NO336287B1 - Høy-trykk Fischer-Tropsch synteseprosess ved anvendelse av et optimalisert kjølemiddel - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en synteseprosess av Fischer-Tropsch-type hvor det anvendes et egnet kjølemiddel.

Området for oppfinnelsen er det som dreier seg om Fischer-Tropsch-synteser, mer spesielt når katalysatoren anvendes i form av en suspensjon som iblant benevnes slurry på engelsk. Kategorien av aktuelle reaktorer har fluidiserte trefase-sjikt hvor katalysatoren er fordelt i form av svært fine partikler og er anbrakt i reaksjonsmediet i form av en suspensjon i væsken. Utrykket F.T. (forkortelse for Fischer-Tropsch) -reaktor vil i det følgende anvendes for å beskrive denne kate-gori av reaktorer. Fischer-Tropsch-synteser kjennetegnes ved at reaksjonen er sterkt eksoterm, typisk i størrelsesorden 40 kcal/mol, noe som gjør det nødvendig å eliminere varmen som genereres av reaksjonen i selve reaksjonsmediet med det formål å holde reaktoren innenfor bestemte temperaturgrenser. Når det gjelder foreliggende oppfinnelse, så er temperaturen for reaksjonsmediet fortrinnsvis mellom 200 og 250°C og mer spesielt mellom 220 og 240°C. Trykket har en gunstig innvirkning på omdannelsen, men velges fortrinnsvis relativt høyt på grunn av anleggets plassbehov. Innenfor rammen av oppfinnelsen så vil trykknivåene være mellom 20 og 60 bar og fortrinnsvis mellom 30 og 50 bar (1 bar = 10<5>Pa). Disse relativt høye trykknivåer vil muliggjøre en besparelse når det gjelder reaktorens diameter for en gitt produksjonskapasitet, eller en økning i produksjonskapasite-ten for en gitt reaktor. I tillegg produseres syntesegassen som utgjør F.T.-syntese-ladningen, dvs. hovedsakelig en blanding av CO og H2, generelt ved en vanndamp-reformeringsprosess eller en autoterm prosess, dvs. at et vanndamp-refor-meringstrinn og et trinn for delvis oksidasjon kombineres. Disse vanndamp-refor-meringsprosessene eller autoterme prosessene drives for tiden ved trykknivåer på 40 bar eller mer slik at syntesegassen er tilgjengelig ved dette trykket, og den er således ekstremt anvendbar i energiproduksjonssammenheng for å gjennomføre F.T.-syntesen ved et trykknivå så nær 40 bar som mulig. Der hvor det er hensikts-messig kan det tenkes at F.T.-syntesen gjennomføres ved et høyere trykknivå, 50 eller endog 60 bar. Den økonomiske fordelen ved drift ved disse trykknivåene vil avhenge av besparelsene når det anvendes en F.T.-syntesereaktor med en mindre diameter enn når det også anvendes en kompressor som gjør det mulig å heve trykket for syntesegassen, som antas å være tilgjengelig ved 40 bar, til 50 eller 60 bar som tilpasses for å gjennomføre F.T.-syntesen.

F.T.-reaktorer er utstyrt med bunter av varmevekslerrør som er tilpasset utprøvde design så som konfigurasjonen som består av en mangfoldighet av rør som holdes i en rørformet plate, idet kjølemidlet sirkulerer inne i rørene og reaksjonsmediet befinner seg utenfor rørene, på rørtanksiden (calandria side). Foreliggende oppfinnelse er ikke bundet til en bestemt konfigurasjon av rørbunten. Den omfatter forslaget om et kjølemiddelområde som er i overensstemmelse med følgende spesifikasjon: Det/de søkte fluidet eller fluidene må ha en fordampningsvarme som er tilstrekkelig til at det ikke fører til for store kjølemiddel-strømningshastigheter. På bakgrunn av dette er det ideelle fluidet vann, men ved de temperaturbetingelsene som prosessen krever, så tilsvarer fordampningen av vannet ved en maksimums-temperatur på ca. 225°C, dvs. ca. 10°C under temperaturen for reaksjonsmediet, et trykk inne i rørene på ca. 25 bar. Når vann anvendes som kjølemiddel, så kan trykket i reaksjonsmediet således ikke overstige dette tallet på 25 bar, og sikker-hetskravet som er angitt under begrenser således tilgang til høyere trykk for prosessen. Av sikkerhetsgrunner er det faktisk tilrådelig å opprettholde en liten trykk-forskjell mellom innsiden av rørene og reaksjonsmediet slik at dersom et rør i rørbunten sprekker, så går kjølemidlet fra innsiden av røret til reaksjonsmediet.

