BRPI0908921B1 - Sistema de reação de síntese para composto de hidrocarboneto, e método de remoção de partículas de catalisador em pó - Google Patents

Sistema de reação de síntese para composto de hidrocarboneto, e método de remoção de partículas de catalisador em pó Download PDF

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Onishi. Yasuhiro
Kato Yuzuru
Murata Atsushi
Yamada Eiichi
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Jx Nippon Oil & Energy Corporation
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Description

Descrição da Invenção
Problema que a Invenção Deve Solucionar
A presente invenção foi criada em vista de tais problemas, e tem por objetivo fornecer um método de remoção de partículas em pó que seja adequado para impedir que as partículas em pó fluam para dentro de uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido, impedindo, assim, qualquer deterioração dos produtos de combustível líquido, no sistema de reação de síntese que realiza uma reação de síntese FT.
Meios para se Solucionar o Problema
O sistema de reação de síntese da presente invenção é fornecido com: um reator que sintetiza um composto de hidrocarboneto por uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como os componentes principais, e uma pasta possuindo partículas de catalisador sólidas suspensas no líquido; um separador que separa o composto de hidrocarboneto da pasta; e um dispositivo de filtragem que filtra o composto de hidrocarboneto extraído do separador para aprisionar as partículas de catalisador em pó.
De acordo com o sistema de reação de síntese da presente invenção, mesmo se um composto de hidrocarboneto separado no separador incluir partículas em pó, as partículas em pó podem ser removidas do composto de hidrocarboneto pelo aprisionamento das partículas em pó no dispositivo de filtragem. Portanto, é possível se suprimir a mistura das partículas em pó em um composto de hidrocarboneto a ser utilizado em uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido, e é possível se impedir a deterioração dos produtos de combustível líquido.
Adicionalmente, visto que um catalisador a ser utilizado em uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido não deteriora devido às partículas em pó, a limpeza de um dispositivo que produz um produto de combustível líquido também é facilmente realizada, e o dispositivo pode ser operado de forma estável e contínua por um longo tempo.
Além disso, a quantidade de partículas de catalisador ou partículas em pó incluídas no composto de hidrocarboneto separado no separador é influenciada pela taxa de fluxo da pasta circulando entre o reator e o separador. No entanto, visto que o dispositivo de filtragem não está incluído nessa parte de circulação, o composto de hidrocarboneto pode ser filtrado no dispositivo de filtragem sem ser influenciado pela taxa de fluxo da pasta mencionada acima.
Adicionalmente, no sistema de reação de síntese, uma pluralidade de dispositivos de filtragem é fornecida, e o separador e cada um dos dispositivos de filtragem são individualmente conectados por uma tubulação de suprimento que supre o composto de hidrocarboneto para cada dispositivo de filtragem a partir do separador.
Em tal configuração, o composto de hidrocarboneto extraído do separador pode ser suprido para a pluralidade de dispositivos de filtragem separadamente. Portanto, mesmo se uma grande quantidade de partículas em pó for incluída no composto de hidrocarboneto extraído do separador, as partículas em pó podem ser removidas suficientemente.
Quando cada parte de ramificação da tubulação de suprimento é fornecida com uma válvula que abre e fecha a parte de ramificação para comutar o suprimento do composto de hidrocarboneto para cada dispositivo de filtragem, um número adequado de dispositivos de filtragem também pode ser configurado de acordo com a quantidade de composto de hidrocarboneto extraído do separador. Isso é, é possível se ajustar o número de dispositivos de filtragem de acordo com a concentração de partículas de pó no composto de hidrocarboneto extraído do separador, a quantidade de suprimento de um composto de hidrocarboneto a ser suprida do separador, ou similar, e é possível se manter a taxa de fluxo de um composto de hidrocarboneto passando através de cada constante de dispositivo de filtragem. Isto é, um composto de hidrocarboneto pode ser filtrado de forma estável em cada dispositivo de filtragem.
Além disso, quando uma válvula é fornecida, é possível se manter o outro dispositivo de filtragem que não é utilizado para filtragem enquanto um composto de hidrocarboneto é filtrado em um dispositivo de filtragem pela abertura e fechamento de cada tubulação de suprimento pela válvula de forma que um dispositivo de filtragem filtre o composto de hidrocarboneto e simultaneamente o outro dispositivo de filtragem não filtre o composto de hidrocarboneto.
O composto de hidrocarboneto pode ser continuamente filtrado pela abertura e fechamento da tubulação de suprimento pela válvula e substituição do dispositivo de filtragem que filtra o composto de hidrocarboneto.
Adicionalmente, o sistema de reação de síntese pode incluir adicionalmente uma calibragem de pressão diferencial que mede a pressão diferencial entre a montante e a jusante do dispositivo de filtragem enquanto o composto de hidrocarboneto foi filtrado pelo dispositivo de filtragem.
Pelo fornecimento do instrumento que mede uma pressão diferencial dessa forma, a resistência do dispositivo de filtragem ocorrida pelo fluxo de um composto de hidrocarboneto que passa através do dispositivo de filtragem pode ser medida. Visto que a magnitude da resistência se torna grande à medida que a quantidade de partículas em pó aprisionadas no dispositivo de filtragem diminui, o tempo de limpeza do dispositivo de filtragem pode ser determinado com precisão.
Adicionalmente, como mencionado acima, quando uma pluralidade de dispositivos de filtragem é fornecida, e cada tubulação de suprimento é adequadamente aberta e fechada pela válvula de forma que o composto de hidrocarboneto possa não ser filtrado simultaneamente em todos os dispositivos de filtragem, a temporização de substituição de um dispositivo de filtragem utilizado para filtrar o composto de hidrocarboneto pode ser determinada com precisão, e o composto de hidrocarboneto pode ser filtrado continuamente em um bom estado.
Adicionalmente, no sistema de reação de síntese, o dispositivo de filtragem pode incluir um frasco de filtragem conectado à tubulação de suprimento, e um filtro disposto dentro do frasco de filtragem para filtrar o composto de hidrocarboneto, e uma tubulação de descarga que descarrega o composto de hidrocarboneto filtrado para fora do frasco de filtragem pode ser conectada ao filtro.
Nessa configuração, o composto de hidrocarboneto pode ser filtrado à medida que o composto de hidrocarboneto passa através do interior do filtro de forma a seguir na direção da tubulação de descarga a partir de -dentro do frasco de filtragem.
No sistema de reação de síntese, partículas em pó podem ser removidas do filtro sem destacar o filtro do frasco de filtragem pelo fornecimento do dispositivo de limpeza que remove as partículas em pó que aderiram ao filtro do dispositivo de filtragem.
Além disso, quando o dispositivo de limpeza inclui uma seção de suprimento de fluido de limpeza que é conectada à tubulação de descarga, e supre um fluido de limpeza para o filtro através da tubulação de descarga, o líquido de limpeza pode passar através do interior do filtro de forma a seguir para dentro do frasco de filtragem a partir do lado da tubulação de descarga. Isto é, visto que o fluido de limpeza flui em uma direção oposta a uma direção na qual o composto de hidrocarboneto passa dentro do filtro, as partículas em pó podem ser positivamente removidas do filtro.
Adicionalmente, uma reação química pode ser impedida entre o composto de hidrocarboneto e as partículas em pó pela utilização de um gás inerte como o fluido de limpeza.
Adicionalmente, no sistema de reação de síntese, preferivelmente, o filtro é um filtro de entrelaçamento de metal sinterizado que possui várias camadas de entrelaçamento sinterizadas juntas, e o diâmetro dos furos formados no filtro de entrelaçamento metálico sinterizado é um diâmetro médio de partícula ou menos das partículas em pó, ou é configurado para ser maior que 0 pm ou igual a ou inferior a 10 μΐυ.
Pela configuração do diâmetro dos furos dessa forma, as partículas em pó podem ser positivamente aprisionadas no filtro.
Adicionalmente, visto que o filtro de entrelaçamento de metal sinterizado é sinterizado, mesmo se a pressão aplicada ao filtro for grande quando o composto de hidrocarboneto ou o líquido de limpeza passa através do filtro, o filtro pode suportar a pressão de forma suficiente. Portanto, o mesmo filtro pode ser utilizado por um período prolongado de tempo.
Quando o diâmetro de furo do filtro é menor do que o diâmetro médio da partícula das partículas em pó, as partículas em pó menores do que o diâmetro dos furos também existem, mas as partículas em pó também podem ser aprisionadas pelo filtro.
Isto é, as partículas em pó cujo diâmetro de partícula é superior ao diâmetro do furo do filtro podem ser diretamente aprisionadas no filtro, e uma camada de partículas incluindo as partículas em pó é formada na superfície do filtro. Aqui, visto que o diâmetro de furo substancial pela camada de partícula se torna suficientemente menor do que o diâmetro médio de partícula das partículas em pó, mesmo as partículas em pó cujos diâmetros de partícula são menores do que o diâmetro de furo do filtro podem ser positivamente aprisionadas nessa camada de partícula.
