(57)【要約】  水素および一酸化炭素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スラリーとの化学反応によって合成された炭化水素から前記触媒粒子を分離する触媒分離システムであって、反応器と、前記反応器から抜き出されたスラリーを貯留する貯留タンクと、このスラリーを濾過する複数のフィルタと、前記複数のフィルタを経た濾液を回収する濾液回収容器とを備え、前記複数のフィルタが、前記貯留タンクから前記濾液回収容器に至るスラリーの流路に直列に配置されている。
2010038400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素および一酸化炭素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スラリーとの化学反応によって合成された炭化水素から前記触媒粒子を分離する触媒分離システムであって、
反応器と、
前記反応器から抜き出されたスラリーを貯留する貯留タンクと、
このスラリーを濾過する複数のフィルタと、
前記複数のフィルタを経た濾液を回収する濾液回収容器と、
を備え、
前記複数のフィルタが、前記貯留タンクから前記濾液回収容器に至るスラリーの流路に直列に配置されている触媒分離システム。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒分離システムであって、前記化学反応はフィッシャー・トロプシュ合成反応である触媒分離システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の触媒分離システムであって、
前記複数のフィルタのうち、前記流路の上流に設けられたフィルタの孔径が、下流に設けられたフィルタの孔径より大きい触媒分離システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の触媒分離システムであって、
前記複数のフィルタのうち少なくとも一つがヌッチェフィルタである触媒分離システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の触媒分離システムであって、
前記複数のフィルタのうち、濾液回収容器に最も近いフィルタが、焼結金属により作られている触媒分離システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の触媒分離システムであって、
前記複数のフィルタは、前記貯留タンクから抜き出されたスラリーを濾過する第１フィルタと、前記第１フィルタを経た前記スラリーを濾過する複数の第２フィルタとを有し、
前記流路の一部が並列に分岐し、分岐した各流路に前記複数の第２フィルタが設けられ、
前記流路に前記複数の第２フィルタに前記スラリーを選択的に流入させるための切替え手段が設けられている触媒分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒粒子を分離して炭化水素を回収する触媒分離システムに関する。
本願は、２００８年０９月３０日に日本出願された特願２００８−２５４８１６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、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および精製することで、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ＧＴＬ（Ｇａｓ  Ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄｓ：液体燃料合成）技術が開発されている。【０００３】
このＦＴ合成反応で生じる反応による熱、流路の内壁との摩擦、又はそれ以外の外部要因等により劣化した触媒粒子を含んだ液体炭化水素から触媒粒子を分離・回収するために様々な装置が検討されている。
その装置の１つとして、例えば特許文献１に示す回収装置が利用できる。この装置は、まず、加熱室内に設置した回転筒の内部で触媒粒子を含んだ炭化水素を加熱し、回転筒の中央部から軸線方向に排出されるガス化した炭化水素と、回転筒の外周部から排出される触媒粒子とに分離する。そして、ガス化した炭化水素を冷却塔で冷却して凝縮させ回収するものである。
また、他の装置として、触媒粒子を含んだ液体炭化水素を加圧して１枚のフィルタで濾過し、そのフィルタに形成された孔径より大きな触媒粒子を捕らえることにより触媒粒子を液体炭化水素から分離するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液体炭化水素を含むスラリーから触媒粒子を分離・回収する際に、上記の特許文献１に示す方法では加熱室と冷却塔を設ける必要があるために、装置が全体として大型になるという問題があった。また、上記のフィルタにより触媒粒子を分離する装置においては、粒子径の小さな触媒粒子を濾過する時に触媒粒子がフィルタを通過し、回収される液体炭化水素の品質が低下する恐れがあった。