BR112015032157B1 - Processo para purificação de um gás de síntese contendo hidrogênio e impurezas - Google Patents
Processo para purificação de um gás de síntese contendo hidrogênio e impurezas Download PDFInfo
- Publication number
- BR112015032157B1 BR112015032157B1 BR112015032157-7A BR112015032157A BR112015032157B1 BR 112015032157 B1 BR112015032157 B1 BR 112015032157B1 BR 112015032157 A BR112015032157 A BR 112015032157A BR 112015032157 B1 BR112015032157 B1 BR 112015032157B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- synthesis gas
- water
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical class [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 16
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 103
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 claims description 11
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 9
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 238000009418 renovation Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/506—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
- C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
- C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
- C01B3/586—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being a methanation reaction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
- F25J3/0223—H2/CO mixtures, i.e. synthesis gas; Water gas or shifted synthesis gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
- C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0435—Catalytic purification
- C01B2203/0445—Selective methanation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/046—Purification by cryogenic separation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/068—Ammonia synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/14—Details of the flowsheet
- C01B2203/146—At least two purification steps in series
- C01B2203/147—Three or more purification steps in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/40—Separating high boiling, i.e. less volatile components from air, e.g. CO2, hydrocarbons
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
PROCESSO PARA PURIFICAÇÃO DE UM GÁS DE SÍNTESE CONTENDO HIDROGÊNIO E IMPUREZAS. Um processo para a purificação de uma corrente de gás de síntese de hidrogênio (100), particularmente na extremidade frontal de uma instalação de amônia, em que dito gás contém hidrogênio e quantidades menores de monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e impurezas, dito processo incluindo etapas de metanação (13) de dita corrente (100), convertendo quantidades residuais de monóxido de carbono e dióxido de carbono a metano e água, desidratação(14)do gás para remover água, e então uma purificação criogênica (15) tal como lavagem com nitrogênio líquido, para remover metano e Argônio; uma instalação correspondente e método para reestruturar uma instalação de amônia são também divulgados.
Description
[1] A invenção diz respeito a um processo para a purificação de um gás de síntese de hidrogênio, particularmente em uma extremidade frontal de uma instalação de amônia.
[2] O termo de gás de síntese de hidrogênio nesta descrição denota um gás de síntese principalmente composto de hidrogênio, e compreendendo quantidades menores de impurezas incluindo, por exemplo, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água, metano, argônio. O termo de singás irá também ser usado como forma curta para gás de síntese.
[3] Um gás de síntese de hidrogênio pode ser produzido por exemplo na extremidade frontal de uma instalação para a síntese de amônia, reformando um hidrocarboneto com uma corrente de oxigênio. Sob adição de uma quantidade própria de nitrogênio, um gás de reposição adequado para a síntese de amônia é obtido.
[4] A produção de um gás de síntese de hidrogênio envolve basicamente as seguintes etapas: reformar uma fonte de hidrocarboneto, tal como gás natural, com oxigênio; conversão de mudança, remoção de CO2. Estas etapas removem a maior parte do monóxido e dióxido de carbono. Mais em detalhe, a mudança converte CO em CO2, que é então removido em uma unidade de remoção de dióxido de carbono. Técnicas comuns para capturar CO2 do gás são tanto uma lavagem com um solvente químico ou físico, ou um processo PSA (adsorção por balanço de pressão) usando peneiras moleculares.
[5] Alguns CO e CO2 residual, no entanto, ainda são encontrados no gás após retorno e remoção de CO2, juntamente com impurezas, por exemplo, pequenas quantidades de metano e argônio. Assim, o gás de síntese precisa de uma purificação adicional. A referida purificação adicional é necessária especialmente no caso de o gás de síntese de hidrogênio, após adição de nitrogênio, ser utilizado para a síntese de amoníaco.
[6] A referida purificação pode incluir a lavagem de nitrogênio líquido (LNW), que é realizada a uma temperatura criogênica, tal como 180 °C abaixo de zero. Tipicamente, um processo do estado da técnica com LNW inclui as seguintes etapas.
