JP2011508043A - 触媒反応器 - Google Patents

Abstract

フィッシャー・トロプシュ合成のための反応器モジュールが、全体として長方形の反応器ブロック（１０）から成り、この反応器ブロックは、ブロック内に交互に配置された冷却剤のための流れチャネル（１５）及び合成反応のための流れチャネル（１７，１１７）を構成するプレート（１２）のスタック（積み重ね体）を有する。合成用流れチャネル（１７，１１７）は、反応器ブロック（１０）の上面と下面との間で全体として鉛直方向に延びると共にバー（１８）か（シート（１１９）かのいずれかと組み合わせ状態でプレート（１２）によって構成されていて、各チャネルが２００ｍｍ以下の幅のものであるようになっている。冷却剤用流れチャネル（１５）は、同一方向に差し向けられると共にディストリビュータチャンバ（２６）を介して反応器ブロックの側面のところに設けられた入口ポート及び出口ポートと連通している。プラントは、並行稼働する多数のかかる反応器モジュールを装備するのが良く、これらモジュールは、交換可能且つ置換可能である。温度制御は、冷却剤の流れが合成ガス流に平行であるようにすることによって促進される。

Description

本発明は、天然ガスを長鎖炭化水素に変換する化学プロセスに用いるのに適した、特にフィッシャー・トロプシュ合成を実施するための触媒反応器及びこの化学プロセスを実施するためにかかる触媒反応器を有するプラントに関する。

国際公開第０１／５１１９４号パンフレット及び国際公開第０３／０４８０３４号パンフレット（出願人：Accentus plc）に記載された方法では、メタンを蒸気と反応させて第１の触媒反応器内で一酸化炭素及び水素を生じさせ、次に、結果的に得られたガス又は気体混合物を用いて第２の触媒反応器内でフィッシャー・トロプシュ合成を実施する。全体的な結果として、メタンを通常は周囲条件下においては液体である高い分子量の炭化水素に変換する。化学プロセスの２つの段階、蒸気／メタン改質とフィッシャー・トロプシュ合成では、互いに異なる触媒が必要であり、それぞれ、熱を反応ガスに送り又は熱を反応ガスから運ぶことが必要である。というのは、それぞれの反応は、吸熱反応及び発熱反応だからである。２つの互いに異なる段階のための反応器は、幾分異なる要件に適合しなければならず、即ち、フィッシャー・トロプシュ合成は、蒸気／メタン改質よりも圧力は高いが温度は低い状態で実施され、フィッシャー・トロプシュ反応器の伝熱チャネル内で必要なのは冷却剤流体のみであり、これに対し、蒸気／メタン改質に必要な熱は、典型的には、触媒燃焼によって提供され、したがって、適当な触媒が必要である。

国際公開第０１／５１１９４号パンフレット 国際公開第０３／０４８０３４号パンフレット

いずれの場合においても、反応器は、好ましくは、プレートのスタック（積み重ね体）として形成され、流れチャネルがプレート相互間に構成され、互いに異なる流体の流れチャネルがスタック内で交互に位置している。触媒が必要なチャネル内においては、これは、好ましくは、触媒をセラミック被膜中に担持した波形金属担体又は基体の形態をしており、かかる波形構造体は、触媒が使用済みになると、チャネルから取り外し可能である。しかしながら、２種類の流体相互間に大きな圧力差があると、これは、プレートを曲げる傾向があり、したがって、合成ガスが触媒構造体をバイパスする場合があると共に触媒構造体とプレートとの間の伝熱が妨げられ、触媒構造体を取り外し又は交換するのが困難な場合があり、さらに、プレートが圧力差に耐えるほど強固であるべき場合、プレートは厚くなければならず且つ（或いは）チャネルは幅が狭くなり、又、反応器の全容積の一部としての流れ容積は、小さくなる傾向がある。

本発明によれば、フィッシャー・トロプシュ合成のための反応器モジュールであって、全体として長方形の反応器ブロックを有し、反応器ブロックは、ブロック内に交互に配置されていて、それぞれ第１及び第２の流体を運搬する多数本の第１及び第２の流れチャネルを画定するプレートのスタックを有し、第１の流体は、フィッシャー・トロプシュ合成を受けるガス混合物であり、第２の流体は、冷却用流体であり、第１の流れチャネルは、反応器ブロックの上面と下面との間で全体として鉛直又は垂直方向に延び、第２の流れチャネルは、第１の流れチャネルの方向に全体として平行な方向に延びると共にディストリビューターチャンバを介して反応器ブロックの１つ又は２つ以上の側面のところに設けられた入口及び出口ポートと連通し、各第１の流れチャネルは、金属基体を有する取り外し可能な気体透過性触媒構造体を収容していることを特徴とする反応器モジュールが提供される。

