BRPI1009483B1

BRPI1009483B1 - Sistema de separação de catalisador

Info

Publication number: BRPI1009483B1
Application number: BRPI1009483-0A
Authority: BR
Inventors: Onishi. Yasuhiro; Yamada Eiichi
Original assignee: Japan Oil, Gas And Metals National Corporation
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2018-05-15
Also published as: AU2010226050A1; CN102348783A; WO2010106744A1; CA2755562A1; MY158533A; US8524160B2; EP2410037A4; EA201171097A1; BRPI1009483A2; US20120003127A1; JPWO2010106744A1; JP5364786B2; CA2755562C; EP2410037A1; AU2010226050B2; CN102348783B; ZA201106901B; EA021005B1

Description

(54) Título: SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE CATALISADOR (51) Int.CI.: C10G 2/00; B01J 8/22; B01J 35/02 (30) Prioridade Unionista: 19/03/2009 JP 2009-068829 (73) Titular(es): COSMO OIL CO., LTD.. JAPAN OIL, GAS AND METALS NATIONAL CORPORATION. ΙΝΡΕΧ CORPORATION. JX NIPPON OIL & ENERGY CORPORATION. NIPPON STEEL ENGINEERING CO., LTD.. JAPAN PETROLEUM EXPLORATION CO., LTD.

(72) Inventor(es): YASUHIRO ONISHI.; EIICHI YAMADA

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE CATALISADOR.

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um sistema de separação de catalisador que separa hidrocarbonetos líquidos a partir de uma lama de catalisador.

Prioridade é reivindicada sobre o Pedido de Patente Japonesa No. 2009-68829, depositado em 19 de março de 2009, cujo conteúdo é aqui incorporado, por referência.

Técnica Anterior

Como um dos métodos para a síntese de combustíveis líquidos a partir do gás natural, uma técnica GTL (Gás para Líquido: síntese de combustíveis líquidos) de transformar gás natural para produzir um gás de síntese, incluindo o gás monóxido de carbono (CO) e o gás hidrogênio (H₂) como principais componentes, sintetizando hidrocarbonetos usando um catalisador, com este gás de síntese como uma fonte de gás, através da reação de síntese de Fischer-Tropsch (doravante referida aqui como reação de síntese FT) e posteriormente hidrogenando e refinando os hidrocarbonetos para produzir produtos combustíveis líquidos, tais como nafta (gasolina bruta), querosene, óleo para fabricação de gás e cera, foi recentemente desenvolvida.

Os hidrocarbonetos líquidos sintetizados pela reação de síntese FT são separados da lama de catalisador, que tem partículas sólidas de catalisador suspensas nos hidrocarbonetos líquidos, antes de serem transferidos para um processo de refino no processo subsequente, onde os hidrocarbonetos são convertidos em nafta, querosene, etc. Convencionalmente, como um dispositivo para separar hidrocarbonetos líquidos de uma lama de catalisador, um método que passe os hidrocarbonetos através de filtros é sugerido, como descrito, por exemplo, no Documento de Patente 1.

Lista de Citação

Literatura de Patentes

Documento de Patente 1- Relatório Descritivo da Publicação em aberto do

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Pedido de Patente US n ⁰ 2005-0080149.

Sumário da Invenção

Problema Técnico

Quando hidrocarbonetos líquidos são separados da lama de catalisador, como descrito acima, hidrocarbonetos gasosos, etc. podem estar misturados nos hidrocarbonetos líquidos filtrados pelos filtros simplesmente passando os hidrocarbonetos através dos filtros. Isto porque os hidrocarbonetos gasosos passam diretamente através dos filtros ou uma parte dos hidrocarbonetos líquidos evapora na medida em que a pressão sobre a jusante dos filtros é reduzida. Quando os hidrocarbonetos são transferidos para o lado a jusante em uma fase vapor-líquido mista, desta forma, a perda de pressão nos tubos aumenta à medida que o volume se expande durante a transferência e o volume de fluxo de hidrocarbonetos diminui.

A presente invenção foi feita com vistas a tal problema e seu objetivo é prover um sistema de separação de catalisador capaz de minimizar uma perda de pressão, garantindo assim um volume de fluxo predeterminado, quando os hidrocarbonetos líquidos sintetizados através da reação de síntese FT são separados da lama de catalisador e transferidos a jusante. Solução para o problema

Um sistema de separação de catalisador da presente invenção inclui: um reator onde hidrocarbonetos são sintetizados através de uma reação química de um gás de síntese, incluindo o gás monóxido de carbono e o gás hidrogênio como componentes principais, e uma lama de catalisador com partículas sólidas de catalisador em suspensão em um líquido; filtros que separam os hidrocarbonetos e a lama de catalisador; e um separador gás-líquido que separa os hidrocarbonetos líquidos que fluem para fora dos filtros em hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos líquidos.

Além disso, no sistema de separação de catalisador acima, a reação química pode ser uma reação de síntese de Fischer-Tropsch.

De acordo com esta invenção, os hidrocarbonetos são sintetizados pela reação química do gás de síntese e a lama de catalisador, dentro do reator. A lama de catalisador é separada dos hidrocarbonetos sintetiza3/21 dos pelos filtros e transferida para o separador gás-líquido a jusante. Embora hidrocarbonetos gasosos também estejam incluídos nos hidrocarbonetos a partir dos quais a lama de catalisador foi separada pelos filtros, os hidrocarbonetos são separados em hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos líquidos ao serem transferidos para o separador gás-líquido. Uma vez que os hidrocarbonetos estejam separados em gás e líquido, desta forma, os hidrocarbonetos gasosos e os hidrocarbonetos líquidos podem ser transferidos separadamente, ao serem posteriormente transferidos a jusante do separador gás-líquido. Assim, a perda de pressão dentro de uma linha de transferência pode ser minimizada.