[7] Em primeiro lugar, a remoção do CO2 residual e água. O dióxido de carbono e água devem ser removidos antes da lavagem de nitrogênio, porque eles iriam congelar a baixa temperatura deste último. Normalmente, o referido passo é realizado por meio de adsorção em um secador adequado. O referido secador utiliza peneiras moleculares e requer um gás seco como meio de regeneração adequado. Geralmente, o secador inclui, pelo menos, dois vasos de modo que um recipiente pode ser regenerada, enquanto a outra está em operação. O referido gás seco pode ser nitrogênio ou uma porção do gás de síntese purificado.
[8] Em segundo lugar, a lavagem do nitrogênio, em que o gás de síntese é lavado por uma corrente de nitrogênio líquido em uma coluna adequada. Este processo proporciona um gás de síntese purificado praticamente livre de impurezas, contendo apenas algumas partes por milhão (ppm) de metano e Ar. Por exemplo, o referido gás de síntese purificado pode conter 75% de hidrogênio e cerca de 25% de nitrogênio. As impurezas são coletadas em uma corrente de gás residual, contendo também algum nitrogênio perdido. Gás de arraste é normalmente usado como um combustível, para recuperar um pouco de energia. Ele não pode ser utilizado como meio de regeneração para as peneiras moleculares, uma vez que ele contém algum CO que iria decompor-se a alta temperatura de regeneração.
[9] A concepção do processo acima e do equipamento correspondente é ditada pela remoção de monóxido de carbono. Com efeito, o monóxido de carbono tem de ser removido para se atingir uma concentração muito baixa (apenas algumas partes por milhão) no gás purificado. Quando o monóxido de carbono é removido a uma concentração tão baixa, as outras impurezas, tais como o metano e o argônio são quase completamente lavados. Assim, a remoção de CO desejada determina a quantidade de nitrogênio durante o passo LNW.
[10] Uma técnica alternativa para purificar o gás de síntese envolve a utilização de um metanador, onde CO e CO2 residual são convertidos em metano e água. Esta técnica é usada especialmente no domínio de síntese de amoníaco, uma vez que o metano é um material inerte para a síntese de amoníaco e substancialmente inofensivo para o circuito de água de síntese e pode ser facilmente removido, enquanto que o CO e o CO2 são venenosos para o catalisador de amoníaco. Um processo convencional para a produção de gás de síntese de amoníaco é divulgado por exemplo no documento EP-A-2.065.337.
[11] Um inconveniente de um metanador é que ele consome algum do hidrogênio disponível. Consequentemente, quando a purificação do gás de síntese envolve um passo LNW, um metanador não é utilizado, uma vez que o CO é quase completamente removido durante a lavagem de nitrogênio.
[12] O estado da técnica acima ainda tem alguns inconvenientes. Como afirmado acima, a remoção preliminar do CO2 exige um gás de regeneração, normalmente nitrogênio ou uma porção de gás de síntese, que é uma fonte de custo: a produção de nitrogênio em excesso da quantidade requerida para a síntese de amoníaco, através de separação de ar, consome energia; usando uma parte relevante de gás de síntese purificado como meio de regeneração não é desejável, devido à perda de energia relevante. Além disso, o secador é um produto caro, especialmente quando são necessários grandes volumes de peneira molecular.
[13] Propõe-se para o tratamento de um gás de síntese de hidrogênio a metanação, antes do passo de purificação criogênica. Após a conversão de CO e CO2 a metano e água, a água pode ser removida em um secador, e o gás de síntese desidratado assim obtido é alimentado ao dito passo de purificação criogênica. De preferência, a purificação criogênica inclui a lavagem com nitrogênio líquido (LNW).
