マイクロチャネル技術を用いるフィッシャー・トロプシュ合成ならびに新規な触媒およびマイクロチャネル反応器
本開示発明は、Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスに関する。本プロセスは、プロセスマイクロチャネル反応器中を通して反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、反応体組成物を生成物に変換させる工程であって、マイクロチャネル反応器は、触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを含む工程、プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、およびマイクロチャネル反応器から生成物を取り出す工程を含む。本プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒グラムあたり少なくとも約０．５グラム生成させ、生成物中のメタンへの選択率は、約２５％より低い。本開示発明は、Ｃｏを含む担持触媒、および少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルと、少なくとも一つの隣接する熱交換ゾーンとを含むマイクロチャネル反応器にも関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネル技術を用いるフィッシャー・トロプシュ合成プロセス、ならびに新規な触媒およびマイクロチャネル反応器に関する。触媒および反応器は、フィッシャー・トロプシュ合成プロセスにおいて有用である。
【背景技術】
【０００２】
フィッシャー・トロプシュ合成反応は、Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を触媒の存在下で脂肪族炭化水素生成物に変換することを含む。反応体組成物は、水蒸気改質（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜３）、部分酸化（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜２）、自己熱改質（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜２．５）、ＣＯ２改質（Ｈ２／ＣＯ〜１）、石炭ガス化（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜１）およびそれらの組み合わせなど、別の反応プロセスからの生成物流を含んでもよい。脂肪族炭化水素生成物は、メタンから最大１００個以上の炭素原子のパラフィンワックスの範囲にわたる。
【０００３】
管状固定床反応器およびスラリー反応器などの通常の反応器では、熱および物質移動にさまざまな問題があり、そのためフィッシャー・トロプシュ合成反応のプロセス条件の選択に制限が生じる。固定床反応器中のホットスポットは、メタン生成が著しく促進し、重質炭化水素選択率を低下させ、触媒を失活させる。他方、一般に、スラリーシステム中の懸濁触媒に固有の強い物質移動抵抗は、有効反応速度を低下させ、生成物からの触媒の分離を困難にする。本発明は、これらの問題に対する解決策を提供する。
【０００４】
本発明は、マイクロチャネル反応器中でフィッシャー・トロプシュ合成反応を実行するためのプロセスに関する。このプロセスでは、反応器内のＣＯの単流反応率は増加し、メタンへの選択率は低下する。本発明のプロセスでは、マイクロチャネル反応器中にホットスポットを形成させる傾向は低下する。このホットスポットを形成させる傾向の低下は、少なくとも部分的には、マイクロチャネル反応器が、マイクロチャネル反応器を用いない従来技術プロセスと比較すると、改善された伝熱特性と温度および滞留時間のより精密な制御とを提供するという事実に起因すると考えられる。本プロセスでは、そのような従来技術と比較すると相対的に高いレベルのＣＯの反応率と、所望の生成物（例えば中間留分範囲の炭化水素）への高いレベルの選択率とを得ることが可能である。新規な触媒ならびに新規なマイクロチャネル反応器設計が提供される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、マイクロチャネル反応器を通して反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、反応体組成物を生成物に変換させる工程であって、マイクロチャネル反応器は触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備える工程、プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、およびマイクロチャネル反応器から生成物を取り出す工程を含み、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、生成物中のメタンへの選択率は約２５％より低いプロセスに関する。
【０００６】
一つの実施態様では、熱交換器は、プロセスマイクロチャネルに隣接する複数の熱交換チャネルを備える。一つの実施態様では、熱交換チャネルはマイクロチャネルである。
【０００７】
一つの実施態様では、本発明は、アルミナ上に担持されたＣｏを含む触媒に関する。Ｃｏの担持率は少なくとも約２５重量％であり、Ｃｏ分散率は少なくとも約３％である。この触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含んでよい。
【０００８】
一つの実施態様では、本発明は触媒に関する。触媒はＣｏおよび担体を含む。触媒は、（Ａ）Ｃｏを含む組成物を担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、（Ｂ）工程（Ａ）で形成させた中間触媒生成物を焼成する工程、（Ｃ）Ｃｏを含む別の組成物を工程（Ｂ）で形成させた焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および（Ｄ）工程（Ｃ）で形成させた別の中間触媒生成物を焼成して触媒を形成させる工程によって作られ、触媒は、少なくとも約２５重量％のＣｏ担持率を有する。工程（Ａ）で用いられるＣｏを含む組成物は、工程（Ｃ）で用いられるＣｏを含む組成物と同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。担体は、アルミナを含んでよい。
【０００９】
一つの実施態様では、本発明は、少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルであって、入口および出口を有するプロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルに隣接する少なくとも一つの熱交換ゾーンであって、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備える熱交換ゾーンとを含むマイクロチャネル反応器であって、熱交換ゾーンはプロセスマイクロチャネルと同じ方向に延在し、プロセスマイクロチャネル入口近くに配置され、熱交換ゾーンの長さは、プロセスマイクロチャネルの長さより短く、プロセスマイクロチャネル出口またはその近くのプロセスマイクロチャネルの幅は、プロセスマイクロチャネル入口またはその近くのプロセスマイクロチャネルの幅より大きいマイクロチャネル反応器に関する。一つの実施態様では、少なくとも一つの熱交換ゾーンは第一の熱交換ゾーンおよび第二の熱交換ゾーンを含み、第二の熱交換ゾーンの長さは第一の熱交換ゾーンの長さより短いマイクロチャネル反応器に関する。
【００１０】
添付の図面では、同じ部品および要素は、同じ指示符号を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
用語「マイクロチャネル」は、高さまたは幅の内部寸法の少なくとも一方が最大約１０ミリメートル（ｍｍ）、一つの実施態様では最大約５ｍｍ、一つの実施態様では最大約２ｍｍ、一つの実施態様では最大約１ｍｍであるチャネルを指す。マイクロチャネルを通る流体の流れは、マイクロチャネルの高さおよび幅に垂直なマイクロチャネルの長さ方向に進むことができる。図１に、本発明のプロセスでプロセスマイクロチャネルおよび／または熱交換マイクロチャネルとして用いることができるマイクロチャネルの例を示す。図１に例を示したマイクロチャネル１０は、高さ（ｈ）、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有する。流体は、マイクロチャネル１０を通って矢印１２および１４で示した方向にマイクロチャネルに沿って流れる。マイクロチャネルの高さ（ｈ）または幅（ｗ）は、約０．０５から約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲にあるとよい。高さまたは幅とは別の寸法は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一つの実施態様では約０．０１から約３メートル、一つの実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。マイクロチャネルの長さ（ｌ）は、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約６メートル、一つの実施態様では約０．２から約３メートルであるとよい。図１に例を示したマイクロチャネル１０は長方形の断面を有するが、マイクロチャネルは任意の形状、例えば正方形、円形、半円形、台形等を有する断面を有してよいと理解される。マイクロチャネルの断面の形状および／またはサイズは、その長さにわたって変化してよい。例えば、マイクロチャネルの長さにわたって、相対的に大きな寸法から相対的に小さな寸法に、またはその逆に、高さまたは幅をテーパ状にしてもよい。
【００１２】
一つのチャネルの別のチャネルに対する相対的な位置を指すとき、用語「隣接する」は、一枚の壁がこれらの二つのチャネルを分離するように、直接隣接することを意味する。この壁の厚さは変化してよい。しかし、「隣接する」チャネルは、チャネル間の伝熱を妨げる中間チャネルで分離されていない。一つの実施態様では、一つのチャネルは、別のチャネルの寸法の一部の区間だけで別のチャネルに隣接することがある。例えば、プロセスマイクロチャネルは、一つ以上の隣接する熱交換チャネルより長く、一つ以上の隣接する熱交換チャネルを超えて伸びることがある。
【００１３】
用語「流体」は、気体、液体、あるいは分散した固体または液滴を含む気体または液体を指す。
【００１４】
用語「接触時間」は、マイクロチャネル反応器内の反応ゾーンの体積を、反応体組成物の温度０℃および圧力一気圧で測った体積供給流量で除した商を指す。
【００１５】
用語「滞留時間」は、空間を通って流れる流体が占めるある空間（例えばマイクロチャネル反応器内の反応ゾーン）の内部体積を、その空間を通って流れる流体の使用温度および圧力で測った平均体積流量で除した商を指す。
【００１６】
用語「反応ゾーン」は、反応体が触媒と接触するプロセスマイクロチャネル内の空間を指す。
【００１７】
用語「ＣＯの反応率」は、反応体組成物と生成物との間のＣＯモル数の変化を、反応体組成物中のＣＯのモル数で除した商を指す。
【００１８】
用語「メタンへの選択性」は、生成物中のメタンのモル数を、生成物中のメタンのモル数プラスＣ２炭化水素のモル数の２倍、プラス生成物中のＣ３炭化水素のモル数の３倍、プラス生成物中のＣ４炭化水素のモル数の４倍等、生成物中の炭化水素の全モル数が含まれるまで加えたもので除した商を指す。
【００１９】
用語「ＣＯの単流反応率」は、本発明のプロセスで使用されるマイクロチャネル反応器を通る一回の通過の後のＣＯの反応率を指す。
【００２０】
用語「生成物の収率」は、ＣＯの反応率と、該当する生成物（単数または複数）への選択率との積を指す。
【００２１】
用語「金属分散率」は、参照によって本明細書に組み込まれる「工業用不均一系触媒（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）」、第２版、チャールズ・Ｎ・サタフィールド（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｎ．Ｓａｔｔｅｒｆｉｅｌｄ）編、１３９頁、マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）（１９９６）に記載されている水素の化学吸着法によって測定される、触媒中の金属原子の総数と比較した触媒の表面上の触媒活性金属原子と促進剤原子とのパーセント値を指す。
【００２２】
表現「少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり約０．５グラム」では、触媒の重量またはグラム数は、触媒金属（例えばＣｏ）またはそれらの酸化物、オプションの助触媒（例えばＲｅまたはＲｕ）、および／または促進剤（例えばＮａ、Ｋ等）からなる触媒の総重量、ならび任意の担体（例えばアルミナ）の重量を指す。しかし、触媒が発泡体、フェルト、詰め物またはフィンなどの加工品の担体構造物上に担持されるなら、そのような加工品の担体構造物の重量は、触媒の重量またはグラム数の計算に含まれない。同様に、触媒がマイクロチャネル壁に接着されるなら、マイクロチャネル壁の重量は、計算に含まれない。
【００２３】
用語「Ｃｏ担持率」は、触媒中のＣｏの重量を、触媒の総重量、すなわちＣｏプラス任意の助触媒または促進剤ならびに担体の総重量で除した商を指す。触媒が発泡体、フェルト、詰め物またはフィンなど、加工品の担体構造物上に担持されるなら、そのような加工品の担体構造物の重量は計算に含まれない。同様に、触媒がマイクロチャネル壁に接着されるなら、マイクロチャネル壁の重量は計算に含まれない。
【００２４】
図２を参照すると、本プロセスは、マイクロチャネル反応器コア１０２、反応体ヘッダ１０４、生成物フッタ１０６、熱交換ヘッダ１０８および熱交換フッタ１１０を備えるマイクロチャネル反応器１００を用いて実行することができる。マイクロチャネル反応器コア１０２は、複数のプロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルに隣接する複数の熱交換チャネルとを備える。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。プロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとは、互いに重ね合せるか、または横に並べて、層状に整列させるとよい。プロセスマイクロチャネル中に、フィッシャー・トロプシュ触媒が収容される。プロセスヘッダ１０４は、プロセスマイクロチャネルへの流れの分布が一様であるように、または実質的に一様であるように、流体がプロセスマイクロチャネル中に流れるための通路を提供する。プロセスフッタ１０６は、流体がプロセスマイクロチャネルから比較的高い流速で迅速に流出するための通路を提供する。反応体組成物は、方向矢印１１２で示されるように、反応体ヘッダ１０４を通ってマイクロチャネル反応器１００に流入する。反応体組成物は、反応体ヘッダ１０４に入る前に予熱するとよい。反応体組成物は、マイクロチャネル反応器コア１０２中のプロセスマイクロチャネルを通って流れて触媒と接触し、反応して所望の生成物を生成する。一つの実施態様では、反応器コア１０２を通る反応体組成物および生成物の流れは、反応器コア１０２の頂部からその底部へ、垂直な方向にある。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１１４で示されるように、反応器コア１０２から生成物フッタ１０６を通り、生成物フッタ１０６から流出する。本発明のプロセスの利点は、プロセスマイクロチャネルを通る一回の通過で高いレベルのＣＯの反応率を得ることができることであるが、一つの実施態様では、反応体組成物からの未反応成分またはその一部を、プロセスマイクロチャネルを通してリサイクルさせて戻し、触媒と接触させてもよい。プロセスマイクロチャネルを通ってリサイクルされる反応体組成物の未反応成分は、任意の回数、例えば、１回、２回、３回、４回等リサイクルしてよい。方向矢印１１６で示すように、熱交換流体は、熱交換ヘッダ１０８に流入し、熱交換ヘッダ１０８からマイクロチャネル反応器コア１０２中の熱交換チャネルを通って熱交換フッタ１１０に流れ、方向矢印１１８で示されるように、熱交換フッタ１１０から流出する。マイクロチャネル反応器１００は、図には示していないが当業者には自明と考えられる貯槽、ポンプ、バルブ、流量制御装置および類似物とともに使用される。
【００２５】
一つの実施態様では、マイクロチャネル反応器コア１０２は、並べて整列させたプロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとの層を備えてよい。図３にそのようなマイクロチャネル層の例を示す。図３を参照すると、プロセスマイクロチャネル層１３０と熱交換マイクロチャネル層１５０とは、並べて重ねられ、反復単位１７０を構成する。マイクロチャネル層１３０は、反応体および生成物の流れを提供する。マイクロチャネル層１５０は、熱交換流体の流れを提供する。
【００２６】
マイクロチャネル層１３０は、平行に整列した複数のマイクロチャネル１３２を備え、各プロセスマイクロチャネル１３２は、末端１３４から末端１３６へマイクロチャネル層１３０の長さ方向に垂直方向に延在し、プロセスマイクロチャネル１３２は、マイクロチャネル層１３０の幅方向に末端１３８から末端１４０に並ぶ。マイクロチャネル層１３０の末端１３８および１４０にはボンディングストリップ１４２および１４４がそれぞれ配置され、次の隣接熱交換層１５０へのマイクロチャネル層１３０のボンディングを可能にする。プロセスマイクロチャネル１３２中には触媒が収容される。プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体および生成物の流れは、矢印１４６および１４８で示される方向である。プロセスマイクロチャネル１３２のそれぞれは、任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。各プロセスマイクロチャネル１３２の内部高さは、マイクロチャネル層１３０と次の隣接熱交換層１５０との間の垂直または水平距離、あるいはギャップとみなすことができる。各プロセスマイクロチャネル１３２は、最大約１０ｍｍ、一つの実施態様では最大約６ｍｍ、一つの実施態様では最大約４ｍｍ、一つの実施態様では最大約２ｍｍの内部高さを有してよい。一つの実施態様では、高さは、約０．０５から約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約６ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約４ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約２ｍｍの範囲にあってよい。これらのマイクロチャネルのそれぞれの幅は、任意の寸法、例えば、最大約３メートル、一つの実施態様では約０．０１から約３メートル、一つの実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。各マイクロチャネル１３２の長さは、任意の寸法、例えば、最大約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約６メートル、一つの実施態様では約０．２から約３メートルであってよい。
【００２７】
マイクロチャネル層１５０は、平行に整列した複数の熱交換マイクロチャネル１５２を備え、各熱交換マイクロチャネル１５２は、マイクロチャネル層１５０の幅の方向に末端１５４から末端１５６へ水平に伸び、熱交換マイクロチャネル１５２は、マイクロチャネル層１５０の長さの方向にマイクロチャネル層１５０の末端１５８から末端１６０へ並ぶ。マイクロチャネル層１５０の末端１５４および１５６にはボンディングストリップ１６２および１６４がそれぞれ配置され、次の隣接プロセスマイクロチャネル層１３０へのマイクロチャネル層１５０のボンディングを可能にする。熱交換流体は、熱交換マイクロチャネル１５２を通って矢印１６６および１６８で示される方向に流れることができる。矢印１６６および１６８で示される方向の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネル１３２を通って矢印１４６および１４８で示されるように流れる反応体および生成物の流れに対して交差流である。あるいは、熱交換マイクロチャネル１５２は、末端１５８から末端１６０へ、または末端１６０から末端１５８へマイクロチャネル層１５０の幅の方向の熱交換流体の流れを提供するように配向させることも可能と考えられる。こうすると、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体および生成物の流れに対して並流または向流であるような方向の熱交換流体の流れが得られる。熱交換マイクロチャネル１５２のそれぞれは、任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。各熱交換マイクロチャネル１５２の内部高さは、熱交換マイクロチャネル層１５０と次の隣接マイクロチャネル層１３０との間の垂直または水平距離、あるいはギャップであるとみなすことができる。熱交換マイクロチャネル１５２のそれぞれは、最大約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍの範囲の内部高さを有してよい。これらのマイクロチャネルのそれぞれの幅は、任意の寸法、例えば、最大約３メートル、一つの実施態様では約０．０１から約３メートル、一つの実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。熱交換マイクロチャネル１５２のそれぞれの長さは、任意の寸法、例えば、最大約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約６メートル、一つの実施態様では約０．２から約３メートルであってよい。
【００２８】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ａに示したように整列させてもよい。反復単位１７０ａは、図４に例示されている。図４を参照すると、熱交換マイクロチャネル１５２を備えるマイクロチャネル層１５０に隣接させてプロセスマイクロチャネル１３２を配置する。共通の壁１７１が、熱交換マイクロチャネル層１５０からプロセスマイクロチャネル１３２を分離する。プロセスマイクロチャネル１３２には触媒１７２が充填される。反応体組成物は、方向矢印１４６で示される方向に、プロセスマイクロチャネル１３２中の触媒１７２の充填層に流入し、充填層を通って触媒１７２と接触し、反応して所望の生成物を生成する。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１４８で示されるようにプロセスマイクロチャネル１３２から流出する。熱交換流体は、熱交換マイクロチャネル１５２を通り、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体組成物および生成物の流れに対して交差流である方向に流れる。
【００２９】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ｂに示し多ように整列させてよい。図５に例を示した反復単位１７０ｂは、マイクロチャネル層１５０が９０°回転し、熱交換マイクロチャネル１５２を通って流れる熱交換流体は、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体組成物および生成物の流れに対して向流である方向矢印１６６ａおよび１６８ａで示した方向に流れることを除いて、図４に例を示した反復単位１７０ａと同じである。あるいは、熱交換流体を、方向矢印１６６ａおよび１６８ａで示した方向と反対の方向に流し、それによって、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体組成物および生成物の方向に対して並流であるような方向の熱交換マイクロチャネル１５２を通る熱交換流体の流れを提供することも可能である。
【００３０】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ｃに示したように整列させてもよい。反復単位１７０ｃは、図６に例示されている。図６を参照すると、熱交換ゾーン１５１に隣接させてプロセスマイクロチャネル１３２ａを配置する。熱交換ゾーン１５１は互いに平行に整列する複数の熱交換マイクロチャネル１５２を備え、各熱交換マイクロチャネル１５２はプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さ方向に直交する長さ方向に延在する。熱交換ゾーン１５１の長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａより短い。熱交換ゾーン１５１の長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くから、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さに沿ってプロセスマイクロチャネル１３２ａの出口１３６ａより短い点までの方向に延在する。一つの実施態様では、熱交換ゾーン１５１の長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの最大約１００％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１の長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約１００％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１の長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約５０％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１の長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５０％から約１００％である。プロセスマイクロチャネル１３２ａの幅は、熱交換ゾーン１５１の末端１５３の下流の区域に拡大されるか、または延長される。この構成は、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くでの、ならびに入口から下流のプロセスマイクロチャネル１３２ａの部分への熱交換（すなわち冷却）の利点を提供する。プロセスマイクロチャネル１３２ａには触媒１７２が充填される。反応体組成物は、方向矢印１４６で示される方向にプロセスマイクロチャネル１３２ａ中の触媒１７２の充填層に流入し、充填層を通って流れ、触媒１７２と接触し、反応して所望の生成物を生成する。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１４８で示されるようにプロセスマイクロチャネル１３２ａから流出する。熱交換流体は、プロセスマイクロチャネル１３２ａを通る反応体組成物および生成物の流れに対して交差流である方向に、熱交換マイクロチャネル１５２を通って流れる。