【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、装置の大型化と炭化水素の品質低下とを招くことを抑えて液体炭化水素を含むスラリーから触媒粒子を分離・回収することが可能な触媒分離システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の触媒分離システムは、水素および一酸化炭素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スラリーとの化学反応によって合成された炭化水素から前記触媒粒子を分離する触媒分離システムであって、反応器と、前記反応器から抜き出されたスラリーを貯留する貯留タンクと、このスラリーを濾過する複数のフィルタと、前記複数のフィルタを経た濾液を回収する濾液回収容器とを備え、前記複数のフィルタが、前記貯留タンクから前記濾液回収容器に至るスラリーの流路に直列に配置されている。【０００８】
また、上記の触媒分離システムにおいて、前記化学反応はフィッシャー・トロプシュ合成反応であってもよい。
この発明によれば、反応器本体から流される触媒粒子を含んだスラリーを第２の流路の上流から下流にかけて設けられたフィルタで複数回濾過することができる。このため、液体炭化水素を含むスラリーから触媒粒子を分離・回収する際に、回収される液体炭化水素に触媒粒子が混入することを確実に防止し、炭化水素製品の品質低下を抑えることができる。また、複数のフィルタにより触媒粒子をスラリーから分離することから、別途加熱室や冷却塔もしくは凝縮装置等の付属機器が不要となるため、装置が全体として大型化するのを抑えることが可能となる。【０００９】
また、前記複数のフィルタのうち、前記流路の上流に設けられたフィルタの孔径が、下流に設けられたフィルタの孔径より大きくてもよい。
この発明によれば、複数のフィルタの孔径が全て同じ大きさであれば触媒粒子は上流のフィルタの孔から詰まっていくことになる。本発明の触媒分離システムは、第２の流路の上流に配設されたフィルタの孔径より下流に配設されたフィルタの孔径の方が小さくなるように構成されている。このため、下流に配設されたフィルタにはその１つ上流のフィルタの孔を通った比較的外径の小さな触媒粒子が詰まるが、孔径が大きい上流のフィルタにはそのフィルタの孔径よりも大きな触媒粒子が詰まるというように、フィルタによって詰まる触媒粒子の外径が異なることとなる。従って、触媒粒子が上流のフィルタのみに偏って詰まり、触媒粒子を含んだスラリーが第２の流路を閉塞させて流れなくなるのを防止することができる。【００１０】
また、上記の触媒分離システムにおいて、前記複数のフィルタのうち少なくとも一つがヌッチェフィルタであってもよい。
なお、ここで言うヌッチェフィルタとは、布やワイヤスクリーンの一側から真空ポンプ等で吸引して濾過する方式のフィルタ、又は他側から加圧することで濾過する方式のフィルタのことを意味する。
この発明によれば、スラリー中の触媒粒子を効果的に濾過することができる。【００１１】
また、上記の触媒分離システムにおいて、前記複数のフィルタのうち、濾液回収容器に最も近いフィルタが、焼結金属により作られていてもよい。
なお、ここで言う焼結金属により作られたフィルタとは、金属製の粉又は網等を重ね合わせ金属の融点以下の温度で熱処理して固めたフィルタのことを意味する。
この発明によれば、フィルタで外径の小さな数μｍの触媒粒子まで捕らえることができる。【００１２】
また、上記の触媒分離システムにおいて、前記複数のフィルタは、前記貯留タンクから抜き出されたスラリーを濾過する第１フィルタと、前記第１フィルタを経た前記スラリーを濾過する複数の第２フィルタとを有していてもよく、前記流路の一部が並列に分岐し、分岐した各流路に前記複数の第２フィルタが設けられ、前記流路に前記複数の第２フィルタに前記スラリーを選択的に流入させるための切替え手段が設けられていてもよい。【００１３】
この発明によれば、例えば、いずれか１つの分岐流路にスラリーを流すうちに触媒粒子がフィルタの孔に詰まり流れ難くなった時に、切替え手段によってスラリーを流す分岐流路を別の分岐流路に切替えることが可能となる。従って、フィルタの孔に触媒粒子が詰まった場合でも、スラリーの流れを止めることなく新しいフィルタに交換することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の触媒分離システムによれば、装置の大型化と炭化水素の品質低下とを招くことを抑えて液体炭化水素を含むスラリーから触媒粒子を分離・回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の触媒分離システムが用いられ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。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態の触媒分離システムの全体構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の触媒分離システムの工程を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態の触媒分離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】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る触媒分離システムの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は、本発明の触媒分離システム８１が用いられる、天然ガス等の炭化水素原料から液体燃料を合成する液体燃料合成システム１の全体構成を示す概略図である。