BRPI0919428B1 - Aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, sistema de reação de síntese de hidrocarboneto e método de síntese de hidrocarboneto - Google Patents

Description

(54) Título: APARELHO DE REAÇÃO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO, SISTEMA DE REAÇÃO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO E MÉTODO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO (51) Int.CI.: C10G 2/00 (30) Prioridade Unionista: 30/09/2008 JP 2008-253214 (73) Titular(es): JAPAN OIL, GAS AND METALS NATIONAL CORPORATION. INPEX

CORPORATION. JX NIPPON OIL & ENERGY CORPORATION. JAPAN PETROLEUM EXPLORATION CO.,LTD.. COSMO OIL CO. LTD.. NIPPON STEEL ENGINEERING CO.,LTD (72) Inventor(es): YASUHIRO ONISHI.; YUZURU KATO; EIICHI YAMADA

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO DE REAÇÃO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO, SISTEMA DE REAÇÃO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO E MÉTODO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO.

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto mediante introdução de um gás de síntese incluindo um gás hidrogênio e um gás monóxido de carbono como os principais componentes em uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, um sistema de reação de síntese de hidrogênio incluindo o mesmo e um método de síntese de hidrocarboneto.

Prioridade é reivindicada ao Pedido de Patente Japonesa No. 2008253214, depositado em 30 de Setembro de 2008, o conteúdo do qual é incorporado aqui por referência.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Como um dos métodos para a síntese de combustíveis líquidos a partir de gás natural, uma técnica GTL (Gás em Líquidos; síntese de combustível líquido) de reforma de gás natural para produzir gás de síntese contendo um gás monóxido de carbono (CO) e um gás hidrogênio (H2) como os principais componentes, síntese de hidrocarbonetos líquidos como um composto de hidrogênio por meio da reação de síntese de Fischer-Tropsch (aqui depois referida como reação de síntese FT), com esse gás de síntese como um gás fonte e ainda hidrogenação e refino dos hidrocarbonetos líquidos para produzir produtos combustíveis líquidos, tais como nafta (gasolina bruta), querosene, gasóleo e parafina, foi recentemente desenvolvida.

Como um sistema de reação de síntese de hidrocarboneto 0 qual produz combustíveis líquidos usando essa técnica GTL, conforme mostrado no Documento de Patente 1 a seguir, é conhecida uma configuração incluindo um aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto 0 qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química, tal como uma reação de síntese FT, de um gás de síntese e uma pasta fluida tendo partículas de

2/31 catalisador sólidas suspensas em um líquido.

Entretanto, convencionalmente, o gás pressurizado é fornecido aos dispositivos constituintes os quais constituem o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, se requerido, de forma a impedir a pasta fluida ou semelhante de refluir de uma parte de conexão com outros dispositivos constituintes ou de modo a fornecer um fluido contido dentro dos outros dispositivos constituintes ou semelhante. Além disso, por exemplo, gases inertes, tal como gás nitrogênio, o qual é obtido por meio de evaporação de nitrogênio mantido em uma unidade de energia a frio ou semelhante, do ponto de vista de controle de deterioração de catalisador, são adequadamente utilizados como esse gás pressurizado.

LISTA DE CITAÇÃO

DOCUMENTO DE PATENTE

DOCUMENTO DE PATENTE 1

Publicação PCT de Patente Japonesa Traduzida No. 2007-533662.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA QUE A INVENÇÃO TEM DE SOLUCIONAR

Contudo, no aparelho de síntese de hidrocarboneto convencional acima, o gás nitrogênio é fornecido de fora do sistema de síntese o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto. Portanto, à medida que o gás nitrogênio é usado mais e mais, os custos de construção do aparelho para o gás nitrogênio aumentam e uma grande quantidade de energia é requerida de forma a sintetizar o composto de hidrocarboneto. Como um resultado, há um problema pelo fato de que os custos de operação aumentam.

Isto é, primeiro, de forma a usar o gás nitrogênio, uma unidade de armazenamento, tal como uma unidade de energia a frio, para manutenção desse gás nitrogênio é ainda requerida. Quando uma grande quantidade de gás nitrogênio é usada, uma unidade de armazenamento de grande capacidade é requerida e os custos de construção aumentam com o tempo de forma a construir essa unidade de armazenamento. Além disso, quando o aparelho é operado para sintetizar um composto de hidrocarboneto, uma grande quantidade de energia para resfriamento/aquecimento ou semelhante é requerida e os custos

3/31 de operação aumentam.

Além disso, esse gás nitrogênio pode estar misturado com um gás inflamável produzido no processo da reação de síntese FT e ser incinerado como um gás para combustão. Nesse processamento, é necessário utilizar unidades de incineração, tal como uma chaminé-tocha. Portanto, quando uma grande quantidade de gás tem de ser incinerada, uma unidade de incineração de grande capacidade é requerida. Isso aumenta o custo de construção de uma unidade de incineração. Além disso, uma vez que uma grande quantidade de energia para descarte de incineração é requerida, os custos de operação também aumentam como um resultado.

A presente invenção foi feita em vista das situações descritas acima e o objetivo da mesma é proporcionar um aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, um método de síntese de hidrocarboneto e um sistema de reação de síntese de hidrocarboneto incluindo o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, o qual pode reduzir a quantidade de gás pressurizado usado a ser fornecido de fora de um sistema de síntese o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto, reduzir os custos de construção do aparelho e sintetizar um composto de hidrocarboneto em baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

MEIOS PARA SOLUCIONAR O PROBLEMA

De forma a solucionar os problemas acima, a presente invenção propõe o meio a seguir.

O aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto de acordo com a presente invenção é um aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química de um gás de síntese incluindo um hidrogênio e um monóxido de carbono como os principais componentes e uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, o aparelho sendo guarnecido com um reator no qual o gás de síntese contata a pasta fluida; e um dispositivo de fornecimento de gás não reagido o qual extrai um gás não reagido do reator, então, pressuriza o gás não reagido e fornece o gás não reagido a um dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto.

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O método de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como os principais componentes e uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, o método incluindo: extração de um gás não reagido do reator, pressurização do gás não reagido e fornecimento do gás não reagido a um dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto.

Aqui, o gás não reagido é um gás de síntese não reagido o qual foi introduzido no reator mas não quimicamente reagido com a pasta fluida, um gás (por exemplo, um gás incluindo um gás hidrocarboneto cujo número de carbono é igual a ou menor do que 4 como os principais componentes) o qual é produzido no curso de uma reação química no reator, etc.

De acordo com o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto e método de síntese de hidrocarboneto da presente invenção, o gás não reagido extraído de dentro do reator pelo dispositivo de fornecimento de gás não reagido é pressurizado e, então, fornecido a um dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto. Esse gás não reagido pode, então, ser utilizado como o gás pressurizado. Por essa razão, é possível reduzir a quantidade de gás pressurizado fornecido de fora de um sistema de síntese o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto, reduzir os custos de construção do aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto e tornar possível sintetizar um composto de hidrocarboneto em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

O dispositivo constituinte pode ser um instrumento inserido em outro dispositivo constituinte no qual a pasta fluida está contida ou flui e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido ao instrumento, desse modo, vedando uma parte de conexão entre o instrumento e o outro dispositivo constituinte.

Nesse caso, uma vez que uma parte de conexão entre o instrumento e o outro dispositivo constituinte pode ser vedada por meio do gás não reagido, uma medição precisa pelo instrumento é obtida.

Além disso, quando o instrumento não é vedado, há uma possibili5/31 dade de que a medição pelo instrumento possa não ser realizada precisamente, por exemplo, se as partículas de catalisador na pasta fluida se tornam espessas ou bloqueiam a parte de conexão.

O dispositivo constituinte pode ser um tambor de contenção o qual contém um fluido de pelo menos um da pasta fluida e do composto de hidrocarboneto e se conecta com o outro dispositivo constituinte para fornecer o fluido ao outro dispositivo constituinte e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido ao tambor de contenção, desse modo, fornecendo o fluido ao outro dispositivo constituinte a partir do tambor de contenção.

Nesse caso, o gás não reagido pode fornecer o fluido no tambor de contenção para o outro dispositivo constituinte.

O tambor de contenção pode conter o composto de hidrocarboneto, o outro dispositivo constituinte pode ser um dispositivo de separação de fluido misturado o qual separa um fluido misturado do composto de hidrocarboneto e das partículas de catalisador naqueles respectivos e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido pode fornecer o gás não reagido ao tambor de contenção, desse modo, fornecendo o composto de hidrocarboneto contido no tambor de contenção como um líquido de lavagem o qual lava o dispositivo de separação de fluído misturado.