【００３１】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ｄに示したように整列させてもよい。反復単位１７０ｄは、図７に例を示してあるが、反復単位１７０ｄが、プロセスマイクロチャネル１３２ａの熱交換ゾーン１５１とは反対側でプロセスマイクロチャネル１３２ａに隣接する熱交換ゾーン１５１ａを備えることを除いて、図６に例を示した反復単位１７０ｃと同じである。熱交換ゾーン１５１ａは、上記で考察した熱交換マイクロチャネル１５２とサイズおよび設計が同じか、または類似の複数の平行な熱交換マイクロチャネル１５２ａを備える。熱交換ゾーン１５１ａの長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くから、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さに沿って熱交換ゾーン１５１の末端１５３より短い点までの方向を有する。熱交換ゾーン１５１ａの長さは、熱交換ゾーン１５１の長さより短くてよい。一つの実施態様では、熱交換ゾーン１５１ａの長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの最大約１００％であってよく、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１ａの長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約１００％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１ａの長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約５０％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１ａの長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５０％から約１００％である。プロセスマイクロチャネル１３２ａの幅は、熱交換ゾーン１５１および１５１ａの末端１５３および１５３ａの下流の区域ではそれぞれ拡大される。この構成は、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くでの、ならびに入口１３４ａから下流のプロセスマイクロチャネル１３２ａの部分に熱交換（すなわち冷却）の利点を提供する。二つの熱交換ゾーン１５１および１５１ａを使用すると、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口近くの区域での相対的に高いレベルの熱交換と、熱交換ゾーン１５１ａの末端１５３ａ近くから下流のプロセスマイクロチャネル中での相対的にゆるやかな熱交換が可能になる。プロセスマイクロチャネル１３２ａ中には触媒１７２が充填される。反応体組成物は、プロセスマイクロチャネル１３２ａ中の触媒１７２の充填層に流入し、充填層を通って方向矢印１４６で示される方向に流れ、触媒１７２と接触し、反応して所望の生成物を生成する。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１４８で示されるようにプロセスマイクロチャネル１３２ａから流出する。熱交換流体は、プロセスマイクロチャネル１３２ａを通る反応体組成物および生成物の流れに対して交差流である方向に、熱交換チャネル１５１および１５１ａを通って流れる。
【００３２】
触媒床は、プロセスマイクロチャネル中で、プロセスマイクロチャネルを通る流れの方向の別個の反応ゾーンに分離してよい。各反応ゾーン中の一つ以上の隣接熱交換ゾーン（単数または複数）の長さは、寸法が変化してよい。例えば、一つの実施態様では、一つ以上の隣接する熱交換ゾーンの長さは、各反応ゾーンの長さの約５０％より短くてよい。あるいは、一つ以上の熱交換ゾーンは、各反応ゾーンの長さの約５０％より長く、最大では、各反応ゾーンの長さの約１００％の長さを有してよい。
【００３３】
マイクロチャネル層１３０と１５０とのそれぞれの中のマイクロチャネルの数は、任意の所望の数、例えば、１本、２本、３本、４本、５本、６本、８本、１０本、数百本、数千本、数万本、数十万本、数百万本等であってよい。同様に、マイクロチャネル反応器コア１０２中のマイクロチャネル層の反復単位１７０（または１７０ａから１７０ｄ）の数は、任意の所望の数、例えば、１組、２組、３組、４組、６組、８組、１０組、数百組、数千本組等であってよい。
【００３４】
マイクロチャネル反応器コア１０２を備えるマイクロチャネル反応器１００は、本発明のプロセスを実行するために十分な強さ、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で構築するとよい。適当な材料の例は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、アルミニウム、チタン、ニッケル、および前記任意の金属の合金、プラスチック（例えばエポキシ樹脂、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化性樹脂および類似物）、モネル、インコネル、セラミックス、ガラス、コンポジット、石英、ケイ素またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む。マイクロチャネル反応器は、ワイヤ放電加工、通常の機械加工、レーザ切削、光化学機械加工、電気化学加工、成型、水噴流、スタンプ刻印、エッチング（例えば化学エッチング、光化学エッチングまたはプラズマエッチング）およびそれらの組み合わせを含む既知の技法を用いて作製してよい。マイクロチャネル反応器は、一部を除去して流れ通路を可能にしたシートまたは層を形成させることによって構築してもよい。拡散ボンディング、レーザ溶接、拡散ロウ付けおよび類似の方法によってシートの積層を組み立てて、集積化デバイスを形成させてよい。マイクロチャネル反応器は、反応体組成物および生成物の流れ、ならびに熱交換流体の流れを制御するために、適切なマニホルド、バルブ、流路網等を有する。これらは図面には示していないが、当業者は容易に設けることができる。
【００３５】
反応体組成物は、Ｈ２とＣＯとの混合物を含む。この混合物は、合成ガスまたはシン・ガスと呼ぶことができる。ＣＯに対するＨ２のモル比は、約０．８から約１０、一つの実施態様では約０．８から約５、一つの実施態様では約１から約３、一つの実施態様では約１．５から約３、一つの実施態様では約１．８から約２．５、一つの実施態様では約１．９から約２．２、一つの実施態様では約２．０５から約２．１０の範囲であるとよい。反応体組成物は、ＣＯ２および／またはＨ２Ｏ、ならびに１個から約４個の炭素原子、一つの実施態様では１個から約２個の炭素原子の軽質炭化水素も含むとよい。反応体組成物は、約５から約４５体積％のＣＯ、一つの実施態様では約５から約２０体積％のＣＯと、約５５から約９５体積％のＨ２、一つの実施態様では約８０から約９５体積％のＨ２とを含むとよい。反応体組成物中のＣＯ２の濃度は、最大約６０体積％、一つの実施態様では約５から約６０体積％、一つの実施態様では約５から約４０体積％であるとよい。反応体組成物中のＨ２Ｏの濃度は、最大約８０体積％、一つの実施態様では約５から約８０体積％、一つの実施態様では約５から約５０体積％であるとよい。反応体組成物中の軽質炭化水素の濃度は、最大約８０体積％、一つの実施態様では約１から約８０体積％、一つの実施態様では約１から約５０体積％であるとよい。反応体組成物は、リサイクルされた本発明のプロセスの間に形成されるガス生成物を含んでよい。反応体組成物は、水蒸気改質プロセス（約３のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、部分酸化プロセス（約２のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、自己熱改質プロセス（約２．５のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、ＣＯ２改質プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、石炭ガス化プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）およびそれらの組み合わせなど、別のプロセスからの流れ（例えばガスの流れ）を含んでよい。
【００３６】
反応体組成物中に硫黄、窒素、ハロゲン、セレン、リン、ヒ素および類似物などの汚染物質が存在すると望ましくないことがある。従って、本発明の一つの実施態様では、本発明のプロセスを実行する前に、前述の汚染物質を反応体組成物から除去するか、または濃度を低下させるとよい。これらの汚染物質を除去するための技法は、当業者には公知である。例えば、硫黄不純物を除去するためにＺｎＯガード床を用いるとよい。一つの実施態様では、反応体組成物中の汚染物質レベルは、最大約５体積％、一つの実施態様では最大約１体積％、一つの実施態様では最大約０．１体積％、一つの実施態様では最大約０．０５体積％のレベルであるとよい。
【００３７】
熱交換流体は、任意の流体であってよい。これらは、空気、水蒸気、液状水、気体窒素、不活性ガスを含むその他の気体、一酸化炭素、溶融塩、ミネラルオイルなどの油、およびダウ‐ユニオン・カーバイド（Ｄｏｗ‐Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）から入手可能なダウサームＡ（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ Ａ）およびサーミノール（Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ）などの熱交換流体を含む。
【００３８】
熱交換流体は、反応体組成物の流れを含んでよい。これによって、プロセス予熱およびプロセスの全体的な熱効率の増加をもたらすことができる。
【００３９】
一つの実施態様では、熱交換チャネルは、吸熱プロセスが実行されるプロセスチャネルを備える。これらの熱交換プロセスチャネルは、マイクロチャネルであってよい。熱交換チャネル中で実行することができる吸熱プロセスの例は、水蒸気改質および脱水素反応を含む。約２００℃から約３００℃の範囲の温度で起こるアルコールの水蒸気改質は、そのような吸熱プロセスの別の例である。改善されたヒートシンクを提供するために同時吸熱反応を組み込むことによって、一般に対流冷却熱流束より大体一桁多い熱流束が可能になる。マイクロチャネル反応器中の熱を交換するために発熱反応と吸熱反応とを同時に使用することは、参照によって本明細書に組み込まれる２００２年８月１５日出願の米国特許出願第１０／２２２，１９６号に開示されている。
【００４０】
一つの実施態様では、熱交換流体は、熱交換チャネルを通って流れるとき、部分的または全体的な相変化を起す。この相変化は、対流冷却がもたらす除熱の他に、プロセスマイクロチャネルからの熱の除去をさらに進める。蒸発する液体熱交換流体の場合、プロセスマイクロチャネルから移動するこの追加の熱は、その熱交換流体が必要とする蒸発潜熱から生じさせることが可能である。そのような相変化の例は、沸騰するオイルまたは水である。一つの実施態様では、熱交換流体の約５０重量％が蒸発する。
【００４１】
マイクロチャネル反応器中の対流熱交換のための熱流束は、マイクロチャネル反応器中のプロセスマイクロチャネルの表面積の平方センチメートルあたり約１から約２５ワット（Ｗ／ｃｍ２）、一つの実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であるとよい。相変化または同時吸熱反応熱交換のための熱流束は、約１から約２５０Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であるとよい。
【００４２】
一つの実施態様では、本発明のプロセスの間のプロセスマイクロチャネルの冷却は、そのような追加の冷却によって、より高い活性化エネルギーの望ましくない並行反応による望ましくない副生物の生成が減少するか、またはなくなるという事実によって、主生成物または所望の生成物の選択率を制御するうえで有利である。一つの実施態様では、この冷却の結果、プロセスマイクロチャネルの入口での反応体組成物の温度は、プロセスマイクロチャネルの出口での生成物（または生成物と未反応反応体との混合物）の温度の約２００℃の範囲、一つの実施態様では約１５０℃の範囲、一つの実施態様では約１００℃の範囲、一つの実施態様では約５０℃の範囲、一つの実施態様では約２５℃の範囲、一つの実施態様では約１０℃の範囲にするとよい。
【００４３】
触媒は、任意のフィッシャー・トロプシュ触媒を含んでよい。触媒は、少なくとも一つの触媒活性金属、またはそれらの酸化物を含む。一つの実施態様では、触媒は、触媒担体をさらに含む。一つの実施態様では、触媒は、少なくとも一つの促進剤をさらに含む。触媒活性金属は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの二つ以上の組み合わせを含むとよい。担体材料は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フッ化アルミニウム、フッ化物化アルミナ、ベントナイト、セリア、酸化亜鉛、シリカ‐アルミナ、炭化ケイ素、モレキュラーシーブ、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含むとよい。担体材料は、耐火性酸化物を含んでよい。促進剤は、ＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＢまたはＩＶＢ族金属またはそれらの酸化物、ランタニド金属または金属酸化物、あるいはアクチニド金属または金属酸化物を含んでよい。一つの実施態様では、促進剤は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物である。用いることができる触媒の例は、米国特許第４，５８５，７９８号、第５，０３６，０３２号、第５，７３３，８３９号、第６，０７５，０６２号、第６，１３６，８６８号、第６，２６２，１３１号、第６，３５３，０３５号、第６，３６８，９９７号、第６，４７６，０８５号、第６，４５１，８６４号、第６，４９０，８８０号、第６，５３７，９４５号、第６，５５８，６３４号、および米国特許公開第２００２／００２８８５３号、第２００２／０１８８０３１号、および第２００３／０１０５１７１号に開示されている触媒を含む。これらの特許および公開特許のフィッシャー・トロプシュ触媒およびそのような触媒を調製するための方法の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４４】
一つの実施態様では、触媒は、担体に担持されたＣｏと、オプションとして助触媒および／または促進剤とを含む。この場合、Ｃｏ担持率は、少なくとも約５重量％、一つの実施態様では少なくとも約１０重量％、一つの実施態様では少なくとも約１５重量％、一つの実施態様では少なくとも約２０重量％、一つの実施態様では少なくとも約２５重量％、一つの実施態様では少なくとも約２８重量％、一つの実施態様では少なくとも約３０重量％、一つの実施態様では少なくとも約３２重量％、一つの実施態様では少なくとも約３５重量％、一つの実施態様では少なくとも約４０重量％である。一つの実施態様では、Ｃｏ担持率は、約５から約５０重量％、一つの実施態様では約１０から約５０重量％、一つの実施態様では約１５から約５０重量％、一つの実施態様では約２０から約５０重量％、一つの実施態様では約２５から約５０重量％、一つの実施態様では約２８から約５０重量％、一つの実施態様では約３０から約５０重量％、一つの実施態様では約３２から約５０重量％であるとよい。触媒の触媒活性金属（すなわちＣｏおよびオプションとして助触媒および／または促進剤）の金属分散率は、約１から約３０％、一つの実施態様では約２から約２０％、一つの実施態様では約３から約２０％の範囲にあるとよい。助触媒は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの酸化物、あるいはそれらの二つ以上の混合物であるとよい。促進剤は、ＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＢまたはＩＶＢ族金属またはそれらの酸化物、ランタニド金属または金属酸化物、あるいはアクチニド金属または金属酸化物であるとよい。一つの実施態様では、促進剤は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物である。助触媒は、触媒（すなわち触媒、助触媒、促進剤および担体の重量）の総重量を基準として、最大約１０重量％、一つの実施態様では約０．１から約５重量％の濃度で使用するとよい。促進剤は、触媒の総重量を基準として、最大約１０重量％、一つの実施態様では約０．１から約５重量％の濃度で使用するとよい。
【００４５】
一つの実施態様では、触媒は、アルミナに担持されたＣｏを含むとよく、Ｃｏの担持率は、少なくとも約２５重量％、一つの実施態様では少なくとも約２８重量％、一つの実施態様では少なくとも約３０重量％、一つの実施態様では少なくとも約３２重量％であり、Ｃｏ分散率は、少なくとも約３％、一つの実施態様では少なくとも約５％、一つの実施態様では少なくとも約７％である。
【００４６】
一つの実施態様では、触媒は式
ＣｏＭ１ａＭ２ｂＯｘ
で表される組成物を含むとよい。式中、Ｍ１は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの混合物であり、一つの実施態様では、Ｍ１は、ＲｕまたはＲｅあるいはそれらの混合物であり、Ｍ２は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物であり、ａはゼロから約０．５、一つの実施態様ではゼロから約０．２の範囲の数であり、ｂはゼロから約０．５、一つの実施態様ではゼロから約０．１の範囲の数であり、ｘは、存在する元素の原子価要件を満たすために必要な酸素の数である。
【００４７】
一つの実施態様では、本発明のプロセスで用いられる触媒は、複数の含浸工程を用いて作るとよく、各含浸工程の間に中間焼成工程が実行される。少なくとも一つの実施態様では、そのような手順の使用によって、そのような中間焼成工程が使用されない手順による場合より触媒金属、およびオプションとして促進剤の担持率のレベルが高い触媒の形成が可能になる。一つの実施態様では、以下の順番の工程を用いて、触媒金属（例えばＣｏ）、オプションとして助触媒（例えばＲｅまたはＲｕ）および／または促進剤を、担体（例えばＡｌ２Ｏ３）上に担持させる。（Ａ）触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤を含む組成物を担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、（Ｂ）工程（Ａ）で形成された中間触媒生成物を焼成する工程、（Ｃ）触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤を含む別の組成物を（Ｂ）で形成された焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された別の中間触媒生成物を焼成して所望の触媒生成物を準備する工程。触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤は、初期湿式含浸プロセスを用いて担体上に含浸させるとよい。工程（Ｃ）および（Ｄ）は、触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤の所望の担持率が実現されるまで、もう一回または二回以上繰り返してよい。触媒金属を含む組成物は、金属の硝酸塩溶液、例えば硝酸コバルト溶液であってよい。このプロセスは、触媒金属（すなわちＣｏ）が、約２０重量％以上、一つの実施態様では約２５重量％以上、一つの実施態様では約２８重量％以上、一つの実施態様では約３０重量％以上、一つの実施態様では約３２重量％以上、一つの実施態様では約３５重量％以上、一つの実施態様では約３７重量％以上、一つの実施態様では約４０重量％以上の担持率レベルを実現するまで続けてよい。焼成工程のそれぞれは、約１００℃から約５００℃、一つの実施態様では約１００℃から約４００℃、一つの実施態様では約２５０℃から約３５０℃の範囲の温度で、約０．５から約１００時間、一つの実施態様では約０．５から約２４時間、一つの実施態様では約２から約３時間、触媒を加熱することを含む。温度は、約１〜２０℃／分の速度で焼成温度まで昇温するとよい。焼成工程の前に、約７５から約２００℃、一つの実施態様では約７５℃から約１５０℃の温度で、約０．５から約１００時間、一つの実施態様では約０．５から約２４時間、触媒を乾燥させる乾燥工程を設けてよい。一つの実施態様では、触媒は、約１２時間約９０℃で、次に、約０．５〜１℃／分の速度で温度を９０℃から１１０〜１２０℃に昇温して、約１１０〜１２０℃で約１〜１．５時間乾燥させるとよい。
【００４８】
マイクロチャネル反応器中で用いられる触媒は、プロセスマイクロチャネルの内部に適合する任意のサイズおよび幾何学的構造を有するとよい。触媒は、約１から約１０００μｍ（ミクロン）、一つの実施態様では約１０から約５００μｍ、一つの実施態様では約２５から約２５０μｍの中央値粒子直径を有する固体粒子（例えばペレット、粉体、繊維および類似物）の形であってよい。一つの実施態様では、触媒は、固体粒子の固定床の形である。
【００４９】
一つの実施態様では、触媒は、固体粒子の固定床の形であり、触媒固体粒子の中央値粒子直径は比較的小さく、各プロセスマイクロチャネルの長さは比較的短い。中央値粒子直径は、約１から約１０００μｍ、一つの実施態様では約１０から約５００μｍであるとよく、各プロセスマイクロチャネルの長さは、最大約５００ｃｍ、一つの実施態様では約１０から約５００ｃｍ、一つの実施態様では約５０から約３００ｃｍの範囲にあるとよい。
【００５０】
触媒は、発泡体、フェルト、詰め物またはそれらの組み合わせなど、多孔性担体構造物上に担持するとよい。本明細書では、用語「発泡体」は、構造物の内部全体に細孔を定める連続な壁を有する構造物を指すために用いられる。本明細書では、用語「フェルト」は、それぞれの間に隙間の空間を有する繊維の構造物を指すために用いられる。本明細書では、用語「詰め物」は、スチールウールのように、もつれ合ったより線の構造物を指すために用いられる。触媒は、ハニカム構造物上に担持してよい。
【００５１】
触媒は、隣接するギャップを有するフェルト、隣接するギャップを有する発泡体、ギャップを有するフィン構造物、任意の挿入基板上のウォッシュコート、あるいは流れのための対応するギャップを有する流れの向きに平行な細目などの側流担体構造物上に担持してよい。図８に側流構造物の例を示す。図８で、触媒３００は、プロセスマイクロチャネル３０２中に収容される。矢印３０６および３０８で示されるように、開放流路３０４によって、触媒３００と接触してプロセスマイクロチャネル３０２を通る流体の流れが可能になる。
【００５２】
触媒は、発泡体、詰め物、ペレット、粉体または細目などの貫通流担体構造物上に担持させてよい。図８に貫通流構造物の例を示す。図９では、貫通流触媒３１０は、プロセスマイクロチャネル３１２の内部に収容され、流体は、矢印３１４および３１６で示されるように、触媒３１０を通って流れる。
【００５３】
貫通流触媒のための担体構造物は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスルホン酸塩、ポリ（テトラフルオロエチレン）、鉄、ニッケルスポンジ、ナイロン、ポリ二フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンエチルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレンまたはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料から形成させるとよい。一つの実施態様では、担体構造物は、触媒からの除熱を容易にするために、金属などの伝熱材料で作るとよい。
【００５４】
触媒は、プロセスマイクロチャネルの内壁上に直接ウォッシュコートするか、溶液から壁上に成長させるか、あるいはフィン構造物上にインサイチュでコーティングしてよい。触媒は、多孔性連続材料の一体、または物理的に接触する多数の小片の形状であってよい。一つの実施態様では、触媒は、連続材料で構成され、分子が触媒を通って拡散することができるように、連続的多孔構造を有する。この実施態様では、流体は、触媒の周囲ではなく、触媒の中を流れる。一つの実施態様では、触媒の断面積は、プロセスマイクロチャネルの断面積の約１から約９９％、一つの実施態様では約１０から約９５％を占める。触媒は、ＢＥＴ法で測定して、約０．５ｍ２／ｇより大きな、一つの実施態様では約２ｍ２／ｇより大きな表面積を有するとよい。
【００５５】
触媒は、多孔性担体、多孔性担体上の界面層、および界面層上の触媒材料を含んでよい。界面層は、担体上に溶液析出させるか、あるいは化学蒸着法または物理蒸着法によって析出させてよい。一つの実施態様では、触媒は、多孔性担体、バッファ層、界面層および触媒材料を有する。前述の層のどれも連続的であってよく、あるいはスポットまたはドットの形、あるいはギャップまたは空孔を有する層の形のように不連続的であってよい。
【００５６】
多孔性担体は、水銀ポロシメトリーで測定して、少なくとも約５％の多孔率および約１から約１０００μｍの平均細孔サイズ（細孔直径の総和を細孔の数で除した商）を有するとよい。多孔性担体は、多孔性セラミックスまたは金属発泡体であってよい。用いることができるその他の多孔性担体は、炭化物、窒化物および複合材料を含む。多孔性担体は、約３０％から約９９％、一つの実施態様では約６０％から約９８％の多孔率を有するとよい。多孔性担体は、発泡体、フェルト、詰め物またはそれらの組み合わせの形であってよい。金属発泡体の開放セルは、約２０インチあたり細孔（ｐｐｉ）から約３０００ｐｐｉ、一つの実施態様では約２０から約１０００ｐｐｉ、一つの実施態様では約４０から約１２０ｐｐｉの範囲であるとよい。用語「ｐｐｉ」は、インチあたりの細孔の最大数を指す（等方性物質中では測定の方向は無関係であるが、異方性物質中では細孔数を最大にする方向で測定を実行する）。
【００５７】
バッファ層は、存在するなら、多孔性担体および界面層の両方と異なる組成および／または密度を有してよく、一つの実施態様では、多孔性担体の熱膨張係数と界面層の熱的膨張係数との中間の熱膨張係数を有するとよい。バッファ層は、金属酸化物または金属炭化物であるとよい。バッファ層は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２またはそれらの組み合わせで構成してよい。Ａｌ２Ｏ３は、α‐Ａｌ２Ｏ３、γ‐Ａｌ２Ｏ３またはそれらの組み合わせであってよい。α‐Ａｌ２Ｏ３を用いれば、酸素拡散に対する優れた抵抗の利点が得られる。バッファ層は、二つ以上の組成的に異なるサブ層で形成させてよい。例えば、多孔性担体が金属、例えばステンレス鋼発泡体であるとき、二つの組成的に異なるサブ層で形成されるバッファ層を用いてよい。第一のサブ層（多孔性担体と接触する）は、ＴｉＯ２であってよい。第二のサブ層は、ＴｉＯ２上に配置されるα‐Ａｌ２Ｏ３であってよい。一つの実施態様では、α‐Ａｌ２Ｏ３サブ層は緻密層であり、下地金属表面の保護を提供する。次に、触媒活性層のための担体として、アルミナなどのこれより密度の低い大表面積界面層を析出させてよい。
【００５８】
多孔性担体は、界面層の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有してよい。そのような場合、二つの熱膨張係数の間のつなぎとしてバッファ層が必要なことがある。多孔性担体および界面層の膨張係数と適合する膨張係数を得るために、バッファ層の組成を制御することによって、バッファ層の熱膨張係数を調整してよい。下地の担体の優れた保護を提供するために、バッファ層には開口部およびピンホールがない方がよい。バッファ層は、非多孔性であってよい。バッファ層は、多孔性担体の平均細孔サイズの半分より小さい厚さを有してよい。バッファ層は、約０．０５から約１０μｍ、一つの実施態様では約０．０５から約５μｍの厚さを有するとよい。
【００５９】
本発明の一つの実施態様では、バッファ層を用いずに、適切な接着強さおよび化学的安定性を得ることができる。この実施態様では、バッファ層は省略してよい。
【００６０】
界面層は、窒化物、炭化物、硫化物、ハロゲン化物、金属酸化物、炭素、またはそれらの組み合わせを含んでよい。界面層は、大表面積を提供し、および／または担持触媒のために望ましい触媒‐担体相互作用を提供する。界面層は、触媒担体として通常用いられる任意の材料で構成してよい。界面層は、金属酸化物で構成してよい。用いることができる金属酸化物の例は、γ‐Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、酸化タングステン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、ランタン系列酸化物（単数または複数）、ゼオライト（単数または複数）およびそれらの組み合わせを含む。界面層は、それ以上の触媒活性材料を上に析出させずに、触媒活性層として使用してよい。しかし、通常は、界面層は、触媒活性層と組み合わせて用いる。界面層は、二つ以上の組成的に異なるサブ層で形成させてよい。界面層は、多孔性担体の平均細孔サイズの半分より薄い厚さを有してよい。界面層の厚さは、約０．５から約１００μｍ、一つの実施態様では約１から約５０μｍの範囲にあるとよい。界面層は、結晶または非晶質のどちらであってもよい。界面層は、少なくとも約１ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有するとよい。
