JP2012211224A - 炭化水素合成反応装置及びそのスタートアップ方法、並びに炭化水素合成反応システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】合成ガスを第1コンプレッサ34により圧縮して供給する合成ガス供給路31と、触媒スラリーを収容する反応容器30と、反応容器から導出される未反応合成ガス及び炭化水素を気液分離する気液分離器38と、気液分離後の未反応合成ガスを第2コンプレッサ35により圧縮して反応容器に再循環させる第1再循環路32と、合成ガスの導入量を徐々に増加させる立ち上げ運転時に、気液分離後の残りの未反応合成ガスを第1コンプレッサの吸入側に再循環させる第2再循環路33と、を備える。
【選択図】図2
Description
この炭化水素合成反応装置は、一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを送出する合成ガス送出手段3から送出される前記合成ガス(SG)を第1コンプレッサ34により圧縮して供給する合成ガス供給路31と、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーを収容し、合成ガス供給路31から供給される合成ガスと触媒スラリーとの接触によって炭化水素を合成する反応容器30と、反応容器30から導出される未反応合成ガス及び炭化水素を気液分離する気液分離器38と、気液分離器38で分離後のガスのうち一部をオフガスとして系外に排出するオフガス排出路37と、気液分離器38で分離後の未反応合成ガスを第2コンプレッサ35により圧縮して反応容器30に再循環させる再循環路32と、を備えている。
図1に示すように、液体燃料合成システム(炭化水素合成反応システム)1は、天然ガス等の炭化水素原料を液体燃料に転換するGTLプロセスを実行するプラント設備である。この液体燃料合成システム1は、合成ガス生成ユニット3と、FT合成ユニット(炭化水素合成反応装置)5と、アップグレーディングユニット7とから構成される。合成ガス生成ユニット3は、炭化水素原料である天然ガスを改質して一酸化炭素ガスと水素ガスを含む合成ガスを製造する。FT合成ユニット5は、製造された合成ガスからFT合成反応により液体の炭化水素化合物を生成する。アップグレーディングユニット7は、FT合成反応により合成された液体の炭化水素化合物を水素化・精製して液体燃料その他の製品(ナフサ、灯油、軽油、ワックス等)を製造する。以下、これら各ユニットの構成要素について説明する。
合成ガス生成ユニット3は、例えば、脱硫反応器10と、改質器12と、排熱ボイラー14と、気液分離器16および18と、脱炭酸装置20と、水素分離装置26とを主に備える。脱硫反応器10は、水素化脱硫装置等で構成されて原料である天然ガスから硫黄成分を除去する。改質器12は、脱硫反応器10から供給された天然ガスを改質して、一酸化炭素ガス(CO)と水素ガス(H2)とを主成分として含む合成ガスを製造する。排熱ボイラー14は、改質器12にて生成した合成ガスの排熱を回収して高圧スチームを発生する。気液分離器16は、排熱ボイラー14において合成ガスとの熱交換により加熱された水を気体(高圧スチーム)と液体とに分離する。気液分離器18は、排熱ボイラー14にて冷却された合成ガスから凝縮分を除去し気体分を脱炭酸装置20に供給する。脱炭酸装置20は、吸収塔(第2吸収塔)22と、再生塔24と、を有する。吸収塔22では、気液分離器18から供給された合成ガスに含まれる炭酸ガスが吸収液によって吸収される。再生塔24では、炭酸ガスを吸収した吸収液が炭酸ガスを放散し、吸収剤が再生される。水素分離装置26は、脱炭酸装置20により炭酸ガスが分離された合成ガスから、当該合成ガスに含まれる水素ガスの一部を分離する。ただし、上記脱炭酸装置20は場合によっては設けないこともある。
FT合成ユニット5は、例えば、気泡塔型反応器(反応容器)30と、気液分離器40と、分離器41と、気液分離器38と、第1精留塔42と、を主に備える。気泡塔型反応器30は、上記合成ガス生成ユニット3で製造された合成ガス、即ち、一酸化炭素ガスと水素ガスとからFT合成反応により液体炭化水素化合物を合成する。気液分離器40は、気泡塔型反応器30内に配設された伝熱管39内を通過して加熱された水を、水蒸気(中圧スチーム)と液体とに分離する。分離器41は、気泡塔型反応器30の中央部に接続され、触媒と液体炭化水素化合物を分離する。気液分離器38は、気泡塔型反応器30の塔頂に接続され、未反応合成ガス及び気体炭化水素化合物を冷却することにより、液体炭化水素化合物と未反応合成ガスを含むガスとに分離する。このガスには、系内において不要なメタン等の成分が含まれているので、一部をオフガスとしてオフガス排出路37から系外に排出する。第1精留塔42は、気泡塔型反応器30から分離器41、気液分離器38を介して供給された液体炭化水素化合物を各留分に分留する。
