JPWO2009041600A1 - 合成反応システム - Google Patents
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Abstract
この合成反応システムは、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し、該炭化水素化合物を前記スラリーから取り出す合成反応システムであって、前記スラリーを収容する反応器本体と、前記スラリーに含まれる前記炭化水素化合物を前記スラリーから分離する分離器と、前記炭化水素化合物を含む前記スラリーを前記反応器本体から前記分離器に流すための第１流路と、前記スラリーを前記分離器から前記反応器本体に流すための第２流路と、前記分離器、前記第１流路及び前記第２流路の少なくともいずれかに向けて流体を供給する流体供給ノズルとを備える。
Description
本発明は、一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に吹き込んで炭化水素化合物を合成する炭化水素化合物の合成反応システムに関する。
本願は、２００７年９月２７日に出願された特願２００７−２５２５２０について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００７年９月２７日に出願された特願２００７−２５２５２０について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスから炭化水素化合物と水とを生成するフィッシャー・トロプシュ合成反応（以下、「ＦＴ合成反応」という）の反応システムの１つとして、液体炭化水素中に固体の触媒粒子を懸濁させたスラリー中に合成ガスを吹き込んでＦＴ合成反応を行わせる気泡塔型スラリー床ＦＴ合成反応システムがある（例えば、下記の特許文献１，２参照）。なお、ＦＴ合成反応により合成された炭化水素化合物は、ナフサ（粗ガソリン）・灯油・軽油等の液体燃料製品の原料として利用される。
また、この気泡塔型スラリー床ＦＴ合成反応システムには、スラリーを収容する反応器本体と、合成ガスを反応器本体の底部に吹き込むガス供給部と、反応器本体内で合成された炭化水素化合物を含むスラリーを反応器本体から流出させ、炭化水素化合物をスラリーから分離してスラリーを再び反応器本体に流入する外部循環部とを備える、外部循環式のものがある。特許文献１，２においては、外部循環部におけるスラリーの流動にはポンプが使用されているが、ポンプ等を用いると触媒粒子が磨耗によって性能低下する可能性がある。
したがって、この構成においては、反応器本体内に吹き込まれた合成ガスがスラリー中を上昇する際に、反応器本体内に上向きの上昇流（エアリフト）が生じるため、反応器本体内においてその上下方向にスラリーの循環流が生じる。そして、外部循環部におけるスラリーの流動は、反応器本体内におけるスラリーの循環流によって発生する。
米国特許出願公開２００３／００１８０８９号明細書
米国特許出願公開２００７／００１４７０３号明細書
したがって、この構成においては、反応器本体内に吹き込まれた合成ガスがスラリー中を上昇する際に、反応器本体内に上向きの上昇流（エアリフト）が生じるため、反応器本体内においてその上下方向にスラリーの循環流が生じる。そして、外部循環部におけるスラリーの流動は、反応器本体内におけるスラリーの循環流によって発生する。
しかしながら、合成ガスが吹き込まれていない状態、すなわち、合成反応システムの停止状態においては前述したスラリーの流動が停止するため、触媒粒子を含むスラリーの固形分が沈降して外部循環部の内部において沈殿しやすくなる、という問題がある。
特に、停電等の外部要因によって合成反応システムがシャットダウンした際には、外部循環部の内部において上記固形分の固着、団塊化、ブリッジ形成等が発生しやすいため、再びスラリーを流動させようとしても、合成反応システムを安定した運転状態とするまでの時間が長くなってしまう。その結果、液体燃料製品の生産効率が低下する、という問題がある。
特に、停電等の外部要因によって合成反応システムがシャットダウンした際には、外部循環部の内部において上記固形分の固着、団塊化、ブリッジ形成等が発生しやすいため、再びスラリーを流動させようとしても、合成反応システムを安定した運転状態とするまでの時間が長くなってしまう。その結果、液体燃料製品の生産効率が低下する、という問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ＦＴ合成反応を実施する合成反応システムにおいて、これを停止状態から運転状態へのスムーズな移行を可能とし、且つ、その移行時間の短縮を図り、液体燃料製品の生産効率を向上させることを目的としている。
