JP2013203890A - 気泡塔型スラリー床反応器の触媒充填装置及び気泡塔型スラリー床反応器の触媒充填方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FT合成反応用気泡塔型スラリー床反応器30に設けられる触媒充填装置である。反応器30に隣接して設けられてFT合成反応触媒とスラリー調製用油とからスラリーSを調製するスラリー調製槽85と、反応器30からスラリーSをスラリー調製槽85に導く上部連通管86と、スラリー調製槽85からスラリーSを反応器30に導く下部連通管87と、反応器30内とスラリー調製槽85内とを連通させる均圧管88とを備える。上部連通管86は反応器30からスラリー調製槽85に向かって下方に傾斜し、下部連通管87は反応器30からスラリー調製槽85に向かって上方に傾斜している。スラリー調製槽85には、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段が設けられている。
【選択図】図2
Description
また、前記特許文献2の技術では、スラリーを反応器内に圧送することで反応器内のスラリー液面高さが急激に変化したり、前記スラリー調製槽内に導入した不活性ガスが反応器内への触媒充填完了時に反応器内を吹き抜けることで反応器の温度、圧力等の運転条件が変動したり、反応器内のスラリーの流動状態が急激に変動するおそれがある。
したがって、前記の技術では、通常の運転中に新触媒を導入することができないため、FT合成反応の進行を大幅に抑制した運転条件に変更したり、運転を一旦停止した状態でスラリーを反応器内に圧送し充填する必要があり、運転機会、運転時間、運転コスト等の損失が問題となっている。
前記反応器に隣接して設けられてフィッシャー・トロプシュ合成反応触媒とスラリー調製用油とからスラリーを調製するスラリー調製槽と、
前記反応器から該反応器内のスラリーを前記スラリー調製槽に導く上部連通管と、
前記上部連通管に設けられた上部連通管開閉弁と、
前記スラリー調製槽から該スラリー調製槽内のスラリーを前記反応器に導く下部連通管と、
前記下部連通管に設けられた下部連通管開閉弁と、
前記反応器内の上部空間部と前記スラリー調製槽内の上部空間部とを連通させて前記反応器内と前記スラリー調製槽内の圧力を同圧にする均圧管と、
前記均圧管に設けられた均圧管開閉弁と、を備え、
前記上部連通管は、前記反応器内の通常運転時におけるスラリー液層の、高さ方向上部1/2以上かつ該スラリーの液面より下部の位置で該反応器に接続され、該反応器から前記スラリー調製槽に向かって下方に傾斜し、該スラリー調製槽の高さ方向上部1/2以上の位置で該スラリー調製槽に接続されており、
前記下部連通管は、前記反応器内の通常運転時におけるスラリー液層の、高さ方向下部1/2未満の位置で該反応器と接続され、該反応器から前記スラリー調製槽に向かって上方に傾斜し、前記スラリー調製槽の最下端部の位置で該スラリー調製槽に接続されており、
前記スラリー調製槽には、フィッシャー・トロプシュ合成反応触媒を投入する触媒投入手段と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、スラリー調製用油を供給するスラリー調製用油供給手段とが設けられ、さらにスラリー調製槽内のスラリーを加熱するスラリー加熱手段及び該スラリーを撹拌混合するスラリー撹拌手段が設けられていることを特徴とする。
前記スラリー調製槽でスラリー調製用油を加熱撹拌して該スラリー調製用油中に前記触媒を懸濁させたスラリーを調製するスラリー調製工程と、
前記スラリー調製槽内に前記不活性ガス導入手段から不活性ガスを導入して前記調製したスラリー中及び該スラリー調製槽内の酸素を不活性ガスに置換するパージ工程と、
前記パージ工程の後に、前記均圧管開閉弁を開いて前記反応器内と前記スラリー調製槽内の圧力を同圧にする均圧工程と、
前記均圧工程の後に、前記上部連通管開閉弁と前記下部連通管開閉弁とを開いて前記反応器内のスラリーを前記スラリー調製槽内に導きつつ、前記スラリー調製槽内のスラリーを前記反応器内に導くスラリー循環工程と、