Nesse caso, uma vez que o gás não reagido pode fornecer o composto de hidrocarboneto ao tambor de contenção como um líquido de lavagem o qual lava o dispositivo de separação de fluido misturado, o dispositivo de separação de fluido misturado pode ser mantido em um estado limpo. Por essa razão, uma vez que o composto de hidrocarboneto e as partículas de catalisador podem ser uniformemente separados uns dos outros, é possível separar eficientemente o composto de hidrocarboneto ou as partículas de catalisador do fluido misturado.

Além disso, quando o dispositivo de separação de fluido misturado não é lavado, há uma possibilidade de que separação possa não ser realizada uniformemente, por exemplo, uma vez que as partículas de catalisador na pasta fluida se tornam espessas dentro do dispositivo de separação de fluido misturado.

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O dispositivo de fornecimento de gás não reagido pode ter uma parte de pressurização a qual pressuriza o gás não reagido, uma primeira parte de fluxo a qual extrai o gás não reagido do reator para fornecer o gás não reagido à parte de pressurização e uma segunda parte de fluxo a qual fornece o gás não reagido pressurizado pela parte de pressurização para o dispositivo constituinte.

Nesse caso, o gás não reagido no reator o qual fluiu através da primeira parte de fluxo e foi fornecido à parte de pressurização pode ser pressurizado pela parte de pressurização, o gás não reagido pode ser levado a fluir através da segunda parte de fluxo e ser fornecido a um dispositivo constituinte. Particularmente, nesse caso, uma vez que as primeira e segunda partes de fluxo são fornecidas, a posição de configuração da parte de pressurização pode ser tornada arbitrária e a flexibilidade no design pode ser aprimorada.

O sistema de reação de síntese de hidrocarboneto de acordo com a presente invenção inclui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto de acordo com a presente invenção, uma unidade de produção de gás de síntese a qual reforma um estoque de alimentação de hidrocarboneto para produzir o gás de síntese e fornece o gás de síntese ao reator do aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto; e uma unidade de aprimoramento a qual refina os compostos de hidrocarboneto em combustíveis líquidos.

Uma vez que o sistema de reação de síntese de hidrocarboneto relacionado com a presente invenção inclui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto o qual pode sintetizar um composto de hidrocarboneto em baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia e reduz os custos de produção, os custos de construção do aparelho do sistema de reação de síntese de hidrocarboneto podem ser reduzidos e combustíveis líquidos podem ser sintetizados em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

VANTAGEM DA INVENÇÃO

De acordo com o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto e o método de síntese de hidrocarboneto relacionados à presente invenção, é possível reduzir a quantidade de gás pressurizado usado a ser fornecida de fora de um sistema de síntese o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto

7/31 e reduzir os custos de construção do aparelho e sintetizar um composto de hidrocarboneto em baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia. Ainda, uma vez que o sistema de reação de síntese de hidrocarboneto relacionado à presente invenção inclui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, os custos de construção do aparelho do sistema de reação de síntese de hidrocarboneto podem ser reduzidos e combustíveis líquidos podem ser sintetizados em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista mostrando a configuração global de um sistema de síntese de combustível líquido de uma modalidade de acordo com a presente invenção.

A figura 2 é um diagrama esquemático mostrando as principais partes relacionadas a um dispositivo de fornecimento de gás não reagido em uma unidade de síntese FT mostrada na figura 1.

A figura 3 é um diagrama esquemático mostrando as principais partes relacionadas a um dispositivo de fornecimento de gás não reagido em uma modificação da unidade de síntese FT de uma modalidade de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

Aqui depois, as modalidades preferidas da invenção serão descritas em detalhes com referência aos desenhos em anexo. Além disso, no presente relatório descritivo e desenhos, descrição em duplicata é omitida fornecendo os mesmos numerais de referência aos elementos constituintes tendo substancialmente as mesmas configurações funcionais.

Primeiro, com referência à figura 1, a configuração global de um sistema de síntese de combustível líquido (sistema de reação de síntese de hidrocarboneto) 1 o qual realiza o processo GTL (Gás em Líquidos) de acordo com uma modalidade da invenção será descrita. A figura 1 é uma vista mostrando a configuração global do sistema de síntese de combustível líquido 1 de acordo com a presente modalidade.

Conforme mostrado na figura 1, o sistema de síntese de combustível líquido 1 de acordo com a presente modalidade é uma unidade de produção

8/31 a qual realiza o processo GTL, o qual converte um estoque de alimentação de hidrocarboneto, tal como um gás natural, em combustíveis líquidos. Esse sistema de síntese de combustível líquido 1 inclui uma unidade de produção de gás de síntese 3, uma unidade de síntese FT (aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto) 5 e uma unidade de aprimoramento 7. A unidade de produção de gás de síntese 3 reforma um gás natural, o qual é um estoque de alimentação de hidrocarboneto, para produzir um gás de síntese incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio. A unidade de síntese FT 5 produz hidrocarbonetos líquidos (compostos de hidrocarboneto) a partir do gás de síntese produzido por meio da reação de síntese de Fischer-Tropsch (reação química) (aqui depois referida como reação de síntese FT). A unidade de aprimoramento 7 hidrogena e hidrocraqueia os hidrocarbonetos líquidos produzidos por meio da reação de síntese FT para produzir produtos combustíveis líquidos (nafta, querosene, gasóleo, parafina, etc.). Aqui depois, as partes constituintes de cada uma dessas unidades serão descritas.

Primeiro, a unidade de produção de gás de síntese 3 será descrita. A unidade de produção de gás de síntese 3 inclui principalmente, por exemplo, um reator de dessulfurização 10, um reformador 12, uma caldeira de calor residual 14, separadores de vapor-líquido 16 e 18, uma unidade de remoção de CO₂ 20 e um separador de hidrogênio 26. O reator de dessulfurização 10 é composto de um hidrodessulfurizador, etc. e remove componentes de enxofre de um gás natural como um estoque de alimentação. O reformador 12 reforma 0 gás natural fornecido do reator de dessulfurização 10 para produzir um gás de síntese incluindo um gás monóxido de carbono (CO) e um gás hidrogênio (H₂) como os principais componentes. A caldeira de calor residual 14 recupera 0 calor residual do gás de síntese produzido pelo reformador 12 para produzir um vapor em alta pressão. O separador de vapor-líquido 16 separa a água aquecida pela troca de calor com 0 gás de síntese na caldeira de calor residual 14 em um vapor (vapor em alta pressão) e um líquido. O separador de vapor-líquido 18 remove um condensado do gás de síntese resfriado na caldeira de calor residual 14 e fornece um gás à unidade de remoção de CO₂ 20. A unidade de remoção de CO₂ 20 tem uma torre de absorção 22 a qual remove um gás dióxi9/31 do de carbono, usando um absorvente, do gás de síntese fornecido a partir do separador de vapor-líquido 18 e uma torre de regeneração 24 a qual desabsorve o gás dióxido de carbono e regenera o absorvente incluindo o gás dióxido de carbono. O separador de hidrogênio 26 separa uma parte do gás hidrogênio incluindo no gás de síntese, o gás dióxido de carbono do qual tenha sido separado pela unidade de remoção de CO₂ 20. Deve ser notado aqui que a unidade de remoção de CO₂ 20 acima não é necessariamente fornecida, dependendo das circunstâncias.

Dentre os mesmos, o reformador 12 reforma um gás natural usando um dióxido de carbono e um vapor para produzir um gás de síntese em alta temperatura, incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio como os principais componentes, por meio de um método de reforma de vapor e gás dióxido de carbono expresso pelas fórmulas químicas (1) e (2) a seguir. Além disso, o método de reforma nesse reformador 12 não está limitado ao exemplo do método de reforma de vapor e gás dióxido de carbono acima. Por exemplo, um método de reforma de vapor, um método de reforma por oxidação parcial (POX) usando oxigênio, um método de reforma autotérmica (ATR) que é uma combinação do método de oxidação parcial e do método de reforma de vapor, um método de reforma de gás dióxido de carbono e semelhantes também podem ser utilizados.

