NL1028949C2 - Productie van vloeibare en eventueel gasvormige koolwaterstoffen uit gasvormige reagentia. - Google Patents

Description

«

PRODUCTIE VAN VLOEIBARE EN EVENTUEEL GASVORMIGE KOOLWATERSTOFFEN UIT GASVORMIGE REAGENTIA

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het produceren van vloeibare en eventueel gasvormige producten uit gasvormige reagentia.

In overeenstemming met de uitvinding wordt er 5 voorzien in een werkwijze voor het produceren van vloeibare en eventueel gasvormige producten uit gasvormige reagentia waarbij de werkwijze omvat: het op een laag niveau toevoeren van een stroom gasvormige reagentia die tenminste CO en H2 omvatten in een uitgezet slurrie bed bestaande uit vaste 10 stabiele katalysatordeeltjes voor koolwaterstofsynthese die in suspensie zijn in een suspenderende vloeistof, waarbij het slurrie bed is ondergebracht in een vat en waarbij het geëxpandeerd slurrie bed een hoogte-breedte verhouding heeft van minder dan 5; 15 het eventueel inbrengen van een stroom gerecycled gas in het slurrie bed; het mogelijk maken dat de gasvormige reagentia en een gerecycled gas reageren waar er per doorgang tenminste 60% van de CO plus H2 wordt omgezet wanneer die in opwaartse 20 richting door het slurrie bed bewegen met een gassnelheid bij de inlaatopening van tenminste 35 cm/s, waarbij er vloeibare en eventueel gasvormige producten worden gevormd en waarbij de gasvormige reagentia en gerecycled gas en gasvormige producten een ondersteunende rol vervullen bij het in 25 suspensie houden van de vaste katalysatordeeltjes in de suspenderende vloeistof, en waarbij het vloeibare product samen met de suspenderende vloeistof een vloeibare fase van het slurrie bed uitmaakt; 2 het mogelijk maken dat gasvormige producten en gasvormige reagentia die niet aan de reactie hebben deelgenomen en gerecycled gas dat niet aan de reactie heeft deelgenomen vrijkomt uit het slurrie bed als gasvormige 5 componenten in een bovenruimte boven het slurrie bed; het verwijderen van de gasvormige componenten uit de bodemruimte; het verwijderen van een deel van de vloeibare fase uit het slurrie bed om het slurrie bed op een gewenst niveau 10 in stand te .houden; en het eventueel recyclen van een deel van de gasvormige componenten uit de bovenruimte om zo te voorzien in een stroom gerecycled gas.

In deze specificatie verwijst de aanduiding hoogte-15 breedte verhouding naar de verhouding van de hoogte van het geëxpandeerd slurrie bed tot de inwendige diameter van het reactorvat waarin het bed zich bevindt; of de nominale inwendige diameter in het geval van een niet cirkelvormig cylindrisch reactorvat. De nominale inwendige diameter van 20 een niet cirkelvormig cylindrisch vat is de diameter van een cirkel die hetzelfde oppervlak zou hebben als het oppervlak van de inwendige dwarsdoorsnede van het niet cirkelvormige cylindrische vat. Het slurrie bed is zodoende ondergebracht in of aanwezig in een reactie zone van een reactievat met 25 driefasen zoals een slurrie reactor of een borrel kolom. De slurrie reactor of de borrel kolom maakt gebruik van een driefasen systeem, dat wil zeggen vaste katalysatordeeltjes, vloeibare producten, en gasvormige reagentia (met inbegrip van gerecycled gas) en, eventueel gasvormige producten en 30 inerte gassen.

De gassnelheid bij het inlaatoppervlak wordt voorafgaande aan elke reactie berekend door gebruik te maken van de inwendige diameter van de reactor en de volumestroom 3 van gassen door de reactor. De volumestroom is gebaseerd op de temperatuur en drukwaarden bij de inlaat van de reactor.

Het geëxpandeerd slurrie bed kan een hoogte hebben van minder dan ongeveer 40 meter, bij voorkeur tussen 5 ongeveer 30 meter en ongeveer 40 meter, bijvoorbeeld ongeveer 38 meter. Het slurrie bed heeft typisch een diameter van tenminste 6 meter.

Bij voorkeur bedraagt de omzetting CO plus H2 per doorgang tenminste ongeveer 61%, liever tenminste ongeveer 10 62%, en het liefst tenminste ongeveer 64%.

Bij voorkeur zijn de katalysatordeeltjes in het slurrie bed aanwezig bij een gemiddelde concentratie van tenminste 14 volumeprocent. Hoewel hij zich op dit punt niet gebonden acht door theorie, gelooft de indiener dat het 15 mogelijk is dat de hoge slurrie viscositeiten bij deze katalysatorconcentraties kunnen helpen te voorkomen dat het gas bij de hoge gassnelheden van de werkwijze van de uitvinding zich vermengen, waardoor de reactorproductiviteit wordt verbeterd.

