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：
本发明涉及由天然气等碳氢化合物原料来合成液体燃料的液体燃料合 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2006-95534 号主张优先权，这里援引其内容。
背景技术：
近年来，作为由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。该技术是通过重整天然气，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")来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。
在以往的采用GTL技术的液体燃料合成系统中，在回收从对碳氢化合 物原料进行重整对天然气进行重整而生成以一氧化碳气体及氢气为主成分 的合成气的重整器排出的排气的热、或在进行例如FT合成反应等液体燃料 合成反应的反应器中产生的反应热时，使用热交换器等装置以蒸汽的形式 进行回收。
可是，从回收重整器的排热的装置(例如排热锅炉)或从回收反应器 的反应热的装置(例如导热管)产生的蒸汽，由于是例如压力为1.2MPaG 左右的压力比较低的蒸汽(以下称为"中压蒸汽")，因此不能有效利用， 其大部分被冷却，作为冷凝排放物而被废弃。

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，在由天然气等 碳氢化合物原料合成液体燃料的液体燃料合成系统中，有效地利用从回收重整器的排热的装置或从回收反应器的反应热的装置中产生的中压蒸汽， 提高液体燃料合成系统整体的热效率。
本发明的液体燃料合成系统的第1方式具备重整器，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；排热回 收装置，其回收从所述重整器排出的所述合成气的排热；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；热处理装 置，其利用在所述排热回收装置中产生的水蒸气，进行规定的热处理。
在本发明的液体燃料合成系统的第1方式中，上述排热锅炉等排热回 收装置在回收从重整器排出的合成气的排热时产生高压的水蒸气(高压蒸 汽)。根据本发明，通过利用该高压蒸汽作为液体燃料合成系统内的规定的 热处理装置的加热源，能够提高液体燃料合成系统整体的热效率。
本发明的液体燃料合成系统的第1方式还具备脱碳酸装置，所述脱碳 酸装置具有采用吸收液从由所述排热回收装置排出的所述合成气中分离碳 酸气的吸收塔、和对含有被所述吸收塔分离的碳酸气的所述吸收液进行加 热从而使碳酸气散发的再生塔，其中，所述热处理装置也可以是所述再生 塔。根据本发明，能够使用来自排热回收装置的高压蒸汽，作为在再生塔 中加热吸收液时的加热源。
本发明的液体燃料合成系统的第1方式还具备精馏塔，上述精馏塔对 由所述反应器合成的所述液体碳氢化合物进行加热，从而分馏成沸点不同 的多种液体燃料，其中，所述热处理装置也可以是所述精馏塔。根据本发 明，能够使用来自排热回收装置的高压蒸汽，作为在精馏塔中加热液体碳 氢化合物时的加热源。
本发明的液体燃料合成系统的第2方式具备重整器，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；反 应热回收装置，其设在所述反应器上，回收所述液体碳氢化合物的合成反 应的反应热；热处理装置，其利用在所述反应热回收装置中产生的水蒸气， 进行规定的热处理。
在本发明的液体燃料合成系统的第2方式中，上述导热管等反应热回 收装置在回收反应器的反应热时产生压力比较低的水蒸气(中压蒸汽)。根据本发明，能够利用该中压蒸汽，作为液体燃料合成系统内的规定的热处 理装置的加热源，从而能够提高液体燃料合成系统整体的热效率。
本发明的液体燃料合成系统的第2方式还具备对由所述反应器合成的 所述液体碳氢化合物进行加热、从而分馏成沸点不同的多种液体燃料的精 馏塔，其中，所述热处理装置也可以是所述精馏塔。根据本发明，能够利 用来自反应热回收装置的中压蒸汽，作为在精馏塔中加热液体碳氢化合物 时的加热源。
在本发明的液体燃料合成系统的第2方式中，所述精馏塔也可以具备 使所述精馏塔内的气压即压力减少的精馏塔用减压装置(例如真空泵等)。 由此，能够降低精馏塔内的液体燃料的沸点，使得即使是中压蒸汽这样的 能量低的水蒸气也能够用作加热源。而且，由于能够降低液体燃料的沸点， 因而能够以更少的热来分馏液体燃料，液体燃料可以不经历太多的热过程。 因此，能够提高被精制的液体燃料制品的品质。
本发明的液体燃料合成系统的第2方式还具备脱碳酸装置，所述脱碳
酸装置具有用于回收从所述重整器排出的所述合成气的排热的排热回收装 置、采用吸收液从由所述排热回收装置排出的所述合成气中分离碳酸气的 吸收塔、和对含有被所述吸收塔分离的碳酸气的所述吸收液进行加热从而 使碳酸气散发的再生塔，其中，所述热处理装置也可以是所述再生塔。根 据本发明，能够利用来自反应热回收装置的中压蒸汽，作为在再生塔中加 热吸收液时的加热源。
