DE112006000626T5

DE112006000626T5 - Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors

Info

Publication number: DE112006000626T5
Application number: DE112006000626T
Authority: DE
Inventors: André Peter Vanderbijlpark Steynberg; Berthold Berend Breman; Derk Willem 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: CA2601514A1; US8013025B2; GB2438813B; GB2458584A; RU2380150C2; JP2008532759A; AU2006224210A1; US20080114083A1; JP2013039564A; US20110311402A1; GB2438813A; CN101160168A; KR20080009268A; CN101160168B; NL2000029C2; WO2006097905A1; RU2007138254A; GB0908831D0; NL2000029A1; CA2601514C

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Schlammkörper aus Festpartikeln, die in einer Suspensionsflüssigkeit gelöst sind, wobei der Schlammkörper in einer Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei die Schlammkanäle zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind und jeder Schlammkanal eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweist, dass die Höhe und Breite viel größer als die Tiefe sind,
Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach oben durch den Schlammkörper in den Schlammkanälen hindurchgeht, um ein nicht-gasförmiges und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden,
Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen,
Entfernen des gasförmigen Produkts und/oder des nicht...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors sowie einen Drei-Phasen-Schlammreaktor.
Es entstehen beträchtliche Risiken, wenn eine Technologie von einer Entwicklungsstufe zu einer kommerziellen Produktionsstufe skaliert wird, um die Vorteile einer größeren Größenordnung nutzen. Drei-Phasen-Schlammreaktore weisen gewöhnlich von der Größenordnung abhängige Makromischeffekte auf, wobei die oben genannten Risiken entstehen, wenn die Drei-Phasen-Schlammreaktoren hochskaliert werden. Es wäre deshalb vorteilhaft, über ein Verfahren zu verfügen, mit dem sich die mit der Hochskalierung von Drei-Phasen-Schlammreaktoren 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.
Eine vorgeschlagene Lösung sieht vor, Zonen in dem Reaktor zu schaffen, die das Verhalten eines Reaktors mit einem kleineren Durchmesser effektiv nachahmen können. Auf diese Weise kann das Verhalten des großen Reaktors bis zu einem gewissen Grad vorausgesagt werden, weil dieser effektiv aus der Summe einer Anzahl von kleineren Reaktoren mit einer Versuchsgrößenordnung besteht. Dennoch ist man stark davon abhängig, innerhalb der Grenzen der Makromischmuster zu arbeiten, die in dem Reaktor mit einem kleineren Durchmesser erzeugt werden. Es wäre deshalb vorteilhaft, über ein Verfahren zu verfügen, dass den Entwicklern einen zusätzlichen Freiheitsgrad ermöglicht, um die in einem Drei-Phasen-Schlammreaktor erzeugten Mischmuster zu kontrollieren.
Drei-Phasen-Schlammreaktoren werden gewöhnlich für stark exotherme Reaktionen verwendet, weil sie hervorragende Wärmeabführfähigkeiten aufweisen. Mit der Einführung von immer aktiveren Katalysatoren und der immer intensiveren Nutzung des Reaktorvolumens werden jedoch auch die Wärmeabführungsfähigkeiten von Drei-Phasen-Schlammreaktoren ausgereizt.
Angesichts der oben genannten Tatsachen wäre es deshalb vorteilhaft, über ein Verfahren zu verfügen, mit dem die mit der Hochskalierung von Drei-Phasen-Schlammreaktoren verbundenen Risiken wesentlich reduziert werden können, indem dem Entwickler über einen zusätzlichen Freiheitsgrad verfügt, um eine gewisse Kontrolle über die Mischmuster in dem Reaktor auszuüben, während gleichzeitig die Wärmeabführfähigkeiten des Reaktors erhöht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktoren 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 einer Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei die Schlammkanäle zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind und jeder Schlammkanal eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweist, dass die Höhe und Breite viel größer als die Tiefe sind,
Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach oben durch den Schlammkörper in den Schlammkanälen hindurchgeht, um ein nicht-gasförmiges Produkt und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden,
Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen,
Entfernen des gasförmigen Produkts 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 werden oder indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit hinzugefügt werden.
Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt umfassen, in dem zugelassen wird, dass Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper nach unten zu einem tieferen Pegel unter Verwendung von einer oder mehreren Fallzonen oder Fallleitungen innerhalb der Reaktorschale geführt wird
Wenigstens einige der Schlammkanäle können in einer Schlammflusskommunikation oberhalb von oberen Enden der Schlammkanäle stehen.
Die Trennwände oder Platten wenigstens einiger der Schlammkanäle können die Schlammkanäle von benachbarten Wärmeübertragungsmediums-Flussräumen trennen. Das Verfahren kann das Führen eines Wärmeübertragungsmediums durch die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume umfassen, um Wärme in einer indirekten Beziehung mit dem Schlammkörper in den Schlammkanälen zu tauschen.
Die Wärmeübertragungsflächen des Reaktors wie etwa diejenigen der Trennwände oder Platten können optional derart geformt oder strukturiert sein, dass ihre Wärmeübertragungsfläche vergrößert ist, sodass die Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu glatten Trennwänden oder Platten verbessert sind. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Wänden oder Platten vorgesehen werden.
Gemäß einem zweiten 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 einer Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation oberhalb von offenen oberen Enden der Schlammkanäle stehen und wenigstens einige der Schlammkanäle durch Wände definiert sind, die die Schlammkanäle von einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen trennen,
Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach oben durch den Schlammkörper in den Schlammkanälen hindurchgeht, um ein nicht-gasförmiges Produkt und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden,
Führen eines Wärmeübertragungsmediums durch den einen oder die mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräume, um die Wärme in einer indirekten Beziehung zu dem Schlammkörper in den Schlammkanälen zu tauschen,
Zulassen, dass Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper nach unten zu einem tieferen Pegel unter Verwendung von einer oder mehreren Fallzonen oder Fallleitungen innerhalb der Reaktorschale geführt wird,
Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen,
Entfernen des gasförmigen Produkts 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 werden oder indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit hinzugefügt werden.
Die Schlammkanäle sind vorzugsweise zwischen ihren offenen oberen Enden und offenen unteren Enden voneinander isoliert und sind vorzugsweise durch Wärmeübertragungsmedium-Flussräume voneinander getrennt. Mit anderen Worten umfasst das Verfahren vorzugsweise das Verhindern einer Schlammflusskommunikation auf allen Ebenen zwischen den offenen oberen Enden und unteren Enden der Schlammkanäle, sodass die Schlammkanäle diskret sind und vollständig individualisierte Reaktionskammern bilden.
Die in dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendeten Schlammkanäle können durch sich vertikal erstreckende Rohre zwischen Rohrwänden gebildet werden, wobei der Wärmeübertragungsmedium-Flussraum zwischen den Rohrwänden definiert ist und die Rohre umgibt. Die Rohre weisen gewöhnlich Durchmesser von wenigstens 10 cm auf.
Statt dessen können die Schlammkanäle auch durch sich vertikal erstreckende und horizontal beabstandete Trennwände oder Platten gebildet werden, wobei die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume ebenfalls zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle durch gemeinsame Trennwände oder Platten von benachbarten Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen getrennt werden.
Die Trennwände oder Platten können parallel zueinander sein und Schlammkanäle und Wärmeübertragungsmedium-Flussräume mit einer derartigen Höhe, Breite und Tiefe bilden, dass die Höhe und die Breite gewöhnlich viel größer als die Tiefe sind. Mit anderen Worten weist jede Trennwand eine Höhe und Breite auf, die im wesentlichen eine relativ kleine Dicke vorsehen und relativ eng zu einer benachbarten Trennwand beabstandet sind, um sich vertikal erstreckende parallelflache Kanäle oder Räume zu definieren, bei denen eine Dimension viel kleiner als die beiden anderen Dimensionen ist.
Wärmeübertragungsflächen des Reaktors wie etwa diejenigen der Trennwände, Platten oder Rohre können optional geformt oder strukturiert sein, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern oder die Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu denjenigen von glatten Trennwänden oder glatten Zylinderrohren zu verbessern. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Wänden, Platten oder Rohren vorgesehen werden.
Wenn die Schlammkanäle durch Trennwände definiert werden, können sich der Schlamm und das Wärmeübertragungsmedium in alternierend angeordneten Schlammkanälen und Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen befinden. Jeder Schlammkanal mit Ausnahme der radial äußersten Schlammkänäle kann also von zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen umgeben sein.
