BR112012032800B1 - coprodução de metanol e amônia - Google Patents

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Abstract

comprodução de metanol e amônia. a presente invenção refere-se a um processo para a coprodução de metanol e amônia a partir de uma matéria prima hidrocarbônica sem ventilar para a atmosfera o dióxido de carbono capturado a partir do gás de síntese de metanol ou amônia e sem usar unidades onerosas de separação de ar, deslocamento de gás de água e lavagem de gás ácido para a remoção de carbono.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COPRODU-ÇÃO DE METANOL E AMÔNIA". A presente invenção refere-se a um processo sequencial de única passagem para a coprodução de metanol e amônia sem deslocamento de gás de água e remoção de dióxido de carbono com lavagem a gás de água e sem unidade de separação de ar usado na seção de forma da fábrica.
Os processos atuais para a coprodução de metanol e amônia envolvem genericamente processos paralelos nos quais uma seção de reforma comum come usada para gerar gás de síntese que é dividido em correntes paralelas separadas, uma das quais sendo usado para a síntese de metanol e a outra para a síntese de amônia. A coprodução de metanol e amônia pode ser conduzida também sequencialmente ou em série, onde o gás de síntese produzido na seção de reforma é primeiramente convertido em metanol e o gás não reagido que contém óxidos de carbono e hidrogênio é subsequentemente usada para a síntese de amônia. As etapas de deslocamento de gás de água e/ou remoção de dióxido de carbono da corrente de gás de síntese são necessárias, envolvendo assim a liberação de CO2 para a atmosfera e o investimento em unidades altamente onerosas e complicadas para conduzir a conversão do deslocamento e remoção de dióxido de carbono. O documento n2 US-A-2007/0299144 descreve em um modalidade um processo no qual o metanol e amônia são produzidos em paralelo e independentemente de uma corrente de gás de síntese comum e sem a produção de ureia. Como a ureia não é produzida, não há necessidade de desviar o dióxido de carbono para a síntese de ureia. O monóxido de carbono na corrente de gás de síntese usada para a síntese de amônia é convertido em dióxido de carbono e a reforma é conduzida em um reator com sopro de oxigênio sendo o oxigênio fornecido por uma Unidade de Separação de Ar. A patente n2 US 6.106.793 descreve um processo no qual metanol e amônia são produzidos em paralelo e independentemente. O gás produzido na seção de reforma secundária é resfriado por troca de calor indireta com um gás que contém metano e vapor de água em uma segunda seção de reforma primária para produzir amônia a partir de gás de síntese. O gás aquecido reage para produzir metanol de gás de síntese, compreendendo CO, CO2 e H2. O documento n2 EP-A-0,553,631 descreve um processo para a produção de metanol, e em seguida, produção de amônia. Antes de conduzir a síntese de amônia, o metanol do gás de síntese não reagido é passado para uma etapa de remoção de CO2 e uma lavagem com nitrogênio. Uma Unidade de Separação de Ar fornece o nitrogênio na lavagem com N2 e oxigênio para o reformador secundário soprado com oxigênio a montante da seção de síntese de metanol. O documento n2 JP-A-2000063115 descreve um processo para a coprodução de metanol e amônia. Na seção seguinte, o reformador secundário é soprado com ar e o dióxido de carbono é removido do gás de síntese para ajustar a composição do gás de síntese. Não há necessidade de um reator de deslocamento para converter CO em CO2. O gás de síntese é usado para a produção de metanol em um processo que usa recirculação da corrente de produto. O gás purgado do processo a partir da seção de metanol é submetido a uma metanação e depois usado para a produção de amônia. O documento da presente requerente η2 EP-A-2192082 descreve um processo para a coprodução de metanol e amônia, no qual um é promovido um mínimo de flexibilidade na divisão de produto de metanol e amônia; isto é, um mínimo de flexibilidade para controle da razão de produtos entre metanol e amônia. A razão dos produtos entre metanol e amônia e dada pela composição da matéria-prima. Este processo é mais simples e mais barato do que os processos atuais e termos de custo de capital e custos operacionais e permite ao mesmo tempo uma liberação mínima de dióxido de carbono para a atmosfera. É um objeto da presente invenção fornecer um processo para coproduzir metanol e amônia como descrito no documento n2 EP-A-2192082, mas com a opção de aumentar a capacidade de amônia sem sacrificar a ideia de simplicidade e baixos custos de e custos operacionais.
