以下、図1~3を参照して本発明の好適な実施� ��態について説明する。
 図1に示すように、本発明の第1実施形態に� �る反応器(気泡塔型炭化水素反応器)3は、FT合 成反応を生じさせるものであり、FT合成反応� ��生成物を取り出す分離器5と共に気泡塔型ス ラリー床FT合成反応システム(合成反応システ ム)1を構成する。

 反応器3は、反応器本体10と、ディストリビ� ��ータ20と、冷却管40と、を主に備える。
 反応器本体10は略円筒型の金属製の容器で� �って、その直径は1~20メートル程度、好まし� ��は2~10メートル程度である。反応器本体10の� ��さは10~50メートル程度、好ましくは15~45メー トル程度である。反応器本体10の内部には、� ��体炭化水素(FT合成反応の生成物)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� ��れる。この反応器本体10には、その上部か� �スラリー12の一部を分離器5に流出させるス� �リー流出口14、及びスラリー12を分離器5から 反応器本体10の下部に流入させるスラリー流� ��口16が形成されている。

 ディストリビュータ20は、本実施形態に� �る合成ガス供給部の一例であり、反応器本� �10内部の下位に配設され、水素および一酸化 炭素を主成分とする合成ガスをスラリー12中� ��供給する。このディストリビュータ20は、� �成ガス供給管22と、合成ガス供給管22の先端� ��に取り付けられたノズルヘッダー24と、ノ� �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とからなる。

 外部から合成ガス供給管22を通じて供給� �れた合成ガスは、ノズルヘッダー24の内部を 通過し、合成ガス供給ノズル26の下部(反応器 本体10の底部側)に設けられた合成ガス供給口 (図示せず)から、反応器本体10内部のスラリ� �12中に、例えば下方(図の細矢印で示した方� �)に向かって噴射される。このようにしてデ� ��ストリビュータ20からスラリー12中に吹き込 まれた合成ガスは、気泡28となってスラリー1 2中を反応器本体10の高さ方向(鉛直方向)に下� ��から上方へ向かって流れる。その過程で、� ��成ガスは液体炭化水素122中に溶解し、触媒� ��子124と接触することにより、液体炭化水素� ��合成反応(FT合成反応)が行われる。なお、本 実施形態では合成ガスが下方に向けて噴射さ れるが、合成ガスが反応器本体10の上方に向� ��て噴射されてもよい。

 また、合成ガスが反応器本体10内部の下位� �配設されたディストリビュータ20からスラリ ー12中に吹き込まれ、吹き込まれた合成ガス� ��気泡28となって反応器本体10内を上昇するこ とにより、反応器本体10の内部においては、� ��応器本体10内部の中央およびその付近(反応� ��本体10の中心軸付近)にスラリー12の上昇流(� ��アリフト)が生じ、反応器本体10の内壁付近( 円周部付近)にはスラリー12の下降流が生じる 。これにより、図1に太矢印で示したように� �反応器本体10内部に、スラリー12の循環流が� ��じる。
 なお、スラリー12に合成ガスを安定して供� �している状態(運転状態)におけるスラリー12� ��液面は、スラリー12に合成ガスを供給して� �ない状態(停止状態)におけるスラリー12の液� ��よりも高くなる。

 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� �反応により発生する熱によって温度が上昇� �たスラリー12を冷却する。この冷却管40は、� ��えば、図2に示すように、1本の管を屈曲し� �鉛直方向に沿って上下に複数回往復(例えば� ��図2では2往復)するように形成されていても� ��い。ただし、冷却管の形状および本数は上� ��形状および本数に限られるわけではなく、� ��応器本体10内部に均等に配置されて、スラ� �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の� ��部に複数配置してもよい。

 この冷却管40内には、冷却管入口42から導入 された冷却水(例えば、反応器本体10内の温度 との差が-50~0℃程度の水)が流通している。こ の冷却水が、冷却管40内を流通する過程で、� ��ラリー12と冷却管40の管壁を介して熱交換す ることにより、反応器本体10内部のスラリー1 2が冷却される。冷却水の一部は、水蒸気と� �って冷却管出口44から排出される。なお、ス ラリー12を冷却するための媒体としては、上� ��のような冷却水に限られず、例えば、C ₄ ~C ₁₀ の直鎖、分岐鎖状のパラフィン、ナフテン、 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。