Além disso, no sistema de separação de catalisador acima, o separador gás-líquido pode ter uma pluralidade de tubos de ramificação que se estendem dos filtros e um tubo coletor, que recolhe um fluido que flui através dos tubos de ramificação e tem um diâmetro maior do que os tubos de ramificação.

De acordo com esta invenção, os hidrocarbonetos líquidos separados pelos filtros são transferidos para o tubo coletor, a partir dos tubos de ramificação, em um estado em que os hidrocarbonetos gasosos estão incluídos. Uma vez que o tubo coletor tem um diâmetro maior do que o dos tubos de ramificação, a separação de vapor-líquido irá ocorrer mesmo em uma parte durante a transferência para o tubo coletor a partir dos tubos de ramificação, bem como dentro do tubo coletor. Como resultado, o tempo de separação gás-líquido pode ser encurtado.

Além disso, no sistema de separação de catalisador acima, o tubo coletor pode ser um tubo de comunicação em forma de anel.

De acordo com esta invenção, quando o fluido dos hidrocarbonetos é transferido para o tubo de comunicação, a partir da pluralidade de tubos de ramificação, o fluido pode ser transferido para o tubo de comunicação sob as mesmas condições e um fluxo regular do fluido dentro do tubo de comunicação pode ser conseguido.

Além disso, no sistema de separação de catalisador acima, o tubo de comunicação em forma de anel pode ser disposto acima dos filtros de

4/21 forma que o centro do mesmo é feito para coincidir com o centro do reator que abriga os filtros.

De acordo com esta invenção, uma vez que o tubo de comunicação em forma de anel está disposto de forma que o centro do mesmo é feito para coincidir com o centro do reator, um espaço exclusivo para o tubo de comunicação e recipiente pode ser feito de pequeno porte e um dispositivo pode ser feito compacto. Além disso, como os hidrocarbonetos líquidos, incluindo hidrocarbonetos gasosos separados pelos filtros, são transferidos para o tubo de comunicação em forma de anel através dos tubos de ramificação, é possível a transferência regular dos hidrocarbonetos líquidos durante a execução da separação de vapor-líquido.

Além disso, no sistema de separação de catalisador acima, uma linha de fluxo de líquido, através da qual os hidrocarbonetos líquidos dentro do tubo de comunicação em forma de anel são transferidos, e uma linha de fluxo de gás, através da qual os hidrocarbonetos gasosos dentro do tubo de comunicação em forma de anel são transferidos, podem ser conectadas ao tubo de comunicação em forma de anel.

De acordo com esta invenção, entre os hidrocarbonetos separados pelo tubo de comunicação em forma de anel, os hidrocarbonetos líquidos são transferidos pela linha de fluxo de líquido e os hidrocarbonetos gasosos são transferidos pela linha de fluxo de gás. Como tal, os hidrocarbonetos gasosos e os hidrocarbonetos líquidos que tenham sido submetidos à separação de vapor-líquido podem ser separadamente transferidos a jusante.

Efeitos vantajosos da invenção

De acordo com o sistema de separação de catalisador da presente invenção, quando hidrocarbonetos líquidos sintetizados através da reação de síntese FT são separados de uma lama de catalisador e transferidos a jusante, os hidrocarbonetos podem ser primeiramente separados em hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos líquidos e transferidos separadamente. Assim, é possível minimizar a perda de pressão em um caminho de transferência. Como resultado, um volume de fluxo predeterminado pode

5/21 ser assegurado.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando a configuração geral de um sistema de síntese de combustíveis líquidos, incluindo um sistema de separação de catalisador de uma primeira modalidade da presente invenção.

A figura 2 é um diagrama esquemático mostrando a configuração geral do sistema de separação de catalisador da primeira modalidade da presente invenção.

A figura 3 é um diagrama esquemático mostrando a configuração geral de um sistema de separação de catalisador de uma segunda modalidade da presente invenção.

Descrição das Modalidades

Primeira Modalidade

A seguir, uma primeira modalidade de um sistema de separação de catalisador de acordo com a presente invenção será descrita com referência às figuras 1 a 3.

Primeiro, a configuração geral de um sistema de síntese de combustíveis líquidos 1, incluindo um sistema de separação de catalisador 81 da presente invenção será descrita com referência à figura 1.

Como mostrado na figura 1, o sistema de síntese de combustíveis líquidos é uma instalação que realiza o processo GTL, que converte matéria-prima de hidrocarbonetos, como gás natural, em combustíveis líquidos. Este sistema de síntese de combustíveis líquidos 1 inclui uma unidade de produção de gás de síntese 3, uma unidade de síntese FT 5 e uma unidade de aprimoramento 7. A unidade de produção de gás de síntese 3 transforma um gás natural, que é uma matéria-prima de hidrocarboneto, para produzir um gás de síntese, incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio. A unidade de síntese FT 5 produz hidrocarbonetos líquidos a partir do gás de síntese produzido pela reação de síntese FT. A unidade de aprimoramento 7 hidrogena e refina os hidrocarbonetos líquidos produzidos através da reação de síntese FT para resultar produtos combustíveis líqui6/21 dos (querosene, nafta, óleo Diesel, cera, etc.) A seguir, os componentes de cada uma dessas unidades serão descritos.

Primeiro, será descrita a unidade de produção de gás de síntese 3. A unidade de produção de gás de síntese 3 inclui principalmente, por exemplo, um reator de dessulfuração 10, um transformador 12, uma caldeira de calor residual 14, separadores de vapor-líquido 16 e 18, uma unidade de remoção de CO₂ 20 e um separador de hidrogênio 26.

