(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーと、の接触によるフィッシャー・トロプシュ合成反応によって炭化水素を合成する炭化水素合成反応装置であって、
前記フィッシャー・トロプシュ合成反応によって液体炭化水素及び気体炭化水素を合成する反応容器と、
前記反応容器から前記気体炭化水素を下流に流通させる流路と、
前記流路に配設され、該流路を流通する気体炭化水素を冷却する第１冷却部と、
前記流路において前記第１冷却部よりも下流に配設された第２冷却部と、
前記流路において前記第１冷却部と前記第２冷却部との間に配設され、前記第１冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する第１分離部と、
前記第２冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する第２分離部と、
を備え、
前記第１冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記流路内において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝縮する凝縮点以下、かつ前記流路内において前記ワックス留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に冷却し、
前記第２冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く、かつ前記流路内において前記気体炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に冷却する炭化水素合成反応装置。
【請求項２】
請求項１記載の炭化水素合成反応装置であって、
前記第１冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、１２０℃以下１１０℃以上に冷却し、
前記第２冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く、かつ４０℃以上に冷却する炭化水素合成反応装置。
【請求項３】
請求項２記載の炭化水素合成反応装置であって、
前記第２冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、７５℃以下４０℃以上に冷却する炭化水素合成反応装置。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項に記載の炭化水素合成反応装置と、
炭化水素原料を改質して前記合成ガスを生成し、該合成ガスを前記反応容器に供給する合成ガス生成ユニットと、
前記液体炭化水素から液体燃料基材を精製する製品精製ユニットと、
を備えている炭化水素合成反応システム。
【請求項５】
一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーと、の接触によるフィッシャー・トロプシュ合成反応によって液体炭化水素及び気体炭化水素を合成する反応容器と、
前記反応容器から前記気体炭化水素を下流に流通させる流路と、を備える炭化水素合成反応装置において、前記流路を流通する気体炭化水素を液体炭化水素として回収する液体炭化水素の回収方法であって、
前記炭化水素合成反応装置は、前記流路に配設され、該流路を流通する気体炭化水素を冷却する第１冷却部、及び前記流路において前記第１冷却部よりも下流に配設された第２冷却部を備える構成とされ、
前記流路を流通する気体炭化水素を、前記流路において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝縮する凝縮点以下、かつ前記流路内において前記ワックス留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に前記第１冷却部によって冷却する工程と、
前記流路において前記第１冷却部と前記第２冷却部との間で、前記第１冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する工程と、
前記流路を流通する気体炭化水素を、前記第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く、かつ前記流路内において前記炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に前記第２冷却部によって冷却する工程と、
前記第２冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する工程と、を備えていることを特徴とする液体炭化水素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素合成反応装置、及び炭化水素合成反応システム、並びに液体炭化水素の回収方法に関する。
本願は、２００９年８月３１日に日本出願された特願２００９−２００４６３に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガスから液体燃料を合成するための方法の一つとして、ＧＴＬ（Ｇａｓ  Ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄｓ：液体燃料合成）技術が開発されている。ＧＴＬ技術では、天然ガスを改質して一酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガス（Ｈ２）とを主成分とする合成ガスを生成し、この合成ガスを原料ガスとしてフィッシャー・トロプシュ合成反応（以下、「ＦＴ合成反応」という。）により触媒を用いて炭化水素を合成し、さらにこの炭化水素を水素化及び精製することで、ナフサ（粗ガソリン）、灯油、軽油、ワックス等の液体燃料製品を製造する。【０００３】
一般に、ＦＴ合成反応では、炭化水素として、炭素数が多様な液体炭化水素及び気体炭化水素が合成される。ＦＴ合成反応によって合成された炭化水素からの液体燃料基材の製造は、合成された炭化水素のうちの液体炭化水素を分留し、得られたそれぞれの留分を水素化分解あるいは水素化精製することで行われる。液体燃料基材の製造の際、液体炭化水素は、沸点の違い（すなわち、炭素数の違い）によって、ワックス留分（沸点が約３６０℃を超え、主としてＣ２１以上）と、灯油・軽油に相当する中間留分（沸点が約１５０〜３６０℃で、主としてＣ１１〜Ｃ２０）と、ナフサ留分（沸点が約１５０℃未満で、主としてＣ５〜Ｃ１０）と、に分留される。【０００４】
従来、ＦＴ合成反応を利用して炭化水素を合成する炭化水素合成反応装置として、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーと合成ガスとの接触によるＦＴ合成反応によって炭化水素を合成する反応容器を備える構成が知られている。この反応容器では、前述したように、炭化水素として、炭素数が多様な液体炭化水素及び気体炭化水素が合成される。【０００５】