O método de remoção de partículas de catalisador em pó realizado depois da extração de um composto de hidrocarboneto forma uma pasta, o composto de hidrocarboneto sendo sintetizado por uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como os componentes principais, e a pasta possuindo partículas de catalisador sólidas suspensas no líquido, o método de remoção sendo fornecido com: uma etapa de filtragem que faz com que o composto de hidrocarboneto passe através de um filtro de um dispositivo de filtragem em uma direção predeterminada para aprisionar as partículas de catalisador em pó, e uma etapa de limpeza que faz com que um fluido de limpeza passe através do filtro em uma direção oposta à direção predeterminada para remover as par6 tículas de catalisador em pó do filtro.
De acordo com o método de remoção de partículas em pó, a etapa de filtragem é realizada. Dessa forma, de modo similar ao sistema de reação de síntese mencionado acima, é possível se suprimir a mistura das partículas em pó em um composto de hidrocarboneto a ser utilizado em uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido, e é possível se impedir a deterioração dos produtos de combustível líquido.
Adicionalmente, visto que as partículas em pó podem ser positivamente removidas do filtro pela realização da etapa de limpeza, o mesmo filtro pode ser utilizado repetidamente para filtragem de um composto de hidrocarboneto.
Adicionalmente, no método de remoção de partículas em pó, preferivelmente, uma pluralidade de filtros é disposta em paralelo para o composto de hidrocarboneto passar através do filtro, e quando a etapa de filtragem é realizada em um filtro, a etapa de limpeza é simultaneamente realizada no outro filtro, e quando a etapa de filtragem é realizada no outro filtro, a etapa de limpeza é simultaneamente realizada em um filtro.
Pela realização simultânea da etapa de filtragem e da etapa de limpeza em uma pluralidade de filtros dessa forma, o composto de hidrocarboneto pode ser filtrado continuamente.
Além disso, no método de remoção de partículas em pó, a pressão diferencial entre a posição a montante e a posição a jusante do dispositivo de filtragem enquanto o composto de hidrocarboneto é filtrado pelo dispositivo de filtragem pode ser medida, e quando um resultado de medição da pressão diferencial se torna um valor limite predeterminado ou maior, uma etapa a ser realizada no filtro pode ser comutada para a etapa de limpeza a partir da etapa de filtragem.
Adicionalmente, a pressão diferencial a ser medida se torna grande à medida que a quantidade de partículas em pó a ser aprisionada pelo filtro aumenta. De acordo, pela realização da etapa de limpeza no filtro quando essa pressão diferencial se torna um valor limite predeterminado ou maior, a temporização de limpeza do filtro é determinada de forma precisa, e qualquer deterioração do desempenho de filtragem (eficiência) do composto de hidrocarboneto no filtro pode ser suprimida de forma eficiente.
Adicionalmente, no método de remoção de partículas em pó, preferivelmente, o valor limite é superior a 0 kPa e igual a ou inferior a 150 kPa. Isto é, pela interrupção da etapa de filtragem por um filtro correspondente quando a pressão diferencial se torna o valor limite ou superior, a evaporação de um composto de hidrocarboneto pode ser suprimida, e, dessa forma, o composto de hidrocarboneto pode ser impedido de perder peso.
De acordo com a presente invenção, visto que as partículas em pó incluídas no composto de hidrocarboneto separadas do separador podem ser removidas, é possível se suprimir a mistura das partículas em pó em um composto de hidrocarboneto a ser utilizado em uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido, e é possível se impedir a deterioração dos produtos de combustível líquido.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é um diagrama esquemático ilustrando a configuração geral de um sistema de sintetização de combustível líquido de acordo com uma modalidade da invenção;
A figura 2 é um diagrama esquemático ilustrando uma unidade de filtragem que constitui o sistema de sintetização de combustível líquido ilustrado na figura 1;
A figura 3 é um diagrama esquemático ilustrando um dispositivo de filtragem que constitui a unidade de filtragem ilustrada na figura 2.
Melhor Forma de Realização da Invenção
Doravante, as modalidades preferidas da presente invenção serão descritas com referências às figuras de 1 a 3.
Como ilustrado na figura 1, o sistema de sintetização de combustível líquido (sistema de reação de síntese de hidrocarboneto) 1 de acordo com a presente invenção é uma instalação que realiza o processo GTL que converte uma matéria prima de hidrocarboneto, tal como gás natural, em combustível líquido. Esse sistema de sintetização de combustível líquido 1 inclui uma unidade de produção de gás de síntese 3, uma unidade de síntese FT 5 e uma unidade de atualização 7. A unidade de produção de gás de síntese 3 reforma o gás natural, que é uma matéria-prima de hidrocarboneto, para produzir gás de síntese incluindo gás de monóxi8 do de carbono e um gás de hidrogênio. A unidade de síntese de FT 5 produz hidrocarbonetos líquidos a partir do gás de síntese produzido pela reação de síntese Fischer-Tropsch (doravante referida como reação de síntese FT). A unidade de atualização 7 hidrogena e hidrofratura os hidrocarbonetos líquidos produzidos pela reação de síntese FT para produzir produtos de combustível líquido (nafta, querosene, óleo de gás, cera, etc.). Doravante, partes constituintes de cada uma dessas unidades serão descritas.
A unidade de produção de gás de síntese 3 inclui basicamente, por exemplo, um reator de remoção de enxofre 10, um reformador 12, um aquecedor de calor de despejo 14, separadores de gás e líquido 16 e 18, uma unidade de remoção de CO2 20, e um aparelho de separação de hidrogênio 26. O reator de remoção de enxofre 10 é constituído de um hidroenxofre, etc., e remove os componentes de enxofre do gás natural como uma matéria-prima. O reformador 12 reforma o gás natural suprido a partir do reator de remoção de enxofre 10, para produzir gás de síntese incluindo gás de monóxido de carbono (CO) e gás de hidrogênio (H2) como componentes principais. O aquecedor de calor de despejo 14 recupera o calor de despejo do gás de síntese produzido pelo reformador 12, para produzir vapor de alta pressão. O separador de gás e líquido 16 separa a água aquecida pela permuta de calor com o gás de síntese no aquecedor de calor de despejo 14 em vapor (vapor de alta pressão) e líquido. O separador de gás e líquido 18 remove a condensação do gás de síntese resfriado no aquecedor de calor de despejo 14, e supre um gás para a unidade de remoção de CO2 20. A unidade de remoção de CO2 20 possui uma torre de absorção 22 que remove o gás de dióxido de carbono pela utilização de um absorvente do gás de síntese suprido a partir do separador de gás e líquido 18, e uma torre de regeneração 24 que desabsorve o gás de dióxido de carbono e regenera o absorvente incluindo o gás de dióxido de carbono. O aparelho de separação de hidrogênio 26 separa uma parte do gás de hidrogênio incluída no gás de síntese, o gás de dióxido de carbono do qual foi separado pela unidade de remoção de CO2. Deve-se notar aqui que a unidade de remoção de CO2 20 não precisa ser fornecida dependendo das circunstâncias.
Entre os mesmos, o reformador 12 reforma o gás natural pela utilização de dióxido de carbono e vapor para produzir gás de síntese de alta temperatura incluindo o gás de monóxido de carbono e o gás de hidrogênio como componentes principais, por um método de reforma de vapor e gás de dióxido de carbono expresso pelas fórmulas de reação química a seguir (1) e (2). Adicionalmente, o método de reforma nesse reformador 12 não está limitado ao exemplo do método de reforma de vapor e gás de dióxido de carbono acima. Por exemplo, um método de reforma de vapor, um método de reforma de oxidação parcial (POX) utilizando oxigênio, um método de reforma térmica automática (ATR) que é uma combinação do método de oxidação parcial e o método de reforma de vapor, um método de reforma de gás de dióxido de carbono e similares também podem ser utilizados.
CH4 + H2O-> CO + 3H2 (1)
CH4 + CO2 -> 2CO + 2H2 (2)
Adicionalmente, o aparelho de separação de hidrogênio 26 é fornecido em uma linha ramificada a partir do tubo principal que conecta a unidade de remoção de CO2 20 ou separador de gás e líquido 18 com o reator de coluna de bolha 30. Esse aparelho de separação de hidrogênio 26 pode ser constituído, por exemplo, de um dispositivo PSA (Adsorção de Oscilação de Pressão) de hidrogênio que realiza a adsorção e desabsorção do hidrogênio pela utilização de uma diferença de pressão. Esse dispositivo PSA de hidrogênio possui adsorventes (adsorvente zeolítico, carvão ativado, alumina, sílica-gel, etc.) dentro de uma pluralidade de colunas de adsorção (não ilustradas) que são dispostos em paralelo. Pela repetição sequencial dos processos incluindo pressurização, adsorção, desabsorção (redução de pressão), e purificação do hidrogênio em cada uma das colunas de adsorção, gás de hidrogênio de alta pureza (por exemplo, cerca de 99,999%) separado do gás de síntese pode ser suprido continuamente para vários dispositivos de reação utilizando hidrogênio (por exemplo, o reator de remoção de enxofre 10, o reator de hidrofraturação de fração de CERA 50, reator de hidrotratamento de fração de óleo de gás e querosene 52, o reator de hidrotratamento de fração de nafta 54, etc.) que realiza as reações predeterminadas utilizando hidrogênio.
