专利名称：烃合成反应装置、烃合成反应系统以及烃合成方法
技术领域：
本发明涉及通过将以一氧化碳气体和氢气为主成分的合成气吹入使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料中来合成烃化合物的烃合成反应装置、具备该烃合成反应装置的烃合成反应系统以及烃合成方法。本申请基于2008年9月30日在日本提出申请的特愿2008-253214并主张其优先权，这里援引其内容。
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，开发出如下GTLteas To Liquids:液体燃料合成)技术对天然气进行重整而生成以一氧化碳气体(CO)和氢气 (H2)为主成分的合成气，以该合成气作为原料气并利用费-托合成反应(以下称为“FT合成反应”)合成作为烃化合物的液体烃，进而通过对该液体烃进行加氢和精制来制造石脑油 (粗汽油)、煤油、轻油、蜡等液体燃料产品。作为利用该GTL技术来制造液体燃料的烃合成反应系统，如下述专利文献1所示， 已知有具备烃合成反应装置的结构，所述烃合成反应装置利用合成气与使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料的FT合成反应等化学反应来合成烃化合物。不过，以往，在构成该烃合成反应装置的构成设备中，为了抑制浆料等从与其他构成设备的连接部分倒流，或为了将收容在内部的流体送出到其他构成设备等，根据需要供给加压气体(被加压后的气体)。另外，作为该加压气体，从抑制催化剂劣化的观点出发，优选利用例如保管在冷热设备等中的将氮气化而得到的氮气等不活泼气体。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特表2007-533662号公报
发明内容
发明所要解决的问题不过，在上述以往的烃合成反应装置中，因为从合成烃化合物的合成系统外供给氮气，因此在使用氮气的情况下，用于产生氮气的装置的制作费用增加，并且为了合成烃化合物而需要大量的能量，因而存在运行成本增加的问题。即，首先，为了使用氮气，另外需要用于保管该氮气的冷热设备等保管设备。在需要大量氮气的情况下，需要大容量的保管设备，在制作该保管设备时需要花费制作费用，而且使装置运行来合成烃化合物时，需要用于冷却加热等的大量的能量，因而运行成本增加。而且，该氮气与在FT合成反应的过程中产生的可燃性气体等混合，作为火炬气而被焚烧处理。在该处理中，需要利用废气燃烧烟道等焚烧设备，在被焚烧处理的气体为大量的情况下，需要大容量的焚烧设备，在制作该焚烧设备时需要花费制作费用，而且，为了焚烧处理需要大量的能量，结果运行成本增加。
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本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的是提供能够抑制从合成烃化合物的合成系统外供给的加压气体的使用量、且在降低装置制作费用的同时能够节能且以低成本合成烃化合物的烃合成反应装置、烃合成方法、以及具备该烃合成反应装置的烃合成反应系统。用于解决问题的手段为了解决上述课题，本发明提出了以下的手段。本发明的烃合成反应装置是利用以氢和一氧化碳为主成分的合成气与使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料之间的化学反应来合成烃化合物的烃合成反应装置，其具备反应器，其使上述合成气与上述浆料接触；和未反应气体供给机构，其在将未反应气体从上述反应器导出之后进行加压，并将该加压后的气体供给至构成该烃合成反应装置的构成设备。而且，本发明的烃合成方法是利用以氢和一氧化碳为主成分的合成气与使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料之间的化学反应来合成烃化合物的烃合成方法，其中，在将未反应气体从上述反应器导出之后进行加压，并将该加压后的气体供给至构成该烃合成反应装置的构成设备。在此，所谓未反应气体，是指包括被导入到反应器内但与浆料没有进行化学反应的未反应的合成气、以及在反应器内的化学反应的过程中产生的气体(例如以碳原子数为 4以下的烃气体为主成分的气体)等的气体。根据本发明的烃合成反应装置和烃合成方法，从反应器内导出的未反应气体被未反应气体供给机构加压了之后，被供给到构成该烃合成反应装置的构成设备，因此能够将该未反应气体用作加压气体。因此，能够抑制从合成烃化合物的合成系统外供给的加压气体的使用量，能在降低该烃合成反应装置的制作费用的同时节能且以低成本合成烃化合物。上述构成设备也可以是插设在收容上述浆料或使上述浆料流通的其他构成设备的计量仪器，上述未反应气体供给机构也可以通过将上述未反应气体供给到上述计量仪器，对上述计量仪器与上述其他构成设备的连接部分进行密封。这种情况下，由于能够利用未反应气体对计量仪器与其他构成设备的连接部分进行密封，因此能够由计量仪器进行准确的测量。另外，在对计量仪器不进行密封的情况下，例如浆料内的催化剂粒子粘着、阻塞上述连接部分，有可能无法准确地由计量仪器进行测量。上述构成设备也可以是收容上述浆料和上述烃化合物中的至少任意一种流体且与其他构成设备连通、并将上述流体送出到上述其他构成设备的收容筒，上述未反应气体供给机构也可以通过将上述未反应气体供给到上述收容筒，将上述流体从上述收容筒送出到上述其他构成设备。这种情况下，能够利用未反应气体将收容筒内的流体送出到其他构成设备。上述收容筒收容上述烃化合物，上述其他构成设备也可以是分别分离上述烃化合物和上述催化剂粒子的混合流体的混合流体分离机构，上述未反应气体供给机构也可以通过将上述未反应气体供给到上述收容筒，将上述收容筒收容的上述烃化合物作为用于清洗上述混合流体分离机构的清洗液而送出。
