Номер патента: 19964

Опубликовано: 30.07.2014

Авторы: Боуэ Майкл Джозеф, Ли-Таффнелл Клайв Дерек

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Реакторный модуль (50) для синтеза Фишера-Тропша, содержащий, по существу, прямоугольный реакторный блок (10, 110), включающий в себя пакет пластин (12), образующий множество первых и вторых проточных каналов (15, 17, 117), расположенных поочередно в блоке (10, 110) для пропускания первой и второй текучих сред соответственно, первая текучая среда является газовой смесью, которая подвергается синтезу Фишера-Тропша, а вторая текучая среда является охлаждающей текучей средой; причем первые проточные каналы (17, 117) расположены в вертикальном направлении между верхней и нижней поверхностями реакторного блока (10, 110), и причем вторые проточные каналы (15) расположены параллельно к указанным первым проточным каналам (17, 117) в вертикальном направлении и соединены через горизонтально проходящие распределительные камеры (26) с впускными и выпускными отверстиями (28, 30) на одной или более боковых поверхностях реакторного блока (10, 110); вторые проточные каналы (15) образованы между последовательными плоскими пластинами (12), которые разнесены в пространстве стыковыми планками (16) и изогнутыми листами (14), и причем каждый первый проточный канал (17, 117) содержит заменяемую газопроницаемую каталитическую структуру (20, 120), включающую металлическую подложку.

2. Реакторный модуль по п.1, в котором первые проточные каналы (17, 117) выполнены с возможностью пропускания газовой смеси в нижнем направлении.

3. Реакторный модуль по п.1 или 2, в котором каждый из первых проточных каналов (17, 117) имеет ширину не более чем 200 мм, предпочтительно не более чем 100 мм, измеренную в плоскости, параллельной пластине (12).

4. Реакторный модуль по любому из предыдущих пунктов, в котором первые проточные каналы образованы пластинами (12) и разнесенными опорами (18).

5. Реакторный модуль по любому из пп.1-3, в котором первые проточные каналы (117) образованы плоскими пластинами (12) и рифлеными пластинами (119).

6. Реакторный модуль по п.5, в котором рифленые пластины (119) образуют зубцы.

7. Установка для переработки природного газа для получения длинноцепочечных углеводородов, содержащая множество реакторных модулей (50) Фишера-Тропша по пп.1-6, в которой каналы, подающие потоки синтез-газа к каждому из модулей, являются параллельными так, что изменения расхода природного газа могут быть учтены за счет изменения числа реакторных модулей (50), которые находятся в использовании.

8. Установка по п.7, в которой каждый реакторный модуль (50) соединен через отсечные клапаны (59) с источником (58) подачи останавливающего газа.

9. Установка по п.6 или 7, в которой множество реакторных модулей Фишера-Тропша (50) являются, по существу, равноценными по производительности, номинальной продуктовой конверсии и во внешнем соединении, так чтобы быть равнозначными и легко взаимозаменяемыми.

10. Установка по любому одному из пп.7-9, дополнительно содержащая средство управления температурой хладагента (44), которое включает средства управления по меньшей мере одного из: температуры хладагента, подаваемого в реакторный модуль (50), и расхода хладагента, подаваемого в реакторный модуль (50).

11. Способ осуществления синтеза Фишера-Тропша, использующий установку для переработки природного газа по пп.7-10 для получения длинноцепочечных углеводородов, в котором расходом хладагента управляют так, что увеличение температуры хладагента, проходящего через реакторный модуль, составляет не более чем 10°С.

12. Способ по п.11, в котором реакционные продукты, выходящие из реакторных модулей (50) Фишера-Тропша, направляют через теплообменник (46) для теплообмена с хладагентом при начальной температуре в диапазоне 20-90°С, предпочтительно 50-80°С.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

Изобретение относится к реакторному модулю для синтеза Фишера-Тропша, который, в общем, состоит из прямоугольного реакторного блока (10), содержащего пакет пластин (12),определяющих проточные каналы (15) для хладагента и проточные каналы (17, 117) для реакции синтеза, организованные поочередно в блок. Проточные каналы синтеза (17, 117) расположены, как правило, в вертикальном направлении между верхней и нижней внешними поверхностями реакторного блока (10) и определены пластинами (12) в комбинации либо с перегородками (18), либо с пластинами (119) так, что каждый канал имеет ширину не более чем 200 мм. Проточные каналы хладагента (15) ориентируют в том же направлении и приводят в сообщение посредством распределительных камер (26) с впускными и выпускными каналами на боковых сторонах реакторного блока. Установка может содержать множество таких реакторных модулей, работающих параллельно, модулей, являющихся равнозначными и взаимозаменяемыми. Усиливается управление температуры, позволяющее потоку хладагента являться параллельным потоку синтез-газа. Настоящее изобретение относится к каталитическому реактору, пригодному для использования в химическом процессе конверсии природного газа в длинноцепочечные углеводороды, в частности для осуществления синтеза Фишера-Тропша, и к установке, включающей такой каталитический реактор, для осуществления способа. Способ описывают в WO 01/51194 и WO 03/048034 (Accentus plc), в котором метан подвергают реакции с водяным паром, чтобы произвести монооксид углерода и водород в первом каталитическом реакторе; полученную газовую смесь далее используют для осуществления синтеза Фишера-Тропша во втором каталитическом реакторе. Итоговым результатом является конверсия метана в углеводороды большей молекулярной массы, которые обычно являются жидкими при условиях окружающей среды. Две стадии способа, водяной пар/метан риформинг и синтез Фишера-Тропша, требуют различных катализаторов, и теплота является передаваемой к или от реакционных газов соответственно, так как реакции являются, соответственно, эндотермической и экзотермической. Реакторы для двух различных стадий должны соответствовать до некоторой степени различным требованиям: синтез Фишера-Тропша обычно осуществляют при более высоком давлении, но более низкой температуре, чем водяной пар/метан риформинг; и в теплопередающих каналах реактора синтеза Фишера-Тропша требуется только охлаждающая текучая среда, при этом тепло, требуемое для водяного пар/метан риформинга, обычно может быть обеспечено каталитическим горением, и поэтому может требоваться соответствующий катализатор. В каждом случае реактор предпочтительно выполняют в виде пакета пластин (стопа пластин) с проточными каналами, определяемыми между пластинами, проточные каналы для различных текучих сред чередуются в пакете. В тех каналах, которые требуют катализатора, подложка находится предпочтительно в форме волнистой (гофрированной) металлической подложки, несущей катализатор с керамическим покрытием, и такие волнистые структуры могут быть удаляемыми из каналов, когда катализатор является отработанным. Однако там, где имеется большая разница давлений между двумя текучими средами,будет иметься тенденция, приводящая к изгибу пластин так, что синтез-газ может обтекать каталитическую структуру, и теплопередача между каталитической структурой и пластинами является затрудненной, и может быть затруднительным удалять или заменять каталитическую структуру; кроме того, если пластины являются достаточно жесткими, чтобы противостоять разнице давлений, то пластины должны быть более тонкими и/или каналы более узкими и общий несущий катализатор объема канала, как часть общего объема реактора, будет иметь тенденцию быть малым. Согласно настоящему изобретению обеспечивают реактор для синтеза Фишера-Тропша, содержащий, в общем, прямоугольный реакторный блок, включающий в себя пакет пластин, образующих множество первых и вторых проточных каналов, расположенных поочередно в блоке для пропускания первой и второй текучих сред соответственно, первой текучей средой является газовая смесь, которая подвергается синтезу Фишера-Тропша и давление которой выше давления окружающей среды, а вторая текучая среда является охлаждающей текучей средой; причем первые проточные каналы проходят в основном в вертикальном направлении между верхней и нижней внешними поверхностями реакторного блока; причем вторые проточные каналы проходят в направлениях, в основном параллельных к тем первым поточным каналам, и сообщаются через распределительные камеры с впускными и выпускными отверстиями на одной или более боковых поверхностях реакторного блока, и причем каждый первый проточный канал содержит заменяемую газопроницаемую каталитическую структуру, включающую металлическую подложку. Предпочтительно каждый первый проточный канал имеет ширину не более чем 200 мм, измеренную в плоскости, параллельной пластине; более предпочтительно ширина равна не более чем 100 мм. Предпочтительно первые проточные каналы образованы пластинами и разнесенными в пространстве опорами. Разнесенные в пространстве опоры могут быть в форме, например, опорных стоек, ребер или плоскостей между канавками, высеченными в пластине, или ребрами, образованными рифлеными или зубчатыми пластинами. Реакцию Фишера-Тропша обычно осуществляют при температуре от приблизительно 200 до 250 С,поэтому для реакторного модуля может выбираться широкий диапазон материалов. Например, реакторный модуль может изготавливаться из алюминиевого сплава, нержавеющей стали, сплавами с высоким содержанием никеля или другими сплавами стали. Предпочтительно металлическая подложка для каталитической структуры является стальным сплавом, который образует прочно держащееся поверхностное покрытие оксида алюминия, когда разогрета,например, несущая алюминий ферритная сталь, такая как железо с 15% хрома, 4% алюминия и 0,3% иттрия (например, Fecralloy (TM. Когда данный металл нагревают в газе, содержащем кислород (например, воздухе), он образует прочно держащееся поверхностное покрытие оксида алюминия, которое предохраняет сплав от дальнейшего окисления и против коррозии. Когда покрыто с керамическим покрытием оксида алюминия для обеспечения каталитической подложки, оно проявляет себя для связывания к оксидному покрытию на поверхности. Подложка может быть проволочной сеткой или войлочным листом, но предпочтительно подложкой является тонкая металлическая фольга, например, толщиной менее чем 100 мкм, и подложка может быть рифленой или гофрированной и может быть штампованной и перфорированной. Такая каталитическая структура, включающая каталитический материал, может быть по-1 019964 мещена в каждый из первых проточных каналов. Металлическая подложка каталитической структуры обеспечивает механическую прочность и улучшает теплопередачу и каталитическую площадь поверхности. Каталитические структуры являются удаляемыми из каналов в модуле, поэтому они могут быть заменены, если катализатор становится отработанным. Первые проточные каналы, и соответственно также каталитические структуры, предпочтительно имеют ширину в плоскости, параллельной пластине, между 4 и 100 мм и предпочтительно проходят по меньшей мере на 8 мм в одном направлении (измерении),поперечном направлению потока. Для хорошей теплопередачи первые проточные каналы являются предпочтительно не более чем 15 мм глубиной и более предпочтительно не более чем 10 мм глубиной в направлении, перпендикулярном пластине. Пакет пластин, образующих реакторный блок, скрепляют вместе, например, диффузионной сваркой, пайкой или горячим изостатическим прессованием. Предпочтительно газовую смесь подают так, чтобы перемещалась в нижнем направлении через первые проточные каналы. В предпочтительном осуществлении газовую смесь подают через средства подачи, такие как коллектор (распределитель), ко всей боковой поверхности реакторного блока, и первые проточные каналы открыты (внутри подающих средств) вдоль верхней боковой поверхности реакторного блока. Это гарантирует, что удаление и замена каталитических вставок не являются сложными, как только средства подачи были убраны от реакторного блока. Более того, коллекторы предпочтительно обеспечивают на нижней боковой поверхности реакторного блока для вытекания текучих сред, которые подверглись синтезу Фишера-Тропша, и коллекторы предпочтительно обеспечивают для хладагента,находящегося в соединении с впускными и выпускными каналами на одной или более боковых сторонах реакторного блока. Также является желаемым, что поток газа должен быть, по существу, равномерным через все первые проточные каналы, поэтому объемная скорость является одинаковой в каждом канале Фишера-Тропша. Организация хладагента для протекания в направлении, в общем, параллельном потоку в первых проточных каналах, делает более легким минимизирование изменения температуры внутри хладагента между противоположными сторонами реакторного блока. Поток хладагента может быть прямоточным или противоточным относительно потока в первых проточных каналах. Каналы хладагента (т.е. вторые проточные каналы) образованы между соседними пластинами в пакете, и пластины могут быть разнесены в пространстве рифлеными листами для образования параллельных проточных каналов. Рифленые листы могут, например, иметь волнистость, которая является зигзагообразной, изогнутой или зубчатой. Предпочтительно рифленые листы не проходят к концу пластин, и пространство между концевыми участками пластин образует распределительные камеры. Таким образом, хладагент входит в распределительную камеру, протекая, как правило, в горизонтальном направлении, затем протекает вертикально вниз по проточным каналам и затем возвращается, в общем, к горизонтальному поточному направлению для выхода из распределительной камеры с другого конца. Внутри этих распределительных камер могут находиться средства, такие как разделительные перегородки или ребра, для улучшения равномерности распределения хладагента, как направленного из горизонтальной плоскости к вертикальной плоскости и назад к горизонтальной плоскости. Как указано выше, такой реактор Фишера-Тропша может образовывать часть установки для получения длинноцепочечных углеводородов, установки, включающей средства для образования синтез-газа,и средства для осуществления синтеза Фишера-Тропша на синтез-газе для образования длинноцепочечных углеводородов. Синтез-газ может быть получен из природного газа. Данный процесс может осуществляться в нефтедобывающих объектах, связанных с одной или более нефтяной скважиной, например,для обработки попутного газа. Однако расход попутного газа может, ожидаемо, значительно изменяться в течение срока эксплуатации нефтедобывающего объекта, и, таким образом, желательно иметь возможность учитывать изменения или колебания в расходе попутного газа. Этого можно достичь применением установки, которая включает множество реакторов Фишера-Тропша, как описано выше, через которые потоки синтез-газа являются параллельными, так что изменения в расходе газа могут быть учтены изменением числа реакторов, которые находятся в использовании. В результате реакционные условия, такие как объемная скорость в средствах осуществления синтеза Фишера-Тропша, могут проводиться в сравнительно узком диапазоне, несмотря на большие изменения в расходе попутного газа. Предпочтительно множество реакторов Фишера-Тропша являются, по существу, равноценными по производительности,номинальной продуктовой конверсии и в их внешних соединениях так, чтобы являться равнозначными и легко взаимозаменяемыми. Более того, они предпочтительно являются идентичными реакторами. Данная равнозначность означает, что, если один реактор должен быть обслужен либо на периодическую аттестацию, либо устранение повреждений, реактор может легко быть удален и заменен. Предпочтительно последующее обслуживание может выполняться в другом месторасположении так, что не имеется потребности в обеспечении обслуживающих катализатор средств в нефтедобывающем объекте. В частности, в данном контексте является желательным, чтобы каждый реактор Фишера-Тропша должен быть легко выводимым из использования и легко отсоединяемым от установки и равно легко заменяться и возвращаться в использование. Предпочтительно реакционные продукты, выходящие из реакторных модулей Фишера-Тропша, направляют через теплообменник для теплообмена с хладагентом при начальной температуре в диапазоне 20-90 С, предпочтительно 50-80 С. Изобретение сейчас и далее будет описано более конкретно путем примера и со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых покаазано: фиг. 1 а - вид в разрезе части реакторного блока, подходящего для синтеза Фишера-Тропша; фиг. 1b - вид в разрезе части альтернативного реакторного блока, подходящего для синтеза Фишера-Тропша; фиг. 2 - вид в разрезе реакторного модуля, включающего реакторный блок, показанный на фиг. 1 а; фиг. 3 - блок-схема части технологической установки, включающей реакторные модули ФишераТропша согласно изобретению. Изобретение имеет отношение к химическому процессу для конверсии природного газа (преимущественно метана) в длинноцепочечные углеводороды. Первой стадией данного процесса является получение синтез-газа и предпочтительно включает паровой риформинг, который обозначает реакция: Данная реакция является эндотермической и может быть катализирована родиевым или платина/родиевым катализатором в первом газовом проточном канале. Тепло, требуемое для вызывания данной реакции, может обеспечиваться сжиганием топливного газа, такого как метан, или другого короткоцепочечного углеводорода (например, этана, пропана, бутана), монооксида углерода, водорода или смеси таких газов, которое является экзотермическим и может катализироваться палладий/платиновым катализатором в смежном втором газовом проточном канале. Альтернативно, синтез-газ может быть получен процессом частичного окисления или автотермическим процессом, которые являются хорошо известными процессами; они производят синтез-газ слегка различных составов. Синтез-газовую смесь затем используют для выполнения синтеза Фишера-Тропша для образования длинноцепочечных углеводородов, который обозначен: которая является экзотермической реакцией, происходящей при повышенной температуре, обычно между 190 и 280 С, и повышенном давлении между 1,8 и 2,8 МПа (абсолютные значения) в присутствии катализатора, такого как железо, кобальт или плавленая магнитная руда. Предпочтительный катализатор для синтеза Фишера-Тропша содержит покрытие гамма-алюминия конкретной площади поверхности 140-230 м 2/г приблизительно с 10-40 мас.% кобальта (по сравнению с оксидом алюминия) и с промотором, таким как рутений, платина или гадолиний, который составляет менее чем 10 мас.% кобальта, и основный промотор, такой как оксид лантана. Предпочтительные реакционные условия находятся при температуре между 215 и 235 С и давлении в диапазоне от 2,1 до 2,7 МПа, например 2,6 МПа. Ссылаясь теперь на фиг. 1 а, где показан реакторный блок 10, подходящий для использования в реакторном модуле 50 синтеза Фишера-Тропша (см. фиг. 2), реакторный блок 10 показан в сечении и только частично. Реакторный блок 10 состоит из пакета стопы плоских пластин 12 толщиной 1 мм, разделенных в пространстве так, чтобы образовывать каналы 15 для охлаждающей текучей среды, чередующиеся с каналами 17 для синтеза Фишера-Тропша. Охлаждающие каналы 15 образованы между листами 14 толщиной 0,75 мм, сформированные в плосковершинные пилообразные рифления (ребра). Высота рифлений (обычно в диапазоне 1-4 мм) равна 2 мм в данном примере, и соответственно утолщенные сплошные стыковые планки 16 обеспечивают вдоль сторон, и длина волны рифлений равна 12 мм (расположение описывается более подробно ниже). Каналы 17 для синтеза Фишера-Тропша имеют высоту 5 мм(обычно в пределах диапазона 2-10 мм), образованные брусами (вертикальными стойками) 18 квадратного или прямоугольного поперечного сечения, 5 мм в высоту, разделенными в пространстве на 80 мм(разделительное пространство обычно находится в диапазоне 20-100 мм) и поэтому образованными прямо через каналы. Внутри каждого из каналов 17 для синтеза Фишера-Тропша находится волнистая фольга 20 толщиной 50 мкм (обычно толщиной в диапазоне 20-150 мкм) с керамическим покрытием, действующим как подложка для каталитического материала (показаны только две такие фольги 20). Реакторный блок 10 может быть получен вертикальной укладкой компонентов, которая образует каналы 15 и 17,и затем скреплением их вместе, например, пайкой или диффузионной сваркой. Реакторный блок 10 далее поворачивают на 90 так, что каналы 15 и 17 являются вертикальными и размещают в каналах 17 несущую катализатор фольгу 20. Ссылаясь теперь на фиг. 1b, где показан альтернативный реакторный блок 110, подходящий для применения в реакторном модуле Фишера-Тропша, реакторный блок 110 показан в сечении и только частично. Во многих отношениях реакторный блок 110 походит на реакторный блок 10, идентичные компоненты упоминаются теми же ссылочными позициями. Реакторный блок 110 состоит из пакета(стопы) плоских пластин 12 толщиной 1 мм, разнесенных в пространстве так, чтобы образовать каналы 15 для охлаждающей жидкости, чередующихся с каналами 117 для синтеза Фишера-Тропша. Охлаждающие каналы 15 образованы, кроме того, пластинами 14 толщиной 0,75 мм, сформированными в плосковершинные пилообразные рифления, как описано выше, сплошными стыковыми планками 16. Каналы 117 для синтеза Фишера-Тропша герметизированы сплошными краевыми брусами 18 и образованы дополнительно листами 119 толщиной 1,0 мм, сформированными в зубцы с высотой в диапазоне от 4 до 12 мм, предпочтительно 5 мм. В предпочтительном примере полученные в результате каналы 117 имеют ширину 10 мм и высоту 5 мм и проходят прямо через пакет от одной стороны к противоположной стороне. Как и в случае с каналами 15, 17, внутри реакторного блока 10, каналы 15 и 117 в реакторном блоке 110 направлены параллельно. Внутри каждого канала 117 для синтеза Фишера-Тропша находится волнистая тонкая фольга 120 толщиной 20-150 мкм, предпочтительно 50 мкм, с керамическим покрытием, действующим как подложка для каталитического материала (показаны только три такие фольги 120). Реакторный блок 110 может быть изготовлен укладкой в пакет компонентов, которые определяют каналы 15 и 117, и затем скреплением их вместе, например, пайкой. Реакторный блок 110 затем поворачивают на 90 так, что каналы 15 и 117 являются вертикальными и несущую катализатор фольгу помещают в каналы 117. В обоих реакторных блоках 10 и 110 каталитические вставки 20 или 120 показаны в виде единых изогнутых листов фольги с высотой канала 17 или 117, но может вместо этого состоять из пакета изогнутых листов фольги и, по существу, плоских листов фольги. В реакторном блоке 110, показанном на фиг. 1b, каналы 117 имеют их наибольший поперечный размер, параллельный плоскости пластин 12. В альтернативном расположении, не проиллюстрировано, каналы могут иметь их наибольший поперечный размер, перпендикулярный плоскости пластин 12. В любом случае ширина каналов находится предпочтительно между приблизительно 4 и 20 мм. Каждая пластина 12 может быть, например, 1,31,3 м или 1,20,8 м, поэтому каналы 17 или 117 могут быть 1,3 м в длину или 0,8 м в длину соответственно. Предпочтительно каналы 17 или 117 имеют длину не более чем 1,5 м и предпочтительно по меньшей мере 0,3 м. На фиг. 2 показан реакторный модуль 50, включающий реакторный блок 10, в вертикальном разрезе, с реакторным блоком 10 частично вырезанным. Как упомянуто выше, реакторный блок 10 состоит из пакета плоских пластин 12, отделенных друг от друга, чтобы образовывать проточные каналы 15 и 17. Каналы 17 для реакции Фишера-Тропша содержат несущую катализатор волнистую фольгу 20 и проходят прямо через реакторный блок 10 (от верха к низу), верхняя поверхность открыта, и у нижней поверхности каналы 17 сообщаются с коллектором 24. Реакционный продукт вытекает из коллектора 24 через трубу 25. Для охлаждающих каналов 15 плоские пластины 12 удерживают на расстоянии стыковыми планками 16 по периметру пластины 12 и в центральной секции также изогнутыми листами 14. За пределами каждого конца каждого изогнутого листа 14 находится концевой участок 26, охваченный стыковыми планками 16, кроме промежутка на одной стороне так, что концевой участок 26 находится в соединении с соответствующим коллектором 28 или 30; они проходят по длине реакторного блока 10 и прикреплены к его боковым сторонам вблизи диаметрально противоположных углов, верхнего левого и нижнего правого, как показано. Охлаждающую жидкость подают в коллектор 28 из трубы 32 и удаляют из коллектора 30 с помощью трубы 34, поэтому поток, в общем, является прямоточным относительно потока в каналах 17 Фишера-Тропша. Плоские пластины 12, стыковые планки 16, брусы 18 и изогнутые листы 14 могут быть из алюминиевого сплава, например, 3003 сорта (алюминий приблизительно с 1,2% марганца и 0,1% меди). Синтез-газ подают к верхней поверхности реакторного блока 10 через коллектор (распределитель) 40, хотя следует понимать, что с реакторным блоком 10 могут использоваться другие средства подачи. Синтез-газ подают в коллектор 40 через трубу 42. При использовании реакторного модуля 50 хладагент может подаваться с таким расходом, что температура хладагента увеличивается на заданное значение, такое как 10 К, через реактор 50; расположенные для прохождения хладагента прямотоком относительно Фишера-Тропша каналы 17 (кроме потока хладагента в распределяющих концевых участках 26) помогают минимизировать температурные различия между (поперек) любых двух точек в любой горизонтальной плоскости через охлаждающие каналы реакторного блока 10. Для примера реакторный блок 10 может иметь габаритную длину более 1 м, скажем 8 м, и его площадь поперечного сечения равна одной из пластин 12. Реакторный модуль 50, включающий реакторный блок 10, может весить не более чем 25 т, поэтому он может транспортироваться традиционным погрузочно-разгрузочным оборудованием. Он может иметь достаточную производительность для получения приблизительно 32 м 3/день (200 баррелей/день) длинноцепочечных углеводородов. Реакторный модуль 50 Фишера-Тропша может образовывать часть установки для переработки природного газа для получения длинноцепочечных углеводородов, установки, включающей средства для получения синтез-газа из метана и средства для того, чтобы подвергнуть синтез-газ синтезу ФишераТропша для получения длинноцепочечных углеводородов. Данный процесс может осуществляться у нефтяной скважины, например, для обработки попутного газа. Однако расход попутного газа значительно изменяется на протяжении срока эксплуатации нефтяной скважины, и, таким образом, желательно иметь возможность учитывать изменения или колебания в расходе попутного газа. Этого можно достичь применением установки, которая показана на фиг. 3, на которую сейчас сделана ссылка, с множеством идентичных реакторных модулей 50 Фишера-Тропша, как описано выше (показаны только четыре), каждый содержит реакторный блок 10, в котором потоки синтез-газа являются параллельными так, что изменение расхода газа может быть учтено за счет изменения числа реакторных модулей 50, которые используют. В результате реакционные условия синтеза Фишера-Тропша, такие как объемная установка,могут использовать пять идентичных реакторных модулей 50 каждый размеров, указанных выше, так что каждый реакторный модуль имеет производительность 32 м 3/день. Синтез-газ при подходящем давлении (скажем, 2,6 МПа) подают через подающую трубу 60, через которую его подают к входной трубе 42 каждого реакторного модуля 50. Охлаждающую текучую среду подвергают циркуляции через охлаждающие каналы и рециркулируют посредством системы 44 управления температурой (представлена схематически), гарантируя, что разница температур между впуском 32 и выпуском 34 составляет не более чем, скажем, 10 С и что средняя температура реактора 50 остается постоянной. Хотя каждый реакторный модуль 50 показан как оборудованный своей собственной системой 44 управления температурой, на практике одна система управления температурой может быть обычно обеспечена для всех модулей 50; но если реакторный модуль 50 является индивидуально заменяемым, то каждый модуль 50 может включать специальное устройство регулирования для учета изменений в активности между свежим и изношенным катализатором. Известно, что эксплуатационные характеристики реактора Фишера-Тропша (например, процентная конверсия СО) зависят от реакционной температуры. Однако в реакторе, таком как данный, описанный выше, обнаружено, что разница температур до 10 С вдоль реакторных каналов не оказывает значительного влияния: эксплуатационные характеристики реактора определяются средней температурой. Таким образом, система 44 управления температурой включает контур управления для гарантии того, что средняя температура хладагента имеет значение, такое, чтобы достичь заданной конверсии, и средняя температура не должна отличаться более чем на 2 С от данного заданного значения, предпочтительно не должна отличаться более чем на 1 С. Данное управление достигают управлением температурой хладагента, подаваемого в реакторный модуль 50, и точное регулирование средней температуры достигают регулированием расхода, поскольку разница температур на входе и выходе технологической стороны непосредственно относится к соответствующей разнице температур со стороны хладагента. В то же время расход хладагента также контролируют для гарантии, что разница температур между втекающим и вытекающим хладагентами не превышает заданного предела; данный предел может быть 10 С или менее, например 7 или 5 С. Смесь текучей среды, содержащая реакционные продукты, выгружается через трубу 25 из реакторных модулей 50 Фишера-Тропша и охлаждается пропусканием через теплообменник 46 для конденсации водяного пара и длинноцепочечных углеводородов. Это далее разделяют сепаратором 48 на воду, жидкие углеводороды С 5+ и остающийся отходящий газ 64. Хладагентом, используемым для теплообменника 46, может являться вода, и он может находиться при температуре окружающей среды, скажем, приблизительно 20 или 30 С или предпочтительно немного теплее, скажем, между 60 и 80 С для гарантии отсутствия парафинизации поверхности теплообменника. Комбинация реакторных модулей 50, теплообменника 46 и сепаратора 48 может называться как узел 66 синтеза. В некоторых случаях отходящий газ 64 из сепаратора 48 далее подают через второй узел 66 синтеза для конверсии остающегося водорода и монооксида углерода в добавочные длинноцепочечные углеводороды С 5+. В общем установка может состоять из множества таких узлов 66 синтеза так,чтобы осуществлять синтез Фишера-Тропша во множество стадий. Число стадий зависит от состава синтез-газа, который подвергается синтезу Фишера-Тропша на каждой стадии. Каждый модуль 50 в настоящей установке снабжают отсечным клапаном 55 или парой отсечных клапанов 55, поэтому потоки синтез-газа, направленные внутрь и направленные наружу, могут перекрываться к данному индивидуальному реакторному модулю 50 без препятствующего действия для оставшейся части установки. Клапаны 56 также дают возможность перекрывать хладагент. Таким образом,если расход попутного газа изменяется, производительность установки для выполнения синтеза ФишераТропша может регулироваться соответственно изменением числа реакторных модулей 50, находящихся в эксплуатации, без препятствующего действия для оставшейся части установки. Клапаны 56 также дают возможность перекрывать хладагент. Таким образом, если расход попутного газа изменяется, производительность установки для выполнения синтеза Фишера-Тропша может регулироваться соответственно изменением числа реакторных модулей 50, находящихся в эксплуатации. Когда необходимо отключить один из модулей реактора Фишера-Тропша, оба отсечных клапана 55 закрывают, но в то же время реакторный модуль 50 продувают останавливающим газом при рабочем давлении каналов Фишера-Тропша(2,6 МПа в данном примере) из источника 58 останавливающего газа для удаления какого-либо оставшегося синтез-газа. Источник 58 останавливающего газа соединяют посредством отсечных клапанов 59 (которые обычно закрыты) с каждым реакторным модулем 50, но показаны соединения к одному реакторному модулю 50. После выдувания синтез-газа реакторный модуль 50 затем закрывают при данном рабочем давлении также закрытием отсечных клапанов 59. Это гарантирует, что свойства катализатора не ухудшатся. Останавливающий газ является газом, который не включен в каталитическую реакцию, таким образом, в этом случае, по существу, предотвращается каталитическая активность в реакторе. Примеры подходящих газов включают чистый метан, десульфурированный природный газ и азот. Данная процедура также дает возможность реакторным модулям 50 быть отделяемыми и заменяемыми, в то время пока не находятся в использовании, например, если реакторный модуль 50 должен быть восстановлен, например, для замены отработанного катализатора. Следует понимать, что такой реакторный модуль 50, который удалили из установки и далее подвергли сбрасыванию давления, может легко демонтироваться отсоединением коллектора 40 от реакторного блока 10. Несущая катализатор фольга 20 может далее извлекаться через открытые концы каналов 17. Следует понимать, что реакторный блок 10 и реакторный модуль 50, описанные выше, приведены в качестве примера, и они могут модифицироваться разнообразными способами, пока остаются в рамках настоящего изобретения. Например, пластины могут быть различной формы и размера и проточные каналы 15 и 17 (или 117) могут иметь иную форму поперечного сечения к тем описанным выше, например изогнутый лист 14 может иметь изгибы (волны) в виде зубцов. Каталитическая структура показана как единая волнообразная фольга 20 или 120, но может вместо этого, например, быть узлом из двух волнообразных листов фольги с плоской фольгой между ними или трех волнистых листов фольги с двумя плоскими между ними. Кроме того, каталитическая структура