(57)【要約】  液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、該反応器本体の底部に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体である炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口とを備え、前記スラリーの液面と前記流出口との鉛直方向の距離が１．４ｍ以上１０ｍ以下である。
2010038392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、
該反応器本体の底部に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、
前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体である炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口と、
を備え、
前記スラリーの液面と前記流出口との鉛直方向の距離が１．４ｍ以上１０ｍ以下である気泡塔型反応器。
【請求項２】
請求項１に記載の気泡塔型反応器であって、
前記反応器本体内へ流入させる前記合成ガスのガス空塔速度が、０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下である気泡塔型反応器。
【請求項３】
液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、
該反応器本体の底部に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、
前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体である炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口と、
前記反応器本体内の前記スラリーの液面と前記流出口との間に配置され、自身の内部を通過する前記触媒粒子を捕らえるデミスタ部と、
を備える気泡塔型反応器。
【請求項４】
請求項３に記載の気泡塔型反応器であって、
前記デミスタ部を加熱する加熱手段がさらに備えられている気泡塔型反応器。
【請求項５】
請求項４に記載の気泡塔型反応器であって、
前記加熱手段は、
少なくとも一部が前記デミスタ部内に配置された加熱用配管と、
該加熱用配管に当該加熱用配管を加熱するための加熱媒体を供給する加熱媒体流通手段と、
を備える気泡塔型反応器。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかに記載の気泡塔型反応器であって、
前記反応器本体内へ流入させる前記合成ガスのガス空塔速度が、０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下である気泡塔型反応器。
【請求項７】
液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、
該反応器本体に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、
前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体の炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口と、
を備える気泡塔型反応器の制御方法であって、
前記スラリーの液面と前記流出口との鉛直方向の距離が１．４ｍ未満となった場合には、前記反応器本体に収容される前記スラリーの量を減少させる工程を有する気泡塔型反応器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒を用いた化学反応によって炭化水素を合成する気泡塔型反応器及び気泡塔型反応器の制御方法に関する。
本願は、２００８年０９月３０日に日本出願された特願２００８−２５４８１３および特願２００８−２５４８１４に基づいて優先権を主張し、これら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、気泡塔型反応器を用いた液体燃料合成システムが開発されている。この液体燃料合成システムでは、天然ガスを改質して水素ガス（Ｈ２）と一酸化炭素ガス（ＣＯ）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。）により触媒粒子を用いて気泡塔型反応器内で炭化水素を合成し、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）技術が用いられている。【０００３】