 また、反応器3は、図2に示すように、反応� �本体10の内壁に設けられた複数の圧力センサ 51~55及び温度センサ61~65と、これら圧力セン� �51~55や温度センサ61~65において測定された圧� ��P ₁ ~P ₅ や温度T ₁ ~T ₅ の測定結果に基づいてスラリー12の液面位置� ��検知するための演算を実施する演算装置(液 面検知手段)71とを備えている。
 複数(図示例では5つ)の圧力センサ51~55は、� �応器本体10の軸方向(高さ方向)に間隔をあけ� ��配されている。そして、合成反応システム1 が運転状態となっているときに、第1圧力セ� �サ(一の圧力センサ)51はスラリー12の液面12a� �りも上方に配されて液面12a上における合成� �スの圧力P ₁ を測定し、また、第2~第5圧力センサ(他の圧� �センサ)52~55はスラリー12の液面12aよりも下方 に配されてスラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ を測定する。なお、図示例においては、反応 器本体10の最も下方側に配される第5圧力セン サ55がディストリビュータ20よりも上方に配� �れているが、例えばディストリビュータ20と 同じ高さ位置、あるいは、ディストリビュー タ20よりも下方に配されていても良い。

 複数(図示例では4つ)の温度センサ61~65も、� �力センサ51~55と同様に、反応器本体10の軸方� ��に間隔をあけて配されている。そして、合� ��反応システム1が運転状態となっているとき に、第1温度センサ(一の温度センサ)61はスラ� ��ー12の液面12aよりも上方に配されて液面12a� �における合成ガスの温度T ₁ を測定し、また、第2~第5温度センサ(他の温� �センサ)62~65はスラリー12の液面12aよりも下方 に配されてスラリー12の温度T ₂ ~T ₅ を測定する。
 ここで、第3~第5温度センサ63~65は、それぞ� �相互に隣り合う第2~第5圧力センサ52~55によっ て挟まれる反応器本体10の軸方向の各区間(軸 方向距離)L ₂ ,L ₃ ,L ₄ 内に1つずつ配されている。すなわち、例え� �第3温度センサ63では、それぞれ第2圧力セン� ��52と第3圧力センサ53によって挟まれる区間L ₂ におけるスラリー12の温度T ₂ を測定することができる。なお、第3~第5温度 センサ63~65は、それぞれ各区間L ₂ ,L ₃ ,L ₄ の中間位置に配されていることがより好まし い。

 また、第2温度センサ62は、第1圧力センサ51� ��第2圧力センサ52とによって挟まれる反応器� ��体10の軸方向の各区間L ₁ のうち、液面12aより下方のスラリー12の温度T ₂ を測定する位置に配されている。すなわち、 第2温度センサ62は、第2圧力センサ52と液面12a とによって挟まれる反応器本体10の軸方向の� ��間内に配されている。
 図1に示すように、分離器5は、反応器本体10 からスラリー流出口14を介して流出したスラ� ��ー12の液体炭化水素122と触媒粒子124とを分� �処理する。そして、触媒粒子124を多く含む� �ラリー12が、この分離器5からスラリー流入� �16を介して反応器本体10に流入する。なお、� ��の実施形態において、スラリー12を反応器� �体10から分離器5に流出させる流れ、及び分� �器5から反応器本体10に戻すスラリー12の流れ は、この反応器本体10内部に生じるスラリー1 2の循環流によって誘起される。なお、図示� �では、スラリー12の液体炭化水素122と触媒粒 子124とを分離処理する設備が反応器本体10の� ��側に設置されているが、例えば反応器本体1 0の内部に設置されても良い。