O reator de dessulfuração 10 é composto por um hidrodessulfurizador, etc., e remove componentes de enxofre de um gás natural como matéria-prima. O transformador 12 reforma o gás natural fornecido a partir do reator de dessulfuração 10, para produzir um gás de síntese, incluindo um gás monóxido de carbono (CO) e um gás hidrogênio (H₂) como os componentes principais. A caldeira de calor residual 14 recupera o calor residual do gás de síntese produzido no transformador 12 para produzir vapor de alta pressão. O separador de vapor-líquido 16 separa a água aquecida pela troca de calor com o gás de síntese, na caldeira de calor residual 14, em um vapor (vapor de alta pressão) e um líquido. O separador de vapor-líquido 18 remove o condensado do gás de síntese, resfriado na caldeira de calor residual 14, e supre um gás para a unidade de remoção de CO₂ 20. A unidade de remoção de CO₂ 20 tem uma torre de absorção 22 que remove o gás dióxido de carbono utilizando um absorvente do gás de síntese fornecido a partir do separador de vapor-líquido 18, e uma torre de regeneração 24 que desabsorve o gás dióxido de carbono e regenera o absorvente, incluindo o gás dióxido de carbono. O separador de hidrogênio 26 separa uma parte do gás hidrogênio incluído no gás de síntese, o gás dióxido de carbono do mesmo foi separado pela unidade de remoção de CO₂ 20. É de se notar aqui que a unidade de remoção de CO₂ 20 acima pode não ser provida, dependendo das circunstâncias.

Entre eles, o transformador 12 reforma um gás natural usando um dióxido de carbono e vapor para produzir um gás de síntese de alta temperatura, incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio como componentes principais, através de um método de transformação de vapor e

7/21 gás dióxido de carbono, expresso pelas fórmulas das reações químicas (1) e (2) seguintes. Além disso, o método de transformação neste transformador 12 não se limita ao exemplo do método de transformação de vapor e dióxido de carbono acima. Por exemplo, um método de transformação de vapor, um método de transformação de oxidação parcial (POX) que usa oxigênio, um método de transformação autotérmica (ATR), que é uma combinação do método de transformação de oxidação parcial e do método de transformação de vapor, um método de transformação de gás dióxido de carbono e similares também podem ser utilizados.

CH₄ + H₂O —<· CO + 3H₂ · · · (1)

CH₄ + CO₂ -> 2CO + 2H₂ *··(2)

Além disso, o separador de hidrogênio 26 é provido em uma linha que ramifica de uma tubulação que liga a unidade de remoção de CO₂20 ou separador de vapor-líquido 18 com o reator de coluna de bolha 30. Este separador de hidrogênio 26 pode ser composto por, por exemplo, um dispositivo de PSA (Adsorção de Oscilação de Pressão) de hidrogênio, que realiza adsorção e desabsorção de hidrogênio usando uma diferença de pressão. Este dispositivo de PSA de hidrogênio tem adsorventes (adsorvente zeolítico, carbono ativado, alumina, sílica-gel, etc.) dentro de uma pluralidade de torres de adsorção (não mostrada) que são dispostas em paralelo. Através da repetição sequencial de processos, incluindo pressurização, adsorção, desabsorção (redução de pressão) e purga de hidrogênio em cada uma das torres de adsorção, um gás hidrogênio de pureza elevada (por exemplo, aproximadamente 99, 999%), separado do gás de síntese, pode ser continuamente fornecido a um reator.

Além disso, o método de separação de gás hidrogênio no separador de hidrogênio 26 não está limitado ao exemplo do método de adsorção de oscilação de pressão como no dispositivo de PSA de hidrogênio acima. Por exemplo, o método pode ser um método de adsorção de liga de armazenamento de hidrogênio, um método de separação de membrana ou uma combinação destes.

O método de liga de armazenamento de hidrogênio é, por e8/21 xemplo, uma técnica de separação de gás hidrogênio utilizando uma liga de armazenamento de hidrogênio (TiFe, LaNi₅, TiFeoj - 0,9, Mno,3-o,i, TiMni,₅, etc.) com uma propriedade que adsorve ou emite hidrogênio ao ser refrigerada ou aquecida. Provendo-se uma pluralidade de torres de adsorção nas quais uma liga de armazenamento de hidrogênio está contida e repetindo alternadamente, em cada uma das torres de adsorção, adsorção do hidrogênio pelo resfriamento da liga de armazenamento de hidrogênio e emissão de hidrogênio pelo aquecimento da liga de armazenamento de hidrogênio, gás hidrogênio no gás de síntese pode ser separado e recuperado.

Além disso, o método de separação de membrana é uma técnica de separação de gás hidrogênio, com excelente permeabilidade de membrana, de uma mistura gasosa usando uma membrana feita de um material polimérico tal como poli-imida aromática. Uma vez que este método de separação de membrana não é acompanhado de uma mudança de fase, menos energia é necessária para funcionar e o custo de execução é baixo. Além disso, já que a estrutura de um dispositivo de separação de membrana é simples e compacta, baixo custo de instalação é requerido e a área de instalação necessária também é menor. Além disso, já que não há dispositivo de acionamento em uma membrana de separação e uma faixa de execução estável é ampla, há uma vantagem em vista de que a manutenção e a gestão são fáceis.

Em seguida, a unidade de síntese FT 5 será descrita. A unidade de síntese FT 5 inclui principalmente, por exemplo, o reator de coluna de bolhas 30, um separador de vapor-líquido 34, um separador 36, um separador de vapor-líquido 38 e um primeiro fracionador 40.

O reator de coluna de bolhas 30, que é um exemplo de um reator que sintetiza gás de síntese em hidrocarbonetos líquidos, funciona como um reator de síntese de FT, que sintetiza hidrocarbonetos líquidos a partir de gás de síntese através da reação de síntese FT. O reator de coluna de bolhas 30 é composto de, por exemplo, um reator de coluna de bolhas do tipo lama catalítica, em que uma lama de catalisador consistindo principalmente em partículas de catalisador e meio oleoso está contida dentro de um reator

9/21 de torre. Este reator de coluna de bolhas 30 produz hidrocarbonetos gasosos ou líquidos a partir do gás de síntese, através da síntese FT. Em detalhe, neste reator de coluna de bolhas 30 o gás de síntese, que é uma fonte de gás, é suprido como bolhas a partir de um espaçador no fundo do reator de coluna de bolhas 30 e passa pela lama de catalisador e, em um estado suspenso, um gás hidrogênio e um gás monóxido de carbono sofrem uma reação de síntese, como mostrada na fórmula de reação química (3) seguinte.

