NO318137B1

NO318137B1 - Fremgangsmate for regenerering i en boblekolonnereaktor med sugeror av katalysatoren inneholdt deri.

Info

Publication number: NO318137B1
Application number: NO19990881A
Authority: NO
Inventors: Pierre Galtier; Vincenzo Piccolo; Dominique Casanave; Cristina Maretto
Original assignee: Agip Petroli; Eni Spa; Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2005-02-07
Also published as: DE69816576T2; CN1230941A; ID21080A; EP0923413B1; CA2264572C; CA2264572A1; WO1999000191A3; SA98190950B1; EP0923413A2; JP2000516966A; ITMI971509A0; ITMI971509A1; IT1292422B1; WO1999000191A2; MY120749A; CN1163455C; JP4083819B2; US6162754A; ES2205529T3; NO990881L

Abstract

Kontinuerlig fremgangsmåte for fremstilling av alminnelig tunge hydrokarboner idet det startes fra syntesegass i nærvær av en gassfase, en væske og en fast katalysator, idet fremgangsmåten utføres ved anvendelse av en boblekolonne, kjennetegnet ved at boblekolonnen innvendig har: (a) minst ett sugerør, (b) minst en innretning for innstrømning av syntesegass, (c) minst en innretning for innstrømning av regenereringsgass, (d) minst en innretning for aktivering/avbrytelse av strømmen av regenereringsgass, (e) eventuelle innretninger som er egnet for å minimalisere blanding av syntesegassen med regenereringsgassen.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av fremherskende tunge hydrokarboner, alternative brennstoffer, oktanfremmende midler, kjemikalier og kjemiske mellomprodukter idet det startes fra syntesegass i nærvær av en gassfase, en væske og en fast katalysator, idet den ovennevnte fremgangsmåte utføres ved anvendelse av en boblekolonne utstyrt med kjøle-innretninger og omfattende periodisk intern regenerering av den reversibelt, delvis deaktiverte katalysator, idet regenereringen utføres i nærvær av en regenereringsgass, hvori boblekolonnen innvendig har: (a) minst ett sugerør, bestående av en ialt vesentlig vertikal sylinder, som har mindre dimensjoner enn kolonnen, med både de nedre og øvre ender åpne, som er fullstendig nedsenket i væskefasen inneholdende

faststoffet i suspensjon,

(b) minst en innretning for innstrømning av syntesegassen,

idet innretningen (b) for innstrømning av syntesegassen

er lokalisert ved bunnen av boblekolonnen,

(c) minst en innretning for innstrømning av regenereringsgass lokalisert ved bunnen av det indre rom mellom suge-røret og innerveggen av reaktoren, (d) minst en innretning som aktiverer/avbryter strømmen av

regenereringsgass,

(e) valgfrie innretninger som er egnet for å minimalisere blandingen av syntesegass med regenereringsgassen.

Katalytiske slurryprosesser, dvs. å arbeide i trefasesystemer som hovedsakelig består av en gassfase og en væskefase hvori den faste katalysatoren er dispergert, særlig Fischer-Tropsch prosessen, har ulempen med en mer eller mindre distinkt reversibel deaktivering av den initiale katalytiske aktivitet til katalysatoren. Denne ulempen løses generelt ved regenerering av den utbrukte katalysator.

EP-A-590.882 beskriver en metode for regenerering av en katalysator for syntese av hydrokarboner, inneholdende kobolt eller rutenium, underkastet delvis reversibel deaktivering i en slurrysynteseprosess. Denne prosessen muliggjør gjenvinning av minst 80% av den initiale aktivitet til katalysatoren .

Den ovennevnte metode involverer utførelse av regenereringen av katalysatoren in situ i slurryreaktoren, ved periodisk å stanse stømningshastigheten av prosessgassen (syntesegassen) og å sende en strøm av gass inneholdende hydrogen og andre inerte gasser, idet tilstedeværelse av komponenter unngås, slik som for eksempel karbonmonoksyd, som er istand til å reagere med hydrogenet.

Prosessen beskrevet i EP-A-590.882 har imidlertid den ulempe at det kreves en periodisk avbrytelse av syntesen av hydrokarboner for å erstatte prosessgassen med gassen inneholdende hydrogen.

US-A-5.268.344 løser problemet ved å benytte en boblekolonne og utføre regenereringen av katalysatoren inne i ett eller flere sugerør som er lokalisert inne i boblekolonnereaktoren, idet den del av kolonnesnittet som er okkupert av sugerørene foretrukket er mindre enn 10%. I motsetning til det som er beskrevet i EP-A-590.882 involverer denne løsningen ikke avbrytelse av syntesegassen.

Det er også kjent at på området reaksjoner i trefasesystemer er boblekolonnereaktorer utstyrt med et sugerør å foretrekke fremfor enkle boblekolonnereaktorer med hensyn til fordelingen av den faste fasen i trefasesystemet.

Det er nå blitt funnet en spesiell boblekolonnekonfigurasjon utstyrt med et sugerør som overvinner de ovennevnte ulemper.

Anvendelse av denne spesielle boblekolonnekonfigurasjon gjør det faktisk mulig å utføre regenerering av den delvis deaktiverte katalysator in situ (mere spesielt i mellomrommet mellom reaktor og sugerør), idet den periodiske avbrytelse av tilførselen av produktgassen således unngås.

I tillegg tillater reaktoren anvendt i den foreliggende oppfinnelse en bedre homogenisering av fasene med hensyn til boblekolonnereaktorene anvendt i US-A-5.268.344.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av fremherskende tunge hydrokarboner, alternative brennstoffer, oktanfremmende midler, kjemikalier og kjemiske mellomprodukter idet det startes fra syntesegass i nærvær av en gassfase, en væske og en fast katalysator, idet den ovennevnte fremgangsmåte utføres ved anvendelse av en boblekolonne utstyrt med kjøle-innretninger og omfattende periodisk intern regenerering av den reversibelt, delvis deaktiverte katalysator, idet regenereringen utføres i nærvær av en regenereringsgass, hvori boblekolonnen innvendig har: (a) minst ett sugerør, bestående av en ialt vesentlig vertikal sylinder, som har mindre dimensjoner enn kolonnen, med både de nedre og øvre ender åpne, som er fullstendig nedsenket i væskefasen inneholdende

faststoffet i suspensjon,

(b) minst en innretning for innstrømning av syntesegassen,

idet innretningen (b) for innstrømning av syntesegassen

er lokalisert ved bunnen av boblekolonnen,

regenereringsgass,

(e) valgfrie innretninger som er egnet for å minimalisere

blandingen av syntesegass med regenereringsgassen,

som er kjennetegnet ved at den ovennevnte regenerering utføres uten avbrytelse av syntesegassen og at regenereringen omfatter

{i) en første regenereringsfase for katalysatoren hvori en regenereringsgass inneholdende hydrogen spyles inn i mellomrommet mellom reaktoren og sugerøret fra den nedre

del av mellomrommet mellom reaktor og sugerør, idet strømningshastigheten av gassen inneholdende hydrogen er slik at det hydrostatiske trykk mellom sugesonen og mellomrommet balanseres, og

(ii) en andre fase hvori tilførselen av gassen inneholdende hydrogen avbrytes og sirkulasjonen av væsken inneholdende faststoffet i suspensjon etableres på ny ved hjelp av sugerøret, idet den regenererte katalysator oppnådd i fase (i) på denne måten erstattes med den utbrukte

katalysator som fremdeles er tilstede inne i reaktoren, (iii) gjentagelse av faser (i) og (ii).

Andre utførelsesformer av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Sugerøret er foretrukket anbragt koaksialt med hensyn til kolonnen.

Innretningene for innstrømningene av syntesegassen og/eller regenereringsgassen er foretrukket gassfordelere.

De valgfrie innretningene som er egnet for minimalisering av blanding av syntesegassen med regenereringsgassen er foretrukket deflektorer.

Betegnelsen "regenereringsgass" betyr gassen, vanligvis hydrogen som eventuelt er fortynnet med inerte gasser, som anvendes for regnerering av den reversibelt deaktiverte faste katalysator, foretrukket inneholdende minst ett metall fra gruppe VIII som foretrukket er valgt fra kobolt og jern, foretrukket kobolt.

Konfigurasjonen av boblekolonnereaktoren anvendt i den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å regenerere katalysatoren uten å avbryte strømmen med reagensgassene.

Fig. 1 representerer et eksempel på en utførelsesform i henhold til den foreliggende oppfinnelse. I rekkefølge refererer tallene til:

1- tilførselsledning for syntesegassen,

2- tilførselsledning for regenereringsgassen for regenerering av katalysatoren,

3- tømmeledning for gassproduktene (fremherskende lette

hydrokarboner) og ikke-reagerte komponenter,

4- tømmeledning for de flytende produkter,

5- tilførselsledning for kjølefluidet,

6- tømmeledning for kjølefluidet,

7- sugerør,

8- kjøleinnretninger beliggende i mellomrommet mellom suge-røret og reaktoren,

9- kjøleinnretninger beliggende inne i sugerøret,

10- innretning for innstrømning av syntesegassen,

11- innretning for innstrømning av regenereringsgassen,

12- deflektorer,

13- ventil for aktivering/avbrytning av strømmen av

regenereringsgass for katalysatoren,

14- dispersjonsnivå (gass-væske-faststoff).

I den skjematiske tegningen i fig. 1 er det også piler som angir retningen for bevegelsen av den indre sirkulasjon av væsken, som er etablert av sugerøret når strømmen av gass inneholdende hydrogen avbrytes.

I overensstemmelse med det som er beskrevet i fig. 1, omfatter boblekolonnereaktoren anvendt i den foreliggende oppfinnelse innvendig et sugerør (7), hovedsakelig vertikalt, som anvender prosessgassen som bærer. Denne innretningen er grunnleggende en vertikal sylinder, med mindre dimensjoner enn boblekolonnereaktoren, som er koaksialt innført inne i kolonnen, åpen i begge ender og fullstendig nedsenket i væsken som inneholder faststoffet i suspensjon. Dette tillater væsken og faststoffet i suspensjon å sirkulere gjennom den sylinderformede innretningen og mellomrommet utenfor sylinderen, hvis drivkraften som skyldes prosessgassen som kommer inn i bunnen av kolonnen overvinner trykkfallene. Dimensjonene av denne innretningen (7) må være slik at den nedre enden foretrukket er like over bunnen av reaktoren, mens den øvre enden er like under den frie overflaten av faststoff-væske-suspensjonen inneholdende gassen.

Syntesegassen, omfattende karbonmonoksyd og hydrogen, inn-føres i bunnen av reaktoren ved hjelp av en passende innretning, foretrukket en fordeler (10). Geometrien av for-deleren og avstanden av sugerøret fra bunnen av kolonnen er hensiktsmessig valgt til å tillate prosessgassen å strømme inne i den sylinderformede innretningen, idet preferanseruter i mellomromsonen således unngås. Fischer-Tropsch syntesereaksjonen foregår inne i den sylinderformede innretningen.

Regenereringen av katalysatoren utføres med regenereringsgass, foretrukket hydrogen, ved høye temperaturer og trykk, svarende til dem som er valgt for Fischer-Tropsch syntesen. Hydrogenet tilføres som en gasstrøm. Denne strømmen kan inneholde inerte gasser slik som metan eller andre lette hydrokarboner (C2-C10) . Det er foretrukket at de ikke inneholder karbonmonoksyd eller andre komponenter som kan reagere med hydrogenet ved driftstemperaturen og -trykket for Fischer-Tropsch syntesen.

Som nevnt i det foregående tillater den ovennevnte konfigura-sjon av boblekolonnen at den deaktiverte katalysator regenereres in situ.

I en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse anvendes fremgangsmåten i henhold til krav 1 for regenerering in situ av reversibelt delvis deaktiverte faste katalysatorer, fremherskende inneholdende metaller fra gruppe VIII og foretrukket valgt fra kobolt og jern.

Betegnelsen "regenerering av katalysatoren" betyr en gjenvinning på minst 80% av den initiale katalytiske aktivitet til katalysatoren.

I trinn (i) er det foretrukket å minimalisere sirkulasjonen av væske-faststoff-suspensjonen og gass mellom den sylinderformede innretning og mellomrommet. Dette oppnås ved å virke på strømningshastigheten til gass inneholdende hydrogen spylt inn i mellomrommet for å balansere det hydrostatiske trykk mellom de to områder.

Deflektorer formet på passende måte kan være installert i den nedre åpningen av sugerøret for å minimalisere blandingen av de to gasstrømmene, den for prosessgassen og den inneholdende hydrogen for regenerering.

I trinn (ii) avbrytes tilførselen av regenereringsgassen og sirkulasjonen av væsken inneholdende faststoffet i suspensjon reetableres ved hjelp av sugerøret og prosessgass, hvis strømningshastighet grunnleggende forblir uendret, idet det sistnevnte utelukkende avhenger av de etablerte drifts- og prosessbetingelser.

Som nevnt i det foregående foregår regenereringen av katalysatoren i mellomrommet mellom kolonnen og den sylinderformede innretning, ved anvendelse av en regenereringsgass foretrukket innført ved hjelp av passende fordelere, foretrukket beliggende ved den nedre åpningen av det ringformede mellomrom.

Etableringen av en tvungen sirkulasjon av væske inneholdende faststoffet i suspensjon mellom sugerøret og mellomrommet tillater en ny ladning av utbrukt katalysator, som er suspendert i væsken fremherskende bestående av hydrokarbonene fremstilt ved synteseprosessen, å komme inn i mellomrommet idet suspensjonen som inneholder den regenererte katalysator således erstattes.

På grunn av sirkulasjonen som er etablert ved hjelp av suge-røret, forlater den "regenererte katalysator" mellomrommet og kommer inn i reaksjonssonen (inne i sugerøret) fra åpningen ved bunnen, mens ladningen av "utbrukt katalysator" passerer fra reaksjonssonen til mellomrommet, hvor regenereringen foregår, gjennom den øvre åpningen.

Når volumet av mellomrommet er blitt fullstendig fornyet, fullføres en regenereringssyklus og strømmen av regenereringsgass i mellomrommet åpnes på ny og starter en ny regenereringssyklus.

Under både fase (i) og fase (ii) foregår Fischer-Tropsch reaksjonen kontinuerlig inne i den sylinderformede innretning, hvis volum representerer reaksjonsvolumet, hvor prosessgassen spyles.

Regenereringssyklusen startes når aktiviteten til katalysatoren forringes over et visst nivå, for eksempel 50%, og stanses når katalysatoren har gjenvunnet den ønskede katalytiske aktivitet, foretrukket etter gjenvinning av minst 80%, enda mer foretrukket minst 90% av den opprinnelige katalytiske aktivitet.

Når regenereringssyklusen og fornyelsen av den regenererte ladning ikke utføres i reaktoren anvendt i den foreliggende oppfinnelse, arbeider kolonnereaktoren med kontinuerlig indre sirkulasjon av væsken inneholdende faststoffet i suspensjon på grunn av sugerøret som er permanent installert inne i reaktoren.

Som kjent for eksperter på området, fremmer den indre sirkulasjon fordelingen av faststoffet i suspensjonen med væsken, hvilket ellers kun ville oppnås ved hjelp av boblene av gass som kommer inn nær bunnen av kolonnen, og gjør således konsentrasjonsprofilen til katalysatoren mer ensartet.

På grunn av eksotermisiteten til både Fischer-Tropsch syntesereaksjonen og regenereringsprosessen innføres et passende kjølesystem i både reaksjons- og regenererings-seksjonene for å opprettholde kontroll av temperaturen og i praksis isotermiske betingelser, bestående for eksempel av rørbunter, kveiler eller andre typer varmevekslingsoverflater nedsenket i suspensjonsbulken (slurrien). I Fischer-Tropsch synteseprosessen er temperaturreguleringen fundamental i det at temperaturen direkte påvirker selektiviteten av reaksjonen. I tillegg er det viktig å bevare katalysatoren fra uønsket overoppheting som kan skade den.

Den indre regenerering av katalysatoren foregår foretrukket under de samme betingelser for temperatur og trykk som Fischer-Tropsch syntesereaksjonen. Under alle omstendigheter er det mulig å uavhengig regulere temperaturen både inne i reaksjonssonen og i regenereringssonen.

Betingelsene, særlig for temperatur og trykk, for syntesepro-sesser for hydrokarboner er generelt velkjente. Tempera-turene kan være mellom 150°C og 380°C, foretrukket fra 180°C til 3 50°C, enda mer foretrukket fra 190°C til 300°C. Trykkene er generelt høyere enn omtrent 0,5 MPa, foretrukket fra 0,6 til 5 MPa, mer foretrukket fra 1 til 4 MPa.

I den foretrukne utførelsesform i henhold til den foreliggende oppfinnelse, dvs. i syntesen av hydrokarboner via reduk-sjon av CO, består de faste partiklene i det minste delvis av partikler av en katalysator valgt fra dem som er velkjent for eksperter på området og som normalt anvendes for katalysering av denne reaksjonen. En hvilken som helst katalysator for Fischer-Tropsch syntesen, særlig slike basert på jern eller kobolt, kan anvendes i fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Katalysatorer basert på kobolt anvendes foretrukket, hvor kobolt er tilstede i en mengde som er tilstrekkelig til å være katalytisk aktiv for Fischer-Tropsch. Konsentrasjonene av kobolt kan normalt være minst omtrent 3 vekt%, foretrukket fra 5 til 4 5 vekt%, mer foretrukket fra 10 til 30 vekt%, idet det refereres til den totale vekt av katalysatoren. Kobolt og mulige promotere er dispergert i en bærer, for eksempel silika, alumina eller titanoksyd. Katalysatoren kan inneholde andre oksyder, for eksempel oksyder av alkalimetaller, jordalkalimetaller eller sjeldne jordmetaller. Katalysatoren kan også inneholde et annet metall som kan være aktivt som Fischer-Tropsch katalysator, for eksempel et metall fra gruppene 6 og 8 i det periodiske system slik som rutenium, eller som kan være en promoter som for eksempel molybden, renium, hafnium, zirkonium, cerium eller uran. Promotermetallet eller -metallene er vanligvis tilstede i et forhold med hensyn til kobolt på minst 0,05:1, foretrukket minst 0,1:1, enda mer foretrukket fra 0,1:1 til 1:1.

De ovennevnte katalysatorer er generelt i form av fine pulvere som vanligvis har en gjennomsnittlig diameter på mellom 10 og 700 fim, foretrukket fra 10 og 200 ( im, enda mer foretrukket fra 2 0 og 100 /im. De ovennevnte katalysatorer anvendes i nærvær av en væskefase og en gassfase. I tilfellet med Fischer-Tropsch syntese kan væskefasen bestå av en hvilken som helst inert væske, for eksempel ett eller flere hydrokarboner med minst 5 karbonatomer pr. molekyl. Foretrukket består væskefasen hovedsakelig av mettede paraffiner eller olefiniske polymerer med et kokepunkt på mer enn omtrent 14 0°C, foretrukket høyere enn omtrent 280°C. I tillegg kan passende flytende media bestå av paraffiner fremstilt ved Fischer-Tropsch reaksjonen i nærvær av en hvilken som helst katalysator, foretrukket med et kokepunkt høyere enn omtrent 3 50°C, foretrukket fra 3 70 til 560°C.

Lastingen av faststoffene, eller volumet av katalysatoren med hensyn til volumet av suspensjon eller fortynningsmiddel, kan nå opp til 50%, foretrukket fra 5 til 40%.

I tilfellet med Fischer-Tropsch kan tilførselsgassen omfattende karbonmonoksyd og hydrogen være fortynnet med andre gasser, som oftest til et maksimum på 3 0 volum%, foretrukket opp til 2 0 volum%, vanligvis valgt fra nitrogen, metan og karbondioksyd.

Hva angår forholdet mellom hydrogen og karbonmonoksyd, kan dette variere innen et bredt område. I den foretrukne utfør-elsesf orm er det mellom 1:1 og 3:1, enda mer foretrukket fra 1,2:1 til 2,5:1.

Regenereringsbehandlingen øker aktiviteten til syntesekataly-satorer for hydrokarboner, reversibelt og delvis deaktivert, uavhengig av prosedyren som de er blitt fremstilt med.

De etterfølgende eksempler gir en bedre forståelse av den foreliggende oppfinnelse.

EKSEMPLER

Eksempel l beskriver betingelsene som er påkrevet for regenerering av katalysatoren inne i boblekolonnereaktoren med et sugerør, uten å avbryte synteseprosessen for hydrokarboner, med en kjent geometri av reaktoren og drifts-betingelser som prosessen foregår ved.

I eksempel 1 anvendes en industriell reaktor med en diameter på 10 m, som har et sugerør med diameter på 9,5 m, og strøm-ningshastigheten av gassen inneholdende hydrogen som skal spyles inn i basisen av det ringformede mellomrom beregnes i forhold til strømningshastigheten av prosessgassen. Tre tilfeller undersøkes i eksempel 1: 0,2, 0,3 og 0,4 m s"<1> som overflatehastighet av prosessgassen med referanse til passasjesnittet av sugerøret.

I eksempel 2 opprettholdes de samme betingelser som i eksempel 1 idet imidlertid diameteren av sugerøret varieres istedenfor strømningshastigheten av prosessgassen. De under-søkte tilfeller er 6,5, 8,5 og 9,5 m, mens overflatehastigheten av prosessgassen, idet det refereres til snittet av sugerøret, forblir konstant og lik 0,3 s"<1>. Som i eksempel 1, beregnes strømningshastigheten av gassen inneholdende hydrogen, som skal spyles inn i basisen av det ringformede mellomrom, denne gang i forhold til diameteren av sugerøret.

Eksempel 1:

Hvordan utføre den indre regenerering av katalysatoren i en boblekolonnereaktor uten å avbryte strømmen av prosessgass, med kontinuerlig syntese av hydrokarboner.

I. Effekt av strømningshastigheten av prosessgassen.

For å sikre at regenereringen av katalysatoren foregår uten å avbryte Fischer-Tropsch syntesen, inne i boblekolonnereaktoren utstyrt med et sugerør, er det nødvendig å unngå at: (a) strømmen av gass inneholdende hydrogen som innføres i åpningen av det ringformede mellomrom kommer i kontakt med prosessgassen inneholdende CO, som reagerer med hydrogenet, som skjer i synteseprosessen inne i

sugerøret, idet regenerering av katalysatoren hindres, (b) væsken inneholdende faststoffet i suspensjon sirkulerer gjennom sugerøret og mellomrommet for å være istand til å hindre blanding av volumet av slurry hvori reaksjonen foregår og volumet av slurry hvori regenereringen foregår, selv om strømmen av gass inneholdende hydrogen periodisk avbrytes for å gjenopprette den styrte sirkulasjon, på grunn av sugerøret, og å fornye lastingen (eller volumet) av slurry som skal regenereres inne i det ringformede mellomrom.

For å tilfredsstille de ovennevnte punkter, i tillegg til passende fordelingssystemer for prosessgassen og gass inneholdende hydrogen, må sirkulasjonen av væske inneholdende katalysatoren i suspensjon minimaliseres. For å gjøre dette må det hydrostatiske trykk (som er drivkraften for væskesirkulasjonen) mellom mellomrommet og sugerøret gå mot null:

hvor:

A<p>h = hydrostatisk trykk mellom mellomrommet og sugerøret,

Pa,

= opphold av gass i sugerøret,

ea = opphold av gass i mellomrommet,

pG = densitet av gassfasen, kg m"<3>,

Psl = densitet av slurryfasen, kg m"<3>,

g tyngdens akselerasjon, m s"<2>,

H = høyde av den frie overflate av dispersjonen med hensyn

til bunnen av kolonnen, m.

I likevekten (I) antas det at den gjennomsnittlige konsentra-sjon av faststoff er det samme i både sugerøret og mellomrommet, og også at densiteten av prosessgassen er sammenlign-bar med densiteten av gassen inneholdende hydrogen for regenereringen av katalysatoren.

For å minimalisere det hydrostatiske trykk, idet det anses at densiteten av slurrien er minst en størrelsesorden høyere enn densiteten av gassen og at deres forskjell derfor alltid er en endelig verdi, må der være det samme opphold av gass i både sugerøret og mellomrommet:

Når reaksjonsbetingelsene, geometrien av boblekolonnereaktoren omfattende sugerøret og strømningshastigheten av prosessgassen er etablert, kan den ovennevnte ligning (II) kun oppnås med en spesiell strømningshastighet av gass inneholdende hydrogen spylt inn i mellomrommet.

For å beskrive oppholdet av gass (gas holdup) i sugerøret og mellomrommet ble en hydrodynamisk modell fra litteraturen valgt (Krishna et al., A.I.Ch.E. Journal Vol. 43, 1997, s. 311-316) som var gyldig for en boblekolonne i nærvær av et gass-væske-faststoff system med slurryfasen under "satsvise" betingelser, som anslår oppholdet av gass i forhold til egenskapene til systemet, diameteren av kolonnen og den fiktive hastigheten av gassen. Med hensyn til det ringformede området av mellomrommet, ble dette sammenlignet med en kolonne med en diameter lik den tilsvarende hydrauliske diameter.

Den hydrodynamiske modellen fra litteraturen anvendes idet det vises til en boblekolonnereaktor som arbeider i det heterogene strømningsområdet, som er typisk for reaktorer av industriell størrelse, hvilket er kjent for fagmannen. Det heterogene området kan representeres ved hjelp av en generalisert tofasemodell, hvor en fase kalt "fortynnet" består av fraksjonen av gass som strømmer gjennom reaktoren i form av store bobler. Den andre ("tette" fase) kan representeres ved væskefasen hvori partiklene av faststoff er suspendert og den gjenværende fraksjon av gass i form av små findispergerte bobler. De store boblene, som har en høyere stigningshastighet enn de små boblene, kan i alt vesentlig anses som å være i pluggstrøm. Den tette fasen som består av væsken, det suspenderte faststoff og små findispergerte bobler har en viss grad av tilbakeblanding som avhenger av driftsbetingelsene for prosessen og diameteren av kolonnen. Den hydrodynamiske modellen fra litteraturen, som er basert på et stort antall forsøksresultater, går også ut fra at oppholdet av gassen sin avhengighet av diameteren av kolonnen er gyldig opp til en kolonnediameter på 1 m, idet denne innvirkningen er neglisjerbar for høyere diametre. Dette kan forklares ved det faktum at ved en diameter på mer enn l m påvirkes ikke lenger boblene av gass i slurrybulken av fenomenet kjent som "veggeffekt".

Under betraktning av en boblekolonnereaktor av industriell størrelse med en diameter på 10 m, hvori høyden av slurry-dispersjonen inneholdende gassen er 3 0 m, hvor det innvendig

er et sugerør med en diameter på 9,5 m og en høyde på 2 9,8 m, beliggende i en avstand på 10 cm over bunnen av kolonnen i en koaksial posisjon, ble strømningshastigheten av gass inneholdende H2 som tilfredsstiller ligninger (I) og (II) undersøkt i forhold til strømningshastigheten av prosessgass som skal velges for syntesen av hydrokarboner. Resultatene for de tre tilfeller hvor overflatehastigheten av prosessgassen, med referanse til snittet av sugerøret, er lik 0,2, 0,3 og 0,4 m/s, er angitt i tabell 1. I den ovennevnte tabell er oppholdet av gass også representert, som ved definisjon er det samme i sugerøret og i mellomrommet når katalysatoren regenereres. Tabell 2 viser på den annen side strømnings-hastighet ene av væske, inneholdende faststoffet i suspensjon, som sirkulerer gjennom mellomrommet og sugerøret når strømmen av gass inneholdende hydrogen i mellomrommet, avbrytes, for de samme tilfeller som beskrevet i tabell l. Disse strømningshastigheter av væske ble oppnådd ved å bestemme den faktiske hastighet av slurrien (væske med faststoff i suspensjon) i sugerøret og mellomrommet som tilfredsstiller energi1igningen:

hvor APH er det hydrostatiske trykk mellom mellomrommet og sugerøret i Pa, mens APTAP refererer til de totale trykktap av boblekolonnereaktoren med et sugerør, som oppnås fra summen av trykkfallene ved friksjon i mellomrommet, i sugerøret og ved toppen og bunnen av sugerøret, hvor plutselige innskrenk-ninger eller utvidelser av snittet og ombyttinger av retningen av slurrystrøm foregår.

Reaksjonsbetingelsene for alle tilfellene er: 23 0°C og

3 0 bar, konsentrasjonen av katalysator er 35 volum% og densiteten av slurrien er 906 kg m"<3>.

Eksempel 2:

II. Effekt av diameteren av sugerøret.

I dette eksempelet opprettholdes de samme antagelser som i eksempel 1, men i stedet for å variere den fiktive hastigheten av prosessgassen varieres diameteren av sugerøret. Som i det foregående eksempel er diameteren av kolonnen av industriell størrelse 10 m, høyden av slurry-dispersjonen inneholdende gassen er 3 0 m, høyden av sugerøret holdes konstant og er lik 29,8 m, og også avstanden mellom den nedre ende av sugerøret og bunnen av kolonnen betraktes å være konstant og lik 10 cm. Overflatehastigheten av gassen med hensyn til det frie snittet av passasjen av sugerøret er innstilt ved 0,3 m s"<1>, mens driftstrykket og -temperaturen av synteseprosessen for hydrokarboner er som i det foregående eksempel 30 bar og 230°C.

Strømningshastigheten av gass inneholdende hydrogen som tilfredsstiller ligninger (I) og (II) i eksempel 1 ble undersøkt i forhold til diameteren av sugerøret, Dd. Resultatene for tre forskjellige verdier av diametre av sugerøret: 6,5, 8,5 og 9,5 m, er angitt i tabell 3 sammen med arealdelen som opptas av mellomrommet med hensyn til det totale areal av kolonnen (A%).

Som det kan sees fra resultatene i tabell 3 for tilfellene med en diameter av sugerøret på 6,5 og 8,5 m, er den fiktive hastigheten som gassen inneholdende hydrogen må ha for å tilfredsstille ligninger (I) og (II) den samme som prosessgassen. Årsaken til dette er at for begge tilfeller er den hydrauliske diameter hva angår mellomrommet større enn 1 m, og derfor viser ligning (II), for antagelsene angitt i eksempel l, seg å være uavhengig av diameteren og avhenger utelukkende av gasshastigheten: når korrelasjonene som beskriver oppholdet av gass i mellomrommet og sugerøret er de samme, tilfredsstilles ligning (II) kun for det samme gass-væske-faststoff system når de fiktive hastighetene av de to gassene er like.