好ましくは、各第１流れチャネルは、プレートに平行な平面で測定して約２００ｍｍ以下の幅を有し、好ましくは、幅は、１００ｍｍ以下である。好ましくは、第１の流れチャネルは、プレート及び互いに間隔を置いた支持体により画定される。間隔を置いた支持体は、例えばバー、プレートに切断形成された溝相互間のフィン若しくはランド又は隆起付き又はスプライン加工プレートにより構成されたフィンの形態をしているのが良い。

フィッシャー・トロプシュ反応は、代表的には、約２００℃〜約２５０℃の温度で実施され、したがって、反応器モジュールについて広範な材料を選択することができる。例えば、反応器モジュールは、アルミニウム合金、ステンレス鋼、高ニッケル合金又は合金鋼で作られるのが良い。

好ましくは、触媒構造体のための金属基体は、加熱時に酸化アルミニウムの密着性表面被膜を形成する合金鋼、例えばアルミニウム含有フェライト鋼、例えば１５％クロム、４％アルミニウム及び０．３％イットリウムを含む鉄（例えば、Fecralloy（商標））である。この金属を酸素を含む気体（例えば、空気）中で加熱すると、この金属は、合金をそれ以上の酸化及び腐食から保護するアルミナの密着性酸化物被膜を形成する。触媒支持体をもたらすようアルミナのセラミック被膜で被覆した場合、これは、この表面上の酸化物被膜に結合すると思われる。基体は、ワイヤメッシュ又はフェルトシートであって良いが、好ましい基体は、例えば厚さ１００μｍ未満の薄い金属箔であり、基体は、波形又はひだ付きであって良く、また、ディンプル付きであってよく、孔あきであっても良い。触媒物質を有するかかる触媒構造体を第１の流れチャネル内に挿入するのが良い。触媒構造体の金属基体は、機械的強度をもたらし、熱伝達を促進すると共に触媒表面積を広くする。触媒構造体は、モジュール内のチャネルから取り出し可能であり、したがって、触媒が使用済み状態になった場合、触媒構造体を交換することができるようになっている。第１の流れチャネル及びかくして触媒構造体も又、好ましくは、プレートに平行な平面内において４ｍｍ〜１００ｍｍの幅のものであり、好ましくは、流れ方向に対して横方向となる一寸法方向に少なくとも８ｍｍだけ延びる。良好な熱伝達を得るために、第１の流れチャネルは、好ましくは、プレートに垂直な方向において深さが１５ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。

反応器ブロックを形成するプレートのスタックは、例えば、拡散接合法、ろう付け法、又は熱間静水圧プレス法によって互いに結合される。

好ましくは、ガス混合物を供給してこれが第１の流れチャネルを通って下方に流れるようにする。好ましい実施形態では、供給手段、例えばヘッダを通ってガス混合物を反応器ブロックの全面に供給し、第１の流れチャネルは、反応器ブロックの上面に沿って（供給手段内において）開放状態にある。これにより、供給手段を反応器ブロックからいったん取り外すと、触媒インサートの取り外し及び交換が容易になるようにする。さらに、ヘッダは、好ましくは、フィッシャー・トロプシュ合成を受けた流体を流出させるよう反応器ブロックの下面のところに設けられると共にヘッダは、好ましくは、反応器ブロックの１つ又は２つ以上の側面に設けられた入口及び出口ポートと連通した状態で冷却剤のために設けられる。また、ガス又は気体の流れが第１の流れチャネル全体を横切って実質的に一様であるべきであり、したがって空間速度が各フィッシャー・トロプシュチャネル内で同一であるようにすることが望ましい。

冷却剤が第１の流れチャネル内での流れに全体として平行な方向に流れるようにすることにより、反応器ブロックの互いに反対側の側部相互間における冷却剤中の温度変化を最小限に抑えることが容易である。冷却剤の流れは、第１の流れチャネル内の流れに対して並流であっても良く、或いは向流であっても良い。

