以下、図1から図4を参照して本発明の好適� �実施形態について説明する。
 図1に示すように、本実施形態にかかる液体 燃料合成システム(炭化水素合成反応システ� �)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、� �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� �然ガスを改質して一酸化炭素ガスと水素ガ� �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(以下、「FT合成反応」� �いう。)により液体炭化水素を生成する。製� ��精製ユニット7は、FT合成反応により生成さ� ��た液体炭化水素を水素化・精製して液体燃� ��製品(ナフサ、灯油、軽油、ワックス等)を� �造する。以下、これら各ユニットの構成要� �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、原料である天� �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� ��て、一酸化炭素ガス(CO)と水素ガス(H ₂ )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� ��ガスの排熱を回収して高圧スチームを発生� ��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� ��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� �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� ��ガスを含む吸収液から炭酸ガスを放散させ� ��再生する再生塔24とを有する。水素分離装� �26は、脱炭酸装置20により炭酸ガスが分離さ� ��た合成ガスから、当該合成ガスに含まれる� ��素ガスの一部を分離する。ただし、上記脱� ��酸装置20は場合によっては設ける必要がな� �こともある。

 このうち、改質器12は、例えば、下記の� �学反応式(1)、(2)で表される水蒸気・炭酸ガ� �改質法により、二酸化炭素と水蒸気とを用� �て天然ガスを改質して、一酸化炭素ガスと� �素ガスとを主成分とする高温の合成ガスを� �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� ��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� �。

 CH ₄ +H ₂ O→CO+3H ₂  ・・・(1)
 CH ₄ +CO ₂ →2CO+2H ₂  ・・・(2)

 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� �る主配管から分岐した分岐ラインに設けら� �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(Pr essure 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� �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 続して反応器へ供給することができる。

 なお、水素分離装置26における水素ガス� �離方法としては、上記水素PSA装置のような� �力変動吸着法の例に限定されず、例えば、� �素吸蔵合金吸着法、膜分離法、或いはこれ� �の組合せなどであってもよい。

 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� ��(気泡塔型炭化水素合成反応器)30と、気液分 離器34と、分離器36と、気液分離器38と、第1� �留塔40と、冷却流体供給手段90とを主に備え� ��。気泡塔型反応器30は、合成ガスを液体炭� �水素に合成する反応器の一例であり、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� ��塔型反応器30は、図2に示すように、反応器� ��体80と、ディストリビュータ84と、冷却管86� ��を主に備える。

 反応器本体80は略円筒型の金属製の容器� �あって、その直径は1~20m程度、好ましくは2~1 0m程度である。反応器本体80の高さは10~50m程� �、好ましくは15~45m程度である。反応器本体80 の内部には、液体炭化水素(FT合成反応の生成 物)822中に固体の触媒粒子824を懸濁させたス� �リー82が収容される。この反応器本体80には� ��その上部からスラリー82の一部を分離器36に 流出させるスラリー流出口802、触媒粒子824を 多く含むスラリー82を分離器36から反応器本� �80の下部に流入させるスラリー流入口804、及 び、未反応の合成ガス等を反応器本体80の塔� ��から気液分離器38に供給する未反応ガス出� �806が形成されている。

 ディストリビュータ84は、本実施形態に� �る合成ガス供給部の一例であり、反応器本� �80内部の下位に配設され、水素および一酸化 炭素を主成分とする合成ガスをスラリー82中� ��供給する。このディストリビュータ84は、� �成ガス供給管842と、合成ガス供給管842の先� �部に取り付けられたノズルヘッダー844と、� �ズルヘッダー844の側部に設けられた複数の� �成ガス供給ノズル846とからなる。

 外部から合成ガス供給管842を通じて供給さ� ��た合成ガスは、ノズルヘッダー844の内部を� ��過し、合成ガス供給ノズル846の下部(反応器 本体80の底部側)に設けられた合成ガス供給口 (図示せず)から、反応器本体80内部のスラリ� �82中に噴射される。なお、本実施形態では、 合成ガスが反応器本体80の下方(図の細矢印で 示した方向)に向けて噴射されるが、合成ガ� �が反応器本体80の上方に向けて噴射されても よい。
 このようにしてディストリビュータ84から� �ラリー82中に吹き込まれた合成ガスは、気泡 828となってスラリー82中を反応器本体80の高� �方向(鉛直方向)下方から上方へ向かって流れ る。その過程で、合成ガスは液体炭化水素822 中に溶解し、触媒粒子824と接触する接触反応 により、液体炭化水素の合成反応(FT合成反応 )が行われる。具体的には、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� �合成反応を起こす。

