BRPI0510932B1 - Processo para produzir líquido e, opcionalmente, hidrocarbonetos gasosos a partir de reagentes gasosos em um leito expandido de lama - Google Patents

Description

PROCESSO PARA PRODUZIR LÍQUIDO E, OPCIONALMENTE, HIDROCARBONETOS GASOSOS A PARTIR DE REAGENTES GASOSOS EM UM

LEITO EXPANDIDO DE LAMA

Esta invenção se refere a um processo para produzir líquidos e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos.

De acordo com a invenção, é fornecido um processo para produzir liquido e, opcionalmente, produtos gasosos de reagentes gasosos, o processo incluindo: alimentar a um baixo nível uma carga de reagentes gasosos compreendendo ao menos CO e H2 no interior de um leito de lama expandido de partículas de catalisador de síntese de hidrocarbonetos não-deslocáveis sólidas, em um líquido de suspensão, o leito de lama estando contido em um reator e o leito de lama expandido possuindo uma proporção de aspecto menor do que 5; opcionalmente, alimentar uma corrente de gás de reciclo no interior do leito de lama; deixar os reagentes gasosos e qualquer gás reciclado reagir com uma conversão CO mais H2 por mais de pelo menos 60% a medida que eles passam através do leito de lama em uma velocidade gasosa de ao menos 35 cm/s para assim formar um liquido e, opcionalmente, produtos gasosos, e com os reagentes gasosos e qualquer gás reciclado e qualquer produto gasoso que auxilia na manutenção das partículas de catalisador sólidas em suspensão no liquido de suspensão, e com o produto liquido que se forma junto com o liquido de suspensão, uma fase liquida do leito de lama; permitir que qualquer produto gasoso e reagentes gasosos não-reagidos e qualquer gás reciclado não-reagido se soltem do leito de lama como componentes gasosos no interior de um espaço superior vazio acima do leito de lama; retirar os componentes gasosos do espaço superior vazio; retirar a fase líquida do leito de lama, para manter o leito de lama num nível desejado; e opcionalmente, reciclar alguns dos componentes gasosos do espaço superior para fornecer um fluxo de gás de reciclo.

Nesse relatório, o termo "proporção de aspecto" se refere à proporção da altura do leito de lama expandido para o diâmetro interno do recipiente de reação contendo o leito, ou o diâmetro interno nominal no caso de um vaso de reação cilíndrico não-circular. O diâmetro interno nominal de um recipiente cilíndrico não-circular é o diâmetro de um círculo que teria a mesma área da área de seção transversal interna do vaso cilíndrico não-circular. 0 leito de lama é então contido ou suprido numa zona de reação de um vaso de reação de três fases, assim como um reator de lama ou coluna de borbulhamento. 0 reator de lama ou coluna de borbulhamento utiliza um sistema trifásico, i.e., partículas catalisadoras sólidas, produto líquido, e reagentes gasosos {incluindo qualquer gás reciclado) e, opocionalmente, produto gasoso e gases inertes. A velocidade de entrada do gás superficial é calculada utilizando-se o diâmetro interno do reator e o fluxo volumétrico do gás na entrada do reator anterior a qualquer reação. O fluxo volumétrico se baseia nas condições operacionais de temperatura e pressão na entrada do reator. 0 leito de lama expandido pode ter uma altura de menos de cerca de 40 m, preferivelmente entre cerca de 30 m e cerca de 40 m, ex. cerca de 38 m, Tipicamente, o leito de lama tem um diâmetro de pelo menos 6 m.

Preferivelmente, o CO per pass mais a conversão de é de pelo menos cerca de 61%, mais preferivelmente de pelo menos cerca de 62%, e mais preferivelmente ainda de pelo menos cerca de 64%.

Preferivelmente, as partículas catalisadoras estão presentes no leito de lama em uma concentração média de pelo menos 14% por volume. Embora não desejando se prender à teoria, o depositante acredita que é possível que as altas viscosidades da lama nessas cargas catalisadoras possam ajudar a inibir a mistura de gás na alta velocidade do gás artificial do processo da invenção, aumentando assim a produtividade do reator.

