EA018418B1 - Реакторная система для синтеза углеводородного соединения и способ удаления частиц порошкообразного катализатора - Google Patents

Abstract

В изобретении представлена реакторная система для синтеза, содержащая реактор, который синтезирует углеводородное соединение посредством химической реакции синтез-газа, включающего водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензии, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкости; сепаратор, который отделяет углеводородное соединение от суспензии; и фильтрующее устройство, которое фильтрует углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, чтобы уловить порошковые частицы катализатора.

Description

Данное изобретение относится к реакторной системе для синтеза углеводородного соединения, которое синтезирует углеводородное соединение посредством введения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, в суспензию, содержащую твердые частицы катализатора, суспендированные в жидких углеводородах, и способу удаления частиц порошкообразного катализатора, который удаляет частицы катализатора (порошковые частицы), включенные в углеводородное соединение в порошкообразном состоянии.

Приоритет испрашивается по японской заявке № 2008-66154, поданной 14 марта 2008 г., содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.

Предшествующий уровень техники

В качестве реакторных систем для синтеза, которые синтезируют углеводородные соединения посредством реакции синтеза Фишера-Тропша (на которую далее в данном документе дается ссылка как на реакцию синтеза РТ) с применением синтез-газа, состоящего в основном из газообразного монооксида углерода (СО) и газообразного водорода (Н₂), в качестве исходного газообразного материала, например, подобно патентному документу 1, имеется устройство типа барботажной колонны для проведения реакции РТ в слое суспензии, которое выполняет реакцию синтеза РТ посредством введения синтез-газа в суспензию, в которой твердые частицы катализатора суспендированы в жидких углеводородах. Затем углеводородное соединение, синтезированное реакцией синтеза РТ, в основном применяется в качестве исходного материала для жидких топлив, таких как тяжелый бензин, керосин и газойль.

Кроме того, в качестве такого устройства типа барботажной колонны для проведения реакции РТ в слое суспензии имеется, например, реакторная система для реакции РТ с так называемой внешней циркуляцией, включающей основной корпус реактора, который служит для размещения суспензии, и секцию подачи газа, которая вводит синтез-газ в нижнюю часть основного корпуса реактора, и секция внешней циркуляции, которая обеспечивает вытекание суспензии, включающей углеводородное соединение, синтезированное внутри основного корпуса реактора, из основного корпуса реактора и втекание суспензии в основной корпус реактора снова через сепаратор, который отделяет углеводородное соединение от суспензии.

Однако диаметр частиц катализатора, включенных в суспензию, может постепенно уменьшаться вследствие трения между частицами катализатора, трения о внутреннюю стенку основного корпуса реактора или т.п. и любого теплового разрушения вследствие реакции синтеза РТ, а именно частицы катализатора постепенно измельчаются. Поскольку порошковые частицы катализатора (на которые далее в данном документе делается ссылка как на порошковые частицы), как таковые, несомненно меньше нормальных частиц катализатора, которые не являются порошковыми, то порошковые частицы, которые при отделении не улавливаются в сепараторе, могут затекать в следующую секцию (секцию повышения качества) производства жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, вместе с углеводородным соединением. Если порошковые частицы затекают в секцию повышения качества жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, то имеется вероятность того, что это может вызывать ухудшение катализатора, подлежащего применению на данной стадии, или ухудшение жидких топлив, получаемых в качестве продуктов.

Патентный документ 1. Описание публикации заявки на патент США № 2007-0014703.

Описание изобретения

Проблема, подлежащая разрешению посредством данного изобретения.

Данное изобретение сделано в связи с проблемами и задачами при предоставлении способа удаления порошковых частиц, который применим для предотвращения затекания порошковых частиц в секцию повышения качества жидких топлив, посредством чего предотвращается любое ухудшение жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, в реакторной системе для синтеза, которая выполняет реакцию синтеза РТ.

Средства для разрешения проблемы.

Реакторная система для синтеза по данному изобретению содержит реактор, который синтезирует углеводородное соединение посредством химической реакции синтез-газа, включающего водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензии, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкости; сепаратор, который отделяет углеводородное соединение от суспензии; и фильтрующее устройство, которое фильтрует углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, чтобы уловить порошковые частицы катализатора.

В соответствии с реакторной системой для синтеза по данному изобретению, даже если углеводородное соединение, отделенное в сепараторе, включает порошковые частицы, данные порошковые частицы могут быть удалены из углеводородного соединения посредством улавливания порошковых частиц в фильтрующем устройстве. Поэтому возможно сдерживание примешивания порошковых частиц к углеводородному соединению, используемому в секции повышения качества жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, и возможно предотвращение ухудшения жидких топлив, получаемых в качестве продуктов.

Кроме того, поскольку катализатор, применяемый в секции повышения качества жидких топлив,

- 1 018418 получаемых в качестве продуктов, не ухудшается посредством порошковых частиц, то очистка узла, который производит жидкое топливо в качестве продукта, также легко выполняется, и узел может стабильно и непрерывно функционировать в течение длительного времени.

Более того, на количество частиц катализатора или порошковых частиц, включенных в углеводородное соединение, отделенное в сепараторе, влияет расход суспензии, циркулирующей между реактором и сепаратором. Однако поскольку фильтрующее устройство не включено в эту часть циркуляционной системы, углеводородное соединение может быть профильтровано в фильтрующем устройстве без указанного выше влияния расхода суспензии.

Кроме того, в реакторной системе для синтеза предусмотрено несколько фильтрующих устройств, и сепаратор и каждый из фильтрующих устройств взаимно соединены индивидуальным образом подающим трубопроводом, который подает углеводородное соединение в каждое фильтрующее устройство из сепаратора.

В такой конфигурации углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, может быть подано в несколько фильтрующих устройств раздельным образом. Поэтому, даже если большое количество порошковых частиц включено в углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, порошковые частицы могут быть удалены в достаточной мере.

Если каждая ответвляющаяся часть подающего трубопровода снабжена клапаном, который открывает и перекрывает данную ответвляющуюся часть, чтобы переключать подачу углеводородного соединения индивидуально к каждому фильтрующему устройству, то может быть также установлено подходящее число фильтрующих устройств в соответствии с количеством углеводородного соединения, извлеченного из сепаратора. А именно, возможно регулирование числа фильтрующих устройств в соответствии с концентрацией порошковых частиц в углеводородном соединении, извлеченном из сепаратора, количество углеводородного соединения, подаваемого из сепаратора, или т.п., и возможно поддержание постоянного расхода углеводородного соединения, проходящего через каждое фильтрующее устройство. Таким образом, углеводородное соединение может фильтроваться в каждом фильтрующем устройстве стабильным образом.

Более того, если предусмотрен клапан, то возможно техническое обслуживание другого фильтрующего устройства, которое не используется для фильтрации в то время, когда углеводородное соединение фильтруется в одном из фильтрующих устройств, посредством открытия и закрытия каждого подающего трубопровода клапаном таким образом, что одно фильтрующее устройство фильтрует углеводородное соединение, и одновременно другое фильтрующее устройство не фильтрует углеводородное соединение.

Углеводородное соединение может фильтроваться непрерывным образом посредством переключения открытого и перекрытого состояния подающего трубопровода клапаном и замены фильтрующего устройства, которое фильтрует углеводородное соединение.

Кроме того, реакторная система для синтеза может также включать дифференциальный манометр, который измеряет перепад давления между потоком выше по течению и потоком ниже по течению фильтрующего устройства, в то время как углеводородное соединение фильтруется данным фильтрующим устройством.

Посредством предоставления прибора, который измеряет перепад давления таким образом, может быть измерено сопротивление фильтрующего устройства, создаваемое потоком углеводородного соединения, которое протекает через фильтрующее устройство. Поскольку величина сопротивления увеличивается, когда возрастает количество порошковых частиц, уловленных в фильтрующем устройстве, то может быть точно определено время очистки фильтрующего устройства.

В дополнение к этому, как указано выше, если предусмотрено несколько фильтрующих устройств, и каждый подающий трубопровод открывается и перекрывается надлежащим образом клапаном, так что углеводородное соединение не может одновременно фильтроваться во всех фильтрующих устройствах, то время замены фильтрующего устройства, используемого для фильтрации углеводородного соединения, может быть определено точным образом, и углеводородное соединение может фильтроваться непрерывным образом в хорошем состоянии.

Кроме того, в реакторной системе для синтеза фильтрующее устройство может включать фильтрующую емкость, соединенную с подающим трубопроводом, и фильтр, размещенный внутри фильтрующей емкости, чтобы фильтровать углеводородное соединение, и выпускной трубопровод, который выпускает профильтрованное углеводородное соединение из фильтрующей емкости, может быть соединен с данным фильтром.

В этой конфигурации углеводородное соединение может быть профильтровано как углеводородное соединение, проходящее через внутреннюю часть фильтра, чтобы быть направленным к выпускному трубопроводу из внутренней части фильтрующей емкости.

В реакторной системе для синтеза порошковые частицы могут быть удалены из фильтра без извлечения фильтра из фильтрующей емкости посредством предоставления очистного устройства, которое удаляет порошковые частицы, прилипшие к фильтру фильтрующего устройства.