冷却剤チャネル（即ち、第２の流れチャネル）は、スタック中の隣り合うプレート相互間に画定され、プレートは、互いに平行な流れチャネルを形成するよう隆起付きシートによって互いに間隔を置いて設けられるのが良い。隆起付きシートは、例えば、ジグザグであり、湾曲しており又はスプライン加工された波形部を有するのが良い。好ましくは、隆起付きシートは、プレートの端までは延びず、プレートの端部分相互間の空間は、ディストリビューターチャンバを構成する。かくして、冷却剤は、ディストリビューターチャンバに流入して全体として水平な方向に流れ、次に流れチャネルを下方に鉛直又は垂直に流れ、次に全体として水平の流れ方向に戻ってディストリビューターチャンバの他端部から流出する。これらディストリビューターチャンバ内には、冷却剤が水平面から鉛直面に差し向けられ、次に水平面に戻る際の冷却剤の分布の一様性を促進するための手段、例えばバッフル又はフィンが設けられるのが良い。

上述したように、かかるフィッシャー・トロプシュ反応器は、長鎖炭化水素を生成するためのプラントの一部をなすのが良く、プラントは、合成ガスを形成する手段及び合成ガスに対してフィッシャー・トロプシュ合成を実施して長鎖炭化水素を生じさせる手段を有する。合成ガスは、天然ガスで作られるのが良い。このプロセスを例えば随伴ガスを処理するために１つ又は２つ以上の油井に連結された油生産施設で実施するのが良い。しかしながら、随伴ガスの流量は、油生産施設の稼働寿命を通じて大幅に変化することが見込まれ、したがって、随伴ガスの流量の変化又は変動に対応できるようにすることが望ましい。これは、長鎖炭化水素を得るよう天然ガスを処理するプラントであって、上述のフィッシャー・トロプシュ反応器モジュールを多数備え、反応器モジュールを通る合成ガスの流れは、互いに平行であり、したがって、使用中の反応器モジュールの個数を変化させることにより天然ガス流量の変化に対応することができるようになっていることを特徴とするプラントを用いることによって達成できる。それ故、フィッシャー・トロプシュ合成を実施する手段中の反応条件、例えば空間速度を随伴ガスの流量の大幅な変化にもかかわらず、比較的狭い範囲内に保持するのが良い。好ましくは、多数のフィッシャー・トロプシュ反応器モジュールは、交換可能であり且つ容易に置換可能であるように処理量、公称生成物変換方式及び外部連結方式が互いに実質的に同等である。確かに、これら反応器は、好ましくは、同一の反応器である。この互換性は、１つの反応器を定期的に又は欠陥を是正するために点検整備する必要がある場合、反応器を容易に取り外して交換することができるということを意味している。好ましくは、次の点検整備を別の場所で実施し、したがって、油生産施設に触媒取り扱い施設を設ける必要がないようになっている。

特に、本発明との関連において、各フィッシャー・トロプシュ合成反応器を容易に使用中止し、容易にプラントから切り離し、同様に容易に交換し、そして使用状態に戻すようにすることが望ましい。

次に、添付の図面を参照して本発明を更に具体的に説明するが、これは例示に過ぎない。

フィッシャー・トロプシュ合成に適した反応器ブロックの一部の断面図である。 フィッシャー・トロプシュ合成に適した別の反応器ブロックの一部の断面図である。 図１ａの反応器ブロックを有する反応器モジュールの断面図である。 本発明のフィッシャー・トロプシュ反応器モジュールを有するプロセスプラントの一部の流れ図である。

本発明は、天然ガス（主としてメタン）を長鎖炭化水素の変換する化学プロセスに適している。このプロセスの第１段階では、合成ガスを生成することにあり、好ましくは、蒸気改質、即ち、次のタイプの反応を伴う。

〔化１〕
Ｈ₂Ｏ＋ＣＨ₄→ＣＯ＋３Ｈ₂
この反応は、吸熱反応であり、第１のガス流れチャネル内のロジウム又は白金／ロジウム触媒によって触媒できる。この反応を生じさせるのに必要な熱は、燃料ガス、例えばメタン又は別の短鎖炭化水素（例えばエタン、プロパン、ブタン）、一酸化炭素、水素若しくはかかるガスの混合物の燃焼によって提供でき、この燃焼は、発熱反応であり、隣りの第２のガス流れチャネル内のパラジウム／白金触媒により触媒できる。変形例として、周知のプロセスである部分酸化プロセス又は自熱プロセスにより合成ガスを生成することができ、これらは、組成が互いに僅かに異なる合成ガスを生じさせる。

