面から第２の長軸までの距離と比較して、５０％〜２００％長い。
【００４４】
触媒保持領域が、第１の末端から第２の末端にかけて狭くなることが、触媒保持領域の特定点における触媒量を決定する。触媒保持領域をどの程度狭くしていくかは、合成ガスの流量、温度等などの反応条件に応じて変えることができる。例えば、触媒濃度が高いときは、高度に狭くしていくことが望まれるであろう。１つの態様では、第１の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、一定して狭くなる。１つの態様では、第２の内面は、第１の末端から第２の末端にかけて、一定して狭くなる。
【００４５】
さらに、触媒保持領域全体にわたって、温度プロファイルが安定かつ一定であることが望まれる。オレフィン生産を標的とするフィッシャー・トロプシュプロセスについては、触媒床は、温度感受性が高く、反応器の長さの最初の３分の１の地点において温度ピークを回避することが非常に望まれる。１つの態様では、反応器は、中間冷却器などの冷却部を含む。触媒保持領域全体にわたって温度プロファイルを制御するために、多冷却部を使用することができる。
【００４６】
１つの態様では、反応器は、１つまたは複数の冷却部をさらに含む。
【００４７】
１つの態様では、反応器は、２つ以上の冷却部をさらに含む。
【００４８】
反応器は、発熱反応を実施するように構成することができ、発熱反応は、約２２０〜３５０℃、圧力が約３〜２５バール、及び空間速度が約７００〜６０００ｍｌ／ｇ／時間で実施するフィッシャー・トロプシュ反応などである。反応器または触媒保持領域は、金属材料から作ることができ、金属材料は、例えば、炭素・スチール材料またはステンレス・スチール材料などである。触媒保持領域の長さは、３ｃｍ〜１２ｍであり得る。触媒保持領域における壁材料の厚さは、典型的には、０．５ｍｍ〜５ｍｍである。
【００４９】
ここでは図１に関し、図１は、本明細書に開示の反応器の非限定的な例示の態様を示す。図１は、第１の内面（１０２）を有する第１の触媒保持領域（１００）を示す。第１の触媒保持領域（１００）は、第１の長軸（１０４）も有する。内面（１０２）は、第１の末端（１０６）から第２の末端（１０８）にかけて、第１の長軸（１０４）に向かって狭くなる。第１の触媒保持領域（１００）は、第１の外面（１１０）も有し得、第１の外面（１１０）は、本明細書に記載のように、第２の触媒保持領域または冷却領域の内面にもなり得る。
【００５０】
ここでは図２に関し、図２は、本明細書に開示の反応器の非限定的な例示の態様を示す。図２は、本明細書に開示の第１の触媒保持領域（２２０）及び第２触媒保持領域（２２２）を有する反応器（２００）を示す。反応器（２００）の第１の触媒保持領域は、第１の内面（２０２）を有する。第１の触媒保持領域は、第１の長軸（２０６）も有する。内面（２０２）は、第１の末端（２１０）から第２の末端（２１２）にかけて、第１の長軸（２０６）に向かって狭くなる。反応器（２００）の第２の触媒保持領域は、第２の内面（２０４）を有する。第２の触媒保持領域は、第２の長軸（２０８）を有する。内面（２０２）は、第２の触媒保持領域の第１の末端（２１４）から第２の末端（２１６）にかけて、第２の長軸（２０８）から遠ざかって狭くなる。反応器（２００）は、冷却部（２１８）も有し得る。
【００５１】
ここでは図３に関し、図３は、本明細書に開示の反応器の非限定的な例示の態様を示す。図３は、本明細書に記載の第１の触媒保持領域（３２２）及び第２の触媒保持領域（３２４）を有する反応器（３００）を示す。反応器（３００）の第１の触媒保持領域は、第１の内面（３０２）を有する。第１の触媒保持領域は、第１の長軸（３０６）も有する。内面（３０２）は、第１の末端（３１０）から第２の末端（３１２）にかけて、第１の長軸（３０６）に向かって狭くなる。反応器（３０）の第２の触媒保持領域は、第２の内面（３０４）を有する。第２の触媒保持領域は、第２の長軸（３０８）を有する。内面（３０２）は、第２の触媒保持領域の第１の末端（３１４）から第２の末端（３１６）にかけて、第２の長軸（３０８）から遠ざかって狭くなる。反応器（３００）は、２つの冷却部である（３１８）及び（３２０）も有し得る。
【００５２】
ここでは図４に関し、図４は、本明細書に開示の反応器の非限定的な例示の態様を示す。図４は、図１、図２、及び図３に示されるものを含む、本明細書に記載のものなどの多触媒保持領域（４０２）を有する反応器（４００）を示す。
【００５３】
３．反応器の使用方法
炭化水素の生産を目的とする、本明細書に開示の反応器の使用方法もまた本明細書に開示される。
