Proceso de síntesis de Fisher-Tropsch llevado a cabo sobre una estructura flotante.

Una estructura flotante que comprende un sistema para convertir gas natural en hidrocarburos superiores,

comprendiendo dicho sistema (a) una unidad de producción de gas de síntesis y (b) una unidad de síntesis deFisher-Tropsch que comprende una serie de zonas de mezcla de alto corte dispuestas a lo largo de un recipientereactor y de descarga de sus contenidos en forma radial hacia adentro dentro del recipiente del reactor, en donde lasunidades se ubican a bordo de una estructura flotante; el recipiente del reactor es un reactor tipo tanque dispuestocon su eje longitudinal sustancialmente en forma paralela a la superficie de la cubierta de la estructura flotante ydichas zonas de mezcla de alto corte que tienen una primera entrada para recibir una suspensión que comprende uncatalizador de Fisher-Tropsch en forma de partículas suspendido en un medio líquido, una segunda entrada pararecibir el gas de síntesis y una salida en comunicación con dicho recipiente del reactor para descargar la suspensiónque contiene burbujas dispersas de gas y/o bolsas de gas de formas irregulares en dicho recipiente del reactor y endonde las zonas de mezcla de alto corte son boquillas de mezcla del inyector.

Proceso de síntesis de Fisher-Tropsch llevado a cabo sobre una estructura flotante La presente invención se refiere a un proceso para la conversión de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de síntesis) en productos hidrocarbonados líquidos en presencia de un catalizador de Fisher-Tropsch.

En la reacción de síntesis de Fisher-Tropsch, una mezcla gaseosa de monóxido de carbono e hidrógeno reacciona en presencia de un catalizador para producir una mezcla de hidrocarburos que tiene una distribución de peso molecular relativamente amplia. Este producto es predominantemente de hidrocarburos de cadena lineal que tiene típicamente una longitud de cadena de mas de 2 átomos de carbono, por ejemplo, más de 5 átomos de carbono.

Se conocen procesos de Fisher-Tropsch que emplean columnas de burbujeo de suspensión en las cuales se distribuye y suspende en primer lugar el catalizador en la suspensión por medio de la energía impartida a partir del gas de síntesis que surge del medio de distribución de gas en el fondo de la columna de burbujeo de la suspensión como se describe, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos No. 5.252.613.

El proceso de Fisher-Tropsch también puede ser operado pasando una corriente del medio líquido a través de un lecho de catalizador para dar soporte y dispersar el catalizador, como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 5.776.988. En este enfoque, el catalizador se dispersa en forma más uniforme a través del medio líquido que permite mejoras en la operatividad y productividad del proceso que se va a obtener.

Recientemente hemos encontrado que el proceso Fisher-Tropsch puede ser operado poniendo en contacto gas de síntesis con una suspensión del catalizador en un medio líquido en un sistema que comprende al menos una zona de mezcla de alto corte y un recipiente reactor. La suspensión se pasa a través de la zona (s) de mezcla de alto corte donde se mezcla el gas de síntesis con la suspensión bajo condiciones de alto corte. Las fuerzas de corte ejercidas sobre la suspensión en la (s) zona (s) de mezcla de alto corte son lo suficientemente altas de manera que el gas de síntesis se rompe en burbujas de gas y/o bolsas de gas de formas irregulares. La suspensión que tiene burbujas de gas y/o bolsas de gas de formas irregulares dispersos allí dentro se descarga de la (s) zona (s) de mezcla de alto corte en el recipiente del reactor donde tiene lugar la mayor parte de la conversión del gas de síntesis en productos hidrocarbonados líquidos. La suspensión presente en el recipiente del reactor está sometida a un movimiento tan turbulento que cualquiera de los vacío de gas de formas irregulares dispersos allí dentro se juntan y fragmentan constantemente en períodos de tiempo muy cortos, por ejemplo, en períodos de hasta 500 ms. La naturaleza transitoria de estos bolsas de formas irregulares dan como resultado una mejor transferencia de calor y transferencia de masa del gas en la fase líquida de la suspensión cuando se compara con un reactor convencional de columna de burbujeo de la suspensión. Este proceso es descrito en el documento WO 0138269 (número de la solicitud de patente PCT GB 0004444) que se incorpora aquí por referencia.

El gas natural a menudo se produce en sitios remotos en donde no puede ser económica la instalación de tuberías de gas para transportar gas natural desde su sitio de producción. Cuando estos sitios remotos están o bien cerca de la costa o costa afuera, sería deseable convertir el gas natural en hidrocarburos líquidos. Tales hidrocarburos líquidos se transportan más fácilmente que el gas natural, por ejemplo, por medio de una tubería para líquidos o de un petrolero. Sería muy conveniente convertir el gas natural en hidrocarburos líquidos en una planta de procesamiento localizada costa afuera que pueda ser posteriormente movida a otros sitios de producción. La planta de procesamiento puede ser ensamblada a bordo de una estructura flotante en un sitio industrializado que puede estar distante del sitio remoto de producción. Se prevé que la planta de procesamiento puede ser construida en módulos y que estos módulos pueden ser ubicados en estructuras flotantes separadas para facilidad de transporte al sitio de producción. Preferiblemente, los módulos se montan sobre rampas de descarga. Una ventaja adicional de tales plantas de procesamiento costa afuera es que pueden ser utilizadas en sitios donde no existen medios factibles para crear cimientos en tierra para una planta de procesamiento.

Por lo tanto, la presente invención se relaciona con una estructura flotante que comprende un sistema para convertir gas natural en hidrocarburos superiores, comprendiendo dicho sistema (a) una unidad de producción de gas de síntesis y (b) una unidad de síntesis de Fisher-Tropsch que comprende una serie de zonas de mezcla de alto corte dispuestas a lo largo de un recipiente reactor y de descarga de sus contenidos en forma radial hacia adentro dentro del recipiente del reactor, en donde las unidades se ubican a bordo de una estructura flotante; el recipiente del reactor es un reactor tipo tanque dispuesto con su eje longitudinal sustancialmente en forma paralela a la superficie de la cubierta de la estructura flotante y dichas zonas de mezcla de alto corte que tienen una primera entrada para recibir una suspensión que comprende un catalizador de Fisher-Tropsch en forma de partículas suspendido en un medio líquido, una segunda entrada para recibir el gas de síntesis y una salida en comunicación con dicho recipiente del reactor para descargar la suspensión que contiene burbujas dispersas de gas y/o bolsas de gas de formas irregulares en dicho recipiente del reactor y en donde las zonas de mezcla de alto corte son boquillas de mezcla del inyector.

En un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un proceso para la conversión de gas natural en hidrocarburos superiores a bordo d un estructura flotante conforme a lo dispuesto en la Reivindicación 1, en donde el proceso comprende las etapas de:

(a) convertir el gas natural en gas de síntesis en la unidad de producción del gas de síntesis;

(b) convertir el gas de síntesis en hidrocarburos superiores, a temperatura y presión elevadas, en la unidad de síntesis de Fisher-Tropsch (i) pasando el gas de síntesis y una suspensión que comprende un catalizador de Fisher-Tropsch en forma de partículas suspendido en un medio líquido a través de las zonas de mezcla de alto corte en donde el gas de síntesis se rompe en burbujas de gas y/o en bolsas de gas de forma irregular que se dispersan en la suspensión, y (ii) descargar la suspensión que contiene las burbujas de gas dispersas y/o los bolsas de gas de forma irregular de las zonas de mezcla de alto corte dentro del recipiente del reactor.

En forma conveniente, se ubica el sistema sobre una cubierta de la estructura flotante.

En forma conveniente, se puede pasar una corriente de un pozo producida a partir de un campo de gas o de petróleo costa afuera a una unidad de separación de gases sobre la estructura flotante donde se separa el gas natural de la corriente del pozo y se alimenta a la unidad de producción de gas de síntesis. Donde la corriente del pozo es de un campo de gas, el gas se separa del agua y/o del condensado del campo de gas en la unidad de separación del gas. Cuando la corriente del pozo es de un campo de petróleo, el gas se separa del petróleo y del agua en la unidad de procesamiento del gas. Preferiblemente, se pasa el gas natural a una unidad de absorción sobre la estructura flotante, antes de ser alimentado a la unidad de producción del gas de síntesis. En la unidad de absorción se remueve el azufre, por ejemplo en la forma de sulfuro de hidrógeno del gas natural.

La estructura puede ser flotante cuando está en operación en cuyo caso la estructura flotante es amarrada o anclada en forma conveniente al fondo del mar. Sin embargo, también se prevé que la estructura pueda ser varada en aguas poco profundas. Preferiblemente, la estructura varada puede ser puesta a flote nuevamente de tal manera que pueda ser transportada a otro sitio de producción de gas natural.

La estructura flotante puede ser una plataforma, una unidad que se levanta con un gato, una unidad FPSO (FPSO = unidad de “producción, almacenamiento y descarga flotante”) incluidos buques y barcos de producción (por ejemplo, petroleros transportadores) , una unidad FSU (FSU = “unidad de almacenamiento flotante”) incluidos buques cisterna, una plataforma semisumergible y similares. Cuando la estructura flotante es un barco (por ejemplo, un petrolero transportador) , el barco puede ser varado en forma permanente o semipermanente. Se prevé que el barco pueda ser de alta mar,... [Seguir leyendo]

1. Una estructura flotante que comprende un sistema para convertir gas natural en hidrocarburos superiores, comprendiendo dicho sistema (a) una unidad de producción de gas de síntesis y (b) una unidad de síntesis de Fisher-Tropsch que comprende una serie de zonas de mezcla de alto corte dispuestas a lo largo de un recipiente reactor y de descarga de sus contenidos en forma radial hacia adentro dentro del recipiente del reactor, en donde las unidades se ubican a bordo de una estructura flotante; el recipiente del reactor es un reactor tipo tanque dispuesto con su eje longitudinal sustancialmente en forma paralela a la superficie de la cubierta de la estructura flotante y dichas zonas de mezcla de alto corte que tienen una primera entrada para recibir una suspensión que comprende un catalizador de Fisher-Tropsch en forma de partículas suspendido en un medio líquido, una segunda entrada para recibir el gas de síntesis y una salida en comunicación con dicho recipiente del reactor para descargar la suspensión que contiene burbujas dispersas de gas y/o bolsas de gas de formas irregulares en dicho recipiente del reactor y en donde las zonas de mezcla de alto corte son boquillas de mezcla del inyector.

2. Un sistema como el reivindicado en la Reivindicación 1 que comprende una unidad de separación de gas, una unidad de absorción, y una unidad de hidrocraqueo.

3. Un proceso para la conversión de gas natural en hidrocarburos superiores a bordo de una estructura flotante como la suministrada en la Reivindicación 1, en donde el proceso comprende las etapas de:

(a) convertir el gas natural en gas de síntesis en la unidad de producción del gas de síntesis;

(b) convertir el gas de síntesis en hidrocarburos superiores, a temperatura y presión elevadas, en la unidad de síntesis de Fisher-Tropsch (i) pasando el gas de síntesis y una suspensión que comprende un catalizador de Fisher-Tropsch en forma de partículas suspendido en un medio líquido a través de las zonas de mezcla de alto corte en donde el gas de síntesis se rompe en burbujas de gas y/o en bolsas de gas de forma irregular que se dispersan en la suspensión, y (ii) descargar la suspensión que contiene las burbujas de gas dispersas y/o los bolsas de gas de forma irregular de las zonas de mezcla de alto corte dentro del recipiente del reactor.

4. Un proceso como el reivindicado en la Reivindicación 3, en donde la estructura flotante se selecciona de entre el grupo que consiste de plataformas, unidades que se levantan con un gato, unidades FPSO (FPSO = unidad de “producción, almacenamiento y descarga flotante”) incluidos buques, barcos de producción, unidades FSU (FSU = “unidad de almacenamiento flotante”) incluidos buques cisterna, y plataformas semisumergibles.

5. Un proceso como el reivindicado en las Reivindicaciones 3 ó 4, en donde el sistema se localiza sobre una cubierta de la estructura flotante.

6. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las Reivindicaciones 3 a 5, en donde la estructura es flotante o está varada en aguas poco profundas.

7. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores 3 a 6, en donde la estructura flotante es un barco que tiene compartimientos de almacenamiento para los hidrocarburos superiores y el barco está adaptado para ser amarrado a una boya de carga submarina.

8. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en donde el sistema comprende una unidad de separación de gases en donde el gas natural se separa de una corriente del pozo producida a partir de un campo de gas o de petróleo costa afuera.

9. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, en donde el sistema comprende una unidad de absorción en donde los compuestos azufrados se remueven del gas natural antes de alimentar el gas natural a la unidad de producción de gas de síntesis.

10. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en donde al menos una de las unidades del sistema s localiza sobre una estructura flotante separada.

11. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, en donde el volumen del recipiente del reactor de la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch es menor a 2000 m3, preferiblemente menor a 1325 m3 para una planta que tiene una capacidad líquida de 5.000 a 15.000 barriles por día.

12. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, en donde la tasa de disipación de energía cinética en las zonas de mezcla de alto corte de la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch es al menos de 0, 5 kW/m3 con respecto al volumen total de la suspensión presente en el sistema, preferiblemente en el rango de 0, 5 a 25 kW/m3, más preferiblemente de 0, 5 a 10 kW/m3 con relación al volumen total de suspensión presente en el sistema.

13. Un proceso como el reivindicado en la Reivindicación 12, en donde la tasa de transferencia de masa volumétrica está en el rango de 2 a 10.000, preferiblemente, 25 a 1000, más preferiblemente de 5 a 100 kg-moles/h de monóxido de carbono transferido por m3 de suspensión.

14. Un proceso como el reivindicado en la Reivindicación 12 o 13, en donde la tasa de transferencia de masa está en el rango de 5 x 10-3 a 5 x 10-6 kg-moles de monóxido de carbono transferido por m2 de área superficial de burbujas y/o de bolsas de formas irregulares por hora.

15. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 14, en donde al menos una porción del gas de síntesis se rompe en burbujas de gas que tienen diámetros en el rango de 1 µm a 10 mm, preferiblemente de 30 µm a 3000 µm, más preferiblemente de 30 µm a 300 µm.

16. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 15, en donde las burbujas de gas de forma irregular se juntan y se fragmentan en una escala de tiempo de 500 ms.

17. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 16, en donde las boquillas de mezcla del inyector se operan como una boquilla de Venturi que tiene una caída de presión de la suspensión sobre las boquillas tipo Venturi en el rango de 1 a 40 bar, preferiblemente de 2 a 15 bar y en donde la relación de volumen de gas (Qg) con respecto al volumen de líquido (Ql) que pasa a través de las boquillas tipo Venturi está en el rango de 0, 5:1 a 10:1, más preferiblemente de 1:1 a 5:1 (en donde la relación del volumen de gas (Qg) con respecto al volumen de líquido (Ql) se determina a la temperatura y presión de reacción deseadas) .

18. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 16, en donde las boquillas de mezcla del inyector se operan como boquillas de soplado de gas que tienen una caída de presión del gas sobre las boquillas en el rango de 3 a 100 bar y una caída de presión de la suspensión sobre las boquillas en el rango de 1 a 40 bar, preferiblemente de 4 a 15 bar y en donde la relación del volumen de gas (Qg) con respecto al volumen de líquido (Ql) que pasa a través de las boquillas de soplado de gas está en el rango de 0, 5:1 a 50:1, preferiblemente de 1:1 a 10:1 (donde la relación del volumen de gas (Qg) con respecto al volumen de líquido (Ql) se determina a la temperatura y presión de reacción deseadas) .

19. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 16, en donde las boquillas de mezcla del inyector comprende un medio de bombeo de alto corte posicionado dentro de un conducto de extremo abierto y el gas de síntesis se inyecta dentro del conducto inmediatamente antes o después del medio de bombeo de alto corte.

20. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 19, en donde se retira una corriente de reciclaje de la suspensión del reactor tipo tanque y es al menos reciclada en parte a zonas de mezcla de alto corte a través de un conducto externo que tiene un medio de bombeo mecánico ubicado allí dentro.

21. Un proceso como el reivindicado en la Reivindicación 20, en donde la corriente del reciclado de la suspensión se enfría por medio de un intercambiador de calor ubicado sobre el conducto externo y opcionalmente se enfría la suspensión dentro del rector tipo tanque por medio de un intercambiador de calor interno.

22. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 21, en donde el reactor tipo tanque tiene una capa gaseosa por encima del nivel de la suspensión, las zonas de mezcla de alto corte descargan dentro del reactor tipo tanque ya sea por encima o por debajo del nivel de la suspensión y se recicla una corriente de reciclaje gaseosa desde la capa de gas hasta las zonas de mezcla de alto corte.

23. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 22, en donde el tiempo de permanencia promedio del componente líquido de la suspensión en el sistema del reactor de la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch está entre 10 minutos y 50 horas, preferiblemente entre 1 a 30 horas.

24. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 23, en donde se introduce una corriente que comprende un disolvente vaporizable de bajo punto de ebullición en las zonas de mezcla de alto corte y/o el recipiente del reactor de la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch.

25. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 24, en donde el catalizador empleado en la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch tiene un tamaño de partícula en el rango de 5 a 500 micras, más preferiblemente de 5 a 100 micras, lo más preferible, en el rango de 5 a 30 micras.

26. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 25, en donde el gas de síntesis que se

alimenta a la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch contiene hasta 50% en volumen de dióxido de carbono, preferiblemente hasta un 30% en volumen de dióxido de carbono.

27. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 26, en donde la unidad de producción de la síntesis de Fischer-Tropsch se opera con una velocidad espacial horaria del gas (GHSV) en el rango de 100 a 40000 h-1, más preferiblemente de 1000 a 30000 h-1, lo más preferible de 2000 a 15000 h-1, a temperatura y presión normales (NTP) con base en el volumen alimentado del gas de síntesis a NTP.

28. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las Reivindicaciones 9 a 26, en donde el gas de síntesis no convertido de la unidad de síntesis de Fischer-Tropsch y/o el gas natural de la unidad de separación de gas se pueden utilizar para la producción de energía eléctrica en un generador eléctrico y la electricidad así generada se utiliza en la operación del sistema.