次に合成ガス混合物を用いてフィッシャー・トロプシュ合成を行って長鎖炭化水素を発生させる。即ち、次の通りである。

〔化２〕
ｎＣＯ＋２ｎＨ₂→（ＣＨ₂）_n＋ｎＨ₂Ｏ
この反応は、発熱反応であり、触媒、例えば鉄、コバルト又は溶融マグネタイト存在下において高い温度、代表的には１９０℃〜２８０℃で且つ高い圧力、代表的には１．８ＭＰａ〜２．８ＭＰａ（絶対値）で起こる。フィッシャー・トロプシュ合成に好ましい触媒は、約１０％〜４０％コバルト（アルミナと比較した重量で）が添加されると共にコバルトの重量の１０％未満の促進剤、例えばルテニウム、白金又はガドリニウム及び塩基度促進剤、例えば酸化ランタンが添加された比表面積が１４０〜２３０ｍ²／ｇのガンマ−アルミナの被膜から成る。好ましい反応条件は、温度が２１５℃〜２３５℃であり、圧力が２．１ＭＰａから最高２．７ＭＰａまでであり、例えば、２．６ＭＰａである。

次に図１ａを参照すると、フィッシャー・トロプシュ反応器モジュール５０（図２参照）に用いられるのに適した反応器ブロック１０が示されており、反応器ブロック１０は、断面で且つ一部分だけが示されている。反応器ブロック１０は、フィッシャー・トロプシュ合成のためのチャネル１７と交互に位置した冷却用流体のためのチャネル１５を構成するよう互いに間隔を置いて設けられた厚さ１ｍｍの平べったいプレート１２のスタック（積み重ね体）から成る。冷却剤チャネル１５は、頂部が平らなのこ歯波形部の状態に形作られた厚さ０．７５ｍｍのシート１４により構成されている。波形部の高さ（代表的には、１〜４ｍｍ）は、この例では２ｍｍであり、これに応じて、厚い中実縁部ストリップ１６が側部に沿って設けられ、波形部の波長は、１２ｍｍである（かかる構成については以下に詳細に説明する）。フィッシャー・トロプシュ合成のためのチャネル１７は、高さ５ｍｍのものであり（代表的には２ｍｍ〜１０ｍｍ）、８０ｍｍの間隔を置いて設けられた断面が正方形又は長方形であり、高さが５ｍｍのバー１８によって構成され、したがって、真っ直ぐな貫通チャネルが構成されている。フィッシャー・トロプシュ合成のためのチャネル１７の各々の中には、触媒材料のための支持体として働くセラミック被膜が施された厚さ５０μｍ（代表的には、厚さが２０〜１５０μｍ）の波形箔２０が設けられている（２つのかかる箔２０しか示されていない）。反応器ブロック１０は、チャネル１５，１７を構成するコンポーネントを積み重ね、次に例えばろう付け又は拡散接合法によりこれらを互いに結合することによって作られるのが良い。次に、反応器ブロック１０を９０℃回転させてチャネル１５，１７が直立すると共に触媒担持箔２０がチャネル１７内に挿入されるようにする。

次に図１ｂを参照すると、フィッシャー・トロプシュ反応器モジュールに用いられるのに適した別の反応器ブロック１１０が示されており、反応器ブロック１１０は、断面で且つ一部分だけが示されている。多くの点において、反応器ブロック１１０は、反応器ブロック１０に似ており、同一のコンポーネントは、同一の参照符号で示されている。反応器ブロック１１０は、フィッシャー・トロプシュ合成のためのチャネル１１７と交互に位置した冷却用流体のためのチャネル１５を構成するよう互いに間隔を置いて設けられた厚さ１ｍｍの平べったいプレート１２のスタックから成る。冷却剤チャネル１１５は、加うるに、中実縁部ストリップ１６を備えている上述の頂部が平らなのこ歯波形部の状態に形作られた厚さ０．７５ｍｍのシート１４により構成されている。フィッシャー・トロプシュ合成のためのチャネル１１７は、中実縁部バー１８によって密封されており、加うるに、高さが４ｍｍ〜１２ｍｍ、好ましくは５ｍｍのスプライン加工部の状態に形作られた厚さ１．０ｍｍのシート１１９によって構成されている。好ましい例では、結果的に得られたチャネル１１７は、幅１０ｍｍ、高さ５ｍｍのものであり、スタックを一方の面から反対側の面まで真っ直ぐに貫通して延びている。反応器ブロック１０内のチャネル１５，１７の場合と同様、反応器ブロック１１０内のチャネル１５，１１７は、互いに平行に延びている。フィッシャー・トロプシュ合成のためのチャネル１１７の各々の中には、触媒材料のための支持体として働くセラミック被膜が施された厚さ２０〜１５０μｍ、好ましくは５０μｍの薄い波形箔１２０が設けられている（かかる箔２０は３枚しか示されていない）。反応器ブロック１１０は、チャネル１５，１１７を構成するコンポーネントを積み重ね、次に例えばろう付けによりこれらを互いに結合することによって作られるのが良い。次に、反応器ブロック１１０を９０℃回転させてチャネル１５，１１７が直立すると共に触媒担持箔１２０がチャネル１１７内に挿入されるようにする。

