烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法。
[0002] 本申請(qǐng)基于2012年11月9日在日本申請(qǐng)的日本特愿2012-247727主張優(yōu)先權(quán)， 在此援引其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來(lái)，作為用于從天然氣合成液體燃料的方法之一，開(kāi)發(fā)了 GTL(Gas To Liquids :液體燃料合成）技術(shù)，在GTL技術(shù)中，對(duì)天然氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化而生成以一氧化碳?xì)怏w (C0)和氫氣（H2)為主成分的合成氣，使用催化劑通過(guò)費(fèi)-托合成反應(yīng)（以下稱為"FT合 成反應(yīng)"）以該合成氣作為原料氣來(lái)合成烴，進(jìn)而對(duì)該烴進(jìn)行加氫和精制，由此制造石腦油 (粗汽油）、煤油、輕油、蠟等液體燃料產(chǎn)品。
[0004] 就用于該GTL技術(shù)的烴合成反應(yīng)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(zhì)液（例如液體烴等）中而成的漿料的反應(yīng)容器的內(nèi)部，使合成氣 中的一氧化碳?xì)怏w與氫氣進(jìn)行FT合成反應(yīng)，由此合成烴。
[0005] FT合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而且依賴于溫度，其有溫度越高則反應(yīng)越進(jìn)行的傾向。另 外，在無(wú)法除去反應(yīng)所產(chǎn)生的熱時(shí)，反應(yīng)被促進(jìn)，從而溫度急劇上升，引起催化劑的熱劣化。 通常漿料介由導(dǎo)熱管被從導(dǎo)熱管內(nèi)通過(guò)的制冷劑所冷卻，但是為了進(jìn)行C0轉(zhuǎn)化率（FT合成 反應(yīng)中消耗的C0量與反應(yīng)容器的氣體入口的C0量的比例）高的運(yùn)轉(zhuǎn)，使?jié){料適當(dāng)?shù)乩鋮s， 因此需要較寬地確保與漿料接觸的導(dǎo)熱管的有效除熱管面積。導(dǎo)熱管在反應(yīng)容器內(nèi)通常沿 著垂直方向進(jìn)行配置。因此，導(dǎo)熱管的有效除熱管面積根據(jù)反應(yīng)容器內(nèi)的漿料的液面高度 而確定。即，反應(yīng)容器內(nèi)的漿料的液面高度越高，則導(dǎo)熱管的有效除熱管面積越寬。
[0006] 因此，就以往通常進(jìn)行的反應(yīng)容器的啟動(dòng)方法而言，從使C0轉(zhuǎn)化率早點(diǎn)上升的目 的考慮，要較寬地確保導(dǎo)熱管的有效除熱管面積，為此將初始投入漿料填充至反應(yīng)容器內(nèi) 直至達(dá)到與穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的漿料的液面高度相同程度的液面高度（例如參照下述專利文獻(xiàn) 1)〇
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2005/0027020號(hào)說(shuō)明書(shū)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0011] 在烴合成反應(yīng)裝置中的啟動(dòng)時(shí)填充至反應(yīng)容器內(nèi)的初始投入漿料中的介質(zhì)液是 無(wú)法成為產(chǎn)品的不合格品（off-spec)，其若不先被FT合成反應(yīng)所產(chǎn)生的液體烴全部置換， 就無(wú)法開(kāi)始產(chǎn)品的生產(chǎn)。
[0012] 就上述現(xiàn)有的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法而言，將初始投入漿料填充至與穩(wěn)定運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)的漿料的液面高度相同程度的液面高度，因此為了將初始填充的介質(zhì)液置換成FT合 成反應(yīng)中產(chǎn)生的液體烴需要很長(zhǎng)時(shí)間，并且在將初始填充了的介質(zhì)液置換完成為止的期 間，供給至反應(yīng)容器的原料不會(huì)成為產(chǎn)品而會(huì)被廢棄處理，從而白白浪費(fèi)。
[0013] 即，現(xiàn)有的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法存在啟動(dòng)需要時(shí)間長(zhǎng)并且工廠的經(jīng)濟(jì)性變 差這樣的問(wèn)題。