这种情况下，能够利用未反应气体将收容筒内的烃化合物作为清洗混合流体分离机构的清洗液而送出，因此能够将该混合流体分离机构维持在洁净的状态。因此，能够使烃化合物和催化剂粒子顺畅地分离，因此能够从混合流体有效地分离烃化合物或催化剂粒子。另外，在对混合流体分离机构不进行清洗的情况下，例如浆料内的催化剂粒子粘着在其内部等，有可能无法顺畅地进行分离。上述未反应气体供给机构也可以具有对上述未反应气体进行加压的加压部；导出上述反应器内的上述未反应气体而供给到上述加压部的第1流通部；和将由上述加压部加压得到的上述未反应气体供给到上述构成设备的第2流通部。这种情况下，能够利用加压部对流过第1流通部而被供给到加压部的反应器内的未反应气体进行加压，并使其流过第2流通部而供给到构成设备。特别是这种情况下，因为具有第1、第2流通部，因此能自由设置加压部的位置，能提高设计自由度。而且，本发明的烃合成反应系统的特征在于，其具备上述本发明的烃合成反应装置；合成气生成单元，其重整烃原料而生成上述合成气，并将该合成气供给到上述反应器； 和产品精制单元，其从上述烃化合物精制液体燃料。根据本发明的烃合成反应系统，具备在降低装置制作费用的同时能够节能且以低成本合成烃化合物的烃合成反应装置，因此在降低了烃合成反应系统的装置制作费用的基础上，能节能且以低成本合成液体燃料。发明的效果根据本发明的烃合成反应装置和烃合成方法，能够抑制从合成烃化合物的合成系统外供给的加压气体的使用量，能够在降低装置制作费用的同时节能且以低成本合成烃化合物。而且，根据本发明的烃合成反应系统具备该烃合成反应装置，因此在降低了烃合成反应系统的装置制作费用的基础上，能节能且以低成本合成液体燃料。
图1是表示本发明的一实施方式的液体燃料合成系统的整体结构的图。图2是表示图1所示的FT合成单元中的未反应气体供给机构的主要部分的概略图。图3是本发明的一实施方式的FT合成单元的变形例，是表示未反应气体供给机构的主要部分的概略图。
具体实施例方式下面参照附图，详细地说明本发明的优选实施方式。另外，在本说明书和附图中， 对实质上具有相同的功能结构的构成要素，标注相同的符号而省略重复说明。首先，参照图1，说明本发明的实施方式的进行GTLOias To Liquids)工艺的液体燃料合成系统(烃合成反应系统)1的整体结构。图1是表示本实施方式的液体燃料合成系统1的整体结构的图。如图1所示，本实施方式的液体燃料合成系统1是进行将天然气等烃原料转换成液体燃料的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(烃合成反应装置)5和产品精制单元7构成。合成气生成单元3用于对作为烃原料的天然气进行重整而生成包含一氧化碳气体和氢气的合成气。FT合成单元5利用费-托合成反应(化学反应)(以下称为“FT合成反应”)从所生成的合成气生成液体烃(烃化合物)。 产品精制单元7对由FT合成反应所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，说明这些各单元的构成要素。首先，说明合成气生成单元3。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和18、脱碳酸装置20和氢分离装置26。脱硫反应器 10由加氢脱硫装置等构成，用于从作为原料的天然气除去硫成分。重整器12用于对从脱硫反应器10供给的天然气进行重整，生成作为主成分包含一氧化碳气体(CO)和氢气(H2)的合成气。废热锅炉14用于回收在重整器12生成的合成气的废热，产生高压蒸汽。气液分离器16用于将在废热锅炉14中通过与合成气的热交换而被加热的水分离成气体(高压蒸汽)和液体。气液分离器18用于从被废热锅炉14冷却的合成气除去冷凝成分而将气体成分供给到脱碳酸装置20中。脱碳酸装置20具有采用吸收液从由气液分离器18供给的合成气除去二氧化碳的吸收塔22和从包含该二氧化碳的吸收液使二氧化碳解吸而再生的再生塔24。氢分离装置沈用于从由脱碳酸装置20分离了二氧化碳的合成气中分离包含于该合成气的氢气的一部分。但是，依情况的不同也可以不设置上述脱碳酸装置20。其中，重整器12例如利用下述的化学反应式(1)、(幻所表示的水蒸气-二氧化碳重整法，并采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-二氧化碳重整法的例子， 例如，也能利用水蒸气重整法、采用了氧的部分氧化重整法(POX)、部分氧化重整法和水蒸气重整法的组合即自热重整法(ATR)、二氧化碳重整法等。