JP2984720B2

JP2984720B2 - メタノール合成プロセス及びそのプラント

Info

Publication number: JP2984720B2
Application number: JP3164946A
Authority: JP
Inventors: 一三青木; 透高塚; 誠也広浜
Original assignee: CHODA KAKO KENSETSU KK
Current assignee: CHODA KAKO KENSETSU KK
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH04364142A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はメタノール合成プロセス
及びそのプラントに関し、更に詳しくは、天然ガスをス
チーム改質して得られた改質反応ガスをメタノール合成
するメタノール合成プロセス及びそのプラントに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】メタノール合成は、従来から天然ガスを
原料として銅系触媒を用いて合成するのが一般的であ
る。また、その合成プロセスは、主に原料の天然ガスの
スチーム改質、廃熱回収、圧縮、合成及び蒸留の各工程
からなり、例えば、従来の典型的な天然ガスからのメタ
ノール製造プロセスは、図２に示すように、通常、改質
器１からの水素、一酸化炭素、二酸化炭素からなる改質
反応ガスの有する熱量をガスボイラー９を経てスチーム
として回収してスチームタービン４を駆動し、同時に圧
縮機５を駆動し合成工程６に送入する合成ガスまたは／
及び改質器用のバーナー２に導入する空気を圧縮する等
によりエネルギーの回収を行っている（塩川二朗監修
「カーク・オスマー化学大辞典」１３８３〜１３８５
頁、昭和３６年９月２０日丸善発行参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】メタノール合成プロセ
スは既に確立された観があるが、合成工程の反応管や廃
熱回収工程等においては、更に改良の余地がある。特
に、このプロセスの工業的価値は、スチーム改質工程の
バーナーの燃焼排ガス及び合成工程における高温及び／
または高圧の排ガスのエネルギーをいかに効率的に回収
してプロセスに組込むかによるところが大きい。最近、
スチーム改質器における転化率を低くし、スチーム改質
後に部分酸化反応させ、メタノール合成工程に送入する
ガス組成をメタノール合成に見合うようにする方法も提
案されているが、純酸素の製造装置が必要となりプロセ
スが複雑となると同時に装置費用が嵩む等の問題があ
る。本発明は、天然ガスからメタノールを合成するプロ
セスにおいて、熱効率を高めると共に、メタノールへの
転化率を高めることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、加圧燃
焼室内に設置された改質器にて原料天然ガスをスチーム
と反応させるスチーム改質工程と、該スチーム改質工程
からの水素リッチ改質反応ガスが圧縮された後メタノー
ル合成器に送入されてメタノールを合成するメタノール
合成工程とからなり、該メタノール合成工程からの排出
ガスが圧縮された後、圧縮された該改質反応ガスに合流
して合成ガスを形成してメタノール合成工程に循環され
ると共に、該排出ガスの一部が該加圧燃焼室に導入され
燃焼し該スチーム改質工程の熱源となると共に、該加圧
燃焼室からの燃焼排ガスでタービンを駆動することを特
徴とするメタノール合成プロセスが提供される。

【０００５】また、タービン、加圧燃焼室内に設置され
たスチーム改質器及びメタノール合成器とからなり、該
燃焼室に該タービンが接続配置され、該改質器と該メタ
ノール合成器とに改質反応ガスラインが配置されると共
に、該メタノール合成器から該改質反応ガスラインへの
循環ガスラインが配置され、該循環ガスラインから該燃
焼室へのガス抜出しラインを配置し、且つ、該改質反応
ガスラインの該循環ガスラインとの接点より上流に改質
反応ガス圧縮機、該循環ガスラインの該抜出しラインと
の接点より下流に循環ガス圧縮機がそれぞれ設置された
ことを特徴とするメタノール合成プラントが提供され
る。

【０００６】

【作用】本発明は上記のように構成され、スチーム改
質器の加熱用燃焼炉を従来の常圧または減圧下からオー
プンサイクルのタービンの燃焼室の如き加圧下燃焼と
し、吸熱反応のスチーム改質反応に必要な熱量を燃焼に
より付与すると同時に、加圧燃焼排ガスをガスタービン
で膨張させることにより、より熱効率よく動力を回収す
ることができる。また、ガスタービンの駆動軸と同軸に
空気圧縮機を設置し、加圧燃焼に必要な空気の吸引、圧
縮、供給をすることができる。更にまた、回収動力を、
その他、系内外の装置に利用することができる。上記の
ようにして加圧燃焼により熱エネルギーを効率的に回収
することができる。また、スチーム改質反応により得ら
れる改質反応ガスを、従来法のようにメタノール合成の
組成比に合わせることなく、より水素リッチとし、更
に、メタノール合成工程において、メタノール工程排ガ
スと合流させ、好ましくは水素含有量を９０モル％以上
の合成ガスとすることにより、メタノールヘの転化率を
高めることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるも
のでない。図１は、本発明の一実施例のフローシートで
ある。図１において、原料天然ガスは、好ましくは脱硫
工程１０にて硫黄分を予め除去する。硫黄分は、スチー
ム改質器１中に充填される触媒の被毒物質となるためで
ある。脱硫工程後の天然ガスは、スチームと共に例え
ば、約４００〜６５０℃に予熱されてライン１１を経て
スチーム改質器１に導入される。改質反応は吸熱反応で
あり、スチーム改質器１は加圧燃焼室２に設置され、公
知の改質触媒、例えばニッケル系触媒を充填した多数の
チューブからなり管壁を通じて燃焼熱により加熱され
る。

