NO332970B1 - Fremgangsmate for a rense en vannrik strom dannet under en Fischer-Tropsch reaksjon - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen bringer tilveie en fremgangsmåte for å separere i det minste en fraksjon av syrefrie forbindelser (NAC) fra i det minste en fraksjon av et ubearbeidet produkt i gassform · dannet under en Fischer-Tropsch (FT)-reaksjon eller et kondensat derav inklusive i det minste trinnene bestående av å tilføre i det minste fraksjonen av det ubearbeidede produktet i gassform eller kondensatet derav til en destillasjonskolonne ved en innføringsplate, trekke ut en væskestrøm fra kolonnen fra en plate plassert ovenfor innføringsplaten, separere væskestrømmen i en vandig fase og en NAC-rik fase, og returnere den vandige fasen til destillasjonskolonnen ved en plate under platen fra hvilken væskestrømmen ble trukket ut.

Description

FREMGANGSMÅTE FOR Å RENSE EN VANNRIK STRØM DANNET UNDER EN FISCHER-TROPSCH REAKSJON

Denne oppfinnelsen vedrører en forbedret fremgangsmåte for å separere syrefrie forbindelser fra en vannrik strøm dannet under en Fischer-Tropsch (FT)-reaksjon.

I beskrivelsen som følger skal benevnelsen "NAC" tolkes som å bety syrefrie forbindelser valgt fra gruppen som inkluderer aceton og høyere ketoner, metanol, etanol, pro-panol og høyere alkoholer, det vil si oksiderte hydrokarboner med unntak av syrer.

Benevnelsen "hydrokarboner" skal tolkes som hydrokarboner normalt uløselige i vann, som for eksempel parafiner og oljefiner.

Den vannrike strømmen dannet i en Fischer-Tropsch (FT)-synteseenhet inneholder forskjellige oksider som for eksempel alkoholer, aldehyder, ketoner, karboksyl sy re r og lignende, som er produkter av FT-syntesereaksjonen. Disse forbindelsene finnes (delvis) i vannstrømmen på grunn av deres delvise eller totale oppløsehghet i vann.

En destillasjonskolonne er nødvendig for å fjerne de syrefrie forbindelsene (NAC) som for eksempel alkoholer, ketoner, aldehyder og andre syrefrie forbindelser fra den vannrike strømmen, slik at det oppgraderte vannet kan behandles videre før det slip-pes ut til omgivelsene. Den NAC-rike strømmen fra destillasjonskolonnen kan oppar-beides videre til produkter eller kan finne alternative bruksområder.

Fraksjoneringen av NAC og vann i destillasjonskolonnen som vanligvis refereres til som reaksjonsvanndestillasjonskolonnen (RWD-kolonnen), kompliseres av den ekst-reme ikke-ideelle oppførsel mellom vann og tyngre organiske forbindelser tilstede i vannstrømmen, især C4og tyngre alkoholer. Denne ikke-ideelle tilstanden gjør disse forbindelsene lette å fjerne fra den vannrike væskefasen under innføringsplaten, hvilket er kolonnens formål. Imidlertid blir de tyngre alkoholene mindre flyktige og har en tendens til å kondensere igjen ovenfor innføringsplaten, når vanninnholdet av væsken i kolonnen reduseres.

Resultatet er en tendens hos de tunge alkoholene til å akkumulere i kolonnen, med tiden til punktet hvor en andre væskefase dannes. Denne oksiderte hydrokarbonfasen inneholder mye mer av de tunge alkoholene og mye mindre vann enn den første fasen. Hvis den andre væskefasen blir holdt igjen i kolonnen, bringer den tilveie en lav-flyktighetsbane for tunge alkoholer å vandre nedover til ny fordamping ved hjelp av stigende damp i kolonnen. Dette resulterer i sirkulasjon av oksiderte hydrokarboner som for eksempel tunge alkoholer, inne i kolonnen, dårlig væskedistribusjon på platene og til slutt gjennombrudd av tungt materiale i bunnfallet. Et slikt gjennombrudd vil forårsake at bunnproduktets spesifikasjoner overtres og vil da forårsake problemer i vannbehandhngsfasiliteter nedstrøms på grunn av forurensing.