【００６１】
触媒は、界面層の上に析出させてよい。あるいは、触媒材料は、界面層と同時に析出させてよい。触媒層は、界面層上に密に分散させてよい。触媒層を界面層の「上に分散させる」または「上に析出させる」ことは、微視的な触媒粒子を、担体層（すなわち界面層）表面上に、担体層中の裂け目の中に、および担体層中の開口細孔中に分散させるという通常の理解を含む。
【００６２】
触媒は、プロセスマイクロチャネル中に配置される一つ以上のフィンのアセンブリ上に担持させてよい。図１０〜１２に例を示す。図１０を参照すると、フィンアセンブリ３２０は、プロセスマイクロチャネル３２８の基壁３２６の上地のフィン基材３２４上に取り付けられたフィン３２２を備える。フィン３２２は、フィン基材３２４からプロセスマイクロチャネル３２８の内部に突出する。フィン３２２は、プロセスマイクロチャネル３２８の上部壁３３０の内部表面に伸び、接触してよい。フィン３２２の間のフィンチャネル３３２は、流体がプロセスマイクロチャネル３２８を通ってプロセスマイクロチャネル３２８の長さに平行に流れる通路を提供する。フィン３２２のそれぞれは、その側面のそれぞれに外部表面を有し、この外部表面は、触媒に担体基材を提供する。本発明のプロセスでは、反応体組成物は、フィンチャネル３３２を通って流れ、フィン３２２の外部表面に担持された触媒と接触し、反応して生成物を生成する。図１１に例示したフィンアセンブリ３２０ａは、フィン３２２ａがマイクロチャネル３２８の上部壁３３０の内部表面まで十分に伸びていないことを除いて、図１０に例示したフィンアセンブリ３２０と類似している。図１２に例示したフィンアセンブリ３２０ｂは、フィンアセンブリ３２０ｂのフィン３２２ｂが台形状の断面形状を有することを除いて、図１０に例示したフィンアセンブリ３２０と類似している。フィンのそれぞれは、約０．０２ｍｍから最大でプロセスマイクロチャネル３２８の高さ、一つの実施態様では約０．０２から約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約２ｍｍの範囲の高さを有するとよい。各フィンの幅は、約０．０２から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲であるとよい。各フィンの長さは、最大でプロセスマイクロチャネル３２８の長さ、一つの実施態様では最大約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．５から約１０ｍ、一つの実施態様では約０．５から約６ｍ、一つの実施態様では約０．５から約３ｍの任意の長さであるとよい。フィンのそれぞれの間のギャップは、任意の値であってよく、約０．０２から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲であってよい。プロセスマイクロチャネル３２８中のフィンの数は、プロセスマイクロチャネル３２８の幅のセンチメートルあたり約１から約５０フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３０フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約１０フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約５フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３フィンの範囲であってよい。フィンのそれぞれは、図１０または１１に例示したように長方形または正方形、あるいは図１２に例示したように台形の形状の断面を有してよい。その長さ方向から見たとき、各フィンは、直線状またはテーパ状であってよく、あるいは蛇行構成を有してよい。フィンアセンブリは、プロセスマイクロチャネルの目的の動作を可能にするのに十分な強さ、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ることができる。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の前述の金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、一つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）を含むコンポジットおよびグラスファイバ、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む。フィンアセンブリは、Ｆｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金などのＡｌ２Ｏ３形成材料、またはＮｉ、ＣｒおよびＦｅの合金などのＣｒ２Ｏ３形成材料で作ることができる。
【００６３】
一つの実施態様では、触媒は、再生することができる。これは、プロセスマイクロチャネルを通して再生用流体を流して触媒と接触させることによって実行することができる。再生用流体は、水素または希釈水素の流れを含むとよい。希釈剤は、窒素、アルゴン、ヘリウム、メタン、二酸化炭素、水蒸気、またはそれらの二つ以上の混合物を含んでよい。再生用流体は、ヘッダ１０４からプロセスマイクロチャネルを通りフッタ１０６へ、あるいはフッタ１０６からプロセスマイクロチャネルを通りヘッダ１０４へ反対の向きに流してよい。再生用流体の温度は、約５０から約４００℃、一つの実施態様では約２００から約３５０℃であるとよい。この再生工程の間のプロセスマイクロチャネル中の圧力は、約１から約４０気圧、一つの実施態様では約１から約２０気圧、一つの実施態様では約１から約５気圧の範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネル中の再生用流体の滞留時間は、約０．０１から約１０００秒、一つの実施態様では約０．１秒から約１００秒の範囲であるとよい。
【００６４】
一つの実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、バルク流路を有することを特徴としてよい。用語「バルク流路」は、プロセスマイクロチャネル中の開放経路（連続するバルク流れ領域）を指す。連続バルク流れ領域によって、大きな圧力降下なしでマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れが可能になる。一つの実施態様では、バルク流れ領域中の流体の流れは層流である。各プロセスマイクロチャネル中のバルク流れ領域は、約０．０５から約１０，０００ｍｍ２、一つの実施態様では約０．０５から約５０００ｍｍ２、一つの実施態様では約０．１から約２５００ｍｍ２の断面積を有するとよい。バルク流れ領域は、プロセスマイクロチャネルの断面の約５％から約９５％、一つの実施態様では約３０％から約８０％を含むとよい。
【００６５】
プロセスマイクロチャネル中の反応体と触媒との接触時間は、最大約２０００ミリ秒（ｍｓ）、一つの実施態様では約１０ｍｓから約１０００ｍｓ、一つの実施態様では約２０ｍｓから約５００ｍｓの範囲であるとよい。一つの実施態様では、接触時間は、最大約３００ｍｓ、一つの実施態様では約２０から約３００ｍｓ、一つの実施態様では約５０から約１５０ｍｓ、一つの実施態様では約７５から約１２５ｍｓ、一つの実施態様では約１００ｍｓの範囲であるとよい。
【００６６】
プロセスマイクロチャネルを通る反応体組成物および生成物の流れの空間速度（または気体毎時空間速度（ＧＨＳＶ））は、少なくとも約１０００ｈｒ−１（原料の標準リットル／時間／プロセスマイクロチャネル中の体積のリットル）または少なくとも約８００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）であるとよい。空間速度は、約１０００から約１，０００，０００ｈｒ−１、または約８００から約８００，０００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）の範囲であるとよい。一つの実施態様では、空間速度は、約１０，０００から約１００，０００ｈｒ−１、または約８，０００から約８０，０００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）の範囲であるとよい。
【００６７】
プロセスマイクロチャネルに流入する反応体組成物の温度は、約１５０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約１８０℃から約２５０℃、一つの実施態様では約１８０℃から約２２０℃の範囲であるとよい。
【００６８】
プロセスマイクロチャネル中の反応体組成物および生成物の温度は、約２００℃から約３００℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２５０℃の範囲であるとよい。
【００６９】
プロセスマイクロチャネルから流出する生成物の温度は、約２００℃から約３００℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２５０℃の範囲であるとよい。
【００７０】
プロセスマイクロチャネル内の圧力は、少なくとも約５気圧、一つの実施態様では少なくとも約１０気圧、一つの実施態様では少なくとも約１５気圧、一つの実施態様では少なくとも約２０気圧、一つの実施態様では少なくとも約２５気圧、一つの実施態様では少なくとも約３０気圧であるとよい。圧力は、一つの実施態様では約５から約５０気圧、一つの実施態様では約１０から約５０気圧、一つの実施態様では約１０から約３０気圧、一つの実施態様では約１０から約２５気圧、一つの実施態様では約１５から約２５気圧の範囲であるとよい。
【００７１】
反応体および／または生成物がプロセスマイクロチャネルを通って流れるときの圧力降下は、プロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧（ａｔｍ／ｍ）、一つの実施態様では最大約５ａｔｍ／ｍ、一つの実施態様では最大約３ａｔｍ／ｍの範囲であるとよい。
【００７２】
プロセスマイクロチャネルに流入する反応体組成物は、通常、蒸気の形であるが、プロセスマイクロチャネルから流出する生成物は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。プロセスマイクロチャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００の範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００であるとよい。
【００７３】
熱交換チャネルに流入する熱交換流体は、約１５０℃から約３００℃、一つの実施態様では約１５０℃から約２７０℃の温度であるとよい。熱交換チャネルから流出する熱交換流体は、約２２０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約２３０℃から約２５０℃の範囲の温度であるとよい。熱交換チャネル中の熱交換流体の滞留時間は、約５０から約５０００ｍｓ、一つの実施態様で約１００から約１０００ｍｓの範囲であるとよい。熱交換流体が熱交換チャネルを通って流れるときの圧力降下は、最大約１０ａｔｍ／ｍ、一つの実施態様では約１から約１０ａｔｍ／ｍ、一つの実施態様では約２から約５ａｔｍ／ｍの範囲であるとよい。熱交換流体は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。熱交換チャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００であるとよい。熱交換チャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００であるとよい。
【００７４】
ＣＯの反応率は、サイクルあたり約４０％以上、一つの実施態様では約５０％以上、一つの実施態様では約５５％以上、一つの実施態様では約６０％以上、一つの実施態様では約６５％以上、一つの実施態様では約７０％以上であるとよい。本明細書では、用語「サイクル」は、プロセスマイクロチャネルを通る反応体の一回の通過を指すために用いられる。
【００７５】
生成物中のメタンへの選択率は、約２５％以下、一つの実施態様では約２０％以下、一つの実施態様では約１５％以下、一つの実施態様では約１２％以下、一つの実施態様では約１０％以下であるとよい。
【００７６】
生成物の収率は、サイクルあたり約２５％以上、一つの実施態様では約３０％以上、一つの実施態様ではサイクルあたり約４０％以上であるとよい。
【００７７】
一つの実施態様では、ＣＯの反応率は少なくとも約５０％であり、メタンへの選択性は約１５％以下であり、生成物の収率はサイクルあたり少なくとも約３５％である。
【００７８】
本発明のプロセスによって形成される生成物は、気体状生成物画分および液状生成物画分を含んでよい。気体状生成物画分は、大気圧で約３５０℃より低温で沸騰する炭化水素（例えばテールガスから中間留分まで）を含む。液体生成物画分（凝縮画分）は、約３５０℃より高温で沸騰する炭化水素（例えば真空ガス油から重質パラフィンまで）を含む。
【００７９】
約３５０℃より低温で沸騰する生成物画分は、例えば高圧および／または低温の気‐液分離器、または低圧分離器、あるいは分離器の組み合わせを用いて、テールガス画分と凝縮液画分、例えば約５個から約２０個の炭素原子のノルマルパラフィンと高沸点炭化水素とに分離するとよい。約３５０℃より高温で沸騰する画分（凝縮液画分）は、約３５０℃から約６５０℃の範囲で沸騰する一つ以上の画分を除去した後、約６５０℃より高温で沸騰するワックス画分に分離するとよい。ワックス画分は、比較的少量の高沸点分岐パラフィンとともに約２０から約５０個の炭素原子の直鎖パラフィンを含んでよい。分別蒸留を用いて分離を実行してよい。
【００８０】
本発明のプロセスによって形成される生成物は、メタン、ワックスおよびその他の重質な高分子量生成物を含んでよい。生成物は、エチレンなどのオレフィン類、ノルマルおよびイソパラフィン類、ならびにそれらの組み合わせを含んでよい。これらは、ジェット燃料範囲またはディーゼル燃料範囲を含む溜出物燃料範囲の炭化水素を含んでよい。
【００８１】
分岐は、多くの最終用途で、特に高オクタン価および／または低流動点が望ましいとき、利点とすることができる。異性化の程度は、ｎ‐パラフィンのモルあたりイソパラフィンの約１モル、一つの実施態様ではｎ‐パラフィンのモルあたりイソパラフィンの約３モルより大きくするとよい。ディーゼル燃料組成物中で用いられるとき、生成物は、少なくとも約６０のセタン価を有する炭化水素混合物を含むとよい。
【００８２】
商業的には、高分子量生成物、たとえばワックスは、分離してそのまま用いるか、または、低分子量生成物を生成させるために反応させてよい。例えば、高分子量生成物を水素化分解して低分子量生成物を提供し、液体可燃性燃料の収率を増加させるとよい。水素化分解は、遊離水素の存在下で通常実行される触媒プロセスを指し、大型炭化水素分子のクラッキングがこの操作の主目的である。水素化分解操作の実行に用いられる触媒は、当分野では公知である。例えば、各プロセス中で用いられる水素化精製、水素化分解および触媒の記載が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第４，３４７，１２１号および第４，８１０，３５７号を参照すること。本発明のプロセスによって形成される生成物は、潤滑剤基油またはディーゼル燃料を形成させるためにさらに加工してよい。例えば、本発明のプロセスによって作られる生成物は、水素化分解し、次に蒸留および／または触媒異性化に付して潤滑剤基油、ディーゼル燃料および類似物を提供するとよい。
【００８３】
本発明のプロセスによって作られる炭化水素生成物は、米国特許第６，１０３，０９９号または第６，１８０，５７５号に開示されているプロセスを使用して水素化異性化するとよく、米国特許第４，９４３，６７２号または第６，０９６，９４０号に開示されているプロセスを使用して水素化分解および水素化異性化するとよく、米国特許第５，８８２，５０５号に開示されているプロセスを使用して脱ロウするとよく、あるいは米国特許第６，０１３，１７１号、第６，０８０，３０１号または第６，１６５，９４９号に開示されているプロセスを使用して水素化異性化および脱ロウするとよい。これらの特許は、フィッシャー・トロプシュ合成された炭化水素を処理するためのプロセスおよびそのようなプロセスから作られる結果の生成物の開示に関して、参照によって本明細書中に組み込まれる。
【実施例１】
【００８４】
Ａｌ２Ｏ３上に担持されたＣｏ／Ｒｅ触媒を形成させるために複数の含浸プロセスを用いる。各含浸のために別個のバッチの含浸溶液（異なる濃度を有する）を用いる。各含浸溶液の組成は、以下の通りである。含浸溶液Ａは、３１．０重量％の硝酸コバルトおよび２．８重量％の過レニウム酸を含む。含浸溶液Ｂは、２９．８重量％の硝酸コバルトおよび２．７重量％の過レニウム酸を含む。含浸溶液Ｃは、３８．７重量％の硝酸コバルトおよび３．５重量％の過レニウム酸を含む。含浸溶液Ｄは、３０．７重量％の硝酸コバルトおよび３．６重量％の過レニウム酸を含む。以下の順序の工程が用いられる。
（１）Ａｌ２Ｏ３担体（１．０グラム）を６５０℃で１時間焼成する。担体は、２００ｍ２／ｇのブリュナウアー・エメット・テラー（Ｂｒｕｎａｕｅｒ‐Ｅｍｍｅｔｔ‐Ｔｅｌｌｅｒ）（ＢＥＴ）表面積および０．６９ｃｍ３／ｇのバレット・ジョイナー・ハレンダ（Ｂａｒｒｅｔ‐Ｊｏｙｎｅｒ‐Ｈａｌｅｎｄａ）（ＢＪＨ）細孔容積を有する。
（２）０．７ｍｌの含浸溶液Ａを用いて第一の含浸を実行して７．９重量％のＣｏおよび１．２％重量％のＲｅの全担持率を得る。
（３）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（４）工程（３）からの触媒は、１８３ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．５７ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（５）０．５７ｍｌの含浸溶液Ｂを用いて第二の含浸を実行して１３重量％のＣｏおよび２．０重量％のＲｅの総担持率を得る。
（６）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（７）工程（６）からの触媒は、１６２ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．４８ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（８）０．４８ｍｌの含浸溶液Ｃを用いて第三の含浸を実行して１９重量％のＣｏおよび２．９重量％のＲｅの総担持率を得る。
（９）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１０）工程（９）からの触媒は、１４４ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．４１ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（１１）０．４１ｍｌの含浸溶液Ｄを用いて第四の含浸を実行する。結果は、２５重量％のＣｏおよび３．６重量％のＲｅの総担持率である。
（１２）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１３）化学吸着試験を実行する。結果は、６．２％のＣｏ分散率である。
【００８５】
上記に示した合成で収集した細孔容積および表面積のデータを図１０に開示する。
【実施例２】
【００８６】
以下の含浸では、単一バッチの含浸溶液を用いる。含浸溶液は、過レニウム酸を添加した硝酸コバルトの飽和溶液を含む。以下の手順を用いる。
（１）Ａｌ２Ｏ３担体（１グラム）を６５０℃で１時間焼成する。担体は、２００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．６９ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（２）０．６９ｍｌの含浸溶液を用いて第一の含浸を実行して１１．０重量％のＣｏおよび１．７％重量％のＲｅの全担持率を得る。
（３）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（４）細孔容積を０．５２ｃｍ３／ｇと想定する。
（５）０．６６ｍｌの含浸溶液を用いて第二の含浸を実行して１８重量％のＣｏおよび２．８重量％のＲｅの総担持率を得る。
（６）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（７）細孔容積を０．４３５ｃｍ３／ｇと想定する。
（８）０．６３ｍｌの含浸溶液を用いて第三の含浸を実行して２４重量％のＣｏおよび３．６重量％のＲｅの総担持率を得る。
（９）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１０）細孔容積を０．３９ｃｍ３／ｇと想定する。
（１１）０．６１ｍｌの含浸溶液を用いて第四の含浸を実行して２８重量％のＣｏおよび４．２重量％のＲｅの総担持率の結果を得る。
（１２）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１３）化学吸着試験は、６．３％のＣｏ分散率を示す。触媒は、１０７ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．２８ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
【００８７】
前述の方法を用いて、前述の合成からの試料の一部を用いてＣｏ担持率が３５％および４０％になるまで続ける。
【実施例３】
【００８８】
マイクロチャネル反応器中でフィッシャー・トロプシュ反応を実行する。マイクロチャネル反応器は、一つのプロセスマイクロチャネルを備える。プロセスマイクロチャネルは、高さ０．５１ｍｍ、幅０．７ｃｍ、および長さ５．１ｃｍを有する。プロセスマイクロチャネルは、Ａｌ２Ｏ３上に担持された０．２グラムのＣｏ／Ｒｅ触媒を含む。Ｃｏ／Ｒｅモル比は２１である。触媒は、多重含浸法を用いて調製され、Ｃｏの担持率３０重量％およびＲｅの担持率４．５重量％を実現する。触媒中の金属分散率は５．４％である。触媒は、１７７〜２５０ミクロンの範囲の粒子サイズを有する固体粒子の形である。固体は、プロセスマイクロチャネル中に充填される。プロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換器によって触媒中の温度勾配が５℃未満になるように冷却される。
【００８９】
反応器は、１２５２０ｈｒ−１のＧＨＳＶを用いて２０気圧で操作される。このＧＨＳＶは、０．２６秒の接触時間に相当する。２２４℃で、ＣＯ反応率は５０％であり、メタン選択率は１０％である。圧力を３５気圧に上げと、初期ＣＯ反応率は６５％に増加し、メタン選択率は６．８％に低下する。図１４にこれらの結果を示す。生成物からの液体／ワックス試料の分析によると、連鎖成長確率は０．９３にも及ぶ高さとなる。
【００９０】
本プロセスを、１０から４０気圧の範囲の種々の操作圧力で、しかし同じ温度（２２５℃）および接触時間（０．２６秒）で実行する。図１５に結果を示す。結果によると、システム圧力を１０気圧から４０気圧に増加すると、メタン選択率は１２％から６．５％に低下する。
【００９１】
本プロセスを２５０℃で実行し、図１６に結果を示す。図１６を参照すると、本プロセスは７０％のＣＯ反応率を実現し、メタンへの選択率は１０％である。
【００９２】
３５気圧の圧力および２２６℃の温度で接触時間を０．１秒（ＧＨＳＶ＝３３，１８０ｈｒ−１）に低下させ、本プロセスを繰り返す。図１７に結果を示すが、６３％のＣＯ反応率および１０．５％のメタンへの選択率である。
【実施例４】
【００９３】
フィッシャー・トロプシュ合成反応で、二つの３０％Ｃｏ‐４．５％Ｒｅ／Ａｌ２Ｏ３触媒を試験する。一方の触媒は、中間焼成工程を用いて作られる。他方の触媒は、中間焼成工程なしで作られる。中間焼成工程を用いて作られる触媒は、以下の手順を用いて作られる。担体に、その細孔を満たすのにちょうど十分な飽和量の水溶液中の硝酸コバルトおよび過レニウム酸を含浸させる。次に、含浸させた担体を９０℃で１４時間加熱した後、５℃／分で３００℃に加熱し、焼成のために３００℃に３時間保持してから室温に冷却する。所望のＣｏおよびＲｅ担持率を実現させるために、この手順を４回繰り返す。
【００９４】
中間焼成工程なしで作られる触媒は、以下の手順を用いて作られる。担体に、その細孔を満たすのにちょうど十分な飽和量の水溶液中の硝酸コバルトおよび過レニウム酸を含浸させる。次に、含浸された担体を９０℃に加熱し、９０℃に１４時間維持してから室温に冷却する。所望のＣｏおよびＲｅ担持率を実現させるために、この手順を４回繰り返す。最後の含浸工程の後に、毎分１０℃の速度で触媒を３５０℃に加熱した後、３５０℃に３時間保持してから室温に放冷する。
【００９５】
５本のプロセスマイクロチャネルを備えるマイクロチャネル反応器中で、フィッシャー・トロプシュ反応を実行する。プロセスマイクロチャネルは、高さ１．５ｍｍ、幅０．６３５ｃｍおよび長さ２．５４ｃｍの寸法を有する。各プロセスマイクロチャネルは、約０．１５グラムの触媒を含む。触媒は、１５０から２５０ミクロンの範囲の粒子サイズを有する。プロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換器を用いて冷却される。反応は、水素６３．８９モル％、一酸化炭素３２．１モル％および窒素４．０１モル％を含む反応体組成物を用いて実行される。入口ゲージ圧は、２０．４気圧である。反応器は、図１８に示す温度で等温操作される。一酸化炭素の重量毎時空間速度（時間あたり触媒単位質量あたり供給される一酸化炭素の質量）は４．９である。図１８に結果を示す。
【００９６】
さまざまな詳細な実施態様に関して本発明を説明してきたが、本明細書を読めば、本発明のさまざまな変更形は、当業者には自明になると理解される。従って、本明細書に開示される本発明は、そのような変更形を請求項の範囲内に入るものとして包含することを意図すると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明のプロセスで用いることができるマイクロチャネルの概略図である。
【図２】特定の形の本発明のフィッシャー・トロプシュ合成プロセスの例を示す概略フローシートである。ＣＯとＨ２とを含む反応体組成物は、フィッシャー・トロプシュ触媒と接触してマイクロチャネル反応器を通って流れ、反応して少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物を生成する。
【図３】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルの層と、熱交換マイクロチャネルの層との概略図である。
【図４】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換ゾーンとの概略図であり、熱交換ゾーンは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備え、熱交換チャネルを通る熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルを通る反応体組成物と生成物との流れに対して交差流である。
【図５】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換チャネルとの概略図であり、熱交換チャネルを通る熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルを通る反応体組成物と生成物との流れに対して向流である。
【図６】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換ゾーンとの概略図であり、熱交換ゾーンは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備え、熱交換ゾーンはプロセスマイクロチャネルと同じ方向の長さ方向に延在し、プロセスマイクロチャネル入口またはその近くに配置され、熱交換ゾーンの長さは、プロセスマイクロチャネルの長さより短い。
