JP2002060357A - メタノールの製造方法 - Google Patents
メタノールの製造方法Info
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- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
- C07C29/1516—Multisteps
- C07C29/1518—Multisteps one step being the formation of initial mixture of carbon oxides and hydrogen for synthesis
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- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
の製造方法を提供する。 【解決手段】 反応管およびこの反応管を燃料の燃焼に
より加熱するための燃焼輻射部を有する改質器の前記反
応管に水蒸気および二酸化炭素が添加された天然ガスを
供給し、前記天然ガス中の炭化水素と前記水蒸気とを反
応させて水素,一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とす
る合成ガスを生成する合成ガス生成工程と、前記合成ガ
スをメタノール合成触媒上で反応させて粗メタノールを
合成する粗メタノール合成工程と、前記粗メタノールを
気液分離して液状粗メタノールと主に水素を含むパージ
ガスとに分離する工程と、前記液状粗メタノールを蒸留
して精製メタノールを分離する蒸留工程とを具備し、前
記パージガスの一部は、前記水蒸気および二酸化炭素が
添加された天然ガスに返送されることを特徴とする。
Description
方法に関する。
方法を以下に説明する。
媒が充填された反応管およびこの反応管を燃料の燃焼に
より加熱するための燃焼輻射部を有する改質器の前記反
応管に水蒸気および二酸化炭素が添加された天然ガスを
供給し、前記天然ガス中の炭化水素と前記水蒸気とを反
応させて水素,一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とす
る合成ガスを生成する。
め、前記燃焼輻射部で燃料を燃焼させて前記反応管を加
熱する。
メタノール合成触媒上で所定の圧力、温度で一酸化炭素
と水素または二酸化炭素と水素とを反応させて粗メタノ
ールを合成する。
タノールを気液分離して液状粗メタノールと主に水素を
含むパージガスとに分離する。分離されたパージガス
は、前記改質器の燃焼輻射部に返送されて燃料の一部と
して利用される。
タノールを1塔又は2塔以上の蒸留塔で蒸留して、メタ
ノールよりも沸点の低い有機化合物(以下、低沸点有機
化合物という),有機酸及びメタノールよりも沸点の高
い有機化合物(以下、高沸点有機化合物という)を含む
廃水と、精製メタノールとに分離する。
ルを製造する。
ルを気液分離することにより分離された主に水素を含む
パージガスを水蒸気および二酸化炭素が添加された天然
ガスに返送して原料の一部として利用することによっ
て、メタノールの増産化を可能にしたメタノールの製造
方法を提供しようとするものである。
の製造方法は、反応管およびこの反応管を燃料の燃焼に
より加熱するための燃焼輻射部を有する改質器の前記反
応管に水蒸気および二酸化炭素が添加された天然ガスを
供給し、前記天然ガス中の炭化水素と前記水蒸気とを反
応させて水素,一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とす
る合成ガスを生成する合成ガス生成工程と、前記合成ガ
スをメタノール合成触媒上で反応させて粗メタノールを
合成する粗メタノール合成工程と、前記粗メタノールを
気液分離して液状粗メタノールと主に水素を含むパージ
ガスとに分離する工程と、前記液状粗メタノールを蒸留
して精製メタノールを分離する蒸留工程とを具備し、前
記パージガスの一部は、前記水蒸気および二酸化炭素が
添加された天然ガスに返送されることを特徴とするもの
である。
て、前記天然ガスに添加される二酸化炭素の一部または
全部は前記改質器の燃焼輻射部からの燃焼排ガスおよび
蒸気発生用ボイラの燃焼排ガスのうちの少なくとも一方
から回収した二酸化炭素であることが好ましい。
て、前記パージガスの一部を前記改質器の燃焼輻射部に
返送し燃料の一部として利用することを許容する。
の製造方法を図面を参照して詳細に説明する。
ルの製造に用いられる製造プラントの要部を示す概略図
である。
と、この反応管11の周囲に配置され、燃料を燃焼させ
