烴合成反應裝置、其啟動方法及烴合成反應系統的製作方法
2023-06-13 01:56:11 1
烴合成反應裝置、其啟動方法及烴合成反應系統的製作方法
【專利摘要】本發明的烴合成反應裝置具備：合成氣供給路，其通過第1壓縮機對合成氣進行壓縮，並供給上述合成氣；反應容器，其收納催化劑漿料；氣液分離器，其對從上述反應容器導出的未反應合成氣以及烴進行氣液分離；第1再循環路，其通過第2壓縮機對氣液分離後的未反應合成氣進行壓縮並，從而使上述未反應合成氣再循環至反應容器；和第2再循環路，其在使合成氣的導入量緩緩地增加的起動運轉時，使氣液分離後的剩餘的未反應合成氣再循環至第1壓縮機的吸入側。
【專利說明】烴合成反應裝置、其啟動方法及烴合成反應系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及烴合成反應裝置、其啟動方法及烴合成反應系統。
[0002]本申請基於2011年3月30日在日本申請的日本特願2011-076649號主張優先權，在此援引其內容。
【背景技術】
[0003]近年來，作為用於從天然氣合成液體燃料的方法之一，開發了 GTL (Gas ToLiquids:液體燃料合成)技術,在GTL技術中，對天然氣進行轉化(重整)而生成以一氧化碳氣體(CO)和氫氣(H2)為主成分的合成氣，通過費-託合成反應(以下稱為「FT合成反應」)並使用催化劑以該合成氣作為原料氣合成烴，進一步通過對該烴進行加氫和精製，製造石腦油(粗汽油)、煤油、輕油、蠟等液體燃料產品。
[0004]就用於該GTL技術的烴合成反應裝置而言，在收納有使固體的催化劑粒子(例如鈷催化劑等)懸浮在介質液(例如液體烴等)中而成的漿料的反應容器的內部，使合成氣中的一氧化碳氣體與氫氣進行FT合成反應，由此合成烴。
[0005]圖7表示現有的烴合成反應裝置的概略構成。
[0006]上述烴合成反應裝置具備:合成氣供給路31，其通過第I壓縮機34對從送出以一氧化碳氣體以及氫氣為主成分的合成氣的合成氣送出機構3送出的上述合成氣(SG)進行壓縮，並供給上述合成氣；.反應容器30，其收納使固體的催化劑粒子懸浮在液體中而成的催化劑漿料，並且通過使從合成氣供給路31供給的合成氣與催化劑漿料接觸來合成烴；氣液分離器38，其對從反應容器30導出的未反應合成氣以及烴進行氣液分離；廢氣排出路37，其將通過氣液分離器38分離後的氣體中的一部分作為廢氣排出到體系外；和再循環路32，其通過第2壓縮機35對通過氣液分離器38分離後的未反應合成氣進行壓縮，並使上述未反應合成氣再循環至反應容器30。
[0007]例如，專利文獻I中公開了具備有這樣的再循環路(循環利用管線)的烴合成反應
>J-U ρ?α裝直。
[0008]就這種烴合成反應裝置而言，啟動時，首先預先在合成氣導入前，為了確保體系內的氣體置換以及反應容器30的流動性，將作為不活潑性氣體的氮吹入體系內，經由再循環路32使其循環。此時，在以某程度確保了氮的循環量的狀態下進行循環運轉。然後，利用由氮氣產生的循環使反應容器內的催化劑漿料成為流動狀態，之後緩緩地將氮氣置換成合成氣，並且在將合成氣量保持為比額定低的流量(例如70%)的狀態下，提高反應容器30的溫度，由此使反應性(轉化率)提高，一邊確認穩定的反應狀態，一邊將合成氣導入量加載到100%而進入額定運轉。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特表2005-517698號公報
【發明內容】
[0012]發明所要解決的問題
[0013]然而，該方法有下述這樣的問題:由於流入反應容器30內的氣體流量達不到額定氣體流量的100%而為較少的流量，所以反應容器30內的漿料的攪拌不能良好地進行而不穩定，不能夠迅速地使反應性(轉化率)提高。