CH4+H20 — C0+3H2 (1)CH4+C02 — 2C0+2H2 (2)而且，将氢分离装置沈设置在从将脱碳酸装置20或气液分离器18与气泡塔型反应器(反应器)30连接起来的配管分支出来的分支管线上。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 Swing Adsorption 压力变动吸附) 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、活性炭、氧化铝、硅胶等)，通过在各吸附塔中依次反复进行氢的加压、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，作为氢分离装置沈的氢气分离方法，不限于上述氢PSA装置那样的压力变动吸附法的例子，例如，也可以是储氢合金吸附法、膜分离法，或它们的组合等。储氢合金法是例如采用通过冷却/加热而具有吸附/释放氢的性质的储氢的合金 (TiFeaaNi5, TiFe0., ^ 0.9Mn0.3 ^ 0.1或TiMn1.5 ^ )来分离氢气的方法。设置多个收容储氢合金的吸附塔，在各吸附塔中，通过使利用储氢合金的冷却进行的氢的吸附和利用储氢合金的加热进行的氢的释放交替反复进行，能够分离、回收合成气内的氢气。而且，膜分离法是采用芳香族的聚酰亚胺等高分子材料的膜而从混合气体中分离出膜透过性优异的氢气的方法。该膜分离法不伴随相变化，因此运转所需的能量较小就足够，运行成本便宜。而且，膜分离装置的构造简单且小型化，因此设备成本低且设备的所需
6面积也较小就足够。并且，分离膜没有驱动装置，稳定运转范围广，因此具有保养管理容易这样的优点。接着，说明FT合成单元5。FT合成单元5例如主要具备气泡塔型反应器30、气液分离器34、分离器(混合流体分离机构)36、气液分离器38和第1精馏塔40。气泡塔型反应器30使由上述合成气生成单元3生成的合成气、即一氧化碳气体和氢气进行FT合成反应，生成液体烃。气液分离器34将流过被设置在气泡塔型反应器30内的传热管32内而被加热的水分离成水蒸气(中压蒸汽)和液体。分离器36与气泡塔型反应器30的中央部连接，对催化剂和液体烃产物进行分离处理。气液分离器38与气泡塔型反应器30的上部连接，对气泡塔型反应器30内的作为未反应气体的未反应的合成气(CO和 H2)和气体烃产物进行冷却处理。第1精馏塔40对从气泡塔型反应器30经由分离器36、 气液分离器38供给的液体烃进行蒸馏，按照沸点分离、精制成各馏分。其中，气泡塔型反应器30是将合成气合成为液体烃的反应器的一个例子，作为利用FT合成反应从合成气合成液体烃的FT合成用反应器发挥作用。该气泡塔型反应器30 例如由塔型的容器内部存积有由催化剂和介质油构成的浆料的气泡塔型浆料床式反应器构成。该气泡塔型反应器30利用FT合成反应从合成气生成液体烃。详细而言，在该气泡塔型反应器30中，作为原料气体的合成气从气泡塔型反应器30的底部的分散板成为气泡而被供给，通过由催化剂和介质油构成的浆料内，在悬浮状态中如下述化学反应式(3)所示那样引起氢气与一氧化碳气体发生合成反应。该FT合成反应是放热反应，因此气泡塔型反应器30是在内部配设有传热管32的热交换器型反应器，作为制冷剂，例如供给水(BFW =Boiler Feedffater)，能够将上述FT合成反应的反应热利用浆料和水的热交换以中压蒸汽的形式回收。另外，利用FT合成反应的放热，气泡塔型反应器30内的作为未反应气体的未反应的合成气和气体烃产物被加热而上升，被供给到气液分离器38。而且，在本实施方式中，作为上述的浆料的介质油，采用液体烃。最后，说明产品精制单元7。产品精制单元7例如具备蜡(WAX)馏分加氢裂化反应器50、煤油-轻油馏分加氢精制反应器52、石脑油馏分加氢精制反应器M、气液分离器56、 58、60、第2精馏塔70和石脑油稳定塔72。蜡馏分加氢裂化反应器50与第1精馏塔40的下部连接。煤油-轻油馏分加氢精制反应器52与第1精馏塔40的中央部连接。石脑油馏分加氢精制反应器M与第1精馏塔40的上部连接。气液分离器56、58、60与上述加氢反应器50、52、M分别对应地设置。第2精馏塔70按照沸点将从气液分离器56、58供给的液体烃分离、精制。石脑油稳定塔72对从气液分离器60和第2精馏塔70供给的石脑油馏分的液体烃进行精馏，丁烷和比丁烷轻的成分作为火炬气而排出，碳原子数为5以上的成分作为产品的石脑油而分离、回收。接着，对利用如上那样的结构的液体燃料合成系统1从天然气合成液体燃料的工序(GTL工艺)进行说明。在液体燃料合成系统1中，从天然气田或天然气工厂等外部的天然气供给源(未图示)供给作为烃原料的天然气(主成分为CH4)。上述合成气生成单元3对该天然气进行重整，制造合成气(以一氧化碳气体和氢气为主成分的混合气体)。具体来说，首先，上述天然气与由氢分离装置沈分离得到的氢气一起被供给到脱硫反应器10。脱硫反应器10采用该氢气并例如用ZnO催化剂对包含于天然气的硫成分进行加氢脱硫。