Når strømmen av gass inneholdende hydrogen avbrytes og den indre sirkulasjon av væsken inneholdende faststoffet i suspensjon startes på ny, er strømningshastighetene av sirkulerende slurry som oppnås, for de samme tilfeller som i tabell 3, angitt i tabell 4.

Som det kan sees fra dataene i tabell 4 så øker økningen i diameter av sugerøret sirkulasjonen av slurrien, på samme måte som det som inntreffer når strømningshastigheten av syntesegassen økes idet størrelsen av sugerøret holdes konstant (se tabell 2).

For å maksimalisere reaksjonsvolumet med hensyn til regenere-ringsvolumet må snittet av mellomrommet reduseres ved å øke, med den samme ytre diameter av reaktoren, diameteren av suge-røret .

Hvis diameteren av sugerøret imidlertid økes over en viss grenseverdi, er der et plutselig fall i sirkulasjonsstrøm-ningshastigheten av slurrien (se tabell 5). Dette betyr at sugeeffekten indusert av tilstedeværelsen av sugerøret reduseres, mens en viss mengde tilbakestrøm (uønsket fenomen) foregår inne i reaksjonsvolumet. I tabell 5 kan det sees at for å ha tilstrekkelig resirkulasjon av slurry må det velges et sugerør med en diameter mindre enn 9,8 m.

Betingelsene i tabell 5 er de samme som i tabell 4.

Claims

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av fremherskende tunge hydrokarboner, alternative brennstoffer, oktanfremmende midler, kjemikalier og kjemiske mellomprodukter idet det startes fra syntesegass i nærvær av en gassfase, en væske og en fast katalysator, idet den ovennevnte fremgangsmåte utføres ved anvendelse av en boblekolonne utstyrt med kjøleinnretninger og omfattende periodisk intern regenerering av den reversibelt, delvis deaktiverte katalysator, idet regenereringen utføres i nærvær av en regenereringsgass, hvori boblekolonnen innvendig har: (a) minst ett sugerør, bestående av en ialt vesentlig vertikal sylinder, som har mindre dimensjoner enn kolonnen, med både de nedre og øvre ender åpne, som er fullstendig nedsenket i væskefasen inneholdende faststoffet i suspensjon, (b) minst en innretning for innstrømning av syntesegassen, idet innretningen (b) for innstrømning av syntesegassen er lokalisert ved bunnen av boblekolonnen, (c) minst en innretning for innstrømning av regenereringsgass lokalisert ved bunnen av det indre rom mellom suge-røret og innerveggen av reaktoren, (d) minst en innretning som aktiverer/avbryter strømmen av regenereringsgass, (e) valgfrie innretninger som er egnet for å minimalisere blandingen av syntesegass med regenereringsgassen, karakterisert ved at den ovennevnte regenerering utføres uten avbrytelse av syntesegassen og at regenereringen omfatter (i) en første regenereringsfase for katalysatoren hvori en regenereringsgass inneholdende hydrogen spyles inn i mellomrommet mellom reaktoren og sugerøret fra den nedre del av mellomrommet mellom reaktor og sugerør, idet strømningshastigheten av gassen inneholdende hydrogen er slik at det hydrostatiske trykk mellom sugesonen og mellomrommet balanseres, og (ii) en andre fase hvori tilførselen av gassen inneholdende hydrogen avbrytes og sirkulasjonen av væsken inneholdende faststoffet i suspensjon etableres på ny ved hjelp av sugerøret, idet den regenererte katalysator oppnådd i fase (i) på denne måten erstattes med den utbrukte katalysator som fremdeles er tilstede inne i reaktoren, (iii) gjentagelse av faser (i) og (ii) .

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sugerøret er anbrakt koaksialt med hensyn til boblekolonnen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at innretningen (b) for innstrømningen av syntesegassen er en gassfordeler.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at innretningen for innstrømningen av regenereringsgassen (c) er en gassfordeler.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav l, karakterisert ved at midlene (e) som er egnet for å minimalisere blandingen av syntesegassen og regenereringsgassen er deflektorer.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at midlene (e) som er egnet for å minimalisere blandingen av syntesegassen og regenereringsgassen er montert nær den nedre åpning av sugerøret.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sugerøret (a) har slike dimensjoner at dets nedre ende er lokalisert rett over bunnen av reaktoren mens den øvre enden er rett under den frie overflaten av faststoff-væske-suspensjonen inneholdende faststoffet .

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fasene (i) og (ii) gjentas inntil total regenerering av katalysatoren inneholdt i kolonnereaktoren.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fremherskende tunge hydrokarboner fremstilles.