BRPI0410365B1 - Processo para produzir produtos liquidos e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos - Google Patents

Description

PROCESSO PARA PRODUZIR PRODUTOS LÍQUIDOS E, OPCIONALMENTE, PRODUTOS GASOSOS A PARTIR DE REAGENTES GASOSOS A invenção se refere a um processo para produzir produtos líquidos e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos. A invenção se refere ainda a uma instalação para produzir produtos líquidos e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos.

De acordo com um aspecto da invenção, é proporcionado um processo para produzir produtos líquidos e, opcíonalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos, cujo processo inclui: alimentar, a um baixo nível, os reagentes gasosos e, opcionalmente, uma porçãc de uma corrente de gás de reciclo em um leito de suspensão vertical de partículas sólidas suspensas em um liquido de suspensão no interior de um reator; alimentar, como uma alimentação adicional de gás, ao menos uma porção da corrente de gás de reciclo para o interior do leito de suspensão acima do nível no qual os reagentes gasosos são alimentados no leito de suspensão e acima dos 20¾ inferiores da altura vertical do leito de suspensão; deixar os reagentes gasosos e o gás reciclado reagirem a medida que eles passam ascendentemente através do leito de suspensão, para assim formar produtos líquidos e, opcionalmente, produtos gasosos, e com o produto liquido formando junto com o liquido de suspensão, uma fase liquida do leito de suspensão; deixar qualquer produto gasoso e reagentes gasosos não reagidos e gás reciclado não reagido se desprender do leito de suspensão em uma folga de fechamento acima do leito de suspensão; retirar qualquer produto gasoso e reagentes gasosos não reagidos e gás reciclado não reagido da folga de fechamento; retirar a fase líquida do leito de suspensão, para manter o leito de suspensão em um nível desejado; e, reciclar ao menos algum dos componentes gasosos da folga de fechamento para proporcionar a corrente de gás de reciclo. 0 processo preferivelmente inclui deixar a pasta passar descendentemente a partir de um nível alto no lei.to de suspensão para um nível baixo do mesmo, usando meios de redistribuiçãc de pasta ou redistribuidores de pasta, para assim redistribuir partículas sólidas dentro do leito de suspensão.

Tipicamente, a alimentação adicional de gás possui muito pouco impacto sobre a distribuição vertical das partículas sólidas no leito de suspensão. Quando a distribuição vertical das partículas sólidas no leito de suspensão da presente invenção é comparada cora aquela de um processo idêntico porém no qual todos os reagentes gasosos e gás de reciclo são alimentados em um único ou comum nível baixo para o interior do leito de suspensão, verificou-se que a distribuição vertical das partículas sólidas é substancialmente a mesma. A alimentação adicional de gás pode ser alimentada em um nivel que está localizado entre cerca de 20% a cerca de 80% da altura vertical do leito de suspensão.

Preferivelmente, a alimentação adicional de gás é alimentada em um nível que está localizado acima de 25%, mais preferivelmente acima de 30% da altura vertical do leito de suspensão.

Apesar de se acreditar que o processo possa, ao menos a princípio, possuir ampla aplicação, é considerado gue as partículas sólidas serão normalmente partículas de catalisador para catalisar a reação dos reagentes gasosos para o interior do produto liquido e, quando aplicável, os produtos gasosos e o liquido em suspensão serão, ncrmalmente, porém não necessariamente sempre, o produto liquido.