2nH₂ + nCO -> (CH₂)_n + nH₂O ... (3)

Uma vez que esta reação de síntese FT é uma reação exotérmica, o reator de coluna de bolhas 30, que é um reator do tipo trocador de calor dentro do qual o tubo de transferência de calor 32 está disposto, é adaptado de tal forma que, por exemplo, água (BFW: água de alimentação de caldeiras) é provida como um líquido refrigerante para que o calor de reação, da reação de síntese FT acima, possa ser recuperado como vapor de média pressão pela troca de calor entre a lama e a água.

O separador de vapor-líquido 34 separa a água, transferida e aquecida através do tubo de transferência de calor 32 disposto dentro do reator de coluna de bolhas 30, em um vapor (vapor de média pressão) e um líquido. O separador 36, que é um exemplo de um filtro que separa a lama de catalisador e os hidrocarbonetos líquidos, está disposto dentro do reator de coluna de bolhas 30. O separador de vapor-líquido 38 é conectado ao topo do reator de coluna de bolhas 30 para arrefecer gás de síntese que não reagiu e produtos hidrocarbonetos gasosos. O primeiro fracionador 40 destila os hidrocarbonetos líquidos supridos através do separador 36, dentro do reator de coluna de bolhas 30 e separador de vapor-líquido 38, e destila de forma fracionada os hidrocarbonetos líquidos em frações individuais de acordo com pontos de ebulição.

Finalmente, a unidade de aprimoramento 7 será descrita. A unidade de aprimoramento 7 inclui, por exemplo, um reator de hidrólise de fração de cera 50, um reator de hidrogenação de destilado médio 52, um reator de hidrogenação de fração de nafta 54, separadores de vapor-líquido 56, 58

10/21 e 60, um segundo fracionador 70 e um estabilizador de nafta 72. O reator de hidrólise de fração de cera 50 está conectado ao fundo do primeiro fracionador 40. O reator de hidrogenação de destilado médio 52 está conectado a uma parte média do primeiro fracionador 40. O reator de hidrogenação de fração de nafta 54 está conectado ao topo do primeiro fracionador 40. Os separadores de vapor-líquido 56, 58 e 60 são providos de forma a corresponder aos reatores de hidrogenação 50, 52 e 54, respectivamente. O segundo fracionador 70 separa e refina os hidrocarbonetos líquidos fornecidos a partir dos separadores de vapor-líquido 56 e 58 de acordo com pontos de ebulição. O estabilizador de nafta 72 destila hidrocarbonetos líquidos de uma fração de nafta fornecida a partir do separador de vapor-líquido 60 e segundo fracionador 70, para descarregar componentes mais leves do que butano como gás flamejante e para recuperar componentes com um número de carbono de cinco ou mais, como um produto de nafta.

A seguir, um processo (processo GTL) de síntese de combustíveis líquidos a partir de um gás natural, através do sistema de síntese de combustível líquido 1 como acima configurado, será descrito.

Um gás natural (do qual o componente principal é CH₄) como uma matéria-prima de hidrocarboneto é fornecido para o sistema de síntese de combustível líquido 1 a partir de uma fonte externa de fornecimento de gás natural (não mostrada), tal como um campo de gás natural ou uma planta de gás natural. A unidade de produção de gás de síntese 3 acima transforma este gás natural para produzir um gás de síntese (mistura gasosa incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio como componentes principais).

Especificamente, em primeiro lugar, o gás natural acima é fornecido ao reator de dessulfuração 10, juntamente com o gás hidrogênio separado pelo separador de hidrogênio 26. O reator de dessulfuração 10 hidrogena e dessulfuriza componentes de enxofre incluídos no gás natural usando o gás hidrogênio, por exemplo, com um catalisador ZnO. Por dessulfuração prévia do gás natural, desta forma, é possível evitar a desativação de catalisadores utilizados no transformador 12, no reator de coluna de bolhas

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30, etc. por componentes de enxofre.

O gás natural (também pode conter um dióxido de carbono) dessulfurizado desta forma é fornecido ao transformador 12, após o gás dióxido de carbono (CO₂), fornecido a partir de uma fonte de suprimento de dióxido de carbono (não mostrada), e o vapor gerado na caldeira de calor residual 14 serem misturados com isso. O transformador 12 transforma um gás natural usando um dióxido de carbono e um vapor para produzir um gás de síntese de alta temperatura, incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio como componentes principais, através do método de transformação de vapor e gás dióxido de carbono acima. Neste momento o transformador 12 é suprido com, por exemplo, um gás combustível para um queimador disposto no transformador 12, e ar e o calor de reação necessário para a reação de transformação de vapor e CO₂, que é uma reação endotérmica, é provido com o calor da combustão do gás combustível no queimador.

O gás de síntese de alta temperatura (por exemplo, 900°C, 2,0 MPaG) produzido no transformador 12 desta forma é fornecido para a caldeira de calor residual 14 e é resfriado pela troca de calor com a água que flui através da caldeira de calor residual 14 (por exemplo, 400°C), assim o calor residual é recuperado. Neste momento, a água aquecida pelo gás de síntese na caldeira de calor residual 14 é fornecida ao separador de vapor-líquido 16. A partir deste separador de vapor-líquido 16, um componente do gás é fornecido para o transformador 12, ou outros dispositivos externos, como um vapor de alta pressão (por exemplo, 3,4 a 10,0 MPaG) e água, como um componente líquido, é devolvida para a caldeira de calor residual 14.