気泡塔型反応器内では、例えば特許文献１に示すように、合成ガスが触媒を含むスラリーの底部から吹き込まれ、合成ガスは気泡となってスラリー内を上昇する。そして、スラリー内を上昇するうちに合成ガスはスラリー中の液に溶解し触媒粒子と接触することによりＦＴ合成反応を起こし、気体や液体炭化水素等を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９７４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、一般的に、気泡塔型反応器内で反応しなかった合成ガスと気体の炭化水素等は気泡塔型反応器の塔頂から流出して分離され、未反応の合成ガス等は再び気泡塔型反応器内に吹き込まれ、気体の炭化水素は下流の工程で冷却により液化されて液体燃料となる。
しかし、スラリーの流動・混合状態を良くするために粒子径の小さな触媒粒子が用いられるので、スラリーの液面から未反応の合成ガスおよび気体の炭化水素等とともに触媒粒子が上方に飛散して気泡塔型反応器の塔頂部を経由してガス排出口から排出され、気体の炭化水素は中に触媒粒子が混入されたまま液化されてしまうため、製品の品質低下、機器・配管内での滞留・閉塞が発生する問題が生じていた。【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、流出する気体の炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えた気泡塔型反応器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の気泡塔型反応器の第一の態様は、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、該反応器本体の底部に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体である炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口とを備え、前記スラリーの液面と前記流出口との鉛直方向の距離が１．４ｍ以上１０ｍ以下である。【０００８】
上記第一態様によれば、反応器本体に設けられた流入口から反応器本体内の液体のスラリーに流入した合成ガスは、スラリー内を気泡となって上昇しながらスラリーに含まれる触媒粒子により化学反応して炭化水素となる。触媒粒子の一部は、合成された気体の炭化水素とスラリー内で未反応の合成ガス等に同伴してスラリーの液面から飛び出し塔頂部に設けられた流出口から流出する可能性があるが、スラリーの液面と流出口との鉛直方向の距離を１．４ｍ以上１０ｍ以下となるように設定する。この距離を１．４ｍ以上に設定することで、上方に飛び出す大部分の触媒粒子は自身に作用する重力の影響により、流出口に達する前に落ちて反応器本体に収容されたスラリーに戻ることとなる。従って、流出口から流出する炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えることができる。
また、この距離を１０ｍ以下に設定することで、気泡塔型反応器が過大となりコスト増となることを抑制することができ、且つ気泡塔型反応器を例えば液体燃料合成システムに組込み難くなるのを防止することができる。【０００９】
また、上記の気泡塔型反応器において、前記反応器本体内へ流入させる前記合成ガスのガス空塔速度が、０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下であってもよい。
この場合、ガス空塔速度を０．３ｍ／ｓｅｃ以下に設定することにより、スラリーの液面から上方に飛び出す炭化水素の速度を抑え流出口から流出する炭化水素に触媒粒子が混入することをより確実に抑えることができる。
また、ガス空塔速度を０．０４ｍ／ｓｅｃ以上に設定することで、スラリーの下方に触媒粒子が沈降することによる、前記反応器内部における触媒の滞留および合成ガスとスラリーとの化学反応の効率低下を防止することができる。【００１０】
本発明の気泡塔型反応器の第二態様は、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、該反応器本体の底部に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体である炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口と、前記反応器本体内の前記スラリーの液面と前記流出口との間に配置され、自身の内部を通過する前記触媒粒子を捕らえるデミスタ部とを備える。【００１１】
上記第二態様によれば、反応器本体に設けられた流入口から反応器本体内の触媒を含むスラリーに流入した合成ガスは、スラリー内を気泡となって上昇しながらスラリーに含まれる触媒粒子により化学反応して炭化水素となる。触媒粒子の一部は、合成された気体の炭化水素とスラリー内で未反応の合成ガス等に同伴してスラリーの液面から上方に飛び出し頭頂部に設けられた流出口から流出する可能性があるが、スラリーと流出口との間にデミスタ部が備えられているので、触媒粒子はデミスタ部の内部を通過する時にデミスタ部に捕捉される。従って、流出口から流出する炭化水素に触媒粒子が混入するのを抑えることができる。【００１２】
また、上記の気泡塔型反応器において、前記デミスタ部を加熱する加熱手段がさらに備えられていてもよい。
