[go: up one dir, main page]

RU2375406C2 - Установка и способ каталитического синтеза фишера-тропша - Google Patents

Установка и способ каталитического синтеза фишера-тропша Download PDF

Info

Publication number
RU2375406C2
RU2375406C2 RU2007101393/04A RU2007101393A RU2375406C2 RU 2375406 C2 RU2375406 C2 RU 2375406C2 RU 2007101393/04 A RU2007101393/04 A RU 2007101393/04A RU 2007101393 A RU2007101393 A RU 2007101393A RU 2375406 C2 RU2375406 C2 RU 2375406C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
fischer
modules
channels
tropsch synthesis
Prior art date
Application number
RU2007101393/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2007101393A (ru
Inventor
Майкл Джозеф БАУЭ (GB)
Майкл Джозеф Бауэ
Original Assignee
КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи filed Critical КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи
Publication of RU2007101393A publication Critical patent/RU2007101393A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2375406C2 publication Critical patent/RU2375406C2/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C10G2/34—Apparatus, reactors
    • C10G2/341—Apparatus, reactors with stationary catalyst bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00018—Construction aspects
    • B01J2219/0002—Plants assembled from modules joined together
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00835—Comprising catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00867—Microreactors placed in series, on the same or on different supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00869—Microreactors placed in parallel, on the same or on different supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00871—Modular assembly
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00873—Heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2459—Corrugated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу осуществления синтеза Фишера-Тропша из газообразного сырья, содержащего монооксид углерода и водород, для получения углеводородного продукта с использованием нескольких компактных каталитических реакторных модулей, каждый из которых содержит набор пластин, которые образуют каналы для проведения синтеза Фишера-Тропша с размещенными в них сменными газопроницаемыми каталитическими структурами и смежные каналы для теплоносителя; в данном способе синтез Фишера-Тропша осуществляется по меньшей мере в две последовательные стадии; каждая стадия выполняется в нескольких реакторных модулях, через которые проходят реакционные газы в виде параллельных потоков; на каждой из последовательной стадии имеется одинаковое число реакционных модулей; все данные реакторные модули имеют одинаковые каналы для прохождения среды; на первой стадии скорость потока газа составляет от 1000/ч до 15000/ч, а температура находится в интервале от 190°С до 225°С для того, чтобы степень превращения монооксида углерода не превышала 75%; газы между последовательными стадиями охлаждаются до температуры в интервале от 40°С до 100°С для того, чтобы конденсировать водяной пар и некоторое количество углеводородного продукта, и затем подвергаются обработке на второй стадии. Также изобретение относится к установке для осуществления предлагаемого способа. Применение предлагаемого способа позволяет подавлять вредное воздействие водяного пара на катализатор, наряду с тем, что общая производительность установки может регулироваться посредством перекрывания модулей на каждой стадии при поддержании их одинакового чис

