本発明の実施形態の一例について、以下に� ��明する。まず、本発明の合成ガスリフォー� ��の運転方法に用いる、GTLプラントについて� ��図1、2を用いて説明する。図1は、本発明の� ��施に用いられるGTLプラント8の模式図である 。図2は、本発明の一実施形態にかかる合成� �スリフォーマ20の模式図である。
 なお、本発明における軽質炭化水素ガスと� ��、天然ガス、油田随伴ガス、LPG等を指し、� ��素数C ₁ ~C ₅ の炭化水素を示す。本実施形態の説明では、 軽質炭化水素ガス原料として、天然ガスを例 示して説明を行う。

 GTLプラント8は、天然ガス等の軽質炭化水素 ガス原料を液体燃料に転換するGTLプロセスを 実行するプラントである。図1に示すように� �合成ガスセクション10と、FTセクション40と� �アップグレーディングセクション70とで構成 されている。合成ガスセクション10は、炭化� ��素原料である天然ガスを改質して一酸化炭� ��ガス(CO)と水素ガス(H ₂ )を含む合成ガスを生成する。FTセクション40� ��、生成された合成ガスからFT合成反応によ� �液体炭化水素であるFTオイルを生成する。ア ップグレーディングセクション70は、FT合成� �応により生成されたFTオイルを水素化・精製 して液体燃料製品(ナフサ、灯油、軽油、ワ� �クス等)を製造する。以下、これら各ユニッ� ��の構成要素について説明する。

 合成ガスセクション10は、例えば、脱硫反� �器13と、合成ガスリフォーマ20と、排熱ボイ� ��ー15と、スチームドラム16と、気液分離器17� ��、脱炭酸装置30と、水素分離装置36とを主に 備える。
 脱硫反応器13は、天然ガス供給源11、水素分 離装置36と接続されている。脱硫反応器13の� �口側と、二酸化炭素(CO ₂ )供給源12と、燃料ガスドラム22とが合成ガス� ��フォーマ20と接続されている。合成ガスリ� �ォーマ20の出口側には、排熱ボイラー15が接� ��されている。排熱ボイラー15は、スチーム� �ラム16と、気液分離器17とに接続されている� ��スチームドラム16の出口側は、高圧水蒸気� �留槽18、合成ガスリフォーマ20、排熱ボイラ� ��15と接続されている。気液分離器17は脱炭酸 装置30と接続されている。脱炭酸装置30の出� �側は、水素分離装置36、気泡塔型反応器(気� �塔型炭化水素合成反応器)42の入口側と接続� �れている。水素分離装置36は、配管38により� ��料ガスドラム22と接続されている。

 脱硫反応器13は、水添脱硫装置等で構成さ� �、原料である天然ガスから硫黄成分を除去� �る装置である。
 排熱ボイラー15は、合成ガスリフォーマ20に て生成した合成ガスの排熱を回収して高圧水 蒸気を発生する装置である。
 スチームドラム16は、排熱ボイラー15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(高圧水蒸気)と液体とに分離する装置で� ��る。
 気液分離器17は、排熱ボイラー15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30に供給する装置である。
 脱炭酸装置30は、気液分離器17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32と、当該炭酸ガスを含む吸収� ��から炭酸ガスを放散させて再生する再生塔3 4とを有する装置である。