【図７】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、第一および第二の隣接する熱交換ゾーンとの概略図であり、熱交換ゾーンのそれぞれは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備え、熱交換ゾーンはプロセスマイクロチャネルと同じ方向の長さ方向に延在し、プロセスマイクロチャネル入口またはその近くに配置され、熱交換ゾーンの長さは、プロセスマイクロチャネルの長さより短く、第二の熱交換ゾーンの長さは第一の熱交換ゾーンの長さより短い。
【図８】本発明のプロセスで用いることができるプロセスマイクロチャネルの概略図であり、プロセスマイクロチャネルは、側流構成を有する触媒を含む。
【図９】本発明のプロセスで用いることができるプロセスマイクロチャネルの概略図であり、プロセスマイクロチャネルは、貫通流構成を有する触媒を含む。
【図１０】本発明のプロセスで用いることができるプロセスマイクロチャネルの概略図であり、プロセスマイクロチャネルは、複数のフィンを備えるフィンアセンブリを含み、フィンは触媒を担持している。
【図１１】図１０に例を示したプロセスマイクロチャネルと、フィンアセンブリとの代わりの実施態様の例を示す。
【図１２】図１０に例を示したプロセスマイクロチャネルと、フィンアセンブリとの別の代わりの実施態様の例を示す。
【図１３】実施例１で得たコバルト担持率に対する細孔容積と、表面積とのプロットである。
【図１４】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１５】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１６】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１７】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１８】実施例４で中間焼成を行って作られた触媒と、中間焼成を行わずに作られた触媒とのフィッシャー・トロプシュ活性および選択率の差異を示すプロットである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネル技術を用いるフィッシャー・トロプシュ合成プロセス、ならびに新規な触媒およびマイクロチャネル反応器に関する。触媒および反応器は、フィッシャー・トロプシュ合成プロセスにおいて有用である。
【背景技術】
【０００２】
フィッシャー・トロプシュ合成反応は、Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を触媒の存在下で脂肪族炭化水素生成物に変換することを含む。反応体組成物は、水蒸気改質（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜３）、部分酸化（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜２）、自己熱改質（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜２．５）、ＣＯ２改質（Ｈ２／ＣＯ〜１）、石炭ガス化（生成物流Ｈ２／ＣＯ〜１）およびそれらの組み合わせなど、別の反応プロセスからの生成物流を含んでもよい。脂肪族炭化水素生成物は、メタンから最大１００個以上の炭素原子のパラフィンワックスの範囲にわたる。
【０００３】
管状固定床反応器およびスラリー反応器などの通常の反応器では、熱および物質移動にさまざまな問題があり、そのためフィッシャー・トロプシュ合成反応のプロセス条件の選択に制限が生じる。固定床反応器中のホットスポットは、メタン生成が著しく促進し、重質炭化水素選択率を低下させ、触媒を失活させる。他方、一般に、スラリーシステム中の懸濁触媒に固有の強い物質移動抵抗は、有効反応速度を低下させ、生成物からの触媒の分離を困難にする。本発明は、これらの問題に対する解決策を提供する。
【０００４】
本発明は、マイクロチャネル反応器中でフィッシャー・トロプシュ合成反応を実行するためのプロセスに関する。このプロセスでは、反応器内のＣＯの単流反応率は増加し、メタンへの選択率は低下する。本発明のプロセスでは、マイクロチャネル反応器中にホットスポットを形成させる傾向は低下する。このホットスポットを形成させる傾向の低下は、少なくとも部分的には、マイクロチャネル反応器が、マイクロチャネル反応器を用いない従来技術プロセスと比較すると、改善された伝熱特性と温度および滞留時間のより精密な制御とを提供するという事実に起因すると考えられる。本プロセスでは、そのような従来技術と比較すると相対的に高いレベルのＣＯの反応率と、所望の生成物（例えば中間留分範囲の炭化水素）への高いレベルの選択率とを得ることが可能である。新規な触媒ならびに新規なマイクロチャネル反応器設計が提供される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、マイクロチャネル反応器を通して反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、反応体組成物を生成物に変換させる工程であって、マイクロチャネル反応器は触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備える工程、プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、およびマイクロチャネル反応器から生成物を取り出す工程を含み、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、生成物中のメタンへの選択率は約２５％より低いプロセスに関する。
【０００６】
一つの実施態様では、熱交換器は、プロセスマイクロチャネルに隣接する複数の熱交換チャネルを備える。一つの実施態様では、熱交換チャネルはマイクロチャネルである。
【０００７】
一つの実施態様では、本発明は、アルミナ上に担持されたＣｏを含む触媒に関する。Ｃｏの担持率は少なくとも約２５重量％であり、Ｃｏ分散率は少なくとも約３％である。この触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含んでよい。
【０００８】
一つの実施態様では、本発明は触媒に関する。触媒はＣｏおよび担体を含む。触媒は、（Ａ）Ｃｏを含む組成物を担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、（Ｂ）工程（Ａ）で形成させた中間触媒生成物を焼成する工程、（Ｃ）Ｃｏを含む別の組成物を工程（Ｂ）で形成させた焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および（Ｄ）工程（Ｃ）で形成させた別の中間触媒生成物を焼成して触媒を形成させる工程によって作られ、触媒は、少なくとも約２５重量％のＣｏ担持率を有する。工程（Ａ）で用いられるＣｏを含む組成物は、工程（Ｃ）で用いられるＣｏを含む組成物と同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。担体は、アルミナを含んでよい。
【０００９】
一つの実施態様では、本発明は、少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルであって、入口および出口を有するプロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルに隣接する少なくとも一つの熱交換ゾーンであって、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備える熱交換ゾーンとを含むマイクロチャネル反応器であって、熱交換ゾーンはプロセスマイクロチャネルと同じ方向に延在し、プロセスマイクロチャネル入口近くに配置され、熱交換ゾーンの長さは、プロセスマイクロチャネルの長さより短く、プロセスマイクロチャネル出口またはその近くのプロセスマイクロチャネルの幅は、プロセスマイクロチャネル入口またはその近くのプロセスマイクロチャネルの幅より大きいマイクロチャネル反応器に関する。一つの実施態様では、少なくとも一つの熱交換ゾーンは第一の熱交換ゾーンおよび第二の熱交換ゾーンを含み、第二の熱交換ゾーンの長さは第一の熱交換ゾーンの長さより短いマイクロチャネル反応器に関する。
【００１０】
添付の図面では、同じ部品および要素は、同じ指示符号を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
用語「マイクロチャネル」は、高さまたは幅の内部寸法の少なくとも一方が最大約１０ミリメートル（ｍｍ）、一つの実施態様では最大約５ｍｍ、一つの実施態様では最大約２ｍｍ、一つの実施態様では最大約１ｍｍであるチャネルを指す。マイクロチャネルを通る流体の流れは、マイクロチャネルの高さおよび幅に垂直なマイクロチャネルの長さ方向に進むことができる。図１に、本発明のプロセスでプロセスマイクロチャネルおよび／または熱交換マイクロチャネルとして用いることができるマイクロチャネルの例を示す。図１に例を示したマイクロチャネル１０は、高さ（ｈ）、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有する。流体は、マイクロチャネル１０を通って矢印１２および１４で示した方向にマイクロチャネルに沿って流れる。マイクロチャネルの高さ（ｈ）または幅（ｗ）は、約０．０５から約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲にあるとよい。高さまたは幅とは別の寸法は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一つの実施態様では約０．０１から約３メートル、一つの実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。マイクロチャネルの長さ（ｌ）は、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約６メートル、一つの実施態様では約０．２から約３メートルであるとよい。図１に例を示したマイクロチャネル１０は長方形の断面を有するが、マイクロチャネルは任意の形状、例えば正方形、円形、半円形、台形等を有する断面を有してよいと理解される。マイクロチャネルの断面の形状および／またはサイズは、その長さにわたって変化してよい。例えば、マイクロチャネルの長さにわたって、相対的に大きな寸法から相対的に小さな寸法に、またはその逆に、高さまたは幅をテーパ状にしてもよい。
【００１２】
一つのチャネルの別のチャネルに対する相対的な位置を指すとき、用語「隣接する」は、一枚の壁がこれらの二つのチャネルを分離するように、直接隣接することを意味する。この壁の厚さは変化してよい。しかし、「隣接する」チャネルは、チャネル間の伝熱を妨げる中間チャネルで分離されていない。一つの実施態様では、一つのチャネルは、別のチャネルの寸法の一部の区間だけで別のチャネルに隣接することがある。例えば、プロセスマイクロチャネルは、一つ以上の隣接する熱交換チャネルより長く、一つ以上の隣接する熱交換チャネルを超えて伸びることがある。
【００１３】
用語「流体」は、気体、液体、あるいは分散した固体または液滴を含む気体または液体を指す。
【００１４】
用語「接触時間」は、マイクロチャネル反応器内の反応ゾーンの体積を、反応体組成物の温度０℃および圧力一気圧で測った体積供給流量で除した商を指す。
【００１５】
用語「滞留時間」は、空間を通って流れる流体が占めるある空間（例えばマイクロチャネル反応器内の反応ゾーン）の内部体積を、その空間を通って流れる流体の使用温度および圧力で測った平均体積流量で除した商を指す。
【００１６】
用語「反応ゾーン」は、反応体が触媒と接触するプロセスマイクロチャネル内の空間を指す。
【００１７】
用語「ＣＯの反応率」は、反応体組成物と生成物との間のＣＯモル数の変化を、反応体組成物中のＣＯのモル数で除した商を指す。
【００１８】
用語「メタンへの選択性」は、生成物中のメタンのモル数を、生成物中のメタンのモル数プラスＣ２炭化水素のモル数の２倍、プラス生成物中のＣ３炭化水素のモル数の３倍、プラス生成物中のＣ４炭化水素のモル数の４倍等、生成物中の炭化水素の全モル数が含まれるまで加えたもので除した商を指す。
【００１９】
用語「ＣＯの単流反応率」は、本発明のプロセスで使用されるマイクロチャネル反応器を通る一回の通過の後のＣＯの反応率を指す。
【００２０】
用語「生成物の収率」は、ＣＯの反応率と、該当する生成物（単数または複数）への選択率との積を指す。
【００２１】
用語「金属分散率」は、参照によって本明細書に組み込まれる「工業用不均一系触媒（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）」、第２版、チャールズ・Ｎ・サタフィールド（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｎ．Ｓａｔｔｅｒｆｉｅｌｄ）編、１３９頁、マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）（１９９６）に記載されている水素の化学吸着法によって測定される、触媒中の金属原子の総数と比較した触媒の表面上の触媒活性金属原子と促進剤原子とのパーセント値を指す。
【００２２】
表現「少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり約０．５グラム」では、触媒の重量またはグラム数は、触媒金属（例えばＣｏ）またはそれらの酸化物、オプションの助触媒（例えばＲｅまたはＲｕ）、および／または促進剤（例えばＮａ、Ｋ等）からなる触媒の総重量、ならび任意の担体（例えばアルミナ）の重量を指す。しかし、触媒が発泡体、フェルト、詰め物またはフィンなどの加工品の担体構造物上に担持されるなら、そのような加工品の担体構造物の重量は、触媒の重量またはグラム数の計算に含まれない。同様に、触媒がマイクロチャネル壁に接着されるなら、マイクロチャネル壁の重量は、計算に含まれない。
【００２３】
用語「Ｃｏ担持率」は、触媒中のＣｏの重量を、触媒の総重量、すなわちＣｏプラス任意の助触媒または促進剤ならびに担体の総重量で除した商を指す。触媒が発泡体、フェルト、詰め物またはフィンなど、加工品の担体構造物上に担持されるなら、そのような加工品の担体構造物の重量は計算に含まれない。同様に、触媒がマイクロチャネル壁に接着されるなら、マイクロチャネル壁の重量は計算に含まれない。
【００２４】
図２を参照すると、本プロセスは、マイクロチャネル反応器コア１０２、反応体ヘッダ１０４、生成物フッタ１０６、熱交換ヘッダ１０８および熱交換フッタ１１０を備えるマイクロチャネル反応器１００を用いて実行することができる。マイクロチャネル反応器コア１０２は、複数のプロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルに隣接する複数の熱交換チャネルとを備える。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。プロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとは、互いに重ね合せるか、または横に並べて、層状に整列させるとよい。プロセスマイクロチャネル中に、フィッシャー・トロプシュ触媒が収容される。プロセスヘッダ１０４は、プロセスマイクロチャネルへの流れの分布が一様であるように、または実質的に一様であるように、流体がプロセスマイクロチャネル中に流れるための通路を提供する。プロセスフッタ１０６は、流体がプロセスマイクロチャネルから比較的高い流速で迅速に流出するための通路を提供する。反応体組成物は、方向矢印１１２で示されるように、反応体ヘッダ１０４を通ってマイクロチャネル反応器１００に流入する。反応体組成物は、反応体ヘッダ１０４に入る前に予熱するとよい。反応体組成物は、マイクロチャネル反応器コア１０２中のプロセスマイクロチャネルを通って流れて触媒と接触し、反応して所望の生成物を生成する。一つの実施態様では、反応器コア１０２を通る反応体組成物および生成物の流れは、反応器コア１０２の頂部からその底部へ、垂直な方向にある。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１１４で示されるように、反応器コア１０２から生成物フッタ１０６を通り、生成物フッタ１０６から流出する。本発明のプロセスの利点は、プロセスマイクロチャネルを通る一回の通過で高いレベルのＣＯの反応率を得ることができることであるが、一つの実施態様では、反応体組成物からの未反応成分またはその一部を、プロセスマイクロチャネルを通してリサイクルさせて戻し、触媒と接触させてもよい。プロセスマイクロチャネルを通ってリサイクルされる反応体組成物の未反応成分は、任意の回数、例えば、１回、２回、３回、４回等リサイクルしてよい。方向矢印１１６で示すように、熱交換流体は、熱交換ヘッダ１０８に流入し、熱交換ヘッダ１０８からマイクロチャネル反応器コア１０２中の熱交換チャネルを通って熱交換フッタ１１０に流れ、方向矢印１１８で示されるように、熱交換フッタ１１０から流出する。マイクロチャネル反応器１００は、図には示していないが当業者には自明と考えられる貯槽、ポンプ、バルブ、流量制御装置および類似物とともに使用される。
【００２５】
一つの実施態様では、マイクロチャネル反応器コア１０２は、並べて整列させたプロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとの層を備えてよい。図３にそのようなマイクロチャネル層の例を示す。図３を参照すると、プロセスマイクロチャネル層１３０と熱交換マイクロチャネル層１５０とは、並べて重ねられ、反復単位１７０を構成する。マイクロチャネル層１３０は、反応体および生成物の流れを提供する。マイクロチャネル層１５０は、熱交換流体の流れを提供する。
【００２６】
マイクロチャネル層１３０は、平行に整列した複数のマイクロチャネル１３２を備え、各プロセスマイクロチャネル１３２は、末端１３４から末端１３６へマイクロチャネル層１３０の長さ方向に垂直方向に延在し、プロセスマイクロチャネル１３２は、マイクロチャネル層１３０の幅方向に末端１３８から末端１４０に並ぶ。マイクロチャネル層１３０の末端１３８および１４０にはボンディングストリップ１４２および１４４がそれぞれ配置され、次の隣接熱交換層１５０へのマイクロチャネル層１３０のボンディングを可能にする。プロセスマイクロチャネル１３２中には触媒が収容される。プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体および生成物の流れは、矢印１４６および１４８で示される方向である。プロセスマイクロチャネル１３２のそれぞれは、任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。各プロセスマイクロチャネル１３２の内部高さは、マイクロチャネル層１３０と次の隣接熱交換層１５０との間の垂直または水平距離、あるいはギャップとみなすことができる。各プロセスマイクロチャネル１３２は、最大約１０ｍｍ、一つの実施態様では最大約６ｍｍ、一つの実施態様では最大約４ｍｍ、一つの実施態様では最大約２ｍｍの内部高さを有してよい。一つの実施態様では、高さは、約０．０５から約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約６ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約４ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約２ｍｍの範囲にあってよい。これらのマイクロチャネルのそれぞれの幅は、任意の寸法、例えば、最大約３メートル、一つの実施態様では約０．０１から約３メートル、一つの実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。各マイクロチャネル１３２の長さは、任意の寸法、例えば、最大約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約６メートル、一つの実施態様では約０．２から約３メートルであってよい。
【００２７】
マイクロチャネル層１５０は、平行に整列した複数の熱交換マイクロチャネル１５２を備え、各熱交換マイクロチャネル１５２は、マイクロチャネル層１５０の幅の方向に末端１５４から末端１５６へ水平に伸び、熱交換マイクロチャネル１５２は、マイクロチャネル層１５０の長さの方向にマイクロチャネル層１５０の末端１５８から末端１６０へ並ぶ。マイクロチャネル層１５０の末端１５４および１５６にはボンディングストリップ１６２および１６４がそれぞれ配置され、次の隣接プロセスマイクロチャネル層１３０へのマイクロチャネル層１５０のボンディングを可能にする。熱交換流体は、熱交換マイクロチャネル１５２を通って矢印１６６および１６８で示される方向に流れることができる。矢印１６６および１６８で示される方向の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネル１３２を通って矢印１４６および１４８で示されるように流れる反応体および生成物の流れに対して交差流である。あるいは、熱交換マイクロチャネル１５２は、末端１５８から末端１６０へ、または末端１６０から末端１５８へマイクロチャネル層１５０の幅の方向の熱交換流体の流れを提供するように配向させることも可能と考えられる。こうすると、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体および生成物の流れに対して並流または向流であるような方向の熱交換流体の流れが得られる。熱交換マイクロチャネル１５２のそれぞれは、任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。各熱交換マイクロチャネル１５２の内部高さは、熱交換マイクロチャネル層１５０と次の隣接マイクロチャネル層１３０との間の垂直または水平距離、あるいはギャップであるとみなすことができる。熱交換マイクロチャネル１５２のそれぞれは、最大約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍの範囲の内部高さを有してよい。これらのマイクロチャネルのそれぞれの幅は、任意の寸法、例えば、最大約３メートル、一つの実施態様では約０．０１から約３メートル、一つの実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。熱交換マイクロチャネル１５２のそれぞれの長さは、任意の寸法、例えば、最大約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約１０メートル、一つの実施態様では約０．２から約６メートル、一つの実施態様では約０．２から約３メートルであってよい。
【００２８】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ａに示したように整列させてもよい。反復単位１７０ａは、図４に例示されている。図４を参照すると、熱交換マイクロチャネル１５２を備えるマイクロチャネル層１５０に隣接させてプロセスマイクロチャネル１３２を配置する。共通の壁１７１が、熱交換マイクロチャネル層１５０からプロセスマイクロチャネル１３２を分離する。プロセスマイクロチャネル１３２には触媒１７２が充填される。反応体組成物は、方向矢印１４６で示される方向に、プロセスマイクロチャネル１３２中の触媒１７２の充填層に流入し、充填層を通って触媒１７２と接触し、反応して所望の生成物を生成する。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１４８で示されるようにプロセスマイクロチャネル１３２から流出する。熱交換流体は、熱交換マイクロチャネル１５２を通り、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体組成物および生成物の流れに対して交差流である方向に流れる。
【００２９】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ｂに示し多ように整列させてよい。図５に例を示した反復単位１７０ｂは、マイクロチャネル層１５０が９０°回転し、熱交換マイクロチャネル１５２を通って流れる熱交換流体は、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体組成物および生成物の流れに対して向流である方向矢印１６６ａおよび１６８ａで示した方向に流れることを除いて、図４に例を示した反復単位１７０ａと同じである。あるいは、熱交換流体を、方向矢印１６６ａおよび１６８ａで示した方向と反対の方向に流し、それによって、プロセスマイクロチャネル１３２を通る反応体組成物および生成物の方向に対して並流であるような方向の熱交換マイクロチャネル１５２を通る熱交換流体の流れを提供することも可能である。
【００３０】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ｃに示したように整列させてもよい。反復単位１７０ｃは、図６に例示されている。図６を参照すると、熱交換ゾーン１５１に隣接させてプロセスマイクロチャネル１３２ａを配置する。熱交換ゾーン１５１は互いに平行に整列する複数の熱交換マイクロチャネル１５２を備え、各熱交換マイクロチャネル１５２はプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さ方向に直交する長さ方向に延在する。熱交換ゾーン１５１の長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａより短い。熱交換ゾーン１５１の長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くから、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さに沿ってプロセスマイクロチャネル１３２ａの出口１３６ａより短い点までの方向に延在する。一つの実施態様では、熱交換ゾーン１５１の長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの最大約１００％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１の長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約１００％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１の長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約５０％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１の長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５０％から約１００％である。プロセスマイクロチャネル１３２ａの幅は、熱交換ゾーン１５１の末端１５３の下流の区域に拡大されるか、または延長される。この構成は、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くでの、ならびに入口から下流のプロセスマイクロチャネル１３２ａの部分への熱交換（すなわち冷却）の利点を提供する。プロセスマイクロチャネル１３２ａには触媒１７２が充填される。反応体組成物は、方向矢印１４６で示される方向にプロセスマイクロチャネル１３２ａ中の触媒１７２の充填層に流入し、充填層を通って流れ、触媒１７２と接触し、反応して所望の生成物を生成する。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１４８で示されるようにプロセスマイクロチャネル１３２ａから流出する。熱交換流体は、プロセスマイクロチャネル１３２ａを通る反応体組成物および生成物の流れに対して交差流である方向に、熱交換マイクロチャネル１５２を通って流れる。
【００３１】