Enquanto isso, o gás de síntese resfriado na caldeira de calor residual 14 é fornecido para a torre de absorção 22 da unidade de remoção de CO₂ 20, ou o reator de coluna de bolhas 30, após um condensado ser separado e removido do gás de síntese no separador de vapor-líquido 18. A torre de absorção 22 absorve um gás de dióxido de carbono, incluído no gás de síntese, no absorvente retido para separar o gás dióxido de carbono do gás de síntese. O absorvente, incluindo o gás dióxido de carbono dentro desta torre de absorção 22, é introduzido na torre de regeneração 24, o ab12/21 sorvente incluindo o gás dióxido de carbono é aquecido e submetido a tratamento de despojo com, por exemplo, um vapor e o gás dióxido de carbono desabsorvido resultante é reciclado, enviado para o transformador 12 da torre de regeneração 24 e é reutilizado para a reação de transformação acima.

O gás de síntese produzido na unidade de produção de gás de síntese 3 dessa forma é fornecido ao reator de coluna de bolhas 30 da unidade de síntese FT 5 acima. Neste momento, a relação de composição do gás de síntese fornecido ao reator de coluna de bolhas 30 é ajustada para uma relação de composição (por exemplo, H₂: CO = 2:1 (razão molar) adequada para a reação de síntese FT. Além disso, a pressão do gás de síntese fornecido ao reator de coluna de bolhas 30 é elevada a uma pressão (por exemplo, cerca de 3,6 MPaG), adequada para a reação de síntese FT, através de um compressor (não mostrado) provido em um tubo que conecta a unidade de remoção de CO₂ 20 com o reator de coluna de bolhas 30.

Além disso, uma parte do gás de síntese da qual o gás dióxido de carbono foi separado pela unidade de remoção de CO₂ 20 acima, também é fornecida para o separador de hidrogênio 26. O separador de hidrogênio 26 separa o gás hidrogênio incluído no gás de síntese, através da adsorção e desabsorção (PSA de hidrogênio) utilizando uma diferença de pressão, como descrito acima. Este hidrogênio separado é continuamente fornecido, a partir de um recipiente de gás (não mostrado), etc., através de um compressor (não mostrado), para vários dispositivos de reação que utilizam hidrogênio (por exemplo, o reator de dessulfuração 10, o reator de hidrólise de fração de cera 50, o reator de hidrogenação de destilado médio 52, o reator de hidrogenação de fração de nafta 54, etc.), os quais executam reações predeterminadas utilizando o hidrogênio dentro do sistema de síntese de combustíveis líquidos 1.

A seguir, a unidade de síntese FT 5 acima sintetiza hidrocarbonetos líquidos através da reação de síntese FT a partir do gás de síntese produzido pela unidade de produção de gás de síntese 3 acima.

Especificamente, o gás de síntese a partir do qual o gás dióxido de carbono foi separado na unidade de remoção de CO₂ 20 acima, flui no

13/21 fundo do reator de coluna de bolhas 30 e flui para cima na lama de catalisador contida no reator de coluna de bolhas 30. Neste momento, dentro do reator de coluna de bolhas 30 o gás monóxido de carbono e o gás hidrogênio, que estão incluídos no gás de síntese, reagem um com o outro através da reação de síntese FT produzindo, assim, hidrocarbonetos. Além disso, ao fluir água através do tubo de transferência de calor 32 do reator de coluna de bolhas 30 no momento desta reação de síntese, o calor de reação da reação de síntese de FT é removido e uma parte da água aquecida por essa troca de calor é evaporada em um vapor. No vapor e água, a água separada no separador de vapor-líquido 34 é devolvida ao tubo de transferência de calor 32 e um componente do gás é fornecido para um dispositivo externo como um vapor de média pressão (por exemplo, 1,0 a 2,5MPaG).

Os hidrocarbonetos líquidos sintetizados no reator de coluna de bolhas 30, desta forma, são extraídos da parte média do reator de coluna de bolhas 30 e são introduzidos no separador 36. O separador 36 separa os hidrocarbonetos líquidos em um catalisador (componente sólido) na lama extraída e um componente líquido, incluindo um produto de hidrocarboneto líquido. Uma parte do catalisador separado é retornada para o reator de coluna de bolhas 30 e o componente líquido é provido ao primeiro fracionador 40. A partir do topo do reator de coluna de bolhas 30, um gás de síntese que não reagiu e um componente gasoso dos hidrocarbonetos sintetizados são introduzidos no separador de vapor-líquido 38. O separador de vapor-líquido 38 resfria esses gases para separar alguns hidrocarbonetos líquidos condensados para introduzi-los no primeiro fracionador 40. Enquanto isso, como para o componente gasoso separado no separador de vapor-líquido 38, os gases de síntese que não reagiram (CO e H₂) são devolvidos ao fundo do reator de coluna de bolhas 30 e são reutilizados para a reação de síntese FT. Além disso, o gás de emissão (gás flamejante) que não é um produto e que contém, como componente principal, hidrocarboneto gasoso com um pequeno número de carbonos (C₄ ou menos), pode ser usado como gás combustível do transformador 12 ou pode ser introduzido em uma instalação de combustão externa (não mostrada), ser queimado nela e então ser emiti14/21 do para a atmosfera.

A seguir, o primeiro fracionador 40 aquece os hidrocarbonetos líquidos (números de carbono dos quais são vários) supridos através do separador 36 e do separador de vapor-líquido 38 do reator de coluna de bolhas 30, como descrito acima, para destilar de forma fracionada os hidrocarbonetos líquidos usando uma diferença em pontos de ebulição, ou seja, separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em uma fração de nafta (cujo ponto de ebulição é menor do que cerca de 150°C), uma fração de querosene e óleo para fabricação de gás (um destilado médio (cujo ponto de ebulição é de cerca de 150 a 360°C), equivalente a querosene e óleo para fabricação de gás) e uma fração de cera (cujo ponto de ebulição é maior do que cerca de 360°C). Os hidrocarbonetos líquidos (principalmente C₂i ou mais) como a fração de cera extraída do fundo do primeiro fracionador 40 são transferidos para o reator de hidrólise de fração de cera 50, os hidrocarbonetos líquidos (principalmente Cn a C₂o) como o destilado médio equivalente a querosene e óleo para fabricação de gás extraído da parte média do primeiro fracionador 40 são transferidos para o reator de hidrogenação de destilado médio 52 e os hidrocarbonetos líquidos (principalmente C₅ a Cw) como a fração nafta extraída a partir do topo do primeiro fracionador 40 são transferidos para o reator de hidrogenação de fração de nafta 54.