Кроме того, когда очистное устройство включает секцию подачи очистной текучей среды, которая

- 2 018418 соединена с выпускным трубопроводом и подает очистную текучую среду в фильтр через выпускной трубопровод, очистной жидкости предоставляется возможность прохождения через внутреннюю часть фильтра, чтобы она поступала во внутреннее пространство фильтрующей емкости со стороны выпускного трубопровода. При этом, поскольку очистная текучая среда протекает в направлении, противоположном направлению, в котором углеводородное соединение проходит внутри фильтра, то порошковые частицы могут быть надежным образом удалены из фильтра.

Кроме того, протекание химической реакции между углеводородным соединением и порошковыми частицами может быть предотвращено посредством применения инертного газа в качестве очистной текучей среды.

Помимо этого, в реакторной системе для синтеза фильтр предпочтительно является сетчатым фильтром из спеченного металла, который имеет несколько взаимно спеченных сетчатых слоев, и диаметр отверстий, сформированных в сетчатом фильтре из спеченного металла, является средним диаметром порошковых частиц или меньше указанного среднего диаметра или же устанавливается таким образом, что больше 0 мкм или равен или меньше 10 мкм.

Посредством установления диаметра отверстий таким образом порошковые частицы могут быть надежным образом уловлены фильтром.

Кроме того, поскольку сетчатый фильтр из спеченного металла является спеченным, то даже если давление, приложенное к фильтру, большое, когда углеводородное соединение или очистная жидкость проходят через фильтр, фильтр может выдержать такое давление в достаточной мере. Поэтому один и тот же фильтр может быть использован в течение длительного периода времени.

Если диаметр отверстий фильтра меньше среднего диаметра порошковых частиц, то порошковые частицы размером меньше диаметра отверстий также существуют, однако такие порошковые частицы могут также улавливаться фильтром.

А именно, порошковые частицы, диаметр которых больше диаметра отверстий фильтра, могут улавливаться непосредственным образом в фильтре, и слой частиц, включающий порошковые частицы, образуется на поверхности фильтра. В этом месте, поскольку реальный диаметр отверстий вследствие слоя частиц становится в достаточной мере меньше среднего диаметра порошковых частиц, то даже порошковые частицы, диаметр которых меньше диаметра отверстий фильтра, могут надежным образом улавливаться в этом слое частиц.

Способ удаления порошковых частиц катализатора выполняется после извлечения углеводородного соединения из суспензии, данное углеводородное соединение синтезировано посредством химической реакции синтез-газа, включающего водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензии, содержащей частицы катализатора, суспендированные в жидкости, способ удаления включает стадию фильтрации с пропусканием углеводородного соединения через фильтр фильтрующего устройства в заданном направлении, чтобы уловить порошковые частицы катализатора, и стадию очистки с пропусканием очистной текучей среды через фильтр в направлении, противоположном указанному заданному направлению, чтобы удалить порошковые частицы катализатора из фильтра.

В соответствии со способом удаления порошковых частиц выполняется стадия фильтрации. Посредством этого, подобно вышеуказанной реакторной системе для синтеза, возможно сдерживание примешивания порошковых частиц к углеводородному соединению, используемому в секции повышения качества жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, и возможно предотвращение ухудшения жидких топлив, получаемых в качестве продуктов.

Кроме того, поскольку порошковые частицы могут быть надежным образом удалены из фильтра посредством выполнения стадии очистки, то один и тот же фильтр может быть многократно использован для фильтрации углеводородного соединения.

Кроме того, в способе удаления порошковых частиц предпочтительно несколько фильтров расположены параллельно для прохождения углеводородного соединения через фильтр, и когда стадия фильтрации выполняется в первом фильтре, стадия очистки одновременно выполняется для другого фильтра, и когда стадия фильтрации выполняется в другом фильтре, стадия очистки одновременно выполняется для первого фильтра.

Посредством одновременного выполнения таким образом стадии фильтрации и стадии очистки в нескольких фильтрах углеводородное соединение может фильтроваться непрерывным образом.

Кроме того, в способе удаления порошковых частиц может измеряться перепад давления между потоками в верхнем и нижнем течении фильтрующего устройства, в то время как углеводородное соединение фильтруется данным фильтрующим устройством, и когда результат измерения перепада давления достигает заданного порогового значения или превышает его, то стадия, подлежащая выполнению в фильтре, может быть переключена от стадии фильтрации на стадию очистки.

В дополнение к этому, измеряемый перепад давления возрастает, когда количество порошковых частиц, улавливаемых фильтром, увеличивается. Соответственно посредством выполнения стадии очистки для фильтра, когда этот перепад давления достигает заданного порогового значения или превышает его, время очистки фильтра определяется точным образом, и любое ухудшение способности (эффективности) к фильтрации углеводородного соединения в фильтре может быть сдержано эффективным обра

- 3 018418 зом.

Кроме того, в способе удаления порошковых частиц пороговое значение предпочтительно составляет больше 0 кПа и равно 150 кПа или менее. То есть посредством прекращения стадии фильтрации соответствующим фильтром, когда перепад давления достигает порогового значения или превышает его, испарение углеводородного соединения может быть подавлено и тем самым может быть предотвращена потеря углеводородного соединения в весе.

В соответствии с данным изобретением, поскольку порошковые частицы, содержащиеся в углеводородном соединении, отделенном из сепаратора, могут быть удалены, то возможно сдерживание примешивания порошковых частиц к углеводородному соединению, используемому в секции повышения качества жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, и возможно предотвращение ухудшения жидких топлив, получаемых в качестве продуктов.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее общую конфигурацию устройства для синтеза жидкого топлива в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;

фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, показывающее фильтрующий блок, который входит в состав устройства для синтеза жидкого топлива, показанного на фиг. 1;

фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, показывающее фильтрующее устройство, которое входит в состав фильтрующего блока, показанного на фиг. 2.

Описание ссылочных позиций

- Система для синтеза жидкого топлива (реакторная система для синтеза углеводородов),

- реактор в виде барботажной колонны,

- сепаратор,

- фильтрующее устройство,

- подающий трубопровод,

- выпускной трубопровод,

- клапан,

- дифференциальный манометр,

100 - очистное устройство,

911 - фильтрующая емкость,

912 - фильтр.

Лучший вариант осуществления данного изобретения

Далее в данном документе будут описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения со ссылками на фиг. 1-3.

Как показано на фиг. 1, система для синтеза жидкого топлива (реакторная система для синтеза углеводородов) 1 в соответствии с данным вариантом осуществления представляет собой промышленное устройство, которое выполняет процесс СТЬ (газ-в-жидкость), посредством которого исходный углеводородный материал, такой как природный газ, преобразуется в жидкое топливо. Эта система 1 для синтеза жидкого топлива включает узел 3 для производства синтез-газа, узел 5 для синтеза РТ и узел 7 повышения качества. Узел 3 для производства синтез-газа риформирует природный газ, который является исходным углеводородным материалом, чтобы получить синтез-газ, включающий газообразный монооксид углерода и газообразный водород. Узел 5 для синтеза РТ производит жидкие углеводороды из произведенного синтез-газа посредством реакции синтеза Фишера-Тропша (на которую далее в данном документе дается ссылка как на реакцию синтеза РТ). Узел 7 повышения качества подвергает гидрогенизации и гидрокрекингу жидкие углеводороды, полученные реакцией синтеза РТ, чтобы получить жидкие топлива в качестве конечных продуктов (тяжелый бензин, керосин, газойль, парафин и т.п.). Далее в данном документе будут описаны составные части каждого из этих узлов.

Узел 3 для производства синтез-газа, главным образом, включает, например, реактор 10 десульфурации, узел 12 для риформинга, котел 14 для рекуперации отходящего тепла, газожидкостные сепараторы 16 и 18, узел 20 для удаления СО₂ и устройство 26 для отделения водорода. Реактор 10 десульфурации состоит из гидродесульфуратора и т.д. и удаляет серосодержащие компоненты из природного газа, используемого в качестве исходного материала. Узел 12 для риформинга риформирует природный газ, подаваемый из реактора 10 десульфурации, чтобы получить синтез-газ, включающий газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (Н₂) в качестве основных компонентов. Котел 14 для рекуперации отходящего тепла рекуперирует отходящее тепло синтез-газа, произведенного узлом 12 для риформинга, чтобы получить пар высокого давления. Газожидкостной сепаратор 16 разделяет воду, нагретую теплообменом с синтез-газом в котле 14 для рекуперации отходящего тепла, на пар (пар высокого давления) и жидкость. Газожидкостной сепаратор 18 удаляет конденсат из синтез-газа, охлажденного в котле 14 для рекуперации отходящего тепла, и подает газ в узел 20 для удаления СО2. Узел 20 для удаления СО2 содержит абсорбционную колонну 22, которая посредством применения абсорбента удаляет газообразный диоксид углерода из синтез-газа, подаваемого из газожидкостного сепаратора 18 и регенерационную колонну 24, которая десорбирует газообразный диоксид углерода и регенерирует абсорбент, включающий газообразный диоксид углерода. Устройство 26 для отделения водорода отделяет часть

- 4 018418 газообразного водорода, включенного в синтез-газ, газообразный диоксид углерода от которого отделен узлом 20 для удаления СО₂. Следует заметить, что необходимость в применении вышеуказанного узла 20 для удаления СО₂ может отсутствовать в зависимости от обстоятельств.

