BRPI0806807A2 - processo e equipamento para conversão de gás natural em hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados usando tecnologia de processameno em microcanais - Google Patents

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Abstract

<UM>PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA CONVERSãO DE GáS NATURAL EM HIDROCARBONETOS COM PESOS MOLECULARES MAIS ELEVADOS USANDO TECNOLOGIA DE PROCESSAMENTO EM MICROCANAIS.<MV> A invenção descrita diz respeito a um processo e equipamento para conversão de gás natural em hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados. O processo inclui reforma a vapor para formar gás de síntese seguida por uma reação de Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em hidrocarbonetos com pesos moleculares elevados. As reações de reforma e de Fischer-Tropsch são conduzidas em reatores de microcanais. Os hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados podem, adicionalmente, ser tratados para formar produtos de hidrocarboneto, tais como, combustíveis de destilado intermediário, óleos lubrificantes, e semelhantes. O equipamento inclui vasos contendo reatores microcanais de SMR e reatores de microcanais de Fischer-Tropsch. Uma composição compreendendo uma mistura de olefinas e parafinas é descrita.

Description

PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA CONVERSÃO DE GÁS NATURAL EM HIDROCARBONETOS COM PESOS MOLECULARES MAIS ELEVADOS USANDO TECNOLOGIA DE PROCESSAMENTO EM MICROCANAIS
O pedido reivindica prioridade do pedido de Patente Provisional U.S. de número de série 60/885.735 depositado em 19 de Janeiro de 2007. A revelação deste pedido é incorporada aqui como referência.
Campo Técnico
Esta invenção diz respeito a um processo e a um equipamento para conversão de gás natural em um ou mais produtos de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados usando tecnologia de processamento em microcanais.
Fundamentos
Os processos de reforma a vapor do metano (SMR) foram propostos para conversão de gás natural em gás de síntese. Os processos de Fischer-Tropsch foram propostos para conversão de gás de síntese em hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados. Reatores de microcanais para a condução de reações de Fischer-Tropsch e de SMR foram sugeridos.
Resumo
Existem problemas com os processos que foram propostos e que combinam reações de Fischer-Tropsch e de SMR para conversão de gás natural em hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados. Estes problemas incluem a produção de níveis elevados de emissões, a necessidade de níveis elevados de consumo de água, a produção de grande quantidade de água residual, e ineficiências de processo. As ineficiências de processo tendem a criar limites na quantidade de carbono no produto final de Fischer-Tropsch quando comparado com a quantidade de carbono na alimentação de gás natural. A presente invenção provê soluções para esses problemas.
Esta invenção, em uma modalidade, diz respeito a um processo, compreendendo: (A) circular uma alimentação de SMR em um reator de microcanais de SMR em contato com um ou mais catalisadores de SMR para formar um primeiro produto intermediário, a alimentação de SMR compreendendo metano e vapor, o primeiro produto intermediário compreendendo CO e H2; o reator de microcanais de SMR compreendendo uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR e uma pluralidade de canais de combustão; os microcanais de processamento de SMR contendo um ou mais catalisadores de SMR, o metano e o vapor contendo um ou mais catalisadores de SMR nos microcanais de processamento; separar parte do H2 do primeiro produto intermediário para formar um segundo produto intèrmediário compreendendo CO e H2; os canais de combustão contendo um ou mais catalisadores de combustão, o H2 separado sendo combinado com oxigênio ou uma fonte de oxigênio para formar uma mistura reacional de combustão; a mistura reacional de combustão contatando um ou mais catalisadores de combustão, passando por uma reação de combustão, e gerando calor e um exaustor de combustão; transferir calor dos canais de combustão para os microcanais de processamento de SMR; e (B) circular o segundo produto intermediário em um reator de microcanais de Fischer-
Tropsch em contato com um ou mais catalisadores de
Fischer-Tropsch para formar um produto de Fischer- Tropsch compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; o reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreendendo uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer- Tropsch e uma pluralidade de canais de troca de calor; os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch contendo um ou mais catalisadores de Fischer-Tropsch, o segundo produto intermediário contendo um ou mais catalisadores de Fischer-Tropsch nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; transferir calor dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch para um fluido de troca de calor nos canais de troca de calor.
Na modalidade antecedente do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch formado na etapa (B) pode compreender adicionalmente mistura gasosa compreendendo CO e H2, e um segundo reator de microcanais de Fischer- Tropsch pode ser usado em combinação com o reator de microcanais de Fischer-Tropsch antecedente para tratar mais adiante a corrente de produto. Esta mistura gasosa pode ser separada do produto de Fischer-Tropsch. A mistura gasosa separada pode estar relacionada com um terceiro produto intermediário. O processo pode compreender adicionalmente: (C) circular um terceiro produto intermediário em um segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch em contato com um ou mais segundos catalisadores de Fischer-Tropsch para formar um segundo produto de Fischer-Tropsch compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; o segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreendendo uma pluralidade de segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de segundos canais trocadores de calor; os segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch contendo um ou mais segundos catalisadores de Fischer-Tropsch, o terceiro produto intermediário contendo um ou mais segundos catalisadores de Fischer-Tropsch nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; transferir calor dos segundos microcanais de Fischer- Tropsch para um fluido trocador de calor nos segundos canais trocadores de calor.
Em uma modalidade, um ou mais, e em uma modalidade de um a aproximadamente dez, e em uma modalidade de um a aproximadamente sete, e em uma modalidade de um a aproximadamente cinco, e em uma modalidade de um a aproximadamente três, reatores de microcanais de Fischer-Tropsch podem ser usados em combinação com o reator de microcanais de Fischer-Tropsch antecedente e segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch para tratar mais adiante a corrente de produto. Desse modo, por exemplo, o segundo produto de Fischer-Tropsch formado na etapa (C) pode compreender adicionalmente uma mistura gasosa compreendendo CO e H2. Essa mistura gasosa pode ser separada do segundo produto de Fiseher-
Tropsch. A mistura gasosa separada pode ser referida como um quarto produto intermediário. 0 processo pode compreender adicionalmente: (D) circular o quarto produto intermediário em um terceiro reator de microcanais de Fischer-Tropsch em contato com um ou mais terceiros catalisadores de Fischer-Tropsch para formar um terceiro produto de Fischer-Tropsch compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; o terceiro reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreendendo uma pluralidade de terceiros microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de terceiros canais de troca de calor; os terceiros microcanais de processamento de Fischer-Tropsch contendo um ou mais terceiros catalisadores de Fischer-Tropsch, o quarto produto intermediário contatando um ou mais terceiros catalisadores de Fischer-Tropsch nos terceiros microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; transferir calor dos terceiros microcanais de processamento de Fischer-Tropsch para um fluido de troca de calor nos terceiros canais de troca de calor.
Na modalidade antecedente do processo inventivo, o terceiro produto de Fischer-Tropsch formado na etapa (D) pode compreender adicionalmente uma mistura gasosa compreendendo CO e H2. Esta mistura gasosa pode ser separada de um terceiro produto de Fischer-Tropsch. A mistura gasosa separada pode ser referida como um quinto produto intermediário. O processo pode compreender adicionalmente: (E) circular o quinto produto intermediário em um quarto reator de microcanais de Fischer-Tropsch em contato com um ou mais quartos catalisadores de Fischer-Tropsch para formar um quarto produto de Fischer-Tropsch compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; o quarto reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreendendo uma pluralidade de quartos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de quartos canais de troca de calor; os quartos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch contendo um ou mais quartos catalisadores de Fischer-Tropsch, o quinto produto intermediário contatando um ou mais quartos catalisadores de Fischer-Tropsch nos quartos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; transferir calor dos quartos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch para um fluido de troca de calor nos quartos canais de troca de calor.
Na modalidade antecedente do processo inventivo, o quarto produto de Fischer-Tropsch formado na etapa (E) pode compreender adicionalmente uma mistura gasosa compreendendo CO e H2. Essa mistura gasosa pode ser separada do quarto produto de Fischer-Tropsch. A mistura gasosa separada pode ser referida como um sexto produto intermediário. 0 processo pode compreender adicionalmente: (F) circular o sexto produto intermediário em um quinto reator de microcanais de Fischer-Tropsch em contato com um ou mais quintos catalisadores de Fischer-Tropsch para formar um quinto produto de Fischer-Tropsch compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; o quinto reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreendendo uma pluralidade de quintos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de quintos canais de troca de calor; os quintos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch contendo um ou mais quintos catalisadores de Fischer- Tropsch, o sexto produto intermediário contatando o um ou mais quintos catalisadores de Fischer-Tropsch nos quintos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch; Transferir calor dos quintos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch para um fluido de troca de calor nos quintos canais de troca de calor.
Em alguma modalidade do processo inventivo, de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% em volume de H2 no primeiro produto intermediário podem ser separados do primeiro produto intermediário.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos parte do gás residual sendo combinada com a alimentação de gás natural. Parte do gás residual pode ser usada como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e água de processo pode ser formada no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos uma porção da água de processo sendo combinada com a alimentação de gás natural.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e água de processo pode ser formada no reator de microcanais de Fischer-Tropsch e ser combinada com a alimentação de gás natural, e gás residual pode ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch e pelo menos parte do gás residual pode ser combinada com a alimentação de gás natural. A alimentação de gás natural, água de processo e gás residual podem ser combinados em um saturador, o saturador estando a montante do reator de microcanais de SMR.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos parte do gás residual sendo combinada com a alimentação de gás natural. Parte do gás residual pode ser usada como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e água de processo pode ser formada no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos uma porção da água de processo sendo combinada com a alimentação de gás natural.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e água de processo pode ser formada no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch e combinada com a alimentação de gás natural, e gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch e pelo menos parte do gás residual pode ser combinada com a alimentação de gás natural. As alimentações de gás natural, de água de processo e de gás residual podem ser combinadas em um saturador. O saturador estando à montante do reator de microcanais de SMR.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode compreender um ou mais hidrocarbonetos de pesos moleculares mais elevados, o processo pode compreender adicionalmente circular a alimentação de SMR e vapor em um pré-reformador para converter pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR em metano, o pré-reformador estando a montante do reator de microcanais de SMR.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode compreender adicionalmente um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, o processo pode compreender adicionalmente circular a alimentação de SMR e vapor em um pré- reformador para converter pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR em metano, o pré-reformador sendo integrado com o reator de microcanais de SMR e sendo aquecido pelo calor dos canais de combustão.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode compreender um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, o processo pode compreender adicionalmente circular a alimentação de SMR e vapor nos microcanais de processamento de SMR em uma primeira temperatura em uma primeira parte dos microcanais de processamento de SMR para converter pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR em metano, o produto resultante compreendendo uma alimentação de SMR modificada compreendendo metano, e circular a alimentação de SMR modificada em uma segunda parte dos microcanais de processamento de SMR em uma segunda temperatura para converter a alimentação de SMR modificada no primeiro produto intermediário.
Em alguma modalidade do processo inventivo, canais de adição em estágio podem ser posicionados adjacentes aos canais de combustão, a fonte de oxigênio do oxigênio circulando através dos canais de adição em estágio nos canais de combustão. Em alguma modalidade do processo inventivo, a exaustão de combustão pode compreender um vapor e um líquido, o vapor sendo separado do líquido em um separador 1íquido-vapor, o líquido compreendendo água.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo H2, CO, CO2 e um ou mais hidrocarbonetos, o gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2, o gás residual rico em carbono sendo combinado com a alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado com um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo, um gás residual pode ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo N2, o gás residual circulando através de um separador de N2 no qual N2 é separado do gás residual.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo H2, N2, CO, CO2 e um ou mais hidrocarbonetos, o gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2, o gás residual rico em carbono compreendendo N2, o gás residual rico em carbono circulando através de um separador de nitrogênio no qual N2 é separado do gás residual rico em carbono, o gás residual rico em carbono sendo combinado com a alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo, alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo H2, CO, CO2 e um ou mais hidrocarbonetos, o gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2, o gás residual rico em carbono sendo combinado com a alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo, um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo N2, o gás residual circulando através de um separador de N2 no qual N2 é separado do gás residual.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo H2, N2, CO, CO2 e um ou mais hidrocarbonetos, ο gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2, o gás residual rico em carbono compreendendo N2, o gás residual rico em carbono circulando através de um separador de nitrogênio no qual N2 é separado do gás residual rico em carbono, o gás residual rico em carbono sendo combinado com a alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a pressão nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser diferente da pressão nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto intermediário pode ser comprimido antes da etapa (B).
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch e pelo menos parte do gás residual pode ser combinada com a alimentação de gás natural, a pelo menos parte do gás residual sendo comprimida antes de ser combinada com a alimentação de gás natural.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido de troca de calor nos canais de troca de calor pode ser pelo menos parcialmente vaporizado nos canais de troca de calor. Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido de troca de calor nos canais de troca de calor pode ser água que pode ser pelo menos parcialmente convertida em vapor nos canais de troca de calor.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a alimentação de SMR pode ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos parte do gás residual pode ser combinada com a alimentação de gás natural, a pelo menos parte do gás residual sendo comprimida antes de ser combinada com a alimentação de gás natural.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido de troca de calor nos segundos canais de troca de calor pode ser pelo menos parcialmente vaporizado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido de troca de calor nos segundos canais de troca de calor pode ser água que pode ser pelo menos parcialmente convertida em vapor nos segundos canais de troca de calor.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o gás natural pode ser usado na formação da alimentação de SMR. O gás natural pode compreender metano. 0 gás natural pode compreender adicionalmente etano, propano e/ou butano.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o vapor para razão molar de metano na alimentação de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 6.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a razão molar de CO para H2 no primeiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 4.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a razão molar de CO para H2 no segundo produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 4.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a razão molar de CO para H2 no terceiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a conversão de CO no reator de microcanais de Fischer- Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 99%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a seletividade para metano no produto de Fischer-Tropsch pode ser até aproximadamente 25%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a conversão de CO no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 90%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a seletividade para metano no segundo produto de Fischer- Tropsch pode ser até aproximadamente 15%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais hidrocarbonetos com ebulição em uma temperatura na faixa de aproximadamente 30°C a aproximadamente 175°C a pressão atmosférica.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais hidrocarbonetos com ebulição acima de uma temperatura de aproximadamente 175°C a pressão atmosférica.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode compreender uma ou mais parafinas e/ou uma ou mais olefinas de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 átomos de carbono.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode compreender uma ou mais olefinas, uma ou mais parafinas, uma ou mais isoparaf inas, ou uma mistura de duas ou mais das mesmas.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode compreender olefinas e parafinas, a razão molar de olefinas para parafinas estando na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,8.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode ser adicionalmente processado usando hidrocraqueamento, hidroisomerização ou desparafinação.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch pode ser adicionalmente processado para formar um óleo de viscosidade de lubrificante ou um combustível de destilado intermediário.
Em alguma modalidade do processo inventivo, gás natural pode ser usado na formação da alimentação de SMR, a porcentagem de carbono no produto de Fischer- Tropsch relativa ao carbono no gás natural estando na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 70%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais hidrocarbonetos com ebulição em uma temperatura na faixa de 30°C a aproximadamente 175°C a pressão atmosférica.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais hidrocarbonetos com ebulição em, ou acima de, uma temperatura de aproximadamente 1750C a pressão atmosférica.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode compreender uma ou mais parafinas e/ou uma ou mais olefinas de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 átomos de carbono.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode compreender uma ou mais olefinas, uma ou mais parafinas, uma ou mais isoparaf inas, ou uma mistura de duas ou mais das mesmas. Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode compreender olefinas e parafinas, a razão molar de olefinas para parafinas estando na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,8.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode ser adicionalmente processado usando hidrocraqueamento, hidroisomerização ou desparafinação.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo produto de Fischer-Tropsch pode ser adicionalmente processado para formar um óleo de viscosidade de lubrificante ou um combustível de destilado intermediário.
Em alguma modalidade do processo inventivo, gás natural pode ser usado na formação da alimentação de SMR, a porcentagem total de carbono no primeiro e no segundo produtos de Fischer-Tropsch relativa ao carbono no gás natural estando a pelo menos aproximadamente 75%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a pressão dentro do reator de microcanais de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 atmosferas.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a temperatura dentro do reator de microcanais de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 600 a aproximadamente 1000°C. Em alguma modalidade do processo inventivo, o tempo de contato dentro do reator de microcanais de SMR pode estar na faixa de até aproximadamente 100 milissegundos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, cada microcanal de processamento de SMR pode possuir pelo menos uma parede de transferência de calor e o fluxo de calor para troca de calor dentro do reator de microcanais de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 500 watts por centímetro quadrado de área superficial da parede de transferência de calor.
Em alguma modalidade do processo inventivo, cada microcanal de processamento de SMR pode possuir uma primeira parte em que a temperatura pode estar na faixa de aproximadamente 150 a aproximadamente 400°C, e uma segunda parte a jusante da primeira parte em que a temperatura pode estar na faixa de aproximadamente 600°C a aproximadamente 1000°C.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR pode ser um catalisador classificado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fator de índice de qualidade para o reator de microcanais de SMR pode ser menor que aproximadamente 50%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade superficial para circular fluido nos microcanais de processamento de SMR pode ser pelo menos aproximadamente 0,01 m/s.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade de corrente livre para circular fluido nos microcanais de processamento de SMR pode ser pelo menos aproximadamente 0,001 m/s.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade espacial para circular fluido nos microcanais de processamento de SMR pode ser pelo menos aproximadamente 100 Ohr"1.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a queda de pressão para circular fluido nos microcanais de processamento de SMR pode ser de até aproximadamente atmosferas por metro.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a conversão de metano no reator de microcanais de SMR pode ser de aproximadamente 10% a aproximadamente 100%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o número de Reynolds para o escoamento de fluido nos microcanais de processamento de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 4000.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a pressão nos microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de 10 a aproximadamente 50 atmosferas.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a temperatura no reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 180 a aproximadamente 300°C. Em alguma modalidade do processo inventivo, o tempo de contato dentro do reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de até aproximadamente 2000 milissegundos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, cada microcanal de processamento de Fischer-Tropsch pode possuir pelo menos uma parede de transferência de calor e o fluxo de calor para troca de calor dentro do reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 500 watts por centímetro quadrado de área superficial da parede de transferência de calor.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a temperatura na entrada dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode estar dentro de aproximadamente 80°C da temperatura na saída dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch pode ser um catalisador classificado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fator de índice de qualidade para o reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode ser menor que aproximadamente 50%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade superficial para circular fluido nos· microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 0,01 m/s. 22/193
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade de corrente livre para circular fluido nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 0,001 m/s.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade espacial para circular fluido nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente IOOOhr"1.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a queda de pressão para circular fluido nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser de até aproximadamente 10 atmosferas por metro.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o número de Reynolds para o escoamento de fluido nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 4000.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a pressão dentro do segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de 10 a aproximadamente 50 atmosferas.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a temperatura dentro do segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 180 a aproximadamente 300°C.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o tempo de contato dentro dos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de até aproximadamente 2000 milissegundos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, cada segundo microcanal de processamento de Fischer-Tropsch pode possuir pelo menos uma parede de transferência de calor e o fluxo de calor para troca de calor dentro do segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 500 watts por centímetro quadrado de área superficial da parede de transferência de calor.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a temperatura na entrada dos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode estar dentro de aproximadamente 8O0C da temperatura na saída dos segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode ser um catalisador classificado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fator de índice de qualidade para o segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode ser menor que aproximadamente 50%.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade superficial para circular fluido nos segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 0,01 m/s.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade de corrente livre para circular fluido nos segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 0,001 m/s.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a velocidade espacial para circular fluido nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 1000hr-1.
Em alguma modalidade do processo inventivo, a queda de pressão para circular fluido nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode ser de até aproximadamente 10 atmosferas por metro.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o número de Reynolds para o escoamento de fluido nos segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 4000.
Em alguma modalidade do processo inventivo, um ou mais trocadores de calor de multi-correntes podem proporcionar a troca de calor entre a alimentação de SMR e o primeiro produto intermediário, e entre o H2 e o oxigênio ou fonte de oxigênio da mistura reacional de combustão e a exaustão de combustão.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o reator de microcanais de SMR pode compreender uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR e uma pluralidade de canais de combustão um acima do outro ou posicionados lado a lado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, canais de adição em estágio podem ser posicionados adjacentes aos canais de combustão no reator de microcanais de SMR, os canais de adição em estágio proporcionando o fluxo de oxigênio ou fonte de oxigênio nos canais de combustão. Uma pluralidade de reatores de microcanais de SMR pode ser posicionada em um vaso de SMR, o vaso de SMR sendo equipado com um distribuidor para circular a alimentação de SMR para os microcanais de processamento de SMR, um distribuidor para circular o primeiro produto intermediário dos microcanais de processamento de SMR, um distribuidor para circular H2 para os canais de combustão, um distribuidor para circular o oxigênio ou uma fonte de oxigênio para os canais de adição em estágio, e um distribuidor para circular a exaustão de combustão dos canais de combustão. Cada reator de microcanais de SMR pode compreender de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 microcanais de processamento de SMR, e o vaso de SMR pode compreender de 1 a aproximadamente 1000 reatores de microcanais de SMR.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode compreender uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de canais de troca de calor empilhados um acima do outro ou posicionados lado a lado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, uma pluralidade de reatores de microcanais de Fischer- Tropsch pode ser posicionada em um vaso de Fischer- Tropsch, o vaso de Fischer-Tropsch sendo equipado com um distribuidor para circular o segundo produto intermediário para os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, um distribuidor para circular o produto de Fischer-Tropsch dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, um distribuidor para circular o fluido de troca de calor para os canais de troca de calor, e um distribuidor para circular o fluido de troca de calor dos canais de troca de calor. Cada reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode compreender de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, e o vaso de Fischer-Tropsch pode compreender de 1 a aproximadamente 1000 reatores de microcanais de Fischer-Tropsch.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode compreender uma pluralidade de segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de segundos canais de troca de calor empilhados um acima do outro ou posicionados lado a lado.
Em alguma modalidade do processo inventivo, uma pluralidade de segundos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch pode ser posicionada em um segundo vaso de Fischer-Tropsch, o segundo vaso de Fischer-Tropsch sendo equipado com um distribuidor para circular o terceiro produto intermediário para os segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, um distribuidor para circular o segundo produto de Fischer-Tropsch dos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, um distribuidor para circular o fluido de troca de calor para os segundos canais de troca de calor, e um distribuidor para circular o fluido de troca de calor dos segundos canais de troca de calor. Cada segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode compreender de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 segundos microcanais de processamento de Fiseher-Tropsch, e o segundo vaso de Fischer-Tropsch pode compreender de 1 a aproximadamente 1000 segundos reatores de microcanais de Fischer- Tropsch.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os microcanais de processamento de SMR podem possuir dimensões internas de largura ou altura de até aproximadamente 10 mm.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os microcanais de processamento de SMR podem possuir comprimentos na faixa de até 10 metros.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os microcanais de processamento de SMR podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido que circula nos microcanais de processamento de SMR pode contatar elementos de superfície nos microcanais de processamento de SMR, o contato dos elementos de superfície transmitindo um fluxo turbulento para o fluido.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os canais de combustão podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os canais de combustão podem ser de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, cada canal de combustão pode possuir uma entrada de alimentação para permitir que o H2 entre no canal de combustão e pelo menos uma entrada de adição em estágio para permitir que o oxigênio ou fonte de oxigênio entre no canal de combustão, pelo menos uma entrada de adição em estágio estando a jusante da entrada de alimentação. Cada canal de combustão pode possuir um comprimento se estendendo na direção do fluxo de massa de H2 no canal de combustão, e a pelo menos uma entrada de adição em estágio pode compreender uma pluralidade de entradas de adição em estágio posicionadas ao longo de pelo menos parte do comprimento de cada canal de combustão.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os canais de adição em estágio podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os canais de adição em estágio podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem possuir dimensões internas de largura ou altura de até aproximadamente 10 mm.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem possuir comprimentos na faixa de até 10 metros.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; inconel; aço; monel; quartzo; latão; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido que circula nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode contatar elementos de superfície nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, o contato dos elementos de superfície transmitindo um fluxo turbulento para o fluido.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os canais de troca de calor podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os canais de troca de calor podem ser de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch podem possuir dimensões internas de largura ou altura de até aproximadamente 10 mm.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch podem possuir comprimentos na faixa de até 10 metros.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os segundos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; um compósito compreendendo um polímero e fibra de vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o fluido que circula nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode contatar elementos de superfície nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, o contato dos elementos de superfície transmitindo um fluxo turbulento para o fluido. Em alguma modalidade do processo inventivo, os segundos canais de troca de calor podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do processo inventivo, os segundos canais de troca de calor podem ser de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, H2 pode ser separado do primeiro produto intermediário usando adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, podem ser usados para separar gás residual rico em carbono do gás residual rico em H2.
Em alguma modalidade do processo inventivo, adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, podem ser usados para separar N2 do gás residual.
Em alguma modalidade do processo inventivo, adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, podem ser usados para separar gás residual rico H2 e para separar N2 do gás residual rico em carbono.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR pode compreender La, Pt, Fe, Ni, Ru, Rh, In, Ir, W, e/ou um óxido dos mesmos, ou um mistura de dois ou mais dos mesmos. O catalisador de SMR pode compreender adicionalmente MgO, Al2O3, SiO2, TiO2, ou uma mistura de dois ou dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de combustão pode compreender Pd, Pr, Pt, Rh, Ni, Cuf e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos. O catalisador de combustão pode compreender adicionalmente Al2O3, SiO2, MgO, ou uma mistura de dois ou dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais dentre Co, Fe, Ni, Ru, Re, Os, e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais metais do Grupo IA, IIA, IIIB ou IIB da Tabela Periódica e/ou um óxido dos mesmos, um metal lantanxdeo e/ou óxido do mesmo, um metal actinídeo e/ou óxido do mesmo, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais dentre Li, B, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, La, Ac, Ce ou Th, e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender um ou mais dentre alumina, zircônia, sílica, fluoreto de alumínio, alumina fluoretada, bentonite, céria, óxido de zinco, sílica-alumina, carboneto de silício, uma peneira molecular, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender um óxido refratário.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender uma composição representada pela fórmula:
CoM1aM2bOx
em que,
M1 é Fe, Ni, Ru, Re Os, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos;
M2 é Li, B, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y,
La, Ac, Ti, Zr, La, Ac, Ce ou Th, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos;
a é um número na faixa de zero a aproximadamente 0,5;
b é um número na faixa de zero a aproximadamente 0,5; e
χ é o número de oxigênios necessários para completar a valência requerida dos presentes elementos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender Co suportado em alumina, o carregamento de Co sendo pelo menos aproximadamente 5% em peso. 0 catalisador de Fischer- Tropsch pode compreender adicionalmente Re, Ru ou uma mistura dos mesmos.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender um metal catalitico e um suporte, o catalisador sendo feito por meio das etapas de:
(A) impregnar o suporte com uma composição compreendendo um metal catalitico para prover um produto catalitico intermediário;
(B) calcinar o produto catalitico intermediário formado na etapa (A);
(C) impregnar o produto intermediário calcinado formado na etapa (B) com outra composição compreendendo um metal catalitico para prover outro produto catalitico intermediário; e
(D) calcinar outro produto catalitico intermediário formado na etapa (C) para prover o catalisador.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR, catalisador de combustão, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch podem estar na forma de partículas sólidas.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR, catalisador de combustão, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch podem ser revestidos nas paredes internas dos canais, crescidos nas paredes internas dos canais, ou revestidos em uma estrutura de aleta.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR, catalisador de combustão, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma estrutura de suporte feita de um material que compreende uma liga compreendendo Ni, Cr e Fe, ou uma liga compreendendo Fe, Cr, Al e Y.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR, catalisador de combustão, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma estrutura de suporte possuindo uma configuração de fluxo paralelo, uma configuração de fluxo transversal ou uma configuração de serpentina.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR, catalisador de combustão, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma estrutura de suporte possuindo a configuração de uma escuma, feltro, bucha, aleta ou uma combinação de duas ou mais das mesmas.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o catalisador de SMR, catalisador de combustão, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou segundo catalisador de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma estrutura de suporte na forma de uma montagem de aletas compreendendo pelo menos uma aleta. A montagem de aletas pode compreender uma pluralidade de aletas paralelas espaçadas.
Em alguma modalidade do processo inventivo antecedente, gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo H2 e um ou mais hidrocarbonetos, o gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2, o gás residual rico em carbono sendo combinado com uma alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo antecedente, um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, o gás residual compreendendo H2, N2 e um ou mais hidrocarbonetos, o gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2, o gás residual rico em carbono compreendendo N2i o gás residual rico em carbono circulando através de um separador de nitrogênio no qual o N2 é separado do gás residual rico em carbono, o gás residual rico em carbono sendo combinado com uma alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
Em alguma modalidade do processo inventivo antecedente, um gás residual pode ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch e pelo menos parte do gás residual pode ser combinada com uma alimentação de gás natural, a pelo menos parte do gás residual sendo comprimida antes de ser combinada com a alimentação de gás natural.
Em alguma modalidade do processo inventivo, o produto de Fischer-Tropsch e/ou segundo produto de Fischer-Tropsch podem ser hidrocraqueados e um hidrocraqueador operado em série com o reator de microcanais de Fischer-Tropsch e/ou segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch.
