JP2013039564A - 三相スラリー反応器を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三相スラリー反応器を動作させる方法を提供する。
【解決手段】低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、スラリー体が、共通反応器シェル１２の内側の、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路１６内に収容され、スラリー流路１６が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレート１４の間に画定され、各スラリー流路１６は、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有する工程を含む、三相スラリー反応器１０を動作させる方法。気体反応物は、スラリー流路１６内に存在するスラリー体を通って上方に進むとき、反応させられ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する。気体生成物および／または未反応の気体反応物は、スラリー体の上のヘッド空間内で、スラリー体から離脱される。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相スラリー反応器を動作させる方法、および三相スラリー反応器に関する。

規模の経済性の利益を得るために、技術がパイロットプラント規模から商業プラント規模にスケールアップされるとき、かなりのリスクに直面する。三相スラリー反応器は、典型的には、規模依存マクロ混合効果を示し、したがって、三相スラリー反応器がスケールアップされるとき、上述のリスクがあてはまる。したがって、三相スラリー反応器のアップスケールと関連するリスクを著しく低減することができる方法を見出すことができる場合、有利であろう。さらに、反応器の内側の混合パターンを、実験から、より容易にモデル化または予測することができる反応器設計が、通常望ましくない逆混合の程度を制限することができ、それにより、おそらく、望ましい栓流特徴（通常、良好な生産性および良好な選択性）および十分な混合特徴（しばしば、望ましい固形分分布およびさらには温度プロファイルに必要とされる）の最適な組合せを可能にするという利益がある。

一つの提案されている解決策は、より小さい特徴的な直径を有する反応器の挙動を実際には模倣する反応器内のゾーンを作ることである。このように、大規模反応器の挙動をある程度予測することができ、というのは、それは、実際には、いくつかの、実際にはパイロットプラント規模のより小さい反応器からなるからである。しかし、依然として、より小さい特徴的な直径を有する反応器内で確立されるマクロ混合パターンの範囲内で作業することに大いに依存する。したがって、設計者に、三相スラリー反応器内で確立される混合パターンを少なくともある程度制御する付加的な自由度を与える方法を見出すことができる場合、有利であろう。

三相スラリー反応器は、一般に、それらの優れた熱除去特徴によって、高発熱反応のために使用される。しかし、さらに活性の触媒の導入、および反応器容積のより集中的な使用では、三相スラリー反応器の熱除去能力でさえ、テスト中である。

したがって、上述したことに鑑み、設計者に、反応器内の混合パターンに対していくらかの制御を用いる付加的な自由度を与え、同時に、反応器の熱除去能力を増加させることによって、三相スラリー反応器のアップスケールと関連するリスクを著しく低減することができる方法を見出すことができる場合、有利であろう。

本発明の一態様によれば、三相スラリー反応器を動作させる方法であって、
低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体（ｓｌｕｒｒｙ ｂｏｄｙ）中に供給する工程であって、スラリー体が、共通反応器シェルの内側の、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路内に収容され、スラリー流路が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、各スラリー流路は、高さおよび横幅（ｂｒｅａｄｔｈ）が、幅（ｗｉｄｔｈ）よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有する工程と、
気体反応物を、スラリー流路内に存在するスラリー体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する工程と、
気体生成物および／または未反応の気体反応物を、スラリー体の上のヘッド空間内で、スラリー体から離脱させる工程と、
気体生成物および／または未反応の気体反応物を、ヘッド空間から取出す工程と、
必要に応じて、存在する場合には非気体生成物を含むスラリーまたは懸濁液を取出すことによって、または、スラリーまたは懸濁液を加えることによって、スラリー体を所望のレベルに維持する工程とを含む方法を提供する。

本方法は、反応器シェルの内側の１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管を使用して、スラリーを、スラリー体中の高いレベルから、そのより低いレベルに下方に進ませる工程を含むことができる。

スラリー流路の少なくともいくつかが、スラリー流路の上端の上でスラリー流連通することができる。

スラリー流路の少なくともいくつかの仕切り壁またはプレートは、スラリー流路を隣接した熱伝達媒体流空間から分離することができる。本方法は、熱伝達媒体を、熱伝達媒体流空間を通過させて、スラリー流路内に存在するスラリー体と間接的な関係で熱を交換する工程を含むことができる。

仕切り壁またはプレートの熱伝達表面などの、反応器の熱伝達表面を、任意に、滑らかな仕切り壁またはプレートの表面積と比較して、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付壁またはプレートの使用を含むことができる。

本発明の第２の態様によれば、三相スラリー反応器を動作させる方法であって、
低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、スラリー体が、共通反応器シェルの内側の、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路内に収容され、スラリー流路の少なくともいくつかが、スラリー流路の開いた上端の上でスラリー流連通し、スラリー流路の少なくともいくつかが、スラリー流路を１つまたは複数の熱伝達媒体流空間から分離する壁によって画定される工程と、
気体反応物を、スラリー流路内に存在するスラリー体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する工程と、
熱伝達媒体を、１つまたは複数の熱伝達媒体流空間を通過させて、スラリー流路内に存在するスラリー体と間接的な関係で熱を交換する工程と、
反応器シェルの内側の１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管を使用して、スラリーを、スラリー体中の高いレベルから、そのより低いレベルに下方に進ませる工程と、
気体生成物および／または未反応の気体反応物を、スラリー体の上のヘッド空間内で、スラリー体から離脱させる工程と、
気体生成物および／または未反応の気体反応物を、ヘッド空間から取出す工程と、
必要に応じて、存在する場合には非気体生成物を含むスラリーまたは懸濁液を取出すことによって、または、スラリーまたは懸濁液を加えることによって、スラリー体を所望のレベルに維持する工程を含む方法を提供する。

スラリー流路は、好ましくは、それらの開いた上端と開いた下端との間で、互いに隔離され、好ましくは、熱伝達媒体流空間によって、互いに分離される。換言すれば、本方法は、好ましくは、スラリー流路の開いた上端と開いた下端との間のすべての高さで、スラリー流連通を防止する工程を含み、スラリー流路は、別個であり、完全に個別化された反応チャンバを画定する。

本発明の第２の態様による方法で使用されるスラリー流路は、チューブシート間の垂直に延在するチューブによって画定することができ、熱伝達媒体流空間は、チューブシート間に画定され、チューブを囲む。チューブは、典型的には、少なくとも約１０ｃｍの直径を有する。

代わりに、スラリー流路は、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートによって画定することができ、熱伝達媒体流空間が、また、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、スラリー流路の少なくともいくつかが、隣接した熱伝達媒体流空間から、共通のまたは共有の仕切り壁またはプレートによって分離される。

仕切り壁またはプレートは、互いに平行であることができ、高さおよび横幅が、典型的には、幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有するスラリー流路および熱伝達媒体流空間を画定する。換言すれば、各仕切り壁は、充分な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ）高さおよび横幅と、比較的小さい厚さとを有し、隣接した仕切り壁から比較的密接に隔置され、それにより、１つの寸法が他の２つの寸法よりはるかに小さい、垂直に延在する平行六面体流路または空間を画定する。

仕切り壁またはプレートまたはチューブの熱伝達表面などの、反応器の熱伝達表面を、任意に、滑らかな仕切り壁または滑らかな円筒形チューブの表面積と比較して、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付壁またはプレートまたはチューブの使用を含むことができる。

