JP2010083931A

JP2010083931A - 運転解析装置

Info

Publication number: JP2010083931A
Application number: JP2008251956A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tanaka; 祐一田中
Original assignee: Cosmo Oil Co Ltd; Japan Petroleum Exploration Co Ltd; Inpex Corp; Japan Oil Gas and Metals National Corp; Nippon Oil Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Cosmo Oil Co Ltd; Japan Petroleum Exploration Co Ltd; Inpex Corp; Japan Oil Gas and Metals National Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd; Eneos Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP5341452B2

Abstract

【課題】ＧＴＬ技術の水素化精製処理における運転モードの決定に利用可能な運転解析装置を提供すること。
【解決手段】水素化精製処理における運転モードの決定に利用される運転解析装置であって、ＦＴ合成油を精留する第１精留処理における蒸留モデルを用いて、第１精留処理における運転をシミュレーションする第１の精留モデル演算手段２０と、第１精留処理によって精留されたＦＴ合成油を反応させる反応処理における反応モデルを用いて、反応処理における運転をシミュレーションする反応モデル演算手段２２と、反応処理によって得られた反応生成物を精留する第２精留処理における蒸留モデルを用いて、第２精留処理における運転をシミュレーションする第２の精留モデル演算手段２４とを備える構成とする。これにより、水素化精製処理における運転解析を行い、解析結果に基づいて運転モードを決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィッシャートロプシュ合成反応によって生成されたＦＴ合成油を、水素化処理、精製することで炭化水素油を製造する水素化精製処理における運転を解析する運転解析装置に関する。

従来、原油から例えばガソリン、ナフサ、灯油、軽油などの炭化水素油を製造する石油精製分野において、炭化水素油を製造する製造装置における運転モードを決定するための技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１に記載のガソリン製造装置の運転モード決定方法では、ナフサ接触改質装置のシミュレーション結果と改質ガソリン分留装置のシミュレーション結果から得られたデータを線形計画モデルに組み込み、高性能ガソリンを高効率で製造するためのモデルを作成し、このモデルにもとづいてナフサ接触改質装置と改質ガソリン分留装置の最適運転モードを求めている。特許文献２に記載の精製処理解析装置では、精製処理に伴う触媒の劣化を導出し、この導出結果に基づいて、原料油の精製処理結果を予測している。
特開２０００−３０３０７６号公報国際公開第００／０７７１２７号パンフレット

近年、フィッシャートロプシュ合成（以下、「ＦＴ合成」という。）反応により、天然ガス（炭化水素ガス）から灯油、軽油等の炭化水素油を製造するＧＴＬ（ＧａｓｔｏＬｉｑｕｉｄｓ）技術が開発されている。

ここで、ＦＴ合成反応から生成されたＦＴ合成油を、水素化処理、精製することで炭化水素油を製造する水素化精製処理（アップグレーディング工程）における運転モードの決定に利用可能な運転解析装置（プロセスシミュレータ）が求められている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、ＧＴＬ技術の水素化精製処理における運転モードの決定に利用可能な運転解析装置を提供することを目的とする。

本発明による運転解析装置は、フィッシャートロプシュ合成反応によって生成されたＦＴ合成油を精留する第１精製処理、この第１精留処理によって精留されたＦＴ合成油を水素化処理する反応処理、及び、この反応処理によって得られた反応生成物を精留する第２精留処理を行うことで炭化水素油を製造する水素化精製処理における運転を解析する運転解析装置であって、第１精留処理における蒸留モデルを用いて運転をシミュレーションする第１の精留モデル演算手段と、反応処理における反応モデルを用いて運転をシミュレーションする反応モデル演算手段と、第２精留処理における蒸留モデルを用いて、第２精留処理における運転をシミュレーションする第２の精留モデル演算手段と、を備えることを特徴としている。

このような運転解析装置によれば、ＧＴＬ技術のＦＴ合成によって生成されたＦＴ合成油を精留する第１精留処理における蒸留モデルを用いて、第１精留処理における運転を予測し、第１精留処理によって精留されたＦＴ合成油を水素化処理する反応処理における反応モデルを用いて、反応処理における運転を予測し、反応処理によって得られた反応生成物を精留する第２精留処理における蒸留モデルを用いて、第２精留処理における運転を予測することができる。これにより、第２精留処理における運転を解析し、その結果を利用して運転モードを決定することができる。

また、第１の精留モデル演算手段は、ＦＴ合成油の組成に関する入力データを用いて、シミュレーションするものであり、反応物の組成に関する入力データには、炭素数毎のノルマルパラフィンの濃度、炭素数毎のイソパラフィンの濃度、炭素数毎のアルコールの濃度、炭素数毎のオレフィンの濃度が含まれていることが好ましい。

