CA2328385C - Installation and procedure producing hydrocarbons by fischer-tropsch synthesis in a jet engine with a recirculating loop that includes a device for limiting solid attrition - Google Patents
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Abstract
Procédé et installation de synthèse d'hydrocarbures selon la réaction dite d e Fischer--Tropsch comportant au moins une zone R de réaction, comprenant des moyens (10, 9) d'introduction de particules solides, des moyens (3) de soutirage d'un effluent gazeux et des moyens (2) de soutirage d'une première suspension, au moins une secti on de séparation S2 de ladite première suspension et à partir de laquelle on obtie nt un liquide et une seconde suspension enrichie en particules solides, au moins un moyen (9) d'introduction de ladite seconde suspension dans la zone R de réaction, ladi te installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une zone E comprenant au moins un moyen permettant de répartir la perte de charge totale.Process and installation for hydrocarbon synthesis according to the so-called Fischer-Tropsch reaction comprising at least one reaction zone R, comprising means (10, 9) for introducing solid particles, means (3) for drawing off a gaseous effluent and means (2) for withdrawing a first suspension, at least one separation section S2 of said first suspension and from which a liquid and a second suspension enriched with solid particles are obtained, at least means (9) for introducing said second suspension into the reaction zone R, the installation being characterized in that it comprises at least one zone E comprising at least one means for distributing the total pressure drop.
Description
INSTALLATION ET PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'HYDROCARBURES PAR
SYNTHESE FISCHER-TROPSCH DANS UN RÉACTEUR COMPORTANT SUR LA
BOUCLE DE RECIRCULATION DES MOYENS DE LIMITATION DE
L'ATTRITION DU SOLIDE
Le procédé de synthèse d'hydrocarbures par la réaction dite de Fischer-Tropsch est un procédé industriel bien connu pour la production d'hydrocarbures tels que des fractions de type naphta, gasoil ou de composés plus lourds tels que des cires (paraffines longues). La présente invention concerne plus particulièrement mais non exclusivement la synthèse d'hydrocarbures lourds par la réaction dite de Fischer-Tropsch par réaction du monoxyde de carbone sur l'hydrogène. Dans cette réaction le rapport hydrogène sur monoxyde de carbone est habituellement d'environ 1 : 1 à
environ 2,5 : 1 et souvent d'environ 1,8 : 1 à 2,2 : 1. La vitesse spatiale horaire peut varier dans une très large gamme. Elle est typiquement d'environ 300 h-1 à
environ 15000 h"', souvent d'environ 1000 h-' à environ 10000 h -'.
Les hydrocarbures sont produits catalytiquement par conversion chimique de gaz de synthèse riche en hydrogène et monoxyde de carbone, généralement obtenu à
partir de gaz naturel ou de charbon. Le gaz de synthèse peut également contenir du dioxyde de carbone. Les pressions utilisées sont généralement d'environ 5 à environ 200 bar absolus, souvent d'environ 5 à environ 80 bars absolus et le plus souvent d'environ 10 à environ 60 bars absolus (10 bars = 1 MPa), et les températures de réaction sont habituellement d'environ 130 à environ 400 C, souvent d'environ 150 à environ et le plus souvent d'environ 200 à environ 300 C.
Les catalyseurs employés ainsi que les méthodes de fabrication de ces catalyseurs sont bien connus des hommes du métier. Ces catalyseurs peuvent être de diverses natures, et contiennent le plus souvent au moins métal du groupe VIII de la classification périodique des éléments (Handbook of chemistry and physics 45th edition 1964-1965) sur un support le plus souvent minéral. Souvent ce catalyseur contient au moins un métal choisi dans le groupe formé par le fer, le cobalt et le ruthénium et le plus souvent dans le groupe formé par le fer et le cobalt. Le support est généralement une matière poreuse et souvent un oxyde réfractaire inorganique poreux. A
titre d'exemple ce support peut être choisi dans le groupe formé par l'alumine, la silice, la l'oxyde de titane, la zircone ou des mélanges d'au moins deux de ces oxydes minéraux poreux. Typiquement la quantité de métal présente dans la catalyseur est d'environ 1 à
environ 100 parties en poids pour 100 parties en poids du support et souvent d'environ à environ 50 parties en poids pour 100 parties en poids du support. Le catalyseur peut en outre contenir des promoteurs tels que ceux cités par exemple dans le INSTALLATION AND PROCESS FOR PRODUCING HYDROCARBONS BY
FISCHER-TROPSCH SYNTHESIS IN A REACTOR COMPRISING THE
RECIRCULATION LOOP FOR LIMITING MEANS
THE ATTRITION OF THE SOLID
The process for the synthesis of hydrocarbons by the so-called Fischer-Tropsch reaction is a well-known industrial process for the production of hydrocarbons such as fractions naphtha, gas oil or heavier compounds such as waxes (paraffins long). The present invention relates more particularly but not exclusively the synthesis of heavy hydrocarbons by the so-called Fischer Tropsch by reaction of carbon monoxide on hydrogen. In this reaction the hydrogen ratio over carbon monoxide is usually about 1: 1 to about 2.5: 1 and often about 1.8: 1 to 2.2: 1.
time can vary in a very wide range. It is typically about 300 h-1 to about 15,000 hours, often from about 1,000 hours to about 10,000 hours.