20 De werkwijze is typisch een eenstapswerkwijze, dat wil zeggen de werkwijze houdt in dat er tenminste een koolwaterstof sythesestap wordt uitgevoerd met meerdere doorgangen, waarbij de koolwaterstof synthesestap met meerdere doorgangen niet wordt gevolgd of voorafgegaan door 25 een andere koolwaterstof synthesestap hoewel de werkwijze natuurlijk meerdere parallelle koolwaterstof synthesestapppen met meerdere doorgangen kan omvatten. Bij voorkeur is er dus sprake van een stroom gerecycled gas en wordt deze in het slurrie bed ingevoerd met een volumeverhouding van gerecycled 30 gas tot gasvormige reagentia van tenminste 0,4.

Met een "stabiele katalysator voor koolwaterstofsynthese" wordt een katalysator voor koolwaterstofsynthese bedoeld die, bij de I * 4 bedrijfsomstandigheden van de stap waarin de koolwaterstofsynthese plaats vindt, niet meer dan 2% van een CO gas dat door het slurrie bed stroomt omzet in C02.

In de toevoer van gasvormige reagentia zijn H2 en CO 5 typisch aanwezig in een H2/CO moleculair verhouding van niet meer dan 2, en bij voorkeur in een H2/CO moleculair verhouding van niet meer 1,7. Met andere woorden, er is ten opzichte van de stoichiometrische vereisten voor koolwaterstofsynthese een overmaat aan CO gas aanwezig in de 10 toevoer van gasvormige reagentia, hetgeen bevorderlijk is voor het onderdrukken van de ongewenste vorming van methaan in de sythesestap.

Het moge duidelijk zijn dat de toevoer van gasvormige reagentia typisch een aanzienlijke hoeveelheid inerte en 15 oplosbare gassen omvat, zoals N2. Een andere gas dat typisch aanwezig is in de aanvoer van gasvormige reagentia is C02, dat gerust als een inert gas beschouwd kan worden wanneer de katalysator een stabiele katalysator is. Zoals bekend is bij diegenen die op dit gebied deskundig zijn zijn inerte of 20 oplosbare gassen, hoewel ongewenst, onvermijdelijk aanwezig omdat het niet economisch zou zijn te proberen deze gassen te vermijden of ze te verwijderen.

De vloeibare producten en eventueel gasvormige producten kunnen producten omvatten die typisch voorkomen bij 25 een Fischer-Tropsch synthese, zoals C3+ koolwaterstoffen en zuurstofbinders, zoals ethanol. Het proces kan een Fischer-Tropsch koolwaterstofsynthese proces zijn. De suspenderende vloeistof kan dus een vloeibaar product zijn, en de katalysator kan een stabiele Fischer-Tropsch katalysator 30 zijn, zoals een op peil gehouden kobaltkatalysator. De grootte van de katalysatordeeltjes kan in een gewenst gebied liggen, bij voorbeeld geen katalysatordeeltjes groter dan 300 > > 5 micron en minder dan 5% van de massa van de katalysatordeeltjes kleiner dan 22 micron.

Het proces kan ook het afkoelen inhouden van de gasvormige componenten in de bovenruimte om gasvormige 5 producten te laten condenseren, bij voorbeeld vloeibare koolwaterstoffen en reactiewater, waardoor het vloeibare product van de gassen wordt gescheiden hetgeen een overblijvend gas oplevert, en eventueel kan tenminste een deel van het overblijvend gas worden gerecycled om als een 10 stroom gerecycled gas worden teruggeleid naar het slurrie bed.

Het proces kan ook, als een additionele gastoevoer, het toevoeren omvatten van tenminste een gedeelte van de stroom gerecycled gas, voor zover aanwezig, in het slurrie 15 bed boven het niveau waarop de toevoer van gasvormige reagentia in het slurrie bed wordt geleid. Deze extra toevoer van gas kan worden ingebracht op een niveau dat zich bevindt tussen ongeveer 20% en 80% van de verticale hoogte van het slurrie bed, bij voorkeur boven 30% van de verticale hoogte 20 van het slurrie bed.

De extra toevoer van gas kan in het slurrie bed worden ingebracht door middel van een gasverdeler.

De extra toevoer van gas kan tenminste 10% uitmaken van de totale volumetrische toevoer van gas in het slurrie 25 bed. De toevoer van extra gas maakt typisch niet meer dan 60% uit van de totale volumetrische toevoerstroom van gas die het slurrie bed binnen treedt.

In de slurrie reactor of de borrel kolom kunnen zodoende onder normale verhoogde druk en de normale 30 temperatuurcondities die samenhangen met Fischer-Tropsch synthese reacties worden gehandhaafd, bij voorbeeld een vooraf bepaalde werkdruk in het gebied van 10 tot 50 bar en een vooraf bepaalde temperatuur in het gebied van 160'C tot 6 280*C, of zelfs hoger voor het vervaardigen van een product met een laag kookpunt. Het bruikbare temperatuurgebied is typisch 220*C tot 260‘C.