液体燃料合成システム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。そして、触媒分離システム８１は、例えば、液体燃料合成システム１の後述する液体燃料製品を製造する各ユニットが稼動を停止している時に用いられ、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スラリーとの化学反応によって合成された液体炭化水素を含むスラリーから、触媒粒子を分離・回収するシステムである。
【００１７】
図１に示すように、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フィッシャー・トロプシュ合成反応により液体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炭化水素を水素化・精製して液体燃料製品（ナフサ、灯油、軽油、ワックス等）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。
【００１８】
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および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。
【００１９】
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。
【００２０】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２    ・・・（１）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２  ・・・（２）
【００２１】
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とを接続する主流路から分岐した分岐流路上に設けられる。この水素分離装置２６は、例えば、圧力差を利用して水素の吸着と脱着を行う水素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、各吸着塔で水素の加圧、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。
【００２２】
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。
【００２３】
水素吸蔵合金法は、例えば、冷却／加熱されることで水素を吸着／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の吸着と、水素吸蔵合金の加熱による水素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。
【００２４】
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安い。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。
【００２５】
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（反応器本体）３０と、気液分離器３４と、分離器３６と、気液分離器３８と、第１精留塔４０とを主に備える。気泡塔型反応器３０は、上記合成ガス生成ユニット３で生成された合成ガス、即ち、一酸化炭素ガスと水素ガスとをＦＴ合成反応させて炭化水素を生成する。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、気泡塔型反応器３０の中央部に接続され、触媒と液体炭化水素生成物を分離処理する。気液分離器３８は、気泡塔型反応器３０の頂部に接続され、未反応合成ガス及び気体炭化水素生成物を冷却処理する。第１精留塔４０は、気泡塔型反応器３０から分離器３６、気液分離器３８を介して供給された液体炭化水素を蒸留し、沸点に応じて各留分に分離・精製する。
【００２６】
このうち、気泡塔型反応器３０は、合成ガスから液体炭化水素を合成する反応器であり、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合成により合成ガスから気体又は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、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合成反応を起こす。
【００２７】
2010038400.tif 000003
【００２８】