Kjølemidlet må være kompatibelt med reaksjonsmediet og mer spesielt

med katalysatoren som, i kontakt med visse fluider, kan tape sin aktivitet. Når det gjelder F.T.-syntese, så er den anvendte katalysatoren, generelt basert på kobolt eller mer generelt på et metall fra gruppe VIII, støttet på et varmemotstandsdyktig (refractory) metalloksid så som alumina, silika, alumino-silikater eller en zeolitt, generelt vann-følsom, mer spesielt i tilfellet med alumina som endrer bæreren for katalysatoren.

Det/de søkte kjølemiddel eller kjølemidler må også ha kokepunkter (ved trykknivåer som er i området 20 til 60 bar) som er tilstrekkelig lavere enn temperaturen for reaksjonsmediet, slik at temperaturforskjellen (kalt delta T i resten av teksten) mellom reaksjonsmediet og kjølemidlet som sirkulerer inne i rørene er tilstrekkelig til at det ikke fører til at det må installeres for store varmeveksleroverflater. Et delta T på minst 10°C er nødvendig i denne forbindelse, og med kjølemidlene i henhold til oppfinnelsen vil det være mulig å operere med delta T-verdier mellom 10 og 70°C og fortrinnsvis mellom 15 og 60°C.

Et krav som også kan legges til spesifikasjonen for ladningene av det søkte kjølemiddel er at det er fordelaktig at det har et så høyt kritisk trykk som mulig, slik at trykket som tas i bruk for prosessen er slik at forskjellen mellom fluidets kritiske trykk og prosessens trykk gjør at fordampningsvarmen for det aktuelle fluidet fremdeles er stor. For eksempel i tilfellet med metanol, som har et kritisk trykk på 80 bar, fordampningsvarme under 40 bar, tilsvarende et kokepunkt på 200°C, er den 148 kcal/kg. Endelig vil en høy molekylvekt for kjølemidlet være gunstig ettersom dette tallet vil kunne kompensere for reduksjonen i fordampningsvarme i forhold til vann uttrykt i kcal/mol.

Europeisk patent EP-0 614 864 foreslår som kjølemiddel normale, isomeri-serte eller cykliske paraffiner med karbonatomtellinger mellom 4 og 10. Disse hydrokarbonene har kokepunkter mellom 200 og 400°C ved 30 bar og mellom 230 og 450°C under 50 bar. Pentan fremlegges i dette patent som det foretrukne fluid. Fordampningsvarmen for pentan, i størrelsesorden 50 kcal/kg, er svært liten og er i stor grad en belastning for kjølesystemet når det gjelder strømningshastig-heten for kjølemidlet. Videre muliggjør det kritiske trykket på 34 bar for samme ikke drift ved et tilstrekkelig høyt trykk på prosess-siden.

Ett av formålene med oppfinnelsen er å avhjelpe ulempene ved tidligere teknikk og løse det angitte tekniske problemet.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en prosess for hydrokarbonsyntese ved hjelp av Fischer-Tropsch-reaksjon med utgangspunkt i en syntesegass, i en reaksjonssone (1) som inneholder et reaksjonsmedium omfattende nevnte syntesegass og en katalysator i fluidisert sjikt og som opererer i trefase-fluidisering, hvor et kjølemiddel sirkuleres i minst én varmevekslingssone (2) internt til reaksjonssonen og senket ned i det fluidiserte sjikt, kjennetegnet ved at kjølemidlet føres inn i varmevekslingssonen (2) ved en temperatur nær dets kokepunktet ved trykket for reaksjonsmediet, idet dette kokepunkt videre ligger i et område på 10 til 70°C under temperaturen for reaksjonsmediet, og fortrinnsvis i et område på 15 til 60°C under temperaturen for reaksjonsmediet og hvori kjølemidlet er ved et trykk mellom 0,5 til 5 bar større enn trykket for reaksjonsmediet.