【００５４】
炭化水素の生産方法もまた本明細書に開示され、当該方法は、ａ）本明細書に開示の反応器の提供段階であり、第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の第１及び／または第２の内部空間が、フィッシャー・トロプシュ触媒などの、発熱反応の触媒に適した触媒を含む提供段階と、ｂ）第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の第１及び／または第２の内部空間を通って、第１の末端から第２の末端へと合成ガスが流動することによる、合成ガスなどの反応ガスと、発熱反応の触媒に適した触媒と、の接触段階と、ｃ）第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の第２の末端での、第１の生産物の回収段階であり、第１の生産物が、炭化水素を含む回収段階と、を含む。
【００５５】
１つの態様では、炭化水素は、Ｃ２〜Ｃ２０＋の炭化水素を含む。例えば、炭化水素は、Ｃ２〜Ｃ１０の炭化水素を含み、例えば、Ｃ２〜Ｃ５の炭化水素など、Ｃ２〜Ｃ３の炭化水素などを含む。
【００５６】
１つの態様では、触媒は、第１の末端から第２の末端にかけて、第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の全体にわたって分布する。
【００５７】
フィッシャー・トロプシュ反応は、本明細書に記載のように、高度に発熱性である。反応の温度プロファイルを一定に保つと共に、いかなる温度ピークも無くし、温度ピークによる温度上昇を生じさせないことが望まれる。従来の反応管を使用した従来法は、温度ピークを伴う温度プロファイルを有することが多い。温度ピークは、反応を通して、平均反応温度と比較して少なくとも５℃高い温度プロファイルにおけるピークである。例えば、図５は、従来の多管式固定床反応器が、反応器の長さ約４００ｍｍから約８００ｍｍにかけて温度ピークを有することを示す。１つの態様では、方法の温度プロファイルは、温度ピークを含まない。
【００５８】
１つの態様では、本明細書に開示の反応器及び方法を利用することによって、任意の発熱反応の反応プロセス全体にわたって、一貫した等温性を達成することができる。
【００５９】
１つの態様では、合成ガスは、３バール〜２５バールの圧力範囲で流動する。例えば、合成ガスは、５バール〜１５バールの圧力範囲で流動する。
【００６０】
１つの態様では、第１の生産物は、炭化水素を少なくとも５０％含む。別の態様では、第１の生産物は、炭化水素を少なくとも７５％含む。さらに別の態様では、第１の生産物は、炭化水素を５０％〜７５％含む。例えば、第１の生産物は、Ｃ２〜Ｃ５の炭化水素を少なくとも２０％含み得る。別の実施例では、第１の生産物は、Ｃ２〜Ｃ５の炭化水素を少なくとも４０％含み得る。別の実施例では、第１の生産物は、Ｃ２〜Ｃ５の炭化水素を２０％〜４０％含み得る。
【００６１】
１つの態様では、第１の生産物のワックス含量は、５％未満である。例えば、第１の生産物のワックス含量は、０．１％未満であり得る。別の実施例では、第１の生産物は、実質的にワックスを含み得ない。
【００６２】
１つの態様では、反応器に導入される合成ガスの少なくとも３０％が第１の生産物へと変換される。例えば、反応器に導入される合成ガスの少なくとも４０％が第１の生産物へと変換される。別の実施例では、反応器に導入される合成ガスの少なくとも５０％が第１の生産物へと変換される。さらに別の実施例では、反応器に導入される合成ガスの少なくとも６０％が第１の生産物へと変換される。さらに別の実施例では、反応器に導入される合成ガスの少なくとも７０％が第１の生産物へと変換される。
【００６３】
４．態様
記載の触媒及び触媒組成物及び方法及びそれらの変形形態を考慮し、本発明の、ある特定の、より具体的に記載した態様を、本明細書の以下に記載する。しかしながら、こうして具体的に示す態様は、本明細書に記載の異なる教示内容またはより一般的な教示内容を含む任意の異なる特許請求の範囲に対して、任意の限定的な効果を及ぼすものであると解釈されるべきではなく、または「特定」の態様は、そこで使用される文字通りの言葉及び式が有する固有の意味以外には、なんらかの形において幾分か限定されると解釈されるべきではない。
【００６４】
