JP4999364B2 - Methanol production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、天然ガスハイドレート(Natural Gas Hydrate)を利用するメタノール製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing methanol that uses natural gas hydrate.
近年、天然ガス等のような原料ガスと水とを接触させて生成したガスハイドレートの研究が進められている。ハイドレートは、水分子が構成するクラスター(かご構造)の中に原料ガスの分子(ゲスト)が取り込まれた包接水和物である。例えば、天然ガスハイドレートは、メタンとエタンとプロパンを主成分として構成された天然ガスをゲストとしてこれを水分子が構成するクラスターの中に取り込んだ構造物である。このようなガスハイドレートは、天然ガスハイドレートの他にも、原料ガスを代えることで種々のガスハイドレートとして構成することができる。例えば、原料ガスとして二酸化炭素を用いれば、二酸化炭素ハイドレートを生成することができる。 In recent years, research on gas hydrates produced by bringing a raw material gas such as natural gas into contact with water has been underway. Hydrates are clathrate hydrates in which molecules (guests) of source gas are taken in clusters (cage structures) formed by water molecules. For example, natural gas hydrate is a structure in which natural gas composed mainly of methane, ethane, and propane is incorporated as a guest into a cluster composed of water molecules. Such a gas hydrate can be configured as various gas hydrates by replacing the raw material gas in addition to the natural gas hydrate. For example, if carbon dioxide is used as the source gas, carbon dioxide hydrate can be generated.
天然ガスハイドレートは、例えば特許文献1に記載されているように、そもそも貯蔵や輸送の便宜のために開発された技術である。例えば、天然ガスの場合、現在は液化天然ガス(LNG)の形態で貯蔵及び輸送する方法が一般的である。ところが、液化天然ガスの主成分であるメタンは、液化させるのに−162℃といった極低温条件が必要であり、貯蔵及び輸送に際してはそのような極低温条件の維持が求められる。このため、液化天然ガスの製造及び維持管理には、多大なコストがかかってしまう。 Natural gas hydrate is a technique originally developed for the convenience of storage and transportation, as described in Patent Document 1, for example. For example, in the case of natural gas, it is currently common to store and transport in the form of liquefied natural gas (LNG). However, methane, which is the main component of liquefied natural gas, requires cryogenic conditions such as −162 ° C. for liquefaction, and maintenance of such cryogenic conditions is required for storage and transportation. For this reason, the production and maintenance of liquefied natural gas are costly.
これに対して、天然ガスハイドレートは、大気圧下−20℃の環境で約170倍のガスを包蔵し、−20℃程度の環境で大きな自己保存効果を発揮する。このため、貯蔵及び輸送等での取り扱いが比較的容易であるという利点を有している。 On the other hand, natural gas hydrate contains about 170 times the gas in an environment of −20 ° C. under atmospheric pressure, and exhibits a large self-preserving effect in an environment of about −20 ° C. For this reason, it has an advantage that handling in storage and transportation is relatively easy.
前述したように、天然ガスハイドレートは、そもそも貯蔵や輸送の便宜のために開発された技術である。このため、天然ガスハイドレートに対する本来的な期待は、大気圧下−20℃程度の環境での自己保存効果にある。つまり、貯蔵や輸送のためには、分解しにくいという性能に価値が求められる。 As described above, natural gas hydrate is a technology originally developed for convenience of storage and transportation. For this reason, the natural expectation for natural gas hydrate is a self-preserving effect in an environment of about −20 ° C. under atmospheric pressure. In other words, for storage and transportation, value is required for performance that is difficult to disassemble.
その一方、天然ガスハイドレートは、常温環境下に置くと比較的早期に天然ガスと水とに分解する。このような現象は、天然ガスハイドレートに対する本来的な期待が貯蔵や輸送の便宜であるとするならば、極力避けたい現象であるといえる。これに対して、この出願の発明者等は、むしろ、そのような天然ガスハイドレートの分解という現象に着目し、その利用について鋭意研究を進めた。その結果、メタノール製造装置を発明するに至った。 On the other hand, natural gas hydrate decomposes into natural gas and water relatively quickly when placed in a room temperature environment. Such a phenomenon can be said to be avoided as much as possible if the natural expectation of natural gas hydrate is the convenience of storage and transportation. On the other hand, the inventors of this application rather focused on the phenomenon of decomposition of such natural gas hydrate, and proceeded earnestly research on its use. As a result, a methanol production apparatus was invented.