Adicionalmente, o método de separação de gás de hidrogênio no aparelho de separação de hidrogênio 26 não está limitado ao exemplo de método de adsorção de oscilação de pressão como no dispositivo PSA de hidrogênio acima. Por exemplo, pode haver um método de adsorção de liga de armazenamento de hidrogênio, um método de separação de membrana ou uma combinação dos mesmos.
A seguir, a unidade de síntese FT 5 será descrita. A unidade de síntese FT 5 inclui basicamente, por exemplo, o reator de coluna de bolhas 30, um separador de gás e líquido 34, um separador 36, um separador de gás e líquido 38, um primeiro fracionador 40, e uma unidade de filtragem 90. O reator de coluna de bolha 30, que é um exemplo de um reator que sintetiza o gás de síntese em hidrocarbonetos líquidos, funciona como um reator de síntese de FT que converte os hidrocarbonetos líquidos do gás de síntese pela reação de síntese FT. O reator de coluna de bolha 30 inclui basicamente um corpo principal de reator 80 e uma tubulação de resfriamento 81.
O corpo principal de reator 80 é um frasco substancialmente cilíndrico feito de metal. A pasta possuindo partículas de catalisador sólidas suspensas nos hidrocarbonetos líquidos (produto da reação de síntese FT) é acomodada dentro do corpo principal de reator 80.
O gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como componentes principais é introduzido na pasta em uma parte inferior do corpo principal do reator 80. Dessa forma, o gás de síntese introduzido na pasta é formada em bolhas, e flui através da pasta a partir do fundo na direção do topo na direção vertical (a direção perpendicular) do corpo principal de reator 80. No processo, o gás de síntese é dissolvido nos hidrocarbonetos líquidos e colocado em contato com as partículas de catalisador, onde uma reação de síntese dos hidrocarbonetos líquidos (reação de síntese FT) é realizada. Especificamente, como ilustrado na fórmula de reação química a seguir (3), o gás de hidrogênio e o gás de monóxido de carbono segue uma reação de síntese.
2íOh + nCO-> fCHjMnHjO - (3) (ands fí é um númsra inteiro posifivo)
Adicionalmente, o gás de síntese é formado em bolhas e ascende através do corpo principal do reator 80, e, dessa forma, um fluxo ascendente (elevação de ar) da pasta é gerado dentro do corpo principal do reator 80. Portanto, um fluxo de circulação da pasta é gerado dentro do corpo principal do reator 80. Adicionalmente, o gás de síntese não reagido que alcançou o topo do corpo principal do reator 80 é extraído do topo do corpo principal do reator 80, e então é suprido para o separador de gás e líquido 38.
A tubulação de resfriamento 81 é fornecida dentro do corpo principal do reator 80 para resfriar a pasta, a temperatura da qual subiu em decorrência ao calor gerado pela reação de síntese FT. A tubulação de resfriamento 81 pode ser formada, por exemplo, de modo que um tubo seja dobrado e alterna uma pluralidade de vezes na direção vertical. Por exemplo, uma pluralidade de tubos de resfriamento possuindo uma estrutura de tubo duplo chamada tipo baioneta pode ser disposto dentro do corpo principal do reator 80. Isto é, o formato e o número de tubos de resfriamento 81 não está limitado ao formato em úmero acima, mas pode ser tal que os tubos de resfriamento sejam dispostos de forma homogênea dentro do corpo principal do reator 80 e contribuam para o resfriamento uniforme da pasta.
A água de resfriamento (por exemplo, as temperatura na qual é diferente em cerca de -50 a 0°C da temperatura interna do corpo principal do reator 80) suprida a partir do separador de gás e líquido 34 é circulada através do tubo de resfriamento 81. À medida que a água de resfriamento permuta calor com a pasta através da parede do tubo de resfriamento 81 no processo durante o qual a água de resfriamento circula através do tubo de resfriamento 81, a pasta dentro do corpo principal do reator 80 é resfriada. Uma parte da água de resfriamento pode ser descarregada para o separador de gás e líquido 34 como vapor, e recuperada como vapor de pressão intermediária. Adicionalmente, o meio para o resfriamento da pasta 82 não está limitado à água de resfriamento como descrito acima. Por exemplo, uma parafina de corrente reta e corrente ramificada, naftaleno, olefina, silano de peso molecular baixo, éter de silila, e óleo de silicone, etc., de C4 a C10 podem ser utilizados como meio.
O separador de gás e líquido 34 separa a água circulada e aquecida através do tubo de resfriamento 81 disposto no reator de coluna de bolha 30 em vapor (vapor de pressão intermediária) e líquido, e o líquido é suprido de volta para o tubo de resfriamento 81 como água de resfriamento. O separador 36 é conectado à parte superior e parte inferior do reator de coluna de bolha 30, e separa a pasta, que fluiu para fora a partir da parte superior, em hidrocarbonetos líquidos e a pasta incluindo um número de partículas de catalisador. Então, a pasta incluindo um número de partículas de catalisador é retornada para dentro do reator de coluna de bolha 30 a partir da parte inferior do separador 36. O separador de gás e líquido 38 é conectado à saída de gás não reagida 806 do reator de coluna de bolha 30 para resfriar o gás de síntese não reagido e os hidrocarbonetos gasosos. O primeiro fracionador 40 destila os hidrocarbonetos líquidos supridos através do separador 36 e o separador de gás e líquido 38 do reator de coluna de bolha 30, e separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em várias frações de acordo com os pontos de ebulição.
A unidade de filtragem 90 filtra os hidrocarbonetos líquidos que fluíram para fora, do separador 36 e aprisiona as partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos, e como ilustrado na figura 2, é configurada para ter uma pluralidade de dispositivos de filtragem 91 (quatro no exemplo ilustrado). Aqui, as partículas em pó são partículas obtidas quando as partículas de catalisador são transformadas em pó por fricção entre as partículas de catalisador, fricção com a parede interna do corpo principal do reator 80, e danos térmicos causados pela reação de síntese FT, etc.
O separador 36 e a pluralidade de dispositivos de filtragem 91 são individualmente conectados por uma tubulação de suprimento 92 que sai do lado do separador 36 e ramifica pelo caminho, e são adaptados para serem capazes de introduzir os hidrocarbonetos líquidos do separador 36 para dentro de cada dispositivo de filtragem 91 através dessa tubulação de suprimento 92. Adicionalmente, o primeiro fracionador 40 é comunicado com cada um dentre a pluralidade de dispositivos de filtragem 91 através de uma tubulação de descarga 93 como um tubo de coleta do qual uma pluralidade de ramificações é respectivamente conectada aos dispositivos de filtragem 91, e são adaptados para serem capazes de transferir os hidrocarbonetos líquidos filtrados em cada dispositivo de filtragem 91 para o primeiro fracionador 40.
Adicionalmente, uma parte coletada da tubulação de suprimento 92 localizada no lado do separador 36 é fornecida com uma válvula principal de lado de suprimento 94 que abre e fecha a parte coletada da tubulação de suprimento 92. Além disso, as ramificações da tubulação de suprimento 92 localizada no lado de cada dispositivo de filtragem 91 são fornecidas respectivamente com válvulas 95 que abrem e fecham a ramificação. Adicionalmente, as ramificações da tubulação de descarga 93 localizadas no lado de cada dispositivo de filtragem 91 são fornecidas respectivamente com válvulas 96 que abrem e fecham a ramificação. Além disso, a parte coletada da tubulação de descarga 93 localizada no lado do primeiro fracionador 40 é fornecida com uma válvula principal de lado de saída 97.
A unidade de filtragem 90 também inclui um calibrador de pressão diferencial 98 que mede a pressão diferencial entre a posição a montante e a posição a jusante do dispositivo de filtragem 91 enquanto o composto de hidrocarboneto foi filtrado pelo dispositivo de filtragem 91. Especificamente, a pressão dos hidrocarbonetos líquidos antes de fluírem para dentro do dispositivo de filtragem 91 é medida na posição antes da tubulação de suprimento 92 ramificar, e a pressão dos hidrocarbonetos líquidos depois de serem descarregados a partir do dispositivo de filtragem 91 é medida na posição da parte coletada da tubulação de descarga 93. Nesse calibrador de pressão diferencial 98, a resistência do dispositivo de filtragem 91 contra o fluxo de hidrocarbonetos líquidos que passam através do dispositivo de filtragem 91 pode ser medida. A magnitude da resistência se torna grande à medida que a quantidade de partículas em pó aprisionadas no dispositivo de filtragem 91 aumenta.
Cada dispositivo de filtragem 91, como ilustrado na figura 3, é configurado para ter, basicamente, um frasco de filtragem 911 e uma pluralidade de filtros 912.
O frasco de filtragem 911 é configurado de modo que seja conectado à tubulação de suprimento 92 e possa introduzir os hidrocarbonetos líquidos a partir do separador 36 para dentro do mesmo. Cada filtro 912 é disposto dentro do frasco de filtragem 911, e funciona de forma a permitir que os hidrocarbonetos líquidos dentro do frasco de filtragem 911 passem e sejam filtrados, aprisionando, assim, as partículas em pó. A tubulação de descarga 93 é conectada ao filtro 912, e os hidrocarbonetos líquidos filtrados no filtro 912 podem ser diretamente descarregados para fora do frasco de filtragem 911.
