(57)【要約】【課題】  天然ガスから芳香族化合物を製造するプロセスにて、芳香族化合物の合成、水素の分離及びメタン化の全てを効率よく実施できる芳香族化合物の製造システム及び製造方法を提供する。【解決手段】  天然ガスの圧力を維持しながら昇温し、触媒反応によって芳香族化合物と水素とを合成する合成装置(１０)と、合成した芳香族化合物を含有するガスを冷却及び昇圧して、水素を分離し、分離した水素を合成装置(１０)へ燃料として供給する分離装置(２０)と、水素を分離したガスの圧力を維持したまま冷却し、芳香族化合物を分離する分離装置(３０)と、芳香族化合物を分離したガスの圧力を維持したまま、ガス中の水素と合成装置(１０)の燃焼排ガスから回収したＣＯ2とからメタンを合成し、合成装置(１０)へ原料として供給するメタン化装置(４０)とを備えることとした。【選択図】  図１
2017155022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスの圧力を維持しながら昇温し、触媒反応によって芳香族化合物と水素とを合成する芳香族化合物合成装置と、
合成した芳香族化合物を含有するガスを冷却及び昇圧して、水素を分離し、分離した水素を前記芳香族化合物合成装置へ燃料として供給する水素分離装置と、
水素を分離したガスの圧力を維持したまま冷却し、芳香族化合物を分離する芳香族化合物分離装置と、
芳香族化合物を分離したガスの圧力を維持したまま、当該ガス中の水素と前記芳香族化合物合成装置の燃焼排ガスから回収したＣＯ2とからメタンを合成し、前記芳香族化合物合成装置へ原料として供給するメタン化装置と
を備えている芳香族化合物の製造システム。
【請求項２】
前記メタン化装置にて生じた前記メタンを含有するガスから圧力エネルギを動力回収して、前記水素分離装置の上流での昇圧の動力とする動力回収機を更に備える請求項１に記載の芳香族化合物の製造システム。
【請求項３】
前記芳香族化合物合成装置の上流にて前記天然ガスを昇温する加熱器と、
前記水素分離装置の上流にて前記芳香族化合物を含有するガスを冷却及び昇圧する第１冷却器及び圧縮機と、
前記芳香族化合物分離装置の上流にて前記水素を分離したガスを冷却する第２冷却器と、
を更に備えている請求項１又は２に記載の芳香族化合物の製造システム。
【請求項４】
前記天然ガスの圧力が１００〜３００ｋＰａであり、前記芳香族化合物合成装置の上流でのガスの温度が６００〜１０００℃であり、前記水素分離装置の上流でのガスの圧力が１０００〜５０００ｋＰａであり、その温度が３０〜２００℃であり、前記芳香族化合物分離装置の上流でのガスの温度は、−１００〜−５０℃である請求項１〜３のいずれか一項に記載の芳香族化合物の製造システム。
【請求項５】
前記芳香族化合物がベンゼン、トルエン及びキシレンからなる群より選ばれた１種以上の芳香族化合物である請求項１〜４のいずれか一項に記載の芳香族化合物の製造システム。
【請求項６】
天然ガスの圧力を維持しながら昇温し、触媒反応によって芳香族化合物と水素とを合成する芳香族化合物合成工程と、
前記芳香族化合物合成工程後のガスを冷却及び昇圧して、水素を分離し、分離した水素を前記芳香族化合物合成工程へ燃料として供給する水素分離工程と、
前記水素分離工程後のガスの圧力を維持したまま冷却し、芳香族化合物を分離する芳香族化合物分離工程と、
前記芳香族化合物分離工程後のガスの圧力を維持したまま、当該ガス中の水素と前記芳香族化合物合成工程にて生じた燃焼排ガスから回収したＣＯ2とからメタンを合成し、前記芳香族化合物合成工程へ原料として供給するメタン化工程と
を備えている芳香族化合物の製造方法。
【請求項７】
前記メタン化工程後のガスから圧力エネルギを動力回収して、前記水素分離工程前の昇圧の動力とする動力回収工程を更に備える請求項６に記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項８】
前記芳香族化合物合成工程前に前記天然ガスを昇温する加熱工程と、
前記水素分離工程前に前記芳香族化合物合成工程後のガスを冷却及び昇圧する第１冷却工程及び圧縮工程と、
前記芳香族化合物分離工程前に前記水素分離工程後のガスを冷却する第２冷却工程と、
