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DE69810607T2 - SLURRY CARBON SYNTHESIS METHOD RENTAL EXTENDED LIFE - Google Patents

SLURRY CARBON SYNTHESIS METHOD RENTAL EXTENDED LIFE

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Publication number
DE69810607T2
DE69810607T2 DE69810607T DE69810607T DE69810607T2 DE 69810607 T2 DE69810607 T2 DE 69810607T2 DE 69810607 T DE69810607 T DE 69810607T DE 69810607 T DE69810607 T DE 69810607T DE 69810607 T2 DE69810607 T2 DE 69810607T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
hcn
process according
hydrocarbons
life
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69810607T
Other languages
German (de)
Other versions
DE69810607D1 (en
Inventor
C. Behrmann
J. Hsia
C. Leviness
J. Mart
R. Neskora
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
ExxonMobil Research and Engineering Co
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 ExxonMobil Research and Engineering Co filed Critical ExxonMobil Research and Engineering Co
Application granted granted Critical
Publication of DE69810607D1 publication Critical patent/DE69810607D1/en
Publication of DE69810607T2 publication Critical patent/DE69810607T2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING 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
    • C10G2/00Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen

Landscapes

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

Description

Hintergrund der OffenbarungBackground of the revelation Bereich der ErfindungScope of the invention