Среди них, узел 12 для риформинга риформирует природный газ посредством использования диоксида углерода и пара, чтобы получить синтез-газ при высокой температуре, включающий газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, посредством метода риформинга пара и газообразного диоксида углерода, представленного приведенными ниже формулами химических реакций (1) и (2). Кроме того, метод риформинга в этом узле 12 для риформинга не ограничивается вышеуказанным методом риформинга с применением пара и газообразного диоксида углерода. Например, метод парового риформинга, метод риформинга с частичным окислением (РОХ) с применением кислорода, метод автотермического риформинга (ЛТК), который является комбинацией метода с частичным окислением и метода парового риформинга, метод риформинга с газообразным диоксидом углерода и т.п. также могут быть использованы.

сн₄+н₂о->со+зн₂ (1)

СН₄+СО₂->2СО+2Н₂ (2)

Кроме того, предусмотрено устройство 26 для отделения водорода на линии, ответвляющейся от основной трубы, которая соединяет узел 20 для удаления СО₂ или газожидкостной сепаратор 18 с реактором 30 в виде барботажной колонны. Это устройство 26 для отделения водорода может, например, состоять из устройства адсорбции водорода с колебаниями давления (Р8А), которое выполняет адсорбцию и десорбцию водорода посредством использования разности давлений. Это устройство адсорбции водорода с колебаниями давления (Р8А) имеет адсорбенты (цеолитовый адсорбент, активированный уголь, глинозем, силикагель и т.п.) внутри нескольких адсорбционных колонн (не показаны), которые расположены параллельно. Посредством последовательного повторения процессов, включающих повышение давления, адсорбцию, десорбцию (уменьшение давления) и продувку водородом, в каждой из адсорбционных колонн, газообразный водород высокой чистоты (например, примерно 99,999%), отделенный от синтез-газа, может непрерывным образом подаваться в различные узлы для проведения реакции с применением водорода (например, реактор 10 десульфурации, реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, реактор 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций, реактор 54 гидроочистки лигроиновой фракции и т.п.), в которых проводятся заданные реакции с применением водорода.

Кроме того, метод отделения газообразного водорода в устройстве 26 для отделения водорода не ограничивается примером метода адсорбции с колебаниями давления, как в вышеуказанном узле адсорбции водорода с колебаниями давления (Р8А). Например, может быть использован метод адсорбции с применением сплава, накапливающего водород, метод мембранного разделения или их комбинация.

Далее будет описан узел 5 для синтеза ЕТ. Узел 5 для синтеза ЕТ в основном включает, например, реактор 30 в виде барботажной колонны, газожидкостной сепаратор 34, сепаратор 36, газожидкостной сепаратор 38, первую фракционирующую колонну 40 и фильтрующий блок 90. Реактор 30 в виде барботажной колонны, который является примером реактора, синтезирующего жидкие углеводороды из синтез-газа, функционирует как реактор для синтеза Фишера-Тропша (ЕТ), который преобразует синтез-газ в жидкие углеводороды реакцией синтеза ЕТ. Реактор 30 в виде барботажной колонны включает, главным образом, основной корпус 80 реактора и охлаждающую трубу 81.

Основной корпус 80 реактора представляет собой в основном цилиндрический резервуар, изготовленный из металла. Суспензия с твердыми частицами катализатора, суспендированными в жидких углеводородах (продукт реакции синтеза ЕТ), размещена внутри основного корпуса 80 реактора.

Синтез-газ, включающий водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, вводится в суспензию в нижней части основного корпуса 80 реактора. Соответственно синтез-газ, введенный в суспензию, образует пузырьки и протекает через суспензию от нижней части к верхней части основного корпуса 80 реактора в вертикальном направлении (перпендикулярном направлении). При этом синтез-газ растворяется в жидких углеводородах и приводится в соприкосновение с частицами катализатора, посредством чего выполняется реакция синтеза жидких углеводородов (реакция синтеза ЕТ). А именно, как представлено в приведенной ниже формуле химической реакции (3), газообразный водород и газообразный монооксид углерода участвуют в реакции синтеза.

2пН₂ + пСО-> <СН₂>_п + пН₂О (3) где η является положительным целым числом.

Кроме того, синтез-газ образует пузырьки и поднимается через основной корпус 80 реактора, тем самым создается восходящий поток (аэродинамическая подъемная сила) суспензии внутри основного корпуса 80 реактора. Поэтому циркуляционный поток суспензии образуется внутри основного корпуса 80 реактора. Кроме того, непрореагировавший синтез-газ, который достиг верхней части основного корпуса 80 реактора, извлекается из верхней части основного корпуса 80 реактора и затем подается в газожидкостной сепаратор 38.

Охлаждающая труба 81 предусмотрена внутри основного корпуса 80 реактора, чтобы охлаждать суспензию, температура которой повышается вследствие тепла, генерируемого реакцией синтеза ЕТ. Ох- 5 018418 лаждающая труба 81 может быть образована, например, таким образом, что одна труба изогнута и протянута несколько раз в вертикальном направлении. Например, несколько охлаждающих труб, имеющих двухтрубную структуру так называемого байонетного типа, может быть расположено внутри основного корпуса 80 реактора. А именно, форма и число охлаждающих труб 81 не ограничиваются вышеуказанными формой и числом, однако должны быть такими, чтобы охлаждающие трубы равномерно располагались внутри основного корпуса 80 реактора и содействовали равномерному охлаждению суспензии.

Охлаждающая вода (например, температура которой отличается на величину в интервале примерно от -50 до 0°С от внутренней температуры основного корпуса 80 реактора), подаваемая из газожидкостного сепаратора 34, принуждается к циркулированию через охлаждающую трубу 81. Когда охлаждающая вода обменивается теплом с суспензией через стенку охлаждающей трубы 81 в процессе циркуляции охлаждающей воды через охлаждающую трубу 81, суспензия внутри основного корпуса 80 реактора охлаждается. Часть охлаждающей воды может быть выпущена в газожидкостной сепаратор 34 в виде пара и извлечена в качестве пара среднего давления. Кроме того, среда для охлаждения суспензии 82 не ограничивается охлаждающей водой, как описано выше. Например, в качестве среды могут быть использованы парафин с неразветвленной цепью и с разветвленной цепью, нафтен, олефин, низкомолекулярный силан, силилэфир и силиконовое масло и т.п., от С₄ до С₁₀.

Газожидкостной сепаратор 34 разделяет воду, циркулирующую и нагревающуюся внутри охлаждающей трубы 81, размещенной в реакторе 30 в виде барботажной колонны, на пар (пар среднего давления) и жидкость, и жидкость подается снова в охлаждающую трубу 81 в качестве охлаждающей воды. Сепаратор 36 соединен с верхней частью и нижней частью реактора 30 в виде барботажной колонны и разделяет суспензию, которая вытекает из верхней части, на жидкие углеводороды и суспензию, включающую некоторое количество частиц катализатора. Затем суспензия, включающая некоторое количество частиц катализатора, возвращается в реактор 30 в виде барботажной колонны из нижней части сепаратора 36. Газожидкостной сепаратор 38 соединен с выпускным отверстием 806 для непрореагировавшего газа реактора 30 в виде барботажной колонны, чтобы охлаждать непрореагировавший синтез-газ и газообразные углеводороды. Первая фракционирующая колонна 40 дистиллирует жидкие углеводороды, подаваемые через сепаратор 36 и газожидкостной сепаратор 38 из реактора 30 в виде барботажной колонны, разделяет жидкие углеводороды на несколько фракций в соответствии с температурами кипения и очищает их.

Фильтрующий блок 90 фильтрует жидкие углеводороды, которые вытекают из сепаратора 36 и улавливает порошковые частицы, включенные в жидкие углеводороды, и, как показано на фиг. 2, сконфигурирован таким образом, что содержит несколько фильтрующих устройств 91 (четыре в проиллюстрированном примере). При этом порошковые частицы являются частицами, образованными, когда частицы катализатора измельчаются вследствие трения между частицами катализатора, трения о внутреннюю стенку основного корпуса 80 реактора и любого теплового разрушения, вызываемого реакцией синтеза ЕТ, и т.п.

Сепаратор 36 и несколько фильтрующих устройств 91 индивидуальным образом взаимно соединены подаюшцм трубопроводом 92, который выведен из боковой стороны сепаратора 36 и разветвляется таким образом, чтобы ответвления могли вводить жидкие углеводороды из сепаратора 36 в каждое фильтрующее устройство 91 через этот подающий трубопровод 92. Кроме того, первая фракционирующая колонна 40 соединена с каждым из нескольких фильтрующих устройств 91 посредством выпускного трубопровода 93 в качестве трубопровода-коллектора, несколько ответвлений которого соответственно соединены с фильтрующими устройствами 91 таким образом, что обеспечивают перемещение жидких углеводородов, профильтрованных в каждом фильтрующем устройстве 91 в первую фракционирующую колонну 40.