また、このFT合成ユニット5は、図2に概略構成を示すように、前記反応容器30や気液分離器38、オフガス排出路37の他に、一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを送出する合成ガス生成ユニット3(合成ガス送出手段)から送出される合成ガスを第1コンプレッサ34により圧縮して供給する合成ガス供給路31と、気液分離器38で分離後の未反応合成ガスを第2コンプレッサ35により圧縮して反応容器30に再循環させる第1再循環路32と、定格運転時に処理する合成ガスの処理流量よりも小さい処理流量(定格時の処理流量を100%とすると、例えば70%の流量)から定格運転時の合成ガスの処理流量(100%の流量)まで、合成ガス生成ユニット3から反応容器30に導入する合成ガスの導入量を徐々に増加させる立ち上げ運転時に、気液分離器38で分離後の未反応合成ガスのうち第1再循環路32に導入する分の残りの未反応合成ガスを第1コンプレッサ34の吸入側に再循環させる第2再循環路33と、を備えている。
液体燃料合成システム1には、天然ガス田又は天然ガスプラントなどの外部の天然ガス供給源(図示せず。)から、炭化水素原料としての天然ガス(主成分がCH4)が供給される。上記合成ガス生成ユニット3は、この天然ガスを改質して合成ガス(一酸化炭素ガスと水素ガスを主成分とする混合ガス)を製造する。
ここでは、第1コンプレッサ34と第2コンプレッサ35がほぼ同じ容量のものとして設定されている。定格運転時の反応容器30の処理流量を100とすると、第1コンプレッサ34及び第2コンプレッサ35はそれぞれ50ずつ流量を分け合って分担する。従って、例えば70%ロード運転を行う場合、第1コンプレッサ34は、反応容器30の定格処理流量を100とした場合、50×0.7=35の流量で運転することになる。コンプレッサを定格より小容量で運転する場合は、コンプレッサの吐出側を吸入側に戻すスピルバックといわれる方法が主に採用される。従って70%の流量を実現する場合は、実際は100%の能力で運転しながら、30%のスピルバックを行う。
図5に示すように、比較例の第1工程では、反応容器30への合成ガスの導入前に予め、合成ガス供給路31を通してフレッシュな窒素ガス(Fresh N2)を反応容器30に導入し、第1コンプレッサ34を70%運転(流量35)すると共に第2コンプレッサ35を定格運転(流量50)して窒素ガスを第1再循環路32および第2再循環路33を介して循環させることで、オフガス排出路37からオフガスを排出しながら系内を窒素ガスで置換すると共に反応容器30内の触媒スラリーを流動化させる。この場合、リサイクルされる窒素ガス(R/C N2)は85の流量で循環する(図5中のaで示す部分)。
反応容器30の流動安定化を図るため、第2再循環路34を使用して未反応合成ガスを第1コンプレッサ34の吸入側にリサイクルさせた場合、合成ガス温度は33℃、未反応合成ガスの温度は34℃、混合後のガス温度は33℃であった。運転開始直後よりサクションストレーナー36の差圧が徐々に上昇し、運転に支障を来し始めた。このため、脱炭酸工程の炭酸ガスを吸収するアミン溶液の温度を上げて合成ガス温度を38℃とした。そうしたら、混合後のガス温度も38℃に達し、サクションストレーナー36の差圧がほぼ定常値に戻り運転を継続することが可能となった。
5 FT合成ユニット(炭化水素合成反応装置)
7 アップグレーディングユニット(製品精製ユニット)
30 反応容器
31 合成ガス供給路
32 第1再循環路
33 第2再循環路
34 第1コンプレッサ
35 第2コンプレッサ
36 サクションストレーナー
37 オフガス排出路
38 気液分離器
Claims (5)
- 一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを送出する合成ガス送出手段から送出される前記合成ガスを第1コンプレッサにより圧縮して供給する合成ガス供給路と、
液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーを収容し、前記合成ガス供給路から供給される合成ガスと前記触媒スラリーとの接触によって炭化水素を合成する反応容器と、
前記反応容器から導出される未反応合成ガス及び炭化水素を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離後のガスのうち一部をオフガスとして系外に排出するオフガス排出路と、
前記気液分離器で分離後の未反応合成ガスを第2コンプレッサにより圧縮して前記反応容器に再循環させる第1再循環路と、を備える炭化水素合成反応装置において、
