JP5367411B2 - Ftガス成分からの炭化水素回収方法及び炭化水素回収装置 - Google Patents
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Description
このFT合成炭化水素を原料とした液体燃料製品は、パラフィン含有量が多く、硫黄分をほとんど含まないため、例えば特許文献1に示すように、環境対応燃料として注目されている。
そこで、従来から、このFTガス成分を冷却して軽質FT炭化水素を液化し、気液分離器によって、軽質FT炭化水素と、その他のガス分とを分離することが行われている。
ここで、気液分離器におけるFTガス成分の温度を10℃程度まで冷却することで、軽質FT炭化水素の多くを液化してガス分から分離することが可能であるが、特別な冷却装置を設ける必要があり、設備構成が複雑になるとともに液体燃料製品の製造コストが上昇してしまう。
本発明に係るFTガス成分からの炭化水素回収方法は、フィッシャー・トロプシュ合成反応において副生されるFTガス成分より軽質FT炭化水素を回収するFTガス成分からの炭化水素回収方法であって、前記FTガス成分の圧力を上昇させる昇圧工程と、昇圧後の前記FTガス成分を冷却して前記FTガス成分中に含まれる軽質FT炭化水素を凝縮・液化する冷却工程と、前記冷却工程において生成した液体炭化水素を含む液体分とガス分とを分離する分離工程と、を備えていることを特徴としている。
分離工程において分離されたガス分の中には、FT合成反応器で未反応のままの原料ガス、つまり、一酸化炭素ガス(CO)と水素ガス(H2)が存在している。そこで、このガス分をFT合成反応器へと還流させる還流工程を設けることにより、ガス分中の一酸化炭素ガス(CO)と水素ガス(H2)を原料ガスとして再利用することが可能となり、液体燃料製品の製造コストの低減を図ることが可能となる。
この場合、前記ガス分の圧力を前記FT合成反応器の原料ガス導入口圧力に調整する圧力調整工程を備えているので、昇圧工程後のFTガス成分の圧力を自由に設定することが可能となる。すなわち、昇圧工程で、FTガス成分の圧力を、原料ガス導入口圧力を超える圧力まで上昇させることが可能となり、軽質FT炭化水素の回収率を大幅に向上させることができる。
さらに、前記還流路には、前記ガス分の圧力を調整する圧力調整器が設けられていることが好ましい。
最初に、図1を参照して、本実施形態であるFTガス成分からの炭化水素回収方法及びFTガス成分からの炭化水素回収装置が用いられる液体燃料合成システム(炭化水素合成反応システム)の全体構成及び工程について説明する。
合成ガス生成ユニット3は、炭化水素原料である天然ガスを改質して一酸化炭素ガスと水素ガスを含む合成ガス(原料ガス)を生成する。
FT合成ユニット5は、生成された合成ガス(原料ガス)からフィッシャー・トロプシュ合成反応(以下、「FT合成反応」という。)により液体炭化水素を生成する。
製品精製ユニット7は、FT合成反応により生成された液体炭化水素を水素化・分留して液体燃料製品(ナフサ、灯油、軽油、ワックス等)を製造する。以下、これら各ユニットの構成要素について説明する。
脱硫反応器10は、水添脱硫装置等で構成され、原料である天然ガスから硫黄成分を除去する。
改質器12は、脱硫反応器10から供給された天然ガスを改質して、一酸化炭素ガス(CO)と水素ガス(H2)とを主成分として含む合成ガス(原料ガス)を生成する。
排熱ボイラー14は、改質器12にて生成した合成ガスの排熱を回収して高圧スチームを発生する。
気液分離器16は、排熱ボイラー14において合成ガスとの熱交換により加熱された水を気体(高圧スチーム)と液体とに分離する。
気液分離器18は、排熱ボイラー14にて冷却された合成ガスから凝縮分を除去し気体分を脱炭酸装置20に供給する。
脱炭酸装置20は、気液分離器18から供給された合成ガスから吸収液を用いて炭酸ガスを除去する吸収塔22と、当該炭酸ガスを含む吸収液から炭酸ガスを放散させて再生する再生塔24とを有する。
水素分離装置26は、脱炭酸装置20により炭酸ガスが分離された合成ガスから、当該合成ガスに含まれる水素ガスの一部を分離する。
ただし、上記脱炭酸装置20は場合によっては設ける必要がないこともある。