Description

Данное изобретение относится к химическому способу и к реакторному узлу, пригодному для выполнения данного процесса.
Процесс описан в патенте PCT/GB 03/05198 (GTL Microsystems AG), в котором синтез Фишера-Тропша осуществляется в две последовательные стадии, эти две стадии выполняются или в единственном реакторном модуле, который может иметь разное число каналов, или же, в качестве альтернативного варианта, имеется разное число модулей для этих двух стадий. На данный момент найден усовершенствованный путь выполнения этого процесса.
В соответствии с данным изобретением предложен способ осуществления синтеза Фишера-Тропша из газообразного сырья, содержащего монооксид углерода и водород, с образованием углеводородного продукта с использованием нескольких компактных каталитических реакторных модулей, в каждом из которых имеют место каналы для проведения синтеза Фишера-Тропша с размещенными в них газопроницаемыми каталитическими структурами и смежные каналы для теплоносителя; в данном процессе синтез Фишера-Тропша выполняется по меньшей мере в две последовательные стадии с использованием одинакового числа реакторных модулей на каждой из стадий; все данные реакторные модули имеют одинаковые каналы для протекания среды; на первой стадий скорость протекания газа достаточно высокая, а температура достаточно низкая для того, чтобы степень превращения монооксида углерода не превышала 75%; газы между последовательными стадиями охлаждаются для того, чтобы конденсировать водяной пар и некоторое количество углеводородного продукта, и затем подвергаются обработке на второй стадии.
Температура и давление на второй стадии обработки могут отличаться от их значений на первой стадии для того, чтобы поддержать приемлемые уровни селективности по отношению к C5+ и конверсии CO. Например, давление на второй стадии может быть ниже вследствие потерь давления; это уменьшает селективность, и поэтому температура на второй стадии может быть снижена по сравнению с первой стадией для достижения желаемой селективности. Данный способ может по этой причине включать в себя также снижение давления реакционных газов между последовательными стадиями, и температура реакции на второй стадии может быть ниже температуры на первой стадии. Способ может быть выполнен таким образом, что на второй стадии конверсии подвергается не более чем 85 % оставшегося монооксида углерода.
Предпочтительно как на первой стадии, так и на второй стадии объемная скорость составляет более 1000/ч, однако предпочтительно не более 15000/ч. Очевидно, что объемная скорость на второй стадии меньше скорости на первой стадии вследствие конверсии в жидкость во время первой стадии. Предпочтительно реактором управляют таким образом, чтобы содержание водяного пара, образованного вследствие реакции, не превышало 26 мол.% на каждой стадии. Предпочтительно на первой стадии степень превращения монооксида углерода не превышает 65%.
Указанная объемная скорость в данном описании определяется как объемный расход газов, поданных в реактор (измеренных при нормальных температуре и давлении), разделенный на объем пустот реактора. Таким образом, если температура реактора составляет 210°C, а давление 2,5 МПа, то объемная скорость 5000 /ч соответствует потоку газа (при рабочих условиях) в час, примерно в 354 раза превышающему объем пустот реактора, и, соответственно, времени пребывания примерно 10 с.
Данное изобретение также предусматривает установку для осуществления такого синтеза Фишера-Тропша, содержащую несколько компактных каталитических реакторных модулей, в каждом из которых имеются каналы для проведения синтеза Фишера-Тропша с размещенными в них газопроницаемыми каталитическими структурами и смежные каналы для теплоносителя; данные реакторные модули расположены таким образом, что синтез Фишера-Тропша выполняется по меньшей мере в две последовательные стадии с одинаковым числом реакторных модулей на каждой из последовательных стадий; все данные реакторные модули снабжены одинаковыми каналами для прохождения потока; данная установка включает в себя оборудование для охлаждения реакционных газов между последовательными стадиями для того, чтобы конденсировать водяной пар и некоторое количество углеводородного продукта.
Операция конденсации между последовательными этапами предназначена для охлаждения газов до температуры в интервале от 40°C до 100°C, в зависимости от температуры помутнения углеводородного продукта, для того, чтобы избежать осаждения парафина на теплопередающих поверхностях.
Предпочтительно температура в каналах для синтеза составляет более 190°C для каждой стадии. Однако при температурах ниже примерно 204°C имеет место существенная тенденция к образованию парафина (т.е. высокомолекулярного продукта), который обладает тенденций к прилипанию к поверхности катализатора, что ограничивает диффузию реагентов к катализатору и снижает скорость реакции. Напротив, при температурах выше примерно 225°C реакция имеет тенденцию к образованию продукта с короткими молекулярными цепями, и, следовательно, увеличивается доля метана. Этот материал с низкой молекулярной массой на поверхности катализатора обеспечивает более быструю диффузию реагентов к поверхности катализатора, и это увеличивает скорость реакции, вследствие чего выделяется больше тепла, и температура поднимается еще выше. Соответственно температура для последовательных этапов может быть разной, однако она предпочтительно должна находиться в интервале между примерно 204°C и 225°C, а более предпочтительно между примерно 204°C и 210°C.
Данное изобретение теперь будет описано более подробно, в виде примера осуществления, со ссылками на прилагаемый чертеж.
Чертеж отображает блок-схему установки для осуществления синтеза Фишера-Тропша.
