(57)【要約】（１）第１触媒を含む、回転軸に対して対称的に位置決めされ、かつ第１内部空間を囲む第１円筒形多孔質触媒ロータと、（２）環状空間によってロータと分離される外部ケーシングと、（３）回転軸の周りでロータを回転させるように構成されたモータと、（４）供給流入管路と、（５）環状空間と流体接続された第１流出管路とを含む装置が、本明細書に開示される。（１）多孔質触媒ロータに、少なくとも１種のガス反応物を含む供給ガスを通過させ、多孔質触媒ロータが、少なくとも１種のガス反応物に対して透過性であり、かつ第１反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は該触媒を含むこと、及び（２）第１の所望の生成物を抽出することを含む方法も、本明細書に記載される。
2012518528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対して対称的に位置決めされ、かつ第１内部空間を囲む第１円筒形多孔質触媒ロータであって、第１触媒を含む第１円筒形多孔質触媒ロータと、
環状空間によって前記ロータと分離される外部ケーシングと、
回転軸の周りで前記ロータを回転させるように構成されたモータと、
供給流入管路と、
前記環状空間と流体接続された第１流出管路とを有する装置。
【請求項２】
前記供給流入管路が、前記第１内部空間と流体接続される請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ロータが、実質的に管状である請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１多孔質触媒ロータが、選択透過性材料から作られるか、又は当該選択透過性材料を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記選択透過性材料が、触媒により作られるか、含浸されるか、又はコーティングされる請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記選択透過性材料が、焼結金属又はセラミックを有する請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記供給流入管路が、前記第１内部空間に伸長する請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記供給流入管路が、前記第１内部空間の鉛直方向に中央部に伸長する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記供給流入管路が、前記回転軸の近位の前記第１内部空間内の位置に伸長する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１多孔質触媒ロータが、４インチ（１０．２ｃｍ）から１２インチ（３０．５ｃｍ）の範囲の直径を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１多孔質触媒ロータが、８インチ（２０．３ｃｍ）から２０インチ（５０．８ｃｍ）の範囲の長さを有する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記モータが、少なくとも毎分７５００回転までの前記ロータの回転数を提供することが可能である請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１多孔質触媒ロータと同心であり、かつ第２内部空間を囲む第２多孔質触媒ロータを更に有し、当該第２多孔質触媒ロータは第２触媒を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記供給流入管路が、前記第１内部空間と流体接続される請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第２流出口を更に含み、第２流出管路が、前記第２内部空間と流体接続される請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１触媒及び前記第２触媒が同一である請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１触媒及び前記第２触媒が異なる請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の複数の装置を含むシステム。
【請求項１９】
第１装置の多孔質触媒ロータが、第２装置の多孔質触媒ロータと異なる触媒機能性を有する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
ガス反応の生成物を生成する方法であって、
多孔質触媒ロータの流入口側から前記ロータに、少なくとも１種のガス反応物を有する供給ガスを通過させ、前記多孔質触媒ロータが、少なくとも１種のガス反応物に対して透過性であり、かつ第１反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は当該触媒を有すること、及び
前記ロータの前記流出口側から第１の所望の生成物を抽出することを有する方法。
【請求項２１】
回転軸の周りで前記多孔質触媒ロータを、ある回転数で回転させることを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ロータが、円筒形である請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記多孔質触媒ロータが、焼結金属又はセラミックを有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記焼結金属又はセラミックが、触媒により作られるか、含浸されるか、又はコーティングされる請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第２多孔質触媒ロータの流入口側から前記第２多孔質触媒ロータに、所望の生成物を通過させることを更に有し、前記第２多孔質触媒ロータが、前記第１の所望の生成物に対して透過性であり、かつ第２の所望の反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は当該触媒を有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１多孔質触媒ロータ及び前記第２多孔質触媒ロータが、単一の装置内に含まれる
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１多孔質触媒ロータ及び前記第２多孔質触媒ロータが、２つの別個の装置内に含まれる請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦支援の研究又は開発に関する記述
該当なし
【背景技術】
【０００２】
技術分野
本発明は、一般的にガス反応を介した所望の生成物の生成に関する。更に具体的には、本発明は、遠心分離を介したガス反応に関する。なおも更に具体的には、本発明は、触媒遠心分離を介したガス反応の向上に関する。
【０００３】
発明の背景
化学反応の速度及び範囲は、反応速度論及び熱力学の法則によって限定される。反応速度は、時間、温度及び圧力を含む多くのことによって決まる。触媒反応の場合、反応物の触媒との接触時間と、触媒が、更なる反応物に触媒作用を及ぼし得るようにするために、反応生成物が触媒表面から除去される時間の追加の律速因子がある。
【０００４】
従来の反応装置において、反応物及び触媒の接触時間は、化学反応に関与する成分間の接触を提供する混合によって多くの場合に制御される。化学反応を加速するために、混合及び混合装置の使用を最大にするために行われた種々の革新があった。化学反応の速度を向上させるために、高剪断かつ高エネルギー混合装置が、提案された。
【０００５】
化学反応物の反応を加速するために、他の装置が提案された。例えば、流体力学的キャビテーションの使用を通じた化学反応を加速する方法に関する先行開示があった。流体力学的キャビテーションは、相変化、並びに温度及び圧力の急上昇を伴い、流動液体の速度変化によって引き起こされる圧力変化は、化学反応の加速をもたらす。
【０００６】
所望の生成物を生成するために、ガス状成分を反応させる効率的かつ経済的な装置及び方法が、当技術分野において必要である。望ましくは、エネルギーの反応への変換は、開示されたシステム及び方法を介して最大化される。