スラリー流路が仕切り壁によって画定される場合、スラリーおよび熱伝達媒体は、交互に配列されたスラリー流路および熱伝達媒体流空間内に存在することができる。したがって、おそらくは半径方向に外側のスラリー流路以外、各スラリー流路の両側に２つの熱伝達媒体流空間を配置するか、各スラリー流路を２つの熱伝達媒体流空間の間に挟むことができる。

下降管ゾーンまたは下降管内のスラリーの下方流は、スラリー流路内にスラリーの下方流が実質的にないほど十分に高くてもよい。

本方法が、少なくとも原理的には、より広い用途を有することができると考えられるが、固体粒子が、通常、１つまたは複数の気体反応物の、液体生成物および／または気体生成物への反応を触媒するための触媒粒子であると予想される。懸濁液は、通常、液体生成物であるが、必ずしも液体生成物であるとは限らず、したがって、液相またはスラリーが、スラリー体から取出されて、スラリー体を所望のレベルに維持する。

さらに、原理的には、本方法がより広い用途を有することができるとも考えられるが、それが炭化水素合成における特定の用途を有し、気体反応物が、スラリー体中で触媒作用によって発熱を伴って反応して、液体炭化水素生成物、および任意に気体炭化水素生成物を形成することができると予想される。特に、反応または炭化水素合成は、フィッシャー−トロプシュ合成であることができ、気体反応物は、主として一酸化炭素と水素とを含む合成ガス流の形態であり、液体炭化水素生成物および気体炭化水素生成物の両方が生成され、熱伝達媒体は、冷却媒体、たとえば、ボイラ供給水である。

炭化水素合成の場合、スラリー流路は、典型的には、少なくとも０．５ｍ、好ましくは少なくとも１ｍ、より好ましくは少なくとも２ｍの高さを有するが、４ｍまたはより高いことさえできる。スラリー流路は、典型的には、少なくとも２ｃｍ、好ましくは少なくとも３．８ｃｍ、より好ましくは少なくとも５ｃｍの幅を有する。スラリー流路の幅は、典型的には５０ｃｍを超えず、より好ましくは、幅は２５ｃｍを超えず、より好ましくは、幅は１５ｃｍを超えない。スラリー流路は、典型的には、約０．２ｍから１ｍの範囲内の横幅を有する。反応器シェルは、典型的には、少なくとも１ｍ、好ましくは少なくとも２．５ｍ、より好ましくは少なくとも５ｍの直径を有するが、本発明の目的が、反応器直径の、反応器挙動に及ぼす影響をなくすことであることに留意するべきである。

理解されるように、各スラリー流路は、仕切り壁間に画定されようと、チューブによって画定されようと、反応器シェルから独立して機能し、大部分は他のスラリー流路から独立して機能するように構成することができる。パイロット規模の１つのスラリー流路またはスラリー流路の小さいサブグループの設計およびテストが実行可能であり、そこで、規模依存マクロ混合効果が適切に管理されるならば、複数のスラリー流路を含む商業規模反応器へのスケールアップが、非常に容易になり、よりリスクが小さい。

さらに、下降管または下降管ゾーンが、スラリー流路内にスラリーの下方流が実質的にないように十分な下方スラリー流で使用される場合、反応器にわたる、画定された下降流ゾーンおよび上昇流ゾーンによって決められるもの以外のマクロ混合パターンの確立は、実際には不可能である。

本方法は、ヘッド空間からのガスを冷却して、液体生成物、たとえば液体炭化水素および反応水を凝縮する工程と、液体生成物をガスから分離して、テールガスを提供する工程と、テールガスの少なくともいくらかを、リサイクルガス流としてスラリー体にリサイクルする工程とを含むことができる。

垂直に延在する水平に配置された反応器ゾーンを、反応器シェルの内側に画定することができ、各水平に配置された反応器ゾーンは、複数のスラリー流路と、任意に、１つ以上の熱伝達媒体流空間とを含む。本方法は、隣接した垂直に延在する水平に配置された反応器ゾーンの間で、および、水平に配置された反応器ゾーン内のスラリー流路の開いた上端と開いた下端との間のすべての高さで、スラリー流連通を防止する工程を含むことができる。これは、水平に配置された反応器ゾーンに、垂直に延在する側壁を設けることによって、または、水平に配置された反応器ゾーンの１つの中の端部仕切り壁が、実際には、隣接した水平に配置された反応器ゾーンの側壁を形成するように、仕切り壁を、隣接した水平に配置された反応器ゾーン内に直角の角度で配置することによって、達成することができる。

本方法は、各々が、複数のスラリー流路と、任意に、１つ以上の熱伝達媒体流空間とを含む、垂直に隔置された反応器ゾーン内に、スラリー体を収容する工程を含むことができる。中間スラリーゾーンを、垂直に隔置された反応器ゾーンの間に画定することができる。

本方法は、少なくとも１つの気体流を、２つの垂直に隔置された反応器ゾーンの間の中間ゾーン内に供給する工程を含むことができる。気体流はリサイクルガス流であることができる。必要に応じて、気体流は、反応器の断面積の一部が気体流を供給されないように供給することができる。

下降管ゾーンまたは下降管の１つ以上が、スラリー流路、または上部の垂直に隔置された反応器ゾーン内のスラリー流路の開いた上端またはそれらの上から、スラリー流路、または底部の垂直に隔置された反応器ゾーン内のスラリー流路の開いた下端またはそれらの下まで延在することができる。

代わりに、下降管ゾーンまたは下降管の１つ以上が、垂直に隔置された反応器ゾーンのスラリー流路の開いた上端またはそれらの上から、垂直に隔置された反応器ゾーンのスラリー流路の開いた下端またはそれらの下まで、しばしば、垂直に隔置された反応器ゾーンの下の中間ゾーン内に延在することができる。より低いまたはより高い垂直に隔置された反応器ゾーンが、同様の下降管ゾーンまたは下降管を含むことができ、これは、上のまたは下の垂直に隔置された反応器ゾーン内の下降管ゾーンまたは下降管から、平面図において互い違いであることができるか、これは、上のまたは下の垂直に隔置された反応器ゾーン内の下降管ゾーンまたは下降管と位置合せされることができる。

必要に応じて、下降管ゾーンが、１つまたは複数の熱伝達媒体流空間、および／または固体粒子を懸濁液から分離するためのフィルタを含むことができる。

スラリーを、下降管ゾーンまたは下降管内で下方に進ませる工程が、たとえば、バッフルを設けることによって、１つまたは複数の気体反応物が下降管ゾーンに入ることを防止または阻止する工程を含むことができ、および／または、それは、たとえば、デガッサを下降管ゾーンまたは下降管の上端に設けることによって、下降管ゾーンまたは下降管内のスラリーを脱ガスする工程を含むことができる。

本方法は、中間ゾーンの１つ以上の中の水平に配置された反応器ゾーンの間で、および／または、スラリー流路の開いた下端の下の反応器の底部内で、スラリー流連通を可能にする工程を含むことができる。

本方法は、反応器全長にわたって、固体粒子の軸方向の混合を制限する工程を含むことができる。これは、垂直に隔置された反応ゾーン、および１つの反応ゾーンの長さにわたる下降管の選択によって達成することができる。