なお、触媒粒子は、ＦＴ合成反応中に発生する熱や、流路の内壁との摩擦等により劣化することがある。また、この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おり、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、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ようになっている。
【００２９】
最後に、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、ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０と、灯油・軽油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。ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０は、第１精留塔４０の底部に接続されている。灯油・軽油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の上部に接続されている。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炭化水素を沸点に応じて分離・精製する。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炭化水素を精留して、ブタンおよびブタンより軽い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分離・回収する。
【００３０】
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を合成する工程（ＧＴＬプロセス）について説明する。
【００３１】
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。
【００３２】
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例えばＺｎＯ触媒で水添脱硫する。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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、脱炭酸装置２０と気泡塔型反応器３０とを接続する配管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。
【００３７】
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は、ガスホルダー（図示せず。）等から圧縮機（図示せず。）を介して、液体燃料合成システム１内において水素を利用して所定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、ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０、灯油・軽油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）に連続して供給する。
【００３８】
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、液体炭化水素を合成する。
【００３９】
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の底部から流入されて、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が気化して水蒸気となる。この水蒸気は、気液分離器３４で液化した水が伝熱管３２に戻されて、気体分が中圧スチーム（例えば１．０〜２．５ＭＰａＧ）として外部装置に供給される。
【００４０】
このようにして、気泡塔型反応器３０で合成された液体炭化水素は、気泡塔型反応器３０の中央部から取り出されて、分離器３６に送出される。分離器３６は、取り出されたスラリー中の触媒（固形分）と、液体炭化水素生成物を含んだ液体分とを分離する。分離された触媒は、その一部を気泡塔型反応器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気液分離器３８に導入される。気液分離器３８は、これらのガスを冷却して、一部の凝縮分の液体炭化水素を分離して第１精留塔４０に導入する。一方、気液分離器３８で分離されたガス分については、未反応の合成ガス（ＣＯとＨ２）は、気泡塔型反応器３０の底部に再投入されてＦＴ合成反応に再利用される。また、製品対象外である炭素数が少ない（Ｃ４以下）炭化水素ガスを主成分とする排ガス（フレアガス）は、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る。
【００４１】