A invenção diz respeito a um equipamento, compreendendo: uma pluralidade de reatores de microcanais de SMR posicionados em um vaso de SMR, cada reator de microcanais de SMR compreende uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR, uma pluralidade de canais de combustão e uma pluralidade de canais de adição em estágio, cada canal de combustão estando adjacente a pelo menos um canal de adição em estágio, o vaso de SMR sendo equipado com um distribuidor para circular uma alimentação de SMR para os microcanais de processamento de SMR, um distribuidor para circular um produto de SMR dos microcanais de processamento de SMR, um distribuidor para circular um combustível para os canais de combustão, um distribuidor para circular oxigênio ou uma fonte de oxigênio para os canais de adição em estágio, e um distribuidor para circular exaustão de combustão dos canais de combustão.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, cada reator de microcanais de SMR pode compreender de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 microcanais de processamento de SMR, e o vaso de SMR pode compreender de 1 a aproximadamente 1000 reatores de microcanais de SMR.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de SMR podem possuir dimensões internas de largura ou altura de até aproximadamente 10 mm.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de SMR podem possuir comprimentos na faixa de até aproximadamente 10 metros.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de SMR podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; latão; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de SMR e/ou canais de combustão podem conter elementos de superfície internos para transmitir um fluxo turbulento para o fluido que circula nos microcanais de processamento de SMR e/ou canais de combustão.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os canais de combustão podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os canais de combustão podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; cerâmicas; latão; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, cada canal de combustão pode possuir uma entrada de alimentação para permitir que o combustível entre no canal de combustão e pelo menos uma entrada de adição em estágio para permitir que oxigênio ou fonte de oxigênio entre no canal de combustão, a pelo menos uma entrada de adição em estágio estando a jusante da entrada de alimentação.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, cada canal de combustão pode possuir um comprimento se estendendo na direção do fluxo de massa do combustível no canal de combustão, e a pelo menos uma entrada de adição em estágio pode compreender uma pluralidade de entradas de adição em estágio posicionadas ao longo de pelo menos parte do comprimento de cada canal de combustão.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os canais de adição em estágio podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os canais de adição em estágio podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
A invenção diz respeito a um equipamento, compreendendo: uma pluralidade de reatores de microcanais de Fischer-Tropsch posicionados em um vaso de Fischer-Tropsch, cada reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreende uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de canais de troca de calor, o vaso de Fischer-Tropsch sendo equipado com um distribuidor para circular uma alimentação de Fischer-Tropsch para os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, um distribuidor para circular um produto de Fischer- Tropsch dos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch, um distribuidor para circular um fluido de troca de calor para os canais de troca de calor, e um distribuidor para circular o fluido de troca de calor dos canais de troca de calor. Em alguma modalidade do equipamento inventivo, cada reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode compreender de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, e o vaso de Fischer-Tropsch pode compreender de 1 a aproximadamente 1000 reatores de microcanais de Fischer-Tropsch.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem possuir dimensões internas de largura ou altura de até aproximadamente 10 mm.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem possuir comprimentos na faixa de até aproximadamente 10 metros.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel; cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; inconel; aço; monel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem conter elementos de superfície internos para transmitir um fluxo turbulento para o fluido que circula nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os canais de troca de calor podem ser microcanais.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, os canais de troca de calor podem ser feitos de um material compreendendo: alumínio; titânio; níquel;
cobre; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; aço; monel; inconel; latão; cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Em alguma modalidade do equipamento inventivo, o vaso de Fischer-Tropsch pode ser combinado com um hidrocraqueador que é adequado para operar em série com os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch no vaso de Fischer-Tropsch.
A invenção diz respeito a uma composição que pode compreender uma mistura de olefinas e parafinas de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 átomos de carbono, e em uma modalidade de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 átomos de carbono, e em uma modalidade de aproximadamente 5 a aproximadamente 20 átomos de carbono, e em uma modalidade de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 átomos de carbono. A razão molar de olefinas para parafinas pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,8, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,8.
Uma vantagem da presente invenção é que o processo pode ser conduzido com níveis relativamente baixos de emissões de tais como NOx, CO e CO2 sendo produzidos. A necessidade de alimentação de água doce para o processo pode ser eliminada ou reduzida para níveis muito baixos. A eficiência de carbono do processo do processo, isto é, a razão de carbono no produto de Fischer-Tropsch quando comparada ao carbono na alimentação de gás natural, pode ser relativamente alta.
Uma vantagem do processo inventivo é que parte do H2 pode ser separada do primeiro produto intermediário ou produto de gás de síntese produzido no reator de microcanais de SMR e reciclado de volta para os canais de combustão no reator de microcanais de SMR como um combustível rico em H2. Mediante a criação de um combustível rico em H2 com pouco ou nenhum ingrediente contendo carbono, a água da exaustão de combustão pode ser capturada economicamente como alimentação de água para o processo, desse modo, eliminando ou reduzindo dramaticamente a necessidade por alimentação de água doce. Mediante o uso de combustível rico em H2, o processo pode ser operado com níveis reduzidos de emissões de CO e CO2.
Uma vantagem do processo inventivo é que o mesmo pode ser caracterizado por prover um nível relativamente elevado de utilização de carbono. Os aspectos seguintes do processo inventivo podem contribuir para prover um nível elevado de utilização de carbono: (a) uso de um reator de microcanais de SMR que inclui combustão integrada; (b) uso de um ou mais reatores de microcanais de Fischer-Tropsch que produzem vapor para uso em outra parte no processo; (c) reciclo de H2 separado do gás de síntese produzido no reator de microcanais de SMR como um combustível rico em H2 para os canais de combustão do reator de microcanais de SMR; (d) reciclo do gás residual do reator de microcanais de Fischer-Tropsch para a alimentação do reator de microcanais de SMR; (e) separação de H2 e/ou N2 do gás residual formado no reator de microcanais de Fischer- Tropsch; e/ou (f) reciclo de vapor dos canais de troca de calor do reator de microcanais de Fischer-Tropsch para o reator de microcanais de SMR. Uma ou mais destas vantagens em várias combinações podem ser usadas para alcançar uma utilização de carbono maior que 75% em um processo para converter gás natural em hidrocarbonetos líquidos por meio de reforma a vapor em microcanais e processamento de Fischer-Tropsch em microcanais.
Uma vantagem do processo inventivo é que com o mesmo pode ser possível evitar custos de produção mais elevados bem como prover uma operação relativamente segura pelo uso de correntes de processo que empregam o uso de ar com fonte de oxigênio, quando comparado com os processos da técnica anterior que usam oxigênio puro ou ar enriquecido com oxigênio. Uma outra vantagem é que o excesso de H2 separado do primeiro produto intermediário pode ser utilizado e/ou purificado, como requerido, para suprir necessidade de H2 para aumentar o produto, tal como hidrotratamento ou hidrocraqueamento, ou para purificação de matéria- prima, tal como hidrodessulfurização.
Breve Descrição dos Desenhos
Nos desenhos anexos como partes e características possuem referencias relacionadas. Vários dos desenhos são ilustrações esquemáticas que podem não ser necessariamente desenhados em escala.
A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um microcanal que pode ser usado com o processo e o equipamento inventivos.
A Figura 2 é um fluxograma ilustrando o processo inventivo em uma forma particular, o processo compreende a conversão de gás natural em um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados usando reforma a vapor de metano (SMR) em um reator de microcanais de SMR em combinação com Fischer-Tropsch (FT) com processamento em dois reatores de microcanais de Fischer-Tropsch operados em seqüência. Um pré- reformador posicionado a montante do reator de microcanais de SMR é usado neste processo.
A Figura 3 é um fluxograma de um processo similar ao processo mostrado na Figura 2. O processo ilustrado na Figura 3 inclui a adição de um saturador e recirculação de água de processo dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch para o saturador. A alimentação de gás natural é combinada com a água de processo recirculada no saturador. Esta modalidade do processo pode prover a vantagem de eliminar a etapa de tratamento de água de processo produzida nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch para remover orgânicos dissolvidos.
A Figura 4 é um fluxograma de um processo similar ao processo mostrado na Figura 3. O processo ilustrado na Figura 4 inclui a reciclagem do gás residual do segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch para o saturador. Nesta modalidade, a utilização de carbono pode ser intensificada.
A Figura 5 é um fluxograma de um processo similar mostrado na Figura 4. O processo ilustrado na Figura 5 provê um reformador sendo integrado com o reator de microcanais de SMR. Esta modalidade pode prover a vantagem de melhorar a eficiência térmica e a redução no custo de capital como um resultado da eliminação de um pré-reformador de separação.
A Figura 6 é um fluxograma de um processo similar ao processo mostrado na Figura 5 com a exceção de que o processo ilustrado na Figura 6 provê a eliminação de um pré-reformador de separação. Este processo pode prover a vantagem de intensificar a eficiência térmica, simplificando o sistema e reduzindo custo de capital. A pré-reforma da alimentação de SMR pode ser conduzida nos microcanais de processamento de SMR onde a alimentação de SMR pode ser processada em uma primeira temperatura em uma primeira parte dos microcanais de processamento e, a seguir, em uma segunda temperatura mais elevada em uma segunda parte dos microcanais de processamento de SMR, a segunda parte estando a jusante da primeira parte.
A Figura 7 é um fluxograma de um processo similar ao processo mostrado na Figura 6. O processo ilustrado na Figura 7 inclui a divisão da exaustão de combustão em um líquido e um vapor. O líquido pode compreender água. Esta modalidade prover a vantagem de reduzir ou eliminar a necessidade de alimentação de água doce para o processo.
A Figura 8 é um fluxograma de um processo similar ao processo mostrado na Figura 6. O processo ilustrado na Figura 8 inclui a divisão do gás residual em um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2. Esta modalidade pode prover a vantagem de operar o processo com emissões muito baixas de CO e CO2.
A Figura 9 é um fluxograma ilustrando um processo similar ao processo mostrado na Figura 6. O processo ilustrado na Figura 9 inclui a separação de N2 do gás residual. Esta modalidade pode prover a vantagem de operar o processo com emissões ultra baixas de NOx.
A Figura 10 é um fluxograma que mostra o escoamento de fluidos para o reator de microcanais de SMR. Um trocador de calor de cinco correntes é provido o qual é usado para trocar calor entre a alimentação de SMR e o primeiro produto intermediário, e entre o H2 ou oxigênio ou fonte de oxigênio da mistura reacional de combustão e a exaustão de combustão. Na Figura 10, a alimentação de SMR é identificada como uma mistura de gás natural, reciclo de Fischer-Tropsch (FT) e vapor. O primeiro produto intermediário é identificado na Figura como o produto de gás de síntese. A fonte de oxigênio identificada na Figura 10 é ar.
A Figura 11 é um fluxograma que é similar ao fluxograma provido na Figura 10 com a exceção de que o fluxograma ilustrado na Figura 11 mostra um pré- reformador integrado com o reator de microcanais de SMR. O pré-reformador é identificado na Figura 11 como "Pré-Ref.".
As Figuras 12 e 13 são ilustrações esquemáticas de um vaso de SMR usado para alojar uma pluralidade de reatores de microcanais de SMR. Nas Figuras 12 e 13, são mostrados cinco reatores de microcanais de SMR.
A Figura 14 é um fluxograma mostrando o escoamento de fluidos e controles para tais fluxos de fluido, dentro e fora de um vaso de SMR similar ao vaso de SMR mostrado nas Figuras 12 e 13. 0 vaso de SMR mostrado na Figura 14 inclui nove reatores de microcanais de SMR.
As Figuras 15-19 são ilustrações esquemáticas de unidades de repetição de microcanais que podem ser usadas no reator de microcanais de SMR. Cada uma destas unidades de repetição compreende um canal de combustão e um ou mais microcanais de processamento de SMR. Os canais de combustão ilustrados nas Figuras 15-19 incluem canais de adição em estágio para circular o oxigênio ou fonte de oxigênio nos canais de combustão. A Figura 15 ilustra um microcanal de processamento de SMR invertido no formato de U adjacente a um canal de combustão no formato de Μ. A Figura 16 ilustra um único microcanal de processamento de SMR adjacente a um canal de combustão no formato de Μ. A Figura 17 ilustra dois microcanais de processamento de SMR e um canal de combustão no formato de M, um dos microcanais de processamento de SMR estando adjacente ao canal de combustão no formato de M e o outro microcanal de processamento de SMR estando adjacente ao microcanal de processamento de SMR mencionado primeiramente, ambos os microcanais de processamento de SMR estando em contato térmico com o canal de combustão. A Figura 18 ilustra um canal de combustão único, um canal de adição em estágio posicionado em um lado do canal de combustão e um canal de processamento de SMR posicionado no outro lado do canal de combustão. A Figura 19 ilustra uma unidade de repetição que é similar a unidade de repetição ilustrada na Figura 18 com a exceção de que o microcanal de processamento de SMR na unidade de repetição ilustrada na Figura 19 na forma de um microcanal invertido no formato de U. Nas Figuras 15-19 os canais são ilustrados como sendo espaçados uns dos outros para o propósito de esclarecimento, entretanto, na prática real os canais devem estar empilhados na parte superior de cada um ou posicionados lado a lado com nenhum espaçamento entre os canais. Os canais podem dividir paredes comuns nas interfaces de canal.
A Figura 20 é uma ilustração esquemática de um vaso de Fischer-Tropsch que pode ser usado para alojar uma pluralidade de reatores de microcanais de Fischer- Tropsch usados com o processo inventivo.
A Figura 21 é uma vista de elevação lateral de uma seção cruzada do vaso de Fischer-Tropsch ilustrado na Figura 20.
A Figura 22 é uma vista secional cruzada do vaso de Fischer-Tropsch ilustrado na Figura 21.
A Figura 23 é um fluxograma que mostra o escoamento de fluidos de processo para o, e a partir do, primeiro reator de microcanais de Fischer-Tropsch e o segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch. As montagens de reator de FT ilustradas na Figura 23 são identificadas nos fluxogramas ilustrados nas Figuras 2- 9 como FT#1 e FT#2.
As Figuras 24-27 são ilustrações esquemáticas de unidades de repetição que podem ser usadas em reatores de microcanais de Fischer-Tropsch. Cada uma das unidades de repetição ilustradas nas Figuras 24-27 inclui um microcanal de processamento de Fischer- Tropsch que contém um catalisador o qual está na forma de um leito de sólidos particulados, e canais de troca de calor adjacentes. Os leitos de catalisador podem ser referidos como zonas de reação. 0 fluido de troca de calor que circula nos canais de troca de calor ilustrados na Figura 24 circula em uma direção que é de corrente cruzada em relação ao escoamento de fluidos de processo no microcanal de processamento de Fischer- Tropsch. O fluido de troca de calor que circula no canal de troca de calor ilustrado na Figura 25 pode circular em uma direção que é co-corrente ou contracorrente ao escoamento de fluido de processo no microcanal de processamento de Fischer-Tropsch. Os canais de troca de calor ilustrados nas Figuras 26 e 27 proporcionam um fluxo de fluido de troca de calor em uma direção que é de corrente cruzada com relação ao fluxo de fluido de processo nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch. Os canais de troca de calor ilustrados nas Figuras 26 e 27 proporcionam zonas de troca de calor que cobrem apenas parte do comprimento das zonas de reação nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch. Perfis de troca de calor adaptados podem ser providos com cada uma destas modalidades mediante o controle do número de canais de troca de calor em contato térmico com diferentes seções dos microcanais de processamento e/ou mediante o controle da taxa de fluxo de fluido de troca de calor nos canais de troca de calor. Com estes perfis de troca de calor adaptados mais resfriamento pode ser provido em algumas partes dos microcanais de processamento quando comparado com outras partes dos microcanais de processamento. Por exemplo, mais resfriamento pode ser provido em, ou próximo as, entradas das zonas de reação quando comparado as partes a jusante das zonas de reação. O perfil de troca de calor pode ser adaptado para controlar a taxa de fluxo de fluido de troca de calor nos canais de troca de calor. Por exemplo, uma taxa relativamente alta de fluxo de fluido de troca de calor nos canais de troca de calor em contato térmico com as entradas para as zonas de reação pode ser usada em combinação com taxas relativamente baixas de fluxo de fluido de troca de calor nos canais de troca de calor em contato térmico com seções a jusante das zonas de reação.
As Figuras 28 e 29 são ilustrações esquemáticas de separadores de microcanais que podem ser usados para separar H2 e/ou N2 dos fluidos de processo usados no processo inventivo. As técnicas de separação que podem ser usadas em separadores de microcanais ilustrados nas Figuras 28 e 2 9 podem incluir técnicas de adsorção com alternância de temperatura (TSA) ou adsorção com alternância de pressão (PSA).
As Figuras 3 0-35 são ilustrações esquemáticas de catalisadores ou suportes de catalisadores que podem ser usados nos microcanais de processamento de SMR, canais de combustão, microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, e/ou segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch. As Figuras 3 0-35 são também ilustrativas de materiais de sorção ou suportes para tais materiais de sorção que podem ser usados nos separadores de microcanais ilustrados nas Figuras 28 e 29. O catalisador ou material de sorção ilustrado na Figura 3 0 está na forma de um leito de sólidos particulados. O catalisador ou material de sorção ilustrado na Figura 31 possui um modelo em de fluxo paralelo. 0 catalisador ou material de sorção ilustrado na Figura 32 é uma estrutura de fluxo transversal. As Figuras 33-35 são ilustrações esquemáticas de montagens de aletas que podem ser usadas para suportar o catalisador ou materiais de sorção.
As Figuras 36-38 ilustram um trocador de calor de microcanais de multi-correntes que podem ser usados com o reator de microcanais de microcanais de SMR usado no processo inventivo.
A Figura 3 9 é um gráfico que mostra uma razão mais elevada de olefina para parafina para produtos de Fischer-Tropsch produzidos em um reator de microcanais de Fischer-Tropsch de acordo com o processo inventivo quando comparado a um produto de Fischer-Tropsch produzido usando processamento convencional.
As Figuras 40 e 41 são ilustrações esquemáticas de elementos de superfície que podem ser usados nos canais empregados no reator de microcanais de SMR e reatores de microcanais de Fischer-Tropsch usados no processo inventivo.
Descrição Detalhada
O termo "microcanal" pode se referir a um canal possuindo pelo menos uma dimensão interna de altura ou largura de até aproximadamente 10 milímetros (mm), e em uma modalidade até aproximadamente 1 mm. 0 microcanal pode compreender pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída em que a pelo menos uma entrada é distinta da pelo menos uma saída. 0 microcanal pode não ser um simplesmente orifício. 0 microcanal pode não ser simplesmente um canal através de um zeólito ou um material mesoporoso. Um exemplo de um microcanal que pode ser usado com o processo descrito como um microcanal de processamento, microcanal de combustão, microcanal de adição em estágio, e/ou um microcanal de troca de calor está ilustrado na Figura 1. Com referência a Figura 1, o microcanal 100 possui uma altura (h) , largura (w) e comprimento (1) . O fluido pode circular através do microcanal na direção indicada pelas setas 102 e 104. Tanto a altura (h) quanto a largura (w) são perpendiculares a direção do fluxo de massa do fluido através do microcanal que está indicado pelas setas 102 e 104 na Figura 1. O comprimento (1) pode ser pelo menos aproximadamente duas vezes a altura (h) ou largura (w) , e em uma modalidade pelo menos aproximadamente cinco vezes a altura (h) ou largura (w) , e em uma modalidade pelo menos dez vezes a altura (h) ou largura (w) . A altura (h) ou largura (w) do microcanal pode estar na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 10 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 1,5 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 1 mm, e uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,75 mm, e em uma modalidade de 0,05 a aproximadamente 0,5 mm. A outra dimensão de altura (h) ou largura (w) pode ser qualquer dimensão, por exemplo, de até aproximadamente 3 metros, e uma modalidade de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 3 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3 metros. O comprimento (1) do microcanal pode ser de qualquer dimensão, por exemplo, de até aproximadamente 10 metros, e em uma modalidade de 0,1 a aproximadamente 10 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 10 metros, e em uma modalidade de 0,2 a aproximadamente 6 metros, e em uma modalidade de 0,2 a aproximadamente 3 metros. Embora o microcanal ilustrado na Figura 1 possua uma seção cruzada que é retangular, deve ser entendido que o microcanal pode possuir uma seção cruzada possuindo qualquer forma, por exemplo, um quadrado, circulo, semicírculo, trapezóide, etc. A forma e/ou tamanho da seção cruzada do microcanal pode variar com seu comprimento. Por exemplo, o comprimento ou largura pode afilar a partir de uma dimensão relativamente grande para uma dimensão relativamente pequena, ou vice versa, sobre o comprimento do microcanal.
O termo "reator de microcanal" pode se referir a um equipamento que compreende uma pluralidade de microcanais de processamento em que um processo pode ser conduzido. O processo pode ser um processo de reação de SMR ou um processo de reação de Fischer- Tropsch. Os microcanais de processamento podem ser operados com fluxo paralelo. O reator de microcanais pode incluir uma montagem de distribuidor ou coletor superior (header) para proporcionar um fluxo de fluido dentro dos microcanais de processamento, e uma montagem de distribuidor ou coletor inferior (footer) para proporcionar um fluxo de fluido fora dos microcanais de processamento. O reator de microcanais pode compreender um ou mais canais de troca de calor adjacentes aos, e/ou em contato térmico com os, microcanais de processamento. Os canais de troca de calor proporcionam calor e/ou resfriamento para os fluidos nos microcanais de processamento. Os canais de troca de calor podem ser canais de combustão. Os canais de troca de calor e/ou canais de combustão podem ser microcanais.
O termo "Microcanal de processamento" pode se referir a um microcanal em que um processo é conduzido. O processo pode estar relacionado a condução de uma reação de reforma a vapor de metano (SMR) ou uma reação de Fischer-Tropsch (FT).
O termo "volume" com respeito ao volume dentro de um microcanal de processamento pode incluir todo volume no microcanal de processamento que um fluido de processo pode circular transversalmente ou paralelamente. Este volume pode incluir o volume dentro de elementos de superfície que podem estar posicionados no microcanal de processamento e adaptados para o fluxo de fluido de uma maneira transversal ou de uma maneira paralela. O termo "adjacente" quando se refere a posição de um canal relativa a posição de um outro canal pode significar diretamente adjacente tal como uma parede ou paredes separadas de dois canais. Em uma modalidade, os dois canais podem possuir uma parede comum. A parede comum pode variar em espessura. Entretanto, canais "adjacentes" não podem ser separados por um canal mediador que pode interferir na transferência de calor entre os canais. Um canal pode estar adjacente e um outro canal sobre apenas parte da dimensão de um outro canal. Por exemplo, um microcanal de processamento pode ser mais longo que, ou se estender além de, um ou mais canais de troca de calor.
O termo "contato térmico" pode se referir a dois corpos, por exemplo, dois canais, que podem ou não estar em contato físico com cada outro ou adjacente a cada outro mas ainda troca calor com cada outro. Um corpo em contato térmico com um outro corpo pode aquecer ou resfriar o outro corpo.
O termo "fluido" pode se referir a um gás, um líquido, uma mistura de um gás e um líquido, ou um gás ou um líquido contendo sólidos dispersos, gotículas de líquido e/ou bolhas gasosas. As gotículas e/ou bolhas podem ser formadas de forma regular ou de forma irregular e pode ser de tamanhos similares ou diferentes.
O termo "gás" e "vapor" podem possuir o mesmo significado e são, as vezes, usados de forma intercambiável.
O termo "tempo de residência" ou "tempo médio de residência" pode se referir ao volume interno de um espaço dentro de um canal ocupado por um fluido que circula no espaço dividido pela taxa volumétrica de fluxo média para o fluido que circula no espaço na temperatura e pressão que são usadas.
O termo "montante" e "jusante" pode se referir a posições dentro de um canal (por exemplo, um microcanal de processamento) ou em um fluxograma de processo que estão relacionadas com a direção de fluxo de um fluido no canal ou fluxograma de processo. Por exemplo, uma posição dentro de um canal ou fluxograma de processo, não ainda alcançada por uma porção de uma corrente de fluido em direção àquela posição que estaria à jusante daquela porção de corrente de fluido. A posição dentro do canal ou fluxograma de processo já passada por uma porção de uma corrente de fluido que circula para longe daquela posição estaria a montante da porção de corrente de fluido. O termo "montante" e "jusante" não se referem necessariamente a uma posição vertical uma vez que os canais usados aqui podem ser orientados de forma horizontal, de forma vertical ou em um ângulo inclinado.
O termo "calço" pode se referir a uma placa ou chapa plana ou substancialmente plana. A espessura do calço pode ser de dimensão menor que o calço e pode ser de até aproximadamente 4 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 1 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,5 mm. O calço pode possuir qualquer comprimento ou largura.
O termo "elemento de superfície" pode se referir a uma depressão em uma parede de canal e/ou uma projeção de uma parede de canal que desorganiza o fluxo dentro do canal. Exemplos de modelos de elemento de superfície que podem ser usados são ilustrados nas Figuras 45 e 46. Os elementos de superfície podem ser na forma de círculos, esferas, troncos de cone, quadrilongos, quadrados, retângulos, retângulos angulados, fendas, juntas em T, palhetas, plano aerodinâmico, formas onduladas e semelhantes, e combinações de dois ou mais dos mesmos. Os elementos de superfície podem conter subelementos onde as paredes principais dos elementos de superfície contêm adicionalmente elementos de superfície menores que podem ter a forma de entalhes, ondas, recortes dentados, orifícios, rebarbas, fendas, conchas e semelhantes. Os elementos de superfície podem possuir uma profundidade, uma largura, e para elementos de superfície não-circulares, um comprimento. Os elementos de superfície podem ser formados nas, ou em uma ou mais das, paredes internas dos microcanais de processamento, canais de troca de calor e/ou canais de combustão usados de acordo com o processo descrito. Os elementos de superfície podem ser referidos como elementos de superfície passiva ou elementos de mistura passiva. Os elementos de superfície podem ser usados para desorganizar o fluxo (Por exemplo, linhas aerodinâmicas de fluxo laminar desorganizado) e criar fluxo advectivo angular na direção do fluxo de massa.
o termo "canal de troca de troca de calor" pode se referir a um canal que possui um fluido de troca de calor no mesmo que provê calor e/ou absorve calor. 0 canal de troca de calor pode absorver calor de um, ou prover calor para um, canal adjacente (por exemplo, microcanal de processamento) e/ou um ou mais canais em contato térmico com o canal de troca de calor. 0 canal de troca de calor pode absorver calor dos, ou prover calor para os, canais que são adjacentes uns aos outros mas não são adjacentes ao canal de troca de calor. Em uma modalidade, um, dois, três ou mais canais podem ser adjacentes uns aos outros e posicionados entre dois canais de troca de calor.
O termo "parede de transferência de calor" pode se referir a uma parede comum entre um microcanal de processamento e um canal de troca de calor adjacente onde o calor é transferido de um canal para o outro através da parede comum.
O termo "fluido de troca de calor" pode se referir a um fluido que pode emitir calor e/ou absorver calor.
O termo "direção do fluxo de massa" pode se referir ao vetor através do qual fluido pode percorrer em um trajeto aberto em um canal.
O termo "região de fluxo de massa" pode se referir a áreas abertas dentro de um microcanal. Uma região de fluxo de massa contíguo pode permitir fluxo rápido de fluido através de um microcanal sem quedas significantes de pressão. Em uma modalidade, o fluxo na região de fluxo de massa pode ser laminar. Uma região de fluxo de massa pode compreender pelo menos aproximadamente 5% de volume interno e/ou área secional cruzada de um microcanal, e em uma modalidade de aproximadamente 5% a aproximadamente 100%, e em uma modalidade de aproximadamente 5% a aproximadamente 99%, e em uma modalidade aproximadamente 5% a aproximadamente 95%, e em uma modalidade de aproximadamente 5% a aproximadamente 90%, em uma modalidade de aproximadamente 3 0% a aproximadamente 80% do volume interno e/ou área secional cruzada do microcanal.
O termo "canal aberto" ou "canal de fluxo paralelo" ou "trajeto aberto" pode se referir a um canal (por exemplo, um microcanal) com uma lacuna de pelo menos aproximadamente 0,01 mm que se estende em todo o caminho através do canal tal que o fluido possa circular através do canal sem encontrar uma barreira para o fluxo. A lacuna pode se estender até aproximadamente 10 mm.
O termo "área secional cruzada" de um canal (por exemplo, microcanal) pode se referir a uma área medida perpendicular a direção do fluxo de massa de fluido no canal e pode incluir todas as áreas dentro do canal que incluem alguns elementos de superfície que podem estar presentes, mas não incluem paredes de canal. Para canais que se curvam ao longo de seus comprimentos, a área secional cruzada pode ser medida perpendicular a direção de fluxo de massa em um ponto selecionado ao longo de uma linha que é paralela ao comprimento e está no centro (por área) do canal. Dimensões de altura e largura podem ser medidas de uma parede de canal à parede de canal oposta. Estas dimensões não podem ser alteradas pela aplicação de um revestimento à superfície da parede. Estas dimensões podem ser valores médios que são calculados por variações causadas pelos elementos de superfície, rugosidade de superfície, e semelhantes.
O termo "área secional cruzada aberta" de um canal (por exemplo, microcanal de processamento) pode se referir a uma área aberta para fluxo de fluido de massa em um canal medido perpendicular a direção de fluxo de massa do fluxo de fluido no canal. A área secional cruzada aberta pode não incluir obstruções internas, tais como, elementos de superfície e semelhantes que possam estar presentes.
O termo "velocidade superficial" para a velocidade de um fluido que circula em um canal pode se referir à velocidade resultante da divisão da taxa volumétrica de fluxo do fluido na temperatura de entrada e pressão do canal dividida pela área secional cruzada do canal.
O termo "velocidade de corrente livre" pode se referir a velocidade da corrente que circula em um canal a uma distância suficiente da parede lateral do canal tal que a velocidade esteja em um valor máximo. A velocidade de uma corrente que circula em um canal é zero Ana parede lateral se nenhuma condição de contorno de deslizamento é aplicável, mas aumenta quando a distância da parede lateral aumenta até que um valor constante é alcançado. Este valor constante é a "velocidade de corrente livre".
O termo "fluido de processo" pode ser usado aqui para se referir a reagentes, produtos e qualquer diluente ou outro fluido que possa circular em um microcanal de processamento.
O termo "zona de reação" pode se referir ao espaço dentro de um microcanal em que a reação química ocorre ou em que uma conversão química de pelo menos uma espécie ocorre. A zona de reação pode conter um ou mais catalisadores.
O termo "rendimento" pode se referir ao número de moles de produto que sai de um reator de microcanais dividido pelo número de moles de um reagente que entra no reator de microcanais..
O termo "ciclo" pode se referir a uma passagem única de reagentes através de um reator de microcanais.