Hydrocarbons are catalytically produced by chemical conversion of gases of synthesis rich in hydrogen and carbon monoxide, generally obtained at go natural gas or coal. Synthesis gas may also contain dioxide of carbon. The pressures used are generally from about 5 to about 200 bar absolute, often from about 5 to about 80 absolute bar and most often about 10 at about 60 bar absolute (10 bar = 1 MPa), and the reaction temperatures are usually from about 130 to about 400 C, often from about 150 to about and most often from about 200 to about 300 C.
The catalysts employed as well as the methods of manufacturing these catalysts are well known to those skilled in the art. These catalysts can be various natures, and most often contain at least metal of group VIII of the periodic table of elements (Handbook of chemistry and physics 45th edition 1964-1965) on a support mostly mineral. Often this catalyst contains at least one metal selected from the group consisting of iron, cobalt and ruthenium and the more often in the group formed by iron and cobalt. The support is usually a porous material and often a porous inorganic refractory oxide. AT
title for example, this support can be chosen from the group formed by alumina, silica, the titanium oxide, zirconia or mixtures of at least two of these oxides minerals porous. Typically the amount of metal present in the catalyst is from about 1 to about 100 parts by weight per 100 parts by weight of the carrier and often about to about 50 parts by weight per 100 parts by weight of the carrier. The catalyst may further contain promoters such as those cited for example in the
2 document de brevet WO 97/31693.
Les réacteurs de synthèse utilisés peuvent être de plusieurs types, le catalyseur étant soit en lit entraîné, soit dans un réacteur du type colonne à bulle, dans lequel il y a mise en contact du gaz avec un mélange liquide/solide très finement divisé, (ou slurry selon la dénomination anglosaxonne). Le terme siurry sera employée dans la suite de la présente description pour désigner une suspension de particules solides dans un liquide. La chaleur de réaction, très élevée, est habituellement éliminée par un échangeur de refroidissement, généralement interne au réacteur.
Les installations de synthèse Fischer-Tropsch comportent par ailleurs des moyens de séparation, pour la production d'une part d'hydrocarbures liquides, d'autre part de produits gazeux résiduels ou formés en tant que produits secondaires au cours de la synthèse comprenant notamment des inertes, des hydrocarbures légers gazeux, et la fraction non réagie du gaz de synthèse.
Les produits recherchés doivent être séparés de façon sensiblement totale du catalyseur (par exemple jusqu'à des taux de catalyseur résiduel de l'ordre de 1 à
quelques partie par million (ppm)), afin de pouvoir être utilisés ou traités lors d'étapes ultérieures.
Cette séparation des produits est délicate, complexe et coûteuse, du fait des conditions de service (pressions et températures élevées) et des quantités souvent très importantes de fines particules de catalyseur, microniques ou submicroniques présentes dans les produits. Cette difficulté est encore accrue dans le cas d'un réacteur slurry, du fait de la très forte concentration de fines particules de catalyseur dans un slurry.
Typiquement, on peut avoir en effet dans un slurry Fischer-Tropsch une quantité de particules solides de catalyseur représentant de 20 à 65 % poids du slurry.
Ces particules ont le plus souvent un diamètre moyen inférieur à 100 microns, et contiennent des quantités notables de particules très fines, par exemple inférieures à
10 microns, et de particules ultrafines c'est-à-dire submicroniques. 2 WO 97/31693.
The synthesis reactors used can be of several types, the catalyst being either in a driven bed or in a bubble column reactor, in which there is bringing the gas into contact with a very finely divided liquid / solid mixture, (or slurry according to the English name). The term siurry will be used in the Following the present description to designate a suspension of solid particles in one liquid. The heat of reaction, very high, is usually eliminated by a cooling exchanger, usually internal to the reactor.
The Fischer-Tropsch synthesis facilities also include means of separation, for the production of liquid hydrocarbons part of residual gaseous products or formed as secondary products during of the synthesis comprising especially inert, light gaseous hydrocarbons, and the unreacted fraction of synthesis gas.
The desired products must be separated substantially completely from the catalyst (for example up to residual catalyst levels of the order of 1 to parts per million (ppm)), so that they can be used or processed during stages later.
This separation of products is delicate, complex and expensive because of terms of service (high pressures and high temperatures) and quantities often very significant amounts of fine, micron or submicron catalyst particles present in the products. This difficulty is further increased in the case a slurry reactor, because of the very high concentration of fine particles of catalyst in a slurry.