ＧＴＬ技術を利用して天然ガスから液体燃料基材を製造するＧＴＬプロセスにおいて、原料である天然ガスに対する液体燃料基材の歩留まりを向上させることが望まれている。そのため、反応容器で合成された炭化水素のうち、液体炭化水素だけでなく、気体炭化水素も液体燃料基材の製造に用いることが考えられる。そこで、炭化水素合成反応装置として、例えば下記特許文献１に示されるように、反応容器から気体炭化水素を下流に流通させる流路と、前記流路を流通する気体炭化水素を冷却する冷却部と、冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する分離部と、を更に備える構成が知られている。この構成では、反応容器で合成された気体炭化水素を前記流路に流通させ、冷却部により冷却してその一部を凝縮させて液体炭化水素とした後、分離部において、凝縮した液体炭化水素をより軽質な気体炭化水素から分離する。これにより、反応容器で合成された気体炭化水素の一部を、液体炭化水素として分離して回収することが可能になり、液体燃料基材の製造に用いることができる。【０００６】
前述のように気体炭化水素を冷却部により冷却して凝縮させる過程においては、気体炭化水素のうち凝縮点の高いものから凝縮する。そのため、前述した液体燃料基材の製造における炭化水素の留分を基準として区分すると、気体炭化水素のうち、まず、ワックス留分の炭化水素が凝縮し、次いで、中間留分の炭化水素が凝縮する。気体炭化水素をできるだけ多く液体燃料基材の製造に用いることができるように気体炭化水素から多量の液体炭化水素を回収するためには、ワックス留分の炭化水素だけでなく、中間留分の炭化水素も凝縮させて分離することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００２１１１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の炭化水素合成反応装置では、流路内の気体炭化水素を、中間留分の炭化水素を凝縮させるために冷却部によって冷却する際に、ワックス留分の炭化水素も併せて冷却することになる。そのため、ワックス留分の炭化水素が、冷却部によって凝固点以下に冷却されて凝固し、流路の配管の内面に付着してしまうという問題があった。その結果、冷却部の冷却能力が低下して気体炭化水素を冷却しにくくなったり、或いは、流路が閉塞し気体炭化水素を流路に流通させられなくなったりする。つまり、炭化水素合成反応装置において気体炭化水素を液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することを安定して行うことができなかった。【０００９】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、炭化水素が凝固して流路の配管の内面に付着するのを抑制し、気体炭化水素を液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することを安定して行うことができる炭化水素合成反応装置及び炭化水素合成反応システム並びに液体炭化水素の回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る炭化水素合成反応装置は、一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーと、の接触によるフィッシャー・トロプシュ合成反応によって炭化水素を合成する炭化水素合成反応装置であって、フィッシャー・トロプシュ合成反応によって液体炭化水素及び気体炭化水素を合成する反応容器と、前記反応容器から前記気体炭化水素を下流に流通させる流路と、前記流路に配設され、該流路を流通する気体炭化水素を冷却する第１冷却部と、前記流路において前記第１冷却部よりも下流に配設された第２冷却部と、前記流路において前記第１冷却部と前記第２冷却部との間に配設され、前記第１冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する第１分離部と、前記第２冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する第２分離部と、を備え、前記第１冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記流路内において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝縮する凝縮点以下、かつ前記流路内において前記ワックス留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に冷却し、前記第２冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く、かつ前記流路内において前記気体炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に冷却する。【００１１】
また、本発明に係る液体炭化水素の回収方法は、一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスと、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなる触媒スラリーと、の接触によるフィッシャー・トロプシュ合成反応によって液体炭化水素及び気体炭化水素を合成する反応容器と、前記反応容器から前記気体炭化水素を下流に流通させる流路と、を備える炭化水素合成反応装置において、前記流路を流通する気体炭化水素を液体炭化水素として回収する液体炭化水素の回収方法であって、前記炭化水素合成反応装置は、前記流路に配設され、該流路を流通する気体炭化水素を冷却する第１冷却部、及び前記流路において前記第１冷却部よりも下流に配設された第２冷却部を備える構成とされ、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記流路内において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝縮する凝縮点以下、かつ前記流路内において前記ワックス留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に前記第１冷却部によって冷却する工程と、前記流路において前記第１冷却部と前記第２冷却部との間で、前記第１冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する工程と、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く、かつ前記流路内において前記炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点を超える温度範囲に前記第２冷却部によって冷却する工程と、前記第２冷却部によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する工程と、を備えている。【００１２】
これらの発明によれば、第１冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を、流路内において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝固する凝固点以下の温度まで冷却することがないので、ワックス留分の炭化水素が第１冷却部の冷却により凝固して流路の配管の内面に付着するのを抑制することができる。