Este e outros objetivos são solucionados pela presente invenção.
Consequentemente, fornece-se um processo para coproduzir metanol e amônia a partir de uma matéria-prima hidrocarbônica, que compreende as etapas sequenciais de: (a) produzir metanol de gás de síntese contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio por reforma a vapor de água a matéria-prima hi-drocarbônica em um estágio de reforma primária e subsequentemente em um estágio de reforma secundária soprado com ar; (b) dividir o gás de síntese para metanol em uma primeira corrente de gás de síntese para metanol contendo 1-50% em volume de gás de síntese para metanol e uma segunda corrente de gás de síntese para metanol que contém 50-99% em volume do gás de síntese para metanol, formando uma primeira corrente de gás de síntese para metanol com teor reduzido de dióxido de carbono passando a primeira corrente de gás de síntese para metanol através de Adsorção Oscilante por Pressão de CO2 (CO2 PSA) e ao mesmo tempo desviando da segunda corrente de gás de síntese de metanol, retirando uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano da Adsorção Oscilante por Pressão de CO2, e formando um gás de síntese de metanol combinada, misturando a primeira corrente de metanol com teor reduzido de dióxido de carbono a partir da corrente de gás de síntese de metanol desviada; (c) converter cataliticamente os óxidos de carbono e hidrogênio da corrente de gás de síntese de metanol combinada em um estágio de síntese de metanol de uma passagem e retirando o efluente que contém metanol e um gás efluente que contém nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos; (d) produzir um gás de síntese para amônia sem o uso de deslocamento de gás de água e sem o uso de remoção de dióxido de carbono, removendo os óxidos de carbono não convertidos do gás efluente da etapa (c) em um estágio de metanação catalítica e retirando um gás de síntese de amônia que tem uma razão molar H2:N2 molar de 3:1; (e) converter cataliticamente o nitrogênio e hidrogênio do gás de síntese de amônia em um estágio de síntese de amônia e retirar uma corrente efluente que contém amônia e uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, nitrogênio e metano.
Como aqui utilizado, o termo "óxidos de carbono" significa os componentes monóxido de carbono e dióxido de carbono. Deve-se entender que, depois da Adsorção por Oscilação de Pressão de CO2, a maior parte di dióxido de carbono é removida, mas traços dele ainda podem estar presentes no gás de síntese.
Como aqui utilizado, o termo "Adsorção por Oscilação de Pressão de CO2 (CO2 PSA)" na etapa (b) significa um arranjo que compreende material adsorvente para adsorção de dióxido de carbono, e no qual a regeneração do adsorvente ocorre por oscilação de pressão.
Deve-se entender que na etapa (b) normalmente uma pequena parte do gás de síntese de metanol é tratada em uma CO2 PSA (Adsorção por Oscilação de Pressão), enquanto que a maior parte do gás de síntese é desviada. Quase a totalidade do dióxido de carbono é adsorvida na CO2 PSA junto com partes pequenas de hidrogênio, monóxido de carbono e outros componentes. O gás tratado, que é rico em hidrogênio e monóxido de carbono, é misturado com o gás de síntese desviado. Descobriu-se que introduzindo uma CO2 PSA para tratar uma pequena parte do gás de síntese de metanol, isto é, gás de reposição para síntese para a síntese de metanol, agora é possível, por meios simples e relativamente baratos, aumentar a produção de amônia em relação à produção de metanol.
Como aqui utilizado na metanação catalítica da etapa (d), o termo "removendo os óxidos de carbono não convertidos" significa convertendo os óxidos de carbono não convertidos em metano. Isso é evidentemente diferente da remoção de dióxido de carbono através do uso de absorventes em lavagens com gás ácido, que a presente invenção elimina.
Consequentemente, como aqui utilizado, o termo "remoção de dióxido de carbono" na etapa (d) significa estágios de remoção de CO2 altamente onerosos na forma de lavagem de gás ácido, tais como processos convencionais de lavagem com MDEA e carbonato.