这样，天然气预先脱硫，从而能够防止重整器12和气泡塔型反应器30等所采用的催化剂的活性被硫降低。这样被脱硫的天然气(也可以含有二氧化碳)与从二氧化碳供给源(未图示)供给的二氧化碳(CO2)气体、在废热锅炉14产生的水蒸气相混合，并且被供给到重整器12。重整器12例如利用上述的水蒸气-二氧化碳重整法，采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。此时，例如重整器12所具备的燃烧炉用的燃料气体和空气被供给到重整器12中，利用该燃烧炉的燃料气体的燃烧热，供给作为吸热反应的上述水蒸气-二氧化碳重整反应所需的反应热。这样用重整器12生成的高温的合成气(例如900°C、2. OMPaG)被供给到废热锅炉 14，由于与在废热锅炉14内流通的水进行热交换而被冷却(例如400°C)，被废热回收。此时，在废热锅炉14中被合成气加热的水被供给到气液分离器16，气体成分从该气液分离器 16作为高压蒸汽(例如3. 4 10. OMPaG)而被供给到重整器12或其他的外部装置，液体成分的水返回到废热锅炉14。另一方面，在废热锅炉14中被冷却的合成气在气液分离器18中被分离、除去冷凝液体成分之后，被供给到脱碳酸装置20的吸收塔22或气泡塔型反应器30。吸收塔22通过将合成气中所含的二氧化碳吸收于存积的吸收液内，从而从该合成气除去二氧化碳。该吸收塔22内的包含二氧化碳的吸收液被送出到再生塔对，包含该二氧化碳的吸收液例如被蒸汽加热而进行汽提处理，被解吸的二氧化碳从再生塔24输送到重整器12，从而再利用于上述重整反应。这样，在合成气生成单元3生成的合成气被供给到上述FT合成单元5的气泡塔型反应器30。此时，被供给到气泡塔型反应器30的合成气的组成比被调整成适于FT合成反应的组成比(例如H2 CO = 2 1(摩尔比))。另外，被供给到气泡塔型反应器30的合成气利用设置在将脱碳酸装置20和气泡塔型反应器30连接起来的配管上的压缩机(未图示)而被升压到适于FT合成反应的压力(例如3. 6MPaG左右)。而且，利用上述脱碳酸装置20分离了二氧化碳的合成气的一部分也被供给到氢分离装置沈。氢分离装置沈通过上述那样利用了压力差的吸附、脱附(氢PSA)，对合成气所含的氢气进行分离。该被分离的氢从储气器(未图示)等经由压缩机(未图示)连续供给到在液体燃料合成系统1内利用氢进行规定反应的各种的氢利用反应装置(例如脱硫反应器10、蜡馏分加氢裂化反应器50、煤油-轻油馏分加氢精制反应器52、石脑油馏分加氢精制反应器讨等)中。接着，上述FT合成单元5利用FT合成反应从由上述合成气生成单元3生成的合成气来合成液体烃。具体来说，在上述脱碳酸装置20中被分离了二氧化碳的合成气从气泡塔型反应器30的底部流入，在存积在气泡塔型反应器30内的催化剂浆料内上升。此时，在气泡塔型反应器30内，利用上述的FT合成反应，该合成气所含的一氧化碳和氢气发生反应生成烃。 并且，在进行该合成反应时，通过使水在气泡塔型反应器30的传热管32内流通，从而除去FT合成反应的反应热，利用该热交换被加热的水气化而成为水蒸气。该水蒸气在气液分离器34液化而得到的水返回到传热管32，气体成分作为中压蒸汽(例如1. 0 2. 5MPaG)而供给到外部装置。这样，包含由气泡塔型反应器30合成的液体烃的浆料被从气泡塔型反应器30的中央部取出，送出到分离器36。分离器36将被取出的浆料分离成催化剂(固体成分)和包含液体烃产物的液体成分。被分离的催化剂的一部分返回到气泡塔型反应器30，液体成分被供给到第1精馏塔40。而且，未反应气体从气泡塔型反应器30的塔顶被导入到气液分离器38。气液分离器38冷却该未反应气体，分离一部分的冷凝成分的液体烃并导入到第1精馏塔40。另一方面，对于被气液分离器38分离的气体成分，一部分被再次投入到气泡塔型反应器30的底部而再利用于FT合成反应。另外，剩余的一部分作为后述的加压气体而被利用，进一步剩余的部分作为火炬气被导入到外部的燃烧设备(未图示)，被燃烧之后释放到大气中。接着，第1精馏塔40对像上述那样从气泡塔型反应器30经由分离器36、气液分离器38供给的液体烃(碳原子数有多种)进行加热，利用沸点的不同进行分馏，分离、精制成石脑油馏分(沸点大约低于150°C )、煤油、轻油馏分(沸点大约为150 350°C )和蜡馏分 (沸点大约高于350°C )。从该第1精馏塔40的底部取出的蜡馏分的液体烃(主要是C21以上)被移送到蜡馏分加氢裂化反应器50，从第1精馏塔40的中央部取出的煤油、轻油馏分的液体烃(主要是C11 CJ被移送到煤油-轻油馏分加氢精制反应器52，从第1精馏塔 40的上部取出的石脑油馏分的液体烃(主要是C5 Cltl)被移送到石脑油馏分加氢精制反应器M。蜡馏分加氢裂化反应器50利用从上述氢分离装置沈供给的氢气对从第1精馏塔40的下部供给的碳原子数较多的蜡馏分的液体烃(大概C21以上)进行加氢裂化，将碳原子数降低到C^1以下。在该加氢裂化反应中，利用催化剂和热，切断碳原子数较多的烃的 C-C键，生成碳原子数较少的低分子量的烃。利用该蜡馏分加氢裂化反应器50，包含被加氢裂化而得到的液体烃的产物被气液分离器56分离成气体和液体，其中，液体烃被移送到第 2精馏塔70，气体成分(包含氢气)被移送到煤油-轻油馏分加氢精制反应器52和石脑油馏分加氢精制反应器M。