Além disso, apesar de se acreditar que, em principie, o processo possa possuir ampla aplicação, é considerado que ele possuirá uma aplicação particular na síntese de hidrocarbonetos onde os reagentes gasosos são capazes de reagir cataliticamente no leito de suspensão para formar produto hidrocarboneto líquido e, opcionalmente, produto hidrocarboneto gasoso. Em particular, a síntese de hidrocarboneto pode ser síntese de Fischer-Trcpsch, com os reagentes gasosos estando na forma de uma corrente de gás de síntese compreendendo, principalmente, monóxido de carbono e hidrogênio, e com ambos os produtos hidrocarboneto líquido e gasoso sendo produzidos. O processo pode incluir resfríar o gás da folga de fechamento para condensar produto líquido, e.g., hidrocarbonetos líquidos e água de reação, separar o produto líquido dos gases para proporcionar um gás residual e reciclar ao menos algum gás residual para o leito de suspensão como a corrente de gás de reciclo. 0 leito de suspensão pode assim estar contido ou provido na zona de reação de um reator na forma de um reator de suspensão ou coluna de borbulhamento. 0 reator de suspensão ou coluna de borbulhamento usa assim um sistema trifásico, i.e.r partículas sólidas catalíticas, produto liquide e reagentes gasosos (incluindo qualquer gás reciclado) e, opcionalmente, produto gasoso e gases inertes. A alimentação adicional de gás pode ser introduzida no interior do leito de suspensão através de um aerador. A alimentação adicional de gás pode ser feita até pelo menos 10% da taxa de alimentação volumétrica de gás que entra r.o leito de suspensão. Tipicamente, a alimentação adicional de gás não é mais do que 60% da taxa total de alimentação volumétrica que entra no leito de suspensão. O catalisador das partículas catalíticas pode ser qualquer catalisador desejado de Fischer-Tropsch, tal como um catalisador a base de ferro, um catalisador a base de cobalto, ou qualquer outro catalisador Fischer-Tropsch. As partículas de catalisador podem possuir uma faixa desejada de tamanho de partícula, e.g·, nenhuma partícula de catalisador maior dc que 300 microns e menos do que 5% em massa das partículas de catalisador sendo menor do que 22 microns. O reatcr de suspensão ou coluna de borbulhamento pode assim ser mantido em pressão normal elevada e condições de temperatura associadas com as reações de síntese de Fischer-Tropsch, e.g., uma pressão de operação predeterminada na faixa de 10 a 50 bar, e uma temperatura predeterminada na faixa de 160°C a 280°C, ou mesmo maior para a produção de produto de baixo ponto de ebulição.

As partículas de catalisador no leito de suspensão são assim mantidas em suspensão pela turbulência criada pela corrente de gás de síntese (fresco e reciclado) que passa através dc leito de suspensão, i.e., borbulhamento através do leito de suspensão. A velocidade de gás através do leito de suspensão é assim suficientemente alta para manter o leito de suspensão em um estado de turbulência ou suspensão.

Em uma modalidade da invenção, a corrente toda de gás de reciclo que está sendo retornada para o leito de suspensão forma parte da alimentação adicional de gás. O processo pode ser caracterizado pelo fato do gás aprisionado no leito de suspensão ser menor em uma porção inferior do leite de suspensão do que o gás aprisionado em uma porção inferior de um leito de suspensão de um processo idêntico porem nc qual todos os reagentes gasosos e gás de reciclo são alimentados em um único nível baixo no interior do leito de suspensão. O gás aprisionado pode ser maior em uma porção superior do leito de suspensão do que em uma porção superior do leito de suspensão do dito processo idêntico. Todavia, o gás total aprisionado no leito de suspensão do processo da invenção será menor do que no leito de suspensão do processo convencional.

De acordo com um outro aspecto da invenção, é provida uma instalação para produzir liquido e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos, a instalação compreendendo: um reator possuindo uma zona de leito de suspensão que se estende verticalmente a qual, eir. uso, conterá o leito de suspensão de partículas sólidas suspensas era um liquido de suspensão; uma primeira entrada de gás nc reator em um baixo nível dentro da zona de leito de suspensão, para introduzir reagentes gasosos no reator; uma segunda entrada de gás no reator em um nível dentro da zona de leito de suspensão que está acima da primeira entrada de gás, para introduzir gãs reciclado no reator cora a segunda entrada de gás estando acima dos 20% inferiores da altura vertical da zona do leito de suspensão; uma salda no reator acima da zona de leito de suspensão, para retirar gás de uma folga de fechamento acima da zona de leito de suspensão; e, uma saída de liquido no reator dentro da zona de leito de suspensão, para retirar produto liquido do reator.

Preferivelmente, a instalação inclui meios de redistribuiçãc de pasta sobre um ou mais ou redistribuidores de pasta através dos quais, em uso, a pasta pode ser redistribuída a partir de um alto nível nc leito de suspensão para um nível inferior do mesmo, redistribuindo assim partículas sólidas no leito de suspensão. A segunda, entrada de gás pode estar em um nível que está localizado entre 20% e 80% da altura vertical da zona de leito de suspensão. Preferivelmente, a segunda entrada de gás está era um nível acima de dos 25% inferiores, mais particularmente acima dos 30% inferiores da altura vertical da zona de leito de suspensão. Ά segunda entrada de gás inclui, um aerador de çãs.

