EA021423B1 - Способ синтеза жидкого топлива и устройство для синтеза жидкого топлива - Google Patents

Способ синтеза жидкого топлива и устройство для синтеза жидкого топлива Download PDF

Info

Publication number
EA021423B1
EA021423B1 EA201170383A EA201170383A EA021423B1 EA 021423 B1 EA021423 B1 EA 021423B1 EA 201170383 A EA201170383 A EA 201170383A EA 201170383 A EA201170383 A EA 201170383A EA 021423 B1 EA021423 B1 EA 021423B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
reactor
synthesis
synthesis gas
supplied
Prior art date
Application number
EA201170383A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201170383A1 (ru
Inventor
Ясухиро Ониси
Акихико Хирама
Original Assignee
Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн
Инпекс Корпорейшн
ДжейЭкс НИППОН ОЙЛ ЭНД ЭНЕРДЖИ КОРПОРЕЙШН
Джапан Петролеум Эксплорейшн Ко., Лтд.
Космо Ойл Ко., Лтд.
Ниппон Стил Инджиниринг Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн, Инпекс Корпорейшн, ДжейЭкс НИППОН ОЙЛ ЭНД ЭНЕРДЖИ КОРПОРЕЙШН, Джапан Петролеум Эксплорейшн Ко., Лтд., Космо Ойл Ко., Лтд., Ниппон Стил Инджиниринг Ко., Лтд. filed Critical Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн
Publication of EA201170383A1 publication Critical patent/EA201170383A1/ru
Publication of EA021423B1 publication Critical patent/EA021423B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
    • B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C10G2/34—Apparatus, reactors
    • C10G2/342—Apparatus, reactors with moving solid catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B01J2208/00274—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B01J2208/00292—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant solids
    • B01J2208/003—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant solids involving reactant slurries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
    • B01J2208/00911—Sparger-type feeding elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Способ синтеза жидкого топлива, который включает стадию синтеза, когда жидкое топливо синтезируется посредством взаимодействия в реакторе, синтез-газа, состоящего в основном из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, с суспензией, которую получают посредством суспендирования частиц твердого катализатора в жидкости, и стадию подачи синтез-газа, когда синтез-газ подается в реактор из множества средств подачи, которые предусмотрены в реакторе таким образом, чтобы они располагались на разной высоте.

Description

Настоящее изобретение относится к способу синтеза жидкого топлива и к устройству для синтеза жидкого топлива, для синтеза жидких топлив из исходных углеводородных материалов, таких как природный газ.
Испрашивается приоритет заявки на патент Японии № 2008-253213, поданной 30 сентября 2008 г., содержание которой полностью включается в настоящий документ в качестве ссылки.
Уровень техники
В качестве одного из способов синтеза жидких топлив из природного газа в последнее время разработана технология СТЬ (газ-жидкость: синтез жидких топлив) для риформинга природного газа с целью получения синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (Н2) в качестве главных компонентов, синтеза жидких углеводородов посредством реакции синтеза Фишера-Тропша (ниже упоминается как реакция синтеза ФТ) с упомянутым выше синтез-газом в качестве исходного газа и дополнительного гидрирования и переработки жидких углеводородов с получением таких продуктов жидких топлив, как нафта (сырой бензин), керосин, газойль и воск.
На стадии реакции синтеза ФТ используется, например, реактор, называемый реактором типа барботажной колонны с суспендированным слоем в качестве одного из реакторов. Реактор типа барботажной колонны с суспендированным слоем имеет конфигурацию, в которой суспензия, состоящая из катализатора и нефти средней плотности, содержится внутри колонны, и в нижней части реактора предусматривается распределитель. На стадии реакции синтеза ФТ синтез-газ подается в реактор из его нижней части как пузырьки через распределитель, проходит через суспензию из нижней части до верхней части реактора и подвергается реакции синтеза в суспендированном состоянии.
Список цитированных документов
Патентный документ 1. Переводная публикация РСТ патента Японии № 2007-533662.
Сущность изобретения
Однако на указанной выше стадии реакции синтеза ФТ синтез-газ, подаваемый из нижней части реактора, подвергается реакции синтеза постепенно, в то время как он проходит через суспензию из нижней части суспензии до ее верхней части, и парциальное давление синтез-газа понижается. По этой причине имеется проблема, что по сравнению с нижней частью суспензии скорость реакции синтез-газа может уменьшаться, и производительность по жидким топливам может уменьшаться в верхней части суспензии.
Настоящее изобретение осуществляют с учетом упомянутой выше проблемы и целью его является создание способа синтеза жидкого топлива и устройства для синтеза жидкого топлива, которые могут эффективно синтезировать жидкие топлива.
Способ синтеза жидкого топлива в соответствии с настоящим изобретением включает стадию синтеза для синтеза жидких топлив посредством взаимодействия друг с другом в реакторе синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов, и суспензии, имеющей частицы твердого катализатора, суспендированные в жидкости, и стадию подачи синтез-газа для подачи синтез-газа в реактор из множества устройств для подачи, предусмотренных в реакторе, с тем, чтобы они располагались на разной высоте.
Устройство для синтеза жидкого топлива включает реактор, который синтезирует жидкие топлива посредством взаимодействия друг с другом в реакторе синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов, и суспензии, имеющей частицы твердого катализатора, суспендированные в жидкости, и множество устройств для подачи, которые предусматриваются в реакторе, с тем, чтобы они располагались на разной высоте, и они подают синтез-газ в реактор.
В соответствии с настоящим изобретением поскольку синтез-газ подается в реактор из множества устройств для подачи, предусмотренных в реакторе, с тем, чтобы они располагались на разной высоте, синтез-газ с достаточным парциальным давлением может распределяться равномерно в верхней части реактора по сравнению со случаем, когда синтез-газ подается только из нижней части реактора. При этом, поскольку реакция синтеза может осуществляться равномерно по всему реактору, можно эффективно синтезировать жидкие топлива. В дополнение к этому, в настоящем изобретении, поскольку синтез-газ может равномерно подаваться по всему реактору, и жидкие топлива могут эффективно синтезироваться, сам реактор может быть сделан компактным.
В указанном выше способе синтеза жидкого топлива и в устройстве для синтеза жидкого топлива высота установки и количество устройств для подачи может определяться так, что парциальное давление синтез-газа внутри реактора становится однородным.
Множество устройств для подачи может включать первое устройство для подачи, предусмотренное в нижней части реактора, и множество вторых устройств для подачи, предусмотренных в положении, более высоком, чем у первого устройства для подачи.
Каждое из вторых устройств для подачи может иметь множество узлов подачи, предусмотренных в поперечном сечении реактора.
В этом случае, поскольку синтез-газ подается в реактор из множества узлов подачи равномерно в
- 1 021423 направлении поперечного сечения реактора, парциальное давление синтез-газа во всем реакторе может быть сделано более однородным.
Скорость потока синтез-газа, подаваемого из каждого из вторых устройств для подачи, может регулироваться индивидуально.
В этом случае, поскольку скорость потока синтез-газа, подаваемого из каждого из вторых устройств для подачи, может регулироваться индивидуально, например, в соответствии с окружающей средой вокруг реактора, возможна гибкая работа установки. Скорость потока синтез-газа, подаваемого из каждого из вторых устройств для подачи, может определяться на основе приведенной скорости газа в реакторе. Относительно устройства, которое заранее определяет скорость потока, осуществляют, например, эксперименты или моделирование, и скорость потока синтез-газа, подаваемого из каждого из вторых устройств для подачи, может определяться на основе результатов экспериментов или моделирования.
Второе устройство для подачи может включать главную часть, предусмотренную с тем, чтобы она проходила через центр реактора, и множество кольцевых труб, которое соединяется с главной частью, формируется с кольцевыми зазорами концентрически с реактором, и они различаются по диаметру, и может формироваться множество узлов подачи во множестве внутренних труб. Кроме того, второе устройство для подачи может включать главную часть, предусмотренную с тем, чтобы она проходила через центр реактора, и множество ответвляющихся частей, которые простираются горизонтально от главной части, и может формироваться множество узлов подачи во множестве ответвляющихся частей.
