JP5501365B2 - スラリー調製方法、スラリー調製装置、炭化水素合成反応装置、及び炭化水素合成反応システム - Google Patents
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Description
本願は、2009年8月31日に、日本に出願された特願2009−200345号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、FTワックスは、FT合成反応により生成された炭化水素であり、石油から精製されるいわゆる石油系の炭化水素に比べて生産量が少ないものなので、特に炭化水素合成反応装置の稼動開始時にこの種の炭化水素合成反応装置を他に所有していない場合などには、反応容器の内部に供給する必要がある触媒スラリーの媒体液としての必要量を確保するのが難しいという問題もある。
触媒スラリーの媒体液として、常温および常圧で液体の石油系溶媒を用いると、媒体液を液相状態に維持するために媒体液を加熱する必要が無い。したがって、短時間、低エネルギーおよび低コストで触媒スラリーを調製することができる。
また、石油系溶媒は、石油から精製され、FT合成反応により合成される炭化水素を用いずに製造できる。そのため、FT合成反応が開始される前であっても、反応容器の内部に供給する触媒スラリーを調製するための媒体液として、必要量の石油系溶媒を容易に確保することができる。
また、媒体液として液体の炭化水素である石油系溶媒を用いるので、触媒スラリーを調製する際の触媒の劣化を抑制することができる。
そして、石油系溶媒における硫黄の濃度が1μg/L以下であれば、触媒スラリーに含まれる触媒の媒体液による劣化を確実に抑制できる。石油系溶媒における硫黄の濃度が1μg/Lより高いと、触媒スラリーに含まれる触媒が、媒体液によって劣化するおそれがある。なお、前記石油系溶媒における硫黄の濃度は、1μg/L以下であるが、好ましくは0.1μg/L以下、更に好ましくは0.02μg/L以下であっても良い。
このような石油系溶媒としては、例えば、流動パラフィン及び石油系ソルベントが挙げられる。
また、触媒スラリーを調製する際に、媒体液を液相状態に維持するために加熱する必要が無い。そのため、混合容器および媒体液供給部に媒体液を液相状態に維持する加熱手段を設ける必要が無い。したがって、スラリー調製装置の小型化および低コスト化を実現することができる。
また、小型化および低コスト化が実現されたスラリー調製装置を備えているので、炭化水素合成反応装置の小型化および低コスト化を実現することができる。
図1に示すように、液体燃料合成システム(炭化水素合成反応システム)1は、天然ガス等の炭化水素原料を液体燃料に転換するGTLプロセスを実行するプラント設備である。この液体燃料合成システム1は、合成ガス生成ユニット3と、FT合成ユニット(炭化水素合成反応装置)5と、製品精製ユニット7とを含む。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を生成する。FT合成ユニット5は、生成された合成ガスからFT合成反応により液体の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の炭化水素を水素化及び精製して液体燃料(ナフサ、灯油、軽油、ワックス等)の基材(液体燃料基材)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て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吸収液を再生する再生塔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ないこともある。
CH4+CO2→2CO+2H2 ・・・(2)
スラリー調製装置80は、混合容器82と、触媒供給部84と、媒体油供給部86とを備えている。混合容器82は、触媒粒子と媒体油とを混合して触媒スラリーを調製する。触媒供給部84は、混合容器82に触媒粒子を供給する。媒体油供給部86は、混合容器82に媒体油を供給する。
触媒供給部84においては、触媒容器88に貯留された触媒粒子が、触媒供給路90を通して混合容器82に供給される。触媒粒子の供給量は、例えば触媒供給路90に設けられた制御弁により調節される。
媒体油供給部86は、媒体油容器92と、媒体油供給路94と、を備えている。媒体油容器92は媒体油を貯留する。媒体油供給路94は、媒体油容器92と混合容器82とを接続する。媒体油供給部86においては、媒体油容器92に貯留された媒体油が、媒体油供給路94を通して混合容器82に供給される。媒体油の供給量は、例えば媒体油供給路94に設けられた制御弁により調節される。なお、本実施形態では、媒体油容器92には、内部に貯留された媒体油を加熱する加熱部が設けられていない。
図示の例では、攪拌部98は、回転軸部98aと、羽部98bと、駆動部98cと、を備えている。回転軸部98aは、容器本体96の頂部から軸線方向の下側に向けて延びるように設けられている。羽部98bは、回転軸部98aを中心として回転軸部98aから放射状に突出するように設けられる。駆動部98cは、回転軸部98aを上記軸線回りに回転させる。攪拌部は、駆動部98cにより回転軸部98aを回転させて、羽部98bを回転させる。これにより、容器本体96内に収容された触媒粒子および媒体油を攪拌して混合する。また、本実施形態では、容器本体96には、内部に供給された媒体油を加熱する加熱部が設けられていない。
