DE69808276T2 - Ablaufvorrichtung zur verminderung von gasen und festpartikeln von aufschlammungen - Google Patents

Description

Hintergrund der Offenbarung Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Feststoffe reduzierendes Fallrohr. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fallrohr zur Herstellung von an Gas und Feststoffen reduzierter Aufschlämmung aus einer Dreiphasen-Kohlenwasserstoffsyntheseaufschlämmung, die Gasblasen und teilchenförmige Katalysatorfeststoffe umfasst, die in Kohlenwasserstoffflüssigkeit dispergiert sind.
Hintergrund der Erfindung
• Aufschlämmungs-Kohlenwasserstoffsynthese- (HCS)-Verfahren sind bekannt. In einem Aufschlämmungs-HCS-Verfahren wird ein Synthesegas (Syngas), das eine Mischung aus H&sub2; und CO umfasst, als dritte Phase durch eine Aufschlämmung in einem Reaktor geblasen, in dem die Aufschlämmungsflüssigkeit Kohlenwasserstoffprodukte der Synthesereaktion umfasst und die dispergierten, suspendierten Feststoffe einen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator vom Fischer-Tropsch-Typ umfassen. Reaktoren, die eine solche Dreiphasenaufschlämmung enthalten, werden mitunter als "Blasensäulen" bezeichnet, wie in US-A-5 348 982 offenbart ist. Unabhängig davon, ob der Aufschlämmungsreaktor als dispergiertes oder abgesetztes Bett betrieben wird, liegen die Mischbedingungen der Aufschlämmung typischerweise irgendwo zwischen den beiden theoretischen Bedingungen der Pfropfenströmung und Rückvermischung. Die Katalysatorteilchen bleiben typischerweise durch die Hebewirkung des Syngases, das durch die Aufschlämmung geblasen wird, und durch hydraulische Einrichtungen in der Flüssigkeit dispergiert und suspendiert. Mechanische Einrichtungen wie Rührwerke und Propeller und dergleichen werden nicht verwendet, weil sie rasch erodieren und auch Abrieb der Katalysatorteilchen hervorrufen. Ein oder mehrere vertikale Fallrohre zum Herauslösen des Gases können als hydraulische Einrichtung zur Unterstützung der Aufrechterhaltung einer gleichförmigeren Katalysatorverteilung verwendet werden, indem für eine vertikale Katalysatorzirkulation in der Aufschlämmung gesorgt wird, wie in US-A-5 382 748 offenbart ist. Die Katalysatorteilchen, die schwerer als die Flüssigkeit sind, neigen zu einer stärkeren Anreicherung am Boden der Aufschlämmung. Es wäre daher zum Aufrechterhalten einer gleichförmigeren vertikalen Katalysatorkonzentration vorteilhaft, eine katalysatorarme Aufschlämmung zum Boden des Reaktors zu zirkulieren. Das flüssige Aufschlämmungs-Kohlenwasserstoffprodukt der HCS-Reaktion muss außerdem von den Katalysatorteilchen abgetrennt werden. Dies wird typischerweise durch mechanische Filtration bewirkt, bei der die Aufschlämmung in ein oder mehrere poröse Filtermedien geleitet wird, die die Flüssigkeit, jedoch nicht die Katalysatorteilchen hindurchlassen. Das Kohlenwasserstoffflüssigkeitsfiltrat wird dann zur weiteren Verarbeitung und Veredelung geleitet. Die Anreicherung eines Katalysatorteilchenkuchens und das Verstopfen der Filter könnte vermindert werden, wenn vor der Filtration ein Teil der Katalysatorteilchen aus der Aufschlämmung entfernt würde. Es besteht somit ein Bedarf nach einer Einrichtung zur Reduktion der Katalysatorkonzentration in der Aufschlämmung, die in den Boden des Reaktors und in die Filtration eingespeist wird.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Reduzieren von Feststoffen und Gas in einer Dreiphasenaufschlämmung und ist in einem Kohlenwasserstoffsynthese- (HCS)-Verfahren brauchbar. Die Aufschlämmung umfasst Gasblasen und teilchenförmige Feststoffe in einer Aufschlämmungsflüssigkeit. Die Einrichtung umfasst Feststoffe- und Gasherauslösezonen und eine Aufschlämmungsrohrleitung. In dem Verfahren wird die Aufschlämmung durch die Feststoffe- und Gasherauslösezonen geleitet, um eine an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung zu bilden, die dann mittels einer Fluidleitung wie einem Fallrohr zu einem gewünschten Ort geleitet wird. Mit gas- und feststoffereduziert ist eine Aufschlämmung gemeint, deren Gehalt an sowohl Gasblasen als auch teilchenförmigen Feststoffen reduziert worden ist. Diese Erfindung ist brauchbar zum Entfernen von Gasblasen und Katalysatorteilchen aus einer HCS-Aufschlämmung, die in den unteren Bereich des