O reator de hidrólise de fração de cera 50 hidrolisa os hidrocarbonetos líquidos como a fração de cera com um número grande de carbonos (cerca de C₂i ou mais), que foram fornecidos a partir do fundo do primeiro fracionador 40, usando o gás hidrogênio fornecido a partir do separador de hidrogênio 26 acima, para reduzir o número de carbonos para C₂₀ ou menos. Nesta reação de hidrólise, a fração de cera é convertida em hidrocarbonetos com um número pequeno de carbonos, através da divagem de ligações C-C de hidrocarbonetos com um número grande de carbonos, usando um catalisador e calor. Um produto, incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrolisados neste reator de hidrólise de fração de cera 50 é separado em um gás e um líquido no separador de vapor-líquido 56, os hidrocarbonetos líquidos dos quais são transferidos para o segundo fracionador 70 e o componente gaso15/21 so (incluindo um gás hidrogênio) do qual é transferido para o reator de hidrogenação de destilado médio 52 e reator de hidrogenação de fração de nafta 54.

O reator de hidrogenação de destilado médio 52 hidrogena hidrocarbonetos líquidos (aproximadamente Cn a C₂o), como o destilado médio equivalente a querosene e óleo para fabricação de gás com um número de carbonos substancialmente mediano, que foram fornecidos da parte média do primeiro fracionador 40, usando o gás hidrogênio fornecido através do reator de hidrólise de fração de cera 50, a partir do separador de hidrogênio 26. Esta reação de hidrogenação é uma reação que adiciona hidrogênio a ligações insaturadas dos hidrocarbonetos líquidos acima, para saturar os hidrocarbonetos líquidos, para produzir hidrocarbonetos saturados e isomerizar hidrocarbonetos saturados de cadeia linear. Como resultado, um produto, incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrogenados, é separado em um gás e um líquido no separador de vapor-líquido 58, os hidrocarbonetos líquidos dos quais são transferidos para o segundo fracionador 70 e o componente gasoso (incluindo gás hidrogênio) do qual é reutilizado para a reação de hidrogenação acima.

O reator de hidrogenação de fração de nafta 54 hidrogena hidrocarbonetos líquidos (aproximadamente Cio ou menos) como a fração de nafta com um número baixo de carbonos, que foram fornecidos a partir do topo do primeiro fracionador 40, usando o gás hidrogênio fornecido através do reator de hidrólise de fração de cera 50, a partir do separador de hidrogênio 26. Como resultado, um produto, incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrogenados, é separado em um gás e um líquido no separador de vaporlíquido 60, os hidrocarbonetos líquidos dos quais são transferidos para o estabilizador de nafta 72 e o componente gasoso (incluindo um gás hidrogênio) do qual é reutilizado para a reação de hidrogenação acima.

A seguir, o segundo fracionador 70 destila os hidrocarbonetos líquidos fornecidos a partir do reator de hidrólise de fração de cera 50 e do reator de hidrogenação de destilado médio 52, como descrito acima, assim destilando de forma fracionada os hidrocarbonetos líquidos em hidrocarbo16/21 netos (cujo ponto de ebulição é menor do que cerca de 150°C) com um número de carbonos Ci₀ ou menos, querosene (cujo ponto de ebulição é de cerca de 150-250°C), óleo para fabricação de gás (cujo ponto de ebulição é de cerca de 250-360°C) e fração de cera não-hidrolisada (cujo ponto de ebulição é maior do que cerca de 360°C) a partir do reator de hidrólise de fração de cera 50. A fração de cera não-hidrolisada é obtida a partir do fundo do segundo fracionador 70 e é reciclada para o estágio anterior ao reator de hidrólise de fração de cera 50. Querosene e óleo para fabricação de gás são extraídos da parte média do segundo fracionador 70. Enquanto isso, hidrocarbonetos gasosos de Cio ou menos são extraídos do topo do segundo fracionador 70 e são providos ao estabilizador de nafta 72.

Além disso, o estabilizador de nafta 72 destila os hidrocarbonetos de C₁₀ ou menos, que foram fornecidos a partir do reator de hidrogenação de fração de nafta 54 acima e segundo fracionador 70, e destila nafta de forma fracionada (C₅ a Cio), como um produto. Assim, uma nafta de alta pureza é extraída do fundo do estabilizador de nafta 72. Enquanto isso, o gás (gás flamejante), que não é um produto e que contém como componente principal hidrocarbonetos com um número de carbono igual ou inferior a um número predeterminado (igual ou inferior a C₄), é liberado a partir do topo do estabilizador de nafta 72. Este gás pode ser usado como o gás combustível do transformador 12, pode ser recuperado como LPG (não mostrado), e pode ser introduzido em uma instalação de combustível externa (não mostrada), ser queimado nele e então ser emitido para a atmosfera.

A seguir, o sistema de separação do catalisador 81 de acordo com a presente invenção será descrito em detalhes com referência à figura 2. O sistema de separação do catalisador 81 inclui o reator de coluna de bolhas 30, o separador 36 que separa os hidrocarbonetos líquidos sintetizados e lama de catalisador, um separador de gás-líquido 82, que é provido no lado a jusante do separador 36 para separar hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos líquidos do fluido, que inclui hidrocarbonetos líquidos, que flui para fora do separador e um tanque de recepção 83, que primeiramente recebe os hidrocarbonetos líquidos e hidrocarbonetos gasosos separados pelo

17/21 separador de gás-líquido 82.