を更に備えている請求項６又は７に記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項９】
前記天然ガスの圧力を１００〜３００ｋＰａとし、前記芳香族化合物合成工程前のガスの温度を６００〜１０００℃とし、前記水素分離工程前のガスの圧力を１０００〜５０００ｋＰａとし、その温度を３０〜２００℃とし、前記芳香族化合物分離工程前のガスの温度を−１００〜−５０℃とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項１０】
前記芳香族化合物がベンゼン、トルエン、キシレン及びナフタレンからなる群より選ばれた１種以上の芳香族化合物である請求項６〜９のいずれか一項に記載の芳香族化合物の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族化合物の製造システム及び製造方法に関し、特に、天然ガスから芳香族化合物を製造するシステム及び芳香族化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、芳香族化合物の製造プラントでは、メタン（ＣＨ4）等の低級炭化水素を含有するガスから芳香族化合物を合成・分離することにより、芳香族化合物を製造している。このような方法としては、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は二酸化炭素（ＣＯ2）と水素（Ｈ2）とを含有するガスからメタンを生成し、生成したメタンから芳香族化合物を合成した後、芳香族化合物を分離・回収する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９９７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した例では、芳香族化合物へのメタンの転化率が低く、製品となる芳香族化合物を分離するために大きな動力が必要となる。また、芳香族化合物を分離したオフガスは、熱源に使用するだけでは過剰な量であり、その一部をメタン化して芳香族化合物の原料とする際、所望するメタンへの転化率を得るために水素を分離・除去する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記目的を達成するため、天然ガスから芳香族化合物を製造するプロセスにて、芳香族化合物の合成、水素の分離及びメタン化の全てを効率よく実施できる芳香族化合物の製造システム及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、一側面にて芳香族化合物の製造システムである。本発明に係る芳香族化合物の製造システムは、天然ガスの圧力を維持しながら昇温し、触媒反応によって芳香族化合物と水素とを合成する芳香族化合物合成装置と、合成した芳香族化合物を含有するガスを冷却及び昇圧して、水素を分離し、分離した水素を前記芳香族化合物合成装置へ燃料として供給する水素分離装置と、水素を分離したガスの圧力を維持したまま冷却し、芳香族化合物を分離する芳香族化合物分離装置と、芳香族化合物を分離したガスの圧力を維持したまま、当該ガス中の水素と前記芳香族化合物合成装置の燃焼排ガスから回収したＣＯ2とからメタンを合成し、前記芳香族化合物合成装置へ原料として供給するメタン化装置とを備える。
【０００７】
前記製造システムは、前記メタン化装置にて生じたガスから圧力エネルギを動力回収して、前記水素分離装置の上流での昇圧の動力とする動力回収機を更に備えることができる。
【０００８】
前記製造システムは、前記芳香族化合物合成装置の上流にて前記天然ガスを昇温する加熱器と、前記水素分離装置の上流にて前記芳香族化合物を含有するガスを冷却及び昇圧する第１冷却器及び圧縮機と、前記芳香族化合物分離装置の上流にて前記水素を分離したガスを冷却する第２冷却器とを更に備えることができる。
【０００９】
前記製造システムでは、前記天然ガスの圧力は、１００〜３００ｋＰａであり、前記芳香族化合物合成装置の上流でのガスの温度は、６００〜１０００℃であり、前記水素分離装置の上流でのガスの圧力は、１０００〜５０００ｋＰａであり、その温度は、３０〜２００℃であり、前記芳香族化合物分離装置の上流でのガスの温度は、−１００〜−５０℃であることが好適である。
