DE112006000625T5

DE112006000625T5 - Verfahren zum Betreiben eines Fluidbettreaktors

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Publication number: DE112006000625T5
Application number: DE112006000625T
Authority: DE
Inventors: André Peter Vanderbijlpark Steynberg; Berthold Berend Breman; Derk Wilem Frederik Brilman
Original assignee: Sasol Technology Pty Ltd
Current assignee: Sasol Technology Pty Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2008-04-10
Also published as: US20110301253A1; WO2006097904A2; RU2007138256A; ITMI20060493A1; WO2006097904A3; RU2391132C2; JP5674271B2; US20130071293A1; JP2008532758A; CA2601510A1; US8283386B2; NL2000030C2; BRPI0608541A2; AU2006224209A1; CN101155631B; US20080146683A1; CA2601510C; KR20080009267A; NL2000030A1; ZA200707990B

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Zwei-Phasen-Fluidbettreaktors, wobei das Verfahren umfasst:
Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Fluidkörper aus Festpartikeln, wobei der Fluidkörper in wenigstens zwei sich vertikal erstreckenden Schächten in einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei jeder Schacht in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen unterteilt ist, von denen wenigstens einige in einer Fluidkommunikation stehen, wobei der Fluidkörper in wenigstens einigen der Kanäle vorhanden ist,
Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach sich oben durch den Fluidkörper in wenigstens einigen Kanälen der Schächte bewegt, um ein gasförmiges Produkt zu bilden,
Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Fluidkörper in einem Kopfraum oberhalb des Fluidkörpers lösen, und
Entfernen des gasförmigen Produkts und des nicht reagierten gasförmigen Reaktants, sofern vorhanden, aus dem Kopfraum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fluidbettreaktors sowie einen Fluidbettreaktor.
Es entstehen beträchtliche Risiken, wenn eine Technologie von einer Entwicklungsstufe zu einer kommerziellen Produktionsstufe skaliert wird, um die Vorteile einer größeren Größenordnung nutzen. Fluidbettreaktoren wie etwa Drei-Phasen-Schlammreaktoren und Zwei-Phasen-Fluidbettreaktoren weisen gewöhnlich von der Größenordnung abhängige Makromischeffekte auf, wobei die oben genannten Risiken entstehen, wenn die Fluidbettreaktoren hochskaliert werden. Es wäre deshalb vorteilhaft, über ein Verfahren zu verfügen, mit dem sich die mit der Hochskalierung von Fluidbettreaktoren verbundenen Risiken reduzieren lassen. Außerdem bieten Reaktoraufbauten, bei denen die Mischmuster in dem Reaktor einfacher modelliert oder aus Experimenten vorausgesagt werden können, den Vorteil, dass das Ausmaß eines gewöhnlich unvorteilhaften Rückmischens begrenzt werden kann, um eine optimale Kombination von wünschenswerten Pfropfenströmungseigenschaften (die gewöhnlich eine gute Produktivität und eine gute Selektivität bieten) und Durchmischeigenschaften (die häufig für eine wünschenswerte Festkörperverteilung und auch für Temperaturprofile erforderlich sind) zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Zwei-Phasen-Fluidbettreaktors angegeben, wobei das Verfahren umfasst:
Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Fluidkörper aus Festpartikeln, wobei der Fluidkörper in wenigstens zwei sich vertikal erstreckenden Schächten in einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei jeder Schacht in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen unterteilt ist, von denen wenigstens einige in einer Fluidkommunikation stehen, wobei der Fluidkörper in wenigstens einigen der Kanäle vorhanden ist,
Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er sich durch den Fluidkörper in wenigstens einigen Kanälen der Schächte nach oben bewegt, um ein gasförmiges Produkt zu bilden,
Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Fluidkörper in einem Kopfraum oberhalb des Fluidkörpers lösen, und
Entfernen des gasförmigen Produkts und des nicht reagierten gasförmigen Reaktants, sofern vorhanden, aus dem Kopfraum.
Gewöhnlich enthalten das entfernte gasförmige Produkt und der nicht reagierte gasförmige Reaktant Festpartikeln aus dem Fluidkörper. Das Verfahren kann also einen Schritt zum Trennen der Festpartikeln von den Gasen zum Beispiel unter Verwendung einer Wirbelströmung umfassen. Das Verfahren kann auch einen Schritt zum Rückführen der separierten Festpartikeln zu dem Fluidkörper umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt zum Halten des Fluidkörpers auf einem gewünschten Pegel umfassen, indem Festpartikeln zum Beispiel unter Verwendung von pneumatischen Methoden hinzugefügt oder entfernt werden. Vorzugsweise wird in derartigen pneumatischen Methoden ein Tail-Gas verwendet, um die Festpartikeln zu verflüssigen, wenn sie zu dem Fluidkörper hinzugefügt werden.
Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors wie nachfolgend beschrieben anwendbar. In der folgenden Beschreibung wird deshalb auf einen Schlammkörper und nicht auf einen Fluidkörper Bezug genommen. Dem Fachmann sollte deutlich sein, wie weit die Beschreibung einer Anwendung auf einen Schlammkörper bzw. Schlamm auch für die Anwendung auf einen Fluidkörper oder auf Festpartikeln gilt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors angegeben, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Schlammkörper aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln, wobei der Schlammkörper in wenigstens zwei sich vertikal erstreckenden Schächten innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei jeder Schacht in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen unterteilt ist, von denen wenigstens einige in einer Schlammflusskommunikation stehen, wobei der Schlammkörper in wenigstens einigen der Kanäle vorhanden ist,
Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach oben durch den Schlammkörper in wenigstens einigen der Kanäle der Schächte hindurchgeht, um ein nicht-gasförmiges Produkt oder ein gasförmiges Produkt zu bilden,
Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt, sofern vorhanden, und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen,
Entfernen des gasförmigen Produkts, sofern vorhanden, und/oder des nicht reagierten gasförmigen Reaktants aus dem Kopfraum, und
wenn erforderlich, Halten des Schlammkörpers auf einem gewünschten Pegel, indem Suspensionsflüssigkeit einschließlich des nicht-gasförmigen Produkts, sofern vorhanden, entfernt wird oder indem Suspensionsflüssigkeit hinzugefügt wird.
Das Verfahren kann das Führen eines Wärmeübertragungsmediums durch einige der Kanäle der Schächte umfassen, wobei die das Wärmeübertragungsmedium enthaltenden Kanäle eines Schachts in einer Flusskommunikation stehen.
Die Kanäle eines Schachts können sich in parallelen Ebenen befinden oder können alternierend den Schlammkörper und das Wärmeübertragungsmedium enthalten.
