JP6663211B2 - メタノール製造システム及び製造方法 - Google Patents
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Description
メタノール製造システムの第一実施の形態について、図1を参照して説明する。
本実施の形態のメタノール製造システム100は、改質装置1と、酸素プラント2と、熱回収装置3と、昇圧装置4と、生成装置5と、CO/CO2比低下装置6と、分離装置7とを少なくとも備える。
また、改質装置1は、その内部に原料ガスを導入するための原料ガス供給ラインL0と、酸素プラント2から酸素を導入するためのラインL1と、改質ガスを熱回収装置3に導入するためのラインL2とそれぞれ連結している。
また、熱回収装置3は、熱を回収した改質ガスを昇圧装置4に導入するためのラインL3と連結している。このラインL3は、後述するCO/CO2比が低いガスを改質ガスに導入するためのCO/CO2比低下装置L6と連結している。
また、昇圧装置4は、昇圧した改質ガスを生成装置5に導入するためのラインL4と連結している。
生成装置5の内部には、改質ガスからメタノールを合成するためのメタノール合成触媒、例えば銅系触媒を配置している。
また、生成装置5は、メタノールを含有する生成ガスの一部を分離装置6に導入するためのラインL5と連結している。このラインL5は、CO/CO2比が低い生成ガスの残部を還流するためのCO/CO2比低下装置L6と連結している。
また、本工程では、部分酸化改質法を用いる改質工程にて十分なメタノールの添加率を得られるまでそのCO/CO2比を増加した後、CO/CO2比低下工程にてそのCO/CO2比を制御したCO/CO2比を有する生成ガスを得る。これにより、メタノールの合成反応の回数を低減し、すなわち生成工程の回数を低減し、且つ、合成反応の熱により生成装置、その機器及び/又は触媒に与える負荷をより低減することができる。
このようにして分離したメタノールは、製品としてもよく、本プラントに併設したアンモニアプラント、酢酸プラント等の製造原料として用いてもよい。アンモニア、酢酸等の製造原料として製造したメタノールを用いれば、本実施の形態のメタノール製造の効率性をアンモニア、酢酸等の製造にも付与することができる。
以下、本発明に係るメタノール製造システム及び製造方法の第二実施の形態について、図2を参照にして詳細に説明する。なお、第一実施の形態と同じ構成は、同一の符号を付すと共に、説明を省略する。
図2に示すように、本実施の形態のメタノール製造システム200は、前述したCO/CO2比低下装置L6に替えて、CO/CO2比低下装置L8を備える点において、第一実施の形態と主に相違する。
ユーティリティ設備は、CO2を含有するガスを排出するものであればよく、限定されない。ユーティリティ設備としては、スチーム系統に設置された補助ボイラ、電力供給用のGTG(Gas Turbine Generator)、プラントスタートアップ用の直火式加熱炉(Fired Heater)等を挙げることができる。なお、ユーティリティ設備は、本プラントのものに限定されない。例えば、ユーティリティ設備として、本プラントに併設された他のメタノールプラント、アンモニアプラント等に設置されたユーティリティ設備を共有できる。更には、ユーティリティ設備の代わりに、プラント内外に設置されてCO2を含有するガスを排出する水蒸気改質器を採用してもよい。これにより、他のプラントを含めたメタノールとアンモニア等との併産に要するCO2を効率的に利用して、それらの製造効率を向上し、且つCO2の削減に貢献することができる。
CO/CO2比低下工程では、熱回収工程後、且つ昇圧工程前の改質ガスに、本プラント内のユーティリティ設備の排ガスからCO2回収工程にて回収したCO2を導入し、改質ガス中のCO/CO2比を下げる。
