特表 2023-551975 充填要素

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-13

(54)【発明の名称】充填要素

(51)【国際特許分類】

   B01J 35/10 20060101AFI20231206BHJP

   B01J 32/00 20060101ALI20231206BHJP

   B01J 37/00 20060101ALI20231206BHJP

   B01J 37/04 20060101ALI20231206BHJP

   B01J 37/08 20060101ALI20231206BHJP

   B01J 37/02 20060101ALI20231206BHJP

   B01J 19/30 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

B01J35/10 301G

B01J32/00

B01J37/00 H

B01J37/04 102

B01J37/08

B01J37/02 101Z

B01J19/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023534132

(86)(22)【出願日】2021-12-02

(85)【翻訳文提出日】2023-07-14

(86)【国際出願番号】 GB2021053157

(87)【国際公開番号】W WO2022118032

(87)【国際公開日】2022-06-09

(31)【優先権主張番号】2019063.3

(32)【優先日】2020-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521100807

【氏名又は名称】ジェムテック リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】スタッキー マーク

(72)【発明者】

【氏名】コールキン リチャード

【テーマコード（参考）】

4G075

4G169

【Ｆターム（参考）】

4G075AA03

4G075BA06

4G075FA14

4G075FB04

4G075FC20

4G169AA01

4G169AA03

4G169AA08

4G169AA09

4G169BA01A

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4G169BA03A

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4G169BA08A

4G169BA13A

4G169BA13C

4G169BA21A

4G169BA21C

4G169BA22A

4G169BA22C

4G169BB02A

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4G169BB06A

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4G169BC03A

4G169BC04A

4G169BC09A

4G169BC10A

4G169BC13A

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4G169BC33A

4G169BC40A

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4G169BC43A

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4G169BC75A

4G169CB81

4G169DA06

4G169EA02X

4G169EA04X

4G169EA04Y

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4G169EB07

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4G169EB14Y

4G169EC01X

4G169EC06X

4G169EC07X

4G169EC08X

4G169ED03

4G169FA01

4G169FB06

4G169FB14

4G169FB30

4G169FB57

4G169FB73

(57)【要約】

充填床内に使用するための充填要素が記載される。この充填要素はセラミック材料を含み、充填要素の外面上に表面構造をさらに含む。この充填要素は、充填要素の第１の側の上の第１の開口部から、充填要素の実質的に反対側の第２の側の上の第２の開口部まで充填要素を通過して延在する流体連通粒子内チャネルを含まない。担持触媒、装置、及び製造方法も記載される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

充填床内に使用するための充填要素であって、前記充填要素がセラミック材料を含み、前記充填要素の外面上に表面構造をさらに含み、前記充填要素が、前記充填要素の第１の側の上の第１の開口部から、前記充填要素の実質的に反対側の第２の側の上の第２の開口部まで前記充填要素を通過して延在する流体連通粒子内チャネルを含まない、充填要素。

【請求項2】

前記充填要素が、実質的に、多葉、例えば三葉、四葉、若しくは五葉；球；楕円体、立方体；直方体；円筒形；又は歯車の形態であるマクロ構造を有する、請求項１に記載の充填要素。

【請求項3】

前記充填要素が、実質的に球形又は楕円体のマクロ構造を有しない、請求項１に記載の充填要素。

【請求項4】

前記充填要素が、＞２０ｍｍ、例えば≧２１ｍｍ又は≧２２ｍｍの最大寸法を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項5】

前記充填要素が、実質的に同じ外観を有する複数の繰り返しの表面構造を含む、及び／又は前記充填要素が、前記充填要素の前記外面の≧２０％にわたって、例えば前記外面の≧３０％、≧４０％、≧６０％、又は≧８０％にわたって延在する表面構造を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項6】

前記充填要素が、前記外面の≧６０％、例えば≧８０％にわたって延在する表面構造を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項7】

前記表面構造が、複数の接続された環状の山及び／又は谷構造を含み、適切には相互接続された環状の山及び／又は谷構造を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項8】

前記表面構造が、複数の隆起及び／又はくぼみを含み、適切には相互接続された隆起及び／又はくぼみを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項9】

前記充填要素が、≧０．７ｃｍ^２／ｃｍ^３の体積当たりの幾何学的表面積（ＧＳＡ）、例えば≧１ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、好ましくは≧１．２ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、より好ましくは≧１．３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、最も好ましくは≧１．４ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項10】

前記充填要素が、≧２５０ｋｇｆ、例えば≧２７５ｋｇｆ、好ましくは≧３００ｋｇｆ、より好ましくは≧３２５ｋｇｆ、最も好ましくは≧３５０ｋｇｆの側面破壊強度を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項11】

前記充填要素が、≧１．７ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、好ましくは≧１．９ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、より好ましくは≧２．１ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、最も好ましくは≧２．３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡを有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項12】

前記充填要素が、≧１７０ｋｇｆ、好ましくは≧１８５ｋｇｆ、より好ましくは≧２００ｋｇｆ、最も好ましくは≧２１５ｋｇｆの側面破壊強度を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項13】

前記充填要素が、≧３．３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、好ましくは≧３．６ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、より好ましくは≧３．９ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、最も好ましくは≧４．２ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項14】

前記充填要素が、≧７０ｋｇｆ、好ましくは≧８０ｋｇｆ、より好ましくは≧９０ｋｇｆ、最も好ましくは≧１００ｋｇｆの側面破壊強度を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項15】

前記充填要素が、≧０．０６ｃｍ^３／ｇ、好ましくは≧０．１５ｃｍ^３／ｇ、より好ましくは≧０．２ｃｍ^３／ｇ、最も好ましくは≧０．２５ｃｍ^３／ｇの多孔度を有する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項16】

前記充填要素が、＜０．５ｃｍ^３／ｇ、例えば≦０．４９ｃｍ^３／ｇ又は≦０．４８ｃｍ^３／ｇの多孔度を有する、請求項１～１５のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項17】

前記充填要素が、＜０．３５ｃｍ^３／ｇ、例えば≦０．３４ｃｍ^３／ｇ又は≦０．３３ｃｍ^３／ｇの多孔度を有する、請求項１～１６のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項18】

前記充填要素が、０．０６～０．５ｃｍ^３／ｇ、好ましくは０．１５～０．４ｃｍ^３／ｇ、より好ましくは０．２～０．３５ｃｍ^３／ｇ、例えば０．２～＜０．３５ｃｍ^３／ｇ、最も好ましくは０．２５～０．３ｃｍ^３／ｇ、例えば０．２５～＜０．３ｃｍ^３／ｇの多孔度を有する、請求項１～１７のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項19】

前記充填要素が、キャスト充填要素、例えばゲルキャスト充填要素であり、及び／又は前記充填要素が、セラミック材料と、有機バインダー成分と、場合により細孔形成成分とを含む組成物のゲルキャスティングによって得ることができる、請求項１～１８のいずれか一項に記載の充填要素。