一方で、第１冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を、流路内においてワックス留分が凝縮する凝縮点以下に冷却するので、反応容器で合成された気体炭化水素のうち、ワックス留分を凝縮させることが可能になり、凝縮したワックス留分の液体炭化水素を、第１分離部によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。さらに、第１分離部が、流路において第１冷却部と第２冷却部との間に配設されているので、ワックス留分の液体炭化水素が第２冷却部によってさらに冷却される前に、この液体炭化水素を第１分離部によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。したがって、ワックス留分の炭化水素が第２冷却部による冷却により凝固して流路の配管の内面に付着するのを抑制することができる。【００１３】
また、第２冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を、流路内において前記炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点以下の温度まで冷却することがないので、中間留分の炭化水素が第２冷却部の冷却により凝固して流路の配管の内面に付着するのを抑制することができる。
一方で、第２冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を、第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く冷却するので、反応容器で合成された気体炭化水素のうち、中間留分を凝縮させることが可能になり、凝縮した中間留分の液体炭化水素を、第２分離部によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。【００１４】
以上より、流路を流通する気体炭化水素から、ワックス留分の液体炭化水素、及び中間留分の液体炭化水素をそれぞれ分離することができる。しかも、第１冷却部及び第２冷却部の冷却によって炭化水素が凝固して流路の配管の内面に付着するのを抑制することができる。したがって、冷却部の冷却能力が低下して気体炭化水素を冷却しにくくなったり、或いは、流路が閉塞し気体炭化水素を流路に流通させられなくなったりすることがなく、気体炭化水素を液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することを安定して行うことができる。その結果、反応容器でのＦＴ合成反応に基づいて、多量の液体炭化水素を安定して回収することができる。【００１５】
また、前記第１冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、１２０℃以下１１０℃以上に冷却し、前記第２冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、前記第１冷却部により気体炭化水素が冷却された温度よりも低く、かつ４０℃以上に冷却してもよい。【００１６】
この場合、第１冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を、１２０℃以下１１０℃以上に冷却し、第２冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を、第１冷却部により冷却された温度よりも低く、かつ４０℃以上に冷却するので、前述の作用効果を確実に奏することができる。【００１７】
また、前記第２冷却部は、前記流路を流通する気体炭化水素を、７５℃以下４０℃以上に冷却してもよい。【００１８】
この場合、第２冷却部が、流路を流通する気体炭化水素を７５℃以下４０℃以上に冷却するので、反応容器で合成された気体炭化水素のうち、中間留分をより多量に凝縮させることが可能になり、凝縮した中間留分の液体炭化水素を、第２分離部によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。したがって、気体炭化水素を液体炭化水素としてより一層多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することができる。【００１９】
また、本発明に係る炭化水素合成反応システムは、前記本発明に係る炭化水素合成反応装置と、炭化水素原料を改質して前記合成ガスを生成し、該合成ガスを前記反応装置に供給する合成ガス生成ユニットと、前記液体炭化水素を精製して液体燃料基材を製造する製品精製ユニットと、を備えている。【００２０】
本発明の炭化水素合成反応システムは前記本発明に係る炭化水素合成反応装置を備えているので、反応容器で合成された気体炭化水素を、液体炭化水素として多量に凝縮させることができ、また、凝縮した液体炭化水素をより軽質な気体炭化水素から分離することができる。それ故、製品精製ユニットで液体燃料基材を精製するために用いる液体炭化水素を、炭化水素合成反応装置で多量に安定して回収することが可能となり、この液体炭化水素から多量の液体燃料基材を安定して製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、炭化水素が凝固して流路の配管の内面に付着するのを抑制し、気体炭化水素を液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することを安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体燃料合成システムの全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係る液体燃料合成システムを、図１を参照して説明する。
図１に示すように、液体燃料合成システム（炭化水素合成反応システム）１は、天然ガス等の炭化水素原料を液体燃料に転換するＧＴＬプロセスを実行するプラント設備である。この液体燃料合成システム１は、合成ガス生成ユニット３と、ＦＴ合成ユニット（炭化水素合成反応装置）５と、製品精製ユニット７とから構成される。合成ガス生成ユニット３は、炭化水素原料である天然ガスを改質して一酸化炭素ガスと水素ガスを含む合成ガスを生成する。ＦＴ合成ユニット５は、生成された合成ガスからＦＴ合成反応により液体の炭化水素を生成する。製品精製ユニット７は、ＦＴ合成反応により生成された液体の炭化水素を水素化・精製して液体燃料（ナフサ、灯油、軽油、ワックス等）の基材（液体燃料基材）を製造する。以下、これら各ユニットの構成要素について説明する。
【００２４】
まず、合成ガス生成ユニット３について説明する。合成ガス生成ユニット３は、例えば、脱硫反応器１０と、改質器１２と、排熱ボイラー１４と、気液分離器１６及び１８と、脱炭酸装置２０と、水素分離装置２６とを主に備える。