Como aqui utilizado, o termo "estágio de reforma primária" significa que a reforma é conduzida em um reformador convencional de metano a vapor de água (SMR), isto é, um reformador tubular com o calor necessário para que a reforma endotérmica seja promovida por calor de radiação de queimadores, arranjados ao longo das paredes do reformador tubular.
Como aqui utilizado, o termo "estágio de reforma secundária soprado com ar" significa que a reforma é conduzida em um reformador auto-térmico ou reator de oxidação parcial catalítica usando ar.
Como aqui utilizado, o termo "estágio de síntese de metanol de passagem única" significa que o metanol é produzido em pelo menos um reator catalítico que opera em configuração de uma única passagem, isto é, sem recirculação significativa (não mais do que 5%, isto, é menos do que 5%, frequentemente 0%) do fluxo volumétrico de qualquer gás produzido na síntese de metanol de volta para o pelo menos um reator de metanol do estágio de síntese de metanol, particularmente o gás efluente que contém hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos.
De preferência, a matéria-prima hidrocarbônica é gás natural, por exemplo, na forma de gás natural liquefeito (GNL) ou substituto de gás natural (SGN).
Pela invenção, pode-se fazer uso direto das reações que dirigem a reforma, a síntese de metanol, a síntese de amônia, de tal modo o metanol e a amônia possam ser coproduzidos sem ventilar o dióxido de carbono que está sendo capturado a partir do gás de síntese. A produção de hidrogênio por reforma a vapor d'água é dirigida pela reação endotérmica CH4 + H2O = CO + 3 H2, enquanto que a síntese de metanol na ausência de dióxido de carbono é dirigida pela reação CO + 2 H2 = CH3OH. Na presença de dióxido de carbono, o metanol diferentemente gerado também de acordo com a reação CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O. Idealmente, o gás de síntese da alimentação para a produção de metanol é um gás que contém Ca razão molar mais alta possível CO/CO2. A síntese de amônia ocorre de acordo com a reação N2 + 3 H2 = 2 NH3. Como quando se conduz o processo global a reforma produz apenas 3 moles de hidrogênio, enquanto que a síntese de metanol já gasta 2 moles de hidrogênio e a síntese de amônia requer 3 moles de hidrogênio, foi restringida de propósito a quantidade de amônia ao ser produzida para um terço para ser capaz de utilizar o hidrogênio que está disponível de acordo com 1/3 (N2 + 3 H2 = 2 NH3). Assim sendo, De uma maneira, pela invenção promove-se intencionalmente um mínimo de flexibilidade na divisão de produtos de metanol e amônia.
Esta medida simples e distinta permite a produção de cerca de 75-80% em peso de metanol e 20-25% e peso de amônia a qualquer hora em um processo que é mais simples e menos custoso do que aqueles convencionais porque o processo evita a necessidade de usar estágios de deslocamento de gás de água altamente onerosos para a conversão de monóxido de carbono em hidrogênio e dióxido de carbono e evita também a necessidade de usar estágios de remoção de CO2 altamente onerosos, isto é, lavagem de gás ácido, tais como processos de lavagem convencionais com MDEA e carbonato. Os custos operacionais também são mantidos em um mínimo, pois não há a necessidade de reposição de catalisador de deslocamento e nenhuma necessidade de reabastecimento de solvente nos processos de remoção de CO2. Isto contrasta com outros processos combinados para a produção de metanol e amônia, tal como aquele do documento ns JP 2000063115, onde uma remoção altamente onerosa de dióxido de carbono por intermédio de um separador ou de CO2 convencional é necessário para ajustar a razão CO2/CO no gás de síntese e desta forma atingir flexibilidade no processo. Além disso, como a reforma secundária é conduzida em um reformador secundário soprado com ar (reformador autotérmico soprado com ar) para produzir o nitrogênio necessário não há a necessidade de Unidades de Separação de Ar onerosas maciças (ASU), e desta forma tornando também o processo menos custoso do que os processos atuais nos quais equipamentos de ASU são frequentemente necessários para suprimento de oxigênio em reformadores autotérmicos, e nos quais a produção de nitrogênio resultante é normalmente usada em uma lavagem de nitrogênio subsequente. O processo da presente invenção é ambientalmente menos nocivo porque não há emissões para as vizinhanças do CO2 capturado a a partir de gás de síntese de metanol e amônia. Praticamente a totalidade do monóxido de carbono (e dióxido de