この場合、例えば、デミスタ部に触媒を含むスラリーが付着して冷えて固まった場合であっても、加熱手段により付着したスラリーを加熱して溶かし、反応器本体内に収容された液体のスラリー内に落として戻すことができる。従って、デミスタ部にスラリーが固まることによりデミスタ部が閉塞すること、およびそれに伴って気体の炭化水素が流れなくなることを防止することができる。【００１３】
また、上記の気泡塔型反応器において、前記加熱手段は、少なくとも一部が前記デミスタ部内に配置された加熱用配管と、該加熱用配管に当該加熱用配管を加熱するための加熱媒体を供給する加熱媒体流通手段とを備えていてもよい。
この場合、加熱用配管はデミスタ部内に配置されているので、加熱用配管内に加熱媒体を流すことによりデミスタ部をより確実に加熱することができる。また、例えば、発熱反応であるＦＴ合成反応で発熱したスラリーとの熱交換を行う工程で生じる水蒸気を加熱用配管内に流通させることで、デミスタ部を効率的に加熱することが可能となる。【００１４】
また、上記の気泡塔型反応器において、前記反応器本体内へ流入させる前記合成ガスのガス空塔速度が、０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下であってもよい。
この場合、ガス空塔速度を０．３ｍ／ｓｅｃ以下に設定することにより、スラリーの液面から上方に飛び出す炭化水素の速度を抑え流出口から流出する炭化水素に触媒粒子が混入することをより確実に抑えることができる。
また、ガス空塔速度を０．０４ｍ／ｓｅｃ以上に設定することで、スラリーの下方に触媒粒子が沈降することによる、前記反応器内部における触媒の滞留および合成ガスとスラリーとの化学反応の効率低下を防止することができる。【００１５】
また、本発明の気泡塔型反応器の制御方法は、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーを収容する反応器本体と、該反応器本体に設けられ、前記スラリー内に一酸化炭素ガス及び水素ガスを主成分とする合成ガスを流入させる流入口と、前記反応器本体の塔頂部に設けられ、前記合成ガスと前記スラリーとの化学反応によって合成される気体の炭化水素、及び未反応の前記合成ガス等を流出させる流出口とを備える気泡塔型反応器の制御方法であって、前記スラリーの液面と前記流出口との鉛直方向の距離が１．４ｍ未満となった場合には、前記反応器本体に収容される前記スラリーの量を減少させる工程を有する。【００１６】
この発明によれば、流入口から反応器本体内の液体のスラリーに流入した合成ガスは、スラリー内を気泡となって上昇しながらスラリー中に含まれる触媒粒子により化学反応して炭化水素となる。合成された気体の炭化水素とスラリー内で未反応の合成ガスとは触媒粒子とともにスラリーの上面から上方に飛び出すが、スラリーの液面と流出口との鉛直方向の距離が１．４ｍ未満の場合には、反応器本体に収容されるスラリーの量を減少させる、すなわちスラリーの液面を所定の位置まで下げることにより、この距離が１．４ｍ以上となるように制御される。このため、上方に飛び出す大部分の触媒粒子は自身に作用する重力の影響により、流出口に達する前に落ちて反応器本体に収容されたスラリーに戻ることとなる。
従って、流出口から流出する炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の気泡塔型反応器及び気泡塔型反応器の制御方法によれば、流出する気体の炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えることができる。
また、加熱手段によりデミスタ部を加熱することで、スラリーが固まってデミスタ部が閉塞することおよびデミスタ部に気体の炭化水素が流れなくなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態の気泡塔型反応器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、本発明の第一実施形態の気泡塔型反応器の全体構成を示す一部断面図である。
【図３】図３は、本発明の第二実施形態の気泡塔型反応器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４】図４は、本発明の第二実施形態の気泡塔型反応器の全体構成を示す一部断面図である。
【図５】図５は、図４中の切断線Ａ−Ａの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第一実施形態）
以下、本発明に係る第一実施形態の気泡塔型反応器、及びこの気泡塔型反応器が用いられる液体燃料合成システムを、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は液体燃料合成システム１の全体構成を示す概略図、図２は気泡塔型反応器３０の全体構成を示す一部断面図である。
【００２０】
図１に示すように、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。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及び水素ガスを主成分とする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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、一酸化炭素ガス及び水素ガス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。
【００２３】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２    ・・・（１）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２  ・・・（２）
【００２４】
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とを接続する主配管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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、ＦＴ合成ユニット５について説明する。図１及び図２に示すように、ＦＴ合成ユニット５は、例えば、流量制御装置３３と、気泡塔型反応器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。流量制御装置３３は気泡塔型反応器３０に流入する合成ガスＧの流量を一定に調節する。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を、自身の内部に収容するスラリーに含まれる触媒粒子によりＦＴ合成反応させて炭化水素を生成するもので、後述する液面計３９が設けられている。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、触媒粒子を含んだスラリーと液体炭化水素生成物とを分離処理する。気液分離器３８は、気泡塔型反応器３０に接続され、未反応の合成ガス及び気体の炭化水素生成物等を冷却処理し、未反応の合成ガスを気泡塔型反応器３０に戻し、気体の炭化水素生成物を冷却して液体にする。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。
なお、気泡塔型反応器３０の外部に、内部にスラリーを一時的に貯留するタンクを有し気泡塔型反応器３０に収容されるスラリーの量を調節するバッファー装置を設置してもよい。
【００２９】
このうち、気泡塔型反応器３０は、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーと合成ガスとのＦＴ合成反応によって炭化水素を合成するＦＴ合成用反応器として機能する。
図２に示すように、気泡塔型反応器３０は、スラリーＳを貯留する反応器本体３０ａと、反応器本体３０ａの底部に設けられスラリーＳ内に合成ガスＧを流入させる流入口３０ｂと、反応器本体３０ａの塔頂部に設けられ反応器本体３０ａからガス状の炭化水素および未反応の合成ガス等を流出させる流出口３０ｃと、を備えている。反応器本体３０ａは、断面が円形で筒状の胴部３０ｅと、胴部３０ｅの両端部にそれぞれ連接して設けられた略半球状の上蓋部３０ｆ及び下蓋部３０ｇと、で形成されている。
このように、反応器本体３０ａは、流入口３０ｂが下方に配置された下蓋部３０ｇの底部に、流出口３０ｃが上方に配置された上蓋部３０ｆの塔頂部にくるように配置されている。流入口３０ｂには、例えば、炭酸ガスを除去された合成ガスＧが脱炭酸装置２０から供給され、前述した気液分離器３８は流出口３０ｃに接続される。
【００３０】
液面計３９は、気泡塔型反応器３０に収容されるスラリーＳの上部の位置、すなわちスラリーＳの液面高さを検出する。
ここで、前述の流量制御装置３３がスラリーＳ内に流入させる合成ガスＧを、以下では、ガス空塔速度で評価することにする。本実施形態では胴部３０ｅの断面は円形となる。
なお、スラリーは主に触媒粒子とＦＴ合成反応により生成する液体炭化水素とからなり、液体炭化水素には一定の温度以下になると固体になるＷＡＸ留分が含まれる。
【００３１】
この気泡塔型反応器３０では、原料ガスである合成ガスＧは、気泡塔型反応器３０の流入口３０ｂから気泡となって供給されてスラリーＳ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。
【００３２】
2010038392.tif 000003
【００３３】
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、例えば中圧スチームとして回収できるようになっている。
【００３４】
最後に、製品精製ユニット７について説明する。図１に示すように、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分離・回収する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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Ｇは、図２に示すように、流量制御装置３３を通って気泡塔型反応器３０の反応器本体３０ａの底部に設けられた流入口３０ｂから流入して、反応器本体３０ａ内に貯留された液体のスラリーＳ内を気泡となって上昇する。この時、流量制御装置３３により、合成ガスＧのガス空塔速度が、０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるように調整される。なお、ガス空塔速度は、０．１ｍ／ｓｅｃ以上０．２ｍ／ｓｅｃ以下であることがより好ましい。
反応器本体３０ａ内では、上述したＦＴ合成反応により、当該合成ガスＧに含まれる一酸化炭素ガスと水素ガスとが反応して、気体や液体炭化水素が生成される。
【００４５】
ここで、液面計３９によりスラリーＳの液面の位置は常に検出されていて、スラリーＳの液面と流出口３０ｃとの鉛直方向Ｖの距離Ｌが１．４ｍ以上となり、かつ分離器３６に向かう配管の出口３６ａよりスラリーＳの液面が上方にくるように制御されている。すなわち、距離Ｌが１．４ｍより小さくなった場合には、分離器３６へ流出するスラリーＳの流量を一時的に増加させたり、ガス空塔速度を低下させること等により反応器本体３０ａに収容されるスラリーＳの量を減少させても良い。また、反応器本体３０ａの外部に前述のバッファー装置を設置して一旦スラリーＳの一部を供給しても良い。スラリーＳの液面が出口３６ａより下方にきた場合には、分離器３６へ流出するスラリーＳの流量を一時的に減少させたり、ガス空塔速度を増加させる等によりスラリーＳの液面の位置を高くしても良い。また、反応器本体３０ａの外部に前述のバッファー装置を設置して内部に保管されたスラリーＳを反応器本体３０ａに供給しても良い。
【００４６】
スラリーＳ内で未反応の合成ガスＧと合成された気体の炭化水素等から構成される気泡がはじけて発生する細かな液滴とともに、スラリーＳに含まれる触媒粒子がスラリーＳの液面から上方に飛び出す。しかし、合成ガスＧのガス空塔速度と距離Ｌが上記のように調整されているので、上方に飛び出す大部分の触媒粒子は自身に作用する重力の影響により、流出口３０ｃに達する前に落ちて反応器本体３０ａに収容されたスラリーＳに戻ることとなる。
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。
【００４７】
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、触媒粒子を含んだスラリーと液体炭化水素生成物とに分離する。分離されたスラリーは、気泡塔型反応器３０に戻され、液体炭化水素生成物は第１精留塔４０に供給される。また、気泡塔型反応器３０の塔頂に設けられた流出口３０ｃ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等が気液分離器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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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以下の炭化水素ガスが取り出されて、ナフサ・スタビライザー７２に供給される。
【００５３】
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。
【００５４】
こうして、本発明の第一実施形態の気泡塔型反応器３０によれば、反応器本体３０ａの底部に設けられた流入口３０ｂから反応器本体３０ａ内の液体のスラリーＳに流入した合成ガスＧは、スラリーＳ内を気泡となって上昇しながらスラリーＳに含まれる触媒粒子によりＦＴ合成反応を起こして気体又は液体炭化水素となる。ここで、触媒粒子の一部は、スラリーＳ内で反応しなかった合成ガスＧ又は合成された気体の炭化水素等とともにスラリーＳの液面から塔頂部に向かって飛び出す可能性があるが、流量制御装置３３によりガス空塔速度が０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるように調整され、液面計３９によりスラリーＳの液面と流出口３０ｃとの鉛直方向の距離Ｌが１．４ｍ以上１０ｍ以下であるように調整されている。
【００５５】
ガス空塔速度を０．３ｍ／ｓｅｃ以下に設定することにより、スラリーＳの液面から上方に飛び出す炭化水素の速度を抑え、流出口３０ｃから流出する炭化水素に触媒粒子が混入することをより確実に抑えることができる。さらに、ガス空塔速度を０．０４ｍ／ｓｅｃ以上に設定することで、スラリーＳの下方に触媒粒子が沈降することによる、反応器本体３０ａ内部における触媒の滞留および合成ガスＧとスラリーＳとの化学反応の効率低下を防止することができる。
また、スラリーＳの液面と流出口３０ｃとの鉛直方向の距離Ｌが１．４ｍ以上あるので、上方に飛び出す大部分の触媒粒子は自身に作用する重力の影響により、流出口３０ｃに達する前に落ちて反応器本体に収容されたスラリーに戻ることとなる。従って、流出口３０ｃから流出する炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えることができる。また、この距離Ｌを１０ｍ以下に設定することで、気泡塔型反応器３０が過大となりコスト増となることを抑制することができ、且つ気泡塔型反応器３０が液体燃料合成システム１に組込み難くなるのを防止することができる。