【００１０】
前記製造システムでは、前記芳香族化合物は、ベンゼン、トルエン及びキシレンからなる群より選ばれた１種以上の芳香族化合物とすることが好適である。
【００１１】
また、本発明は、別の側面で芳香族化合物の製造方法である。本発明に係る芳香族化合物の製造方法は、天然ガスの圧力を維持しながら昇温し、触媒反応によって芳香族化合物と水素とを合成する芳香族化合物合成工程と、前記芳香族化合物合成工程後のガスを冷却及び昇圧して、水素を分離し、分離した水素を前記芳香族化合物合成工程へ燃料として供給する水素分離工程と、前記水素分離工程後のガスの圧力を維持したまま冷却し、芳香族化合物を分離する芳香族化合物分離工程と、前記芳香族化合物分離工程後のガスの圧力を維持したまま、当該ガス中の水素と前記芳香族化合物合成工程にて生じた燃焼排ガスから回収したＣＯ2とからメタンを合成し、前記芳香族化合物合成工程へ原料として供給するメタン化工程とを備える。
【００１２】
前記製造方法は、前記メタン化工程後のガスから圧力エネルギを動力回収して、前記圧縮機の動力とする動力回収工程を更に備えることができる。
【００１３】
前記製造方法は、前記芳香族化合物合成工程前に前記天然ガスを昇温する加熱工程と、前記水素分離工程前に前記芳香族化合物合成工程後のガスを冷却及び昇圧する第１冷却工程及び圧縮工程と、前記芳香族化合物分離工程前に前記水素分離工程後のガスを冷却する第２冷却工程とを更に備えることができる。
【００１４】
前記製造方法では、前記天然ガスの圧力を１００〜３００ｋＰａとし、前記芳香族化合物合成工程前のガスの温度を、６００〜１０００℃とし、前記水素分離工程前のガスの圧力を、１０００〜５０００ｋＰａとし、その温度を、３０〜２００℃とし、前記芳香族化合物分離工程前のガスの温度を、−１００〜−５０℃とすることが好適である。
【００１５】
前記製造方法では、前記芳香族化合物を、ベンゼン、トルエン及びキシレンからなる群より選ばれた１種以上の芳香族化合物とすることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、天然ガスから芳香族化合物を製造するプロセスにて、芳香族化合物の合成、水素の分離及びメタン化の全てを効率よく実施できる芳香族化合物の製造システム及び製造方法を提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る芳香族化合物の製造システム及び製造方法について、一実施の形態を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る芳香族化合物の製造システム及び製造方法の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、添付図面は、本実施の形態の概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。また、本明細書及び特許請求の範囲では、ガス等の流体の流れる方向に沿って「上流」及び「下流」の文言を用いる。  
【００１９】
［芳香族化合物の製造システム］
図１に、本発明に係る芳香族化合物の製造システムの一実施の形態を示す。図示する芳香族化合物の製造システムは、芳香族化合物合成装置１０と、水素分離装置２０と、芳香族化合物分離装置３０と、メタン化装置４０とを備えている。なお、芳香族化合物を製造するための出発原料となる原料ガスは、炭素数が１の低級炭化水素を主に含有する天然ガスである。
【００２０】
芳香族化合物合成装置１０には、天然ガスを高温とするための加熱器１１、１２と、プロセスガスを冷却するための熱交換器１３とを併設している。
芳香族化合物合成装置１０は、その内部に触媒を配置し、天然ガスから芳香族化合物を直接的に合成し、芳香族化合物と副生水素（Ｈ2）とを主に含有するプロセスガスを生成する。プロセスガスは、水素分離装置２０に供給される。また、芳香族化合物合成装置１０は、芳香族化合物を合成するための熱を、その外部から供給した燃焼用オフガスを図示しない加熱炉にて燃焼させることによって得ることとしている。
より具体的には、芳香族化合物合成装置１０は、炭素数が１の低級炭化水素を主に含有する天然ガスから、炭素数が６以上の芳香族化合物、特にベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びキシレン（Ｃ8Ｈ10）を生成するように構成されている。なお、以降、ベンゼン、トルエン及びキシレンからなる群より選択された１種以上の芳香族化合物をＢＴＸと呼称する。例えばベンゼンは、以下の式（１）に示すように、ＭＴＢ（Methane to Benzene）反応によって炭素数が１の低級炭化水素であるメタン（ＣＨ4）から直接的に合成される。下記反応は、モル数が増加する反応であり、平衡的には、低圧かつ高温の条件下が有利である。
【００２１】
【化１】
2017155022.tif 000003
【００２２】
加熱器１１は、熱交換器であり、芳香族化合物合成装置１０の上流にて天然ガスを熱媒体と熱交換して所定の温度まで昇温する。加熱器１２は、熱交換器であり、芳香族化合物合成装置１０の上流かつ加熱器１１の下流にて、天然ガスを芳香族化合物の合成により生じた燃焼排ガスと熱交換して所定の温度まで昇温して高温とする。また、熱交換器１３は、閉鎖したラインＬ2上にて加熱器１１と熱媒体を循環共有しており、芳香族化合物合成装置１０の下流にて前記熱媒体と前記プロセスガスとを熱交換する。これによって、加熱器１１で天然ガスの昇温するための熱を回収すると共に、芳香族化合物合成後のプロセスガスを冷却する。このように、天然ガスを常圧付近の低圧で維持しつつ、高温の状態で芳香族化合物合成装置１０に導入する。このような天然ガスを用いることにより、低圧かつ高温の条件下で芳香族化合物を合成することができる。これによって、高いメタンの転化率を得ることができる。
【００２３】
芳香族化合物合成装置１０内の天然ガスの圧力（合成圧力）は、常圧付近の低圧であり、例えば１００〜３００ｋＰａである。また、芳香族化合物合成装置１０内の天然ガスの温度（合成温度）は、例えば６００〜１０００℃である。例えば、合成圧力を２０００ｋＰａとし、合成温度を７５０℃としてベンゼンを合成した場合、メタンの平衡転化率は５％程度である。これに対して、合成圧力を２００ｋＰａとし、合成温度を７５０℃とした場合のメタンの平衡転化率は、１３％程度とすることができ、上記の場合と比較して約２．６倍のメタンの転化率を得ることができる。
【００２４】
芳香族化合物合成装置１０に配置する触媒は、担体に活性金属を担持させた触媒である。前記担体としては、ゼオライト、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタニア（ＴｉＯ2）及びジルコニア（ＺｒＯ2）からなる群より選択された１種以上の酸化物又は複合酸化物を挙げることができる。前記活性金属としては、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）又はこれらの組み合わせを挙げることができる。前記担体としては、ゼオライトが好ましく、前記活性金属としては、モリブデンが好ましい。このような触媒であれば、メタンの転化率をより向上できる。
【００２５】
また、芳香族化合物合成装置１０には、加熱器１２を経た燃焼排ガスとメタン化装置４０を経たプロセスガスとを熱交換するための熱交換器１４、１５と、燃焼排ガスからＣＯ2を分離・回収してメタン化装置４０に供給するためのＣＯ2回収装置１６とを、併設している。
熱交換器１４は、加熱器１２の下流に位置し、メタン化装置４０を経たプロセスガスの温度を燃焼排ガスの一部と熱交換することによって昇温する。これにより、熱交換器１４を経たプロセスガスをリサイクルガスとして再利用する際、加熱器１１、１２にて昇温するための熱エネルギを削減できる。
熱交換器１５は、加熱器１２の下流に位置し、メタン化装置４０を経たプロセスガスの温度を燃焼排ガスの残部と熱交換することによって昇温する。これにより、ＣＯ2回収装置１６でのＣＯ2の回収率を向上すると共に、芳香族化合物を合成するための熱エネルギを削減できる。