CH₄ + H₂O-> CO + 3H₂ -(1)

CH₄ + CO₂ 2CO + 2H₂ · (2)

Ainda, o separador de hidrogênio 26 é fornecido sobre uma tubulação ramificada a partir de um conduto principal o qual conecta a unidade de remoção de CO₂ 20 ou separador de vapor-líquido 18 ao reator com coluna de bolhas (reator) 30. Esse separador de hidrogênio 26 pode ser composto, por exemplo, de um dispositivo PSA (Pressure Swing Adsorption - Adsorção por Troca de Pressão) de hidrogênio o qual realiza adsorção e desabsorção de hidrogênio usando uma diferença de pressão. Esse dispositivo PSA de hidrogênio tem adsorventes (adsorvente zeolítico, carvão ativado, alumina, sílica-gel, etc.) dentro de uma pluralidade de colunas de adsorção (não mostradas) as quais estão dispostas em paralelo. Repetindo sequencialmente processos inclu10/31 indo pressurização, adsorção, desabsorção (redução de pressão) e purgação de hidrogênio em cada uma das colunas de adsorção, um gás hidrogênio de alta pureza (por exemplo, cerca de 99,999%) separado do gás de síntese pode ser continuamente fornecido.

Além disso, o método de separação de gás hidrogênio no separador de hidrogênio 26 não está limitado ao exemplo do método de adsorção por troca de pressão conforme no dispositivo PSAde hidrogênio acima. Por exemplo, ele pode ser um método de adsorção de liga de armazenamento de hidrogênio, um método de separação em membrana ou uma combinação dos mesmos.

O método de liga de armazenamento de hidrogênio é, por exemplo, uma técnica de separação de gás hidrogênio usando uma liga de armazenamento de hidrogênio (TiFe, LaNi₅, TiFeo,7-o,9, Mn₀,3-0,1, TiMn^s, etc.) tendo uma propriedade a qual adsorve ou emite um hidrogênio ao ser esfriada ou aquecida. Fornecendo uma pluralidade de colunas de adsorção nas quais uma liga de armazenamento de hidrogênio está contida e, alternativamente repetindo, em cada uma das colunas de adsorção, adsorção de hidrogênio mediante resfriamento da liga de armazenamento de hidrogênio e emissão de hidrogênio por meio de aquecimento da liga de armazenamento de hidrogênio, 0 gás hidrogênio no gás de síntese pode ser separado e recuperado.

Ainda, 0 método de separação em membrana é uma técnica de separação de gás hidrogênio tendo excelente permeabilidade em membrana de um gás misturado usando uma membrana feita de um material polimérico, tal como poli-imida aromática. Uma vez que esse método de separação em membrana não está acompanhado de uma troca de fase, menos energia para operação é requerida e 0 custo de operação é baixo. Ainda, uma vez que a estrutura de um dispositivo de separação em membrana é simples e compacta, 0 custo requerido com a unidade é baixo e a área requerida com a unidade é pequena. Além disso, uma vez que não há dispositivo de extração em uma membrana de separação e uma faixa de operação estável é ampla, há uma vantagem pelo fato de que a manutenção e gerenciamento são fáceis.

Em seguida, a unidade de síntese FT 5 será descrita. A unidade de

11/31 síntese FT 5 inclui principalmente, por exemplo, o reator com coluna de bolhas 30, um separador de vapor-líquido 34, um separador (dispositivo de separação de fluido misturado) 36, um separador de vapor-líquido 38 e um primeiro fracionador 40.

O reator com coluna de bolhas 30 realiza a reação de síntese FT do gás de síntese produzido na unidade de produção de gás de síntese 3 acima, isto é, um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio, para produzir hidrocarbonetos líquidos. O separador de vapor-líquido 34 separa a água que flui e está aquecida, através de uma tubulação de transferência de calor 32 disposta no reator com coluna de bolhas 30, em um vapor (vapor em média pressão) e um líquido. O separador 36 está conectado a uma parte mediana do reator com coluna de bolhas 30 para separar um catalisador e um produto de hidrocarboneto líquido. O separador de vapor-líquido 38 está conectado a uma parte superior do reator com coluna de bolhas 30 para esfriar o gás de síntese não reagido (CO e H₂), isto é, o gás não reagido no reator com coluna de bolhas 30 e um produto de hidrocarboneto gasoso. O primeiro fracionador 40 destila os hidrocarbonetos líquidos fornecidos via o separador 36 e o separador de vaporlíquido 38 do reator com coluna de bolhas 30; ele separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em frações individuais de acordo com os pontos de ebulição.

Dentre os mesmos, o reator com coluna de bolhas 30, o qual é um exemplo de um reator o qual sintetiza o gás de síntese em hidrocarbonetos líquidos, funciona como um reator de síntese FT o qual sintetiza hidrocarbonetos líquidos a partir do gás de síntese por meio da reação de síntese FT. Esse reator com coluna de bolhas 30 é composto, por exemplo, de um reator do tipo leito de pasta fluida com coluna de bolhas no qual uma pasta fluida consistindo em um catalisador e um óleo médio está contida dentro de um contentor da coluna. Esse reator com coluna de bolhas 30 produz hidrocarbonetos líquidos a partir do gás de síntese por meio da reação de síntese FT. Em detalhes, nesse reator com coluna de bolhas 30, o gás de síntese, como um gás fonte, é fornecido como bolhas a partir de um borrifador no fundo do reator com coluna de bolhas 30 e passa através da pasta fluida consistindo em um catalisador e um óleo médio e, em um estado suspenso, um gás hidrogênio e um gás monóxido

12/31 de carbono são mantidos em uma reação de síntese, conforme mostrado na fórmula de reação química (3) a seguir:

2nH₂ + nCO -> (CH₂)n + nH₂O ... (3)

Uma vez que essa reação de síntese FT é uma reação exotérmica, o reator com coluna de bolhas 30, o qual é um reator do tipo permutador de calor dentro do qual a tubulação de transferência de calor 32 está disposta, é adaptado de modo que, por exemplo, água (BFW: Boiler Feed Water - Água de Alimentação da Caldeira) é fornecida como um refrigerante de modo que o calor de reação da reação de síntese FT acima pode ser recuperado como um vapor em média pressão por meio de permuta de calor entre a pasta fluida e água. Além disso, o gás de síntese não reagido, isto é, um gás o qual não tenha sido reagido dentro do reator com coluna de bolhas 30, e um produto de hidrocarboneto gasoso são aquecidos pelo calor gerado na reação de síntese FT, deixado elevar e são fornecidos ao separador de vapor-líquido 38. Ainda, na presente modalidade, hidrocarbonetos líquidos são usados como um óleo médio da pasta fluida antes mencionada.

Finalmente, a unidade de aprimoramento 7 será descrita. A unidade de aprimoramento 7 inclui, por exemplo, um reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50, um reator de hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52, um reator de hidrotratamento de fração de nafta 54, separadores de vapor-líquido 56,58 e 60, um segundo fracionador 70 e um estabilizador de nafta 72. O reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50 está conectado ao fundo do primeiro fracionador 40.0 reatorde hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52 está conectado à parte mediana do primeiro fracionador 40.0 reator de hidrotratamento de fração de nafta 54 está conectado a uma parte superior do primeiro fracionador 40. Os separadores de vapor-líquido 56,58 e 60 são proporcionados de modo a corresponder aos reatores de hidrogenação 50,52 e 54, respectivamente. O segundo fracionador 70 separa e refina os hidrocarbonetos líquidos fornecidos a partir dos separadores de vaporlíquido 56 e 58 de acordo com os pontos de ebulição. O estabilizante de nafta 72 destila hidrocarbonetos líquidos de uma fração de nafta fornecida a partir do separador de vapor-líquido 60 e do segundo fracionador 70. Então, o estabili13/31 zante de nafta 72 descarrega butano e componentes mais leves do que o butano como um gás de combustão e separa e recupera componentes tendo um número de carbono de cinco ou mais como um produto de nafta.

Em seguida, um processo (processo GTL) de síntese de combustível líquido a partir de gás natural por meio do sistema de síntese de combustível líquido 1 configurado conforme acima será descrito.

Um gás natural (cujo principal componente é CH₄) como um estoque de alimentação de hidrocarboneto é fornecido ao sistema de síntese de combustível líquido 1 a partir de uma fonte de fornecimento de gás natural externa (não mostrada), tal como um campo de gás natural ou uma fábrica de gás natural. A unidade de produção de gás de síntese 3 acima reforma esse gás natural para produzir um gás de síntese (gás misturado incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio como os principais componentes).