Esse filtro 912 é constituído de, por exemplo, um filtro de entrelaçamento metálico sinterizado. O filtro de entrelaçamento metálico sinterizado é obtido pela sobreposição de uma pluralidade de entrelaçamentos metálicos e sinterização dos mesmos a alta temperatura em um vácuo, e pode ajustar o diâmetro dos furos formados no filtro de entrelaçamento metálico sinterizado de acordo com o tamanho dos entrelaçamentos dos entrelaçamentos metálicos e/ou o número de camadas de entrelaçamento metálico empilhadas. Aqui, o diâmetro dos furos formados no filtro de entrelaçamento metálico sinterizado pode ser configurado a tal tamanho que os hidrocarbonetos líquidos passem através do filtro, mas as partículas em pó não passem através do filtro 912, e pode ser alterado de acordo para a taxa de fluxo dos hidrocarbonetos líquidos introduzidos no dispositivo de filtragem 91 ou o tamanho de partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquido. Por exemplo, quando o tamanho das partículas em pó é pequeno, o diâmetro dos furos pode ser tornado menor do que o tamanho das partículas em pó.
Quanto ao filtro 912 configurado dessa forma, um exemplo de resultados obtidos pela experiência do desempenho de filtragem do filtro será descrito abaixo. Nessa experiência, os hidrocarbonetos líquidos incluindo partículas em pó cuja concentração é de 1500 ppm em peso foram passados através do filtro 912. Adicionalmente, quanto ao diâmetro dos furos do filtro 912, a experiência foi realizada em dois tipos de furos de 5 pm e 10 pm.
Como resultado disso, a concentração de partículas de pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos que passaram através do filtro 912 foi reduzida para um valor limite inferior (4 ppm em peso) ou menos de medição independentemente do diâmetro dos furos. Adicionalmente, provou-se que o diâmetro de partícula das partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos que passaram através do filtro 912 é tão pequeno que se torna imensurável, e tem no máximo 8 pm ou menos.
De acordo com os resultados acima, se a concentração de partículas de pó for maior do que 10 ppm em peso e o diâmetro de partícula das partículas em pó for maior que 8 pm, as partículas em pó podem ser suficientemente filtradas utilizando-se o filtro 912 cujo diâmetro de furo é igual a 10 pm. Isto é, o diâmetro dos furos concretos formados no filtro 912 pode ser configurado para ser maior que 0 pm e igual ou inferior a 10 pm. A esse respeito, visto que o diâmetro de partícula das partículas em pó que podem passar através do filtro 912 se torna pequeno à medida que o diâmetro do furo do filtro 912 é reduzido, é mais preferível que o diâmetro dos furos seja configurado para ser maior que 0 pm e menor que ou igual a 5 pm.
Adicionalmente, é considerado que a razão pela qual o diâmetro de partícula das partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos que passaram através do filtro 912 se torna igual a 8 gm ou menos que é menor do que o diâmetro de furo mesmo quando o diâmetro de furo do filtro 912 é igual a 10 μιτι, é porque as partículas em pó cujo diâmetro de partícula é superior ao diâmetro de furo do filtro 912 são aprisionadas na superfície do filtro 912. Isso é, quando as partículas em pó cujo diâmetro de partícula é igual a 10 gm ou maior são aprisionadas na superfície do filtro 912, uma camada de partícula incluindo as partículas em pó é formada na superfície do filtro 912. Aqui, visto que o diâmetro substancial de furo pela camada de partícula se torna suficientemente menor do que o diâmetro dos furos do filtro 912, até mesmo as partículas em pó cujo diâmetro de partícula é menor do que o diâmetro dos furos do filtro 912 podem ser positivamente aprisionadas nessa camada de partícula.
Quando as partículas de pó podem ser aprisionadas dessa forma, o diâmetro de furo do filtro 912 não está limitado à faixa de valores numéricos mencionada acima. Por exemplo, o diâmetro de furo pode ser configurado para o diâmetro médio de partícula ou menor das partículas em pó. Até mesmo nesse caso, as partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos introduzidos no dispositivo de filtragem 91 são aprisionadas na superfície do filtro 912, e, dessa forma, uma camada de partícula possuindo um diâmetro de furo suficientemente menor do que o diâmetro médio de partícula das partículas em pó é formada na superfície do filtro 912. De acordo, mesmo se o diâmetro de furo do filtro 912 for configurado para o diâmetro médio de partícula ou menos das partículas em pó, as partículas em pó podem ser aprisionadas positivamente de forma similar ao acima exposto.
Além disso, cada dispositivo de filtragem 91 inclui um dispositivo de limpeza 100 que remove as partículas em pó aderidas ao filtro 912 a partir do filtro 912. Especificamente, esse dispositivo de limpeza 100 é conectado à tubulação de descarga 93 e é constituído de uma seção de suprimento de gás (seção de suprimento de fluido de limpeza) 101 que supre um gás inerte (gás de limpeza) tal como nitrogênio ou argônio, ao filtro 912 sob alta pressão através da tubulação de descarga 93. Dessa forma, quando um gás inerte é assoprado na direção do filtro 912 a partir da seção de suprimento de gás 101, o gás inerte passa através do filtro 912 de modo a entrar no frasco de filtragem 911 a partir do lado da tubulação de descarga 93. Isso é, visto que o gás inerte flui em uma direção oposta a uma direção na qual um composto de hidrocarboneto passa dentro do filtro 912, as partículas em pó podem ser positivamente removidas do filtro 912. Adícionalmente, mesmo se o gás inerte for assoprado para dentro do frasco de filtragem 911, uma reação química desnecessária não ocorre entre o gás inerte e os hidrocarbonetos líquidos ou partículas em pó.
Visto que essa seção de suprimento de gás 101 é conectada à tubulação de descarga 93 entre o frasco de filtragem 911 e a válvula 95 da tubulação de descarga 93 através de uma tubulação de suprimento de gás 102, o gás inerte pode ser suprido para o filtro 912 em um estado no qual a tubulação de suprimento 92 e a tubulação de descarga 93 estão fechadas pela válvula 95 da tubulação de suprimento 92 e a válvula 96 da tubulação de descarga 93, isso é, em um estado no qual a filtragem dos hidrocarbonetos líquidos é interrompida.
O gás inerte que passou através do filtro 912 e chegou ao interior do filtro pode ser descarregado para fora da tubulação de descarga de gás 103 conectada a uma parte superior do frasco de filtragem 911. Adícionalmente, as partículas em pó removidas do filtro 912 podem ser descarregadas para fora através de uma tubulação de descarga de partículas 104 conectada a uma extremidade inferior do frasco de filtragem 911. Adicionalmente, visto que a tubulação de suprimento de gás 102, a tubulação de descarga de gás 103, e a tubulação de descarga de partículas 104 são respectivamente fornecidas com válvulas 105, 106 e 107 que abrem e fecham essas tubulações, as mesmas não obstruem a filtragem dos hidrocarbonetos líquidos.
Finalmente, a unidade de atualização 7 será descrita. A unidade de atualização 7 inclui, por exemplo, um reator de hidrofraturação de fração WAX 50, um reator de hidrotratamento de fração de óleo de gás e querosene 52, um reator de hidrotratamento de fração de nafta 54, separadores de gás e líquido 56, 58 e 60, um segundo fracionador 70 e um estabilizador de nafta 72. O reator de hidrofraturação de fração WAX 50 é conectado a uma parte inferior do primeiro fracionador 40. O reator de hidrotratamento de fração de olé e gás e querosene 52 é conectado a uma parte central do primeiro fracionador 40. O reator de hidrotratamento de fração de nafta 54 é conectado a uma parte superior do primeiro fracionador 40. Os separadores de gás e líquido 56, 58 e 60 são fornecidos de modo a corresponderem aos reatores de hidrogenação 50, 52 e 54, respectiva mente. O segundo fracionador 70 separa e refina os hidrocarbonetos líquidos supridos a partir dos separadores de gás e líquido 56 e 58 de acordo com os pontos de ebulição. O estabilizador de nafta 72 destila os hidrocarbonetos líquidos de uma fração de nafta suprida a partir do separador de gás e líquido 60 e o segundo fracionador 70. Então, o estabilizador de nafta 72 descarrega os componentes mais leves que o butano na direção do gás chama, e separa e recupera os componentes possuindo um número de carbono de cinco ou mais com um produto de nafta.
A seguir, um processo (processo GTL) de sintetização de combustível líquido a partir de gás natural pelo sistema de sintetização de combustível líquido 1 configurado como acima será descrito.
O gás natural (cujo componente principal é CH4) com uma matéria prima do hidrocarboneto é suprido para o sistema de sintetização de combustível líquido 1 a partir de uma fonte de suprimento de gás natural externa (não ilustrada), tal como um campo de gás natural ou uma instalação de gás natural. A unidade de produção de gás de síntese acima 3 reforma esse gás natural para produzir o gás de síntese (gás misturado incluindo gás de monóxido de carbono e gás de hidrogênio como componentes principais).