[14] O termo de remoção de um determinado componente, tal como a remoção de CO2 ou de água, deve ser entendido como uma remoção de uma quantidade substancial da substância relacionada, obtendo-se uma corrente de gás privada ou substancialmente livre da referida substância. Uma quantidade menor, residual da substância, de acordo com a técnica, podem permanecer na corrente de gás de acordo com as circunstâncias.
[15] Assim, um aspecto da invenção é um processo para a purificação de um gás de síntese de hidrogênio contendo hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e impurezas, o referido processo incluindo um passo de purificação e desidratação de gás de síntese criogênico antes da referida purificação criogênica, caracterizado por um passo de metanação, a conversão de CO e CO2 a metano e água, antes dos referidos passos de desidratação e de purificação criogênica.
[16] O referido termo de gás de síntese de hidrogênio indica um gás composto principalmente de hidrogênio, com pequenas quantidades de impurezas, tais como CO, CO2, H2O e outras impurezas. Em particular, de acordo com uma característica da invenção, o referido gás não contém nenhum nitrogênio. De preferência, o teor de hidrogênio do referido gás de síntese é de pelo menos 90% molar, sendo o restante representado pelas impurezas acima mencionadas.
[17] Dito passo de metanação converte CO e CO2 em metano e água. Normalmente, as quantidades de CO e CO2 no gás de síntese são sujeitos a metanação em quantidades residuais, depois dos passos anteriores, que normalmente incluem a conversão de mudança e remoção de dióxido de carbono do gás deslocado.
[18] Metanação é realizada de acordo com as seguintes reações:
[19] CO + 3H2 -> CH4 + H2O
[20] CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O.
[21] Metanação consome hidrogênio, por exemplo cerca de 3% do hidrogênio contido no gás de síntese, portanto, parece reduzir o valor de gás de síntese, por exemplo, a quantidade de amônia que pode ser sintetizada na capacidade de gás de síntese fixa. Por esta razão, em um processo convencional com LNW preferiu-se remover completamente o dióxido de carbono por adsorção a montante do LNW. A requerente descobriu que, não obstante o inconveniente acima de algum hidrogênio consumido, é surpreendentemente vantajoso combinar metanação e purificação criogênica tal como LNW. Mais em detalhe, a requerente descobriu que a combinação acima é vantajosa para o processo global por causa das seguintes vantagens.
[22] Um primeiro efeito positivo, em comparação com a técnica conhecida, é que a adsorção é usada para capturar a água, uma vez que o CO2 residual é convertido durante o passo de metanação. Após metanação, uma quantidade substancial de água possa ser facilmente removida por condensação refrigerada a ar ou resfriamento a água, de modo que a quantidade real de água a ser adsorvida é reduzida. Consequentemente, são necessárias quantidades muito menores de peneiras moleculares e uma menor quantidade de gás de regeneração, em comparação com uma solução do estado da técnica onde o dióxido de carbono residual e a água são removidos com peneiras moleculares. O tamanho e custo de unidade de secagem de peneiras moleculares são drasticamente reduzidos graças à invenção.
[23] A maior parte do CO2 é normalmente removida antes dos passos de purificação e metanação criogênica, em uma unidade de CDR adequada (remoção de dióxido de carbono). Graças à invenção, não há necessidade de fazer a remoção de CO2 residual de muito baixo ppm, que é de energia intensiva e difícil de conseguir com solventes químicos comuns, uma vez que o CO2 residual que escapa da unidade de CDR pode ainda ser convertido no subsequente passo de metanação. Este é um outro efeito positivo uma vez que a extensão da remoção de dióxido de carbono pode ser otimizada, tendo devidamente em conta os custos.
[24] As impurezas do singás admitido na secção de purificação criogênica consiste basicamente de metano (CH4) e argônio. Ambos metano e argônio não são perigosos para a síntese do amoníaco, ao contrário do CO e CO2, que desativam o catalisador de amoníaco. Além disso, Ar e CH4 não congelam a temperatura abaixo da seção criogênica. Por isso, o processo é relativamente tolerante. Embora seja desejável ter um baixo teor de metano e argônio, a fim de evitar a sua acumulação no circuito de síntese, não é necessário levar a purificação criogênica a níveis extremos de pureza, uma vez que as impurezas mais perigosas (ou seja, CO e CO2) estão eliminadas antes da fase criogênica. Isto é uma vantagem em termos de custo de capital e consumo, por exemplo, nitrogênio consumido em um LNW.