Aufschlämmungskörpers eingespeist wird, um die vertikale Katalysatorverteilung zu verbessern, und zur Aufschlämmungsfiltration, um die durch die HCS- Reaktion hergestellten Aufschlämmungsflüssigkeit zu gewinnen. In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren durch Einrichtungen erreicht, die ein Feststoffe und Gas reduzierendes Aufschlämmungsfallrohr mit Feststoffe- und Gasherauslösezonen umfassen. Die Einrichtungen zum Reduzieren von Feststoffen und Gas in der Aufschlämmung, die Feststoffe- und Gasherauslösezonen umfassen, befinden sich in der Nähe des Fallrohreinlasses und tauchen in einen Aufschlämmungskörper ein. Die Feststoffherauslösezone ist in Fluidkommunikation mit dem Aufschlämmungskörper, der sie umgibt, und mit einer inneren Gasherauslösezone. Aufschlämmung aus dem Aufschlämmungskörper gelangt durch die Feststoffeherauslösezone, in der teilchenförmige Feststoffe und Gas herausgelöst werden, um eine an Feststoffen reduzierte Aufschlämmung zu bilden, die dann durch eine Gasherauslösezone geleitet wird, in der mehr Gas herausgelöst wird, um eine an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung zu bilden. Die an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung wird dann in eine Fluidüberführungsrohrleitung wie ein Fallrohr geleitet, die die Aufschlämmung zu dem gewünschten Ort befördert. Wenn der gewünschte Ort unter dem Fluidrohrleitungseinlass liegt, gelangt Aufschlämmung aus dem Aufschlämmungskörper kontinuierlich hydraulisch in und durch das Feststoffe und Gas reduzierende Fallrohr, weil die Dichte der Aufschlämmung in dem Fallrohr verglichen mit der des umgebenden Aufschlämmungskörpers höher ist. Somit wird die Aufschlämmungszirkulation durch das Fallrohr hydraulisch erreicht. Dies kann mit einem Fallrohr mit einer Feststoffe und Gas reduzierenden Einrichtung in der Nähe seines Einlasses erreicht werden, die eine externe Aufschlämmungsfeststoffeherauslösezone in Fluidkommunikation mit einer inneren Gasherauslösezone umfasst, um eine an Feststoffen und Gas verarmte Aufschlämmung zu erzeugen, die in eine Aufschlämmungsüberführungsrohrleitung oder ein Fallrohr in Fluidkommunikation mit der Gasherauslösezone eingespeist wird. Ein veranschaulichendes Beispiel für ein erfindungsgemäß brauchbares geeignetes Fallrohrmittel schließt eine hohle umschlossene Schale mit einem schrägen oberen und unteren Bereich ein, die eine innere Aufschlämmungsgasherauslösezone definiert und umschließt. Der obere Bereich enthält ein hohles Aufschlämmungseinlassrohr oder eine hohle Aufschlämmungseinlassrohrleitung zum Leiten von Aufschlämmung aus der Feststoffeherauslösezone in die innere Gasherauslösezone. Ein Gasfreisetzungsmittel wie eine hohle Rohrleitung in Fluidkommunikation mit der inneren Gasherauslösezone erstreckt sich vom Scheitelpunkt des schrägen oberen Bereichs aufwärts. Ein abwärts gerichteter konkaver oder kegelstumpfförmiger Prallkörper, der an seinem Scheitelpunkt oben offen ist, wird über dem offenen oberen Bereich der Einlassrohrleitung und dem schrägen oberen Bereich der Schale als Abdeckung angeordnet. Der Prallkörper erstreckt sich auswärts und abwärts und endet in einem äußeren Umkreis mit im Wesentlichen der gleichen Größe und Form wie der äußere Umkreis der Schale. Der untere Bereich der Schale enthält eine Öffnung, von der das Fallrohr oder die Fluidrohrleitung herabhängt. Eine ringförmige Feststoffeherauslösezone außerhalb der Schale wird durch die Abdeckung im oberen Bereich und die schräge obere Schalenwand im unteren Bereich definiert, wobei die äußere Oberfläche der Einlassrohrleitung die Innenseite der ringförmigen Zone definiert. Der äußere Umkreis der Feststoffeherauslösezone ist für den umgebenden Aufschlämmungskörper, in den sie eintaucht, entweder vollständig offen oder enthält Prallkörper (wie Jalousien), die die umgebende Aufschlämmung in die Zone gelangen lassen, während die Zone vor Störungen durch Turbulenz in dem Aufschlämmungskörper geschützt wird. In weiteren Ausführungsformen enthält das Innere der Gasherauslösezone ein oder mehrere Prallkörper, um die Freisetzung der Gasblasen durch die abwärtsfließende Aufschlämmung zu verbessern, und kann auch Turbulenz und Wirbel reduzierende Einrichtungen im Einlassrohr beziehungsweise in der Nähe der unteren Öffnung enthalten.