Die Erfindung betrifft ein Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren mit erhöhter Katalysatorlebensdauer. Insbesondere betrifft die Erfindung ein katalytisches Suspensionskohlenwasserstoffsyntheseverfahren, das einen geträgerten Kobaltmetallkatalysator verwendet, wobei die Katalysatorhalbwertzeit durch Verwendung eines Synthesegaseinsatzmaterials erhöht wird, das weniger als 50 ppb stickstoffhaltige, katalysatordeaktivierende Spezies enthält.The invention relates to a hydrocarbon synthesis process with increased catalyst life. More particularly, the invention relates to a catalytic slurry hydrocarbon synthesis process using a supported cobalt metal catalyst, wherein the catalyst half-life is increased by using a synthesis gas feed containing less than 50 ppb of nitrogen-containing catalyst deactivating species.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Suspensions-Kohlenwasserstoffsynthese(HCS)-Verfahren sind bekannt. In einem Suspensions-HCS-Verfahren wird ein Synthesegas (Syngas), das eine Mischung von H&sub2; und CO umfasst, als dritte Phase durch eine Suspension in einem Reaktor geleitet, wobei die Suspensionsflüssigkeit Kohlenwasserstoffprodukte der Synthesereaktion umfasst und die dispergierten suspendierten Feststoffe einen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator vom Fischer-Tropsch Typ umfassen. Reaktoren, die eine solche Dreiphasensuspension enthalten, werden manchmal als "Blasensäulen" bezeichnet, wie im US-Patent 5,348,982 offenbart. Unabhängig davon, ob der Suspensionsreaktor als dispergiertes oder zusammengefallenes (slumped) Bett betrieben wird, werden die Mischungsbedingungen in der Suspension typischerweise irgendwo zwischen den beiden theoretischen Bedingungen von Pfropfenströmung und Rückvermischung liegen. Es ist ebenfalls bekannt, dass Katalysatoren vom Fischer-Tropsch Typ, die zur Bildung von Kohlenwasserstoffen aus einem Synthesegas brauchbar sind, schnell aber reversibel durch bestimmte stickstoffhaltige Spezies im Syngaseinsatzmaterial, insbesondere HCN und NH&sub3;, deaktiviert werden. Syngas, hergestellt aus Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien, die Stickstoff (d. h. Erdgas) oder stickstoffhaltige Verbindungen (d. h. Rückstände, Kohle, Schiefer, Koks, Teersande usw.) enthalten, enthalten unweigerlich HCN und NH&sub3;, die die reaktive Suspension kontaminieren und den Katalysator deaktivieren. Es wird angenommen, dass bestimmte sauerstoff- und kohlenstoffhaltige Verbindungen, die in der Suspension als Nebenprodukte der HCS- Reaktion gebildet werden, ebenfalls eine schnelle Deaktivierung verursachen. Die Deaktivierung solcher Katalysatoren durch HCN und NH&sub3; kann umgekehrt und die katalytische Aktivität wiederhergestellt werden (Auffrischung), indem der deaktivierte Katalysator mit Wasserstoff oder einem wasserstoffenthaltenden Gas (Auffrischgas) kontaktiert wird. Die Deaktivierung solcher Katalysatoren durch diese Spezies ist reversibel und die katalytische Aktivität wird durch entweder kontinuierliches oder absatzweises Kontaktieren des Katalysators mit Wasserstoff wiederhergestellt (der Katalysator wird aufgefrischt), was z. B. in den US-Patenten 5,260,239; 5,268,344 und 5,283,216 offenbart ist. Während Methoden vorgeschlagen wurden, den HCN- und NH&sub3;-Gehalt von Syngas durch katalytische Hydrolyse (US 4,769,224) und chemisches Waschen (US 5,068,254) auf etwa 0,1 ppm (100 ppb) zu senken, wurde nun gefunden, dass sogar so wenig wie 100 Vol.ppb der kombinierten Gesamtmenge an HCN und NH&sub3; im Syngas zu einer Katalysatorhalbwertzeit von nur vier Tagen im Fall eines geträgerten Kobaltmetallkatalysators in einer HCS Suspension führt. Es wurde nun gefunden, dass die Absenkung des Niveaus von HCN und NH&sub3; Katalysatorgiften im Syngas unterhalb von 50 ppb zu einer erhöhten Katalysatorlebensdauer führt und weniger Katalysatorauffrischung notwendig macht. Ein Verfahren um solche niedrigen Level zu erreichen wurde ebenfalls gefunden und ist in den anhängigen US Patentanmeldungen Anmeldenummer 08/512,734 (korrespondiert mit EP Patentanmeldung 96111013.7), 08/636,425 (korrespondiert mit EP Patentanmeldung Nr. 97922432.6) und 08/797,368 (korrespondiert mit EP Patentanmeldung Nr. 98920021.7), eingereicht am 8. August 1995 bzw. 23. April 1996 und 7. Februar 1997, offenbart.Slurry hydrocarbon synthesis (HCS) processes are known. In a slurry HCS process, a synthesis gas (syngas) comprising a mixture of H2 and CO is passed as a third phase through a suspension in a reactor, the slurry liquid comprising hydrocarbon products of the synthesis reaction and the dispersed suspended solids comprising a suitable Fischer-Tropsch type hydrocarbon synthesis catalyst. Reactors containing such a three-phase suspension are sometimes referred to as "bubble columns" as disclosed in U.S. Patent 5,348,982. Regardless of whether the slurry reactor is operated as a dispersed or slumped bed, the mixing conditions in the suspension will typically be somewhere between the two theoretical conditions of plug flow and backmixing. It is also known that Fischer-Tropsch type catalysts useful for the formation of hydrocarbons from a synthesis gas are rapidly but reversibly deactivated by certain nitrogen-containing species in the syngas feedstock, particularly HCN and NH3. Syngas produced from hydrocarbon feedstocks containing nitrogen (i.e. natural gas) or nitrogen-containing compounds (i.e. residues, coal, shale, coke, tar sands, etc.) inevitably contain HCN and NH3 which degrade the reactive suspension contaminate and deactivate the catalyst. Certain oxygen and carbon containing compounds formed in the suspension as byproducts of the HCS reaction are believed to also cause rapid deactivation. Deactivation of such catalysts by HCN and NH3 can be reversed and catalytic activity restored (rejuvenation) by contacting the deactivated catalyst with hydrogen or a hydrogen-containing gas (rejuvenation gas). Deactivation of such catalysts by these species is reversible and catalytic activity is restored by either continuously or intermittently contacting the catalyst with hydrogen (the catalyst is rejuvenated), as disclosed, for example, in U.S. Patents 5,260,239; 5,268,344 and 5,283,216. While methods have been proposed to reduce the HCN and NH3 content of syngas to about 0.1 ppm (100 ppb) by catalytic hydrolysis (US 4,769,224) and chemical scrubbing (US 5,068,254), it has now been found that even as little as 100 vol.ppb of the total combined amount of HCN and NH3 in the syngas results in a catalyst half-life of only four days in the case of a supported cobalt metal catalyst in an HCS suspension. It has now been found that lowering the level of HCN and NH3 catalyst poisons in the syngas to below 50 ppb results in increased catalyst lifetime and less need for catalyst rejuvenation. A method to achieve such low levels has also been discovered and is disclosed in pending US patent applications Application No. 08/512,734 (corresponding to EP patent application 96111013.7), 08/636,425 (corresponding to EP patent application No. 97922432.6) and 08/797,368 (corresponding to EP patent application No. 98920021.7), filed August 8, 1995, April 23, 1996 and February 7, 1997, respectively.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Suspensions-Kohlenwasserstoffsynthese(HCS)-Verfahren, das einen geträgerten Kobaltmetallkatalysator verwendet, in dem die kurzfristige Katalysatorhalbwertszeit wenigstens 10 Tage, bevorzugt wenigstens 30 und besonders bevorzugt wenigstens 40 oder mehr Tage beträgt. Mit kurzfristiger Halbwertzeit ist gemeint, dass die katalytische Aktivität, verursacht durch reversible Deaktivierung des Katalysators, 50% der des frischen Katalysators ist und dass dieser Verlust im Wesentlichen wiederhergestellt (der Katalysator aufgefrischt) werden kann durch Kontaktieren des deaktivierten Katalysators mit einem H&sub2; enthaltenden Auffrischgas. Die Katalysatoraktivität ist definiert durch die CO Umwandlung in Kohlenwasserstoffe. Wenn also unter einem gegebenen Satz an HCS Bedingungen frischer Katalysator eine CO Umwandlung von 80 Mol% erreicht, ist die Katalysatorhalbwertzeit erreicht, wenn die Umwandlung als Resultat des Kontakts mit den reversibel deaktivierenden stickstoffhaltigen Spezies im Synthesegas (Syngas) Zustrom auf 40% fällt. Mit reversibel deaktivierenden stickstoffhaltigen Spezies sind HCN, NH&sub3; und Mischungen davon gemeint. Es ist außerdem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass der Katalysator eine langfristige Halbwertzeit von wenigstens 100 Tagen und bevorzugt von wenigstens 200 Tagen hat. Es wurde gefunden, dass es außerdem einen nicht auffrischbaren Katalysatoraktivitätsverlust gibt, der über die Zeit auftritt und nicht durch Kontaktieren des Katalysators mit H&sub2; rückgängig gemacht werden kann, der aber durch Regenerierung rückgängig gemacht werden kann. Der nicht auffrischbare aber regenerierbare Verlust an Katalysatoraktivät fällt kontinuierlich, so dass der Katalysator schließlich eine CO Umwandlungsaktivität hinsichtlich seiner langfristigen Halbwertzeit von nur der Hälfte oder 50% des frischen Katalysators besitzt und dieser langfristige Aktivitätsverlust nicht durch Kontaktieren des deaktivierten Katalysators mit H&sub2; oder einem H&sub2; enthaltenden Auffrischgas rückgängig gemacht werden kann (die katalytische Aktivität kann nicht wiederhergestellt werden). Daher bedeutet langfristige Halbwertzeit die Zeit, die der Katalysator benötigt, um nur noch die halbe Aktivität des frischen Katalysators aufzuweisen, und dass dieser Aktivitätsverlust, obwohl reversibel, nicht durch ein Auffrischungsverfahren, in dem der deaktivierte Katalysator mit H&sub2; oder einem H&sub2; enthaltenen Gas in Kontakt gebracht wird, wiederhergestellt wird. Stattdessen muss der Katalysator von der Suspension abgetrennt werden und durch Verfahren, die Oxidation oder Brennen, Rereduzierung des katalytischen Metalls (der Metalle) und gegebenenfalls die Passivierung in CO und/oder Syngas beinhalten, regeneriert werden. Daher ist der langfristige Verlust von Katalysatoraktivität im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung regenerierbar aber nicht mit Wasserstoff auffrischbar. Außerdem unterscheidet sich der regenerierbare Aktivitätsverlust vom irreversiblen Katalysatoraktivitätsverlust in Folge von z. B. Schwefelvergiftung, die einen Katalysatoraustausch nötig macht. Die erfindungsgemäß relativ langen kurzfristigen und langfristigen Katalysatorlebenszeiten werden durch Verwendung eines Syngaseinsatzmaterials erreicht, in dem das Gesamtniveau der katalysatordeaktivierenden stickstoffhaltigen Spezies HCN, NH&sub3; und Mischungen davon weniger als 50 Vol.ppb (Volumenteile pro Milliarde), bevorzugt weniger als 20 Vol.ppb und besonders bevorzugt weniger als 10 Vol.ppb beträgt. Ein erfindungsgemäß brauchbarer Suspensions HCS-Katalysator umfasst eine katalytisch aktive Kobaltkomponente, die auf einem feuerfesten anorganischen teilchenförmigen Oxidträger oder Trägermaterial dispergiert und geträgert ist und bevorzugt als dünne katalytisch aktive Oberflächenschicht, deren Dicke von etwa 5-200 Microns reicht, vorliegt. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der Katalysator eine Produktivität von wenigstens 150 h&supmin;¹ bei 200ºC, bevorzugt wenigstens 500 h&supmin;¹ und besonders bevorzugt wenigstens 1000 h&supmin;¹ aufweist. Mit Produktivität ist das Standardvolumen CO gemeint, das pro Volumen-Katalysator pro Stunde umgewandelt wird. In einer weiteren Ausführungsform hat der Katalysator, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, eine Methanselektivät von weniger als 10 Mol% und bevorzugt weniger als 5 Mol%. Das bedeutet, dass weniger als 10% des CO in Methan umgewandelt werden. In einer Ausführungsform umfasst der Katalysator katalytisch wirksame Mengen an Kobalt und eine oder mehrere von Re, Ru, Fe, Ni, Th, Zr, Hf, U, Mg und La auf einem geeigneten anorganischen Trägermaterial und bevorzugt eins, das ein oder mehr feuerfeste Metalloxide umfasst. Bevorzugte Träger für CO enthaltende Katalysatoren umfassen Titandioxid und Titandioxid- Siliciumdioxidverbundmaterialien, insbesondere wenn ein Suspensions-HCS-Verfahren verwendet wird, in dem höher molekulargewichtige, hauptsächlich paraffinische flüssige Kohlenwasserstoffprodukte gewünscht sind. Nützliche Katalysatoren und ihre Herstellung sind bekannt und beschrieben; nicht limitierende Beispiele können zum Beispiel in den US Patenten 4,568,663; 4,663,305; 4,542,122; 4,621,072 und 5,545,674 gefunden werden, wobei die, die in US 5,545,674 offenbart sind, besonders bevorzugt sind.The present invention relates to a slurry hydrocarbon synthesis (HCS) process using a supported cobalt metal catalyst in which the short term catalyst half-life is at least 10 days, preferably at least 30, and most preferably at least 40 or more days. By short term half-life it is meant that the catalytic activity caused by reversible deactivation of the catalyst is 50% of that of the fresh catalyst and that this loss can be substantially restored (the catalyst rejuvenated) by contacting the deactivated catalyst with a H₂-containing rejuvenation gas. Catalyst activity is defined by the CO conversion to hydrocarbons. Thus, if under a given set of HCS conditions fresh catalyst achieves a CO conversion of 80 mol%, the catalyst half-life is reached when the conversion falls to 40% as a result of contact with the reversibly deactivating nitrogen-containing species in the synthesis gas (syngas) feedstream. By reversibly deactivating nitrogen-containing species is meant HCN, NH₃ and mixtures thereof. It is also an embodiment of the process according to the invention that the catalyst has a long-term half-life of at least 100 days and preferably of at least 200 days. It has been found that there is also a non-refreshable catalyst activity loss which occurs over time and cannot be reversed by contacting the catalyst with H₂, but which can be reversed by regeneration. The non-refreshable but regenerable loss of catalyst activity falls continuously so that the catalyst eventually has a CO conversion activity in terms of its long-term half-life of only half or 50% of the fresh catalyst and this long-term activity loss cannot be reversed by contacting the deactivated catalyst with H₂ or a rejuvenating gas containing H₂ (the catalytic activity cannot be restored). Therefore, long-term Half-life is the time required for the catalyst to have only half the activity of the fresh catalyst, and that this loss of activity, although reversible, is not restored by a rejuvenation process in which the deactivated catalyst is contacted with H₂ or a gas containing H₂. Instead, the catalyst must be separated from the suspension and regenerated by processes involving oxidation or firing, re-reduction of the catalytic metal(s), and optionally passivation in CO and/or syngas. Therefore, the long-term loss of catalyst activity in the context of the present invention is regenerable but not rejuvenable with hydrogen. Furthermore, the regenerable loss of activity differs from the irreversible loss of catalyst activity due to, for example, sulfur poisoning, which requires catalyst replacement. The relatively long short-term and long-term catalyst lifetimes of the present invention are achieved by using a syngas feedstock in which the total level of the catalyst deactivating nitrogen-containing species HCN, NH3 and mixtures thereof is less than 50 vol.ppb (parts per billion by volume), preferably less than 20 vol.ppb and most preferably less than 10 vol.ppb. A suspension HCS catalyst useful in the present invention comprises a catalytically active cobalt component dispersed and supported on a refractory inorganic particulate oxide support or carrier material and preferably present as a thin catalytically active surface layer ranging in thickness from about 5-200 microns. It is also preferred that the catalyst has a productivity of at least 150 h⁻¹ at 200°C, preferably at least 500 h⁻¹ and particularly preferably at least 1000 h⁻¹. Productivity means the standard volume of CO converted per volume of catalyst per hour. In a further embodiment, the catalyst used in the process according to the invention has a methane selectivity of less than 10 mol% and preferably less than 5 mol%. This means that less than 10% of the CO is converted to methane. In one embodiment, the catalyst comprises catalytically effective amounts of cobalt and one or more of Re, Ru, Fe, Ni, Th, Zr, Hf, U, Mg and La on a suitable inorganic support material, and preferably one comprising one or more refractory metal oxides. Preferred supports for CO-containing catalysts include titania and titania-silica composites, particularly when a slurry HCS process is used in which higher molecular weight, predominantly paraffinic liquid hydrocarbon products are desired. Useful catalysts and their preparation are known and described; non-limiting examples can be found, for example, in U.S. Patents 4,568,663; 4,663,305; 4,542,122; 4,621,072 and 5,545,674, with those disclosed in U.S. Patent 5,545,674 being particularly preferred.