Oppfinnelsen vil forstås bedre i lys av følgende figurer, hvor

- Fig. 1 er et prosessdiagram hvor sirkuleringen av kjølemidlet finner sted i lukket krets, idet kjøling av kjølemidlet gjennomføres ved hjelp av en indirekte varmeveksler som tillater en generering av vanndamp. Fig. 2 er en variant av prosessdiagrammet hvor sirkuleringen av kjølemidlet fremdeles finner sted i lukket krets, idet kjølingen av kjølemidlet gjennom-føres indirekte ved hjelp av et enkelt luft-kjølemiddel eller en tapt-vann-sirkulering. Fig. 3 er en variant av prosessdiagrammet hvor sirkuleringen av kjølemidlet fremdeles finner sted i lukket krets, idet kjøling av kjølemidlet som omfatter et system av energigjenvinning ved ekspansjon i en turbin gjennomføres delvis gjennom denne ekspansjonen og delvis ved direkte varmeveksling.

Foreliggende oppfinnelse er generelt illustrert på fig. 1. Den omfatter at det forslås en bestemt type kjølemiddel for F.T.-syntesereaktorer og mer generelt for enhver reaktor som drives i trefase-fluidisering (dvs. omfattende en gassfase, en væskefase og en fast fase som utgjøres av katalysatoren som er suspendert i væskefasen) og hvor det anvendes en sterkt eksoterm reaksjon som det er gunstig å drive ved høyt trykk, enten fordi trykket fremmer omdannelsen eller utbyttet av et søkt produkt, eller ganske enkelt fordi en trykkøkning vil muliggjøre at det kan bearbeides en større ladningsmengde for en gitt reaktor. Nevnte reaktor har minst én varmeveksler som er senket ned i det fluidiserte sjikt slik at det ekstraheres kalorier fra dette fluidiserte sjikt, og nevnte varmeveksler benytter et kjølemiddel kjennetegnet ved at dette kjølemiddel føres inn i varmeveksleren ved en temperatur som er nær dets kokepunkt ved trykket for reaksjonsmediet, idet dette kokepunktet også befinner seg i et område som strekker seg fra 10 til 70°C under temperaturen for reaksjonsmediet, og fortrinnsvis i et område som strekker seg fra 15 til 60°C under nevnte temperatur for reaksjonsmediet, og hvori kjøle-midlet er ved et trykk mellom 0,5 til 5 bar større enn trykket for reaksjonsmediet. Kjølemidlet kan høre til familien av alkoholer som har en karbonatomtelling på mindre enn eller lik 3, og vil fortrinnsvis være metanol, etanol eller enhver blanding av disse to forbindelsene. I enkelte tilfeller kan det være fordelaktig at det i kjølemiddelblandingen innføres en viss andel av vann som vil muliggjøre at kokepunktet kan innstilles mer nøyaktig og at det kan tilveiebringes en forbedret fordampningsvarme. Den maksimale andel av vann i denne blandingstypen vil være 85 vekt% og fortrinnsvis 70 vekt%. Når det gjelder ren metanol, så er fordampningsvarmen ved 30 bar i størrelsesorden 200 kcal/kg, og kokepunktet i området 30/50 bar endrer seg fra 185 til 212°C. Metanol kan således fordampe ved en temperatur flere titalls grader under temperaturen for reaksjonsmediet, typisk 235°C, under et trykk f.eks. på 40 bar, ettersom kokepunktet for metanol under 40 bar er 200°C. Metanol som kjølemiddel er således kompatibel med en drift av F.T.-reaktoren ved trykknivåer på opptil 60 bar. I foretrukket modus for FischerTropsch-syntesereaktorer vil reaksjonsmediets trykk fortrinnsvis være mellom 30 og 50 bar og temperaturen for reaksjonsmediet vil være mellom 200 og 250°C og fortrinnsvis mellom 220 og 240°C. Eksemplene under vil illustrere fordelene med metanol som et kjølemiddel sammenlignet med vann. Ettersom metanol dessuten er et ko-produkt av F.T.-syntese, så vil eventuell lekkasje av kjølemiddel inn i reaksjonsmediet ikke få ettervirkninger. Endelig kan den fordampede metanolen så ekspanderes i en turbin for å bevirke energigenerering. Denne varianten tydeliggjøres på fig. 3. Generelt vil det foretrekkes å vedlikeholde en relativt enkel metanolsløyfe og metanolen som fordampes etter avkjøling av reaksjonsmediet vil kondenseres på nytt i en forskjellig varmeveksler som er utenfor reaksjonsmediet, slik at det indirekte bevirkes en generering av damp. Endelig kan metanolen i enkelte tilfeller hvor reduksjonen av kostnader er viktig og der det kan tilveiebringes et kjølemiddel på rimelig måte og i en stor mengde, så som f.eks. for en installasjon som befinner seg i en flytende lagrings- og produksjonsstasjon, kondenseres på nytt ved hjelp av enkel avkjøling med saltvann i standard utstyr. Denne varianten illustreres på fig. 2.