【００５６】
なお、この距離Ｌは、１．４ｍ以上１０ｍ以下であることが好ましく、１．８ｍ以上７ｍ以下であることがより好ましい。距離Ｌを１．８ｍ以上に設定することで、塔頂部に設けられた流出口３０ｃから流出するガスの流れを安定させることが可能となる。そして、距離Ｌが７ｍ以下となるようにすることで、液体燃料合成システム１の規模によらず、その中に気泡塔型反応器３０を組み込むことが可能となる。
【００５７】
上記第一実施形態の液体燃料合成システム１の気泡塔型反応器３０を用いて、反応器本体３０ａの流出口３０ｃから流出する触媒粒子の量を測定した結果について説明する。表１は、反応器本体３０ａの胴部３０ｅの内径が２５０ｍｍの場合の試験結果である。
実施例と比較例は、気泡塔型反応器３０をそれぞれ一定時間稼働した時の、触媒粒子の流出量を測定した。
【００５８】
【表１】
2010038392.tif 000004
【００５９】
実施例に示す、スラリーＳの液面と流出口３０ｃとの鉛直方向Ｖの距離Ｌが１．４ｍの場合には１時間当たりの触媒粒子の流出量は０．００３７ｇ／ｈとなることが分かった。これに対し、比較例に示す距離Ｌが０．７ｍの場合には流出量は０．０８７５ｇ／ｈとなり、実施例の２０倍以上に増加する。これらの測定結果と算出結果を第１精留塔４０へ供給される液体炭化水素中の触媒濃度に換算すると、実施例では２．１ｗｔ.ｐｐｍ、比較例では５０ｗｔ.ｐｐｍに相当することが分かった。
また、実施例の試験を行った反応器本体３０ａを分解して目視で観察すると、触媒粒子は胴部３０ｅの内壁面に、スラリーＳの液面があった位置から鉛直方向Ｖ上方に１．３ｍまでの範囲に付着していることが分かった。
【００６０】
以上、本発明の第一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、上記第一実施形態では胴部３０ｅの断面を円形としたが、楕円形、４角形又は６角形等他の形状であってもよい。
また、上記第一実施形態では、スラリーＳの液面と流出口３０ｃとの鉛直方向Ｖの距離Ｌが１．４ｍより小さくなった場合には反応器本体３０ａに収容されるスラリーＳの量を減少させる。しかし、これに代えて警告音を鳴らしたり、液体燃料合成システム１の運転を停止させたりしてもよい。
また、反応器本体３０ａ内においてスラリーＳと流出口３０ｃとの間に、自身の内部を通過する触媒粒子を捕らえるデミスタ部を設けてもよい。デミスタ部は、例えば金属の細い線を編んで細かい連通する隙間を数多く形成したものである。
【００６１】
（第二実施形態）
以下、本発明に係る第二実施形態の気泡塔型反応器、及びこの気泡塔型反応器が用いられる液体燃料合成システムを、図３から図５を参照しながら説明する。
図３は液体燃料合成システム１の全体構成を示す概略図、図４は気泡塔型反応器の全体構成を示す一部断面図である。
【００６２】
図３に示すように、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。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及び水素ガスを主成分とする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。合成ガス生成ユニット３および製品精製ユニット７の構成要素は、第一実施形態と同様である。以下に、第一実施形態とは異なる構成であるＦＴ合成ユニット５について説明する。
【００６３】
ＦＴ合成ユニット５は、例えば、流量制御装置３３と、気泡塔型反応器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。流量制御装置３３は気泡塔型反応器３０に流入する合成ガスの流量を一定に調節する。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、気泡塔型反応器３０から抜き出された触媒粒子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の塔頂部に接続され、未反応の合成ガス及び気体の炭化水素生成物を冷却処理し、未反応の合成ガスを気泡塔型反応器３０に戻し、気体の炭化水素生成物を冷却して液体にする。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。
【００６４】
このうち、気泡塔型反応器３０は、液体中に固体の触媒粒子を懸濁させてなるスラリーと合成ガスとのＦＴ合成反応によって炭化水素を合成するＦＴ合成用反応器として機能する。
図４に示すように、気泡塔型反応器３０は、スラリーＳを貯留する反応器本体３０ａと、反応器本体３０ａの一方の端に設けられスラリーＳ内に合成ガスＧを流入させる流入口３０ｂと、反応器本体３０ａの他方の端に設けられ反応器本体３０ａから炭化水素を流出させる流出口３０ｃと、反応器本体３０ａ内においてスラリーＳの液面と流出口３０ｃとの間に配置され、自身の内部を通過する触媒粒子を捕らえるデミスタ部３０ｄと、を備えている。反応器本体３０ａにおいては、流入口３０ｂが底部に、流出口３０ｃが塔頂部に配置される。そして、流入口３０ｂには、例えば、炭酸ガスを除去された合成ガスＧが脱炭酸装置２０から供給され、前述した気液分離器３８は流出口３０ｃに接続される。