• Unter spezieller Berücksichtigung eines Aufschlämmungs-HCS- Verfahrens zur Bildung von Kohlenwasserstoffen, von denen mindestens ein Teil bei den Reaktionsbedingungen flüssig ist, umfasst die Erfindung die Stufen:
• (a) Kontaktieren eines Synthesegases (Syngas), das eine Mischung aus H&sub2; und CO enthält, mit einem festen teilchenförmigen Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator in einer Aufschlämmung, die den Katalysator, Kohlenwasserstoffaufschlämmungsflüssigkeit und Gasblasen enthält, unter Bedingungen, die zur Bildung von Kohlenwasserstoffen aus dem Syngas wirksam sind, wobei die Kohlenwasserstoffaufschlämmungsflüssigkeit Kohlenwasserstoffprodukte umfasst, die bei den Reaktionsbedingungen flüssig sind;
• (b) Leiten eines Teils der Aufschlämmung aus der Aufschlämmung in eine Feststoffeherauslösezone, um mindestens einen Teil der Feststoffe zu entfernen und eine an Feststoffen reduzierte Aufschlämmung zu bilden;
• (c) Leiten der an Feststoffen reduzierten Aufschlämmung in eine Gasherauslösezone, um mindestens einen Teil der Gasblasen herauszulösen und eine an Gas und Feststoffen reduzierte Aufschlämmung zu bilden; und
• (d) Leiten der an Feststoffen und Gas reduzierten Aufschlämmung in eine Fluidrohrleitung, durch die sie zu einem gewünschten Ort geleitet wird.
• Die Aufschlämmung oder der Aufschlämmungskörper, wovon ein Teil in die Feststoffe- und Gasherauslösezonen geleitet wird, kann die reaktive Aufschlämmung in dem HCS-Reaktor sein oder kann ein Aufschlämmungskörper in einer externen Auffrischungs- oder Filtrationszone sein. Die Fluidrohrleitung kann ein Fallrohr sein, das die an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung abwärts in den unteren Bereich der reaktiven HCS-Aufschlämmung in einem HCS-Reaktor leitet, um die vertikale Katalysatorverteilung in dem Reaktor zu verbessern. In einer anderen Ausführungsform leitet das Fallrohr die an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung in eine Filtrationszone, in der die wertvollen flüssigen Kohlenwasserstoffprodukte der HCS-Reaktion von den Katalysatorteilchen abgetrennt und zu weiterer Verarbeitung und Veredelung geleitet werden. Das Reduzieren des Feststoffegehalts der Aufschlämmung, die zur Filtration geleitet wird, reduziert den Aufbau von Katalysatorkuchen auf dem Filter. Während des Betriebs des Feststoffe und Gas in der Aufschlämmung reduzierenden Fallrohrs kann der HCS-Reaktor arbeiten oder abgeschaltet sein. Falls er arbeitet, stört die Anwesenheit des Fallrohrs in der reaktiven HCS-Aufschlämmung die HCS-Reaktion nicht. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verbesserung der vertikalen Katalysatorkonzentration in einem Aufschlämmungsreaktor verwendet werden, ist das vertikale Temperaturprofil in dem Reaktor gleichförmiger. Dies reduziert heiße Stellen und die damit verbundene geringere Selektivität zu den erwünschteren flüssigen Kohlenwasserstoffprodukten. Die Reduktion heißer Stellen vermindert auch Katalysatordeaktivierung. Katalysatordeaktivierung erhöht die Selektivität zu Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht aufgrund der niedrigeren CO-Konzentration, die erreicht wird, wenn die Temperatur konstant gehalten wird, oder aufgrund der höheren Temperatur, die erforderlich ist, um die Umwandlung konstant zu halten. Demzufolge trägt die Verminderung von heißen Stellen dazu bei, hohe CO-Umwandlung und Selektivität zu Produkten mit höherem Molekulargewicht aufrechtzuerhalten. Eine hohe Katalysatorkonzentration in der Nähe des unteren Bereichs des Reaktors erschwert die Ableitung der exothermen Wärme der HCS-Reaktion, da der für Wärmetauscher zur Verfügung stehende Platz sehr begrenzt ist. Dies kann dazu führen, dass der gesamte untere Abschnitt des Reaktors zu heiß läuft, oder dass der Rest des Reaktors zu kühl läuft, um Wärmekonzentration im unteren Bereich zu vermeiden. Die Erfindung reduziert dies, indem katalysatorreduzierte Aufschlämmung in den unteren Teil geleitet wird. Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung hier insbesondere in Bezug auf ihre Brauchbarkeit im Zusammenhang mit einem Aufschlämmungs-HCS-Verfahren beschrieben sind, soll die Erfindung nicht hierauf beschränkt sein. Die Erfindung kann somit mit anderen Typen von Aufschlämmungen und chemischen Prozessen einschließlich biologischer und Abwasserbehandlungsverfahren durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 illustriert schematisch ein erfindungsgemäßes, Feststoffe reduzierendes Fallrohr.
• Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Kohlenwasserstoffsynthesereaktors vom Aufschlämmungstyp, der ein erfindungsgemäßes, Feststoffe reduzierendes Fallrohr enthält.
• Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Fallrohrs der Fig. 1 und 2.
• Fig. 4 ist ein kurzgefasstes Schema eines Gasherauslöse- Fallrohrs des Standes der Technik.
Detaillierte Beschreibung
• Die Vorteile der Durchführung der Erfindung zum Erreichen einer gleichförmigeren vertikalen Katalysatorverteilung in einem HCS-Aufschlämmungsreaktor sind bereits genannt worden. Der in US-A-5 382 748 offenbarte Stand der Technik lehrt, dass HCS-Aufschlämmungsreaktoren ein oder mehrere vertikale Gasherauslöse- Fallrohre zum Minimieren von Katalysatorfehlverteilung in der reaktiven Aufschlämmung haben können, indem hydraulisch eine Aufschlämmungszirkulation von dem oberen Bereich der Aufschlämmung, in dem die Katalysatorkonzentration am geringsten ist, zu dem unteren Bereich der Aufschlämmung eingerichtet wird, in dem die Katalysatorkonzentration am höchsten ist. Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Fallrohr reduzieren diese Fallrohre des Standes der Technik jedoch nicht den Feststoffgehalt der Aufschlämmung, bevor sie in den unteren Bereich des Reaktors geleitet wird.