Данное изобретение относится к синтезу Фишера-Тропша, который может образовывать часть процесса для превращения метана в углеводороды с более длинной цепью. Синтез Фишера-Тропша представляет собой реакцию между монооксидом углерода и водородом; эта смесь газов может быть, например, образована посредством реформинга водяного пара/метана. В синтезе Фишера-Тропша эти газы реагируют с образованием углеводородов с более длинной цепью, а именно:
n CO + 2n H2 → (CH2)n + n H2O.
Эта реакция является экзотермической реакцией, протекающей при повышенных температурах, обычно между 190°С и 350°C, например при 210°C, и повышенном давлении, обычно между 2 МПа и 4 МПа, например при 2,5 МПа, в присутствии катализатора, такого как железо, кобальт или расплавленый магнетит, с калиевым ускорителем катализа. Точный вид органических соединений, полученных посредством такой реакции, зависит от температуры, давления и катализатора, а также от соотношения монооксида углерода и водорода.
Предпочтительный катализатор имеет покрытие из гамма-оксида алюминия, стабилизированного лантаном, с удельной поверхностью 140 - 450 м2/г, которое содержит примерно 10-40% кобальта (в расчете на массу оксида алюминия) и ускоритель катализа на основе рутения/платины в количестве от 0,01% до 10% от массы кобальта. В таком катализаторе может быть также использован основный ускоритель катализа, такой как оксид гадолиния. Активность и селективность катализатора зависит от степени дисперсии металлического кобальта на опоре, оптимальный уровень дисперсии кобальта обычно находится в интервале 0,1 - 0,2, так что от 10% до 20% атомов металлического кобальта находятся на поверхности. Очевидно, что, чем больше степень дисперсии, тем меньше должен быть размер кристаллитов кристаллического кобальта, который обычно находится в интервале 5-15 нм. Частицы кобальта такого размера обеспечивают высокий уровень каталитической активности, однако могут окисляться в присутствии водяного пара, и это приводит к существенному уменьшению их каталитической активности. Величина такого окисления зависит от соотношения водорода и водяного пара рядом с частицами катализатора, а также от их температуры, при этом как более высокая температура, так и более высокое содержание водяного пара увеличивают величину окисления.
Реакторный модуль, пригодный для использования в установке синтеза Фишера-Тропша, содержит набор пластин, образующих каналы для хладагента, чередующиеся с каналами для реакционной смеси и с газопроницаемыми катализаторными структурами (такими как рифленая фольга, войлок или сетка), размещенными в реакционных каналах. Такие пластины могут быть плоскими, а каналы могут быть образованы канавками, или же некоторые из пластин могут быть рифлеными или зубчатыми, с тем, чтобы образовывали каналы. Пластины соединены одна с другой обычно диффузионной сваркой или пайкой и снабжены соответствующими коллекторами для реакционных газов и хладагента. В таком случае в реакционные каналы перед закреплением коллекторов могут быть вставлены, например, рифленые листы фольги из сплава Fecralloy толщиной 50 мкм с керамическим покрытием, пропитанным катализаторным составом, которые могут быть заменены после завершения срока службы катализатора. При использовании установки желательно, чтобы все реакторные модули имели одинаковую структуру и один и тот же размер таким образом, чтобы они были идентичны один другому. Несомненно, выгода от такой стандартизации заключается в том, что это может снизить капитальные затраты на строительство установки.
Как следует из чертежа, установка 10 с синтезом Фишера-Тропша принимает поток газа, содержащего монооксид углерода и водород, подаваемый компрессором 11 под давлением 2,1 МПа. Данная установка содержит десять идентичных реакторных модулей: пять модулей 12а, через которые протекают параллельные потоки, и которые обеспечивают первый этап обработки, и другие пять модулей 12b, через которые протекают параллельные потоки, и которые обеспечивают второй этап обработки. Клапаны 14 могут открывать или перекрывать каналы для протекания потока через каждый модуль 12а, 12b, обеспечивая изолирование соответствующих модулей 12а или 12b.
Между первой стадией и второй стадией газовая смесь проходит через теплообменник 16, установленный для конденсации водяного пара и высокомолекулярных углеводородов для удаления их из реакционных газов. Охлажденная газовая смесь протекает затем через сепаратор, такой как циклонный сепаратор 18, за которым следует сепарационная камера 19, в которой разделяются три фазы из воды, углеводородов и непрореагировавших газов. Указанные газы подают на второй этап обработки установки 10 через редукционный клапан 20 таким образом, что давление реакции на втором этапе может быть снижено, обычно до давления в интервале 1,6-2,0 МПа.
Температура реакции контролируется подачей хладагента в каналы для хладагента внутри каждого модуля, при этом хладагент в каждом модуле циркулирует через соответствующий теплообменник 15. Расход хладагента регулируется таким образом, чтобы температура хладагента изменялась не более чем на 10°C при прохождении через модуль 12. Температура реакции на второй стадии может контролироваться таким образом, чтобы она была ниже, чем на первой стадии. Это может быть достигнуто с помощью использования разных контуров 15 хладагента для каждого модуля 12a или 12b, как это показано. В качестве альтернативы один и тот же хладагент может использоваться последовательно для обоих стадий, однако его температуру снижают между предшествующими и последующими стадиями. Предпочтительно температура реакции на второй стадии примерно на 5 или 10°C меньше по сравнению с температурой на первой стадии.
После второй стадии обработки поток газа проходит через другой теплообменник 16, установленный для конденсации водяного пара и высокомолекулярных углеводородов. Затем охлажденная газовая смесь проходит через сепаратор, например второй циклонный сепаратор 18, за которым следует сепарационная камера 19, в которой разделяются три фазы из воды, углеводородов и непрореагировавших газов. Полученные остаточные газы обычно обогащены водородом и могут быть сожжены или использованы в качестве топлива в процессе каталитического горения или же топлива для газовой турбины (не показано).