【０００８】スチーム改質器１において、天然ガスは次
式（１）及び（２）により約７００〜１０００℃で水
素、一酸化炭素、二酸化炭素からなる改質反応ガスに転
化される。ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ→３Ｈ₂ ＋ＣＯ〓（１）ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ 〓（２）通常、従来のメタノール合成においても、メタノール合
成工程で生じる水素をスチーム改質器加熱用のバーナー
で燃焼させているが、改質反応においては、メタノール
合成時のガス組成にできるだけ合わせるように水素の生
成を抑制させている。しかし、本発明においては、水素
生成を抑制することなく水素リッチな改質反応ガスをメ
タノール合成工程に送入し、余剰の水素は加圧燃焼して
加圧燃焼排ガスをガスタービンの駆動源として効率的に
熱回収することができ、プロセスの熱効率を高めること
ができる。また、水素の発生を抑制する必要がなくスチ
ーム改質反応の制御が容易となり、更に２段改質等の追
加の処置も不要となる。

【０００９】後記するようにメタノール合成工程からの
排出ガスは水素が主成分であり、その排出ガスの一部を
抜き出しライン２２を通じて加圧燃焼室２に導入して、
燃焼して改質用の加熱に用いることができる。また、排
出ガスのみでは、改質反応用加熱が不十分の場合は、ラ
イン２６から天然ガス等の燃料を送入補給することがで
きる。加圧燃焼のための圧縮空気は、加圧燃焼室２から
の加圧燃焼排ガスをライン２３を通じてガスタービン４
に送入し膨張させてタービンを駆動すると共に、同軸に
設置された空気圧縮機３が駆動され、ライン２５を経て
加圧燃焼室２に導入される。この場合、タービンを加圧
燃焼室に後続させ、加圧燃焼排ガスをライン２３を通じ
ることなく供給するのが好ましい。燃焼室内と改質器
は、ほぼ同様に約１．２〜５０ａｔｍ、好ましくは約１
０〜４０ａｔｍで、約７００〜１２００℃、好ましくは
約９００〜１１００℃に加圧、加熱して保持される。

【００１０】上記した本発明のスチーム改質工程は、一
種のオープンサイクルのガスタービンの燃焼室と見なす
ことができる。即ち、スチーム改質器の加熱と同時に加
圧燃焼ガスを生成させ、ガスタービン及びタービンと同
軸に配置される空気圧縮機を駆動し、燃焼室に必要な圧
縮空気を吸引供給して燃焼を進行させる。また、本発明
においては、上記した加圧燃焼用空気の圧縮供給に要す
る以上のエネルギーが存在する場合は、タービンに発電
機を接続させ動力として回収してもよい。また、後記す
るメタノール合成工程に導入する改質反応ガスの圧縮
や、メタノール合成工程の排出ガスの循環用の圧縮のた
めの動力に用いることもできる。この場合、タービンの
駆動に連動して、改質反応ガスの圧縮機及びメタノール
合成工程への循環ガス圧縮機を駆動させてもよい。更に
また、本発明のメタノール合成プラントにおいては、ガ
スタービンで回収する動力を、上記した改質反応ガスの
圧縮やメタノール合成工程の排出ガスの循環圧縮等本メ
タノール合成プロセスの系内で消費する動力にバランス
するように制御して操作することができ、各操作条件の
変化に応じて、系内で熱エネルギーをバランスさせるよ
うに、他の操作条件を制御して運転することができる。
また、ガスタービンからの排ガスは、低圧ではあるが通
常、約５００〜６００℃の高温であるため、その熱量を
用いてスチームを発生させスチームタービンを駆動させ
そのエネルギーを回収して圧縮機の動力源や発電機の動
力源としたり、また、系内外のスチームの用途に供する
ことができる。また、スチームタービンの駆動等に供し
た後のスチームからもエネルギーを回収するようにし、
燃焼排ガスの有するエネルギーを可能なかぎり有効に回
収することが好ましい。これら回収された熱エネルギー
は、メタノール合成プラントの系内で必要な各種エネル
ギーに使用することができ、また系外の種々のエネルギ
ーとして用いることもできる。