【請求項20】

前記有機バインダー成分が、重合性成分を含み、適切には重合性モノマー及び架橋要素を含み、前記バインダー成分が、重合して（コ）ポリマーを形成するように操作可能である、請求項１９に記載の充填要素。

【請求項21】

前記有機バインダー成分が、４０～９５重量％の重合性モノマー及び６０～５重量％の架橋要素、例えば５０～９０重量％の重合性モノマー及び５０～１０重量％の架橋要素、又は５５～８５重量％の重合性モノマー及び４５～１５重量％の架橋要素、又は６０～８０重量％の重合性モノマー及び４０～２０重量％の架橋要素、例えば６５～７５重量％の重合性モノマー及び３５～２５重量％の架橋要素から形成され；及び／又は前記セラミック材料が、酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、ジルコニア、シリカ、チタン酸塩、炭素、及び／又は酸化マグネシウム、又はそれらの前駆体を含み；及び／又は前記組成物又は充填要素が、助触媒を含み、例えば、ランタン、銅、マグネシウム、マンガン、カリウム、カルシウム、ジルコニウム、バリウム、セリウム、ナトリウム、リチウム、モリブデン、イットリウム、コバルト、及び／又はクロムの酸化物から選択される助触媒を含み；及び／又は前記組成物が、前記組成物の乾燥重量を基準として重合性モノマーを０．１～１０％、好ましくは０．５～８重量％、より好ましくは１～６重量％、例えば１．５～５重量％、最も好ましくは２～４重量％含み；及び／又は前記組成物が、前記組成物の乾燥重量を基準としてセラミック材料を５０～９５％、好ましくは５０～９０重量％、より好ましくは５５～８５重量％、最も好ましくは６０～８０重量％含む、請求項１９又は２０に記載の充填要素。

【請求項22】

請求項１～２１のいずれか一項に記載の充填要素を含み、触媒材料をさらに含む、担持触媒。

【請求項23】

前記触媒材料が、遷移金属から選択される金属、適切には遷移金属酸化物、及び／又は貴金属、適切にはそれらの合金、例えば、鉄、ニッケル、銀、金、白金、ルテニウム、バナジウム、モリブデン、及び／又はコバルトから選択される金属を含む、請求項２２に記載の担持触媒。

【請求項24】

前記担持触媒が、アンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造；鉄の直接還元（ＤＲＩ）；吸熱ガス生成；接触部分酸化；エチレンオキシド、１，９－デカジエンオキシド、１，３－ブタジエンオキシド、２－ブテンオキシド、イソブチレンオキシド、１－ブテンオキシド、及び／又はプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドのオートサーマル改質又は製造のために、充填床反応器内で使用するためのものである、請求項２２又は２３に記載の担持触媒。

【請求項25】

前記担持触媒が、アルキレンオキシドの製造のために充填床反応器内で使用するためのものではない、請求項２２～２４のいずれか一項に記載の担持触媒。

【請求項26】

充填要素／担持触媒、適切には請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素／担持触媒の製造方法であって：
ａ．充填要素を製造するための組成物、適切にはゲルキャスト組成物を、開始剤及び場合により重合促進剤に接触させるステップと；
ｂ．ステップ（ａ）で得られた組成物を金型内に配置するステップと；
ｃ．前記組成物を金型から取り出してグリーン体を製造するステップと、
ｄ．場合により、前記グリーン体の室温における乾燥、又は前記グリーン体の高温における焼付けを行うステップと；
ｅ．前記グリーン体を焼成するステップと；
ｆ．場合により、前記充填要素を触媒材料に接触させるステップと、
を含む、方法。

【請求項27】

触媒床を含む反応器であって、前記触媒床が、請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、反応器。

【請求項28】

触媒床を含む反応媒体であって、前記触媒床が、請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、反応媒体。

【請求項29】

請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒の、吸収体として、例えば汚染物質除去剤としての使用。

【請求項30】

混合物の標的成分、例えば汚染物質を選択的に除去するための混合物、例えば流体混合物の処理方法であって：
ａ．前記流体を請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒に接触させて、前記標的成分の少なくとも一部を前記充填要素／担持触媒に移動させるステップ、
を含む方法。

【請求項31】

ｉ．触媒床を含む反応器の使用を含むアンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造方法であって、前記触媒床が、前記合成ガスを製造するための請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、方法；
ｉｉ．触媒床を含む反応器の使用を含む直接還元鉄の製造方法であって、前記触媒床が、前記直接還元鉄を製造するための請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、方法；
ｉｉｉ．触媒床を含む反応器の使用を含む吸熱ガス生成方法であって、前記触媒床が、前記吸熱ガス生成のための請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、方法、
ｉｖ．触媒床を含む反応器の使用を含む接触部分酸化方法であって、前記触媒床が、前記接触部分酸化のための請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、方法；又は
ｖ．触媒床を含む反応器の使用を含むオートサーマル改質方法であって、前記触媒床が、前記オートサーマル改質のための請求項１～２５のいずれか一項に記載の充填要素及び／又は担持触媒を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充填床の充填要素に関し、特に触媒の担体に関する。特に、本発明は、水蒸気改質及び直接還元鉄の製造などのプロセスに使用するためのセラミック触媒担体及び担持触媒に関する。

【背景技術】

【0002】

水蒸気改質及び直接還元鉄の製造などの工業プロセスに使用される金属触媒は、金属の表面積を増加させるために小さい粒子に微分割されると、より活性が高くなる。耐火性担体全体に金属粒子を広げることによって、このような反応中に広い金属表面積を維持することが可能となる。このようなプロセスに触媒担体を使用することの別の利点は、多量の豊富で安価な担体材料上に分散させるために、より高価な触媒金属が少量でのみ必要となり、それによって、商業規模で必要となる触媒材料のコストが大幅に減少することである。

【0003】

多くのこのようなプロセスでは、触媒を必要とする反応は非常に速く、ペレット表面に限定される。したがって、この反応は担持触媒の幾何学的表面積によって決定される。さらに、小さい内部表面積（ＢＥＴ）及びそのため小さい内部細孔容積を有する担持触媒は、一般に、そのようなプロセスにおける活性が低いことが問題となる。担持触媒が充填、作用、及び排出の間に破壊されると、活性が低下し、遅延が大きくなり、コストが増加することがあるので、担体の強度も重要である。例えば、直接還元鉄（ＤＲＩ）のためのＭｉｄｒｅｘプロセスでは、触媒は、水蒸気改質触媒と同様に、高レベルの機械的取り扱い及び熱サイクルを受けることがある。さらに、担持触媒は、少ない圧力低下を維持しながら、良好な熱伝達特性が得られるべきである。