При эксплуатации данной газовой установки 10 смесь монооксида углерода и водорода подается под давлением, например, 2,1 МПа в реакторные модули 12a первой стадии, на которой выполняется синтез Фишера-Тропша. Хладагент протекает прямоточным образом через каналы для хладагента в каждом модуле 12 для поддержания температуры в каждом реакторном модуле 12a в интервале между 205°C и 220°C при изменении температуры не более, чем на +/-5°C вдоль длины канала реактора. (На практике хладагент может протекать по змеевидному пути через последовательность пересекающихся каналов; этот змеевидный путь соответствует прямоточному протеканию). Данное изобретение стремится к достижению изотермических условий по всему реактору 10; преимущество таких условий заключается в минимизации риска блокирования каким-либо воском (т.е., углеводородом с очень длинной молекулярной цепью) протекания среды к отверстию для выпуска из реакционных каналов. Расход (объемная скорость) реакционных газов в модулях 12a реактора находится в интервале 4000-7000 /ч, например, составляет примерно 6500 /ч, что обеспечивает конверсию монооксида углерода в интервале от 35% до 70% за время до выпуска газов с первой стадии обработки.
Водяной пар (и некоторые высокомолекулярные углеводороды) конденсируются при прохождении через теплообменник 16, при этом любые капли жидкости удаляются из газовой фазы посредством пропускания через сепаратор 18 и камеру 19. Это существенно снижает парциальное давление водяного пара в газовой смеси, которая поступает на второй этап обработки.
Давление оставшихся газов может быть снижено клапаном 20 перед подачей в реакторные модули 12b второго этапа обработки. В модулях 12b газы снова подвергаются синтезу Фишера-Тропша, однако температура хладагента отрегулирована таким образом, чтобы поддерживать в каждом модуле 12b температуру, которая может быть на несколько градусов, например, на 5-10°C, ниже температуры на первом этапе. Следует принимать во внимание, что вследствие значительной доли газов, ставших углеводородами при прохождении через модули 12a первого этапа, объемная скорость неизбежно будет на втором этапе меньше и будет находиться, как правило, в интервале 2000 - 4000 /ч. Тем не менее, вследствие снижения давления и уменьшения температуры реакции в модулях 12b (по сравнению с давлением и температурой на первом этапе) конверсия монооксида углерода при прохождении через модули 12b и селективность по отношению к C5+ поддерживаются таким образом, что полная степень превращения CO составляет более 85% (после двух этапов), а общая селективность по отношению к C5+ поддерживается в интервале 75-95%. Например, степень превращения на первой стадии может составлять 40% с образованием примерно 11% водяного пара, а степень превращения на второй стадии может составлять 82% (от остающегося CO) при образовании примерно 25% водяного пара.
Удаление водяного пара и углеводородов с более низкой температурой кипения при прохождении через сепаратор 18 и камеру 19 перед достижением модулей 12b второй стадии не только снижает парциальное давление водяного пара, подавляя тем самым окисление катализатора, но и полезно в том отношении, что удаляет по меньшей мере часть тех углеводородов, которые могли бы образовывать жидкий слой на катализаторной структуре. Любой такой жидкий слой препятствует соприкосновению газовой смеси с частицами катализатора и препятствует диффузии углеводородного продукта от частиц катализатора; таким образом, удаление жидких углеводородов минимизирует их диффузионное торможение.
Если расход сырьевого газа уменьшается, то условия реакции (т.е., объемная скорость, температура и давление) могут поддерживаться примерно постоянными на каждом из этапов посредством перекрывания одинакового числа модулей 12a и 12b на каждом этапе при использовании клапанов 14. Число используемых реакторных модулей 12a на первом этапе должно быть всегда равно числу используемых реакторных модулей 12b на втором этапе. Следовательно, производительность данной установки 10 может быть снижена до 20% от его проектной производительности без какого-либо существенного изменения условий эксплуатации. Это позволяет изменять процесс таким образом, чтобы он был согласован с изменениями в подаче природного газа с течением времени без нарушения рабочих условий в модулях для синтеза Фишера-Тропша; такие нарушения могут привести к порче катализатора, например, слишком низкая объемная скорость приводит к избыточной конверсии CO и, соответственно, к высокому парциальному давлению водяного пара, катализатор может при этом подвергаться чрезмерному окислению, или же может происходить необратимая реакция с керамической основой в присутствии водяного пара.
Следует принимать во внимание, что данное изобретение не ограничено двухстадийным процессом; например данный способ может быть осуществлен тремя или более стадиями реакции Фишера-Тропша с соответствующим увеличенным числом узлов для промежуточного охлаждения и сепарации. Например, способ может содержать четыре последовательные стадии, каждая примерно с пятью реакторными модулями 12; при этом, поскольку число стадий увеличено, то конверсия на каждой стадии может быть ограничена более низкой величиной, например 20%, при достижении высокой общей степени конверсии в данной установке в целом. Такая более низкая величина конверсии дополнительно снижает концентрацию водяного пара, воздействию которого подвержен катализатор, и, следовательно, может быть использован более активный катализатор (который более восприимчив к повреждению от воздействия водяного пара при повышенном давлении), и может быть использована более высокая объемная скорость. Кроме того, давление между последовательными стадиями может быть повышено (а не понижено, как описано выше).