Nesse relatório descritivo, o termo '"meio de redistribuição de pasta" significa um aparelho físico usado para redistribuir pasta e partículas de catalisador verticalmente para dentro do reator, e não se refere à ação de redistribuição da pasta e das partículas catalíticas do gás que passa ascendentemer.t e através do leito de suspensão. O meio de redistribuição de pasta ou redistríbuidores de pasta podem assim incluir tubos de descida ou tubos de aspiração ou aparelhos de redistribuição mecânicos tais como tubulações e bombas e filtros.

Quando o meio de redistribuição de pasta incluir tubos de descida, os tubos de descida podem ser arranjados em uma primeira região de tubo de descida e uma segunda região de tubo de descida, com a segunda região de tubo de descida sendo verticalmente espaçada com relação à primeira região de tubo de descida.

Os tubos de descida ou tubos de aspiração pedem assim estar localizados em diferentes níveis ou elevações verticais dentro do leito de suspensão ou da zona de leito de suspensão. A segunda região de tubo de descida pode estar localizada em um nivel maior do que a primeira região de tubo de descida, e, se desejado, outras regiões de tubo de descida, cada uma contendo ao menos um tubo de descida ou tubo de aspiração podem ser providas acima da segunda região ds tubo de descida, com uma terceira e quaisquer subsequentes regiões de tubo de descida também sendo espaçadas verticalmente uma da outra.

Em una modalidade da invenção, a segunda região de tubo de descida pede se sobrepor à primeira região de tubo de descida. Em outras palavras, a(s) extremidade(s) inferior(es) do{s) tubo(s) de descida na segunda região de tubo de descida pode(m) se sobrepor às extremidade(s) superior(es) do(s) tubo(s) de descida na primeira região de tubo de descida. Em uma outra modalidade da invenção, todavia, a segunda região de tubo de descida pode estar localizada em uma relação de não-sobreposição com relação à primeira região de tubo de descida. Em outras palavras, a(s) extremidade(s) inferior(es) do(s) tuboís) áe descida na segunda região de tubo de descida pode(m) estar espaçadas com folga vertical a partir da(s) extremidade (s) superior(es) do(s) tubo(s) de descida na primeira região de tubo de descida. 0ís) tubo(s) de descida na segunda região de tubo de descida pode(m) ser escalonado(s) com relação aquele(s) na primeira região de tubo de descida, quando o reator ou vaso é observado em uma vista plana. Em outras palavras, a(s) extremidade(s) inferior(es) do(s) tubo(s) de descida na segunda região de tubo de descida preferivelmente não descarrega(m) pasta diretamente acima da(s) extremidade(s) superior(es) do(s) tubo(s) de descida na primeira região de tubo de descida.

Cada tubo de descida pode compreender unia seção infericr de transporte e uma seção de desprendimento ou desgaseificação de área de seção transversal maior do que a da seção de transporte. As seções são preferenciaimente circulares em seção transversal, é de forma cilíndrica, com um componente de conexão afunilando ascendentemente para o exterior que conecta a seção de desprendimento à seção de transporte. Todavia, a seção de desprendimento pode, se desejado, estar em uma outra forma, e.g., na forma de um canal de seção retangular ou triangular, conforme determinado pelo espaço disponível no interior do reator.