煤油-轻油馏分加氢精制反应器52采用从氢分离装置沈经由蜡馏分加氢裂化反应器50供给的氢气，对从第1精馏塔40的中央部供给的碳原子数为中等程度的煤油、轻油馏分的液体烃(大概C11 C2tl)进行加氢精制。在该加氢精制反应中，为了主要得到侧链饱和烃，使上述液体烃异构化，在上述液体烃的不饱和键上加成氢而使其饱和。其结果是，包含被加氢精制的液体烃的产物被气液分离器58分离成气体和液体，其中，液体烃被移送到第2精馏塔70，气体成分(包含氢气)被再利用于上述加氢反应。石脑油馏分加氢精制反应器M采用从氢分离装置沈经由蜡馏分加氢裂化反应器 50供给的氢气，对从第1精馏塔40的上部供给的碳原子数较少的石脑油馏分的液体烃(大概Cltl以下)进行加氢精制。其结果是，包含被加氢精制的液体烃的产物被气液分离器60 分离成气体和液体，其中，液体烃被移送到石脑油稳定塔72，气体成分(包含氢气)被再利用于上述加氢反应。接着，第2精馏塔70对像上述那样从蜡馏分加氢裂化反应器50和煤油-轻油馏
9分加氢精制反应器52供给的液体烃进行蒸馏，分离、精制成碳原子数为Cltl以下的烃(沸点大约低于150°C )、煤油(沸点大约为150 250°C )、轻油(沸点大约为250 350°C )和来自蜡馏分加氢裂化反应器50的未分解蜡馏分(沸点大约高于350°C )。从第2精馏塔70 的下部取出轻油，从中央部取出煤油。另一方面，从第2精馏塔70的塔顶取出碳原子数为 C10以下的烃供给到石脑油稳定塔72。而且，在石脑油稳定塔72中，对从上述石脑油馏分加氢精制反应器M和第2精馏塔70供给的碳原子数为Cltl以下的烃进行蒸馏，分离、精制作为产品的石脑油(C5 C1(I)。由此，从石脑油稳定塔72的下部取出高纯度的石脑油。另一方面，从石脑油稳定塔72的塔顶排出作为产品对象之外的以碳原子数为规定数量以下(C4以下)的烃为主成分的废气(火炬气)。以上，说明了液体燃料合成系统1的工序(GTL工艺)。利用该GTL工艺，能够容易且经济地将天然气转换成高纯度的石脑油(C5 Cltl)、煤油(C11 C15)和轻油(Q6 CJ等清洁的液体燃料。并且，本实施方式具有如下优点在重整器12中采用上述水蒸气-二氧化碳重整法，因此有效地利用作为原料的天然气所含有的二氧化碳，并且，能利用重整器12 的1次反应有效地生成适于上述FT合成反应的合成气的组成比(例如H2 CO = 2 1(摩尔比))，不需要氢浓度调整装置等。接着，采用图2详细地说明在上述的FT合成单元5中对构成FT合成单元5的构成设备供给加压气体的装置。另外，在图2中，为了便于说明，图示了图1所示的液体燃料合成系统1的结构要素中的主要构件，对一部分的结构要素省略图示。首先，在对供给加压气体的装置进行说明之前，对从该装置供给加压气体的构成设备进行说明。在本实施方式中，FT合成单元5除了上述的构成设备之外，还具备插设于气泡塔型反应器30的压力计量仪器(计量仪器)80和收容液体烃的逆清洗用油供给筒82 (收容筒)O压力计量仪器80用于测量气泡塔型反应器30内的压力(或压差)。在图示的例子中，压力计量仪器80的一端插设在喷嘴部30a (计量仪器和其他构成设备的连接部分)， 该喷嘴部30a朝着气泡塔型反应器30的径向外侧突出设置在气泡塔型反应器30的外表压力计量仪器80用于测量在喷嘴部30a内从气泡塔型反应器30的内侧朝着外侧流通而到达该压力计量仪器80的流体的压力。另外，喷嘴部30a朝着气泡塔型反应器30 内开口的同时，在气泡塔型反应器30中沿着其高度方向互相隔开间隔地设有多个(图示的例子为4个)，压力计量仪器80插设于各喷嘴部30a。逆清洗用油供给筒82与分离器36连通。在图示的例子中，在分离器36和逆清洗用油供给筒82之间，设有使液体烃从分离器36向逆清洗用油供给筒82流通的作为配管的第1流路84和使液体烃从逆清洗用油供给筒82向分离器36流通的作为配管的第2流路 86。而且，在这些第1流路84和第2流路86上设有对各流路84、86内的液体烃的流量进行调整的流量调整阀84a、86a。而且，在本实施方式中，在分离器36的内部具备使液体烃和催化剂粒子分离的过滤部36a。过滤部36a用于从通过该过滤部36a的由液体烃和催化剂粒子构成的混合流体过滤(filtering)催化剂粒子。过滤部36a以从气泡塔型反应器30送出的混合流体在其中通过直到分离器36与第1流路84的连接口的方式配设在分离器36中。由此，从分离器 36送出的混合流体在到达上述连接口之前，催化剂粒子被过滤部36a分离，仅将液体烃供给到上述连接口和逆清洗用油供给筒82。另外，以下将从气泡塔型反应器30送出的混合流体通过过滤部36a的方向称为正流路方向。而且，第2流路86与分离器36的连接口以下述方式配设，以使从逆清洗用油供给筒82流过第2流路86而供给到分离器36的液体烃朝着正流路方向的相反方向即逆流路方向通过过滤部36a。由此，从逆清洗用油供给筒82供给的液体烃能够对蓄积在过滤部36a 的表面的浆料内的催化剂粒子等进行清洗(逆清洗)。接着，说明向上述构成设备供给加压气体的装置。