Especificamente, primeiro, o gás natural acima é fornecido ao reator de dessulfurização 10 junto com o gás hidrogênio separado pelo separador de hidrogênio 26.0 reator de dessulfurização 10 hidrogena e dessulfuriza os componentes de enxofre incluídos no gás natural usando o gás hidrogênio, por exemplo, com um catalisador de ZnO. Mediante dessulfurização do gás natural antecipadamente dessa forma, é possível prevenir uma diminuição na atividade de catalisadores usados no reformador 12, no reator com coluna de bolhas 30, etc. pelos compostos de enxofre.

O gás natural (pode também conter um dióxido de carbono) dessulfurizado dessa forma é fornecido ao reformador 12 após o gás dióxido de carbono (CO₂) fornecido a partir de uma fonte de fornecimento de dióxido de carbono (não mostrada) ser misturado com o vapor gerado na caldeira de calor residual 14.0 reformador 12 reforma o gás natural usando um dióxido de carbono e um vapor para produzir um gás de síntese em alta temperatura, incluindo um gás monóxido de carbono e um gás hidrogênio como os principais componentes, por meio do método de reforma de vapor e gás dióxido de carbono acima. Nesse momento, o reformador 12 é fornecido, por exemplo, com um gás combustível para um queimador disposto no reformador 12 e ar e o calor de reação requerido para a reação de reforma de vapor e CO₂ acima, a qual é uma

14/31 reação endotérmica, é fornecido pelo calor de combustão do gás combustível no queimador.

O gás de síntese em alta temperatura (por exemplo, 900 °C, 2,0 MpaG) produzido no reformador 12 dessa forma é fornecido à caldeira de calor residual 14 e é esfriado, por meio de troca de calor com a água a qual flui através da caldeira de calor residual 14 (por exemplo, 400 °C), assim, o calor residual é recuperado. Nesse momento, a água aquecida pelo gás de síntese na caldeira de calor residual 14 é fornecida ao separador de vapor-líquido 16. A partir desse separador de vapor-líquido 16, um componente gasoso é fornecido ao reformador 12 ou outros dispositivos externos como um vapor em alta pressão (por exemplo, 3,4 a 10,0 MPaG) e água, como um componente líquido, é retornada para a caldeira de calor residual 14.

Enquanto isso, o gás de síntese esfriado na caldeira de calor residual 14 é fornecido à torre de absorção 22 da unidade de remoção de CO₂ 20 ou ao reator com coluna de bolhas 30, após um condensado ser separado e removido do gás de síntese no separador de vapor-líquido 18. A torre de absorção 22 absorve um gás dióxido de carbono incluído no gás de síntese no absorvente retido, para separar o gás dióxido de carbono do gás de síntese. O absorvente incluindo o gás dióxido de carbono dentro dessa torre de absorção 22 é introduzido na torre de regeneração 24, o absorvente incluindo o gás dióxido de carbono é aquecido e submetido a um tratamento de extração, por exemplo, com um vapor e o gás dióxido de carbono deabsorvido resultante é reciclado ao reformador 12 a partir da torre de regeneração 24 e é reutilizado para a reação de reforma acima.

O gás de síntese produzido na unidade de produção de gás de síntese 3 dessa maneira é fornecido ao reator com coluna de bolhas 30 da unidade de síntese FT 5 acima. Nesse momento, a proporção de composição do gás de síntese fornecido ao reator com coluna de bolhas 30 é ajustada para uma proporção de composição (por exemplo, H₂:CO = 2:1 (proporção molar)) adequada para a reação de síntese FT. Além disso, a pressão do gás de síntese fornecido ao reator com coluna de bolhas 30 é elevada para uma pressão (por exemplo, cerca de 3,6 MPaG) adequada para a reação de síntese

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FT por um compressor (não mostrado) fornecido em uma tubulação a qual conecta a unidade de remoção de CO₂ 20 ao reator com coluna de bolhas 30.

Ainda, uma parte do gás de síntese, o gás dióxido de carbono do qual tenha sido separado pela unidade de remoção de CO₂ 20 acima, é também fornecida ao separador de hidrogênio 26.0 separador de hidrogênio 26 separa o gás hidrogênio incluído no gás de síntese por meio de adsorção e deabsorção (PSA de hidrogênio) utilizando uma diferença de pressão, conforme descrito acima. Esse hidrogênio separado é continuamente fornecido a partir de um contentor de gás (não mostrado), etc. via um compressor (não mostrado) a vários dispositivos de reação que utilizam hidrogênio (por exemplo, o reator de dessulfurização 10, o reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50, o reator de hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52, o reator de hidrotratamento de fração de nafta 54, etc.), os quais desempenham as reações predeterminadas utilizando o hidrogênio dentro do sistema de síntese de combustível líquido 1.

Em seguida, a unidade de síntese FT 5 sintetiza os hidrocarbonetos líquidos por meio da reação de síntese FT a partir do gás de síntese produzido pela unidade de produção de gás de síntese 3 acima.

Especificamente, o gás de síntese, do qual o gás dióxido de carbono tenha sido separado na unidade de remoção de CO₂20 acima, flui a partir do fundo do reator com coluna de bolhas 30 e flui para cima na pasta fluida de catalisador contida no reator com coluna de bolhas 30. Nesse momento, dentro do reator com coluna de bolhas 30, o gás monóxido de carbono e hidrogênio, os quais são incluídos no gás de síntese, reagem um com o outro por meio da reação de síntese FT, desse modo, produzindo hidrocarbonetos. Além disso, fluindo água através da tubulação de transferência de calor 32 do reator com coluna de bolhas 30 nesse momento da reação de síntese, o calor de reação da reação de síntese FT é removido e a água aquecida por essa troca de calor é vaporizada em um vapor. Conforme para esse vapor, a água liquefeita no separador de vapor-líquido 34 é retornada para a tubulação de transferência de calor 32 e um componente gasoso é fornecido a um dispositivo externo como vapor em média pressão (por exemplo,

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1,0 a 2,5 MPaG).

A pasta fluida contendo os hidrocarbonetos líquidos sintetizados no reator com coluna de bolhas 30 dessa forma é extraída da parte mediana do reator com coluna de bolhas 30 e é introduzida no separador 36.0 separador 36 separa a pasta fluida extraída em um componente catalisador (componente sólido) e um componente líquido incluindo um produto de hidrocarboneto líquido. Uma parte do catalisador separado é retornada para o reator com coluna de bolhas 30 e o componente líquido é fornecido ao primeiro fracionador 40.

Ainda, o gás não reagido é introduzido no separador de vaporlíquido 38 a partir de cima do reator com coluna de bolhas 30.0 separador de vapor-líquido 38 esfria o gás não reagido para separar um pouco dos hidrocarbonetos líquidos condensados para introduzi-los no primeiro fracionador 40. Enquanto isso, uma parte do componente gasoso separado no separador de vapor-líquido 38 é retornada para o fundo do reator com coluna de bolhas 30 e é reutilizada para a reação de síntese FT. Além disso, a parte restante é utilizada como um gás pressurizado o qual será descrito depois e o restante é introduzido em uma unidade de combustão externa (não mostrada) como um gás de combustão e é emitida para a atmosfera após a combustão.

Em seguida, o primeiro fracionador 40 aquece os hidrocarbonetos líquidos (cujos números de carbono são vários) fornecidos via o separador 36 e o separador de vapor-líquido 38 a partir do reator com coluna de bolhas 30, conforme descrito acima, para destilar fracionalmente os hidrocarbonetos líquidos utilizando uma diferença nos pontos de ebulição. Desse modo, o primeiro fracionador 40 separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em uma fração de nafta (cujo ponto de ebulição é menor do que cerca de 150 °C), uma fração de querosene e gasóleo (cujo ponto de ebulição é cerca de 150 a 350°C) e uma fração de parafina (cujo ponto de ebulição é maior do que cerca de 350°C). Os hidrocarbonetos líquidos (principalmente C21 ou mais) como a fração de parafina extraída do fundo do primeiro fracionador 40 são levados ao reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50, os hidrocarbonetos líquidos (principalmente Cn a C20) como a fração de querosene e gasóleo extra17/31 ida da parte mediana do primeiro fracionador 40 são levados ao reator de hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52 e os hidrocarbonetos líquidos (principalmente C₅ a Cio) como a fração de nafta extraída da parte superior do primeiro fracionador 40 são levados ao reator de hidrotratamento de fração de nafta 54.

O reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50 hidrocraqueia os hidrocarbonetos líquidos de fração de parafina com um grande número de carbono (aproximadamente C₂i ou mais), os quais tenham sido fornecidos do fundo do primeiro fracionador 40, usando o gás hidrogênio fornecido a partir do separador de hidrogênio 26 acima, para reduzir o número de carbono para C₂o ou menos. Nessa reação de hidrocraqueamento, hidrocarbonetos com um pequeno número de carbono e com baixo peso molecular são produzidos por meio de divagem das ligações C-C dos hidrocarbonetos com um grande número de carbono usando um catalisador e calor. Um produto incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrocraqueados nesse reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50 é separado em gás e líquido no separador de vapor-líquido 56, os hidrocarbonetos líquidos do qual são levados ao segundo fracionador 70 e o componente gasoso (incluindo gás hidrogênio) do qual é levado ao reator de hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52 e ao reator de hidrotratamento de fração de nafta 54.

O reator de hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52 hidrotrata os hidrocarbonetos líquidos (aproximadamente Cn a C₂o) como as frações de querosene e gasóleo tendo um número de carbono aproximadamente mediano, os quais tenham sido fornecidos da parte mediana do primeiro fracionador 40, usando o gás hidrogênio fornecido via o reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50 a partir do separador de hidrogênio 26. Nessa reação de hidrotratamento, de forma a obter principalmente hidrocarbonetos saturados de cadeia ramificada, os hidrocarbonetos líquidos são isomerizados e hidrogênio é adicionado às ligações insaturadas dos hidrocarbonetos líquidos acima para saturar os hidrocarbonetos líquidos. Como um resultado, um produto incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrotratados é separado em um gás e um líquido no separador de vapor-líquido 58, os hidrocarbonetos líquidos dos

18/31 quais são levados ao segundo fracionador 70 e o componente gasoso (incluindo gás hidrogênio) do qual é reutilizado para a reação de hidrogenação acima.

O reator de hidrotratamento de fração de nafta 54 hidrotrata hidrocarbonetos líquidos da fração de nafta com um baixo número de carbono (aproximadamente Cw ou menos), os quais tenham sido fornecidos a partir da parte superior do primeiro fracionador 40, usando o gás hidrogênio fornecido via o reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50 a partir do separador de hidrogênio 26. Como um resultado, um produto incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrotratados é separado em um gás e um líquido no separador de vapor-líquido 60, os hidrocarbonetos líquidos do qual são levados ao estabilizador de nafta 72 e o componente gasoso (incluindo gás hidrogênio) dos quais é reutilizado para a reação de hidrogenação acima.

Em seguida, o segundo fracionador 70 destila os hidrocarbonetos líquidos fornecidos a partir do reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50 e do reator de hidrotratamento de fração de querosene e gasóleo 52, conforme descrito acima. Desse modo, o segundo fracionador 70 separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em hidrocarbonetos (cujo ponto de ebulição é menor do que cerca de 150 °C) com um número de carbono de Cw ou menos, querosene (cujo ponto de ebulição é cerca de 150 a 250 °C), gasóleo (cujo ponto de ebulição é cerca de 250 a 350 °C) e uma fração de parafina não craqueada (cujo ponto de ebulição é maior do que cerca de 350 °C) a partir do reator de hidrocraqueamento de fração de parafina 50.0 gasóleo é extraído de uma parte inferior do segundo fracionador 70 e o querosene é extraído de uma parte mediana do mesmo. Enquanto isso, um hidrocarboneto com um número de carbono de Cw ou menos é extraído da parte de cima do segundo fracionador 70 e é fornecido ao estabilizador de nafta 72.

Além disso, o estabilizador de nafta 72 destila os hidrocarbonetos com um número de carbono de Cw ou menos, os quais tenham sido fornecidos a partir do reator de hidrotratamento de fração de nafta 54 e segundo fracionador 70 acima. Desse modo, o estabilizador de nafta 72 separa e refina nafta (C₅ a Cw) como um produto. Consequentemente, uma nafta de alta pureza é extraída de uma parte inferior do estabilizador de nafta 72. Enquanto isso, o outro

19/31 gás de emissão (gás de combustão) que não produtos, o qual contém, como o principal componente, hidrocarbonetos com um número de carbono menor do que ou igual a um número predeterminado (menor do que ou igual a C₄), é descarregado da parte de cima do estabilizador de nafta 72.

O processo (processo GTL) do sistema de síntese de combustível líquido 1 foi descrito acima. Por processo GTL entenda-se que um gás natural pode ser fácil e economicamente convertido a combustíveis líquidos limpos, tais como nafta de alta pureza (Csa Cio), querosene (Cn a Ci₅) e gasóleo (Ci6 a C20). Além disso, na presente modalidade, 0 método de reforma de vapor e gás dióxido de carbono acima é adotado no reformador 12. Assim, existem vantagens pelo fato de que 0 dióxido de carbono contido em um gás natural como um estoque de alimentação pode ser eficazmente utilizado na proporção de composição (por exemplo, H₂:CO = 2:1 (proporção molar)) de um gás de síntese adequada para a reação de síntese FT acima pode ser eficazmente gerado em uma reação do reformador 12 e um regulador de concentração de hidrogênio, etc. é desnecessário.

Em seguida, na unidade de síntese FT 5 antes mencionada, um dispositivo para fornecimento do gás pressurizado aos aparelhos constituintes os quais constituem a unidade de síntese FT 5 será descrito em detalhes com referência à figura 2. Além disso, na figura 2, por conveniência de descrição, as principais partes constituintes do sistema de síntese de combustível líquido 1 mostrado na figura 1 são ilustradas e ilustração de algumas partes constituintes é omitida.

Primeiro, dispositivos constituintes aos quais 0 gás pressurizado é fornecido a partir de um dispositivo para fornecimento do gás pressurizado serão descritos antes de descrição do dispositivo para fornecimento de gás pressurizado.

Na presente modalidade, além dos dispositivos constituintes antes mencionados, a unidade de síntese FT 5 inclui um manômetro (instrumento) 80 inserido no reator com coluna de bolhas 30 e um tambor de fornecimento de óleo 82 (tambor de contenção) para relavagem, 0 qual contém os hidrocarbonetos líquidos. O manômetro 80 mede a pressão (ou diferencial de pressão) no

20/31 reator com coluna de bolhas 30. No exemplo ilustrado, uma extremidade do manômetro 80 é inserida em uma parte de bocal 30a (uma parte de conexão entre um instrumento e outro dispositivo constituinte) a qual se projeta radialmente para fora a partir da superfície externa do reator com coluna de bolhas 30.

O manômetro 80 mede a pressão de um fluido o qual fluiu através da parte de bocal 30a externamente a partir do interior do reator com coluna de bolhas 30 e tenha atingido o manômetro 80. Além disso, uma pluralidade (quatro no exemplo ilustrado) das partes de bocal 30a é aberta ao reator com coluna de bolhas 30 e é fornecida em intervalos uma com relação à outra no reator com coluna de bolhas 30 ao longo da direção da altura do mesmo e o manômetro 80 é inserido em cada parte de bocal 30a.

O tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem se conecta ao separador 36. No exemplo ilustrado, um primeiro trajeto de fluxo 84, isto é, uma tubulação na qual fluem os hidrocarbonetos líquidos do separador 36 para o tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem e um segundo trajeto de fluxo 86, isto é, uma tubulação na qual fluem os hidrocarbonetos líquidos do tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem ao separador 36, são proporcionados entre o separador 36 e o tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem. Ainda, o primeiro trajeto de fluxo 84 e o segundo trajeto de fluxo 86 são proporcionados com válvulas para ajuste de taxa de fluxo 84a e 86a as quais ajustam a taxa de fluxo dos hidrocarbonetos líquidos nos trajetos de fluxo 84 e 86, respectivamente.

Ainda, na presente modalidade, o separador 36 inclui um filtro 36a o qual separa os hidrocarbonetos líquidos e as partículas de catalisador nos mesmos. O filtro 36a filtra partículas de catalisador de um fluido misturado composto dos hidrocarbonetos líquidos o qual passa através do filtro 36a e as partículas de catalisador. O filtro 36a está disposto no separador 36 de modo que o fluido misturado proveniente do reator com coluna de bolhas 30 passa através do mesmo de modo a atingir um orifício de conexão entre o separador 36 e o primeiro trajeto de fluxo 84. Desse modo, partículas de catalisador são separadas pelo filtro 36a até que o fluido misturado proveniente do separador

21/31 atinja o orifício de conexão e apenas os hidrocarbonetos líquidos são fornecidos ao orifício de conexão e ao tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem. Além disso, a seguir, a direção na qual o fluido misturado proveniente do reator com coluna de bolhas 30 passa através do filtro 36a é referida como uma direção de trajeto de fluxo contínuo.

Além disso, o orifício de conexão entre o segundo trajeto de fluxo 86 e o separador 36 está disposto de modo que os hidrocarbonetos líquidos que fluem através do segundo trajeto de fluxo 86 a partir do tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem e são fornecidos ao separador 36 passam através do filtro 36 em uma direção de trajeto de fluxo reversa, isto é, a direção oposta à direção de trajeto de fluxo contínuo. Isso permite que os hidrocarbonetos líquidos fornecidos a partir do tambor de fornecimento de óleo 82 realizem relavagem para lavar (relavagem) as partículas de catalisador ou semelhante na pasta fluida acumulada sobre a superfície do filtro 36a.

Em seguida, um dispositivo para fornecimento de gás pressurizado a esses dispositivos constituintes será descrito.

A unidade de síntese FT 5 inclui um dispositivo de fornecimento de gás não reagido que extrai gás do reator com coluna de bolhas 30 e, então, pressuriza o gás não reagido no reator com coluna de bolhas 30 e fornece o gás não reagido aos dispositivos constituintes os quais constituem a unidade de síntese FT 5. No exemplo ilustrado, a unidade de síntese FT 5 é dotada com um primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A o qual fornece o gás não reagido a cada manômetro 80 e um segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B o qual fornece o gás não reagido ao tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem, como o dispositivo de fornecimento de gás não reagido.

Aqui, uma vez que os dispositivos de fornecimento de gás não reagido 90A e 90B têm quase a mesma configuração, a configuração, operação e efeitos do primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A serão descritos abaixo.

Primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido

O primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A ve22/31 da o manômetro 80 com o gás não reagido fornecido a cada manômetro 80. No exemplo ilustrado, o primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A inclui uma parte de pressurização 92A a qual pressuriza o gás não reagido, uma primeira parte de fluxo 94A a qual extrai gás não reagido no reator com coluna de bolhas 30 para fornecer o gás não reagido à parte de pressurização 92A e uma segunda parte de fluxo 96A a qual fornece o gás não reagido pressurizado pela parte de pressurização 92A a cada manômetro 80.

A parte de pressurização 92A é capaz de ajustar a pressão aplicada ao gás não reagido e é composta, por exemplo, de um compressor do tipo fluxo axial ou semelhante.

A primeira parte de fluxo 94A permite que o reator com coluna de bolhas 30 e a parte de pressurização 92A se conectem um ao outro. No exemplo ilustrado, o separador de vapor-líquido 38 antes mencionado é proporcionado na primeira parte de fluxo 94A na posição a partir do reator com coluna de bolhas 30 para a parte de pressurização 92A. A primeira parte de fluxo 94A inclui tubulações as quais permitem que o reator com coluna de bolhas 30 e o separador de vapor-líquido 38 se conectem um ao outro e permite que o separador de vapor-líquido 38 e a parte de pressurização 92A se conectem um ao outro e essas tubulações permitem que o reator com coluna de bolhas 30 e a parte de pressurização 92A se conectem um ao outro.

A segunda parte de fluxo 96A permite que a parte de pressurização 92A e cada parte de bocal 30a na qual o manômetro 80 está inserido se conectem uma à outra. No exemplo ilustrado, a segunda parte de fluxo 96A inclui uma tubulação em comum 98 a qual se conecta à parte de pressurização 92A e uma pluralidade de tubulações ramificadas 100 as quais se ramificam a partir da tubulação 98 em comum em correspondência com as partes de bocal 30a, respectivamente, e permitem que a tubulação 98 em comum e as partes de bocal 30a se conectem uma à outra. Cada tubulação ramificada 100 é proporcionada de modo que o gás não reagido o qual fluiu através da tubulação ramificada seja fornecido internamente a partir de fora do reator com coluna de bolhas 30 na parte de bocal 30a a qual se conecta à tubulação ramificada 100. Ainda, no exemplo ilustrado, cada tubulação ramificada 100 é dotada de uma

23/31 válvula para ajuste de taxa de fluxo 100a, de modo que a taxa de fluxo de gás não reagido o qual flui através da tubulação ramificada possa ser ajustada.

Em seguida,a operação do primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A será descrita tomando como um exemplo um caso onde o gás não reagido é fornecido ao manômetro 80 que está localizado no lado mais superior na direção da altura do reator de coluna de bolhas 30 dentre uma pluralidade de manômetros 80.Primeiro,o gás não reagido no reator de coluna de bolhas 30 flui através do separador de vapor-líquido 38 da primeira parte de fluxo 94A,como descrito acima,e é então fornecido à parte de pressurização 92A.

Em seguida, a parte de pressurização 92A pressuriza o gás não reagido fornecido e fornece o gás à segunda parte de fluxo 96A. Nesse momento, antecipadamente, entre as válvulas para ajuste de taxa de fluxo 100a das tubulações ramificadas 100 da segunda parte de fluxo 96A, a válvula para ajuste de taxa de fluxo 110a da tubulação ramificada 100 que se conecta à parte de bocal 30 na qual o manômetro 80 está localizado sobre o lado mais superior, é inserida e configurada para um estado aberto e as válvulas para ajuste de taxa de fluxo 100a das outras tubulações ramificadas 100 são configuradas para um estado fechado. Isso permite que o gás não reagido flua apenas através da tubulação ramificada 100 a qual se conecta à parte de bocal 30a a qual está localizada sobre o lado mais superior.

Aqui, uma vez que a tubulação ramificada 100 é proporcionada de modo que o gás não reagido o qual fluiu através da tubulação ramificada seja fornecido internamente a partir de fora do reator com coluna de bolhas 30 na parte de bocal 30a a qual se conecta à tubulação ramificada 100, fluido não flui para a parte de bocal 30a à qual gás não reagido tenha sido fornecido a partir de dentro do reator com coluna de bolhas 30, isto é, a parte de bocal 30a é vedada pelo gás não reagido.

De acordo com a unidade de síntese FT 5 incluindo o primeiro d is24/31 positivo de fornecimento de gás não reagido 90A mostrado acima, uma vez que o gás não reagido extraído de dentro do reator com coluna de bolhas 30 pelo primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A é pressurizado e, então, fornecido ao manômetro 80, o qual é um dispositivo constituinte o qual constitui a unidade de síntese FT 5, esse gás não reagido pode ser utilizado como o gás pressurizado. Por essa razão, é possível reduzir a quantidade do gás pressurizado que precisa ser fornecido de fora de um sistema de síntese o qual sintetiza os hidrocarbonetos líquidos e reduzir os custos de construção da unidade de síntese FT 5 e é possível sintetizar os hidrocarbonetos líquidos em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

Ainda, uma vez que o gás não reagido fornecido a um dispositivo constituinte pelo primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A é produzido no processo de síntese dos hidrocarbonetos líquidos, mesmo quando esse gás não reagido está misturado com a pasta fluida e os hidrocarbonetos líquidos dentro do reator com coluna de bolhas 30 após o manômetro 80 ser vedado, a influência sobre o processo de síntese dos hidrocarbonetos líquidos pode ser tornada mínima.

Além disso, uma vez que a parte de bocal 30a, a qual é uma parte de conexão entre o manômetro 80 e o reator com coluna de bolhas 30, pode ser vedada pelo gás não reagido, medição precisa pelo manômetro 80 é obtida. Além disso, quando a parte de bocal 30a não é vedada, há uma possibilidade de que as partículas de catalisador suspensas na pasta fluida possam aderirá parte de bocal 30a, desse modo, bloqueando a abertura da parte de bocal 30a e medição de pressão pelo manômetro 80 pode não ser precisamente realizada.

Ainda, uma vez que um ambiente que é ótimo para sintetizar os hidrocarbonetos líquidos pode ser obtido no reator com coluna de bolhas 30 permitindo uma medição mais precisa, energia supérflua não é requerida e os hidrocarbonetos líquidos podem ser sintetizados em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa mais energia.

Ainda, uma vez que as primeira e segunda partes de fluxo 94A e 96B são proporcionadas, a posição de configuração da parte de pressurização

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92Α pode ser arbitrária e a flexibilidade no design pode ser aprimorada.

Uma vez que o sistema de síntese de combustível líquido 1 incluindo a unidade de síntese FT 5 inclui a unidade de síntese FT 5 a qual pode reduzir os custos de construção do aparelho e sintetizar os hidrocarbonetos líquidos em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia é proporcionada, os custos de construção do aparelho do sistema de síntese de combustível líquido 1 podem ser reduzidos e combustíveis líquidos podem ser sintetizados em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

Segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido

Em seguida, o dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B será descrito. Além disso, apenas pontos os quais são diferentes do primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A serão descritos sobre o segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B. Ainda, aqueles (92B, 94B, 96B) obtidos alterando a letra A dos sufixos dos numerais de referência (92A, 94A, 96B) dos componentes individuais no primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A pela letra B são usados como numerais de referência os quais representam a parte de pressurização, primeira parte de fluxo e segunda parte de fluxo do segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B.

O segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B fornece os hidrocarbonetos líquidos contidos no tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem como um líquido de lavagem o qual lava o separador 36 pelo gás não reagido fornecido ao tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem.

A segunda parte de fluxo 96B do segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B fornece o gás não reagido pressurizado pela parte de pressurização 92B ao tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem. No exemplo ilustrado, a segunda parte de fluxo 96B é uma tubulação a qual permite que a parte de pressurização 92B e a parte de cima do tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem se conectem uma à outra e o gás não reagido fornecido a partir da segunda parte de fluxo 96B é fornecido a uma parte de fase gasosa do tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem.

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Em seguida, a operação de fornecimento do gás não reagido ao tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem no segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B será descrita.

Primeiro, similarmente ao primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A, o gás não reagido no reator com coluna de bolhas 30 flui através da primeira parte de fluxo 94B e, então, é fornecido à parte de pressurização 92B.

Em seguida, a parte de pressurização 92B pressuriza o gás não reagido fornecido e fornece o gás à segunda parte de fluxo 96B. Nesse momento, antecipadamente, a válvula de ajuste de trajeto de fluxo 84a do primeiro trajeto de fluxo 84 é configurada para um estado fechado e a válvula de ajuste de trajeto de fluxo 86a do segundo trajeto de fluxo 86 é configurada para um estado aberto. Desse modo, o gás não reagido fornecido ao tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem pressuriza os hidrocarbonetos líquidos contidos dentro do tambor 82 a partir do lado com a parte em fase gasosa e os hidrocarbonetos líquidos são fornecidos ao separador 36 através do segundo trajeto de fluxo 86.

Então, os hidrocarbonetos líquidos introduzidos no fluxo através do segundo trajeto de fluxo 86 a partir do tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem fluem através do filtro 36a do separador 36 na direção de trajeto de fluxo reverso para realizar relavagem. Isto é, o segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B fornece os hidrocarbonetos líquidos contidos no tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem como um líquido de lavagem o qual lava o separador 36.

De acordo com a unidade de síntese FT 5 incluindo o segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B acima, os mesmos efeitos de operação conforme a unidade de síntese FT incluindo o primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A são exibidos. Ainda, o gás não reagido pode fornecer os hidrocarbonetos líquidos no tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem ao separador 36. Além disso, uma vez que uma grande quantidade de gás pressurizado é requerida de modo a fornecer um fluido ao tambor de contenção o qual contém o fluido, tal como o tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem, a quantidade usada de gás pressurizado fornecido

27/31 a partir de fora do sistema de síntese o qual sintetiza os hidrocarbonetos líquidos pode ser grandemente reduzida utilizando o gás não reagido.

Ainda, uma vez que o gás não reagido pode fornecer os hidrocarbonetos líquidos no tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem como um líquido de lavagem o qual lava o separador 36, o separador 36 pode ser mantido em um estado limpo. Por essa razão, uma vez que os hidrocarbonetos líquidos e as partículas de catalisador podem ser uniformemente separados uns dos outros, é possível separar eficientemente os hidrocarbonetos líquidos do fluido misturado.

Além disso, quando o separador 36 não é lavado, há uma possibilidade de que a separação possa não ser uniformemente realizada, por exemplo, uma vez que as partículas de catalisador na pasta fluida se espessam no filtro 36a. Ainda, uma grande quantidade de líquido de lavagem é requerida de forma a operar sempre o separador 36 enquanto combustíveis líquidos são produzidos. O separador 36 utiliza o gás não reagido, de modo que a quantidade usada de gás pressurizado fornecido a partir de fora do sistema de síntese o qual sintetiza os hidrocarbonetos líquidos pode ser grandemente reduzida.

Embora as modalidades preferidas da invenção tenham sido descritas com referência aos desenhos em anexo, a invenção não está limitada a tais modalidades. Será evidente para aqueles versados no campo que diversas alternativas ou modificações podem ser feitas na categoria, conforme apresentado nas reivindicações e será entendido que essas alternativas ou modificações naturalmente pertencem ao escopo técnico da presente invenção.

Por exemplo, nas modalidades acima, um gás natural é usado como um estoque de alimentação de hidrocarboneto a ser fornecido ao sistema de síntese de combustível líquido 1. Contudo, a invenção não está limitada a tal exemplo. Por exemplo, outros estoques de alimentação de hidrocarboneto, tais como asfalto e óleo residual, podem ser usados.

Além disso, nas modalidades acima, os hidrocarbonetos líquidos são sintetizados por meio da reação de síntese FT como uma reação de síntese no reator com coluna de bolhas 30. Contudo, a invenção não está limitada a esse exemplo. Especificamente, a invenção também pode ser aplicada, por e28/31 xemplo, à oxo síntese (reação de hidroformilação) R-CH=CH₂ + CO + H₂ -> RCH₂CH₂CHO, síntese de metanol CO + 2H₂ -> CH₃OH, síntese de dimetil éter (DME) 3CO + 3H₂ -> CH₃OCH₃ + CO₂, etc., como a reação de síntese no reator com coluna de bolhas 30.

Adicionalmente, na modalidade acima, a unidade de síntese FT 5 inclui o primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90A e o segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 90B, mas pode ser configurada para incluir apenas um.

Além disso, na modalidade acima, a unidade de síntese FT 5 é configurada para incluir os dispositivos de fornecimento de gás não reagido 90A e 90B e não incluir um dispositivo para fornecimento do gás pressurizado a partir de fora do sistema de síntese o qual sintetiza os hidrocarbonetos líquidos. Contudo, a unidade de síntese FT 5 pode ser configurada para usar ambos juntos.

Além disso, embora a modalidade mencionada acima tenha mostrado o manômetro 80 e o tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem como dispositivos constituintes aos quais o gás não reagido é fornecido a partir dos dispositivos de fornecimento de gás não reagido 90A e 90B, o tipo de dispositivos constituintes e o número de dispositivos constituintes a serem fornecidos não estão limitados àqueles mostrados na modalidade acima.

Por exemplo, os dispositivos constituintes podem não ser o manômetro 80, mas podem ser instrumentos os quais medem a temperatura ou semelhante que não a pressão. Ainda, os instrumentos podem ser fornecidos em alguma outra parte que não o reator com coluna de bolhas 30.

Além disso, os dispositivos constituintes podem ser um tambor de contenção o qual contém o fluido de pelo menos um da pasta fluida e dos hidrocarbonetos líquidos e se conectam a outro dispositivo constituinte para fornecer o fluido ao outro dispositivo constituinte. Um exemplo desse tambor de contenção inclui um tambor para ajuste de concentração de pasta fluida para ajustar a concentração da pasta fluida no reator com coluna de bolhas 30 no momento de início ou operação da unidade de síntese FT 5.0 tambor para ajuste de concentração de pasta fluida é um o qual contém a pasta fluida no mesmo e se conecta ao reator com coluna de bolhas 30.0 tambor para ajuste

29/31 de concentração de pasta fluida inclui, por exemplo, um tambor para ajuste de pasta fluida FT o qual ajusta a concentração no momento de início da unidade de síntese FT 5, um tambor de composição de pasta fluida FT o qual ajusta a concentração durante a operação da unidade de síntese FT 5, etc.

Além disso, na modalidade acima, a pluralidade de dispositivos de fornecimento de gás não reagido 90A e 90B inclui partes de pressurização 92A e 92B mutuamente diferentes, respectivamente. Contudo, conforme mostrado na figura 3, o dispositivo de fornecimento de gás não reagido pode incluir uma parte de pressurização 114 em comum.