Enquanto cada tubo de descida estará nomalmente localizado totalmente dentro do leito ce suspensão, i.e., no interior dc reator, com a seção de desprendimento tipicamente alinhada axialmente com a seção de transporte, a seção de transporte e, opcionalmente, parte da seção de desgaseificação pode, ao contrário, esuar localizada fora do reator com a extremidade inferior de saída da seção de transporte e ao menos a extremidade superior de entrada da seção de desgaseificação então, todavia, estando localizada no interior dc reator no leito de suspensão ou na zona de leito de suspensão. O processo pode incluir operação do reator de suspensão tal que c leito de suspensão esteja em um regime de fluxo heterogêneo ou de fluxo turbulento agitado violentarr.ente e compreende uma fase diluída consistindo de bolhas largas de elevação rápida de reagentes gasosos, e possivelmente, produto gasoso, que atravessa a zona de reação ou leito de suspensão virtualmente de uma maneira de fluxo pistão ("plug flow"), e uma fase densa compreendendo uma fase liquida, i.e., produto líquido, partículas sólidas de catalisador, e pequenas bolhas arrastadas de reagentes gasosos e, possivelmente, produto gasoso. A invenção será agora descrita em mais detalhes com referência aos Exemplos seguintes e aos desenhos, nos quais: A Figura 1 mostra esquematicamente uma vista seccional longitudinal de uma instalação de acordo com a invenção para produzir produtos líquidos e gasosos a partir de reagentes gasosos; A Figura 2 mostra um gráfico de gás aprisionado normalizado versus altura de leito de suspensão normalizada para um processo convencional de Fischer-Tropsch no qual a alimentação total de gás é alimentada ao fundo de um reator e para um processo de Fischer-Tropsch de acordo com a invenção, ambos os processos sendo modelados com a fase diluída e a fase densa em fluxo pistão ("plug flow"); A Figura 3 mostra um gráfico de pressão parcial normalizada de CO, e H^G versus altura de leito de suspensão normalizada para um processo convencional e o processo da invenção para o qual o gás aprisionado é mostrado na Figura 2; e, A Figura 4 mostra um gráfico de gás aprisionado normalizado versus altura de leito de suspensão normalizada para um processo convencional de Fischer-Tropsch no qual a alimentação total de gás é alimentada ao fundo de um reator e para um processo de Fischer-Tropsch de acordo com a invenção, ambos os processos sendo modelados com a fase diluída em fluxo pistão ("plug flow") e uma fase densa bem di1uida.

Nos desenhos, o numeral de referência 10 geralmente indica uma instalação de acordo com a invenção para produzir produtos líquidos e gasosos a partir de reagentes gasosos. A instalação 10 inclui um reator de suspensão cilíndrico reto ou coluna de borbulhamento 12, com uma entrada inferior do gãs 14 conduzindo para um distribuidor de gás (não mostrado) no interior do reator 12 e uma salda de gás 16 conduzindo no topo do reator 12. Uma saída de produto líquido 18 vai do reator 12 em qualquer nível conveniente. 0 reator 12 inclui uma primeira região de tubo de descida, geralmente indicada pelo numeral 20. A região de tubo de descida 20 inclui um tubo de descida, geralmente indicado pelo numeral 22. O tubo de descida 22 inclui uma seção cilíndrica de transporte 24 de diâmetro relativamente pequeno, um componente alargando-se para o exterior que conecta o componente 26 em uma extremidade superior da seção de transporte 24, e uma seção de desgsse.ificação de diâmetro maior 28, uma extremidade inferior a qual está conectado c componente de conexão 25. Uma extremidade superior da seção de desgaseificação 28 proporciona assim uma entrada 40 para a pasta, enquanto uma extremidade inferior da seção de transporte 24 proporciona uma saída de pasta 42. Uma bobina de resfriamento 29 também é provida na região de tubo de descida 20. O reator 12 também inclui uma segunda região de tubo de descida, geralmente indicada pelo numeral 30. A região de tubo de descida 30 inclui um tubo de descida, geralmente indicado pelo numeral 32. O tubo de descida 32 também inclui uma secão de transporte 34 de diâmetro relativaraente pequeno, um componente de conexão alargado para o exterior 36 na extremidade superior da seção de transporte 34, e uma seção de desgaseificação 38 de diâmetro relativamente grande em um extremidade superior da seção de transporte 34. Uma extremidade inferior da seção de desgaseificação 38 é assim conectada ao componente de conexão 36. Uma extremidade superior da seção de desgaseificação 30 proporciona uma entrada de suspensão, enquanto uma extremidade inferícr da seção de transporte 34 proporciona uma saída de suspensão. Também é provida uma bobina de resfriamento 39 na região de tubo de descida 30. A extremidade inferior do tubo de descida 32 é espaçada com folga vertical a partir da extremidade superior do tubo de descida 22. Além disso, o tubo de descida 32 não está alinhado axialmente com o tubo de descida 22. Em outras palavras, o tubo de descida 32 é escalonado em relação ao tubo de descida 22 quando o reator 12 é observado em uma vista plana. A entrada de gás 14 é uma primeira entrada de gás. Uma segunda entrada de gás 52 é provida em um r.ível ou uma elevação acima da primeira entrada de gás 14. A segunda entrada de gás 52 também vai para um distribuidor de gás que não está mostrado no interior do reator 12. Ά instalação 10 inclui ainda uma unidade de separação 54 em comunicação de fluxo com a salda de gás 16 e um compressor 56 em comunicação de fluxo com a unidade de separação 54. Uma linha de corrente de gás de reciclo 58 conduz do compressor 56 para a segunda entrada de gás 52.