Den oksiderte hydrokarbonfasen dannet i kolonnen fjernes derfor normalt via en relativt liten dampstrøm i bunnseksjonen, typisk noen få plater ovenfor kolonnens koker. Denne dampstrømmen kondenseres deretter og separeres til to faser. Den vannrike

strømmen sendes tilbake til kolonnen, enten ved å blande den med matestrømningen til kolonnen eller ved å innføre den til kolonnen for seg selv. Den oksiderte hydrokarbonfasen blandes typisk med strøm fra høyere oppe for videre bearbeiding.

Dette dampavtrekket er imidlertid ikke tilstrekkelig til å fjerne den oksiderte hydrokarbonfasen i et slikt omfang at den ikke lenger forekommer i kolonnen. Dampavtrekket er kun i stand til å fjerne tilstrekkelig av den oksiderte hydrokarbonfasen til å forhindre gjennombrudd til bunnproduktet. En stor sirkulering av den organiske fasen finner derfor fremdeles sted i kolonnen, hvilket gjør det til en relativt ineffektiv måte for separasjon av kjemikaliene fra vannet.

Patentskrift US 2482284 beskriver blant annet i mer detalj kjent teknikk slik det er redegjort for ovenfor, men tar ikke opp problemet med sirkulasjon av oksiderte hydrokarboner inne i kolonnen og angir heller ingen løsning for dette. Patentskrift US

6462097 beskriver en fremgangsmetode for rensing av vannstrømmen fra en Fischer-Tropsch reaksjon med bruk av en kolonne med aktivt materiale som for eksempel aktivt kull, leire og zeolitter. Vannstrømmen er på forhånd delvis renset ved bruk av en kolonne slik som det er redegjort for ovenfor. Patentskrift US 6462097 tar ikke opp problemet med sirkulasjon av oksiderte hydrokarboner inne i kolonnen og angir heller ingen løsning for dette.

I henhold til oppfinnelsen er det brakt tilveie en fremgangsmåte for å separere, i det minste en fraksjon syrefrie forbindelser (NAC) fra i det minste en fraksjon av et ubearbeidet produkt i gassform dannet under en Fischer-Tropsch (FT)-reaksjon eller et kondensat derav inklusive i det minste trinnene: tilføre i den minste fraksjonen av det ubearbeidede produktet i gassform

eller dets kondensat til en destillasjonskolonne ved en innfønngsplate; trekke ut en væskestrøm fra kolonnen fra en plate plassert ovenfor innfø-ringsplaten;

separere væskestrømmen i en vandig fase og en NAC-rik fase; og returnere den vandige fasen til destillasjonskolonnen ved en plate nedenfor

platen hvorfra væskestrømmen ble trukket ut.

Fremgangsmåten kan bestå av å fjerne hydrokarboner i C5til C2o-området fra kondensatet av det ubearbeidede produktet i gassform i et innledende trinn.

Det innledende trinn kan bestå av å kondensere det ubearbeidede produktet i gassform og deretter separere det i en trefaseseparator. De tre strømmene som går ut fra separatoren kan være en restgass, et hydrokarbonkondensat inklusive hovedsaklig hydrokarboner i C5til C2o-området og en såkalt reaksjonsvannstrøm inneholdende NAC, vann, syrer og suspenderte hydrokarboner.

Reaksjonsvannstrømmen kan, for eksempel, ha følgende sammensetning (i vektpro-sent): 96 % vann, 3 % NAC, omtrent 1 % syrer og fra omtrent 0,05 til 1,0 % suspenderte hydrokarboner i C5- til C2o-området.

De suspenderte hydrokarbonene kan deretter separeres fra reaksjonsvannstrømmen ved å bruke en hvilken som helst passende separator som er i stand til å separere strømmen i en hydrokarbonsuspensjon og en vannrik strøm.

Separatoren som brukes kan være en oljekoalescer, typisk en Pall-koalescer, i stand til å fjerne hydrokarboner fra reaksjonsvannstrømmen til en konsentrasjon på mellom 10 ppm og 1000 ppm, typisk 50 ppm.

Koalesceren virker ved å øke dråpestørrelsen av de suspenderte hydrokarbonene og derved legge til rette for at enkel væske-væske separasjon kan finne sted.

Skulle hydrokarbonene i reaksjonsvannstrømmen (typisk fra 0,05 til 1 masseprosent) ikke fjernes før destillasjon, kan de forårsake skumdannelse i destillasjonskolonnen eller kan forurense bunnproduktet og derved forårsake nevnte produkt til ikke å over-holde de nødvendige spesifikasjoner på hydrokarboninnholdet.

I en alternativ utførelsesform kan separatoren eller koalesceren være utelatt før destillasjonskolonnen og i stedet brukes til å separere hydrokarboner fra bunnproduktet fra destillasjonskolonnen etter destillasjon.

De separerte hydrokarbonene kan resirkuleres til trefaseseparasjonstrmnet eller sendes til hydrokarbonprosesserende enheter plassert nedstrøms.

Den vannrike strømmen produsert ved fjerningen av de suspenderte hydrokarbonene føres til destillasjonskolonnen. Den vannrike strømmen kan inneholde noe medført fri olje gjenværende etter koalescens og fra 1 til 10 masseprosent NAC.

Destillasjonskolonnen brukt i fremgangsmåten kan ha fra 30 til 60, typisk mellom 38 og 44 plater.

Innføringsplaten til destillasjonskolonnen kan være plassert mellom plate 7 og 15 og er typisk plate 10 (når platene nummereres fra toppen av kolonnen og nedover).

Væskestrømmen kan trekkes ut fra kolonnen fra en plate plassert rett nedenfor en plate hvor den NAC-rike fasen først forekommer eller dannes og hvilken er plassert ovenfor innføringsplaten og derved forhindre at nevnte fase beveger seg til en lavere del av kolonnen og deretter resirkulerer til toppen av kolonnen. Væskestrømmen kan deretter separeres i en vandig fase og den NAC-rike fasen.

Væskestrømmen kan trekkes ut fra destillasjonskolonnen ved en plate plassert mellom plate 4 og plate 13, typisk plate 6 (nummerert fra toppen av kolonnen). Væske-strømmen kan separeres i den vandige fasen og den NAC-rike fasen ved hjelp av en dekanter lokalisert inne i eller utenfor kolonnen.

Den vandige fasen føres tilbake til kolonnen ved en plate plassert nedenfor platen fra hvilken væskestrømmen ble trukket, typisk til platen plassert rett nedenfor platen fra hvilken væskestrømmen ble trukket.

Den utseparerte NAC-rike fasen kan blandes med produkter høyere oppe fra destillasjonskolonnen for videre bearbeiding eller kan behandles for seg selv for å gjenvinne verdifulle komponenter, eller det kan føres til en hydroprosesserende enhet som typisk plasseres ved det samme sted som destillasjonskolonnen.

Den NAC-rike fase oppdrevet fra utskillelsen av væskestrømmen trukket fra kolonnen kan inneholde fra 90 til 100 %, typisk 95 masseprosent NAC (inklusive hovedsaklig tunge alkoholer), mens den vandige fase kan inneholde fra 80 til 100 %, typisk omtrent 94 masseprosent vann.

En NAC-fattig, vannrik strøm kan gjenvinnes som et bunnprodukt fra kolonnen.

Bunnproduktet kan bestå hovedsaklig av vann og organiske syrer fra den vannrike strømmen sammen med en minimal menge av NAC, typisk omtrent 50 ppm. Bunnproduktet kan anvendes til å varme den vannrike strømmen som går inn i destillasjonskolonnen før videre behandling eller utslipp til omgivelsene.

En NAC-rik strøm inneholdende vann kan gjenvinnes som et produkt høyere oppe i kolonnen.

Kolonnens arbeidsbetingelser kan være slik at produktet høyere oppe inneholder fra 15 til 45 %, typisk fra 25 til 30 masseprosent vann.

Oppfinnelsen vil nå beskrives ved hjelp av det følgende ikke-begrensende eksempel med henvisning til den ledsagende illustrasjonen.

Figur 1 viser et flytskjema av en utførelsesform av en fremgangsmåte i overensstem-melse med den foreliggende oppfinnelse.

I illustrasjonen indikerer referansenummer 10 generelt en fremgangsmåte for å separere i det minste en fraksjon av syrefrie forbindelser (NAC) fra en kondensert vannrik fraksjon 28 av ubearbeidet produkt i gassform 12 dannet under en Fischer-Tropsch (FT)-reaksjon 14.

Prosess 10 innbefatter et innledende trinnkarakterisert vedat suspenderte hydrokarboner fjernes fra en fraksjon av det ubearbeidede produktet i gassform 12.

Det innledende trinnet innbefatter kondensering av det ubearbeidede produktet i gassform 12 og å separere det i en typisk trefase separator 16. De tre strømmene som går ut fra separatoren 16 er en restgass 18, et hydrokarbonkondensat 20 inklusive hovedsaklig hydrokarboner i C5til C2o-området og en såkalt reaksjonsvannstrøm 22 inneholdende NAC, vann, syrer og suspenderte hydrokarboner.

Reaksjonsvannstrømmen 22 har typisk den følgende sammensetning (masseprosent): 96 % vann, 3 % NAC, omtrent 1 % syrer og fra omtrent 0,05 til 1,0 % suspenderte hydrokarboner i C5til C2o-området.

Reaksjonsvannstrøm 22 separeres deretter ved bruk av en Pall-koalescer 24 som skil-ler reaksjonsvannstrøm 22 i en hydrokarbonsuspensjon 26 og den vannrike strømmen 28.

Pall-koalesceren 24 er i stand til å fjerne hydrokarboner fra reaksjonsvannstrøm 22 til en konsentrasjon på fra 10 ppm til 1000 ppm, typisk 50 ppm. Hydrokarbonsuspensjon 26 resirkuleres enten til trefaseseparator 16 eller sendes til hydrokarbonprosesseringsenheter (ikke vist) plassert nedstrøms.

Deretter innføres den vannrike strømmen 28 til en destillasjonskolonne 30 ved en inn-føringsplate 32.

En vaeskestrøm 34 trekkes fra kolonne 30 fra en plate plassert ovenfor innføringspla-ten 32. Væskestrømmen 34 innbefatter to væskefaser dannet i destillasjonskolonnen 30, nemlig en IMAC-rik fase og en vannrik eller vandige fase. Uttrekking av væske-strømmen 34 fjerner i all vesentlighet væsken fra kolonnen 30, derved sørger den for at så mye som mulig av den NAC-rike fasen fjernes fra kolonnen 30 ved dette punktet.

Væskestrømmen 34 separeres deretter i en vandig fase 36 og en NAC-rik fase 38, hvoretter den vandige fasen 36 returneres til destillasjonskolonnen 30 ved en plate under platen fra hvilken væskestrømmen 34 ble trukket.

En NAC-fattig, vannrik strøm 40 gjenvinnes som et bunnprodukt fra kolonnen 30.

En NAC-rik strøm 42 inneholdende vann gjenvinnes som et produkt fra høyere oppe fra kolonnen 30.

Destillasjonskolonnen 30 vist i figur 1 har 42 plater. Innføringsplaten 32 er plate nummer 10 (når platene nummereres fra toppen av kolonnen 30 og nedover) og væs-kestrømmen 34 trekkes fra plate nummer 6 (nummerert fra toppen av kolonnen 30).

I det viste utførelseseksempelet separeres væskestrømmen 34 ved hjelp av en dekanter 44 plassert utenfor kolonnen 30.

Arbeidsbetingelser for kolonnen 30 er typisk slik at produktet fra toppen 42 inneholder fra 15 til 45 %, typisk fra 25 til 30 masseprosent vann.