Statt dessen kann das Verfahren vorsehen, dass die Kanäle eines Schachts durch das Wärmeübertragungsmedium umgeben werden. Die Kanäle können also in der Form von sich vertikal erstreckenden Rohren vorgesehen sein, wobei die Schächte durch sich vertikal erstreckende Seitenwände definiert werden, die den Reaktor unterteilen. Die Seitenwände können Querwände der Schale bilden, wenn die Schale einen kreisrunden und zylindrischen Horizontalschnitt aufweist.
Die Wärmeübertragungsflächen des Reaktors wie etwa diejenigen der Rohre und/oder der Seitenwände können optional eine derartige Form oder Struktur aufweisen, dass die Wärmeübertragungsfläche vergrößert oder die Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu denjenigen von glatten zylindrischen Rohren oder glatten Seitenwänden verbessert sind. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Rohren oder Platten vorgesehen werden.
Eine Schlammflusskommunikation zwischen Kanälen in einem Schacht tritt vorzugsweise nur an oberen und/oder unteren Enden von derartigen Kanälen auf.
Es ist zu beachten, dass jeder Schacht mit seinen Kanälen einen Schlammblasenreaktor oder einen Drei-Phasen-Schlammreaktor (oder im Fall eines Fluidbettreaktors einen Zwei-Phasen-Fluidbettreaktor) vorsieht. In einer Entwicklungs- und Testphase kann ein einzelner Schacht entwickelt und getestet werden, wobei dann ein Reaktor in einer kommerziellen Größenordnung aus einer Vielzahl von derartigen Schächten gebildet werden kann, wodurch die Risiken einer Hochskalierung wesentlich reduziert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wenigstens im Prinzip eine breitere Anwendung finden kann, wobei jedoch insbesondere beabsichtigt ist, dass die Festpartikeln normalerweise Katalysatorpartikeln für eine Katalyse der Reaktion eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten zu einem flüssigen Produkt und/oder einem gasförmigen Produkt sind. Die Suspensionsflüssigkeit ist normalerweise, aber nicht notwendigerweise ein flüssiges Produkt, wobei eine flüssige Phase aus dem Schlammkörper entfernt wird, um den Schlammkörper auf einem gewünschten Pegel zu halten.
Weiterhin wird davon ausgegangen, dass das Verfahren im Prinzip eine breitere Anwendung finden kann, wobei jedoch insbesondere eine Anwendung bei der Kohlenwasserstoffsynthese beabsichtigt ist, in der gasförmige Recktanten katalytisch und exotherm in dem Schlammkörper reagieren können, um ein flüssiges Kohlenwasserstoffprodukt und optional ein gasförmiges Kohlenwasserstoffprodukt zu bilden. Insbesondere kann die Reaktion von Kohlenwasserstoff eine Fischer-Tropsch-Synthese sein, wobei die gasförmigen Recktanten die Form eines Synthesegasstroms aus hauptsächlich Monoxid und Wasserstoff aufweisen, wobei sowohl flüssige als auch gasförmige Kohlenwasserstoffprodukte erzeugt werden und wobei das Wärmeübertragungsmedium ein Kühlmedium wie zum Beispiel ein Kesselspeisewasser ist.
Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, in dem zugelassen wird, dass der Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper unter Verwendung von einem oder mehreren Kanälen in den Schächten nach unten zu einem niedrigeren Pegel gelangt. Der Schritt kann umfassen, dass verhindert wird, dass ein oder mehrere gasförmige Recktanten in einen oder mehrere Kanäle in den Schächten eintreten, indem zum Beispiel ein Leitblech vorgesehen wird, sodass diese Kanäle als Fallleitungen dienen, und/oder indem eine Entgasung des Schlamms in dem Kanal vorgesehen wird, indem zum Beispiel ein Entgaser an einem oberen Ende des Kanals hinzugefügt wird.
Das Verfahren kann das Kühlen des Gases aus dem Kopfraum umfassen, um das flüssige Produkt wie zum Beispiel flüssige Kohlenwasserstoffe und Reaktionswasser zu kondensieren, wobei das flüssige Produkt von den Gasen getrennt wird, um ein Tail-Gas vorzusehen, und wobei wenigstens ein Teil des Tail-Gases in einem Rückführgasstrom zu dem Schlammkörper zurückgeführt wird.
Wenigstens einige der Schächte können jeweils einen Einlass für gasförmige Recktanten aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt zum Zuführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten oder eines Rückführgases zu diesen Schächten umfassen. Der eine oder die mehreren gasförmigen Recktanten können unabhängig von der Zufuhr zu einem anderen Schacht und insbesondere zu einem anderen Schacht auf derselben Höhe zugeführt werden.
Wenigstens einiger der Schächte können jeweils einen Schlamm- oder Suspensionsflüssigkeitseinlass/-auslass aufweisen. Das Verfahren kann auch einen Schritt zum Halten des Schlammkörperpegels in diesen Schächten aufweisen, indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit durch den Flüssigkeitseinlass/-auslass hinzugefügt oder entfernt werden. Die Suspensionsflüssigkeit oder der Schlamm können zu einem Schacht unabhängig von einem anderen Schacht und insbesondere einem anderen Schacht derselben Höhe hinzugefügt oder entfernt werden.
Wenigstens einige der Schächte können eine Filterzone für die Entfernung einer flüssigen Phase aus dem Reaktor umfassen oder definieren. Die flüssige Phase kann unabhängig von einem anderen Schacht entfernt werden.
Wenigstens zwei der sich vertikal erstreckenden Schächte können vertikal beabstandet sein, wobei ein oberes Ende eines unteren Schachts unter einem unteren Ende eines oberen Schachts liegt. Das Verfahren kann zulassen, dass Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper in dem oberen Schacht zu einem niedrigeren Pegel gelangt, wobei das Verfahren weiterhin zulassen kann, dass Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper des unteren Schachts zu einem niedrigeren Pegel gelangt. Das Verfahren der Erfindung gestattet also eine Schlammumverteilung oder eine Schlammrückführung über ausgewählte sich vertikal erstreckende Bereiche des Reaktors, was weniger nachteilig für das Pfropfenströmungsverhalten als eine Schlammrückführung über die gesamte Reaktorhöhe ist. Gleichzeitig können durch die Verwendung der Kanäle die gewünschten Merkmale eines hohen Seitenverhältnisses (eines hohen Verhältnisses zwischen der Länge und dem Durchmesser) für den Reaktor realisiert werden. Falls gewünscht, kann das Verfahren jedoch auch zulassen, dass der Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper in dem oberen Schacht zu einem niedrigen Pegel in dem Schlammkörper in dem unteren Schacht gelangt, indem zum Beispiel Kanäle vorgesehen werden, die vertikal ausgerichtet oder vertikal in einer Flusskommunikation verbunden sind und als Fallleitungen dienen.