反応器ブロック１０，１１０の両方の中には、触媒インサート２０又は１２０がチャネル１７又は１１７の高さの単一の波形箔として示されているが、これとは異なり、波形箔及び実質的に平べったい箔のスタックから成っていても良い。図１ｂに示されている反応器ブロック１１０内において、チャネル１１７は、プレート１２の平面に平行なこれらの最も大きな横方向寸法を有する。図示していない別の構成例では、チャネルは、プレート１２の平面に垂直なこれらの最も大きな横方向寸法を有しても良い。いずれの場合においても、チャネルの幅は、好ましくは約４〜２０ｍｍである。各プレート１２は、例えば、１．３ｍ×１．３ｍ又は１．２ｍ×０．８ｍのものであるのが良く、その結果、チャネル１７又は１１７は、それぞれ、長さが１．３ｍ又は０．８ｍである。好ましくは、チャネル１７又は１１７は、長さが１．５ｍ以下であり、好ましくは少なくとも０．３ｍである。

次に図２を参照すると、反応器ブロック１０を備えた反応器モジュール５０が縦断面で示されており、反応器ブロック１０は、部分的に破断状態で示されている。上述したように、反応器ブロック１０は、流れチャネル１５，１７を構成するよう互いに隔てられた平べったいプレート１２のスタックから成る。フィッシャー・トロプシュ合成反応のためのチャネル１７は、触媒担持波形箔２０を収容しており、反応器ブロック１０を貫通して（頂部から底部まで）真っ直ぐに延びており、頂面は、開かれており、チャネル１７は、底面のところでヘッダ２４と連通している。反応生成物は、ダクト２５を通ってヘッダ２４から流出する。冷却剤チャネル１５のために、平べったいプレート１２は、プレート１２の周囲が縁部ストリップ１６によって間隔保持されると共に中央部分も又波形シート１４によって間隔保持されている。各波形シート１４の各端部を越えたところに、縁部ストリップ１６によって一方の側部の隙間から間隔を置いた状態で包囲された端部２６が設けられており、その結果、端部２６は、それぞれのヘッダ２８又は３０と連通するようになっており、これら端部は、反応器ブロック１０の長さにわたって延びてその側部が直径方向反対側のコーナー部、即ち、図示の左上及び右下の近くに取り付けられている。冷却用流体は、ヘッダ２８に供給されてヘッダ３０を通って抜き出され、端部２６は、冷却剤をヘッダ２８又は３０と冷却剤用チャネル１５との間に分配する。冷却剤は、ダクト３２からヘッダ２８に供給されてダクト３４によってヘッダ３０から取り出され、その結果、流れは、フィッシャー・トロプシュチャネル１７内の流れに対して全体として並流状態になっている。平べったいプレート１２、縁部ストリップ１６、バー１８及び波形シート１４は、アルミニウム合金、例えば３００３等級（約１．２％マンガン及び０．１％銅を含むアルミニウム）のものであるのが良い。

合成ガスは、ヘッダ４０を通って反応器ブロック１０の頂面に供給される。ただし、理解されるように、他の供給手段を反応器ブロック１０に用いることができる。合成ガスは、パイプ４２を通ってヘッダ４０に供給される。