[0014]另外，還有下述這樣的問題:從氮循環開始到進入額定運轉為止的啟動時間花費過多。
[0015]本發明是鑑於上述情況而完成的，其目的在於，提供能夠在確保催化劑的穩定的流動狀態以及反應狀態的情況下短時間地啟動系統的烴合成反應裝置、其啟動方法及烴合成反應系統。
[0016]用於解決問題的手段
[0017]本發明的烴合成反應裝置具備:合成氣供給路，其通過第I壓縮機對從送出以一氧化碳氣體以及氫氣為主成分的合成氣的合成氣送出機構送出的上述合成氣進行壓縮，並供給上述合成氣；反應容器，其收納使固體的催化劑粒子懸浮在液體中而成的催化劑漿料，並且通過使從上述合成氣供給路供給的合成氣與上述催化劑漿料接觸來合成烴；氣液分離器，其對從上述反應容器導出的未反應合成氣以及烴進行氣液分離；廢氣排出路，其將通過上述氣液分離器分離後的氣體中的一部分作為廢氣排出到體系外；第I再循環路，其通過第2壓縮機對通過上述氣液分離器分離後的未反應合成氣進行壓縮，並使上述未反應合成氣再循環至上述反應容器；和第2再循環路，其在使由上述合成氣送出機構導入上述反應容器的合成氣的導入量從比額定運轉時處理的合成氣的處理流量小的處理流量緩緩地增加到額定運轉時的合成氣的處理流量的起動運轉時，使通過上述氣液分離器分離後的未反應合成氣中的導入上述第I再循環路的部分以外的剩餘的未反應合成氣再循環至上述第I壓縮機的吸入側。
.[0018]在本發明的烴合成反應裝置中，作為用於在上述反應容器的啟動時通過不活潑性氣體對體系內進行置換且使上述催化劑漿料流動的不活潑性氣體的循環路徑，可以設置上述第I再循環路及從上述氣液分離器與上述第I壓縮機的吸入側連通的不活潑性氣體循環路，並且上述不活潑性氣體循環路同時用作上述第2再循環路。
[0019]在本發明的烴合成反應裝置中，可以進一步具備:合流混合部，其設置於將從上述合成氣送出機構送出的上述合成氣導入至上述第I壓縮機的吸入側的位置的上遊側，並且將來自上述第2再循環路的未反應合成氣與從上述合成氣送出機構送出的合成氣合流、混合；和溫度控制機構，其以使在上述合流混合部混合的混合氣體的溫度至少成為來自上述第2再循環路的未反應合成氣的溫度的同等以上的方式進行控制。
[0020]本發明的烴合成反應系統是從烴原料製造液體燃料基材的烴合成反應系統，其具備上述烴合成反應裝置和由在上述烴合成反應裝置中生成的烴精製液體燃料基材的產品精製單元，其中，上述合成氣送出機構是對上述烴原料進行轉化而生成上述合成氣、將上述合成氣送出至上述合成氣供給路的合成氣生成單元。
[0021]本發明的烴合成反應裝置的啟動方法是下述烴合成反應裝置的啟動方法，上述烴合成反應裝置具備:合成氣供給路，其通過第I壓縮機對從送出以一氧化碳氣體以及氫氣為主成分的合成氣的合成氣送出機構送出的上述合成氣進行壓縮，並供給上述合成氣；反應容器，其收納使固體的催化劑粒子懸浮在液體中而成的催化劑漿料，並且通過使從上述合成氣供給路供給的合成氣與上述催化劑漿料接觸來合成烴；氣液分離器，其對從上述反應容器導出的未反應合成氣以及烴進行氣液分離；廢氣排出路，其將通過上述氣液分離器分離後的氣體中的一部分作為廢氣排出到體系外；第I再循環路，其通過第2壓縮機對通過上述氣液分離器分離後的未反應合成氣進行壓縮，並使上述未反應合成氣再循環至上述反應容器；和第2再循環路，其從上述氣液分離器與上述第I壓縮機的吸入側連通，上述烴合成反應裝置的啟動方法具備下述工序:第I工序，在該工序中，在向上述反應容器導入合成氣前，預先經由上述合成氣供給路將不活潑性氣體導入上述反應容器，使上述第I壓縮機以及上述第2壓縮機一起額定運轉而使上述不活潑性氣體經由上述第I再循環路以及第2再循環路循環，由此一邊從上述廢氣排出路排出廢氣一邊以不活潑性氣體對體系內進行置換，並且使上述催化劑漿料流動；第2工序