【発明の概要】
【０００７】
（１）第１触媒を含む、回転軸に対して対称的に位置決めされ、かつ第１内部空間を囲む第１円筒形多孔質触媒ロータと、（２）環状空間によってロータと分離される外部ケーシングと、（３）回転軸の周りでロータを回転させるように構成されたモータと、（４）供給流入管路と、（５）環状空間と流体接続された第１流出管路とを含む装置が、本明細書に開示される。実施態様において、装置の供給流入管路は、第１内部空間と流体接続される。実施態様によっては、供給流入管路は、第１内部空間に伸長する。場合により、供給流入管路は、第１内部空間の鉛直方向に中央部に伸長する。他の場合に、供給流入管路が、回転軸の近位の第１内部空間内の位置に伸長する。
【０００８】
実施態様において、装置のロータは、実質的に管状である。実施態様において、装置の第１多孔質触媒ロータは、選択透過性材料から作られるか、該選択透過性材料を含む。場合により、選択透過性材料は、触媒により作られるか、含浸されるか、又はコーティングされる。他の場合に、選択透過性材料は、焼結金属又はセラミックを含む。実施態様において、第１多孔質触媒ロータは、約４インチ（１０．２ｃｍ）〜約１２インチ（３０．５ｃｍ）の範囲の直径を有する。実施態様において、第１多孔質触媒ロータは、約８インチ（２０．３ｃｍ）〜約２０インチ（５０．８ｃｍ）の範囲の長さを有する。実施態様において、装置のモータは、少なくとも毎分７５００回転までのロータの回転数を提供することが可能である。
【０００９】
一部の実施態様において、装置は、第２触媒を含む、第１多孔質触媒ロータと同心であり、かつ第２内部空間を囲む第２多孔質触媒ロータを更に含む。実施態様において、供給流入管路は、第１内部空間と流体接続される。一部の実施態様によっては、装置は、第２流出口を更に含み、第２流出管路は、第２内部空間と流体接続される。一部の実施態様において、装置の第１触媒及び第２触媒は、同じである。一部の他の実施態様において、装置の第１触媒及び第２触媒は、異なる。開示の他の形態には、記載したような複数の装置を含むシステムを含む。実施態様によっては、システムの第１装置の多孔質触媒ロータは、第２装置の多孔質触媒ロータと異なる触媒機能性を有する。
【００１０】
ガス反応の生成物を生成する方法も本明細書に開示する。方法は、（１）多孔質触媒ロータの流入口側からロータに、少なくとも１種のガス反応物を含む供給ガスを通過させ、多孔質触媒ロータが、少なくとも１種のガス反応物に対して透過性であり、かつ第１反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は該触媒を含むこと、及び（２）ロータの流出口側から第１の所望の生成物を抽出することを含む。実施態様において、方法は、回転軸の周りで多孔質触媒ロータを、ある回転数で回転させることを更に含む。実施態様において、ロータは、円筒形である。一部の実施態様において、多孔質触媒ロータは、焼結金属又はセラミックを含む。実施態様において、焼結金属又はセラミックは、触媒により作られるか、含浸されるか、又はコーティングされる。
【００１１】
一部の実施態様において、開示された方法は、第２多孔質触媒ロータの流入口側から第２多孔質触媒ロータに、所望の生成物を通過させることを更に含み、第２多孔質触媒ロータが、第１の所望の生成物に対して透過性であり、かつ第２の所望の反応に触媒作用を及ぼすことに効果的である触媒から作られるか、又は該触媒を含む。場合により、第１多孔質触媒ロータ及び第２多孔質触媒ロータは、単一の装置内に含まれる。他の場合に、第１多孔質触媒ロータ及び第２多孔質触媒ロータは、２つの別個の装置内に含まれる。
【００１２】
これら及び他の実施態様、並びに潜在的利点は、以下の詳細な説明及び図面において明らかである。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様を更に詳しく説明するために、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の実施態様によるシステムの図式である。
【図２】本開示のもう１つの実施態様によるシステムの図式である。
【図３Ａ】本開示のもう１つの実施態様によるシステムの図式である。
【図３Ｂ】本開示のもう１つの実施態様によるシステムの図式である。
【図３Ｃ】本開示のもう１つの実施態様によるシステムの図式である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面中、同種の数字は、同種の部品を参照するために使用される。
【００１６】
表記及び命名
本明細書で使用されるような、用語「反応遠心分離機」及び「触媒遠心分離機」は、本開示の装置に関連して使用される時、装置が、触媒機能性により遠心分離を統合するように構成されることを示すために使用される。
【００１７】
本明細書で使用されるような、語句「多孔質触媒ロータ」は、ガスに対して不透過性でなく、かつ少なくとも１種の触媒材料でできた、又は該触媒材料を内部に含むロータを指す。
【００１８】
詳細な説明
Ｉ．概説。所望の生成物を生成するために、ガス状成分を反応させるシステム及び方法が、本明細書に記載される。開示されたシステム及び方法は、触媒による遠心分離の統合を提供し、所望の生成物を生成するために気相反応を向上させる。多孔質触媒ロータに関して以下に記載されるが、応用において、遠心分離自体が、所望の反応を可能にするためには十分であり、かつかかる場合に、多孔質ロータは、触媒で作られないか、又は触媒を内部に含まなくても良いことが予想される。システム及び方法は、反応物が気相で提供でき（又は反応装置内でそれに変換され）、かつ／又は適切な触媒が利用できる、いかなる数の多種多様な反応にも応用できる。高剪断反応装置の回転の供給を介して磨耗触媒を含む非均質触媒を導入することは、反応装置部品の重度の磨耗を引き起こし得る。この開示のシステムは、実施態様において、キャビテーション条件が存在する可能性が高い地点に、触媒表面を置くことによって、供給の流れ内の磨耗触媒の必要性を取り除く、又は最小限に抑えることによってこれを克服する。
【００１９】
ＩＩ．ガス反応用システム。本開示の反応遠心分離システムは、少なくとも１つの触媒遠心分離機を含む。少なくとも１つの触媒遠心分離機は、少なくとも１つの多孔質触媒ロータを含む。本開示によるガス反応用システムは、図１を参照して記載する。図１は、本開示の実施態様による反応遠心分離システム１００の図式である。反応遠心分離システム１００は、触媒遠心分離機１１０を含む。
【００２０】
開示されたシステムの１つ以上の触媒遠心分離機の各々は、外部ケーシングと、少なくとも１つの多孔質触媒ロータと、少なくとも１つの供給流入管路と、少なくとも１つの生成物流出管路とを含む。図１の実施態様において、触媒遠心分離機１１０は、外部ケーシング１６５と、触媒ロータ１８５と、供給流入管路１２０と、生成物流出管路１９０とを含む。
【００２１】
開示されたシステムの１つ以上の触媒遠心分離機の各々は、外部ケーシングを含む。図１に示すように、外部ケーシング１６５は、ロータ１８５を囲む。外部ケーシング１６５は、外面及び／又は内面上で円筒形であっても良い。外部ケーシング１６５は、有害物質が触媒遠心分離機の利用者を負傷させることを防ぐために、特定の材料で作られていても良い。応用において、ケーシング１６５のような触媒遠心分離機１１０の部品は、ステンレス鋼で作られる。密閉容器を提供することにより、各触媒遠心分離機内の温度及び圧力は、設計限界内で所望により調整される。触媒遠心分離機１１０は、少なくとも１５ｐｓｉｇ、５００ｐｓｉｇ、１０００ｐｓｉｇ、又は１４５５ｐｓｉｇまでの圧力で操作可能であり得る。触媒遠心分離機１１０は、１００気圧までの圧力で操作可能である。触媒遠心分離機１１０は、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、又は約６００℃までの温度で操作可能である。
【００２２】
１つ以上の触媒遠心分離機の各々は、少なくとも１つの多孔質触媒ロータを含む。図１の実施態様に示すように、多孔質触媒ロータ１８５は、回転軸１０３に対してケーシング１６５内に対称的に位置決めされる。多孔質触媒ロータ１８５は、間隙又は環状空間１０５が触媒ロータ１８５の外壁１８６と外部ケーシング１６５の内面との間に作られるように、外部ケーシング１６５内に位置決めされる。ロータ１８５は、操作時にほぼ無摩擦の回転を提供するために使用する前に空気を排出できるように構成された内部空間１２２を囲む。
【００２３】