ＣＯ2回収装置１６は、熱交換器１５の下流に位置する公知の回収装置である。回収装置は、例えばアミン吸収液、ＣＯ2分離膜等を用いた装置である。芳香族化合物合成装置１０から生じた燃焼排ガスには、ＣＯ2、水（Ｈ2Ｏ）、窒素（Ｎ2）及び酸素（Ｏ2）が主に含有されている。ＣＯ2回収装置１６は、前記燃焼排ガスからメタン化の原料となるＣＯ2を分離・回収して、メタン化装置４０に供給するように構成されている。
【００２６】
水素分離装置２０には、その上流にて、プロセスガスを低温とするための第１冷却器２１と、プロセスガスを高圧とするための第１圧縮機２２とを併設している。
水素分離装置２０は、芳香族化合物合成装置１０の下流かつ芳香族化合物分離装置３０の上流に位置し、その内部に水素分離膜を配置している。水素分離装置２０は、分離膜の二次側（透過側）の分離水素を燃焼用オフガスとし、芳香族化合物の合成のための熱源として芳香族化合物合成装置１０に供給する。また、水素分離装置２０は、分離膜の一次側（非透過側）のプロセスガスの圧力を高圧に維持したまま、プロセスガスを冷却して低温とし、芳香族化合物分離装置３０に供給する。水素分離膜は、水素のみを選択的に透過する膜であればよく、例えばパラジウム（Ｐｄ）、Ｐｄ合金等からなる膜やポリイミド等の高分子膜である。
【００２７】
第１冷却器２１は、熱交換器１３の下流に位置し、熱交換器１３を経たプロセスガスの圧力を維持したまま、プロセスガスの温度を所定の温度まで冷却し、第１圧縮機２２へ送る。
第１圧縮機２２は、第１冷却器２１の下流に位置し、第１冷却器２１を経たプロセスガスの温度を維持したまま、プロセスガスを所定の圧力まで昇圧し、水素分離装置２０へ送る。
このように、芳香族化合物合成装置１０を経たプロセスガスを、高圧かつ低温の条件下で水素分離装置２０に導入する。このような条件下で水素を分離することによって、水素の分離効率を向上すると共に、水素分離膜により分離分の芳香族化合物の分圧を向上することができる。
【００２８】
水素分離装置２０の上流でのプロセスガスの圧力（分離圧力）は、例えば１０００〜５０００ｋＰａであり、その温度（分離温度）は、例えば３０〜２００℃である。
【００２９】
芳香族化合物分離装置３０には、プロセスガスを低温とするための第２冷却器３１を併設している。
芳香族化合物分離装置３０は、水素分離装置２０の下流に位置した気液分離器であり、水素分離装置２０から供給したプロセスガスを、液相の芳香族化合物と未反応メタン及び水素を主に含有する気相のプロセスガスとに気液分離するように構成されている。また、芳香族化合物分離装置３０は、液相の芳香族化合物を製品として回収し、気相のプロセスガスをメタン化装置４０へ供給するように構成されている。
【００３０】
第２冷却器３１は、芳香族化合物分離装置３０の上流に位置し、水素分離装置２０を経たプロセスガスを、その圧力を高圧に維持したまま冷却して低温とし、芳香族化合物分離装置３０へ供給するように構成されている。
このように、水素分離装置２０を経たプロセスガスを、高圧かつ低温の条件下で芳香族化合物分離装置３０に導入して、プロセスガスから芳香族化合物を分離・回収する。
芳香族化合物分離装置３０内でのプロセスガスの圧力は、例えば１０００〜５０００ｋＰａである。また、芳香族化合物分離装置３０内のプロセスガスの温度は、例えば−５０〜１００℃である。
【００３１】
芳香族分離装置３０では、芳香族化合物合成装置１０での高いメタンの転化率に起因して、芳香族化合物の濃度が高いプロセスガスから芳香族化合物を分離できる。したがって、芳香族化合物の分離性が極めて高く、芳香族化合物の回収率を著しく向上できる。
また、例えば、二酸化炭素と水素とからメタン化により生成したメタンから、合成温度７５０℃、合成圧力２０００ｋＰａの条件下でベンゼンを合成した直後にベンゼンを分離するシステムでは、ベンゼンの分圧は１６．７ｋＰａとなる。また、ベンゼンの飽和温度は３１℃である。これに対して、本実施の形態の芳香族化合物の製造システムにて、上記したシステムと同一圧にてベンゼンを分離する場合、ベンゼンの分圧は３９．０ｋＰａとなる。また、ベンゼンの飽和温度は５２℃である。したがって、ベンゼンの分離に要する冷却動力を著しく低減することができる。