Ein erfindungsgemäßes HCS-Suspensions-Verfahren umfasst das zur Reaktionbringen eines Syngases, das HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon enthält, in Gegenwart eines festen teilchenförmigen HCS Katalysators in einer Suspension, die den Katalysator und Gasblasen in einer Kohlenwasserstoffsuspensionsflüssigkeit bei Reaktionsbedingungen, die geeignet sind, um Kohlenwasserstoffe aus dem Syngas herzustellen, umfasst, wobei die Gesamtmenge an HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon in dem Syngas weniger als 50 Vol.ppb, bevorzugt weniger als 20 Vol.ppb und besonders bevorzugt weniger als 10 Vol.ppb beträgt, um eine kurzfristige Katalysatorhalbwertzeit größer als 10 Tage, bevorzugt größer als 30 Tage und besonders bevorzugt größer als 40 Tage und mit einer langfristigen Katalysatorhalbwertzeit größer als 100 und bevorzugt größer als 200 Tagen zu erreichen. Der Fachmann wird den ungewöhnlich hohen Unterschied an Katalysatorhalbwertzeit als Resultat aus einer relativ geringen Differenz in der Konzentration von HCN- und NH&sub3;-katalysatordeaktivierender Spezies im Syngaszustrom zu schätzen wissen. Es war nicht bekannt, dass die relativ geringen Differenzen und extrem niedrigen Konzentrationen an HCN und NH&sub3; in dem Syngaszustrom einen so großen Unterschied in der Katalysatorhalbwertzeit verursachen würden. Die verlängerte Katalysatorhalbwertzeit verringert die Katalysatorauffrischungsanforderungen und damit zusammenhängend den Wasserstoffverbrauch, während die gute Produktivität und Selektivität zu flüssigen Kohlenwasserstoffprodukten erhalten bleibt. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit einem Suspensions HCS Verfahren demonstriert, in dem das Syngas aufsteigend durch eine Dreiphasen HCS Suspension geleitet wurde, die den teilchenförmigen Katalysator und Gasblasen in einer Kohlenwasserstoffsuspensionsflüssigkeit umfasste, und in dem der Katalysator eine katalytisch aktive Kobaltkomponente, dispergiert und geträgert auf einem teilchenförmigen, anorganischen, feuerfesten Oxidträger oder Unterstützungsmaterial als eine dünne katalytisch aktive Oberflächenschicht umfasste, die die oben genannten Bedingungen bezüglich Produktivität und Methanherstellung erfüllte. Der Katalysator war von dem Typ, der in dem '674 Patent, auf das oben Bezug genommen wurde, offenbart und beansprucht wird.An HCS suspension process according to the invention comprises reacting a syngas containing HCN, NH₃ or mixtures thereof in the presence of a solid particulate HCS catalyst in a suspension comprising the catalyst and gas bubbles in a hydrocarbon suspension liquid at reaction conditions suitable to produce hydrocarbons from the syngas, wherein the total amount of HCN, NH₃ or mixtures thereof in the syngas is less than 50 vol.ppb, preferably less than 20 vol.ppb and more preferably less than 10 vol.ppb, to achieve a short term catalyst half-life greater than 10 days, preferably greater than 30 days and more preferably greater than 40 days and with a long term catalyst half-life greater than 100 and preferably greater than 200 days. Those skilled in the art will appreciate the unusually high difference in catalyst half-life as a result of a relatively small difference in the concentration of HCN and NH3 catalyst deactivating species in the syngas feed. It was not known that the relatively small differences and extremely low concentrations of HCN and NH3 in the syngas feed would cause such a large difference in catalyst half-life. The extended catalyst half-life reduces catalyst rejuvenation requirements. and related hydrogen consumption, while maintaining good productivity and selectivity to liquid hydrocarbon products. The process of the invention was demonstrated with a suspension HCS process in which the syngas was passed upwardly through a three-phase HCS suspension comprising the particulate catalyst and gas bubbles in a hydrocarbon suspension liquid, and in which the catalyst comprised a catalytically active cobalt component dispersed and supported on a particulate inorganic refractory oxide support or support material as a thin catalytically active surface layer which satisfied the above-mentioned conditions regarding productivity and methane production. The catalyst was of the type disclosed and claimed in the '674 patent referenced above.