Das Verfahren kann einen Schritt zum Zuführen von Rückführgas auf einem hohen Pegel in den Schlammkörper umfassen, sodass das Rückführgas nur durch den einen oder die mehreren oberen Schächte hindurchgeht und den einen oder die mehreren unteren Schächte umgeht.
Das Verfahren kann eine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten Schächten oder zwischen allen Schächten derselben Höhe verhindern. Statt dessen kann das Verfahren eine Schlammkommunikation zwischen benachbarten Schächten auf einer Höhe zwischen den oberen Enden und den unteren Enden der Schächte zulassen, wobei das Verfahren auch eine Schlammflusskommunikation zwischen Schächten an den unteren Enden der Schächte und insbesondere zwischen den unteren Enden der unteren Schächte zulassen kann. Das Verfahren kann weiterhin auch eine Schlammflusskommunikation zwischen Schächten in einem vertikalen Bereich zulassen, aber eine Schlammflusskommunikation in einem anderen vertikalen Bereich zwischen denselben Schächten verhindern, um die Erzeugung von Makromischmustern zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Zwei-Phasen-Fluidbettreaktor angegeben, wobei der Reaktor umfasst:
eine Reaktorschale, die wenigstens zwei sich vertikal erstreckende Subreaktoren enthält, die jeweils eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen definieren, von denen wenigstens einige in einer Flusskommunikation stehen und die eine Fluidbettzone definieren, die während der Verwendung einen Fluidkörper aus Festpartikeln enthält,
einen Gaseinlass in der Reaktorschale, um einen oder mehrere gasförmige Recktanten in den Reaktor einzuführen, und
einen Gasauslass in der Reaktorschale, um Gas aus einem Kopfraum in der Reaktorschale oberhalb von einem oder mehreren der Subreaktoren zu entfernen.
Der Fluidbettreaktor kann einen Festpartikel-Einlass/Auslass umfassen, um Festpartikeln zu dem Reaktor hinzuzufügen oder aus demselben zu entfernen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Drei-Phasen-Schlammreaktor angegeben, wobei der Reaktor umfasst:
eine Reaktorschale, die wenigstens zwei sich vertikal erstreckende Subreaktoren enthält, die jeweils eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen definieren, von denen wenigstens einige in einer Schlammflusskommunikation stehen und eine Schlammzone definieren, die während der Verwendung einen Schlamm aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln enthält,
einen Gaseinlass in der Reaktorschale, um einen oder mehrere gasförmige Recktanten in den Reaktor einzuführen, und
einen Gasauslass in der Reaktorschale, um Gas aus einem Kopfraum in der Reaktorschale oberhalb von einem oder mehreren der Subreaktoren zu entfernen, und
falls erforderlich, einen Flüssigkeitseinlass oder einen Flüssigkeitsauslass, um Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit zu dem Reaktor hinzuzufügen oder aus demselben zu entfernen.
Gewöhnlich enthalten oder definieren wenigstens einige der Subreaktoren des Schlammreaktors eine Filterzone für die Entfernung von flüssiger Phase aus dem Reaktor.
Die Subreaktoren können eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Trennwänden umfassen, die dazwischen die sich vertikal erstreckenden Kanäle definieren. Eine oder mehrere sich vertikal erstreckende Seitenwände eines Subreaktors können durch eine Trennwand eines oder mehrerer benachbarter Subreaktoren definiert sein.
Gewöhnlich sind wenigstens einige der Kanäle Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle, die Wärmeübertragungsflächen aufweisen.
Statt dessen können die Subreaktoren auch eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Rohren umfassen, wobei jedes Rohr einen Kanal definiert. Sich vertikal erstreckende Leitbleche oder Seitenwände können Seiten der Subreaktoren definieren. Zwei benachbarte Subreaktoren können ein Leitblech oder eine Seitenwand gemeinsam nutzen. Die Seitenwände können wie weiter oben beschrieben beschaffen sein.
Gewöhnlich weisen die Rohre einen Durchmesser von wenigstens 10 cm auf.
Die Wärmeübertragungsflächen des Reaktors wie etwa diejenigen der Rohre und/oder der Seitenwände können optional derart geformt oder strukturiert sein, dass ihre Wärmeübertragungsfläche vergrößert oder ihre Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu denjenigen von glatten Zylinderrohren oder glatten Seitenwänden verbessert sind. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Rohren oder Platten vorgesehen werden.
Wenn die Subreaktoren eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Trennwänden umfassen, die dazwischen die sich vertikal erstreckenden Kanäle definieren, können wenigstens einige der Kanäle Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle sein. Wenn die Subreaktoren eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Rohren umfassen, kann ein Wärmeübertragungsmedium-Flussraum zwischen den Leitblechen oder Seitenwänden eines Subreaktors definiert sein, wobei der Wärmeübertragungsmedium-Flussraum die Rohre umgibt.
Gewöhnlich stehen die Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle oder die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume in einer Flusskommunikation mit einer Wärmeübertragungsmedium-Einlassanordnung und einer Wärmeübertragungsmedium-Auslassanordnung. Die Wärmeübertragungsmedium-Einlassanordnung und die Wärmeübertragungsmedium-Auslassanordnung können alle Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle in einem Subreaktor bedienen. Die Wärmeübertragungsmedium-Einlass-/Auslassanordnung eines Subreaktors kann in einer Flusskommunikation mit jeweils der Wärmeübertragungsmedium-Einlass-/Auslassanordnung eines anderen Subreaktors stehen.
Die Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle und die Kanäle, die die Schlamm- oder Fluidbettzonen definieren, können alternierend angeordnet sein.
Der Reaktor kann einen oder mehrere der auf einem niedrigeren Pegel in der Schale angeordneten Subreaktoren und einen oder mehrere der auf einem höheren Pegel in der Schale angeordneten Subreaktoren umfassen, sodass die unteren Enden der Kanäle der oberen Subreaktoren über oberen Enden der Kanäle der unteren Subreaktoren liegen.
Der Reaktor kann eine mittlere Zone zwischen den oberen Subreaktoren und den unteren Subreaktoren umfassen. Die mittlere Zone kann in einer Flusskommunikation mit Schlamm- oder Fluidbettzonenkanälen eines oder mehrerer oberer Subreaktoren und mit Schlamm- oder Fluidbettzonenkanälen eines oder mehrerer unterer Subreaktoren stehen.
Der Gaseinlass kann angeordnet sein, um einen oder mehrere gasförmige Recktanten direkt in wenigstens einige der Subreaktoren auf niedrigen Höhen in den Subreaktoren zu führen. Gewöhnlich ist der Gaseinlass angeordnet, um eines oder mehrere gasförmige Recktanten direkt in jeden der unteren Subreaktoren an niedrigen Höhen in diesen unteren Subreaktoren einzuführen.