本発明の合成反応システムは、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し、該炭化水素化合物を前記スラリーから取り出す合成反応システムであって、前記スラリーを収容する反応器本体と、前記スラリーに含まれる前記炭化水素化合物を前記スラリーから分離する分離器と、前記炭化水素化合物を含む前記スラリーを前記反応器本体から前記分離器に流す第１流路と、前記スラリーを前記分離器から前記反応器本体に流す第２流路と、前記分離器、前記第１流路及び前記第２流路の少なくともいずれかに向けて流体を供給する流体供給ノズルと、を備える。
なお、上記流体は、合成ガスとスラリーとの化学反応に影響しないものであればよく、例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスが好ましい。また、灯油・軽油等の液体燃料製品としても良い。
本発明の合成反応システムにおいて、合成ガスがスラリー中に供給されていない状態、すなわち、反応器本体内にスラリーの循環流が生じていない停止状態から、合成反応システムを起動して、合成ガスがスラリーに供給されて当該スラリーの循環流が生じている運転状態とする場合には、流体供給ノズルから分離器や第１流路、第２流路に流体を供給すればよい。これにより、当該流体の流れが分離器や第１流路、第２流路で沈降・固着したスラリーの固形分を浮き上がらせるため、分離器や第１流路、第２流路におけるスラリーの流動が促進することができる。したがって、合成反応システムを停止状態から運転状態へのスムーズな移行を可能とし、且つ、その移行時間の短縮を図ることが可能となる。
また、何らかの原因で合成反応システムがシャットダウンされて、反応器本体内の循環流が停止した際には、流体供給ノズルから分離器や第１流路、第２流路に流体を供給することで、スラリーの固形分が分離器や第１流路、第２流路において沈降・固着することを抑制して、スラリーの固形分による分離器や第１流路、第２流路の閉塞を防止できるため、速やかに合成反応システムの再起動を図ることが可能となる。
本発明の合成反応システムにおいて、合成ガスがスラリー中に供給されていない状態、すなわち、反応器本体内にスラリーの循環流が生じていない停止状態から、合成反応システムを起動して、合成ガスがスラリーに供給されて当該スラリーの循環流が生じている運転状態とする場合には、流体供給ノズルから分離器や第１流路、第２流路に流体を供給すればよい。これにより、当該流体の流れが分離器や第１流路、第２流路で沈降・固着したスラリーの固形分を浮き上がらせるため、分離器や第１流路、第２流路におけるスラリーの流動が促進することができる。したがって、合成反応システムを停止状態から運転状態へのスムーズな移行を可能とし、且つ、その移行時間の短縮を図ることが可能となる。
また、何らかの原因で合成反応システムがシャットダウンされて、反応器本体内の循環流が停止した際には、流体供給ノズルから分離器や第１流路、第２流路に流体を供給することで、スラリーの固形分が分離器や第１流路、第２流路において沈降・固着することを抑制して、スラリーの固形分による分離器や第１流路、第２流路の閉塞を防止できるため、速やかに合成反応システムの再起動を図ることが可能となる。
また、前記合成反応システムにおいては、前記反応器本体内に向けて流体を供給して前記反応器本体内のスラリーの流動を促す流動補助ノズルを備えていてもよい。
この場合には、合成反応システムを停止状態から起動して運転状態とする際に、流動補助ノズルから反応器本体内に流体を供給することで、反応器本体内におけるスラリーの循環流が促進されるため、速やかに定常的な循環流を得ることが可能となる。
この場合には、合成反応システムを停止状態から起動して運転状態とする際に、流動補助ノズルから反応器本体内に流体を供給することで、反応器本体内におけるスラリーの循環流が促進されるため、速やかに定常的な循環流を得ることが可能となる。
さらに、前記合成反応システムにおいては、前記流体を少なくとも前記炭化水素化合物に含まれるワックス留分の析出温度以上に加熱してもよい。