На стадии подачи синтез-газ способа синтеза жидкого топлива, синтез-газ, который не прореагировал на стадии синтеза, может рециклироваться и подаваться в реактор. В этом случае, поскольку непрореагировавший синтез-газ может использоваться повторно, исходные углеводородные материалы могут использоваться эффективно.
На стадии подачи синтез-газа синтез-газ может подаваться таким образом, что на стадии синтеза, приведенная скорость газа в реакторе находится в пределах от 0,04 до 0,3 м/с, и синтез-газ может подаваться так, что приведенная скорость газа в реакторе находится в пределах от 0,1 до 0,2 м/с на стадии синтеза.
В соответствии с настоящим изобретением является возможным эффективный синтез жидких топлив.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схему, показывающую общую конфигурацию системы синтеза жидкого топлива в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 - схему, показывающую конфигурацию барботажной реакторной колонны в соответствии с этим вариантом осуществления;
фиг. 3А - вид в поперечном сечении, показывающий конфигурацию барботажной реакторной колонны в соответствии с этим вариантом осуществления;
фиг. 3В - вид в поперечном сечении, показывающий конфигурацию барботажной реакторной колонны в соответствии с этим вариантом осуществления;
фиг. 3С - вид в поперечном сечении, показывающий конфигурацию барботажной реакторной колонны в соответствии с этим вариантом осуществления;
фиг. 4 - схему, показывающую общую конфигурацию барботажной реакторной колонны в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Первый вариант осуществления
Далее первый вариант осуществления настоящего изобретения будет описываться подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. В дополнение к этому в настоящем описании и чертежах опускается двойное описание посредством присвоения одинаковых ссылочных номеров составляющим элементам, имеющим, по существу, одинаковые функциональные конфигурации.
Сначала будут описываться со ссылками на фиг. 1 общая конфигурация и способ работы системы 1 синтеза жидкого топлива, которая осуществляет способ СТЬ (газ-жидкость) в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг. 1 представляет собой схематический вид, показывающий общую конфигурацию системы 1 синтеза жидкого топлива в соответствии с одним из вариантов осуществления.
Как показано на фиг. 1, система 1 синтеза жидкого топлива в соответствии с настоящим вариантом осуществления представляет собой производственную установку, которая осуществляет способ СТЬ, который преобразует исходные углеводородные материалы, такие как природный газ, в жидкие топлива. Эта система 1 синтеза жидкого топлива содержит установку 3 для получения синтез-газа, установку 5 синтеза ФТ и установку 7 дополнительной переработки. Установка 3 для получения синтез-газа осуществляет риформинг природного газа, который представляет собой исходные углеводородные материалы, с получением синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород. Установка 5 синтеза ФТ производит жидкие углеводороды из полученного синтез-газа с помощью реакции синтеза ФТ. Установка 7 дополнительной переработки гидрирует и перерабатывает жидкие углеводороды, полученные посредством реакции синтеза ФТ, с получением продуктов жидких топлив (нафты, керосина, газойля, воска и т.п.). Далее будут описываться компоненты этих соответствующих установок.
Сначала будет описываться установка 3 для получения синтез-газа. Установка 3 для получения син- 2 021423 тез-газа в основном содержит, например, реактор 10 обессеривания, риформер 12, котел-утилизатор 14, сепараторы 16 и 18 пар-жидкость, узел 20 удаления СО2 и сепаратор 26 для водорода. Реактор 10 обессеривания состоит из гидравлической установки обессеривания и т.п. и удаляет компоненты серы из природного газа как исходных материалов. Риформер 12 осуществляет риформинг природного газа, подаваемого из реактора 10 обессеривания, с получением синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (Н2) в качестве главных компонентов. Котел-утилизатор 14 извлекает избыток тепла из синтез-газа, полученного в риформере 12, с получением пара высокого давления. Сепаратор 16 пар-жидкость разделяет воду, нагретую посредством теплообмена с синтез-газом, в котле-утилизаторе 14 на пар (водяной пар высокого давления) и жидкость. Сепаратор 18 пар-жидкость удаляет конденсат из синтез-газа, охлажденного в котле-утилизаторе 14, и подает газообразный компонент в узел 20 удаления СО2. Узел 20 удаления СО2 имеет поглотительную башню 22, которая удаляет газообразный диоксид углерода посредством использования поглотителя из синтез-газа, подаваемого из сепаратора 18 пар-жидкость, и регенерационную башню 24, которая десорбирует газообразный диоксид углерода и регенерирует поглотитель, содержащий газообразный диоксид углерода.
Сепаратор 26 для водорода отделяет часть газообразного водорода, содержащегося в синтез-газе, газообразный диоксид углерода из него отделяется с помощью узла 20 удаления СО2. Здесь нужно отметить, что указанный выше узел 20 удаления СО2 предусматривается необязательно, в зависимости от обстоятельств.
Среди них риформер 12 осуществляет рифориминг природного газа посредством использования диоксида углерода и водяного пара для получения высокотемпературного синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов, посредством способа риформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода, выраженного с помощью следующих далее формул химических реакций (1) и (2). В дополнение к этому способ риформинга в этом риформере 12 не ограничивается примером указанного выше способа риформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода. Например, может также использоваться способ парового риформинга, способ углекислотного риформинга с частичным окислением (РОХ) с использованием кислорода, способ автотермического риформинга (ЛТК), который представляет собой сочетание способа с частичным окислением и способа парового риформинга, способ риформинга газообразного диоксида углерода и т.п.
СН4+Н2О^СО+ЗН2 (1)
СН4+СО2->2СО+2Н2 (2)
Кроме того, сепаратор 26 для водорода снабжается линией, ответвляющейся от главной трубы, которая соединяет узел 20 удаления СО2 или сепаратор 18 пар-жидкость с барботажной реакторной колонной (реактором) 30. Этот сепаратор 26 для водорода может состоять, например, из устройства для Р8А (адсорбции при переменном давлении) водорода, которое осуществляет адсорбцию и десорбцию водорода с использованием разности давлений. Это устройство для Р8А водорода имеет адсорбенты (цеолитовый адсорбент, активированный уголь, оксид алюминия, силикагель и т.п.) во множестве адсорбционных колонн (не показаны), которые располагаются параллельно. Посредством последовательного повторения способов, включающих повышение давления, адсорбцию, десорбцию (понижение давления) и продувку водорода в каждой из адсорбционных колонн, газообразный водород высокой чистоты (например, с чистотой примерно 99,999%), отделяемый от синтез-газа, может подаваться непрерывно.
В дополнение к этому способ отделения газообразного водорода в сепараторе 26 для водорода не ограничивается примером способа адсорбции при переменном давлении, как в указанном выше устройстве для Р8Л водорода. Например, может иметься способ адсорбции в сплаве для хранения водорода, способ мембранного разделения или их сочетание.
Способ со сплавом для хранения водорода представляет собой, например, технологию отделения газообразного водорода с использованием сплава для хранения водорода (Т1Ре, Ьа№5, Т1Ре0;7-0;9, Μη0;3-0;1, ΤιΜπ1;5 и т.п.), имеющего свойство поглощения или выделения водорода при охлаждении или нагреве. Посредством создания множества адсорбционных колонн, в которых содержится сплав для хранения водорода, и поочередного повторения в каждой из адсорбционных колонн адсорбции водорода посредством охлаждения сплава для хранения водорода и выделения водорода посредством нагрева сплава для хранения водорода, газообразный водород в синтез-газе может отделяться и извлекаться.
Кроме того, способ мембранного разделения представляет собой технологию выделения газообразного водорода, для которого мембрана имеет превосходную проницаемость, из газовой смеси с использованием мембраны, изготовленной из полимерного материала, такого как ароматический полиимид. Поскольку этот способ мембранного разделения не сопровождается фазовым переходом, для его осуществления требуется меньше энергии, и стоимость работы является низкой. Кроме того, поскольку структура мембранного разделительного устройства является простой и компактной, стоимость необходимого оборудования является низкой, и необходимая площадь для оборудования является малой. Кроме того, поскольку в разделительной мембране нет движущей силы и диапазон стабильной работы является широким, имеется то преимущество, что обслуживание и управление являются простыми.