carbono) produzida no processo é usada para a síntese de metanol. O processo é aplicável para qualquer capacidade de fábrica, incluindo fábricas grandes que produzem mais do que 2,000 toneladas métricas por dia (TMPD) de amônia e metanol, por exemplo, 3.000, 5.000 TMPD ou mesmo mais. O estágio de síntese de metanol é, de preferência, conduzido por meios convencionais passando o gás de síntese em alta pressão e temperatura, tal como 6-15 MPa (60-150 bar), de preferência 12 MPa (120 bar), e 150-300°C através de pelo menos um reator de metanol que contém pelo menos um leito fixo de catalisador de metanol. Um reator para metanol particularmente preferido é um reator de leito fixo resfriado por um agente refrigerante apropriado, tal como água fervente, por exemplo, um reator com água fervente (BWR). Em uma modalidade específica, o estágio de síntese de metanol na etapa (c) é conduzido passando o gás de síntese através de um reator de água fervente e subsequentemente através de um reator de leito fixo adiabático, ou passando o gás de síntese através de uma série de reatores de água fervente e subsequentemente através de um reator de leito fixo adiabático. De preferência, o reator de água fervente está na forma de um único reator do tipo metanol condensante que compreende dentro de um invólucro comum um leito fixo de partículas de catalisador de metanol e meios de resfriamento adaptados para resfriar indiretamente o gás de síntese de metanol com um agente refrigerante, e que de preferência opera em pressões acima de 9 MPa (90 bar) e abaixo de 15 MPa (150 bar), mais preferivelmente acima de 11 MPa (110 bar) e abaixo de 13 MPa (130 bar), como descrito nos pedidos de patente da presente requerente n— WO-A-09106231 e WO-A-09106232. O uso de um reator de metanol de acordo com estes pedidos de patente permite a operação em pressões muito mais altas do que os reatores de convencionais de água fervente, que normalmente são cerca de 8MPa (80 bar). Além disso, ele permite o uso de um único reator ao invés de dois reatores de água fervente convencionais, reduzindo desta forma significativamente os custos da fábrica. Além disso, como a pressão operacional no estágio de síntese de metanol pode ser mantida tão alta quanto cerca de 12 MPa (120 bar) ou mesmo mais alta, há economias significativas em termos de tamanho dos equipamentos e custos totais de investimento, pois a síntese de metanol é favorecida em altas pressões.
Consequentemente, a invenção permite a operação eu infere da seção de síntese de metanol e amônia em pressões operacionais similares, por exemplo, 13MPa (130 bar), o que infere um processo simplificado com economias significativas no tamanho de equipamentos como mencionado acima. Além disso, é possível também operar em duas pressões operacionais diferentes, por exemplo, 8 MPa (80 bar) no estágio de síntese de metanol e 13 MPa (130 bar) no estágio de síntese de amônia, o que infere economias de energia no estágio de síntese de metanol.
Na etapa (c), o efluente que contém metanol é, de preferência, um efluente líquido. Este efluente é obtido resfriando e condensando o gás de síntese dos reatores de metanol. Consequentemente, o processo da invenção pode compreender ainda resfriar o gás de síntese retirado de cada reator de metanol e condensar o metanol e passar o gás através de um separador, retirando uma fração do fundo de separador, que contém o metanol bruto, retirando uma fração do topo que contém gás de síntese que é passado para o reator de metanol subsequente, e formando um único efluente líquido que contém metanol combinando as frações do fundo dos separadores de cada reator que contém metanol bruto.
Deve ser entendido que o termo "reator de metanol", como aqui utilizado, engloba reatores de leito fixo adiabáticos e reatores resfriados tais como reatores de água fervente e reatores do tipo metanol condensante que compreendem dentro de um invólucro comum, um leito fixo de partículas de catalisador de metanol e meios de resfriamento adaptados para resfriar indiretamente o gás de síntese de metanol com um agente refrigerante.
Como o estágio de síntese de metanol é de uma passagem, não há a necessidade de recirculação de uma fração do topo do separador do reator de leito fixo adiabático de volta para o primeiro reator de metanol do estágio de síntese de metanol. Isto contrasta com outros processos combinados para a produção de metanol e amônia tal como aquele do documento n2 JP 2000063115 no qual a síntese de metanol envolve recirculação significativa do gás produzido.
