BR112015000151B1 - método para tratar uma corrente de gás de alimentação contendo pelo menos dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio para recuperar uma corrente de gás co2 purificada - Google Patents

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Abstract

MÉTODO PARA TRATAR UMA CORRENTE DE GÁS DE ALIMENTAÇÃO CONTENDO PELO MENOS DIÓXIDO DE CARBONO E SULFETO DE HIDROGÊNIO PARA RECUPERAR UMA CORRENTE DE GÁS CO2 PURIFICADA. A invenção se refere a um método para tratar uma corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto contendo CO2 e H2S para recuperar uma corrente de gás CO2 purificada (vii), compreendendo: a. Separar a dita corrente de gás de alimentação em uma corrente de gás adoçado (i), e uma corrente de gás ácido (ii) ; b. Introduzir a corrente (ii) para uma unidade de Claus em que uma corrente rica em oxigênio é usada como um agente combustível no forno de Claus, recuperando desta forma uma corrente de líquido de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) ; c. Introduzir a corrente (iv) em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) separando desta forma a dita corrente de gás residual em uma corrente de gás enriquecida em CO2 (v), e uma corrente enriquecida em compostos sulfurados (vi); d. Comprimir a corrente (v) que sai da TGTU; e. Passar o gás enriquecido com CO2 comprimido através de uma unidade de purificação de CO2 recuperando desta forma uma corrente de gás CO2(...).

Description

Campo da invenção
[0001] A presente invenção se refere à remoção de componentes sulfurados e dióxido de carbono contido em uma corrente de alimentação de hidrocarboneto de maneira a recuperar o dióxido de carbono nativo em uma corrente purificada. De maneira mais específica, a presente invenção se refere a um processo para recuperar CO2 nativo a partir de um gás azedo que contém CO2, H2S e outros compostos sulfurados, de forma que o CO2 recuperado então pode ser sequestrado ou usado para a recuperação de óleo aprimorado (EOR) . Além disso, a presente invenção se refere a uma instalação para implementar tal processo.
Fundamentos
[0002] Gás natural ou gases associados comproduções de óleo produzido a partir de reservatórios geológicos, ou gases ácidos de refinaria geralmente contêm contaminantes ácidos, tais como dióxido de carbono e/ou sulfeto de hidrogênio e/ou outros compostos sulfurados, tais como mercaptanas, COS, CS2, S. Para a maioria das aplicações destas correntes de gás, os contaminantes ácidos precisam ser removidos, tanto parcialmente quanto quase completamente, dependendo da aplicação e do tipo de contaminante.
[0003] Métodos para remover dióxido de carbono e/ou sulfeto de hidrogênio e/ou outros compostos sulfurados a partir de uma corrente de hidrocarboneto são conhecidos na técnica anterior.
[0004] Uma abordagem comum para remover contaminantes ácidos envolve o uso de solventes tais como solvente químico (solvente com base em amina), solvente híbrido ou solvente físico. Estes solventes foram bastante divulgados na técnica. No entanto, se níveis perceptíveis de compostos sulfurados estão presentes no gás ácido, o processo mais comum para eliminar sulfeto de hidrogênio é para converter o dito sulfeto de hidrogênio para um produto não perigoso tal como enxofre elementar, enviando o mesmo para uma unidade de recuperação de enxofre ("SRU").
[0005] O processo Claus é um tipo conhecido de processo de recuperação de enxofre que permite a conversão de sulfeto de hidrogênio em enxofre elementar. Em uma primeira etapa do dito processo Claus, o sulfeto de hidrogênio é parcialmente queimado com ar em um forno de Claus para formar dióxido de enxofre que vai reagir, em uma segunda etapa, com sulfeto de hidrogênio para formar enxofre elementar de acordo com as seguintes reações:(1) 2 H2S + 3 O2 ^ 2 SO2 + 2 H2O (2) 2 H2S + SO2 θ 3 S + 2 H2O
[0006] Em algumas modalidades, traços de H2S remanescentes são capturados em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU), posicionada na saída da unidade de Claus para aumentar significativamente a recuperação de enxofre.
[0007] Na saída da TGTU, CO2 nativo é diluído por uma grande quantidade de nitrogênio que vem a partir do ar usado para combustão de Claus. Para recuperar uma corrente de CO2 purificada, tecnologias de captura de CO2 usando solvente (por exemplo, um solvente com base em amina, tal como metiletanolamina (MEA) pode ser usado. No entanto, como o CO2 é diluído em um grande volume de nitrogênio, a unidade de captura de CO2 com base em amina requer equipamentos de tamanho grande, impactando desta forma tanto CAPEX quanto OPEX.
[0008] Adicionalmente, um incinerador em geral é conectado na saída da unidade de captura de CO2 com base em amina de maneira a incinerar continuamente os traços remanescentes de compostos sulfurados, hidrogênio, monóxido de carbono e hidrocarbonetos. Leva a um consumo de gás combustível significativo e a importantes emissões de CO2 gasoso, que constitui uma desvantagem principal de tais métodos conhecidos na técnica.
[0009] Portanto, existe uma necessidade por um método que permite recuperar CO2 nativo a partir de uma corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto que contém compostos ácidos, tais como CO2, H2S e outros compostos sulfurados, com melhores rendimentos, menores investimentos, menores emissões de CO2 e consumo de energia reduzido se comparado com os processos da técnica anterior.