本発明の第３の態様によれば、三相スラリー反応器であって、
使用中、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリーを収容する、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路を収容する反応器シェルであって、スラリー流路が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、各スラリー流路は、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有する、反応器シェルと、
１つまたは複数の気体反応物を反応器に導入するための反応器シェル内のガス入口と、
スラリー流路の上のシェル内のヘッド空間からガスを取出すためのシェル内のガス出口とを含む三相スラリー反応器を提供する。

仕切り壁またはプレートの少なくともいくつかが、熱伝達媒体流空間または流路を画定することができる。熱伝達媒体流流路は、また、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、横幅、および幅を有することができる。

仕切り壁またはプレートの熱伝達表面などの、反応器の熱伝達表面を、任意に、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付壁またはプレートの使用を含むことができる。

流路は、上に説明された通りであることができる。

したがって、スラリー流路は、反応器シェルの内側のスラリーゾーン内に配置される。スラリーゾーンは、スラリー流路の少なくともいくつかが、それらの開いた上端の上でスラリー流連通することができるように、スラリー流路の開いた上端より上の標準スラリーレベルを有することができる。

反応器は、使用中、スラリーが、スラリーゾーン内の高いレベルから、そのより低いレベルに進むことができる１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管を含むことができる。

本発明の第４の態様によれば、三相スラリー反応器であって、
使用中、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリーを収容する、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路を収容する反応器シェルであって、スラリー流路が、反応器シェルの内側のスラリーゾーン内に配置され、スラリーゾーンは、スラリー流路の少なくともいくつかが、それらの開いた端部の上でスラリー流連通するように、スラリー流路の開いた上端より上の標準スラリーレベルを有する、反応器シェルと、
１つまたは複数の熱伝達媒体流空間であって、使用中、間接的な熱伝達関係の熱伝達が、スラリー流路内のスラリーと１つまたは複数の熱伝達媒体流空間内の熱伝達媒体との間で生じることができるように、スラリー流路を１つまたは複数の熱伝達媒体流空間から分離するスラリー流路の壁によって画定される、１つまたは複数の熱伝達媒体流空間と、
スラリーが、スラリーゾーン内の高いレベルから、そのより低いレベルに進むことができる１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管と、
１つまたは複数の気体反応物を反応器に導入するための反応器シェル内のガス入口と、
スラリー流路の上のシェル内のヘッド空間からガスを取出すためのシェル内のガス出口と、
必要に応じて、スラリーまたは懸濁液を、反応器に加えるか、反応器から取出すための液体入口とを含む三相スラリー反応器を提供する。

スラリー流路の少なくともいくつかが、スラリー流路の開いた下端の下でスラリー流連通することができる。スラリー流路は、スラリー流路の開いた上端および開いた下端を通る以外の、スラリー流路からのまたはスラリー流路内へのスラリー流を防止するように構成された壁を有することができる。換言すれば、壁は、典型的には、スラリー流路間の、半径方向のまたは横方向のスラリー流を防止し、スラリー流路は、完全に個別化された反応チャンバである。

本発明の第４の態様による反応器内のスラリー流路は、チューブシート間の垂直に延在するチューブによって画定することができ、熱伝達媒体流空間は、チューブシート間に画定され、チューブを囲む。チューブは、典型的には、少なくとも約１０ｃｍの直径を有する。

代わりに、スラリー流路は、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートによって画定することができ、熱伝達媒体流空間は、また、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、少なくともいくつかのスラリー流路が、共通のまたは共有の仕切り壁またはプレートによって、隣接した熱伝達媒体流空間から分離される。

仕切り壁またはプレートは、互いに平行であることができ、上に説明されたように、スラリー流路および熱伝達媒体流空間を画定する。典型的には、仕切り壁またはプレートは、平面図で見ると、円筒形反応器シェルの弦と対応する。

スラリー流路が仕切り壁によって画定される場合、スラリー流路および熱伝達媒体流空間を交互に配列することができる。したがって、おそらくは半径方向に外側のスラリー流路以外、各スラリー流路の両側に２つの熱伝達媒体流空間を配置するか、各スラリー流路を２つの熱伝達媒体流空間の間に挟むことができる。

仕切り壁またはプレートまたはチューブの熱伝達表面などの、反応器の熱伝達表面を、任意に、滑らかな仕切り壁または滑らかな円筒形チューブのものと比較して、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付壁またはプレートまたはチューブの使用を含むことができる。

任意に、１つ以上の熱伝達媒体流空間とともに、スラリー流路は、反応器モジュールまたは副反応器（ｓｕｂ−ｒｅａｃｔｏｒｓ）でともにグループ化することができる。副反応器は、反応器シェルの断面積にわたって水平に配置することができる。副反応器が、それを隣接した水平に隔置された副反応器から分離する、垂直に延在する側壁を有することができる。垂直に延在する側壁は、隣接した水平に配置された副反応器の間で、隣接した水平に配置された副反応器のスラリー流路の開いた上端と開いた下端との間のすべての高さで、スラリー流連通を防止するように構成することができる。

水平に配置されたまたは水平に隔置された隣接した副反応器のスラリー流路は、スラリー流路が仕切り壁またはプレートによって画定される場合、各々、横幅軸を有することができ、隣接した水平に配置された副反応器のスラリー流路の横幅軸は平行である。代わりに、隣接した水平に配置された副反応器の横幅軸は直角であることができる。したがって、そのような実施形態において、副反応器の端部仕切り壁が、副反応器を水平に配置された隣接した副反応器から分離する側壁を形成することができる。

反応器は、垂直に隔置された反応器モジュールまたは副反応器を含むことができ、１つまたは複数の下部副反応器のスラリー流路の開いた上端は、１つまたは複数の上部副反応器のスラリー流路の開いた下端の下にある。

反応器は、上部副反応器と下部副反応器との間の中間ゾーンを含むことができる。中間ゾーンは、１つまたは複数の上部副反応器のスラリー流路と、および１つまたは複数の下部副反応器のスラリー流路と流れ連通することができる。換言すれば、中間ゾーン内に開くスラリー流路の開いた端部の間の横方向流を防止するバリヤがない中間ゾーンを有することによって、中間ゾーン内のスラリーの横方向のまたは水平の流れまたは混合を可能にすることができる。

反応器は、上部副反応器と下部副反応器との間の中間ゾーン内へのガス入口を含むことができる。ガス入口はリサイクルガス入口であることができる。ガス入口は、反応器シェルの断面積の一部にのみガスを導入するように構成することができる。換言すれば、ガス入口は、使用時に反応器の選択された断面領域のみに、たとえば、特定の副反応器または特定のスラリー流路のみにガスを供給するように、配置することができる。

１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管が、スラリー流路、または上部副反応器のスラリー流路の開いた上端またはそれらの上から、スラリー流路、または下部副反応器のスラリー流路の開いた下端またはそれらの下まで延在することができる。

代わりに、下降管ゾーンまたは下降管の１つ以上が、副反応器内のスラリー流路の開いた上端またはそれらの上から、副反応器のスラリー流路の開いた下端またはそれらの下まで、しばしば、副反応器の下の中間ゾーン内に延在することができる。垂直に隔置された副反応器の下降管ゾーンまたは下降管が、平面図において互い違いであることができるか、位置合せされることができる。

下降管または下降管ゾーンを、下降管または下降管ゾーンとして機能するように適合されたスラリー流路によって画定することができる。そのような適合されたスラリー流路は、たとえばバッフルなどのガス供給防止デバイスを有することができるか、それと関連させることができるか、そのような適合されたスラリー流路は、その上端においてデガッサを有することができるか、それと関連させることができる。