Especificamente, primeiro, o gás natural acima é suprido para o reator de eliminação de enxofre 10 juntamente com o gás de hidrogênio separado pelo aparelho de separação de hidrogênio 26. O reator de eliminação de enxofre 10 hidrogeniza e remove o enxofre dos componentes de enxofre incluídos no gás natural utilizando um gás de hidrogênio, com um catalisador ZnO. Pela remoção de enxofre do gás natural de antemão, dessa forma, é possível se impedir uma redução na atividade de um catalisador utilizado no reformador 12, reator de coluna de bolha 30, etc., devido ao enxofre.
O gás natural (também pode conter dióxido de carbono) sem enxofre, dessa forma, é suprido para o reformador 12 depois que o gás de dióxido de carbono (CO2) suprido a partir de uma fonte de suprimento de dióxido de carbono (não ilustrada) é misturado com o vapor gerado no aquecedor de calor de despejo 14. O reformador 12 reforma o gás natural pela utilização de dióxido de carbono e vapor para produzir um gás de síntese de alta temperatura incluindo gás de monóxido de carbono e gás de hidrogênio como componentes principais, pelo método de reforma de vapor e gás de dióxido de carbono acima. Nesse momento, o reformador 12 é suprido com, por exemplo, gás combustível para um queimador disposto no reformador 12 e ar, e o calor de reação necessário para a reação de reforma de vapor e CO2 acima, que é uma reação endotérmica, é fornecido pelo calor da combustão do gás combustível no queimador e o calor de irradiação em um fomo do reformador 12.
O gás de síntese de alta temperatura (por exemplo, 900DC, 2,0 MPaG) produzido no reformador 12 dessa forma é suprido para o aquecedor de calor de despejo 14, e é resfriado pela permuta de calor com a água que circula através do aquecedor de calor de despejo 14 (por exemplo, 400°C), exaurindo e recuperando, dessa forma, o calor. Nesse momento, a água aquecida pelo gás de síntese no aquecedor de calor de despejo 14 é suprida para o separador gás e líquido 16. A partir desse separador de gás e líquido 16, um componente de gás é suprido para o reformador 12 ou outros dispositivos externos como vapor de alta pressão (por exemplo, 3,4 a 10,0 MPaG), e água como um componente líquido é retornada para o aquecedor de calor de despejo 14.
Enquanto isso, o gás de síntese resfriado no aquecedor de calor de despejo 14 é suprido para a torre de absorção 22 da unidade de remoção de CO2 20, ou o reator de coluna de bolha 30, depois de a condensação ser separada e removida do separador de gás e líquido 18. A torre de absorção 22 absorve o gás de dióxido de carbono incluído no gás de síntese no absorvente retido, para separar o gás de dióxido de carbono do gás de síntese. O absorvente incluindo o gás de dióxido de carbono dentro da torre de absorção 22 é introduzido na torre de regeneração 24, o absorvente incluindo o gás de dióxido de carbono é aquecido e submetido ao tratamento de remoção, por exemplo, com o vapor, e o gás de dióxido de carbono desabsorvido resultante é reciclado para o reformador 12 a partir da torre de regeneração 24, e é reutilizado para a reação de reforma acima.
O gás de síntese produzido na unidade de produção de gás de síntese 3 dessa forma é suprido para o reator de coluna e bolha 30 da unidade de síntese
FT acima 5. Nesse momento, a razão de composição do gás de síntese suprido para o reator de coluna de bolha 30 é ajustada para uma razão de composição (por exemplo, H2: CO = 2:1 (razão molar)) adequada para a reação de síntese FT. Adicionalmente, a pressão do gás de síntese suprido para o reator de coluna de bolha 30 é elevada para uma pressão (por exemplo, 3,6 MPaG) adequada para a reação de síntese FT por um compressor (não ilustrado) fornecido em um tubo que conecta a unidade de remoção de CO2 20 ao reator de coluna de bolha 30. Note-se que, o compressor pode ser removido do tubo.
Adicionalmente, uma parte do gás de síntese, do gás de dióxido de carbono do qual foi separado pela unidade de remoção de CO2 acima 20, também é suprida para o aparelho de separação de hidrogênio 26. O aparelho de separação de hidrogênio 26 separa o gás de hidrogênio incluído no gás de síntese, pela adsorção e desabsorção (PSA de hidrogênio) utilizando uma diferença de pressão como descrito acima. Esse hidrogênio separado é continuamente suprido a partir de um retentor de gás (não ilustrado), etc. através de um compressor (não ilustrado) para vários dispositivos de reação utilizando hidrogênio (por exemplo, o reator de remoção de enxofre 10, o reator de hidrofraturação de fração WAX 50, o reator de hidrotratamento de fração de óleo, gás e querosene 52, o reator de hidrotratamento de fração de nafta 54, etc.) que realizam as reações predeterminadas utilizando hidrogênio dentro do sistema de sintetização de combustível líquido 1.
A seguir, a unidade de síntese FT acima 5 sintetiza os hidrocarbonetos líquidos pela reação de síntese FT a partir do gás de síntese produzido pela unidade de produção de gás de síntese acima 3.
Especificamente, o gás de síntese produzido pela unidade de produção de gás de síntese acima 3 flui em um fundo do corpo principal do reator 80 constituindo o reator de coluna de bolha 30, e flui ascendentemente através da pasta armazenada no corpo principal de reator 80. Nesse momento, dentro do corpo principal do reator 80, o monóxido de carbono e o hidrogênio que são incluídos no gás de síntese reagem um com o outro pela reação de síntese FT, produzindo, assim, hidrocarbonetos. Além disso, pela circulação de água através do tubo de resfriamento 81 no momento dessa reação de síntese, o calor da reação de síntese FT é removido, e a água aquecida por esse permutador de calor é evaporada em vapor de água. Quanto a esse vapor de água, a água liquefeita no separador de gás e líquido 34 é retornada para o tubo de resfriamento 81 e o componente de gás é suprido para um dispositivo externo como o vapor de pressão de meio (por exemplo, 1,0 a 2,5 MPaG).
Os hidrocarbonetos líquidos sintetizados no reator de coluna de bolhas 30 dessa forma são extraídos como pasta do reator de coluna de bolha 30, e são introduzidos no separador 36. O separador 36 separa a pasta extraída em um componente sólido, tal como partículas de catalisador, e um componente líquido incluindo os hidrocarbonetos líquidos. Uma parte do componente sólido separado, tal como as partículas de catalisador, é retornada para o reator de coluna de bolha 30, e um componente líquido da pasta é suprido para o primeiro fracionador 40 através de uma unidade de filtragem 90 que será descrita posteriormente.
A partir do reator de coluna de bolha 30, o gás de síntese não reagido e um componente de gás dos hidrocarbonetos sintetizados são introduzidos no separador de gás e líquido 38. O separador de gás e líquido 38 resfria esses gases para separar alguns hidrocarbonetos líquidos condensados para introduzir os mesmos no primeiro fracionador 40. Enquanto isso, com relação ao componente de gás separado no separador de gás e líquidos 38, os gases de síntese não reagidos (CO e H2) são retornados para o fundo do reator de coluna de bolhas 30, e são reutilizados para a reação de síntese FT. Adicionalmente, o gás chama além dos produtos alvo, incluindo como um componente principal o gás de hidrocarboneto possuindo um número de carbono pequeno (igual a ou inferior a C4) é introduzido em uma instalação de combustão externa (não ilustrada), é queimado nesse local, e é então emitido para a atmosfera.
Então, os hidrocarbonetos líquidos separados da pasta no separador 36 são introduzidos na unidade de filtragem 90 onde as partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos são removidas. Um método de remoção de partículas em pó será agora descrito abaixo.
Quando as partículas em pó são removidas, os hidrocarbonetos líquidos introduzidos no frasco de filtragem 911 através da tubulação de suprimento 92 na unidade de filtragem 90 passados através do filtro 912 em uma direção que está voltada para a tubulação de descarga 93 a partir do interior do frasco de filtragem
911, e as partículas em pó incluídas nos hidrocarbonetos líquidos são aprisionadas no filtro 912 (etapa de filtragem).
Adicionalmente, na unidade de filtragem 90, as partículas de pó aderidas ao filtro 912 podem ser removidas pelo fechamento da tubulação de suprimento 92 e a tubulação de descarga 93 localizada na frente de ou atrás do dispositivo de filtragem 91 pela válvula principal de suprimento 94 e a válvula principal de descarga 97 (etapa de limpeza). Especificamente, nessa etapa de limpeza, um gás inerte é assoprado a partir da seção de suprimento de gás 101, e passa através do filtro 912 de modo a entrar no frasco de filtragem 911 a partir do lado da tubulação de descarga 93. Isto é, o gás inerte passa através do filtro 912 em uma direção oposta a uma direção na qual os hidrocarbonetos líquidos passam através do filtro na etapa de filtragem. Dessa forma, as partículas em pó são removidas do filtro 912, e descem na direção da extremidade inferior do frasco de filtragem 911. Adicionalmente, as partículas em pó que chegam à extremidade inferior do frasco de filtragem 911 podem ser descarregadas para fora através da tubulação de descarga de partícula 104 pela abertura da válvula 107.