Uma linha de produto líquido 60 conduz da unidade de separação 54, com uma linha de gás de cauda 62 que estabelece comunicação de fluxo entre a unidade de separação 54 e o compressor 56.

Em uso, o gás de síntese fresco compreendendo principalmente monóxido de carbono de hidrogênio como reagenres gasosos, é alimentado no fundo do reator 12 através da primeira entrada de gás 14, o gás sendo tipicamente distribuído de maneira uniforme através de um sistema aerador (não mostrado) dentro do reator 12.

Simultaneamente, uma corrente de gás de reciclo (tipicamente resfriada) compreendendo tipicamente hidrogênio, monóxido de carbono, metano e dióxido de carbono, é alimentada através da segunda entrada de gás 52 no reator 12 em um nível acima da primeira entrada de gás 14 através de um sistema aerador (não mostrado) no reator 12. tipicamente, a segunda entrada de gás 52 está localizada em ao menos cerca de 20% da altura vertical do reator 12 acima da primeira entrada de gás 14.

Os reagentes gasosos, compreendendo o gás de síntese fresco e o gás reciclado, passam ascendentemente através de um leito de suspensão 70 compreendendo partículas de catalisador de Fischer-Tropsch, tipicamente um catalisador a base de ferro ou cobalto, suspenso em produto liquido. 0 leito de suspensão é operado para possuir um nível normal 72 acima da segunda região de tubo de descida 30, com uma folga de fechamento 74 sendo provida acima do leito de suspensão 70. A medida que o gás de síntese borbulha através do leito de suspensão 70, as reagentes gasosos r.o mesmo reagem cataiiticamente para formar produto liquido, o qual assim forma parte do leito de suspensão 70. De tempos em tempos, ou conti.nuamente, a fase líquida compreendendo produto líquido é retirada através da saída 18, com partículas de catalisador sendo separadas do produto líquido em um sistema de separação interno ou externo adequados, e.g., usando filtros (nãc mostrado). Se o sistema de separação estiver localizado externamente ao reator, é então provido um sistema adicional (não mostrado' para retornar as partículas de catalisador separadas ao reator. O gás de síntese fresco de alimentação e o gás reciclado são introduzidos no reator 12 em. uma taxa suficiente para agitar e suspender todas as partículas catalíticas no sistema sem decantação. As taxas de fluxo de gás serão selecionadas dependendo da concentração de pasta, densidade catalítica, densidade do meio de suspensão e viscosidade, e tamanho especifico de partícula. Taxas adequadas de fluxo de gás incluem, por exemplo, de cerca de 5 cm/s a cerca de 50 cm/s. todavia, as velocidades de gás até cerca de 85 cm/s foram tescadas em colunas de borbulhamento. 0 uso de maicres velocidades de gás possui a desvantagem de que é acompanhada por uma maior retenção de gás no reator deixando relativamente pouco espaço para acomodar a pasta contendo catalisador. Qualquer taxa de fluxo de gás qus seja selecionada, ela deve ser suficiente para evitar deposição de partícula e aglomeração.

Alguma pasta continuamente passa descendentemente através dos tubos de descida 32,22 para assim alcançar redistribuiçao uniforme das partículas de catalisador dentro do leito de suspensão 70, e também assegurar redistribuiçao uniforme de calor em todo o leito de suspensão. C reator 12 é operado de maneira que o leito de suspensão 70 do mesmo esteja em um regime de fluxo heterogêneo ou de fluxo turbulento agitado violentamente e compreende uma fase diluída que consiste de bolhas largas de elevação rápida de reagentes gasosos e produto gasoso, que atravessam o leito de suspensão virtualmente de uma maneira de fluxo pistão ("plug flow”), e uma fase densa compreendendo um produto líquido, partículas sólidas de catalisador, e pequenas bolhas arrastadas de reagentes gasosos e produto gasoso. Água aquecida como um trocador de calor ou meio de transferência, é circulada através das bobinas de resfriamento 29, 39. Calor é transferido do leito de suspensão 7 0 para o aquecedor de água para formar uma mistura de vapor e água.

