烃合成反应装置的启动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及烃合成反应装置的启动方法。
[0002] 本申请基于2012年11月9日在日本申请的日本特愿2012-247727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 To Liquids :液体燃料合成）技术，在GTL技术中，对天然气进行转化而生成以一氧化碳气体 (C0)和氢气（H2)为主成分的合成气，使用催化剂通过费-托合成反应（以下称为"FT合 成反应"）以该合成气作为原料气来合成烃，进而对该烃进行加氢和精制，由此制造石脑油 (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] FT合成反应是放热反应，而且依赖于温度，其有温度越高则反应越进行的倾向。另 外，在无法除去反应所产生的热时，反应被促进，从而温度急剧上升，引起催化剂的热劣化。 通常浆料介由导热管被从导热管内通过的制冷剂所冷却，但是为了进行C0转化率（FT合成 反应中消耗的C0量与反应容器的气体入口的C0量的比例）高的运转，使浆料适当地冷却， 因此需要较宽地确保与浆料接触的导热管的有效除热管面积。导热管在反应容器内通常沿 着垂直方向进行配置。因此，导热管的有效除热管面积根据反应容器内的浆料的液面高度 而确定。即，反应容器内的浆料的液面高度越高，则导热管的有效除热管面积越宽。
[0006] 因此，就以往通常进行的反应容器的启动方法而言，从使C0转化率早点上升的目 的考虑，要较宽地确保导热管的有效除热管面积，为此将初始投入浆料填充至反应容器内 直至达到与稳定运转时的浆料的液面高度相同程度的液面高度（例如参照下述专利文献 1)〇
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :美国专利申请公开第2005/0027020号说明书
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的问题
[0011] 在烃合成反应装置中的启动时填充至反应容器内的初始投入浆料中的介质液是 无法成为产品的不合格品（off-spec)，其若不先被FT合成反应所产生的液体烃全部置换， 就无法开始产品的生产。
[0012] 就上述现有的烃合成反应装置的启动方法而言，将初始投入浆料填充至与稳定运 转时的浆料的液面高度相同程度的液面高度，因此为了将初始填充的介质液置换成FT合 成反应中产生的液体烃需要很长时间，并且在将初始填充了的介质液置换完成为止的期 间，供给至反应容器的原料不会成为产品而会被废弃处理，从而白白浪费。
[0013] 即，现有的烃合成反应装置的启动方法存在启动需要时间长并且工厂的经济性变 差这样的问题。
[0014] 在这种状况下，本发明的发明者们考虑了填充比稳定运转时的浆料量少的初始投 入浆料量。但是，在该情况下，浆料的液面高度虽小于稳定运转时的浆料的液面高度，但相 应地这使得浆料冷却的导热管的有效除热管面积变窄，无法高效地冷却浆料。因此，FT合 成反应得到促进，从而浆料温度急剧上升，如上所述有可能会引起催化剂的热劣化。
[0015] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于：提供一种烃合成反应装置的启动 方法，该方法缩短烃合成反应装置的启动所消耗的时间，并且减少启动时的原料的损失量， 由此能够实现工厂的经济性的改善，而且还能够防止与浆料的急剧温度上升相伴的催化剂 的热劣化。
[0016] 用于解决问题的手段
[0017] 本发明的烃合成反应装置的启动方法在反应容器内使以一氧化碳气体和氢气为 主成分的合成气与使固体的催化剂粒子悬浮于液体中而成的浆料接触，从而通过费-托合 成反应来合成烃，以具有与上述浆料接触的纵向放置的导热管的冷却机构将上述烃的合成 时所产生的反应热除去，其中，上述烃合成反应装置的启动方法包括下述工序：浆料初始填 充工序，在该工序中，在启动时向上述反应容器内填充比稳定运转时的浆料量少的初始投 入浆料量；以及C0转化率上升工序，在该工序中，将费-托合成反应开始时所合成的烃加入 到上述浆料中，由此上述浆料的液面高度上升，随着上述浆料的液面高度的上升而使C0转 化率上升。
[0018] 在启动时，以使向反应容器内的初始投入浆料量少于稳定运转时的浆料量的方式 进行填充。接着，向反应容器内供给以一氧化碳气体和氢气为主成分的合成气，同时利用加 热机构（例如使热介质从导热管中流通等机构）将浆料适当加热。然后，在浆料达到规定 温度例如150°c时，反应容器内会发生FT合成反应而生成烃。介由与浆料接触的导热管，将 合成时的反应热除去。另外，通过所生成的烃中的液体要素成分，浆料的液面高度缓缓地上 升。