下降管ゾーンまたは下降管が、１つまたは複数の熱伝達媒体流空間を含むことができ、および／または、それは、固体粒子を懸濁液から分離するためのフィルタを含むことができる。

熱伝達媒体流空間は、流路の形態の場合、端部が閉じており、熱伝達媒体インレットアレイ（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）およびアウトレットアレイが設けられる。熱伝達媒体インレットアレイおよびアウトレットアレイは、閉端を通って、すなわち、軸方向にまたは垂直に、流路内に開くことができるか、熱伝達媒体流流路または空間は、横方向にまたは水平に流れ連通することができ、１つおきの流れ空間が、流れ連通し、間にある流れ空間からシールされるプレート熱交換器を連想させる。

本発明による三相スラリー反応器の一実施形態の概略断面立面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器の別の実施形態の概略断面立面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器のいくつかの反応器モジュールまたは副反応器および下降管または下降管ゾーンの概略三次元図を示す。 図３の反応器モジュールおよび下降管の概略上面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器のいくつかの上部および下部反応器モジュールまたは副反応器ならびに下降管の概略三次元図を示す。 下降管があるまたは下降管がない、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 下降管があるまたは下降管がない、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 下降管があるまたは下降管がない、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 下降管があるまたは下降管がない、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 ガスの段階導入およびさまざまな下降管配列を伴う、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 ガスの段階導入およびさまざまな下降管配列を伴う、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 ガスの段階導入およびさまざまな下降管配列を伴う、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態の概略断面立面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器の仕切り壁のさまざまな配列の概略上面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器の仕切り壁のさまざまな配列の概略上面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器の仕切り壁のさまざまな配列の概略上面図を示す。 本発明による三相スラリー反応器の仕切り壁のさまざまな配列の概略上面図を示す。 さまざまな下降管配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 さまざまな下降管配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 さまざまな下降管配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 さまざまな下降管配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。 水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器および下降管ゾーンのさまざまな配列を示す、本発明によるさまざまな三相スラリー反応器の概略断面平面図を示す。

ここで、本発明を、添付の概略図面を参照して、例として説明する。

図面の図１を参照すると、参照符号１０は、一般に、本発明による三相スラリー反応器の一実施形態を示す。反応器１０は、複数の垂直に延在する水平に隔置された平行な仕切り壁またはプレート１４を収容する反応器シェル１２を含む。プレート１４は複数のスラリー流路１６を画定する。

シェル１２は円筒形であり、プレート１４は、平面図で見ると、シェル１２の弦と対応するか、シェル１２の弦上に位置する。各スラリー流路１６は、その高さおよびその横幅と比較して、比較的小さい幅、すなわち、プレート１４間の間隔を有し、その横幅は、図面が示されたページ面に直行する軸に沿っている。

図面に示されていないが、仕切り壁またはプレート１４の少なくともいくつかを、それらの熱伝達表面積を増加させるために、または、熱伝達係数を向上させるために、成形またはテクスチャー加工することができる。成形またはテクスチャー加工は、当業者に知られている他の方法の中で、ディンプル付、リブ付、またはフィン付壁またはプレートの使用を含むことができる。

反応器１０はまた、スラリー流路１６の下のスパージャアレイ２０内に通じるガス入口１８を含む。スラリー流路１６の上のヘッド空間２４と流れ連通するガス出口２２が設けられる。液体出口２６は、スラリー流路１６の下の、反応器１０の底部から通じているが、任意の好都合なレベルに位置することができる。

反応器１０は、反応器１０の底部から、参照符号２８および３０によって示された標準スラリーレベルまで延在するスラリーゾーンを有する。図１に見ることができるように、標準スラリーレベル２８は、こうして、スラリー流路１６の開いた上端より下であることができるか、標準スラリーレベル３０は、スラリー流路１６の開いた上端より上であることができ、それにより、使用中、プレート１４を完全に沈める。

反応器１０などのスラリー反応器において、スラリー流路１６が反応器１０の底部内に開くところで、スラリー流路１６間には、制限された相互作用があるか、あるいは実質的にはないであろう。スラリー流路１６によって画定された反応空間は、本質的に二次元であり、スラリー流路が本質的に互いに独立して動作される場合、反応器シェル１２の直径への依存が大いにまたは完全になくなる。これは、スケールアップを促進し、というのは、１つまたは少数のスラリー流路からなる代表的なユニットを、商業規模反応器寸法から、別々にかつ独立して、研究することができるからである。

プレート１４がスラリー体中に完全に沈められないとき、すなわち、標準スラリーレベルがレベル２８であるとき、反応器１０は、本質的に、平行な垂直に延在する二次元三相スラリー塔のスタックとして挙動する。混合、ガスホールドアップ、ならびに熱伝達および物質移動に関連する、これらの二次元塔と従来の三次元塔との間の差を、有利に用いることができる。

標準スラリーレベルがレベル３０によって示される、完全に沈められたプレート１４の場合、さらに多くの可能性を示す。スラリー流路１６にわたるスラリー循環流パターンを確立することができ、スラリー流路１６内の相のより良好な栓流特徴、スラリー全体にわたる、より均一な固形分分布、およびより高い熱伝達係数（熱伝達配列を有する反応器を、後で、より詳細に説明する）を考慮する。

図面の図２を参照すると、参照符号１００は、一般に、本発明による三相スラリー反応器の別の実施形態を示す。反応器１００は、多くの点で反応器１０と同様であり、したがって、特に明記しない限り、同じ参照符号は、同じまたは同様の部分または特徴を示すために使用される。反応器１００において、熱伝達媒体流路３２が、また、プレート１４のいくつかの間に画定される。熱伝達媒体流路３２は、閉じた下端および上端を有するが、それらの端部で互いに、および熱伝達媒体インレットアレイおよびアウトレットアレイ（図示せず）と流れ連通する。したがって、使用中、熱伝達媒体を、上方にまたは下方に、熱伝達媒体流路３２を通過させることができる。

スラリー流路１６および熱伝達媒体流路３２は交互に配列され、反応器１００の特定の構造によって、おそらくは半径方向に外側のスラリー流路１６以外、各スラリー流路１６の両側に２つの熱伝達媒体流路３２が配置されるか、各スラリー流路１６が２つの熱伝達媒体流路３２の間に挟まれる。

反応器１００において、スラリー流路１６および熱伝達媒体流路３２は、上部プレートバンクまたは上部副反応器３４を画定する上部グループ、および下部プレートバンクまたは下部副反応器３６を画定する下部グループにグループ化される。上部副反応器３４は下部副反応器３６から垂直に隔置され、上部副反応器３４のスラリー流路１６の開いた下端は、下部副反応器３６のスラリー流路１６の開いた上端の上である。上部副反応器３４と下部副反応器３６との間に、中間ゾーン３８が画定される。リサイクルガス入口であり、参照符号４０によって示されるガス入口が、反応器１００の２つの対角線上に反対の側から中間ゾーン３８に入る。各リサイクルガス入口４０は、スパージャアレイ４２と関連する。