может проходить по всей длине канала 17 или 117 или может, например, проходить только вдоль той части канала, которая является смежной к каналу хладагента 15. С реакторным блоком 10, который является более чем приблизительно 1 м в длину, может быть предпочтительным вместо одного коллектора 24 обеспечить либо серию коллекторов 24 вдоль длины блока 10 или для присоединения трубы 25 к коллектору 24 в нескольких точках вдоль длины блока 10. Данные дополнительные средства также применяют для коллектора синтез-газа 40, коллектора 28 входящего потока хладагента, коллектора 30 выходящего потока хладагента. И вместо обеспечения одного коллектора 28 входящего потока хладагента и одного выходящего потока 30 хладагента, диагонально противоположных друг другу, могут быть два коллектора 28 входящего потока хладагента, один на каждой стороне вблизи верхней части реакторного блока 10, и два коллектора 30 выходящего потока хладагента, один на каждой стороне вблизи нижней части реакторного блока 10. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Реакторный модуль (50) для синтеза Фишера-Тропша, содержащий, по существу, прямоугольный реакторный блок (10, 110), включающий в себя пакет пластин (12), образующий множество первых и вторых проточных каналов (15, 17, 117), расположенных поочередно в блоке (10, 110) для пропускания первой и второй текучих сред соответственно, первая текучая среда является газовой смесью, которая подвергается синтезу Фишера-Тропша, а вторая текучая среда является охлаждающей текучей средой; причем первые проточные каналы (17, 117) расположены в вертикальном направлении между верхней и нижней поверхностями реакторного блока (10, 110), и причем вторые проточные каналы (15) расположены параллельно к указанным первым проточным каналам (17, 117) в вертикальном направлении и соединены через горизонтально проходящие распределительные камеры (26) с впускными и выпускными отверстиями (28, 30) на одной или более боковых поверхностях реакторного блока (10, 110); вторые проточные каналы (15) образованы между последовательными плоскими пластинами (12), которые разнесены в пространстве стыковыми планками (16) и изогнутыми листами (14), и причем каждый первый проточный канал (17, 117) содержит заменяемую газопроницаемую каталитическую структуру (20, 120),включающую металлическую подложку. 2. Реакторный модуль по п.1, в котором первые проточные каналы (17, 117) выполнены с возможностью пропускания газовой смеси в нижнем направлении. 3. Реакторный модуль по п.1 или 2, в котором каждый из первых проточных каналов (17, 117) имеет ширину не более чем 200 мм, предпочтительно не более чем 100 мм, измеренную в плоскости, параллельной пластине (12). 4. Реакторный модуль по любому из предыдущих пунктов, в котором первые проточные каналы образованы пластинами (12) и разнесенными опорами (18). 5. Реакторный модуль по любому из пп.1-3, в котором первые проточные каналы (117) образованы плоскими пластинами (12) и рифлеными пластинами (119). 6. Реакторный модуль по п.5, в котором рифленые пластины (119) образуют зубцы. 7. Установка для переработки природного газа для получения длинноцепочечных углеводородов,содержащая множество реакторных модулей (50) Фишера-Тропша по пп.1-6, в которой каналы, подающие потоки синтез-газа к каждому из модулей, являются параллельными так, что изменения расхода природного газа могут быть учтены за счет изменения числа реакторных модулей (50), которые находятся в использовании. 8. Установка по п.7, в которой каждый реакторный модуль (50) соединен через отсечные клапаны(59) с источником (58) подачи останавливающего газа. 9. Установка по п.6 или 7, в которой множество реакторных модулей Фишера-Тропша (50) являются, по существу, равноценными по производительности, номинальной продуктовой конверсии и во внешнем соединении, так чтобы быть равнозначными и легко взаимозаменяемыми. 10. Установка по любому одному из пп.7-9, дополнительно содержащая средство управления температурой хладагента (44), которое включает средства управления по меньшей мере одного из: температуры хладагента, подаваемого в реакторный модуль (50), и расхода хладагента, подаваемого в реакторный модуль (50). 11. Способ осуществления синтеза Фишера-Тропша, использующий установку для переработки природного газа по пп.7-10 для получения длинноцепочечных углеводородов, в котором расходом хладагента управляют так, что увеличение температуры хладагента, проходящего через реакторный модуль,составляет не более чем 10 С. 12. Способ по п.11, в котором реакционные продукты, выходящие из реакторных модулей (50) Фишера-Тропша, направляют через теплообменник (46) для теплообмена с хладагентом при начальной температуре в диапазоне 20-90 С, предпочтительно 50-80 С.

МПК / Метки

МПК: C10G 2/00, B01J 19/24

Метки: реактор, каталитический

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-19964-kataliticheskijj-reaktor.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Каталитический реактор</a>

Похожие патенты