[0014] 在這種狀況下，本發(fā)明的發(fā)明者們考慮了填充比穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的漿料量少的初始投 入漿料量。但是，在該情況下，漿料的液面高度雖小于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的漿料的液面高度，但相 應(yīng)地這使得漿料冷卻的導(dǎo)熱管的有效除熱管面積變窄，無(wú)法高效地冷卻漿料。因此，F(xiàn)T合 成反應(yīng)得到促進(jìn)，從而漿料溫度急劇上升，如上所述有可能會(huì)引起催化劑的熱劣化。
[0015] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于：提供一種烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng) 方法，該方法縮短烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)所消耗的時(shí)間，并且減少啟動(dòng)時(shí)的原料的損失量， 由此能夠?qū)崿F(xiàn)工廠的經(jīng)濟(jì)性的改善，而且還能夠防止與漿料的急劇溫度上升相伴的催化劑 的熱劣化。
[0016] 用于解決問(wèn)題的手段
[0017] 本發(fā)明的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法在反應(yīng)容器內(nèi)使以一氧化碳?xì)怏w和氫氣為 主成分的合成氣與使固體的催化劑粒子懸浮于液體中而成的漿料接觸，從而通過(guò)費(fèi)-托合 成反應(yīng)來(lái)合成烴，以具有與上述漿料接觸的縱向放置的導(dǎo)熱管的冷卻機(jī)構(gòu)將上述烴的合成 時(shí)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱除去，其中，上述烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法包括下述工序：漿料初始填 充工序，在該工序中，在啟動(dòng)時(shí)向上述反應(yīng)容器內(nèi)填充比穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的漿料量少的初始投 入漿料量；以及C0轉(zhuǎn)化率上升工序，在該工序中，將費(fèi)-托合成反應(yīng)開(kāi)始時(shí)所合成的烴加入 到上述漿料中，由此上述漿料的液面高度上升，隨著上述漿料的液面高度的上升而使C0轉(zhuǎn) 化率上升。
[0018] 在啟動(dòng)時(shí)，以使向反應(yīng)容器內(nèi)的初始投入漿料量少于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的漿料量的方式 進(jìn)行填充。接著，向反應(yīng)容器內(nèi)供給以一氧化碳?xì)怏w和氫氣為主成分的合成氣，同時(shí)利用加 熱機(jī)構(gòu)（例如使熱介質(zhì)從導(dǎo)熱管中流通等機(jī)構(gòu)）將漿料適當(dāng)加熱。然后，在漿料達(dá)到規(guī)定 溫度例如150°c時(shí)，反應(yīng)容器內(nèi)會(huì)發(fā)生FT合成反應(yīng)而生成烴。介由與漿料接觸的導(dǎo)熱管，將 合成時(shí)的反應(yīng)熱除去。另外，通過(guò)所生成的烴中的液體要素成分，漿料的液面高度緩緩地上 升。
[0019] 此處，由于導(dǎo)熱管以縱向放置的方式配置，因此與漿料接觸的導(dǎo)熱管的有效除熱 管面積隨著漿料的液面高度的上升而緩慢地增加。即，導(dǎo)熱管所產(chǎn)生的冷卻能力增大。這 樣，隨著漿料液面的上升，冷卻能力增加。
[0020] 隨著漿料液面高度的上升而使C0轉(zhuǎn)化率上升，換言之，在考慮由導(dǎo)熱管所產(chǎn)生的 冷卻能力的同時(shí)，使C0轉(zhuǎn)化率上升。其結(jié)果是，能夠防止?jié){料的急劇的溫度上升，因此能夠 防止催化劑的熱劣化。
[0021] 另外，如上所述，使啟動(dòng)時(shí)的反應(yīng)容器內(nèi)的初始投入漿料量少于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的漿 料量，這樣就減少了初始投入漿料量，相應(yīng)地能夠縮短使初始填充了的介質(zhì)液置換成反應(yīng) 中產(chǎn)生的液體烴所需的時(shí)間。此外，在置換初始填充了的介質(zhì)液為止的期間，供給至反應(yīng)容 器后的原料不會(huì)成為產(chǎn)品而被廢棄處理即成為損失，但是能夠縮短至介質(zhì)液的置換完成為 止的時(shí)間，因而能夠減少啟動(dòng)時(shí)的原料的損失量。
[0022] 就本發(fā)明的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法而言，在上述C0轉(zhuǎn)化率上升工序中，可以 基于與上述漿料接觸的上述導(dǎo)熱管的有效除熱管面積，計(jì)算出由上述冷卻機(jī)構(gòu)從上述漿料 除去的除熱量，以相對(duì)于此時(shí)的上述漿料的溫度變化而發(fā)生的上述除熱量的變化量大于相 對(duì)于上述漿料的溫度變化而發(fā)生的由烴的合成所產(chǎn)生的反應(yīng)熱量的變化量為條件，一邊對(duì) 上述漿料的溫度進(jìn)行控制一邊使上述C0轉(zhuǎn)化率上升。