デガッサ４６を有する下降管４４が、反応器シェル１２内に中心に設けられ、上部副反応器３４のスラリー流路１６の開いた上端の上から、上部副反応器３４のスラリー流路１６の開いた下端の下まで、すなわち、中間ゾーン３８内に延在する。反応器シェル１２と下部副反応器３６のプレート１４との間に、環状下降管ゾーン４８が画定される。認められるように、スパージャアレイ４２は、下降管４４にガスを供給しないように構成され、スパージャアレイ１８は、下降管ゾーン４８にガスを供給しないように構成される。理解されるように、下降管４４は、実際には、下降管ゾーン４８に対して互い違いであり、矢印５０によって示されているようなスラリーリサイクル流または再分配流を確実にする。

反応器１００は、原理的には、三相スラリー反応器を必要とする、およびスラリーへのまたはスラリーからの熱伝達を必要とする多くのプロセスに適している。しかし、ここで、１つの用途のみ、すなわち、炭化水素合成を説明する。

使用中、気体反応物としての、主として、一酸化炭素と、水素とを含む新しい合成ガスが、ガス入口１８およびスパージャアレイ２０を通って、反応器１００の底部内に供給される。スパージャアレイ２０によって、合成ガスは、反応器１００の底部内に存在するスラリー全体にわたって均一に分配される。同時に、典型的には、水素と、一酸化炭素と、メタンと、二酸化炭素とを含むリサイクルガス流（典型的には冷却された）が、リサイクルガス入口４０およびスパージャアレイ４２を通って反応器１００に戻される。リサイクルガス流のすべてを、リサイクルガス入口４０によって、中間ゾーン３８内に供給することができるか、必要に応じて、リサイクルガス流の一部を、ガス入口１８によって、反応器１００の底部に戻すことができる。

スパージャアレイ４２によって、上部副反応器３４のスラリー流路１６は、リサイクルガスで特にターゲットにされ、下降管４４は回避される。リサイクルガス入口４０を使用することによって、リサイクルガスの一部が、反応器１００の、スパージャアレイ４２の下の部分内に配置されたスラリーを迂回するようにさせることが可能である。このように、反応器１００内の総ガスホールドアップを低減することができ、それにより、意外なことに、反応器の能力を向上させる。

新しい合成ガスと、あらゆるリサイクルガスとを含む気体反応物は、上部副反応器３４および下部副反応器３６のスラリー流路１６を占め、反応器１００の底部からレベル３０まで延在するスラリー体５２を通って上方に進む。スラリー体５２は、液体生成物（主にろう）中に懸濁された、フィッシャー−トロプシュ触媒粒子、典型的には鉄またはコバルト系触媒を含む。スラリー体５２は、上部副反応器３４のスラリー流路１６の開いた上端より上の、かつデガッサ４６より上のスラリーレベル３０を有するように制御される。

合成ガスがスラリー体５２を通って泡立つとき、その中の気体反応物は、触媒作用によって、かつ発熱を伴って反応して、液体生成物を形成し、したがって、これはスラリー体５２の一部を形成する。ときどき、または連続的に、液体生成物を含むスラリーまたは液相が、液体出口２６を通って取出され、それにより、スラリーレベル３０は制御される。触媒粒子は、たとえばフィルタ（図示せず）を使用する、適切な内部または外部分離システム内で、液体生成物から分離される。分離システムが反応器１００の外部に配置される場合、分離された触媒粒子を反応器１００に戻すための付加的なシステム（図示せず）が設けられる。

新しい合成供給ガスおよびリサイクルガスは、沈降を伴わずに、反応器１００の内側の触媒粒子のすべてを撹拌し懸濁させるのに十分な速度で、反応器１００に導入される。ガス流量は、用いられるスラリー濃度、触媒密度、懸濁媒体密度および粘度、ならびに特定の粒度によって選択される。適切なガス流量は、たとえば、約５ｃｍ／ｓから約５０ｃｍ／ｓを含む。しかし、約８５ｃｍ／ｓまでのガス速度が気泡塔においてテストされている。より高い速度の使用は、それが、触媒含有スラリーを収容するために比較的より小さい空間を残す、反応器内のより高いガスホールドアップを伴うという欠点を有する。いかなるガス流量がいかに選択されようとも、それは、反応器１００内の粒子沈降および凝集を回避するのに十分でなければならない。

多少のスラリーが、矢印５０によって示されているように、下降管４４および下降管ゾーン４８を通って下方に連続的に進み、それにより、スラリー体５２中の触媒粒子の再分配を達成し、かつ、スラリー体５２全体にわたる均一な熱再分配を促進する。理解されるように、下降管または下降管ゾーンの配列によって、反応器１００の選択された垂直に延在する領域にわたるスラリー再分配が可能である。

反応器１００は、スラリー流路１６内のスラリー体５２が、不均質または撹拌乱流（ｃｈｕｒｎ−ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ）領域内にあり、かつ、スラリー体５２を事実上栓流態様で横切る、速く上昇する気体反応物および気体生成物のより大きい気泡からなる希薄相と、液体生成物、固体触媒粒子、および同伴された気体反応物および気体生成物のより小さい気泡を含む高密度相とを含むように動作される。スラリー流路１６の使用によって、反応器１００全体の栓流挙動は促進され、というのは、各スラリー流路１６が、反応器シェル１２のアスペクト比を十分に超える、高さおよび幅が考慮されたときの高アスペクト比を有するからである。

好ましくは、下降管ゾーン４４および４８内のスラリーの下降流速度は十分に高く、スラリー流路１６内にスラリーの下方流は実質的にない。このように、下降管ゾーン４４および４８内の下方、およびスラリー流路１６内の上方以外のマクロ混合パターンの確立は、大幅になくなる。

スラリー体５２は、上部副反応器３４および下部副反応器３６内の、交互の、端部の開いたスラリー流路１６内に存在する。冷却媒体としてのボイラ供給水が、端部の閉じた熱伝達媒体流路３２を通って循環されて、発熱反応の熱を除去する。理解されるように、プレート１４は、ボイラ供給水への間接的な熱伝達によって、スラリー体５２から熱を除去するための大きい熱伝達表面積を提供する。

Ｃ２０以下のフラクションなどの軽質炭化水素生成物が、反応器１００からガス出口２２を通って取出され、分離ユニット（図示せず）に送られる。典型的には、分離ユニットは、一連の冷却器と、気液分離器とを含み、任意に、さらなる冷却器および分離器、ならびに場合により、Ｃ２０以下の炭化水素フラクションからの、水素、一酸化炭素、メタン、および二酸化炭素の除去のための極低温ユニットも含むことができる。膜ユニット、圧力スイング吸着ユニット、および／または二酸化炭素の選択的な除去のためのユニットなどの他の分離技術を用いることができる。窒素と、一酸化炭素と、他のガスとを含む分離されたガスは、圧縮機（図示せず）によって圧縮されリサイクルされて、リサイクルガス流を提供する。凝縮された液体炭化水素および反応水が、さらなる後処理（ｗｏｒｋｉｎｇ−ｕｐ）のため、分離ユニットから取出される。

示されているような反応器１００は、反応器１００へのガスのリサイクルを可能とするものであるが、必ずしもその態様とは限らずに、リサイクルガス流がすべての実施形態において使用されることが理解されるべきである。

プレート１４の存在の結果として、スラリー流路１６間で、それらの開いた上端とそれらの開いた下端との間のすべての高さにおいて、スラリー流連通は行なわれない。しかし、上部副反応器３４のスラリー流路１６の開いた上端の上では、スラリーの流れに制限はない。同様に、中間ゾーン３８内では、および下部副反応器３６のスラリー流路１６の開いた下端の下では、スラリーの流れに制限はない。