Na unidade de síntese FT 110 mostrada na figura 3, o primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 112A inclui a parte de pressurização 114, uma primeira parte de fluxo 116 e uma segunda parte de fluxo 118A. No exemplo ilustrado, a primeira parte de fluxo 116 se torna em comum a uma parte de um trajeto de fluxo para o gás não reagido o qual é separado pelo separador de vapor-líquido 38 e retorna para o fundo do reator com coluna de bolhas 30 novamente e a parte de pressurização 114 é fornecida na porção do trajeto de fluxo que está localizada mais próxima do reator com coluna de bolhas 30 do que o separador de vapor-líquido 38. Além disso, a segunda parte de fluxo 118A se ramifica, a partir do trajeto de fluxo, na porção do trajeto de fluxo a qual está localizada mais próxima do reator com coluna de bolhas 30 do que na parte de pressurização 114.

Além disso, o segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 112B inclui uma parte de pressurização e uma primeira parte de fluxo as quais são comuns à parte de pressurização 114 e à primeira parte de fluxo 116 do dispositivo de fornecimento de gás não reagido 112A e ainda inclui a segunda parte de fluxo 118B. A porção da segunda parte de fluxo 118B a qual está localizada sobre o lado da parte de pressurização 114 se torna uma parte em comum a qual é em comum à segunda parte de fluxo 118A do primeiro dispositivo de fornecimento de gás não reagido 112A e é ramificada, a partir de uma extremidade dessa parte em comum, em direção aos dispositivos constituintes os quais fornecem gás não reagido.

Adicionalmente, a segunda parte de fluxo 118A do primeiro disposi30/31 tivo de fornecimento de gás não reagido 112A é dotada de uma válvula de ajuste de taxa de fluxo 118Aa a qual está mais próximo do manômetro 80 do que a extremidade e a segunda parte de fluxo 118B do segundo dispositivo de fornecimento de gás não reagido 112B é dotada de uma válvula de ajuste de taxa de fluxo 118Ba a qual está mais próxima do tambor de fornecimento de óleo 82 para relavagem do que a extremidade. As válvulas de ajuste de taxa de fluxo 118Aa e 118Ba podem ajustar a taxa de fluxo de gás não reagido o qual flui através de cada uma das segundas partes de fluxo 118A e 118B.

De acordo com a unidade de síntese FT 110 mostrada na figura 3, a pluralidade de dispositivos de fornecimento de gás não reagido 112A e 112B inclui a parte de pressurização 114 em comum. Assim, comparado com o caso onde os dispositivos de fornecimento de gás não reagido 112A e 112B incluem partes de pressurização mutuamente diferentes, respectivamente, o custo de construção do aparelho pode ser ainda reduzido.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

Um aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, um método de síntese de hidrocarboneto e um sistema de reação de síntese de hidrocarboneto incluindo um aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto de acordo com a presente invenção podem reduzir a quantidade de gás pressurizado usado que precisa ser fornecido de fora de um sistema de síntese o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto, reduzir o custo de construção do aparelho e sintetizar um composto de hidrocarboneto em um baixo custo, ao mesmo tempo em que poupa energia.

DESCRIÇÃO DOS NUMERAIS DE REFERÊNCIA

1: SISTEMA DE SÍNTESE DE COMBUSTÍVEL LÍQUIDO

3: UNIDADE DE PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE

5,110: UNIDADE DE SÍNTESE FT (APARELHO DE REAÇÃO DE SÍNTESE DE HIDROCARBONETO)

7: UNIDADE DE APRIMORAMENTO

30: REATOR COM COLUNA DE BOLHAS (REATOR OU OUTRO DISPOSITIVO CONSTITUINTE)

30a: PARTE DE BOCAL (PARTE DE CONEXÃO COM OUTRO DISPOSITIVO

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CONSTITUINTE)

36: SEPARADOR (DISPOSITIVO DE SEPARAÇÃO DE FLUIDO MISTURADO) 80: MANÔMETRO (INSTRUMENTO)

82: TAMBOR DE FORNECIMENTO DE ÓLEO PARA RELAVAGEM (TAMBOR

DE CONTENÇÃO)

90A, 112A: PRIMEIRO DISPOSITIVO DE FORNECIMENTO DE GÁS NÃO REAGIDO (DISPOSITIVO DE FORNECIMENTO DE GÁS NÃO REAGIDO) 90B, 112B: SEGUNDO DISPOSITIVO DE FORNECIMENTO DE GÁS NÃO REAGIDO (DISPOSITIVO DE FORNECIMENTO DE GÁS NÃO REAGIDO)

92A, 92B, 114: PARTE DE PRESSURIZAÇÃO

94A, 94B, 116: PRIMEIRA PARTE DE FLUXO 96A, 96B, 118A, 118B: SEGUNDA PARTE DE FLUXO

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Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES

   1, Aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química de um gás de síntese, incluindo um hidrogênio e um monóxido de carbono como os principais componentes, e uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, o aparelho compreendendo:

   um reator no qual o gás de síntese contata a pasta fluida ; e um dispositivo de fornecimento de gás não reagido o qual extrai um gás não reagido do reator, então, pressuriza o gás não reagido, e fornece o gás não reagido para um primeiro dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo constituinte é um instrumento de medida inserido em um segundo dispositivo constituinte no qual a pasta fluida está contida em ou flui através, e o d is positivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido ao instrumento, desse modo, vedando uma parte de conexão entre o instrumento e o segundo dispositivo constituinte,
2. 2. Aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química de um gás de síntese, incluindo um hidrogênio e um monóxido de carbono como os principais componentes, e uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, o aparelho compreendendo:

   um reator no qual o gás de síntese contata a pasta fluida ; e um dispositivo de fornecimento de gás não reagido o qual extrai um gás não reagido do reator, então, pressuriza o gás não reagido, e fornece o gás não reagido para um primeiro dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo constituinte é um tambor de contenção o qual contém um fluido de peto menos um da pasta fluida e do composto de hidrocarboneto e fornece o fluido um segundo dispositivo constituinte, e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido para o tambor de contenção, desse modo, fornecendo o fluido ao segundo dispositivo constituinte

   2/3 a partir do tambor de contenção.
3. 3. Aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o tambor de contenção contém o composto de hidrocarboneto, o segundo dispositivo constituinte é um dispositivo de separação de fluido misturado o qual separa um fluido misturado do composto de hidrocarboneto e as partículas de catalisador naqueles respectivos, e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido ao tambor de contenção, desse modo, fornecendo o composto de hidrocarboneto contido no tambor de contenção como um líquido de lavagem o qual lava o dispositivo de separação de fluido misturado.
4. 4. Aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fornecimento de gás não reagido tem:

   uma parte de pressurização a qual pressuriza o gás não reagido, uma primeira parte de fluxo a qual extrai o gás não reagido do reator para fornecer o gás não reagido à parte de pressurização e uma segunda parte de fluxo a qual fornece o gás não reagido pressurizado pela parte de pressurização ao primeiro dispositivo constituinte.
5. 5. Sistema de reação de síntese de hidrocarboneto caracterizado pelo fato de que compreende:

   o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4;

   uma unidade de produção de gás de síntese a qual reforma um estoque de alimentação de hidrocarboneto para produzir o gás de síntese e fornece o gás de síntese ao reator do aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto; e uma unidade de aprimoramento a qual refina os compostos de hidrocarboneto em combustíveis líquidos.
6. 6. Método de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como os principais componentes e

   3/3 uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, o método compreendendo:

   extração de gás não reagido do reator; pressurização do gás não reagido; e fornecimento do gás não reagido a um primeiro dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo constituinte é um instrumento de medida inserido em um segundo dispositivo constituinte no qual a pasta fluida está contida em ou flui através, e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido ao instrumento, desse modo, vedando uma parte de conexão entre o instrumento e o segundo dispositivo constituinte.
7. 7. Método de síntese de hidrocarboneto o qual sintetiza um composto de hidrocarboneto por meio de uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como os principais componentes e uma pasta fluida tendo partículas de catalisador sólidas suspensas em um líquido, o método compreendendo:

   extração de gás não reagido do reator; pressurização do gás não reagido; e fornecimento do gás não reagido a um primeiro dispositivo constituinte o qual constitui o aparelho de reação de síntese de hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo constituinte é um tambor de contenção o qual contém um fluido de pelo menos um da pasta fluida e do composto de hidrocarboneto e fornece o fluido ao segundo dispositivo constituinte, e o dispositivo de fornecimento de gás não reagido fornece o gás não reagido para o tambor de contenção, desse modo, fornecendo o fluido ao segundo dispositivo constituinte a partir do tambor de contenção.

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   FIG 1

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   100a ^{86 v}86a

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