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水素と一酸化炭素から炭化水素燃料を合成する際にガソリン留分を主に得る場合には、気相流動層が利用される。これは、多量の反応熱を適切に除去して触媒層を一定温度に制御しやすいためである。しかし、流動触媒反応器において、体積が減少する反応を行うと、流動化状態が著しく悪化する。これは、反応によって体積が減少すると、気泡からのガス補給が追いつかない場合に、エマルション相内のガス速度が触媒粒子の流動化速度を下回るためにエマルション相の凝集が起こり、気泡が正常に塔内を上昇できなくなるためである。そのため、最悪の場合には収縮したエマルション相の空隙率は静止相の空隙率よりも小さくなり、この部分は非流動化状態となり、塔内部を供給ガスによって持ち上げられる。その結果、層内の触媒粒子が大量に装置外に飛散するなど操作上あるいは安全上の大きな問題が起きる。本研究では、体積減少が起こる反応を安定な流動化を保ちながら操作するための条件を調べた。実験ではモデル反応としてNi触媒による二酸化炭素の水素化によるメタン生成を行った。体積減少速度と最小体積比を流動性の指標として非流動化が起きる条件をマップとして示した。体積減少速度が0.01 1/s以上かっ最小体積比が0.9以下であると、安定な操作はできないことが分かった。さらに、良好な流動性を保っために内挿物を設置する効果について検討を行った。開口率70%の金属メッシュ板を使用した。メッシュ板を1枚のみ使用する場合には、層内の上部に設置して、非流動化を起こして凝集した粒子塊を破壊するよりも、層の下部に設置して粒子塊が発生する位置よりも下方で粒子とガスを分散させることによって、より高い効果が得られた。したがって、分散板の上方10-20cmおよび、その上は10-20cm間隔で配置することによって、良好な流動化状態が得られた。
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