- 3 021423
Далее будет описываться установка 5 синтеза ФТ. Установка 5 синтеза ФТ в основном содержит, например, барботажную реакторную колонну 30, сепаратор 34 пар-жидкость, сепаратор 36, сепаратор 38 пар-жидкость и первое фракционирующее устройство 40.
Барботажная реакторная колонна 30 осуществляет реакцию синтеза ФТ синтез-газа, полученного в указанной выше установке 3 для получения синтез-газа, т.е. газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, с получением жидких углеводородов. Сепаратор 34 пар-жидкость разделяет воду, протекающую через трубу 32 теплообменника, расположенную в барботажной реакторной колонне 30 и нагреваемую в ней, на водяной пар (водяной пар среднего давления) и жидкость. Сепаратор 36 соединяется со средней частью барботажной реакторной колонны 30 для разделения катализатора и продукта жидких углеводородов. Сепаратор 38 пар-жидкость соединяется с верхней частью барботажной реакторной колонны 30 для охлаждения непрореагировавшего синтез-газа и продукта газообразных углеводородов. Первое фракционирующее устройство 40 отгоняет жидкие углеводороды, подаваемые через сепаратор 36 и сепаратор 38 пар-жидкость из барботажной реакторной колонны 30; оно разделяет и перерабатывает жидкие углеводороды на индивидуальные фракции в соответствии с их температурами кипения.
Среди них барботажная реакторная колонна 30, которая представляет собой пример реактора, который синтезирует жидкие углеводороды из синтез-газа, функционирует как реактор синтеза ФТ, который синтезирует жидкие углеводороды из синтез-газа посредством реакции синтеза ФТ. Эта барботажная реакторная колонна 30 состоит, например, из реактора типа барботажной колонны с суспендированным слоем, в котором суспензия, состоящая из катализатора и нефти средней плотности, содержится внутри емкости колонны. Эта барботажная реакторная колонна 30 производит жидкие углеводороды из синтезгаза посредством реакции синтеза ФТ. Подробно, синтез-газ, подаваемый в барботажную реакторную колонну 30, проходит через суспензию, состоящую из катализатора и нефти средней плотности, и в суспендированном состоянии газообразный водород и газообразный монооксид углерода подвергаются реакции синтеза, как показано с помощью следующей далее формулы химической реакции (3):
2пН2+пСО-> (СН2) п+пН2О (3)
Поскольку эта реакция синтеза ФТ представляет собой экзотермическую реакцию, барботажная реакторная колонна 30, которая представляет собой реактор типа теплообменника, в котором располагается труба 32 теплообменника, адаптируется так, что, например, вода (ВРЖ исходная вода для бойлера) подается в качестве охладителя, так что теплота реакции от указанной выше реакции синтеза ФТ может извлекаться как водяной пар среднего давления посредством теплообмена между суспензией и водой.
Наконец, будет описываться установка 7 дополнительной переработки. Установка 7 дополнительной переработки содержит, например, реактор 50 гидрокрекинга фракции воска, реактор 52 гидрообработки фракции керосина и газойля, реактор 54 гидрообработки фракции нафты, сепараторы 56, 58 и 60 пар-жидкость, второе фракционирующее устройство 70 и стабилизационную колонну 72 для нафты. Реактор 50 гидрокрекинга фракции воска соединяется с нижней частью первого фракционирующего устройства 40. Реактор 52 гидрообработки фракции керосина и газойля соединяется со средней частью первого фракционирующего устройства 40. Реактор 54 гидрообработки фракции нафты соединяется с верхней частью первого фракционирующего устройства 40. Сепараторы 56, 58 и 60 пар-жидкость предусматриваются так, чтобы они соответствовали реакторам 50, 52 и 54 гидрирования соответственно. Второе фракционирующее устройство 70 разделяет и перерабатывает жидкие углеводороды, подаваемые из сепараторов 56 и 58 пар-жидкость, в соответствии с их температурами кипения. Стабилизационная колонна 72 для нафты отгоняет жидкие углеводороды фракции нафты, подаваемые из сепаратора 60 паржидкость и второго фракционирующего устройства 70. Затем стабилизационная колонна 72 для нафты высвобождает бутан и компоненты более легкие, чем бутан, как факельный газ, и отделяет и извлекает компоненты, имеющие количество атомов углерода, равное пяти или более, в качестве продукта нафты.
Далее будет описываться способ (способ СТЬ) синтеза жидких топлив из природного газа с помощью системы 1 синтеза жидкого топлива, конфигурируемых, как описано выше.
Природный газ (у которого главный компонент представляет собой СН4) в качестве исходных углеводородных материалов подается в систему 1 синтеза жидкого топлива из внешнего источника подачи природного газа (не показан), такого как поле природного газа или завод по переработке природного газа. Указанная выше установка 3 для получения синтез-газа осуществляет риформинг этого природного газа с получением синтез-газа (газовой смеси, содержащей газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов).
В частности, сначала указанный выше природный газ подается в реактор 10 обессеривания вместе с газообразным водородом, выделенным с помощью сепаратора 26 для водорода. Реактор 10 обессеривания гидрирует и обессеривает компоненты серы, содержащиеся в природном газе, с использованием газообразного водорода, например, с помощью катализатора ΖηΟ. Посредством обессеривания природного газа, таким образом, заранее возможно предотвратить дезактивацию катализаторов, используемых в риформере 12, барботажной реакторной колонне 30 и т.п., компонентами серы.
Природный газ (он может также содержать диоксид углерода), десульфуризированный таким образом, подается в риформер 12, после чего газообразный диоксид углерода (СО2), подаваемый из источни- 4 021423 ка подачи диоксида углерода (не показан), и водяной пар, генерируемый в котле-утилизаторе 14, смешиваются с ним. Риформер 12 осуществляет рифориминг природного газа посредством использования диоксида углерода и водяного пара с получением высокотемпературного синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов, с помощью способа риформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода. В это время в риформер 12 подается, например, топливный газ для горелки, расположенной в риформере 12, и воздух, и тепло реакции, требуемое для указанной выше реакции риформинга водяного пара и СО2, которая представляет собой эндотермическую реакцию, обеспечивается с помощью тепла горения топливного газа в горелке.
Высокотемпературный синтез-газ (например, 900°С, 2,0 МПа в датчике), полученный в риформере 12, подается, таким образом, в котел-утилизатор 14 и охлаждается посредством теплообмена с водой, которая протекает через котел-утилизатор 14 (например, до 400°С), таким образом, извлекается избыток тепла. В это время вода, нагреваемая с помощью синтез-газа в котле-утилизаторе 14, подается в сепаратор 16 пар-жидкость. Из этого сепаратора 16 пар-жидкость газообразный компонент подается в риформер 12 или другие внешние устройства как водяной пар высокого давления (например, от 3,4 до 10,0 МПа в датчике), а вода в качестве жидкого компонента возвращается в котел-утилизатор 14.
Между тем, синтез-газ, охлажденный в котле-утилизаторе 14, подается в поглотительную башню 22 узла 20 удаления СО2 или в барботажную реакторную колонну 30, после чего конденсат отделяется и удаляется из синтез-газа в сепараторе 18 газ-жидкость. Поглотительная башня 22 поглощает газообразный диоксид углерода, содержащийся в синтез-газе, в удерживаемом поглотителе, для выделения газообразного диоксида углерода из синтез-газа. Поглотитель, содержащий газообразный диоксид углерода, внутри этой поглотительной башни 22 вводится в регенерационную башню 24, поглотитель, содержащий газообразный диоксид углерода, нагревают и подвергают обработке для удаления, например, с помощью водяного пара, и полученный в результате десорбированный газообразный диоксид углерода рециклируется в риформер 12 из регенерационной башни 24 и повторно используется в указанной выше реакции риформинга.