 合成ガスリフォーマ20は、脱硫反応器13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(H ₂ )とを主成分として含む合成ガスを生成する� �置である。合成ガスリフォーマ20について、 図2を用いて説明する。なお、説明の便宜上� �図2では、天然ガスと水素ガスを混合した後� ��脱硫を行う脱硫反応器の図示を省略してい� ��。
 図2の通り、合成ガスリフォーマ20は、略円� ��形状の加熱炉204と、加熱炉204に備えられた� ��ーナ200と、加熱炉204の略中心部に備えられ� ��触媒管202と、加熱炉204に備えられた燃焼ガ� ��排気口206とを有する。バーナ200は、燃焼空� ��220の供給源と接続されている。また、バー� ��200は、燃料ガスドラム22と接続されている� �触媒管202の入口側には、天然ガス111とCO ₂ ガス112と水蒸気116と水素ガス136とを含む混合 流体の温度(合成ガスリフォーマ20の入口温度 )を測定する温度測定手段240と、天然ガス111� �流量を調節する流量制御弁241と、天然ガス11 1の組成測定手段243とが設置されている。加� �て、CO ₂ ガス112の流量を調節する流量制御弁250と、水 蒸気116の流量を調節する流量制御弁260とが設 置されている。流量制御弁241は流量制御手段 242と、流量制御弁250は流量制御手段251と、流 量制御弁260は流量制御手段261と、それぞれ接 続されている。さらに、流量制御手段242、251 、261は、運転制御システム218と接続されてい る。
 バーナ200の入口側には、燃料ガス122の圧力� ��定手段210、燃料ガスの組成測定手段213が設� ��され、圧力測定手段210の上流側には圧力制� ��弁214が設置されている。圧力測定手段210と� ��力制御弁214とには、圧力制御手段212が接続� ��れている。圧力制御手段212は、運転制御シ� ��テム218と接続されている。
 合成ガスリフォーマ20の出口側には、合成� �ス230の圧力を測定する圧力測定手段215と、� �成ガス230の温度を測定する温度測定手段216� �設置されている。そして、圧力測定手段215� �、温度測定手段216とは、運転制御システム21 8に接続されている。

 バーナ200は燃料ガス122を燃焼させて、加熱� ��204内に所望する熱量を与えることができれ� ��特に限定されず、既存の装置を用いること� ��できる。
 触媒管202に充填される触媒は、水蒸気・二� ��化炭素改質反応が行えるものであれば特に� ��定されず、例えば、ニッケル/アルミナ、ニ ッケル/マグネシア/アルミナ等のリフォーミ� ��グ用触媒を用いることができる。

 温度測定手段216、240は特に限定されず、例� ��ば、熱電対型の温度計等、既存のものを用� ��ることができる。
 圧力測定手段210、215は特に限定されず、例� ��ば、ダイヤフラム型等、既存の装置を用い� ��ことができる。
 組成測定手段213、243は特に限定されず、例� ��ば、ガスクロマトグラフィ等を挙げること� ��できる。
 圧力制御手段212は特に限定されず、運転制� ��システム218からの出力を受けて、圧力制御� ��214の開度調節を行えるものであれば良い。
 流量制御手段242、251、261は特に限定されず� ��運転制御システム218からの出力を受けて、� ��量制御弁241、250、260の開度調節を行えるも� ��であれば良い。

 水素分離装置36は、脱炭酸装置30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水素分離ガス として分離する装置である。
 水素分離装置36は、脱炭酸装置30または気液 分離器17と気泡塔型反応器(気泡塔型炭化水素 合成反応器)42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。この水素分離装 置36は、例えば、圧力差を利用して水素の吸� ��と脱着を行う水素分離装置(Pressure Swing Adso rption:圧力変動吸着)などで構成できる。この� ��素分離装置は、並列配置された複数の吸着� ��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� �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、連続して所定の利用先へ供給す ることができる。なお、水素分離装置36にお� ��る水素ガス分離方法としては、上記水素分� ��装置のような圧力変動吸着法の例に限定さ� ��ず、例えば、水素吸蔵合金吸着法、膜分離� ��、あるいは、これらの組合せなどであって� ��よい。

 FTセクション40は、例えば、気泡塔型反応器 42と、スチームドラム46と、分離器44と、気液 分離器50とを主に備える。
 気泡塔型反応器42は、脱炭酸装置30および分 離器44とに接続されている。気泡塔型反応器4 2の冷却管43は、スチームドラム46と接続され� ��スチームドラム46は、中圧水蒸気貯留槽48と 接続されている。気泡塔型反応器42の出口側� ��は気液分離器50、分離器44が接続され、気液 分離器50は、配管52により燃料ガスドラム22と 接続されている。また、分離器44と気液分離� ��50とは、アップグレーディングセクション70 の第1精留塔71と接続されている。

 気泡塔型反応器42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装置であ� ��。この気泡塔型反応器42は、冷却管43を有し ている。