O termo "catalisador classificado" pode se referir a um catalisador com um ou mais gradientes de atividade catalítica. O catalisador classificado pode possuir uma concentração variável ou área superficial de um metal ativo cataliticamente. 0 catalisador classificado pode possuir uma taxa de circulação variável de locais cataliticamente ativos. 0 catalisador classificado pode possuir propriedades físicas e/ou uma forma que varia como uma função da distância. Por exemplo, o catalisador classificado pode possuir uma concentração de metal ativo que é relativamente baixa na entrada de um microcanal de processamento e aumenta para uma concentração maior próximo a saída do microcanal de processamento, ou vice versa; ou uma concentração menor de metal ativo cataliticamente mais próximo do centro (por exemplo, no ponto central) de um microcanal de processamento e uma concentração maior mais próximo de uma parede de microcanal de processamento, ou vice versa, etc. A condutividade térmica de um catalisador classificado pode variar de um lugar para outro dentro de um microcanal de processamento. A área superficial de um catalisador classificado pode ser variada mediante a variação de tamanho de locais de metais ativos cataliticamente em um suporte de área superficial constante, ou mediante a variação da área superficial do suporte, tal como, mediante a variação do tipo de suporte ou tamanho de partícula. 0 catalisador classificado pode possuir um suporte poroso onde a área superficial para a razão de volume do suporte é maior ou menor em partes diferentes do microcanal de processamento seguido pela aplicação do mesmo revestimento de catalisador em outro lugar. Uma combinação de duas ou mais das modalidades precedentes podem ser usadas. O catalisador classificado pode possuir um componente catalítico único ou componentes cataliticos múltiplos (por exemplo, um catalisador bimetálico ou trimetálico). O catalisador classificado pode variar suas propriedades e/ou composição gradualmente como uma função da distância de um lugar para outro dentro de um microcanal de processamento. O catalisador classificado pode compreender partículas com bordos que possuem distribuições tipo "casca de ovo" de metal ativo cataliticamente dentro de cada partícula. O catalisador classificado pode mudar gradativãmente na direção axial ao longo do comprimento de um microcanal de processamento ou na direção lateral. O catalisador classificado pode possuir composições diferentes de catalisador, carregamentos diferentes e/ou números de locais cataliticos ativos que podem variar de uma posição para outra posição dentro de um microcanal de processamento. O número de locais cataliticamente ativos pode ser mudado mediante a alteração da porosidade da estrutura do catalisador. Isto pode ser realizado usando um processo washcoating que deposita quantidades variáveis de material catalítico. Um exemplo pode ser o uso de diferentes espessuras de catalisadores porosos ao longo do comprimento do microcanal de processamento, desse modo, uma estrutura porosa mais espessa pode ser deixada onde mais atividade é requerida. A mudança da porosidade para uma espessura de catalisador poroso fixa ou variável pode também ser usada. Um primeiro tamanho de poro pode ser usado adjacente a uma área aberta ou abertura para fluxo e pelo menos um segundo tamanho de poro pode ser usado adjacente a parede de microcanais de processamento.
O termo "crescimento de cadeia" pode se referir ao crescimento de uma molécula que resulta de uma reação na qual a molécula cresce com a adição de novas estruturas moleculares (por exemplo, a adição de grupos de metileno para uma cadeia de hidrocarboneto em uma síntese de Fischer-Tropsch).
O termo "hidrocarboneto" pode se referir simplesmente aos compostos de hidrocarbonetos, isto é, compostos alifáticos, (por exemplo, alcano, alqueno ou alquino), compostos alieiclicos (por exemplo, cicloalcano, cicloalquileno) , compostos aromáticos, compostos aromáticos substituídos com alicíclicos e alifáticos, compostos alifáticos substituídos com aromáticos, compostos alicíclicos substituídos com aromáticos, e semelhantes. Exemplos podem incluir metano, etano, propano, ciclohexano, etil ciclohexano, tolueno, etil benzeno, etc. O termo "hidrocarboneto" pode se referir aos compostos de hidrocarbonetos substituídos; isto é, compostos de hidrocarboneto contendo substituintes sem hidrocarboneto. Exemplos de substituintes sem hidrocarboneto podem incluir hidroxila, acila, nitro, etc. 0 termo "hidrocarboneto" pode se referir aos compostos de hidrocarbonetos hetero substituídos; isto é, compostos de hidrocarboneto que contém átomos diferentes do átomo de carbono em uma cadeia ou anel, por outro lado, contendo átomos de carbono. Os heteroátomos podem incluir, por exemplo, nitrogênio, oxigênio, enxofre e semelhantes.
O termo "hidrocarboneto com peso molecular mais elevado" pode se referir a um hidrocarboneto possuindo 2 ou mais átomos de carbono, e em uma modalidade 3 ou mais átomos de carbono, e em uma modalidade 4 ou mais átomos de carbono, e em uma modalidade 5 ou mais átomos de carbono. Os hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados podem possuir até aproximadamente 100 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 90 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 80 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 70 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 60 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 50 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 40 átomos de carbono, e em uma modalidade até aproximadamente 3 0 átomos de carbono. Os hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados podem ser hidrocarbonetos alifáticos. Exemplos podem incluir etano, propano, butano, pentano, hexano, octano, decano, dodecano, e semelhantes. O termo "reforma a vapor de metano" ou "SMR" pode se referir a reação:
H2O + CH4 CO + 3 H2 Esta Reação é endotérmica e pode ser conduzida na presença de um catalisador de SMR. A mistura de produto de CO + H2 pode ser referida como gás de síntese ou syngas. 0 calor requerido para efetuar esta reação pode ser provido por reações de combustão de uma mistura de um combustível (por exemplo, H2) e oxigênio ou fonte de oxigênio (por exemplo, ar ou ar enriquecido com oxigênio) . A reação de combustão é exotérmica e pode ser conduzida na presença de um catalisador de combustão.
O termo "Fischer-Tropsch" ou "FT" pode se referir a uma reação química representada pela equação abaixo: η CO + 2n H2 (CH2)n + η H2O Esta reação é uma reação exotérmica que pode ser conduzida na presença de um catalisador de Fischer- Tropsch.
O termo "carregamento de Co" pode se referir ao peso de Co em um catalisador dividido pelo peso total do catalisador, isto é, o peso total de Co mais qualquer co-catalisador ou promotor bem como qualquer suporte. Se o catalisador for suportado em uma estrutura de suporte projetada tal como uma escuma, feltro, bucha ou aleta, o peso de tal estrutura de suporte projetada pode não ser incluído nos cálculos. Similarmente, se o catalisador for aderido a uma parede de canal, o peso da parede de canal pode não ser incluído no cálculo.
O termo "utilização de carbono' pode se referir a porcentagem de carbono no produto de Fischer-Tropsch produzido pelo processo inventivo quando comparado a, ou com base na, quantidade de carbono na alimentação de gás natural usada no processo. A utilização de carbono não inclui a importação de oxigênio para o processo ou exportação de eletricidade do processo.
O termo "Fischer-Tropsch" ou "FT" pode se referir a um produto de hidrocarboneto feito por um processo de Fischer-Tropsch que possui um ponto de ebulição a, ou acima de, 30°C a pressão atmosférica.
O termo "gás residual" pode se referir a um produto gasoso feito por um processo de Fischer-Tropsch que possui um ponto de ebulição abaixo de 30°C a pressão atmosférica.
O termo "mm" pode se referir a milímetro. O termo "nm" pode se referir a nanômetro. O termo "ms" pode se referir a milissegundos. O termo "μβ" pode se referir a microssegundo. O termo "μm" pode se referir a mícron ou micrometro. Os termos "micron" e "micrometro" possuem o mesmo significado e podem ser usados de forma intercambiável.
A menos que indicado de outro modo, todas as pressões são expressas em termos de pressão absoluta.
O processo inventivo será descrito agora com relação aos desenhos. Com referência a Figura 2, o processo pode ser conduzido usando o pré-reformador 120, o reator de microcanais de SMR 13 0, o separador de H2 140, o reator de microcanais de Fischer-Tropsch (FT) 150, o compressor 160, segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170, e separadores 157 e 177. Embora as modalidades ilustradas descrevam o uso de dois reatores de microcanais de Fischer-Tropsch usados em seqüência, deve se observado que um reator de microcanais de Fischer-Tropsch único pode ser usado, ou três ou mais reatores de microcanais de Fischer-Tropsch podem ser usados em seqüência, por exemplo, três, quatro, cinco, seis, etc., reatores de microcanais de Fischer-Tropsch podem ser usados em seqüência. Desse modo, por exemplo, um ou mais, e em uma ou mais modalidades de um a aproximadamente dez, e em uma ou mais modalidades de um a aproximadamente sete, e em uma ou mais modalidades de um a aproximadamente cinco, e em uma ou mais modalidades de um a aproximadamente três, reatores de microcanais de Fischer-Tropsch podem ser usados em seqüência com os reatores de microcanais de Fischer- Tropsch 150 e 170.
0 gás natural pode conter hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados (por exemplo, etano e maior) o qual se incluído na alimentação de SMR pode tender a formar depósitos de carbono no reator de microcanais de SMR. 0 pré-reformador 120 pode ser usado para reduzir o nível de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR pela conversão de pelo menos alguns destes hidrocarbonetos em metano. Existe menos tendência para formar depósitos de carbono com metano. Se hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados não estão na alimentação de gás natural, o uso de pré-reformação pode ser evitado.
O pré-reformador 120 pode ser um reformador convencional ou um reformador de microcanais. O reformador convencional pode estar na forma de um reator de leito fixo que emprega um catalisador de SMR, tal como, um catalisador de SMR de níquel. O pré- reformador de microcanais 120 pode ser o mesmo ou similar ao reator de microcanais de SMR 130 com a exceção de que o pré-reformador de microcanais 120 pode ser operado em temperaturas mais baixas que o reator de microcanais de SMR 130 para evitar a formação depósitos de carbono/coque nos microcanais de processamento. Por exemplo, o pré-reformador 120 pode ser operado em uma temperatura na faixa de aproximadamente 400 a aproximadamente 600°C, enquanto que o reator de microcanais de SMR pode ser operado nestas temperaturas ou em temperaturas mais elevadas como indicado abaixo. No pré-reformador 120 a concentração de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, isto é, hidrocarbonetos com dois ou mais átomos de carbono, pode ser reduzida pela conversão destes hidrocarbonetos em metano. A porcentagem de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados convertida em metano no pré- ref ormador 120 pode estar na faixa de aproximadamente 100% em volume de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 98 a aproximadamente 99% em volume. A pressão de operação dentro do pré-reformador 120 pode estar na faixa de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 15 a 20 atmosferas. O pré-reformador 120 pode ser aquecido usando canais de combustão similares a aqueles usados no reator de microcanais de SMR 130. Ar e combustível entram no pré-reformador 120 como indicado pelas linhas 123 e 124, contatam um catalisador de combustão, passam por uma reação de combustão, e geram calor e exaustão. A exaustão sai do pré-reformador 120 como indicado pela linha 125. Os canais de combustão podem ser microcanais. O combustível pode ser um combustível rico em H2 tomado do separador 140, gás residual separado no separador 117, gás natural, ou dois ou mais dos mesmos.
O reator de microcanais de SMR 130 pode compreender uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR, uma pluralidade de canais de combustão, e uma pluralidade de canais de adição em estágio. O reator de microcanais de SMR 130 pode conter qualquer número desejado de microcanais de processamento de SMR, canais de combustão e canais de adição em estágio, por exemplo, de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 de cada, e em uma modalidade de aproximadamente 1000 a aproximadamente 10.000 de cada. Os microcanais de processamento de SMR podem conter um ou mais catalisadores de SMR. Os microcanais de processamento de SMR posem ser na forma de um U ou U invertido (vide Figuras 15 e 19) em que os reagentes entram nos microcanais de processamento em um lado do reator de microcanais e o produto sai dos microcanais de processamento de SMR no mesmo lado do reator de microcanais. Alternativamente, os microcanais de processamento de SMR podem estar na forma de canais de percurso reto (vide Figuras 16-18) no qual os reagentes entram nos microcanais de processamento em um lado do reator de microcanais e o produto sai dos microcanais de processamento no outro lado do reator de microcanais. Os canais de combustão podem conter um ou mais catalisadores de combustão. Cada canal de combustão é adjacente a pelo menos um canal de adição em estágio. Os canais de adição em estágio podem possuir comprimentos diferentes dos canais de combustão. Os canais de combustão e os canais de adição em estágio podem ser microcanais. Os canais de combustão podem estar na forma de um U, um U invertido, um W ou um M (vide Figuras 15-17) em que o combustível rico em H2 entra no canal de combustão em um lado do reator de microcanais e a exaustão de combustão sai no mesmo lado. Alternativamente, os canais de combustão podem estar na forma de canais de percurso reto (vide Figuras 18 e 19) em que o combustível rico em H2 entra no reator de microcanais de SMR em um lado do reator e a exaustão de combustão sai no outro lado do reator de microcanais. Os canais de combustão podem ser alinhados para proverem um fluxo de fluido nos canais de combustão que é co-corrente, contracorrente ou de corrente cruzada com relação ao fluxo de fluido nos microcanais de processamento. Os microcanais de processamento de SMR, canais de combustão e canais de adição em estágio podem ser empilhados um acima do outro ou posicionados lado a lado. Dois ou mais microcanais de processamento de SMR podem ser usados em combinação com cada canal de combustão. Por exemplo, cada canal de combustão pode ser usado em combinação com dois microcanais de processamento de SMR em que um dos microcanais de processamento de SMR é adjacente ao canal de combustão e o outro microcanal de processamento de SMR é posicionado adjacente ao primeiro microcanal de processamento de SMR mencionado e está em contato térmico com os canais de combustão (vide Figuras 15, 16, 17 e 19). 0 reator de microcanais de SMR 13 0 pode ser equipado com coletores superiores e coletores inferiores ou distribuidores apropriados para prover um fluxo de reagentes nos microcanais de processamento de SMR, produto fora dos microcanais de processamento de SMR, combustível rico em H2 nos canais de combustão, oxigênio ou uma fonte de oxigênio nos canais de adição em estágio, e exaustão de combustão fora dos canais de combustão.
Cada um dos reatores de microcanais de Fischer- Tropsch 150 e 170 pode compreender uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de canais de troca de calor empilhados um acima do outro ou posicionados lado a lado. Os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem conter, cada um, qualquer número desejado de microcanais de processamento e canais de troca de calor, por exemplo, de aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 de cada, e em uma modalidade de aproximadamente 1.000 a 10.000 de cada. Os canais de troca de calor podem ser microcanais. Os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem ser canais de percurso reto (vide Figuras 24-27) em que os reagentes entram nos microcanais de processamento em um lado do reator de microcanais e o produto sai dos microcanais de processamento no outro lado do reator de microcanais. Em uma modalidade, os reagentes podem entrar no topo dos canais e o produto pode sair no fundo dos canais tal que um padrão de fluxo de descida é estabelecido. Os canais de troca de calor podem ser alinhados para proverem um fluxo de fluido de troca de calor que é co-corrente, contracorrente, e/ou de corrente cruzada com relação ao fluxo de fluido nos microcanais de processamento. Dois ou mais microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem ser usados em combinação com cada canal de troca de calor. Por exemplo, cada canal de troca de calor pode ser usado em combinação com dois microcanais de processamento de Fischer-Tropsch em que um dos microcanais de processamento de processamento de Fischer-Tropsch é adjacente ao canal de troca de calor e o outro microcanal de processamento de Fischer-Tropsch é adjacente ao primeiro microcanal de processamento de Fischer-Tropsch mencionado e em contato térmico com o canal de troca de calor. Cada um dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch pode ser equipado com coletores superiores e coletores inferiores ou distribuidores apropriados para prover um fluxo de reagentes nos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch, produto fora dos microcanais de processamento, e fluido de troca de calor dentro e fora dos canais de troca de calor. O distribuidor de produto pode incluir uma jaqueta de aquecimento que mantém a mistura de produtos até que a mesma saia do vaso de reator de microcanais de Fischer-Tropsch 400 (vide Figuras 20 - 22). O calor pode ser suprido por vapor, eletricidade, ou outras técnicas.
O separador de H2 14 0 pode ser um separador de microcanais ou um separador convencional. 0 separador de H2 14 0 pode compreender um separador de adsorção com alternância de temperatura (TSA), um separador de adsorção com alternância de pressão (PSA), um separador de membrana, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Os separadores 157 e 177 podem compreender qualquer separador adequado para separar hidrocarbonetos líquidos, hidrocarbonetos e água de uma mistura que contém estes materiais. Os separadores podem ser separadores de microcanais ou eles podem ser separadores convencionais. Os separadores 157 e 177 podem compreender separadores de líquido - vapor com temperatura mais baixa e/ou com temperatura elevada, ou separadores de baixa pressão, ou uma combinação de dois ou mais de tais separadores.
Na operação uma alimentação de gás natural entra no pré-reformador 120, como indicado pela linha 118. No pré-reformador 120 a alimentação de gás natural é misturada com vapor e passa por uma reação em que pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados (isto é, etano e superior) que podem estar na alimentação de gás natural, são convertidos a metano. O produto do pré-reformador 120 circula no reator de microcanais de SMR 130 como a alimentação de SMR. Isto é indicado pela linha 122. A alimentação de compreende numa mistura gasosa que inclui metano e vapor.
No reator de microcanais 130, a alimentação de SMR passa por uma reação de reforma a vapor de metano (SMR) com o resultado sendo a formação de um primeiro produto intermediário compreendendo CO e H2. Este primeiro produto intermediário pode ser referido como gás de síntese ou syngas. A temperatura dentro do reator de microcanais de SMR 130 pode estar na faixa de aproximadamente 600ºC a aproximadamente 1000°C, e em uma modalidade de aproximadamente 7000C a aproximadamente 950°C. A pressão dentro do reator de microcanais de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 atmosferas, e uma modalidade de aproximadamente 15 a aproximadamente 20. A conversão de metano no reator de microcanais de SMR 130 pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 100%, e em uma modalidade de aproximadamente 60 a aproximadamente 100%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 60 a aproximadamente 90%. A seletividade do CO pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 90%, e um uma modalidade na faixa de aproximadamente 3 0 a aproximadamente 80%, e em uma modalidade de aproximadamente 4 0 a aproximadamente 75%. O rendimento de CO no reator dè microcanais de SMR 13 0 pode estar na faixa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,5 moles de CO por mol de metano, e em uma modalidade de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,2 moles de CO por mol de metano.
O primeiro produto intermediário circula do reator de microcanais de SMR 13 0 para o separador de H2 14 0, como indicado pela linha 132. No separador de H2 140, parte do H2 é separada do primeiro produto intermediário e circula para, ou é reciclado para o, reator de microcanais de SMR 130, como indicado pela linha 142. O restante do primeiro produto intermediário, que possui uma concentração de H2 reduzida, compreende um segundo produto intermediário que circula do separador de H2 140 para o reator de microcanais de Fischer- Tropsch 150, como indicado pela linha 144. A quantidade de H2 no primeiro produto intermediário que é reciclado para o reator de microcanais de SMR 130 pode ser de aproximadamente 5% a aproximadamente 50% em volume de H2 no primeiro produto intermediário, e em uma modalidade aproximadamente 15% a aproximadamente 50%, e em uma modalidade aproximadamente 15% a aproximadamente 35%, e em uma modalidade aproximadamente 25% a aproximadamente 35%, em volume. Parte do H2 separado do primeiro produto intermediário pode ser separada do H2 que circula para o reator de microcanais de SMR 130, como indicado pela seta 145. O H2 que é separado pode ser usado como um combustível de para outras utilidades ou como uma matéria-prima química para outras operações de processamento, por exemplo, hidrocraqueamento, hidrotratamento, hidrodessulforização, regeneração de catalisador e semelhante.
O H2 separado que é reciclado para o reator de microcanais de SMR 130 compreende um combustível rico em H2. O combustível rico em H2 pode compreender pelo menos aproximadamente 80% de volume de H2, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 90% em volume de H2, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 92% em volume de H2, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 95% em volume de H2, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 97% em volume de H2. O combustível rico em H2 circula nos canais de combustão no reator de microcanais de SMR. O ar, o qual na modalidade ilustrada na Figura 2 é usado como uma fonte de oxigênio, entra nos canais de adição em estágio do reator de microcanais de SMR 130, como indicado pela linha 133, e circula dos canais de adição em estágio nos canais de combustão. Nos canais de combustão o ar contata e se mistura com o combustível rico em H2. A mistura de ar-combustível resultante contata um ou mais catalisadores de combustão nos canais de combustão, passa por uma reação de combustão, e gera calor e uma exaustão de combustão. A exaustão de combustão sai do reator de microcanais de SMR 130, como indicado pela linha 134, circula através do trocador de calor 135 onde a mesma provê troca de calor com outras correntes de processo como indicado abaixo, e circula para fora do trocador de calor 135 como indicado pela linha 136. A exaustão de combustão compreende água ou vapor de água. Uma linha de compensação 143 pode ser usada para acrescentar combustível adicional ao combustível rico em H2 que entra no reator de microcanais de SMR. O combustível de compensação pode compreender H2. O combustível de compensação pode compreender metano, gás natural, ou uma instalação de mistura de gás combustível.
O segundo produto intermediário, que compreende CO e H2, circula do separador de H2 140 para o primeiro reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150, como indicado pela linha 144. No reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150, o segundo produto intermediário circula através dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, contata um ou mais catalisadores de Fischer-Tropsch, e reage para formar um produto de Fischer-Tropsch que compreende hidrocarbonetos com pesos moleculares elevados, água e uma mistura gasosa que compreende CO e H2. A temperatura dentro do reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150 pode estar na faixa de aproximadamente 180 a aproximadamente 300°C, e em uma modalidade de aproximadamente 2 00 a aproximadamente 260°C. A pressão pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade de aproximadamente 12 a aproximadamente 18 atmosferas. A temperatura na entrada dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode estar dentro de aproximadamente 800C de temperatura na saída dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch. A conversão de CO no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150 pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 99%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 90%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 70 a aproximadamente 85%, e em uma modalidade aproximadamente 80%. A seletividade para o metano pode estar na faixa de até aproximadamente 25%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 15%, e em uma modalidade na faixa de 3 a aproximadamente 15%. O rendimento de produto de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,2 moles de produto de Fischer- Tropseh por mol de alimentação de CO, e em uma modalidade de aproximadamente 0,04 a aproximadamente 0,1 moles de produto de Fischer-Tropsch por mol de alimentação de CO. O produto de Fischer-Tropsch é separado da água e mistura gasosa no separador 157. O produto de Fischer-Tropsch é mostrado nos desenhos como "Produto de FT" . A água de processo circula para fora do separador 157, como indicado pela linha 113. A água de processo pode ser descartada ou reciclada no saturador 110, como indicado pela linha 115 (vide, Figuras 3-9) . A mistura gasosa separada pode ser referida como um terceiro produto intermediário.
Um terceiro produto intermediário circula do separador 157 para o compressor 160, como indicado pela linha 161. O terceiro produto intermediário é
comprimido em um compressor 160 e circula para o segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170, como indicado pela linha 162. Como alternativa, o compressor 160 pode ser posicionado na linha 132 e usado para comprimir o primeiro produto intermediário que circula do reator de microcanais de SMR 130. Alternativamente, o compressor 160 pode ser posicionado na linha 116 e usado para comprimir o gás residual que circula do separador 177 para o saturador 110 (vide, Figuras 4-9).
No segundo reator de microcanais de Fischer- Tropsch 170, o terceiro produto intermediário circula através dos microcanais de processamento de Fischer- Tropsch, contata um ou mais catalisadores de Fischer- Tropsch, e reage para formar um segundo produto de Fischer-Tropsch que compreende um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, bem como água de processo e gás residual. A temperatura dentro do reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 pode estar na faixa de aproximadamente 180 a aproximadamente 300°C, e em uma modalidade de aproximadamente 200 a aproximadamente 260°C. A pressão pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade de aproximadamente 22 a aproximadamente 26 atmosferas. A temperatura na entrada dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode estar dentro de aproximadamente 80°C da temperatura na saída dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch. A conversão de CO no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 90%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 3 0 a aproximadamente 90%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 4 0 a aproximadamente 70%, e em uma modalidade aproximadamente 80%. A conversão total de CO em ambos os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem estar na faixa de aproximadamente 50% a aproximadamente 99%. Quando ambos os ambos os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 são operados com 80% de conversão, a conversão total de ambos os reatores pode ser de 96%. A seletividade para metano pode estar na faixa de até aproximadamente 25%, e um uma modalidade na faixa de até aproximadamente 15%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 3 a aproximadamente 15%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 5 a aproximadamente 10%. 0 rendimento de produto de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,3 moles de produto de Fischer-Tropsch por mol de alimentação de CO, e em uma modalidade de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,2 moles de produto de Fischer-Tropsch por mol de alimentação de CO. A mistura de produto circula do reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 para o separador 177, como indicado pela seta 172 em que o produto de Fischer-Tropsch, identificado nos desenhos como "Produto de FT", é separado da água de processo e gás residual.
O gás residual pode possuir valor de combustão ou valor calórico e pode ser queimado em um sistema de combustão para recuperar a energia e evitar ou minimizar emissões de hidrocarboneto. O gás residual pode ser descartado, reciclado em uma instalação de sistema de gás combustível, ou reciclado para o saturador 110, como indicado pela linha 116 (vide Figuras 4-9) . Parte do gás residual pode ser separada da linha de reciclo como indicado pela linha 117, e usada como um combustível para operar utilidades e semelhantes, externas ao processo (vide, Figuras 4-9). Um benefício acrescido na etapa de separação de N2 ilustrado na Figura 9 é que a concentração de N2 na corrente de gás residual pode ser reduzida (com relação a concentração sem qualquer separação de N2) e pode resultar na diminuição de emissões de NOx de qualquer sistema de combustão que usa o gás residual. A concentração de N2 no gás residual pode ser reduzida em aproximadamente 50% a aproximadamente 90% em volume por passagem através do separador de N2.
A água de processo pode ser descartada ou reciclada no saturador 110, como indicado pela linha 115 (vide, Figuras 3-9).
As reações de Fischer-Tropsch conduzidas nos reatores de microcanais 150 e 170 são reações exotérmicas. Estas reações são resfriadas por um fluido de troca de calor que circula nos canais de troca de calor nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch. O fluido de troca de calor identificado na Figura 2 é água. O fluido de troca de calor pode ser vaporizado ou parcialmente vaporizado nos canais de troca de calor. A água usada como o fluido de troca de calor nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 pode ser parcialmente vaporizado para formar uma mistura de vapor e água. Isto é mostrado na Figura 2 em que água circula no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150, como indicado pela linha 151. A água circula através de canais de troca de calor no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150, absorve calor dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, e é convertida em uma mistura de vapor e água nos canais de troca de calor. A mistura de vapor e água (mostrada como "Vapor" nos desenhos) circula para fora do reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150, como indicado pela linha 152. Similarmente, água entra no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170, como indicado pela linha 153, circula através de canais de troca de calor no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170, absorve calor dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, é convertida a uma mistura de vapor e água nos canais de troca de calor, e circula para fora do reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170, como indicado pela linha 154. Parte de vapor ou parte de mistura de vapor e água pode circular para o pré- reformador 120 (Figuras 2-4), o reator de microcanais de SMR integrado 13 0 A (Figura 5) , ou reator de microcanais de SMR 13 0 (Figuras 6-9) como indicado pela linha 155. Parte de vapor ou parte de mistura de vapor e água pode ser desviada do processo como indicado pela linha 156 e usada para operar utilidades e semelhantes, externas ao processo. O vapor gerado pelos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch pode ser integrado em uma instalação de sistema de vapor de utilidade para prover flexibilidade e economia para as operações do processo inventivo bem como outros processos que podem ser operados na mesma instalação. A instalação de sistema de vapor de utilidade pode permitir que o vapor de Fischer-Tropsch gerado seja usado de uma maneira econômica e provê vapor necessário para dar partida e para a operação de SMR se o vapor de Fischer-Tropsch gerado torna-se indisponível.
O processo ilustrado na Figura 3 é similar ao processo mostrado na Figura 2. O processo ilustrado na Figura 3 inclui o saturador 110 e a recirculação de água de processo dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 para o saturador como indicado pela linha 115. 0 saturador 110 pode compreender qualquer vaso capaz de receber e misturar a alimentação de gás natural e água de processo. A alimentação de gás natural é combinada com a água de processo recirculada no saturador 110. Esta modalidade de processo pode prover a vantagem de eliminar a necessidade de tratar águas de processos nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 para remoção de orgânicos dissolvidos. 0 saturador 110 pode ser usado para misturar a alimentação de gás natural e água de processo com o gás residual (vide, Figuras 4- 9) . O saturador 110 pode ser um vaso pressurizável. A temperatura dentro do saturador 110 pode estar na faixa de 50 a aproximadamente 4OO0C7 e em uma modalidade de aproximadamente 50 a aproximadamente 300°C, e em uma modalidade de aproximadamente 50 a aproximadamente 250 °C, e em uma modalidade de aproximadamente 14 0 a aproximadamente 180°C. A pressão dentro do saturador 110 pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 3 0 atmosferas.
O processo ilustrado na Figura 4 é similar ao processo mostrado na Figura 3. O processo ilustrado na Figura 4 inclui a reciclagem de gás residual do separador 177 para o saturador 110, como indicado pela linha 116. Parte do gás residual pode ser desviada do processo como indicado pela linha 117 e usado para operar utilidades e semelhantes, externas ao processo. Nesta modalidade, a utilização de carbono pode ser intensificada como um resultado da reciclagem de gás residual no saturador 110.
O processo ilustrado na Figura 5 é similar ao processo ilustrado na Figura 4 com a exceção de que o pré-reformador 120 e o reator de microcanais de SMR 130 da Figura 4 estão integrados juntos na Figura 5 como pré-reformador e reator de microcanais de SMR 130A. O pré-reformador e reator de microcanais de SMR 130A são o mesmo que a combinação do pré-reformador 120 e reator de microcanais de SMR 13 0 exceto que, com o pré- reformador e reator de microcanais de SMR 130a, o pré- reformador e reator de microcanais de SMR são combinados de uma maneira que permite que o calor requerido para operar o pré-reformador seja provido pela reação de combustão conduzida nos canais de combustão no reator de microcanais de SMR.
O processo ilustrado na Figura 6 é o mesmo que o processo ilustrado na Figura 5 com a exceção que tanto a pré-reforma quanto a reforma a vapor de metano são conduzidas no reator de microcanais de SMR 130. Nesta modalidade, o reator de microcanais de SMR 130 é construído e operado de tal maneira que os hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, se presentes, são convertidos em metano, e a seguir o metano passa por reforma a vapor de metano nos microcanais de processamento de SMR. Os microcanais de processamento de SMR podem empregar perfis térmicos adaptados para proverem uma temperatura de operação menor nos microcanais de processamento de SMR para em uma primeira parte dos microcanais de processamento de SMR para efetuar a conversão de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados em metano, e uma temperatura de operação maior em uma segunda parte dos microcanais de processamento de SMR a jusante da primeira parte dos microcanais de processamento de SMR. A temperatura na primeira parte dos microcanais de processamento de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 1500C a aproximadamente 400°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 250 a aproximadamente 350°C. A primeira parte dos microcanais de processamento de SMR pode compreender de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 0% do comprimento total dos microcanais de processamento de SMR, e em uma modalidade de aproximadamente 10 a aproximadamente 25% do comprimento total. A temperatura nos microcanais de processamento de SMR na segunda parte dos microcanais de processamento de SMR a jusante da primeira parte pode estar em uma faixa suficiente para efetuar reforma a vapor de metano. Esta temperatura pode estar na faixa de aproximadamente 6000C a aproximadamente 1000°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 700 a aproximadamente 950°C.