Синтез-газ, полученный в установке 3 для получения синтез-газа, подается, таким образом, в барботажную реакторную колонну 30 указанной выше установки 5 синтеза ФТ. В это время отношение композиции синтез-газа, подаваемого в барботажную реакторную колонну 30, устанавливается при отношении композиции (например, Н2:СО=2:1 (молярное отношение)), пригодном для реакции синтеза ФТ. В дополнение к этому давление синтез-газа, подаваемого в барботажную реакторную колонну 30, повышается до давления (например, примерно 3,6 МПа в датчике), пригодного для реакции синтеза ФТ, с помощью компрессора (не показан), предусмотренного в трубе, которая соединяет узел 20 удаления СО2 с барботажной реакторной колонной 30.
Кроме того, часть синтез-газа, из которой газообразный диоксид углерода отделен с помощью указанного выше узла 20 удаления СО2, также подается в сепаратор 26 для водорода. Сепаратор 26 для водорода отделяет газообразный водород, содержащийся в синтез-газе, посредством адсорбции и десорбции (ΡδΆ водорода), с использованием разности давлений, как описано выше. Этот отделенный водород непрерывно подается из газгольдера (не показан) и т.п. через компрессор (не показан) в различные реакционные устройства, использующие водород (например, реактор 10 обессеривания, реактор 50 гидрокрекинга фракции воска, реактор 52 гидрообработки фракции керосина и газойля, реактор 54 гидрообработки фракции нафты и т.п.), которые осуществляют заданные реакции с использованием водорода в системе 1 синтеза жидкого топлива.
Далее указанная выше установка 5 синтеза ФТ синтезирует жидкие углеводороды посредством реакции синтеза ФТ из синтез-газа, полученного в указанной выше установке 3 для получения синтез-газа.
Конкретно, синтез-газ, из которого газообразный диоксид углерода выделен в указанном выше узле 20 удаления СО2, протекает в барботажную реакторную колонну 30 и проходит через суспензию катализатора, содержащуюся в барботажной реакторной колонне 30. В это время внутри барботажной реакторной колонны 30 газообразный монооксид углерода и водород, которые содержатся в синтез-газе, взаимодействуют друг с другом посредством реакции синтеза ФТ, при этом получаются углеводороды. Кроме того, с помощью протекания воды через трубу 32 теплообменника барботажной реакторной колонны 30 во время этой реакции синтеза тепло реакции от реакции синтеза ФТ удаляется, и вода, нагретая с помощью этого теплообмена, испаряется в виде водяного пара. Относительно этого пара вода, сжиженная в сепараторе 34 пар-жидкость, возвращается в трубу 32 теплообменника, и газообразный компонент подается во внешнее устройство как пар среднего давления (например, от 1,0 до 2,5 МПа в датчике).
Жидкие углеводороды, синтезируемые в барботажной реакторной колонне 30, извлекаются, таким образом, из средней части барботажной реакторной колонны 30 и протекают в сепаратор 36. Сепаратор 36 разделяет катализатор (твердый компонент) и жидкий компонент, содержащий продукт жидких углеводородов, в извлеченной суспензии. Часть выделенного катализатора возвращается в барботажную реакторную колонну 30, и жидкий компонент подается в первое фракционирующее устройство 40. Из верхней части барботажной реакторной колонны 30 непрореагировавший синтез-газ и газообразный компонент синтезированных углеводородов вводятся в сепаратор 38 пар-жидкость. Сепаратор 38 паржидкость охлаждает эти газы для отделения некоторых конденсированных жидких углеводородов, чтобы
- 5 021423 ввести их в первое фракционирующее устройство 40. Между тем, относительно газообразного компонента, отделенного в сепараторе 38 пар-жидкость, непрореагировавший синтез-газ (СО и Н2) возвращается в барботажную реакторную колонну 30 и повторно используется для реакции синтеза ФТ. Кроме того, выбрасываемый газ (факельный газ), иной, чем целевые продукты, содержащий в качестве главного компонента газообразные углеводороды, имеющие малое количество атомов углерода (С4 или меньше), вводятся во внешнюю установку сгорания (не показана), сгорают в ней, а затем выпускаются в атмосферу.
Далее первое фракционирующее устройство 40 нагревает жидкие углеводороды (у которых количества атомов углерода являются различными), подаваемые через сепаратор 36 и сепаратор 38 газжидкость из барботажной реакторной колонны 30, как описано выше, для фракционной перегонки жидких углеводородов с использованием различий в температурах кипения. При этом первое фракционирующее устройство 40 разделяет и перерабатывает жидкие углеводороды на фракцию нафты (у которой температура кипения ниже примерно чем 150°С), фракцию керосина и газойля (у которой температура кипения составляет примерно 150-350°С) и фракцию воска (у которой температура кипения выше примерно чем 350°С). Жидкие углеводороды (в основном С21 или более), извлекаемые как фракция воска из нижней части первого фракционирующего устройства 40, переносятся в реактор 50 гидрокрекинга фракции воска, жидкие углеводороды (в основном С11-С20), извлекаемые как фракция керосина и газойля из средней части первого фракционирующего устройства 40, переносятся в реактор 52 гидрообработки фракции керосина и газойля, а жидкие углеводороды (в основном С5-С10), извлекаемые как фракция нафты из верхней части первого фракционирующего устройства 40, переносятся в реактор 54 гидрообработки фракции нафты.
Реактор 50 гидрокрекинга фракции воска осуществляет гидрокрекинг жидких углеводородов как фракции воска с большим количеством атомов углерода (приблизительно С21 или более), которые подаются из нижней части первого фракционирующего устройства 40, посредством использования газообразного водорода, подаваемого из указанного выше сепаратора 26, для уменьшения количества атомов углерода до С20 или меньше. В этой реакции гидрокрекинга углеводороды с малым количеством атомов углерода и с низкой молекулярной массой получают посредством расщепления связей С-С углеводородов с большим количеством атомов углерода, с использованием катализатора и тепла. Продукт, содержащий жидкие углеводороды, подвергнутые гидрокрекингу в этом реакторе 50 для гидрокрекинга фракции воска, разделяются на газ и жидкость в сепараторе 56 пар-жидкость, у которого жидкие углеводороды переносятся во второе фракционирующее устройство 70, и газообразный компонент которого (включая газообразный водород) переносится в реактор 52 гидрообработки фракции керосина и газойля и в реактор 54 гидрообработки фракции нафты.
Реактор 52 гидрообработки фракции керосина и газойля подвергает гидрообработке жидкие углеводороды (приблизительно С11-С20) как фракции керосина и газойля, имеющие приблизительно среднее количество атомов углерода, которые подаются из средней части первого фракционирующего устройства 40, посредством использования газообразного водорода, подаваемого через реактор 50 гидрокрекинга фракции воска из сепаратора 26 для водорода. В этой реакции гидрообработки для получения в основном насыщенных углеводородов с разветвленной цепью жидкие углеводороды изомеризуют и к ненасыщенным связям указанных выше жидких углеводородов добавляют водород для насыщения жидких углеводородов. В результате, продукт, содержащий подвергнутые гидрообработке жидкие углеводороды, разделяется на газ и жидкость в сепараторе 58 газ-жидкость, из которого жидкие углеводороды переносятся во второе фракционирующее устройство 70, и газообразный компонент которого (включая газообразный водород) повторно используют в указанной выше реакции гидрирования.
Реактор 54 гидрообработки фракции нафты подвергает гидрообработке жидкие углеводороды (приблизительно С10 или меньше) как фракцию нафты с низким количеством атомов углерода, которая подается из верхней части первого фракционирующего устройства 40, с использованием газообразного водорода, подаваемого через реактор 50 гидрокрекинга фракции воска из сепаратора 26 для водорода. В результате, продукт, содержащий подвергнутые гидрообработке жидкие углеводороды, разделяется на газ и жидкость в сепараторе 60 пар-жидкость, у которого жидкие углеводороды переносятся в стабилизационную колонну 72 для нафты, а газообразный компонент (содержащий газообразный водород) из которого повторно используется в указанной выше реакции гидрирования.
