烃合成反应装置、其启动方法及烃合成反应系统的制作方法
【专利摘要】本发明的烃合成反应装置具备：合成气供给路，其通过第1压缩机对合成气进行压缩，并供给上述合成气；反应容器，其收纳催化剂浆料；气液分离器，其对从上述反应容器导出的未反应合成气以及烃进行气液分离；第1再循环路，其通过第2压缩机对气液分离后的未反应合成气进行压缩并，从而使上述未反应合成气再循环至反应容器；和第2再循环路，其在使合成气的导入量缓缓地增加的起动运转时，使气液分离后的剩余的未反应合成气再循环至第1压缩机的吸入侧。
【专利说明】烃合成反应装置、其启动方法及烃合成反应系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及烃合成反应装置、其启动方法及烃合成反应系统。
[0002]本申请基于2011年3月30日在日本申请的日本特愿2011-076649号主张优先权，在此援引其内容。
【背景技术】
[0003]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 GTL (Gas ToLiquids:液体燃料合成)技术,在GTL技术中，对天然气进行转化(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，通过费-托合成反应(以下称为“FT合成反应”)并使用催化剂以该合成气作为原料气合成烃，进一步通过对该烃进行加氢和精制，制造石脑油(粗汽油)、煤油、轻油、蜡等液体燃料产品。
[0004]就用于该GTL技术的烃合成反应装置而言，在收纳有使固体的催化剂粒子(例如钴催化剂等)悬浮在介质液(例如液体烃等)中而成的浆料的反应容器的内部，使合成气中的一氧化碳气体与氢气进行FT合成反应，由此合成烃。
[0005]图7表示现有的烃合成反应装置的概略构成。
[0006]上述烃合成反应装置具备:合成气供给路31，其通过第I压缩机34对从送出以一氧化碳气体以及氢气为主成分的合成气的合成气送出机构3送出的上述合成气(SG)进行压缩，并供给上述合成气；.反应容器30，其收纳使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的催化剂浆料，并且通过使从合成气供给路31供给的合成气与催化剂浆料接触来合成烃；气液分离器38，其对从反应容器30导出的未反应合成气以及烃进行气液分离；废气排出路37，其将通过气液分离器38分离后的气体中的一部分作为废气排出到体系外；和再循环路32，其通过第2压缩机35对通过气液分离器38分离后的未反应合成气进行压缩，并使上述未反应合成气再循环至反应容器30。
[0007]例如，专利文献I中公开了具备有这样的再循环路(循环利用管线)的烃合成反应
>J-U ρ?α装直。
[0008]就这种烃合成反应装置而言，启动时，首先预先在合成气导入前，为了确保体系内的气体置换以及反应容器30的流动性，将作为不活泼性气体的氮吹入体系内，经由再循环路32使其循环。此时，在以某程度确保了氮的循环量的状态下进行循环运转。然后，利用由氮气产生的循环使反应容器内的催化剂浆料成为流动状态，之后缓缓地将氮气置换成合成气，并且在将合成气量保持为比额定低的流量(例如70%)的状态下，提高反应容器30的温度，由此使反应性(转化率)提高，一边确认稳定的反应状态，一边将合成气导入量加载到100%而进入额定运转。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特表2005-517698号公报
【发明内容】
[0012]发明所要解决的问题
[0013]然而，该方法有下述这样的问题:由于流入反应容器30内的气体流量达不到额定气体流量的100%而为较少的流量，所以反应容器30内的浆料的搅拌不能良好地进行而不稳定，不能够迅速地使反应性(转化率)提高。