気泡塔型反応器30は、合成ガス(原料ガス)を液体炭化水素に合成する反応器の一例であり、FT合成反応により合成ガスから液体炭化水素を合成するFT合成反応器として機能する。この気泡塔型反応器30は、例えば、塔型の容器内部に、液体炭化水素(FT合成反応の生成物)中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリーが収容された気泡塔型スラリー床式反応器で構成される。この気泡塔型反応器30は、上記合成ガス生成ユニットで生成された合成ガス(一酸化炭素ガスと水素ガス)を反応させて液体炭化水素を合成する。
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の内部に収容されたスラリー中の触媒粒子と液体炭化水素とを分離処理する。
炭化水素回収装置101は、気泡塔型反応器30の上部に接続され、放出されるFTガス成分を冷却処理し、炭素数3以上の炭化水素(軽質FT炭化水素)を回収する。
第1精留塔40は、気泡塔型反応器30から分離器36、炭化水素回収装置101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留する。
ワックス分水素化分解反応器50は、第1精留塔40の下部に接続されており、その下流側に気液分離器56が設けられている。
中間留分水素化精製反応器52は、第1精留塔40の中央部に接続されており、その下流側に気液分離器58が設けられている。
ナフサ留分水素化処理反応器54は、第1精留塔40の上部に接続されており、その下流側に気液分離器60が設けられている。
第2精留塔70は、気液分離器56,58から供給された液体炭化水素を沸点に応じて分留する。
ナフサスタビライザー72は、気液分離器60及び第2精留塔70から分留されたナフサ留分の液体炭化水素を精留して、軽質成分はオフガス側へ排出し、重質成分は製品のナフサとして分離・回収する。
脱硫された天然ガスは、二酸化炭素供給源(図示せず。)から供給される二酸化炭素(CO2)ガスと、排熱ボイラー14で発生した水蒸気とが混合された後で、改質器12に供給される。改質器12は、水蒸気・炭酸ガス改質法により、二酸化炭素と水蒸気とを用いて天然ガスを改質して、一酸化炭素ガスと水素ガスとを主成分とする高温の合成ガスを生成する。
排熱ボイラー14において冷却された合成ガスは、凝縮液分が気液分離器18において分離・除去された後、脱炭酸装置20の吸収塔22、又は気泡塔型反応器30に供給される。吸収塔22は、貯留している吸収液内に、合成ガスに含まれる炭酸ガスを吸収することで、当該合成ガスから炭酸ガスを分離する。この吸収塔22内の炭酸ガスを含む吸収液は、再生塔24に導入され、当該炭酸ガスを含む吸収液は例えばスチームで加熱されてストリッピング処理され、放散された炭酸ガスは、再生塔24から改質器12に送られて、上記改質反応に再利用される。
気泡塔型反応器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もに分離器36に導入される。
また、気泡塔型反応器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、本実施形態である炭化水素回収装置101に供給される。炭化水素回収装置101は、FTガス成分を冷却して、一部の凝縮分の液体炭化水素(軽質FT炭化水素)を分離して第1精留塔40に導入する。一方、炭化水素回収装置101で分離されたガス分は、未反応の合成ガス(COとH2)、炭素数2以下の炭化水素を主成分としており、一部は気泡塔型反応器30の底部に再投入されてFT合成反応に再利用される。また、FT合成反応に再利用されなかったガス分は、オフガス側へ排出され、燃料ガスとして使用されたり、LPG(液化石油ガス)相当の燃料が回収されたり、合成ガス生成ユニットの改質器12の原料に再利用されたりする。
この第1精留塔40の底部から取り出されるワックス分の液体炭化水素(主としてC21以上)は、ワックス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、ナフサ留分水素化処理反応器54に移送される。
この炭化水素回収装置101は、気泡塔型反応器30(FT合成反応器)の上部から放出されたFTガス成分を液体分とガス分とに分離する第1気液分離器102と、この第1気液分離器102で分離されたFTガス成分のガス分を昇圧する昇圧器103と、昇圧されたFTガス成分のガス分を冷却する冷却器104と、冷却されたFTガス成分を液体分とガス分とに気液分離する第2気液分離器105と、第2気液分離器105で分離されたガス分に含まれる原料ガスを気泡塔型反応器30の原料ガス導入口30Aへと移送する還流路106と、を備えている。なお、還流路106には、還流される原料ガスの圧力を調整する圧力調整器107が設けられている。