反応器モジュール５０の使用にあたり、冷却剤を冷却剤温度が反応器５０の通過の際にあらかじめ定められた量、例えば１０Ｋだけ増大するような流量で供給されるのが良く、冷却剤がフィッシャー・トロプシュチャネル１７に対して並流状態で流れるようにすること（分配端部２６内の冷却剤の流れとは別に）は、反応器ブロック１０の冷却チャネルを通る任意の水平面内における任意の２つの箇所相互間の温度差を最小限に抑えるのに役立つ。

一例を挙げると、反応器ブロック１０は、全長が１ｍを超える場合があり、例えば８ｍであり、その断面積は、プレート１２のうちの１枚の断面積である。反応器ブロック１０を備えた反応器モジュール５０は、重量が２５トン以下であるのが良く、その結果、これを従来型貨物取り扱い機器により取り扱うことができるようになっている。反応器モジュールは、約３２ｍ³／日（２００バレル／日）の長鎖炭化水素を生産するのに十分な能力を備えているのが良い。

フィッシャー・トロプシュ反応器モジュール５０は、長鎖炭化水素を得るために天然ガスを処理するプラントの一部をなすのが良く、このプラントは、メタンから合成ガスを生成する手段及び合成ガスにフィッシャー・トロプシュ合成を施して長鎖炭化水素を生じさせる手段を有している。このプロセスを例えば随伴ガスを処理するために１つ又は２つ以上の油井に連結された油生産施設で実施するのが良い。しかしながら、随伴ガスの流量は、油生産施設の稼働寿命を通じて大幅に変化することが見込まれ、したがって、随伴ガスの流量の変化又は変動に対応できるようにすることが望ましい。これは、次に参照する図３に示されているようなプラントを用いることによって達成でき、このプラントは、上述したような多数の同一のフィッシャー・トロプシュ反応器モジュール５０（４つしか示されていない）を備え、各反応器モジュールは、反応器ブロック１０を有し、反応器モジュールを通る合成ガスの流れは、互いに平行であり、したがって、使用中の反応器モジュール５０の個数を変化させることによりガス流量の変化に対応することができるようになっている。それ故、フィッシャー・トロプシュ合成反応条件、例えば空間速度を随伴ガスの流量の大幅な変化にもかかわらず、比較的狭い範囲内に保持することができる。例えば、プラントが１５０ｍ³／日の長鎖炭化水素を生産することが必要な場合、このプラントは、各々が上述した寸法の５つの同一の反応器モジュール５０を利用するのが良く、その結果、各反応器モジュール５０は、３２ｍ³／日の能力を有するようになる。

合成ガスは適当な圧力（例えば、２．６ＭＰａ）で供給ダクト６０を通って提供され、かかる随伴ガスは、この供給ダクトを通って各反応器モジュール５０の入口パイプ４２に供給される。冷却用流体を冷却剤チャネルを通って循環させると共に温度制御システム４４（概略的に示されている）を経て再循環させ、冷却剤のための入口３２と出口３４との間の温度差が例えば１０Ｋ以下になるようにすると共に反応器５０の平均温度が一定のままであるようにする。各反応器モジュール５０がそれ自体の温度制御システム４４を備えた状態で示されているが、実際には、モジュール５０の全てについて又はモジュール５０の群について単一の温度制御システムが設けられるが、反応器モジュール５０が個々に交換されるべき場合、各モジュール５０は、新鮮な触媒と老化した触媒との間の活性度の変化に対応するよう専用の制御装置を有するのが良い。

フィッシャー・トロプシュ反応器の性能（例えば、ＣＯのパーセント変換率）は、反応温度で決まることが知られている。しかしながら、例えば上述したような反応器では、反応器チャネルに沿う最高１０Ｋの温度差は、それほど影響を及ぼさないことが判明しており、即ち、反応器の性能は、平均温度によって決まる。それ故、温度制御システム４４は、平均冷却剤温度が所定の変換率を達成するような値を有するようにするための制御回路を有し、平均温度は、この設定値からの差が２Ｋを超えてはならず、好ましくは、１Ｋを超えない。この制御は、反応器モジュール５０に供給される冷却剤の温度を制御することによって達成され、平均温度の微調整は、流量を調節することによって得られる。というのは、プロセス側での入口と出口との間の温度差が冷却剤側の対応の温度差に直接関連しているからである。それと同時に、冷却剤流量も又、流入冷却剤と流出冷却剤の温度差があらかじめ定められた限度を超えないようにするよう制御され、この限度は、１０Ｋ以下、例えば７Ｋ又は５Ｋであるのが良い。