Den detaljerte beskrivelsen angis med referanse til den medfølgende fig. 1. En F.T.-reaktor (1) bearbeider en ladning (C) som utgjøres av en blanding av CO og H2kalt syntesegass og produserer en samling av hydrokarboner med en karbonatomtelling i området fra 1 til ca. 80, angitt som (P). Ettersom de aktuelle reak-sjonene er sterkt eksoterme, så avkjøles reaktoren ved hjelp av en rørbunt (2) bestående av en rørsammenstilling som er senket ned i det fluidiserte reaksjonsmediet. Designet av varmevekslerrørbunten er ikke et kjennetegn ved foreliggende oppfinnelse som er kompatibel med hvilken som helst type av varmevekslerrørbunt. Denne varmevekslerrørbunten vil være kjennetegnet av en bestemt varmeveksleroverflatedensitet som generelt vil være i området fra 10 til 30m2/m<3>av reaksjonsvolum og fortrinnsvis i området 15 til 25 m<2>/m<3>. En katalysator redusert til en tilstand av fine partikler med en gjennomsnittlig diameter på ca. 50 nm suspenderes i væskefasen som utgjøres av reaksjonsproduktene, og selve væske/faststoff-suspensjonen krysses av gassfasen som er nærværende i mediet i form av bobler. Et kjølemiddel, f.eks. metanol, føres i flytende tilstand inn i den nedre del av rørbunten (2) fra en pumpe (14) via en rørledning (3) i en tilstand som er nær boblepunktet derav, og ved et trykk som er litt mer enn det fremherskende trykket i reaksjonsmediet. Generelt vil denne positive trykkforskjellen mellom innsiden av rørene og reaksjonsmediet være mellom 0,5 og 5 bar og fortrinnsvis mellom 1 og 4 bar. Kjølemidlet varmes opp til det når sitt kokepunkt ved det aktuelle trykk og fordampes delvis inne i den nedsenkede rørbunten (2). Den resulterende væske/damp-blandingen går ut av rørbunten (2) via den øverste delen derav ved hjelp av en rørledning (4), ved en temperatur som er ca. 20 til 30° under temperaturen for reaksjonsmediet, og føres inn i en separasjonskolbe (5) som er utenfor reaksjonsmediet, fra hvilken det ekstraheres en dampfase gjennom en rørledning (6) og en væskefase gjennom en rørledning (7). Dampfasen (6) føres inn i en varmeveksler (8) som vil mulig-gjøre kondensasjon derav i væske evakuert gjennom en rørledning (10) og rørledningen (7) av den resulterende væskefasen, som har kommet fra separasjonskolben (5), kommer også inn i denne væskefase-rørledningen (10). Væskefasen i rørledningen (10) tas opp ved hjelp av pumpen (14) som vil føre kjølemidlet gjennom rørledningen (3) inn i rørbunten (2) av reaktoren (1). Pumpen (14) gjør det mulig å overvinne trykkfallet som skyldes kryssingen av rørbunten (2) og gir kjølemidlet en tilstrekkelig hastighet for å trekke fordel av høye varmeveks-lingskoeffisienter på rørsiden. Tilsetningen av metanol, eller mer generelt av kjøle-middel, gjennomføres ved hjelp av en rørledning (11) som tømmes inn i væskefasen av separasjonskolben (5). Generelt vil varmeveksleren (8) være en varmeveksler med en rørbunt og kappe ("calandre"), idet kjølemidlet som skal kondenseres sirkulerer inne i rørene, og kjølefluidet som muliggjør denne kondensasjonen befinner seg på kappesiden. Dette kjølefluidet på kappesiden vil generelt være flytende vann som vil benytte kondensasjonsvarmen av kjølemidlet til å gå over til en vann/ damp-blanding. Vann/dampkretsen kan være av gass-sifongtype, dvs. at det anvendes en avgassingstank (13) anbrakt tilstrekkelig høyt i forhold til varmeveksleren (8) for at sirkulering av vann/damp-blandingen mellomvarmeveksleren (8) og tanken (13) gjennom en rørledning (15) skal finne sted utelukkende ved hjelp av tyngdekraft, og sirkuleringen av det flytende vannet som oppstår i tanken (13) til varmeveksleren (8) gjennom en rørledning (16). Den mettede dampen går ut av tanken (13) gjennom en rørledning (9) ved en temperatur som er ca. 10°C under kjølemidlets temperatur. Det flytende vannet tilsettes gjennom en rørledning (12) som går inn i den nedre del av tanken (13).