 スチームドラム46は、気泡塔型反応器42内に 配設された冷却管43内を流通して加熱された� ��を、水蒸気(中圧水蒸気)と液体とに分離す� �装置である。
 分離器44は、気泡塔型反応器42に接続され、 液体炭化水素と触媒粒子とを分離処理する装 置である。
 気液分離器50は、未反応合成ガス、および� �気体炭化水素を冷却分離する装置である。

 アップグレーディングセクション70は、例� �ば、第1精留塔71、WAX留分水素化分解反応器72 と、灯油・軽油留分水素化精製反応器74と、� ��フサ留分水素化精製反応器76と、気液分離� �78、80、82と、第2精留塔84と、ナフサ・スタ� �ライザー86とを備える。
 第1精留塔71の下部には、WAX留分水素化分解� ��応器72が接続されている。第1精留塔71の中� �部には、灯油・軽油留分水素化精製反応器74 が接続されている。第1精留塔71の上部には、 ナフサ留分水素化精製反応器76が接続されて� ��る。WAX留分水素化分解反応器72には気液分� �器78が接続され、灯油・軽油留分水素化精製 反応器74には気液分離器80が接続され、ナフ� �留分水素化精製反応器76には気液分離器82が� ��続されている。気液分離器82は、ナフサ・� �タビライザー86と接続されている。気液分離 器78、80は、第2精留塔84と接続されている。� �2精留塔84は、ナフサ・スタビライザー86、灯 油貯留槽92、軽油貯留槽94に接続されている� �ナフサ・スタビライザー86は、ナフサ貯留槽 90と接続される一方、配管87により燃料ガス� �ラム22と接続されている。

 第1精留塔71は、気泡塔型反応器42から分離� �44、気液分離器50を介して供給された液体炭� ��水素を蒸留し、沸点に応じて各留分に分離� ��精製する装置である。
 第2精留塔84は、気液分離器78、80から供給さ れた液体炭化水素を沸点に応じて分離・精製 する装置である。
 ナフサ・スタビライザー86は、気液分離器82 、および、第2精留塔84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 軽い成分をアップグレーディングオフガスと して排出して燃料ガスドラム22に供給し、炭� ��数が5以上の成分を製品のナフサとして分離 ・回収する装置である。

 GTLプラント8による石油製品の製造方法につ いて、図1~3を用いて説明する。図3は、GTLプ� �ント8における石油製品の製造工程と、燃料� ��ス122の流通の概略を説明するフロー図であ� ��。
 まず、図3によりGTLプラント8による石油製� �の製造方法の概要を説明する。図3の通り、� ��然ガス111と、CO ₂ ガス112と、水蒸気116と、水素ガス136とを含む 混合流体が、合成ガスセクション10に供給さ� ��る。燃料ガスドラム22からは、燃料ガス122� �、合成ガスセクション10の合成ガスリフォー マ20(図2)のバーナ200に供給される。天然ガス1 11は、合成ガスセクション10で改質されて精� �合成ガス103となり、FTセクション40に送られ� ��。他方、副次的に産生される水素分離オフ� ��ス102は、燃料ガスドラム22に送られる。次� �で、FTセクション40では、精製合成ガス103をF Tオイル105とし、FTオイル105は、アップグレー ディングセクション70に送られる。副次的に� ��生されるFTオフガス104は、燃料ガスドラム22 に送られる。アップグレーディングセクショ ン70では、ナフサ190、灯油192、軽油194が精製� ��れる。一方、副次的に産生されるアップグ� ��ーディングオフガス106は、燃料ガスドラム2 2へ送られる。加えて、天然ガス111の一部は� �燃料ガスとして燃料ガスドラム22に送られる 。こうして、燃料ガスドラム22は、天然ガス1 11と、水素分離オフガス102と、FTオフガス104� �、アップグレーディングオフガス106とが混� �された燃料ガス122を貯留し、バーナ200に供� �する。