• Fig. 1 illustriert eine Querschnittschemaansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, Gas und Feststoffe reduzierenden Fallrohrs 10, das einen Aufschlämmungseinlass 12 in Form einer hohlen Rohrleitung umfasst, die an beiden Enden offen ist und sich oberhalb und unterhalb der oberen Wand 14 der inneren Gasherauslösezone 16 erstreckt, die durch eine vertikale zylindrische Außenwand 18, eine schräge obere Wand 14 und einen schrägen unteren Bereich 20 der Gasherauslöseschale 22 definiert wird. Eine konusförmige Abdeckung 24 mit einer Öffnung 26 an ihrem Scheitelpunkt wird über dem oberen Ende von Einlass 12 angeordnet, wobei ihr Außenrand den gleichen Durchmesser wie die Außenwand 18 hat. Raum 28 ist eine außerhalb der Gasherauslösezone 16 befindliche Feststoffe- und Gasherauslösezone und wird durch die äußere Oberfläche des Aufschlämmungseinlasses 12, die Abdeckung 24 und den schrägen oberen Bereich 14 der Gasherauslöseschale 22 definiert. Die Außenwand 18 der Gasherauslöseschale hindert aufsteigende Gasblasen, die kurz und einfach durch die kleinen Kreise angedeutet sind, in der das Fallrohr umgebenden Dreiphasenaufschlämmung daran, in die Feststoffe- und Gasherauslösezone 28 zu gelangen. Raum 28 ist somit eine Ruhezone, in die die aufsteigenden Gasblasen in der umgebenden Aufschlämmung nicht eintreten. Da nicht viele der aufsteigenden Gasblasen in diese Zone eintreten, sinken Katalysatorteilchen aus der Aufschlämmung herunter. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind in dem äußeren Umkreisabschnitt von Zone 28 viele schräge Prallkörper 29 dargestellt. In den Fig. 1 und 2 erscheinen diese der Einfachheit halber als Stäbe oder Jalousien, da es zweidimensionale Zeichnungen sind. Sie sollen in Form von hohlen konusförmigen (hohlen Stümpfen, die im unteren Bereich winklig abgetrennt sind) Prallkörpern aus Metall oder anderem geeigneten Material vorliegen, die das Eindringen von Turbulenz aus dem umgebenden Aufschlämmungskörper in Ruhezone 28 verhindern. Der Neigungswinkel ist hier der Gleiche wie bei 14 und 24. Wenn diese Prallkörper nicht vorhanden wären, würden die Katalysatorteilchen alle in den unteren Bereich von Zone 28 sinken, den schrägen oberen Bereich 14 der Schale herunterfließen und die Zone am äußeren Umkreis der Schale verlassen und zurück in die umgebende Aufschlämmung sinken. In der gezeigten Ausführungsform fallen einige der Katalysatorteilchen auf den darunter befindlichen Prallkörper 29 und danach zurück in den Aufschlämmungskörper, während sich einige herauslösen und weiter in Zone 28 fallen, sich an den Prallkörpern und näher an Rohrleitung 12 vorbeibewegen, auf 14 und dann aus Zone 28 heraussinken. Die Neigung der Prallkörper 29 und des oberen Bereichs 14 ist größer als der Reibungswinkel der herausgelösten Katalysatorteilchen, so dass sie sich weiter an den Prallkörpern und Wand 14 abwärts und zurück in die umgebende Aufschlämmung bewegen, wodurch eine an Feststoffen reduzierte Aufschlämmung in Zone 28 zurückbleibt, die durch Raum 30 über den oberen Bereich des Aufschlämmungseinlasses aufwärts, durch den Einlass abwärts und in die innere Gasherauslösezone 16 gelangt. Gleichzeitig wird auch ein Teil der Gasblasen in der Aufschlämmung in Zone 28 herausgelöst und unter Abdeckung 24 aufwärts und aus der Öffnung 26 geführt, wo sie in die Aufschlämmung oberhalb des Fallrohrs gelangt. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) können die Prallkörper seitlich beabstandete vertikale Metallstreifen umfassen, die im Kreis um den äußeren Umkreis von 28 angeordnet sind, wobei sich eine ähnliche Anordnung etwas radial einwärts befindet, in der die inneren Streifen radial unter (stromabwärts von) den Räumen in den äußeren Streifen liegen. Die kleinen Kreise unter der Abdeckung und unmittelbar oberhalb ihrer Öffnung stehen für aufsteigende Gasblasen, die sich aus der Aufschlämmung in Zone 28 herausgelöst haben. Die Aufschlämmung, die in die innere Gasherauslösezone gelangt, wird demnach sowohl an Gas- als auch an Feststoffgehalt reduziert. Eine einfache innere Prallplatte 34, die in dieser Ausführungsform konusförmig ist, unter dem unteren Bereich der Aufschlämmungseinlassrohrleitung minimiert Störung der darunter befindlichen Gasherauslöseaufschlämmung durch die abwärtsfließende Aufschlämmung, die die Rohrleitung verlässt. Es ist bevorzugt, dass die horizontale Querschnittfläche der inneren Gasherauslösezone so bemessen ist, dass