，在該工序中，在使上述第I壓縮機額定運轉的狀態下，經由上述合成氣供給路以比額定運轉時的處理流量更小的流量將合成氣導入通過實施上述第I工序而使上述催化劑漿料流動了的狀態的上述反應容器中，通過使上述第2壓縮機額定運轉而使從上述反應容器導出並被上述氣液分離器分離出的未反應合成氣經由上述第I再循環路循環，並且使通過上述氣液分離器分離後的未反應合成氣中的導入上述第I再循環路的部分以外的剩餘的未反應合成氣經由上述第2再循環路循環至上述額定運轉的第I壓縮機的吸入側，由此一邊從上述廢氣排出路排出廢氣一邊以合成氣對體系內進行置換，並且將來自上述合成氣供給路的合成氣的供給流量維持在比額定運轉時的處理流量更小的規定流量；和第3工序，在該工序 中，在上述第2工序中反應穩定後的階段，使經由上述合成氣供給路而導入反應容器的合成氣的流量緩緩地增加，並且使經由上述第2再循環路循環的未反應合成氣的流量緩緩地減少，最終使經由上述合成氣供給路而導入反應容器的合成氣的流量上升到額定運轉時處理的合成氣的處理流量。
[0022]發明效果
[0023]根據本發明，在需要邊確認反應的穩定邊使導入反應容器的合成氣的導入量從預先認定為安全的低流量緩緩地增加到額定流量的起動運轉時，能夠經由第2再循環路將未反應合成氣導入用於壓縮合成氣的第I壓縮機的吸入側，所以能夠以未反應合成氣對相對於使第I壓縮機額定運轉時的合成氣的額定流量不足的流量部分進行補充。即，例如在為了防止反應的失控而被迫從低流量的合成氣的導入開始的啟動操作中，通過使第I壓縮機額定運轉，從而將混合了合成氣與未反應合成氣的混合氣體以額定流量導入反應容器，在反應容器內能夠保持穩定的流動狀態，由此能夠幾乎不用考慮由流動狀態造成的影響，通過緩緩地提高反應容器的溫度來使反應性(轉化率)上升，並且使合成氣的流量安全地增加到額定流量。
[0024]另外，在啟動時，在將合成氣導入反應容器前，以不活潑性氣體對體系內進行置換，但通過以第I壓縮機的額定流量經由第2再循環路來進行該不活潑性氣體的循環，能夠在穩定地保持反應容器內的流動狀態的狀態下進入隨後的合成氣的導入。因此，啟動時需要注意監視的現象減少，運轉操作變得容易。另外，由於將反應容器內的流動狀態保持不變，所以能夠縮短進入額定穩定運轉為止所花費的時間。另外，不以低流量對壓縮合成氣的第I壓縮機進行操作，從而能夠充分利用其性能，所以實現效率提高。
[0025]根據本發明，由於將作為不活潑性氣體的循環路徑使用的循環路同時用作使未反應合成氣循環的第2再循環路，所以能夠最大限度地有效利用設備，能夠抑制成本提高。
[0026]根據本發明，在進行未反應合成氣的循環運轉時，能夠防止未反應合成氣中所含的微量的油分冷凝而產生的故障，其結果是，能夠保障第I壓縮機穩定地運轉。
[0027]根據本發明，能夠以一系列的流程來實行下述工序:對烴原料進行轉化而生成合成氣的工序；使合成氣反應而生成烴的工序；和從烴精製液體燃料基材的工序，從而能夠穩定地生產作為最終產品的液體燃料基材。
[0028]根據本發明，通過以第I壓縮機的額定流量經由第2再循環路進行啟動時的不活潑性氣體的循環，能夠在穩定地保持反應容器內的流動狀態的狀態下進入隨後的合成氣的導入。另外，在進入合成氣的導入時以及進入後，也能夠使第I壓縮機額定運轉，從而使混合了合成氣與未反應合成氣的混合氣體以額定流量導入反應容器，所以在反應容器內能夠保持穩定的流動狀態，由此能夠幾乎不考慮由流動狀態造成的影響，通過緩緩地提高反應容器的溫度來使反應性(轉化率)上升，並且使合成氣的流量安全地增加到額定流量。因此，啟動時需要注意監視的現象減少，運轉操作變得容易。