Der nach unten gerichtete Schlammfluss in den Fallzonen oder Fallleitungen kann ausreichend groß sein, dass im wesentlichen kein nach unten gerichteter Schlammfluss in den Schlammkanälen vorhanden ist.
Es wird davon ausgegangen, dass das Verfahren 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 Reaktanten zu einem flüssigen Produkt und/oder einem gasförmigen Produkt sind. Die Suspensionsflüssigkeit ist normalerweise, aber nicht notwendigerweise ein flüssiges Produkt, wobei eine flüssige Phase oder ein Schlamm aus dem Schlammkörper entfernt werden, 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 Reaktanten 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.
Für die Kohlenwasserstoffsynthese weisen die Schlammkanäle gewöhnlich eine Höhe von wenigstens 0,5 m, vorzugsweise von wenigstens 1 m und besser von wenigstens 2 m auf, wobei die Höhe aber auch 4 m oder mehr betragen kann. Die Schlammkanäle weisen gewöhnlich eine Tiefe von wenigstens 2 cm, vorzugsweise von wenigstens 3,8 cm und besser von wenigstens 5 cm auf. Die Tiefe der Schlammkanäle ist gewöhnlich nicht größer als 50 cm, vorzugsweise nicht größer als 25 cm und besser nicht größer als 15 cm. Die Schlammkanäle weisen gewöhnlich eine Breite im Bereich von ungefähr 0,2 mm bis 1 m auf. Die Reaktorschale weist gewöhnlich einen Durchmesser von wenigstens 1 m, vorzugsweise von wenigstens 2,5 m und besser von wenigstens 5 m auf, wobei jedoch zu beachten ist, dass es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Auswirkung des Reaktordurchmessers auf das Reaktorverhalten zu neutralisieren.
Es sollte deutlich sein, dass jeder Schlammkanal, ob er nun durch Trennwände oder durch ein Rohr definiert ist, unabhängig von der Reaktorschale funktioniert und konfiguriert sein kann, um größtenteils unabhängig von anderen Schlammkanälen zu funktionieren. Die Entwicklung und das Testen eines einzelnen Schlammkanals oder einer kleinen Teilgruppe von Schlammkanälen in einer Entwicklungsgrößenordnung ist machbar, wobei die Hochskalierung zu einem Reaktor in einer kommerziellen Größenordnung, der eine Vielzahl von Schlammkanälen umfasst, einfach und weniger riskant wird, sofern die von der Größenordnung abhängigen Makromischeffekte korrekt gehandhabt werden.
Wenn weiterhin Fallleitungen oder Fallzonen mit einem ausreichenden nach unten gerichteten Schlammfluss verwendet werden, sodass im wesentlichen kein nach unten gerichteter Schlammfluss in den Schlammkanälen vorhanden ist, ist die Erzeugung eines anderen Makromischmusters als dem durch die definierten Aufwärts- und Abwärtsflusszonen definierten im gesamten Reaktor praktisch unmöglich.
Das Verfahren kann das Kühlen von Gas aus dem Kopfraum, um ein flüssiges Produkt wie beispielsweise flüssige Kohlenwasserstoffe und Reaktionswasser zu kondensieren, das Trennen des flüssigen Produkts von den Gasen, um ein Tail-Gas vorzusehen, und das Rückführen von wenigstens einem Teil des Tail-Gases zu dem Schlammkörper als Rückführgasstrom umfassen.
Sich vertikal erstreckende und horizontal angeordnete Reaktorzonen können in der Reaktorschale definiert sein, wobei jede horizontal angeordnete Reaktorzone eine Vielzahl von Schlammkanälen und optional einen oder mehrere Wärmeübertragungsmedium-Flussräume umfasst. Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, in dem eine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten sich vertikal erstreckenden und horizontal angeordneten Reaktorzonen und auf allen Ebenen zwischen oberen und unteren offenen Enden der Schlammkanäle in einer horizontal angeordneten Reaktorzone verhindert wird. Dies kann zum Beispiel bewerkstelligt werden, indem die horizontal angeordneten Reaktorzonen mit sich vertikal erstreckenden Seitenwänden versehen werden oder indem die Trennwände in benachbarten, horizontal angeordneten Reaktorzonen mit senkrechten Winkeln angeordnet werden, sodass eine abschließende Trennwand in einer der horizontal angeordneten Reaktorzonen eine Seitenwand für die benachbarten horizontal angeordnete Reaktorzone bildet.
Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, in dem der Schlammkörper in vertikal beabstandeten Reaktorzonen vorgesehen wird, die jeweils eine Vielzahl von Schlammkanälen und optional einen oder mehrere Wärmeübertragungsmedium-Flussräume enthalten. Eine mittlere Schlammzone kann zwischen vertikal beabstandeten Reaktorzonen definiert werden.
Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, in dem wenigstens ein gasförmiger Strom in eine mittlere Zone zwischen zwei vertikal beabstandeten Reaktorzonen geführt wird. Der gasförmige Strom kann ein Rückführgasstrom sein. Wenn gewünscht, kann der gasförmige Strom derart zugeführt werden, dass ein Teil der Querschnittfläche des Reaktors nicht mit dem gasförmigen Strom begast wird.
Eine oder mehrere der Fallzonen oder Fallleitungen können sich von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle oder den Schlammkanälen in einer oberen, vertikal beabstandeten Reaktorzone zu oder bis unter offene untere Enden der Schlammkanäle oder zu Schlammkanälen in einer unteren, vertikal beabstandeten Reaktorzone erstrecken.
Statt dessen können sich eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle einer vertikal beabstandeten Reaktorzone zu oder bis unter offene untere Enden der Schlammkanäle der vertikal beabstandeten Reaktorzone und häufig in eine mittlere Zone unterhalb der vertikal beabstandeten Reaktorzone erstrecken. Eine niedrigere oder höhere vertikal beabstandete Reaktorzone kann eine ähnliche Fallzone oder Fallleitung enthalten, die in einer Draufsicht von der Fallzone oder Fallleitung in der vertikal beabstandeten Reaktorzone oberhalb oder unterhalb gestaffelt sind, oder kann mit der Fallzone oder Fallleitung in der vertikal beabstandeten Reaktorzone darüber oder darunter ausgerichtet sein.
Falls gewünscht, kann eine Fallzone einen oder mehrere Wärmeübertragungsmedium-Flussräume und/oder ein Filter enthalten, um separate Festpartikeln aus der Suspensionsflüssigkeit zu trennen.
Während sich der Schlamm in einer Fallzone oder Fallleitung nach unten bewegen kann, kann verhindert oder behindert werden, dass ein oder mehrere gasförmige Recktanten in die Fallzone eintreten, indem zum Beispiel ein Leitblech vorgesehen wird und/oder der Schlamm in der Fallzone oder Fallleitung entgast wird, indem zum Beispiel ein Entgaser an einem oberen Ende der Fallzone oder Fallleitung vorgesehen wird.
Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, in dem eine Schlammflusskommunikation zwischen horizontal angeordneten Reaktorzonen in einer oder mehreren mittleren Zonen und/oder am Boden des Reaktors unterhalb der offenen unteren Enden der Schlammkanäle gestattet wird.
Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, der die axiale Mischung der Festpartikeln über die gesamte Reaktorlänge begrenzt. Dies kann durch die Auswahl von vertikal beabstandeten Reaktionszonen und Fallleitungen, die die Länge einer einzelnen Reaktionszone überspannen, bewerkstelligt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Drei-Phasen-Schlammreaktor angegeben, wobei der Reaktor umfasst:
eine Reaktorschale, die eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen enthält, die während der Verwendung einen Schlamm aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln enthalten, wobei die Schlammkanäle zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind und jeder Schlammkanal eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweist, dass die Höhe und die Breite viel größer als die Tiefe sind,
einen Gaseinlass in der Reaktorschale zum Einführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten in den Reaktor, und
einen Gasauslass in der Schale zum Entfernen von Gas aus einem Kopfraum in der Schale oberhalb der Schlammkanäle.
Wenigstens einige der Trennwände oder Platten können Wärmeübertragungsmedium-Flussräume oder -kanäle definieren. Die Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle können auch eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweisen, dass die Höhe und Breite viel größer als die Tiefe sind.
Die Wärmeübertragungsflächen des Reaktors wie etwa diejenigen der Trennwände oder Platten können optional geformt oder strukturiert sein, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern oder die Wärmeübertragungskoeffizienten zu verbessern. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Wänden oder Platten vorgesehen werden.