sie ausreichend groß ist, um die Geschwindigkeit der abwärtsfließenden Flüssigkeit auf unter die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen zu verringern, die aus der Aufschlämmung herausgelöst werden. In der inneren Gasherauslösezone können ein oder mehrere schräge oder diagonale Prallkörper oder Prallplatten 36 verwendet werden, um Turbulenz und Mischen in Zone 16 weiter zu verringern, wodurch weiteres Herauslösen von Gas möglich wird. Es sind auch Turbulenz und Wirbel reduzierende Einrichtungen 46 beziehungsweise 48 gezeigt, die beide als einfache Gitter sich schneidender vertikaler Streifen dargestellt sind. Diese sind auch in Teilperspektive in Fig. 3 gezeigt. Turbulenzverminderungseinrichtung 46 verringert die Menge an Turbulenz, die ansonsten in die darunter befindliche ruhige Gasherauslösezone 16 eintreten könnte. Einrichtung 48 hindert Wirbelbildung am Eingang der Fallrohrleitung. Ein hohler zylindrischer Kamin 38, der an beiden Enden offen ist, erstreckt sich von dem Scheitelpunkt am oberen Rand des schrägen oberen Bereichs der Schale 14 und aus dem oberen Bereich 40 des Aufschlämmungskörpers hinaus, um die herausgelösten Gasblasen oberhalb der Aufschlämmung freizusetzen. Gewünschtenfalls kann der obere Bereich des Kamins seinen Auslass im Aufschlämmungskörper haben. In einem Aufschlämmungs-Kohlenwasserstoffsynthesereaktor umfassen die Gasblasen, die sich näher am oberen Bereich der Aufschlämmung befinden, wesentlich mehr Reaktionsprodukte als Synthesegas. Es ist daher am besten, das Gas nicht wieder in die reaktive Aufschlämmung einzubringen. Selbst wenn dies nicht für alle Reaktionen vom Aufschlämmungstyp gelten mag, ist es dennoch für den Betrieb des Gas und Feststoffe reduzierenden Fallrohrs vorteilhaft, wenn das Eindringen von Aufschlämmungsturbulenz in die Gasherauslösezone nicht zugelassen wird. Der Neigungswinkel der Prallplatten 36 und auch des schrägen unteren Bereichs 20 der inneren Gasherauslöseschale sind größer als der Ruhewinkel der Katalysatorteilchen und/oder anderer Feststoffe in der Aufschlämmung, so dass herausgelöste Teilchen sich nicht auf den Prallkörpern oder im unteren Bereich der Schale anreichern. Die gas- und feststoffereduzierte Aufschlämmung gelangt abwärts in die innere Gasherauslösezone 16, durch den Durchlass oder die Öffnung 42 und in Fallrohr 44, das vertikal von dem unteren Bereich von Schale 22 herabhängt. Es wurden Untersuchungen für ein 3 Zoll (7,62 cm) Fallrohr des Standes der Technik mit einer Gasherauslöseschale mit 2 ft (60,96 cm) Durchmesser im oberen Bereich der Schale vorgenommen. Eingetaucht in eine HCS-Aufschlämmung, die 60 Vol.% Gasblasen umfasst, hätte die durch das Fallrohr abwärts fließende Aufschlämmung eine Gasblasenkonzentration von nur 20 bis 40%, und die hydraulische Geschwindigkeit der durch das Fallrohr abwärts fließenden Aufschlämmung wäre 8 bis 16 ft/s (2,44 bis 4,88 m/s). In einem HCS-Aufschlämmungsreaktor kann die volumetrische Konzentration der Gasblasen in der Aufschlämmung im Bereich von etwa 10 bis 80% und typischer 30 bis 65% liegen. Die Katalysatorteilchen können in einer Menge von etwa 10 bis 70 Gew.-%, typischer 30 bis 60 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen 40 bis 55 Gew.-% vorhanden sein. Die Teilchengröße des Katalysators liegt im Bereich von etwa 1 bis 200 um, typischerweise 5 bis 150 um und in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis 80 um. Das Fallrohr lenkt die an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung in einen anderen Abschnitt der umgebenden Reaktoraufschlämmung, wie in den unteren Bereich, in dem die Katalysatorkonzentration am größten ist, um Katalysatorfehlverteilung in der Aufschlämmung zu verringern und hydraulisch eine vertikale Zirkulation in der Aufschlämmung einzurichten. Alternativ kann das Fallrohr die an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung in eine Filtrationszone lenken, in der die Aufschlämmungsflüssigkeit von den anderen Aufschlämmungskomponenten durch Filtration getrennt und zur weiteren Verarbeitung geleitet wird. Es ist erwünscht, dass die Aufschlämmung filtriert wird, um die Flüssigkeit von den Feststoffen und Gasblasen zu entfernen, damit diese so wenig dieser anderen Komponenten wie möglich enthält, um Verstopfen des Filters mit den Feststoffen und Leiten von Gas mit der Flüssigkeit durch den Filter zu vermeiden, um den größtmöglichen Flüssigkeitsdurchsatz durch den Filter zu erreichen.