この構成では、合成反応システムが停止状態となっているときに、スラリーがワックス留分の析出温度よりも低くなって、反応器本体や分離器、第１流路、第２流路の内部に炭化水素化合物のワックス留分が析出したとしても、合成反応システムを起動する際に、上記流体を外部循環ノズルや反応器本体に供給することで、ワックス留分を上記流体の熱により加熱することができる。このため、合成反応システムがシャットダウンした際に上記流体を供給した場合には、スラリーの冷却を抑制できるため、ワックス留分の析出を防止することが可能となる。また、万一ワックス留分が析出した場合においても、析出したワックス留分を溶解することが可能となる。
したがって、合成反応システムを再起動してからワックス留分が溶融している運転状態とするまでの時間短縮をさらに図ることができる。
この構成では、合成反応システムが停止状態となっているときに、スラリーがワックス留分の析出温度よりも低くなって、反応器本体や分離器、第１流路、第２流路の内部に炭化水素化合物のワックス留分が析出したとしても、合成反応システムを起動する際に、上記流体を外部循環ノズルや反応器本体に供給することで、ワックス留分を上記流体の熱により加熱することができる。このため、合成反応システムがシャットダウンした際に上記流体を供給した場合には、スラリーの冷却を抑制できるため、ワックス留分の析出を防止することが可能となる。また、万一ワックス留分が析出した場合においても、析出したワックス留分を溶解することが可能となる。
したがって、合成反応システムを再起動してからワックス留分が溶融している運転状態とするまでの時間短縮をさらに図ることができる。
本発明によれば、合成反応システムを起動あるいは停止する際に分離器や第１流路、第２流路に流体を供給することで、合成反応システムを停止状態から運転状態とするまでの時間を短縮することができるため、炭化水素化合物及びこれを原料とする液体燃料製品の生産効率を向上させることができる。
１…合成反応システム、
５…外部循環部、
１０…反応器本体、
１２…スラリー、
２０…ディストリビュータ（合成ガス供給部）、
５０…流動補助ノズル、
６０…第１スラリー流路（第１流路）、
６４…静置分離器、
６５…第３管路（第２流路）、
６８，６９…流体供給ノズル、
１２２…液体炭化水素（炭化水素化合物）、
１２４…触媒粒子
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１０…反応器本体、
１２…スラリー、
２０…ディストリビュータ（合成ガス供給部）、
５０…流動補助ノズル、
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６４…静置分離器、
６５…第３管路（第２流路）、
６８，６９…流体供給ノズル、
１２２…液体炭化水素（炭化水素化合物）、
１２４…触媒粒子
以下、図１，２を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に示すように、この実施形態に係る合成反応システム１は、気泡塔型スラリー床ＦＴ合成反応システムであり、ＦＴ合成反応を生じさせる反応器３、及び、ＦＴ合成反応の生成物を取り出す外部循環部５を備えている。
図１に示すように、この実施形態に係る合成反応システム１は、気泡塔型スラリー床ＦＴ合成反応システムであり、ＦＴ合成反応を生じさせる反応器３、及び、ＦＴ合成反応の生成物を取り出す外部循環部５を備えている。
図１および図２に示すように、反応器３は、反応器本体１０と、ディストリビュータ２０と、冷却管４０と、流動補助ユニット５０と、を主に備える。
反応器本体１０は略円筒型の金属製の容器であって、その直径は１〜２０ｍ程度、好ましくは２〜１０ｍ程度である。反応器本体１０の高さは１０〜５０ｍ程度、好ましくは１５〜４５ｍ程度である。反応器本体１０の内部には、液体炭化水素（ＦＴ合成反応の生成物）１２２中に固体の触媒粒子１２４を懸濁させたスラリー１２が収容される。この反応器本体１０には、その上部からスラリー１２の一部を外部循環部５に流出させるスラリー流出口１４、及び、スラリー１２を外部循環部５から反応器本体１０の下部に流入させるスラリー流入口１６が形成されている。
反応器本体１０は略円筒型の金属製の容器であって、その直径は１〜２０ｍ程度、好ましくは２〜１０ｍ程度である。反応器本体１０の高さは１０〜５０ｍ程度、好ましくは１５〜４５ｍ程度である。反応器本体１０の内部には、液体炭化水素（ＦＴ合成反応の生成物）１２２中に固体の触媒粒子１２４を懸濁させたスラリー１２が収容される。この反応器本体１０には、その上部からスラリー１２の一部を外部循環部５に流出させるスラリー流出口１４、及び、スラリー１２を外部循環部５から反応器本体１０の下部に流入させるスラリー流入口１６が形成されている。