Na etapa (d) o estágio de metanação catalítica para a conversão de óxidos de carbono em metano é conduzido em pelo menos um reator de metanação, que é, de preferência, um reator adiabático que contém um leito fixo de catalisador de metanação.
Na etapa (e) o gás de síntese de amônia do estágio de metanação, que contém a proporção correta de hidrogênio e nitrogênio (razão molar H2:N2 de 3:1) é opcionalmente passado através de um compressor para obter a pressão necessária no gás de síntese de amônia, tal como 12 a 20 MPa (120 a 200 bar), de preferência cerca de 13 MPa (130 bar). A amônia é então produzida de uma maneira convencional por meio de um circuito de síntese de amônia que compreende pelo menos um conversor de amônia que contém pelo menos um leito fixo de catalisador de amônia, com resfriamento entre leitos. O efluente que contém amônia, contém também hidrogênio, nitrogênio e materiais inertes tais como metano e argônio. A amônia pode ser recuperada a partir do efluente que contém amônia como amônia líquida por condensação e subsequente separação. De preferência, uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, nitrogênio e metano é retirada do estágio de síntese de amônia, como também o é uma corrente rica em hidrogênio (> 90% em volume de H2). Estas correntes podem, por exemplo, derivada de uma unidade de recuperação de gás de purga. De preferência, esta corrente de hidrogênio é adicionada ao estágio de síntese de metanol (etapa (c)), por exemplo, combinando com o gás de síntese de metanol. A reciclagem desta corrente rica em hidrogênio permite uma eficiência mais alta no processo, pois o hidrogênio útil é utilizado na síntese de metanol e na síntese de amônia subsequente ao invés de ser simplesmente usada como combustível.
Para melhorar a eficiência energética do processo, a corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, nitrogênio e metano da etapa (d) é devolvida para a etapa (a), isto é, ela é devolvida como combustível de gás de exaustão para a seção de reforma da fábrica, especificamente para o estágio de reforma primária. De preferência, também o gás de exaustão da CO2 PSA na etapa (b), que contém hidrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano, é usado como combustível para o estágio de reforma primária.
Por adsorção de CO2, a razão de CO e CO2 pode ser alterada para ser mais favorável para a síntese de metanol, e desta forma, um deslocamento mais baixo de óxidos de carbono não convertidos, principalmente dióxido de carbono, pode ser obtida a partir da síntese de metanol. O monóxido de carbono é fácil de converter em metanol enquanto que o dióxido de carbono é mais difícil de converter. Com um deslocamento mais baixo de ó-xidos de carbono, menos hidrogênio é necessário na conversão de óxidos de carbono em metano, e assim sendo, mais hidrogênio fica disponível para a produção de amônia e menos metano é criado. Menos metano no gás de reposição da síntese de amônia resulta em uma purga mais baixa do circuito de síntese de amônia e desta forma uma perda mais baixa de hidrogênio com 0 gás de purga e mais amônia pode ser produzida. A CO2 PSA é uma unidade relativamente barata considerando custos de investimento e operacionais para remover CO2 em comparação com um estágio de remoção de CO2 na forma de lavagem de gás ácido e desta forma possibilita mais flexibilidade no processo. Isso é diferente do documento na JP 2000063115 que descreve as opções óbvias para eliminação de dióxido de carbono, onde uma remoção altamente onerosa de dióxido de carbono por intermédio de um separador ou absorvedor de CO2 convencional é necessário para ajustar a razão CO2/CO no gás de síntese e desta forma atingir flexibilidade no processo. Normalmente, fábricas com lavagem de gás ácido são usadas para remover CO2 porque elas simplesmente têm uma eficiência mais alta na remoção de CO2 com nenhuma produção de gases de exaustão que contêm H2 e CO valiosos para uso em processos de síntese de metanol e amônia a jusante. Por meio do uso da CO2 PSA de a-cordo com a presente invenção, aceita-se intencionalmente uma eficiência mais baixa na remoção de CO2 antes da síntese de metanol e produzir gás de exaustão rico em hidrogênio e monóxido de carbono que não podem ser usados diretamente em processos de síntese de metanol e amônia a jusante. Descobriu-se que a CO2 PSA, embora não apropriada para uso em processos convencionais para a síntese de metanol e amônia, ou processos convencionais para coprodução de metanol e amônia,é perfeitamente apropriada para a presente invenção na qual a flexibilidade da fábrica com relação