Claims (8)

1. Способ осуществления синтеза Фишера-Тропша из газообразного сырья, содержащего монооксид углерода и водород, для получения углеводородного продукта с использованием нескольких компактных каталитических реакторных модулей, каждый из которых содержит набор пластин, которые образуют каналы для проведения синтеза Фишера-Тропша с размещенными в них сменными газопроницаемыми каталитическими структурами и смежные каналы для теплоносителя; в данном способе синтез Фишера-Тропша осуществляется по меньшей мере в две последовательные стадии; каждая стадия выполняется в нескольких реакторных модулях, через которые проходят реакционные газы в виде параллельных потоков; на каждой из последовательной стадии имеется одинаковое число реакционных модулей; все данные реакторные модули имеют одинаковые каналы для прохождения среды; на первой стадии скорость потока газа составляет от 1000/ч до 15000/ч, а температура находится в интервале от 190 до 225°С для того, чтобы степень превращения монооксида углерода не превышала 75%; газы между последовательными стадиями охлаждаются до температуры в интервале от 40 до 100°С для того, чтобы конденсировать водяной пар и некоторое количество углеводородного продукта, и затем подвергаются обработке на второй стадии.
2. Способ по п.1, в котором как первая стадия, так и вторая стадия выполняются при температуре в интервале от 204 до 225°С.
3. Способ по п.1, в котором содержание водяного пара не превышает 26 мол.%.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором по меньшей мере на первой стадии степень превращения монооксида углерода не превышает 65%.
5. Способ по любому из пп.1-3, в котором снижение давления между последовательными стадиями находится в интервале между 0,1 и 0,5 МПа.
6. Установка осуществления синтеза Фишера-Тропша из газообразного сырья, содержащего монооксид углерода и водород, для получения углеводородного продукта, содержащего несколько компактных каталитических реакторных модулей, каждый из которых содержит набор пластин, которые образуют каналы для проведения синтеза Фишера-Тропша с размещенными в них сменными газопроницаемыми каталитическими структурами и смежные каналы для теплоносителя; данные реакторные модули расположены таким образом, что синтез Фишера-Тропша осуществляется по меньшей мере в две последовательные стадии; на каждой стадии установлено несколько указанных реакторных модулей для прохождения реакционных газов в виде параллельных потоков при одинаковом числе реакторных модулей на каждой из последовательной стадий; все данные реакторные модули снабжены одинаковыми каналами для прохождения потока; данная установка включает в себя оборудование для охлаждения реакционных газов между последовательными стадиями для того, чтобы конденсировать водяной пар и некоторое количество углеводородного продукта.
7. Установка по п.6, в которой на каждой стадии имеется пять реакторных модулей.
8. Установка по п.6 или 7, в которой каждый реакторный модуль снабжен запорными клапанами, посредством которых число реакторных модулей, использованных для реакции на каждой стадии, может регулироваться в соответствии с расходом газообразного сырья.
RU2007101393/04A 2004-06-16 2005-05-24 Установка и способ каталитического синтеза фишера-тропша RU2375406C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0413400.3 2004-06-16
GBGB0413400.3A GB0413400D0 (en) 2004-06-16 2004-06-16 Catalytic plant and process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007101393A RU2007101393A (ru) 2008-07-27
RU2375406C2 true RU2375406C2 (ru) 2009-12-10