Produtos hídrocarbonetos leves, tais como um C20 e fração inferior são retirados do reator através da saída de gás 16 e passados para a unidade de separação 54.

Tipicamente, a unidade de separação 54 compreende uma série de resfriadores e um separador líquido-vapor e pode opcionalmente incluir ainda resfriadores e separadores e possivelmente também uma unidade criogênica para remoção de hidrogênio, monóxido de carbono, metano e dióxido de carbono de C20 e fração de hídrocarboneto inferior. Podem ser empregadas outras tecnologias de separação tais como unidades de membrana, unidades de adscrção de pressão oscilante e/ou unidades para remoção seletiva de dióx.ido de carbono. Os gases separados compreendendo hidrogênio, monóxido de carbono e outros gases são comprimidos e reciclados e reciclados por meio do compressor 56 para proporcionar a corrente de gás reciclado. Hidrocarbonetos líquidos condensados e água reciclada, são retirados da unidade de separação 54 por meio da linha de fluxo 60 para posterior operação. É para ser apreciado que, embora a instalação 10, como ilustrado, indica que toda a corrente de gãs de reciclo é retornada para o reator 12, não é necessário que toda corrente de gás reciclo tenha que retornar para o reator 12. Assim, é possível que somente uma porção da corrente de gás de reciclo seja retornada para o reator 12. Também é possível que uma porção da corrente de gás de reciclo seja combinada ccm o gás de síntese fresco para ser alimentado ao reator 12 através da primeira entrada de gás 14.

Tipicamente, entre cerca de 10% e cerca de 60% da taxa de alimentação volumétrica de gás que entra no leito de suspensão 70 é alimentada através da segunda entrada de gás 52, com a taxa volumétrica de gãs reciclado para gãs de síntese fresco tipicamente estando entre 0,1 e 1,5. 0 depositante descobriu, de forma surpreendente, que maiores capacidades ce reator podem ser alcançadas se ao menos uma porção do gás reciclado for introduzida em um nível maior no reator 12 do que o gás de síntese que é alimentado em uma extremidade inferior do reator 12. Como será apreciado, isso conduz para uma economia de custo para a construção do reator ou, em vez disso, para uma elevação na capacidade de reatores modificados possuírem uma segunda e maior entrada de gás. Embora não desejando se estar ligado a uma base teórica, o depositante acredita que uma possível explicação para a resultante maior capacidade do reator ê uma menor retenção de gás quando é usada a invenção. É conhecido que o volume de gases e vapores dímír.ui a medida que se desenvolve a reação de Fischer- Tropsch e os reagentes gasosos são convertidos em produtos de hidrocarboneto de maior peso molecular. Assim, existe um gradiente vertical no volume de gases e vapores no reator 12. Alimentando-se ao menos uma porção do gás reciclado em uma maior elevação no interior do reator 12, existe uma seção do reator 12 abaixo dessa maior elevação onde a velocidade de gás é agora menor e diminui enquanto a densidade de gás é inferior e aumenta a medida que o gás se move ascendentemente. A retenção de gás aumenta com a densidade de gás. Comparando essa situação com o caso onde todo o gás é introduzido em uma extremidade inferior do reator 12, será observado que ambas a velocidade máxima inferior e a velocidade média inferior são alcançadas para o gás, bem como uma densidade de gás média inferior no reator 12, O resultado final é assim uma retenção inferior de gás que permite que mais pasta contendo caoalisador seja acomodada em um dado volume de reator. De forma surpreendente, o catalisador extra mais do que compensa o fato de que algum gás reciclado se desvie de uma porção do catalisador. Desta forma, para o mesmo volume de reauor, contendo mais catalisador, o fluxo de ambos o gás de síntese fresco e o gás reciclado pode ser aumentado, em relação ao caso onde todo o gás é introduzido na extremidade inferior do reator, enquanto ainda alcança o mesmo nível (por percentual) de conversão de reagentes no gás de síntese. É ainda uma vantagem do processo da invenção, como ilustrado, que a introdução de gás resfriado acima do fundo do reator, junto com o uso de meio de redistribuição de pasta, pode ser empregado para assegurar uma temperatura mais uniforme no leito de suspensão, Isso permite que os tubos de resfriamento no leito de suspensão, que podem estar localizados em dois ou mais margens, em diferences verticais localizações, sejam conectados em um único tarrJoor de vapor. Isso evita a necessidade de múltiplos tambores de vapor operando em diferentes temperaturas e pressões.