[00010] A presente invenção satisfaz todas estas necessidades provendo um método em que:-uma corrente de CO2 purificada compreendendo pelo menos 90 % de CO2 pode ser recuperada,-uma corrente rica em oxigênio é usada como um agente combustível para a unidade de Claus, reduzindo desta forma o tamanho e o custo dos equipamentos,-hidrogênio pode ser separado de maneira eficiente a partir da corrente de CO2 e recuperado,-um incinerador que trabalha continuamente não é necessário, reduzindo desta forma o consumo de energia do sistema e a emissão de dióxido de carbono na atmosfera,- parte da corrente de CO2 pode ser reciclada no forno de Claus para resfriar o mesmo e facilitar as operações ricas em oxigênio.
[00011] A menos que seja indicado de outra forma, todas as porcentagens mencionadas no presente pedido de patente são expressas como porcentagens molares.
Sumário da invençãoMétodo
[00012] Um objetivo da presente invenção é um método para tratar uma corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto contendo pelo menos dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio para recuperar uma corrente de gás CO2 purificada (vii), o dito processo compreendendo as seguintes etapas:a. Separar a dita corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto em uma corrente de gás de hidrocarboneto adoçado (i), e uma corrente de gás ácido (ii) compreendendo pelo menos dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio;b. Introduzir a dita corrente de gás ácido (ii) para uma unidade de Claus, em que uma corrente rica em oxigênio é usada como um agente combustível no forno de Claus, recuperando desta forma uma corrente de líquido de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) compreendendo principalmente dióxido de carbono, hidrogênio e compostos sulfurados;c. Introduzir a corrente de gás residual que sai (iv) em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) separando desta forma a dita corrente de gás residual em uma corrente de gás enriquecida em CO2 contendo também hidrogênio e adoçada em compostos sulfurados (v) , e uma corrente de gás enriquecida em compostos sulfurados (vi); d. Comprimir a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) que sai da TGTU;e. Passar o gás enriquecido com CO2 comprimido a corrente através de uma unidade de purificação de CO2 recuperando desta forma uma corrente de gás CO2 purificada (vii).
[00013] Em uma modalidade, o agente combustível usado no forno de Claus da unidade de Claus é uma corrente rica em oxigênio, em que a quantidade de nitrogênio não excede 50%, é preferivelmente menos do que 40%, mais preferivelmente menos do que 20%, e mais preferivelmente menos do que 10%.
[00014] Em uma modalidade, a corrente de gás residual (iv), a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) e a corrente de gás CO2 purificada (vii) também contêm nitrogênio.
[00015] Em uma modalidade, a corrente de gás ácido (ii) é enriquecida em H2S por uma unidade de enriquecimento de gás ácido localizada a montante a unidade de Claus.
[00016] Em uma modalidade, a TGTU compreende um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual, um reator de hidrogenação, um contator de arrefecimento e opcionalmente uma unidade absorvedora, em particular uma unidade absorvedora com base em amina.
[00017] Em uma modalidade, uma corrente de gás enriquecida em CO2 que sai da unidade de compressão é desidratada antes de entrar na unidade de purificação de CO2.
[00018] Em uma modalidade, a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de separação criogênica produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente de CO2 pobre (viii) .
[00019] Em uma modalidade, a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de membrana produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) no lado do resíduo e uma corrente de CO2 pobre (viii) no lado do permeado.
[00020] Em uma modalidade, a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de adsorção produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente de CO2 pobre (viii) .
[00021] Em uma modalidade, a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de absorção produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente de CO2 pobre (viii) .
[00022] Em uma modalidade, a unidade de purificação de CO2 é uma combinação de unidades de purificação de CO2.
[00023] Em uma modalidade, parte da corrente de gás residual de Claus (iv) é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na TGTU.
[00024] Em uma modalidade, parte da corrente de gás dentro da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus por reciclagem interna.
[00025] Em uma modalidade, parte da corrente de gás que sai da torre de arrefecimento da TGTU é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na unidade absorvedora.
[00026] Em uma modalidade, parte da corrente de gás CO2 purificada (vii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada para o forno de Claus.
[00027] Em uma modalidade, parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada a montante de ou diretamente no forno de Claus.
[00028] Em uma modalidade, parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada entre a unidade de Claus e o reator de hidrogenação da TGTU.
[00029] Em uma modalidade, a etapa d) é eliminada.
Dispositivo
[00030] A presente invenção também se refere a um dispositivo para realizar o método como descrito acima.
[00031] O dispositivo da presente invenção compreende na direção de fluxo:- uma unidade de remoção de gás ácido provendo uma corrente de gás ácido; - uma unidade de Claus operada com uma corrente rica em oxigênio;- uma Unidade de Tratamento de Gás Residual que remove componentes sulfurados;- um dispositivo de compressão; e- um dispositivo de purificação de CO2.
[00032] Em uma modalidade, a unidade de Tratamento de Gás Residual compreende um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual, um reator de hidrogenação, um contator de arrefecimento e opcionalmente uma unidade absorvedora, em particular uma unidade absorvedora com base em uma amina.
[00033] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma unidade de enriquecimento de gás ácido localizada a montante a unidade de Claus.
[00034] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente um dispositivo de desidratação.
[00035] Em uma modalidade, o dispositivo depurificação de CO2 é uma unidade de separação criogênica.
