JP5138897B2 - 副生水利用方法及び副生水利用システム - Google Patents

Description

本発明は、副生水利用方法及び副生水利用システムに関する。

従来、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（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄｓ）技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなＧＴＬ技術では、メタンを主成分とする天然ガスに、酸素、スチーム、二酸化炭素を注入し、水素、一酸化炭素を含む合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、合成ガス製造工程によって製造された合成ガスを、ＦＴ合成反応を用い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合成工程と、このＦＴ合成工程によって生成されたＦＴ合成油を、分解、精製することで、ナフサ、灯油、軽油、潤滑油基油等の炭化水素油を製造する分解精製工程と、を備えている。
特開平７−６２３５６号公報 特開２００６−２２２８３号公報

しかしながら、従来技術では、合成ガス製造工程やＦＴ合成工程において副生された副生水を排水としてそのまま放出していた。近年、環境問題への関心の高まりから排水による汚染防止や、排水の再利用が求められている。

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、環境負荷の低減を図るための副生水の利用方法及び副生水利用システムを提供することを目的とする。

本発明による副生水利用方法は、合成ガス製造工程及び／又はフィッシャートロプシュ合成工程で副生された副生水を利用する副生水利用方法であって、副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、プロセススチーム、加熱用スチーム、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用することを特徴としている。

このような副生水利用方法によれば、合成ガス製造工程及び／又はフィッシャートロプシュ合成工程において生成された副生水から含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、この副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、プロセススチーム、加熱用スチーム、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして再利用するため、河川や海等の系外に放出される排水量を低減させることができる。また、工業用水の使用量を低減することができる。その結果、環境に対する負荷を低減することができる。また、副生水の再利用に際して、槽、配管等の機器における腐食の原因となりやすい含酸素炭化水素が除去されているため、副生水の再利用がし易くなる。なお、副生水中の含酸素炭化水素としては、アルコール類、アルデヒド、カルボン酸等が挙げられる。

ここで、副生水処理工程では、処理水に含有されるアルコール類が１００質量ｐｐｍ以下となるように含酸素炭化水素を除去することが好ましい。これにより、処理水中のアルコール濃度が低下するため、副生水を再利用しやすくなる。

また、ボイラ給水は、ｐＨが８．５〜９．５であり、２５℃における電気伝導率が０．０５ｍＳ／ｍ以下であり、ＪＩＳＢ８２２４に規定されたカルシウム及びマグネシウムの試験方法による測定下限値から算出された硬度が測定限界値以下であり、溶存酸素が１００μｇ／ｌ以下であり、含有された鉄分が３０μｇ／ｌ以下であり、含有された銅が１０μｇ／ｌ以下であり、含有されたヒドラジンが０．０１ｍｇ／ｌ以上であることが好ましい。これにより、ボイラ給水が供給されるボイラにおける損傷を防止することができる。

また、副生水中のアルコール類濃度が１質量％以上であることが好ましい。

また、副生水処理工程は、含酸素炭化水素を生物によって分解する生物学的処理工程、含酸素炭化水素を吸着させて除去する吸着工程、含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集工程、含酸素炭化水素を膜分離によって除去する膜分離処理工程の少なくとも一つを含んでいることが好ましい。

また、副生水処理工程で除去された含酸素炭化水素からアルコール類を抽出するアルコール抽出工程を更に備えることが好ましい。

本発明による副生水利用システムは、合成ガス製造装置及び／又はフィッシャートロプシュ合成装置で副生された副生水を利用する副生水利用システムであって、副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理装置と、副生水処理装置によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、プロセススチーム、加熱用スチーム、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用することを特徴としている。

このような副生水利用システムによれば、合成ガス製造装置及び／又はフィッシャートロプシュ合成装置において生成された副生水から含酸素炭化水素を除去する副生水処理装置を備え、この副生水処理装置によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、プロセススチーム、加熱用スチーム、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用する副生水利用設備を有しているため、河川や海等の系外に放出される排水量を低減させることができる。また、工業用水の使用量を低減することができる。その結果、環境に対する負荷を低減することができる。

本発明の副生水利用方法及び副生水利用システムによれば、生成された副生水を再利用するため、環境負荷を低減させることができる。

以下、本発明による副生水利用方法及び副生水利用システムが適用された炭化水素油製造システム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製造システムを示す概略構成図である。