Bunnproduktet 40 inneholder hovedsaklig vann og organiske syrer fra det ubehandle-de produktet 12 sammen med en minimal mengde av NAC, typisk omtrent 50 ppm.

Den NAC-rike strømmen 38 inneholder typisk 95 masseprosent NAC (inklusive hovedsaklig tunge alkoholer), mens den vandige fasen 36 typisk inneholder omtrent 94 masseprosent vann.

Bunnproduktet 40 anvendes til å varme den vannrike strømmen 28 som går mn i destillasjonskolonnen 30 via varmeveksler 46 før videre behandling eller utslipp til omgivelsene.

Det skal forstås at oppfinnelsen ikke begrenses til noen som helst spesiell utførelses-form eller konfigurasjon som tidligere heri generelt beskrevet eller illustrert.

Claims (12)

1. En fremgangsmåte for å separere i det minste en fraksjon av syrefrie forbindelser (NAC) fra i det minste en fraksjon av et ubearbeidet produkt i gassform dannet under en Fischer-Tropsch (FT)-reaksjon eller et kondensat derav,karakterisert vedat den inkluderer i det minste trinnene: - tilføre i det minste fraksjonen av det ubearbeidede produktet i gassform eller kondensatet derav til en destillasjonskolonne ved en innføringsplate; - trekke ut en væskestrøm fra kolonnen fra en plate plassert ovenfor innfø-ringsplaten; - separere væskestrømmen i en vandig fase og en NAC-rik fase; og - returnere den vandige fase til destillasjonskolonnen ved en plate under platen fra hvilken væskestrømmen ble trukket fra.

2. En fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisertved at fremgangsmåten innbefatter fjerning av hydrokarboner i C5til C2o-området fra kondensatet av det ubearbeidede produktet i gassform i et innledende trinn.

3. En fremgangsmåte i henhold til krav 2,karakterisertved at fremgangsmåten innbefatter et innledende trinn hvilket innbefatter kondensering av det ubearbeidede produktet i gassform før separering av det i en trefase separator.

4. En fremgangsmåte i henhold til krav 3,karakterisertved at de tre strømmene som går ut fra separatoren er en restgass, et hydrokarbonkondensat inklusive hovedsaklig hydrokarboner i C5til C20-området og en reaksjonsvannstrøm inneholdende NAC, vann, syrer og suspenderte hydrokarboner.

5. En fremgangsmåte i henhold til krav 4,karakterisertved at de suspenderte hydrokarbonene deretter separeres fra reak-sjonsvannstrømmen ved bruk av en passende separator som er i stand til å separere strømmen i en hydrokarbonsuspensjon og en vannrik strøm hvor den vannrike strømmen innføres til destillasjonskolonnen.

6. En fremgangsmåte i henhold til krav 5,karakterisertved at den anvendte separatoren er en oljekoalescer som er i stand til å fjerne hydrokarboner fra reaksjonsvannstrømmen til en konsentrasjon fra 10 ppm til 1000 ppm.

7. En fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat destillasjonskolonnen har fra 30 til 60 plater, fortrinnsvis fra 38 til 44 plater.

8. En fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat innføringsplaten til destillasjonskolonnen er plassert mellom plate 7 og plate 15 når platene nummereres fra toppen av kolonnen nedover, og er fortrinnsvis plate 10.

9. En fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat væskestrømmen trekkes fra kolonnen fra en plate plassert rett under en plate ved hvilken den NAC-rike fasen først forekommer eller dannes.

10. En fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat væskestrømmen trekkes fra destillasjonskolonnen ved en plate plassert mellom plate 4 og plate 13, fortrinnsvis plate 6.

11. En fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den vandige fase returneres til platen plassert rett nedenfor platen fra hvilken væskestrømmen ble trukket.

12. En fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat arbeidsbetingelsene for kolonnen er slik at produktet fra toppen inneholder fra 15 til 45 masseprosent vann, og fortrinnsvis inneholder fra 25 til 30 masseprosent vann.