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から分離器３６、気液分離器３８を介して供給された液体炭化水素（炭素数は多様）を加熱して、沸点の違いを利用して分留し、ナフサ留分（沸点が約１５０℃未満）と、灯油・軽油留分（沸点が約１５０〜３５０℃）と、ＷＡＸ留分（沸点が約３５０℃より大）とに分離・精製する。この第１精留塔４０の底部から取り出されるＷＡＸ留分の液体炭化水素（主としてＣ２１以上）は、ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０に移送され、第１精留塔４０の中央部から取り出される灯油・軽油留分の液体炭化水素（主としてＣ１１〜Ｃ２０）は、灯油・軽油留分水素化精製反応器５２に移送され、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。
【００４２】
ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０は、第１精留塔４０の底部から供給された炭素数の多いＷＡＸ留分の液体炭化水素（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、炭素数をＣ２０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ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０により、水素化分解された液体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、灯油・軽油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。
【００４３】
灯油・軽油留分水素化精製反応器５２は、第１精留塔４０の中央部から供給された炭素数が中程度である灯油・軽油留分の液体炭化水素（概ねＣ１１〜Ｃ２０）を、水素分離装置２６からＷＡＸ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、主に側鎖状飽和炭化水素を得るために、上記液体炭化水素を異性化し、上記液体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。
【００４４】
ナフサ留分水素化精製反応器５４は、第１精留塔４０の上部から供給された炭素数が少ないナフサ留分の液体炭化水素（概ねＣ１０以下）を、水素分離装置２６からＷＡＸ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。
【００４５】
次いで、第２精留塔７０は、上記のようにしてＷＡＸ留分水素化分解反応器５０及び灯油・軽油留分水素化精製反応器５２から供給された液体炭化水素を蒸留して、炭素数がＣ１０以下の炭化水素（沸点が約１５０℃未満）と、灯油（沸点が約１５０〜２５０℃）と、軽油（沸点が約２５０〜３５０℃）と、ＷＡＸ留分水素化分解反応器５０からの未分解ＷＡＸ留分（沸点約３５０℃より大）とに分離・精製する。第２精留塔７０の下部からは軽油が取り出され、中央部からは灯油が取り出される。一方、第２精留塔７０の塔頂からは、炭素数がＣ１０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。
【００４６】
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Ｃ１０以下の炭化水素を蒸留して、製品としてのナフサ（Ｃ５〜Ｃ１０）を分離・精製する。これにより、ナフサ・スタビライザー７２の下部からは、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排ガス（フレアガス）が排出される。
【００４７】
図２は、上述したように、例えば、液体燃料合成システム１の各ユニットが稼働を停止している時に用いられる本発明の触媒分離システム８１である。
触媒分離システム８１は、気泡塔型反応器３０と、触媒粒子を含んだスラリーを気泡塔型反応器３０から抜き出すための第１の流路８３と、抜き出したスラリーを貯留する貯留タンク、すなわち廃触媒受けタンク８５と、廃触媒受けタンク８５のスラリーを処理するための第２の流路８４と、第２の流路８４の上流から下流に向けて設けられた複数のフィルタ（その詳細は後述する。）とを備えている。
【００４８】
第１の流路８３は配管８３ａで構成され、第２の流路８４は、配管８４ａ、８４ｂ、８４ｃを含み、上流から廃触媒受けタンク８５、第１濾過装置８７、第２濾過装置８９、濾液回収容器９１がこの順に設けられている。そして、気泡塔型反応器３０は配管８３ａの一端に接続され、配管８３ａの他端と配管８４ａの一端との間に廃触媒受けタンク８５が、配管８４ａの他端と配管８４ｂの一端との間に第１濾過装置８７が、配管８４ｂの他端と配管８４ｃの一端との間に第２濾過装置８９が、それぞれ接続されている。配管８４ｃの第２濾過装置８９が接続されている一端とは反対側の他端には濾液回収容器９１が接続されている。
廃触媒受けタンク８５はスラリーを一時的に貯留するタンクであり、第１濾過装置８７及び第２濾過装置８９はスラリーから触媒粒子等の固形物を濾過する装置であり、濾液回収容器９１はスラリーを濾過して得られる濾液Ｌを収容する容器である。
【００４９】
気泡塔型反応器３０と廃触媒受けタンク８５との間に接続された配管８３ａには、配管８３ａを開閉するための第１仕切り弁９３が取付けられている。ここで言う配管を開けるとは配管中をスラリーが流れることができる状態にすることを意味し、配管を閉じるとは配管中をスラリーが流れることができない状態にすることを意味する。