 図1、2を用いて、詳細に説明する。GTLプラ� �ト8には、天然ガス田または天然ガスプラン� ��等の外部の天然ガス供給源11から、軽質炭� �水素ガスとしての天然ガス(主成分がCH ₄ )111が供給される。上記合成ガスセクション10 は、この天然ガス111を改質して精製合成ガス (一酸化炭素ガスと水素ガスを主成分とする� �合ガス)103を製造する。
 まず、天然ガス111は、水素分離装置36によ� �て分離された水素ガス136と共に脱硫反応器13 に供給される。脱硫反応器13は、水素ガス136� ��用いて天然ガス111に含まれる硫黄分を例え� ��ZnO触媒で水添脱硫する。このようにして天� ��ガス111を予め脱硫しておくことにより、合� ��ガスリフォーマ20、および、気泡塔型反応� �42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。

 脱硫された天然ガス111(二酸化炭素を含んで もよい)は、CO ₂ 供給源12から供給されるCO ₂ ガス112と、排熱ボイラー15で発生した水蒸気1 16と、脱硫反応器13での水添脱硫の際に添加� �れた水素ガス136とが混合した混合流体とし� �、合成ガスリフォーマ20に供給される。合成 ガスリフォーマ20は、水蒸気・炭酸ガス改質� ��により、CO ₂ ガス112と水蒸気116とを用いて天然ガス111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、合成ガスリフォーマ20のバーナ200に、燃� ��ガス122と空気とが供給され、当該バーナ200� ��おける燃料ガス122の燃焼熱および合成ガス� ��フォーマ20の加熱炉204内の輻射熱により、� �熱反応である水蒸気・二酸化炭素改質反応� �必要な反応熱がまかなわれている。

 合成ガスリフォーマ20では、例えば、下記� �(1)、(2)で表される水蒸気・炭酸ガス改質法� �より、CO ₂ ガス112と水蒸気116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が生成される。

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

 このようにして合成ガスリフォーマ20で� �成された高温の合成ガス(例えば、900℃、2.0M PaG)は、排熱ボイラー15に供給され、排熱ボイ ラー15内を流通する水との熱交換により冷却( 例えば280℃)されて、排熱回収される。この� �き、排熱ボイラー15において合成ガスにより 加熱された水はスチームドラム16に供給され� ��このスチームドラム16から、気体分が高圧� �蒸気(例えば3.4~10.0MPaG)として合成ガスリフォ ーマ20、または、高圧水蒸気貯留槽18を経由� �て他の外部装置に供給され、液体分の水が� �熱ボイラー15に戻される。

 一方、排熱ボイラー15において冷却され� �合成ガスは、凝縮液分が気液分離器17におい て分離・除去された後、脱炭酸装置30の吸収� ��32に供給される。吸収塔32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 を分離する。この吸収塔32内の炭酸ガスを含� ��吸収液は、再生塔34に導入され、当該炭酸� �スを含む吸収液は例えば水蒸気で加熱され� �ストリッピング処理され、放散された炭酸� �スは、再生塔34から合成ガスリフォーマ20に� ��られて、上記改質反応に再利用される。

 このようにして、合成ガスセクション10で� �成された精製合成ガス103は、FTセクション40� ��気泡塔型反応器42へ供給される。気泡塔型� �応器42に供給される合成ガスの組成比は、FT� ��成反応に適した組成比(例えば、H ₂ :CO=2:1(モル比))に調節されている。なお、気� �塔型反応器42に供給される合成ガスは、脱炭 酸装置30と気泡塔型反応器42とを接続する配� �に設けられた圧縮機(図示せず)により、FT合� ��反応に適切な圧力(例えば3.6MPaG)まで昇圧さ� ��る。ただし、上記圧縮機は、設ける必要が� ��い場合もある。

 また、上記脱炭酸装置30により炭酸ガス� �分離された精製合成ガス103の一部は、水素� �離装置36にも供給される。水素分離装置36は� ��圧力差を利用した吸着、脱着(PSA)により、� �成ガスに含まれる水素ガス136を分離する。� �該分離された水素ガス136は、ガスホルダー(� ��示せず)等から圧縮機(図示せず)を介して、G TLプラント8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、� �硫反応器13、WAX留分水素化分解反応器72、灯� ��・軽油留分水素化精製反応器74、ナフサ留� �水素化精製反応器76など)に、連続して供給� �れる。一方、水素分離後の水素分離オフガ� �102は、水素分離装置36から、配管38を経由し� ��、燃料ガスドラム22に送られる。