Eine Reihe von Methoden wurde gefunden, um die niedrigen Konzentrationen an HCN und NH&sub3; im Syngas, die für die erfindungsgemäße Verwendung brauchbar sind, zu erreichen. Diese beinhalten die katalytische Hydrolyse von HCN zu NH&sub3;, gefolgt von Wäschen mit Wasser, um das NH&sub3; herauszulösen und gegebenenfalls die Verwendung von Schutzbetten, die ein oder mehrere feste Adsorbermaterialien, bevorzugt saure, enthalten, um jegliches HCN und NH&sub3;, das durchbrechen könnte, zu adsorbieren. Dieses Verfahren ist in der gleichzeitig anhängigen US Anmeldung mit der Anmeldenummer 08/797,368, auf die oben Bezug genommen wurde, offenbart. Ein anderes Verfahren umfasst das kryogene Abtrennen von Stickstoff aus Erdgas, das als Syngaseinsatzmaterial verwendet wird, so dass nicht genug Stickstoff in dem Erdgas vorhanden ist, um die katalysatordeaktivierenden Spezies in der Syngasgeneriereinheit zu produzieren. Auch in diesem Verfahren werden für den Fall eines Stickstoffdurchbruchs nach der Syngasherstellungseinheit und dem Ergebnis eines Anstiegs der Konzentration der katalysatordeaktivierenden Spezies im Syngas feste Adsorberbetten zwischen die Syngasherstellung und den/die HCS-Reaktor(en) platziert. In einer spezielleren Ausführungsform eines Suspensions- HCS-Verfahrens umfasst die Erfindung das zur Reaktionbringen eines Synthesegases, das eine Mischung aus H&sub2; und CO umfasst, die HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon enthält, in Gegenwart eines Kohlenwasserstoffsynthesekatalysators in einer Suspension, die den Katalysator und Gasblasen in einer Kohlenwasserstoffsuspensionsflüssigkeit unter Reaktionsbedingungen, die geeignet sind, um Kohlenwasserstoffe aus dem Syngas zu bilden, umfasst, wobei der Katalysator eine katalytisch aktive Kobaltkomponente, die auf einem teilchenförmigen, anorganischen, feuerfesten Oxidträger oder Unterstützungsmaterial als dünne katalytisch aktive Oberflächenschicht vorliegt umfasst, der Katalysator eine Produktivität von wenigstens 150 h&supmin;¹ hat und weniger als 5 Mol% Methan aus dem Synthesegas herstellt und in dem die Menge an HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon, die in dem Gas vorhanden sind, weniger als 50 Vol.ppb beträgt, um eine kurzfristige Katalysatorhalbwertzeit von wenigstens 10 Tagen zu erreichen. Die Kohlenwasserstoffsuspensionsflüssigkeit umfasst Kohlenwasserstoffprodukte der HCS-Reaktion, die bei den Reaktionsbedingungen flüssig sind, und ein Teil wird kontinuierlich oder absatzweise aus dem Suspensions-HCS-Reaktor entfernt, solange die Kohlenwasserstoffe produziert werden. Die Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die aus dem Reaktor entfernt wird, umfasst C&sub5;&sbplus;, hauptsächlich paraffinische Kohlenwasserstoffe, und wird typischerweise durch einen oder mehrere Umwandlungsschritte zu wertvolleren Produkten veredelt, oder rein verkauft. Schreitet die HCS-Reaktion fort, verliert der Katalysator in Folge der Gegenwart von HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon im Synthesegas an Aktivität und muss entweder kontinuierlich oder absatzweise aufgefrischt werden, indem H&sub2; oder ein H&sub2; enthaltendes Gas durch die Suspension geleitet wird, in welcher es mit dem Katalysator in Kontakt tritt und zumindest teilweise und bevorzugt im Wesentlichen vollständig die katalytische Aktivität wiederherstellt, wie in dem oben beschriebenen Stand der Technik offenbart und besonders bevorzugt nachdem alles oder zumindest ein Teil des CO aus der Suspension entfernt wurde.A number of methods have been found to achieve the low concentrations of HCN and NH3 in syngas useful for use in the present invention. These include catalytic hydrolysis of HCN to NH3 followed by water washes to dissolve out the NH3 and optionally the use of guard beds containing one or more solid adsorbent materials, preferably acidic, to adsorb any HCN and NH3 that might break through. This method is disclosed in copending U.S. application Ser. No. 08/797,368, referred to above. Another method involves cryogenically separating nitrogen from natural gas used as syngas feedstock so that there is not enough nitrogen in the natural gas to produce the catalyst deactivating species in the syngas generation unit. Also in this process, in case of nitrogen breakthrough after the syngas production unit and the result of an increase in the concentration of the catalyst deactivating species in the syngas, solid adsorber beds are placed between the syngas production and the HCS reactor(s). In a more specific embodiment of a suspension HCS process, the invention comprises reacting a synthesis gas comprising a mixture of H₂ and CO containing HCN, NH₃ or mixtures thereof in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst in a suspension comprising the catalyst and gas bubbles in a hydrocarbon suspension liquid under reaction conditions suitable to form hydrocarbons from the syngas, the catalyst comprising a catalytically active cobalt component present on a particulate inorganic refractory oxide support or assist material as a thin catalytically active surface layer, the catalyst has a productivity of at least 150 h⁻¹ and produces less than 5 mol% methane from the synthesis gas and in which the amount of HCN, NH₃ or mixtures thereof present in the gas is less than 50 vol.ppb to achieve a short term catalyst half-life of at least 10 days. The hydrocarbon slurry liquid comprises hydrocarbon products of the HCS reaction which are liquid at the reaction conditions, and a portion is continuously or intermittently removed from the slurry HCS reactor as the hydrocarbons are produced. The hydrocarbon liquid removed from the reactor comprises C5+ , mainly paraffinic hydrocarbons, and is typically upgraded to more valuable products through one or more conversion steps, or sold neat. As the HCS reaction proceeds, the catalyst loses activity due to the presence of HCN, NH3 or mixtures thereof in the synthesis gas and must be refreshed either continuously or intermittently by passing H2 or a gas containing H2 through the slurry where it contacts the catalyst and at least partially and preferably substantially completely restores catalytic activity as disclosed in the prior art described above and most preferably after all or at least a portion of the CO has been removed from the slurry.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In einem Fischer-Tropsch Suspensions-HCS-Verfahren wird ein Syngas, das eine Mischung aus H&sub2; und CO umfasst, in eine reaktive Suspension geleitet, in der es katalytisch in Kohlenwasserstoffe und bevorzugt in flüssige Kohlenwasserstoffe umgesetzt wird. Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid kann grob von etwa 0,5 bis 4 reichen, aber es liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 0,7 bis 2,75 und bevorzugt von 0,7 bis 2,5. Das stöchiometrische Molverhältnis für eine Fischer-Tropsch-HCS- Reaktion ist 2,0, aber es gibt viele Gründe zur Verwendung anderer als stöchiometrischer Verhältnisse, die dem Fachmann bekannt sind und deren Diskussion außerhalb der Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung liegt. In einem Suspensions-HCS-Verfahren ist das Molverhältnis von H&sub2; zu CO typischerweise etwa 2,1 : 1. Suspensions-HCS-Verfahrensbedingungen variieren in Abhängigkeit von dem Katalysator und den gewünschten Produkten ein wenig. Typische Bedingungen, die geeignet sind, um Kohlenwasserstoffe, die überwiegend C&sub5;&sbplus; Paraffine und bevorzugt C&sub1;&sub0;&sbplus; Paraffine (zum Beispiel C&sub5;&sbplus;-C&sub2;&sub0;&sub0;) umfassen, in einem Suspensions-HCS-Verfahren unter Verwendung eines Katalysators, der eine geträgerte Kobaltkomponente umfasst, herzustellen, beinhalten zum Beispiel Temperaturen, Drücke und stündliche Gasvolumengeschwindigkeiten im Bereich von etwa 320-600ºF, 80-600 psi und 100-40.000 V/h/V, ausgedrückt als Standardvolumen der gasförmigen CO und H&sub2; Mischung (0ºC, 1 atm) pro Stunde pro Volumen des Katalysators. Die Suspensionskatalysatorauffrischungsbedingungen entsprechen in Bezug auf Temperatur und Druck denen der Kohlenwasserstoffsynthese und sind im Stand der Technik offenbart. Das Syngas kann auf verschiedenen Wegen wie durch Kontaktieren von heißen Kohlenstoff enthaltenden Materialien wie Koks oder Kohle mit Dampf oder aus einem Methan umfassenden Einsatzmaterial hergestellt werden. Ein Methan umfassendes Einsatzmaterial ist aus Gründen der Bequemlichkeit und Sauberkeit bevorzugt und weil es keine großen Mengen Asche hinterlässt, die gehandhabt und entsorgt werden müssen. Das Methan enthaltende Gaseinsatzmaterial wird aus Erdgas oder durch die Verbrennung von Kohle, Teer, flüssigen Kohlenwasserstoffen usw. erhalten und wird in den Syngasgenerator geleitet. Die Herstellung von Syngasaus Methan durch entweder partielle Oxidation, Dampfreformieren oder eine Kombination daraus, ist wohlbekannt und zum Beispiel in US Patent 4,888,131 offenbart. In vielen Fällen ist es bevorzugt, das Methan in einer Wirbelbettsyngasherstellungseinheit (FBSG), wie sie zum Beispiel in den US Patenten 4,888,131 und 5,160,456 offenbart ist, katalytisch partiell zu oxidieren und zu reformieren. Unabhängig von der Herkunft des Methans, liegen Stickstoff oder stickstoffenthaltende Verbindungen in dem Methan enthaltenden Gaseinsatzmaterial vor, das in den Syngasgenerator geleitet wird, von denen einige während der Syngasbildung in NH&sub3; und HCN umgewandelt werden. Diese werden einen Fischer-Tropsch-HCS-Katalysator, insbesondere solche, die Co als das katalytische Metall umfassen, deaktivieren. Wie dem Stand der Technik zu entnehmen ist, ist die Deaktivierung durch diese Spezies reversibel und der Katalysator kann durch Kontaktieren mit Wasserstoff aufgefrischt werden. Dieser Wiederaufbau an katalytischer Aktivität eines reversibel deaktivierten Katalysators wird als Katalysatorauffrischung bezeichnet und ist offenbart zum Beispiel in den oben zitierten Patenten 5,260,239; 5,268,344 und 5,283,216. Es wurde außerdem gefunden, dass sowohl die kurzfristige als auch die langfristige Katalysatorhalbwertzeit eines Co enthaltenden Suspensions-HCS-Katalysators inakzeptabel kurz ist, solange die kombinierten Mengen an HCN und NH&sub3;, die in dem in den HCS-Reaktor geleiteten Syngas vorliegen, nicht weniger als 50 Vol.ppb, bevorzugt weniger als 20 Vol.ppb und besonders bevorzugt weniger als 10 Vol.ppb betragen, so dass die kurzfristige oder H&sub2; auffrischbare Katalysatorhalbwertzeit wenigstens 10 Tage, bevorzugt wenigstens 30 Tage und besonders bevorzugt wenigstens 40 Tage beträgt und die langfristige Katalysatorhalbwertzeit wenigstens 100 Tage und bevorzugt 200 Tage beträgt. Wie oben erwähnt, führen mit einem Co-Metall enthaltenden HCS-Katalysator eines Typs, wie er in US Patent 5,545,674 beschrieben und beansprucht wird, in einer reaktiven HCS Suspension 100 Vol.ppb kombinierter Gesamtmenge an HCN und NH&sub3;, die im Syngas vorliegen, dazu, dass der Katalysator eine Halbwertzeit von nur 4 Tagen hat. Mit Halbwertzeit ist gemeint, dass sich die Gesamtaktivität des Katalysatorkörpers in 4 Tagen um 50% verringert. Ein Aktivitätsniveau von 50% ist absolut unakzeptabel. Es bedeutet, dass die Produktivität des Katalysators (und im Zusammenhang damit des Reaktors), gemessen als CO Umwandlung, nach 4 Tagen nur 50% dessen ist, was sie sein sollte. Ein Produktivitätsniveau von wenigstens 90% ist gewünscht. Das bedeutet, dass der Reaktor zur zyklischen oder absatzweisen Auffrischung, für ein Viertel eines jeden Tages abgeschaltet wird, um ein Aktivitätsniveau von nicht weniger als etwa 90% beizubehalten, wobei der Katalysator während dieser Zeit im Reaktor mit Wasserstoff aufgefrischt wird. Aus praktischen Gründen ist der Reaktor in Folge der Zeit, die benötigt wird, das Syngas auszuspülen, den Wasserstoff oder das Wasserstoff enthaltende Katalysatorauffrischungsgas durchzuleiten und die HCS-Reaktion wiederanzufahren, mehr als ein Viertel eines jeden Tages abgeschaltet. Dies führt zu einem kontinuierlichen durchschnittlichen 25% Verlust an Kohlenwasserstoffproduktion des Reaktors, sogar bei Auffrischung. Außerdem sinkt bei Deaktivierung des Katalysators bei ansonsten konstanten Bedingungen das Umsatzniveau, was zu einer Verringerung der Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe und einem leichten Anstieg in der Methanherstellung führt. Alternativ kann der Umsatz trotz der Katalysatordeaktivierung relativ konstant gehalten werden, indem die Reaktortemperatur erhöht wird, aber dies führt zu einem relativ starken Anstieg der Methanherstellung und konsequenterweise zu einem Abfall der Flüssigproduktherstellung. Bei einem kombinierten HCN und NH&sub3; Niveau von etwa 20 Vol.ppb im Syngas beträgt die Katalysatorhalbwertzeit 20 Tage. Das bedeutet, dass etwa jeden vierten Tag der Katalysator aufgefrischt werden muss, wobei dieselbe Menge an Zeit und Hydrierung für die Auffrischung nötig ist wie in dem oben beschriebenen Fall, womit sich ein durchschnittlicher Produktionsverlust von nur etwa 6% ergibt. Bei etwa 40-50 Vol.ppb beträgt er etwa 15%. Bei einem kombinierten Niveau von etwa 10-12 Vol.ppb beträgt die Katalysatorhalbwertzeit etwa 40 Tage und der Katalysator muss nur jeden achten Tag für einen Vierteltag aufgefrischt werden, was einen Produktivitätsausfall von nur etwa 3% ergibt. Die Katalysatorhalbwertszeit beträgt etwa 30 Tage, wenn die kombinierten Mengen an HCN und NH&sub3; etwa 13-17 Vol.ppb betragen. Im Falle eines Suspensions- HCS-Verfahrens kann der Katalysator in der Suspension entweder kontinuierlich wiederhergestellt werden, wobei der Reaktor, unter Verwendung der Verfahren, die in US Patenten 5,260,239 und 5,268,344 offenbart sind, in Betrieb bleibt. Wie auch immer, im Falle einer Katalysatorhalbwertzeit von nur 4 Tagen wird immer noch fünf Mal mehr Wasserstoffauffrischungsgas verbraucht als wenn die Halbwertzeit 20 Tage betrüge und die zehnfache Menge, die für eine 40 tägige Halbwertzeit benötigt wird.In a Fischer-Tropsch slurry HCS process, a syngas comprising a mixture of H2 and CO is passed into a reactive slurry where it is catalytically converted to hydrocarbons, and preferably to liquid hydrocarbons. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide can range roughly from about 0.5 to 4, but is typically in the range of about 0.7 to 2.75, and preferably 0.7 to 2.5. The stoichiometric molar ratio for a Fischer-Tropsch HCS reaction is 2.0, but there are many reasons for using non-stoichiometric ratios that are known to those skilled in the art and discussion of which is outside the scope of the present invention. In a slurry HCS process, the molar ratio of H2 to CO is typically about 2.1:1. Slurry HCS process conditions vary somewhat depending on the catalyst and desired products. Typical conditions suitable for producing hydrocarbons comprising predominantly C5+ paraffins and preferably C10+ paraffins (e.g., C5+ -C200) in a slurry HCS process using a catalyst comprising a supported cobalt component include, for example, temperatures, pressures and gas hourly volume velocities in the range of about 320-600°F, 80-600 psi and 100-40,000 V/hr/V, expressed as standard volume of gaseous CO and H2 mixture (0°C, 1 atm) per hour per volume of catalyst. The slurry catalyst rejuvenation conditions are those of hydrocarbon synthesis in terms of temperature and pressure and are disclosed in the prior art. The syngas can be produced in a variety of ways such as by contacting hot carbonaceous materials such as coke or coal with steam or from a feedstock containing methane. A feedstock containing methane is preferred for reasons of convenience and cleanliness and because it does not leave large amounts of ash that must be handled and disposed of. The methane-containing gas feedstock is produced from natural gas or by the combustion of coal, tar, liquid hydrocarbons, etc. and is passed to the syngas generator. The production of syngas from methane by either partial oxidation, steam reforming, or a combination thereof is well known and disclosed, for example, in US Patent 4,888,131. In many cases it is preferred to catalytically partially oxidize and reform the methane in a fluidized bed syngas production unit (FBSG), such as disclosed, for example, in US Patents 4,888,131 and 5,160,456. Regardless of the origin of the methane, nitrogen or nitrogen-containing compounds are present in the methane-containing gas feedstock passed to the syngas generator, some of which are converted to NH3 and HCN during syngas formation. These will deactivate a Fischer-Tropsch HCS catalyst, particularly those comprising Co as the catalytic metal. As is apparent from the prior art, deactivation by these species is reversible and the catalyst can be rejuvenated by contacting it with hydrogen. This restoration of catalytic activity of a reversibly deactivated catalyst is referred to as catalyst rejuvenation and is disclosed, for example, in the above-cited patents 5,260,239; 5,268,344 and 5,283,216. It has also been found that both the short term and long term catalyst half-life of a Co-containing slurry HCS catalyst are unacceptably short so long as the combined amounts of HCN and NH3 present in the syngas fed to the HCS reactor are not less than 50 vol ppb, preferably less than 20 vol ppb, and most preferably less than 10 vol ppb, such that the short term or H2 deactivation is not less than 10 vol ppb. refreshable catalyst half-life is at least 10 days, preferably at least 30 days, and most preferably at least 40 days, and the long-term catalyst half-life is at least 100 days, and preferably 200 days. As mentioned above, with a Co-metal-containing HCS catalyst of a type as described and claimed in US Patent 5,545,674, in a reactive HCS suspension 100 vol.ppb of combined total amount of HCN and NH₃ present in the syngas results in the catalyst having a half-life of only 4 days. With half-life is meant that the overall activity of the catalyst body decreases by 50% in 4 days. An activity level of 50% is absolutely unacceptable. It means that the productivity of the catalyst (and in relation to it the reactor), measured as CO conversion, is only 50% of what it should be after 4 days. A productivity level of at least 90% is desired. This means that the reactor is shut down for cyclic or intermittent rejuvenation for a quarter of each day to maintain an activity level of not less than about 90%, during which time the catalyst is rejuvenated with hydrogen in the reactor. For practical reasons, the reactor is shut down for more than a quarter of each day due to the time required to purge the syngas, pass the hydrogen or hydrogen-containing catalyst rejuvenation gas and restart the HCS reaction. This results in a continuous average 25% loss of hydrocarbon production from the reactor, even with rejuvenation. In addition, when the catalyst is deactivated, with all other conditions constant, the conversion level drops, resulting in a reduction in liquid hydrocarbon production and a slight increase in methane production. Alternatively, conversion can be kept relatively constant despite catalyst deactivation by increasing the reactor temperature, but this results in a relatively large increase in methane production and consequently a drop in liquid product production. At a combined HCN and NH3 level of about 20 vol.ppb in the syngas, the catalyst half-life is 20 days. This means that approximately every fourth day the catalyst must be rejuvenated, using the same amount of time and hydrogenation for rejuvenation as in the case described above, giving an average production loss of only about 6%. At about 40-50 vol.ppb it is about 15%. At a combined level of about 10-12 Vol.ppb, the catalyst half-life is about 40 days and the catalyst only needs to be refreshed every eighth day for a quarter of a day, resulting in a productivity loss of only about 3%. The catalyst half-life is about 30 days when the combined amounts of HCN and NH₃ are about 13-17 vol. ppb. In the case of a slurry HCS process, the catalyst in the slurry can either be continuously reconstituted with the reactor remaining in operation using the methods disclosed in US Patents 5,260,239 and 5,268,344. However, in the case of a catalyst half-life of only 4 days, five times more hydrogen make-up gas is still consumed than if the half-life were 20 days and ten times the amount needed for a 40 day half-life.