[0019] 此处，由于导热管以纵向放置的方式配置，因此与浆料接触的导热管的有效除热 管面积随着浆料的液面高度的上升而缓慢地增加。即，导热管所产生的冷却能力增大。这 样，随着浆料液面的上升，冷却能力增加。
[0020] 随着浆料液面高度的上升而使C0转化率上升，换言之，在考虑由导热管所产生的 冷却能力的同时，使C0转化率上升。其结果是，能够防止浆料的急剧的温度上升，因此能够 防止催化剂的热劣化。
[0021] 另外，如上所述，使启动时的反应容器内的初始投入浆料量少于稳定运转时的浆 料量，这样就减少了初始投入浆料量，相应地能够缩短使初始填充了的介质液置换成反应 中产生的液体烃所需的时间。此外，在置换初始填充了的介质液为止的期间，供给至反应容 器后的原料不会成为产品而被废弃处理即成为损失，但是能够缩短至介质液的置换完成为 止的时间，因而能够减少启动时的原料的损失量。
[0022] 就本发明的烃合成反应装置的启动方法而言，在上述C0转化率上升工序中，可以 基于与上述浆料接触的上述导热管的有效除热管面积，计算出由上述冷却机构从上述浆料 除去的除热量，以相对于此时的上述浆料的温度变化而发生的上述除热量的变化量大于相 对于上述浆料的温度变化而发生的由烃的合成所产生的反应热量的变化量为条件，一边对 上述浆料的温度进行控制一边使上述C0转化率上升。
[0023] 在其它条件相同的情况下，浆料的温度与C0转化率为1比1的关系。即，若浆料 的温度确定，则与之相应的C0转化率毫无疑义地确定。另外，若C0转化率确定，则在FT合 成反应时的来自浆料的反应热量确定。即，若浆料的温度确定，则与之相应的来自浆料的反 应热量确定。
[0024] 因此，随着浆料的液面高度的上升，即，根据由与浆料接触的导热管所产生的冷却 能力来控制浆料的温度，由此能够在抑制由FT合成反应产生的发热所引起的急剧的温度 上升的同时使C0转化率上升。
[0025] 具体而言，以相对于浆料的温度变化而发生的上述除热量的变化量大于相对于浆 料的温度变化而发生的由烃的合成所产生的反应热量的变化量为条件，决定浆料的温度。 将浆料的温度设定为基于这种条件下所决定的温度时，就算假设在浆料温度因某些原因而 略微上升的情况下，由于相对于浆料的温度变化而发生的除热量的变化量大于相对于浆料 的温度变化而发生的由烃的合成所产生的反应热量的变化量，因而浆料的温度下降。即，浆 料的温度稳定，能够避免浆料的温度因烃的合成而急剧上升。
[0026] 就本发明的烃合成反应装置的启动方法而言，在上述C0转化率上升工序中，在对 上述浆料的温度进行控制时，可以通过使在上述导热管的内部流动的制冷剂的温度变化来 进行。
[0027] 通过控制在导热管的内部流动的制冷剂的温度，能够将与该导热管接触的浆料的 温度控制为规定温度。
[0028] 就本发明的烃合成反应装置的启动方法而言，可以在上述C0转化率上升工序中 的上述浆料的温度为150°C~240°C的范围内进行。
[0029] FT合成反应中通常所用的钴催化剂等催化剂粒子在超过150°C的温度下会促进 FT合成反应。另外，若超过240°C，则会引起热劣化。因此，若将浆料的温度控制在150°C~ 240°C的范围内，则能够适当地促进FT合成反应。
[0030] 发明效果
[0031] 根据本发明，缩短启动所消耗的时间，并且减少启动时的原料的损失量，由此能够 实现工厂的经济性的改善，而且能够防止与浆料的急剧的温度上升相伴的催化剂的热劣 化。
[0032] 根据本发明，随着浆料的液面高度的上升，即，根据由导热管所产生的冷却能力来 控制浆料的温度，由此能够在抑制由来自浆料的反应热所引起的急剧的温度上升的同时使 C0转化率上升。
[0033] 根据本发明，通过控制在导热管的内部流动的制冷剂的温度，能够将与该导热管 接触的浆料的温度控制为规定温度，进而能够在抑制由来自浆料的反应热所引起的急剧的 温度上升的同时使C0转化率高效地上升。
[0034] 根据本发明，通过将浆料的温度控制在150°C~240°C的范围内，能够适当地促进 FT合成反应。
【附图说明】
[0035] 图1是示出实施本发明的烃合成反应装置的启动方法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。
[0036] 图2是示出图1所示的烃合成反应装置的主要部分的概略构成的系统图。
[0037] 图3是示出在图1所示的烃合成反应装置中实施了本发明的实施方式的启动方法 时的气泡