Typically, one can indeed have in a Fischer-Tropsch slurry a number of solid particles of catalyst representing from 20 to 65% by weight of the slurry.
These particles usually have a mean diameter of less than 100 microns, and contain significant amounts of very fine particles, for example less than 10 microns, and ultrafine particles that is to say submicron.
3 Les particules très fines et ultrafines sont produites par attrition, c'est-à-dire par fragmentation des particules initiales de catalyseur. Cette attrition peut avoir des causes multiples : dans des pompes de circulation, dans des hydrocyclones, dans le réacteur lui-même, dans des tuyauteries à vitesse de circulation du slurry élevée, dans des singularités telles que des vannes de laminage.
Une cause importante d'attrition résulte de la boucle de circulation externe de slurry utilisée dans la plupart des procédés afin d'alimenter des moyens de séparation du slurry (hydrocarbures liquides/catalyseur solide).
Cette boucle est typiquement alimentée par du slurry prélevé en partie haute du réacteur puis dégazé, le slurry épaissi issu des moyens de séparation étant recyclé en partie basse du réacteur.
Du fait de la différence de hauteur entre ces deux points, et de ce que le slurry est expansé dans le réacteur par mise en contact avec le gaz de synthèse, cette boucle fonctionne en gazosiphon, avec une pression motrice élevée, pouvant excéder 0,5 bar.
De ce fait, le slurry circule à vitesse élevée dans cette boucle, provoquant une attrition du catalyseur et augmentant les risques d'érosion des tuyauteries. Ce procédé
avec boucle de circulation externe et effet de gazosiphon est par exemple décrit dans la demande de brevet WO 97/31693. Dans des procédés de ce type, une circulation non contrôlée du slurry dans la boucle externe conduit à des risques élevés d'attrition du catalyseur et d'érosion des lignes. Un moyen connu de limitation du débit dans les lignes de cette boucle consiste à disposer une vanne de laminage permettant de restreindre le débit. Ceci ne permet toutefois pas de résoudre le problème d'attrition du catalyseur, du fait de l'attrition résultant de la vanne de laminage. Ce problème est largement évoqué dans le texte de la demande de brevet WO 97/31693.
Un des objets de l'invention est une installation de production d'hydrocarbures par synthèse Fischer-Tropsch, comprenant des moyens spécifiques qui permettent de réduire de façon très importante les risques d'attrition provoquée par la circulation du slurry dans des lignes, et notamment dans la boucle de circulation externe.
Dans sa forme la plus générale l'invention se définie comme une installation de synthèse d'hydrocarbures selon la réaction dite de Fischer-Tropsch comportant : 3 Very fine and ultrafine particles are produced by attrition, i.e.
say by fragmentation of the initial catalyst particles. This attrition can to have some multiple causes: in circulation pumps, in hydrocyclones, in the reactor itself, in pipes with slurry flow velocity high, in singularities such as rolling valves.
An important cause of attrition results from the external circulation loop slurry used in most processes to provide a means of separation from slurry (liquid hydrocarbons / solid catalyst).
This loop is typically fed by slurry collected in the upper part of reactor then degassed, the thickened slurry from separation means being recycled in lower part of the reactor.
Because of the difference in height between these two points, and that the slurry is expanded in the reactor by contact with the synthesis gas, this loop works with gasosiphon, with a high driving pressure, which can exceed 0.5 bar.
As a result, the slurry circulates at high speed in this loop, causing attrition catalyst and increasing the risk of pipe erosion. This process with external circulation loop and gazosiphon effect is for example described in the patent application WO 97/31693. In processes of this type, a circulation no controlled slurry in the outer loop leads to high risks attrition catalyst and erosion lines. A known means of limiting the flow in the lines of this loop is to have a rolling valve allowing restrict the flow. However, this does not solve the problem attrition catalyst, because of the attrition resulting from the rolling valve. This problem is widely mentioned in the text of the patent application WO 97/31693.
One of the objects of the invention is a production facility hydrocarbons by Fischer-Tropsch synthesis, including specific means which make it possible to significantly reduce the risk of attrition caused by circulation of slurry in lines, and especially in the outer circulation loop.
In his most general form the invention is defined as an installation of synthesis of hydrocarbons according to the so-called Fischer-Tropsch reaction comprising:
4 = au moins une zone R de réaction contenant au moins un liquide, des particules solides en suspension dans ce liquide comprenant des particules solides de catalyseur de la réaction, et du gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, comprenant des moyens (10, 9) d'introduction de particules solides, des moyens (3) de soutirage d'un effluent gazeux et des moyens (2) de soutirage d'une première suspension de particules solides dans un liquide comprenant une partie au moins des hydrocarbures liquides produits par la réaction, = au moins une section de séparation S2 dans laquelle on envoie au moins une partie de ladite première suspension de particules solides et à partir de laquelle on obtient un liquide contenant une fraction hydrocarbonée appauvrie en particules solides composée essentiellement de produits de la réaction dite de Fischer-Tropsch et une seconde suspension enrichie en particules solides contenues initialement dans la suspension issue de la zone R, = au moins un moyen (9) d'introduction de ladite seconde suspension dans la zone R
de réaction, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte entre la sortie de la première suspension de particules solides dans un liquide de la zone R de réaction et l'entrée de la seconde suspension enrichie en particules solides dans la zone R de réaction, au moins une zone E comprenant au moins un moyen permettant de répartir la perte de charge totale entre l'entrée et la sortie de ladite zone E en plusieurs pertes de charge élémentaires de faible valeur.