 次に、以上のように構成された合成反応シ� ��テム1の動作について説明する。
 合成反応システム1が運転している状態にお いては、収容されたスラリー12中に合成ガス� ��供給されて、反応器本体10内部にスラリー12 の循環流が生じている。また、この状態にお いては、合成ガスと触媒粒子124との化学反応 によって液体炭化水素122が合成されている。 さらに、この化学反応に伴って発生する熱を 冷却管40により冷却している。
 また、この運転状態においては、スラリー1 2の液面12aがスラリー流出口14よりも高くに位 置しており、反応器本体10内におけるスラリ� ��12の循環流によってその一部がスラリー流� �口14から分離器5を介してスラリー流入口16ま で循環している。

 次に、合成反応システム1が運転している状 態におけるスラリー12の液面位置を検知する� ��法について説明する。
 この実施形態に係るスラリー12の液面検知� �法においては、予め、運転状態における区� �L ₁ ,L ₂ ,L ₃ ,L ₄ 毎に、反応器本体10から抜き出したスラリー1 2の組成を分析して各区間L ₁ ,L ₂ ,L ₃ ,L ₄ におけるスラリー12の密度ρ _SL1 ,ρ _SL2 ,ρ _SL3 ,ρ _SL4 を求めておく。また、第2~第5温度センサ62~65� ��より運転状態におけるスラリー12中の各区� �L ₁ ,L ₂ ,L ₃ ,L ₄ におけるスラリー12の温度T ₂ ,T ₃ ,T ₄ ,T ₅ を測定しておく。これら各区間L ₁ ,L ₂ ,L ₃ ,L ₄ におけるスラリー12の密度ρ _SL1 ,ρ _SL2 ,ρ _SL3 ,ρ _SL4 及び温度T ₂ ,T ₃ ,T ₄ ,T ₅ は演算装置71に入力される。
 そして、演算装置71は、入力された各区間L ₁ ,L ₂ ,L ₃ ,L ₄ におけるスラリー12の密度ρ _SL1 ,ρ _SL2 ,ρ _SL3 ,ρ _SL4 をこれに対応する区間L ₁ ,L ₂ ,L ₃ ,L ₄ のスラリー12の温度T ₂ ,T ₃ ,T ₄ ,T ₅ (各温度センサの測定結果)に基づいて個別に� ��正する。

 このスラリー12の密度ρ _SL1 ,ρ _SL2 ,ρ _SL3 ,ρ _SL4 の補正が終了した後には、第1~第5圧力センサ 51~55により合成ガスの圧力P ₁ 及びスラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ を連続的に測定すると共に、第1~第5圧力セン サ51~55の測定結果及びスラリー12の密度ρ _SL1 ,ρ _SL2 ,ρ _SL3 ,ρ _SL4 に基づいて演算装置71においてスラリー12の� �面位置を連続的に検知する。
 この検知に際しては、はじめに、第1~第5圧� ��センサ51~55により、スラリー12の液面12a上に おける未反応の合成ガスの圧力P ₁ 、及び液面12aから相互に異なる複数の位置に おけるスラリー12の各圧力P ₂ ~P ₅ を測定し、これら第1~第5圧力センサ51~55の測� ��結果を演算装置71に入力する。

 そして、演算装置71は、合成ガスの圧力P ₁ とスラリー12の各圧力P ₂ ~P ₅ との差圧δP _n (n=1,2,3,4)をそれぞれ測定する。
 ここでは、合成ガスの圧力P ₁ と液面12aから最も近い測定位置(第1測定位置) において第2圧力センサ52により測定されるス ラリー12の圧力P ₂ との差圧をδP ₁ とし、nが大きくなるほど液面12aからの深さ� �大きくなるものとする。すなわち、この実� �形態における各差圧δP ₁ ~δP ₄ は、以下の式(1)で表される。
 δP _n =P _n+1 -P ₁  (n=1,2,3,4)   ・・・(1)

