気泡塔型炭化水素合成反応器
【課題】 フィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための気泡塔型炭化水素合成反応器において，メインの合成ガスの吹き込み口の他にガス吹き込みノズルを設けることなく，反応器内の液体炭化水素中に触媒粒子を均等に分散させることを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る気泡塔型炭化水素合成反応器１においては，液体炭化水素１２２中に固体の触媒粒子１２４を懸濁させたスラリー１２を収容する反応器本体と，反応器本体１２の下部に配設され，合成ガスを下方に噴射してスラリー１２に供給する反応ガス供給部２０と，反応ガス供給部２０から噴射される合成ガスの噴射方向に配置され，スラリー１２の流れを制限する障壁部材３０とを設けた。
【解決手段】 本発明に係る気泡塔型炭化水素合成反応器１においては，液体炭化水素１２２中に固体の触媒粒子１２４を懸濁させたスラリー１２を収容する反応器本体と，反応器本体１２の下部に配設され，合成ガスを下方に噴射してスラリー１２に供給する反応ガス供給部２０と，反応ガス供給部２０から噴射される合成ガスの噴射方向に配置され，スラリー１２の流れを制限する障壁部材３０とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，気泡塔型炭化水素合成反応器に関し，特に，液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスから炭化水素化合物と水を生成するフィッシャー・トロプシュ合成反応（以下，「ＦＴ反応」という。）の反応システムの１つとして，液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでＦＴ反応を行わせる気泡塔型スラリー床ＦＴ反応システムがある。なお，ＦＴ反応により合成された炭化水素化合物は，主に燃料油や潤滑油の原料などとして利用される。
【０００３】
この気泡塔型スラリー床ＦＴ反応システムに供するＦＴ反応器においては，反応器内部の反応温度を均一に保つため，反応器内の液体炭化水素中に触媒粒子を均等に分散させる必要がある。ところが，触媒粒子は，液体炭化水素に比べて比重が大きいのが通常であり，そのために触媒粒子は反応器底部付近に偏在する傾向がある。
【０００４】
このような問題を解決する方法として，メインの合成ガスの吹き込み口（ディストリビュータ）の上部に，第２のガス吹き込みノズルを設けることで，触媒粒子の分散状態を改善させる方法がある（例えば，特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２５２，６１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，上記特許文献１に記載されたような第２のガス吹き込みノズルを設ける方法では，ガス吹き込み用ノズルを複数設置する必要があるため，反応器内部の構造および反応器外部の配管が複雑になる，という問題があった。
【０００７】
また，上記複数のガス吹き込みノズルの間でスラリー中に供給するガスの流量を調整する必要があり，そのための調整機構（例えば，調節弁など）が必要となる，という問題もあった。
【０００８】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，フィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための気泡塔型炭化水素合成反応器において，メインの合成ガスの吹き込み口の他にガス吹き込みノズルを設けることなく，反応器内の液体炭化水素中に触媒粒子を均等に分散させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは，上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果，合成ガスの吹き込み口（ディストリビュータ）の直下に触媒粒子よりも目の細かいスクリーンを設置することで，このスクリーン上に堆積しようとする触媒粒子を，噴出されたガスの撹拌作用によりスラリー中へ分散させることができることを見出し，この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち，本発明の主旨とするところは，以下のとおりである。
（１）液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリーを収容する反応器本体と；前記反応器本体の下部に配設され，水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスを下方に噴射して前記スラリーに供給する反応ガス供給部と；前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスの噴射方向に配置され，前記スラリーの流れを制限する障壁部材と；を備えたことを特徴とする，気泡塔型炭化水素合成反応器。
（２）前記障壁部材は，前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスが到達する範囲内に設置されることを特徴とする，（１）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
（３）前記障壁部材は，前記反応器本体の高さ方向に垂直な水平面に平行となるように設置されることを特徴とする，（１）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
（４）前記障壁部材は，前記スラリー中の触媒粒子のみの流れを制限するフィルタ要素を含むことを特徴とする，（１）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
（５）前記フィルタ要素は，前記障壁部材の一部に設けられていることを特徴とする，（４）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，フィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための気泡塔型炭化水素合成反応器において，ディストリビュータから噴射されたガスの撹拌作用により，障壁部材上に堆積された触媒粒子が撹拌され，スラリー中への分散効果を高めることができる。したがって，このことにより，反応器内部の温度をより均一に保つことができ，生成物（製品）である液体炭化水素の組成を安定させることが可能である。
【００１２】
また，ガスの吹き込みノズルを複数設置する必要がないため，反応器の内部構造や反応器外部の配管形状を単純にすることができる。さらに，複数のガス吹き込みノズルの間で，スラリー中に供給するガスの流量を調整するための機構も必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態に係る気泡塔型炭化水素合成反応器の一例としての気泡塔型スラリー床ＦＴ合成反応器１（以下，単に「ＦＴ反応器１」という。）の構成について説明する。なお，図１は，本実施形態に係るＦＴ反応器１の全体構成を示す縦断面図である。
【００１５】
図１に示すように，本実施形態に係るＦＴ反応器１は，反応器本体１０と，ディストリビュータ２０と，障壁部材３０と，冷却管４０と，を主に備える。