• Fig. 2 ist ein Schema, das kurzgefasst einen Kohlenwasserstoffsynthesereaktor vom Aufschlämmungstyp illustriert, der ein erfindungsgemäßes, Feststoffe und Gas reduzierendes Fallrohr enthält. Obwohl ein oder mehrere verwendet werden, ist der Bequemlichkeit halber nur eins gezeigt. In Fig. 2 umfasst Reaktor 50 einen äußeren Mantel 52, der eine reaktive Dreiphasen-HCS- Aufschlämmung 58 enthält. Ein Synthesegas wird über Gasleitung 54 in den unteren Bereich des Reaktors injiziert, während Produktgas als Kopfprodukt über Leitung 56 entfernt wird. Das Syntheseeinsatzmaterialgas wird durch die Aufschlämmung durch geeignete Gasverteilungseinrichtungen injiziert, die über die Fläche eines ansonsten gas- und flüssigkeitsundurchlässigen Bodens 62 verteilt angeordnet sind. Filtrationseinrichtungen wie ein oder mehrere Flüssigkeitsfilter in der reaktiven Aufschlämmung 14 oder in einem oder mehreren Filtrationsgefäßen außerhalb des Reaktors sind nicht dargestellt. Diese Filtrationseinrichtungen trennen die Kohlenwasserstoffaufschlämmungsflüssigkeit von den Katalysatorteilchen als Filtrat, und leiten das Filtrat zur weiteren Verarbeitung und Veredelung. Es können auch Magneteinrichtungen verwendet werden, um die Katalysatorteilchen von dem Kohlenwasserstoffflüssigkeitsprodukt abzutrennen, falls die Katalysatorteilchen magnetisch oder paramagnetisch sind, wie im Stand der Technik offenbart wird. Ein erfindungsgemäßes Feststoffe und Gas reduzierendes Fallrohr 10 ist in die Aufschlämmung 58 eingetaucht dargestellt, mit Ausnahme des Gas freisetzenden oberen Abschnitts des Gaskamins 38, der sich durch den oberen Bereich der Aufschlämmung aufwärts und in den Gasherauslöse- und -sammelraum 65 im oberen Bereich des Reaktors erstreckt. Ein konusförmiger Prallkörper 64 unter dem unteren Bereich des Fallrohrs hindert aufsteigende Synthesegasblasen, die als kleine Kreise dargestellt sind, am Eintreten in das Fallrohr und dem Beeinträchtigen von dessen Effektivität. Das Fallrohr pumpt hydraulisch eine an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung abwärts in den unteren Bereich des Reaktors, um die vertikale Katalysatorverteilung zu verbessern. Fig. 3 ist eine Teilperspektive eines Teils des erfindungsgemäßen Fallrohrs, das in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, in denen Prallplatten 29 und 36 als Schatten angedeutet sind und Turbulenz- und Wirbelverringerungsmittel 46 und 48 teilweise perspektivisch gezeigt sind. Die Aufwärtsneigung der oberen Wand 14 gewährleistet, dass in der Gasherauslösezone herausgelöstes Gas aufwärts und in den Kamin steigt, der sich an ihrem Scheitelpunkt befindet, und aus der inneren Gasherauslösezone entfernt wird.
• Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Feststoffe reduzierenden Fallrohr illustriert Fig. 4 schematisch ein Fallrohr des Standes der Technik des Typs, der in US-A-5 382 748 offenbart und beansprucht ist. Fallrohr 70 umfasst somit eine nach oben offene Gasherauslöse- und Festoffanreicherungsschale 72 mit einem schrägen unteren Bereich 76, der in einem sich abwärts erstreckenden, hohlen Fallrohr 74 endet. Die zylindrische Seitenwand 78 und der untere Bereich 76 der Schale definieren eine darin befindliche Gasherauslösezone 80. Die untere Wand und die Seitenwand hindern aufsteigende Gasblasen am Eintreten in und Kontaktieren der Aufschlämmung in Zone 80 in dem inneren Hohlraum der offenen Schale. Dies erzeugt eine Ruhezone, in der Gasblasen von der Aufschlämmung freigesetzt und nicht ersetzt werden, und wobei gleichzeitig schwebende Feststoffe in den unteren Bereich der Schale sinken, da es keine aufsteigenden Gasblasen gibt, um die Feststoffe in Suspension zu halten. Die Feststoffe sind dichter als die Aufschlämmungsflüssigkeit. Der horizontale Innenquerschnitt des Fallrohrs ist kleiner als der der Schale. Es hat sich vor kurzem herausgestellt, dass dieser Fallrohrtyp die Feststoffkonzentration (Katalysatorkonzentration) in der Aufschlämmung, die das Fallrohr herunterfließt, erhöhen kann, so dass sie über derjenigen in der umgebenden Reaktoraufschlämmung liegt, aus der sie entnommen wurde.