[0014]另外，还有下述这样的问题:从氮循环开始到进入额定运转为止的启动时间花费过多。
[0015]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够在确保催化剂的稳定的流动状态以及反应状态的情况下短时间地启动系统的烃合成反应装置、其启动方法及烃合成反应系统。
[0016]用于解决问题的手段
[0017]本发明的烃合成反应装置具备:合成气供给路，其通过第I压缩机对从送出以一氧化碳气体以及氢气为主成分的合成气的合成气送出机构送出的上述合成气进行压缩，并供给上述合成气；反应容器，其收纳使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的催化剂浆料，并且通过使从上述合成气供给路供给的合成气与上述催化剂浆料接触来合成烃；气液分离器，其对从上述反应容器导出的未反应合成气以及烃进行气液分离；废气排出路，其将通过上述气液分离器分离后的气体中的一部分作为废气排出到体系外；第I再循环路，其通过第2压缩机对通过上述气液分离器分离后的未反应合成气进行压缩，并使上述未反应合成气再循环至上述反应容器；和第2再循环路，其在使由上述合成气送出机构导入上述反应容器的合成气的导入量从比额定运转时处理的合成气的处理流量小的处理流量缓缓地增加到额定运转时的合成气的处理流量的起动运转时，使通过上述气液分离器分离后的未反应合成气中的导入上述第I再循环路的部分以外的剩余的未反应合成气再循环至上述第I压缩机的吸入侧。
.[0018]在本发明的烃合成反应装置中，作为用于在上述反应容器的启动时通过不活泼性气体对体系内进行置换且使上述催化剂浆料流动的不活泼性气体的循环路径，可以设置上述第I再循环路及从上述气液分离器与上述第I压缩机的吸入侧连通的不活泼性气体循环路，并且上述不活泼性气体循环路同时用作上述第2再循环路。
[0019]在本发明的烃合成反应装置中，可以进一步具备:合流混合部，其设置于将从上述合成气送出机构送出的上述合成气导入至上述第I压缩机的吸入侧的位置的上游侧，并且将来自上述第2再循环路的未反应合成气与从上述合成气送出机构送出的合成气合流、混合；和温度控制机构，其以使在上述合流混合部混合的混合气体的温度至少成为来自上述第2再循环路的未反应合成气的温度的同等以上的方式进行控制。
[0020]本发明的烃合成反应系统是从烃原料制造液体燃料基材的烃合成反应系统，其具备上述烃合成反应装置和由在上述烃合成反应装置中生成的烃精制液体燃料基材的产品精制单元，其中，上述合成气送出机构是对上述烃原料进行转化而生成上述合成气、将上述合成气送出至上述合成气供给路的合成气生成单元。
[0021]本发明的烃合成反应装置的启动方法是下述烃合成反应装置的启动方法，上述烃合成反应装置具备:合成气供给路，其通过第I压缩机对从送出以一氧化碳气体以及氢气为主成分的合成气的合成气送出机构送出的上述合成气进行压缩，并供给上述合成气；反应容器，其收纳使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的催化剂浆料，并且通过使从上述合成气供给路供给的合成气与上述催化剂浆料接触来合成烃；气液分离器，其对从上述反应容器导出的未反应合成气以及烃进行气液分离；废气排出路，其将通过上述气液分离器分离后的气体中的一部分作为废气排出到体系外；第I再循环路，其通过第2压缩机对通过上述气液分离器分离后的未反应合成气进行压缩，并使上述未反应合成气再循环至上述反应容器；和第2再循环路，其从上述气液分离器与上述第I压缩机的吸入侧连通，上述烃合成反应装置的启动方法具备下述工序:第I工序，在该工序中，在向上述反应容器导入合成气前，预先经由上述合成气供给路将不活泼性气体导入上述反应容器，使上述第I压缩机以及上述第2压缩机一起额定运转而使上述不活泼性气体经由上述第I再