て前記反応管を加熱するための燃焼輻射部12と、この
燃焼輻射部12に対流部(廃熱回収部)13を介して連
通された煙突14とを備えている。前記反応管11内に
は、例えばニッケル系触媒が充填されている。燃料導入
用流路201は、前記改質器10の燃焼輻射部12に接
続されている。
10の対流部13を経由して前記反応管11の上端に接
続されている。この流路202には、脱硫器(図示せ
ず)を介装してもよい。水蒸気(スチーム)導入用流路
203は、前記対流部13の上流側に位置する前記原料
ガス導入用流路202に接続されている。例えばボイラ
水が流通される流路204は、前記改質器10の対流部
13に交差してその対流部13の燃焼排ガスと前記ボイ
ラ水とが熱交換され、燃焼排ガスを冷却するとともにボ
イラ水自身が加熱されて高圧の水蒸気(スチーム)が生
成される。
0の対流部13に設けられ、前記対流部13の燃焼排ガ
ス中の二酸化炭素を回収する。この二酸化炭素回収装置
31は、流路205を経由して圧縮機32に接続されて
いる。この圧縮機32は、流路206を経由して前記改
質器10の上流側である前記原料ガス導入用流路202
に接続されている。
質器10の下流側に配置され、流路207を通して前記
改質器10の反応管11に接続されている。この反応装
置40は、予熱器41と、この予熱器41からの合成ガ
スが循環流路42を通して供給されるメタノール合成用
反応器43を備えている。この反応器43内には、メタ
ノール合成触媒が充填されている。熱交換器51、熱回
収器52および圧縮機53は、前記流路207に前記改
質器10側から前記予熱器41に向けて順次介在されて
いる。前記熱交換器51には、流路208が交差され、
この流路208を流通する例えばボイラ水を加熱して高
圧の水蒸気(スチーム)を発生する。
器43は、気液分離器61に流路209を通して接続さ
れている。この流路209には、前記予熱器41および
冷却器62が介装されている。前記気液分離器61は、
ガス循環流路63を通して前記予熱器41入口の前記流
路207に接続されている。ガス圧縮機64は、前記ガ
ス循環流路63に介装されている。パージガス流路20
10は、前記気液分離器61と前記ガス圧縮機64の間の
ガス循環流路63から分岐され、前記原料ガス導入用流
路202に接続されている。また、前記パージガス流路
2010は途中で分岐され、分岐パージガス流路2011は
前記燃料導入用流路201に接続されている。
て蒸留塔70に接続されている。この流路2012には、
液状粗メタノール予熱器71が介装されている。コンデ
ンサ72は、前記蒸留塔70の頂部付近に循環流路73
を通して接続されている。
参照してメタノールの製造方法を説明する。
器10の燃焼輻射部12に供給され、ここで空気ととも
に燃焼されて反応管11内を十分に高い温度(例えば8
50〜900℃)に加熱する。前記反応管11を加熱す
るのは、前記改質器10での改質反応が吸熱反応である
ためである。前記燃焼輻射部12で発生した二酸化炭素
を含む燃焼排ガスは、対流部13を経由して煙突14に
至る。前記燃焼排ガスは、前記対流部13を通過する間
に原料ガス導入用流路202内を流通する水蒸気が添加
された天然ガスおよび流路204内を流通するボイラ水
とそれぞれ熱交換されて冷却される。冷却された燃焼排
ガス中の二酸化炭素は、二酸化炭素回収装置31で回収
され、流路205を経由して圧縮機32に供給される。
二酸化炭素が除去された燃焼排ガスは、前記煙突14か
ら大気に放出される。
ス導入用流路202に供給される。この時、前記圧縮機
32で昇圧された二酸化炭素が、流路206を経由して
前記天然ガスに所定量添加される。また、水蒸気(スチ
ーム)は水蒸気導入用流路203を通して二酸化炭素が
添加された前記天然ガスに所定量添加される。この水蒸
気は、例えば後述する熱交換器51でボイラ水を合成ガ
スと熱交換することにより生成された水蒸気、および改
質器10の対流部13でボイラ水を燃焼排ガスと熱交換
することにより生成された水蒸気が利用される。さら
に、後述する水素を主とする未反応ガスがパージガスと
して前記二酸化炭素および水蒸気が添加された前記天然
ガスに所定量供給される。
蒸気を添加する際、モル比で前記天然ガス中のメタン
(CH4):水蒸気(H2O)=1:1.5〜1:5、メ
タン(CH4):二酸化炭素(CO2)=1:1〜1:3
に設定することが好ましい。
天然ガスは、前記原料ガス導入用流路202内を流通
し、前記改質器10の対流部13を通過する間に予熱さ
れた後、十分な温度まで加熱された前記反応管11に供
給される。
メタン(CH4)を主成分とする天然ガス、水蒸気およ