【0004】

このような工業プロセスにおける触媒の担体は、セラミック粉末の押出成形、ペレット化、又は造粒に続いて、そのグリーン体の焼成を行うことによって製造される。

【0005】

しかし、このような方法では、限定された担体の形状及び物理的性質のみを得ることができることが分かっている。例えば、このような担体は、高強度を実現できるが、小さい幾何学的表面積及び低い多孔度が犠牲となりうる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、望ましい性質のより良好な組み合わせを有する触媒のための改善された担体が必要とされている。このような改善された触媒は、経済的な製造も可能となるべきである。したがって、本発明の態様の目的は、上記又はその他の問題の１つ以上に対処することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様によると、充填床内に使用するための充填要素であって、充填要素がセラミック材料を含み、充填要素の外面上に表面構造をさらに含み、充填要素が、充填要素の第１の側の上の第１の開口部から、充填要素の実質的に反対側の第２の側の上の第２の開口部まで充填要素を通過して延在する流体連通粒子内チャネルを含まない、充填要素が提供される。

【0008】

本発明の充填要素では、使用中に、流体は、充填要素の第１の側から、充填要素の実質的に反対側の第２の側まで充填要素を通過して流れることは実質的にできない。したがって、充填要素を通過するためには、流体は、充填要素の外面の周囲に強制的に流される。したがって、本発明の状況では、「充填要素の第１の側の上の第１の開口部から、充填要素の実質的に反対側の第２の側の上の第２の開口部まで充填要素を通過して延在する流体連通粒子内チャネルを含まない」という表現は、使用中に、流体が、充填要素の第１の側から、充填要素の実質的に反対側の第２の側まで充填要素の本体を通過して流れることは実質的にできないことを意味すると解釈することができる。本発明の状況において、このような「流体連通粒子内チャネル」は、充填要素の材料中に存在しうる微視的な細孔を含まないことを理解されるであろう。

【0009】

充填要素は、第１の開口部から第２の開口部まで延在する充填要素中の流体連通粒子内チャネルを含まない場合がある。

【0010】

有利には、驚くべきことに、充填要素の本体を通過する流路が存在しない表面構造の組み合わせによって、強度が増加し、同時に、流速が増加し、流れが触媒表面上に向かい、より均一な流れが得られることが分かった。

【0011】

充填要素は、触媒担体、又は担持触媒であってよい。

【0012】

充填要素は、適切には、マクロ構造と、マクロ構造の外面上の表面構造とを有する。

【0013】

マクロ構造は、３つの主軸を有することができ、３つすべての主軸は、別の主軸のそれぞれの長さの≦１，０００％、適切には別の主軸のそれぞれの長さの≦５００％、例えば別の主軸のそれぞれの長さの≦２５０％の長さを有する。マクロ構造はテープの形態でなくてよい。

【0014】

マクロ構造は、実質的に、多葉、例えば三葉、四葉、若しくは五葉；球；楕円体、立方体；直方体；円筒形；又は歯車の形態であってよい。

【0015】

マクロ構造は、実質的に、多葉、例えば三葉、四葉、若しくは五葉；立方体；直方体；円筒形；又は歯車の形態であってよい。

【0016】

充填要素は、実質的に球形又は楕円体のマクロ構造を有しなくてよい。

【0017】

歯車のマクロ構造は、半径方向外側に延在する複数のキャスタレーションを含む。歯車のマクロ構造は、キャスタレーションを除いた場合に、実質的に円形、三角形、正方形、又は長方形などを含む側方断面を有することができる。キャスタレーションの少なくとも一部、好ましくは全ては、キャスタレーションの深さ及び／又は幅に沿ってテーパーがついてよく、好ましくはそれぞれのキャスタレーションは、歯車の別のキャスタレーションと同じ方向でテーパーがついており、適切にはキャスタレーションの最も幅が広く最も深い場所は、キャスタレーションの同じ末端に向かっている。

【0018】

マクロ構造は、くぼんだ面、例えばくぼんだ上面及び／又は下面を有することができ、適切には面の少なくとも３０％、例えば少なくとも４０％又は少なくとも５０％がくぼんでいる。

【0019】

有利には、テーパーの付いたキャスタレーション及び／又はくぼんだ上面若しくは下面を有する歯車のマクロ構造によって、絡み合いの減少とともに改善された充填密度が得られることが分かった。

【0020】

球形又は楕円体のマクロ構造は、マクロ構造の外面上に少なくとも１つの直線状の溝、例えば少なくとも２つ、少なくとも３つ、又は少なくとも４つの直線状の溝を含むことができる。好ましくは、球形又は楕円体のマクロ構造は、少なくとも２つの直線状の平行な溝、例えば少なくとも３つ又は少なくとも４つの溝を含む。好ましくは、溝は、側方断面内で実質的に半球形である。球形又は楕円体のマクロ構造がこのような直線状の溝を含む場合、マクロ構造は、溝付きの球又は楕円体であると見なすことができる。

【0021】

充填要素のマクロ構造は、実質的に球又は楕円体の形態であってよい。

【0022】

充填要素は、最大１０００ｍｍ、例えば最大７５０ｍｍ又は最大５００ｍｍ、好ましくは最大４００ｍｍの最大寸法を有することができる。充填要素は、最大５００ｍｍ、例えば最大３００ｍｍ、又は最大２００ｍｍ、好ましくは最大１５０ｍｍ、より好ましくは最大１００ｍ、最も好ましくは最大５０ｍｍの幅／直径を含むことができる。

【0023】

充填要素は、＞２０ｍｍ、例えば≧２１ｍｍ又は≧２２ｍｍの最大寸法を有することができる。

【0024】

充填要素の表面構造の中間平均（ｍｅａｎ ａｖｅｒａｇｅ）高さは、充填要素の幅／直径の最大４０％、例えば最大３０％、好ましくは最大２５％、より好ましくは最大２０％、最も好ましくは最大１５％であってよい。

【0025】

「表面構造」は、充填要素のマクロ構造に基づいて推測される形状からの充填要素の外面の形状のずれを表す構造を意味する。このような表面構造は、充填要素のマクロ構造の特徴のサイズよりもはるかに小さくてよい。表面構造は、充填要素のマクロ構造上の表面テクスチャリングであると見なすことができる。本発明の状況におけるこのような「表面構造」は、微視的な表面粗さを含まないことが理解されるであろう。

【0026】

例えば、充填要素は、直径１０ｍｍの球形のマクロ構造を有することができる。上記充填要素の外面は、球形のマクロ構造に関して推測されるように部分的に均一に湾曲するが、充填要素の外面は、１２の別個の隆起の形態で外面の推測される湾曲形状から逸脱する複数の表面構造も含み、それぞれの隆起は２ｍｍの高さを有する。

【0027】

歯車のキャスタレーション又は多葉の葉などのマクロ構造の通常の特徴は、マクロ構造の一部であると見なされ、本発明による表面構造であるとは見なされないことを認識されるであろう。