脱硫反応器１０は、水添脱硫装置等で構成されて原料である天然ガスから硫黄成分を除去する。改質器１２は、脱硫反応器１０から供給された天然ガスを改質して、一酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガス（Ｈ２）とを主成分として含む合成ガスを生成する。排熱ボイラー１４は、改質器１２にて生成した合成ガスの排熱を回収して高圧スチームを発生する。気液分離器１６は、排熱ボイラー１４において合成ガスとの熱交換により加熱された水を気体（高圧スチーム）と液体とに分離する。気液分離器１８は、排熱ボイラー１４にて冷却された合成ガスから凝縮分を除去し気体分を脱炭酸装置２０に供給する。脱炭酸装置２０は、気液分離器１８から供給された合成ガスから吸収液を用いて炭酸ガスを除去する吸収塔２２と、当該炭酸ガスを含む吸収液から炭酸ガスを放散させて吸収液を再生する再生塔２４とを有する。水素分離装置２６は、脱炭酸装置２０により炭酸ガスが分離された合成ガスから、当該合成ガスに含まれる水素ガスの一部を分離する。ただし、上記脱炭酸装置２０は場合によっては設けないこともある。
【００２５】
このうち、改質器１２は、例えば、下記の化学反応式（１）、（２）で表される水蒸気・炭酸ガス改質法により、二酸化炭素と水蒸気とを用いて天然ガスを改質して、一酸化炭素ガスと水素ガスとを主成分とする高温の合成ガスを生成する。なお、この改質器１２における改質法は、上記水蒸気・炭酸ガス改質法の例に限定されず、例えば、水蒸気改質法、酸素を用いた部分酸化改質法（ＰＯＸ）、部分酸化改質法と水蒸気改質法の組合せである自己熱改質法（ＡＴＲ）、炭酸ガス改質法などを利用することもできる。
【００２６】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２    ・・・（１）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２  ・・・（２）
【００２７】
また、水素分離装置２６は、脱炭酸装置２０又は気液分離器１８と気泡塔型反応器３０とを接続する合成ガス供給路３１から分岐した分岐ライン上に設けられる。この水素分離装置２６は、例えば、圧力差を利用して水素ガスに含まれる不純物の吸着除去を行う水素ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：圧力変動吸着）装置などで構成できる。この水素ＰＳＡ装置は、並列配置された複数の吸着塔（図示せず。）内に吸着剤（ゼオライト系吸着剤、活性炭、アルミナ、シリカゲル等）を有しており、各吸着塔で不純物を含む水素ガスの加圧、吸着、脱着（減圧）、パージの各工程を順番に繰り返すことで、合成ガスから分離した純度の高い水素ガス（例えば９９．９９９％程度）を、連続して供給することができる。
【００２８】
なお、水素分離装置２６における水素ガス分離方法としては、上記水素ＰＳＡ装置のような圧力変動吸着法の例に限定されず、例えば、水素吸蔵合金吸着法、膜分離法、或いはこれらの組合せなどであってもよい。
【００２９】
水素吸蔵合金法は、例えば、冷却／加熱されることで水素ガスを吸着／放出する性質を有する水素吸蔵合金（ＴｉＦｅ、ＬａＮｉ５、ＴｉＦｅ０．７〜０．９Ｍｎ０．３〜０．１、又はＴｉＭｎ１．５など）を用いて、水素ガスを分離する手法である。水素吸蔵合金が収容された複数の吸着塔を設け、各吸着塔において、水素吸蔵合金の冷却による水素ガスの吸着と、水素吸蔵合金の加熱による水素ガスの放出とを交互に繰り返すことで、合成ガス内の水素ガスを分離・回収することができる。
【００３０】
また、膜分離法は、芳香族ポリイミド等の高分子素材の膜を用いて、混合ガス中から膜透過性に優れた水素ガスを分離する手法である。この膜分離法は、相変化を伴わないため、運転に必要なエネルギーが小さくて済み、ランニングコストが低い。また、膜分離装置の構造が単純でコンパクトなため、設備コストが低く設備の所要面積も小さくて済む。さらに、分離膜には駆動装置がなく、安定運転範囲が広いため、保守管理が容易であるという利点がある。
【００３１】
次に、ＦＴ合成ユニット５について説明する。ＦＴ合成ユニット５は、例えば、気泡塔型反応器３０と、気液分離器３４と、分離器３６と、流路３８と、第１精留塔４０とを主に備える。
【００３２】
気泡塔型反応器３０は、合成ガスを液体炭化水素に転換（合成ガスから液体炭化水素を合成）する反応容器の一例であり、ＦＴ合成反応により合成ガスから液体炭化水素を合成するＦＴ合成用反応器として機能する。この気泡塔型反応器３０は、例えば、塔型の容器内部に主に触媒粒子と媒体油とからなる触媒スラリーが収容された気泡塔型スラリー床式反応器で構成される。この気泡塔型反応器３０は、ＦＴ合成反応により合成ガスから気体炭化水素及び液体炭化水素を生成する。詳細には、この気泡塔型反応器３０では、合成ガス供給路３１から供給された原料ガスである合成ガスは、気泡塔型反応器３０の底部の分散板から気泡となって供給されて触媒スラリー内を通過し、懸濁状態の中で下記化学反応式（３）に示すように水素ガスと一酸化炭素ガスとが反応を起こす。
【００３３】
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【００３４】
また、本実施形態では、合成ガス供給路３１には、合成ガス供給路３１を流通する合成ガスを加熱する熱交換器３１Ａが設けられている。この熱交換器３１Ａにより、合成ガス供給路３１から気泡塔型反応器３０に供給される合成ガスは、ＦＴ合成反応に好適な温度に加熱された後に気泡塔型反応器３０に供給される。
【００３５】
ＦＴ合成反応は発熱反応であるため、気泡塔型反応器３０は内部に伝熱管３２が配設された熱交換器型になっている。伝熱管３２に冷媒として例えば水（ＢＦＷ：Ｂｏｉｌｅｒ  Ｆｅｅｄ  Ｗａｔｅｒ）を供給し、上記ＦＴ合成反応の反応熱を、触媒スラリーと水との熱交換により中圧スチームとして回収できる。
【００３６】
気液分離器３４は、気泡塔型反応器３０内に配設された伝熱管３２内を流通して加熱された水を、水蒸気（中圧スチーム）と液体とに分離する。分離器３６は、触媒スラリー中の触媒粒子と液体炭化水素を分離する濾過手段の一例であり、ここでは気泡塔型反応器３０の外部に配置されている。
流路３８は、気泡塔型反応器３０から気体炭化水素を下流に流通させる。本実施形態では、流路３８の上流の端部は、気泡塔型反応器３０の塔頂に接続されており、この流路３８には、気体炭化水素及び未反応合成ガスが流通される。また、図示の例では、流路３８の下流の端部は、分岐しており、分岐した一方の端部は、合成ガス供給路３１に接続されている。
【００３７】
流路３８は、この流路３８を流通する気体炭化水素を冷却して凝縮することで液体炭化水素としてこの液体炭化水素をより軽質な気体炭化水素から分離する炭化水素液化分離手段８０の一部を構成している。この炭化水素液化分離手段８０については、後述する。
第１精留塔４０は、分離器３６及び炭化水素液化分離手段８０を介して供給された液体の炭化水素を沸点に応じて各留分に分留する。なお、分離器３６は、気泡塔型反応器３０内に配置されていても良い。
【００３８】