Кроме того, общая часть подающего трубопровода 92, расположенная со стороны сепаратора 36, снабжена основным клапаном 94 с подающей стороны, который открывает и перекрывает общую часть подающего трубопровода 92. Более того, ответвления подающего трубопровода 92, расположенные со стороны каждого фильтрующего устройства 91, соответственно снабжены клапанами 95, которые открывают и перекрывают ответвления. Кроме того, ответвления выпускного трубопровода 93, расположенные со стороны каждого фильтрующего устройства 91, соответственно снабжены клапанами 96, которые открывают и перекрывают ответвления. Более того, общая часть выпускного трубопровода 93, расположенная со стороны первой фракционирующей колонны 40, снабжена основным клапаном 97 с выпускной стороны.

Фильтрующий блок 90 также включает дифференциальный манометр 98, который измеряет перепад давления между потоками в верхнем и нижнем течении фильтрующего устройства 91, в то время как углеводородное соединение фильтруется данным фильтрующим устройством 91. При этом давление жидких углеводородов перед втеканием в фильтрующее устройство 91 измеряется в месте перед ответвлениями подающего трубопровода 92, и давление жидких углеводородов после выпуска из фильтрующего устройства 91 измеряется в месте общей части выпускного трубопровода 93. В этом дифференциальном манометре 98 может быть измерено сопротивление фильтрующего устройства 91 по отношению к потоку жидких углеводородов, которые проходят через фильтрующее устройство 91. Величина сопро

- 6 018418 тивления увеличивается, когда возрастает количество порошковых частиц, уловленных в фильтрующем устройстве 91.

Каждое из фильтрующих устройств 91, как показано на фиг. 3, сконфигурировано таким образом, что имеет в основном фильтрующую емкость 911 и несколько фильтров 912.

Фильтрующая емкость 911 сконфигурирована таким образом, что она соединена с подающим трубопроводом 92 и может вводить в него жидкие углеводороды из сепаратора 36. Каждый из фильтров 912 размещен внутри фильтрующей емкости 911 и функционирует таким образом, чтобы обеспечивает возможность прохождения жидких углеводородов внутри фильтрующей емкости 911 и тем самым их фильтрации посредством улавливания порошковых частиц. Выпускной трубопровод 93 соединен с фильтром 912, и жидкие углеводороды, профильтрованные в фильтре 912, могут быть выпущены непосредственным образом из фильтрующей емкости 911.

Этот фильтр 912 образован, например, сетчатым фильтром из спеченного металла. Сетчатый фильтр из спеченного металла получают наложением одна на другую нескольких металлических сеток и их спеканием при высокой температуре в вакууме, и диаметр отверстий, образованных в сетчатом фильтре из спеченного металла, может быть отрегулирован в соответствии с размером отверстий металлических сеток и/или числом слоев из наложенных одна на другую металлических сеток. При этом диаметр отверстий, образованных в сетчатом фильтре из спеченного металла, может быть установлен такого размера, что жидкие углеводороды проходят через фильтр, а порошковые частицы не проходят через фильтр 912, и может быть изменен в соответствии с расходом жидких углеводородов, введенных в фильтрующее устройство 91, или размером порошковых частиц, включенных в жидкие углеводороды. Например, если размер порошковых частиц небольшой, то диаметр отверстий может быть сделан меньше размера порошковых частиц.

В отношении фильтра 912, сконфигурированного таким образом, ниже будет описан один из примеров результатов, полученных при проведении эксперимента по определению пропускной способности фильтра. В этом эксперименте жидкие углеводороды, включающие порошковые частицы, концентрация которых составляет 1500 млн^-1 по массе, пропускались через фильтр 912. Кроме того, в отношении диаметра отверстий фильтра 912, эксперимент выполняли для двух видов отверстий, диаметром 5 и 10 мкм.

В результате концентрация порошковых частиц, включенных в жидкие углеводороды, которые были пропущены через фильтр 912, была уменьшена до нижней предельной величины (4 млн^-1 по массе) или менее, при измерениях независимо от диаметра отверстий. Кроме того, было подтверждено, что диаметр частиц порошковых частиц, включенных в жидкие углеводороды, которые проходят через фильтр 912, является таким малым, что не поддается измерению, и составляет самое большее 8 мкм или менее.

Принимая во внимание вышеуказанные результаты, если концентрация порошковых частиц больше 10 млн^-1 по массе, и диаметр порошковых частиц больше 8 мкм, то порошковые частицы могут быть в достаточной степени отфильтрованы при применении фильтра 912, диаметр отверстий которого составляет 10 мкм. А именно, диаметр конкретных отверстий, сформированных в фильтре 912, может быть установлен величиной больше 0 мкм и равной 10 мкм или менее. В этом отношении, поскольку диаметр порошковых частиц, которые проходят через фильтр 912, становятся малым, когда диаметр отверстий фильтра 912 делается небольшим, то более предпочтительно, чтобы диаметр отверстий был установлен больше 0 мкм и равным 5 мкм или менее.

Кроме того, считается, что причина, почему диаметр порошковых частиц, включенных в жидкие углеводороды, которые прошли через фильтр 912, составляет 8 мкм или менее, что меньше вышеуказанного диаметр отверстий, даже когда диаметр отверстий фильтра 912 составляет 10 мкм, обусловлена тем, что порошковые частицы, диаметр которых больше диаметра отверстий фильтра 912, улавливается на поверхности фильтра 912. То есть, если порошковые частицы, диаметр частиц которых составляет 10 мкм или более, улавливаются на поверхности фильтра 912, то слой частиц, включающий порошковые частицы, образуется на поверхности фильтра 912. При этом, поскольку реальный диаметр отверстий посредством слоя частиц становится в достаточной степени меньше диаметра отверстий фильтра 912, то даже порошковые частицы, диаметр которых меньше диаметра отверстий фильтра 912, могут надежным образом улавливаться в этом слое частиц.

Если порошковые частицы могут быть уловлены таким образом, то диаметр отверстий фильтра 912 не ограничивается вышеуказанным интервалом численных значений. Например, диаметр отверстий может быть установлен равным среднему диаметру порошковых частиц или менее. Даже в этом случае, порошковые частицы, включенные в жидкие углеводороды, вводимые в фильтрующее устройство 91, улавливаются на поверхности фильтра 912 и тем самым слой частиц, имеющий диаметр отверстий, который в достаточной степени меньше среднего диаметра порошковых частиц образуется на поверхности фильтра 912. Соответственно, даже если диаметр отверстий фильтра 912 устанавливается равным среднему диаметру порошковых частиц или меньше, порошковые частицы могут быть уловлены надежным образом, аналогично тому, как это описано выше.

Кроме того, каждое фильтрующее устройство 91 включает очистное устройство 100, которое удаляет порошковые частицы, прилипшие к фильтру 912, из фильтра 912. Более конкретно, это очистное

- 7 018418 устройство 100 соединено с выпускным трубопроводом 93 и включает секцию 101 подачи газа (секцию подачи очистной текучей среды), которая подает инертный газ (очистную текучую среду), такую как азот или аргон, в фильтр 912 под высоким давлением через выпускной трубопровод 93. Таким образом, если инертный газ выпускается к фильтру 912 из секции 101 подачи газа, инертный газ проходит через фильтр 912 таким образом, что он поступает в фильтрующую емкость 911 со стороны выпускного трубопровода 93. При этом, поскольку инертный газ протекает в направлении, противоположном направлению, в котором углеводородное соединение проходит внутри фильтра 912, то порошковые частицы могут быть надежным образом удалены из фильтра 912. Кроме того, даже если инертный газ выпускается в фильтрующую емкость 911, ненужная химическая реакция не происходит между инертным газом и жидкими углеводородами или порошковыми частицами.

Поскольку эта секция 101 подачи газа соединена с выпускным трубопроводом 93 между фильтрующей емкостью 911 и клапаном 96 выпускного трубопровода 93 посредством трубопровода 102 для подачи газа, то инертный газ может быть подан в фильтр 912 в состоянии, в котором подающий трубопровод 92 и выпускной трубопровод 93 перекрыты клапаном 95 подающего трубопровода 92 и клапаном 96 выпускного трубопровода 93, то есть в состоянии, в котором фильтрация жидких углеводородов приостановлена.

Инертный газ, который прошел через фильтр 912 и достиг внутренней части фильтра, может быть выпущен наружу из трубопровода 103 для выпуска газа, соединенного с верхней частью фильтрующей емкости 911. Кроме того, порошковые частицы, удаленные из фильтра 912, могут быть выпущены наружу через трубопровод 104 для выпуска частиц, соединенный с нижним концом фильтрующей емкости 911. Кроме того, поскольку трубопровод 102 для подачи газа, трубопровод 103 для выпуска газа и трубопровод 104 для выпуска частиц снабжены соответственно клапанами 105, 106 и 107, которые открывают и перекрывают эти трубопроводы, они не препятствуют фильтрации жидких углеводородов.