O separador 36 inclui uma pluralidade de filtros 91 disposta dentro do reator de coluna de bolhas 30. Extremidades dos tubos de ramificação 92 são conectadas ao topo dos filtros 91 e outras extremidades destes tubos de ramificação 92 correm para fora do reator 30 e são conectadas a um tubo de comunicação 94 formado no formato de um anel. O tubo de comunicação 94 está disposto acima dos filtros 91 fora do reator de coluna de bolhas 30 e está disposto de modo que o centro do anel é feito para coincidir com o centro do reator de coluna de bolhas 30. Além disso, o diâmetro interno D1 de um tubo do tubo de comunicação 94 é maior do que o diâmetro interno D2 dos tubos de ramificação 92.

Os hidrocarbonetos líquidos, incluindo os hidrocarbonetos gasosos filtrados pelos filtros 91, passam através dos tubos de ramificação 92 e são transferidos para o tubo de comunicação em forma de anel 94. Aqui, os hidrocarbonetos líquidos, incluindo hidrocarbonetos gasosos são introduzidos no tubo de comunicação em forma de anel 94 enquanto são gradualmente separados em um gás e um líquido, ao passar através dos tubos de ramificação 92, e são completamente separados em um gás e um líquido no tubo de comunicação .

No tubo de comunicação em forma de anel 94, uma extremidade de uma linha de fluxo de líquido 96, através da qual os hidrocarbonetos líquidos separados dentro do tubo de comunicação são transferidos e uma extremidade de uma linha de fluxo de gás 97 através da qual os hidrocarbonetos gasosos separados dentro do tubo de comunicação são ligados entre si. Ou seja, os tubos de ramificação 92, o tubo de comunicação em forma de anel 94, a linha de fluxo de líquido 96 e a linha de fluxo de gás 97 constituem o separador de gás-líquido 82. As outras extremidades da linha de fluxo de líquido e linha de fluxo de gás 97 estão conectadas ao tanque de recepção 83. O tanque de recepção 83 está conectado ao primeiro fracionador 40 através de uma linha de fluxo de líquido 98 e uma linha de fluxo de gás 99.

Além disso, os tubos de ramificação 92 ramificam-se no caminho e são conectados a um tanque 101 através de tubos de comunicação 100.

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Uma linha que inclui este tanque 101 é usada para limpar os filtros 91. Quando válvulas 102, interpostas nos tubos de comunicação 100 e mantidas em um estado normalmente fechado, são alteradas para abre e válvulas 103, interpostas nos tubos de ramificação 92 e mantidas em um estado normalmente aberto, são alteradas para fecha, o fluido armazenado anteriormente dentro do tanque 101 flui em direção aos filtros 91, com o qual os filtros 91 são limpos. Tal método de limpeza é chamado de limpeza reversa. Aqui, contanto que o fluido armazenado dentro do tanque 101 não tenha um efeito adverso sobre um catalisador, o fluido pode ser gás ou líquido. O fluido pode ser de preferência líquido (por exemplo, hidrocarbonetos líquidos).

A seguir, o funcionamento do sistema de separação de catalisador 81 será descrito.

Dos hidrocarbonetos sintetizados dentro do reator de coluna de bolhas 30, lama de catalisador é separada pelos filtros 91 no interior deste reator. Os hidrocarbonetos a partir dos quais a lama de catalisador foi separada passam pelos tubos de ramificação 92 enquanto incluem os hidrocarbonetos gasosos. Neste momento, os hidrocarbonetos são procedidos para o tubo de comunicação em forma de anel 94 enquanto são gradualmente separados em um gás e um líquido e são completamente separados em um gás e um líquido neste tubo de comunicação em forma de anel 94.

A partir daí, os hidrocarbonetos líquidos a partir dos quais os hidrocarbonetos gasosos foram separados no tubo de comunicação 94 são transferidos para o tanque de recepção 83 através da linha de fluxo de líquido 96. Além disso, os hidrocarbonetos gasosos separados dos hidrocarbonetos líquidos no tubo de comunicação 94 são transferidos para o tanque de recepção 83 através da linha de fluxo de gás 97. Os hidrocarbonetos líquidos e hidrocarbonetos gasosos que foram transferidos para o tanque de recepção 83 existem de forma independente, sendo quase que totalmente não misturados dentro do tanque de recepção 83. Os hidrocarbonetos líquidos dentro do tanque de recepção 83 são transferidos para o primeiro fracionador 40 através da linha de fluxo de líquido 98 e os hidrocarbonetos gasosos dentro do tanque de recepção 83 são transferidos para o primeiro fraciona19/21 dor 40 através da linha de fluxo de gás 99.

Como tal, os hidrocarbonetos líquidos, incluindo hidrocarbonetos gasosos separados pelos filtros 91 são separados em hidrocarbonetos líquidos e hidrocarbonetos gasosos pelo separador de gás-líquido 82 a jusante e depois são transferidos para o primeiro fracionador 40, separadamente. Portanto, em comparação com um caso anterior onde os hidrocarbonetos são transferidos em uma fase mista de vapor-líquido, volume não se expande durante a transferência e perda de pressão dentro de um tubo para transferência pode ser minimizada. Como resultado, o volume de fluxo dos hidrocarbonetos pode ser mantido como projetado.

Segunda Modalidade

A segunda modalidade de um sistema de separação de catalisador de acordo com a presente invenção será descrita com referência à figura 3. Além disso, para facilidade de descrição, os mesmos componentes daqueles da primeira modalidade serão designados pelos mesmos numerais de referência e a descrição deles será omitida.

A figura 3 é um diagrama esquemático mostrando a configuração geral do sistema de separação de catalisador da segunda modalidade da presente invenção. Na primeira modalidade o separador 36, que é um filtro que separa os hidrocarbonetos líquidos sintetizados e lama de catalisador, é um exemplo de um assim denominado tipo de filtragem interna que é montado no reator de coluna de bolhas 30 ao passo que, nesta segunda modalidade, um separador 110 que é um filtro é um exemplo de um assim denominado tipo de filtragem externa que é disposto fora do reator de coluna de bolhas 30.