[25] Outra vantagem é que o processo é aplicável, independentemente do método para a remoção de dióxido de carbono. Em particular, o processo é aplicável mesmo se a quantidade residual de CO2 no gás que deixa a unidade de CDR é relativamente elevado, por exemplo, 1000 ppm. Isto é especialmente adequado no caso de renovação.
[26] Ainda uma outra vantagem é que o gás residual descarregado a partir do passo de metanação não contém monóxido de carbono. Assim, o referido gás residual pode ser utilizado para a regeneração de peneiras moleculares, em vez de usar nitrogênio adicional a partir de uma unidade de separação de ar ou gás de síntese, que pode de outro modo ser utilizada para a síntese de amoníaco.
[27] Um aspecto da invenção é que o CO e CO2 são convertidos no metanador contrariamente ao estado da técnica, onde o CO2 é capturado por secadores e CO é separado por lavagem do nitrogênio.
[28] Em resumo, a presente invenção reduz o tamanho das peneiras (as quais são requeridas para adsorver apenas um pouco de água e dióxido de carbono) e reduz, consequentemente, a energia consumida para a regeneração das ditas peneiras; a função do LNW também é reduzido desde a entrada contém CH4 mas nenhum monóxido de carbono. Dada a ausência de CO, um deslizamento de metano é menos negativo para a síntese, e o LNW não necessita de ser empurrado para um elevado grau de pureza, que é uma outra vantagem em termos de custos.
[29] Outro aspecto da invenção é uma planta para a produção de um gás de síntese de hidrogênio, de acordo com as reivindicações anexas.
[30] Ainda um outro aspecto da invenção é um método para renovar uma instalação de amoníaco, de acordo com as reivindicações anexas.
[31] A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma extremidade dianteira para a geração de gás de síntese de amoníaco, de acordo com uma forma de realização da invenção.Descrição de uma forma de realização preferida
[32] Com referência à Fig. 1, uma corrente de gás de síntese de hidrogênio 100 é composta principalmente de hidrogênio (H2), e contém ainda pequenas quantidades de CO, CH4, CO2, N2, argônio e água. Por exemplo H2 é mais do que 90%, de preferência mais do que 95%, CO e CH4 são cerca de 1 -2%, e os outros componentes são, de preferência inferiores a 1%.
[33] A referida corrente 100 vem de tratamentos anteriores de deslocamento e remoção de dióxido de carbono, tal como será explicado abaixo. Por isso, o CO e o CO2 contidos na corrente 100 são quantidades residuais após as etapas de tratamento acima.
[34] A referida corrente 100, de acordo com a forma de realização mostrada, é alimentada a um metanador 13 onde CO e CO2 são convertidos em metano e água. O gás de síntese 101 deixando o metanador 13 contém praticamente nenhum CO e CO2, e uma certa quantidade de metano, por exemplo cerca de 3% de metano.
[35] O referido gás 101 é alimentado para uma unidade de desidratação 14, para remover a água residual. O gás desidratado 102 da dita unidade de saída 14 é enviado para uma seção de purificação criogênica, que no exemplo é concretizado como a unidade de lavagem do nitrogênio líquido (LNW) 15. Na referida unidade 15, o gás 102 é lavado com nitrogênio líquido 103. A saída da referida unidade 15 inclui singás purificado 104 e gás residual 105.
[36] O referido singás purificado 104 pode ser usado para produzir amoníaco, em um ciclo de síntese adequado. Para este fim, uma quantidade adequada de nitrogênio gasoso é adicionada ao singás na unidade de lavagem 15, de modo que o dito singás 104 contém hidrogênio e nitrogênio na proporção estequiométrica de 3:1 para a produção de amoníaco (NH3).