製品精製ユニット７について説明する。製品精製ユニット７は、例えば、ワックス留分水素化分解反応器５０と、中間留分水素化精製反応器５２と、ナフサ留分水素化精製反応器５４と、気液分離器５６、５８、６０と、第２精留塔７０と、ナフサスタビライザー７２とを備える。ワックス留分水素化分解反応器５０は、第１精留塔４０の塔底に接続されている。中間留分水素化精製反応器５２は、第１精留塔４０の中央部に接続されている。ナフサ留分水素化精製反応器５４は、第１精留塔４０の塔頂に接続されている。気液分離器５６、５８、６０は、これら水素化反応器５０、５２、５４のそれぞれに対応して設けられている。第２精留塔７０は、気液分離器５６、５８から供給された液体の炭化水素を沸点に応じて分留する。ナフサスタビライザー７２は、気液分離器６０及び第２精留塔７０から供給されたナフサ留分の液体の炭化水素を精留して、ブタンおよびブタンより軽質の成分はフレアガスとして排出し、炭素数５以上の成分は製品のナフサとして回収する。
【００３９】
次に、以上のような構成の液体燃料合成システム１により、天然ガスから液体燃料基材を製造する工程（ＧＴＬプロセス）について説明する。
【００４０】
液体燃料合成システム１には、天然ガス田又は天然ガスプラントなどの外部の天然ガス供給源（図示せず。）から、炭化水素原料としての天然ガス（主成分がＣＨ４）が供給される。上記合成ガス生成ユニット３は、この天然ガスを改質して合成ガス（一酸化炭素ガスと水素ガスを主成分とする混合ガス）を製造する。
【００４１】
具体的には、まず、上記天然ガスは、水素分離装置２６によって分離された水素ガスとともに脱硫反応器１０に供給される。脱硫反応器１０は、当該水素ガスを用いて天然ガスに含まれる硫黄分を公知の水素化脱硫触媒により硫化水素に転化し、生成した硫化水素を例えばＺｎＯ等の吸着剤により吸着することにより除去する。このようにして天然ガスを予め脱硫しておくことにより、改質器１２及び気泡塔型反応器３０等で用いられる触媒の活性が硫黄により低下することを防止できる。
【００４２】
このようにして脱硫された天然ガス（二酸化炭素を含んでもよい。）は、二酸化炭素供給源（図示せず。）から供給される二酸化炭素（ＣＯ２）ガスと、排熱ボイラー１４で発生した水蒸気とが混合された上で、改質器１２に供給される。改質器１２は、例えば、上述した水蒸気・炭酸ガス改質法により、二酸化炭素と水蒸気とを用いて天然ガスを改質して、一酸化炭素ガスと水素ガスとを主成分とする高温の合成ガスを生成する。このとき、改質器１２には、例えば、改質器１２が備えるバーナー用の燃料ガスと空気とが供給されており、当該バーナーにおける燃料ガスの燃焼熱により、吸熱反応である上記水蒸気・炭酸ガス改質反応に必要な反応熱がまかなわれている。
【００４３】
このようにして改質器１２で生成された高温の合成ガス（例えば、９００℃、２．０ＭＰａＧ）は、排熱ボイラー１４に供給され、排熱ボイラー１４内を流通する水との熱交換により冷却（例えば４００℃）されて、排熱回収される。このとき、排熱ボイラー１４において合成ガスにより加熱された水は気液分離器１６に供給され、この気液分離器１６から気体分が高圧スチーム（例えば３．４〜１０．０ＭＰａＧ）として改質器１２または他の外部装置に供給され、液体分の水が排熱ボイラー１４に戻される。
【００４４】
一方、排熱ボイラー１４において冷却された合成ガスは、凝縮液分が気液分離器１８において分離・除去された後、脱炭酸装置２０の吸収塔２２、又は気泡塔型反応器３０に供給される。吸収塔２２は、貯留している吸収液内に、合成ガスに含まれる炭酸ガスを吸収することで、当該合成ガスから炭酸ガスを除去する。この吸収塔２２内の炭酸ガスを含む吸収液は、再生塔２４に送出され、当該炭酸ガスを含む吸収液は例えばスチームで加熱されてストリッピング処理され、放散された炭酸ガスは、再生塔２４から改質器１２に送られて、上記改質反応に再利用される。
【００４５】
このようにして、合成ガス生成ユニット３で生成された合成ガスは、上記ＦＴ合成ユニット５の気泡塔型反応器３０に供給される。このとき、気泡塔型反応器３０に供給される合成ガスの組成比は、ＦＴ合成反応に適した組成比（例えば、Ｈ２：ＣＯ＝２：１（モル比））に調整されている。なお、気泡塔型反応器３０に供給される合成ガスは、合成ガス供給路３１に設けられた圧縮機（図示せず。）により、ＦＴ合成反応に適切な圧力（例えば３．６ＭＰａＧ程度）まで昇圧される。
【００４６】
また、上記脱炭酸装置２０により炭酸ガスが分離された合成ガスの一部は、水素分離装置２６にも供給される。水素分離装置２６は、上記のように圧力差を利用した吸着、脱着（水素ＰＳＡ）により、合成ガスに含まれる水素ガスを分離する。当該分離された水素ガスは、ガスホルダー等（図示せず。）から圧縮機（図示せず。）を介して、液体燃料合成システム１内において水素ガスを利用して所定の反応を行う各種の水素利用反応装置（例えば、脱硫反応器１０、ワックス留分水素化分解反応器５０、中間留分水素化精製反応器５２、ナフサ留分水素化精製反応器５４など）に連続して供給される。
【００４７】
次いで、上記ＦＴ合成ユニット５は、上記合成ガス生成ユニット３によって生成された合成ガスから、ＦＴ合成反応により、液体の炭化水素及び気体の炭化水素を合成する。
【００４８】
具体的には、上記脱炭酸装置２０において炭酸ガスを分離された合成ガスは、気泡塔型反応器３０の底部から流入して、気泡塔型反応器３０内に貯留された触媒スラリー内を上昇する。この際、気泡塔型反応器３０内では、上述したＦＴ合成反応により、当該合成ガスに含まれる一酸化炭素ガスと水素ガスとが反応して、炭化水素が生成される。さらに、この合成反応時には、気泡塔型反応器３０の伝熱管３２内に水を流通させることで、ＦＴ合成反応の反応熱を除去し、この熱交換により加熱された水の一部が気化して水蒸気となる。水蒸気と水のうち、気液分離器３４で分離された水は伝熱管３２に戻され、気体分は中圧スチーム（例えば１．０〜２．５ＭＰａＧ）として外部装置に供給される。
【００４９】
このようにして、気泡塔型反応器３０で合成された液体の炭化水素は、気泡塔型反応器３０の中央部から触媒スラリーとして取り出されて、分離器３６に送出される。分離器３６は、取り出された触媒スラリーを、触媒粒子（固形分）と、液体の炭化水素生成物を含んだ液体分とに分離する。分離された触媒粒子は、その一部が気泡塔型反応器３０に戻され、液体分は第１精留塔４０に供給される。また、気泡塔型反応器３０の塔頂からは、未反応の合成ガスと、合成された炭化水素のガス分とが流路３８に導入される。炭化水素液化分離手段８０は、これらのガスを冷却して、一部の凝縮分の液体の炭化水素を分離して回収し第１精留塔４０に導入する。一方、炭化水素液化分離手段８０によって液体の炭化水素が分離されたガス分は、主として未反応の合成ガスおよびＣ４以下の炭化水素から構成され、その大部分が気泡塔型反応器３０の底部に再投入されて未反応の合成ガスがＦＴ合成反応に再利用される。なお、残りの前記ガス分は、改質器１２の燃料ガスに使用しても良いし、外部の燃焼設備（図示せず。）に導入されて、燃焼された後に大気放出されても良い。
【００５０】