ao processo de coprodução do documento ns EP-A-2192082 precisa ser ligeiramente alterada para aumentar a quantidade de amônia produzida, e desta forma, mudam ligeiramente a divisão de produtos de metanol e amônia. Embora as lavagens de gás ácido na base de carbonato de potássio não tolerem altas quantidades de CO no gás a ser tratado (deve ser normalmente bem abaixo de 15% em volume de CO) e as lavagens de gás na base de amina, tal como MDEA, não tolerem alto teor de CO, mas devido à perda de capacidade de absorção da solução de amina, um superdimensio-namento deve ser feito para atender à capacidade requerida, o presente processo com CO2 PSA é perfeitamente apropriado para o tratamento desses gases que têm altas quantidades de CO. A corrente dividida da CO2 PSA é, de preferência, entre 1%-50% em peso e mais preferivelmente entre 5-25% em volume, e ainda mais preferivelmente, 10-20% em volume. Consequentemente, na etapa (b) a parte pequena que é passada através da CO2 PSA é 1-50% em volume, de preferência 5-25% em volume, e mais preferivelmente 10-20% em volume do gás de síntese de metanol, enquanto que a parte maior que se desvia da CO2 PSA é 50-99% em volume, de preferência 75-95% em volume, e mais preferivelmente 80-90% em volume do gás de síntese de metanol.
As características da invenção, em pleno acordo com as reivindicações apensadas, estão enunciadas abaixo: 1. Processo para coproduzir metanol e amônia a partir de uma matéria-prima hidrocarbônica, compreendendo as etapas sequenciais de: (a) produzir metanol de gás de síntese contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio por reforma a vapor de água a matéria-prima hidrocarbônica em um estágio de reforma primária e subsequentemente em um estágio de reforma secundária soprado com ar; (b) dividir o gás de síntese para metanol em uma primeira corrente de gás de síntese para metanol contendo 1-50% em volume de gás de síntese para metanol e uma segunda corrente de gás de síntese para metanol que contém 50-99% em volume do gás de síntese para metanol, formando uma primeira corrente de gás de síntese para metanol com teor reduzido de dióxido de carbono passando a primeira corrente de gás de síntese para metanol através de Adsorção Oscilante por Pressão de CO2 (CO2 PSA) e ao mesmo tempo desviando da segunda corrente de gás de síntese de metanol, retirando uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano da Adsorção Oscilante por Pressão de CO2, e formando um gás de síntese de metanol combinada, misturando a primeira corrente de metanol com teor reduzido de dióxido de carbono a partir da corrente de gás de síntese de metanol desviada; (c) converter cataliticamente os óxidos de carbono e hidrogênio da corrente de gás de síntese de metanol combinada em um estágio de síntese de metanol de uma passagem e retirando o efluente que contém metanol e um gás efluente que contém nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos; (d) produzir um gás de síntese para amônia sem o uso de deslocamento de gás de água e sem o uso de remoção de dióxido de carbono, removendo os óxidos de carbono não convertidos do gás efluente da etapa (c) em um estágio de metanação catalítica e retirando um gás de síntese de amônia que tem uma razão molar H2:N2 molar de 3:1; (e) converter cataliticamente o nitrogênio e hidrogênio do gás de síntese de amônia em um estágio de síntese de amônia e retirar uma corrente efluente que contém amônia e uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, nitrogênio e metano. 2. Processo, de acordo com a característica 1, onde a matéria- prima hidrocarbônica é gás natural ou substituto de gás natural (SGN). 3. Processo, de acordo com a característica 1 ou 2, onde o estágio de síntese de metanol na etapa (c) é conduzido passando o gás de síntese através de um reator de água fervente e subsequentemente através de um reator de leito fixo adiabático, ou passando o gás de síntese através de uma série de reatores de água fervente e subsequentemente através de um reator de leito fixo adiabático. 4. Processo, de acordo com a característica 3, onde o reator de água fervente está na forma de um único reator do tipo metanol condensante, que compreende dentro de um invólucro comum um leito fixo de catalisador de metanol e meios de resfriamento adaptados para resfriar indiretamente o gás de síntese de metanol com um agente refrigerante. 