O processo ilustrado na Figura 7 é similar ao processo ilustrado na Figura 6 com a exceção de que o processo ilustrado na Figura 7 inclui o separador líquido-gás 180. O separador líquido-gás 180 pode ser usado para tratar a exaustão de combustão após a mesma circular através do trocador de calor 13 5. A exaustão de combustão circula do trocador de calor 135 para o separador líquido-gás 180, como indicado pela linha 136. No separador líquido-gás 180, a exaustão de combustão é separada em uma corrente de gás como indicado pela linha 182 e uma corrente de líquido como indicado pela linha 184. A corrente de líquido pode compreender água a qual pode ser reciclada no saturador 110 ou alternativamente usada como compensação para ferver água de alimentação ou outras necessidades de utilidade. Isto pode prover a vantagem de reduzir ou eliminar a necessidade de alimentação de água doce para o processo. O processo ilustrado na Figura 8 é similar ao processo ilustrado na Figura 6 com a exceção de que o processo ilustrado na Figura 4 inclui o separador de H2 190. 0 gás residual circula do separador 177 para o separador de H2 190, como indicado pela linha 116. No separador de H2 190 o gás residual é dividido em um gás residual rico em H2 e um gás residual rico em carbono. O gás residual rico em H2 circula para fora do separador 190, como indicado pela linha 192. 0 gás residual rico em H2 pose der usado como um combustível para utilidades e semelhantes, externas ao processo ou como compensação de combustível para o reator de microcanais de SMR 13 0. 0 gás residual rico em H2 pode ser reciclado para o reator de microcanais de SMR 13 0 ou usado como compensação de combustível para o reator de microcanais de SMR 13 0. 0 H2 do gás residual rico em H2 pode ser usado como uma matéria-prima química para outras operações de processo, por exemplo, hidrocraqueamento, hidrotratamento, hidrodessulforização, regeneração de catalisador, e semelhantes. 0 gás residual rico em carbono circula para o, ou é reciclado para o, saturador 110, como indicado pela linha 194 ou pode circular ou é reciclado para o reator de microcanais de SMR 13 0 quando o saturador 110 não é usado. A separação que é conduzida no separador de H2 190 pode ser conduzida usando adsorção com alternância de temperatura (TSA), adsorção com alternância de pressão (PSA), membranas ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. Isto pode prover a vantagem de operar o processo com níveis de emissões de CO e CO2 muito baixos.
O processo ilustrado na Figura 9 é o mesmo que o processo ilustrado na Figura 6 com a exceção de que o gás residual passa por um processo de rejeição de N2. 0 gás residual circula para fora do separador 177, como indicado pela linha 116 para o rejeitador de N2 195. No rejeitador de N2 195, o N2 é separado do gás residual como indicado pela linha 196. 0 gás residual, a seguir, circula para, ou é reciclado para, o saturador 110, como indicado pela linha 116 ou pode circular ou é reciclado para o reator de microcanais de SMR 13 0 quando o saturador 110 não é usado. Parte do gás residual pode ser separada do reciclo de gás residual como indicado pela linha 117 e usada como um combustível para operas utilidades e semelhantes, externas ao processo ou como compensação de combustível para o reator de microcanais de SMR 130. O processo de rejeição de N2 pode ser conduzido usando adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. Isto pode prover a vantagem de operar o processo com níveis de emissões de NOx muito baixos.
Embora não mostrado nos desenhos, em uma modalidade, tanto o H2 quanto o N2 pode ser separado do gás residual na linha 116. Isto pode ser realizado usando adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão , membranas ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. 0 separador de H2 pode ser seguido por separação de N2, ou vice versa. O separador de H2 e o separador de N2 podem ser integrados juntos. Isto pode prover a vantagem de um processo que emite níveis de emissões de CO, CO2 e NOx muito baixos.
Em uma modalidade, a seguinte seqüência pode ser usada para dar início ao processo inventivo:
(1) O catalisador de SMR no reator de microcanais de SMR 13 0 é ativado pelo aquecimento do catalisador em uma taxa de 50°C por hora a 450°C e que circula com 10% em volume de H2 e N2 em contato com o catalisador.
(2) A alimentação de gás natural do saturador 110 é iniciada. O reator de microcanais de SMR 13 0 é pressurizado usando nitrogênio em alta pressão. O gás natural é usado como combustível para o reator de microcanais de SMR 13 0 até o reator estar pronto para uso. O fluxo de vapor e gás natural para o reator de microcanais de SMR 13 0 é iniciado.
(3) A combustão catalítica usando combustível de H2 diluído é iniciada e o aquecimento é continuado a uma taxa de 50°C por hora. O produto que circula do reator de microcanais de SMR 13 0 é desviado para uma caldeira de vapor onde o mesmo é usado como combustível até a conversão parcial do primeiro produto intermediário (isto é, gás de síntese) é estabelecida. (4) A separação de H2 no separador de H2 140 é iniciada. O aquecimento do reator de microcanais de SMR a 50 0C por hora é continuada. O H2 é separado no separador de H2. O separador de H2 prove H2 para a combustão nos canais de combustão e ativação de catalisador de Fischer-Tropsch.
(5) Os catalisadores de Fischer-Tropsch nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 são ativados com H2 a 400°C. A temperatura do catalisador de Fischer-Tropsch é reduzida par 230°C. 0 aquecimento do reator de microcanais de SMR é continuado em uma taxa de 500C por hora até a temperatura de 850°C ser alcançada.
(6) A operação nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 a 230°C é iniciada. A água de resfriamento é circulada. 0 produto de Fischer-Tropsch é tomado dos reatores de Fischer-Tropsch 150 e 170 e está disponível para melhoramento. 0 gás residual é usado como combustível até o reator de microcanais de SMR 13 0 alcançar uma temperatura de operação de 850°C.
(7) 0 processo é estabilizado pela partida de fluxo de reciclo de gás residual para o saturador 110. 0 reator de microcanais de SMR 130 está em uma temperatura de 850°C. A razão de vapor para carbono é 3,0.
(8) A temperatura do reator de microcanais de SMR é aumentada para 900 °C. A razão de vapor para carbono é reduzida para a condição padrão de operação tal como 1,5. As taxas de fluxo são ajustadas para níveis desejados.
A eficiência do processo inventivo pode ser aperfeiçoada pelo uso de um ou mais trocadores de calor de multi-correntes para trocar calor entre os fluidos de processo e os fluidos de troca de calor. Isto é mostrado nas Figuras 10 e 11 em que um trocador de calor de cinco correntes é ilustrado. Este trocador de calor provê a troca de calor entre a corrente de alimentação de SMR e a corrente de primeiro produto intermediário, e entre a corrente de H2 e acorrente de oxigênio ou fonte de oxigênio que circula para o reator de microcanais de SMR 130 e a combustão de exaustão. 0 processo ilustrado na Figura 11 é distinguível do processo ilustrado na Figura 10 pelo falo de que o processo ilustrado na Figura 11 diz respeito ao uso de um pré-reformador integrado com o reator de microcanais de SMR em que o pré-reformador é aquecido usando calor dos canais de combustão no reator de microcanais de SMR. O trocador de calor de cinco correntes pode ser um trocador de calor de microcanais.
Um trocador de calor de multi-correntes para trocar calor entre a alimentação de SMR (Reagente), o primeiro produto intermediário (Produto), produzido no reator de microcanais de SMR 13 0 é mostrado nas Figuras 36-38. Nesta modalidade, a corrente externa ao pré- reformador se aplica a um pré-reformador discreto (não integrado), isto é, pré-reformador 120. Este trocador de calor compacto pode ser equivalente a aproximadamente 17 cascos convencionais e trocadores de calor tubulares em capacidade de troca de calor enquanto provendo vantagens significantes nas necessidades de espaço (volume), peso e tubulação. Cada módulo mostrado na Figura 37 possui as dimensões de 8,5 χ 47,9 χ 85,1 polegadas (21,6 χ 119,4 χ 216,2 cm). 0 volume total para os quatro módulos ilustrados na Figura 42 é 135.660 polegadas cúbicas (2,223 χ IO6 cm3) . A montagem de troca de calor mostrada na Figura 38 pode possuir as dimensões de 8 χ 10 χ 10 pés (2,44 χ 3,05 χ 3,05 metros).
Exemplos de trocadores de calor de microcanais de multi-correntes que podem ser usados são descritos no pedido internacional PCT com Publicação N0. W02004/016347 A2, que é incorporada aqui por referência.
A operação dos reatores de microcanais de Fischer- Tropsch 150 e 170 em combinação com o compresso 160 e separadores 157 e 177 é mostrada em maior detalhe na Figura 23. Na Figura 23 está um fluxograma mostrando bombas, filtros, vasos, válvulas, e controles para operar os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170, compressor 160 e separadores 157 e 177.
A alimentação de gás natural pode ser tomada de qualquer fonte. A alimentação de gás natural pode compreender de aproximadamente 25 a aproximadamente 99% em volume de metano, e em uma modalidade aproximadamente 40 a aproximadamente 99% em volume de metano, e em uma modalidade aproximadamente 65% a aproximadamente 99% em volume de metano, e em uma modalidade aproximadamente 90 a aproximadamente 99% em volume de metano. A alimentação de gás natural ode compreender adicionalmente hidrocarbonetos gasosos com pesos moleculares mais elevados, por exemplo, hidrocarbonetos com 2 a aproximadamente 5 átomos de carbono. A concentração destes hidrocarbonetos gasosos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de gás natural pode estar na faixa de até aproximadamente 20% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 2 0% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 2 a aproximadamente 10% em volume. A alimentação de gás natural pode conter N2 em concentrações de até aproximadamente 2 0% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5% em volume. A alimentação de gás natural pode conter outros componentes, incluindo CO2, CO, vapor de água, líquidos de gás natural, oxigênio e hidrogênio, em concentrações de até aproximadamente 4 0% em volume. A concentração de CO2 pode estar na faixa de 0,1 a aproximadamente 40% em volume.
A alimentação de gás natural pode conter enxofre que pode ser removido à montante do processo inventivo usando hidrodessulforização. A corrente de alimentação de gás natural pode ser passada através de um leito de catalisador para converter enxofre orgânico que contém os compostos no gás natural em H2S. Uma corrente de gás natural contendo H2S pode, a seguir, ser passada através de um leito de óxido de zinco que absorve o H2S.
A corrente de alimentação que circula para fora do saturador 110, como indicado pela linha 118 (Figuras 3- 9) pode possuir uma concentração de metano na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 90% em volume, e em uma modalidade de aproximadamente 15 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 20 a aproximadamente 30% em volume. A concentração de vapor pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 99% em volume, e em uma modalidade de aproximadamente 10 a aproximadamente 90% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 20 a aproximadamente 70% em volume. Esta corrente de alimentação pode conter hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados, por exemplo, hidrocarbonetos co 2 a aproximadamente 5 átomos de carbono. A concentração de hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação pode estar na faixa de 0,1 a aproximadamente 20% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5% em volume. A alimentação pode incluir CO2 em uma concentração na faixa de até aproximadamente 40% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 15% em volume. A alimentação pode incluir componentes adicionais, por exemplo, N2, O2 e CO. A concentração destes componentes adicionais pode estar na faixa de até aproximadamente 2 0% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5% em volume. A razão molar de metano para vapor pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5% em volume. A temperatura desta corrente pode estar na faixa de aproximadamente 150 a aproximadamente 300°C. Esta corrente de alimentação pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente
1 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 atmosferas. Esta corrente de alimentação pode ser referida como a alimentação de SMR para a modalidade ilustrada nas Figuras 5-9 em que a corrente de alimentação circula do saturador 110 para o reator de microcanais 130.
A alimentação de SMR que circula do pré-reformador 120 para o reator de microcanais de SMR 13 0, com indicado pela linha 122 (Figuras 2-4) pode possuir uma concentração de metano na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 90% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 15 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente a aproximadamente 3 0% em volume. A concentração de vapor pode estar de aproximadamente 1 a aproximadamente 90% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 30 a aproximadamente 80% em volume. A razão molar de vapor para metano na alimentação de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 6, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 3, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5. A alimentação de SMR pode conter hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados com 2 a aproximadamente 5 átomos de carbono em uma concentração na faixa de até aproximadamente 15% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1,5% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5% em volume. A alimentação de SMR pode incluir CO2 em uma concentração na faixa de até aproximadamente 40% em volume, e em uma modalidade de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 15% em volume. A concentração de outros ingredientes incluindo N2, O2 e CO, pode estar na faixa de até aproximadamente 20% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5% em volume. A temperatura da alimentação de SMR que entra no reator de microcanais de SMR pode estar na faixa de aproximadamente 100 a aproximadamente 400°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 150 a aproximadamente 350°C. A alimentação de SMR pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 3 0 atmosferas.
O primeiro produto intermediário ou gás de síntese que sai do reator de microcanais de SMR 13 0, como indicado pela linha 132 pode possuir uma concentração de CO na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 3 0% em volume. A concentração de H2 no primeiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 80% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 50% em volume. O primeiro produto intermediário pode conter metano a uma concentração na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 20% em volume. O primeiro produto intermediário também pode conter ingredientes adicionais, tais como, N2, O2 e CO2, a uma concentração na faixa de até aproximadamente 3 0% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 20% em volume. A razão molar de H2 para CO no primeiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, e em uma modalidade de aproximadamente 2 a aproximadamente 3,5, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 2,8 a aproximadamente 3,2, e em uma modalidade aproximadamente 3. A temperatura do primeiro produto intermediário que circula para fora do reator de microcanais de SMR 130 pode estar na faixa de aproximadamente 100 a aproximadamente 500°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 200 a aproximadamente 400°C. O primeiro produto intermediário pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 atmosferas.
Parte do H2 do primeiro produto intermediário é separada do primeiro produto intermediário no separador de H2 140 e circula para, ou e reciclada para, os canais de combustão no reator de microcanais de SMR 130 como o combustível rico em H2 indicado pela linha 142. A separação de H2 do produto intermediário no separador de H2 140 pode ser efetuada usando adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. A temperatura do gás rico em H2 que entra nos canais de combustão pode estar na faixa de aproximadamente 25 a aproximadamente 800°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 200 a aproximadamente 600°C. O combustível rico em H2 que entra nos canais de combustão pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 atmosferas. O oxigênio ou fonte de oxigênio, pode compreender oxigênio, ar, ar enriquecido com oxigênio, ou outros oxidantes, tais como, óxidos de nitrogênio, os quais podem funcionar como uma fonte oxigênio.
Vantajosamente, a fonte de oxigênio é o ar que é mostrado como fonte de oxigênio nas Figuras 2-9. A fonte de oxigênio pode compreender dióxido de carbono, monóxido ou peróxido de carbono, (por exemplo, peróxido de hidrogênio). A mistura gasosa que contém oxigênio, tal como, misturas de oxigênio e ar, ou mistura de oxigênio e gás inerte (por exemplo, hélio, argônio, etc.) ou um gás diluente (por exemplo, dióxido de carbono, vapor de água, etc.) modem ser usados.
A temperatura do oxigênio ou fonte de oxigênio que 15 entra nos canais de adição em estágio no reator de microcanais de SMR 130, como indicado pela linha 133 pode estar na faixa de aproximadamente 25 a aproximadamente 800°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 600°C. O oxigênio ou fonte de oxigênio pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 atmosferas quando o mesmo entra nos canais de adição em estágio. A razão molar de H2 para oxigênio na reação de combustão conduzida nos canais de combustão do reator de microcanais de SMR 130 pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,6.
O segundo produto intermediário que sai do separador de H2 14 0, como indicado pela linha 144 pode possuir uma concentração de CO na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 40% em volume. A concentração de H2 no segundo produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 90% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 2 0 a aproximadamente 80% em volume. O segundo produto intermediário pode conter metano a uma concentração na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 2 0% em volume. 0 segundo produto intermediário também pode conter ingredientes adicionais, tais como, N2, O2 e CO2, a uma concentração na faixa de até aproximadamente 2 0% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 5% em volume. A razão molar de H2 para CO no segundo produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, e em uma modalidade de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 2,8 a aproximadamente 2,13. A temperatura do segundo produto intermediário que circula para fora do separador de H2 14 0 pode estar na faixa de aproximadamente 25 a aproximadamente 3000C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 250°C. O segundo produto intermediário pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente la aproximadamente 100 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 atmosferas.
Flexibilidade adicional pode ser alcançada mediante o ajuste da razão molar de H2 para CO que entra em cada um dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 a valores específicos para prover a otimização econômica e de processo para cada reator de microcanais de Fischer-Tropsch e/ou todo o processo inventivo. Por exemplo, o ajuste da razão molar de H2 para CO entre o reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e o reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 é possível devido ao excesso líquido de H2 provido pelo processo inventivo. Isto pode permitir uma otimização em cada um dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 para maximizar o rendimento dos produtos desejados. Isto também pode permitir um ajuste da razão de H2 para CO para correntes de alimentação para quaisquer reatores de microcanais de Fischer-Tropsch adicionais que podem ser usados a jusante do reator de microcanais de Fischer- Tropsch 170.
O produto produzido no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150 pode compreender um produto de Fischer-Tropschf água e uma mistura gasosa compreendendo CO e H2- Estes são separados uns dos outros no separador 157. A mistura gasosa pode incluir hidrocarbonetos que entram em ebulição abaixo de aproximadamente 30°C a pressão atmosférica. A mistura gasosa pode ser referida como o terceiro produto intermediário.
O terceiro produto intermediário pode possuir uma concentração de CO na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 4 0% em volume. A concentração de H2 no terceiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 40% em volume. 0 terceiro produto intermediário pode conter metano a uma concentração na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 15% em volume. A concentração de hidrocarbonetos que entram em ebulição abaixo de 30°C a pressão atmosférica pode estar na faixa de até aproximadamente 10% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 2 a aproximadamente 5% em volume. 0 terceiro produto intermediário também pode conter ingredientes adicionais, tais como, N2, O2 e CO2, a uma concentração na faixa de até aproximadamente 2 0% em volume, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5% em volume. A razão molar de H2 para CO no terceiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5, e em uma modalidade de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3, e em uma modalidade aproximadamente 2,05. A temperatura do terceiro produto intermediário pode estar na faixa de aproximadamente 100 a aproximadamente 400°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 150 a aproximadamente 250°C. O terceiro produto intermediário na linha 161 pode estar com uma pressão na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 atmosferas. A pressão pode ser aumentada usando o compressor 160. A pressão do terceiro produto intermediário que entra no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 15 a aproximadamente 50 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 15 a aproximadamente 40 atmosferas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 15 a aproximadamente 25 atmosferas.
O produto produzido no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 pode compreender uma fração de hidrocarboneto liquido, uma mistura gasosa e água de processo. A mistura gasosa pode incluir hidrocarbonetos que entram em ebulição abaixo de 30°C a pressão atmosférica. Esta fração pode ser referida como um gás residual. O gás residual pode ser reciclado ou, de outro modo, usado como discutido acima. A fração de hidrocarboneto líquido pode ser referida como o produto de Fischer-Tropsch. O produto de Fischer-Tropsch pode incluir hidrocarbonetos que entram em ebulição acima de aproximadamente 30°C (por exemplo, destilados intermediários de parafinas pesadas). O produto de Fischer-Tropsch pode compreender parafinas e/ou olefinas com aproximadamente 5 a aproximadamente 100 átomos de carbono, bem como hidrocarbonetos que entram em ebulição em maiores temperaturas.
A utilização de carbono ou porcentagem de carbono no produto de Fischer-Tropsch produzido no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 150 pode estar na faixa de aproximadamente 50% a aproximadamente 70% quando comparado com o carbono na alimentação de gás natural. A porcentagem de carbono no produto de Fischer-Tropsch produzido no reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170 pode estar na faixa de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% quando comparado com o carbono na alimentação de gás natural. A utilização de carbono total ou porcentagem de carbono no produto de Fischer- Tropsch produzido em ambos os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 quando comparado com o carbono na alimentação de gás natural pode ser pelo menos aproximadamente 75%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 75 a aproximadamente 90%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 77 a aproximadamente 90%, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 80 a aproximadamente 90%. Estas figuras podem ser alcançadas sem importação de oxigênio para o processo ou exportação de eletricidade do processo.
O produto de Fischer-Tropsch pode compreender uma fração de hidrocarbonetos que entra em ebulição na faixa de aproximadamente 30 a aproximadamente 1750C a pressão atmosférica. O produto de Fischer-Tropsch pode incluir uma fração de hidrocarbonetos que entra em ebulição acima de aproximadamente 175°C. A fração que entra em ebulição acima de aproximadamente 175°C pode ser separada em uma fração de cera que entra em ebulição na faixa de aproximadamente 175°C a aproximadamente 350°c após remoção de uma ou mais frações que entram em ebulição acima de 3500C. A fração de cera pode conter parafinas lineares de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 átomos de carbono com quantidades relativamente pequenas de parafinas ramificadas com maior temperatura de ebulição. A separação pode ser efetuada usando destilação fracionada.
O produto de Fischer-Tropsch pode incluir metano, cera e outros produtos pesados com pesos moleculares elevados. 0 produto pode incluir olefinas, tais como, etileno, normal e isoparafinas, e combinações dos mesmos. Estes podem incluir hidrocarbonetos nas faixas de combustível destilado, incluindo as faixas de combustível de aviação ou de diesel.
O produto de Fischer-Tropsch pode incluir uma fração de hidrocarbonetos possuindo 5% em volume e ponto de ebulição acima de aproximadamente 350°F (177°C), e em uma modalidade acima de aproximadamente 400°F (204 °C) . Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 90% em volume de produto pode cair dentro da faixa de ponto de ebulição de aproximadamente 300°F (149°C) a aproximadamente 1050°F (566°C) , e em uma modalidade entre aproximadamente 600°F (316°C) a aproximadamente IOOO0F (538°C).
O produto de Fischer-Tropsch pode ser processado para formar um ou mais produtos de destilado. 0 produto de destilado pode compreender uma fração de destilado intermediária que entra em ebulição na faixa de aproximadamente 260-700°F (127-371°C). 0 termo "destilado intermediário" inclui frações de faixas de ebulição de diesel, combustível de aviação e querosene. Os termos faixa de ebulição de "querosene" e "combustível de aviação" se referem a uma temperatura na faixa de 260-550°F (127-288°C) e faixa de ebulição de "diesel" se refere a pontos de ebulição entre aproximadamente 260 a aproximadamente 700°F (127- 371°C). 0 produto de destilado pode compreender uma fração de gasolina ou de nafta. Estas normalmente são consideradas como sendo as frações de C5 de ponto final a 400°F (204°C). As ramificações podem ser vantajosas em várias utilizações para fins especiais, particularmente quando valores de octano aumentados e/ou pontos de fluidez são desejados. 0 grau de isomerização pode ser maior que 1 mol de isoparafina por mol de n-parafina, em uma modalidade aproximadamente 3 moles de isoparafina por mol de n-parafina. Quando usado em uma composição de combustível diesel, o produto pode compreender uma mistura de hidrocarbonetos possuindo número de cetano de pelo menos aproximadamente 60.
Em uma modalidade, os produtos de Fischer-Tropsch (isto é, terceiro produto intermediário ou produto final) produzido pelo processo inventivo podem conter uma razão maior de olefinas para parafinas quando comparados aos processamentos convencionais (isto é, sem microcanais). Isto é mostrado na Figura 39 em que o Reator 2 (remoção de calor boa) mostra uma razão maior de olefinas quando comparado com o Reator 1 (remoção de calor deficiente). Não desejando ser limitado pela teoria, acredita-se que com o processo inventivo, o controle de temperatura melhorado e o tempo de contato reduzido nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem diminuir reações secundárias envolvendo as olefinas de modo que as olefinas podem ser incluídas na mistura de produto em maior quantidade que outros constituintes (éteres, cetonas e/ou ácidos orgânicos) que podem ser encontrados em produtos de Fischer- Tropsch produzidos usando processamento convencional. A razão molar de olefinas para parafinas no produto de Fischer-Tropsch pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,8, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,03 a aproximadamente 0,7. Em uma modalidade, o produto de Fischer-Tropsch pode compreender uma mistura de olefinas e parafinas de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 átomos de carbono, em que a razão molar de olefina para parafina está na faixa de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,8, e em uma modalidade de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,8, e em uma modalidade de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,8. Em uma modalidade, o produto de Fischer-Tropsch compreende uma mistura de olefinas e parafinas de aproximadamente 10 átomos de carbono, a razão molar de olefina para parafina sendo maior que aproximadamente 0,12. Em uma modalidade, o produto de Fischer-Tropsch compreende uma mistura de olefinas e parafinas de aproximadamente 8 átomos de carbono, a razão molar de olefina para parafina sendo maior que aproximadamente 0,15. Em uma modalidade, o produto de Fischer-Tropsch compreende uma mistura de olefinas e parafinas de aproximadamente 6 átomos de carbono, a razão molar de olefina para parafina sendo maior que aproximadamente 0,25.
As olefinas no produto de Fischer-Tropsch podem adicionalmente ser processadas para formarem alcoóis, ácidos, ésteres e semelhantes, usando processamento de microcanais ou processamento convencional (isto é, sem microcanais).
Produtos com pesos moleculares mais elevados, por exemplo, ceras, também podem ser isoladas e usadas diretamente, ou reagidas para formarem produtos com pesos moleculares menores. Por exemplo, produtos com pesos moleculares elevados podem ser hidrocraqueados para proverem produtos com pesos moleculares menores, desse modo, aumentando o rendimento de combustíveis inflamáveis líquidos. O Hidrocraqueamento se refere a um processo catalítico, geralmente realizado na presença de hidrogênio livre, no qual o craqueamento de moléculas de hidrocarbonetos maiores é um propósito primário da operação. Os catalisadores usados nas operações de hidrocraqueamento são bem conhecidos na técnica; veja, por exemplo, as patentes U.S. 4.347.121 e 4.810.357, que são incorporadas aqui por referência, por suas descrições de hidrotratamento, hidrocraqueamento e catalisadores usados em cada processo. O produto de Fischer-Tropsch pode ser adicionalmente processado para formar óleo de base lubrificante ou combustível diesel. Por exemplo, o produto de Fischer-Tropsch pode ser hidrocraqueado e, a seguir, submetido a destilação e/ou isomerização catalítica para prover um óleo de base lubrificante, combustível diesel e semelhante.
Os produtos de Fischer-Tropsch podem ser hidroisomerizados usando o processo descrito nas patentes U.S. 6.103.099 ou 6.180.575; hidrocraqueados e hidroisomerizados usando o processo descrito nas patentes U.S. 4.943.672 ou 6.096.940; desparafinação usando o processo descrito na patente U.S. 5.882.505; hidroisomerização e desparafinação usando os processos descritos nas patentes U.S. 6.013.171, 6.080.3 01 ou 6.165.949. Estas patentes são incorporadas aqui por referência por suas descrições de processos para tratar hidrocarbonetos sintetizados por Fischer-Tropsch e os produtos resultantes preparados a partir de tais processos.
Em uma modalidade, um reator de hidrocraqueamento pode ser operado em série com o reator de microcanais de Fischer-Tropsch 170. 0 reator de hidrocraqueamento pode ser um reator convencional ou um reator de microcanais. 0 reator de microcanais de Fischer-Tropsch e o reator de hidrocraqueamento podem estar localizados em uma mesma estrutura física seqüencialmente separada por conexões de tubos e removedor de água. Os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch podem incluir uma zona de hidrocraqueamento a jusante da zona de reação de Fischer-Tropsch na qual o hidrocraqueamento pode ser efetuado. Uma configuração opcional pode prover a inclusão de captura de água dentro de um reator hidrocraqueador e Fischer-Tropsch integrado, em que o produto de Fischer-Tropsch resfriado para remover água, e a seguir, reaquecido a uma temperatura maior para direcionar a reação de hidrocraqueamento. H2 adicional pode ser usado no reator hidrocraqueador ou na zona de hidrocraqueamento para promover a reação de hidrocraqueamento. A fonte de H2 adicional pode ser o excesso de H2 separado da linha 145 ou o gás residual rico em H2 da linha 192.
Uma pluralidade de reatores de microcanais de SMR 130 pode ser alojada no vaso 2 00 que é ilustrado nas Figuras 12 e 13. Com referências às Figuras 12 e 13, o vaso 200 contém 5 reatores de microcanais de SMR 130. Os mesmos estão identificados nas Figuras 12 e 13 como reatores de microcanais de SMR 130-1, 130-2, 130-3, 130-4 e 130-5. Embora os 5 reatores de microcanais de SMR 130 estejam descritos nos desenhos, deve ser entendido que o vaso 200 pode conter qualquer número desejado de reatores de microcanais de SMR. Por exemplo o vaso 200 pode conter de 1 a aproximadamente 1000 reatores de microcanais de SMR 130, e em uma modalidade de aproximadamente 3 a aproximadamente 500 reatores de microcanais de SMR 130, e em uma modalidade de aproximadamente 3 a aproximadamente 250 reatores de microcanais de SMR 130, e em uma modalidade de aproximadamente 3 a aproximadamente 150 reatores de microcanais de SMR 130, e em uma modalidade de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 reatores de microcanais de SMR 130, e em uma modalidade de aproximadamente 8 a aproximadamente 12 reatores de microcanais de SMR 130. Em uma modalidade, o vaso de SMR 200 pode conter de 1 a aproximadamente 50 reatores de microcanais de SMR 130, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 reatores de microcanais de SMR 130. 0 vaso 200 pode Sr um vaso pressurizável. O vaso 200 inclui as entradas 202, 204 e 208, e a saída 206. A entrada 202 é conectada a um distribuidor que é provido para circular a alimentação de SMR para os microcanais de processamento de SMR nos reatores de microcanais de SMR 130-1, 130-2, 130-3. 130-4 e 130-5. A entrada 204 é conectada a um distribuidor que é provido para circular o combustível rico em H2 para os canais de combustão nos reatores de microcanais de SMR 130-1, 130-2, 130-3. 130-4 e 130-5. A saída 206 é conectada a um distribuidor que provê a circulação do primeiro produto intermediário ou gás de síntese dos reatores de microcanais de SMR 130-1, 130- 2, 130-3. 130-4 e 130-5 para fora do vaso 200. A entrada 208 é conectada a um distribuidor para prover a circulação de oxigênio ou fonte de oxigênio (por exemplo, Ar) para os canais de adição em estágio nos reatores de microcanais de SMR 13 0-1, 13 0-2, 13 0-3. 130-4 e 130-5. O vaso 200 também inclui uma saída (não mostrada nos desenhos) que provê a circulação de gás de exaustão dos reatores de microcanais de SMR 13 0-1, 13 0- 2, 130-3. 130-4 e 130-5.
O vaso 200A está ilustrado na Figura 14. O vaso 200A é o mesmo que o vaso 200 ilustrado nas Figuras 12 e 13, com a exceção de que o vaso 200A inclui 9 reatores de microcanais de SMR, a saber, reatores de microcanais de SMR 130-1, 130-2, 130-3. 130-4, 130-5, 130-6, 130-7, 130-8 e 130-9. As válvulas e controles que proporcionam a circulação de fluidos para o, e do, vaso 200A são mostrados na Figura 14. O vaso 200A pode ser um vaso pressurizado.