次いで、第１精留塔４０は、上記のようにして気泡塔型反応器３０からそれぞれ分離器３６および炭化水素液化分離手段８０を介して供給された液体の炭化水素（炭素数は多様）をナフサ留分（沸点が約１５０℃より低い）と、灯油・軽油留分に相当する中間留分（沸点が約１５０〜３６０℃）と、ワックス留分（沸点が約３６０℃より高い）とに分留する。この第１精留塔４０の底部から取り出されるワックス留分の液体の炭化水素（主としてＣ２１以上）は、ワックス留分水素化分解反応器５０に移送される。第１精留塔４０の中央部から取り出される灯油・軽油留分に相当する中間留分の液体の炭化水素（主としてＣ１１〜Ｃ２０）は、中間留分水素化精製反応器５２に移送される。第１精留塔４０の上部から取り出されるナフサ留分の液体の炭化水素（主としてＣ５〜Ｃ１０）は、ナフサ留分水素化精製反応器５４に移送される。
【００５１】
ワックス留分水素化分解反応器５０は、第１精留塔４０の塔底から取り出された炭素数の多いワックス留分の液体の炭化水素（概ねＣ２１以上）を、上記水素分離装置２６から供給された水素ガスを利用して水素化分解して、炭化水素の炭素数を概ね２０以下に低減する。この水素化分解反応では、触媒と熱を利用して、炭素数の多い炭化水素のＣ−Ｃ結合を切断して、炭素数の少ない（低分子量の）炭化水素を生成する。このワックス留分水素化分解反応器５０における水素化分解により得られる液体の炭化水素を含む生成物は、気液分離器５６で気体と液体とに分離され、そのうち液体の炭化水素は第２精留塔７０に移送され、気体分（水素ガスを含む。）は、中間留分水素化精製反応器５２及びナフサ留分水素化精製反応器５４に移送される。
【００５２】
中間留分水素化精製反応器５２は、第１精留塔４０の中央部から取り出された炭素数が中程度である灯油・軽油留分に相当する中間留分の液体の炭化水素（概ねＣ１１〜Ｃ２０）を、水素分離装置２６からワックス留分水素化分解反応器５０を介して供給された水素ガスを用いて、水素化精製する。この水素化精製反応では、主に、分枝状飽和炭化水素を得るために、上記液体の炭化水素を異性化し、上記液体の炭化水素の不飽和結合に水素を付加して飽和させる。この結果、水素化精製された液体の炭化水素を含む生成物は、気液分離器５８で気体と液体に分離され、そのうち液体の炭化水素は、第２精留塔７０に移送され、気体分（水素ガスを含む。）は、上記水素化反応に再利用される。
【００５３】
ナフサ留分水素化精製反応器５４は、第１精留塔４０の上部から取り出された炭素数が少ないナフサ留分の液体の炭化水素（概ねＣ１０以下）を、水素分離装置２６からワックス留分水素化分解反応器５０を介して供給された水素ガスを用いて、水素化精製する。この結果、水素化精製された液体の炭化水素を含む生成物は、気液分離器６０で気体と液体に分離され、そのうち液体の炭化水素は、ナフサスタビライザー７２に移送され、気体分（水素ガスを含む。）は、上記水素化反応に再利用される。
【００５４】
次いで、第２精留塔７０は、上記のようにしてワックス留分水素化分解反応器５０及び中間留分水素化精製反応器５２から供給された液体の炭化水素を炭素数が１０以下の炭化水素（沸点が約１５０℃より低い）と、灯油留分（沸点が約１５０〜２５０℃）と、軽油留分（沸点が約２５０〜３６０℃）と、ワックス留分水素化分解反応器５０からの未分解ワックス留分（沸点が約３６０℃より高い）とに分留する。第２精留塔７０の塔底からは主として未分解ワックス留分が得られ、これはワックス留分水素化分解反応器５０の上流にリサイクルされる。第２精留塔７０の中央部からは灯油及び軽油留分が取り出される。一方、第２精留塔７０の塔頂からは、炭素数が概ね１０以下の炭化水素が取り出されて、ナフサスタビライザー７２に供給される。
【００５５】
さらに、ナフサスタビライザー７２では、上記ナフサ留分水素化精製反応器５４及び第２精留塔７０から供給された炭素数が概ね１０以下の炭化水素を分留して、製品としてのナフサ（Ｃ５〜Ｃ１０）を得る。これにより、ナフサスタビライザー７２の塔底からは、高純度のナフサが取り出される。一方、ナフサスタビライザー７２の塔頂からは、製品対象外である炭素数が所定数以下（Ｃ４以下）の炭化水素を主成分とするガス（フレアガス）が吐出される。このガスは、改質器１２の燃料ガスに使用しても良く、ＬＰＧとして回収しても良く（図示せず）、外部の燃料設備（図示せず）に導入されて燃焼された後に大気放出されても良い。
【００５６】
次に、以上に示したＦＴ合成ユニット５に備えられた炭化水素液化分離手段８０について説明する。
炭化水素液化分離手段８０は、前記流路３８と、流路３８に配設され、該流路３８を流通する炭化水素を冷却する第１冷却部８２及び第２冷却部８４と、流路３８において第１冷却部８２と第２冷却部８４との間に配設された第１気液分離器（第１分離部）８６と、流路３８において第２冷却部８４よりも下流に配設された第２気液分離器（第２分離部）８８と、を備えている。
【００５７】
第１冷却部８２は、前記熱交換器３１Ａと、流路３８において熱交換器３１Ａよりも下流に配設された冷却器８２ａと、により構成されている。
熱交換器３１Ａは、合成ガス供給路３１に介装される介装部分３１Ｂを備えており、この介装部分３１Ｂは、流路３８の一部を構成している。そして、介装部分３１Ｂ内を流通する前記気体炭化水素および未反応合成ガスと、合成ガス供給路３１において前記介装部分３１Ｂが介装された部分を流通する合成ガスとの間で熱交換がなされることで、前記介装部分３１Ｂ内を流通する前記気体炭化水素および未反応合成ガスが冷却される。冷却器８２ａは、流路３８に介装されるとともに内部を冷媒が流通し、流路３８を流通する気体炭化水素および未反応合成ガスと熱交換する熱交換器の一部を構成しており、その内部に前記冷媒として例えば９０℃の水が流れている。
このように構成された第１冷却部８２では、気泡塔型反応器３０の出口部３０ａから排出されて流路３８を流通する気体炭化水素および未反応合成ガスが冷却される。
なお、以下、気泡塔型反応器３０から排出される気体炭化水素に同伴する未反応の合成ガスについては、記載を省略する。
【００５８】
第１気液分離器８６は、第１冷却部８２によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する。本実施形態では、第１気液分離器８６には、この第１気液分離器８６によって液体炭化水素から分離された気体炭化水素を流通させる第１気体側出口部８６ａと、この第１気液分離器８６によって気体炭化水素から分離された液体炭化水素を流通させる第１液体側出口部８６ｂと、ＦＴ合成反応によって副生され第１気液分離器８６によって前記炭化水素から分離された水を流通させる流路（図示せず。）と、が設けられている。第１気体側出口部８６ａは、流路３８においてこの第１気液分離器８６よりも下流に位置しかつ第２冷却部８４よりも上流に位置する部分で構成されている。また、第１液体側出口部８６ｂは、気体炭化水素から分離された液体炭化水素を第１精留塔（液体炭化水素回収部）４０に向けて流通させ、前記液体炭化水素を第１精留塔４０に供給して回収する。
【００５９】
第２冷却部８４は、流路３８において第１冷却部８２よりも下流に配設されている。本実施形態では、第２冷却部８４は、流路３８に介装されるとともに内部を冷媒が流通し、流路３８を流通する気体炭化水素と熱交換する熱交換器の一部を構成する冷却器８４ａにより構成されている。