• Außer bei der Ausführungsform, in der ein Gasfreisetzungskamin und Fallrohr zum Leiten der an Feststoffen reduzierten Aufschlämmung aus der Aufschlämmung herausführen, taucht das Fallrohr vollständig in den Hauptaufschlämmungskörper ein, unabhängig davon, ob es die reaktive Aufschlämmung in dem Reaktor oder ein Aufschlämmungskörper in einem anderen Gefäß ist. In der Ausführungsform, in der das Fallrohr in die reaktive Aufschlämmung in einem HCS-Reaktor eintaucht, um die Katalysatorfehlverteilung zu verringern, befindet sich der untere Bereich der Aufschlämmungsauslassrohrleitung oder des Fallrohrs nahe dem unteren Bereich der Auf Schlämmung, jedoch in einem ausreichenden Abstand oberhalb des unteren Bereichs, um Akkumulierung von aus dem Fallrohr austretenden und durch den Prallkörper verteilten Katalysatorteilchen auf dem Bodens im unteren Bereich der Reaktionszone zu verhindern. Die Aufschlämmung verlässt das Fallrohr vorzugsweise nahe einem Punkt über einem Gasverteiler im unteren Teil des Bodens, so dass die sinkenden Katalysatorteilchen sofort in Kontakt mit steigenden Syngasblasen kommen, um sie zu heben und den Stoffübergang zwischen dem Gas und dem Katalysator zu verbessern.
• In einem HCS-Verfahren werden flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffprodukte gebildet, indem ein Syngas, das eine Mischung aus H&sub2; und CO umfasst, mit einem geeigneten HCS-Katalysator vom Fischer-Tropsch-Typ unter gleichgewichtsverlagernden oder nichts gleichgewichtsverlagernden und vorzugsweise nicht gleichgewichtsverlagernden Bedingungen in Kontakt gebracht wird, unter denen wenig oder keine Wassergasverschiebungsreaktion stattfindet, insbesondere wenn das katalytische Metall Co, Ru oder eine Mischung derselben umfasst. Geeignete Katalysatortypen für die Fischer-Tropsch-Reaktion umfassen beispielsweise ein oder mehrere katalytische Metalle der Gruppe VIII wie Fe, Ni, Co, Ru und Re. In einer Ausführungsform umfasst der Katalysator katalytisch effektive Mengen von Co und einem oder mehreren von Re, Ru, Fe, Ni, Th, Zr, Hf, U, Mg und La auf geeignetem anorganischem Trägermaterial, vorzugsweise einem, das ein oder mehrere hitzebeständige Metalloxide umfasst. Bevorzugte Träger für Co enthaltende Katalysatoren umfassen Titandioxid, insbesondere wenn ein Aufschlämmungs-HCS-Verfahren verwendet wird, in dem hauptsächlich paraffinische flüssige Kohlenwasserstoffprodukte mit höherem Molekulargewicht erwünscht sind. Brauchbare Katalysatoren und ihre Herstellung sind bekannt, und veranschaulichende, jedoch nicht einschränkende Beispiele finden sich beispielsweise in US-A-4 568 663, US-A-4 663 305, US-A-4 542 122, US-A- 4 621 072 und US-A-5 545 674.
• Die nach einem erfindungsgemäßen HCS-Verfahren hergestellten Kohlenwasserstoffe werden typischerweise zu wertvolleren Produkten veredelt, indem alle oder ein Teil der C&sub5;&sbplus;-Kohlenwasserstoffe Fraktionierung und/oder Umwandlung unterworfen werden. Mit Umwandlung ist ein oder mehrere Verfahrensschritte gemeint, in dem bzw. denen die Molekülstruktur von mindestens einem Teil des Kohlenwasserstoffs verändert wird, und sie schließen sowohl nicht-katalytische Verfahren (z. B. Dampfcracken) als auch katalytische Verfahren (z. B. katalytisches Cracken) ein, bei dem eine Fraktion mit einem geeigneten Katalysator in Kontakt gebracht wird. Wenn Wasserstoff als Reaktant vorhanden ist, werden solche Verfahrensschritte typischerweise als Hydroumwandlung bezeichnet und schließen beispielsweise Hydroisomerisierung, Hydrocracken, Hydroentparaffinieren, Hydroraffinieren und das schärfere Hydroraffinieren ein, das als Wasserstoffbehandlung (Hydrotreating) bezeichnet wird, wobei alle bei Bedingungen durchgeführt werden, die in der Literatur zur Hydroumwandlung von Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien einschließlich paraffinreichen Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien wohl bekannt sind. Erläuternde, jedoch nicht einschränkende Beispiele für wertvollere Produkte, die durch Umwandlung gebildet werden, schließen ein oder mehrere aus synthetischem Rohöl, flüssigem Brennstoff (Kraftstoff), Olefinen, Lösungsmitteln, Schmier-, Industrie- oder medizinischem Öl, wachsartigen Kohlenwasserstoffen, Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden Verbindungen und dergleichen ein. Flüssiger Brennstoff schließt ein oder mehrere von Motorbenzin, Dieselkraftstoff, Düsenkraftstoff und Kerosin ein, während Schmieröl beispielsweise Automobil-, Düsen-, Turbinen- und Metallbearbeitungsöle einschließt. Industrieöl schließt Bohrlochflüssigkeiten, Landwirtschaftsöle, Wärmeübertragungsflüssigkeiten und dergleichen ein.