В заключение, будет описан узел 7 повышения качества. Узел 7 повышения качества включает, например, реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, реактор 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций, реактор 54 гидроочистки лигроиновой фракции, газожидкостные сепараторы 56, 58 и 60, вторую фракционирующую колонну 70 и стабилизатор 72 лигроина. Реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции соединен с нижней частью первой фракционирующей колонны 40. Реактор 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций соединен с центральной частью первой фракционирующей колонны 40. Реактор 54 гидроочистки лигроиновой фракции соединен с верхней частью первой фракционирующей колонны 40. Газожидкостные сепараторы 56, 58 и 60 расположены таким образом, чтобы соответствовать реакторам гидрогенизации 50, 52 и 54 соответственно. Вторая фракционирующая колонна 70 разделяет и очищает жидкие углеводороды, подаваемые из газожидкостных сепараторов 56 и 58 в соответствии с их температурами кипения. Стабилизатор 72 лигроина дистиллирует жидкие углеводороды лигроиновой фракции, подаваемые из газожидкостного сепаратора 60 и второй фракционирующей колонны 70. Затем стабилизатор 72 лигроина выпускает компоненты легче, чем бутан, к газу, сжигаемому в факеле, и отделяет и рекуперирует компоненты с числом атомов углерода пять или более, такие как лигроиновый продукт.

Далее будет описан процесс (СТЬ процесс) синтезирования жидкого топлива из природного газа посредством системы 1 для синтеза жидкого топлива, сконфигурированной так, как описано выше.

Природный газ (основным компонентом которого является СН₄) в качестве исходного углеводородного материала подается в систему 1 для синтеза жидкого топлива из внешнего источника подачи природного газа (не показан), такого как месторождение природного газа или завод по обработке природного газа. Вышеуказанный узел 3 для производства синтез-газа риформирует этот природный газ, чтобы получить синтез-газ (газовую смесь, включающую газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов).

Более конкретно, вначале природный газ подается в реактор 10 десульфурации вместе с газообразным водородом, отделенным устройством 26 для отделения водорода. Реактор 10 десульфурации гидрогенизирует и десульфурирует серосодержащие компоненты, включенные в природный газ, с применением газообразного водорода и с катализатором ΖηΟ. Посредством предварительной десульфурации природного газа таким образом возможно предотвращение снижения активности катализатора, используемого в узле 12 для риформинга, реакторе 30 в виде барботажной колонны и т.п., вследствие серы.

Природный газ (который может также содержать диоксид углерода), десульфурированный таким образом, подается в узел 12 для риформинга после того, как газообразный диоксид углерода (СО₂), подаваемый из источника подачи диоксида углерода (не показан), смешивается с паром, образуемым в котле 14 для рекуперации отходящего тепла. Узел 12 для риформинга риформирует природный газ с применением диоксида углерода и пара, чтобы получить синтез-газ при высокой температуре, включающий газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, посредством вышеописанного способа риформинга с применением пара и газообразного диоксида углерода. При этом в узел 12 для риформинга подается, например, топливный газ для горелки, размещенной в узле 12 для риформинга, и воздух, и теплота реакции, требующаяся для вышеуказанной реакции риформинга с паром и СО₂, которая является эндотермической реакцией, предоставляется посредством теплоты сгорания

- 8 018418 топливного газа в горелке и лучистой теплоты в печи узла 12 для риформинга.

Синтез-газ при высокой температуре (например, 900°С, 2,0 МПа изб. давл.), произведенный таким образом в узле 12 для риформинга подается в котел 14 для рекуперации отходящего тепла и охлаждается посредством теплообмена с водой, которая циркулирует через котел 14 для рекуперации отходящего тепла (например, 400°С), посредством чего тепло используется и рекуперируется. При этом вода, нагретая синтез-газом в котле 14 для рекуперации отходящего тепла, подается в газожидкостной сепаратор 16. Из этого газожидкостного сепаратора 16 газообразный компонент подается в узел 12 для риформинга или другие внешние устройства в качестве пара высокого давления (например, от 3,4 до 10,0 МПа изб. давл.), а вода в качестве жидкого компонента возвращается в котел 14 для рекуперации отходящего тепла.

В это же время синтез-газ, охлажденный в котле 14 для рекуперации отходящего тепла, подается в абсорбционную колонну 22 узла 20 для удаления СО₂ или реактор 30 в виде барботажной колонны после того, как конденсат отделен и удален из газожидкостного сепаратора 18. Абсорбционная колонна 22 абсорбирует газообразный диоксид углерода, включенный в синтез-газ, и удерживает его в абсорбенте, чтобы отделить газообразный диоксид углерода от синтез-газа. Абсорбент, включающий газообразный диоксид углерода внутри абсорбционной колонны 22, вводится в регенерационную колонну 24, абсорбент, включающий газообразный диоксид углерода, нагревается и подвергается процедуре десорбции посредством, например, пара, и результирующий десорбированный газообразный диоксид углерода возвращается в узел 12 для риформинга из регенерационной колонны 24 и используется повторно для вышеуказанной реакции риформинга.

Синтез-газ, полученный таким образом в узле 3 для производства синтез-газа, подается в реактор 30 в виде барботажной колонны вышеуказанного узла 5 для синтеза РТ. При этом соотношение компонентов синтез-газа, подаваемого в реактор 30 в виде барботажной колонны, регулируется до соотношения компонентов (например, Н₂:СО=2:1 (молярное соотношение)), подходящего для реакции синтеза РТ. Кроме того, давление синтез-газа, подаваемого в реактор 30 в виде барботажной колонны, увеличивают до давления (например, 3,6 МПа изб. давл.), подходящего для реакции синтеза РТ, компрессором (не показан), установленным на трубопроводе, который соединяет узел 20 для удаления СО₂ с реактором 30 в виде барботажной колонны. Следует заметить, что компрессор может быть удален из трубопровода.

Кроме того, часть синтез-газа, газообразный диоксид углерода которого отделен вышеуказанным узлом 20 для удаления СО₂, также поступает в устройство 26 для отделения водорода. Устройство 26 для отделения водорода отделяет газообразный водород, включенный в синтез-газ, посредством адсорбции и десорбции (адсорбции и десорбции водорода с колебаниями давления (Р8А)) с применением разности давления, как описано выше. Этот отделенный водород непрерывно подается из газгольдера (не показан) или т.п. посредством компрессора (не показан) к различным узлам для проведения реакции с применением водорода (например, реактору 10 десульфурации, реактору 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, реактору 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций, реактору 54 гидроочистки лигроиновой фракции и т.п.), которые выполняют заданные реакции с применением водорода внутри системы 1 для синтеза жидкого топлива.

Затем вышеуказанный узел 5 для синтеза РТ синтезирует жидкие углеводороды реакцией синтеза РТ из синтез-газа, произведенного вышеуказанным узлом 3 для производства синтез-газа.

Более конкретно, синтез-газ, произведенный вышеуказанным узлом 3 для производства синтез-газа, протекает в нижнюю часть основного корпуса 80 реактора, составляющего реактор 30 в виде барботажной колонны, и протекает вверх через суспензию, размещенную в основном корпусе 80 реактора. При этом внутри основного корпуса 80 реактора монооксид углерода и газообразный водород, которые включены в синтез-газ, реагируют один с другим в ходе реакции синтеза РТ, посредством чего производятся углеводороды. Более того, посредством циркуляции воды через охлаждающую трубу 81 во время этой реакции синтеза удаляется теплота реакции синтеза РТ, и вода, нагревающаяся посредством этого теплообмена, испаряется с образованием водяного пара. Что касается этого водяного пара, то вода, ожиженная в газожидкостном сепараторе 34, возвращается в охлаждающую трубу 81, а газообразный компонент подается во внешний узел в качестве пара среднего давления (например, от 1,0 до 2,5 МПа изб. давл.).

Жидкие углеводороды, синтезированные таким образом в реакторе 30 в виде барботажной колонны, извлекаются в качестве суспензии из реактора 30 в виде барботажной колонны и вводятся в сепаратор 36. Сепаратор 36 разделяет извлеченную суспензию на твердый компонент, такой как частицы катализатора, и жидкий компонент, включающий жидкие углеводороды. Часть отделенного твердого компонента, такого как частицы катализатора, возвращается в реактор 30 в виде барботажной колонны, а жидкий компонент суспензии подается в первую фракционирующую колонну 40 через фильтрующий блок 90, который будет описан позднее.

Из реактора 30 в виде барботажной колонны непрореагировавший синтез-газ и газообразный компонент синтезированных углеводородов вводятся в газожидкостной сепаратор 38. Газожидкостной сепаратор 38 охлаждает эти газы, чтобы отделить некоторые сконденсированные жидкие углеводороды и ввести их в первую фракционирующую колонну 40. В то же время, что касается газообразного компонента, отделенного в газожидкостном сепараторе 38, непрореагировавший синтез-газ (СО и Н₂) возвращается в нижнюю часть реактора 30 в виде барботажной колонны и используется повторно для реакции

- 9 018418 синтеза ЕТ. Кроме того, газ, сжигаемый в факеле, иной, чем целевые продукты, включающий в качестве основного компонента углеводородный газ с небольшим числом атомов углерода (равным или меньше чем С₄), вводится во внешний агрегат для сжигания (не показан), сжигается в нем и затем выпускается в атмосферу.