Então, quando a etapa de filtragem é realizada na unidade de filtragem 90, uma pressão diferencial entre a parte dianteira e a parte traseira do dispositivo de filtragem 91 é medida pelo calibrador de pressão diferencial 98, e quando um resultado da medição dessa pressão diferencial se torna um valor limite predeterminado ou maior, a etapa de filtragem a ser realizada na unidade de filtragem 90 é interrompida, e a comutação para a etapa de limpeza é realizada. Visto que a pressão diferencial medida no calibrador de pressão diferencial 98 se torna grande à medida que a quantidade de partículas de pó aprisionadas no filtro 912 do dispositivo de filtragem 91 aumenta, a temporização para comutação para a etapa de limpeza pode ser determinada com precisão.
É preferível que o valor limite da pressão diferencial quando da comutação da etapa de filtragem para a etapa de limpeza seja configurado para, por exemplo, 150 kPa. Isso porque, se a pressão diferencial for configurada para 150 kPa ou mais, os hidrocarbonetos líquidos podem evaporar na tubulação de descarga 93, e como resultado disso, uma matéria prima dos produtos de combustível líquido pode perder peso.
Adicionalmente, visto que a unidade de filtragem 90 é fornecida com a pluralidade de dispositivos de filtragem 91, e as partes de ramificação da tubulação de suprimento 82 e a tubulação de descarga 93 que são individualmente conectadas na parte dianteira e na parte traseira de cada dispositivo de filtragem 91 são respectivamente fornecidas com as válvulas 95 e 96 que abrem e fecham as tubulações, por exemplo, a etapa de limpeza também pode ser realizada em outro conjunto de dispositivos de filtragem 91c e 91 d enquanto a etapa de filtragem é realizada em um conjunto de dispositivos de filtragem 91a e 91b.
Nesse caso, a válvula principal de suprimento 94 e a válvula principal de descarga 97 podem ser abertas, e simultaneamente quando as válvulas 95a, 95b, 96a e 96b localizadas na frente e atrás de um conjunto de dispositivos de filtragem 91a e 91b são abertas, as válvulas 95c, 95d, 96c e 96d localizadas na frente e atrás do outro conjunto de dispositivos de filtragem 91c e 91 d pode ser fechado. Dessa forma, os hidrocarbonetos líquidos do separador 36 podem ser introduzidos em um conjunto de dispositivos de filtragem 91a e 91b onde os hidrocarbonetos líquidos são filtrados e os hidrocarbonetos líquidos filtrados podem ser transferidos para o primeiro fracionador 40. Adicionalmente, visto que nenhum hidrocarboneto líquido é introduzido em outro conjunto de dispositivos de filtragem 91c, e 91 d, as partículas em pó aderidas ao filtro 912 podem ser removidas.
Além disso, quando a etapa de filtragem é realizada por um conjunto de dispositivos de filtragem 91a e 91b, a pressão diferencial entre a parte da frente e a parte de trás dos dispositivos de filtragem 91a e 91b é medida pelo calibrador de pressão diferencial 98, e quando o resultado da medição da pressão diferencial se torna um valor limite predeterminado ou maior, as válvulas 95a, 95b, 96a e 96b são fechadas, e a etapa de limpeza é realizada em um conjunto de dispositivos de filtragem 91a e 91b. Simultaneamente, as válvulas 95c, 95d, 96c e 96d são abertas e a etapa de filtragem é realizada pelos outros dispositivos de filtragem 91c e 91 d.
A seguir, o primeiro fracionador 40 aquece os hidrocarbonetos líquidos (cujo número de carbono é múltiplo) supridos através do separador 36 e a unidade de filtragem 90, ou através do separador de gás e líquido 38 a partir do reator de coluna de bolha 30 como descrito acima, para destilar os hidrocarbonetos líquidos utilizando uma diferença no ponto de ebulição. Dessa forma, o primeiro fracionador separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em uma fração de nafta (cujo ponto de ebulição é inferior a cerca de 150°C), uma fração de querosene e óleo de gás (cujo ponto de ebulição é de cerca de 150 a 350°C) e uma fração WAX (cujo ponto de ebulição é superior a cerca de 350°C). Os hidrocarbonetos líquidos (basicamente C21 ou mais) como a fração WAX extraída do fundo do primeiro fracionador 40 são transferidos para o reator de hidrofraturação de fração WAX 50, os hidrocarbonetos líquidos (basicamente Cn a C2o) como a fração de querosene e óleo de gás extraída da parte central do primeiro fracionador 40 são transferidas para o reator de hidrotratamento de fração de querosene e óleo de gás 52, e os hidrocarbonetos líquidos (basicamente C5 a C10) como a fração de nafta extraída da parte superior do primeiro fracionador 40 são transferidas para o reator de hidrotratamento de fração de nafta 54.
O reator de hidrofraturação de fração WAX 50 hidrofratura os hidrocarbonetos líquidos como a fração WAX com um grande número de carbono (aproximadamente C2Í ou mais), que foi suprido a partir da parte inferior do primeiro fracionador 40, pela utilização de gás de hidrogênio suprido a partir do aparelho de separação de hidrogênio acima 26, para reduzir o número de carbono para C20 ou menos. Nessa reação de hidrofraturação, os hidrocarbonetos com um pequeno número de carbono e com baixo pelo molecular são produzidos por cleaving de ligações C-C de hidrocarbonetos com um grande número de carbono, utilizando um catalisador e calor. Um produto incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrofratura por esse reator de hidrofraturação de fração WAX 50 é separado em gás e líquido no separador de gás e líquido 56, os hidrocarbonetos líquidos do qual são transferidos para o segundo fracionador 70, e o componente de gás (incluindo gás de hidrogênio) do qual é transferido para o reator de hidrotratamento de fração de querosene e óleo de gás 52 e o reator de hidrotratamento de fração de nafta 54.
O reator de hidrotratamento de fração de querosene e óleo de gás 52 trata hidraulicamente os hidrocarbonetos líquidos (aproximadamente Cn a C2o) como as frações de querosene e óleo de gás possuindo um número de carbono aproximadamente intermediário, que foi suprido a partir da parte central do primeiro fracionador 40, pela utilização do gás de hidrogênio suprido através do reator de hidrofraturação de fração WAX 50 a partir do aparelho de separação de hidrogênio 26.
Nessa reação de hidrotratamento, os hidrocarbonetos líquidos são isomerizados e ligações não saturadas dos hidrocarbonetos líquidos acima são adicionadas ao hidrogênio para saturar os hidrocarbonetos líquidos, e, dessa forma, os hidrocarbonetos saturados de corrente lateral são basicamente obtidos. Como resultado disso, um produto incluindo os hidrocarbonetos líquidos tratados hidraulicamente são separados em gás e líquido no separador de gás e líquido 58, e os hidrocarbonetos líquidos dos quais são transferidos para o segundo fracionador 70, e o componente de gás (incluindo gás de hidrogênio) o qual é reutilizado para a reação de hidrogenação acima.
O reator de hidrotratamento de fração de nafta 54 trata hidraulicamente os hidrocarbonetos líquidos (aproximadamente C10 ou menos) como a fração de nafta com um número de carbono baixo, que foi suprido a partir da parte superior do primeiro fracionador 40, pela utilização do gás de hidrogênio suprido através do reator de hidrofraturação de fração WAX 50 a partir do aparelho de separação de hidrogênio 26. Como resultado, um produto incluindo os hidrocarbonetos líquidos hidrotratados é separado em gás e líquido no separador de gás e líquido 60, os hidrocarbonetos líquidos dos quais são transferidos para o estabilizador de nafta 72, e o componente de gás (incluindo gás de hidrogênio) do qual é reutilizado para a reação de hidrogenação acima.
A seguir, o segundo fracionador 70 destila os hidrocarbonetos líquidos supridos a partir do reator de hidrofraturação de fração WAX 50 e o reator de hidrotratamento de fração de querosene e óleo de gás 52 como descrito acima. Dessa forma, o segundo fracionador 70 separa e refina os hidrocarbonetos líquidos em uma fração de hidrocarboneto (cujo ponto de ebulição é inferior a cerca de 150°C) com um número de carbono de C10 ou menos, querosene (cujo ponto de ebulição é de cerca de 150 a 250°C), óleo de gás (cujo ponto de ebulição é de cerca de 250 a 350°C), e fração WAX não degradada (cujo ponto de ebulição é superior a substancialmente 350°C) a partir do reator de hidrofraturação de fração WAX 50. O óleo de gás é extraído a partir de uma parte inferior do segundo fracionador 70, e o querosene é extraído a partir de uma parte central do mesmo. Enquanto isso, um gás de hidrocarboneto com um número de carbono de C10 ou menos é extraído a partir de cima do segundo fracionador 70, e é suprido para o estabilizador de nafta 72.