スラリー供給部100は、スラリー供給路100aと、開閉弁100bと、加圧ガス供給部100cとを備えている。スラリー供給路100aは、容器本体96と気泡塔型反応器30とを接続する。開閉弁100bは、スラリー供給路100aを開閉する。加圧ガス供給部100cは、容器本体96の内部を加圧する加圧ガスを容器本体96の内部に供給する。加圧ガスには、触媒の劣化に影響を与えない気体を採用することが好ましい。このような加圧ガスとしては、例えば、窒素ガスなどが挙げられる。
スラリー供給部100は、開閉弁100bを開状態にして、加圧ガス供給部100cにより容器本体96の内部に加圧ガスを供給する。これにより、スラリー供給部100は、容器本体96の内部の触媒スラリーを気泡塔型反応器30に供給する。
また、石油系溶媒は、原油から精製され、FT合成反応により合成される炭化水素を用いずに製造できる。そのため、FT合成反応が開始される前であっても、この石油系溶媒を、気泡塔型反応器30の内部に供給する触媒スラリーの媒体油として用いることができる。したがって、触媒スラリーの調製に用いる媒体油として、必要量の石油系溶媒を容易に確保することができる。
さらに、本実施形態では、石油系溶媒がパラフィンを含有している。また、気泡塔型反応器30の内部での化学反応が、FT合成反応であり、この合成反応によって炭化水素として主にパラフィンが合成される。この場合には、合成される炭化水素と石油系溶媒とが類似する特性を示す。したがって、触媒スラリーに含まれる触媒が媒体油によって劣化することを効果的に抑制することができる。
さらに、石油系溶媒における硫黄の濃度が1μg/L以下となっている場合には、触媒スラリーに含まれる触媒の、媒体油による劣化をより一層確実に抑制することができる。なお、石油系溶媒における硫黄の濃度が1μg/Lより高いと、触媒スラリーに含まれる触媒が、媒体油によって劣化するおそれがある。
また、本実施形態に係るFT合成ユニット5は、小型化および低コスト化が実現されたスラリー調製装置80を備えている。したがって、FT合成ユニット5の小型化および低コスト化を実現することができる。
また、本実施形態に係る液体燃料合成システム1は、小型化および低コスト化が実現されたFT合成ユニット5を備えている。したがって、液体燃料合成システム1の小型化および低コスト化を実現することができる。
これにより、触媒スラリーの媒体液の必要量を容易に確保できる。また、加熱を要せず短時間に触媒スラリーを調製することができる。また、低エネルギーおよび低コストで触媒スラリーを調製することができる。
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(反応容器)
80 スラリー調製装置
82 混合容器
84 触媒供給部
86 媒体油供給部
100 スラリー供給部
Claims (5)
- 一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスと反応容器内で接触させてフィッシャー・トロプシュ合成反応により炭化水素を合成するために用いる触媒スラリーを、前記反応容器とは別に設けられた混合容器内で、媒体液に固体の触媒粒子を懸濁させて調製する触媒スラリーの調製方法であって、
常温および常圧で液体であり硫黄の濃度が1μg/L以下である石油系溶媒を前記媒体液として前記混合容器に供給する工程と、
前記混合容器内で前記触媒粒子と前記媒体液とを混合して前記触媒スラリーを調製する工程と、
前記混合容器に、窒素ガスを加圧ガスとして供給することにより、前記触媒スラリーを前記混合容器から排出して前記反応容器に供給する工程と、を備える触媒スラリーの調製方法。 - 請求項1記載のスラリー調製方法であって、
前記石油系溶媒は、パラフィンを含有する。 - 請求項1または2に記載のスラリー調製方法の実施に直接使用するスラリー調製装置であって、
前記触媒粒子と前記媒体液とを混合して前記触媒スラリーを調製する混合容器と、
前記混合容器に前記触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記混合容器に前記媒体液を供給する媒体液供給部と、
前記混合容器に前記加圧ガスを供給する加圧ガス供給部と、を備え、
前記加圧ガス供給部が前記混合容器に前記加圧ガスを供給することにより、前記混合容器から前記触媒スラリーを排出する。 - 請求項3記載のスラリー調製装置と、
前記合成ガスと前記触媒スラリーとを接触させる反応容器と、を備え、
前記加圧ガス供給部が前記混合容器に前記加圧ガスを供給して前記混合容器から前記触媒スラリーを排出することにより、前記触媒スラリーを前記反応容器に供給する炭化水素合成反応装置。 - 請求項4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、該合成ガスを前記反応容器に供給する合成ガス生成ユニットと、
前記炭化水素から液体燃料基材を精製する製品精製ユニットと、
を備える炭化水素合成反応システム。
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