本発明による三相スラリー反応器が、複数の水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器を含むことができ、したがって、これらは、反応器シェル１２の内側で同じ高さにあるが、反応器シェル１２の断面積にわたって配置される。図３および図４において、少数のこれらの水平に配置された反応器モジュールまたは副反応器またはプレートバンクが示され、参照符号６０によって示されている。参照符号６２によって示された下降管ゾーンが、副反応器６０と関連する。スパージャアレイ６４が、副反応器６０および下降管ゾーン６２の下に設けられる。

認められるように、下降管ゾーン６２は、また、副反応器６０と同じように、複数の垂直に延在する仕切り壁またはプレート１４を含む。しかし、スパージャアレイ６４は、下降管ゾーン６２にガスを供給せず、ゾーン６２が、副反応器またはライザとしてではなく、下降管として機能することを可能にする。

副反応器６０と同様に、下降管ゾーン６２は、交互に配列されたスラリー流路および熱伝達媒体流路を有する。

図３および図４において、副反応器６０および下降管ゾーン６２の高さは、等しいように示されている。しかし、それらが、高さ、幅、および流路横幅が異なることができることが理解されるべきである。

図４に交差矢印６１によって示されているように、スラリー流路の開いた上端の上、およびスラリー流路の開いた下端の下以外は、副反応器６０間で、または副反応器６０と下降管ゾーン６２との間で、スラリー交換がない。

副反応器またはプレートバンクの平行なプレートは、図１３に示されているように、開いた側を有する流路１６を画定することができるか、副反応器は、図１４に示されているように、側壁６３を有することができる。流路１６の側が、図１４に示されているように、側壁６３によって閉じられるとき、開口が側壁６３に設けられない限り、１つのそのような副反応器の流路１６内のスラリーと隣接した副反応器の流路１６内のスラリーとの間に相互作用がないことができる。当然、側壁は、１つを超える副反応器またはプレートバンクを囲むことができる。

２つの副反応器が、図１５に示されているように、それらのプレート１４が平行な状態で、かつ、側壁の不在下で、配列されるとき、１つの副反応器の流路１６内のスラリーが、隣接した副反応器の流路１６内のスラリーと相互作用することができる。図１６に示されているように、隣接した副反応器のプレート１４が直角であるとき、１つの副反応器の端部プレートが、実際には、側壁を画定し、２つの副反応器の流路１６内のスラリーの間の相互作用を防止する。

図面の図５を参照すると、上部副反応器３４および下部副反応器３６、ならびに２つの下降管または下降管ゾーン６２が、示されている。１つが上部副反応器３４の下、１つが下部副反応器３６の下の、２つのスパージャアレイ６４も、示されている。図５に示された反応器レイアウトにおいて、下降管または下降管ゾーン６２は、上部副反応器３４のスラリー流路の開いた上端から、中間ゾーン３８を通って、下部副反応器３６の開いた下端の下まで、実際には、下部スパージャアレイ６４の下まで延在する。この配列では、既知の制御されたパターンの、スラリーの大規模軸方向循環を達成することができる。隣接した副反応器３４．ａおよび３４．ｂまたは３６．ａおよび３６．ｂの間の制限されたスラリー交換を考慮することも可能である。理解されるように、スラリー流路は、所望の熱伝達表面積、水力直径などを有するように設計することができ、必要に応じて、付加的なガススパージングを、中間ゾーン３８内に、垂直に隔置された副反応器の間に設置することができ、内部濾過デバイスを、中間ゾーン３８内に、または下降管もしくは下降管ゾーン６２の１つに設置することができる。フィルタなどの内部装置（ｉｎｔｅｒｎａｌｓ）を下降管または下降管ゾーン内に配置することの１つの利点は、下降管ゾーン内で生じる、低減されたガスホールドアップおよび比較的高い速度である。下降管または下降管ゾーン６２の位置を選択し、それらを反応器シェル１２の断面積上の特定の位置に配置することによって、大規模スラリー循環に激しく影響を及ぼして、所望の目的を達成することができる。

下降管または下降管ゾーンは、三相スラリー反応器の高さに対して、固形分ホールドアッププロファイルおよび温度プロファイルを平らにするのに役立つことができる。しかし、同時に、それらは、時には望ましくないことがある軸方向の混合を誘起する。設計によって、軸方向の混合を促進することができる（一種のライザ−下降管動作モードをもたらす）か、反応器の栓流特徴を促進するために、それを抑制することができる。

図６から図９は、さまざまな下降管配列を有する、本発明による三相スラリー反応器のさまざまな実施形態を示す。図６において、反応器は、４の垂直に隔置された副反応器またはプレートバンクを有し、下降管がない。図３において、副反応器またはプレートバンクを通って直線状に軸方向に延在する頂部から底部までの下降管を使用することができることが示されている。図８は、どのように、各副反応器またはプレートバンク内の下降管を、下降管が、平面図で見ると、上部副反応器またはプレートバンクと下部副反応器またはプレートバンクとの間で互い違いであるように配列することができるかを示す。図９は、仕切り壁またはプレートが、実質的に、反応器の全長、底部領域からヘッド空間領域まで延在し、１つの下降管が、ヘッド空間から底部領域まで延在する三相スラリー反応器を示す。

下降管または下降管ゾーンのさまざまな配列が、図１７から図２０に示されており、下降管または下降管ゾーンは、参照符号７０によって示されている。図１７において、下降管ゾーン７０は、反応器シェル１２の断面積にわたって分配される。図１８において、下降管ゾーン７０は、反応器シェル１２に隣接し、平面図でほぼ環状である。図１９の下降管ゾーン７０は、反応器シェル１２の１つの側に対してあり、図２０において、下降管ゾーン７０は中心に配置される。

副反応器および下降管または下降管ゾーンのために選択された配列によって、反応器内の異なる上昇流ゾーン（スラリー流路によって画定された）の間のスラリー流相互作用を可能にするか防止すること、ならびに、これらの上昇流ゾーンと下降流ゾーン（下降管または下降管ゾーンによって画定された）との間の相互作用を防止または拒否することが可能である。したがって、反応器１００などの反応器において、図２に参照符号７２によって示された高さなどの特定の高さで、多くの構成が可能であり、これらのいくつかが、図面の図２１から図２８に示されている。

図２１において、下降流ゾーン７０は、反応器シェル１２の複数の側に対してある。参照符号７４によって示された各副反応器は、側壁を有し、それにより、副反応器７４間の、および副反応器７４と下降流ゾーン７０との間のスラリー相互作用を防止する。

図２２の副反応器７４は側壁を有さず、隣接した副反応器７４のスラリー流路は平行である。したがって、これらのスラリー流路内のスラリーは、相互作用することができる。対照的に、図２３において、隣接した副反応器７４のスラリー流路は直角に配列される。個別の副反応器７４は側壁を有さないが、２５個の副反応器のグループは側壁７６を有する。副反応器７４はわずかに隔置され、隣接した副反応器７４の間の制限されたスラリー相互作用を可能にするが、プレートの直角の配列は、隣接した副反応器７４の間のより自由なスラリー相互作用を防止する。上昇流ゾーン、すなわち、副反応器７４と下降管ゾーン７０との間でのスラリー相互作用は行なわれない。