De katalysatordeeltjes in het slurrie bed worden 5 zodoende in suspensie gehouden door de turbulentie die wordt veroorzaakt door de stroom van synthesegassen (vers en eventueel gerecycled) die het slurrie bed passeert, dat wil zeggen die opborrelt door het slurrie bed. De gassnelheid door het oppervlak van de inlaat van tenminste 35 cm/s door 10 het slurrie bed is zodoende voldoende hoog om het slurrie bed in een toestand van turbulentie of suspensie te houden.

Het recyclen van de vloeibare fase door het slurrie bed kan ook onderdeel zijn van de werkwijze. In het bijzonder kan de werkwijze inhouden dat de het mogelijk wordt gemaakt 15 dat slurrie neerwaarts stroomt vanaf een hoger niveau in het slurrie bed naar een lager niveau, door gebruik te maken van hulpmiddelen voor het herverdelen van slurrie of van slurrie herverdelers, waarmee de warmte, de vloeibare fase en katalysator deeltjes in het slurrie bed worden herverdeeld.

20 In de specificatie wordt met de uitdrukking "hulpmiddelen voor het herverdelen van slurrie" of "slurrie herverdelers" beoogt te verwijzen naar fysieke inrichtingen die kunnen worden gebruikt om slurrie en katalysatordeeltjes verticaal in het reactorvat te herverdelen, en verwijzen ze 25 niet naar de werking van gas dat door het slurrie bed omhoog stroomt op de herverdeling van de slurrie en de katalysatordeeltjes. De hulpmiddelen voor het herverdelen van slurrie kunnen dus neergaande leidingen of aanzuigbuizen omvatten of mechanische inrichtingen voor herdistributie 30 zoals leidingen en pompen en filters.

Wanneer de hulpmiddelen voor het herverdelen van de slurrie neerstroomleidingen omvatten, kunnen deze zijn opgesteld in een eerste neerstroomgebied en in een tweede 7 neerstroomgebied waarbij het tweede neerstroomgebied zich in verticale zin op enige afstand bevindt van het eerste neerstroomgebied.

De neerstroomleidingen of afzuigbuizen kunnen zich 5 zodoende op verschillende niveau's of op verschillende verticale hoogtes in het slurrie bed bevinden. Het tweede neerstroomgebied kan op een hoger niveau zijn geplaatst dan het eerste neerstroomgebied en, indien gewenst, kunnen er nog meer neerstroomgebieden die elk tenminste een 10 neerstroomleiding of afzuigbuis bevatten worden aangebracht boven het tweede neerstroomgebied, waarbij een derde en elk volgende neerstroomgebied ook in verticale zin op enige afstand van elkaar zijn geplaatst.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan het 15 tweede neerstroomgebied het eerste neerstroomgebied overlappen. Met andere woorden, het onderste eind of de einden van de neerstroomleiding of leidingen in het tweede neerstroomgebied kunnen het bovenste einde of de einden van de neerstroombuis of buizen in het eerste neerstroomgebied 20 overlappen. In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding echter kan het tweede neerstroomgebied ten opzichte van het eerste neerstroomgebied zo zijn geplaatst dat er geen sprake is van overlap. Met andere woorden, het onderste eind of de einden van de neerstroombuis of buizen in het tweede 25 neerstroomgebied kunnen in verticale zin op enige afstand zijn geplaatst van het bovenste eind of de einden van de neerstroombuis of buizen in het eerste neerstroomgebied.

In een zijaanzicht van de reactor op het vat gezien kunnen de neerstroombuis of buizen in het tweede 30 neerstroomgebied versprongen zijn ten opzichte van die in het eerste neerstroomgebied. Met andere woorden, het onderste eind of de einden van de neerstroombuis of buizen in het tweede neerstroomgebied stoot of stoten bij voorkeur geen 8 slurrie uit vlak boven het bovenste eind of de einden van de neerstroombuis of buizen in het eerste neerstroomgebied.

Elke neerstroombuis kan een onderste transportgedeelte omvatten en een bovenste uitlaat of 5 uitgasgedeelte met een grotere dwarsdoorsnede dan het transportgedeelte. De secties hebben bij voorkeur een cirkelvormige dwarsdoorsnede en zijn cylindrisch van vorm, met een naar boven en naar buiten uitlopend verbindingsstuk dat de uitlaatsectie met de transportsectie verbindt.

10 Desgewenst kan het uitlaatgedeelte echter een andere geschikte vorm hebben, bij voorbeeld die van een rechthoekig of driehoekig kanaal, al naar gelang er ruimte beschikbaar is binnen in het reactorvat.

Terwijl elke neerstroombuis normaal gesproken geheel 15 binnenin het slurrie bed zal zijn ondergebracht dat wil zeggen binnen in de reactor, met het uitgasgedeelte in axiale zin eigenlijk altijd in lijn met het transportgedeelte, kan in plaats daarvan het transportgedeelte en eventueel een gedeelte van de uitgassectie buiten de reactor zijn 20 geplaatst, waarbij echter het onderste uitlaat einde van het transportgedeelte en tenminste het bovenste inlaat einde van de uitgassectie dan binnen de reactor zijn geplaatst in het slurrie bed of in de slurrie bed zone. Desgewenst kunnen de transport en uitgassecties indirect worden gekoeld met een 25 koelmiddel, bij voorbeeld door middel van pijpen waardoor heen het toevoerwater van een stoomketel wordt gevoerd.