【0028】

充填要素は、充填要素の少なくとも２つの側の上に表面構造を含むことができる。

【0029】

充填要素は、充填要素の外面の≧２０％にわたって、例えば外面の≧３０％、≧４０％、≧６０％、又は≧８０％にわたって延在する表面構造を含むことができる。

【0030】

「～にわたって延在する表面構造を含む」は、充填要素の外面の少なくとも指定のパーセント値が、マクロ構造に基づいた充填要素の外面の推測される形状から逸脱することを意味する。逸脱する表面の量は、表面構造の表面積ではなく、外面の推測される形状の表面積及びその失われた部分に基づいて計算されることは認識されるであろう。例えば、充填要素は、推測される外表面積が３１４ｃｍ^２であり、その中の２００ｃｍ^２が球形のマクロ構造の推測される均一な湾曲から逸脱する球形のマクロ構造を有することができ、したがってこの充填要素は外面の６３％にわたって延在する表面構造を有する。この計算のためには、流体連通チャネルを接続する開口部によって占められる推測外表面積が、残りの推測外表面積の合計に加えられる。

【0031】

充填要素の表面構造の高さ、適切には中間平均高さは、≦１０ｍｍ、好ましくは≦７ｍｍ、より好ましくは≦６ｍｍ、最も好ましくは≦５ｍｍであってよい。充填要素の表面構造の高さ、適切には中間平均高さは、≧０．１ｍｍ、例えば≧０．３ｍｍ、好ましくは≧０．５ｍｍ、より好ましくは≧０．７ｍｍ、最も好ましくは≧０．８ｍｍであってよい。この場合の表面構造の高さは、深さ測定機能を有するカリパスを用いて測定される。この状況における「高さ」は、表面構造の最も低い場所から表面構造の最も高い場所までの距離を意味することを認識されるであろう。

【0032】

充填要素は、実質的に同じ外観を有する複数の繰り返しの表面構造を含むことができる。好ましくは、充填要素は、少なくとも５つの繰り返しの表面構造を含み、より好ましくは少なくとも１０、例えば少なくとも１５、又は少なくとも２０、最も好ましくは少なくとも２５の繰り返しの表面構造を含む。

【0033】

表面構造は、山、谷、隆起、及び／又はくぼみの形態であってよい。

【0034】

山又は谷の形態の表面構造は、典型的には細長く、環状の山／谷の形態であってよく、上記環状の山／谷は、円環形状に限定されるものではない。環状の山／谷は、実質的に円形、又は正凸多角形、例えば三角形、正方形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、若しくは十角形の形態であってよい。好ましくは環状の山／谷は、正凸多角形、より好ましくは五角形、六角形、又は七角形、最も好ましくは六角形の形態である。環状の山／谷の中に含まれる外面部分は、充填要素の外面の推測される形状によるものであってよいし、又は平坦、傾斜及び／又は曲面であってよい。例えば、環状の山の中に含まれる外面部分は、逆ピラミッドの形態であってよい。表面構造は、複数の接続された環状の山／谷構造、適切には相互接続された環状の山／谷構造を含むことができ、例えば少なくとも第１の環状の表面構造の山が、第２の環状の表面構造の一部を形成する。

【0035】

隆起又はくぼみの形態の表面構造は、湾曲した、角錐形の、及び／又は階段状の隆起／くぼみであってよい。階段状の隆起／くぼみは、２～１０段の間、例えば３～８段の間を含むことができる。隆起又はくぼみは、隣接する隆起／くぼみが接触する、又は互いに合併するように相互接続することができる。

【0036】

充填要素は、≧０．７ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ及び≧２５０ｋｇｆの側面破壊強度を有することができる。充填要素は、≧０．７ｃｍ^２／ｃｍ^３の体積当たりの幾何学的表面積（ＧＳＡ）、例えば≧１ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、好ましくは≧１．２ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、より好ましくは≧１．３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、最も好ましくは≧１．４ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡを有することができる。充填要素は、≧２５０ｋｇｆ、例えば≧２７５ｋｇｆ、好ましくは≧３００ｋｇｆ、より好ましくは≧３２５ｋｇｆ、最も好ましくは≧３５０ｋｇｆの側面破壊強度を有することができる。

【0037】

充填要素は、≧１．５ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ及び≧１５０ｋｇｆの側面破壊強度を有することができる。充填要素は、≧１．７ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、好ましくは≧１．９ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、より好ましくは≧２．１ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、最も好ましくは≧２．３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡを有することができる。充填要素は、≧１７０ｋｇｆ、好ましくは≧１８５ｋｇｆ、より好ましくは≧２００ｋｇｆ、最も好ましくは≧２１５ｋｇｆの側面破壊強度を有することができる。

【0038】

充填要素は、≧３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ及び≧６０ｋｇｆの側面破壊強度を有することができる。充填要素は、≧３．３ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、好ましくは≧３．６ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、より好ましくは≧３．９ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡ、最も好ましくは≧４．２ｃｍ^２／ｃｍ^３のＧＳＡを有することができる。充填要素は、≧７０ｋｇｆ、好ましくは≧８０ｋｇｆ、より好ましくは≧９０ｋｇｆ、最も好ましくは≧１００ｋｇｆの側面破壊強度を有することができる。

【0039】

本明細書における体積当たりのＧＳＡは、全てのマクロ構造及び表面構造の特徴を含む充填要素の外部寸法を測定し、表面積を計算することによって計算される。次に、計算された表面積を充填要素の計算された体積で除算する。これらの計算を行うために、適切な３Ｄモデリングソフトウェアを使用することができる。

【0040】

本明細書における側面破壊強度は、ｋｇｆの単位の値で表される。これは、最小直径８０ｍｍの２つの平行で平坦な硬化鋼板の間で加圧及び破壊を行った場合に試料が破壊される点で記録される最大荷重である。一方の板はロードセル及び記録装置に固定され、他方は、５ｍｍ／分の制御された速度で移動するラムに取り付けられる。充填要素が最も弱い寸法を決定するために、初期試行試験が行われる。次に、最も弱い方向で側面破壊試験が行われる。

【0041】

充填要素は、≧０．０６ｃｍ^３／ｇ、好ましくは≧０．１５ｃｍ^３／ｇ、より好ましくは≧０．２ｃｍ^３／ｇ、最も好ましくは≧０．２５ｃｍ^３／ｇの多孔度を有することができる。適切には、充填要素は、≧０．１５ｃｍ^３／ｇ、より好ましくは≧０．２ｃｍ^３／ｇ、最も好ましくは≧０．２５ｃｍ^３／ｇの多孔度を有する。

【0042】

充填要素は、＜０．５ｃｍ^３／ｇ、例えば≦０．４９ｃｍ^３／ｇ又は≦０．４８ｃｍ^３／ｇの多孔度を有することができる。充填要素は、＜０．３５ｃｍ^３／ｇ、例えば≦０．３４ｃｍ^３／ｇ又は≦０．３３ｃｍ^３／ｇの多孔度を有することができる。

【0043】

充填要素は、０．０６～０．５ｃｍ^３／ｇ、好ましくは０．１５～０．４ｃｍ^３／ｇ、より好ましくは０．２～０．３５ｃｍ^３／ｇ、例えば０．２～＜０．３５ｃｍ^３／ｇ、最も好ましくは０．２５～０．３ｃｍ^３／ｇ、例えば０．２５～＜０．３ｃｍ^３／ｇの多孔度を有することができる。