Затем жидкие углеводороды, отделенные от суспензии в сепараторе 36, вводятся в фильтрующий блок 90, в котором удаляются порошковые частицы, включенные в жидкие углеводороды. Теперь ниже будет описан способ удаления порошковых частиц.

При удалении порошковых частиц жидкие углеводороды, вводимые в фильтрующую емкость 911 через подающий трубопровод 92, в фильтрующем блоке 90 проходят через фильтр 912 по направлению к выпускному трубопроводу 93 из внутреннего пространства фильтрующей емкости 911, и порошковые частицы, включенные в жидкие углеводороды, улавливаются в фильтре 912 (стадия фильтрации).

Кроме того, в фильтрующем блоке 90 порошковые частицы, прилипшие к фильтру 912, могут быть удалены перекрыванием подающего трубопровода 92 и выпускного трубопровода 93, расположенных перед фильтрующим устройством 91 и после него, посредством основного клапана 94 со стороны подачи и основного клапана 97 с выпускной стороны (стадия очистки). Более конкретно, на этой стадии очистки инертный газ выпускается из секции 101 подачи газа и пропускается через фильтр 912 таким образом, что он поступает в фильтрующую емкость 911 со стороны выпускного трубопровода 93. А именно, инертный газ пропускается через фильтр 912 в направлении, противоположном направлению, в котором жидкие углеводороды пропускаются через фильтр на стадии фильтрации. Посредством этого порошковые частицы удаляются из фильтра 912 и опускаются к нижнему концу фильтрующей емкости 911. Кроме того, порошковые частицы, которые достигли нижнего конца фильтрующей емкости 911, могут быть выпущены из него через трубопровод 104 для выпуска частиц посредством открытия клапана 107.

При этом, когда выполняется стадия фильтрации в фильтрующем блоке 90, перепад давления между впускной и выпускной сторонами фильтрующего устройства 91 измеряется дифференциальным манометром 98, и когда измеренная величина этого перепада давления становится равным заданному пороговому значению или превышает его, то стадия фильтрации, выполняемая в фильтрующем блоке 90, останавливается и делается переход к стадии очистки. Поскольку перепад давления, измеряемый дифференциальным манометром 98, возрастает, когда количество порошковых частиц, уловленных в фильтре 912 фильтрующего устройства 91, увеличивается, то время перехода к стадии очистки может быть определено точным образом.

Предпочтительно, чтобы пороговое значение перепада давления при переходе от стадии фильтрации к стадии очистки было установлено, например, при 150 кПа. Это обусловлено тем, что, если перепад давления установлен при 150 кПа или более, то жидкие углеводороды могут испаряться в выпускном трубопроводе 93 и в результате исходный материал жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, может иметь потери в массе.

Кроме того, поскольку фильтрующий блок 90 снабжен несколькими фильтрующими устройствами 91 и ответвления подающего трубопровода 92 и выпускного трубопровода 93, которые индивидуальным образом соединены с впускной и выпускной сторонами каждого фильтрующего устройства 91, соответственно снабжены клапанами 95 и 96, которые открывают и перекрывают трубопроводы, то, например, стадия очистки может выполняться в другой группе фильтрующих устройств 91С и 91Ό, в то время как стадия фильтрации выполняется в первой группе фильтрующих устройств 91А и 91В.

В этом случае основной клапан 94 со стороны подачи и основной клапан 97 с выпускной стороны могут быть открыты и одновременно с этим, если клапаны 95А, 95В, 96А и 96В, расположенные с впускной и выпускной стороны одной группы фильтрующих устройств 91А и 91В, открыты, то клапаны 95С, 95Ό, 96С и 96Ό, расположенные с впускной и выпускной стороны другой группы фильтрующих устройств 91С и 91Ό, могут быть закрыты. Посредством этого жидкие углеводороды из сепаратора 36 могут вводиться в одну группу фильтрующих устройств 91А и 91В, в которых жидкие углеводороды фильтруются, и профильтрованные жидкие углеводороды могут быть перемещены в первую фракционирующую колонну 40. Кроме того, поскольку жидкие углеводороды не вводятся в другую группу фильтрующих устройств 91С и 91Ό, то порошковые частицы, прилипшие к фильтру 912, могут быть удалены.

Более того, когда стадия фильтрации выполняется одной группой фильтрующих устройств 91А и 91В, перепад давления между впускной и выпускной сторонами данной группы фильтрующих устройств 91А и 91В измеряется дифференциальным манометром 98, и когда результат измерения перепада давления достигает заданного порогового значения или превышает его, то клапаны 95А, 95В, 96А и 96В закрываются, и стадия очистки выполняется для данной группы фильтрующих устройств 91А и 91В. Одновременно с этим клапаны 95С, 95Ό, 96С и 96Ό открываются, и стадия фильтрации выполняется другими фильтрующими устройствами 91С и 91Ό.

Затем первая фракционирующая колонна 40 нагревает жидкие углеводороды (с разным числом атомов углерода), подаваемые через сепаратор 36 и фильтрующий блок 90 или через газожидкостной сепаратор 38 из реактора 30 в виде барботажной колонны, как описано выше, чтобы дистиллировать жидкие углеводороды, используя разность в их температурах кипения. Посредством этого, первая фракционирующая колонна 40 разделяет и очищает жидкие углеводороды на лигроиновую фракцию (темпе

- 10 018418 ратура кипения которой ниже примерно 150°С), керосиновую и газойлевую фракции (температура кипения которой составляет примерно от 150 до 350°С) и парафиновую фракцию (температура кипения которой выше примерно 350°С). Жидкие углеводороды (в основном С₂₁ или более), извлеченные в качестве парафиновой фракции из нижней части первой фракционирующей колонны 40, перемещаются в реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, жидкие углеводороды (в основном от С₁₁ до С₂₀), извлеченные в качестве керосиновой и газойлевой фракций из центральной части первой фракционирующей колонны 40, перемещаются в реактор 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций, и жидкие углеводороды (в основном от С₅ до С₁₀), извлеченные в качестве лигроиновой фракции из верхней части первой фракционирующей колонны 40, перемещаются в реактор 54 гидроочистки лигроиновой фракции.

Реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции подвергает гидрокрекингу жидкие углеводороды, являющиеся парафиновой фракцией с большим числом атомов углерода (примерно С21 или более), которая подается из нижней части первой фракционирующей колонны 40, посредством использования газообразного водорода, подаваемого из вышеуказанного устройства 26 для отделения водорода, чтобы уменьшить число атомов углерода до С₂₀ или менее. В этой реакции гидрокрекинга углеводороды с небольшим числом атомов углерода и с низкой молекулярной массой производятся посредством разрыва связей С-С углеводородов с большим числом атомов углерода при применении катализатора и нагревания. Продукт, включающий жидкие углеводороды, подвергнутые гидрокрекингу посредством этого реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, разделяется на газ и жидкость в газожидкостном сепараторе 56, жидкие углеводороды от которого перемещаются во вторую фракционирующую колонну 70, а газообразный компонент (включающий газообразный водород) от которого перемещается в реактор 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций и реактор 54 гидроочистки лигроиновой фракции.

Реактор 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций подвергает гидроочистке жидкие углеводороды (примерно от С₁₁ до С₂₀), являющиеся керосиновой и газойлевой фракциями, имеющими примерно среднее число атомов углерода, которые подаются от центральной части первой фракционирующей колонны 40, посредством использования газообразного водорода, подаваемого через реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции из устройства 26 для отделения водорода. В этой реакции гидроочистки жидкие углеводороды изомеризуются, и к ненасыщенным связям вышеуказанных жидких углеводородов добавляется водород, чтобы насытить жидкие углеводороды, и посредством этого в основном получают углеводороды с насыщенными боковыми цепями. В результате, продукт, включающий гидроочищенные жидкие углеводороды, разделяют на газ и жидкость в газожидкостном сепараторе 58, жидкие углеводороды от которого перемещают во вторую фракционирующую колонну 70, а газообразный компонент (включающий газообразный водород) от которого используют повторно для вышеуказанной реакции гидрогенизации.

Реактор 54 гидроочистки лигроиновой фракции подвергает гидроочистке жидкие углеводороды (примерно С10 или менее), являющиеся лигроиновой фракцией с небольшим числом атомов углерода, которая подается из верхней части первой фракционирующей колонны 40, посредством использования газообразного водорода, подаваемого через реактор 50 гидрокрекинга парафиновой фракции из устройства 26 для отделения водорода. В результате, продукт, включающий гидроочищенные жидкие углеводороды, разделяют на газ и жидкость в газожидкостном сепараторе 60, жидкие углеводороды от которого перемещают в стабилизатор 72 лигроина, а газообразный компонент (включающий газообразный водород) от которого используют повторно для вышеуказанной реакции гидрогенизации.