Tipicamente, o processo é um processo monofásico, i.e., o processo compreende operar pelo menos um estágio multi-pass de síntese de hidrocarbono com o estágio multi- pass de síntese de hidrocarbono não sendo seguido ou precedido por outro estágio de síntese de hidrocarbono, embora naturalmente o processo possa incluir uma pluralidade dos estágios multi-pass de síntese de hidrocarbono em paralelo. Assim, preferivelmente, o fluxo de gás de reciclo está presente e está sendo alimentado no leito de lama num índice volumétríco de fluxo de gás de reciclo/alimentação de reagentes gasosos de pelo menos 0,4.

Por "catalisadores de síntese de hidrocarbono não- modificáveis" entende-se um catalisador de síntese de hidrocarbono que, nas condições operacionais do estágio da síntese de hidrocarbono, não converte mais do que 2% de qualquer CO passando através do leito de lama em CO2.

Tipicamente, o H2 e CO estão presentes na alimentação de reagentes gasosos num coeficiente molar H2/C0 de não mais de 2, mas preferivelmente num coeficiente molar H2/CO

denão menos de 1,7. Em outras palavras, há um excesso de CO na alimentação de reagentes gasosos acima das exigências estequiométricas para síntese de hidrocarbono, sendo assim vantajosa para suprimir a formação indesejada de metano no estágio de síntese.

Deve-se observar que a alimentação de reagentes gasosos tipicamente inclui uma parte substancial de gases inertes e diluentes, assim como o N2. Outro gás tipicamente presente na alimentação de reagentes gasosos é o C02, que pode ser considerado para todos os propósitos práticos como sendo um gás inerte quando o catalisador é um catalisador não-modificável. Como é de conhecimento dos especialistas, embora esses gases inertes ou diluentes sejam indesejáveis, eles estão inevitavelmente presentes porque não seria econômico tentar evitar ou remover esses gases.

Os produtos líquidos e os produtos gasosos opcionais podem incluir a típica síntese Fischer-Tropsch , assim como os hidrocarbonos e oxigenatos C3+, por ex. o etanol. O processo pode ser um processo de síntese de Fischer- Tropsch. 0 liquido de suspensão pode então ser um produto liquido, e o catalisador pode ser um catalisador Fischer- Tropsch não-modificável, assim como um catalisador de cobalto sustentado. As partículas catalisadoras podem ter um âmbito de tamanho de partícula desejado, por ex. sem partículas catalisadoras maiores do que 300 microns e menores de 5% por massa das partículas catalisadoras sendo menores do que 22 microns. O processo pode incluir o resfriamento dos componentes gasosos do espaço superior para condensar o produto líquido, por ex. hidrocarbonos líquidos e reação de água, separando o produto líquido dos gases para fornecer um gás de cauda, e opcionalmente reciclar pelo menos parte do gás de cauda para o leito de lama como o fluxo do gás de reciclo. O processo pode incluir alimentar, como uma alimentação de gás adicional, pelo menos uma parte do fluxo do gás de reciclo, quando presente, no leito de lama acima do nível no qual a alimentação de reagentes gasosos é feita no leito de lama. A alimentação de gás adicional pode ser feita num nível que esteja localizado entre cerca de 20% e cerca de 80% da altura vertical do leito de lama, preferivelmente acima de 30% da altura vertical do leito de lama. A alimentação de gás adicional pode ser introduzida no leito de lama por meio de um borrifador de gás. A alimentação de gás adicional pode constituir pelo menos 10% do coeficiente de alimentação volumétrica total do gás entrando no leito de lama. Tipicamente, a alimentação de gás adicional não constitui mais do que 60% do coeficiente de alimentação volumétrica total do gás entrando no leito de lama. O reator de lama ou coluna de borbulhamento pode então ser mantido em condições de pressão e temperatura elevadas normais associadas com reações de síntese E'ischer-Tropsch, por ex. uma pressão operacional pré-determinada na faixa de 10 a 50 bar, e uma temperatura pré-determinada na faixa de 160°C a 280°Cr ou mesmo mais alta para a produção de um produto num ponto de ebulição mais baixo. Tipicamente, a faixa de temperatura é de 220°C a 260°C.