Далее второе фракционирующее устройство 70 отгоняет жидкие углеводороды, подаваемые из реактора 50 гидрокрекинга фракции воска и реактора 52 гидрообработки фракции керосина и газойля, как описано выше. При этом второе фракционирующее устройство 70 разделяет и перерабатывает жидкие углеводороды на углеводороды (у которых температура кипения меньше примерно чем 150°С) с количеством атомов углерода С10 или меньше, керосин (у которого температура кипения составляет примерно 150-250°С), газойль (у которого температура кипения составляет примерно 250-350°С) и некрекированную фракцию воска (у которой температура кипения выше примерно чем 350°С) из реактора 50 гидрокрекинга фракции воска. Газойль извлекают из нижней части второго фракционирующего устройства 70, а керосин извлекают из его средней части. Между тем, углеводород с количеством атомов углерода С10 или меньше извлекают из верхней части второго фракционирующего устройства 70 и подают в стабилизационную колонну 72 для нафты.
- 6 021423
Более того, стабилизационная колонна 72 для нафты отгоняет углеводороды с количеством атомов углерода Сю или меньше, которые подаются из указанных выше реактора 54 гидрообработки фракции нафты и второго фракционирующего устройства 70. При этом стабилизационная колонна 72 для нафты выделяет и перерабатывает нафту (С5-Сю) как продукт. Соответственно, нафта высокой чистоты извлекается из нижней части стабилизационной колонны 72 для нафты. Между тем, уходящий газ (факельный газ), иной, чем продукты, которые содержат в качестве главного компонента углеводороды с заданным или меньшим количеством атомов углерода (С4 или меньше), высвобождается из верхней части стабилизационной колонны 72 для нафты.
Способ (способ СТЬ) системы 1 синтеза жидкого топлива описывается выше. С помощью рассматриваемого способа СТЬ, природный газ может легко и экономично преобразовываться в чистые жидкие топлива, такие как нафта высокой чистоты (С5-С10), керосин (С11-С15) и газойль (С16-С20). Кроме того, в настоящем варианте осуществления указанный выше способ риформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода адаптируется в риформере 12. Таким образом, имеются преимущества в том, что может эффективно использоваться диоксид углерода, содержащийся в природном газе, который представляет собой средство обратной связи, отношение композиции синтез-газа, пригодного для указанной выше реакции синтеза ФТ, может эффективно достигаться с помощью одной реакции в риформере 12 и устройства для регулировки концентрации водорода и т.п. не являются необходимыми.
Далее будет описываться конфигурация барботажной реакторной колонны 30. Фиг. 2 представляет собой вид, схематически показывающий конфигурацию барботажной реакторной колонны 30. На фиг. 2 для удобства описания иллюстрация некоторых составляющих элементов опущена.
Как показано на фиг. 2, барботажная реакторная колонна 30 имеет распределитель 30а в своей нижней части, и в реакторе содержится суспензия 308. Линии подачи Т1-Т11 соединяются с барботажной реакторной колонной 30. Синтез-газ подается в барботажную реакторную колонну 30 через линии подачи Т1-Т11.
Линия подачи Т1 соединяется с распределителем 30а в нижней части барботажной реакторной колонны 30. Перед этим линия подачи Т1 соединяется, например, с трубой, которой снабжается указанный выше компрессор (не показан). Синтез-газ, который протекает через линию подачи Т1, подается внутрь барботажной реакторной колонны 30 через распределитель 30а. Распределитель 30а становится первым устройством для подачи по настоящему изобретению, и положение, где распределитель 30а и линия подачи Т1 соединяются вместе, определяется как соединительное положение Р1. Когда подается синтез-газ, этот синтез-газ всегда протекает через линию подачи Т1.
Линии подачи Т2-Т11 соединяются с боковой стороной барботажной реакторной колонны 30 в положении выше линии подачи Т1. Линии подачи Т2-Т11 соединяются с барботажной реакторной колонной 30 на различной высоте, соответственно, так что синтез-газ может подаваться в барботажную реакторную колонну 30 из положений на десяти уровнях высоты с помощью линий подачи Т2-Т11. Линии подачи Т2-Т11 присоединяются, например, по существу, через равные интервалы в вертикальном направлении. В этом варианте осуществления линия подачи Т2 соединяется с самым нижним положением боковой стороны барботажной реакторной колонны 30, а линия подачи Т11 соединяется с самым верхним положением.
Края линий подачи Т2-Т11, соответственно, соединяются с внутренними трубами 30с, предусмотренными внутри барботажной реакторной колонны 30. Внутренние трубы 30с, соединенные с линиями подачи Т2-Т11, соответственно, предусматриваются почти на таких же положениях по высоте, как и линии подачи Т2-Т11. По этой причине внутренние трубы 30с располагаются, по существу, на равных интервалах в вертикальном направлении подобно линиям подачи Т2-Т11. Синтез-газ подается в суспензию 308, содержащуюся в барботажной реакторной колонне 30, через линии подачи Т2-Т11 и внутренние трубы 30с.
Фиг. 3А-3С представляют собой виды, схематически показывающие поперечное сечение положения барботажной реакторной колонны 30, где предусматриваются внутренние трубы 30с. Каждая из фиг. 3А-3С показывает пример конфигурации внутренних труб 30с. Как показано на фиг. 3А-3С, каждая внутренняя труба 30с имеет множество узлов 30е подачи газа. Множество узлов 30е подачи газа предусматриваются так, что их положения в вертикальном направлении становятся одинаковыми. Каждая внутренняя труба 30с соединяется с главной частью, предусмотренной так, что она проходит через центр барботажной реакторной колонны 30 на виде сверху. Синтез-газ, подаваемый из линии подачи Т2-Т11, подается в барботажную реакторную колонну 30 из указанных выше узлов 30е подачи газа через главную часть 30ά. То есть высота, на которой предусматривается множество 30е узлов подачи газа в каждой внутренней трубе 30с, представляет собой высоту, на которой предусматриваются вторые устройства Р2Р11 для подачи по настоящему изобретению (сошлемся на фиг. 2). Соответственно, в этом варианте осуществления множество вторых устройств для подачи располагается на десяти уровнях в вертикальном направлении, и внутренние трубы 30с, которые имеют узлы 30е подачи газа, располагаются на десяти уровнях в вертикальном направлении.
Множество внутренних труб 30с, показанных на фиг. 3А, сформированы с кольцевыми зазорами на виде сверху и предусматриваются концентрически с барботажной реакторной колонной 30. Предусмат- 7 021423 ривается множество узлов 30е подачи газа с кольцевыми зазорами вдоль каждой внутренней трубы 30с. То есть предусматривается множество узлов 30е подачи газа вдоль цилиндрической формы, которая представляет собой форму поперечного сечения барботажной реакторной колонны 30.
В конфигурации, показанной на фиг. 3В, предусматривается множество ответвляющихся частей 30ί в направлении, перпендикулярном главной части 30ά на виде сверху. То есть множество ответвляющихся частей 30ί простирается горизонтально от главной части 30ά. Ответвляющиеся части 30ί формируются в форме сот на виде сверху, и предусматривается множество узлов 30е подачи газа, предусмотренных вдоль каждой ответвляющейся части 30ί, в форме сот на виде сверху. Кроме того, предусматривается также множество узлов 30е подачи газа в главной части 30ά.
В конфигурации, показанной на фиг. 3С, предусматривается главная часть 30ά в центральной части барботажной реакторной колонны 30 на виде сверху, и формируются ответвляющиеся части 30д радиально в радиальном направлении в сторону внешней периферии барботажной реакторной колонны 30 от центральной части. Множество узлов 30е подачи газа предусматривается вдоль каждой ответвляющейся части 30д.
Форма и расположение узлов 30е подачи газа, показанных на фиг. 3А-3С, могут быть такими же, например, как форма части для подачи газа в распределителе 30Ь, предусмотренном в нижней части барботажной реакторной колонны 30. Каждая из внутренних труб 30с, предусмотренных в каждом положении в вертикальном направлении, может иметь любую из конфигураций, показанных на фиг. 3А-3С. Все внутренние трубы 30с могут иметь одинаковые конфигурации и могут иметь различные конфигурации соответственно.
Как показано на фиг. 2, клапаны 30Ь, которые могут регулировать уровень открывания, присоединены к линиям подачи Т2-Т11 соответственно. Посредством регулировки уровня открывания клапанов 30Ь может регулироваться скорость потока синтез-газа, подаваемого от узлов 30е подачи газа. Посредством установки уровня открывания клапанов 30Ь на ноль (приведение клапанов 30Ь в закрытое состояние) подача синтез-газ посредством линий подачи может отключаться. Уровень открывания клапана 30Ь в каждой из линий подачи Т2-Т11 может контролироваться независимо, например, с помощью контрольного устройства (не показано) и т.п.
Проточная линия Т12 соединяется с верхней частью барботажной реакторной колонны 30. Проточная линия Т12 представляет собой трубу, которая делает возможным протекание через нее непрореагировавшего синтез-газа и газообразного компонента синтезированных углеводородов. Проточная линия Т12 соединяется с сепаратором 38 пар-жидкость. Проточная линия Т13 соединяется с сепаратором 38 пар-жидкость. Проточная линия Т13 представляет собой трубу, через которую протекает синтез-газ, выделенный с помощью сепаратора 38 пар-жидкость, и она соединяется с линиями подачи Т2-Т11. Непрореагировавший синтез-газ, который не взаимодействует внутри барботажной реакторной колонны 30, проходит через проточную линию Т12, сепаратор 38 пар-жидкость и проточную линию Т13, возвращается в барботажную реакторную колонну 30 через линии подачи Т2-Т11 и повторно используется для реакции синтеза ФТ. Собственно, непрореагировавший синтез-газ протекает через линии подачи Т2-Т11.
В дополнение к этому проточная линия Т13, соединенная с линиями подачи Т2-Т11, может соединяться также с линией подачи Т1. Когда принимается такая конфигурация, к проточной линии Т13 может присоединяться, например, клапан (не показан) и т.п. В соответствии с этой конфигурацией, например, может регулироваться скорость потока синтез-газа, подаваемого в линию подачи Т1, или может осуществляться переключение соединения между проточной линией Т13 и линией подачи Т1 посредством регулировки уровня открывания клапана.
Когда жидкие топлива синтезируют с использованием указанной выше барботажной реакторной колонной 30, синтез-газ, генерируемый с помощью установки 3 для получения синтез-газа, подается в барботажную реакторную колонну 30 из линии подачи Т1, и одновременно синтез-газ равномерно подается в барботажную реакторную колонну 30 из линий подачи Т2-Т11 (стадия подачи синтез-газ). Синтезгаз, подаваемый в барботажную реакторную колонну 30, проходит сквозь суспензию 308, содержащуюся в барботажной реакторной колонне 30, и происходит рассмотренная выше реакция синтеза ФТ (стадия синтеза). С помощью реакции синтеза ФТ газообразный монооксид углерода и водород, которые содержатся в синтез-газе, взаимодействуют друг с другом, при этом образуются углеводороды.
В этом варианте осуществления на стадии подачи синтез-газ подается из пути через линию подачи Т1, и непрореагировавший синтез-газ также подается из путей через линии подачи Т2-Т11.
Поскольку внутренние трубы 30с, соединенные с линиями подачи Т2-Т11, соответственно расположены на равных расстояниях по отношению к высоте суспензии 308, содержащейся внутри барботажной реакторной колонны 30, синтез-газ равномерно подается в суспензию 308 в вертикальном направлении. Кроме того, поскольку узлы 30е подачи газа формируются по всему поперечному сечению внутри барботажной реакторной колонны 30 на виде сверху, парциальное давление синтез-газа становится более однородным даже в горизонтальном направлении. На стадии синтеза синтез-газ равномерно подается в вертикальном направлении и в горизонтальном направлении соответственно и осуществляет однородную реакцию синтеза по всему вертикальному направлению и по всему горизонтальному направлению в суспензии 308.
- 8 021423
На указанной выше стадии подачи синтез-газа посредством регулировки уровня открывания клапанов 30Ь, присоединенных к линиям подачи Т2-Т11, скорость потока синтез-газа контролируется так, что приведенная скорость газа в барботажной реакторной колонне 30 предпочтительно попадает в пределы от 0,04 до 0,3 м/с, а более предпочтительно в пределы от 0,1 до 0,2 м/с на стадии синтеза. Если приведенная скорость газа в барботажной реакторной колонне 30 становится меньше чем 0,04 м/с, происходит аккумуляция катализатора внутри реактора, вызванная осаждением вниз частиц катализатора в суспензии 30δ, и эффективность реакции для реакции синтеза значительно понижается. Кроме того, если приведенная скорость газа превышает 0,3 м/с, содержание синтез-газа в суспензии 308 избыточно увеличивается по отношению к объему суспензии 308, содержащейся в реакторе 30. При этом понижается эффективность теплопереноса и деградирует эффективность охлаждения для удаления тепла реакции. В настоящем варианте осуществления такой отрицательный эффект устраняется посредством установления значения приведенной скорости газа в барботажной реакторной колонне 30 при значении в указанных выше пределах от 0,04 до 0,3 м/с. Кроме того, скорость реакции может быть повышена, и реакция синтеза может осуществляться более эффективно посредством регулировки значения приведенной скорости газа до конкретного значения в пределах от 0,1 до 0,2 м/с среди значений в указанном выше диапазоне.
То, какие именно линии подачи должны использоваться для подачи синтез-газа среди линий подачи Т2-Т11, определяется заранее на основе приведенной скорости газа в барботажной реакторной колонне 30. Например, сначала получают величину уменьшения приведенной скорости газа, сопровождающего реакцию от нижней части суспензии 308 до ее верхней части, в случае, когда синтез-газ подается только из нижней части барботажной реакторной колонны 30. Затем осуществляют моделирование, эксперименты и т.п. так, что получаются оптимальные условия, при которых величина уменьшения приведенной скорости газа может компенсироваться и приведенная скорость газа в барботажной реакторной колонне может быть сделана однородной.
Оптимальные условия включают, например, выбор линий подачи Т2-Т11, регулировку скоростей потока синтез-газа, который должен подаваться из выбранных линий подачи Т2-Т11, и тому подобное. При моделировании или экспериментах, которые осуществляют заранее, является предпочтительным выбирать линии подачи и в то же время получать оптимальные значения количества подачи (скорости потока) синтез-газа из выбранных линий подачи. При получении оптимальных условий предварительные условия включают, например, чтобы приведенная скорость газа в барботажной реакторной колонне 30 на стадии синтеза попадала в пределы указанных выше 0,04-0,3 м/с и т.п., а более предпочтительно в пределы 0,1-0,2 м/с.
Относительно линий подачи и скоростей потока синтез-газа, выбираемых на основе указанных выше моделирования или экспериментов, например, предполагается множество структур в качестве сочетания линий подачи, например, в случае, когда синтез-газ подается с использованием всех линий подачи Т2-Т11, или в случае, когда синтез-газ подается с использованием только некоторых линий подачи Т2Т11. Кроме того, в соответствии с сочетаниями линий подачи множество структур может рассматриваться как структуры скоростей потока синтез-газа, который должен подаваться из линий подачи. Относительно выбранных линий подачи и скоростей потока синтез-газа множество структур может быть получено заранее, так что соответствующие структуры могут использоваться в соответствии с обстоятельствами. Конкретные результаты моделирования и экспериментов будут описываться в разделе отдельного варианта осуществления.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления синтез-газ подается в барботажную реакторную колонну 30 из нескольких устройств для подачи Р1-Р11, имеющих различную высоту. Таким образом, по сравнению со случаем, когда синтез-газ подается только из нижней части барботажной реакторной колонны 30, парциальное давление синтез-газа в барботажной реакторной колонне становится более однородным. При этом можно сделать скорость реакции для реакции синтеза однородной по всей барботажной реакторной колонне 30 и можно эффективно синтезировать жидкие топлива. В дополнение к этому в этом варианте осуществления, поскольку синтез-газ может равномерно подаваться по всей барботажной реакторной колонне 30 и жидкие топлива могут синтезироваться эффективно, сама барботажная реакторная колонна 30 может быть компактной.