び二酸化炭素は、その反応管11内の触媒の存在下でメ
タンが主に水蒸気改質され、下記数1に示す式(1)、
(2)に従って水素、一酸化炭素および二酸化炭素を含
む合成ガスが生成される。
て、メタン1モルと水蒸気2モルの反応で水素4モル、
二酸化炭素1モルが生成される。ただし、実際の反応系
では反応管11出口の温度、圧力から決まる化学反応平
衡組成に近い組成が得られる。
て熱交換器51に供給され、ここで流路208を流通す
るボイラ水を加熱し、高圧の水蒸気を発生させるととも
に、それ自体が冷却された後、熱回収器52に供給され
て常温まで冷却される。この時、前記合成ガス中に含ま
れる水蒸気は凝縮水となり、流路2013を通して例えば
プロセス用水として利用される。
を通して圧縮機53に供給され、ここでメタノール合成
反応に適した圧力(例えば50〜150気圧)まで圧縮
される。昇圧された合成ガスは、流路207を通してメ
タノール合成用反応装置40の予熱器41に供給され、
ここでメタノール合成反応に適した温度(例えば200
〜300℃)まで予熱され、さらに循環流路42を通し
てメタノール合成触媒が充填された反応器43に供給さ
れる。なお、後述する気液分離器61で分離された未反
応ガスはガス循環流路63を通して前記予熱器41手前
の流路207部分に供給され、前記合成ガスと混合され
る。前記反応器43では、下記式(3),(4)に示す
反応により合成されたメタノールを含む生成物が得られ
る。
等の不純物を生成する。これらの不純物および水は、前
記生成物に含まれるメタノールと共に液状の粗メタノー
ルとして含有される。
銅系触媒が用いられる。特に、高濃度の二酸化炭素雰囲
気中で高い耐久性を有するCu,Zn,Al,Gaおよ
びM(アルカリ土類金属元素および希土類元素から選ば
れる少なくとも1つの元素)を含む酸化物からなり、前
記Cu,Zn,Al,GaおよびMが原子比にてCu:
Zn:Al:Ga:M=100:10〜200:1〜2
0:1〜20:0.1〜20の割合で配合された組成を
有する触媒が好ましい。
器43からの生成物は流路209を通して前記予熱器4
1および冷却器62に順次供給され、これら部材により
ほぼ常温まで冷却される。この時、前記生成物中のメタ
ノールと水はそのほとんどが凝縮し、液状となって気液
分離器61に流入される。この気液分離器61では、液
状の粗メタノールと水素を主とする未反応ガスとに分離
される。
してガス圧縮機64に送られ、ここで昇圧された後、ガ
ス循環流路63を通して前記予熱器41入口の前記流路
20 7に循環され、合成ガスとともに前記反応器43に
供給される。未反応ガスの一部は、パージガスとしてパ
ージガス流路2010を経て、前記原料ガス導入用流路2
02に供給されて原料の一部として利用される。また、
未反応ガスの一部はパージガスとして分岐パージガス流
路2011を経て前記燃料導入用流路201に供給され、
前記改質器10における燃焼輻射部12の燃料の一部と
して利用される。
れた粗メタノールは、前記流路2012に介在された粗メ
タノール予熱器71を経て蒸留塔70に供給される。必
要に応じて、蒸留塔70には流路2014を通して少量の
水が供給される。この蒸留塔70において、コンデンサ
72の作用により高純度の精製メタノールと副生成物で
ある低沸点有機化合物および高沸点有機化合物を含む廃
水に分離される。精製メタノールは、流路2015から製
品として系外に抜き出される。廃水は、流路2016から
系外へ排出される。
素は燃焼輻射部で生成した燃焼排ガスから回収したもの
に限らず、ボイラー等で発生した燃焼排ガスから回収し
た二酸化炭素、または他の工場等で廃棄していた二酸化
炭素を用いることもできる。すなわち、従来工場等から
廃棄していた二酸化炭素を、本発明によるメタノール製
造方法の原料として有効活用することにより、大気に排
出する二酸化炭素の量を低減でき、地球温暖化の防止に
寄与できる。
設してもよい。
ールを気液分離して得られた主に水素を含むパージガス
の一部を水蒸気および二酸化炭素が添加された天然ガス
に返送して原料ガスとして利用することによって、従来
のように前記パージガスを改質器の燃焼輻射部に供給し
て燃料の一部として利用する場合に比べて合成ガスの生
成工程においてCO、H2が高いモル比で含まれる合成
ガスを生成でき、結果として粗メタノール、精製メタノ
ールを増産化することができる。
して、改質器の燃焼輻射部より排出された燃焼排ガス
(またはボイラで発生した燃焼排ガス)から回収された
二酸化炭素を利用することによって、メタノールの製造
により排出される二酸化炭素量を低減できる。その結
果、二酸化炭素排出税の導入や二酸化炭素の排出規制が