Os dois exemplos seguintes ilustram algumas das vantagens mencionadas anteriormente.

Nesses exemplos, um processo de Fischer-Tropsch de caso base ou convencional foi matematicamente modelado.

Para o processo convencional, o modelo assumiu que a alimentação total de gás (gás de síntese fresco e gás reciclado) é alimentada ao fundo de uma coluna de borbulhamento. Um processo de acordo com a invenção foi também modelado onde a taxa total de fluxo de gás reciclado é alimentada em um nível de 34¾ da altura vertical de um leito de suspensão em uma coluna de borbnlharaento de suspensão. Em ambos os casos assumiu-se que o meio de redistribuição de pasta estava presente em era suficiente para assegurar uma concentração uniforme de catalisador sólido no leito de suspensão. Para ambos os casos, a concentração de catalisador sólido nc leito de suspensão foi assumida ser constante. Os modelos usaram uma taxa molar de K2/CO de gás de síntese fresco de alimentação de 1,925, una taxa de alimentação de gás dc reciclo para gás fresco de 0,09 e uma conversão total marcada constante de H2 de aproximadamente 93%, Ncs modeics, essa conversão foi alcançada pela variação da taxa de fluxo de alimentação de gás de síntese fresco para um reator de leito de suspensão de tamanho fixo que era do mesmo tamanho para ambos os modelos. A escolha de alimentação de gás fresco levemente sub-estequimétrico foi baseada no efeito bem conhecido que uma alimentação de gás fresco sub-estequimétrica aumenta a seletividade para hidrocarbonetos superiores e suprime a seletividade de metano. EXEMPLO 1 Para o Exemplo 1, os modelos assumiram que ambas uma fase diluída ou uma fase de pasta ou densa do leito de suspensão está em fluxo pistão ("plug flow").

Os resultados das simulações matemáticas, usandc os modelos do Exemplo I, indicaram que o processo da invenção possui uma taxa de alimentação de gás de síntese fresco aumentada de aproximadamente 16% comparada com o processo convencional. Assim, pode ser declarado que a capacidade ce conversão da coluna de borbulhamento de pasta á, desta forma, aproximadamente 16% mais para o processo da invenção do que para o processo convencional. A seletividade para produtos Cs” quase não foi alterada, baseado no comportamento esperado de seletividade de catalisador para um catalisador comercial conhecido. 0 processo da invenção mostrou um carregamento total de catalisador que é mais do que 5% raaior para a mesma concentração de sólidos no leito de suspensão do que o caso convencional, isso é resultado de uma reuenção de gás total menor ou total, apesar da maior taxa de alimentação de gás. A produtividade da coluna de borbulhamento de pasra do processo da invenção é ainda auxiliada pela concentração aumentada de reagente e taxa de Ha/CO na porção do leio de suspensão abaixo do nível cnde é introduzido 0 gás reciclado. A retenção de gás normalizada e pressão parcial normalizada de componentes gasosos selecionados como uma função da altura do leito de suspensão normalizado estão ilustrados nas Figuras 2 e 3, respectivamente, para ambos o processo convencional e o processo da invenção. É para ser observado que o nível no qual o gãs reciclado é alimentado para o interior da coluna de borbulhamento de suspensão do processo da invenção foi selecionado de maneira que a pressão parcial de água nesse ponto corresponda à pressão parcial de água na saída. Acredita-se que alta pressão parcial de água possa ser prejudicial ao desempenho do catalisador.