あるいは、プロセスマイクロチャネルと熱交換マイクロチャネルとを、反復単位１７０ｄに示したように整列させてもよい。反復単位１７０ｄは、図７に例を示してあるが、反復単位１７０ｄが、プロセスマイクロチャネル１３２ａの熱交換ゾーン１５１とは反対側でプロセスマイクロチャネル１３２ａに隣接する熱交換ゾーン１５１ａを備えることを除いて、図６に例を示した反復単位１７０ｃと同じである。熱交換ゾーン１５１ａは、上記で考察した熱交換マイクロチャネル１５２とサイズおよび設計が同じか、または類似の複数の平行な熱交換マイクロチャネル１５２ａを備える。熱交換ゾーン１５１ａの長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くから、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さに沿って熱交換ゾーン１５１の末端１５３より短い点までの方向を有する。熱交換ゾーン１５１ａの長さは、熱交換ゾーン１５１の長さより短くてよい。一つの実施態様では、熱交換ゾーン１５１ａの長さは、プロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの最大約１００％であってよく、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１ａの長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約１００％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１ａの長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５から約５０％であり、一つの実施態様では熱交換ゾーン１５１ａの長さはプロセスマイクロチャネル１３２ａの長さの約５０％から約１００％である。プロセスマイクロチャネル１３２ａの幅は、熱交換ゾーン１５１および１５１ａの末端１５３および１５３ａの下流の区域ではそれぞれ拡大される。この構成は、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口１３４ａまたはその近くでの、ならびに入口１３４ａから下流のプロセスマイクロチャネル１３２ａの部分に熱交換（すなわち冷却）の利点を提供する。二つの熱交換ゾーン１５１および１５１ａを使用すると、プロセスマイクロチャネル１３２ａの入口近くの区域での相対的に高いレベルの熱交換と、熱交換ゾーン１５１ａの末端１５３ａ近くから下流のプロセスマイクロチャネル中での相対的にゆるやかな熱交換が可能になる。プロセスマイクロチャネル１３２ａ中には触媒１７２が充填される。反応体組成物は、プロセスマイクロチャネル１３２ａ中の触媒１７２の充填層に流入し、充填層を通って方向矢印１４６で示される方向に流れ、触媒１７２と接触し、反応して所望の生成物を生成する。生成物、および一つの実施態様では反応体組成物からの未反応成分は、方向矢印１４８で示されるようにプロセスマイクロチャネル１３２ａから流出する。熱交換流体は、プロセスマイクロチャネル１３２ａを通る反応体組成物および生成物の流れに対して交差流である方向に、熱交換チャネル１５１および１５１ａを通って流れる。
【００３２】
触媒床は、プロセスマイクロチャネル中で、プロセスマイクロチャネルを通る流れの方向の別個の反応ゾーンに分離してよい。各反応ゾーン中の一つ以上の隣接熱交換ゾーン（単数または複数）の長さは、寸法が変化してよい。例えば、一つの実施態様では、一つ以上の隣接する熱交換ゾーンの長さは、各反応ゾーンの長さの約５０％より短くてよい。あるいは、一つ以上の熱交換ゾーンは、各反応ゾーンの長さの約５０％より長く、最大では、各反応ゾーンの長さの約１００％の長さを有してよい。
【００３３】
マイクロチャネル層１３０と１５０とのそれぞれの中のマイクロチャネルの数は、任意の所望の数、例えば、１本、２本、３本、４本、５本、６本、８本、１０本、数百本、数千本、数万本、数十万本、数百万本等であってよい。同様に、マイクロチャネル反応器コア１０２中のマイクロチャネル層の反復単位１７０（または１７０ａから１７０ｄ）の数は、任意の所望の数、例えば、１組、２組、３組、４組、６組、８組、１０組、数百組、数千本組等であってよい。
【００３４】
マイクロチャネル反応器コア１０２を備えるマイクロチャネル反応器１００は、本発明のプロセスを実行するために十分な強さ、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で構築するとよい。適当な材料の例は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、アルミニウム、チタン、ニッケル、および前記任意の金属の合金、プラスチック（例えばエポキシ樹脂、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化性樹脂および類似物）、モネル、インコネル、セラミックス、ガラス、コンポジット、石英、ケイ素またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む。マイクロチャネル反応器は、ワイヤ放電加工、通常の機械加工、レーザ切削、光化学機械加工、電気化学加工、成型、水噴流、スタンプ刻印、エッチング（例えば化学エッチング、光化学エッチングまたはプラズマエッチング）およびそれらの組み合わせを含む既知の技法を用いて作製してよい。マイクロチャネル反応器は、一部を除去して流れ通路を可能にしたシートまたは層を形成させることによって構築してもよい。拡散ボンディング、レーザ溶接、拡散ロウ付けおよび類似の方法によってシートの積層を組み立てて、集積化デバイスを形成させてよい。マイクロチャネル反応器は、反応体組成物および生成物の流れ、ならびに熱交換流体の流れを制御するために、適切なマニホルド、バルブ、流路網等を有する。これらは図面には示していないが、当業者は容易に設けることができる。
【００３５】
反応体組成物は、Ｈ２とＣＯとの混合物を含む。この混合物は、合成ガスまたはシン・ガスと呼ぶことができる。ＣＯに対するＨ２のモル比は、約０．８から約１０、一つの実施態様では約０．８から約５、一つの実施態様では約１から約３、一つの実施態様では約１．５から約３、一つの実施態様では約１．８から約２．５、一つの実施態様では約１．９から約２．２、一つの実施態様では約２．０５から約２．１０の範囲であるとよい。反応体組成物は、ＣＯ２および／またはＨ２Ｏ、ならびに１個から約４個の炭素原子、一つの実施態様では１個から約２個の炭素原子の軽質炭化水素も含むとよい。反応体組成物は、約５から約４５体積％のＣＯ、一つの実施態様では約５から約２０体積％のＣＯと、約５５から約９５体積％のＨ２、一つの実施態様では約８０から約９５体積％のＨ２とを含むとよい。反応体組成物中のＣＯ２の濃度は、最大約６０体積％、一つの実施態様では約５から約６０体積％、一つの実施態様では約５から約４０体積％であるとよい。反応体組成物中のＨ２Ｏの濃度は、最大約８０体積％、一つの実施態様では約５から約８０体積％、一つの実施態様では約５から約５０体積％であるとよい。反応体組成物中の軽質炭化水素の濃度は、最大約８０体積％、一つの実施態様では約１から約８０体積％、一つの実施態様では約１から約５０体積％であるとよい。反応体組成物は、リサイクルされた本発明のプロセスの間に形成されるガス生成物を含んでよい。反応体組成物は、水蒸気改質プロセス（約３のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、部分酸化プロセス（約２のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、自己熱改質プロセス（約２．５のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、ＣＯ２改質プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）、石炭ガス化プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物の流れ）およびそれらの組み合わせなど、別のプロセスからの流れ（例えばガスの流れ）を含んでよい。
【００３６】
反応体組成物中に硫黄、窒素、ハロゲン、セレン、リン、ヒ素および類似物などの汚染物質が存在すると望ましくないことがある。従って、本発明の一つの実施態様では、本発明のプロセスを実行する前に、前述の汚染物質を反応体組成物から除去するか、または濃度を低下させるとよい。これらの汚染物質を除去するための技法は、当業者には公知である。例えば、硫黄不純物を除去するためにＺｎＯガード床を用いるとよい。一つの実施態様では、反応体組成物中の汚染物質レベルは、最大約５体積％、一つの実施態様では最大約１体積％、一つの実施態様では最大約０．１体積％、一つの実施態様では最大約０．０５体積％のレベルであるとよい。
【００３７】
熱交換流体は、任意の流体であってよい。これらは、空気、水蒸気、液状水、気体窒素、不活性ガスを含むその他の気体、一酸化炭素、溶融塩、ミネラルオイルなどの油、およびダウ‐ユニオン・カーバイド（Ｄｏｗ‐Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）から入手可能なダウサームＡ（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ Ａ）およびサーミノール（Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ）などの熱交換流体を含む。
【００３８】
熱交換流体は、反応体組成物の流れを含んでよい。これによって、プロセス予熱およびプロセスの全体的な熱効率の増加をもたらすことができる。
【００３９】
一つの実施態様では、熱交換チャネルは、吸熱プロセスが実行されるプロセスチャネルを備える。これらの熱交換プロセスチャネルは、マイクロチャネルであってよい。熱交換チャネル中で実行することができる吸熱プロセスの例は、水蒸気改質および脱水素反応を含む。約２００℃から約３００℃の範囲の温度で起こるアルコールの水蒸気改質は、そのような吸熱プロセスの別の例である。改善されたヒートシンクを提供するために同時吸熱反応を組み込むことによって、一般に対流冷却熱流束より大体一桁多い熱流束が可能になる。マイクロチャネル反応器中の熱を交換するために発熱反応と吸熱反応とを同時に使用することは、参照によって本明細書に組み込まれる２００２年８月１５日出願の米国特許出願第１０／２２２，１９６号に開示されている。
【００４０】
一つの実施態様では、熱交換流体は、熱交換チャネルを通って流れるとき、部分的または全体的な相変化を起す。この相変化は、対流冷却がもたらす除熱の他に、プロセスマイクロチャネルからの熱の除去をさらに進める。蒸発する液体熱交換流体の場合、プロセスマイクロチャネルから移動するこの追加の熱は、その熱交換流体が必要とする蒸発潜熱から生じさせることが可能である。そのような相変化の例は、沸騰するオイルまたは水である。一つの実施態様では、熱交換流体の約５０重量％が蒸発する。
【００４１】
マイクロチャネル反応器中の対流熱交換のための熱流束は、マイクロチャネル反応器中のプロセスマイクロチャネルの表面積の平方センチメートルあたり約１から約２５ワット（Ｗ／ｃｍ２）、一つの実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であるとよい。相変化または同時吸熱反応熱交換のための熱流束は、約１から約２５０Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一つの実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であるとよい。
【００４２】
一つの実施態様では、本発明のプロセスの間のプロセスマイクロチャネルの冷却は、そのような追加の冷却によって、より高い活性化エネルギーの望ましくない並行反応による望ましくない副生物の生成が減少するか、またはなくなるという事実によって、主生成物または所望の生成物の選択率を制御するうえで有利である。一つの実施態様では、この冷却の結果、プロセスマイクロチャネルの入口での反応体組成物の温度は、プロセスマイクロチャネルの出口での生成物（または生成物と未反応反応体との混合物）の温度の約２００℃の範囲、一つの実施態様では約１５０℃の範囲、一つの実施態様では約１００℃の範囲、一つの実施態様では約５０℃の範囲、一つの実施態様では約２５℃の範囲、一つの実施態様では約１０℃の範囲にするとよい。
【００４３】
触媒は、任意のフィッシャー・トロプシュ触媒を含んでよい。触媒は、少なくとも一つの触媒活性金属、またはそれらの酸化物を含む。一つの実施態様では、触媒は、触媒担体をさらに含む。一つの実施態様では、触媒は、少なくとも一つの促進剤をさらに含む。触媒活性金属は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの二つ以上の組み合わせを含むとよい。担体材料は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フッ化アルミニウム、フッ化物化アルミナ、ベントナイト、セリア、酸化亜鉛、シリカ‐アルミナ、炭化ケイ素、モレキュラーシーブ、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含むとよい。担体材料は、耐火性酸化物を含んでよい。促進剤は、ＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＢまたはＩＶＢ族金属またはそれらの酸化物、ランタニド金属または金属酸化物、あるいはアクチニド金属または金属酸化物を含んでよい。一つの実施態様では、促進剤は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物である。用いることができる触媒の例は、米国特許第４，５８５，７９８号、第５，０３６，０３２号、第５，７３３，８３９号、第６，０７５，０６２号、第６，１３６，８６８号、第６，２６２，１３１号、第６，３５３，０３５号、第６，３６８，９９７号、第６，４７６，０８５号、第６，４５１，８６４号、第６，４９０，８８０号、第６，５３７，９４５号、第６，５５８，６３４号、および米国特許公開第２００２／００２８８５３号、第２００２／０１８８０３１号、および第２００３／０１０５１７１号に開示されている触媒を含む。これらの特許および公開特許のフィッシャー・トロプシュ触媒およびそのような触媒を調製するための方法の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４４】
一つの実施態様では、触媒は、担体に担持されたＣｏと、オプションとして助触媒および／または促進剤とを含む。この場合、Ｃｏ担持率は、少なくとも約５重量％、一つの実施態様では少なくとも約１０重量％、一つの実施態様では少なくとも約１５重量％、一つの実施態様では少なくとも約２０重量％、一つの実施態様では少なくとも約２５重量％、一つの実施態様では少なくとも約２８重量％、一つの実施態様では少なくとも約３０重量％、一つの実施態様では少なくとも約３２重量％、一つの実施態様では少なくとも約３５重量％、一つの実施態様では少なくとも約４０重量％である。一つの実施態様では、Ｃｏ担持率は、約５から約５０重量％、一つの実施態様では約１０から約５０重量％、一つの実施態様では約１５から約５０重量％、一つの実施態様では約２０から約５０重量％、一つの実施態様では約２５から約５０重量％、一つの実施態様では約２８から約５０重量％、一つの実施態様では約３０から約５０重量％、一つの実施態様では約３２から約５０重量％であるとよい。触媒の触媒活性金属（すなわちＣｏおよびオプションとして助触媒および／または促進剤）の金属分散率は、約１から約３０％、一つの実施態様では約２から約２０％、一つの実施態様では約３から約２０％の範囲にあるとよい。助触媒は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの酸化物、あるいはそれらの二つ以上の混合物であるとよい。促進剤は、ＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＢまたはＩＶＢ族金属またはそれらの酸化物、ランタニド金属または金属酸化物、あるいはアクチニド金属または金属酸化物であるとよい。一つの実施態様では、促進剤は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物である。助触媒は、触媒（すなわち触媒、助触媒、促進剤および担体の重量）の総重量を基準として、最大約１０重量％、一つの実施態様では約０．１から約５重量％の濃度で使用するとよい。促進剤は、触媒の総重量を基準として、最大約１０重量％、一つの実施態様では約０．１から約５重量％の濃度で使用するとよい。
【００４５】
一つの実施態様では、触媒は、アルミナに担持されたＣｏを含むとよく、Ｃｏの担持率は、少なくとも約２５重量％、一つの実施態様では少なくとも約２８重量％、一つの実施態様では少なくとも約３０重量％、一つの実施態様では少なくとも約３２重量％であり、Ｃｏ分散率は、少なくとも約３％、一つの実施態様では少なくとも約５％、一つの実施態様では少なくとも約７％である。
【００４６】
一つの実施態様では、触媒は式
ＣｏＭ１ａＭ２ｂＯｘ
で表される組成物を含むとよい。式中、Ｍ１は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの混合物であり、一つの実施態様では、Ｍ１は、ＲｕまたはＲｅあるいはそれらの混合物であり、Ｍ２は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物であり、ａはゼロから約０．５、一つの実施態様ではゼロから約０．２の範囲の数であり、ｂはゼロから約０．５、一つの実施態様ではゼロから約０．１の範囲の数であり、ｘは、存在する元素の原子価要件を満たすために必要な酸素の数である。
【００４７】
一つの実施態様では、本発明のプロセスで用いられる触媒は、複数の含浸工程を用いて作るとよく、各含浸工程の間に中間焼成工程が実行される。少なくとも一つの実施態様では、そのような手順の使用によって、そのような中間焼成工程が使用されない手順による場合より触媒金属、およびオプションとして促進剤の担持率のレベルが高い触媒の形成が可能になる。一つの実施態様では、以下の順番の工程を用いて、触媒金属（例えばＣｏ）、オプションとして助触媒（例えばＲｅまたはＲｕ）および／または促進剤を、担体（例えばＡｌ２Ｏ３）上に担持させる。（Ａ）触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤を含む組成物を担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、（Ｂ）工程（Ａ）で形成された中間触媒生成物を焼成する工程、（Ｃ）触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤を含む別の組成物を（Ｂ）で形成された焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された別の中間触媒生成物を焼成して所望の触媒生成物を準備する工程。触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤は、初期湿式含浸プロセスを用いて担体上に含浸させるとよい。工程（Ｃ）および（Ｄ）は、触媒金属、オプションの助触媒、および／または促進剤の所望の担持率が実現されるまで、もう一回または二回以上繰り返してよい。触媒金属を含む組成物は、金属の硝酸塩溶液、例えば硝酸コバルト溶液であってよい。このプロセスは、触媒金属（すなわちＣｏ）が、約２０重量％以上、一つの実施態様では約２５重量％以上、一つの実施態様では約２８重量％以上、一つの実施態様では約３０重量％以上、一つの実施態様では約３２重量％以上、一つの実施態様では約３５重量％以上、一つの実施態様では約３７重量％以上、一つの実施態様では約４０重量％以上の担持率レベルを実現するまで続けてよい。焼成工程のそれぞれは、約１００℃から約５００℃、一つの実施態様では約１００℃から約４００℃、一つの実施態様では約２５０℃から約３５０℃の範囲の温度で、約０．５から約１００時間、一つの実施態様では約０．５から約２４時間、一つの実施態様では約２から約３時間、触媒を加熱することを含む。温度は、約１〜２０℃／分の速度で焼成温度まで昇温するとよい。焼成工程の前に、約７５から約２００℃、一つの実施態様では約７５℃から約１５０℃の温度で、約０．５から約１００時間、一つの実施態様では約０．５から約２４時間、触媒を乾燥させる乾燥工程を設けてよい。一つの実施態様では、触媒は、約１２時間約９０℃で、次に、約０．５〜１℃／分の速度で温度を９０℃から１１０〜１２０℃に昇温して、約１１０〜１２０℃で約１〜１．５時間乾燥させるとよい。
【００４８】
マイクロチャネル反応器中で用いられる触媒は、プロセスマイクロチャネルの内部に適合する任意のサイズおよび幾何学的構造を有するとよい。触媒は、約１から約１０００μｍ（ミクロン）、一つの実施態様では約１０から約５００μｍ、一つの実施態様では約２５から約２５０μｍの中央値粒子直径を有する固体粒子（例えばペレット、粉体、繊維および類似物）の形であってよい。一つの実施態様では、触媒は、固体粒子の固定床の形である。
【００４９】
一つの実施態様では、触媒は、固体粒子の固定床の形であり、触媒固体粒子の中央値粒子直径は比較的小さく、各プロセスマイクロチャネルの長さは比較的短い。中央値粒子直径は、約１から約１０００μｍ、一つの実施態様では約１０から約５００μｍであるとよく、各プロセスマイクロチャネルの長さは、最大約５００ｃｍ、一つの実施態様では約１０から約５００ｃｍ、一つの実施態様では約５０から約３００ｃｍの範囲にあるとよい。
【００５０】
触媒は、発泡体、フェルト、詰め物またはそれらの組み合わせなど、多孔性担体構造物上に担持するとよい。本明細書では、用語「発泡体」は、構造物の内部全体に細孔を定める連続な壁を有する構造物を指すために用いられる。本明細書では、用語「フェルト」は、それぞれの間に隙間の空間を有する繊維の構造物を指すために用いられる。本明細書では、用語「詰め物」は、スチールウールのように、もつれ合ったより線の構造物を指すために用いられる。触媒は、ハニカム構造物上に担持してよい。
【００５１】
触媒は、隣接するギャップを有するフェルト、隣接するギャップを有する発泡体、ギャップを有するフィン構造物、任意の挿入基板上のウォッシュコート、あるいは流れのための対応するギャップを有する流れの向きに平行な細目などの側流担体構造物上に担持してよい。図８に側流構造物の例を示す。図８で、触媒３００は、プロセスマイクロチャネル３０２中に収容される。矢印３０６および３０８で示されるように、開放流路３０４によって、触媒３００と接触してプロセスマイクロチャネル３０２を通る流体の流れが可能になる。
【００５２】
触媒は、発泡体、詰め物、ペレット、粉体または細目などの貫通流担体構造物上に担持させてよい。図８に貫通流構造物の例を示す。図９では、貫通流触媒３１０は、プロセスマイクロチャネル３１２の内部に収容され、流体は、矢印３１４および３１６で示されるように、触媒３１０を通って流れる。
【００５３】
貫通流触媒のための担体構造物は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスルホン酸塩、ポリ（テトラフルオロエチレン）、鉄、ニッケルスポンジ、ナイロン、ポリ二フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンエチルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレンまたはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料から形成させるとよい。一つの実施態様では、担体構造物は、触媒からの除熱を容易にするために、金属などの伝熱材料で作るとよい。
【００５４】
触媒は、プロセスマイクロチャネルの内壁上に直接ウォッシュコートするか、溶液から壁上に成長させるか、あるいはフィン構造物上にインサイチュでコーティングしてよい。触媒は、多孔性連続材料の一体、または物理的に接触する多数の小片の形状であってよい。一つの実施態様では、触媒は、連続材料で構成され、分子が触媒を通って拡散することができるように、連続的多孔構造を有する。この実施態様では、流体は、触媒の周囲ではなく、触媒の中を流れる。一つの実施態様では、触媒の断面積は、プロセスマイクロチャネルの断面積の約１から約９９％、一つの実施態様では約１０から約９５％を占める。触媒は、ＢＥＴ法で測定して、約０．５ｍ２／ｇより大きな、一つの実施態様では約２ｍ２／ｇより大きな表面積を有するとよい。
【００５５】
触媒は、多孔性担体、多孔性担体上の界面層、および界面層上の触媒材料を含んでよい。界面層は、担体上に溶液析出させるか、あるいは化学蒸着法または物理蒸着法によって析出させてよい。一つの実施態様では、触媒は、多孔性担体、バッファ層、界面層および触媒材料を有する。前述の層のどれも連続的であってよく、あるいはスポットまたはドットの形、あるいはギャップまたは空孔を有する層の形のように不連続的であってよい。
【００５６】
多孔性担体は、水銀ポロシメトリーで測定して、少なくとも約５％の多孔率および約１から約１０００μｍの平均細孔サイズ（細孔直径の総和を細孔の数で除した商）を有するとよい。多孔性担体は、多孔性セラミックスまたは金属発泡体であってよい。用いることができるその他の多孔性担体は、炭化物、窒化物および複合材料を含む。多孔性担体は、約３０％から約９９％、一つの実施態様では約６０％から約９８％の多孔率を有するとよい。多孔性担体は、発泡体、フェルト、詰め物またはそれらの組み合わせの形であってよい。金属発泡体の開放セルは、約２０インチあたり細孔（ｐｐｉ）から約３０００ｐｐｉ、一つの実施態様では約２０から約１０００ｐｐｉ、一つの実施態様では約４０から約１２０ｐｐｉの範囲であるとよい。用語「ｐｐｉ」は、インチあたりの細孔の最大数を指す（等方性物質中では測定の方向は無関係であるが、異方性物質中では細孔数を最大にする方向で測定を実行する）。
【００５７】
バッファ層は、存在するなら、多孔性担体および界面層の両方と異なる組成および／または密度を有してよく、一つの実施態様では、多孔性担体の熱膨張係数と界面層の熱的膨張係数との中間の熱膨張係数を有するとよい。バッファ層は、金属酸化物または金属炭化物であるとよい。バッファ層は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２またはそれらの組み合わせで構成してよい。Ａｌ２Ｏ３は、α‐Ａｌ２Ｏ３、γ‐Ａｌ２Ｏ３またはそれらの組み合わせであってよい。α‐Ａｌ２Ｏ３を用いれば、酸素拡散に対する優れた抵抗の利点が得られる。バッファ層は、二つ以上の組成的に異なるサブ層で形成させてよい。例えば、多孔性担体が金属、例えばステンレス鋼発泡体であるとき、二つの組成的に異なるサブ層で形成されるバッファ層を用いてよい。第一のサブ層（多孔性担体と接触する）は、ＴｉＯ２であってよい。第二のサブ層は、ＴｉＯ２上に配置されるα‐Ａｌ２Ｏ３であってよい。一つの実施態様では、α‐Ａｌ２Ｏ３サブ層は緻密層であり、下地金属表面の保護を提供する。次に、触媒活性層のための担体として、アルミナなどのこれより密度の低い大表面積界面層を析出させてよい。
【００５８】
多孔性担体は、界面層の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有してよい。そのような場合、二つの熱膨張係数の間のつなぎとしてバッファ層が必要なことがある。多孔性担体および界面層の膨張係数と適合する膨張係数を得るために、バッファ層の組成を制御することによって、バッファ層の熱膨張係数を調整してよい。下地の担体の優れた保護を提供するために、バッファ層には開口部およびピンホールがない方がよい。バッファ層は、非多孔性であってよい。バッファ層は、多孔性担体の平均細孔サイズの半分より小さい厚さを有してよい。バッファ層は、約０．０５から約１０μｍ、一つの実施態様では約０．０５から約５μｍの厚さを有するとよい。
【００５９】
本発明の一つの実施態様では、バッファ層を用いずに、適切な接着強さおよび化学的安定性を得ることができる。この実施態様では、バッファ層は省略してよい。
【００６０】