循环路以及第2再循环路循环，由此一边从上述废气排出路排出废气一边以不活泼性气体对体系内进行置换，并且使上述催化剂浆料流动；第2工序，在该工序中，在使上述第I压缩机额定运转的状态下，经由上述合成气供给路以比额定运转时的处理流量更小的流量将合成气导入通过实施上述第I工序而使上述催化剂浆料流动了的状态的上述反应容器中，通过使上述第2压缩机额定运转而使从上述反应容器导出并被上述气液分离器分离出的未反应合成气经由上述第I再循环路循环，并且使通过上述气液分离器分离后的未反应合成气中的导入上述第I再循环路的部分以外的剩余的未反应合成气经由上述第2再循环路循环至上述额定运转的第I压缩机的吸入侧，由此一边从上述废气排出路排出废气一边以合成气对体系内进行置换，并且将来自上述合成气供给路的合成气的供给流量维持在比额定运转时的处理流量更小的规定流量；和第3工序，在该工序 中，在上述第2工序中反应稳定后的阶段，使经由上述合成气供给路而导入反应容器的合成气的流量缓缓地增加，并且使经由上述第2再循环路循环的未反应合成气的流量缓缓地减少，最终使经由上述合成气供给路而导入反应容器的合成气的流量上升到额定运转时处理的合成气的处理流量。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，在需要边确认反应的稳定边使导入反应容器的合成气的导入量从预先认定为安全的低流量缓缓地增加到额定流量的起动运转时，能够经由第2再循环路将未反应合成气导入用于压缩合成气的第I压缩机的吸入侧，所以能够以未反应合成气对相对于使第I压缩机额定运转时的合成气的额定流量不足的流量部分进行补充。即，例如在为了防止反应的失控而被迫从低流量的合成气的导入开始的启动操作中，通过使第I压缩机额定运转，从而将混合了合成气与未反应合成气的混合气体以额定流量导入反应容器，在反应容器内能够保持稳定的流动状态，由此能够几乎不用考虑由流动状态造成的影响，通过缓缓地提高反应容器的温度来使反应性(转化率)上升，并且使合成气的流量安全地增加到额定流量。
[0024]另外，在启动时，在将合成气导入反应容器前，以不活泼性气体对体系内进行置换，但通过以第I压缩机的额定流量经由第2再循环路来进行该不活泼性气体的循环，能够在稳定地保持反应容器内的流动状态的状态下进入随后的合成气的导入。因此，启动时需要注意监视的现象减少，运转操作变得容易。另外，由于将反应容器内的流动状态保持不变，所以能够缩短进入额定稳定运转为止所花费的时间。另外，不以低流量对压缩合成气的第I压缩机进行操作，从而能够充分利用其性能，所以实现效率提高。
[0025]根据本发明，由于将作为不活泼性气体的循环路径使用的循环路同时用作使未反应合成气循环的第2再循环路，所以能够最大限度地有效利用设备，能够抑制成本提高。
[0026]根据本发明，在进行未反应合成气的循环运转时，能够防止未反应合成气中所含的微量的油分冷凝而产生的故障，其结果是，能够保障第I压缩机稳定地运转。
[0027]根据本发明，能够以一系列的流程来实行下述工序:对烃原料进行转化而生成合成气的工序；使合成气反应而生成烃的工序；和从烃精制液体燃料基材的工序，从而能够稳定地生产作为最终产品的液体燃料基材。
[0028]根据本发明，通过以第I压缩机的额定流量经由第2再循环路进行启动时的不活泼性气体的循环，能够在稳定地保持反应容器内的流动状态的状态下进入随后的合成气的导入。另外，在进入合成气的导入时以及进入后，也能够使第I压缩机额定运转，从而使混合了合成气与未反应合成气的混合气体以额定流量导入反应容器，所以在反应容器内能够保持稳定的流动状态，由此能够几乎不考虑由流动状态造成的影响，通过缓缓地提高反应容器的温度来使反应性(转化率)上升，并且使合成气的流量安全地增加到额定流量。因此，启动时需要注意监视的现象减少，运转操作变得容易。