CO2回収工程では、ユーティリティ設備にて生じた排ガスからCO2を回収し、CO2を主に含有するCO2リッチガスを生成する。CO2回収工程としては、例えば、化学吸収法、膜分離法等を挙げることができる。化学吸収法では、排ガス中のCO2をアミン吸収液に吸収させた後、加熱してCO2を吸収液から分離・回収する。また、膜分離法では、排ガスを無機分離膜に透過して選択的にCO2を分離・回収する。CO2回収工程により、CO/CO2比率の低い、すなわちCO2の純度が高いCO2リッチガスを得ることできるため、改質ガス中のCO/CO2比の制御を容易とすることができる。
以下、本発明に係るメタノール製造システム及び製造方法の第三実施の形態について、図3を参照にして詳細に説明する。なお、第一実施の形態及び第二実施の形態と同じ構成は、同一の符号を付すと共に、説明を省略する。
本実施の形態に係るメタノール製造システム300は、前述したCO/CO2比低下装置L6に替えて、CO/CO2比低下装置9を備える点において、第一実施の形態と主に相違する。
また、CO/CO2比低下装置9は、ラインL2上の改質ガスをシフト反応器10に導入するためのラインL9と、シフト反応器10で生じたガスをラインL2上に還流するためのラインL10とを備える。
CO/CO2比低下工程では、改質工程後の改質ガスをCO/CO2比低下装置9に導入し、下記式(6)に表されるように、シフト反応器10にてシフト反応により水蒸気(H2O)とCOとからCO2と水素を生成する。また、シフト反応の発熱によりCO2リッチガスは高温となるため、本工程では、改質工程後のCO/CO2比を低下すると共に、熱回収工程で回収する熱量を増加することができる。シフト反応に要する反応温度は、例えば200〜400℃であり、反応圧力は2.0〜4.0MPaとすることができる。
またシフト反応工程にて生成した水素は、熱回収工程後の改質ガスに導入して、生成工程のメタノール合成に用いることができる。生成工程にて水素が余剰となる場合、例えば図示しない分離膜を設けて、改質ガスから水素を分離し、この水素を改質装置1に還流して改質工程に用いることもできる。これにより、酸素プラント2から供給する酸素量を低減して、本プラント内外の水素をメタノール製造に効率よく使用できる。
改質装置として無触媒部分酸化器を用い、反応装置として固定床型の反応器を用い、第一実施の形態のCO/CO2比低下装置を備えないメタノールプラントにて、メタノール合成の際の反応器内で局所的に生じた温度の最大値を測定した。
改質装置内の反応温度を1300℃とし、反応圧力を4.0MPaとした。反応装置内の反応温度を250℃とし、反応圧力を10MPaとした。
改質装置として無触媒部分酸化器を用い、反応装置として固定床型の反応器を用い、第一実施の形態のCO/CO2比低下装置を備えたメタノールプラントにて、メタノール合成の際の反応器内で局所的に生じた温度の最大値を測定した。
改質装置内の反応温度及び反応圧力を試験例1と同様とし、反応装置内の反応温度を250℃とし、反応圧力を10MPaとした。また、CO/CO2比低下装置により、反応装置の前流の改質ガスのCO/CO2比を4.0とした。
改質装置として無触媒部分酸化器を用い、反応装置としてSPCを用い、第一実施の形態のCO/CO2比低下装置を備えたメタノールプラントにて、メタノール合成の際の等温反応器内で局所的に生じた温度の最大値を測定した。
改質装置内の反応温度及び反応圧力を試験例1と同様とし、反応装置内の反応温度を250℃とし、反応圧力を10MPaとした。また、CO/CO2比低下装置により、反応装置の前流の改質ガスのCO/CO2比を4.0とした。
2 酸素プラント
3 熱回収装置
4 昇圧装置
5 生成装置
6 分離装置
L6、L8、9 CO/CO2比低下装置
10 シフト反応器
100、200、300 メタノール製造システム
Claims (10)
- メタンを含有する原料ガスと酸素を用いて、無触媒部分酸化法で部分酸化改質した改質ガスを得る改質工程と、
前記部分酸化改質した改質ガス中のCO/CO2比を下げるCO/CO2比低下工程と、
前記CO/CO2比低下工程後の改質ガスからメタノールを含有する生成ガスを得る生成工程と
を含み、
前記部分酸化改質では、下記式(1)〜(3)に示す反応が生じ、前記原料ガスの一部を酸化して改質に必要な熱を供給する反応が生じ、
前記生成工程では、前記改質ガスから固定床型の反応器又は等温反応器を用いて前記生成ガスを得て、前記等温反応器を用いる場合、反応熱により前記改質ガスをプレヒートするとともに、その反応熱によりスチームを発生させるSPCを用いて、合成温度を均一化しながらメタノールを合成するメタノール製造方法。 - 前記生成工程では、前記等温反応器としてSPCを用いる、請求項1に記載のメタノール製造方法。
- 前記CO/CO2比低下工程が、前記生成工程後の生成ガスの一部を前記改質ガスに導入することを含む請求項1に記載のメタノール製造方法。
- 前記生成工程前に改質ガスを圧縮して昇圧する昇圧工程を更に含み、
前記CO/CO2比低下工程が、プラントのユーティリティ設備の排ガスからCO2を回収するCO2回収工程を含み、前記CO2回収工程で回収したCO2を前記昇圧工程前の改質ガスに導入して、該改質ガス中のCO/CO2比を下げることを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載のメタノール製造方法。 - 前記生成工程前に前記改質ガスの熱を回収する熱回収工程を更に含み、
前記CO/CO2比低下工程が、前記熱回収工程前の改質ガス中の一部をシフト反応させてCO2を得て、該CO2を前記熱回収工程前の改質ガスに還流することにより、CO/CO2比を下げると共に改質ガスを昇温することを含む請求項1〜4のいずれか一項に記載のメタノール製造方法。 - メタンを含有する原料ガスと酸素を用いて、改質触媒を配置しない無触媒部分酸化器で部分酸化改質し改質ガスを得る改質装置と、
前記部分酸化改質した改質ガス中のCO/CO2比を下げるCO/CO2比低下装置と、
前記CO/CO2比低下装置の後流に配されて前記改質ガスからメタノールを含有する生成ガスを得る生成装置と
を備え、
前記部分酸化改質では、下記式(1)〜(3)に示す反応が生じ、前記原料ガスの一部を酸化して改質に必要な熱を供給する反応が生じ、
前記生成装置が、前記改質ガスから、固定床型の反応器又は等温反応器を用いて前記生成ガスを得る生成装置であり、前記等温反応器が、反応熱により前記改質ガスをプレヒートするとともに、その反応熱によりスチームを発生させて、前記生成装置内の温度を均一化しながらメタノールを合成するSPCであるメタノール製造システム。 - 前記生成装置が、前記等温反応器としてのSPCである生成装置である請求項6に記載のメタノール製造システム。
- 前記CO/CO2比低下装置が、前記生成装置の後流から前流に連結して、前記後流の生成ガスの一部を前記前流の改質ガスに導入するラインを備える請求項6又は7に記載のメタノール製造システム。
- 前記生成工程装置の前流にて改質ガスを圧縮して昇圧する昇圧装置を更に備え、
前記CO/CO2比低下装置が、前記昇圧装置の前流にてラインを介して連結し、プラントのユーティリティ設備の排ガスからCO2を回収するCO2回収装置を備え、前記CO2回収装置からのCO2を前記昇圧装置の前流の改質ガスに導入して、該改質ガス中のCO/CO2比を下げる請求項6〜8のいずれか一項に記載のメタノール製造システム。 - 前記生成装置の前流に配置されて前記改質ガスの熱を回収する熱回収装置を更に備え、
前記CO/CO2比低下装置が、前記熱回収装置の前流にてラインを介して連結したシフト反応器を備え、前記熱回収装置の前流の改質ガス中の一部をシフト反応させてCO2を得て、該CO2を前記熱回収装置の前流の改質ガスに還流することにより、CO/CO2比を下げると共に改質ガスを昇温する請求項6〜9のいずれか一項に記載のメタノール製造システム。
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