界面層は、窒化物、炭化物、硫化物、ハロゲン化物、金属酸化物、炭素、またはそれらの組み合わせを含んでよい。界面層は、大表面積を提供し、および／または担持触媒のために望ましい触媒‐担体相互作用を提供する。界面層は、触媒担体として通常用いられる任意の材料で構成してよい。界面層は、金属酸化物で構成してよい。用いることができる金属酸化物の例は、γ‐Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、酸化タングステン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、ランタン系列酸化物（単数または複数）、ゼオライト（単数または複数）およびそれらの組み合わせを含む。界面層は、それ以上の触媒活性材料を上に析出させずに、触媒活性層として使用してよい。しかし、通常は、界面層は、触媒活性層と組み合わせて用いる。界面層は、二つ以上の組成的に異なるサブ層で形成させてよい。界面層は、多孔性担体の平均細孔サイズの半分より薄い厚さを有してよい。界面層の厚さは、約０．５から約１００μｍ、一つの実施態様では約１から約５０μｍの範囲にあるとよい。界面層は、結晶または非晶質のどちらであってもよい。界面層は、少なくとも約１ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有するとよい。
【００６１】
触媒は、界面層の上に析出させてよい。あるいは、触媒材料は、界面層と同時に析出させてよい。触媒層は、界面層上に密に分散させてよい。触媒層を界面層の「上に分散させる」または「上に析出させる」ことは、微視的な触媒粒子を、担体層（すなわち界面層）表面上に、担体層中の裂け目の中に、および担体層中の開口細孔中に分散させるという通常の理解を含む。
【００６２】
触媒は、プロセスマイクロチャネル中に配置される一つ以上のフィンのアセンブリ上に担持させてよい。図１０〜１２に例を示す。図１０を参照すると、フィンアセンブリ３２０は、プロセスマイクロチャネル３２８の基壁３２６の上地のフィン基材３２４上に取り付けられたフィン３２２を備える。フィン３２２は、フィン基材３２４からプロセスマイクロチャネル３２８の内部に突出する。フィン３２２は、プロセスマイクロチャネル３２８の上部壁３３０の内部表面に伸び、接触してよい。フィン３２２の間のフィンチャネル３３２は、流体がプロセスマイクロチャネル３２８を通ってプロセスマイクロチャネル３２８の長さに平行に流れる通路を提供する。フィン３２２のそれぞれは、その側面のそれぞれに外部表面を有し、この外部表面は、触媒に担体基材を提供する。本発明のプロセスでは、反応体組成物は、フィンチャネル３３２を通って流れ、フィン３２２の外部表面に担持された触媒と接触し、反応して生成物を生成する。図１１に例示したフィンアセンブリ３２０ａは、フィン３２２ａがマイクロチャネル３２８の上部壁３３０の内部表面まで十分に伸びていないことを除いて、図１０に例示したフィンアセンブリ３２０と類似している。図１２に例示したフィンアセンブリ３２０ｂは、フィンアセンブリ３２０ｂのフィン３２２ｂが台形状の断面形状を有することを除いて、図１０に例示したフィンアセンブリ３２０と類似している。フィンのそれぞれは、約０．０２ｍｍから最大でプロセスマイクロチャネル３２８の高さ、一つの実施態様では約０．０２から約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約２ｍｍの範囲の高さを有するとよい。各フィンの幅は、約０．０２から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲であるとよい。各フィンの長さは、最大でプロセスマイクロチャネル３２８の長さ、一つの実施態様では最大約１０ｍｍ、一つの実施態様では約０．５から約１０ｍ、一つの実施態様では約０．５から約６ｍ、一つの実施態様では約０．５から約３ｍの任意の長さであるとよい。フィンのそれぞれの間のギャップは、任意の値であってよく、約０．０２から約５ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一つの実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲であってよい。プロセスマイクロチャネル３２８中のフィンの数は、プロセスマイクロチャネル３２８の幅のセンチメートルあたり約１から約５０フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３０フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約１０フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約５フィン、一つの実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３フィンの範囲であってよい。フィンのそれぞれは、図１０または１１に例示したように長方形または正方形、あるいは図１２に例示したように台形の形状の断面を有してよい。その長さ方向から見たとき、各フィンは、直線状またはテーパ状であってよく、あるいは蛇行構成を有してよい。フィンアセンブリは、プロセスマイクロチャネルの目的の動作を可能にするのに十分な強さ、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ることができる。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の前述の金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、一つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）を含むコンポジットおよびグラスファイバ、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む。フィンアセンブリは、Ｆｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金などのＡｌ２Ｏ３形成材料、またはＮｉ、ＣｒおよびＦｅの合金などのＣｒ２Ｏ３形成材料で作ることができる。
【００６３】
一つの実施態様では、触媒は、再生することができる。これは、プロセスマイクロチャネルを通して再生用流体を流して触媒と接触させることによって実行することができる。再生用流体は、水素または希釈水素の流れを含むとよい。希釈剤は、窒素、アルゴン、ヘリウム、メタン、二酸化炭素、水蒸気、またはそれらの二つ以上の混合物を含んでよい。再生用流体は、ヘッダ１０４からプロセスマイクロチャネルを通りフッタ１０６へ、あるいはフッタ１０６からプロセスマイクロチャネルを通りヘッダ１０４へ反対の向きに流してよい。再生用流体の温度は、約５０から約４００℃、一つの実施態様では約２００から約３５０℃であるとよい。この再生工程の間のプロセスマイクロチャネル中の圧力は、約１から約４０気圧、一つの実施態様では約１から約２０気圧、一つの実施態様では約１から約５気圧の範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネル中の再生用流体の滞留時間は、約０．０１から約１０００秒、一つの実施態様では約０．１秒から約１００秒の範囲であるとよい。
【００６４】
一つの実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、バルク流路を有することを特徴としてよい。用語「バルク流路」は、プロセスマイクロチャネル中の開放経路（連続するバルク流れ領域）を指す。連続バルク流れ領域によって、大きな圧力降下なしでマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れが可能になる。一つの実施態様では、バルク流れ領域中の流体の流れは層流である。各プロセスマイクロチャネル中のバルク流れ領域は、約０．０５から約１０，０００ｍｍ２、一つの実施態様では約０．０５から約５０００ｍｍ２、一つの実施態様では約０．１から約２５００ｍｍ２の断面積を有するとよい。バルク流れ領域は、プロセスマイクロチャネルの断面の約５％から約９５％、一つの実施態様では約３０％から約８０％を含むとよい。
【００６５】
プロセスマイクロチャネル中の反応体と触媒との接触時間は、最大約２０００ミリ秒（ｍｓ）、一つの実施態様では約１０ｍｓから約１０００ｍｓ、一つの実施態様では約２０ｍｓから約５００ｍｓの範囲であるとよい。一つの実施態様では、接触時間は、最大約３００ｍｓ、一つの実施態様では約２０から約３００ｍｓ、一つの実施態様では約５０から約１５０ｍｓ、一つの実施態様では約７５から約１２５ｍｓ、一つの実施態様では約１００ｍｓの範囲であるとよい。
【００６６】
プロセスマイクロチャネルを通る反応体組成物および生成物の流れの空間速度（または気体毎時空間速度（ＧＨＳＶ））は、少なくとも約１０００ｈｒ−１（原料の標準リットル／時間／プロセスマイクロチャネル中の体積のリットル）または少なくとも約８００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）であるとよい。空間速度は、約１０００から約１，０００，０００ｈｒ−１、または約８００から約８００，０００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）の範囲であるとよい。一つの実施態様では、空間速度は、約１０，０００から約１００，０００ｈｒ−１、または約８，０００から約８０，０００ｍｌ原料／（ｇ触媒）（ｈｒ）の範囲であるとよい。
【００６７】
プロセスマイクロチャネルに流入する反応体組成物の温度は、約１５０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約１８０℃から約２５０℃、一つの実施態様では約１８０℃から約２２０℃の範囲であるとよい。
【００６８】
プロセスマイクロチャネル中の反応体組成物および生成物の温度は、約２００℃から約３００℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２５０℃の範囲であるとよい。
【００６９】
プロセスマイクロチャネルから流出する生成物の温度は、約２００℃から約３００℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約２２０℃から約２５０℃の範囲であるとよい。
【００７０】
プロセスマイクロチャネル内の圧力は、少なくとも約５気圧、一つの実施態様では少なくとも約１０気圧、一つの実施態様では少なくとも約１５気圧、一つの実施態様では少なくとも約２０気圧、一つの実施態様では少なくとも約２５気圧、一つの実施態様では少なくとも約３０気圧であるとよい。圧力は、一つの実施態様では約５から約５０気圧、一つの実施態様では約１０から約５０気圧、一つの実施態様では約１０から約３０気圧、一つの実施態様では約１０から約２５気圧、一つの実施態様では約１５から約２５気圧の範囲であるとよい。
【００７１】
反応体および／または生成物がプロセスマイクロチャネルを通って流れるときの圧力降下は、プロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧（ａｔｍ／ｍ）、一つの実施態様では最大約５ａｔｍ／ｍ、一つの実施態様では最大約３ａｔｍ／ｍの範囲であるとよい。
【００７２】
プロセスマイクロチャネルに流入する反応体組成物は、通常、蒸気の形であるが、プロセスマイクロチャネルから流出する生成物は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。プロセスマイクロチャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００の範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００であるとよい。
【００７３】
熱交換チャネルに流入する熱交換流体は、約１５０℃から約３００℃、一つの実施態様では約１５０℃から約２７０℃の温度であるとよい。熱交換チャネルから流出する熱交換流体は、約２２０℃から約２７０℃、一つの実施態様では約２３０℃から約２５０℃の範囲の温度であるとよい。熱交換チャネル中の熱交換流体の滞留時間は、約５０から約５０００ｍｓ、一つの実施態様で約１００から約１０００ｍｓの範囲であるとよい。熱交換流体が熱交換チャネルを通って流れるときの圧力降下は、最大約１０ａｔｍ／ｍ、一つの実施態様では約１から約１０ａｔｍ／ｍ、一つの実施態様では約２から約５ａｔｍ／ｍの範囲であるとよい。熱交換流体は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。熱交換チャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００であるとよい。熱交換チャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は、約１０から約４０００、一つの実施態様では約１００から約２０００であるとよい。
【００７４】
ＣＯの反応率は、サイクルあたり約４０％以上、一つの実施態様では約５０％以上、一つの実施態様では約５５％以上、一つの実施態様では約６０％以上、一つの実施態様では約６５％以上、一つの実施態様では約７０％以上であるとよい。本明細書では、用語「サイクル」は、プロセスマイクロチャネルを通る反応体の一回の通過を指すために用いられる。
【００７５】
生成物中のメタンへの選択率は、約２５％以下、一つの実施態様では約２０％以下、一つの実施態様では約１５％以下、一つの実施態様では約１２％以下、一つの実施態様では約１０％以下であるとよい。
【００７６】
生成物の収率は、サイクルあたり約２５％以上、一つの実施態様では約３０％以上、一つの実施態様ではサイクルあたり約４０％以上であるとよい。
【００７７】
一つの実施態様では、ＣＯの反応率は少なくとも約５０％であり、メタンへの選択性は約１５％以下であり、生成物の収率はサイクルあたり少なくとも約３５％である。
【００７８】
本発明のプロセスによって形成される生成物は、気体状生成物画分および液状生成物画分を含んでよい。気体状生成物画分は、大気圧で約３５０℃より低温で沸騰する炭化水素（例えばテールガスから中間留分まで）を含む。液体生成物画分（凝縮画分）は、約３５０℃より高温で沸騰する炭化水素（例えば真空ガス油から重質パラフィンまで）を含む。
【００７９】
約３５０℃より低温で沸騰する生成物画分は、例えば高圧および／または低温の気‐液分離器、または低圧分離器、あるいは分離器の組み合わせを用いて、テールガス画分と凝縮液画分、例えば約５個から約２０個の炭素原子のノルマルパラフィンと高沸点炭化水素とに分離するとよい。約３５０℃より高温で沸騰する画分（凝縮液画分）は、約３５０℃から約６５０℃の範囲で沸騰する一つ以上の画分を除去した後、約６５０℃より高温で沸騰するワックス画分に分離するとよい。ワックス画分は、比較的少量の高沸点分岐パラフィンとともに約２０から約５０個の炭素原子の直鎖パラフィンを含んでよい。分別蒸留を用いて分離を実行してよい。
【００８０】
本発明のプロセスによって形成される生成物は、メタン、ワックスおよびその他の重質な高分子量生成物を含んでよい。生成物は、エチレンなどのオレフィン類、ノルマルおよびイソパラフィン類、ならびにそれらの組み合わせを含んでよい。これらは、ジェット燃料範囲またはディーゼル燃料範囲を含む溜出物燃料範囲の炭化水素を含んでよい。
【００８１】
分岐は、多くの最終用途で、特に高オクタン価および／または低流動点が望ましいとき、利点とすることができる。異性化の程度は、ｎ‐パラフィンのモルあたりイソパラフィンの約１モル、一つの実施態様ではｎ‐パラフィンのモルあたりイソパラフィンの約３モルより大きくするとよい。ディーゼル燃料組成物中で用いられるとき、生成物は、少なくとも約６０のセタン価を有する炭化水素混合物を含むとよい。
【００８２】
商業的には、高分子量生成物、たとえばワックスは、分離してそのまま用いるか、または、低分子量生成物を生成させるために反応させてよい。例えば、高分子量生成物を水素化分解して低分子量生成物を提供し、液体可燃性燃料の収率を増加させるとよい。水素化分解は、遊離水素の存在下で通常実行される触媒プロセスを指し、大型炭化水素分子のクラッキングがこの操作の主目的である。水素化分解操作の実行に用いられる触媒は、当分野では公知である。例えば、各プロセス中で用いられる水素化精製、水素化分解および触媒の記載が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第４，３４７，１２１号および第４，８１０，３５７号を参照すること。本発明のプロセスによって形成される生成物は、潤滑剤基油またはディーゼル燃料を形成させるためにさらに加工してよい。例えば、本発明のプロセスによって作られる生成物は、水素化分解し、次に蒸留および／または触媒異性化に付して潤滑剤基油、ディーゼル燃料および類似物を提供するとよい。
【００８３】
本発明のプロセスによって作られる炭化水素生成物は、米国特許第６，１０３，０９９号または第６，１８０，５７５号に開示されているプロセスを使用して水素化異性化するとよく、米国特許第４，９４３，６７２号または第６，０９６，９４０号に開示されているプロセスを使用して水素化分解および水素化異性化するとよく、米国特許第５，８８２，５０５号に開示されているプロセスを使用して脱ロウするとよく、あるいは米国特許第６，０１３，１７１号、第６，０８０，３０１号または第６，１６５，９４９号に開示されているプロセスを使用して水素化異性化および脱ロウするとよい。これらの特許は、フィッシャー・トロプシュ合成された炭化水素を処理するためのプロセスおよびそのようなプロセスから作られる結果の生成物の開示に関して、参照によって本明細書中に組み込まれる。
【実施例１】
【００８４】
Ａｌ２Ｏ３上に担持されたＣｏ／Ｒｅ触媒を形成させるために複数の含浸プロセスを用いる。各含浸のために別個のバッチの含浸溶液（異なる濃度を有する）を用いる。各含浸溶液の組成は、以下の通りである。含浸溶液Ａは、３１．０重量％の硝酸コバルトおよび２．８重量％の過レニウム酸を含む。含浸溶液Ｂは、２９．８重量％の硝酸コバルトおよび２．７重量％の過レニウム酸を含む。含浸溶液Ｃは、３８．７重量％の硝酸コバルトおよび３．５重量％の過レニウム酸を含む。含浸溶液Ｄは、３０．７重量％の硝酸コバルトおよび３．６重量％の過レニウム酸を含む。以下の順序の工程が用いられる。
（１）Ａｌ２Ｏ３担体（１．０グラム）を６５０℃で１時間焼成する。担体は、２００ｍ２／ｇのブリュナウアー・エメット・テラー（Ｂｒｕｎａｕｅｒ‐Ｅｍｍｅｔｔ‐Ｔｅｌｌｅｒ）（ＢＥＴ）表面積および０．６９ｃｍ３／ｇのバレット・ジョイナー・ハレンダ（Ｂａｒｒｅｔ‐Ｊｏｙｎｅｒ‐Ｈａｌｅｎｄａ）（ＢＪＨ）細孔容積を有する。
（２）０．７ｍｌの含浸溶液Ａを用いて第一の含浸を実行して７．９重量％のＣｏおよび１．２％重量％のＲｅの全担持率を得る。
（３）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（４）工程（３）からの触媒は、１８３ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．５７ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（５）０．５７ｍｌの含浸溶液Ｂを用いて第二の含浸を実行して１３重量％のＣｏおよび２．０重量％のＲｅの総担持率を得る。
（６）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（７）工程（６）からの触媒は、１６２ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．４８ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（８）０．４８ｍｌの含浸溶液Ｃを用いて第三の含浸を実行して１９重量％のＣｏおよび２．９重量％のＲｅの総担持率を得る。
（９）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１０）工程（９）からの触媒は、１４４ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．４１ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（１１）０．４１ｍｌの含浸溶液Ｄを用いて第四の含浸を実行する。結果は、２５重量％のＣｏおよび３．６重量％のＲｅの総担持率である。
（１２）触媒を９０℃で１２時間乾燥させ、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１３）化学吸着試験を実行する。結果は、６．２％のＣｏ分散率である。
【００８５】
上記に示した合成で収集した細孔容積および表面積のデータを図１０に開示する。
【実施例２】
【００８６】
以下の含浸では、単一バッチの含浸溶液を用いる。含浸溶液は、過レニウム酸を添加した硝酸コバルトの飽和溶液を含む。以下の手順を用いる。
（１）Ａｌ２Ｏ３担体（１グラム）を６５０℃で１時間焼成する。担体は、２００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．６９ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
（２）０．６９ｍｌの含浸溶液を用いて第一の含浸を実行して１１．０重量％のＣｏおよび１．７％重量％のＲｅの全担持率を得る。
（３）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（４）細孔容積を０．５２ｃｍ３／ｇと想定する。
（５）０．６６ｍｌの含浸溶液を用いて第二の含浸を実行して１８重量％のＣｏおよび２．８重量％のＲｅの総担持率を得る。
（６）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（７）細孔容積を０．４３５ｃｍ３／ｇと想定する。
（８）０．６３ｍｌの含浸溶液を用いて第三の含浸を実行して２４重量％のＣｏおよび３．６重量％のＲｅの総担持率を得る。
（９）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１０）細孔容積を０．３９ｃｍ３／ｇと想定する。
（１１）０．６１ｍｌの含浸溶液を用いて第四の含浸を実行して２８重量％のＣｏおよび４．２重量％のＲｅの総担持率の結果を得る。
（１２）触媒を９０℃で１２時間乾燥し、次に毎分５℃の速度で温度を２５０℃に上げた後、温度を２５０℃に２時間維持することによって焼成する。
（１３）化学吸着試験は、６．３％のＣｏ分散率を示す。触媒は、１０７ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および０．２８ｃｍ３／ｇのＢＪＨ細孔容積を有する。
【００８７】
前述の方法を用いて、前述の合成からの試料の一部を用いてＣｏ担持率が３５％および４０％になるまで続ける。
【実施例３】
【００８８】
マイクロチャネル反応器中でフィッシャー・トロプシュ反応を実行する。マイクロチャネル反応器は、一つのプロセスマイクロチャネルを備える。プロセスマイクロチャネルは、高さ０．５１ｍｍ、幅０．７ｃｍ、および長さ５．１ｃｍを有する。プロセスマイクロチャネルは、Ａｌ２Ｏ３上に担持された０．２グラムのＣｏ／Ｒｅ触媒を含む。Ｃｏ／Ｒｅモル比は２１である。触媒は、多重含浸法を用いて調製され、Ｃｏの担持率３０重量％およびＲｅの担持率４．５重量％を実現する。触媒中の金属分散率は５．４％である。触媒は、１７７〜２５０ミクロンの範囲の粒子サイズを有する固体粒子の形である。固体は、プロセスマイクロチャネル中に充填される。プロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換器によって触媒中の温度勾配が５℃未満になるように冷却される。
【００８９】
反応器は、１２５２０ｈｒ−１のＧＨＳＶを用いて２０気圧で操作される。このＧＨＳＶは、０．２６秒の接触時間に相当する。２２４℃で、ＣＯ反応率は５０％であり、メタン選択率は１０％である。圧力を３５気圧に上げと、初期ＣＯ反応率は６５％に増加し、メタン選択率は６．８％に低下する。図１４にこれらの結果を示す。生成物からの液体／ワックス試料の分析によると、連鎖成長確率は０．９３にも及ぶ高さとなる。
【００９０】
本プロセスを、１０から４０気圧の範囲の種々の操作圧力で、しかし同じ温度（２２５℃）および接触時間（０．２６秒）で実行する。図１５に結果を示す。結果によると、システム圧力を１０気圧から４０気圧に増加すると、メタン選択率は１２％から６．５％に低下する。
【００９１】
本プロセスを２５０℃で実行し、図１６に結果を示す。図１６を参照すると、本プロセスは７０％のＣＯ反応率を実現し、メタンへの選択率は１０％である。
【００９２】
３５気圧の圧力および２２６℃の温度で接触時間を０．１秒（ＧＨＳＶ＝３３，１８０ｈｒ−１）に低下させ、本プロセスを繰り返す。図１７に結果を示すが、６３％のＣＯ反応率および１０．５％のメタンへの選択率である。
【実施例４】
【００９３】
フィッシャー・トロプシュ合成反応で、二つの３０％Ｃｏ‐４．５％Ｒｅ／Ａｌ２Ｏ３触媒を試験する。一方の触媒は、中間焼成工程を用いて作られる。他方の触媒は、中間焼成工程なしで作られる。中間焼成工程を用いて作られる触媒は、以下の手順を用いて作られる。担体に、その細孔を満たすのにちょうど十分な飽和量の水溶液中の硝酸コバルトおよび過レニウム酸を含浸させる。次に、含浸させた担体を９０℃で１４時間加熱した後、５℃／分で３００℃に加熱し、焼成のために３００℃に３時間保持してから室温に冷却する。所望のＣｏおよびＲｅ担持率を実現させるために、この手順を４回繰り返す。
【００９４】
中間焼成工程なしで作られる触媒は、以下の手順を用いて作られる。担体に、その細孔を満たすのにちょうど十分な飽和量の水溶液中の硝酸コバルトおよび過レニウム酸を含浸させる。次に、含浸された担体を９０℃に加熱し、９０℃に１４時間維持してから室温に冷却する。所望のＣｏおよびＲｅ担持率を実現させるために、この手順を４回繰り返す。最後の含浸工程の後に、毎分１０℃の速度で触媒を３５０℃に加熱した後、３５０℃に３時間保持してから室温に放冷する。
【００９５】
５本のプロセスマイクロチャネルを備えるマイクロチャネル反応器中で、フィッシャー・トロプシュ反応を実行する。プロセスマイクロチャネルは、高さ１．５ｍｍ、幅０．６３５ｃｍおよび長さ２．５４ｃｍの寸法を有する。各プロセスマイクロチャネルは、約０．１５グラムの触媒を含む。触媒は、１５０から２５０ミクロンの範囲の粒子サイズを有する。プロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換器を用いて冷却される。反応は、水素６３．８９モル％、一酸化炭素３２．１モル％および窒素４．０１モル％を含む反応体組成物を用いて実行される。入口ゲージ圧は、２０．４気圧である。反応器は、図１８に示す温度で等温操作される。一酸化炭素の重量毎時空間速度（時間あたり触媒単位質量あたり供給される一酸化炭素の質量）は４．９である。図１８に結果を示す。
【００９６】
さまざまな詳細な実施態様に関して本発明を説明してきたが、本明細書を読めば、本発明のさまざまな変更形は、当業者には自明になると理解される。従って、本明細書に開示される本発明は、そのような変更形を請求項の範囲内に入るものとして包含することを意図すると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明のプロセスで用いることができるマイクロチャネルの概略図である。
【図２】特定の形の本発明のフィッシャー・トロプシュ合成プロセスの例を示す概略フローシートである。ＣＯとＨ２とを含む反応体組成物は、フィッシャー・トロプシュ触媒と接触してマイクロチャネル反応器を通って流れ、反応して少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物を生成する。
【図３】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルの層と、熱交換マイクロチャネルの層との概略図である。
【図４】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換ゾーンとの概略図であり、熱交換ゾーンは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備え、熱交換チャネルを通る熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルを通る反応体組成物と生成物との流れに対して交差流である。
【図５】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換チャネルとの概略図であり、熱交換チャネルを通る熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルを通る反応体組成物と生成物との流れに対して向流である。