I en variant av oppfinnelsen som svarer til en situasjon hvor det kan tilveiebringes et kjølefluid i store mengder og til lave kostnader, så kan kretsen repre-sentert ved fig. 1 forenkles for å komme frem til kretsen vist på fig. 2. Kjølefluidet er det fluidet som muliggjør kondensasjon av kjølemidlet, som er det oppfinnelsen dreier seg om, i varmeveksleren (8). Dette er f.eks. tilfellet når F.T.-installasjonen bygges ved sjøkanten. I dette tilfellet forenkles kretsen av kjølemidlet, og ved utgangen fra rørbunten (2) sendes væske/damp-blandingen inn i varmeveksleren (8) hvor et kjølefluid (8a) som opererer ved omgivelsestemperatur og trykk-betingelser f.eks. vil være saltvann. I en annen variant kan kjølefluidet endog være omgivelsesluft, idet varmeveksleren (8) i dette tilfellet blir en luftkjøler (aero-coolant). I denne forenklede versjonen er det ikke nødvendig å anbringe separasjonskolben (5) oppstrøms for varmeveksleren (8) ettersom væske/damp-blandingen av kjølemidlet sendes på kappesiden inn i varmeveksleren (8), og ikke lenger bare dampfasen av dette fluidet som ble sendt på rørsiden inn i varmeveksleren (8) i det forutgående tilfelle. Væskefasen av kjølemidlet (10) ekstraheres fra varmeveksleren (8) ved hjelp av et vedheng (23) som er anbrakt i den nedre delen av nevnte varmeveksler(8). Denne væskefasen føres nok en gang inn i den nedsenkede rørbunten (2) i reaktoren (1) ved hjelp av pumpen (14) via rørledningen (3). I disse forskjellige variantene forblir kretsen av kjølemidlet, f.eks. metanol, absolutt uendret, og hensikten med utstyret (1); (2); (3); (4) som fremkommer på fig. 2 er nøyaktig den samme som på fig. 1. Spesielt rørledningen (11) angir fremdeles rørledningen som leverer kjølemiddel.

I en annen variant som tydeliggjøres på fig. 3 gjenvinnes den energien som skyldes trykket av kjølemidlet i damprørledningen (6) ved hjelp av en turbin (24) som vil ekspandere den fordampede del av kjølemidlet, opptil et egnet lavere trykknivå, hvor nevnte del vil være i form av en væske/ damp-blanding som kommer ut av turbinen (24) gjennom en rørledning (17). Turbinen (24) kan anvendes for å drive et genereringsanlegg (25) eller hvilken som helst annen energigenerator. Væske/-dampblandingen ekspanderes etter at den er kommet inn i turbinen (24) til et trykknivå hvor det er mulig å kondensere metanolen som fremdeles er i dampfase ved omgivelsestemperatur. Væske/ damp-blandingen kondenseres fullstendig i en varmeveksler (18), og den resulterende væsken føres inn i en separasjonskolbe (19) hvorfra en væske ekstraheres gjennom en rørledning (21) som tas opp av en pumpe (14a) for så å føres tilbake inn i kolben (8) ved hjelp av en rørledning (26). Fra kolben (8) går kjølemidlet deretter igjen inn i rørbunten (2) gjennom rørledningen (10) ved hjelp av pumpen (14). Rørledningen (11) utgjør rørledningen som tilfører kjølemidlet, som kan finne sted i kolben (19) som vist eller ved kondensatoren.

Ett aspekt av oppfinnelsen kan understrekes når det gjelder eksistensen for reaktoren av stabile driftspunkter og ustabile driftspunkter. Med driftspunkt for reaktoren menes et stasjonært punkt som tilsvarer likheten mellom varmen som produseres ved den kjemiske reaksjonen (CR) og varmen som evakueres gjennom kjølesystemet (HE). Disse to varmemengdene er funksjoner av temperaturen, og det kan i tilfelle av en reaktor som antas å være fullstendig omrørt og en kjemisk kinetisk reaksjon som gir en betydelig aktiveringsenergi, påvises at gjen-nomskjæringen av kurven som representerer den produserte varmen (CR) og den ekstraherte varmen (HE) kan finne sted på flere punkter, hvorav noen betegnes som stabile og andre ustabile. Stabile punkter er de hvor en liten forskjell i temperatur rundt det nevnte punktet på naturlig måte absorberes slik at driften av reaktoren igjen vil være på det opprinnelige driftspunktet, selv i fravær av ethvert system for kontroll og regulering. De punktene som kalles ustabile derimot, er de hvor en liten forskjell i temperatur rundt driftspunktet vil forsterkes, slik at driften av reaktoren vil bevege seg bort fra det opprinnelige punktet og blir etablert på et nytt separat driftspunkt, og enkelte ganger svært langt fra det opprinnelige punktet, idet dette nye driftspunktet generelt er stabilt i den betydning som er angitt i det foregående. Avhenging spesielt av temperaturforskjellen (delta T) mellom reaksjonsmediet og veggen i rørene i rørbunten (2), så kan det hende at det resulterende driftspunkt er ustabilt i den betydning som er definert i det foregående. Denne situasjonen kan være svært skadelig ettersom den kan føre til et avvik fra temperaturdriftsvinduet, som er relativt smalt når det gjelder F.T.-syntese. For å unngå denne situasjonen, så er det første tiltaket å redusere verdien av delta T, noe som i enkelte begrensede tilfeller vil føre til varmeveksleroverflater som skal installeres som kan være for store i forhold til reaktorens volum. For å avhjelpe denne sistnevnte situasjonen, så vil det derfor være ønskelig, og enkelte ganger en absolutt nødvendighet, å inkorporere i reaktoren et styringskontrollsystem, kjent som dynamisk kontroll, noe som vil gjøre det mulig å forbli på det valgte driftspunkt, selv om sistnevnte er ustabilt. En beskrivelse av et slikt styringskontrollsystem er å finne i artikkelen "An Analysis of Chemical Reactor Sta-bility and Control" av N. R. Amundson og R. Aris, publisert i tidsskriftet Chemical Engineering Science, sider 7 til 121, i 1958. Et slikt styringskontrollsystem kan anvendes om nødvendig dersom det oppnådde driftspunkt var et ustabilt punkt. Det skal imidlertid understrekes at den iboende dynamikken for reaktorer med en suspendert katalysator for F.T.-syntese er en god understøttelse for denne type av styringskontroll ettersom reaksjonsmediet er av en svært omrørt beskaffenhet, og overføringen av forstyrrelsene finner således sted ved høy hastighet. Spesielt kan det svært raskt påvises en temperaturvariasjon i reaksjonsmediet ved hjelp av en egnet temperaturføler, anbrakt i dette mediet, og det korrigerende tiltak, f.eks. av trykket av kjølemidlet eller av strømningshastigheten derav, kan således settes i gang svært hurtig fra en egnet kontroll- og styringsanordning.