Die Kanäle können wie weiter oben beschrieben beschaffen sein.
Die Schlammkanäle sind also in einer Schlammzone innerhalb der Reaktorschale angeordnet. Die Schlammzone kann einen normalen Schlammpegel oberhalb der oberen Enden der Schlammkanäle aufweisen, sodass wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation oberhalb ihrer offenen oberen Enden stehen.
Der Reaktor kann eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen umfassen, durch die Schlamm von einem hohen Pegel in der Schlammzone zu einem niedrigeren Pegel gelangen kann.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Drei-Phasen-Schlammreaktor angegeben, wobei der Reaktor umfasst:
eine Reaktorschale, die eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen enthält, die während der Verwendung einen Schlamm aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln enthalten, wobei die Schlammkanäle in einer Schlammzone innerhalb der Reaktorschale angeordnet sind, die einen normalen Schlammpegel oberhalb offener oberer Enden der Schlammkanäle aufweist, sodass wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation oberhalb ihrer offenen Enden stehen,
einen oder mehrere Wärmeübertragungs-Flussräume, die durch Wände der Schlammkanäle definiert sind, die die Schlammkanäle von der einen oder den mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen trennen, sodass während der Verwendung eine Wärmeübertragung in einer indirekten Wärmeübertragungsbeziehung zwischen dem Schlamm in den Schlammkanälen und einem Wärmeübertragungsmedium in dem oder den mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen stattfinden kann,
eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen, durch die Schlamm von einem hohen Pegel in der Schlammzone zu einem niedrigeren Pegel gelangen kann,
einen Gaseinlass in der Reaktorschale zum Einführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten in den Reaktor,
einen Gasauslass in der Schale zum Entfernen von Gas aus einem Kopfraum in der Schale oberhalb der Schlammkanäle, und
wenn erforderlich, einen Flüssigkeitseinlass zum Hinzufügen oder Entfernen von Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit zu oder von dem Reaktor.
Wenigstens einige der Schlammkanäle können in einer Schlammflusskommunikation unterhalb offener unterer Enden der Schlammkanäle stehen. Die Schlammkanäle können Wände aufweisen, die konfiguriert sind, um einen anderen Schlammfluss von oder in die Schlammkanäle als durch offene obere und untere Enden der Schlammkanäle zu verhindern. Mit anderen Worten verhindern die Wände gewöhnlich einen radialen oder transversalen Schlammfluss zwischen Schlammkanälen, sodass die Schlammkanäle vollständig individualisierte Reaktionskammern sind.
Die Schlammkanäle in dem Reaktor gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung können durch sich vertikal erstreckende Rohre zwischen Rohrwänden definiert sein, wobei der Wärmeübertragungsmedium-Flussraum zwischen den Rohrwänden und den umgebenden Rohren definiert ist. Die Rohre weisen gewöhnlich Durchmesser von wenigstens ungefähr 10 cm auf.
Statt dessen können die Rohrkanäle auch durch sich vertikal erstreckende und horizontal beabstandete Trennwände oder Platten definiert sein, wobei die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume ebenfalls zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind, wobei wenigstens einige Schlammkanäle durch gemeinsame Trennwände oder Platten von benachbarten Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen getrennt sind.
Die Trennwände oder Platten können parallel zueinander sein und Schlammkanäle und Wärmeübertragungsmedium-Flussräume wie oben beschrieben definieren. Gewöhnlich entsprechen die Trennwände oder Platten der Tiefe einer kreisrunden, zylindrischen Reaktorschale in einer Draufsicht.
Wenn die Schlammkanäle durch Trennwände definiert sind, können die Schlammkanäle und Wärmeübertragungsmedium-Flussräume alternierend angeordnet sein. Jeder Schlammkanal mit Ausnahme der radial äußeren Schlammkanäle kann also durch zwei Wärmeübertragungsmedium-Flussräume umgeben sein.
Die Wärmeübertragungsflächen des Reaktors wie etwa diejenigen der Trennwände, Platten oder Rohre können optional derart geformt oder strukturiert sein, dass ihre Wärmeübertragungsfläche vergrößert oder die Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu denjenigen von glatten Trennwänden oder glatten, zylindrischen Rohren verbessert sind. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Wänden oder Platten vorgesehen werden.
Die Schlammkanäle können optional zusammen mit einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen zu Reaktormodulen oder Subreaktoren gruppiert werden. Die Subreaktoren können horizontal über die Querschnittfläche der Reaktorschale angeordnet werden. Ein Subreaktor kann sich vertikal erstreckende Seitenwände aufweisen, die ihn von benachbarten horizontal beabstandeten Subreaktoren trennen. Die sich vertikal erstreckende Seitenwand kann konfiguriert sein, um eine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten horizontal angeordneten Subreaktoren auf allen Ebenen zwischen oberen und unteren offenen Enden der Schlammkanäle von benachbarten horizontal angeordneten Subreaktoren zu verhindern.
Die Schlammkanäle von horizontal angeordneten oder horizontal beabstandeten benachbarten Subreaktoren können jeweils eine Breitenachse aufweisen, wenn die Schlammkanäle durch Trennwände oder Platten definiert sind, wobei die Breitenachsen der Schlammkanäle von benachbarten horizontal angeordneten Subreaktoren parallel sind. Statt dessen können die Breitenachsen von benachbarten horizontal angeordneten Subreaktoren auch senkrecht zueinander sein. In einer derartigen Anordnung kann jede Trennwand eines Subreaktors eine Seitenwand bilden, die den Subreaktor von einem benachbarten horizontal angeordneten Subreaktor trennt.
Der Reaktor kann Reaktormodule oder Subreaktoren umfassen, die vertikal beabstandet sind, wobei sich die offenen oberen Enden der Schlammkanäle eines oder mehrerer unterer Subreaktoren unterhalb der offenen unteren Enden der Schlammkanäle eines oder mehrerer oberer Subreaktoren befinden.
Der Reaktor kann eine mittlere Zone zwischen einem oder mehreren oberen Subreaktoren und einem oder mehreren unteren Subreaktoren umfassen. Die mittlere Zone kann in einer Flusskommunikation mit Schlammkanälen eines oder mehrerer oberer Subreaktoren und mit Schlammkanälen eines oder mehrerer unterer Subreaktoren stehen. Mit anderen Worten kann ein transversaler oder horizontaler Schlammfluss bzw. eine Mischung von Schlamm in der mittleren Zone zugelassen werden, weil die mittlere Zone frei von Barrieren ist, wodurch ein transversaler Fluss zwischen den offenen Enden der Schlammkanäle verhindert wird, die sich in die mittlere Zone öffnen.
Der Reaktor kann einen Gaseinlass in eine mittlere Zone zwischen oberen und unteren Subreaktoren umfassen. Der Gaseinlass kann ein Rückführgaseinlass sein. Der Gaseinlass kann konfiguriert sein, um Gas nur in einen Teil der Querschnittfläche der Reaktorschale einzuführen. Mit anderen Worten kann der Gaseinlass während der Verwendung angeordnet sein, um einen ausgewählten Querschnittbereich des Reaktors zu begasen, z.B. nur bestimmte Subreaktoren oder bestimmte Schlammkanäle.
Eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen können sich von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle oder der Schlammkanäle eines oberen Subreaktors zu oder bis unter offene untere Enden der Schlammkanäle oder der Schlammkanäle eines unteren Subreaktors erstrecken.
Statt dessen können sich eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle in einem Subreaktor zu oder bis unter offene untere Enden der Schlammkanäle dieses Subreaktors und häufig in eine mittlere Zone unterhalb des Subreaktors erstrecken. Die Fallzonen oder Fallleitungen von vertikal beabstandeten Subreaktoren können in einer Draufsicht gestaffelt oder miteinander ausgerichtet sein.
Eine Fallleitung oder Fallzone kann durch Schlammkanäle definiert sein, die ausgebildet sind, um als Fallleitung oder Fallzone zu funktionieren. Ein derartig ausgebildeter Schlammkanal kann eine Einrichtung zum Verhindern einer Begasung wie zum Beispiel ein Leitblech aufweisen oder mit einer solchen assoziiert sein, wobei er aber auch an einem oberen Ende einen Entgaser aufweisen oder mit einem solchen assoziiert sein kann.
Eine Fallzone oder Fallleitung kann einen oder mehrere Wärmeübertragungsmedium-Flussräume umfassen oder kann ein Filter enthalten, um Festpartikeln von Suspensionsflüssigkeit zu trennen.