一方、気泡塔型反応器30より液体として製出される重質FT炭化水素は、前述の分離器36に導入される。
ここで、FTガス成分放出工程S1におけるFTガス成分の温度T1が200℃≦T1≦280℃、圧力P1が1.5MPa≦P1≦5.0MPaとされる。
この昇圧工程S3では、FTガス成分の圧力P3が、気泡塔型反応器30の上部から放出されるFTガス成分の圧力P1に対して、P1+0.5MPa≦P3≦P1+5.0MPaとなるように、昇圧することが好ましい。
また、昇圧工程S3において、昇圧器103を用いてFTガス成分の圧力P3を、気泡塔型反応器30から放出されるFTガス成分の圧力P1に対して、P3≦P1+5.0MPaとなるように昇圧しているので、汎用の昇圧器を用いることが可能となり、軽質FT炭化水素の回収に伴うコスト上昇を抑えることができる。なお、P3>P1+5.0MPaとなると、より大きな昇圧器が必要となるため好ましくない。
例えば、第1気液分離器と第2気液分離器とを備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、気液分離器が1つであってもよいし、3つ以上の気液分離器を備えていてもよい。
さらに、合成ガス生成ユニット3、FT合成ユニット5、製品精製ユニット7の構成は、本実施形態に記載されたものに限定されることはなく、FTガス成分が炭化水素回収装置に導入される構成であればよい。
従来例として、気泡塔型反応器(FT合成反応器)の上部から放出されたFTガス成分を、放出された圧力P1(=3MPa)のまま冷却し、気液分離器で水及び液体炭化水素からなる液体分とガス分とに分離した。ここで、気液分離器におけるFTガス成分の温度を20℃、30℃、45℃と変更し、従来例1−3とした。
101 炭化水素回収装置
103 昇圧器
104 冷却器
105 第2気液分離器(気液分離器)
106 還流路
107 圧力調整器
Claims (6)
- フィッシャー・トロプシュ合成反応において副生されるFTガス成分より炭化水素化合物を回収するFTガス成分からの炭化水素回収方法であって、
前記FTガス成分を、その圧力が0.5MPa以上5.0MPa以下の範囲内で上昇するように昇圧する昇圧工程と、
昇圧後の前記FTガス成分を冷却して前記FTガス成分中に含まれる炭化水素化合物を凝縮・液化する冷却工程と、
前記冷却工程において生成した液体炭化水素を含む液体分とガス分とを分離する分離工程と、
を備えていることを特徴とするFTガス成分からの炭化水素回収方法。 - 前記分離工程において分離されたガス分の少なくとも一部を、フィッシャー・トロプシュ合成反応の原料ガスとしてFT合成反応器へと還流させる還流工程を備えていることを特徴とする請求項1に記載のFTガス成分からの炭化水素回収方法。
- 前記還流工程においては、前記ガス分の圧力を、前記FT合成反応器の原料ガス導入口における圧力に調整する圧力調整工程を備えていることを特徴とする請求項2に記載のFTガス成分からの炭化水素回収方法。
- フィッシャー・トロプシュ合成反応によって炭化水素化合物を合成するFT合成反応器から放出されるFTガス成分より炭化水素化合物を回収するFTガス成分からの炭化水素回収装置であって、
前記FT合成反応器から放出される前記FTガス成分を、その圧力が0.5MPa以上5.0MPa以下の範囲内で上昇するように昇圧する昇圧器と、昇圧された前記FTガス成分を冷却する冷却器と、該冷却器によって冷却されることにより生成した液体炭化水素を含む液体分とガス分とを分離する気液分離器と、を備えていることを特徴とするFTガス成分からの炭化水素回収装置。 - 前記気液分離器において分離されたガス分の少なくとも一部を前記FT合成反応器の原料ガス導入口に導入する還流路が設けられていることを特徴とする請求項4に記載のFTガス成分からの炭化水素回収装置。
- 前記還流路には、前記ガス分の圧力を調整する圧力調整器が設けられていることを特徴とする請求項5に記載のFTガス成分からの炭化水素回収装置。
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