【００３２】
メタン化装置４０は、芳香族化合物分離装置３０の下流かつＣＯ2回収装置１６の下流に位置し、芳香族化合物分離装置３０を経たプロセスガスとＣＯ2回収装置１６で回収したＣＯ2との混合ガスから、メタンを含有するガスを生成する。より具体的には、メタン化装置４０は、前記プロセスガス中の水素とＣＯ2回収装置１６により回収したＣＯ2とから、その内部に設けた触媒によるメタネーション反応によりメタンを合成し、メタンを含有するガスを生成する。また、メタン化装置４０は、メタンを含有するガスを芳香族化合物合成装置１０へ循環して供給し、原料ガスとして再利用するように構成されている。
メタン化装置４０に設ける触媒は、ＣＯ2と水素とからメタン化できる公知の触媒とすることができ、例えば、ニッケルからなる触媒を挙げることができる。メタネーション反応は、下記式（２）に示すように、ＣＯ2と水素とからメタンと水とが生成される。下記反応は、モル数が減少する反応であり、平衡的には、高圧かつ低温の条件下で反応することが有利となる。
【００３３】
【化２】
2017155022.tif 000004
【００３４】
このように、芳香族化合物分離装置３０を経たプロセスガスから、芳香族化合物合成装置１０にて原料として再利用するメタンと、芳香族化合物の合成のための燃焼用オフガスの一部を補う。
また、メタン化装置４０は、その内部に図示しない圧縮機及び加熱器を備えることができる。これにより、混合ガスの圧力及び温度を調整して、高圧かつ低温の条件下でメタン化反応を行うことができるため、メタン化の効率をより向上することができる。
メタン化装置４０内での混合ガスの圧力（合成圧力）は、例えば１０００〜５０００ｋＰａである。また、メタン化装置４０内での混合ガスの温度（合成温度）は、例えば２００〜４００℃である。
【００３５】
更に、メタン化装置４０には、動力回収機４１と、第３冷却器４２と、気水分離器４３とを併設している。
動力回収機４１は、メタン化装置４０の下流に位置した例えば軸流式のエキスパンダであり、メタン化装置４０を経たプロセスガスから動力を回収して、第１圧縮機２２の昇圧に要したエネルギの一部を補うように構成されている。また、動力回収機４１は、動力を回収したプロセスガスを第３冷却器４２へ供給する。動力回収機４１の動力回収によって、プロセスガスの圧力及び温度は低下する。
第３冷却器４２は、動力回収機４１の下流に位置して、プロセスガスの温度を気水分離可能な温度まで冷却し、気水分離器４３へ供給する。
気水分離器４３は、第３冷却器４２の下流に位置し、第３冷却器４２により冷却したプロセスガスから、メタン化反応にて副生した水を分離・除去するように構成されている。また、気水分離器４３は、水を分離したプロセスガスの一部を原料ガスとして熱交換器１４を介して芳香族化合物合成装置１０の上流に還流してリサイクルし、その残部を燃焼用オフガスとして熱交換器１５を介して芳香族化合物合成装置１０へ供給するように構成されている。このようにして、芳香族化合物を分離したオフガスをメタン化して芳香族化合物の原料に再利用すると共に、水素分離のための昇圧に要したエネルギの一部をメタン化後のプロセスガスから補うことができる。
【００３６】
［芳香族化合物の製造方法］
続いて、以上の構成を有する芳香族化合物の製造システムの作動形態を説明することにより、本発明に係る芳香族化合物の製造方法の一実施の形態について、以下に詳細に説明する。芳香族化合物の製造方法は、芳香族化合物合成工程と、水素分離工程と、芳香族化合物分離工程と、メタン化工程とを少なくとも備える。
【００３７】
先ず、原料ガスである天然ガスをラインＬ0から導入し、その圧力を低圧に維持しながら、ラインＬ2に設けた加熱器１１にて熱媒体と熱交換して昇温し、その後、ラインＬ3に設けた加熱器１２にて燃焼排ガスと熱交換して更に昇温する（第１加熱工程）。このようにして、原料ガスである天然ガスを、その圧力を常圧付近の低圧に維持したまま高温として芳香族化合物合成装置１０に供給する。