[0023] 在其它條件相同的情況下，漿料的溫度與C0轉(zhuǎn)化率為1比1的關(guān)系。即，若漿料 的溫度確定，則與之相應(yīng)的C0轉(zhuǎn)化率毫無(wú)疑義地確定。另外，若C0轉(zhuǎn)化率確定，則在FT合 成反應(yīng)時(shí)的來(lái)自漿料的反應(yīng)熱量確定。即，若漿料的溫度確定，則與之相應(yīng)的來(lái)自漿料的反 應(yīng)熱量確定。
[0024] 因此，隨著漿料的液面高度的上升，即，根據(jù)由與漿料接觸的導(dǎo)熱管所產(chǎn)生的冷卻 能力來(lái)控制漿料的溫度，由此能夠在抑制由FT合成反應(yīng)產(chǎn)生的發(fā)熱所引起的急劇的溫度 上升的同時(shí)使C0轉(zhuǎn)化率上升。
[0025] 具體而言，以相對(duì)于漿料的溫度變化而發(fā)生的上述除熱量的變化量大于相對(duì)于漿 料的溫度變化而發(fā)生的由烴的合成所產(chǎn)生的反應(yīng)熱量的變化量為條件，決定漿料的溫度。 將漿料的溫度設(shè)定為基于這種條件下所決定的溫度時(shí)，就算假設(shè)在漿料溫度因某些原因而 略微上升的情況下，由于相對(duì)于漿料的溫度變化而發(fā)生的除熱量的變化量大于相對(duì)于漿料 的溫度變化而發(fā)生的由烴的合成所產(chǎn)生的反應(yīng)熱量的變化量，因而漿料的溫度下降。即，漿 料的溫度穩(wěn)定，能夠避免漿料的溫度因烴的合成而急劇上升。
[0026] 就本發(fā)明的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法而言，在上述C0轉(zhuǎn)化率上升工序中，在對(duì) 上述漿料的溫度進(jìn)行控制時(shí)，可以通過(guò)使在上述導(dǎo)熱管的內(nèi)部流動(dòng)的制冷劑的溫度變化來(lái) 進(jìn)行。
[0027] 通過(guò)控制在導(dǎo)熱管的內(nèi)部流動(dòng)的制冷劑的溫度，能夠?qū)⑴c該導(dǎo)熱管接觸的漿料的 溫度控制為規(guī)定溫度。
[0028] 就本發(fā)明的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法而言，可以在上述C0轉(zhuǎn)化率上升工序中 的上述漿料的溫度為150°C~240°C的范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0029] FT合成反應(yīng)中通常所用的鈷催化劑等催化劑粒子在超過(guò)150°C的溫度下會(huì)促進(jìn) FT合成反應(yīng)。另外，若超過(guò)240°C，則會(huì)引起熱劣化。因此，若將漿料的溫度控制在150°C~ 240°C的范圍內(nèi)，則能夠適當(dāng)?shù)卮龠M(jìn)FT合成反應(yīng)。
[0030] 發(fā)明效果
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，縮短啟動(dòng)所消耗的時(shí)間，并且減少啟動(dòng)時(shí)的原料的損失量，由此能夠 實(shí)現(xiàn)工廠的經(jīng)濟(jì)性的改善，而且能夠防止與漿料的急劇的溫度上升相伴的催化劑的熱劣 化。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，隨著漿料的液面高度的上升，即，根據(jù)由導(dǎo)熱管所產(chǎn)生的冷卻能力來(lái) 控制漿料的溫度，由此能夠在抑制由來(lái)自漿料的反應(yīng)熱所引起的急劇的溫度上升的同時(shí)使 C0轉(zhuǎn)化率上升。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)控制在導(dǎo)熱管的內(nèi)部流動(dòng)的制冷劑的溫度，能夠?qū)⑴c該導(dǎo)熱管 接觸的漿料的溫度控制為規(guī)定溫度，進(jìn)而能夠在抑制由來(lái)自漿料的反應(yīng)熱所引起的急劇的 溫度上升的同時(shí)使C0轉(zhuǎn)化率高效地上升。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將漿料的溫度控制在150°C~240°C的范圍內(nèi)，能夠適當(dāng)?shù)卮龠M(jìn) FT合成反應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是示出實(shí)施本發(fā)明的烴合成反應(yīng)裝置的啟動(dòng)方法的一個(gè)實(shí)施方式的液體燃 料合成系統(tǒng)的整體構(gòu)成的系統(tǒng)圖。
[0036] 圖2是示出圖1所示的烴合成反應(yīng)裝置的主要部分的概略構(gòu)成的系統(tǒng)圖。
[0037] 圖3是示出在圖1所示的烴合成反應(yīng)裝置中實(shí)施了本發(fā)明的實(shí)施方式的啟動(dòng)方法 時(shí)的氣泡