[00036] Em uma modalidade, o dispositivo depurificação de CO2 é uma unidade de membrana.
[00037] Em uma modalidade, o dispositivo depurificação de CO2 é uma unidade de adsorção.
[00038] Em uma modalidade, o dispositivo depurificação de CO2 é uma unidade de absorção.
[00039] Em uma modalidade, o dispositivo de purificação de CO2 é uma combinação de unidades de purificação de CO2.
[00040] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás entre a unidade de Claus e a TGTU e injetar a mesma no forno de Claus.
[00041] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás dentro da unidade de Claus e injetar a mesma no forno de Claus por reciclagem interna.
[00042] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás entre a torre de arrefecimento e a unidade absorvedora da TGTU e injetar no forno de Claus.
[00043] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás CO2 purificada (vii) que sai da unidade de purificação de CO2 e injetar no forno de Claus.
[00044] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 e injetar a montante de ou diretamente no forno de Claus.
[00045] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 e injetar entre a unidade de Claus e o reator de hidrogenação da TGTU.
Breve descrição das figuras
[00046] A Figura 1 é uma vista esquemática de uma unidade de recuperação de CO2 nativa clássica, como conhecido na técnica anterior.
[00047] A Figura 2 é uma vista esquemática da unidade de recuperação de CO2 nativa para realizar o método da presente invenção.
[00048] A Figura 3 é uma vista esquemática da unidade de recuperação de CO2 nativa para realizar o método da presente invenção, em que a purificação de CO2 usa uma unidade de membrana.
[00049] A Figura 4 é uma vista esquemática da unidade de recuperação de CO2 nativa para realizar o método da presente invenção, em que a purificação de CO2 usa uma unidade de separação criogênica.
Descrição detalhada da invenção
[00050] O processo de acordo com a invenção se aplica ao tratamento de uma corrente de gás de hidrocarboneto contendo contaminantes ácidos, tais como uma corrente de gás natural ou corrente de gás de refinaria. Os contaminantes ácidos são compostos principalmente de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. No entanto, a corrente de gás também pode conter outros contaminantes ácidos, como compostos sulfurados, em particular mercaptanas.
[00051] Tipicamente, a corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto pode conter (em uma base seca) de 1 % a 70 % de CO2, em particular de 2 % a 40 % de CO2, mais particularmente de 3 % a 20 % de CO2 e de 0,5% a 50 % de H2S, em particular de 0,5 % a 40 % de H2S, mais particularmente de 0,5 % a 20 % de H2S.
[00052] De acordo com a etapa a) do método da invenção, a corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto é separada em uma corrente de gás de hidrocarboneto adoçado (i), e uma corrente de gás ácido (ii) compreendendo pelo menos dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.
[00053] Por "corrente de gás de hidrocarboneto adoçado", se quer dizer uma corrente de gás de hidrocarboneto contendo menos contaminantes ácidos do que a corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto. A corrente de gás ácido (ii), por outro lado, é enriquecida em contaminantes ácidos se comparada com a corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto.
[00054] Métodos para obter uma corrente de gás de hidrocarboneto adoçado (i) e corrente de gás ácido (ii) a partir de uma corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto contendo contaminantes ácidos são bem conhecidos pelo perito na técnica. Qualquer método de adoçamento pode ser usado para realizar a etapa a) da presente invenção. Tais métodos incluem tratamento de solvente, tal como tratamento de solvente químico, em particular tratamento de solvente com base em amina, tratamento de solvente híbrido ou tratamento de solvente físico.
[00055] Tipicamente, a corrente de gás ácido (ii) contém (em uma base seca) de 10 % a 90 % de CO2, em particular de 25 % a 75 % de CO2 e de 10 % a 90 % de H2S, emparticular de 25 % a 75 % de H2S.
[00056] De acordo com a etapa b) do método dainvenção, a corrente de gás ácido (ii) então é introduzida para uma unidade de Claus em que uma corrente rica emoxigênio (também chamada de "oxigênio ou oxigênio mais ar") é usada como um agente combustível no forno de Claus (também chamada de forno de combustão), recuperando desta forma (iii) uma corrente de líquido de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) compreendendo principalmente dióxido de carbono, hidrogênio e compostos sulfurados.
[00057] Em uma modalidade, a corrente de gás ácido (ii) é enriquecida em uma unidade de enriquecimento de gás ácido localizada a montante a unidade de Claus para aumentar o conteúdo de H2S na corrente de gás ácido (ii).
[00058] Como explicado anteriormente, uma unidade de Claus permite a conversão de sulfeto de hidrogênio em enxofre elementar de acordo com as seguintes reações:(1) 2 H2S + 3 O2 ^ 2 SO2 + 2 H2O(2) 2 H2S + SO2 θ 3 S + 2 H2O.
[00059] Em uma unidade de Claus, ar em geral é usado como um agente combustível para a conversão de sulfeto de hidrogênio em dióxido de enxofre. No entanto, já que o ar contém cerca de 80% de nitrogênio e 20% de oxigênio, o uso de ar como um agente combustível resulta em grande volume de nitrogênio na corrente de gás de processo, que por sua vez requer equipamentos de grande tamanho.
[00060] De acordo com a presente invenção, uma corrente rica em oxigênio é usada como um agente combustível, em vez de ar, de maneira a reduzir o volume de gás de processo. Por "corrente rica em oxigênio", se quer dizer uma corrente contendo uma quantidade de oxigênio de 20% a 100%, preferivelmente de 70% a 100% e mais preferivelmente de 97% a 100%. Os componentes equilibrados podem ser CO2, N2, Ar, Xe, H2, H2O, etc.
[00061] Em uma modalidade, o agente combustível usado no forno de Claus da unidade de Claus é uma corrente rica em oxigênio, em que a quantidade de nitrogênio não excede 50%, é preferivelmente menos do que 40%, mais preferivelmente menos do que 20%, e mais preferivelmente menos do que 10%.
[00062] A corrente rica em oxigênio pode ser obtida a partir de ar atmosférico usando uma unidade de separação de ar (ASU) que separa ar atmosférico em seus componentes primários: na sua maioria nitrogênio e oxigênio, e algumas vezes também argônio e outros gases inertes raros. Qualquer método adequado de separação pode ser usado no processo da invenção, por exemplo, destilação criogênica.
[00063] As reações de Claus descritas acima são bastante exotérmicas. Tipicamente, a pressão no forno de Claus é de 0,17 a 0,19 MPa (1,7 a 1,9 bar) e a temperatura deve ser mantida entre 900 °C e 1450 °C. O gás quente a partir da câmara de combustão passa através das etapas de reação e condensação para produzir enxofre elementar líquido (iii).
[00064] O uso de uma corrente rica em oxigênio quando um agente combustível no forno de Claus promove reações laterais que resultam na formação de hidrogênio. A corrente de gás residual (iv) a jusante da unidade de Claus assim contém quantidades menores de hidrogênio.
[00065] Assim, de acordo com a invenção, a corrente de gás residual (iv) recuperada na saída da unidade de Claus principalmente contém dióxido de carbono e água, mas também contém uma certa quantidade de hidrogênio, nitrogênio e possivelmente monóxido de carbono, bem como traços de compostos sulfurados, tais como sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre.
[00066] Dependendo da tecnologia de purificação de CO2, o conteúdo de nitrogênio na corrente rica em oxigênio pode ser ajustado dependendo do conteúdo de nitrogênio que pode ser aceito na corrente de CO2 purificada.
[00067] A corrente de gás residual (iv) que sai da unidade de Claus em geral contém (em uma base seca) pelo menos 40 % de CO2, preferivelmente de 50% a 90% de CO2. Componentes equilibrados podem ser H2, N2, H2S, SO2, CO, Ar, COS, etc.
[00068] De acordo com a etapa c) do método da invenção, a corrente de gás residual (iv) que sai da unidade de Claus é introduzida em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU), separando desta forma a dita corrente de gás residual (iv) em uma corrente de gás enriquecida em CO2 (v) contendo hidrogênio e adoçada emcompostos sulfurados, e uma corrente de gás enriquecida em compostos sulfurados (vi).
[00069] A TGTU permite a conversão dos compostos sulfurados da corrente de gás residual (iv) em H2S.
[00070] Em uma modalidade, a TGTU compreende quatro equipamentos principais na direção de fluxo:- um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual para aquecer a corrente de gás residual (iv) ,- um reator de hidrogenação para converter os compostos de enxofre da corrente de gás residual (iv) em H2S,- um contator de arrefecimento que remove água extra a partir da corrente de gás, e- uma unidade absorvedora (com base em amina) para separar os compostos sulfurados (principalmente H2S) a partir dos outros constituintes da corrente de gás residual (iv) .
[00071] A TGTU inclui Unidades de Tratamento de Gás Residual com base em amina ou tratamento de gás residual abaixo do ponto de orvalho ou Unidades de Tratamento de Gás Residual com base em oxidação direta. A TGTU usada para implementar o método da invenção não está limitada a estas TGTUs. Qualquer tipo de TGTU pode ser adequada para implementar o método da invenção.
[00072] Como um resultado, duas correntes são recuperadas na saída da TGTU: uma corrente de gás enriquecida em CO2 contendo hidrogênio (v) , e uma corrente de gás enriquecida em compostos sulfurados (vi) (i.e. contendo more compostos sulfurados do que o gás residual (iv)) por outro lado.
[00073] Tipicamente, a corrente de gás enriquecida em compostos sulfurados (vi) é introduzida na unidade de Claus.
[00074] O queimador em linha de alimentação/ ou o aquecedor de gás residual posicionado a montante do reator de hidrogenação provê o calor e a hidrogenação ou calor.
[00075] O reator de hidrogenação tipicamente compreende um leito de catalisador onde compostos sulfurados tais como SO2, S, COS e CS2 são convertidos em H2S. A corrente hidrogenada então é passada através de um contator de arrefecimento, preferivelmente uma torre de arrefecimento de água, de maneira a reduzir a temperatura e remover água extra.
[00076] A corrente de gás na saída de arrefecimento que sai da torre de arrefecimento então é passada através de uma unidade absorvedora, em que compostos sulfurados, principalmente H2S, são absorvidos através de uma solução de absorção. Preferivelmente, a unidade absorvedora é com base em amina. Uma corrente de gás enriquecida em CO2 (v) assim é recuperada a partir da unidade absorvedora, que contém menos do que 500 ppm de H2S, preferivelmente menos do que 100 ppm de H2S. A corrente que contém enxofre é separada da solução de absorção e reciclada de volta para o forno de Claus.