Ou seja, o separador 110 é disposto através do tubo de comunicação 111a jusante do reator de coluna de bolhas 30, em separado do reator de coluna de bolhas 30.

O separador 110 inclui, por exemplo, um recipiente cilíndrico 115, cujas partes superior e inferior são fechadas, e uma pluralidade de filtros 91 dispostos dentro do recipiente 115. Os filtros 91 estão conectados ao sem-fim 94, formado no formato de um anel, através dos tubos de ramifica20/21 ção 92. O tubo de comunicação 94 está disposto acima dos filtros 91 fora do recipiente 115 e é disposto de tal modo que o centro do anel é feito para coincidir com o centro do recipiente 115. Nesta modalidade, o diâmetro interno Di de um tubo do tubo de comunicação 94 é maior do que o diâmetro interno D₂ dos tubos de ramificação 92.

Nesta segunda modalidade, à semelhança da primeira modalidade, os hidrocarbonetos líquidos contendo hidrocarbonetos gasosos separados pelos filtros 91 são separados em hidrocarbonetos líquidos e hidrocarbonetos gasosos, pelo separador de gás-líquido 82 a jusante e depois são transferidos para o primeiro fracionador 40, separadamente. Portanto, a perda de pressão dentro de um tubo para uma transferência pode ser minimizada e o volume de fluxo dos hidrocarbonetos pode ser mantido como projetado.

Embora as primeira e segunda modalidades da presente invenção tenham sido descritas até aqui em detalhes, com referência aos desenhos, configurações concretas não estão limitadas às modalidades e a presente invenção também inclui alterações ou algo do gênero na configuração, sem se afastar do âmbito e espírito da invenção.

Por exemplo, nas primeira e segunda modalidades acima, o tubo de comunicação em forma de anel 94 é provido acima e fora do recipiente 30 ou 115; no entanto, este tubo de comunicação em forma de anel 94 não precisa necessariamente ser disposto acima e fora do recipiente. Por exemplo, o tubo de comunicação pode ser disposto abaixo do recipiente e pode ser disposto em um lado do recipiente 30 ou 115. Além disso, o tubo de comunicação 94 não se limita a ter uma forma de anel. Por exemplo, o tubo de comunicação pode ter uma forma cilíndrica, uma forma retangular de paralelepípedo ou uma forma cúbica. Em suma, é apenas necessário que o tubo de comunicação tenha a forma e capacidade interna tal que os hidrocarbonetos líquidos incluindo gás separados pelos filtros podem ser separados em um gás e um líquido ou hidrocarbonetos separados podem ser mantidos como estão.

Além disso, embora o exemplo do tipo de filtração interna e o

21/21 exemplo do tipo de filtração externa tenham sido dados e descritos na primeira modalidade e na segunda modalidade, respectivamente, também é possível usá-los juntos.

Aplicabilidade industrial

A presente invenção refere-se a um sistema de separação de catalisador incluindo um reator onde hidrocarbonetos são sintetizados através de uma reação química de um gás de síntese, incluindo o gás monóxido de carbono e o gás hidrogênio como componentes principais, e uma lama de catalisador com partículas sólidas de catalisador suspensas em um líquido, filtros que separam os hidrocarbonetos e a lama de catalisador e um separador gás-líquido, que separa os hidrocarbonetos líquidos que fluem para fora dos filtros em hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos líquidos.

De acordo com a presente invenção, é possível minimizar perda de pressão, garantindo assim um volume de fluxo predeterminado, quando hidrocarbonetos líquidos sintetizados através da reação de síntese FT são separados da lama de catalisador e transferidos a jusante.

Lista de Sinais de Referência

30: REATOR DE COLUNA DE BOLHAS (REATOR)

36: SEPARADOR (FILTRO)

81: SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE CATALISADOR

82: SEPARADOR GÁS-LÍQUIDO 83: TANQUE DE RECEPÇÃO 91: FILTRO

92: TUBO DE RAMIFICAÇÃO

94: TUBO DE COMUNICAÇÃO EM FORMA DE ANEL (TUBO COLETOR)

96: LINHA DE FLUXO DE LÍQUIDO 97: LINHA DE FLUXO DE GÁS

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de separação de catalisador, caracterizado pelo fato de que compreende:

um reator onde hidrocarbonetos são sintetizados através de uma 5 reação química de um gás de síntese, incluindo o gás monóxido de carbono e o gás hidrogênio como componentes principais, e uma lama de catalisador com partículas sólidas de catalisador suspensas em um líquido;

filtros que separam os hidrocarbonetos e a lama de catalisador, e um separador gás-líquido que separa os hidrocarbonetos

10 líquidos que fluem para fora dos filtros em hidrocarbonetos gasosos e hidrocarbonetos líquidos, sendo que o separador gás-líquido apresenta uma pluralidade de tubos de ramificação que se estendem dos filtros e um tubo coletor, que recolhe um fluido que flui através dos tubos de ramificação, e apresenta um

15 diâmetro maior do que os tubos de ramificação.
2. Sistema de separação de catalisador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a reação química é uma reação de síntese de Fischer-Tropsch.
3. Sistema de separação de catalisador, de acordo com a 20 reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo coletor é um tubo de comunicação em forma de anel.
4. Sistema de separação de catalisador, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o tubo de comunicação é disposto acima dos filtros de forma que o centro do mesmo é feito para

25 coincidir com o centro do reator que abriga os filtros.
5. Sistema de separação de catalisador, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que uma linha de fluxo de líquido, através da qual os hidrocarbonetos líquidos separados dentro do tubo de comunicação em forma de anel são transferidos, e uma linha de

30 fluxo de gás, através da qual os hidrocarbonetos gasosos separados dentro do tubo de comunicação em forma de anel são transferidos, são conectadas ao tubo de comunicação em forma de anel.

Petição 870180015264, de 26/02/2018, pág. 8/14

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