液体燃料合成系统的制作方法

专利名称：液体燃料合成系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体燃料合成系统。
本申请对于在2006年3月30日申请的日本国专利申请第2006-95932 号主张优先权，这里援引其内容。
背景技术：
近年来，作为从天然气合成液体燃料的方法之一，开发了GTL(GasTo Liquid:液体燃料合成)技术。该技术是通过对天然气进行重整，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 气体，通过费-托合成反应(以下，称为"FT合成反应")合成液体碳氢化 合物，再通过对该液体碳氢化合物进行加氢及精制，制造石脑油(粗汽油)、 灯油、轻油、蜡等液体燃料制品。
采用GTL技术的液体燃料合成系统具备重整天然气生成一氧化碳气体 及氢气的重整器、和通过合成反应从重整器生成的合成气生成液体燃料的 反应器等。而且，为了提高反应器中的合成反应的反应率，需耍适当地设 定导入反应器的合成气的压力，适当地调整反应器内的反应压力。
但是，有时在重整器和反应器之间设置脱碳酸装置或配管、阀等。因 此，在以往的液体燃料合成系统中，从重整器送出的合成气的压力因这些 装置或配管等造成的压力损失，在向反应器导入时下降。结果是反应器内 的反应压力达不到适当的压力，因此合成反应的反应率降低。

发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够确 保反应器中的合成反应所需的稳定的反应压力、能提高合成反应的反应率 的液体燃料合成系统。
本发明的液体燃料合成系统具备重整器，其对碳氢化合物原料进行重整，生成以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气；反应器，其由所述 合成气中所含的一氧化碳气体及氢气来合成液体碳氢化合物；供给路径， 其从所述重整器向所述反应器供给所述合成气；第1压縮装置，其设在所 述供给路径上，将在所述重整器中生成的合成气压縮到至少所述反应器中 的规定的反应压力以上。
通过此构成，第1压縮装置将合成气压縮到从由重整器等构成的合成 气生成单元送出的合成气的压力以上，能够向反应器导入压力比反应器内 高的合成气。结果能够确保反应器中的合成反应所需的稳定的压力，能够 提高合成反应的反应率。
本发明的液体燃料合成系统还可以具备用于回收在上述重整器中生成 的合成气的热并产生水蒸气的排热锅炉；可以以在排热锅炉中产生的水蒸 气为动力源，驱动第1压縮装置。通过上述构成，排热锅炉回收在重整器 中生成的合成气的热能，产生水蒸气。从排热锅炉产生的水蒸气成为连接 在第1压缩装置上的蒸汽汽轮机的动力源，通过该蒸汽汽轮机驱动第1压 縮装置。
本发明的液体燃料合成系统还可以具备再循环路径，其使从上述反 应器的塔顶排出的未反应的合成气返回到反应器的导入口；第2压縮装置， 其设在该再循环路径上，将未反应的合成气压縮到至少反应器中的规定的 反应压力以上。通过此构成，第2压縮装置将合成气压縮到至少从反应器 送出的未反应的合成气的压力以上，能够将更高压力的合成气再次导入反 应器中。
本发明的液体燃料合成系统还可以具备用于回收在上述重整器中生成 的合成气的热并产生水蒸气的排热锅炉；可以以在排热锅炉中产生的水蒸 气为动力源，驱动第2压縮装置。通过此构成，排热锅炉回收在重整器中 生成的合成气的热能，产生水蒸气。从排热锅炉产生的水蒸气成为连接在 第2压缩装置上的蒸汽汽轮机的动力源，通过该蒸汽汽轮机驱动第2压缩 装置。
本发明的液体燃料合成系统还可以具备排热锅炉，其回收在上述重 整器中生成的合成气的热，产生水蒸气；和发电机，其以在排热锅炉中产 生的水蒸气为动力源而被驱动，并向液体燃料合成系统内的各装置供给电力。通过此构成，排热锅炉回收在重整器中生成的合成气的热能，产生水 蒸气。从排热锅炉产生的水蒸气成为连接在发电机上的蒸汽汽轮机的动力 源，发电机通过该蒸汽汽轮机驱动来进行发电。
也可以将上述排热锅炉产生的水蒸气从排热锅炉不减压地直接供给到 发电机。通过此构成，能够有效地利用从排热锅炉产生的水蒸气保有的能 里。
如上所述，根据本发明，能够确保反应器中的合成反应所需的稳定的 反应压力，能提高合成反应的反应率。


图1是表示本发明的实施方式的液体燃料合成系统的整体构成的简略图。
图2是表示本发明的实施方式的液体燃料合成系统中的髙压蒸汽系统 的构成例的模块图。
图3表示本发明的实施方式的液体燃料合成系统中的压缩机的构成的 简略图。
符号说明
1…液体燃料合成系统，3…合成气生成单元，5…FT合成反应单元，7… 制品精制单元，10…脱硫反应器，12…重整器，14…排热锅炉，16、 18、 34、 38、 56、 58、 60…气液分离器，20…脱碳酸装置，22…吸收塔，24... 再生±荅，26…氢分离装置，30…气泡塔式反应器，32…导热管，36…分离 器，40…第1精馏塔，50…蜡馏分加氢裂化反应器，52…灯油及轻油馏分 加氢精制反应器，54…石脑油馏分加氢精制反应器，70…第2精馏塔，72… 石脑油稳定器，110…第1压縮装置，112…蒸汽汽轮机，114…压縮机，116… 电机部，120…第2压縮机，132…蒸汽汽轮机，134…发电机，136…蓄电 设备，138…变电站，140、 142、 144、 146、 150…配管
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细地说明。再有，在本说明书及附图中，对于具有实质上相同功能构成的构成要素使用相同 的符号，并省略重复的说明。
首先，参照图1，对本发明的实施方式的实行GTL (Gas To Liquid)工 艺的液体燃料合成系统1的整体构成及工作进行说明。图1是表示木实施 方式的液体燃料合成系统I的整体构成的简略图。
如图1所示，本实施方式的液体燃料合成系统I是实行将天然气等碳 氢化合物原料转换成液体燃料的GTL工艺的成套设备(plant)。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和制品精制单元7构成。 合成气生成单元3对碳氢化合物原料即夭然气进行重整，生成含有一氧化 碳气体和氢气的合成气。FT合成单元5通过费-托合成反应(以下，称为"FT 合成反应")，由生成的合成气生成液体碳氢化合物。制品精制单元7对通 过FT合成反应生成的液体碳氢化合物进行加氢精制，制造液体燃料(石脑 油、灯油、轻油等)。以下，对上述各单元的构成要素进行说明。
首先，对合成气生成中-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IO、重整器12、排热锅炉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，用于 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。排热锅炉14回收在重整器12中生成的合成气的排热，产生高压蒸 汽。气液分离器16将在排热锅炉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从在排热锅炉14被冷却 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进行再生的再生塔24。氨 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。伹是，上述脱碳酸装置20根据情况有吋不需耍设置。
其中，重整器12例如通过用下述的化学反应式(1)、 (2)表示的水蒸 气碳酸气重整法，采用二氧化碳和水蒸气对夭然气进行重整，生成以一氧 化碳气体和氢气为主成分的高温的合成气。再有，该重整器12所用的宽整 法并不限定于上述水蒸气碳酸气重整法的例子，例如，也能够利用水蒸气重整法、采用了氧的部分氧化重整法(POX)、将部分氧化重整法和水蒸气 重整法组合而成的自热重整法(ATR)、碳酸气重整法等。
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此外，氢分离装置26被设在从连接脱碳酸装置20或气液分离器18与 气泡塔式反应器30的主配管分支出去的分支线上。该氢分离装置26例如 由利用压力差进行氢的吸附和解吸的氢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 各吸附塔依次重复进行氢的加压、吸附、解吸(减压)、净化的各工序，能 够将从合成气分离的纯度高的氢气(例如99.999%左右)连续地供给到反应 器。
再有，作为氢分离装置26中的氢气分离方法，并不限定于上述氢PSA 装置这样的压力变动吸附法的例子，例如，也可以采用储氢合金吸附法、 膜分离法、或它们的组合等。
接着，对FT合成单元5进行说明。FT合成单元5例如主要具备气泡 塔式反应器30、气液分离器34、分离器36、气液分离器38、和第1精馏 塔40。气泡塔式反应器30使在上述合成气生成单元3中生成的合成气、即 一氧化碳气体和氢气发生FT合成反应，生成液体碳氢化合物。气液分离器 34将在气泡塔式反应器30内配设的导热管32内流通且被加热的水分离成 水蒸气(中压蒸汽)和液体。分离器36被连接在气泡塔式反应器30的中 央部，对催化剂和液体碳氢化合物产物进行分离处理。气液分离器38被连 接在气泡塔式反应器30的上部，对未反应的合成气及气体碳氢化合物产物 进行冷却处理。第1精馏塔40对从气泡塔式反应器30经由分离器36、气 液分离器38供给的液体碳氢化合物进行蒸馏，根据沸点而分离、精制各制 品馏分。
其屮，气泡塔式反应器30是在将合成气合成为液体碳氢化合物的反应 器的一个例子，具有作为通过FT合成反应从合成气合成液体碳氢化合物的 FT合成用反应器的功能。该气泡塔式反应器30例如由在塔式的容器内部 储留有包含催化剂和介质油的浆液的气泡塔式悬浮床式反应器(也称作"气泡塔式浆液床式反应器")构成。该气泡塔式反应器30通过FT合成反应从 合成气生成液体碳氢化合物。详细地讲，在该气泡塔式反应器30中，原料 气体即合成气从气泡塔式反应器30的底部的分散板变成气泡而供给，在包 含催化剂和介质油的桨液内通过，在悬浊状态中如下述化学反应式(3)所 示，氢气和一氧化碳气体发生合成反应。
2nH2 + nCO—(—CH广)n + nH20 (3)
由于该FT合成反应是放热反应，因此气泡塔式反应器30为在内部配 设了导热管32的热交换器型，例如供给水(BFW: Boiler Feed Water,锅 炉给水)来作为冷却剂，可通过浆液和水的热交换来作为中压蒸汽回收上 述FT合成反应的反应热。
最后，对制品精制单元7进行说明。制品精制单元7例如具备蜡馏 分加氢裂化反应器50、灯油及轻油馏分加氢精制反应器52、石脑油馏分加 氢精制反应器54、气液分离器56、 58、 60、第2精馏塔70、石脑油稳定器 72。蜡馏分加氢裂化反应器50被连接在第1精馏塔40的下部。灯油及轻 油馏分加氢精制反应器52被连接在第1精馏塔40的中央部。石脑油馏分 加氢精制反应器54被连接在第1精馏塔40的上部。气液分离器56、 58、 60分别与这些加氢反应器50、 52、 54对应地设置。第2精馏塔70根据沸 点对从气液分离器56、 58供给的液体碳氢化合物进行分离和精制。石脑油 稳定器72对从气液分离器60及第2精馏塔70供给的石脑油馏分的液体碳 氢化合物进行精馏，将比丁垸轻的成分排向尾气(排气)侧，分离回收碳 数为Cs以上的成分作为制品的石脑油。
接着，对通过上述构成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。
从天然气田或天然气成套设备等外部的天然气供给源(未图示)，向液 体燃料合成系统1供给作为碳氢化合物原料的天然气(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)。
具体是，首先，将上述天然气与由氢分离装置26分离得到的氢气一同 供给到脱硫反应器10。脱硫反应器10采用该氢气将天然气中所含的硫成分 通过例如ZnO催化剂进行氢化脱硫。通过如此预先将天然气脱硫，能够防止重整器12及气泡塔式反应器30等中使用的催化剂的活性因硫而降低。 被如此脱硫的天然气(也可以含有二氧化碳)在与从二氧化碳供给源 (未图示)供给的二氧化碳(C02)气体和在排热锅炉14产生的水蒸气混 合后，被供给到重整器12。重整器12例如利用上述的水蒸气碳酸气重整法， 利用二氧化碳和水蒸气对天然气进行重整，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，向重整器12供给例如重整器12具备的燃 烧器用的燃料气体和空气，通过该燃烧器中的燃料气体的燃烧热，供给吸 热反应即上述水蒸气碳酸气重整反应所需的反应热。
将如此在重整器12中生成的高温的合成气(例如，900'C、 2.0MPaG) 供给到排热锅炉14,通过与在排热锅炉14内流通的水的热交换将该合成气 冷却(例如400'C)，排热被回收。此时，将在排热锅炉14中被合成气加热 的水供给到气液分离器16，从该气液分离器16将气体部分以高压蒸汽(例 如3.4 10.0MPaG)供给到重整器12或其它外部装置，将液体部分的水返 回到排热锅炉14。
另一方面，在排热锅炉14中被冷却的合成气，当在气液分离器18中 分离除去冷凝液部分后，供给到脱碳酸装置20的吸收塔22、或气泡塔式反 应器30。吸收塔22通过将在合成气中所含的碳酸气吸收到贮存的吸收液内， 从该合成气中除去碳酸气。将该吸收塔22内的含有碳酸气的吸收液导入到 再生塔24中，例如用蒸汽加热含有该碳酸气的吸收液，进行汽提处理，将 释放的碳酸气从再生塔24送入到重整器12中，再利用于上述重整反应。
这样一来，将在合成气生成单元3中生成的合成气供给到上述FT合成 单元5的气泡塔式反应器30。此时，供给到气泡塔式反应器30的合成气的 组成比被调整为适合FT合成反应的组成比(例如，H2 : CO=2 : I(摩尔比))。 再有，供给到气泡塔式反应器30的合成气，通过设在连接脱碳酸装置20 和气泡塔式反应器30的合成气供给路径的配管150上的第1压縮装置110 被升压到适合FT合成反应的压力(例如3.6MPaG)，但详细情况后述。
此外，将通过上述脱碳酸装置20分离了碳酸气的合成气的一部分也供 给到氢分离装置26。氢分离装置26如上所述通过利用压力差的吸附、解吸 (氢PSA)，分离在合成气中所含的氢气。将该被分离的氢从储气罐(未图 示)等，经由压縮机(未图示)，连续地供给到在液体燃料合成系统l内利用氢进行规定反应的各种利用氢的反应装置(例如，脱硫反应器10、蜡馏 分加氢裂化反应器50、灯油及轻油馏分加氢精制反应器52、石脑油馏分加 氢精制反应器54等)。
接着，上述FT合成单元5从由上述合成气生成单元3生成的合成气， 通过FT合成反应合成液体碳氢化合物。
具体是，从气泡塔式反应器30的底部流入由上述合成气生成单元3生 成的合成气，在储留在气泡塔式反应器30内的催化剂浆液内上升。此时， 在气泡塔式反应器30内，通过上述的FT合成反应，在该合成气中所含的 一氧化碳和氢气发生反应，生成碳氢化合物。而且，在该合成反应时，通 过使水在气泡塔式反应器30的导热管32内流动，除去FT合成反应的反应 热，通过该热交换使被加热的水气化而成为水蒸气。该水蒸气在气液分离 器34中液化而成的水返回到导热管32，气体部分作为中压蒸汽(例如1.0 2.5MPaG)被供给到外部装置。
如此一来，从气泡塔式反应器30的中央部取出在气泡塔式反应器30 中合成的液体碳氢化合物，导入到分离器36。分离器36将取出的浆液中的 催化剂(固体部分)和含有液体碳氢化合物产物的液体部分分离。将分离 出的催化剂的一部分返回到气泡塔式反应器30，将液体部分供给到第1精 馏塔40。此外，从气泡塔式反应器30的塔顶，将未反应的合成气和合成的 碳氢化合物的气体部分导入到气液分离器38。气液分离器38将这些气体冷 却，分离一部分的冷凝部分的液体碳氢化合物，导入第1精馏塔40。另一 方面，对于由气液分离器38分离得到的气体部分，将未反应的合成气(CO 和H2)再投入到气泡塔式反应器30的底部，再利用于FT合成反应，此外， 将以制品对象以外的碳数少(C4以下)的碳氫化合物气体为主成分的排气 (尾气)导入到外部的燃烧设备(未图示)中，燃烧后向大气中排放。
另一方而，对于在气液分离器38中被分离的气体部分，将制品对象以 外的碳数少(Ct以下)的碳氢化合物气体及未反应的合成气(CO和H2)， 通过设在再循环路径的配管142、 146上的第2压缩装置120吸引所需的量， 经由配管140、 142、 146，再导入到气泡塔式反应器30的底部。其中的未 反应的合成气(CO和H2)被再利用于FT合成反应。此外，在气液分离器 38被分离出的气体部分的一部分，作为以C4以下的碳氢化合物气体和未反应的合成气为主成分的排气(尾气)，经由配管140、 144导入到外部的燃 烧设备(未图示)中，燃烧后向大气中排放。
接着，第1精馏塔40加热如上所述从气泡塔式反应器30经由分离器 36、气液分离器38供给的液体碳氢化合物(碳数为多样)，利用沸点的差 异进行分馏，分离、精制成石脑油馏分(沸点大约低于3151C)、灯油及轻 油馏分(沸点大约为315 800'C)、蜡馏分(沸点大约高于800'C)。将从 该第1精馏塔40的底部取出的蜡馏分的液体碳氢化合物(主要为C2I以上) 移送到蜡馏分加氢裂化反应器50，将从第1精馏塔40的中央部取出的灯油 及轻油馏分的液体碳氢化合物(主要为C C2D)移送到灯油及轻油馏分加 氢精制反应器52，将从第1精馏塔40的上部取出的石脑油馏分的液体碳氢 化合物(主要为C5 Cw)移送到石脑油馏分加氢精制反应器54。
蜡馏分加氢裂化反应器50利用从上述氢分离装置26供给的氢气，将 从第1精馏塔40的下部供给的碳数多的蜡馏分的液体碳氢化合物(一般为 C2,以上)加氢裂化，将碳数降低到C20以下。在该加氢裂化反应中，禾U用
催化剂和热，切断碳数多的碳氢化合物的C-C键，生成碳数少的低分子量 的碳氢化合物。通过该蜡馏分加氢裂化反应器50，含有被加氢裂化了的液 体碳氢化合物的产物在气液分离器56中被分离成气体和液体，其中的液体 碳氢化合物被移送到第2精馏塔70，气体部分(含有氢气)被移送到灯油 及轻油馏分加氢精制反应器52及石脑油馏分加氢精制反应器54。
灯油及轻油馏分加氢精制反应器52采用从氢分离装置26经由蜡馏分 加氣裂化反应器50供给的氢气，对从第1精馏塔40的中央部供给的碳数 为中等程度的灯油及轻油馏分的液体碳氢化合物(一般为C C2())进行加 氢精制。该加氢精制反应是对上述液体碳氢化合物的不饱和键加成氢使其 饱和而生成直链状饱和碳氢化合物的反应。结果是含有被加氢精制了的液 体碳氢化合物的产物在气液分离器58中被分离成气体和液体，其中的液体 碳氫化合物被移送到第2精馏塔70，气体部分(含有氢气)被再利用于上 述加氢反应。
石脑油馏分加氢糈制反应器54采用从氢分离装置26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的上部供给的碳数少的石 脑油馏分的液体碳氢化合物d为C,o以下)进行加氢精制。结果是含有被加氢精制的液体碳氢化合物的产物在气液分离器60中被分离成气体和液 体，其中的液体碳氢化合物被移送到石脑油稳定器72，气体部分(含有氢 气)被再利用于上述加氢反应。
接着，第2精馏塔70对如上所述从蜡馏分加氢裂化反应器50及灯油 及轻油馏分加氢精制反应器52供给的液体碳氢化合物进行蒸馏，分离精制 成碳数为C,o以下的碳氢化合物(沸点大约低于315'C)、灯油(沸点大约 为315 450'C)、及轻油(沸点大约为450 800X:)。从第2精馏塔70的 下部取出轻油，从中央部取出灯油。另一方面，从第2精馏塔70的塔顶取 出碳数为C,o以下的碳氢化合物气体，供给到石脑油稳定器72。
而且，在石脑油稳定器72中对从上述石脑油馏分加氢精制反应器54 及第2精馏塔70供给的碳数为CIQ以下的碳氢化合物进行蒸馏，分离精制 作为制品的石脑油(C5 C1Q)。由此，从石脑油稳定器72的下部取出高纯 度的石脑油。另一方面，从石脑油稳定器72的塔顶排出以制品对象以外的 碳数在规定数以下(C4以下)的碳氢化合物为主成分的排气(尾气)。将该 排气导入到外部的燃烧设备(未图示)中，燃烧后向大气中排放。
以上，对液体燃料合成系统1的工作(GTL工艺)进行了说明。根据 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 Cm: 粗汽油)、灯油(C C15:煤油)及轻油(CI6 C2D:粗柴油)等清洁的液 体燃料。而且，在本实施方式中，优点是通过在重整器12中采用上述水 蒸气碳酸气重整法，可有效地利用作为原料的天然气中所含的二氧化碳， 且能够通过重整器12的1次反应高效率地生成适合上述FT合成反应的合 成气的组成比(例如，H2:CO=2: 1 (摩尔比))，不需要氢浓度调节装置 等。
可是，在以往的液体燃料合成系统中，不设置第1压縮装置110或第2 压縮装置120，因而存在从重整器送出的合成气及从气泡塔式反应器的塔顶 送出的合成气的压力因装置或配管等的压力损失，而在导入气泡塔式反应 器时之前降低的问题。此外，存在当将压力下降的合成气导入气泡塔式反 应器时，气泡塔式反应器内的合成反应的反应率恶化的问题。
而且，在液体燃料合成系统中，在对天然气进行重整来生成含有一氧 化碳气体和氢气的合成气的重整器的重整工序中，由于排出接近大约1000x:的排气，因此可用排热锅炉回收排热，使其产生高压且大量的水蒸气。 该高压蒸汽以往多以减压了的状态用作塔、槽设备类的加热用热源。
而且，液体燃料合成系统具有加热低温的液体而以高温供给到蒸馏塔、 或将高温的液体冷却到低温的处理操作，由于此温度落差大，因此需耍大 量的加热用水蒸气及冷却水，存在液体燃料合成系统整体的能量效率低的 问题。
因此，对于在本发明的实施方式的液体燃料合成系统i中将在排热锅
炉14产生的水蒸气用于第.1压縮装置10、第2压縮装置120及发电机134 的构成，参照图及图2进行说明。图2是表示本实施方式的液体燃料合 成系统l中的高压蒸汽系统的构成例的模块图。
如图1及图2所示，本实施方式的液体燃料合成系统1具备压縮由 重整器12合成的合成气的第1压縮装置110、压缩从气泡塔式反应器30再 循环的未反应的合成气的第2压縮装置120、和通过以在排热锅炉14产生 的水蒸气为动力源的蒸汽汽轮机132来驱动的发电机134。
在合成气流动的供给路径的配管150上，第1压縮装置110被配置在 脱碳酸装置20的下游侧。而且，为了将被第1压縮装置110压縮了的合成 气导入气泡塔式反应器30，第1压縮装置110被配置在气泡塔式反应器30 的合成气导入口的上游侧。这里，配管150作为合成气的供给路径，从排 热锅炉I4经由气液分离器18、脱碳酸装置20，连接在气泡塔式反应器30 上而构成。
第2压缩装置120被配置在将从气泡塔式反应器30的塔顶送出的未反 应的合成气再次导入气泡塔式反应器30的作为再循环路径的配管142、 146 上。具体是，将第2压縮装置120配置在气液分离器38的下游侧。而且， 为了将被第2压縮装置120压縮了的气体再次导入气泡塔式反应器30，第 2压縮装置120被配置在气泡塔式反应器30的合成气导入口的上游侧。这 里，连接在气液分离器38上的配管140与配管142、 146构成为再循环路 径。
接着，对第1压縮装置U0、第2压缩装置120进行具体的说明。图3 是表示本实施方式的液体燃,合成系统中的第1压縮装置110、第2压缩装 置120的构成的简略图。如图3所示，第1压縮装置110、第2压縮装置120由压縮机114、电 机部116和蒸汽汽轮机112构成。
压縮机14是通过驱动装置对气体进行压縮，并将被压縮的气体连续 送出的装置。压縮机n4具有气体的入口部114a和出口部114b，从入口部 114a导入合成气，从出口部114b送出被压縮的合成气。压縮机114例如可 使用容积式压缩机和涡轮式压縮机。作为容积式压缩机可使用往复运动式 的活塞式压縮机、旋转式的螺旋压縮机等，作为涡轮式压縮机，可使用离 心式的径向压縮机、涡轮压縮机、轴流式的轴流压缩机等。
容积式压缩机首先在室内^f闭一定容积的气体，然后，通过縮小封闭 了气体的室内的容积来增加气体的压力，压縮气体，向外部连续地排出该 被压縮了的气体。涡轮式压縮机通过使收纳在壳中的叶轮转动，通过叶轮 产生的气体的能量增加，对气体附加压力和速度，从而压縮气体，向外部 连续地排出该被压縮了的气体。
在电机部116上连接蒸汽汽轮机112的旋转轴和压缩机114的旋转轴。 电机部116通过蒸汽汽轮机112的旋转力来驱动，将其旋转力传递给压縮 机114，来驱动压縮机114。
蒸汽汽轮机112是将水蒸气的热能转换成动力的热机。蒸汽汽轮机112 由被固定的固定叶片和旋转的转动叶片构成，通过使在固定叶片发生的高 速蒸汽流碰撞转动叶片，使安装了转动叶片的转动轴旋转来得到驱动力。 从入口侧112a向蒸汽汽轮机112导入气体即水蒸气。作为蒸汽汽轮机112 可使用背压式汽轮机或凝汽式汽轮机等。背压式汽轮机将水蒸气以气体的 状态向出口侧112b排出，凝汽式汽轮机在出口侧112b通过冷却器(未图 示)冷却水蒸气，以液体即水的形式排出。
以从排热锅炉14排出的高压蒸汽作为动力源，驱动连接在压缩机114 上的蒸汽汽轮机I12。因此，在蒸汽汽轮机1I2上连接用于导入高压蒸汽的 水蒸气配管。该水蒸气配管以连接可取出从排热锅炉14排出的高压蒸汽的 气液分离器16和蒸汽汽轮机U2的方式设置。此外，在蒸汽汽轮机112上， 设有排出口 ，该排出口用于排出高压蒸汽通过能量转换而冷凝形成的冷凝 水(冷凝物)。
接着，对本实施方式的液体燃料合成系统1中的高压蒸汽的供给对象的第1压縮装置110、第2压縮装置120的工作，参照图2及图3进行说明。 首先，就对由重整器12合成的合成气进行压縮的第1压縮装置110的工作 进行以下的说明。合成气在从重整器12排出后，通过排热锅炉14而被冷 却，再经由脱碳酸装置20,通过作为供给路径的配管150，被导入到第1 压縮装置110。第1压縮装置IIO压縮该导入的合成气。具体是，合成气的 压力在从重整器12排出时，例如大约为2.0MPaG，然后，在从脱碳酸装置 20排出时，例如大约为1.8MPaG。然后，导入到第1压縮装置110的合成 气的压力例如上升到3.6MPaG。从第1压縮装置110排出的合成气被导入 到气泡塔式反应器30。因配管等的压力损失，此时的合成气压力例如大约 为3.2MPaG。
为了提高气泡塔式反应器30中的FT合成反应的反应率，需要适当地 设定导入气泡塔式反应器30的合成气的压力，适当地调整气泡塔式反应器 30内的反应压力。如上所述，本实施方式由于通过设置第1压縮装置110， 能够向气泡塔式反应器30导入升压到规定的反应压以上的合成气，所以能 够提高FT合成反应的反应压力，从而能够提高合成反应的反应率。
在不设置第1压縮装置110时，气泡塔式反应器30内的FT合成反应 的反应压力为从脱碳酸装置20排出时的压力，即例如大约为1.8MPaG或其 以下的值，FT合成反应的反应率例如大约为50y。。而且，本实施方式通过 设置第1压縮装置110，能够将FT合成反应的反应压力提高到例如大约 3.2MPaG，因此能够使FT合成反应的反应率上升到例如大约60^或其以上。
此外，即使因第1压缩装置110的上游侧的排热锅炉14或脱碳酸装置 20的工作、或配管、阀等的压力损失等，在配管内部产生合成气的压力变 动或脉动，第1压縮装置110也能缓冲上游侧的合成气的压力变动等。因 此，第1压縮装置110能够稳定地向第1压縮装置110的下游侧供给升压 了的合成气。所以，本实施方式通过在气泡塔式反应器30的合成气导入侧 的上游设置第1压縮装置110，能够向气泡塔式反应器30供给压力稳定的 合成气。其结果是，由于气泡塔式反应器30内的FT合成反应的反应压力 也稳定，因而能够使FT合成反应稳定。
而且，以从排热锅炉14中产生的高压蒸汽为动力源来驱动第1压縮装 置IIO。如上所述，在液体燃料合成系统l中，由于存在大量剩余的高压蒸汽，因而能够将该高压蒸汽作为连接在第1压縮装置110上的蒸汽汽轮机 112的动力源来利用。而且，与以第1压縮装置110的动力为电力时相比， 可抑制电力的消费。其结果是，本实施方式能够提高液体燃料合成系统1 整体的能量效率。
2压縮装置进行说叨Z在4泡塔式反应器30 二，导I的合:气不是^ 部反应，例如存在大约40%的未反应气体。未反应的合成气在从气泡塔式 反应器30的塔顶被送出后，经由气液分离器38，通过配管140、 142、 146， 再次被导入到气泡塔式反应器30的上游侧。第2压縮装置120压縮该未反 应的合成气。具体是，从气泡塔式反应器30的塔顶送出的、导入第2压縮 装置120前的合成气的压力为"BR〉A例如大约为3.0MPaG。然后，被第2 压縮装置120压縮了的合成气的压力上升到例如3.6MPaG。结果与上述第1 压縮装置110时同样，能够将升压后的合成气导入气泡塔式反应器30，能 够提高气泡塔式反应器30内的FT合成反应的反应压力。从而，能够提高 FT合成反应的反应率。
此外，第2压縮装置120与第1压縮装置110同样，能够缓冲上游侧 的压力变动等，能够向下游侧的气泡塔式反应器30的导入口供给压力稳定 的合成气。其结果是，因气泡塔式反应器30内的压力稳定，从而能使FT 合成反应稳定。
第2压縮装置120由以从排热锅炉14中产生的高压蒸汽为动力源的蒸 汽汽轮机112来驱动。与第1压縮装置110的情况同样，由于能够有效地 利用液体燃料合成系统1中的剩余髙压蒸汽，可抑制电力的消费，因而能 够提高液体燃料合成系统1整体的能量效率。
接着，对由蒸汽汽轮机132驱动的发电机134进行说明。首先，将蒸 汽汽轮机132连接在用于流通高压蒸汽的水蒸气配管系统上。具体是，水 蒸气配管以连接可取出从排热锅炉14排出的高压蒸汽的气液分离器16和 蒸汽汽轮机132的方式设置。而且，蒸汽汽轮机132和发电机134相互连 接地设置，使得蒸汽汽轮机132能够将通过高压蒸汽得到的动力传递给发 电机134。
以从排热锅炉14中产生的高压蒸汽作为动力源来驱动蒸汽汽轮机132。而且，通过旋转蒸汽汽轮机132能够驱动发电机134，产生电力。此时，由 于能够不使高压蒸汽鄉压地直接使蒸汽汽轮机132旋转，因此能够有效地 利用高压蒸汽所具有的能量。此外，由于能够有效地利用从排热锅炉14排 出的剩余高压蒸汽，因而能够提高液体燃料合成系统1整体的能量效率。
通过发电机134得到的电被供给到例如液体燃料合成系统1的蓄电设 备136来进行蓄电。蓄电设备136为了储存由发电机134得到的电力，与 发电机134电连接地设置。此外，变电站138接收蓄电设备136蓄积的电 力，为了将电力供给到液体燃料合成系统1的各装置，该变电站138与液 体燃料合成系统1的各装置电连接地设置。
在蓄电设备136蓄积的电通过变电站138供给到液体燃料合成系统1 中的各装置。具体是，由发电机134产生的电可用于第1压縮装置110、第 2压縮装置120、使流体流动的泵、或从重整器12排出排气时所用的风扇 等。此外，也能够将上述电用于对脱碳酸装置20中的二氧化碳吸收液进行 再生时使用的例如泵等旋转设备。其结果是，可提高液体燃料合成系统1 整体的能量效率。
此外，通过在蓄电设备136中蓄电，能够稳定地向液体燃料合成系统1 供电。也就是说，在液体燃料合成系统I的起动时或维修时，能够使用蓄 积的电。而且，蓄电设备136的设置也能成为在停电等的紧急情况下不损 坏液体燃料合成系统1的措施。例如，在使水蒸气循环的系统中，在停电 时也能使泵连续地运转，进行冷却，因而能够防止设备类、反应器的温度 上升及因温度上升造成的设备类、反应器的损坏。
如上所述，在液体燃料合成系统l中，为了冷却从重整器12排出的高 温(例如900 1000'C)的合成气(例如冷却到大约400'C)，在排热锅炉 14中循环大量的水。因此，与一般的成套设备相比，产生大量高压蒸汽。 如上所述，该高压蒸汽在液体燃料合成系统1中，被供给到重整器12，用 于重整器12中的天然气的重整。此外，高压蒸汽在减压后还可用于配管的 示踪、或成套设备各处的升温。
而且，在液体燃料合成系统1中，由于产生大量的高压蒸汽，因此如 果仅是上述的利用，则仍残存剩余的高压蒸汽。因而，剩余的高压蒸汽以 水的形式而被回收，然后废弃，但在这种情况下，将高压蒸汽具有的热能白白地浪费掉。因此，将从排热锅炉14中产生的髙压蒸汽供给到第1压縮 装置IIO、第2压縮装置120、发电机134的蒸汽汽轮机132。其结果是， 能够将高压蒸汽的热能转换成动力，能够有效地利用高压蒸汽。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，当然本发明 并不限定于上述例子。显然，只要是本领域技术人员，就能在权利要求的 范围内想到各种变更例或修正例，这些当然也可以理解为属于本发明的技 术范围。