[0029]另外，由于将反应容器内的流动状态保持不变，所以能够缩短到进入额定稳定运转为止所花费的时间。另外，不以低流量对压缩合成气的第I压缩机进行操作，从而能够充分利用其性能，所以实现效率提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是表示包含本发明的一个实施方式的液体燃料合成系统的整体构成的系统图。
[0031]图2是表示图1所示的烃合成反应装置的概略构成的系统图。
[0032]图3是表示在图2的装.置中实施了本发明的实施方式的启动方法时的各气体的流量变化的特性图。
[0033]图4是表示在图2的装置中实施了本发明的实施方式的启动方法时的合成气(SG)的加载的比例、反应容器的总计的流量变化以及CO转化率的特性图。
[0034]图5是表示与图3相对的比较例的特性图。
[0035]图6是表示与图4相对的比较例的特性图。
[0036]图7是表示现有的烃合成反应装置的概略构成的系统图。
【具体实施方式】
[0037]以下，参照附图对包含本发明的烃合成反应装置的烃合成反应系统的一个实施方式进行说明。
[0038](液体燃料合成系统)
[0039]如图1所示，液体燃料合成系统(烃合成反应系统)I是实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I由合成气生成单元3、FT合成单元(烃合成反应装置)5以及产品精制单元7构成。合成气生成单元3对作为烃原料的天然气进行转化而制造包含一氧化碳气体和氢气的合成气。FT合成单元5通过FT合成反应从制造得到的合成气生成液体的烃化合物。产品精制单元7对通过FT合成反应合成的液体的烃化合物进行加氢、精制来制造液体燃料等其他产品(石脑油、煤油、轻油、蜡等)。以下，对上述各单元的构成要素进行说明。
[0040]首先，对合成气生成单元3进行说明。
[0041]合成气生成单元3主要具备例如脱硫反应器10、转化器12、废热锅炉14、气液分离器16和18、脱碳酸装置20以及氢分离装置26。脱硫反应器10由加氢脱硫装置等构成，其从作为原料的天然气中除去硫成分。转化器12对从脱硫反应器10供给的天然气进行转化，制造包含一氧化碳气体(CO)和氢气(H2)为主成分的合成气。废热锅炉14回收在转化器12中生成的合成气的废热而产生高压蒸汽。气液分离器16将在废热锅炉14中通过与合成气的热交换而被加热了的水分离成气体(高压蒸汽)和液体。气液分离器18从被废热锅炉14冷却了的合成气中除去冷凝成分而将气体成分供给到脱碳酸装置20。脱碳酸装置20具有吸收塔(第2吸收塔)22和再生塔24。在吸收塔22中，从气液分离器18供给的合成气中所含的二氧化碳气体被吸收液吸收。在再生塔24中，吸收了二氧化碳气体的吸收液解吸二氧化碳气体，再生吸收剂。氢分离装置26从由脱碳酸装置20分离了二氧化碳气体的合成气，分离该合成气中所含的氢气的一部分。但是，根据情况不同，有时也不设置上述脱碳酸装置20。
[0042]在转化器12中，例如利用下述的化学反应式(1)、(2)所表示的水蒸气-二氧化碳气体转化法，通过二氧化碳和水蒸气对天然气进行转化，制造以一氧化碳气体和氢气为主成分的高温的合成气。另外，该转化器12中的转化法不限于上述的水蒸气-二氧化碳气体转化法。例如，还能够利用水蒸气转化法、采用了氧的部分氧化转化法(Ρ0Χ)、部分氧化转化法与水蒸气转化法的组合即自热转化法(ATR)、二氧化碳气体转化法等。
[0043]
【权利要求】