図２４において、副反応器７４には、すべて、側壁が設けられ、下降管ゾーン７０は分配される。したがって、副反応器７４間で、または副反応器７４と下降管ゾーン７０との間でスラリー相互作用がない。対照的に、図２５において、副反応器７４は側壁を有さず、下降管ゾーン７０はシェル１２に隣接しているだけである。副反応器７４間の、および副反応器７４と下降管ゾーン７０との間の実質的なスラリー相互作用が、生じることができる。図２６において、副反応器７４は、再び、側壁がないが、多くが、それらのスラリー流路が隣接した副反応器７４のスラリー流路に直角である状態で配列される。したがって、隣接した副反応器７４の間で、および副反応器７４と下降管ゾーン７０との間でいくらかの相互作用があるが、スラリー相互作用は、図２５に示された反応器の場合より制限される。

図２７は、図２６に示された反応器と同様の反応器を示すが、図２７の反応器の場合、下降管ゾーン７０は反応器の断面積にわたって配置される。

図２８において、下降管ゾーン７０は、反応器シェル１２の１つの側に対して配置される。副反応器７４間のわずかな間隔の結果として、それらは直角の角度で配列されるが、副反応器７４間で制限されたスラリー相互作用がある。バリヤまたは側壁７６が、副反応器７４内のスラリーと下降管ゾーン７０内のスラリーとの間のスラリー相互作用を実質的に防止する。

さまざまなガススパージング手法が、図１０から図１２に示されている。図１０において、ガスは２つの段階で導入され、ガスの一部が、反応器の底部領域に入り、ガスの別の部分が、２つの副反応器またはプレートバンクの間の中間ゾーンに入る。図１１および図１２において、ガススパージャは、下降管または下降管ゾーンとの組合せで示されている。はっきり見ることができるように、底部および中間ゾーンの両方において、反応器の断面積の一部のみにガスを供給することが可能である。

したがって、本発明の方法および装置は、スラリー流反応器設計をアップスケールするときのリスクを大きく低減することができる。というのは、マクロ規模混合パターンの形成が、スラリー流路の存在によって大いに防止されるからである。さらに、特に下降管または下降管ゾーンを含む設計の場合に、反応ゾーンは、既知の見かけ上方液体流量（ｕｐｗａｒｄ ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ ｌｉｑｕｉｄ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）および既知の見かけ上方ガス速度（ｕｐｗａｒｄ ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ ｇａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が存在する、いくつかのスラリー流路からなる。これらのスラリー流路は、試行およびモデル化が可能であり、設計者に、大規模反応器混合パターンの、より大きい程度の制御を与える。さらに、スラリー流路は、熱交換器表面によって形成される。これは、蛇状冷却コイルが使用される標準設計に比べ、これらの設計に対し、大いに向上された熱除去能力をもたらす。利用可能な熱除去表面積が、増加されるだけでなく、また、反応器中により均一に広がる。

Claims (32)