図２は、本開示のもう１つの実施態様によるシステム２００の図式である。システム２００は、触媒遠心分離機２１０を含む。触媒遠心分離機２１０は、外部ケーシング２６５と、内部多孔質触媒ロータ２８５Ａと、外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂと、供給流入管路２２０と、生成物流出管路２９０とを含む。外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂは、間隙又は環状空間２０５が外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂの外壁２８６Ｂと外部ケーシング２６５の内面との間に作られるように、外部ケーシング２６５内に位置決めされる。内部多孔質触媒ロータ２８５Ａは、内部空間２２２Ｂによって外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂから分離され、かつ内部空間２２２Ａを囲む。内部空間２２２Ａ及び２２２Ｂは、操作時にほぼ無摩擦の回転を提供するために使用する前に空気を排出できるように構成され得る。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｃは、触媒遠心分離機が、２つのロータと、追加の流入管路又は追加の流出管路とを含む、本開示によるシステムの実施態様の図式を提供する。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃのシステム３００、３００’、３００”は、触媒遠心分離機３１０、３１０’、３１０”をそれぞれ含む。触媒遠心分離機は、外部ケーシング３６５（３６５’、３６５”）と、内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ（３８５Ａ’、３８５Ａ”）と、外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ（３８５Ｂ’、３８５Ｂ”）と、供給流入管路３２０（３２０’、３２０”）と、生成物流出管路３９０（３９０’、３９０”）とを含む。外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ（３８５Ｂ’、３８５Ｂ”）は、間隙又は環状空間３０５（３０５’、３０５”）が、外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ（３８５Ｂ’、３８５Ｂ”）の外壁３８６Ｂ（３８６Ｂ’、３８６Ｂ”）と外部ケーシング３６５（３６５’、３６５”）の内面との間に作られるように、外部ケーシング３６５（３６５’、３６５”）内に位置決めされる。内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ（３８５Ａ’、３８５Ａ”）は、内部空間３２２Ｂ（３２２Ｂ’、３２２Ｂ”）によって外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ（３８５Ｂ’、３８５Ｂ”）から分離され、かつ内部空間３２２Ａ（３２２Ａ’、３２２Ａ”）を囲む。内部空間３２２Ａ（３２２Ａ’、３２２Ａ”）及び３２２Ｂ（３２２Ｂ’、３２２Ｂ”）は、操作時にほぼ無摩擦の回転を提供するために使用する前に空気を排出できるように構成され得る。
【００２５】
多孔質触媒ロータ。多孔質触媒ロータは、形状が管状、例えば焼結金属管であっても良い。多孔質触媒ロータ（１８５、２８５Ａ、２８５Ｂ、３８５Ａ、３８５Ｂ、３８５Ａ’、３８５Ｂ’、３８５Ａ”、３８５Ｂ”）は、ガス状成分に対して透過性であるように設計され、かつ少なくとも１つの触媒機能性を提供し得る。多孔質触媒ロータは、焼結金属からなるか、又は焼結金属を含み得る。ロータは、透過性材料から作られるか、又は該透過性材料を含み得る。透過性材料は、所望の操作回転に耐えるための積分強度を有する所望の気孔寸法及び気孔率に調整することができる。応用において、ロータは、炭素繊維を含む。応用において、ロータは、触媒機能性も含む。かかる実施態様において、ロータは、少なくとも１種の触媒金属又は金属塩から作られるか、又は該触媒金属又は金属塩を内部に含む。
【００２６】
実施態様において、触媒透過性材料１８７が、ロータ１８５の外部支持体１８６と内部支持体１８８の間に挟まれる。例えば、ロータ１８５の外壁１８６及び内壁１８８は、支持材であっても良い。例えば、ロータ１８５の多孔質触媒材料は、増加した強度を提供するために、支持体の間に挟まれても良い。内部及び外部支持体は、多孔質触媒材料が挟まれる支持材のバスケットに類似する。内部及び外部支持体は、多孔質触媒材料が挟まれるメッシュバスケット（例えばステンレス鋼メッシュバスケット）として構成できる。内部及び外部支持体は、支持することが知られており、かつガスが容易に通過できるいかなる材料であっても良い。ロータ１８５（２８５、３８５Ａ、３８５Ｂ、３８５Ａ’、３８６Ｂ’、３８５Ａ”、３８５Ｂ”）の頂部１８９（２８９、３８９Ａ、３８９Ｂ、３８９Ａ’、３８９Ｂ’、３８９Ａ”、３８９Ｂ”）及び底部１８４（２８４、３８４’、３８４”）は、不透過性であっても良いか、又は多孔質触媒材料であっても良い。内部及び外部ロータの底部は、一体化されても、一体化されなくても良い。
【００２７】
実施態様において、多孔質触媒材料は、金型に金属粉末、例えばステンレス鋼粉末を入れ、かつそれを高圧で押圧することによって形成される。実施態様において、粉末を圧縮し、かつ多孔質材料を形成するために、２００００ｐｓｉｇより大きい圧力が利用される。実施態様において、粉末を圧縮し、かつ多孔質材料を形成するために、５００００ｐｓｉｇより大きい圧力が利用される。実施態様において、粉末を圧縮し、かつ多孔質材料を形成するために、１５００００ｐｓｉｇまでの圧力が利用される。押圧は、出発粉末の厚さを少なくとも６０％低減できる。押圧材料は、次に炉内でか焼できる。形成中の収縮を回避するために、材料を、溶融温度に近いが、溶融温度未満の温度に至らせることができ、かつ冷却は、収縮を回避／最小限に抑えるために十分な期間にわたって制御できる。ロータの多孔質触媒材料の形成中の温度制御は、酸化物の形成も妨げ得る。
【００２８】
触媒機能性は、押圧前に粉末に、１種以上の触媒金属又は金属塩を添加することによってロータに提供できる。例えば、１種以上の触媒金属が、金属粉末に添加でき、か焼でき、かつ次に押圧して焼結材料を作ることができる。あるいは、触媒機能性は、多孔質材料の形成に続いて追加できる。例えば、実施態様において、焼結材料が形成され、かつ次に１種以上の金属触媒によってコーティング又は含浸される。含浸材料は、次にか焼できる。
【００２９】
ロータの多孔質材料は、材料の所望の屈曲、気孔率（密度）及び平均気孔寸法のガス流路を提供するよう特別に調整することができる。例えば、粉末を、添加しかつその後にか焼されるハニカム構造又はワックスに押圧してハニカム又はワックス構造を除去し、かつロータの多孔質材料内に、ハニカム又は他のパターンを有する、調整された経路又は空隙を残すことができる。例えば、ヘチマスポンジ又は合成スポンジが、金属ケーシング／支持体に入れられ、スポンジが内部にあるケーシング／支持体に、触媒粉末が圧入される。次にスポンジは、多孔質触媒ロータが、内部に入れられたスポンジによって画定される空隙及び経路及びチャネルによって形成されるように、ケーシングをか焼することによって除去される。ロータ用の多孔質触媒材料を構築するために、いかなるスポンジ又はレース状構造も、このように使用できることが予期される−有機でも無機でも、合成でも天然でも。実施態様により、多孔質触媒ロータは、規則的な空隙、及び／又は経路、及び／又はチャネルを有する。実施態様により、多孔質触媒ロータは、ランダムな空隙、及び／又は経路、及び／又はチャネルを有する。実施態様において、反応遠心分離機の操作中の触媒とのガス反応物の所望の表面接触面積は、多孔質触媒ロータの構築によって得られ、各特定の応用／反応に関して特別に調整される。
【００３０】
多孔質ロータが形成され得る適切な材料は、例えばセラミック又はステンレス鋼である。実施態様において、多孔質材料は、３１６ステンレス鋼を含む。実施態様において、選択透過性材料の密度は、約３ｇ／ｃｍ3〜約６ｇ／ｃｍ3の範囲である。応用において、選択透過性材料の密度は、約３ｇ／ｃｍ3、３．５ｇ／ｃｍ3、４ｇ／ｃｍ3、４．５ｇ／ｃｍ3、５ｇ／ｃｍ3、又は６ｇ／ｃｍ3よりも大きい。応用において、選択透過性材料の密度は、約３．５ｇ／ｃｍ3、４ｇ／ｃｍ3、４．５ｇ／ｃｍ3、５ｇ／ｃｍ3、又は５．５ｇ／ｃｍ3である。実施態様において、選択透過性材料の平均気孔寸法は、約２００μｍ未満、約５０μｍ未満、約２０μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約３μｍ未満、約１μｍ未満、又は約０．５μｍ未満である。実施態様において、平均気孔寸法は、数オングストロームの範囲である。