Eksempler:

I det følgende presenteres fem driftseksemplerforen F.T.-syntesereaktor som bearbeider en blanding av CO + hh med det formål å sette i verk syntesen for et svært bredt område av hydrokarboner som strekker seg fra metan til forbindelser med opptil 80 karbonatomer. Strømningshastigheten for hydrokarboner som kommer ut av reaktoren er 36,5 tonn/time. Reaktorens diameter er 5 meter, og temperaturen for reaksjonsmediet er 235°C. Resultatene er angitt i tabell I under.

Eksempel 1 er representativt for tidligere teknikk, og anvender vann som kjølemiddel. Trykket for reaksjonssonen er 20 bar. Reaktoren er utstyrt med en intern varmeveksler, idet overflatevekslingen som er 9400 m<2>, tillater spredning av 100 Gkal/time (1 Gkal = 10<9>kal, 1 cal = 4,18 joule), noe som tilsvarer reaksjonsvarmen. Trykket inne i rørene i varmevekslerrørbunten er 21 bar slik at det opprettholdes en positiv forskjell mellom innsiden av rørene og reaksjonsmediet.

Eksempler 2, 3 og 4 er i henhold til oppfinnelsen, og benytter metanol som kjølemiddel. De tre verdiene som ble holdt konstant i forhold til eksempel 1, er temperaturen for reaksjonsmediet (235°C), varmen som skal ekstraheres fra reaktoren (100 Gkal/t) og trykkforskjellen på 1 bar mellom innsiden av rørene og reaksjonsmediet.

Eksempel 2 kjennetegnes ved et reaksjonssonetrykk som er identisk med reaksjonstrykket i eksempel 1, nemlig 20 bar. Det kan sees at på grunn av temperaturforskjellen mellom reaksjonsmediet og rørene i varmeveksleren (som i det følgende benevnes delta T) og som endrer seg fra 20°C med vann til 67°C med metanol, så er varmevekslingsoverflaten i metanoltilfellet mye mindre enn den var med vann (3600 m<2>kontra 9400 m<2>).

Eksempel 3 kjennetegnes ved et reaksjonssonetrykk på 30 bar, et valg som vil bety en forbedring i omdannelsen og gjøre at det for en gitt reaktor er mulig å bearbeide en større ladningsmengde. Verdien for delta T er mindre enn i eksempel 2, men fører fremdeles til en varmevekslingsoverflate som er mindre enn varmevekslingsoverflaten i eksempel 1 (5000 m<2>kontra 9400 m<2>).

Eksempel 4 kjennetegnes ved et reaksjonssonetrykk på 40 bar som tilsvarer trykknivåene som det er ønskelig å drive reaktoren ved. Verdien for delta T er redusert til 34°C, men fører fremdeles til en varmevekslingsoverflate som er mindre enn varmevekslingsoverflaten som tilsvarer eksempel 1 (7100 m<2>kontra 9400 m<2>).

Eksempel 5, fremdeles med et trykk på 40 bar og en temperatur på 235°C i reaksjonssonen, illustrerer det faktum at metanolen blandet med vannet tillater en reduksjon av verdien for delta T mellom reaksjonsmediet og kjølemidlet slik at den der det er nødvendig plasseres på et stabilt driftspunkt. Med en andel på 60 vekt% vann og 40 vekt% metanol gjennomføres en vann/metanol-blanding som har et gjennomsnittlig kokepunkt på 220°C, og som tillater en drift med en delta T på 15°C, og sikrer således driftspunktets stabilitet. Varmevekslingsoverflaten som i dette tilfellet skal innføres, er 13 900 m<2>.