【図６】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換ゾーンとの概略図であり、熱交換ゾーンは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備え、熱交換ゾーンはプロセスマイクロチャネルと同じ方向の長さ方向に延在し、プロセスマイクロチャネル入口またはその近くに配置され、熱交換ゾーンの長さは、プロセスマイクロチャネルの長さより短い。
【図７】図２に例を示したマイクロチャネル反応器のマイクロチャネル反応器コア中で用いることができるプロセスマイクロチャネルと、第一および第二の隣接する熱交換ゾーンとの概略図であり、熱交換ゾーンのそれぞれは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備え、熱交換ゾーンはプロセスマイクロチャネルと同じ方向の長さ方向に延在し、プロセスマイクロチャネル入口またはその近くに配置され、熱交換ゾーンの長さは、プロセスマイクロチャネルの長さより短く、第二の熱交換ゾーンの長さは第一の熱交換ゾーンの長さより短い。
【図８】本発明のプロセスで用いることができるプロセスマイクロチャネルの概略図であり、プロセスマイクロチャネルは、側流構成を有する触媒を含む。
【図９】本発明のプロセスで用いることができるプロセスマイクロチャネルの概略図であり、プロセスマイクロチャネルは、貫通流構成を有する触媒を含む。
【図１０】本発明のプロセスで用いることができるプロセスマイクロチャネルの概略図であり、プロセスマイクロチャネルは、複数のフィンを備えるフィンアセンブリを含み、フィンは触媒を担持している。
【図１１】図１０に例を示したプロセスマイクロチャネルと、フィンアセンブリとの代わりの実施態様の例を示す。
【図１２】図１０に例を示したプロセスマイクロチャネルと、フィンアセンブリとの別の代わりの実施態様の例を示す。
【図１３】実施例１で得たコバルト担持率に対する細孔容積と、表面積とのプロットである。
【図１４】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１５】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１６】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１７】実施例３で実行したフィッシャー・トロプシュ合成反応の結果を示すプロットである。
【図１８】実施例４で中間焼成を行って作られた触媒と、中間焼成を行わずに作られた触媒とのフィッシャー・トロプシュ活性および選択率の差異を示すプロットである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、前記プロセスは、
マイクロチャネル反応器を通して前記反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、前記反応体組成物を前記生成物に変換させる工程であって、前記マイクロチャネル反応器は、前記触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備える工程、
前記プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、および
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程
を含み、
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であり、
前記プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、
前記生成物中のメタンへの選択率は、約２５％より低い
プロセス。
【請求項２】
各プロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記プロセスマイクロチャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素、あるいはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する熱交換チャネルを備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記熱交換チャネルは、マイクロチャネルを含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
各熱交換マイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換チャネルを有し、前記プロセスマイクロチャネルの長さと前記熱交換チャネルの長さとは同じである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記熱交換器は少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルに隣接する熱交換ゾーンを備え、前記熱交換ゾーンは複数の熱交換チャネルを備え、前記熱交換チャネルは前記プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在し、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルと同じ長さ方向に延在し、前記熱交換ゾーンの長さは前記プロセスマイクロチャネルの長さより短く、前記プロセスマイクロチャネルは入口および出口を有し、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルの入口またはその近くに配置される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記熱交換器は少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルに隣接する二つの熱交換ゾーンを備え、各熱交換ゾーンは複数の熱交換チャネルを備え、前記熱交換チャネルは前記プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在し、前記プロセスマイクロチャネルは入口および出口を有し、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルと同じ長さ方向に延在し、前記熱交換ゾーンの長さは前記プロセスマイクロチャネルの長さより短く、前記熱交換ゾーンの一方の長さは前記熱交換ゾーンの他方の長さより短く、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルの入口またはその近くに配置される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記熱交換チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素、あるいはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記マイクロチャネル反応器は入口および出口を有し、前記生成物は前記出口を通って前記マイクロチャネル反応器から流出し、前記生成物は前記反応体組成物からの未反応成分と混合され、前記反応体組成物からの前記未反応成分の少なくとも一部は前記マイクロチャネル反応器の前記入口にリサイクルされる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記反応体組成物は前記プロセスマイクロチャネルに流入し、前記生成物は前記プロセスマイクロチャネルから流出し、前記プロセスマイクロチャネルに流入する前記反応体組成物の温度は、前記プロセスマイクロチャネルから流出する前記生成物の温度から約２００℃の範囲内にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記反応体組成物中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約０．８から約１０の範囲にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記反応体組成物は、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、１個から約４個の炭素原子の炭化水素、あるいはそれらの二つ以上の混合物をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記プロセスマイクロチャネルは、前記熱交換チャネルを通って流れる熱交換流体と熱交換する、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記熱交換流体は、前記熱交換チャネルを通って流れるとき相変化する、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記熱交換チャネル中で吸熱プロセスが実行される、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記吸熱プロセスは、水蒸気改質反応または脱水素反応を含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記反応体組成物および生成物は前記プロセスマイクロチャネルを通って第一の方向に流れ、熱交換流体は前記熱交換チャネルを通って第二の方向に流れ、前記第二の方向は前記第一の方向に対して交差流である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記反応体組成物および生成物は前記プロセスマイクロチャネル流を通って第一の方向に流れ、熱交換流体は前記熱交換チャネルを通って第二の方向に流れ、前記第二の方向は前記第一の方向に対して並流である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記反応体組成物および生成物は前記プロセスマイクロチャネルを通って第一の方向に流れ、熱交換流体は前記熱交換チャネルを通って第二の方向に流れ、前記第二の方向は前記第一の方向に対して向流である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２２】
熱交換流体が前記熱交換チャネルを通って流れ、前記熱交換流体は、空気、水蒸気、液状水、二酸化炭素、気体状窒素、気体状炭化水素または液状炭化水素を含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記触媒は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの酸化物、あるいはそれらの二つ以上の混合物を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記触媒は、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＢまたはＩＩＢ族の金属またはそれらの酸化物、ランタニド金属または酸化物、アクチニド金属または酸化物、あるいはそれらの二つ以上の組み合わせから選ばれる促進剤を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記触媒は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの酸化物、あるいはそれらの二つ以上の混合物からなる群から選ばれる促進剤を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記触媒は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フッ化アルミニウム、ふっ化物化アルミナ、ベントナイト、セリア、酸化亜鉛、シリカアルミナ、炭化ケイ素、モレキュラーシーブまたはそれらの二つ以上の組み合わせから選ばれる担体を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記触媒は、耐火性酸化物担体を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記触媒は、式
ＣｏＭ１ａＭ２ｂＯｘ
で表される組成物を含み、
Ｍ１は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの二つ以上の混合物であり、
Ｍ２は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物であり、
ａは、ゼロから約０．５の範囲の数であり、
ｂは、ゼロから約０．５の範囲の数であり、
ｘは、存在する前記元素の原子価要件を満たすために必要な酸素の数である
請求項１に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記触媒はアルミナ上に担持されたＣｏを含み、Ｃｏ担持率は少なくとも約５重量％である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記触媒は、触媒金属と担体とを含み、前記触媒は、
（Ａ）触媒金属を含む組成物を前記担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、
（Ｂ）工程（Ａ）で形成された前記中間触媒生成物を焼成する工程、
（Ｃ）触媒金属を含む別の組成物を工程（Ｂ）で形成された前記焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および
（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された前記別の中間触媒生成物を焼成して前記触媒を提供する工程
によって作られる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３２】
触媒金属を含む前記組成物は硝酸コバルト溶液を含み、前記担体はアルミナを含む、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記触媒は固体粒子の形である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記触媒は、前記プロセスマイクロチャネルの内壁上にウォッシュコートされるか、前記プロセスマイクロチャネルの内壁上に溶液から成長するか、またはフィン構造物上にインサイチュでコーティングされる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記触媒は、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金を含む材料で作られる担体構造物によって担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記触媒は、側流構成、貫通流構成または蛇行構成を有する担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記触媒は、発泡体、フェルト、詰め物、フィンまたはそれらの二つ以上の組み合わせの構成を有する担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記触媒は、隣接するギャップを有する側流構成、隣接するギャップを有する発泡体構成、ギャップを有するフィン構造物、基板上のウォッシュコート、または流れのためのギャップを有する細目構成を有する担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記触媒は、少なくとも一つのフィンを備えるフィンアセンブリの形の担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを備える、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記フィンは外部表面と、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上にある多孔性物質とを有し、前記触媒は前記多孔性物質によって担持される、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記多孔性物質は、コーティング、ファイバ、発泡体またはフェルトを含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記フィンは、外部表面と、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部から伸びる複数のファイバまたは突起物とを有し、前記触媒は前記突起物によって担持される、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４４】
前記フィンは外部表面を有し、前記触媒は、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上にウォッシュコートされるか、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に溶液から成長するか、または蒸着法を用いて前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に析出する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを備え、前記フィンの少なくとも一つは、他のフィンの長さと異なる長さを有する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを備え、前記フィンの少なくとも一つは、他のフィンの高さと異なる高さを有する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記フィンは、正方形、長方形または台形の形を有する断面を有する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４８】
前記フィンは、鋼、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記フィンは、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金で作られる、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記フィンは、Ａｌ２Ｏ３形成材料またはＣｒ２Ｏ３形成材料で作られる、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記プロセスマイクロチャネルは、そのようなプロセスマイクロチャネルの断面の約５％から約９５％を含むバルク流路を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記反応体組成物および／または生成物と前記触媒との接触時間は、最大約２０００ミリ秒である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記プロセスマイクロチャネルに入る前記反応体組成物の温度は、約１５０℃から約２７０℃の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記プロセスマイクロチャネル内の圧力は、少なくとも約５気圧である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの空間速度は、約１０００ｈｒ−１から約１，０００，０００ｈｒ−１の範囲にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの圧力降下は、前記プロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５７】
熱交換流体が前記熱交換チャネルを通って流れ、前記熱交換チャネルを通って流れる前記熱交換流体の圧力降下は、前記熱交換チャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項５８】
ＣＯの反応率は、サイクルあたり約４０％以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５９】
生成物の収率は、サイクルあたり約２５％以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６０】
前記ＣＯの反応率は、サイクルあたり少なくとも約５０％であり、前記生成物中のメタンへの選択率は約１５％以下であり、前記生成物の収率はサイクルあたり少なくとも約３５％である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６１】
前記触媒は固体粒子の形であり、前記固体粒子の中央値粒子直径は、約１から約１０００μｍの範囲にあり、各プロセスマイクロチャネルの長さは、最大約５００ｃｍである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６２】
前記生成物は、大気圧で約３５０℃以下の温度で沸騰する炭化水素を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６３】
前記生成物は、大気圧で約３５０℃以上の温度で沸騰する炭化水素を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６４】
前記生成物は中間留分を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６５】
前記生成物は、少なくとも一つのオレフィンを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６６】
前記生成物は、ノルマルパラフィン、イソパラフィンまたはそれらの混合物を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６７】
前記生成物は、水素化分解、水素化異性化または脱ロウプロセスを用いてさらに加工される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６８】
前記生成物は、潤滑剤基油またはディーゼル燃料を形成させるためにさらに加工される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６９】
前記プロセスマイクロチャネルは垂直に配置され、前記反応体組成物および生成物は、前記プロセスマイクロチャネルを通って下向きに流れる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７０】
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程に続いて、再生用流体が前記プロセスマイクロチャネルを通って流れて前記触媒と接触し、前記プロセスマイクロチャネル中の前記再生用流体の滞留時間は、約０．０１から約１０００秒である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７１】
Ｈ２とＣＯとを含む反応剤組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、前記プロセスは、
マイクロチャネル反応器を通して前記反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、前記反応体組成物を前記生成物に変換させる工程であって、前記マイクロチャネル反応器は、前記触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備え、前記触媒は、固体粒子の固定床の形とする工程、
前記プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、および
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程
を含み、
前記反応体組成物と前記触媒との接触時間は、最大約３００ミリ秒であり、
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であり、
前記プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、
前記生成物中のメタンへの選択率は約２５％より低い
プロセス。
【請求項７２】
Ｈ２とＣＯとを含む反応剤組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、前記プロセスは、
マイクロチャネル反応器を通して前記反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、前記反応体組成物を前記生成物に変換させる工程であって、前記マイクロチャネル反応器は、前記触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備え、前記触媒は、固体粒子の固定床の形とし、前記触媒は、アルミナ上に担持されたＣｏを含み、前記触媒は、少なくとも約２５重量％のＣｏ担持率および少なくとも３％のＣｏ分散率を有する工程、
前記プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、および
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程
を含み、
前記反応体組成物と前記触媒との接触時間は、最大約３００ミリ秒であり、
前記プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、
前記生成物中のメタンへの選択率は、約２５％より低い
プロセス。
【請求項７３】
アルミナ上に担持されたＣｏを含み、Ｃｏの担持率は少なくとも約２５重量％であり、Ｃｏ分散率は少なくとも約３％である触媒。
【請求項７４】
前記触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含む、請求項７３に記載の触媒。
【請求項７５】
Ｃｏと担体とを含む触媒であって、
（Ａ）Ｃｏを含む組成物を前記担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、
（Ｂ）工程（Ａ）で形成された前記中間触媒生成物を焼成する工程、
（Ｃ）Ｃｏを含む別の組成物を（Ｂ）で形成された前記焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および
（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された前記別の中間触媒生成物を焼成して前記触媒を形成させる工程
によって作られ、少なくとも約２５重量％のＣｏ担持率を有する触媒。
【請求項７６】
前記担体はアルミナを含む、請求項７２に記載の触媒。
【請求項７７】
少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルであって、入口および出口を有するプロセスマイクロチャネルと、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する少なくとも一つの熱交換ゾーンであって、前記プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備える熱交換ゾーンとを含むマイクロチャネル反応器であって、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルと同じ長さ方向に延在し、前記プロセスマイクロチャネル入口またはその近くに配置され、前記熱交換ゾーンの長さは前記プロセスマイクロチャネルの長さより短く、前記プロセスマイクロチャネル出口またはその近くの前記プロセスマイクロチャネルの幅は、前記プロセスマイクロチャネル入口またはその近くの前記プロセスマイクロチャネルの幅より大きいマイクロチャネル反応器。
【請求項７８】
前記少なくとも一つの熱交換ゾーンは、第一の熱交換ゾーンおよび第二の熱交換ゾーンを備え、前記第二の熱交換ゾーンの長さは、前記第一の熱交換ゾーンの長さより短い、請求項７７に記載の反応器。
【請求項７９】
前記プロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの内部寸法を有する、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８０】
前記プロセスマイクロチャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８１】
前記熱交換チャネルは、マイクロチャネルである、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８２】
前記熱交換チャネルは、最大約１０ｍｍの内部寸法を有する、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８３】
前記熱交換チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項７７に記載の反応器。
【請求項１】
Ｈ２とＣＯとを含む反応体組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、前記プロセスは、
マイクロチャネル反応器を通して前記反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、前記反応体組成物を前記生成物に変換させる工程であって、前記マイクロチャネル反応器は、前記触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備える工程、
前記プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、および
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程
を含み、
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であり、
前記プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、
前記生成物中のメタンへの選択率は、約２５％より低い
プロセス。
【請求項２】
各プロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記プロセスマイクロチャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素、あるいはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する熱交換チャネルを備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記熱交換チャネルは、マイクロチャネルを含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
各熱交換マイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換チャネルを有し、前記プロセスマイクロチャネルの長さと前記熱交換チャネルの長さとは同じである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記熱交換器は少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルに隣接する熱交換ゾーンを備え、前記熱交換ゾーンは複数の熱交換チャネルを備え、前記熱交換チャネルは前記プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在し、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルと同じ長さ方向に延在し、前記熱交換ゾーンの長さは前記プロセスマイクロチャネルの長さより短く、前記プロセスマイクロチャネルは入口および出口を有し、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルの入口またはその近くに配置される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記熱交換器は少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルに隣接する二つの熱交換ゾーンを備え、各熱交換ゾーンは複数の熱交換チャネルを備え、前記熱交換チャネルは前記プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在し、前記プロセスマイクロチャネルは入口および出口を有し、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルと同じ長さ方向に延在し、前記熱交換ゾーンの長さは前記プロセスマイクロチャネルの長さより短く、前記熱交換ゾーンの一方の長さは前記熱交換ゾーンの他方の長さより短く、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルの入口またはその近くに配置される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記熱交換チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素、あるいはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記マイクロチャネル反応器は入口および出口を有し、前記生成物は前記出口を通って前記マイクロチャネル反応器から流出し、前記生成物は前記反応体組成物からの未反応成分と混合され、前記反応体組成物からの前記未反応成分の少なくとも一部は前記マイクロチャネル反応器の前記入口にリサイクルされる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記反応体組成物は前記プロセスマイクロチャネルに流入し、前記生成物は前記プロセスマイクロチャネルから流出し、前記プロセスマイクロチャネルに流入する前記反応体組成物の温度は、前記プロセスマイクロチャネルから流出する前記生成物の温度から約２００℃の範囲内にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記反応体組成物中のＣＯに対するＨ２のモル比は、約０．８から約１０の範囲にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記反応体組成物は、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、１個から約４個の炭素原子の炭化水素、あるいはそれらの二つ以上の混合物をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記プロセスマイクロチャネルは、前記熱交換チャネルを通って流れる熱交換流体と熱交換する、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記熱交換流体は、前記熱交換チャネルを通って流れるとき相変化する、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記熱交換チャネル中で吸熱プロセスが実行される、請求項４に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記吸熱プロセスは、水蒸気改質反応または脱水素反応を含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記反応体組成物および生成物は前記プロセスマイクロチャネルを通って第一の方向に流れ、熱交換流体は前記熱交換チャネルを通って第二の方向に流れ、前記第二の方向は前記第一の方向に対して交差流である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記反応体組成物および生成物は前記プロセスマイクロチャネル流を通って第一の方向に流れ、熱交換流体は前記熱交換チャネルを通って第二の方向に流れ、前記第二の方向は前記第一の方向に対して並流である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記反応体組成物および生成物は前記プロセスマイクロチャネルを通って第一の方向に流れ、熱交換流体は前記熱交換チャネルを通って第二の方向に流れ、前記第二の方向は前記第一の方向に対して向流である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２２】
熱交換流体が前記熱交換チャネルを通って流れ、前記熱交換流体は、空気、水蒸気、液状水、二酸化炭素、気体状窒素、気体状炭化水素または液状炭化水素を含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記触媒は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの酸化物、あるいはそれらの二つ以上の混合物を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記触媒は、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＢまたはＩＩＢ族の金属またはそれらの酸化物、ランタニド金属または酸化物、アクチニド金属または酸化物、あるいはそれらの二つ以上の組み合わせから選ばれる促進剤を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記触媒は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの酸化物、あるいはそれらの二つ以上の混合物からなる群から選ばれる促進剤を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記触媒は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フッ化アルミニウム、ふっ化物化アルミナ、ベントナイト、セリア、酸化亜鉛、シリカアルミナ、炭化ケイ素、モレキュラーシーブまたはそれらの二つ以上の組み合わせから選ばれる担体を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記触媒は、耐火性酸化物担体を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記触媒は、式
ＣｏＭ１ａＭ２ｂＯｘ
で表される組成物を含み、
Ｍ１は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓまたはそれらの二つ以上の混合物であり、
Ｍ２は、Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ａｃ、ＣｅまたはＴｈ、あるいはそれらの二つ以上の混合物であり、
ａは、ゼロから約０．５の範囲の数であり、
ｂは、ゼロから約０．５の範囲の数であり、
ｘは、存在する前記元素の原子価要件を満たすために必要な酸素の数である
請求項１に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記触媒はアルミナ上に担持されたＣｏを含み、Ｃｏ担持率は少なくとも約５重量％である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記触媒は、触媒金属と担体とを含み、前記触媒は、
（Ａ）触媒金属を含む組成物を前記担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、
（Ｂ）工程（Ａ）で形成された前記中間触媒生成物を焼成する工程、
（Ｃ）触媒金属を含む別の組成物を工程（Ｂ）で形成された前記焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および
（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された前記別の中間触媒生成物を焼成して前記触媒を提供する工程
によって作られる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３２】
触媒金属を含む前記組成物は硝酸コバルト溶液を含み、前記担体はアルミナを含む、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記触媒は固体粒子の形である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記触媒は、前記プロセスマイクロチャネルの内壁上にウォッシュコートされるか、前記プロセスマイクロチャネルの内壁上に溶液から成長するか、またはフィン構造物上にインサイチュでコーティングされる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記触媒は、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金を含む材料で作られる担体構造物によって担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記触媒は、側流構成、貫通流構成または蛇行構成を有する担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記触媒は、発泡体、フェルト、詰め物、フィンまたはそれらの二つ以上の組み合わせの構成を有する担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記触媒は、隣接するギャップを有する側流構成、隣接するギャップを有する発泡体構成、ギャップを有するフィン構造物、基板上のウォッシュコート、または流れのためのギャップを有する細目構成を有する担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記触媒は、少なくとも一つのフィンを備えるフィンアセンブリの形の担体構造物上に担持される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを備える、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記フィンは外部表面と、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上にある多孔性物質とを有し、前記触媒は前記多孔性物質によって担持される、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記多孔性物質は、コーティング、ファイバ、発泡体またはフェルトを含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記フィンは、外部表面と、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部から伸びる複数のファイバまたは突起物とを有し、前記触媒は前記突起物によって担持される、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４４】
前記フィンは外部表面を有し、前記触媒は、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上にウォッシュコートされるか、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に溶液から成長するか、または蒸着法を用いて前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に析出する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを備え、前記フィンの少なくとも一つは、他のフィンの長さと異なる長さを有する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを備え、前記フィンの少なくとも一つは、他のフィンの高さと異なる高さを有する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記フィンは、正方形、長方形または台形の形を有する断面を有する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４８】
前記フィンは、鋼、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記フィンは、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金で作られる、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記フィンは、Ａｌ２Ｏ３形成材料またはＣｒ２Ｏ３形成材料で作られる、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記プロセスマイクロチャネルは、そのようなプロセスマイクロチャネルの断面の約５％から約９５％を含むバルク流路を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記反応体組成物および／または生成物と前記触媒との接触時間は、最大約２０００ミリ秒である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記プロセスマイクロチャネルに入る前記反応体組成物の温度は、約１５０℃から約２７０℃の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記プロセスマイクロチャネル内の圧力は、少なくとも約５気圧である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの空間速度は、約１０００ｈｒ−１から約１，０００，０００ｈｒ−１の範囲にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの圧力降下は、前記プロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５７】
熱交換流体が前記熱交換チャネルを通って流れ、前記熱交換チャネルを通って流れる前記熱交換流体の圧力降下は、前記熱交換チャネルの長さのメートルあたり最大約１０気圧である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項５８】
ＣＯの反応率は、サイクルあたり約４０％以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５９】
生成物の収率は、サイクルあたり約２５％以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６０】
前記ＣＯの反応率は、サイクルあたり少なくとも約５０％であり、前記生成物中のメタンへの選択率は約１５％以下であり、前記生成物の収率はサイクルあたり少なくとも約３５％である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６１】
前記触媒は固体粒子の形であり、前記固体粒子の中央値粒子直径は、約１から約１０００μｍの範囲にあり、各プロセスマイクロチャネルの長さは、最大約５００ｃｍである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６２】
前記生成物は、大気圧で約３５０℃以下の温度で沸騰する炭化水素を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６３】
前記生成物は、大気圧で約３５０℃以上の温度で沸騰する炭化水素を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６４】
前記生成物は中間留分を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６５】
前記生成物は、少なくとも一つのオレフィンを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６６】
前記生成物は、ノルマルパラフィン、イソパラフィンまたはそれらの混合物を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６７】
前記生成物は、水素化分解、水素化異性化または脱ロウプロセスを用いてさらに加工される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６８】
前記生成物は、潤滑剤基油またはディーゼル燃料を形成させるためにさらに加工される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６９】
前記プロセスマイクロチャネルは垂直に配置され、前記反応体組成物および生成物は、前記プロセスマイクロチャネルを通って下向きに流れる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７０】
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程に続いて、再生用流体が前記プロセスマイクロチャネルを通って流れて前記触媒と接触し、前記プロセスマイクロチャネル中の前記再生用流体の滞留時間は、約０．０１から約１０００秒である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７１】
Ｈ２とＣＯとを含む反応剤組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、前記プロセスは、
マイクロチャネル反応器を通して前記反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、前記反応体組成物を前記生成物に変換させる工程であって、前記マイクロチャネル反応器は、前記触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備え、前記触媒は、固体粒子の固定床の形とする工程、
前記プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、および
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程
を含み、
前記反応体組成物と前記触媒との接触時間は、最大約３００ミリ秒であり、
前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体組成物および生成物の流れの空間速度は、少なくとも約１０００ｈｒ−１であり、
前記プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、
前記生成物中のメタンへの選択率は約２５％より低い
プロセス。
【請求項７２】
Ｈ２とＣＯとを含む反応剤組成物を、少なくとも約５個の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族炭化水素を含む生成物に変換するためのプロセスであって、前記プロセスは、
マイクロチャネル反応器を通して前記反応体組成物を流してフィッシャー・トロプシュ触媒と接触させ、前記反応体組成物を前記生成物に変換させる工程であって、前記マイクロチャネル反応器は、前記触媒を含む複数のプロセスマイクロチャネルを備え、前記触媒は、固体粒子の固定床の形とし、前記触媒は、アルミナ上に担持されたＣｏを含み、前記触媒は、少なくとも約２５重量％のＣｏ担持率および少なくとも３％のＣｏ分散率を有する工程、
前記プロセスマイクロチャネルから熱交換器に熱を移動させる工程、および
前記マイクロチャネル反応器から前記生成物を取り出す工程
を含み、
前記反応体組成物と前記触媒との接触時間は、最大約３００ミリ秒であり、
前記プロセスは、少なくとも約５個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素を時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも約０．５グラム生じさせ、
前記生成物中のメタンへの選択率は、約２５％より低い
プロセス。
【請求項７３】
アルミナ上に担持されたＣｏを含み、Ｃｏの担持率は少なくとも約２５重量％であり、Ｃｏ分散率は少なくとも約３％である触媒。
【請求項７４】
前記触媒は、Ｒｅ、Ｒｕまたはそれらの混合物をさらに含む、請求項７３に記載の触媒。
【請求項７５】
Ｃｏと担体とを含む触媒であって、
（Ａ）Ｃｏを含む組成物を前記担体に含浸させて中間触媒生成物を準備する工程、
（Ｂ）工程（Ａ）で形成された前記中間触媒生成物を焼成する工程、
（Ｃ）Ｃｏを含む別の組成物を（Ｂ）で形成された前記焼成中間生成物に含浸させて別の中間触媒生成物を準備する工程、および
（Ｄ）工程（Ｃ）で形成された前記別の中間触媒生成物を焼成して前記触媒を形成させる工程
によって作られ、少なくとも約２５重量％のＣｏ担持率を有する触媒。
【請求項７６】
前記担体はアルミナを含む、請求項７２に記載の触媒。
【請求項７７】
少なくとも一つのプロセスマイクロチャネルであって、入口および出口を有するプロセスマイクロチャネルと、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する少なくとも一つの熱交換ゾーンであって、前記プロセスマイクロチャネルの長さ方向に直交する長さ方向に延在する複数の熱交換チャネルを備える熱交換ゾーンとを含むマイクロチャネル反応器であって、前記熱交換ゾーンは前記プロセスマイクロチャネルと同じ長さ方向に延在し、前記プロセスマイクロチャネル入口またはその近くに配置され、前記熱交換ゾーンの長さは前記プロセスマイクロチャネルの長さより短く、前記プロセスマイクロチャネル出口またはその近くの前記プロセスマイクロチャネルの幅は、前記プロセスマイクロチャネル入口またはその近くの前記プロセスマイクロチャネルの幅より大きいマイクロチャネル反応器。
【請求項７８】
前記少なくとも一つの熱交換ゾーンは、第一の熱交換ゾーンおよび第二の熱交換ゾーンを備え、前記第二の熱交換ゾーンの長さは、前記第一の熱交換ゾーンの長さより短い、請求項７７に記載の反応器。
【請求項７９】
前記プロセスマイクロチャネルは、最大約１０ｍｍの内部寸法を有する、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８０】
前記プロセスマイクロチャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８１】
前記熱交換チャネルは、マイクロチャネルである、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８２】
前記熱交換チャネルは、最大約１０ｍｍの内部寸法を有する、請求項７７に記載の反応器。
【請求項８３】
前記熱交換チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記任意の金属の合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とグラスファイバとを含むコンポジット、石英、ケイ素またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項７７に記載の反応器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公表番号】特表２００７−５１９８０５（Ｐ２００７−５１９８０５Ａ）
【公表日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５１０７６（Ｐ２００６−５５１０７６）
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４２０６５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７５６０６
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【出願人】（５０５０５６６９４）ヴェロシス，インク． (20)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４２０６５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７５６０６
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【出願人】（５０５０５６６９４）ヴェロシス，インク． (20)
【Ｆターム（参考）】
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