【００３１】
各多孔質触媒ロータは、特定の用途に適切であるように決定された直径及び長さを有することができ、かつ反応遠心分離機は、いかなる所望の公称寸法も有することができる。そのため、与えられた寸法は、限定的であることを意図しない。応用において、各多孔質触媒ロータは、約２インチ（５．１ｃｍ）〜約１２インチ（３０．５ｃｍ）、約４インチ（１０．２ｃｍ）〜約１０インチ（２５．４ｃｍ）、約４インチ（１０．２ｃｍ）〜約８インチ（２０．３ｃｍ）、又は約４インチ（１０．２ｃｍ）〜約６インチ（１５．２ｃｍ）の範囲で直径を有することができる。ロータは、約８インチ（２０．３ｃｍ）〜約２０インチ（５０．８ｃｍ）、約１０インチ（２５．４ｃｍ）〜約１７インチ（４３．２ｃｍ）、又は約１２インチ（３０．５ｃｍ）〜約１５インチ（３８．１ｃｍ）の範囲で鉛直方向の長さを有することができる。反応遠心分離機１１０、２１０、３１０の公称容量は、約１０ガロン（３７．８５リットル）、約５ガロン（１８．９２５リットル）、又は約１ガロン（３．７８５リットル）であっても良い。多孔質触媒材料の厚さは、所望の表面積を提供するために調整することができる。実施態様において、多孔質触媒材料又はロータは、約１／４インチ（０．６４ｃｍ）、約１／２インチ（１．２７ｃｍ）、約３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は約１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さを有する。
【００３２】
所望の透過性又は平均気孔寸法は、特定の気孔寸法（例えば、３０〜１００μｍ）の焼結材料を提供し、かつその後に分子篩又は膜により焼結材料を処理することによって得られる。焼結金属材料の外面は、分子篩の１つ以上の層によって被覆できる。適切な分子篩には、炭素篩、ＡＬＰＯ、ＳＡＰＯ、シリカ、チタンケイ酸塩及びゼオライトを含むが、それらに限定されない。実施態様において、分子篩は、約３オングストローム（Å）から約２０Åの範囲（約０．３ｎｍ〜約２ｎｍ）に気孔寸法を有する。コーティングは、自動車マフラに使用されるモノリス及び／又はハニカム触媒コンバータ上に触媒表面を調製するために利用される方法に類似した方法を介して施される。
【００３３】
ロータ１８５は、触媒遠心分離機１８５に触媒機能性を提供する。ロータ１８５は、１種類以上の触媒から作られるか、又は該触媒を内部に含む。触媒は、その形成中に多孔質材料に一体化できるか、又はその形成に続いて多孔質材料に、かつ／又は多孔質材料内に適用できる。実施態様において、多孔質触媒ロータ１８５は、１種以上の触媒により含浸又はコーティングされた焼結材料（又は分子篩によってコーティングされた焼結材料）を含む。触媒は、元素金属及び金属塩から選択できる。焼結材料が含浸又はコーティング又は共同形成される触媒は、いかなる適切な触媒、例えばパラジウムシリカ触媒、又は白金シリカ触媒であっても良い。応用において、触媒は、灯用ガスから高級炭化水素への変換に関して機能的である。開示されたシステムは、高剪断が、触媒表面の存在下で、極限温度及び圧力をもたらすキャビテーションを誘発する場合に、ガス又は液体を伴う他の化学反応にも恩恵をもたらせるであろう。
【００３４】
開示されたシステムの少なくとも１つの触媒遠心分離機は、少なくとも１つの供給流入管路を更に含む。図１の実施態様のシステム１００は、供給流入管路１２０を含む。供給流入管路１２０は、供給ガスを、多孔質触媒ロータ１８５によって画定される内部空間１２２に導入するように構成される。供給流入管路１２０の一端１２５は、触媒遠心分離機１１０の内部空間１２２と流体連通する。実施態様において、供給流入管路１２０の流出口端１２５は、内部空間１２２の鉛直方向に中央部内に位置決めされる。望ましくは、流出口端１２５は、回転軸１０３の近傍に位置決めされる。供給流入管路１２０の他端は、反応物供給ガスを、ロータ１８５によって線引きされる内部領域１２２に導入するように構成される。実施態様において、供給流入管路１２０の流出口端１２５及び／又は他（流入口）端は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）、３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は１インチ（２．５４ｃｍ）の直径を有する。
【００３５】
図２の実施態様において、システム２００は、供給流入管路２２０を含む。供給流入管路２２０は、供給ガスを、多孔質触媒ロータ２８５Ａによって画定される内部空間２２２Ａに導入するように構成される。供給流入管路２２０の一端２２５は、触媒遠心分離機２１０の内部空間２２２Ａと流体連通する。実施態様において、供給流入管路２２０の流出口端２２５は、内部空間２２２Ａの鉛直方向に中央部内に位置決めされる。望ましくは、流出口端２２５は、回転軸２０３の近傍に位置決めされる。実施態様において、供給流入管路２２０の流出口（２２５）及び／又は他（流入口）端は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）、３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は１インチ（２．５４ｃｍ）の直径を有する。
【００３６】
図３Ａに示すように、本開示によるシステム３００の供給流入管路は、内部多孔質触媒ロータ３８５Ａの外壁３８６Ａと外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂの内壁３８８Ｂとの間に、内部空間３２２Ｂと流体連通する供給流入管路３２０を含むことができる。実施態様において、供給流入管路３２０の流出口端３２５は、外部ロータ３８５Ｂの頂部３８９Ｂの下に位置決めされる。実施態様において、供給流入管路３２０の流出口端３２５は、外部ロータ３８５Ａの頂部３８９Ａの下に位置決めされる。実施態様において、供給流入管路３２０の流出口端３２５は、内部ロータ３８５Ａの頂部３８９Ａの上に、かつ外部ロータ３８５Ｂの頂部３８９Ｂの下に鉛直方向に位置決めされる。実施態様において、供給流入管路３２０の流出口端３２５は、内部ロータ３８５Ａの外壁３８６Ａと、外部ロータ３８５Ｂの内壁３８８Ｂとの間に位置決めされる。実施態様において、供給流入管路３２０の流出口及び／又は他（流入口）端は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）、３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は１インチ（２．５４ｃｍ）の直径を有する。
【００３７】
本開示によるガス反応システムの触媒遠心分離機は、１つ以上の追加の流入管路を更に含むことができる。図３Ｂに示すように、実施態様によるシステム３００’は、多孔質触媒ロータ３８５Ａ’によって画定される内部空間３２２Ａ’に供給ガスを導入するように構成された供給流入管路３２０’を含む。供給流入管路３２０’の一端３２５’は、触媒遠心分離機３１０’の内部空間３２２Ａ’と流体連通する。実施態様において、供給流入管路３２０’の流出口端３２５’は、内部空間３２２Ａ’の鉛直方向に中央部内に位置決めされる。望ましくは、流出口端３２５’は、回転軸３０３の近傍に位置決めされる。実施態様において、供給流入管路３２０’の流出口端３２５’及び／又は他（流入口）端は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）、３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は１インチ（２．５４ｃｍ）の直径を有する。システム３００は、内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’の外壁３８６Ａ’と外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ’の内壁３８８Ｂ’との間に、内部空間３２２Ｂ’と流体連通する追加の流入管路３７０を更に含む。かかる構成は、追加の反応物、不活性又は水蒸気３７５を内部空間３２２Ｂ’に添加するために有用であり得る。実施態様において、追加の流入管路３７０の流出口端は、内部ロータ３８５Ａ’の外壁３８６Ａ’と、外部ロータ３８５Ｂ’の内壁３８８Ｂ’と間に水平に位置決めされる。実施態様において、流入管路３７０の流出口端は、外部ロータ３８５Ｂ’の頂部３８９Ｂ’の下に位置決めされる。実施態様において、流入管路３７０の流出口端は、外部ロータ３８５Ａ’の頂部３８９Ａ’の下に位置決めされる。実施態様において、流入管路３７０の流出口端は、内部ロータ３８５Ａ’の頂部３８９Ａ’の上に、かつ外部ロータ３８５Ｂ’の頂部３８９Ｂ’の下に鉛直方向に位置決めされる。