【００１１】スチーム改質器２で生成された改質反応ガ
スは高温でライン１２から抜き出され、メタノール合成
工程までの間に、熱交換による冷却、気液分離による凝
縮水の除去を適宜行い、例えば、圧力約１．０〜４０ａ
ｔｍ、好ましくは１０〜３５ａｔｍに減圧され、温度約
６０〜８０℃、好ましくは約５０〜７０℃に降温して、
ライン１３を経て改質反応ガス圧縮機５によりメタノー
ル合成反応の圧力に圧縮昇圧し、例えば、約５０〜１０
０ａｔｍに圧縮されて、温度約１００〜１５０℃に昇温
される。改質反応ガス圧縮機５で昇圧、昇温された改質
反応ガスは、ライン１４を経てメタノール合成器６の循
環ガスと合流して合成ガスとなり、ライン１５を経てメ
タノール合成器６からの排出ガスと熱交換しメタノール
合成温度に昇温して、ライン１６を通じメタノール合成
器６に導入される。

【００１２】メタノール合成器６は、通常の合成反応管
を用いることができ、充填触媒も公知のメタノール合成
触媒を適宜選択して用いることができる。また、反応圧
力及び温度は充填する触媒に依存する。例えば、近年、
開発された銅系触媒であれば、約５０〜１００ａｔｍ
で、約２３０〜２７０℃で実施することができる。メタ
ノール合成器６に導入された合成ガスは、下記式（３）
及び（４）により発熱反応でメタノールが合成される。
また、メタノール合成プロセスは、前記（１）、（２）
式と下記（３）、（４）式とから、総合的には下記式
（５）で表すことができる。ＣＯ＋２Ｈ₂ →ＣＨ₃ ＯＨ〓（３）ＣＯ₂ ＋３Ｈ₂ →ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂ Ｏ〓（４）ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂ 〓（５）上記（５）式により明らかなように、天然ガスを原料と
するメタノール合成プロセスにおいては、メタノールと
同時に等モルの水素が生じる。本発明においては、上記
したようにこの高圧の余剰の水素を加圧燃焼室２に送入
して燃焼させ、天然ガスのスチーム改質の吸熱反応の熱
源とすると共に、高圧の燃焼ガスとしてガスタービンを
駆動させ、プロセスの熱効率を高めることができる。ま
た、本発明におけるスチーム改質反応での水素生成を抑
制することなく水素リッチな改質反応ガスとしてメタノ
ール合成工程に送入する利点が、合成ガス中の水素含有
量の増加がメタノール合成反応を進める方向にあること
も上記の（３）及び（４）から分かる。

【００１３】メタノール合成反応後、メタノール合成器
６からの排出ガスはライン１７を通じて抜き出され、ラ
イン１５の合成ガスと熱交換して合成ガスを加熱してラ
イン１８を経て更に冷却され、ライン１９を通じて気液
分離器７に送入され、メタノール及び水分とガス分とを
分離する。分離されたメタノールと水分はライン２１か
ら抜き出され、従来公知のプロセスと同様に蒸留処理さ
れて製品メタノールを得ることができる。一方、気液分
離されたガス分は、ほぼ水素が９５モル％以上でありラ
イン２０を通じて循環ガス圧縮器８で圧縮昇圧され、上
記したように改質反応ガスと合流して水素含有量９０モ
ル％以上の合成ガスとなし、メタノール合成器６に循環
する。また、気液分離されたガス分の一部はライン２２
を通じて抜き出されて、加圧燃焼室２に送入して燃料と
する。

【００１４】上記した本発明のプロセスにおいて、加圧
燃焼室の圧力を１０ａｔｍとし、加圧燃焼室からの燃焼
排ガスは圧力６ａｔｍ、温度１０５０℃で取り出され、
一方、スチーム改質工程には５２０℃に加熱した天然ガ
スを供給して３０ａｔｍ、１７ａｔｍでそれぞれ操作し
て、メタノール合成反応を２６０℃、７７ａｔｍで、水
素含有量９５モル％の合成ガスを供給した場合、炭素の
メタノール転化率がそれぞれ８７．５６％、８９．１１
％で、エネルギー転換率がそれぞれ７４．７３％、７
６．０５％である。これに対して、従来法のメタノール
合成プロセスでは、スチーム改質器の燃焼炉を常圧と
し、燃焼排ガスにてスチーム発生と改質原料の天然ガス
の加熱を行い、スチーム改質工程には同様に５２０℃に
加熱した天然ガスを供給して４０ａｔｍで操作し、水素
含有量を約３０モル％以下に水素生成を抑制し、その後
改質反応ガスを更に部分酸化反応させてＣＯ₂ の含有量
を高めてメタノール合成工程に送入する。この場合、メ
タノール合成反応を２６０℃、７７ａｔｍで同様とし、
水素含有量８０モル％の合成ガスを供給すると、炭素の
メタノール転化率は８３．２６％で、エネルギー転換率
は７１．０５％である。