 次いで、演算装置71は、差圧δP ₁ ~δP ₄ 、スラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ の各測定位置間の軸方向距離L ₂ ,L ₃ ,L ₄ 、及び区間L ₂ ,L ₃ ,L ₄ におけるスラリー12の密度ρ _SL2 ,ρ _SL3 ,ρ _SL4 に基づいて以下の式(2)~(4)、
 δP ₂ ―δP ₁ =ρ _SL2 ×L ₂ ×(1-ε ₂ )   ・・・(2)、
 δP ₃ ―δP ₂ =ρ _SL3 ×L ₃ ×(1-ε ₃ )   ・・・(3)、
 δP ₄ ―δP ₃ =ρ _SL4 ×L ₄ ×(1-ε ₄ )   ・・・(4)、
 により、各区間L ₂ ,L ₃ ,L ₄ において気泡28として存在する合成ガスの体� ��分率ε ₂ ,ε ₃ ,ε ₄ をそれぞれ求める。

 その後、演算装置71は、第1測定位置と液面1 2aとの間において気泡28として存在する合成� �スの体積分率ε ₁ を、上述の式(2)~(4)で求められた各体積分率ε ₂ ,ε ₃ ,ε ₄ の平均値や最小二乗法等により求める。
 最後に、演算装置71が、体積分率ε ₁ 、差圧δP ₁ 、及び第1測定位置と液面12aとの間における� �ラリーの密度ρ _SL1 に基づいて、以下の式(5)、
 δP ₁ =ρ _SL1 ×h×(1-ε ₁ )   ・・・(5)、
 により、第1測定位置から液面12aまでの距離 hを求めることで、スラリー12の液面検知が終 了する。すなわち、この実施形態においては 、第2圧力センサ52の位置を基準としたとした スラリー12の液面位置が検知されることにな� ��。

 以上説明したように、本実施形態に係る反� ��器3及びスラリー12の液面検知方法によれば� ��気泡28としてスラリー12中に存在する合成ガ スからなる気体、液体および固体の三相を含 むスラリーの液面位置を容易に検知すること ができる。
 また、合成ガスの体積分率ε ₁ ~ε ₄ を考慮すると共に複数の差圧δP ₁ ~δP ₄ を利用してスラリー12の液面位置を検知する� ��とで、スラリー12の液面位置を高精度に検� �することができる。さらに、各区間L ₁ ~L ₄ におけるスラリーの密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 を、各区間L ₁ ~L ₄ におけるスラリー12の温度T ₂ ~T ₅ によりそれぞれ個別に補正することで、反応 器本体10から抜き出したスラリー12の組成に� �づいてスラリー12の密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 を求める際のスラリー12の温度が反応器本体1 0内におけるスラリー12の温度T ₂ ~T ₅ と異なっていても、スラリー12の液面位置を� ��い精度で検知することが可能となる。

 なお、この実施形態においては、各区間L ₁ ~L ₄ のスラリー12の密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 をこれに対応する区間のスラリー12の温度T ₂ ~T ₅ によりそれぞれ個別に補正するとしたが、例 えばスラリー12中における温度分布の偏りが� ��小である場合、すなわち、スラリー12中の� �度差が微小(例えば2~3℃)である場合には、各 区間のスラリー12の密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 を反応器本体10内の任意位置におけるスラリ� ��12の測定温度により補正しても良い。この� �合、反応器3にはスラリー12の温度を測定す� �温度センサを1つだけ設ければよい。
 また、スラリー12中における密度分布の偏� �が微小である場合は、反応器本体10内の任意 位置からスラリー12を抜き出してスラリー12� �密度ρ _SL を1つだけ求めても良い。この場合、上記実� �形態の式(1)~式(4)における密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 を上述の密度ρ _SL に置き換えればよい。ただし、各区間L ₁ ~L ₄ における個別の密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 を使用した方が距離hをより高精度に求める� �とが可能である。

