BR112017024866B1 - Um método para aumento da capacidade de uma planta de amônia - Google Patents
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Abstract
UM MÉTODO PARA AUMENTO DA CAPACIDADE DE UMA PLANTA DE AMÔNIA. A presente invenção se refere a um método para tratamento de condensado de processo (1) em uma planta de amônia, em que a planta de amônia compreende uma seção de extremidade dianteira produzindo um gás de suprimento (gás de make-up) a partir de reforma de uma fonte de hidrocarboneto, e uma seção de síntese onde a gás de suprimento é reagido com amônia; e referido condensado de processo (1) é coletado a partir de um ou mais equipamentos da planta de amônia e é uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol. Em concordância com a presente invenção, referido método compreende remoção por destilação (stripping) de referido condensado de processo (1) em um ambiente de remoção por destilação com vapor de baixa pressão (4) possuindo uma pressão de não mais do que 10 bar, obtendo uma fase de vapor (5) compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol removidos por destilação a partir do condensado de processo (1); condensação de referida fase de vapor (5), obtendo uma solução de condensado (11) enriquecida de amônia e de metanol; re-introdução de uma primeira porção (12) de referida solução de condensado (11) para referido ambiente de remoção por destilação; e reciclo de uma segunda porção (13) de referida solução de condensado (11) para referida planta de amônia.
Description
[0001] A presente invenção geralmente se refere a um tratamento de condensado de processo em uma planta para a síntese de amônia.
[0002] Amônia é preparada começando a partir de um gás de suprimento (gás de make-up) compreendendo hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2). Referido gás de suprimento é convencionalmente produzido por reforma de um hidrocarboneto, tal como gás natural, em uma seção de extremidade dianteira (seção frontal). A seção de extremidade dianteira inclui uma seção de purificação, uma seção de reforma e uma seção de preparação de syngas (gás de síntese) (uma mistura de hidrogênio e de monóxido de carbono). A seção de purificação inclui, por exemplo, um conversor de dessulfurização, a seção de reforma pode incluir um reformador primário e um reformador secundário e a seção de preparação de syngas geralmente compreende um ou mais conversores de permuta (de turno), uma seção de remoção de dióxido de carbono e um metanador.
[0003] Uma extremidade dianteira para a produção do gás de suprimento de amônia é descrita, por exemplo, na patente européia número EP 2.022.754 e na patente européia número EP 2.065.337.
[0004] O termo “condensado de processo” denota uma ou mais correntes de subproduto de água contaminada coletada a partir de diferentes localizações da planta. Referidas correntes de condensado de processo tipicamente contêm pequenas (menos do que 1%), mas não desprezíveis quantidades de amônia, de dióxido de carbono, de metanol e de outros contaminantes. A maior parte do condensado de processo tipicamente se origina a partir da seção de reforme e da seção de preparação de syngas da extremidade dianteira, a saber, a partir de um separador antes da seção de remoção de dióxido de carbono.
[0005] Devido para o fato dos contaminantes anteriormente mencionados, o condensado de processo não pode ser descarregado como tal. Uma técnica do estado da técnica de tratamento do condensado de processo é remoção por destilação (stripping) com uma corrente de baixa pressão para purificar água e para separar um gás contendo amônia, CO2 e metanol; e referido gás é, então, queimado (flared) ou descarregado como tal. Em ambos os casos, entretanto, esta técnica introduz uma adicional emissão para a atmosfera. De maneira tal a evitar esta desvantagem, o estado da técnica proporciona uma solução alternativa de remoção por destilação em uma pressão média, a saber, de 25 bar - 45 bar, obtendo uma fase de gás sob pressão que é, então, reciclada para a extremidade dianteira. Esta técnica proporciona reciclo interno da amônia, do CO2 e do metanol contidos no condensado de processo, mas é dispendioso requerendo equipamento sob pressão.
[0006] A patente norte americana número US 5.385.646 apresenta um método de tratamento de uma corrente aquosa de efluente de processo de planta de produção química de contaminantes diluídos que requer uma seção de remoção por destilação e uma seção de retificação, por exemplo, dispostas em uma torre, o que é, entretanto, dispendioso.
[0007] O objetivo da presente invenção é o de proporcionar uma nova técnica para tratamento de condensado de processo de plantas de amônia, superando as desvantagens anteriormente mencionadas do estado da técnica.