• Es sei darauf hingewiesen, dass zahlreiche andere Ausführungsformen und Modifikationen in der Durchführung der Erfindung Fachleuten offensichtlich sind und von diesen leicht vorgenommen werden können, ohne von dem oben beschrieben Bereich der Erfindung abzuweichen. Es ist daher nicht beabsichtigt, den Bereich der hier angefügten Ansprüche auf die oben gegebene genaue Beschreibung zu begrenzen, sondern stattdessen sollten die Ansprüche als alle Merkmale patentierbarer Neuheit einschließend angesehen werden, die die vorliegende Erfindung enthält, einschließlich aller Merkmale und Ausführungsformen, die der Fachmann, an den sich die Erfindung richtet, als deren Äquivalente ansehen würde.

Claims (10)

1. Gefäß (50), das zur Aufnahme einer Dreiphasenaufschlämmung (58) geeignet ist, die Gasblasen und teilchenförmige Feststoffe in Aufschlämmungsflüssigkeit enthält, wobei das Gefäß Einrichtungen zum Entfernen von Feststoffen und Gas aus der Aufschlämmung enthält, wobei die Entfernungseinrichtungen (i) Aufschlämmungsfeststoffe- und Gasherauslösezonen (28) und eine Aufschlämmungsgasherauslösezone (16) in Fluidkommunikation und (ii) eine von der Gasherauslösezone (16) herabhängende Fluidrohrleitung (44) aufweisen, wobei die Gasherauslösezone ein geschlossenes Gefäß mit einem Aufschlämmungseinlass (12), einem Gasauslass (38), einem darin befindlichen Gasherauslösehohlraum (16) und einem Fluidauslass (42) umfasst, von dem die Rohrleitung (44) herabhängt, wobei die Feststoffe- und Gasherauslösezone (28) außerhalb und stromaufwärts von der Gasherauslösezone (16) liegt, an einem Ende zur Aufnahme der Aufschlämmung offen ist, Einrichtungen zum Entfernen von herausgelösten Feststoffen und herausgelöstem Gas aufweist und sich in Kontakt mit dem Aufschlämmungseinlass (12) befindet.

2. Gefäß nach Anspruch 1, bei dem in beiden Zonen zur Verringerung von Turbulenz und zur Unterstützung des Gasherauslösevorgangs Prallkörper (29, 36) vorhanden sind.

3. Gefäß nach Anspruch 2, bei dem die Entfernungseinrichtungen Turbulenz- und Wirbelverringerungseinrichtungen (46, 48) in der Nähe des Aufschlämmungseinlasses (30) beziehungsweise des Gasherauslösezonenauslasses (42) einschließen.

4. Gefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Feststoffe- und Gasherauslösezonen (28) in der Nähe des oberen Bereichs der Rohrleitung (12) befinden und die Rohrleitung ein Fallrohr umfasst.

5. Aufschlämmungskohlenwasserstoffsyntheseverfahren zur Bildung von Kohlenwasserstoffen, umfassend:

(a) Kontaktieren eines Synthesegases, das eine Mischung aus H&sub2; und CO enthält, mit einem festen teilchenförmigen Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator in einem Aufschlämmungskörper (58), der den Katalysator, Kohlenwasserstoffaufschlämmungsflüssigkeit und Gasblasen enthält, unter Reaktionsbedingungen, die zur Bildung der Kohlenwasserstoffe aus dem Synthesegas wirksam sind, von denen mindestens ein Teil bei den Reaktionsbedingungen flüssig ist;

(b) Leiten eines Teils der Aufschlämmung aus dem Aufschlämmungskörper durch eine Feststoffe- und Gasherauslösezone (28), um mindestens einen Teil des teilchenförmigen Katalysators und der Gasblasen zu entfernen, um eine an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung zu bilden;

(c) Leiten der an Feststoffen und Gas reduzierten Aufschlämmung durch eine Gasherauslösezone (16), um weitere Gasblasen herauszulösen und eine zweite an Gas und Feststoffen reduzierte Aufschlämmung zu bilden; und

(d) Leiten der zweiten an Feststoffen und Gas reduzierten Aufschlämmung in eine Fluidrohrleitung (44), durch die sie zu einem gewünschten Ort geleitet wird, wobei sich beide der Zonen in Fluidkommunikation befinden, wobei die Feststoffe- und Gasherauslösezone stromaufwärts von der Gasherauslösezone liegt, wobei die Gas- und Feststoffeherauslösezone (28) einen äußeren Umkreis aufweist, der nicht von dem Aufschlämmungskörper getrennt ist und sich in direktem Kontakt mit diesem befindet, wobei die Fluidrohrleitung (44) von der Gasherauslösezone (16) herabhängt und wobei sich die Gasherauslösezone innerhalb einer Einfassung und nicht in direktem Kontakt mit dem Aufschlämmungskörper befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die an Feststoffen und Gas reduzierte Aufschlämmung in den unteren Teil des Aufschlämmungskörpers geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem die Zonen und die Rohrleitung in den Aufschlämmungskörper eingetaucht sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Katalysator mindestens ein trägergestütztes Metall der Gruppe VIII enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem mindestens ein Teil der an Feststoffen und Gas reduzierten Aufschlämmung zu einer Filtrationszone geleitet wird, in der die Flüssigkeit von den Feststoffen getrennt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem mindestens ein Teil der synthetisierten Kohlenwasserstoffe durch ein oder mehrere Umwandlungsverfahren zu mindestens einem wertvolleren Produkt veredelt wird.