[37] A corrente 100 é geralmente obtida após os passos anteriores de reforma, deslocamento e remoção de CO2.
[38] Com referência à Fig. 1, e de acordo com uma modalidade preferida, uma fonte de hidrocarbonetos 106, por exemplo, gás natural, é reformada em uma seção de reformação com oxigênio 10 107, obtendo-se um produto gasoso 108 predominantemente composto por hidrogênio. O referido gás 108 é deslocado em um conversor 11 para produzir um gás deslocado 109, e o referido gás deslocado 109 é sujeito a remoção de dióxido de carbono de uma seção 12. A saída CDR de gás depletado em CO2 da referida seção 12 forma a corrente de gás de hidrogênio acima mencionada 100, que é admitida no metanador 13.
[39] Em algumas modalidades, uma porção do gás de síntese 102 pode ignorar a unidade LNW 15 e juntar o fluxo 104, para reduzir o tamanho da referida unidade 15, desde que as impurezas presentes no produto sejam como dentro de níveis aceitáveis.
[40] Um processo de acordo com a Fig. 1 foi comparado com um processo convencional em que a corrente de gás que sai da unidade de CDR é enviada diretamente para secadores para a remoção de CO2 e água, e em seguida a uma etapa LNW.
[41] Para uma dada alimentação de gás natural, tem-se verificado que o processo de acordo com a invenção, proporciona menos de 4% de gás de síntese, devido ao consumo do metanador 13.
[42] No entanto, a água a ser adsorvida é de cerca de 1/6 em comparação com o estado da técnica, e, além disso, a água é muito mais fácil para capturar nas peneiras molares que o CO2, o que significa que as peneiras moleculares são muito menores e menos dispendiosas; a regeneração pode ser efetuada com gás residual a partir da mesma PSA que remove o dióxido de carbono, sem a utilização de nitrogênio fresco ou parte do gás purificado; o nitrogênio consumido na fase LNW é 25% menor; o gás liberado a partir do LNW residual tem um valor térmico mais elevado, uma vez que contém mais de metano e menos de nitrogênio, portanto, mais energia pode ser recuperada usando o referido gás residual como combustível.
[43] Os efeitos positivos acima sobre compensam o consumo de hidrogênio no metanador.
Claims (3)
1. Processo para purificação de uma corrente de gás de síntese de hidrogênio (100) para obter gás de síntese de make-up para a síntese de amônia, dita corrente sendo composta de hidrogênio e quantidades menores de monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e impurezas e contendo pelo menos 90% (mol) de hidrogênio, dito processo incluindo uma etapa de purificação criogênica (15), e desidratação (14) de gás de síntese (syngas) através de peneiras moleculares antes da dita purificação criogênica, o processo sendo caracterizado por uma etapa de metanação (13) da dita corrente (100), convertendo monóxido de carbono e dióxido de carbono a metano e água, antes de ditas etapas de desidratação e purificação criogênica, dita etapa de purificação criogênica compreendendo uma lavagem por nitrogênio líquido e pelas ditas peneiras moleculares sendo regeneradas por uso de gás residual descarregado a partir da dita lavagem por nitrogênio líquido.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito gás de síntese de hidrogênio (100) ser obtido pela reforma de uma fonte de hidrocarboneto (106) com oxigênio (107), conversão shift de monóxido de carbono em dióxido de carbono e remoção de dióxido de carbono.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma parte do gás, após a dita etapa de metanação e desidratação, ignorar (by-passes) a dita etapa de purificação criogênica.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP13173741.3 | 2013-06-26 | ||