Wenn die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume die Form von Kanälen aufweisen, sind ihre Enden geschlossen und mit Anordnungen zum Ein- und Auslassen des Wärmeübertragungsmediums versehen. Die Wärmeübertragungsmedium-Ein-/Auslassanordnungen können sich durch ihre geschlossenen Enden in die Kanäle öffnen, d.h. axial oder vertikal, wobei die Wärmeübertragungsmedium-Flusskanäle oder -räume jedoch auch in einer transversalen oder horizontalen Flusskommunikation stehen können, ähnlich wie bei einem Plattenwärmetauscher, bei dem die jeweils übernächsten Flussräume in einer Flusskommunikation stehen, während sie gegenüber den dazwischen liegenden Flussräumen gedichtet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben:
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung.
2 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung.
3 ist eine schematische, dreidimensionale Ansicht einiger Reaktormodule oder Subreaktoren sowie Fallleitungen oder Fallzonen eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung.
4 ist eine schematische Draufsicht auf die Reaktormodule und Fallleitungen von 3.
5 ist eine schematische, dreidimensionale Ansicht einiger oberer und unterer Reaktormodule oder Subreaktoren sowie Fallleitungen eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung.
6 bis 9 sind schematische Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen von Drei-Phasen-Schlammreaktoren gemäß der Erfindung mit und ohne Fallleitungen.
10 bis 12 sind schematische Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen von Drei-Phasen-Schlammreaktoren gemäß der Erfindung mit einer Stufeneinführung von Gas und verschiedenen Fallleitungsanordnungen.
13 bis 16 sind schematische Draufsichten auf verschiedene Anordnungen von Trennwänden von Drei-Phasen-Schlammreaktoren gemäß der Erfindung.
17 bis 20 sind schematische Schnittdraufsichten von verschiedenen Drei-Phasen-Schlammreaktoren gemäß der Erfindung und zeigen verschiedene Fallleitungsanordnungen.
21 bis 28 sind schematische Schnittdraufsichten von verschiedenen Drei-Phasen-Schlammreaktoren gemäß der Erfindung und zeigen verschiedene Anordnungen von horizontal angeordneten Reaktormodulen oder Subreaktoren und Fallzonen.
In 1 der Zeichnungen gibt das Bezugszeichen 10 allgemein eine Ausführungsform eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung an. Der Reaktor 10 umfasst eine Reaktorschale 12, die eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten parallelen Trennwänden oder Platten 14 enthält. Die Platten 14 definieren eine Vielzahl von Schlammkanälen 16.
Die Schale 12 ist kreisrund zylindrisch ausgebildet und die Platten 14 sind parallel oder senkrecht zu den Querwänden n der Schale 12 in der Draufsicht. Jeder Schlammkanal 16 weist eine relativ kleine Tiefe auf, d.h. einen relativ kleinen Abstand zwischen den Platten 14 im Vergleich zu der Höhe und Breite, wobei die Breite des Schlammkanals der Achse senkrecht zu der Ebene der Zeichnung entspricht.
Obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt, können wenigstens einige der Trennwände oder Platten 14 derart geformt oder strukturiert sein, dass ihre Wärmeübertragungsfläche vergrößert ist oder die Wärmeübertragungskoeffizienten verbessert sind. Die Form oder Struktur kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren wie etwa die Verwendung von genoppten oder gerippten Wänden oder Platten vorgesehen werden.
Der Reaktor 10 umfasst weiterhin einen Gaseinlass 18, der in eine Verteileranordnung 20 unterhalb der Schlammkanäle 16 führt. Es ist ein Gasauslass 22 vorgesehen, der in einer Flusskommunikation mit einem Kopfraum 24 oberhalb der Schlammkanäle 16 steht. Ein Flüssigkeitsauslass 26 ist von einem Boden des Reaktors 10 unterhalb der Schlammkanäle 16 geführt, wobei er jedoch auch an einer beliebigen anderen Höhe vorgesehen sein kann.
Der Reaktor 10 weist eine Schlammzone auf, die sich von dem Boden des Reaktors 10 zu einem normalen Schlammpegel erstreckt und durch die Bezugszeichen 28 und 30 wiedergegeben ist. Wie in 1 gezeigt, kann der normale Schlammpegel 28 also unterhalb der offenen unteren Enden des Schlammkanals 16 liegen oder kann der normale Schlammpegel 30 oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle 16 liegen, sodass die Platten 14 während der Verwendung vollständig eingetaucht sind.
In einem Schlammreaktor wie dem Reaktor 10 ist eine begrenzte oder im wesentlichen keine Interaktion zwischen den Schlammkanälen 16 dort gegeben, wo diese sich zu dem Boden des Reaktors 10 öffnen. Die durch die Schlammkanäle 16 definierten Reaktionsräume sind im wesentlichen zweidimensional; und wenn die Schlammkanäle im wesentlichen unabhängig voneinander betrieben werden, ist kaum oder gar keine Abhängigkeit von dem Durchmesser der Reaktorschale 12 gegeben. Dadurch wird eine Hochskalierung vereinfacht, weil eine repräsentative Einheit, die aus einer oder einigen wenigen Schlammkanälen besteht, separat und unabhängig von den Reaktordimensionen einer kommerziellen Größenordnung untersucht werden können.
Wenn die Platten 14 nicht vollständig in dem Schlammkörper eingetaucht sind, d.h. wenn der normale Schlammpegel der Pegel 28 ist, verhält sich der Reaktor 10 im wesentlichen wie ein Stapel aus parallelen, sich vertikal erstreckenden und zweidimensionalen Drei-Phasen-Schlammsäulen. Unterschiede zwischen diesen zweidimensionalen Säulen und herkömmlichen dreidimensionalen Säulen hinsichtlich der Mischung, der Gashaltung und der Wärme- und Massenübertragung können vorteilhaft genutzt werden.
Wenn bei vollständig eingetauchten Platten 14 der normale Schlammpegel dem Pegel 30 entspricht, ergeben sich weitere Möglichkeiten. Es kann ein Schlammzirkulationsflussmuster über die Schlammkanäle 16 hergestellt werden, um bessere Pfropfenströmeigenschaften für die Phasen in den Schlammkanälen 16, eine gleichmäßigere Festkörperverteilung in dem Schlamm und höhere Wärmeübertragungskoeffizienten vorzusehen (Reaktoren mit Wärmeübertragungsanordnungen werden weiter unten ausführlicher erläutert).
Wie in 2 der Zeichnungen gezeigt, gibt das Bezugszeichen 100 allgemein eine andere Ausführungsform eines Drei-Phasen-Schlammreaktors gemäß der Erfindung an. Der Reaktor 100 ist dem Reaktor 10 in vielen Aspekten ähnlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um identische oder ähnliche Teile oder Merkmale anzugeben. In dem Reaktor 100 sind Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 zwischen einigen der Platten 14 definiert. Die Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 weisen geschlossene untere Enden und obere Enden auf, stehen jedoch an ihren Enden und über Wärmeübertragungsmedium-Ein-/Auslassanordnungen (nicht gezeigt) in einer Flusskommunikation. Während der Verwendung kann das Wärmeübertragungsmedium also durch die Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 nach oben oder nach unten geführt werden.
Die Schlammkanäle 16 und die Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 sind alternierend angeordnet, sodass jeder Schlammkanal 16 mit Ausnahme von möglicherweise radial äußeren Schlammkanälen (je nach dem bestimmten Aufbau des Reaktors 100) 16 durch zwei Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 umgeben ist.
In dem Reaktor 100 sind die Schlammkanäle 16 und die Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 zu einer oberen Gruppe, die eine obere Plattenbank bzw. einen Subreaktor 34 definiert, und eine untere Gruppe, die eine untere Plattenbank bzw. einen Subreaktor 36 definiert, gruppiert. Der obere Subreaktor 34 ist vertikal von dem unteren Subreaktor 36 beabstandet, sodass sich die offenen unteren Enden der Schlammkanäle 16 des oberen Subreaktors 34 oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle 16 des unteren Subreaktors 36 befinden. Zwischen dem oberen Subreaktor 34 und dem unteren Subreaktor 36 ist eine mittlere Zone 38 definiert. Jeweils ein Gaseinlass, der ein Rückführgaseinlass ist und durch das Bezugszeichen 40 angegeben ist, tritt von zwei diagonal gegenüberliegenden Seiten des Reaktors 100 in die mittlere Zone 38 ein. Jeder Rückführgaseinlass 40 ist mit einer Verteileranordnung 42 assoziiert.
