JP5298133B2 - 炭化水素合成反応装置及び炭化水素合成反応システム、並びに炭化水素合成方法 - Google Patents
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Description
本願は、2008年09月30日に日本出願された特願2008−253215に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明に係る炭化水素合成反応装置は、水素及び一酸化炭素を主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーとの化学反応によって炭化水素化合物を合成する炭化水素合成反応装置であって、前記スラリーを収容する反応器と、前記合成ガスを前記反応器に導入する合成ガス導入部と、前記合成ガス導入部に設けられ、前記反応器に導入される前記合成ガスをカルボニル化合物の分解温度以上に加熱する合成ガス加熱部とを備えていることを特徴とするものである。
しかも、反応器内で化学反応がなされた後は、導出ガス熱交換部及びスチーム熱交換部の双方を用いて合成ガスを加熱することができるので、スチーム熱交換部に用いるスチームの量を低減することが可能となり、スチーム熱交換部の省エネルギー化及び低ランニングコスト化を図ることができる。
また、本発明に係る炭化水素合成反応システムによれば、上記炭化水素合成反応装置を備えているので、液体燃料の製造を効率良く低コストで行うことができる。
CH4+CO2→2CO+2H2 ・・・(2)
気泡塔型反応器30は、上記合成ガス生成ユニット3で生成された合成ガス、即ち、一酸化炭素と水素とをFT合成反応させて液体炭化水素を生成する。本実施形態では、この気泡塔型反応器30は、気泡塔型反応器30に合成ガスを導入する導入配管31により脱炭酸装置20の吸収塔22と接続されている。この導入配管31は、例えば鉄やニッケル等からなる鋼材により形成されている。気液分離器34は、気泡塔型反応器30内に配設された伝熱管32内を流通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36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生成物を分離処理する。気液分離器38は、気泡塔型反応器30から導出された未反応合成ガス及び気体炭化水素生成物を冷却処理する。本実施形態では、この気液分離器38には、気泡塔型反応器30内のガスが、気泡塔型反応器30の上部に接続され気泡塔型反応器30内のガスを導出させる導出配管(反応器ガス導出部)39内と、後述する導出ガス熱交換器(導出ガス熱交換部)44内と、をこの順に流通して供給される。第1精留塔40は、気泡塔型反応器30から分離器36、気液分離器38を介して供給された液体炭化水素を蒸留し、沸点に応じて各留分に分離・精製する。
この気泡塔型反応器30は、FT合成反応により合成ガスから液体炭化水素を生成する。詳細には、この気泡塔型反応器30では、原料ガスである合成ガスは、導入配管31内を流通した後、気泡塔型反応器30の底部の分散板から気泡となって供給され、触媒と媒体油からなるスラリー内を通過し、懸濁状態の中で下記化学反応式(3)に示すように水素ガスと一酸化炭素ガスとが合成反応を起こす。
導出ガス熱交換器44及びスチーム熱交換器46は、いずれも導入配管31に設けられており、本実施形態では、導入配管31においてスチーム熱交換器46が導出ガス熱交換器44より気泡塔型反応器30側に設けられている。
スチーム熱交換器46は、合成ガス生成ユニット3で天然ガスを改質する際に生じるスチームを利用して、導入配管31内の合成ガスを加熱する。本実施形態では、スチーム熱交換器46には、合成ガス生成ユニット3の気液分離器16から高圧スチームが供給される。そして、スチーム熱交換器46は、この供給された高圧スチームと導入配管31内の合成ガスとの熱交換により、導入配管31内の合成ガスを加熱することができる。
この合成ガス加熱部42により、導入配管31内の合成ガスは、気泡塔型反応器30に導入される時点で、例えば140℃以上、好ましくは140℃以上且つ気泡塔型反応器30内での化学反応であるFT合成反応の反応温度(反応器内部における反応温度)(例えば230℃)以下、より好ましくは200℃以上且つFT合成反応の反応温度(例えば230℃)以下になるように加熱される。
まず、液体燃料合成システム1を起動させた直後等で、気泡塔型反応器30内でのFT合成反応前の場合は、導出ガス熱交換器44に加熱されたガスが供給されないため、導出ガス熱交換器44により合成ガスを加熱することができないので、スチーム熱交換器46のみによって加熱する。
また、気泡塔型反応器30に導入される合成ガスを、鉄カルボニル化合物又はニッケルカルボニル化合物の分解温度以上に加熱するので、例えば導入配管31が鉄若しくはニッケルを主成分とする鋼材等で形成され、合成ガスがこの導入配管31の内部を流通する過程で合成ガス中に鉄カルボニル化合物若しくはニッケルカルボニル化合物が発生した場合であっても、これらを、合成ガスが気泡塔型反応器30に収容されたスラリーに供給する前に分解することが可能となり、スラリー中の触媒粒子の劣化を確実に抑制することができる。