 なお、この実施形態に係るスラリー12の液� �検知方法において、第2圧力センサ52の位置� �ら液面12aまでの距離hは、5つの圧力センサ51~ 55を用いて求められるとしたが、少なくとも� ��1圧力センサ51及びスラリー12の液面12aより� �下方に配されてスラリー12の圧力を測定する 3つ以上の圧力センサを用いれば、上記実施� �態と同様に、第1測定位置から液面12aまでの� ��離hを求めることができる。
 すなわち、複数の差圧δP _n 、相互に隣り合うスラリー12の圧力測定位置� ��の軸方向距離L _n 、及び各区間L _n におけるスラリー12の密度ρ _SLn に基づいて以下の式(6)、
 δP _n ―δP _n-1 =ρ _SLn ×L _n ×(1-ε _n )   ・・・(6)
 (ただし、n=2,3,・・・,m-1,m、m≧3)
 により各区間L _n における合成ガスの体積分率ε _n をそれぞれ求める。次いで、上記実施形態と 同様に、第1測定位置と液面12aとの間におけ� �合成ガスの体積分率ε ₁ を、上述の式で求められた各体積分率ε _n の平均値や最小二乗法等により求める。そし て、この体積分率ε ₁ 、差圧δP ₁ 、及び第1測定位置と液面12aとの間における� �ラリー12の密度ρ _SL1 に基づいて、上記実施形態の式(5)により、第 1測定位置から液面12aまでの距離hを求めるこ� ��ができる。

 また、この実施形態においては、スラリー� ��度・スラリー容量・スラリー床中の触媒濃� ��(重量濃度及び体積濃度)を測定・推算する� �とが可能である。
 そして、スラリー12中における密度分布の� �りが微小である場合は、反応器3に投入され� ��触媒重量W、触媒の真密度ρ _S 、液体炭化水素122の密度ρ _L 、及び反応器3内のスラリー容量V _SL に基づいて以下の式(7)によりスラリー12の密� ��ρ _SL を算出することが可能である。
 ρ _SL =((V _SL -W/ρ _S )×ρ _L +W)/V _SL    ・・・(7)
 なお、式(7)におけるスラリー容量V _SL は、各区間L _n に対応する反応器内容積V _n 及び合成ガスの体積分率ε _n に基づいて以下の式(8)、
 V _SLn =(1-ε _n )×V _n    ・・・(8)、
 (ただし、n=2,3,・・・,m-1,m、m≧3)
 により各区間L _n におけるスラリー容量V _SLn を求め、これを以下の式(9)に当てはめること により求めることができる。
 V _SL =(1-ε ₁ )×h×A ₁ +σ(1-ε _n )×V _n    ・・・(9)
 (ただし、n=2,3,・・・,m-1,m、m≧3)
 なお、式(9)中のA ₁ は、区間L ₁ に対応する反応器断面積を示している。
 一方、スラリー床中の触媒濃度C _S については、触媒重量Wと、式(7)~(9)によって� ��められたスラリー容量V _SL 、及びスラリー12の密度ρ _SL とに基づいて以下の式(10)により求めること� �できる。
 C _S =W/(V _SL ×ρ _SL )×100   ・・・(10)
 そして、スラリー床内の触媒の体積分率ε _S 、及び液体炭化水素の体積分率ε _L は、触媒重量W及び触媒の真密度ρ _S と、式(9)によって求められたスラリー容量V _SL とに基づいて、以下の式(11)、(12)によりそれ� ��れ求められる。
 ε _S =(W/ρ _S )/V _SL    ・・・(11)
 ε _L =(V _SL -W/ρ _S )/V _SL    ・・・(12)

 次に、本発明の第2実施形態に係る液面検知 方法について主に図3を参照して説明する。� �お、この第2実施形態に係る液面検知方法に� ��いては、第1実施形態と同様の反応器3を用� �てスラリー12の液面位置を検知することが可 能である。
 この実施形態に係るスラリー12の液面検知� �法では、第1~第5圧力センサ51~55により合成ガ スの圧力P ₁ 及びスラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ を連続的に測定すると共に、第1~第5圧力セン サ51~55の測定結果のみに基づいて演算装置71� �おいてスラリー12の液面位置を連続的に検知 する。