本実施形態の炭化水素油製造システムは、いわゆるＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄｓ）技術を用いて、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炭化水素油製造装置を備え、この炭化水素油製造装置は、天然ガスから水素、一酸化炭素を主成分とする合成ガス（Ｓｙｎ Ｇａｓ）を製造する合成ガス製造装置１と、この合成ガス製造装置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（ＦＴ−Ｌ−Ｏｉｌ；ライトオイル）を含んだ液状の反応生成物を生成するＦＴ合成装置２と、反応生成物中のＦＴ合成油から製品としての炭化水素油を製造する分解精製装置３とを備えている。

合成ガス製造装置１は、メタンを主成分とする天然ガスに酸素、スチーム（プロセススチーム）、二酸化炭素を供給して、水素、一酸化炭素からなる合成ガスを生成するものである。生成された合成ガスは、ＦＴ合成装置２に送られる。

ＦＴ合成装置２は、ＦＴ合成反応により、合成ガスから反応生成物を得るものである。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。副生水及び副生含酸素炭化水素が除去されたＦＴ合成油は、分解精製装置３に送られる。

分解精製装置３は、ＦＴ合成油に分解、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ものである。

また、炭化水素油製造装置は、プロセス流体等を冷却させる冷却器５、スチームを発生させるボイラ６、ボイラ給水を得るための脱気処理装置７、緊急時に防消火用水を放水可能な防消火設備８を備えている。

ここで、本実施形態の炭化水素油製造装置は、合成ガス製造装置１、ＦＴ合成装置２から排出された副生水中の含酸素炭化水素を除去する副生水処理装置４と、この副生水処理装置４によって含酸素炭化水素が除去された処理水を再利用する副生水利用設備とを備えている。なお、含酸素炭化水素としては、アルコール類、アルデヒド、カルボン酸等が挙げられる。本発明の副生水利用システムは、副生水処理装置４及び副生水利用設備を有している。

図２は、ＦＴ合成装置２で生成された副生水中の含酸素炭化水素の含有量を示すグラフであり、横軸に炭素数を示し、縦軸にアルコール類（Ｒ−ＯＨ）、カルボン酸（Ｒ−ＣＯＯＨ）の質量を示している。これにより、炭素数２のカルボン酸の含有量が多く、次に、炭素数２のアルコール類の含有量が多いことが分かる。

副生水処理装置４は、副生水から含酸素炭化水素を除去するものであり、脱窒工程及び硝化工程を備え含酸素炭化水素を生物によって分解する生物学的処理機能、含酸素炭化水素を活性炭等に吸着させて除去する吸着機能、凝集剤（例えば、硫酸バンド等の無機凝集剤、ＰＨ調整剤、高分子凝集剤）を供給し含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集機能、例えばＲＯ膜、ＵＦ膜等を用いて含酸素炭化水素を膜分離する膜分離機能の少なくとも一つの機能を有することが好ましく、これらの各種機能を複数備える構成としても良い。なお、副生水処理装置４に供給される副生水中のアルコール類濃度は、１質量％以上であることが好ましい。また、処理水中に含有されるアルコール類濃度が、１００質量ｐｐｍ以下となるように含酸素炭化水素の除去を行うことが好ましい。

また、処理水が供給される副生水利用設備としては、冷却器５、ボイラ６、脱気処理装置７、防消火設備８等が挙げられ、供給された処理水は、冷却水、加熱用スチーム、プロセス用スチーム、ボイラ給水、防消火用水等として、炭化水素油製造装置内で再利用される。プロセス用スチームとしては、合成ガス製造工程におけて天然ガスに注入される原料スチームが挙げられる。なお、副生水利用設備には、工業用水を供給することも可能である。

脱気処理装置７は、ボイラ給水（ＢＦＷ）を得るためのものであり、処理水中の溶存酸素を除去する脱気器、薬品注入設備等が設けられている。脱気処理装置７によって処理されたボイラ給水の性状としては、ｐＨが８．５〜９．５であり、２５℃における電気伝導率が０．０５ｍＳ／ｍ以下であり、ＪＩＳＢ８２２４に規定されたカルシウム及びマグネシウムの試験方法による測定のうち、適用された測定下限値から算出された硬度が測定限界値以下であり、溶存酸素が１００μｇ／ｌ以下であり、含有された鉄分が３０μｇ／ｌ以下であり、含有された銅が１０μｇ／ｌ以下であり、含有されたヒドラジンが０．０１ｍｇ／ｌ以上であることが好ましい。このようなボイラ給水を供給することにより、ボイラの損傷を防止することができる。