Während bekannte Verfahren die Katalysatorhydrierung und das chemische Waschen zur Reduktion des Synthesegas HCN Gehalts auf 0,01 Vol.% oder 100 Vol.ppb beinhalten, stellen selbst 100 Vol.ppb HCN im Synthesegas ein unakzeptabel hohes Niveau dar. Weiterhin wird die HCN-Entfernung durch alkalisches Waschen und Waschen mit alkalischen Eisensulfatlösungen durch die Anwesenheit anderer saurer Materialien im Syngas, insbesondere CO&sub2;, behindert. Das Waschen mit Wasser, das Chemikalien enthält, ist durch die Prozesskomplexität, kostenintensiven Chemikalienverbrauch und Rückstandsentsorgungsanforderungen weiter benachteiligt. Außerdem ist, während NH&sub3; wasserlöslich ist, HCN in Wasser nicht löslich genug, um seine Entfernung bis auf Niveaus von weniger als 50 Vol.ppb, bevorzugt weniger als 20 Vol.ppb und besonders bevorzugt weniger als 10 Vol.ppb, wie zur Erreichung von günstigen Niveaus an Katalysatorhalbwertzeit benötigt, zu ermöglichen. Chemische Waschverfahren sind nicht selektiv genug, um das HCN bis auf diese Niveaus zu entfernen. Einige frühere katalytische Umsetzungsverfahren haben relativ niedrig aktive Katalysatoren verwendet, welche ein exzessives Katalysatorvolumen und/oder hohe Verfahrenstemperaturen erfordern. Andere Verfahren haben sulfidische Katalysatoren verwendet, die Schwefel abgeben und einen im Prozess nachgeschalteten HCS-Katalysator irreversibel deaktieren. Verfahren, die hauptsächlich oder ausschließlich auf Adsorption zur Entfernung von HCN und NH&sub3; beruhen, benötigen unpraktikabel große Mengen an Adsorber, um geeignete Betriebszeiten zu erreichen, um die kombinierten HCN und NH&sub3; Konzentrationen auf die gewünschten Niveaus zu senken. Die Verfahren, die in den oben erwähnten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen offenbart sind, sind bevorzugt, um die niedrigen Niveaus von HCN und NH&sub3;, die für eine akzeptable Katalysatorhalbwertzeit benötigt werden, zu erreichen.While known processes involve catalyst hydrogenation and chemical scrubbing to reduce syngas HCN content to 0.01 vol% or 100 vol ppb, even 100 vol ppb of HCN in syngas represents an unacceptably high level. Furthermore, HCN removal by alkaline scrubbing and scrubbing with alkaline ferrous sulfate solutions is hampered by the presence of other acidic materials in the syngas, particularly CO₂. Scrubbing with water containing chemicals is further disadvantaged by process complexity, costly chemical consumption and residue disposal requirements. In addition, while NH₃ is water soluble, HCN is not soluble enough in water to allow its removal to levels of less than 50 vol ppb, preferably less than 20 vol ppb and most preferably less than 10 vol ppb as needed to achieve favorable levels of catalyst half-life. Chemical scrubbing processes are not selective enough to remove HCN to these levels. Some previous catalytic conversion processes have used relatively low activity catalysts, requiring excessive catalyst volume and/or high process temperatures. Other processes have used sulfidic catalysts that release sulfur and irreversibly deactivate a downstream HCS catalyst. Processes that rely primarily or exclusively on adsorption to remove HCN and NH₃ require impractically large amounts of adsorbent to achieve adequate run times to remove the combined HCN and NH₃. NH₃ concentrations to the desired levels. The methods disclosed in the above-mentioned copending patent applications are preferred to achieve the low levels of HCN and NH₃ required for acceptable catalyst half-life.