 2nH ₂ +nCO→(-CH ₂ -)n+nH ₂ O ・・・(3)
(ただし、nは正の整数である。)

 また、合成ガスが反応器本体80内部の下� �に配設されたディストリビュータ84からスラ リー82中に吹き込まれ、吹き込まれた合成ガ� ��が気泡828となって反応器本体80内を上昇す� �ことにより、反応器本体80の内部においては 、反応器本体80内部の中央およびその付近(反 応器本体80の中心軸付近)にスラリー82の上昇� ��(エアリフト)が生じ、反応器本体80の内壁付 近(円周部付近)にはスラリー82の下降流が生� �る。これにより、図2に太矢印で示したよう� ��、反応器本体80内部に、スラリー82の循環流 が生じる。

 冷却管86は、反応器本体80の内部に、反応 器本体80の高さ方向に沿って設けられ、FT合� �反応により発生する熱によって温度が上昇� �たスラリー82を冷却する。この冷却管86は、� ��えば、図2に示すように、1本の管を屈曲し� �鉛直方向に沿って上下に複数回往復(例えば� ��図2では2往復)するように形成されていても� ��い。ただし、冷却管の形状および本数は上� ��形状および本数に限られるわけではなく、� ��応器本体80内部に均等に配置されて、スラ� �ー82を均等に冷却することに寄与できるもの であればよい。例えば、バイヨネット型と呼 ばれる二重管構造の冷却管を反応器本体80の� ��部に複数配置してもよい。

 この冷却管86内には、冷却管入口862から導� �された冷却水(例えば、反応器本体80内の温� �との差が-50~0℃程度の水)が流通している。� �の冷却水が、冷却管86内を流通する過程で、 スラリー82と冷却管86の管壁を介して熱交換� �ることにより、反応器本体80内部のスラリー 82が冷却される。冷却水の一部は、水蒸気と� ��って冷却管出口864から、図1に示すように、 気液分離器34に排出され、中圧スチームとし� ��回収できるようになっている。なお、スラ� ��ー82を冷却するための媒体としては、上記� �ような冷却水に限られず、例えば、C ₄ ~C ₁₀ の直鎖、分岐鎖状のパラフィン、ナフテン、 オレフィン、低分子量シラン、シリルエーテ ル、シリコンオイルなどを使用することがで きる。

 また、図2~4に示すように、反応器本体80の� �部及び下部には、反応器本体80の内部にスラ リー82よりも低温の冷却用流体を導入する2つ の導入部88,89が設けられている。すなわち、2 つの導入部88,89は、反応器本体80の軸線O方向� ��間隔を空けて設けられている。
 反応器本体80上部の導入部88は、図2,3に示す ように、反応器本体80の内周面80aに開口する� ��数(図示例では4つ)の導入開口部88aと、各導� ��開口部88aに接続された導入流路部88bと、を� ��えている。

 これら複数の導入開口部88aは、反応器本� ��80の軸線Oに直交する同一の面内に配されて� ��り、内周面80aの周方向に均等な間隔を空け� ��設けられている。また、導入流路部88bは、� ��却用流体が各導入開口部88aから内周面80aの� ��方向に沿って流れるように冷却用流体を導� ��開口部88aまで導く管路をなしている。そし� ��、各導入部88を構成する導入流路部88bは、� �数の導入開口部88aから反応器本体80内に供給 された冷却用流体が内周面80aに沿って同一方 向に流れるように設けられている。具体的に 、導入流路部88bは、反応器本体80の上方から� ��て、冷却用流体が各導入開口部88aから内周� ��80aに沿って時計回りの方向に流れるように� ��けられている。これにより、複数の導入開� ��部88aから反応器本体80内に供給された冷却� �流体の勢いが相殺されない。