【００３８】
本開示の触媒遠心分離システムは、少なくとも１つの触媒遠心分離機の少なくとも１つの多孔質触媒ロータに連結され、かつ回転軸の周りで少なくとも１つの多孔質触媒ロータの回転を提供するように構成されたモータを更に含む。ロータの回転は、ロータ内の供給ガスに反応遠心力を加える。例えば図１の実施態様において、モータ１４５は、ロータ１８５に連結され、かつ回転軸１０３の周りでロータ１８５を回転させることが可能である。図２の実施態様において、モータ２４５は、ロータ２８５Ａ及び２８５Ｂに連結され、かつ回転軸２０３の周りでロータを回転させることが可能である。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの実施態様において、モータ３４５、３４５’、３４５”は、それぞれロータ３８５Ａ、３８５Ａ’、３８５Ａ”及び３８５Ｂ、３８５Ｂ’、３８５Ｂ”に連結され、かつ回転軸３０３、３０３’、３０３”の周りでロータを回転させることが可能である。触媒遠心分離機が２つ以上のロータを含む実施態様において、１つ以上のロータが、少なくとも１つの他のロータの方向と反対の方向に回転可能であり得る。例えば、図２の実施態様において、内部ロータ２８５Ａ及び外部ロータ２８５Ｂは、内部ロータ２８５Ａが、右回りの方向に回転可能であり、かつ外部ロータ２８５Ｂが、左回りの方向に回転可能であるように、ギヤを介してモータ２４５に連結できる。高速モータは、毎分９００００回転までの回転数が可能であり得る。あるいは、何らかの他の手段が、高い回転数を提供できる。実施態様において、高速モータは、少なくとも毎分５、７、７．５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０千回転（ＲＰＭ）の回転数を生成することが可能である。
【００３９】
開示されたシステムの１つ以上の触媒遠心分離機の各々は、所望のガス反応の生成物を触媒遠心分離機から除去するように構成された少なくとも１つの生成物流出管路を更に含む。図１の実施態様において、システム１００は、生成物流出管路１９０を含む。ケーシング１６５の内面及び多孔質触媒ロータ１８５の外面１８６は、その間に環状領域１０５を作り出す。生成物流出管路１９０は、環状空間１０５と流体連通した、一（流入口）端１９２を含む。生成物流出管路１９０の端部１９２は、環状空間１０５内のいずれかの場所に、例えば環状領域１０５の頂部、底部又は中心に向かって、鉛直方向に位置決めできる。実施態様において、生成物流出管路１９０の端部１９２は、ケーシング１６５の内面の近位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路１９０の端部１９２は、ケーシング１６５の内面の遠位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路１９０の端部１９２は、実質的にケーシング１６５の内面と、ロータ１８５の外面１８６との間に水平に位置決めされる。実施態様において、生成物流出管路１９０の流入口端１９２及び／又は他（流出口）端は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）、３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は１インチ（２．５４ｃｍ）の直径を有する。
【００４０】
図２の実施態様において、システム２００の触媒遠心分離機２１０は、生成物流出管路２９０を含む。ケーシング２６５の内面及び外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂの外面２８６Ｂは、その間に環状領域２０５を作り出す。生成物流出管路２９０は、反応生成物を環状空間２０５から除去するように構成される。生成物流出管路２９０は、環状空間２０５と流体連通した、一（流入口）端２９２Ａを含む。生成物流出管路２９０の端部２９２Ａは、環状空間２０５内のいずれかの場所に、例えば環状領域２０５の頂部、底部又は中心に向かって、鉛直方向に位置決めできる。実施態様において、生成物流出管路２９０の端部２９２Ａは、ケーシング２６５の内面の近位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路２９０の端部２９２Ａは、ケーシング２６５の内面の遠位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路２９０の端部２９２Ａは、実質的にケーシング２６５の内面と、外部ロータ２８５Ｂの外面２８６Ｂとの間に水平に位置決めされる。実施態様において、生成物流出管路２９０の流入口端２９２及び／又は他（流出口）端は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）、３／４インチ（１．９１ｃｍ）、又は１インチ（２．５４ｃｍ）の直径を有する。
【００４１】
開示されたシステムの１つ以上の触媒遠心分離機の各々は、所望のガス反応の生成物を触媒遠心分離機から除去するように構成された１つ又は追加の生成物流出管路を更に含み得る。例えば図３Ａの実施態様に示すように、触媒遠心分離機３１０は、反応生成物を環状空間３０５から除去するように構成された生成物流出管路３９０を含み得る。生成物流出管路３９０は、環状空間３０５と流体連通した、一（流入口）端３９２を含む。生成物流出管路３９０の端部３９２は、環状空間３０５内のいずれかの場所に、例えば環状領域３０５の頂部、底部又は中心に向かって、鉛直方向に位置決めできる。実施態様において、生成物流出管路３９０の端部３９２は、ケーシング３６５の内面の近位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路２９０の端部３９２は、ケーシング３６５の内面の遠位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路３９０Ａの端部３９２は、実質的にケーシング３６５の内面と、ロータ３８５Ｂの外面３８６Ｂとの間に水平に位置決めされる。触媒遠心分離機３１０は、反応生成物を内部空間３２２Ａから除去するように構成された流出管路３８０を更に含む。生成物流出管路３８０は、内部空間３２２Ａと流体連通した、一（流入口）端を含む。生成物流出管路３８０の流入口端は、回転軸３０３と一致して位置決めされる。生成物管路３８０の流入口端は、内部空間３２２Ａの頂部３８９Ａ、底部３８４又は中心に向かって、鉛直方向に位置決めできる。
【００４２】
図３Ｃの実施態様に示すように、触媒遠心分離機３１０”は、反応生成物を環状空間３０５”から除去するように構成された生成物流出管路３９０”を含み得る。生成物流出管路３９０”は、環状空間３０５”と流体連通した、一（流入口）端３９２”を含む。生成物流出管路３９０”の端部３９２”は、環状空間３０５”内のいずれかの場所に、例えば環状領域３０５”の頂部、底部又は中心に向かって、鉛直方向に位置決めできる。実施態様において、生成物流出管路３９０”の端部３９２”は、ケーシング３６５”の内面の近位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路３９０”の端部３９２”は、ケーシング３６５”の内面の遠位に位置決めされる。あるいは、生成物流出管路３９０”の端部３９２”は、実質的にケーシング３６５”の内面と、外部ロータ３８５Ｂ”の外面３８６Ｂ”との間に水平に位置決めされる。触媒遠心分離機３１０”は、反応生成物を内部空間３２２Ｂ”から除去するように構成された追加の流出管路３８０’を更に含む。生成物流出管路３８０’は、内部空間３２２Ｂ”と流体連通した、一（流入口）端を含む。生成物流出管路３８０’の流入口端は、外部ロータ３８５Ｂ”の頂部３８９Ｂ”の下に鉛直方向に位置決めできる。生成物流出管路３８０’の流入口端は、外部ロータ３８５Ａ”の頂部３８９Ａ”の下に鉛直方向に位置決めできる。実施態様において、内部空間３２２Ｂ”と流体連通した生成物流出管路３８０’の流入口端は、それぞれロータ３８５Ａ”及び３８５Ｂ”の頂部３８９Ａ”と頂部３８９Ｂ”との間に、鉛直方向に位置決めされる。生成物流出管路３８０’の流入口端は、内部ロータ３８５Ａ”の外壁３８６Ａ”と、外部ロータ３８５Ｂ”の内壁３８８Ｂ”との間に水平に位置決めできる。
