专利名称：泡罩塔型反应器及泡罩塔型反应器的控制方法
技术领域：
本发明涉及通过使用了催化剂的化学反应来合成烃的泡罩塔型反应器及泡罩塔型反应器的控制方法。本申请基于2008年09月30日在日本申请的专利申请2008-2M813及专利申请 2008-254814并主张优先权，将它们的内容引用于此。
背景技术：
近年来，作为用于从天然气合成液体燃料的方法之一，开发了使用泡罩塔型反应器的液体燃料合成系统。在该液体燃料合成系统中，使用了下述GTLteas To Liquids:液体燃料合成)技术将天然气重整而生成以氢气(H2)和一氧化碳气体(CO)为主成分的合成气，以该合成气为原料气通过费托合成反应(以下称为“FT合成反应”)使用催化剂粒子在泡罩塔型反应器内合成烃，进而通过对该烃进行加氢及精制来制造石脑油(粗汽油)、煤油、轻油、蜡等液体燃料产品。在泡罩塔型反应器内，例如如专利文献1所示，合成气从包含催化剂的浆料的底部被吹入，合成气成为气泡并在浆料内上升。于是，在浆料内的上升当中，合成气溶解到浆料中的液体中并通过与催化剂粒子接触而发生FT合成反应，生成气体或液体烃等。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2007-197405号公报
发明内容
发明所要解决的课题这里，一般在泡罩塔型反应器内未反应的合成气和气体烃等从泡罩塔型反应器的塔顶流出而被分离，未反应的合成气等被再次吹入到泡罩塔型反应器内，气体烃在下游的工序中通过冷却而被液化，成为液体燃料。但是，由于为了改善浆料的流动、混合状态而使用粒径小的催化剂粒子，因此催化剂粒子与未反应的合成气及气体烃等一起从浆料的液面向上方飞散，经由泡罩塔型反应器的塔顶部从气体排出口排出，气体烃在其中混入了催化剂粒子的状态下被液化，因此产生产品的品质降低、发生设备和配管内的滞留、堵塞的问题。本发明是鉴于这样的问题点而作成的，提供抑制了催化剂粒子混入到流出的气体烃中的泡罩塔型反应器。用于解决课题的手段本发明的泡罩塔型反应器的第一方式具备反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料；流入口，其设置在该反应器本体的底部，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内；流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部， 使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体即烃以及未反应的所述合成气等流出；所述浆料的液面与所述流出口的垂直方向的距离为1. 4m以上且IOm以下。根据上述第一方式，从设置于反应器本体的流入口向反应器本体内的液体的浆料中流入的合成气边在浆料内成为气泡而上升，边通过浆料中所含的催化剂粒子进行化学反应而成为烃。催化剂粒子的一部分有可能与合成的气体烃和在浆料内未反应的合成气等一起从浆料的液面飞起，从设置在塔顶部的流出口流出，但是按照使浆料的液面与流出口的垂直方向的距离成为1. 以上且IOm以下的方式来设定。通过将该距离设定为1. !以上，向上方飞起的大部分的催化剂粒子受作用于自身的重力的影响，在到达流出口前下落， 返回到在反应器本体中收容的浆料中。因此，能够抑制在从流出口流出的烃中混入催化剂粒子。此外，通过将该距离设定为IOm以下，能够抑制泡罩塔型反应器变得过大及成本增加，且能够防止难以将泡罩塔型反应器组装到例如液体燃料合成系统中的问题。此外，在上述的泡罩塔型反应器中，向所述反应器本体内流入的所述合成气的气体空塔速度也可以为0. 04m/sec以上且0. 3m/sec以下。此时，通过将气体空塔速度设定为0. 3m/sec以下，能抑制从浆料的液面向上方飞起的烃的速度，能够更可靠地抑制在从流出口流出的烃中混入催化剂粒子。此外，通过将气体空塔速度设定为0.04m/SeC以上，能够防止由催化剂粒子沉淀到浆料的下方所引起的所述反应器内部的催化剂的滞留及合成气与浆料的化学反应的效率降低。本发明的泡罩塔型反应器的第二方式具备反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料；流入口，其设置在该反应器本体的底部，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内；流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部， 使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体即烃以及未反应的所述合成气等流出；除雾部，其配置在所述反应器本体内的所述浆料的液面与所述流出口之间，将从自身内部通过的所述催化剂粒子捕捉。