此外，在本发明的液体燃料合成系统的第2方式中，所述再生塔也可 以具备使所述再生塔内的气压减少的再生塔用减压装置(例如真空泵等)。 由此，能够降低吸收液的沸点，即使是中压蒸汽这样的能量低的水蒸气也 能够用作加热源。
此外，也可以在排热回收装置和热处理装置之间配设蒸汽减压装置， 使从排热回收装置产生的水蒸气减压。
根据本发明，在从天然气等碳氢化合物原料合成液体燃料的液体燃料 合成系统中，可有效地利用从回收重整器的排热的装置或从回收反应器的 反应热的装置中产生的蒸汽，作为液体燃料合成系统内的规定的热处理装 置的加热源。因此，根据本发明，通过有效地利用中压蒸汽，能够提高液体燃料合成系统整体的热效率。


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水蒸气利用的 概要的模块图。
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…气 液分离器，20…脱碳酸装置，22…吸收i荅，24…再生塔，26…氢分离装置， 30…气泡塔式反应器，32…导热管，34、 38…气液分离器，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，56、 58、 60…气液分离器， 70…第2精馏塔，72…石脑油稳定器，144…蒸汽减压装置，242、 402、 702... 热交换器，244…再生塔用减压装置，404…第1精馏塔用减压装置，704… 第2精馏塔用减压装置
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的优选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赋予相同的 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采用GTL (Gas To Liquid)工 艺的液体燃料合成系统1的整体构成及动作进行说明。图1是表示本实施 方式的液体燃料合成系统1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1是实施将天然气等碳 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天然气进行重整，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、蜡等)。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IO、重整器12、作为排热回收装置的一例的排热锅炉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IO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 气的热交换而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中被冷却的合成气中除去冷凝部分，将气体部分供给脱碳 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例如用蒸汽加 热使碳酸气散发而进行再生的再生塔24。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该合成气中所含的氢气的一部分。
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，利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。再有，该重整器12所用的重整法并 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、采用氧的部分氧化重整法(POX)、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。
CH4 + H20 — CO + 3H2 ...... (1)
CH4 + C02 — 2CO + 2H2...... (2)
此外，在气液分离器16之前设有蒸汽减压装置144。从排热锅炉14产 生的例如高压蒸汽具有3.4 10MPaG左右的压力，设置蒸汽减压装置144 是为了使该高压蒸汽减压，例如成为具有1.2 2.5MPaG左右的压力的中压蒸汽。
此外，作为用于在脱碳酸装置20中吸收、除去碳酸气而使用的吸收液，一般使用碱性的有机溶剂，作为这样的碱性的有机溶剂，例如可列举出 单乙醇胺、邻苯二酚胺、三丁胺、烯丙胺、烷醇胺等胺系溶剂。脱碳酸装 置20例如使用上述胺系溶剂作为吸收液，通过用下述的化学反应式(3) 表示的反应来吸收碳酸气，生成氨基甲酸。再有，用下述的化学反应式(3) 表示的反应是平衡反应。
RNH2 + C02 — RNHCOOH……(3)
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 各吸附塔中依次重复进行氢的加压、吸附、解吸(减压)、净化的各工序， 能够将从合成气中分离的纯度高的氢气(例如99.999%左右)连续地供给反 应器。