[00077] Alternativamente, a corrente de gás recuperada na saída de arrefecimento pode não ser passada através da unidade absorvedora se o conteúdo de H2S na corrente de CO2 é menor do que a especificação de H2S necessária na corrente de CO2 purificada. Neste caso, a TGTU apenas compreende um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual, um reator de hidrogenação e um contator de arrefecimento.
[00078] Na saída da TGTU, a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) em geral contém (em uma base seca) pelo menos 40% de dióxido de carbono, preferivelmente de 50% a 90% de dióxido de carbono.
[00079] Em uma modalidade, a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) também compreende nitrogênio devido à presença de nitrogênio na corrente rica em oxigênio usada como um agente combustível.
[00080] Em outras modalidades, de acordo com a etapa d) do método da invenção, a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) que sai da TGTU é comprimida, preferivelmente em uma pressão de 1 a 10 MPa (10 bar a 100 bar), mais preferivelmente de 2 a 6 MPa (20 bar a 60 bar). É claro que a etapa de compressão pode ser eliminada se a tecnologia de purificação não requer a mesma.
[00081] Em uma modalidade, a corrente de gás enriquecido com CO2 comprimida é passada através de uma unidade de desidratação de maneira a completar a remoção de água contida na corrente de CO2. Preferivelmente, a unidade de desidratação é uma unidade de glicol ou uma unidade de adsorção, mas qualquer outra técnica adequada pode ser usada.
[00082] De acordo com a etapa e) do método da invenção, a corrente de gás enriquecida com CO2 comprimida então é passada através de uma unidade de purificação de CO2, tal como a unidade de separação de CO2/H2, recuperando desta forma uma corrente de gás CO2 purificada (vii) por um lado e uma corrente de CO2 pobre (viii) do outro lado, que compreende hidrogênio.
[00083] Qualquer unidade de purificação de CO2 adequada pode ser usada. Preferivelmente, a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de separação criogênica, uma unidade de membrana, uma unidade de adsorção, uma unidade de absorção ou uma combinação das mesmas.
[00084] A unidade de separação criogênica produz uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente não condensável (viii) contendo H2, CO2, N2, Ar, etc. que assim pode ser recuperada para o uso adicional.
[00085] Como para a separação por membrana, a taxa de recuperação de CO2 em geral é menor do que aquela da separação criogênica. No entanto, como o permeado de membrana compreende uma grande quantidade de dióxido de carbono, pode ser reciclado vantajosamente para o forno de Claus de maneira a facilitar as operações ricas em oxigênio. No caso da separação por membrana, a taxa de recuperação de CO2 pode ser aumentada através da reciclagem total ou de parte do permeado de membrana no forno de Claus.
[00086] No caso de baixo conteúdo de CO2 na corrente de gás enriquecido com CO2 comprimida, uma combinação de unidades de purificação de CO2 pode ser implementada vantajosamente para aumentar a recuperação de CO2.
[00087] A corrente de CO2 pode ser necessária para controlar a temperatura do forno de Claus e reciclada em diferentes estágios do processo. Preferivelmente, a corrente de CO2 reciclada é coletada tão a montante quanto for possível de maneira a reduzir o volume de gás a ser tratado pelas unidades a jusante.
[00088] Em uma modalidade, parte da corrente de gás que sai da torre de arrefecimento da TGTU é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na unidade absorvedora.
[00089] Em uma modalidade, parte da corrente de gás (iv) que sai da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na TGTU.
[00090] Em uma modalidade, parte da corrente de gás dentro da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus por reciclagem interna.
[00091] Em uma modalidade, parte da corrente de gás CO2 purificada (vii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada para o forno de Claus.
[00092] Em uma modalidade, parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada entre a unidade de Claus e o reator de hidrogenação da TGTU.
[00093] Em uma modalidade, parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada a montante de ou diretamente no forno de Claus.
[00094] Uma combinação destes reciclos também podeser realizada.
[00095] A corrente de CO2 purificada (vii) obtida pelo método da invenção pode conter de 90 % a 100 % de CO2, preferivelmente de 97 % a 99,9 % de CO2. Então pode ser sequestrado ou usado para a recuperação de óleo aprimorada (EOR).
[00096] Em uma modalidade, a corrente de gás CO2 purificada (vii) também contém nitrogênio devido à presença de nitrogênio na corrente rica em oxigênio usada como um agente combustível.
[00097] Como mencionado anteriormente, a pureza da corrente de CO2 obtida pelo método da invenção vai depender do tipo de agente combustível usado no forno de Claus, na tecnologia de TGT e na tecnologia de purificação de CO2. Para obter uma corrente de CO2 com alta pureza (98% ou mais), é preferível usar corrente rica em oxigênio com alta pureza (para o forno de Claus) . No entanto, para uma menor pureza da corrente rica em CO2 produzida, menor pureza da corrente rica em oxigênio (para o forno de Claus) pode ser preferível já que é mais barata de implementar.
[00098] Outro objetivo da presente invenção é um dispositivo para realizar o método da invenção como descrito anteriormente, o dito dispositivo compreendendo na direção de fluxo:- uma unidade de remoção de gás ácido provendo uma corrente de gás ácido;- uma unidade de Claus operada com uma corrente rica em oxigênio;- uma Unidade de Tratamento de Gás Residual que remove componentes sulfurados;- um dispositivo de compressão; e- um dispositivo de purificação de CO2.