【００４３】
反応遠心分離システムは、１つ以上のポンプを更に含み得る。１つ以上のポンプは、触媒遠心分離機を加圧するために使用でき、かつそこを通過する流れを向上させる。例えば、図１及び図２の実施態様において、それぞれ反応遠心分離システム１００及び２００は、それぞれ２つのポンプ１１１Ａ／１１１Ｂ及び２１１Ａ／２１１Ｂを含む。ポンプ１１１Ａ／２１１Ａは、供給流入管路１２０／２２０上に位置決めされ、かつ加圧下で供給材料を触媒遠心分離機１１０／２１０に押し込むことに役立ち得る。ポンプ１１１Ｂ／２１１Ｂは、生成物流出管路１９０／２９０上に位置決めでき、かつ環状空間１０５／２０５から生成物の真空除去を提供することに役立ち得る。
【００４４】
システムは、３つ以上のポンプを含み得る。例えば、図３Ａのシステム３００は、３つのポンプ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを含む。ポンプ３１１Ａは、供給流入管路３２０上に位置決めされ、かつ供給材料を触媒遠心分離機３１０に加圧下で押し込むことに役立ち得る。ポンプ３１１Ｂは、生成物流出管路３９０上に位置決めでき、かつ環状空間３０５から生成物の真空除去を提供することに役立ち得る。ポンプ３１１Ｃは、第２生成物流出管路３８３上に位置決めでき、かつ真空下で内部空間３２２Ａから生成物を除去することに役立ち得る。
【００４５】
図３Ｂの実施態様において、システム３００’は、３つのポンプ３１１Ａ’、３１１Ｂ’、及び３１１Ｄを含む。ポンプ３１１Ａ’は、供給流入管路３２０’上に位置決めされ、かつ供給材料を触媒遠心分離機３１０’に加圧下で押し込むことに役立ち得る。ポンプ３１１Ｂ’は、生成物流出管路３９０’上に位置決めでき、かつ環状空間３０５’から生成物の真空除去を提供することに役立ち得る。ポンプ３１１Ｄは、第２反応物流入管路３７５上に位置決めでき、かつ加圧下で内部空間３２２Ｂ’に成分を導入することに役立ち得る。
【００４６】
図３Ｃの実施態様において、システム３００”は、３つのポンプ３１１Ａ”、３１１Ｂ”、及び３１１Ｃ’を含む。ポンプ３１１Ａ”は、供給流入管路３２０”上に位置決めされ、かつ供給材料を触媒遠心分離機３１０”に加圧下で押し込むことに役立ち得る。ポンプ３１１Ｂ”は、生成物流出管路３９０”上に位置決めでき、かつ環状空間３０５”から生成物の真空除去を提供することに役立ち得る。ポンプ３１１Ｃ’は、第２生成物流出管路３８０’上に位置決めでき、かつ真空を介して内部空間３２２Ｂ”から生成物を除去することに役立ち得る。
【００４７】
ヒータ。一部の用途に関して、触媒遠心分離機１１０、２１０、３１０の全部又は一部が、ガス状成分の反応を向上させるために加熱できることが予想される。例えば、ケーシング１６５、２６５、３６５の全部又は一部が、当技術分野で既知の装置及び方法を使用して加熱できる。
【００４８】
本開示のシステムは、２つ以上の反応遠心分離機を含み得る。２つ以上の反応遠心分離機は、直列及び／又は並列に構成できる。実施態様において、システムの第１反応遠心分離機は、第１触媒特性を有する多孔質触媒ロータを含み、他方で直列の第２触媒遠心分離機は、第２触媒機能性を有する多孔質触媒ロータを含む。実施態様において、第１触媒遠心分離機からの生成物ガスは、供給ガスとして、異なる触媒機能性を有するロータを含む第２触媒遠心分離機に導入される。かかる実施態様において、中間ガス添加が、想定される。２つ以上の多孔質触媒ロータを含む触媒遠心分離機を含むシステム、及び直列で複数の触媒遠心分離機を含むシステムは、複数の反応を実行し、かつ／又は所望の反応の範囲を向上させるために、操作可能であり得る。反応装置は、１つの反応装置内で複数の多孔質回転遠心分離機により構成できる。実施態様において、異なる直径の回転多孔質シリンダは、互いの周りを右回り又は左回りに回転するように構成される。各回転多孔質シリンダは、同じ又は異なる反応に触媒作用を及ぼすために、同じ又は異なる触媒表面を有することができる。かかる実施態様において、追加の供給（すなわちガス）が、所望の通りに回転多孔質シリンダ間で環状空間に導入できることが想定される。
【００４９】
ＩＩＩ．反応遠心分離による所望の生成物の生成。本開示による気相反応の所望の生成物を生成する方法は、図１を参照して作り出される。ガス供給１１５は、供給流入管路１２０を介して触媒遠心分離機１１０に導入される。供給ガスは、流入管路１２０を介して、触媒ロータ１８５の壁内に含まれる内部空間１２２に導入される。実施態様において、供給ガスは、内部空間１２２の鉛直方向に中央部に導入される。供給ガスは、回転軸１０３の近位の内部領域１２２に導入される。モータ１４５は、回転軸１０３の周りで多孔質触媒ロータ１８５の回転を引き起こす。多孔質触媒ロータは、少なくとも毎分５、７、７．５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０千回転までの回転数で回転できる。反応遠心力が、触媒遠心分離機１１０に導入されるガスに加えられ、ガスを多孔質触媒ロータ１８５の気孔に押し込む。
【００５０】
以上で論じたように、多孔質触媒ロータ１８５は、触媒遠心分離機１１０の環状領域１０５に入るためにガスが通過せねばならない多孔質触媒材料から作られるか、該材料を含む。ロータの気孔は、触媒とガス供給との相互作用のための最適表面積を提供するために調整することができる。多孔質触媒ロータ１８５内で、供給ガスは、高速度かつ高剪断速度で触媒材料に遭遇する。十分に高い回転数で、供給ガスは、触媒ロータに入る前に分解でき、例えば二酸化炭素は、触媒ロータ１８５に入る前に、一酸化炭素及び反応性の酸素に分解できる。操作温度及び圧力は、所望の反応に基づき選択できる。応用において、操作温度は、ほぼ室温から約６００℃までの範囲内にあっても良い。応用において、操作温度は、約１００℃又は１５０℃から約３００℃、４００℃又は５００℃の範囲にある。圧力は、設計材料の限度内の所望の圧力であっても良い。
【００５１】
供給ガスは、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、二酸化炭素、一酸化炭素、Ｈ2Ｏ、他の不活性ガス、又は炭化水素ガス又は他のガス反応物の１種以上を含むことができる。高分子量成分は、開示した方法を介して、これらの成分から生成できる。高温の利用は、室温でガス状でない生成物の気相反応を可能にできる。例えば、高温の利用は、ガス状ガソリン又はディーゼルを含む供給ガスを可能にできる。かかる供給ガスは、高温（４００℃〜５００℃）で脱硫でき、かつ触媒ロータは、脱硫触媒を含み得る。供給ガスは、反応ガスに加えて、Ｈ2Ｏ及び／又は不活性ガスを更に含み得る。不活性ガスは、例えばヘリウム及び窒素から選択できる。供給ガスによるＨ2Ｏの導入は、例えば水素反応物を提供するために使用できる。触媒遠心分離機の利用のために、触媒のより大きな表面積、及び従って、反応を促進するために利用可能なより多くの触媒が、従来許容されたものよりも低い温度及び／又は圧力で種々の反応の操作を可能にできる。
【００５２】
特定の圧力／温度条件下で、ガス及び／又は変換生成物は、反応装置内で液体に変換できる。場合により、液体は、反応装置に供給でき、かつ反応装置を通して供給されるにつれ、キャビテーション条件でガスに変換できる。触媒表面の存在と組み合わせてキャビテーション中に作り出された極限温度及び圧力は、それに応じて化学反応を向上させることが予期できる。
【００５３】
ポンプ１１１Ａは、圧力を加え、かつ供給ガス１１５をロータ１８５に押し込むために使用できる。多孔質触媒ロータ１８５内で、ガスは、触媒及び他のガス分子と相互作用する。反応生成物１９５は、１つ以上の流出管路１９０を介して環状空間１０５から除去される。真空は、ポンプ１１１Ｂを介して環状空間１０５に加えることができ、生成物流出管路１９０を介した生成物の回収を向上させる。実施態様において、ポンプ１１１Ａ及び管路１２０は、真空を加えることによって望ましくない不純物を内部空間１２２から除去するために使用される。
【００５４】