定格運転時に処理する合成ガスの処理流量よりも小さい処理流量から定格運転時の合成ガスの処理流量まで、前記合成ガス送出手段から前記反応容器に導入する合成ガスの導入量を徐々に増加させる立ち上げ運転時に、前記気液分離器で分離後の未反応合成ガスのうち前記第1再循環路に導入する分の残りの未反応合成ガスを前記第1コンプレッサの吸入側に再循環させる第2再循環路を備えていることを特徴とする炭化水素合成反応装置。 - 前記反応容器のスタートアップ時に系内を不活性ガスで置換し且つ前記触媒スラリーを流動化させるための不活性ガスの循環経路として、前記第1再循環路と、前記気液分離器から前記第1コンプレッサの吸入側に連通する不活性ガス循環路とが設けられており、前記不活性ガス循環路が前記第2再循環路として兼用されていることを特徴とする請求項1に記載の炭化水素合成反応装置。
- 前記合成ガス送出手段から送出される前記合成ガスが前記第1コンプレッサの吸入側に導入される箇所の上流側に、前記第2再循環路からの未反応合成ガスが前記合成ガス送出手段から送出される合成ガスと合流し混合する合流混合部が設けられ、更に、この合流混合部にて混合される混合ガスの温度が少なくとも前記第2再循環路からの未反応合成ガスの温度と同等以上となるように制御する温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化水素合成反応装置。
- 炭化水素原料から液体燃料基材を製造する炭化水素合成反応システムであって、
請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化水素合成反応装置と、
該炭化水素合成反応装置にて生成される炭化水素から液体燃料基材を精製する製品精製ユニットと、
を備え、
前記合成ガス送出手段は、前記炭化水素原料を改質して前記合成ガスを生成し、該合成ガスを前記合成ガス供給路に送出する合成ガス生成ユニットであることを特徴とする炭化水素合成反応システム。 - 一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを送出する合成ガス送出手段から送出される前記合成ガスを第1コンプレッサにより圧縮して供給する合成ガス供給路と、
液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーを収容し、前記合成ガス供給路から供給される合成ガスと前記触媒スラリーとの接触によって炭化水素を合成する反応容器と、
前記反応容器から導出される未反応合成ガス及び炭化水素を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離後のガスのうち一部をオフガスとして系外に排出するオフガス排出路と、
前記気液分離器で分離後の未反応合成ガスを第2コンプレッサにより圧縮して前記反応容器に再循環させる第1再循環路と、
前記気液分離器から前記第1コンプレッサの吸入側に連通する第2再循環路と、
を備える炭化水素合成反応装置のスタートアップ方法であって、
前記反応容器への合成ガスの導入前に予め、前記合成ガス供給路を通して不活性ガスを前記反応容器に導入し、前記第1コンプレッサ及び第2コンプレッサを共に定格運転して前記不活性ガスを前記第1再循環路および第2再循環路を介して循環させることで、前記オフガス排出路からオフガスを排出しながら系内を不活性ガスで置換すると共に前記触媒スラリーを流動化させる第1工程と、
該第1工程の実施により前記触媒スラリーが流動化した状態の前記反応容器に、前記第1コンプレッサを定格運転した状態で、前記合成ガス供給路を通して定格運転時の処理流量よりも小さい流量で合成ガスを導入し、前記反応容器から導出されて前記気液分離器で分離された未反応合成ガスを、前記第2コンプレッサを定格運転することで前記第1再循環路を介して循環させると共に、前記気液分離器で分離後の未反応合成ガスのうち前記第1再循環路に導入される分の残りの未反応合成ガスを前記第2再循環路を介して前記定格運転される第1コンプレッサの吸入側に循環させ、それにより、前記オフガス排出路からオフガスを排出しながら系内を合成ガスで置換すると共に、前記合成ガス供給路からの合成ガスの供給流量を定格運転時の処理流量よりも小さい一定流量に維持する第2工程と、
該第2工程において反応が安定してきた段階で、前記合成ガス供給路を通して反応容器に導入する合成ガスの流量を徐々に増加させると共に前記第2再循環路を通して循環させる未反応合成ガスの流量を徐々に減少させ、最終的に前記合成ガス供給路を通して反応容器に導入する合成ガスの流量を、定格運転時に処理する合成ガスの処理流量まで上昇させる第3工程と、
を備えることを特徴とする炭化水素合成反応装置のスタートアップ方法。
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