Selon une forme particulière, l'installation de la présente invention comprendra entre la sortie de la première suspension de particules solides dans un liquide de la zone R de réaction et l'entrée de la section de séparation S2 au moins une zone S1 de dégazage de la suspension de particules solides dans un liquide comprenant des hydrocarbures liquides produits par la réaction, à partir de laquelle on évacue un effluent gazeux et une suspension Sd au moins partiellement dégazée de particules solides dans un liquide comprenant les hydrocarbures liquides produits par la réaction. Ladite suspension Sd est ensuite envoyée dans la section de séparation S2.
Selon une mise en oruvre particulière la suspension Sd est envoyée dans la section de séparation S2 à l'aide d'une pompe P.
Ainsi dans le cadre de la présente invention la zone E de réalisation d'une perte de charge répartie peut être disposée en aval ou en amont de la section de séparation S2 dans le sens de circulation de la suspension issue de la zone de réaction R.
Dans le cas où cette zone E est en amont de la section de séparation S2 et où on utilise une 4 = at least one reaction zone R containing at least one liquid, particles solids suspended in this liquid comprising solid particles of catalyst of the reaction, and the carbon monoxide and hydrogen, comprising means (10, 9) for introducing particles solid, means (3) for withdrawing a gaseous effluent and means (2) for racking of a first suspension of solid particles in a liquid comprising a at least part of the liquid hydrocarbons produced by the reaction, = at least one separation section S2 into which at least one part of said first suspension of solid particles and from which gets a liquid containing a hydrocarbon fraction depleted in particles solid composed essentially of products of the so-called Fischer-Tropsch reaction and a second suspension enriched with solid particles initially contained in the suspension from zone R, = at least one means (9) for introducing said second suspension into the R area reaction, said installation being characterized in that it comprises between the exit of the first suspension of solid particles in a liquid of the zone R of reaction and the entry of the second suspension enriched with solid particles in the zone R of reaction, at least one zone E comprising at least one means for divide the total pressure drop between the entry and the exit of said zone E in several losses elementary charge of low value.
According to a particular form, the installation of the present invention will understand between output of the first suspension of solid particles in a liquid of the zone R of reaction and the entry of the separation section S2 at least one zone S1 of degassing of the suspension of solid particles in a liquid comprising hydrocarbons liquids produced by the reaction, from which an effluent is discharged gaseous and a suspension Sd at least partially degassed of solid particles in a liquid comprising the liquid hydrocarbons produced by the reaction. said Sd suspension is then sent to the separation section S2.
According to a particular implementation the suspension Sd is sent in the section of S2 separation using a P pump.
Thus, in the context of the present invention, the zone E for producing a loss of distributed load may be arranged downstream or upstream of the S2 separation in the flow direction of the suspension from the reaction zone R.
In the where this zone E is upstream of the separation section S2 and where uses a
5 zone de dégazage S1 elle peut être entre la sortie de la zone de réaction R
et la zone de dégazage, où entre la zone de dégazage S1 et la section de séparation S2.
On ne sortirait pas du cadre de la présente invention en utilisant plusieurs zones E
de réalisation d'une perte de charge répartie, par exemple une zone E entre la sortie de la zone de réaction R et la zone de dégazage S1 et une autre entre la zone de dégazage S1 et la section de séparation S2.
Le plus souvent la zone E comporte un moyen de répartition de la perte de charge totale en pertes de charge élémentaires inférieures à la valeur du seuil à
partir duquel il y a une fragmentation notable d'une partie des particules solides contenues dans la suspension.
Un autre objet de l'invention est un procédé de synthèse d'hydrocarbures selon la réaction dite de Fischer-Tropsch générant une attrition réduite du catalyseur, ce qui présente des avantages opératoires importants. Dans le cadre de la présente invention le catalyseur est alors opéré de préférence selon la technique comportant un réacteur R du type colonne à bulle, avec mise en contact du gaz avec un mélange liquide/solide très finement divisé, (ou slurry, selon la dénomination anglosaxonne). La granulométrie du catalyseur neuf est alors telle que la dimension moyenne des grains de catalyseur est inférieure à environ 150 microns et le plus souvent d'environ 10 à 100 microns.
Ainsi, selon l'invention, on remplace une perte de charge ponctuelle OP, dans une singularité telle qu'une vanne ou un orifice, par un grand nombre, soit n, pertes de charges élémentaires de faible ampleur, soit -P . Si n est suffisamment grand, la valeur n de AP est alors suffisamment faible pour que l'énergie cinétique du slurry dans n l'élément de perte de charge élémentaire P soit suffisamment faible et inférieure à
n l'énergie cinétique au-delà de laquelle intervient une fragmentation notable d'une partie des particules de catalyseur. 5 degassing zone S1 it can be between the output of the reaction zone R
and the area degassing, where between the degassing zone S1 and the separation section S2.
We do not would fall outside the scope of the present invention by using several zones E
of carrying out a distributed loss of load, for example an area E between the exit from reaction zone R and the degassing zone S1 and another between the zone of degassing S1 and the separation section S2.
Most often, zone E has a means of distributing the loss of charge total elementary pressure losses below the value of the threshold at from which he there is a notable fragmentation of some of the solid particles contained in the suspension.
Another subject of the invention is a process for the synthesis of hydrocarbons according to the so-called Fischer-Tropsch reaction generating a reduced attrition of the catalyst, what has important operating advantages. In the context of this invention the catalyst is then preferably operated according to the technique comprising a reactor R of the bubble column type, with contact of the gas with a mixture liquid / solid very finely divided, (or slurry, according to the English name). The granulometry new catalyst is then such that the average grain size of catalyst is less than about 150 microns and most often about 10 to 100 microns.
Thus, according to the invention, a point loss of pressure OP is replaced in a singularity such as a valve or orifice, by a large number, n, losses of elementary loads of small magnitude, ie -P. If n is enough big, the value not of AP is then low enough that the kinetic energy of the slurry in not the elementary pressure drop element P is sufficiently weak and lower than not the kinetic energy beyond which a significant fragmentation takes place from one part catalyst particles.
6 En d'autres termes, on réalise la perte de charge totale dans une multiplicité
d'éléments telle que l'énergie cinétique du slurry et des particules de catalyseur soit inférieure à la valeur du seuil de fragmentation des particules. Selon la réalisation la plus courante de la présente invention représentée schématiquement sur la figure 1 l'installation de synthèse d'hydrocarbures selon la réaction dite de Fischer-Tropsch comporte au moins une zone R de réaction contenant au moins un liquide, habituellement un hydrocarbure ou une coupe hydrocarbonée, le plus souvent on utilise une fraction hydrocarbonée produite par la réaction dite de Fischer-Tropsch, au moins un catalyseur solide sous forme de particules dont la dimension est l0 habituellement celle mentionnée ci-devant et du gaz contenant essentiellement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. L'installation de synthèse d'hydrocarbures par la réaction dite de Fischer-Tropsch comporte comme représenté sur la figure 1 un réacteur R dans lequel on introduit par la ligne 1 un gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, par la ligne 9 une suspension de particules solides contenant des particules solides de catalyseur de la réaction. On soutire de ce réacteur R par la ligne 2 une suspension dans un liquide de particules solides, contenant des particules solides de catalyseur de la réaction, ainsi qu'un effluent gazeux par la ligne 3 qui est ensuite évacué par la ligne 4 en mélange avec la fraction gazeuse obtenue dans le séparateur S1 dans lequel est dégazée la suspension dans un liquide de particules solides, contenant des particules solides de catalyseur de la réaction et soutirée du réacteur R par la ligne 2. Le dégazage peut être effectué par toute méthode bien connue des hommes du métier par exemple par désengagement des bulles de gaz. On peut aussi employer un appareillage de type hydrocyclone pour effectuer ce dégazage. On trouvera par exemple une description générale des hydrocyclones dans l'Encyclopédie Ullmann de chimie industrielle (Ullmann's enc clo edia of industrial chemistry) édition, volume B2, p ry) , pages 11-19 à 11-23. On peut également effectuer ce dégazage par désengagement dans une colonne sensiblement verticale (standpipe selon la dénomination anglosaxonne). On récupère à
partir du séparateur S1 par la ligne 6 une suspension dans un liquide de particules solides, contenant des particules solides de catalyseur de la réaction, au moins partiellement dégazée et de préférence sensiblement totalement dégazée qui est ensuite envoyée par l'intermédiaire de la pompe P par la ligne 7 dans une section de séparation S2 à partir de laquelle on obtient par la ligne 11 un liquide contenant une fraction hydrocarbonée qui est typiquement le produit de la réaction dite de Fischer-Tropsch 6 In other words, the total pressure drop is realized in a multiplicity of elements such as kinetic energy of slurry and particles of catalyst either less than the value of the fragmentation threshold of the particles. According to realization the more common of the present invention shown schematically in the figure 1 the hydrocarbon synthesis facility according to the so-called Fischer-Tropsch has at least one reaction zone R containing at least one liquid, usually a hydrocarbon or a hydrocarbon cut, most often uses a hydrocarbon fraction produced by the so-called Fischer-Tropsch, at