反応生成物を含む流体混合物は、ダクト２５を通ってフィッシャー・トロプシュ反応器モジュール５０から出て、水蒸気及び長鎖炭化水素を凝縮させる熱交換器４６の通過によって冷却される。すると、これは、分離器４８によって水、液体炭化水素Ｃ５＋及び残りのテールガス（tail gas）６４に分離される。交換器４６に用いられる冷却剤は、水であるのが良く、又、熱交換器表面のワキシング（waxing）が生じないようにするために周囲温度、例えば約２０℃若しくは３０℃、又は好ましくはこれよりも幾分高い温度、例えば６０℃〜８０℃の状態であるのが良い。

反応器モジュール５０と熱交換器４６と分離器４８の組み合わせは、合成組立体６６と呼ばれる場合がある。或る場合においては、分離器４８からのテールガス６４を次に第２の合成組立体６６中に送り込んで残りの水素及び一酸化炭素を追加の長鎖炭化水素ＣＯ５＋に変換する。一般に、プラントは、複数のステージでフィッシャー・トロプシュ合成を実施するよう複数個のかかる合成組立体６６から成るのが良い。ステージの数は、各ステージでフィッシャー・トロプシュ合成を受ける合成ガスの比率で決まる。

このプラントにおける各モジュール５０は、プラントの残部の稼働を妨げないで、個々の反応器モジュール５０に対する合成ガスの流入と流出を遮断することができるよう遮断弁５５又は対をなす遮断弁５５を備えている。弁５６は又、冷却剤を遮断することができる。それ故、随伴ガスの流量が変化した場合、それに応じて使用中の反応器モジュール５０の数を変化させることによりフィッシャー・トロプシュ合成を実施するプラントの能力を調節することができる。フィッシャー・トロプシュ反応器モジュール５０のうちの１つを稼働停止させることが必要になった場合、遮断弁５５を両方共閉じるが、それと同時に、反応器モジュール５０をシャットダウンガス供給源５８からのフィッシャー・トロプシュチャネル動作圧力（この例では２．６ＭＰａ）の状態にあるシャットダウンガスでフラッシングして残りの合成ガスを除去する。シャットダウンガス供給源５８は、遮断弁５９（これは、常態では閉じられている）を介して各反応器モジュール５０に連結されるが、１つの反応器モジュールへの連結具だけが示されている。フラッシングにより合成ガスを除去した後、反応器モジュール５０をこれ又遮断弁５９を閉鎖することによりこの動作圧力状態で閉鎖する。これにより、触媒は、劣化しないようになる。シャットダウンガスは、触媒反応には関与しないガスであり、それにより、反応器内におけるそれ以上の触媒活性が実質的に阻止される。適当なガスの例としては、純メタン、脱硫天然ガス及び窒素が挙げられる。

また、この手順により、使用されていない間、例えば、反応器モジュール５０を改修して例えば使用済み触媒を交換することが必要な場合、個々の反応器モジュール５０を取り出して交換することができる。理解されるように、プラントから取り出され、次に減圧されたかかる反応器モジュール５０は、ヘッダ４０を反応器ブロック１０から切り離すことにより容易に分解することができる。次に、触媒担持箔２０をチャネル１７の開放端部を通って取り出すのが良い。

理解されるように、上述の反応器ブロック１０及び反応器モジュール５０は、例示として挙げられているに過ぎず、これらは、本発明の範囲内に含まれる限り多くの仕方で改造できる。例えば、プレートは、異なる寸法形状のものであって良く、流れチャネル１５，１７（又は１１７）は、上述した断面形状とは異なる断面形状を有して良く、例えば、波形シート１４は、スプライン加工波形部を有しても良い。触媒構造体が単一の波形箔２０又は１２０として示されているが、これとは異なり、触媒構造体は、例えば、２枚の波形箔の間に平べったい箔を挟んで構成した組立体又は３枚の波形箔の間に２枚の平べったい箔を挟んで構成した組立体であっても良い。さらに、触媒構造体は、チャネル１７又は１１７の全長にわたって延びても良く或いは例えば冷却剤チャネル１５に隣接して位置したチャネルの部分に沿って延びるに過ぎないものであって良い。