 一方、反応器本体80下部の導入部89も、上部 の導入部88とほぼ同様の構成となっている。� ��なわち、下部の導入部89も、反応器本体80の 内周面80aに開口する複数(図示例では4つ)の導 入開口部89aと、冷却用流体を導入開口部89aま で導く管路をなす導入流路部89bと、を備えて いる。そして、複数の導入開口部89aは、軸線 Oに直交する同一の面内に配され、内周面80a� �周方向に均等な間隔を空けて設けられてい� �。また、下部の導入部89をなす導入流路部89b は、上部の導入部88と同様に、複数の導入開� ��部89aから反応器本体80内に供給された冷却� �流体が内周面80aに沿って同一方向に流れる� �うに設けられており、複数の導入開口部88a,8 9aから反応器本体80内に供給された冷却用流� �の勢いは相殺されない。
 ただし、下部の導入部89をなす導入流路部89 bは、反応器本体80の上方から見て、冷却用流 体が各導入開口部89aから内周面80aに沿って反 時計回りの方向に流れるように設けられてい る。すなわち、反応器本体80の上部と下部と� ��は、周方向に関する冷却用流体の流入の向� ��が相互に逆向きとなる。

 図1,2に示すように、気液分離器34は、気� �塔型反応器30内に配設された冷却管86内を流� ��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のスラリー流出口802に接続され、ス� ��リー82の液体炭化水素822と触媒粒子824とを� �離処理する。また、分離器36は、気泡塔型反 応器30のスラリー流入口804にも接続されてお� ��、触媒粒子824を多く含むスラリー82が分離� �36から気泡塔型反応器30内に流入する。気液� ��離器38は、気泡塔型反応器30の未反応ガス出 口806に接続され、未反応合成ガス及び気体炭 化水素を冷却処理する。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 に応じて各製品留分に分離・精製する。

 冷却流体供給手段90は、前述した導入部88,89 を通じて冷却用流体を気泡塔型反応器30の反� ��器本体80内に供給するものであり、温度調� �器92と、貯留タンク94と、移送用ポンプ96と� �圧力容器98と、を主に備える。
 温度調整器92は、気液分離器38と第1精留塔40 とを接続する主配管から分岐した分岐ライン に設けられる。この温度調整器92は、気泡塔� ��反応器30から取り出されて分離器36において スラリー82から分離された液体炭化水素822を� ��む液体を加熱あるいは冷却し、これを気泡� ��型反応器30の反応器本体80内に供給する冷却 用流体とする。そして、この温度調整器92に� ��いては、冷却用流体を反応器本体80内のス� �リー82よりも低温、かつ、液体炭化水素822に 含まれるワックス留分の析出温度よりも高温 に調整できるようになっている。これにより 、冷却用流体自体、あるいは、冷却用流体に よって冷却された反応器本体80内のスラリー8 2に含まれるワックス留分の析出を防止する� �とができる。

 貯留タンク94は、上記温度調整器92に接続さ れており、温度調整器92から導入された冷却� ��流体を多量に貯留できるようになっている� ��圧力容器98は、貯留タンク94及び反応器本体 80に接続されており、反応器本体80内におけ� �スラリー82の圧力よりも高い圧力の状態で冷 却用流体を保持できるように構成されている 。なお、本実施形態においては、圧力容器98� ��ら反応器本体80に向かう冷却用流体の流路� �分岐されており、分岐した流路が図2~4に示� �反応器本体80の各導入流路部88b,89bに各々接� �されている。
 移送用ポンプ96は、貯留タンク94と圧力容器 98との間に設けられており、冷却用流体を強� ��的に貯留タンク94から圧力容器98に移送する ものである。そして、圧力容器98から導入部8 8,89を通じて反応器本体80に向かう流路には、 この流路を開閉可能とする第1開閉バルブ99が 設けられている。したがって、第1開閉バル� �99を閉じた状態で、移送用ポンプ96により冷� ��用流体を圧力容器98に移送することで、圧� �容器98内における冷却用流体の圧力が上昇す る。

 また、貯留タンク94から移送用ポンプ96に 向かう流路には、これを開閉可能とする第2� �閉バルブ95が設けられている。したがって、 前述のように冷却用流体を圧力容器98に移送� ��た後に、この第2開閉バルブ95を閉じておく� ��とで、移送用ポンプ96を停止しても圧力容� �98内における冷却用流体の圧力が低下するこ とを防止でき、冷却用流体が高い圧力の状態 で圧力容器98内に保持される。そして、この� ��持状態において第1開閉バルブ99を開くこと� ��、圧力容器98内と反応器本体80内との圧力差 により、冷却用流体を反応器本体80内に供給� ��ることができる。