【００１５】上記のように、本発明のメタノール合成プ
ロセスは、従来法に比しスチーム改質器用の燃焼炉を加
圧燃焼室とし、スチーム改質反応で水素生成を抑制する
ことなくメタノール合成器への合成ガス組成の水素含有
率を高くすることにより、メタノール転化率及びエネル
ギー回収率が共に増加し、プロセスの熱効率及びメタノ
ール合成率が高くなることが分かる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、天然ガスを原料として加圧燃
焼室内のスチーム改質器でスチーム改質して合成ガスを
生成させると同時に、加圧燃焼室の燃焼排ガスをガスタ
ービンで膨張させて熱エネルギーを回収し、燃焼室供給
空気の圧縮機駆動等に利用でき、メタノール合成プロセ
スの熱効率が高くなる。また、スチーム改質反応におい
て、水素の生成を抑制することなく水素リッチな改質反
応ガスとし、更にメタノール合成工程に導入するメタノ
ール合成ガスの組成においても水素の比率を高くするこ
とにより、メタノールへの転化率も高くなる。本発明の
メタノール合成プロセスは、上記のように熱効率及びメ
タノールへの転化率が共に従来法より向上し、工業上極
めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフローシート

【図２】従来法のメタノール製造プロセスのフローシー
ト

【符号の説明】

１改質器２燃焼室３空気圧縮機４タービン５改質反応ガス圧縮機６メタノール合成器７気液分離器８循環ガス圧縮機９ガスボイラー１０脱硫工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−7125（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−29408（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C07C 29/151 C07C 31/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧燃焼室内に設置された改質器にて原
料天然ガスをスチームと反応させるスチーム改質工程
と、該スチーム改質工程からの水素リッチ改質反応ガス
が圧縮された後メタノール合成器に送入されてメタノー
ルを合成するメタノール合成工程とからなり、該メタノ
ール合成工程からの排出ガスが圧縮された後、圧縮され
た該改質反応ガスに合流して合成ガスを形成してメタノ
ール合成工程に循環されると共に、該排出ガスの一部が
該加圧燃焼室に導入され燃焼し該スチーム改質工程の熱
源となると共に、該加圧燃焼室からの燃焼排ガスでター
ビンを駆動することを特徴とするメタノール合成プロセ
ス。
【請求項２】該加圧燃焼室が、オープンサイクルのガ
スタービンの加圧燃焼室であり、該加圧燃焼室での排出
ガスの一部の燃焼が該スチーム改質工程の熱源及びガス
タービンの熱源となる請求項１記載のメタノール合成プ
ロセス。
【請求項３】該ガスタービンにより発生させる動力を
該メタノール合成プロセス系内で消費する動力にバラン
スするように制御して操作される請求項１または２記載
のメタノール合成プロセス。
【請求項４】該ガスタービンで該改質反応ガスを圧縮
すると共に該排出ガスを圧縮する請求項１、２または３
記載のメタノール合成プロセス。
【請求項５】該合成ガスの水素含有量が９０モル％以
上である請求項１、２、３または４記載のメタノール合
成プロセス。
【請求項６】タービン、加圧燃焼室内に設置されたス
チーム改質器及びメタノール合成器とからなり、該燃焼
室に該タービンが接続配置され、該改質器と該メタノー
ル合成器とに改質反応ガスラインが配置されると共に、
該メタノール合成器から該改質反応ガスラインへの循環
ガスラインが配置され、該循環ガスラインから該燃焼室
へのガス抜出しラインを配置し、且つ、該改質反応ガス
ラインの該循環ガスラインとの接点より上流に改質反応
ガス圧縮機、該循環ガスラインの該抜出しラインとの接
点より下流に循環ガス圧縮機がそれぞれ設置されたこと
を特徴とするメタノール合成プラント。
【請求項７】該加圧燃焼室がオープンサイクルのガス
タービンの加圧燃焼室である請求項６記載のメタノール
合成プラント。
【請求項８】該改質反応ガス圧縮機及び該循環ガス圧
縮機が該タービンに連動して駆動する請求項６または７
記載のメタノール合成プラント。