廃触媒受けタンク８５の上部には、廃触媒受けタンク８５内に窒素を供給するための第１窒素供給流路９５が接続され、この第１窒素供給流路９５には流路を開閉するための第２仕切り弁９６が取付けられている。
廃触媒受けタンク８５には、内部に収容されるスラリーの液面の高さを検出する液面検出装置９８が取付けられ、さらにスラリーを攪拌するための攪拌装置９９が取付けられている。なお、液面検出装置９８は、廃触媒受けタンク８５がスラリーで充填され液面が所定の高さ以上になった場合には自身に設けられた表示装置（図示せず。）によりＨＩＧＨを表示し、廃触媒受けタンク８５からスラリーが無くなった場合にはＥＭＰＴＹを表示してもよい。
【００５０】
廃触媒受けタンク８５と第１濾過装置８７との間に接続された配管８４ａには、配管８４ａを開閉するための第３仕切り弁１０１と、配管８４ａを流れるスラリーの流量を検出するための計測器１０２が取付けられている。
そして、第１濾過装置８７には、スラリーを収容する筒状の容器本体８７ａと、このスラリーを濾過するためのヌッチェフィルタである第１フィルタ１０４と、容器本体８７ａ中の触媒粒子を含んだスラリーの液面を検出する液面検出装置８７ｂと、スラリーの攪拌と第１フィルタ１０４で濾過された固形物の排出を行う攪拌・排出手段１０５と、濾過された固形物を搬送し第１廃触媒ドラム１０７に収容する第１固形物搬送流路１０８と、が備えられている。
ヌッチェフィルタは、一般的には、布やワイヤスクリーンの一側から真空ポンプ等で吸引して濾過する方式のフィルタ、又は他側から加圧することで濾過する方式のフィルタであり、本実施形態の第１フィルタ１０４の目開きは４００〜８００メッシュ、すなわち第１フィルタ１０４に形成された孔径が３１〜６３μｍとなるよう構成されている。
攪拌・排出手段１０５は、容器本体８７ａ内に配置されて容器本体８７ａの軸線周りに回転するとともにその軸線方向に平行移動する攪拌翼１０５ａと、一端が攪拌翼１０５ａに接続された軸部材１０５ｂと、軸部材１０５ｂの他端に接続され攪拌翼１０５ａを回転させたり移動させたりする駆動力を生じる攪拌翼駆動モータ１０５ｃと、を有する。
また、第１固形物搬送流路１０８には、この第１固形物搬送流路１０８を開閉するための開閉弁１０９が取付けられている。
【００５１】
第１濾過装置８７と第２濾過装置８９との間に接続された配管８４ｂには、配管８４ｂを開閉するための第４仕切り弁１１０が取付けられている。
第２濾過装置８９は、自身の内部と第２濾過装置８９から出た直後の配管８４ｃとの間の圧力差を測定する差圧計１１２と、内部に配置された焼結金属により作られたフィルタ（以下、「焼結金属フィルタ」と称する。）である第２フィルタ１１３と、第２濾過装置８９中のスラリーの液面を検出する液面検出装置８９ａと、を備えている。この焼結金属フィルタには微小な孔を形成することが可能であり、本実施形態において、第２フィルタ１１３の孔径は１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下となるように設定されている。すなわち、触媒分離システム８１に備えられている２つのフィルタは、上流に配設された第１フィルタ１０４の孔径（３１〜６３μｍ）より下流に配設された第２フィルタ１１３の孔径の方が小さくなるように構成されている。
差圧計１１２は、第２フィルタ１１３が触媒粒子等で詰まり、第２フィルタ１１３の上流と下流との間での圧力損失が所定の値より大きい場合に自身に設けられた表示装置（図示せず。）によりＨＩＧＨを表示し、圧力損失が所定の値より小さい場合にＬＯＷを表示する。
【００５２】
第２濾過装置８９の下方には、第２濾過装置８９で濾過された固形物を搬送し第２廃触媒ドラム１１４に収容する第２固形物搬送流路１１５が備えられている。この第２固形物搬送流路１１５には、第２固形物搬送流路１１５を開閉するための第７仕切り弁１１７が備えられている。
第２濾過装置８９と濾液回収容器９１との間に接続された配管８４ｃにおいて、差圧計１１２で配管８４ｃ側の圧力を測定している個所より下流には、配管８４ｃ内に窒素を供給し第６仕切り弁１２０で開閉される第２窒素供給流路１２１が接続され、さらにその下流には配管８４ｃを開閉するための第５仕切り弁１２３が取付けられている。
【００５３】
次に、以上のように構成された触媒分離システム８１により、スラリーから触媒粒子を分離・回収する工程について説明する。
図３は、触媒分離システム８１の工程を示すフローチャートである。なお、以下の工程が始まる前には、仕切り弁９３、９６、１０１、１１０、１１７、１２０、１２３、及び開閉弁１０９は全て閉じた状態にある。
まず、気泡塔型反応器３０からスラリーを抜出す命令が出されるまで、ステップＳ１１を繰返し、スラリーを抜出す命令が出された時（ＹＥＳ）にステップＳ１２に移行する。
次いで、ステップＳ１２において、第１仕切り弁９３を開き、配管８３ａ内を通ってスラリーを気泡塔型反応器３０から廃触媒受けタンク８５に流れ込ませて攪拌装置９９で攪拌し、ステップＳ１３に移行する。そしてステップＳ１３を、液面検出装置９８により検知される廃触媒受けタンク８５のスラリーの液面が表示装置でＨＩＧＨと表示されるまで繰返し、ステップＳ１４に移行する。
【００５４】