Eine Fallleitung 44 mit einem Entgaser 46 ist zentral in der Reaktorschale 12 vorgesehen und erstreckt sich von oberhalb der offenen oberen Enden des Schlammkanals 16 des oberen Subreaktors 34 bis unter die offenen unteren Enden der Schlammkanäle 16 des oberen Subreaktors 34, d.h. in die mittlere Zone 38. Zwischen der Reaktorschale 12 und den Platten 14 des unteren Subreaktors 36 ist eine ringförmige Fallzone 48 definiert. Es ist zu beachten, dass die Verteileranordnungen 42 derart konfiguriert sind, dass die Fallleitung 44 nicht begast wird, und dass die Verteileranordnung 18 konfiguriert ist, um die Fallzone 48 nicht zu begasen. Es ist weiterhin zu beachten, dass die Fallleitung 44 effektiv relativ zu der Fallzone 48 gestaffelt ist, um einen Schlammrückführungs-/Schlammwiederverteilungsfluss wie durch die Pfeile 50 angegeben sicherzustellen.
Der Reaktor 100 ist im Prinzip für viele Prozesse geeignet, die einen dreidimensionalen Schlammreaktor und eine Wärmeübertragung zu oder von dem Schlamm erfordern. Es wird hier jedoch nur eine Nutzung, nämlich eine Kohlenwasserstoffsynthese beschrieben.
Während der Verwendung wird ein frisches Synthesegas mit hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff als gasförmigen Recktanten durch den Gaseinlass 18 und die Verteileranordnung 20 zu dem Boden des Reaktors 100 geführt. Durch die Verteileranordnung 20 wird das Synthesegas gleichmäßig über den Schlamm am Boden des Reaktors 100 verteilt. Gleichzeitig wird ein Rückführgasstrom, der gewöhnlich gekühlt ist und gewöhnlich aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und Kohlendioxid besteht, über die Rückführgaseinlässe 40 und die Verteileranordnungen 42 zurückgeführt. Der gesamte Rückführgasstrom kann über die Rückführgaseinlässe 40 zu der mittleren Zone 38 geführt werden; optional kann auch ein Teil des Rückführgasstroms über den Gaseinlass 18 zu dem Boden des Reaktors 100 zurückgeführt werden.
Unter Verwendung der Verteileranordnungen 42 wird das Rückführgas spezifisch zu den Schlammkanälen 16 des oberen Subreaktors 34 geführt, wobei die Fallleitung 44 vermieden wird. Unter Verwendung der Rückführgaseinlässe 40 kann ein Teil des Rückführgases um den Schlamm in einem Teil des Reaktors 100 unterhalb der Verteileranordnungen 42 herum geführt werden. Auf diese Weise kann der gesamte Gasrückhalt in dem Reaktor 100 reduziert werden, wodurch überraschenderweise die Reaktorkapazität erhöht werden kann.
Die gasförmigen Recktanten, die das frische Synthesegas und das Rückführgas umfassen, gehen nach oben durch einen Schlammkörper 52, der die Schlammkanäle 16 des oberen und unteren Subreaktors 34, 36 einnimmt und sich von dem Boden des Reaktors 100 zu dem Pegel 30 erstreckt. Der Schlammkörper 52 umfasst Fischer-Tropsch-Katalysatorpartikeln, die gewöhnlich ein Eisen- oder Kobalt-basierter Katalysator sind, der in einem flüssigen Produkt (hauptsächlich Wachs) suspendiert ist. Der Schlammkörper 52 wird derart kontrolliert, dass der Schlammpegel 30 oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle 16 des oberen Subreaktors 34 und über dem Entgaser 46 liegt.
Wenn das Synthesegas durch den Schlammkörper 52 sprudelt, reagieren die darin enthaltenen Recktanten katalytisch und exotherm, um ein flüssiges Produkt zu bilden, das Teil des Schlammkörpers 52 wird. Von Zeit oder Zeit (oder kontinuierlich) wird Schlamm oder eine flüssige Phase einschließlich des flüssigen Produkts über den Flüssigkeitsauslass 26 entfernt, wodurch der Schlammpegel 30 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 100 vorgesehen ist, ist ein zusätzliches System (nicht gezeigt) zum Rückführen der getrennten Katalysatorpartikeln zu dem Reaktor 100 vorgesehen.
Das zugeführte frische Synthesegas und das Rückführgas werden in den Reaktor 100 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 Fallleitung 44 und die Fallzone 48 wie durch die Pfeile 50 angegeben, wodurch eine Umverteilung der Katalysatorpartikeln in dem Schlammkörper 52 erreicht wird und eine gleichmäßige Wärmeverteilung in dem Schlammkörper 52 gefördert wird. Es ist zu beachten, dass in Abhängigkeit von der Anordnung der Fallleitungen oder Fallzonen eine Schlammumverteilung über ausgewählte, sich vertikal erstreckende Bereiche des Reaktors 100 möglich ist.
Der Reaktor 100 wird derart betrieben, dass der Schlammkörper 52 in den Schlammkanälen 16 ein heterogenes oder turbulentes Flussregime aufweist und eine Verdünnungsphase mit schnell steigenden größeren Blasen der gasförmigen Recktanten und des gasförmigen Produkts, die den Schlammkörper 52 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 Schlammkanäle 16 wird das Pfropfenströmungsverhalten des gesamten Reaktors 100 gefördert, weil jeder Schlammkanal 16 ein großes Seitenverhältnis in Bezug auf die Höhe und Breite aufweist, das das Seitenverhältnis der Reaktorschale 12 bei weitem übertrifft.
Vorzugsweise ist die Abwärtsflussrate des Schlamms in den Fallzonen 44 und 48 ausreichend hoch, sodass im wesentlichen kein Abwärtsfluss des Schlamms in den Schlammkanälen 16 vorhanden ist. Auf diese Weise kann die Erzeugung eines anderen Makromischmusters als abwärts in den Fallzonen 44 und 48 und aufwärts in den Schlammkanälen 16 im wesentlichen verhindert werden.
Der Schlammkörper 52 ist in alternierenden Schlammkanälen 16 mit offenen Enden in dem oberen Subreaktor 34 und dem unteren Subreaktor 36 vorhanden. Kesselspeisewasser wird als Kühlungsmedium durch die Wärmeübertragungsmediumkanäle 32 mit geschlossenen Enden geführt, um die Wärme der exothermen Reaktionen abzuführen. Es ist zu beachten, dass die Platten 14 große Wärmeübertragungsflächen zum Abführen von Wärme aus dem Schlammkörper 52 mittels einer indirekten Wärmeübertragung zu dem Kesselspeisewasser vorsehen.
Leichte Kohlenwasserstoffprodukte wie etwa C₂₀ (oder leichter) werden aus dem Reaktor 100 über den Gasauslass 22 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 100 eine Rückführung von Gas zu dem Reaktor 100 gestattet, wobei jedoch nicht in allen Ausführungsformen ein Rückführgasstrom verwendet werden muss.
Weil die Platten 14 vorgesehen sind, ist keine Schlammflusskommunikation zwischen den Schlammkanälen 16 auf allen Ebenen zwischen deren offenen oberen Enden und deren offenen unteren Enden möglich. Jedoch ist oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle 16 des oberen Subreaktors 34 der Schlammfluss nicht eingeschränkt. Entsprechend ist in der mittleren Zone 38 und unterhalb der offenen unteren Enden der Schlammkanäle 16 des unteren Subreaktors 36 der Schlammfluss nicht eingeschränkt.
Ein Drei-Phasen-Schlammreaktor gemäß der Erfindung kann eine Vielzahl von horizontal angeordneten Reaktormodulen oder Subreaktoren umfassen, die sich also auf derselben Höhe innerhalb der Reaktorschale 12 befinden, aber über die Querschnittfläche der Reaktorschale 12 angeordnet sind. In 3 und 4 sind einige dieser horizontal angeordneten Reaktormodule oder Subreaktoren oder Plattenbänke gezeigt und werden durch das Bezugszeichen 60 angegeben. Mit den Subreaktoren 60 sind Fallzonen assoziiert, die durch das Bezugszeichen 62 angegeben werden. Eine Verteileranordnung 64 ist unter den Subreaktoren 60 und den Fallzonen 62 vorgesehen.