所望の生成物を生成するもう１つの方法が、図２を参照して作り出される。ガス供給２１５は、供給流入管路２２０を介して触媒遠心分離機２１０に導入される。供給ガスは、流入管路２２０を介して、内部多孔質触媒ロータ２８５Ａの壁内に含まれる内部空間２２２Ａに導入される。実施態様において、供給ガスは、内部空間２２２Ａの鉛直方向に中央部に導入される。供給ガスは、回転軸２０３の近位の内部領域２２２Ａに導入される。モータ２４５は、回転軸２０３の周りで内部多孔質触媒ロータ２８５Ａの回転を引き起こす。多孔質触媒ロータは、毎分５、７、７．５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０千回転までの回転数で回転できる。反応遠心力が、触媒遠心分離機２１０に導入されるガスに加えられ、ガスを内部多孔質触媒ロータ２８５Ａの気孔に押し込む。以上で論じたように、内部多孔質触媒ロータ２８５Ａは、内部触媒ロータ２８５Ａの外面２８６Ａと外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂの内面２８８Ｂとの間で、内部空間２２２Ｂに入るためにガスが通過せねばならない第１多孔質触媒材料から作られるか、該材料を含む。第１多孔質触媒材料は、第１触媒を含む。内部ロータ２８５Ａの気孔は、第１触媒とガス供給との最適な相互作用を提供するために調整することができる。内部多孔質触媒ロータ２８５Ａ内で、供給ガスは、高剪断速度で第１触媒材料に遭遇する。ポンプ２１１Ａは、圧力を加え、かつ供給ガスを内部多孔質触媒ロータ２８５Ａに押し込むために使用できる。内部多孔質触媒ロータ２８５Ａ内で、供給ガスは、第１触媒及び他のガス分子と相互作用する。内部触媒ロータ２８５Ａから流出する第１生成物が、内部空間２２２Ｂに入る。
【００５５】
第２内部空間２２２Ｂに入るガスは、外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂに入る。以上で論じたように、外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂは、外部触媒ロータ２８５Ｂの外面２８６Ｂとケーシング２６５の内面との間で、環状空間２０５に入るためにガスが通過せねばならない第２多孔質触媒材料から作られるか、該材料を含む。第２多孔質触媒材料は、第２触媒を含む。第２触媒は、第１触媒と同じであるか、又は異なっていても良い。外部ロータ２８５Ｂの気孔は、第２触媒と、内部に導入されるガスとの最適な相互作用を提供するために調整することができる。外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂ内で、ガスは、高剪断速度で第２触媒材料に遭遇する。外部多孔質触媒ロータ２８５Ｂ内で、ガスは、第２生成物を生成するために第２触媒と相互作用する。第２生成物は、外部触媒ロータ２８５Ｂから流出し、かつ環状空間２０５に入る。第２生成物は、第１生成物と同じであるか、又は異なっていても良い。
【００５６】
第２反応生成物２９５は、１つ以上の流出管路２９０を介して環状空間２０５から除去される。真空は、ポンプ２１１Ｂを介して環状空間２０５に加えることができ、第２生成物流出管路２９０を介した第２生成物２９５の回収を向上させる。
【００５７】
所望の生成物を生成するもう１つの方法が、図３Ａを参照して作り出される。ガス供給３１５は、供給流入管路３２０を介して触媒遠心分離機３１０に導入される。供給ガスは、流入管路３２０を介して、内部多孔質触媒ロータ３８５Ａの外壁３８６Ａと外部触媒ロータ３８５Ｂの内壁３８８Ｂとの間で、内部空間３２２Ｂに導入される。供給ガスは、外部ロータ３８５Ｂの頂部３８９Ｂの下の位置に、かつ内部ロータ３８５Ａの外面３８６Ａと外部ロータ３８５Ｂの内面３８８Ｂとの間に実質的に水平に導入される。ポンプ３１１Ａは、供給ガスを加圧下で内部空間３２２Ｂに導入するために使用できる。
【００５８】
モータ３４５は、回転軸３０３の周りで内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ及び外部触媒ロータ３８５Ｂの回転を引き起こす。ロータは、回転軸３０３の周りで同じ又は反対方向に回転できる。多孔質触媒ロータは、毎分５、７、７．５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０千回転までの回転数で回転できる。内部ロータ３８５Ａに流入するガスは、第１生成物３８３に変換でき、第１生成物３８３は、内部ロータ３８５Ａから内部空間３２２Ａに出る。真空３１１Ｃは、内部空間３２２Ａからの第１生成物の抽出を向上させるために使用できる。外部ロータ３８５Ｂに流入するガスは、第２生成物３９５に変換でき、第２生成物３９５は、環状領域３０５に入ることができる。真空３１１Ｂは、環状領域３０５からの第２生成物３９５の抽出を向上させるために使用できる。管路３９０に圧力を加えることを介して、ガスに、内部ロータ３８５Ａに入る時間を与えることができる。管路３８０に圧力を加えることを介して、ガスを、外部ロータ３８５Ｂから押し出すことができる。真空及び／又は圧力の支援は、所望の反応を制御するために利用できる。このようにして、２つの異なる生成物を有する２つの異なる反応が、実質的に同時に実行できる。
【００５９】
ガス反応を介して生成物を生成するもう１つの方法の説明が、図３Ｂを参照してなされる。ガス供給３１５’は、供給流入管路３２０’を介して触媒遠心分離機３１０’に導入される。供給ガスは、流入管路３２０’を介して、内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’の壁内に含まれる内部空間３２２Ａ’に導入される。実施態様において、供給ガスは、内部空間３２２Ａ’の鉛直方向に中央部に導入される。供給ガスは、回転軸３０３’の近位の内部領域３２２Ａ’に導入される。モータ３４５’は、回転軸３０３の周りで内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’の回転を引き起こす。多孔質触媒ロータは、少なくとも毎分５、７、７．５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０又は９０千回転までの回転数で回転できる。反応遠心力が、触媒遠心分離機３１０’に導入されるガスに加えられ、ガスを内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’の気孔に押し込む。以上で論じたように、内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’は、内部触媒ロータ３８５Ａ’の外面３８６Ａ’と外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ’の内面３８８Ｂ’との間で、内部空間３２２Ｂ’に入るためにガスが通過せねばならない第１多孔質触媒材料から作られるか、該材料を含む。第１多孔質触媒材料は、第１触媒を含む。内部ロータ３８５Ａ’の気孔は、第１触媒とガス供給との最適な相互作用を提供するために調整することができる。内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’内で、供給ガスは、高剪断速度で第１触媒材料に遭遇する。ポンプ３１１Ａ’は、圧力を加え、かつ供給ガスを内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’に押し込むために使用できる。内部多孔質触媒ロータ３８５Ａ’内で、供給ガスは、第１触媒及び他のガス分子と相互作用する。内部触媒ロータ３８５Ａ’から流出する第１生成物が、内部空間３２２Ｂ’に入る。
【００６０】
第２内部空間３２２Ｂ’に入るガスは、外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ’に入る。追加の供給は、所望の通りに導入できる。以上で論じたように、外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ’は、外部触媒ロータ３８５Ｂ’の外面３８６Ｂ’とケーシング３６５’の内面との間で、環状空間３０５’に入るためにガスが通過せねばならない第２多孔質触媒材料から作られるか、該材料を含む。第２多孔質触媒材料は、第２触媒を含む。第２触媒は、第１触媒と同じであるか、又は異なっていても良い。外部ロータ３８５Ｂ’の気孔は、第２触媒と、内部に導入されるガスとの最適な相互作用を提供するために調整することができる。外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ’内で、ガスは、高剪断速度で第２触媒材料に遭遇する。外部多孔質触媒ロータ３８５Ｂ’内で、ガスは、第２生成物を生成するために第２触媒と相互作用する。第２生成物は、外部触媒ロータ３８５Ｂ’から流出し、かつ環状空間３０５’に入る。第２生成物は、第１生成物と同じであるか、又は異なっていても良い。追加の反応物３７５が、追加の流入管路３７０を介して内部空間３２２Ｂ’に導入できる。ポンプ３１１Ｄは、追加の反応物を加圧下で導入するために使用できる。