第１加熱工程前の天然ガスの圧力及び温度は、例えば３００ｋＰａ及び３５℃であり、第１加熱工程後の天然ガスの圧力及び温度は、例えば３００ｋＰａ及び７５０℃である。なお、第１加熱工程前の天然ガスには、メタン化工程を経たメタンを主に含有するガスをリサイクルガスとしてラインＬ18ａから導入する。
【００３８】
続いて、芳香族化合物合成装置１０に供給した天然ガスからＢＴＸを直接的に生成し、ＢＴＸと副生水素とを含有するプロセスガスをラインＬ1へ導出する。その後、ラインＬ1のプロセスガスを、ラインＬ2に設けた熱交換器１３にて前記熱媒体と熱交換して熱を回収する（熱回収工程）。熱回収工程により昇温した熱媒体は、ラインＬ2で循環させて加熱器１１での第１加熱工程に用いる。
熱回収工程前のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２００ｋＰａ及び７５０℃であり、熱回収工程後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２００ｋＰａ及び４６０℃である。
【００３９】
また、芳香族化合物合成装置１０にてＢＴＸの合成にて生じた燃焼排ガスの一部を、ラインＬ3を介して熱交換器１４に導入し、熱交換器１４にてメタン化工程後のリサイクルガスの昇温に用いた後、系外へ排出する。更に、燃焼排ガスの残部は、ラインＬ3から分岐したラインＬ4を介して熱交換器１５に導入し、熱交換器１５にて燃焼用オフガスの昇温に用いた後、ＣＯ2回収装置１６にてＣＯ2を分離・回収する（ＣＯ2回収工程）。分離・回収したＣＯ2は、ラインＬ5からメタン化処理の原料としてメタン化装置４０に供給する。また、供給したガスは、必要に応じて、後述の調製工程にてメタン化装置４０内の図示しない圧縮機及び加熱器で昇圧及び昇温することができる。
ＣＯ2回収工程後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば３００ｋＰａ及び５０℃である。
以上のようにして、芳香族化合物合成工程を実施する。
【００４０】
一方、熱交換器１３で熱回収工程を経たラインＬ1のプロセスガスを、第１冷却器２１にて冷却する（第１冷却工程）。その後、冷却したプロセスガスを、ラインＬ6を介して第１圧縮機２２にて昇圧する（第１昇圧工程）。このようにして、高圧かつ低温のプロセスガスを、ラインＬ7から水素分離装置２０に供給する。
第１冷却工程後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２００ｋＰａ及び５０℃であり、第１昇圧工程後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２１００ｋＰａ及び５０℃である。
【００４１】
水素分離装置２０に供給したプロセスガスから、水素分離膜を用いた膜分離法により水素を分離する。より具体的には、分離膜の一次側（非透過側）のプロセスガスを、ラインＬ8へ導出する。また、分離膜の二次側（透過側）の分離水素を、ラインＬ9を介して芳香族化合物合成装置１０に供給し、芳香族化合物合成工程の合成のための燃焼用オフガスとしてリサイクルする。なお、ラインＬ9の分離水素は、ラインＬ6からのメタン化工程後の熱交換器１５にて昇温したガスを混合し、その後に、ラインＬ10からの系外の空気を更に混合して、燃焼用オフガスとして用いる。
水素を分離した後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２１００ｋＰａ及び５０℃であり、分離水素の圧力及び温度は、例えば１０ｋＰａ及び５０℃である。
以上のようにして、水素分離工程を実施する。
【００４２】
続いて、水素分離工程後のラインＬ8のプロセスガスを、その圧力を維持したまま第２冷却器３１内にて冷却（第２冷却工程）した後、ラインＬ11から芳香族化合物分離装置３０に供給する。そして、芳香族化合物分離装置３０に供給したプロセスガスから気液分離法によりＢＴＸを分離する。ＢＴＸを分離したプロセスガスをラインＬ12へ導出すると共に、ＢＴＸをラインＬ13から製品として回収する。
第２冷却工程後及び芳香族化合物分離した後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２１００ｋＰａ及び０℃である。