長さが約１ｍを超える反応器ブロック１０の場合、単一のヘッダ２４に代えて、ブロック１０の長さに沿って一連のヘッダ２４を設けるかブロック１０の長さに沿う幾つかの位置でダクト２５をヘッダ２４に連結するかのいずれかを行うことは好ましい場合がある。これらオプションは、合成ガスをヘッダ４０、冷却剤流入ヘッダ２８及び冷却剤流出ヘッダ３０にも当てはまる。さらに、１つの冷却剤流入ヘッダ２８と１つの冷却剤流出ヘッダ３０を互いに対角線方向反対側に設けるのではなく、これとは異なり、反応器ブロック１０の頂部の隣りの各側部に１つずつ２つの冷却剤流入ヘッダ２８を設けると共に反応器ブロック１０の底部の隣りの各側部に１つずつ２つの冷却剤流出ヘッダ３０を設けても良い。

Claims (12)

1. フィッシャー・トロプシュ合成のための反応器モジュール（５０）であって、全体として長方形の反応器ブロック（１０，１１０）を有し、前記反応器ブロックは、前記ブロック（１０，１１０）内に交互に配置されていて、それぞれ第１及び第２の流体を運搬する多数本の第１及び第２の流れチャネル（１５；１７，１１７）を画定するプレート（１２）のスタックを有し、前記第１の流体は、フィッシャー・トロプシュ合成を受けるガス混合物であり、前記第２の流体は、冷却用流体であり、前記第１の流れチャネル（１７，１１７）は、前記反応器ブロック（１０，１１０）の上面と下面との間で全体として鉛直方向に延び、前記第２の流れチャネル（１５）は、前記第１の流れチャネル（１７，１１７）の方向に全体として平行な方向に延びると共にディストリビューターチャンバ（２６）を介して前記反応器ブロック（１０，１１０）の１つ又は２つ以上の側面のところに設けられた入口及び出口ポート（２８，３０）と連通し、各第１の流れチャネル（１７，１１７）は、金属基体を有する取り外し可能な気体透過性触媒構造体（２０，１２０）を収容している、反応器モジュール。
2. 前記ガス混合物は、前記第１の流れチャネル（１７，１１７）を通って下向きの方向に流れるよう供給される、請求項１記載の反応器モジュール。
3. 前記第１の流れチャネル（１７，１１７）の各々は、前記プレート（１２）に平行な平面で測定して約２００ｍｍ以下、好ましくは１００ｍｍ以下の幅を有する、請求項１又は２記載の反応器モジュール。
4. 前記第１の流れチャネル（１７）は、プレート（１２）及び互いに間隔を置いた支持体（１８）により画定されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の反応器モジュール。
5. 前記第１の流れチャネル（１１７）は、平べったいプレート（１２）及び隆起付きプレート（１１９）により画定されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の反応器モジュール。
6. 前記隆起付きプレート（１１９）は、スプライン加工部を備えている、請求項５記載の反応器モジュール。
7. 長鎖炭化水素を得るよう天然ガスを処理するプラントであって、請求項１〜６のうちいずれか一に記載のフィッシャー・トロプシュ反応器モジュール（５０）を多数備え、前記反応器モジュールを通る合成ガスの流れは、互いに平行であり、したがって、使用中の前記反応器モジュール（５０）の個数を変化させることにより天然ガス流量の変化に対応することができるようになっている、プラント。
8. 各反応器モジュール（５０）は、遮断弁（５９）を経てシャットダウンガスの供給源（５８）に連結されている、請求項７記載のプラント。
9. 多数のフィッシャー・トロプシュ反応器モジュール（５０）は、交換可能であり且つ容易に置換可能であるように処理量、公称生成物変換方式及び外部連結方式が互いに実質的に同等である、請求項６又は７記載のプラント。
10. 前記プラントは、前記反応器モジュール（５０）に供給される冷却剤の温度及び前記反応器モジュール（５０）に供給される冷却剤の流量のうちの少なくとも一方を制御する手段を含む冷却剤温度制御手段（４４）を更に有する、請求項５〜７のうちいずれか一に記載のプラント。
11. 請求項１０記載のプラントを用いてフィッシャー・トロプシュ合成を実施するプロセスであって、冷却剤の流量を前記反応器モジュールの通過時における前記冷却剤の温度の上昇が１０Ｋ以下であるように制御する、方法。
12. 前記フィッシャー・トロプシュ反応器モジュール（５０）から出た反応生成物を熱交換器（４６）に通して前記反応生成物が２０℃〜９０℃、好ましくは５０℃〜８０℃の初期温度状態にある冷却剤と熱を交換するようにする、請求項１１記載の方法。

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