[0008] Este objetivo é alcançado com um método para tratamento de condensado de processo em uma planta de amônia, em que: - a planta de amônia compreende uma seção de extremidade dianteira produzindo um gás de suprimento (gás de make-up) a partir de reforma de uma fonte de hidrocarboneto, e uma seção de síntese onde a gás de suprimento é reagido com amônia; - referido condensado de processo é coletado a partir de um ou mais equipamentos da planta de amônia e é uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol; - o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende: - remoção por destilação (stripping) de referido condensado de processo em um ambiente de remoção por destilação com vapor de baixa pressão possuindo uma pressão de não mais do que 10 bar, obtendo uma fase de vapor compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol removidos por destilação a partir do condensado de processo; - condensação de referida fase de vapor, obtendo uma solução de condensado enriquecida de amônia e de metanol; - re-introdução de uma primeira porção de referida solução de condensado para referido ambiente de remoção por destilação como refluxo; - reciclo de uma segunda porção de referida solução de condensado para referida planta de amônia.
[0009] A pressão da corrente de remoção por destilação é preferivelmente 5 bar ou menos, mais preferivelmente de 3 bar até 4 bar.
[0010] Preferivelmente, referida primeira porção de solução é re-introduzida diretamente para o ambiente de remoção por destilação. Mais especificamente, referida primeira porção de solução é re-introduzida para o ambiente de remoção por destilação sem uma etapa prévia de retificação, o que não é requerido pela presente invenção.
[0011] A solução obtida depois da condensação é enriquecida de amônia e de metanol comparada com o condensado de processo adentrando.
[0012] Uma porção de referida solução é reciclada para a planta de amônia. Preferivelmente, referida porção da solução é reciclada para a seção de extremidade dianteira e adicionada para a corrente de processo, isto é, para a corrente submetida para reforma. Para este propósito, referida porção de solução é bombeada para uma pressão adequada, que é usualmente na faixa de 25 bar - 45 bar (pressão de extremidade dianteira).
[0013] Preferivelmente, referida segunda porção de solução é de não mais do que 4% da solução de condensado, mais preferivelmente de não mais do que 3% e ainda mais preferivelmente de não mais do que 2%.
[0014] Em algumas concretizações da presente invenção, a primeira porção da solução anteriormente mencionada é de 96% até 98% e a segunda porção é de 2% até 4% da solução de condensado. Em uma concretização preferida da presente invenção, referida segunda porção é de 2% até 3%, mais preferivelmente de 2% ou de cerca de 2%.
[0015] As porcentagens acima são determinadas em % em volume. Em concordância com isso, a segunda porção de solução contém uma pequena fração dos vapores suspensos entregues pelo processo de remoção por destilação. Referida segunda porção pode também ser chamada de destilado.
[0016] Uma vantagem de referido destilado contendo uma pequena quantidade do vapor global a partir de remoção por destilação, por exemplo, de 2% ou de cerca de 2%, é a de reduzir a desvantagem de contaminação da corrente de processo da planta de amônia devido para o fato da composição do destilado. Por exemplo, reciclagem (reciclo) de uma quantidade excessivamente grande de vapores suspensos para a seção de remoção por destilação, pode conduzir para a formação de compostos indesejados, tal como carbamato de amônia, devido para o fato da presença de água, de dióxido de carbono e de amônia no destilado, enquanto que uma segunda porção excessivamente grande de solução reciclada para a planta de amônia deveria impactar negativamente a extremidade dianteira de planta de amônia, devido para o fato do conteúdo de água muito alto.
[0017] Em uma concretização preferida da presente invenção, a extremidade dianteira compreende um reformador primário e referida porção de solução é injetada para a lateral de processo do reformador. Em concordância com isso, a amônia, o metanol e o dióxido de carbono são internamente reciclados e recentemente vapor reformado com produção de hidrogênio e de óxidos de carbono, que podem ser reciclados, e dióxido de carbono podem ser adicionalmente separados na seção de separação de CO2.
[0018] A remoção por destilação do condensado de processo é realizada, por exemplo, em uma coluna de remoção por destilação. Vapores removidos por destilação a partir da coluna são condensados e enviados para um separador de refluxo de condensado; a fase líquida extraída a partir do separador é a solução anteriormente mencionada.
[0019] Preferivelmente, referida solução contém CO2 na faixa de 5% até 10%, metanol na faixa de 3% até 8% e NH3 na faixa de 7% até 13%. A concentração de referida solução é intencionada para ser uma concentração molar [% em mol]. O depositante descobriu que uma concentração nesta faixa é preferível para evitar formação de cristais sólidos e, por outro lado, para reduzir resfriamento da corrente de processo depois de injeção que deveria ser provocada por diluição excessiva.
[0020] A considerável vantagem da presente invenção é a de que o tratamento é realizado em uma baixa pressão, por conseqüência, requerendo equipamento não dispendioso. Em adição, graças à etapa de condensação, a corrente de reciclo para a planta de amônia é líquida, de maneira tal que reciclagem para a planta de amônia é mais fácil e requer menos energia comparada com a reciclagem de uma corrente gasosa. Uma vantagem adicional é a de que emissões para a atmosfera (particularmente de CO2, de NH3 e de metanol) são evitadas.
[0021] Uma outra vantagem da presente invenção é a de que a habilidade para aumentar a capacidade da planta de amônia, em termos de quantidade de amônia produzida. Este aumento é em torno de 0,5% que é pequeno, mas ainda assim interessante a partir de um ponto de vista econômico, sendo obtenível com um baixo custo de investimento.
[0022] Aspectos adicionais da presente invenção são o de uma planta adaptada para realizar o método da presente invenção, e o de um método de renovação em concordância com as reivindicações de patente acompanhantes.
[0023] Uma planta em concordância com a presente invenção é caracterizada pelo fato de que uma seção para tratamento do condensado de processo compreende pelo menos um removedor por destilação (stripper), um condensador e uma seção de bombeamento. O removedor por destilação é alimentado com o condensado de processo e com vapor de baixa pressão como um meio de remoção por destilação, referido vapor possuindo preferivelmente uma pressão de não mais do que 10 bar; o condensador recebe uma fase de vapor compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol a partir de referido removedor por destilação, e produz uma solução de condensado enriquecida de amônia e de metanol; a seção de bombeamento é disposta para re-introduzir uma primeira porção de referida solução para referido removedor por destilação, e para reciclar uma segunda porção de referida solução para referida planta de amônia.
[0024] Uma renovação em concordância com a presente invenção é caracterizada pelo fato de que compreende provisão de uma seção para tratamento do condensado de processo incluindo pelo menos o equipamento anteriormente mencionado, a saber, o removedor por destilação utilizando vapor de baixa pressão como um meio de remoção por destilação; um condensador e uma seção de bombeamento para re-introduzir uma primeira porção de solução para o removedor por destilação e para reciclar uma segunda porção de referida solução para a planta de amônia.
[0025] A presente invenção é atrativa para renovação de uma planta já existente devido para o fato de que a mesma requer a instalação de equipamento relativamente de baixo custo, tal como coluna de remoção por destilação de baixa pressão e bombas de destilado, enquanto aumenta a produção de amônia e elimina um ponto de emissão.
[0026] O método da presente invenção é agora elucidado em maiores detalhes e com referência para uma concretização preferida em concordância com o esquema da Figura 1 do Desenho anexado.
[0027] A presente invenção irá ser descrita, e em maiores detalhes, por intermédio de concretização preferida, e com referência para o Desenho da Figura acompanhante. No Desenho da Figura acompanhante:
[0028] A Figura 1 mostra uma seção de tratamento de condensado de processo de uma planta de amônia.
[0029] O Desenho da Figura acompanhante é unicamente uma representação esquemática / diagramática e a presente invenção não está limitada para a concretização exemplificativa preferida nele representada.
[0030] A corrente (1) denota um condensado de processo que é basicamente uma solução aquosa contendo amônia, metanol e dióxido de carbono, em uma concentração tipicamente de alguns milhares de ppm, e possíveis traços de outros contaminantes, tais como alcoóis e outros hidrocarbonetos.
[0031] Referido condensado de processo (1) depois de pé-aquecimento em um trocador de calor (2) é enviado para uma coluna de remoção por destilação (3) onde é contactado com um vapor de remoção por destilação de baixa pressão (4). Referido vapor (4) está preferivelmente em uma pressão de 3 bar até 5 bar. A coluna de remoção por destilação (3) recebe condensado de processo pré-aquecido (6) e uma solução re-circulada (7) que irá ser descrita posteriormente.
[0032] O vapor suspenso (5) emergindo a partir da coluna de remoção por destilação (3) contém água, amônia, metanol e dióxido de carbono, removidos por destilação a partir do condensado (1). Este vapor suspenso (5) é condensado em um condensador (8), por exemplo, descarregando o calor de condensação para água ou vapor, e o condensado (9) é enviado para um separador (10).
[0033] A fase líquida (11) extraída a partir de referido separador (10) é uma solução rica em amônia e rica em metanol que é dividida em uma primeira porção (12) e em uma segunda porção (13).
[0034] A primeira porção (12) é enviada de volta para a coluna de remoção por destilação (3) por intermédio de uma primeira bomba (14) que entrega a corrente re- circulada (7); a segunda porção (13) é reciclada para a planta de amônia por intermédio de uma segunda bomba (15).
[0035] A primeira porção (12) é enviada diretamente para a coluna de remoção por destilação (3) por intermédio de referida bomba (14). A segunda porção (13), por exemplo, contém 2% ou cerca de 2% do vapor suspenso (5).
[0036] Preferivelmente, referida segunda porção (13) da solução é reciclada para um reformador primário onde a mesma é injetada para a lateral de processo do reformador, isto é, misturada com o gás de reforma. Para este propósito, a segunda bomba (15) entrega uma corrente de líquido (16) na pressão de reforma primária, por exemplo, na faixa de 25 bar até 45 bar. Esta corrente (16) pode também ser chamada corrente de destilado.
[0037] O líquido (17) a partir do fundo da coluna de remoção por destilação (3), que é água purificada, é parcialmente re-circulada para a coluna de remoção por destilação (3) depois de passagem através de um reboiler (caldeira) (18). Líquido re-aquecido (19) é introduzido de volta para a parte inferior da coluna de remoção por destilação (3). Preferivelmente, como é mostrado, o reboiler (18) é aquecido por vapor de remoção por destilação de baixa pressão (4). Referido vapor de remoção por destilação de baixa pressão (4) pode também ser diretamente alimentado para a coluna de remoção por destilação (3). A porção remanescente (20) é preferivelmente resfriada no pré-aquecedor de condensado de processo (2) e a água purificada resfriada (21) é descarregada ou exportada.
[0038] A fase de gás (22) a partir do separador (10) pode ser utilizada, por exemplo, como um gás combustível.
[0039] Em uma planta possuindo uma capacidade de 1.200 MTD, em que o condensado de processo (1) contém cerca de 1.000 ppm de amônia e 1.000 ppm de metanol, o reciclo de corrente (16) possibilita produção de adicionais 4 MTD - 5 MTD de amônia.
[0040] Tem que ser observado que a presente invenção pode ser utilizada para renovar uma planta já existente para a síntese de amônia. Uma renovação em concordância com a presente invenção requer a adição dos itens da Figura 1, mais auxiliares, tais como tubulação, válvulas, etc., que em qualquer caso não são dispendiosos. Portanto, a planta pode ser renovada em um custo acessível. Em muitos casos, uma seção de tratamento pré-existente baseada sobre remoção por destilação e descarga para a atmosfera ou combustão do gás removido por destilação pode ser modificada para ajuste (configuração) de uma disposição de seção similar para aquela que é indicada na Figura 1, por conseqüência, eliminando uma emissão poluente.
[0041] Portanto, enquanto a presente invenção tenha sido descrita em concordância com exemplificação específica e concretização preferida, aqueles especializados no estado da técnica irão apreciar que a presente invenção pode ser concretizada com um número de mudanças, de modificações e de variações sendo conceptível sem afastamento a partir do espírito inventivo da presente invenção, que é unicamente limitada no que se refere para o escopo de proteção conforme é estabelecido pelas reivindicações de patente subseqüentemente.
Claims (7)
1. Método para tratamento de condensado de processo (1) em uma planta de amônia, em que: - a planta de amônia compreende uma seção de extremidade dianteira produzindo um gás de suprimento (gás de make-up) a partir da reforma de uma fonte de hidrocarboneto, e uma seção de síntese onde o gás de suprimento é reagido com amônia; - o referido condensado de processo (1) é coletado a partir de um ou mais equipamentos da planta de amônia e é uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol; o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende: - remover o referido condensado de processo em um ambiente de remoção com vapor de baixa pressão (4) com uma pressão não superior a 1 MPa (10 bar), obtendo uma fase de vapor (5) compreendendo amônia, dióxido de carbono e metanol removidos do condensado de processo (1); - condensar a referida fase de vapor (5), obtendo uma solução de condensado (11) enriquecida de amônia e de metanol; - reintroduzir uma primeira porção (12) da referida solução de condensado (11) no referido ambiente de remoção em que a referida primeira porção (12) da solução é reintroduzida diretamente no referido ambiente de remoção; - reciclar uma segunda porção (13) da referida solução de condensado (11) para a referida planta de amônia, em que a referida segunda porção (13) não é superior a 4% em volume da referida solução de condensado (11).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão do referido vapor de remoção (4) é de 0,5 MPa (5 bar) ou menos, preferivelmente de 0,3 MPa a 0,5 MPa (3 bar a 5 bar).
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a referida segunda porção (13) da solução é reciclada para a seção de extremidade dianteira da planta de amônia.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a referida segunda porção (13) da solução é reciclada para um reformador primário da seção de extremidade dianteira da planta de amônia, onde a referida solução é adicionada à corrente de processo submetida à reforma.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a referida solução de condensado (11) contém 5 a 10% em mol de dióxido de carbono, 3 a 8% em mol de metanol e 7 a 13% em mol de amônia.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida segunda porção (13) é não superior a 3% em volume, preferivelmente não superior a 2% em volume, da referida solução de condensado (11).
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida segunda porção é 2% em volume da referida solução de condensado (11).
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