Es ist zu beachten, dass die Fallzonen 62 ebenso wie die Subreaktoren 60 auch eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Trennwänden oder Platten 14 umfassen. Die Verteileranordnungen 64 begasen jedoch nicht die Fallzonen 62, sodass die Zonen 62 als Fallleitungen und nicht als Subreaktoren oder Steigleitungen funktionieren.
Wie die Subreaktoren 60 weisen die Fallzonen 62 Schlammkanäle und Wärmeübertragungsmediumkanäle auf, die alternierend angeordnet sind.
In 3 und 4 weisen die Subreaktoren 60 und die Fallzonen 62 gleiche Höhen auf. Es ist jedoch zu beachten, dass sich die Subreaktoren 60 und die Fallzonen 62 in der Höhe, Breite und Kanalbreite unterscheiden können.
Wie durch die gekreuzten Pfeile 61 in 4 angegeben, ist kein Schlammaustausch zwischen den Subreaktoren 60 oder zwischen den Subreaktoren 60 und den Fallzonen 62 außer oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle und unterhalb der unteren offenen enden Schlammkanäle gegeben.
Die parallelen Platten eines Subreaktors oder einer Plattenbank können Kanäle 16 mit offenen Seiten wie in 13 definieren, wobei jedoch auch die Subreaktoren Seitenwände 63 wie in 14 gezeigt aufweisen können. Wenn die Seiten der Kanäle 16 durch Seitenwände 63 wie in 14 gezeigt geschlossen sind, kann keine Interaktion zwischen dem Schlamm in den Kanälen 16 eines Subreaktors mit dem Schlamm in den Kanälen 16 eines benachbarten Subreaktors stattfinden, wenn keine Öffnungen in den Seitenwänden 63 vorgesehen sind. Natürlich können die Seitenwände auch mehr als einen Subreaktor oder eine Plattenbank umschließen.
Wenn zwei Subreaktoren mit parallelen Platten 14 wie in 15 gezeigt angeordnet sind und keine Seitenwände vorgesehen sind, kann der Schlamm in den Kanälen 16 eines Subreaktors mit dem Schlamm in den Kanälen 16 des benachbarten Subreaktors interagieren. Wenn die Platten 14 von benachbarten Subreaktoren wie in 16 gezeigt senkrecht sind, definiert die Endplatte eines Subreaktors eine Seitenwand und verhindert eine Interaktion zwischen dem Schlamm in den Kanälen 16 der zwei Subreaktoren.
In 5 der Zeichnungen sind die oberen Subreaktoren 34 und die unteren Subreaktoren 36 sowie zwei Fallleitungen oder Fallzonen 62 gezeigt. Außerdem sind zwei Verteileranordnungen 64 gezeigt, von denen eine unter den oberen Subreaktoren 34 und die andere unter den unteren Subreaktoren 36 angeordnet ist. In dem Reaktoraufbau von 5 erstrecken sich die Fallleitungen oder Fallzonen 62 von den oberen offenen Enden der Schlammkanäle der oberen Subreaktoren 34 durch die mittlere Zone 38 bis unter die offenen unteren Enden der unteren Subreaktoren 36 und tatsächlich bis unter die untere Verteileranordnung 64. Mit dieser Anordnung kann eine umfangreiche axiale Schlammzirkulation in einem bekannten und kontrollierten Muster erzielt werden. Es wird außerdem ein begrenzter Schlammaustausch zwischen benachbarten Subreaktoren 34.a und 34.b oder 36.a und 36.b ermöglicht. Es sollte deutlich sein, dass die Schlammkanäle mit einer gewünschten Wärmeübertragungsfläche, einem gewünschten hydraulischem Durchmesser usw. versehen sein können. Falls gewünscht, kann eine zusätzliche Gasverteilung zwischen vertikal beabstandeten Subreaktoren in der mittleren Zone 38 vorgesehen sein und können interne Filtereinrichtungen in der mittleren Zone 38 oder in einer der Fallleitungen oder Fallzonen 62 installiert sein. Ein Vorteil der Platzierung von internen Einrichtungen wie etwa Filtern in einer Fallleitung oder Fallzone besteht darin, dass der Gasrückhalt reduziert ist und relativ hohe Geschwindigkeiten in einer Fallzone ermöglicht werden. Indem die Positionen der Fallleitungen oder Fallzonen 62 gewählt werden und dieselben an bestimmten Positionen auf der Querschnittfläche der Reaktorschale 12 positioniert werden, kann eine umfangreiche Schlammzirkulation wesentlich beeinflusst werden, um gewünschte Zielsetzungen zu erreichen.
Fallleitungen oder Fallzonen können hilfreich sein, das Festkörperhalteprofil und das Temperaturprofil über die Höhe eines Drei-Phasen-Schlammreaktors auszugleichen. Gleichzeitig können die Fallleitungen oder Fallzonen jedoch auch eine Axialmischung induzieren, was nicht immer vorteilhaft ist. Durch den Entwurf kann die Axialmischung gefördert (was eine Art von Steigleitung-Fallleitung-Betriebsmodus zur Folge hat) oder unterdrückt werden, um die Pfropfenströmungseigenschaften für den Reaktor zu fördern.
6 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Drei-Phasen-Schlammreaktoren gemäß der Erfindung mit jeweils unterschiedlichen Anordnungen der Fallleitungen. In 6 weist der Reaktor vier vertikal beabstandete Subreaktoren oder Plattenbänke und keine Fallleitung auf. In 3 kann eine sich linear und axial von oben bis unten durch die Subreaktoren oder Plattenbänke erstreckende Fallleitung verwendet werden. 8 zeigt, wie Fallleitungen in jedem Subreaktor bzw. in jeder Plattenbank angeordnet werden können, sodass die Fallleitungen in einer Draufsicht zwischen oberen und unteren Subreaktoren oder Plattenbänken gestaffelt sind. 9 zeigt einen Drei-Phasen-Schlammreaktor mit Trennwänden oder Platten, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Reaktors von einem Bodenbereich zu einem Kopfraumbereich erstrecken, wobei sich eine einzelne Fallleitung von dem Kopfraum zu dem Bodenbereich erstreckt.
Verschiedene Anordnungen von Fallleitungen oder Fallzonen sind in 17 bis 20 gezeigt, wobei die Fallleitungen oder Fallzonen durch das Bezugszeichen 70 angegeben werden. In 17 sind die Fallzonen 70 über die Querschnittfläche der Reaktorschale 12 verteilt. In 18 ist die Fallzone 70 der Reaktorschale 12 benachbart und weist eine annähernd ringförmige Konfiguration in der Draufsicht auf. Die Fallzone 70 in 19 ist zu einer Seite der Reaktorschale 12 hin angeordnet, und in 20 ist die Fallzone 70 zentral angeordnet.
Unter Verwendung der für die Subreaktoren und Fallleitungen oder Fallzonen gewählten Anordnung kann eine Schlammflussinteraktion zwischen verschiedenen Aufwärtsflusszonen in dem Reaktor (durch die Schlammkanäle definiert) zugelassen oder verhindert werden und kann eine Interaktion zwischen diesen Aufwärtsflusszonen und Abwärtsflusszonen (durch die Fallleitungen oder Fallzonen definiert) unterbunden werden. In einem Reaktor wie etwa dem Reaktor 100 sind also an einer bestimmten Höhe wie etwa der durch das Bezugszeichen 72 in 2 angegebenen Höhe viele Konfigurationen möglich, von denen einige in den 21 bis 28 der Zeichnungen gezeigt sind.
In 21 sind die Abwärtsflusszonen 70 gegen die Seiten der Reaktorschale 12 hin angeordnet. Jeder durch das Bezugszeichen 74 angegebene Subreaktor weist Seitenwände auf, wodurch eine Schlamminteraktion zwischen den Subreaktoren 74 und zwischen den Subreaktoren 74 und den Abwärtsflusszonen 70 verhindert wird.
Die Subreaktoren 74 in 22 weisen keine Seitenwände auf, und die Schlammkanäle von benachbarten Subreaktoren 72 sind parallel. Der Schlamm in diesen Schlammkanälen kann also miteinander interagieren. Im Gegensatz dazu sind in 23 die Schlammkanäle von benachbarten Subreaktoren 74 senkrecht angeordnet. Die einzelnen Subreaktoren 74 weisen keine Seitenwände auf, wobei jedoch die Gruppe von fünfundzwanzig Subreaktoren eine Seitenwand 76 aufweist. Die Subreaktoren 74 sind etwas zueinander beabstandet und gestatten eine begrenzte Schlamminteraktion zwischen benachbarten Subreaktoren 74, wobei jedoch die senkrechte Anordnung der Platten eine freiere Schlamminteraktion zwischen den benachbarten Subreaktoren 74 verhindert. Es ist keine Schlamminteraktion zwischen den Aufwärtsflusszonen, d.h. den Subreaktoren 74, und den Fallzonen 70 möglich.