また、反応モデル演算手段は、反応処理における運転条件に関する入力データを用いて、シミュレーションするものであり、反応処理における運転条件に関する入力データには、ＬＨＳＶ（液空間速度）、水素圧力、水素油比、運転温度が含まれていることが好適である。

また、第２の精留モデル演算手段は、第２精留処理におけるシミュレーション結果として、ＧＴＬナフサ留分の得率、灯油留分の得率、軽油留分の得率、ブレンド後のＧＴＬ軽油の得率を算出することが好ましい。

また、第２の精留モデル演算手段は、第２精留処理におけるシミュレーション結果として、ＧＴＬナフサ留分、灯油留分、軽油留分及びブレンド後のＧＴＬ軽油の炭素数毎のノルマルパラフィンの濃度、炭素数毎のイソパラフィンの濃度、炭素数毎のアルコールの濃度、炭素数毎のオレフィンの濃度を算出することが好適である。

本発明によれば、ＧＴＬ技術の水素化精製処理における運転モードの決定に利用可能な運転解析装置を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の実施形態に係る炭化水素油の製造工程の概略を示す工程図である。

まず、本発明の実施形態に係るＧＴＬ用プロセスシミュレータ（運転解析装置）による運転解析の対象である「ＧＴＬ技術を用いた炭化水素油の製造方法（製造装置）」について、説明する。ＧＴＬ技術を用いた炭化水素油の製造方法は、原料である天然ガス（炭化水素ガス）から、ナフサ、灯油、軽油、潤滑油基油等の炭化水素油を製造するものであり、天然ガスから水素、一酸化炭素を主成分とする合成ガス（ＳｙｎＧａｓ）を製造する合成ガス製造工程１と、この合成ガス製造工程１で製造された合成ガスをＦＴ合成反応させてノルマルパラフィンを主成分とするＦＴ合成油を生成するＦＴ合成工程２と、ＦＴ合成工程２によって生成されたＦＴ合成油を水素化処理、精製することで製品としての炭化水素油を製造する製品化工程（アップグレーティング工程）３とを備えている。

合成ガス製造工程１（合成ガス製造装置）では、メタンを主成分とする天然ガスに酸素、スチーム等を供給し、水素、一酸化炭素からなる合成ガスを生成し、生成された合成ガスは、ＦＴ合成工程２に送られる。

続く、ＦＴ合成工程２（ＦＴ合成装置）では、ＦＴ合成反応により、合成ガスから反応生成物を得る。この反応生成物は、ノルマル（直鎖）パラフィンを主成分としオレフィンを含有するＦＴ合成油と、副生水と、副生含酸素炭化水素とを含んでいる。副生水を主とした水相を除去したＦＴ合成油は、製品化工程３に送られる。

製品化工程３（水素化精製装置）では、ＦＴ合成油に水素化処理、精製等の処理を施し、ナフサ、灯油、軽油、潤滑油基油等の各製品を製造する。製品化工程３は、ＦＴ合成油を精留する第１精留工程４（第１精留塔）、第１精留工程４によって精留されたＦＴ合成油を水素化処理させて水素化生成油を得る反応工程５（反応器）、水素化生成油を精留（精製）する第２精留工程６（第２精留塔）を有している。

製品化工程３を行う水素化精製装置は、炭素数５〜１００のＦＴ合成油を複数の留分に分留する第１精留塔と、第１精留塔で分留された各留分に対し、適切な触媒・条件下で水素化処理を行う反応器と、水素化処理が施された水素化生成油を複数の石油製品（ナフサ（炭素数５〜９）、灯油（炭素数１０〜１４）、軽油（炭素数１５〜２１）など）に分留する第２精留塔とを有している。

そして、この製品化工程３では、性状が規格に適合した目的製品を得ることができる。製品化工程３では、ディーゼル燃料として利用される中間留分（灯軽油留分）を多く得られる運転を行うことを目的としている。製品化工程３では、運転モードとして、灯軽油留分の収率アップを重視した「灯軽油留分収率重視モード」、あるいは、灯軽油留分の性状アップを重視した「灯軽油留分性状重視モード」を選択することができる。例えば、第１精留塔、第２精留塔、各反応器の運転条件、灯油留分と軽油留分のブレンド比などを変更することにより、運転モードを変更する。

次に、本発明の実施形態に係るＧＴＬ用プロセスシミュレータ（以下、「プロセスシミュレータ」という。）について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るプロセスシミュレータを示す概略構成図である。図２に示すプロセスシミュレータ１０は、製品化工程３における運転を解析（模擬）するものであり、原料や運転条件などの各種データが入力される入力部１２、入力された各種データに基づいて運転解析を行う解析部１４、解析部１４によって解析された結果を出力する表示部（出力部）１６を備えている。