minus a solid catalyst in the form of particles whose size is 10 usually the one mentioned above and gas containing essentially from carbon monoxide and hydrogen. The synthesis facility hydrocarbons by the so-called Fischer-Tropsch reaction comprises as represented in FIG. 1 a reactor R into which is introduced via line 1 a gas containing monoxide carbon and hydrogen, through line 9 a suspension of solid particles containing solid catalyst particles of the reaction. We withdraw from this reactor R by line 2 a suspension in a liquid of solid particles, containing solid catalyst particles of the reaction, as well as a gaseous effluent by line 3 which is then evacuated via line 4 mixed with the gaseous fraction obtained in the separator S1 in which the suspension is degassed in a liquid of solid particles, containing solid particles of reaction and withdrawn from the reactor R by line 2. The degassing can be carried out by all method well known to those skilled in the art for example by disengagement of gas bubbles. It is also possible to use a hydrocyclone-type apparatus for perform this degassing. For example, a general description of the hydrocyclones in the Ullmann Encyclopedia of Industrial Chemistry (Ullmann's enc clo edia of industrial chemistry) edition, volume B2, p ry), pages 11-19 at 11-23. We can also perform this degassing by disengaging in a column substantially vertical (standpipe according to the English name). We recovers at from separator S1 via line 6 a suspension in a liquid of particles solids, containing solid particles of reaction catalyst, at less partially degassed and preferably substantially totally degassed which is then sent via the pump P via the line 7 in a section of separation S2 from which we obtain by line 11 a liquid containing a hydrocarbon fraction which is typically the product of the so-called Fischer-Tropsch
7 appauvrie en particules solides et de préférence ne contenant sensiblement plus de particules solides et par la ligne 8 une suspension enrichie en particules solides et de préférence contenant la majeure partie des particules solides contenues initialement dans la suspension récupérée par la ligne 2 à la sortie du réacteur R. Cette section S2 de séparation peut être par exemple une section comprenant un système de filtration frontale ou tangentielle ou tout autre système bien connu des hommes du métier. Cette suspension fortement enrichie en particules solides est envoyée dans la zone E
comportant au moins un moyen permettant de répartir la perte de charge totale entre l'entrée et la sortie de ladite zone E en plusieurs pertes de charge élémentaires de faible valeur. A la sortie de zone E la suspension obtenue est renvoyée par la ligne 9 dans le réacteur R. L'installation comporte en outre une ligne 10 reliée à la ligne 9 par laquelle on peut introduire une suspension de particules solides contenant des particules solides de catalyseur de la réaction, par exemple de catalyseur neuf d'appoint.
Les figures 2a, 2b, 2c, 2d représentent schématiquement diverses solutions sensiblement équivalentes d'éléments utilisables dans la zone E pour effectuer la répartition de la perte de charge globale en une pluralité de pertes de charges élémentaires. Sur la figure 2a cet élément comporte une pluralité d'ailettes 12 internes permettant d'obtenir une pluralité d'orifices de restriction créant une pluralité de zones d'accélération et de décélération entre les orifices. Habituellement l'élément de la zone E comportera au moins 5 orifices, souvent au moins 10 orifices et le plus souvent au moins 25 orifices. Sur la figure 2b l'élément de la zone E contient un lit de billes 13 de dimensions relativement grosses. Les billes habituellement utilisées ont de préférence un diamètre moyen supérieur ou égal à environ 50 fois le diamètre moyen équivalent des grains de catalyseur et de manière plus préférée un diamètre moyen supérieur ou égal à environ 100 fois le diamètre moyen équivalent des grains de catalyseur.
Les billes habituellement utilisées ont un diamètre moyen d'au moins 3 millimètres, de préférence d'au moins 5 millimètres et de manière plus préférée au moins 6 millimètres. Le diamètre moyen des billes utilisées ne dépasse habituellement pas 30 millimètres. Dans le cas représenté sur la figure 2b, le lit unique aura habituellement une hauteur d'au moins 5 fois le diamètre moyen des billes utilisées, de préférence d'au moins 10 fois ce diamètre et de manière plus préférée au moins 25 fois ce diamètre. On ne sortirait pas du cadre de la présente invention en utilisant dans la zone E un élément comportant une pluralité c'est-à-dire au moins deux lits de billes contigus ou séparés par une zone ne contenant pas de billes. Selon la réalisation schématisée 7 depleted in solid particles and preferably not containing substantially more than solid particles and through line 8 a suspension enriched with particles solid and preference containing most of the solid particles contained initially in the suspension recovered by line 2 at the outlet of the reactor R. This section S2 separation scheme may be for example a section comprising a system of filtration frontal or tangential or any other well-known system of men of the job. This suspension strongly enriched in solid particles is sent to zone E
having at least one means for distributing the total pressure drop enter the entry and the exit of said zone E in several losses of load elementary low value. At the exit of zone E the suspension obtained is returned by the line 9 in the reactor R. The installation further comprises a line 10 connected to the line 9 by which can be introduced a suspension of solid particles containing solid catalyst particles of the reaction, for example catalyst new extra.