Os vasos 200 e 200A podem ser construídos a partir de qualquer material adequado suficiente para operar sob as pressões e temperaturas requeridas para a operação de reatores de microcanais de SMR. Por exemplo, o casco e as cabeças dos vasos 200 e 200A podem ser construídos de aço fundido. Os flanges, acopladores e tubos podem ser construídos com aço inoxidável ou outras ligas adequadas. Os vasos 200 e 200A podem possuir qualquer diâmetro desejado, por exemplo, de aproximadamente 30 a aproximadamente 500 cm, e em uma modalidade de aproximadamente 100 a aproximadamente 300 cm. O comprimento axial dos vasos 200 e 200A pode ser de qualquer valor desejado, por exemplo, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 50 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 15 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 metros.
Como indicado acima, os reatores de microcanais de SMR 130 podem compreender uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR, canais de combustão e canais de adição em estágio empilhados um acima do outro ou posicionados lado a lado. Os reatores de microcanais de SMR 130 podem estar na forma de blocos cúbicos como ilustrado nas Figuras 12 e 13. Cada um destes blocos cúbicos pode possuir comprimento, largura e altura, o comprimento estando na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 cm. A largura pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 2 00 cm. A altura pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 2 00 cm.
Os reatores de microcanais de SMR 13 0 podem compreender uma pluralidade de unidades de repetição, cada uma das quais inclui um ou mais microcanais de processamento SMR, canais de combustão e canais de adição em estágio. As unidades de repetição que podem ser usadas incluem as unidades de repetição 300, 300A, 3 00B, 3 00C e 300D ilustradas nas Figuras 15-19, respectivamente. Os reatores de microcanais de SMR 13 0 podem compreender de aproximadamente 1 a aproximadamente 1000 das unidades de repetição 300, 3 00A, 3 00B, 3 00C e 300D, e em uma modalidade de aproximadamente 3 a aproximadamente 750, e em uma modalidade de aproximadamente 5 a aproximadamente 500, e em uma modalidade de aproximadamente 5 a aproximadamente 250, e em uma modalidade de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 unidades de repetição.
A unidade de repetição 300 ilustrada na Figura 15 inclui o microcanal de processamento SMR 310 e a seção de aquecimento 320. A seção de aquecimento 320 compreende o canal de combustão 33 0 e canais de adição em estágio 340 e 340A. O microcanal de processamento 310 está na forma de um U invertido e inclui a zona de reação 314 onde um catalisador de SMR (não mostrado no desenho) é posicionado. A alimentação de SMR entra no microcanal de processamento 310 como indicado pela seta 312, circula através do microcanal de processamento SMR, contata o catalisador de SMR na zona de reação 314, e passa por uma reação de reforma a vapor de metano com o resultado sendo a formação do primeiro produto intermediário compreendendo CO e H2. O produto intermediário circula para fora do microcanal de processamento de SMR indicado pela seta 316. 0 canal de combustão 330 é um canal de combustão na forma de M que inclui zonas de reação 334 em que um catalisador de combustão (não mostrado no desenho) é posicionado. 0 canal de combustão também inclui seções abertas 33 8 em suas paredes laterais para permitir que o oxigênio ou fonte de oxigênio circule dos canais de adição em estágio 340 e 340A no canal de combustão 330. 0 combustível rico em H2 entra no canal de combustão 33 0 como indicado pela seta 332 e circula nas zonas de reação 334. O oxigênio ou fonte de oxigênio entra nos canais de adição em estágio 340 e 340A como indicado pelas setas 342 e 342A e circula através das seções abertas 338 e nas zonas de reação 334 nos canais de combustão 330. O combustível rico em H2 é misturado com o oxigênio ou fonte de oxigênio, contata o catalisador de combustão, e passa por uma reação de combustão que gera calor e exaustão de combustão. A exaustão de combustão circula para fora do canal de combustão 330 como indicado pela seta 336.
A unidade de repetição 300A ilustrada na Figura 16 é a mesma que a unidade de repetição 300 com a exceção que o microcanal de processamento de SMR 310 na unidade de repetição 300A é um microcanal de fluxo transversal de percurso reto, mais propriamente um microcanal na forma de U invertido.
A unidade de repetição 300B ilustrada na Figura 17 é a mesma que a unidade de repetição 300A com a exceção que a unidade de repetição 300B inclui dois microcanais de processamento de SMR adjacentes, a saber, os microcanais de processamento 310 e 310A. O microcanal de processamento de SMR 310 é adjacente ao canal de combustão 330. O microcanal de processamento de SMR 31OA é adjacente ao microcanal de processamento de SMR 310 e está em contato térmico com o canal de combustão 330.
A unidade de repetição 300C ilustrada na Figura 18 é a mesma que a unidade de repetição 300A ilustrada na Figura 16 com a exceção que o canal de combustão 330 ilustrado na Figura 18 é um canal de percurso reto, mais propriamente um canal na forma de M, e apenas um canal de adição em estágio 34 0 é usado.
A unidade de repetição 300D ilustrada na Figura 19 é a mesma que a unidade de repetição 3OOC ilustrada na Figura 18 com a exceção que o microcanal de processamento de SMR 310 na unidade de repetição 300D é um microcanal na forma de U invertido, mais propriamente um microcanal de percurso reto.
Os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem ser alojados em vasos separados 400, cada vaso 4 00 possuindo uma construção ilustrada nas Figuras 20-22. Com referência a Figura 21, o vaso 400 contém seis reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou seis reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 170, que são identificados nos desenhos como reatores de microcanais 150/170. Estes estão identificados na Figura 21 como reatores de microcanais de Fischer- Tropsch 150/170-1, 150/170-2, 150/170-3, 150/170-4, 150/170-5 e 150/170-6. Embora seis reatores de microcanais sejam descritos nos desenhos, deve ser entendido que o vaso 400 pode conter qualquer número desejado de reatores de microcanais de Fischer-Tropsch. Por exemplo, o vaso 4 00 pode conter de aproximadamente la aproximada 1000 reatores de Fischer-Tropsch 150 ou 170, e em uma modalidade de 1 a aproximadamente 750, e em uma modalidade de 1 a aproximadamente 500, e em uma modalidade de 1 a aproximadamente 250, e em uma modalidade de 1 a aproximadamente 100, e em uma modalidade de 1 a aproximadamente 50, e em uma modalidade de 1 a aproximadamente 2 0 reatores de Fischer-Tropsch 150 ou 170. 0 vaso 400 pode ser um vaso pressurizado. 0 vaso 400 inclui entradas 402, 404 e 410, e saídas 406, 408, 412. A entrada 402 é conectada a um distribuidor que é provido para circular a alimentação de Fischer-Tropsch (isto é, o segundo produto intermediário para os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou terceiro produto intermediário para os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 170) para os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou 170. A entrada 404 está conectada a um distribuidor que é provido para circular fluido de troca de calor (por exemplo, água e vapor saturado) para os canais de troca de calor nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou 170. A saída 4 06 é conectada a um distribuidor que provê a circulação de produto dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou 170 para fora do vaso 400. A saída 408 é conectada a um distribuidor que provê a circulação de fluido de troca de calor (por exemplo, vapor) para fora dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou 170. O vaso 400 também inclui a entrada 410 e a saída 412 para prover a circulação de vapor superaquecido para aquecer o canal circular de produto do vaso 4 00 e manter o fluxo através do distribuidor de produto.
0 vaso 4 00 pode ser construído de qualquer material adequado suficiente para operar sob as pressões e temperaturas requeridas para operar os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou 170. Por exemplo, o casco 414 e cabeça 416 do vaso 400 podem ser construídos de aço fundido. Os flanges, acopladores e tubos podem ser construídos com aço inoxidável 316. 0 vaso 4 00 pode possuir qualquer diâmetro desejado, por exemplo, de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade de aproximadamente 50 a aproximadamente 3 00 cm. 0 comprimento axial do vaso 400 pode ser de qualquer valor desejado, por exemplo, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 50 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 metros.
Como indicado acima, os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem compreender uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer- Tropsch, e canais de troca de calor empilhados um acima do outro e posicionados lado a lado. Os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem estar na forma de blocos cúbicos. Cada um destes blocos cúbicos pode possuir comprimento, largura e altura, o comprimento estando na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 cm. A largura pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 cm. A Altura pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 2 0 a aproximadamente 200 cm.
Os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem compreender, cada um, uma pluralidade de unidades de repetição, cada uma das quais inclui um ou mais microcanais de processamento Fischer-Tropsch e um ou mais canais de troca de calor. As unidades de repetição que podem ser usadas incluem as unidades de repetição 500, 500A, 500B e 500C ilustradas nas Figuras 24-27, respectivamente. Os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem compreender de aproximadamente 1 a aproximadamente 1000 das unidades de repetição 500, 500A, 500B ou 500D, e em uma modalidade de aproximadamente 10 a aproximadamente 500 de tais unidades de repetição. Embora o catalisador ilustrado em cada uma das unidades de repetição 500- 500D esteja na forma de um leito fixo de sólidos particulados, deve ser entendido que o catalisador pode estar em qualquer forma incluindo a várias estruturas de catalisadores descritas abaixo.
A unidade de repetição 500 é ilustrada na Figura 24. Com referência a Figura 24, o microcanal de processamento Fischer-Tropsch 510 é posicionado adjacente a camada de troca de calor 520 que contém canais de troca de calor 522. Os canais de troca de calor 522 podem ser microcanais. Uma parede comum 515 separa os microcanais de processamento 510 da camada de troca de calor 520. Um catalisador 530 é empacotado no microcanal de processamento 510. 0 leito de catalisador 530 pode ser referido como uma zona de reação. Em uma modalidade, o comprimento da camada de troca de calor 520 é de até aproximadamente 200% do comprimento da zona de reação, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 520 é de aproximadamente 50 a aproximadamente 175% do comprimento da zona de reação, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 52 0 é de aproximadamente 75 a aproximadamente 150% do comprimento da zona de reação. A composição de reagente (isto é, segundo ou terceiro produto intermediário) circula para dentro do leito empacotado de catalisador 53 0 no microcanal de processamento 510 na direção indicada pelas setas 144/162, contata o catalisador 53 0 e reage para formar o produto desejado. O produto (isto é, terceiro produto intermediário ou produto final) circula para fora do microcanal de processamento 510 como indicado pelas setas 151/172. 0 fluido de troca de calor circula através dos canais de troca de calor 522 em uma direção que é de corrente cruzada com relação ao fluxo da composição de reagente e produto no microcanal de processamento 510. A reação de Fischer-Tropsch conduzida no microcanal de processamento 510 é exotérmica e o fluido de troca de calor prove resfriamento para a reação.
Alternativamente, os microcanais de processamento e os canais de troca de calor podem ser alinhados como provido para a unidade de repetição 500A. A unidade de repetição 500A, que é ilustrada na Figura 25, é idêntica a unidade de repetição 500 ilustrada na Figura 25 com a exceção que os canais de troca de calor 522 são girados 90° e o fluido de troca de calor que circula através dos canais de troca de calor 522 circula em uma direção que pode ser contracorrente ao fluxo de reagente e produto no microcanal de processamento 510 ou co-corrente com relação à direção de reagente e produto no microcanal de processamento 510.
Alternativamente, os microcanais de processamento e os canais de troca de calor podem ser alinhados como provido para a unidade de repetição 500B. A unidade de repetição 500B está ilustrada na Figura 26. Com referência a Figura 26, o microcanal de processamento 510a é posicionado adjacente a camada de troca de calor 521. A camada de troca de calor 521 contém uma pluralidade de canais de troca de calor 522 alinhados em paralelo um com relação ao outro, cada canal de troca de calor 522 se estendendo longitudinalmente em um ângulo reto com relação a direção do microcanal de processamento 510a. A camada de troca de calor 521 é menor em comprimento que o microcanal de processamento 510a. A camada de troca de calor 521 se estende longitudinalmente a partir da, ou próxima a, entrada 513 para a zona de reação 514 de microcanal de processamento 510a para o ponto 517 ao longo do comprimento do microcanal de processamento 510a perto da saída 516 da zona de reação 514. Em uma modalidade, o comprimento da camada de troca de calor 521 é de até aproximadamente 90% do comprimento da zona de reação 514, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 521 é de aproximadamente 5 a aproximadamente 90% do comprimento da zona de reação 514, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 521 é de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% do comprimento da zona de reação 514, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 521 é de aproximadamente 50% a aproximadamente 90% do comprimento da zona de reação 514. A largura do microcanal de processamento 510a é expandida ou estendida na área a jusante da extremidade 517 da camada de troca de calor 521. Alternativamente, a camada de troca de calor 521 pode ser posicionada próxima a saída 516 da zona de reação 514.
Alternativamente, os microcanais de processamento e os canais de troca de calor podem ser alinhados como provido para a unidade de repetição 500C. A unidade de repetição 500C, que é ilustrada na Figura 27, é idêntica a unidade de repetição 500B ilustrada na Figura 26 com a exceção que a unidade de repetição 500C inclui uma camada de troca de calor 521a adjacente ao microcanal de processamento 510a no lado oposto do microcanal de processamento 510a da camada de troca de calor 521. A camada de troca de calor 521a contém uma pluralidade de canais de troca de calor 522a, que são os mesmos que ou similares no tamanho e modelo aos canais de troca de calor 522 discutidos acima. A camada de troca de calor 521a se estende longitudinalmente a partir da, ou próxima a, entrada 513 para a zona de reação 514 de microcanal de processamento 510a para um ponto 523 ao longo do comprimento do microcanal de processamento 510a perto da saída 517 da zona de reação 514. O comprimento da camada de troca de calor 521a pode ser até aproximadamente 90% do comprimento da camada de troca de calor 521, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 521a pode ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 90% do comprimento da camada de troca de calor 521, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 521a pode ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% do comprimento da camada de troca de calor 521, e em uma modalidade o comprimento da camada de troca de calor 521a pode ser de aproximadamente 50% a aproximadamente 90% do comprimento da camada de troca de calor 521. A largura do microcanal de processamento 132a é expandida nas áreas a jusante das extremidades 517 e 523 das camadas de troca de calor 521 e 521a, respectivamente. Alternativamente, as camadas de troca de calor 521 e 521a podem ser posicionadas próximas a saída 516 da zona de reação 514.
No modelo e operação de um reator de microcanais de Fischer-Tropsch pode ser vantajoso prover um perfil de troca de calor adaptado ao longo do comprimento dos microcanais de processamento para otimizar a reação. Isto pode ser realizado pelo emparelhamento da liberação local de calor emitido pela reação de Fischer-Tropsch conduzida nos microcanais de processamento com remoção de calor ou resfriamento provido pelo fluido de troca de calor nos canais de troca de calor no reator de microcanais. A extensão da reação de Fischer-Tropsch e a conseqüente liberação de calor provida pela reação pode ser maior nas seções da frente ou a montante das zonas de reação nos microcanais de processamento, quando comparadas com seções de trás ou a jusante das zonas de reação. Consequentemente, as necessidades de resfriamento de emparelhamento podem ser maiores nas seções a montante das zonas de reação quando comparadas com as seções a jusante das zonas de reação. A troca de calor adaptada pode ser realizada mediante o fornecimento de mais canais de troca de calor ou de resfriamento e, consequentemente, o fluxo de mais fluido de troca de calor ou de resfriamento, em contato térmico com seções a montante da das zonas de reação nos microcanais de processamento quando comparado com seções a jusante das zonas de reação. Isto é mostrado nas Figuras 26 e 27 nas quais as camadas de troca de calor 521 e 521a se estendem longitudinalmente a partir da entrada 513 para a zona de reação 514 ao longo do comprimento dos microcanais de processamento 500B e 500C para os pontos 517 e 523 perto da saida 516 da zona de reação 514. Alternativamente ou adicionalmente, um perfil de troca de calor adaptado pode ser provido mediante a variação da taxa de fluxo de fluido de troca de calor nos canais de troca de calor. Nas áreas onde resfriamento ou troca de calor adicional é desejada, a taxa de fluxo de fluido de troca de calor pode ser aumentada quando comparada com áreas onde menos troca de calor ou resfriamento é requerido. Por exemplo, uma taxa maior de fluxo de fluido de troca de calor pode ser vantajosa nos canais de troca de calor em contato térmico com seções a jusante das zonas de reação nos microcanais de processamento quando comparada com os canais de troca de calor em contato térmico com seções a montante das zonas de reação. Desse modo, com referência a Figura 24, por exemplo, uma maior taxa de fluxo nos canais de troca de calor 522 próximos a entrada do microcanal de processamento 500 pode ser usado quando comparado aos canais de troca de calor 522 próximos a saída do microcanal de processamento onde a taxa de fluxo pode ser menor. A transferência de calor dos microcanais de processamento para os canais de troca de calor pode ser projetada para desempenho otimizado mediante a seleção de dimensões de canal de troca de calor otimizadas e/ou da taxa de fluxo de fluido de troca de calor por um único ou por grupos de canais de troca de calor. Modelos alternativos adicionais para adaptação de troca de calor pode estar relacionada a seleção e modelo de catalisador de Fischer-Tropsch (tais como, tamanho de partícula, formulação de catalisador, densidade de empacotamento, uso de um catalisador classificado, ou outras características químicas e físicas) em localizações específicas dentro dos microcanais. Estes modelos alternativos podem impactar tanto a liberação de calor dos microcanais de processamento quanto a transferência de calor do fluido de troca de calor. Diferenciações de temperatura entre os microcanais de processamento e os canais de troca de calor, que podem prover a força motora para a transferência de calor, pode variar ao longo do comprimento dos microcanais de processamento.
Os canais de combustão e os canais de adição em estágio no reator de microcanais de SMR 130, e os canais de troca de calor nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem ser microcanais ou os mesmos podem possuir dimensões que os caracterizariam como não sendo microcanais. Por exemplo, estes canais podem possuir larguras ou comprimentos internos de até aproximadamente 50 mm, e em uma modalidade de até aproximadamente 25 mm, e em uma modalidade de até aproximadamente 15 mm. Os microcanais de processamento de SMR e os microcanais de processamento de Fischer- Tropsch são microcanais. Cada um dos microcanais pode possuir uma seção cruzada que possui qualquer forma, por exemplo, um quadrado, retângulo, círculo, semicírculo, etc. Cada microcanal pode possuir uma altura interna de até aproximadamente 10 mm, e em uma modalidade de até aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade de até aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade de até aproximadamente 2 mm. Em uma modalidade, a altura pode estar na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 10 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 1,5 mm. A largura destes microcanais pode possuir pode ser de qualquer dimensão, por exemplo, até aproximadamente 3 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 3 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3 metros. 0 comprimento de cada microcanal pode ser de qualquer dimensão, por exemplo, de até aproximadamente 10 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 10 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 6 metros, e em uma modalidade de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 3 metros.
Os microcanais de processamento de SMR, canais de combustão e canais de adição em estágio no reator de microcanais de SMR 150, e os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e canais de troca de calor nos reatores de raicrocanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem possuir seções cruzadas retangulares e são alinhados em planos orientados de forma vertical lado a lado ou planos empilhados orientados de forma horizontal. Estes planos podem ser enviesados em um ângulo inclinado a partir da horizontal. Estas configurações podem ser referidas como configurações de placas paralelas. Estes canais podem ser arranjados em unidades compactas em módulos para o aumento da produção (scale-up).
0 reator de microcanais de SMR 130 e os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem ser feitos de qualquer material que proporcione força suficiente, estabilidade dimensional e características de transferência de calor para permitir a operação do processo inventivo. Estes materiais podem incluir aço; alumínio; titânio; níquel; platina; ródio; cobre; cromo; latão; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
0 reator de microcanais de SMR 130 e os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem ser fabricados usando técnicas conhecidas incluindo usinagem por eletroerosão por fio, usinagem convencional, corte a laser, usinagem fotoquímica, usinagem eletroquímica, moldagem, jato de água, estampagem, corrosão localizada (por exemplo, química, fotoquímica ou corrosão localizada de plasma) e combinação dos mesmos.
O reator de microcanais de SMR 130 e os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 podem ser construídos pela formação de calços com porções removidas que permitem a passagem do fluxo. Um empilhamento de calços pode ser montado por meio de ligação por difusão, fusão a laser, brasagem por difusão e métodos similares para formar um dispositivo integrado. Os reatores de microcanais podem ser montados usando uma combinação de calços ou laminados e ou fitas ou chapas parciais. Neste método, os canais ou áreas vazias podem ser formados pela montagem de fitas ou chapas parciais para reduzir a quantidade de material requerido.
Os microcanais de processamento de SMR e os microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e/ou canais de combustão podem conter um ou mais elementos de superfície na forma de depressões e/ou projeções a partir de uma ou mais das paredes internas dos microcanais de processamento. Exemplos são mostrados nas Figuras 40 e 41. Os canais de troca de calor nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 também podem conter tais elementos de superfície. Os elementos de superfície podem ser usados para desorganizar o fluxo de fluido que circula nos canais. Estas desorganizações de fluxo podem melhorar a transferência de calor e/ou a mistura. Os elementos de superfície podem estar na forma de superfícies padronizadas. Os reatores de microcanais de SMR e/ou Fischer-Tropsch podem ser feitos pela laminação de uma pluralidade de calços juntos. Uma das, ou ambas as, superfícies principais dos calços podem conter elementos de superfície. Alternativamente, o reator de SMR e/ou Fischer-Tropsch pode ser montado usando algumas chapas ou calços e algumas fitas, ou chapas parciais para reduzir a quantidade total de metal requerido para construir o dispositivo. Em uma modalidade, o calço contém elementos de superfície que podem estar emparelhados (em lados opostos de um microcanal) com outro calço contendo elementos de superfície. O emparelhamento pode proporcionar melhor mistura ou melhoramento da transferência de calor quando comparado aos canais com elementos de superfície em apenas uma superfície principal. Em uma modalidade, a modelação pode compreender recessos diagonais que são dispostos substancialmente sobre a largura total de uma superfície de microcanal. A área do elemento de superfície padronizado, de uma parede, pode ocupar parte de, ou o comprimento total de, uma superfície de microcanal. Em uma modalidade, os elementos de superfície podem ser posicionados sobre pelo menos aproximadamente 20%, e em uma modalidade sobre pelo menos aproximadamente 50%, em uma modalidade sobre pelo menos aproximadamente 80% do comprimento de uma superfície de canal. Cada um dos recessos diagonais pode compreender um ou mais ângulos com relação à direção de fluxo. Sucessivos elementos de superfície em recesso podem compreender ângulos alternados ou similares com relação a outro elemento de superfície em recesso.
Nas modalidades em que os elementos de superfície podem ser posicionados em uma, ou em mais de uma, parede do microcanal, os elementos de superfície em uma, ou em mais de uma, parede podem possuir o mesmo (ou similar) padrão como encontrado em uma segunda parede, porém girado ao redor da linha central da direção de fluxo de massa no meio do canal principal. Em uma modalidade em que os elementos de superfície podem estar nas, ou opostos as, paredes, os elementos de superfície na, ou em uma, parede podem ser aproximadamente imagens especulares dos elementos da parede oposta. Em uma modalidade em que os elementos de superfície estão em, ou em mais de, uma parede, os elementos de superfície da, ou em uma, parede podem ser do mesmo (ou similar) padrão como encontrado em uma segunda parede, porém girado ao redor de um eixo que é ortogonal a direção de fluxo de massa no meio do canal principal. Em outras palavras, os elementos de superfície podem ser movidos 180 graus com relação a direção de fluxo de massa no meio do canal principal e girado ao redor da linha central do fluxo de massa no meio do canal principal. Os elementos de superfície em, ou em oposição ou adjacente as, paredes, podem ou não ser alinhados diretamente um com o outro, porém podem ser repetidos continuamente ao longo da parede por pelo menos parte do comprimento da parede. Os elementos de superfície podem ser posicionados em três ou mais superfícies internas de um canal. Para o caso de geometrias de canal com três ou poucos lados, tal como, triangular, oval, elíptica, circular e semelhante, os elementos de superfície podem cobrir de aproximadamente 20% a aproximadamente 100% do perímetro do microcanal.
Em uma modalidade, uma superfície padronizada pode compreender múltiplos padrões empilhados no topo um do outro. Um padrão ou arranjo de orifícios pode ser localizado adjacente a uma parede de transferência de calor e um segundo padrão, tal como, um arranjo diagonal de elementos de superfície pode ser empilhado no topo e estar adjacente a um canal aberto para fluxo. Uma chapa adjacente a uma lacuna aberta pode possuir modelação através da espessura da chapa tal que o fluxo possa passar através da chapa em um padrão subjacente. O fluxo pode acorre como um resultado da advecção ou difusão. Como um exemplo, uma primeira chapa com um arranjo de orifícios passantes pode ser localizada sobre uma parede de transferência de calor, e uma segunda chapa com um arranjo de frestas passantes diagonais pode ser posicionada na primeira chapa. Isto pode proporcionar mais área superficial para a aderência do catalisador. Em uma modalidade, o padrão pode ser repetido em pelo menos uma outra parede do microcanal de processamento. Os padrões podem ser deslocados em paredes opostas. As superfícies padronizadas mais internas (aquelas superfícies que limitam um canal de fluxo) podem conter um padrão tal como um arranjo diagonal. Os arranjos diagonais podem ser orientados tanto "com" a direção do fluxo ou um lado orientado com a direção do fluxo e quanto com o lado oposto orientado "contra" a direção do fluxo. Mediante a variação dos elementos de superfície nas paredes opostas, campos de fluxo e graus de vorticidade diferentes podem ser proporcionados no fluido que percorre o centro e a lacuna aberta.
Os elementos de superfície podem ser orientados em ângulos com relação a direção do fluxo através dos canais. Os elementos de superfície podem ser alinhados em um ângulo de aproximadamente Io a aproximadamente 89°, e em uma modalidade de aproximadamente 3 0° a aproximadamente 75°, com relação à direção do fluxo. O Ângulo de orientação pode ser um ângulo oblíquo. Os elementos de superfície angulados podem ser alinhados voltados para a direção do fluxo ou contra a direção do fluxo. O fluxo de fluido em contato com os elementos de superfície pode forçar alguns dos fluidos dentro de depressões nos elementos de superfície, enquanto outros fluidos podem circular acima dos elementos de superfície. O fluxo dentro dos elementos de superfície pode se amoldar com o elemento de superfície e estar angulado com relação à direção de fluxo de massa no canal. Quando o fluido sai do elemento de superfície o mesmo pode exercer momento na direção x e y para um sistema de coordenadas x, y, z em que o fluxo de massa está na direção z. Isto pode resultar em agitação ou rotação no fluxo de fluido. Este padrão pode ser auxiliado por mistura.
Duas ou mais regiões de elemento de superfície dentro dos microcanais de processamento podem ser localizados em série tal que a mistura dos fluidos pode ser realizada usando uma primeira região de elemento de superfície, seguida de pelo menos uma segunda região de elemento de superfície onde um padrão de fluxo diferente pode ser usado.
Os elementos de superfície podem possuir duas ou mais camadas empilhadas no topo de cada uma ou entrelaçadas em um padrão tridimensional. 0 padrão em cada camada discreta pode o mesmo ou diferente. 0 fluxo pode girar ou advectar em cada camada ou em apenas uma única camada. As subcamadas que podem não ser adjacentes ao trajeto de fluxo de massa do canal, podem ser usadas para proporcionarem área superficial adicional. O fluxo pode girar em um primeiro nível de elementos de superfície e se difundir molecularmente dentro da segunda ou mais subcamadas para promover a reação. Os elementos de superfície tridimensionais podem ser preparados por meio de fundição, usinagem fotoquímica, corte a laser, corrosão localizada, ablação, ou outros processos onde a variação de padrões pode ser quebrada em planos discretos como se estivessem empilhadas no topo uma da outra. Os elementos de superfície tridimensionais podem ser providos adjacentes ao trajeto de fluxo de massa dentro dos microcanais onde os elementos de superfície possuem diferentes profundidades, formas, e/ou localizações acompanhadas por subelementos com padrões de variação de profundidade, formas e/ou localizações.
Um exemplo de uma estrutura de elemento de superfície tridimensional pode compreender ângulos oblíquos em recesso ou juntas em T na interface adjacente ao trajeto do fluxo de massa do microcanal. Abaixo das juntas em T podem estar uma série de estruturas tridimensionais que conectam os elementos de superfície adjacentes ao trajeto do fluxo de massa e são feitas de estruturas de formas, profundidades e/ou localizações sortidas. Pode ser adicionalmente vantajoso prover passagens de subcamadas que não caiam diretamente abaixo de um elemento de superfície aberto que é adjacente ao trajeto do fluxo de massa dentro do microcanal e, mais propriamente, se conectam através de uma ou mais passagens tridimensionais e bidimensionais tortuosas. Esta aproximação pode ser vantajosa para proporcionar distribuições de tempo de residência adaptadas nos microcanais, onde pode ser desejável possuir uma distribuição de tempo de residência mais curta versus uma mais extensa. O comprimento e a largura de um elemento de superfície podem ser definidos do mesmo que o comprimento e a largura de um canal. A profundidade pode ser a distância a qual o elemento de superfície desce na, ou sobe acima da, superfície de microcanais. A profundidade do elemento de superfície pode corresponder a direção de empilhamento de um dispositivo de microcanal ligado e empilhado com elementos de superfície formados sobre as, ou dentro das, superfícies de chapas. As dimensões para os elementos de superfície pode se referir à dimensão máxima de um elemento de superfície; por exemplo, a profundidade de uma ranhura pode se referir a profundidade máxima, isto é, a profundidade no fundo da ranhura.
Os elementos de superfície podem possuir profundidades que são de até aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade de até aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1 mm. A largura dos elementos de superfície pode ser suficiente para quase estender a largura do microcanal (por exemplo, modelos de ziguezague), e em uma modalidade (tais como, elementos de preenchimento) pode se estender aproximadamente 60% ou menos da largura do microcanal, e em uma modalidade aproximadamente 50% ou menos, e em uma modalidade aproximadamente 4 0% ou menos, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 60% da largura do microcanal, em uma modalidade de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 50% da largura do microcanal, em uma modalidade de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 40% da largura do microcanal. A largura do elemento de superfície pode estar na faixa de aproximadamente 0,05 mm a aproximadamente 100 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 5 cm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 2 cm.
Múltiplos elementos de superfície ou regiões de elementos de superfície podem ser incluídos dentro de um canal, incluindo os elementos de superfície que apresentam recessos de profundidades diferentes em uma ou mais paredes de microcanais. Os espaços entre os recessos podem estar na faixa de aproximadamente 0,01 mm a aproximadamente 10 mm, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1 mm. Os elementos de superfície podem estar presentes em toda a parte do comprimento total de um microcanal ou em porções ou regiões do canal. A porção ou região que possui elementos de superfície pode ser irregular de modo a promover uma operação de unidade ou mistura desejada (por exemplo, separação, resfriamento, etc.) em zonas adaptadas. Por exemplo, uma seção de um centímetro de um canal pode possuir um arranjo fortemente espaçado de elementos de superfície, seguido por quatro centímetros de um canal plano sem elementos de superfície, seguido por uma seção de dois centímetros de elementos de superfície espaçados livremente. 0 termo "elementos de superfície espaçados livremente" pode ser usado para se referir a elementos de superfície com um passo ou elemento que caracteriza a distância que é maior que aproximadamente cinco vezes a largura do elemento de superfície.