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内配设的作为反应热回收装置的一例的导热管 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、精制成各制品馏分。
其中，气泡塔式反应器30是将合成气合成为液体碳氢化合物的反应器 的一个例子，作为通过FT合成反应由合成气来合成液体碳氢化合物的FT 合成用反应器而发挥功能。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(也称为"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合成反应由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浆液内上升，在上升中包含在气泡中的合成气溶解在 浆液中，如下述化学反应式(4)所示，氢气和一氧化碳气体发生合成反应。 2nH2 + nCO— —(CH2)n—+ nH20……(4)
由于该FT合成反应是放热反应，因此气泡塔式反应器30为内部配设 了导热管32的热交换器型，例如供给水(BFW: Boiler Feed Water,锅炉 给水)等作为冷却剂，上述FT合成反应的反应热可通过浆液和水等的热交 换作为中压蒸汽而回收。
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 点的不同对从气液分离器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C5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由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 给脱硫反应器10。脱硫反应器10采用该氢气对含在天然气中的硫成分例如 用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中产生的水蒸气
混合后，被供给重整器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所具备的 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生成的高温的合成气(例如，900°C、 2.0MPaG)供 给排热锅炉14，通过与在排热锅炉14内流通的水的热交换而将该合成气冷 却(例如40(TC)，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，排热锅炉14中被冷却的合成气当在气液分离器18中被分 离、除去冷凝的液体部分后，供给脱碳酸装置20的吸收塔22、或气泡塔式 反应器30。吸收塔22通过将合成气中所含的碳酸气吸收在贮存的吸收液内， 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。 此外，将通过提取了碳酸气而再生的吸收液送入吸收塔22，再利用于上述 碳酸气的除去。
这样一来，将在合成气生成单元3生成的合成气供给上述FT合成单元 5的气泡塔式反应器30。此时，供给气泡塔式反应器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二2 : 1 (摩尔比))。再 有，供给气泡塔式反应器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的配管上的压縮机(未图示)被升压到适合FT合成反应的 压力(例如3.6MPaG左右)。
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)来分离合成气中所含的氢气。将该被分离的氢气从储气罐(未图示)等经由压縮机(未图示)连续地供给在液体燃料合成系统1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合成反应来合成液体碳氢化合物。
具休是，从气泡塔式反应器30的底部流入在上述脱碳酸装置20中被 分离了碳酸气的合成气，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，含在该合 成气中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，通过该热交换而被加热的水发生气化，成为水蒸气。该水蒸 气在气液分离器34液化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)供给外部装置。
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， 对于被气液分离器38分离的气体部分，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)的碳氢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。