[00099] A unidade de remoção de gás ácido pode ser uma unidade que realiza um método de adoçamento clássico tal como por solvente químico, solvente híbrido ou solvente físico. Por exemplo, pode ser uma unidade de lavagem de amina. Soluções de amina são bem conhecidas pelo perito na técnica. De acordo com a especificação desejada, as soluções de amina podem incluir DEA (dietanolamina), MDEA (metil dietanolamina) ou MDEA ativada ou qualquer outra solução.
[000100] Como mencionado anteriormente, o agente combustível para a unidade de Claus pode ser uma corrente rica em oxigênio. A corrente rica em oxigênio pode ser produzida por uma unidade de separação de ar. Em adição, parte da corrente de CO2 purificada (vii) pode ser reciclada para a unidade de Claus para facilitar as operações ricas em oxigênio.
[000101] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente uma unidade de enriquecimento de gás ácido localizada entre a unidade de remoção de gás ácido e a unidade de Claus para aumentar o conteúdo de H2S na corrente.
[000102] Em uma modalidade, a unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) compreende na direção de fluxo um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual, um reator de hidrogenação, um contator de arrefecimento e opcionalmente uma unidade absorvedora, em particular uma unidade absorvedora com base em amina. Como explicado anteriormente, pode não ser necessário incluir uma unidade absorvedora na TGTU se o conteúdo de H2S na corrente de CO2 na saída do reator de hidrogenação é menor do que a especificação necessária na corrente de CO2 purificada. Neste caso, a TGTU apenas compreende um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual, um reator de hidrogenação e um contator de arrefecimento.
[000103] Em uma modalidade, TGTU inclui tratamento de gás residual abaixo do ponto de orvalho ou Unidades de Tratamento de Gás Residual com base em oxidação direta. A TGTU usada para implementar o método da invenção não está limitada a estas TGTUs. Qualquer tipo de TGTU pode ser adequado para implementar o método da invenção.
[000104] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente um dispositivo de desidratação localizado a montante o dispositivo de purificação de CO2. Dependendo da configuração de compressão, a desidratação pode estar localizada entre dois estágios de compressão. Preferivelmente, o dispositivo de purificação de CO2 é uma unidade de separação criogênica, uma unidade de membrana, uma unidade de adsorção ou uma unidade de absorção.
[000105] Em uma modalidade, o dispositivo de purificação de CO2 é uma combinação de tecnologias de purificação de CO2.
[000106] O dispositivo pode compreender adicionalmente uma ou várias linhas de reciclo como na sequência:- uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás (iv) entre a unidade de Claus e a TGTU e injetar no forno de Claus;- uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás dentro da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus,- uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás entre a torre de arrefecimento da TGTU e a unidade absorvedora e injetar no forno de Claus, - uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de gás CO2 purificada (vii) que sai da unidade de purificação de CO2 e injetar no forno de Claus,- uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 e injetar entre a unidade de Claus e o reator de hidrogenação da TGTU,- uma linha de reciclo para coletar parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 e injetar a montante de ou diretamente no forno de Claus.
[000107] A invenção é descrita adicionalmente nas figuras 1, 2, 3 e 4. Estes exemplos são oferecidos para ilustrar a invenção e de modo algum devem ser vistos como limitantes da invenção.
[000108] A Figura 1 provê uma vista esquemática de uma unidade de recuperação de CO2 clássica, como conhecido na técnica anterior.
[000109] Na Figura 1, uma corrente de gás azedo é introduzida em uma unidade de remoção de gás ácido (AG U) , desta forma provendo uma corrente de gás doce e uma corrente de gás ácido contendo 48% de dióxido de carbono e 43% de sulfeto de hidrogênio. A corrente de gás ácido então entra em uma unidade de Claus em uma pressão de 0,1 a 0,2MPa (1 a 2 bar). Na unidade de Claus o sulfeto dehidrogênio é convertido em enxofre elementar usando arcontendo 20% de oxigênio e 80% de nitrogênio como um agente combustível, portanto levando à diluição de dióxido decarbono com nitrogênio. Então, esta mistura entra em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) para remover traços de compostos sulfurados remanescentes, levando a uma mistura de corrente de gás residual composta de 60% de nitrogênio, 30% de dióxido de carbono e 10% de água. Na saída da TGTU, a dita mistura então é contatada com um solvente com base em amina de maneira a capturar o dióxido de carbono, separando desta forma o dióxido de carbono de nitrogênio remanescente.
[000110] Tipicamente, MetilEtanolamina (MEA) é usada como o solvente de amina mais comum para capturar o CO2 do gás de purga de TGT. Após a etapa de absorção, o solvente de amina químico enriquecido em dióxido de carbono é enviado para um regenerador em operação em uma pressão compreendida entre 0,1 a 0,2 MPa (1 e 2 bar) para recuperar o solvente de amina esgotado em dióxido de carbono e para prover uma corrente de dióxido de carbono gasoso saturada com água. Após as etapas de compressão e desidratação (tipicamente usando uma unidade de TEG), uma corrente composta de cerca de 99, 9% de dióxido de carbono e 600 ppm de sulfeto de hidrogênio é obtida.
[000111] A mistura remanescente que sai do absorvedor de captura de CO2 compreendendo 87% de nitrogênio, 4% de dióxido de carbono, 6% de água e 3% de hidrogênio é enviada para o incinerador.