Os elementos de superfície podem ser posicionados em uma ou mais regiões de elementos de superfície que se estendem substancialmente sobre o comprimento axial total do canal. Em uma modalidade, um canal pode possuir elementos de superfície que se estendem sobre aproximadamente 50% ou menos de seu comprimento axial, e em uma modalidade sobre aproximadamente 20% ou menos de seu comprimento axial. Em uma modalidade, os elementos de superfície podem se estender sobre aproximadamente 10% a aproximadamente 100% do comprimento axial do canal, e em uma modalidade de aproximadamente 20% a aproximadamente 90%, e em uma modalidade de aproximadamente 3 0% a aproximadamente 80%, e em uma modalidade de aproximadamente 4 0% a aproximadamente 60% do comprimento axial do canal.
Cada perna de elemento de superfície pode estar em um ângulo oblíquo com relação a direção do fluxo de massa. O comprimento de amplitude de elemento ou amplitude (span) pode ser definido como sendo normal com relação a orientação do elemento. Como um exemplo, um elemento de superfície pode ser uma depressão diagonal em um ângulo de 45 graus com relação ao plano ortogonal a direção do meio de fluxo de massa no canal principal com uma abertura de 0,38 mm ou amplitude ou comprimento de amplitude de elemento e um comprimento de percurso de elemento de 5,6 mm. O comprimento de percurso pode ser a distância a partir de uma extremidade para a outra extremidade do elemento de superfície na direção mais longa, enquanto que a amplitude ou comprimento de amplitude de elemento pode ser a distância na direção mais curta (que não é profundidade). A profundidade do elemento de superfície pode ser o caminho distante a partir do canal principal. Para os elementos de superfície com uma largura não uniforme (amplitude - "span"), a amplitude pode ser a amplitude média calculada sobre o comprimento de percurso.
O elemento de superfície pode compreender um recesso ou uma protrusão com base na área projetada na base do elemento de superfície ou no topo do elemento de superfície. Se a área do topo do elemento de superfície é a mesma ou excede a área da base do elemento de superfície, então se pode considerar que o elemento de superfície está em recesso. Se a área na base do elemento de superfície excede a área do topo do elemento de superfície, então se pode considerar que o mesmo está em protrusão. Para esta descrição, os elementos de superfície podem ser descritos como em recesso embora deva ser entendido que pela mudança da relação de aparência do elemento de superfície o mesmo pode, alternativamente, ser definido como uma protrusão. Para um microcanal de processamento definido pelas paredes que interceptam apenas os topos dos elementos de superfície, especialmente para um canal plano, todos os elementos de superfície podem ser definidos como em recesso, e deve ser entendido que um canal similar poderia ser proporcionado pela protrusão de elementos de superfície a partir da base de um canal com uma seção cruzada que inclui a base dos elementos de superfície.
O microcanal de processamento de SMR e/o Fischer- Tropsch e/ou canal de combustão pode possuir pelo menos aproximadamente 20%, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 35%, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 50%, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 70%, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 90% da superfície interna do canal (medido em seção cruzada perpendicular ao comprimento, isto é, perpendicular a direção do fluxo líquido através do canal) que contém os elementos de superfície. Os elementos de superfície podem cobrir um estiramento contínuo de pelo menos aproximadamente 1 cm, e em uma modalidade de pelo menos aproximadamente 5 cm. No caso de um canal anexo, a porcentagem de cobertura de elemento de superfície pode ser uma porção de uma seção cruzada coberta com elementos de superfície quando comparado a um canal anexo que se estende uniformemente a partir da base ou do topo dos elementos de superfície ou um valor constante entre os mesmos. 0 último pode ser um canal plano. Por exemplo, se um canal possui superfícies de fundo e de topo padronizadas que estão cada uma 0,9 cm atravessadas (extensão) e paredes laterais não padronizadas que são elevadas de 0,1 cm, então 90% da superfície do canal poderia conter elementos de superfície.
O microcanal de processamento de SMR e/o Fischer- Tropsch pode se anexado em todos os lados, e em uma modalidade o canal pode possuir de forma geral uma seção cruzada retangular ou quadrada (no caso de canal retangular, a modelação de elemento de superfície pode ser posicionada em ambas as faces principais). Para um canal retangular ou quadrado de forma geral, o canal pode ser anexado em apenas dois ou três lados e apenas dois ou três lados emparedados podem ser usados no cálculo de porcentagem de elemento de superfície descrito acima. Em uma modalidade, os elementos de superfície podem ser posicionados em canais cilíndricos com seção cruzada variável ou constante na direção axial.
Cada um dos padrões de elemento de superfície pode ser repetido ao longo de uma face do canal, com espaçamento regular ou variável entre os elementos de superfície na direção de fluxo de massa do canal. Algumas modalidades podem possuir apenas uma única perna para cada elemento de superfície, enquanto outras modalidades podem possuir múltiplas pernas (duas, três ou mais). Para um canal de largura extensa, múltiplos elementos de superfície ou colunas de elementos de superfície repetidos podem ser localizados adjacentes um ao outro através da largura do canal. Para cada um dos padrões de elemento de superfície, profundidade do elemento, largura, amplitude e espaçamento podem ser variáveis ou constantes quando o padrão é repetido ao longo da direção do fluxo de massa no canal principal. Além disso, as geometrias de elementos que possuem um vértice conectando duas pernas em diferentes ângulos podem possuir modalidades alternadas, nas quais as pernas dos elementos de superfície podem não ser conectadas pelos vértices.
As aberturas na seção aberta 338 do canal de combustão 33 0 no reator de microcanais de SMR 13 0 podem ser de tamanho suficiente para permitir o fluxo de oxigênio ou fonte de oxigênio através da abertura 338. As aberturas podem ser referidas como poros. A seção aberta 338 possui espessura na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 10 mm, e em uma modalidade aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade aproximadamente 0,01 a aproximadamente 2 mm. A abertura pode possuir diâmetros médios na faixa de até aproximadamente 5000 mícrons, e em uma modalidade até aproximadamente 1000 mícrons, e em uma modalidade até aproximadamente 500 mícrons, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 500 mícrons.
A seção aberta 33 8 pode ser construída de qualquer material que proporcione estabilidade dimensional e força suficiente para permitir a operação do processo. Estes materiais incluem: aço (por exemplo, aço inoxidável; aço carbono, e semelhantes); monel; inconel; alumínio; titânio; níquel; platina; ródio; cobre; cromo; latão; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. As aberturas podem ser formadas usando técnicas conhecidas, tais como, perfuração a laser, sistemas microeletromecânicos (MEMS), moldagem e eletrodeposição via litografia (LIGA), faiscamento elétrico, ou corrosão localizada fotoquímica e eletroquímica.
0 catalisador de SMR pode compreender qualquer catalisador de SMR. 0 catalisador de SMR pode compreender La, Pt, Fe, Ni, Ru, Rh, In, Ir, W, e/ou um óxido dos mesmos, ou um mistura de dois ou mais dos mesmos. O catalisador de SMR pode compreender adicionalmente MgO, Al2O3, SiO2, TiO2, ou uma mistura de dois ou dos mesmos. Em uma modalidade, o catalisador de SMR pode compreender 13, 8%-Rh/6%-MgO/Al2O3 em um feltro metálico de liga de FeCrAlY preparado usando revestimento com lavagem de feltro de FeCrAlY com uma espessura de aproximadamente 0,25 mm e aproximadamente 90% de porosidade. Em uma modalidade, o catalisador de SMR pode ser derivado de uma solução aquosa de La (NO3) 3 · 6H20. Em uma modalidade, o catalisador de SMR pode ser derivado de uma solução de Pt(NH3)4(NO3)2- Em uma modalidade, o catalisador de SMR pode ser derivado de uma solução de La(NO3) e Rh(NO3) que são depositados em uma camada de Al2O3.
O catalisador de combustão pode compreender Pd, Pr, Pt, Rh, Ni, Cu, e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos. Em uma modalidade, o catalisador de combustão pode compreender adicionalmente Al2O3, SiO2, MgO, ou uma mistura de dois ou dos mesmos. Em uma modalidade, o catalisador de combustão pode se derivado de uma solução de Pd(NO3)2 a qual é depositada em uma camada de Al2O3. Em uma modalidade, o catalisador de combustão pode compreender uma camada de Pr e Pd usando precursores na forma de nitratos, e uma camada de Pt usando uma solução de Pt(NO3)4(NO3)2.
O catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender qualquer catalisador de Fischer-Tropsch. O catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender pelo menos um metal ativo cataliticamente ou óxido do mesmo. Em uma modalidade, o catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender adicionalmente um suporte de catalisador. Em uma modalidade, o catalisador de Fischer-Tropsch pode compreender pelo menos um promotor. 0 metal ativo cataliticamente pode compreender Co, Fe, Ni, Ru, Re, Os, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. 0 material de suporte pode compreender alumina, zircônia, sílica, fluoreto de alumínio, alumina fluoretada, bentonite, céria, óxido de zinco, sílica-alumina, carboneto de silício, uma peneira molecular, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. 0 material de suporte pode compreender um óxido refratário. 0 promotor pode compreender um metal do Grupo IA, IIA, IIIB ou VIB ou um óxido dos mesmos, um metal lantanídeo ou óxido de metal, ou um metal actinídeo ou óxido de metal. Em uma modalidade, o promotor é Li, B, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, La, Ac, Ce ou Th, ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos. Exemplos de catalisadores que podem ser usados incluem aqueles descritos nas Patentes U.S. 4.585.798; 5.036.032; 5.733.839; 6.075.062; 6.136.868; 6.262.131 BI; 6.353.035 B2; 6.368.997 B2; 6.476.085 B2; 6.451.864 BI; 6.490.880 BI; 6.537.945 B2; 6.558.634 BI; e Publicações de Patentes U.S. 2002/0028853 Al; 2002/0188031 Al; e 2003/0105171 Al; estas patentes e publicações de patentes sendo incorporadas aqui por referência para as descrições de catalisadores de Fischer-Tropsch e métodos para preparar tais catalisadores.
Em uma modalidade, o catalisador de Fischer- Tropsch pode compreender Co, e opcionalmente um co- catalisador e/ou promotor, suportado em um suporte em que o carregamento de Co é pelo menos aproximadamente 5% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 10% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 15% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 20% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 25% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 28% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 30% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 32% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 35% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 40% em peso. Em uma modalidade o carregamento de Co pode ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% em peso, e em uma modalidade aproximadamente 10 a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 15 a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 20 a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 25 a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 28 a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 30 a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 32 a aproximadamente 50% em peso. A dispersão de metal para o metal ativo cataliticamente (isto é, Co, e opcionalmente co-catalisador e/ou promotor) do catalisador pode variar de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 0%, e em uma modalidade de aproximadamente 2 a aproximadamente 20%, e em uma modalidade de aproximadamente 3 a aproximadamente 2 0%.
O co-catalisador pode ser Fe, Ni, Ru, Re Os ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos. O promotor pode ser um metal do Grupo IA, IIA, IIIB ou VIB ou um oxido dos mesmos, um metal lantanídeo ou oxido de metal, ou um metal actinídeo ou óxido de metal. Em uma modalidade o promotor é Li, B, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Srf Ba, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, La, Ac, Ce ou Th, ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos. O co-catalisador pode ser empregado em uma concentração de até aproximadamente 10% em peso com base no peso total do catalisador (isto é, o peso do catalisador, co-catalisador, promotor e suporte), e em uma modalidade de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 5% em peso. O promotor pode ser empregado em uma concentração de até aproximadamente 10% em peso com base no peso total do catalisador, e em uma modalidade de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 5% em peso.
Em uma modalidade, o catalisador de Fischer- Tropsch pode compreender Co suportado em alumina; o carregamento de Co sendo pelo menos aproximadamente 25% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 28% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 30% em peso, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 32% em peso; e a dispersão de Co é pelo menos aproximadamente 3%, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 5%, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 7%.
Em uma modalidade, o catalisador de Fischer- Tropsch pode compreender uma composição representada pela fórmula: CoM1aM2bOx
em que,
M1 é Fe, Ni, Ru, Re Os, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos, e em uma modalidade M1 é Ru ou Re ou uma mistura dos mesmos; M2 é Li, B, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, La, Ac, Ce ou Th, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos; a é um número na faixa de zero a aproximadamente 0,5, e em uma modalidade de zero a aproximadamente 0,2; b é um número na faixa de zero a aproximadamente 0,5, e em uma modalidade de zero a aproximadamente 0,1; e x é o número de oxigênios necessários para completar a valência requerida dos presentes elementos.
Em uma modalidade, o catalisador de Fischer- Tropsch pode ser feito múltiplas etapas de impregnação em que as etapas de intercalcinação são conduzidas entre cada etapa de impregnação. 0 uso de tal procedimento, pelo menos em uma modalidade, permite a formação de catalisadores com níveis de carregamento de metal cataiítico e, opcionalmente, promotor que são maiores que com procedimentos em que tais etapas de intercalcinação não são empregadas. Em uma modalidade, o metal catalítico (por exemplo, Co) e opcionalmente co-catalisado (por exemplo, Re ou Ru) e/ou promotor é carregado em um suporte (por exemplo, Al2O3) usando a seguinte seqüência de etapas: (A) impregnar o suporte com uma composição compreendendo um metal catalítico e, opcionalmente, um co-catalisador e/ou promotor para prover um produto catalítico intermediário; (B) calcinar o produto catalitico intermediário formado na etapa (A) ; (C) impregnar o produto intermediário calcinado formado em (B) com outra composição compreendendo um metal catalítico e, opcionalmente, um co-catalisador e/ou promotor para prover outro produto catalítico intermediário; e (D) calcinar outro produto catalítico intermediário formado na etapa (C) para prover o produto catalítico desejado. 0 metal catalítico e, opcionalmente, o co-catalisador e/ou promotor pode ser impregnado no suporte usando um processo de impregnação de umidade incipiente. As etapas (C) e (D) podem ser repetidas uma ou mais vezes adicionais até o carregamento desejado de metal catalítico, e co-catalisador e/ou promotor opcional, seja alcançado. A composição que compreende o metal catalítico pode ser uma solução de nitrato, por exemplo, uma solução de nitrato de cobalto. 0 processo pode ser continuado até o metal catalítico (isto é, Co) alcançar um nível de carregamento de aproximadamente 20% em peso ou mais, e em uma modalidade aproximadamente 25% em peso ou mais, e em uma modalidade aproximadamente 28% em peso ou mais, e em uma modalidade aproximadamente 32% em peso ou mais, e em uma modalidade aproximadamente 35% em peso ou mais, e em uma modalidade aproximadamente 37% em peso ou mais, e em uma modalidade aproximadamente 40% em peso ou mais. Cada uma das etapas de calcinação pode compreender o aquecimento do catalisador em uma temperatura na faixa de aproximadamente IOO0C a aproximadamente 500°C, e em uma modalidade aproximadamente 100°C a aproximadamente 400°C, e em uma modalidade aproximadamente 2500C a aproximadamente 3 50 0C por aproximadamente 0,5 a aproximadamente 100 horas, e em uma modalidade aproximadamente 0,5 a aproximadamente 24 horas, e em uma modalidade aproximadamente 2 a aproximadamente 3 horas. A temperatura pode ser aumentada para a temperatura de calcinação em uma taxa de aproximadamente l-20°C/min. As etapas de calcinação podem ser preparadas mediante etapas de secagem em que o catalisador é seco em uma temperatura de aproximadamente 75 a aproximadamente 200°C, e em uma modalidade de aproximadamente 75 a aproximadamente 150°C por aproximadamente 0,5 a aproximadamente 100 horas, e em uma modalidade aproximadamente 0,5 a aproximadamente 24 horas. Em uma modalidade o catalisador pode ser seco por aproximadamente 12 horas a aproximadamente 90 0C e, a seguir, aproximadamente 110-120°C horas a aproximadamente 1-1,5 horas, a temperatura sendo aumentada de 9 0°C para 110-12 0°C em uma taxa de aproximadamente 0,5-l°C/min.
O catalisador de SMR, Fischer-Tropsch e/ou combustão pode ser posicionado em uma zona de reação única ou eles podem ser posicionados em mais de uma zona de reação nos microcanais de processamento ou canal de combustão. 0 mesmo catalisador ou um catalisador diferente pode ser usado em cada zona de reação. O catalisador pode ser um catalisador classificado. Em cada zona de reação o comprimento de uma ou mais zona(s) de troca de calor adjacente (s) a, ou em contato térmico com a, zona de reação pode variar nas suas dimensões. Por exemplo, em uma modalidade, o comprimento de uma ou mais destas zonas de troca de calor pode ser menor que aproximadamente 50% do comprimento de cada zona de reação. Alternativamente, uma ou mais zonas de troca de calor podem possuir comprimentos que são maiores que aproximadamente 50% do comprimento de cada zona de reação até a aproximadamente 100% do comprimento de cada zona de reação.
0 catalisador de SMR e/ou Fischer-Tropsch pode possuir qualquer tamanho e configuração geométrica que se ajuste dentro dos microcanais de processamento. 0 catalisador pode estar na forma de sólidos particulados (por exemplo, péletes, pó, fibras e semelhantes) que possui um diâmetro médio de partículas de aproximadamente 1 a aproximadamente 1000 μm (mícrons) , e em uma modalidade aproximadamente 10 a aproximadamente 500 μm, e em uma modalidade aproximadamente 25 a aproximadamente 250 μm. Em uma modalidade o catalisador está na forma de um leito fixo de sólidos particulados.
Em uma modalidade, o catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer- Tropsch pode estar na forma de um leito fixo de sólidos particulados (como mostrado nas Figuras 24-27 e 30) . 0 diâmetro médio de partícula de sólidos particulados pode ser pequeno, e o comprimento de cada microcanal de processamento pode ser relativamente curto. 0 diâmetro médio de partículas pode estar na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 1000 μπι, e em uma modalidade aproximadamente 10 a aproximadamente 500 μπι, e o comprimento de cada microcanal de processamento pode estar na faixa de até aproximadamente 500 cm, e em uma modalidade aproximadamente 10 a aproximadamente 500 cm, e em uma modalidade aproximadamente 50 a aproximadamente 300 cm.
Com referência a Figura 30, o catalisador 600, que está na forma de um leito de sólidos particulados, está contido no microcanal de processamento 602. Os reagentes entram no leito fixo como indicado pela seta 604, passam por reação, e o produto circula para fora do leito fixo como indicado pela seta 606.
O catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma estrutura de suporte porosa, tais como, uma escuma, feltro, bucha, ou uma combinação de duas ou mais das mesmas. 0 termo "escuma" é usado aqui para se referir a uma estrutura com paredes contínuas definindo poros em toda a estrutura. 0 termo "feltro" é usado aqui para se referir a uma estrutura de fibras com espaços intersticiais entre as mesmas. O termo "bucha" é usado aqui para se referir a uma estrutura de filamentos entrelaçados, como palha de aço. O catalisador pode ser suportado em uma estrutura de colméias de abelhas. O catalisador pode ser suportado em uma estrutura de suporte em paralelo, tal como, um feltro com uma lacuna adjacente, uma escuma com uma lacuna adjacente, uma aleta com lacunas, um washcoat em qualquer substrato inserido, ou uma gaze que é paralela a direção do fluxo com uma lacuna correspondente para o fluxo.
Um exemplo de estrutura de fluxo paralelo está ilustrado na Figura 31. Na Figura 31, o catalisador 610 está contido dentro dos microcanais de processamento 612. Um corredor aberto 614 permite o fluxo de fluido através dos microcanais de processamento 612 como indicado pelas setas 616 e 618. Os reagentes entram em contato com o catalisador e passam pela reação para formar o produto.
O catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma estrutura de suporte de fluxo transversal, tal como, uma escuma, bucha, pélete, pó ou gaze. Um exemplo de estrutura de fluxo transversal está ilustrado na Figura 32. Na Figura 32, o catalisador de fluxo transversal 620 está contido dentro dos microcanais de processamento 622, os reagentes circulam através do catalisador 620, como indicado pelas setas 624 e 626 e passam pela reação para formar o produto.
A estrutura de suporte para um catalisador de fluxo transversal pode ser formado a partir de um material que compreende sílica gel, cobre escumado, fibra de aço inoxidável sinterizado, palha de aço, alumina ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. Em uma modalidade, a estrutura de suporte pode ser feita de um material que conduz calor, tal como um metal, para melhorar a transferência de calor para o catalisador ou do catalisador.
Os catalisadores de SMR, de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem ser diretamente washcoated nas paredes internas dos microcanais de processamento ou canais de combustão, são crescidos nas paredes dos canais a partir da solução, ou revestidos em uma estrutura de aleta. 0 catalisador pode estar na forma de uma peça única de material contíguo de poros, ou muitas peças em contato físico. Em uma modalidade, o catalisador pode compreender um material contíguo e possuir uma porosidade contígua tal que moléculas podem difundir através do catalisador. Nesta modalidade, os fluidos circulam através do catalisador, em vez de ao redor do mesmo. Em uma modalidade, a área secional cruzada do catalisador pode ocupar de aproximadamente 1 a aproximadamente 99%, e em uma modalidade aproximadamente 10 a aproximadamente 95% da área secional cruzada dos microcanais de processamento e/ou canais de combustão. 0 catalisador pode possuir uma área superficial, como medida por BET, de maior que 0,5 m2/g, e em uma modalidade maior que 2 m2/g.
Os catalisadores de SMR, de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem compreender um suporte poroso, uma camada interfacial no suporte poroso, e um material de catalisador na camada interfacial. A camada interfacial pode ser solução depositada no suporte ou a mesma pode ser depositada por deposição química a vapor ou deposição física a vapor. Em uma modalidade, o catalisador possui um suporte poroso, uma camada de tampão, uma camada interfacial e um material de catalisador. Qualquer uma das camadas mencionadas anteriormente pode ser contínua ou descontínua, como na forma de pingo ou ponto, ou na forma de uma camada com lacunas ou orifícios. O suporte poroso pode possuir uma porosidade de pelo menos aproximadamente 5% como medido por porosimetria ao mercúrio e um tamanho de poro médio (soma dos diâmetros de poro dividido pelo número de poros) de aproximadamente 1 a aproximadamente 1000 mícrons. O suporte poroso pode ser uma cerâmica porosa ou uma escuma metálica. Outros suportes porosos que podem ser usados incluem carbonetos, nitritos e materiais compósitos. O suporte poroso pode possuir uma porosidade de aproximadamente 30% a aproximadamente 99%, e em uma modalidade aproximadamente 60% a aproximadamente 98%. O suporte poroso pode estar na forma de uma escuma, feltro, bucha ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. As células abertas de escumas metálicas podem variar de aproximadamente 20 poros por polegada (ppi) a aproximadamente 3000 ppi, e em uma modalidade aproximadamente 20 a aproximadamente 1000 ppi, e em uma modalidade aproximadamente 40 a aproximadamente 120 ppi. O termo "ppi" se refere ao maior número de poros por polegada (em materiais isotrópicos a direção da medição é irrelevante; entretanto em materiais anisotrópicos, a medição é feita na direção que maximiza o número de poros).
A camada de tampão, quando presente, pode possuir uma composição e/ou densidade diferentes que o suporte poroso e as camadas interfaciais, e em uma modalidade possui um coeficiente de expansão térmica que é intermediário ao coeficiente de expansão térmica dos poros e a camada interfacial. A camada de tampão pode ser um oxido metálico ou carboneto metálico. A camada de tampão pode compreender Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2 ou combinações dos mesmos. O Al2O3 pode ser Ct-Al2O3, β- Al2O3, γ-Αl2O3 ou uma combinação das mesmas. A camada de tampão pode ser formada de duas ou mais subcamadas com composições diferentes. Por exemplo, quando o suporte poroso é metal, por exemplo um aço inoxidável, a camada de tampão formada de duas subcamadas com composições diferentes pode ser usada. A primeira subcamada (em contato com o suporte poroso) pode ser Tio-oxigênio. A segunda subcamada pode ser Oc-Al2O3 que é colocada sobre o Tio-oxigênio. Em uma modalidade, a subcamada de a- Al2O3 é uma camada densa que provê proteção da superfície metálica subjacente. Uma camada interfacial de área superficial elevada, menos densa, tal como alumina pode, a seguir, ser depositada como suporte para uma camada cataliticamente ativa.
O suporte poroso pode possuir um coeficiente de expansão térmica diferente daquele da camada interfacial. Em tal caso uma camada de tampão pode ser necessária para a transição entre os dois coeficientes de expansão térmica. 0 coeficiente de expansão térmica da camada de tampão pode ser adaptado pelo controle da composição para obter um coeficiente de expansão que é compatível com os coeficientes de expansão do suporte de poro e camadas interfacial. A camada de tampão deve ser livre de aberturas e furos para prover proteção superior do suporte subjacente. A camada de tampão pode ser não porosa. A camada de tampão pode possuir espessura que é menor que uma metade do tamanho médio de poro do suporte poroso. A camada de tampão pode possuir uma espessura de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 10 /xm, e em uma modalidade aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 μπ\.
Em uma modalidade a adesão adequada e estabilidade química podem ser obtidas sem uma camada de tampão. Nesta modalidade a camada de tampão pode ser omitida.
A camada interfacial pode compreender nitritos, carbonetos, sulfitos, haletos, óxidos metálicos ou uma combinação dos mesmos. A camada interfacial provê área superficial elevada e/ou provê uma interação de catalisador-suporte desejável. A camada interfacial pode compreender qualquer material que é convencionalmente usado como suporte de catalisador. A camada interfacial pode compreender oxido metálico. Exemplos de õxidos metálicos que podem ser usados incluem α-Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, óxido de tungstênio, oxido de vanádio, óxido de cromo, óxido de magnésio, óxido de ferro, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de cobre, óxido de zinco, óxido de molibdênio, óxido de estanho, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido(s) da série dos lantanídeos, zeólito(s) e combinações dos mesmos. A camada interfacial pode servir de camada cataliticamente ativa sem qualquer material cataliticamente ativo depositado na mesma. A camada interfacial pode ser usada em combinação com uma camada cataliticamente ativa. A camada interfacial também pode ser formada por duas ou mais subcamadas co composições diferentes. A camada interfacial pode possuir uma espessura que é menor que uma metade do tamanho médio de poro do suporte poroso. A camada de tampão pode possuir uma espessura de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 100 μm, e em uma modalidade aproximadamente 1 a aproximadamente 50 mícrons. A camada interfacial também pode ser cristalina ou amorfa. A camada interfacial pode possuir uma área superficial BET de pelo menos 1 m2/g. Os catalisadores de SMR, de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem ser depositados na camada interfacial. Alternativamente, o material de catalisador pode ser simultaneamente depositado com a camada interfacial. A camada de catalisador pode ser intimamente dispersa na camada interfacial. Uma vez que a camada de catalisador é "dispersa em" ou "depositada em" a camada interfacial inclui o entendimento convencional de que partículas microscópicas de catalisador são dispersas: na superfície da camada de suporte (isto é, camada interfacial), nas fissuras da camada de suporte, e nos poros abertos da camada de suporte.
Os catalisadores de SMR, de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem ser suportados em uma montagem de uma ou mais aletas posicionadas dentro dos microcanais de processamento. Exemplos são ilustrados nas Figuras 33-35. Com referência a Figura 33, a montagem de aleta 63 0 inclui aletas 632 que são montadas no suporte de aleta 634 que está sobre a parede de base 636 do microcanal de processamento 638. As aletas 632 se projetam a partir do suporte de aleta 634 no interior do microcanal de processamento 638. As aletas 632 podem se estender e entrar em contato com a superfície interna da parede superior 64 0 do microcanal de processamento 638. Os canais de aleta 642 entre as aletas 632 proporcionam caminhos para passagem de reagente e produto para circular através do microcanal de processamento 63 8 paralelo a seu comprimento. Cada uma das aletas 632 possui uma superfície externa em cada um dos lados. A superfície externa provê uma base de suporte para o catalisador. Os reagentes podem circular através dos canais de aleta 642, entram em contato com o catalisador suportado na superfície externa das aletas 632, e reagem para formar o produto. A montagem de aleta 63 0a ilustrada na Figura 34 é similar a montagem de aleta 630 ilustrada na Figura 33 exceto que as aletas 632a não se estendem em todo o caminho para a superfície interna da parede superior 640 do microcanal de processamento 638. A montagem de aleta 630b ilustrada na Figura 35 é similar a montagem de aleta 630 ilustrada na Figura 33 exceto que as aletas 63 2b na montagem de aleta 630b possuem formas secionais cruzadas na forma de trapezóides. Cada uma das aletas pode possuir uma altura variando de aproximadamente 0,02 mm até a altura do microcanal de processamento 638, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 10 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 2 mm. A largura de cada aleta pode variar de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 1 mm. 0 comprimento de cada aleta pode ser qualquer comprimento até o comprimento do microcanal de processamento 638, e em uma modalidade até aproximadamente 10 m, e em uma modalidade de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 m, em uma modalidade de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 6 m, em uma modalidade de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3 m. A lacuna entre cada uma das aletas pode ser de qualquer valor e pode variar de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 5 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 2 mm, e em uma modalidade de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 1 mm. 0 número de aletas do microcanal de processamento 63 8 pode variar de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 aletas por centímetro da largura do microcanal de processamento 638, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 aletas por centímetro, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 aletas por centímetro, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 aletas por centímetro, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 aletas por centímetro. Cada uma das aletas pode possuir uma seção cruzada na forma de um retângulo ou um quadrado como ilustrado nas Figuras 33 ou 34, ou trapezóide como ilustrado na Figura 35. Quando vistas ao longo do comprimento, cada aleta pode ser reta, cônica ou possuir uma configuração de serpentina. A montagem de aleta pode ser feita de qualquer material que proporcione força suficiente, estabilidade dimensional e características de transferência de calor para permitir a operação para a qual o microcanal de processamento é pretendido. Estes materiais incluem: aço (por exemplo, aço inoxidável, aço carbono, e semelhantes); monel; inconel; alumínio; titânio; níquel; platina; ródio; cobre; cromo; latão; uma liga de qualquer um dos metais antecedentes; polímeros (por exemplo, resinas de termocura); cerâmicas; vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. A montagem de aleta pode ser feita de um material de formação de um Al2O3 ou um Cr2O3. A montagem de aleta pode ser feita de Fe, Cr, Al e Y, ou uma liga de Ni, Cr e Fe.