5. Processo, de acordo com a característica 3 ou 4, compreendendo ainda resfriar o gás de síntese retirado de cada reator de metanol para condensar metanol e passar o gás através de um separador, retirando uma fração do fundo do separador, que contém o metanol bruto, retirando uma fração do topo que contém gás de síntese que é passado para o reator de metanol subsequente, e formando um único efluente líquido que contém metanol combinando as frações do fundo dos separadores de cada reator, que contêm o metanol bruto. 6. Processo, de acordo com qualquer característica precedente, compreendendo ainda retirar uma corrente rica em hidrogênio do estágio de síntese de amônia e adicionar esta corrente à etapa (c). 7. Processo, de acordo com qualquer característica precedente, no qual a corrente de gás de exaustão, que contém hidrogênio, nitrogênio e metano da etapa (e), é devolvida para a etapa (a). 8. Processo, de acordo com qualquer característica precedente, no qual a corrente de gás de exaustão da etapa (b) é devolvida para a etapa (a). 9. Processo, de acordo qualquer característica precedente, no qual a primeira corrente de gás de síntese de metanol contém 10-20% em volume do gás de síntese de metanol e uma segunda corrente de gás de síntese de metanol contém 80-90% em volume da corrente de gás de síntese de metanol. A figura apensada ilustra um diagrama de blocos simplificado do processo de acordo com uma modalidade específica da invenção, incluindo reforma, estágio de síntese de metanol, estágio de metanação e estágio de síntese de amônia. O gás natural 1 é adicionado ao estágio de reforma 20 (reformador de metano a vapor d'água) sob adição de vapor de água 2. O gás parcialmente reformado é então reformado adicionalmente no estágio de reforma secundária soprado com ar 21 (reformador autotérmico) sob adição de ar 3. O gás de síntese de metanol 4 que contém hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio é resfriado em um ou mais queimadores a calor residual sob a produção de valor de água. Antes da compressão para a síntese de metanol, uma corrente dividida de aproximadamente 10% em volume é tratada em um estágio de CO2 PSA 22 para adsorver dióxido de carbono. A corrente 5 tratada, que é rica em hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio, é misturada com o gás de sínteses desviado para forma a corrente combinada 7. Esta corrente combinada representa um gás de síntese de metanol 7 (gás de síntese de reposição) tendo agora uma razão mais alta entre monóxido de carbono e dióxido de carbono, resultando assim em um gás de síntese mais reativo para a síntese de metanol. A corrente de gás de exaustão da CO2 PSA 6, que contém hidrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano, é usada como combustível no estágio de reforma. O gás de síntese de metanol 7 é então comprimido até a pressão de síntese de metanol (não ilustrado). No estágio de síntese de metanol 23 o gás de síntese de metanol 7 é convertido em uma operação de passagem única (operação de única passagem, nenhuma recirculação) sob a produção de um efluente líquido 8 que contém metanol e um gás efluente 9 que contém nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos. Aproximadamente 80% em peso da capacidade total da fábrica vão para a produção de metanol do e-fluente 8. O óxido de carbono no gás efluente 9 é hidrogenado para dar metano no estágio de metanação 24 gerando desta forma um gás de síntese de amônia 10 que tem uma razão molar H2:N2 de 3:1. O gás de síntese de a-mônia 10 é então passado através do estágio de síntese de amônia 25 sob a produção de um efluente 11 que contém amônia e uma corrente de reciclagem 12 que contém hidrogênio, metano e nitrogênio, que é devolvido na forma de corrente de combustível de gás de exaustão 12 para o estágio de reforma primária 20. Uma corrente rica em hidrogênio 13 (> 90% em volume de H2) também é retirada do estágio de síntese de amônia 25. Esta corrente é adicionada ao estágio de síntese de metanol 23 combinando com a corrente de síntese de metanol 7. Aproximadamente 20% em peso da capacidade total da fábrica vão para a produção de amônia no efluente 11. A fábrica evita o uso de Unidades de Separação de Ar (ASU) bem como deslocamento de gás de água e particularmente estágios de remoção de CO2 na forma de lavagens de gás ácido. A tabela que se segue indica as temperaturas, pressões e vazões das diferentes correntes para um processo de acordo com a Figura 1 onde é possível produzir aproximadamente 3.000 TMPD de metanol e 960 TMPD de amônia. Demonstra-se que pela invenção é agora possível remover adequadamente CO2 antes da síntese de metanol e desta forma conferir flexibilidade ao processo. Em relação ao processo de coprodução do documento da presente requetente n2 EP-A-2192082 no qual 750 TMPD de amônia são produzidas, a flexibilidade é intencionalmente mudada ligeiramente para aumentar a quantidade de amônia produzida para 960 TMPD. A matéria-prima é gás natural (93% em volume de metano): TABELA________________________________________________________ REIVINDICAÇÕES