第２気液分離器８８は、第２冷却部８４によって凝縮された液体炭化水素を気体炭化水素から分離する。本実施形態では、第２気液分離器８８には、この第２気液分離器８８によって液体炭化水素から分離された気体炭化水素を流通させる第２気体側出口部８８ａと、この第２気液分離器８８によって気体炭化水素から分離された液体炭化水素を流通させる第２液体側出口部８８ｂと、ＦＴ合成反応によって副生され第２気液分離器８８によって前記炭化水素から分離された水を流通させる流路（図示せず。）と、が設けられている。第２気体側出口部８８ａは、流路３８においてこの第２気液分離器８８よりも下流に位置する部分で構成されている。また、第２液体側出口部８８ｂは、気体炭化水素から分離された液体炭化水素を第１精留塔４０に向けて流通させ、前記液体炭化水素を第１精留塔４０に供給して分留・回収する。
【００６０】
第１冷却部８２は、流路３８を流通する気体炭化水素を、流路３８内において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝縮する凝縮点以下、かつ流路３８内においてワックス留分が凝固する凝固点よりも高い温度範囲に冷却する。本実施形態では、第１冷却部８２は、流路３８を流通する気体炭化水素を、１２０℃以下１１０℃以上、好ましくは１２０℃以下１１５℃以上に冷却する。図示の例では、気泡塔型反応器３０の出口部３０ａを流通した気体炭化水素（例えば、約２３０℃）を、前記熱交換器３１Ａが例えば約１５３℃まで冷却し、さらに冷却器８２ａが例えば約１１０℃まで冷却する。
なお、第１冷却部８２により冷却された炭化水素の温度とは、流路３８において第１冷却部８２が配設された部分を流通した直後の炭化水素の平均温度を意味し、つまり、流路３８において第１冷却部８２の下流の近傍に位置する部分を流通する炭化水素の平均温度を意味する。
【００６１】
第２冷却部８４は、流路３８を流通する気体炭化水素を、第１冷却部８２により冷却された温度よりも低く、かつ流路３８内において前記炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点よりも高い温度範囲に冷却する。本実施形態では、第２冷却部８４は、流路３８を流通する気体炭化水素を、第１冷却部８２により冷却された温度よりも低く４０℃以上、好ましくは７５℃以下４０℃以上に冷却する。図示の例では、第２冷却部８４は、第１気体側出口部８６ａを流通した気体炭化水素を、例えば約４５℃まで冷却する。
なお、第２冷却部８４により冷却された炭化水素の温度とは、流路３８において第２冷却部８４が配設された部分を流通した直後の炭化水素の平均温度を意味し、つまり、流路３８において第２冷却部８４の下流の近傍に位置する部分を流通する炭化水素の平均温度を意味する。
【００６２】
ここで、ＦＴ合成反応によって気泡塔型反応器３０で合成される炭化水素について、炭素数と凝固点との関係を表１に示す。
【００６３】
【表１】
0005417446.tif 000003
【００６４】
表１に示すように、ワックス留分の炭化水素（主としてＣ２１以上）のなかで最も高い炭化水素の凝固点は、１０６℃（Ｃ１００Ｈ２０２）であり、中間留分の炭化水素（主としてＣ１１〜Ｃ２０）のなかで最も高い炭化水素の凝固点は、３６℃（Ｃ２０Ｈ４２）である。なお、表１に示した凝固点は、各炭化水素の常圧における凝固点である。
【００６５】
次に、前述のような構成の炭化水素液化分離手段８０により、気泡塔型反応器３０で合成された気体炭化水素の一部を凝縮させ、より軽質な気体炭化水素から液体炭化水素を分離する工程について説明する。
まず、気泡塔型反応器３０から気泡塔型反応器３０の出口部３０ａを経て排出された気体炭化水素は、流路３８を流通し、第１冷却部８２によって冷却されてその一部が液体炭化水素として凝縮される。そして、第１気液分離器８６により、凝縮した液体炭化水素が気体炭化水素から分離される。
【００６６】
ここで、本実施形態では、前記熱交換器３１Ａが第１冷却部８２の少なくとも一部を構成しているので、合成ガス供給路３１を流通する合成ガスと流路３８を流通する気体炭化水素との間で熱交換することで合成ガスを加熱するとともに気体炭化水素を冷却することが可能になる。したがって、例えば、合成ガス供給路３１に加熱手段を、流路３８に冷却手段をそれぞれ設ける場合に比べて、省エネルギー化及び省スペース化を図ることができる。
【００６７】
次いで、第１気液分離器８６により液体炭化水素が分離された気体炭化水素は、流路３８（第１気体側出口部８６ａ）を流通し、第２冷却部８４によって冷却されてその一部が液体炭化水素として凝縮される。そして、第２気液分離器８８により、凝縮した液体炭化水素が気体炭化水素から分離される。
そして、本実施形態では、第１気液分離器８６及び第２気液分離器８８によってそれぞれ気体炭化水素から分離された液体炭化水素が、各液体側出口部８６ｂ、８８ｂを流通した後、第１精留塔４０に供給されることで回収され、前述したように液体燃料基材の製造に用いられる。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係るＦＴ合成ユニットによれば、第１冷却部８２が、流路３８を流通する気体炭化水素を、流路３８内において前記気体炭化水素のうちのワックス留分が凝固する凝固点以下の温度まで冷却することがないので、ワックス留分の炭化水素が第１冷却部８２による冷却により凝固して流路３８の配管の内面に付着するのを抑制することができる。
一方で、第１冷却部８２が、流路３８を流通する気体炭化水素を、流路３８においてワックス留分が凝縮する凝縮点以下に冷却するので、反応容器３０で合成された気体炭化水素のうち、ワックス留分を凝縮させることが可能になり、凝縮したワックス留分の液体炭化水素を、第１気液分離器８６によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。さらに、第１気液分離器８６が、流路３８において第１冷却部８２と第２冷却部８４との間に配設されているので、ワックス留分の液体炭化水素が第２冷却部８４によってさらに冷却される前に、この液体炭化水素を第１気液分離器８６によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。したがって、ワックス留分の炭化水素が第２冷却部８４の冷却により凝固して流路３８の配管の内面に付着するのを抑制することができる。
【００６９】
また、第２冷却部８４が、流路３８を流通する気体炭化水素を、流路３８において前記炭化水素のうちの中間留分が凝固する凝固点以下の温度まで冷却することがないので、中間留分の炭化水素が第２冷却部８４の冷却により凝固して流路３８の配管の内面に付着するのを抑制することができる。
一方で、第２冷却部８４が、流路３８を流通する気体炭化水素を、第１冷却部８２により冷却された温度よりも低い温度に冷却するので、反応容器で合成された気体炭化水素のうち、中間留分を凝縮させることが可能になり、凝縮した中間留分の液体炭化水素を、第２気液分離器８８によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。
【００７０】
以上より、流路３８を流通する気体炭化水素から、ワックス留分の液体炭化水素、及び中間留分の液体炭化水素をそれぞれ分離することができる。しかも、第１冷却部８２及び第２冷却部８４による冷却によって炭化水素が凝固して流路３８の配管の内面に付着するのを抑制することができる。