前記スラリー循環工程に続いて、前記上部連通管開閉弁を閉じるとともに前記均圧管開閉弁を閉じ、次いで前記不活性ガス導入手段によって前記スラリー調製槽内に不活性ガスを導入して該スラリー調製槽内のスラリーを前記下部連通管から前記反応器内に圧送し、その後、下部連通管開閉弁を閉じるスラリー循環終了工程と、を含むことを特徴とする。
まず、本発明に係る気泡塔型スラリー床反応器を含む液体燃料合成システムを、図1を参照して説明する。
図1に示す液体燃料合成システム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。
以下、これら各ユニットの構成要素について説明する。
CH4+CO2→2CO+2H2 ・・・(2)
気泡塔型スラリー床反応器(以下、単に「反応器」ということもある。)30は、合成ガス製造ユニット3に接続する供給管41によって供給される合成ガスから液体炭化水素を合成するもので、FT合成反応によって合成ガスから液体炭化水素を合成するFT合成用反応器として機能する。
ここで、このような反応において、反応器30に供給された一酸化炭素ガス(CO)に対して、反応器30内で消費された一酸化炭素ガスの割合を、FT合成反応の一酸化炭素転化率(以下、単に「転化率」ということもある。)としている。この転化率は、反応器本体80に単位時間当たりに流入するガス中の一酸化炭素ガスのモル流量(入口COモル流量)と、後述するように反応器本体80の気相部83から単位時間当たりに抜き出される気体排出分中の一酸化炭素ガスのモル流量(出口COモル流量)とから、百分率で算出される。すなわち、転化率は、以下の式(4)によって求められる。
転化率=[(入口COモル流量−出口COモル流量)/入口COモル流量]×100
・・・(4)
反応器本体80内のスラリーSを冷却するための媒体としては、前記のような冷却水に限定されず、例えば、C4〜C10の直鎖、分岐鎖及び環状のアルカン、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、触媒粒子の平均粒径は特に限定されないが、スラリーSの流動性の観点から、40〜150μm程度であることが好ましい。
また、反応器本体80の上部(塔頂部)には前述したように気相部83が設けられており、該反応器本体80の塔頂には前記導管43が接続されている。
また、スラリー調製槽85には、充填されたスラリーのレベル(スラリーの液面)を測定する液面測定器96が設けられている。
液体燃料合成システム1には、天然ガス田また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。前記合成ガス製造ユニット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。
反応器30で合成された液体炭化水素は、スラリーとして触媒粒子とともに触媒分離器36に導入される。
続いて、上部連通管86の上部連通管開閉弁86aと下部連通管87の下部連通管開閉弁87aとを開く。すると、反応器30内のスラリーSの一部はその自重によって上部連通管86内をその傾斜方向に流れ落ち、スラリー調製槽85内に導かれる。また、スラリー調製槽85内のスラリーSの一部はその自重によって下部連通管87内をその傾斜方向に流れ落ち、反応器30内に導かれる。これにより、反応器30内のスラリーSとスラリー調製槽85内のスラリーSとが、上部連通管86及び下部連通管87を介して循環する(スラリー循環工程)。
これにより、スラリー調製槽85内に導入した不活性ガスが反応器30内を吹き抜け、反応器30の温度、圧力等の運転条件を変動させたり、スラリーの流動状態を急激に変動させるといった不都合を生じさせることなく、反応器30を通常運転した状態で、新たな触媒を追加充填(投入)することができる。
触媒分離器36は、スラリーを触媒粒子等の固形分と液体炭化水素を含んだ液体分とに分離する。分離された触媒粒子等の固形分は、その一部が反応器30に戻され、液体分は第1精留塔40に供給される。
また、反応器30の塔頂からは、未反応の合成ガス(原料ガス)及び合成された炭化水素のガス分を含むFTガス成分が放出され、気液分離器38に供給される。
この第1精留塔40の底部から取り出されるワックス留分の液体炭化水素(主としてC21以上)は、ワックス留分水素化分解反応器50に移送され、第1精留塔40の中央部から取り出される中間留分の液体炭化水素(主としてC11〜C20)は、中間留分水素化精製反応器52に移送され、第1精留塔40の上部から取り出されるナフサ留分の液体炭化水素(主としてC5〜C10)は、ナフサ留分水素化精製反応器54に移送される。