ステップＳ１４では、第１仕切り弁９３を閉じ、第２仕切り弁９６、第３仕切り弁１０１、第４仕切り弁１１０、及び第５仕切り弁１２３を開いて、ステップＳ１５に移行する。
この時、廃触媒受けタンク８５内のスラリーは、第１窒素供給配管９５を通って廃触媒受けタンク８５内に流れる窒素により加圧され、配管８４ａ内を通って加圧用の窒素とともに第１濾過装置８７の容器本体８７ａ内に流れ込む。
次いで、ステップＳ１５において、第１濾過装置８７の容器本体８７ａ内のスラリーは窒素の圧力により第１フィルタ１０４に押付けられ、濾過が開始される。この間、スラリーの濾過が効果的に行われるように、攪拌・排出手段１０５の攪拌翼駆動モータ１０５ｃにより攪拌翼１０５ａを回転させて容器本体８７ａ内のスラリーを攪拌する。
第１フィルタ１０４により濾過された濾液は、配管８４ｂ内を流れ第４仕切り弁１１０を通って第２濾過装置８９に流れ込む。そして第２濾過装置８９内に配設された第２フィルタ１１３でさらに濾過され、配管８４ｃ内を流れ第５仕切り弁１２３を通って濾液回収容器９１に流れ込む。この濾液回収容器９１に収容される濾液Ｌは、液体炭化水素を主成分とするものである。
【００５５】
次いで、ステップＳ１６において、スラリーの濾過が完了したか否かを判断する。具体的には、液面検出装置９８の表示装置がＥＭＰＴＹを表示し、第１濾過装置８７の液面検出装置８７ｂ及び第２濾過装置８９の液面検出装置８９ａでスラリーが検出されなくなった時に濾過が完了したと判断し（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に移行する。また、液面検出装置９８の表示装置がＥＭＰＴＹを表示していないか、液面検出装置８７ｂ、８９ａのいずれか１つがスラリーを検出した時には濾過は完了していないと判断し（ＮＯ）、ステップＳ２１に移行する。
ステップＳ１７において、第１廃触媒ドラム１０７及び第２廃触媒ドラム１１４に収容された触媒粒子等の固形物を廃棄処理業者等により廃棄処理する、または金属リサイクル業者にて回収処理し、濾液回収容器９１に収容された濾液Ｌを液体燃料合成システム１の次回運転時の初期溶媒として再利用して、全ての工程を終了する。
なお、第１廃触媒ドラム１０７内の固形物を廃棄処理する前に、以下の処理を行ってもよい。すなわち、攪拌・排出手段１０５の攪拌翼駆動モータ１０５ｃにより回転している攪拌翼１０５ａを第１フィルタ１０４に当接させるとともに開閉弁１０９を開ける。そして、第１フィルタ１０４上に残った触媒粒子等の固形物を第１固形物搬送流路１０８を通って第１廃触媒ドラム１０７に収容する。
【００５６】
また、ステップＳ２１において、第２濾過装置８９に備えられた差圧計１１２の表示装置がＨＩＧＨを表示しているか否かを判断する。そして、表示装置がＨＩＧＨを表示している場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２２に移行して第２フィルタ１１３に詰まった触媒粒子等を取り除く以下で説明する工程を行い、表示装置がＬＯＷを表示している場合（ＮＯ）にはステップＳ１６に移行する。
【００５７】
ステップＳ２２では、第２仕切り弁９６、第４仕切り弁１１０、及び第５仕切り弁１２３を閉じ、第６仕切り弁１２０及び第７仕切り弁１１７を開いてステップＳ２３に移行する。
続いて、ステップＳ２３において、第２窒素供給配管１２１から第２濾過装置８９内の第２フィルタ１１３を通って第２固形物搬送配管１１５側に窒素を流し、ステップＳ２４に移行する。この窒素を流す向きは、これまで第２フィルタ１１３内に触媒粒子を含んだスラリーが流れていた向きに対して逆向きとなり、第２フィルタ１１３が捕らえた触媒粒子等の固形物は流される窒素により押されて第２固形物搬送配管１１５を通って第２廃触媒ドラム１１４に収容される。
続いて、ステップＳ２４において、第２仕切り弁９６、第４仕切り弁１１０、及び第５仕切り弁１２３を開き、第６仕切り弁１２０及び第７仕切り弁１１７を閉じて、触媒分離システム８１に次回のスラリーを流す準備をしておく。
【００５８】
こうして、本発明の第１実施形態の触媒分離システムによれば、第２の流路８４の上流から下流にかけて設けられた第１フィルタ１０４及び第２フィルタ１１３で触媒粒子を含んだスラリーを合計２回濾過することができる。このため、液体炭化水素を含むスラリーから触媒粒子を分離・回収する際に、回収される液体炭化水素に触媒粒子が混入することを防止し、炭化水素の製品の品質低下を抑えることができる。従って、濾過により得られる炭化水素の品質を向上させることが可能となる。また、２つのフィルタ１０４、１１３により触媒粒子をスラリーから分離するので、加熱室や冷却塔等の大型の装置を用いることがなく、触媒分離システム８１が全体として大型化するのを抑えることが可能となる。