FT合成单元5具备在将气泡塔型反应器30内的未反应气体从气泡塔型反应器30 导出之后加压、并供给到构成该FT合成单元5的构成设备的未反应气体供给机构。在图示的例子中，在FT合成单元5中，作为未反应气体供给机构，设有向各压力计量仪器80供给未反应气体的第1未反应气体供给机构90A和向逆清洗用油供给筒82供给未反应气体的第2未反应气体供给机构90B。在此，各未反应气体供给机构90A、90B的概略构成相同，因此，下面首先说明第1 未反应气体供给机构90A的构成、运行和效果。[第1未反应气体供给机构]第1未反应气体供给机构90A利用供给到各压力计量仪器80的未反应气体对压力计量仪器80进行密封。在图示的例子中，第1未反应气体供给机构90A具备对未反应气体进行加压的加压部92A、导出气泡塔型反应器30内的未反应气体并供给到加压部92A的第1流通部94A、将由加压部92A加压得到的未反应气体供给到各压力计量仪器80的第2 流通部96A。加压部92A能够对施加于未反应气体的压力进行调整，例如由轴流式压缩机等构成。第1流通部94A将气泡塔型反应器30和加压部92A连通。在图示的例子中，在第 1流通部94A中，在从气泡塔型反应器30至加压部92A之间设有上述气液分离器38。然后， 第1流通部94A具备分别将气泡塔型反应器30与气液分离器38连通、以及将气液分离器 38与加压部92A连通的配管，由此将气泡塔型反应器30与加压部92A连通。第2流通部96A分别将加压部92A和插设了压力计量仪器80的各喷嘴部30a连通。在图示的例子中，第2流通部96A具备与加压部92A连通的共用配管98，以及从共用配管98与各喷嘴部30a相对应地分支并分别将共用配管98与喷嘴部30a连通的多个分支配管100。各分支配管100以在其内部流通的未反应气体在与该分支配管100连通的喷嘴部30a中从气泡塔型反应器30的外侧向内侧被供给的方式设置。而且，在图示的例子中， 在各分支配管100上设有流量调整阀100a，能够调整在内部流通的未反应气体的流量。接着，对于第1未反应气体供给机构90A的运行，以将未反应气体供给到多个压力计量仪器80中的、位于气泡塔型反应器30的高度方向的最上侧的压力计量仪器80的情况作为例子来进行说明。 首先，气泡塔型反应器30内的未反应气体如上述那样在第1流通部94A的气液分离器38的内部流通，之后被供给到加压部92A。接着，加压部92A对所供给的未反应气体进行加压，送出到第2流通部96A。此时预先使第2流通部96A的各分支配管100的流量调整阀IOOa中的、与位于最上侧的插设有压力计量仪器80的喷嘴部30a连通的分支配管100的流量调整阀IOOa成为开状态，使其他的分支配管100的流量调整阀IOOa成为闭状态。由此，只在与位于最上侧的喷嘴部30a 连通的分支配管100的内部流通未反应气体。在此，分支配管100以在其内部流通的未反应气体在与该分支配管100连通的喷嘴部30a中从气泡塔型反应器30的外侧向内侧供给的方式设置，因此，在未反应气体被供给的喷嘴部30a中，从气泡塔型反应器30的内侧朝着外侧不流入流体，即喷嘴部30a被未反应气体密封。根据具备以上所示的第1未反应气体供给机构90A的FT合成单元5，从气泡塔型反应器30内导出的未反应气体由第1未反应气体供给机构90A进行加压之后，被供给到构成该FT合成单元5的构成设备即压力计量仪器80，因此能够将该未反应气体用作加压气体。因此，能够抑制从合成液体烃的合成系统外供给的加压气体的使用量，在降低该FT合成单元5的制作费用的同时，能节能且以低成本合成液体烃。而且，由第1未反应气体供给机构90A供给到构成设备的未反应气体在合成液体烃的过程中产生，因此即使是在该未反应气体对压力计量仪器80进行密封之后、气泡塔型反应器30内浆料和液体烃被混合的情况，也能大大降低对合成液体烃的过程产生的影响。而且，利用未反应气体对作为压力计量仪器80与气泡塔型反应器30的连接部分的喷嘴部30a进行密封，因此能够由压力计量仪器80进行准确的测量。另外，在不对喷嘴部30a进行密封的情况下，悬浮于浆料的催化剂粒子附着在该喷嘴部30a，使该喷嘴部30a 的开口堵塞，有可能无法由压力计量仪器80准确地进行压力测量。而且，能够进行更准确的测量，从而能构筑在气泡塔型反应器30内合成液体烃的最佳的环境，因此不需要过剩的能量，从而能更加节能且以低成本合成液体烃。而且，因为具有第1、第2流通部94A、96A，因此能自由地设置加压部92A的位置， 能提高设计自由度。并且，根据具备该FT合成单元5的液体燃料合成系统1，由于其具备在降低装置制作费用的同时能够节能且以低成本合成液体烃的FT合成单元5，因此在降低了液体燃料合成系统1的装置制作费用的基础上，能节能且以低成本合成液体燃料。[第2未反应气体供给机构]接着，说明第2未反应气体供给机构90B。另外，对于该第2未反应气体供给机构 90B，只说明与第1未反应气体供给机构90A不同的点。而且，表示第2未反应气体供给机构90B的加压部、第1流通部、第2流通部的符号是将第1未反应气体供给机构90A的各结构的符号(92A、94A、96A)的末尾的字母A变更成字母B (92B、94B、96B)。第2未反应气体供给机构90B利用供给到逆清洗用油供给筒82的未反应气体，将被收容于逆清洗用油供给筒82的液体烃作为清洗分离器36的清洗液而送出。第2未反应气体供给机构90B的第2流通部96B用于将由加压部92B加压得到的未反应气体供给到逆清洗用油供给筒82。在图示的例子中，第2流通部96B是将加压部92B 与逆清洗用油供给筒82的塔顶连通的配管，从第2流通部96B供给的未反应气体被供给到