ディストリビュータ２０は、本実施形態に係る合成ガス供給部の一例であり、反応器本体１０内部の下位に配設され、水素および一酸化炭素を主成分とする合成ガスをスラリー１２中に供給する。このディストリビュータ２０は、合成ガス供給管２２と、合成ガス供給管２２の先端部に取り付けられたノズルヘッダー２４と、ノズルヘッダー２４の側部に設けられた複数の合成ガス供給ノズル２６とからなる。
外部から合成ガス供給管２２を通じて供給された合成ガスは、ノズルヘッダー２４の内部を通過し、合成ガス供給ノズル２６の下部（反応器本体１０の底部側）に設けられた合成ガス供給口（図示せず）から、反応器本体１０内部のスラリー１２中に、例えば下方（図の細矢印で示した方向）に向かって噴射される。このようにしてディストリビュータ２０からスラリー１２中に吹き込まれた合成ガスは、気泡２８となってスラリー１２中を反応器本体１０の高さ方向（鉛直方向）に下方から上方へ向かって流れる。その過程で、合成ガスは液体炭化水素１２２中に溶解し、触媒粒子１２４と接触することにより、液体炭化水素の合成反応（ＦＴ合成反応）が行われる。なお、本実施形態では合成ガスが下方に向けて噴射されるが、合成ガスが反応器本体１０の上方に向けて噴射されてもよい。
また、合成ガスが反応器本体１０内部の下位に配設されたディストリビュータ２０からスラリー１２中に吹き込まれ、吹き込まれた合成ガスが気泡２８となって反応器本体１０内を上昇することにより、反応器本体１０の内部においては、反応器本体１０内部の中央およびその付近（反応器本体１０の中心軸付近）にスラリー１２の上昇流（エアリフト）が生じ、反応器本体１０の内壁付近（円周部付近）にはスラリー１２の下降流が生じる。これにより、図２に太矢印で示したように、反応器本体１０内部に、スラリー１２の循環流が生じる。
冷却管４０は、反応器本体１０の内部に、反応器本体１０の高さ方向に沿って設けられ、ＦＴ合成反応により発生する熱によって温度が上昇したスラリー１２を冷却する。この冷却管４０は、例えば、図２に示すように、１本の管を屈曲し、鉛直方向に沿って上下に複数回往復（例えば、図２では２往復）するように形成されていてもよい。ただし、冷却管の形状および本数は上記形状および本数に限られるわけではなく、反応器本体１０内部に均等に配置されて、スラリー１２を均等に冷却することに寄与できるものであればよい。例えば、バイヨネット型と呼ばれる二重管構造の冷却管を反応器本体１０の内部に複数配置してもよい。
この冷却管４０内には、冷却管入口４２から導入された冷却水（例えば、反応器本体１０内の温度との差が−５０〜０℃程度の水）が流通している。この冷却水が、冷却管４０内を流通する過程で、スラリー１２と冷却管４０の管壁を介して熱交換することにより、反応器本体１０内部のスラリー１２が冷却される。冷却水の一部は、水蒸気となって冷却管出口４４から排出される。なお、スラリー１２を冷却するための媒体としては、上記のような冷却水に限られず、例えば、Ｃ４〜Ｃ１０の直鎖、分岐鎖状のパラフィン、ナフテン、オレフィン、低分子量シラン、シリルエーテル、シリコンオイルなどを使用することができる。
流動補助ユニット５０は、図１に示すように、外部から反応器本体１０内に流体を供給するように、反応器本体１０の外側に複数設けられている。そして、各流動補助ユニット５０は、反応器本体１０の内壁（周壁部）に接続された流動補助ノズル５１を備えており、この流動補助ノズル５１によって流体が反応器本体１０の内壁面に沿うように反応器本体１０に向けて噴出する。また、各流動補助ユニット５０は、流体の供給源（不図示）と流動補助ノズル５１との間に配されて流体の供給を制御する開閉バルブ５２を備えており、開閉バルブ５２を開くことで流体が反応器本体１０内に供給される。
なお、これら流動補助ノズル５１から反応器本体１０内に供給する流体としては、例えばディストリビュータ２０から供給される同様の合成ガスであってもよいし、ＦＴ合成反応に影響しない気体（例えば、窒素・アルゴン等の不活性ガス）あるいは液体（例えば、液体炭化水素や、これを原料として生成される灯油・軽油等の液体燃料製品）であってもよい。また、流動補助ノズル５１から反応器本体１０内には、上述した気体及び液体の一方を供給してもよいし、両方を供給してもよい。
なお、これら流動補助ノズル５１から反応器本体１０内に供給する流体としては、例えばディストリビュータ２０から供給される同様の合成ガスであってもよいし、ＦＴ合成反応に影響しない気体（例えば、窒素・アルゴン等の不活性ガス）あるいは液体（例えば、液体炭化水素や、これを原料として生成される灯油・軽油等の液体燃料製品）であってもよい。また、流動補助ノズル５１から反応器本体１０内には、上述した気体及び液体の一方を供給してもよいし、両方を供給してもよい。