Затем вторая фракционирующая колонна 70 дистиллирует жидкие углеводороды, подаваемые из реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции и реактора 52 гидроочистки керосиновой и газойлевой фракций, как описано выше. В соответствии с этим вторая фракционирующая колонна 70 разделяет и очищает жидкие углеводороды из реактора 50 гидрокрекинга парафиновой фракции, разделяя их на углеводородную фракцию (температура кипения которой меньше примерно 150°С) с числом атомов углерода С10 или менее, керосин (температура кипения которого примерно от 150 до 250°С), газойль (температура кипения которого примерно от 250 до 350°С) и парафиновую фракцию, не подвергнутую деструкции (температура кипения которой в основном выше 350°С). Газойль извлекается из нижней части второй фракционирующей колонны 70, и керосин извлекается из ее центральной части. В то же время углеводородный газ с числом атомов углерода С₁₀ или менее извлекается из верхней части второй фракционирующей колонны 70 и подается в стабилизатор 72 лигроина.

Кроме того, стабилизатор 72 лигроина дистиллирует углеводороды с числом атомов углерода С₁₀ или менее, которые подаются из вышеуказанного реактора 54 гидроочистки лигроиновой фракции и второй фракционирующей колонны 70. Таким образом, стабилизатор 72 лигроина отделяет и очищает лигроин (С₅ по С1₀) в качестве продукта. Соответственно высокочистый лигроин извлекается из нижней части стабилизатора 72 лигроина. В то же время газ, сжигаемый в факеле, иной, чем целевые продукты, который содержит в качестве основного компонента углеводороды с числом атомов углерода, равным заданному числу или меньше (равным или меньше С₄), выпускается из верхней части стабилизатора 72 лигроина. Кроме того, газ, сжигаемый в факеле, вводится во внешний агрегат для сжигания (не показан), сжигается в нем и затем выпускается в атмосферу.

В соответствии с системой 1 для синтеза жидкого топлива и способом удаления порошковых час

- 11 018418 тиц, относящимися к данному варианту осуществления, даже если жидкие углеводороды, отделенные в сепараторе 36, включают порошковые частицы, данные порошковые частицы могут быть удалены из жидких углеводородов посредством улавливания порошковых частиц в фильтрующем устройстве 91. Поэтому возможно сдерживание примешивания порошковых частиц к жидким углеводородам, используемым в секции повышения качества жидких топлив в качестве исходного материала жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, и возможно предотвращение ухудшения жидких топлив, получаемых в качестве продуктов.

Кроме того, поскольку катализатор, используемый при производстве жидкого топлива, получаемого в качестве продукта, в реакторе 50 гидрокрекинга парафиновой фракции или т.п., не ухудшается вследствие порошковых частиц, то очистка узла 7 (аппарата) повышения качества, который производит в качестве продукта жидкое топливо посредством использования жидких углеводородов, также облегчается, и возможно его непрерывное стабильное функционирование в течение длительного периода времени.

Более того, на количество частиц катализатора или порошковых частиц, включенных в жидкие углеводороды, отделенное в сепараторе 36, влияет расход суспензии, циркулирующей между реактором 30 и сепаратором 36. Однако поскольку фильтрующее устройство 91 не включено в эту часть циркуляционной системы, жидкие углеводороды могут быть профильтрованы в фильтрующем устройстве 91 без указанного выше влияния расхода суспензии.

Кроме того, посредством расположения нескольких фильтрующих устройств 91 параллельно между сепаратором 36 и первой фракционирующей колонной 40 жидкие углеводороды, извлеченные из сепаратора 36, могут быть отделены и поданы в несколько фильтрующих устройств 91. Поэтому, даже если большое количество порошковых частиц включено в жидкие углеводороды, извлеченные из сепаратора 36, эти порошковые частицы могут быть удалены в достаточной мере.

Более того, посредством переключения между открытым и закрытым состояниями ответвлений подающего трубопровода 92 и выпускного трубопровода 93 клапанами с 95А по 95Ό и с 96А по 96Ό, чтобы заменять фильтрующее устройство 91, которое фильтрует жидкие углеводороды, и одновременного выполнения стадии фильтрации и стадии очистки жидкие углеводороды могут фильтроваться непрерывным образом. В частности, поскольку время переключения может быть определено точным образом посредством измерения перепада давления жидких углеводородов между впускной и выпускной сторонами фильтрующего блока 90 дифференциальным манометром, то жидкие углеводороды могут фильтроваться непрерывно при хороших условиях.

Кроме того, посредством предоставления очистного устройства 100 в фильтрующем устройстве 91 и выполнения тем самым стадии очистки порошковые частицы могут быть удалены надежным образом из фильтра 912 без извлечения фильтра 912 из фильтрующей емкости 911 и один и тот же фильтр 912 может быть использован повторно для фильтрации жидких углеводородов.

Более того, поскольку фильтр 912 является спеченным, то даже если к фильтру 912 приложено высокое давление посредством жидких углеводородов или инертного газа на стадии фильтрации или стадии очистки, фильтр может выдержать высокое давление в достаточной мере. Поэтому один и тот же фильтр 912 может быть использован в течение длительного периода времени.

Кроме того, в вышеуказанном варианте осуществления переход к стадии фильтрации и стадии очистки выполняется половиной нескольких фильтров 91 в качестве одной группы. Однако данное изобретение не ограничивается этим и переход к стадии фильтрации и стадии очистки может осуществляться при разделении нескольких фильтров 91 на произвольные группы.

Например, одновременно с выполнением стадии фильтрации лишь одним фильтрующим устройством 91 (первым фильтрующим устройством) стадия очистки может выполняться несколькими оставшимися фильтрующими устройствами 91 (другими фильтрующими устройствами), и когда первое фильтрующее устройство 91 переключается от стадии фильтрации к стадии очистки, одно из нескольких фильтрующих устройств 91, для которых выполнялась стадия очистки, может быть переключено на выполнение стадии фильтрации. Кроме того, например, одновременно с выполнением стадии очистки лишь одним фильтрующим устройством 91 (вторым фильтрующим устройством) стадия фильтрации может выполняться несколькими оставшимися фильтрующими устройствами 91 (первым фильтрующим устройством), и когда первое фильтрующее устройство 91 переключается от стадии фильтрации к стадии очистки, единственное фильтрующее устройство 91, для которого выполнялась стадия очистки, может быть переключено на выполнение стадии фильтрации.

Кроме того, даже если не принимается во внимание то, что стадия очистки и стадия фильтрации выполняются одновременно, число соответствующих фильтрующих устройств 91, которые выполняют стадию фильтрации, может быть установлено в соответствии с количеством жидких углеводородов, извлеченных из сепаратора 36, посредством соответствующего открывания и перекрывания ответвлений подающего трубопровода 92 и выпускного трубопровода 93 клапанами с 95А по 95Ό и с 96А по 96Ό. А именно, возможно регулирование числа фильтрующих устройств 91 в соответствии с изменениями в концентрации порошковых частиц в жидких углеводородах, введенных из сепаратора 36, расходом жидких углеводородов, или т.п., и возможно поддержание расхода жидких углеводородов, проходящих через каждое фильтрующее устройство 91, постоянным. То есть жидкие углеводороды могут стабильным об

- 12 018418 разом фильтроваться в каждом фильтрующем устройстве 91.

Более того, хотя очистное устройство 100 предоставлено в каждом фильтрующем устройстве 91, одно очистное устройство может быть, например, предоставлено для нескольких фильтрующих устройств 91. В этом случае трубопровод 102 для подачи газа может быть разветвлен таким образом, чтобы быть соединенным с каждым ответвлением выпускного трубопровода 93. Кроме того, фильтрующее устройство 91, в которое поступает инертный газ, может быть выбрано посредством предоставления клапана 105 на каждом ответвлении трубопровода 102 для подачи газа и посредством выборочного открывания и перекрывания ответвлений трубопровода 102 для подачи газа посредством этих клапанов 105.

Кроме того, очистная текучая среда, которая удаляет порошковые частицы из фильтра 912, не ограничивается инертным газом, таким как азот или аргон. Например, очистная жидкость может быть жидкостями, которые не реагируют химически с жидкими углеводородами или порошковыми частицами (частицами катализатора). Эта жидкость может быть, например, некоторыми фракциями жидких углеводородов, которые отделены и очищены в первой фракционирующей колонне 40, продуктами, включающими жидкие углеводороды, которые подвергнуты гидрокрекингу и гидроочистке в реакторах гидрогенизации 50, 52 и 54, жидкие углеводороды, которые отделены в газожидкостных сепараторах 56, 58 и 60 и жидкие топлива, используемые в качестве продуктов, такие как керосин и газойль, которые отделены и очищены во второй фракционирующей колонне 70.

Более того, хотя в качестве очистного устройства 100, которое удаляет порошковые частицы, прилипшие к фильтру 912, рассматривается секция 101 подачи газа, очистное устройство может быть, например, вибрационным узлом, который прикладывает колебания к фильтру 912 и удаляет стряхиванием порошковые частицы из фильтра 912. Даже в этом случае, подобно вышеуказанному варианту осуществления, порошковые частицы могут быть удалены из фильтра 912 без извлечения фильтра 912 из фильтрующей емкости 911.