[000112] Como um resultado, a recuperação de CO2 nativo típica de tal captura é cerca de 90%.
[000113] A Figura 2 provê uma vista esquemática da unidade de recuperação de CO2 nativa para realizar o método da presente invenção.
[000114] Na Figura 2, uma corrente de gás azedo é introduzida em uma unidade de remoção de gás ácido (AGRU), desta forma provendo uma corrente de gás doce (i) e umacorrente de gás ácido (ii) contendo 48% de dióxido de carbono e 43% de sulfeto de hidrogênio. Um método deadoçamento clássico usando um solvente químico, um solvente híbrido ou um solvente físico é usado como uma unidade deremoção de gás ácido (AGRU) . A corrente de gás ácido (ii)então entra em uma unidade de Claus usando corrente rica em oxigênio em uma pressão de 0,17 a 0,19 MPa (1,7 a 1,9 bar). Na verdade, o sulfeto de hidrogênio é transformado em enxofre elementar na unidade de Claus usando corrente rica em oxigênio como um agente combustível. Duas correntes saem da unidade de Claus: uma corrente de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) compreendendo principalmente CO2, H2 e compostos sulfurados. Então, a corrente de gás residual (iv) entra em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) de maneira a remover traços de compostos sulfurados remanescentes, desta forma produzindo um efluente de gás (v) composto de 85% de dióxido de carbono, 10% de hidrogênio, 5% de água e 100 ppm de sulfeto de hidrogênio. Então, este efluente de gás (v) entra na unidade de compressão, então uma unidade de purificação de CO2, formando desta forma, por um lado, uma corrente de dióxido de carbono purificada (vii) e, por outro lado, uma corrente de dióxido de carbono pobre (viii) compreendendo dióxido de carbono e hidrogênio.
[000115] A composição da corrente de dióxido de carbono purificada (vii) e da corrente de CO2 pobre (viii) vai depender do tipo de tecnologia de separação.
[000116] Uma ou várias linhas de reciclo podem ser incluídas no processo:- linha de reciclo (1), em que parte da corrente de gás que sai da torre de arrefecimento é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na unidade absorvedora,- linha de reciclo (2), em que parte da corrente de gás (iv) que sai da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na TGTU,- linha de reciclo (3), em que parte da corrente degás dentro da unidade de Claus é reciclada para o forno deClaus por reciclagem interna,- linha de reciclo (4), em que parte da corrente degás CO2 purificada (vii) que sai da unidade de purificaçãode CO2 é reciclada para o forno de Claus,- linha de reciclo (5), em que parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada entre a unidade de Claus e o reator de hidrogenação da TGTU,- linha de reciclo (6), em que parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada a montante de ou diretamente no forno de Claus.
[000117] A Figura 3 provê uma vista esquemática da unidade de recuperação de CO2 nativa para realizar o método da presente invenção, em que a unidade de purificação de CO2 é uma membrana.
[000118] Na Figura 3, uma corrente de gás azedo é introduzida em uma unidade de remoção de gás ácido (AGRU), desta forma provendo uma corrente de gás doce (i) e umacorrente de gás ácido (ii) contendo 48% de dióxido de carbono e 43% de sulfeto de hidrogênio. Um método deadoçamento clássico usando um solvente químico, um solvente híbrido ou um solvente físico é usado como uma unidade deremoção de gás ácido (AGRU) . A corrente de gás ácido (ii)então entra em uma unidade de Claus usando corrente rica em oxigênio como um agente combustível no forno de Claus, em uma pressão de 0,17 a 0,19 MPa (1,7 a 1,9 bar) . Duas correntes saem da unidade de Claus: uma corrente de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) compreendendo principalmente CO2, H2 e compostos sulfurados. Então, a corrente de gás residual (iv) entra em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU), a dita TGTU que é uma tecnologia com base em amina, desta forma produzindo um efluente de gás (v) composto de 85% de dióxido de carbono, 8% de hidrogênio, 7% de água e 100 ppm de sulfeto de hidrogênio. Então, este efluente de gás (v) entra em uma unidade de compressão e uma unidade de desidratação, então uma unidade de membrana para a purificação de CO2, formando desta forma um resíduo de dióxido de carbono purificado e uma corrente de permeado contendo dióxido de carbono e hidrogênio.
[000119] A corrente de resíduo de dióxido de carbono purificado (vii), em uma pressão próxima da pressão de descarga da unidade de compressão, é composta de 98% de dióxido de carbono, 1,7% de hidrogênio, 0,3% de monóxido de carbono e menos do que 100 ppm de sulfeto de hidrogênio. A corrente de permeado (viii), em cerca de 0,2 MPa (2 bar) é composta de aproximadamente 70% de dióxido de carbono e 30% de hidrogênio. A dita corrente de permeado de membrana (viii) é totalmente ou parcialmente reciclada a montante da ou diretamente na unidade de Claus. Como um resultado do reciclo total, a recuperação de CO2 nativo típica deste esquema de processo é de cerca de 100%.
[000120] A Figura 4 provê uma vista esquemática da unidade de recuperação de CO2 nativa para realizar o método da presente invenção, em que a unidade de purificação de CO2 é uma unidade criogênica.