【0044】

充填要素は、０．１５～０．５ｃｍ^３／ｇ、より好ましくは０．２～０．４ｃｍ^３／ｇ、最も好ましくは０．２５～０．３５ｃｍ^３／ｇ、例えば０．２５～＜０．３５ｃｍ^３／ｇの多孔度を有することができる。

【0045】

充填要素は、＞０．３５～＜０．５ｃｍ^３／ｇ、例えば０．３６～０．４９ｃｍ^３／ｇの多孔度を有することができる。

【0046】

本明細書において多孔度は、ＡＳＴＭ Ｄ４２８４－１２（２０１７）ｅ１、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｐｏｒｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ ａｎｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃａｒｒｉｅｒｓ ｂｙ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ Ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｒｙを用いて水銀圧入ポロシメトリーによって測定される。

【0047】

有利には、本発明の充填要素は、改善された強度を依然として得ながら、改善された幾何学的表面積を得ることもできる。さらに、本発明の充填要素の強度及び／又は多孔度は、同じ形状を維持しながら変化させることができ、それによって再設計の要求及びコストを減少させることができる。さらに、本発明の充填要素は、依然として優れた強度を得ながら、非常に多孔質の担体を得ることができる。最も有利には、本発明の充填要素は、改善された幾何学的表面積と、優れた強度及び高レベルの多孔度との組み合わせを、改善された流速及び均一性とともに得ることができる。本発明の充填要素の改善された幾何学的表面積は、触媒反応が表面に基づく用途の場合に特に有利となる。

【0048】

本発明の充填要素は、高い熱伝達係数と、別の改善された性質、例えば改善された充填との組み合わせを得ることもできる。

【0049】

本発明の充填要素は、少ない圧力低下を有する優れた充填特性を得るために使用することもできる。本発明の充填要素は、最適なガス流を維持しながら改善された充填密度を得ることができる。

【0050】

本発明の充填要素は、キャスト充填要素、例えばゲルキャスト充填要素であってよい。好ましくは、充填要素の表面構造は、充填要素の成形ステップ中、すなわち適切には金型の形状で得られる適切な形成によって充填要素のグリーン体が形成されるステップ中に形成される。したがって、好ましくは表面構造は、充填要素のグリーン体の成形後に後製造されるのではない。

【0051】

充填要素は、セラミック材料と、有機バインダー成分と、場合により細孔形成成分とを含む組成物のゲルキャスティングによって得ることができる。

【0052】

充填要素は、キャスト成形組成物、好ましくはゲルキャスト成形組成物から形成することができる。充填要素は、有機バインダー成分と、セラミック材料と、場合により細孔形成成分とを含む成形組成物から形成することができる。

【0053】

有機バインダー成分は、充填要素の成形後に、好ましくは熱処理を用いて除去されるように操作可能であり、より好ましくは充填要素の焼成中に除去することができる。

【0054】

有機バインダー成分は、適切には重合性モノマー及び架橋要素などの重合性成分を含むことができ、バインダー成分は重合して（コ）ポリマーを形成するように操作可能である。

【0055】

重合性モノマーは、１つ以上の種類のエチレン性不飽和モノマー、例えば、アクリルモノマー又はその誘導体、例えばアクリルアミドモノマー、及び／又はビニルモノマー、例えば、メタクリルアミド（ＭＡＭ）、Ｎ－（ヒドロキシメチル）アクリルアミド（ｈＭＡＭ）、ヒドロキシエチルアクリルアミド（ｈＥＡＭ）、及び／又はＮ－ビニル－２－ピロリジノン（ＮＶＰ）の１つ以上から選択されるモノマーを含むことができる。好ましくは、重合性モノマーは、１つ以上のアクリルアミドモノマー、より好ましくは、メタクリルアミド（ＭＡＭ）、Ｎ－（ヒドロキシメチル）アクリルアミド（ｈＭＡＭ）、及びヒドロキシエチルアクリルアミド（ｈＥＡＭ）の１つ以上から選択されるモノマーを含む。最も好ましくは、重合性モノマーはＭＡＭを含む。

【0056】

架橋要素は、１つ以上のジエチレン性不飽和モノマー、例えばジアクリルモノマー又はその誘導体、例えばジアクリルアミドモノマー；アクリル塩、及び／又はポリエチレングリコール置換アクリルモノマーから選択することができる。架橋要素は、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート（ＰＥＧＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ’－メチレンビス（アクリルアミド）（ＢＩＳ）、アクリル酸アンモニウム、及びＰＥＧメチルエチルメタクリレート（ＰＥＧＭＥＭ）の１つ以上、好ましくはポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート（ＰＥＧＤＭＡ）、及びＮ，Ｎ’－メチレンビス（アクリルアミド）（ＢＩＳ）のもう１つから選択することができる。

【0057】

有機バインダー成分は、４０～９５重量％の重合性モノマー及び６０～５重量％の架橋要素、例えば５０～９０重量％の重合性モノマー及び５０～１０重量％の架橋要素、又は５５～８５重量％の重合性モノマー及び４５～１５重量％の架橋要素、又は６０～８０重量％の重合性モノマー及び４０～２０重量％の架橋要素、例えば６５～７５重量％の重合性モノマー及び３５～２５重量％の架橋要素から形成することができる。

【0058】

上記組成物は、バインダー成分の重合を促進することができる重合促進剤をさらに含むことができる。重合促進剤は、あらゆる適切な促進剤であってよい。例えば、促進剤はテトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）であってよい。

【0059】

上記組成物は、バインダー成分の重合を開始させることができる開始剤をさらに含むことができる。開始剤は、あらゆる適切な開始剤であってよい。開始剤はフリーラジカル開始剤であってよい。例えば、開始剤は、過硫酸アンモニウム及び／又は過硫酸カリウムであってよい。

【0060】

細孔形成材料は、充填要素の成形後、好ましくは熱処理を用いて、より好ましくは充填要素の焼成中に、充填要素から除去されるように操作可能である。細孔形成材料は、マイクロビーズ、デンプン、シード、及び／又はセルロースの１つ以上から選択することができる。

【0061】

細孔形成材料は、Ｄ_１０が５～１００μｍ、好ましくは１０～７５μｍ、より好ましくは１５～５０μｍ、最も好ましくは２０～４０μｍとなる粒度分布を有することができる。細孔形成材料のＤ_５０は、５０～２００μｍ、好ましくは７５～１７５μｍ、より好ましくは９０～１６０μｍ、最も好ましくは１００～１５０μｍであってよい。細孔形成材料のＤ_９０は、１２０～３００μｍ、好ましくは１５０～２７０μｍ、より好ましくは１７０～２５０μｍ、最も好ましくは１８５～２３５μｍであってよい。

【0062】

セラミック材料は耐火性セラミック材料であってよい。セラミック材料は、酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、ジルコニア、シリカ、チタン酸塩、炭素、及び／又は酸化マグネシウム、又はそれらの前駆体を含むことができる。