【００６１】
第２反応生成物３９５’は、１つ以上の流出管路３９０’を介して環状空間３０５’から除去される。真空は、第２生成物流出管路３９０’を介した第２生成物の回収を向上させるために、ポンプ３１１Ｂ’を介して環状空間３０５’に加えることができる。第２生成物は、第１生成物と同じであるか、又は異なっていても良い。
【００６２】
図３Ｃのような構成が利用されるこの工程の修正として、第１生成物３８３’は、追加の流出管路３８０’を介して内部空間３２２Ｂ”から除去できる。ポンプ３１１Ｃ’は、追加の流出管路３８０’を介した生成物３８３’の除去を向上させることに役立ち得る。
【００６３】
触媒遠心分離工程は、ガスが、絶えず触媒遠心分離機に流入又は触媒遠心分離機から流出することを可能にする設計を利用する。バッチ処理に頼る大部分の遠心分離機と異なり、開示された触媒遠心分離機は、連続的又は半連続的な処理を可能にする。かかる応用において、生成物は、環状領域及び／又は内部空間から１つ以上の流出管路を介して連続的又は半連続的に抽出される。応用において、追加の流入管路及び追加の流出管路は、両者とも内部及び外部ロータ間で内部空間と流体連通する。
【００６４】
触媒遠心分離機は、所望の反応に特有の温度で操作するように設計される。限定的であることを意図しないが、反応は、約２５℃〜約６００℃の範囲の温度で実行できる。実施態様において、反応は、室温で実行される。上昇した温度で操作することにより、室温で通常液体である成分の気相反応は、開示されたシステム及び方法を介して実行できる。例えば、高温の利用は、ディーゼル及びガソリンによる反応を可能にできる。
【００６５】
連続操作。ガス反応方法の実施態様において、第１反応遠心分離機からの生成物ガスは、第２反応遠心分離機に、供給ガスとして直接導入され、他方で生成物ガスは、なおも反応型にある。新鮮な外部供給ガスも、反応生成物ガスに添加できる。このようにして、連続及び複合反応が、実行できる。
【００６６】
特徴／利点。開示されたシステム及び方法の利用は、ロータの相当量の回転エネルギーの、１つ以上の所望の反応への変換を可能にできる。応用において、システム及び方法は、エネルギーから反応への約９５％より大きい変換、あるいは約９７％より大きい変換、約９９％より大きい変換を可能にする。
【００６７】
例１
水素化脱窒素、水素化脱硫又は水素化脱酸素のための触媒ロータを含む触媒遠心分離機を含むシステムが、供給ガスを脱硫、脱窒素、及び／又は脱酸素するために使用できる。
【００６８】
例２
実施態様において、触媒ロータは、改質触媒を含む。例えば、ロータは、メタン改質に有用な触媒、又は蒸気メタン改質に有用な触媒を含み得る。適切な触媒は、例えばニッケル銅触媒又はニッケルシリカ触媒であっても良い。かかる実施態様において、メタン及び二酸化炭素、又はメタン、二酸化炭素及び蒸気を含む供給ガスは、合成ガスを生成するために改質できる。
【００６９】
合成ガスは高温で、合成ガスの、炭化水素へのフィッシャー・トロプシュ変換に有効な触媒を含む第２ロータ、又は触媒遠心分離機に導入できる。このようにして、高級炭化水素は、開示されたシステム及び方法を介して生成できる。開示されたシステム及び工程は、性能を向上させ、かつ／又は触媒及び合成ガスの接触時間を向上させることにより、フィッシャー・トロプシュ法の生成物分布を変えることができる。
【００７０】
あるいは、又はその上に、合成ガスは、合成ガスから混合アルコールを生成する触媒機能性を有する本開示の触媒遠心分離機又は触媒遠心分離機のロータを通過させ得る。かかる応用において、開示されたシステム及び方法は、合成ガスから混合アルコールを生成するための選択性及び反応速度を改良するために使用できる。
【００７１】
例３
蒸気、メタン、及び二酸化炭素を含む供給ガスは、アルコール、アルデヒド又は他の所望の生成物を生成するために使用できる。沸点を超えた水（すなわち蒸気）の存在は、この及び他の反応に酸素及び水素を提供することに役立ち得る。
【００７２】
例４
実施態様において、触媒遠心分離機の触媒ロータは、水素化触媒を含む。このようにして、開示されたシステム及び方法は、例えばアセチレンをエチレンに水素化、又はプロパジエンを他のオレフィン及び／又はパラフィンに水素化するために使用できる。アセチレン及びジエンは、エタン、プロパン及び高分子量の炭化水素のクラッキングで生成される望ましくない生成物である。芳香族化合物も、ナフタレンの高温クラッキングで生成される。これら芳香族化合物の幾つかは、開示されたシステム及び方法を介して酸化炭素に酸化、又は水素化できる。
【００７３】
例５
世界的に、酢酸は、メタノールからカルボニル化によって生成される。すなわち、ルテニウムを主成分とする触媒を使用した、メタノールと、二酸化炭素である。（コバルトが使用される時、圧力は、約６０００ｐｓｉであるが、ルテニウム触媒に関して、圧力は１５００ｐｓｉに減少する。）実施態様において、本開示のシステム及び工程は、メタノール及び二酸化炭素の反応を介して酢酸を生成するために使用される。
【００７４】
例６
二酸化炭素及び水素とのメタノールの反応によるエタノール生成も、現在開示されたシステム及び工程の使用の恩恵を受け得る。
【００７５】
例７
更に高分子量の生成物を生成するためのオレフィン、ジエン、又は芳香族化合物とのメタンの反応。
【００７６】
例８
糖類を生成するための水（蒸気）との二酸化炭素の反応。
【００７７】
例９
オレフィン、並びに／又はジェット燃料、ケロシン、ガソリン及び／若しくはディーゼル燃料のような合成燃料に特有な更に高分子量の炭化水素を生成するためのアルコール、アルデヒド及び／又はケトンの反応。更に具体的な例は、触媒、ＳＡＰＯ−３４を使用することによる、エチレン及びプロピレンのような低分子量オレフィンに変換されるメタノールである。Ｈ−ＺＳＭ−５及び適切な温度の使用、ガソリン及びディーゼル燃料は、メタノールから生成され得る。
【００７８】
例１０
メタンの部分酸化を行うことができ、かつ触媒及び反応条件に応じて、種々の生成物が、生成できる。主にエチレンが、メタンの酸化カップリングとして特許及び公開文献で参照される反応によって生成され得る。更に異なる一連の条件及び触媒で、メタノールが生成できる。
【００７９】
例１１
適切な触媒、並びに一連の反応温度、圧力、及び滞留時間の使用による、エチレン及び／又は酢酸を生成するための、エタンの部分酸化。
【００８０】
本発明の好ましい実施態様を示し、かつ記載したが、その修正は、本発明の趣旨及び教示内容から逸脱することなく、当業者によって行われ得る。本明細書に記載された実施態様は、専ら例となるものであり、限定することを意図しない。本明細書に開示された発明の多くの変更及び修正が、可能であり、かつ本発明の範囲内にある。数値域又は限定が、明言される場合、かかる表記された範囲及び限定は、明言された範囲又は限定内にある同様の規模の反復範囲又は限定を含むと理解されるべきである（例えば、約１〜約１０は、２、３、４等を含み、０．１０より大きいは、０．１１、０．１２、０．１３等を含む）。請求項のいずれかの要素に対する用語「任意に」の使用は、対象の要素が、必要であるか、あるいは必要でないことを意味することが意図される。両方の選択肢は、請求項の範囲内にあることが意図される。からなる、含む、有する等の広い用語の使用は、から構成される、から本質的に構成される、から実質的になる等のような狭い用語を支援すると理解されるべきである。
【００８１】
従って、保護範囲は、以上に提示された説明によって限定されず、以下に続く請求項によって専ら限定され、この範囲は、請求項の主題の全ての同等物を含む。各及び全請求項は、本発明の実施態様として明細書に組み込まれる。従って、請求項は、更なる説明であり、かつ本発明の好ましい実施態様への追加である。本明細書に引用された全ての特許、特許出願及び公告の開示は、本明細書に示したものに補足的な、例となる、手順的、その他の詳細を提供する限りにおいて、参照によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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