入力部１２は、操作者（ユーザ）によって操作される入力手段（例えば、キーボード等）や、各種記録媒体との接続を可能とする接続部を有している。入力部１２は、解析部１４と電気的に接続され、入力された各種データは、解析部１４に出力される。

また、入力される各種データとしては、例えば、「ＦＴ合成油の組成」、「反応器運転条件」、「（第１，第２）精留塔運転条件」、「第２精留塔から得られる灯油留分（Ｋｅｒｏ留分）、軽油留分（ＧＯ留分）のブレンド比」などが挙げられる。

「ＦＴ合成油の組成」としては、炭素数毎のノルマルパラフィンの濃度、炭素数毎のイソパラフィンの濃度、炭素数毎のアルコールの濃度、炭素数毎のオレフィンの濃度などがある。なお、濃度の単位は、例えばｍａｓｓ％でも、ｍｏｌ％でもよい。「反応器運転条件」としては、ＬＨＳＶ、水素圧力、水素油比、運転温度などがある。「精留塔運転条件」としては、各トレイからの抜き出し量などがある。「ブレンド比」としては、例えばＪＩＳ２号相当の軽油を得るための、灯油留分、軽油留分の割合などがある。

解析部１４は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部１８となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。記憶部１８に記憶されたプログラムが実行されて、解析部１４に、第１蒸留モデル演算部２０、反応モデル演算部２２、及び第２蒸留モデル演算部２４が形成される。また、記憶部１８には、精留塔モデルに関するデータ、反応モデルに関するデータ、精留塔のトレイの性能に関するデータ、反応器に充填された触媒の性能に関するデータなど、シミュレーションを実行するために必要な各種データが記憶されている。

第１蒸留モデル演算部２０は、第１精留工程４における運転をシミュレーションする部分である。第１蒸留モデル演算部２０では、入力された各種データ（例えば、原料組成の炭素分布、各トレイからの抜き出し量、精留塔トレイ段数、スチーム注入量など）に基づいて、精留塔モデルを用いて蒸留計算を行なう。

反応モデル演算部２２は、反応工程５における運転をシミュレーションする部分である。反応モデル演算部２２では、入力された各種データ（例えば、反応器の入口温度、運転圧力、水素油比など）に基づいて、反応器モデルを用いて反応計算を行う。反応モデル演算部２２は、炭素数ごとの組成について、反応器の入口から出口までの濃度変化を反応速度論的に推算する。

反応モデル演算部２２は、実際の反応器を、多層の微小反応器を積層したものとみなして計算する。例えば、ｄＣ_ｉ／ｄｔ＝−ｋ_ｊ・Ｃ_ｉ…（１）を用いて、計算する。これにより、反応器出口温度、反応器出口組成を推定することができる。なお、式（１）において、Ｃ_ｉは組成ｉの濃度、ｄｔは微小反応時間、ｋ_ｊは反応ｊの速度定数である。

図３は、反応モデル演算部による計算結果の一例を示すグラフである。図３では、横軸に、１／ＬＨＳＶ「ｈ」を示し、縦軸に、組成割合「ｍａｓｓ％」を示している。また、横軸において、左側が反応器入口側を示し、右側が反応器出口側を示している。実線で示すプロットＬ５は、長鎖炭化水素（炭素数２２以上）の組成割合を示し、実線で示すプロットＬ６は、中間留分（炭素数１０〜２１）の組成割合を示し、実線で示すプロットＬ７は、ナフサ留分（炭素数５〜９）の組成割合を示している。

反応モデル演算部２２では、長鎖炭化水素が分解し、中間留分が生成するが、反応が過度に進行すると二次分解により、ナフサ留分が増加することを再現（模擬）することができる。

第２蒸留モデル演算部２４は、第２精留工程５における運転をシミュレーションする部分である。第２蒸留モデル演算部２４では、入力された各種データ（例えば、第２精留工程５の出口生成油の炭素分布、各トレイからの抜き出し量、精留塔トレイ段数、スチーム量など）に基づいて、精留塔モデルを用いて蒸留計算を行なう。

そして、プロセスシミュレータ１０の解析部１４によるシミュレーション結果（運転解析結果）である出力データとしては、「各ＧＴＬ製品（ＧＴＬナフサ留分、灯油留分、軽油留分、ブレンド後のＧＴＬ軽油）の得られる割合（得率）」、「各ＧＴＬ製品の組成（炭素数ごとのノルマルパラフィン、イソパラフィンなどの濃度）」、「各ＧＴＬ製品の性状（密度、３０℃における動粘度、低温流動性（流動点）など）」がある。