【0063】

セラミック材料は、Ｄ_１０が０．１～２０μｍ、好ましくは０．５～１０μｍ、より好ましくは１～５μｍ、最も好ましくは１．５～３μｍとなる粒度分布を有することができる。細孔形成材料のＤ_５０は、０．５～３０μｍ、好ましくは１～２５μｍ、より好ましくは１．５～２０μｍ、最も好ましくは２～１５μｍであってよい。細孔形成材料のＤ_９０は、１０～１００μｍ、好ましくは１５～８０μｍ、より好ましくは２０～７０μｍ、最も好ましくは２５～６０μｍであってよい。

【0064】

セラミック材料はセラミック粉末であってよい。セラミック粉末は、ボールミル粉砕、又は噴霧乾燥を行うことができる。有利には、ボールミル粉砕又は噴霧乾燥が行われたセラミック粉末によってより容易なキャスティング挙動が得られることが分かった。

【0065】

上記組成物又は充填要素は、主反応の反応性を高め、及び／又は望ましくない副反応を減少させるように操作可能な促進剤を含むことができる。促進剤は、ランタン、銅、マグネシウム、マンガン、カリウム、カルシウム、ジルコニウム、バリウム、セリウム、ナトリウム、リチウム、モリブデン、イットリウム、コバルト、及びクロムの酸化物の１つ以上から選択することができる。

【0066】

上記組成物は、水性キャリアなどのキャリアをさらに含むことができる。適切には、上記組成物は水性セラミックスラリーである。

【0067】

上記組成物はさらなる添加剤を含むことができる。例えば、上記組成物は、分散剤、例えばポリマー塩、例えばポリアクリルの塩、好ましくはポリアクリルのアンモニウム塩を含むことができる。適切な分散剤は、Ｅｃｏｄｉｓ Ｐ９０、Ｎａｒｌｅｘ ＬＤ４２、及びＤｉｓｐｅｘ Ａ４０の１つ以上から選択することができる。

【0068】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準として重合性モノマーを０．１～１０％、好ましくは０．５～８重量％、より好ましくは１～６重量％、例えば１．５～５重量％、最も好ましくは２～４重量％含むことができる。

【0069】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準として架橋要素を０．１～１０％、好ましくは０．５～８重量％、より好ましくは０．７５～６重量％、例えば１～５重量％、最も好ましくは１～４重量％含むことができる。

【0070】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準としてセラミック材料を５０～９５％、好ましくは５０～９０重量％、より好ましくは５５～８５重量％、最も好ましくは６０～８０重量％のセラミック材料を含むことができる。充填要素は、組成物の乾燥重量を基準として少なくとも７５％のセラミック材料、好ましくは少なくとも８５重量％、より好ましくは少なくとも９０重量％、例えば少なくとも９５重量％、最も好ましくは少なくとも９７重量％のセラミック材料を含むことができる。

【0071】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準として細孔形成要素を＞０～４０％、好ましくは０．５～３０重量％、より好ましくは２～２５重量％、例えば３～２０重量％、最も好ましくは４～１５重量％含むことができる。

【0072】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準として開始剤を０．１～５％、好ましくは０．５～４重量％、より好ましくは０．７５～３．５重量％、最も好ましくは１～３重量％含むことができる。

【0073】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準として促進剤を最大５％、好ましくは最大３重量％、より好ましくは最大２重量％、最も好ましくは最大１．５重量％含むことができる。

【0074】

上記組成物は、組成物の乾燥重量を基準として分散剤を０．１～１０％、好ましくは０．５～８重量％、より好ましくは０．７５～６重量％、最も好ましくは１～５重量％含むことができる。

【0075】

上記組成物は、組成物の全重量を基準として４５～９９％、例えば５０～９５重量％、好ましくは５５～９０重量％、最も好ましくは６０～８５重量％の固体含有量を有することができる。

【0076】

上記組成物は、あらかじめ形成された水性バインダー成分とセラミック組成物とを組み合わせることによって形成することができる。適切には、水性バインダー成分は、重合性モノマー、架橋要素、及び水を含む。

【0077】

充填要素は、触媒材料を実質的に含まなくてよい。本発明の充填要素は、触媒材料を実質的に含まない不活性な充填要素であってよい。有利には、触媒床内で本発明による不活性充填要素を使用することで、改善された熱伝達及びガス流の乱流が得られ、このことは、反応性媒体が、さらに反応器に沿って所望の反応に適切な温度で存在するのに役立つ。

【0078】

本発明の充填要素は、触媒材料をさらに含む担持触媒であってよい。触媒材料は、適切には、担持触媒が使用される所望のプロセスにおいて触媒活性が得られるように操作可能である。

【0079】

触媒材料は、１つ以上の遷移金属から選択される金属、適切には遷移金属酸化物、及び／又は貴金属、適切にはそれらの合金を含むことができる。触媒材料は、鉄、ニッケル、銀、金、白金、ルテニウム、バナジウム、モリブデン、及びコバルトの１つ以上から選択される金属を含むことができる。

【0080】

本発明の第２の態様によると、充填要素、適切には本発明の第１の態様による充填要素の製造方法であって：
ａ．第１の態様に関連して規定される充填要素を製造するための組成物、適切にはゲルキャスト組成物を、開始剤及び場合により重合促進剤に接触させるステップと；
ｂ．ステップ（ａ）で得られた組成物を金型内に配置するステップと；
ｃ．組成物を金型から取り出してグリーン体を製造するステップと、
ｄ．場合により、グリーン体の室温における乾燥、又はグリーン体の高温における焼付けを行うステップと；
ｅ．グリーン体を焼成するステップと；
ｆ．場合により、充填要素を触媒材料に接触させるステップと、
を含む方法が提供される。

【0081】

上記組成物は、均一スラリーを形成するために、金型内に配置する前に、適切には開始剤及び任意選択の促進剤を加える前に、混合することができる。上記組成物は、均一スラリーを形成するために、開始剤及び任意選択の促進剤を加えた後に混合することができる。

【0082】

金型は好ましくは注型金型である。金型はグリーン体上に表面構造を形成するように操作可能であってよい。

【0083】

ステップ（ｃ）によって製造されたグリーン体は、≧４０℃、例えば≧５０℃、又は≧５５℃、又は≧６０℃でグリーン体の焼付けを行うことによって乾燥させることができる。適切には、グリーン体は、≧１０時間、例えば≧１５時間又は≧２０時間、例えば≧２４時間の焼付けを行うことができる。

【0084】

グリーン体は、≧１０００℃、好ましくは≧１２００℃、より好ましくは≧１４００℃、最も好ましくは≧１５００℃で焼成することができる。適切には、実質的に全てのバインダー及び細孔形成成分が充填要素又は担持触媒から除去されるまで、グリーン体の焼成が行われる。

【0085】

触媒材料の溶液中に充填要素を浸漬することによって、充填要素に触媒材料を接触させることができ、適切には含浸させることができる。浸漬した充填要素は、浸漬後に乾燥させることができる。