As partículas catalisadoras no leito de lama são então mantidas em suspensão pela turbulência criada pelo fluxo de gás de síntese (frescos e reciclados opcionais) passando através do leito de lama, i.e. borbulhando através do leito de lama. A velocidade do gás superficial de entrada de pelo menos 35 cm/s através do leito de lama é então suficientemente alta para manter o leito de lama num estado de turbulência ou suspensão. O processo pode incluir reciclar a fase liquida através do leito de lama. Em particular, o processo pode incluir permitir que a lama passe de modo descendente de um nível alto no leito de lama para um nível mais baixo dele, utilizando meios de redistribuição de lama ou redistribuidores de lama, para assim redistribuir o calor, fase líquida e partículas catalisadoras dentro do leito de lama.

Nesse relatório, o termo "meios de redistribuição de lama" ou "redistribuidores de lama" se refere a um dispositivo físico utilizado para redistribuir lama e partículas catalisadores verticalmente dentro do vaso do reator, e não se refere à lama e à ação de redistribuição de partícula catalisadora do gás que passa em direção ascendente através do leito de lama. 0 meio de redistribuição de lama pode então incluir tubos descendentes ou tubos aspirantes ou dispositivos de redistribuição mecânica como canos e bombas e filtros.

Quando os meios de redistribuição de lama incluem tubos descendentes, os tubos de descendentes podem ser dispostos numa primeira região de tubos descendentes e uma segunda região de tubos descendentes, com a segunda região de tubos descendentes estando verticalmente espaçada em relação à primeira região de tubos descendentes.

Os tubos descendentes ou tubos aspirantes podem então ser colocados em diferentes níveis ou elevações verticais no interior do leito de lama. A segunda região de tubos descendentes pode estar localizada num nível mais alto do que a primeira região de tubos descendentes e, se assim se desejar, outras regiões de tubos descendentes, cada uma contendo pelo menos um tubo descendente ou tubo aspirante podem ser fornecidas acima da segunda região de tubos descendentes, com uma terceira e quaisquer regiões de tubos descendentes subseqüentes estando também verticalmente espaçadas umas das outras.

Numa representação da invenção, a segunda região de tubos descendentes pode se sobrepor à primeira região de tubos descendentes. Em outras palavras, a(s) extremidade(s) inferior(es) do(s) tubo(s) descendentes na segunda região de tubos descendentes pode se sobrepor à(s) extremidade(s) superior(es) do(s) tubo(s) descendentes na primeira região de tubos descendentes. Em outra representação da invenção, no entanto, a segunda região de tubos descendentes pode estar localizada em relação de não sobreposição com respeito à primeira região de tubos descendentes. Em outras palavras, a(s) extremidade{s) inferior(es) do(s) tubo(s) descendentes na segunda região de tubos descendentes pode estar espaçada com folga vertical em relação à(s) extremidade(s} superior(es) do(s) tubo(s) descendentes na primeira região de tubos descendentes. O(s) tubo (s) descendentes na segunda região de tubos descendentes pode(m) estar disposto(s) em ziguezague em relação àquele(s) na primeira região de tubos descendentes, quando o reator ou vaso é visto em planta. Em outras palavras, a(s) extremidade(s) inferior(es) do(s) tubo(s) descendentes na segunda região de tubos descendentes preferivelmente não descarrega(m) a lama diretamente acima da(s) extremidade(s) superior (es) do(s) tubo(s) descendentes na primeira região de tubos descendentes.

Cada tubo descendente pode compreender uma seção de transporte inferior e uma seção superior de desligamento ou desgaseificação de área transversal maior do que a seção de transporte. As seções são preferivelmente circulares transversais, de forma cilíndrica, com um componente de conexão alargando-se externamente para cima conectando a seção de desligamento para a seção de transporte.

Entretanto, a seção de desligamento pode, se assim se desejar-, possuir outra forma apropriada, por ex. a forma de um canal de seção retangular ou triangular, como determinado pelo espaço disponível dentro do vaso do reator.