態様１：第１の１つまたは複数の触媒保持領域を含む反応器であって、前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の内面を有し、前記第１の内面が、第１の内部空間を定義し、前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の長軸を有し、前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、前記第１の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、前記第１の長軸に向かって狭くなり、ならびに前記第１の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される、前記反応器。
【００６５】
態様２：前記反応器が、第２の１つまたは複数の触媒保持領域をさらに含み、前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第２の内面を有し、前記第２の内面が、第２の内部空間を定義し、前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第２の長軸を有し、前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、第１の末端及び第２の末端を有し、前記第２の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、前記第２の長軸から遠ざかって狭くなり、ならびに前記第２の１つまたは複数の触媒保持領域がそれぞれ、発熱反応を実施するように構成される、態様１に記載の反応器。
【００６６】
態様３：前記反応器が、２つ以上の第１の触媒保持領域を含む、態様１または態様２に記載の反応器。
【００６７】
態様４：前記反応器が、２つ以上の第２の触媒保持領域を含む、態様２または態様３に記載の反応器。
【００６８】
態様５：前記反応器が、２〜５０，０００個の第１の触媒保持領域を含む、態様１１〜４のいずれか１態様に記載の反応器。
【００６９】
態様６：前記反応器が、２〜５０，０００個の第２の触媒保持領域を含む、態様１１〜５のいずれか１態様に記載の反応器。
【００７０】
態様７：前記第１の末端及び前記第２の末端における前記第１の内面が、円形である、態様１〜６のいずれか１態様に記載の反応器。
【００７１】
態様８：前記第１の末端及び前記第２の末端における前記第２の内面が、円形である、態様２〜７のいずれか１態様に記載の反応器。
【００７２】
態様９：前記第１の末端における前記第１の内面の直径が、前記第２の末端における前記第１の内面の直径と比較して、少なくとも１０％長い、態様７７または態様８８に記載の反応器。
【００７３】
態様１０：前記第２の末端における前記第２の内面の直径が、前記第１の末端における前記第２の内面の直径と比較して、少なくとも１０％長い、態様８８または態様９に記載の反応器。
【００７４】
態様１１：前記第１の末端における前記第１の内面によって定義される空間域が、前記第２の末端における前記第１の内面の直径と比較して、少なくとも１０％大きい、態様７７または態様８８に記載の反応器。
【００７５】
態様１２：前記第２の末端における前記第２の内面によって定義される空間域が、前記第１の末端における前記第２の内面の直径と比較して、少なくとも１０％大きい、態様８８または態様９に記載の反応器。
【００７６】
態様１３：前記第１の末端における前記第１の内面から前記第１の長軸までの距離が、前記第２の末端における前記第１の内面から前記第１の長軸までの距離と比較して、少なくとも１０％長い、態様１１〜１２のいずれか１態様に記載の反応器。
【００７７】
態様１４：前記第２の末端における前記第２の内面から前記第２の長軸までの距離が、前記第１の末端における前記第２の内面から前記第２の長軸までの距離と比較して、少なくとも１０％長い、態様２２〜１３のいずれか１態様に記載の反応器。
【００７８】
態様１５：前記第１の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、一定して狭くなる、態様１１〜１４のいずれか１態様に記載の反応器。
【００７９】
態様１６：前記第２の内面が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、一定して狭くなる、態様２２〜１５のいずれか１態様に記載の反応器。
【００８０】
態様１７：前記反応器が、１つまたは複数の冷却部（coolant section）をさらに含む、態様２〜１６のいずれか１態様に記載の反応器。
【００８１】
態様１８：前記反応器が、２つ以上の冷却部をさらに含む、態様２〜１７のいずれか１態様に記載の反応器。
【００８２】