 この検知に際しては、第1~第5圧力センサ51~5 5により測定した合成ガスの圧力P ₁ 及びスラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ を演算装置71に入力し、演算装置71は、合成� �スの圧力P ₁ とスラリー12の各圧力P ₂ ~P ₅ との差圧δP _n (n=1,2,3,4)をそれぞれ測定する。なお、この実� ��形態における各差圧δP ₁ ~δP ₄ は、第1実施形態において示した式(1)によっ� �表される。
 そして、演算装置71は、例えば図3に示すよ� ��に、測定した差圧δP ₁ ~δP ₄ 及びスラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ の測定位置に基づいて、差圧δPと圧力P ₁ ~P ₅ の測定位置(軸方向位置)との関係を最小二乗� ��により直線近似し、求められた直線近似式( L=a×δP+h ₀ )において差圧δPが0となる位置(L=h ₀ )をスラリー12の液面位置として特定する。な お、図示例のグラフにおいては、スラリー12� ��液面位置が第5圧力センサ55の軸方向位置を� ��準として示されているが、これに限ること� ��無く、例えば第2~第4圧力センサ52~54のいず� �か1つの軸方向位置を基準として示しても良� ��。

 この実施形態に係るスラリー12の液面検知� �法によれば、合成ガスの圧力P ₁ とスラリー12の圧力P ₂ ~P ₅ との差圧δP ₁ ~δP ₄ を測定するだけで、スラリー12の密度や気泡2 8としてスラリー12中に存在する合成ガスの体 積分率等の影響を受けることなく、合成ガス からなる気体、液体および固体の三相を示す スラリーの液面位置を容易に検知することが できる。すなわち、この液面検知方法で使用 する反応器3には温度センサ61~65を設ける必要 が無いため、第1実施形態の場合と比較して� �応器3の構成の簡素化を図ることができる。
 また、スラリー12の密度ρ _SL1 ~ρ _SL4 ,ρ _SL や合成ガスの体積分率ε ₁ ~ε ₄ 等を求める必要も無いため、速やかに液面位 置を検知することが可能となる。

 なお、この実施形態に係る液面検知方法� ��より液面位置を検知する場合には、スラリ� ��12の圧力を測定する圧力センサの数が少な� �とも3つ以上あればよく、これら複数の圧力� ��ンサが反応器本体10の軸方向に間隔をあけ� �配されていれば良い。

 また、全ての実施形態においては、反応器3 が合成反応システム1の運転状態における液� �12aの近傍に反応器本体10内の温度を測定する 補助温度センサを複数備え、これら複数の補 助温度センサが反応器本体10の軸方向に並べ� ��配置されていても良い。そして、演算装置7 1は、停止状態から運転状態となるまでの間� �おいて複数の補助温度センサの測定結果に� �づいてスラリー12の液面位置を検知する、と しても良い。
 すなわち、合成ガスがスラリー12中に供給� �れていない状態(停止状態)から、合成ガスの 供給を開始(運転開始)して、合成ガスがスラ� ��ー12中に安定して供給されている状態(運転� ��態)となるまでの間には、スラリー12の液面� ��置が大きく変化する。また、運転状態にお� ��るスラリー12の温度と液面12a上における合� �ガスの温度との差は、スラリー12中における 温度差と比較して大きい。

 そこで、前述したように、運転開始時に� ��数の補助温度センサを使用して反応器本体1 0内の温度を測定することにより、補助温度� �ンサの配置によって温度変化が大きい液面12 aの位置変化を捉えることができ、運転状態� �あるか否かを判断することが可能となる。� �して、運転状態にあると判断された場合に� �前述した液面検知を開始することが可能と� �る。すなわち、この構成の場合には、スラ� �ー12の液面検知を開始するタイミングを容易 に図ることができる。

 以上、本発明の好ましい実施形態を説明� ��たが、本発明は上記の実施形態に限定され� ��ことはない。本発明の趣旨を逸脱しない範� ��で、構成の付加、省略、置換、およびその� ��の変更が可能である。本発明は前述した説� ��によって限定されることはなく、添付のク� ��ームの範囲によってのみ限定される。