Enquanto cada tubo descendente fica normalmente localizado inteiramente dentro do leito de lama, i.e. dentro do reator, com a seção de desgaseificação tipicamente alinhada axialmente em relação à seção de transporte, a seção de transporte e, opcionalmente, parte da seção de desgaseificação podendo, por outro lado, estar localizadas fora do reator, com a extremidade de saída' inferior e pelo menos a extremidade de entrada superior da seção de desgaseificação então, entretanto, estando localizadas dentro do reator no leito de lama ou zona do leito de lama. Se assim se desejar, as seções de transporte e desgaseificação podem ser refrigeradas através de meios de refrigeração indiretos, por exemplo, canos através de cujas caldeiras a água de alimentação é passada. 0 processo pode incluir operar o estágio de síntese de hidrocarbono de modo que o leito de lama esteja num regime de fluxo heterogêneo ou de turbulência e compreenda uma fase diluída consistindo de grandes vácuos de rápida ascensão de reagentes gasosos, e, possivelmente, um produto gasoso, que atravesse a zona de reação ou leito de lama virtualmente num fluxo de descarga, e uma fase densa compreendendo uma fase líquida, i.e. produto líquido, partículas " catalisadoras sólidas, e menores vácuos aprisionados de reagentes gasosos, e, possivelmente, um produto gasoso. A alimentação de reagentes gasosos pode ser de qualquer gás de síntese derivado de qualquer fonte, assim como o gás de síntese derivado do carvão ou gás de síntese derivado de gás natural. Entretanto, espera-se que a invenção encontre aplicação particular nos casos onde a alimentação de reagentes gasosos seja um gás de síntese derivado de gás natural. A taxa de fluxo de gás de reciclo/alimentação de reagentes gasosos pode estar numa amplitude com um limite inferior de 0,4 como acima indicado, com um limite superior da amplitude sendo de cerca de 1,5. O limite inferior pode, no entanto, ser mais alto em cerca de 0,5 ou mesmo mais alto em cerca de 0,6. 0 limite superior pode ser mais baixo em cerca de 1,3 ou até mesmo em cerca de 1. Numa representação da invenção a taxa é de cerca de 0,8.