したがって、冷却部の冷却能力が低下して気体炭化水素を冷却しにくくなったり、或いは、流路が閉塞し気体炭化水素を流路に流通させられなくなったりすることがなく、気体炭化水素を液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することを安定して行うことができる。その結果、気泡塔型反応器３０でのＦＴ合成反応に基づいて、多量の液体炭化水素を安定して回収することができる。
【００７１】
また、第１冷却部８２が、流路３８を流通する気体炭化水素を、１２０℃以下１１０℃以上に冷却し、第２冷却部８４が、流路３８を流通する気体炭化水素を、第１冷却部８２により冷却された温度よりも低く、かつ４０℃以上に冷却することにより、前述の作用効果を確実に奏することができる。
本実施形態では、反応容器３０で合成された気体炭化水素のうち、ワックス留分を、第１冷却部８２によってほぼ全量凝縮させることができる。
【００７２】
また、第２冷却部８４が、流路３８を流通する気体炭化水素を７５℃以下４０℃以上に冷却することにより、反応容器で合成された気体炭化水素のうち、中間留分をより多量に凝縮させることが可能になり、凝縮した中間留分の液体炭化水素を、第２気液分離器８８によってより軽質な気体炭化水素から分離することができる。したがって、気体炭化水素を液体炭化水素としてより一層多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る液体燃料合成システム１によれば、前記ＦＴ合成ユニット５を備えているので、気泡塔型反応器３０で合成された気体炭化水素を、液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することで、製品精製ユニット７で液体燃料基材を製造するために用いる液体炭化水素を、ＦＴ合成ユニット５で多量に安定して回収することが可能となり、この液体炭化水素を精製して、多量の液体燃料基材を安定して製造することができる。
【００７４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７５】
例えば、第１冷却部８２および第２冷却部８４は、流路３８に配設され、流路３８を流通する流体を冷却するものであれば、上記実施形態に示すものに限られるものではない。
【００７６】
次に、流路３８を流通する気体炭化水素を第１冷却部８２によって冷却する温度と、ワックス留分の炭化水素の凝縮と、の関係に関する第１検証について説明する。
この第１検証では、プラント設計の際に用いられる汎用プロセスシミュレータであるＡｓｐｅｎ−Ｐｌｕｓ（登録商標）（株式会社  アスペンテック社製）を用いて、ＦＴ合成ユニット５における物質および熱収支計算を行い、流路３８上に設定した各算出位置における炭化水素の炭素数別の流量（ｋｍｏｌ／ｈ）を算出した。前記算出位置としては、気泡塔型反応器の出口部３０ａ、第１気体側出口部８６ａ及び第１液体側出口部８６ｂの３箇所を設定した。そして、各算出位置における炭化水素の炭素数別の流量を、流路３８を流通する炭化水素を第１冷却部８２によって冷却する温度が１２５℃及び１２０℃のそれぞれの場合について算出した。なおいずれの場合も、流路３８を流通する気体炭化水素を第２冷却部８４によって冷却する温度は、４５℃とした。
結果を表２及び表３に示す。なお、表２は、第１冷却部８２における炭化水素の冷却温度が１２５℃の場合の算出結果を示し、表３は、第１冷却部８２における炭化水素の冷却温度が１２０℃の場合の算出結果を示している。
【００７７】
【表２】
0005417446.tif 000004
【００７８】
【表３】
0005417446.tif 000005
【００７９】
表２より、第１冷却部８２における炭化水素の冷却温度が１２５℃の場合では、ワックス留分の炭化水素である炭素数２１〜２４の炭化水素が、第１気体側出口部８６ａを流通することが確認され、第１冷却部による炭化水素の冷却によってワックス留分の炭化水素の一部が凝縮せずに気体炭化水素として第１気液分離器８６から流路３８の下流（第２冷却部８４側）に流通してしまうことが確認された。
【００８０】
一方、表３より、第１冷却部８２による炭化水素の冷却温度が１２０℃の場合では、気泡塔型反応器の出口部３０ａ内を流通するワックス留分の炭化水素が、ほぼ全量、第１液体側出口部８６ｂを流通することが確認された。
【００８１】
次に、流路３８を流通する炭化水素を第２冷却部８４によって冷却する際の温度と、中間留分の気体炭化水素の凝縮との関係に関する第２検証について説明する。
この第２検証では、前記第１検証と同様の算出方法を用いて、流路３８上に設定した各算出位置における炭化水素の炭素数別の流量（ｋｍｏｌ／ｈ）を算出した。前記算出位置としては、第１気体側出口部８６ａ、第２気体側出口部８８ａ及び第２液体側出口部８８ｂの３箇所を設定した。そして、各算出位置のそれぞれにおける炭素数別の流量を、流路３８を流通する炭化水素を第２冷却部８４によって冷却する際の冷却温度が８０℃及び７５℃のそれぞれの場合について算出した。なお、第１冷却部８２における炭化水素の冷却温度は１２０℃とした。
結果を表４及び表５に示す。なお、表４は、第２冷却部８４における炭化水素の冷却温度が８０℃の場合の算出結果を示し、表５は、第２冷却部８４における炭化水素の冷却温度が７５℃の場合の算出結果を示している。
【００８２】
【表４】
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【００８３】
【表５】
0005417446.tif 000007
【００８４】
表４より、第２冷却部８４における冷却温度が８０℃の場合では、中間留分の炭化水素である炭素数１５〜２０の炭化水素が、第２気体側出口部８８ａを流通することが確認され、第２冷却部８４による炭化水素の冷却によって中間留分の炭化水素の一部が、凝縮されずに気体炭化水素として第２気液分離器８８から流路３８の下流に流通してしまうことが確認された。
【００８５】
一方、表５より、第２冷却部８４における冷却温度が７５℃の場合では、第１気体側出口部８６ａ内を流通する中間留分の炭化水素のうち炭素数１５〜２０の炭化水素が、ほぼ全量、第２液体側出口部８８ｂを流通することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の炭化水素合成反応装置、及び炭化水素合成反応システム、並びに液体炭化水素の回収方法によれば、炭化水素が凝固して流路３８の配管の内面に付着するのを抑制し、気体炭化水素を液体炭化水素として多量に凝縮させてより軽質な気体炭化水素から分離することを安定して行うことができる。
【符号の説明】
【００８７】
１  液体燃料合成システム（炭化水素合成反応システム）
３  合成ガス生成ユニット
５  ＦＴ合成ユニット（炭化水素合成反応装置）
７  製品精製ユニット
３０  気泡塔型反応器（反応容器）
３８  流路
８２  第１冷却部
８４  第２冷却部
８６  第１気液分離器（第１分離部）
８８  第２気液分離器（第２分離部）
【図１】
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