【0086】

有利には、本発明では、充填要素又は担持触媒のグリーン体を金型から取り出すことができ、これは依然として比較的ゴム状の形態であり、これによって取り扱いがより容易になる。これによって、別の種類のキャスティング技術よりもスクラップ発生率が低くなる。

【0087】

担持触媒は、アンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造；鉄の直接還元（ＤＲＩ）；吸熱ガス生成；接触部分酸化；エチレンオキシド、１，９－デカジエンオキシド、１，３－ブタジエンオキシド、２－ブテンオキシド、イソブチレンオキシド、１－ブテンオキシド、及び／又はプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドのオートサーマル改質又は製造のために、充填床反応器内で使用するためのものであってよい。

【0088】

担持触媒は、例えばアンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造；鉄の直接還元（ＤＲＩ）；吸熱ガス生成；接触部分酸化；又はオートサーマル改質のために、充填床反応器内で使用するためのものであってよい。

【0089】

担持触媒は、アルキレンオキシドを製造するために充填床反応器内で使用するためのものでなくてよい。

【0090】

本発明の第３の態様によると、充填要素、適切には本発明の第１の態様による充填要素の製造方法であって：
ａ．場合により、充填要素のデジタルモデルを作成するステップと；
ｂ．付加製造を使用して、好ましくは３Ｄプリンタを用いて印刷して、上記モデルにより前駆体を製造するステップと；
ｃ．前駆体から注型金型を形成するステップと；
ｄ．適切には本発明の第２の態様の方法により、成形組成物、適切には第１の態様に関連して規定される成形組成物をキャスト成形して、充填要素を形成するステップと、
を含む方法が提供される。

【0091】

本発明の第４の態様によると、触媒床を含み、触媒床が本発明の第１の態様による充填要素を含む、反応器が提供される。

【0092】

本発明の第５の態様によると、触媒床を含み、触媒床が本発明の第１の態様による充填要素を含む、反応媒体が提供される。

【0093】

適切には、上記反応器又は反応媒体は、アンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造；鉄の直接還元（ＤＲＩ）；吸熱ガス生成；接触部分酸化；エチレンオキシド、１，９－デカジエンオキシド、１，３－ブタジエンオキシド、２－ブテンオキシド、イソブチレンオキシド、１－ブテンオキシド、及び／又はプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドのオートサーマル改質又は製造のためのものである。

【0094】

適切には、上記反応器又は反応媒体は、アンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造；鉄の直接還元（ＤＲＩ）；吸熱ガス生成；接触部分酸化；又はオートサーマル改質のためのものである。

【0095】

本発明の第６の態様によると、本発明の第１の態様による充填要素の触媒担体としての使用が提供される。

【0096】

本発明の第７の態様によると、本発明の第１の態様による充填要素の吸収体として、例えば汚染物質除去剤としての使用が提供される。

【0097】

本発明の第８の態様によると、混合物の標的成分、例えば汚染物質を選択的に除去するための、流体混合物などの混合物の処理方法であって：
ａ．上記流体を本発明の第１の態様による充填要素に接触させて、標的成分の少なくとも一部を充填要素に移動させるステップ、
を含む、方法が提供される。

【0098】

本発明の第９の態様によると、触媒床を含む反応器の使用を含む、アンモニア、メタノール、水素、過酸化水素、及び／又はオキソアルコールなどの合成ガスの製造方法であって、触媒床が、合成ガスを製造するための本発明の第１の態様による充填要素を含む、方法が提供される。

【0099】

本発明の第１０の態様によると、触媒床を含む反応器の使用を含む直接還元鉄の製造方法であって、触媒床が、鉄の直接還元されたものを製造するための、本発明の第１の態様による充填要素を含む、方法が提供される。

【0100】

本発明の第１１の態様によると、触媒床を含む反応器の使用を含む吸熱ガス生成方法であって、触媒床が、吸熱ガス生成のための本発明の第１の態様による充填要素を含む、方法が提供される。

【0101】

本発明の第１２の態様によると、触媒床を含む反応器の使用を含む接触部分酸化方法であって、触媒床が、接触部分酸化のための本発明の第１の態様による充填要素を含む、方法が提供される。

【0102】

本発明の第１３の態様によると、触媒床を含む反応器の使用を含むオートサーマル改質方法であって、触媒床が、オートサーマル改質のための本発明の第１の態様による充填要素を含む、方法が提供される。

【0103】

本発明の第の１４態様によると、触媒床を含む反応器の使用を含むエチレンオキシドの製造方法であって、触媒床が、エチレンオキシド、１，９－デカジエンオキシド、１，３－ブタジエンオキシド、２－ブテンオキシド、イソブチレンオキシド、１－ブテンオキシド、及び／又はプロピレンオキシドなどのなどのアルキレンオキシドを製造するための、適切にはエチレンオキシドのための本発明の第１の態様による充填要素を含む、方法が提供される。

【0104】

本明細書において使用される場合、特に明記されなければ、値、範囲、量、又はパーセント値を表すものなどの全ての数は、その用語が明確に明らかでない場合でも、「約」という単語が前についているかのように読むことができる。本明細書において使用される場合、「約」という用語は、記載の値の±１０％を意味する。また、端点による数値範囲の記載は、全ての整数を含み、適切であれば、その範囲内に包含される分数を含む（例えば１～５は、例えば要素の数に言及する場合は、１、２、３、４を含むことができ、例えば測定値に言及する場合は、１．５、２、２．７５、及び３．８０を含むこともできる）。端点の記載は、端点の値自体も含む（例えば１．０～５．０は、１．０及び５．０の両方を含む）。また、本明細書に記載のあらゆる数値範囲は、それに包含される全ての部分的範囲を含むことが意図される。

【0105】

単数形は複数形を含んでおり、逆の場合も同様である。例えば、本明細書において「１つの」有機バインダー成分、「１つの」セラミック材料、「１つの」細孔形成成分などに言及することができるが、これら及び任意の別の成分のそれぞれの１つ以上を使用することができる。本明細書において使用される場合、「ポリマー」という用語は、オリゴマー、及びホモポリマーとコポリマーとの両方を意味し、「ポリ」という接頭語は，２つ以上を意味する。など、例えば、及び同様の用語は、例えば、などを意味するが、これに限定されるものではない。本明細書において使用される場合、「含むこと」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）、及び「から構成される」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ）という用語は、「含むこと」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、「含む」（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）、又は「包含すること」（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）、「包含する」（ｃｏｎｔａｉｎｓ）と同義であり、包括的又は無制限であって、追加の、記載されない数、要素、又は方法ステップを排除するものではない。さらに、本発明は「含むこと」に関して記載されているが、本明細書に詳細が記載されるプロセス、材料、及びコーティング組成物は、「から本質的になる」又は「からなる」として記載することもできる。

【0106】

本明細書において使用される場合、２つ以上の項目のリストに使用される場合の「及び／又は」という用語は、列挙される項目いずれか１つを単独で使用できる、又は列挙される項目の２つ以上のあらゆる組み合わせを使用できることを意味する。例えば、リストがグループＡ、Ｂ、及び／又はＣを含むと記載される場合、そのリストは、Ａのみ；Ｂのみ；Ｃのみ；Ａ及びＢの組み合わせ；Ａ及びＣの組み合わせ、Ｂ及びＣの組み合わせ；又はＡ、Ｂ、及びＣの組み合わせを含むことができる。