Der Reaktor kann einen Rückführgaseinlass umfassen. Der Rückführgaseinlass kann angeordnet sein, um das Rückführgas direkt in wenigstens einige der Subreaktoren zu führen. Der Rückführgaseinlass kann angeordnet sein, um das Rückführgas direkt in jeden der unteren Subreaktoren und/oder jeden der oberen Subreaktoren zu führen. Bei einer Anordnung zum direkten Zuführen des Rückführgases zu den oberen Subreaktoren kann der Rückführgaseinlass angeordnet sein, um das Rückführgas in die mittlere Zone zu führen.
Ein oder mehrere Kanäle eines Subreaktors können ein Fallkanal sein. Ein Fallkanal kann an seinem unteren Ende mit einer Einrichtung zum Verhindern einer Begasung wie zum Beispiel einem Leitblech versehen sein und/oder kann an seinem oberen Ende mit einem Entgaser versehen sein. Ein Fallkanal in einem oberen Subreaktor kann mit einem Fallkanal in einem unteren Subreaktor ausgerichtet sein oder mit demselben in einer Flusskommunikation stehen. Statt dessen kann ein Fallkanal in einem oberen Subreaktor auch horizontal zu einem Fallkanal in einem unteren Subreaktor direkt unter dem oberen Subreaktor beabstandet oder gestaffelt zu demselben angeordnet sein.
Vorzugsweise weist jeder Subreaktor eine sich vertikal erstreckende Seitenfläche auf, die der Schale zugewandt ist oder durch die Schale definiert wird. Dadurch wird eine Verbindung zu und von jedem Subreaktor ermöglicht.
Benachbarte Subreaktoren auf einer bestimmten Höhe in der Schale können voneinander isoliert sein, was eine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation betrifft. In einer Ausführungsform der Erfindung jedoch ist eine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation zwischen benachbarten Subreaktoren unterhalb der unteren Subreaktoren, d.h. am Boden des Reaktors vorgesehen. Weiterhin ist in einer Ausführungsform der Erfindung eine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation zwischen benachbarten oberen Subreaktoren unter der oberen Subreaktoren und über den unteren Subreaktoren vorgesehen. Gewöhnlich wird dies bewerkstelligt, indem ein Schlamm- oder Fluidkörperfluss zwischen benachbarten oberen Subreaktoren in der mittleren Zone bewerkstelligt wird.
Wenn eine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation zwischen Subreaktoren derselben Höhe zugelassen wird, wird gewöhnlich keine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation zwischen Subreaktoren zugelassen, die mit den Subreaktoren, zwischen denen eine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation zugelassen wird, ausgerichtet sind, aber sich auf einer anderen Höhe befinden.
Gewöhnlich wird eine Schlamm- oder Fluidkörperflusskommunikation zwischen oberen Enden von benachbarten oberen Subreaktoren verhindert. Obwohl also der Kopfraum oberhalb der oberen Subreaktoren den oberen Subreaktoren gemeinsam ist, wird ein Schlamm- oder Fluidkörperfluss von dem oberen Ende eines Kanals eines Subreaktors zu einem anderen benachbarten Subreaktor z.B. durch Seitenwände der Subreaktoren verhindert, die sich in den Kopfraum über einem normalen Schlamm- oder Fluidkörperpegel in jedem oberen Subreaktor erstrecken.
Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung.
2 ist eine Schnittdraufsicht auf den Schlammreaktor von 1.
3 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung.
4 ist eine Schnittdraufsicht auf den Schlammreaktor von 3.
Wie in 1 und 2 der Zeichnungen gezeigt, gibt das Bezugszeichen 10 allgemein einen Drei-Phasen-Schlammreaktor gemäß der Erfindung an. Der Reaktor 10 ist für eine Kohlenwasserstoffsynthese in einem Prozess geeignet, in dem gasförmige Recktanten in der Form eines Synthesegases in einem Schlammkörper oder Schlammbett reagieren, der eine Produktsuspensionsflüssigkeit und Katalysatorpartikeln umfasst.
Der Reaktor 10 umfasst einen Reaktorschale 12, in der 24 parallelepipede Subreaktoren 14 untergebracht sind. Die Subreaktoren 14 sind in Gruppen von jeweils zwölf Subreaktoren gruppiert, wobei eine Gruppe von unteren Subreaktoren allgemein durch das Bezugszeichen 16 wiedergegeben ist und eine Gruppe von allgemein oberen Subreaktoren durch das Bezugszeichen 18 wiedergegeben ist. Die oberen Subreaktoren sind vertikal von den unteren Subreaktoren beabstandet und lassen eine mittlere Zone 20 zwischen den oberen Subreaktoren 18 und den unteren Subreaktoren 16.
Jeder Subreaktor 14 umfasst eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Trennwänden oder Platten 22 aus Metall, die dazwischen sich vertikal erstreckende Kanäle 24 definieren. Die Subreaktoren 14 umfassen weiterhin Seitenwände 26. Wie aus 2 deutlich wird, werden die Seitenwände 26 von einigen der Subreaktoren 14 durch eine Trennwand 22 eines benachbarten Subreaktors 14 definiert, wobei die Trennwände 22 dieser zwei Subreaktoren 14 senkrecht angeordnet sind.
Obwohl nicht in 1 und 2 gezeigt, können wenigstens einige der Trennwände oder Platten 22 derart geformt oder strukturiert sein, dass ihre Wärmeübertragungsfläche vergrößert oder ihre Wärmeübertragungskoeffizienten verbessert sind. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Platten vorgesehen werden.
Der Reaktor 10 umfasst auch einen Gaseinlass 28 auf einer niedrigen Höhe unter den unteren Subreaktoren 16 und einen Gasauslass 30 an einer hohen Höhe. Der Gasauslass 30 steht in einer Flusskommunikation mit einem Kopfraum 32 in der Schale 12 über den oberen Subreaktoren 18. Ein Rückführgaseinlass 34 führt in die mittlere Zone 20 und ein Flüssigkeits-/Schlammauslass 36 ist unterhalb der unteren Subreaktoren 16 vorgesehen.
Die Kanäle 24 jedes Subreaktors 14 sind alternierend als Schlammkanäle und Kühlkanäle vorgesehen. Mit anderen Worten enthalten die Kanäle 24 eines Subreaktors 14 während der Verwendung Schlamm oder ein Kesselspeisewasser als Wärmeübertragungs- oder Kühlmedium, wobei der Schlamm und das Kesselspeisewasser in jeweils alternierenden Kanälen vorgesehen sind. Jeder Subreaktor 14 ist also mit einer Wärmeübertragungsmedium-Einlassanordnung (nicht gezeigt) und einer Wärmeübertragungsmedium-Auslassanordnung (nicht gezeigt) versehen. Die Wärmeübertragungsmedium-Einlassanordnung eines Subreaktors 14 führt während der Verwendung Kesselspeisewasser in alle Kühlkanäle des Subreaktors 14 an einem Ende desselben zu. Die Wärmeübertragungsmedium-Auslassanordnung entfernt das Kesselspeisewasser aus allen Kühlkanälen an dem anderen Ende des Subreaktors 14. Der Fluss des Kesselspeisewassers durch die Kühlkanäle kann entweder nach oben oder nach unten erfolgen, d.h. gleich- oder gegenläufig zu den gasförmigen Recktanten und den gasförmigen Produktblasen, die durch die Schlammkanäle aufsteigen.