 次いで、FTセクション40は、上記合成ガス セクション10によって生成された精製合成ガ� ��103から、FT合成反応により、FTオイル105を合 成する。

 具体的には、上記合成ガスセクション10� �よって生成された精製合成ガス103は、気泡� �型反応器42の底部から流入されて、反応器本 体内の、液体炭化水素(FT合成反応の生成物)� �触媒粒子との懸濁物であるスラリー中を上� �する。この際、反応器本体内では、FT合成反 応により、精製合成ガス103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43内に水を流通させることで、FT合成反� �の反応熱を除去し、この熱交換により加熱� �れた水の一部が気化して水蒸気となる。こ� �水蒸気は、スチームドラム46で分離された水 が冷却管43に戻されて、気体分が中圧水蒸気( 例えば1.0~2.5MPaG)として、中圧水蒸気貯留槽48� ��経由して外部装置に供給される。

 こうして、気泡塔型反応器42で合成された� �体炭化水素は、スラリーとして気泡塔型反� �器42から取り出されて、分離器44に導入され� ��。分離器44は、取り出されたスラリーを触� �粒子等の固形分と、液体炭化水素を含んだ� �体分とに分離する。分離された触媒粒子等� �固形分は、その一部を気泡塔型反応器42に戻 される。また、気泡塔型反応器42の未反応ガ� ��出口からは、未反応の合成ガスと、合成さ� ��た炭化水素のガス分とが気液分離器50に導� �される。気液分離器50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含む 液体を分離する。分離器44で分離された液体� ��と、気液分離器50で分離された液体とを合� �せたFTオイル105が、第1精留塔71に供給される 。一方、気液分離器50で分離されたガス分に� ��いては、未反応の合成ガス(COとH ₂ )は、気泡塔型反応器42の底部に再投入されて FT合成反応に再利用される。また、炭素数が� ��ない(C ₄ 以下)炭化水素ガスを主成分とするFTオフガス 104は、配管52を経由して燃料ガスドラム22へ� �られる。
 気泡塔型反応器42では、接触反応により、� �体炭化水素の合成反応(FT合成反応)が行われ� ��。具体的には、下記式(3)に示すように水素� ��スと一酸化炭素ガスとが合成反応を起こす� ��

 アップグレーディングセクション70の第1精� ��塔71は、上記のようにして気泡塔型反応器42 から分離器44、気液分離器50を介して供給さ� �たFTオイル(炭素数は多様)105を加熱して、沸� ��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1 50~350℃)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71の底部から 取り出されるWAX留分の液体炭化水素(主とし� �C ₂₁ 以上)は、WAX留分水素化分解反応器72に送られ 、第1精留塔71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74に送 られ、第1精留塔71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76に送られ る。

 WAX留分水素化分解反応器72は、第1精留塔71� �下部から供給された炭素数の多いWAX留分の� �体炭化水素(概ねC ₂₁ 以上)を、上記水素分離装置36から供給された 水素ガス136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留分水素化 分解反応器72により、水素化分解された液体� ��化水素を含む生成物は、気液分離器78で気� �と液体とに分離され、そのうち液体炭化水� �は、第2精留塔84に送られる。一方、気体分(� ��素ガスを含む)は、灯油・軽油留分水素化精 製反応器74、および、ナフサ留分水素化精製� ��応器76に送られる。

 灯油・軽油留分水素化精製反応器74は、第1� ��留塔71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36からWAX留分水素化分解反 応器72を介して供給された水素ガス136を用い� ��、水素化精製する。この水素化精製反応は� ��上記液体炭化水素の異性化、および、不飽� ��結合に水素を付加して飽和させ、主に側鎖� ��飽和炭化水素を生成する反応である。この� ��果、水素化精製された液体炭化水素を含む� ��成物は、気液分離器80で気体と液体に分離� �れ、そのうち液体炭化水素は、第2精留塔84� �送られる。一方、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76は、第1精留� ��71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36からWAX留分水素化分 解反応器72を介して供給された水素ガス136を� ��いて、水素化精製する。この結果、水素化� ��製された液体炭化水素を含む生成物は、気� ��分離器82で気体と液体に分離され、そのう� �液体炭化水素は、ナフサ・スタビライザー86 に送られ、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84は、上記のようにしてW AX留分水素化分解反応器72、および、灯油・� �油留分水素化精製反応器74から、気液分離器 78、80を経由して供給された液体炭化水素を� �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℃)192と、軽油(沸点が約250~350� �)194、および、WAX留分水素化分解反応器72か� �の未分解WAX留分(沸点約350℃)とに分離・精製 する。第2精留塔84の中央部からは、軽油194お よび灯油192が取り出される。軽油194は、軽油 貯留槽94に貯留され、灯油192は、灯油貯留槽9 2に貯留される。一方、第2精留塔84の塔頂か� �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86に供給される。