Os catalisadores de SMR, de Fischer-Tropsch e/ou de combustão podem estar na forma de um leito de particulados que pode ser classificado em composição ou classificado com um material inerte termicamente condutivo. O material inerte termicamente condutivo pode ser intercalado com o catalisador ativo. Exemplos de material inerte termicamente condutivo que podem ser usados incluem pó de diamante, carboneto de silício, alumínio, alumina, cobre, grafite e semelhantes. A fração de leito de catalisador pode variar de aproximadamente 100% em peso do catalisador ativo para menos que 50% em peso de catalisador ativo. A fração de leito de catalisador pode variar de aproximadamente 10% a aproximadamente 90% em peso de catalisador ativo, e em uma modalidade de aproximadamente 25% a aproximadamente 75% em peso de catalisador ativo. Em uma modalidade alternativa o material inerte termicamente condutivo pode ser posicionado no centro do catalisador ou dentro das partículas de catalisador. O catalisador ativo pode ser depositado fora, dentro ou intermitente dentro de uma estrutura de compósito que inclui o material inerte termicamente condutivo. A estrutura de compósito de catalisador resultante pode possuir uma condutividade térmica eficiente quando colocada em um microcanal de processamento ou canal de combustão que é pelo menos aproximadamente 0,3 W/m/K, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 1 W/m/K, pelo menos aproximadamente 2 W/m/K.
Os leitos de catalisadores de SMR, de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem ser classificados apenas localmente dentro dos microcanal de processamento ou canal de combustão. Por exemplo, um microcanal de processamento pode conter um leito de catalisador com uma primeira zona de reação e uma segunda zona de reação. O topo ou fundo (ou frente ou costas) do leito de catalisador pode ser classificado em composição, desse modo, um catalisador mais ou menos ativo é empregado em toda ou em parte da primeira ou da segunda zona de reação. A composição que é reduzida em uma zona de reação pode gerar menos calor por unidade de volume e, desse modo, reduz o ponto quente e o potencial para a produção de subprodutos indesejáveis, tais como metano em uma reação de Fischer-Tropsch. O catalisador pode ser classificado com um material inerte na primeira e/ou na segunda zona de reação. A primeira zona de reação contém uma primeira composição de catalisador ou material inerte, enquanto a segunda zona de reação pode conter uma segunda composição de catalisador ou material inerte.
Diferentes tamanhos de partículas podem ser usados em diferentes regiões axiais dos microcanais de processamento para proporcionar um leito de catalisador classificado. Por exemplo, partículas muito pequenas podem ser usadas em uma primeira zona de reação enquanto partículas grandes podem ser usadas em uma segunda zona de reação. 0 diâmetro médio de partículas pode ser menor que a metade da altura ou lacuna dos microcanais de processamento. As partículas muito pequenas podem ser menores que um quarto da altura ou lacuna dos microcanais de processamento. As partículas grandes podem causar menores quedas de pressão por unidade de comprimento dos microcanais de processamento e também podem reduzir a efetividade de catalisador. A condutividade térmica efetiva de um leito de catalisador pode ser menor para tamanhos de partículas grandes. As partículas menores podem ser usadas nas regiões onde a transferência de calor melhorada é procurada em todo o leito de catalisador ou alternativamente partículas grandes podem ser usadas para reduzir a taxa local de geração de calor. Tempos de contato relativamente curtos, elevada seletividade para o produto desejado e taxas relativamente baixas de desativação de catalisador podem ser alcançados pela limitação do trajeto de difusão requerido para o catalisador. Isto pode ser alcançado quando o catalisador está na forma de uma camada fina em um suporte projetado, tal como uma escuma metálica, ou na parede dos microcanais de processamento. Isto pode permitir o aumento das velocidades espaciais. A camada fina de catalisador pode ser produzida usando deposição química a vapor. Esta camada fina pode possuir uma espessura na faixa de até aproximadamente 1 mícron, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1 mícron, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,5 mícron, e em uma modalidade aproximadamente 0,25 mícron. Estas camadas finas podem reduzir o tempo que os reagentes ficam dentro da estrutura de catalisador ativa, pela redução do trajeto de difusão. Isto pode reduzir o tempo que os reagentes gastam na porção ativa do catalisador. 0 resultado pode ser seletivamente aumentado e reduzido de subprodutos indesejáveis. Uma vantagem deste modo de desenvolvimento de catalisador pode ser que, ao contrário dos catalisadores convencionais, nos quais a porção ativa do catalisador pode estar ligada a um ligante inerte com baixa condutividade térmica, o filme de catalisador ativo pode estar em contato íntimo com uma estrutura projetada ou com uma parede do microcanal de processamento. Isto pode proporcionar elevadas taxas de transferência de calor alcançáveis no reator de microcanais e permite o controle próximo a temperatura.
Isto pode resultar na habilidade de operar com temperatura aumentada (cinética mais rápida) sem promover a formação de subprodutos indesejáveis, desse modo, proporcionando produtividade e rendimento mais elevados e prolongando a vida do catalisador.
A configuração do reator de microcanais de SMR 130 e/ou dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 ou 170 pode ser adaptada para equiparar as cinéticas de reação. Próximo a entrada ou topo de uma primeira zona de reação de um microcanal de processamento, a altura ou lacuna do microcanal pode ser menor que em uma segunda zona de reação próxima a saída ou ao fundo do microcanal de processamento. Alternativamente, as zonas de reação podem ser menores que a metade do comprimento do microcanal de processamento. Por exemplo, uma primeira altura ou lacuna de microcanal de processamento pode ser usada para os primeiros 25%, 50%, 75% ou 90% do comprimento do microcanal de processamento para uma primeira zona de reação, enquanto que uma segunda altura ou lacuna maior pode ser usada em uma segunda zona de reação a jusante da primeira zona de reação. Esta configuração pode ser adequada para conduzir as reações de síntese de Fischer-Tropsch. Outras graduações na altura ou lacuna dos microcanal de processamento podem ser usadas. Por exemplo, uma primeira altura ou lacuna pode ser usada próxima a entrada do microcanal para prover uma primeira zona de reação, uma segunda altura ou lacuna a jusante da primeira zona de reação pode ser usada para prover uma segunda zona de reação, e uma terceira altura ou lacuna pode ser usada para prover uma terceira zona de reação próxima à saída do microcanal. A primeira e a terceira alturas ou lacunas podem ser as mesmas ou diferentes. A primeira e a terceira alturas ou lacunas podem ser maiores ou menores que a segunda altura ou lacuna. A terceira altura ou lacuna pode ser menor ou maior que a segunda altura ou lacuna. A segunda altura ou lacuna pode ser maior ou menor que a terceira altura ou lacuna.
Em uma modalidade, os catalisadores de SMR, de canais de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem ser regenerados pela circulação de um fluido de regeneração através do canal de combustão dos microcanais de processamento em contato com o catalisador. 0 fluido de regeneração pode compreender hidrogênio ou uma corrente de hidrogênio diluída. 0 diluente pode compreender nitrogênio, argônio, hélio, metano, dióxido de carbono, vapor ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos. A temperatura do fluido de regeneração pode ser de aproximadamente 50 a aproximadamente 400°C, e em uma modalidade de aproximadamente 200 a aproximadamente 350°C. A pressão dentro dos canais durante esta etapa de regeneração pode variar de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 atmosferas, e em uma modalidade aproximadamente 1 a aproximadamente 20 atmosferas, aproximadamente 1 a aproximadamente 5 atmosferas. 0 tempo de residência para o fluido de regeneração nos canais pode variar de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1000 segundos, e em uma modalidade aproximadamente 0,1 segundos a aproximadamente 100 segundos.
Quando o catalisador é um catalisador de Fischer- Tropsch, ele pode ser regenerado pelo aumento da razão molar de H2 para CO na composição do reagente para pelo menos 2,5:1, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 3:1, e circulando a composição de alimentação ajustada resultante através dos microcanais de processamento em contato com o catalisador em uma temperatura na faixa de aproximadamente 150°C a aproximadamente 300°C, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 180°C a aproximadamente 250°C, por período de tempo na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 100 horas, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20 horas, para prover o catalisador regenerado. A composição da alimentação pode ser ajustada pela interrupção do fluxo de todos os gases de alimentação exceto hidrogênio e circulação de hidrogênio através dos microcanais de processamento em contato com o catalisador. O fluxo de H2 pode ser aumentado para prover o mesmo tempo de contato usado para a composição de reagente compreendendo H2 e CO. A composição da alimentação ajustada pode compreender H2 e é caracterizada pela ausência de CO. Uma vez que o catalisador é regenerado, o processo de Fischer-Tropsch pode ser continuado pelo contato do catalisador regenerado com a composição de reagente original compreendendo H2 e CO.
Em uma modalidade, os catalisadores de SMR, de canais de combustão e/ou de Fischer-Tropsch podem possuir trajetos de fluxo de massa. O termo "trajeto de fluxo de massa" se refere a um trajeto aberto (região de fluxo de massa contíguo) dentro dos microcanais de processamento ou canais de combustão. Uma região de fluxo de massa contíguo permite o fluxo de fluido rápido através dos canais sem grandes quedas de pressão. Em uma modalidade, o fluxo de fluido na região de fluxo de massa é laminar. As regiões de fluxo de massa dentro de cada microcanal de processamento ou canal de combustão podem possuir uma área secional cruzada de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 10.000 mm2, e em uma modalidade aproximadamente 0,1 a aproximadamente 2500 mm2. As regiões de fluxo de massa podem compreender de aproximadamente 5% a aproximadamente 95%, e em uma modalidade aproximadamente 30% a aproximadamente 80% da seção cruzada dos microcanais de processamento ou canais de combustão.
O tempo de contato dos reagentes com catalisador de SMR, catalisador de Fischer-Tropsch e/ou catalisador de combustão pode variar até aproximadamente 2 000 milissegundos (ms), e na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 2000 ms, e em uma modalidade de aproximadamente 10 ms a aproximadamente 1000 ms, e em uma modalidade de aproximadamente 2 0 ms a aproximadamente 500 ms. Em uma modalidade, o tempo de contato pode variar de até 3 00 ms, em uma modalidade de aproximadamente 20 ms a aproximadamente 3 00 ms, em uma modalidade de aproximadamente 50 ms a aproximadamente 150 ms, em uma modalidade de aproximadamente 75 ms a aproximadamente 125 ms, em uma modalidade aproximadamente 100 ms. Em uma modalidade, o tempo de contato pode ser até aproximadamente 100 ms, e em uma modalidade de aproximadamente 10 ms a aproximadamente 100 ms.
A velocidade espacial (ou Velocidade Espacial Horária de Gás (GHSV) para o fluxo de fluido nos microcanais de processamento de SMR, microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e/ou canais de combustão pode ser pelo menos aproximadamente 1000 h"1 (litros normais de alimentação/hora/litro do volume dentro dos microcanais de processamento) ou pelo menos aproximadamente 800 mL de alimentação/(g de catalisador) (h) . A velocidade espacial pode variar de aproximadamente 1000 a aproximadamente 1.000.000 h"1, ou de aproximadamente 800 a aproximadamente 800.000 mL de alimentação/ (g de catalisador) (h) . Em uma modalidade, a velocidade espacial pode variar de aproximadamente 10.000 a aproximadamente 100.000 IT1, ou de aproximadamente 8.000 a aproximadamente 80.000 mL de alimentação/(g de catalisador) (h).
A queda de pressão dos fluidos quando eles circulam nos microcanais de processamento de SMR, microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, canais de combustão e/ou canais de adição em estágio pode variar de até aproximadamente 10 atmosferas por metro do comprimento do canal (atm/m) , e em uma modalidade até aproximadamente 5 atm/m, e em uma modalidade até aproximadamente 3 atm/m.
O número de Reynolds para o fluxo de fluido nos microcanais de processamento de SMR, microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, canais de combustão e/ou canais de adição em estágio pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 4.000, e em uma modalidade aproximadamente 100 a aproximadamente 2.000.
O fluido de troca de calor que entra nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 pode estar em uma temperatura de aproximadamente 100°C a aproximadamente 400°C, e em uma modalidade aproximadamente 200°C a aproximadamente 300°C. O fluido de troca de calor que sai dos canais de troca de calor pode estar em uma temperatura de aproximadamente 150°C a aproximadamente 450°C, e em uma modalidade aproximadamente 2000C a aproximadamente 350°C. O tempo de residência do fluido de troca de calor nos canais de troca de calor pode variar de aproximadamente 1 a aproximadamente 2.000 ms, em uma modalidade de aproximadamente 10 a aproximadamente 500 ms. A queda de pressão para o fluido de troca de calor quando ele circula através dos canais de combustão pode variar de até aproximadamente 10 atm/m, e em uma modalidade aproximadamente 1 atm/m a aproximadamente 10 atm/m, e em uma modalidade aproximadamente 2 atm/m a aproximadamente 5 atm/m. 0 fluido de troca de calor pode estar na forma de um gás, um líquido, ou uma mistura de gás e líquido. O número de Reynolds para o fluxo de fluido de troca de calor nos canais de troca de calor pode ser de aproximadamente 4.000, e em uma modalidade aproximadamente 100 a aproximadamente 2.000.
O fluido de troca de calor usado nos canais de troca de calor nos reatores de microcanais de Fischer- Tropsch 150 e 170 pode ser qualquer fluido de troca de calor adequado para resfriar a reação exotérmica de Fischer-Tropsch. Estes podem incluir ar, vapor, água líquida, nitrogênio gasoso, outros gases incluindo gases inertes, monóxido de carbono, óleos tais como o óleo mineral e fluidos de troca de calor como o Dowtherm Aeo Therminol que são disponíveis na Dow- Union Carbide.
Os canais de troca de calor usados nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch podem compreender canais de processamento em que um processo endotérmico é conduzido. Estes canais de processamento de troca de calor pode ser microcanais. Exemplos de processos endotérmicos que podem ser conduzidos nos canais de troca de calor incluem reações de reforma a vapor e desidrogenação. A reforma a vapor de um álcool que ocorre em uma temperatura na faixa de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 3 00 0C é um exemplo de um processo endotérmico que pode ser usado. A incorporação de uma reação endotérmica simultânea para prover penetração de calor melhorada pode possibilitar um fluxo de calor típico de forma turbulenta de magnitude acima do fluxo de calor de resfriamento conectivo.
O fluido de troca de calor passa por mudança de fase completa ou parcial quando o mesmo circula nos canais de troca de calor dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170. Esta mudança de fase pode prover remoção de calor adicional dos microcanais de processamento além daquele provido pelo resfriamento conectivo. Para um fluido de troca de calor líquido sendo vaporizado, o calor adicional que é transferido dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch pode resultar do calor latente de vaporização requerido pelo fluido de troca de calor. Um exemplo de tal mudança de fase pode ser água convertida a vapor como mostrado nas Figuras 2-9. Em uma modalidade, aproximadamente 50% em peso do fluido de troca de calor pode ser vaporizado, e em uma modalidade aproximadamente 35% em peso pode ser vaporizado, e em uma modalidade aproximadamente 10% em peso pode ser vaporizado. Em uma modalidade, de aproximadamente 10% a aproximadamente 50% em peso pode ser vaporizado.
O fluxo de calor para a troca de calor no reator de microcanais de SMR 130 e nos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 500 Watts por centímetro quadrado de área superficial de um ou mais microcanais de processamento (W/cm2) no reator de microcanais, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 250 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 125 W/cm2. O fluxo de calor para troca de calor convectivo no reator de microcanais pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 250 W/cm2, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 50 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 25 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 W/cm2. O fluxo de calor para mudança de fase e/ou uma exotérmica ou endotérmica de fluido de troca de calor pode estar na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 500 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 250 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 25 W/cm2, e em uma modalidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 W/cm2.
O controle de troca de calor durante o processamento das reações de SMR e de Fischer-Tropsch, em uma modalidade, pode ser vantajoso para controlar a seletividade direcionada ao produto desejado devido ao fato de que o resfriamento e/ou calor adicionado pode reduzir ou eliminar a formação de subprodutos indesejáveis de reações paralelas com energias de ativação mais elevadas.
A pressão dentro de cada canal de troca de calor individual dos reatores de microcanais de Fischer- Tropsch 150 e 170 pode ser controlada usando estruturas passivas (por exemplo, obstruções), orifícios e/ou mecanismos a montante dos canais de troca de calor ou nos canais. Mediante o controle da pressão dentro de cada microcanal de troca de calor, a temperatura dentro de cada microcanal de troca de calor pode ser controlada. Uma pressão maior na entrada para cada canal de troca de calor pode ser usada quando estruturas passivas, orifícios e/ou mecanismos baixam a pressão para a pressão desejada. Mediante o controle da temperatura dentro de cada canal de troca de calor, a temperatura nos microcanais de Fischer-Tropsch pode ser controlada. Desse modo, por exemplo, cada microcanal de processamento de Fischer-Tropsch pode ser operado em uma temperatura desejada pelo emprego de uma pressão específica no canal de troca de calor adjacente ao, ou em contato térmico com o, microcanal de processamento. Isto provê a vantagem de as temperaturas serem precisamente controladas para cada microcanal de processamento de Fischer-Tropsch. O uso de temperaturas precisamente controladas provê a vantagem de um perfil de temperatura adaptado e uma redução total da energia requerida para o processo.
Em um dispositivo aumentado, para certas aplicações, pode ser requerido que a massa de fluido de processo seja distribuída uniformemente entre os microcanais. Exemplo de tal aplicação pode ser quando o fluido de processo é requerido para ser aquecido ou resfriado com canais de troca de calor adjacentes. A distribuição uniforme do fluxo de massa pode ser obtida pela mudança da área secional cruzada de um microcanal paralelo para outro microcanal. A uniformidade de distribuição de fluxo de massa pode ser definida pelo Fator de índice de Qualidade (Fator-Q) como indicado abaixo. Um fator-Q de 0% significa distribuição uniforme absoluta.
<formula>formula see original document page 182</formula>
Uma mudança na área secional cruzada pode resultar em uma diferença no estresse de cisalhamento na parede. Em uma modalidade, o fato-Q para o reator de microcanais de SMR 13 0 e/ou reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e/ou 170 pode ser menor que aproximadamente 50%, e em uma modalidade menor que aproximadamente 20%, e em uma modalidade menor que aproximadamente 5%, e em uma modalidade menor que aproximadamente 1%.
A velocidade superficial para a circulação de fluido nos microcanais de processamento de SMR e/ou Fischer-Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 0,01 metros por segundo (m/s), e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 0,1 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 100 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 m/s.
A velocidade de corrente livre para a circulação de fluido nos microcanais de processamento de SMR e/ou Fischer-Tropsch pode ser pelo menos aproximadamente 0,001 m/s, e em uma modalidade pelo menos aproximadamente 0,01 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 200 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 100 m/s, e em uma modalidade na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 200 m/s.
Em uma modalidade, adsorção com alternância de temperatura (TSA) ou adsorção com alternância de pressão (PSA) pode ser usada para realizar as separações no separador de H2 140, separador de H2 190 e/ou separador de N2 195. Com referência a Figura 28, o processo de TSA ou PSA pode ser conduzido usando o separador de microcanal 600 que inclui o núcleo de separador de microcanal 602, coletor superior de processamento 604, coletor inferior de processamento 606, coletor superior de troca de calor 608 e coletor inferior de troca de calor 610. O núcleo de separador de microcanal 602 contém uma pluralidade de microcanais de processamento e uma pluralidade de canais de troca de calor. Os canais de troca de calor podem ser microcanais. Um meio de sorção está contido dentro dos microcanais de processamento. Os microcanais de processamento e canais de troca de calor podem ser alinhados em camadas, uma acima da outra, ou lado a lado. Em uma modalidade, cada camada de microcanais de processamento é posicionada entre duas camadas de canais de troca de calor, uma das camadas de canais de troca de calor sendo usada para o aquecimento e a outra camada de canais de troca de calor sendo usada para o resfriamento. 0 coletor superior de processamento 604 provê um corredor para o fluido circular nos microcanais de processamento com uma mesma ou substancialmente mesma distribuição de fluxo para os microcanais de processamento. O coletor inferior de processamento 606 provê um corredor para o fluido circular nos microcanais de processamento 604 de uma maneira rápida com uma taxa relativamente alta de fluxo. Um fluido de troca de calor circula no coletor superior de troca de calor 608, como indicado pela seta 616, e do coletor superior de troca de calor 608 através dos canais de troca de calor no núcleo de separador de microcanal 602 para o coletor inferior de troca de calor 610, como indicado pela seta direcional 618. O fluido de troca de calor pode ser usado para aquecer ou resfriar os microcanais de processamento. Uma mistura de fluido contendo H2 e N2 circula no separador de microcanal 600, como indicado pela seta 612, através do coletor superior de processamento 604 e, a seguir, dentro dos microcanais de processamento no núcleo de separador de microcanal 602 onde o mesmo entra em contato com o meio de sorção. A mistura de fluido é mantida nos microcanais de processamento em contato com o meio de sorção até que pelo menos parte de H2 ou N2 seja sorvida ou até que as partes restantes da mistura de fluido sejam sorvidas pelo meio de sorção. As partes não sorvidas de mistura de fluido são, a seguir, removidas dos microcanais de processamento, e do separador de microcanais 600, como indicado pela seta 607. A temperatura para um processo de TSA ou pressão para um processo de PSA dentro dos microcanais de processamento é, a seguir, mudada para prover a dessorção do material sorvido do meio de sorção. o material dessorvido é, a seguir, removido dos microcanais de processamento e do separador 600, como indicado pela seta 607.
O processo de TSA ou PSA ilustrado na Figura 29 envolve o uso de dois separadores de microcanal 600 e 630 operando em paralelo. Este arranjo permite uma operação seqüencial em que a etapa de sorção pode ser conduzida no separador de microcanal 600 enquanto a etapa de dessorção é conduzida no separador de microcanal 63 0, e vice versa. 0 separador de microcanal 600 é o mesmo descrito acima com referência a Figura 28. 0 separador de microcanal 630 é o mesmo que o, ou similar ao, separador de microcanal 600 na construção e operação. O separador de microcanal 63 0 inclui núcleo de separador de microcanal 632, coletor superior de processamento 634, coletor inferior de processamento 636, coletor superior de troca de calor 638 e coletor inferior de troca de calor 64 0. O núcleo de separador de microcanal 632 contém uma pluralidade de microcanais de processamento e uma pluralidade de canais de troca de calor. Os canais de troca de calor podem ser microcanais. Um meio de sorção está contido dentro dos microcanais de processamento. Os microcanais de processamento e canais de troca de calor podem ser alinhados em camadas, uma acima da outra, ou lado a lado. Um fluido de troca de calor circula no coletor superior de troca de calor 63 8, como indicado pela seta 646, e do coletor superior de troca de calor 638 através dos canais de troca de calor no núcleo de separador de microcanal 632 para o coletor inferior de troca de calor 64 0, como indicado pela seta 648. Uma mistura de fluido contendo H2 e N2 circula na linha 611 nos separadores de microcanal 600 e 63 0, como indicado pelas setas 612 e 642. A mistura de fluido é processada no separador de microcanais 600, como discutido acima. A mistura de fluido circula no separador de microcanal 63 0 através do coletor superior de processamento 634 e, a seguir, no núcleo de separador de microcanal 632 onde o mesmo entra em contato com o meio de sorção. A mistura de fluido é mantida nos microcanais de processamento em contato com o meio de sorção até que pelo menos parte de H2 ou N2 seja sorvida ou até que as partes restantes da mistura de fluido sejam sorvidas pelo meio de sorção. As partes não sorvidas de mistura de fluido são, a seguir, removidas dos microcanais de processamento, e do separador de microcanais 63 0, como indicado pela seta 637. A temperatura para um processo de TSA ou pressão para um processo de PSA dentro dos microcanais de processamento é, a seguir, mudada para prover a dessorção do material sorvido do meio de sorção. O material dessorvido é, a seguir, removido do separador de microcanais 63 0, como indicado pela seta 637.
A tecnologia de microcanal que emprega processos de TSA e PSA que podem ser usados para as separações antecedentes são descritos nas Patentes U.S. 6.508.862 Bl e 6.652.627, e na Publicação de Patente U.S. 2005/0045030 Al, que são incorporadas aqui por referência.
Em uma modalidade, as membranas podem ser usadas para efetuar a separação no separador de H2 14 0, separador de H2 190 e/ou separador de N2 195. 0 processo é baseado na diferença das taxas de permeação entre H2 ou N2 e o restante dos componentes nas correntes que são tratadas. A permeação envolve dois mecanismos seqüenciais: 0 componente da fase gasosa deve primeiramente dissolver na membrana, a seguir, difundir através da mesma para o lado permeável. Diferentes componentes possuem solubilidades e taxas de permeação diferentes. 0 primeiro depende principalmente da composição química da membrana e o último, da estrutura da membrana. Gases podem possuir elevadas taxas de permeação devido a elevadas solubilidades, elevadas difusividades, ou ambas. A taxa de permeação absoluta pode variar dependendo do tipo de membrana. A força motora tanto para a dissolução ou difusão é a diferença de pressão parcial que atravessa a membrana, entre a alimentação e lados permeáveis. Gases com permeabilidades mais elevadas podem enriquecer no lado permeável da membrana, enquanto gases com permeabilidades mais baixas podem enriquecer no lado não permeável da membrana devido à depleção de componentes com permeabilidades. A primeira fração de gás para permear através da membrana pode consistir principalmente de componentes com permeabilidades mais elevadas. Como uma grande fração do gás de alimentação é permeável, ocorre um aumento da quantidade relativa de componentes com permeabilidades mais baixas na corrente de permeáveis. Consequentemente, para as separações de H2 ou N2, a maior pureza de H2 ou N2 pode estar associada com menor recuperação e a menor pureza H2 ou N2 pode estar associada com maior recuperação. A maior recuperação de H2 ou N2 pode também requerer que mais áreas de membranas sejam providas. A área de membrana requerida sob composição de alimentação fixa e níveis de pressão do sistema podem aumentar exponencialmente em elevados níveis de recuperação de H2 ou N2. O desempenho de um sistema de membrana específico, isto é, relação de recuperação versus pureza do produto para uma dada corrente de fluido pode ser dependente da alimentação para razão de permeação, e pode ser menos dependente dos níveis de pressão absoluta. Contudo, o requerimento de área pode ser inversamente proporcional a pressão de alimentação. Por esta razão, pode ser desejável comprimir a corrente gasosa que é tratada para alcançar a razão de pressão requerida em vez de permear, embora o fluxo de permeáveis possa ser menor.
Existem dois tipos de membranas que podem ser úteis para a separação de H2 ou N2: assimétrica e compósita. As membranas assimétricas podem ser compostas de duas camadas de um único polímero. Existe uma camada densa que realiza a separação e uma camada de substrato microporoso cuja função é prover suporte mecânico. As membranas compósitas possuem dois polímeros diferentes em que um polímero de separação é revestido em um polímero de substrato. Isto permite uma seleção de um polímero de separação com base em suas características de permeação sem considerar suas propriedades mecânicas. Além disso, quantidades
relativamente pequenas de polímero de separação podem ser requeridas. Desse modo, polímeros caros de disponibilidade limitada podem ser usados. As membranas podem ser fabricadas como fibras ocas ou chapas planas. Ambos os tipos de membranas podem ser empacotados como módulos. Sistemas de membrana em fibra oca podem possuir a vantagem de que uma grande área superficial pode ser empacotada em um dado número módulo.
Em uma modalidade, o uso de TSA, PSA, membranas ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, para reciclar com seletividade componentes de carbono do gás residual pode aumentar a eficiência de carbono de processo de aproximadamente 10% para um reciclo de gás residual com seletividade de carbono de 60%. A eficiência de carbono pode aumentar de aproximadamente 6% a aproximadamente 13% correspondendo às seletividades de carbono de aproximadamente 40% a aproximadamente 80%. 0 reciclo com seletividade de carbono pode ser usado para minimizar emissões de CO2.
Em uma modalidade, as correntes de processo e/ou de troca de calor do reator de microcanais de SMR e/ou dos reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e/ou 170 podem ser usadas para aquecer e/ou resfriar os separadores de microcanais de TSA.
Exemplo
Uma simulação de processo usando Chem CAD é conduzida. O processo é ilustrado na Figura 8 com a exceção de que a rejeição de N2 e de H2 do reator de carbono é operada em uma temperatura de 900°C e uma pressão de 16,5 bars. A razão molar de vapor para carbono é 1,6 e a conversão de metano é de 80,6%. Os reatores de microcanais de Fischer-Tropsch 150 e 170 são individualmente operados em uma temperatura de 23 0°C, e uma conversão de 70%. Os resultados são providos na Tabela 1. Na Tabela 1, corrente 196 se refere a rejeição de N2 do gás residual (vide, linha 196 na Figura 9).
Tabela 1 <table>table see original document page 192</column></row><table> <table>table see original document page 193</column></row><table>192/193
Este exemplo mostra que quando N2 e H2 são rejeitados da corrente de gás residual reciclado, uma utilização de carbono de aproximadamente 90% pode ser 5 alcançada. Isto comparado com a utilização de carbono de aproximadamente 78-80% que é observada quando a rejeição de N2 e H2 do gás residual reciclado não é empregada. Ambas as situações representam melhoramentos significantes sobre utilizações de carbono de aproximadamente 70-72% que são relatados por processos gás-líquido convencionais (isto é, sem microcanais).