Além disso, o estabilizador de nafta 72 destila os hidrocarbonetos com um número de carbono de C10 ou menos, que foi suprido a partir do reator de hidrotratamento de fração de nafta acima 54 e o segundo fracionador 70. Dessa forma, o estabilizador de nafta 72 separa e refina a nafta (C5 a C1o) como um produto. De acordo, a nafta de alta pureza é extraída a partir de uma parte inferior do estabilizador de nafta 72. Enquanto isso, o gás chama além dos produtos-alvo, que contém como um componente principal os hidrocarbonetos com um número de carbono inferior a ou igual a um número predeterminado (inferior a ou igual a C4) é descarregado a partir de cima do estabilizador de nafta 72. Adicionalmente, o gás chama é introduzido em uma instalação de combustão externa (não mostrada), é queimado nesse local, e é então descarregado para a atmosfera.
De acordo com o sistema de sintetização de combustível líquido 1 e o método de remoção de partículas em pó relacionado com a presente modalidade, mesmo se os hidrocarbonetos líquidos separados no separador 36 incluírem partículas em pó, as partículas em pó podem ser removidas dos hidrocarbonetos líquidos pelo aprisionamento das partículas em pó no dispositivo de filtragem 91. Portanto, é possível se suprimir a mistura das partículas em pó aos hidrocarbonetos líquidos a serem utilizados em uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido como uma matéria prima dos produtos de combustível líquido, e é possível se impedir a desativação dos produtos de combustível líquido.
Adicionalmente, visto que um catalisador a ser utilizado quando um produto de combustível líquido é produzido como no reator de hidrofraturação de fração WAX 50 ou similar não deteriora devido às partículas em pó, a limpeza da unidade de atualização 7 (dispositivo) que produz um produto de combustível líquido pela utilização de hidrocarbonetos líquidos também é fácil, e a operação contínua pode ser realizada de forma estável por um longo tempo.
Além disso, a quantidade de partículas de catalisador ou partículas em pó incluída nos hidrocarbonetos líquidos separados no separador 36 é influenciada pela taxa de fluxo da pasta circulando entre o reator 30 e o separador 36. No entanto, visto que o dispositivo de filtragem 91 não está incluído nessa parte de circulação, os hidrocarbonetos líquidos podem ser filtrados no dispositivo de filtragem 91 sem serem influenciados pela taxa de fluxo da pasta mencionada acima.
Adicionalmente, pela disposição de uma pluralidade de dispositivos de filtragem 91 em paralelo no separador 36 e o primeiro fracionador 40, os hidrocarbonetos líquidos extraídos do separador 36 podem ser separados e supridos para a pluralidade de dispositivos de filtragem 91. Portanto, mesmo se uma grande quanti5 dade de partículas em pó são incluídas nos hidrocarbonetos líquidos extraídos do separador 36, essas partículas em pó podem ser removidas suficientemente.
Além disso, pela comutação da abertura e do fechamento das partes de ramificação da tubulação de suprimento 92 e da tubulação de descarga 93 pelas válvulas 95a a 95d e 96a a 96d para substituir o dispositivo de filtragem 91 que filtra os hidrocarbonetos líquidos, e realizando simultaneamente a etapa de filtragem e a etapa de limpeza, os hidrocarbonetos líquidos podendo ser filtrados continuamente. Em particular, visto que a temporização de comutação pode ser determinada com precisão pela medição da pressão diferencial dos hidrocarbonetos líquidos entre a parte da frente e a parte de trás da unidade de filtragem 90 por um calibrador de . pressão diferencial, os hidrocarbonetos líquidos podem ser filtrados continuamente em um bom estado.
Adicionalmente, pelo fornecimento do dispositivo de limpeza 100 no dispositivo de filtragem 91 e, dessa forma, pela realização da etapa de limpeza, as partículas em pó podem ser removidas de forma positiva do filtro 912 pelo desta20 camento do filtro 912 do frasco de filtragem 911, e o mesmo filtro 912 pode ser utilizado repetidamente para filtragem dos hidrocarbonetos líquidos. Além disso, visto que o filtro 912 é sinterizado, mesmo se alta pressão for aplicada ao filtro 912 pelos hidrocarbonetos líquidos ou um gás inerte na etapa de filtragem ou etapa de limpeza, o filtro pode suportar a alta pressão suficientemente. Portanto, o mesmo filtro
912 pode ser utilizado por um período prolongado de tempo.
Adicionalmente, na modalidade acima, a comutação da etapa de filtragem e da etapa de limpeza é realizada com metade da pluralidade de filtros 91 como um conjunto. No entanto, a invenção não está limitada a isso, e a comutação para a etapa de filtragem e para a etapa de limpeza pode ser feita com uma plurali30 dade de filtros 91 separados em conjuntos arbitrários.
Por exemplo, simultaneamente quando a etapa de filtragem é realizada com apenas um dispositivo de filtragem 91 (um dispositivo de filtragem), a etapa de limpeza pode ser realizada em uma pluralidade dos dispositivos de filtragem restantes 91 (outros dispositivos de filtragem), e quando um dispositivo de filtragem 91 é comutado da etapa de filtragem para a etapa de limpeza, um dentre a pluralidade de dispositivos de filtragem 91 que realiza a etapa de limpeza pode ser comutado para a etapa de filtragem. Adicionalmente, por exemplo, simultaneamente quando a etapa de limpeza é realizada em apenas um dispositivo de filtragem 91 (outro dispositivo de filtragem), a etapa de filtragem pode ser realizada por uma pluralidade de dispositivos de filtragem restantes 91 (um dispositivo de filtragem), e quando um dispositivo de filtragem 91 é comutado da etapa de filtragem para a etapa de limpeza, um dispositivo de filtragem 91 que realizou a etapa de limpeza pode ser comutado para a etapa de filtragem.
Adicionalmente, mesmo quando não é considerado que a etapa de limpeza e a etapa de filtragem sejam realizadas simultaneamente, o número de dispositivos de filtragem adequados 91 que realizam a etapa de filtragem pode ser configurado de acordo com a quantidade de hidrocarbonetos líquidos extraídos a partir de um separador 36 pela abertura e fechamento adequados das partes de ramificação da tubulação de suprimento 92 e da tubulação de descarga 93 pelas válvulas 95a a 95d e 96a a 96d. Isto é, é possível se ajustar o número de dispositivos de filtragem 91 de acordo com as mudanças na concentração das partículas em pó nos hidrocarbonetos líquidos introduzidos a partir do separador 36, a taxa de fluxo de suprimento dos hidrocarbonetos líquidos, ou similares, e é possível se manter a taxa de fluxo de hidrocarbonetos líquidos passando através de cada dispositivo de filtragem 91 constante. Isto é, os hidrocarbonetos líquidos podem ser filtrados de forma estável em cada dispositivo de filtragem 91.
Além disso, apesar de o dispositivo de limpeza 100 ser fornecido em cada dispositivo de filtragem 91, por exemplo, um dispositivo de limpeza pode ser fornecido em uma pluralidade de dispositivos de filtragem 91. Nesse caso, a tubulação de suprimento de gás 102 pode ser ramificada de modo a ser conectada a cada parte de ramificação da tubulação de descarga 93. Adicionalmente, o dispositivo de filtragem 91 que supre um gás inerte pode ser selecionado pelo fornecimento da válvula 105 em cada parte de ramificação da tubulação de suprimento de gás 102 e pela abertura e fechamento seletivos das partes de ramificação da tubulação de suprimento de gás 102 por essas válvulas 105.
Adicionalmente, o fluido de limpeza que remove as partículas em pó do filtro 912 não está limitado ao gás inerte, tal como nitrogênio ou argônio. Por exemplo, o líquido de limpeza pode ser qualquer líquido que não reaja quimicamente com os hidrocarbonetos líquidos ou (partículas de catalisador) partículas em pó. Esse líquido pode ser, por exemplo, várias frações dos hidrocarbonetos líquidos que são separadas e refinadas no primeiro fracionador 40, produtos incluindo hidrocarbonetos líquidos que são hidrofraturados e hidrotratados nos reatores de hidrogenação 50, 52 e 54, hidrocarbonetos líquidos que são separados nos separadores de gás e líquido 56, 58 e 60, e produtos de combustível líquido, tal como querosene e óleo de gás, que são separados e refinados no segundo fracionador 70.
Além disso, apesar de a seção de suprimento de gás 101 ser mencionada como o dispositivo de limpeza 100 que remove as partículas em pó aderidas ao filtro 912, por exemplo, o dispositivo de limpeza pode ser um dispositivo de vibração que vibra o filtro 912 e solta as partículas em pó do filtro 912. Mesmo nesse caso, de forma similar à modalidade acima, as partículas em pó podem ser removidas do filtro 912 sem destacar o filtro 912 do frasco de filtragem 911.
Adicionalmente, apesar de cada dispositivo de filtragem 91 ser fornecido com uma pluralidade de filtros 912, o número de filtros pode ser aumentado ou reduzido de acordo com o desempenho de filtragem desejado, isto é, apenas um filtro 912 pode ser fornecido.