De werkwijze kan inhouden dat de stap waarin de koolwaterstof synthese plaatsvindt zo wordt uitgevoerd dat het slurrie bed zich in een heterogene toestand bevindt 30 waarbij het draaiende turbulente stromingen optreden en waarbij het een verdunde fase omvat die bestaat uit snel opstijgende bellen gasvormige reagentia en eventueel gasvormige producten die zich als het ware als een gerichte t 9 stroming door de reactiezone of het slurrie bed verplaatsen en een dichtere fase die een vloeistoffase dat wil zeggen een vloeibaar product omvat, vaste katalysatordeeltjes, en meegevoerde kleinere bellen gasvormige reagentia en eventueel 5 gasvormige producten.

De toevoer van gasvormige reagentia kan bestaan uit elk sythesegas dat onttrokken is aan elke bron, zoals synthesegas dat is onttrokken aan kolen of synthesegas dat is afgeleid van aardgas. Naar verwachting zal echter de 10 uitvinding vooral worden toegepast in gevallen waarbij de toevoer van gasvormige reagentia bestaat uit een synthesegas dat is afgeleid van aardgas.

De volumeverhouding tussen de stroom gerecycled gas en de toevoer van gasvormige reagentia kan liggen in een 15 gebied met een ondergrens van 0,4 zoals hiervoor is aangegeven waarbij een bovengrens van het gebied ongeveer 1,5 is. De ondergrens kan echter ook groter zijn en ongeveer 0,5 zijn of zelfs nog groter en 0,6 bedragen. De bovengrens kan lager zijn zoals ongeveer 1,3 of zelfs in de buurt van 1 20 komen. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is de volumeverhouding ongeveer 0,8.

Het volumepercentage van de katalysatordeeltjes die aanwezig zijn in het slurrie bed kan liggen in een gebied met een ondergrens van 14 zoals hiervoor is aangegeven waarbij 25 een bovengrens van het gebied ongeveer 50 kan zijn. De bovengrens kan ook lager zijn en ongeveer 40 zijn of zelfs ongeveer 30.

De gasstroom in de inlaatopening van het slurrie bed bij normaal of constant bedrijf kan in een gebied liggen met 30 een ondergrens 35 cm/s zoals hiervoor is aangegeven, waarbij de bovengrens van het gebied wordt bepaald door de gewenste minimale algehele CO omzetting. De ondergrens kan echter ook hoger zijn en ongeveer 40 cm/s bedragen, of zelfs nog hoger 10 . ' zijn en 45cm/s zijn. De bovengrens wordt beïnvloed door de werkzaamheid van de katalysator, maar ze zal als regel niet hoger oplopen dan 85 cm/s.

De stap waarin de koolwaterstof synthese plaatsvindt, 5 dat wil zeggen het slurrie bed, kan zodanig worden uitgevoerd dat er een algehele CO plus H2 omzetting plaatsvindt van tenminste 80%, bij voorkeur meer dan 81%, liever meer dan 82%, en het liefst meer dan 83%. Dit kan worden bereikt door te werken met een voldoende hoge recycle verhouding.

10 De koolwaterstof synthese kan worden uitgevoerd C3+ koolstofselectiviteit van meer dan 85%, bij voorkeur meer dan 90%, en het liefst meer dan 92%, bij voorbeeld ongeveer 92.6%.

De uitvinding zal nu in meer detail worden beschreven 15 met verwijzing naar de begeleidende tekening die een dwarsdoorsnede in langsrichting laat zich van een installatie die kan worden gebruikt voor het uitvoeren van de werkwijze in overeenstemming met de uitvinding voor het vervaardigen van vloeibare en gasvormige producten uit gasvormige 20 reagentia.

De installatie 10 omvat een rechtopstaande cirkelvormige cylindrische slurrie fase reactor of borrel kolom 12 voor het uitvoeren van een Fischer-Tropsch synthese, met aan de onderzijde een toevoerleiding voor gasvormige 25 reagentia 14 die leidt naar een gasverdeler binnen in de reactor 12 (die hier niet is weergegeven) en een afvoer 16 voor gasvormige componenten vanuit de bovenzijde van de reactor 12. Een afvoer 18 voor een vloeibare-fase product verlaat de reactor 12 op een geschikt niveau.