Family

ID=32749962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101393/04A RU2375406C2 (ru) 2004-06-16 2005-05-24 Установка и способ каталитического синтеза фишера-тропша

Country Status (19)

Country Link
US (1) US7067561B2 (ru)
EP (1) EP1756249B1 (ru)
JP (1) JP4913047B2 (ru)
KR (1) KR101129508B1 (ru)
CN (1) CN1977033B (ru)
AP (1) AP2007003876A0 (ru)
AT (1) ATE384111T1 (ru)
AU (1) AU2005254793B2 (ru)
BR (1) BRPI0512096B1 (ru)
CA (1) CA2568702C (ru)
DE (1) DE602005004405T2 (ru)
DK (1) DK1756249T3 (ru)
GB (1) GB0413400D0 (ru)
MX (1) MXPA06014601A (ru)
MY (1) MY141242A (ru)
NO (1) NO339154B1 (ru)
RU (1) RU2375406C2 (ru)
TW (1) TWI367780B (ru)
WO (1) WO2005123883A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489207C1 (ru) * 2012-05-04 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0314790D0 (en) * 2003-06-25 2003-07-30 Accentus Plc Catalytic reactor and process
US7084180B2 (en) * 2004-01-28 2006-08-01 Velocys, Inc. Fischer-tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
KR101323406B1 (ko) * 2005-10-27 2013-10-29 아베리 데니슨 코포레이션 복수 층을 구비하는 형광 물품
DE102007023760A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage, Reaktor und Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von 3-Methacryloxypropylalkoxysilanen
DE102007023759A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage und Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von Fluoralkylchlorsilan
DE102007023763A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage, Reaktor und Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von Polyetheralkylalkoxysilanen
DE102007023756A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage und Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von Alkylalkoxysilanen
DE102007023757A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage und Verfahen zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von Organosilanen
DE102007023764A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage und Vorrichtung zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von 3-Chlorpropylchlorsilanen
DE102007023762A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Evonik Degussa Gmbh Anlage und Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von 3-Glycidyloxypropylalkoxysilanen
EP2447339A1 (en) 2007-01-19 2012-05-02 Velocys Inc. Process and apparatus for converting natural gas to higher molecular weight hydrocarbons using microchannel process technology
US20080260631A1 (en) 2007-04-18 2008-10-23 H2Gen Innovations, Inc. Hydrogen production process
BRPI0817571A2 (pt) * 2007-10-02 2019-09-24 Compactgtl Plc planta para processar gás natural, aparelho método de processar gás associado com um ou mais poços de petróleo, e, sistema de controle para operar uma planta
GB0725140D0 (en) * 2007-12-24 2008-01-30 Compactgtl Plc Catalytic Reactor
AU2009213830B2 (en) * 2008-02-14 2013-10-17 Compactgtl Plc Catalytic reaction module
US9908093B2 (en) 2008-04-09 2018-03-06 Velocys, Inc. Process for converting a carbonaceous material to methane, methanol and/or dimethyl ether using microchannel process technology
US8100996B2 (en) 2008-04-09 2012-01-24 Velocys, Inc. Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology
US8293805B2 (en) * 2008-05-29 2012-10-23 Schlumberger Technology Corporation Tracking feedstock production with micro scale gas-to-liquid units
WO2010042794A2 (en) 2008-10-10 2010-04-15 Velocys Inc. Process and apparatus employing microchannel process technology
GB0822544D0 (en) * 2008-12-11 2009-01-14 Compactgtl Plc Chemical reactor operation
AU2009342609B2 (en) 2009-03-20 2015-05-21 Bharat Petroleum Corporation Limited Counter-current multistage Fischer Tropsch reactor systems
WO2011044549A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-14 Velocys Inc. Process for treating heavy oil
CN102373065B (zh) * 2010-08-19 2014-03-26 中国石油化工股份有限公司 一种固定床费托合成方法
US9676623B2 (en) 2013-03-14 2017-06-13 Velocys, Inc. Process and apparatus for conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
AR110129A1 (es) 2016-11-16 2019-02-27 Dow Global Technologies Llc Procesos y sistemas para obtener alta conversión de carbono a productos deseados en un sistema de catalizador híbrido
RU2638217C1 (ru) * 2016-12-15 2017-12-12 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Компактный реактор для получения синтетических углеводородов в процессе Фишера-Тропша, способ активации катализатора Фишера-Тропша и способ осуществления синтеза Фишера-Тропша в компактном варианте с его использованием
FR3073152B1 (fr) * 2017-11-09 2022-03-11 Aer Unite d'hydrogenation d'oxydes de carbone a taux de conversion accru, dont la performance depend faiblement du vieillissement du catalyseur
DE102019201172A1 (de) * 2019-01-30 2020-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Reaktorkaskade und Verfahren zum Betreiben einer Reaktorkaskade
GB202208492D0 (en) * 2022-06-10 2022-07-27 Johnson Matthey Davy Technologies Ltd System for producing a hydrocarbon product from a syngas