Embora a invenção tenha sido explicada com relação a várias modalidades, deve ser observado que várias modificações da mesma podem ser evidentes para um versado na técnica mediante a leitura da especificação. Portanto, deve ser observado que a invenção inclui todas as modificações que podem estar dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (47)

1. Processo, caracterizado por compreender: (A) circular uma alimentação de SMR em um reator de microcanais de SMR em contato com um ou mais catalisadores de SMR para formar um primeiro produto intermediário; - alimentação de SMR compreendendo metano e vapor, o primeiro produto intermediário compreendendo CO e H2; - reator de microcanais de SMR compreendendo uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR e uma pluralidade de canais de combustão; - microcanais de processamento de SMR contendo um ou mais catalisadores de SMR; - metano e vapor contatando um ou mais catalisadores de SMR nos microcanais de processamento; separar parte do H2 do primeiro produto intermediário para formar um segundo produto intermediário compreendendo CO e H2; - canais de combustão contendo um ou mais catalisadores de combustão, o H2 separado sendo combinado com oxigênio ou uma fonte de oxigênio para formar uma mistura reacional de combustão; - mistura reacional de combustão contatando um ou mais catalisadores de combustão, passando por uma reação de combustão, e gerando calor e uma exaustão de combustão; transferir calor dos canais de combustão para os microcanais de processamento de SMR; e (B) circular o segundo produto intermediário em um reator de microcanais de Fischer-Tropsch, em contato com um ou mais catalisadores de Fischer-Tropsch para formar um produto de Fischer-Tropsch, compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; reator de microcanais de Fischer-Tropsch compreendendo uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de canais de troca de calor; microcanais de processamento de Fischer- Tropsch, contendo um ou mais catalisadores de Fischer- Tropsch; segundo produto intermediário contatando um ou mais catalisadores de Fischer-Tropsch nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; transferir calor dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch para um fluido de troca de calor nos canais de troca de calor.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o produto formado na etapa (B) compreender adicionalmente uma mistura gasosa compreendendo CO e H2; a mistura gasosa, sendo separada do produto de Fischer- Tropsch; mistura gasosa separada compreendendo um terceiro produto intermediário, o processo compreendendo adicionalmente: (C) circular um terceiro produto intermediário em um segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch em contato com um ou mais segundos catalisadores de Fischer- Tropsch para formar um segundo produto de Fischer-Tropsch compreendendo um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; segundo reator de microcanais de Fischer- Tropsch compreendendo uma pluralidade de segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de segundos canais de troca de calor; segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch, contendo um ou mais segundos catalisadores de Fischer-Tropsch; - terceiro produto intermediário contendo um ou mais segundos catalisadores de Fischer-Tropsch nos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; - transferir calor dos segundos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch para um fluido de troca de calor nos segundos canais de troca de calor.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos parte do gás residual, sendo combinada com a alimentação de gás natural.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e água de processo ser formada no reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos uma porção da água de processo sendo combinada com a alimentação de gás natural.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e água de processo ser formada no reator de microcanais de Fischer-Tropsch e ser combinada com a alimentação de gás natural, e gás residual ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch e pelo menos parte do gás residual ser combinada com a alimentação de gás natural.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a alimentação de gás natural, a água de processo e o gás residual serem combinados em um saturador; o saturador estando a montante do reator de microcanais de SMR.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 6, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual ser formado no segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch, pelo menos parte do gás residual sendo combinada com a alimentação de gás natural.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR compreender um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; -processo compreendendo adicionalmente circular a alimentação de SMR e vapor em um pré-reformador para converter pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR em metano; o pré-reformador estando a montante do reator de microcanais de SMR.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR compreender um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; processo compreendendo adicionalmente circular a alimentação de SMR e vapor em um pré-reformador para converter pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR em metano; o pré-reformador estando integrado com o reator de microcanais SMR e sendo aquecido pelo calor dos canais de combustão.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR compreender um ou mais hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados; - processo compreendendo adicionalmente circular a alimentação de SMR e vapor em microcanais de processamento de SMR em uma primeira temperatura, em uma primeira parte dos microcanais de processamento de SMR para converter pelo menos alguns dos hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados na alimentação de SMR em metano; produto resultante compreendendo uma alimentação de SMR modificada compreendendo metano, e circular a alimentação de SMR modificada em uma segunda parte dos microcanais de processamento de SMR, em uma segunda temperatura para converter a alimentação de SMR modificada no primeiro produto intermediário.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por canais de adição em estágio sendo posicionados adjacentes aos canais de combustão, a fonte de oxigênio circulando através dos canais de adição em estágio nos canais de combustão.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a exaustão de combustão compreender um vapor e um líquido; vapor sendo separado do líquido em um separador 1íquido-vapor, o líquido compreendendo água.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch; - gás residual compreendendo H2, CO, CO2 e um ou mais hidrocarbonetos; - gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2; gás residual rico em carbono sendo combinado com a alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o gás residual ser formado no reator de microcanais de Fischer- Tropsch; gás residual compreendendo N2, o gás residual circulando através de um separador de nitrogênio no qual o N2 é separado do gás residual.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch; - gás residual compreendendo H2, N2, CO, CO2 e um ou mais hidrocarbonetos, o gás residual circulando através de um separador de H2 para prover um gás residual rico em carbono e um gás residual rico em H2; -gás residual rico em carbono compreendendo N2, o gás residual rico em carbono circulando através de um separador de nitrogênio no qual o N2 é separado do gás residual rico em carbono; -gás residual rico em carbono sendo combinado com a alimentação de gás natural, o gás residual rico em H2 sendo usado como um combustível.
16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 15, caracterizado por a pressão nos segundos microcanais de processamento Fischer-Tropsch ser diferente da pressão nos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch.
17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o segundo produto intermediário ser comprimido antes da etapa (B).
18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a alimentação de SMR ser derivada de uma alimentação de gás natural, e um gás residual ser formado no reator de microcanais de Fischer-Tropsch e pelo menos parte do gás residual ser combinada com a alimentação de gás natural, a pelo menos parte de gás residual sendo comprimida antes de ser combinada com a alimentação de gás natural.
19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o fluido de troca de calor nos canais de troca de calor ser pelo menos parcialmente vaporizado nos canais de troca de calor.
20. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o produto de Fischer-Tropsch compreender uma ou mais parafinas e/ou uma ou mais olefinas com cerca de 5 a 100 átomos de carbono.
21. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o produto de Fischer-Tropsch compreender olefinas e parafinas, a razão de olefinas para parafinas estando cerca de 0,01 a 0,8.
22. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o produto de Fischer-Tropsch ser adicionalmente processado usando hidrocraqueamento, hidroisomerização ou desparafinação.
23. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o gás natural ser usado na formação da alimentação de SMR; - porcentagem de carbono no produto de Fischer-Tropsch relativa ao carbono no gás natural estando cerca de 50 a 70%.
24. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 23, caracterizado por o gás natural ser usado na formação da alimentação de SMR; - porcentagem total de carbono nos primeiro e segundo produtos relativa ao carbono no gás natural sendo pelo menos cerca de 75%.
25. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por cada microcanal de processamento de SMR possuir pelo menos uma parede de transferência de calor e o fluxo de calor para a troca de calor dentro do reator de microcanais de SMR estar cerca de 0,01 a 500 Watts por centímetro quadrado de área superficial das paredes de transferência de calor.
26. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por cada microcanal de processamento de SMR possuir uma primeira parte em que a temperatura está cerca de 150 a 400°C, e uma segunda parte a jusante da primeira parte em que a temperatura está cerca de 600 a 1000°C.
27. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por cada microcanal de processamento de Fischer-Tropsch possuir pelo menos uma parede de transferência de calor e o fluxo de calor para a troca de calor dentro do reator de microcanais de Fischer-Tropsch estar cerca de 0,01 a 500 Watts por centímetro quadrado de área superficial das paredes de transferência de calor.
28. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por um ou mais trocadores de calor de multi-correntes proporcionarem a troca de calor entre a alimentação de SMR e o primeiro produto intermediário, e entre o H2 e o oxigênio ou fonte de oxigênio da mistura reacional de combustão e a exaustão da combustão.
29. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o H2 ser separado do primeiro produto intermediário usando adsorção com alternância de temperatura, adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
30. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a adsorção com alternância de temperatura, a adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, ser usada para separar o gás residual rico em carbono do gás residual rico em H2.
31. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a adsorção com alternância de temperatura, a adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, ser usada para separar o N2 do gás residual.
32. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a adsorção com alternância de temperatura, a adsorção com alternância de pressão, membranas, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos, ser usada para separar H2 do gás residual e para separar N2 do gás residual rico em carbono.
33. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de SMR compreender La, Pt, Fe, Ni, Ru, Rh, In, Ir, W e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
34. Processo, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado por o catalisador de SMR compreender adicionalmente MgOi Al2O3, SiO2, TiO2 ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
35. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de combustão compreender Pd, Pr, Pt, Rh, Ni, Cu e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
36. Processo, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado por o catalisador de combustão compreender adicionalmente Al2O3, SiO2, MgO, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
37. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de Fischer-Tropsch compreender um ou mais dentre Co, Fe, Ni, Ru, Re, Os e/ou um óxido dos mesmos, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
38. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de Fischer-Tropsch compreender um ou mais metais do grupo IA, IIA, IIIB ou IIB da Tabela Periódica e/ou um óxido dos mesmos, um metal de lantanideo e/ou um óxido do mesmo, um metal de actinídeo e/ou um óxido do mesmo, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
39. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch estar na forma de sólidos particulados.
40. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de SIVIR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch ser revestido nas paredes internas dos canais, crescer nas paredes internas dos canais, ou ser revestido em uma estrutura de aleta.
41. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch ser suportado em uma estrutura de suporte tendo uma configuração de fluxo paralelo, uma configuração de fluxo transversal ou uma configuração de serpentina.
42. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch ser suportado em uma estrutura de suporte possuindo a configuração de uma espuma, feltro, bucha, aleta ou uma combinação de duas ou mais das mesmas.
43. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o catalisador de SMR, catalisador de combustão e/ou catalisador de Fischer-Tropsch ser suportado em uma estrutura de suporte na forma de uma montagem de aletas compreendendo pelo menos uma aleta.
44. Processo, de acordo com a qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o produto de Fischer-Tropsch e/ou segundo produto de Fischer-Tropsch ser hidrocraqueado em um hidrocraqueador operado em série com o reator de microcanais de Fischer-Tropsch e/ou segundo reator de microcanais de Fischer-Tropsch.
45. Equipamento, caracterizado por compreender: - pluralidade de reatores de microcanais de SMR posicionados em um vaso de SMR, sendo que o vaso de SMR compreende um vaso cilíndrico, cada reator de microcanal de SMR compreende uma pluralidade de microcanais de processamento de SMR, uma pluralidade de canais de combustão e uma pluralidade de canais de adição em estágio, cada canal de combustão sendo adjacente a pelo menos um canal de adição em estágio, cada reator de microcanal de SMR sendo na forma de um bloco cúbico, - o vaso de SMR, sendo equipado com um distribuidor para circular uma alimentação de SMR para os microcanais de processamento de SMR; - distribuidor para circular um produto de SMR dos microcanais de processamento de SMR; - distribuidor para circular um combustível para os canais de combustão; - distribuidor para circular oxigênio ou uma fonte de oxigênio para os canais de adição em estágio; e - distribuidor para circular exaustão de combustão dos canais de combustão.
46. Equipamento, caracterizado por compreender: - pluralidade de reatores de microcanais de Fischer-Tropsch posicionados em um vaso de Fischer-Tropsch; sendo que o vaso de Fischer-Tropsch compreende um vaso cilíndrico, cada reator de microcanal de Fischer-Tropsch compreende uma pluralidade de microcanais de processamento de Fischer-Tropsch e uma pluralidade de canais de troca de calor, cada reator de microcanal de Fischer-Tropsch sendo na forma de um bloco cúbido, - o vaso de Fischer-Tropsch, sendo equipado com um distribuidor para circular alimentação de Fischer- Tropsch para os microcanais de processamento de Fischer- Tropsch; distribuidor para circular um produto de Fischer-Tropsch dos microcanais de processamento de Fischer-Tropsch; distribuidor para circular um fluido de troca de calor para os canais de troca de calor, e um distribuidor para circular fluido de troca de calor dos canais de troca de calor.
47. Composição, caracterizada por compreender uma mistura de olefinas e parafinas de cerca de 5 a 100 átomos de carbono; a razão molar de olefinas para parafinas estando cerca de 0,01 a 0,8.
BRPI0806807-0A 2007-01-19 2008-01-18 processo e equipamento para conversão de gás natural em hidrocarbonetos com pesos moleculares mais elevados usando tecnologia de processameno em microcanais BRPI0806807A2 (pt)

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Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7084180B2 (en) * 2004-01-28 2006-08-01 Velocys, Inc. Fischer-tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
US9023900B2 (en) 2004-01-28 2015-05-05 Velocys, Inc. Fischer-Tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
US20080275284A1 (en) 2004-04-16 2008-11-06 Marathon Oil Company Process for converting gaseous alkanes to liquid hydrocarbons
WO2010042794A2 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Velocys Inc. Process and apparatus employing microchannel process technology
US8936883B2 (en) * 2009-03-10 2015-01-20 Powercell Sweden Ab Arrangement and method for generating hydrogen from hydrocarbon fuel
FR2949772A1 (fr) * 2009-09-04 2011-03-11 Total Raffinage Marketing Procede de fabrication d'un gaz de synthese ou d'hydrogene, a partir d'une charge hydrocarbonee
US9083020B2 (en) * 2009-09-04 2015-07-14 Lg Fuel Cell Systems Inc. Reducing gas generators and methods for generating reducing gas
US20110083997A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-14 Silva Laura J Process for treating heavy oil
KR101152666B1 (ko) * 2009-11-27 2012-06-15 한국과학기술연구원 해상 유전 및 한계 가스전의 가스를 액상연료로 전환하는 ｆｐｓｏ-ｇｔｌ 공정 및 이를 이용한 합성연료 제조방법
US9475995B2 (en) 2009-11-27 2016-10-25 Korea Institute Of Science And Technology GTL-FPSO system for conversion of stranded gas in stranded gas fields and associated gas in oil-gas fields, and process for production of synthetic fuel using the same
US9149781B2 (en) 2009-12-28 2015-10-06 Shell Oil Company Reactor with gas distribution system in bottom
US8980194B2 (en) * 2009-12-28 2015-03-17 Shell Oil Company Stacked catalyst bed for Fischer-Tropsch
US8367884B2 (en) 2010-03-02 2013-02-05 Marathon Gtf Technology, Ltd. Processes and systems for the staged synthesis of alkyl bromides
GB201007196D0 (en) * 2010-04-30 2010-06-16 Compactgtl Plc Gas-to-liquid technology
CN102337145B (zh) * 2010-07-22 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 一种制取液态烃的固定床费托方法
KR101944288B1 (ko) 2010-10-18 2019-04-17 벨로시스, 인코포레이티드 라미네이트형 누설 저항 화학적 프로세서, 이의 제조 방법 및 작동 방법
US8815050B2 (en) 2011-03-22 2014-08-26 Marathon Gtf Technology, Ltd. Processes and systems for drying liquid bromine
JP5767497B2 (ja) * 2011-03-31 2015-08-19 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 重質炭化水素の除去方法
RU2458966C1 (ru) * 2011-04-27 2012-08-20 Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) Способ переработки органического сырья (варианты)
US8436220B2 (en) 2011-06-10 2013-05-07 Marathon Gtf Technology, Ltd. Processes and systems for demethanization of brominated hydrocarbons
RU2014102604A (ru) 2011-06-28 2015-08-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Составной слой катализатора для процесса фишера-тропша
RU2014102606A (ru) 2011-06-28 2015-08-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Составной слой катализатора для процесса фишера-тропша
US8829256B2 (en) 2011-06-30 2014-09-09 Gtc Technology Us, Llc Processes and systems for fractionation of brominated hydrocarbons in the conversion of natural gas to liquid hydrocarbons
US20130090504A1 (en) * 2011-10-10 2013-04-11 John C. Roscoe Methane Enrichment of a Gaseous Alkane Stream for Conversion to Liquid Hydrocarbons
US8802908B2 (en) 2011-10-21 2014-08-12 Marathon Gtf Technology, Ltd. Processes and systems for separate, parallel methane and higher alkanes' bromination
US9193641B2 (en) 2011-12-16 2015-11-24 Gtc Technology Us, Llc Processes and systems for conversion of alkyl bromides to higher molecular weight hydrocarbons in circulating catalyst reactor-regenerator systems
WO2013093423A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 Compactgtl Limited Process for the regeneration of a fischer tropsch catalyst
WO2013093428A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 Compactgtl Limited Operation of a fischer - tropsch catalytic process
CN104321272B (zh) * 2012-03-30 2018-01-30 孟山都技术公司 用于将醇重整成包括氢的气体的混合物的醇重整器
EP2659960A1 (en) * 2012-05-03 2013-11-06 Global-Synergy Consultancy Services S.L. Gas-to-liquid proccesing system in microreactors
GB201214122D0 (en) 2012-08-07 2012-09-19 Oxford Catalysts Ltd Treating of catalyst support
KR101804283B1 (ko) * 2012-10-22 2017-12-04 벨로시스, 인코포레이티드 마이크로채널 반응기 내 피셔-트로프슈 프로세스
US9359558B2 (en) 2012-11-29 2016-06-07 General Electric Company Carbon to liquids system and method of operation
US9328035B1 (en) 2013-01-03 2016-05-03 University Of South Florida Systems and methods for producing liquid hydrocarbon fuels
US9631865B1 (en) * 2013-01-24 2017-04-25 Patents and Innovations Technologies International LLC Natural gas to liquid fuels, liquid natural gas and compressed natural gas
US9181148B2 (en) 2013-05-22 2015-11-10 Saudi Arabian Oil Company Ni/CGO and Ni-Ru/CGO based pre-reforming catalysts formulation for methane rich gas production from diesel processing for fuel cell applications
EP3027716A2 (en) * 2013-07-31 2016-06-08 Saudi Basic Industries Corporation A process for the production of olefins through fischer-tropsch based synthesis
CN105555922A (zh) * 2013-07-31 2016-05-04 沙特基础工业公司 通过基于费-托的合成产生烯烃的方法
CN105473495A (zh) * 2013-07-31 2016-04-06 沙特基础工业公司 通过基于费-托的合成产生烯烃的方法
AU2014309334B2 (en) * 2013-08-20 2017-08-31 V-GRID Energy Systems Micro-gasifier array networking
US10266780B2 (en) 2013-08-20 2019-04-23 V-GRID Energy Systems Micro-gasifier array networking
US10029245B2 (en) * 2014-06-05 2018-07-24 Sgce Llc Methods, systems, and apparatuses to improve processes of increasing Fischer-Tropsch catalyst activity
US11426717B2 (en) 2014-11-17 2022-08-30 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Catalyst, structures, reactors, and methods of forming same
KR101694221B1 (ko) 2014-12-24 2017-01-09 한국과학기술연구원 한계 가스전의 천연가스를 이용한 gtl-fpso 공정에 의한 합성연료의 제조방법과 그 제조장치
US10472235B2 (en) 2015-03-23 2019-11-12 Chiyoda Corporation Synthesis gas manufacturing method and synthesis gas manufacturing apparatus
US9725385B2 (en) * 2015-05-01 2017-08-08 Velocys Technologies, Ltd. Process for operating an integrated gas-to-liquids facility
GB2554618B (en) 2015-06-12 2021-11-10 Velocys Inc Synthesis gas conversion process
GB201614363D0 (en) * 2016-08-23 2016-10-05 Bp Plc Fischer-tropsch catalyst performance enhancement process
US20180099914A1 (en) * 2016-10-11 2018-04-12 Thomas Allen Hayes Radial electro-magnetic system for the conversion of small hydrocarbon molecules to larger hydrocarbon molecules using a rotational chemical reactor/separator chamber
CN107488242B (zh) * 2017-06-14 2023-08-11 上海新纳克合成材料有限公司 使用微通道反应器和茂金属催化体系聚合线性α-烯烃方法
CN110295054A (zh) * 2018-03-22 2019-10-01 中国石油化工股份有限公司 一种生产混合异构烷烃的方法
CN109135797A (zh) * 2018-08-08 2019-01-04 北京京立清洁能源科技有限公司 一种低压合成费托技术
US10953388B1 (en) 2019-12-27 2021-03-23 Saudi Arabian Oil Company Ni—Ru—CgO based pre-reforming catalyst for liquid hydrocarbons
CN113979867B (zh) * 2020-07-27 2024-03-26 中国石油化工股份有限公司 一种硝酸还原的设备及方法
CN114471378A (zh) * 2020-10-28 2022-05-13 中国石油化工股份有限公司 一种烯烃水合反应器及烯烃水合方法
CN114471300B (zh) * 2020-10-28 2023-08-04 中国石油化工股份有限公司 一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统及应用
CN112410087B (zh) * 2020-11-18 2021-11-12 江苏沃特优新能源科技有限公司 一种催化剂气化装置及带有其的节能一体化助燃设备
WO2023170389A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-14 Johnson Matthey Public Limited Company Process for producing hydrogen and method of retrofitting a hydrogen production unit

Family Cites Families (89)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE246257C (pt)
GB1397960A (en) 1971-09-24 1975-06-18 Standard Oil Co Process for hydrotreating petroleum hydrocarbons
US3972837A (en) 1973-07-03 1976-08-03 Johnson Matthey & Co., Limited Catalyst for purifying automotive exhaust gases
US4089810A (en) 1973-08-20 1978-05-16 Johnson, Matthey & Co., Limited Catalyst
GB1531134A (en) 1975-08-20 1978-11-01 Atomic Energy Authority Uk Methods of fabricating bodies and to bodies so fabricated
GB1568391A (en) 1976-04-14 1980-05-29 Atomic Energy Authority Uk Catalysts having metallic substrates
US4289652A (en) 1978-02-10 1981-09-15 Johnson Matthey Inc. Catalyst comprising a metal substrate
US4388277A (en) 1980-06-06 1983-06-14 United Kingdom Atomic Energy Authority Catalyst device and method
US4347121A (en) 1980-10-09 1982-08-31 Chevron Research Company Production of lubricating oils
US4585798A (en) 1981-10-13 1986-04-29 Gulf Research & Development Company Synthesis gas conversion using ruthenium-promoted cobalt catalyst
DE3587895T2 (de) 1984-05-03 1994-12-01 Mobil Oil Corp Katalytische Entwachsung von leichten und schweren Ölen in zwei Parallelreaktoren.
US4943672A (en) 1987-12-18 1990-07-24 Exxon Research And Engineering Company Process for the hydroisomerization of Fischer-Tropsch wax to produce lubricating oil (OP-3403)
US5036032A (en) 1988-03-25 1991-07-30 Exxon Research And Engineering Company Selective catalysts and their preparation for catalytic hydrocarbon synthesis
DE3926466C2 (de) 1989-08-10 1996-12-19 Christoph Dipl Ing Caesar Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen von zwei chemischen Stoffen mit starker Wärmetönung
US5248251A (en) 1990-11-26 1993-09-28 Catalytica, Inc. Graded palladium-containing partial combustion catalyst and a process for using it
KR100327521B1 (ko) 1993-03-19 2002-07-03 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니 일체형화학가공장치및그제조방법
US6040266A (en) 1994-02-22 2000-03-21 Ultramet Foam catalyst support for exhaust purification
US6129973A (en) 1994-07-29 2000-10-10 Battelle Memorial Institute Microchannel laminated mass exchanger and method of making
DZ2013A1 (fr) 1995-04-07 2002-10-23 Sastech Ltd Catalyseurs.
US5932100A (en) 1995-06-16 1999-08-03 University Of Washington Microfabricated differential extraction device and method
ES2225903T5 (es) 1995-12-08 2011-03-28 Exxonmobil Research And Engineering Company Proceso para la producción de aceites de base hidrocarbonados biodegradables de alto rendimiento.
GB9626516D0 (en) 1996-12-20 1997-02-05 Ici Plc Ammonia oxidation
GB2322633A (en) 1997-02-28 1998-09-02 Norske Stats Oljeselskap Fischer-Tropsch reactor
US5856261A (en) 1997-04-22 1999-01-05 Exxon Research And Engineering Company Preparation of high activity catalysts; the catalysts and their use
US5882505A (en) 1997-06-03 1999-03-16 Exxon Research And Engineering Company Conversion of fisher-tropsch waxes to lubricants by countercurrent processing
IT1292462B1 (it) 1997-07-03 1999-02-08 Agip Petroli Composizione catalitica utile nel processo di fischer-tropsch
US6013171A (en) 1998-02-03 2000-01-11 Exxon Research And Engineering Co. Catalytic dewaxing with trivalent rare earth metal ion exchanged ferrierite
US6333294B1 (en) 1998-05-22 2001-12-25 Conoco Inc. Fischer-tropsch processes and catalysts with promoters
US6540975B2 (en) 1998-07-27 2003-04-01 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
US6616909B1 (en) 1998-07-27 2003-09-09 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
US6440895B1 (en) 1998-07-27 2002-08-27 Battelle Memorial Institute Catalyst, method of making, and reactions using the catalyst
US6479428B1 (en) 1998-07-27 2002-11-12 Battelle Memorial Institute Long life hydrocarbon conversion catalyst and method of making
US6180575B1 (en) 1998-08-04 2001-01-30 Mobil Oil Corporation High performance lubricating oils
US6235677B1 (en) 1998-08-20 2001-05-22 Conoco Inc. Fischer-Tropsch processes using xerogel and aerogel catalysts by destabilizing aqueous colloids
US6319872B1 (en) 1998-08-20 2001-11-20 Conoco Inc Fischer-Tropsch processes using catalysts on mesoporous supports
US6080301A (en) 1998-09-04 2000-06-27 Exxonmobil Research And Engineering Company Premium synthetic lubricant base stock having at least 95% non-cyclic isoparaffins
US6165949A (en) 1998-09-04 2000-12-26 Exxon Research And Engineering Company Premium wear resistant lubricant
US6103099A (en) 1998-09-04 2000-08-15 Exxon Research And Engineering Company Production of synthetic lubricant and lubricant base stock without dewaxing
AU2043400A (en) 1998-12-07 2000-06-26 Syntroleum Corporation Structured fischer-tropsch catalyst system and method for its application
US6451864B1 (en) 1999-08-17 2002-09-17 Battelle Memorial Institute Catalyst structure and method of Fischer-Tropsch synthesis
US6969506B2 (en) 1999-08-17 2005-11-29 Battelle Memorial Institute Methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions
CN1235675C (zh) 2000-01-11 2006-01-11 阿山特斯有限公司 催化反应器
US6255358B1 (en) 2000-03-17 2001-07-03 Energy International Corporation Highly active Fischer-Tropsch synthesis using doped, thermally stable catalyst support
US6602921B2 (en) 2000-05-09 2003-08-05 Conocophillips Company Process for the preparation of hydrocarbons
US6472441B1 (en) 2000-07-24 2002-10-29 Chevron U.S.A. Inc. Methods for optimizing Fischer-Tropsch synthesis of hydrocarbons in the distillate fuel and/or lube base oil ranges
EP1328608B1 (en) * 2000-10-09 2007-01-10 Sasol Technology (Proprietary) Limited Separation of oxygenates from a hydrocarbon stream
US6490880B1 (en) 2000-10-26 2002-12-10 Islet Technology Inc. Regulated organ containment shipping system using dual-layer preservation liquid
MX2007008365A (es) 2001-01-10 2007-09-21 Compactgtl Plc Reactor catalitico.
US6508862B1 (en) 2001-04-30 2003-01-21 Battelle Memorial Institute Apparatus and methods for separation/purification utilizing rapidly cycled thermal swing sorption
GB0116894D0 (en) 2001-07-11 2001-09-05 Accentus Plc Catalytic reactor
US6703429B2 (en) 2001-08-23 2004-03-09 Chevron U.S.A. Inc. Process for converting synthesis gas into hydrocarbonaceous products
EP1434652B1 (en) 2001-10-12 2005-02-16 GTL Microsystems AG Catalytic reactor
US20030105171A1 (en) 2001-11-08 2003-06-05 Conoco Inc. Modified zirconia support for catalyst for Fischer-Tropsch process
GB0129054D0 (en) 2001-12-05 2002-01-23 Accentus Plc Catalytic reactor and process
US6743962B2 (en) 2002-01-31 2004-06-01 Chevron U.S.A. Inc. Preparation of high octane alkylate from Fischer-Tropsch olefins
US6768035B2 (en) 2002-01-31 2004-07-27 Chevron U.S.A. Inc. Manufacture of high octane alkylate
AU2003245333B2 (en) 2002-05-28 2009-07-23 Compactgtl Plc Portable gas-to-liquids unit and method for capturing natural gas at remote locations
GB2407099B (en) 2002-07-26 2005-12-07 Fmc Technologies Gas-to-liquids facility for fixed offshore hydrocarbon production platforms
US7250151B2 (en) * 2002-08-15 2007-07-31 Velocys Methods of conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
US7014835B2 (en) 2002-08-15 2006-03-21 Velocys, Inc. Multi-stream microchannel device
US7071239B2 (en) 2002-10-16 2006-07-04 Conocophillips Company Fischer-Tropsch processes and catalysts using stabilized supports
EP1558554A2 (en) 2002-10-16 2005-08-03 Conocophillips Company Fischer-tropsch processes and catalysts made from a material comprising boehmite
US6652627B1 (en) 2002-10-30 2003-11-25 Velocys, Inc. Process for separating a fluid component from a fluid mixture using microchannel process technology
GB0314790D0 (en) 2003-06-25 2003-07-30 Accentus Plc Catalytic reactor and process
DK1567616T4 (en) 2002-12-02 2019-04-29 Compactgtl Plc Catalytic process
GB0304949D0 (en) 2003-03-05 2003-04-09 Accentus Plc Catalytic reactor and process
WO2004078643A1 (en) 2003-03-05 2004-09-16 Gtl Microsystems Ag Producing longer-chain hydrocarbons from natural gas
US7323497B2 (en) 2003-05-02 2008-01-29 Johnson Matthey Plc Production of hydrocarbons by steam reforming and Fischer-Tropsch reaction
US7220390B2 (en) * 2003-05-16 2007-05-22 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
CA2525256C (en) * 2003-05-16 2013-12-10 Velocys Inc. Oxidation process using microchannel technology and novel catalyst useful in same
US7019038B2 (en) 2003-05-23 2006-03-28 Conocophillips Company Recycle of low boiling point products to a Fischer-Tropsch reactor
US20070056247A1 (en) 2003-06-28 2007-03-15 Michael Joseph Bowe Combustion of gaseous fuel
WO2005032693A2 (en) 2003-08-29 2005-04-14 Velocys Inc. Process for separating nitrogen from methane using microchannel process technology
US6992114B2 (en) 2003-11-25 2006-01-31 Chevron U.S.A. Inc. Control of CO2 emissions from a Fischer-Tropsch facility by use of multiple reactors
US7084180B2 (en) 2004-01-28 2006-08-01 Velocys, Inc. Fischer-tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
CN1938400B (zh) 2004-02-05 2012-01-04 沙索技术有限公司 烃的合成
US20050175519A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Rogers William A.Jr. Microchannel compression reactor
GB0405796D0 (en) 2004-03-16 2004-04-21 Accentus Plc Converting natural gas to longer-chain hydrocarbons
GB0405786D0 (en) 2004-03-16 2004-04-21 Accentus Plc Processing natural gas to form longer-chain hydrocarbons
GB0408896D0 (en) 2004-04-20 2004-05-26 Accentus Plc Catalytic reactor
US20070004840A1 (en) * 2004-05-19 2007-01-04 Texas A&M University Zinc oxide polymer nanocomposites and methods of producing zinc oxide polymer nanocomposites
GB0413400D0 (en) 2004-06-16 2004-07-21 Accentus Plc Catalytic plant and process
GB0423081D0 (en) 2004-10-18 2004-11-17 Accentus Plc Hydrogen production
GB0500838D0 (en) 2005-01-15 2005-02-23 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0501731D0 (en) 2005-01-31 2005-03-02 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0503908D0 (en) 2005-02-25 2005-04-06 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0504622D0 (en) 2005-03-05 2005-04-13 Accentus Plc Catalytic reactors
CA2608400C (en) 2005-05-25 2014-08-19 Velocys Inc. Support for use in microchannel processing
US7935734B2 (en) 2005-07-08 2011-05-03 Anna Lee Tonkovich Catalytic reaction process using microchannel technology

Also Published As

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US20080210596A1 (en) 2008-09-04
EP2447339A1 (en) 2012-05-02
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