開始された場合、メタノール製造プラントの経済性を向
上できる。
実施形態のメタノールの製造を図1に示す製造プラント
を参照してより具体的に説明する。
部12に540kmol/hrの条件で供給して前記燃
焼輻射部12で空気とともに燃焼させた。また、天然ガ
ス、水蒸気(スチーム)および二酸化炭素(前記改質器
10の燃焼排ガスおよび合成ガスから回収)を下記表1
に示す条件で原料ガス導入用流路202に供給し、改質
器10の反応管11で水蒸気改質、メタノール合成用反
応装置40で粗メタノールの生成、気液分離器61で液
状粗メタノールの回収・パージガスの原料ガスへの返
送、を行うことによってメタノールを製造した。得られ
たメタノールの組成を同表1に示す。
流路202に供給される天然ガス、項目(B)は原料ガ
ス導入用流路202に圧縮機32で昇圧して供給される
改質器10の燃焼輻射部12で発生した燃焼排ガス中か
ら二酸化炭素回収装置31で回収した二酸化炭素、項目
(C)は原料ガス導入用流路202に供給される水蒸気
(スチーム)、項目(D)は熱交換器51を通して熱回
収器52に供給される合成ガス、項目(E)は熱回収器
52から圧縮機53に供給される合成ガス、項目(F)
は気液分離器61で分離された未反応ガス(パージガ
ス)、項目(G)は原料ガス導入用流路202に返送さ
れる気液分離器61で分離されたパージガスの一部、項
目(H)は気液分離器61で分離された液状粗メタノー
ルを表す。なお、これらの項目(A)〜(H)は図1に
付記する。
い、プラント外部で生産した二酸化炭素を流路2017を
通して天然ガスに添加し、かつ気液分離器61で分離さ
れた未反応ガス(パージガス)を改質器10の燃焼輻射
部12の燃料として利用するために燃料導入用流路20
1に返送した以外、実施例1と同様な方法によりメタノ
ールを製造した。得られたメタノールの組成を同表2に
示す。
流路202に供給される天然ガス、項目(B)は原料ガ
ス導入用流路202に供給される二酸化炭素、項目
(C)は原料ガス導入用流路202に供給される水蒸気
(スチーム)、項目(D)は熱交換器51を通して熱回
収器52に供給される合成ガス、項目(E)は熱回収器
52から圧縮機53に供給される合成ガス、項目(F)
は燃料導入用流路201に返送される気液分離器61で
分離されたパージガスの一部、項目(G)は気液分離器
61で分離された液状粗メタノールを表す。なお、これ
らの項目(A)〜(G)は図2に付記する。
液分離器61で分離されたパージガスの一部を原料ガス
として原料ガス導入用流路202に返送して二酸化炭素
および水蒸気が添加された天然ガスに供給する実施例1
では、気液分離器61で分離されたパージガスの一部を
燃料ガスとして燃料導入用流路201に返送する比較例
1に比べてメタノールを増産化できることがわかる。
メタノールを気液分離することにより分離された主に水
素を含むパージガスをから水蒸気および二酸化炭素が添
加された天然ガスに返送して原料の一部として利用する
ことによって、メタノールの増産化を可能にしたメタノ
ールの製造方法を提供することができる。
を示す概略図。
を示す概略図。
Claims (3)
- 【請求項1】 反応管およびこの反応管を燃料の燃焼に
より加熱するための燃焼輻射部を有する改質器の前記反
応管に水蒸気および二酸化炭素が添加された天然ガスを
供給し、前記天然ガス中の炭化水素と前記水蒸気とを反
応させて水素,一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とす
る合成ガスを生成する合成ガス生成工程と、 前記合成ガスをメタノール合成触媒上で反応させて粗メ
タノールを合成する粗メタノール合成工程と、 前記粗メタノールを気液分離して液状粗メタノールと主
に水素を含むパージガスとに分離する工程と、 前記液状粗メタノールを蒸留して精製メタノールを分離
する蒸留工程とを具備し、 前記パージガスの一部は、前記水蒸気および二酸化炭素
が添加された天然ガスに返送されることを特徴とするメ
タノールの製造方法。 - 【請求項2】 前記天然ガスに添加される二酸化炭素の
一部または全部は、前記改質器の燃焼輻射部からの燃焼
排ガスおよび蒸気発生用ボイラの燃焼排ガスのうちの少
なくとも一方から回収した二酸化炭素であることを特徴
とする請求項1記載のメタノールの製造方法。 - 【請求項3】 前記パージガスの一部は、前記改質器の
燃焼輻射部に返送されて燃料の一部として利用されるこ
とを特徴とする請求項1または2記載のメタノールの製
造方法。
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