メタノールの製造は、一般的に、合成ガス生成工程、合成工程及び蒸留工程を経て行なわれる(特許文献2の段落0002〜0004参照)。これらの各工程中、合成工程では合成ガス生成工程で生成した合成ガスに対して高い圧力を加える必要があるため、圧縮機等の相当規模設備が必要となる。本発明の発明者は、天然ガスハイドレートの分解という現象に着目した結果、圧縮機等の相当規模設備を必要とすることなしにメタノールを製造することができるメタノール製造装置の発明をなすに至った。 Methanol is generally produced through a synthesis gas generation step, a synthesis step, and a distillation step (see paragraphs 0002 to 0004 of Patent Document 2). Among these processes, since it is necessary to apply a high pressure to the synthesis gas produced in the synthesis gas production process in the synthesis process, considerable scale equipment such as a compressor is required. As a result of paying attention to the phenomenon of decomposition of natural gas hydrate, the inventor of the present invention has come to invent a methanol production apparatus capable of producing methanol without requiring a considerable scale facility such as a compressor. It was.
本発明のメタノール製造装置は、天然ガスハイドレートを収納可能な収納部を有し、当該収納部内で天然ガスハイドレートが分解されて生成される天然ガスを外部に排出する第1の排出部を有する分解装置と、前記第1の排出部に連通して当該第1の排出部を介して供給される天然ガスを水蒸気と反応させて合成ガスを生成し、生成した合成ガスを外部に排出する第2の排出部を有する改質装置と、前記第2の排出部に連通して当該第2の排出部を介して供給される合成ガスをメタノール合成触媒上で反応させて液状の粗メタノールを生成し、生成した粗メタノールを外部に排出する第3の排出部を有する反応装置と、前記改質装置と前記反応装置との間に介在して設けられ、前記改質装置から前記反応装置に供給される合成ガスを冷却する冷却装置と、を備え、前記天然ガスハイドレートが分解されて生成された天然ガス及びこの天然ガスに由来する合成ガスによって前記分解装置から前記改質装置を経て前記反応装置に至る空間を高圧に維持し、これによって前記反応装置で粗メタノールを生成するために要求される圧力を得るようにした。 The methanol production apparatus of the present invention has a storage unit capable of storing a natural gas hydrate, and includes a first discharge unit that discharges the natural gas generated by decomposing the natural gas hydrate in the storage unit to the outside. A natural gas supplied to the cracking apparatus and the first discharge unit through the first discharge unit is reacted with water vapor to generate synthesis gas, and the generated synthesis gas is discharged to the outside. A reformer having a second discharge unit and a synthesis gas that is communicated with the second discharge unit and supplied through the second discharge unit are reacted on a methanol synthesis catalyst to produce liquid crude methanol. A reaction apparatus having a third discharge unit for generating and discharging the generated crude methanol to the outside, and interposed between the reforming apparatus and the reaction apparatus, from the reforming apparatus to the reaction apparatus Cool the supplied synthesis gas Comprising a retirement unit, and the high-pressure space leading to the reactor through said reformer from the cracking unit by the synthesis gas derived from the natural gas natural gas and the natural gas hydrate is generated is decomposed To maintain the pressure required to produce crude methanol in the reactor.
本発明によれば、圧縮機等の相当規模設備を必要とすることなしにメタノールを製造することができる。 According to the present invention, methanol can be produced without requiring a considerable scale facility such as a compressor.
本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
メタノール製造装置101は、分解装置201、改質装置としての改質炉211、反応装置としての反応炉221、冷却装置として合成ガスクーラ231及び精製装置としての精製塔241を備えている。このようなメタノール製造装置101は、分解装置201での天然ガスハイドレート301の天然ガスと水との分解という現象を利用してメタノールを製造する。
The
分解装置201について説明する。分解装置201は、天然ガスハイドレート301を収納可能な収納部202を有し、当該収納部202内で天然ガスハイドレート301が分解されて生成される水と天然ガスとをそれぞれ外部に排出する天然ガス用の第1の排出部203と水用の第4の排出部204とを有する。分解装置201の内部は、多孔質の保持台205によって上下に二分割されている。保持台205は、天然ガスハイドレート301を保持可能な構造となっている。したがって、保持台205よりも上方の空間は、天然ガスハイドレート301を収納可能な収納部202を構成し、保持台205よりも下方の空間は、天然ガスハイドレート301が分解して生成される水を貯留する貯水部206を構成する。第1の排出部203は第1の通路207を介して改質炉211に連通し、第4の排出部204は第4の通路208を介して合成ガスクーラ231と精製塔241とに連通している。図1中、合成ガスクーラ231に連通する第4の通路208は符号208aで表わし、精製塔241に連通する第4の通路208は符号208bで表わす。第4の通路208aと第4の通路208bとは、一部が共用されている。
The
天然ガスハイドレート301は、例えばNGHタンク302に−20℃で貯蔵され、このNGHタンク302から必要に応じて分解装置201の収納部202に移される。
The
改質炉211は、第1の通路207を介して分解装置201から天然ガスの供給を受ける。分解装置201は、天然ガスハイドレート301の分解によって内部空間が高圧となっている。そこで、改質炉211への天然ガスの供給は、そのような高圧が利用され、特段の供給装置を設けずとも高い圧力を維持したまま行われる。改質炉211は、供給された天然ガスを水蒸気と反応させ、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発生させる。このような反応を生じさせるために、改質炉211は、ニッケル系触媒(図示せず)を備えている。改質炉211では、天然ガスと水蒸気とをニッケル系触媒の下、一例として800〜1000℃の温度で反応させる。これによって、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が生成されることになる。なお、合成ガスを生成するに際しての温度条件範囲は、上記範囲に限定されない。
The reforming
改質炉211は、生成した合成ガスを外部に排出する第2の排出部212を有している。の第2の排出部212は、第2の通路213を介して反応炉221に連通している。
The reforming
反応炉221は、第2の通路213を介して改質炉211から合成ガスの供給を受ける。この際、反応炉221の内部でも天然ガスに由来する合成ガスは高圧状態となっていることから、反応炉221に対する合成ガスの供給も、そのような高圧が利用され、特段の供給装置を設けずとも高い圧力を維持したまま行われる。反応炉221は、供給された合成ガスをメタノール反応させ、液状の粗メタノールを生成する。このような反応を生じさせるために、反応炉221は、銅系触媒であるメタノール合成触媒(図示せず)を備えている。メタノール合成触媒としては、他に、亜鉛系触媒やクロム系触媒などを用いてもよい。反応炉221では、合成ガスをメタノール合成触媒の下、一例として圧力50〜200kg/cm2G、温度200〜300℃の条件下で反応させる。これによって、水や有機不純物を含む液状の粗メタノールが生成される。なお、液状の粗メタノールを生成するに際しての圧力及び温度の条件範囲は、上記範囲に限定されない。もっとも、液状の粗メタノールを生成するに際しての圧力は、前述したように、分解装置201で分解した天然ガスハイドレート301に由来の圧力が利用される。このため、反応炉221で高圧状態を生成するに際して、圧縮機等のような特段の相当規模設備が要求されることがない。
The
反応炉221は、生成した液状の粗メタノールを外部に排出するための第3の排出部222を有している。第3の排出部222は、第3の通路223を介して精製塔241に連通している。
The
合成ガスクーラ231は、改質炉211と反応炉221とを連通させている第2の通路213に介在して配置されている。合成ガスクーラ231は、二つの役割を果たしている。一つは、第4の排出部204から排出された水を合成ガスの通路である第2の通路213に接触させて当該第2の通路213を流通する合成ガスを冷却する役割である。もう一つは、合成ガスの冷却に伴い水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を改質炉211に供給して天然ガスと反応させる水蒸気として利用させる役割である。これらの二つの役割を果たし得るようにするために、合成ガスクーラ231は、合成ガスの通路である第2の通路213を密閉的に覆う空間部(図示せず)を備え、この空間部に第4の通路208aを連通させ、当該空間部と改質炉211とを水蒸気通路232を介して連通させるような構造を有している。一例として、第2の通路213を流通する合成ガスの温度は、合成ガスクーラ231を通過することによって200〜300℃まで冷却される。
The
精製塔241は、第3の通路223を介して供給された液状の粗メタノールをこの粗メタノールに含まれている各成分の沸点の差を利用して蒸留し、純度の高いメタノールとして排出する。一例として、精製塔241は、初留塔(図示せず)と精留塔(図示せず)とを備え、先ずは初留塔において、粗メタノールから溶解ガス、低沸点成分及び該低沸点成分に同伴するメタノールを含む混合ガスを分離し、この混合ガスを初留塔の塔頂部より排出する。そして、残余成分を精留塔に導入し、この精留塔において、残余成分を精製メタノールと高沸点成分及び水とに分離する。
The
前述したように、分解装置201の第4の排出部204から排出される水を案内する一方の第4の通路208bは、精製塔241に連通している。第4の通路208bを介して精製塔241に供給される水は冷水であり、精製塔241において蒸留時に気体となったメタノールを冷却することに役立つ。精製塔241は、供給されて冷却に用いた水を、水通路242を介して合成ガスクーラ231が有している空間部に還流させる。合成ガスクーラ231では、精製塔241から供給された水が水蒸気となり、水蒸気通路232を介して改質炉211に供給される。こうして供給された水蒸気は、改質炉211にて天然ガスと反応させる水蒸気として利用される。
As described above, one fourth passage 208 b that guides water discharged from the
このような構成において、分解装置201では、収納部202に収納された天然ガスハイドレート301が温度上昇に伴い天然ガスと水とに分解する。この際、分解装置201の収納部202は高圧となるため、分解によって生成された天然ガスと水とを外部に排出する。その結果、天然ガスは、第1の排出部203から第1の通路207を介して改質炉211に供給される。水は、第4の排出部204から第4の通路208aを介して合成ガスクーラ231に供給され、第4の通路208bを介して精製塔241に供給される。
In such a configuration, in the
改質炉211に供給された天然ガスは、高圧状態が維持されているために、第2の通路213を介して合成ガスとして反応炉221に供給され、反応炉221から第3の通路223を介して粗メタノールとして精製塔241に供給される。このため、第2の通路213を流通する天然ガスハイドレート301に由来する合成ガスは高温となっている。そこで、第2の通路213に介在配置されている合成ガスクーラ231に対して、第4の通路208aを介して供給されている天然ガスハイドレート301に由来する水、及び、第4の通路208bを介して精製塔241に供給されて冷却水として利用された後に水通路242を介して供給されている天然ガスハイドレート301に由来する水は、第2の通路213に接触することによって水蒸気となる。こうして生成された水蒸気は、水蒸気通路232を介して改質炉211に供給され、第1の通路207を介して供給された天然ガスと反応させる水蒸気として利用される。これにより、改質炉211では、天然ガスと水蒸気とがニッケル系触媒の下、例えば800〜1000℃の温度で反応し、合成ガスが生成される。
Since the natural gas supplied to the reforming
改質炉211で生成された合成ガスは、第2の通路213を介して反応炉221に供給される。反応炉221では、供給された合成ガスがメタノール合成触媒でメタノール反応し、液状の粗メタノールが生成される。この際、反応炉221では、粗メタノールを生成するために高い圧力に維持されていなければならない。メタノール製造装置101は、粗メタノールを生成するために要求される圧力として、分解装置201で分解した天然ガスハイドレート301に由来の圧力を利用する。このため、メタノール製造装置101によれば、反応炉221で高圧状態を生成するに際して、圧縮機等のような特段の相当規模設備に頼る必要がない。
The synthesis gas generated in the reforming
反応炉221で生成された粗メタノールは、精製塔241で蒸留される。これにより、純度の高いメタノールを得ることができる。
Crude methanol produced in the
201 分解装置
202 収納部
203 第1の排出部
204 第4の排出部
211 改質炉(改質装置)
212 第2の排出部
213 第2の通路(合成ガスの通路)
221 反応炉(反応装置)
222 第3の排出部
231 合成ガスクーラ(冷却装置)
241 精製塔(精製装置)
301 天然ガスハイドレート
201
212
221 reactor (reactor)
222
241 Purification tower (refining equipment)
301 Natural gas hydrate
Claims (5)
前記第1の排出部に連通して当該第1の排出部を介して供給される天然ガスを水蒸気と反応させて合成ガスを生成し、生成した合成ガスを外部に排出する第2の排出部を有する改質装置と、
前記第2の排出部に連通して当該第2の排出部を介して供給される合成ガスをメタノール合成触媒上で反応させて液状の粗メタノールを生成し、生成した粗メタノールを外部に排出する第3の排出部を有する反応装置と、
前記改質装置と前記反応装置との間に介在して設けられ、前記改質装置から前記反応装置に供給される合成ガスを冷却する冷却装置と、
を備え、
前記天然ガスハイドレートが分解されて生成された天然ガス及びこの天然ガスに由来する合成ガスによって前記分解装置から前記改質装置を経て前記反応装置に至る空間を高圧に維持し、これによって前記反応装置で粗メタノールを生成するために要求される圧力を得るようにした、
メタノール製造装置。 A decomposition device having a storage unit capable of storing natural gas hydrate, and having a first discharge unit for discharging natural gas generated by decomposition of natural gas hydrate in the storage unit to the outside;
A second exhaust unit that communicates with the first exhaust unit, reacts the natural gas supplied through the first exhaust unit with water vapor to generate synthesis gas, and exhausts the generated synthesis gas to the outside A reformer having