更に、本実施形態の炭化水素油製造装置は、副生水処理装置４で除去された含酸素炭化水素からアルコール類を抽出するアルコール抽出装置５を備えている。これにより、化学製品としてのアルコールを製造することができる。

次に、本発明の副生水利用方法が適用された炭化水素油の製造方法について説明する。この炭化水素油製造方法は、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炭化水素油製造工程を備え、この炭化水素油製造工程は、天然ガスから水素、一酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、この合成ガス製造工程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合成油を含んだ液状の反応生成物を生成するＦＴ合成工程と、反応生成物中のＦＴ合成油から製品としての炭化水素油を製造する製品化工程とを備えている。

まず、合成ガス製造工程は、合成ガス製造装置１によって行われ、メタンを主成分とする天然ガスに酸素、スチーム（原料スチーム）、二酸化炭素を供給し、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合成工程に送られる。

続く、ＦＴ合成工程は、ＦＴ合成装置２によって実行され、合成ガスからＦＴ合成反応による反応生成物を得る。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、副生アルコールとを含んでいる。副生水及び副生アルコールが除去されたＦＴ合成油は、製品化工程に送られる。

続く、製品化工程は、分解精製装置３によって行われ、ＦＴ合成油は、分解、精製等の処理が施され、ナフサ、灯油、軽油、潤滑油基油等の各製品に分類される。

ここで、本実施形態の炭化水素油の製造方法は、合成ガス製造工程、ＦＴ合成工程で副生された副生水中の含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、この副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水を炭化水素油製造工程（系内）で再利用している。

この副生水処理工程は、副生水処理装置４によって行われ、含酸素炭化水素を生物によって分解する生物学的処理工程、含酸素炭化水素を活性炭等に吸着させて除去する吸着工程、含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集工程、含酸素炭化水素を膜分離によって除去する膜分離工程の少なくとも一つを有することが好ましく、これらの各種工程を複数備えるようにしても良い。

そして、副生水処理工程によって処理された処理水は、冷却器５、ボイラ６、脱気処理装置７、防消火設備８等に供給され、冷却水、加熱用スチーム、プロセス用スチーム、ボイラ給水、防消火用水等として、炭化水素油製造装置内で再利用される。

更に、本実施形態の炭化水素油の製造方法は、副生水処理工程で除去された含酸素炭化水素中からアルコール類を抽出するアルコール抽出工程を備えている。このアルコール抽出工程は、アルコール抽出装置９によって実行され、化学製品としてのアルコールを製造することができる。

このような本実施形態によれば、炭化水素油製造工程において生成された副生水中の含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、この副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水を、プロセススチーム、加熱用スチーム、冷却水、防消火用水として再利用しているため、河川や海等の系外に放出される排水量を低減させることができる。また、工業用水の使用量を削減することができる。その結果、環境負荷を低減することができると共に低コスト化を図ることが可能となる。

また、副生水処理工程によってアルコール類等の含酸素炭化水素が取り除かれた処理水を再利用しているため、処理水が供給される冷却器、ボイラ、防消火設備、配管等の各機器の腐食損傷を低減させることができる。

また、アルコール抽出工程を備え、含酸素炭化水素からのアルコールを抽出することが可能とされ、抽出されたアルコールを化学製品として販売することができる。また、系外に排出されるアルコールを低減することができる。

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。上記実施形態において、合成ガス製造工程（合成ガス製造装置）、ＦＴ合成工程（ＦＴ合成装置）で生成された副生された副生水を再利用しているが、合成ガス製造工程及びＦＴ合成工程の少なくとも一方から排出された副生水を再利用すればよい。

本発明の実施形態に係る炭化水素油製造システムを示す概略構成図である。 図１中のＦＴ合成装置で生成された副生水中の含酸素炭化水素の含有量を示すグラフである。

符号の説明

１…合成ガス製造装置、２…ＦＴ合成装置、３…分解精製装置、４…副生水処理装置、５…冷却器、６…ボイラ、７…脱気処理装置、８…防消火設備、９…アルコール抽出装置。

Claims (11)