なお、スラリーＳは主に触媒粒子とＦＴ合成反応により生成する液体炭化水素とからなり、液体炭化水素には一定の温度以下になると固体になるＷＡＸ留分が含まれる。また、デミスタ部３０ｄは、本実施形態では、例えば金属の細い線を編んで細かい連通する隙間を数多く形成したものが用いられている。
また、前述の流量制御装置３３がスラリーＳ内に流入させる合成ガスＧを、以下では、ガス空塔速度で評価することにする。
【００６５】
本実施形態では、デミスタ部３０ｄは、図３から図５に示すように、少なくとも一部がデミスタ部３０ｄ内に蛇行するように配置された加熱用配管３１ａと、加熱用配管３１ａ内に加熱用配管３１ａを加熱する水蒸気（加熱媒体）を供給する気液分離器（加熱媒体流通手段）３４と、からなる加熱手段３１を備えている。
この気泡塔型反応器３０では、原料ガスである合成ガスＧは、気泡塔型反応器３０の流入口３０ｂから気泡となって供給されてスラリーＳ内を通過し、懸濁状態の中で上記化学反応式（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。
【００６６】
このＦＴ合成ユニット５は、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。
【００６７】
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Ｇは、図４に示すように、流量制御装置３３を通って気泡塔型反応器３０の反応器本体３０ａの底部に設けられた流入口３０ｂから流入して、反応器本体３０ａ内に貯留された液体のスラリーＳ内を気泡となって上昇する。この際、反応器本体３０ａ内では、上述したＦＴ合成反応により、当該合成ガスＧに含まれる一酸化炭素ガスと水素ガスとが反応して、気体や液体炭化水素が生成される。また、流量制御装置３３により、合成ガスＧのガス空塔速度が、０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるように調整される。なお、ガス空塔速度は、０．１ｍ／ｓｅｃ以上０．２ｍ／ｓｅｃ以下であることがより好ましい。
【００６８】
スラリーＳ内で未反応の合成ガスＧと合成された気体の炭化水素等から構成される気泡がはじけて発生する細かな液滴とともに、スラリーＳに含まれる触媒粒子がスラリーＳの液面から上方に飛び出し、デミスタ部３０ｄ内に形成された細かい隙間を通る。この時に、合成ガスＧと気体の炭化水素等の気体は細かい隙間を通過するが、液滴やそれに含まれる固体の触媒粒子はデミスタ部３０ｄに捕捉され、また細かな液滴となったスラリーＳはデミスタ部３０ｄに付着して、一部は熱を奪われて凝固する可能性がある。ここで、内部に水蒸気が流れる加熱用配管３１ａでデミスタ部３０ｄをスラリーＳのうちの凝固分が溶解する一定の温度以上に加熱すると、比較的大きな液滴となったスラリーＳが反応器本体３０ａ内に貯留された液体のスラリーＳ内に戻る。
【００６９】
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（ＢＦＷ）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）として上記の加熱用配管３１ａ等の外部装置に供給されてもよい。
【００７０】
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に分離する。分離された触媒は、その一部を液体炭化水素と共にスラリーとして気泡塔型反応器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の塔頂に設けられた流出口３０ｃ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等が気液分離器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、一部の液体として凝縮した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、改質器１２の燃料ガスに用いたり、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。
【００７１】
こうして、本発明の第二実施形態の気泡塔型反応器３０によれば、反応器本体３０ａの底部に設けられた流入口３０ｂから反応器本体３０ａ内の液体のスラリーＳに流入した合成ガスＧは、スラリーＳ内を気泡となって上昇しながらスラリーＳに含まれる触媒粒子によりＦＴ合成反応を起こして気体及び液体炭化水素となる。ここで、触媒粒子の一部は、スラリーＳ内で反応しなかった合成ガスＧ又は合成された気体の炭化水素等とともにスラリーＳの液面から塔頂部に向かって飛び出す可能性があるが、スラリーＳと流出口３０ｃとの間にデミスタ部３０ｄが備えられていることで、触媒粒子はデミスタ部３０ｄの内部を通過する時にデミスタ部３０ｄに捕捉される。従って、流出口３０ｃから流出する炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えることができ、製品である炭化水素の品質・歩留まりを向上させることができる。