Além disso, a pluralidade de dispositivos de filtragem 91 não é limitada à disposição em paralelo para o separador à disposição em paralelo para o separador 36 e o primeiro fracionador 40 mas, por exemplo, pode ser disposta em série entre o separador 36 e o primeiro fracionador 40. Nesse caso, por exemplo, o diâmetro de furo do filtro 912 no dispositivo de filtragem 91 no lado do separador 36 é aumentado, ou o diâmetro de furo pode ser tornado pequeno no dispositivo de filtro 91 no lado do primeiro fracionador 40. Nessa configuração, as partículas em pó são removidas em uma pluralidade de estágios de acordo com o tamanho das partículas em pó. Portanto, a obstrução causada pelas partículas em pó raramente ocorre em cada dispositivo de filtragem 91, e é, dessa forma, possível se utilizar o filtro 912 através de um período de tempo prolongado sem limpeza e troca de filtro.
Adicionalmente, apesar de a unidade de filtragem 90 ser configurada para incluir uma pluralidade de dispositivos de filtragem 91, por exemplo, a unidade de filtragem pode incluir apenas um dispositivo de filtragem 91 quando os hidrocarbonetos líquidos não são filtrados continuamente.
Adicionalmente, na modalidade acima, o gás natural é utilizado como uma matéria prima de hidrocarboneto a ser suprido para o sistema de sintetização de combustível líquido 1. No entanto, por exemplo, outras matérias primas de hidrocarboneto, tal como asfalto e óleo residual, podem ser utilizadas.
Além disso, apesar de o sistema de sintetização de combustível líquido 1 ter sido descrito na modalidade acima, a presente invenção pode ser aplicada a um sistema de reação de síntese de hidrocarboneto que sintetiza um composto de hidrocarboneto por uma reação química de um gás de síntese incluindo pelo menos hidrogênio e monóxido de carbono como componentes principais, e uma pasta. Adicionalmente, o sistema de reação de síntese de hidrocarboneto pode ser, por exemplo, um incluindo a unidade de síntese FT 5 como um componente principal, e pode ser um incluindo basicamente o reator de coluna de bolha 30, o separador 36, e a unidade de filtragem 90 ou o dispositivo de filtragem 91.
Adicionalmente, apesar de o separador 36 ser fornecido fora do reator de coluna de bolha 30, por exemplo, o separador pode ser incluído dentro do reator de coluna de bolha 30. Isto é, no reator de coluna de bolha 30, os hidrocarbonetos líquidos incluídos na pasta podem ser separados da pasta.
Enquanto as modalidades preferidas da invenção foram descritas e ilustradas acima, deve-se compreender que as mesmas são ilustrativas da invenção e não devem ser consideradas limitadoras. Adições, omissões, substituições e outras modificações podem ser feitas sem se distanciar do espírito ou escopo da presente invenção. De acordo, a invenção não deve ser considerada como sendo limitada pela descrição acima, e é apenas limitada pelo escopo das reivindicações em anexo.
Aplicabilidade Industrial
A presente invenção refere-se a um sistema de reação de síntese que sintetiza um composto de hidrocarboneto por uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como componentes principais, e uma pasta possuindo partículas de catalisador sólidas suspensas em líquido e que extrai o composto de hidrocarboneto da pasta. Aqui, o sistema de reação de síntese inclui um reator ao qual a pasta é introduzida e que sintetiza o composto de hidrocarboneto, um separador que separa o composto de hidrocarboneto incluído na pasta dentro do reator a partir da pasta, e um dispositivo de filtragem que filtra o composto de hidrocarboneto extraído do separador, aprisionando, assim, as partículas de pó transformadas em pó a partir das partículas de catalisador.
De acordo com a presente invenção, é possível se suprimir a mistura das partículas em pó em um composto de hidrocarboneto a ser utilizado em uma seção de atualização dos produtos de combustível líquido, e é possível se impedir a deterioração dos produtos de combustível líquido.
LISTAGEM DE REFERÊNCIA
1: sistema de sintetização de combustível líquido (sistema de reação de
síntese de hidrocarboneto)
30: reator de coluna de bolhas
36: separador
91: dispositivo de filtragem
92: tubulação de suprimento
93: tubulação de descarga
95: válvula
98: calibragem de pressão diferencial
100: dispositivo de limpeza
911: recipiente de filtragem
912: filtro

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de reação de síntese para composto de hidrocarboneto, compreendendo:
    um reator (30) que sintetiza um composto de hidrocarboneto por uma reação química de um gás de síntese incluindo hidrogênio e monóxido de carbono como componentes principais, e uma pasta possuindo partículas de catalisador sólidas suspensas em líquido;
    um separador (36) que separa o composto de hidrocarboneto da pasta; e um dispositivo de filtragem (91) que filtra o composto de hidrocarboneto extraído a partir do separador (36) para aprisionar as partículas de catalisador em pó, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de filtragem (91) inclui um frasco de filtragem (911) conectado a uma tubulação de suprimento (92), e um conjunto de filtros (912) disposto dentro do frasco de filtragem (911) para filtrar o composto de hidrocarboneto, uma tubulação de descarga (93) que descarrega o composto de hidrocarboneto filtrado para fora do frasco de filtragem (911) é conectada aos filtros (912), o dispositivo de filtragem (91) inclui um dispositivo de limpeza (100) que remove as partículas de catalisador em pó aderidas aos filtros (912), o dispositivo de limpeza (100) inclui uma seção de suprimento de fluido de limpeza (101) que é conectada à tubulação de descarga (93), e supre um fluido de limpeza aos filtros (912) através da tubulação de descarga (93), e o fluido de limpeza é um gás inerte.
  2. 2. Sistema de reação de síntese para o composto de hidrocarboneto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de dispositivos de filtragem (91) é fornecida; e o separador (36) e cada um dos dispositivos de filtragem (91) são individualmente conectados pela tubulação de suprimento (92) que supre o composto de hidrocarboneto para cada dispositivo de filtragem (91) a partir do separador (36).
  3. 3. Sistema de reação de síntese para o composto de hidrocarboneto de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada parte de ramificação da tubulação de suprimento (92) é fornecida com uma válvula (95) que abre e fecha a parte de ramificação para comutar individualmente o suprimento de composto de hidrocarboneto para cada dispositivo de filtragem (91).
  4. 4. Sistema de reação de síntese para o composto de hidrocarboneto de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada parte de ramificação da tubulação de suprimento (92) é aberta e fechada pela válvula (95) de forma que um dispositivo de filtragem (91) filtre o composto de hidrocarboneto, e os outros dispositivos de filtragem (91) não filtrem o composto de hidrocarboneto.
  5. 5. Sistema de reação de síntese para o composto de hidrocarboneto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um calibrador de pressão diferencial (98) que mede a pressão diferencial entre a parte a montante e a parte a jusante do dispositivo de filtragem (91) enquanto o composto de hidrocarboneto foi filtrado pelo dispositivo de filtragem (91).
  6. 6. Sistema de reação de síntese para o composto de hidrocarboneto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos filtros (912) é um filtro de entrelaçamento metálico sinterizado obtido pela sobreposição e sinterização de uma pluralidade de entrelaçamentos metálicos; e o diâmetro dos furos formados no filtro de entrelaçamento metálico sinterizado é um diâmetro de partícula médio ou menor das partículas de catalisador em pó.
  7. 7. Sistema de reação de síntese para o composto de hidrocarboneto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos filtros (912) é um filtro de entrelaçamento metálico sinterizado obtido pela sobreposição e sinterização de uma pluralidade de entrelaçamentos metálicos; e o diâmetro dos furos formados no filtro de entrelaçamento metálico sinterizado é superior a Opme igual a ou inferior a 10 pm.
  8. 8. Método de remoção de partículas de catalisador em pó realizado depois da extração do composto de hidrocarboneto a partir de uma pasta caracterizado pelo fato de ser utilizando o sistema de reação de síntese como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, o método de remoção compreendendo:
    uma etapa de filtragem para fazer com que o composto de hidrocarboneto passe através dos filtros (912) do dispositivo de filtragem (91) em uma direção predeterminada para aprisionar as partículas de catalisador em pó; e uma etapa de limpeza para fazer com que o fluido de limpeza passe através dos filtros (912) em uma direção oposta à direção predeterminada para remover as partículas de catalisador em pó dos filtros (912).
  9. 9. Método de remoção de partículas em pó de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade dos filtros (912) é disposta em paralelo para o composto de hidrocarboneto passar através do filtro (912), e em que quando a etapa de filtragem é realizada em um filtro (912), a etapa de limpeza sendo realizada simultaneamente no outro filtro (912); e quando a etapa de filtro é realizada no outro filtro (912), a etapa de limpeza é realizada simultaneamente em um filtro (912).
  10. 10. Método de remoção de partículas de catalisador em pó de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a pressão diferencial entre a pressão do composto de hidrocarboneto antes de fluir para dentro dos filtros (912) que realiza a etapa de filtragem e a pressão do composto de hidrocarboneto que foi filtrado e descarregado a partir dos filtros (912) é medida, e quando um resultado de medição da pressão diferencial se torna um valor limite predeterminado ou maior, uma etapa a ser realizada nos filtros (912) é comutada para a etapa de limpeza a partir da etapa de filtragem.
  11. 11. Método de remoção de partículas de catalisador em pó de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o valor limite é superior a 0 kPa e igual a ou inferior a 150 kPa.
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    FIG2 90
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    FIG 3
    Descarga
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