Die Schlammkanäle weisen offene Enden auf. Im Gegensatz zu den Schlammkanälen weisen die Kühlkanäle geschlossene obere und untere Enden auf, wobei sie jedoch an ihren Enden in einer Flusskommunikation miteinander und mit den Wärmeübertragungsmedium-Einlass-/Auslassanordnungen stehen, wobei dieser Aufbau demjenigen eines Plattenwärmetauschers ähnlich ist.
In der Ausführungsform der Erfindung von 1 und 2 erstrecken sich die Seitenwände 26 der unteren Subreaktoren 16 nach unten zu der Schale 12, wobei sie gegen die Wand 12 gedichtet sind. Mit anderen Worten stehen die unteren Subreaktoren 16 unter den Kanälen 24 der unteren Subreaktoren 16 nicht in einer Flusskommunikation. Der Gaseinlass 28 sieht also eine individuelle Versorgung zu jedem der unteren Subreaktoren 16 vor. Gewöhnlich ist eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) für den Fluss eines gasförmigen Reaktants an jedem der unteren Subreaktoren 16 vorgesehen. Entsprechend ist der Flüssigkeitsauslass 36 angeordnet, um Flüssigkeit individuell von unterhalb jedes unteren Subreaktors 16 zu entfernen. Gewöhnlich ist ein Schlammkörper- oder Schlammbett-Pegelsteuereinrichtung (nicht gezeigt) mit jedem der oberen Subreaktoren 18 assoziiert, um das Entfernen von Flüssigkeit oder Schlamm aus den unteren Subreaktoren 16 zu steuern.
Wie am besten in 1 der Zeichnungen zu erkennen, ist in der mittleren Zone 20 auch keine horizontale Schlammflusskommunikation zwischen den unteren Subreaktoren 16 oder zwischen den oberen Subreaktoren 18 vorgesehen, weil die Seitenwände 26 der oberen oder unteren Subreaktoren 16, 18 Barrieren in der mittleren Zone 20 bilden. Die unteren Subreaktoren 16 stehen jedoch in einer Schlammflusskommunikation mit den direkt darüber befindlichen oberen Subreaktoren 18. Mit anderen Worten steht ein unterer Subreaktor 14, der vertikal mit einem oberen Subreaktor 14 ausgerichtet ist, in einer Flusskommunikation mit diesem oberen Subreaktor.
Die Seitenwände 26 der oberen Subreaktoren 18 erstrecken sich nach oben in den Kopfraum 32 und stehen nach oben über einen normalen Schlammpegel vor, der durch das Bezugszeichen 38 angegeben wird. Daraus resultiert, dass die oberen Subreaktoren 18 auch nicht in einer horizontalen Schlammflusskommunikation stehen, obwohl sie den Kopfraum 32 gemeinsam nutzen.
Der Rückführgaseinlass 34 sieht eine individuelle Versorgung zu jedem oberen Subreaktor 18 wie schematisch in 1 gezeigt vor. Falls gewünscht, kann eine Rückführgasfluss-Steuereinrichtung für jeden der oberen Subreaktoren 18 vorgesehen werden. Die Anordnung des Rückführgaseinlasses 34 in 1 ist nur schematisch gezeigt. Weil jeder der Subreaktoren 14 gewöhnlich wenigstens eine Seitenwand 26 aufweist, die der Schale 12 zugewandt ist, ist es in der Praxis gewöhnlich einfach, für jeden der oberen Subreaktoren 18 einen individuellen Rückführgaseinlass vorzusehen, der sich durch die Schale 12 erstreckt. Wenn entsprechend gewünscht wird, dass sich der Flüssigkeitsauslass 36 und der Gaseinlass 28 nicht durch den Boden der Schale 12 erstrecken, können sich diese Verbindungsanordnungen auch durch die kreisförmige Schale 12 erstrecken, weil diese unteren Subreaktoren 16 auch jeweils wenigstens eine Seitenwand 26 aufweisen, die der Schale 12 zugewandt ist.
Wenigstens einige der Schlammkanäle 24 der oberen Subreaktoren 18 und der unteren Subreaktoren 16 sind konfiguriert, um als Fallkanäle zu dienen. Diese Kanäle sind an ihren unteren Enden mit einer Einrichtung zum Verhindern einer Begasung wie etwa einem Leitblech (nicht gezeigt) und/oder an ihren oberen Enden mit einem Entgaser (nicht gezeigt) versehen. Ein Fallkanal in einem oberen Subreaktor 16 kann direkt über einem Fallkanal eines unteren Subreaktors 16 angeordnet oder mit demselben ausgerichtet sein. Falls gewünscht, können diese zwei Fallkanäle auch physikalisch miteinander verbunden sein, sodass sie in einer direkten Flusskommunikation miteinander stehen. Statt dessen kann ein Fallkanal in einem oberen Subreaktor 18 auch horizontal von einem Fallkanal in einem unteren Subreaktor 16 beabstandet oder zu demselben gestaffelt angeordnet sein.
Der Reaktor 10 ist für viele Prozesse geeignet, die einen Drei-Phasen-Schlammreaktor und eine Wärmeübertragung zu oder von dem Schlamm benötigen. Im Folgenden wird jedoch nur eine Nutzung beschrieben, nämlich eine Kohlenwasserstoffsynthese.
Während der Verwendung wird ein frisches Synthesegas mit hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff als gasförmigen Recktanten durch den Gaseinlass 28 zu dem Boden des Reaktors 10 geführt. Das Synthesegas wird individuell in jeden der unteren Subreaktoren 16 eingeführt und wird gewöhnlich durch ein Verteilersystem (nicht gezeigt) in jedem der unteren Subreaktoren 16 gleichmäßig verteilt. Gleichzeitig wird ein Rückführgasstrom, der gewöhnlich gekühlt ist und gewöhnlich aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und Kohlendioxid besteht, über den Rückführgaseinlass 34 zu dem Reaktor 10 zurückgeführt. Der gesamte Rückführgasstrom kann über den Rückführgaseinlass 34 in die oberen Subreaktoren 18 geführt werden; optional kann auch ein Teil des Rückführgasstroms wie durch die Linie 34.1 gezeigt über den Gaseinlass 28 zu dem Boden des Reaktors 10 geführt werden.