Второй вариант осуществления
Далее будет описываться второй вариант осуществления настоящего изобретения. Такие же компоненты, как и в указанном выше варианте осуществления, обозначаются такими же ссылочными номерами, и их описание опускается. Поскольку конфигурация линий подачи Т2-Т11 и проточной линии Т13 в этом варианте осуществления отличается от первого варианта осуществления, этот момент и будет главным предметом описания.
Фиг. 4 представляет собой вид, схематически показывающий конфигурацию барботажной реакторной колонны 30 в соответствии с этим вариантом осуществления.
Как показано на этом чертеже, в этом варианте осуществления предусматриваются линии подачи Т1-Т11 с тем, чтобы они ответвлялись от трубы, которой снабжается указанный выше компрессор (не показан). Кроме того, проточная линия Т13, которая делает возможным протекание через нее непрореагировавшего синтез-газа, отделенного с помощью сепаратора 38 пар-жидкость, соединяется только с ли- 9 021423 нией подачи Т1.
С помощью этой конфигурации синтез-газ протекает через линии подачи Т2-Т11 непосредственно из компрессора, и синтез-газ подается в устройство Р2-Р11 для подачи барботажной реакторной колонны 30 через линии Т2-Т11 для подачи. Посредством регулировки уровня открывания клапанов 30Ь, присоединенных к линиям подачи Т2-Т11 соответственно, скорость потока непрореагировавшего синтез-газа может регулироваться соответствующим образом, и желаемое количество синтез-газа может подаваться в устройства Р2-Р11 для подачи соответственно.
Рабочие примеры
Далее будут описываться рабочие примеры по настоящему изобретению. В этих рабочих примерах будут описываться результаты моделирования, осуществляемые в указанном выше варианте осуществления, то есть сочетания структур выбора для линий подачи Т1-Т11 и проточной линии Т13, которые подают синтез-газ в барботажную реакторную колонну 30, и скоростей потока для выбранных линий подачи. В рабочих примерах в качестве примера будет описываться барботажная реакторная колонна 30 первого варианта осуществления, в которой проточная линия Т13 соединяется с линией подачи Т1.
Таблица представляет собой таблицу, показывающую сочетания структур выбора для линий подачи Т1-Т11 и скоростей потока синтез-газа, подаваемого в барботажную реакторную колонну 30 из линий подачи Т1-Т11 и проточной линии Т13. В этой таблице скорости потока соответствующих линий подачи показаны с помощью отношения, когда скорость потока линии Т1 подачи перед тем, как непрореагировавший синтез-газ подается через проточную линию Т13, устанавливается как 100.
Линия подачи Сравнительный пример Рабочий пример 1 Рабочий пример 2 Рабочий пример 3 Рабочий пример 4
Т13 107 56.8 56.0 56.7 60.3
Т11 0 5.4 10.3 12.4 0
Т10 0 53 0 0 0
Т9 0 5.2 8.6 0 0
Т8 0 5.1 8.3 19.5 23.3
Т7 0 5.0 0 О 0
Тб 0 5.0 8.1 0 0
Т5 0 4.9 0 0 0
Т4 0 4.8 7.9 18.3 23.3
ТЗ 0 4.7 0 0 0
Т2 0 4.6 7.7 0 0
Т1 100 100 100 100 100
Как показано в этой таблице, обычная конфигурация представляет собой конфигурацию, в которой синтез-газ подается только из нижней части барботажной реакторной колонны 30 подобно сравнительному примеру в таблице. С другой стороны, рабочие примеры 1-4 по настоящему изобретению имеют конфигурацию, в которой синтез-газ подается также через линии подачи Т2-Т11 из боковой стороны барботажной реакторной колонны 30.
Например, рабочий пример 1 представляет собой пример скоростей потока, когда синтез-газ подается изо всех линий подачи для линий подачи Т2-Т11. В этом случае синтез-газ подается при скорости потока, соответствующей самому высокому отношению, в линию подачи Т11 и подается в более низкие линии подачи барботажной реакторной колонны 30, постепенно понижая при этом отношение скорости потока при их достижении.
Кроме того, например, как показано в рабочих примерах 2-4, синтез-газ может также подаваться из нескольких линий подачи, из линий подачи Т2-Т11. Например, рабочий пример 2 представляет собой пример, в котором синтез-газ подается с использованием шести линий подачи, включая линии подачи Т2, Т4, Т6, Т8, Т9 и Т11. В этом случае количество линий подачи, которое должно использоваться, уменьшается по сравнению с рабочим примером 1, и скорость потока синтез-газа, который должен подаваться из каждой линии подачи, соответственно увеличивается. Даже в рабочем примере 2 синтез-газ подается при самой высокой скорости потока в самую верхнюю линию подачи Т11 из шести линий подачи, которые должны использоваться для подачи синтез-газа, и подается в это же время в более низкие линии подачи, постепенно понижая скорости потока при их достижении.
Кроме того, например, рабочий пример 3 представляет собой пример, в котором синтез-газ подается с использованием трех линий подачи Т4, Т8 и Т11. В этом случае количество линий подачи, которое должно использоваться, дополнительно уменьшается по сравнению с рабочим примером 2, и скорость потока синтез-газа, который должен подаваться из каждой линии подачи, увеличивается соответственно. В рабочем примере 3 синтез-газ подается при самой низкой скорости потока в самую верхнюю линию подачи Т11 из трех линий подачи, которые должны использоваться для подачи синтез-газа, и подается при самой высокой скорости потока в среднюю линию подачи Т8 в вертикальном направлении.
Кроме того, например, рабочий пример 4 представляет собой пример, в котором синтез-газ подается с использованием двух линий подачи Т4 и Т8. В этом случае количество линий подачи, которое должно использоваться, является малым по сравнению с указанными выше рабочими примерами, и скорости потока синтез-газа, который должен подаваться из каждой линии подачи, увеличиваются соответственно.
- 10 021423
В рабочем примере 4 синтез-газ подается с одинаковой скоростью потока из двух линий подачи, используемых для подачи синтез-газа.
Отношения скорости потока синтез-газа, показанные в соответствующих рабочих примерах, могут применяться, например, для конфигурации второго варианта осуществления, а также к барботажной реакторной колонне 30, включающей конфигурацию указанного выше первого варианта осуществления.
Собственно посредством выбора линий подачи и регулировки скоростей потока из выбранных линий подачи, подобно рабочим примерам 1-4, показанным в таблице, реакция синтеза в барботажной реакторной колонне 30 может осуществляться более эффективно.
Промышленное применение
В соответствии со способом синтеза жидкого топлива и устройством для синтеза жидкого топлива в соответствии с настоящим изобретением возможен эффективный синтез жидких топлив.
Описание ссылочных номеров
- система синтеза жидкого топлива
- установка для получения синтез-газа
- установка синтеза ФТ
- установка дополнительной переработки
- барботажная реакторная колонна
30а - распределитель
30Ь - клапан
30с - внутренняя труба
30ά - главная часть
30е - узел подачи
30ί, 30д - ответвляющаяся часть
Т1-Т11 - линия подачи
Т13 - проточная линия
Р1-Р11 - устройство для подачи (первое устройство для подачи и второе устройство для подачи).

Claims (8)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ синтеза жидкого топлива с использованием синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов, и суспензии, имеющей частицы твердого катализатора, суспендированные в жидкости; при этом осуществляют подачу синтез-газа в реактор из множества устройств для подачи синтез-газа, расположенных на разной высоте реактора; и регулирование степени открытия клапана, присоединенного к каждому из устройств для подачи, на основе приведенной скорости газа в реакторе, тем самым регулируя скорость потока синтез-газа, подаваемого в реактор из каждого из вторых устройств для подачи.
  2. 2. Способ по п.1, в котором на стадии подачи синтез-газа синтез-газ, который не прореагировал на стадии синтеза, рециклируется и подается в реактор.
  3. 3. Способ по любому одному из пп.1, 2, в котором на стадии подачи синтез-газа синтез-газ подается так, что приведенная скорость газа в реакторе на стадии синтеза находится в пределах от 0,04 до 0,3 м/с.
  4. 4. Способ по любому одному из пп.1-3, в котором на стадии подачи синтез-газа синтез-газ подается так, что приведенная скорость газа в реакторе на стадии синтеза находится в пределах от 0,1 до 0,2 м/с.
  5. 5. Устройство для синтеза жидкого топлива, содержащее реактор, выполненный с возможностью осуществления синтеза жидкого топлива посредством взаимодействия синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве главных компонентов, и суспензии, имеющей частицы твердого катализатора, суспендированные в жидкости; и множество устройств для подачи синтез-газа, которое включает первое устройство для подачи, предусмотренное в нижней части реактора, и вторые устройства для подачи, предусмотренные в реакторе на другой высоте, чем первое устройство для подачи;
    клапаны, присоединенные к каждому из вторых устройств для подачи и выполненные таким образом, чтобы регулировать скорость потока синтез-газа, подаваемого в реактор из каждого из вторых устройств для подачи, посредством регулирования степени открытия клапанов;
    при этом синтез-газ подается в реактор через первое устройство для подачи и вторые устройства для подачи;
    устройство, предназначенное для индивидуальной регулировки степени открытия клапанов.
  6. 6. Устройство по п.5, в котором каждое из вторых устройств для подачи имеет множество узлов для подачи, расположенных на одной высоте внутри реактора.
  7. 7. Устройство по п.5, в котором каждое из вторых устройств для подачи включает трубу, которая проходит через ось реактора, и множество внутренних труб с отверстиями для выхода газа, расположенных концентрически внутри реактора и соединенных с упомянутой трубой.
    - 11 021423
  8. 8. Устройство по п.5, в котором каждое из вторых устройств для подачи включает трубу и множество ответвляющихся от нее труб с отверстиями для выхода газа.
EA201170383A 2008-09-30 2009-09-25 Способ синтеза жидкого топлива и устройство для синтеза жидкого топлива EA021423B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008253213 2008-09-30
PCT/JP2009/004883 WO2010038395A1 (ja) 2008-09-30 2009-09-25 液体燃料合成方法及び液体燃料合成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201170383A1 EA201170383A1 (ru) 2011-10-31
EA021423B1 true EA021423B1 (ru) 2015-06-30

Family

ID=42073179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201170383A EA021423B1 (ru) 2008-09-30 2009-09-25 Способ синтеза жидкого топлива и устройство для синтеза жидкого топлива

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9452405B2 (ru)
EP (1) EP2336270A4 (ru)
JP (1) JP5364714B2 (ru)
CN (1) CN102165039B (ru)
AU (1) AU2009299342B2 (ru)
BR (1) BRPI0920735A2 (ru)
CA (1) CA2738058C (ru)
EA (1) EA021423B1 (ru)
MY (1) MY158204A (ru)
WO (1) WO2010038395A1 (ru)
ZA (1) ZA201102234B (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9849434B2 (en) 2010-09-22 2017-12-26 Grupo Petrotemex, S.A. De C.V. Methods and apparatus for enhanced gas distribution
JP6145348B2 (ja) * 2013-07-30 2017-06-07 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 炭化水素合成用の反応器
US9453169B2 (en) * 2013-09-13 2016-09-27 Uop Llc Process for converting fischer-tropsch liquids and waxes into lubricant base stock and/or transportation fuels

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007530275A (ja) * 2004-04-02 2007-11-01 スタトイル・エーエスエー スラリー気泡塔の反応器
JP2008532759A (ja) * 2005-03-17 2008-08-21 サソール テクノロジー（プロプライエタリー）リミテッド 三相スラリー反応器を動作させる方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3785779A (en) * 1971-08-02 1974-01-15 Exxon Research Engineering Co Gas liquid inlet distributor
US5621155A (en) * 1986-05-08 1997-04-15 Rentech, Inc. Process for the production of hydrocarbons
US5252613A (en) * 1992-12-18 1993-10-12 Exxon Research & Engineering Company Enhanced catalyst mixing in slurry bubble columns (OP-3723)
US6160026A (en) * 1997-09-24 2000-12-12 Texaco Inc. Process for optimizing hydrocarbon synthesis
US6517706B1 (en) * 2000-05-01 2003-02-11 Petro-Canada Hydrocracking of heavy hydrocarbon oils with improved gas and liquid distribution
EP1720647B1 (en) 2004-03-08 2017-04-19 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Reactor with a gas distributor
US7247281B2 (en) 2004-04-06 2007-07-24 Fuelcell Energy, Inc. Methanation assembly using multiple reactors
US7741515B2 (en) * 2004-09-02 2010-06-22 Eastman Chemical Company Optimized liquid-phase oxidation
US7589231B2 (en) * 2004-09-02 2009-09-15 Eastman Chemical Company Optimized liquid-phase oxidation
US8008359B2 (en) 2005-03-17 2011-08-30 Sasol Technology (Proprietary) Limited Method of operating a fluid bed reactor
US7358389B2 (en) * 2006-01-04 2008-04-15 Eastman Chemical Company Oxidation system employing internal structure for enhanced hydrodynamics
WO2007114271A1 (ja) 2006-03-30 2007-10-11 Nippon Steel Engineering Co., Ltd. 気泡塔型炭化水素合成反応器
JP5119543B2 (ja) 2007-04-06 2013-01-16 独立行政法人国立がん研究センター 大腸癌の治療に用いられる薬物のスクリーニング法
CN101092350B (zh) * 2007-06-26 2010-07-14 中国石化仪征化纤股份有限公司 一种生产芳香酸的内循环鼓泡塔氧化反应器
CN101157606B (zh) * 2007-11-09 2010-06-02 中国石化仪征化纤股份有限公司 一种生产芳香酸用分区式鼓泡塔氧化反应器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007530275A (ja) * 2004-04-02 2007-11-01 スタトイル・エーエスエー スラリー気泡塔の反応器
JP2008532759A (ja) * 2005-03-17 2008-08-21 サソール テクノロジー（プロプライエタリー）リミテッド 三相スラリー反応器を動作させる方法

Also Published As

Publication number Publication date
EA201170383A1 (ru) 2011-10-31
JPWO2010038395A1 (ja) 2012-03-01
EP2336270A1 (en) 2011-06-22
CA2738058A1 (en) 2010-04-08
BRPI0920735A2 (pt) 2015-12-29
US9452405B2 (en) 2016-09-27
US20110201697A1 (en) 2011-08-18
CN102165039A (zh) 2011-08-24
AU2009299342B2 (en) 2013-06-06
CA2738058C (en) 2015-04-28
JP5364714B2 (ja) 2013-12-11
EP2336270A4 (en) 2012-03-07
WO2010038395A1 (ja) 2010-04-08
AU2009299342A1 (en) 2010-04-08
ZA201102234B (en) 2012-06-27
MY158204A (en) 2016-09-15
CN102165039B (zh) 2015-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019593B1 (ru) Способ и система для синтеза жидких углеводородных соединений
JP5107234B2 (ja) 液体燃料合成システム
JP5296477B2 (ja) ナフサ留分水素化処理反応器のスタートアップ方法
RU2425089C2 (ru) Система синтеза жидкого топлива
AU2009299346B2 (en) Hydrocarbon synthesis reaction apparatus, hydrocarbon synthesis reaction system, and hydrocarbon synthesizing method
CA2772031C (en) Hydrocarbon synthesis reaction apparatus, hydrocarbon synthesis reaction system, and liquid hydrocarbon recovery method
EA021423B1 (ru) Способ синтеза жидкого топлива и устройство для синтеза жидкого топлива
EA021337B1 (ru) Реактор в виде барботажной колонны и способ управления реактором в виде барботажной колонны
AU2010226050B2 (en) Catalyst separation system
AU2009299338B2 (en) Hydrocarbon synthesis reaction apparatus, hydrocarbon synthesis reaction system, and hydrocarbon synthesizing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): KZ TM RU