表示部１６は、解析部１４と電気的に接続され、解析部１４によって出力された信号を受けて、画像表示を行う出力部として機能する。表示部１６では、解析部１４による解析結果（シミュレーション結果）を表示する。また、解析結果は、印刷されることによって出力されてもよい。

図４は、表示部に表示される画像表示の一例を示す概略図である。図４では、例えば、第２精留塔周りのフローを表示すると共に、内部流体名、運転条件などが表示されている。この画面は、データ入力画面、計算結果表示画面として機能する。

図５は、プロセスシミュレータによる計算結果の一例を示すものであり、ディーゼル燃料の炭素数と組成割合との関係を示すグラフである。図５では、横軸に炭素数を示し、縦軸に組成割合（ｍａｓｓ％）を示している。実線で示すプロットＬ８は、イソパラフィンの組成割合を示し、実線で示すプロットＬ９は、ノルマルパラフィンの組成割合を示している。

図５に示すようにプロセスシミュレータ１０を用いて、演算することにより、従前の燃料研究において見出されている成分データと一般性状との相関を利用して、ディーゼル燃料の各規格項目に適合しているかどうかを把握することができる。

このようなプロセスシミュレータ１０では、各種データを入力して、解析部１４によるシミュレートを実行することにより、製品化工程３における運転解析を行うことができる。このようなプロセスシミュレータ１０によれば、基本デザイン運転条件に対する各運転因子の変動での感度解析を行うことができる。すなわち、プロセスシミュレータ１０の操作者が、プロセスシミュレータ１０への入力データに対する出力データを考慮して、トライアル＆エラーを繰り返すことにより、運転モードの適否の判断に利用することができる。

また、プロセスシミュレータ１０による解析結果を用いることで、より最適なフロー、運転条件の探索による改良プロセス検討、触媒性能向上研究の目標設定などを行なうことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る炭化水素油の製造工程の概略を示す工程図である。本発明の実施形態に係るＧＴＬ用プロセスシミュレータを示す概略構成図である。反応モデル演算部による計算結果の一例を示すグラフである。表示部に表示される画像表示の一例を示す概略図である。プロセスシミュレータによる計算結果の一例を示すものであり、ディーゼル燃料の炭素数と組成割合との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…合成ガス製造工程、２…ＦＴ合成工程、３…製品化工程（アップグレーティング工程）、４…第１精留工程、５…反応工程、６…第２精留工程、１０…プロセスシミュレータ（運転解析装置）、１２…入力部、１４…解析部、１６…表示部（出力部）、１８…記憶部、２０…第１蒸留モデル演算部、２２…反応モデル演算部、２４…第２蒸留モデル演算部。

Claims

フィッシャートロプシュ合成反応によって生成されたＦＴ合成油を精留する第１精製処理、この第１精留処理によって精留されたＦＴ合成油を水素化処理する反応処理、及び、この反応処理によって得られた反応生成物を精留する第２精留処理を行うことで炭化水素油を製造する水素化精製処理における運転を解析する運転解析装置であって、
前記第１精留処理における蒸留モデルを用いて運転をシミュレーションする第１の精留モデル演算手段と、
前記反応処理における反応モデルを用いて運転をシミュレーションする反応モデル演算手段と、
前記第２精留処理における蒸留モデルを用いて運転をシミュレーションする第２の精留モデル演算手段と、
を備えることを特徴とする運転解析装置。
前記第１の精留モデル演算手段は、前記ＦＴ合成油の組成に関する入力データを用いて、シミュレーションするものであり、
前記反応物の組成に関する入力データには、炭素数毎のノルマルパラフィンの濃度、炭素数毎のイソパラフィンの濃度、炭素数毎のアルコールの濃度、炭素数毎のオレフィンの濃度が含まれている請求項１記載の運転解析装置。
前記反応モデル演算手段は、前記反応処理における運転条件に関する入力データを用いて、シミュレーションするものであり、
前記反応処理における運転条件に関する入力データには、ＬＨＳＶ、水素圧力、水素油比、運転温度が含まれている請求項１又は２記載の運転解析装置。
前記第２の精留モデル演算手段は、第２精留処理におけるシミュレーション結果として、ＧＴＬナフサ留分の得率、灯油留分の得率、軽油留分の得率、ブレンド後のＧＴＬ軽油の得率を算出する請求項１〜３の何れか一項に記載の運転解析装置。
前記第２の精留モデル演算手段は、第２精留処理におけるシミュレーション結果として、前記ＧＴＬナフサ留分、灯油留分、軽油留分及びブレンド後のＧＴＬ軽油の炭素数毎のノルマルパラフィンの濃度、炭素数毎のイソパラフィンの濃度、炭素数毎のアルコールの濃度、炭素数毎のオレフィンの濃度を算出する請求項１〜４の何れか一項に記載の運転解析装置。