FIGS. 2a, 2b, 2c, 2d schematically represent various solutions substantially equivalent elements usable in zone E to perform the distribution of the overall pressure drop in a plurality of losses of loads elementary. In FIG. 2a this element comprises a plurality of fins 12 internal to obtain a plurality of restriction orifices creating a plurality of areas acceleration and deceleration between the orifices. Usually the element of the area E will have at least 5 holes, often at least 10 holes and the most often at less than 25 holes. In FIG. 2b, the element of zone E contains a bed of 13th of relatively large dimensions. The balls usually used have preference an average diameter greater than or equal to about 50 times the average diameter equivalent catalyst grains and more preferably an average diameter superior or equal to about 100 times the average equivalent diameter of the catalyst grains.
The usually used beads have an average diameter of at least 3 millimeters, of preferably at least 5 millimeters and more preferably at least 6 millimeters millimeters. The average diameter of the balls used usually does not exceed not 30 millimeters. In the case represented in FIG. 2b, the single bed will have habitually a height of at least 5 times the average diameter of the balls used, preference at least 10 times this diameter and more preferably at least 25 times this diameter. It would not be outside the scope of the present invention using in the zone E an element comprising a plurality that is to say at least two beds of contiguous balls or separated by a zone containing no balls. According to the realization schematically
8 sur la figure 2c l'élément de la zone E comporte une pluralité de chicanes formées par des ailettes 14 assurant chacune un changement de direction du slurry circulant dans ladite zone E. Habituellement l'élément de la zone E comportera au moins 5 chicanes, de préférence au moins 10 chicanes et de manière plus préférée au moins 25 chicanes. Selon la réalisation schématisée sur la figure 2d l'élément de la zone E
comporte une grande longueur de tuyauterie comportant des longueurs droites (16) séparées par des coudes (15) assurant à chaque coude un changement de direction du slurry circulant dans ladite zone E. Le nombre de coudes de cet élément est habituellement d'au moins 5, de préférence au moins 10 et de manière plus préférée L0 au moins 25. La longueur totale de tuyauterie est habituellement au moins égale 2 fois la hauteur du réacteur, de préférence au moins 3 fois cette hauteur et de manière plus préférée au moins 4 fois cette hauteur.
L'invention concerne également un procédé de synthèse d'hydrocarbures à partir de gaz de synthèse mis en oeuvre dans l'installation selon l'invention.
L'invention concerne ainsi notamment un procédé de synthèse d'hydrocarbures ayant de préférence au moins 3 atomes de carbone dans leur molécule et de manière plus préférée au moins 5 atomes de carbone dans leur molécule comprenant la mise en contact d'un gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène dans une zone de réaction contenant une suspension de particules solides dans un liquide, comprenant des particules solides de catalyseur de la réaction, (siurry) dans des conditions de production d'hydrocarbures, l'extraction à partir de la zone de réaction d'un courant d'une première suspension de particules solides dans un liquide, la séparation d'au moins une fraction des hydrocarbures, liquides dans les conditions choisies, et une deuxième suspension concentrée en particules solides, ledit procédé
étant caractérisé en ce que entre la sortie de la première suspension de particules solides dans un liquide de la zone R de réaction et l'entrée de la seconde suspension enrichie en particules solides dans la zone R de réaction on procède à une répartition de la perte de charge totale en plusieurs pertes de charge élémentaires de faible valeur.
Selon une mise en oruvre particulière du procédé selon la présente invention on procède entre l'extraction de la zone de réaction R d'un courant d'une première suspension de particules solides dans un liquide et la section S2 de séparation d'au moins une fraction des hydrocarbures, au dégazage de cette première suspension 8 in FIG. 2c the element of zone E comprises a plurality of baffles formed by fins 14 each providing a change of direction of the slurry circulating in said zone E. Usually the element of zone E will comprise at least 5 baffles preferably at least 10 baffles and more preferably at least 25 chicanes. According to the embodiment schematized in Figure 2d the element of the zone E
has a long length of piping with straight lengths (16) separated by elbows (15) ensuring for each elbow a change of direction slurry circulating in said zone E. The number of elbows of this element is usually at least 5, preferably at least 10 and more favorite L0 at least 25. The total length of piping is usually at least equal 2 times the height of the reactor, preferably at least 3 times this height and way more preferred at least 4 times this height.
The invention also relates to a process for the synthesis of hydrocarbons from of synthesis gas used in the installation according to the invention.