30 De reactor 12 omvat een eerste neerstroomgebied dat in het algemeen wordt aangeduid met het referentiegetal 20. Het neerstroomgebied 20 omvat een neerstroombuis die in het algemeen wordt aangeduid met het referentiegetal 22. De 11 neerstroombuis 22 omvat een cylindrisch transportgedeelte 24 met een betrekkelijk kleine diameter, en een naar buiten uitlopend verbindingsstuk 26 aan een boveneinde van het transportgedeelte 24, en een uitgasgedeelte 28 met een nog 5 grotere diameter waarvan een ondereinde is verbonden met het verbindingsstuk 26. Een boveneinde van het uitgasgedeelte 28 voorziet dus in een inlaatopening 40 voor slurrie, terwijl een ondereind van het transportgedeelte 24 voorziet in een slurrie uitlaat 42. In het neerstroomgebied 20 zijn 10 koelleidingen 29 aangebracht.

De reactor 12 omvat ook een tweede neerstroomgebied dat in het algemeen wordt aangeduid met het referentiegetal 30. Het tweede neerstroomgebied 30 omvat een neerstroombuis die in het algemeen wordt aangeduid met het referentiegetal 15 32. De neerstroombuis 32 omvat ook een transportgedeelte 34 met betrekkelijk kleine diameter, een naar buiten uitlopend verbindingsstuk 36 en een boveneind van het transportgedeelte 34, en een uitgasgedeelte 38 met een betrekkelijk grote diameter aan een boveneinde van het transportgedeelte 34. Een 20 ondereind van het uitgasgedeelte 38 is zodoende verbonden met het verbindingsstuk 36. Een boveneind van het uitgasgedeelte 38 voorziet in een slurrie inlaat, terwijl een ondereind van het transportgedeelte 34 een slurrie uitlaat oplevert. In het neerstroomgebied 30 zijn ook koelleidingen 39 aangebracht.

25 Het ondereind van de neerstroombuis 32 bevindt zich in verticale zin op enige afstand van het boveneind van de neerstroombuis 22. Bovendien bevindt de neerstroombuis 32 zich in axiale zin niet in lijn met de neerstroombuis 22. Met andere woorden, gezien in zijaanzicht van de reactor 12 is de 30 neerstroombuis 32 ten opzichte van de neerstroombuis 22 versprongen.

De reactor 12 heeft ook een inlaatopening 52 voor een stroom gerecycled gas die is aangebracht op een niveau of een

4 I

12 hoogte boven de inlaatopening 14 voor de toevoer van gasvormige reagentia. De inlaatopening 52 voor gerecycled gas leidt bovendien naar een gasverdeler binnenin de reactor 12 die hier niet is weergegeven.

5 De installatie 10 omvat verder een afscheidingseenheid 54 die in verbinding staat met de uitlaat 16 voor gasvormige componenten in een compressor 56 die in verbinding staat met de afscheidingseenheid 54. Een leiding 58 voor gerecycled gas loopt van de compressor 56 naar de 10 inlaatopening 52 voor gerecycled gas. Een leiding 60 voor een vloeibaar product loopt van de afscheidingseenheid 54, terwijl een afgasleiding 62 een verbinding tot stand brengt tussen de afscheidingseenheid 54 en de compressor 56. Desgewenst kan de installatie 10 ook een leiding 59 voor 15 gerecycled gas omvatten die na de toevoeropening 14 loopt.

Tijdens bedrijf voorziet de reactor 12 in een slurrie bed zone die een slurrie bed 70 bevat met 20 volumeprocenten vaste stabiele kobalt katalysatordeeltjes die in stand worden gehouden door de koolwaterstof synthese en die zijn 20 gesuspendeerd in een vloeibare fase. Het slurrie bed 70 heeft een bovenoppervlak met een normaal niveau 72 boven het tweede neerstroomgebied 30, terwijl boven het slurrie bed 70 een bovenruimte 74 overblijft.

De reactor 12 heeft een binnendiameter van ongeveer 25 10 meter en het slurrie bed 70 heeft een uitgezette hoogte van ongeveer 40 meter, waardoor er een hoogte breedte verhouding van ongeveer 4 ontstaat.

In bedrijf wordt een aanvoerstroom van gasvormige reagentia of van vers synthesegas dat hoofdzakelijk 30 koolmonoxide en waterstof als gasvormige reagentia bevat in gebracht aan de onderzijde van de reactor 12 door de invoeropening 14 voor gasvormige reagentia, waarbij het gas door middel van een verdeelsysteem of een plaat met gaten 13 (die hier niet zijn weergegeven) in feite gelijkvormig in de reactor 12 wordt verdeeld. Tegelijkertijd wordt een stroom gerecycled gas (typisch gekoeld) dat als regel waterstof, koolmonoxide, methaan en kooldioxide in de reactor 12 5 ingevoerd via de inlaatopening 52 voor gerecycled gas op een niveau boven de invoeropening 14 voor gasvormige reagentia door middel van een verdeelsysteem (dat hier niet is weergegeven) binnen in de reactor 12. De inlaatopening 52 is typisch aangebracht op ongeveer 20% van de verticale hoogte 10 van het slurrie bed 70 boven de inlaat 14.