また、気泡塔型反応器30内でFT合成反応がなされた後は、導出ガス熱交換器44及びスチーム熱交換器46の双方を用いて合成ガスを加熱することができるので、スチーム熱交換器46に用いるスチームの量を低減することが可能となり、スチーム熱交換器46の省エネルギー化及び低ランニングコスト化を図ることができる。加えて、導入配管31においてスチーム熱交換器46が導出ガス熱交換器44より気泡塔型反応器30側に設けられているので、気泡塔型反応器30に導入される前の合成ガスを、温度調節が容易なスチーム熱交換器46によって確実に分解温度以上に加熱することができる。
しかも、合成ガス加熱部42は、導入配管31内の合成ガスを140℃以上に加熱する一方で、気泡塔型反応器30内部におけるFT合成反応の反応温度以下になるように加熱している。従って、加熱された合成ガスが気泡塔型反応器30内に導入されても、この気泡塔型反応器30内が過度に加熱されることがなく、FT合成反応が安定的になされて液体炭化水素の合成をより一層効率良く行うことができる。
更に、合成ガス加熱部42は、導入配管31内の合成ガスを140℃以上に加熱する中でも特に200℃以上になるように加熱している。これにより、より確実にカルボニル化合物を分解させることができる。
更に、合成ガス加熱部42が天然ガスを改質する際に気液分離器16で生じる高圧スチームを利用して合成ガスを加熱するので、合成ガス加熱部42のために必要な熱源を供給する熱源設備を別途設ける必要が無く、液体燃料合成システム1の小型化及び設備コスト、ランニングコストの低減を図ることができる。
また、上記実施形態では、スチーム熱交換器46が合成ガス生成ユニット3で天然ガスを改質する際に生じたスチームを利用して合成ガスを加熱しているが、このスチームを利用せず、例えば、別途設けた熱源設備のスチームを利用しても良いし、液体燃料合成システム1内で生じる別のスチームを利用しても良い。
3 合成ガス生成ユニット
5 FT合成ユニット(炭化水素合成反応装置)
7 製品精製ユニット
30 気泡塔型反応器(反応器)
31 導入配管(合成ガス導入部)
39 導出配管(反応器ガス導出部)
42 合成ガス加熱部
44 導出ガス熱交換器(導出ガス熱交換部)
46 スチーム熱交換器(スチーム熱交換部)
Claims (8)
- 水素及び一酸化炭素を主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーとの化学反応によって炭化水素化合物を合成する炭化水素合成反応装置であって、
前記スラリーを収容する反応器と、
前記合成ガスを前記反応器に導入する合成ガス導入部と、
前記合成ガス導入部に設けられ、前記反応器に導入される前記合成ガスをカルボニル化合物の分解温度以上に加熱する合成ガス加熱部と、
を備えている炭化水素合成反応装置。 - 請求項1に記載の炭化水素合成反応装置であって、
前記カルボニル化合物は、鉄カルボニル化合物又はニッケルカルボニル化合物である炭化水素合成反応装置。 - 請求項1又は2に記載の炭化水素合成反応装置であって、
前記化学反応の発熱により加熱された前記反応器内のガスを導出する反応器ガス導出部がさらに備えられ、
前記合成ガス加熱部は、前記反応器ガス導出部から導出される前記ガスの熱を利用して前記合成ガスを加熱する導出ガス熱交換部を備えている炭化水素合成反応装置。 - 請求項3に記載の炭化水素合成反応装置であって、
前記合成ガス加熱部は、スチームを利用して前記合成ガスを加熱するスチーム熱交換部をさらに備えている炭化水素合成反応装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の炭化水素合成反応装置であって、
前記合成ガス加熱部は、前記合成ガスを140℃以上、前記反応器内部における反応温度以下に加熱する炭化水素合成反応装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の炭化水素合成反応装置と、
炭化水素原料を改質して前記合成ガスを生成し、前記合成ガスを前記炭化水素合成反応装置の前記合成ガス導入部に導入する合成ガス生成ユニットと、
前記炭化水素化合物から液体燃料を精製する製品精製ユニットと、
を備えている炭化水素合成反応システム。 - 請求項6に記載の炭化水素合成反応システムであって、
前記合成ガス加熱部は、前記合成ガス生成ユニットで前記炭化水素原料を改質する際に生じるスチームを利用して、前記合成ガス導入部内の前記合成ガスを加熱する炭化水素合成反応システム。 - 水素及び一酸化炭素を主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーとの化学反応によって炭化水素化合物を合成する炭化水素合成方法であって、
前記スラリーに前記合成ガスが供給される前に、前記合成ガスをカルボニル化合物の分解温度以上に加熱する炭化水素合成方法。
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