また、本実施形態では、流動補助ノズル５１が反応器本体１０と開閉バルブ５２との間に配されているが、例えば反応器本体１０と共に開閉バルブ５２を挟み込む位置に配されるとしてもよい。さらに、流動補助ノズル５１は、スラリー１２の下降流を促す位置に設けられるとしたが、例えばスラリー１２の上昇流を促す位置に設けられるとしてもよい。すなわち、流動補助ノズル５１は、例えば流体を反応器本体１０内の中心軸付近から上方に向けて噴出する位置に設けられる、としてもよい。
図１に示すように、外部循環部５は、脱気器６２と、静置分離器６４と、を主に備えている。
脱気器６２は、第１管路６１を介して反応器本体１０のスラリー流出口１４に接続されており、反応器本体１０から流入されたスラリー１２に含まれる未反応の合成ガス等（気泡２８）を脱気する。また、第１管路６１の中途部にはこれを開閉する仕切弁６１ａが設けられており、この仕切弁６１ａを開閉することで、反応器本体１０から脱気器６２へのスラリー１２の流入を制御することができる。そして、この脱気器６２の下部は、第２管路６３を介して静置分離器６４に接続されている。したがって、第１管路６１、脱気器６２及び第２管路６３によってスラリー１２を反応器本体１０から静置分離器６４に流すための第１流路６０が構成されている。
脱気器６２は、第１管路６１を介して反応器本体１０のスラリー流出口１４に接続されており、反応器本体１０から流入されたスラリー１２に含まれる未反応の合成ガス等（気泡２８）を脱気する。また、第１管路６１の中途部にはこれを開閉する仕切弁６１ａが設けられており、この仕切弁６１ａを開閉することで、反応器本体１０から脱気器６２へのスラリー１２の流入を制御することができる。そして、この脱気器６２の下部は、第２管路６３を介して静置分離器６４に接続されている。したがって、第１管路６１、脱気器６２及び第２管路６３によってスラリー１２を反応器本体１０から静置分離器６４に流すための第１流路６０が構成されている。
また、静置分離器６４の下部は、第３管路６５を介して反応器本体１０のスラリー流入口１６に接続されている。すなわち、本実施形態においては、第３管路６５がスラリー１２を静置分離器６４から反応器本体１０に流すための第２流路をなしている。そして、この第３管路６５の中途部にはこれを開閉する仕切弁６５ａ及び戻し弁６５ｂが相互に間隔をあけて設けられている。
なお、上記構成において、第２管路６３は脱気器６２から静置分離器６４に向けて下方側に傾斜していることが好ましく、また、第３管路６５は静置分離器６４から反応器本体１０に向けて下方側に傾斜していることが好ましい。これにより、スラリー１２が、ポンプ等の動力源を用いることなく、これ自体の重力で脱気器６２から静置分離器６４、あるいは、静置分離器６４から反応器本体１０に向けて流動することができる。
なお、上記構成において、第２管路６３は脱気器６２から静置分離器６４に向けて下方側に傾斜していることが好ましく、また、第３管路６５は静置分離器６４から反応器本体１０に向けて下方側に傾斜していることが好ましい。これにより、スラリー１２が、ポンプ等の動力源を用いることなく、これ自体の重力で脱気器６２から静置分離器６４、あるいは、静置分離器６４から反応器本体１０に向けて流動することができる。
そして、前述の静置分離器６４は、脱気器６２から流入されたスラリー１２に含まれる触媒粒子１２４の比重が液体炭化水素１２２よりも重いことを利用して触媒粒子１２４を静置分離器６４の下部に沈降させることで、スラリー１２の液体炭化水素１２２と触媒粒子１２４とを分離処理する。そして、第３管路６５に設けられた仕切弁６５ａ及び戻し弁６５ｂを開いておくことにより、触媒粒子１２４を多く含んだスラリー１２が静置分離器６４の下部から反応器本体１０内に流入する。
なお、上記分離処理においては、脱気器６２から静置分離器６４に向かうスラリー１２の流れによって静置分離器６４内にスラリー１２の流動が生じないように、例えば静置分離器６４側に位置する第２管路６３の先端にスラリー１２の流れを減じるディフューザを設けておいても良い。
また、このように構成された静置分離器６４においては、脱気器６２と同様に、未反応の合成ガスを脱気することが可能である。
なお、上記分離処理においては、脱気器６２から静置分離器６４に向かうスラリー１２の流れによって静置分離器６４内にスラリー１２の流動が生じないように、例えば静置分離器６４側に位置する第２管路６３の先端にスラリー１２の流れを減じるディフューザを設けておいても良い。
また、このように構成された静置分離器６４においては、脱気器６２と同様に、未反応の合成ガスを脱気することが可能である。
そして、静置分離器６４の下部には、静置分離器６４内の下方から上方に向けて流体を供給する第１流体供給ユニット６６が設けられている。第１流体供給部６６は、静置分離器６４の下部に接続された第１流体供給ノズル６８と、流体の供給源（不図示）と第１流体供給ノズル６８との間に設けられた開閉バルブ７０とを備えている。
また、仕切弁６５ａと戻し弁６５ｂとの間に位置する第３管路６５の中途部には、第３管路６５内に流体を供給する第２流体供給ユニット６７が設けられている。この第２流体供給ユニット６７は、第１流体供給ユニット６６と同様に、第３管路６５に接続された第２流体供給ノズル６９と、流体の供給源（不図示）と第２流体供給ノズル６９との間に設けられた開閉バルブ７１とを備えている。
また、仕切弁６５ａと戻し弁６５ｂとの間に位置する第３管路６５の中途部には、第３管路６５内に流体を供給する第２流体供給ユニット６７が設けられている。この第２流体供給ユニット６７は、第１流体供給ユニット６６と同様に、第３管路６５に接続された第２流体供給ノズル６９と、流体の供給源（不図示）と第２流体供給ノズル６９との間に設けられた開閉バルブ７１とを備えている。
したがって、各流体供給ユニット６６，６７においては、開閉バルブ７０，７１を開くことで、流体を各流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４や第３管路６５の中途部に供給することができる。
これら流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４内や第３管路６５内に供給する流体としては、例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスや液体炭化水素、また、これを原料として生成される灯油・軽油等の液体燃料製品が挙げられるが、ＦＴ合成反応に影響しない気体・液体であれば使用可能である。また、流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４内や第３管路６５内には、上述した気体及び液体の一方を供給してもよいし、両方を供給してもよい。
なお、本実施形態においては、各流体供給ノズル６８，６９が静置分離器６４や第３管路６５と開閉バルブ７０，７１との間に配されているが、例えば静置分離器６４や第３管路６５と共に開閉バルブ７０，７１を挟み込む位置に配されるとしてもよい。
これら流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４内や第３管路６５内に供給する流体としては、例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスや液体炭化水素、また、これを原料として生成される灯油・軽油等の液体燃料製品が挙げられるが、ＦＴ合成反応に影響しない気体・液体であれば使用可能である。また、流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４内や第３管路６５内には、上述した気体及び液体の一方を供給してもよいし、両方を供給してもよい。
なお、本実施形態においては、各流体供給ノズル６８，６９が静置分離器６４や第３管路６５と開閉バルブ７０，７１との間に配されているが、例えば静置分離器６４や第３管路６５と共に開閉バルブ７０，７１を挟み込む位置に配されるとしてもよい。
次に、以上のように構成された合成反応システム１の動作について説明する。
この合成反応システム１が運転している状態においては、液面がスラリー流出口１４よりも高く位置するように収容されたスラリー１２中に合成ガスが供給されており、これに伴って反応器本体１０内部に、スラリー１２の循環流が生じている。また、この状態においては、合成ガスと触媒粒子１２４との化学反応によって液体炭化水素１２２が合成されている。さらに、この化学反応に伴って発生する熱を冷却管４０により冷却している。
この合成反応システム１が運転している状態においては、液面がスラリー流出口１４よりも高く位置するように収容されたスラリー１２中に合成ガスが供給されており、これに伴って反応器本体１０内部に、スラリー１２の循環流が生じている。また、この状態においては、合成ガスと触媒粒子１２４との化学反応によって液体炭化水素１２２が合成されている。さらに、この化学反応に伴って発生する熱を冷却管４０により冷却している。
また、この合成反応システム１の運転状態においては、スラリー１２の循環流によって、その一部がスラリー流出口１４から第１管路６１、脱気器６２、第２管路６３、静置分離器６４及び第３管路６５を介してスラリー流入口１６まで循環している。すなわち、この運転状態においては、第１管路６１の仕切弁６１ａ、第３管路６５の仕切弁６５ａ及び戻し弁６５ｂが開いている。
また、この運転状態において、流動補助ユニット５０及び各流体供給ユニット６６，６７の開閉バルブ５２，７０，７１は閉じており、反応器本体１０内、静置分離器６４内及び第３管路６５内への流体の供給は行われていない。
また、この運転状態において、流動補助ユニット５０及び各流体供給ユニット６６，６７の開閉バルブ５２，７０，７１は閉じており、反応器本体１０内、静置分離器６４内及び第３管路６５内への流体の供給は行われていない。
そして、停電等の何らかの原因によって上述した合成反応システム１の運転がシャットダウンされて、反応器本体１０内の循環流が停止した際には、第１管路６１の仕切弁６１ａ、第３管路６５の戻し弁６５ｂを閉じて、反応器本体１０と外部循環部５とからなるスラリー１２の循環経路を分断する。また、各流体供給ユニット６６，６７の開閉バルブ７０，７１を開いて、各流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４の下部及び第３管路６５の中途部に流体を供給する。
また、合成反応システム１において、合成ガスがスラリー１２中に供給されていない状態、すなわち、反応器本体１０内にスラリー１２の循環流が生じていない停止状態から、合成反応システム１を起動して、これを上述した運転状態まで復帰させる場合には、反応器本体１０内のスラリー１２中に合成ガスを供給する。また、この合成ガスの供給の前後、あるいは、同時に、流動補助ユニット５０の開閉バルブ５２を開いて、流動補助ノズル５１から反応器本体１０内に流体を供給する。これにより、反応器本体１０内におけるスラリー１２の循環流が促進され、短時間で定常的な循環流を得ることが可能となる。
ところで、合成反応システム１の停止状態においては、スラリー１２の固形分が、外部循環部５内、特に、静置分離器６４の下部や第３管路６５の下流側に沈降・固着している場合がある。
そこで、この合成反応システム１においては、前述した合成ガスの供給の前後、あるいは、同時に、各流体供給ユニット６６，６７の開閉バルブ７０，７１を開いて、各流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４の下部及び第３管路６５の中途部に流体を供給する。これにより、前述した流体の流れが、静置分離器６４の下部や第３管路６５内に沈降・固着したスラリー１２の固形分を浮き上がらせるため、外部循環部５内におけるスラリー１２の流動を促進することができる。
そこで、この合成反応システム１においては、前述した合成ガスの供給の前後、あるいは、同時に、各流体供給ユニット６６，６７の開閉バルブ７０，７１を開いて、各流体供給ノズル６８，６９から静置分離器６４の下部及び第３管路６５の中途部に流体を供給する。これにより、前述した流体の流れが、静置分離器６４の下部や第３管路６５内に沈降・固着したスラリー１２の固形分を浮き上がらせるため、外部循環部５内におけるスラリー１２の流動を促進することができる。
本実施形態に係る合成反応システム１によれば、合成反応システム１を停止する際に、静置分離器６４内の下部や第３管路６５内に流体を供給することで、静置分離器６４の下部及び第３管路６５の閉塞を防止できる。また、合成反応システム１を起動する際に、静置分離器６４内の下部や第３管路６５内に流体を供給することで、静置分離器６４の下部や第３管路６５内に沈降・固着したスラリー１２の固形分を浮き上がらせて、外部循環部５内におけるスラリー１２の流動を促進することができる。したがって、合成反応システム１を起動する際には、合成反応システム１を停止状態から運転状態とするまでの移行時間の短縮を図ることが可能となり、結果として、液体炭化水素１２２及びこれを原料とする液体燃料製品の生産効率を向上させることができる。
なお、上記実施形態においては、合成反応システム１がシャットダウンした際、あるいは、合成反応システム１を起動する際に、液体炭化水素１２２に含まれるワックス留分（主としてＣ２１以上）の融点（析出温度、約１００℃）よりも高い温度に加熱された流体を、流動補助ノズル５１や各流体供給ノズル６８，６９から反応器本体１０や静置分離器６４の下部、第３管路６５に供給してもよい。
すなわち、合成反応システム１がシャットダウンした際に加熱された流体を供給する場合には、スラリー１２の冷却を抑制できるため、ワックス留分の析出を防止することができる。また、合成反応システム１を起動する際に加熱された流体を供給する場合には、停止状体の合成反応システム１において、万一スラリー１２がワックス留分の析出温度よりも低くなって反応器本体１０内や外部循環部５内にワックス留分が析出したとしても、流体の熱によりワックスを加熱することが可能となるため、ワックスを溶かすことが可能となる。したがって、合成反応システムを起動してからワックスが溶融している運転状態とするまでの時間短縮をさらに図ることができる。
すなわち、合成反応システム１がシャットダウンした際に加熱された流体を供給する場合には、スラリー１２の冷却を抑制できるため、ワックス留分の析出を防止することができる。また、合成反応システム１を起動する際に加熱された流体を供給する場合には、停止状体の合成反応システム１において、万一スラリー１２がワックス留分の析出温度よりも低くなって反応器本体１０内や外部循環部５内にワックス留分が析出したとしても、流体の熱によりワックスを加熱することが可能となるため、ワックスを溶かすことが可能となる。したがって、合成反応システムを起動してからワックスが溶融している運転状態とするまでの時間短縮をさらに図ることができる。
また、上記実施形態において、流体供給ユニット６６，６７は、静置分離器６４の下部及び第３管路６５の中途部に設けられる。しかしながら、流体供給ユニット６６，６７は、少なくとも外部循環部５の任意の位置に設けられていればよい。例えば、脱気器６２の下部や第２管路６３の中途部に上記実施形態と同様の流体供給ユニット６６，６７が設けられてもよい。ただし、流体供給ユニットは、上記実施形態のように、外部循環部５のうち静置分離器６４の下部等のように触媒粒子１２４を多く含むスラリー１２の固形分が沈殿、固着しやすい部分に設けられることがより好ましい。
さらに、上記実施形態において、流動補助ユニット５０や流体供給ユニット６６，６７は、開閉バルブ５２，７０，７１を備えるが、少なくとも流動補助ノズル５１や流体供給ノズル６８，６９を備えていればよい。
また、反応器３において、ディストリビュータ２０からスラリー１２中には合成ガスが吹き込まれるが、スラリー１２の循環流を生じさせるだけであれば、例えば窒素ガス等の他のガスが吹き込まれてもよい。
また、反応器３において、ディストリビュータ２０からスラリー１２中には合成ガスが吹き込まれるが、スラリー１２の循環流を生じさせるだけであれば、例えば窒素ガス等の他のガスが吹き込まれてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
本発明は、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し、該炭化水素化合物を前記スラリーから取り出す合成反応システムであって、前記スラリーを収容する反応器本体と、前記スラリーに含まれる前記炭化水素化合物を前記スラリーから分離する分離器と、前記炭化水素化合物を含む前記スラリーを前記反応器本体から前記分離器に流すための第１流路と、前記スラリーを前記分離器から前記反応器本体に流すための第２流路と、前記分離器、前記第１流路及び前記第２流路の少なくともいずれかに向けて流体を供給する流体供給ノズルとを備える合成反応システムに関する。
本発明の合成反応システムによれば、炭化水素化合物及びこれを原料とする液体燃料製品の生産効率を向上させることができる。
本発明の合成反応システムによれば、炭化水素化合物及びこれを原料とする液体燃料製品の生産効率を向上させることができる。
Claims (3)
- 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し、該炭化水素化合物を前記スラリーから取り出す合成反応システムであって、
前記スラリーを収容する反応器本体と、
前記スラリーに含まれる前記炭化水素化合物を前記スラリーから分離する分離器と、
前記炭化水素化合物を含む前記スラリーを前記反応器本体から前記分離器に流すための第１流路と、
前記スラリーを前記分離器から前記反応器本体に流すための第２流路と、
前記分離器、前記第１流路及び前記第２流路の少なくともいずれかに向けて流体を供給する流体供給ノズルと
を備える合成反応システム。 - 前記反応器本体内に向けて流体を供給して前記反応器本体内のスラリーの流動を促す流動補助ノズルを備える請求項１に記載の合成反応システム。
- 前記流体が、少なくとも前記炭化水素化合物に含まれるワックス留分の析出温度以上に加熱される請求項１又は請求項２に記載の合成反応システム。
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