また、第１フィルタ１０４と第２フィルタ１１３の孔径が全て同じ大きさであれば触媒粒子はまず上流の第１フィルタ１０４の孔に詰まっていくことになる。本発明の触媒分離システム８１は、上流に配設された第１フィルタ１０４の孔径（３１〜６３μｍ）より下流に配設された第２フィルタ１１３の孔径（１０μｍ以下）の方が小さくなるように構成されている。このため、第２フィルタ１１３には第１フィルタ１０４の孔を通った比較的外径の小さな触媒粒子が詰まるが、孔径が大きい第１フィルタ１０４にはその第１フィルタ１０４の孔径よりも大きな触媒粒子が詰まるというように、フィルタによって詰まる触媒粒子の外径が異なることとなる。従って、触媒粒子が上流の第１フィルタ１０４に偏って詰まり、触媒粒子を含んだ炭化水素が第２の流路８４を閉塞させて流れなくなるのを防止することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態の触媒分離システム１３１では、上記実施形態で備えられた第２の流路８４の代わりに、廃触媒受けタンク８５に接続された上流メイン流路（メイン流路）１３５、上流メイン流路１３５から分岐する２つの分岐流路１３６、１３７、及び２つの分岐流路１３６、１３７を下流で１本にまとめる下流メイン流路１３８、で構成された第２の流路１３４が備えられている。つまり、廃触媒受けタンク８５から濾液回収容器９１までの流路の一部が並列に分岐している。
【００６０】
上流メイン流路１３５は配管１３５ａ及び１３５ｂを含んでいる。そして、廃触媒受けタンク８５は配管１３５ａの一端に接続され、配管１３５ａの他端と配管１３５ｂの一端との間に第１濾過装置８７が接続されている。分岐流路１３６は配管１３６ａ、１３６ｂを含み、分岐流路１３７は配管１３７ａ、１３７ｂを含んでいる。
そして、上流メイン流路１３５の配管１３５ｂの他端と、分岐流路１３６の配管１３６ａの一端及び分岐流路１３７の配管１３７ａの一端と、の間には、配管１３５ｂを流れるスラリーを配管１３６ａ、配管１３７ａのいずれか１つに流すように切替え可能な切替え手段１４０が配設されている。つまり、並列に分岐する各分岐流路のいずれかにスラリーを選択的に流入させるための切替え手段が設けられている。
【００６１】
また、上記第１実施形態では触媒分離システム８１に１つ設けられていた第２濾過装置８９の代わりに、本実施形態では配管１３６ａの他端と配管１３６ｂの一端との間、及び配管１３７ａの他端と配管１３７ｂの一端との間、に第２濾過装置８９がそれぞれ１つずつ接続され、これらの第２濾過装置８９には焼結金属フィルタである第２フィルタ１１３がそれぞれ備えられている。
【００６２】
以上のように構成された触媒分離システム１３１によれば、例えば、一方の分岐流路１３６にスラリーを流すうちに触媒粒子がフィルタ１１３の孔に詰まり流れ難くなった時に、切替え手段１４０によってスラリーを流す分岐流路を分岐流路１３６から分岐流路１３７に切替えることが可能となる。
従って、分岐流路１３６のフィルタ１１３の孔に触媒粒子が詰まった時に、スラリーの流れを止めることなく分岐流路１３７の新しいフィルタ１１３に交換することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、分岐流路１３６、１３７には第２フィルタ１１３が備えられた第２濾過装置８９のみをそれぞれ接続した。しかし、各分岐流路１３６、１３７に触媒分離システム１３１内の全てのフィルタを接続してもよい。すなわち、各分岐流路１３６、１３７に、第１フィルタ１０４を備えた第１濾過装置８７及び第２フィルタ１１３を備えた第２濾過装置８９をそれぞれ接続してもよい。
また、本実施形態では、触媒分離システム１３１に分岐流路を２つ備えたが、３つ以上備えてもよい。
【００６４】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態では、第１フィルタ１０４の孔径より第２フィルタ１１３の孔径の方が小さくなるように構成したが、第１フィルタ１０４の孔径は第２フィルタ１１３の孔径と同じでもよいし、第１フィルタ１０４の孔径は第２フィルタ１１３の孔径より小さくてもよい。
【００６５】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、触媒分離システムの上流から下流にかけて第１フィルタ１０４と第２フィルタ１１３の２種類のフィルタを備えたが、３種類以上のフィルタを備えてもよい。
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、第２フィルタ１１３は焼結金属フィルタに限ることなく、ヌッチェフィルタ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の触媒分離システムは、装置の大型化と炭化水素の品質低下とを抑えて液体炭化水素を含むスラリーから触媒粒子を分離・回収することができる。
【符号の説明】
【００６７】
３０  気泡塔型反応器（反応器本体）
８１、１３１  触媒分離システム
８３  第１の流路
８４、１３４  第２の流路
８５  廃触媒受けタンク（貯留タンク）
１０４  第１フィルタ（フィルタ）
１１３  第２フィルタ（フィルタ）
１３５  上流メイン流路（メイン流路）
１３６、１３７  分岐流路
１４０  切替え手段
【図１】
2010038400.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2010038400.tif 000008
2010038400.tif 000009
2010038400.tif 000010
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