1. 三相スラリー反応器を動作させる方法であって、
   低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、前記スラリー体が、共通反応器シェルの内側の、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路内に収容され、前記スラリー流路が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、各スラリー流路は、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有する工程と、
   前記気体反応物を、前記スラリー流路内に存在する前記スラリー体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する工程と、
   気体生成物および／または未反応の気体反応物を、前記スラリー体の上のヘッド空間内で、前記スラリー体から離脱させる工程と、
   気体生成物および／または未反応の気体反応物を、前記ヘッド空間から取出す工程と、
   必要に応じて、存在する場合には非気体生成物を含むスラリーまたは懸濁液を取出すことによって、または、スラリーまたは懸濁液を加えることによって、前記スラリー体を所望のレベルに維持する工程とを含む方法。
2. 前記スラリー流路の少なくともいくつかが、前記スラリー流路の上端の上でスラリー流連通する、請求項１に記載の方法。
3. 前記スラリー流路の少なくともいくつかの仕切り壁またはプレートが、前記スラリー流路を隣接した熱伝達媒体流空間から分離し、前記方法が、熱伝達媒体を、前記熱伝達媒体流空間を通過させて、前記スラリー流路内に存在する前記スラリー体と間接的な関係で熱を交換する工程を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 三相スラリー反応器を動作させる方法であって、
   低いレベルで、少なくとも１つの気体反応物を、垂直に延在する、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリー体中に供給する工程であって、前記スラリー体が、共通反応器シェルの内側の、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路内に収容され、前記スラリー流路の少なくともいくつかが、前記スラリー流路の開いた上端の上でスラリー流連通し、前記スラリー流路の少なくともいくつかが、前記スラリー流路を１つまたは複数の熱伝達媒体流空間から分離する壁によって画定される工程と、
   前記気体反応物を、前記スラリー流路内に存在する前記スラリー体を通って上方に進むときに反応させ、それにより、非気体および／または気体生成物を形成する工程と、
   熱伝達媒体を、前記１つまたは複数の熱伝達媒体流空間を通過させて、前記スラリー流路内に存在する前記スラリー体と間接的な関係で熱を交換する工程と、
   前記反応器シェルの内側の１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管を使用して、スラリーを、前記スラリー体中の高いレベルから、そのより低いレベルに下方に進ませる工程と、
   気体生成物および／または未反応の気体反応物を、前記スラリー体の上のヘッド空間内で、前記スラリー体から離脱させる工程と、
   気体生成物および／または未反応の気体反応物を、前記ヘッド空間から取出す工程と、
   必要に応じて、存在する場合には非気体生成物を含むスラリーまたは懸濁液を取出すことによって、または、スラリーまたは懸濁液を加えることによって、前記スラリー体を所望のレベルに維持する工程とを含む方法。
5. 前記スラリー流路の少なくともいくつかが、前記スラリー流路の開いた下端の下でスラリー流連通し、前記方法が、前記スラリー流路の開いた上端と開いた下端との間のすべての高さで、スラリー流連通を防止する工程を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記スラリー流路が、チューブシート間の垂直に延在するチューブによって画定され、前記熱伝達媒体流空間が、前記チューブシート間に画定され、前記チューブを囲む、請求項４または請求項５に記載の方法。
7. 前記スラリー流路が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートによって画定され、熱伝達媒体流空間が、また、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、前記スラリー流路の少なくともいくつかが、共通のまたは共有の仕切り壁またはプレートによって、隣接した熱伝達媒体流空間から分離され、前記仕切り壁またはプレートの少なくともいくつかが、互いに平行であり、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有するスラリー流路および熱伝達媒体流空間を画定する、請求項４または請求項５に記載の方法。
8. 前記下降管ゾーンまたは下降管内のスラリーの下方流が、前記スラリー流路内にスラリーの下方流が実質的にないほど十分に高い、請求項４〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記固体粒子が、前記１つまたは複数の気体反応物の、液体生成物および／または気体生成物への反応を触媒するための触媒粒子であり、前記懸濁液が、場合によっては前記液体生成物を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記反応がフィッシャー−トロプシュ炭化水素合成である、請求項９に記載の方法。
11. 前記スラリー流路が、少なくとも０．５ｍの高さを有し、前記スラリー流路が、水平に隔置された仕切り壁またはプレートによって画定され、前記スラリー流路が、２ｃｍから５０ｃｍの範囲内の幅を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記スラリー流路が、０．２ｍから１ｍの範囲内の横幅を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記反応器シェルが、少なくとも１ｍの直径を有する、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
14. 垂直に延在する水平に配置された反応器ゾーンが、前記反応器シェルの内側に画定され、各水平に配置された反応器ゾーンが、複数のスラリー流路と、任意に、１つ以上の熱伝達媒体流空間とを含み、前記方法が、隣接した垂直に延在する水平に配置された反応器ゾーンの間で、および、水平に配置された反応器ゾーン内の前記スラリー流路の開いた上端と開いた下端との間のすべての高さで、スラリー流連通を防止する工程を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. スラリー流路が、水平に隔置された仕切り壁またはプレートによって画定され、水平に配置された反応器ゾーンは、前記水平に配置された反応器ゾーンの１つの中の端部仕切り壁またはプレートが、実際には、前記隣接した水平に配置された反応器ゾーンの側壁を形成するように、前記仕切り壁またはプレートを、隣接した水平に配置された反応器ゾーン内に直角の角度で配置することによって画定される、請求項１４に記載の方法。
16. 各々が、複数のスラリー流路と、任意に、１つ以上の熱伝達媒体流空間とを含む、垂直に隔置された反応器ゾーン内に、前記スラリー体を収容する工程を含み、中間スラリーゾーンが、前記垂直に隔置された反応器ゾーンの間に画定される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記下降管ゾーンまたは下降管の１つ以上が、前記スラリー流路の、または存在する場合には上部の垂直に隔置された反応器ゾーン内のスラリー流路の、開いた上端またはそれらの上から、前記スラリー流路の、または存在する場合には底部の垂直に隔置された反応器ゾーン内のスラリー流路の、開いた下端またはそれらの下まで延在し、および／または、前記下降管ゾーンまたは下降管の１つ以上が、反応器ゾーンのスラリー流路の開いた上端またはそれらの上から、前記反応器ゾーンのスラリー流路の開いた下端またはそれらの下まで延在する、請求項４または請求項１６に記載の方法。
18. 三相スラリー反応器であって、
    使用中、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリーを収容する、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路を収容する反応器シェルであって、前記スラリー流路が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、各スラリー流路は、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有する、反応器シェルと、
    １つまたは複数の気体反応物を前記反応器に導入するための前記反応器シェル内のガス入口と、
    前記スラリー流路の上の前記シェル内のヘッド空間からガスを取出すための前記シェル内のガス出口とを含む三相スラリー反応器。
19. 前記仕切り壁またはプレートの少なくともいくつかが、少なくとも部分的に、熱伝達媒体流空間または流路を画定する、請求項１８に記載の反応器。
20. スラリーゾーンは、前記スラリー流路の少なくともいくつかが、それらの開いた上端の上でスラリー流連通するように、前記スラリー流路の開いた上端より上の標準スラリーレベルを有する、請求項１８または請求項１９に記載の反応器。
21. 三相スラリー反応器であって、
    使用中、懸濁液中に懸濁された固体粒子のスラリーを収容する、複数の垂直に延在する水平に隔置されたスラリー流路を収容する反応器シェルであって、前記スラリー流路が、前記反応器シェルの内側のスラリーゾーン内に配置され、前記スラリーゾーンは、前記スラリー流路の少なくともいくつかが、それらの開いた端部の上でスラリー流連通するように、前記スラリー流路の開いた上端より上の標準スラリーレベルを有する、反応器シェルと、
    １つまたは複数の熱伝達媒体流空間であって、使用中、間接的な熱伝達関係の熱伝達が、前記スラリー流路内のスラリーと前記１つまたは複数の熱伝達媒体流空間内の熱伝達媒体との間で生じることができるように、前記スラリー流路を前記１つまたは複数の熱伝達媒体流空間から分離する前記スラリー流路の壁によって画定される、１つまたは複数の熱伝達媒体流空間と、
    スラリーが、前記スラリーゾーン内の高いレベルから、そのより低いレベルに進むことができる１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管と、
    １つまたは複数の気体反応物を前記反応器に導入するための前記反応器シェル内のガス入口と、
    前記スラリー流路の上の前記シェル内のヘッド空間からガスを取出すための前記シェル内のガス出口と、
    必要に応じて、スラリーまたは懸濁液を、前記反応器に加えるか、または前記反応器から取出すための液体入口とを含む三相スラリー反応器。
22. 前記スラリー流路の少なくともいくつかが、前記スラリー流路の開いた下端の下でスラリー流連通し、前記スラリー流路が、前記スラリー流路の開いた上端および開いた下端を通る以外の、前記スラリー流路からのまたは前記スラリー流路内へのスラリー流を防止するように構成された壁を有する、請求項２１に記載の反応器。
23. 前記反応器内の前記スラリー流路が、チューブシート間の垂直に延在するチューブによって画定され、前記熱伝達媒体流空間が、前記チューブシート間に画定され、前記チューブを囲む、請求項２１または請求項２２に記載の反応器。
24. 前記スラリー流路が、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートによって画定され、前記熱伝達媒体流空間がまた、垂直に延在する水平に隔置された仕切り壁またはプレートの間に画定され、前記仕切り壁またはプレートの少なくともいくつかが、互いに平行であり、高さおよび横幅が幅よりはるかに大きいような高さ、幅、および横幅を有するスラリー流路および熱伝達媒体流空間を画定する、請求項２１または請求項２２に記載の反応器。
25. 任意に、１つ以上の熱伝達媒体流空間とともに、前記スラリー流路が、反応器モジュールまたは副反応器でともにグループ化される、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の反応器。
26. 前記反応器モジュールまたは副反応器が、前記反応器シェルの断面積にわたって水平に配置される、請求項２５に記載の反応器。
27. 前記副反応器が、それらを隣接した水平に隔置された副反応器から分離する、垂直に延在する側壁を有し、前記垂直に延在する側壁が、隣接した水平に隔置された副反応器の間で、前記隣接した水平に配置された副反応器のスラリー流路の開いた上端と開いた下端との間のすべての高さで、スラリー流連通を防止するように構成される、請求項２６に記載の反応器。
28. 前記スラリー流路は、前記隣接した副反応器が、各々、横幅軸を有し、隣接した水平に配置された副反応器の横幅軸が直角であるように、各副反応器内で平行である仕切り壁またはプレートによって画定される、請求項２６または請求項２７に記載の反応器。
29. 垂直に隔置された反応器モジュールまたは副反応器を含み、１つまたは複数の下部副反応器のスラリー流路の開いた上端が、１つまたは複数の上部副反応器のスラリー流路の開いた下端の下にある、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の反応器。
30. 上部副反応器と下部副反応器との間の中間ゾーンを含み、前記中間ゾーンが、１つまたは複数の上部副反応器のスラリー流路と、および１つまたは複数の下部副反応器のスラリー流路と流れ連通する、請求項２９に記載の反応器。
31. 上部副反応器と下部副反応器との間の前記中間ゾーン内へのガス入口を含む、請求項３０に記載の反応器。
32. １つ以上の下降管ゾーンまたは下降管が、前記スラリー流路の、または存在する場合には上部副反応器のスラリー流路の、開いた上端またはそれらの上から、前記スラリー流路の、または存在する場合には下部副反応器のスラリー流路の、開いた下端またはそれらの下まで延在し、および／または、１つ以上の下降管ゾーンまたは下降管が、副反応器内の前記スラリー流路の開いた上端またはそれらの上から、前記副反応器のスラリー流路の開いた下端またはそれらの下まで延在する、請求項２１〜３１のいずれか一項に記載の反応器。

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