 さらに、ナフサ・スタビライザー86では、� �記ナフサ留分水素化精製反応器76、および、 第2精留塔84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 )190を分離・精製する。これにより、ナフサ� �スタビライザー86の下部からは、高純度のナ フサ190が取り出され、ナフサ貯留槽90に貯留� ��れる。一方、ナフサ・スタビライザー86の� �頂からは、炭素数が所定数以下(C ₄ 以下)の炭化水素を主成分とする排ガスが、� �ップグレーディングオフガス106として排出� �れる。アップグレーディングオフガス106は� �配管87により燃料ガスドラム22へ送られる。

 合成ガスリフォーマ20の運転は、以下に� �明する方法により制御される。合成ガスリ� �ォーマ20の運転方法につき、図4、5を用いて� ��細に説明する。図4は、合成ガスリフォーマ 20の出口温度(合成ガス温度)の制御方法の一� �を説明するためのフローチャートである。� �5は、バーナ性能曲線であって、合成ガスリ� ��ォーマのバーナ発熱量と燃料ガス圧力との� ��係を示すグラフである。なお、図4中、リフ ォーマとは合成ガスリフォーマを指す。また 、SVとは制御目標値であることを表し、PVと� �測定値であることを表し、MVとは制御出力を 表す。

 図4に示すように、合成ガスリフォーマ20で� ��造するH ₂ とCOとの合計流量の目標値である運転ロード( 運転負荷)の割合を設定する(ステップS302)。
 合成ガスリフォーマ20で製造するH ₂ とCOとの、COのモル数に対するH ₂ のモル数の比を表すH ₂ /CO比の制御目標値を設定する(ステップS304)。
 原料天然ガス111に混合する原料天然ガス111� ��炭素のモル数に対する水蒸気116のモル数の� ��を表すS/C比の制御目標値を設定する(ステッ プS306)。
 原料天然ガス111に混合する原料天然ガス111� ��炭素のモル数に対するCO ₂ ガス112のモル数の比を表すCO ₂ /C比の制御目標値を設定する(ステップS308)。
 そして、合成ガスリフォーマ20の出口温度� �制御目標値を設定し(ステップS310)、運転条� �を設定する(ステップS300)。

 次いで、天然ガス111の組成を組成測定手� ��243で測定し(ステップS322)、合成ガスリフォ� ��マ20の入口温度を温度測定手段240で測定し(� ��テップS324)、合成ガスリフォーマ20の出口圧 力を圧力測定手段215で測定する(ステップS326) 。

 ステップS322、S324、S326とで得られた測定値� ��、ステップS300で設定した運転条件とから、 触媒管内物質収支計算により天然ガス111の流 量の制御値を求めて、流量制御手段242へ出力 する(ステップS332)。流量制御手段242は、前記 出力に基づき、流量制御弁241の開度を調節す る。
 ステップS322、S324、S326とで得られた測定値� ��、ステップS300で設定した運転条件とから、 S/C比により水蒸気116の流量の制御値を求めて 、流量制御手段261へ出力する(ステップS334)。 流量制御手段261は、前記出力に基づき、流量 制御弁260の開度を調節する。
 ステップS322、S324、S326とで得られた測定値� ��、ステップS300で設定した運転条件とから、 CO ₂ /C比によりCO ₂ ガス112の流量の制御値を求めて、流量制御手 段251へ出力する(ステップS336)。流量制御手段 251は、前記出力に基づき、流量制御弁250の開 度を調節する。
 こうして、合成ガスリフォーマ20の運転負� �制御を行う。