As partículas catalisadoras podem estar presentes no leito de lama numa amplitude com um limite inferior de 14% por volume como acima indicado, com o limite superior da amplitude sendo de cerca de 50% por volume. 0 limite superior pode ser mais baixo em cerca de 40% por volume, ou até mesmo mais baixo em cerca de 30% por volume. A velocidade de entrada do gás superficial no leito de lama durante operação normal ou contínua pode ter uma amplitude com um limite inferior de 35 cm/s como acima indicado, com um limite superior da amplitude sendo determinado pelo total do mínimo desejado de conversão de CO. O limite superior pode ser, no entanto, mais alto em cerca de 40 cm/s, ou até mesmo mais alto em cerca de 45 cm/s. O limite superior é produzido pela atividade do catalisador, mas tipicamente não será mais alto que 85 cm/s. 0 estágio de síntese de hidrocarbono, i.e. o leito de lama, pode ser operado numa conversão total de CO mais H2 de mais de 80%, preferivelmente de mais de 81%, mais preferivelmente de mais de 82% e mais preferivelmente ainda, de mais de 83%. Isso pode ser alcançado se a operação tiver uma taxa de reciclo suficientemente alta. O estágio de síntese de hidrocarbono pode ser operado numa seletividade de carbono C3+ de mais de 85%, preferivelmente mais de 90%, mais preferivelmente de mais de 92%, ex. cerca de 92,6%. A invenção será agora descrita mais detalhadamente em relação ao desenho diagramático anexo, que mostra uma visão seccional longitudinal de uma instalação que pode ser utilizada num processo de acordo com a invenção para produzir produtos líquidos e gasosos de reagentes gasosos. A instalação 10 inclui um reator de fase de síntese de lama Fischer-Tropsch cilíndrico circular vertical ou coluna de borbulhamento 12, com uma entrada inferior de alimentação de reagentes gasosos 14 conduzindo a um distribuidor de gás (não mostrado) dentro do reator 12 e uma saída de componentes gasosos 16 conduzindo do topo do reator 12. Uma saída de produto da fase líquida 18 conduz do reator 12 em qualquer nível conveniente. O reator 12 inclui uma primeira região de tubos descendentes, geralmente indicada pelo numeral de referência 20. A região de tubos descendentes 20 inclui um tubo descendente, geralmente indicado pelo numeral de referência 22. 0 tubo descendente 22 inclui uma região de transporte cilíndrica 24 de diâmetro relativamente pequeno, um componente de conexão que se alarga externamente 26 numa extremidade superior da seção de transporte 24, e uma seção de desgaseificação de diâmetro maior 28, cuja extremidade inferior está conectada ao componente de conexão 26. Uma extremidade superior da seção de desgaseificação 28 fornece então uma entrada 40 para a lama, enquanto que uma extremidade inferior da seção de transporte 24 fornece uma saída de lama 42. Canos de refrigeração 29 também são fornecidos na região de tubos descendentes 20. 0 reator 12 também inclui uma segunda região de tubos descendentes, geralmente indicada pelo numeral de referência 30. A região de tubos descendentes 30 inclui um tubo descendente, geralmente indicado pelo numeral de referência 32. O tubo descendente 32 também inclui uma seção de transporte 34 de diâmetro relativamente pequeno, um componente de conexão que se alarga externamente 36 numa extremidade superior da seção de transporte 34, e uma seção de desgaseificação 38 de diâmetro relativamente grande numa extremidade superior da seção de transporte 34. Uma extremidade inferior da seção de desgaseificação 38 é então conectada ao componente de conexão 36. Uma extremidade superior da seção de desgaseificação 38 fornece uma entrada de lama, enquanto que uma extremidade inferior da seção de transporte 34 fornece uma salda de lama. Canos de refrigeração 39 também são fornecidos na região de tubos descendente 30. A extremidade inferior do tubo descendente 32 é espaçada com folga vertical da extremidade superior do tubo descendente 22. Além disso, o tubo descendente 32 não está alinhado axialmente com o tubo descendente 22. Em outras palavras, o tubo descendente 32 está em ziguezague em relação ao tubo descendente 22 quando o reator 12 é visto em planta. O reator 12 também possui uma entrada de fluxo de gás de reciclo 52 que é colocada num nivel ou numa elevação acima da entrada de alimentação de reagentes gasosos 14. A entrada de fluxo de gás de reciclo 52 também conduz a um distribuidor de gás dentro do reator 12, que não é mostrado. A instalação 10 inclui também uma unidade de separação 54 em comunicação de fluxo com a saída de componentes gasosos 16 e um compressor 56 em comunicação de fluxo com a unidade de separação 54. Uma linha de fluxo de gás de reciclo 58 conduz do compressor 56 à saída de fluxo de gás de reciclo 52. Uma linha de produto líquido 60 conduz da unidade de separação 54, com uma linha de gás de cauda 62 estabelecendo comunicação de fluxo entre a unidade de separação 54 e o compressor 56. A instalação 10 pode incluir, se desejado, uma linha de fluxo de gás de reciclo 59 conduzindo à entrada de alimentação 14. O reator 12 em uso fornece uma zona de leito de lama contendo um leito de lama 70 compreendendo 20% por volume de partículas catalisadoras de cobalto suportado em síntese de hidrocarbono sólido não-modificável suspensas em produto de fase líquida. O leito de lama 70 possui uma superfície superior a um nível normal 72 acima da segunda região de tubos descendentes 30, com um espaço superior 7 4 sendo fornecido acima do leito de lama 70. O reator 12 possui um diâmetro interno de cerca de 10 meo leito de lama 70 uma altura expandida de cerca de 40 m, dando a ele um alongamento de cerca de 4.

Em uso, uma alimentação de reagentes gasosos ou gás de síntese fresco compreendendo principalmente monóxido de carbono e hidrogênio como reagentes gasosos, é alimentada no fundo do reator 12 através da entrada de alimentação de reagentes gasosos 14, o gás tipicamente sendo distribuído uniformemente através de um sistema de borrifador ou placa de grade (não mostrada) dentro do reator 12.

Simultaneamente, um fluxo de gás de reciclo (tipicamente refrigerado) compreendendo tipicamente hidrogênio, monóxido de carbono, metano e dióxido de carbono é alimentado através da entrada de fluxo de gás de reciclo 52 dentro do reator 12 num nível acima da entrada de alimentação de reagentes gasosos 14 através de um sistema borrifador (não mostrado) dentro do reator 12. Tipicamente, a entrada 52 está localizada pelo menos a cerca de 20% da altura vertical do leito de lama 70 acima da entrada 14.