12逆清洗用油供给筒82的气相部。接着，在第2未反应气体供给机构90B中，说明向逆清洗用油供给筒82供给未反应气体的运行。首先，与第1未反应气体供给机构90A相同地，使气泡塔型反应器30内的未反应气体在第1流通部94B的内部流通而供给到加压部92B。接着，加压部92B对供给的未反应气体进行加压而送出到第2流通部96B。此时， 预先使第1流路84的流路调整阀8 成为闭状态，使第2流路86的流路调整阀86a成为开状态。由此，被供给到逆清洗用油供给筒82的未反应气体从气相部侧对收容在该筒82 的内部的液体烃进行加压，通过第2流路86将该液体烃送出到分离器36。然后，从逆清洗用油供给筒82流过第2流路86而导入的液体烃如上述那样朝着逆流路方向流过分离器36的过滤部36a而进行逆清洗。即，第2未反应气体供给机构90B 将收容在逆清洗用油供给筒82的液体烃作为清洗分离器36的清洗液而送出。根据具备以上所示的第2未反应气体供给机构90B的FT合成单元5，能够起到与具备第1未反应气体供给机构90A的合成单元同样的作用效果。而且，利用未反应气体能够将逆清洗用油供给筒82内的液体烃送出到分离器36。 另外，为了从逆清洗用油供给筒82那样的收容流体的收容筒送出流体，需要大量的加压气体，因此通过利用未反应气体，能够大大地抑制从合成液体烃的合成系统外供给的加压气体的使用量。而且，利用未反应气体能够将逆清洗用油供给筒82内的液体烃作为清洗分离器 36的清洗液送出，因此能将该分离器36维持为洁净的状态。因此，能够顺畅地分离液体烃和催化剂粒子，因此能有效地从混合流体分离液体烃。另外，在不对分离器36进行清洗的情况下，例如浆料内的催化剂粒子附着在过滤部36a上，有可能会无法顺畅地进行分离。而且，为了在制造液体燃料的过程使分离器36 始终运转，需要大量的清洗液，通过利用未反应气体，能够大大地抑制从合成液体烃的合成系统外供给的加压气体的使用量。以上，参照
本发明的优选实施方式，但本发明不限于该例子。只要是本领域技术人员，在权利要求书所记载的范畴内，能想到各种变更例或修正例是显而易见的，这些也当然属于本发明的技术范围。例如，在上述实施方式中，采用了天然气作为被供给到液体燃料合成系统1的烃原料，但是不限于该例子，例如，也可以用浙青、残油等其他的烃原料。而且，在上述实施方式中，作为气泡塔型反应器30中的合成反应，利用FT合成反应合成了液体烃，但是本发明不限于该例子。作为气泡塔型反应器30中的合成反应，例如也能适用于羰基合成(加氢醛化反应)「R-CH = CH2+C0+H2 — R-CH2CH2CHOj、甲醇合成 「C0+2H2 — CH30H」、二甲醚(DME)合成「3C0+3H2 — CH30CH3+C02」等。而且，在上述实施方式中，FT合成单元5具备第1未反应气体供给机构90A和第2 未反应气体供给机构90B这两者，也可以只具备其中任意一方。而且，在上述实施方式中，FT合成单元5具备未反应气体供给机构90A、90B，另一方面，形成为不具备从合成液体烃的合成系统外供给加压气体的装置的结构，也可以形成为并用两者的结构。
而且，在上述实施方式中，作为从未反应气体供给机构90A、90B供给未反应气体的构成设备，示出了压力计量仪器80和逆清洗用油供给筒82，但是其种类、设置的数量等不限于上述实施方式所示的情况。例如，上述构成设备也可以不是压力计量仪器80，而是测量压力以外的温度等的计量仪器。而且，计量仪器也可以设置到气泡塔型反应器30以外。而且，上述构成设备也可以是用于收容浆料和液体烃中的至少任何一种流体的同时与其他构成设备连通、向其他构成设备送出上述流体的收容筒。作为该收容筒的例子，能够列举出在FT合成单元5的启动时或运转时，用于调整气泡塔型反应器30内的浆料的浓度的浆料浓度调整筒等。浆料浓度调整筒在内部收容浆料的同时，与气泡塔型反应器30连通。作为该浆料浓度调整筒，能够列举出例如在FT合成单元5的启动时调整浓度的FT浆料调整筒、在FT合成单元5的运转中调整浓度的FT浆料补充(make-up)筒等。而且，在上述实施方式中，多个未反应气体供给机构90A、90B分别具备互相不同的加压部92A、92B，但如图3所示，也可以具备共用的加压部114。在图3所示的FT合成单元110中，第1未反应气体供给机构112A具备加压部 114、第1流通部116和第2流通部118A。在图示的例子中，第1流通部116与由气液分离器38分离并被再次投入到气泡塔型反应器30的底部的未反应气体的流路的一部分共用， 加压部114在上述流路中被设置在比气液分离器38更靠近气泡塔型反应器30侧的部分。 而且，第2流通部118A在上述流路中的比加压部114更靠近气泡塔型反应器30侧的部分从上述流路分支。