【0107】

範囲が属と関連して提供される場合、それぞれの範囲は、さらに及び独立して、その属の列挙される種のいずれか１つ以上に適用することもできる。例えば、組成物は、組成物の全乾燥重量を基準として０．１～１０％の重合性モノマーを含むことができ、この重合性モノマーは、組成物が、組成物の全乾燥重量を基準として０．１～１０％のメタクリルアミドを含むような量でメタクリルアミドを含む。同様に、組成物は、組成物の全乾燥重量を基準として０．１～１０％の重合性モノマーを含むことができ、この重合性モノマーは、組成物が、組成物の全乾燥重量を基準として０．１～１０％のメタクリルアミド及びヒドロキシエチルアクリルアミドを含むような量でメタクリルアミド及びヒドロキシエチルアクリルアミドを含む。さらなる例は、組成物が、組成物の全乾燥重量を基準として０．１～１０％の重合性モノマーを含み、この重合性モノマーは、組成物が、組成物の全乾燥重量を基準として≧０．１％のメタクリルアミドを含むような量でメタクリルアミド及びヒドロキシエチルアクリルアミドを含むものであってよい。さらに、例えば、本発明は、組成物の全固体重量を基準として０．１～１０％の重合性モノマーを含むことができ、この重合性モノマーは、組成物が、組成物の全固体重量を基準として≦６％のメタクリルアミドを含むような量でメタクリルアミド及びヒドロキシエチルアクリルアミドを含む。上記のさらなる例としては、有機バインダー、架橋要素、セラミック材料、細孔形成要素、開始剤、促進剤、及び分散剤、並びにあらゆる関連する種、亜属、及び亜種に関して示される範囲が挙げられる。

【0108】

本明細書に含まれるあらゆる特徴は、上記態様のいずれかとあらゆる組み合わせで組み合わせることができる。

【0109】

本発明のより良い理解のため、及びその実施形態を実行できる方法を示すために、これより、例として以下の実験データ及び図が参照される。

【図面の簡単な説明】

【0110】

【図1】第１の比較用充填要素の斜視図を示している。

【図2】第２の比較用充填要素の斜視図を示している。

【図3】本発明による充填要素の斜視図を示している。

【図4】第１の比較用充填要素の流動結果のカラムの側面から断面を示している。

【図5】第２の比較用充填要素の流動結果のカラムの側面から断面を示している。

【図6】本発明による充填要素の流動結果のカラムの側面から断面を示している。

【図7】第１の比較用充填要素の流動結果のカラムの上部からの断面を示している。

【図8】第２の比較用充填要素の流動結果のカラムの上部からの断面を示している。

【図9】本発明による充填要素の流動結果のカラムの上部からの断面を示している。

【発明を実施するための形態】

【0111】

計算流体力学（ＣＦＤ）によって、２つの比較用充填要素の性能を本発明による充填要素と比較した。

【0112】

図１中に示される第１の比較用充填要素１００は、直径１６ｍｍの溝付き球形マクロ構造を有し、充填要素の外面の互いに反対側の開口部の間に延在するボア１０２の形態の４つの等間隔の平行な流体連通粒子内チャネルを有する。充填要素１００の溝１０４は、４つの等間隔の平行な直線状の溝の形態であり、充填要素の外面上に湾曲した側方断面を有する。充填要素１００の外面は、球形マクロ構造の推測される平滑で連続な湾曲部を有する。

【0113】

図２中に示される第２の比較用充填要素２００は、第１の比較用充填要素と同じであり、ボア２０２及び溝２０４を有するが、充填要素２００の外面に加えて、ボア２０２の開口部及び溝２０４の表面から離れた外面の実質的に全体にわたって延在する複数の相互接続した六角形の環状山型表面構造２０６の形態の表面構造を含む。環状の山の内側端部の間に延在する外面部分は、開放端を有する逆六角錐から形成される。

【0114】

図３中に示される本発明による充填要素３００は、充填要素３００が、充填要素の本体を通過して延在する流体連通粒子内チャネルを有しないことを除けば、第２の比較用充填要素と同じであり、溝３０２及び表面構造３０４を有する。

【0115】

前述の充填要素の周囲の流動を試験するためにＣＦＤを用いた。

【0116】

試験条件は以下の通りであった：
・ペレット周囲の流動を妨害しないように選択された大きな管径（５０ｍｍのＩＤ）
・ピクセル当たりのシミュレーション解像度０．１２５ｍｍ
・流量：０．４ｍ^３／分
・流動と同じ方向の孔／サイドチャネルの配向

【0117】

流動試験の結果は以下の通りであった。

【0118】

【表1】

【0119】

上記表及び図４～９中の結果によって示されるように、第１の比較用充填要素と比較すると、本発明による充填要素は、充填要素に接触してより速いガス速度が得られる。図４～９中、図５中の「Ａ」などのより暗い領域は、より遅い／停滞したガス速度を示しており、図５中の「Ｂ」などのより明るい領域は、より速いガス速度を示している。さらに、本発明による充填要素によって、充填要素の上でより多量のガスの乱流が得られ、充填要素の下でより小さい速度停滞ゾーンも得られる。

【0120】

第２の比較用充填要素と比較すると、本発明による充填要素は、驚くべきことに、粒子内流路が存在しないにも関わらず速度パターンの差が最小となる。有利には、本発明による充填要素は、さらに驚くべきことに、第２の比較用充填要素よりも小さいＲｅ数でより速い速度を有し、これは乱流がより少なく、改善された流動の均一性を示している。

【0121】

さらに、本発明による充填要素は、第１又は第２の比較用充填要素よりもはるかに高い側面破壊強度を有することが分かった。

【0122】

本出願に関連して本明細書と同時に又はそれより前に出願され、本明細書とともに公開閲覧された、全ての論文及び文献が関心の対象となり、このような全ての論文及び文献の内容が、参照により本明細書に援用される。

【0123】

本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）に開示される全ての特徴、及び／又はそのように開示されるあらゆる方法若しくはプロセスの全てのステップは、そのような特徴及び／又はステップの少なくとも一部が相互に排他的となる組み合わせを除いたあらゆる組み合わせで組み合わせることができる。

【0124】

明記されなければ、本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）に開示されるそれぞれの特徴は、同じ、同等、又は類似の目的を果たす別の特徴で置き換えることができる。したがって、明記されなければ、開示されるそれぞれの特徴は、一般的な一連の同等又は類似の特徴の単なる一例である。

【0125】

本発明は、以上の実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）に開示される特徴のあらゆる新しい１つ、若しくはあらゆる新しい組み合わせ、そのように開示されるあらゆる方法若しくはプロセスのステップのあらゆる新しい１つ若しくはあらゆる新しい組み合わせにまで拡張される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】