 一方で、ステップS322、S324、S326とで得ら� ��た測定値と、ステップS300で設定した運転条 件とから、触媒管内熱収支計算により、合成 ガスリフォーマ20で合成ガスの生成に要する� ��量であるプロセスデューティを求める(ステ ップS338)。ここでいうプロセスデューティと� ��、触媒管202内での反応に要する熱量であり� ��言い換えれば、合成ガスリフォーマ20の入� �における混合流体と、出口における合成ガ� �230とのエンタルピーの差である。

 次いで、炉効率を設定し(ステップS340)、� ��記リフォーマプロセスデューティを補正し� ��バーナ200のバーナ燃焼負荷を求める(ステッ プS342)。バーナ燃焼負荷は、例えば、ステッ� ��S338で求められたリフォーマプロセスデュー ティがxMW(メガワット)であり、炉効率がy%の� �合、下記式を用いて求めることができる。� �えば、リフォーマプロセスデューティを17.01 7MW、炉効率のSVが52.0%の場合には、下記式よ� �、バーナ燃焼負荷32.75MWを求めることができ� ��。

 バーナ燃焼負荷(MW)=x/y% ・・・(4)

 燃料ガス122の組成を組成測定手段213で測定� ��(ステップS352)、得られた燃料ガス122の組成� ��基に、下記式により燃料ガスLHV(低位発熱量 )を求める(ステップS354)。バーナ発熱量と燃� �ガスの圧力との相関関係をLHV毎に表すバー� �性能曲線を求める(ステップS356)。
 ここで、LHVとは、水(液体)から水蒸気(気体) にするための熱エネルギー(潜熱)を除いた発� ��量を言う。

 次いで、ステップS342で求められたバーナ 燃焼負荷、即ち、リフォーマプロセスデュー ティを賄うためのバーナ200の発熱量と、ステ ップS354で求められたバーナ燃料ガスLHVとを� �テップS356で求めたバーナ性能曲線に当ては� ��て、バーナ燃料ガス圧力の制御目標値(SV)を 求める(ステップS358)。

 ステップS358のバーナ燃料ガス圧力のSVは、� ��えば、図5に示すバーナ性能曲線を用いて求 めることができる。図5では、縦軸に合成ガ� �リフォーマ20のバーナ200の1台当たりの発熱� �を取り、横軸には燃料ガス122の圧力を取り� �バーナ200の発熱量と燃料ガス122の圧力との� �関関係を表示している。凡例(a)は、LHV=39700kJ /Nm ³ の際のバーナ性能を示し、凡例(b)は、LHV=33600 kJ/Nm ³ の際のバーナ性能を示し、凡例(c)は、LHV=25000 kJ/Nm ³ の際のバーナ性能を示し、凡例(d)は、LHV=17900 kJ/Nm ³ の際のバーナ性能を示し、凡例(e)は、LHV=13600 kJ/Nm ³ の際のバーナ性能を示している。なお、「Nm ³ 」とは、「m ³ (標準状態)」を表すものとする(以降において 同じ)。
 ステップS354で求められたバーナ燃料ガスLHV に対応するバーナ200の発熱量と燃料ガス122の 圧力との関係を示すグラフを選定する。ステ ップS342で求められたバーナ燃焼負荷の値を� �ーナ200の1台当たりの発熱量として当てはめ� ��対応する燃料ガス122の圧力を求めることが� ��きる。

 次いで、合成ガスリフォーマ20の燃料ガス12 2の圧力を圧力測定手段210により測定し、燃� �ガス圧力の測定値(PV)を得る(ステップS360)。� ��して、ステップS358で求められた燃料ガス圧 力のSVと、ステップS360で得られた燃料ガス圧 力PVとの差、δPを求める(ステップS370)。そし� ��、ステップS370で求められたδPに基づいて、 該δPを補償するように運転制御システム218か ら圧力制御手段212に対して、制御出力を行う (ステップS372)。
 圧力制御手段212では、前記制御出力に基づ� ��て、圧力制御弁214の開度を決定し、圧力制� ��弁214の開度調節を行う。