而且，第2未反应气体供给机构112B的加压部和第1流通部与第1未反应气体供给机构112A的加压部114和第1流通部116共用，还具备第2流通部118B。该第2流通部 118B的位于加压部114侧的部分成为与第1未反应气体供给机构112A的第2流通部118A 共用的共用部分，从该共用部分的端部分别朝着供给未反应气体的构成设备分支。而且，在第1未反应气体供给机构112A的第2流通部118A中，自上述端部到压力计量仪器80侧设有流量调整阀118Aa，在第2未反应气体供给机构112B的第2流通部 118B中，自上述端部到逆清洗用油供给筒82侧设有流量调整阀118Ba。利用这些流量调整阀118Aa、118Ba，能调整在各第2流通部118A、118B内流通的未反应气体的流量。根据图3所示的FT合成单元110，多个未反应气体供给机构112A、112B具备共用的加压部114，因此与具备各未反应气体供给机构112A、112B各不相同的加压部的情况相比，能进一步降低装置制作费用。产业上的可利用性本发明的烃合成反应装置、烃合成方法及具备该烃合成反应装置的烃合成反应系统能够抑制从合成烃化合物的合成系统外供给的加压气体的使用量，在降低装置制作费用的同时能够节能且以低成本合成烃化合物。符号的说明1液体燃料合成系统3合成气生成单元5,110 FT合成单元(烃合成反应装置)7产品精制单元
30气泡塔型反应器(反应器、其他构成设备)30a喷嘴部(与其他构成设备的连接部分)36分离器(混合流体分离机构)80压力计量仪器(计量仪器)82逆清洗用油供给筒(收容筒)90AU12A第1未反应气体供给机构(未反应气体供给机构)90BU12B第2未反应气体供给机构(未反应气体供给机构)92A、92B、114 加压部94A、94B、116 第 1 流通部96A、96B、118A、118B 第 2 流通部
权利要求
1.一种烃合成反应装置，其是利用以氢和一氧化碳为主成分的合成气与使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料之间的化学反应来合成烃化合物的烃合成反应装置，该装置具备反应器，其使所述合成气与所述浆料接触；和未反应气体供给机构，其在将未反应气体从所述反应器导出之后进行加压，并将该加压后的气体供给至构成该烃合成反应装置的构成设备。
2.根据权利要求1所述的烃合成反应装置，其中，所述构成设备是插设在收容所述浆料或使所述浆料流通的其他构成设备上的计量仪器，所述未反应气体供给机构通过将所述未反应气体供给到所述计量仪器，对所述计量仪器与所述其他构成设备的连接部分进行密封。
3.根据权利要求1所述的烃合成反应装置，其中，所述构成设备是收容所述浆料和所述烃化合物中的至少任意一种流体且与其他构成设备连通、并将所述流体送出到所述其他构成设备的收容筒，所述未反应气体供给机构通过将所述未反应气体供给到所述收容筒，将所述流体从所述收容筒送出到所述其他构成设备。
4.根据权利要求3所述的烃合成反应装置，其中， 所述收容筒收容所述烃化合物，所述其他构成设备是分别分离所述烃化合物和所述催化剂粒子的混合流体的混合流体分离机构，所述未反应气体供给机构通过将所述未反应气体供给到所述收容筒，将所述收容筒收容的所述烃化合物作为清洗所述混合流体分离机构的清洗液而送出。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的烃合成反应装置，其中， 所述未反应气体供给机构具有对所述未反应气体进行加压的加压部；导出所述反应器内的所述未反应气体而供给到所述加压部的第1流通部；和将由所述加压部加压得到的所述未反应气体供给到所述构成设备的第2流通部。
6.一种烃合成反应系统，其具备权利要求1 5中任一项所述的烃合成反应装置；合成气生成单元，其重整烃原料而生成所述合成气，并将该合成气供给到所述烃合成反应装置的所述反应器；和产品精制单元，其从所述烃化合物精制液体燃料。
7.一种烃合成方法，其是利用以氢和一氧化碳为主成分的合成气与使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料之间的化学反应来合成烃化合物的烃合成方法，其中，在将未反应气体从所述反应器导出之后进行加压，并将该加压后的气体供给至构成该烃合成反应装置的构成设备。
全文摘要
本发明提供一种烃合成反应装置，其是利用以氢和一氧化碳为主成分的合成气与使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而形成的浆料之间的化学反应来合成烃化合物的烃合成反应装置，其具备反应器，其使所述合成气与所述浆料接触；和未反应气体供给机构，其在将未反应气体从所述反应器导出之后进行加压，并将该加压后的气体供给至构成该烃合成反应装置的构成设备。
文档编号C10G2/00GK102165038SQ200980138038
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 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