In 24 sind die Subreaktoren 74 alle mit Seitenwänden versehen und sind die Fallzonen 70 verteilt. Es ist keine Schlamminteraktion zwischen den Subreaktoren 74 oder zwischen den Subreaktoren 74 und den Fallzonen 70 möglich. Im Gegensatz dazu weisen in 25 die Subreaktoren 74 keine Seitenwände auf, wobei die Fallzonen 70 nur der Schale 12 benachbart sind. Es kann eine wesentliche Schlamminteraktion zwischen den Subreaktoren 74 und zwischen den Subreaktoren 74 und den Fallzonen 70 stattfinden. In 26 weisen die Subreaktoren 74 wiederum keine Seitenwände auf, wobei jedoch viele derselben mit ihren Schlammkanäle senkrecht zu den Schlammkanälen von benachbarten Subreaktoren 74 angeordnet sind. Obwohl eine gewisse Interaktion zwischen benachbarten Subreaktoren 74 und zwischen den Subreaktoren 74 und den Fallzonen 70 möglich ist, ist die Schlamminteraktion beschränkter als in dem Fall des Reaktors von 25.
27 zeigt einen Reaktor, der demjenigen von 26 ähnlich ist, wobei jedoch in dem Fall des Reaktors von 27 die Fallzonen 70 über die Querschnittfläche des Reaktors angeordnet sind.
In 28 ist die Fallzone 70 zu einer Seite der Reaktorschale 12 hin angeordnet. Die Schlamminteraktion zwischen den Subreaktoren 74 ist wegen des geringen Abstands zwischen den Subreaktoren 74 begrenzt, obwohl diese mit senkrechten Winkeln angeordnet sind. Eine Barriere oder Seitenwand 76 verhindert eine Schlamminteraktion zwischen dem Schlamm in den Subreaktoren 74 und dem Schlamm in der Fallzone 70 im wesentlichen.
In 10 bis 12 sind verschiedene Gasverteilungsstrategien gezeigt. In 10 wird das Gas in zwei Phasen eingeführt, wobei ein Teil des Gases in einen unteren Bereich des Reaktors eintritt und ein anderer Teil des Gases in eine mittlere Zone zwischen zwei Subreaktoren oder Plattenbänken eintritt. In 11 und 12 sind die Gasverteiler in Kombination mit Fallleitungen oder Fallzonen gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass nur ein Teil der Querschnittfläche des Reaktors begast werden kann, sowohl am Boden wie auch in den mittleren Zonen.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung reduzieren die Risiken bei der Hochskalierung von Schlammflussreaktoraufbauten, weil die Erzeugung von Makromischmustern durch das Vorhandensein von Schlammkanälen weitgehend verhindert wird. Insbesondere bei Aufbauten mit Fallleitungen oder Fallzonen besteht die Reaktionszone aus einer Anzahl von Schlammkanälen, in denen eine bekannte Aufwärts-Oberflächeflüssigkeitsflussrate und eine bekannte Aufwärts-Oberflächengasgeschwindigkeit gegeben sind. Diese Schlammkanäle eignen sich für eine Entwicklung und Modellierung, wobei der Entwickler über eine größere Kontrolle über die Reaktormischmuster einer größeren Größenordnung verfügt. Weiterhin werden die Schlammkanäle durch Wärmetauschflächen gebildet. Deshalb bieten diese Aufbauten wesentlich verbesserte Wärmeabführmöglichkeiten als die herkömmlichen Aufbauten, in denen schlangenförmige Kühlspiralen verwendet werden. Die verfügbare Wärmeabführfläche wird nicht nur vergrößert, sondern auch gleichmäßiger über den Reaktor verteilt.
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 einer Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei die Schlammkanäle zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind und jeder Schlammkanal eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweist, dass die Höhe und die Breite viel größer als die Tiefe sind. Der gasförmige Reaktant kann reagieren, wenn er sich durch den Schlammkörper in den Schlammkanälen nach oben bewegt, um ein nicht-gasförmiges Produkt und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden. Das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant können sich von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Drei-Phasen-Schlammreaktors, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Zuführen auf einem niedrigen Pegel von wenigstens einem gasförmigen Reaktant in einen sich vertikal erstreckenden Schlammkörper aus Festpartikeln, die in einer Suspensionsflüssigkeit gelöst sind, wobei der Schlammkörper in einer Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei die Schlammkanäle zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind und jeder Schlammkanal eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweist, dass die Höhe und Breite viel größer als die Tiefe sind, Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach oben durch den Schlammkörper in den Schlammkanälen hindurchgeht, um ein nicht-gasförmiges und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden, Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen, Entfernen des gasförmigen Produkts 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 werden oder indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit hinzugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle können in einer Schlammflusskommunikation oberhalb von oberen Enden der Schlammkanäle stehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trennwände oder Platten wenigstens einiger der Schlammkanäle die Schlammkanäle von benachbarten Wärmeübertragungsmediums-Flussräumen trennen, wobei das Verfahren einen Schritt zum Führen eines Wärmeübertragungsmediums durch die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume umfasst, um Wärme in einer indirekten Beziehung mit dem Schlammkörper in den Schlammkanälen zu tauschen.
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 einer Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen innerhalb einer gemeinsamen Reaktorschale enthalten ist, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation oberhalb von offenen oberen Enden der Schlammkanäle stehen und wenigstens einige der Schlammkanäle durch Wände definiert sind, die die Schlammkanäle von einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen trennen, Zulassen, dass der gasförmige Reaktant reagiert, wenn er nach oben durch den Schlammkörper in den Schlammkanälen hindurchgeht, um ein nicht-gasförmiges und/oder ein gasförmiges Produkt zu bilden, Führen eines Wärmeübertragungsmediums durch den einen oder die mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräume, um die Wärme in einer indirekten Beziehung zu dem Schlammkörper in den Schlammkanälen zu tauschen, Zulassen, dass Schlamm von einem hohen Pegel in dem Schlammkörper nach unten zu einem tieferen Pegel unter Verwendung von einer oder mehreren Fallzonen oder Fallleitungen innerhalb der Reaktorschale geführt wird, Zulassen, dass sich das gasförmige Produkt und/oder der nicht reagierte gasförmige Reaktant von dem Schlammkörper in einem Kopfraum oberhalb des Schlammkörpers lösen, Entfernen des gasförmigen Produkts 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 werden oder indem Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit hinzugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation unterhalb von offenen unteren Enden der Schlammkanäle stehen, wobei das Verfahren einen Schritt zum Verhindern einer Flusskommunikation auf allen Ebenen zwischen den offenen oberen Enden und den offenen unteren Enden der Schlammkanäle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Schlammkanäle durch sich vertikal erstreckende Rohre zwischen Rohrwänden definiert sind, wobei der Wärmeübertragungsmedium-Flussraum zwischen den Rohrwänden definiert ist und die Rohre umgibt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Schlammkanäle durch sich vertikal erstreckende und horizontal beabstandete Trennwände oder Platten gebildet werden, wobei die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume ebenfalls zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle durch gemeinsame Trennwände oder Platten von benachbarten Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen getrennt werden und wobei wenigstens einige der Trennwände oder Platten parallel zueinander angeordnet sind und Schlammkanäle und Wärmeübertragungsmedium-Flussräume mit einer derartigen Höhe, Breite und Tiefe definieren, dass die Höhe und die Breite viel größer als die Tiefe sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der nach unten gerichtete Schlammfluss in dem Fallzonen oder Fallleitungen ausreichend hoch ist, sodass im wesentlichen kein nach unten gerichteter Schlammfluss in den Schlammkanälen vorhanden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Festpartikeln Katalysatorpartikeln für eine Katalyse der Reaktion des oder der gasförmigen Recktanten zu einem flüssigen Produkt und/oder einem gasförmigen Produkt sind, wobei die Suspensionsflüssigkeit das flüssige Produkt, sofern vorhanden, enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Reaktion eine Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schlammkanäle eine Höhe von wenigstens 0,5 m aufweisen, wobei die Schlammkanäle durch horizontal beabstandete Trennwände oder Platten definiert sind und wobei die Schlammkanäle eine Breite im Bereich von 2 cm bis 50 cm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Schlammkanäle eine Breite im Bereich von 0,2 m bis 1 m aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Reaktorschale einen Durchmesser von wenigstens einem 1 m aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich vertikal erstreckende und horizontal angeordnete Reaktorzonen in der Reaktorschale definiert sind, wobei jede horizontal angeordnete Reaktorzone eine Vielzahl von Schlammkanälen und optional einen oder mehrere Wärmeübertragungsmedium-Flussräume umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt umfasst, in dem eine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten sich vertikal erstreckenden und horizontal angeordneten Reaktorzonen und auf allen Ebenen zwischen oberen und unteren offenen Enden der Schlammkanäle in einer horizontal angeordneten Reaktorzone verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schlammkanäle durch horizontal beabstandete Trennwände oder Platten definiert sind und wobei horizontal angeordnete Reaktorzonen dadurch definiert sind, dass die Trennwände oder Platten in benachbarten horizontal angeordneten Reaktorzonen mit senkrechten Winkeln angeordnet sind, sodass eine abschließende Trennwand oder Platte in einer der horizontal angeordneten Rekatorzonen eine Seitenwand für die benachbarten horizontal angeordnete Reaktorzone bildet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das einen Schritt umfasst, in dem der Schlammkörper in vertikal beabstandeten Reaktorzonen vorgesehen wird, die jeweils eine Vielzahl von Schlammkanälen und optional einen oder mehrere Wärmeübertragungsmedium-Flussräume enthalten, wobei eine mittlere Schlammzone zwischen den vertikal beabstandeten Reaktorzonen definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 16, wobei sich eine oder mehrere der Fallzonen oder Fallleitungen von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle oder den Schlammkanälen in einer oberen, vertikal beabstandeten Reaktorzone zu oder bis unter offene untere Enden der Schlammkanäle oder zu Schlammkanälen in einer unteren, vertikal beabstandeten Reaktorzone erstrecken und/oder wobei sich eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle einer Reaktorzone zu oder bis unter offene untere Enden der Schlammkanäle der Reaktorzone erstrecken.