Wie das frische Synthesegas wird auch das Rückführgas individuell zu jedem der oberen Subreaktoren 18 geführt und gewöhnlich durch ein Verteilersystem (nicht gezeigt) in jedem der oberen Subreaktoren 18 gleichmäßig innerhalb der oberen Subreaktoren 18 verteilt. Durch die Verwendung des Rückführgaseinlasses 34 kann also zugelassen werden, dass ein Teil des Rückführgases den Schlamm in den unteren Subreaktoren 16 umgeht. Auf diese Weise kann der gesamte Gasrückhalt in dem Reaktor 10 reduziert werden, wodurch überraschenderweise die Reaktorkapazität erhöht werden kann.
Die gasförmigen Recktanten einschließlich des frischen Synthesegases und eines Rückführgases gehen nach oben durch einen Schlammkörper 40 hindurch, der die Schlammkanäle der oberen und unteren Subreaktoren 16, 18 einnimmt und sich von dem Boden des Reaktors 10 zu dem Pegel 38 erstreckt. Der Schlammkörper 40 umfasst Fischer-Tropsch-Katalysatorpartikeln, die gewöhnlich in einem flüssigen Produkt gelöste Eisen- oder Kobalt-basierte Katalysatoren sind. Der Schlammkörper 40 wird auf einen Schlammpegel 38 über den offenen oberen Enden der Schlammkanäle 24 der oberen Subreaktoren 18 und unter den oberen Enden der Seitenwände 26 der oberen Subreaktoren 18 gesteuert, die sich in den Kopfraum 32 erstrecken.
Wenn das Synthesegas durch den Schlammkörper 40 sprudelt, reagieren die darin enthaltenen Recktanten katalytisch und exotherm, um ein flüssiges Produkt zu bilden, das Teil des Schlammkörpers 40 wird. Von Zeit oder Zeit (oder kontinuierlich) wird eine flüssige Phase oder Schlamm einschließlich des flüssigen Produkts über den Flüssigkeitsauslass 36 entfernt, wodurch der Schlammpegel 38 in jedem der oberen Subreaktoren 18 individuell kontrolliert wird. Die Katalysatorpartikeln werden von dem flüssigen Produkt in einem geeigneten internen oder externen Trennsystem zum Beispiel unter Verwendung von Filtern (nicht gezeigt) getrennt. Wenn das Trennsystem extern zu dem Reaktor 10 vorgesehen ist, ist ein zusätzliches System (nicht gezeigt) zum Rückführen der getrennten Katalysatorpartikeln zu dem Reaktor 10 vorgesehen.
Das zugeführte frische Synthesegas und das Rückführgas werden in den Reaktor 10 mit einer Rate eingeführt, die ausreicht, um alle Katalysatorpartikeln in dem Reaktor 100 aufzuwirbeln und zu suspendieren, ohne dass diese sich absetzen. Die Gasflussrate wird in Abhängigkeit von der Schlammkonzentration, der Katalysatordichte, der Dichte und Viskosität des Suspensionsmediums und der verwendeten Partikelgröße gewählt. Geeignete Gasflussraten liegen zum Beispiel zwischen 5 cm/s und 50 cm/s. Es wurden jedoch auch Gasgeschwindigkeiten von bis zu 85 cm/s in Blasensäulen getestet. Die Verwendung von höheren Geschwindigkeiten ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass dies einen höheren Gasrückhalt in dem Reaktor zur Folge hat, was weniger Raum zum Aufnehmen des den Katalysator enthaltenden Schlamms lässt. Die gewählte Gasflussrate sollte in jedem Fall ausreichen, um ein Absetzen und eine Ansammlung von Partikeln in dem Reaktor 100 zu vermeiden.
Ein Teil des Schlamms geht kontinuierlich nach unten durch die Fallkanäle, um eine Umverteilung der Katalysatorpartikeln in dem Schlammkörper 40 zu erreichen und eine gleichmäßige Wärmeverteilung in dem Schlammkörper 40 zu fördern. Es ist zu beachten, dass in Abhängigkeit von der Anordnung der Fallkanäle in den oberen Subreaktore 18 und den assoziierten unteren Subreaktoren 16 eine Schlammumverteilung über ausgewählte, sich vertikal erstreckende Bereiche des Reaktors 10 möglich ist.
Jeder Subreaktor 14 wird derart betätigt, dass das Schlammbett 40 darin ein heterogenes oder turbulentes Flussregime aufweist und eine Verdünnungsphase mit schnell steigenden größeren Blasen der gasförmigen Recktanten und des gasförmigen Produkts, die den Schlammkörper 40 virtuell in einer Pfropfenströmung durchlaufen, und eine Verdichtungsphase mit dem flüssigen Produkt, festen Katalysatorpartikeln und eingeschlossenen kleineren Blasen der gasförmigen Recktanten und des gasförmigen Produkts umfasst. Unter Verwendung der Subreaktoren 14 wird das Pfropfenströmungsverhalten des gesamten Reaktors 10 gefördert, weil jeder Schlammkanal 14 ein großes Seitenverhältnis in Bezug auf die Höhe und Breite aufweist, das das Seitenverhältnis der Reaktorschale 12 bei weitem übertrifft.
Der Schlammkörper 40 ist in alternierenden Kanälen 24 oder in Kanälen 24 mit offenen Enden in jedem Subreaktor 14 vorhanden. Kesselspeisewasser wird als Kühlmedium durch die verbleibenden Kanäle 24 mit geschlossenen Enden zirkuliert, um die Wärme der exothermen Reaktionen zu entfernen. Es ist zu beachten, dass die Trennwände 22 große Wärmeübertragunsflächen zum Abführen von Wärme aus dem Schlammkörper 40 vorsehen.
Leichte Kohlenwasserstoffprodukte wie etwa C₂₀ (oder leichter) werden aus dem Reaktor 10 über den Gasauslass 30 entfernt und zu einer Trenneinheit (nicht gezeigt) geführt. Gewöhnlich umfasst die Trenneinheit eine Reihe von Kühleinrichtungen und einen Dampf-Flüssigkeit-Separator, wobei sie optional auch weitere Kühleinrichtungen und Separatoren sowie unter Umständen auch eine Tieftemperatureinheit zum Entfernen von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und Kohlendioxid aus dem C₂₀-Kohlenstoff (oder leichter) umfassen kann. Es können aber auch andere Trennungstechniken wie etwa Membraneinheiten, Druckwechsel-Adsorptionseinheiten und/oder Einheiten für die selektive Entfernung von Kohlendioxid verwendet werden. Die separierten Gase, die Stickstoff, Kohlenmonoxid und andere Gase umfassen, werden unter Verwendung eines Kompressors (nicht gezeigt) komprimiert und rückgeführt, um den Rückführgasstrom vorzusehen. Kondensierte flüssige Kohlenwasserstoffe und Reaktionswasser werden aus der Trenneinheit für eine weitere Aufbereitung entfernt.