The invention thus relates in particular to a process for the synthesis of hydrocarbons having preferably at least 3 carbon atoms in their molecule and so more preferred at least 5 carbon atoms in their molecule comprising the setting contact with a gas containing carbon monoxide and hydrogen in a zoned reaction containing a suspension of solid particles in a liquid, comprising solid catalyst particles of the reaction, (siurry) in of the hydrocarbon production conditions, extraction from the reaction a stream of a first suspension of solid particles in a liquid, the separation of at least a fraction of the hydrocarbons, liquids in the terms chosen, and a second suspension concentrated in solid particles, process being characterized in that between the output of the first suspension of particles solids in a reaction zone R liquid and the input of the second suspension enriched in solid particles in the reaction zone R one proceeds to a division of the total pressure loss into several elementary pressure losses of low value.
According to a particular implementation of the process according to the present invention we proceeds between the extraction of the reaction zone R from a current of one first suspension of solid particles in a liquid and section S2 of separation from less a fraction of the hydrocarbons, the degassing of this first suspension
9 contenant lesdits hydrocarbures formés lors de la réaction, puis on sépare dans la section S2 cette suspension dégazée Sd en un liquide appauvri en particules solides contenant essentiellement des produits liquides de la réaction, et en une suspension enrichie en particules solides, contenues initialement dans la suspension issue de la zone R de réaction, que l'on renvoie dans la zone R de réaction. 9 containing said hydrocarbons formed during the reaction, and then separates in the section S2 this degassed suspension Sd in a liquid depleted in particles solid containing essentially liquid products of the reaction, and in one suspension enriched with solid particles, initially contained in the suspension from the reaction zone R, which is returned to the reaction zone R.
Claims (16)
.cndot. au moins une zone R de réaction contenant au moins un liquide, des particules solides en suspension dans ce liquide comprenant des particules solides de catalyseur de la réaction, et du gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, comprenant des moyens (10, 9) d'introduction de particules solides, des moyens (3) de soutirage d'un effluent gazeux et des moyens (2) de soutirage d'une première suspension de particules solides dans un liquide comprenant une partie au moins des hydrocarbures liquides produits par la réaction, .cndot. au moins une section de séparation S2 dans laquelle on envoie au moins une partie de ladite première suspension de particules solides et à partir de laquelle on obtient un liquide contenant une fraction hydrocarbonée appauvrie en particules solides composée essentiellement de produits de la réaction dite de Fischer-Tropsch et une seconde suspension enrichie en particules solides contenues initialement dans la suspension issue de la zone R, .cndot. au moins un moyen (9) d'introduction de ladite seconde suspension dans la zone R
de réaction, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte entre la sortie de la première suspension de particules solides dans un liquide de la zone R de réaction et l'entrée de la seconde suspension enrichie en particules solides dans la zone R de réaction, au moins une zone E comprenant au moins un moyen permettant de répartir la perte de charge totale entre l'entrée et la sortie de ladite zone E en plusieurs pertes de charge élémentaires. 1 - Installation of hydrocarbon synthesis according to the so-called Fischer-Tropsch comprising:
.cndot. at least one reaction zone R containing at least one liquid, particles solids suspended in this liquid comprising solid particles of catalyst of the reaction, and the carbon monoxide and hydrogen, comprising means (10, 9) for introducing particles solid, means (3) for withdrawing a gaseous effluent and means (2) for racking of a first suspension of solid particles in a liquid comprising a at least part of the liquid hydrocarbons produced by the reaction, .cndot. at least one separation section S2 in which at least one a part of said first suspension of solid particles and from which gets a liquid containing a hydrocarbon fraction depleted in particles solid composed essentially of products of the so-called Fischer-Tropsch reaction and a second suspension enriched with solid particles initially contained in the suspension from zone R, .cndot. at least one means (9) for introducing said second suspension into the R zone reaction, said installation being characterized in that it comprises between the exit of the first suspension of solid particles in a liquid of the zone R of reaction and the entry of the second suspension enriched with solid particles in the zone R of reaction, at least one zone E comprising at least one means for divide the total pressure drop between the entry and the exit of said zone E in several losses elementary charges.
comporte une pluralité d'ailettes internes 12 permettant d'obtenir une pluralité
d'orifices de restriction créant une pluralité de zones d'accélération et de décélération entre les orifices. 4 - hydrocarbon synthesis plant according to one of claims 1 to 3 in which the means of distribution of the total pressure drop in zone E
includes a plurality of internal fins 12 making it possible to obtain a plurality of orifices restriction creating a plurality of acceleration and deceleration zones between the orifices.
comporte une grande longueur de tuyauterie comportant des longueurs droites (16) séparées par des coudes (15) assurant à chaque coude un changement de direction de la suspension de particules solides circulant dans ladite zone E. 8 - hydrocarbon synthesis plant according to one of claims 1 to 3 in which the means of distribution of the total pressure drop in zone E
includes a long length of piping with straight lengths (16) separated by elbows (15) ensuring that each elbow changes direction of the suspension of solid particles circulating in said zone E.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request | ||
| MKLA | Lapsed |
Effective date: 20191219 |