Drei-Phasen-Schlammreaktor, wobei der Reaktor umfasst: eine Reaktorschale, die eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen enthält, die während der Verwendung einen Schlamm aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln enthalten, wobei die Schlammkanäle zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind und jeder Schlammkanal eine derartige Höhe, Breite und Tiefe aufweist, dass die Höhe und die Breite viel größer als die Tiefe sind, einen Gaseinlass in der Reaktorschale zum Einführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten in den Reaktor, und einen Gasauslass in der Schale zum Entfernen von Gas aus einem Kopfraum in der Schale oberhalb der Schlammkanäle.
Reaktor nach Anspruch 18, wobei wenigstens einige der Trennwände oder Platten wenigstens teilweise Wärmeübertragungsmedium-Flussräume oder -kanäle definieren.
Reaktor nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Schlammzone einen normalen Schlammpegel oberhalb von offenen oberen Enden der Schlammkanäle aufweist, sodass wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation oberhalb ihrer offenen oberen Enden stehen.
Drei-Phasen-Schlammreaktor, wobei der Reaktor umfasst: eine Reaktorschale, die eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Schlammkanälen enthält, die während der Verwendung einen Schlamm aus in einer Suspensionsflüssigkeit gelösten Festpartikeln enthalten, wobei die Schlammkanäle in einer Schlammzone innerhalb der Reaktorschale angeordnet sind, die einen normalen Schlammpegel oberhalb offener oberer Enden der Schlammkanäle aufweist, sodass wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation oberhalb ihrer offenen Enden stehen, einen oder mehrere Wärmeübertragungs-Flussräume, die durch Wände der Schlammkanäle definiert sind, die die Schlammkanäle von der einen oder den mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen trennen, sodass während der Verwendung eine Wärmeübertragung in einer indirekten Wärmeübertragungsbeziehung zwischen dem Schlamm in den Schlammkanälen und einem Wärmeübertragungsmedium in dem oder den mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen stattfinden kann, eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen, durch die Schlamm von einem hohen Pegel in der Schlammzone zu einem niedrigeren Pegel gelangen kann, einen Gaseinlass in der Reaktorschale zum Einführen eines oder mehrerer gasförmiger Recktanten in den Reaktor, einen Gasauslass in der Schale zum Entfernen von Gas aus einem Kopfraum in der Schale oberhalb der Schlammkanäle, und wenn erforderlich, einen Flüssigkeitseinlass zum Hinzufügen oder Entfernen von Schlamm oder Suspensionsflüssigkeit zu oder von dem Reaktor.
Reaktor nach Anspruch 21, wobei wenigstens einige der Schlammkanäle in einer Schlammflusskommunikation unterhalb offener unterer Enden der Schlammkanäle stehen, wobei die Schlammkanäle Wände aufweisen, die konfiguriert sind, um einen anderen Schlammfluss von oder in die Schlammkanäle als durch offene obere und untere Enden der Schlammkanäle zu verhindern.
Reaktor nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Schlammkanäle in dem Reaktor durch sich vertikal erstreckende Rohre zwischen Rohrwänden definiert sind, wobei der Wärmeübertragungsmedium-Flussraum zwischen den Rohrwänden definiert ist und die Rohre umgibt.
Reaktor nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Schlammkanäle durch sich vertikal erstreckende und horizontal beabstandete Trennwände oder Platten definiert sind, wobei die Wärmeübertragungsmedium-Flussräume ebenfalls zwischen sich vertikal erstreckenden und horizontal beabstandeten Trennwänden oder Platten definiert sind, und wobei wenigstens einige der Trennwände oder Platten parallel zueinander sind und Schlammkanäle und Wärmeübertragungsmedium-Flussräume mit einer derartigen Höhe, Breite und Tiefe definieren, dass die Höhe und die Breite viel größer als die Tiefe sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei die Schlammkanäle optional zusammen mit einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedium-Flussräumen zu Reaktormodulen oder Subreaktoren gruppiert sind.
Reaktor nach Anspruch 25, wobei die Reaktormodule oder Subreaktoren horizontal über die Querschnittfläche der Reaktorschale angeordnet sind.
Reaktor nach Anspruch 25, wobei die Subreaktoren sich vertikal erstreckende Seitenwände aufweisen, die sie von benachbarten horizontal beabstandeten Subreaktoren trennen, wobei die sich vertikal erstreckenden Seitenwände konfiguriert sind, um eine Schlammflusskommunikation zwischen benachbarten horizontal beabstandeten Subreaktoren auf allen Ebenen zwischen oberen und unteren offenen Enden der Schlammkanäle der benachbarten horizontal angeordneten Subreaktoren zu verhindern.
Reaktor nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Schlammkanäle durch Trennwände oder Platten definiert sind, die parallel in jedem Subreaktor angeordnet sind, sodass die benachbarten Subreaktoren jeweils eine Breitenachse aufweisen, wobei die Breitenachsen von benachbarten horizontal angeordneten Subreaktoren senkrecht sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 26 bis 28, der Reaktormodule oder Subreaktoren umfasst, die vertikal beabstandet sind, wobei sich die offenen oberen Enden der Schlammkanäle eines oder mehrerer unterer Subreaktoren unter den offenen unteren Enden der Schlammkanäle eines oder mehrerer oberer Subreaktoren befinden.
Reaktor nach Anspruch 29, der eine mittlere Zone zwischen einem oder mehreren oberen Subreaktoren und einem oder mehreren unteren Subreaktoren umfasst, wobei die mittlere Zone in einer Flusskommunikation mit Schlammkanälen eines oder mehrerer oberer Subreaktoren und mit Schlammkanälen eines oder mehrerer unterer Subreaktoren steht.
Reaktor nach Anspruch 30, der einen Gaseinlass in die mittlere Zone zwischen oberen und unteren Subreaktoren umfasst.
Reaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 31, wobei sich eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen von oder von oberhalb der offenen oberen Enden der Schlammkanäle oder der Schlammkanäle eines oberen Subreaktors, sofern vorhanden, zu oder bis unter die offenen unteren Enden der Schlammkanäle oder der Schlammkanäle eines unteren Subreaktors, sofern vorhanden, erstrecken und/oder wobei sich eine oder mehrere Fallzonen oder Fallleitungen von oder von oberhalb der oberen Enden der Schlammkanäle in einem Subreaktor zu oder bis unter die offenen unteren Enden der Schlammkanäle des Subreaktors erstrecken.