Os reagentes gasosos, compreendendo o gás de síntese fresco e o gás reciclado, passam em direção ascendente através do leito de lama 70. Quando o gás de síntese borbulha através do leito de lama 70, os reagentes gasosos ali reagem cataliticamente para formar um produto líquido, que assim forma parte do leito de lama 70. De tempos em tempos, ou continuamente, a fase líquida compreendendo o produto liquido é retirada através da saida de produto da fase liquida 18, com partículas catalisadoras sendo separadas do produto líquido num sistema de separação interno ou externo adequado, ex. utilizando filtros (não mostrados). Se o sistema de separação está localizado externamente ao reator, um sistema adicional {não mostrado) para retornar as partículas catalisadoras separadas para o reator é então fornecido. A alimentação de reagentes gasosos (gás de alimentação de síntese fresco) e opcionalmente alguns ou todos os gases reciclados são introduzidos no fundo do reator 12 numa proporção suficiente para agitar e suspender todas as partículas catalisadoras no sistema sem sedimentação. As proporções de fluxo de gás serão selecionadas dependendo da concentração de lama, densidade catalisadora, densidade e viscosidade do meio de suspensão e tamanho da partícula em particular utilizada. Entretanto, de acordo com a invenção, as proporções de fluxo de gás e os pontos de alimentação de gás de reciclo são selecionados de modo que os gases passem em direção ascendente através do leito de lama 70 a uma velocidade de gás superficial de pelo menos 35 cm/s numa região de extremidade inferior do reator 12. Isso é surpreendentemente alto, em vista do prejuízo contra a operação nessas altas velocidades evidentes na literatura e em vista disso é que o uso de velocidades de gás mais elevadas tem a desvantagem de ser acompanhado de uma maior retenção de gás no reator deixando relativamente pouco espaço para acomodar a lama contendo catalisadores.

Alguma lama desce continuamente através dos tubos de descenso 32, 22 para alcançar assim uma distribuição uniforme das partículas catalisadoras no interior do leito de lama 70, e também para assegurar uma distribuição uniforme de calor pelo leito de lama 70. O reator 12 é operado de modo que o leito de lama 7 0 esteja num regime de fluxo de turbulência e compreenda uma fase diluída consistindo de vácuos maiores de rápida ascensão de reagentes gasosos e produto gasoso que atravessa o leito de lama virtualmente em fluxo de descarga e uma fase densa que compreende produto líquido, partículas catalisadoras sólidas e pequenos vácuos aprisionados de reagentes gasosos e .produto gasoso que é misturado de revés. Água de caldeira como uma troca de calor indireta ou meio de transferência é circulada através dos canos de refrigeração 29, 39. O calor é transferido do leito de lama 70 para a água de caldeira para formar uma mistura de vapor e água.

Produtos de hidrocarbono leve, como um Ci9 e fração inferior são retirados do reator 12 através da saída de componentes gasosos 16 e passados para a unidade de separação 54. Tipicamente, a unidade de separação 54 compreende uma série de resfriadores e um separador de vapor/líquido e pode opcionalmente incluir outros resfriadores e separadores, e possivelmente também uma unidade criogênica, para separação dos produtos de hidrocarbono leve da fase líquida, água e opcionalmente dióxido de carbono dos componentes gasosos remanescentes.

Outras tecnologias de separação como unidades de membrana, unidades de absorção de oscilação de pressão e/ou unidades para a remoção seletiva de dióxido de carbono e metano podem ser empregadas. Os gases separados compreendendo hidrogênio, monóxido de carbono e outros gases são comprimidos e reciclados através do compressor 56 para fornecer o fluxo de gás de reciclo. Hidrocarbonos líquidos condensados e água de reação são retirados da unidade de separação 54 através da linha de fluxo 60 para trabalho posterior.

De acordo com uma representação preferida da invenção, o fluxo de gás de reciclo 58 é alimentado no leito de lama 70 através da entrada do fluxo de gás de reciclo 52 e/ou através da entrada 14 numa taxa volumétrica de fluxo de gás de reciclo/alimentação de reagentes gasosos entrando através da entrada de alimentação de reagentes gasosos 14, de pelo menos 0,4. Assim, o processo 10 emprega um estágio de síntese de hidrocarbono de passagem múltipla definido pelo reator 12, fazendo uso de taxas de reciclagem relativamente amplas.

Como indicado acima, é possível que uma parte do fluxo do gás de reciclo seja combinada com a alimentação de reagentes gasosos para ser alimentada no reator 12 através da entrada de alimentação de reagentes gasosos 14.

Tipicamente, entre cerca de 10% e cerca de 60% da taxa de alimentação volumétrica total do gás entrando no leito de lama 70 é alimentada através da entrada do fluxo de gás de reciclo 52, com o restante entrando através da entrada de alimentação de reagentes gasosos 14. 0 recipiente do reator 12 é tipicamente mantido numa pressão operacional entre cerca de 10 bar e cerca de 50 bar, mais tipicamente entre cerca de 20 bar e cerca de 30 bar, e a uma temperatura operacional entre 160°C e 280°C, tipicamente entre cerca de 220°C e 260°C. A pressão operacional e a temperatura operacional selecionadas podem depender da natureza e expansão do produto gasoso e liquido exigido e o tipo de catalisador utilizado. Naturalmente, o vaso do reator 12 é fornecido com um meio de controle de temperatura adequado, como os canos de refrigeração 29, 39 para controlar as temperaturas de reação, bem como um meio de controle de pressão adequado como uma ou mais válvulas de controle de pressão (não mostradas).

No vaso reator 12, quando o gás de sintese passa através do leito de lama 70, o monóxido de carbono e hidrogênio reagem para formar uma gama de produtos de acordo com conhecidas reações Fischer-Tropsch. Alguns desses produtos são na forma gasosa nas condições operacionais do reator 12, como mencionado acima, e são retirados como componentes gasosos através da saída de componentes gasosos 16, como também mencionado acima.

Alguns dos produtos produzidos são na forma líquida, ex. ceras, nas condições operacionais do reator 12, e atuam como o meio de suspensão para as partículas catalisadoras, como também mencionado acima. 0 reator 12 é, no entanto, operado de modo que seja alcançada uma conversão per pass CO mais H2 de pelo menos 60%. À guisa de exemplo, o depositante projetou um reator de fase de lama multi-pass Fischer Tropsch para processar 781940 m3n/hr de gás de síntese compreendendo 59,4 de volume % de hidrogênio e 31,3 de volume % de monóxido de carbono. No projeto do reator, um peso de 41 (22 de volume %) de uma concentração média de catalisador Fischer-Tropsch de cobalto não-modificáve1 de acordo com os ensinamentos da US 5.733.839, que é incorporada aqui na sua totalidade a guisa de referência, é utilizado. O leito de lama expandido no projeto possui uma proporção de aspecto de aproximadamente 4. Uma velocidade de entrada de gás superficial de 41 cm/s nas condições do fundo do reator de 24.7 bar (a) e 230°C foi aplicada. Para o projeto, uma taxa de reciclagem de fluxo de gás de recíclo/alimentação de reagentes gasosos de 0,8 é aplicada. 0 fluxo total de gás de reciclo é alimentado juntamente com a alimentação de reagentes gasosos no fundo do reator. De acordo com o projeto, uma conversão total CO mais H2 de 89% e uma conversão per pass CO mais H2 de 61% podem ser obtidas, com uma seletividade de carbono C3+ de 92,6% e uma taxa de produção de produtos de hidrocarbono C3+ excedendo 22.000 barris por dia. Esta é uma taxa de produção surpreendentemente alta e é muito mais alta do que jamais anteriormente imaginada. Para o projeto, pressupôs-se que a atividade catalisadora obtida sob condições laboratoriais também seria alcançada num reator de escala comercial.

Entretanto deve-se observar que, se a atividade do catalisador comercial for menor, o mesmo projeto e desempenho do reator podem ser atingidos com a utilização de uma concentração média de catalisador mais elevada. 0 Depositante surpreendentemente descobriu que uma conversão de per pass CO mais H2 (i.e. conversão de gás de síntese) de mais de 60% pode ser alcançada numa velocidade de gás superficial no fundo do reator de mais de 35 cm/s.