In einem erfindungsgemäßen Suspensions-HCS-Verfahren werden flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffprodukte durch Kontaktieren von Syngas, das eine Mischung von H&sub2; und CO umfasst, mit einem HCS-Katalysator vom Fischer-Tropsch Typ unter Gleichgewicht verschiebenden oder nicht verschiebenden Bedingungen und bevorzugt unter nicht verschiebenden Bedingungen, in denen wenig oder keine Wassergasgleichgewichtsverschiebungsreaktion auftritt, insbesondere wenn das katalytische Metall Co, Ru oder Mischungen davon umfasst, hergestellt. Geeignete Katalysatoren vom Fischer-Tropsch-Reaktions Typ umfassen zum Beispiel eine oder mehrere Gruppe VIII katalytische Metalle wie Fe, Ni, Co, Ru und Re. Erfindungsgemäß ist ein Katalysator, besonders bevorzugt, in dem das katalytische Metall eine katalytisch aktive Kobaltkomponente umfasst, die dispergiert und geträgert auf einem teilchenförmigen, anorganischen, feuerfesten Oxidträger oder Unterstützungsmaterial mit einer Gesamtdicke der katalytisch aktiven Schicht im Bereich von etwa 5-200 Microns vorliegt. Für Trägermaterialpartikel mit einem Durchmesser größer als diese Werte wird das Metall als dünne Oberflächenschicht, nicht dicker als dieser Bereich, imprägniert. Für Trägermaterialien, die kleiner als die obere Grenze dieses Bereichs sind, kann das katalytische Metall entweder einheitlich über die Partikel imprägniert werden oder als dünne(re) Oberflächenschicht aufgebracht werden. Paraffinische C&sub5;&sbplus; Kohlenwasserstoffprodukte sind bevorzugt und vorzugsweise sind mehr als 50% der C&sub5;&sbplus; Kohlenwasserstoffe Paraffine. Bevorzugt besitzt der Katalysator eine Produktivität oberhalb von 150 h&supmin;¹ bei 200ºC und weist eine Methanselektivität von weniger als 10% auf. Noch spezifischer und wie oben beschrieben, umfasst der Katalysator katalytisch wirksame Mengen an Kobalt und an einem oder mehreren von Re, Ru, Fe, Ni, Th, Zr, Hf, U, Mg und La auf einem geeigneten anorganischen Trägermaterial, und bevorzugt einem, das eine oder mehr feuerfeste Metalloxide umfasst. Bevorzugte Träger für Co enthaltende Katalysatoren umfassen Titandioxid und Titandioxid-Siliciumdioxid-Verbundstoffe, insbesondere bei Verwendung eines Suspensions-HCS-Verfahrens, in dem höher molekulargewichtige, hauptsächlich C&sub5;&sbplus; paraffinische flüssige Kohlenwasserstoffprodukte gewünscht sind. Geeignete Katalysatoren und ihre Herstellung sind bekannt und beschrieben; nicht limitierende Beispiele können zum Beispiel in den US Patenten 4,568,663; 4,663,305; 4,542,122; 4,621,072 und 5,545,674 gefunden werden, wobei diejenigen, die in US 5,545,674 offenbart sind, besonders bevorzugt sind.In a suspension HCS process according to the invention, liquid and gaseous hydrocarbon products are produced by contacting syngas comprising a mixture of H₂ and CO with a Fischer-Tropsch type HCS catalyst under equilibrium shifting or non-shifting conditions, and preferably under non-shifting conditions in which little or no water gas equilibrium shift reaction occurs, particularly when the catalytic metal comprises Co, Ru or mixtures thereof. Suitable Fischer-Tropsch reaction type catalysts comprise, for example, one or more Group VIII catalytic metals such as Fe, Ni, Co, Ru and Re. Particularly preferred according to the invention is a catalyst in which the catalytic metal comprises a catalytically active cobalt component dispersed and supported on a particulate inorganic refractory oxide support or support material having a total catalytically active layer thickness in the range of about 5-200 microns. For support particles having a diameter greater than these values, the metal is impregnated as a thin surface layer not thicker than this range. For support materials smaller than the upper limit of this range, the catalytic metal can either be uniformly impregnated throughout the particles or applied as a thin(er) surface layer. Paraffinic C5+ hydrocarbon products are preferred and preferably more than 50% of the C5+ hydrocarbons are paraffins. Preferably, the catalyst has a productivity above 150 hr-1 at 200°C and has a methane selectivity of less than 10%. More specifically, and as described above, the catalyst comprises catalytically effective amounts of cobalt and one or more of Re, Ru, Fe, Ni, Th, Zr, Hf, U, Mg and La on a suitable inorganic support material, and preferably one comprising one or more refractory metal oxides. Preferred supports for Co-containing catalysts include titania and titania-silica composites, particularly when using a slurry HCS process where higher molecular weight, predominantly C5+ paraffinic liquid hydrocarbon products are desired. Suitable catalysts and their preparation are known and described; non-limiting examples can be found, for example, in US Patents 4,568,663; 4,663,305; 4,542,122; 4,621,072 and 5,545,674, with those disclosed in US 5,545,674 being particularly preferred.