| EP13173741.3A EP2818447A1 (en) | 2013-06-26 | 2013-06-26 | A process for purification of a synthesis gas containing hydrogen and impurities |
| PCT/EP2014/063332 WO2014207011A1 (en) | 2013-06-26 | 2014-06-25 | A process for purification of a synthesis gas containing hydrogen and impurities |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112015032157A2 BR112015032157A2 (pt) | 2017-07-25 |
| BR112015032157B1 true BR112015032157B1 (pt) | 2021-12-14 |
Family
ID=48672487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR112015032157-7A BR112015032157B1 (pt) | 2013-06-26 | 2014-06-25 | Processo para purificação de um gás de síntese contendo hidrogênio e impurezas |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10816264B2 (pt) |
| EP (2) | EP2818447A1 (pt) |
| CN (1) | CN105358476A (pt) |
| AU (2) | AU2014301207A1 (pt) |
| BR (1) | BR112015032157B1 (pt) |
| CA (1) | CA2914793C (pt) |
| CL (1) | CL2015003659A1 (pt) |
| MX (1) | MX2015017856A (pt) |
| MY (1) | MY175135A (pt) |
| RU (1) | RU2673522C2 (pt) |
| WO (1) | WO2014207011A1 (pt) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3054216B1 (fr) * | 2016-07-25 | 2021-07-09 | Air Liquide | Procede de separation d’un gaz de synthese |
| WO2019020376A1 (en) | 2017-07-25 | 2019-01-31 | Haldor Topsøe A/S | METHOD FOR THE PREPARATION OF AN AMMONIA SYNTHESIS GAS |
| CN111879062B (zh) * | 2020-07-02 | 2024-07-26 | 杭氧集团股份有限公司 | 一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置 |
| CN112374460A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-19 | 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 | 获取超纯氢气的方法和装置 |
| CN113501497A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-15 | 湖北力拓能源化工装备有限公司 | 一种净化氢气的方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES326847A1 (es) * | 1965-05-18 | 1967-03-16 | Linde Ag | Procedimiento para la descomposicion a temperatura baja de una mezcla de gas rica en hidrogeno. |
| FR2473032A1 (fr) * | 1980-01-07 | 1981-07-10 | Banquy David | Procede de production d'ammoniac et du gaz de synthese correspondant |
| US5100447A (en) * | 1990-08-30 | 1992-03-31 | The Boc Group, Inc. | Argon recovery from partial oxidation based ammonia plant purge gases |
| CH694696A5 (it) * | 2000-12-21 | 2005-06-15 | Nesi Plant S A | Procedimento e dispositivo per la produzione di idrogeno e anidride carbonica da gassificazione di materie prime. |
| US7090816B2 (en) * | 2003-07-17 | 2006-08-15 | Kellogg Brown & Root Llc | Low-delta P purifier for nitrogen, methane, and argon removal from syngas |
| EP2022754A1 (en) * | 2007-08-08 | 2009-02-11 | Ammonia Casale S.A. | Process for producing ammonia synthesis gas |
| EP2065337A1 (en) | 2007-11-27 | 2009-06-03 | Ammonia Casale S.A. | Process for producing ammonia synthesis gas |
| EP2159192A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-03 | Ammonia Casale S.A. | Process for the production of ammonia synthesis gas with improved cryogenic purification |
| EP2199254A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-23 | BP p.l.c. | Integrated gas refinery |
| EP2404869A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Ammonia Casale S.A. | Process for producing ammonia synthesis gas |
| CN103328375B (zh) * | 2011-01-17 | 2016-02-10 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 使用低温分离生产氨合成气和纯甲烷的方法和装置 |
-
2013
- 2013-06-26 EP EP13173741.3A patent/EP2818447A1/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-06-25 MY MYPI2015704655A patent/MY175135A/en unknown