[000121] Na Figura 4, uma corrente de gás azedo é introduzida em uma unidade de remoção de gás ácido (AGRU), desta forma provendo uma corrente de gás doce (i) e uma corrente de gás ácido (ii) contendo 18% de dióxido de carbono e 73% de sulfeto de hidrogênio. Um método de adoçamento clássico usando um solvente químico, um solvente híbrido ou um solvente físico é usado como uma unidade de remoção de gás ácido (AGRU) . A corrente de gás ácido (ii) então entra em uma unidade de Claus usando corrente rica em oxigênio as um agente combustível no forno de Claus, em uma pressão de 0,17 a 0,19 MPa (1,7 a 1,9 bar). Duas correntes saem da unidade de Claus: uma corrente de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) compreendendo principalmente CO2, H2 e compostos sulfurados. Então, a corrente de gás residual (iv) entra em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) , a dita TGTU que é uma tecnologia com base em amina. Parte da corrente de gás após a torre de arrefecimento é reciclada para o forno de Claus, com uma composição de 59% CO2, 20% H2 e 4% H2S. A jusante da amina de TGT, um efluente de gás (v) é produzido, composto de 58% de dióxido de carbono, 23% de hidrogênio, 15% de água e 500 ppm de sulfeto de hidrogênio. Então, este efluente de gás (v) entra em uma unidade de compressão e uma unidade de desidratação, então uma unidade criogênica para a purificação de CO2, formando desta forma um produto de dióxido de carbono purificado (vii) e uma corrente de CO2 pobre (viii) contendo hidrogênio e some dióxido de carbono.
[000122] A corrente de dióxido de carbono purificada (vii), em torno de 1MPa (10 bar), é composta de 99,9% de dióxido de carbono e menos do que 0, 1% de sulfeto de hidrogênio. A corrente de pobre em CO2 (viii) rica em hidrogênio (viii), em cerca de 0,13 MPa (1,3 bar) é composta de aproximadamente 72% de hidrogênio e 14% de dióxido de carbono, componentes remanescentes que são argônio, monóxido de carbono, nitrogênio.

Claims (16)

1. Método para tratar uma corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto contendo pelo menos dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio para recuperar uma corrente de gás CO2 purificada (vii), o dito método compreendendo as seguintes etapas:a. separar a dita corrente de gás de alimentação de hidrocarboneto em uma corrente de gás de hidrocarboneto adoçado (i), e uma corrente de gás ácido (ii) compreendendo pelo menos dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio;b. introduzir a dita corrente de gás ácido (ii) para uma unidade de Claus, em que uma corrente rica em oxigênio é usada como um agente combustível no forno de Claus, recuperando desta forma uma corrente de líquido de enxofre elementar (iii) e uma corrente de gás residual (iv) compreendendo principalmente dióxido de carbono, hidrogênio e compostos sulfurados;c. introduzir a corrente de gás residual que sai (iv) em uma Unidade de Tratamento de Gás Residual (TGTU) separando desta forma a dita corrente de gás residual em uma corrente de gás enriquecida em CO2 contendo também hidrogênio e adoçada em compostos sulfurados (v), e uma corrente enriquecida em compostos sulfurados (vi);d. comprimir a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) que sai da TGTU; e e. passar o gás enriquecido com CO2 comprimido através de uma unidade de purificação de CO2 recuperando desta forma uma corrente de gás CO2 purificada (vii),caracterizado pelo fato de que a corrente rica em oxigênio usada como um agente combustível no forno de Claus contém uma quantidade de oxigênio de 70% a 100 % e uma quantidade de nitrogênio que não excede 50% e a pressão no forno de Claus é de 1,7 a 1,9 bar e a temperatura é entre 900 °C 1450 °C durante a etapa b.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás residual (iv), a corrente de gás enriquecida com CO2 (v) e a corrente de gás CO2 purificada (vii) também contêm nitrogênio.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás ácido (ii) é enriquecida em H2S por uma unidade de enriquecimento de gás ácido localizada a montante a unidade de Claus.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a TGTU compreende um queimador em linha de alimentação ou um aquecedor de gás residual, um reator de hidrogenação, um contator de arrefecimento e opcionalmente uma unidade absorvedora, em particular uma unidade absorvedora com base em uma amina.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás enriquecida com CO2 que sai da unidade de compressão é desidratada antes de entrar na unidade de purificação de CO2.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de separação criogênica produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente de CO2 pobre (viii).
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de membrana produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) no lado do resíduo e uma corrente de CO2 pobre (viii) no lado do permeado.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de adsorção produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente de CO2 pobre(viii).
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de purificação de CO2 é uma unidade de absorção produzindo uma corrente de gás CO2 purificada (vii) e uma corrente de CO2 pobre (viii).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a unidade de purificação de CO2 é uma combinação de unidades de purificação de CO2.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que parte da corrente de gás que sai da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na TGTU.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que parte da corrente de gás dentro da unidade de Claus é reciclada para o forno de Claus por reciclagem interna.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que parte da corrente de gás que sai da torre de arrefecimento é reciclada para o forno de Claus antes da introdução na unidade absorvedora.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que parte da corrente de gás CO2 purificada (vii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada para o forno de Claus.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada a montante de ou diretamente no forno de Claus.
16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que parte da corrente de CO2 pobre (viii) que sai da unidade de purificação de CO2 é reciclada entre a unidade de Claus e o reator de hidrogenação da TGTU.
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