 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分� �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� ��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分� ��素化分解反応器50は、第1精留塔40の下部に� �続されている。灯油・軽油留分水素化精製� �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� ��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� ��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� �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、ブタンより軽い成分はフレ アガス(排ガス)側へ排出し、炭素数が5以上の 成分は製品のナフサとして分離・回収する。

 次に、以上のような構成の液体燃料合成� ��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。

 液体燃料合成システム1には、天然ガス田ま た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� ��の天然ガス(主成分がCH ₄ )が供給される。上記合成ガス生成ユニット3� ��、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。

 具体的には、まず、上記天然ガスは、水� ��分離装置26によって分離された水素ガスと� �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� ��る硫黄分を例えばZnO触媒で水添脱硫する。� ��のようにして天然ガスを予め脱硫しておく� ��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。

 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� �(図示せず。)から供給される二酸化炭素(CO ₂ )ガスと、排熱ボイラー14で発生した水蒸気と が混合された後で、改質器12に供給される。� ��質器12は、例えば、上述した水蒸気・炭酸� �ス改質法により、二酸化炭素と水蒸気とを� �いて天然ガスを改質して、一酸化炭素ガス� �水素ガスとを主成分とする高温の合成ガス� �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� ��気とが供給されており、当該バーナーにお� ��る燃料ガスの燃焼熱および改質器12の炉内� �輻射熱により、吸熱反応である上記水蒸気� �CO ₂ 改質反応に必要な反応熱がまかなわれている 。

 このようにして改質器12で生成された高� �の合成ガス(例えば、900℃、2.0MPaG)は、排熱� �イラー14に供給され、排熱ボイラー14内を流� ��する水との熱交換により冷却(例えば400℃)� �れて、排熱回収される。このとき、排熱ボ� �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1 6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� ��、液体分の水が排熱ボイラー14に戻される� �

 一方、排熱ボイラー14において冷却され� �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� ��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� ��に含まれる炭酸ガスを吸収することで、当� ��合成ガスから炭酸ガスを分離する。この吸� ��塔22内の炭酸ガスを含む吸収液は、再生塔24 に導入され、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� ��改質器12に送られて、上記改質反応に再利� �される。

 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� �成比は、FT合成反応に適した組成比(例えば� �H ₂ :CO=2:1(モル比))に調整されている。なお、気� �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� �に設けられた圧縮機(図示せず。)により、FT� ��成反応に適切な圧力(例えば3.6MPaG)まで昇圧� ��れる。ただし、上記圧縮機は、設ける必要� ��ない場合もある。

 また、上記脱炭酸装置20により炭酸ガス� �分離された合成ガスの一部は、水素分離装� �26にも供給される。水素分離装置26は、上記� ��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� �する。当該分離された水素は、ガスホルダ� �(図示せず。)等から圧縮機(図示せず。)を介� ��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分水素化分 解反応器50、灯油・軽油留分水素化精製反応� ��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。

 次いで、上記FT合成ユニット5は、上記合� ��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� ��合成する。

 具体的には、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は、気泡塔型反 応器30を構成する反応器本体80の底部から流� �されて、反応器本体80内に貯留されたスラリ ー82内を上昇する。この際、反応器本体80内� �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、冷却管86内に水を流通させ� ��ことで、FT合成反応の反応熱を除去し、こ� �熱交換により加熱された水が気化して水蒸� �となる。この水蒸気は、気液分離器34で液化 した水が冷却管86に戻されて、気体分が中圧� ��チーム(例えば1.0~2.5MPaG)として外部装置に供 給される。

 このようにして、気泡塔型反応器30で合成� �れた液体炭化水素822は、スラリー82として気 泡塔型反応器30から取り出されて、分離器36� �導入される。分離器36は、取り出されたスラ リー82を触媒粒子824等の固形分と、液体炭化� ��素822を含んだ液体分とに分離する。分離さ� ��た触媒粒子824等の固形分は、その一部を気� ��塔型反応器30に戻され、液体分は第1精留塔4 0に供給される。また、気泡塔型反応器30の未 反応ガス出口806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� �ガスを冷却して、一部の凝縮分の液体炭化� �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H ₂ )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� ��である炭素数が少ない(C ₄ 以下)炭化水素ガスを主成分とする排ガス(フ� ��アガス)は、外部の燃焼設備(図示せず。)に� ��入されて、燃焼された後に大気放出される� ��

 次いで、第1精留塔40は、上記のようにして� ��泡塔型反応器30から分離器36、気液分離器38� ��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� �、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分(沸点が� �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分の液体炭� ��水素(主としてC ₂₁ 以上)は、WAX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C ₁₁ ~C ₂₀ )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C ₅ ~C ₁₀ )は、ナフサ留分水素化精製反応器54に移送さ れる。

 WAX分水素化分解反応器50は、第1精留塔40の� �部から供給された炭素数の多いWAX分の液体� �化水素(概ねC ₂₁ 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C 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WAX分水素化分 解反応器50により、水素化分解された液体炭� ��水素を含む生成物は、気液分離器56で気体� �液体とに分離され、そのうち液体炭化水素� �、第2精留塔70に移送され、気体分(水素ガス� ��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� �される。

 灯油・軽油留分水素化精製反応器52は、第1� ��留塔40の中央部から供給された炭素数が中� �度である灯油・軽油留分の液体炭化水素(概� ��C ₁₁ ~C ₂₀ )を、水素分離装置26からWAX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、� ��素化精製する。この水素化精製反応は、上� ��液体炭化水素の異性化及び不飽和結合に水� ��を付加して飽和させ、主に側鎖状飽和炭化� ��素を生成する反応である。この結果、水素� ��精製された液体炭化水素を含む生成物は、� ��液分離器58で気体と液体に分離され、その� �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。

 ナフサ留分水素化精製反応器54は、第1精留� ��40の上部から供給された炭素数が少ないナ� �サ留分の液体炭化水素(概ねC ₁₀ 以下)を、水素分離装置26からWAX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� ��、水素化精製する。この結果、水素化精製� ��れた液体炭化水素を含む生成物は、気液分� ��器60で気体と液体に分離され、そのうち液� �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� ��素化反応に再利用される。

 次いで、第2精留塔70は、上記のようにしてW AX分水素化分解反応器50及び灯油・軽油留分� �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C ₁₀ 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℃)� ��、WAX分水素化分解反応器50からの未分解WAX� �(沸点約350℃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� ��は灯油が取り出される。一方、第2精留塔70� ��塔頂からは、炭素数がC ₁₀ 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。

 さらに、ナフサ・スタビライザー72では、� �記ナフサ留分水素化精製反応器54及び第2精� �塔70から供給された炭素数がC ₁₀ 以下の炭化水素を蒸留して、製品としてのナ フサ(C ₅ ~C ₁₀ )を分離・精製する。これにより、ナフサ・� �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� ��数が所定数以下(C ₄ 以下)の炭化水素を主成分とする排ガス(フレ� ��ガス)が排出される。この排ガスは、外部の 燃焼設備(図示せず。)に導入されて、燃焼さ� ��た後に大気放出される。

 以上、液体燃料合成システム1の工程(GTL� �ロセス)について説明した。ところで、停電� ��の外部要因によって液体燃料合成システム1 の一部の機能が停止又は低下する等して上述 したGTLプロセスが停止又は低下した際には、 すなわち、反応器本体80内のスラリー82への� �成ガスの供給や反応器本体80内でのスラリー 82の対流が停止又は低下して不安定となった� ��には、反応器本体80内のスラリー82の温度が 急上昇してしまうことがある。そこで、GTLプ ロセスの停止時には冷却流体供給手段90によ� ��このスラリー82を冷却する。以下、冷却流� �供給手段90による反応器本体80内のスラリー8 2の冷却方法について述べる。

 この冷却方法においては、GTLプロセスが� ��施されている間に、予め冷却用流体として� ��液体炭化水素を高い圧力の状態で圧力容器� ��に保持しておく。具体的には、冷却流体供� ��手段90の第1開閉バルブ99を閉じておき、分� �器36や気液分離器38から取り出された液体炭� ��水素の一部を温度調整器92に供給する。こ� �際、温度調整器92に供給された液体炭化水素 は、FT合成反応を生じている反応器本体80内� �スラリー82よりも低温、かつ、液体炭化水素 に含まれるワックス留分の析出温度よりも高 温に調整される。そして、温度調整された液 体炭化水素は、温度調整器92から貯留タンク9 4に導入される。