Es ist zu beachten, dass der gezeigte Reaktor 10 eine Rückführung von Gas zu dem Reaktor 10 gestattet, wobei jedoch nicht in allen Ausführungsformen ein Rückführgasstrom verwendet werden muss.
In der Ausführungsform der Erfindung von 1 und 2 ist keine Schlammflusskommunikation zwischen Subreaktoren 14 derselben Höhe möglich. Es kann jedoch das Reaktorverhalten einfach modifiziert werden, um eine transversale oder horizontale Schlammflusskommunikation an ausgewählten Höhen in dem Reaktor 10 zu erhalten. Indem zum Beispiel die Teile der Seitenwände 26 der unteren Subreaktoren, die sich nach unten unter die unteren Subreaktoren 16 erstrecken, entfernt oder modifiziert werden, kann eine Schlammflusskommunikation zwischen den unteren Subreaktoren 16 am Boden des Reaktors 10 zugelassen werden. Auf ähnliche Weise kann eine Schlammflusskommunikation zwischen den unteren Subreaktoren 16 oder zwischen den oberen Subreaktoren 18 in der mittleren Zone 20 hergestellt werden.
In 3 und 4 der Zeichnungen ist eine andere Ausführungsform eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung allgemein durch das Bezugszeichen 100 angegeben. Der Reaktor 100 verwendet dieselben Konzepte wie der Reaktor 10 und umfasst deshalb viele Teile oder Merkmale, die identisch oder ähnlich sind. Diese Teile oder Merkmale werden in 3 und 4 durch gleiche Bezugszeichen angegeben wie in 1 und 2.
In dem Reaktor 100 definieren die Seitenwände 26 jedes Subreaktors Querwände der Schale 12, was in 4 deutlich zu erkennen ist. Statt der Trennwände 22 des Reaktors 10 sind in dem Reaktor 100 in jedem der Subreaktoren 14 eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Rohren 102 zwischen oberen und unteren Rohrplatten 104 angeordnet. Zwischen den Seitenwänden 26 und um die Rohre 102 herum ist ein Wärmeübertragungsmedium-Flussraum (Kesselspeisewasser-Flussraum) 106 definiert.
Der Reaktor 100 wird in ähnlicher Weise wie der Reaktor 10 betrieben, wobei der Schlammkörper 40 die Rohre 102 einnimmt. In der Ausführungsform von 3 und 4 ist wie in dem Fall des Reaktors 10 keine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten unteren Subreaktoren 16 am Boden des Reaktors 100 oder zwischen benachbarten oberen Subreaktoren über den Subreaktoren 18 in dem Kopfraum 32 zugelassen. In der mittleren Zone 20 ist jedoch eine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten Subreaktoren 14 zugelassen.
Obwohl nicht in 3 und 4 gezeigt, können wenigstens einige der Rohre 102 derart geformt oder strukturiert sein, dass ihre Wärmeübertragungsfläche vergrößert oder die Wärmeübertragungskoeffizienten verbessert sein können. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Rohren vorgesehen werden.
Während der Verwendung wird Kesselspeisewasser durch die Kesselspeisewasser-Flussräume 106 zirkuliert und tritt gewöhnlich an einer niedrigen Höhe in jeden Subreaktor 14 ein und an einer hohen Höhe aus demselben aus.
Wie bei dem Reaktor 10 kann jeder Subreaktor 14 des Reaktors 100 einfach mit Verbindungsrohranordnungen versehen werden, da jeder Subreaktor 14 eine durch die Schale 12 definierte Seitenwand aufweist.
Es wird davon ausgegangen, dass die Reaktoren 10, 100 wie gezeigt einen Aufbau aufweisen, der die Risiken einer Hochskalierung von einer Entwicklungsgrößenordnung zu einer kommerziellen Größenordnung wesentlich reduziert, weil er die von der Größenordnung abhängigen Makromischeffekte reduziert. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass diese Reaktoraufbauten einfacher modelliert oder durch Experimente vorausgesagt werden können, wobei bessere Kombinationen aus vorteilhaften Pfropfenströmungseigenschaften und Durchmischeigenschaften für die Recktanten und Produkte erhalten werden. Das Entwickeln und Testen eines einzelnen Subreaktors in einer Entwicklungsgrößenordnung ist möglich, wobei für das Hochskalieren lediglich mehrere Subreaktoren miteinander kombiniert werden. Die gezeigten Reaktoraufbauten sehen außerdem große Wärmeübertragungsflächen und gemeinsame Dienste wie etwa ein Filtern über einem wartungsfähigen Subreaktor vor. Diese Aufbauten ermöglichen auch die Verwendung von vertikal gestuften Fallleitungen, wodurch eine Beeinträchtigung des Pfropfenströmungsverhaltens von Fallleitungen über die gesamte Reaktorhöhe vermieden wird. Weiterhin können Katalysatoren stärker vertikal voneinander getrennt werden als bei den Aufbauten aus dem Stand der Technik, die dem Anmelder bekannt sind. Dies kann vorteilhaft genutzt werden, insbesondere bei Eisenkatalysatoren, wobei eine kleinere Menge des Katalysators in Bereichen des Reaktors mit einem höheren Wasserteildruck ausgesetzt wird, der die Aktivität des Katalysators beeinträchtigt, sodass die Produktivität des Reaktors erhöht wird.
Zusammenfassung
Ein Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors umfasst das Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Schlammkörper aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln, wobei der Schlammkörper in wenigstens zwei sich vertikal erstreckenden Schächten in einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei jeder Schacht in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen unterteilt ist, von denen wenigstens einige in einer Schlammflusskommunikation stehen und der Schlammkörper in wenigstens einigen der Kanäle vorhanden ist. Es wird zugelassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er sich durch den Schlammkörper in wenigstens einigen der Kanäle der Schächte nach oben bewegt, um ein nicht-gasförmiges Produkt und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden. Es wird weiterhin zugelassen, dass sich das gasförmige Produkt, sofern vorhanden, und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers von dem Schlammkörper lösen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Zwei-Phasen-Fluidbettreaktors, wobei das Verfahren umfasst: Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Fluidkörper aus Festpartikeln, wobei der Fluidkörper in wenigstens zwei sich vertikal erstreckenden Schächten in einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei jeder Schacht in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen unterteilt ist, von denen wenigstens einige in einer Fluidkommunikation stehen, wobei der Fluidkörper in wenigstens einigen der Kanäle vorhanden ist, Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach sich oben durch den Fluidkörper in wenigstens einigen Kanälen der Schächte bewegt, um ein gasförmiges Produkt zu bilden, Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Fluidkörper in einem Kopfraum oberhalb des Fluidkörpers lösen, und Entfernen des gasförmigen Produkts und des nicht reagierten gasförmigen Reaktants, sofern vorhanden, aus dem Kopfraum.
Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors, wobei das Verfahren umfasst: Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Schlammkörper aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln, wobei der Schlammkörper in wenigstens zwei sich vertikal erstreckenden Schächten innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei jeder Schacht in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen unterteilt ist, von denen wenigstens einige in einer Schlammflusskommunikation stehen, wobei der Schlammkörper in wenigstens einigen der Kanäle vorhanden ist, Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er sich nach oben durch den Schlammkörper in wenigstens einigen Kanälen der Schächte bewegt, um ein nicht-gasförmiges Produkt oder ein gasförmiges Produkt zu bilden, Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt, sofern vorhanden, und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen, Entfernen des gasförmigen Produkts, sofern vorhanden, und/oder des nicht reagierten gasförmigen Reaktants aus dem Kopfraum, und wenn erforderlich, Halten des Schlammkörpers auf einem gewünschten Pegel, indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit einschließlich des nicht-gasförmigen Produkts, sofern vorhanden, entfernt wird oder indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kanäle eines Schachts in parallelen Ebenen liegen und wobei ein Wärmeübertragungsmedium durch einige der Kanäle der Schächte geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kanäle in der Form von sich vertikal erstreckenden Rohren vorgesehen sind, wobei die Schächte durch sich vertikal erstreckende Seitenwände definiert sind, die den Reaktor unterteilen und in denen die Kanäle eines Schachts von einem Wärmeübertragungsmedium umgeben sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Schlammflusskommunikation zwischen Kanälen in einem Schacht, der den Fluid- oder Schlammkörper enthält, nur an den oberen und/oder unteren Enden der Kanäle auftritt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Festpartikeln Katalysatorpartikeln für eine Katalyse der Reaktion des oder der mehreren gasförmigen Recktanten zu einem Produkt sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Reaktion eine Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einige individuelle Schächte einen Einlass für einen gasförmigen Recktanten aufweisen, wobei das Verfahren das Zuführen des einen oder der mehreren gasförmigen Reaktanten oder eines Rückführgases zu diesen individuellen Schächten unabhängig von der Zuführung zu einem anderen Schacht umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei der sich vertikal erstreckenden Schächte vertikal beabstandet sind, wobei sich ein oberes Ende eines unteren Schachts unter einem unteren Ende eines oberen Schachts befindet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Reaktor ein Drei-Phasen-Schlammreaktor ist und einen Schritt umfasst, um zuzulassen, dass sich Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper in dem oberen Schacht nach unten zu einem niedrigeren Pegel des oberen Schachts bewegt und/oder dass sich Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper des unteren Schachts nach unten zu einem niedrigeren Pegel des unteren Schachts bewegt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, das das Zuführen eines Rückführgases an einem hohen Pegel in den Reaktor umfasst, sodass das Rückführgas nur durch den oder die oberen Schächte geht und den oder die unteren Schächte umgeht.
Zwei-Phasen-Fluidbettreaktor, wobei der Reaktor umfasst: eine Reaktorschale, die wenigstens zwei sich vertikal erstreckende Subreaktoren enthält, die jeweils eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen definieren, von denen wenigstens einige in einer Flusskommunikation stehen und eine Fluidbettzone definieren, die während der Verwendung ein Fluidbett aus Festpartikeln enthält, einen Gaseinlass in der Reaktorschale zum Einführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten in den Reaktor, und einen Gasauslass in der Reaktorschale zum Entfernen von Gas aus einem Kopfraum in der Reaktorschale oberhalb eines oder mehrerer der Subreaktoren.
Drei-Phasen-Schlammreaktor, wobei der Reaktor umfasst: eine Reaktoschale, die wenigstens zwei sich vertikal erstreckende Subreaktoren enthält, die jeweils eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Kanälen definieren, von denen wenigstens einige in einer Schlammflusskommunikation stehen und eine Schlammzone definieren, die während der Verwendung einen Schlamm aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln enthält, einen Gaseinlass in der Reaktorschale zum Einführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten in den Reaktor, einen Gasauslass in der Reaktorschale zum Entfernen von Gas aus einem Kopfraum in der Reaktorschale oberhalb von einem oder mehreren der Subreaktoren, und falls erforderlich, einen Flüssigkeitseinlass oder einen Flüssigkeitsauslass zum Hinzufügen oder Entfernen von Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit zu oder aus dem Reaktor.
Reaktor nach Anspruch 12 oder 13, wobei wenigstens einige der Subreaktoren eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Trennwänden umfassen, die dazwischen die sich vertikal erstreckenden Kanäle definieren.
Reaktor nach Anspruch 14, wobei wenigstens einige der Kanäle Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle sind.
Reaktor nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Subreaktoren eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Rohren umfassen, wobei jedes Rohr einen Kanal definiert, wobei sich vertikal erstreckende Leitbleche oder Seitenwände die Seiten der Subreaktoren definieren.
Reaktor nach Anspruch 16, wobei ein Wärmeübertragungsmedium-Flusskanal zwischen den Leitblechen oder Seitenwänden eines Subreaktors definiert ist, wobei der Wärmeübertragungsmedium-Flussraum die Rohre umgibt.
Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 17, der einen oder mehrere Subreaktoren, die an einem niedrigeren Pegel in der Schale angeordnet sind, und einen oder mehrere Subreaktoren, die an einem höheren Pegel angeordnet sind, umfasst, sodass sich die unteren Enden der Kanäle der oberen Subreaktoren über den oberen Enden der Kanäle der unteren Subreaktoren befinden.
Reaktor nach Anspruch 18, der eine mittlere Zone zwischen den oberen Subreaktoren und den unteren Subreaktoren umfasst, wobei die mittlere Zone in einer Flusskommunikation mit Schlamm- oder Fluidbettzonen-Kanälen eines oder mehrerer oberer Subreaktoren und mit Schlamm- oder Fluidbettzonen-Kanälen eines oder mehrerer unterer Subreaktoren steht.
Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei der Gaseinlass angeordnet ist, um einen oder mehrere gasförmige Recktanten direkt in wenigstens einige der Subreaktoren auf niedrigen Höhen der Subreaktoren zu führen.
Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei jeder Subreaktor eine sich vertikal erstreckende Seite aufweist, die der Schale zugewandt ist oder durch die Schale definiert wird.
Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei eine Schlamm- oder Fluidkörper-Flusskommunikation zwischen den oberen Enden von benachbarten Subreaktoren oder wenigstens den oberen Enden von benachbarten oberen Subreaktoren, sofern vorhanden, verhindert wird.