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8400608A (nl) * 1984-02-28 1985-09-16 Shell Int Research Werkwijze voor de bereiding van koolwaterstoffen.
GB2322633A (en) * 1997-02-28 1998-09-02 Norske Stats Oljeselskap Fischer-Tropsch reactor
US20020143075A1 (en) * 2001-03-27 2002-10-03 Agee Kenneth L. Low-profile moving bed reactor
GB0116894D0 (en) * 2001-07-11 2001-09-05 Accentus Plc Catalytic reactor
WO2003033131A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
GB0129054D0 (en) * 2001-12-05 2002-01-23 Accentus Plc Catalytic reactor and process
WO2004050799A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-17 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor and process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489207C1 (ru) * 2012-05-04 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070022757A (ko) 2007-02-27
AU2005254793A1 (en) 2005-12-29
CA2568702C (en) 2012-05-22
EP1756249B1 (en) 2008-01-16
US20050282918A1 (en) 2005-12-22
AU2005254793B2 (en) 2011-02-10
AP2007003876A0 (en) 2007-02-28
DE602005004405T2 (de) 2009-01-02
MY141242A (en) 2010-03-31
NO339154B1 (no) 2016-11-14
JP4913047B2 (ja) 2012-04-11
US7067561B2 (en) 2006-06-27
MXPA06014601A (es) 2007-03-23
WO2005123883A1 (en) 2005-12-29
BRPI0512096A (pt) 2008-02-06
RU2007101393A (ru) 2008-07-27
NO20070094L (no) 2007-03-16
EP1756249A1 (en) 2007-02-28
DK1756249T3 (da) 2008-05-19
CN1977033B (zh) 2014-12-17
GB0413400D0 (en) 2004-07-21
CN1977033A (zh) 2007-06-06
DE602005004405D1 (de) 2008-03-06
ATE384111T1 (de) 2008-02-15
KR101129508B1 (ko) 2012-03-29
AU2005254793A2 (en) 2005-12-29
JP2008502766A (ja) 2008-01-31
CA2568702A1 (en) 2005-12-29
TW200607787A (en) 2006-03-01
BRPI0512096B1 (pt) 2015-09-22
TWI367780B (en) 2012-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2375406C2 (ru) Установка и способ каталитического синтеза фишера-тропша
CA2559793C (en) Processing natural gas to form longer-chain hydrocarbons
AU2002365663A1 (en) Process and apparatus for steam-methane reforming
WO2005090521A1 (en) Converting natural gas to longer-chain hydrocarbons
EA023199B1 (ru) Технология "газ-в-жидкость" преобразования газа в жидкие углеводороды
EP1599414B1 (en) Method for producing long-chain hydrocarbons from natural gas
TW201336805A (zh) 催化方法之操作
TW201336589A (zh) 觸媒再生
EP1812338A1 (en) Apparatus and process for the production of hydrogen
WO2013076460A1 (en) Removal of carbon from a catalytic reaction module
WO2014114933A1 (en) Removal of carbon from a catalytic reaction module

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160525