 さらに、GTLプロセスが実施されている間に� ��、第2開閉バルブ95を開いた状態で移送用ポ� ��プ96により液体炭化水素を貯留タンク94内か ら圧力容器98内に移送し、圧力容器98内にお� �る液体炭化水素の圧力を上昇させる。なお� �圧力容器98内における液体炭化水素の圧力が 所定圧力に到達した際には、移送用ポンプ96� ��停止すると共に第2開閉バルブ95を閉じれば� ��い。
 これにより、圧力容器98内における液体炭� �水素の圧力が所定圧力に保持されることに� �る。なお、前述した所定圧力は、少なくと� �液体炭化水素を反応器本体80内に流し込んで 反応器本体80のスラリー82中に行き渡らせる� �とができる程度の圧力となっていればよい� �

 そして、GTLプロセスが停止して反応器本� ��80内のスラリー82への合成ガスの供給や反応 器本体80内でのスラリー82の対流が停止した� �には、冷却流体供給手段90の第1開閉バルブ99 を開状態とする、これにより、圧力容器98内� ��反応器本体80内との圧力差に基づいて、圧� �容器98内の液体炭化水素が各導入部88,89を通� ��て反応器本体80内に流入し、この液体炭化� �素により反応器本体80内のスラリー82を直接� ��却することができる。なお、冷却用流体を� ��す液体炭化水素は、反応器本体80内のスラ� �ー82よりも低温、かつ、反応器本体80内の液� ��炭化水素822に含まれるワックス留分の析出� ��度よりも高温に設定されているため、スラ� ��ー82を冷却しながらも、反応器本体80内でワ ックス留分が析出してしまうことを防止でき る。

 本実施形態に係る液体燃料合成システム1 及びこれを備える気泡塔型反応器30によれば� ��GTLプロセスが停止しても、冷却用流体によ� ��反応器本体80内のスラリー82を直接冷却する ことができるため、スラリー82に含まれる触� ��粒子824へのダメージを軽減又は抑制するこ� ��ができる。したがって、触媒粒子824の交換� ��度を計画よりも増大させる必要が無く、気� ��塔型反応器30のメンテナンス費用の増大を� �制することが可能となる。

 また、反応器本体80内に流入した冷却用� �体は、図3,4に示すように、圧力損失の少な� �内周面80aに沿って周方向に流れる。さらに� �反応器本体80内の上部と下部とで冷却用流体 が相互に逆向きに流れるため、反応器本体80� ��のスラリー82を効率よく攪拌することがで� �る。したがって、冷却用流体を効率よく反� �器本体80内のスラリー82全体に拡散させるこ� ��ができ、スラリー82の温度分布に偏りが生� �ることを防止しながら、冷却用流体による� �ラリー82の冷却効果を高めることができる。 すなわち、冷却用流体とスラリー82との温度� ��に基づく自然対流のみの冷却速度よりも速� ��かに冷却することが可能となる。

 さらに、この実施形態の液体燃料合成シス� ��ム1によれば、シャットダウン時に第1開閉� �ルブ99を開くだけで冷却用流体を反応器本体 80内に流し込むことができるため、ポンプ等� ��ように冷却用流体を駆動する外部の動力が� ��要となり、冷却用流体の供給を容易に行う� ��とができる。
 また、冷却流体供給手段90が温度調整器92を 備えることで、反応器本体80内に供給する冷� ��用流体を所定温度に設定することができる� ��め、反応器本体80内のスラリーの冷却温度� �容易に制御することが可能となる。特に、� �却用流体の温度をワックス留分の析出温度� �りも高く設定しておくことで、スラリー82を 冷却した際にワックス留分が析出してしまう ことを容易に防止できる。
 さらに、スラリー82の冷却用流体が反応器� �体80から取り出された液体炭化水素からなる ため、反応器本体80内において生じるFT合成� �応に影響することを確実に防止できる。ま� �、冷却用流体を別途用意する必要もないた� �、液体燃料合成システム1のランニングコス� ��の削減を図ることができる。