接着，第1精馏塔40对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)进行加热，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315°C)、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C21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Ch C2。)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 d。)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，含有被加氢裂化的液体 碳氢化合物的产物在气液分离器56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中。
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Cn C2Q)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、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 碳氢化合物被移送到第2精馏塔70，气体部分(含有氢气)被再利用于上 述加氢反应。
石脑油馏分加氢精制反应器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(一般为C,。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为作为精馏塔的一种的石脑油稳定 器72中，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Q。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)、轻油(沸点大约为450 800°C)。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C1Q以下的碳氢化合物气体，供给石脑油稳定器72。
而且，在石脑油稳定器72，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Cu)以下的碳氢化合物进行蒸馏，分离、精制为 作为制品的石脑油(C5 C1())。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(Ct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的工序(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 do: 粗汽油)、灯油(C C15:煤油)及轻油(C16 C2Q: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次反应而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:C02:1 (摩尔比))，不需要氢浓度调节装 置等。
可是，以往不能有效利用在通过排热锅炉14回收由重整器12生成的 合成气的排热时所产生的高压蒸汽、或在通过导热管32回收气泡塔式反应 器30的FT合成反应的反应热时所产生的中压蒸汽，其大部分被作为冷凝 物而被回收、废弃。尤其是中压蒸汽，如上所述，由于是例如压力为1.2MPaG 左右的压力比较低的水蒸气，因此能量小，作为加热能源的利用价值低。 此外，通过排热锅炉14的热回收而产生的高压蒸汽，大多使用由单独的减 压阀或降温装置及它们的组合而形成的蒸汽减压装置144，使其成为中压蒸 汽。
因此，在本实施方式的液体燃料合成系统1中，如图1所示，通过将 利用排热锅炉14回收排热时产生的高压蒸汽(图中用圆圈围住的A)、或 利用导热管32回收反应热时产生的中压蒸汽(图中用圆圈围住的B)作为 脱碳酸装置20的再生塔24、第1精馏塔40、第2精馏塔70、石脑油稳定 器72等利用水蒸气进行规定的热处理的热处理装置的加热源，在液体燃料 合成系统内有效利用了上述高压蒸汽或中压蒸汽，提高了利用GTL技术的液体燃料合成系统1整体的热效率。
以下，基于图2，对本实施方式的液体燃料合成系统1中的通过排热锅
炉14回收排热时产生的高压蒸汽、或通过导热管32回收反应热时产生的 中压蒸汽等的水蒸气利用的详细情况进行说明。再有，图2是表示本发明 的实施方式的液体燃料合成系统中的水蒸气利用的概要的模块图。
首先，对本实施方式的再生塔24、第1精馏塔40、第2精馏塔70的 详细构成进行说明。再有，其它的构成如上述一样。
如图2所示，再生塔24具备热交换器242，作为从含有较多碳酸气的 吸收液使碳酸气散发时进行加热的加热手段。该热交换器242进行热交换， 以将高温的水蒸气所具有的热用于再生塔内的吸收液的加热，进行了热交 换后的水蒸气经由蒸汽收集器等被作为排水而排出。在本实施方式中，作 为成为该热交换器242的加热源的水蒸气，使用通过蒸汽减压装置144将 利用排热锅炉(WHB) 14回收排热而产生的高压蒸汽进行减压而得到的中 压蒸汽、或通过导热管32回收反应热而产生的中压蒸汽。利用这样的中压 蒸汽，热交换器242能够将再生塔24内的吸收液加热到大约100 14(TC'左 右。