The synthesis gas supplied to the second discharge unit through the second discharge unit is reacted on the methanol synthesis catalyst to generate liquid crude methanol, and the generated crude methanol is discharged to the outside. A reactor having a third outlet;
A cooling device that is provided between the reformer and the reactor and cools the synthesis gas supplied from the reformer to the reactor;
Equipped with a,
The space from the cracker to the reactor through the reformer is maintained at a high pressure by the natural gas produced by the decomposition of the natural gas hydrate and the synthetic gas derived from the natural gas, thereby the reaction. The pressure required to produce crude methanol in the device was obtained,
Methanol production equipment.
前記冷却装置は、前記第4の排出部から排出された水を合成ガスの通路に接触させて当該合成ガスを冷却すると共に水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を前記改質装置に供給して天然ガスと反応させる水蒸気として利用させる、
請求項1又は2記載のメタノール製造装置。 The decomposition apparatus includes a fourth discharge unit that discharges water generated by decomposition of natural gas hydrate in the storage unit to the outside.
The cooling device is configured to bring water discharged from the fourth discharge section into contact with a synthesis gas passage to cool the synthesis gas and generate water vapor, and supply the generated water vapor to the reformer. Use as water vapor to react with natural gas,
The methanol production apparatus according to claim 1 or 2.
前記精製装置は、前記第4の排出部から排出された水を冷却水として用いる、
請求項2記載のメタノール製造装置。 The decomposition apparatus includes a fourth discharge unit that discharges water generated by decomposition of natural gas hydrate in the storage unit to the outside.
The purification device uses water discharged from the fourth discharge part as cooling water.
The methanol production apparatus according to claim 2.
前記冷却装置は、前記第4の排出部から排出された水を合成ガスの通路に接触させて当該合成ガスを冷却すると共に水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を前記改質装置に供給して天然ガスと反応させる水蒸気として利用させ、
前記精製装置は、前記第4の排出部から排出された水を冷却水として用い、冷却水として用いた後の水を前記冷却装置に供給して合成ガスの通路に接触させる水として利用させる、
請求項2記載のメタノール製造装置。 The decomposition apparatus includes a fourth discharge unit that discharges water generated by decomposition of natural gas hydrate in the storage unit to the outside.
The cooling device is configured to bring water discharged from the fourth discharge section into contact with a synthesis gas passage to cool the synthesis gas and generate water vapor, and supply the generated water vapor to the reformer. Use as water vapor to react with natural gas,
The purifier uses the water discharged from the fourth discharge part as cooling water, supplies the water after being used as cooling water to the cooling apparatus, and uses it as water to contact the passage of the synthesis gas.
The methanol production apparatus according to claim 2.
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