Die durch ein erfindungsgemäßes HCS Verfahren hergestellten Kohlenwasserstoffe werden typischerweise zu wertvolleren Produkten veredelt, indem alle oder ein Teil der C&sub5;&sbplus; Kohlenwasserstoffe einer Fraktionierung und/oder Umwandlung unterworfen werden. Mit Umwandlung sind eine oder mehrere Schritte gemeint, in denen die Molekülstruktur von wenigstens einem Teil des Kohlenwasserstoffes verändert wird und beinhaltet sowohl nichtkatalytisches Verarbeiten (zum Beispiel Dampfcracking) als auch katalytisches Verarbeiten (zum Beispiel katalytisches Cracking), bei dem eine Fraktion mit einem geeigneten Katalysator in Kontakt gebracht wird. Wenn Wasserstoff als Reaktant zugegen ist, werden solche Verfahrensschritte typischerweise als Wasserstoffumwandlung bezeichnet und beinhalten zum Beispiel Hydroisomerisierung, Hydrocracking, Hydrodewaxing, Hydrofinieren und die kräftigere Hydrofinierung, die als Hydrotreating bezeichnet wird, alle durchgeführt bei Bedingungen, die in der Literatur zur Hydroumwandlung von Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien inklusive Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien, die reich an Paraffinen sind, bekannt sind. Veranschaulichende aber nicht limitierende Beispiele von wertvolleren Produkten, die durch Umwandlung gebildet werden, beinhalten einen oder mehrere von synthetischem Rohöl, flüssigem Treibstoff, Olefin, Lösungsmittel, Schmiermittel, industriellem oder medizinischem Öl, wachsartigen Kohlenwasserstoffen, stickstoff- und sauerstoffenthaltenden Verbindungen und dergleichen. Flüssiger Treibstoff umfasst eine oder mehrere von Motortreibstoff, Dieseltreibstoff, Flugzeugtreibstoff und Kerosin, während Schmieröl zum Beispiel Automobil-, Flugzeug-, Turbinen- und Metallbearbeitungsöle umfasst. Industrielles Öl umfasst Bohrflüssigkeiten, Agraröle, Wärmetransportflüssigkeiten und dergleichen.The hydrocarbons produced by an HCS process of the invention are typically upgraded to more valuable products by subjecting all or a portion of the C5+ hydrocarbons to fractionation and/or conversion. By conversion is meant one or more steps in which the molecular structure of at least a portion of the hydrocarbon is altered and includes both non-catalytic processing (e.g., steam cracking) and catalytic processing (e.g., catalytic cracking) in which a fraction is contacted with a suitable catalyst. When hydrogen is present as a reactant, such processing steps are typically referred to as hydrogen conversion and include, for example, hydroisomerization, hydrocracking, hydrodewaxing, hydrofining, and the more vigorous hydrofining referred to as hydrotreating, all conducted under conditions known in the literature for hydroconversion of hydrocarbon feedstocks, including hydrocarbon feedstocks rich in paraffins. Illustrative but non-limiting examples of more valuable products formed by conversion include one or more of synthetic crude oil, liquid fuel, olefin, solvent, lubricant, industrial or medicinal oil, waxy hydrocarbons, nitrogen and oxygen containing compounds and the like. Liquid fuel includes one or more of motor fuel, diesel fuel, jet fuel, and kerosene, while lubricating oil includes, for example, automotive, aircraft, turbine, and metalworking oils. Industrial oil includes drilling fluids, agricultural oils, heat transfer fluids, and the like.

Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene andere Ausführungsformen und Modifikationen in der Umsetzung dieser Erfindung Fachleuten offenkundig sind und von diesen einfach durchgeführt werden können, ohne vom Umfang und Sinn der oben beschriebenen Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass der Umfang der anhängenden Ansprüche auf die exakte Beschreibung, die oben ausgeführt ist, limitiert ist, sondern dass die Ansprüche angesehen werden als all die Formen der patentierbaren Neuerung umfassend, die der vorliegenden Erfindung innewohnen, inklusive all der Erscheinungen und Ausführungsformen, die vom Fachmann als Äquivalente der vorliegenden Erfindung behandelt werden würden.It should be understood that various other embodiments and modifications in the practice of this invention will be apparent to and can be readily made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention described above. Accordingly, it is not intended that the scope of the appended claims be limited to the precise description set forth above, but that the claims be considered to encompass all the forms of patentable innovation inherent in the present invention, including all such aspects and embodiments as would be treated by those skilled in the art as equivalents of the present invention.

Claims (10)

1. Suspensions-Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren zur Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe aus einer H&sub2; und CO umfassenden Synthesegasmischung, die HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon enthält, bei dem das Gas in Gegenwart eines Kohlenwasserstoffsynthesekatalysators in einer Suspension, die den Katalysator und Gasblasen in einer Kohlenwasserstoffsuspensionsflüssigkeit umfasst, unter Reaktionsbedingungen umgesetzt wird, die geeignet sind, Kohlenwasserstoffe aus dem Synthesegas zu bilden, von denen unter den Reaktionsbedingungen zumindest ein Teil flüssig ist, wobei die Suspensionsflüssigkeit die flüssigen Kohlenwasserstoffe umfasst, der Katalysator eine Produktivität von wenigstens 150 h&supmin;¹ aufweist und eine katalytisch aktive Kobaltkomponente auf einem teilchenförmigen, anorganischen, feuerfesten Oxidträger umfasst und wobei die Gesamtmenge an HCN, NH&sub3; und Mischungen davon, die in dem Synthesegas vorhanden sind, geringer als 50 Vol.ppb ist.1. A suspension hydrocarbon synthesis process for producing liquid hydrocarbons from a synthesis gas mixture comprising H₂ and CO containing HCN, NH₃ or mixtures thereof, in which the gas is reacted in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst in a suspension comprising the catalyst and gas bubbles in a hydrocarbon suspension liquid under reaction conditions suitable for forming hydrocarbons from the synthesis gas, at least a part of which is liquid under the reaction conditions, wherein the suspension liquid comprises the liquid hydrocarbons, the catalyst has a productivity of at least 150 h⁻¹ and comprises a catalytically active cobalt component on a particulate, inorganic, refractory oxide support and wherein the total amount of HCN, NH₃ and mixtures thereof present in the synthesis gas is less than 50 vol.ppb. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die durch die Reaktion hergestellte Kohlenwasserstoffflüssigkeit C&sub5;&sbplus; Kohlenwasserstoffe umfasst.2. The process of claim 1, wherein the hydrocarbon liquid produced by the reaction comprises C5+ hydrocarbons. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die C&sub5;&sbplus; Kohlenwasserstoffe hauptsächlich Paraffine umfassen.3. A process according to claim 2, wherein the C5+ hydrocarbons comprise mainly paraffins. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem zumindest ein Teil der C&sub5;&sbplus; Kohlenwasserstoffe durch eine oder mehrere Umwandlungsschritte zu wertvolleren Produkten veredelt wird.4. A process according to claim 2 or claim 3, wherein at least a portion of the C5+ hydrocarbons is upgraded to more valuable products by one or more conversion steps. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die katalytisch aktive Kobaltkomponente des Katalysators auf einem anorganischen feuerfesten Oxidträger dispergiert und geträgert ist.5. A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalytically active cobalt component of the catalyst is dispersed on an inorganic refractory oxide support and is supported. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die katalytisch aktive Kobaltkomponente auf dem Träger als Schicht mit einer Dicke von 2 bis 200 um vorliegt.6. Process according to one of claims 1 to 5, in which the catalytically active cobalt component is present on the carrier as a layer with a thickness of 2 to 200 µm. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Katalysator eine Methanselektivität von weniger als 5 Mol.% hat.7. A process according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalyst has a methane selectivity of less than 5 mol%. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Gesamtmenge an HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon, die in Synthesegas vorliegen, weniger als 20 Vol.ppb beträgt.8. A process according to any one of claims 1 to 7, wherein the total amount of HCN, NH₃ or mixtures thereof present in synthesis gas is less than 20 vol.ppb. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Gesamtmenge an HCN, NH&sub3; oder Mischungen davon, die in dem Gas vorliegen, geringer als 10 Vol.ppb ist, um eine kurzfristige Katalysatorhalbwertszeit von wenigstens 40 Tagen zu erreichen.9. A process according to any one of claims 1 to 8, wherein the total amount of HCN, NH3 or mixtures thereof present in the gas is less than 10 vol.ppb to achieve a short term catalyst half-life of at least 40 days. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Katalysator eine langfristige Halbwertszeit von wenigstens 100 Tagen und eine kurzfristige Halbwertszeit von wenigstens 30 Tagen besitzt.10. A process according to any one of claims 1 to 9, wherein the catalyst has a long-term half-life of at least 100 days and a short-term half-life of at least 30 days.
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