De gasvormige reagentia, bestaande uit het verse sythesegas en het gerecycled gas, stijgen op door het slurrie bed 70. Wanneer het synthesegas door het slurrie bed 70 borrelt, reageren de gasvormige reagentia daarin katalytisch 15 zodat een vloeibaar product wordt gevormd, dat daarmee onderdeel vormt van het slurrie bed 70. Van tijd tot of continu wordt een vloeibare fase die een vloeibaar product omvat afgezogen door de uitlaatopening 18 voor de vloeibare fase, waarbij katalysatordeeltjes worden gescheiden van het 20 vloeibare product in een daarvoor bestemd inwendig of uitwendig afscheidingssysteem, waarin bij voorbeeld gebruik wordt gemaakt van filters (die hier niet zijn weergegeven). Indien het afscheidingssysteem buiten de reactor is geplaatst, wordt een extra systeem (dat hier niet is 25 weergegeven) aangebracht om de afgescheiden katalysatordeeltjes terug te voeren in de reactor.

De toevoer van gasvormige reagentia (het verse aanvoergas voor de synthese) en eventueel een gedeelte van het gerecyclede gas of al het gerecyclede gas worden aan de 30 onderzijde van de reactor 12 ingevoerd in een tempo dat voldoende is om alle katalysatordeeltjes in het systeem in beweging en in suspensie te brengen zonder dat ze zich gaan afzetten. Het tempo van de gastoevoer zal worden gekozen 14 afhankelijk van de slurrie concentratie, de dichtheid aan katalysatordeeltjes, de dichtheid en de viscositeit van het suspenderend medium, en de specifieke deeltjesgrootte die wordt gebruikt. Volgens de uitvinding echter worden de 5 toevoersnelheden van de gasstroom en de punten waar het gerecyclede gas wordt ingevoerd zo gekozen dat de gassen door het slurrie bed 70 naar boven bewegen met gassnelheid gebaseerd op de oppervlak van ongeveer 35 cm/s in een onderste eindgebied van de reactor 12. Dit is verrassend hoog 10 gelet op de reserve die blijkens de literatuur bestaat ten aanzien van het werken met zulke hoge snelheden en gelet op het feit dat het gebruik van hogere gassnelheden het nadeel heeft dat het gepaard gaat met een grotere ophoping van gassen in de reactor waardoor er minder ruimte overblijft om 15 de slurrie met de katalysatordeeltjes onder te brengen.

Een deel van de slurrie stroomt continu omlaag door de neerstroombuizen 32, 22 enerzijds om een gelijkmatige verdeling van de katalysatordeeltjes in het slurrie bed 70 te weeg te brengen, maar ook om te zorgen voor een gelijkmatige 20 warmteverdeling door het hele slurrie bed 70 heen.

De reactor 12 wordt zo in bedrijf gehouden dat het slurrie bed 70 erin zich in een toestand bevindt met een heterogene of draaiend turbulente stroming en een verdunde fase omvat die bestaat uit snel opstijgende grotere bellen 25 gasvormige reagentia en gasvormige producten die zich als het ware als een gerichte stroom door het slurrie bed 70 bewegen en een dichtere gemengde fase die een vloeibaar product omvat, vaste katalysatordeeltjes en meegevoerde kleinere bellen gasvormige reagentia en gasvormige producten.

30 Ketelwater wordt door de koelhuizen 29, 39 rond gepompt als een medium voor indirecte warmtewisseling of warmteoverdracht. De warmte wordt uit het slurrie bed 70 4 · 15 overgebracht op het ketelwater waardoor een mengsel van stoom en water ontstaat.

Lichte koolwaterstofproducten, zoals een fractie C19 en lager wordt uit de reactor 12 weggezogen door de uitlaat 5 16 voor gasvormige componenten en gebracht naar de afscheidingseenheid 54. De afscheidingseenheid 54 omvat typisch een aantal koelers en een damp-vloeistofscheider en ze kan eventueel meer koelers en scheiders bevatten, en eventueel ook een cryogenische eenheid, voor het afscheiden 10 van de lichte koolwaterstofproducten van de vloeibare fase, water en eventueel kooldioxide van de overige gasvormige componenten. Er kan ook gebruik worden gemaakt van andere afscheidingstechnieken zoals membraaneenheden, adsorptie eenheden gebaseerd op variabele druk en/of eenheden van het 15 selectief verwijderen van kooldioxide en methaan. De afgescheiden gas die waterstof, koolmonoxide en andere gassen omvatten worden samengeperst en gerecycled door middel van de compressor 56 om te voorzien in een stroom gerecycled gas. Gecondenseerde vloeibare koolwaterstoffen en reactiewater 20 wordt uit de afscheidingseenheid 54 verwijderd door middel van de leiding 60 om verder te worden verwijderd.

Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt de stroom gerecycled gas 58 in het slurrie bed 70 ingevoerd via de inlaatopening 52 voor gerecycled gas en/of 25 door de inlaatopening 14 in een volumeverhouding tussen gerecycled gas en gasvormige reagentia die binnenkomen door de invoeropening 14 voor gasvormige reagentia van tenminste 0,4. Het proces 10 maakt zodoende gebruik van een synthese stap met meerdere koolwaterstof doorgangen zoals gedefinieerd 30 door de reactor 12, waarbij gebruik wordt gemaakt van betrekkelijk grote recycle verhoudingen.

Zoals al eerder werd aangegeven is het mogelijk dat een gedeelte van de stroom gerecycled gas wordt gecombineerd « » 16 met de aanvoer van gasvormige reagentia om in de reactor 12 te worden ingebracht via de invoeropening 14 voor gasvormige reagentia. Er wordt typisch tussen ongeveer 10% en ongeveer 60% van de totale volumetrische toevoer van gassen die het 5 slurrie bed 70 binnen komen in gebracht door de opening 52 voor gerecycled gas, waarbij de rest binnenkomt door de invoeropening 14 voor gasvormige reagentia.

In het reactor vat 12 wordt typisch een werkdruk in stand gehouden tussen ongeveer 10 bar en ongeveer 50 bar, 10 meer in het. bijzonder tussen ongeveer 20 bar en ongeveer 30 bar, en een werktemperatuur tussen ongeveer 160'C en 280‘C, en meer in bijzonder tussen ongeveer 220‘C en 260’C. De gekozen werkdruk en werktemperatuur kunnen afhankelijk zijn van de gewenste aard en verdeling van gasvormige en vloeibare 15 producten en van het type katalysator dat wordt gebruikt. Het reactorvat 12 is vanzelfsprekend voorzien van geschikte hulpmiddelen voor temperatuurregeling, zoals de koelleidingen 29, 39 voor het regelen van de reactietemperaturen, evenals van een geschikt hulpmiddel voor regelen van de druk zoals 20 een of meer drukregelventielen (die hier niet zijn weergegeven).

In het reactorvat 12 reageren de koolmonoxide en waterstof, wanneer het synthesegas door het slurrie bed 70 stroomt, waarbij een verscheidenheid aan producten ontstaat 25 in overeenstemming met bekende Fischer-Tropsch reacties. Bij de bedrijfsomstandigheden van de reactor 12 zoals hiervoor genoemd zijn sommige van deze producten gasvormig en ze worden afgezogen als gasvormige componenten door de uitlaatopening 16 voor gasvormige componenten zoals ook al 30 eerder werd aangegeven. Bij de bedrijfsomstandigheden van de reactor 12 zijn sommige van de producten die zijn aangemaakt vloeibaar, zoals bijvoorbeeld wassoorten, en ze dienen als een suspenderend medium voor de katalysatordeeltjes zoals ook 17 al eerder werd aangegeven. De reactor 12 wordt echter zodanig bedreven dat er per doorgang een CO plus H2 omzetting van tenminste 60% wordt bereikt.

Om een voorbeeld te noemen: de indiener heeft een 5 Fischer-Tropsch reactor ontworpen met een slurrie fase en meerdere gasdoorgangen om per uur 778.940 normaal kubieke meter synthese gas die 59,4 volumeprocenten waterstof en 31,3 volumeprocenten koolmonoxide omvatten te verwerken. Bij het ontwerp van de reactor wordt gebruik gemaakt van een stabiele 10 ondersteunde kobalt Fischer-Tropsch katalysator met een gemiddelde concentratie van 41 gewichtsprocenten (22 volumeprocenten) die is aangemaakt in overeenstemming met hetgeen is gesteld in US 5,700,839, die in deze aanvraag in zijn geheel als referentie is opgenomen. Het uitgezette 15 slurrie bed in het ontwerp heeft een hoogte breedte verhouding van ongeveer 4. Er wordt gewerkt met een gassnelheid gebaseerd op het oppervlak van de inlaatopening van 41 cm/s aan de onderzijde van de reactor bij een druk van 24,7 bar (a) en 230’C. In het ontwerp is een recycle 20 verhouding toegepast tussen de hoeveelheden gerecycled gas en gasvormige reagentia van 0,8. De totale toevoer van gerecycled gas wordt samen met de toevoer van gasvormige reagentia ingebracht aan de onderzijde van de reactor.

Volgens dit ontwerp kan een algehele CO plus H2 van 89% 25 worden bereikt en CO plus H2 omzetting van 61% per doorgang, met een C3+ koolstofselectiviteit van 92,6% en een productiesnelheid aan C3+ koolwaterstofproducten die groter is dan 22.000 barrels per dag. Dit is een verrassend hoog productietempo en het is veel hoger dan ooit eerder 30 nagestreefd. Bij het ontwerp is er van uitgegaan dat de activiteit van de katalysator zoals die onder laboratoriumomstandigheden werd verkregen ook haalbaar zal zijn in een reactor op commerciële schaal. Het moge echter 18 duidelijk zijn, dat indien de werkzaamheid van de commerciële katalysator minder is, hetzelfde ontwerp en dezelfde prestaties van de reactor kunnen worden behaald door gebruik te maken van een hogere gemiddelde katalysatorconcentratie.

5 De indiener heeft tot zijn verrassing ontdekt dat per doorgang een CO plus H2 omzetting (dat wil zeggen een syngas omzetting) van meer dan 60% kan worden bereikt bij een gassnelheid gebaseerd op de inlaatopening aan de onderzijde van de reactor van meer dan 35 cm/s. Dit maakt het mogelijk 10 algehele syngas omzettingen van meer dan 80% te bereiken in een eentrapsreactor door gebruik te maken van gerecycled gas hetgeen kostenvoordelen oplevert. In tegenstelling tot de algemeen geldende opvatten onder diegene die op dit gebied deskundig zijn dat de omzetting snel afneemt met toenemende 15 gassnelheid als gevolg van een toenemende menging bij hogere snelheden, heeft de indiener tot zijn verrassing ontdekt zijn gerichte stroom eigenschappen behoudt bij hogere gassnelheden, zelfs in reactoren met een kleinere hoogte breedte verhouding dan 5, en dat de omzetting niet wordt 20 beperkt door grenzen aan de hoeveelheid doorstromende massa. Met andere woorden, de opbrengst in tijd en ruimte gezien blijft bij deze hoge gassnelheden verrassenderwijs aanzienlijk toenemen, in tegenstelling tot wat eerder werd gedacht. Als gevolg hiervan kan een reactor productiviteit 25 van meer dan 420 gram koolwaterstof / per kilogram katalysator / per uur worden bereikt bij een gassnelheid gebaseerd op de inlaatopening van meer dan 35 cm/s en een CO plus H2 omzetting per doorgang van meer dan 60%.

Een evaluatie van het reactor ontwerp heeft, als 30 extra voordeel, bevestigd dat het een ontwerp is dat goedkoper is dan enig eerder reactor ontwerp dat bij de indiener bekend is, of enig ander ontwerpvoorstel dat de indiener overwoog voor deze bijzondere toepassing van de

Claims (8)

1. Een werkwijze voor het produceren van vloeibare en eventueel gasvormige producten uit gasvormige reagentia waarbij de werkwijze omvat het op een laag niveau van een toevoer van gasvormige 5 reagentia die tenminste CO en H2 omvatten in een geëxpandeerd slurrie bed bestaande uit vaste stabiele katalysatordeeltjes voor koolwaterstof synthese die in suspensie zijn in een suspenderende vloeistof, waarbij het slurrie bed zich bevindt in een vat en waarbij het geëxpandeerd slurrie bed een hoogte 10 breedte verhouding heeft van minder dan 5; het eventueel inbrengen van een stroom gerecycled gas in het slurrie bed; het laten reageren van de gasvormige reagentia en gerecycled gas waarbij er per doorgang tenminste 60% van de 15 CO plus H2 wordt omgezet wanneer ze in opwaartse richting door het slurrie bed bewegen met een gassnelheid van tenminste 35 cm/s, waardoor er vloeibare en eventueel gasvormige producten worden gevormd, en waarbij de gasvormige reagentia en elk gerecycled gas en gasvormige producten een 20 ondersteunende rol vervullen bij het in suspensie houden van de vaste katalysatordeeltjes in de suspenderende vloeistof, en waarbij het vloeibare product tezamen met de suspenderende vloeistof een vloeibare fase van het slurrie bed uitmaken; het mogelijk maken dat gasvormige producten en 25 ongebruikte gasvormige reagentia en ongebruikt gerecycled gas zich vrij maken van het slurrie bed als gasvormige componenten in een bovenruimte boven het slurrie bed; het verwijderen van de gasvormige componenten uit de bovenruimte; V. het verwijderen van een deel van de vloeibare fase uit het slurrie bed om het slurrie bed op een gewenst niveau in stand te houden; en het eventueel recyclen van enkele van de gasvormige 5 componenten uit de bovenruimte om zo te voorzien in een stroom gerecycled gas.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het geëxpandeerd slurrie bed een hoogte heeft van minder dan ongeveer 40 meter en een diameter van ten minste ongeveer 6 10 meter.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of conclusie 2, waarin de katalysatordeeltjes in het slurrie bed aanwezig zijn in een gemiddelde concentratie van tenminste 14 volumeprocent.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, zijnde een eenstapswerkwijze.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarin er sprake is van een stroom gerecycled gas en deze in het slurrie bed wordt ingevoerd met een volumeverhouding van 20 gerecycled gas tot gasvormige reagentia van tenminste 0,4.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, zijnde een Fischer-Tropsch werkwijze voor koolwaterstof synthese.

7. Werkwij ze volgens een van de voorgaande 25 conclusies, waarin er sprake is van een stroom gerecycled gas en inhoudt dat tenminste een gedeelte van de stroom gerecycled gas als een extra gastoevoer in het slurrie bed wordt ingebracht boven het niveau waarop de gasvormige reagentia in het slurrie bed worden ingebracht.

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de recycle verhouding voldoende hoog is zodat het slurrie bed werkzaam is met een algehele CO plus H2 omzetting van meer dan ongeveer 80%.