[0029]另外，由於將反應容器內的流動狀態保持不變，所以能夠縮短到進入額定穩定運轉為止所花費的時間。另外，不以低流量對壓縮合成氣的第I壓縮機進行操作，從而能夠充分利用其性能，所以實現效率提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是表示包含本發明的一個實施方式的液體燃料合成系統的整體構成的系統圖。
[0031]圖2是表示圖1所示的烴合成反應裝置的概略構成的系統圖。
[0032]圖3是表示在圖2的裝.置中實施了本發明的實施方式的啟動方法時的各氣體的流量變化的特性圖。
[0033]圖4是表示在圖2的裝置中實施了本發明的實施方式的啟動方法時的合成氣(SG)的加載的比例、反應容器的總計的流量變化以及CO轉化率的特性圖。
[0034]圖5是表示與圖3相對的比較例的特性圖。
[0035]圖6是表示與圖4相對的比較例的特性圖。
[0036]圖7是表示現有的烴合成反應裝置的概略構成的系統圖。
【具體實施方式】
[0037]以下，參照附圖對包含本發明的烴合成反應裝置的烴合成反應系統的一個實施方式進行說明。
[0038](液體燃料合成系統)
[0039]如圖1所示，液體燃料合成系統(烴合成反應系統)I是實行將天然氣等烴原料轉換成液體燃料的GTL工藝的工廠設備。該液體燃料合成系統I由合成氣生成單元3、FT合成單元(烴合成反應裝置)5以及產品精製單元7構成。合成氣生成單元3對作為烴原料的天然氣進行轉化而製造包含一氧化碳氣體和氫氣的合成氣。FT合成單元5通過FT合成反應從製造得到的合成氣生成液體的烴化合物。產品精製單元7對通過FT合成反應合成的液體的烴化合物進行加氫、精製來製造液體燃料等其他產品(石腦油、煤油、輕油、蠟等)。以下，對上述各單元的構成要素進行說明。
[0040]首先，對合成氣生成單元3進行說明。
[0041]合成氣生成單元3主要具備例如脫硫反應器10、轉化器12、廢熱鍋爐14、氣液分離器16和18、脫碳酸裝置20以及氫分離裝置26。脫硫反應器10由加氫脫硫裝置等構成，其從作為原料的天然氣中除去硫成分。轉化器12對從脫硫反應器10供給的天然氣進行轉化，製造包含一氧化碳氣體(CO)和氫氣(H2)為主成分的合成氣。廢熱鍋爐14回收在轉化器12中生成的合成氣的廢熱而產生高壓蒸汽。氣液分離器16將在廢熱鍋爐14中通過與合成氣的熱交換而被加熱了的水分離成氣體(高壓蒸汽)和液體。氣液分離器18從被廢熱鍋爐14冷卻了的合成氣中除去冷凝成分而將氣體成分供給到脫碳酸裝置20。脫碳酸裝置20具有吸收塔(第2吸收塔)22和再生塔24。在吸收塔22中，從氣液分離器18供給的合成氣中所含的二氧化碳氣體被吸收液吸收。在再生塔24中，吸收了二氧化碳氣體的吸收液解吸二氧化碳氣體，再生吸收劑。氫分離裝置26從由脫碳酸裝置20分離了二氧化碳氣體的合成氣，分離該合成氣中所含的氫氣的一部分。但是，根據情況不同，有時也不設置上述脫碳酸裝置20。
[0042]在轉化器12中，例如利用下述的化學反應式(1)、(2)所表示的水蒸氣-二氧化碳氣體轉化法，通過二氧化碳和水蒸氣對天然氣進行轉化，製造以一氧化碳氣體和氫氣為主成分的高溫的合成氣。另外，該轉化器12中的轉化法不限於上述的水蒸氣-二氧化碳氣體轉化法。例如，還能夠利用水蒸氣轉化法、採用了氧的部分氧化轉化法(Ρ0Χ)、部分氧化轉化法與水蒸氣轉化法的組合即自熱轉化法(ATR)、二氧化碳氣體轉化法等。
[0043]
【權利要求】