1. 合成ガス製造工程及び／又はフィッシャートロプシュ合成工程で副生された副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、
   前記副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用する副生水利用方法であって、
   前記処理水は、前記副生水処理工程で、前記処理水に含有されるアルコール類が１００質量ｐｐｍ以下となるように含酸素炭化水素を除去したものであること、および、
   前記ボイラ給水は、前記処理水をさらに脱気処理装置にて処理したものであって、ｐＨが８．５〜９．５であり、２５℃における電気伝導率が０．０５ｍＳ／ｍ以下であり、ＪＩＳＢ８２２４に規定されたカルシウム及びマグネシウムの試験方法による測定のうち、適用された測定下限値から算出された硬度が測定限界値以下であり、溶存酸素が１００μｇ／ｌ以下であり、含有された鉄分が３０μｇ／ｌ以下であり、含有された銅が１０μｇ／ｌ以下であり、含有されたヒドラジンが０．０１ｍｇ／ｌ以上であることを特徴とする副生水利用方法。
2. 前記副生水中のアルコール類濃度が１質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の副生水利用方法。
3. 前記副生水処理工程は、前記含酸素炭化水素を生物によって分解する生物学的処理工程、前記含酸素炭化水素を吸着させて除去する吸着工程、前記含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集工程、前記含酸素炭化水素を膜分離によって除去する膜分離処理工程の少なくとも一つを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の副生水利用方法。
4. 前記副生水処理工程で除去された前記含酸素炭化水素からアルコール類を抽出するアルコール抽出工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の副生水利用方法。
5. 合成ガス製造工程及び／又はフィッシャートロプシュ合成工程で副生された副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、
   前記副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用する副生水利用方法であって、
   前記副生水処理工程で除去された前記含酸素炭化水素からアルコール類を抽出するアルコール抽出工程を更に備えることを特徴とする副生水利用方法。
6. 前記副生水処理工程では、前記処理水に含有されるアルコール類が１００質量ｐｐｍ以下となるように含酸素炭化水素を除去することを特徴とする請求項５記載の副生水利用方法。
7. 前記副生水中のアルコール類濃度が１質量％以上であることを特徴とする請求項５に記載の副生水利用方法。
8. 前記副生水処理工程は、前記含酸素炭化水素を生物によって分解する生物学的処理工程、前記含酸素炭化水素を吸着させて除去する吸着工程、前記含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集工程、前記含酸素炭化水素を膜分離によって除去する膜分離処理工程の少なくとも一つを含んでいることを特徴とする請求項５に記載の副生水利用方法。
9. 合成ガス製造装置及び／又はフィッシャートロプシュ合成装置で副生された副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理工程を備え、
   前記副生水処理工程によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用する副生水利用方法であって、
   前記副生水処理工程は、前記含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集工程であって、除去した含酸素炭化水素から、アルコール抽出工程においてアルコール類が抽出可能なように、前記含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集工程、前記含酸素炭化水素を膜分離によって除去する膜分離処理工程であって、除去した含酸素炭化水素から、アルコール抽出工程においてアルコール類が抽出可能なように、前記含酸素炭化水素を前記膜分離によって除去する膜分離処理工程の少なくとも一つを含んでいることを特徴とする副生水利用方法。
10. 合成ガス製造装置及び／又はフィッシャートロプシュ合成装置で副生された副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理装置と、
    前記副生水処理装置によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用する副生水利用設備とを備える副生水利用システムであって、
    前記副生水処理装置で除去された前記含酸素炭化水素からアルコール類を抽出するアルコール抽出装置を更に備えることを特徴とする副生水利用システム。
11. 合成ガス製造装置及び／又はフィッシャートロプシュ合成装置で副生された副生水に含有される含酸素炭化水素を除去する副生水処理装置と、
    前記副生水処理装置によって含酸素炭化水素が除去された処理水をボイラ給水、冷却水、防消火用水の少なくとも一つとして利用する副生水利用設備とを備える副生水処理システムであって、
    前記副生水処理装置が前記含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集装置であって、除去した含酸素炭化水素から、アルコール抽出工程においてアルコール類が抽出可能なように、前記含酸素炭化水素を凝集させて除去する凝集装置、前記含酸素炭化水素を膜分離によって除去する膜分離装置であって、除去した含酸素炭化水素から、アルコール抽出工程においてアルコール類が抽出可能なように、前記含酸素炭化水素を前記膜分離によって除去する膜分離装置の少なくとも一つであることを特徴とする副生水利用システム。

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