 なお、上記実施形態において、各導入部88,8 9を構成する導入流路部88b,89bは、反応器本体8 0の内周面80aの周方向に沿って冷却用流体が� �れるように設けられるとしたが、少なくと� �周方向に沿って流れるように設けられてい� �ばよい。すなわち、導入流路部88b,89bは、例� ��ば内周面80aに沿う周方向成分及び軸方向成� ��の両方を含む方向に冷却用流体が流れるよ� ��に、すなわち、反応器本体80内に旋回流が� �じるように、設けられていてもよい。
 また、2つの導入部88,89は、冷却用流体を相� ��に逆向きに流入させるように構成されると� ��たが、少なくとも相互に異なる方向に流入� ��せるように構成されていればよい。

 さらに、導入部88,89は、反応器本体80の上部 及び下部に間隔を空けて2つ設けられるとし� �が、軸方向に間隔を空けて3つ以上設けられ� ��もよいし、軸方向の1箇所のみに設けられて もよい。なお、導入部が3つ以上設けられる� �合には、全ての導入部が相互に異なる方向� �冷却用流体を流入するように構成されても� �いし、軸方向に相互に隣り合う導入部のみ� �相互に異なる方向に冷却用流体を流入する� �うに構成されていてもよい。
 また、各導入部88,89を構成する複数の導入� �口部88a,89aは、少なくとも内周面80aの周方向� ��間隔を空けて配されていればよく、周方向� ��均等配置しなくても構わない。さらに、各� ��入部88,89を構成する複数の導入開口部88a,89a� ��、軸方向に直交する同一面内に配されると� ��たが、少なくとも軸方向に交差する同一面� ��に配されていればよい。

 また、導入部88,89は、導入開口部88a,89aを複� ��備えるとしたが、例えば1つだけ備えるとし てもよい。
 さらに、導入部88,89は、導入開口部88a,89a及� ��導入流路部88b,89bを備えた構造に限らず、少 なくとも冷却用流体を反応器本体80内に導入� ��る構造となっていればよい。したがて、導� ��部は、例えば上記実施形態のディストリビ� ��ータ84と同様に、反応器本体80の径方向の中 央部に直接流入する構造であってもよい。

 また、冷却用流体は、分離器36において分� �された液体炭化水素822を含む液体に限らず� �例えば第1精留塔40において分離・精製され� �液体炭化水素の各製品留分であってもよい� �、水素化反応器50,52,54において水素化分解・ 水素化精製された液体炭化水素を含む生成物 、気液分離器56,58,60において分離された液体� ��化水素、第2精留塔70において分離・精製さ� ��た灯油・軽油等の液体燃料製品であっても� ��い。
 さらに、冷却用流体は、液体燃料合成シス� ��ム1において精製されたものに限らず、少な くともFT合成反応に影響しない気体や液体で� ��ればよい。なお、FT合成反応に影響しない� �体には、例えば窒素・アルゴン等の不活性� �スが挙げられる。

 また、温度調整器92は、冷却用流体を貯留� �ンク94内に導入する手前に限らず、例えば貯 留タンク94と圧力容器98との間に配されても� �いし、貯留タンク94や圧力容器98自体に設け� ��れてもよい。
 さらに、冷却流体供給手段90は上記実施形� �の構成に限らず、少なくとも液体燃料合成� �ステム1のシャットダウン時に冷却用流体を� ��応器本体80内に流入するように構成されて� �ればよい。したがって、冷却流体供給手段� �、例えばシャットダウン時に移送用ポンプ� �により冷却用流体を駆動して反応器本体80内 に流し込むように構成されてもよい。

 また、上記実施形態においては、液体燃料� ��成システム1に供給される炭化水素原料に天 然ガスを用いたが、例えば、アスファルト、 残油など、その他の炭化水素原料を用いても よい。
 さらに、上記実施形態においては、液体燃� ��合成システム1について述べたが、本発明は 少なくとも水素及び一酸化炭素を主成分とす る合成ガスとスラリーとの化学反応によって 炭化水素化合物を合成する炭化水素合成反応 システムに適用することができる。なお、炭 化水素合成反応システムは、例えばFT合成ユ� ��ット5を主たる構成としたものであってもよ いし、気泡塔型反応器30及び冷却流体供給手� ��90を主に備えたものであってもよい。

 以上、本発明の好ましい実施形態を説明� ��たが、本発明は上記の実施形態に限定され� ��ことはない。本発明の趣旨を逸脱しない範� ��で、構成の付加、省略、置換、およびその� ��の変更が可能である。本発明は前述した説� ��によって限定されることはなく、添付のク� ��ームの範囲によってのみ限定される。