例如，在上述实施方式中，作为供给液体燃料合成系统I的碳氢化合 物原料采用天然气，但也不限定于此例，例如也可以釆用沥青、渣油等其 它碳氢化合物原料。
此外，在上述实施方式中，作为气泡塔式反应器30中的合成反应，通 过FT合成反应合成液体碳氢化合物，但本发明并不限定于此例。作为气泡 塔式反应器中的合成反应，例如，也能够适用于羰基合成(羰基化反应) "R CH=CH2+CO+H2—R CH2CH2CHO "、甲醇合成"CO+2H2—CH3OH "、 二甲醚(DME)合成"3CO+3H2—CH3OCH3+C02"等。
此外，在上述实施方式中，作为将合成气合成为液体碳氢化合物的反 应器，采用了气泡塔式悬浮床式反应器，但本发明并不限定于此例，例如， 也可以采用固定床式反应器等来进行FT合成反应。
此外，在上述实施方式中，示出了通过以高压蒸汽作为动力的蒸汽汽 轮机112驱动第1压縮装置110、第2压縮装置120的例子，但也不限定于 此例，也可以在第1压縮装置110的电机部116上连接电源，通过电力驱 动第1压縮装置U0、第2压縮装置120，另外也可以并用水蒸气和电力来 进行驱动。
此外，在上述实施方式中，作为连接在第1压縮装置110、第2压缩装 置120上的蒸汽汽轮机12，示出了以从排热锅炉14排出的高压蒸汽为动 力源的例子，但也不限定于此例，也可以以经过气泡塔式反应器30的导热 管而产生的中压蒸汽为动力源。
本发明涉及液体燃料合成系统具备重整器，其对碳氢化合物原料进 行重整，生成以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气；反应器，其由所 述合成气中所含的一氧化碳气体及氢气来合成液体碳氢化合物；供给路径，其从所述重整器向所述反应器供给所述合成气；第1压縮装置，其设在所 述供给路径上，将在所述重整器中生成的合成气压縮到至少所述反应器中 的规定的反应压力以上。
根据本发明的液体燃料合成系统，能够确保反应器屮的合成反应所需 的稳定的反应压力，能够提高合成反应的反应率。
权利要求
1、一种液体燃料合成系统，具备重整器，其对碳氢化合物原料进行重整，生成以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气；反应器，其由所述合成气中所含的一氧化碳气体及氢气来合成液体碳氢化合物；供给路径，其从所述重整器向所述反应器供给所述合成气；第1压缩装置，其设在所述供给路径上，将在所述重整器中生成的合成气压缩到至少所述反应器中的规定的反应压力以上。
2、 根据权利要求1所述的液体燃料合成系统，其中，该液体燃料合成 系统还具备排热锅炉，该排热锅炉回收在所述重整器中生成的合成气的热， 并产生水蒸气以在所述排热锅炉中产生的水蒸气为动力源，驱动所述第 1压縮装置。
3、 根据权利要求1所述的液体燃料合成系统，其中，该液体燃料合成 系统还具备再循环路径，其使从所述反应器排出的未反应的合成气返回 到所述反应器的导入口；第2压縮装置，其设在所述再循环路径上，将所 述未反应的合成气压縮到至少所述反应器中的规定的反应压力以上。
4、 根据权利要求3所述的液体燃料合成系统，其中，该液体燃料合成 系统还具备排热锅炉，该排热锅炉回收在所述重整器中生成的合成气的热， 并产生水蒸气；以在所述排热锅炉中产生的水蒸气为动力源，驱动所述第2 压縮装置。
5、 根据权利要求1所述的液体燃料合成系统，其中，该液体燃料合成 系统还具备排热锅炉，其回收在所述重整器中生成的合成气的热，并产 生水蒸气；发电机，其以在所述排热锅炉中产生的水蒸气为动力源而被驱 动，并向所述液体燃料合成系统内的各装置供给电力。
6、根据权利要求5所述的液体燃料合成系统，其中，将在所述排热锅 炉中产生的水蒸气从所述排热锅炉不减压地直接供给到所述发电机。
全文摘要
本发明的液体燃料合成系统(1)具备重整器(12)，其对碳氢化合物原料进行重整，生成以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气；气泡塔式反应器(30)，其由合成气中所含的一氧化碳气体及氢气来合成液体碳氢化合物；配管(150)，其作为从重整器(12)向气泡塔式反应器(30)供给合成气的供给路径；第1压缩装置(110)，其将在重整器(12)生成的合成气压缩到至少气泡塔式反应器(30)中的规定的反应压力以上。
文档编号C10G2/00GK101432395SQ20078001567
公开日2009年5月13日 申请日期2007年3月29日 优先权日2006年3月30日
发明者大西康博, 若村修, 藤本健一郎 申请人:新日铁工程技术株式会社