態様１９：前記発熱反応が、フィッシャー・トロプシュ反応である、態様２〜１８のいずれか１態様に記載の反応器。
【００８３】
態様２０：炭化水素の生産方法であって、ａ）態様１〜１９のいずれか１態様に記載の反応器の提供段階であり、前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の前記第１及び／または第２の内部空間が、発熱反応の触媒に適した触媒を含む前記提供段階と、ｂ）前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の前記第１及び／または第２の内部空間を通って、前記第１の末端から前記第２の末端へと合成ガスが流動することによる、合成ガスと、発熱反応触媒の触媒に適した前記触媒と、の接触段階と、ｃ）前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の前記第２の末端での、第１の生産物の回収段階であり、前記第１の生産物が、炭化水素を含む前記回収段階と、を含む、前記生産方法。
【００８４】
態様２１：前記触媒が、前記第１の末端から前記第２の末端にかけて、前記第１及び／または第２の１つまたは複数の触媒保持領域の全体にわたって分布する、態様２０２０に記載の方法。
【００８５】
態様２２：前記合成ガスが、３バール〜２５バールの圧力範囲で流動する、態様２０または態様２１２１に記載の方法。
【００８６】
態様２３：前記第１の生産物が、炭化水素を少なくとも５０％含む、態様２０〜２２のいずれか１態様に記載の方法。
【００８７】
態様２４：前記第１の生産物のワックス含量が、５％未満である、態様２０〜２３のいずれか１態様に記載の方法。
【００８８】
態様２５：前記合成ガスの少なくとも３０％が、前記第１の生産物へと変換される、態様２０２０〜２４のいずれか１態様に記載の方法。
【００８９】
前記発熱反応が、フィッシャー・トロプシュ反応である、態様２０２０〜２５のいずれか１態様に記載の方法。
【実施例】
【００９０】
下記の実施例は、当業者に対して、本明細書に記載及び請求される化合物、組成物、物品、装置、及び／または方法がどのようにしてもたらされ、評価されるのかを完全に開示及び説明するように示され、当該実施例は、純粋に例示を意図するものであり、発明者らが自身の発明であると考えるものの範囲の限定を意図するものではない。数（例えば、量、温度等）に関して、正確性を確保する努力はなされているが、幾分かの誤差及び逸脱は考慮されるべきである。別段の記載がない限り、部は、重量部であり、温度は、℃で示されるか、または環境温度であり、圧力は、大気圧であるか、または大気圧付近である。反応条件には、多数の変形形態及び組み合わせが存在し、例えば、成分濃度、所望の溶媒、溶媒混合物、温度、圧力、ならびに記載のプロセスから得られる生産物の純度及び収量を最適化するために使用し得る他の反応範囲及び反応条件である。そのようなプロセス条件の最適化に必要となるものは、合理的かつ日常的な実験のみである。
【００９１】
１．実施例１
この実施例は、本明細書に記載の例示の反応器及び方法のモデル化データについて記載するものである。
【００９２】
図２は、第１の触媒領域及び第２の触媒領域ならびに１つの冷却部を有する反応器を示す。図５は、図２に示される反応器のモデル化温度プロファイルを示す。示されるように、第１の触媒領域及び第２の触媒領域の両方を有する反応器の温度プロファイルは、温度ピークを含まない一方で、従来の多管式固定床反応器は、温度ピークを含み、モデル化される通りである。
【００９３】
図３は、第１の触媒領域及び第２の触媒領域ならびに２つの冷却部を有する反応器を示す。図６は、図３に示される反応器のモデル化温度プロファイルを、図２に示される反応器のモデル化温度プロファイルと比較したものを示す。示されるように、第１の触媒領域及び第２の触媒領域の両方、ならびに２つの冷却部を有する反応器の温度プロファイルは、第１の触媒領域及び第２の触媒領域の両方、ならびに１つの冷却部を有する反応器と比較して、より一定したモデル化温度を有する。２つの冷却領域などの、２つ以上の冷却領域を有する利点は、反応器の後半部（または後ろ３分の１の部分）における温度制御が強化されることである。
【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５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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