根据上述第二方式，从设置在反应器本体的流入口向反应器本体内的包含催化剂的浆料中流入的合成气边在浆料内成为气泡而上升，边通过浆料中所含的催化剂粒子进行化学反应而成为烃。催化剂粒子的一部分有可能与合成的气体烃和在浆料内未反应的合成气等一起从浆料的液面向上方飞起，从设置在塔顶部的流出口流出，但是，由于在浆料与流出口之间具备除雾部，因此在催化剂粒子从除雾部的内部通过时被除雾部捕捉。因此，能够抑制催化剂粒子混入到从流出口流出的烃中。此外，在上述的泡罩塔型反应器中还可以具备对所述除雾部进行加热的加热机构。此时，例如即使在包含催化剂的浆料附着在除雾部上冷却凝固的情况下，也能通过加热机构将附着的浆料加热熔解，使其落回到在反应器本体内收容的液体的浆料内。因此，能够防止在除雾部上浆料固化而导致除雾部堵塞、及伴随其发生气体烃无法流动的现像。此外，在上述的泡罩塔型反应器中，所述加热机构可以具备至少一部分配置在所述除雾部内的加热用配管、和将用于对该加热用配管进行加热的加热介质供给到该加热用配管中的加热介质流通机构。
此时，加热用配管配置在除雾部内，因此，通过在加热用配管内流通加热介质，能够更可靠地加热除雾部。此外，例如通过使下述水蒸气在加热用配管内流通，能够有效地对除雾部进行加热，其中所述水蒸气是在与在作为放热反应的FT合成反应中放热的浆料进行热交换的工序中产生的。此外，在上述的泡罩塔型反应器中，向所述反应器本体内流入的所述合成气的气体空塔速度可以为0. 04m/sec以上且0. 3m/sec以下。此时，通过将气体空塔速度设定为0. 3m/sec以下，抑制了从浆料的液面向上方飞起的烃的速度，能够更可靠地抑制催化剂粒子混入到从流出口流出的烃中。此外，通过将气体空塔速度设定为0.04m/SeC以上，能够防止由催化剂粒子沉淀到浆料的下方所引起的所述反应器内部的催化剂的滞留及合成气与浆料的化学反应的效率降低。此外，本发明的泡罩塔型反应器的控制方法为下述泡罩塔型反应器的控制方法， 所述泡罩塔型反应器具备反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料；流入口，其设置在该反应器本体上，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内；和流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部，使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体的烃以及未反应的所述合成气等流出；该控制方法具有下述工序在所述浆料的液面与所述流出口的垂直方向的距离低于1. 4m的情况下，使在所述反应器本体中收容的所述浆料的量减少。根据该发明，从流入口向反应器本体内的液体的浆料流入的合成气边在浆料内成为气泡而上升，边通过浆料中所含的催化剂粒子进行化学反应而成为烃。合成的气体烃和在浆料内未反应的合成气与催化剂粒子一起从浆料的上表面向上方飞起，但是在浆料的液面与流出口的垂直方向的距离低于1. 4m的情况下，按照下述方式进行控制通过使反应器本体中收容的浆料的量减少、即将浆料的液面降低至规定的位置为止，从而使该距离成为 1. !以上。因此，向上方飞起的大部分的催化剂粒子受作用于自身的重力的影响，在到达流出口前下落，返回到在反应器本体中收容的浆料中。因此，能够抑制催化剂粒子混入到从流出口流出的烃中。发明效果根据本发明的泡罩塔型反应器及泡罩塔型反应器的控制方法，能够抑制催化剂粒子混入到流出的气体烃中。此外，通过利用加热机构对除雾部进行加热，能够防止浆料固化而堵塞除雾部及气体烃无法流入到除雾部中的现像。
图1是表示本发明的第一实施方式的泡罩塔型反应器所使用的液体燃料合成系统的整体构成的概略图。图2是表示本发明的第一实施方式的泡罩塔型反应器的整体构成的局部剖视图。图3是表示本发明的第二实施方式的泡罩塔型反应器所使用的液体燃料合成系统的整体构成的概略图。图4是表示本发明的第二实施方式的泡罩塔型反应器的整体构成的局部剖视图。
图5是图4中的切断线A-A的剖视图。
具体实施例方式(第一实施方式)下面，参照图1及图2对本发明的第一实施方式的泡罩塔型反应器、及该泡罩塔型反应器所使用的液体燃料合成系统进行说明。图1是表示液体燃料合成系统1的整体构成的概略图，图2是表示泡罩塔型反应器30的整体构成的局部剖视图。如图1所示，液体燃料合成系统1为进行将天然气等烃原料转换为液体燃料的GTL 工艺的工厂设备。该液体燃料合成系统1由合成气生成单元3、FT合成单元5、产品精制单元7构成。合成气生成单元3对作为烃原料的天然气进行重整，生成以一氧化碳气体和氢气为主成分的合成气。FT合成单元5通过FT合成反应由生成的合成气生成烃。产品精制单元7对通过FT合成反应生成的液体烃进行加氢、精制来制造液体燃料产品(石脑油、煤油、轻油、蜡等)。以下对这些各单元的构成要素进行说明。首先，对合成气生成单元3进行说明。