1.一種烴合成反應裝置，其具備: 合成氣供給路，其通過第I壓縮機對從送出以一氧化碳氣體以及氫氣為主成分的合成氣的合成氣送出機構送出的所述合成氣進行壓縮，並供給所述合成氣； 反應容器，其收納使固體的催化劑粒子懸浮在液體中而成的催化劑漿料，並且通過使從所述合成氣供給路供給的合成氣與所述催化劑漿料接觸來合成烴； 氣液分離器，其對從所述反應容器導出的未反應合成氣以及烴進行氣液分離； 廢氣排出路，其將通過所述氣液分離器分離後的氣體中的一部分作為廢氣排出到體系外； 第I再循環路，其通過第2壓縮機對通過所述氣液分離器分離後的未反應合成氣進行壓縮，並使所述未反應合成氣再循環至所述反應容器；和 第2再循環路，其在使由所述合成氣送出機構導入所述反應容器的合成氣的導入量從比額定運轉時處理的合成氣的處理流量小的處理流量緩緩地增加到額定運轉時的合成氣的處理流量的起動運轉時，使通過所述氣液分離器分離後的未反應合成氣中的導入所述第I再循環路的部分以外的剩餘的未反應合成氣再循環至所述第I壓縮機的吸入側。
2.根據權利要求1所述的烴合成反應裝置，其中，作為用於在所述反應容器的啟動時通過不活潑性氣體對體系內進行置換且使所述催化劑漿料流動的不活潑性氣體的循環路徑，設置所述第I再循環路及從所述氣液分離器與所述第I壓縮機的吸入側連通的不活潑性氣體循環路，並且所述不活潑性氣體循環路同時用作所述第2再循環路。
3.根據權利要求1或2所述的烴合成反應裝置，其進一步具備: 合流混合部，其設置於將從所述合成氣送出機構送出的所述合成氣導入至所述第I壓縮機的吸入側的位置的上遊側，並且將來自所述第2再循環路的未反應合成氣與從所述合成氣送出機構送出的合成氣合流、混合；和 溫度控制機構，其以使在所述合流混合部混合的混合氣體的溫度至少成為來自所述第2再循環路的未反應合成氣的溫度的同等以上的方式進行控制。
4.一種烴合成反應系統，其是從烴原料製造液體燃料基材的烴合成反應系統，其具備權利要求1?3中任一項所述的烴合成反應裝置和由在所述烴合成反應裝置中生成的烴精製液體燃料基材的產品精製單元， 其中，所述合成氣送出機構是對所述烴原料進行轉化而生成所述合成氣、將所述合成氣送出至所述合成氣供給路的合成氣生成單元。
5.一種烴合成反應裝置的啟動方法，其是權利要求1?3中任一項所述的烴合成反應裝置的啟動方法，其具備下述工序: 第I工序，在該工序中，在向所述反應容器導入合成氣前，預先經由所述合成氣供給路將不活潑性氣體導入所述反應容器，使所述第I壓縮機以及所述第2壓縮機一起額定運轉而使所述不活潑性氣體經由所述第I再循環路以及第2再循環路循環，由此一邊從所述廢氣排出路排出廢氣一邊以不活潑性氣體對體系內進行置換，並且使所述催化劑漿料流動； 第2工序，在該工序中，在使所述第I壓縮機額定運轉的狀態下，經由所述合成氣供給路以比額定運轉時的處理流量更小的流量將合成氣導入通過實施所述第I工序而使所述催化劑漿料流動了的狀態的所述反應容器中，通過使所述第2壓縮機額定運轉而使從所述反應容器導出並被所述氣液分離器分離出的未反應合成氣經由所述第I再循環路循環，並且使通過所述氣液分離器分離後的未反應合成氣中的導入所述第I再循環路的部分以外的剩餘的未反應合成氣經由所述第2再循環路循環至所述額定運轉的第I壓縮機的吸入偵牝由此一邊從所述廢氣排出路排出廢氣一邊以合成氣對體系內進行置換,並且將來自所述合成氣供給路的合成氣的供給流量維持在比額定運轉時的處理流量更小的規定流量；和第3工序，在該工序中，在所述第2工序中反應穩定後的階段，使經由所述合成氣供給路而導入反應容器的合成氣的流量緩緩地增加，並且使經由所述第2再循環路循環的未反應合成氣的流量緩緩地減少，最終使經由所述合成氣供給路而導入反應容器的合成氣的流量上升到額定運轉時處 理的合成氣的處理流量。
【文檔編號】C10G2/00GK103443249SQ201280015171
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年3月13日 優先權日:2011年3月30日
【發明者】大西康博, 田坂和彥, 三慄谷智之 申請人:日本石油天然氣·金屬礦物資源機構, 國際石油開發帝石株式會社, 吉坤日礦日石能源株式會社, 石油資源開發株式會社, 克斯莫石油株式會社, 新日鐵住金工程技術株式會社