此外，再生塔24具备使再生塔24内的压力减少的再生塔用减压装置 244。作为这样的再生塔用减压装置244，例如能够采用真空泵。作为此种 真空泵，例如可使用喷射泵，其通过泵产生高压液流，将其供给喷嘴，并 连接有利用从喷嘴以高速喷出的液体的速度能而形成的压力下降，将空气 及气体或其冷凝液吸引到该压力下降部分的管路。如此，利用再生塔用减 压装置244使再生塔24内的压力下降，从而使吸收液的沸点降低，由此， 即使使用上述中压蒸汽这样的具有低能量的水蒸气，也能充分进行吸收有 碳酸气的吸收液的再生。
此外，第1精馏塔40具备热交换器402，作为对由气泡塔式反应器30 生成的沸点不同的多种液体碳氢化合物的混合物进行分馏的加热手段。第2 精馏塔70具备热交换器702，作为对加氢反应器50、 52、 54的反应产物进 行分馏的加热手段。该热交换器402、 702进行热交换，以将高温的水蒸气 所具有的热用于第1精馏塔40及第2精馏塔70内的液体碳氢化合物的加 热，进行了热交换后的水蒸气作为液体水而被排出。在本实施方式中，作为成为该热交换器402、702的加热源的水蒸气，使用通过蒸汽减压装置144 将利用排热锅炉(WHB) 14回收排热而产生的高压蒸汽减压而得到的中压 蒸汽、或通过导热管32回收反应热而产生的中压蒸汽。利用这样的中压蒸 汽，热交换器402、 702能够将第1精馏塔40及第2精馏塔70内的液体碳 氢化合物加热到大约30(TC左右。
第1精馏塔40及第2精馏塔70分别具备可使第1精馏塔40及第2精 馏塔70内的气压、即压力减少的第1精馏塔用减压装置404及第2精馏塔 用减压装置704。作为如此的第1精馏塔用减压装置404及第2精馏塔用减 压装置704，与再生塔用减压装置244同样地例如能够采用真空泵。这样， 通过利用第1精馏塔用减压装置404及第2精馏塔用减压装置704，使第1 精馏塔40及第2精馏塔70内的气压、即压力下降，使液体碳氢化合物的 沸点降低而进行真空蒸馏等，从而即使使用上述中压蒸汽这样的具有低能 量的水蒸气，也能供给对沸点不同的液体碳氢化合物成分进行分馏所需的 足够热量。此外，由于可降低液体碳氢化合物的沸点，因此能够减少施加 给要加热的液体碳氢化合物的热量，与以往相比，能够减少经历的热过程。 由此，能够提高被精制的液体碳氢化合物制品的品质。
接着，就通过排热锅炉14回收排热时产生的高压蒸汽、或通过导热管 32回收反应热时产生的中压蒸汽等水蒸气利用的具体方法进行说明。
如图2所示，对通过脱硫反应器10除去了硫成分的天然气，利用重整 器12进行重整，生成以一氧化碳气体和氢气为主成分的合成气。通过重整 器12生成的合成气，通过排热锅炉14被回收排热。利用排热锅炉14回收 排热而产生的水蒸气(高压蒸汽)具有例如3.8MPaG左右的高压，但可利 用蒸汽减压装置144将其减压到例如1.2MPaG。另一方面，将回收了排热 的合成气送出给脱碳酸装置20的吸收塔22，利用吸收液分离碳酸气。
将通过吸收碳酸气而提高了碳酸气浓度的吸收液送入到再生塔24，进 行吸收液的再生。在再生塔24中，通过再生塔用减压装置244使再生塔24 内形成减压气氛，采用热交换器242加热含有该碳酸气的吸收液，同时从 吸收液中释放出碳酸气。通过释放碳酸气被再生塔24再生的吸收液被送入 到吸收塔22，可再利用于上述碳酸气的除去。
将除去了碳酸气的合成气导入到气泡塔式反应器30，进行FT合成反应，即液体碳氢化合物的合成反应。此时，由于FT合成反应是放热反应， 因此可通过导热管32回收FT合成反应的反应热，控制气泡塔式反应器30 内的液体碳氢化合物的温度不要过分上升。通过用该导热管32回收反应热， 产生水蒸气(中压蒸汽)。
在气泡塔式反应器30内合成的液体碳氢化合物，是含有碳数不同(沸 点不同)的各种碳氢化合物的混合物，将其送给第1精馏塔40，在第l精 馏塔40内利用沸点的差异进行分馏。在第1精馏塔40中，通过第1精馏 塔用减压装置404使第1精馏塔40内形成真空状态，采用热交换器402对 沸点不同的液体碳氢化合物的混合物进行加热，同时进行液体碳氢化合物 混合物的分馏。
被第1精馏塔40分馏的碳氢化合物成分，除了液体燃料合成系统1形 成的最终制品即石脑油、灯油、轻油以外，还含有碳数多的、或具有烯烃 等不饱和键的碳氢化合物成分。因此，通过加氢反应器50、 52、 54，通过 碳氢化合物的加氢裂化分解成碳数少的，或通过加成氢成为饱和的碳氢化 合物成分。
将该加氢反应器50、 52、 54中的反应产物再送给第2精馏塔70，在此 处被分馏成石脑油、灯油、轻油等最终的液体碳氢化合物制品(液体燃料 制品)。在第2精馏塔70中，通过第2精馏塔用减压装置704使第2精馏 塔70内形成减压状态，采用热交换器702对沸点不同的液体碳氢化合物的 混合物进行加热，同时进行液体碳氢化合物混合物的分馏。
这里，如上所述，作为在再生塔24内的热交换器242、第1精馏塔40 内的热交换器402及第2精馏塔70内的热交换器702中所使用的加热源， 可使用通过蒸汽减压装置144将利用排热锅炉14回收排热而产生的高压蒸 汽减压而得到的中压蒸汽、或利用导热管32回收反应热而产生的中压蒸汽。 因此，能够在液体燃料合成系统1内有效利用以往因水蒸气的压力比较低 而用途少、不怎么被有效利用的中压蒸汽，从而能够显著提高液体燃料合 成系统1整体的热效率。此外，通过在第1精馏塔40中的加热或第2精馏 塔70中的加热中使用能量低的中压蒸汽，能够使液体碳氢化合物所经历的 热过程减少，并可以谋求提高最终制品的品质。
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，这些当然也被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1的碳氢化合 物原料采用了天然气，但也不限定于此例，例如也可以采用沥青、渣油等 其它碳氢化合物原料。
此外，在上述实施方式中，作为本发明的气泡塔式反应器，采用气泡
塔式反应器30，通过FT合成反应来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，也能应用于羰基 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，作为热处理装置，列举出了脱碳酸装置20 的再生塔24、第1精馏塔40、第2精馏塔70的例子，但也不限定于上述 例，只要是在液体燃料合成系统中利用水蒸气进行规定的热处理的装置， 也可以是上述以外的任意的装置。例如，也可以在石脑油稳定器72等的加 热中使用中压蒸汽。
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，但本发明也不限定于此例，例如， 也可以采用固定床式反应器等进行FT合成反应。
本发明涉及一种液体燃料合成系统，其具备重整器，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；排热回 收装置，其回收从所述重整器排出的所述合成气的排热；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；热处理装 置，其利用在所述排热回收装置中产生的水蒸气来进行规定的热处理。
根据本发明的液体燃料合成系统，通过有效地利用从回收重整器的排 热的装置或从回收反应器的反应热的装置中产生的中压蒸汽，能够提高液 体燃料合成系统整体的热效率。
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；排热回收装置，其回收从所述重整器排出的所述合成气的排热；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；热处理装置，其利用在所述排热回收装置中产生的水蒸气来进行规定的热处理。
2、 根据权利要求1所述的液体燃料合成系统，其还具备脱碳酸装置， 所述脱碳酸装置具有采用吸收液从由所述排热回收装置排出的所述合成 气中分离碳酸气的吸收塔、和对含有被所述吸收塔分离的碳酸气的所述吸 收液进行加热从而使碳酸气散发的再生塔，其中，所述热处理装置是所述再生塔。
3、 根据权利要求1所述的液体燃料合成系统，其还具备对由所述反应 器合成的所述液体碳氢化合物进行加热，从而分馏成沸点不同的多种液体 燃料的精馏塔，其中，所述热处理装置是所述精馏塔。
4、 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；反应热回收装置，其设在所述反应器上，回收所述液体碳氢化合物的 合成反应的反应热；热处理装置，其利用在所述反应热回收装置中产生的水蒸气来进行规 定的热处理。
5、 根据权利要求4所述的液体燃料合成系统，其还具备对由所述反应 器合成的所述液体碳氢化合物进行加热，从而分馏成沸点不同的多种液体 燃料的精馏塔，其中，所述热处理装置是所述精馏塔。
6、 根据权利要求5所述的液体燃料合成系统，其中，所述精馏塔具备 使所述精馏塔内的气压减少的精馏塔用减压装置。
7、 根据权利要求4所述的液体燃料合成系统，其还具备脱碳酸装置， 所述脱碳酸装置具有回收从所述重整器排出的所述合成气的排热的排热 回收装置、采用吸收液从由所述排热回收装置排出的所述合成气中分离碳 酸气的吸收塔、和对含有被所述吸收塔分离的碳酸气的所述吸收液进行加 热从而使碳酸气散发的再生塔，其中，所述热处理装置是所述再生塔。
8、 根据权利要求7所述的液体燃料合成系统，其中，所述再生塔具备 使所述再生塔内的气压减少的再生塔用减压装置。
全文摘要
本发明的液体燃料合成系统(1)具备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的重整器(12)；回收从重整器(12)排出的合成气的排热的排热锅炉(14)；使合成气反应，进行液体燃料的合成反应的气泡塔式反应器(30)；设在气泡塔式反应器(30)上，用于回收液体燃料的合成反应的反应热的导热管(32)；利用从排热锅炉(14)或导热管(32)产生的水蒸气进行规定的热处理的热处理装置(24、40、70)。
文档编号C10G2/00GK101432396SQ20078001568
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