合成气生成单元3例如主要具备脱硫反应器10、重整器12、废热锅炉14、气液分离器16及18、脱碳酸装置20、氢分离装置26。脱硫反应器10由氢化脱硫装置等构成，从原料即天然气中除去硫成分。重整器12 对从脱硫反应器10供给的天然气进行重整，生成含有一氧化碳气体(CO)和氢气(H2)作为主成分的合成气。废热锅炉14将在重整器12中生成的合成气的废热回收，产生高压蒸汽。 气液分离器16将在废热锅炉14中通过与合成气的热交换被加热的水分离成气体(高压蒸汽)和液体。气液分离器18从被废热锅炉14冷却的合成气中除去冷凝部分，将气体部分供给到脱碳酸装置20。脱碳酸装置20具有采用吸收液从由气液分离器18供给的合成气中除去碳酸气的吸收塔22、和从含有该碳酸气的吸收液中使碳酸气散发而进行再生的再生塔 M。氢分离装置26从被脱碳酸装置20分离了碳酸气的合成气中分离一部分在该合成气中所含的氢气。其中，上述脱碳酸装置20根据情况有时不需要设置。其中，重整器12例如通过用下述化学反应式(1)、(幻表示的水蒸气-碳酸气重整法，使用二氧化碳和水蒸气来重整天然气，生成以一氧化碳气体和氢气为主成分的高温的合成气。另外，该重整器12的重整法不限于上述水蒸气-碳酸气重整法的例子，例如，还可以利用水蒸气重整法、使用了氧的部分氧化重整法(POX)、作为部分氧化重整法和水蒸气重整法的组合的自热式重整法(ATR)、碳酸气重整法等。CH4+H20 — C0+3H2(1)CH4+C02 — 2C0+2H2(2)另外，氢分离装置沈被设置在从将脱碳酸装置20或气液分离器18与泡罩塔型反应器30连接的主配管分支的支线上。该氢分离装置沈例如可以由利用压力差来进行氢的吸附和脱附的氢PSA(Pressure SwingAdsorption 变压吸附)装置等构成。该氢PSA装置在并列配置的多个吸附塔(未图示)内具有吸附剂(沸石系吸附剂、活性碳、氧化铝、硅胶等)，通过在各吸附塔中依次重复氢的加压、吸附、脱附(减压)、清洗各工序，能够连续供给从合成气分离得到的纯度高的氢气(例如99. 999%左右)。另外，作为氢分离装置沈中的氢气分离方法，不限定于上述氢PSA装置那样的变压吸附法的例子，例如还可以是储氢合金吸附法、膜分离法、或者它们的组合等。储氢合金法是例如使用具有通过冷却/加热来吸附/释放氢的性质的储氢合金 (TiFe、LaNi5^TiFe0.7 0.9Mn0.3 α 、或TiMn1.5等)将氢气分离的方法。设置收容有储氢合金的多个吸附塔，在各吸附塔中，使通过储氢合金的冷却进行的氢的吸附、和通过储氢合金的加热进行的氢的释放交替重复，从而能够将合成气内的氢气分离、回收。此外，膜分离法是使用芳香族聚酰亚胺等高分子原材料的膜从混合气体中将膜透过性优良的氢气分离的方法。该膜分离法由于不伴随相变化，因此运转所需要的能量少，流水线成本低。此外，膜分离装置的构造简单且紧凑，因此设备成本低，设备所需面积小。进而，在分离膜中没有驱动装置，稳定运转范围大，因此具有容易保养管理的优点。接着，对FT合成单元5进行说明。如图1及图2所示，FT合成单元5例如主要具备流量控制装置33、泡罩塔型反应器30、气液分离器34、分离器36、气液分离器38、和第1 精馏塔40。流量控制装置33将流入到泡罩塔型反应器30中的合成气G的流量调节成一定。泡罩塔型反应器30通过在自身内部收容的浆料中所含的催化剂粒子使在上述合成气生成单元3中生成的合成气进行FT合成反应而生成烃，并设置有后述的液面计39。气液分离器34将在配设于泡罩塔型反应器30内的传热管32内流通而被加热的水分离成水蒸气 (中压蒸汽)和液体。分离器36被连接在泡罩塔型反应器30的中央部，对包含催化剂粒子的浆料和液体烃产物进行分离处理。气液分离器38与泡罩塔型反应器30连接，对未反应的合成气及气体烃产物等进行冷却处理，使未反应的合成气返回到泡罩塔型反应器30，将气体烃产物冷却成液体。第1精馏塔40对从泡罩塔型反应器30经由分离器36、气液分离器38而被供给的液体烃进行蒸馏，根据沸点分离精制成各馏分。另外，在泡罩塔型反应器30的外部也可以设置缓冲装置，所述缓冲装置在内部具有暂时存积浆料的罐，调节泡罩塔型反应器30中收容的浆料的量。其中，泡罩塔型反应器30作为通过使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料与合成气的FT合成反应来合成烃的FT合成用反应器而发挥作用。如图2所示，泡罩塔型反应器30具备存积浆料S的反应器本体30a、设置在反应器本体30a的底部而使合成气G流入到浆料S内的流入口 30b、和设置在反应器本体30a的塔顶部而使气体状的烃及未反应的合成气等从反应器本体30a流出的流出口 30c。反应器本体30a由截面为圆形的筒状的躯干部30e、和分别在躯干部30e的两端部连接设置的大致半球状的上盖部30f及下盖部30g形成。这样，反应器本体30a按照流入口 30b出现在配置在下方的下盖部30g的底部、流出口 30c出现在配置在上方的上盖部30f的塔顶部的方式被配置。例如将除去了碳酸气的合成气G从脱碳酸装置20供给到流入口 30b，上述的气液分离器38与流出口 30c连接。液面计39检测泡罩塔型反应器30中收容的浆料S的上部的位置、即浆料S的液