以上のようにして、芳香族化合物分離工程を実施する。
【００４３】
続いて、芳香族化合物分離工程後のラインＬ12のプロセスガスと、ＣＯ2回収工程後のラインＬ5のＣＯ2とをメタン化装置４０に供給し、触媒を用いたメタネーション反応によりメタンを合成する（メタン化処理）。なお、メタン化の効率をより向上するために、必要に応じて、芳香族化合物分離工程後のプロセスガスとＣＯ2回収工程後のＣＯ2との混合ガスの圧力及び温度を、メタン化装置４０内部の図示しない圧縮機及び加熱器によって所定の値まで調整する（調整工程）。続いて、合成したメタンを主に含有するプロセスガスとしてラインＬ14へ導出する。
調整工程後の混合ガスの圧力及び温度は、例えば２１００ｋＰａ及び２２０℃であり、メタン化処理後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば２０００ｋＰａ及び２２８℃である。
【００４４】
続いて、メタン化処理後のラインＬ14のプロセスガスから、動力回収機４１にて動力を回収して、第１圧縮機２２にて第１昇圧工程に要したエネルギの一部を補う（動力回収工程）。動力回収機４１は、動力回収後のプロセスガスをラインＬ15に導出する。動力回収工程後のラインＬ15のプロセスガスを、第３冷却器４２にて気液分離に適した温度まで冷却し（第３冷却工程）し、ラインＬ16に導出する。また、第３冷却工程後のラインＬ16のプロセスガスを、気水分離器４３にて気液分離法により液相の水を分離して、ラインＬ17から回収する（気水分離工程）。
続いて、気水分離工程後のプロセスガスを、ラインＬ18aに導出し、その一部を芳香族化合物合成工程にて生じた燃焼排ガスと熱交換して昇温した後、芳香族化合物合成工程前の天然ガスに還流・混合してリサイクルする。また、気水分離工程後のプロセスガスの残部を、ラインＬ18aからラインＬ18bへ分離して、芳香族化合物合成工程にて生じた燃焼排ガスと熱交換して加熱した後、芳香族化合物合成工程のための燃焼用オフガスとして使用する。
気液分離工程にて水分を分離し、かつ熱交換により昇温したガスによって、芳香族化合物合成工程でのＢＴＸの合成効率及び燃焼用オフガスの燃焼効率を向上する。  動力回収工程後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば３００ｋＰａ及び６３．７℃であり、第３冷却工程及び気水分離工程後のプロセスガスの圧力及び温度は、例えば３００ｋＰａ及び２℃である。
以上のようにして、メタン化工程を実施する。
【００４５】
本実施の形態によれば、天然ガスを低圧かつ高温の状態で芳香族化合物を直接的に合成して、芳香族化合物の転化率を向上できる。また、芳香族化合物の合成後のガスを圧縮した後に水素を膜分離し、分離膜により分離したガスを燃焼用オフガスとして芳香族化合物の合成のための熱源とすると共に、分離膜を透過したガスの圧力を高圧に維持したまま低圧とし、高圧かつ低温の状態で気液分離する。これにより、水素を効率よく使用すると共に芳香族化合物の分離性を高くして、収率を向上できる。更に、気液分離後のガスを高圧のままメタン化して、メタンへの転化率を向上できる。更にまた、メタン化後のガスから動力回収し、必要な燃焼用オフガスとしてリサイクルする。これにより、芳香族の製造に要する動力を低減すると共に、ＣＯ2、水素、未反応メタンを効率よく使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る芳香族化合物の製造システム及びその芳香族化合物の合成方法によれば、天然ガスから芳香族化合物を製造するプロセスにて、芳香族化合物の合成、水素の分離及びメタン化の全てを効率よく実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  芳香族化合物合成装置
１１、１２  加熱器
１３、１４、１５  熱交換器
１６  ＣＯ2回収装置
２０  水素分離装置
２１  第１冷却器
２２  第１圧縮機
３０  芳香族化合物分離装置
３１  第２冷却器
４０  メタン化装置
４１  動力回収機
４２  第３冷却器
４３  気水分離器
【図１】
2017155022.tif 000005