 なお、温度測定手段216では、合成ガスリ� ��ォーマ20出口の合成ガス230の温度を測定し� �、合成ガスリフォーマ20出口の温度が規定の 範囲を逸脱しないように、燃料ガス111の圧力 の変化分を調整するために用いられる。

 合成ガスリフォーマ20の出口温度は、最� �生成物の石油製品の比率や量等を勘案して� �定することができ、例えば、850~950℃の範囲� ��決定することが好ましい。上記範囲の下限� ��未満であると原料転化率が低く、触媒管202� ��本数を増やす必要があり、上記範囲の上限� ��を超えると、触媒管等の材質が高級化して� ��いずれも経済性が悪いためである。

 H ₂ /CO比SVは、FTセクション40からの要求に従い、 1.90~2.10の範囲で設定される。上記範囲外では 、転化率の低下、生成物分布の異常、触媒劣 化等、FT反応上の不都合が生じるためである� ��

 S/C比SVは、0.9~2.0に設定される。0.9未満で� ��、合成ガスリフォーマ20の触媒にカーボン� �析出し、運転困難となる恐れがあり、2.0を� �えると合成ガスリフォーマ20の熱効率が低下 して経済的な不利が生じるためである。

 炉効率は、使用する合成ガスリフォーマ2 0の形状や容量に応じて決定することができ� �例えば、50~60%の範囲で設定することができ� �。

 上述したように、本発明の合成ガスリフ� ��ーマの運転方法によれば、合成ガスリフォ� ��マに必要な熱量を随時算出し、該熱量に必� ��な燃料ガス量に応じて、燃料ガス圧力の調� ��を行うことができる。この結果、燃料ガス� ��成の変動、運転ロードの変更、合成ガスリ� ��ォーマの運転条件の変更、気泡塔型反応器� ��運転条件の変更、アップグレーディングセ� ��ションの運転条件の変更にも対応し、合成� ��スリフォーマに適切な熱量を与えることが� ��きる。そして、合成ガスリフォーマ出口の� ��成ガス温度を精密に制御することで、合成� ��スの組成を制御し、生成される石油製品の� ��成、品質の安定化を図ることができる。

 上述の実施形態では、任意の炉効率を設定� ��ている(ステップS340)が、炉効率は、例えば� ��のように設定しても良い。炉効率の設定方� ��について、図6を用いて説明する。図6は、� �成ガスリフォーマ20の出口温度(合成ガス温� �)の制御方法の一例を説明するためのフロー� ��ャートである。なお、図6中、リフォーマと は合成ガスリフォーマを指す。また、SVとは� ��御目標値であることを表し、PVとは測定値� �あることを表し、MVとは制御出力を表す。
 合成ガスリフォーマ20における燃焼排ガス23 2(図2)の温度を測定する(ステップS432)。バー� �200に供給する燃焼空気220と燃料ガス122の流� �を測定して、燃料ガス122のモル数に対する� �焼空気220のモル数の比を表す燃料空気比を� �める(ステップS434)。燃料ガス122の圧力を圧� �測定手段210で測定する(ステップS436)。1回前� ��制御周期において行った、燃料ガス122の圧� ��制御の出力にあたり、ステップS338で求めた リフォーマプロセスデューティの値を現在値 (PV)として入力する(ステップS438)。例えば、1� ��毎にステップS372による出力と制御を実施し ている場合には、1秒前のステップS338で求め� ��れたリフォーマプロセスデューティを入力� ��る。そして、燃焼排ガス232の温度と、燃料� ��気比、燃料ガス122の圧力とから求めたバー� ��の発熱量をpMWとし、ステップS438で入力した リフォーマプロセスデューティの値をqMWとし た場合、下記式により炉効率PVを求める(ステ ップS440)。例えば、求めたバーナ発熱量が33.3 MWであって、ステップS438で入力したリフォー マプロセスデューティが17.0MWである場合、下 記式より、炉効率PV=51.05%が求まる。

 炉効率PV=p/q  ・・・(6)

 こうして、得られた炉効率PVと、ステッ� �S338で設定されたリフォーマプロセスデュー� ��ィとから、バーナ200の燃焼負荷を求めるこ� ��ができる。