Claims (9)

1. Processo para coproduzir metanol e amônia a partir de uma matéria-prima hidrocarbônica, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas sequenciais de: (a) produzir metanol de gás de síntese contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio por reforma a vapor de água a matéria-prima hidrocarbônica em um estágio de reforma primária e subsequentemente em um estágio de reforma secundária soprado com ar; (b) dividir o gás de síntese para metanol em uma primeira corrente de gás de síntese para metanol contendo 1-50% em volume de gás de síntese para metanol e uma segunda corrente de gás de síntese para metanol que contém 50-99% em volume do gás de síntese para metanol, formando uma primeira corrente de gás de síntese para metanol com teor reduzido de dióxido de carbono passando a primeira corrente de gás de síntese para metanol através de Adsorção com Oscilação de Pressão de CO2 (CO2 PSA) e ao mesmo tempo desviando da segunda corrente de gás de síntese de metanol, retirando uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano da Adsorção com Oscilação de Pressão de CO2, e formando um gás de síntese de metanol combinada, misturando a primeira corrente de metanol com teor reduzido de dióxido de carbono a partir da corrente de gás de síntese de metanol desviada; (c) converter cataliticamente os óxidos de carbono e hidrogênio da corrente de gás de síntese de metanol combinada em um estágio de síntese de metanol de uma passagem e retirando o efluente que contém metanol e um gás efluente que contém nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos; (d) produzir um gás de síntese para amônia sem o uso de deslocamento de gás de água e sem o uso de remoção de dióxido de carbono, removendo os óxidos de carbono não convertidos do gás efluente da etapa (c) em um estágio de metanação catalítica e retirando um gás de síntese de amônia que tem uma razão molar H2:N2 molar de 3:1; (e) converter cataliticamente o nitrogênio e hidrogênio do gás de síntese de amônia em um estágio de síntese de amônia e retirar uma corrente efluente que contém amônia e uma corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, nitrogênio e metano.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima hidrocarbônica é gás natural ou substituto de gás natural (SGN).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o estágio de síntese de metanol na etapa (c) é conduzido passando o gás de síntese através de um reator de água fervente e subsequentemente através de um reator de leito fixo adiabático, ou passando o gás de síntese através de uma série de reatores de água fervente e subsequentemente através de um reator de leito fixo adiabático.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o reator de água fervente está na forma de um único reator do tipo metanol condensante, que compreende dentro de um invólucro comum um leito fixo de catalisador de metanol e meios de resfriamento adaptados para resfriar indiretamente o gás de síntese de metanol com um agente refrigerante.
5. Processo de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda resfriar o gás de síntese retirado de cada reator de metanol para condensar metanol e passar o gás através de um separador, retirando uma fração do fundo do separador, que contém o metanol bruto, retirando uma fração do topo que contém gás de síntese que é passado para o reator de metanol subsequente, e formando um único efluente líquido que contém metanol combinando as frações do fundo dos separadores de cada reator, que contêm o metanol bruto ,
6. Processo de acordo com qualquer umas das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda retirar uma corrente rica em hidrogênio do estágio de síntese de amônia e adicionar esta corrente à etapa (c).
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás de exaustão que contém hidrogênio, nitrogênio e metano da etapa (e) é devolvida para a etapa (a).
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás de exaustão da etapa (b) é devolvida para a etapa (a).
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a primeira corrente de gás de síntese de metanol contém 10-20% em volume do gás de síntese de metanol e uma segunda corrente de gás de síntese de metanol contém 80-90% em volume da corrente de gás de síntese de metanol.
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