【００１６】
反応器本体１０は，直径が１〜２０ｍ程度，好ましくは２〜１０ｍ程度，高さが１０〜５０ｍ程度，好ましくは１５〜４５ｍ程度の略円筒型の金属製の容器であり，その内部には，液体炭化水素（ＦＴ反応の生成物）１２２中に，固体の触媒粒子１２４を懸濁させたスラリー１２が収容される。
【００１７】
ディストリビュータ２０は，本実施形態に係る反応ガス供給部の一例であり，反応器本体１０の下部に配設され，水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスを下方に噴射してスラリー１２に供給する。このディストリビュータ２０は，合成ガス供給管２２と，合成ガス供給管２２の先端部に取り付けられたノズルヘッダー２４と，ノズルヘッダー２４の側部に設けられた複数の合成ガス供給ノズル２６とを備えるが，その詳細については後述する。
【００１８】
障壁部材３０は，ディストリビュータ２０から噴射される合成ガスの噴射方向，すなわち，ディストリビュータ２０の下方に設置され，スラリー１２の流れを制限する。また，障壁部材３０は，スラリー１２中の触媒粒子１２４のみの流れを制限するフィルタ要素を含んでいてもよい。このフィルタ要素により液体炭化水素１２２と触媒粒子１２４とを分離して，液体炭化水素１２２だけを反応器本体１０の底部に設けられた液体炭化水素排出口１４から排出することができる。一方，液体炭化水素１２２を反応器本体１０の底部から排出する必要のないときは，障壁部材３０にフィルタ要素を設けなくてもよい。なお，障壁部材３０の詳細については後述する。
【００１９】
冷却管４０は，反応器本体１０の内部に反応器本体１０の高さ方向に沿って設けられ，ＦＴ合成反応により発生する熱により温度が上昇したスラリー１２を冷却する。この冷却管４０は，例えば，図１に示すように，１本の管が鉛直方向に沿って上下に複数回（例えば，図１では２往復）するような形状に形成することができる。ただし，冷却管の形状および本数は上記形状および本数に限られるわけではなく，反応器本体１０内部に均等に配置されて，スラリー１２を均等に冷却することに寄与できるものであればよい。例えば，バイヨネット型と呼ばれる二重管構造の冷却管を反応器本体１０内部に複数配置してもよい。
【００２０】
この冷却管４０内には，冷却管入口４２から導入された，例えば反応器本体１０内の温度との差が−５０〜０℃程度の冷却水が流通しており，この冷却水が冷却管４０内を通り，冷却水の一部が水蒸気となって冷却管出口４４から排出されることにより，反応器本体１０内部のスラリー１２が冷却される。なお，スラリー１２を冷却するための媒体としては，上記のような冷却水に限られず，例えば，Ｃ４〜Ｃ１０の直鎖，分岐鎖および環状のパラフィン，オレフィン，低分子量シラン，シリルエーテル，シリコンオイルなどを使用することができる。
【００２１】
次に，図１〜図３に基づいて，本実施形態に係るディストリビュータ２０および障壁部材３０の構成および作用について詳細に説明する。なお，図２（ａ）は，図１に示したＦＴ反応器１の要部を拡大した縦断面図であり，図２（ｂ）は，図２（ａ）に示したディストリビュータ２０を構成する合成ガス供給ノズル２６の拡大縦断面図であり，図３は，図２（ａ）に示したＦＴ反応器１をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した横断面図である。
【００２２】
ディストリビュータ２０は，上述したように，合成ガス供給管２２と，ノズルヘッダー２４と，複数の合成ガス供給ノズル２６とを備える。
【００２３】
合成ガス供給管２２は，反応器本体１０の側面を貫通し，反応器本体１０の中央部付近で鉛直方向下方に向かって屈曲している。屈曲した合成ガス供給管２２の先端部には，ノズルヘッダー２４が取り付けられており，このノズルヘッダー２４は，反応器本体１０の径方向に延設されている。また，ノズルヘッダー２４の長手方向両側部には，ノズルヘッダー２４と略直交する方向に複数（本実施形態ではノズルヘッダー２４の片側に９本ずつ）の合成ガス供給ノズル２６が設けられている。ここで，合成ガスが反応器本体１０内部のスラリー１２に均等に供給されるように，本実施形態では，各合成ガス供給ノズル２６の長さは，反応器本体１０の形状に応じて，ノズルヘッダー２４の中央部に行くほど長く，両端部に行くほど短くなるように形成されている。ただし，ノズルヘッダー２４や合成ガス供給ノズル２６の形状や数は特に限定されない。
【００２４】
さらに，合成ガス供給ノズル２６には，図２（ｂ）および図３に示すように，その長手方向に沿って複数の合成ガス噴射口２６ａ，２６ｂ，２６ｃが形成されている（図３においては，説明の便宜のため，噴射口２６ａ，２６ｃを図示していない）。この合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃは，合成ガスが下方（反応器本体１０の底部の方向）へ噴射されるように，合成ガス供給ノズル２６の鉛直方向下側半分の範囲内に形成されることが好ましい。ただし，合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃは，必ずしも合成ガス供給ノズル２６の鉛直方向下側半分の範囲内に形成される必要はなく，合成ガスが下方に向けて噴射されるような構造であれば，任意の位置に形成することができる。また，合成ガスが下方に向けて噴射される噴射口に加えて，合成ガスが上方に向けて噴射される噴射口が鉛直方向上側に形成されていてもよい。
【００２５】
なお，図２（ｂ）に示すように，本実施形態に係る合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃは，合成ガスを効率よく均等に噴射するために，隣り合う噴射口による合成ガスの噴射方向が４５°ずれるように形成されているが，合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃの配置は上記の配置に限定されるわけではない。また，噴射口の数は，３個に限定されるものではない。
【００２６】
上述したような構成を有するディストリビュータ２０においては，反応器本体１０の外部から合成ガス供給管２２を通じて供給された合成ガスは，合成ガスノズルヘッダー２４の内部を通過し，合成ガス供給管２６の下部側（反応器本体１０の底部側）に設けられた合成ガス供給口２６ａ，２６ｂ，２６ｃから下方（図の細矢印で示した方向）に向かって噴射される。このようにしてディストリビュータ２０から吹き込まれた合成ガスは，気泡２８となって，スラリー１２中を反応器本体１０の高さ方向（鉛直方向）下方から上方へ向かって流れる際に液体炭化水素１２２中に溶解し，触媒粒子１２４と接触することにより，液体炭化水素の合成反応（ＦＴ合成反応）が行われる。
【００２７】
また，上記のように合成ガスが反応器本体１０の底部から吹き込まれ，吹き込まれた合成ガスが気泡２８となって反応器本体内を上昇することにより，反応器本体１０内部においては，図１に太矢印で示したように，中央部（反応器本体１０の中心軸付近）にスラリー１２の上昇流が生じるとともに，反応器本体１０の内壁付近（円周部付近）には主として下降流が生じる。
【００２８】
障壁部材３０は，図２（ａ）に示すように，本実施形態に係るフィルタ要素の一例としてのスクリーン３２と，スクリーン３２を下方から支持するスクリーン支持部材３４とからなり，ディストリビュータ２０から噴射された合成ガスの噴射方向，すなわち，ディストリビュータ２０の下方に設置される。
【００２９】
スクリーン３２は，例えば，触媒粒子１２４の粒径よりも小さなスリット幅を有する複数のスリットを含み，触媒粒子１２４を透過させず，液体炭化水素１２２および気泡２８のみを透過させるフィルタとすることができる。したがって，このスクリーン３２を反応器本体１０の底部に設置することにより，スクリーン３２より下方への触媒粒子の流れだけが制限される。
【００３０】
スクリーン支持部材３４は，スクリーン３２を下方から支持する支持部材であり，スクリーン３２のフィルタとしての役割を果たすために，少なくとも液体炭化水素１２２および気泡２８が透過可能なように構成されている。
【００３１】
ここで，図４を参照しながら，本実施形態に係る障壁部材３０の構成について詳細に説明する。なお，図４は，本実施形態に係る障壁部材３０の構成を示す上面図であり，（ａ）はスクリーン３２が障壁部材３０の全面に設けられた例を示し，（ｂ）はスクリーン３２が障壁部材３０の一部に設けられた例を示している。
【００３２】
まず，スクリーンを障壁部材３０の全面に設ける場合には，図４（ａ）に示すように，障壁部材３０の上面全体に，触媒粒子１２２の粒径よりも小さな幅ｄを有する複数のスリット３２ａと，スリット３２ａの両側に形成されたワイヤー３２ｂとを有するスクリーン３２が設置される。このスクリーン３２のスリット幅ｄは，触媒粒子１２２がスクリーン３２の下方へ透過しないように，触媒粒子１２２の平均粒径よりも十分に小さなものとすることが好ましい。スリット幅ｄは，触媒粒子の平均粒径の例えば５０％以下，好ましくは１０〜３０％程度とすることが好ましい。
【００３３】
このように，触媒粒子１２２の平均粒径よりも十分に小さなスリット幅ｄの複数のスリット３２ａを有するスクリーン３２を設置することにより，液体炭化水素１２２と触媒粒子１２４とを分離して，液体炭化水素１２２だけを反応器本体１０の底部に設けられた液体炭化水素排出口１４から排出することができる。
【００３４】
一方，触媒粒子１２２は，スクリーン３２を透過することができないので，スクリーン３２上に堆積しようとするが，このスクリーン３２上に堆積しようとする触媒粒子１２２を，上述したディストリビュータ２０から合成ガスをスクリーン３２に向けて噴射することにより，触媒粒子１２２が反応器本体１０の上方に向かって巻き上げられる。なお，詳細については後述する。
【００３５】
次に，スクリーンを障壁部材３０の一部に設ける場合には，図４（ｂ）に示すように，例えば，中央に開口部が形成された遮蔽板３６の開口部に設置されたスクリーン３２が，スクリーン支持部材３４により下方から支持される。これにより，反応器本体１０内部において，中央部にフィルタ要素としてのスクリーン３２が設置され，周縁部（反応器本体１０の内壁側）に遮蔽板３６が設置された障壁部材が設けられることとなる。
【００３６】
上述したような遮蔽板３６は，スリット３２ａが形成されているスクリーン３２と異なり，ディストリビュータ２０から噴射した合成ガスが下方に透過することがないため，スクリーン３２よりも触媒粒子１２４を効率的に上方に巻き上げることができ，触媒粒子１２４を反応器本体１０内部のスラリー１２中に効果的に分散させることができる。また，障壁部材の一部にスクリーンが設置されることにより，反応器本体１０内の液体相（液体炭化水素１２２）を反応器本体１０の底部の液体炭化水素排出口１４より排出できる。
【００３７】
なお，スクリーン３２を設ける範囲，すなわち，フランジの開口部の大きさは特に限定されないが，液体炭化水素１２２の排出効率と触媒粒子１２４の拡散効果とのバランスを考慮して決定されることが好ましい。また，遮蔽版３６としては，同様の形状と，十分な機械的強度および耐熱温度を有するものであれば，鋼板，アルミ板など，任意の材質のものを用いることができる。
【００３８】
また，本実施形態のように，フィルタ要素の一例としてのスクリーン３２を，障壁部材３０の中央部に設け，周縁部を遮蔽板３６で覆うようにしたのは，触媒粒子１２４は障壁部材３０の周縁部に堆積しやすいので，周縁部に触媒粒子１２４の拡散効果に優れる遮蔽板３６を配置した方が，より効果的に触媒粒子１２４をスラリー１２中に分散させることができるためである。
【００３９】
なお，液体炭化水素１２２を反応器本体１０の底部から排出する必要のないときは，障壁部材３０にフィルタ要素を設けずに，障壁部材３０として鋼板などの金属板を用いてもよい。この場合は，底部が平坦な反応器を用いることと実質的に変わりはない。
【００４０】
また，障壁部材３０は，ディストリビュータ２０から噴射された合成ガスが到達する範囲内に設置されることが好ましい。具体的には，例えば，障壁部材３０とディストリビュータ２０との距離が３０ｃｍ以下，好ましくは１０ｃｍ程度となるように，障壁部材３０を設置することができる。このように，障壁部材３０とディストリビュータ２０とを十分に近い距離に配置することにより，障壁部材３０のスクリーン３２上に堆積しようとする触媒粒子に対し，ディストリビュータ２０から噴射された合成ガスを直接に吹き付けることにより，触媒粒子１２２が十分に撹拌され，触媒粒子１２２をスラリー１２中に効果的に分散させることができる。
【００４１】
また，障壁部材３０は，水平に，すなわち，反応器本体１０の高さ方向に垂直な水平面に平行となるように設置される。通常，反応器の圧力容器としての構造的強度を考慮して，反応器本体１０の底部は図２（ａ）等に示すように曲面に形成されているが，このような場合には，反応器本体１０底部の中央部にはディストリビュータ２０から噴射された合成ガスが到達し難くなるため，その部分に触媒粒子１２４が堆積し易くなってしまう。そこで，本実施形態のように，障壁部材３０を水平に設置することにより，触媒粒子１２４が堆積することを防止している。
【００４２】
次に，図５Ａおよび図５Ｂに基づいて，本実施形態における触媒粒子１２４の分散方法について説明する。なお，図５Ａは，本実施形態における触媒粒子１２４の分散方法を示す説明図であり，（ａ）はスクリーン上に触媒粒子が堆積している状態を示し，（ｂ）は触媒粒子が撹拌される状態を示している。また，図５Ｂは，本実施形態の変形例に係るディストリビュータ２００により触媒粒子が撹拌される状態を示す説明図である。また，図５Ａおよび図５Ｂにおいては，説明の便宜のため，ＦＴ反応器１の構成については簡略化して記載している。
【００４３】
従来のようにガスをディストリビュータ２００´から上方に吹き込むノズルを設けている場合には，別途のガス吹き込みノズルを設けて，障壁部材３０の下方からガスを吹き込まないと，図５Ａ（ａ）に示すように，障壁部材３０上に触媒粒子１２４が堆積してしまう。特に，反応器本体１０の周縁部（内壁側）に触媒粒子１２４が堆積しやすくなる。
【００４４】
そこで，本実施形態では，図５Ａ（ｂ）に示すように，障壁部材３０から十分に近い距離にディストリビュータ２０を設け，このディストリビュータ２０から障壁部材３０に向けて下方にガスを噴射することにより，障壁部材３０上に堆積しようとする触媒粒子１２４を上方に巻き上げ（図５Ａ（ｂ）の太矢印参照），反応器本体１０内部のスラリー１２中に触媒粒子１２４を均等に分散させることができる。
【００４５】
また，図５Ｂに示すように，合成ガスを吹き込む反応ガス供給部として，上段吹き込みノズル２１０と下段吹き込みノズル２２０の２段のガス吹き込みノズルを有するディストリビュータ２００を用いてもよい。この場合は，上段吹き込みノズル２１０から合成ガスが上方に向けて噴射され，下段吹き込みノズル２２０から合成ガスが少なくとも下方のスクリーン３０に向けて噴射される。なお，下段吹き込みノズル２２０からは，下方に向けて合成ガスを噴射することに加えて，上方に向けて合成ガスを噴射するようにしてもよい。
【００４６】
このように，ガス吹き込みノズルを２段にすることにより，下段吹き込みノズル２２０からスクリーン３０に噴射された合成ガスにより巻き上げられた触媒粒子１２４を，上段吹き込みノズル２１０から噴射された合成ガスによるエアリフト効果により，さらに上方へ浮上させることができる。したがって，２段のガス吹き込みノズルを有するディストリビュータ２００を使用することにより，図５Ａ（ｂ）に示したような１段のガス吹き込みノズルを有するディストリビュータ２０を用いた場合よりも，触媒粒子１２４の分散効果をさらに向上させることができ，生成される液体炭化水素１２２の組成をより安定させることができる。
【００４７】
以上説明したように，本実施形態に係るＦＴ反応器１によれば，ディストリビュータ２０またはディストリビュータ２００の下段吹き込みノズル２２０から噴射したガスを障壁部材３０に向けて吹き付けることにより，障壁部材３０上に堆積しようとする触媒粒子１２４が撹拌され，触媒粒子１２４のスラリー１２中への分散を促進することができる。したがって，反応器本体１０内部の温度をより均一に保つことができ，これにより，ＦＴ反応により合成される生成物である液体炭化水素の組成を安定させることができる。
【００４８】
また，反応器本体１０内に水平に障壁部材３０を設け，この障壁部材３０に向けて，ディストリビュータ２０またはディストリビュータ２００の下段吹き込みノズル２２０からガスを噴射する構造とすることにより触媒粒子の分散効果を高めることができる。したがって，従来のように，触媒粒子１２４をスラリー１２中に分散させる効果を高めるために，複数のガス吹き込みノズルを設置する必要がないため，反応器本体１０内部の構造や反応器本体１０外部の配管形状を単純にすることができる。さらに，ガスを吹き込むための部材としてはディストリビュータ２０またはディストリビュータ２００単独で足りるため，従来のような複数のガス吹き込みノズル間のガスの流量を調整するための機構を設ける必要もない。
【００４９】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
例えば，上述した実施形態においては，反応器本体１０の形状が略円筒状の場合について説明したが，障壁部材または反応器本体の底面上に堆積しようとする触媒粒子を上方に巻き上げて，触媒粒子をスラリー中に均等に分散できるものであれば，反応器本体の形状は特に限定されない。
【００５１】
また，上述した実施形態においては，冷却管が１本の管が鉛直方向に沿って上下に複数回往復するような形状である場合について説明したが，反応器本体内部に均等に配置されて，スラリーを均等に冷却することに寄与できるものであれば，冷却管の形状や本数は特に限定されない。例えば，いわゆるバイヨネット型と呼ばれる二重管構造の冷却管を反応器内部に複数配置してもよい。
【００５２】
また，上述した実施形態においては，障壁部材に含まれるフィルタ要素として，複数のスリットが形成されたスクリーンを使用した場合について説明したが，上記フィルタ要素としては，特に限定されず，例えば，触媒粒子の粒径よりも十分に小さな口径のメッシュを有するメッシュ状のフィルタであってもよい。また，多孔質の焼結板などを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は，気泡塔型炭化水素合成反応器に適用可能であり，特に，液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための反応器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＦＴ反応器の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は，図１に示した本発明の第１の実施形態に係るＦＴ反応器の要部を拡大した縦断面図であり，（ｂ）は，（ａ）に示したディストリビュータを構成する合成ガス供給ノズルの拡大縦断面図である。
【図３】図２（ａ）に示したＦＴ反応器をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した横断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る障壁部材の構成を示す上面図であり，（ａ）はスクリーンが全面に設けられた例を示し，（ｂ）はスクリーンが一部に設けられた例を示す。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態における触媒粒子の分散方法を示す説明図であり，（ａ）はスクリーン上に触媒粒子が堆積している状態を示し，（ｂ）は触媒粒子が撹拌される状態を示している。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例に係るディストリビュータにより触媒粒子が撹拌される状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 気泡塔型スラリー床ＦＴ反応器
１０ 反応器本体
１２ スラリー
１４ 液体炭化水素排出口
２０ ディストリビュータ
２２ 合成ガス供給管
２４ ノズルヘッダー
２６ 合成ガス供給ノズル
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 合成ガス噴射口
２８ 気泡
３０ 障壁部材
３２ スクリーン
３２ａ スリット
３２ｂ ワイヤー
３４ スクリーン支持部材
３６ 遮蔽板
４０ 冷却管
４２ 冷却管入口
４４ 冷却管出口
１２２ 液体炭化水素
１２４ 触媒粒子
２００ ディストリビュータ
２１０ 上段吹き込みノズル
２２０ 下段吹き込みノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は，気泡塔型炭化水素合成反応器に関し，特に，液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスから炭化水素化合物と水を生成するフィッシャー・トロプシュ合成反応（以下，「ＦＴ反応」という。）の反応システムの１つとして，液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでＦＴ反応を行わせる気泡塔型スラリー床ＦＴ反応システムがある。なお，ＦＴ反応により合成された炭化水素化合物は，主に燃料油や潤滑油の原料などとして利用される。
【０００３】
この気泡塔型スラリー床ＦＴ反応システムに供するＦＴ反応器においては，反応器内部の反応温度を均一に保つため，反応器内の液体炭化水素中に触媒粒子を均等に分散させる必要がある。ところが，触媒粒子は，液体炭化水素に比べて比重が大きいのが通常であり，そのために触媒粒子は反応器底部付近に偏在する傾向がある。
【０００４】
このような問題を解決する方法として，メインの合成ガスの吹き込み口（ディストリビュータ）の上部に，第２のガス吹き込みノズルを設けることで，触媒粒子の分散状態を改善させる方法がある（例えば，特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２５２，６１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，上記特許文献１に記載されたような第２のガス吹き込みノズルを設ける方法では，ガス吹き込み用ノズルを複数設置する必要があるため，反応器内部の構造および反応器外部の配管が複雑になる，という問題があった。
【０００７】
また，上記複数のガス吹き込みノズルの間でスラリー中に供給するガスの流量を調整する必要があり，そのための調整機構（例えば，調節弁など）が必要となる，という問題もあった。
【０００８】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，フィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための気泡塔型炭化水素合成反応器において，メインの合成ガスの吹き込み口の他にガス吹き込みノズルを設けることなく，反応器内の液体炭化水素中に触媒粒子を均等に分散させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは，上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果，合成ガスの吹き込み口（ディストリビュータ）の直下に触媒粒子よりも目の細かいスクリーンを設置することで，このスクリーン上に堆積しようとする触媒粒子を，噴出されたガスの撹拌作用によりスラリー中へ分散させることができることを見出し，この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち，本発明の主旨とするところは，以下のとおりである。
（１）液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリーを収容する反応器本体と；前記反応器本体の下部に配設され，水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスを下方に噴射して前記スラリーに供給する反応ガス供給部と；前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスの噴射方向に配置され，前記スラリーの流れを制限する障壁部材と；を備えたことを特徴とする，気泡塔型炭化水素合成反応器。
（２）前記障壁部材は，前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスが到達する範囲内に設置されることを特徴とする，（１）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
（３）前記障壁部材は，前記反応器本体の高さ方向に垂直な水平面に平行となるように設置されることを特徴とする，（１）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
（４）前記障壁部材は，前記スラリー中の触媒粒子のみの流れを制限するフィルタ要素を含むことを特徴とする，（１）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
（５）前記フィルタ要素は，前記障壁部材の一部に設けられていることを特徴とする，（４）に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，フィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための気泡塔型炭化水素合成反応器において，ディストリビュータから噴射されたガスの撹拌作用により，障壁部材上に堆積された触媒粒子が撹拌され，スラリー中への分散効果を高めることができる。したがって，このことにより，反応器内部の温度をより均一に保つことができ，生成物（製品）である液体炭化水素の組成を安定させることが可能である。
【００１２】
また，ガスの吹き込みノズルを複数設置する必要がないため，反応器の内部構造や反応器外部の配管形状を単純にすることができる。さらに，複数のガス吹き込みノズルの間で，スラリー中に供給するガスの流量を調整するための機構も必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態に係る気泡塔型炭化水素合成反応器の一例としての気泡塔型スラリー床ＦＴ合成反応器１（以下，単に「ＦＴ反応器１」という。）の構成について説明する。なお，図１は，本実施形態に係るＦＴ反応器１の全体構成を示す縦断面図である。
【００１５】
図１に示すように，本実施形態に係るＦＴ反応器１は，反応器本体１０と，ディストリビュータ２０と，障壁部材３０と，冷却管４０と，を主に備える。
【００１６】
反応器本体１０は，直径が１〜２０ｍ程度，好ましくは２〜１０ｍ程度，高さが１０〜５０ｍ程度，好ましくは１５〜４５ｍ程度の略円筒型の金属製の容器であり，その内部には，液体炭化水素（ＦＴ反応の生成物）１２２中に，固体の触媒粒子１２４を懸濁させたスラリー１２が収容される。
【００１７】
ディストリビュータ２０は，本実施形態に係る反応ガス供給部の一例であり，反応器本体１０の下部に配設され，水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスを下方に噴射してスラリー１２に供給する。このディストリビュータ２０は，合成ガス供給管２２と，合成ガス供給管２２の先端部に取り付けられたノズルヘッダー２４と，ノズルヘッダー２４の側部に設けられた複数の合成ガス供給ノズル２６とを備えるが，その詳細については後述する。
【００１８】
障壁部材３０は，ディストリビュータ２０から噴射される合成ガスの噴射方向，すなわち，ディストリビュータ２０の下方に設置され，スラリー１２の流れを制限する。また，障壁部材３０は，スラリー１２中の触媒粒子１２４のみの流れを制限するフィルタ要素を含んでいてもよい。このフィルタ要素により液体炭化水素１２２と触媒粒子１２４とを分離して，液体炭化水素１２２だけを反応器本体１０の底部に設けられた液体炭化水素排出口１４から排出することができる。一方，液体炭化水素１２２を反応器本体１０の底部から排出する必要のないときは，障壁部材３０にフィルタ要素を設けなくてもよい。なお，障壁部材３０の詳細については後述する。
【００１９】
冷却管４０は，反応器本体１０の内部に反応器本体１０の高さ方向に沿って設けられ，ＦＴ合成反応により発生する熱により温度が上昇したスラリー１２を冷却する。この冷却管４０は，例えば，図１に示すように，１本の管が鉛直方向に沿って上下に複数回（例えば，図１では２往復）するような形状に形成することができる。ただし，冷却管の形状および本数は上記形状および本数に限られるわけではなく，反応器本体１０内部に均等に配置されて，スラリー１２を均等に冷却することに寄与できるものであればよい。例えば，バイヨネット型と呼ばれる二重管構造の冷却管を反応器本体１０内部に複数配置してもよい。
【００２０】
この冷却管４０内には，冷却管入口４２から導入された，例えば反応器本体１０内の温度との差が−５０〜０℃程度の冷却水が流通しており，この冷却水が冷却管４０内を通り，冷却水の一部が水蒸気となって冷却管出口４４から排出されることにより，反応器本体１０内部のスラリー１２が冷却される。なお，スラリー１２を冷却するための媒体としては，上記のような冷却水に限られず，例えば，Ｃ４〜Ｃ１０の直鎖，分岐鎖および環状のパラフィン，オレフィン，低分子量シラン，シリルエーテル，シリコンオイルなどを使用することができる。
【００２１】
次に，図１〜図３に基づいて，本実施形態に係るディストリビュータ２０および障壁部材３０の構成および作用について詳細に説明する。なお，図２（ａ）は，図１に示したＦＴ反応器１の要部を拡大した縦断面図であり，図２（ｂ）は，図２（ａ）に示したディストリビュータ２０を構成する合成ガス供給ノズル２６の拡大縦断面図であり，図３は，図２（ａ）に示したＦＴ反応器１をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した横断面図である。
【００２２】
ディストリビュータ２０は，上述したように，合成ガス供給管２２と，ノズルヘッダー２４と，複数の合成ガス供給ノズル２６とを備える。
【００２３】
合成ガス供給管２２は，反応器本体１０の側面を貫通し，反応器本体１０の中央部付近で鉛直方向下方に向かって屈曲している。屈曲した合成ガス供給管２２の先端部には，ノズルヘッダー２４が取り付けられており，このノズルヘッダー２４は，反応器本体１０の径方向に延設されている。また，ノズルヘッダー２４の長手方向両側部には，ノズルヘッダー２４と略直交する方向に複数（本実施形態ではノズルヘッダー２４の片側に９本ずつ）の合成ガス供給ノズル２６が設けられている。ここで，合成ガスが反応器本体１０内部のスラリー１２に均等に供給されるように，本実施形態では，各合成ガス供給ノズル２６の長さは，反応器本体１０の形状に応じて，ノズルヘッダー２４の中央部に行くほど長く，両端部に行くほど短くなるように形成されている。ただし，ノズルヘッダー２４や合成ガス供給ノズル２６の形状や数は特に限定されない。
【００２４】
さらに，合成ガス供給ノズル２６には，図２（ｂ）および図３に示すように，その長手方向に沿って複数の合成ガス噴射口２６ａ，２６ｂ，２６ｃが形成されている（図３においては，説明の便宜のため，噴射口２６ａ，２６ｃを図示していない）。この合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃは，合成ガスが下方（反応器本体１０の底部の方向）へ噴射されるように，合成ガス供給ノズル２６の鉛直方向下側半分の範囲内に形成されることが好ましい。ただし，合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃは，必ずしも合成ガス供給ノズル２６の鉛直方向下側半分の範囲内に形成される必要はなく，合成ガスが下方に向けて噴射されるような構造であれば，任意の位置に形成することができる。また，合成ガスが下方に向けて噴射される噴射口に加えて，合成ガスが上方に向けて噴射される噴射口が鉛直方向上側に形成されていてもよい。
【００２５】
なお，図２（ｂ）に示すように，本実施形態に係る合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃは，合成ガスを効率よく均等に噴射するために，隣り合う噴射口による合成ガスの噴射方向が４５°ずれるように形成されているが，合成ガス噴射口２６ａ〜２６ｃの配置は上記の配置に限定されるわけではない。また，噴射口の数は，３個に限定されるものではない。
【００２６】
上述したような構成を有するディストリビュータ２０においては，反応器本体１０の外部から合成ガス供給管２２を通じて供給された合成ガスは，合成ガスノズルヘッダー２４の内部を通過し，合成ガス供給管２６の下部側（反応器本体１０の底部側）に設けられた合成ガス供給口２６ａ，２６ｂ，２６ｃから下方（図の細矢印で示した方向）に向かって噴射される。このようにしてディストリビュータ２０から吹き込まれた合成ガスは，気泡２８となって，スラリー１２中を反応器本体１０の高さ方向（鉛直方向）下方から上方へ向かって流れる際に液体炭化水素１２２中に溶解し，触媒粒子１２４と接触することにより，液体炭化水素の合成反応（ＦＴ合成反応）が行われる。
【００２７】
また，上記のように合成ガスが反応器本体１０の底部から吹き込まれ，吹き込まれた合成ガスが気泡２８となって反応器本体内を上昇することにより，反応器本体１０内部においては，図１に太矢印で示したように，中央部（反応器本体１０の中心軸付近）にスラリー１２の上昇流が生じるとともに，反応器本体１０の内壁付近（円周部付近）には主として下降流が生じる。
【００２８】
障壁部材３０は，図２（ａ）に示すように，本実施形態に係るフィルタ要素の一例としてのスクリーン３２と，スクリーン３２を下方から支持するスクリーン支持部材３４とからなり，ディストリビュータ２０から噴射された合成ガスの噴射方向，すなわち，ディストリビュータ２０の下方に設置される。
【００２９】
スクリーン３２は，例えば，触媒粒子１２４の粒径よりも小さなスリット幅を有する複数のスリットを含み，触媒粒子１２４を透過させず，液体炭化水素１２２および気泡２８のみを透過させるフィルタとすることができる。したがって，このスクリーン３２を反応器本体１０の底部に設置することにより，スクリーン３２より下方への触媒粒子の流れだけが制限される。
【００３０】
スクリーン支持部材３４は，スクリーン３２を下方から支持する支持部材であり，スクリーン３２のフィルタとしての役割を果たすために，少なくとも液体炭化水素１２２および気泡２８が透過可能なように構成されている。
【００３１】
ここで，図４を参照しながら，本実施形態に係る障壁部材３０の構成について詳細に説明する。なお，図４は，本実施形態に係る障壁部材３０の構成を示す上面図であり，（ａ）はスクリーン３２が障壁部材３０の全面に設けられた例を示し，（ｂ）はスクリーン３２が障壁部材３０の一部に設けられた例を示している。
【００３２】
まず，スクリーンを障壁部材３０の全面に設ける場合には，図４（ａ）に示すように，障壁部材３０の上面全体に，触媒粒子１２２の粒径よりも小さな幅ｄを有する複数のスリット３２ａと，スリット３２ａの両側に形成されたワイヤー３２ｂとを有するスクリーン３２が設置される。このスクリーン３２のスリット幅ｄは，触媒粒子１２２がスクリーン３２の下方へ透過しないように，触媒粒子１２２の平均粒径よりも十分に小さなものとすることが好ましい。スリット幅ｄは，触媒粒子の平均粒径の例えば５０％以下，好ましくは１０〜３０％程度とすることが好ましい。
【００３３】
このように，触媒粒子１２２の平均粒径よりも十分に小さなスリット幅ｄの複数のスリット３２ａを有するスクリーン３２を設置することにより，液体炭化水素１２２と触媒粒子１２４とを分離して，液体炭化水素１２２だけを反応器本体１０の底部に設けられた液体炭化水素排出口１４から排出することができる。
【００３４】
一方，触媒粒子１２２は，スクリーン３２を透過することができないので，スクリーン３２上に堆積しようとするが，このスクリーン３２上に堆積しようとする触媒粒子１２２を，上述したディストリビュータ２０から合成ガスをスクリーン３２に向けて噴射することにより，触媒粒子１２２が反応器本体１０の上方に向かって巻き上げられる。なお，詳細については後述する。
【００３５】
次に，スクリーンを障壁部材３０の一部に設ける場合には，図４（ｂ）に示すように，例えば，中央に開口部が形成された遮蔽板３６の開口部に設置されたスクリーン３２が，スクリーン支持部材３４により下方から支持される。これにより，反応器本体１０内部において，中央部にフィルタ要素としてのスクリーン３２が設置され，周縁部（反応器本体１０の内壁側）に遮蔽板３６が設置された障壁部材が設けられることとなる。
【００３６】
上述したような遮蔽板３６は，スリット３２ａが形成されているスクリーン３２と異なり，ディストリビュータ２０から噴射した合成ガスが下方に透過することがないため，スクリーン３２よりも触媒粒子１２４を効率的に上方に巻き上げることができ，触媒粒子１２４を反応器本体１０内部のスラリー１２中に効果的に分散させることができる。また，障壁部材の一部にスクリーンが設置されることにより，反応器本体１０内の液体相（液体炭化水素１２２）を反応器本体１０の底部の液体炭化水素排出口１４より排出できる。
【００３７】
なお，スクリーン３２を設ける範囲，すなわち，フランジの開口部の大きさは特に限定されないが，液体炭化水素１２２の排出効率と触媒粒子１２４の拡散効果とのバランスを考慮して決定されることが好ましい。また，遮蔽版３６としては，同様の形状と，十分な機械的強度および耐熱温度を有するものであれば，鋼板，アルミ板など，任意の材質のものを用いることができる。
【００３８】
また，本実施形態のように，フィルタ要素の一例としてのスクリーン３２を，障壁部材３０の中央部に設け，周縁部を遮蔽板３６で覆うようにしたのは，触媒粒子１２４は障壁部材３０の周縁部に堆積しやすいので，周縁部に触媒粒子１２４の拡散効果に優れる遮蔽板３６を配置した方が，より効果的に触媒粒子１２４をスラリー１２中に分散させることができるためである。
【００３９】
なお，液体炭化水素１２２を反応器本体１０の底部から排出する必要のないときは，障壁部材３０にフィルタ要素を設けずに，障壁部材３０として鋼板などの金属板を用いてもよい。この場合は，底部が平坦な反応器を用いることと実質的に変わりはない。
【００４０】
また，障壁部材３０は，ディストリビュータ２０から噴射された合成ガスが到達する範囲内に設置されることが好ましい。具体的には，例えば，障壁部材３０とディストリビュータ２０との距離が３０ｃｍ以下，好ましくは１０ｃｍ程度となるように，障壁部材３０を設置することができる。このように，障壁部材３０とディストリビュータ２０とを十分に近い距離に配置することにより，障壁部材３０のスクリーン３２上に堆積しようとする触媒粒子に対し，ディストリビュータ２０から噴射された合成ガスを直接に吹き付けることにより，触媒粒子１２２が十分に撹拌され，触媒粒子１２２をスラリー１２中に効果的に分散させることができる。
【００４１】
また，障壁部材３０は，水平に，すなわち，反応器本体１０の高さ方向に垂直な水平面に平行となるように設置される。通常，反応器の圧力容器としての構造的強度を考慮して，反応器本体１０の底部は図２（ａ）等に示すように曲面に形成されているが，このような場合には，反応器本体１０底部の中央部にはディストリビュータ２０から噴射された合成ガスが到達し難くなるため，その部分に触媒粒子１２４が堆積し易くなってしまう。そこで，本実施形態のように，障壁部材３０を水平に設置することにより，触媒粒子１２４が堆積することを防止している。
【００４２】
次に，図５Ａおよび図５Ｂに基づいて，本実施形態における触媒粒子１２４の分散方法について説明する。なお，図５Ａは，本実施形態における触媒粒子１２４の分散方法を示す説明図であり，（ａ）はスクリーン上に触媒粒子が堆積している状態を示し，（ｂ）は触媒粒子が撹拌される状態を示している。また，図５Ｂは，本実施形態の変形例に係るディストリビュータ２００により触媒粒子が撹拌される状態を示す説明図である。また，図５Ａおよび図５Ｂにおいては，説明の便宜のため，ＦＴ反応器１の構成については簡略化して記載している。
【００４３】
従来のようにガスをディストリビュータ２００´から上方に吹き込むノズルを設けている場合には，別途のガス吹き込みノズルを設けて，障壁部材３０の下方からガスを吹き込まないと，図５Ａ（ａ）に示すように，障壁部材３０上に触媒粒子１２４が堆積してしまう。特に，反応器本体１０の周縁部（内壁側）に触媒粒子１２４が堆積しやすくなる。
【００４４】
そこで，本実施形態では，図５Ａ（ｂ）に示すように，障壁部材３０から十分に近い距離にディストリビュータ２０を設け，このディストリビュータ２０から障壁部材３０に向けて下方にガスを噴射することにより，障壁部材３０上に堆積しようとする触媒粒子１２４を上方に巻き上げ（図５Ａ（ｂ）の太矢印参照），反応器本体１０内部のスラリー１２中に触媒粒子１２４を均等に分散させることができる。
【００４５】
また，図５Ｂに示すように，合成ガスを吹き込む反応ガス供給部として，上段吹き込みノズル２１０と下段吹き込みノズル２２０の２段のガス吹き込みノズルを有するディストリビュータ２００を用いてもよい。この場合は，上段吹き込みノズル２１０から合成ガスが上方に向けて噴射され，下段吹き込みノズル２２０から合成ガスが少なくとも下方のスクリーン３０に向けて噴射される。なお，下段吹き込みノズル２２０からは，下方に向けて合成ガスを噴射することに加えて，上方に向けて合成ガスを噴射するようにしてもよい。
【００４６】
このように，ガス吹き込みノズルを２段にすることにより，下段吹き込みノズル２２０からスクリーン３０に噴射された合成ガスにより巻き上げられた触媒粒子１２４を，上段吹き込みノズル２１０から噴射された合成ガスによるエアリフト効果により，さらに上方へ浮上させることができる。したがって，２段のガス吹き込みノズルを有するディストリビュータ２００を使用することにより，図５Ａ（ｂ）に示したような１段のガス吹き込みノズルを有するディストリビュータ２０を用いた場合よりも，触媒粒子１２４の分散効果をさらに向上させることができ，生成される液体炭化水素１２２の組成をより安定させることができる。
【００４７】
以上説明したように，本実施形態に係るＦＴ反応器１によれば，ディストリビュータ２０またはディストリビュータ２００の下段吹き込みノズル２２０から噴射したガスを障壁部材３０に向けて吹き付けることにより，障壁部材３０上に堆積しようとする触媒粒子１２４が撹拌され，触媒粒子１２４のスラリー１２中への分散を促進することができる。したがって，反応器本体１０内部の温度をより均一に保つことができ，これにより，ＦＴ反応により合成される生成物である液体炭化水素の組成を安定させることができる。
【００４８】
また，反応器本体１０内に水平に障壁部材３０を設け，この障壁部材３０に向けて，ディストリビュータ２０またはディストリビュータ２００の下段吹き込みノズル２２０からガスを噴射する構造とすることにより触媒粒子の分散効果を高めることができる。したがって，従来のように，触媒粒子１２４をスラリー１２中に分散させる効果を高めるために，複数のガス吹き込みノズルを設置する必要がないため，反応器本体１０内部の構造や反応器本体１０外部の配管形状を単純にすることができる。さらに，ガスを吹き込むための部材としてはディストリビュータ２０またはディストリビュータ２００単独で足りるため，従来のような複数のガス吹き込みノズル間のガスの流量を調整するための機構を設ける必要もない。
【００４９】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
例えば，上述した実施形態においては，反応器本体１０の形状が略円筒状の場合について説明したが，障壁部材または反応器本体の底面上に堆積しようとする触媒粒子を上方に巻き上げて，触媒粒子をスラリー中に均等に分散できるものであれば，反応器本体の形状は特に限定されない。
【００５１】
また，上述した実施形態においては，冷却管が１本の管が鉛直方向に沿って上下に複数回往復するような形状である場合について説明したが，反応器本体内部に均等に配置されて，スラリーを均等に冷却することに寄与できるものであれば，冷却管の形状や本数は特に限定されない。例えば，いわゆるバイヨネット型と呼ばれる二重管構造の冷却管を反応器内部に複数配置してもよい。
【００５２】
また，上述した実施形態においては，障壁部材に含まれるフィルタ要素として，複数のスリットが形成されたスクリーンを使用した場合について説明したが，上記フィルタ要素としては，特に限定されず，例えば，触媒粒子の粒径よりも十分に小さな口径のメッシュを有するメッシュ状のフィルタであってもよい。また，多孔質の焼結板などを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は，気泡塔型炭化水素合成反応器に適用可能であり，特に，液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでフィッシャー・トロプシュ合成反応を行うための反応器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＦＴ反応器の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は，図１に示した本発明の第１の実施形態に係るＦＴ反応器の要部を拡大した縦断面図であり，（ｂ）は，（ａ）に示したディストリビュータを構成する合成ガス供給ノズルの拡大縦断面図である。
【図３】図２（ａ）に示したＦＴ反応器をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した横断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る障壁部材の構成を示す上面図であり，（ａ）はスクリーンが全面に設けられた例を示し，（ｂ）はスクリーンが一部に設けられた例を示す。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態における触媒粒子の分散方法を示す説明図であり，（ａ）はスクリーン上に触媒粒子が堆積している状態を示し，（ｂ）は触媒粒子が撹拌される状態を示している。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例に係るディストリビュータにより触媒粒子が撹拌される状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 気泡塔型スラリー床ＦＴ反応器
１０ 反応器本体
１２ スラリー
１４ 液体炭化水素排出口
２０ ディストリビュータ
２２ 合成ガス供給管
２４ ノズルヘッダー
２６ 合成ガス供給ノズル
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 合成ガス噴射口
２８ 気泡
３０ 障壁部材
３２ スクリーン
３２ａ スリット
３２ｂ ワイヤー
３４ スクリーン支持部材
３６ 遮蔽板
４０ 冷却管
４２ 冷却管入口
４４ 冷却管出口
１２２ 液体炭化水素
１２４ 触媒粒子
２００ ディストリビュータ
２１０ 上段吹き込みノズル
２２０ 下段吹き込みノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリーを収容する反応器本体と；
前記反応器本体の下部に配設され，水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスを下方に噴射して前記スラリーに供給する反応ガス供給部と；
前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスの噴射方向に配置され，前記スラリーの流れを制限する障壁部材と；
を備えたことを特徴とする，気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項２】
前記障壁部材は，前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスが到達する範囲内に設置されることを特徴とする，請求項１に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項３】
前記障壁部材は，前記反応器本体の高さ方向に垂直な水平面に平行となるように設置されることを特徴とする，請求項１に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項４】
前記障壁部材は，前記スラリー中の触媒粒子のみの流れを制限するフィルタ要素を含むことを特徴とする，請求項１に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項５】
前記フィルタ要素は，前記障壁部材の一部に設けられていることを特徴とする，請求項４に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項１】
液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリーを収容する反応器本体と；
前記反応器本体の下部に配設され，水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスを下方に噴射して前記スラリーに供給する反応ガス供給部と；
前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスの噴射方向に配置され，前記スラリーの流れを制限する障壁部材と；
を備えたことを特徴とする，気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項２】
前記障壁部材は，前記反応ガス供給部から噴射される合成ガスが到達する範囲内に設置されることを特徴とする，請求項１に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項３】
前記障壁部材は，前記反応器本体の高さ方向に垂直な水平面に平行となるように設置されることを特徴とする，請求項１に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項４】
前記障壁部材は，前記スラリー中の触媒粒子のみの流れを制限するフィルタ要素を含むことを特徴とする，請求項１に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【請求項５】
前記フィルタ要素は，前記障壁部材の一部に設けられていることを特徴とする，請求項４に記載の気泡塔型炭化水素合成反応器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【公開番号】特開２００７−１９７４０５（Ｐ２００７−１９７４０５Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０６５９（Ｐ２００６−２０６５９）
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]