【００７２】
また、デミスタ部３０ｄには加熱用配管３１ａと気液分離器３４とからなる加熱手段３１が備えられているので、デミスタ部３０ｄにスラリーＳの一部が付着して、スラリー中の炭化水素に含まれるＷＡＸ留分が冷えて凝固した場合であっても、加熱手段３１によりスラリーＳの凝固分を加熱して溶かし、反応器本体３０ａ内に収容されたスラリーＳ内に落として戻すことができる。従って、デミスタ部３０ｄにスラリーＳが固まって閉塞すること及び気体の炭化水素が流れなくなることを防止することができる。このことにより、気泡塔型反応器３０の稼働率を向上させることが可能となる。
また、加熱用配管３１ａの一部はデミスタ部３０ｄ内に配置されているので、加熱用配管３１ａ内に加熱用の水蒸気を流すことによりデミスタ部３０ｄをより確実に加熱することができる。そして、伝熱管３２内で加熱され気液分離器３４で分離された水蒸気を加熱用配管３１ａ内に流通させることで、新たに電力等を用いて加熱媒体を製造することなくデミスタ部３０ｄを効率的に加熱することが可能となる。
【００７３】
また、流量制御装置３３によりガス空塔速度が０．０４ｍ／ｓｅｃ以上０．３ｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるように調整されている。ガス空塔速度を０．３ｍ／ｓｅｃ以下に設定することにより、スラリーＳの液面から上方に飛び出す炭化水素の速度を抑え、流出口３０ｃから流出する炭化水素に触媒粒子が混入することをより確実に抑えることができる。また、ガス空塔速度を０．０４ｍ／ｓｅｃ以上に設定することで、スラリーＳの下方に触媒粒子が沈降することによる、反応器本体３０ａ内部における触媒の滞留および合成ガスＧとスラリーＳとの化学反応の効率低下を防止することができる。
【００７４】
上記実施形態の液体燃料合成システム１の気泡塔型反応器３０を用いて、反応器本体３０ａの流出口３０ｃから流出する触媒粒子の量を測定した結果について説明する。表２は、反応器本体３０ａの中央部が内径２５０ｍｍの筒状の場合の試験結果である。
実施例と比較例は、スラリーＳの液面と流出口３０ｃとの鉛直方向の距離を０．７ｍと一定にし、気泡塔型反応器３０をそれぞれ一定時間稼働した時の、触媒粒子の流出量を測定したものである。
【００７５】
【表２】
2010038392.tif 000005
【００７６】
実施例に示す、スラリーＳの液面と流出口３０ｃとの間にデミスタ部３０ｄが設けられた場合には、１時間当たりの触媒粒子の流出量は０．０００２３ｇ／ｈとなることが分かった。これに対し、比較例に示すデミスタ部３０ｄが設けられていない場合には触媒粒子の流出量は０．０８７５ｇ／ｈとなり、デミスタ部３０ｄが設けられた場合の数百倍に増加する。これらの測定結果と算出結果を、気泡塔型反応器３０から第１精留塔４０へ供給される液体炭化水素中の触媒濃度に換算すると、デミスタ部３０ｄが設けられた場合は０．０３ｗｔ.ｐｐｍ、デミスタ部３０ｄが設けられていない場合は５０ｗｔ.ｐｐｍに相当することが分かった。
【００７７】
以上、本発明の第二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、上記第二実施形態では、加熱用配管３１ａには気液分離器３４で分離された水蒸気を流したが、別に設けた水蒸気発生手段で得られた水蒸気を流してもよい。
また、上記第二実施形態では、加熱用配管３１ａと気液分離器３４とを備えた加熱手段３１を用いたが、加熱手段としてヒータ等を用いてもよい。
また、上記第二実施形態では、デミスタ部３０ｄに加熱手段３１は備えられていなくてもよい。付着するスラリーＳの量に対してデミスタ部３０ｄが充分大きい場合には、スラリーＳを加熱して溶かしデミスタ部３０ｄから落とす必要が無いからである。
また、上記第二実施形態では、デミスタ部３０ｄは金属の細い線を編んだものとした。しかし、デミスタ部３０ｄは、例えば板を組み合わせて気体の炭化水素が通るラビリンス状またはルーバー状の流路を形成し、スラリーＳから上方に飛び出す触媒粒子を捕捉するように構成したものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の気泡塔型反応器及びその制御方法によれば、気泡塔型反応器から流出する気体の炭化水素に触媒粒子が混入することを抑えることができる。
【符号の説明】
【００７９】
３０  気泡塔型反応器
３０ａ  反応器本体
３０ｂ  流入口
３０ｃ  流出口
３０ｄ  デミスタ部
３１  加熱手段
３１ａ  加熱用配管
３４  気液分離器（加熱媒体流通手段）
３９  液面計
Ｇ    合成ガス
Ｓ    スラリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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