例えば、前記実施形態では、触媒充填装置84によって新たなFT合成反応触媒を気泡塔型スラリー床反応器30に充填する場合について説明したが、これに先立ち、気泡塔型スラリー床反応器30内の活性が低下した触媒の一部を該気泡塔型スラリー床反応器30内から抜き出し、その後前記触媒充填装置84によって新たなFT合成反応触媒を気泡塔型スラリー床反応器30に充填するようにしてもよい。すなわち、本発明に係る気泡塔型スラリー床反応器の触媒充填装置及び触媒充填方法は、新たなFT合成反応触媒を気泡塔型スラリー床反応器30に充填する場合だけでなく、気泡塔型スラリー床反応器30内のFT合成反応触媒を新たなFT合成反応触媒に入れ替える場合にも、適用することができる。
Claims (2)
- フィッシャー・トロプシュ合成反応用気泡塔型スラリー床反応器に設けられる触媒充填装置であって、
前記反応器に隣接して設けられてフィッシャー・トロプシュ合成反応触媒とスラリー調製用油とからスラリーを調製するスラリー調製槽と、
前記反応器から該反応器内のスラリーを前記スラリー調製槽に導く上部連通管と、
前記上部連通管に設けられた上部連通管開閉弁と、
前記スラリー調製槽から該スラリー調製槽内のスラリーを前記反応器に導く下部連通管と、
前記下部連通管に設けられた下部連通管開閉弁と、
前記反応器内の上部空間部と前記スラリー調製槽内の上部空間部とを連通させて前記反応器内と前記スラリー調製槽内の圧力を同圧にする均圧管と、
前記均圧管に設けられた均圧管開閉弁と、を備え、
前記上部連通管は、前記反応器内の通常運転時におけるスラリー液層の、高さ方向上部1/2以上かつ該スラリーの液面より下部の位置で該反応器に接続され、該反応器から前記スラリー調製槽に向かって下方に傾斜し、該スラリー調製槽の高さ方向上部1/2以上の位置で該スラリー調製槽に接続されており、
前記下部連通管は、前記反応器内の通常運転時におけるスラリー液層の、高さ方向下部1/2未満の位置で該反応器と接続され、該反応器から前記スラリー調製槽に向かって上方に傾斜し、前記スラリー調製槽の最下端部の位置で該スラリー調製槽に接続されており、
前記スラリー調製槽には、フィッシャー・トロプシュ合成反応触媒を投入する触媒投入手段と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、スラリー調製用油を供給するスラリー調製用油供給手段とが設けられ、さらにスラリー調製槽内のスラリーを加熱するスラリー加熱手段及び該スラリーを撹拌混合するスラリー撹拌手段が設けられていることを特徴とする気泡塔型スラリー床反応器の触媒充填装置。 - フィッシャー・トロプシュ合成反応用気泡塔型スラリー床反応器に、請求項1記載の気泡塔型スラリー床反応器の触媒充填装置によってフィッシャー・トロプシュ合成反応触媒を充填する触媒充填方法であって、
前記スラリー調製槽でスラリー調製用油を加熱撹拌して該スラリー調製用油中に前記触媒を懸濁させたスラリーを調製するスラリー調製工程と、
前記スラリー調製槽内に前記不活性ガス導入手段から不活性ガスを導入して前記調製したスラリー中及び該スラリー調製槽内の酸素を不活性ガスに置換するパージ工程と、
前記パージ工程の後に、前記均圧管開閉弁を開いて前記反応器内と前記スラリー調製槽内の圧力を同圧にする均圧工程と、
前記均圧工程の後に、前記上部連通管開閉弁と前記下部連通管開閉弁とを開いて前記反応器内のスラリーを前記スラリー調製槽内に導きつつ、前記スラリー調製槽内のスラリーを前記反応器内に導くスラリー循環工程と、
前記スラリー循環工程に続いて、前記上部連通管開閉弁を閉じるとともに前記均圧管開閉弁を閉じ、次いで前記不活性ガス導入手段によって前記スラリー調製槽内に不活性ガスを導入して該スラリー調製槽内のスラリーを前記下部連通管から前記反応器内に圧送し、その後、下部連通管開閉弁を閉じるスラリー循環終了工程と、を含むことを特徴とする気泡塔型スラリー床反応器の触媒充填方法。
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