Eksempler 2, 3 og 4 viser at valget av metanol som kjølemiddel gjør det mulig å øke trykket i reaksjonssonen samtidig som varmevekslerens overflate reduseres. Det må også understrekes at dersom det oppstår en sprekk i ett av rørene i rørbunten, idet lekkasjen fra rørene i reaksjonsmediet skyldes den positive trykkforskjellen som pålegges i denne retningen, så vil mediet lades med metanol som er ikke et problematisk fluid ut i fra sikkerhetshensyn ettersom det er en del av reaksjonsproduktene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for syntese av hydrokarboner ved hjelp av Fischer-Tropsch-reaksjon, som tar utgangspunkt i en syntesegass, i en reaksjonssone (1) som inneholder et reaksjonsmedium omfattende nevnte syntesegass og en katalysator i fluidisert sjikt og som drives i trefase-fluidisering, hvor i fremgangsmåten et kjølemiddel sirkuleres i minst én varmevekslingssone (2) internt til reaksjonssonen og senket ned i nevnte fluidiserte sjikt, karakterisert vedat kjølemidlet føres inn i varmevekslingssonen (2) ved en temperatur som er nær dets kokepunkt ved trykket for reaksjonsmediet, idet dette kokepunktet befinner seg i et område på 10 til 70°C under temperaturen for reaksjonsmediet og fortrinnsvis i et område på 15 til 60°C under temperaturen for reaksjonsmediet, og hvori kjølemidlet er ved et trykk mellom 0,5 til 5 bar større enn trykket for reaksjonsmediet.

2. Fremgangsmåte for syntese av hydrokarboner i henhold til krav 1,karakterisert vedat trykket for reaksjonsmediet er mellom 20 og 60 bar, fortrinnsvis mellom 30 og 50 bar, og temperaturen for reaksjonsmediet er mellom 200 og 250°C og fortrinnsvis mellom 220 og 240°C.

3. Fremgangsmåte for syntese av hydrokarboner i henhold til et av kravene 1 til 2,karakterisert vedat kjølemidlet som anvendes i varmevekslingssonen (2) velges fra følgende forbindelser: metanol, etanol eller enhver blanding av disse forbindelsene.

4. Fremgangsmåte for syntese av hydrokarboner i henhold til et av kravene 1 til 3, karakterisert vedat kjølemidlet som anvendes i varmevekslingssonen (2) også omfatter vann i en andel på mindre enn 85 vekt% av blandingen som utgjør nevnte kjølemiddel, og fortrinnsvis i en andel på mindre enn 70% av nevnte blanding.

5. Fremgangsmåte for syntese av hydrokarboner i henhold til et av kravene 1 til 4,karakterisert vedat varmevekslingssonen (2) består av en nedsenket varmeveksler omfattende en rørbunt som har en varmevekslingsoverflate-densitet, dvs. varmevekslingsoverflate pr. m<3>reaktorvolum, som er mellom 10 og 30m<2>/m<3>og fortrinnsvis mellom 15 og 25m<2>/m3.

6. Fremgangsmåte for syntese av hydrokarboner i henhold til et av kravene 1 til 5, karakterisert vedat kjølemidlet som innføres minst delvis i flytende tilstand i varmevekslersonen (2) fordampes delvis i nevnte sone, kondenseres minst delvis i minst én kondensasjonssone, idet væskefasen som resulterer fra nevnte kondensasjon resirkuleres minst delvis inn i varmevekslingssonen (2).

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert vedat kondensasjonssonen omfatter en væske/damp-separasjonssone, det delvis fordampede kjølemiddel føres inn i separasjons-sonen, en gassfase (6) utvinnes som kondenseres i kondensasjonssonen, og en væskefase (7) som resirkuleres med væskefasen som kommer fra kondensasjonssonen inn i varmevekslingssonen (2).

8. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 6 til 7, karakterisert vedat kjølemiddel-kondensasjonssonen omfatter en rørbunt hvor det anvendes vann som kjølemiddel, en dampfase som ekstraheres på toppen av nevnte rørbunt, kondenseres i en separasjonssone (13) anbrakt over kondensasjonssonen, og en væskefase som trekkes av fra separasjons-sonen (13) og resirkuleres inn i rørbunten i kondensasjonssonen.

9. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 6 til 8, karakterisert vedat en dampfase av kjølemidlet utvinnes på toppen av kondensasjonssonen, og ekspanderes i minst én turbin (24), den således ekspanderte væske/damp-blandingen avkjøles og kondenseres, væskefasen av det således tilveiebrakte kjølemiddel fraskilles, og den resirkuleres inn i kondensasjonssonen.

10. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 9, karakterisert vedat temperaturen for reaksjonsmediet reguleres ved hjelp av et dynamisk reguleringssystem som virker på trykket eller på strømnings-hastigheten for kjølemidlet, slik at den forblir på det valgte driftspunktet, selv om dette er ustabilt.