Na Figura 2, c gráfico A mostra a retenção de gás para o processo convencional e c gráfico B mostra a retenção de gás para o processo da invenção. Na Figura 3, o gráfico A mostra a pressão parcial de Hz para o processo da invenção e o gráfico B mostra a pressão parcial de H2 para o processo convencional, o gráfico C mostra a pressão parcial de CO para o processo convencional e o gráfico D mostra a pressão parcial de Co para o processo convencional, e o gráfico E mostra a pressão parcial de água para o processe convencional. EXEMPLO 2 Para o Exemplo 1, foi assumido que a fase diluída está em fluxo pistão ("plug flow") e a fase densa ou fase de suspensão está bem misturada. Os resultados das simulações matemáticas, usando os modelos do Exemplo 2, mostraram que o processo da invenção pode acomoda uma taxa de alimentação de gás de síntese fresco aumentada de aproximadamente 4% comparada com o processo convencional. Ά capacidade de conversão da coluna de borbulhamento de pasta é, desta forma, aproximadamente 4% mais para o processo da invenção do que para o processo convencional. A seletividade para produtos Ce+ permaneceu quase inalterada. O processo da invenção, conforme modelado no Exemplo 2, possui um carregamento total de catalisador que é aproximadamente 4% maior para a mesma concentração de sólidos no leito de suspensão, comparado à concentração de sólidos para o processo convencional. Isso é devido a uma rebenção de gás total menor ou total no leito de suspensão do processo convencional, apesar da maior taxa de alimentação de gás. A Figura 4 mostra a retenção de gás normalizada como uma função da altura de leito de suspensão normalizado para o Exemplo 2. O gráfico A mostra a retenção de gás para o processo convencional e o gráfico B mostra a retenção de gás para o processo da invenção. O verdadeiro comportamento da coluna de borbulhamento de pasta de um processo convencional e do processo da invenção é esperado estar entre os extremos ilustrados nos Exemplos 1 e 2 e será influenciado pela escolha, capacidade e arranjo dos meios de redistribniçêo de pasta, se presentes.

Claims (9)

1. Processo para produzir produtos líquidos e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos, caracterizado por incluir: alimentar, a um baixo nível, os reagentes gasosos e, opcionalmente, uma porção de uma corrente de gás de reciclo em um leito de suspensão vertical de partículas sólidas suspensas em um liquido de suspensão no interior de um reator; alimentar, como uma alimentação adicional de gás, ao menos uma porção da corrente de gás de reciclo para o interior do leito de suspensão acima do nível no qual os reagentes gasosos são alimentados no leito de suspensão e acima dos 20% inferiores da altura vertical do leito de suspensão; deixar os reagentes gasosos e o gás reciclado reagirem a medida que eles passam ascendentemente através do leito de suspensão, para assim formar produtos líquidos e, opcionalmente, produtos gasosos, e com o produto liquido formando junto com o liquido de suspensão, uma fase liquida do leito de suspensão; deixar qualquer produto gasoso e reagentes gasosos não reagidos e gás reciclado não reagido se desprender do leito de suspensão em uma folga de fechamento acima do leito de suspensão; retirar qualquer produto gasoso e reagentes gasosos não reagidos e gás reciclado não reagido da folga de fechamento; retirar a fase liquida do leito de suspensão, para manter o leito de suspensão em um nível desejado; e, reciclar ao menos algum dos componentes gasosos da folga de fechamento para proporcionar a corrente de gás de reciclo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir deixar a pasta passar descendentemente a partir de um alto nivel no leito de suspensão para um nível inferior do mesmo, usando meios de redistribuição de pasta ou redistribuidores de pasta, redistribuindo assim as partículas sólidas dentro do leito de suspensão.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a alimentação adicional de gás ser alimentada em um nível que está localizado entre 20% a 80% da altura vertical do leito de suspensão.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por as partículas sólidas serem partículas catalíticas para catalisar a reação dos reagentes gasosos no produto líquido, e quando aplicável, no produto gasoso; e o líquido de suspensão ser o produto líquido.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por ser um processo de síntese de hidrocarboneto onde os reagentes gasosos são capazes de reagir cataliticamente no leito de suspensão para formar produto de hidrocarboneto liquido e, opcionalmente, produto de hidrocarboneto gasoso.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a alimentação adicional de gás ser de até 10% da taxa de alimentação volumétrica total de gás que entra no leito de suspensão.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a alimentação adicional de gás não ser de mais do que 60% da taxa de alimentação volumétrica total de gás que entra no leito de suspensão.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a alimentação adicional de gás ser alimentada em um nível que está localizado 30% acima da altura vertical do leito de suspensão.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a corrente de gás de reciclo de entrada ser parte da alimentação de gás adicional.