面高度。这里，下面对通过上述流量控制装置33流入到浆料S内的合成气G用气体空塔速度来进行评价。本实施方式中，躯干部30e的截面为圆形。另外，浆料主要由催化剂粒子和通过FT合成反应生成的液体烃构成，液体烃中包含在一定温度以下时成为固体的蜡馏分。在该泡罩塔型反应器30中，作为原料气的合成气G从泡罩塔型反应器30的流入口 30b成为气泡而被供给，在浆料S内通过，在悬浮状态中如下述化学反应式C3)所示，氢气与一氧化碳气体发生合成反应。
权利要求
1.一种泡罩塔型反应器，其具备反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料， 流入口，其设置在该反应器本体的底部，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内，流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部，使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体即烃以及未反应的所述合成气等流出，所述浆料的液面与所述流出口的垂直方向的距离为1. 4m以上且IOm以下。
2.根据权利要求1所述的泡罩塔型反应器，其中，向所述反应器本体内流入的所述合成气的气体空塔速度为0. 04m/sec以上且0. 3m/sec以下。
3.—种泡罩塔型反应器，其具备反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料， 流入口，其设置在该反应器本体的底部，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内，流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部，使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体即烃以及未反应的所述合成气等流出，除雾部，其配置在所述反应器本体内的所述浆料的液面与所述流出口之间，将从自身内部通过的所述催化剂粒子捕捉。
4.根据权利要求3所述的泡罩塔型反应器，其还具备对所述除雾部进行加热的加热机构。
5.根据权利要求4所述的泡罩塔型反应器，其中，所述加热机构具备 至少一部分配置在所述除雾部内的加热用配管、和向该加热用配管供给用于对该加热用配管进行加热的加热介质的加热介质流通机构。
6.根据权利要求3 5中任一项所述的泡罩塔型反应器，其中，向所述反应器本体内流入的所述合成气的气体空塔速度为0. 04m/sec以上且0. 3m/sec以下。
7.—种泡罩塔型反应器的控制方法，其中，所述泡罩塔型反应器具备 反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料，流入口，其设置在该反应器本体上，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内，流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部，使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体的烃以及未反应的所述合成气等流出，该控制方法具有下述工序在所述浆料的液面与所述流出口的垂直方向的距离低于 1. 4m的情况下，使在所述反应器本体中收容的所述浆料的量减少。
全文摘要
本发明的泡罩塔型反应器具备反应器本体，其收容使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料；流入口，其设置在该反应器本体的底部，使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气流入到所述浆料内；流出口，其设置在所述反应器本体的塔顶部，使通过所述合成气与所述浆料的化学反应而合成的气体即烃以及未反应的所述合成气等流出；所述浆料的液面与所述流出口的垂直方向的距离为1.4m以上且10m以下。
文档编号C10G2/00GK102165040SQ20098013804
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月25日 优先权日2008年9月30日
发明者加藤让, 大西康博, 山田荣一, 村田笃, 若村修 申请人:克斯莫石油株式会社, 吉坤日矿日石能源株式会社, 国际石油开发帝石株式会社, 新日铁工程技术株式会社, 日本石油天然气·金属矿物资源机构, 石油资源开发株式会社