- 2014-06-25 EP EP14732231.7A patent/EP3013739B1/en active Active
- 2014-06-25 RU RU2016102194A patent/RU2673522C2/ru active
- 2014-06-25 CN CN201480036311.1A patent/CN105358476A/zh active Pending
- 2014-06-25 AU AU2014301207A patent/AU2014301207A1/en not_active Abandoned
- 2014-06-25 CA CA2914793A patent/CA2914793C/en active Active
- 2014-06-25 MX MX2015017856A patent/MX2015017856A/es unknown
- 2014-06-25 BR BR112015032157-7A patent/BR112015032157B1/pt active IP Right Grant
- 2014-06-25 WO PCT/EP2014/063332 patent/WO2014207011A1/en active Application Filing
- 2014-06-25 US US14/899,355 patent/US10816264B2/en active Active
-
2015
- 2015-12-17 CL CL2015003659A patent/CL2015003659A1/es unknown
-
2018
- 2018-03-12 AU AU2018201754A patent/AU2018201754B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160146535A1 (en) | 2016-05-26 |
| CN105358476A (zh) | 2016-02-24 |
| AU2018201754B2 (en) | 2019-11-14 |
| EP2818447A1 (en) | 2014-12-31 |
| RU2016102194A (ru) | 2017-07-31 |
| US10816264B2 (en) | 2020-10-27 |
| CL2015003659A1 (es) | 2016-09-30 |
| MY175135A (en) | 2020-06-09 |
| AU2018201754A1 (en) | 2018-04-05 |
| EP3013739A1 (en) | 2016-05-04 |
| MX2015017856A (es) | 2016-03-16 |
| CA2914793A1 (en) | 2014-12-30 |
| CA2914793C (en) | 2022-03-08 |
| WO2014207011A1 (en) | 2014-12-31 |
| RU2673522C2 (ru) | 2018-11-27 |
| AU2014301207A1 (en) | 2015-12-24 |
| EP3013739B1 (en) | 2019-07-31 |
| BR112015032157A2 (pt) | 2017-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2018201754B2 (en) | A process for purification of a synthesis gas containing hydrogen and impurities | |
| JP5412171B2 (ja) | 合成ガスから酸性ガスを分離する方法および装置 | |
| US8268044B2 (en) | Separation of a sour syngas stream | |
| CA2746899C (en) | A method and apparatus for adjustably treating a sour gas | |
| US8641802B2 (en) | Method for treating a process gas flow containing CO2 | |
| TW200843839A (en) | Method and apparatus for the recovery and re-use of process gases | |
| US8460431B2 (en) | Method and system for regenerating an amine-containing scrubbing solution obtained during gas purification | |
| JPS6183623A (ja) | アンモニア合成ガスの製法 | |
| EA036546B1 (ru) | Способ получения диоксида углерода для синтеза мочевины | |
| BR112020006088A2 (pt) | métodos e aparelho para produção de hidrogênio | |
| BR112019017712A2 (pt) | Processo e planta integrados de amônia-ureia | |
| BR112013024448B1 (pt) | processo e instalação para produção de amônia-uréia | |
| CA3135879A1 (en) | Process and plant for removing carbon dioxide from synthesis gas | |
| ES2838695T3 (es) | Método de generación y purificación de un gas de síntesis | |
| PT87027B (pt) | Processo para o tratamento de duas correntes de solucao de lavagem carregadas | |
| US3607048A (en) | Regeneration of liquids used to absorb carbon dioxide from gases intended for the production of ammonia synthesis gas | |
| JP6965345B2 (ja) | 共通の設備においてアンモニアおよび尿素を生成するための方法 | |
| BR112018007423B1 (pt) | Processo para obtenção de um gás de síntese por reforma de um hidrocarboneto e incluindo a recuperação de dióxido de carbono em alta temperatura | |
| US11781082B2 (en) | Process and plant for removing thiols from synthesis gas | |
| RU2723017C1 (ru) | Способ очистки потока со2 | |
| JPH0319161B2 (pt) | ||
| US20120090464A1 (en) | Capturing Carbon Dioxide From High Pressure Streams | |
| JP2010235373A (ja) | 膜分離及びハイドレートによる分離を用いたガス分離方法及びガス分離設備 | |
| KR20160118752A (ko) | 합성가스 정제 시스템 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B350 | Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 25/06/2014, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |