EA029608B1 - Способ запуска реакторной установки синтеза углеводородов - Google Patents

Abstract

В изобретении представлен способ пуска реакторной установки для синтеза углеводородов, включающий начальную стадию загрузки суспензии, на которой суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза Фишера-Тропша с более низкой скоростью загрузки, чем применяется для загрузки реактора в стационарном режиме работы; и стадию повышения степени конверсии CO, на которой уровень жидкости суспензии в реакторе повышается за счет добавления к суспензии углеводородов, образовавшихся на ранней стадии реакции синтеза Фишера-Тропша, так что степень конверсии CO увеличивается пропорционально повышению уровня жидкости суспензии в реакторе.

Description

изобретение относится к способу запуска реакторной установки синтеза углеводородов.

Заявитель претендует на приоритет патентной заявки Японии № 2012-247727, поданной 9 ноября 2012, содержание которой включено в настоящий документ в порядке ссылки.

Предшествующий уровень техники

В последние годы в качестве способа синтеза жидких топлив из природного газа разработан метод ОТЬ (газ-в-жидкости: синтез жидких топлив). Данный метод ОТЬ включает стадии риформинга природного газа с получением синтез-газа, содержащего в качестве основных компонентов газообразный оксид углерода (СО) и газообразный водород (Н₂), синтеза углеводородов с использованием данного синтезгаза в качестве исходного газа и использования катализатора посредством реакции Фишера-Тропша (далее по тексту "реакции синтеза ФТ"), а затем гидрогенизации и фракционирования данных углеводородов с получением жидких топливных продуктов, таких как нафта (прямогонный бензин), керосин, газойль и парафин и т.п.

В реакторной установке для синтеза углеводородов, используемой в методе ОТЬ, углеводород синтезируется в реакции синтеза ФТ из газообразного оксида углерода и газообразного водорода, входящих в синтез-газ, внутри реактора, который содержит суспензию, включающую частицы твердого катализатора (например, кобальтовый катализатор и т.п.), суспендированные в жидкой среде (например, в жидком углеводороде и т.п.).

Реакция синтеза ФТ представляет собой экзотермическую реакцию и зависит от температуры. Чем выше температура, тем выше скорость протекания реакции синтеза ФТ. В случае, когда тепло, выделяющееся при реакции, не отводится, температура в реакторе быстро повышается, ускоряя реакцию синтеза ФТ, что в результате вызывает термическое разложение катализатора. Суспензию обычно охлаждают в теплообменнике хладоагентом, протекающим через него. Для того чтобы реактор работал при более высокой степени конверсии СО в нем, где степень конверсии СО представляет собой отношение количества СО, расходуемого в реакции синтеза ФТ, к количеству СО на входе в реактор, через который в него поступает синтез-газ, необходимо обеспечить большую эффективную площадь теплообменной трубы, контактирующей с суспензией, для отвода тепла из суспензии, чтобы эффективно охладить суспензию. Теплообменную трубу обычно устанавливают в вертикальном направлении реактора. Поэтому эффективная площадь теплообменной трубы для отвода тепла от суспензии зависит от уровня жидкой суспензии в реакторе. То есть чем выше уровень жидкой суспензии в реакторе, тем больше эффективная площадь теплообменной трубы.

В обычно проводимом методе запуска реактора суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ таким образом, что уровень жидкости в нем достигает того же уровня, что и уровень при работе в стационарном режиме, чтобы обеспечить более высокую эффективную площадь теплообменной трубы, тем самым быстро повышая степень конверсии.

Документ предшествующего уровня.

Патентный документ.

Патентный документ 1. Патентная заявка США, публикация № 2005/0027020.

Краткая сущность изобретения

Техническая проблема.

Поскольку жидкая среда, входящая в суспензию, загруженную в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, не соответствует требованию к жидкому углеводороду и поэтому не является желательным продуктом, производство продукта нельзя начинать до тех пор, пока вся жидкая среда, входящая в суспензию, загруженную в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, не будет замещена жидким углеводородом, синтезированным в реакции синтеза ФТ.

В вышеупомянутом традиционном методе запуска реакторной установки синтеза углеводородов суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, так что уровень жидкости в нем достигает того же уровня, что и при работе в стационарном режиме. Поэтому требуется много времени, чтобы заместить всю жидкую среду, входящую в суспензию, загруженную в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, жидким углеводородом, синтезированным в реакции синтеза ФТ, и сырье, поступающее в реактор, теряется, поскольку сырье не становится желательным продуктом и теряется в ходе замещения жидкой среды.

То есть традиционный метод запуска реакторной установки для синтеза углеводородов требует длительного времени и является экономически не эффективным.

В таких условиях авторы изобретения разработали способ, в котором суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, причем количество ее меньше, чем количество ее при работе в стационарном режиме. В данном случае, однако, поскольку уровень жидкой суспензии, загруженной в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, ниже, чем ее уровень при работе в стационарном режиме, эффективная площадь трубки теплообменника для отвода тепла от суспензии становится меньше, и поэтому невозможно эффективно охладить суспензию. Таким образом, катализатор, вероятно, термически разрушается за счет быстрого увеличения температуры суспензии, вызванного ускоренной реакцией синтеза ФТ, как рассмотрено выше.

- 1 029608

Настоящее изобретение разработано в свете вышерассмотренных обстоятельств и имеет своей целью обеспечить метод запуска реакторной установки синтеза углеводородов, который способен сократить время, необходимое для запуска реакторной установки синтеза углеводородов, снизить потери сырья в ходе запуска реакторной установки синтеза углеводородов так, чтобы улучшились техникоэкономические показатели завода, и предотвратить термическое разрушение суспензии, вызванное быстрым увеличением температуры суспензии.

Решение проблемы.

Настоящее изобретение относится к способу запуска реакторной установки синтеза углеводородов, где реакторная установка снабжена реактором, в котором протекает синтез углеводородов по реакции синтеза Фишера-Тропша с образованием синтез-газа, основными компонентами которого являются водород и оксид углерода; суспензией, включающей суспензию частиц катализатора; и охлаждающим устройством, включающим вертикальный трубчатый теплообменник в контакте с суспензией, используемый для отвода тепла, выделяющегося при реакции синтеза углеводородов. Способ по настоящему изобретению включает начальную стадию загрузки суспензии, в которой суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза Фишера-Тропша при более низком уровне загрузки, чем уровень загрузки, используемый в реакторе при его работе в стационарном режиме; и стадию повышения степени конверсии СО, на которой уровень жидкой суспензии в реакторе повышают добавлением к суспензии углеводородов, синтезированных на ранней стадии реакции синтеза Фишера-Тропша, так что степень конверсии СО повышается пропорционально повышению уровня жидкой суспензии в реакторе.

При запуске реакторной установки синтеза углеводородов суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, причем уровень загрузки суспензии в реактор меньше, чем уровень загрузки суспензии, загружаемой в реактор при работе в стационарном режиме. Затем суспензию нагревают произвольно нагревательным устройством (устройством, в котором протекает теплопередающая среда через трубку теплообменника или т.п., например) с подачей в реактор синтез-газа, включающего газообразный водород и газообразный оксид углерода в качестве основных компонентов. После того как температура суспензии достигнет заранее заданного значения, например 150°С, в реакторе синтезируется углеводород по реакции синтеза Фишера-Тропша. Тепло, образующееся при синтезе углеводородов, отводят с помощью трубчатого теплообменника, находящегося в контакте с суспензией. Уровень жидкой суспензии постепенно возрастает в реакторе за счет добавления к ней жидких углеводородов в синтезированных углеводородах.

Здесь эффективная площадь трубки теплообменника, находящейся в контакте с суспензией для отвода тепла от суспензии, постепенно возрастает с повышением уровня жидкой суспензии, поскольку трубка теплообменника установлена вертикально. То есть охлаждающая способность трубки теплообменника возрастает. Таким образом, охлаждающая способность трубки теплообменника возрастает с повышением уровня жидкой суспензии.

Степень конверсии СО в реакторе увеличивается пропорционально повышению уровня жидкой суспензии; иными словами, с учетом охлаждающей способности трубки теплообменника. В результате оказывается возможным предотвратить быстрое повышение температуры суспензии и тем самым предупредить термическое разрушение катализатора.

Как рассмотрено выше, при запуске реакторной установки синтеза углеводородов скорость загрузки суспензии, загружаемой в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, меньше, чем скорость загрузки при работе в стационарном режиме. Таким образом, можно сократить время для замещения жидкой среды, входящей в суспензию, загружаемую на начальной стадии, жидкими углеводородами, синтезированными по реакции синтеза ФТ, поскольку снижается скорость загрузки суспензии, загружаемой на начальной стадии. Кроме того, сырье, подаваемое в реактор, теряется, поскольку сырье не превращается в желательные продукты и выбрасывается в ходе замещения жидкой среды, входящей в суспензию, загружаемую на начальной стадии. Однако, поскольку возможно сократить время до завершения замещения жидкой среды, входящей в суспензию, загружаемую на начальной стадии, возможно снизить потерю сырья при запуске реакторной установки синтеза углеводородов.

В способе запуска реакторной установки синтеза углеводородов по настоящему изобретению может оказаться, что скорость отвода тепла охлаждающим устройством при отводе тепла, выделяющегося в реакции синтеза углеводородов из суспензии, рассчитывается по эффективной площади трубки теплообменника в течение всего увеличения степени конверсии СО, а степень конверсии СО должна увеличиваться путем регулирования температуры суспензии при условии, что изменение скорости отвода тепла в ответ на изменение температуры суспензии превышает изменение скорости тепловыделения в реакции синтеза углеводорода в ответ на изменение температуры суспензии.

Температура суспензии и степень конверсии СО находятся во взаимно однозначной зависимости, когда другие условия одинаковы. В частности, определяют температуру суспензии, определяют степень конверсии СО, соответствующую температуре, а затем определяют скорость выделения тепла в суспензии по реакции синтеза ФТ, соответствующую степени конверсии СО. Соответственно определяют температуру суспензии, а затем определяют скорость выделения тепла в суспензии по реакции синтеза ФТ, соответствующую температуре.

- 2 029608

Температуру суспензии регулируют пропорционально росту уровня жидкой суспензии; то есть с учетом охлаждающей способности трубки теплообменника в контакте с суспензией. Поэтому можно подавить быстрое увеличение температуры, вызванное теплом, выделившемся в реакции синтеза ФТ, и степень конверсии СО может быть увеличена.

В частности, температуру суспензии определяют при условии, что изменение скорости теплоотвода в ответ на изменение температуры суспензии превышает изменение скорости тепловыделения в реакции синтеза углеводородов в ответ на изменение температуры суспензии. Когда температуру суспензии устанавливают на температуре, определенной так, как описано выше, то если температура суспензии слегка возрастает по какой-либо причине, поскольку изменение скорости отвода тепла в ответ на изменение температуры суспензии превышает изменение скорости тепловыделения в реакции синтеза углеводородов в ответ на изменение температуры суспензии, температура суспензии снижается. Таким образом, температура суспензии остается стабильной, и возможно предотвратить быстрое увеличение температуры суспензии при синтезе углеводородов.

В способе запуска реакторной установки синтеза углеводородов по настоящему изобретению может оказаться, что температура хладоагента, протекающего через трубку теплообменника, должна измениться, чтобы обеспечить регулирование температуры суспензии на всей стадии увеличения степени конверсии СО.

Поскольку температура хладоагента, протекающего через трубку теплообменника, регулируется, то можно регулировать температуру суспензии в контакте с трубкой теплообменника так, чтобы она была заранее заданной температурой.

В способе запуска реакторной установки синтеза углеводородов по настоящему изобретению может оказаться, что температуру суспензии необходимо поддерживать в интервале от 150 до 240°С в течение всей стадии увеличения степени конверсии СО.

Частицы катализатора, обычно используемого в реакции синтеза ФТ, такого как кобальтовый катализатор и т.п., ускоряют реакцию синтеза ФТ при температуре больше 150°С и разрушаются под действием тепла при более чем 240°С. Поэтому возможно эффективно ускорить реакцию синтеза ФТ, поддерживая температуру суспензии в интервале от 150 до 240°С.

Положительные эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению можно сократить время запуска реакторной установки синтеза углеводородов и снизить потери сырья в ходе запуска реакторной установки синтеза углеводородов. Следовательно, можно улучшить технико-экономические показатели установки и предотвратить термическое разрушение частиц катализатора, вызванное увеличением температуры суспензии.

Согласно настоящему изобретению температуру суспензии регулируют пропорционально росту уровня жидкой суспензии; то есть с учетом охлаждающей способности трубчатки теплообменника. Поэтому можно подавить быстрое увеличение температуры, вызванное выделением тепла в суспензии в реакции синтеза ФТ, и можно повысить степень конверсии СО.

Согласно настоящему изобретению, поскольку температура хладоагента, протекающего через трубку теплообменника, регулируется, то можно регулировать температуру суспензии, контактирующей с трубкой теплообменника, которая должна соответствовать заранее заданной температуре. Поэтому можно подавить быстрое повышение температуры суспензии, вызванное выделением тепла в суспензии при реакции синтеза ФТ, и эффективно увеличить степень конверсии СО.

Согласно настоящему изобретению можно эффективно ускорить реакцию синтеза ФТ поддерживанием температуры суспензии в интервале от 150 до 240°С.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема, показывающая общую структуру системы синтеза жидкого топлива согласно варианту осуществления настоящего изобретения, обеспеченную методом запуска реакторной установки синтеза углеводородов.

На фиг. 2 представлена схема, показывающая структуру основного компонента реакторной установки синтеза углеводородов, показанной на фиг. 1.

На фиг. 3 показаны графики изменения условий внутри суспензионного барботажного колонного реактора в ходе запуска для варианта осуществления настоящего изобретения в реакторной установке синтеза углеводородов, показанной на фиг. 1, где (а) представляет график, показывающий изменение уровня жидкой суспензии; (Ь) представляет график, показывающий изменение температуры суспензии и хладоагента (ВРУ), и (с) представляет график, показывающий изменение степени конверсии СО.

На фиг. 4 представлен график зависимости между теплотой внутри суспензионного барботажного колонного реактора и температурой суспензии при осуществлении метода запуска по варианту осуществления настоящего изобретения в реакторной установке синтеза углеводородов, показанной на фиг. 1.

На фиг. 5 представлены графики изменения условий внутри суспензионного барботажного колонного реактора при осуществлении традиционного метода запуска реакторной установки синтеза углеводородов, где (а) представляет график, показывающий изменение уровня жидкой суспензии; (Ь) представляет график, показывающий изменение температуры суспензии и хладоагента (ВРУ), и (с) представляет график, показывающий изменение степени конверсии СО.

- 3 029608

Подробное описание изобретения

Далее будет дано описание одного из вариантов осуществления изобретения в части реакторной системы для синтеза углеводородов, включающей реакторное устройство для синтеза углеводородов по настоящему изобретению, со ссылкой на чертежи.

Система синтеза жидкого топлива.

Фиг. 1 представляет технологическую схему, показывающую структуру системы синтеза жидкого топлива, использованную для реализации варианта осуществления способа запуска реакторной установки для синтеза углеводородов по настоящему изобретению.

Как показано на фиг. 1, система 1 синтеза жидкого топлива (система реакции синтеза углеводородов) представляет промышленное предприятие, на котором осуществляют процесс СТЬ, который представляет конверсию исходного углеводорода, такого как природный газ, в жидкие топлива. Данная система 1 синтеза жидкого топлива включает блок 3 производства синтез-газа, блок 5 синтеза ФТ (устройство для реакции синтеза углеводородов) и блок 7 облагораживания. Блок 3 производства синтез-газа скомпонован так, чтобы обеспечить риформинг природного газа, являющегося углеводородным сырьем, с получением синтез-газа, содержащего газообразный оксид углерода и газообразный водород. Блок 5 синтеза ФТ скомпонован для получения жидких углеводородных соединений из полученного синтез-газа по реакции синтеза ФТ. Установка 7 облагораживания скомпонована для гидрогенизации жидких углеводородных соединений, синтезированных по реакции синтеза ФТ с получением жидких топлив и других продуктов (таких как нафта, керосин, газойль и парафин). Конструкционные элементы каждой из данных блоков рассмотрены ниже.

Сначала дано описание блока 3 производства синтез-газа.

Блок 3 производства синтез-газа состоит, например, из реактора 10 десульфуризации, риформингустановки 12, бойлера 14, использующего тепло отходящих газов, газожидкостных сепараторов 16 и 18, установки 20 удаления СО₂ и сепаратора 26 водорода. Реактор 10 десульфуризации состоит из гидродесульфуризатора и т.п. и обеспечивает удаление соединений серы из природного газа, который является сырьем. В риформинг-установке 12 протекает реформинг природного газа, поступающего из реактора 10 десульфуризации, с получением синтез-газа, содержащего газообразный оксид углерода (СО) и газообразный водород (Н₂) в качестве основных компонентов. Бойлер 14, использующий тепло отходящих газов, обеспечивает извлечение отработанного тепла из синтез-газа, образованного в риформинг-установке 12, с генерированием пара высокого давления. В газожидкостном сепараторе 16 происходит разделение воды, которая нагрета в результате теплообмена с синтез-газом в бойлере 14, работающем на тепле отходящих газов, на газ (пар высокого давления) и жидкость. В газожидкостном сепараторе 18 происходит отделение конденсированного компонента от синтез-газа, охлажденного в бойлере 14, работающем на тепле отходящих газов, и газовый компонент подают в блок 20 удаления СО2.

Блок 20 удаления СО₂ имеет абсорбционную башню 22 (вторую абсорбционную башню) и регенерационную башню 24. Абсорбционная башня 22 предусматривает использование абсорбента для поглощения газообразного диоксида углерода, содержащегося в синтез-газе, поступающего из газожидкостного сепаратора 18. В регенерационной башне 24 происходит десорбция газообразного диоксида углерода, поглощенного абсорбентом, в результате чего протекает регенерация абсорбента. В сепараторе 26 водорода происходит отделение части газообразного водорода, содержащегося в синтез-газе, из которого уже отделен газообразный диоксид углерода, в блоке 20 удаления СО₂. В некоторых случаях нет необходимости использовать блок 20 удаления СО2.

В риформинг-установке 12, например, методом риформинга с использованием пара и газообразного диоксида углерода, представленного химическими реакциями (1) и (2), показанными ниже, проводят риформинг природного газа под действием диоксида углерода и пара с образованием высокотемпературного синтез-газа, который включает газообразный оксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов. Тем не менее, способ риформинга, используемый в риформинг-установке 12, не ограничивается данным методом риформинга с использованием пара и газообразного диоксида углерода. Например, могут быть также использованы метод парового риформинга, метод риформинга частичным окислением (РОХ) с использованием кислорода, метод автотермического риформинга (ЛТК), который представляет сочетание метода риформинга частичным окислением и метода парового риформинга, метод риформинга с использованием газообразного диоксида углерода и т.п.

СН₄+Н₂СШСО+ЗН₂ · · · (1 )

СН₄+СО₂—>2СО+2Н₂ ··· (2)

Сепаратор 26 водорода предусмотрен на боковой линии, которая ответвляется от основной линии, соединяющей блок 20 удаления СО2 или газожидкостный сепаратор 18 с суспензионным барботажным колонным реактором 30. Данный сепаратор 26 водорода может состоять, например, из устройства адсорбции водорода с перепадом давления РЗА (адсорбции при переменном давлении), в котором протекает адсорбция и десорбция водорода при использовании разности давлений. Данное устройство РЗЛ адсорбции водорода содержит адсорбенты (такие как цеолитный адсорбент, активированный уголь, оксид

- 4 029608

алюминия или силикагель), помещенные внутри множества адсорбционных колонн (не показаны на чертежах), которые расположены параллельно. Путем последовательного повторения каждой из стадий повышения давления водорода, адсорбции, десорбции (снижения давления) и продувки каждой из данных адсорбционных колонн устройство РЗА адсорбции водорода может непрерывно подавать газообразный водород высокой чистоты (чистотой приблизительно 99,999%, например), что отделен от синтез-газа.

Метод отделения газообразного водорода в сепараторе 26 водорода не ограничивается методом адсорбции с перепадом давления, предусматривающего использование вышеуказанного устройства адсорбции водорода РЗЛ, и также могут быть использованы, например, метод адсорбции водорода сплавом хранения, метод мембранного разделения или их комбинация.

Метод адсорбции водорода сплавом хранения представляет метод отделения водорода с использованием, например, сплава, хранящего водород (например, ΤΐΡβ, Ба№₅, ΤΐΡβ(_Ο,7-ο,₉)Μη(ο,3-ο,ΐ) или ΤΐΜη₁,₅), который проявляет свойства поглощения и выделения водорода при охлаждении и нагревании соответственно. В методе адсорбции водорода сплавом хранения, например, адсорбция водорода при охлаждении сплава, хранящего водород, и выделение водорода при нагревании сплава, хранящего водород, могут быть повторены попеременно в нескольких адсорбционных колоннах, содержащих сплавы хранения водорода. Таким образом, газообразный водород, содержащийся в синтез-газе, может быть отделен и извлечен.

Метод мембранного разделения представляет метод, который предусматривает использование мембраны, состоящей из полимерного материала, такого как ароматический полиимид, обеспечивающего превосходную проницаемость мембраны для отделения из смешанного газа газообразного водорода. Поскольку метод мембранного разделения не требует изменения фаз для разделения целевых материалов, чтобы достичь разделения, то требуется меньше энергии для операции разделения, означая более низкие эксплуатационные расходы. Кроме того, поскольку конструкция устройства мембранного разделения является простой и компактной, то стоимость объекта низкая, а площадь, требуемая для установки объекта, мала. Кроме того, в разделительной мембране отсутствует приводное устройство, и стабильный рабочий диапазон широк, что дает еще одно преимущество в сравнительной легкости поддержания рабочего режима.

Далее приведено описание блока 5 синтеза ФТ.

Блок 5 синтеза ФТ в основном включает, например, реактор 30, газожидкостный сепаратор 40, сепаратор 41, газожидкостный сепаратор 38, первую ректификационную колонну 42. В реакторе 30 осуществляют синтез жидких углеводородных соединений из синтез-газа по ΤΤ, полученного в вышеуказанном производственном блоке 3 получения синтез-газа, то есть из оксида углерода и газообразного водорода. Газожидкостный сепаратор 40 разделяет воду, которая была нагрета при прохождении через трубчатый теплообменник 39, расположенный внутри реактора 30, на пар (пар среднего давления) и жидкость. Сепаратор 41 подключен к средней части реактора 30 и разделяет катализатор и жидкие углеводородные соединения. Газожидкостный сепаратор 38 соединен с верхней частью реактора 30 с целью охлаждения непрореагировавшего синтез-газа и газообразных углеводородных соединений, разделяя, таким образом, жидкие углеводородные соединения и газ, который содержит непрореагировавший синтез-газ. Данный газ содержит ненужные компоненты, такие как метан, и поэтому часть газа сбрасывается в виде отходящего газа по линии 37 выпуска отходящего газа из системы. В первой ректификационной колонне 42 протекает дробная перегонка жидких углеводородных соединений, которые поступили из реактора 30 через сепаратор 41 и газожидкостный сепаратор 38, на ряд фракций.

Реактор 30 является примером реактора, в котором протекает синтез жидких углеводородных соединений из синтез-газа, а также он работает как реакторная емкость для реакции синтеза ФТ, в которой образуются жидкие углеводородные соединения из синтез-газа в результате протекания реакции синтеза ФТ. Реактор 30 выполнен, например, как барботажный колонный реактор с суспензионным слоем, в котором суспензия, состоящая в основном из частиц катализатора и масляной среды (жидкой среды, жидких углеводородов), находится внутри емкости колонного типа. В данном реакторе 30 протекает синтез газообразных или жидких углеводородных соединений из синтез-газа по реакции синтеза ФТ. В частности, в реакторе 30 синтез-газ, который представляет сырьевой газ, поступает в виде газовых пузырьков из барботера, расположенного в нижней части реактора 30, и данные пузырьки газа проходят через суспензию, полученную суспендированием частиц катализатора в масляной среде. В таком взвешенном состоянии газообразный водород и газообразный оксид углерода, содержащиеся в синтез-газе, взаимодействуют друг с другом с образованием углеводородных соединений, как показано в следующей схеме химической реакции (3):

2пН₂+пСО^ ЧСН₂Т-_п+пН₂О · · · (3)

В настоящем документе в описанной выше реакции процент газообразного оксида углерода, поглощенного в реакторе, относительно газообразного оксида углерода (СО), поданного в блок 5 синтеза ФТ, называется "степенью конверсии СО". Данная степень конверсии СО рассчитывается как процент от молярного расхода газообразного оксида углерода в отходящем газе, который протекает в установке 5 синтеза ФТ в единицу времени (молярный расход синтез-газа к молярному расходу СО) и молярного расхода газообразного оксида углерода в отходящих газах, выходящих в единицу времени через линию

- 5 029608

37 выпуска отходящего газа, из блока 5 синтеза ФТ (отношение молярного расхода отходящего газа к молярному расходу СО). То есть степень конверсии СО определяется по следующей формуле (4):

Степень конверсии СО= (отношение молярных расходов

(отношение молярных расходов синтез-газа к СО) - отходящего газа к СО)

, - ..... ................. ........................................—................ ..........—_ ......................... ......... .....— х ι и и

отношение молярных расходов синтез-газа к СО

Поскольку реакция синтеза ФТ является экзотермической реакцией, реактор 30 является реактором теплообменного типа, имеющим трубчатый теплообменник 39, расположенный внутри реактора 30. Реактор 30 снабжается, например, водой (котловой водой: котел питательной воды) в качестве хладоагента, так что теплота вышеописанной реакции синтеза ФТ может быть рекуперирована в виде пара среднего давления при теплообмене между суспензией и водой.

Помимо реактора 30, газожидкостного сепаратора 38 и линии 37 вывода отходящего газа блок 5 синтеза ФТ также оснащен линией 31 подачи синтез-газа, первой циркуляционной линией 32 и второй циркуляционной линией 33. По линии 31 подачи синтез-газа синтез-газ, содержащий газообразный оксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, поступает из блока 3 производства синтез-газа (устройство передачи синтез-газа) и первым компрессором 34 синтез-газ сжимается и поступает. На первой циркуляционной линии 32 непрореагировавший синтез-газ после отделения в газожидкостном сепараторе 38 сжимается и возвращается повторно в реактор 30 с помощью второго компрессора 35. Вторая циркуляционная линия 33 выполнена с возможностью циркуляции на сторону впуска первого компрессора 34 остаточного непрореагировавшего синтез-газа, вводимого на первую циркуляционную линию 32, части непрореагировавшего синтез-газа после разделения в газожидкостном сепараторе 38 в момент операции пуска, когда синтез-газ, входящий из блока 3 получения синтез-газа в реактор 30, постепенно увеличивает скорость введения от величины технологического расхода ниже, чем технологический расход синтез-газа, переработанного в ходе нормальной работы (например, 70% при условии, что технологический расход в ходе нормальной работы принимается за 100%), до величины технологического расхода синтез-газа в ходе нормальной работы (100% от расхода в ходе нормальной операции).

В данном случае одна из множества линий инертного газа, который протекает в системе в момент запуска реактора 30, также действует как вторая циркуляционная линия 33.

Далее дано описание блока 7 облагораживания. Блок 7 облагораживания включает, например, реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, реактор 52 гидрирования среднего дистиллята, реактор 54 гидрирования фракции нафты, газожидкостные сепараторы 56, 58 и 60, вторую ректификационную колонну 70 и стабилизатор 72 нафты. Реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции соединен с нижней частью первой ректификационной колонны 42.

Реактор 52 гидрирования среднего дистиллята соединен со средней частью первой ректификационной колонны 42. Реактор 54 гидрирования фракции нафты соединен с головной зоной первой ректификационной колонны 42. Газожидкостные сепараторы 56, 58 и 60 предусмотрены таким образом, чтобы соответствовать реакторам гидрогенизации 50, 52 и 54 соответственно. Вторая ректификационная колонна 70 обеспечивает дробную перегонку жидких углеводородных соединений, поступающих из газожидкостных сепараторов 56 и 58. Стабилизатор 72 нафты очищает жидкие углеводородные соединения из фракции нафты, поступающей из газожидкостного сепаратора 60, и которые подвергаются дробной перегонке во второй ректификационной колонне 70. В результате из стабилизатора 72 нафты выходит бутан и более легкие компоненты, чем бутан, в качестве отходящего газа, и извлекаются компоненты, содержащие число атомов углерода от пяти или более в качестве товарной нафты.

Далее приведено описание способа синтеза жидких топлив из природного газа во время нормальной работы (процесс ОТЬ) с использованием системы 1 синтеза жидких топлив, имеющей структуру, описанную выше.

Природный газ (основным компонентом которого является СН₄) поступает в виде углеводородного сырья в систему 1 синтеза жидкого топлива из внешнего источника подачи природного газа (не показан на чертежах), таких как промысловая скважина по добыче природного газа или завод по производству природного газа. В вышеуказанном блоке 3 получения синтез-газа протекает риформинг природного газа с получением синтез-газа (смешанного газа, содержащего газообразный оксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов).

В частности, во-первых, природный газ, описанный выше, вводят в реактор 10 десульфуризации вместе с газообразным водородом, отделенным в сепараторе 26 водорода. В реакторе 10 десульфуризации серосодержащие компоненты, входящие в состав природного газа, превращаются в сероводород под действием введенного газообразного водорода и катализатора гидродесульфуризации. Кроме того, в реакторе 10 десульфуризации образовавшийся сероводород поглощается и удаляется с помощью агента десульфуризации, такого как ΖηΟ. Путем такой предварительной десульфуризации природного газа может быть предотвращено снижение активности катализаторов, используемых в риформинг-установке 12, в реакторе 30 и т.п. под воздействием серы.

Природный газ (который может также включать в себя углекислый газ), который прошел десульфу- 6 029608

ризацию таким образом, подают в риформинг-установку 12 после смешивания с газообразным диоксидом углерода (СО₂), поступающим из источника подачи диоксида углерода (не показана на чертежах), и паром, генерируемым в котле-утилизаторе 14. В риформинг-установке 12, например, природный газ преобразуется в газообразный диоксид углерода и пар в вышеупомянутом процессе пар-диоксидуглеродного риформинга, в результате чего получают высокотемпературный синтез-газ, включающий газообразный оксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов. В это время, например, топливный газ и воздух для горелки, установленной в риформинг-установке 12, подают в риформингустановку 12, и теплота сгорания от топливного газа в горелке используется для обеспечения необходимого тепла реакции для вышеуказанной реакции пар-диоксидуглеродного риформинга, которая является эндотермической реакцией.

Высокотемпературный синтез-газ (например, 900°С, 2,0 МРа абс.), полученный таким образом в риформинг-установке 12, подают в котел-утилизатор 14 и охлаждают (например, до 400°С) путем теплообмена с водой, протекающей через котел-утилизатор 14, в результате чего извлекают избыточное тепло из синтез-газа.

В это время вода, нагретая синтез-газом в котле-утилизаторе 14, подается в газожидкостный сепаратор 16. В газожидкостном сепараторе 16 вода, нагретая синтез-газом, разделяется на пар высокого давления (например, от 3,4 до 10,0 МПа) и воду. Отделенный пар высокого давления подают в риформингустановку 12 или другие внешние устройства, тогда как отделенная вода возвращается в котелутилизатор 14.

Синтез-газ, охлажденный в котле-утилизаторе 14, поступает либо в абсорбционную башню 22 установки 20 для удаления СО₂, либо в реактор 30, после того как конденсированная жидкая фракция была отделена и удалена из синтез-газа в газожидкостном сепараторе 18. В абсорбционной башне 22 происходит поглощение газообразного диоксида углерода, содержащегося в синтез-газе, абсорбентом, находящимся в абсорбционной башне 22, в результате чего происходит удаление газообразного диоксида углерода из синтез-газа. Адсорбент, который поглотил газообразный диоксид углерода внутри абсорбционной башни 22, выгружают из абсорбционной башни 22 и направляют в регенерационную башню 24. Данный абсорбент, который был введен в регенерационную башню 24, затем нагревают, например, паром и подвергают десорбционной обработке с удалением газообразного диоксида углерода. Десорбированный газообразный диоксид углерода выгружают из регенерационной башни 24 и вводят в риформингустановку 12, где он может быть повторно использован для вышерассмотренной реакции риформинга.

Синтез-газ, полученный таким образом в блоке 3 получения синтез-газа, направляют в реактор 30 вышеупомянутого блока 5 синтеза ФТ. В данный момент композиционная доля синтез-газа, поданного в реактор 30, доводится до композиционной доли, подходящей для реакции синтеза ФТ (например, Н₂:СО=2:1 (мольное отношение)). Кроме того, синтез-газ, вводимый в реактор 30, находится под давлением, подходящим для реакции синтеза ФТ (например, приблизительно 3,6 МПа), которое создается первым компрессором 34, установленным на линии, соединяющей блок 20 удаления СО2, поступает в сепаратор 26 водорода. В сепараторе 26 водорода газообразный водород, содержащийся в синтез-газе, отделяют адсорбцией и десорбцией с использованием разности давлений (Р8Л водород), как описано выше. Отделенный газообразный водород непрерывно подают из газгольдера или т.п. (не показан на чертежах) с помощью компрессора (не показан на чертежах) в различные реакторы, в которых используется водород (например, реактор 10 десульфуризации, реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, реактор 52 гидрирования среднего дистиллята, реактор 54 гидрирования фракции нафты и т.п.), в системе 1 синтеза жидкого топлива, которая обеспечивает протекание заданных реакций с использованием водорода.

Блок 5 синтеза ФТ обеспечивает синтез жидких углеводородных соединений по реакции синтеза ФТ из синтез-газа, полученного в вышеуказанном блоке 3 получения синтез-газа.

В частности, синтез-газ, из которого отделен газообразный диоксид углерода в вышеуказанном блоке 20 удаления СО₂, вводят в реактор 30, и он протекает через суспензию, включающую катализатор, содержащуюся в реакторе 30. В течение этого времени в реакторе 30 оксид углерода и газообразный водород, содержащиеся в синтез-газе, взаимодействуют друг с другом по вышеупомянутой реакции синтеза ФТ с образованием углеводородных соединений. Кроме того, в ходе данной реакции синтеза ФТ теплота реакции синтеза ФТ рекуперируется водой, протекающей через трубчатый теплообменник 39 реактора 30, и вода, нагретая теплом данной реакции, испаряется с образованием пара. Данный пар подают в газожидкостный сепаратор 40 и разделяют на водный конденсат и фракцию газа. Воду возвращают в трубчатый теплообменник 39, в то время как газовую фракцию подают на внешнее устройство в виде пара среднего давления (например, от 1,0 до 2,5 МПа).

Жидкие углеводородные соединения, синтезированные в реакторе 30 таким образом, выводят из средней части реактора 30 в виде суспензии, которая включает частицы катализатора, и данную суспензию вводят в сепаратор 41. В сепараторе 41 введенная суспензия разделяется на катализатор (твердую фракцию) и жидкую фракцию, содержащую жидкие углеводородные соединения. Часть отделенного катализатора возвращают в реактор 30, в то время как жидкую фракцию вводят в первую ректификационную колонну 42. Газообразные побочные продукты, включающие непрореагировавший синтез-газ из реакции синтеза ФТ, и газообразные углеводородные соединения, полученные в реакции синтеза ФТ,

- 7 029608

выводят из головной части реактора 30. Газообразные побочные продукты, выведенные из реактора 30, направляют в газожидкостный сепаратор 38. В газожидкостном сепараторе 38 введенные газообразные побочные продукты охлаждаются и разделяются на конденсированные жидкие углеводородные соединения и газовую фракцию. Отделенные жидкие углеводородные соединения выходят из газожидкостного сепаратора 38 и поступают в первую ректификационную колонну 42.

Отделенная газовая фракция выходит из газожидкостного сепаратора 38, при этом часть газовой фракции повторно вводят в реактор 30. В реакторе 30 непрореагировавший синтез-газ (СО и Н₂), содержащийся в повторно введенной газовой фракции, используется повторно для реакции синтеза ФТ. Кроме того, часть газовой фракции, выведенной из газожидкостного сепаратора 38, выгружается из линии 37 вывода отходящего газа за пределы системы в виде отходящего газа или используется как топливо, или из данной газовой фракции могут быть извлечены топлива, эквивалентные ЬРО (сжиженному нефтяному газу).

В первой ректификационной колонне 42 жидкие углеводородные соединения (с различным числом атомов углерода), поступающие из реактора 30 через сепаратор 41 и газожидкостный сепаратор 38 описанным выше образом, фракционируют на фракцию нафты (с температурой кипения ниже приблизительно 150°С), средний дистиллят (с температурой кипения приблизительно от 150 до 360°С) и парафиновую фракцию (с температурой кипения, превышающей приблизительно 360°С). Жидкие углеводородные соединения парафиновой фракции (в основном С₂₂ или выше), выходящей из нижней части первой ректификационной колонны 42, вводят в реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции. Жидкие углеводородные соединения среднего дистиллята, эквивалентного керосину и газойлю (главным образом от С₁₁ до С₂₁), выходящего из средней части первой ректификационной колонны 42, поступают в реактор 52 гидрирования среднего дистиллята. Жидкие углеводородные соединения фракции нафты (в основном С₅С₁₀), выходящей из головной части первой ректификационной колонны 42, направляют в реактор 54 гидрирования фракции нафты.

В реакторе 50 гидрокрекинга парафиновой фракции протекает гидрокрекинг жидких углеводородных соединений с большим числом атомов углерода парафиновой фракции (углеводороды приблизительно С₂₂ или выше), выходящих из нижней части первой ректификационной колонны 42, под действием газообразного водорода, подаваемого из описанного выше сепаратора 26 водорода, чтобы сократить число атомов углерода до 21 или меньше. В данной реакции гидрокрекинга происходит расщепление СС связей углеводородных соединений с большим числом атомов углерода. Данный процесс сопровождается преобразованием углеводородных соединений с большим числом атомов углерода в углеводородные соединения с небольшим числом атомов углерода. Кроме того, в реакторе 50 гидрокрекинга парафиновой фракции параллельно с реакцией гидрокрекинга протекает реакция гидроизомеризации линейных насыщенных углеводородных соединений (нормальных парафинов) с образованием разветвленных насыщенных углеводородных соединений (изопарафинов). Это улучшает низкотемпературную текучесть продукта гидрокрекинга парафиновой фракции, которая является требуемым свойством для базового масла топлива. Кроме того, в реакторе 50 гидрокрекинга парафиновой фракции в ходе реакции гидрокрекинга также протекает реакция гидродезоксигенирования кислородсодержащих соединений, таких как спирты, и реакция гидрирования олефинов, оба из которых (спирты и олефины) могут содержаться в парафиновой фракции, которая является сырьем. Продукты, включающие жидкие углеводородные соединения гидрокрекинга и выходящие из реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, вводят в газожидкостный сепаратор 56 и разделяют на газ и жидкость. Отделенные жидкие углеводородные соединения вводят во вторую ректификационную колонну 70, а отделенную газовую фракцию (которая включает газообразный водород) направляют в реактор 52 гидрирования среднего дистиллята и в реактор 54 гидрирования фракции нафты. В реакторе 52 гидрирования среднего дистиллята протекает гидрирование жидких углеводородных соединений среднего дистиллята, эквивалентного керосину и газойлю, который имеет среднее число атомов углерода (приблизительно от С11 до С21), и выведенного из средней части первой ректификационной колонны 42. В реакторе 52 гидрирования среднего дистиллята для гидрирования используется газообразный водород, поступающий из сепаратора 26 водорода через реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции. В данной реакции гидрирования олефины, содержащиеся в вышеупомянутых жидких углеводородных соединениях, гидрируются с получением насыщенных углеводородных соединений, а кислородсодержащие соединения, такие как спирты, содержащиеся в жидких углеводородных соединениях, гидродеоксигенируются и превращаются в насыщенные углеводородные соединения и воду. Кроме того, в данной реакции гидрирования также протекает реакция гидроизомеризации, в которой происходит изомеризация линейных насыщенных углеводородных соединений (нормальных парафинов) и конверсия их в разветвленные насыщенные углеводородные соединения (изопарафины), тем самым улучшая текучесть при низких температурах товарного масла, которая является требуемым свойством жидкого топлива. Продукт, включающий гидрированные жидкие углеводородные соединения, разделяется на газ и жидкость в газожидкостном сепараторе 58.

Отделенные жидкие углеводородные соединения вводят во вторую ректификационную колонну 70, а отделенную газовую фракцию (которая включает газообразный водород) повторно используют для вышеуказанной реакции гидрогенизации.

- 8 029608

В реакторе 54 гидрирования фракции нафты происходит гидрирование жидких углеводородных соединений фракции нафты, имеющих низкое число атомов углерода (приблизительно Сю или меньше) и выведенных из головной части первой ректификационной колонны 42. В реакторе 54 гидрирования фракции нафты для гидрирования используется газообразный водород, поступающий из сепаратора 26 водорода через реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции. В реакции гидрирования фракции нафты протекает главным образом гидрирование олефинов и гидродеоксигенация кислородсодержащих соединений, таких как спирты. Продукт, включающий гидрированные жидкие углеводородные соединения, разделяется на газ и жидкость в газожидкостном сепараторе 60. Отделенные жидкие углеводородные соединения направляют в стабилизатор 72 нафты, а отделенную газовую фракцию (которая включает газообразный водород) используют повторно для вышеуказанной реакции гидрогенизации.

Во второй ректификационной колонне 70 происходит дробная перегонка жидких углеводородных соединений, поступающих из реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции и из реактора 52 гидрирования среднего дистиллята описанным выше образом, на углеводородные соединения с числом атомов углерода Сю или меньше (с температурой кипения ниже приблизительно 150°С), керосиновую фракцию (с температурой кипения приблизительно от 150 до 250°С), фракцию газойля (с температурой кипения приблизительно от 250 до 360°С) и некрекированную парафиновую фракцию (с температурой кипения, превышающей приблизительно 360°С) из реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции. Некрекированную парафиновую фракцию получают из куба второй ректификационной колонны 70 и возвращают в положение выше по потоку от реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции. Керосин и газойль выводят из средней части второй ректификационной колонны 70. Между тем углеводородные соединения С₁₀ или меньше выводят из головной части второй ректификационной колонны 70 и направляют в стабилизатор 72 нафты.

В стабилизаторе 72 нафты углеводородные соединения С10 или меньше, которые поступили из реактора 54 гидрирования фракции нафты и прошли фракционную перегонку во второй ректификационной колонне 70, перегоняют и получают нафту (С₅-С₁₀) в виде продукта. Соответственно нафту высокой чистоты выгружают из нижней части стабилизатора 72 нафты. Между тем отходящий газ, включающий, главным образом, углеводородные соединения с заранее определенным числом атомов углерода и меньше (С₄ или больше), который не является целевым продуктом, выгружают из головной части стабилизатора 72 нафты. Данный отходящий газ используют в качестве топливного газа или, в альтернативном случае, из отходящего газа может быть извлечен топливный эквивалент ЬРС.

Далее будет представлено подробное объяснение способа запуска блока 5 синтеза ФТ и конструкция устройства, используемого для осуществления способа запуска.

Во-первых, конструкция устройства, используемого для осуществления способа запуска, описана со ссылкой на фиг. 2. На фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая конструкцию в основном компоненте блока 5 синтеза ФТ (устройства для проведения реакции синтеза углеводорода), показанного на фиг. 1.

Трубчатый теплообменник 39, вертикально установленный в суспензионном барботажном колонном реакторе 30, соединен с линией 43 циркуляции хладоагента, которая установлена за пределами реактора 30. Линия 43 циркуляции хладоагента соединена с паровым барабаном 44, который также функционирует как газожидкостный сепаратор 40, и с насосом 45 котловой воды, который обеспечивает циркуляцию воды (нагретой воды) или пара в качестве хладоагента через линию 43 циркуляции хладоагента.

Охлаждающее устройство 46, которое используется для удаления тепла, генерируемого при синтезе углеводородов, построено, как показано ниже. В охлаждающем устройстве 46 нагретая вода в паровом барабане 44 циркулирует через трубчатый теплообменник 39, линию 43 циркуляции хладоагента, паровой барабан 44 и насос 45 котловой воды, в результате чего нагретая вода протекает в трубчатый теплообменник 39 и термически контактирует с суспензией 8 в трубчатом теплообменнике 39. Кроме того, вода поступает в паровой барабан 44 по линии подачи, не показанной на чертежах.

Реактор 30 имеет устройство 100 управления. Устройство 100 управления соединено с датчиком 101 уровня жидкости, который измеряет уровень жидкости суспензии 8 в реакторе 30, с датчиком 102 температуры, который измеряет температуру суспензии 8 в реакторе 30, с датчиком 103 температуры, который определяет температуру хладоагента в паровом барабане 44, и с датчиком 104 давления, который определяет давление в паровом барабане 44. Датчик 101 уровня жидкости используется для измерения уровня жидкости суспензии 8 на основе разницы между значением, определенным с помощью датчика давления Р1С1, который расположен в самой верхней части реактора 30, и значений, определенных с помощью датчиков давления Р1С2, Р1С3 и Р1С4, которые расположены на разных высотах в реакторе 30. Датчик 102 температуры используется для определения средней температуры суспензии 8 в реакторе 30 и распределения температуры по высоте реактора 30 с помощью множества датчиков температуры Т1С1, Т1С2 и Т1С3, которые расположены на разных высотах в реакторе 30.

Датчик 104 давления электрически соединен с электромагнитным клапаном 106, установленным на паровой линии 105, выходящей из парового барабана 44. Электромагнитный клапан 106 управляется на основе сигнала от датчика 104 давления так, чтобы открыть или закрыть паропровод 105 или отрегулировать положение отверстия в электромагнитном клапане 106.

Уровень жидкости суспензии 8 возрастает по мере образования углеводорода на ранней стадии ра- 9 029608

боты реактора 30, добавляемого к суспензии 8, и тогда степень конверсии СО регулируется устройством 100 управления в сторону увеличения пропорционально росту уровня жидкости суспензии 8. В частности, температура суспензии 8 регулируется в соответствии с повышением уровня жидкости суспензии 8 в реакторе 30. Это подробно описано ниже, как контролировать температуру суспензии 8.

Далее, рассмотрен метод запуска установки 5 синтеза ФТ, в котором используется вышеупомянутая конструкция.

1) Как показано на фиг. 2, жидкая среда в заданном количестве загружается в реактор 30 перед активированием блока 5 синтеза РТ. Заранее определенное количество жидкой среды представляет количество, при котором уровень й₁ жидкости суспензии 8, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкой среде в реакторе 30, ниже уровня й₃ жидкости суспензии 8 при стабильной работе установки 5 синтеза ФТ. В частности, заданное количество жидкой среды представляет количество, соответствующее от 40 до 50% от уровня жидкости в суспензии 8 в реакторе 30 в стационарном режиме работы установки 5 синтеза ФТ, хотя меняется в зависимости от типа частиц катализатора.

2) Уровень Ь₁ жидкости суспензии 8, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкой среде в реакторе 30, получают, используя датчик 101 уровня жидкости, соединенный с контрольным устройством 100. В частности, уровень жидкости й получен на основе разницы между значением, определенным датчиком давления Р1С1, который расположен внутри реактора 30 так, чтобы быть выше других датчиков давления, расположенных в реакторе 30, и значениями, определенными датчиками давления Р1С2, Р1С3 и Р1С4.

3) Площадь трубчатого теплообменника 39 в контакте с суспензией 8, то есть эффективная площадь А₁ трубчатого теплообменника 39 для отвода тепла от суспензии 8, рассчитывается исходя из уровня й, жидкости суспензии 8 с арифметическими выражениями или картой, где одно или несколько арифметических выражений и карта предварительно введены в устройство 100 управления.

4) Рассчитывается степень конверсии СО, которая соответствует эффективной площади А₁ и в которой она так стабильна, что быстрая экзотермическая реакция не протекает. Данная степень конверсии СО идентифицируется с целевой степенью конверсии СО η₁, соответствующей уровню й жидкости суспензии 8 в данной точке.

5) Зависимость между степенью конверсии СО и температурой реакции однозначно выводится из давления реакции, характеристик и количества катализатора, а также характеристик и количества синтезгаза, подаваемого в реактор 30. Целевая температура реакции Т₁ (т.е. температура суспензии 8) может быть получена путем достижения целевой степени конверсии СО.

6) Для того чтобы отрегулировать температуру суспензии 8 (температуру, определяемую с помощью датчиков Т1С1, Т1С2 или Т1С3 температуры в зависимости от уровня жидкости суспензии 8) до целевой температуры Т₁ реакции, температура 1₁ хладоагента (котловой воды) в паровом барабане 44 определяется устройством 100 управления. Хладоагент при температуре 1₁ подается в трубчатый теплообменник 39 посредством циркуляции хладоагента по линии 43 циркуляции хладоагента, при этом регулируется температура 1₁ хладоагента (котловой воды) в паровом барабане 44 путем регулирования давления Р1 в паровом барабане 44.

7) Синтез-газ в качестве сырья направляется в реактор 30 из блока 3 производства синтез-газа, а затем контактирует с суспензией 8 в реакторе 30. В это время расход синтез-газа составляет 70% от его расхода при работе в стационарном режиме.

Параллельно хладоагент (котловая вода) подается в трубчатый теплообменник 39 из парового барабана 44 насосом 45 для котловой воды (ВР^У). и суспензия 8 нагревается за счет хладоагента (котловой воды) через трубчатый теплообменник 39 до температуры 150°С, при которой протекает реакция синтеза Фишера-Тропша.

Следует отметить, что суспензию 8 нагревают в трубчатом теплообменнике 39 только в начале пуска установки 5 синтеза ФТ. После того как начинается реакция синтеза ФТ, давление в паровом барабане 44 регулируют таким образом, чтобы отвести тепло от суспензии 8 в трубчатом теплообменнике 39, поскольку реакция синтеза Фишера-Тропша является экзотермической реакцией.

Жидкий углеводород, синтезированный по реакции синтеза ФТ, вводят в реактор 30 до тех пор, пока уровень жидкости суспензии 8 не достигнет заданного уровня. Газообразный углеводород (легкий углеводородный газ), образовавшийся в реакции синтеза ФТ, и непрореагировавший синтез-газ выводят из головной части реактора 30.

8) Уровень жидкости суспензии 8 повышается за счет жидкого углеводорода, образовавшегося в реакции синтеза ФТ, добавляемого в реактор 30 (уровень жидкости й₂, показанный на фиг. 2). В это время вышеупомянутые процессы 3)-6) повторяются; определяя тем самым целевую степень конверсии СО η₂, целевую температуру Т₂ реакции, температуру 1₂ хладоагента в паровом барабане 44 и давление Р2 в паровом барабане 44 с помощью устройства 100 управления. Давление Р2 в паровом барабане 44 регулируют таким образом, чтобы оно составляло определенное давление, тем самым увеличивая степень конверсии СО до величины η₂.

9) Описанный выше процесс 8) повторяется. После того как уровень жидкости суспензии 8 и сте- 10 029608

пень конверсии СО достигнут величин, характерных для работы в стационарном режиме, тогда расход синтез-газа в качестве исходного сырья устанавливается на заданной величине расхода, что приводит к устойчивой работе.

Далее, условия внутри суспензионного барботажного колонного реактора 30 в ходе способа запуска установки 5 синтеза ФТ рассмотрены со ссылкой на фиг. 3.

На фиг. 3 представлены диаграммы, показывающие условия внутри реактора 30 в момент запуска согласно варианту осуществления способа по настоящему изобретению: где (а) представляет график, показывающий изменение уровня жидкости в суспензии 8; (б) представляет график, показывающий изменение температуры суспензии 8 и хладоагента (ВР^); и (с) представляет собой график, показывающий изменение степени конверсии СО.

Как рассмотрено выше, уровень жидкости суспензии 8 на начальной стадии реакции синтеза ФТ соответствует уровню жидкости который ниже, чем уровень суспензии при работе в стационарном режиме установки 5 синтеза ФТ.

Пар (ВР\У) поступает в трубчатый теплообменник 39 из парового барабана 44, и суспензия 8 нагревается в теплообменнике 39 до 150°С. После того как температура суспензии 8 достигает 150°С, начинается реакция синтеза ФТ.

После начала реакции синтеза ФТ температуру хладоагента в паровом барабане 44 устанавливают на температуре, которая выше, чем температура хладоагента, при которой скорость отвода теплоты из суспензии 8 в трубчатом теплообменнике 39 равна скорости выделения тепла при синтезе углеводородов, которая представляет скорость выделения тепла при синтезе углеводородов. Таким образом, температура суспензии 8 возрастает за счет тепла, генерируемого при синтезе углеводородов.

При низком уровне жидкости суспензии 8 блок 5 синтеза ФТ работает при относительно низком значении степени конверсии СО, чтобы температура суспензии быстро не повышалась.

Уровень жидкости суспензии 8 растет за счет жидкого углеводорода, образовавшегося в реакции синтеза ФТ и добавленного к содержимому реактора 30, и затем температура суспензии 8 увеличивается соответствующим образом.

После того как температура суспензии 8 достигает 220°С, которая является температурой реакции синтеза ФТ при работе в стационарном режиме в блоке 5, температура хладоагента в паровом барабане 44 регулируется таким образом, чтобы поддерживать постоянную температуру суспензии 8, тем самым поддерживая скорость отвода тепла от суспензии 8 в трубчатом теплообменнике 39 на том же уровне, что и скорость выделения тепла в реакции синтеза углеводородов.

После того как уровень жидкости суспензии 8 достигнет уровня жидкости, в ней в стационарном режиме жидкий углеводород, образовавшийся в реакции синтеза ФТ, выгружают из реактора 30, тем самым поддерживая постоянный уровень жидкости суспензии 8.

Для сравнения условия внутри суспензионного барботажного реактора колонного типа в момент обычного режима пуска установки синтеза ФТ описаны со ссылкой на фиг. 5.

На фиг. 5 показаны диаграммы условий внутри реактора в случае проведения обычного метода пуска установки для реакции синтеза углеводородов, где (а) представляет график, показывающий изменение уровня жидкости суспензии 8; (Ь) представляет график, показывающий изменение температуры суспензии 8 и хладоагента (ВР\У); и (с) представляет график, показывающий изменение степени конверсии СО.

Уровень жидкости суспензии на начальной стадии реакции синтеза ФТ находится на том же уровне, что и при установившемся режиме работы установки синтеза ФТ.

Пар подают в трубчатый теплообменник из парового барабана, и суспензия нагревается до 150°С. Реакция синтеза ФТ начинается после того, как температура суспензии достигает 150°С.

В ходе реакции синтеза ФТ температура суспензии возрастает дополнительно за счет тепла, выделяющегося в реакции синтеза ФТ, а степень конверсии СО возрастает в зависимости от температуры суспензии. Скорость тепловыделения в реакции синтеза углеводорода в этот момент превышает скорость отвода тепла от суспензии в трубчатом теплообменнике.

После того как температура суспензии 8 достигает 220°С, которая является температурой при работе в стационарном режиме, температура хладоагента в паровом барабане уменьшается таким образом, чтобы поддерживать температуру суспензии на постоянном уровне, тем самым поддерживая скорость отвода тепла от суспензии в трубчатом теплообменнике на том же уровне, что и скорость выделения тепла в реакции синтеза углеводородов.

Жидкий углеводород, синтезированный по реакции синтеза ФТ, выводят из реактора 30, тем самым поддерживая постоянный уровень жидкости суспензии.

После того как уровень жидкости суспензии 8 достигает уровня жидкости при работе в стационарном режиме, жидкий углеводород, образовавшийся в реакции синтеза Фишера-Тропша, выводят из реактора, тем самым поддерживая постоянный уровень жидкости суспензии.

На фиг. 4 показана зависимость между скоростью выделения тепла и скоростью отвода тепла в реакторе 30 при осуществлении метода пуска установки 5 синтеза ФТ.

На фиг. 4 представлен график, показывающий зависимость между теплом внутри реактора и температурой суспензии в случае осуществления метода пуска по варианту осуществления настоящего изобре- 11 029608

тения в реакционной установке для синтеза углеводородов, показанной на фиг. 1.

1) Скорость образования тепла Ог (кВт), которая является скоростью выделения тепла, образовавшегося при синтезе углеводорода по реакции синтеза ФТ, выражена в зависимости от температуры реакции Т (температуры суспензии)

Ωι=ί(Τ).

2) Скорость отвода тепла Ос (кВт), которая является скоростью отвода тепла из суспензии δ в охлаждающем устройстве 46, имеющем трубчатый теплообменник 39, выражается, как показано ниже

0с=ИЛ(Т-1),

где и представляет коэффициент теплопередачи в целом (кВт/м²К), А означает эффективную площадь трубчатого теплообменника, используемого для отвода тепла от суспензии (м²), Т представляет температуру суспензии 8(°С), и ΐ представляет температуру хладоагента в паровом барабане 44 (°С).

3) Температура, при которой скорость выделения тепла и скорость отвода тепла уравновешиваются при условии, что эффективная площадь трубчатого теплообменника А₁ и температура реакции Т₁ выражаются ΐ₁ (относится к точке а на фиг. 4). Для того чтобы повысить температуру суспензии, температуру хладоагента в паровом барабане устанавливают на температуре выше чем ΐ₁, в результате чего скорость выделения тепла становится больше, чем скорость отвода тепла на начальной стадии реакции синтеза ФТ.

4) Если температура суспензии δ отклоняется в сторону увеличения незначительно от данного состояния, скорость отвода тепла превышает скорость выделения тепла, так что температура суспензии δ уменьшается и возвращается к величине Т₁ (относится к X на фиг. 4). Соответственно в данной рабочей точке состояние остается стабильным в том, что температура реакции возрастает не быстро.

5) Пока эффективная площадь трубчатого теплообменника остается А₁, что означает, что уровень жидкости в суспензии δ остается Ь₁, температура суспензии устанавливается на Т₂, а температура хладоагента в паровом барабане устанавливается при температуре ΐ₁', при которой скорость выделения тепла и скорость теплоотвода уравновешиваются на данный момент (точка Ь). Если температура суспензии δ отклоняется в сторону увеличения незначительно от данного состояния, скорость выделения тепла превышает скорость отвода тепла, и температура суспензии δ увеличивается дальше, в результате чего температура суспензии быстро возрастает (относится к X' на фиг. 4). То есть работа оказывается неустойчивой в том, что температура реакции устанавливается при Т₂ при условии, что уровень жидкости суспензии соответствует .

6) По мере протекания реакции синтеза ФТ уровень жидкости суспензии δ возрастает, а затем эффективная площадь трубчатого теплообменника достигает А2. В этом состоянии температура суспензии устанавливается на Т₂, а температура хладоагента в паровом барабане устанавливается на температуре ΐ₂, при которой скорость выделения тепла и скорость отвода тепла уравновешиваются. В данном случае, если температура суспензии δ отклоняется в сторону увеличения незначительно от этого состояния, температура суспензии снижается и возвращается к Т₂, как в вышеупомянутом пункте 4) (относится к Υ на фиг. 4).

7) Условием стабильной работы при любой температуре Т суспензии является то, что "изменение скорости отвода тепла Ос в ответ на изменение температуры суспензии превышает изменение скорости выделения тепла Ог в реакции синтеза углеводорода в ответ на изменение температуры суспензии"; то есть "первый наклон Ос больше, чем второй наклон Ог при температуре Т". Первый наклон Ос является произведением и и А. Поскольку диапазон отклонений и при работе не широкий, первый наклон Ос определяется А. Следовательно, определяется эффективная площадь А трубчатого теплообменника, а затем определяется температура реакции Т, при которой работа установки 5 синтеза ФТ стабильна в данный момент.

8) Степень конверсии СО, при которой работа установки 5 синтеза ФТ стабильна в данный момент, определяется в зависимости от уровня жидкости Ιι суспензии из-за соответствия один к одному между эффективной площадью А трубчатого теплообменника и уровнем жидкости Ιι суспензии и между температурой Т реакции и степенью конверсии СО.

Как описано выше, в способе пуска реакционной установки синтеза углеводородов в настоящем изобретении суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, когда скорость загрузки суспензии, загруженной в реактор, меньше, чем суспензии, которая должна быть загружена в реактор в стационарном режиме работы установки реакции синтеза углеводорода. Затем жидкий углеводород, образовавшийся в реакции синтеза ФТ, добавляется к суспензии на ранней стадии реакции синтеза ФТ, тем самым повышая уровень жидкости суспензии. В этот момент степень конверсии СО увеличивается пропорционально повышению уровня жидкости суспензии; то есть степень конверсии СО увеличивается исходя из охлаждающей способности трубчатого теплообменника. Таким образом, можно предотвратить термическое разрушение частиц катализатора, вызванное быстрым повышением температуры суспензии.

Кроме того, скорость загрузки суспензии, загруженной в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, меньше, чем скорость ее загрузки в стационарном режиме работы установки для реакции синтеза углеводородов. Поэтому можно сократить время, чтобы заместить жидкую среду в суспензии, загру- 12 029608

женной на начальном этапе, жидким углеводородом так же, как снизить скорость загрузки суспензии, загруженной на начальном этапе. Кроме того, исходное сырье, поступающее в реактор, теряется из-за того, что сырье не превращается в желательные продукты и сбрасывается при замене жидкой среды. Однако, так как можно сократить время для замены жидкой среды, то можно уменьшить потери исходного сырья на начальной стадии реакции синтеза ФТ.

Авторы настоящего изобретения подтвердили эффект настоящего изобретения в следующем эксперименте. Способ пуска установки синтеза ФТ по настоящему изобретению осуществляли при использовании схемы, показанной на фиг. 1 и 2, и катализатора, в котором степень конверсии СО составляла 19,9 моль/ч на 1 кг при 222°С. В результате количество использованной жидкой среды, загруженной в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, было сокращено на 43% по сравнению с обычным способом пуска. Время, необходимое для завершения замены суспензии, составляло 41 ч, в то время как при обычном способе пуска оно соответствовало 56 ч.

Кроме того, осуществляли способ пуска установки синтеза ФТ по настоящему изобретению при использовании установки, показанной на фиг. 1 и 2, и катализатора, в которой степень конверсии СО составляла 39,8 моль/ч на 1 кг при 222°С. В результате количество использованной жидкой среды, загруженной в реактор на начальной стадии реакции синтеза ФТ, было сокращено на 48% по сравнению с обычным способом пуска. Время, необходимое для завершения замены суспензии, составляло 40 ч, в то время как при обычном способе пуска оно соответствовало 54 ч.

Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления, и настоящее изобретение также включает в себя конструктивные изменения, которые не выходят за пределы сущности настоящего изобретения.

Хотя паровой барабан 44 закрытого типа и трубчатый теплообменник 39 используют в качестве охлаждающего устройства в вышеупомянутом варианте осуществления изобретения, устройство охлаждения не ограничивается этим. Любые охлаждающие устройства, в которых трубчатый теплообменник для охлаждения суспензии вертикально установлен в реакторе, применимы к настоящему изобретению, такие как охлаждающее устройство с использованием хладоагента циркуляционного типа или проточного типа или охлаждающее устройство для охлаждения с помощью электричества.

Кроме того, хотя температура, при которой начинается реакция синтеза Фишера-Тропша, составляет 150°С, а температура в стационарном режиме работы реакторной установки для синтеза углеводородов составляет 220°С в варианте осуществления изобретения, это всего лишь пример. Можно изменить температуру произвольно в соответствии с типом используемого катализатора или условий эксплуатации реакторной установки для синтеза углеводородов.

Промышленная применимость.

Настоящее изобретение относится к способу пуска реакционной установки для синтеза углеводородов, которая включает суспензионный барботажный реактор колонного типа. В соответствии с настоящим изобретением можно сократить время пуска реакторной установки для синтеза углеводородов и снизить потери сырья на начальной стадии реакции синтеза ФТ. Таким образом, можно улучшить экономические показатели завода ОТЬ и предотвратить термическое повреждение катализатора, вызванное повышением температуры суспензии.

Описание ссылочных символов:

3 - блок получения синтез-газа,

5 - блок синтеза РТ (реакторная установка синтеза углеводородов),

7 - блок облагораживания,

30 - суспензионный барботажный колонный реактор (реактор),

31 - линия подачи синтез-газа,

39 - трубчатый теплообменник,

43 - циркуляционная линия для хладоагента,

44 - паровой барабан,

45 - насос хладоагента (ΒΡ\ν насос),

46 - охлаждающее устройство,

100 - устройство управления,

101 - датчик уровня жидкости,

103 - датчик температуры,

104 - датчик давления.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ пуска реакторной установки для синтеза углеводородов, где реакторная установка снабжена реактором, в котором образуется углеводород по реакции синтеза Фишера-Тропша из синтез-газа, основными компонентами которого являются водород и оксид углерода, суспензией, в которой твердые частицы катализатора суспендированы в жидкой среде, и охлаждающим устройством, включающим вер- 13 029608

   тикальный трубчатый теплообменник в контакте с суспензией, используемый для отвода тепла, выделяющегося в реакции синтеза углеводородов, причем данный способ пуска включает

   начальную стадию загрузки суспензии, на которой суспензию загружают в реактор на начальной стадии реакции синтеза Фишера-Тропша с более низким уровнем загрузки, чем применяется для загрузки реактора в стационарном режиме работы; и

   стадию повышения степени конверсии СО, на которой уровень жидкости суспензии в реакторе повышают за счет добавления к суспензии углеводородов, образовавшихся на ранней стадии реакции синтеза Фишера-Тропша, так что степень конверсии СО увеличивается пропорционально повышению уровня жидкости суспензии в реакторе.
2. 2. Способ пуска реакторной установки для синтеза углеводородов по п.1, где

   скорость отвода тепла охлаждающим устройством при отводе тепла, выделенного в реакции синтеза углеводородов из суспензии, рассчитывают по эффективной площади трубчатого теплообменника на основе уровня жидкости суспензии в ходе всей стадии повышения степени конверсии СО, и

   для увеличения степени конверсии СО регулируют температуру суспензии, так чтобы изменение скорости отвода тепла в ответ на изменение температуры суспензии превышало изменение скорости выделения тепла реакции синтеза углеводородов в ответ на изменение температуры суспензии.
3. 3. Способ пуска реакторной установки для синтеза углеводородов по п.2, где температуру хладагента, протекающего через трубчатый теплообменник, изменяют для регулирования температуры суспензии в ходе всей стадии повышения степени конверсии СО.
4. 4. Способ пуска реакторной установки для синтеза углеводородов по пп.1-3, где температуру суспензии поддерживают в интервале от 150 до 240°С в ходе всей стадии повышения степени конверсии СО.