Кроме того, хотя каждое фильтрующее устройство 91 снабжено несколькими фильтрами 912, число фильтров может быть увеличено и уменьшено в соответствии с требуемыми характеристиками фильтрации, то есть может быть предоставлен лишь один фильтр 912.

Более того, расположение нескольких фильтрующих устройств 91 не ограничивается расположением параллельным образом между сепаратором 36 и первой фракционирующей колонной 40, и фильтрующие устройства 91 могут быть расположены, например, последовательно между сепаратором 36 и первой фракционирующей колонной 40. В этом случае, например, диаметр отверстий фильтра 912 в фильтрующем устройстве 91 со стороны сепаратора 36 увеличен, или диаметр отверстий может быть сделан меньше в фильтрующем устройстве 91 со стороны первой фракционирующей колонны 40. В этой конфигурации порошковые частицы удаляются на нескольких этапах в соответствии с размером порошковых частиц. Поэтому засорение, вызываемое порошковыми частицами, происходит в меньшей степени в каждом фильтрующем устройстве 91 и соответственно возможна эксплуатация фильтра 912 в течение продолжительного периода времени без очистки и замены фильтра.

Кроме того, хотя фильтрующий блок 90 сконфигурирован таким образом, что включает несколько фильтрующих устройств 91, например фильтрующий блок может включать лишь одно фильтрующее устройство 91, если жидкие углеводороды не фильтруются непрерывно.

Кроме того, в вышеприведенном варианте осуществления природный газ применяется в качестве исходного углеводородного материала, подаваемого в систему 1 для синтеза жидкого топлива. Однако могут быть использованы другие исходные углеводородные материалы, например, такие как нефтяной битум и нефтяные остатки.

Более того, хотя в вышеприведенном варианте осуществления описана система 1 для синтеза жидкого топлива, данное изобретение может быть применено к реакторной системе для синтеза углеводородов, которая синтезирует углеводородное соединение посредством химической реакции синтез-газа, включающего, по меньшей мере, водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензии. Кроме того, реакторная система для синтеза углеводородов может быть, например, системой, включающей узел 5 для синтеза ЕТ в качестве основного компонента, и может быть системой, включающей в основном реактор 30 в виде барботажной колонны, сепаратор 36 и фильтрующий блок 90 или фильтрующее устройство 91.

Кроме того, хотя сепаратор 36 размещен с внешней стороны реактора 30 в виде барботажной колонны, сепаратор может быть, например, размещен внутри реактора 30 в виде барботажной колонны. А именно, в реакторе 30 в виде барботажной колонны жидкие углеводороды, включенные в суспензию, могут быть отделены от суспензии.

Несмотря на то что выше были описаны и проиллюстрированы предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, следует понимать, что они являются примерами данного изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие. Могут быть сделаны добавления, удаления, замещения и другие модификации без отклонения от сущности или объема данного изобретения. Соответственно данное изобретение не должно рассматриваться как ограниченное приведенным выше описанием, и оно ограничивается лишь объемом прилагаемой формулы изобретения.

- 13 018418

Применяемость в производственных условиях

Данное изобретение относится к реакторной системе для синтеза, которая синтезирует углеводородное соединение посредством химической реакции синтез-газа, включающего водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензией, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкости, и которое извлекает углеводородное соединение из суспензии. При этом реакторная система для синтеза включает реактор, в который вводится суспензия и который синтезирует углеводородное соединение, сепаратор, который отделяет углеводородное соединение, включенное в суспензию внутри реактора, от суспензии, и фильтрующее устройство, которое фильтрует углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, посредством чего захватывает порошковые частицы из частиц катализатора.

В соответствии с данным изобретением возможно сдерживание примешивания порошковых частиц к углеводородному соединению, используемому в секции повышения качества жидких топлив, получаемых в качестве продуктов, и возможно предотвращение ухудшения жидких топлив, получаемых в качестве продуктов.

Claims (11)

1. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения, содержащая реактор, который синтезирует углеводородное соединение посредством химической реакции синтез-газа, включающего водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензии, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкости;

сепаратор, который отделяет углеводородное соединение от суспензии; и фильтрующее устройство, которое фильтрует углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, чтобы уловить порошковые частицы катализатора, причем фильтрующее устройство снабжено фильтрующей емкостью;

фильтрами, расположенными внутри фильтрующей емкости;

впускным трубопроводом, через который углеводородное соединение, извлеченное из сепаратора, подается в фильтрующую емкость;

выпускным трубопроводом, через который углеводородное соединение, профильтрованное фильтрами, выпускается из фильтрующей емкости;

очистным устройством, выполненным с возможностью удаления порошковых частиц катализатора, прилипших к фильтрам, из фильтров за счет подачи инертного газа в фильтрующую емкость и через фильтры;

выпускным трубопроводом для газа, соединенным с верхней частью фильтрующей емкости и через который инертный газ, поданный в фильтрующую емкость и через фильтры, выпускается из фильтрующей емкости; и трубопроводом для выпуска частиц, соединенным с нижним концом фильтрующей емкости и через который порошковые частицы катализатора, удаленные из фильтров, выпускаются из фильтрующей емкости, причем фильтрующее устройство расположено снаружи реактора.

2. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения по п.1, в которой обеспечено множество фильтрующих устройств и сепаратор и каждое из фильтрующих устройств взаимно соединены индивидуальным образом подающим трубопроводом, который подает углеводородное соединение в каждое фильтрующее устройство из сепаратора.

3. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения по п.2, в которой каждая ответвляющаяся часть подающего трубопровода снабжена клапаном, который открывает и перекрывает данную ответвляющуюся часть, чтобы переключать подачу углеводородного соединения индивидуально к каждому фильтрующему устройству.

4. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения по п.3, в которой клапаны в каждой ответвляющейся части подающего трубопровода выполнены в разных положениях, причем в одном фильтрующем устройстве в открытом положении для фильтрации углеводородного соединения, а в других фильтрующих устройствах в закрытом положении, благодаря чему не фильтруется углеводородное соединение.

5. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения по любому из пп.1-4, также содержащая дифференциальный манометр, который измеряет перепад давления между потоком выше по течению и потоком ниже по течению фильтрующего устройства, в то время как углеводородное соединение фильтруется данным фильтрующим устройством.

6. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения по любому из пп.1-5, в которой фильтр представляет собой сетчатый фильтр из спеченного металла, полученный наложением одна на другую и спеканием множества металлических сеток, и диаметр отверстий, сформированных в сетчатом фильтре из спеченного металла, является средним диаметром порошковых частиц катализатора или меньше указанного среднего диаметра.

- 14 018418

7. Реакторная система для синтеза углеводородного соединения по любому из пп.1-5, в которой фильтр представляет собой сетчатый фильтр из спеченного металла, полученный наложением одна на другую и спеканием множества металлических сеток, и диаметр отверстий, сформированных в сетчатом фильтре из спеченного металла, больше 0 мкм и равен или меньше 10 мкм.

8. Способ удаления порошковых частиц катализатора, выполняемый после извлечения углеводородного соединения из суспензии, данное углеводородное соединение синтезировано посредством химической реакции синтез-газа, включающего водород и монооксид углерода в качестве основных компонентов, и суспензии, содержащей твердые частицы катализатора, суспендированные в жидкости, с помощью реакторной системы по п.1, способ удаления включает стадию фильтрации, на которой пропускают углеводородное соединение через фильтры фильтрующего устройства в заданном направлении, чтобы уловить порошковые частицы катализатора; стадию очистки, на которой подают очистную текучую среду в фильтрующую емкость фильтрующего устройства через фильтры, чтобы удалить порошковые частицы катализатора из фильтра; и стадию выпуска частиц, на которой выпускают порошковые частицы катализатора, удаленные из фильтров, из фильтрующей емкости через трубопровод для выпуска частиц, соединенный с нижним концом фильтрующей емкости.

9. Способ удаления порошковых частиц по п.8, в котором углеводородные соединения подают во множество фильтрующих устройств, расположенных параллельно, причем, когда стадию фильтрации выполняют в первом фильтрующем устройстве, стадию очистки одновременно выполняют для другого фильтрующего устройства, и когда стадию фильтрации выполняют в другом фильтрующем устройстве, стадию очистки одновременно выполняют для первого фильтрующего устройства.

10. Способ удаления частиц порошкообразного катализатора по п.8 или 9, в котором измеряют перепад давления между давлением углеводородного соединения перед поступлением в фильтрующее устройство, которое выполняет стадию фильтрации, и давлением углеводородного соединения, которое профильтровано и выпущено из фильтрующего устройства, и когда результат измерения перепада давления достигает заданного порогового значения или превышает его, режим фильтрующего устройства переключают с фильтрации на очистку.

11. Способ удаления частиц порошкообразного катализатора по п.10, в котором пороговое значение давления больше 0 кПа и равно или меньше 150 кПа.