Isso permite conversões de syngas de mais de 80% a serem alcançadas num reator de estágio único utilizando gás de reciclo, que possui benefícios de custos. Em contraste com a crença geralmente mantida pelos especialistas de que a conversão rapidamente declina com o aumento da velocidade do gás como resultado do aumento da mistura em velocidades mais elevadas, o Depositante descobriu surpreendentemente que o gás retém o comportamento do seu fluxo de descarga em altas velocidades de gás, mesmo em reatores com um pequeno alongamento de menos de 5, e essa conversão não é restrita por limitações de transferência de massa. Em outras palavras, o rendimento espaço tempo surpreendentemente continua a melhorar significativamente nessas velocidades de gás superficial altas, em contraste com os ensinamentos anteriores. Como resultado, as produtividades do reator de mais de 420 g hidrocarbono/kg catalisador/hora podem ser alcançadas com uma velocidade de entrada de gás superficial acima de 35 cm/s numa conversão de per pass CO mais H2 de mais de 60%.

Vantajosamente, a avaliação do projeto do reator confirmou que é um projeto de custo mais baixo do que qualquer um dos projetos de reatores anteriores dos quais o Depositante tem conhecimento, ou quaisquer outras propostas de projeto que o Depositante considerou para esse pedido de patente de síntese Fischer-Tropsch com o catalisador Fischer-Tropsch não-modificãvel particular conhecido do Deposítante.

Claims (9)

1. Processo para produzir líquido e, opcionalmente, produtos gasosos a partir de reagentes gasosos, caracterizado por incluir: alimentar a um baixo nível uma carga de reagentes gasosos compreendendo ao menos CO e H2 no interior de um leito de lama expandido de partículas de catalisador de síntese de hidrocarbonetos não-deslocáveis sólidas, em um líquido de suspensão, o leito de lama estando contido em um reator e o leito de lama expandido possuindo uma proporção de aspecto menor do que 5; opcionalmente, alimentar uma corrente de gás de reciclo no interior do leito de lama; deixar os reagentes gasosos e qualquer gás reciclado reagir com uma conversão de CO mais H2 por mais de pelo menos 60% a medida que eles passam ascendentemente através do leito de lama em uma velocidade de gas superficial de entrada de ao menos 35 cm/s para assim formar um liquido e, opcionalmente, produtos gasosos, e com os reagentes gasosos e qualquer gás reciclado e qualquer produto gasoso que auxilia na manutenção das partículas de catalisador sólidas em suspensão no liquido de suspensão, e com o produto liquido que se forma junto com o liquido de suspensão, uma fase liquida do leito de lama; deixar qualquer produto gasoso e reagentes gasosos não reagidos e qualquer gás reciclado não reagido se separar do leito de lama como componentes gasosos no interior de um espaço vazio acima do leito de lama; retirar os componentes gasosos do espaço vazio; retirar a fase liquida do leito de lama, para manter o leito de lama em um nível desejado; e, opcionalmente, reciclar alguns dos componentes gasosos do espaço vazio para proporcionar a corrente de gás de reciclo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o leito de lama expandido possuir uma altura de menos do que 40 m e um diâmetro de ao menos 6 m.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por as partículas de catalisador estarem presentes no leito de lama em uma concentração media de ao menos 14% em volume.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por ser um processo em estágio único.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a corrente de gás de reciclo estar presente e ser alimentada em um leito de lama em uma proporção volumétrica de alimentação de corrente de gás de reciclo/reagentes gasosos de ao menos 0,4.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por ser um processo de síntese de hidrocarboneto de Fischer-Tropsch.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a corrente de gás de reciclo estar presente e a qual inclui alimentar, como uma correntes adicional, ao menos uma porção de corrente de gás de reciclo no leito de lama acima do nível no qual a alimentação de reagentes gasosos é alimentada no interior do leito de lama.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por a proporção de reciclo ser tal que o leito de lama é operado em uma conversão total de CO mais H2 de mais do que 80%.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por incluir deixar a lama passar descendentemente a partir do nível alto no leito de lama para um nível inferior do mesmo usando meios de redistribuição de lama ou redistribuidores de lama, para redistribuir calor, fase liquida e partículas de catalisador dentro do leito de lama.