1.一种烃合成反应装置，其具备: 合成气供给路，其通过第I压缩机对从送出以一氧化碳气体以及氢气为主成分的合成气的合成气送出机构送出的所述合成气进行压缩，并供给所述合成气； 反应容器，其收纳使固体的催化剂粒子悬浮在液体中而成的催化剂浆料，并且通过使从所述合成气供给路供给的合成气与所述催化剂浆料接触来合成烃； 气液分离器，其对从所述反应容器导出的未反应合成气以及烃进行气液分离； 废气排出路，其将通过所述气液分离器分离后的气体中的一部分作为废气排出到体系外； 第I再循环路，其通过第2压缩机对通过所述气液分离器分离后的未反应合成气进行压缩，并使所述未反应合成气再循环至所述反应容器；和 第2再循环路，其在使由所述合成气送出机构导入所述反应容器的合成气的导入量从比额定运转时处理的合成气的处理流量小的处理流量缓缓地增加到额定运转时的合成气的处理流量的起动运转时，使通过所述气液分离器分离后的未反应合成气中的导入所述第I再循环路的部分以外的剩余的未反应合成气再循环至所述第I压缩机的吸入侧。
2.根据权利要求1所述的烃合成反应装置，其中，作为用于在所述反应容器的启动时通过不活泼性气体对体系内进行置换且使所述催化剂浆料流动的不活泼性气体的循环路径，设置所述第I再循环路及从所述气液分离器与所述第I压缩机的吸入侧连通的不活泼性气体循环路，并且所述不活泼性气体循环路同时用作所述第2再循环路。
3.根据权利要求1或2所述的烃合成反应装置，其进一步具备: 合流混合部，其设置于将从所述合成气送出机构送出的所述合成气导入至所述第I压缩机的吸入侧的位置的上游侧，并且将来自所述第2再循环路的未反应合成气与从所述合成气送出机构送出的合成气合流、混合；和 温度控制机构，其以使在所述合流混合部混合的混合气体的温度至少成为来自所述第2再循环路的未反应合成气的温度的同等以上的方式进行控制。
4.一种烃合成反应系统，其是从烃原料制造液体燃料基材的烃合成反应系统，其具备权利要求1?3中任一项所述的烃合成反应装置和由在所述烃合成反应装置中生成的烃精制液体燃料基材的产品精制单元， 其中，所述合成气送出机构是对所述烃原料进行转化而生成所述合成气、将所述合成气送出至所述合成气供给路的合成气生成单元。
5.一种烃合成反应装置的启动方法，其是权利要求1?3中任一项所述的烃合成反应装置的启动方法，其具备下述工序: 第I工序，在该工序中，在向所述反应容器导入合成气前，预先经由所述合成气供给路将不活泼性气体导入所述反应容器，使所述第I压缩机以及所述第2压缩机一起额定运转而使所述不活泼性气体经由所述第I再循环路以及第2再循环路循环，由此一边从所述废气排出路排出废气一边以不活泼性气体对体系内进行置换，并且使所述催化剂浆料流动； 第2工序，在该工序中，在使所述第I压缩机额定运转的状态下，经由所述合成气供给路以比额定运转时的处理流量更小的流量将合成气导入通过实施所述第I工序而使所述催化剂浆料流动了的状态的所述反应容器中，通过使所述第2压缩机额定运转而使从所述反应容器导出并被所述气液分离器分离出的未反应合成气经由所述第I再循环路循环，并且使通过所述气液分离器分离后的未反应合成气中的导入所述第I再循环路的部分以外的剩余的未反应合成气经由所述第2再循环路循环至所述额定运转的第I压缩机的吸入侦牝由此一边从所述废气排出路排出废气一边以合成气对体系内进行置换,并且将来自所述合成气供给路的合成气的供给流量维持在比额定运转时的处理流量更小的规定流量；和第3工序，在该工序中，在所述第2工序中反应稳定后的阶段，使经由所述合成气供给路而导入反应容器的合成气的流量缓缓地增加，并且使经由所述第2再循环路循环的未反应合成气的流量缓缓地减少，最终使经由所述合成气供给路而导入反应容器的合成气的流量上升到额定运转时处 理的合成气的处理流量。
【文档编号】C10G2/00GK103443249SQ201280015171
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月13日 优先权日:2011年3月30日
【发明者】大西康博, 田坂和彦, 三栗谷智之 申请人:日本石油天然气·金属矿物资源机构, 国际石油开发帝石株式会社, 吉坤日矿日石能源株式会社, 石油资源开发株式会社, 克斯莫石油株式会社, 新日铁住金工程技术株式会社